JPS61251915A - Moving body control system - Google Patents

Moving body control system

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Publication number
JPS61251915A
JPS61251915A JP9291285A JP9291285A JPS61251915A JP S61251915 A JPS61251915 A JP S61251915A JP 9291285 A JP9291285 A JP 9291285A JP 9291285 A JP9291285 A JP 9291285A JP S61251915 A JPS61251915 A JP S61251915A
Authority
JP
Japan
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deviation
force
control
state
current
Prior art date
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Pending
Application number
JP9291285A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuru Shiraishi
白石 満
Fumio Tabata
文夫 田畑
Minoru Sekiguchi
実 関口
Tadashi Akita
正 秋田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP9291285A priority Critical patent/JPS61251915A/en
Publication of JPS61251915A publication Critical patent/JPS61251915A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To control a driving means on a basis of the state variable of a state observing means to prevent the influence of disturbance by including this means as a model of the deviation space of an object to be controlled and feeding back the synthesized output of deviation of the state observing means and a deviation means to the state observing means. CONSTITUTION:An object to be controlled 6 of a moving body control system is provided with an actuator which drives a robot as the load and a detector which detects the state of this actuator. The control object 6 is operated by controlling a current, and a current value Y is applied to a deviation means 6a to output a deviation Ye between the current value Y and a command value Y0. The control object 6 and a state observing means 7 are constituted with a circuit or software of the model in the same deviation space, and the actual deviation Ye from the means 6a and an estimated deviation Ye from the means 7 are synthesized by a synthesizing means 8. The output from the means 8 is given to the means 7 from the first gain means 9b as a feedback gain, and the actuator is controlled on a basis of this feedback variable.

Description

【発明の詳細な説明】 〔目次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする問題点 問題点を解決するための手段(第1図)作用 実施例 (al第1の発明の一実施例の説明 (第2図、第3図、第4図) (bl第1の発明の他の実施例の説明 (第5図、第6図) (C1第2の発明の一実施例の説明(第7図)(d)第
2の発明の他の実施例の説明(第8図)(e+本発明の
詳細な説明(第9図) ffl別の実施例の説明(第10図) 発明の効果 〔概要〕 移動体を駆動する駆動手段を移動指令と力指令に基いて
制御する移動体制御方式において、制御対象の偏差空間
のモデルとして構成された状態観測手段を含み、該制御
対象の偏差と該状態観測手段の偏差との合成を状態観測
手段にフィードバックし、且つ状態観測手段の状態量に
基いて駆動手段を制御することにより、高速且つ円滑な
移動・力制御を可能とするものである。
[Detailed description of the invention] [Table of contents] Overview Industrial field of application Conventional technology Problems to be solved by the invention Means for solving the problems (Fig. 1) Working examples (al) Description of one embodiment (Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4) (bl Description of other embodiment of the first invention (Fig. 5, Fig. 6) (C1 An embodiment of the second invention) (Fig. 7) (d) Description of another embodiment of the second invention (Fig. 8) (e+Detailed description of the present invention (Fig. 9) ffl Description of another embodiment (Fig. 10) ) Effects of the Invention [Summary] A moving object control system that controls a driving means for driving a moving object based on a movement command and a force command, which includes a state observation means configured as a model of a deviation space of a controlled object, By feeding back the combination of the deviation of the object and the deviation of the state observation means to the state observation means and controlling the drive means based on the state quantity of the state observation means, high-speed and smooth movement and force control is possible. It is something to do.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、ロホソト等の移動体を移動指令と力指令とに
よって制御するための移動体制御方式に関し、特に系の
状態観測を行って制御する移動体制御方式に関する。
The present invention relates to a mobile body control method for controlling a mobile body such as a lohosoto using movement commands and force commands, and more particularly to a mobile body control method for controlling a mobile body by observing the state of the system.

近年、人間の行っている作業を自動化するためロボット
が開発され、更にロボットを人間の手や腕と同等な働き
に制御する技術の開発努力がなされている。
In recent years, robots have been developed to automate tasks performed by humans, and efforts are also being made to develop technology to control robots to perform operations equivalent to human hands and arms.

ロボットに人間の手や腕と同様な働きを行なわせること
ができれば、それだり高度な作業が出来、極めて便利で
ある。
If robots could perform tasks similar to those performed by human hands and arms, they would be able to perform other advanced tasks and be extremely useful.

一般にロボットの制御はアクチュエータ(アーム)の位
置制御又は速度制御の移動制御が基本であり、アームの
先端の作業用ハンドを指令位置に位置決めして作業を行
なわせている。
In general, robot control is based on movement control such as position control or speed control of an actuator (arm), and a work hand at the tip of the arm is positioned at a commanded position to perform work.

このよ・シな位置又は速度の制御のみでは、柔軟性に欠
けるため、人間の腕、手と同等の働きを行なわせること
は不十分であり、他の物体から影響を受ける作業には適
応性がない。このためアクチュエータの出す力(又は外
からの反力)を検出して、アクチュエータを制御する必
要がある。
This kind of position or speed control alone lacks flexibility, so it is insufficient to make it perform the same work as a human arm or hand, and it is not suitable for tasks that are influenced by other objects. There is no. Therefore, it is necessary to control the actuator by detecting the force (or reaction force from the outside) exerted by the actuator.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

力を制御するものとして、従来は位置制御用のアクチュ
エータに一定の剛性を持たせ、仮想的に目標値を先にお
き、仮想目標値と現在値との間に一定の偏差を持たせる
事により、力を出力する方法が知られている。
Conventionally, force is controlled by giving a certain rigidity to the actuator for position control, setting a virtual target value first, and creating a certain deviation between the virtual target value and the current value. , a method of outputting force is known.

又、ロボット自体に力検知機能がついているものでは、
検知した力を偏差に換算して、仮想目標値から引く等の
方法がとられる。
Also, if the robot itself has a force detection function,
A method such as converting the detected force into a deviation and subtracting it from a virtual target value is used.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

一方、人間の腕、手は、位置決め等の移動機能の他に、
必要な力制御機能及び触覚機能を有しているから、これ
ら機能をロポ7)に持たせ、作業に応じて適時これら機
能を働かせる必要がある。
On the other hand, human arms and hands have a function of movement such as positioning.
Since it has the necessary force control function and tactile function, it is necessary to equip the robot 7) with these functions and to activate these functions in a timely manner according to the work.

例えば、2つの部材をはめ合せるには、固定位置にある
一方の部材に対し他方の部材をロボットにより位置決め
し、更に触覚機能によって正確に位置合せした後、所定
の押し付は力ではめ合せを行なう。
For example, to fit two members together, the robot positions one member relative to the other member in a fixed position, and after accurately aligning the other member using the tactile function, a predetermined pressing force is used to fit the other member. Let's do it.

このような作業を行なうには、位置決め時と、位置合せ
時と、はめ合せ時とではアクチュエータの制御態様を変
更する必要がある。
In order to perform such work, it is necessary to change the control mode of the actuator at the time of positioning, alignment, and fitting.

しかしながら、従来の方法では、力が剛性にと位置偏差
との積で与えられるので、剛性が大きいとわずかの偏差
でも大きな力が発生してしまい、剛性はあまり大きくで
きない。一方、剛性が小さいと振動し易く、高速で駆動
できない。また、重力等の外乱に弱く、位置決め精度が
悪くなる。したがって、従来の方法では位置−力併用制
御の取り扱いが複雑であり、きめ細かな位置・力制御が
できないという問題があった。
However, in the conventional method, force is given by the product of stiffness and positional deviation, so if the stiffness is large, even a small deviation will generate a large force, and the stiffness cannot be increased very much. On the other hand, if the rigidity is low, it is likely to vibrate and cannot be driven at high speed. In addition, it is susceptible to disturbances such as gravity, resulting in poor positioning accuracy. Therefore, in the conventional method, handling of combined position and force control is complicated, and there is a problem that fine position and force control cannot be performed.

このため、本発明者等は、位置及び力をきめ細かに制御
できる制御方式を特許出願昭51−109980号(昭
和59年5月30日出1)1)によって提案した。
For this reason, the present inventors proposed a control method capable of finely controlling the position and force in patent application No. 109980/1980 (issued May 30, 1980, 1) 1).

既提案の内容は、アクチュエータに付与されている力を
検出手段によって検出し、指令力との差を得て力制御を
行ないうるようにするとともに検出手段からの現在位置
と指令位置との差を得て位置制御を可能とするとともに
、これらに所定の重みを付した和を基本制御量としてア
クチュエータを制御するものである。
The content of the existing proposal is to detect the force applied to the actuator by a detection means, obtain the difference from the command force, and perform force control, and also detect the difference between the current position and the command position from the detection means. In addition, the actuator is controlled by using the sum of these values with a predetermined weight as the basic control amount.

既提案の内容を第1)図によって説明する。The content of the existing proposal will be explained using Figure 1).

図中、1は多関節型5軸ロボツトであり、先端にハンド
1aと、ハンド1aを動作させるアームlb、lc、I
d、Ieと、ヘース1fを有しており、ハンド1a、ア
ームlb、lc、1d、1eがアクチュエータによって
回動して、ハンド1aを移動するもの、21.22は各
アクチュエータの位置検出器であり、力と位置の検出器
の一部を構成するもの、3は信号処理回路であり、位置
検出器22の検出位置X及び両検出器21.22の検出
出力の差である検出力fを出力するもの、4は計算機で
あり、検出位置X及び検出力fとからロボットの動作状
態を監視するとともに、目標指令位置xo、目標指令力
fo及び第1、第2の重みa、bを出力するもの、5は
制御装置(第2の制御手段)であり、各アクチュエータ
の駆動源(モータ)の駆動電流iを、指令位置xo、指
令力fO1第1、第2の重みa、b及び現在位置X、検
出力fによって次式のyが零となる様に制御するもので
ある。
In the figure, 1 is a multi-jointed 5-axis robot, with a hand 1a at the tip and arms lb, lc, and I that operate the hand 1a.
d, Ie, and a head 1f, the hand 1a, arms lb, lc, 1d, and 1e are rotated by actuators to move the hand 1a, and 21.22 is a position detector for each actuator. 3 is a signal processing circuit that constitutes a part of the force and position detector, and 3 is a signal processing circuit that calculates the detected position 4 is a computer that monitors the operating state of the robot from the detected position X and detected force f, and outputs the target command position xo, target command force fo, and first and second weights a and b. 5 is a control device (second control means) which controls the drive current i of the drive source (motor) of each actuator according to the command position xo, the command force fO1, the first and second weights a, b, and the current Control is performed so that y in the following equation becomes zero depending on the position X and the detection force f.

ye=a・Δx+b・Δf    −−−−一−−(1
)但し、 Δx = x O−x        −−−−−−(
2)Δf = f o−f        −−−−(
31係る既提案の方式では、力を指令として与えている
ので、位置及び力の制御がきめ細かにでき、しかも位置
偏差と力偏差の合成(和)を制御量としているから、同
一駆動系で実現でき、好都合である。
ye=a・Δx+b・Δf −−−−1−−(1
) However, Δx = x O−x −−−−−−(
2) Δf = f o−f −−−−(
31 In the previously proposed method, force is given as a command, so position and force can be precisely controlled, and since the control amount is the combination (sum) of position deviation and force deviation, it can be realized with the same drive system. It is possible and convenient.

ところで、第(1)式の条件を満たず、位置X(角度θ
)と力(トルク)fは無数にあり、現実には第(1)式
の条件を満たす定常解は外的条件によって5恵に決定さ
れる。
By the way, the condition of equation (1) is not satisfied, and the position X (angle θ
) and force (torque) f, and in reality, a steady solution that satisfies the conditions of equation (1) is determined in five cases depending on external conditions.

例えば、第12図に示すようにx−xo  (−4)の
位置でf=fo  (=1>の力で押すように指令した
としても、例えばx−xs  (=2)の所に物体BD
があれば、ロボット1はx=xs  (2)の位置でf
・=fs(=3)の力で押すように動作することになり
、物体BDという外的要因に適応した制御が可能となり
、物体BDが動く場合も同様である。
For example, as shown in Fig. 12, even if a command is given to push with a force of f=fo (=1>) at the position x-xo (-4), the object BD will be pushed at
If there is, robot 1 will be at position f at x=xs (2)
It operates to push with a force of .=fs (=3), making it possible to control the object BD in response to an external factor, and the same applies when the object BD moves.

このような外的要因によって適合した位置と力の制御が
できるということが既提案のポイントであるが、制御量
yは実際には、第fl1式を変形して、となり、指令位
置xo、指令力roによる指令値yoと、現在位置X、
現在力fによる現在値yとの偏差yeである。
The point of the previous proposal is that the position and force can be controlled appropriately using such external factors, but in reality, the control amount y is obtained by transforming the formula fl1, and the command position xo, the command Command value yo due to force ro and current position X,
This is the deviation ye from the current value y due to the current force f.

この偏差yeを零とするのに、古典的制御理論で実現す
ると、単なる出力フィードバック7においては、外乱に
よる影響を整定するのに時間がかかり、追従周波数も低
くなり、円滑で高速な動作が困難である。(また、補償
回路を付加して特性を改善することも考えられるが、古
典制御理論に基づく設針は一般に試行錯誤的に行われる
ので、制御系の次数が3次以上になると急激に困難にな
ってくる。今の場合、制御系の次数が4次(第一の発明
)ないし5次(第二の発明)なので、制御系の特性の改
善には多大の労力を要し、大幅な特性改善は困難である
。) 従って、本発明は、現代制御理論を適用して円滑且つ高
速な移動体制御を実現しうる移動体制御方式を提供する
ことを目的とする。
In order to make this deviation ye zero, if achieved using classical control theory, with simple output feedback 7, it would take time to settle the influence of disturbances, the follow-up frequency would be low, and smooth and high-speed operation would be difficult. It is. (Also, it is possible to improve the characteristics by adding a compensation circuit, but since setting a policy based on classical control theory is generally done by trial and error, this becomes rapidly difficult when the order of the control system becomes 3rd order or higher.) In this case, the order of the control system is 4th order (first invention) or 5th order (second invention), so it takes a lot of effort to improve the characteristics of the control system, and the characteristics have to be significantly improved. (Improvement is difficult.) Therefore, an object of the present invention is to provide a mobile body control method that can achieve smooth and high-speed mobile body control by applying modern control theory.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

第1図は本発明の原理説明図であり、第1図(A)は第
1の発明の原理説明図、第1図(B)は第2の発明の原
理説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle of the present invention, FIG. 1(A) is an explanatory diagram of the principle of the first invention, and FIG. 1(B) is an explanatory diagram of the principle of the second invention.

第1図(A)中、6ば制御対象であり、具体的には負荷
である移動体(ロボットのアーム等)を駆動するアクチ
ュエータ(駆動手段)と、アクチュエータの状態を検出
する検出器21.22 (第1)図)等を含み、アクチ
ュエータに与えられる駆動電流iによって動作し、現在
値yを出力するもの、6aは偏差手段であり、現在値y
と指令値yoとの偏差yeを得るもの、7は状態観測手
段(以下オブザーバと称す)であり、制御対象6と同−
の偏差空間でのモデルを回路的に又はソフトウェアで構
成したものであり、8は合成手段であり、偏差手段6a
の実偏差yeとオブザーバ7からの推定偏差yeとを合
成するもの、9aは第1のゲイン手段であり、合成手段
の合成出力にオブザーバゲインGを付与してオブザーバ
7へフィードバンクするもの、9bは第2のゲイン手段
であり、オブザーバ7の観測状態量にフィードバンクゲ
インFを付与して、制御電流ieを作成し、オブザーバ
7の入力とするもの、10は合成手段であり、定常電流
isと制御電流ieとを合成して駆動電流iを作成する
ものである。尚、この場合定常電流は移動体を空間内に
移動させるための加速電流ioと定常的な力を発生する
ための電流ifより成り、加速電流iは計算機4より与
えられ、移動終了後は零となる(以下の!lI論は10
=0としても成り立つ)。
In FIG. 1(A), reference numeral 6 indicates an actuator (driving means) that drives a moving object (such as a robot arm) that is a controlled object, specifically a load, and a detector 21 that detects the state of the actuator. 22 (Fig. 1)), etc., which is operated by the drive current i given to the actuator and outputs the current value y. 6a is a deviation means, which outputs the current value y.
7 is a state observation means (hereinafter referred to as an observer), which is the same as the controlled object 6.
A model in the deviation space of is configured in a circuit or software, 8 is a synthesis means, and deviation means 6a
9a is a first gain means, which gives an observer gain G to the synthetic output of the synthesis means and feeds it to the observer 7; 9b 10 is a second gain means, which adds a feed bank gain F to the observed state quantity of the observer 7 to create a control current ie, which is input to the observer 7; 10 is a synthesis means, which generates a steady current is The drive current i is created by combining the control current ie and the control current ie. In this case, the steady current consists of an accelerating current io for moving the moving body in space and a current if for generating a steady force, and the accelerating current i is given by the calculator 4, and becomes zero after the movement is completed. (The following !lI theory is 10
= 0).

即ち、第1図(A)の第1の発明では、オブザーバ7が
設けられ、オブザーバ7によって制御対象6と同一の動
作を偏差空間において実行して、制御対象6を観測しく
制御対象6の動作をシュミレートし)、その状態量によ
って制御対象6の駆動制御を行うものである。
That is, in the first invention shown in FIG. 1(A), an observer 7 is provided, and the observer 7 executes the same operation as the controlled object 6 in the deviation space to observe the controlled object 6. ), and the drive control of the controlled object 6 is performed based on the state quantity.

次に、第1図(B)中、第1図(A)で示したものと同
一のものは同一の記号で示してあり、1)は積分手段で
あり、実偏差yeを積分するもの、12は合成手段であ
り、積分された実偏差と、第2のゲイン手段9bの出力
との合成により制御電流ieを作成するものである。
Next, in FIG. 1(B), the same parts as those shown in FIG. 1(A) are indicated by the same symbols, and 1) is an integrating means, which integrates the actual deviation ye; Reference numeral 12 denotes a synthesizing means, which generates the control current ie by synthesizing the integrated actual deviation and the output of the second gain means 9b.

即ち、第2の発明では、第1の発明に加えて、実偏差y
eの積分量とオブザーバの状態量とによって制御対象6
の駆動制御を行なうものである。
That is, in the second invention, in addition to the first invention, the actual deviation y
The controlled object 6 is determined by the integral amount of e and the state amount of the observer.
This is to perform drive control.

〔作用〕[Effect]

本発明においては、現代制御理論として知られているオ
ブザーバを用いている。この現代制御理論ではフィード
ハックすべき量が基準値からの偏差で与えられるとき、
与えられた評価関数に対して最適なフィードバンクゲイ
ンFを一意に定めることができ、そのゲインが最適ゲイ
ンであるという保証もある。
In the present invention, an observer known as modern control theory is used. In this modern control theory, when the amount to be feedhacked is given by the deviation from the reference value,
The optimal feedbank gain F can be uniquely determined for a given evaluation function, and there is also a guarantee that the gain is the optimal gain.

しかし、本発明の系の如く、指令値が移動指令と力指令
との2つであり、しかも実際の指令値はyというこれら
の合成出力であるから、位置と力の指令値と基準値は必
ずしも一致せず、基準値からの偏差量が得られないため
、フィードバックゲインを求めるのに現代制御理論が適
用できない。
However, as in the system of the present invention, there are two command values, a movement command and a force command, and the actual command value is a composite output of these, y, so the position and force command values and reference values are Modern control theory cannot be applied to find the feedback gain because they do not necessarily match and the amount of deviation from the reference value cannot be obtained.

特に系の次数が高次であるので、安定なゲインは求める
ことは難しく、仮にゲインが求まってもそれが最適であ
るという保証もない。
In particular, since the order of the system is high, it is difficult to find a stable gain, and even if a gain is found, there is no guarantee that it is optimal.

そこで本発明では、オブザーバに制御電流ieを入力し
、実際の系の偏差yeとオブザーバ7の推定偏差↑eと
をオブザーバ7にフィードバックすることによってオブ
ザーバ7が常に偏差空間で実際の系を再現できるように
している。オブザーバ7では容易に系の状態量(例えば
、アクチュエータの速度、位置、負荷の速度、位置)を
観測できるから、オブザーバ7の状態量(偏差量)を用
いてフィートハックすれば、安定に高速な動作が可能と
なる。尚、オブザーバゲインGはフィードバンクゲイン
Fと同様に、与えられた評価関数に対して一意に定める
ことができる。
Therefore, in the present invention, the control current ie is input to the observer, and the actual system deviation ye and the estimated deviation ↑e of the observer 7 are fed back to the observer 7, so that the observer 7 can always reproduce the actual system in the deviation space. That's what I do. Observer 7 can easily observe the state quantities of the system (for example, actuator speed and position, load speed and position), so if you perform foot hacking using the state quantities (deviation amount) of Observer 7, you can achieve stable and high speed. Operation becomes possible. Note that, like the feedbank gain F, the observer gain G can be uniquely determined for a given evaluation function.

又、第2の発明においては、実偏差yeの積分量もフィ
ードバンクして、アクチュエータの摩擦等の外乱に対し
ても安定に動作することができる。
Further, in the second invention, the integrated amount of the actual deviation ye is also fed-banked, so that stable operation can be achieved even against disturbances such as friction of the actuator.

〔実施例〕〔Example〕

(al第1の発明の一実施例の説明 第2図は第1の発明の一実施例構成図、第3図は制御対
象の解析モデル図、第4図はオブザーバのモデル構成図
である。
(Description of an Embodiment of the First Invention FIG. 2 is a block diagram of an embodiment of the first invention, FIG. 3 is an analytical model diagram of a controlled object, and FIG. 4 is a model block diagram of an observer.

図中、第1図及び第1)図で示したものと同一のものは
同一の記号で示してあり、13は極性反転部であり、第
2のゲイン手段9bからの出力を反転して制御電流ie
を得るもの、14は差分部であり、現在力fとオブザー
バ7での推定偏差力feとの差をとるもの、15は乗算
部であり、差分部14の差(f−fe)を1/kT倍し
て定常的な力を発生させるための電流!fを作成するも
の、20はモータ(アクチュエータ)であり、ア−ム1
a〜10等の負荷を駆動するもの、32は差回路であり
、モータ20の回転角(位置)θ1と負荷の回転角θ2
との差をとり、乗算部32aでに倍して実側力(現在力
) fを作成するもの、50は差回路であり、(イ1号
処理回路3の)差回路32からの検出力fと計算機(4
の出カバソファ40)からの指令力fOとの差Δfを求
めるもの(前述の第(3)式を実行するもの)、51は
乗算回路であり、差回路50の差(エラー)Δfと計算
機(4の出カバソファ42)からの重みbを乗算して出
力b・Δfを発するもの、52は差回路であり、(信号
処理回路3の第20カウンタ31の計数位置)現在位置
θ2と計算機(4の出カバソファ41)からの指令位置
θ20との差Δθを求めるもの(第(2)式を実行する
もの)、53は乗算回路であり、差回路52の差(エラ
ー)Δθと計算機(4の出カバソファ43)からの重み
aとを乗算して出力a・Δθを発するもの、54は和回
路であり、2つの乗算回路51.53の出力b・Δf、
a・Δθを第(1)式に従って加算し、制御量yeを出
力するものである。オブザーバ7において、M1〜M1
2は各々乗算器であり、各々入力をブロック内に付した
係数を乗じて出力するもの、A1〜A7は各々演算器で
あり、各々2つの入力を極性に応じて加算又は減算して
出力するもの、■T1〜rT4は各々積分器であり、入
力を積分して出力するもの、D1〜D4は差分器であり
、2つの入力の差分を出力するものである。90〜93
は乗算器であり、合成手段8の合成出力、即ち(?e−
ye)にブロック内で示されたオブザーバゲイン01〜
G4を乗じて、オブザーバ7の各差分器D1〜D4に入
力するもの、94〜97は乗算器であり、オブザーバ7
の各積分器IT1〜IT4の出力にフィードバンクゲイ
ンF1〜F4を乗じるもの、982〜98cは加算器で
あり、各乗算器94〜97の出力を加算して制御電流i
eを得るものである。
In the figure, the same components as those shown in FIG. 1 and FIG. current ie
14 is a difference section which takes the difference between the current force f and the estimated deviation force fe at the observer 7. 15 is a multiplication section which divides the difference (f-fe) of the difference section 14 into 1/ Multiply the current by kT to generate a steady force! 20 is a motor (actuator) that creates f.
32 is a differential circuit that drives loads such as a to 10, and the rotation angle (position) θ1 of the motor 20 and the rotation angle θ2 of the load.
The multiplier 32a takes the difference between the two and multiplies it to create the real side force (current force) f. 50 is a difference circuit, and the detection power from the difference circuit 32 (of No. 1 processing circuit 3) f and calculator (4
51 is a multiplier circuit that calculates the difference Δf between the command force fO from the output cover sofa 40) (one that executes the above-mentioned equation (3)), and 51 is a multiplier circuit that calculates the difference Δf between the difference (error) Δf of the difference circuit 50 and the computer ( 52 is a difference circuit that multiplies the weight b from the output sofa 42) of No. 4 and generates an output b・Δf, and 52 is a difference circuit that calculates the current position θ2 (counting position of the 20th counter 31 of the signal processing circuit 3) and the calculator (4). 53 is a multiplier circuit that calculates the difference Δθ from the command position θ20 from the output cover sofa 41) (one that executes equation (2)), and 53 is a multiplier circuit that calculates the difference Δθ from the difference circuit 52 (error) Δθ and the calculator (4). 54 is a summation circuit which multiplies the weight a from the output sofa 43) and generates the output a.Δθ, and the outputs b.Δf of the two multiplier circuits 51.53,
It adds a·Δθ according to equation (1) and outputs the control amount ye. In observer 7, M1 to M1
2 are multipliers, each of which multiplies the input by a coefficient assigned in the block and outputs the result, A1 to A7 are each arithmetic units, each of which adds or subtracts two inputs depending on the polarity and outputs the result. (2) T1 to rT4 are integrators that integrate the input and output the result, and D1 to D4 are differentiators that output the difference between two inputs. 90-93
is a multiplier, and the synthesis output of the synthesis means 8, that is, (?e-
Observer gain 01~ indicated in the block in ye)
94 to 97 are multipliers that are multiplied by G4 and input to each differentiator D1 to D4 of the observer 7.
The outputs of the integrators IT1 to IT4 are multiplied by the feed bank gains F1 to F4, and 982 to 98c are adders, which add the outputs of the multipliers 94 to 97 to obtain the control current i.
e.

先づ、オブザーバ7の構成について、第3図の制御対象
の解析モデル図及び第4図のオブザーバのモデル構成図
によって説明する。
First, the configuration of the observer 7 will be explained with reference to the analysis model diagram of the controlled object in FIG. 3 and the model configuration diagram of the observer in FIG. 4.

第3図に示した解析モデルでは、モータ20の出力軸に
負荷1が直結されていて、負荷1と負荷2とは捩り剛性
にのばねで結合され゛ている。
In the analytical model shown in FIG. 3, a load 1 is directly connected to the output shaft of the motor 20, and the loads 1 and 2 are coupled by a torsionally rigid spring.

この時、運動方程式は次のようになる。At this time, the equation of motion becomes as follows.

J1θ+ +D+ f)1+K (θl−θ2)=kT
i−・−(5) J21)2+D2θ2+K(θ2−〇+)=f’−−−
−−−−(6ま ただし、 Jl:負荷1の慣性能率(モータの慣性能率)Dl:負
荷1に働く減衰力 θ1:負荷1の回転角 (モータ例のエンコーダ21で検出)   。
J1θ+ +D+ f)1+K (θl-θ2)=kT
i−・−(5) J21)2+D2θ2+K(θ2−〇+)=f'−−−
----- (6 squares, Jl: inertia factor of load 1 (motor inertia factor) Dl: damping force acting on load 1 θ1: rotation angle of load 1 (detected by encoder 21 in the motor example).

J2;負荷2の慣性能率(負荷の慣性能率)D2:負荷
2に働く減衰力 θ2:負riI2の回転角(負荷側の慣性能率)kT:
モータ20のトルク定数 t:モータ20に流す電流 kTi:モータ20の出力トルク f′:負荷2の外力(自重、反力) である。
J2: Inertia factor of load 2 (load inertia factor) D2: Damping force acting on load 2 θ2: Rotation angle of negative riI2 (load side inertia factor) kT:
Torque constant t of the motor 20: Current kTi flowing through the motor 20: Output torque f' of the motor 20: External force (self-weight, reaction force) of the load 2.

負荷1から負荷2に伝えられる力fは次のように表わせ
る。
The force f transmitted from load 1 to load 2 can be expressed as follows.

f=K(θ1−θ2 )          −−−−
−(7)ここで、モデル1の出力として次式で表わされ
る位置θ2と力fとの線形和yをとる。
f=K(θ1-θ2) -----
-(7) Here, the linear sum y of the position θ2 and the force f expressed by the following equation is taken as the output of the model 1.

、−3θ2 + b f           −−−
−−181出力yの目標値yoはyと同様に、位置θ2
の目標値(指令値)θ2oと力fの目標値(指令値)f
oとの線形和で表わされるものとする。
, -3θ2 + b f ---
--181 The target value yo of the output y is the position θ2 as well as y.
target value (command value) θ2o and target value (command value) f of force f
It is assumed that it is expressed as a linear sum with o.

yo−aθ20 +b f o        −−−
−−−(91第(5)式、第(6)式を、t<Qでθl
−θ1−θ2−θz=1=0としてラプラス変換すると
、(Jl sz+DB S+K) θ1(S)= k 
T I fsl +にθ2 fsl  −−−−−−(
10)(J2 S2+D2 S +K) θ2(S)−
にθ+ (s) 十f ’ +51  −−−− (1
))となる。ここで、 とおくと、第(10)式及び第(1))式は、θ+ f
sl−G+ (s)(kT Ifsl+にG2 (sl
) −・−(13)G2 (Sl=G2 fsl (k
θ自sl + f ’ (sl) −−−−−−−(1
4)となる。
yo-aθ20 +b f o ---
---(91 Equations (5) and (6), when t<Q, θl
-θ1-θ2-θz=1=0 and Laplace transform: (Jl sz+DB S+K) θ1(S)=k
T I fsl + to θ2 fsl --------(
10) (J2 S2+D2 S +K) θ2(S)-
θ+ (s) 10f' +51 −−−− (1
)) becomes. Here, if we set, the equation (10) and the equation (1) become θ+f
sl-G+ (s) (kT Ifsl+ to G2 (sl
) −・−(13)G2 (Sl=G2 fsl (k
θself sl + f' (sl) --------(1
4).

一方、第(8)式を、t<Qでy=0として、ラプラス
変換すると、 yts+=a・G2 (sl +b −f (sl  
   −−−−−−−(15)となる。
On the other hand, when formula (8) is Laplace transformed with t<Q and y=0, yts+=a・G2 (sl +b −f (sl
--------(15).

従って、第(13)弐〜第(15)式をブロック図で示
すと、第4図(A)の如くなる。即ち、制御対象6は、
I (S)を入力とし、yTSIを出力とする第4図(
A)のブロック図でモデル化できる。
Therefore, if equations (13) 2 to (15) are shown in a block diagram, the result will be as shown in FIG. 4(A). That is, the controlled object 6 is
Figure 4 (
It can be modeled using the block diagram in A).

この第4図(A)のラプラス変換上のブロック図を時間
軸上のブロック図で示すと、第4図(B)の如くなり、
従って、制御対象6は、乗算器M1−M12、演算器A
1〜A7、積分器ITI〜IT4で構成でき、制御対象
6における状態量(モータ20の角速度ω1、回転角θ
l、負荷の角速度ω2、回転角θ2、力f、出力y)を
観測できる。
If the block diagram on the Laplace transform in Fig. 4(A) is shown as a block diagram on the time axis, it becomes as shown in Fig. 4(B),
Therefore, the controlled object 6 includes multipliers M1-M12, arithmetic unit A
1 to A7, and integrators ITI to IT4, and the state quantities in the controlled object 6 (angular velocity ω1 of the motor 20, rotation angle
l, load angular velocity ω2, rotation angle θ2, force f, and output y) can be observed.

ところで出力yを安定且つ高速に指令値に追従させるに
は、第4図の各状態量(G1、G1、G2、G2)をフ
ィードバックすればよい。
By the way, in order to make the output y follow the command value stably and at high speed, each state quantity (G1, G1, G2, G2) shown in FIG. 4 may be fed back.

しかしながら、係るフィードハック量は定常解からの偏
差であることを必要とし、本発明では2つの指令値が与
えられることから係る定常解は必ずしも固定されたもの
でなく、運動方程式と外的条件を満たず理想的な値であ
る。
However, such a feedhack amount needs to be a deviation from a steady solution, and in the present invention, since two command values are given, the steady solution is not necessarily fixed, and the equation of motion and external conditions are This is an ideal value.

このため、このままではオブザーバからは定常解が不明
のため偏差をフィードバックできない。
Therefore, as it is, the observer cannot feed back the deviation because the steady-state solution is unknown.

これを解決するためにオブザーバ7を第2図の如く偏差
空間で実際の系を再現させるようにして、偏差状態量を
得ることができるようにしている。
In order to solve this problem, the observer 7 is made to reproduce the actual system in the deviation space as shown in FIG. 2, so that the deviation state quantity can be obtained.

即ち、定常解を知らなくてもフィードバックすべき偏差
量を得ることができるようにしている。
In other words, it is possible to obtain the amount of deviation to be fed back even without knowing the steady-state solution.

このオブザーバ7を偏差空間で再現させるためC に、オブザーバに制御電流ieを入力し、実際の系6と
オブザーバ7の偏差出力の差(9e−ye)を合成手段
8でとり、それをオブザーバ7にフィードハックすれば
、オブザーバ7は常に偏差空間で実際の系を再現するこ
とができる。
In order to reproduce this observer 7 in the deviation space, the control current ie is input to the observer, the difference (9e-ye) between the deviation outputs of the actual system 6 and the observer 7 is taken by the synthesis means 8, and it is applied to the observer 7. By feed-hacking, the observer 7 can always reproduce the actual system in the deviation space.

この時、モータ20には、各状態のフィードバンクより
求まるフィードバック電流ieに、定常的な力fsを発
生させるための電流ifを付加したものを印加するもの
とする。
At this time, it is assumed that the motor 20 is applied with a feedback current ie determined from the feed bank in each state, to which a current if for generating a steady force fs is added.

kTif=fs オブザーバ7では、定常値からの偏差量1e、θ1e、
ω2e、θ2eは観測でき、この状態量を用いてフィー
ドバックを行えば、安定に高速な動作可能である。
kTif=fs In the observer 7, the amount of deviation from the steady value 1e, θ1e,
ω2e and θ2e can be observed, and if feedback is performed using these state quantities, stable and high-speed operation is possible.

具体的には、(↑e−y)にオブザーバゲインG1.、
G2、G3、G4を乗算器90〜93で乗算し、オブザ
ーバ7の各差分器D1〜D4に入力することによって差
分をとり、偏差空間で動作させ、これによって差分器D
1〜D4の後段の積分器ITI〜IT4より偏差状態量
、即ち、偏差角速度ω1e、ω2ez偏差回転角θle
s θ2eを観測させることができる。
Specifically, the observer gain G1. ,
G2, G3, and G4 are multiplied by multipliers 90 to 93, and the difference is obtained by inputting the multipliers to each of the differentiators D1 to D4 of the observer 7, and the difference is obtained by operating in the deviation space.
The deviation state quantities, that is, the deviation angular velocities ω1e, ω2ez, the deviation rotation angle θle, are obtained from the integrators ITI to IT4 at the subsequent stages of 1 to D4.
s θ2e can be observed.

この観測された偏差状態量Q、e、ω2e、θIe−=
 θ2eを第2のゲイン手段9bの乗算器94〜97で
フィードバンクゲインFl−F4を乗じ、加算器98a
〜98cで各乗算器94〜97の出力を加算することに
よって制御電流ieが得られる。
This observed deviation state quantity Q, e, ω2e, θIe−=
θ2e is multiplied by the feed bank gain Fl−F4 by the multipliers 94 to 97 of the second gain means 9b, and the adder 98a
The control current ie is obtained by adding the outputs of the multipliers 94 to 97 at ~98c.

これを反転部13で極性反転し、オブザーバ7の入力と
するとともに合成手段(加算器)10で定常電流is 
 口1)+ifとの金相)との差をとってモータ20の
駆動電流lを得てモータ20へ与える。
The inverter 13 inverts the polarity of this signal, inputs it to the observer 7, and synthesizes the steady current is
The drive current l of the motor 20 is obtained by taking the difference between

この時、定常的な力を発生させるための電流ifは、第
(7)式で示した、モータ20と負荷2の回転角θ1、
G2の差にに倍した実測力fと、オブザーバ7の偏差空
間での推定力feとの差を差分部14でとり、乗算部1
5で1/kT倍して得られる。
At this time, the current if for generating a steady force is the rotation angle θ1 of the motor 20 and the load 2, as shown in equation (7),
The difference unit 14 calculates the difference between the measured force f multiplied by the difference in G2 and the estimated force fe in the deviation space of the observer 7, and the multiplier 1
It is obtained by multiplying 1/kT by 5.

前述の第4図では、外力f′がオブザーバに入力されて
いるが、偏差空間ではf ’ e=Qとみなすことがで
きるから、第2図の偏差空間で動作するオブザーバ7に
おいては、考慮しなくてよい。
In the above-mentioned Fig. 4, the external force f' is input to the observer, but since it can be regarded as f' e=Q in the deviation space, it is not considered in the observer 7 operating in the deviation space of Fig. 2. You don't have to.

このようにして、オブザーバ7は制御対象6の偏差空間
での動作を再現しているから、定常解が不明であっても
、定常解からの状態偏差をフィードバンクでき、従って
現代制御理論に従う多変数制御が可能となり、高速動作
しても振動が生じることもなく且つ円滑に定常解に向っ
て動作が可能となり、高速追従性の実現及び外的振動の
影響を小とし、振動を抑制し、滑らかな動作を実現でき
る。
In this way, since the observer 7 reproduces the operation of the controlled object 6 in the deviation space, even if the steady-state solution is unknown, it can feedbank the state deviation from the steady-state solution, and therefore can Variable control is possible, vibration does not occur even during high-speed operation, and smooth operation toward a steady solution is possible, realizing high-speed followability, reducing the influence of external vibration, and suppressing vibration. Achieves smooth operation.

fbl第1の発明の他の実施例の説明 第5図は第1の発明の他の実施例の構成図、第6図は第
5図におけるオブザーバの説明図であり、図中、第2図
及び第4図と同一のものは同一の記号で示しである。
fbl Description of another embodiment of the first invention FIG. 5 is a block diagram of another embodiment of the first invention, and FIG. 6 is an explanatory diagram of the observer in FIG. Components that are the same as those in FIG. 4 are indicated by the same symbols.

第2の実施例では、現代制御理論を適用する前に、実測
力fに応じて電流ifをモータに流すようにしている。
In the second embodiment, before applying modern control theory, a current if is caused to flow through the motor in accordance with the measured force f.

このように修正を加えた制御対象6ば第6図(A>の如
(、第4図(B)と同様モデル化される。
The controlled object 6 modified in this way is modeled as shown in FIG. 6 (A) and in the same manner as in FIG. 4 (B).

この時、定常電流isとしては、位置を移動させるため
の加速電流ioのみを考えればよく、移動完了後は1s
=io=0となる。即ち、移動完了後は1o=oとなる
ものとする。
At this time, as the steady current is, it is only necessary to consider the accelerating current io for moving the position, and after the movement is completed, it is necessary to consider only the accelerating current io for moving the position.
=io=0. That is, it is assumed that 1o=o after the movement is completed.

この第6図(A)の運動方程式は、第(5)式、第(6
)式と同様にして。
The equations of motion in Figure 6 (A) are equations (5) and (6).
) in the same way as Eq.

J 1 θ ++D  皿 θ 1 + K (θ 1
− θ 2 )= k T (i o + if ) 
−−−−−−−(16)J2θ2+D2θ2十K(θ2
−θ+)−f’−一〜−−(17) となる。
J 1 θ ++D plate θ 1 + K (θ 1
−θ2)=kT(io+if)
−−−−−−(16) J2θ2+D2θ20K(θ2
-θ+)-f'-1~--(17).

ここで、 kTif=f=K(θ] −θ2 )   −−−−−
−−(18)であるから、第(16)式は、 J1θl+D+θ+ = k T i o   −−−
−(19)となる。
Here, kTif=f=K(θ] −θ2 ) −−−−−
--(18), so the equation (16) is J1θl+D+θ+ = k Tio ---
−(19).

従って、第6図(A)のブロック図は、θ2、θ1のフ
ィードバンク、fのフィードバンクは必要なくなり、第
6図(B)の如く簡略化できる。
Therefore, the block diagram of FIG. 6(A) does not require the feed banks of θ2, θ1, and the feed bank of f, and can be simplified as shown in FIG. 6(B).

これを用いたオブザーバ7が第5図に示したものである
An observer 7 using this is shown in FIG.

係る他の実施例においても、第2図の実施例の場合と同
一の動作が行え、同一の作用、効果を奏する。
In such other embodiments, the same operations as in the embodiment shown in FIG. 2 can be performed, and the same effects and effects can be achieved.

(C)第2の発明の一実施例の説明 第7図は第2の発明の一実施例構成図である。(C) Description of an embodiment of the second invention FIG. 7 is a configuration diagram of an embodiment of the second invention.

図中、第1図(B)及び第2図で示したものと同一のも
のは同一の記号で示してあり、llaは乗算器であり、
偏差yeの積分量(積分器1)の出力)にフィードハッ
クゲインF5を乗じて加算部12に出力するものである
In the figure, the same components as those shown in FIG. 1(B) and FIG. 2 are indicated by the same symbols, and lla is a multiplier;
The integral amount of the deviation ye (output of the integrator 1) is multiplied by the feed hack gain F5 and outputted to the adding section 12.

第7図の実施例においては、第2図で示した第1の発明
の実施例構成に積分器1)、乗算器1)a、加算器12
を付加して、偏差yeの積分量をフィードハックし、オ
ブザーバ7の状態量(即ち第2のゲイン手段9bの出力
)に加算して制御電流ieを得るようにしているもので
ある。従って、オブザーバ7等の動作は第2図のものと
同一である。
In the embodiment shown in FIG. 7, the configuration of the embodiment of the first invention shown in FIG.
is added, the integral amount of the deviation ye is feedhacked, and added to the state quantity of the observer 7 (that is, the output of the second gain means 9b) to obtain the control current ie. Therefore, the operations of the observer 7 and the like are the same as those in FIG.

この偏差yeの積分量をフィードパソゲする意味は、モ
ータ20に摩擦がある場合やアーム1a〜1eの重力変
化による外乱がある時にも定常偏差を生じないようにし
たものである。
The purpose of feeding the integral amount of the deviation ye is to prevent a steady deviation from occurring even when there is friction in the motor 20 or when there is disturbance due to changes in the gravity of the arms 1a to 1e.

これによって特に摩擦の大きいモータを使用しても安定
に制御でき、また多関節ロボソ1−の如きアームの位置
によって重力変化が生じても安定に制御できるようにし
たものである。
This allows stable control even when a motor with particularly high friction is used, and also allows stable control even when gravity changes depending on the position of the arm such as the multi-jointed robot robot 1-.

(d)第2の発明の他の実施例の説明 第8図は第2の発明の他の実施例構成図であり、図中、
第1図(B)、第5図、第7図で示したものと同一のも
のは同一の記号で示しである。
(d) Description of another embodiment of the second invention FIG. 8 is a block diagram of another embodiment of the second invention.
Components that are the same as those shown in FIG. 1(B), FIG. 5, and FIG. 7 are indicated by the same symbols.

第8図の他の実施例では、第5図の第1の発明の他の実
施例の構成で示したものに、第7図の第2の発明の実施
例の偏差yeの積分量フィードバックを加えたものであ
り、第7図の実施例と同一の動作、同一の作用、効果を
奏する。
In another embodiment of FIG. 8, the integral amount feedback of the deviation ye of the embodiment of the second invention of FIG. 7 is added to the configuration of the other embodiment of the first invention of FIG. 5. This embodiment has the same operation, effect, and effect as the embodiment shown in FIG.

(ei本発明の詳細な説明 第9図は本発明の適用例構成図であり、第1]図の多関
節ロボソ1−の制御装置5に本発明を適用した例を示し
ている。
(Detailed Description of the Present Invention FIG. 9 is a block diagram of an application example of the present invention, and shows an example in which the present invention is applied to the control device 5 of the articulated robot robot 1- in FIG. 1).

図中、第1)図、第1図及び第5図で説明したものと同
一のものは同一の記号で示してあり、2はアクチュエー
タであり、モータ20と非接触ロータリエンコーダから
成る位置検出器22.21とが一体で構成されており、
位置検出器21はモータ20の軸に直結され、モータ2
0の回転角θ1を検出するためのものであり、位置検出
器22はモータ20の伝達力がトーションバー(柔性部
材)24を介して与えられる出力軸2aに直結され、負
荷、即ち、ロボットのアーム1a〜1eの回転角θ2を
検出するためのものである。なお、出力軸2aと負荷、
即ちロボットのアーム1a〜leとの間に減速機があっ
てもよい。
In the figure, the same parts as those explained in Fig. 1), Fig. 1, and Fig. 5 are indicated by the same symbols, and 2 is an actuator, which is a position detector consisting of a motor 20 and a non-contact rotary encoder. 22.21 are integrated,
The position detector 21 is directly connected to the shaft of the motor 20, and
The position detector 22 is directly connected to the output shaft 2a to which the transmission force of the motor 20 is applied via a torsion bar (flexible member) 24, and detects the load, that is, the robot's rotation angle θ1. This is for detecting the rotation angle θ2 of the arms 1a to 1e. In addition, the output shaft 2a and the load,
That is, a speed reducer may be provided between the arms 1a to 1e of the robot.

30は信号処理回路3の第1のカウンタであり、位置検
出器21の出力である位置パルスを計数するもの、31
は信号処理回路3の第2のカウンタであり、位置検出器
22の出力である位置パルスを計数するもの、32は差
回路であり、第1のカウンタ30の計数位置と第2のカ
ウンタ31の計数位置との差を取り、アクチュエータ2
に付与されている力fを検出するものであり、これらで
信号処理回路3を構成する。40.41.42.43は
各々計算機4の出カバソファであり、各々指令力fo、
指令位置θ20.重みす、aの出力のためのもの、44
は計算機4のプロセッサであり、モード変換時に各出カ
バソファ40〜43に指令力fo、指令位置θ2o、重
みす、aをセットするものであり、所定のプログラムに
よって動作するものである。
30 is a first counter of the signal processing circuit 3, which counts position pulses that are the output of the position detector 21;
is a second counter of the signal processing circuit 3, which counts position pulses that are the output of the position detector 22; 32 is a difference circuit; Taking the difference from the counting position, actuator 2
These components constitute the signal processing circuit 3. 40, 41, 42, and 43 are the output sofas of the computer 4, respectively, and the command forces fo,
Command position θ20. weights, for the output of a, 44
is a processor of the computer 4, which sets a command force fo, a command position θ2o, and a weight a to each output sofa 40 to 43 at the time of mode conversion, and operates according to a predetermined program.

先づ、アクチュエータ2の動作について説明すると、ア
クチュエータ2は図で1軸分しか示してないが、各アー
ム】a〜1fに対応して設けられており、モータ20の
回転力は、トーションバー24を介し出力軸2aより出
力され、アームを駆動する。
First, the operation of the actuator 2 will be explained.Although the actuator 2 is only shown for one axis in the figure, it is provided corresponding to each arm [a] to [f], and the rotational force of the motor 20 is applied to the torsion bar 24. The signal is output from the output shaft 2a via the output shaft 2a to drive the arm.

モータ20の回転位置は位置検出器2Iにより検出され
、出力軸2aの回転位置は位置検出器22によって検出
される。従って、出力軸2aの位置を検出する位置ヰ★
出器22の出力でモータ20を位置制御すれば、正確な
位置決めができる。一方、力(トルク)は両位置検出器
21.22の出力差とトーションバー24の剛性によっ
て定まる。
The rotational position of the motor 20 is detected by a position detector 2I, and the rotational position of the output shaft 2a is detected by a position detector 22. Therefore, the position where the position of the output shaft 2a is detected is
If the position of the motor 20 is controlled by the output of the output device 22, accurate positioning can be achieved. On the other hand, the force (torque) is determined by the output difference between the two position detectors 21 and 22 and the rigidity of the torsion bar 24.

従って、出力軸2aに何等かの力が付与されるとトーシ
ョンバー24の柔性によってトーションバーがたわみ、
雨検出器21.22の出力に位相差が生じるから、これ
によって外力及びその大きさを検知することができる。
Therefore, when some force is applied to the output shaft 2a, the torsion bar 24 bends due to its flexibility.
Since a phase difference occurs between the outputs of the rain detectors 21 and 22, it is possible to detect the external force and its magnitude.

即ち、雨検出器21.22の位置パルスを計数するカウ
ンタ30.31の計数値の差によって力検出が可能とな
る。
That is, the force can be detected by the difference in the count values of the counters 30.31 that count the position pulses of the rain detectors 21.22.

ごのようなアクチュエータ2を用いることによって、モ
ータと一体化した小型な力、位置検出器の実現が可能と
なり、またロータリエンコーダは高精度な位置検出が可
能であり、ノイズに強く信頼性も高い。柔性部材として
は、トーションバーの他に渦巻ばねを用いてもよい。
By using actuator 2 like this, it is possible to realize a compact force and position detector integrated with the motor, and rotary encoders are capable of highly accurate position detection, are resistant to noise, and are highly reliable. . As the flexible member, a spiral spring may be used in addition to the torsion bar.

先づ、計算機4のプロセッサ44は出カバソファ40.
41.42.43に指令力fo、指令位置θ2o、重み
す、aをセントする。これによって制御装置5は、信号
処理回路3からの現在位置θ2及び検出力fを得て、差
回路50.52、乗算回路51.53及び和回路54よ
り実偏差yeを得、オブザーバ7の推定偏差yeとの差
を合成手段8でとり、これを第1のゲイン手段9aを介
しオブザーバ7にフィードバックし、一方、オブザーバ
7の状態量より第2のゲイン手段9bより制御電流ie
を作成し、オブザーバ7に入力するとともに、合成手段
10で定常電流is(加速電流10と定常的な力を発生
させる電流ifとの和)との差を得て駆動電流iをモー
タ20に与えてモータ20を駆動する。
First, the processor 44 of the computer 4 runs on the output sofa 40.
At 41.42.43, command force fo, command position θ2o, weight S, and a are sent. As a result, the control device 5 obtains the current position θ2 and the detection force f from the signal processing circuit 3, obtains the actual deviation ye from the difference circuit 50.52, the multiplication circuit 51.53, and the summation circuit 54, and obtains the estimation of the observer 7. The difference from the deviation ye is taken by the synthesis means 8 and fed back to the observer 7 via the first gain means 9a, and on the other hand, the control current ie is calculated from the state quantity of the observer 7 by the second gain means 9b.
is generated and inputted to the observer 7, and the difference between the steady current is (the sum of the accelerating current 10 and the current if that generates a steady force) is obtained by the synthesizing means 10, and the drive current i is applied to the motor 20. to drive the motor 20.

多関節ロボットにおいては、モータ20は軸分要し、各
軸分第9図の制御装置5が設けられる。
In an articulated robot, the motor 20 is required for each axis, and the control device 5 shown in FIG. 9 is provided for each axis.

重みa≠0、b≠0であれば指定された力で指定された
位置にモータ20を介しロボット1のアーム1b〜1e
を制御する。
If the weight a≠0, b≠0, the arms 1b to 1e of the robot 1 are moved to the specified position with the specified force via the motor 20.
control.

このように、制御量が第(1)式の如く位置エラーΔθ
とカエラーΔfに各々重み付けa、bを付した和の形式
を採っているので、位置制御のみを行なう場合にば、重
みa≠0、b=Qとすることによって第(])式は、 y=a・Δθ          −−−−−−−(2
0)となるから、位置制御のみを行ないうる。
In this way, the control amount is determined by the position error Δθ as shown in equation (1).
and error Δf are given weights a and b, respectively. Therefore, when only position control is performed, by setting weights a≠0 and b=Q, equation (]) becomes y =a・Δθ −−−−−−(2
0), only position control can be performed.

同様に、力制御のみを行なうには、重みa=O1b≠0
とするこ、とによって第(1)式は、y=b・Δf  
        −・−・−(21)となるから、力制
御のみを行ないうる。
Similarly, to perform only force control, weight a=O1b≠0
By doing this, equation (1) becomes y=b・Δf
Since -・-・-(21), only force control can be performed.

また、a≠0、b≠0とすれば、第(1)式のままであ
るから、位置−力併用制御が可能となり、重みa、bを
変更することによって容易に制御態様を変更することが
できる。
Furthermore, if a≠0 and b≠0, Equation (1) remains the same, so position-force combined control becomes possible, and the control mode can be easily changed by changing the weights a and b. I can do it.

同様にして、重みa、bの値自体を変えることによって
、更に決め細かな制御態様を与えることができ、例えば
、位置−力併用制御においても、位置精度に重きをおく
場合には、重みaを大、重みbを小とし、力制御に重き
をおく場合には、重みaを小、重みbを大とすることに
より、容易にきめ細かな制御を実現できる。これは、計
算機4が現在位置θ2や検出力fによってロボットの動
作状態を把握しながら、適時重みa、bを変更して実行
する。
Similarly, by changing the values of weights a and b, more detailed control modes can be provided. For example, in position-force combined control, when placing emphasis on position accuracy, weight a When placing emphasis on force control by setting the weight a to be large and the weight b to be small, fine control can be easily achieved by setting the weight a to be small and the weight b to be large. This is executed by changing the weights a and b as appropriate while the computer 4 grasps the operating state of the robot based on the current position θ2 and the detection force f.

この重みa、bの変更は、制御対象を変えることになる
から、重みに応じて、フィードバンクゲインF及びオブ
ザーバゲインGを変更する。上述の例は、第5図の第1
の発明の他の実施例を適用したものを示しているが、第
1の発明の一実施例の構成及び第2の発明の構成(第7
図、第8図)を適用してもよく、第2の発明の構成を適
用するには、重みa、bの変更に際し、フィードバンク
ゲインF5も変更する。
Since changing the weights a and b changes the controlled object, the feed bank gain F and the observer gain G are changed according to the weights. In the above example, the first
The structure of the embodiment of the first invention and the structure of the second invention (7th invention) are shown to which other embodiments of the invention are applied.
8) may be applied, and in order to apply the configuration of the second invention, the feed bank gain F5 is also changed when changing the weights a and b.

+fl別の実施例の説明 第10図は本発明の別の実施例構成図であり、図中、第
1)図で示したものと同一のものには同一の記号を付し
てあり、3′は検出信号処理回路であり、モータ20の
位置検出器22の出力パルスを計数するカウンタ(第9
図の31に相等)と検出電流iをデジタル値iに変換す
るA−D (アナログ・デジタル)コンバータとを有す
るもの、5′は制御装置であり、各アクチュエータの駆
動源(モータ)の駆動電圧Vを、指令位置xo (θ2
0)、指令力fo  (io) 、第1、第2の重みa
、b及び現在位置X(θ2)、検出力f (+)によっ
て次式のyが零となる様に制御するものである。
+fl Explanation of another embodiment FIG. 10 is a block diagram of another embodiment of the present invention, in which the same components as those shown in FIG. ' is a detection signal processing circuit, which includes a counter (9th
31 in the figure) and an A-D (analog-to-digital) converter that converts the detected current i into a digital value i, 5' is a control device, and the drive voltage of the drive source (motor) of each actuator V, command position xo (θ2
0), command force fo (io), first and second weights a
, b, current position X (θ2), and detection force f (+) so that y in the following equation becomes zero.

y=a・Δθ+bΔt        −−−−(22
)但し Δθ−θ2o−θ2       −一−−−−−(2
3)Δi= (fo  r)/kT     −−−−
(24)尚、kTはモータ20のトルク定数である。
y=a・Δθ+bΔt −−−−(22
) However, Δθ−θ2o−θ2 −1−−−−−(2
3) Δi= (for)/kT -----
(24) Note that kT is the torque constant of the motor 20.

26は電流検出器であり、モータ20の電流値iを検出
し、信号処理回路3′へ入力するものである。
A current detector 26 detects the current value i of the motor 20 and inputs it to the signal processing circuit 3'.

制御装置5′は第9図の制御装置5と同一の構成を有し
、差回路50は信号処理回路3′の検出電流iと指令電
流ioとの差をとるように構成される。
The control device 5' has the same configuration as the control device 5 of FIG. 9, and the difference circuit 50 is configured to take the difference between the detected current i of the signal processing circuit 3' and the command current io.

従って和回路54からは第(22)式の偏差yeが得ら
れる。又、アクチュエータは、位置検出器22、モータ
20、減速機23とによって構成される。
Therefore, the sum circuit 54 obtains the deviation ye of equation (22). Further, the actuator includes a position detector 22, a motor 20, and a speed reducer 23.

この実施例では、モータ20に流れる電流iと出力トル
クTとの間には比例関係が成立し、比例定数(トルク定
数)をkTとすると、 T = k T −i           −−−−
−(25)となる。
In this embodiment, a proportional relationship is established between the current i flowing through the motor 20 and the output torque T, and if the proportionality constant (torque constant) is kT, then T = k T −i −−−−
-(25).

従ってモータ20に流れる電流iを検知すれば、モータ
の出力トルクT、即ち力を検出することができ、前述の
実施例と同様の制御が可能であり、この場合も、重みa
、bを変えることによって制御態様を同様に変更しうる
Therefore, by detecting the current i flowing through the motor 20, the output torque T, that is, the force, of the motor can be detected, and the same control as in the above embodiment is possible.
, b can similarly change the control mode.

又、この別の実施例では、従来位置制御系で用いられた
アクチュエータの構成そのままでこれらの位置−力制御
ができ、構成が安価、コンバク1−となり、又従来から
存在するロボットを容易に高機能化できる。
In addition, in this other embodiment, these position-force controls can be performed using the actuator configuration used in conventional position control systems, and the configuration is inexpensive and convenient, and conventional robots can be easily upgraded. Can be made functional.

又、前述の各実施例においては、位置と力の制御を例に
説明したが、速度と力の制御であってもよく、この場合
、角速度ω0を位置指令の代りに与えればよい。
Further, in each of the above embodiments, control of position and force was explained as an example, but control of speed and force may also be used. In this case, angular velocity ω0 may be given instead of the position command.

同様に、オブザーバ7をハード回路で説明したがマイク
ロプロセッサ等によるソフトウェアの実行によって行っ
てもよく、更に制御装置5.5′をマイクロプロセッサ
で構成し、制御装置5.5′の機能をソフトウェアの実
行によって行うこともできる。
Similarly, although the observer 7 has been described as a hardware circuit, it may also be implemented by executing software using a microprocessor or the like.Furthermore, the control device 5.5' may be configured with a microprocessor, and the functions of the control device 5.5' may be implemented by software. It can also be done by execution.

しかも、対象も多関節型ロボットに限られず、直交座標
型ロボット等の他の移動体であってもよい。
Furthermore, the target is not limited to articulated robots, but may be other moving bodies such as Cartesian coordinate robots.

更に、上述の実施例においては、検出器としてエンコー
ダ形式のものを用いたが、歪ゲージ等の他の力センサに
よってもよい。
Further, in the above embodiment, an encoder type detector is used as the detector, but other force sensors such as a strain gauge may also be used.

以上本発明を実施例により説明したが、本発明は本発明
の主旨に従い種々の変形が可能であり、本発明からこれ
らを排除するものではない。
Although the present invention has been described above using examples, the present invention can be modified in various ways according to the gist of the present invention, and these are not excluded from the present invention.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明した様に、本発明の第1の発明によれば、オブ
ザーバを制御対象の偏差空間で動作するようにして、オ
ブザーバの状態量で制御しているので、第1に移動−力
制御系において高速追従性を得ることができ、又外乱(
外的振動)の影響を小にでき高速動作を可能とするとい
う効果を奏し、第2に共振点での撮動を抑制し、機械的
寿命を長くするという効果も奏し、第3に、滑らかな動
作を外的条件にかかわらず実現できるという効果も奏し
、特に負荷変動の激しい多関節型のものに適用して好適
である。
As explained above, according to the first aspect of the present invention, since the observer is made to operate in the deviation space of the controlled object and is controlled by the state quantity of the observer, firstly, the movement-force control system It is possible to obtain high-speed followability at
This has the effect of minimizing the influence of external vibrations (external vibrations) and enabling high-speed operation.Secondly, it suppresses imaging at resonance points and extends mechanical life.Thirdly, it has smooth It also has the effect of being able to realize a wide range of motions regardless of external conditions, and is particularly suitable for application to multi-joint types where load fluctuations are severe.

又、第2の発明によれば、第1の発明の効果に加え、更
に摩擦、重力等の外乱に対し、定常偏差を生しないよう
に動作できるという効果も奏し、一層外乱及び外的条件
の変化に対しても滑らかな動作を可能とする。
Further, according to the second invention, in addition to the effects of the first invention, there is also the effect that the operation can be performed without producing steady-state deviations in response to disturbances such as friction and gravity, and is even more effective against disturbances and external conditions. It enables smooth operation even in response to changes.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の原理説明図、 第2図は第1の発明の一実施例構成図、第3図は第2図
構成における制御対象の解析モデル図、 第4図は第2図構成におけるオブザーバのモデル構成図
、 第5図は第1の発明の他の実施例構成図、第6図は第5
図構成におけるオブザーバの説明図、 第7図は第2の発明の一実施例構成図、第8図は第2の
発明の他の実施例構成図、第9図は本発明の適用例の構
成図、 第10図は本発明の別の実施例の構成図、第1)図は既
提案の制御方式の説明図、第12図は既提案の制御方式
の動作説明図である。 図中、1−ロボット、 1a−ハンド、 1b〜1e−アーム、 2−アクチュエータ、 20−モータ、 21.22−位置検出器、 4−計算機、 5.5′−制御装置、 26−電流検出器、 6−制御対象、 6a−偏差手段、 7−状態観測手段(オブザーバ)、 8−合成手段、 1)−=積分手段。
Fig. 1 is a diagram explaining the principle of the present invention, Fig. 2 is a configuration diagram of an embodiment of the first invention, Fig. 3 is an analytical model diagram of the controlled object in the configuration shown in Fig. 2, and Fig. 4 is the configuration shown in Fig. 2. FIG. 5 is a diagram of the configuration of another embodiment of the first invention, and FIG.
An explanatory diagram of an observer in the diagram configuration, FIG. 7 is a configuration diagram of an embodiment of the second invention, FIG. 8 is a configuration diagram of another embodiment of the second invention, and FIG. 9 is a configuration diagram of an application example of the present invention. FIG. 10 is a block diagram of another embodiment of the present invention, FIG. 1) is an explanatory diagram of the previously proposed control method, and FIG. 12 is an explanatory diagram of the operation of the already proposed control method. In the figure, 1-robot, 1a-hand, 1b to 1e-arm, 2-actuator, 20-motor, 21.22-position detector, 4-computer, 5.5'-control device, 26-current detector , 6-controlled object, 6a-deviation means, 7-state observation means (observer), 8-synthesis means, 1)-=integration means.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)移動体を駆動する駆動手段と、移動指令と力指令
と該駆動手段の状態量との偏差を得る偏差手段とを含む
制御対象と、 該制御対象の偏差空間のモデルとして構成された状態観
測手段とを含み、 該偏差手段の偏差と該状態観測手段の偏差との合成出力
を該状態観測手段にフィードバックし、且つ該状態観測
手段の状態量に基いて該駆動手段を制御することを特徴
とする移動体制御方式。
(1) A controlled object including a driving means for driving a moving body, a deviation means for obtaining a deviation between a movement command, a force command, and the state quantity of the driving means, and a model of a deviation space of the controlled object. a state observing means, feeding back a composite output of the deviation of the deviation means and the deviation of the state observing means to the state observing means, and controlling the driving means based on the state quantity of the state observing means. A mobile object control system featuring:
(2)移動体を駆動する駆動手段と、移動指令と力指令
と該駆動手段の状態量との偏差を得る偏差手段とを含む
制御対象と、 該制御対象の偏差空間のモデルとして構成された状態観
測手段とを含み、 該偏差手段の偏差と該状態観測手段の偏差との合成出力
を該状態観測手段にフィードバックし、且つ該状態観測
手段の状態量と該偏差手段の偏差の積分量との合成に基
いて該駆動手段を制御することを特徴とする移動体制御
方式。
(2) A controlled object including a driving means for driving a moving body, a deviation means for obtaining a deviation between a movement command, a force command, and a state quantity of the driving means, and a model of a deviation space of the controlled object. a state observation means, a combined output of the deviation of the deviation means and the deviation of the state observation means is fed back to the state observation means, and an integrated amount of the state quantity of the state observation means and the deviation of the deviation means; A moving body control method characterized in that the driving means is controlled based on a combination of the following.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03196313A (en) * 1989-12-26 1991-08-27 Fanuc Ltd Collision detection method by disturbance estimating observer
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