JPS6139110A - 解読コンプライアント運動制御によるマニピユレ−タ装置用制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、マニピュレータ用の制御装置及び方法に関し
、特に、フィードバック信号を合成し、負荷のモデル化
を利用することにより解読コンブライアント（ｒｅｓｏ
ｌｖｅｄ　ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）運動制御を与えて、サ
ーボループの応答を改善する制御装置及び方法に関する
ものである。

（従来の技術、発明が解決しようとする問題点）複数の
軸又は継手で移動可能なマニピュレータアームを有する
マニピュレータ装置用のサーボループ制御系の速度は、
継手用制御ループのバンド中に依存する。マニピュレー
タ、特に高い負荷定格を持つものは、非常に低い１次の
非共鳴構造周波数を有するため、これら制御系の応答つ
まり安定動作用の速度は、比較的低い値に制限される。

これまで、トルクループ、圧力（油圧）又は流れ（電流
）のフィードバック及び慣性の計量化（ｓｃａｌｉｎｇ
）を用いることにより、例えば米国特許Ｎａ４，３６２
，９７８に記述のごとく、マニピュレータ装置の安定な
応答が改善されてきた。

より速い応答と動作速度を達成するのが望ましいので、
機械的設計が最適とすれば、残る唯一の可能性は制御系
を改良することである。

１つの方法は、マニピュレータアームの各点又は継手か
らのフィードバック信号であって増大したバンド中を与
えるフィードバック信号を利用することである。しかし
、継手又は軸の相互接続及び構造部材が複雑であるため
、これらのフィードハック信号は、理論的にも実用的に
も計算あるいは測定いずれで得るのも困難である。

従って、本発明の主な目的は、構造的なコンプライアン
スを考慮に入れ、コンブライアント構造の後方に位置し
たアームのより遠い地点における移動を表わすフィード
バック信号を合成する負荷モデル化技術を使用すること
によって、ループのバンド中とサーボ応答が改善された
マニピュレータ装置用の制御システムを提供することに
ある。

合成信号は、コンブライアント構造の前方における運動
を表わすフィードバック信号から合成され、合成フィー
ドバック信号の使用により、サーボル−プのバンド１１
は、マニピュレータ構造の１次の非共鳴周波数を越えて
上昇される。

（問題点を解決するだめの手段、作用）要約すれば、本
発明の上記及びその他の目的は、複数の軸で移動可能な
マニピュレータアームを有し、解読コンブライアント運
動制御を利用してサーボ応答特性を改善するマニピュレ
ータ装置用の制御システムを提供することによって達成
される。

マニピュレータアームの位置と速度ハ、アームノコンブ
ライアンスを考慮に入れ、アームノ遠イ地点の運動を表
わすフィードバック信号であって、駆動地点により近く
てマニピュレータの上記より遠くない内側地点からのフ
ィードパ・ツク信号で得られるのより大きいループバン
ド中を与えるフィードバック信号を合成する負荷のモデ
ル化を用しすることによって、制御される。フィードツ
マ・ツク信号は、軸駆動機構からの力に関するフィード
ツク信号と、マニピュレータの主ドライブ及び支持構造
により近い地点であって且つマニピュレータアームのコ
ンブライアント部分より前方の地点におけるマニピュレ
ータアーム装置の位置及び速度フィードバック信号と、
の所定の組合せを使って’４られる。マニピュレータア
ームの応答と制御を更に高めるため、負荷のモデル化は
、作業動作中にマニピュレータアームが停止される前に
、制御された減速を与えるのにも使われる。

本発明の動作の機構と方法は、上記以外の目的と利点を
含め、添付の図面を参照した以下の説明から充分に理解
されるであろう。

（実　施　例） 本発明は、構造の被駆動点と、マニピュレータアーム構
造のそれより遠い地点と、の間にコンブライアント構造
を有するマニピュレータ装置を、駆動点により近く且つ
コンブライアント構造より前方の構造地点で検知された
フィートノ＼・ツク信号から、外側のアーム位置を表わ
すフィードノー・ツク信号を合成することによって、制
御するのに有用である。以下本発明の実施動作と構造を
、代表的なマニピュレータ構造とマニピュレータの被制
御軸を１つだけ有する図示例について説明する。しかし
、以下詳述するように、本発明は、各種Ｂ様のマニピュ
レータ構造に適用でき、マニピュレータの１つ以上任意
な数の軸の運動を制御するのに使用可能である。

米国特許Ｎａ３，６６１．０５１及びＮｃｉ４，２７５
．９８６に記されたマニピュレータの構造について考え
ると、マニピュレータアームの動きを制御するために駆
動される相互接続された構造部分に対応するマニピュレ
ータの継手又は軸は、多数度（ｍａｎｙ　ｄｅｇｒｅｅ
ｓ）のスプリング部材を含む可撓性構造を持った能動的
なコンブライアント系である。実際のシステム及び実際
の作業上の問題からすると、１つ又は２つのスプリング
部材だけが、はる埼１に少ないスチフであって他のスプ
リング部材にわたって支配するため、マニピュレータ継
手の性能に影響を及ぼす。こうしたより支配的なスプリ
ング部材は、通常、構造部材間の接続点に位置する。

こ＼で第１図を参照すると、はとんどの小型電気マニピ
ュレータの各継手とその付属構造は、１度のコンブライ
アント運動を脩えた継手として表わせ〜第１ａ図の２質
量−１スプリング系としてモデル化でき、第１ｂ図に示
したような電気等価（ａｎａｌｏｇｕｅ）回路を有する
。尚同図中、印加トルクＴは電圧、各質量Ｊの慣性はイ
ンダクタンス、速度すは電流、バネ定数には容量の逆数
にそれぞれ対応する。このモデルで、ｄｌはフィードハ
ックタコメータで検出された継手の速度、δ２は負荷の
速度、Ｊｌはモータ又はトランクの慣性、Ｊ２は負荷と
アーム継手構造の慣性、Ｋ、は調和振動駆動のスチフネ
スをそれぞれ表わしている。

このモデルは、次に示す関係で数学的に定義される： Ｔ　　Ｋｔ（θ１−θｚ）　＝　Ｊ　ｌθ１　　　　（
１）Ｋ、（θ１−θｚ）＝Ｊｚθ２（２） 速度とトルク間の伝達関数は、次のように得られる： Ｔ　（ｓ）　　（Ｊ＋　＋　ＪＺ）　ｓ　（１＋　ｓ”
／ｗ７＋”）（Ｊ＋＋Ｊｚ） Ｋ区 但し、Ｗｒ、＋　　と１１．１　　は、それぞれＪ、、
Ｊ、及びに、から得られる共鳴及び非共鳴周波であり、
Ｗａ＋は１．より低い。

パラメータＪ　ｒ、　Ｊ　２．”Ｋ’ｌが、幾何形状か
ら容易に計算できないときは、タコメータからの継手速
度θ、を記録しながら、継手のアクチュエータをサイン
波状入力トルクにより異なった周波数で駆動する周波数
解析法で得られる。ｊ　、／’ｒの最小比を持つ周波数
か−、１であり、Ｉ；ｔ／Ｔの最大比を持つ周波数がＷ
ｒ＋である。更に式（３）から、極めて低い周波数にお
いて、継手と付属構造は、１つの合計慣性Ｊｔ　＝Ｊｌ
＋、Ｊ２を持った剛性系として挙動する。従って、Ｊｔ
はタコメータの測定値から得られ、印加トルク又は圧力
の値は油圧アクチュエータから得られる。、Ｊ、、、Ｈ
□及びＩｖ、、Ｉに基き〜継手パラメータは、式（５）
　、（６）から得た以下の関係に従って計算できる： ｈｒ＋ Ｊｚ＝Ｊｔ　　、ｉｌ　　　　　　　　　（ｓｌＫ＋　
＝’Ｊ！　　ｋａ％　　　　　　　　　ｆ９）パラメー
タＪ１とに、が得られ、負荷慣性Ｊ２は異なった負荷と
マニピュレータ位置によって変化する。

例えば米国特許１に３，６６１．０５１の第１図に示し
たｔｌＮＩＭＡＴＥ　　（商標）２０００又は４０００
シリーズの装置等、大型のマニピュレータについて見る
と、トランク６０の垂直軸を中心としたブーム又はアー
ム組体５０の運動で規定される回転継手又は軸は、２度
のコンプライアンスつまり２個のスプリング部材を持つ
系に対応する。第１のスプリング部材は、ブーム又はア
ーム５０のトランク６０６二対する“肩”継手への接続
を表わす。第２のスプリング部材は、ブーム組体５０の
コンプライアンスを表わす。

米国特許Ｎｃｔ４，２７５，９８６に記載されその第２
７図に示された被制御軸又は継手を持つような外旋（ｒ
ｅｖｏｌｕｔｅ）継手マニピュレータ装置の場合、第２
のスプリング部材はエルボに位置する。

次に第２図を参照すると、第２図に示した３質量−２ス
プリング系の機械的モデルは、高デユーテイマニピュレ
ータの回転軸又は継手を表わしている。その電気等価回
路を第２ｂ図に示す。このモデルでは、減衰係数が無視
されている。

第２図のモデルは以下の関係で表わせるＴＴ　−Ｋ　、
　（θ１−θｚ）−Ｊ＋θ、　　　　　　　（１０）Ｋ
、（θ１−６２）−に２（θ２−θ３）−Ｊ２θ、　（
１１）Ｋ２（θ２−θｚ）＝Ｊｚθ３　　　　　　　　
　（１２）速度とトルクの間の伝達関数は次のように得
られる： Ｔ　（ｓ）　　　Ｊｔｓ（１＋ｓ”／ｗｒ＋”）（１＋
ｓ２／ｍｒｚ”）汐ｚ（ｓ）　’　　　（１＋ｓ”／ｗ
　＋１３”）但し　ＪＬ　−ＪＩ＋Ｊｚ＋、Ｊ３　　　
　　　’　（１６）ｗｒＩ２＝　１　／　２　（ｅ−Ｒ
７下）　　　’（１７）Ｗｒｙ”　＝　１　／　２　（
ｅ　＋　　５”ＴＴ　）　　　　（１８）ｗ、＋”　＝
　１　／　２　（ｇ　−ａＴ−１）　　　（２１）Ｗａ
２”　＝１／２　（ｇ十Ｊｉ］ｒ−＝−π）　　　（２
２）イ旦しＭａｔ＜Ｗｒｔ＜Ｍａｔ＜Ｗｒｚ　＋　Ｍａ
ｔ＜Ｗａ３＜Ｗａ２ａＵＮＩＭＡＴＥ（商標）２０００
シリーズマニピユレータの例において、各パラメータは
次のように定義される： Ｊ、　　　ｌ−ランクの慣性 δ１　　トランクの速度 Ｊ２　ブームの慣性 δ２　ブーム速度 Ｊ、　手又は負荷（外側アーム）の慣性０３　手又は負
荷（外側アーム）の速度通常、パラメータは未知であり
、幾何形状から計算するのがかなり困難なため、アクチ
ュエータをサイン波状の入力トルクにより異なった周波
数で駆動し、タコメータによりθ、を記録し、加速度計
からの積算でｂｔと６３を記録する上記のような周波数
解析法が用いられる。又、Ｗ１１＋５例！２．ｌ’１ｍ
３＋Ｗｒｌ＋Ｗｒ２は、振巾及び位相対周波数のプロッ
トから求められる。従って、合計慣性は上述した低周波
数法から得られる。パラメータＪＬ　ｒ　　ｌ１ａｌ＋
病、３．何。、及び料２により、残りの継手ラメータは
、次の関係に従って近似的に求めることができる： ａ、ｂ、ｃ及びｄを次式で各々定義する二ａ　”Ｗａ３
”　、＝　Ｋ　ｚ　／　Ｊ　２　　　　　　（２６）こ
れらの変数を代入すると、各パラメータは次のように得
られる： Ｊ　、　＝　−Ｊ　Ｌ（３０） Ｊ　３＝　Ｊ　ｔ〜Ｊｔ　　Ｊｔ　　　　　　　　（３
２）Ｋ　＝　−Ｊｔ（３３） Ｋｔ　＝　ａ　Ｊ２（３４） 上記の関係から、全てのマニピュレータ構造について、
Ｊ、、Ｊ２．に、が定数であり、Ｊ３が負荷に依存する
変数であることが理解できよう。又、Ｋ２は、外旋継手
アームの場合定数であり、米国特許血３．６６ＬＯ５１
に示されたような伸張可能部を含むアーム又はブーム組
体を備えたマニピュレータの場合変数である。

上記のモデル、等価回路及び関連パラメータによれば、
ｄ、がマニピュレータトランクからの位置エンコーダの
微分の形で又はタコメータからのサーボループフィード
ハック信号として検出されるような継手速度制御サーボ
ループの場合、非共鳴周波数６１が制限因子と認められ
る。

例えば第３図を参照すると、サイン波状の入力トルクを
トランク駆動用の回転アクチュエータに加えた結果帯ら
れる各パラメータδ１．δ２及びθ３の振巾の周波数に
対するプロントは、例示のマニピュレータ構成の場合、
ＨｅＩが約４Ｈｚであることを示している。

従って、マニピュレータの回転軸が速度フィードバック
信号θ１を持つ通常の継手サーボ系で制御されると、速
度ループのバンド中は約２１１２に制限され、位置ルー
プのバンド中は約１．２　Ｈｚに制限される。

米国特許Ｌ４，３６２，９７８に記されたようなトルク
に関するフィードバックを含むトルク命令ループを用い
たサーボ制御では、トルクつまり力のループで７〜８翫
のバンド中が可能である。しかし、θ、として測定され
るトランク速度は碑１、では＼０に下降し、従って、大
きなエラー信号が生ずる。これは、１゜の率で比較的小
さい振巾の速度命令に応じ、アーム又はブームが大きく
変位するという結果をもたらす。

つまり、トランクが効果的に停止する一方、ブーム／ア
ーム複合部は、サーボループ制御と独立して移動する。

こうした状況は、サーボループの設計が一１１値以下の
比較的低い値に制限される結果を生み、θ、でトランク
から見た負荷のコンブライアント性によって生じる。

マニピュレータの制御を向上する１つの可能性は、機械
的設計を改善し、トランクとアーム／ブーム組体間の継
手にスチフネスのより高いスプリング部材を設けること
にある。しかし、機械的構造を最適化しても、比較的低
い周波数では、同様の制限状況が尚存在する。

第３図の０２とδ３のプロットを検討すると、最も高い
サーボループバンド中が可能である速度を検知するのに
最良であるマニピュレータの構造上の地点は、ブーム／
アーム組体の外側における負荷の速度θ、であることが
分る。これは、ｄ３をフィードバック信号として用いた
サーボループのバンド中ははるかに高くなり、制御する
のに望ましい実際の地点での情報を与えることから、真
実である。これが理論上理想的としても、δ３を計算又
は測定するのは極めて難しく、実用的でない。又、ｄｚ
もサーボループのバンド中上良好なフィードバック信号
を与えるが、この信号も同じく計算又は測定するのが難
しい。例えば、フィードバック信号としてθ２を用いる
と、速度ループについて４〜５　Ｊｌｚのバンド中が可
能であり、これは、フィードバック信号としてθ。

を用いた速度ループにおけるリミットの少くとも２倍で
ある。

本発明によれば、例えば、フィードバック信号θ２が、
θ】のフィードバック信号と、油圧アクチュエータ用の
回転アクチュエータに加えられるトルク又は力あるいは
電気作動アクチュエータ用の駆動モータに加えられる電
流と、を用いて、マニピュレータ構造のモデルから合成
される。これにより、コンブライアント部材の前方にお
けるフィードバック測定から、コンブライアント部材の
後方におけるマニピュレータアームの外側地点の速度と
位置を定義可能となる。このようにして速度サーボルー
プのバンド中は、θ８のフィードバック信号を利用しな
がらも匈、、の周波数点を越えて延長できる。

第２図に示したような３質量−２スプリング系を含む高
デユーテイ、高ペイロードのマニピュレータアームモデ
ルの場合、多くの実用用途では、トランク頂部のスプリ
ングに、（肩継手）の方がはるかに軟かく、従って、ブ
ーム組体のコンプライアンスを表わすスプリングに２よ
り大巾に低いパラメータ値を持つ。従って、Ｋ２はに、
よりはるかに大きく無限大に等しく設定でき、このため
、構造モデル又はサーボ制御系の挙動あるいは解析に有
意な影響を及ぼさないので無視できる。

すなわち、説明の便宜上、本発明の高デユーテイマニピ
ュレータへの適用を説明するのに、２質量−１スプリン
グモデルを用いる。これは、モデルが小型マニピュレー
タへの適用の場合゛と同じなので便利である。しかし、
例示として用いる特殊のモデルは、いかなる意味におい
ても本発明の概念又は応用を制限するものと解されるべ
きでない。

こへで、再び第１図を参照すると、このモデルと等価回
路は、第２図に示した高デユーテイマニピュレータモデ
ルの近似であり、第１図のＪ２は、第２図の複合慣性Ｊ
ｔ　＝Ｊ２＋Ｊ３に等しくこれを表わしている。

第１ｂ図から次の式が得られる： θ２−θ、−θ。　　　　　　　　　（３５）但し、Ｏ
Ｋｌはスプリング部材に、の速度である。

θ１がエンコーダからの検知位置であり、θ、がタコメ
ータからの検知速度ならば、信金を合成するのに０２．
θ８１が得られなければつまり解かれなげれ゛ばならな
い。第１ｂ図の等価回路から、”’に＋は次式で定義さ
れる： 信号０は、合成近似解を表わすのに使われている。

式（３６）のθＸ１を式（３５）に代入すると：ＵＮＩ
ＭＡＴＥ（商標）２０００及び４０００型マニピユレー
タのようなほとんど大型マニピュレータにおける回転軸
の例でのどと（Ｊ、＜＜Ｊｔなら、θ２は弐（３７）か
ら次のように書き直せ、あらゆる実用目的に使用可能な
推定値を与える良好な近似が得られる二に＋ 位置θ２を考えると、位置θ２は第１図から次のように
表わせる。： θ２−θ】−θｘＩ’　　（３９） θ。は式（３６）を積分して次式で表わせる：再び、Ｊ
、＜＜Ｋ、ならばθ２は式（３９）　、　（４，０）か
ら次式で表わせる： θ２−θ、　−Ｔ／に、　　　　　　　　　（４１）本
発明の重要な特徴によると、式（３８）、　（４１）で
表わされるフィードバック信号は、コンブライアント構
造の前方におけるトランクの位置θ、と速度θ。

及び印加トルクＴに基いて、コンブライアント肩構造を
越えた後方のブー云速度及び位置を表わす位置及び速度
のフィードバック信号を提供するのに使われる；つまり
、負荷のモデル化と、コンブライアント構造より前方で
あって駆動点により近いところで検知されたフィードバ
ック信号と、から得られる合成フィードバック信号θ２
、θ２は改良されたバンド巾のサーボ制御ループを与え
るのに使われる。

上記では例示を目的として１度のコンブライアント運動
の一例を解いて合成フィードバック信号を得たが、勿論
本発明はそれより高いオーダ一つまり度のコンブライア
ント運動を解くのにも適用できる。但し勿論、そのよう
な高度のコンブライアント運動は、実用に適した近似を
与えるのがもっと複雑になり、又後に詳述するようなフ
ィードバック信号を合成化するためのサーボ制御系にお
ける手段もより複雑になる。

次に第４図を参照すると、ＵＮＩＭＡＴＥ　　（商標）
２０００又は４０００型マニピユレータのような高デユ
ーテイマニピュレータの回転軸という特殊な例における
対象のパラメータと点が模式的に示しである。前述のご
とく、第１図の単純化モデルはに２の貢献を無視し、第
１図のＪ２としてＪ２とＪ、の合計慣性を含む。更に、
外旋マニピュレータ用のパラメータが第５図に模式的に
示しである。

例示として第６図を参照しながら、本発明をＵＮＩＭＡ
ＴＥ　２０００マニピユレータの回転軸に実施する場合
を考えると、ブロック図を表わすのｂこ油圧−アクチュ
エータと油圧系が評価がされる。第６図すこ示した各パ
ラメータは、次のように定義される： Ｖ、　、Ｖ２　二送り及び戻り室の容積、ｉｎ”。

Ｑ＋　、Ｇ２　　：送り及び戻り流量、ｉｎ３／ｓｅｅ
。

ｐ、、ｐｚ　　＝送り及び戻り圧力、ｐＳｉ　。

Ａｐ　ニ　　　ピストン面積、ｉｎ２゜Ｘｐ　：　　　
ピストン変位、ｉｎ。

Ｒ：　　　トランクギヤ半径、ｉｎ。

θ　：　　　　トランク回転角、ｒａｄｉａｎ。

Ｆ　：　　　線形力、ｐｏｕｎｄ　。

Ｔ　：　　　回転力、ｉｎ−／ｂ。

油圧アクチュエータ系を定義するには、次の関係が役に
立つ： ＡＰＬ＝ＰＩ　　Ｐｇ ｄｔ　　　　　　　　ｅ　　　　　ｄｔＱ＋Ｑｚ Ｖ　ｒ　　＝　Ｖｏ　　＋　Ａｐ　　ＸｐＶ２＝Ｖ０＋
ＡＩｌ　ｘｐ Ｖｔ、＝　ＶＨ＋　Ｖｚ　　２Ｖ６ 但し、β８＝アクチユエータ系の有効体積率、ｐｓｉＶ
ｏ−各室の初期容積、ｉｎ３ ■ｔ＝画室の合計含有容量、１ｎ３ ＱＬ＝負荷流量、ｉｎ”　／ｓｅｃ。

そして上記の関係から： ２βｅ　　　　ｄｔ　　　　ｄｔ ｄｔ　　　　　　ｄｔ　　　　　　　ｄｔｄ／ｄｔ　　
　　Ｐｓ　　＝　　０ 但しＰｓは一定の供給圧力であるから：ＱＬ　　＝　Ａ
　　Ｘ　、　　＋　Ｖ　Ｊ４ｅ　　ｃｌＰｔ／ｄｔ又女
ｐ＝ＲｆＪであるから、 ＱＬ　＝ＡＲδ＋Ｖ、／４　　ｄＰｔ／ｄｔ　　　（４
２）力Ｆ、、トルクＴ及び負荷圧力ＡＰＬの関係は：Ｆ
　”＝　Ａ　Ｐ　ｔ　　及びＴ　＝　Ａ　ＲＰ　Ｌ（４
３）ＵＮＩｌ’１ＡＴＥ　２０００の回転軸では、Ａ＝
４．９１ｉｎ”、Ｒ＝４．５ｉｎ、　Ｖｔ　＝１−３０
ｉｎ”　、β、＝２Ｘ１０６ｐｓｉである。しかし、流
れ中にトラップされた空気のため、β８はもっと低い値
になる。

ＭＯＯＧ型ＡＯ７，６Ｘ’７７５線形サーボ弁が制御さ
れて送り及び流量Ｑ４、Ｑｔを与える特別な例では、サ
ーボ弁への駆動電流Ｉ　（単位ｍＡ）と出力流１Ｑｔ（
単位ｉｎ’　／ｓｅｃ　）の間の伝達関数はニ一般に、
δと印加トルクＴの間の関係は次の通り：Ｔ（ｓ）　　
　’　　　Ｊｔｓ 但し、Ｊｔは、トランクギヤの中心に対する継手の合計
慣性であり、Ｇｚ（ｓ）はグイナミソク負荷を表わす。

負荷がｎ個のスプリングを持つ場合、Ｇ２（Ｓ）は次式
゛で表わせる： 式（４２）〜（４５）から、回転アクチュエータ系のブ
ロック図は、第７図のように表わすことができる。又、
トランクの速度と流量の間の伝達関数は次式で表わせる
： （Ｇｔ（ｓ、）、　） δ（ｓ）　　　　　＾Ｒ ＱＬ（Ｓ）　　　Ｓ”／ｓｅ、”　＋ＧＬ（ｓ）但し であり、Ｗｌ、は油圧の非減衰固有周波数。

又、ＰＬとＱＬＯ間の関係は次のように表わせる：従っ
て、第７図の油圧系ブロック図は第８図のフロック図に
縮約できる。

１１ＮＩＭＡＴＥ　２０００の回転軸に関するパラメー
タについては、測定と解析から下記の値が得られた：肩
前方の慣性：　Ｊ　＋　＝　９０　１ｎ−１ｂ−ｓｅｃ
”手の慣性：ブームイン：　Ｊｈ＝＝　５３０　１ｎ−
１ｂ−ｓｅｃ” ブームアウト：　Ｊｂｏ＝２１００　１ｎｌｂ−ｓｅｃ
” 鋳物の慣性：　Ｊｃ＝Ｊｔｉ−Ｊ、−Ｊ□、、＝　３６
０ｉｎ　−１ｂ　−ｓｅｃ” 負荷の慣性；ブームイン：Ｊい＝２７０ｉｎ−１ｂ−ｓ
ｅｅ” ブームアウト：ＪＬ、＝１０５０ ｉｎｌｂ−ｓｅｃ” Ｋ　＋　＝　５−　Ｉ　Ｘ　１０　’　１ｎ−１ｂ／ｒ
ａｄ。

但し、Ｊｌ、−合計慣性であり、使用負荷は６５１ｂで
あり、Ｊｃ十Ｊｌ、＝Ｊｚである。

上記の値は、本発明の実施及びその例示にとって有用だ
が、モデル化パラメータは、実際のマニピュレータの近
似に過ぎないことに留意されたい。

つまり、以上の解析は、本発明を実施するのに充分な精
度の値を与えるのに有用だが、マニピュレータはその構
造中りこ他のスプリング部材も含んでいるので、近似モ
デルと見なされるべきである。

共鳴及び非共鳴周波数も測定され、非共鳴周波数につい
ては負荷から無負荷状態でｆａＡ＝１０〜１２Ｈｚ、共
鳴周波数については３９〜４０Ｈｚの近似値が得られた
。解析時には、１０〜２０Ｈｚの範囲の他の低い共鳴周
波数が評価され、ベースの強化、ブームの延長、ロッド
の補強等を含む構造上の各種変化によって、周波数が高
められか、あるいは取り除かれた。

本発明で用いる回転軸の制御系は、圧力（トルク又は力
）ループ、速度ループ、及び位置ループを含む。この一
般的構成の説明は、米国特許隘４．３６２．９７８に記
してあり、同特許の第３図に示しである。

まず、圧力又はカループについて見ると、電流サーボ弁
増巾器への電圧で駆動される広いバンド中（７）　ＭＯ
ＯＧ型弁ＭＯＯＧ　Ａ　０７６　Ｘ　７７５が、この用
途番二適している。サーボ増巾器のゲインが１ｖであり
２８．３７ｍＡの駆動電流を与える本構成において、式
（４４）は次のように書き直せる。：但し、Ｖ５は駆動
電圧である。

再び第６図を参照すると、信号Ｐｔ＝Ｐ＋　　Ｐｔを与
えるのに差圧増巾器が使われる。又ＰＩ、Ｐｔを測定し
、ｐｓＬを差圧増巾器への入力用電圧に変換するために
、圧力変換器が配置されている。特定の実施例では、圧
力変換器の感度と偏差に応じ、偏差の調整及び平衡化ポ
テンショメータが設けられ、圧力フィードバック信号を
平衡化する。２重の積分を用い、低周波数に右ける負荷
を変化させる応答をより一定化させてもよい。更に、圧
力ループ用の補償器が設けられ、下記の伝達関数による
ゲインと位相シフトについて所望の周波数応答を確実と
する： 約６Ｈｚのバンド中を持つ速度ループ、及び約３Ｈｚの
バンド中を持つ位置ループに対応した制御系全体の適切
な応答には、２０）Ｌｚの圧力ループバンド中が望まし
い。こうして得られた閉圧力ループを、第９図のブロッ
ク図に示す。

次に、１次の非共鳴周波数が６Ｈｚで複合負荷を駆動す
る速度ループとして、最大３）Ｌｘのバンド中が一般的
である例について考える。つまり、本発明の解読コンブ
ライアント運動制御による速度ループで、最小６Ｈｚの
バンド中を与える例を説明する。第１０図を参照すると
、速度ループのプロ・り図が、式（３８）の関係に従９
て８２を合成する構成を示している。又、θ、と圧力へ
ＰＬのそれぞれでタコメータからのフィードバック信号
中における高周波ノイズを濾波して取除くため、ループ
フィルタ１００．１０２が加えである。従って、負荷モ
デルのパラメータ及び測定値ΔＰＬ、ＰＬ、及びｄ、か
ら合成されるブーム又はマニピュレータアームのシミュ
レート化制御速度は、次式で与えられ゛る。

但し、Ｋ、　＝に、　／にイ、■（□はΔＰＬを０１と
関連させる換算係数である。この特定例では、Ｋｇ＝１
１５７゜ 次に第１１図を参照すると、閉速度ループのブロック図
全体が示しである。図中、プログラマブル慣性ブロック
Ｋｖが慣性に従って変化する；慣性の計量化及びプログ
ラマブルな計量化の詳細については、米国特許Ｎ１４．
３６２．９７８と１９８３年３月２５日付のＭ、　Ｊ、
　Ｄｕｎｎｅによる米国特許出願Ｔｈ４７８，６４６　
、とを参照。共鳴及び／又は調和ノイズが生ずる場合に
は、速度ループの正方向伝達関数中に能動ノツチフィル
タを設ける。この構成によると、複合合成フィードバッ
ク信号が、トランク速度ｌ、の１次非共鳴周波数で応答
を与える。

次に、式（４１）セ表わされる本発明に基く位置ループ
を考えると、位置補償ゲイン段Ｋｐを含む全体の回転軸
制御系が第１２図に示しである。

一部のマニピュレ〜り装置では、位置エンコーダ信号が
低い共鳴周波数を含み、これは、例えば駆動ギヤ列に接
続されたスチフネスの高いエンコーダ駆動チェーンを設
けることで、高められる。

速度ループの正方向ゲインでフィルタを必要とする別の
用途及びマニピュレータアーム位置では、解読コンブラ
イアント運動制御の閉位置ループは、位置ループの性能
を改善しないか、又は、θ１がらの位置フィードバック
信号と比べ応答性能をわずかに劣化させる。これは、速
度フィルタによる低ゲイン限界の結果である。こうした
マニピュレータ構造の場合、１１０に現われる位置フィ
ードバック信号は、第１２図の制御系から排除され、位
置ループに対する閉ループの解読コンプライ、アンド運
動制御を取除く。勿論、θ、の位置フィードバックがそ
のまま保持される。又、閉ループの解読コンブライアン
ト運動制御を使わない特定の実施例では、圧力−加速命
令に暴く供給正方向ブロック１２０を用いた開ループの
形で、位置ループに対する解読コンブライアント運動１
１ｍが行われる。

更に、マニピュレータ構造のスチフネルを強めて最低非
共鳴周波数の発止を高めたり、もっと複雑で正確な系モ
デルを用い、本発明の実施例で得られるものより更にサ
ーボ応答を改善することもできる。

しかし、閉位置ループの解読コンブライアント運動制御
を含まない速度ループの解読コンブラにアント運動制御
を用い、速度ループだけが位置ループと独立に変更され
ていても、解読コンブライアント運動制御はサーボルー
プの応答を改善できる。尚、例示を目的として回転軸用
の制御系について検討したが、本発明の解読コンブライ
アント運動制御の原理は、垂直軸等信のマニピュレータ
軸にも適用できる。垂直軸に実施する場合、モデルのし
々ラメータは、負荷、前進−後退軸及び上下軸の位Ｗに
よって変化する。

次に第１３図を参照すると、本発明の解読コンブライア
ント運動制御を用いた第１２図のサーボ制御系のデジタ
ル式実施例が示しである。プログラマブル慣性ブロック
１３０．１３２が、加速−圧力ループと速度ループ中に
それぞれ設けられ、米国特許Ｎ１４．３６２．９７８及
び前出の米国特許出願陽４７８．６４６で論じられてい
るような慣性計量化の原理に基き、慣性／重力プロセッ
サ段１３４によって、制御される。慣性／重力プロセッ
サ段１３４は、その入力として、マニピュレータの各軸
に関する継手位置を受取る。

本発明の更に重要な特徴によれば、マニピュレータの制
御系が、第１４図の２００で示した制御減速特性を備え
ている。マニピュレータ運動（Ｄ位置、速度、及び加速
の概括的例示については、ＬＩＮＩＭＡＴＩＯＮ社製１
１ＮＩＭＡＴＥ　（商標）２０００及びＰＩＩＭＡ　（
商ｌｌ）型マニピュレータのＶＡＬ　（商標）コントロ
ーラプログラミングマニュアルと制御系、更に米国特許
ＦｋＬ４，３３８，６７２の第２〜６図及び第９〜１１
図を参照のこと。

マニピュレータアームの減速用である本発明の制御減速
特性は、特に、コンブライアント構造が存在する場合に
有用である。減速特性は、対象運動間の減速度を滑らか
且つ一様に減少させ、コンブライアント部材によって７
ニピユレータ内に貯えられたエネルギーのほとんどを消
散するのに有効である。コンブライアント部材中に貯え
られたエネルギーの消散は、マニピュレータアームが目
標地点へ達する前に、マニピュレータアームがスポット
溶接を行うため停止する運動の終りで、あるいは、各種
作業サイクル工程のプログラムされた運動中に方向及び
／又は速度を変えながら移動している間に生ずる。＠？
ｌｌ減速特性は、特に、解読コンブライアント運動制御
と組合せて系の性能を更に改善し、運動の終りで迅速な
アームの安定化を与えるのに有用であり、解読コンブラ
イアント運動制御から目標地点に至るまでのサーボ応答
時間を改善できるという利点を持つ。

第１４図に示した全体のマニピュレータ運動は、第１４
ａ図の速度対時間のプロットつまりグラフと、第１４ｂ
図の加速度対時間のプロットつまりグラフと、を含んで
いる。第１４３．１４ｂ図のグラフは、時間間隔Ｔ１の
一定な加速部分２０２と時間間隔Ｔ２の一定な減速部分
゛２０４とを有する。第１４図は、継手座標系の各軸に
おけるマニピュレータアームの一定な加速と減速により
、空間中の２つの所望地点間を、マニピュレータに与え
られたグイナミソク特性、例えば最大加速及び減速パラ
メータによる最小の時間で、マニピュレータアームが移
動可能であるようないわゆる短距離移動を示している。

もっと長い移動の場合には、第１４図のグラフの加速及
び減速画部分２０２．２０４の間に、最大ｖ等所定速度
の一定な速度部分が加えられる。

本発明の重要な特徴によれば、高い一定度の減速部分２
０４の終りに、時間Ｔ３の間だけ、制御減速特性２００
が加えられる。本発明の特定例では、第１４ｂ図に見ら
れるよう番こ、特性２００が線形に減少する減速である
。この時間Ｔ３中に、系の各種コンブライアント部材の
偏向が線形的にゼｔｌｌＪｌ１ｍされ、マニピュレータ
アームは摂動を生じずに停止する：つまり、構造のコン
プライアンスを表わすスプリング部材がＴ３中に解放さ
れる。構造内のコンブライアント部材は、例えば、第１
．２図の構造モデルでに＋　、Ｋｚ等のスプリングによ
り示しである。

勿論、２００のような制ｍ加遠／減速特性は、Ｔ、の開
始時及びＴ、〜Ｔ２間で行うこともできる。しかし、こ
れらの時間中に生ずる位置及び速度のエラーは、サーボ
制御系が減速部分２００へ至る前にそうしたエラーを修
正してしまうので、通常重要でない。一方、マニピュレ
ータアームが停止しようとするときの部分２０４の終り
における特性２００は、そこで作業が行われたり、安定
化が必要なら時間が遇されたりするのが普通なため、重
要である。勿論、運動の終りが作業時間の安定化に重要
でなかったり、作業が実施されないようなら、特性２０
０を省略できる。

第１４ａ、ｂ図から明らかなように、運動は通常アーム
を時刻２０６で停止させ、特性２００に必要な追加の時
間はΔｔで示しである。しかし、停止後の安定化時間が
△ｔより長いときはいつも、特性２００により、全体の
作業サイクル時間が減少される；つまり、時刻２０６で
停止したアームは、△ｔより大きい追加の安定化時間を
必要とするからである。

第１．２図の構造モデルと電気等価凹成を用いた場合、
第１４図の時間Ｔ、にわたりθ＝一定の制ｍ減速特性を
使用すると、アームの“鳴り共鳴”を取除き、目標位置
に達したときの安定化時間を減少させる。全ての運動及
び位置エネルギーが目標地点でゼロに制御されれば、鳴
り共鳴と安定化時間は減少でき避けられる。構造上のこ
のことは、ＪＩ、Ｊｔ、Ｊ、の速度ができるだけゼロに
接近すべきことを意味する。同じく、スプリング部材に
１、Ｋ２のｉりもできるだけ小さくすべきである。

第１図の単純化モデルについてまず見ると、Ｊ２）ＪＴ
であり、それゆえＥｌはＥ２にはソ等しい。

Ｔ３の間、線形状にゼロへ傾斜するようにＥｌを制御す
ると、スプリングに、ｌの一定の放電率は（］／に＋　
）ｄＥ＋　／　ｒａｔに等しくなる。この放電電流が、
θ２を命令し制孤する解読コンブライアント運動制御の
速度制御ループによって、Ｊｌに“差し向け”られる。

時間間隔Ｔ３の終了時、１／に、中に電荷が残っていす
、スプリングに重は完全に弛緩している。同時に、Ｊ２
に残留速度は存在せず、従ってＪ２の運動エネルギーは
ゼロに等しい。この結果、Ｊ、の運動エネルギーは極く
わずかであって、はとんど又は全く影響を及ぼさない。

アームは、合２−０２命令、分、＝ｔｊ２命令＝０で停
止する。こ＼で得られる利点は、Ｊ。

に残留速度が残っていることである；例えば、ブームア
ウトであり、回転全負荷のＵＮＩＭＡＴＥ　２０００ロ
ボツトの場合、Ｊ、はＪ２の約１／４ｏの慣性値を持つ
。従って、鳴り共鳴エラーのエネルギーポテンシャルは
、解読コンブライアント運動制御を含まない従来の場合
より３９／４０だけ減少する。ｊｌでなくδ２をｆｌＩ
ｌｌａｌすることによって、Ｊ。

の代すルこＪ、Ｌこ放電電流が残される場合に存在する
わずかな残留運動エネルギーのため、Ｊ２の運動エネル
ギーは、Ｔ３の終了時にゼロＬこ制御され　　　′る。

これは、解読コンブライアント運動制御が目標地点に至
ったときの運動エネルギーを最少ＩＩＩ　化することで
優れた応答をいかに与えるかを明瞭ムこ示している。

次に、スプリングに、、に２を含む第２ｂ図の３質量−
２スプリングモデルｂ二ついて見ると、単純化した解読
コンブライアント運動の制御回路が、残留エネルギーを
、第１図のモデルｂこ関して得た程度に減じることが理
解されよう。一方、時間間隔Ｔ３のスタート時の系中の
ポテンシャルエネルギーは、はとんどに、中に存在し、
このエネルギーは前述と同様に扱われるので、効果の減
少は小さい；　（シリーズ２０００のマニピュレータア
ームの場合、Ｋ、のポテンシャルエネルギーは通常に２
の７倍）。Ｋ２中のポテンシャルエネルギーは、制御減
速特性期間Ｔ３の結果として、制御系から主に消散され
る。しがし、乞でなくｌ５ｉｚを制御しているので、乞
の残留値は、　１　／　Ｋ　ｚ（ａ／ｄｔ　）（ＥｇＫ
（ｔ）　）であり、これは、期間Ｔ。

ｂこわたり一定のスプリング解放速度（１９２Ｋ）をマ
イナスすることに対応する。ある１つの運動例で、Ｋ２
のポテンシャルエネルギーは、８．４４ｉｎ−１ｂｓと
計算され、期間Ｔ３の終了時、Ｋ２のポテンシャルエネ
ルギーは、はソ′ゼロルこ減少する。

但し、Ｔ３中には０．２３６４１ｎ−１ｂｓに等しいわ
ずかな残留運動エネルギーが残る。このように、Ｋ２の
貯蔵エネルギーの９７％は除去され、３％だけをＪ３の
運動エネルギーとして残す。このわずかな残留運動エネ
ルギーが、長さ１２０　″のアームブームの先端に約士
（ＬＯ１３“の減衰ピーク回転偏向のパ鳴り共鳴°を生
じるが、この程度の外乱は、はとんどの用途で許容可能
である。

要するに、期間Ｔ３中における制御減速期間と、解読コ
ンブライアント運動制御と、の組合せ効果が、目標地点
における鳴り共鳴の大部分を除去する。制御減速期間を
設けることシこより、スプリングに、とに２は滑らかに
解放し、（、−１／に、）（ｄ　／ｄｔ　）（Ｅ、ｘ　
（ｔ））に等しい残留速度をＪ、に残すと共に、（−１
／Ｋｇ　）（ｄ　／ｄｔ　）（Ｅ２Ｋ（ｔ）　）に等し
い残留速度をＪ、に残す。期間Ｔ３が長くなるほど、残
留速度は少くなり、マニピュレータアーム系中の最終運
動エネルギーは低くなる。解読コンブライアント運動制
御法は企２を制御するように作用し、この結果、より大
きい一定のδ□放電速度を、はるかに慣性が大きい（、
ｙ２　→−Ｊｌ）路の代りにＪｌに“差向け”、それゆ
え、解読コンブライアント運動制御を行わない場合の残
留運動エネルギーの１／４０’こはヌ等しいＪｌ／（Ｊ
２＋Ｊ、）のファクターに残留運動エネルギーを減少さ
せる。

以上本発明の各種実施例を図示し説明したが、様々な変
形及び変更が当業者にとって可能なのは明らかであろう
。特許請求の範囲は、本発明の主旨及び範囲に入るそれ
らの変形及び変更を全て包含するものである。

【図面の簡単な説明】

第１ａ、ｌｂ図は、マニピュレータ装置の第１態様の機
械的モデルと電気等価回路とをそれぞれ示す図； 第２ａ、２ｂ図は、マニピュレータ装置の第２態様の機
械的モデルと電気等価回路とをそれぞれ示す図； 第３図は、マニピュレータの構造モデルのフィードバッ
ク速度対入力駆動周波数のグラフを、構造中の各種異っ
た地点について示した図；第４．５図は、２つの各マニ
ピュレータの２つの構造モデルの模式図； 第６図は、マニピュレータの油圧アクチュエータ系の概
略図； 第７．８図は、第６図の油圧系の伝達関数を表わすブロ
ック図； 第９図は、マニピュレータの油圧アクチュエータの圧力
又はトルクループ用閉ループ制御系のブロック図； 第１０図は、本発明の原理に基く速度ループ用のフィー
ドバック合成ネットワークの概略回路図；第１１図は、
本発明に基くマニピュレータ用の閉速度ループ制御系の
ブロック図； 第１２図は、本発明の原理に基く制御系のブロック図； 第１３図は本発明の原理に基くデジタル制御系のブロッ
ク図： 第１４８．１４ｂ図は、速度分布及び対応する加速度分
布のグラフ図であり、本発明の制御系用の制？１１減速
特性をそれぞれ示すグラフ図である。 Ｋ、、に、　　・・・コンプライアンス、第１１図の１
／、９７７・−・フィードバック信号（ｊ、）発生手段
、第１１図の１／２００・・・駆動信号（△ＰＬ）発生
手段、第１０図の回路・・・合成△ フィードバック信号（θ２）発生手段。 ′“″　ＦＩＧ、　１ ＦＩＧ、　７ ＦＩＧ、　１１ 手続補正書 特許庁長官　宇　賀　道　部　殿 １、事件の表示　　昭和６０年特許願第１２２３５９号
２、発明の名称　　マニピュレータの制御方法及び装置
３、補正をする者 事件との関係　　　出願人 名称　　　ユニメイション　インコルボレーテッド４、
代　理　人 （２、特許請求の範囲を別紙のとおり訂正する。 特許請求の範囲 〔１）　　マニピュレータアームと、該アームを複数の
軸について移動させる駆動手段と、を有するマニピュレ
ータを制御する方法であって、前記アームは支持構造を
有し、。 該支持構造は、前記軸のうち少なくとも１つの軸におい
て、前記アームの外側端部と、前記１つの軸についての
駆動手段と二の間に、コンプライアンスを含んでいる制
御方法において、所定位置に移動する間に、前記１つの
軸について少なくとも前記アームの所望速度を示すコマ
ンド信号を発生するステップと、 前記１つの軸について、前記コンプライアンスと、前記
１つの軸についての前記駆動手段と、の間の点で、前記
マニピュレータアームの実際の速度に対応する速度フィ
ードバック信号を発生するステップと、 前記１つの軸について前記アームの移動する間に、前記
コンプライアンスで損失された速度の成分に対応する量
を発生するステップと、前記実際の速度フィードバック
信号及び前記損失速度量を利用して、前記１つの軸につ
いて、前記コンプライアンスと、前記アームの外側端部
と、の間で、前記アームの実際の速度を示す合成速度フ
ィードバック信号を与えるステップと、 前記コマンド信号及び前記合成速度フィードバック信号
に従って、前記１つの軸について、前記マニピュレータ
アームの移動を制御するステップと、 を含む制御方法。 （２）前記合成速度フィードバック信号は、δ、−１／
に、（ｄ／ｄｔ）（Ｔ）に等しく、この式において、δ
１　は前記実際の速度フィードバック信号であり、ＫＩ
　は前記コンプライアンスのスプリング率であり、Ｔは
前記１つの軸について前記駆動手段により発生されるト
ルクである特許請求の範囲（１）の制御方法。 （３）前記コマンド信号は、前記アームが移動されるべ
き所望位置を示す成分を含んでおり、前記１つの軸につ
いて、前記コンプライアンスと、前記１つの軸について
の前記駆動手段と、の間の点で、前記アームの実際の位
置に対応する位置フィードバック信号を発生するステッ
プと、 前記１つの軸について前記アームの移動する間に、前記
コンプライアンスで損失された位置の成分に対応する量
を発生するステップと、前記実際の位置フィードバック
信号及び前記損失位置量を利用して、前記１つの軸につ
いて、前記コンプライアンスと、前記アームの外側端部
と、の間で、前記アームの実際の位置を示す合成位置フ
ィードバック信号を与えるステップと、 前記コマンド信号の前記位置成分及び前記合成位置フィ
ードバック信号に従って、前記１つの軸について、前記
マニピュレータアームの移動を制御するステップと、 を含む特許請求の範囲（１）の制御方法。 （４）　前記合成位置フィードバック信号は、θ、−Ｔ
／に、　　に等しく、この式において、θ１　は前記実
際の位置フィードバック信号であり、Ｋ。 は前記コンプライアンスのスプリング率であり、Ｔは前
記１つの軸について前記駆動手段により発生されるトル
クである特許請求の範囲（３）の制御方法。 （５）　　前記コマンド信号は、アームが前記所定位置
に近づくときに、制御される減速特性部を含み、アーム
が前記所定位置に到達する以前に、前記コンプライアン
スに蓄積されたエネルギの多くが消散されるようになっ
ている特許請求の範囲（１）の制御方法。 （６）前記制御される減速特性は、前記アームが、一定
の減速率で減少するようにする特許請求の範囲（５）の
制御方法。 （７）前記コマンド信号は、前記所定位置に移動する間
に、前記１つの軸について前記アームの速度における所
望変化を示す速度プロフィールを含む特許請求の範囲（
１）の制御方法。 （８）前記速度プロフィールは、アームが前記所定位置
に近づくときに、制御される減速部を含み、アームが前
記所定位置に到達する以前に、前記コンプライアンスに
蓄積されたエネルギの多くが消散されるようになってい
る特許請求の範囲（７）の制御方法。 （９）前記制御される減速部は、前記アームが前記所定
位置に近づくときに、前記アームの減速率に、線形減少
を生じさせる特許請求の範囲（８）の制御方法。 α＠　マニピュレータアームき、該アームを複数の軸に
ついて移動させる駆動手段と、を有するプログラム可能
なマニピュレータを制御する装置であって、 前記アームは支持構造を有し、 該支持構造は、前記軸のうち少なくとも１つの軸におい
て、前記アームの外側端部と、前記１つの軸についての
駆動手段と、の間に、コンプライアンスを含んでいる制
御装置において、前記１つの軸について、前記コンプラ
イアンスと、前記１つの軸についての前記駆動手段と、
の間の点で、前記マニピュレータアームの実際の速度に
対応する速度フィードバック信号を発生ずる手段と、 前記１つの軸について前記アームの移動する間に、前記
コンプライアンスで損失される前記実際の速度の部分を
示す量を発生する手段と、前記速度フィードバック信号
及び前記損失速度を示す前記量に応答して、前記１つの
軸について、前記コンプライアンスと、前記アームの外
側端部と、の間で、前記マニピュレータアームの速度を
示す合成速度フィードバック信号を発生する手段と、 を含む制御装置。 （１１）前記アームの移動の所望速度を示すコマンド信
号を与える手段と、 前記コマンド信号及び前記合成速度フィードバック信号
に応答して、前記駆動手段を制御するサーボループ手段
と、 を含む特許請求の範囲σＱの制御装置。 （１２）前記コマンド信号は、所定位置に移動する間に
、前記１つの軸について前記アームの速度における所望
変化を示す速度プロフィールを含む特許請求の範囲ｆｌ
ｌｌの制御装置。 （Ｉ３）　　前記速度プロフィールは、アームが前記所
定位置に近づくときに、制御される減速部を含み、前記
アームが前記所定位置に到達するときに、前記コンプラ
イアンスに蓄積されたエネルギの多くが消散されるよう
になっている特許請求の範囲（１２）の制御装置。 ｆ１４］　　前記速度プロフィールの前記制御される減
速部は、前記アームが前記所定位置に近づくときに、前
記アームの減速率に、線形減少を生じさせる特許請求の
範囲１１３）の制御装置。 （Ｉ！ｌｉｌ　　マニピュレータアームと、該アームを
複数の軸について移動させる駆動手段と、を有するプロ
グラム可能なマニピュレータを制御する装置であって、 前記アームは支持構造を有し、 該支持構造は、前記軸のうち少なく唐も１つの軸におい
て、前記アームの外側端部と、前記１つの軸についての
駆動手段と、の間に、コンプライアンスを含んでおり、 この支持構造は、前記コンプライアンスのために、比較
的低い１次の非共鳴周波数を有している制御装置におい
て、 前記１つの軸について、前記コンプライアンスと、前記
１つの軸についての前記駆動手段と、の間の点で、前記
マニピニレータアームの実際の速度に対応する速度フィ
ードバック信号を発生する手段と、 前記実際の速度フィードバック信号に応答して、前記１
つの軸について、前記コンプライアンスと、前記アーム
の外側端部と、の間で、前記アームの実際の速度を示す
量を発生する手段と、 入力コマンド信号に従って前記１つの軸について前記駆
動手段を制御し、前記量を合成速度フィードバック信号
として使用するサーボループ手段であって、このサーボ
ループ手段の帯域幅は、前記支持構造の前記１次の非共
鳴周波数よりも上に増加され得るようになっているサー
ボループ手段と、 を含む制御装置。 叫　前記１つの軸について前記駆動手段により生じたト
ルクに対応する駆動信号を発生する手段と、 前記実際の速度フィードバック信号と、前記量を生じる
前記駆動信号と、に共に応答する手段と、 を含む特許請求の範囲固の制御装置。 （１７）前記量は、ａｌ　−１／に＋（ｄ／ｄｔ）（Ｔ
）に等しく、この式において、δ１　は前記実際の速度
フィードバック信号であり、ＫＩ　は前記コンプライア
ンスのスプリング率であり、Ｔは前記１つの軸について
前記駆動手段により発生されるトルクである特許請求の
範囲叫の制御装置。 （１８）　　前記コマンド信号は、前記アームが移動さ
れるべき所望位置を示す成分を含んでおり、前記１つの
軸について、前記コンプライアンスと、前記１つの軸に
ついての前記駆動手段と、の間の点で、前記アームの実
際の位置に対応する位置フィードバック信号を発生する
手段と、前記実際の位置信号に応答して、前記１つの軸
について、前記コンプライアンスと、前記アームの外側
端部と、の間で、前記アームの実際の位置を示す他の量
を発生する手段と、゛前記サーボループ手段において前
記他の量を合成位置フィードバック信号として利用する
手段と、 を含む特許請求の範囲１１５１の制御装置。 （ＩＬ３　　前記他の量は、δ１　　Ｔ／に＋　　に等
しく、この式において、δ１　は前記実際の位置フィー
ドバック信号であり、Ｋｌ　　は前記コンプライアンス
のスプリング率であり、Ｔは前記１つの軸について前記
駆動手段により発生されるトルクである特許請求の範囲
０８）の制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 マニピュレータアームと複数の軸に関して制御可能な所
   定の幾何学的形状及び構造を有し、各制御可能な軸がそ
   れぞれの軸に関してマニピュレータ構造を移動する駆動
   機構（第６図等）を備え、上記マニピュレータ構造は、
   マニピュレータアームの外側部分と、上記駆動機構に近
   いマニピュレータアームの内側部分と、の間に、コンプ
   ライアンスを有するマニピュレータ用の制御装置であっ
   て、 少くとも１つの制御可能な軸に関するマニピュレータア
   ームの速度を表わすフィードバック信号（■＿１）を発
   生する手段（第１１図の１／．９９７）を含み、該フィ
   ードバック信号は、上記コンプライアンスと駆動機構と
   の間の地点で検知されており、 上記少くとも１つの制御可能な軸に関してマニピュレー
   タ構造に加えられる駆動機構のトルクを表わす駆動信号
   （△Ｐ＿Ｌ）を発生する手段（第１１図の１／２００）
   を備えており、 上記フィードバック信号（■＿１）及び駆動信号（△Ｐ
   ＿Ｌ）に応答し、上記コンプライアンスより後方地点で
   の上記少くとも１つの軸に関するマニピュレータアーム
   の速度を表わす合成フィードバック信号（■＿２）を発
   生する手段（第１０図）を設けたことを特徴とする制御
   装置。