JPS6148003A - Controller for robot of multi-joint type - Google Patents

Controller for robot of multi-joint type

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JPS6148003A
JPS6148003A JP16934884A JP16934884A JPS6148003A JP S6148003 A JPS6148003 A JP S6148003A JP 16934884 A JP16934884 A JP 16934884A JP 16934884 A JP16934884 A JP 16934884A JP S6148003 A JPS6148003 A JP S6148003A
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JP
Japan
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robot
adaptive control
response
adaptive
command value
Prior art date
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Pending
Application number
JP16934884A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Kubo
謙二 久保
Tsutomu Omae
大前 力
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6148003A publication Critical patent/JPS6148003A/en
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/19Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/30Nc systems
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    • G05B2219/42162Model reference adaptive control MRAC, correction fictive-real error, position

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Abstract

PURPOSE:To control the locus of instruction value by simple calculation but with high accuracy by determining directly the compensation magnitude of acceleration in the operation coordinates by the adaptive control operation to assume the signal as the compensation magnitude for the acceleration instruction value determined by the linear control operation. CONSTITUTION:The linear control operation is performed for each operation coordinate at a linear controller 1 by using a locus-instruction value Xr for a multi-joint type robot written in the terms of operation coordinates the response of location X and the response of velocity dX/dt of robot main body 4, thereby calculating acceleration instruction values d<2>Xr1/dt<2> for each operation coordinate are derived as the result. The acceleration instruction value d<2>Xr/dt<2> for robot 4 is determined by adding said accelerator instruction value d<2>Xr1/dt<2> and adaptive control signal d<2>Xra/dt<2>, where said adaptive control signal d<2> Xra/dt<2> is obtained for each operation coordinate by executing model standard controlling by using response XM dXM/dt of a standard model part at adaptive controller 7, and response X and dX/dt of the robot and the deviation (e) and de/dt and locus instruction value Xr. The result is used as the compensation signal for the result of linear control processing d<2>Xr1/dt<2>.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、産業用ロボットとして広く用いられている多
関節形ロボットの制御装置に係り、特に多関節形ロボッ
トの軌跡制御を高精度に行うのに好適な制御装置に関す
る。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a control device for an articulated robot that is widely used as an industrial robot, and particularly to a control device for controlling the trajectory of an articulated robot with high precision. The present invention relates to a control device suitable for.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

一般に、多関節形ロボットはその駆動特性が強い非線形
性を示すため、高精度の軌跡制御が難しい。従来、この
種の多関節形ロボットを高い精度で軌跡制御する方式と
しては、proceedingsof  13 th 
 International  Synnposiu
m  of工ndustri;II  Robots 
(1983年4月)におけるA 、 13alestr
inoらによる” Adaptive Control
of  Manipulators   in   t
be  Ta5k  QrientedSpace”と
題する文献において提案されている方式がある。この方
式は、多関節ロボットの軌道指令が記述される作業座標
系において適応制御を行い、その結果として作業座標系
での補償トルクを演算し、この補償トルクに作業座標と
ロボット関節角座標の関係を表わすヤコビアン行列の転
置行列を掛けて関節角駆動トルクの補償信号に変換し、
この信号によりロボット駆動特性の非線形性および駆動
対象のパラメータ変動を補償して、ロボットの軌跡制御
を高精度化している。
Generally, articulated robots exhibit strong nonlinear drive characteristics, making it difficult to control their trajectory with high precision. Conventionally, as a method for controlling the trajectory of this type of articulated robot with high precision, there is a procedure of 13th
International Symposium
II Robots
A in (April 1983), 13alestr.
“Adaptive Control” by ino et al.
of Manipulators in t
There is a method proposed in the document entitled "be Ta5k QrientedSpace". This method performs adaptive control in the work coordinate system in which the trajectory command of the articulated robot is written, and as a result, the compensation torque in the work coordinate system is This compensation torque is multiplied by a transposed matrix of the Jacobian matrix representing the relationship between work coordinates and robot joint angle coordinates to convert it into a joint angle drive torque compensation signal.
This signal compensates for nonlinearity in robot drive characteristics and parameter fluctuations of the driven object, thereby increasing the accuracy of robot trajectory control.

しかし、この方式では、適応制御によって作業座標軸毎
の補償トルクを求め、この結果を座標変換して駆動トル
ク補償量に変換し、線形制御系の結果にフィードバック
している。一般にモデル規範適応制御では、規範モデル
の位置、速度応答とロボットの応答との誤差に適応制御
ゲインを掛け、その結果に基づき適応制御信号を決定す
る。従来例の方式では、適応制御により作業座標系での
補償トルクを演算する必要があるが、このためにはロボ
ット機構の質量などの定数を知っておく必要があり、適
応制御ゲインの設計が難しいという問題点があった。ま
た、従来例の方式では、適応制御により決定した作業座
標系での補償トルクをロボット関節角の駆動トルク補償
量に変換する必要がちシ、この座標変換のための演算時
間が余計にかかるという問題点もあった。例えば、ロボ
ットの作業座標系の自由度をnとすると、この座標変換
には02回の掛算が必要となる。更に、この方式では適
応制御によりロボット関節の駆動トルクを直接補償する
だめ、座標変換に伴なう計算誤差などがロボットの駆動
特性に対し敏感に影響を与えるなどといった問題点もあ
った。
However, in this method, the compensation torque for each work coordinate axis is determined by adaptive control, and this result is converted into a drive torque compensation amount by coordinate transformation, and the result is fed back to the result of the linear control system. Generally, in model-based adaptive control, the error between the position and velocity response of a reference model and the robot's response is multiplied by an adaptive control gain, and an adaptive control signal is determined based on the result. In the conventional method, it is necessary to calculate the compensation torque in the work coordinate system using adaptive control, but this requires knowing constants such as the mass of the robot mechanism, making it difficult to design the adaptive control gain. There was a problem. In addition, in the conventional method, it is necessary to convert the compensation torque in the work coordinate system determined by adaptive control into the drive torque compensation amount of the robot joint angle, and there is a problem that additional calculation time is required for this coordinate conversion. There were also points. For example, if the degree of freedom of the robot's work coordinate system is n, this coordinate transformation requires 02 multiplications. Furthermore, this method has the problem that the drive torque of the robot's joints cannot be directly compensated for by adaptive control, and calculation errors associated with coordinate transformation have a sensitive effect on the robot's drive characteristics.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は前述した従来方式の問題点に鑑みなされたもの
で、本発明の目的は、より簡単な適応制御演算により、
多関節形ロボットの軌跡を指令値に従って高精度に制御
する制御装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the problems of the conventional method described above, and an object of the present invention is to
An object of the present invention is to provide a control device that highly accurately controls the trajectory of an articulated robot according to command values.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、適応制御演算により作業座標系での加速度の
補償量を直接決定し、この信号を線形制御演算により決
定される加速度指令値に対する補償量とすることにより
、従来方式よりも適応制御系の設計を容易にし、更に、
作業座標系での補償トルク搦から関節角での駆動トルク
補償量への変換を不要にしたものである。
The present invention directly determines the amount of compensation for acceleration in the work coordinate system through adaptive control calculations, and uses this signal as the amount of compensation for the acceleration command value determined by linear control calculations. to facilitate the design of
This eliminates the need to convert the compensation torque in the work coordinate system to the drive torque compensation amount in the joint angle.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、図111に基づいて本発明の詳細な説明する。第
1図は本発明の一実施例による多関節形ロボットの制御
方式の構成を示すものである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on FIG. 111. FIG. 1 shows the configuration of a control system for an articulated robot according to an embodiment of the present invention.

一般に多関節形ロボットの作業指令は、ロボット先端に
数句けられたロボットノ・ンドの位置とその姿勢を指定
することにより与えられる。通常、このような作業指令
はロボットノ・ンドの位置を静止直交座標系で、ロボッ
トノ・ンドの姿勢をそれに対するオイラ角でそれぞれ記
述して力えられる。
In general, work commands for articulated robots are given by specifying the position and orientation of several robot nodes marked at the tip of the robot. Normally, such work commands are given by describing the position of the robot node in a stationary orthogonal coordinate system and the posture of the robot node in terms of Euler angles relative to the position.

一般に、このような多関節形ロボットに対する作業指令
を記述する座標系を作業座標系と呼ぶ。本発明では、こ
の作業座標系において適応制御を実行して高精度の軌跡
制御を実現する。
Generally, a coordinate system that describes work instructions for such an articulated robot is called a work coordinate system. In the present invention, highly accurate trajectory control is achieved by performing adaptive control in this work coordinate system.

第1図において、線形制御部1では、作業座標系で記述
された多関節形ロボット4に対する軌道指令値X、とロ
ボット4の作業座標系における位置と速度の応答X、X
とを用いて各作業座標軸ごとに線形制御演算を行い、そ
の結果として各作業座標軸における加速度指令値Xrt
を得る。この加速度指令値X、と後で述べる適応制御信
号X raとを加算することにより、多関節形ロボット
4に対する加速度指令値X、を決定する。ここで、適応
る補償信号として作用する。駆動トルク計算部2では、
前記制御処理により決定された加速度指令値X、と多関
節形ロボット4の各関節角度およびでロボットを駆動す
るのに必要なトルクU、を計算する。この駆動トルクの
指令値U、に基づき、関節駆動部3では各関節形ロボッ
ト4の各関節を駆動トルクUで駆動する。ここで、多関
節形ロボット4の各関節角1現とその角速度の検出値θ
、θは、座標変換部5によって作業座標系における位置
と速度の検出値X、Xに変換される。この検出値Xおよ
びXは前述したように多関節形ロボット4の位16.と
速度の応答として線形制御部1にフィードバックされる
In FIG. 1, the linear control unit 1 calculates the trajectory command value X for the articulated robot 4 described in the work coordinate system, and the position and velocity responses X and X of the robot 4 in the work coordinate system.
A linear control calculation is performed for each work coordinate axis using
get. The acceleration command value X for the articulated robot 4 is determined by adding this acceleration command value X and an adaptive control signal Xra, which will be described later. Here it acts as an adaptive compensation signal. In the drive torque calculation section 2,
The acceleration command value X determined by the control process, each joint angle of the articulated robot 4, and the torque U required to drive the robot are calculated. Based on this driving torque command value U, the joint driving unit 3 drives each joint of each articulated robot 4 with the driving torque U. Here, each joint angle 1 of the articulated robot 4 and the detected value θ of its angular velocity are
, θ are converted by the coordinate conversion unit 5 into detected values X and X of the position and velocity in the work coordinate system. As mentioned above, the detected values X and X are the digit 16 of the articulated robot 4. and is fed back to the linear control unit 1 as a speed response.

一方、多関節形ロボット4の適応制御は、規範モデル部
6と適応制御部7とによって実行される。
On the other hand, adaptive control of the articulated robot 4 is performed by a reference model section 6 and an adaptive control section 7.

規範モデル部6は、多関節形ロボット4の各作業座標軸
における望ましい応答特性を規定する。したがって、規
範モデル部6に軌道指令値X、を入力することにより、
各作業座標軸毎の望ましい位置と速度の応答xM、xM
が得られる。本実施例では、この規範モデル部6と多関
節形ロボット4の応答とが一致するように適応制御を実
行する。
The reference model section 6 defines desirable response characteristics of the articulated robot 4 in each work coordinate axis. Therefore, by inputting the trajectory command value X into the reference model section 6,
Desired position and velocity responses for each work coordinate axis xM, xM
is obtained. In this embodiment, adaptive control is performed so that the response of the reference model unit 6 and the articulated robot 4 match.

適応制御部7では、規範モデル部の応答XM+れとロボ
ットの応答X、Xとの偏差e、eおよび軌道指令値×1
、ロボットの応答X、Xとを用いてモデル規範適応制御
を行い、その結果として、各作業座標軸ごとの適応制御
信号Xt、を得る。すでに述べたように、この適応制御
信号xraは線形制御部1の結果として求まる加速度指
令値Xrjに対する補償信号となる。
In the adaptive control section 7, the response XM of the reference model section + the response X of the robot, the deviation e from X, e, and the trajectory command value x 1
, robot responses X, X are used to perform model norm adaptive control, and as a result, an adaptive control signal Xt for each work coordinate axis is obtained. As already mentioned, this adaptive control signal xra becomes a compensation signal for the acceleration command value Xrj found as a result of the linear control section 1.

以上、述べたように本発明では各作業座標軸における規
範モデルの応答を規範として適応制御を実行し、その結
果として、作業座標軸毎の加速度補償量を演算するので
、適応制御によシトルク補償量を演算する場合に比べて
、ロボット機構定数を知らなくても適応制御ゲインの1
jiI整ができるので、適応制御則の設計が容易となる
。また、適応制御の結果を直接、線形制御演算の結果に
フィードバックできるので、余計な座標変換が不要とな
る。
As described above, in the present invention, adaptive control is executed using the response of the reference model in each work coordinate axis as a standard, and as a result, the acceleration compensation amount for each work coordinate axis is calculated, so the shift torque compensation amount is calculated by adaptive control. Compared to calculating, the adaptive control gain can be calculated by 1 without knowing the robot mechanism constants.
Since the jiI adjustment can be made, it becomes easy to design the adaptive control law. Furthermore, since the results of the adaptive control can be directly fed back to the results of the linear control calculation, no extra coordinate transformation is required.

次に、詳細な実施例を第2図以下を用いて説明する。第
2図に、本実施例で適用する多関節形ロボットの機構を
示す。産業用ロボットとしては、ロボットハンドの位置
および姿勢を制御するために5ないし6自由度のロボッ
ト機構が用いられるが、本実施例では説明を容易にする
ため3自由度のロボット機構を対象とする。第2図にお
いて、ロボット機構は第1リンク401、第2リンク4
02および第3リンク403とから構成され、第3リン
ク403の先端位tffi、Pの軌跡を作業指令に従っ
て制御する。ロボットの各リンクは図示していないモー
タによって駆動され、その回転角をそれぞれθ蔦・ θ
2・ θ3で表わす。また、ロボット4に対してxyz
直交座標系を図2のように設定し、これを作業座標系と
する。すなわち、ロボット先端位置PをxyzW標系に
おいて記述し、この座標系においてP点の軌跡を制御す
る。
Next, detailed examples will be explained using FIG. 2 and subsequent figures. FIG. 2 shows the mechanism of the articulated robot applied in this embodiment. As an industrial robot, a robot mechanism with 5 or 6 degrees of freedom is used to control the position and posture of a robot hand, but in this example, for ease of explanation, a robot mechanism with 3 degrees of freedom is used. . In FIG. 2, the robot mechanism includes a first link 401, a second link 4
02 and a third link 403, and controls the locus of the tip position tffi,P of the third link 403 according to the work command. Each link of the robot is driven by a motor (not shown), and its rotation angle is θtsuta and θ.
It is expressed as 2・θ3. Also, xyz for robot 4
An orthogonal coordinate system is set as shown in FIG. 2, and this is used as a work coordinate system. That is, the robot tip position P is described in an xyzW coordinate system, and the locus of point P is controlled in this coordinate system.

本実施例における線形制御部1の構成を第3図に示す。FIG. 3 shows the configuration of the linear control section 1 in this embodiment.

線形制御部ではxyz座標軸毎に位置と速度をフィード
バックして線形制御を行い、各軸における加速度指令値
Xrj Hyrj + Zrjを決定する。ここで、1
01,103,105は各作業座標軸制御系における位
置制御系の補償要素の伝達関数G、工、Gtア、G2.
であり、102,104゜106は速度制御系の補償要
素の伝達関数Gaff1゜G、ア、G、、である。
The linear control unit performs linear control by feeding back the position and velocity for each xyz coordinate axis, and determines the acceleration command value Xrj Hyrj + Zrj for each axis. Here, 1
01, 103, 105 are the transfer functions G, Gt, GtA, G2 .
102, 104°106 is the transfer function Gaff1°G, a, G, of the compensation element of the speed control system.

本実施例では、第2図に示すロボット機構の各関節角と
その角速度θl、θ2.θ3.θ1.θ2゜θ3を検出
して制御系にフィードバックする。このため、これらの
検出値からロボット先端2点の位置と速度x+ )’l
 Zl x+ >’+ zを計算する必要がある。いま
、ロボットの第1.第2.第3リンクの長さをそれぞれ
At + 12+ As とすると、その計算式は(1
)式のように与えられる。
In this embodiment, each joint angle of the robot mechanism shown in FIG. 2 and its angular velocity θl, θ2, . θ3. θ1. θ2°θ3 is detected and fed back to the control system. Therefore, from these detected values, the position and speed of the two points at the tip of the robot x+)'l
It is necessary to calculate Zl x+ >'+ z. Now, the first robot. Second. Assuming that the length of the third link is At + 12+ As, the calculation formula is (1
) is given as Eq.

X=(t、Sinθ2+ t3stn (θ2+θ3)
Hillθly = [tzsLnθ2+ L 3 S
in (θ2+θ3))匹θIZ、= LH+ 12c
OSθ2 + t3 CO5(θ2+03)・・・・・
・・・・(1) X=J (θ)θ         ・・・・・・・・
・(2)ここで、交””(′x+ Y +  Q )・
、b=(ハ。
X=(t, Sinθ2+ t3stn (θ2+θ3)
Hillθly = [tzsLnθ2+ L 3 S
in (θ2+θ3)) animals θIZ, = LH+ 12c
OSθ2 + t3 CO5 (θ2+03)...
・・・・・・(1) X=J (θ)θ ・・・・・・・・・
・(2) Here, the intersection ""('x+ Y + Q)・
,b=(ha.

i2.θ3 )であり、J(のけヤコビ77行列で3×
3の要素を持つ。この行列の各要素をJa、(α。
i2. θ3 ), and J (3× in Noke Jacobi 77 matrix
It has 3 elements. Let each element of this matrix be Ja, (α.

β=1.2.3)とすると、(3)式で表わせる。β=1.2.3), it can be expressed by equation (3).

J ++= (t2sinθ2 + t3 sln (
θ2+03)IcO5θIJ 12= (、!2cos
θ2−1−73cos(θ2+θ3 ) l 5IfJ
θl、L3=A3cos(θ2+ θ3  )  si
口θ 1J 21 = −(72sinθ2+ t3 
Sin (θ2+03)lsinθ1J22= (t2
coSθz+13anδ(θ2+03 ) ) C[l
Fiθ1J 23= tsclJs (θ2+03)c
osθ1J31=O J3□=−12sroθ2−13srn (θ2+θ3
ンJ33= −t3sin (θ2+03)・・・・・
・・・・(3) 以上の演算により、ロボット関節角θと角速度iかもロ
ボット先端P点の位T11.xと速度Xへの変換が行わ
れる。この演算は、第1図における座標変換部5で実行
される。
J ++= (t2sinθ2 + t3 sln (
θ2+03)IcO5θIJ 12= (,!2cos
θ2-1-73cos(θ2+θ3) l 5IfJ
θl, L3=A3cos(θ2+θ3) si
Mouth θ 1J 21 = −(72 sin θ2+ t3
Sin (θ2+03)lsinθ1J22= (t2
coSθz+13anδ(θ2+03) ) C[l
Fiθ1J 23= tsclJs (θ2+03)c
osθ1J31=O J3□=-12sroθ2-13srn (θ2+θ3
J33=-t3sin (θ2+03)...
(3) Through the above calculations, the robot joint angle θ and angular velocity i are also calculated at the position T11 of the robot tip P point. A conversion to x and velocity X is performed. This calculation is executed by the coordinate transformation section 5 in FIG.

線形制御部1で決定された加速度指令値XrAは、適応
制御信号X1.で補償されて各作業座標軸における加速
度指令値X、になる。駆動トルク計算部3では、対象と
するロボツ)44構の数式モデルに基づいて駆動トルク
指令値U、を決定する。その計算は次のように行われる
The acceleration command value XrA determined by the linear control unit 1 is based on the adaptive control signal X1. The acceleration command value X in each work coordinate axis is compensated by X. The drive torque calculation unit 3 determines a drive torque command value U based on a mathematical model of 44 target robots. The calculation is performed as follows.

い1、ロボツ)l&構のリンク質量やその慣性モーメン
トが既知だとすると、対象とするロボット機構の運動方
程式は次のように導出できる。
1. Robot) If the link mass of the l& structure and its moment of inertia are known, the equation of motion of the target robot mechanism can be derived as follows.

R(θ)θ+C(θ、θ2)+τ、(θ)−u  ・・
・・・・(4)ここで、θはロボット関節角度でθ=(
θl。
R (θ) θ + C (θ, θ2) + τ, (θ) - u ・・
...(4) Here, θ is the robot joint angle and θ=(
θl.

θ2.θ3)’(tは転置を表わす)、uはその各関節
駆動トルクで”” (uI + u2 + u3 ) 
’である。まだ、B、(θ)は慣性行列と叶ばれる3×
3の行列、C(θ、θ)は各リンクの相対運動により生
じる見かけ上の力で3X1のベクトル、τ、(θ)は1
カトルクで3×1のベクトルである。この式により、ロ
ボット機構を関節角速読θで動作させるための駆動トル
クUが計算できる。
θ2. θ3)' (t represents transposition), u is the driving torque of each joint "" (uI + u2 + u3)
'is. Still, B, (θ) is 3× which is realized as the inertia matrix.
3 matrix, C(θ, θ) is the apparent force caused by the relative motion of each link, and 3×1 vector, τ, (θ) is 1
It is a 3×1 vector in Katoruk. Using this equation, the driving torque U for operating the robot mechanism at the joint angle quick reading θ can be calculated.

一方、前述した作東座標軸における制御演算の結果は各
作業座標軸における加速度指令値X、として求められる
。そこで、作業座標軸での加速度Xとロボット関節角加
速度θの関係を求めておき、この関係式と(4)式とを
用いて加速度指令値X、でロボットを動作させるのに必
要な駆動トルクUを求める。前述したように作業股標で
の速度Xと関節角速匪θの関係は(2)式で表わせるの
で、これを更に時間で微分することにより次の関係式が
得られる。
On the other hand, the results of the control calculations in the work east coordinate axes described above are obtained as acceleration command values X in each work coordinate axes. Therefore, the relationship between the acceleration X on the work coordinate axis and the robot joint angular acceleration θ is determined, and using this relational expression and equation (4), the driving torque U required to operate the robot with the acceleration command value seek. As mentioned above, the relationship between the speed X at the working hip joint and the joint angular velocity θ can be expressed by equation (2), and by further differentiating this with respect to time, the following relational equation can be obtained.

X=J (θ)θ+J(θ)θ    ・・・・・・・
・・(5)これより、加速度指令値×2に対応するロボ
ットの関節角加速度の指令値θ、は、次式で与えられる
X=J(θ)θ+J(θ)θ・・・・・・・・・
(5) From this, the joint angular acceleration command value θ of the robot corresponding to the acceleration command value×2 is given by the following equation.

’tj、=J−1<θ)(’X、−J(θ)δ) ・・
・・・・・・・(6)ここで、J−’(θ)はヤコビア
ン行列J(θ)の逆行列でろる。一方、(4)式より、
関シ11角加兆度指令値θ、に対応した駆動トルクU、
は、U、−RVL+c(θ、 j2)−t−r、(θ)
・・・・・・・・・(7) のように計算芒れろ。したがって、(6)式と(7)式
とを用いると、加速度指令値X、でロボットを動かす1
こめのj駆動トルクU、は、 u r −rt (θ+J” <o)< 災、 −:r
 <o)j ++c <o、 i>z >+r、(θ)
・・・・・・・・・(8) により決定できる。実動トルク計算部2では、加速度指
令値X、とロボット関節角と角速度の検出値0.0とか
ら(8)式に従って関節、駆動トルクの指令値U、を計
算する。この指令値u2に基づき、関節駆動部3ではロ
ボットの各関節を駆動するためのモータをトルク制御し
て多関節形ロボット4の動作制御を行う。
'tj,=J-1<θ)('X,-J(θ)δ)...
(6) Here, J-'(θ) is the inverse matrix of the Jacobian matrix J(θ). On the other hand, from equation (4),
Driving torque U corresponding to angle addition degree command value θ,
is U, -RVL+c(θ, j2)-tr, (θ)
・・・・・・・・・(7) Calculate it like this. Therefore, using equations (6) and (7), we can move the robot with the acceleration command value
The j driving torque U of the temple is ur −rt (θ+J”<o)< disaster, −:r
<o)j ++c <o, i>z >+r, (θ)
It can be determined by (8). The actual torque calculation unit 2 calculates the joint and drive torque command values U according to equation (8) from the acceleration command value X and the detected values of the robot joint angle and angular velocity of 0.0. Based on this command value u2, the joint drive unit 3 controls the motion of the multi-joint robot 4 by controlling the torque of the motors for driving each joint of the robot.

以上述べたように、駆動トルク計算部2では対象とする
多関節形ロボットの機構定数が既知であるとして駆動ト
ルクを計算する。一般に、これら機構定数はロボットの
座乗状態によって変動しゃすく、また、(8)式で示し
た駆動トルク以外の負荷外乱も各リンク駆動系に作用す
る。これらは、ロボットの軌跡を指令に従って精度よく
制御する上で悪い影響を与える。そこで、このような5
鳴動トルク計算部2の不完全性を補うためモデル規範適
応制御を適用する。
As described above, the drive torque calculation unit 2 calculates the drive torque assuming that the mechanical constants of the target articulated robot are known. Generally, these mechanical constants vary depending on the sitting state of the robot, and load disturbances other than the drive torque shown in equation (8) also act on each link drive system. These have a negative effect on accurately controlling the trajectory of the robot according to commands. Therefore, such 5
Model-based adaptive control is applied to compensate for imperfections in the rumble torque calculation unit 2.

このモデル規範適応制御は、第1図に示した規範モデル
部6と適応制御部7とから構成される。
This model norm adaptive control is composed of a norm model section 6 and an adaptive control section 7 shown in FIG.

その詳細を第4図に示す。The details are shown in FIG.

第4図において破線でかこった部分が規範モデル部6で
ある。規範モデルとしては、ロボットの軌跡がxyz各
作各産業座標軸毎立に制御され、各軸の位置制御系の応
答が2次系になるように設定する。このとき、X座標軸
の位1へ指令直x、に対するモデルの応答x itは次
の伝達関数で表わされる。
The part surrounded by a broken line in FIG. 4 is the reference model part 6. As a standard model, the locus of the robot is controlled for each xyz work and each industrial coordinate axis, and the response of the position control system for each axis is set to be a quadratic system. At this time, the response x it of the model to the command direct x to the 1st digit of the X coordinate axis is expressed by the following transfer function.

Xsl     a、xGgx 8、5□や。、8.+。pRGmX    °−°゛−
−−−−(91ここで、Gull r  Q*オは規範
モデル6におけるX座標軸の位置制御系の補償要素60
1および速度制御系の補償要素602の伝達関数であり
、第3図における線形制御部の補償要素101,102
と同じ定数に設定する。また、603,504は積分要
素であり、この規範モデルでは線形制御則で決定された
加速度指令値xMに従って速度応答れおよび位置応答x
Mが線形な関係により求められることを示している。ま
た、他の作業座標軸(y軸。
Xsl a, xGgx 8, 5□. , 8. +. pRGmX °−°゛−
-----(91 Here, Gull r Q * O is the compensation element 60 of the position control system of the X coordinate axis in the standard model 6
1 and the compensation element 602 of the speed control system, which is the transfer function of the compensation element 101, 102 of the linear control section in FIG.
Set to the same constant as . Further, 603 and 504 are integral elements, and in this reference model, the speed response and position response x are determined according to the acceleration command value xM determined by the linear control law.
This shows that M can be determined by a linear relationship. In addition, other work coordinate axes (y-axis.

2軸)についてもX座標軸と同様に設定する。2 axes) are also set in the same way as the X coordinate axis.

本発明では、このような規範モデルの応答に追従するよ
うにモデル規範適応制御を実行する。規範モデル部の速
度応答をXM = (XM + Yw +z M)L 
、位置応答を” ” (xM + >’M 、 zy)
”とし、ロボット4の応答をx=(x+ )’+ z)
’、x” (X+ lYt Z)t とすると、両者の
状態偏差は次のように計算される。
In the present invention, model-norm adaptive control is executed to follow the response of such a reference model. The speed response of the standard model part is XM = (XM + Yw +z M)L
, the position response is `` '' (xM + >'M, zy)
”, and the response of robot 4 is x = (x+ )'+ z)
',x'' (X+lYtZ)t, the state deviation between the two is calculated as follows.

モデル規範適応制御では、この状態偏差を零にするよう
に適応制御信号を生成する。この適応側の設計方法につ
いては、例えIdY、D、Landan ”4、「Ad
aptive Control 、 The Mode
l几eference Approach J (Ma
rcel  I)ekker社)などに記述されている
。それに従えば、α0式で記述される状態偏差のとき、
適応制御信号X、。
In model-based adaptive control, an adaptive control signal is generated to make this state deviation zero. Regarding the design method of this adaptation side, for example, IdY, D, Landan "4, "Ad
aptive Control, The Mode
几efference Approach J (Ma
rcel I) Ekker Inc.). According to this, when the state deviation is described by the α0 formula,
Adaptive control signal X,.

は次のように計算される。いま、 としたとき、  ′ ・により計算される。ここで ・・・・・・・・・へ手 ΔKt+=fMV(NXr)’dτ+M’v(Nxr)
t・・・・・・・・・a4 特にDは適応ゲイン行列と呼ばれる。この適応制御信号
Xt&” (xral yra l z、、 )t  
を線形制御則により求まる加速度指令値X y j” 
(X r A HY t I H2rj ) ’ に加
算することにより適応側を実行する。
is calculated as follows. Now, when , it is calculated by ′ ・. Here, ΔKt+=fMV(NXr)'dτ+M'v(Nxr)
t......a4 In particular, D is called an adaptive gain matrix. This adaptive control signal Xt&'' (xral yra l z,, )t
is the acceleration command value X y j” determined by the linear control law.
Perform the adaptation side by adding to (X r A HY t I H2rj )'.

ここで、この適応側の安定性はpopovの安定条件に
より4出できる。適応側の安定性が満足される範囲内で
適応ゲイン行列りを選択することにより、規範モデルと
ロボットの応答の偏差を漸近的に零にするような適応制
御系を構成できる。
Here, the stability on the adaptive side can be expressed as 4 based on the popov stability condition. By selecting an adaptive gain matrix within a range that satisfies the stability of the adaptive side, it is possible to construct an adaptive control system that asymptotically reduces the deviation between the response of the reference model and the robot to zero.

以上、述べ友ように本発明によれば、作業座標系での適
応制御により加速度補償量を決定するのでトルク補償量
を演算する場合に比べて適応制御系の設計が容易になる
。また、適応制御の結果を直接、線形制御系にフィード
バックできるので、座標変換などの演算が不要となり、
よシ簡単な適応制御演算により高精度な軌跡制御を実行
できる。
As mentioned above, according to the present invention, since the acceleration compensation amount is determined by adaptive control in the work coordinate system, the design of the adaptive control system is easier than when calculating the torque compensation amount. In addition, the results of adaptive control can be directly fed back to the linear control system, eliminating the need for calculations such as coordinate transformation.
Highly accurate trajectory control can be performed using simple adaptive control calculations.

さて、本発明ではロボットの機構定数を用いて線形制御
演算の結果に基づく各関節駆動トルクを計算する駆動ト
ルク計算部2の不完全性を適応制御則によって補正し、
これによって、多関節形ロボットの軌跡を高精度に制御
することを特徴にしている。従って、トルク計算部2に
おいて、(8)式に示すロボットの数式モデルを忠実に
計算しなくても、適応制御を実行することにより高精度
の軌跡制御が可能になる。一般に1.駆動トルク計算式
(8)において、j(σ)δとC(θ (jz  )の
項はロボットの関節角速度θの2乗に比例する。通當の
ロボット動作においては、その関節角速度の最大値が一
定値以下に抑えられるので、これら関節角速度の2乗項
は(2)式の他の項と比べて十分小さい。
Now, in the present invention, the imperfection of the drive torque calculation unit 2 that calculates each joint drive torque based on the result of linear control calculation using the mechanical constants of the robot is corrected by an adaptive control law,
This makes it possible to control the trajectory of an articulated robot with high precision. Therefore, even if the torque calculation unit 2 does not faithfully calculate the mathematical model of the robot shown in equation (8), highly accurate trajectory control is possible by executing adaptive control. Generally 1. In the driving torque calculation formula (8), the terms j(σ)δ and C(θ (jz) are proportional to the square of the joint angular velocity θ of the robot. In normal robot motion, the maximum value of the joint angular velocity is suppressed below a certain value, the square terms of these joint angular velocities are sufficiently small compared to the other terms in equation (2).

そこで、トルク計算部2において関節角速度の2乗項j
(θ)I!i、C(θ、d2)を無視して駆動トルクを
計算してもそれによる誤差は十分小さく、適応制御部7
によシ補償して精度のよい軌跡制御が実現できる。
Therefore, in the torque calculation unit 2, the square term j of the joint angular velocity
(θ)I! Even if the driving torque is calculated by ignoring i, C(θ, d2), the error caused by this is sufficiently small, and the adaptive control unit 7
Accurate trajectory control can be realized by compensation.

このとき、トルク計算部2における各関節駆動トルクの
計算は、次式に基づき実行される。
At this time, the calculation of each joint drive torque in the torque calculation unit 2 is executed based on the following equation.

u、=几(θ)J−1(θ)Xr+τ1(θ)・・・・
・・・・・a9 ここで、FL(0)は慣性行列、J−’(θ)は逆ヤコ
ビアン行列、×1は線形制御部1の演算結果に適応制御
部7で決定する適応fli制御信号を加算して求めた作
業座標軸における加速度指令値、τ1(θ)は各リンク
機構に作用する重力トルク成分である。第2図に示す3
自由度ロボット機構では、慣性行列几(θ)は3×3の
行列、重力トルクτ、(θ)は3×1のベクトルとなり
、それぞれ次のように表わせる。
u,=几(θ)J-1(θ)Xr+τ1(θ)...
...a9 Here, FL(0) is an inertia matrix, J-'(θ) is an inverse Jacobian matrix, and x1 is an adaptive fli control signal determined by the adaptive control unit 7 based on the calculation result of the linear control unit 1. The acceleration command value τ1(θ) in the work coordinate axis obtained by adding τ1(θ) is a gravitational torque component acting on each link mechanism. 3 shown in Figure 2
In the degree-of-freedom robot mechanism, the inertia matrix 几(θ) is a 3×3 matrix, and the gravitational torque τ,(θ) is a 3×1 vector, which can be expressed as follows.

とすると、各要素は09式のようになる。Then, each element becomes as shown in equation 09.

R目=11+a2sin”θ2+ akin2(θ2+
03) +2 a、sinθ2sin (θコR22=
I 2+ I 3+ a 2+ a 3+ 2 a 4
CO1iθ3R,33” I 3+ 83 TLzs=R3z=Is+a3+a4rtysθ3RI
2 =R+3= R121″R131=0・・・・・・
・・・αη また、 とすると、各要素は(11式で表わせる。
R eye=11+a2sin”θ2+ akin2(θ2+
03) +2 a, sinθ2sin (θkoR22=
I 2+ I 3+ a 2+ a 3+ 2 a 4
CO1iθ3R, 33” I 3+ 83 TLzs=R3z=Is+a3+a4rtysθ3RI
2 =R+3=R121''R131=0...
...αη Also, each element can be expressed by (11 formulas).

τ、墓=O rt2= −(a5slII02−1−a6s+n (
θ2+θ3))gτtm= −a@sin (θ2+θ
3)g・・・・・・・・・α優 このとき、I+は第1リンクの旋回軸まわりの慣性モー
メント、I+  (i=2.3)は、第2゜3リンクの
重心のまわりの慣性モーメント、aj(j=   2.
・・・・・・6)は次式のようにロボット機構の定数か
ら計算されるパラメータである。
τ, grave=O rt2= −(a5slII02-1−a6s+n (
θ2+θ3)) gτtm= −a@sin (θ2+θ
3) g......α Yu At this time, I+ is the moment of inertia around the pivot axis of the first link, and I+ (i=2.3) is the moment of inertia around the center of gravity of the second and third links. Moment of inertia, aj (j=2.
...6) is a parameter calculated from constants of the robot mechanism as shown in the following equation.

a z= ma11X+ (ms +mv ) t、”
a a = ms tt3+mv A3a a = (
mstg3+mwt3 ) Ax2s=m2t、z−)
−(m3+m1F) t2a 6 =I’l’13 Z
 13 + In 、 Z 3・・・・・・・・・(イ
) ここで、m+は第i+)ンクの質量、A+は第iリンク
の長さ、t、Iは第i・リンクの駆動端75−らその重
心までの距離、mvは第3リンクの先端にカロわるロボ
ット荷重である。また、(19式においてgは重力加速
度を表わす。
az= ma11X+ (ms +mv) t,”
a a = ms tt3+mv A3a a = (
mstg3+mwt3) Ax2s=m2t,z-)
-(m3+m1F) t2a 6 =I'l'13 Z
13 + In, Z 3・・・・・・・・・(a) Here, m+ is the mass of the i-th link, A+ is the length of the i-th link, t, and I are the driving end of the i-th link. The distance from 75- to its center of gravity, mv, is the robot load applied to the tip of the third link. Also, (in equation 19, g represents gravitational acceleration.

逆ヤコビアン行列J−10)は、(3)式に示すヤコヒ
アン行列J(θ)の逆行列を計算することにより、次の
ように求まる。
The inverse Jacobian matrix J-10) is determined as follows by calculating the inverse matrix of the Jacobian matrix J(θ) shown in equation (3).

とすると、各要素は(ハ)式のようになる。Then, each element becomes as shown in equation (c).

z2sinθz+A3s+n(θ2+03)J113=
0 ・・・・・・・・・(ホ) 以上の計算式によシ、本実施例におけるトルり計算は、
慣性行列と重力トルクの補償を行うこと・・・・・・・
・・す ここで1.駆動トルク指令値U、をu、=〔13,、。
z2sinθz+A3s+n(θ2+03)J113=
0 ・・・・・・・・・(e) Based on the above calculation formula, the torque calculation in this example is as follows:
Compensating for the inertia matrix and gravitational torque...
...here 1. Drive torque command value U, u, = [13, .

utz、 Llr3)、制御演算の結果求まる加速度指
令値×7をX r =(xv + Yr  + Zr 
〕’ とした。
utz, Llr3), the acceleration command value x 7 found as a result of the control calculation is X r = (xv + Yr + Zr
]'.

以上述べたように、トルク計算部2において、多関節形
ロボットの作業座標系における線形制御および適応制御
の演算結果として求まる加速度指令値X、に基づいて慣
性補償と重力トルク補償のみから成るトルク計算を実行
し、この結果に従ってロボットの各関節を駆動すること
により、より簡単な演算で多関節形ロボットの軌跡制御
を実行できる。また、トルク計算式を簡単化できるため
、ロボットの制御装置におけるトルク計算部2の設計が
容易になるという利点もある。
As described above, the torque calculation unit 2 performs torque calculation consisting only of inertia compensation and gravitational torque compensation based on the acceleration command value X obtained as the calculation result of linear control and adaptive control in the work coordinate system of the articulated robot. By executing the following and driving each joint of the robot according to the results, trajectory control of an articulated robot can be performed with simpler calculations. Furthermore, since the torque calculation formula can be simplified, there is also the advantage that the design of the torque calculation section 2 in the robot control device is facilitated.

以上述べた実施例では多関節形ロボットの各関節角朋の
関数として変化する慣性行列R(θ)の各要素を各関節
角度の検出値に基づいて計算し、これを用いて各関節の
駆動トルクを決定する。一方、現状の産業用ロボットは
、駆動トルク発生源であるモータの出力トルクを高い減
速比(1/100〜1/200程度)の減速機構を介し
て各リンク部に伝達することにより駆動されている。こ
のときの駆動部の構成を第5図に示す。モータ301の
回転角は減速機構302によって減速比(1/N++)
だけ減速されてリンク機構401の回転角となる。
In the embodiment described above, each element of the inertia matrix R(θ) that changes as a function of each joint angle of an articulated robot is calculated based on the detected value of each joint angle, and this is used to drive each joint. Determine the torque. On the other hand, current industrial robots are driven by transmitting the output torque of the motor, which is the drive torque generation source, to each link part through a reduction mechanism with a high reduction ratio (about 1/100 to 1/200). There is. The configuration of the drive section at this time is shown in FIG. The rotation angle of the motor 301 is determined by the reduction ratio (1/N++) by the reduction mechanism 302.
The rotation angle of the link mechanism 401 is obtained by decelerating the rotation angle by .

このため、ロボットを構成するリンク機構の慣性モーメ
ントは、それを駆動するモータ軸から見ると減速比の2
乗、1/NH2に比例して減少する。
Therefore, the moment of inertia of the link mechanism that makes up the robot is 2 times the reduction ratio when viewed from the motor shaft that drives it.
and decreases in proportion to 1/NH2.

各関節駆動モータ301は、その回転軸が固有の慣性モ
ーメントを持つので、モータ軸から見たロボット関節駆
動系の等価慣性モーメン)J、、は次のように表わせる
Since each joint drive motor 301 has a unique moment of inertia at its rotation axis, the equivalent moment of inertia J of the robot joint drive system viewed from the motor axis can be expressed as follows.

Jwa* =J wa + J t/ N)I2   
  ・・・・・・・・・(ハ)ここで、J、はモータ回
転軸の慣性モーメントであり、Jtはそれに連結された
リンク機構の慣性モーメントでちる。したがって、この
ようにモータ301の駆動トルクが高い減速比の減速機
構302を介してリンク機構401に伝達される場合に
は、モータ軸から見た等価慣性モーメントJ□は、ロボ
ット関節角度θが変化しても大きくは変動しない。例え
ば、現状の産業用ロボットの一例では、減速比がl/1
28のときロボット関節角が最大に変化した場合でも、
モータ軸換算の等価慣性モーメン)J、、の変化は、モ
ータ回転軸の慣性モーメントJ、、の1/2以内である
。そこで、駆動トルク計算部2において、モータ軸換算
の慣性行列R(θ)の各要素はロボット関節角度θの変
化によらず一定として協動トルクを計算しても、それに
伴なう誤差は少なく、前記した適応制御部7の適応制御
処理により十分補償できる。本方式によれば、トルク計
q4に用いる等価慣性行列の値として、モータ固有の慣
性モーメントに適当な補正値を加えた一定値を用いるこ
とができるので、実時間で慣性行列の各要素を計算する
必要がなくなり、駆動トルク計算部2の演算が更に短縮
できるという利点がある。
Jwa* = Jwa + Jt/N)I2
(c) Here, J is the moment of inertia of the motor rotating shaft, and Jt is the moment of inertia of the link mechanism connected thereto. Therefore, when the drive torque of the motor 301 is transmitted to the link mechanism 401 via the reduction mechanism 302 with a high reduction ratio, the equivalent moment of inertia J□ seen from the motor shaft changes as the robot joint angle θ changes. However, it does not change much. For example, in an example of a current industrial robot, the reduction ratio is l/1.
Even if the robot joint angle changes to the maximum at 28,
The change in the equivalent moment of inertia J, converted to the motor shaft is within 1/2 of the moment of inertia J, , of the motor rotation shaft. Therefore, even if the drive torque calculation unit 2 calculates the cooperative torque by assuming that each element of the inertia matrix R(θ) converted to the motor axis remains constant regardless of changes in the robot joint angle θ, the error associated with this is small. , it can be sufficiently compensated by the adaptive control processing of the adaptive control section 7 described above. According to this method, a constant value obtained by adding an appropriate correction value to the motor-specific moment of inertia can be used as the value of the equivalent inertia matrix used for torque meter q4, so each element of the inertia matrix can be calculated in real time. There is an advantage that there is no need to do this, and the calculation time of the drive torque calculation section 2 can be further shortened.

以上の実施例では、ロボットリンク機構に作用する重力
トルク成分を、ロボット機構の質量などの定数を用いて
計算し前向きに補償している。しかし、既に述べたよう
にロボットの各関節角は駆動用のモータにより減速機構
を介して駆動される。
In the embodiments described above, the gravitational torque component acting on the robot link mechanism is calculated using constants such as the mass of the robot mechanism and compensated for in a positive manner. However, as already mentioned, each joint angle of the robot is driven by a drive motor via a speed reduction mechanism.

このため、モータ軸から見るとリンク機構にfl=用す
る重力トルク成分は、減速比だけ減少してモータに対す
る負荷トルクとなる。いま、ロボットの第i IJンク
に作用する重力トルクτ11は、モータ軸換算値を、τ
11′とすると、 τ、/  =τ−+/N旧       −H+−−−
−−(25;のように表わせる。ここで、1/N旧は第
i IJンク駆動軸の減速比である。現状のロボット駆
動系ではモータの出力トルクに限界があるだめ、1/1
00〜1/200程度の減速機構が用いられる。
Therefore, when viewed from the motor shaft, the gravitational torque component used for the link mechanism decreases by the reduction ratio and becomes a load torque for the motor. Now, the gravitational torque τ11 acting on the i-th IJ link of the robot has a motor shaft conversion value of τ
11′, τ, / = τ−+/N old −H+−−−
--(25;) Here, 1/N old is the reduction ratio of the i-th IJ link drive shaft.In the current robot drive system, there is a limit to the output torque of the motor, so 1/1
A speed reduction mechanism of about 1/200 to 1/200 is used.

このため、モータ軸換算では重力トルク成分は、適応制
御則により補償できるので、ロボット機構定数とそのと
きの関節角とから計算して前向きに補償しなくても、高
精度の軌跡制御が実現できる。
Therefore, the gravitational torque component can be compensated using the adaptive control law when converted to the motor shaft, so high-precision trajectory control can be achieved without having to calculate it from the robot mechanism constants and the joint angles at that time and compensate forward. .

また、このとき、慣性行列は一定として、駆動トルクを
計算できる。このときの駆動トルク計算部の構成を第6
図に示す。ロボットの作業座標軸における加速度指令値
(適応制御によって補償された値)Xr + )’r 
* z、rは、201に示す逆ヤコビアン行列J”(θ
)によって座標変換し、ロボツトの各関節加速度指令値
θrl、”r2.θ13をイ材る。
Further, at this time, the driving torque can be calculated with the inertia matrix being constant. The configuration of the drive torque calculation section at this time is shown in the sixth section.
As shown in the figure. Acceleration command value in the robot's work coordinate axis (value compensated by adaptive control) Xr + )'r
*z, r are the inverse Jacobian matrix J” (θ
), and the robot's joint acceleration command values θrl, ``r2.θ13'' are obtained.

この値に、各駆動軸の減速比の逆数、N)II 、 N
*2゜N ++ 3を掛けることにより、モータ軸にお
ける加速度指令値θ1.θ□2.θ、n3に変換する。
Add to this value the reciprocal of the reduction ratio of each drive shaft, N)II, N
*By multiplying by 2°N ++ 3, the acceleration command value θ1. θ□2. Convert to θ, n3.

これに、モータ軸換算の等価慣性モーメント(一定値)
Jet I Je2 、 Lsを掛けて、モータの駆動
トルク指令値τ、、!、τ、、2.τ、a3が得られる
In addition to this, the equivalent moment of inertia (constant value) converted to the motor shaft is
Jet I Je2, multiplied by Ls, the motor drive torque command value τ,...! ,τ,,2. τ, a3 are obtained.

このように、駆動トルク計算部2の演算を簡単化しても
、このトルク計算演算の不完全性は、適応制御処理によ
り補償することができるので、より簡単な制御処理によ
り高精度の軌跡制御性能が得られる。
In this way, even if the calculation of the drive torque calculation unit 2 is simplified, the incompleteness of the torque calculation calculation can be compensated for by the adaptive control processing. is obtained.

以上述べた実施例では、制御対象の状態変数として多関
節形ロボットの作業座標軸における位置Xおよび速度X
を選び、これらの応答が規範モデル6の応答xM、xM
に一致するようモデル規範適応制御を行う。このとき、
ロボットの応答は各作業座標軸間で相互作用を持つ。こ
のため、適応制御部7では、(10〜(14式に示すよ
うに、これらの相互作用を考慮に入れて適応制御演算を
実行している。しかし、規範モデル6としては第4図に
示すように各作業座標軸毎に独立に応答するモデルを用
いるので、この作業座標軸毎に個別に適応制御を行うこ
とにより、相互作用を補償した軌跡制御を実行できる。
In the embodiment described above, the position X and the speed X in the work coordinate axis of the articulated robot are used as the state variables of the controlled object.
, and these responses are the responses xM, xM of normative model 6
Model-norm adaptive control is performed to match. At this time,
The robot's response has interaction between each work coordinate axis. For this reason, the adaptive control unit 7 executes adaptive control calculations taking these interactions into consideration, as shown in equations (10 to (14). However, as the reference model 6, as shown in FIG. Since a model is used that responds independently to each work coordinate axis, trajectory control that compensates for interactions can be executed by individually performing adaptive control for each work coordinate axis.

第6図に、そのときの適応制御部の構成を示す。第2図
に示すような3自由度ロボットの手先位置をxyz直交
座標系において制御する。ここで、規範モデル部6は第
4図に示したものと同じとする。適応制御則は各作業座
標軸x+Y+ z毎に独立に実行され、それぞれの結果
が各作業座標軸における適応制御信号x、、、 y、□
2□となる。このとき、適応制御則は次のように実行さ
れる。いま、作業座標軸としてX軸を考えx、xを制御
対象の状態変数とする。両者の状態偏差は、 であるので、適応ゲイン行列りをD=〔d18゜d2x
〕とすることによ抄、 ・・・・・・・・・(2’l) となる。いま、(121〜(14)式における適応制御
演算で、F=f、)O,F’=f、’>O。
FIG. 6 shows the configuration of the adaptive control section at that time. The hand position of a three-degree-of-freedom robot as shown in FIG. 2 is controlled in an xyz orthogonal coordinate system. Here, it is assumed that the reference model section 6 is the same as that shown in FIG. The adaptive control law is executed independently for each work coordinate axis x+Y+z, and each result is an adaptive control signal x, , y, □ for each work coordinate axis.
It becomes 2□. At this time, the adaptive control law is executed as follows. Now, consider the X-axis as the work coordinate axis, and let x and x be the state variables to be controlled. The state deviation between the two is as follows, so the adaptive gain matrix is D=[d18°d2x
] By doing so, we get the excerpt, ・・・・・・・・・(2'l). Now, in the adaptive control calculation in equations (121 to (14)), F=f, )O, F'=f, '>O.

β工)0.  M=m工〉0゜ M’ =lll、’ > OI   N= 1−−− 
(zジ とすると、 ΔKp= f f、v、 [x、βxx〕dr+f、’
v* [x、β8妄〕・・・・・・・・・(21) Δl(υ=: f m、 v 、 x、 d ++m、
’ vxx、    =−−−−(3o)となるので、
X座標軸における適応制御信号xF。
β engineering) 0. M=m〉0゜M'=llll,'> OI N= 1---
(If z di, ΔKp= f f, v, [x, βxx] dr+f,'
v* [x, β8 delusion]・・・・・・・・・(21) Δl(υ=: f m, v , x, d ++m,
'vxx, =----(3o), so
Adaptive control signal xF in the X coordinate axis.

は、 Xrm”’()°f x V z X dτ) X+f
t’VXX2十βz (f f、v!xdt)X+βx
 f!’vxx2+ (、/’ rn X V x X
 r d T ) X y +In x’ V x X
 r”・・・・・・・・・(31) により計ηニされる。ここで(x+ x>”はロボット
のX座標軸における位置と速匿の応答であり、X、はX
座標軸における軌跡指令値である。また、その他の適応
定数は(z8Xのように規定され、適応制御ゲインdI
x、d2!とあゎぜて、適応制御が安定に実行されるよ
うに選択する。第6図におけるX軸適応則717では(
31ハに示す適応制御演算を実行する。また、°他の作
業座標軸Y+”についても、X座標軸と同様に適応制御
演算を行う。このブロックを第6図の718,719に
それぞれ示す。
is Xrm"'()°f x V z X dτ) X+f
t'VXX20βz (f f, v!xdt)X+βx
f! 'vxx2+ (,/' rn
r d T ) X y +In x' V x X
The total η is calculated by r''... (31) where (x+ x>'' is the robot's position and speed response on the X coordinate axis, and
This is the trajectory command value on the coordinate axes. In addition, other adaptive constants are defined as (z8X), and the adaptive control gain dI
x, d2! Finally, a selection is made so that the adaptive control is executed stably. In the X-axis adaptation law 717 in FIG.
The adaptive control calculation shown in 31c is executed. Adaptive control calculations are also performed for the other work coordinate axis Y+'' in the same manner as for the X coordinate axis. These blocks are shown at 718 and 719 in FIG. 6, respectively.

本実施例によれば、適応制御則の設計を各作業座標軸毎
に独立に行うので、適応則に用いる状態変数が少なく、
その設計が容易という利点がある。−また、このため適
応制御゛伍算に要する時間も短縮されるので、これらの
演算を実時間で実行する上で有効な手法である。更に、
この手法は制御する作業座標軸が増えた場合(例えば、
6自由度ロボット機構のように、手先の位置に加えて手
首の姿勢も制御する場合)でも各作業座標軸毎に独立し
て適応制御則を設計できるので特に有効である。
According to this embodiment, since the design of the adaptive control law is performed independently for each work coordinate axis, the number of state variables used in the adaptive law is small.
It has the advantage of being easy to design. - This also reduces the time required for adaptive control calculations, making it an effective method for executing these calculations in real time. Furthermore,
This method is useful when the number of work coordinate axes to be controlled increases (for example,
This is particularly effective even in cases where the posture of the wrist is controlled in addition to the position of the hand, such as in a six-degree-of-freedom robot mechanism, since adaptive control laws can be designed independently for each work coordinate axis.

以上述べたいくつかの実施例では、第2図に示すような
3自由度ロボット’tR4’ipを対象とし、その手先
位16をI’Fi令に従って高精度に軌跡制御する場合
について述べたが、本発明は更に制御軸数の多いロボッ
トに対しても同様に適用できる。
In the several embodiments described above, the case has been described in which the 3-degree-of-freedom robot 'tR4'ip as shown in FIG. Furthermore, the present invention can be similarly applied to robots having a large number of control axes.

〔見切の効果〕[Effect of abandonment]

以上、詳述したように本発明によれば、作業座標系にお
ける適応制御により作業座標軸ごとの加速度補償、l′
N七を演算し、この適応制御信号を線形制御系に直接フ
ィードバックすることによりロボットの軌跡を高精朋に
制御するので、適応制御ゲインの設計が容易で、またそ
れに要する適応制御演算が簡単に実行できるという利点
がある。
As described above in detail, according to the present invention, acceleration compensation for each work coordinate axis, l'
By calculating N7 and directly feeding back this adaptive control signal to the linear control system, the trajectory of the robot is controlled with high precision, making it easy to design the adaptive control gain and easily execute the necessary adaptive control calculations. There is an advantage.

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

第1図は本発明による制御装置の構成を示すブロック線
図、第2図は本発明の実施例において制御対象とした多
関節形ロボットの機構図、第3図は、前記実施例におけ
る線形制御部のブロック線図、第4図は、前記実施例に
おける規範モデル部と適応制御部の構成を示すブロック
線図、第5図は、ロボット駆動部の構成の概略図、第6
図は駆動トルク計算部の構成の概略図、第7図は、その
他の実施例における適応制御部の構成を示すブロック線
図である。 1・・・線形制御部、2・・・駆動トルク計算部、4・
・・多関節形ロボット、6・・・規範モデル部、7・・
・適応制御部。
Fig. 1 is a block diagram showing the configuration of a control device according to the present invention, Fig. 2 is a mechanical diagram of an articulated robot to be controlled in an embodiment of the present invention, and Fig. 3 is a linear control diagram in the above embodiment. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the reference model unit and adaptive control unit in the embodiment, FIG. 5 is a schematic diagram of the configuration of the robot drive unit, and FIG.
The figure is a schematic diagram of the configuration of the drive torque calculation section, and FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the adaptive control section in another embodiment. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Linear control part, 2... Drive torque calculation part, 4.
・・Articulated robot, 6・Standard model part, 7・・
・Adaptive control unit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、作業座標系で記述される軌道指令値とロボットの各
作業座標軸における位置と速度のフィードバック値とか
ら線形制御則を実行して各作業座標軸における加速度指
令値を演算する線形制御手段と、前記加速度指令値とロ
ボットの各関節における位置と速度の検出値とからロボ
ットの各関節駆動トルクを計算する駆動トルク計算手段
と、前記駆動トルクの計算値に従つてロボットの各関節
を駆動する関節駆動手段とを備えた多関節形ロボットの
制御装置において、ロボットの作業座標系における応答
を規定する規範モデル手段と、この規範モデル部の応答
とロボットの応答とが一致するよう適応制御則を実行す
る適応制御手段とを設け、適応制御部の演算結果に従つ
て前記線形制御部の演算結果である加速度指令値を補正
することを特徴とする多関節形ロボットの制御装置。 2、特許請求の範囲第1項において、駆動トルク計算手
段は慣性補償と重力トルク補償のみを行うことを特徴と
する多関節形ロボットの制御装置。 3、特許請求の範囲第1項において、駆動トルク計算手
段は重力トルク補償は実行せず、慣性行列は一定である
として駆動トルクの計算を行うことを特徴とする多関節
形ロボットの制御装置。 4、特許請求の範囲第1項において、適応制御部は各作
業座標軸毎に独立に適応制御則を実行することを特徴と
する多関節形ロボットの制御装置。
[Claims] 1. Calculate the acceleration command value for each work coordinate axis by executing a linear control law from the trajectory command value described in the work coordinate system and the position and velocity feedback values for each work coordinate axis of the robot. linear control means; drive torque calculation means for calculating each joint drive torque of the robot from the acceleration command value and detected values of position and velocity at each joint of the robot; In a control device for an articulated robot equipped with a joint driving means for driving joints, a reference model means for defining a response in the work coordinate system of the robot is provided, and a reference model means for specifying a response in the robot's working coordinate system is provided so that the response of the reference model unit matches the response of the robot. 1. A control device for an articulated robot, comprising: an adaptive control means for executing an adaptive control law, and corrects an acceleration command value, which is a calculation result of the linear control section, according to a calculation result of the adaptive control section. 2. A control device for an articulated robot according to claim 1, wherein the drive torque calculation means performs only inertia compensation and gravitational torque compensation. 3. A control device for an articulated robot according to claim 1, wherein the drive torque calculation means calculates the drive torque assuming that the inertia matrix is constant without performing gravitational torque compensation. 4. The control device for an articulated robot according to claim 1, wherein the adaptive control section independently executes the adaptive control law for each work coordinate axis.
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