JPS6194110A - マニピユレ−タの制御装置 - Google Patents

マニピユレ−タの制御装置

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JPS6194110A
JPS6194110A JP21417884A JP21417884A JPS6194110A JP S6194110 A JPS6194110 A JP S6194110A JP 21417884 A JP21417884 A JP 21417884A JP 21417884 A JP21417884 A JP 21417884A JP S6194110 A JPS6194110 A JP S6194110A
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JP
Japan
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manipulator
speed
feedback control
nonlinear compensation
amount
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Pending
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JP21417884A
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English (en)
Inventor
Toru Takahashi
徹 高橋
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6194110A publication Critical patent/JPS6194110A/ja
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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
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/41Servomotor, servo controller till figures
    • G05B2219/41133Compensation non linear transfer function

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

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〉 本発明は非線形補償機能を有するマニピュレータの制御
装置に関する。
〈従来の技術) 従来より、マニピュレータの制御装置においては、フィ
ードバンク制御と共に、非線形補償を行っている。すな
わち、制御対象のマニピュレータが多関節構造である場
合などには、その動きは常に慣性モーメント、コリオリ
・遠心力、そして重力等の非線形な力の影響を受けてい
るので、それを補償するための非線形補(11をマニピ
ュレータの関節角及び関節角速度より求めて、マニピュ
レータへの制御出力(トルク指令)を非線形補償するこ
とにより、マニピュレータの非線形効果を相殺し、線形
動作を実現しようとしている(特開昭55−41585
号公報参照)。
〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、このような従来のマニピュレータの制御
装置にあっては、非線形補償を行う演算において、高速
演算アルゴリズム(例えばLuhのアルゴリズム)を使
用しても、多関節多自由度となると、現状の演算プロセ
ッサではかなり演算時間が増加し、非線形補償とフィー
ドバック制御を併用して行う際には、フィードバック制
御周期も非線形補償周期に合わせざるを得す、長い制御
周期となるため、非線形補償があまり必要のない低速で
の位置決め時に整定時間が長くなったり、位置決め精度
が低下するという問題点があった。
そこで本発明は、位置決め時のマニピュレータの動作性
能を向上させることのできるマニピュレータの制御装置
を提供することを目的とする。
〈問題点を解決するための手段〉 本発明は、上記の目的を達成するため、第1図に示すよ
うに、各時点での目標値と実際値との偏差に基づいてマ
ニピュレータmへのフィードバック制御量を定めるフィ
ードバック制御手段aと、マニピュレータmの有する非
線形性を補償するためフィードバック制御量とマニピュ
レータmの位置と速度とから非線形補償量を算出して出
力する非線形補償手段すとを設ける他、マニピュレータ
mの位置及び速度が各々最終目標値付近の所定範囲に入
ったときに非線形補償手段すでの非線形補償演算を速度
値=0として行わせ該演算を簡略化させる演算簡略化手
段Cを設けるようにしたことを特徴とする。
また、第2には、演算簡略化手段Cにより、非線形補償
手段すでの非線形補償演算を T=A′u+]3’ (T:非線形補償量、u:フィ−ドバック制御量、A’
、B”:定数) にて行わせるようにしたことを特徴とする。
く作用〉 すなわち、位置決め時近くにはマニピュレータの動作速
度自体も遅くなり、又この時には非線形力がさほど大き
くないことから、目標位置に近い所定範囲、所定速度域
に入ったら、上記第1又は第2の方式で非線形補償演算
を簡略化させるのである。
〈実施例〉 以下に実施例を説明する。
第2図はマイクロコンピュータを用いた場合のハードウ
ェア構成例を示す。同区において、1はマイクロコンピ
ュータ(CP U)であり、その出力によりD/A変換
器2及び電流アンプ3を介してマニピュレータの各関節
軸のDCモータ4を駆動する。5はタコジェネレータで
、これにより関節角速度θを検出する。6はカウンタで
、これにより関節角θを検出する。尚、2〜6は各関節
軸毎に設けられるが、図では省略しである。ここにマイ
クロコンピュータ1内部で、目標パターン発生、線形フ
ィードバック制御、非線形補償等を行う。
第3図は制御系ブロック図であり、図中11は線形フィ
ードハックコントローラ、12は非線形補償演算ブロッ
ク、13はマニピュレータである。
第4図は動作手順を示すフローチャートであり、これは
第1の発明に対応している。
所定の制御周期毎にこのフローを繰返すが、先ずステッ
プ1 (図ではSl)でマニピュレータの現在の関節角
θと関節角速度θとを検出しデータとして取り込む。
ステップ2ではある動作の最終目標関節角T下と実際値
θとを比較して、所定範囲(Aは所定値)に入ったか否
かを判定し、YESであれば、次のステップ3で最終目
標関節角速度77(通常は零)と実際値θとを比較して
、所定範囲(Bは所定値)に入ったか否かを判定する。
ステップ2でNO1若しくはステップ3でN。
の場合は、高速動作中とみなしく第6図参照)、ステッ
プ11へ進んでその時点での目標値と実際値との偏差に
基づいて定められるフィードバック制御量Uを計算しく
第3図参照)、次のステップ12でUとθとθとから通
常の非線形補償演算により非線形補償量(指令トルク)
Tを計算し出力する。
ステップ3でYESの場合は、充分低速になって最終目
標値に近づいたとみなしく第6図参照)、ステップ21
へ進んでその時点での目標値と実際値との偏差に基づい
て定められるフィードバック制御luを計算し、次のス
テップ22では非線形補償演算を簡略化するため、θ=
0とし、次のステップ23でUとθと6(=0)とから
非線形補償演算により非線形補償量(指令トルク)Tを
計算し出力する。
第5図のフローチャートは第2の発明に対応するもので
あり、第4図のフローチャートと異なるところは、ステ
ップ22.23の代わりに、ステップ24を設け、非線
形補償演算の簡略化のため、非線形補償量(指令トルク
)Tをフィードハック制御量Uから、 T=A′u+B’   (A’、B’は所定値)として
計算して出力する。尚、A“ B +は最終目標関節角
T下の関数として与えることができる。
次に作用を説明する。
先ず、マニピュレータの持つ強い非線形性を取除(非線
形補償について述べる。
よく知られているように、多関節マニピュレータは次の
(1)式のような非線形性、軸間干渉性を有しており、
高速・高精度な動作を線形フィードバックで実現するに
は、これが問題となってくる。
J(θ)  ++f  (θ、  、d) +V (θ
)θ+g(θ)=T    ・・・(11 ここに、θ−〔θ、、・・・θ7〕t(θ、:各ジョイ
ト関節角、n:ジョイント数) T −(T ++・・・T、l:l’  (T、:各ジ
ョイトへの駆動トルク) J(θ):慣性モーメント行列 f (θ、θ):コリオリ・遠心方墳 ■(θ):各ジヨイントの粘性摩擦 g(θ) 二重方墳 そこで、例えば次の(2)式のように指令トルクを定め
てやることで、マニピュレータの非線形性。
軸間干渉性をある程度取除けて、次の(3)式のように
線形化され、線形フィードバック制御をより効果的に行
うことができる。
T=JI(θ)CF+θ十Fz/>+Gu)+1  (
θ、θ)+V(θ)  d+g  (θ)・・・(2)
/? = F z l + F + lI + G u
   −(3)ここに、F、、F、、Gは定数行列で、
特に干渉性を取除くために、F、、FI Gは対角行列
に選んでいる。Uはフィードバンク制miである。
そこで、非線形補償演算ブロツイlでは、マニピュレー
タの諸元値、すなわち、各軸に固定された座標系で表さ
れた各リンクの重心位置、リンク重量、慣性モーメント
、摩擦係数、リンク座標間の変換行列、ゲインF、、F
Z、Gを記憶していて、マニピュレータの関節角θと関
節角速度6.及び線形フィードバックコントローラの制
御出力であるフィードバック制JBffiuを入力し、
式(2)を例えばLuhのアルゴリズム(式[1)の形
の方程式を高速で演算することが可能なアルゴリズム)
で計算し、非線形補償量である指令トルクTを定めて、
マニピュレータの各軸のモータに出力する。これにより
、マニピュレータは路線形化され、亥た各軸は略独立と
して見なすことができる。
さて、一般的な6軸多関節マニピュレータで式(2)の
補償演算を考えてみると、大体乗算・加算合計600位
あり、現状の演算プロセッサを用いても20〜50m5
程度はかかってしまい、線形フィードバックコントロー
ラの制御周期も、これに同期させざるを得す、マニピュ
レータの機械的共振周波数が一般的に10数Hzである
ことから、充分短い制御周期と言うこともできず、位置
決め精度低下、整定時間が長くなる等の問題を生じてし
まう。
ところで、式(1)を見てもわかるように、マニピュレ
ータの非線形力はj、汐が大きい時に強くでて、低速時
にはあまり出ない。つまり、第6図のように、ある作業
動作で位置決めに近づいた時点では、かなり低速化して
おり、J (θ)の変化も少なく、非線形補償も不必要
となってくる。
そこで補償演算を簡略化するため、+er−01<A、
’l′TT−61<Bの領域に入ったら(A。
Bはマニピュレータの非線形力特性から適当に定める)
、/)=Oとして計算すれば、演算数は半減する(第1
の発明)。
又、式(2)において、l=oとし、611丁とすると
、 T=、J’  (/7 r)FI7r +f  (e 
r、O)+g (7丁)  +J  (# r)  G
+u    −”(41となり、 T=A′u+B゛    ・・・(5)ここに、A’=
JI Cll下)G 。
B′=JI (/Fr) F+  ll下+f (7下
、O)+g (#r) の定数 となる。
したがって、A’、B″を定数(最終目標関節角の関数
)として記憶して、弐(5)により節単に計算すること
ができ、演算は更に簡単になる(第2の発明)。
〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、位置決め時近くに
はマニピュレータの動作速度自体も遅くなり、又この時
には非線形力もさほど大きくないことから、マニピュレ
ータの位置及び速度が各々最終目標値付近の所定範囲に
入ったときに非線形補償演算を簡略化させるようにした
ため、非線形補償演算とフィードバンク制御を併用して
行う際に位置決め時の制御周期を短くすることができ、
それにより整定時間の短縮化と位置決め精度の向上を図
ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の構成を示すブロック図、第2図はマイ
クロコンピュータによるハードウェア構成例を示すブロ
ック図、第3図は制御系ブロック図、第4図及び第5図
はそれぞれ第1及び第2の発明に対応する動作手順のフ
ローチャート、第6図は作用を説明するための線図であ
る。 11・・・線形フィードバンクコントローラ12・・・
非線形補償演算ブロック  13・・・マニピュレータ 特許出願人  日産自動車株式会社 代理人 弁理士 笹 島  冨二雄 第2図 第3図 第4図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)各時点での目標値と実際値との偏差に基づいてマ
    ニピュレータへのフィードバック制御量を定めるフィー
    ドバック制御手段と、マニピュレータの有する非線形性
    を補償するためフィードバック制御量とマニピュレータ
    の位置と速度とから非線形補償量を算出して出力する非
    線形補償手段とを有するマニピュレータの制御装置にお
    いて、マニピュレータの位置及び速度が各々最終目標値
    付近の所定範囲に入ったときに上記非線形補償手段での
    非線形補償演算を速度値=0として行わせ該演算を簡略
    化させる演算簡略化手段を設けたことを特徴とするマニ
    ピュレータの制御装置。
  2. (2)各時点での目標値と実際値との偏差に基づいてマ
    ニピュレータへのフィードバック制御量を定めるフィー
    ドバック制御手段と、マニピュレータの有する非線形性
    を補償するためフィードバック制御量とマニピュレータ
    の位置と速度とから非線形補償量を算出して出力する非
    線形補償手段とを有するマニピュレータの制御装置にお
    いて、マニピュレータの位置及び速度が各々最終目標値
    付近の所定範囲に入ったときに上記非線形補償手段での
    非線形補償演算を T=A′u+B′ (T:非線形補償量、u:フィードバック制御量、A′
    、B′:定数) にて行わせ該演算を簡略化させる演算簡略化手段を設け
    たことを特徴とするマニピュレータの制御装置。
JP21417884A 1984-10-15 1984-10-15 マニピユレ−タの制御装置 Pending JPS6194110A (ja)

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JP21417884A JPS6194110A (ja) 1984-10-15 1984-10-15 マニピユレ−タの制御装置

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JP21417884A JPS6194110A (ja) 1984-10-15 1984-10-15 マニピユレ−タの制御装置

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JPS6194110A true JPS6194110A (ja) 1986-05-13

Family

ID=16651525

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JP21417884A Pending JPS6194110A (ja) 1984-10-15 1984-10-15 マニピユレ−タの制御装置

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JP (1) JPS6194110A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997028492A1 (de) * 1996-01-29 1997-08-07 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur regelung einer regelstrecke, insbesondere einer brennkraftmaschine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997028492A1 (de) * 1996-01-29 1997-08-07 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur regelung einer regelstrecke, insbesondere einer brennkraftmaschine

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