JPS62154004A - Control system for robot arm - Google Patents
Control system for robot armInfo
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- JPS62154004A JPS62154004A JP29669885A JP29669885A JPS62154004A JP S62154004 A JPS62154004 A JP S62154004A JP 29669885 A JP29669885 A JP 29669885A JP 29669885 A JP29669885 A JP 29669885A JP S62154004 A JPS62154004 A JP S62154004A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、ロボットアームの制御方式、特にロボットア
ームを振動なしに高速で制御するロボットアームの制御
方式に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a control method for a robot arm, and particularly to a control method for a robot arm that controls the robot arm at high speed without vibration.
(従来の技術)
直流サーボモータ等で駆動されるロボットアームの配置
関係は、第6図のように表わされる0図において、Jm
は、モータのイナーシャ、JLは、負荷のイナーシャ、
Kムは、モータと負荷の間に存在する低剛性のバネ係数
、Cは摩擦である。このような低剛性負荷を駆動する際
に、機械負荷先端の速度や位置等は、オブザーバにより
推定して、これを制御系にフィードバックすることによ
り、安定した制御が行なえることを、本発明の出願人は
特開昭60−200788号公報により提案した。即ち
、低剛性バネ系で連結された負荷をサーボモータにより
制御する際には、バネ係数の値によりダンピングの悪い
制御系が形成されるため1機械負荷先端速度や位置を検
出するためには、精度の良いセンサを取付けなければな
らないが、オブザーバによりこれらの値を推定すること
により、このようなセンサが不要でしかも制御の精度も
向上させることができる。(Prior art) The arrangement of a robot arm driven by a DC servo motor or the like is shown in Figure 6, where Jm
is the motor inertia, JL is the load inertia,
K is the low rigidity spring coefficient that exists between the motor and the load, and C is the friction. The present invention shows that when driving such a low-rigidity load, stable control can be performed by estimating the speed and position of the tip of the mechanical load using an observer and feeding this back to the control system. The applicant proposed this in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-200788. That is, when controlling a load connected by a low-rigidity spring system with a servo motor, a control system with poor damping is formed depending on the value of the spring coefficient. Although it is necessary to install a highly accurate sensor, by estimating these values using an observer, such a sensor is not necessary and the accuracy of control can be improved.
(発明が解決しようとする問題点)
このように、低剛性のバネ系を介して負荷イナーシャを
駆動する場合には、アームの共振周波数をfoとすると
き、
fo=(1/2π)ね77π ・・・(1)で表わさ
れるf。の値は、通常のロボットで10Hz以下の低い
値となり、サーボ系の共振周波数の帯域20〜30Hz
以下となるため、従来の制御方法では、アームの共振を
除去できないという問題があった。そこで、本発明は、
このような従来技術の問題点を解消しようとするもので
ある。(Problems to be Solved by the Invention) In this way, when driving the load inertia via a low-rigidity spring system, when the resonance frequency of the arm is fo, fo = (1/2π) 77π ...f expressed by (1). The value of is a low value of 10 Hz or less for a normal robot, and the resonant frequency band of the servo system is 20 to 30 Hz.
Therefore, in the conventional control method, there was a problem in that the resonance of the arm could not be eliminated. Therefore, the present invention
This is an attempt to solve these problems of the prior art.
(問題点を解決するための手段)
本発明は、低剛性負荷のロボットアームを連結したサー
ボモータをサーボアンプを用いて制御するロボットアー
ムの制御方式において、前記ロポー、トアームの機械系
を共振モデルで近似し、このサーボアンプからアーム共
振系までの状態変数を含めた系に対してオブザーバを構
成し、該オブザーバでの観測値をサーボアンプに状態フ
ィードバックを行なうように構成して、ロボットアーム
の共振を除去することを特徴とするロボットアームの制
御方式を提供することにより、上記した従来技術の問題
点を解消するものである。(Means for Solving the Problems) The present invention provides a robot arm control system in which a servo motor connected to a robot arm with a low rigidity load is controlled using a servo amplifier. An observer is configured for the system including the state variables from this servo amplifier to the arm resonance system, and the observed values of the observer are configured to provide state feedback to the servo amplifier, and the robot arm is approximated by The above problems of the prior art are solved by providing a robot arm control method characterized by eliminating resonance.
(作用)
本発明は、低剛性負荷のロボットアームの共振系を含め
た系に対してオブザーバを構成し、状態フィードバック
によって、アームの共振系を含めた系全体を安定化する
制御を行なっているので、アームの共振を除去し、安定
した高速制御が行なえる。(Operation) The present invention configures an observer for the system including the resonance system of the robot arm with a low rigidity load, and performs control to stabilize the entire system including the arm resonance system by state feedback. Therefore, arm resonance can be eliminated and stable high-speed control can be performed.
(実施例)
以下、図により本発明を説明する。第2図は、アームの
共振系を含んだ系の制御系を近似するブロック図でる0
図において、Uは入力信号の電流指令、Ktはトルク定
数、Jmはモータのイナーシャ、wmはモータ速度、K
rは積分定数、0mはロータリエンコーダで検出される
モータ位置、KLは低剛性のバネ定数、JLは負荷イナ
ーシャ、Cは摩擦、W文は負荷速度、θ又は負荷位置で
ある。(Example) The present invention will be explained below with reference to the drawings. Figure 2 is a block diagram that approximates the control system of the system including the arm resonance system.
In the figure, U is the current command of the input signal, Kt is the torque constant, Jm is the motor inertia, wm is the motor speed, K
r is an integral constant, 0m is a motor position detected by a rotary encoder, KL is a low-rigidity spring constant, JL is a load inertia, C is friction, W is a load speed, and θ or a load position.
このような制御系において、サーボアンプは十分高速な
モータの電流制御ループを備えているので、サーボアン
プの伝達関数はKtなるトルク定数で近似できるものと
するので、次式が成立する。In such a control system, since the servo amplifier is equipped with a sufficiently high-speed motor current control loop, it is assumed that the transfer function of the servo amplifier can be approximated by a torque constant Kt, so that the following equation holds true.
(0m(s)/u(s))= ((KrKt)ム1ml
X(sz +2ζwo s+w(、” )/(s’
+2ζw(、s 3+(++a) WO” s ”+
2αζw o 3s)
−(2)但し、wo=fi〒う7ゴ了−・(3)α
=JL/Jm ・・・(4)ζ=(C/
2)Xi/π]ζ ・・・(5)とする。(0m(s)/u(s))=((KrKt)mu1ml
X(sz +2ζwo s+w(,” )/(s'
+2ζw(,s 3+(++a) WO” s ”+
2αζw o 3s)
-(2) However, wo=fi〒U7GO 了-・(3) α
=JL/Jm...(4)ζ=(C/
2) Xi/π]ζ ... (5).
(2)式において、Wo、α、ζは、アームの姿勢によ
って変動するパラメータとなるので、本発明においては
、exact model matchingの手
法に従い、望ましい系のモデルを設定して安定な制御を
行なう、 exact model matchi
ngは、例えば「計測と制御」昭和59年6月号〜12
月号に紹介されているような、制御系の設計手法の一手
段であり、適応制御を行なう際の規範モデルは、その性
質が与えられた仕様を完全に満足するような伝達関数で
あり、閉ループ系、即ち、プラントコントローラに望ま
れる伝達関数であるとする。そして、exact m
odel matchingは、閉ループ伝達関数を
規範モデルに一致せしめるようなコントローラを求める
計算法であると定義される。In equation (2), Wo, α, and ζ are parameters that vary depending on the posture of the arm, so in the present invention, a desirable system model is set to perform stable control according to the exact model matching method. exact model match
ng is, for example, "Measurement and Control" June 1980 issue ~ 12
As introduced in the monthly issue, it is a method of designing control systems, and the reference model when performing adaptive control is a transfer function whose properties completely satisfy the given specifications. Assume that it is a closed-loop system, ie, a desired transfer function for a plant controller. And exact m
Odel matching is defined as a calculation method for finding a controller that matches a closed-loop transfer function to a reference model.
本発明は、この手法による望ましい系のモデルとして、
例えば、規範モデルt d(s)を、t d(s) =
4,000/((g+40)(s+Ioo))
・・・(8)と定める。これは、第3図に示すような
25m5の時定数のステップ応答を持つ系を想定してい
る。In the present invention, as a model of a desirable system using this method,
For example, let the normative model t d(s) be t d(s) =
4,000/((g+40)(s+Ioo))
... (8) is defined. This assumes a system having a step response with a time constant of 25 m5 as shown in FIG.
ところで、第2図に示したような制御系は、第4図に示
したような系により適応制御を行なえば、アームの共振
を除去することができる。即ち、アームの共振系を含め
た系に対してオブザーバを構成し、状態フィードバック
によってアームの系を含めた系全体を安定化するような
制御を行なう、ここで、アームの姿勢による負荷イナー
シャJLの変動に対応するために、オブザーバは適応観
測にで構成する。Incidentally, the control system shown in FIG. 2 can eliminate the resonance of the arm by performing adaptive control using the system shown in FIG. 4. In other words, an observer is configured for the system including the arm resonance system, and control is performed to stabilize the entire system including the arm system by state feedback.Here, the load inertia JL due to the arm posture is To respond to fluctuations, observers are configured with adaptive observations.
いま、周波数領域におけるexact mode1m
atching系は、一般に第5図に示すようなブロッ
ク図で表わされることから、本発明においては、第1図
に示すような多変数適応制御の具体的な制御系を構成す
る。即ち、第5図は、周波数領域における極配置が、オ
ブザーバと状態フィードバックの和であることを示すも
のであり、k(s)、 h(s)、 q (s)は
多項式を表す。Now, exact mode1m in the frequency domain
Since the attaching system is generally represented by a block diagram as shown in FIG. 5, in the present invention, a specific control system for multivariable adaptive control as shown in FIG. 1 is constructed. That is, FIG. 5 shows that the pole arrangement in the frequency domain is the sum of the observer and state feedback, and k(s), h(s), and q(s) represent polynomials.
次に、第1図のブロック図について説明する。Next, the block diagram of FIG. 1 will be explained.
入力信号である位置指令1(t)に対して、(6)式で
求めた規範モデルAの出力y m(t)とエンコーダ出
力y(t)との適応制御誤差e (t)を求める。The adaptive control error e (t) between the output y m (t) of the reference model A obtained using equation (6) and the encoder output y (t) is determined for the position command 1 (t) that is the input signal.
この適応制御誤差e (t)は未知パラメータθ(1)
と、状態空間パラメータで表される数値行列Bx°を含
む誤趙ダイナミクスであり、その同定器Cの出カーは、
トルク指令u (t)とエンコーダ出力y(1)により
求められる。また、同定誤差ε(1)は、”i; (t
) −e (t)で求められ、適応法則計算機りに入力
される。適応法則針1機は、多変数i<(t)、 h
(t)を適当に制御して、プラントとして表わされるモ
ータアンプ負荷系Bに制御信号をフィードバックする。This adaptive control error e (t) is the unknown parameter θ (1)
and the false Zhao dynamics including the numerical matrix Bx° expressed by state space parameters, and the output of the identifier C is
It is obtained from the torque command u (t) and the encoder output y(1). In addition, the identification error ε(1) is “i; (t
) −e (t) and input into the adaptive law calculator. One adaptive law needle has multiple variables i<(t), h
(t) is appropriately controlled and a control signal is fed back to the motor amplifier load system B represented as a plant.
即ち、モータアンプ負荷系に対してスカラーの適応制御
を実行する。なお第1図において、各パラメータは次の
ように設定される。That is, scalar adaptive control is performed on the motor amplifier load system. Note that in FIG. 1, each parameter is set as follows.
k (t) 工 [kz 、 kt 、 k
o ] −(7)h(t)” [hs
、h2 、hl 、hol ・・・(8)□
θ(t)=[−kg、−ζ、−”;:o、−73゜−h
2+−hl 、−hol・(9)w(t) =
[[P2 /+(P+40)zCP+100))]
u (t)。k (t) k [kz, kt, k
o] −(7)h(t)” [hs
, h2, hl, hol...(8)□
θ(t) = [-kg, -ζ, -'';:o, -73°-h
2+-hl,-hol・(9)w(t)=
[[P2 /+(P+40)zCP+100))]
u(t).
[p /((P、40)2 (P+100)+1
u (t)。[p / ((P, 40)2 (P+100)+1
u(t).
[1/((p+to)2 (p+1oo))] u
(t)。[1/((p+to)2 (p+1oo))] u
(t).
[P3/+(P+40)” (P+1oo))]
y (t)。[P3/+(P+40)” (P+1oo))]
y(t).
[P /+(P+40)” (P+100)11 Y
(t)。[P/+(P+40)” (P+100)11 Y
(t).
[1/+(P+40)z(P+100))] Y (
t) ]・・・(lO)
+ U (tJ X 11/()’+4117
+ l W (tJ −Y ml(tJ・・
・(zl)
これより、パラメータベクトルは
0 (t) = −r [(1/(P+40)21 w
(t)] e (t) /[C+ [(1/(P+40
)2) w(t)]X [(1/CP+40)2)
W(t)] ・・・(12)で表わされる
。[1/+(P+40)z(P+100))] Y (
t) ]...(lO) + U (tJ X 11/()'+4117
+ l W (tJ −Y ml(tJ・・
・(zl) From this, the parameter vector is 0 (t) = −r [(1/(P+40)21 w
(t)] e (t) / [C+ [(1/(P+40
)2) w(t)]X [(1/CP+40)2)
W(t)] ...(12).
とする、なお、微分係数Sは、ラプラス変換の演算子P
でおきかえている。In addition, the differential coefficient S is the Laplace transform operator P
It is replaced with
(発明の効果)
以上、本発明によれば、サーボモータによるロボット7
−ムの制御に、exact model matc
hingの手法による適応制御を用いているので、lO
H2以下のロボットアームの共振系も制御でき、制御系
の高速応答が実現できる。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, the robot 7 using the servo motor
- Exact model matc is used to control the system.
Since adaptive control based on hing's method is used, lO
The resonance system of the robot arm below H2 can also be controlled, and high-speed response of the control system can be realized.
第1図は本発明のブロック図、第2図は負荷アームの共
振系を含む系を近似したブロック図、第3図は特性図、
第4図は本発明の詳細な説明するブロック図、第5図は
exact modsl matchingによる
制御を説明するブロック図、第6図はモータと負荷の配
置を説明する説明図である。
A・・・規範モデル、B・・・モータアンプ負荷系、C
・・・誤差グイナミクス同定器、D・・・適応法則計算
機。Fig. 1 is a block diagram of the present invention, Fig. 2 is a block diagram approximating the system including the resonance system of the load arm, Fig. 3 is a characteristic diagram,
FIG. 4 is a block diagram explaining the present invention in detail, FIG. 5 is a block diagram explaining control by exact modsl matching, and FIG. 6 is an explanatory diagram explaining the arrangement of the motor and the load. A... Normative model, B... Motor amplifier load system, C
...Error Guinemics Identifier, D...Adaptive Law Calculator.
Claims (2)
ータをサーボアンプを用いて制御するロボットアームの
制御方式において、前記ロボットアームの機械系を共振
モデルで近似し、このサーボアンプからアーム共振系ま
での状態変数を含めた系に対してオブザーバを構成し、
該オブザーバでの観測値をサーボアンプに状態フィード
バックを行なうように構成して、ロボットアームの共振
を除去することを特徴とするロボットアームの制御方式
。(1) In a robot arm control method that uses a servo amplifier to control a servo motor connected to a robot arm with a low rigidity load, the mechanical system of the robot arm is approximated by a resonance model, and from this servo amplifier to the arm resonance system. Configure an observer for the system including state variables,
1. A control method for a robot arm, characterized in that resonance of the robot arm is eliminated by providing state feedback to a servo amplifier based on observed values from the observer.
する特許請求の範囲第(1)項に記載のロボットアーム
の制御方式。(2) The robot arm control method according to claim (1), wherein the observer is an adaptive observer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29669885A JPS62154004A (en) | 1985-12-26 | 1985-12-26 | Control system for robot arm |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29669885A JPS62154004A (en) | 1985-12-26 | 1985-12-26 | Control system for robot arm |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62154004A true JPS62154004A (en) | 1987-07-09 |
Family
ID=17836928
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29669885A Pending JPS62154004A (en) | 1985-12-26 | 1985-12-26 | Control system for robot arm |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62154004A (en) |
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