JPS63120312A - 柔軟ア−ムの制御装置 - Google Patents
柔軟ア−ムの制御装置Info
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- JPS63120312A JPS63120312A JP26688886A JP26688886A JPS63120312A JP S63120312 A JPS63120312 A JP S63120312A JP 26688886 A JP26688886 A JP 26688886A JP 26688886 A JP26688886 A JP 26688886A JP S63120312 A JPS63120312 A JP S63120312A
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
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。
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
本発明は柔軟アームの制御装置に関するものである。
従来の技術
近年、ロボットアームの軽量化、高速化にともなって今
まで剛体と考えて制御していた従来の制御方式では限界
が生じ、ロボットアームを弾性体と考えて（柔軟アーム
）制御する柔軟アームの制御方式について数多くの研究
されている（例えばキャノン他、プリサイス コントロ
ール オブフレキシブル マニピュレータ、ロポティッ
クリサーチ、１９８４年、８４１〜８６１ページ、エム
アイティー プレス（Ｃａｎｎｏｎ Ｒ，、Ｈ，ｅｔ、
ａｌ、、ＰｒｅｃｉｓｅＣｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆ
ｌｅｘｉｂｌｅ Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓ、Ｒｏｂｏ
ｔｉｃ Ｒｅ５ｅａｒｃｈ、 １９８４． ｐｐ８４
１−８６１ 、旧Ｔ Ｐｒｅｓｓ）） Ａ以下図面を参
照しながら従来の技術について説明する。
まで剛体と考えて制御していた従来の制御方式では限界
が生じ、ロボットアームを弾性体と考えて（柔軟アーム
）制御する柔軟アームの制御方式について数多くの研究
されている（例えばキャノン他、プリサイス コントロ
ール オブフレキシブル マニピュレータ、ロポティッ
クリサーチ、１９８４年、８４１〜８６１ページ、エム
アイティー プレス（Ｃａｎｎｏｎ Ｒ，、Ｈ，ｅｔ、
ａｌ、、ＰｒｅｃｉｓｅＣｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆ
ｌｅｘｉｂｌｅ Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓ、Ｒｏｂｏ
ｔｉｃ Ｒｅ５ｅａｒｃｈ、 １９８４． ｐｐ８４
１−８６１ 、旧Ｔ Ｐｒｅｓｓ）） Ａ以下図面を参
照しながら従来の技術について説明する。
第３図は従来の柔軟アームの制御方式の例を示すだめの
説明図である。第３図において皿は柔軟アーム系、２１
は柔軟アーム、２２は柔軟アームの先端、２３は柔軟ア
ームの駆動源であるモータである。
説明図である。第３図において皿は柔軟アーム系、２１
は柔軟アーム、２２は柔軟アームの先端、２３は柔軟ア
ームの駆動源であるモータである。
基準位置からのモータ２３の位置をθ（ｔ）、駆動トル
クをＴ、モータの方向にとった座標ξにおける柔軟アー
ムの変位をＷ（ξ、ｔ）、柔軟アームの長さをＩ、とす
る。このとき基準位置からの変位ｙは、 ｙ（ξ、ｔ） ＝ｗ （ξ、ｔ）＋ξ・θ （１）φｉ
（ξ）：ｉ次モード関数 ｑｉ（ｔ）：ｉ次モード変数 と表される。
クをＴ、モータの方向にとった座標ξにおける柔軟アー
ムの変位をＷ（ξ、ｔ）、柔軟アームの長さをＩ、とす
る。このとき基準位置からの変位ｙは、 ｙ（ξ、ｔ） ＝ｗ （ξ、ｔ）＋ξ・θ （１）φｉ
（ξ）：ｉ次モード関数 ｑｉ（ｔ）：ｉ次モード変数 と表される。
ここでｘ＝（ｑｌ、・・・・・・、ｑ ｎ） ｔ、 ｚ
＝（ｙ（Ｌ。
＝（ｙ（Ｌ。
ｔ）、ｄθ／ｄ ｔ） ’として柔軟アーム２１の先端
の位置ｙ （Ｌ、ｔ）とモータ２３の角速度ｄθ／ｄ
ｔを検出すると柔軟アーム系２０の全ての状６１が推定
できる（可観測性）。このＸと２を用いて状態方程式、
出力方程式は０次モードまでで近似すると、 ｄｘ／ｄｔ＝Ｆｘ＋ＧＴ ５Ｚ＝ＨＸとなる。ここ
でωｉ、ζｉは各モードの固有値、減衰比である。この
状態方程式、出力方程式を柔軟アーム系赳の動特性を表
すモデルとして用いて状態推定器を構成し、推定した状
ｆｆＭｆｆｉをもとに状態フィードバックによってＲ過
制御系を構成して柔軟アームの高速、高精度、無振動制
御を実現している。
の位置ｙ （Ｌ、ｔ）とモータ２３の角速度ｄθ／ｄ
ｔを検出すると柔軟アーム系２０の全ての状６１が推定
できる（可観測性）。このＸと２を用いて状態方程式、
出力方程式は０次モードまでで近似すると、 ｄｘ／ｄｔ＝Ｆｘ＋ＧＴ ５Ｚ＝ＨＸとなる。ここ
でωｉ、ζｉは各モードの固有値、減衰比である。この
状態方程式、出力方程式を柔軟アーム系赳の動特性を表
すモデルとして用いて状態推定器を構成し、推定した状
ｆｆＭｆｆｉをもとに状態フィードバックによってＲ過
制御系を構成して柔軟アームの高速、高精度、無振動制
御を実現している。
発明が解決しようとする問題点
しかしながら上記のような構成では、例えば第３図にお
けるモータ２３の軸に摩擦力等の外乱が加わった場合、
前記した状態方程式、出力方程式に基づいて構成した状
態推定器によって推定した状態量と真の状態量が一致せ
ず従って位置決め制御などを行うと位置決め誤差が生じ
、正確に制御目的を達成できないという問題点を有して
いた。
けるモータ２３の軸に摩擦力等の外乱が加わった場合、
前記した状態方程式、出力方程式に基づいて構成した状
態推定器によって推定した状態量と真の状態量が一致せ
ず従って位置決め制御などを行うと位置決め誤差が生じ
、正確に制御目的を達成できないという問題点を有して
いた。
本発明は上記問題点に鑑み、柔軟アームに例えば摩擦力
などの外乱が加わっても正確に制御目的を達成すること
のできる柔軟アーム制御方式を提供するものである。
などの外乱が加わっても正確に制御目的を達成すること
のできる柔軟アーム制御方式を提供するものである。
問題点を解決するための手段
上記問題点を解決するために本発明の柔軟アーム制御装
置は、柔軟アームと、柔軟アームを駆動する駆動源と、
柔軟アームと駆動源の状態を推定するのに必要な少な（
とも１個の信号を検出する検出器を有する柔軟アーム系
に対し、柔軟アーム系の動特性モデルと、柔軟アーム系
に加わる外乱のモデルとから構成される拡大システムモ
デルを用いた状態推定器を構成し、状態推定器から得ら
れる柔軟アーム系に加わる外乱の推定値を併用したもの
である。
置は、柔軟アームと、柔軟アームを駆動する駆動源と、
柔軟アームと駆動源の状態を推定するのに必要な少な（
とも１個の信号を検出する検出器を有する柔軟アーム系
に対し、柔軟アーム系の動特性モデルと、柔軟アーム系
に加わる外乱のモデルとから構成される拡大システムモ
デルを用いた状態推定器を構成し、状態推定器から得ら
れる柔軟アーム系に加わる外乱の推定値を併用したもの
である。
作用
本発明の上記した方式により、柔軟アームに例えば摩擦
力などの外乱が加わっても、推定状態値に誤差を生じる
ことなくまた外乱の推定値を併用して制御系を構成する
ためより正確に制御目的を達成することができる。
力などの外乱が加わっても、推定状態値に誤差を生じる
ことなくまた外乱の推定値を併用して制御系を構成する
ためより正確に制御目的を達成することができる。
実施例
以下本発明の一実施例の柔軟アームの制御装置について
、図面を参照しながら説明する。
、図面を参照しながら説明する。
第１図は本発明の一実施例における柔軟アームの概略図
である。第１図において、１）は柔軟アーム、１２は柔
軟アームの先端に取り付けられた負荷質量ｍｌ、１３は
柔軟アーム１）を駆動するモータ、１４は駆動モータの
角度を検出する検出器であり、ＩＩ〜１４を柔軟アーム
光用とする。ここで柔軟アーム１）のばね定数をｋ、粘
性係数をＣ１長さをＬとし、モータ１３の慣性モーメン
トをＪｍ、モータ１３の駆動トルクをＴ、モータ１３の
駆動軸に加わる摩擦トルクをＴｇ、モータ１３の角度を
θｍ、モータ１３の角度と先端負荷１２の角度との偏角
をαとする。
である。第１図において、１）は柔軟アーム、１２は柔
軟アームの先端に取り付けられた負荷質量ｍｌ、１３は
柔軟アーム１）を駆動するモータ、１４は駆動モータの
角度を検出する検出器であり、ＩＩ〜１４を柔軟アーム
光用とする。ここで柔軟アーム１）のばね定数をｋ、粘
性係数をＣ１長さをＬとし、モータ１３の慣性モーメン
トをＪｍ、モータ１３の駆動トルクをＴ、モータ１３の
駆動軸に加わる摩擦トルクをＴｇ、モータ１３の角度を
θｍ、モータ１３の角度と先端負荷１２の角度との偏角
をαとする。
第２図は本発明の一実施例における柔軟アームの制御方
式を具現化した制御系全体の概略図である。第２図にお
いて１は柔軟アーム系の状ａｔと柔軟アーム系に加わる
外乱量を推定する状態推定器、２はモータ１３の駆動ト
ルク、３は柔軟アーム系の状態量のうし検出できる信号
でモータ角度θｍ、４はモータ１３の駆動軸に加わる摩
擦トルクＴｇ、５は状態推定器１から得られる摩擦トル
クＴｇの推定値、６は状態推定器１から得られる柔軟ア
ーム系の状態量Ｘの推定値、７は推定値６を用いて制御
入力を生成する制御装置、８は柔軟アーム系の状態ｌｘ
の目標値である。
式を具現化した制御系全体の概略図である。第２図にお
いて１は柔軟アーム系の状ａｔと柔軟アーム系に加わる
外乱量を推定する状態推定器、２はモータ１３の駆動ト
ルク、３は柔軟アーム系の状態量のうし検出できる信号
でモータ角度θｍ、４はモータ１３の駆動軸に加わる摩
擦トルクＴｇ、５は状態推定器１から得られる摩擦トル
クＴｇの推定値、６は状態推定器１から得られる柔軟ア
ーム系の状態量Ｘの推定値、７は推定値６を用いて制御
入力を生成する制御装置、８は柔軟アーム系の状態ｌｘ
の目標値である。
以下第１図、第２図を用いて本発明の一実施例における
柔軟アームの制御装置について説明する。
柔軟アームの制御装置について説明する。
柔軟アーム光用の状態変数ベクトルＸを（θｍ、４０ｍ
／ ｄ ｔ、α、ｄα／ｄｔ）ｔとし、検出器１４か
ら得られる検出信号を２とする。この時柔軟アーム系則
の状態方程式と出力方程式は柔軟アームの１次モードの
み考慮すれば、 Ｃ＝（１０００） Ｊｅ−Ｊｍ本Ｊ１／（Ｊｍ＋Ｊ１） 、 Ｊ１＝
Ｌ ２＊ｍｌ＋ＪａＪａ：アーム部の先端等価慣性モ
ーメントとなる。ここでモータ１３の駆動軸に加わる外
乱トルクＴｇのモデルとして、 ｄＴｇ／ｄｔ＝０ を考え、前記した柔軟アーム光用の状態方程式と組み合
わせて拡大システムモデルを作る。即ち拡大状態変数ｘ
ｅを（ｘｔ、Ｔｇ） ｔとおいてＣｅ＝（ＣＯ） となる。この柔軟アーム系のモデルと外乱のモデルを有
する拡大システムモデルに対して状態推定器１を次のよ
うに構成する。すなわち推定状ａｔ６をｘ″、推定外乱
量５をＴｇ’ として、ｘｅ’＝ （ｘ’ ”、Ｔｇ’
）ｔとおくと、ｄ ｘｅ’／ｄ ｔ＝Ａｅ ｘｅ’＋
ＢｅＴ＋Ｇ（ｚ−ｚ’）ｚ’ ＝Ｃｅｘｅ’ となる。そしてこの状態推定器１は（Ａｅ−ＧＣｅ）の
固有値が複素平面上の左半平面に存在するようにゲイン
Ｇを定めてやれば、柔軟アーム光用に摩擦外乱４が混入
しても推定誤差を生じることがない。そこで第２図のよ
うに柔軟アーム系−則の推定状態量６を用いて例えば状
態フィードバンクによる制御装置７で目標値との偏差に
よって制御入力を生成し、さらに推定外乱（ｉｆ！ ５
を差し引くと柔軟アーム光用に加わる外乱４を打ち消す
ことができ位置決め制御などを行った場合非常に高精度
に位置決めすることができる。
／ ｄ ｔ、α、ｄα／ｄｔ）ｔとし、検出器１４か
ら得られる検出信号を２とする。この時柔軟アーム系則
の状態方程式と出力方程式は柔軟アームの１次モードの
み考慮すれば、 Ｃ＝（１０００） Ｊｅ−Ｊｍ本Ｊ１／（Ｊｍ＋Ｊ１） 、 Ｊ１＝
Ｌ ２＊ｍｌ＋ＪａＪａ：アーム部の先端等価慣性モ
ーメントとなる。ここでモータ１３の駆動軸に加わる外
乱トルクＴｇのモデルとして、 ｄＴｇ／ｄｔ＝０ を考え、前記した柔軟アーム光用の状態方程式と組み合
わせて拡大システムモデルを作る。即ち拡大状態変数ｘ
ｅを（ｘｔ、Ｔｇ） ｔとおいてＣｅ＝（ＣＯ） となる。この柔軟アーム系のモデルと外乱のモデルを有
する拡大システムモデルに対して状態推定器１を次のよ
うに構成する。すなわち推定状ａｔ６をｘ″、推定外乱
量５をＴｇ’ として、ｘｅ’＝ （ｘ’ ”、Ｔｇ’
）ｔとおくと、ｄ ｘｅ’／ｄ ｔ＝Ａｅ ｘｅ’＋
ＢｅＴ＋Ｇ（ｚ−ｚ’）ｚ’ ＝Ｃｅｘｅ’ となる。そしてこの状態推定器１は（Ａｅ−ＧＣｅ）の
固有値が複素平面上の左半平面に存在するようにゲイン
Ｇを定めてやれば、柔軟アーム光用に摩擦外乱４が混入
しても推定誤差を生じることがない。そこで第２図のよ
うに柔軟アーム系−則の推定状態量６を用いて例えば状
態フィードバンクによる制御装置７で目標値との偏差に
よって制御入力を生成し、さらに推定外乱（ｉｆ！ ５
を差し引くと柔軟アーム光用に加わる外乱４を打ち消す
ことができ位置決め制御などを行った場合非常に高精度
に位置決めすることができる。
以上のように本実施例によれば、柔軟アームと、柔軟ア
ームを駆動する駆動源と、柔軟アームと駆動源の状態を
推定するのに必要な少なくとも１個の信号を検出する検
出器を有する柔軟アーム系に対し、柔軟アーム系の動特
性モデルと、柔軟アーム系に加わる外乱のモデルとから
構成される拡大システムモデルを用いた状態推定器を構
成し、状態推定器から得られる柔軟アーム系に加わる外
乱の推定値を併用することにより柔軟アーム系の非常に
高精度な制御を行うことができる。
ームを駆動する駆動源と、柔軟アームと駆動源の状態を
推定するのに必要な少なくとも１個の信号を検出する検
出器を有する柔軟アーム系に対し、柔軟アーム系の動特
性モデルと、柔軟アーム系に加わる外乱のモデルとから
構成される拡大システムモデルを用いた状態推定器を構
成し、状態推定器から得られる柔軟アーム系に加わる外
乱の推定値を併用することにより柔軟アーム系の非常に
高精度な制御を行うことができる。
発明の効果
以上のように本発明は柔軟アームと、柔軟アームを駆動
する駆動源と、柔軟アームと駆動源の状態を推定するの
に必要な少なくとも１個の信号を検出する検出器を有す
る柔軟アーム系に対し、柔軟アーム系の動特性モデルと
、柔軟アーム系に加わる外乱のモデルとから構成される
拡大システムモデルを用いた状態推定器を構成し、状態
推定器から得られる柔軟アーム系に加わる外乱の推定値
を併用することにより柔軟アーム系の非常に高精度な制
御を行うことができるという効果を有する。
する駆動源と、柔軟アームと駆動源の状態を推定するの
に必要な少なくとも１個の信号を検出する検出器を有す
る柔軟アーム系に対し、柔軟アーム系の動特性モデルと
、柔軟アーム系に加わる外乱のモデルとから構成される
拡大システムモデルを用いた状態推定器を構成し、状態
推定器から得られる柔軟アーム系に加わる外乱の推定値
を併用することにより柔軟アーム系の非常に高精度な制
御を行うことができるという効果を有する。
第１図は本発明の一実施例における柔軟アームの概略図
、第２図は本発明の一実施例における柔軟アームの制御
装置を具現化した制御系全体の概略図、第３図は従来の
柔軟アームの制御袋ヱ例の説明図である。 １・・・・・・状態推定器、４・・・・・・柔軟アーム
系に加わる外乱、則・・・・・・柔軟アーム系、１）・
・・・・・柔軟アーム、１３・・・・・・柔軟アーム駆
動モータ、１４・・・・・・モータ角度検出器。
、第２図は本発明の一実施例における柔軟アームの制御
装置を具現化した制御系全体の概略図、第３図は従来の
柔軟アームの制御袋ヱ例の説明図である。 １・・・・・・状態推定器、４・・・・・・柔軟アーム
系に加わる外乱、則・・・・・・柔軟アーム系、１）・
・・・・・柔軟アーム、１３・・・・・・柔軟アーム駆
動モータ、１４・・・・・・モータ角度検出器。
Claims (3)
- （１）可撓性を有する柔軟アームと、前記柔軟アームを
駆動する駆動源と、前記柔軟アームと前記駆動源の状態
を推定するのに必要な少なくとも１個の信号を検出する
検出器を有する柔軟アーム系において、前記柔軟アーム
系の動特性モデルと、前記柔軟アーム系に加わる外乱の
モデルとから構成される拡大システムモデルを用いた、
前記駆動源への入力信号と前記検出器からの検出信号を
入力とする状態推定器を構成し、前記状態推定器から得
られる前記柔軟アーム系に加わる外乱の推定値を併用し
て前記柔軟アーム系を制御する制御手段とを具備したこ
とを特徴とする柔軟アームの制御装置。 - （２）状態推定器から得られる柔軟アーム系の推定状態
量と推定外乱値を併用して前記柔軟アーム系を制御する
ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載の柔
軟アームの制御装置。 - （３）検出器より得られる検出信号と、状態推定器から
得られる推定外乱値を併用して柔軟アーム系を制御する
ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項または第（
２）項のいずれかに記載の柔軟アームの制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26688886A JPS63120312A (ja) | 1986-11-10 | 1986-11-10 | 柔軟ア−ムの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26688886A JPS63120312A (ja) | 1986-11-10 | 1986-11-10 | 柔軟ア−ムの制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63120312A true JPS63120312A (ja) | 1988-05-24 |
Family
ID=17437048
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26688886A Pending JPS63120312A (ja) | 1986-11-10 | 1986-11-10 | 柔軟ア−ムの制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63120312A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03196313A (ja) * | 1989-12-26 | 1991-08-27 | Fanuc Ltd | 外乱推定オブザーバによる衝突検出方法 |
| JPH04113054A (ja) * | 1990-08-31 | 1992-04-14 | Tsubakimoto Chain Co | ベルト伝動機構の制御方法 |
| JP2002202802A (ja) * | 2000-12-28 | 2002-07-19 | Seiko Instruments Inc | 外乱推定型制御システム、気体圧縮機制御システム及び外乱推定型制御システムの設計方法 |
-
1986
- 1986-11-10 JP JP26688886A patent/JPS63120312A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03196313A (ja) * | 1989-12-26 | 1991-08-27 | Fanuc Ltd | 外乱推定オブザーバによる衝突検出方法 |
| JPH04113054A (ja) * | 1990-08-31 | 1992-04-14 | Tsubakimoto Chain Co | ベルト伝動機構の制御方法 |
| JP2002202802A (ja) * | 2000-12-28 | 2002-07-19 | Seiko Instruments Inc | 外乱推定型制御システム、気体圧縮機制御システム及び外乱推定型制御システムの設計方法 |
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