JPS63145512A - 柔軟マニピユレ−タの制御方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明はマニピ畠レークにおいて、アームの振動抑制
制御を可能にすることで、マニピュレータの機能および
性能を向上させたものに関する。

（従来の技術） ここ数年の間に産業用ロボットを含めたマニピａレータ
は飛躍的に普及し、あらゆる分野で利用されている。と
ころで、マニピュレータはそのほとんどが片持梁の構造
をとっており、ちょっとした外乱でもアームの撮動が生
じてしまい操作性能に影響を与える。特に、作業を行う
のが片持梁の先端であることが多く、この部分は各アー
ムの撮動やヒンジ角の誤差が累積された形で影響するの
で、操作性能の低下が著しい。従って、マニピュレータ
の設計においては各部の剛性を高めるという手法をとる
場合が多いが、これではマニピュレータの自重が大きく
なってしまう。一方、今後、特に宇宙開発へマニピュレ
ータが応用される事を考えれば軽量化は非常に重要な課
題となりあえて弾性変形を許しても軽量化を取る事が考
えられるため、制御ｆｃおいて振動の影響を十分考慮す
る必要がある。

また、従来からマニピュレータ先端の絶対座標をパラメ
ータとして、目標とする座標に持っていくための様々な
制御法が考えられているが、いずれもマニピュレータを
剛体とみなしているため、これをそのまま柔軟マンピー
レータに適用した場合正確さに欠ける。

このことを第２図を使って説明する。第２図は剛体マン
ピーレータに対し、マンピーレータの先端座標をパラメ
ータとした制御方法のブロック図の１例を示したもので
ある。マンピーレータに対して、手先の絶対座標の目標
値Ｘｄが与えられる。

一方、マンピーレータ機構部２の内部に取り付けたセン
サより関節角θが、また外部に取り付けたセンサより手
先の絶対座標Ｘが計測される。このうち、Ｘは目標位置
Ｘｄと比較され、一つは乗算器８に入力されてに１倍さ
れる。もう一方は、微分器７で微分された後乗算器９に
入力されて幻倍される。また、先の関節角θはヤコビア
ンマトリックス演算器３に入力されて、マニピュレータ
のヤコビアンが計算され、これに乗算器８と乗算器９の
計算結果を加算してマニピュレータサーボ系ｌへ入力さ
れる。このループにより先端位置に関してフィードバッ
ク制御が施されており、マンピーレータ先端が目標位置
に追従する。しかし、この方法を柔軟構造物としてのマ
ニピュレータの制御にそのまま適用した場合、手先の座
標位置だけを制御のパラメータとして選んでいるので、
各アームにたわみが残っている場合でも手先が目標とす
る位置ｌこ到達したら収束状態とみなすため、必ずしも
適確な方法ではない。

（発明が解決しようとする問題点） 上述のように、従来の制御法ではアームに弾性変形に伴
なう振動が生じて手先の位置決め作業の能率が極めて低
下する。従ってこの発明はアームの振動抑制制御を行う
ことで、マニピュレータの位置決め性能を向上させるこ
とを目的としたものである。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） この発明の要旨は以下のとおりである。マンピーレータ
がハンドリングしているペイロードに対して、位置決め
を行なうための目標位置が与えられる。この目標値はト
ルク演算器に入力され、一方マニピ具レータ外部に取り
付けたセンサより算出された現在のペイロードの絶対位
置もこの演算器に入力される。演算器では現在の絶対位
置をもとにペイロードを目標値に動かすために、ペイロ
ードに加える力及びトルク値がペイロードの剛体モデル
を基に算出される。この値は座標変換器に入力され、こ
こでマニピュレータの手首に取り付けられた力／トルク
検出器に固有の座標糸での値ｌこ変換される。さらに、
先の力／トルク検出器から検出された値とこの変換値と
の偏差をとって制御系へ入力される。

これとは別に、計測された関節角度がヤコビアンマトリ
ックス演算器に入力され、ここでマニピュレータのヤコ
ビアンが演出され、その結果がやはりマンピーレータの
制御系へ入力される。制御系では入力された各演算結果
をもとに、与えられた目標値へペイロードを持っていく
ための最適な制御則に基づく駆動トルクが演算されて、
マンピーレータの駆動部に出力される。

（作用） 上述の手段を施すことで、ペイロードを目標位置へ迅速
ｌζ持っていくことができ、また駆動中アームに弾性た
わみが生じた場合でも、このたわみによって力／トルク
検出器に発生するトルク値が常に目標値に一致するよう
に制御されているので、目標位置に近づくにつれて弾性
たわみもしだいに小さくなり、目標位置では振動を生じ
させるほどのひずみエネルギーが蓄積されないので、振
動は抑制され、マニピュレータの位置決め性能も低下し
ない。

（実施例） この発明の一実施例を第１図によって説明する。

マンピーレータがハンドリングしているペイロードに対
して位置決めを行なうための目標量が与えられる。この
目標値はトルク演算器６に入力され、−Ｊマンピーレー
タ外部に取り付けたセンサより算出された現在のペイロ
ードの絶対位置Ｘもこの演算器に入力される。演算器６
では現在の絶対位置Ｘをもとにペイロードを目標値に動
かすためにペイロードに加える力及びトルク値がペイロ
ードの剛体モデルを基に算出される。この値は座標変換
器５に入力され、ここでマニピ畠レータの手首に取り付
けられた力／トルク検出器に固有の座標系での値に変換
される。そして、先の力／トルク検出器から検出された
値ｆとこの変換値との偏差を比較器４でとって制御系１
へ入力される。

これとは別に、計測された関節角度θがヤコビアンマト
リックス演算器３に入力され、ここでマニピュレータの
ヤコビアンが演算され、その結果がやはりマニピュレー
タの制御系１へ入力される。

制御系１ではヤコビアンマトリックスの転置行列が上述
の偏差に乗算され、マニピュレータ駆動トルクを計算す
る。その結果により、マニピュレータ機構部２を駆動す
る。

〔発明の効果〕

この発明は次の効果を有する。

＋１１　柔軟マニビ為レータに対し、各リンクに生ずる
振動の影響を受けずに先端の位置決めが行えるためマニ
ピュレータの性能が向上する。

（２）ペイロードの座標により位置決めを行うため、各
関節角により位置決めを行う方法に比べて位置決めの精
度が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略図、第２図は剛体
マニピュレータに対するフィードバック制御のブロック
線図である。 １・・・マニピ畠レータサーボ系、２・・・マニヒ轟し
−タ機構部、３・・・微分器、４・・・比較器、５・・
・座標変換器、６・・・トルク演算器、７・・・微分器
、８，９・・・乗算器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の自由度を有し、全体として空間リンク機構を構成
   する柔軟マニピュレータにおいて、ハンドリングしてい
   るペイロードを与えた目標位置へ持っていくためにペイ
   ロードに加えるべき力及びトルクをペイロードの位置や
   速度の状態を使って算出し、これをマニピュレータの手
   首に取り付けた力／トルク検出器に固有の座標系に変換
   した後、検出器から得られる値を先に変換した値に持っ
   ていくように各関節を駆動することを特徴とする柔軟マ
   ニピュレータの制御方法。