JPS6326702A - 多自由度マニピユレ−タの制御装置 - Google Patents
多自由度マニピユレ−タの制御装置Info
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- JPS6326702A JPS6326702A JP17108486A JP17108486A JPS6326702A JP S6326702 A JPS6326702 A JP S6326702A JP 17108486 A JP17108486 A JP 17108486A JP 17108486 A JP17108486 A JP 17108486A JP S6326702 A JPS6326702 A JP S6326702A
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- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 15
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
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Landscapes
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Numerical Control (AREA)
- Manipulator (AREA)
- Feedback Control In General (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の目的コ
(産業上の利用分野)
本発明は、多自由度マニピュレータの制御装置に係り、
特に、多自由度マニピュレータの動特性を実時間で同定
できるようにするとともに試行が繰り返されるにしたか
って同定精度が向上するようにした制御装置に関する。
特に、多自由度マニピュレータの動特性を実時間で同定
できるようにするとともに試行が繰り返されるにしたか
って同定精度が向上するようにした制御装置に関する。
(従来の技術)
多自由度を有するマニピュレータの制御装置には1通常
1次の3つの方式が採用されている。
1次の3つの方式が採用されている。
すなわち、その1つは、第2図に示すように、マニピュ
レータ1の非線形特性や各自由度間の干渉等を全て無視
し、各関節2−1.2−2.・・・2−n毎に閉ループ
制御系を組み、それぞれのループにPID制御器3−1
、3−2 、・・・3−n等を介挿させた制御装置4
を用いる方式である。
レータ1の非線形特性や各自由度間の干渉等を全て無視
し、各関節2−1.2−2.・・・2−n毎に閉ループ
制御系を組み、それぞれのループにPID制御器3−1
、3−2 、・・・3−n等を介挿させた制御装置4
を用いる方式である。
しかし、この制御装置4では、マニピュレータ1を高速
運動させようとすると、無視されていた非線形力や各自
由度間の干渉力の影響が大きくなり、制御性能が劣化す
ると言う問題があった。
運動させようとすると、無視されていた非線形力や各自
由度間の干渉力の影響が大きくなり、制御性能が劣化す
ると言う問題があった。
また、その2つ目は、第3図に示すように、マニピュレ
ータ1の動特性モデルが完全に既知であるとし、各関節
2−1.・・・2−nの角度、角速度等を用いて非線形
補償要素5で非線形力および干渉力を計算で算出し、そ
の計算結果を用いて各関節毎に非線形補償を行なう制御
装置6を用いる方式である。
ータ1の動特性モデルが完全に既知であるとし、各関節
2−1.・・・2−nの角度、角速度等を用いて非線形
補償要素5で非線形力および干渉力を計算で算出し、そ
の計算結果を用いて各関節毎に非線形補償を行なう制御
装置6を用いる方式である。
しかし、この制御装置6ではマニピュレータ1の動特性
が既知でなければならないところに問題がある。たとえ
ば、同一構成の多自由度マニピュレータであっても1通
常、それぞれの動特性モデルには多少のばらつきがある
。また、動特性モデルの中のパラメータのなかには経年
変化によって変動するものもある。したがって、この制
御装置6では、各マニピュレータ毎にその制御性能が異
なったり、またパラメータの変動によって制御性能が劣
化するなどの問題があった。
が既知でなければならないところに問題がある。たとえ
ば、同一構成の多自由度マニピュレータであっても1通
常、それぞれの動特性モデルには多少のばらつきがある
。また、動特性モデルの中のパラメータのなかには経年
変化によって変動するものもある。したがって、この制
御装置6では、各マニピュレータ毎にその制御性能が異
なったり、またパラメータの変動によって制御性能が劣
化するなどの問題があった。
また、その3つ目は、第4図に示すように、マニピュレ
ータ1の望ましい応答特性を持つ規範モデルを内蔵した
モデル部7を設け、このモデル部7とマニピュレータ1
との内部状態の差、マニピュレータ1の各自由度の位置
、速度、加速度等を用いてマニピュレータ1の動特性モ
デルを適応器8でオンラインで同定し、この同定結果を
慣性項ゲイン演算器9.非線形力演算器10.非干渉用
演算器11に入力し、これらで非線形補償用の入力を作
り出すようにした制御装置12を用いる方式である。
ータ1の望ましい応答特性を持つ規範モデルを内蔵した
モデル部7を設け、このモデル部7とマニピュレータ1
との内部状態の差、マニピュレータ1の各自由度の位置
、速度、加速度等を用いてマニピュレータ1の動特性モ
デルを適応器8でオンラインで同定し、この同定結果を
慣性項ゲイン演算器9.非線形力演算器10.非干渉用
演算器11に入力し、これらで非線形補償用の入力を作
り出すようにした制御装置12を用いる方式である。
しかし、この制御装置12では、適応器8でパラメータ
同定を行なう際に用いる積分ゲイン、推定パラメータの
初期値の選定によっては制御系が発散し、安定した制御
が行なえない問題があった。
同定を行なう際に用いる積分ゲイン、推定パラメータの
初期値の選定によっては制御系が発散し、安定した制御
が行なえない問題があった。
(発明が解決しようとする問題点)
上述の如く、従来の制御装置は、マニピュレータの非線
形力や干渉力の影響を受けたり、あるいは動特性モデル
のモデル誤差などによって制御性能が劣化したり、ある
いはまた適応制御系での最適な適応ゲイン、初期推定値
の選定が困難であった。
形力や干渉力の影響を受けたり、あるいは動特性モデル
のモデル誤差などによって制御性能が劣化したり、ある
いはまた適応制御系での最適な適応ゲイン、初期推定値
の選定が困難であった。
そこで本発明は、マニピュレータの非線形力。
干渉力、動特性モデルのモデル誤差等も考慮に入れた適
応学習機能を持ち、常に安定かつ良好な制御性能を発揮
する多自由度マニピュレータの制御装置を提供すること
を目的としている。
応学習機能を持ち、常に安定かつ良好な制御性能を発揮
する多自由度マニピュレータの制御装置を提供すること
を目的としている。
[発明の構成]
(問題点を解決するための手段)
本発明に係る制御装置は、マニピュレータの動特性モデ
ルに現われる未知パラメータを推定して適応的非線形補
償を行なう機能と、その試行における最終値を記憶し、
この記憶値を次の試行での推定パラメータの初期値とし
て使用する学習機能とを備えている。
ルに現われる未知パラメータを推定して適応的非線形補
償を行なう機能と、その試行における最終値を記憶し、
この記憶値を次の試行での推定パラメータの初期値とし
て使用する学習機能とを備えている。
(作用)
一般に、制御すべきマニピュレータの動特性モデルを正
確に求めることは困難である。たとえば、負荷変動や経
年変化によってもその動特性モデルは変わる。
確に求めることは困難である。たとえば、負荷変動や経
年変化によってもその動特性モデルは変わる。
本発明の制御装置では、制御すべきマニピュレータの動
特性モデルに現われる未知パラメータあるいは変動パラ
メータをオンラインで推定し、その推定パラメータを用
いて非線形補償を行なう。
特性モデルに現われる未知パラメータあるいは変動パラ
メータをオンラインで推定し、その推定パラメータを用
いて非線形補償を行なう。
この適応動作によって制御しようとしているマニピュレ
ータの動特性モデルのモデル誤差、変動が打ち消される
。加えて、学習機能により過渡制御性能が向上する。
ータの動特性モデルのモデル誤差、変動が打ち消される
。加えて、学習機能により過渡制御性能が向上する。
(実施例)
以下1本発明の実施例を図面の簡単な説明する。
第1図は本発明の一実施例を示すブロック図である。
すなわち1図中21は制御対象であるn自由度のマニピ
ュレータを示し、22はその制御装置を示している。
ュレータを示し、22はその制御装置を示している。
マニピュレータ21は、各自由度にアクチュエータを持
ち1次のような非線形微分方程式で表されるものである
。
ち1次のような非線形微分方程式で表されるものである
。
(X11− XMN X21 +++ X2n )Tで
あり、XIはマニピュレータ21の関節角ベクトル、x
2は角速度ベクトルである。Ml、x2は計1定可能な
ものであり、Uはマニピュレータ21へ加えられるn×
1の入力ベクトルを示し、さらにθ、■はそれぞれnx
nの零行列、単位行列を示している。また。
あり、XIはマニピュレータ21の関節角ベクトル、x
2は角速度ベクトルである。Ml、x2は計1定可能な
ものであり、Uはマニピュレータ21へ加えられるn×
1の入力ベクトルを示し、さらにθ、■はそれぞれnx
nの零行列、単位行列を示している。また。
J (x) 、 F (x)はそれぞれHxn、nX
1の行列で1次のように書き表されるものである。
1の行列で1次のように書き表されるものである。
二こで、ak(1≦に≦p)は物理的な意味を持った未
知パラメータを表し、この未知パラメータa、は全でそ
の存在範囲が推定可能である。
知パラメータを表し、この未知パラメータa、は全でそ
の存在範囲が推定可能である。
1ak1 ≦amax (15に≦p)
=−(4)Jk (X)、 FH(x)は
未知パラメータを含まないnXn、nXlのXに関する
非線形行列を表し、このJH(X)、Fk (X)の構
造は既知で1次のような性質を持っている。
=−(4)Jk (X)、 FH(x)は
未知パラメータを含まないnXn、nXlのXに関する
非線形行列を表し、このJH(X)、Fk (X)の構
造は既知で1次のような性質を持っている。
(a)各行列の全成分が区分的に連続な非線形関数であ
る。
る。
(b) Iy、 (x)の全成分は任意のXに対して
官界となり、そのi行j列成分J’1<’(x)につい
てはその上下限がわかる。
官界となり、そのi行j列成分J’1<’(x)につい
てはその上下限がわかる。
For vx、 jJ、’ (x)t ≦FJ
IJ(1≦k<IIl。
IJ(1≦k<IIl。
l≦1.j二〇) ・・・(5)
(e) Fk (X)の全成分F ’y (x )
はXが官界ならば官界となる。
はXが官界ならば官界となる。
一方、制御装置22は、大きく別けて、モデル部23と
、適応同定部24と、慣性力演算部25と、非線形力演
算部26と、安定化器27と、適応パラメータ記憶部2
8と、加算器29とで構成されている。
、適応同定部24と、慣性力演算部25と、非線形力演
算部26と、安定化器27と、適応パラメータ記憶部2
8と、加算器29とで構成されている。
前記モデル部23は、制御系の設計者が決定した安定な
規範モデルを内蔵している。この規範モデルは次の式で
表されるものである。
規範モデルを内蔵している。この規範モデルは次の式で
表されるものである。
・・・(6)
ただし、(6)式において、 X、 ” (XMI
、 XM2) −(XMN ”’ Xx+n XM
21 ・” XM2n)であり、Uは制御系構成後の新
しいnXlの入力ベクトルである。またkL、に2は規
範モデルが安定になるように選ばれた定数である。この
制御装置では上記モデルの初期状態XM(0)をマニピ
ュレータ21の初期状態x(0)に一致させである。
、 XM2) −(XMN ”’ Xx+n XM
21 ・” XM2n)であり、Uは制御系構成後の新
しいnXlの入力ベクトルである。またkL、に2は規
範モデルが安定になるように選ばれた定数である。この
制御装置では上記モデルの初期状態XM(0)をマニピ
ュレータ21の初期状態x(0)に一致させである。
前記適応同定部24は、補償入力決定のために種々の係
数を決定するためのものである。すなわち、この適応同
定部24は、角度センサ30.角速度センサ31.角加
速度センサ32で検出されたマニピュレータ21の角度
Xl、角速度x2+角加速度交2.減算器33.34に
よって検出された規範モデルとマニピュレータ21との
各自由度の角度誤差信号、角速度誤差信号、前述した非
l」 線形関数J1.(x)、(1≦t、 jsn 、 1≦
kcm ) 。
数を決定するためのものである。すなわち、この適応同
定部24は、角度センサ30.角速度センサ31.角加
速度センサ32で検出されたマニピュレータ21の角度
Xl、角速度x2+角加速度交2.減算器33.34に
よって検出された規範モデルとマニピュレータ21との
各自由度の角度誤差信号、角速度誤差信号、前述した非
l」 線形関数J1.(x)、(1≦t、 jsn 、 1≦
kcm ) 。
F ’y (x ) (1<icn、 15に5p)
、定数kl+に2+八力Uおよび後述する同定パラメー
タ記憶部28より与えられた1回前の試行終了時の推定
パラメータ金H(Tr−+)r−+ (rを今回の試行
回数、 Tr−+をr−1回目の試行の終了時間とする
。)を今回の推定パラメータの初期値としたパラメータ
。
、定数kl+に2+八力Uおよび後述する同定パラメー
タ記憶部28より与えられた1回前の試行終了時の推定
パラメータ金H(Tr−+)r−+ (rを今回の試行
回数、 Tr−+をr−1回目の試行の終了時間とする
。)を今回の推定パラメータの初期値としたパラメータ
。
ak(o)、−合k(Tr−+)r−+ (1≦k
<p > −=(7)を用いて次のような演算を行
なう。
<p > −=(7)を用いて次のような演算を行
なう。
すなわち、今1行列P、Qが次のような行列方程式を満
たす正定値対称行列であるとする。
たす正定値対称行列であるとする。
PAM +AM P−−Q ・・
・(8)B P−D ・
・・(9)・・・(lO) である。また1行列りは伝達関数 W(s) =D(s[[−A ) Bが強正実になル
ヨウニ選ばれている。
・(8)B P−D ・
・・(9)・・・(lO) である。また1行列りは伝達関数 W(s) =D(s[[−A ) Bが強正実になル
ヨウニ選ばれている。
この時、以下の計算を行なう。
・・・(11)
計者が決定する。)・・・(I3)
e −XM −X −(14)
z−A [J+(x) X2 F+(X) 。
z−A [J+(x) X2 F+(X) 。
=im (X) 党−F(n (x)。
−Fm+、(x) 、 −−−−F p (x) ]
−(15)前記慣性力演算部25は、マニピュレータ
21の慣性項を打ち消すだめの入力U、を演算するため
のものである。すなわち、この慣性力演算部25は、前
記センサ30,31.32で検出されたマニピュレータ
21の関節角度Xi、角速度X 2 + 角加速度交2
.前述した非線形行列1k(x) 、 (L<k<m)
、および適応同定部24から与えられた推定パラメー
タa k(t)r(l≦に≦ll1)を用いて次のよう
な演算を行なう。
−(15)前記慣性力演算部25は、マニピュレータ
21の慣性項を打ち消すだめの入力U、を演算するため
のものである。すなわち、この慣性力演算部25は、前
記センサ30,31.32で検出されたマニピュレータ
21の関節角度Xi、角速度X 2 + 角加速度交2
.前述した非線形行列1k(x) 、 (L<k<m)
、および適応同定部24から与えられた推定パラメー
タa k(t)r(l≦に≦ll1)を用いて次のよう
な演算を行なう。
ただし、 (18)式において「は試行回数である。
前記非線形力演鼻部26は、マニピュレータ21の慣性
力以外の非線形力を打ち消すための入力LIF を演
算するためのものである。すなわち。
力以外の非線形力を打ち消すための入力LIF を演
算するためのものである。すなわち。
この非線形力演鼻部26は、前記センサ30゜31で検
出されたマニピュレータ21の関節角度X l r角速
度X2.前述した非線形ベクトルFk (x)(15に
≦p)および前記適応同定部24から与えられた推定パ
ラメータ令、 (t)r(t≦に≦p)を用いて次のよ
うな演算を行なう。
出されたマニピュレータ21の関節角度X l r角速
度X2.前述した非線形ベクトルFk (x)(15に
≦p)および前記適応同定部24から与えられた推定パ
ラメータ令、 (t)r(t≦に≦p)を用いて次のよ
うな演算を行なう。
ただし、 (19)式においてrは試行回数である。
前記安定化器27は、マニピュレータ21の安定化用入
力u5 を演算するためのものである。すなわち、こ
の安定化器27は前記センサ30゜31.32で得られ
たマニピュレータ21の関節角度Xl、角速度X2+
角加速度X2および前記kl+ k2+ λ、Uを
用いて次のようにしてL12を算出する。
力u5 を演算するためのものである。すなわち、こ
の安定化器27は前記センサ30゜31.32で得られ
たマニピュレータ21の関節角度Xl、角速度X2+
角加速度X2および前記kl+ k2+ λ、Uを
用いて次のようにしてL12を算出する。
us 婁λ [X2 +に1 XI +に2 X
2 +U]・・・(20) 前記適応パラメータ記憶部28は、第「−1回目の試行
の最終時間Tr−+での推定パラメータ1’ H(Tr
−+)r−+を記憶しておき、第1回目の試行時に上記
全H(Tr−+)r−+を金k (o汗として適応同定
部24へ与えるようにしている。
2 +U]・・・(20) 前記適応パラメータ記憶部28は、第「−1回目の試行
の最終時間Tr−+での推定パラメータ1’ H(Tr
−+)r−+を記憶しておき、第1回目の試行時に上記
全H(Tr−+)r−+を金k (o汗として適応同定
部24へ与えるようにしている。
そして、前記入力LIJ 、 LJF、 113
は入力Uとともに加算器29に導入され、この加算器2
9の出力かマニピュレータ21に入力される。
は入力Uとともに加算器29に導入され、この加算器2
9の出力かマニピュレータ21に入力される。
このように、モデル部23.適応同定部24゜慣性力演
算部25および非線形力演鼻部26を設は適応的に非線
形補償を行なわせるとともに適応パラメータ記憶部28
を設け、この適応パラメータ記憶部28に前回の試行時
の最終推定パラメータを記憶させ、この記憶された推定
パラメータを今回の試行時に初期推定パラメータとして
適応同定部24へ与えるようにしている。したがって。
算部25および非線形力演鼻部26を設は適応的に非線
形補償を行なわせるとともに適応パラメータ記憶部28
を設け、この適応パラメータ記憶部28に前回の試行時
の最終推定パラメータを記憶させ、この記憶された推定
パラメータを今回の試行時に初期推定パラメータとして
適応同定部24へ与えるようにしている。したがって。
適応的に非線形補償を行なわせたときに問題となる推定
パラメータの初期値を簡単に、かつ確実に選定できる。
パラメータの初期値を簡単に、かつ確実に選定できる。
そして、試行を繰り返すにしたがって最適な初期値が自
動的に選定されるので制御性能を向上させることができ
る。
動的に選定されるので制御性能を向上させることができ
る。
[発明の効果コ
以上述べたように1本発明によれば、多自由度マニピュ
レータの動特性モデルのモデル誤差、動特性変化に対し
適応的に非線形補償が行なえ、しかも学習機能の付加に
よて試行の繰り返しに応じて制御性能が向上する制御装
置を提供できる。
レータの動特性モデルのモデル誤差、動特性変化に対し
適応的に非線形補償が行なえ、しかも学習機能の付加に
よて試行の繰り返しに応じて制御性能が向上する制御装
置を提供できる。
第1図は本発明の一実施例に係る制御装置のブロック的
構成図、第2図から第4図は従来の制御装置の構成説明
図である。 21・・・多自由度マニピュレータ、22・・・制御装
置。 23・・・モデル部、24・・・適応同定部、25・・
・慣性力演算部、26・・・非線形力演鼻部、27・・
・安定化器、28・・・適応パラメータ記憶部、29・
・・加算器。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第2図 第3図
構成図、第2図から第4図は従来の制御装置の構成説明
図である。 21・・・多自由度マニピュレータ、22・・・制御装
置。 23・・・モデル部、24・・・適応同定部、25・・
・慣性力演算部、26・・・非線形力演鼻部、27・・
・安定化器、28・・・適応パラメータ記憶部、29・
・・加算器。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第2図 第3図
Claims (1)
- 各自由度にアクチュエータを有する多自由度マニピュレ
ータを制御する制御装置において、前記マニピュレータ
の望ましい応答特性を持つ規範モデルを内蔵したモデル
部と、前記マニピュレータと前記規範モデルとの内部状
態の差、制御系に加えられた入力、上記マニピュレータ
の各自由度の角度、角速度、角加速度、上記マニピュレ
ータの非線形構造および同定すべき未知パラメータの初
期推定値から上記マニピュレータの未知パラメータを同
定する適応同定部と、この適応同定部から出力された同
定パラメータ、前記マニピュレータの非線形構造および
前記角度、角速度、角加速度から上記マニピュレータの
慣性項を打消す入力を演算する慣性力演算部と、慣性力
以外の非線形力を打消す入力を演算する非線形力演算部
と、前記マニピュレータの線形特性前記規範モデルに合
わせる入力を演算する安定化器と、この安定化器の出力
、前記慣性力演算部の出力、前記非線形力演算部の出力
および前記制御系に加えられた入力を加算して前記マニ
ピュレータへ入力する手段と、各試行の最終時に得られ
た未知パラメータの同定結果を記憶し、この記憶値を次
の試行時に未知パラメータの初期推定値として前記適応
同定器へ入力する同定パラメータ記憶部とを具備してな
ることを特徴とする多自由度マニピュレータの制御装置
。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17108486A JPS6326702A (ja) | 1986-07-21 | 1986-07-21 | 多自由度マニピユレ−タの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17108486A JPS6326702A (ja) | 1986-07-21 | 1986-07-21 | 多自由度マニピユレ−タの制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6326702A true JPS6326702A (ja) | 1988-02-04 |
Family
ID=15916706
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17108486A Pending JPS6326702A (ja) | 1986-07-21 | 1986-07-21 | 多自由度マニピユレ−タの制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6326702A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03239480A (ja) * | 1990-02-16 | 1991-10-25 | Agency Of Ind Science & Technol | マスター・スレーブロボットの制御方法 |
JP2005020949A (ja) * | 2003-06-27 | 2005-01-20 | Yaskawa Electric Corp | 電動機制御装置の多慣性機械モデル推定装置 |
WO2006038474A1 (ja) * | 2004-10-07 | 2006-04-13 | Honda Motor Co., Ltd. | プラントの制御装置 |
-
1986
- 1986-07-21 JP JP17108486A patent/JPS6326702A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03239480A (ja) * | 1990-02-16 | 1991-10-25 | Agency Of Ind Science & Technol | マスター・スレーブロボットの制御方法 |
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US7725239B2 (en) | 2004-10-07 | 2010-05-25 | Honda Motor Co., Ltd | Plant control system |
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