JPS6327904A - サ−ボ機構装置の位置修正制御方式 - Google Patents

サ−ボ機構装置の位置修正制御方式

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JPS6327904A
JPS6327904A JP61170852A JP17085286A JPS6327904A JP S6327904 A JPS6327904 A JP S6327904A JP 61170852 A JP61170852 A JP 61170852A JP 17085286 A JP17085286 A JP 17085286A JP S6327904 A JPS6327904 A JP S6327904A
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Kyozo Tachibana
立花　恭三
Toshihiko Sakai
俊彦 酒井
Hisaaki Hirabayashi
平林　久明
Koichi Sugimoto
浩一 杉本
Hiroshi Sugai
博 菅井
Juichi Ninomiya
寿一 二宮
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical 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
    • G05B19/19—Numerical 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/1633—Programme controls characterised by the control loop compliant, force, torque control, e.g. combined with position control
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
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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〕 本発明はロボット等のサーボ機構装置に係り、特に力検
出フィードバック制御のようなセンサフィードバック制
御方式により高精度位置決めあるいは高機能の動作を行
なわせるのに好適なサーボ機構装置の位置修正制御方式
に関する。
〔従来の技術〕
第３図に、サーざ機構装置の一例である産業用口〆ット
を示す。このロゲット１は６自由度程度の自山度を有し
、ハンド部２で対象物（図示せず）に作用を及ぼす。制
御装置３は位置の基準値、力の基準値を入力とし、位置
信号、力信号をフィードバックして操作量を出力する。
操作量は各関節のモータに加えられ、ハンド部２０作用
点の位置を基準値に合わせるように制御する。このよう
な装置は一般に、直接的にはモータ軸の回転位置で制御
するようにし、モータ軸から手先の作用点までの距離は
、機構の仕様で補正計算して算出するようにしている。
しかし、機構の仕様は変動が大きいので、手先の位置、
姿勢の制御精度は余シよくない。そのために手先の位置
、姿勢を、別のセンサ、例えば６軸カセンサ４で限定的
範囲内に限シ検出して正確にフィードバック制御しよう
とする意図がある。
この種のセンサフィードバック制御に関連するものとし
て、精密機械第５１巻第１１号４０頁〜４５頁。
同４６頁〜５２頁、計測と制御第２５巻第１号７７頁〜
８゜頁、同４５頁〜５０頁、第２７回自動制御連合講演
会予稿集２４１頁〜２４４頁がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述した各文献は、制御系の構成法や位置、姿勢の補正
の具体的方法及びその効果の定量的数値を表示していな
い。あるいは、これらの表示があるとしても系全体の諸
元に関連ずけた正確な設計体系を示すまでに至っていな
い。また、力センサによる制御にしても、力で位置狂い
を検出してフィードバック制御に利用するか、一定の力
の押し付は制御とするか、又は力を検出してその大きさ
に応じた距離だけのけぞるようにするかなど、制御目的
は種々に異なる。
本発明の目的は、上述した異なる制御目的に対して共通
に使用できる統一的なかつ具体的なサー？機構の位置修
正制御方式を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
この種サー？機構装置の制御の基本が位置制御にあシ、
装置の作用点の位置又は状態をセンサによって検出して
制御目的に応じた制御を高精度ないしは自由自在に行な
わせようとするためであることに鑑み、上記目的は、セ
ンサ信号によって位置目標値を修正するようにすること
で達成される。
本発明の好適な態様として、センサ制御の目的が高精度
制御か又は他の目的の高機能制御かによって機能が容易
に切換えられるように、センサ信号による位置目標値の
修正アルゴリズムを複数用意しておいて切換えて使用す
る。更に別の態様として、センサ信号による位置目標値
の修正を効果的ならしめるためＫ、閾値特性要素又は不
感帯要素を通して修正するようにする。更に別の態様と
して、センサ信号による位置修正作用に粘性効果を持た
せて安定化を図るために修正信号を応答遅れ要素を通し
て与えるようにする。
〔作用〕
本発明は、位置制御の基本をモータ軸に置き、それに与
える位置目標値をセンサで補正する方法としたので、系
全体の仕様に適合した制御調整が可能となシ、最適制御
の目的にかなった性能が実現できる。また、異なる制御
目的に対しても、本方式は位置制御の基本を崩さないの
で共通的に使用でき、目的に応じてセンサ信号による補
正のアルゴリズムを一部分切換えるだけで済む。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図を参照して
説明する。
第１図は本発明の一実施例に係る位置修正制御方式の制
御系構成図である。第１図において、１１は制御装置３
（第３図参照）からモータもしくはアクチュエータなど
の駆動装置までの位置制御要素であり、Ｘ　ｏｕｔは手
先に換算した位置、姿勢（代数掌上のベクトルで表示。
冠記号のバーは以下ベクトルの意。）である。１２はそ
の位置、姿勢（以下、姿勢も回転位置と見做して統一し
て単に位置と呼ぶ）　Ｍｏｕｔを検出してフィードバッ
クするための位置検出要素であシ、帰還信号マ、を出力
する。
】３はその帰還信号Ｘｆと位置目標値″′；Ｃ１１１を
比較して偏差ｉを出力し位置制御要素１１に送り出す加
え合せ要素である。装置が第３図に示したような関節形
ロゲットの場合、モータ又は関節のような回転軸周シの
極座標表現と空間中での位置を表わすための直角座標表
現の間の変換計算を伴い、位置制御要素１１と位置検出
要素１２の伝達特性にはこの座標変換計算が含まれてい
る。１４は機構で、実際の作用点位置７を生ずる。１５
はこの作用点位置ｙを高精度ではあるが部分的な空間範
囲に限定して検出し、制御目的に応じて内容の異なる出
力に変換して信号Ｖｆを発生するセンサとしてのバーニ
ア検出器である。その出力信号ｙ、は加え合せ要素１３
に負帰還信号として加えられ、位置目標”Ｉｎを修正す
る。
この実施例では、バーニア検出器１５を第３図の力セン
サ４として使用し、以下異なる各種の制御目的に対する
作用について説明する。　　　−まず、手先の力センサ
１５が対象物との位置狂いを検出するものとし、その位
置狂いを修正するようにフィードバック制御する場合、
力の大きさと位置狂いの大きさの関係は明確なことが望
ましい。
そして、要素１３〜１１〜１４〜１５〜１３で形成され
るループはｒインと位相の特性に関して安定かつ所望の
精度と応答性を満たすもので々ければならない。
特にこの場合の目的は高精度位置制御であるので、該ル
ープ内に積分特性をＭするものを持たせる方が望ましい
。
次に、一定の力で押し付は制御する場合、バーニア検出
器１５は目標の力以上で出カフ、を発生し、位置目標値
”Ｉｎを減らすようにする必要がある。
この目的のためにはバーニア検出器１５の特性を第２図
のようにした方が望ましい。即ち力の大きさく対して閾
値Ｆ。以上で出力値１：ｙｆｌを発生させる特性である
。このようにすれば、閾値Ｆ。以上になると位置目標が
自動的に修正されて、結果的にカー定に近い制御が実現
できる。この場合、入力の位置目標値”　Ｉ　ｎを変化
させるならば、それに応じた位置制御をカ一定の状態で
行なうことができる。
また、閾値Ｆ。もサーメ機構装置の用途に応じて変化で
きるようにしておく方が望ましい。
更に次に、手先に外から力を加えると力の方向に力の大
きさに応じた距離だけ押し戻されるような制御、いわゆ
るコンプライアンス制御を行なわせる場合、修正位置Δ
ｉは力正に対して弾性係数Ｋを持つ特性にする必要があ
る。更に、位置修正は粘性抵抗特性を持たせる方が望ま
しい。粘性抵抗係数をＲとすると、この目的のためには
次式（１）の特性をもつのが望ましいことになる。
ｄ　　　　−− ΔマΦに＋Ｒ−Δｘ　＝　Ｆ　　　・・・・・・・・・
・・・・・（１）ｔ この式（１）を初期値が００ラプラス変換形にした上、
式を変形すると次式（２）が得られる。
この式（２）は、外力Ｆに対して、ｒイン１／Ｋ　、時
定数Ｒ／にの１次遅れ特性の修正となる。
また一方、外力Ｆを加えたときに慣性Ｍの物体が粘性抵
抗係数Ｒで移動するのと等価な動きをさせる目的の場合
は の特性で表わされる修正制御となる。これを初期値０で
ラプラス変換した上、式（３）を変形すると次式（４）
が得られる。
この式（４）は、外力Ｆに対して、ゲイン定数１／Ｒ２
時定数Ｍ／Ｒの１次遅れ要素と積分要素をカスケード接
続した特性の修正となる。
以上のように、本実施例では、サーぜ機構装置の可動範
囲全域の基本的な位置制御は位置目標値に従って行ない
、この装置の対象物に対する作用点又はその付近では高
精度位置制御を行なう。また、機構部を制御対象に含め
ているため制御系全体の構成が明確となシ、制御理論に
従った最適な特性調整が可能となる。
本実施例の構成に加え、バーニア検出器による位置修正
制御の目的に応じて、バーニア検出器からのフィードバ
ックアルゴリズムを切換えるようにすると、目的に適合
する機能を容易に得ることができる。特にそのフィード
バックアルゴリズムをコンピュータのソフトウェアで構
成するならば、その切換えは更に容易となる。
また、バーニア検出器の出力信号を第２図の閾値特性と
することによって、カ一定制御が容易に実現できる効果
が生じる。
更に、（２）式、（４）式のように、バーニア検出器か
らの位置目標値修正のための信号伝達経路の中に応答遅
れ特性を有する要素を持たせることにより、正確なコン
プライアンス特性又は粘性抵抗を有する環境での質点運
動系と等価な動作制御を実現し得る効果がある。
〔発明の効果〕
本発明によれば、サー？機構装置の作用点の動作制御が
正確にでき、さらに自由自在に制御目的を変えて実現す
ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例に係る制御系構成図、第２図
はバーニア検出器の閾値特性図、第３図はブー２機構の
一例である産業用ロデットの構成図である。 １１・・・位置制御要素、１２・・・位置検出要素、１
３・・・加見合せ要素、１４・・・機構、１５・・・バ
ーニア検出器、”Ｉｎ・・・位置目標値、；ｏｕｔ・・
・駆動装置の変位を作用点に換算した概念上の作用点位
置、！・・・位置帰還代理人　弁理士　秋　本　正　実 第１図 第３区

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、可動範囲の全域に亘って位置を検出する位置検出手
    段と、部分的な範囲の状態量を高精度に検出するセンサ
    とを有し、位置目標値に応じて作用点の位置を変えるサ
    ーボ機構装置において、前記位置検出手段の出力信号を
    位置帰還変数として使用し、前記センサの出力信号を位
    置目標値の修正に使用することを特徴とするサーボ機構
    装置の位置修正制御方式。 ２、前記センサは、検出対象を高精度位置及び力などの
    相異なる複数のものに切換えられる機能を備え、制御目
    的を当初の位置から、作用点の高精度位置もしくは力な
    ど相異なる目的に修正するのに応じて、前記位置目標値
    修正のためのアルゴリズムを変更できるようにしたこと
    を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のサーボ機構装
    置の位置修正制御方式。 ３、前記センサは、閾値特性を備え出力信号を位置目標
    値から減ずるようにしてあることを特徴とする特許請求
    の範囲第１項又は第２項記載のサーボ機構装置の位置修
    正制御方式。 ４、前記センサからの修正用信号伝達経路中に応答遅れ
    特性を有する要素を設けたことを特徴とする特許請求の
    範囲第１項又は第２項記載のサーボ機構装置の位置修正
    制御方式。 ５、前記センサはバーニア検出器であることを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載の
    サーボ機構装置の位置修正制御方式。
JP61170852A 1986-07-22 1986-07-22 サ−ボ機構装置の位置修正制御方式 Pending JPS6327904A (ja)

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