JPS6344204A - Digital control device for robot - Google Patents

Digital control device for robot

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Publication number
JPS6344204A
JPS6344204A JP18750586A JP18750586A JPS6344204A JP S6344204 A JPS6344204 A JP S6344204A JP 18750586 A JP18750586 A JP 18750586A JP 18750586 A JP18750586 A JP 18750586A JP S6344204 A JPS6344204 A JP S6344204A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sampling time
robot
time
mathematical model
control
Prior art date
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Pending
Application number
JP18750586A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsushi Nishimoto
西本 克史
Hidenori Sekiguchi
英紀 関口
Yutaka Yoshida
豊 吉田
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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Publication of JPS6344204A publication Critical patent/JPS6344204A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To improve control performance, by varying a sampling time corresponding to the number of moving axes, at the time of calculating the optimum operating quantity at every sampling time based on a mathematical model. CONSTITUTION:The control device of a robot (articulated robot) 1 having a number of degree of freedom is constituted of a digital control device 2 provided with the mathematical model 3 of an arm, the managing part 5 of a control means, and the calculation part 6 of the optimum operating quantity. At this time, a means 7 which sets the sampling time corresponding to the moving axis, and also, the mathematical model 8 corresponding to the sampling time, are generated in the model 3, and are stored in a storage device in advance. In this way, the number of the moving axes are decided after the completion of an operation until the current time is confirmed by a sensor signal, at the time of performing control actually, and the sampling time corresponding to a bearing is selected. And the mathematical model 8 corresponding to a selected time is selected, and the robot 1 is controlled by the time.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 本発明は多くの自由度を有するロボットのディジタル制
御において、より高い制御性能を得るため、サンプリン
グ時間を可変にし、動く軸数に応じて適切なサンプリン
グ時間を選べるようにしたものである。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] In order to obtain higher control performance in the digital control of a robot that has many degrees of freedom, the present invention makes the sampling time variable and determines the appropriate sampling time according to the number of moving axes. This allows you to choose.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明はロボットのディジタル制御装置に関する。 The present invention relates to a digital control device for a robot.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

マイクロエレクトロニクスの発展に伴い、ロボットにも
ディジタル制御が用いられるようになってきた。ディジ
タル制御は連続時間系とは異なり、本質的に離散時間制
御であるため、サンプリング時間をできるだけ短くする
ことがロボットの制御性能を高める上で必要とされる。
With the development of microelectronics, digital control has come to be used in robots as well. Unlike continuous-time control, digital control is essentially discrete-time control, so it is necessary to shorten the sampling time as much as possible in order to improve the control performance of the robot.

第3図は従来から通常用いられているディジタル制御系
である。図中1は多関節型ロボット、2はディジタル制
御装置(通常はコンピュータ)、3は前記多関節型ロボ
ットの数学的モデル格納、4はパワーアンプ、5は制御
方策の管理部、6は最適操作量の計算部である。
FIG. 3 shows a conventionally commonly used digital control system. In the figure, 1 is an articulated robot, 2 is a digital control device (usually a computer), 3 is a mathematical model storage for the articulated robot, 4 is a power amplifier, 5 is a control strategy management unit, and 6 is an optimal operation. This is the quantity calculation part.

ロボット1からのセンサ信号2例えばモータの回転角を
示すエンコーダの信号θを受けて、ディジタル制′a装
置3は、その内部に持っている制御対象、ここでは前記
ロボット1のアームの数学モデル(例えば状態方程式モ
デルや伝達関数モデル)3に基づいて、最適操作量の計
算部6がアームの位置決めの制御、或いは軌跡制御等を
行うための最適な操作量を算出し、それをパワーアンプ
4を介してロボットに送っている。
Upon receiving a sensor signal 2 from the robot 1, for example, an encoder signal θ indicating the rotation angle of a motor, the digital controller 3 converts the control object it has internally, in this case a mathematical model of the arm of the robot 1 ( For example, based on the equation of state model or transfer function model) 3, the optimum operation amount calculation unit 6 calculates the optimum operation amount for controlling arm positioning or trajectory control, etc. It is sent to the robot via

このような制御のもとで、連続時間系で表されるロボッ
トアームの数学モデル3は、コンピュータの演算能力な
どから決められるサンプリング時間によって離散化され
、この離散化モデルによってロボット1の制御が行われ
る。
Under such control, the mathematical model 3 of the robot arm expressed in a continuous time system is discretized by the sampling time determined by the computing power of the computer, etc., and the robot 1 is controlled by this discretized model. be exposed.

即ち、アームの状態方程式モデル3が次のような連続時
間系で与えられていたとする。
That is, it is assumed that the state equation model 3 of the arm is given in the following continuous time system.

y=Cx ここで、Xは状態変数、Uは操作量である。y=Cx Here, X is a state variable and U is a manipulated variable.

サンプリング時間をTとしてこれを離散時間系に変換す
る・と、 x (k+1)=Fx (k)  十Gu (k))’
  (k)    =C−x (k)F= I +AT
+ (AT)” /2 !+ (AT)’ /3 !+
・・・ となる。ここでA、B、C及びF、Gは適当な次元の行
列、■は単位行列である。
Letting the sampling time be T and converting this to a discrete time system, x (k+1)=Fx (k) 1 Gu (k))'
(k) =C-x (k)F= I +AT
+ (AT)” /2 !+ (AT)’ /3 !+
... becomes. Here, A, B, C, F, and G are matrices of appropriate dimensions, and ■ is a unit matrix.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

従来のディジタル制御装置では、上述のように一旦サン
プリング時間が決められると、これに基づいてロボット
アームの数学的モデルが決められ、このモデルを使って
終始制御が行われていた。
In conventional digital control devices, once the sampling time is determined as described above, a mathematical model of the robot arm is determined based on this, and this model is used to perform control from beginning to end.

このように−律のサンプリング時間による固定されたモ
デルで制御を行うので、多関節ロボットにおいて多数の
軸が動く場合でも、一部の軸しか動かないときでも、サ
ンプリング時間は一律であるため、無駄に時間を消費す
る場合があり、制御機能を高める上で不利である。
In this way, control is performed using a fixed model with a fixed sampling time, so even if many axes move in an articulated robot, or only some axes move, the sampling time is the same, so there is no waste. This is disadvantageous in terms of improving control functions.

本発明の目的は、動く軸数に応じて適切なサンプリング
時間を選択可能として、制御機能を向上させることにあ
る。
An object of the present invention is to improve control functions by making it possible to select an appropriate sampling time depending on the number of moving axes.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

第1図の本発明のロボットの制御装置の原理ブロック図
により、本発明の詳細な説明する。
The present invention will be explained in detail with reference to the principle block diagram of the robot control device of the present invention shown in FIG.

1は多くの自由度をもつロボット(この場合は多関節型
ロボット)、2はディジタル制御装置、3は装置内の記
憶装置に格納されたアームの数学的モデル、4はパワー
アンプ、5は制御方策の管理部、6は最適操作量の計算
部である。
1 is a robot with many degrees of freedom (in this case, an articulated robot), 2 is a digital control device, 3 is a mathematical model of the arm stored in the storage device within the device, 4 is a power amplifier, and 5 is a control The policy management unit 6 is an optimal operation amount calculation unit.

本発明では、動く軸数に対応したサンプリング時間を設
定する(同図の7)とともに、この各サンプリング時間
に応じた数学的モデル(同図の8)を作成し、その各々
を予め記憶装置内に格納しておく。
In the present invention, a sampling time corresponding to the number of moving axes is set (7 in the same figure), a mathematical model (8 in the same figure) is created according to each sampling time, and each of them is stored in advance in the storage device. Store it in

実際にロボット制御を行うに際しては、センサ信号によ
って現時点までの動作が終了したことを確認した後、動
く軸数を決定し、この軸数に応じたサンプリング時間を
選択し、選択されたサンプリング時間に対応した数学的
モデルを選びだし、この数学的モデルに従ってロボット
を制御する構成とした。
When actually controlling the robot, after confirming that the operation up to the present point has been completed using sensor signals, the number of moving axes is determined, the sampling time is selected according to this number of axes, and the selected sampling time is A corresponding mathematical model was selected, and the robot was configured to be controlled according to this mathematical model.

〔作 用〕[For production]

ロボット1からのセンサ信号、例えばモータの回転角を
示すエンコーダの信号θ等に基づいて、現時点までの制
御が終了したことを知り、制御装置2は次の目標設定を
行う。その時、ロボットアームの動(軸数が決まる。
Based on a sensor signal from the robot 1, such as an encoder signal θ indicating the rotation angle of the motor, the control device 2 knows that the control up to this point has been completed, and sets the next target. At that time, the movement (number of axes) of the robot arm is determined.

上記動く軸数が少ない時はサーボの計算量が少ないため
、サンプリング時間は短(てよい。従って短いサンプリ
ング時間が選択され、これに対応したアームのモデルが
制御に用いられる。
When the number of moving axes is small, the amount of servo calculations is small, so the sampling time is short. Therefore, a short sampling time is selected, and an arm model corresponding to this is used for control.

動く軸数が多い場合はサーボの計算量が多いので、その
計算量に見合う長いサンプリング時間が選択され、これ
に応じたアームのモデルが選択されて制御に用いられる
When there are many moving axes, the amount of calculation for the servo is large, so a long sampling time commensurate with the amount of calculation is selected, and an arm model corresponding to this is selected and used for control.

そして各選択されたモデルに基づいて求められた最適操
作量が、パワーアンプ4を通してロボットに与えられる
The optimum operation amount determined based on each selected model is then given to the robot through the power amplifier 4.

このようにして本発明では、動く軸数に応じたサンプリ
ング時間で制御を行うので、最短時間で制御が実行され
、制御性能の低下が防止される。
In this way, in the present invention, control is performed with a sampling time that corresponds to the number of moving axes, so control is executed in the shortest possible time, and deterioration in control performance is prevented.

〔実 施 例〕〔Example〕

以下本発明を用いて構成した6自由度の多関節ロボット
の一実施例を、図面を参照しながら説明する。
An embodiment of an articulated robot with six degrees of freedom constructed using the present invention will be described below with reference to the drawings.

第2図は上記一実施例における位置決め制御の手順を示
すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing the procedure of positioning control in the above embodiment.

ロボット(前記第1図の1参照)からのセンサ信号9例
えば前述の如くモータの回転角を示すエンコーダの信号
θより、現時点までの制御が終了したことを検知すると
、制御方策の管理部5〔第1図参照〕は、下記の処理を
行う。
When it is detected from the sensor signal 9 from the robot (see 1 in FIG. 1 above), for example, the encoder signal θ indicating the rotation angle of the motor as described above, that the control up to this point has been completed, the control strategy management unit 5 [ Refer to FIG. 1] performs the following processing.

まず、次の目標値を決定し、この目標値に到達するため
に軌跡制御を行うか、位置決め制御を行うかを決定〔第
2図の10)するとともに、どの軸を動かすことが必要
かを決定〔第2図の11〜16〕する。
First, determine the next target value, decide whether to perform trajectory control or positioning control to reach this target value (10 in Figure 2), and also determine which axis needs to be moved. Determine [11 to 16 in Figure 2].

次に数学的モデル3において、上記の決定された動く軸
数に応じたサンプリング時間が読みだされ〔第2図の2
1〜26〕るとともに、このサンプリング時間と動かす
軸に対応する数学的モデルが選択〔第2図の31〕され
る。
Next, in mathematical model 3, the sampling time corresponding to the number of moving axes determined above is read out [2 in Figure 2].
1 to 26], and a mathematical model corresponding to this sampling time and the moving axis is selected [31 in FIG. 2].

アームのモデルが数学的モデル3内から選ばれると、前
記読みだされたサンプリング時間を最適操作量の計算部
6にセットして、サンプリング時間タイマーをスタート
〔第2図の41〕 させる。次いで最適操作量(サーボ
)の計算が行われ〔第2図の42〕、算出された最適操
作量はパワーアンプ4に出力〔第2図の43〕される。
When the arm model is selected from the mathematical model 3, the read sampling time is set in the optimum operation amount calculation section 6, and a sampling time timer is started (41 in FIG. 2). Next, the optimum operation amount (servo) is calculated [42 in FIG. 2], and the calculated optimum operation amount is output to the power amplifier 4 [43 in FIG. 2].

パワーアンプ4からは上記最適操作量に見合う駆動電流
がロボットに送られて、前記選択された軸のモータを駆
動し、アームの制御動作が行われる。
The power amplifier 4 sends a drive current corresponding to the optimum operation amount to the robot, drives the motor of the selected axis, and controls the arm.

次いで位置決め終了の11’! 認が行われ〔第2図の
44〕、終了していれば始めに戻る。まだならサンプリ
ング時間が終わったかどうかを見て〔第2図の45〕、
まだなら待機する。サンプリング時間が終了していれば
、新にタイマーをスタートさせ、次のサンプリング時点
の最適操作量を計算する。
Next, positioning is completed at 11'! The verification is performed [44 in Figure 2], and if the process is completed, the process returns to the beginning. If not, check whether the sampling time is over [45 in Figure 2].
If not yet, wait. If the sampling time has ended, a new timer is started and the optimal operation amount for the next sampling time is calculated.

以上述べたように本実施例では、動く軸の数に応じてサ
ンプリング時間を選択するので、サンプリング時間を最
適化できる。従って、サンプリング時間を一律とした場
合のように、時間を無駄に消費することがなく、その分
サーボ制御が効率化する。
As described above, in this embodiment, the sampling time is selected depending on the number of moving axes, so the sampling time can be optimized. Therefore, unlike when the sampling time is set uniformly, time is not wasted, and the servo control becomes more efficient.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、ロボットの動く軸数に応じた最適なサ
ンプリング時間によるアームのモデルを選べ、そのサン
プリング時間によってディジタル制御できるため、動く
軸数の多少に拘らず最も高い制御性能を得ることができ
る。
According to the present invention, an arm model with an optimal sampling time can be selected according to the number of moving axes of the robot, and digital control can be performed using the sampling time, so it is possible to obtain the highest control performance regardless of the number of moving axes. can.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の原理説明図、 第2図は本発明一実施例を示すフローチャート、第3図
は従来のディジタル制御装置を示す図である。 図において、1はロボット、2はディジタル制御装置、
3は数学的モデル、4はパワーアンプ、5は制御方策の
管理部、6は最適操作量の計算部である。 $発岨製剰理説明図 第1図
FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of the present invention, FIG. 2 is a flow chart showing an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing a conventional digital control device. In the figure, 1 is a robot, 2 is a digital control device,
3 is a mathematical model, 4 is a power amplifier, 5 is a control strategy management section, and 6 is an optimal operation amount calculation section. Figure 1

Claims (1)

【特許請求の範囲】 多関節ロボットの数学的モデルと、所定のサンプリング
時間ごとに前記数学的モデルに基づいて最適操作量を算
出する手段とを具備し、前記算出された最適操作量を前
記多関節ロボットに与えて制御を行うロボットのディジ
タル制御方式において、 制御すべき関節の軸とその数を決定する手段と、前記制
御すべき軸数に応じたサンプリング時間を選択する手段
と、前記制御すべき軸とその数とに応じた数学的的モデ
ルを選択する手段とを具えたことを特徴とするロボット
のディジタル制御装置。
[Scope of Claims] A mathematical model of an articulated robot, and means for calculating an optimal operation amount based on the mathematical model at each predetermined sampling time, A digital control system for a robot that controls an articulated robot includes means for determining the number and number of axes of joints to be controlled, means for selecting a sampling time corresponding to the number of axes to be controlled, and means for selecting a sampling time according to the number of axes to be controlled; A digital control device for a robot, comprising means for selecting a mathematical model according to a power axis and its number.
JP18750586A 1986-08-08 1986-08-08 Digital control device for robot Pending JPS6344204A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04117508A (en) * 1990-05-21 1992-04-17 Mitsutoyo Corp Position feedback controller
CN106249616A (en) * 2016-07-22 2016-12-21 上海航天控制技术研究所 One server mechanical arm dynamic modeling method and system in-orbit
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