JP2521315B2 - Vibration control device for flexible structures - Google Patents
Vibration control device for flexible structuresInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、たとえば低剛性多関節構造を有するロボッ
トアーム,宇宙用マニピュレータ,クレーン等の柔軟構
造物に適用されて位置決め制御する振動制御装置に関す
る。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a vibration control device which is applied to a flexible structure such as a robot arm having a low-rigidity multi-joint structure, a space manipulator, a crane, and the like to perform positioning control. .
<従来の技術> ロボットアームは、軽量化,省エネルギ化を目的と
し、駆動用アクチュエータの小型軽量化やアームの軽量
化,細径化が図られている。この際、軽量化によってア
ーム部の剛性が低下し柔軟な構造となる。このためアー
ム自重によってアームがたわんでしまい、意とする位置
の位置決めが困難となる。<Prior Art> For the purpose of weight saving and energy saving, robot arms have been made smaller and lighter in driving actuators, lighter in weight and smaller in diameter. At this time, the weight reduction reduces the rigidity of the arm portion, resulting in a flexible structure. For this reason, the arm is bent by its own weight, which makes it difficult to position the arm at a desired position.
そこで従来では、第4図に構成図で、また第5図に制
御ブロック図で示すような対策を施こしていた。即ち両
図において、ロボットアーム1は、アーム2aの基端が関
節3aにより回動自在に支持されるとともに、アーム2aの
先端とアーム2bの基端とを関節3bを介して回動自在に連
結して構成されている。関節3aにはモータ4a及び角度検
出器5aが設置され、関節3bにはモータ4b及び角度検出器
5bが設置されている。Therefore, conventionally, measures have been taken as shown in the configuration diagram of FIG. 4 and the control block diagram of FIG. That is, in both figures, in the robot arm 1, the base end of the arm 2a is rotatably supported by the joint 3a, and the distal end of the arm 2a and the base end of the arm 2b are rotatably connected via the joint 3b. Is configured. A motor 4a and an angle detector 5a are installed in the joint 3a, and a motor 4b and an angle detector are installed in the joint 3b.
5b is installed.
一方、角度目標値演算手段6は、アーム2aのアーム目
標角を示す角度目標値θ1refと、アーム2bのアーム目標
角を示す角度目標値θ2refを出力する。加算手段7は、
角度目標値θ1refにはアーム2aのたわみを示すたわみ量
Δθ1(これの求め方は後述する)を加え、角度目標値
θ2refにはアーム2bのたわみを示すたわみ量Δθ2(こ
れの求め方は後述する)を加えて出力する。減算手段8
は、加算値(θ1ref+Δθ1)から、角度検出器5aで検
出したアーム2aの現在の角θ1を減算し、加算値(θ
2ref+Δθ2)から、角度検出器5bで検出したアーム3b
の現在の角θ2を減算して出力する。サーボドライバ9a
は、値(θ1ref+Δθ1−θ1)に対応してモータ4aを
作動させてアーム2aを位置決めし、サーボドライバ9b
は、値(θ2ref+Δθ2−θ2)に対応してモータ4bを
作動させてアーム2bを位置決めする。On the other hand, the angle target value calculation means 6 outputs an angle target value θ 1ref indicating the arm target angle of the arm 2a and an angle target value θ 2ref indicating the arm target angle of the arm 2b. The adding means 7 is
Angle target value theta 1ref deflection amount [Delta] [theta] 1 shows the deflection of the arm 2a (Determination of which will be described later) is added, the amount of deflection shows the deflection of the arm 2b in the angle target value θ 2ref Δθ 2 (this Determination Will be output later). Subtraction means 8
Subtracts the current angle θ 1 of the arm 2a detected by the angle detector 5a from the added value (θ 1ref + Δθ 1 ) to obtain the added value (θ
Arm 3b detected by angle detector 5b from 2ref + Δθ 2 )
The current angle θ 2 of is subtracted and output. Servo driver 9a
Corresponds to the value (θ 1ref + Δθ 1 −θ 1 ) and operates the motor 4a to position the arm 2a, and the servo driver 9b
Position the arm 2b by operating the motor 4b corresponding to the value (θ 2ref + Δθ 2 −θ 2 ).
次に、たわみ量Δθ1,Δθ2を求める手段を説明す
る。アーム2a,2bの先端部にはそれぞれ加速度検出セン
サ10a,10bが設置されており、加速度検出センサ10aはア
ーム2aの加速度を示す加速度信号1を出力す、加速度
検出センサ10bはアーム2bの加速度を示す加速度信号
2を出力する。直流成分検出手段11は、第6図に特性を
示すように、加速度信号1,2から直流成分のみを取
り出して信号1′,2′を出力する。アームたわみ
量演算手段12は、信号1′をアーム2aの剛性(既値)
で割り算することによりアーム2aのたわみ量Δθ1を演
算すると共に、信号2′をアーム2bの剛性(既値)で
割り算することによりアーム2bのたわみ量Δθ2を演算
する。そして、このようにして演算されたたわみ量Δθ
1,Δθ2が加算手段7に入力されて、前述した加算(θ
1ref+Δθ1),(θ2ref+Δθ2)が実行される。Next, a means for obtaining the deflection amounts Δθ 1 and Δθ 2 will be described. Acceleration detection sensors 10a and 10b are installed at the tips of the arms 2a and 2b, respectively. The acceleration detection sensor 10a outputs an acceleration signal 1 indicating the acceleration of the arm 2a, and the acceleration detection sensor 10b detects the acceleration of the arm 2b. Acceleration signal shown
2 is output. DC component detecting means 11, as shown in the characteristic in Figure 6, the signal 1 by extracting only the DC component from the acceleration signal 1, 2 ', 2' outputs a. Arm deflection amount calculating means 12, the rigidity of the arm 2a of the signal 1 '(already value)
The deflection amount Δθ 1 of the arm 2a is calculated by dividing by, and the deflection amount Δθ 2 of the arm 2b is calculated by dividing the signal 2 ′ by the rigidity (existing value) of the arm 2b. Then, the deflection amount Δθ calculated in this way
1 and Δθ 2 are input to the adding means 7, and the above-mentioned addition (θ
1ref + Δθ 1 ) and (θ 2ref + Δθ 2 ) are executed.
結局、従来技術では、たわみ量Δθ1,Δθ2を角度目
標値θ1ref,θ2refに加えることによって、アーム2a,2b
先端のたわみ量を考慮した新たな角度目標値(θ1ref+
Δθ1,θ2ref+Δθ2)を生成し、現在の各関節3a,3b
の角度θ1,θ2との差を求め、サーボドライバ9a,9bに
出力する。このようにして、ロボットアーム1の各アー
ム2a,2bの先端を目標位置へ位置決めする。 かくて、
直流成分検出手段11を用いてたわみ量Δθ1,Δθ2を求
めることにより、重力による静的なアーム2a,2bのたわ
みを補正することができる。After all, in the prior art, by adding the deflection amounts Δθ 1 and Δθ 2 to the angle target values θ 1ref and θ 2ref , the arms 2a and 2b can be obtained.
A new angle target value (θ 1ref +
Δθ 1 , θ 2ref + Δθ 2 ) is generated, and the current joints 3a, 3b are generated.
The difference between the angles θ 1 and θ 2 is calculated and output to the servo drivers 9a and 9b. In this way, the tips of the arms 2a and 2b of the robot arm 1 are positioned at the target position. Thus,
By obtaining the deflection amounts Δθ 1 and Δθ 2 using the DC component detecting means 11, the static deflection of the arms 2a and 2b due to gravity can be corrected.
<発明が解決しようとする問題点> 従来例にみられる直流成分検出手段11を用いた場合
は、アーム2a,2bの先端点に生じる加速度のうち、直流
成分しかフィードバックされないためロボットアーム1
の振動抑制には全く効果がない。<Problems to be Solved by the Invention> When the DC component detecting means 11 found in the conventional example is used, only the DC component of the acceleration generated at the tip points of the arms 2a and 2b is fed back, and thus the robot arm 1
Has no effect in suppressing the vibration of.
一方、先端部の加速度検出手段10a,10bより検出され
た加速度信号を、直接、アームたわみ量演算手段12に出
力することでたわみ量を求めている例もある。しかし、
加速度の応答波形になると2次モード以上の高周波の影
響が大きいため、2次モード以上の振動が励起されたロ
ボットアーム1が発振してしまう危険性がある。On the other hand, there is also an example in which the deflection amount is obtained by directly outputting the acceleration signals detected by the acceleration detecting means 10a, 10b at the tip end portion to the arm deflection amount calculating means 12. But,
When the response waveform of the acceleration is obtained, the influence of the high frequency of the secondary mode or higher is great, and thus there is a risk that the robot arm 1 excited by the vibration of the secondary mode or higher oscillates.
本発明は、上記従来技術に鑑み、アームの振動を抑制
して位置決め抑制のできる振動制御装置を提供すること
を目的とする。The present invention has been made in view of the above-described conventional art, and an object of the present invention is to provide a vibration control device capable of suppressing vibration of an arm and suppressing positioning.
<問題点を解決するための手段> 上記問題点を解決する本発明は、振動制御装置におい
て、2次モード以上の高周波成分を除去し1次モード周
波数成分及び直流成分を通過させるローパスフィルタ手
段を、従来の直流成分検出手段に代えて用いることを特
徴とする。<Means for Solving Problems> In the vibration control device according to the present invention, there is provided low-pass filter means for removing a high-frequency component of a second-order mode or higher and passing a first-order mode frequency component and a direct-current component. It is characterized in that it is used in place of the conventional DC component detecting means.
<作用> 1次モードのみによる加速度信号に基づいたアームの
たわみ量を求めることができるようになり、1次モード
の振動は抑制される。また、2次モード以上の加速度信
号はローパスフィルタ手段によりカットされるため、2
次モード以上の振動が逆に励起されてアームが発振する
現象も回避できる。さらに加速度の直流成分に基づく定
常的なアームたわみ量も同時に求められるため、重力に
よるアームのたわみによる位置のずれも回避できる。<Operation> It is possible to obtain the deflection amount of the arm based on the acceleration signal in only the primary mode, and the vibration in the primary mode is suppressed. Further, since the acceleration signal in the secondary mode or higher is cut by the low pass filter means,
It is also possible to avoid the phenomenon in which the arm oscillates due to the reverse excitation of vibrations in the next mode or higher. Further, since the steady arm deflection amount based on the DC component of acceleration is also obtained at the same time, it is possible to avoid the displacement of the arm due to the deflection of the arm.
<実 施 例> 以下に本発明の実施例を図面に基づき説明する。な
お、従来技術と同一部分には同一符号を付し、重複する
説明は省略する。<Examples> Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings. The same parts as those of the conventional technique are designated by the same reference numerals, and a duplicate description will be omitted.
第1及び第2図は本発明の実施例を示す。両図に示す
ように本実施例ではローパスフィルタ手段20が、従来の
直流成分検出手段11の代わりに用いられており、他の部
分は従来のものと同様である。ローパスフィルタ手段20
は、第3図に示すように、2次モード以上の高周波成分
を除去し1次モード周波数成分及び直流成分を通過させ
る特性を有している。1 and 2 show an embodiment of the present invention. As shown in both figures, in this embodiment, the low-pass filter means 20 is used instead of the conventional DC component detecting means 11, and the other parts are the same as the conventional ones. Low-pass filter means 20
As shown in FIG. 3, has a characteristic of removing high-frequency components in the second-order mode and above and passing the first-order mode frequency components and DC components.
かかる本実施例ではアーム2a,2bの先端に設置した加
速度検出センサ10a,10bによる加速度信号1,2がロ
ーパスフィルタ手段20に入力される。ローパスフィルタ
手段20は加速度信号1,2のうち2次モード以上の高
周波成分を除き、直流成分と1次モード成分のみを含む
フィルタ加速度信号1″,2″を出力する。アーム
たわみ量演算手段12は、信号1″,2″の値を、既
値であるアーム2a,2bの剛性で割り算することにより、
アーム2a,2bのたわみ量Δθ1′,Δθ2′を求める。
加算手段7は、角度目標値演算手段6から出力された角
度目標値θ1ref,θ2refと、たわみ量Δθ1′,Δ
θ2′とを加算して出力する。In this embodiment, the acceleration signals 1 and 2 from the acceleration detection sensors 10a and 10b installed at the tips of the arms 2a and 2b are input to the low pass filter means 20. Low pass filter means 20 except for second-order mode or a high-frequency component of the acceleration signals 1, 2, the DC component and the filter acceleration signal 1 including only the first-order mode component ", 2" and outputs a. The arm deflection amount calculating means 12 divides the values of the signals 1 ″ and 2 ″ by the rigidity of the arms 2a and 2b which are the existing values,
Deflection amounts Δθ 1 ′ and Δθ 2 ′ of the arms 2a and 2b are obtained.
The adding means 7 includes the angle target values θ 1ref and θ 2ref output from the angle target value calculating means 6 and the deflection amounts Δθ 1 ′ and Δ.
θ 2 ′ is added and output.
そして、ロボットアーム1の各関節3a,3bに設けた角
度検出器5a,5bと角度目標値演算手段6と減算手段8と
により構成される位置フィードバックサーボシステムを
用いて、加算値(θ1ref+Δθ1′),(θ2ref+Δθ
2′)で示すアーム2a,2bの角度となるように、サーボ
ドライバ9a,9bを介してモータ4a,4bを作動させる。Then, using the position feedback servo system including the angle detectors 5a and 5b provided on the joints 3a and 3b of the robot arm 1, the angle target value calculation means 6 and the subtraction means 8, the added value (θ 1ref + Δθ 1 ′), (θ 2ref + Δθ
The motors 4a, 4b are operated via the servo drivers 9a, 9b so that the angles of the arms 2a, 2b shown by 2 ') are reached.
かかる本実施例では、フィルタ加速度信号1″,
2″のうち、1次モード成分を用いた補償制御によりア
ーム2a,2bの動的な振動を抑制できるとともに、直流成
分を用いた補償制御によりアーム2a,2bのたわみによる
位置ずれを無くすことができる。In this embodiment, the filter acceleration signal 1 ″,
Of the 2 ″, the dynamic control of the arms 2a, 2b can be suppressed by the compensation control using the first-order mode component, and the position shift caused by the deflection of the arms 2a, 2b can be eliminated by the compensation control using the DC component. it can.
<発明の効果> 以上実施例とともに具体的に説明したように本発明に
よれば、アームの位置の振動が抑制されアーム先端の位
置決めに要する時間が短縮し作業能率が向上する。また
重力によるアームのたわみも補正される。<Effects of the Invention> According to the present invention as described in detail in connection with the above embodiments, the vibration of the arm position is suppressed, the time required for positioning the arm tip is shortened, and the work efficiency is improved. The deflection of the arm due to gravity is also corrected.
第1図は本発明の実施例を示す構成図、第2図は本実施
例の制御ブロック図、第3図は本実施例に用いるローパ
スフィルタ手段の特性を示す特性図、第4図は従来技術
を示す構成図、第5図は従来技術のブロック図、第6図
は従来技術に用いる直流成分検出手段の特性を示す特性
図である。 図面中、 1はロボットアーム、 2a,2bはアーム、 3a,3bは関節、 4a,4bはモータ、 5a,5bは角度検出器、 6は角度目標値演算手段、 7は加算手段、 8は減算手段、 9a,9bはサーボドライバ、 10a,10bは加速度検出センサ、 11は直流成分検出手段、 12はアームたわみ量演算手段、 20はローパスフィルタ手段、1 ,2は加速度信号、1 ″,2″フィルタ加速度信号、 Δθ1′,θ2′はたわみ量である。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a control block diagram of this embodiment, FIG. 3 is a characteristic diagram showing characteristics of a low-pass filter means used in this embodiment, and FIG. FIG. 5 is a block diagram showing a technique, FIG. 5 is a block diagram of a conventional technique, and FIG. 6 is a characteristic diagram showing characteristics of a DC component detecting means used in the conventional technique. In the drawings, 1 is a robot arm, 2a and 2b are arms, 3a and 3b are joints, 4a and 4b are motors, 5a and 5b are angle detectors, 6 is an angle target value calculation means, 7 is addition means, and 8 is subtraction. Means, 9a and 9b are servo drivers, 10a and 10b are acceleration detection sensors, 11 is direct current component detection means, 12 is arm deflection amount calculation means, 20 is low-pass filter means, 1 and 2 are acceleration signals, 1 ″, 2 ″ The filter acceleration signals, Δθ 1 ′ and θ 2 ′, are deflection amounts.
Claims (1)
により関節を中心にアームが回動ししかもアームがたわ
む柔軟構造物を位置制御するため、アーム先端の加速度
から求めたアームのたわみ量を、アーム目標角を示す角
度目標値に加算し、この加算値で示すアーム角度となる
ようにアクチュエータを作動制御する振動制御装置にお
いて、 アーム先端部に設置されアーム先端部の加速度を検出し
て加速度信号を出力する加速度検出手段と、 加速度信号を入力とし2次モード以上の周波数成分をカ
ットしたフィルタ加速度信号を出力するローパスフィル
タ手段と、 フィルタ加速度信号からアームのたわみ量を演算するた
わみ量演算手段と、 たわみ量演算手段で求めたたわみ量を、アーム目標値を
示す角度目標値に加算し、この加算値を出力する加算手
段と、を備えたことを特徴とする柔軟構造物の振動制御
装置。Claim: What is claimed is: 1. A flexible structure having an arm and a joint, wherein the arm rotates about the joint when actuated by an actuator, and the arm flexes. In a vibration control device that adds an angle target value indicating the arm target angle and controls the actuator so that the arm angle indicated by the added value is reached, the vibration control device is installed at the arm tip and detects the acceleration of the arm tip to detect the acceleration signal. An acceleration detecting means for outputting the acceleration signal, a low-pass filter means for inputting the acceleration signal and outputting a filter acceleration signal in which frequency components of a secondary mode or higher are cut, and a deflection amount calculating means for calculating the deflection amount of the arm from the filter acceleration signal. , The deflection amount calculated by the deflection amount calculation means is added to the angle target value indicating the arm target value, and this added value is output. A vibration control device for a flexible structure, comprising:
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