JP3442941B2 - ロボットの振動抑制制御装置およびその制御方法 - Google Patents
ロボットの振動抑制制御装置およびその制御方法Info
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- JP3442941B2 JP3442941B2 JP26004796A JP26004796A JP3442941B2 JP 3442941 B2 JP3442941 B2 JP 3442941B2 JP 26004796 A JP26004796 A JP 26004796A JP 26004796 A JP26004796 A JP 26004796A JP 3442941 B2 JP3442941 B2 JP 3442941B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はロボットの振動抑制
制御装置およびその制御方法に係り、とりわけ関節部を
介して互いに連結された複数のアームリンク部を有する
アームに生じる振動を効果的に抑制することができるロ
ボットの振動抑制制御装置およびその制御方法に関す
る。
制御装置およびその制御方法に係り、とりわけ関節部を
介して互いに連結された複数のアームリンク部を有する
アームに生じる振動を効果的に抑制することができるロ
ボットの振動抑制制御装置およびその制御方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来から、関節部を介して互いに連結さ
れた複数のアームリンク部を有するアームを備え、この
アームを２次元平面内または３次元空間内の目標位置に
位置決めするとともに、アームの先端に取り付けた手先
効果器等のツールにより各種の作業を行うロボットが知
られている。このようなロボットでは一般に、アームの
先端と反対側の端部においてアーム全体を支える構造と
なっており、また各関節部はアームリンク部を回転させ
るトルク伝達機構や減速機構が有するバネ要素の影響に
よりアームリンク部に比べて剛性が低くなっている。こ
のため、特に関節部の数が多く、またアームの全長が長
いロボットにおいては、アームの運動やアームに加わる
外乱等によってアームに振動が生じやすく、アームの先
端を速やかに目標位置に位置決めしたり、アームの先端
が位置決め保持状態にあるときに加わった外乱による振
動を速やかに抑制することが困難であるという問題があ
る。
れた複数のアームリンク部を有するアームを備え、この
アームを２次元平面内または３次元空間内の目標位置に
位置決めするとともに、アームの先端に取り付けた手先
効果器等のツールにより各種の作業を行うロボットが知
られている。このようなロボットでは一般に、アームの
先端と反対側の端部においてアーム全体を支える構造と
なっており、また各関節部はアームリンク部を回転させ
るトルク伝達機構や減速機構が有するバネ要素の影響に
よりアームリンク部に比べて剛性が低くなっている。こ
のため、特に関節部の数が多く、またアームの全長が長
いロボットにおいては、アームの運動やアームに加わる
外乱等によってアームに振動が生じやすく、アームの先
端を速やかに目標位置に位置決めしたり、アームの先端
が位置決め保持状態にあるときに加わった外乱による振
動を速やかに抑制することが困難であるという問題があ
る。
【０００３】このようなロボットにおける振動を抑制す
るための方法としては一般に、次のようものが提案され
ている。例えば、１つまたは２つという少数の関節部を
有するアームを備えたロボットにおいて、アームに生じ
た歪みや加速度をセンサにより検出し、このような検出
信号に基づいてフィードバック補償を行う方法が提案さ
れている。しかし、この方法はあくまでも少数の関節部
を有するアームを前提にしており、アームの関節数が多
くなった場合に、各センサをどの位置にどのように配置
するのか、また検出信号から各関節部へのフィードバッ
ク補償をどのように行うのかといったことについては問
題が多く残されている。
るための方法としては一般に、次のようものが提案され
ている。例えば、１つまたは２つという少数の関節部を
有するアームを備えたロボットにおいて、アームに生じ
た歪みや加速度をセンサにより検出し、このような検出
信号に基づいてフィードバック補償を行う方法が提案さ
れている。しかし、この方法はあくまでも少数の関節部
を有するアームを前提にしており、アームの関節数が多
くなった場合に、各センサをどの位置にどのように配置
するのか、また検出信号から各関節部へのフィードバッ
ク補償をどのように行うのかといったことについては問
題が多く残されている。
【０００４】またこの他に、関節部を駆動するモータの
回転角および回転速度からアームリンク部の回転角およ
び回転速度を推定するオブザーバ制御が組み込まれた産
業用ロボットにおいて、推定された回転角および回転速
度に応じて防振制御を行う方法も提案されている。しか
し、この方法は制御系の設計が複雑であるとともに制御
のための計算量も多く、また数Ｈｚ以下の低い固有振動
数を有するロボットにおいては十分な振動抑制効果が期
待できないという問題がある。
回転角および回転速度からアームリンク部の回転角およ
び回転速度を推定するオブザーバ制御が組み込まれた産
業用ロボットにおいて、推定された回転角および回転速
度に応じて防振制御を行う方法も提案されている。しか
し、この方法は制御系の設計が複雑であるとともに制御
のための計算量も多く、また数Ｈｚ以下の低い固有振動
数を有するロボットにおいては十分な振動抑制効果が期
待できないという問題がある。
【０００５】なお、ロボットの振動抑制制御に関しての
従来の研究および開発は、主として宇宙等における利用
を目的にしたフレキシブル・マニピュレータ、すなわち
アームリンク部の軽量化を図りアームリンク部自体も弾
性によりたわみが生じるようなロボットを対象としたも
のが多い。このようなロボットにおいては、アームリン
ク部を分布定数系として定式化しなければならず、また
高次の振動モードまで考慮する必要が生じることから、
挙動を表す動特性モデルも非常に複雑なものとなる。こ
のため、このようなロボットにおいては、主として自由
度が１または２のアームを制御対象として振動抑制制御
を実行した報告例がほとんどであり、実用的な多くの自
由度を有するアームに対して適用するには複雑な制御系
の設計が必要であったり、制御のための計算時間も多く
かかるなどの問題も多い。
従来の研究および開発は、主として宇宙等における利用
を目的にしたフレキシブル・マニピュレータ、すなわち
アームリンク部の軽量化を図りアームリンク部自体も弾
性によりたわみが生じるようなロボットを対象としたも
のが多い。このようなロボットにおいては、アームリン
ク部を分布定数系として定式化しなければならず、また
高次の振動モードまで考慮する必要が生じることから、
挙動を表す動特性モデルも非常に複雑なものとなる。こ
のため、このようなロボットにおいては、主として自由
度が１または２のアームを制御対象として振動抑制制御
を実行した報告例がほとんどであり、実用的な多くの自
由度を有するアームに対して適用するには複雑な制御系
の設計が必要であったり、制御のための計算時間も多く
かかるなどの問題も多い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のロボットにおいては、多数の関節部を有する自由度の
大きなロボットの振動を効果的に抑制する方法は確立さ
れていない。すなわち、本発明が対象とするようなアー
ムリンク部を連結する関節部の数が多く、またアームの
全長が長いロボットにおいては、固有振動数が数Ｈｚ程
度にまで低下して非常にゆっくりした振動が生じやすく
なり、ツールが取り付けられるアームの先端を速やかに
目標位置に位置決めしたり、アームの先端が位置決め保
持状態にあるときに加わった外乱による振動を速やかに
抑制することが非常に困難である。
のロボットにおいては、多数の関節部を有する自由度の
大きなロボットの振動を効果的に抑制する方法は確立さ
れていない。すなわち、本発明が対象とするようなアー
ムリンク部を連結する関節部の数が多く、またアームの
全長が長いロボットにおいては、固有振動数が数Ｈｚ程
度にまで低下して非常にゆっくりした振動が生じやすく
なり、ツールが取り付けられるアームの先端を速やかに
目標位置に位置決めしたり、アームの先端が位置決め保
持状態にあるときに加わった外乱による振動を速やかに
抑制することが非常に困難である。
【０００７】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、アームリンク部に比べて剛性が低い複数の
関節部を有し、数Ｈｚ以下の低い固有振動数によるゆっ
くりした固有振動を持つアームを備えたロボットにおい
て十分な振動抑制効果を得ることができるロボットの振
動抑制制御装置およびその制御方法を提供することを目
的とする。
ものであり、アームリンク部に比べて剛性が低い複数の
関節部を有し、数Ｈｚ以下の低い固有振動数によるゆっ
くりした固有振動を持つアームを備えたロボットにおい
て十分な振動抑制効果を得ることができるロボットの振
動抑制制御装置およびその制御方法を提供することを目
的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、関節部を介し
て互いに連結された複数のアームリンク部を有するアー
ムと、前記アームの先端を目標位置に位置決めするため
前記アームの各関節部を所定指令値に基づいて駆動する
駆動部とを備えたロボットで用いられる振動抑制制御装
置において、前記アームの先端近傍に設けられ前記アー
ムの先端の加速度量を検出する加速度センサと、前記加
速度センサにより検出された加速度量に基づいて前記ア
ームの先端に生じた振動を抑制するように前記各関節部
ごとの前記駆動部への所定指令値を補償する前記各関節
部ごとの補償成分を算出するとともに、算出された前記
各関節部ごとの補償成分を対応する前記各関節部ごとの
所定指令値から減算する演算部とを備え、前記演算部
は、前記加速度センサにより検出された前記加速度量を
前記アームの先端に作用した等価な力相当成分とみな
し、この力相当成分に準静力学的扱いで前記アームの構
造に応じた所定の変換を施すことにより、前記アームの
前記各関節部を駆動する所定指令値に対する補償成分を
算出することを特徴とする、ロボットの振動抑制制御装
置を提供する。
て互いに連結された複数のアームリンク部を有するアー
ムと、前記アームの先端を目標位置に位置決めするため
前記アームの各関節部を所定指令値に基づいて駆動する
駆動部とを備えたロボットで用いられる振動抑制制御装
置において、前記アームの先端近傍に設けられ前記アー
ムの先端の加速度量を検出する加速度センサと、前記加
速度センサにより検出された加速度量に基づいて前記ア
ームの先端に生じた振動を抑制するように前記各関節部
ごとの前記駆動部への所定指令値を補償する前記各関節
部ごとの補償成分を算出するとともに、算出された前記
各関節部ごとの補償成分を対応する前記各関節部ごとの
所定指令値から減算する演算部とを備え、前記演算部
は、前記加速度センサにより検出された前記加速度量を
前記アームの先端に作用した等価な力相当成分とみな
し、この力相当成分に準静力学的扱いで前記アームの構
造に応じた所定の変換を施すことにより、前記アームの
前記各関節部を駆動する所定指令値に対する補償成分を
算出することを特徴とする、ロボットの振動抑制制御装
置を提供する。
【０００９】また本発明は、関節部を介して互いに連結
された複数のアームリンク部を有するアームと、前記ア
ームの先端を目標位置に位置決めするため前記アームの
各関節部を所定指令値に基づいて駆動する駆動部とを備
えたロボットで用いられる振動抑制制御方法において、
前記アームの先端近傍の加速度量を検出する工程と、こ
の工程により検出された加速度量に基づいて前記アーム
の先端に生じた振動を抑制するように前記各関節部ごと
の前記駆動部への所定指令値を補償する前記各関節部ご
との補償成分を算出する工程と、この工程により算出さ
れた前記各関節部ごとの補償成分を対応する前記各関節
部ごとの所定指令値から減算する工程とを備え、前記補
償成分を算出する工程において、前記アームの先端近傍
で検出された前記加速度量を前記アームの先端に作用し
た等価な力相当成分とみなし、この力相当成分に準静力
学的扱いで前記アームの構造に応じた所定の変換を施す
ことにより、前記アームの前記各関節部を駆動する所定
指令値に対する補償成分を算出することを特徴とする、
ロボットの振動抑制制御方法を提供する。
された複数のアームリンク部を有するアームと、前記ア
ームの先端を目標位置に位置決めするため前記アームの
各関節部を所定指令値に基づいて駆動する駆動部とを備
えたロボットで用いられる振動抑制制御方法において、
前記アームの先端近傍の加速度量を検出する工程と、こ
の工程により検出された加速度量に基づいて前記アーム
の先端に生じた振動を抑制するように前記各関節部ごと
の前記駆動部への所定指令値を補償する前記各関節部ご
との補償成分を算出する工程と、この工程により算出さ
れた前記各関節部ごとの補償成分を対応する前記各関節
部ごとの所定指令値から減算する工程とを備え、前記補
償成分を算出する工程において、前記アームの先端近傍
で検出された前記加速度量を前記アームの先端に作用し
た等価な力相当成分とみなし、この力相当成分に準静力
学的扱いで前記アームの構造に応じた所定の変換を施す
ことにより、前記アームの前記各関節部を駆動する所定
指令値に対する補償成分を算出することを特徴とする、
ロボットの振動抑制制御方法を提供する。
【００１０】本発明によれば、アームリンク部に比べて
剛性が低い複数の関節部を有し、数Ｈｚ以下の低い固有
振動数によるゆっくりした固有振動を持つアームを備え
たロボットにおいて、加速度センサにより検出された加
速度量をアームの先端に作用した等価な力相当成分とみ
なし、この力相当成分に基づいてアームの先端に生じた
振動を抑制するように各関節部に対応する駆動部への各
関節部ごとの所定指令値を補償するので、アームの先端
を速やかに目標位置に位置決めすることができ、またア
ームの先端が位置決め保持状態にあるときに加わった外
乱による振動を速やかに抑制することができる。
剛性が低い複数の関節部を有し、数Ｈｚ以下の低い固有
振動数によるゆっくりした固有振動を持つアームを備え
たロボットにおいて、加速度センサにより検出された加
速度量をアームの先端に作用した等価な力相当成分とみ
なし、この力相当成分に基づいてアームの先端に生じた
振動を抑制するように各関節部に対応する駆動部への各
関節部ごとの所定指令値を補償するので、アームの先端
を速やかに目標位置に位置決めすることができ、またア
ームの先端が位置決め保持状態にあるときに加わった外
乱による振動を速やかに抑制することができる。
【００１１】また、関節部の数が多くなってもアームの
運動可能方向に対応してアームの先端に２方向または３
方向の加速度成分を検出できる加速度センサを取り付け
るだけでよく、各関節部に対応する駆動部に加えられる
所定指令値の補償成分を計算する方法も複雑でなく、ま
た計算時間も多くを必要としない。さらに、ロボットの
アームの全ての関節部がそれぞれアームの先端での振動
を抑制するように作用するので、補償成分のフィードバ
ックゲイン等を大きく採らなくても十分な振動抑制効果
を得ることができ制御系を不安定化させるおそれが少な
い。
運動可能方向に対応してアームの先端に２方向または３
方向の加速度成分を検出できる加速度センサを取り付け
るだけでよく、各関節部に対応する駆動部に加えられる
所定指令値の補償成分を計算する方法も複雑でなく、ま
た計算時間も多くを必要としない。さらに、ロボットの
アームの全ての関節部がそれぞれアームの先端での振動
を抑制するように作用するので、補償成分のフィードバ
ックゲイン等を大きく採らなくても十分な振動抑制効果
を得ることができ制御系を不安定化させるおそれが少な
い。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。
施の形態について説明する。
【００１３】［第１の実施の形態］図１および図２は本
発明によるロボットの振動抑制制御装置の第１の実施の
形態を示す図である。まず、図１により、本発明の第１
の実施の形態が適用される２次元平面内を運動するアー
ムを有するロボットについて説明する。図１に示すよう
に、ロボットは、水平方向に回転可能な複数（ｎ個）の
関節部２−１〜２−ｎと、関節部２−１〜２−ｎを介し
て互いに連結された複数（ｎ個）のアームリンク部３−
１〜３−ｎとを有するアーム１０を備えており、関節部
２−１〜２−ｎにてアームリンク部３−１〜３−ｎを水
平方向に互いに相対的に回転させることによりアーム１
０の先端を２次元平面内の目標位置に移動できるように
なっている。
発明によるロボットの振動抑制制御装置の第１の実施の
形態を示す図である。まず、図１により、本発明の第１
の実施の形態が適用される２次元平面内を運動するアー
ムを有するロボットについて説明する。図１に示すよう
に、ロボットは、水平方向に回転可能な複数（ｎ個）の
関節部２−１〜２−ｎと、関節部２−１〜２−ｎを介し
て互いに連結された複数（ｎ個）のアームリンク部３−
１〜３−ｎとを有するアーム１０を備えており、関節部
２−１〜２−ｎにてアームリンク部３−１〜３−ｎを水
平方向に互いに相対的に回転させることによりアーム１
０の先端を２次元平面内の目標位置に移動できるように
なっている。
【００１４】アーム１０の先端（アームリンク部３−ｎ
の先端）には、物体を把持する機能等を実現する手先効
果器４が装着されている。またアーム１０の先端と反対
側の端部（アームリンク部３−１の１つの端部）は、第
１関節部２−１を介してアーム１０全体を支持するベー
ス部１に取り付けられている。
の先端）には、物体を把持する機能等を実現する手先効
果器４が装着されている。またアーム１０の先端と反対
側の端部（アームリンク部３−１の１つの端部）は、第
１関節部２−１を介してアーム１０全体を支持するベー
ス部１に取り付けられている。
【００１５】関節部２−１〜２−ｎの各々には、互いに
連結されたアームリンク部３−１〜３−ｎを相対的に回
転させる関節駆動モータ１５−１〜１５−ｎ（図２参
照）および減速機構（図示せず）が設けられている。な
お、これらの関節駆動モータや減速機構に含まれるバネ
要素の影響により、関節部２−１〜２−ｎはアームリン
ク部３−１〜３−ｎに比べて剛性が低く、アーム１０の
先端に機械的な振動を生じやすい構造となっている。
連結されたアームリンク部３−１〜３−ｎを相対的に回
転させる関節駆動モータ１５−１〜１５−ｎ（図２参
照）および減速機構（図示せず）が設けられている。な
お、これらの関節駆動モータや減速機構に含まれるバネ
要素の影響により、関節部２−１〜２−ｎはアームリン
ク部３−１〜３−ｎに比べて剛性が低く、アーム１０の
先端に機械的な振動を生じやすい構造となっている。
【００１６】またアーム１０の先端の手先効果器４の取
り付け部近傍には、アーム１０の先端の加速度量を検出
する加速度センサ５が装着されている。加速度センサ５
は、アーム先端座標系６のｘ，ｙ２方向の加速度成分を
検出するために各方向に対応した２つの加速度センサ５
ａ，５ｂ（図２参照）を有している。
り付け部近傍には、アーム１０の先端の加速度量を検出
する加速度センサ５が装着されている。加速度センサ５
は、アーム先端座標系６のｘ，ｙ２方向の加速度成分を
検出するために各方向に対応した２つの加速度センサ５
ａ，５ｂ（図２参照）を有している。
【００１７】なお図１において、アーム先端座標系６は
アーム１０の先端の移動に合わせてその位置および姿勢
が変化する座標系であり、基準座標系７はベース部１を
基準にしてその位置および姿勢が変化しない座標系であ
る。
アーム１０の先端の移動に合わせてその位置および姿勢
が変化する座標系であり、基準座標系７はベース部１を
基準にしてその位置および姿勢が変化しない座標系であ
る。
【００１８】次に、図２により、図１に示すロボットの
振動抑制制御装置について説明する。図２に示すよう
に、ロボットの振動抑制制御装置は、関節部２−１〜２
−ｎの各々の駆動を制御してアーム１０全体の運動を制
御する制御装置８のサーボ制御系として実現されてい
る。なおサーボ制御系は、関節部２−１〜２−ｎの各々
に対応して複数設けられている。すなわち第ｉ関節部２
−ｉ（１≦ｉ≦ｎ）を例にとれば、そのサーボ制御系
は、アーム１０を運動させるために第ｉ関節部２−ｉの
駆動を制御する既存のサーボ制御系と、この既存のサー
ボ制御系に追加されるアーム１０の先端に生じる振動を
抑制するための加速度フィードバック補償系とからなっ
ている。
振動抑制制御装置について説明する。図２に示すよう
に、ロボットの振動抑制制御装置は、関節部２−１〜２
−ｎの各々の駆動を制御してアーム１０全体の運動を制
御する制御装置８のサーボ制御系として実現されてい
る。なおサーボ制御系は、関節部２−１〜２−ｎの各々
に対応して複数設けられている。すなわち第ｉ関節部２
−ｉ（１≦ｉ≦ｎ）を例にとれば、そのサーボ制御系
は、アーム１０を運動させるために第ｉ関節部２−ｉの
駆動を制御する既存のサーボ制御系と、この既存のサー
ボ制御系に追加されるアーム１０の先端に生じる振動を
抑制するための加速度フィードバック補償系とからなっ
ている。
【００１９】アーム１０を運動させるための既存のサー
ボ制御系は、第ｉ関節部２−ｉの回転角度を検出する角
度検出器１６−ｉと、角度検出器１６−ｉにより検出さ
れた信号に基づいて現時点の関節角θi を関節角目標値
θref i に近づけるようにフィードバック制御を行う位
置決めフィードバック制御系１３−ｉと、第ｉ関節部２
−ｉを駆動する関節駆動モータ１５−ｉと、位置決めフ
ィードバック制御系１３−ｉと関節駆動モータ１５−ｉ
との間に設けられ位置決めフィードバック制御系１３−
ｉから加えられる速度指令値に基づいて関節駆動モータ
１５−ｉを駆動する速度指令型のサーボドライバ１４−
ｉとから構成されている。なお、角度検出器１６−ｉに
はエンコーダを用いることができる。
ボ制御系は、第ｉ関節部２−ｉの回転角度を検出する角
度検出器１６−ｉと、角度検出器１６−ｉにより検出さ
れた信号に基づいて現時点の関節角θi を関節角目標値
θref i に近づけるようにフィードバック制御を行う位
置決めフィードバック制御系１３−ｉと、第ｉ関節部２
−ｉを駆動する関節駆動モータ１５−ｉと、位置決めフ
ィードバック制御系１３−ｉと関節駆動モータ１５−ｉ
との間に設けられ位置決めフィードバック制御系１３−
ｉから加えられる速度指令値に基づいて関節駆動モータ
１５−ｉを駆動する速度指令型のサーボドライバ１４−
ｉとから構成されている。なお、角度検出器１６−ｉに
はエンコーダを用いることができる。
【００２０】また、このような既存のサーボ制御系に追
加される加速度フィードバック補償系は、上述した２つ
の加速度センサ５ａ，５ｂと、加速度センサ５ａ，５ｂ
により検出されたｘ，ｙ２方向の信号を取り込み所定の
増幅および濾波を行うアンプおよびローパスフィルター
１１とを有し、アンプおよびローパスフィルター１１を
通過した信号（ｘ，ｙ２方向の加速度成分）は演算器１
２に入力される。演算器１２はアンプおよびローパスフ
ィルター１１を通過した信号に基づいて上述したサーボ
ドライバ１４に加えられる第ｉ関節部２−ｉの速度指令
値をアーム１０の先端に生じた振動を抑制するように補
償する第ｉ関節部２−ｉの加速度フィードバック補償成
分を算出するとともに、この算出された値に所定のフィ
ードバックゲインＫαi を乗じた値を位置決めフィード
バック制御系１３−ｉからの速度指令値から減算するよ
うになっている。
加される加速度フィードバック補償系は、上述した２つ
の加速度センサ５ａ，５ｂと、加速度センサ５ａ，５ｂ
により検出されたｘ，ｙ２方向の信号を取り込み所定の
増幅および濾波を行うアンプおよびローパスフィルター
１１とを有し、アンプおよびローパスフィルター１１を
通過した信号（ｘ，ｙ２方向の加速度成分）は演算器１
２に入力される。演算器１２はアンプおよびローパスフ
ィルター１１を通過した信号に基づいて上述したサーボ
ドライバ１４に加えられる第ｉ関節部２−ｉの速度指令
値をアーム１０の先端に生じた振動を抑制するように補
償する第ｉ関節部２−ｉの加速度フィードバック補償成
分を算出するとともに、この算出された値に所定のフィ
ードバックゲインＫαi を乗じた値を位置決めフィード
バック制御系１３−ｉからの速度指令値から減算するよ
うになっている。
【００２１】次に、このような構成からなる本発明の第
１の実施の形態の作用について説明する。
１の実施の形態の作用について説明する。
【００２２】ロボットのアーム１０の先端を目標位置に
位置決めするため、まずアーム１０の先端を目標位置に
位置決めするために必要とされる関節部２−１〜２−ｎ
の各々の回転角度、すなわち各関節部２−ｉ（１≦ｉ≦
ｎ）の関節角目標値θref iを求める。次に、位置決め
フィードバック制御系１３−ｉにより、角度検出器１６
−ｉにより検出された信号に基づいて各関節部２−ｉの
現時点の関節角θi を関節角目標値θref i に近づける
ようにフィードバック制御が行われ、サーボドライバ１
４−ｉに加えられる速度指令値が求められる。
位置決めするため、まずアーム１０の先端を目標位置に
位置決めするために必要とされる関節部２−１〜２−ｎ
の各々の回転角度、すなわち各関節部２−ｉ（１≦ｉ≦
ｎ）の関節角目標値θref iを求める。次に、位置決め
フィードバック制御系１３−ｉにより、角度検出器１６
−ｉにより検出された信号に基づいて各関節部２−ｉの
現時点の関節角θi を関節角目標値θref i に近づける
ようにフィードバック制御が行われ、サーボドライバ１
４−ｉに加えられる速度指令値が求められる。
【００２３】一方、加速度センサ５ａ，５ｂにより検出
されたｘ，ｙ２方向の信号はアンプおよびローパスフィ
ルター１１に取り込まれ、アンプおよびローパスフィル
タ１１により所定の増幅および濾波が行われた後に演算
部１２に読み込まれる。次に、演算部１２は、読み込ま
れた信号（ｘ，ｙ２方向の加速度成分）に基づいてアー
ム１０の先端に生じた振動を抑制するように第ｉ関節部
２−ｉの速度指令値を補償する第ｉ関節部２−ｉの加速
度フィードバック補償成分を算出する。続いて、演算部
１２は、算出された値に所定のフィードバックゲインＫ
αi を乗じた値を算出し、この算出された値を上述した
ようにして求められた位置決めフィードバック制御系１
３−ｉからの速度指令値から減算する。
されたｘ，ｙ２方向の信号はアンプおよびローパスフィ
ルター１１に取り込まれ、アンプおよびローパスフィル
タ１１により所定の増幅および濾波が行われた後に演算
部１２に読み込まれる。次に、演算部１２は、読み込ま
れた信号（ｘ，ｙ２方向の加速度成分）に基づいてアー
ム１０の先端に生じた振動を抑制するように第ｉ関節部
２−ｉの速度指令値を補償する第ｉ関節部２−ｉの加速
度フィードバック補償成分を算出する。続いて、演算部
１２は、算出された値に所定のフィードバックゲインＫ
αi を乗じた値を算出し、この算出された値を上述した
ようにして求められた位置決めフィードバック制御系１
３−ｉからの速度指令値から減算する。
【００２４】ここで、演算部１２における計算手順の詳
細について説明する。加速度センサ５ａ，５ｂにより検
出されたアーム先端座標系６におけるｘ，ｙ２方向の加
速度成分をαxtip，αytipとすると、まず次式（１）に
より、これらの加速度成分αxtip，αytipを基準座標系
７における加速度成分α0 ＝（αx0，αy0）に変換す
る。
細について説明する。加速度センサ５ａ，５ｂにより検
出されたアーム先端座標系６におけるｘ，ｙ２方向の加
速度成分をαxtip，αytipとすると、まず次式（１）に
より、これらの加速度成分αxtip，αytipを基準座標系
７における加速度成分α0 ＝（αx0，αy0）に変換す
る。
【００２５】
【数１】
上式（１）において、0 Ｒtip はアーム先端座標系６か
ら基準座標系７への変換回転行列であり、具体的には次
式（２）のように表される。
ら基準座標系７への変換回転行列であり、具体的には次
式（２）のように表される。
【００２６】
【数２】
上式（２）において、ロボット１０の関節部２−１〜２
−ｎの各々の角度をθ1 ，θ2 ，…，θn と表すと、Ｃ
12..n はｃｏｓ（θ1 ＋θ2 ＋…＋θn ）であり、Ｓ
12..n はｓｉｎ（θ1 ＋θ2 ＋…＋θn ）である。
−ｎの各々の角度をθ1 ，θ2 ，…，θn と表すと、Ｃ
12..n はｃｏｓ（θ1 ＋θ2 ＋…＋θn ）であり、Ｓ
12..n はｓｉｎ（θ1 ＋θ2 ＋…＋θn ）である。
【００２７】上式（２）により変換された加速度成分α
x0，αy0をアーム１０の先端に作用した等価な力相当成
分とみなすことにより、加速度成分αx0，αy0はロボッ
トのアーム１０の構造で決まるヤコビ行列Ｊの転置行列
ＪT を用いて準静力学的に関節部２−１〜２−ｎの各々
の駆動トルク成分に変換することができる。すなわち、
次式（３）により、アーム１０の先端に生じた振動を抑
制するための関節部２−１〜２−ｎの各々に対する加速
度フィードバック補償成分αθ＝（αθ1 ，αθ2 ，
…，αθn ）が求められる。
x0，αy0をアーム１０の先端に作用した等価な力相当成
分とみなすことにより、加速度成分αx0，αy0はロボッ
トのアーム１０の構造で決まるヤコビ行列Ｊの転置行列
ＪT を用いて準静力学的に関節部２−１〜２−ｎの各々
の駆動トルク成分に変換することができる。すなわち、
次式（３）により、アーム１０の先端に生じた振動を抑
制するための関節部２−１〜２−ｎの各々に対する加速
度フィードバック補償成分αθ＝（αθ1 ，αθ2 ，
…，αθn ）が求められる。
【数３】
【００２８】ここで、図２に示すような速度指令型のサ
ーボドライバ１４−ｉを用いた場合には、上式（３）に
より求められた加速度フィードバック補償成分にフィー
ドバックゲインＫαi を乗じた値を、位置制御ループ系
である位置決めフィードバック制御系１３−ｉからサー
ボドライバ１４−ｉに加えられる速度指令値から減算す
ることにより、補償後の速度指令値を求める。この関係
を次式（４）に示す。
ーボドライバ１４−ｉを用いた場合には、上式（３）に
より求められた加速度フィードバック補償成分にフィー
ドバックゲインＫαi を乗じた値を、位置制御ループ系
である位置決めフィードバック制御系１３−ｉからサー
ボドライバ１４−ｉに加えられる速度指令値から減算す
ることにより、補償後の速度指令値を求める。この関係
を次式（４）に示す。
【数４】
【００２９】このようにしてアーム１０の先端に生じた
振動を抑制するように補償された速度指令値がサーボド
ライバ１４−ｉに加えられ、サーボドライバ１４−ｉに
より最終的に関節駆動モータ１５−ｉに加えられるトル
ク指令値が求められ、アーム１０の先端に生じた振動を
抑制するように第ｉ関節部２−ｉが駆動される。同様に
して関節部２−１〜２−ｎの各々がアーム１０の先端に
生じた振動を抑制するように駆動されることにより、ア
ームリンク部３−１〜３−ｎは水平方向に互いに相対的
に回転され、アーム１０の先端が２次元平面内の目標位
置にその振動がきわめて抑制された状態で速やかに移動
することができる。
振動を抑制するように補償された速度指令値がサーボド
ライバ１４−ｉに加えられ、サーボドライバ１４−ｉに
より最終的に関節駆動モータ１５−ｉに加えられるトル
ク指令値が求められ、アーム１０の先端に生じた振動を
抑制するように第ｉ関節部２−ｉが駆動される。同様に
して関節部２−１〜２−ｎの各々がアーム１０の先端に
生じた振動を抑制するように駆動されることにより、ア
ームリンク部３−１〜３−ｎは水平方向に互いに相対的
に回転され、アーム１０の先端が２次元平面内の目標位
置にその振動がきわめて抑制された状態で速やかに移動
することができる。
【００３０】なお、トルク指令型のサーボドライバを用
いた場合には、上式（３）により求められた加速度フィ
ードバック補償成分にフィードバックゲインＫ′αｉを
乗じた値を、位置・速度制御ループ系からサーボドライ
バに加えられるトルク指令値から減算することにより、
補償後のトルク指令値を求める。ここで、フィードバッ
クゲインＫαi ，Ｋ′αi はそれぞれ、速度指令値また
はトルク指令値への単位換算係数が含められた加速度フ
ィードバック補償系が不安定にならないように設定され
た値である。また、Ｋｐi は単位換算係数が含められた
位置決め制御ループ系１３−ｉにおけるフィードバック
ゲインである。
いた場合には、上式（３）により求められた加速度フィ
ードバック補償成分にフィードバックゲインＫ′αｉを
乗じた値を、位置・速度制御ループ系からサーボドライ
バに加えられるトルク指令値から減算することにより、
補償後のトルク指令値を求める。ここで、フィードバッ
クゲインＫαi ，Ｋ′αi はそれぞれ、速度指令値また
はトルク指令値への単位換算係数が含められた加速度フ
ィードバック補償系が不安定にならないように設定され
た値である。また、Ｋｐi は単位換算係数が含められた
位置決め制御ループ系１３−ｉにおけるフィードバック
ゲインである。
【００３１】また、アーム１０の動作において各関節部
の動作速度が速く、アーム１０の先端での各関節部２−
ｉの動作による運動加速度成分αｍ＝（αxm，αym）を
考慮する必要がある場合には、上式（３）においてｘ，
ｙ２方向の加速度成分（αx0，αy0）から、次式（５）
により算出される運動加速度成分（αxm，αym）をそれ
ぞれ引いた値（α′x0，α′y0）をそのｘ，ｙ２方向の
加速度成分として用いるようにする。
の動作速度が速く、アーム１０の先端での各関節部２−
ｉの動作による運動加速度成分αｍ＝（αxm，αym）を
考慮する必要がある場合には、上式（３）においてｘ，
ｙ２方向の加速度成分（αx0，αy0）から、次式（５）
により算出される運動加速度成分（αxm，αym）をそれ
ぞれ引いた値（α′x0，α′y0）をそのｘ，ｙ２方向の
加速度成分として用いるようにする。
【数５】
【００３２】［第２の実施の形態］次に、本発明の第２
の実施の形態について図５により説明する。本発明の第
２の実施の形態は、本発明によるロボットの振動抑制制
御装置およびその制御方法を、図５に示すような３次元
空間内を運動するアームを有するロボットに適用したも
のである。本発明の第２の実施の形態は、本発明が適用
されるロボットのアーム２０の構造が異なる点を除い
て、他は図１および図２に示す第１の実施の形態と略同
一である。本発明の第２の実施の形態において、図１お
よび図２に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符
号を付して詳細な説明は省略する。
の実施の形態について図５により説明する。本発明の第
２の実施の形態は、本発明によるロボットの振動抑制制
御装置およびその制御方法を、図５に示すような３次元
空間内を運動するアームを有するロボットに適用したも
のである。本発明の第２の実施の形態は、本発明が適用
されるロボットのアーム２０の構造が異なる点を除い
て、他は図１および図２に示す第１の実施の形態と略同
一である。本発明の第２の実施の形態において、図１お
よび図２に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符
号を付して詳細な説明は省略する。
【００３３】図５に示すように、ロボットは、水平方向
または、垂直方向等の傾いた方向に回転可能な複数（ｎ
個）の関節部２−１′〜２−ｎ′と、関節部２−１′〜
２−ｎ′を介して互いに連結された複数（ｎ個）のアー
ムリンク部３−１′〜３−ｎ′とを有するアーム２０を
備えており、関節部２−１′〜２−ｎ′にてアームリン
ク部３−１′〜３−ｎ′を水平方向または、垂直方向等
の傾いた方向に互いに相対的に回転させることによりア
ーム２０の先端を３次元空間内の目標位置に移動できる
ようになっている。
または、垂直方向等の傾いた方向に回転可能な複数（ｎ
個）の関節部２−１′〜２−ｎ′と、関節部２−１′〜
２−ｎ′を介して互いに連結された複数（ｎ個）のアー
ムリンク部３−１′〜３−ｎ′とを有するアーム２０を
備えており、関節部２−１′〜２−ｎ′にてアームリン
ク部３−１′〜３−ｎ′を水平方向または、垂直方向等
の傾いた方向に互いに相対的に回転させることによりア
ーム２０の先端を３次元空間内の目標位置に移動できる
ようになっている。
【００３４】またアーム２０の先端の手先効果器４の取
り付け部近傍には、アーム２０の先端の加速度量を検出
する加速度センサ５′が装着されている。加速度センサ
５′は、アーム先端座標系６のｘ，ｙ，ｚ３方向の加速
度成分を検出するために各方向に対応した３つの加速度
センサを有している。
り付け部近傍には、アーム２０の先端の加速度量を検出
する加速度センサ５′が装着されている。加速度センサ
５′は、アーム先端座標系６のｘ，ｙ，ｚ３方向の加速
度成分を検出するために各方向に対応した３つの加速度
センサを有している。
【００３５】加速度センサ５′により検出されたｘ，
ｙ，ｚ３方向の信号は、図２に示すように、アーム２０
の先端に生じる振動を抑制するための加速度フィードバ
ック補償系においてアンプおよびローパスフィルター１
１を介して演算部１２に読み込まれるようになってい
る。
ｙ，ｚ３方向の信号は、図２に示すように、アーム２０
の先端に生じる振動を抑制するための加速度フィードバ
ック補償系においてアンプおよびローパスフィルター１
１を介して演算部１２に読み込まれるようになってい
る。
【００３６】次に、このような構成からなる本発明の第
２の実施の形態の作用について説明する。
２の実施の形態の作用について説明する。
【００３７】図２に示すように、アーム２０を運動させ
るための既存のサーボ制御系において、位置決めフィー
ドバック制御系１３−ｉにより各々の関節部２−ｉ′の
現時点の関節角θi を関節角目標値θref i に近づける
ようにフィードバック制御が行われ、速度指令型のサー
ボドライバ１４−ｉに加えられる速度指令値が求められ
る。また同時に、加速度フィードバック補償系におい
て、演算部１２により、３つの加速度センサから読み込
まれた信号（ｘ，ｙ，ｚ３方向の加速度成分）に基づい
てアーム２０の先端に生じた振動を抑制するように位置
決めフィードバック制御系１３−ｉからサーボドライバ
１４−ｉに加えられる第ｉ関節部２−ｉ′の速度指令値
を補償する第ｉ関節部２−ｉ′の加速度フィードバック
補償成分が算出される。
るための既存のサーボ制御系において、位置決めフィー
ドバック制御系１３−ｉにより各々の関節部２−ｉ′の
現時点の関節角θi を関節角目標値θref i に近づける
ようにフィードバック制御が行われ、速度指令型のサー
ボドライバ１４−ｉに加えられる速度指令値が求められ
る。また同時に、加速度フィードバック補償系におい
て、演算部１２により、３つの加速度センサから読み込
まれた信号（ｘ，ｙ，ｚ３方向の加速度成分）に基づい
てアーム２０の先端に生じた振動を抑制するように位置
決めフィードバック制御系１３−ｉからサーボドライバ
１４−ｉに加えられる第ｉ関節部２−ｉ′の速度指令値
を補償する第ｉ関節部２−ｉ′の加速度フィードバック
補償成分が算出される。
【００３８】ここで、演算部１２における計算手順は基
本的に上述した第１の実施の形態と同様である。加速度
センサ５′により検出されたアーム先端座標系６におけ
るｘ，ｙ，ｚ３方向の加速度成分をαxtip，αytip，α
ztipとすると、まずこれらの加速度成分αxtip，
αytip，αztipをアーム先端座標系６から基準座標系７
への変換回転行列0 Ｒtip を用いて基準座標系７におけ
る加速度成分α0 ＝（αx0，αy0，αz0）に変換する。
本的に上述した第１の実施の形態と同様である。加速度
センサ５′により検出されたアーム先端座標系６におけ
るｘ，ｙ，ｚ３方向の加速度成分をαxtip，αytip，α
ztipとすると、まずこれらの加速度成分αxtip，
αytip，αztipをアーム先端座標系６から基準座標系７
への変換回転行列0 Ｒtip を用いて基準座標系７におけ
る加速度成分α0 ＝（αx0，αy0，αz0）に変換する。
【００３９】次に、上式（３）により、アーム２０の先
端に生じた振動を抑制するための関節部２−１′〜２−
ｎ′の各々に対する加速度フィードバック補償成分αθ
＝（αθ1 ，αθ2 ，…，αθn ）を求める。なお、こ
の第２の実施の形態においては、加速度センサ５′によ
り検出された加速度量α0 のｚ方向の加速度成分αz0か
ら重力加速度ｇを引いた値α′z0をそのｚ方向の加速度
成分として用いるようにする。
端に生じた振動を抑制するための関節部２−１′〜２−
ｎ′の各々に対する加速度フィードバック補償成分αθ
＝（αθ1 ，αθ2 ，…，αθn ）を求める。なお、こ
の第２の実施の形態においては、加速度センサ５′によ
り検出された加速度量α0 のｚ方向の加速度成分αz0か
ら重力加速度ｇを引いた値α′z0をそのｚ方向の加速度
成分として用いるようにする。
【００４０】その後、図２に示すような速度指令型のサ
ーボドライバ１４−ｉを用いた場合には、上式（４）に
従って、上式（３）により求められた加速度フィードバ
ック補償成分にフィードバックゲインＫαi を乗じた値
を、位置制御ループ系である位置決めフィードバック制
御系１３−ｉからサーボドライバ１４−ｉに加えられる
速度指令値から減算することにより、補償後の速度指令
値を求める。そして、この求められた補償後の速度指令
値がサーボドライバ１４−ｉに加えられ、サーボドライ
バ１４−ｉによりアーム２０の先端に生じた振動を抑制
するように各関節部２−ｉ′が駆動される。
ーボドライバ１４−ｉを用いた場合には、上式（４）に
従って、上式（３）により求められた加速度フィードバ
ック補償成分にフィードバックゲインＫαi を乗じた値
を、位置制御ループ系である位置決めフィードバック制
御系１３−ｉからサーボドライバ１４−ｉに加えられる
速度指令値から減算することにより、補償後の速度指令
値を求める。そして、この求められた補償後の速度指令
値がサーボドライバ１４−ｉに加えられ、サーボドライ
バ１４−ｉによりアーム２０の先端に生じた振動を抑制
するように各関節部２−ｉ′が駆動される。
【００４１】なお、上述した第１および第２の実施の形
態においては、１方向の加速度成分を検出することがで
きる加速度センサを、アーム１０，２０の運動可能方向
（２方向または３方向）に合わせて必要な個数だけ所定
の位置および姿勢で装着するようにしているが、３方向
の加速度成分を同時に検出することができる加速度セン
サを用いるようにしてもよいことはもちろんである。
態においては、１方向の加速度成分を検出することがで
きる加速度センサを、アーム１０，２０の運動可能方向
（２方向または３方向）に合わせて必要な個数だけ所定
の位置および姿勢で装着するようにしているが、３方向
の加速度成分を同時に検出することができる加速度セン
サを用いるようにしてもよいことはもちろんである。
【００４２】
【実施例】次に、図１および図２に示すロボットの振動
抑制制御装置の具体的実施例について述べる。図３(a)
(b)(c) および図４(a)(b)(c)(d)は、水平方向に回転可
能な６つの関節部２−１〜２−６により連結されたアー
ム１０を有する実機ロボットを用いて、上式（４）とし
て定式化された振動抑制制御を行った場合の実験結果を
示す図である。ここでアーム１０を有する実機ロボット
は、本発明の第１の実施の形態に対応している。
抑制制御装置の具体的実施例について述べる。図３(a)
(b)(c) および図４(a)(b)(c)(d)は、水平方向に回転可
能な６つの関節部２−１〜２−６により連結されたアー
ム１０を有する実機ロボットを用いて、上式（４）とし
て定式化された振動抑制制御を行った場合の実験結果を
示す図である。ここでアーム１０を有する実機ロボット
は、本発明の第１の実施の形態に対応している。
【００４３】まず、図３(a)(b)(c) により、関節角目標
値０度で関節部２−１〜２−６の各々を位置決め保持状
態にしているときにアーム１０の先端に外乱を加えて強
制的に振動させた場合の実験結果について説明する。図
３(a)(b)(c) は従来の位置決め制御のみを行った場合
と、本発明によるロボットの振動抑制制御方法を適用し
て制御を行った場合とのアーム１０の先端に生じた振動
の減衰する様子を示す図である。このうち図３(a) は従
来の位置決め制御のみを行った場合の振動の減衰する様
子を加速度センサ出力αytipにより示す図、図３(b) は
本発明によるロボットの振動抑制制御方法を適用して制
御を行った場合の振動の減衰する様子を加速度センサ出
力αytipにより示す図である。また図３(c) はアーム１
０の第２関節部２−２を駆動するために対応するサーボ
ドライバに加えられる補償後の速度指令値を示す図であ
る。
値０度で関節部２−１〜２−６の各々を位置決め保持状
態にしているときにアーム１０の先端に外乱を加えて強
制的に振動させた場合の実験結果について説明する。図
３(a)(b)(c) は従来の位置決め制御のみを行った場合
と、本発明によるロボットの振動抑制制御方法を適用し
て制御を行った場合とのアーム１０の先端に生じた振動
の減衰する様子を示す図である。このうち図３(a) は従
来の位置決め制御のみを行った場合の振動の減衰する様
子を加速度センサ出力αytipにより示す図、図３(b) は
本発明によるロボットの振動抑制制御方法を適用して制
御を行った場合の振動の減衰する様子を加速度センサ出
力αytipにより示す図である。また図３(c) はアーム１
０の第２関節部２−２を駆動するために対応するサーボ
ドライバに加えられる補償後の速度指令値を示す図であ
る。
【００４４】図３(a) に示すように、従来の位置決め制
御のみを行った場合には、外乱が加えられてから１６秒
程度が経過してもアーム１０の先端に生じた振動が十分
に減衰しない。これに対して、本発明によるロボットの
振動抑制制御方法を適用して制御を行った場合には、図
３(b) に示すように、外乱が加えられてから２秒程度が
経過した時点で十分な振動の減衰が見られ、４秒程度が
経過した時点ではほぼ完全に振動がなくなっていること
が分かる。
御のみを行った場合には、外乱が加えられてから１６秒
程度が経過してもアーム１０の先端に生じた振動が十分
に減衰しない。これに対して、本発明によるロボットの
振動抑制制御方法を適用して制御を行った場合には、図
３(b) に示すように、外乱が加えられてから２秒程度が
経過した時点で十分な振動の減衰が見られ、４秒程度が
経過した時点ではほぼ完全に振動がなくなっていること
が分かる。
【００４５】次に、図４(a)(b)(c)(d)により、アーム１
０の先端を目標位置に位置決めする場合の一例として、
アーム１０の第２関節部２−２に関節角目標値θref 2
をステップ状に与えて２０度だけ回転させた場合の実験
結果について説明する。図４(a)(b)(c)(d)はアーム１０
の第２関節部２−２を駆動するために対応するサーボド
ライバに加えられる速度指令値と、加速度センサ出力α
ytipにより表されたアーム１０の先端に生じる振動の減
衰する様子とを示す図である。このうち図４(a)(b)は従
来の位置決め制御のみを行った場合を示す図、図４(c)
(d)は本発明のロボットの振動抑制制御方法を適用して
制御を行った場合を示す図である。
０の先端を目標位置に位置決めする場合の一例として、
アーム１０の第２関節部２−２に関節角目標値θref 2
をステップ状に与えて２０度だけ回転させた場合の実験
結果について説明する。図４(a)(b)(c)(d)はアーム１０
の第２関節部２−２を駆動するために対応するサーボド
ライバに加えられる速度指令値と、加速度センサ出力α
ytipにより表されたアーム１０の先端に生じる振動の減
衰する様子とを示す図である。このうち図４(a)(b)は従
来の位置決め制御のみを行った場合を示す図、図４(c)
(d)は本発明のロボットの振動抑制制御方法を適用して
制御を行った場合を示す図である。
【００４６】図４(b) に示すように、従来の位置決め制
御のみを行った場合には、ステップ状の速度指令値が加
えられた時点で生じた振動が第２関節部２−２の回転期
間中において十分な減衰が行われることなく遷移する。
またステップ状の速度指令値が加えられなくなる時点に
おいてまた新たな振動が生じ、この振動がかなりの期間
にわたって継続している。これに対して、本発明による
ロボットの振動抑制制御方法を適用して制御を行った場
合には、図４(d) に示すように、ステップ状の速度指令
値が加えられた時点で生じた振動は回転期間中において
３秒程度で十分に減衰し、かつステップ状の速度指令値
が加えられなくなる時点において生じた新たな振動も同
様に３秒程度で十分に減衰することが分かる。
御のみを行った場合には、ステップ状の速度指令値が加
えられた時点で生じた振動が第２関節部２−２の回転期
間中において十分な減衰が行われることなく遷移する。
またステップ状の速度指令値が加えられなくなる時点に
おいてまた新たな振動が生じ、この振動がかなりの期間
にわたって継続している。これに対して、本発明による
ロボットの振動抑制制御方法を適用して制御を行った場
合には、図４(d) に示すように、ステップ状の速度指令
値が加えられた時点で生じた振動は回転期間中において
３秒程度で十分に減衰し、かつステップ状の速度指令値
が加えられなくなる時点において生じた新たな振動も同
様に３秒程度で十分に減衰することが分かる。
【００４７】このように、図３(a)(b)(c) および図４
(a)(b)(c)(d)の実験結果から明らかなように、本発明に
よるロボットの振動抑制制御方法により、十分な振動抑
制効果が得られることが確認できた。
(a)(b)(c)(d)の実験結果から明らかなように、本発明に
よるロボットの振動抑制制御方法により、十分な振動抑
制効果が得られることが確認できた。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アームリンク部に比べて剛性が低い複数の関節部を有
し、数Ｈｚ以下の低い固有振動数によるゆっくりした固
有振動を持つアームを備えたロボットにおいて、アーム
の先端を速やかに目標位置に位置決めすることができ、
またアームの先端が位置決め保持状態にあるときに加わ
った外乱による振動を速やかに抑制することができる。
アームリンク部に比べて剛性が低い複数の関節部を有
し、数Ｈｚ以下の低い固有振動数によるゆっくりした固
有振動を持つアームを備えたロボットにおいて、アーム
の先端を速やかに目標位置に位置決めすることができ、
またアームの先端が位置決め保持状態にあるときに加わ
った外乱による振動を速やかに抑制することができる。
【００４９】また、関節部の数が多くなってもアームの
先端にアームの運動可能方向に対応して２方向または３
方向の加速度成分を検出できる加速度センサを取り付け
るだけでよく、各関節部に対応する駆動部に加えられる
所定指令値の補償成分を計算する方法も複雑でなく、ま
た計算時間も多くを必要としない。さらに、ロボットの
アームの全ての関節部がそれぞれアームの先端での振動
を抑制するように作用するので、補償成分のフィードバ
ックゲイン等を大きく採らなくても十分な振動抑制効果
を得ることができ制御系を不安定化させるおそれが少な
い。
先端にアームの運動可能方向に対応して２方向または３
方向の加速度成分を検出できる加速度センサを取り付け
るだけでよく、各関節部に対応する駆動部に加えられる
所定指令値の補償成分を計算する方法も複雑でなく、ま
た計算時間も多くを必要としない。さらに、ロボットの
アームの全ての関節部がそれぞれアームの先端での振動
を抑制するように作用するので、補償成分のフィードバ
ックゲイン等を大きく採らなくても十分な振動抑制効果
を得ることができ制御系を不安定化させるおそれが少な
い。
【図１】本発明が適用される２次元平面内を運動するア
ームを有するロボットの外観を示す斜視図である。
ームを有するロボットの外観を示す斜視図である。
【図２】本発明によるロボットの振動抑制制御装置の構
成を示すブロック図である。
成を示すブロック図である。
【図３】本発明による振動抑制効果を示す実機ロボット
での実験結果の一例を示す図である。
での実験結果の一例を示す図である。
【図４】本発明による振動抑制効果を示す実機ロボット
での実験結果の別の例を示す図である。
での実験結果の別の例を示す図である。
【図５】本発明が適用される３次元空間内を運動するア
ームを有するロボットの外観を示す斜視図である。
ームを有するロボットの外観を示す斜視図である。
１ ベース部
２−１〜２−ｎ，２−１′〜２−ｎ′ 関節部
３−１〜３−ｎ，３−１′〜３−ｎ′ アームリンク部
４ 手先効果器
５，５′ 加速度センサ
８ 制御装置
１０，２０ アーム
１２ 演算部
１３−ｉ 位置決めフィードバック制御系
１４−ｉ サーボドライバ
１５−ｉ 関節駆動モータ
─────────────────────────────────────────────────────
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(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B25J 9/10
B25J 13/00
B25J 19/06
Claims (4)
- 【請求項１】関節部を介して互いに連結された複数のア
ームリンク部を有するアームと、前記アームの先端を目
標位置に位置決めするため前記アームの各関節部を所定
指令値に基づいて駆動する駆動部とを備えたロボットで
用いられる振動抑制制御装置において、 前記アームの先端近傍に設けられ前記アームの先端の加
速度量を検出する加速度センサと、 前記加速度センサにより検出された加速度量に基づいて
前記アームの先端に生じた振動を抑制するように前記各
関節部ごとの前記駆動部への所定指令値を補償する前記
各関節部ごとの補償成分を算出するとともに、算出され
た前記各関節部ごとの補償成分を対応する前記各関節部
ごとの所定指令値から減算する演算部とを備え、 前記演算部は、前記加速度センサにより検出された前記
加速度量を前記アームの先端に作用した等価な力相当成
分とみなし、この力相当成分に準静力学的扱いで前記ア
ームの構造に応じた所定の変換を施すことにより、前記
アームの前記各関節部を駆動する所定指令値に対する補
償成分を算出することを特徴とする、ロボットの振動抑
制制御装置。 - 【請求項２】前記加速度センサは、前記アームの運動可
能方向に対応して２方向または３方向の加速度成分を検
出することを特徴とする、請求項１記載のロボットの振
動抑制制御装置。 - 【請求項３】関節部を介して互いに連結された複数のア
ームリンク部を有するアームと、前記アームの先端を目
標位置に位置決めするため前記アームの各関節部を所定
指令値に基づいて駆動する駆動部とを備えたロボットで
用いられる振動抑制制御方法において、 前記アームの先端近傍の加速度量を検出する工程と、 この工程により検出された加速度量に基づいて前記アー
ムの先端に生じた振動を抑制するように前記各関節部ご
との前記駆動部への所定指令値を補償する前記各関節部
ごとの補償成分を算出する工程と、 この工程により算出された前記各関節部ごとの補償成分
を対応する前記各関節部ごとの所定指令値から減算する
工程とを備え、 前記補償成分を算出する工程において、前記アームの先
端近傍で検出された前記加速度量を前記アームの先端に
作用した等価な力相当成分とみなし、この力相当成分に
準静力学的扱いで前記アームの構造に応じた所定の変換
を施すことにより、前記アームの前記各関節部を駆動す
る所定指令値に対する補償成分を算出することを特徴と
する、ロボットの振動抑制制御方法。 - 【請求項４】前記加速度量を検出する工程において、前
記アームの運動可能方向に対応して２方向または３方向
の加速度成分を検出することを特徴とする、請求項３記
載のロボットの振動抑制制御方法。
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| JPH10100085A JPH10100085A (ja) | 1998-04-21 |
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