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JPH0475114A - Compliance control system - Google Patents

Compliance control system

Info

Publication number
JPH0475114A
JPH0475114A JP19012990A JP19012990A JPH0475114A JP H0475114 A JPH0475114 A JP H0475114A JP 19012990 A JP19012990 A JP 19012990A JP 19012990 A JP19012990 A JP 19012990A JP H0475114 A JPH0475114 A JP H0475114A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
compliance
control
sliding mode
axis
servo
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP19012990A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobutoshi Torii
信利 鳥居
Akira Nihei
亮 二瓶
Tetsuro Kato
哲朗 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fanuc Corp filed Critical Fanuc Corp
Priority to JP19012990A priority Critical patent/JPH0475114A/en
Publication of JPH0475114A publication Critical patent/JPH0475114A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16Programme controls
    • B25J9/1628Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/1646Programme controls characterised by the control loop variable structure system, sliding mode control

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Numerical Control (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a robust system by which compliance can be kept at a preset value even when inertia, etc., is fluctuated by performing compliance control to which sliding mode control is applied on a controlled system with high inertia fluctuation. CONSTITUTION:A force sensor 27 is provided at the tip of the arm 26 of a robot, and amount of displacement on rectangular coordinate by a virtual spring equivalent to difference between command torque and feedback torque from the force sensor 27 is found, and a targeted position is transformed to the indirect coordinate of each axis setting a position in which the amount of displacement is added on a position command as the targeted position. The sliding mode control is applied to the servo control system of each axis, and the switching phase of the sliding mode control is switched by deviation among a position, speed, and a force, and a servo control system settable at arbitrary compliance can be formed. Thereby, it is possible to realize the compliance control by the sliding mode control resistant for parameter fluctuation and disturbance, etc.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はロボットのコンプライアンス制御方式に関し、
特に組立ロボット等に適したコンプライアンス制御方式
に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a robot compliance control method,
In particular, it relates to compliance control methods suitable for assembly robots, etc.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

位置制御あるいは軌道制御のみを対象としている溶接、
塗装ロボット等は剛性が高いほど、望ましい。一方、組
立ロボット等では、単に剛性が高いのみでは実用性がな
い。例えば、ネジ締め等を考えると、穴の位置及びロボ
ットの位置が完全に許容範囲に入っていれば問題ないが
、一般にこのようなことは望めない。従って、組立ロボ
ット等では一定の柔軟性が要求される。
Welding intended only for position control or trajectory control,
The higher the rigidity of a painting robot, the more desirable it is. On the other hand, for assembly robots and the like, simply having high rigidity is not practical. For example, when considering screw tightening, there is no problem if the position of the hole and the position of the robot are completely within the permissible range, but this is generally not possible. Therefore, a certain degree of flexibility is required for assembly robots and the like.

このような目的のために、剛性を任意に変更する方法と
して、サーボ系に力を考慮したコンプライアンス制御が
ある。
For this purpose, there is compliance control that takes forces into account in the servo system as a method for arbitrarily changing the stiffness.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかし、このサーボ系を一般の線形制御(PI副制御等
によって実現しようとすると制御対象の特性の変化など
により、設定したコンプライアンスを実現することが難
しくなる。すなわち、一般の線形制御では、制御対象の
パラメータが完全に既知でパラメータ変動がないとして
サーボ系を組んでいるので、大きなパラメータ変動のあ
る制御対象に適用することが困難であった。
However, if you try to implement this servo system using general linear control (PI sub-control, etc.), it will be difficult to achieve the set compliance due to changes in the characteristics of the controlled object.In other words, with general linear control, Since the servo system is constructed assuming that the parameters are completely known and there are no parameter variations, it is difficult to apply it to controlled objects with large parameter variations.

また、従来の直交座標軸上でコンプライアンスを与える
制御系は直交座標上でサーボ系を組んでいるが、このサ
ーボ制御では、直交座標では各出力変数(X、 Y、 
 Z及び姿勢)と入力変数(モータへの入力トルク)と
の間に干渉があるため、このようなサーボ制御系でコン
プライアンス制御を行うことは、非干渉化(入力変数と
出力変数を1対1化すること)等の複雑な処理が必要と
なる。
In addition, conventional control systems that provide compliance on orthogonal coordinate axes have a servo system on orthogonal coordinates, but in this servo control, each output variable (X, Y,
Since there is interference between the input variables (input torque to the motor) and the input variables (input torque to the motor), performing compliance control with such a servo control system requires non-interference (one-to-one input and output variables). This requires complex processing such as digitization).

従って、たとえデジタル系にてサーボ系を組んだとして
も、高級で高速のプロセッサが必要となりコスト高を招
く。
Therefore, even if the servo system is built digitally, a high-grade, high-speed processor is required, resulting in increased costs.

さらに、このような複雑な処理を行っているので、複雑
な制御(ここでいうスライディングモード制御等)を組
み込むのが非常に困難である。
Furthermore, since such complicated processing is performed, it is very difficult to incorporate complicated control (such as sliding mode control here).

その上、従来の力の制御を行わないロボットは一般的に
はサーボ制御系は各軸変数にて制御されているため、直
交座標系でサーボ制御系を組むた約には、サーボ制御系
を根本から変える必要があり、導入が非常に困難である
Furthermore, in robots that do not perform conventional force control, the servo control system is generally controlled by variables for each axis, so when building a servo control system in a Cartesian coordinate system, the servo control system is It requires fundamental changes and is extremely difficult to implement.

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、パ
ラメータ変動及び外乱等に強いスライディングモード制
御によってコンプライアンス制御を実現するコンプライ
アンス制御方式を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a compliance control method that realizes compliance control by sliding mode control that is resistant to parameter fluctuations, disturbances, and the like.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明では上記課題を解決するために、ロボットのサー
ボ制御系を制御するコンプライアンス制御方式において
、ロボットのアームの先端に力センサを設け、指令トル
クと前記力センサからのフィードバックトルクとの差に
相当する仮想バネによる直交座標上での変位量を求め、
位置指令に前記変位量を加えた位置を目標位置として、
前記目標位置を各軸の関節座標に変換し、前記各軸のサ
ーボ制御系をスライディングモード制御し、前記スライ
ディングモード制御の切り換え面を位置、速度及び力の
偏差によって切り換えることにより、任意のコンプライ
アンスに設定可能なサーボ制御系を形成することを特徴
とするコンプライアンス制御方式が、提供される。
In order to solve the above problems, the present invention provides a force sensor at the tip of the robot's arm in a compliance control method that controls the servo control system of the robot, and measures the difference between the command torque and the feedback torque from the force sensor. Find the amount of displacement on the orthogonal coordinates due to the virtual spring,
The position obtained by adding the displacement amount to the position command is set as the target position,
By converting the target position into the joint coordinates of each axis, controlling the servo control system of each axis in a sliding mode, and switching the switching surface of the sliding mode control according to position, speed, and force deviations, arbitrary compliance can be achieved. A compliance control scheme is provided that is characterized by forming a configurable servo control system.

〔作用〕[Effect]

仮想バネによって、指令トルクとフィードバックトルク
の差に相当する変位量を求める。この変位量を位置指令
に加えて、目標値を求釣る。この目標値を各軸の座標に
変換する。各軸はサーボモータにより、回転制御される
。この各軸のサーボ系をスライディングモード制御する
The amount of displacement corresponding to the difference between the command torque and the feedback torque is determined using the virtual spring. This displacement amount is added to the position command to find the target value. Convert this target value to the coordinates of each axis. Each axis is rotationally controlled by a servo motor. The servo system for each axis is controlled in a sliding mode.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described based on the drawings.

第2図は本発明を実施するためのロボットシステムのハ
ードウェアの構成図である。ホストプロセッサ9はロボ
ット全体を制御するプロセッサである。ホストプロセッ
サ9からはロボットの位置指令が共有RAMl0に書き
込まれる。なお、ホストプロセッサ9に結合されるRO
M、RAM等は省略しである。
FIG. 2 is a hardware configuration diagram of a robot system for implementing the present invention. The host processor 9 is a processor that controls the entire robot. A robot position command is written from the host processor 9 to the shared RAM 10. Note that the RO coupled to the host processor 9
M, RAM, etc. are omitted.

ロボットに内蔵されたサーボモータ22を制御するDS
P (ディジタル・シグナル・プロセッサ)11はRO
M12のシステムプログラムに従って、共有RAMl0
の位置指令力指令、バネ定数等を一定時間ごとに読み取
る。
DS that controls the servo motor 22 built into the robot
P (digital signal processor) 11 is RO
According to the system program of M12, shared RAM10
The position command, force command, spring constant, etc. are read at regular intervals.

DSPIIは、この位置指令とサーボモータ22に内蔵
されたパルスコーダ23からの位置フィードバックθと
の差分による位置偏差εを求とる。
The DSP II calculates a position deviation ε based on the difference between this position command and the position feedback θ from the pulse coder 23 built into the servo motor 22.

また、この位置偏差εを微分して、速度偏差ε(目を計
算する。さらに、教示者によって任意に与えられるトル
ク指令値Fd、と後述の力センサ27からのフィードバ
ックトルクFiを求め、トルク偏差(Fdt  Ft)
を計算する。これらのデータから後述するようにスライ
ディングモード制御を実行する。
In addition, this position deviation ε is differentiated to calculate the speed deviation ε (eye).Furthermore, a torque command value Fd arbitrarily given by the instructor and a feedback torque Fi from the force sensor 27, which will be described later, are determined, and the torque deviation (Fdt Ft)
Calculate. Sliding mode control is executed from these data as described later.

また、スライディングモード制御によって求められる電
流補償ループの人力トルクτを計算し、これからサーボ
モータ22を駆動するためのPWM波形を生成して、D
SL14経由でサーボアンプ21に送る。
In addition, the human power torque τ of the current compensation loop obtained by sliding mode control is calculated, a PWM waveform for driving the servo motor 22 is generated from this, and D
It is sent to the servo amplifier 21 via SL14.

サーボアンプ21はPWM指令を受けて、サーボモータ
22を駆動する。サーボモータ22は減速機を介して、
アーム26を駆動する。アーム26の先端にフィードバ
ックトルクを検出するための力センサ27が設けられて
いる。
The servo amplifier 21 receives the PWM command and drives the servo motor 22. The servo motor 22 is operated via a reduction gear.
The arm 26 is driven. A force sensor 27 is provided at the tip of the arm 26 to detect feedback torque.

次に、直交座標空間での仮想のバネモデルとして以下の
ものを考える。
Next, consider the following as a virtual spring model in the orthogonal coordinate space.

Kl*ΔX s = F d t −F t −−−−
(1)ここで、各文字は以下の意味を有する。
Kl*ΔX s = F d t −F t −−−−
(1) Here, each character has the following meaning.

△x1 :直交座標系におけるx1方向の仮想バネによ
る変位量 Fdt:Xt力方向目標力(与える) F、  :力センサにより測定されるXt力方向力(カ
フィードバック) K1  :バネ定数 iは軸数を示し、6軸のロボットならi=1〜6である
△x1: Displacement due to the virtual spring in the x1 direction in the orthogonal coordinate system Fdt: Target force in the Xt force direction (given) F, : Force in the Xt force direction measured by the force sensor (cafe feedback) K1: Spring constant i is the number of axes For a 6-axis robot, i=1 to 6.

上記で与えられる△xiだけロボット先端を動かそうと
する(サーボ系に余分に位置指令を与える)ことにより
目標力を中心としたKiのバネ定数を持つ、コンプライ
アンスを得ることを考える。
Consider obtaining compliance with a spring constant of Ki around the target force by attempting to move the robot tip by Δxi given above (giving an extra position command to the servo system).

(1)式より、 ΔXt ”Kt −’ 本(Fdt  Ft )が得ら
れる。
From equation (1), ΔXt ``Kt −' books (Fdt Ft ) can be obtained.

ここで、目標位置をxdiとしてコンプライアンスを与
えるために、新しい目標位置を、X d t+ΔX。
Here, in order to give compliance by setting the target position as xdi, the new target position is defined as X d t+ΔX.

に変更する。これは直交座標系の値であり、これを関節
座標、すなわち各軸の目標値に直すと、T ((9dt
 )=Xdt+ΔX。
Change to This is a value in the orthogonal coordinate system, and when converted to joint coordinates, that is, target values for each axis, T ((9dt
)=Xdt+ΔX.

であるから、各軸の目標位置は、 θd 1=T−’(X d t+ ΔxI)(2)で得
られる。ただし、Tはアーム行列である。
Therefore, the target position of each axis is obtained by θd 1=T−′(X d t+ΔxI) (2). However, T is an arm matrix.

このθdiを各軸の目標位置としてサーボ系を組むと、
以下のプラントの式が得られる。
If you set up a servo system with this θdi as the target position for each axis,
The following plant equation is obtained.

■i*θ1 ” +At *θi”’ +c、 r 1
=τム十τfb i         ”””””””
”−(3)ここで、各文字は以下の通りである。
■i*θ1 ” +At *θi”' +c, r 1
=τmu tenτfb i ”””””””
”-(3) Here, each character is as follows.

Iz   :i関節から見たイナーシャAt:i関節の
動摩擦係数 Gr、:i関節から見た重力項 τi  =トルク人力 τrb1:)ルクのフィードバック上述F1を関節トル
クに変換したもの ここで、 τfb”J” ・F   ・−・−(4)が成立する。
Iz: Inertia seen from the i-joint At: Coefficient of dynamic friction Gr of the i-joint: Gravitational term τi seen from the i-joint = Torque human force τrb1:) Feedback of torque The above F1 is converted into joint torque Here, τfb”J ” ・F ・−・−(4) holds true.

ただし、τ11、Fはベクトルであり、τfb”(τf
b l+τf b 2 +    +  τfbn )
TF=(F、、F2 、     F、)”Jはヤコビ
行列である。
However, τ11, F is a vector, and τfb”(τf
b l+τf b 2 + + τfbn)
TF=(F,,F2,F,)"J is a Jacobian matrix.

上記の説明では全軸について説明したが、以下の説明で
は特性の1軸について説明する。従って各軸を意味する
添え字iは省略される。
In the above explanation, all axes were explained, but in the following explanation, one axis of characteristics will be explained. Therefore, the subscript i denoting each axis is omitted.

スライディングモード制御の切り換え面Sを、S=ε(
11+C*ε    ・・・・・・・・・ −(5)と
してトルク人力τを、 τ−■。*B*S+τc         (6)のよ
うに仮定する。ここで、右辺第1項は線型人力、右辺第
2項は切り換え人力を表す。ただし、C:位置ループゲ
イン ε:θd−θ(コンプライアンスのための補正量含む) ε(1):θd(1)−θf11 ■。 =予想される最小イナーシャ Imax’予想される最大イナーシャ である。ここで、リアプノフ関数候補として、■=(1
/2)*S2          (7)を考える。(
5)式の両辺を微分すると、5(1)=εf21 + 
C*ε(1)(8)が得られる。(3)式をεとθdを
使って書き換え整理すると、 ε(2)=θd ” + (A/I) C31)+ (
Gr/I) −(τ/I) −(τ1./I)         (9)(6)式に
(5)式を代入したものを(9)式に代入し整理すると
1 、+21=θa”+(A/I)C31]−+−(Gr/
I)−(Io/I)  ・B−e(1)−(IO/I)
  ・B−C,ε(τ。/I) −(τ、、/ I ) (10)式を(8)式に代入して整理すると、5(1)
−〇a”+(A/I)θ(1〕+(Gr/I) −〔C−(Io/I)・B〕 ・ε(1)−(1,/I
)  ・B−C・ε (τ。/I)−(τ、、/ 1 ) (5)式をε(1)について解くと、 e”’=S−C0ε     −(12)(12)式を
(11)式に代入して整理すると、S[’l = [C
−(1,/I)−B’]  ・5−02 ・ε+θd(
2) +(A/I)θ[11+ (Gr/I)−(τ。/I)
−(τ、、/ I ) ■(1)=s、3(1) −[C−(Io/I)  ・B:]  S2+[−C’
  ・ε+θd32〕 +(A/I)  θ”’  + (G r/I)(τ。
The switching surface S of sliding mode control is defined as S=ε(
11+C*ε ・・・・・・・・・ −(5) Torque human power τ is τ−■. *B*S+τc (6) is assumed. Here, the first term on the right side represents linear human power, and the second term on the right side represents switching human power. However, C: position loop gain ε: θd-θ (including correction amount for compliance) ε(1): θd(1)-θf11 ■. = Expected minimum inertia Imax' is the expected maximum inertia. Here, as a Lyapunov function candidate, ■=(1
/2)*S2 Consider (7). (
5) Differentiating both sides of the equation, 5(1) = εf21 +
C*ε(1)(8) is obtained. Rewriting equation (3) using ε and θd, we get ε(2)=θd ” + (A/I) C31)+ (
Gr/I) −(τ/I) −(τ1./I) (9) Substituting equation (5) into equation (6) and organizing it into equation (9) yields 1, +21=θa”+ (A/I)C31]-+-(Gr/
I)-(Io/I) ・B-e(1)-(IO/I)
・B−C,ε(τ./I) −(τ,,/I) Substituting equation (10) into equation (8) and rearranging, we get 5(1)
−〇a”+(A/I)θ(1)+(Gr/I) −[C−(Io/I)・B] ・ε(1)−(1,/I
) ・B−C・ε (τ./I)−(τ,,/1) When formula (5) is solved for ε(1), e”′=S−C0ε −(12) Formula (12) becomes Substituting into equation (11) and rearranging, S['l = [C
-(1,/I)-B'] ・5-02 ・ε+θd(
2) +(A/I)θ[11+ (Gr/I)−(τ./I)
-(τ,,/I) ■(1)=s, 3(1) -[C-(Io/I) ・B:] S2+[-C'
・ε+θd32] + (A/I) θ”' + (G r/I) (τ.

/I)−(τ、、/I)]  ・Sここで、■(1)を
常に負になるようにτ。を決定する。すなわち、■(1
3を常に負に選ぶと■は単調減少となり最小値Oに収束
する。従って、V −0よりSi2となり、スライディ
ングモード制御が成立する。
/I) - (τ, , /I)] ・SHere, ■ τ so that (1) is always negative. Determine. That is, ■(1
If 3 is always chosen to be negative, ■ becomes monotonically decreasing and converges to the minimum value O. Therefore, V -0 becomes Si2, and sliding mode control is established.

まず、 [(、−(I。/I)・B’lS’<0とすると、 C−(1,/I)  ・B<O C* (I/1.)<B 従って、 B=c* (1,−X/Io ) と選べば良い。次に、 〔−C2・ε+θd ’] + (A/I)  θ(1
]+(Gr/I)−(τC/I) (τrb/I)  ・S<0 になる様にτ。を決定すると、切り換え人力トルクτ。
First, if [(,-(I./I)・B'lS'<0, then C-(1,/I)・B<O C* (I/1.)<B Therefore, B=c* (1, -X/Io). Next, [-C2・ε+θd'] + (A/I) θ(1
]+(Gr/I)-(τC/I) (τrb/I) ・τ so that S<0. Determine the switching human torque τ.

は、 τ。=に1 (ε)+に2(θd”)+に3(θ”’ 
)+に4  (Gr)+に5  (rrb)として表す
ことができる。
is τ. = 1 (ε) + 2 (θd”) + 3 (θ”')
)+ to 4 (Gr)+ to 5 (rrb).

従って、この切り換え入力トルクτ。の各項を切り換え
面Sの値により、以下のように切り換えれば、スライデ
ィングモード制御ができる。
Therefore, this switching input torque τ. By switching each term in the following manner according to the value of the switching surface S, sliding mode control can be performed.

S2Oの時、(この場合の切り換え入力を、切り換え人
力Aとする。) Kl(ε)の項に関して、 ε≧0の時 Kl  (ε)=−C2*IO*ε さく0の時 Kl  (ε)=−C’*I□イ*ε に2  (θd[21)の項に関して、θd(2) ≧
0の時 に2  (θd(21)=J□8*θd(2)θd+2
]<Qの時 に2  (θd(21)=Io*θd(2)に3(θ(
1))の項に関して、 θ(1)≧0の時 に3(θN+ ) 4.イ*θ(1] θ(11<Qの時 に3(θ”’  )=A、、。*θ(目に4 (Gr)
=Gr、aX K5(τ1.)=−τfb S<0の時(このときの切り換え人力を、切り換え人力
Bとする。) Kl  (ε)の項に関して、 ε≧0の時 Kl  (ε)= −C” * 1.、や*εさく0の
時 Kl  (E)= −C’*Io *εに2  (θd
(21)の項に関して、θd(2] ≧0の時 に2(θd”)=Io*θd〔2〕 θd12)<Qの時 に2(θd(2) ) = 工@ax *θd(2〕K
3(θ(I))の項に関して、 θ(目≧0の時 に3 (θ”’ ) −Am+n *θ31′θ(++
<Qの時 に3(θ(1〕)=A□、*θ(1〕 K 4 (G r )=G r m1nK5 (τ7.
)=−τ、b 第1図(a)及び(b)は処理のフローチャートである
。図において、SPに続く数値はステップ番号を示す。
At the time of S2O, (the switching input in this case is the switching human power A) Regarding the term Kl (ε), when ε≧0, Kl (ε) = -C2*IO*ε When the switch is 0, Kl (ε) )=-C'*I□i*ε 2 (Regarding the term θd[21), θd(2) ≧
2 when 0 (θd(21)=J□8*θd(2)θd+2
]<Q, 2 (θd(21)=Io*θd(2) and 3(θ(
Regarding the term 1)), when θ(1)≧0, 3(θN+) 4. A*θ(1) θ(When 11<Q, 3(θ”')=A,,.*θ(4 (Gr)
= Gr, aX K5 (τ1.) = -τfb When S<0 (Switching force at this time is assumed to be switching force B.) Regarding the term Kl (ε), when ε≧0, Kl (ε)= -C'' * 1., Kl (E) = -C'*Io *ε when 0 (θd
Regarding the term (21), when θd(2) ≧0, 2(θd”) = Io*θd[2] θd12)<Q, 2(θd(2) ) = ko@ax *θd(2)K
Regarding the term 3(θ(I)), when θ(th≧0), 3 (θ”' ) −Am+n *θ31′θ(++
When <Q, 3(θ(1))=A□, *θ(1) K 4 (G r )=G r m1nK5 (τ7.
)=-τ,b FIGS. 1(a) and 1(b) are flowcharts of the process. In the figure, the numerical value following SP indicates the step number.

[SP1] DSL14より、位置のフィードバック値
QI、力のフィードバック値F、を読み取る。
[SP1] Read the position feedback value QI and force feedback value F from the DSL 14.

〔SP2〕共有RAMl0より、目標位置Xd。[SP2] Target position Xd from shared RAM l0.

、力指令Fdi、バネ定数に、を読み取る。ここで、目
標位置xdiは直交座標での位置と、各軸の位置を読み
取る。
, force command Fdi, and spring constant. Here, the target position xdi is obtained by reading the position on orthogonal coordinates and the position on each axis.

[SP3]バネ定数K、より、ΔX、を先に述べた式、 ΔXt =Kt −’ (Fdt −Ft )から求約
る。
[SP3] From the spring constant K, ΔX is calculated from the above-mentioned formula, ΔXt = Kt −' (Fdt −Ft).

C3P4)新しい目標位置(X d 、+ΔX、)を求
約、この目標位置から各軸の目標位置θd、を求める。
C3P4) Calculate a new target position (X d , +ΔX,) and determine the target position θd of each axis from this target position.

これは先に述べた(5)式、 θat =T−’ (Xa、+ΔX、)から求める。こ
こで、Tはロボットのアーム行列、T−’はその逆行列
である。
This is determined from equation (5) mentioned above, θat =T-' (Xa, +ΔX,). Here, T is the arm matrix of the robot, and T-' is its inverse matrix.

[5P5E各軸のフィードバックトルクτ2.を求める
。これは先に示した式、 τ、b=J”−F から求める。ここで、JTはヤコビ行列の転置行列であ
る。
[5P5E Feedback torque of each axis τ2. seek. This is obtained from the equation shown above, τ, b=J"-F. Here, JT is the transposed matrix of the Jacobian matrix.

第1図(b)に移り、 [SP6”1位置偏差量ε、及びその微分ε[1〕を求
める。
Moving to FIG. 1(b), find the [SP6''1 positional deviation amount ε and its differential ε[1].

[SP7:]切り換え面Sを先に述べた(5)式、S=
ε(+) 十C*ε から求約る。
[SP7:] The switching surface S is expressed by the above equation (5), S=
Calculate from ε(+) 1C*ε.

[SP8:l S2OならSP9へ、そうでなければ5
PIOへ進む。
[SP8: l If S2O, go to SP9, otherwise 5
Proceed to PIO.

[SP9]切り換え入力Aを選択し、それぞれのKl(
ε)、K2(θd’))、K3(θ〔1))、K4  
(Gr) 、K5  (r、、)の値を求め、切り換え
人力τ。を求める。
[SP9] Select switching input A and switch each Kl(
ε), K2(θd')), K3(θ[1)), K4
(Gr), K5 (r, ,) and change the switching force τ. seek.

[5P10]切り換え人力Bを選択し、SP6と同様に
切り換え人力τ。を求める。
[5P10] Select switching manual power B and switch manual power τ in the same way as SP6. seek.

[5P11]電流補償ループへのトルク入力を以下の式
から求める。
[5P11] Find the torque input to the current compensation loop from the following equation.

τ=Io *B*S+τ0 [5P12:]電流補償ループへのトルク入力の受は渡
しを行う。
τ=Io *B*S+τ0 [5P12:] Torque input to the current compensation loop is received and passed.

なお、上記のSPI〜SP5までは各軸に共通した処理
であり、SP6〜5P12は各軸ごとの処理となる。
Note that the above-mentioned SPI to SP5 are processes common to each axis, and SP6 to SP5P12 are processes for each axis.

このようにして、スライディングモード制御によるコン
プライアンス制御を行うことにより、ロボットの姿勢に
よって、イナーシャ等が変化しても安定したコンプライ
アンス制御が可能になる。
By performing compliance control using sliding mode control in this manner, stable compliance control is possible even if inertia etc. change depending on the robot's posture.

上記の説明ではロボットのコンプライアンス制御方式に
ついて説明したが、他のイナーシャ等が変動するサーボ
系の制御にも適用することができる。
In the above explanation, the robot compliance control method has been described, but it can also be applied to control of other servo systems in which inertia etc. vary.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明では、イナーシャ変動の大き
な制御対象にスライディングモード制御を応用したコン
プライアンス制御を行うことにより、たとえイナーシャ
等変動がしてもコンプライアンスを設定した値に保てる
ロバストな系が得られる。
As explained above, in the present invention, by performing compliance control applying sliding mode control to a controlled object with large inertia fluctuations, a robust system that can maintain compliance at a set value even if there are fluctuations in inertia etc. can be obtained. .

また、コンプライアンスは直交座標で与え、これを各軸
の座標に変換するようにしたので、簡単な構成でコンプ
ライアンス制御を行うことができる。
Furthermore, since compliance is given in orthogonal coordinates and converted to coordinates of each axis, compliance control can be performed with a simple configuration.

共有RAM ディジタル・シグナル・プロセッサ (DSP) サーボアンプ サーボモータ 力センサshared RAM digital signal processor (DSP) servo amplifier Servomotor force sensor

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ロボットのサーボ制御系を制御するコンプライア
ンス制御方式において、 ロボットのアームの先端に力センサを設け、指令トルク
と前記力センサからのフィードバックトルクとの差に相
当する仮想バネによる直交座標上での変位量を求め、 位置指令に前記変位量を加えた位置を目標位置として、 前記目標位置を各軸の関節座標に変換し、 前記各軸のサーボ制御系をスライディングモード制御し
、 前記スライディングモード制御の切り換え面を位置、速
度及び力の偏差によって切り換えることにより、任意の
コンプライアンスに設定可能なサーボ制御系を形成する
ことを特徴とするコンプライアンス制御方式。
(1) In the compliance control method for controlling the robot's servo control system, a force sensor is installed at the tip of the robot's arm, and a virtual spring corresponding to the difference between the command torque and the feedback torque from the force sensor is used on orthogonal coordinates. determine the amount of displacement, set the position obtained by adding the amount of displacement to the position command as a target position, convert the target position to joint coordinates of each axis, control the servo control system of each axis in a sliding mode, and control the servo control system of each axis in the sliding mode. A compliance control method that is characterized by forming a servo control system that can be set to any compliance by switching the control switching surface according to position, speed, and force deviations.
(2)前記コンプライアンスはバネ定数として与えるこ
とを特徴とする請求項1記載のコンプライアンス制御方
式。
(2) The compliance control method according to claim 1, wherein the compliance is given as a spring constant.
(3)前記切り換え面を以下の式、 Sを切り換え面の値、ε^(^1^)を速度偏差、εを
位置偏差とし、切り換え面Sの式を、 S=ε^(^1^)+C*ε としてスライディングモード制御を行うことを特徴とす
る請求項1記載のコンプライアンス制御方式。
(3) The switching surface is expressed by the following formula, where S is the value of the switching surface, ε^(^1^) is the speed deviation, and ε is the position deviation, and the formula for the switching surface S is S=ε^(^1^) )+C*ε. The compliance control method according to claim 1, wherein sliding mode control is performed as: )+C*ε.
(4)前記スライディングモード制御はロボットのサー
ボ制御系を制御するディジタル・シグナル・プロセッサ
によって制御することを特徴とする請求項1記載のコン
プライアンス制御方式。
(4) The compliance control method according to claim 1, wherein the sliding mode control is controlled by a digital signal processor that controls a servo control system of the robot.
JP19012990A 1990-07-18 1990-07-18 Compliance control system Pending JPH0475114A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109719376A (en) * 2017-10-31 2019-05-07 发那科株式会社 Robot system

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CN109719376A (en) * 2017-10-31 2019-05-07 发那科株式会社 Robot system

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