JPH07120212B2 - 産業用ロボットの制御装置 - Google Patents
産業用ロボットの制御装置Info
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- JPH07120212B2 JPH07120212B2 JP60097525A JP9752585A JPH07120212B2 JP H07120212 B2 JPH07120212 B2 JP H07120212B2 JP 60097525 A JP60097525 A JP 60097525A JP 9752585 A JP9752585 A JP 9752585A JP H07120212 B2 JPH07120212 B2 JP H07120212B2
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Landscapes
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Numerical Control (AREA)
- Manipulator (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、産業用ロボツトのアーム先端の振動を抑制
し、同時にアーム先端の位置決め精度の向上を図ること
ができる産業用ロボツトの制御装置に関する。
し、同時にアーム先端の位置決め精度の向上を図ること
ができる産業用ロボツトの制御装置に関する。
背景技術 産業用ロボツトの制御方法は、ロボツトのたとえばアー
ムを構成する各関節軸毎のサーボ系において、電動機に
備えられ、電動機の出力軸の回転角度を検出するエンコ
ーダと称される回転角度検出器の出力と、電動機に備え
られるタコジエネレータと称される回転速度検出器の出
力とをフイードバツクする方法が通例である。
ムを構成する各関節軸毎のサーボ系において、電動機に
備えられ、電動機の出力軸の回転角度を検出するエンコ
ーダと称される回転角度検出器の出力と、電動機に備え
られるタコジエネレータと称される回転速度検出器の出
力とをフイードバツクする方法が通例である。
ここでスポツト溶接用ロボツトなどの高負荷重量の電動
ロボツトにおいては、ロボツトアームの慣性モーメント
が大きく、減速機、トルク伝達機構およびアームなどの
ばね要素により、アームの振動に関する固有周波数が低
下する。したがつてアーム先端に低周期で振幅の大きな
振動が発生しやすくなり、またアーム先端の位置決め精
度が低下するなどの問題点がある。
ロボツトにおいては、ロボツトアームの慣性モーメント
が大きく、減速機、トルク伝達機構およびアームなどの
ばね要素により、アームの振動に関する固有周波数が低
下する。したがつてアーム先端に低周期で振幅の大きな
振動が発生しやすくなり、またアーム先端の位置決め精
度が低下するなどの問題点がある。
このような問題点に関して、上記先行技術の制御方法に
おける回転角度検出器の出力と、回転速度検出器の出力
との2つの物理量のみのフイードバツクでは、アーム先
端の前記振動や位置誤差を補償することができなかつ
た。
おける回転角度検出器の出力と、回転速度検出器の出力
との2つの物理量のみのフイードバツクでは、アーム先
端の前記振動や位置誤差を補償することができなかつ
た。
このような問題点を解決する他の先行技術として、メカ
ニカルダンパを用いることが試みられているけれども、
アーム先端の振動を防止するに効果的な設置場所が得ら
れ難く、また高コストになるなどの問題点があつた。
ニカルダンパを用いることが試みられているけれども、
アーム先端の振動を防止するに効果的な設置場所が得ら
れ難く、また高コストになるなどの問題点があつた。
また上述のような問題点を解決するためのさらに他の先
行技術として、いわゆるノツチフイルタを使用して、ロ
ボツトアームの振動を抑制することが行なわれている。
一方、ロボツトの各種特性は、ロボツトの姿勢の変動に
よつて大きく変化するため、ロボツトのあらゆる姿勢に
おいて、振動抑制効果を得ることが困難である。
行技術として、いわゆるノツチフイルタを使用して、ロ
ボツトアームの振動を抑制することが行なわれている。
一方、ロボツトの各種特性は、ロボツトの姿勢の変動に
よつて大きく変化するため、ロボツトのあらゆる姿勢に
おいて、振動抑制効果を得ることが困難である。
また加速度センサや歪ゲージなどを用いてアーム先端の
加速度を計測し、これらの出力をフイードバツクするこ
とによつて振動を止める制御方法も採用されているけれ
ども、センサの設置場所やフイルタリングを最適に設計
することが困難であるなどの問題点があつた。
加速度を計測し、これらの出力をフイードバツクするこ
とによつて振動を止める制御方法も採用されているけれ
ども、センサの設置場所やフイルタリングを最適に設計
することが困難であるなどの問題点があつた。
発明が解決しようとする問題点 したがつて本発明は、上述のような各先行技術における
諸問題を解決し、電動機の回転角度、回転速度および電
動機電流の指令値などの既に測定されている物理量のみ
から、アーム先端の位置および速度を推定し、これを最
適にフイードバツクすることによつて、アーム先端の振
動と位置誤差とを補償することができる産業用ロボツト
の制御装置を提供することを目的とする。
諸問題を解決し、電動機の回転角度、回転速度および電
動機電流の指令値などの既に測定されている物理量のみ
から、アーム先端の位置および速度を推定し、これを最
適にフイードバツクすることによつて、アーム先端の振
動と位置誤差とを補償することができる産業用ロボツト
の制御装置を提供することを目的とする。
問題点を解決するための手段 本発明は、電動機1の軸に、回転速度検出器4および回
転角度検出器3が結合されるとともに減速歯車5が結合
され、該減速歯車5の出力軸がトルク伝達機構6を介し
てアーム7を駆動するような構造を有する産業用ロボツ
トと、 電動機1の前記軸の回転角度の指令値θrを発生する手
段と、 前記回転角度の指令値θrから回転角度検出器3によつ
て検出される電動機回転変位θ1の出力を減算する第1
減算器S1と、 電動機電流指令値u1を導出する第2減算器S2と、 前記電動機1の回転子、減速歯車5、トルク伝達機構6
およびアーム7によつて構成される軸系をばね・質量か
らなる系と仮定し、電動機電流指令値u1、電動機回転変
位θ1、電動機回転速度1、および外部トルクu2から
前記ばね・質量系のねじれ角度θ3の推定値 と、そのねじれ角度θ3の時間微分値3の推定値 とを求める状態推定器11と、 前記ねじれ角θ3の推定値 と前記時間微分値3の推定値 とを加算する加算器S5とを含み、 第2減算器S2は、第1減算器S1の出力から、回転速度検
出器4の出力1と加算器S5の出力とを減算して前記電
動機電流指令値u1を導出して電動機1に与えることを特
徴とする産業用ロボツトの制御装置である。
転角度検出器3が結合されるとともに減速歯車5が結合
され、該減速歯車5の出力軸がトルク伝達機構6を介し
てアーム7を駆動するような構造を有する産業用ロボツ
トと、 電動機1の前記軸の回転角度の指令値θrを発生する手
段と、 前記回転角度の指令値θrから回転角度検出器3によつ
て検出される電動機回転変位θ1の出力を減算する第1
減算器S1と、 電動機電流指令値u1を導出する第2減算器S2と、 前記電動機1の回転子、減速歯車5、トルク伝達機構6
およびアーム7によつて構成される軸系をばね・質量か
らなる系と仮定し、電動機電流指令値u1、電動機回転変
位θ1、電動機回転速度1、および外部トルクu2から
前記ばね・質量系のねじれ角度θ3の推定値 と、そのねじれ角度θ3の時間微分値3の推定値 とを求める状態推定器11と、 前記ねじれ角θ3の推定値 と前記時間微分値3の推定値 とを加算する加算器S5とを含み、 第2減算器S2は、第1減算器S1の出力から、回転速度検
出器4の出力1と加算器S5の出力とを減算して前記電
動機電流指令値u1を導出して電動機1に与えることを特
徴とする産業用ロボツトの制御装置である。
作 用 本発明に従えば、電動機軸の一端に回転速度検出器およ
び回転角度検出器が結合され、他の一端に減速歯車が結
合され、該減速歯車の出力軸がトルク伝達機構を介して
アームを駆動するような構造を有する産業用ロボツトを
準備する。該ロボツトにおける電動機の回転子、減速歯
車、トルク伝達機構およびアームによつて構成される軸
系をばね・質量からなる系と仮定し、電動機電流指令
値、電動機回転変位θ1および電動機回転速度1から
ばね・質量系のねじれ角度θ3の推定値 とねじれ角度θ3の時間微分値 とを状態推定器11によつて求めて加算器S5によつて加算
し、これによつてアーム回転変位θ2およびアーム回転
速度2に対応する値を測定して求め、このようにして
電動機回転変位θ1、電動機回転速度1、アーム回転
変位θ2およびアーム回転速度2の4個の状態量を全
てフイードバツクして、優れた制御性能を実現すること
ができるようになる。
び回転角度検出器が結合され、他の一端に減速歯車が結
合され、該減速歯車の出力軸がトルク伝達機構を介して
アームを駆動するような構造を有する産業用ロボツトを
準備する。該ロボツトにおける電動機の回転子、減速歯
車、トルク伝達機構およびアームによつて構成される軸
系をばね・質量からなる系と仮定し、電動機電流指令
値、電動機回転変位θ1および電動機回転速度1から
ばね・質量系のねじれ角度θ3の推定値 とねじれ角度θ3の時間微分値 とを状態推定器11によつて求めて加算器S5によつて加算
し、これによつてアーム回転変位θ2およびアーム回転
速度2に対応する値を測定して求め、このようにして
電動機回転変位θ1、電動機回転速度1、アーム回転
変位θ2およびアーム回転速度2の4個の状態量を全
てフイードバツクして、優れた制御性能を実現すること
ができるようになる。
実施例 第1図は本発明の一実施例の構成を説明する斜視図であ
る。電動機1は、駆動回路2の出力であるたとえば電流
によつて駆動される。電動機1の一端には、回転角度検
出器3が結合され、出力軸1aの回転角度の検出を行な
う。回転角度検出器3と同様に、電動機1に回転速度検
出器4が結合されており、出力軸1aの回転速度の検出を
行なう。
る。電動機1は、駆動回路2の出力であるたとえば電流
によつて駆動される。電動機1の一端には、回転角度検
出器3が結合され、出力軸1aの回転角度の検出を行な
う。回転角度検出器3と同様に、電動機1に回転速度検
出器4が結合されており、出力軸1aの回転速度の検出を
行なう。
電動機1の出力軸1aには、減速機5を構成する歯車5aが
取付けられる。一方、減速機5の出力軸には、前記歯車
5aと組合わされる歯車5bが取付けられる。またこの出力
軸にはトルク伝達機構6が結合され、トルク伝達機構6
の他端には、ロボツトのアーム7が取付けられる。電動
機1の回転トルクは、減速機5およびトルク伝達機構6
を介して、ロボツトのアーム7に伝達される。この電動
機1は、制御装置8によつて制御される。第1図の構成
において、制御装置8以外の構成を以下に制御対象と称
する。
取付けられる。一方、減速機5の出力軸には、前記歯車
5aと組合わされる歯車5bが取付けられる。またこの出力
軸にはトルク伝達機構6が結合され、トルク伝達機構6
の他端には、ロボツトのアーム7が取付けられる。電動
機1の回転トルクは、減速機5およびトルク伝達機構6
を介して、ロボツトのアーム7に伝達される。この電動
機1は、制御装置8によつて制御される。第1図の構成
において、制御装置8以外の構成を以下に制御対象と称
する。
第2図は第1図示の構成の機構的に等価な構成を示す斜
視図である。第1図および第2図を参照して、減速機
5、トルク伝達機構6およびアーム7の有するばね特性
による捩れおよび撓みなどに着目すれば、第1図示の制
御対象は第2図示のように、電動機1の出力軸1aに結合
されたばね9と、ばね9の先端に結合された質量10とか
らなる構成と等価である。
視図である。第1図および第2図を参照して、減速機
5、トルク伝達機構6およびアーム7の有するばね特性
による捩れおよび撓みなどに着目すれば、第1図示の制
御対象は第2図示のように、電動機1の出力軸1aに結合
されたばね9と、ばね9の先端に結合された質量10とか
らなる構成と等価である。
第3図は第1図の制御対象と等価なブロツク図である。
電動機1の出力軸1aの回転角度をθ1、アーム7の回転
角度をθ2とすると、出力軸1aの回転速度は1または
アーム7の回転速度は2である。また電動機1の駆動
回路2に対する電流の指令値をu1、重力などのアーム7
に加えられる外部トルクをu2とする。
電動機1の出力軸1aの回転角度をθ1、アーム7の回転
角度をθ2とすると、出力軸1aの回転速度は1または
アーム7の回転速度は2である。また電動機1の駆動
回路2に対する電流の指令値をu1、重力などのアーム7
に加えられる外部トルクをu2とする。
ここで第2図示の構成を、以下にモデルと称する。この
モデルの動特性は、下式のような微分方程式で記述され
る。
モデルの動特性は、下式のような微分方程式で記述され
る。
=A・x+B・u ……(1) x=(1,θ1,2,θ2)T、u=(u1,u2)T また、 である。ここで前記uの右辺において、添字Tは行列
(u1,u2)の転置行列を示す。
(u1,u2)の転置行列を示す。
また第3図示の各ブロツク内の記号の意味は下記のとお
りである。
りである。
KA;電流アンプゲイン Re(=R+KA・KAF);電流ループ相当ゲイン KT;電動機トルク定数 JM;電機子慣性モーメント RG;ギヤ比 KC;ばね定数 DM;電動機摩擦係数 D2;二次側摩擦係数 D1;ばね系摩擦係数 JL;二次側慣性モーメント KE;逆起電力定数 S;ラプラス変換子 R;電機子抵抗 KAF;電流フイードバツクゲイン 第3図示の等価回路または前記第1式に前述したような
電動機1の駆動回路2に対する電流の指令値u1および外
部トルクu2を入力すれば、θ1,1,θ2,2を推定する
ことができる。一方後述されるように本発明において
は、電動機1の回転角度θ1とアーム7の回転角度θ2
のずれ、およびその微分値の推定が必要である。したが
つて前記モデルにおけるばね・出力系のねじれ角度をθ
3とし、その微分値を3とすると、下式が成立する。
電動機1の駆動回路2に対する電流の指令値u1および外
部トルクu2を入力すれば、θ1,1,θ2,2を推定する
ことができる。一方後述されるように本発明において
は、電動機1の回転角度θ1とアーム7の回転角度θ2
のずれ、およびその微分値の推定が必要である。したが
つて前記モデルにおけるばね・出力系のねじれ角度をθ
3とし、その微分値を3とすると、下式が成立する。
前記第2式および第3式を第1式に代入することによ
り、下式が得られる。
り、下式が得られる。
=(1,θ1,3,θ3)T 12=RG・a12+a14 13 =−a13 14 =RG・a12 34=a12−RG・a32 11 =b11 32=−b32 である。
上記第4式に、電動機1の駆動回路2に対する電流の指
令値u1および外部トルクu2を入力すれば、θ1,1,θ3,
3を推定することができる。一方、1は回転速度検
出器4によつて、またθ1は回転角度検出器3によつ
て、それぞれ計測されることが可能であり、したがつて
推定動作を行なう必要はない。そのため前記第4式を下
記の第5式および第6式のように変形して第5式に、u1
として電動機1の駆動回路2に対する電流の指令値、u2
として外部トルクの計算値、θ1として回転角度検出器
3の出力、1として回転速度検出器4の出力をそれぞ
れ入力することにより、簡便な操作によつて、前記モデ
ルにおけるばね・質量系のねじれ角度θ3とその微分値
θ3とを推定することができる。
令値u1および外部トルクu2を入力すれば、θ1,1,θ3,
3を推定することができる。一方、1は回転速度検
出器4によつて、またθ1は回転角度検出器3によつ
て、それぞれ計測されることが可能であり、したがつて
推定動作を行なう必要はない。そのため前記第4式を下
記の第5式および第6式のように変形して第5式に、u1
として電動機1の駆動回路2に対する電流の指令値、u2
として外部トルクの計算値、θ1として回転角度検出器
3の出力、1として回転速度検出器4の出力をそれぞ
れ入力することにより、簡便な操作によつて、前記モデ
ルにおけるばね・質量系のねじれ角度θ3とその微分値
θ3とを推定することができる。
=A11・z+A12・y+B1・u ……(5) =A21・z+A22・y+B2・u ……(6) z=(3,θ3)T、y=(,θ1)T 上述したような推定動作に引続き、さらに上記第5式を
用いて推定を行なう場合において、計算上誤差が生じた
とき、その誤差を自律的に任意の速度で修正する機能を
持たせるために、下式を用いて状態推定器の状態変数z
をz′に変更する。
用いて推定を行なう場合において、計算上誤差が生じた
とき、その誤差を自律的に任意の速度で修正する機能を
持たせるために、下式を用いて状態推定器の状態変数z
をz′に変更する。
z′=z+K・y ……(7) 上記第7式をzについて解いて第5式に代入すれば、後
述される状態推定器の状態方程式は、下記の第8式およ
び第9式のように変更される。
述される状態推定器の状態方程式は、下記の第8式およ
び第9式のように変更される。
′=F・z′+G・y+W・u ……(8) z=z′−J・y ……(9) ただし、F=A11+K・A21 G=A12+K・A22−A11・K +K・A21・K W=B1+K・B2 J=−K 上述したような推定動作のための演算を行なうことがで
きるように状態推定器を構成すれば、後述されるように
2つの積分器によつて前述の制御対象の状態量を推定す
ることができる。
きるように状態推定器を構成すれば、後述されるように
2つの積分器によつて前述の制御対象の状態量を推定す
ることができる。
最小次数オブザーバ理論によれば、前記行列A11+K・A
21の固有値を、行列Kの選び方によつて所望の値に設定
することができる。さらに本実施例においては、回転角
度検出器3の出力θ1の係数が零になるように、行列K
を選ぶことができ、これらを満足するような行列Kの要
素K11、K12、K21、K22は下記の第10式のように算出する
ことができる。
21の固有値を、行列Kの選び方によつて所望の値に設定
することができる。さらに本実施例においては、回転角
度検出器3の出力θ1の係数が零になるように、行列K
を選ぶことができ、これらを満足するような行列Kの要
素K11、K12、K21、K22は下記の第10式のように算出する
ことができる。
K21=K22=0 ただし、λ1,λ2は、行列A11+K・A21の固有値であ
る。
る。
本実施例における上述したような構成と動作を有する状
態推定器、すなわち前記第8式および第9式に第10式を
代入することによつて得られる下記の第11式および第12
式の状態方程式によつて記述される状態推定器に、回転
速度検出器4の出力1と電動機1の駆動回路2に対す
る電流の指令値u1と外部トルクの計算値u2のみを入力す
る。この操作によつて、前記第2図示のモデルにおける
ばね・質量系のねじれ角度θ3とその微分値3と、こ
れらの各推定値 とを得ることができる。
態推定器、すなわち前記第8式および第9式に第10式を
代入することによつて得られる下記の第11式および第12
式の状態方程式によつて記述される状態推定器に、回転
速度検出器4の出力1と電動機1の駆動回路2に対す
る電流の指令値u1と外部トルクの計算値u2のみを入力す
る。この操作によつて、前記第2図示のモデルにおける
ばね・質量系のねじれ角度θ3とその微分値3と、こ
れらの各推定値 とを得ることができる。
第4図は上記第11式および第12式の状態方程式で記述さ
れる状態推定器11を、計算機のプログラムまたは電気回
路で実現する場合の一実施例のブロツク図である。本実
施例の状態推定器11には、2つの積分器I1,I2が用いら
れており、電動機1(第1図参照)の駆動回路2に対す
る電流の指令値u1に係合器W11を乗じた演算結果と、外
部トルク入力u2に係合器W12を乗じた演算結果と、回転
速度検出器4の出力1に係数器G11を乗じた演算結果
と、積分器I1の出力z1に係数器F11を乗じた演算結果
と、積分器I2の出力z2に係数器F11を乗じた演算結果と
を加算器S1によつて加算する。この加算器S1の出力が、
積分器I1への入力となる。また電動機1(第1図参照)
の駆動回路2に対する電流の指令値u1に係数器W21を乗
じた演算結果と、外部トルク入力u2に係数器W22を乗じ
た演算結結果と、回転速度検出器4の出力1に係数器
G21を乗じた演算結果と、積分器I1の出力z1に係数器F21
を乗じた演算結果と、積分器I2の出力z2に係数器F22を
乗じた演算結果とを加算器S2によつて加算する。この加
算器S2の出力が積分器I2への入力となる。
れる状態推定器11を、計算機のプログラムまたは電気回
路で実現する場合の一実施例のブロツク図である。本実
施例の状態推定器11には、2つの積分器I1,I2が用いら
れており、電動機1(第1図参照)の駆動回路2に対す
る電流の指令値u1に係合器W11を乗じた演算結果と、外
部トルク入力u2に係合器W12を乗じた演算結果と、回転
速度検出器4の出力1に係数器G11を乗じた演算結果
と、積分器I1の出力z1に係数器F11を乗じた演算結果
と、積分器I2の出力z2に係数器F11を乗じた演算結果と
を加算器S1によつて加算する。この加算器S1の出力が、
積分器I1への入力となる。また電動機1(第1図参照)
の駆動回路2に対する電流の指令値u1に係数器W21を乗
じた演算結果と、外部トルク入力u2に係数器W22を乗じ
た演算結結果と、回転速度検出器4の出力1に係数器
G21を乗じた演算結果と、積分器I1の出力z1に係数器F21
を乗じた演算結果と、積分器I2の出力z2に係数器F22を
乗じた演算結果とを加算器S2によつて加算する。この加
算器S2の出力が積分器I2への入力となる。
次に回転速度検出器4の出力1に係数器J31を乗じた
演算結果と、積分器I1の出力z1を加算器S3によつて加算
する。この加算器S3の出力を、前述したモデルにおける
ばね・質量系のねじれ角度θ3の微分値の推定値 とする。また回転速度検出器4の出力1に係数器J41
を乗じた演算結果と、積分器I2の出力z2を加算器S4によ
つて加算する。この加算器S4の出力を、前述したモデル
におけるばね・質量系のねじれ角度θ3の推定値 とすることによつて、本実施例における推定動作を、実
現することができる。
演算結果と、積分器I1の出力z1を加算器S3によつて加算
する。この加算器S3の出力を、前述したモデルにおける
ばね・質量系のねじれ角度θ3の微分値の推定値 とする。また回転速度検出器4の出力1に係数器J41
を乗じた演算結果と、積分器I2の出力z2を加算器S4によ
つて加算する。この加算器S4の出力を、前述したモデル
におけるばね・質量系のねじれ角度θ3の推定値 とすることによつて、本実施例における推定動作を、実
現することができる。
第5図は本発明の一実施例の制御系を説明するブロツク
図である。本制御系においては、第1図示の回転角度検
出器3の出力θ1、回転速度検出器4の出力1および
前記状態推定器の出力である第2図示のモデルにおける
ばね・質量系のねじれ角度θ3およびその微分値3の
計4つの値を用いて制御動作が行なわれる。
図である。本制御系においては、第1図示の回転角度検
出器3の出力θ1、回転速度検出器4の出力1および
前記状態推定器の出力である第2図示のモデルにおける
ばね・質量系のねじれ角度θ3およびその微分値3の
計4つの値を用いて制御動作が行なわれる。
本制御系においては、減算器S1によつて、電動機1の回
転角度の指令値θrから電動機1の回転角度検出器3の
出力θ1を減算して、これらの角度の偏差を求める。減
算器S1の出力である前記角度偏差信号に、係数器Kpを乗
じた演算結果から、下記の各演算結果を減算器S2によつ
て減算する。演算結果とは、電動機1の回転速度検出器
4の出力1に係数器Kvを乗じた演算結果、ならびに前
記状態推定器の出力である第2図示のモデルにおけるば
ね・質量系のねじれ角度θ3の推定値 に係数器Kpsを乗した演算結果、および前記状態推定器1
1の出力である第2図示のモデルにおけるばね・質量系
のねじれ角度θ3の微分値の推定値 に係数器Kvsを乗じた演算結果を加算器S5によつて加算
した値である。このような減算動作による減算器S2の出
力を、電動機1の駆動回路2に対する電流の指令値u1と
する。したがつて指令値u1は、下記の第13式のように表
現できる。
転角度の指令値θrから電動機1の回転角度検出器3の
出力θ1を減算して、これらの角度の偏差を求める。減
算器S1の出力である前記角度偏差信号に、係数器Kpを乗
じた演算結果から、下記の各演算結果を減算器S2によつ
て減算する。演算結果とは、電動機1の回転速度検出器
4の出力1に係数器Kvを乗じた演算結果、ならびに前
記状態推定器の出力である第2図示のモデルにおけるば
ね・質量系のねじれ角度θ3の推定値 に係数器Kpsを乗した演算結果、および前記状態推定器1
1の出力である第2図示のモデルにおけるばね・質量系
のねじれ角度θ3の微分値の推定値 に係数器Kvsを乗じた演算結果を加算器S5によつて加算
した値である。このような減算動作による減算器S2の出
力を、電動機1の駆動回路2に対する電流の指令値u1と
する。したがつて指令値u1は、下記の第13式のように表
現できる。
以上のように本実施例において、第1図示の構成に関し
て、減速機5、トルク伝達機構6およびアーム7などか
らなるばね・質量系のねじれ(第2図示の機械的等価回
路におけるばね9の軸線まわりのねじれ)によつて発生
するアーム7先端の振動や、アーム7の先端の位置決め
誤差を消去するにあたり、第5図示のような制御系を構
成することにより、第1図示の構成にたとえばセンサな
どを追加することなく、たとえば計算機のプログラムま
たは電気回路などによって実現される演算処理過程によ
つて、この消去を行なうようにできる。また最適レギユ
レータ理論によつて、ロボツトの姿勢変化による諸特性
の変動に影響を受けない制御動作を得ることができる。
て、減速機5、トルク伝達機構6およびアーム7などか
らなるばね・質量系のねじれ(第2図示の機械的等価回
路におけるばね9の軸線まわりのねじれ)によつて発生
するアーム7先端の振動や、アーム7の先端の位置決め
誤差を消去するにあたり、第5図示のような制御系を構
成することにより、第1図示の構成にたとえばセンサな
どを追加することなく、たとえば計算機のプログラムま
たは電気回路などによって実現される演算処理過程によ
つて、この消去を行なうようにできる。また最適レギユ
レータ理論によつて、ロボツトの姿勢変化による諸特性
の変動に影響を受けない制御動作を得ることができる。
回転角度検出器3が前述したばね要素の後段に設置され
ている場合でも、容易に状態推定器を設計して制御系を
構成することができ、アーム7の振動および位置決め誤
差を消去することができる。なお状態推定器とは、いわ
ゆる状態観測器と称されているものと同一構成である。
ている場合でも、容易に状態推定器を設計して制御系を
構成することができ、アーム7の振動および位置決め誤
差を消去することができる。なお状態推定器とは、いわ
ゆる状態観測器と称されているものと同一構成である。
効 果 以上のように本発明に従えば、電動機軸の一端に固定さ
れた回転速度検出器および回転変位検出器によつて電動
機軸の回転速度および回転変位が検出される。また電動
機軸の他端には、減速用歯車が結合され、減速用歯車の
出力軸がトルク伝達構成を介してアームを駆動する。
れた回転速度検出器および回転変位検出器によつて電動
機軸の回転速度および回転変位が検出される。また電動
機軸の他端には、減速用歯車が結合され、減速用歯車の
出力軸がトルク伝達構成を介してアームを駆動する。
このような構成を有する産業用ロボツトにおいて、前記
電動機の回転子、減速歯車、トルク伝達機構およびアー
ムによつて構成される軸系をばね・質量からなる系と仮
定し電動機電流指令値u1と電動機回転変位θ1とその電
動機回転速度1とに基づいて、ばね・質量系のねじれ
角度θ3の推定値 とねじれ角度θ3の時間微分地3の推定値 とを状態推定器11で求めて加算器S5で加算し、これによ
つてアーム回転変位θ2およびアーム回転速度2に対
応する値を求め、こうして電動機回転変位θ1、電動機
回転速度1、アーム回転変位θ2およびアーム回転速
度2の4個の状態の全てフイードバツクすることがで
き、こうして優れた制御性能を実現することが可能にな
る。こうしてアーム回転変位およびアーム回転速度のよ
うにセンサで直接計測することができない状態量を、上
述のように状態推定器11で推定して求めるようにし、構
成を簡略化することもまた可能となる。
電動機の回転子、減速歯車、トルク伝達機構およびアー
ムによつて構成される軸系をばね・質量からなる系と仮
定し電動機電流指令値u1と電動機回転変位θ1とその電
動機回転速度1とに基づいて、ばね・質量系のねじれ
角度θ3の推定値 とねじれ角度θ3の時間微分地3の推定値 とを状態推定器11で求めて加算器S5で加算し、これによ
つてアーム回転変位θ2およびアーム回転速度2に対
応する値を求め、こうして電動機回転変位θ1、電動機
回転速度1、アーム回転変位θ2およびアーム回転速
度2の4個の状態の全てフイードバツクすることがで
き、こうして優れた制御性能を実現することが可能にな
る。こうしてアーム回転変位およびアーム回転速度のよ
うにセンサで直接計測することができない状態量を、上
述のように状態推定器11で推定して求めるようにし、構
成を簡略化することもまた可能となる。
特に本発明では、上述のように電動機回転変位θ1、電
動機回転速度θ1、アーム回転変位θ2(ばね・質量系
のねじれ角度θ3の推定値 と等価)およびアーム回転速度2(ばね・質量系のね
じれ角度θ3の時間微分値3の推定値 と等価)の合計4個の状態の全てをフイードバツクする
ことによつて、初めて、減衰がよく、したがつて振動が
なく、しかも速度の速い応答を得ることができるように
なる。もしも仮に、電動機回転変位θ1と電動機回転速
度1の2個だけの状態のフイードバツクをする構成で
あれば、調整することができる範囲が非常に狭く、少し
ゲインを上げるだけで、すぐに応答の減衰が悪くなつて
しまうという問題がある。またばね・質量系のねじれ角
度θ3の推定値 だけのフイードバツクでは、減衰はよくなるけれども、
応答速度を向上することはできない。さらにねじれ角度
の時間微分値3の推定値 だけのフイードバツクでは、ゲインを上げていつても、
応答が遅くなるだけで、振動の減衰そのものをよくする
ことはできない。本発明では、上述のように合計4個の
状態の全てのフイードバツクすることによつて、初めて
減衰がよくかつ速度の速い応答を得ることができるよう
になるのである。
動機回転速度θ1、アーム回転変位θ2(ばね・質量系
のねじれ角度θ3の推定値 と等価)およびアーム回転速度2(ばね・質量系のね
じれ角度θ3の時間微分値3の推定値 と等価)の合計4個の状態の全てをフイードバツクする
ことによつて、初めて、減衰がよく、したがつて振動が
なく、しかも速度の速い応答を得ることができるように
なる。もしも仮に、電動機回転変位θ1と電動機回転速
度1の2個だけの状態のフイードバツクをする構成で
あれば、調整することができる範囲が非常に狭く、少し
ゲインを上げるだけで、すぐに応答の減衰が悪くなつて
しまうという問題がある。またばね・質量系のねじれ角
度θ3の推定値 だけのフイードバツクでは、減衰はよくなるけれども、
応答速度を向上することはできない。さらにねじれ角度
の時間微分値3の推定値 だけのフイードバツクでは、ゲインを上げていつても、
応答が遅くなるだけで、振動の減衰そのものをよくする
ことはできない。本発明では、上述のように合計4個の
状態の全てのフイードバツクすることによつて、初めて
減衰がよくかつ速度の速い応答を得ることができるよう
になるのである。
第1図は本発明の一実施例の構成を示す斜視図、第2図
は第1図示の構成の機械的等価回路図、第3図は本発明
の一実施例の構成を説明するブロツク図、第4図は状態
推定器を計算機のプログラムまたは電気回路で実現され
た構成のブロツク図、第5図は本発明の一実施例の制御
系の構成を説明するブロツク図である。 1……電動機、1a……出力軸、2……駆動回路、3……
回転角度検出器、4……回転速度検出器、5……減速
機、6……トルク伝達機構、7……アーム、θ1,1…
…電動機1の出力軸1aの回転角およびその微分値、θ3,
3……アーム7のねじれ量およびその微分値、u1……
電動機1の駆動回路2に対する電流の指令値、 S1〜S4……加算器、F11,F12,F21,F22;G11,G21;J31,J41;
W11,W12,W21,W22;Kps,Kvs……係数器
は第1図示の構成の機械的等価回路図、第3図は本発明
の一実施例の構成を説明するブロツク図、第4図は状態
推定器を計算機のプログラムまたは電気回路で実現され
た構成のブロツク図、第5図は本発明の一実施例の制御
系の構成を説明するブロツク図である。 1……電動機、1a……出力軸、2……駆動回路、3……
回転角度検出器、4……回転速度検出器、5……減速
機、6……トルク伝達機構、7……アーム、θ1,1…
…電動機1の出力軸1aの回転角およびその微分値、θ3,
3……アーム7のねじれ量およびその微分値、u1……
電動機1の駆動回路2に対する電流の指令値、 S1〜S4……加算器、F11,F12,F21,F22;G11,G21;J31,J41;
W11,W12,W21,W22;Kps,Kvs……係数器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇野 知之 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 久保 貞夫 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (56)参考文献 特開 昭54−109118(JP,A) 特開 昭60−69712(JP,A) 特開 昭56−153406(JP,A) 特開 昭59−136815(JP,A)
Claims (1)
- 【請求項1】電動機1の軸に、回転速度検出器4および
回転角度検出器3が結合されるとともに減速歯車5が結
合され、該減速歯車5の出力軸がトルク伝達機構6を介
してアーム7を駆動するような構造を有する産業用ロボ
ツトと、 電動機1の前記軸の回転角度の指令値θrを発生する手
段と、 前記回転角度の指令値θrから回転角度検出器3によつ
て検出される電動機回転変位θ1の出力を減算する第1
減算器S1と、 電動機電流指令値u1を導出する第2減算器S2と、 前記電動機1の回転子、減速歯車5、トルク伝達機構6
およびアーム7によつて構成される軸系をばね・質量か
らなる系と仮定し、電動機電流指令値u1、電動機回転変
位θ1、電動機回転速度1、および外部トルクu2から
前記ばね・質量系のねじれ角度θ3の推定値 と、そのねじれ角度θ3の時間微分値3の推定値 とを求める状態推定器11と、 前記ねじれ角θ3の推定値 と前記時間微分値3の推定値 とを加算する加算器S5とを含み、 第2減算器S2は、第1減算器S1の出力から、回転速度検
出器4の出力1と加算器S5の出力とを減算して前記電
動機電流指令値u1を導出して電動機1に与えることを特
徴とする産業用ロボツトの制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60097525A JPH07120212B2 (ja) | 1985-05-07 | 1985-05-07 | 産業用ロボットの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60097525A JPH07120212B2 (ja) | 1985-05-07 | 1985-05-07 | 産業用ロボットの制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61255415A JPS61255415A (ja) | 1986-11-13 |
JPH07120212B2 true JPH07120212B2 (ja) | 1995-12-20 |
Family
ID=14194668
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60097525A Expired - Fee Related JPH07120212B2 (ja) | 1985-05-07 | 1985-05-07 | 産業用ロボットの制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07120212B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014034101A (ja) * | 2012-08-10 | 2014-02-24 | Toshiba Corp | ロボット制御装置 |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0638212B2 (ja) * | 1986-08-14 | 1994-05-18 | 川崎重工業株式会社 | 物体の位置制御装置 |
JPH0392911A (ja) * | 1989-09-06 | 1991-04-18 | Fanuc Ltd | スライディングモード制御によるロボット制御方法 |
JP2016078193A (ja) * | 2014-10-20 | 2016-05-16 | 株式会社小松製作所 | 工作機械、レーザ加工機、及び工作機械の制御方法 |
WO2016081459A1 (en) * | 2014-11-18 | 2016-05-26 | Persimmon Technologies, Corp. | Robot adaptive placement system with end-effector position estimation |
JP6986373B2 (ja) * | 2017-06-21 | 2021-12-22 | 川崎重工業株式会社 | ロボットシステム及びロボットシステムの制御方法 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2802224C2 (de) * | 1978-01-19 | 1982-06-09 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Schaltungsanordnung zur proportional-integralen Drehzahlregelung einer von einem Elektromotor angetriebenen Arbeitsmaschine mit veränderlicher Belastung |
JPS56153406A (en) * | 1980-04-30 | 1981-11-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | State estimating system for plant |
JPS6069712A (ja) * | 1983-09-27 | 1985-04-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 振動制御装置 |
-
1985
- 1985-05-07 JP JP60097525A patent/JPH07120212B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014034101A (ja) * | 2012-08-10 | 2014-02-24 | Toshiba Corp | ロボット制御装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS61255415A (ja) | 1986-11-13 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |