JPH01216784A - マニピュレータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目−〕 （産業上の利用分野） 本発明は！エビ、レータの制御装置に関する。

（従来の技術） 近年、産業用ｐボットを含め九マニビエレータの普及が
目覚ましく、あらゆる分野に利用されている。

従来、これらの！エビ為レータの多くは位置制御による
もので占められておシ、与えられた軌道に正確に素速く
追従するための種々の制御方式が考えられている。

しかし、マニピュレータの更に幅広い分野での普及を考
えた場合、その作業の種類も多様であるととが要求され
、単に位置制御だけを行う従来の手段でこれを達成する
ことは離しい。そこで近年。

マニヒ、レータに力制御を行わせることで作業の適用範
囲を拡張させることが可能になうた。そして更に、制御
パラメータの変更などの容重さから。

ソフトウェアサーボによる力制御が行われるようになっ
た。

第２図は、力制御方法を採用した公知のマエビ晶レータ
装置のプ冑ツク線図である。）ルク検出ポ 器２によって検出された関節トルクＴ１参ψ変換器６で
デジタル値に変換されて比例調節部１０へ入力される。

そして同様に比例調節部ＩＯへ入力される目標トルク−
とから、−とＴｓの偏差−−Ｔｓに比例した信号が出力
され、比較部７へ入力される。一方、関節トルクＴｓの
デジタル値が微分部９で時間微分された後１乗算部８で
定数倍された信号も比較部７に入力される。比較部７の
出力信号はＤ／Ａ変換器５で再びアナログ値に変換され
、この信号がサーボドクイパ４を通じてサーボモータ３
を動かし、　Ｔｓが−に近づくように作用する。

これＫよジアーム機構１が駆動され、作業物体く力を作
用させる。

この方法では、トルクに関する比例制御が主体となりて
おシ、トルクの時間微分のフィードバック（以下、第２
伝達系という）によ）制御系（以下、第１伝達系という
）にダンピングの効果を付加している形となっている。

従って、応答特性を曳くするために比例調節部１０での
増幅ゲインを大きくしても、ダンピングの効果で応答が
振動的になるのを防ぐことができる。

しかしながら、この方法ではシステムがソフトウェアサ
ーボ系で構成されているため、全体のサンプリング時間
をあｔｂ長くすると位相遅れが大きくなシ、ダンピング
の効果が悪くなるので安定な応答が得られなくなる。そ
のためす゛ンプリング時間をできる限シ短くする必要が
あるが、多自由度を有するマニピ晶レータでは軸数が多
いことや。

高精度の制御を行うための目標トルクの計算も複軸とな
る。従って、ソフトウェアサーボ系全体として計算量が
かなシ多くなるため、サンプリング時間の短縮には能力
の高いプンピ、−夕が必要となシ、システ為が非常に高
価なものとなうてしまう。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように、従来は安定な応答を得るためにソフトウ
ェアサーボ系全体のサンプリング時間を短くして、一定
時間内の計算回数を多くしなければならず、そのために
システムを非常に高価なものにしなければならなかった
。

本発明は、ソフトウェアサーボ系全体の一定時間内の計
算回数を従来以上に多くする必要なしく安定な力制御が
可能となるマニピュレータの制御装置の提供を目的とす
る。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成する丸めに本発明においては、駆動手
段と、駆動手段により駆動されるアーム機構と、アーム
機構に作用する外力を検出する力検出手段と、力検出手
段で検出される外部信号をデジタル変換するデジタル変
換手段と、アーム機構の駆動に係る目標信号と外部信号
とを比例制御する比例制御手段と、外部信号を微分制御
する微分制御手段と、比例制御手段の出力信号と微分制
御手段の出力信号とを比較する比較手段と、比較手段の
出力信号をアナログ変換し、駆動手段の入力信号とする
アナ党グ変換手段とからなる力制御方式のマニピュレー
タにおいて。

デジタル変換手段から、比例制御手段を介して比較手段
に至る伝達系に、デジタル変換手段での信号サンプリン
グ時間より長いサンプリング時間で信号を処理する手段
を設けた。

（作用） 上記の手段を設けることにより、安定性に大きく寄与す
る第２の伝達系の位相遅れを極力少なくシ、一方これに
対して第１伝達系の位相遅れをある程度大きくとること
で、全体の計算量を増やすことなくダンピングの効果゛
を向上させ、より安定した力制御特性を持つ！ニビーレ
ータを実現す−ることが可能となる。

（実施例） 以下１図面に従りて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すマニピュレータの制御
装置のブロック線図である。本実施例では、駆動手段１
３としてサーボドライバ４．サーボモータ３．、アーム
機構１．力検出手段としてトルク検出器２．デジタル変
換手段としてＡ／Ｄ変換器６、比例制御手段として比例
調節部１０、微分制御手段１４として微分部９１１乗算
８、比較手段として比較部７．そしてアナログ変換手段
としてＤ／Ａ変換器５が用いられ、更に比例調節部１０
０前後にそれぞれバッファメモリ１１．１２が設けられ
ておシ。

全体が閉ループで構成されている。

今、トルク検出器２で外部信号である関節トルクＴｓが
求まると、この信号がＡ／Ｄ変換器６でサンプリング時
間ｔ１毎にデジタル変換されてバッファメモリ１１へ蓄
えられる。そして、目標信号である目標トルク−と１時
間ｔｔ　（＞　ｔｌ）毎にバッファメモリから出力され
る関節トルクＴｓが、比例調節部１０に入力され、アー
ム機構１に目標トルク−を発生させるのく必要な駆動ト
ルク値が算出されてバッファメモリ校に蓄えられる。こ
の値は例えば目標トルク−と関節トルクＴｓとの差が大
きい程初期値が大きく、目標トルク−に近づくに従って
小さくなシ、目標トルク−に至ってゼ四となるパターン
で与えられる。一方、関節トルクＴ３は微分部９で時間
微分された後１乗算部８で定数倍される。

この値と、時間ｔｓ（＞ｔｔ）毎にバッファメモリ１２
から出力される値とが比較部７に読み込まれ、ここから
の出力値がＤ／Ａ変換器５でアナｐグ変換される。この
値がサーボドライバ４に入力され、サーボモータ３を駆
動させる。この結果、アーム機構ｌは対称物に力を作用
させる。

以上のような構成及び動作を有する本実施例においては
、第２伝達系のサンプリング時間を、第１伝達系のサン
プリング時間より短くすることができ、それによって第
２伝達系での一定時間内の計算回数を第１伝達系での計
算回数より相対的に多くすることが可能である。従りて
ダンピングの効果が向上し、システムを高価なものにし
なくても、安定した力制御特性を持つマニピユレータが
実現する。更に、Ａ／Ｄ変換器６での信号サンプリング
時間を短くするととくよ〉、今まで以上にダンピングの
効果も向上し、よ多安定した力制御特性を持つマニピユ
レータが実現する。

尚、本実施例においては、第１伝達系と第２伝達系の計
算量を変えるために、２つのバッフアメ峰り１１．１２
を用いたが、これらはどちら、か一方だけであってもよ
く、そうすることによっても従来以上の力制御特性を持
つマニピュレータが実現する。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、ダンピングの効果が向上
し、よ多安定した力制御特性を持つマニピュレータが実
現する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すマニピューレータの制
御装置のブロック線図、第２図は従来技術の一例を示す
マニピユレータの制御装置のブロック線図でちる。 １・・・アーム機構 ２・・・トルク検出器（力検出手段） ３・・・サーボそ一夕　　　４・・・サーボドライバ５
・・・Ｄ／Ａ変換器（アナログ変換手段）６・・・Ａ／
Ｄ変換器（デジタル変換手段）７・・・比較部（比較手
段） ８・・・乗算部　　　９・・・微分部 １０・・・比袖調節部（比例制御手段）１１．１２・・
・バッファメモリ １３・・・駆動手段　　　　　１４・・・微分制御手段
−・・・目標トルク（目標信号） Ｔｓ・・・関節トルク（外部信号） 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　松山光之

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　駆動手段と、 前記駆動手段により駆動されるアーム機構と、前記アー
   ム機構に作用する外力を検出する力検出手段と、 前記力検出手段で検出される外部信号をデジタル変換す
   るデジタル変換手段と、 前記アーム機構の駆動に係る目標信号と前記外部信号と
   を比例制御する比例制御手段と、前記外部信号を微分制
   御する微分制御手段と、前記比例制御手段の出力信号と
   、前記微分制御手段の出力信号とを比較する比較手段と
   、前記比較手段の出力信号をアナログ変換し、前記駆動
   手段の入力信号とするアナログ変換手段とからなる力制
   御方式のマニピュレータにおいて、 前記デジタル変換手段から、前記比例制御手段を介して
   前記比較手段に到達する伝達系には、前記デジタル変換
   手段での信号サンプリング時間より長いサンプリング時
   間で信号処理する手段を設けることを特徴とするマニピ
   ュレータの制御装置。