JPH01304501A - 産業用ロボットのサーボループ制御方法 - Google Patents
産業用ロボットのサーボループ制御方法Info
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- JPH01304501A JPH01304501A JP13449988A JP13449988A JPH01304501A JP H01304501 A JPH01304501 A JP H01304501A JP 13449988 A JP13449988 A JP 13449988A JP 13449988 A JP13449988 A JP 13449988A JP H01304501 A JPH01304501 A JP H01304501A
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- industrial robot
- servo loop
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- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
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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。
め要約のデータは記録されません。
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ットのサーボループ制御方法に関し
、特にオブザーバによる状態変数推定値のフィードバッ
クゲインをロボットの姿勢を考慮してオンライン的に変
化させる制御方法に関する。
、特にオブザーバによる状態変数推定値のフィードバッ
クゲインをロボットの姿勢を考慮してオンライン的に変
化させる制御方法に関する。
一般に産業用ロボットは片持ち構造を成しており、しか
も各アーム等の各可動機体部と各駆動源である各サーボ
モータとの間には低剛性な減速機等が存在している。従
って全体として低剛性であって共振周波数の低い、しか
も減衰性の非常に悪い制御対象系である。この低剛性で
低減衰性のロボットをサーボループによって駆動制御す
る場合、制御すべき状態変数を推定するオブザーバを使
用し、該状態変数の推定値をフィードバックさせる場合
に固定化されたフィードバックゲインを使用して減衰性
の良いフィードバック制御を行なおうとしていた。
も各アーム等の各可動機体部と各駆動源である各サーボ
モータとの間には低剛性な減速機等が存在している。従
って全体として低剛性であって共振周波数の低い、しか
も減衰性の非常に悪い制御対象系である。この低剛性で
低減衰性のロボットをサーボループによって駆動制御す
る場合、制御すべき状態変数を推定するオブザーバを使
用し、該状態変数の推定値をフィードバックさせる場合
に固定化されたフィードバックゲインを使用して減衰性
の良いフィードバック制御を行なおうとしていた。
然しなから、上述の如〈産業用ロボットは片持ち構造を
成しており、作動に起因して変化する姿勢並びに作動速
度と共にその動特性は大きく変化する。そのためオブザ
ーバによる状態変数推定値のフィードハックゲインを固
定化することは制御対象系を素早く減衰させるためには
好ましいことではない。
成しており、作動に起因して変化する姿勢並びに作動速
度と共にその動特性は大きく変化する。そのためオブザ
ーバによる状態変数推定値のフィードハックゲインを固
定化することは制御対象系を素早く減衰させるためには
好ましいことではない。
依って本発明は産業用ロボットの作動姿勢に応じたその
動特性の変動を反映させる該産業用ロボットのサーボル
ープ制御方法の提供を目的とする。
動特性の変動を反映させる該産業用ロボットのサーボル
ープ制御方法の提供を目的とする。
上記目的に鑑みて本発明は、産業用ロボットに所望の作
動をさせる場合において、前記産業用ロボットの運動解
析モデルに基づくオブザーバによって状態変数を推定し
、該各状態変数をフィードバックする際、該フィードバ
ックを含む産業用ロボットのサーボループ制御系におけ
る伝達関数が所定の理想伝達関数となるための条件から
各フィードバックゲインをオンライン的に変化させる産
業用ロボットのサーボループ制御方法を提供する。
動をさせる場合において、前記産業用ロボットの運動解
析モデルに基づくオブザーバによって状態変数を推定し
、該各状態変数をフィードバックする際、該フィードバ
ックを含む産業用ロボットのサーボループ制御系におけ
る伝達関数が所定の理想伝達関数となるための条件から
各フィードバックゲインをオンライン的に変化させる産
業用ロボットのサーボループ制御方法を提供する。
オブザーバによる状態変数推定値のフィードバックゲイ
ンに関し、全体制御系であるサーボループ内での前記フ
ィードバックを含む産業用ロボットの伝達関数が、例え
ばステップ人力に対し理想的な減衰特性を示す理想伝達
関数となるための条件から各フィードバックゲインをオ
ンライン的に算出して各推定値のフィードバックを行な
う。従って産業用ロボットの作動姿勢並びに作動速度に
応じた動特性の変動を反映した制御が行なえる。
ンに関し、全体制御系であるサーボループ内での前記フ
ィードバックを含む産業用ロボットの伝達関数が、例え
ばステップ人力に対し理想的な減衰特性を示す理想伝達
関数となるための条件から各フィードバックゲインをオ
ンライン的に算出して各推定値のフィードバックを行な
う。従って産業用ロボットの作動姿勢並びに作動速度に
応じた動特性の変動を反映した制御が行なえる。
以下本発明を添付図面に示す実施例に基づいて更に詳細
に説明する。第２図は産業用ロボ・ノドの可動機体部、
例えばアーム１２と駆動源であるサーボモータのロータ
１０とを並列配置された１次元ばね１４とダッシュポッ
ト１６とで接続した運動解析モデルである。この１次元
ばね１４とダッシュポット１６とは主としてアーム１２
とサーボモータのロータ１０との間に介在する減速機１
８をモデル化したものであり、このモデルは減速機その
ものの動特性を概ね正確に表わすものであることが簡単
な実験により分かっている。この解析モデルによって次
の運動方程式が成立する。
に説明する。第２図は産業用ロボ・ノドの可動機体部、
例えばアーム１２と駆動源であるサーボモータのロータ
１０とを並列配置された１次元ばね１４とダッシュポッ
ト１６とで接続した運動解析モデルである。この１次元
ばね１４とダッシュポット１６とは主としてアーム１２
とサーボモータのロータ１０との間に介在する減速機１
８をモデル化したものであり、このモデルは減速機その
ものの動特性を概ね正確に表わすものであることが簡単
な実験により分かっている。この解析モデルによって次
の運動方程式が成立する。
ここで、
Ｔニモータの出力トルク、
θＭ：ロータ１０の回転角度、
ＪＭ二フロータ１０慣性モーメント、
θＲ：モータ軸換算のロボットアーム回転角度、ＪＲ：
モータ軸換算のロボットアームの慣性モーメント、 ＫＣ：減速機部分の涙り捩りばね係数、ＢＫ：減速機部
分の減衰係数、 である。この解析モデルにおいて、出力トルクＴを入力
とし、モータにおけるロータの回転角速度ｊＭを出力と
する伝達関数Ｇは次式となる。
モータ軸換算のロボットアームの慣性モーメント、 ＫＣ：減速機部分の涙り捩りばね係数、ＢＫ：減速機部
分の減衰係数、 である。この解析モデルにおいて、出力トルクＴを入力
とし、モータにおけるロータの回転角速度ｊＭを出力と
する伝達関数Ｇは次式となる。
−Ｊω’−ＢＫ・（１／ＪＭ＋１／ＪＲ）・ω”＋ＫＣ
・（１／ＪＭ＋１／ＪＲ）・Ｊω−参〇 ノλ ゲインＩＧＩは次式で表わされる。
・（１／ＪＭ＋１／ＪＲ）・Ｊω−参〇 ノλ ゲインＩＧＩは次式で表わされる。
…二
このゲインＩＣＩは２つの極値ＩＧＩＩと１Ｇ２１を有
し、夫々ω＝ω１又はω＝ω２の所でボード線図におい
て極値となるとすれば次式が成り立つ。
し、夫々ω＝ω１又はω＝ω２の所でボード線図におい
て極値となるとすれば次式が成り立つ。
ＫＣ干ＪＲ・ω１！ ・・・ホ
ここで、Ａ＝ １／ＪＭ＋ １７ＪＲ
Ｂ＝１／ＪＭ
Ｃ＝ １／ （ＪＭ−ＪＲ）
である。ロボットの場合変化の小さなω、の変動幅を予
め実験的に定めておき、それを所望の精度で等分割し、
その分割幅で１回前のω１の推定値からはじめてω、を
移動し、最小ゲインになる位置を現時点でのω、として
決定し、その値ω１を上記の式ホへ代入してＫＣを算出
し、またこのω−ω１の条件を式ニヘ代入してゲインｌ
Ｇ１１を算出して弐へからＢＫを算出する。なおＪＭと
ＪＲは現時点でのロボット姿勢から算出できる。
め実験的に定めておき、それを所望の精度で等分割し、
その分割幅で１回前のω１の推定値からはじめてω、を
移動し、最小ゲインになる位置を現時点でのω、として
決定し、その値ω１を上記の式ホへ代入してＫＣを算出
し、またこのω−ω１の条件を式ニヘ代入してゲインｌ
Ｇ１１を算出して弐へからＢＫを算出する。なおＪＭと
ＪＲは現時点でのロボット姿勢から算出できる。
第１図は制御対象２２である産業用ロボットのサーボル
ープ制御を示している。外部のコントローラ（図示せず
）において指令回転速度が発信され、積分ゲインに４と
比例ゲインに５とを有した速度トルク変換器２０を通し
て指令トルクＴに変換する。ロボット内の所定のサーボ
モータは指令トルクＴに応じた電流制御によって駆動さ
れ、回転速度ｘｉ（−／７Ｍ）が出力される。この出力
回転速度ｘｌはパルスエンコーダ等によって実測され、
その実測回転速度ｘ１をフィードバックして、指令回転
速度との差を速度トルク変換器２０へ入力させる。
ープ制御を示している。外部のコントローラ（図示せず
）において指令回転速度が発信され、積分ゲインに４と
比例ゲインに５とを有した速度トルク変換器２０を通し
て指令トルクＴに変換する。ロボット内の所定のサーボ
モータは指令トルクＴに応じた電流制御によって駆動さ
れ、回転速度ｘｉ（−／７Ｍ）が出力される。この出力
回転速度ｘｌはパルスエンコーダ等によって実測され、
その実測回転速度ｘ１をフィードバックして、指令回転
速度との差を速度トルク変換器２０へ入力させる。
このサーボループ制御１１において、系の安定性向上の
ためオブザーバ２４を設けている。このオブザーバ２４
の状態変数の推定には前述の運動状態方程式イと口を使
用しており、ｘ２Ｃ＝ＯＭ−ＪＲ）及びｘ３ （＝θＭ
−θＲ）の推定値ｘ２とｘ３を夫々ゲインに２ 、に３
を有する増幅器２６゜２８を通して指令トルクＴヘフィ
ードバックさせている。入力を指令トルクＴ、出力をモ
ータ回転速度θＭ（＝Ｘ１）とする二点鎖ｖＡ３０で示
す部分子 Ｓ Ｓ”＋（ＢＫ／ＪＭ＋ＢＫ／
ＪＲ−に２）・Ｓ＋ （ＫＣ／ＪＭ＋ＫＣ／ＪＲ，に３
）この伝達関数を、ステップ入力に応じて第３図に示す
応答をする北森の理想伝達関数と比較する。
ためオブザーバ２４を設けている。このオブザーバ２４
の状態変数の推定には前述の運動状態方程式イと口を使
用しており、ｘ２Ｃ＝ＯＭ−ＪＲ）及びｘ３ （＝θＭ
−θＲ）の推定値ｘ２とｘ３を夫々ゲインに２ 、に３
を有する増幅器２６゜２８を通して指令トルクＴヘフィ
ードバックさせている。入力を指令トルクＴ、出力をモ
ータ回転速度θＭ（＝Ｘ１）とする二点鎖ｖＡ３０で示
す部分子 Ｓ Ｓ”＋（ＢＫ／ＪＭ＋ＢＫ／
ＪＲ−に２）・Ｓ＋ （ＫＣ／ＪＭ＋ＫＣ／ＪＲ，に３
）この伝達関数を、ステップ入力に応じて第３図に示す
応答をする北森の理想伝達関数と比較する。
北森の理想伝達関数とは２次の場合次式で表示される。
０．５・δ２・Ｓ２＋δ・Ｓ＋１
ここでδは、応答目標値の６３％に達するまでの時間を
示す時定数である。この両伝達関数の特性方程式の係数
比較から次式を得る。
示す時定数である。この両伝達関数の特性方程式の係数
比較から次式を得る。
８に／ＪＭ＋ＢＫ／ＪＲ−Ｋ ２ ＝ １ ／ ０．５
６・・・トＫＣ／ＪＭ＋ＫＣ／ＪＲ−Ｋ ３ ＝ １
／ ０．５δ２・・・チこの各式ト、チに、前述の式ホ
、へを代入することによりフィードバックゲインに２と
に３を算出することができる。時定数δは第１図に示す
速度ループの時定数の１／４〜Ｉ１５とする。
６・・・トＫＣ／ＪＭ＋ＫＣ／ＪＲ−Ｋ ３ ＝ １
／ ０．５δ２・・・チこの各式ト、チに、前述の式ホ
、へを代入することによりフィードバックゲインに２と
に３を算出することができる。時定数δは第１図に示す
速度ループの時定数の１／４〜Ｉ１５とする。
以上の説明から明らかな様に本発明によれば、刻々変化
するロボットの作動姿勢並びに作動速度からオンライン
的にＪＭ、ＪＲ１及びω１を算定することができ、゛こ
の現時点の各値から推定値／＼ ／へ ｘ２とｘ３の各フィードバックゲインに２とに３をオン
ライン的に変化させ、最適なサーボループ制御を行なう
ことができる。即ち減衰性の高い安定な制御が可能とな
る。
するロボットの作動姿勢並びに作動速度からオンライン
的にＪＭ、ＪＲ１及びω１を算定することができ、゛こ
の現時点の各値から推定値／＼ ／へ ｘ２とｘ３の各フィードバックゲインに２とに３をオン
ライン的に変化させ、最適なサーボループ制御を行なう
ことができる。即ち減衰性の高い安定な制御が可能とな
る。
第１図は制御対象のサーボループ制御図、第２図は制御
対象（ロボット）のオブザーバに使用する解析モデル図
、 第３図は理想伝達関数の説明用応答図。 ＩＯ・・・サーボモータのロータ、 １２・・・アーム、 １８・・・減速機。
対象（ロボット）のオブザーバに使用する解析モデル図
、 第３図は理想伝達関数の説明用応答図。 ＩＯ・・・サーボモータのロータ、 １２・・・アーム、 １８・・・減速機。
Claims (1)
- １、産業用ロボットに所望の作動をさせる場合において
、前記産業用ロボットの運動解析モデルに基づくオブザ
ーバによって状態変数を推定し、該各状態変数をフィー
ドバックする際、該フィードバックを含む産業用ロボッ
トのサーボループ制御系における伝達関数が所定の理想
伝達関数となるための条件から各フィードバックゲイン
をオンライン的に変化させることを特徴とする産業用ロ
ボットのサーボループ制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13449988A JPH01304501A (ja) | 1988-06-02 | 1988-06-02 | 産業用ロボットのサーボループ制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13449988A JPH01304501A (ja) | 1988-06-02 | 1988-06-02 | 産業用ロボットのサーボループ制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01304501A true JPH01304501A (ja) | 1989-12-08 |
Family
ID=15129751
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13449988A Pending JPH01304501A (ja) | 1988-06-02 | 1988-06-02 | 産業用ロボットのサーボループ制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01304501A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04109304A (ja) * | 1990-08-30 | 1992-04-10 | Fanuc Ltd | 適応ｐｉ制御方式 |
| WO1995011478A1 (de) * | 1993-10-18 | 1995-04-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Regeleinrichtung |
-
1988
- 1988-06-02 JP JP13449988A patent/JPH01304501A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04109304A (ja) * | 1990-08-30 | 1992-04-10 | Fanuc Ltd | 適応ｐｉ制御方式 |
| WO1995011478A1 (de) * | 1993-10-18 | 1995-04-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Regeleinrichtung |
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