JPH0475114A - コンプライアンス制御方式 - Google Patents
コンプライアンス制御方式Info
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- 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
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Program-controlled manipulators
- B25J9/16—Program controls
- B25J9/1628—Program controls characterised by the control loop
- B25J9/1646—Program controls characterised by the control loop variable structure system, sliding mode control
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Numerical Control (AREA)
- Manipulator (AREA)
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
。
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
。
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。
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。
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。
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。
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
。
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
。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
ものを考える。
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。
（１）ここで、各文字は以下の意味を有する。
△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
。
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
。
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。
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。
（１）式より、
ΔＸｔ ”Ｋｔ −’ 本（Ｆｄｔ Ｆｔ ）が得ら
れる。
れる。
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。
えるために、新しい目標位置を、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。
座標、すなわち各軸の目標値に直すと、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。
られる。ただし、Ｔはアーム行列である。
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。
以下のプラントの式が得られる。
■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。
＝τム十τｆｂ ｉ ”””””””
”−（３）ここで、各文字は以下の通りである。
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。
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。
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。
ｂ ｌ＋τｆ ｂ ２ ＋ ＋ τｆｂｎ ）
ＴＦ＝（Ｆ、、Ｆ２ 、 Ｆ、）”Ｊはヤコビ
行列である。
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。
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。
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。
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。
／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。
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。
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。
］＋（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。
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。
）＋に４ （Ｇｒ）＋に５ （ｒｒｂ）として表す
ことができる。
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。
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。
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。
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。
［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。
ＱＩ、力のフィードバック値Ｆ、を読み取る。
〔ＳＰ２〕共有ＲＡＭｌ０より、目標位置Ｘｄ。
、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。
標位置ｘｄｉは直交座標での位置と、各軸の位置を読み
取る。
［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。
る。
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。
約、この目標位置から各軸の目標位置θｄ、を求める。
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。
こで、Ｔはロボットのアーム行列、Ｔ−’はその逆行列
である。
［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。
。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。
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。
める。
［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。
ε（＋） 十Ｃ＊ε から求約る。
［ＳＰ８：ｌ Ｓ２ＯならＳＰ９へ、そうでなければ５
ＰＩＯへ進む。
ＰＩＯへ進む。
［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。
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。
［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。
切り換え人力τ。を求める。
［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。
から求める。
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。
しを行う。
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。
であり、ＳＰ６〜５Ｐ１２は各軸ごとの処理となる。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
Claims (4)
- （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。 - （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。 - （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。 - （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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19012990A JPH0475114A (ja) | 1990-07-18 | 1990-07-18 | コンプライアンス制御方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19012990A JPH0475114A (ja) | 1990-07-18 | 1990-07-18 | コンプライアンス制御方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0475114A true JPH0475114A (ja) | 1992-03-10 |
Family
ID=16252879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19012990A Pending JPH0475114A (ja) | 1990-07-18 | 1990-07-18 | コンプライアンス制御方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0475114A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109719376A (zh) * | 2017-10-31 | 2019-05-07 | 发那科株式会社 | 机器人系统 |
-
1990
- 1990-07-18 JP JP19012990A patent/JPH0475114A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109719376A (zh) * | 2017-10-31 | 2019-05-07 | 发那科株式会社 | 机器人系统 |
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