JPH08190433A - 負荷重量推定方法 - Google Patents
負荷重量推定方法Info
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- JPH08190433A JPH08190433A JP1548595A JP1548595A JPH08190433A JP H08190433 A JPH08190433 A JP H08190433A JP 1548595 A JP1548595 A JP 1548595A JP 1548595 A JP1548595 A JP 1548595A JP H08190433 A JPH08190433 A JP H08190433A
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- Japan
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- robot
- axes
- load weight
- axis
- load
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- Manipulator (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 制御対象に付加的に取り付けられた物体につ
いて負荷重量を推定し、適正なフィードフォワード制御
を行なえるようにする。 【構成】 ６軸ロボットの手先に取り付けられたツール
について負荷重量を推定する。先ず、適当な動作プログ
ラムに従ってロボットの移動を開始する。第４軸〜第６
軸については、適応制御を行なう（ステップＳ１）。適
応制御収束時に（ステップＳ２）、第４〜６軸の推定モ
ーメントｇｒ4 〜ｇｒ6 及び第５軸の推定負荷イナーシ
ャＪ5 を記憶する（ステップＳ３）。これらのデータ
と、ロボットの各軸値θ3 〜θ6 、設定済みのパラメー
タｍ5 ，ｓ5z，ｌ5z，Ｊ5m，ｇ等のデータを用いて付加
重量推定方程式をｍ6 ，ｘ6g，ｙ6g，ｚ6gについて解
き、結果を記憶する（ステップＳ４）。ロボットが終点
位置に到達したならば（ステップＳ５）、ロボットを停
止させて処理を終了する。求められた負荷重量のパラメ
ータは以後のフィードフォワード制御時にフィードフォ
ワード項の計算に使用される。
いて負荷重量を推定し、適正なフィードフォワード制御
を行なえるようにする。 【構成】 ６軸ロボットの手先に取り付けられたツール
について負荷重量を推定する。先ず、適当な動作プログ
ラムに従ってロボットの移動を開始する。第４軸〜第６
軸については、適応制御を行なう（ステップＳ１）。適
応制御収束時に（ステップＳ２）、第４〜６軸の推定モ
ーメントｇｒ4 〜ｇｒ6 及び第５軸の推定負荷イナーシ
ャＪ5 を記憶する（ステップＳ３）。これらのデータ
と、ロボットの各軸値θ3 〜θ6 、設定済みのパラメー
タｍ5 ，ｓ5z，ｌ5z，Ｊ5m，ｇ等のデータを用いて付加
重量推定方程式をｍ6 ，ｘ6g，ｙ6g，ｚ6gについて解
き、結果を記憶する（ステップＳ４）。ロボットが終点
位置に到達したならば（ステップＳ５）、ロボットを停
止させて処理を終了する。求められた負荷重量のパラメ
ータは以後のフィードフォワード制御時にフィードフォ
ワード項の計算に使用される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明は、ロボットや工作機械
のようなサーボモータで駆動される自動機械の制御技術
に関し、特に、該自動機械のフィードフォワード制御時
に必要とされる負荷重量の値を推定する為の方法に関す
る。
のようなサーボモータで駆動される自動機械の制御技術
に関し、特に、該自動機械のフィードフォワード制御時
に必要とされる負荷重量の値を推定する為の方法に関す
る。
【０００２】
【従来技術】従来より、サーボモータを用いてロボット
のアームや工作機械の送り軸などを駆動する場合にサー
ボ系の追従遅れを低減させる制御方法として、フィード
フォワード制御が広く用いられている。例えば、位置ル
ープと速度ループに関してフィードフォワードを適用す
る場合には、位置・速度の処理周期毎に位置指令（移動
指令）を微分し、この微分値が位置ループ処理で計算さ
れた速度指令値に加算されて速度指令値が求められる一
方、イナーシャに関するパラメータに基づいて定められ
るフィードフォワード項が、速度ループ処理で計算され
たトルク指令値に加算され、フィードフォワード制御時
のトルク指令とする処理が行なわれる。
のアームや工作機械の送り軸などを駆動する場合にサー
ボ系の追従遅れを低減させる制御方法として、フィード
フォワード制御が広く用いられている。例えば、位置ル
ープと速度ループに関してフィードフォワードを適用す
る場合には、位置・速度の処理周期毎に位置指令（移動
指令）を微分し、この微分値が位置ループ処理で計算さ
れた速度指令値に加算されて速度指令値が求められる一
方、イナーシャに関するパラメータに基づいて定められ
るフィードフォワード項が、速度ループ処理で計算され
たトルク指令値に加算され、フィードフォワード制御時
のトルク指令とする処理が行なわれる。
【０００３】従って、フィードフォワード制御が適正に
行なわれる為には、フィードフォワード項の計算が正し
く行なわれなければならない。フィードフォワード項
は、制御対象とする系自体に変更があれば当然変化す
る。そこで従来は、ユーザがロボット等の自動機械に付
加的な物体（例えば、ハンド、加工ツールなど）を取り
付けた場合には、その物体の質量、重心位置などのパラ
メータをユーザが入力し、そのパラメータをフィードフ
ォワード項の計算に取り入れられる方式が採用されてい
た。
行なわれる為には、フィードフォワード項の計算が正し
く行なわれなければならない。フィードフォワード項
は、制御対象とする系自体に変更があれば当然変化す
る。そこで従来は、ユーザがロボット等の自動機械に付
加的な物体（例えば、ハンド、加工ツールなど）を取り
付けた場合には、その物体の質量、重心位置などのパラ
メータをユーザが入力し、そのパラメータをフィードフ
ォワード項の計算に取り入れられる方式が採用されてい
た。
【０００４】しかし、ユーザが市販のハンドやツール等
を自動機械に装着する場合、その質量や重心位置が簡単
に判らないことも多く、それを知る為の調査がユーザの
負担となっていた。また、ユーザによって入力されるパ
ラメータの値が不正確であった場合には、制御対象であ
る自動機械の動作性能が悪化するおそれが生じる。
を自動機械に装着する場合、その質量や重心位置が簡単
に判らないことも多く、それを知る為の調査がユーザの
負担となっていた。また、ユーザによって入力されるパ
ラメータの値が不正確であった場合には、制御対象であ
る自動機械の動作性能が悪化するおそれが生じる。
【０００５】また、制御対象をあるモデルで近似し、そ
のモデルの質量、重心位置等のパラメータを推定してほ
ぼ最適なフィードフォワード制御を達成しようとする方
法として適応制御が知られている。しかし、この適応制
御による方法も、６軸ロボットのように複雑な力学的特
性を有する系を制御対象とする場合には、正確なモデル
化が困難なことや計算が複雑となることなどの理由によ
り、実際に制御対象に適正な動作を行なわせることは困
難であった。
のモデルの質量、重心位置等のパラメータを推定してほ
ぼ最適なフィードフォワード制御を達成しようとする方
法として適応制御が知られている。しかし、この適応制
御による方法も、６軸ロボットのように複雑な力学的特
性を有する系を制御対象とする場合には、正確なモデル
化が困難なことや計算が複雑となることなどの理由によ
り、実際に制御対象に適正な動作を行なわせることは困
難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本願発明の目
的は、サーボモータで駆動される制御対象（自動機械）
に付加的に取り付けられる物体に関して、その物体の負
荷重量に関連するパラメータ（質量、重心位置等を表わ
すパラメータ）を外部から入力することなく負荷重量を
推定し、適切なフィードフォワード制御を実行し得るよ
うにすることにある。
的は、サーボモータで駆動される制御対象（自動機械）
に付加的に取り付けられる物体に関して、その物体の負
荷重量に関連するパラメータ（質量、重心位置等を表わ
すパラメータ）を外部から入力することなく負荷重量を
推定し、適切なフィードフォワード制御を実行し得るよ
うにすることにある。
【０００７】また、本願発明はそのことを通して、ユー
ザがハンド、ツール等の物体をロボットや工作機械に取
り付けて作業を行なう場合の作業負担を軽減しよとする
ものである。
ザがハンド、ツール等の物体をロボットや工作機械に取
り付けて作業を行なう場合の作業負担を軽減しよとする
ものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本願発明は、上記技術課
題を解決する為に、サーボモータで駆動される複数の軸
を有する制御対象の前記各軸の加速度、速度あるいは位
置を制御するに際して前記制御対象に付加的に取り付け
られた物体の負荷重量を推定する負荷重量推定方法を提
供する。本願発明においては、先ず、前記複数の軸の内
の少なくとも一部の軸について適応制御を行なう過程を
通して前記付加的に取り付けられた物体の負荷重量を表
わすパラメータを算出する為に必要なデータを獲得す
る。そして、前記獲得されたデータを用いて前記付加的
に取り付けられた物体の負荷重量を表わすパラメータを
算出する。
題を解決する為に、サーボモータで駆動される複数の軸
を有する制御対象の前記各軸の加速度、速度あるいは位
置を制御するに際して前記制御対象に付加的に取り付け
られた物体の負荷重量を推定する負荷重量推定方法を提
供する。本願発明においては、先ず、前記複数の軸の内
の少なくとも一部の軸について適応制御を行なう過程を
通して前記付加的に取り付けられた物体の負荷重量を表
わすパラメータを算出する為に必要なデータを獲得す
る。そして、前記獲得されたデータを用いて前記付加的
に取り付けられた物体の負荷重量を表わすパラメータを
算出する。
【０００９】算出されたパラメータは、前記制御対象に
ついてフィードフォワード制御を実行する際のフィード
フォワード項の計算に利用することが出来る。
ついてフィードフォワード制御を実行する際のフィード
フォワード項の計算に利用することが出来る。
【００１０】前記サーボモータで駆動される複数の軸を
有する制御対象がロボットである場合には、前記複数の
軸の内の少なくとも一部の軸としてロボットの手先側の
複数の軸（例えば６軸ロボットにおける第４軸〜第６
軸）が選ばれる。この場合、前記付加的に取り付けられ
た物体の負荷重量を表わすパラメータを算出する為に必
要なデータには、前記手先側の複数の軸に関する推定モ
ーメント（例えば６軸ロボットにおける第４軸〜第６軸
の推定モーメント）を表わすデータと前記手先側の複数
の軸の内の少なくとも一つの軸の推定負荷イナーシャ
（例えば、６軸ロボットにおける第５軸の推定負荷イナ
ーシャ）を表わすデータが含まれる。
有する制御対象がロボットである場合には、前記複数の
軸の内の少なくとも一部の軸としてロボットの手先側の
複数の軸（例えば６軸ロボットにおける第４軸〜第６
軸）が選ばれる。この場合、前記付加的に取り付けられ
た物体の負荷重量を表わすパラメータを算出する為に必
要なデータには、前記手先側の複数の軸に関する推定モ
ーメント（例えば６軸ロボットにおける第４軸〜第６軸
の推定モーメント）を表わすデータと前記手先側の複数
の軸の内の少なくとも一つの軸の推定負荷イナーシャ
（例えば、６軸ロボットにおける第５軸の推定負荷イナ
ーシャ）を表わすデータが含まれる。
【００１１】これらデータを使って前記付加的に取り付
けられた物体の負荷重量を表わすパラメータ（質量、重
心位置等）が算出され、以後に実行されるフィードフォ
ワード制御時のフィードフォワード項の算出に利用され
る。
けられた物体の負荷重量を表わすパラメータ（質量、重
心位置等）が算出され、以後に実行されるフィードフォ
ワード制御時のフィードフォワード項の算出に利用され
る。
【００１２】
【作用】本願発明では、ロボットや工作機械等のサーボ
モータで駆動される制御対象に付加的に取り付けられる
ハンド、ツール、ワーク等に関して、その物体の負荷重
量に関連するパラメータ（質量、重心位置等を表わすパ
ラメータ）を外部から入力することなく負荷重量をソフ
トウェア処理によって推定することが出来る。従って、
以後のフィードフォワード制御実行時のフィードフォワ
ード項の計算が適説に行なわれるようになる。
モータで駆動される制御対象に付加的に取り付けられる
ハンド、ツール、ワーク等に関して、その物体の負荷重
量に関連するパラメータ（質量、重心位置等を表わすパ
ラメータ）を外部から入力することなく負荷重量をソフ
トウェア処理によって推定することが出来る。従って、
以後のフィードフォワード制御実行時のフィードフォワ
ード項の計算が適説に行なわれるようになる。
【００１３】制御対象が６軸ロボットのような多軸ロボ
ットである場合には、例えば６軸中の手先側の３軸につ
いて適応制御を実行し、その過程を通してそれらの軸に
関する推定モーメント（例えば６軸ロボットにおける第
４軸〜第６軸の推定モーメント）を表わすデータと前記
手先側の複数の軸の内の少なくとも一つの軸の推定負荷
イナーシャ（例えば、６軸ロボットにおける第５軸の推
定負荷イナーシャ）を表わすデータが求められる。
ットである場合には、例えば６軸中の手先側の３軸につ
いて適応制御を実行し、その過程を通してそれらの軸に
関する推定モーメント（例えば６軸ロボットにおける第
４軸〜第６軸の推定モーメント）を表わすデータと前記
手先側の複数の軸の内の少なくとも一つの軸の推定負荷
イナーシャ（例えば、６軸ロボットにおける第５軸の推
定負荷イナーシャ）を表わすデータが求められる。
【００１４】一般に、付加的に取り付けられた物体の負
荷重量を表わすパラメータ（質量、重心位置等）は、上
記適応制御の過程を通して得られたデータを使って近似
的な関係式で表現されるので、これを付加的に取り付け
られた物体の負荷重量を表わすパラメータを未知数とす
る方程式として数値計算によって解けば、それらパラメ
ータの値を求めることが出来る。これらパラメータを使
ってフィードフォワード項の算出を行なえば、適切なフ
ィードフォワード制御が実行される。
荷重量を表わすパラメータ（質量、重心位置等）は、上
記適応制御の過程を通して得られたデータを使って近似
的な関係式で表現されるので、これを付加的に取り付け
られた物体の負荷重量を表わすパラメータを未知数とす
る方程式として数値計算によって解けば、それらパラメ
ータの値を求めることが出来る。これらパラメータを使
ってフィードフォワード項の算出を行なえば、適切なフ
ィードフォワード制御が実行される。
【００１５】
【実施例】本願発明の方法の適用例として、ここでは、
図１に示したような６軸構成のロボット１の手先にツー
ル２が装着された場合に、ロボットの第４軸、第５軸及
び第６軸について適応制御を行なって、ツール２によっ
て生じた負荷重量を推定する方法について説明する。図
１において、θ1 〜θ6 はロボット１の第１軸〜第６軸
の変位量を表わす変数、ｍ5 ，ｓ5z，ｌ5zは各々第５軸
のアームの質量、重心位置及び長さを表わしている。ま
た、第４軸、第５軸、第６軸の推定モーメントを各々ｇ
ｒ4 ，ｇｒ5，ｇｒ6 、第５軸の推定負荷イナーシャを
Ｊ5 、第５軸のモータのロータイナーシャＪm5、重力加
速度をｇとおく。すると、次の４つの式が近似的に成立
する。以下、この４式をまとめて単に「負荷重量推定方
程式」という。
図１に示したような６軸構成のロボット１の手先にツー
ル２が装着された場合に、ロボットの第４軸、第５軸及
び第６軸について適応制御を行なって、ツール２によっ
て生じた負荷重量を推定する方法について説明する。図
１において、θ1 〜θ6 はロボット１の第１軸〜第６軸
の変位量を表わす変数、ｍ5 ，ｓ5z，ｌ5zは各々第５軸
のアームの質量、重心位置及び長さを表わしている。ま
た、第４軸、第５軸、第６軸の推定モーメントを各々ｇ
ｒ4 ，ｇｒ5，ｇｒ6 、第５軸の推定負荷イナーシャを
Ｊ5 、第５軸のモータのロータイナーシャＪm5、重力加
速度をｇとおく。すると、次の４つの式が近似的に成立
する。以下、この４式をまとめて単に「負荷重量推定方
程式」という。
【００１６】Ｊ5 = Ｊm5 +ｍ5 ｓ5z 2+ｍ6 {(ｌ5z+
ｚ6g)2+(ｘ6gcos θ6+ｙ6gsin θ6)2} ｇｒ4 = ｍ5 ｇ (ｌ5z- ｓ5z)cos θ3 sin θ4 sin θ5
+ｍ6 ｇ {-ｘ6gcos θ3 (sin θ4 cos θ5 cos θ6
+cos θ4 sin θ6)-ｙ6gcos θ3 (sin θ4 cos θ5 sin
θ6-cos θ4 cos θ6)-(ｚ6g+ｌ5z) cos θ3 sin θ4
sin θ5 } ｇｒ5 = ｍ5 ｇ (ｌ5z- ｓ5z)(-cos θ3 cos θ4 cos
θ5+sin θ3 sin θ5)+ｍ6 ｇ (-ｘ6gcos θ6(cos θ3
cos θ4 sin θ5+sin θ3 cos θ5)-ｙ6gsin θ6(cos
θ3 cos θ4 sin θ5 +sin θ3 cos θ5)+(ｚ6g+ｌ5z)
(cos θ3 cos θ4 cos θ5 -sin θ3 sin θ5)} ｇｒ6 = ｍ6 ｇ [-ｘ6g{sinθ6(cos θ3 cos θ4 cos
θ5-sin θ3 sin θ5)+cos θ3 sinθ4 cosθ6 }+ｙ
6g{cos θ6(cos θ3 cos θ4 cos θ5 -sin θ3 sin θ
5)-cosθ3 sinθ4 sinθ6}] ここで、ｍ6 はツール２の質量、（ｘ6g，ｙ6g，ｚ6g）
は、ロボット１の手先に設定された座標系の原点から見
たツール２の重心位置の座標である。そこで、上記４式
からなる負荷重量推定方程式をｍ6 ，ｘ6g，ｙ6g，ｚ6g
の方程式と見て解けば、これらツール２の負荷重量を表
わすパラメータｍ6 ，ｘ6g，ｙ6g，ｚ6gが求められる。
ｚ6g)2+(ｘ6gcos θ6+ｙ6gsin θ6)2} ｇｒ4 = ｍ5 ｇ (ｌ5z- ｓ5z)cos θ3 sin θ4 sin θ5
+ｍ6 ｇ {-ｘ6gcos θ3 (sin θ4 cos θ5 cos θ6
+cos θ4 sin θ6)-ｙ6gcos θ3 (sin θ4 cos θ5 sin
θ6-cos θ4 cos θ6)-(ｚ6g+ｌ5z) cos θ3 sin θ4
sin θ5 } ｇｒ5 = ｍ5 ｇ (ｌ5z- ｓ5z)(-cos θ3 cos θ4 cos
θ5+sin θ3 sin θ5)+ｍ6 ｇ (-ｘ6gcos θ6(cos θ3
cos θ4 sin θ5+sin θ3 cos θ5)-ｙ6gsin θ6(cos
θ3 cos θ4 sin θ5 +sin θ3 cos θ5)+(ｚ6g+ｌ5z)
(cos θ3 cos θ4 cos θ5 -sin θ3 sin θ5)} ｇｒ6 = ｍ6 ｇ [-ｘ6g{sinθ6(cos θ3 cos θ4 cos
θ5-sin θ3 sin θ5)+cos θ3 sinθ4 cosθ6 }+ｙ
6g{cos θ6(cos θ3 cos θ4 cos θ5 -sin θ3 sin θ
5)-cosθ3 sinθ4 sinθ6}] ここで、ｍ6 はツール２の質量、（ｘ6g，ｙ6g，ｚ6g）
は、ロボット１の手先に設定された座標系の原点から見
たツール２の重心位置の座標である。そこで、上記４式
からなる負荷重量推定方程式をｍ6 ，ｘ6g，ｙ6g，ｚ6g
の方程式と見て解けば、これらツール２の負荷重量を表
わすパラメータｍ6 ，ｘ6g，ｙ6g，ｚ6gが求められる。
【００１７】ここで、各軸位置θ1 〜θ6 はロボットが
常時その値を知ることが出来る量である。また、第５軸
のアームの質量、重心位置、長さｍ5 ，ｓ5z，ｌ5z及び
第５軸のモータのイナーシャＪ5mについては設計値を事
前に設定しておくことが出来る。
常時その値を知ることが出来る量である。また、第５軸
のアームの質量、重心位置、長さｍ5 ，ｓ5z，ｌ5z及び
第５軸のモータのイナーシャＪ5mについては設計値を事
前に設定しておくことが出来る。
【００１８】また、重力加速度の値も同様に設定可能で
ある。第４軸、第５軸、第６軸の推定モーメントｇｒ4
，ｇｒ5 ，ｇｒ6 及び第５軸の推定負荷イナーシャＪ5
については、第４軸、第５軸、第６軸について適応制
御を行いながらロボットに適当な運動を行なわせる過程
で推定値を得ることが出来る。
ある。第４軸、第５軸、第６軸の推定モーメントｇｒ4
，ｇｒ5 ，ｇｒ6 及び第５軸の推定負荷イナーシャＪ5
については、第４軸、第５軸、第６軸について適応制
御を行いながらロボットに適当な運動を行なわせる過程
で推定値を得ることが出来る。
【００１９】そこで、ロボットにツール２の負荷重量の
推定値を教示する為の処理の一例を示せば図４のように
なる。なお、第５軸のアームの質量、重心位置、長さｍ
5 ，ｓ5z，ｌ5z及び第５軸のモータのイナーシャＪ5mの
値の設定、適応制御収束とみなすタイミングを定めるパ
ラメータ（時間または移動量）の設定、並びに、第４軸
〜第６軸について適応制御を行いながらロボットに適当
な運動を行わせる動作プログラムの教示は実行済みとす
る。
推定値を教示する為の処理の一例を示せば図４のように
なる。なお、第５軸のアームの質量、重心位置、長さｍ
5 ，ｓ5z，ｌ5z及び第５軸のモータのイナーシャＪ5mの
値の設定、適応制御収束とみなすタイミングを定めるパ
ラメータ（時間または移動量）の設定、並びに、第４軸
〜第６軸について適応制御を行いながらロボットに適当
な運動を行わせる動作プログラムの教示は実行済みとす
る。
【００２０】この動作プログラムは、適応制御による動
作が十分に収束するように、ロボットの手先がある程度
の速度と加速度をもって適度の範囲で位置・姿勢を変え
るようなものであることが好ましい。
作が十分に収束するように、ロボットの手先がある程度
の速度と加速度をもって適度の範囲で位置・姿勢を変え
るようなものであることが好ましい。
【００２１】先ず、上記動作プログラムを１ブロックづ
つ読み込んで、第４軸〜第６軸について適応制御を行な
う条件でロボットの移動を開始させる（ステップＳ
１）。そして、適応制御収束とみなされるタイミングが
到来したならば（ステップＳ２）、その時点における第
４軸〜第６軸についての推定モーメントの値ｇｒ4 ，ｇ
ｒ5 ，ｇｒ6 及び第５軸の推定負荷イナーシャの値Ｊ5
をロボット制御装置内のバッファメモリに一時記憶する
（ステップＳ３）。そして、これらのデータと、それを
確定させた時点におけるロボットの各軸値θ3 〜θ6 並
びに設定済みのパラメータｍ5 ，ｓ5z，ｌ5z，Ｊ5m，ｇ
等のデータを用いて前記の付加重量推定方程式をｍ6 ，
ｘ6g，ｙ6g，ｚ6gについて解き、結果を記憶する（ステ
ップＳ４）。ロボットが、動作プログラムで指定された
終点位置に到達したならば（ステップＳ５）、ロボット
を停止させて（ステップＳ６）処理を終了する。
つ読み込んで、第４軸〜第６軸について適応制御を行な
う条件でロボットの移動を開始させる（ステップＳ
１）。そして、適応制御収束とみなされるタイミングが
到来したならば（ステップＳ２）、その時点における第
４軸〜第６軸についての推定モーメントの値ｇｒ4 ，ｇ
ｒ5 ，ｇｒ6 及び第５軸の推定負荷イナーシャの値Ｊ5
をロボット制御装置内のバッファメモリに一時記憶する
（ステップＳ３）。そして、これらのデータと、それを
確定させた時点におけるロボットの各軸値θ3 〜θ6 並
びに設定済みのパラメータｍ5 ，ｓ5z，ｌ5z，Ｊ5m，ｇ
等のデータを用いて前記の付加重量推定方程式をｍ6 ，
ｘ6g，ｙ6g，ｚ6gについて解き、結果を記憶する（ステ
ップＳ４）。ロボットが、動作プログラムで指定された
終点位置に到達したならば（ステップＳ５）、ロボット
を停止させて（ステップＳ６）処理を終了する。
【００２２】こうして求められたツール（物体）２の負
荷重量に関するパラメータは、以後のフィードフォワー
ド制御にフィードフォワード項の算出の為に使用され
る。以下、図２に示されたような簡単なケースについて
フィードフォワード制御の概略を説明する。
荷重量に関するパラメータは、以後のフィードフォワー
ド制御にフィードフォワード項の算出の為に使用され
る。以下、図２に示されたような簡単なケースについて
フィードフォワード制御の概略を説明する。
【００２３】図２は、モータ３（例えば、第１軸のモー
タ）で駆動される制御対象が、図示した関係でアーム４
の手先にツール（物体）２を取り付けた系であると見な
せる場合を表わしている。同図に併記されているよう
に、各パラメータ値Ｊm ，ｍ1，ｓ1 ，Ｉ1z，ｌ1 ，ｍ6
，ｓ6 の意味は次の通りである。
タ）で駆動される制御対象が、図示した関係でアーム４
の手先にツール（物体）２を取り付けた系であると見な
せる場合を表わしている。同図に併記されているよう
に、各パラメータ値Ｊm ，ｍ1，ｓ1 ，Ｉ1z，ｌ1 ，ｍ6
，ｓ6 の意味は次の通りである。
【００２４】Ｊm ；モータ３のロータイナーシャ ｍ1 ；アームの質量 ｓ1 ；アーム４の重心位置 Ｉ1z，；ｚ軸回りに関するアーム４の重心回りのイナー
シャ（重心回りのイナーシャのｚ成分） ｌ1 ；アームの長さ ｍ6 ；ツール２の質量 ｓ6 ；アーム４の先端からツール２の重心位置までの距
離 ここで、Ｊm は予めロボットに設定されるパラメータ、
ｍ1 ，ｓ1 ，Ｉ1z並びにｌ1 はロボットの姿勢から計算
されるパラメータである。また、ｍ6 は上記処理で求め
られた値がそのまま使用される。ｓ6 の値は、上記処理
で求められた値ｘ6g，ｙ6g，ｚ6gとロボット姿勢から計
算される。
シャ（重心回りのイナーシャのｚ成分） ｌ1 ；アームの長さ ｍ6 ；ツール２の質量 ｓ6 ；アーム４の先端からツール２の重心位置までの距
離 ここで、Ｊm は予めロボットに設定されるパラメータ、
ｍ1 ，ｓ1 ，Ｉ1z並びにｌ1 はロボットの姿勢から計算
されるパラメータである。また、ｍ6 は上記処理で求め
られた値がそのまま使用される。ｓ6 の値は、上記処理
で求められた値ｘ6g，ｙ6g，ｚ6gとロボット姿勢から計
算される。
【００２５】このケースにおけるフィードフォワード項
は次のようにして定められる。先ず、制御対象の運動方
程式を立てる。モータ３の出力トルク及び位置を各々
τ，θとおけば、運動方程式は次式（１）で与えられ
る。ここで、Ｊ＝Ｊm ＋ｍ1 ・ｓ1＋Ｉ1z，，Ｌ＝Ｉ1
＋ｓ6 とおけば、式（１）は式（２）で表わされる。
は次のようにして定められる。先ず、制御対象の運動方
程式を立てる。モータ３の出力トルク及び位置を各々
τ，θとおけば、運動方程式は次式（１）で与えられ
る。ここで、Ｊ＝Ｊm ＋ｍ1 ・ｓ1＋Ｉ1z，，Ｌ＝Ｉ1
＋ｓ6 とおけば、式（１）は式（２）で表わされる。
【００２６】
【数１】 この右辺をそのままフィードフォワード項として採用し
て、速度指令値に加算する。図３に、位置ループにこの
フィードフォワード項を加算するフィードフォワード制
御のブロック図を示した。同図において明らかなよう
に、ロボット制御装置の位置作成部（工作機械であれ
ば、ＣＮＣ）から所定周期で出力される位置指令は、モ
ータの位置検出器（パルスコーダ）と比較されその偏差
が計算される。計算された位置偏差に基づいてゲインＫ
ｐで位置ループ処理が実行され、フィードフォワード項
加算以前の速度指令が作成される。
て、速度指令値に加算する。図３に、位置ループにこの
フィードフォワード項を加算するフィードフォワード制
御のブロック図を示した。同図において明らかなよう
に、ロボット制御装置の位置作成部（工作機械であれ
ば、ＣＮＣ）から所定周期で出力される位置指令は、モ
ータの位置検出器（パルスコーダ）と比較されその偏差
が計算される。計算された位置偏差に基づいてゲインＫ
ｐで位置ループ処理が実行され、フィードフォワード項
加算以前の速度指令が作成される。
【００２７】一方、位置・速度の処理周期毎に位置指令
（移動指令）が微分され、この微分値がゲインＫｐで実
行される位置ループの処理得られた速度指令に加算され
る。更に、ゲインＫｖで実行される速度ループ処理で計
算されるトルク指令値に関しては、上記（２）式の右
辺、即ち（Ｊ＋ｍ6 ・Ｌ）に位置指令の２階微分を乗じ
たものをフィードフォワード項としてトルク指令値に加
算する。こうして計算されたトルク指令に基づいてサー
ボアンプからモータ３に電流が供給され、モータ３が駆
動される。なお、１／（Ｊ＋ｍ6 ・Ｌ）は、モータ３に
かかる負荷を表わす伝達関数であり、１／ｓは、モータ
速度を積分したものがモータの回転位置であることを表
わしている。
（移動指令）が微分され、この微分値がゲインＫｐで実
行される位置ループの処理得られた速度指令に加算され
る。更に、ゲインＫｖで実行される速度ループ処理で計
算されるトルク指令値に関しては、上記（２）式の右
辺、即ち（Ｊ＋ｍ6 ・Ｌ）に位置指令の２階微分を乗じ
たものをフィードフォワード項としてトルク指令値に加
算する。こうして計算されたトルク指令に基づいてサー
ボアンプからモータ３に電流が供給され、モータ３が駆
動される。なお、１／（Ｊ＋ｍ6 ・Ｌ）は、モータ３に
かかる負荷を表わす伝達関数であり、１／ｓは、モータ
速度を積分したものがモータの回転位置であることを表
わしている。
【００２８】以上、６軸ロボットを例にとって、本願発
明を説明したが、制御対象が軸数の異なるロボット（例
えば、４軸ロボット）や工作機械（例えば３軸構成）に
変わっても、上記説明した考え方を適用して付加的に取
り付けられた物体に負荷重量を計算し得ることは明らか
である。
明を説明したが、制御対象が軸数の異なるロボット（例
えば、４軸ロボット）や工作機械（例えば３軸構成）に
変わっても、上記説明した考え方を適用して付加的に取
り付けられた物体に負荷重量を計算し得ることは明らか
である。
【００２９】
【発明の効果】本願発明によれば、ロボットや工作機械
のようなサーボモータで駆動される制御対象に付加的に
取り付けられるハンド、ツール等の物体について、質
量、重心位置等を表わすパラメータを外部から入力する
ことなく適切に負荷重量が推定される。そして、それに
基づいてフィードフォワード項が自動的に計算されてフ
ィードフォワード制御、が行なわれるユーザに負担をか
けることなく適切なフィードフォワード制御を実現し、
自動機械の動作精度の向上を図ることが出来る。
のようなサーボモータで駆動される制御対象に付加的に
取り付けられるハンド、ツール等の物体について、質
量、重心位置等を表わすパラメータを外部から入力する
ことなく適切に負荷重量が推定される。そして、それに
基づいてフィードフォワード項が自動的に計算されてフ
ィードフォワード制御、が行なわれるユーザに負担をか
けることなく適切なフィードフォワード制御を実現し、
自動機械の動作精度の向上を図ることが出来る。
【図１】実施例において本願発明の方法が適用されるロ
ボットの軸構成を表わした図である。
ボットの軸構成を表わした図である。
【図２】実施例で求めたパラメータが使用されるフィー
ドフォワード制御の適用事例を説明する図である。
ドフォワード制御の適用事例を説明する図である。
【図３】図２に示したケースにおけるフィードフォワー
ド制御の概要を説明する為のブロック図である。
ド制御の概要を説明する為のブロック図である。
【図４】実施例で実行される負荷重量の推定値を求める
為の処理の一例を示したフローチャートである。
為の処理の一例を示したフローチャートである。
１ ロボット ２ ツール（付加的に取り付けられた物体） ３ モータ ４ アーム
Claims (3)
- 【請求項１】 サーボモータで駆動される複数の軸を有
する制御対象の前記各軸の加速度、速度あるいは位置を
制御するに際して前記制御対象に付加的に取り付けられ
た物体の負荷重量を推定する負荷重量推定方法であっ
て、 前記複数の軸の内の少なくとも一部の軸について適応制
御を行なうことによって前記付加的に取り付けられた物
体の負荷重量を表わすパラメータを算出する為に必要な
データを獲得する段階と、 前記獲得されたデータを用いて前記付加的に取り付けら
れた物体の負荷重量を表わすパラメータを算出する段階
を含む、前記負荷重量推定方法。 - 【請求項２】 サーボモータで駆動される複数の軸を有
する制御対象の前記各軸の加速度、速度あるいは位置を
制御するに際して前記制御対象に付加的に取り付けられ
た物体の負荷重量を推定する負荷重量推定方法であっ
て、 前記複数の軸の内の少なくとも一部の軸について適応制
御を行なうことによって前記付加的に取り付けられた物
体の負荷重量を表わすパラメータを算出する為に必要な
データを獲得する段階と、 前記獲得されたデータを用いて前記付加的に取り付けら
れた物体の負荷重量を表わすパラメータを算出する段階
と、 前記算出されたパラメータが前記制御対象についてフィ
ードフォワード制御を実行する際のフィードフォワード
項の計算に利用される段階を含む、前記負荷重量推定方
法。 - 【請求項３】 前記サーボモータで駆動される複数の軸
を有する制御対象がロボットであり、前記複数の軸の内
の少なくとも一部の軸が該ロボットの手先側の複数の軸
であり、前記付加的に取り付けられた物体の負荷重量を
表わすパラメータを算出する為に必要なデータが、前記
手先側の複数の軸に関する推定モーメントを表わすデー
タと前記手先側の複数の軸の内の少なくとも一つの軸の
推定負荷イナーシャを表わすデータを含んでいる請求項
１または請求項２に記載された負荷重量推定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1548595A JPH08190433A (ja) | 1995-01-05 | 1995-01-05 | 負荷重量推定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1548595A JPH08190433A (ja) | 1995-01-05 | 1995-01-05 | 負荷重量推定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08190433A true JPH08190433A (ja) | 1996-07-23 |
Family
ID=11890105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1548595A Withdrawn JPH08190433A (ja) | 1995-01-05 | 1995-01-05 | 負荷重量推定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08190433A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001088649A1 (en) * | 2000-05-15 | 2001-11-22 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Positioning servocontroller |
| JP2014014901A (ja) * | 2012-07-09 | 2014-01-30 | Toshiba Corp | ロボット制御装置 |
| JP2015127067A (ja) * | 2013-12-27 | 2015-07-09 | ファナック株式会社 | 工具重心位置推定装置および工作機械 |
| US9696231B2 (en) | 2013-12-20 | 2017-07-04 | Fanuc Corporation | Machine tool having numeric control device |
| DE102017100234A1 (de) | 2016-01-13 | 2017-07-13 | Fanuc Corporation | Einen roboter verwendendes gewichtsmessungssystem und -verfahren |
| US9999786B2 (en) | 2016-07-29 | 2018-06-19 | Accuthera Inc. | Radiation emitting apparatus, radiation therapy apparatus, and collimator drive control method |
| JP7514412B1 (ja) * | 2023-08-30 | 2024-07-10 | ヤマザキマザック株式会社 | 加工システム、工作機械システム、および、ワーク加工方法 |
| WO2024149034A1 (zh) * | 2023-01-12 | 2024-07-18 | 库卡机器人制造（上海）有限公司 | 负载参数确定方法、装置、机器人和可读存储介质 |
-
1995
- 1995-01-05 JP JP1548595A patent/JPH08190433A/ja not_active Withdrawn
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001088649A1 (en) * | 2000-05-15 | 2001-11-22 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Positioning servocontroller |
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| US9558303B2 (en) | 2013-12-27 | 2017-01-31 | Fanuc Corporation | Tool gravity center position estimation device and machine tool |
| DE102017100234A1 (de) | 2016-01-13 | 2017-07-13 | Fanuc Corporation | Einen roboter verwendendes gewichtsmessungssystem und -verfahren |
| US10180346B2 (en) | 2016-01-13 | 2019-01-15 | Fanuc Corporation | Weight measurement system and method using robot |
| DE102017100234B4 (de) * | 2016-01-13 | 2020-10-22 | Fanuc Corporation | Einen roboter verwendendes gewichtsmessungssystem und -verfahren |
| US9999786B2 (en) | 2016-07-29 | 2018-06-19 | Accuthera Inc. | Radiation emitting apparatus, radiation therapy apparatus, and collimator drive control method |
| WO2024149034A1 (zh) * | 2023-01-12 | 2024-07-18 | 库卡机器人制造（上海）有限公司 | 负载参数确定方法、装置、机器人和可读存储介质 |
| JP7514412B1 (ja) * | 2023-08-30 | 2024-07-10 | ヤマザキマザック株式会社 | 加工システム、工作機械システム、および、ワーク加工方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020305 |