JPH0866893A - 衝突検出方法 - Google Patents
衝突検出方法Info
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- JPH0866893A JPH0866893A JP6220878A JP22087894A JPH0866893A JP H0866893 A JPH0866893 A JP H0866893A JP 6220878 A JP6220878 A JP 6220878A JP 22087894 A JP22087894 A JP 22087894A JP H0866893 A JPH0866893 A JP H0866893A
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- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 真の不定外乱のみを推定して精度及び検出感
度の高い衝突検出を行うことができる、外乱推定オブザ
ーバによる衝突検出方法を提供する。 【構成】 サーボモータ５で駆動される被駆動体（可動
部６）の衝突を外乱推定オブザーバ２によって検出する
衝突検出方法において、制御対象中に生じる外乱の内で
あらかじめ知ることができる外乱分を求め、該外乱分を
減じた入力を外乱推定オブザーバ２に対して入力するこ
とにより、外乱の推定を行う。
度の高い衝突検出を行うことができる、外乱推定オブザ
ーバによる衝突検出方法を提供する。 【構成】 サーボモータ５で駆動される被駆動体（可動
部６）の衝突を外乱推定オブザーバ２によって検出する
衝突検出方法において、制御対象中に生じる外乱の内で
あらかじめ知ることができる外乱分を求め、該外乱分を
減じた入力を外乱推定オブザーバ２に対して入力するこ
とにより、外乱の推定を行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、衝突検出方法に関し、
特に、産業用ロボットにおいてソフトウェアによって衝
突を検出する方法に関する。
特に、産業用ロボットにおいてソフトウェアによって衝
突を検出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】工作機械の可動部（例えば、カッタやテ
ーブル等）やロボットのアーム等が障害物に衝突したと
き、これら可動部やアームを駆動するサーボモータは移
動指令に従って移動しようとし、大きなトルクを発生し
ようとする。そのため、可動部やアームの機構部を損傷
する場合がある。この衝突を検出する方法として、サー
ボ系の位置偏差を検出し、この位置偏差が設定値以上に
なる場合を負荷異常として衝突を検出するものが知られ
ている。また、サーボモータの駆動電流を検出し、この
駆動電流が設定値以上になったとき衝突等が生じている
として検出するものが知られている。しかしながら、こ
の位置偏差の増大や駆動電流の増大を検出して衝突等を
検出する方法では、衝突を検出した時点で既にサーボモ
ータには大きなトルクを出力している状態であるため、
この大きな力が機構部を破損する可能性がある。そこ
で、本願出願人は、外乱推定オブザーバによって外乱ト
ルクを推定し、この推定外乱トルクが設定値以上になっ
たとき、負荷異常があるものと判断し、衝突等が生じて
いるものとして検出を行う方法を提案している（特開平
３−１９６３１３号公報参照）。
ーブル等）やロボットのアーム等が障害物に衝突したと
き、これら可動部やアームを駆動するサーボモータは移
動指令に従って移動しようとし、大きなトルクを発生し
ようとする。そのため、可動部やアームの機構部を損傷
する場合がある。この衝突を検出する方法として、サー
ボ系の位置偏差を検出し、この位置偏差が設定値以上に
なる場合を負荷異常として衝突を検出するものが知られ
ている。また、サーボモータの駆動電流を検出し、この
駆動電流が設定値以上になったとき衝突等が生じている
として検出するものが知られている。しかしながら、こ
の位置偏差の増大や駆動電流の増大を検出して衝突等を
検出する方法では、衝突を検出した時点で既にサーボモ
ータには大きなトルクを出力している状態であるため、
この大きな力が機構部を破損する可能性がある。そこ
で、本願出願人は、外乱推定オブザーバによって外乱ト
ルクを推定し、この推定外乱トルクが設定値以上になっ
たとき、負荷異常があるものと判断し、衝突等が生じて
いるものとして検出を行う方法を提案している（特開平
３−１９６３１３号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の外乱推
定オブザーバを使用した衝突検出方法では、非線形な外
乱要素も含めた外乱推定により、衝突検出の感度が低下
するという問題点がある。従来の外乱推定オブザーバに
よって推定される外乱トルクには、検出対象である衝突
等の真の不定外乱の他に、重力による外乱分、アーム間
の干渉による干渉トルク分、動摩擦により生じる動摩擦
トルク分、あるいはアーム先端を動作させるためのトル
ク分等が含まれている。
定オブザーバを使用した衝突検出方法では、非線形な外
乱要素も含めた外乱推定により、衝突検出の感度が低下
するという問題点がある。従来の外乱推定オブザーバに
よって推定される外乱トルクには、検出対象である衝突
等の真の不定外乱の他に、重力による外乱分、アーム間
の干渉による干渉トルク分、動摩擦により生じる動摩擦
トルク分、あるいはアーム先端を動作させるためのトル
ク分等が含まれている。
【０００４】これらの真の不定外乱以外のトルク分に
は、重力による外乱分や干渉トルク分のように非線形な
特性を備えているものがある。一般に、外乱推定オブザ
ーバは、重力や干渉トルク等の非線形を外乱に対する追
従性が良好でなく、衝突を検出するための真の不定外乱
が変化しない場合にも、この非線形なトルク成分により
推定外乱トルクに変化が生じる恐れがあり、そのため衝
突検出の検出感度を低下する場合がある。また、外乱推
定オブザーバを組む場合の制御対象のモデルとして、ロ
ボットアームを剛体として仮定しているが、実際のロボ
ットアームは剛体ではなく振動系として見ることができ
るため、この振動系により生じるトルクが推定した外乱
中に現れて、衝突検出の精度を低下させることになる。
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決して、真
の不定外乱のみを推定して精度及び検出感度の高い衝突
検出を行うことができる、外乱推定オブザーバによる衝
突検出方法を提供することを目的とする。
は、重力による外乱分や干渉トルク分のように非線形な
特性を備えているものがある。一般に、外乱推定オブザ
ーバは、重力や干渉トルク等の非線形を外乱に対する追
従性が良好でなく、衝突を検出するための真の不定外乱
が変化しない場合にも、この非線形なトルク成分により
推定外乱トルクに変化が生じる恐れがあり、そのため衝
突検出の検出感度を低下する場合がある。また、外乱推
定オブザーバを組む場合の制御対象のモデルとして、ロ
ボットアームを剛体として仮定しているが、実際のロボ
ットアームは剛体ではなく振動系として見ることができ
るため、この振動系により生じるトルクが推定した外乱
中に現れて、衝突検出の精度を低下させることになる。
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決して、真
の不定外乱のみを推定して精度及び検出感度の高い衝突
検出を行うことができる、外乱推定オブザーバによる衝
突検出方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、サーボモータ
で駆動される被駆動体の衝突を外乱推定オブザーバによ
って検出する衝突検出方法において、制御対象中に生じ
る外乱の内であらかじめ知ることができる外乱分を求
め、該外乱分を減じた入力を外乱推定オブザーバに対し
て入力することにより、前記目的を達成する。外乱推定
オブザーバへの入力から除外する外乱分はあらかじめ知
ることができるものであり、該外乱分として制御対象中
の非線形外乱、及び振動系により生じる外乱とすること
ができる。そして、この非線形外乱としては重力トル
ク、干渉トルク、及び動摩擦トルクがあり、また、振動
系外乱としてはアーム先端を動作させるためのトルクが
ある。
で駆動される被駆動体の衝突を外乱推定オブザーバによ
って検出する衝突検出方法において、制御対象中に生じ
る外乱の内であらかじめ知ることができる外乱分を求
め、該外乱分を減じた入力を外乱推定オブザーバに対し
て入力することにより、前記目的を達成する。外乱推定
オブザーバへの入力から除外する外乱分はあらかじめ知
ることができるものであり、該外乱分として制御対象中
の非線形外乱、及び振動系により生じる外乱とすること
ができる。そして、この非線形外乱としては重力トル
ク、干渉トルク、及び動摩擦トルクがあり、また、振動
系外乱としてはアーム先端を動作させるためのトルクが
ある。
【０００６】
【作用】本発明によれば、制御対象に対して外乱推定オ
ブザーバを組み、該外乱推定オブザーバに制御対象への
入力分及び出力分を入力して、制御対象に加えられる外
乱を推定して出力する際、制御対象中で生じる外乱の内
であらかじめ知ることができる外乱分を求め、制御対象
への入力分からその求めた外乱分を除去したものを外乱
推定オブザーバへの入力とする。図１は、本発明の外乱
推定オブザーバによる衝突検出方法を説明する概略図で
ある。図１において、制御対象は振動系を介して伝達さ
れるモータ５と可動部（例えば、ロボットアーム）６と
からなり、モータ５に加えられた入力トルクτによって
可動部６が駆動される。そして、この制御対象１には外
乱トルクが発生する。この外乱トルクには、衝突等によ
り生ずる真の不安定外乱と、その発生原因が既知であっ
て、その大きさをあらかじめ知ることができる既知外乱
分とがある。
ブザーバを組み、該外乱推定オブザーバに制御対象への
入力分及び出力分を入力して、制御対象に加えられる外
乱を推定して出力する際、制御対象中で生じる外乱の内
であらかじめ知ることができる外乱分を求め、制御対象
への入力分からその求めた外乱分を除去したものを外乱
推定オブザーバへの入力とする。図１は、本発明の外乱
推定オブザーバによる衝突検出方法を説明する概略図で
ある。図１において、制御対象は振動系を介して伝達さ
れるモータ５と可動部（例えば、ロボットアーム）６と
からなり、モータ５に加えられた入力トルクτによって
可動部６が駆動される。そして、この制御対象１には外
乱トルクが発生する。この外乱トルクには、衝突等によ
り生ずる真の不安定外乱と、その発生原因が既知であっ
て、その大きさをあらかじめ知ることができる既知外乱
分とがある。
【０００７】本発明の外乱推定オブザーバでは、この既
知外乱分をあらかじめ求めておき、その外乱分をオブザ
ーバへの入力から除去することによって、既知外乱分を
除いた外乱推定を行う。これによって、外乱推定オブザ
ーバによって推定される外乱からは、制御対象中で生じ
る外乱の内であらかじめ知ることができる外乱分は除か
れることになり、真の不定外乱のみが推定され出力され
ることになる。そして、この制御対象中で生じる外乱の
内であらかじめ知ることができる外乱分は、重力トルク
や干渉トルクや動摩擦トルクの非線形外乱、及びアーム
先端を動作させるためのトルクの振動系外乱とすること
ができ、この外乱分の除去によって、外乱推定オブザー
バから出力される外乱は、衝突等により生じる不定外乱
のみとなり、衝突検出の精度及び感度を向上することが
できる。
知外乱分をあらかじめ求めておき、その外乱分をオブザ
ーバへの入力から除去することによって、既知外乱分を
除いた外乱推定を行う。これによって、外乱推定オブザ
ーバによって推定される外乱からは、制御対象中で生じ
る外乱の内であらかじめ知ることができる外乱分は除か
れることになり、真の不定外乱のみが推定され出力され
ることになる。そして、この制御対象中で生じる外乱の
内であらかじめ知ることができる外乱分は、重力トルク
や干渉トルクや動摩擦トルクの非線形外乱、及びアーム
先端を動作させるためのトルクの振動系外乱とすること
ができ、この外乱分の除去によって、外乱推定オブザー
バから出力される外乱は、衝突等により生じる不定外乱
のみとなり、衝突検出の精度及び感度を向上することが
できる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照しながら詳
細に説明する。図３は、位置に対して比例（Ｐ）制御を
行い、速度に対して比例，積分（ＰＩ）制御を行う工作
機械やロボット等のサーボモータ制御系のブロック線図
であり、伝達関数１０のＫｐは位置ループにおける比例
ゲイン、１１は速度ループにおける前置補償器の伝達関
数で、Ｋ１は積分定数（ゲイン）、Ｋ２は比例定数（ゲ
イン）である。また、１２，１３はモータの伝達関数
で、Ｋｔはトルク定数、Ｊはイナーシャであり、１４は
速度ｖを積分して位置θを算出する伝達関数である。ま
た、ＴＬは外乱トルクである。位置指令値θｒから現在
位置θのフィードバック値を減算し、その差の位置偏差
ε（＝θｒ−θ）に比例定数Ｋｐを乗じ、速度指令値を
求め、該速度指令値と実速度ｖとの差（速度偏差）によ
ってＰＩ制御を行ってトルク指令（電流指令）Ｉを求
め、該トルク指令Ｉに基づいてモータ電流を制御してモ
ータを駆動する。モータは速度ｖで回転し、この速度ｖ
を積分して位置θが求められる。
細に説明する。図３は、位置に対して比例（Ｐ）制御を
行い、速度に対して比例，積分（ＰＩ）制御を行う工作
機械やロボット等のサーボモータ制御系のブロック線図
であり、伝達関数１０のＫｐは位置ループにおける比例
ゲイン、１１は速度ループにおける前置補償器の伝達関
数で、Ｋ１は積分定数（ゲイン）、Ｋ２は比例定数（ゲ
イン）である。また、１２，１３はモータの伝達関数
で、Ｋｔはトルク定数、Ｊはイナーシャであり、１４は
速度ｖを積分して位置θを算出する伝達関数である。ま
た、ＴＬは外乱トルクである。位置指令値θｒから現在
位置θのフィードバック値を減算し、その差の位置偏差
ε（＝θｒ−θ）に比例定数Ｋｐを乗じ、速度指令値を
求め、該速度指令値と実速度ｖとの差（速度偏差）によ
ってＰＩ制御を行ってトルク指令（電流指令）Ｉを求
め、該トルク指令Ｉに基づいてモータ電流を制御してモ
ータを駆動する。モータは速度ｖで回転し、この速度ｖ
を積分して位置θが求められる。
【０００９】一般に、制御対象において、入力ｕ、出力
ｙ、及び状態変数ｘとすると、 1ｘ＝Ａｘ＋Ｂｕ …（１） ｙ＝Ｃｘ …（２） で表されるモデル化を行うことができる。なお、 1ｘは
状態変数ｘの一次微分を表している。
ｙ、及び状態変数ｘとすると、 1ｘ＝Ａｘ＋Ｂｕ …（１） ｙ＝Ｃｘ …（２） で表されるモデル化を行うことができる。なお、 1ｘは
状態変数ｘの一次微分を表している。
【００１０】図４は、サーボモータにおける制御対象の
モデルのブロック図である。この図４において、１２は
図３に示すサーボモータのトルク定数Ｋｔの伝達関数、
１３ａ，１３ｂは図３における伝達関数１３を分割し、
イナーシャＪの伝達関数１３ａは積分項１３ｂに分けた
ものである。図４において、Ｉｄは入力としてのトルク
指令、ｖ，ＴＬは状態変数（ｘ1 、ｘ2 ）としての速
度、外乱トルクを意味している。この図４のモデルにお
いて、入力ｕを１次元の電流指令Ｉｄとし、出力ｙを１
次元のモータ速度（＝ｖ）とし、状態変数ｘ（ｘ1 、ｘ
2 ）を２次元とし、ｘ1をモータ速度、ｘ2 を外乱トル
クに対応させると、前記式（１），（２）の 1ｘ1 及び
ｙは以下の式（３），（４）によって表される。
モデルのブロック図である。この図４において、１２は
図３に示すサーボモータのトルク定数Ｋｔの伝達関数、
１３ａ，１３ｂは図３における伝達関数１３を分割し、
イナーシャＪの伝達関数１３ａは積分項１３ｂに分けた
ものである。図４において、Ｉｄは入力としてのトルク
指令、ｖ，ＴＬは状態変数（ｘ1 、ｘ2 ）としての速
度、外乱トルクを意味している。この図４のモデルにお
いて、入力ｕを１次元の電流指令Ｉｄとし、出力ｙを１
次元のモータ速度（＝ｖ）とし、状態変数ｘ（ｘ1 、ｘ
2 ）を２次元とし、ｘ1をモータ速度、ｘ2 を外乱トル
クに対応させると、前記式（１），（２）の 1ｘ1 及び
ｙは以下の式（３），（４）によって表される。
【００１１】 1ｘ1 ＝（Ｉｄ・Ｋｔ＋ｘ2 ）／Ｊｍ …（３） ｙ＝ｘ1 …（４） なお、Ｋｔはトルク定数であり、Ｊｍはロータイナーシ
ャであり、外乱トルクｘ2 は摩擦や重力のようにサンプ
ル時間内で変化しないものと仮定し、ｘ2 の一次微分で
ある 1ｘ2 は「０」であるとする。そして、上記式
（３），（４）を変形すると、以下の式（５）〜（１
２）によって表すことができる。
ャであり、外乱トルクｘ2 は摩擦や重力のようにサンプ
ル時間内で変化しないものと仮定し、ｘ2 の一次微分で
ある 1ｘ2 は「０」であるとする。そして、上記式
（３），（４）を変形すると、以下の式（５）〜（１
２）によって表すことができる。
【００１２】
【数１】 上記したモデル化において、オブザーバを組む一般的な
手法により速度ｖ，外乱トルクＴＬを推定する同一次元
オブザーバを組むと、図２中の符号２で示される破線で
囲まれるオブザーバとなる。なお、Ｋは、オブザーバの
系の極位置によって定まる式（１３）で示される値であ
る。
手法により速度ｖ，外乱トルクＴＬを推定する同一次元
オブザーバを組むと、図２中の符号２で示される破線で
囲まれるオブザーバとなる。なお、Ｋは、オブザーバの
系の極位置によって定まる式（１３）で示される値であ
る。
【００１３】
【数２】 このオブザーバでの推定出力をｙ＊、推定状態変数をｘ
＊で表すと、それぞれ以下に式（１４），（１５）によ
り表される。 1ｘ＊＝Ａ・ｘ＊＋Ｂ・ｕ＋Ｋ・（ｙ−ｙ＊） …（１４） ｙ＊＝Ｃ・ｘ＊ …（１５） ここで、状態変数の推定誤差をｅ＝ｘ＊−ｘとすると、
上記式から 1ｅ＝（Ａ−Ｋ・Ｃ）・ｅとなり、 ｅ＝ｘ＊−ｘ ＝ａ・ｅｘｐ（Ａ−Ｋ・Ｃ）ｔ …（１６） となる。なお、ａは定数である。従って、上記式（１
６）から、Ｋの値を選択することにより、推定状態変数
ｘ＊を状態変数ｘに追従することができ、オブザーバの
推定値により制御対象の状態変数を推定することができ
る。
＊で表すと、それぞれ以下に式（１４），（１５）によ
り表される。 1ｘ＊＝Ａ・ｘ＊＋Ｂ・ｕ＋Ｋ・（ｙ−ｙ＊） …（１４） ｙ＊＝Ｃ・ｘ＊ …（１５） ここで、状態変数の推定誤差をｅ＝ｘ＊−ｘとすると、
上記式から 1ｅ＝（Ａ−Ｋ・Ｃ）・ｅとなり、 ｅ＝ｘ＊−ｘ ＝ａ・ｅｘｐ（Ａ−Ｋ・Ｃ）ｔ …（１６） となる。なお、ａは定数である。従って、上記式（１
６）から、Ｋの値を選択することにより、推定状態変数
ｘ＊を状態変数ｘに追従することができ、オブザーバの
推定値により制御対象の状態変数を推定することができ
る。
【００１４】図２中のオブザーバ２において、項２１，
２２，２３のＡ，Ｂ，及びＣは、それぞれ式（９），
（１０），（１１）で示されるオブザーバのパラメータ
であり、項２４のＫは式（１３）で示されるオブザーバ
の系の極配置にとって決まるパラメータであり、項２５
は積分項である。また、図２中のｘ＊，ｖ＊の「＊」は
推定値を表している。推定外乱トルクＴＬ＊は、ｘ2 ＊
そのものであるため、ｘ＊・〔０，１〕の演算により得
ることができる。そして、この推定外乱トルクＴＬ＊と
衝突を検出するために設定された設定値を図示しない比
較器で比較し、推定外乱トルクＴＬ＊が大きければ、ア
ラーム等を出力し、さらに、速度ループの積分器の値を
「０」とするとともに以後の速度指令を「０」にしてモ
ータを停止させることもできる。ここで、ロボットアー
ムの振動系を図５に示すようなバネ−ダンパ系によって
モデル化する。図５において、モータ５はロータイナー
シャＪｍとモータ動摩擦係数Ａｍを持ち、そのモータ位
置はθｍで表されるものとする。また、ロボットアーム
６は負荷イナーシャＪｌを持ち、そのアーム位置はθｌ
で表されるものとする。モータとロボットアームとの間
は、振動系ばね定数Ｋと振動系粘性定数Ｄで表されるバ
ネ−ダンパ系により構成される。
２２，２３のＡ，Ｂ，及びＣは、それぞれ式（９），
（１０），（１１）で示されるオブザーバのパラメータ
であり、項２４のＫは式（１３）で示されるオブザーバ
の系の極配置にとって決まるパラメータであり、項２５
は積分項である。また、図２中のｘ＊，ｖ＊の「＊」は
推定値を表している。推定外乱トルクＴＬ＊は、ｘ2 ＊
そのものであるため、ｘ＊・〔０，１〕の演算により得
ることができる。そして、この推定外乱トルクＴＬ＊と
衝突を検出するために設定された設定値を図示しない比
較器で比較し、推定外乱トルクＴＬ＊が大きければ、ア
ラーム等を出力し、さらに、速度ループの積分器の値を
「０」とするとともに以後の速度指令を「０」にしてモ
ータを停止させることもできる。ここで、ロボットアー
ムの振動系を図５に示すようなバネ−ダンパ系によって
モデル化する。図５において、モータ５はロータイナー
シャＪｍとモータ動摩擦係数Ａｍを持ち、そのモータ位
置はθｍで表されるものとする。また、ロボットアーム
６は負荷イナーシャＪｌを持ち、そのアーム位置はθｌ
で表されるものとする。モータとロボットアームとの間
は、振動系ばね定数Ｋと振動系粘性定数Ｄで表されるバ
ネ−ダンパ系により構成される。
【００１５】上記モデルにおいて、モータ側の運動方程
式は式（１７）により表される。
式は式（１７）により表される。
【００１６】 τ＝Ｊｍ・ 2θｍ＋Ａｍ・ 1θｍ＋Ｄ・（ 1θｍ− 1θｌ） ＋Ｋ・（θｍ−θｌ） …（１７） なお、 2θｍはモータ位置θｍの２次微分を表し、 1θ
ｍはモータ位置θｍの１次微分を表し、 1θｌはアーム
位置θｌの１次微分を表している。一方、アーム側の運
動方程式は式（１８）により表される。 ０＝Ｊｌ・ 2θｌ＋Ｄ・（ 1θｌ− 1θｍ）＋Ｋ・（θｌ−θｍ）…（１８） 上記式（１７），（１８）からトルクτは式（１９）と
なる。 τ＝Ｊｍ・ 2θｍ＋Ａｍ・ 1θｍ＋Ｊｌ・ 2θｌ …（１９） ここで、移動指令値をθｒとし、振動制御によってアー
ム先端がこの移動指令値θｒに追従するとすると、トル
クτは式（２０）で表すことができる。 τ＝Ｊｍ・ 2θｍ＋Ａｍ・ 1θｍ＋Ｊｌ・ 2θｒ …（２０） 上記式（２０）において、第２項目の（Ａｍ・ 1θｍ）
は動摩擦トルクであり、第３項目の（Ｊｌ・ 2θｒ）は
アーム先端を動作させるためのトルクである。そこで、
式（１６）から上記第２，３項目を減じたトルクτ2 を
求めると、 τ2 ＝τ−（Ａｍ・ 1θｍ＋Ｊｌ・ 2θｒ） ＝τ−（動摩擦トルク＋アーム先端を動作させるトルク） ＝Ｊｍ・ 2θｍ …（２１） となる。上記動摩擦トルク及びアーム先端を動作させる
ためのトルクでは、その生成原因が既知の外乱トルク分
であり、あらかじめこの外乱トルク分を求めておき、移
動指令θｒによってモータに入力されるトルクτからこ
の外乱トルク分を減じてモータを制御するためだけのト
ルク指令（上記式（２１）のτ2 ）を算出し、このτ2
のモデルを用いて外乱を推定すると、より正確な外乱ト
ルクを推定することができる。
ｍはモータ位置θｍの１次微分を表し、 1θｌはアーム
位置θｌの１次微分を表している。一方、アーム側の運
動方程式は式（１８）により表される。 ０＝Ｊｌ・ 2θｌ＋Ｄ・（ 1θｌ− 1θｍ）＋Ｋ・（θｌ−θｍ）…（１８） 上記式（１７），（１８）からトルクτは式（１９）と
なる。 τ＝Ｊｍ・ 2θｍ＋Ａｍ・ 1θｍ＋Ｊｌ・ 2θｌ …（１９） ここで、移動指令値をθｒとし、振動制御によってアー
ム先端がこの移動指令値θｒに追従するとすると、トル
クτは式（２０）で表すことができる。 τ＝Ｊｍ・ 2θｍ＋Ａｍ・ 1θｍ＋Ｊｌ・ 2θｒ …（２０） 上記式（２０）において、第２項目の（Ａｍ・ 1θｍ）
は動摩擦トルクであり、第３項目の（Ｊｌ・ 2θｒ）は
アーム先端を動作させるためのトルクである。そこで、
式（１６）から上記第２，３項目を減じたトルクτ2 を
求めると、 τ2 ＝τ−（Ａｍ・ 1θｍ＋Ｊｌ・ 2θｒ） ＝τ−（動摩擦トルク＋アーム先端を動作させるトルク） ＝Ｊｍ・ 2θｍ …（２１） となる。上記動摩擦トルク及びアーム先端を動作させる
ためのトルクでは、その生成原因が既知の外乱トルク分
であり、あらかじめこの外乱トルク分を求めておき、移
動指令θｒによってモータに入力されるトルクτからこ
の外乱トルク分を減じてモータを制御するためだけのト
ルク指令（上記式（２１）のτ2 ）を算出し、このτ2
のモデルを用いて外乱を推定すると、より正確な外乱ト
ルクを推定することができる。
【００１７】図２に示すブロック図において、この入力
トルクτから動摩擦トルク及びアーム先端を動作させる
ためのトルクを減ずる構成は、動摩擦トルク及びアーム
先端を動作させるためのトルクをあらかじめ求めて補償
トルクＥとし、オブザーバ２の伝達関数Ｂに対してこの
補償トルクＥを減じて入力することにより行うことがで
きる。上記の説明においては、既知の外乱トルク分とし
て振動系により生じる外乱動摩擦トルク及びアーム先端
を動作させるためのトルクを用いているが、この振動系
により生じる外乱トルク分の他に非線形の外乱トルク分
を用いることができ、この非線形の外乱トルク分も同様
にして補償トルクＥとし、入力トルクτから減じると、
モータを制御するためだけのトルク指令τ2 は、 τ2 ＝τ−Ａｍ・ 1θｍ−Ｊｌ・ 2θｒ−Ｇｒａｖ−τｃｒｏｓｓ ＝τ−動摩擦トルク −アーム先端を動作させるトルク −重力外乱分 −干渉トルク分 …（２２） となり、このτ2 のモデルを用いて外乱を推定すると、
より正確な外乱トルクを推定することができる。
トルクτから動摩擦トルク及びアーム先端を動作させる
ためのトルクを減ずる構成は、動摩擦トルク及びアーム
先端を動作させるためのトルクをあらかじめ求めて補償
トルクＥとし、オブザーバ２の伝達関数Ｂに対してこの
補償トルクＥを減じて入力することにより行うことがで
きる。上記の説明においては、既知の外乱トルク分とし
て振動系により生じる外乱動摩擦トルク及びアーム先端
を動作させるためのトルクを用いているが、この振動系
により生じる外乱トルク分の他に非線形の外乱トルク分
を用いることができ、この非線形の外乱トルク分も同様
にして補償トルクＥとし、入力トルクτから減じると、
モータを制御するためだけのトルク指令τ2 は、 τ2 ＝τ−Ａｍ・ 1θｍ−Ｊｌ・ 2θｒ−Ｇｒａｖ−τｃｒｏｓｓ ＝τ−動摩擦トルク −アーム先端を動作させるトルク −重力外乱分 −干渉トルク分 …（２２） となり、このτ2 のモデルを用いて外乱を推定すると、
より正確な外乱トルクを推定することができる。
【００１８】図７は、本発明の方法を実施するサーボモ
ータ系の要部ブロック図である。図７において、５１は
工作機械やロボットを制御する制御装置で、該制御装置
から移動指令、各種制御信号が共有メモリ５２を介して
ディジタルサーボ回路５３に出力される。ディジタルサ
ーボ回路５３は、プロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成
され、位置、速度等のサーボ制御をディジタル的に制御
し、トランジスタインバータ等で構成されるサーボアン
プ５４に電流指令を出力し各軸のサーボモータ５５を制
御するものである。また、５６は位置，速度を検出する
位置速度検出器でサーボモータのモータ軸に取り付けら
れたパルスコーダ等で構成され、ディジタルサーボ回路
５３に位置、速度フィードバック信号を出力している。
なお、図７には１軸のサーボ系のみを記載しているが、
各軸毎に同様な構成を有しており、これらの構成は、従
来から公知のディジタルサーボ回路の構成と同一であ
る。
ータ系の要部ブロック図である。図７において、５１は
工作機械やロボットを制御する制御装置で、該制御装置
から移動指令、各種制御信号が共有メモリ５２を介して
ディジタルサーボ回路５３に出力される。ディジタルサ
ーボ回路５３は、プロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成
され、位置、速度等のサーボ制御をディジタル的に制御
し、トランジスタインバータ等で構成されるサーボアン
プ５４に電流指令を出力し各軸のサーボモータ５５を制
御するものである。また、５６は位置，速度を検出する
位置速度検出器でサーボモータのモータ軸に取り付けら
れたパルスコーダ等で構成され、ディジタルサーボ回路
５３に位置、速度フィードバック信号を出力している。
なお、図７には１軸のサーボ系のみを記載しているが、
各軸毎に同様な構成を有しており、これらの構成は、従
来から公知のディジタルサーボ回路の構成と同一であ
る。
【００１９】次に、本発明の方法における補償トルクＥ
の算出について、図６を用いて説明する。
の算出について、図６を用いて説明する。
【００２０】図６では、前記図５中の制御装置５１に対
応する制御部分をホスト側７により示し、ディジタルサ
ーボ回路５３に対応する部分をサーボ側８により示し、
また、補償トルクＥを算出する以外の構成については省
略している。図６において、ホスト側７は、パルスコー
ダから得られる位置，速度の信号に基づいて制御対象の
位置を求める位置算出部７１と、該位置算出部７１から
の制御対象の位置を入力してその位置に対応した重力外
乱分（Ｇｒａｖ）を算出する重力外乱分算出部７２と、
干渉トルク係数（ｋｃｒｏｓｓ）を記憶し、位置算出部
７１からの制御対象の位置に応じた干渉トルク係数を出
力する干渉トルク係数のメモリ部７３と、制御対象のモ
ータの動摩擦係数Ａｍを記憶し出力するモータ動摩擦係
数のメモリ部７４と、制御対象の負荷のイナーシャＪｌ
を記憶し出力する負荷イナーシャのメモリ部７５とを備
えている。
応する制御部分をホスト側７により示し、ディジタルサ
ーボ回路５３に対応する部分をサーボ側８により示し、
また、補償トルクＥを算出する以外の構成については省
略している。図６において、ホスト側７は、パルスコー
ダから得られる位置，速度の信号に基づいて制御対象の
位置を求める位置算出部７１と、該位置算出部７１から
の制御対象の位置を入力してその位置に対応した重力外
乱分（Ｇｒａｖ）を算出する重力外乱分算出部７２と、
干渉トルク係数（ｋｃｒｏｓｓ）を記憶し、位置算出部
７１からの制御対象の位置に応じた干渉トルク係数を出
力する干渉トルク係数のメモリ部７３と、制御対象のモ
ータの動摩擦係数Ａｍを記憶し出力するモータ動摩擦係
数のメモリ部７４と、制御対象の負荷のイナーシャＪｌ
を記憶し出力する負荷イナーシャのメモリ部７５とを備
えている。
【００２１】また、サーボ側８は、位置速度検出器を構
成するパルスコーダ８１と、該パルスコーダ８１からの
速度，加速度と前記メモリ部７３からの干渉トルク係数
ｋｃｒｏｓｓとを入力して干渉トルクτｃｒｏｓｓを算
出する演算を行う干渉トルク演算部８３と、パルスコー
ダ８１からのモータ位置の一次微分である 1θｍと前記
メモリ部７４からの動摩擦係数Ａｍとを入力して動摩擦
トルクＡｍ・ 1θｍを算出する演算を行う動摩擦トルク
演算部８４と、前記メモリ部７５からの負荷イナーシャ
Ｊｌとホスト側から得られる移動指令θｒの２次微分で
ある 2θｒとを入力して、アーム先端を動作させるため
のトルクＪｌ・ 2θｒを算出する演算を行うアーム先端
動作のためのトルク演算部８５とを備えている。そし
て、補償トルク部８２、重力外乱分算出部７２から得ら
れる重力外乱分Ｇｒａｖと、干渉トルク演算部８３から
得られる干渉トルクτｃｒｏｓｓと、動摩擦トルク演算
部８４から得られる動摩擦トルクＡｍ・ 1θｍと、アー
ム先端動作のためのトルク演算部８５から得られるアー
ム先端を動作させるためのトルクＪｌ・ 2θｒとを入力
し、オブザーバへの補償トルクＥを出力する。
成するパルスコーダ８１と、該パルスコーダ８１からの
速度，加速度と前記メモリ部７３からの干渉トルク係数
ｋｃｒｏｓｓとを入力して干渉トルクτｃｒｏｓｓを算
出する演算を行う干渉トルク演算部８３と、パルスコー
ダ８１からのモータ位置の一次微分である 1θｍと前記
メモリ部７４からの動摩擦係数Ａｍとを入力して動摩擦
トルクＡｍ・ 1θｍを算出する演算を行う動摩擦トルク
演算部８４と、前記メモリ部７５からの負荷イナーシャ
Ｊｌとホスト側から得られる移動指令θｒの２次微分で
ある 2θｒとを入力して、アーム先端を動作させるため
のトルクＪｌ・ 2θｒを算出する演算を行うアーム先端
動作のためのトルク演算部８５とを備えている。そし
て、補償トルク部８２、重力外乱分算出部７２から得ら
れる重力外乱分Ｇｒａｖと、干渉トルク演算部８３から
得られる干渉トルクτｃｒｏｓｓと、動摩擦トルク演算
部８４から得られる動摩擦トルクＡｍ・ 1θｍと、アー
ム先端動作のためのトルク演算部８５から得られるアー
ム先端を動作させるためのトルクＪｌ・ 2θｒとを入力
し、オブザーバへの補償トルクＥを出力する。
【００２２】これにより、ホスト側７及びサーボ側８
は、本発明の方法において、あらかじめ知ることができ
る外乱分を補償トルクＥとして求め、この外乱分を減じ
た入力を外乱推定オブザーバに対して入力し、衝突検出
にかかわる真の不定外乱のみを推定することができる。
は、本発明の方法において、あらかじめ知ることができ
る外乱分を補償トルクＥとして求め、この外乱分を減じ
た入力を外乱推定オブザーバに対して入力し、衝突検出
にかかわる真の不定外乱のみを推定することができる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
真の不定外乱のみを推定して精度及び検出感度の高い衝
突検出を行うことができる外乱推定オブザーバによる衝
突検出方法を提供することができる。
真の不定外乱のみを推定して精度及び検出感度の高い衝
突検出を行うことができる外乱推定オブザーバによる衝
突検出方法を提供することができる。
【図１】本発明の衝突検出方法を説明する概略図であ
る。
る。
【図２】本発明の外乱推定オブザーバを説明するブロッ
ク図である。
ク図である。
【図３】サーボモータ制御系のブロック線図である。
【図４】サーボモータにおける制御対象のモデルのブロ
ック図である。
ック図である。
【図５】振動系の制御対象を説明する図である。
【図６】本発明の方法における補償トルクＥの算出を説
明する図である。
明する図である。
【図７】本発明の方法を実施するサーボモータ系の要部
ブロック図である。
ブロック図である。
１ 制御対象 ２ オブザーバ ３ 補償トルク ５ モータ ６ 可動部 ７ ホスト側 ８ サーボ側
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｐ 7/00 Ｐ
Claims (6)
- 【請求項１】 サーボモータで駆動される被駆動体の衝
突を外乱推定オブザーバによって検出する衝突検出方法
において、あらかじめ知ることができる外乱分を求め、
該外乱分を減じた入力を外乱推定オブザーバに対して入
力することを特徴とする衝突検出方法。 - 【請求項２】 あらかじめ知ることができる外乱分は、
制御対象中の非線形外乱である請求項１記載の衝突検出
方法。 - 【請求項３】 非線形外乱は重力トルク、干渉トルク、
及び動摩擦トルクを含む外乱分である請求項２記載の衝
突検出方法。 - 【請求項４】 あらかじめ知ることができる外乱分は、
制御対象中の振動系により生じる外乱である請求項１記
載の衝突検出方法。 - 【請求項５】 振動系外乱はアーム先端を動作させるた
めのトルクである請求項４記載の衝突検出方法。 - 【請求項６】 あらかじめ知ることができる外乱分は、
制御対象中の非線形外乱及び振動系により生じる外乱で
ある請求項１記載の衝突検出方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6220878A JPH0866893A (ja) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | 衝突検出方法 |
| US08/518,689 US5719479A (en) | 1994-08-24 | 1995-08-24 | Collision detecting method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6220878A JPH0866893A (ja) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | 衝突検出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0866893A true JPH0866893A (ja) | 1996-03-12 |
Family
ID=16757958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6220878A Pending JPH0866893A (ja) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | 衝突検出方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5719479A (ja) |
| JP (1) | JPH0866893A (ja) |
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| JP2020521645A (ja) * | 2017-05-29 | 2020-07-27 | フランカ エミカ ゲーエムベーハーＦＲＡＮＫＡ ＥＭＩＫＡ ＧｍｂＨ | ロボットによる衝突処理 |
| CN112486219A (zh) * | 2019-09-11 | 2021-03-12 | 富士电机株式会社 | 伺服放大器和伺服系统 |
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