JPH09244725A - 軌道補間装置及びその方法並びに制御装置 - Google Patents

軌道補間装置及びその方法並びに制御装置

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JPH09244725A
JPH09244725A JP7526796A JP7526796A JPH09244725A JP H09244725 A JPH09244725 A JP H09244725A JP 7526796 A JP7526796 A JP 7526796A JP 7526796 A JP7526796 A JP 7526796A JP H09244725 A JPH09244725 A JP H09244725A
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JP
Japan
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target
trajectory
cycle
moving object
target trajectory
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JP7526796A
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English (en)
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Nobuhiko Mukai
暢彦 向井
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、軌道補間装置及びその方法並びに制
御装置に関し、移動対象の目標軌道を滑らかに精度良く
再現して、この目標軌道に基づいて移動対象を位置制御
する。 【解決手段】移動対象(7)の一周期(T)後の位置
(x1 )及び速度(v1 )に関する目標値を位置
(x0 )及び速度(v0 )の初期情報に基づいて算出す
る目標軌道発生手段(3)と、一周期(T)内における
移動対象(7)の目標軌道を初期情報及び目標値に基づ
いて、少なくとも3次以上の多項式によつて近似して補
間する目標軌道補間手段(5)とを備えたことにより、
移動対象(7)の目標軌道を滑らかに精度良く再現し得
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は軌道補間装置及びそ
の方法並びに制御装置に関し、例えば産業用ロボツトア
ームの位置制御に用いて好適なものである。
【0002】
【従来の技術】従来、産業用ロボツトアーム(以下マニ
ピユレータという)のサーボ制御機器では制御CPU(C
entral Processing Unit) の演算能力が足りない等の理
由から、マニピユレータの動く目標軌道を制御サンプリ
ング周波数の数倍の周期で発生させ、それをサンプリン
グ毎に補間することが行われている。また最近ではマニ
ピユレータの位置決め短縮のために、速度や加速度のフ
イードフオーワード制御を導入するのが一般的になりつ
つある。この場合、速度及び加速度が滑らかになるよう
な目標軌道を発生させる必要がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで図3に示すよ
うに、関数発生器による目標軌道を発生する周期Tが位
置制御器による位置制御の周期ΔTよりも長い場合、一
般には図4に示すように、関数発生器によつて位置の目
標値のみを発生し、位置制御器の直前に備えられた関数
補間器によつて位置の目標値を1次関数、すなわち直線
で補間する。ところが実際に、この方法で位置制御を行
うとマニピユレータは、周期T毎の折れ線上の軌道によ
つて位置制御されるので動きが滑らかではなくなる。こ
のため最初に意図した本来の目標軌道からのずれも大き
くなつて制御精度が低下するという問題がある。
【0004】また例えば、特公平6-95294 号に開示され
たものは、現在の目標位置に加えて、位置制御器の過去
2回までの補間された目標位置を用いて補間を行つてい
る。しかしこの方法では軌道処理部は目標位置のみしか
生成しないため、補間した軌道は滑らかであつても関数
発生器の周期Tからはずれた時刻では本来の目標軌道か
らのずれが発生し易くなるという問題がある。
【0005】また例えば、特公平2-202607号に開示され
たものでは、関数発生器の1回の周期で位置制御の周期
の回数全ての目標値を計算させて一度に位置制御器へ転
送し、バツフアに蓄えておく方法が提案されている。し
かし、この方法では関数発生器の演算量が従来の数倍も
必要となり、データの転送量も多くなるという問題があ
る。
【0006】また例えば、特開平5-53623 号に開示され
たものでは、マニピユレータを制御する際、周期T1 で
軌道処理部によつて目標角度のみを発生し、周期T1 よ
り短い周期T2 で軌道補間部より目標角度、目標角速
度、目標角加速度を補間して発生する。さらに周期T2
より短い周期T3 の周期でサーボ処理部において目標角
度、目標角速度、目標角加速度を別個に1次関数で補間
している。しかし、この方法では軌道処理部において目
標角度のみしか生成しないため、軌道補間部で補間した
軌道が滑らかな軌道であつても本来の目標軌道からのず
れが発生しやすくなるという問題がある。またサーボ処
理部で目標角度、目標角速度、目標角加速度を別個に直
線で補間しているため、角度、角速度、角加速度(位
置、速度、加速度に相当する)の関係が正確でなくな
り、フイードフオワード制御等を行つた場合はサーボ制
御の精度が落ちるという問題がある。
【0007】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、目標軌道を精度良く再現して、滑らかな位置制御を
高速になし得る軌道補間装置及びその方法並びに制御装
置を提案しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、移動対象の一周期後の位置及び速
度に関する目標値を位置及び速度の初期情報に基づいて
算出する目標軌道発生手段と、一周期内における移動対
象の目標軌道を初期情報及び目標値に基づいて、少なく
とも3次以上の多項式によつて近似して補間する目標軌
道補間手段とを備えたことにより、移動対象の目標軌道
を滑らかに精度良く再現し得る。
【0009】さらに上述の実施例においては、移動対象
の一周期後の位置及び速度に関する第1の目標値を位置
及び速度の初期情報に基づいて算出する目標軌道発生手
段と、一周期内における移動対象の目標軌道を初期情報
及び第1の目標値に基づいて、少なくとも3次以上の多
項式によつて近似して補間し、多項式に基づいた位置及
び速度に関する第2の目標値を上述した周期に比して短
く分割された周期で発生する目標軌道補間手段と、第2
の目標値に基づいて移動対象の移動を制御する位置制御
手段とを備えたことにより、移動対象を滑らかな目標軌
道に沿つて精度良く、高速に制御し得る。
【0010】
【発明の実施の形態】以下図面について、本発明の一実
施例を詳述する。
【0011】(1)第1の実施例 図1において、1は全体として本発明の第1の実施例に
よる制御装置を示し、関数発生器2内の目標軌道発生部
3で計算ソフトウエアによつて周期T毎に時間T後の時
刻におけるマニピユレータ7の目標位置及び目標速度を
計算し、この計算結果を周期Tで位置制御器4に送出す
る。一方、位置制御器4では関数補間器5において目標
位置及び目標速度の計算結果をもとに周期Tより短い周
期ΔTで補間位置、補間速度及び補間加速度を再計算す
る。サーボ処理部6は、この計算結果より、得られる補
間目標軌道に基づいてマニピユレータ7をサーボ制御す
る。
【0012】実際の目標軌道の補間は、先ず時刻t0 に
おいて関数補間器2が、サーボ処理部6から時刻t0 に
おけるマニピユレータ7の位置x0 、速度v0 を得る
と、目標軌道発生部3は計算ソフトウエアによつて時間
T後の時刻t1 におけるマニピユレータ7の目標位置x
1 及び目標速度v1 を発生して関数補間器5に送出す
る。このとき時刻t0 から時刻t1 内の時刻tにおける
目標位置x(t)、目標速度v(t)及び目標加速度a
(t)はそれぞれ以下の多項式
【数1】
【数2】
【数3】 によつて補間することができる。
【0013】図2に目標軌道の生成が10〔msec〕おきに
S字形加減速で行われたときに、上述した方法によつて
0.5 〔msec〕間隔に20個に分割して補間した例を示す。
この図からこの補間方法によれば、関数発生器2におい
て周期T毎に目標位置x1 及び目標速度v1 を演算する
ことにより、位置と速度について目標軌道発生部3にお
いて意図された目標軌道を忠実に再現することができ
る。
【0014】以上の構成によれば、関数発生器2におい
て時刻t0 におけるマニピユレータ7の位置x0 、速度
v0 に基づいて、周期T毎に目標位置x1 及び目標速度
v1を発生するだけの僅かな演算量で、位置と速度につ
いて目標軌道発生部3において意図された目標軌道を忠
実に再現し得る。さらに関数補間器5において3次関数
(式1)に基づいて滑らかな目標軌道を容易に補間し
得、これによりマニピユレータ7制御時の振動の発生を
抑えることができる。かくしてサーボ処理部6は、滑ら
かな3次関数に基づいた目標軌道によつて精度良く、か
つ高速にマニピユレータ7を制御し得る。
【0015】(2)第2の実施例 第2の実施例として、制御装置1において関数補間器2
が、サーボ処理部6から時刻t0 におけるマニピユレー
タ7の位置x0 、速度v0 及び加速度a0 を得た場合に
ついて説明する。この場合目標軌道発生部3は、計算ソ
フトウエアによつて時刻t0 から時間T後の時刻t1 で
の目標位置x1 及び目標速度v1 を位置x0 、速度v0
及び加速度a0 に基づいて算出して関数補間器5に送出
する。このとき時刻t0 から時刻t1 内の時刻tでの目
標位置x(t)、目標速度v(t)及び目標加速度a
(t)はそれぞれ以下の多項式
【数4】
【数5】
【数6】 によつて補間することができる。
【0016】この場合、マニピユレータ7の位置と速度
については第1の実施例と同様に、目標軌道発生部3に
おいて意図された目標軌道が位置及び速度について忠実
に再現できる。さらにこの場合、位置x0 及び速度v0
に加えて加速度a0 のデータを用いて関数発生器2にお
いて目標軌道を計算したことにより、補間後の加速度に
ついても連続性を保つことができる。さらに関数補間器
5において5次関数に基づいて補間することにより目標
軌道を滑らかに再現して、マニピユレータ7の制御時の
振動発生を抑えることができる。かくしてサーボ処理部
6は、5次関数(式4)に基づいて滑らかに再現された
目標軌道によつてマニピユレータ7を精度良く、かつ高
速に制御することができる。
【0017】(3)他の実施例 なお上述の実施例においては、マニピユレータ7の目標
軌道を補間する場合について述べたが、本発明はこれに
限らず、例えば飛行物体の移動等、広く一般に、軌道を
描いて動くものについて目標軌道を予測する際に適用し
得る。
【0018】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、移動対象
の一周期後の位置及び速度に関する目標値を位置及び速
度の初期情報に基づいて算出する目標軌道発生手段と、
一周期内における移動対象の目標軌道を初期情報及び目
標値に基づいて、少なくとも3次以上の多項式によつて
近似して補間する目標軌道補間手段とを備えたことによ
り、移動対象の目標軌道を滑らかに精度良く再現し得る
軌道補間装置及びその方法を実現し得る。
【0019】さらに上述の実施例においては、移動対象
の一周期後の位置及び速度に関する第1の目標値を位置
及び速度の初期情報に基づいて算出する目標軌道発生手
段と、一周期内における移動対象の目標軌道を初期情報
及び第1の目標値に基づいて、少なくとも3次以上の多
項式によつて近似して補間し、多項式に基づいた位置及
び速度に関する第2の目標値を上述した周期に比して短
く分割された周期で発生する目標軌道補間手段と、第2
の目標値に基づいて移動対象の移動を制御する位置制御
手段とを備えたことにより、移動対象を滑らかな目標軌
道に沿つて精度良く、高速に制御し得る制御装置を実現
し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による制御装置の全体構成を示すブロツ
ク図である。
【図2】本発明による目標軌道の補間の説明に供する図
表である。
【図3】関数発生と位置制御の説明に供する図表であ
る。
【図4】従来の目標軌道の補間の説明に供する図表であ
る。
【符号の説明】
1……制御装置、2……関数発生器、3……目標軌道発
生部、4……位置制御器、5……関数補間器、6……サ
ーボ処理部、7……マニピユレータ。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】移動対象の一周期後の位置及び速度に関す
    る目標値を上記位置及び速度の初期情報に基づいて算出
    する目標軌道発生手段と、 上記一周期内における上記移動対象の目標軌道を上記初
    期情報及び上記目標値に基づいて、少なくとも3次以上
    の多項式によつて近似して補間する目標軌道補間手段と
    を具えることを特徴とする軌道補間装置。
  2. 【請求項2】移動対象の一周期後の位置、速度及び加速
    度に関する目標値を上記位置、速度及び加速度の初期情
    報に基づいて算出する目標軌道発生手段と、 上記一周期内における上記移動対象の目標軌道を上記初
    期情報及び上記目標値に基づいて、少なくとも3次以上
    の多項式によつて近似して補間する目標軌道補間手段と
    を具えることを特徴とする軌道補間装置。
  3. 【請求項3】移動対象の一周期後の位置及び速度に関す
    る目標値を上記位置及び速度の初期情報に基づいて算出
    し、 上記一周期内における上記移動対象の目標軌道を上記初
    期情報及び上記目標値に基づいて、少なくとも3次以上
    の多項式によつて近似して補間することを特徴とする軌
    道補間方法。
  4. 【請求項4】移動対象の一周期後の位置及び速度に関す
    る第1の目標値を上記位置及び速度の初期情報に基づい
    て算出する目標軌道発生手段と、 上記一周期内における上記移動対象の目標軌道を上記初
    期情報及び上記第1の目標値に基づいて、少なくとも3
    次以上の多項式によつて近似して補間し、上記周期に比
    して短い間隔の周期毎に、上記多項式に基づいた位置及
    び速度に関する第2の目標値を発生する目標軌道補間手
    段と、 上記第2の目標値に基づいて上記移動対象を位置制御す
    る位置制御手段とを具えることを特徴とする制御装置。
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