JPS581208A - 軌道制御方式 - Google Patents
軌道制御方式Info
- Publication number
- JPS581208A JPS581208A JP9942681A JP9942681A JPS581208A JP S581208 A JPS581208 A JP S581208A JP 9942681 A JP9942681 A JP 9942681A JP 9942681 A JP9942681 A JP 9942681A JP S581208 A JPS581208 A JP S581208A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- orbit
- trajectory
- speed
- curve
- expressed
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Program-control systems
- G05B19/02—Program-control systems electric
- 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
- G05B19/41—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 characterised by interpolation, e.g. the computation of intermediate points between programmed end points to define the path to be followed and the rate of travel along that path
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Numerical Control (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
この発明は、ソフトウェアサーボによる軌道制御方式に
関する。 近都、産業界においてはロボットやNC(数値制御)機
械の導入が進み、工場の省力化や労働福祉の達成に大き
く寄与するようになって来たが、そこで使用されるNC
制御技術の応用分野も広がり、それに伴って作業内容の
複維化、高度化及び作業速度の高速化か進行しつつある
。しかして、NC制御技術で実現される軌道制御では、
目標位置へ予定された軌道上を通って到達させることが
目的であるが、従来の駆動制御方式では第1図に示すよ
5に1予め目標とする軌道に関する数値データ、速度、
内挿曲線の種頽勢のデータ類りを軌道発生装置1に記憶
させておき、これにより各時点毎の目標値信号又はこれ
に相当する信号Sを発生させ、この信号8により制御対
象2の各軸サーボ機構を動作させ(PO出力)、所定の
1道を進行するようkしている。したがって、かかる軌
道制御では、各軸サーボ機構の特性変動や外乱等Nによ
り所定の軌道からずれを生じる問題があり、各軸サーボ
機構の設計には細心の注意が必要であった。このことか
ら、ロボット等のマニピュレータにおいては荷lの変化
によるへ性変動、外乱叫を受は易く、また、より高速で
稼動する際には各軸の速度飽和を生じることは避けられ
ない。このため、前述した従来の軌道制御方式では十分
に安定した精度の高い軌道を得ることは非常に困難とな
り、よって過度に余裕をもたして機構及び制御装置の設
計を行なう必要があった。 よって、この発明の目的は上述の如き欠点のない軌道修
正方式を提供することにある。 以下にこの発明を説明する。 最初に、第2図に示すように基準とする3次元空間I8
1を考え、その直交する3軸をx” 、 ys 。 zl とする。ここkおいて、軌道を表わす曲!IC
はXI −Yl平面に画かれたもので、f (X” 、
Y’ ) = 0 −曲−(1)zs、o
・四囲(2)とする。また ’jp(m
−y@平面上において、上記(1)式で表わされる曲
線上の法線ベクトルnはとなる。ただし、Tは1雪を表
わし、はグラジェントを表わしている。また、fはf(
X’、YS)を意味している。 さらに、この法線ベクトルマの立つ点Pで zli〉O
から見て右方向の接線ベクトルを図示のように1とする
と。 で表わされる。そして、この方向に軌道を進めるとし
関する。 近都、産業界においてはロボットやNC(数値制御)機
械の導入が進み、工場の省力化や労働福祉の達成に大き
く寄与するようになって来たが、そこで使用されるNC
制御技術の応用分野も広がり、それに伴って作業内容の
複維化、高度化及び作業速度の高速化か進行しつつある
。しかして、NC制御技術で実現される軌道制御では、
目標位置へ予定された軌道上を通って到達させることが
目的であるが、従来の駆動制御方式では第1図に示すよ
5に1予め目標とする軌道に関する数値データ、速度、
内挿曲線の種頽勢のデータ類りを軌道発生装置1に記憶
させておき、これにより各時点毎の目標値信号又はこれ
に相当する信号Sを発生させ、この信号8により制御対
象2の各軸サーボ機構を動作させ(PO出力)、所定の
1道を進行するようkしている。したがって、かかる軌
道制御では、各軸サーボ機構の特性変動や外乱等Nによ
り所定の軌道からずれを生じる問題があり、各軸サーボ
機構の設計には細心の注意が必要であった。このことか
ら、ロボット等のマニピュレータにおいては荷lの変化
によるへ性変動、外乱叫を受は易く、また、より高速で
稼動する際には各軸の速度飽和を生じることは避けられ
ない。このため、前述した従来の軌道制御方式では十分
に安定した精度の高い軌道を得ることは非常に困難とな
り、よって過度に余裕をもたして機構及び制御装置の設
計を行なう必要があった。 よって、この発明の目的は上述の如き欠点のない軌道修
正方式を提供することにある。 以下にこの発明を説明する。 最初に、第2図に示すように基準とする3次元空間I8
1を考え、その直交する3軸をx” 、 ys 。 zl とする。ここkおいて、軌道を表わす曲!IC
はXI −Yl平面に画かれたもので、f (X” 、
Y’ ) = 0 −曲−(1)zs、o
・四囲(2)とする。また ’jp(m
−y@平面上において、上記(1)式で表わされる曲
線上の法線ベクトルnはとなる。ただし、Tは1雪を表
わし、はグラジェントを表わしている。また、fはf(
X’、YS)を意味している。 さらに、この法線ベクトルマの立つ点Pで zli〉O
から見て右方向の接線ベクトルを図示のように1とする
と。 で表わされる。そして、この方向に軌道を進めるとし
【
、′千ヤ速度なVとすると によって軌道を表わすことかで會るーただし、初期位t
x’ 、 Y” 、 Z’ GtソtLツレ上記(1)
及ヒ(2)式を満足するものとし、数学的には(5)式
及び初期条件を用いて解けば軌道が時間関数として得ら
れることKなる。したがって、これを実際に軌道制御に
用いる場合、第3図に示すよ5に系の。2つの積分の部
分をそれぞれ速度サーボ系11及び丘に置き換え、軸X
I 、 ylにの位置を得れば求める軌道となる。しか
しながら、この装置では外乱、パラメータ変動、伝達特
性の変動などによって軌道に大きな誤差を生ずる可能性
がある。すなわち、(5)式による軌道制御では不充分
であり、更に軌道からのずれを修正する項を付加する必
要がある。 そこで、軌道からのずれを嵌わすペナルティ関数として
前記(1)及び(2)式より、λ1及びλ2を定数とし
て を用い、JIlll:0となるように軌道を進行させる
ことを考える。このため、最急勾配の考え方を導入する
。すなわち、 −(aJ/aX”、3J/aY島、9J/−?Z”)=
−(f−fX’、f、fYl、Z”) ・−・−−−
−−(7)は基本Wks )cl −yl中の一点にお
けるペナルティ関数Jの減少に関する最急勾配であるの
で、これに比例する値を各座標の速度成分の補正として
与えるならば、すなわち ZSニーλ2・z3 ・・・・・・・
・・(9)で軌道制御するならば、必らず軌道上に引き
戻されることになる。ここで、かかる制御系をブロック
図で示すと第4図のようになる。すなわち、演算装置1
0A及びIOBは に対して前記(8)式及び(9)式を演算し、求められ
たサーボ系11 、 Y”軸速度サーボ系12及びzl
l軸速度サーボ系13にそれぞれ目標値として入力し、
位置Xll 、 Y8及びzlを得るようにしている。 ところで、位置偏差に対する復元速度をzS軸方向とX
I −yl平面とで同率にするためには、kを修正ゲイ
ンとして交3成分に−に−f−fX”717月2−kZ
”を前記(5)式にそれぞれ付加すれば良く、結局この
時の演算式は次のようになる1、Z’=−に−ZS−・
・・曲曲(12)かくして、軌道制御はこれら制御則に
従って行なえば良(、その制御システムは第5因に示す
如く、(11)式及び(ロ)式を演算する演算1iit
oc及び10Dと、各軸速度成分をそれぞれ位置に変換
する速度サーボ系11〜13とで構成され得る。なお、
速度サーボ系は嬉6図(5)又は但)のように構成する
ことかできる。また、具体例として直線2円及び放物線
の軌道に関する(11)式及び(12)式を表で示すと
次頁の表1のようになる。 なお、表1においてf8:=θ′のもとに1fl中rで
ある。ここにおいて、速[vを一定値v0 とすれば、
一定速度で軌道を進み、符号を変えれば逆方向に過むこ
とになる。また、軌道上の1点< xl y8 o
>で停止させる場合には、停止点近fゝ f′ 傍の(X: l Y: I O)ヲ検出シ、前記(11
)式ノ右辺tソレソh J (x; −X”)、 λ(
Y’、 −Y” ) テt#換えれば良い。なお、λは
定数である。 以上述べたように、この発明の軌道制御方式によれば軌
道が自律的に得られると共に、軌道上の速度を自由に設
定できるといった利点を有し、特に軌道の安定性につい
て頑健である。たとえばシステムの実際の構成上、各速
度サーボ系の特性に差があるため、前記(11)式の右
辺第1項の速度Vはみかけ止具なることになる。しかし
ながら、軌道から外れようとする場合には、(11)式
はもともと軌道安定となるようVc交S、 ts 、
かノ4.成分に復元速度成分を付加したものであるので
、軌道誤差を補うようにこの系が動作し、大幅な偏差か
現われることはない。これは外乱に対しても同様である
。 第7図は上述したこの発明の軌道方式を第1図に対応さ
せて示すものであるが、軌道制御装置ii加及び制御対
象2】のフィードバック径路で自律機能を持った軌道信
号が発生されるようになっており、これが従来方式と根
本的に相違する点である。 次に、この発明の有効性を確かめるためのコンピュータ
によるシミュレーション結果を示スか、このシばニレ−
ジョンにおいてはx、y、zの各軸には第8図に示す特
性を持った速度サーボ系を使用した。また、実際にはコ
ンピュータによって離散値系としての制御が行なわれる
のマr、安定性に対してそのサンプリングタイムT3が
1醤を与えると同時に、軌道修正ゲインにも考鳳する必
蚤がある。シミュレーションではこれらの値に汀目して
直線及び円弧動作を行なった。縞9図(5)は[−0,
2、−0,4、0,4]T→[0,1、−0,2、0,
2]”’→[0,3、−0,3、0,3]Tという折線
の直重動作を示し、同Eの)は始点[0、0,3、−0
,3コ1゛、中心点[0、0,5、−0,4]T の
円弧動作を示す。この場合、運動速度Vは共にo、sm
/秒であり、軌道修正ゲインにも共に51/秒であり、
サンプリンタイムT、は直線が20ミlJ秒2円孤が(
資)ミリ秒である。
、′千ヤ速度なVとすると によって軌道を表わすことかで會るーただし、初期位t
x’ 、 Y” 、 Z’ GtソtLツレ上記(1)
及ヒ(2)式を満足するものとし、数学的には(5)式
及び初期条件を用いて解けば軌道が時間関数として得ら
れることKなる。したがって、これを実際に軌道制御に
用いる場合、第3図に示すよ5に系の。2つの積分の部
分をそれぞれ速度サーボ系11及び丘に置き換え、軸X
I 、 ylにの位置を得れば求める軌道となる。しか
しながら、この装置では外乱、パラメータ変動、伝達特
性の変動などによって軌道に大きな誤差を生ずる可能性
がある。すなわち、(5)式による軌道制御では不充分
であり、更に軌道からのずれを修正する項を付加する必
要がある。 そこで、軌道からのずれを嵌わすペナルティ関数として
前記(1)及び(2)式より、λ1及びλ2を定数とし
て を用い、JIlll:0となるように軌道を進行させる
ことを考える。このため、最急勾配の考え方を導入する
。すなわち、 −(aJ/aX”、3J/aY島、9J/−?Z”)=
−(f−fX’、f、fYl、Z”) ・−・−−−
−−(7)は基本Wks )cl −yl中の一点にお
けるペナルティ関数Jの減少に関する最急勾配であるの
で、これに比例する値を各座標の速度成分の補正として
与えるならば、すなわち ZSニーλ2・z3 ・・・・・・・
・・(9)で軌道制御するならば、必らず軌道上に引き
戻されることになる。ここで、かかる制御系をブロック
図で示すと第4図のようになる。すなわち、演算装置1
0A及びIOBは に対して前記(8)式及び(9)式を演算し、求められ
たサーボ系11 、 Y”軸速度サーボ系12及びzl
l軸速度サーボ系13にそれぞれ目標値として入力し、
位置Xll 、 Y8及びzlを得るようにしている。 ところで、位置偏差に対する復元速度をzS軸方向とX
I −yl平面とで同率にするためには、kを修正ゲイ
ンとして交3成分に−に−f−fX”717月2−kZ
”を前記(5)式にそれぞれ付加すれば良く、結局この
時の演算式は次のようになる1、Z’=−に−ZS−・
・・曲曲(12)かくして、軌道制御はこれら制御則に
従って行なえば良(、その制御システムは第5因に示す
如く、(11)式及び(ロ)式を演算する演算1iit
oc及び10Dと、各軸速度成分をそれぞれ位置に変換
する速度サーボ系11〜13とで構成され得る。なお、
速度サーボ系は嬉6図(5)又は但)のように構成する
ことかできる。また、具体例として直線2円及び放物線
の軌道に関する(11)式及び(12)式を表で示すと
次頁の表1のようになる。 なお、表1においてf8:=θ′のもとに1fl中rで
ある。ここにおいて、速[vを一定値v0 とすれば、
一定速度で軌道を進み、符号を変えれば逆方向に過むこ
とになる。また、軌道上の1点< xl y8 o
>で停止させる場合には、停止点近fゝ f′ 傍の(X: l Y: I O)ヲ検出シ、前記(11
)式ノ右辺tソレソh J (x; −X”)、 λ(
Y’、 −Y” ) テt#換えれば良い。なお、λは
定数である。 以上述べたように、この発明の軌道制御方式によれば軌
道が自律的に得られると共に、軌道上の速度を自由に設
定できるといった利点を有し、特に軌道の安定性につい
て頑健である。たとえばシステムの実際の構成上、各速
度サーボ系の特性に差があるため、前記(11)式の右
辺第1項の速度Vはみかけ止具なることになる。しかし
ながら、軌道から外れようとする場合には、(11)式
はもともと軌道安定となるようVc交S、 ts 、
かノ4.成分に復元速度成分を付加したものであるので
、軌道誤差を補うようにこの系が動作し、大幅な偏差か
現われることはない。これは外乱に対しても同様である
。 第7図は上述したこの発明の軌道方式を第1図に対応さ
せて示すものであるが、軌道制御装置ii加及び制御対
象2】のフィードバック径路で自律機能を持った軌道信
号が発生されるようになっており、これが従来方式と根
本的に相違する点である。 次に、この発明の有効性を確かめるためのコンピュータ
によるシミュレーション結果を示スか、このシばニレ−
ジョンにおいてはx、y、zの各軸には第8図に示す特
性を持った速度サーボ系を使用した。また、実際にはコ
ンピュータによって離散値系としての制御が行なわれる
のマr、安定性に対してそのサンプリングタイムT3が
1醤を与えると同時に、軌道修正ゲインにも考鳳する必
蚤がある。シミュレーションではこれらの値に汀目して
直線及び円弧動作を行なった。縞9図(5)は[−0,
2、−0,4、0,4]T→[0,1、−0,2、0,
2]”’→[0,3、−0,3、0,3]Tという折線
の直重動作を示し、同Eの)は始点[0、0,3、−0
,3コ1゛、中心点[0、0,5、−0,4]T の
円弧動作を示す。この場合、運動速度Vは共にo、sm
/秒であり、軌道修正ゲインにも共に51/秒であり、
サンプリンタイムT、は直線が20ミlJ秒2円孤が(
資)ミリ秒である。
第1図は従来の軌道制御系を示すブロック図、第2図は
この発明における軟道発生の原理を説明するための図、
第3図はこの発明の基礎となるシステムのブロック図、
第4図及び第5図はそれぞ、れこの発明の制御システム
を示すブロック図、第6図(イ)、@はそれぞれこの発
明に用いることのできる速度サーボ系のブロック図、第
7図はこの発明のシステム原理を効果的に示す図、第8
図はこの発明のシミュレーションに用いた速度サーボ系
のブロック線図、第9図(5)及び(ロ)はシミュレー
ションの結果を示す特性図である。 1・・・軌道発生装置、2・・・制御対象、10 、
IOA〜IOD・・・演算装置、11〜13・・・速度
サーボ系、加 。 ・・・軌道制御装置、4・・・制御対象。 出願人代理人 安 形 雄 三第1 図 #72 編 T 東 3 図 第4 図 早Q 図 弗 6 圀 #7q 図 (A) (8)
この発明における軟道発生の原理を説明するための図、
第3図はこの発明の基礎となるシステムのブロック図、
第4図及び第5図はそれぞ、れこの発明の制御システム
を示すブロック図、第6図(イ)、@はそれぞれこの発
明に用いることのできる速度サーボ系のブロック図、第
7図はこの発明のシステム原理を効果的に示す図、第8
図はこの発明のシミュレーションに用いた速度サーボ系
のブロック線図、第9図(5)及び(ロ)はシミュレー
ションの結果を示す特性図である。 1・・・軌道発生装置、2・・・制御対象、10 、
IOA〜IOD・・・演算装置、11〜13・・・速度
サーボ系、加 。 ・・・軌道制御装置、4・・・制御対象。 出願人代理人 安 形 雄 三第1 図 #72 編 T 東 3 図 第4 図 早Q 図 弗 6 圀 #7q 図 (A) (8)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、 iE交f43軸X”、Y”、Z”ノ空間ヲ考t
、f(X’ 、 Y” )=O、ZS=0の曲線上を接
線速度Vで進ませると共に、その運動を規定する連立微
分方程式 %式% ) で表わされる軌道からのずれをペナルティ関数とし、J
=Oとするように前記軌道を制御することを特徴とする
軌道制御方式。 z、 直交−t63軸XI、Y’;zlの空間t−1
t、f(X” 、 Y’ )−o 、 Z’ = 0の
曲線上をms速度Vで進ませると共に、その運動を規定
する連立微分方程式 %式% ) で表わされる軌道からのずれをペナルティ関数とし、J
=0とするためk (−21−f−fX’、−Jl−f−fY” 、 −2
2−Z” )なる速度成分を前記連立微分方程式に付加
しなる式で、常に前記曲線を軌道とするような軌道制御
を行なうことを特徴とする軌道制御方式。 3、 直交スル3111+X’ 、 Y’ 、 Z’
ノ空間ヲ考t、f (X” 、Y’ )=0 、 Z’
= 0の曲線上を接線速度Vで進ませると共に、その
運動を規定する連立微分方程式 %式% ) で表わされる軌道からのずれをペナルティ関数とし、J
=0とするため なる速度成分を定め、指足動道からのすれに対する復元
速度ベクトルをXI −Yll平面において同率とする
ため、かつ前記指定軌道に直交するような なる式で、常に前記曲線を軌道とするような軌道制御を
行なうことを特徴とする軌道制御方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9942681A JPS581208A (ja) | 1981-06-26 | 1981-06-26 | 軌道制御方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9942681A JPS581208A (ja) | 1981-06-26 | 1981-06-26 | 軌道制御方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS581208A true JPS581208A (ja) | 1983-01-06 |
Family
ID=14247125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9942681A Pending JPS581208A (ja) | 1981-06-26 | 1981-06-26 | 軌道制御方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS581208A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6116305A (ja) * | 1984-07-03 | 1986-01-24 | Shin Meiwa Ind Co Ltd | ロボツト制御方法およびその装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS498677A (ja) * | 1972-05-29 | 1974-01-25 | ||
| JPS511665A (en) * | 1974-03-12 | 1976-01-08 | Nisshin Flour Milling Co | Hotsupusudaneno kaniseizoho |
| JPS541596A (en) * | 1977-06-03 | 1979-01-08 | Tokyo Keiki Co Ltd | Evaluation function indication of auto pilot |
-
1981
- 1981-06-26 JP JP9942681A patent/JPS581208A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS498677A (ja) * | 1972-05-29 | 1974-01-25 | ||
| JPS511665A (en) * | 1974-03-12 | 1976-01-08 | Nisshin Flour Milling Co | Hotsupusudaneno kaniseizoho |
| JPS541596A (en) * | 1977-06-03 | 1979-01-08 | Tokyo Keiki Co Ltd | Evaluation function indication of auto pilot |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6116305A (ja) * | 1984-07-03 | 1986-01-24 | Shin Meiwa Ind Co Ltd | ロボツト制御方法およびその装置 |
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