JPS584407A - ア−ムの軌跡制御方式 - Google Patents

ア−ムの軌跡制御方式

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JPS584407A
JPS584407A JP10293181A JP10293181A JPS584407A JP S584407 A JPS584407 A JP S584407A JP 10293181 A JP10293181 A JP 10293181A JP 10293181 A JP10293181 A JP 10293181A JP S584407 A JPS584407 A JP S584407A
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JP
Japan
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arm
trajectory
tip
counter
amount
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Pending
Application number
JP10293181A
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English (en)
Inventor
Fumio Tabata
文夫 田畑
Kazuo Asakawa
浅川 和雄
Hitoshi Komoriya
均 小森谷
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPS584407A publication Critical patent/JPS584407A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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
    • G05B19/19—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 positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
    • G05B19/39—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 positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using a combination of the means covered by at least two of the preceding groups G05B19/21, G05B19/27 and G05B19/33

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアーム型ロボット等のアームの軌跡制御方式に
関するものである。
多関節を有するアーム型ロポットは、自由度が大きく複
雑な動作が可能であり、しかも複数台の協調作業も可能
なことから、産業用ロボット初めとして広く用いられて
いる。
通常このようなアーム型ロポットの動作は、アームの姿
勢を細かい分割で与えるPTP(Point−to−P
oint)方式を用いて制御されているが、この場合、
与える点間隔が大きいと高速動作時に遠心力や相互干渉
等の非線形要素に起因して先端の軌跡に乱れを生じ、明
確な動作軌跡を必要とする場合には不適当である。
そこで清らかでかつ高速な動作を実現させるためには、
非線形項の影響を考慮してアームの運動方程式を解き、
動作動力を求めて制御を行ういわゆるオープン制御の方
が適していることになる。
しかしオープン制御単独では、固体摩神の費動等の影響
により正確な位置決めができず、これらを解決する対策
を併せ採用する必要がある。
本発明はこれを実現したもので、オープン制御の利点を
取り入れ、しかも通常のフィードバック制御を併用する
ことによってアーム先端の軌跡の乱れを■ずることかで
きるようにしたアームの軌跡制御方式で提供することを
目的としている。
次に図面に関連して本発明の実施例を説明する。
第1図は第1アーム1と第2アーム2よりなる2関節ア
ーム3の運動説明図で、4は第2アーム2の先端5が動
くべき軌跡である。いま第1アーム1の回転軸6の中心
を原点とする直交座標軸x、y軸を考え、軌跡4の方橿
式をf(x、F)=0とすること、第2アーム2の先端
の座標(x1、y1)は次式で表わされる。
x2=l1cosθ1+l2cosθ2y2=l1mi
nθ1+l2slnθ2但し、l1=第1アーム1の長
さ l2=第2アーム2の長さ θ1=第1アーム1とx軸のなす角 θ2=第2アーム2とx軸のなす角 もし、第2アーム2の先端5(x2、y2)が軌跡4上
にあれば当然f(x2、y2)=0となるが、もし先端
がy軸正側にずれていればf(x2、y2)>0、逆に
y軸負側にずれていればf(x2、y2)<0となり、
このずれによって生じたf(x2、y2)の値を第2ア
ーム2の駆動力としてフィードバックすれば、第2アー
ム2の先端5を常に軌跡4上に留めておくことができる
。その軌跡4がx軸に平行な場合、第2アームにフィー
ドバックする操作量uは次の様な簡単な式で表わされる
。
u=y2−e………………………(1)y2;第2アー
ム先端のy座標 e;直線軌跡のy切片 先端Aの座標は、例えば第1図に示す様な各アームの回
転角θ1、θ2から求めると次式のようになる。
y2=l1sinθ1+l2sinθ・・・・・・(2
)l1;第1アーム長 l2;第2アーム長 よって操作量uは u=l1sinθ1+l2sinθ−c・・・(3)と
なり、各アームの回転角θ1、θ2から比較的簡単な演
算でフィードバック量uを求めることが出来る。
軌跡4がX軸と平行でない場合は、操作量uを求める式
は、 u=ax2+by2+c・・・・・・・・・・・・・・
・・・(4)a、b、c;定数 となり、さらに(x、y)座標を各アームの回転角に変
換すれば、uは次の次で表わされる。
u=a(l1cosθ1+l2cosθ2)+b(l1
sinθ1+l2cosθ2)+e実際には、各アーム
の回転角θ1、θ2は第3図に示す角度TH1(=θ1
)、TH2から求める以外になく、結局uは θ1=TR1・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・(5)θ2=TH1+TH2−x・・・
・・・・・・・・・・・・ (6)u=〔l1cos(
TH1)−l2{cos(TH1)−cos(TH2)
−sin(TH1)sin(TH2)}〕+b〔l1s
in(TH1)−l2{sin(TH1)cos(TH
2)+sin(TH2)cos(TH1)}〕+c・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(7
)となり、これをフィードバック系で実現する為には、
高価な高速演算素子を多数必要とする。
本発明は、かかる点に鑑みなされ九もので、フィードバ
ック操作量の算出が容易となるアームの軌跡制御方式全
提供することを目的とする。
第4図は本発明の一実施例構成図であって、Vはアーム
2の先端5の位置検出部であって、例えばテレビカメラ
等を具える。
M1、M2はそれぞれ第1アーム1、第2アーム2の駆
動部、E1、E2はそれぞれ第1アーム1、第2アーム
2の角度検出用のエンコーダであって、インクリメンタ
ル型のロータリ・エンコーダが用いられる。
第1アームの工ンコーダE1から発せられるパルスは、
2種のカウンタにてカウントする。1つは第1アームの
絶対回転角度を表わす絶対間転角カウンタC1であり、
もう1つは任意の回転角原点を設定する相対回転角力ウ
ンタC2である。第2アーム側は絶対回転角を表わすカ
ウンタC1のみを持つ。
KA加算器、K1、K2演算器、Nは減算器、D1、D
2デジタルアナログ変換器(D/A変換器)、H1、H
2は補償回路、A1、A2は増幅器、Pは電算機等の演
算制御部である。
次にこの装置の動作を説明する。
まず任意の傾きを持つ直線例えば第5図のDの橡な直線
に沿って、アーム先端をS点からF点まで移動させると
する。
このS点、F点が与えられると制御部Pは次式にて直線
の勾配θを計算する。
(x■、y■);S点のX−Y座標 (x■、yf);F点のX−Y座標 さらに制御部Pはこのθを第1アーム1の回転角パルス
数に換算し、このパルス数だけ、第1アームの絶対回転
角からずれた値を相対カウンタC2にセットする。
そうしてこの相対カウンタC2の値にのみ注目すれば、
座標軸はθだけ傾いたX′−Y′となり、与えられた直
線はX′軸に平行な直線となる。すなわち、この第1ア
ームの相対カウンタC2及び第2アームの絶対カウンタ
C3を用いれば、(3)式を変形した次式にて、操作量
uを求めることができる。
u=l1sin(TH1)−l2{sin(TH1)c
os(TH2)+sin(TH2)cos(TH1)}
−e・・・・・・・・・(9) しかし、第2アームの結対角度カウンタC3は第3図の
TH2を表わしているに過ぎないので繰作量uを求める
式は(9)式の様に複雑である。
そこでこれをさらに簡単化する為に第2アームの絶対角
度カウンタC3の値(TH2)及び第11アームの相対
角度カウンタC1の値(TH1+θ)を用いて次式にて
演算を行ないTH2をθ2に変換する。
θ2=(TH1+θ)+(TH2)−■ (10)なお
第2アームの絶対角度カウンタC2に予め角度kに相等
するエンコーダパルス数だけずらして設定すれば、この
値に相対角度カウンタC2の値を加算するだけでθ2の
値が得られる。
このθ2の値を用いれば操作量は(3)式の様に簡単に
演算できる。
よって、このuの量をD/A変換器D3でアナログ量に
変換した後、補償回路H2,増幅器A2を通して第2ア
ーム駆動用モータにフィードバックすれば、第1アーム
の状態何如に拘らず、第2アーム先端5を直線軌跡4上
にとどめておくことが出来る。
あとはS点、F点におpける第1アームの絶対回転角度
を計算し、制御部Pからこの間の位置パターンを発生さ
せて追値制御1を行うか、オープン制御によって第1ア
ーム1をその差角だけ回転させればよい。第2アーム先
端5は先程の式(3)によって計算されたuにより駆動
されるから、その先端は所望軌跡4上を移動する。
続いて異なる直線上を動く場合は直線の勾配θを改めて
算出し直して同様のことを繰返せばよい。
但し、第1アーム1を等角速度で回転させても第2アー
ム先端5はこの直線上を等速では動かない。そこで次の
方法を用いる。
第5図において、X′−Y′座標系における第2アーム
先端のX′座標は、 x′1=l1cos(TH1−θ)+l2cosθ2・
・・・・・(11)で表わされる。この値を常時演算し
、制御部Pから発生させたX′の位置波形との差を減算
器Nで求め、この差をD/A変換器DI1アナログ値に
変換し補償回路H1で補償してフィードバックする、い
わゆる適値制御を行なえば、第2アーム先端5を直線軌
跡4に沿って希望通りの速度で動かすことが出来る。
注意しなければならないのは、この時CPUが発生する
X′の位置波形はX′−Y′座標系におけるX′の値で
なければならないことである。
なお上記の方法で第1アーム側に絶対回転角を表わすカ
ウンタのみを持たせ、相対回転角を表わすカウンタは、
絶対回転角から常に直線の傾きθだけ引算することによ
り代用する方法でも実現出来る。
なお、第6図に示すようにアーム先端位置を検出するの
に、アーム軌跡が描かれる面内で回転軸のまわりに回転
可能なアーム先端座標検出装置Wを設け、アーム先端の
直線軌跡の傾斜分だけ検出装置Wを回転させ、検出装置
Wのx軸を、アーム先端の直線軌跡と平行にすると、第
2アームの操作量はu=y′2−eと簡単になり、前述
の(11)式の如き複雑な演算は不必要となり、演算部
の構成が簡単となり、また演算速度も速くなり、アーム
先端の制御速度が速くなる。
なお、第1アーム駆動部M1へは制御部Pからのx座標
指示値と座標検出装置Wのx軸が軌跡と平行になる様に
回転した時の検出値との差を減算器Jを求め、D/A変
換器D1で変換されたアナログ値が補償器H1、増幅器
A1を介して入力される。
第6図は、このような方法によるアームの軌跡制御を行
うための装置構成図であって、Wは回転可能なアームの
先端座標検出装置Jは減算器、L1、L2は演算部、F
は乗算器、D1、D2はD/A変換器、H1、H2は補
償回路、A1、A2は増幅器、M1、M2はそれぞれ第
1および第2アーム駆動部である。
次にこの装置の動作を説明する。
座標検出装置Wのx軸が軌跡と平行になる様に回転した
Wにて検出されたアームの先端5のx座標x′は減算回
路Jに入力され制御部Pからのx軸の指示座標値と減算
され、この差分はD/A変換器D1でアナログ量に変換
された後、補償回路H2で線形補償が行われた後、増幅
器A1で増幅され第1アーム駆動部M1に入力される。
また、座標検出装置Wのx軸が軌跡と平行になる様に回
転したWにて検出されたアームの先端5のy座標y■は
、演算部L1で操作量 u=y2■−c(c;制御部Pより与えられる。)が求
められる。
又、演算部L2では座標検出装置Wで得られるアーム先
端5の座像値(x2■、y2■)を受けて、補正量 を算出する。乗算器Fでは、演算部L1、L2の出力を
受けて、乗算を行う。D/A変換器D2で乗算器Fの出
力をアナログ値に変換し、補償回路で線形補償を行い増
幅器A2を介して、第2アーム駆動部M2ヘフィードバ
ックする。
以上の説明から明らかなように本発明に係るアームの軌
跡制御方式は、オープン制御の利点を取り入れ、かつ第
2アーム先端の軌跡の乱れを減ずるためフィードバック
制御を併用しているので、正確な動作軌跡を得ることが
可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は2関節アームの運動説明図、第2図は第2アー
ムの先端の位置を示す図、第3図はアームの回転角を示
す図、第4図は本発明の一実施例構成図、第5図は動作
説明図、第6図は本発明の他の実施例構成図である。 1:第1アーム、2:第2アーム、 3:関節アーム、4、11:軌跡、 5:先端、M1、M2:モータ、 E1、E2:エンコーダ、 C1、C3:絶対回転角カウンタ、 C2:相対回転角カウンタ、 K1、K2:演算器、N:減算器、 KA:加算器、D1、D2=D/A変換器、P:制御部
、W:位置検出装置。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)2関節を有するアームの第1アームを制御駆動す
    るとともに、第8アームの先端が所定の軌跡より離れた
    量を各アームの回転角より算出して、この量で直接又は
    線形補償器を通して第2アームを駆動するフィードバッ
    ク制御を用いて第2アーム先端を直線的軌跡に沿うべく
    制御するアームの軌跡制御方式において、第1アームの
    一定の基準位置からの絶対回転角並びに軌跡に依存して
    変化する相対角を表わす2種のカウンタを具備し、該2
    種のカウンタの計数値により、フィードバック量を算出
    するようにしたことを特徴とする制御方式。
  2. (2)2関節を有するアームの第1アームを制御駆動す
    るとともに、第2アームの先端が所定の軌跡よ1離れ素
    置を4アームの回転角より算出して、この量で直接又は
    線形補償器を通して第2アームを駆動するフィードバッ
    ク制御を用いて第2アーム先嘴を直線的軌跡に沿うべく
    制御する制御方式において、第1アームの一定の基準位
    置からの絶対回転角を表わすカウンタを具備し、該カウ
    ンタの計数値から前記直線軌跡の勾配の角度に依存する
    量だけをずらせた値を用いて、前記第1アームの前記軌
    跡に依存して変化する相対角を算出し、該算出値と前記
    カウンタの計数値とによりフィードバック量を算出する
    ようにしたことを特徴とするアームの軌跡制御方式。
JP10293181A 1981-06-30 1981-06-30 ア−ムの軌跡制御方式 Pending JPS584407A (ja)

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JPS584407A true JPS584407A (ja) 1983-01-11

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JP10293181A Pending JPS584407A (ja) 1981-06-30 1981-06-30 ア−ムの軌跡制御方式

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0423023U (ja) * 1990-06-18 1992-02-25

Cited By (1)

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