JPS61248104A - マニピユレ−タの制御装置 - Google Patents

マニピユレ−タの制御装置

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JPS61248104A
JPS61248104A JP60088735A JP8873585A JPS61248104A JP S61248104 A JPS61248104 A JP S61248104A JP 60088735 A JP60088735 A JP 60088735A JP 8873585 A JP8873585 A JP 8873585A JP S61248104 A JPS61248104 A JP S61248104A
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model
positioning
manipulator
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Toru Takahashi
徹 高橋
Kunihiko Kurami
倉見　邦彦
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Nissan Motor Co Ltd
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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】 ［発明の技術分野］ この発明は、マニピュレータの動作を制御する装置に関
し、特に高速・高精度の位置決め制御を可能にしたマニ
ピュレータの制御装置に関する。
［発明の技術的背景とその問題点］ 近年、例えば人間の上肢の機能に類似した機能を有する
産業用ロボット、即ちマニピュレータの制御装置におい
て、電子計算機の技術的発展につれ、制御手段としてマ
イクロコンピュータ等を利用した制御装置が種々提案さ
れている。このような装置としては、例えば第４図に示
すようなものがある。
第４図は従来のマニピュレータの制御装置のブロック図
の一例を示す。同図において、５１はマニピュレータ５
３を制御対象として、例えばマニピュレータ５３の関節
角θを目標関節角θｒとなるよう位置決め制御を行うモ
デル追従形制御装置で、具体的には、例えばマイクロコ
ンピュータ等で構成されるものである。この制御袋＠５
１は規範モデル５５．積分器５７．ゲイン倍装置５９゜
６１．６３、及び比較器６５．６７を有しており、マニ
ピュレータ５３の関節角θ及び関節角速度θ、並びに規
範モデルで生成される関節角θＭ及び関節角速度θＭか
ら、次式によりマニピュレータ５３の制御入力Ｕを決定
し、マニピュレータの関節角θを制御するものである。
ここで、Ｆ＋　、Ｆ２　、Ｆ３は夫々ゲイン倍装置５９
，６１．６３の制御ゲイン、ｅは比較器６５の出力であ
りｅ−θ−θＭである。
ところで、このような従来のマニピュレータの制御装置
における各軸の規範モデル５５は例えば次式で示すよう
な２次系伝達関数のモデルとして任意に構成することが
できる。
つまり、規範モデル５５は、■式で表わされるモデルの
伝達関数Ｔ（Ｓ）におけるパラメータａ１゜ａ２，１（
を規定することにより、目標関節角θ「に対応したモデ
ルの関節角θＭ及び関節角速度θＭを生成するのである
。
しかし、この従来のマニピュレータの制御装置にあって
は、規範モデル５５のパラメータの規定方法が固定され
ているため、各軸の始点から終点までのステップ幅θＷ
が異なる場合、換言すれば各軸の目標関節角θｒが異な
る場合には、第５図に示すように、規範モデル５５の動
特性は同じであるが、各軸の制御による移動開始から目
標関節角θ「に対して許容範囲±Δθに収まるまでの所
要時間（所謂位置決め時間）Ｔｒに差が生じ、各軸の位
置決め時間が不均一となり、位置決め近くでのマニピュ
レータのアームの動きが不規則となり、所ｗＩＰＴＰ動
作による高速位置決め制御が難しいという問題があった
。
［発明の目的］ この発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的と
しては、各軸の位置決め時間を均一にしたマニピュレー
タの制御装置を提供することにある。
［発明の概要］ この発明は、上記目的を達成するため、第１図に示すご
とくマニピュレータの各軸関節角及び関節角速度を規範
モデルとして生成し、モデル追従制御方式により位置決
め制御を行う装置において、予め設定された位置決め時
間に応じて前記規範モデルのパラメータを決定するモデ
ル設定手段１と、前記規範モデルのパラメータに応じて
制御ゲインを決定する制御ゲイン設定手段３とを有する
ことを特徴とするマニピュレータの制御装置。
［発明の実施例］ 以下、図面を用いてこの発明の詳細な説明する。
第２図は、この発明の一実施例に係るマニピュレータの
制御装置の構成図である。この制御ｌ装置は、例えばマ
ニピュレータのアームの関節角θを目標関節角θｒとな
るよう位置決め制御を行なう装置である。同図における
構成は、マニピュレータのアームを駆動するＤＣモータ
−２７と、関節角速度θを検出するタコジェネレータ２
９と、関節角θを検出するカウンタ３１と、関節角速度
θ及び関節角θを入力して後述する処理を行うマイクロ
コレピユータ（ＭＰＵ）２１と、ｌ１ｌＩＩＩ入力値を
アナログ信号に変換して出力するＤ／Ａ変換器２３と、
サーボアンプ２５とを有する構成となっている。尚、２
３乃至３１は各関節軸毎に設けられるものであり、第２
図は、代表的な１つの関節軸についてのみ図示したもの
である。
すなわち、このような構成によればＭＰＵ２１としては
、所定の周期毎に関節角θを求め、また関節角θの時間
変化から関節角速度δを求め、所定の制御手法に従って
制御入力Ｕを決定し、ＤＣモータ−２７を制御すること
により、ＤＣモータ−２７により駆動されるマニピュレ
ータのアームの関節角θを目標関節角θｒとなるよう位
置決め１ｌＩ１１１１Ｉを行なうことができるのである
。
次に、本実施例に係るマニピュレータ制御装置の作用原
理を図を用いて説明する。
ここで、本実施例に係るマニピュレータの制御装置をブ
ロック構成にて図示すれば、従来と同様、第４図に示す
ブロック構成となる。すなわち、各軸の目標関節角θｒ
を入力しモデルの関節角θＭ及び関節角速度θＭを時々
刻々生成する規範モデル５５と、定常オフセット除去用
の積分器５７と、モデル追従制御させるためのゲイン倍
装置５９゜６１．６３と、比較器６５．６７を有するブ
ロック構成となる。
このようなモデル追従制御系においては、ある軸の規範
モデル５５を例えば次式に示すような２次系伝達関数の
モデルとして記述できる。
まず、あるＰ　Ｔ　Ｐ　ｔｉｊｌ　ｍにおいて、所定の
位置決め時間Ｔｒに対して各軸の規範モデルの整定時間
がＴｒに一致するように規範モデル５５のパラメータａ
を決定する。例えば、ある軸の始点から終点までのステ
ップ幅をθＷとする時、θＷ′−θＷ−Δθに達するま
での時間がＴ「となる様なパラメータａを求め規範モデ
ル５５を決定すればよい。
系の伝達関数が０式で表わされる時、ステップ応答は次
式となる。
θ（ｆ　）　−（ｅ−’　−２ｅ″＋　ｅ−２ｄＪ−）
６ｗ　−・・■ここで、【−Ｔ「で、θ（１）−θＷ′
となるａを求めると、次式のように（Ｔｒ　、θＷ）の
関数となる。
次に、■式で決定されるパラメータａに基づいて、モデ
ル追従制御ゲインＦ＋　、Ｆ２　、Ｆ３を求める。　今
、規範モデルを状態方程式表示で記述すると次式となる
。
同様にマニピュレータ５３は次式で記述される。
また、位置偏差ｅを次式で定義する。
ｅ＝θ−８Ｍ　　　　　　　　　　　　　・・・■■、
■、■式より次式で記述される拡大系が得られる。
ここで、次式で記述される二次形式評価関数Ｊを最小と
する制御系を設計する。
Ｊ＝５′：（ｅ２＋λｆｉ２）ｄｔ　　　　　　　　−
＠）（λ：ｖＡ整パラメータ） 積分型最通レギュレータの論理に従って、０式を最小に
する最適制御人力Ｕを求めると、次式となる。
ここに、制御ゲインＦ＋　、Ｆ２　、Ｆ３は、マニピュ
レータ５３　（Ａ、Ｂ、Ｃ）、規範モデル（ＡＭ　。
ＢＭ、ＣＭ）、及び調整パラメータλから、例えばｐ　
ｏｔｔｅｒ氏等の手法等により導出される。ここで、マ
ニピュレータ５３　（Ａ、Ｂ、Ｃ）及び調整パラメータ
λを固定とする時、制御ゲインＦ＋　。
Ｆ２　、Ｆ３はパラメータａの関数となる。
従って、先ず位置決め時間Ｔｒと移動角θＷに応じて規
範モデルにおけるパラメータａを決定し、次に、パラメ
ータａに応じた制御ゲインＦ＋　、　Ｆ２、Ｆ３を決定
することで、各軸の位置決め時間のばらつきがなくなり
、高速位費決め制御が可能となるのである。
尚、パラメータａの決定に際しては、予め適当な（Ｔｒ
　、θＷ）の組み合わせからａの値を求めて、二次元テ
ーブルの形でＭＰＵ２１内部のメモリに記憶し、−次補
間等によりａを決定することにすれば、計算時間は短縮
され、高速制御が可能となる。また、制御ゲインＦ＋　
、Ｆ２　、Ｆ３の決定に際しても同様に、予め適当なａ
に対する制御ゲインＦ＋　、Ｆ２　、Ｆ３を求めてテー
ブル化し、記憶しておくことにより計算時間の短縮が計
れる。
次に、上述した原理を踏まえて、本実施例の作用を第３
図のフローチャートを用いて説明する。
先ず、位置決め制御の目標関節角θｒ１位置決め時間Ｔ
ｒ、目標関節角θ「に対する許容範囲Δθを設定する（
ステップ１１０）。次に、関節角空間のある始点から終
点の各軸に分解された始終点の差、即ちステップ幅θＷ
を算出する（ステップ１２０）。次に、設定された位置
決め時間Ｔｒとステップ幅θＷに応じて、■式で記述さ
れる規範モデルのパラメータａを、予めａ−ｆ（Ｔｒ。
θＷ）により作成されたパラメータａのテーブルよりル
ックアップして決定する（ステップ１３０）。この決定
されたパラメータａはステップ幅θＷに対し、位置決め
時間がＴｒとなる様算出された値である。次に、このパ
ラメータａに応じた制御ゲインＦ＋　、Ｆ２　、Ｆ３を
、予めＦ＋＝＜１＋（ａ）、　Ｆ２　＝ｌＪ２　　（ａ
　）、　Ｆ３　＝（Ｊ＋　　（ａ　）により作成された
制御、ゲインＦ＋　、Ｆ２　、Ｆ３のテーブルよりルッ
クアップして決定ザる（ステップ１４ｏ）。この決定さ
れた制御ゲインＦ＋　、Ｆ２　、Ｆ３は、規範モデル５
５に対し最適に追従する様計算された値である。次に、
決定された規範モデルより、モデルのＩ１１節角θＭ及
び関節角速度δＭを算出する（ステップ１５０）。次に
、算出決定された諸量により、モデル・追従のためのフ
ィードバック制御計算を行い、制御入力Ｕを算出しくス
テップ１６０）、これをＤ／Ａ変換器２３に出力する（
ステップ１７０）。次に、現在のマニピュレータ５３の
関節角θが、目標関節角θｒに対する許容範囲Δθ内に
所定時間数まっているか否かを判断しくステップ１８０
）　、収まっていなければ、ステップ１５０に戻り制御
を続け、収まっていれば、位置決めと判断し制御を終了
する。
［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、マニピュレー
タの各軸の関節角及び関節角速度を規範モデルとして生
成し、モデル追従制御方式により位置決め制御を行う装
置において、モデル設定手段１により予め設定された位
置決め時間に応じて前記規範モデルのパラメータを決定
し、制御ゲイン設定手段３により前記規範モデルのパラ
メータに応じて制御ゲインを決定することとしたので、
マニピュレータの各軸の位置決め時間が均一となり、位
置決め近くでのアームの動きの安定した制御ができ、結
果としてＰＴＰ動作による高速位置決め制御が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
第１図はクレーム対応図、第２図は本発明の一実施例に
係るマニピュレータの制御装置の構成図、第３図は当該
装置の処理フローチャート、第４図は従来のマニピュレ
ータの制御装置のブロック図、第５図は従来のマニピュ
レータの制御装置の作用を説明するための図である。 １・・・モデル設定手段 ２・・・制御ゲイン設定手段 特許出願人　　　　　日産自動車株式会社グ’ｊｋ−ｃ
Φ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. マニピュレータの各軸の関節角及び関節角速度を規範モ
    デルとして生成し、モデル追従制御方式により位置決め
    制御を行う装置において、予め設定された位置決め時間
    に応じて前記規範モデルのパラメータを決定するモデル
    設定手段と、前記規範モデルのパラメータに応じて制御
    ゲインを決定する制御ゲイン設定手段とを有することを
    特徴とするマニピュレータの制御装置。
JP60088735A 1985-04-26 1985-04-26 マニピユレ−タの制御装置 Pending JPS61248104A (ja)

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