JPS6177906A - マニピユレ−タの制御装置 - Google Patents

マニピユレ−タの制御装置

Info

Publication number
JPS6177906A
JPS6177906A JP19939784A JP19939784A JPS6177906A JP S6177906 A JPS6177906 A JP S6177906A JP 19939784 A JP19939784 A JP 19939784A JP 19939784 A JP19939784 A JP 19939784A JP S6177906 A JPS6177906 A JP S6177906A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
manipulator
control
feedback control
nonlinear compensation
speed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP19939784A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0550005B2 (ja
Inventor
Toru Takahashi
徹 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP19939784A priority Critical patent/JPS6177906A/ja
Publication of JPS6177906A publication Critical patent/JPS6177906A/ja
Publication of JPH0550005B2 publication Critical patent/JPH0550005B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Program-control systems
    • G05B19/02Program-control systems electric
    • G05B19/18Numerical 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
    • G05B19/19Numerical 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
    • G05B19/21Numerical 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 an incremental digital measuring device
    • G05B19/23Numerical 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 an incremental digital measuring device for point-to-point control
    • G05B19/231Numerical 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 an incremental digital measuring device for point-to-point control the positional error is used to control continuously the servomotor according to its magnitude

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は非線形補償l!能を有するマニピュレータの制
御装置に関する。
〈従来の技術〉 従来より、マニピュレータの制御装置においては、フィ
ードバック制御と共に、非線形補償を行っている。すな
わち、制御対象のマニピュレータが多関節構造である場
合などには、その動きは常に慣性モーメント、コリオリ
・遠心力、そして重力等の非線形な力の影響を受けてい
るので、それを補償するための非線形補償量をマニピュ
レータの関節角及び関節角速度より求めて、マニピュレ
ータへの制御出力(トルク指令)を非線形補償すること
により、マニピュレータの非線形効果を相殺し、線形動
作を実現しようとしている(特開昭55−41585号
公報参照)。
〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、このような従来のマニピュレータの制御
装置にあっては、非線形補償を行う演算において、高速
演算アルゴリズム(例えばLuhのアルゴリズム)を使
用しても、多関節多自由度となると、かなり演算時間が
増加し、これに伴いフィードバック制御周期も非線形補
償周期に合わせざるを得す、長い制御周期となるため、
非線形補償があまり必要のない位置決め時の精密サーボ
制御が粗い制御となり、位置決めに時間がかかり、マニ
ピュレータ動作性能の低下を招くという問題点があった
そこで本発明は、位置決め時のマニピュレータの動作性
能を向上させることのできるマニピュレータの制御装置
を提供することを目的とする。
く問題点を解決するための手段) 本発明は、上記の目的を達成するため、第1図に示すよ
うに、第1には、各時点での目標値と実際値とを比較し
つつマニピュレータMへ(7) IJ ’+B 出力を
フィードバック制御するフィードバンク制御手段Aと、
マニピュレータMの有する非線形性を補償するため上記
制御出力を非線形補償する非線形補償手段Bとを設ける
他、実際値が最終目標値付近に達したときに非線形補償
手段Aの作動を停止させる非線形補償停止手段Cを設け
るようにしたことを特徴とする。
第2には、更に上記非線形補償停止手段Cの作動と同期
して上記フィードバック制御手段Aのフィードハック制
御周期を短くするフィードバック制御周期切換手段りを
設けるようにしたことを特徴とする。
第3には、更に上記フィードバック制御周期切換手段り
の作動と同期してその制御周期に合ったフィードバンク
制御ゲインに切換えるフィードバンク制御ゲイン切換手
段Eを設けるようにしたことを特徴とする。
くイ乍用ン すなわち、マニピュレータの非線形性が強くでる高速動
作時は従来通り非線形補償しつつ線形フィードバンク制
御を行い、非線形性があまり問題とならない最終目標値
付近での位置決め時には、非線形補償を停止してフィー
ドバック制御のみで制御しく第1の発明)、更にはフィ
ードバンク制周期に合ったフィードバック制御ゲインに
切換える(第3の発明)のである。
〈実施例〉 以下に実施例を説明する。
ハードウェア構成例を示す、同図において、1はマイク
ロコンピュータ(CP U)であり、その出演算ブロッ
ク、13はマニピュレータである。
第4図は動作手順を示すフローチャートであり、これは
第1の発明に対応している。
所定の制御周期毎にこのフローを繰返すが、先ずステッ
プ1 (図ではSL)でマニピュレータの現在の関節角
θと関節角速度θとを検出しデータとして取り込む。
ステップ2ではある動作の最終目標関節角TTと実際値
θとを比較して、所定範囲(Aは所定値)に入ったか否
かを判定し、YESであれば、次のステップ3で最終目
標関節角速度77(通常は零)と実際値θとを比較して
、所定範囲(Bは所定値)に入ったか否かを判定する。
ステップ2でNO1若しくはステップ3でNOの場合は
、高速動作中とみなしく第7図参照)、ステップ11へ
進んでその時点での目標値θr、θrと実際値θ、θと
の偏差に基づいて定められるフィードバック制御i1u
を計算しく第3図参照)、次のステップ12でUとθと
υとから非線形補償演算により非線形補償量(指令トル
ク)Tを計算し出力する。
ステップ3でYESの場合は、充分低速になって最終目
標値に近づいたとみなしく第7図参照)、ステップ21
へ進んでその時点での目標値θr、θrと実際値θ、θ
との偏差に基づいて定められるフィードバック制御量U
を計算し、この場合は非線形補償演算を行うことなく、
次のステップ22で、TwA’u+8’   (A’、
B’は所定値)として、指令トルクTを計算し出力する
第5図のフローチャートは第2の発明に対応するもので
あり、フィードバック制御と非線形補償とを行うときは
ステップ11.12の次のステップ13で制御周期をD
TOに設定するが、非線形補償を停止してフィードバン
ク制御のみ行うときはステップ21.22の次のステッ
プ23で制御周期をDTOからDTI  (DTI<D
TO)に切換え、制御H周期を早める。
第6図のフローチャートは第3の発明に対応するもので
あり、ステップ23で制御周期をDTIに切換えて短く
した場合に、次のステ、プ24でそれに合わせてフィー
ドバック制御ゲインに、、に、(第3図参照)を切換え
る。
次に作用を説明する。
先ず、マニピュレータの持つ強い非線形性を取除く非線
形補償について述べる。
よく知られているように、多関節マニピュレータは次の
(1)式のような非線形性、軸間干渉性を有しており、
高速・高精度な動作を線形フィードバックで実現するに
は、これが問題となってくる。
J (θ)  I9i+f  (θ、汐)+V(θ)汐
+g(θ)=T    ・・・(1) ここに、θ=〔θ1.・・・θ。〕も(θ、:各ジョイ
ト関節角、n:ジョイント数) T= (T、、i−T、)’  (Tl:各ジョイトへ
の駆動トルク) J(θ):慣性モーメント行列 f (θ、θ):コリオリ・遠心力項 V <O>  :各ジヨイントの粘性摩擦g (θ)二
重力項 そこで、例えば次の(2)弐のように指令トルクを定め
てやることで、マニピュレータの非線形性。
軸間干渉性をある程度取除けて、次の(3)弐のように
線形化され、線形フィードバック制御をより効果的に行
うことができる。
T=J (θ) (F、θ+F z /l + G u
 )+f  (θ、σ)+V(θ)汐十g (θ)・・
・(2)/j=Fze十F 、 0 + G u   
−(31ここに、F l+ F z、 Gは定数行列で
、特に干渉性を取除(ために、F、、F、、Gは対角行
列に選んでいる。Uはフィードバック制御量である。
そこで、非線形補償演算ブロックでは、マニピュレータ
の諸元値、すなわち、各軸に固定された座標系で表され
た各リンクの重心位置、リンク重量、慣性モーメント、
摩擦係数、リンク座標間の変換行列、ゲインF1、Ft
、Gを記憶していて、マニピュレータの関節角θと関節
角速度6.及び線形フィードバックコントローラの制御
出力であるフィードバック制m1kuを入力し、弐(2
)を例えばLuhのアルゴリズム(式(1)の形の方程
式を高速で演算することが可能なアルゴリズム)で計算
し、非線形補償量である指令トルクTを定めて、マニビ
ュレータの各軸のモータに出力する。これにより、マニ
ピュレータは路線形化され、また各軸は略独立として見
なすことができる。
さて、一般的な6軸多関節マニピュレータで式(2)の
補償演算を考えてみると、大体乗算・加算合計600位
あり、現状の演算プロセッサを用いても20〜50m5
程度はかかってしまい、線形フィードバックコントロー
ラの制J8周期も、これに同期させざるを得す、マニピ
ュレータの機械的共振周波数が一般的に10数Hzであ
ることから、充分短い制御周期と言うこともできず、位
置決め精度低下、整定時間が長くなる等の問題を生じて
しまう。
ところで、式(11を見てもわかるように、マニピュレ
ータの非線形力はθ、θが大きい時に強(でて、低速時
にはあまり出ない。つまり、第7図のように、ある作業
動作で位置決めに近づいた時点では、かなり低速化して
おり、J(θ)の変化も少なく、非線形補償も不必要と
なってくる。
そこで補償演算を簡略化するため、IT7−01<A、
+N下−θ1<Hの領域に入ったら(A。
Bはマニピュレータの非線形力特性から適当に定める)
、はぼ汐=0と考え、 T=A’u+B”   ・・・(4) ここに、A’−J  CIJ下)G 。
B’−J  <II下)rear +f  (#r、0)+g  <far)の定数 にてフィードバック制御のみを行う(第1の発明)。
これにより、制御系でかなりの演算部分を占めていた非
線形補償演算がなくなり、演算負荷が激減される。
第2の発明では、第1の発明で激減された演算負荷骨を
線形フィードバックコントローラの制御周期の短縮化に
使用する。精密な位置決めを整定時間短く行うには目標
値に対する偏差を早く検出し、早く対処する必要があり
、制御周期を非線形補償演算周期DTOに合わせたもの
から、補償演算を止め短い周期DTI  (<DTO)
にすることで、第8図に示すように整定時間が短縮化さ
れ、また位置繰返し精度も向上する。
第3の発明では、第2の発明に加えて、変更されたフィ
ードバック制御周期に合った制御ゲインに+、Kg(第
3図参照)に切換える。
例えば第10図の例で考えると、閉ループ系では、θ−
(F、+CrKZ)θ−(Fl+GKZKl)θ−GK
、に、θr    −(5) となる。ここで、これをZ変fi (Z=6’^(、Δ
t=制御周期)し、所望特性とするゲインに+、Kzは
Δtの関数となることから、制御周期に合った制御ゲイ
ンに1.Kmに切換える意味は明白である。
尚、第9図は、ゲインを切換えずDTO周期でマツチン
グされたゲインで制御した場合と、D71周期でマツチ
ングされたゲインに切換えた場合との制御■性の差を示
している。
〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、マニピュレータの
非線形性が強くでる高速動作時は、従来通り非線形補償
しつつ線形フィードバック制御を行い、非線形性があま
り問題にならない最終目標位置及び速度に近づいたら、
非線形補償を止めフィードバック制御のみで制御するよ
うにしたため、位置決め時の演算負荷を大巾に低減でき
るという効果が得られる。
また第2には、非線形補償の停止と同時にフィードバッ
ク制御周期を短くすることで、位置繰返し精度が向上し
、整定時間も短くすることができるという効果が得られ
る。
また第3には、フィードバック制御周期の短縮化と同時
にこれに合ったフィードバンク制?Imゲインに切換え
ることで、最適なゲイン選択により更に制御性能を向上
させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の構成を示すブロック図、第2図はマイ
クロコンピュータによるハードウェア構成例を示すブロ
ック図、第3図は制御系ブロック図、第4図〜第6図は
それぞれ第1〜第3の発明に対応する動作手順のフロー
チャート、第7図〜第9図は作用を説明するための線図
、第10図は非線形補償停止時の制御系ブロック図であ
る。 ll・・・線形フィードバックコントローラ12・・・
非線形補償演算ブロック  13・・・マニビエレータ 特許出願人  日産自動車株式会社 代理人 弁理士 笹 島  冨二雄 第4図 第5図 第6図 第7図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)各時点での目標値と実際値とを比較しつつマニピ
    ュレータへの制御出力をフィードバック制御するフィー
    ドバック制御手段と、マニピュレータの有する非線形性
    を補償するため上記制御出力を非線形補償する非線形補
    償手段とを有するマニピュレータの制御装置において、
    実際値が最終目標値付近に達したときに上記非線形補償
    手段の作動を停止させる非線形補償停止手段を設けたこ
    とを特徴とするマニピュレータの制御装置。
  2. (2)各時点での目標値と実際値とを比較しつつマニピ
    ュレータへの制御出力をフィードバック制御するフィー
    ドバック制御手段と、マニピュレータの有する非線形性
    を補償するため上記制御出力を非線形補償する非線形補
    償手段とを有するマニピュレータの制御装置において、
    実際値が最終目標値付近に達したときに上記非線形補償
    手段の作動を停止させる非線形補償停止手段と、該非線
    形補償停止手段の作動と同期して上記フィードバック制
    御手段のフィードバック制御周期を短くするフィードバ
    ック制御周期切換手段とを設けたことを特徴とするマニ
    ピュレータの制御装置。
  3. (3)各時点での目標値と実際値とを比較しつつマニピ
    ュレータへの制御出力をフィードバック制御するフィー
    ドバック制御手段と、マニピュレータの有する非線形性
    を補償するため上記制御出力を非線形補償する非線形補
    償手段とを有するマニピュレータの制御装置において、
    実際値が最終目標値付近に達したときに上記非線形補償
    手段の作動を停止させる非線形補償停止手段と、該非線
    形補償停止手段の作動と同期して上記フィードバック制
    御手段のフィードバック制御周期を短くするフィードバ
    ック制御周期切換手段と、該フィードバック制御周期切
    換手段の作動と同期してその制御周期に合ったフィード
    バック制御ゲインに切換えるフィードバック制御ゲイン
    切換手段とを設けたことを特徴とするマニピュレータの
    制御装置。
JP19939784A 1984-09-26 1984-09-26 マニピユレ−タの制御装置 Granted JPS6177906A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19939784A JPS6177906A (ja) 1984-09-26 1984-09-26 マニピユレ−タの制御装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19939784A JPS6177906A (ja) 1984-09-26 1984-09-26 マニピユレ−タの制御装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6177906A true JPS6177906A (ja) 1986-04-21
JPH0550005B2 JPH0550005B2 (ja) 1993-07-27

Family

ID=16407103

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP19939784A Granted JPS6177906A (ja) 1984-09-26 1984-09-26 マニピユレ−タの制御装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6177906A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62234141A (ja) * 1986-04-04 1987-10-14 Nikon Corp グリツプ付きエクステンダ−内蔵カメラレンズ
JPS63111503A (ja) * 1986-10-29 1988-05-16 Fanuc Ltd デイジタル負帰還制御システム
JPS63276607A (ja) * 1987-04-24 1988-11-14 Hitachi Ltd マニピュレータ装置
JP2024070424A (ja) * 2022-11-11 2024-05-23 株式会社日立製作所 制御装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62234141A (ja) * 1986-04-04 1987-10-14 Nikon Corp グリツプ付きエクステンダ−内蔵カメラレンズ
JPS63111503A (ja) * 1986-10-29 1988-05-16 Fanuc Ltd デイジタル負帰還制御システム
JPS63276607A (ja) * 1987-04-24 1988-11-14 Hitachi Ltd マニピュレータ装置
JP2024070424A (ja) * 2022-11-11 2024-05-23 株式会社日立製作所 制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0550005B2 (ja) 1993-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5216342A (en) Sliding mode control method with a feedforward compensation function
US5272423A (en) Velocity control method for a synchronous AC servo motor
EP0717331A1 (en) Tandem control method using digital servo
JPH0740204B2 (ja) 多自由度非線形機械システムの制御装置
KR970002258B1 (ko) 서보모터의 제어방법
US5920169A (en) Servomotor control method
JPH10309684A (ja) マニピュレータのコンプライアンス制御方式
JP3283650B2 (ja) ロボット制御装置
JPS615302A (ja) マニピユレ−タの制御装置
JPH07104856A (ja) 振動制御方法
JPS6177906A (ja) マニピユレ−タの制御装置
JPH02297603A (ja) スライディングモードと外乱推定オブザーバを併用したサーボ制御方式
JPS60263206A (ja) マニピユレ−タの制御装置
JPS6077210A (ja) 空間運動機構の制御方法
JPH02219107A (ja) 数値制御装置
JPH0392911A (ja) スライディングモード制御によるロボット制御方法
JPH02297612A (ja) 積分性を持ったスライディングモード制御方式
JPS6194110A (ja) マニピユレ−タの制御装置
JPS61217802A (ja) ロボツト制御装置
JPH104692A (ja) 電動機の位置制御装置
JPH04197095A (ja) 直交型ロボットの駆動制御装置
JPH03184789A (ja) ロボットの力制御方式
Zhu Model-Based Feedback Linearization
JPS62257508A (ja) ロボツトの制御方式
JP2653130B2 (ja) 加減速制御装置