JPS6344204A - ロボツトのデイジタル制御装置 - Google Patents

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】 〔概　要〕 本発明は多くの自由度を有するロボットのディジタル制
御において、より高い制御性能を得るため、サンプリン
グ時間を可変にし、動く軸数に応じて適切なサンプリン
グ時間を選べるようにしたものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明はロボットのディジタル制御装置に関する。

〔従来の技術〕

マイクロエレクトロニクスの発展に伴い、ロボットにも
ディジタル制御が用いられるようになってきた。ディジ
タル制御は連続時間系とは異なり、本質的に離散時間制
御であるため、サンプリング時間をできるだけ短くする
ことがロボットの制御性能を高める上で必要とされる。

第３図は従来から通常用いられているディジタル制御系
である。図中１は多関節型ロボット、２はディジタル制
御装置（通常はコンピュータ）、３は前記多関節型ロボ
ットの数学的モデル格納、４はパワーアンプ、５は制御
方策の管理部、６は最適操作量の計算部である。

ロボット１からのセンサ信号２例えばモータの回転角を
示すエンコーダの信号θを受けて、ディジタル制′ａ装
置３は、その内部に持っている制御対象、ここでは前記
ロボット１のアームの数学モデル（例えば状態方程式モ
デルや伝達関数モデル）３に基づいて、最適操作量の計
算部６がアームの位置決めの制御、或いは軌跡制御等を
行うための最適な操作量を算出し、それをパワーアンプ
４を介してロボットに送っている。

このような制御のもとで、連続時間系で表されるロボッ
トアームの数学モデル３は、コンピュータの演算能力な
どから決められるサンプリング時間によって離散化され
、この離散化モデルによってロボット１の制御が行われ
る。

即ち、アームの状態方程式モデル３が次のような連続時
間系で与えられていたとする。

ｙ＝Ｃｘ ここで、Ｘは状態変数、Ｕは操作量である。

サンプリング時間をＴとしてこれを離散時間系に変換す
る・と、 ｘ　（ｋ＋１）＝Ｆｘ　（ｋ）　　十Ｇｕ　（ｋ））’
　　（ｋ）　　　　＝Ｃ−ｘ　（ｋ）Ｆ＝　Ｉ　＋ＡＴ
＋　（ＡＴ）”　／２　！＋　（ＡＴ）’　／３　！＋
・・・ となる。ここでＡ、Ｂ、Ｃ及びＦ、Ｇは適当な次元の行
列、■は単位行列である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のディジタル制御装置では、上述のように一旦サン
プリング時間が決められると、これに基づいてロボット
アームの数学的モデルが決められ、このモデルを使って
終始制御が行われていた。

このように−律のサンプリング時間による固定されたモ
デルで制御を行うので、多関節ロボットにおいて多数の
軸が動く場合でも、一部の軸しか動かないときでも、サ
ンプリング時間は一律であるため、無駄に時間を消費す
る場合があり、制御機能を高める上で不利である。

本発明の目的は、動く軸数に応じて適切なサンプリング
時間を選択可能として、制御機能を向上させることにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図の本発明のロボットの制御装置の原理ブロック図
により、本発明の詳細な説明する。

１は多くの自由度をもつロボット（この場合は多関節型
ロボット）、２はディジタル制御装置、３は装置内の記
憶装置に格納されたアームの数学的モデル、４はパワー
アンプ、５は制御方策の管理部、６は最適操作量の計算
部である。

本発明では、動く軸数に対応したサンプリング時間を設
定する（同図の７）とともに、この各サンプリング時間
に応じた数学的モデル（同図の８）を作成し、その各々
を予め記憶装置内に格納しておく。

実際にロボット制御を行うに際しては、センサ信号によ
って現時点までの動作が終了したことを確認した後、動
く軸数を決定し、この軸数に応じたサンプリング時間を
選択し、選択されたサンプリング時間に対応した数学的
モデルを選びだし、この数学的モデルに従ってロボット
を制御する構成とした。

〔作　用〕

ロボット１からのセンサ信号、例えばモータの回転角を
示すエンコーダの信号θ等に基づいて、現時点までの制
御が終了したことを知り、制御装置２は次の目標設定を
行う。その時、ロボットアームの動（軸数が決まる。

上記動く軸数が少ない時はサーボの計算量が少ないため
、サンプリング時間は短（てよい。従って短いサンプリ
ング時間が選択され、これに対応したアームのモデルが
制御に用いられる。

動く軸数が多い場合はサーボの計算量が多いので、その
計算量に見合う長いサンプリング時間が選択され、これ
に応じたアームのモデルが選択されて制御に用いられる
。

そして各選択されたモデルに基づいて求められた最適操
作量が、パワーアンプ４を通してロボットに与えられる
。

このようにして本発明では、動く軸数に応じたサンプリ
ング時間で制御を行うので、最短時間で制御が実行され
、制御性能の低下が防止される。

〔実　施　例〕

以下本発明を用いて構成した６自由度の多関節ロボット
の一実施例を、図面を参照しながら説明する。

第２図は上記一実施例における位置決め制御の手順を示
すフローチャートである。

ロボット（前記第１図の１参照）からのセンサ信号９例
えば前述の如くモータの回転角を示すエンコーダの信号
θより、現時点までの制御が終了したことを検知すると
、制御方策の管理部５〔第１図参照〕は、下記の処理を
行う。

まず、次の目標値を決定し、この目標値に到達するため
に軌跡制御を行うか、位置決め制御を行うかを決定〔第
２図の１０）するとともに、どの軸を動かすことが必要
かを決定〔第２図の１１〜１６〕する。

次に数学的モデル３において、上記の決定された動く軸
数に応じたサンプリング時間が読みだされ〔第２図の２
１〜２６〕るとともに、このサンプリング時間と動かす
軸に対応する数学的モデルが選択〔第２図の３１〕され
る。

アームのモデルが数学的モデル３内から選ばれると、前
記読みだされたサンプリング時間を最適操作量の計算部
６にセットして、サンプリング時間タイマーをスタート
〔第２図の４１〕　させる。次いで最適操作量（サーボ
）の計算が行われ〔第２図の４２〕、算出された最適操
作量はパワーアンプ４に出力〔第２図の４３〕される。

パワーアンプ４からは上記最適操作量に見合う駆動電流
がロボットに送られて、前記選択された軸のモータを駆
動し、アームの制御動作が行われる。

次いで位置決め終了の１１’！　認が行われ〔第２図の
４４〕、終了していれば始めに戻る。まだならサンプリ
ング時間が終わったかどうかを見て〔第２図の４５〕、
まだなら待機する。サンプリング時間が終了していれば
、新にタイマーをスタートさせ、次のサンプリング時点
の最適操作量を計算する。

以上述べたように本実施例では、動く軸の数に応じてサ
ンプリング時間を選択するので、サンプリング時間を最
適化できる。従って、サンプリング時間を一律とした場
合のように、時間を無駄に消費することがなく、その分
サーボ制御が効率化する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ロボットの動く軸数に応じた最適なサ
ンプリング時間によるアームのモデルを選べ、そのサン
プリング時間によってディジタル制御できるため、動く
軸数の多少に拘らず最も高い制御性能を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、 第２図は本発明一実施例を示すフローチャート、第３図
は従来のディジタル制御装置を示す図である。 図において、１はロボット、２はディジタル制御装置、
３は数学的モデル、４はパワーアンプ、５は制御方策の
管理部、６は最適操作量の計算部である。 ＄発岨製剰理説明図 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 多関節ロボットの数学的モデルと、所定のサンプリング
   時間ごとに前記数学的モデルに基づいて最適操作量を算
   出する手段とを具備し、前記算出された最適操作量を前
   記多関節ロボットに与えて制御を行うロボットのディジ
   タル制御方式において、 制御すべき関節の軸とその数を決定する手段と、前記制
   御すべき軸数に応じたサンプリング時間を選択する手段
   と、前記制御すべき軸とその数とに応じた数学的的モデ
   ルを選択する手段とを具えたことを特徴とするロボット
   のディジタル制御装置。