JP3322892B2 - Multi-axis robot controller - Google Patents
Multi-axis robot controllerInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、多軸ロボットの制御装
置に係り、特に多軸ロボットの操作量および制御量との
間の非線形動作特性を線形化して各軸間に働く干渉力を
除去し多軸ロボットを目標軌道に追従するように制御す
る多軸ロボットの制御装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for a multi-axis robot, and more particularly to a method for linearizing a non-linear operation characteristic between an operation amount and a control amount of a multi-axis robot to remove an interference force acting between each axis. The present invention relates to a multi-axis robot control device that controls the multi-axis robot to follow a target trajectory.
【0002】[0002]
【従来の技術】多軸ロボットの一例として図2に2軸ロ
ボットを示す。図2において、ベース1の上部に第1ア
ーム3の一端が取り付けられている。第1アーム3はモ
ータ4によって減速機5を介して駆動され第1軸2の回
りに回動させられる。モータ4の頂部には第1軸2の回
りのモータ回転角θM1を測定する角度センサ6が取り
付けられている。また、第1アーム3の他端には第2ア
ーム8が回動自在に取り付けられている。第2アーム8
はモータ9によって減速機8を介して駆動され第2軸7
の回りに回動する。モータ9の頂部には第2軸7の回り
のモータ回転角θM2を測定する角度センサ10が取り
付けられている。2. Description of the Related Art FIG. 2 shows a two-axis robot as an example of a multi-axis robot. In FIG. 2, one end of a first arm 3 is attached to an upper portion of a base 1. The first arm 3 is driven by a motor 4 via a speed reducer 5 and is rotated around the first shaft 2. An angle sensor 6 for measuring a motor rotation angle θ M1 around the first shaft 2 is attached to the top of the motor 4. A second arm 8 is rotatably attached to the other end of the first arm 3. Second arm 8
Is driven by a motor 9 via a speed reducer 8 and a second shaft 7
Rotate around. An angle sensor 10 for measuring a motor rotation angle θ M2 around the second shaft 7 is attached to the top of the motor 9.
【0003】従来、多軸ロボットを目標位置軌道に追従
させようとする場合、図3に示すように多軸ロボットの
各軸を独立にPID(比例、微分、積分)制御してい
た。図3において、多軸ロボット21の各軸のモータ回
転角度θMを測定し、この測定結果をPID制御器20
にフィードバックし、モータトルク指令入力τを多軸ロ
ボット21に与えてモータ回転角度θMが目標回転角度
θMRに追従するように制御するものである。Conventionally, when trying to make a multi-axis robot follow a target position trajectory, each axis of the multi-axis robot is independently controlled by PID (proportional, differential, integral) as shown in FIG. 3, to measure the motor rotation angle theta M of each axis of the multi-axis robot 21, PID controller 20 of the measurement results
It is fed back to, and controls so that the motor rotation angle theta M gives the motor torque command input τ in multi-axis robot 21 follows the target rotation angle theta MR.
【0004】しかし図3に示す場合には、多軸ロボット
を高速で動作させようとすると各軸間に慣性力や遠心力
やコリオリ力等の非線形力が働き、各軸は各々独立に動
作しなくなる。このため、これらの非線形力の影響を考
慮しない図3に示すようなPID制御によっては目標位
置軌道への追従精度が不十分であった。However, in the case shown in FIG. 3, when a multi-axis robot is operated at a high speed, a non-linear force such as an inertia force, a centrifugal force or a Coriolis force acts between the axes, and the axes operate independently. Disappears. For this reason, the accuracy of following the target position trajectory is insufficient by the PID control as shown in FIG. 3 which does not consider the influence of these nonlinear forces.
【0005】そこで、式(1)に示すような2軸ロボッ
トの運動方程式に基づく制御方式が提案された。式
(1)には遠心力やコリオリ力等の2軸ロボットの各軸
間に働く非線形力も考慮されている。Accordingly, a control method based on the equation of motion of a two-axis robot as shown in equation (1) has been proposed. Equation (1) also takes into account non-linear forces acting between the axes of the two-axis robot, such as centrifugal force and Coriolis force.
【0006】[0006]
【数1】 式(1)の解を得るために、M、cの要素に現れる慣性
モーメントや摩擦係数等の物理パラメータの値を同定
(計測)し、この値を用いてM、cの推定値、ハット
M、ハットcを構成する。そして式(2)に示すように
各軸間に働く非線形力を計算し、これらの非線形力を補
償する。(Equation 1) In order to obtain the solution of equation (1), the values of physical parameters such as the moment of inertia and the friction coefficient appearing in the elements of M and c are identified (measured), and the estimated values of M and c, the hat M , Hat c. Then, as shown in Expression (2), the nonlinear forces acting between the axes are calculated, and these nonlinear forces are compensated.
【0007】[0007]
【数2】 図4に、式(1)および式(2)に基づく制御方式の一
例を示す。図4に示す制御方式は、新たな入力uを式
(3)に示すようにオンラインで計算し、モータ回転角
度θMが目標角度θMRに追従するようにPID制御を
行うものである。(Equation 2) FIG. 4 shows an example of a control method based on Expressions (1) and (2). Control system shown in FIG. 4, the new input u calculated online as shown in equation (3), and performs PID control so that the motor rotation angle theta M follows the target angle theta MR.
【0008】[0008]
【数3】 図4における非線形干渉力補償演算部22は、多軸ロボ
ット21の操作量であるモータトルク指令入力τと制御
量であるモータ回転角度θMとの間の非線形動作特性を
線形化し非線形力の影響を除去するものである。PID
制御部20は式(3)で与えられる新たな入力uを演算
する。(Equation 3) Nonlinear interference force compensation calculation unit 22 in FIG. 4, the influence of the nonlinear force to linearize the non-linear operating characteristic between the motor rotation angle theta M is a motor torque command input τ and the controlled variable is an operation amount of the multi-axis robot 21 Is to be removed. PID
The control unit 20 calculates a new input u given by Expression (3).
【0009】しかし図4に示す制御方式にあっては、多
軸ロボットの負荷特性や動特性が経年変化する場合に各
軸の力学的特性を決める物理パラメータの値が変化する
ため、非線形力の影響を十分には除去できなかった。However, in the control method shown in FIG. 4, when the load characteristics and dynamic characteristics of the multi-axis robot change over time, the values of the physical parameters that determine the mechanical characteristics of each axis change. The effects could not be fully eliminated.
【0010】そこで、図5に示すように物理パラメータ
をリアルタイムで求める物理パラメータ同定部23を設
けた。そして、オンラインで物理パラメータを特定し、
この特定された物理パラメータに基づいて非線形干渉力
補償演算部22によって非線形力の影響を除去するよう
にした(特開昭61−226804)。Therefore, as shown in FIG. 5, a physical parameter identification unit 23 for obtaining physical parameters in real time is provided. Identify physical parameters online,
Based on the specified physical parameters, the influence of the nonlinear force is removed by the nonlinear interference force compensation calculating section 22 (Japanese Patent Laid-Open No. 61-226804).
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら図5に示
す多軸ロボットの制御においては次のような問題点があ
った。すなわち、式(1)の解はゆるやかに時間変化す
る解しか求めることができないため、このゆるやかに時
間変化する解を用いて非線形干渉力補償演算部22によ
り多軸ロボットの非線形動作特性を線形化していた。こ
のため、主に低周波数帯域の非線形動作特性のみが補償
され、高周波数帯域に存在する各関節の駆動系の動特
性、例えば減速機構5、8に含まれるバネ特性に因る機
械的共振特性を考慮することができなかった。However, the control of the multi-axis robot shown in FIG. 5 has the following problems. That is, since only the solution that slowly changes over time can be obtained from the solution of equation (1), the nonlinear operation characteristics of the multi-axis robot are linearized by the nonlinear interference force compensation calculation unit 22 using the solution that slowly changes over time. I was Therefore, only the non-linear operation characteristics in the low frequency band are mainly compensated, and the dynamic characteristics of the drive system of each joint existing in the high frequency band, for example, the mechanical resonance characteristics due to the spring characteristics included in the reduction mechanisms 5 and 8. Could not be considered.
【0012】また、目標値追従性を上げようとしてPI
D制御定数を大きく設定すると高周波数帯域で機械的共
振が起こるという問題があった。この高周波数帯域で機
械的共振を避けるためにPID制御定数を小さく設定す
ると目標値追従性を下げることになるという問題があっ
た。このような相対する問題があるため、PID定数の
設定は試行錯誤的に設定されていた。In order to improve the target value followability, the PI
When the D control constant is set large, there is a problem that mechanical resonance occurs in a high frequency band. If the PID control constant is set small in order to avoid mechanical resonance in this high frequency band, there is a problem that the target value followability is reduced. Due to such an opposing problem, the setting of the PID constant has been set by trial and error.
【0013】さらに、多軸ロボットの負荷変動や動特性
に経年変化があると機械的共振特性が変動するので、試
行錯誤的に設定したPID定数を固定したままにでき
ず、再び試行錯誤的に設定する必要があり煩雑であっ
た。Further, if the load fluctuation and the dynamic characteristic of the multi-axis robot change over time, the mechanical resonance characteristic fluctuates. Therefore, the PID constant set by trial and error cannot be kept fixed, and the trial and error again occurs. It was necessary to set it and it was complicated.
【0014】そこで本発明の目的は、上記従来技術が有
する問題点を解消し、各軸間に働く干渉力や、手先負荷
変動や、高周波数帯域で発生する機械的共振を抑制しな
がら、多軸ロボットを目標軌道に高精度に追従させるこ
とができる多軸ロボットの制御装置を提供することであ
る。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and to reduce the interference force acting between the shafts, the fluctuation of the hand load, and the mechanical resonance generated in a high frequency band, while suppressing the problem. An object of the present invention is to provide a control device of a multi-axis robot that can make the axis robot follow a target trajectory with high accuracy.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の多軸ロボットの制御装置は、多軸ロボット
の動作中の操作量および制御量を用いて多軸ロボットの
物理パラメータを同定する物理パラメータ同定部と、こ
の同定された物理パラメータを用い多軸ロボットの操作
量および制御量の間の低周波帯域における非線形動作特
性を線形化する非線形干渉力補償演算部と、前記物理パ
ラメータ同定部及び前記非線形干渉力補償演算部を用い
て線形化して得られた線形化多入出力系に対し、この線
形化多入出力系の操作量および制御量を用いて前記線形
化多入出力系に存在する高周波帯域での機械共振特性を
表す伝達関数モデルを同定する伝達関数モデル同定部
と、前記伝達関数モデル同定部によって同定して得られ
た前記伝達関数モデルを用いて、多軸ロボットが与えら
れた目標軌道を追従するように前記線形化多入出力系の
制御定数を計算する制御定数計算部と、この計算された
制御定数に基づき多軸ロボットの目標軌道を指示する目
標値と前記線形化多入出力系のフィードバックされた制
御量とから前記線形化多入出力系の操作量を演算する線
形多入力制御演算部とを備えることを特徴とする。In order to achieve the above object, a control apparatus for a multi-axis robot according to the present invention uses the operation amount and the control amount during the operation of the multi-axis robot to change the physical parameters of the multi-axis robot. A physical parameter identification unit for identifying, a nonlinear interference force compensation calculation unit for linearizing a nonlinear operation characteristic in a low frequency band between an operation amount and a control amount of the multi-axis robot using the identified physical parameter, and the physical parameter For a linearized multi-input / output system obtained by linearization using the identification unit and the nonlinear interference force compensation calculation unit, the linearized multi-input / output system is operated by using the operation amount and control amount of the linearization multi-input / output system. A transfer function model identification unit for identifying a transfer function model representing a mechanical resonance characteristic in a high frequency band existing in the system; and the transfer function model obtained by the identification by the transfer function model identification unit. A control constant calculation unit that calculates a control constant of the linearized multi-input / output system so that the multi-axis robot follows a given target trajectory; and a target of the multi-axis robot based on the calculated control constant. A linear multi-input control operation unit for calculating an operation amount of the linearization multi-input / output system from a target value indicating a trajectory and a feedback control amount of the linearization multi-input / output system.
【0016】[0016]
【作用】物理パラメータ同定部によって多軸ロボットの
物理パラメータを同定し、この同定した物理パラメータ
を用いて非線形干渉力補償演算部によって多軸ロボット
の非線形特性を線形化し、線形化多入出力系を形成す
る。次にこの線形化多入出力系の操作量と制御量とを用
いて線形化多入出力系の高周波数帯域の伝達関数モデル
を伝達関数モデル同定部により同定する。次に多軸ロボ
ットが与えられた目標軌道を追従するように前記線形化
多入出力系の制御定数を制御定数計算部によって計算
し、この計算された制御定数に基づき線形多入力制御演
算部によって目標軌道を指示する目標値と線形化多入出
力系のフィードバックされた制御量とから線形化多入出
力系の操作量を演算する。[Function] The physical parameter identification unit identifies the physical parameters of the multi-axis robot, and uses the identified physical parameters to linearize the nonlinear characteristics of the multi-axis robot by the nonlinear interference force compensation calculation unit. Form. Next, a transfer function model in a high frequency band of the linearized multi-input / output system is identified by a transfer function model identification unit using the operation amount and the control amount of the linearized multi-input / output system. Next, a control constant of the linearized multi-input / output system is calculated by a control constant calculation unit so that the multi-axis robot follows a given target trajectory, and based on the calculated control constant, a linear multi-input control calculation unit An operation amount of the linearized multi-input / output system is calculated from a target value indicating a target trajectory and a feedback control amount of the linearized multi-input / output system.
【0017】[0017]
【実施例】以下本発明による多軸ロボットの制御装置の
実施例を図1を参照して説明する。本実施例の制御装置
は、式(1)および式(2)に基づく制御装置である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a control device for a multi-axis robot according to the present invention will be described below with reference to FIG. The control device according to the present embodiment is a control device based on Expressions (1) and (2).
【0018】図1において、線形化多入出力系30は、
水平面内を旋回する2軸ロボットである多軸ロボット3
1と、多軸ロボット31の操作量であるモータトルク指
令入力τと制御量であるモータ回転角度θMとを用いて
多軸ロボット31の物理パラメータを同定する物理パラ
メータ同定部32と、この同定された物理パラメータを
用い多軸ロボット31のモータトルク指令入力τとモー
タ回転角度θMとの間の非線形動作特性を線形化する非
線形干渉力補償演算部33とから構成されている。In FIG. 1, a linearized multi-input / output system 30 comprises:
Multi-axis robot 3 that is a two-axis robot that turns in a horizontal plane
1, the physical parameter identification unit 32 for identifying the physical parameters of the multi-axis robot 31 by using the motor rotation angle theta M is a motor torque command input τ and the controlled variable is an operation amount of the multi-axis robot 31, the identification and a nonlinear interference force compensation computing section 33 for linearizing the non-linear operating characteristics between been the motor torque command input τ and the motor rotation angle theta M of multi-axis robot 31 using the physical parameters.
【0019】また、多軸ロボットの制御装置は、伝達関
数モデル同定部34を備え、この伝達関数モデル同定部
34は、線形化多入出力系30への入力データである操
作量uと制御量であるモータ回転角度θMとを用いてこ
の線形化多入出力系30の高周波帯域での機械共振特性
を表す伝達関数モデルをオンラインで同定する。The control device of the multi-axis robot includes a transfer function model identification unit 34. The transfer function model identification unit 34 includes an operation amount u, which is input data to the linearized multi-input / output system 30, and a control amount. identifying a transfer function model representing the mechanical resonance characteristics in a high frequency band of the linearized multi-input multi-output system 30 on-line using a motor rotation angle theta M is.
【0020】また、多軸ロボットの制御装置は、制御定
数計算部35と線形多入力制御演算部36を備える。制
御定数計算部35は、同定した伝達関数モデルに基づき
多軸ロボット31が与えられた目標軌道を追従するよう
に線形化多入出力系30の制御定数をオンラインで計算
して更新する。また、線形多入力制御演算部36は計算
された制御定数に基づき多軸ロボット31の目標軌道を
指示する目標角度θM Rと線形化多入出力系30のフィ
ードバックされたモータ回転角度θMとから線形化多入
出力系の操作量uを演算する次に、このような構成から
なる本実施例の作用について説明する。Further, the control device of the multi-axis robot includes a control constant calculation unit 35 and a linear multi-input control calculation unit 36. The control constant calculation unit 35 calculates and updates the control constant of the linearized multi-input / output system 30 online so that the multi-axis robot 31 follows the given target trajectory based on the identified transfer function model. In addition, the linear multi-input control operation unit 36 calculates a target angle θ M R for instructing a target trajectory of the multi-axis robot 31 based on the calculated control constants and a motor rotation angle θ M fed back from the linearization multi-input / output system 30. Next, the operation of the present embodiment having such a configuration will be described.
【0021】まず、物理パラメータ同定部32による物
理パラメータの同定の手順を詳細に説明する。図2に示
す2軸水平旋回型ロボットの場合、式(1)で示す運動
方程式の各行列やベクトルは式(4)のように表わされ
る。First, the procedure for identifying a physical parameter by the physical parameter identification unit 32 will be described in detail. In the case of the two-axis horizontal turning type robot shown in FIG. 2, each matrix or vector of the equation of motion represented by Expression (1) is represented as Expression (4).
【0022】[0022]
【数4】 式(4)において、α、β、γ、δは2軸ロボットの各
軸に長さ、質量、重心位置および慣性モーメントで決ま
る量、d1、d2は2軸ロボットの各軸の摩擦係数で決
まる量である。また、nG1、nG2は各軸の減速比
(≦1)を表す。(Equation 4) In equation (4), α, β, γ, and δ are quantities determined by the length, mass, center of gravity position, and moment of inertia of each axis of the two-axis robot, and d 1 and d 2 are friction coefficients of each axis of the two-axis robot. It is the amount determined by Further, n G1 and n G2 represent the reduction ratio (≦ 1) of each axis.
【0023】次に、物理パラメータのベクトルφをφ=
[α、β、γ、δ、d1、d2]Tとおくと、式(1)
は式(5)のように書き換えられる。Next, the physical parameter vector φ is given by φ =
[Α, β, γ, δ, d 1 , d 2 ] T , Equation (1)
Is rewritten as in equation (5).
【0024】[0024]
【数5】 、2×6の行列である。(Equation 5) , 2 × 6 matrix.
【0025】式(5)を用いて、2軸ロボットの入出力
データによってY、τを構成することにより、未知の物
理パラメータφを最小二乗法を用いて同定することがで
きる。実際の物理パラメータφの同定は、2軸ロボット
の動作中に入出力データを取り込みながら、逐次型の最
小二乗法(参考文献として、川崎、西村著、マニプレー
タのパラメータ同定、計測自動制御学会論文集、Vo
l.22−1、pp76−83(1986))を用いて
オンラインで行うことができる。By constructing Y and τ from the input / output data of the two-axis robot using equation (5), the unknown physical parameter φ can be identified using the least squares method. The identification of the actual physical parameter φ is performed by taking in the input / output data during the operation of the two-axis robot and performing the sequential least-squares method (for reference, Kawasaki and Nishimura, Manipulator parameter identification, Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers) , Vo
l. 22-1, pp76-83 (1986)).
【0026】次に、伝達関数モデル同定部34の作用に
ついて説明する。非線形干渉力補償演算部33によって
線形化された線形化多入出力系30の入力をu、出力を
y=(d/dt)θMとする。線形化多入出力系30と
しての2入力2出力線形連続システムをサンプリング周
期ΔTで離散化し、入出力データ{u(k)、y
(k)、k=1、2、・・・N}を得る。ここで、同定
対象は式(6)に示す離散時間モデルによって記述でき
ると仮定する。Next, the operation of the transfer function model identification unit 34 will be described. The input of the linearization multi-input multi-output system 30, which is linearized by the nonlinear interference force compensation calculation unit 33 u, output and y = (d / dt) θ M. A two-input two-output linear continuous system as the linearized multi-input / output system 30 is discretized at a sampling period ΔT, and input / output data {u (k), y
(K), k = 1, 2,... N}. Here, it is assumed that the identification target can be described by a discrete-time model shown in Expression (6).
【0027】[0027]
【数6】 式(6)におけるパラメータAi、Bijは、多入出力
系に対する逐次型最小二乗法(参考文献として、中溝高
好著、信号解析とシステム同定、コロナ社(198
8))によって同定することができる。このAi、B
ijの推定値より、ハットA(z−1)、ハットB(z
−1)を構成する。(Equation 6) The parameters A i and B ij in the equation (6) are determined by a sequential least squares method for a multi-input / output system (see Takayoshi Nakamizo, Signal Analysis and System Identification, Corona Corp. (198
8)). This A i , B
From the estimated values of ij , hat A (z −1 ) and hat B (z
-1 ).
【0028】このようにして、パルス伝達関数行列の推
定値、ハットG(z−1)は、式(7)によって与えら
れる。Thus, the estimated value of the pulse transfer function matrix, hat G (z -1 ), is given by equation (7).
【0029】[0029]
【数7】 また、周波数応答行列の推定値、ハットG(jω)は、
式(8)によって計算することができる。(Equation 7) Also, the estimated value of the frequency response matrix, hat G (jω), is
It can be calculated by equation (8).
【0030】[0030]
【数8】 式(8)においては任意の周波数についてハットG(j
ω)を求めることができる。従って、式(8)を用いる
ことにより、式(1)の解に含めることができなかった
高周波数帯域の成分について求めることができるのであ
る。(Equation 8) In equation (8), the hat G (j
ω) can be obtained. Therefore, by using Expression (8), it is possible to obtain a component in a high frequency band that cannot be included in the solution of Expression (1).
【0031】次に式(8)で求めた周波数応答行列の推
定値、ハットG(jω)をオンラインで伝達関数モデ
ル、ハットG(s)に変換する(参考文献として、山
下、他著、周波数応答測定値より伝達関数を求める方
法、制御工学、Vol.14−11、pp.15−22
(1970))。この結果、この伝達関数モデル、ハッ
トG(s)は、低周波数帯域のみならず式(1)に含め
ることができない減速機構のバネ特性による高周波数帯
域における機械的共振特性をも表わすことができる。Next, the estimated value of the frequency response matrix, hat G (jω), obtained by equation (8) is converted online to a transfer function model, hat G (s) (for reference, see Yamashita et al., Frequency Method for Obtaining Transfer Function from Response Measurement, Control Engineering, Vol. 14-11, pp. 15-22
(1970)). As a result, this transfer function model, hat G (s), can represent not only the low frequency band but also the mechanical resonance characteristics in the high frequency band due to the spring characteristics of the speed reduction mechanism that cannot be included in equation (1). .
【0032】なお、同定された伝達関数モデル、ハット
G(s)は出力として(d/dt)θMをとっている
が、入力uに対する出力θMの伝達関数モデルは、(ハ
ットG(s))/sとして求められる。Although the identified transfer function model, hat G (s), uses (d / dt) θ M as an output, the transfer function model of output θ M with respect to input u is (hat G (s) )) / S.
【0033】次に制御定数計算部35の作用について説
明する。制御定数計算部35においては、伝達関数モデ
ルハットG(s)や(ハットG(s))/sをもとに極
指定法などを用いて、良好な目標追従特性が得られる並
列補償器F(s)および直列補償器K(s)の係数をオ
ンラインで計算する(参考文献として、中野、美多著、
制御基礎理論、昭晃堂(1982))。Next, the operation of the control constant calculator 35 will be described. The control constant calculation unit 35 uses the pole designation method based on the transfer function model hat G (s) or (hat G (s)) / s to obtain a parallel compensator F that can obtain a good target tracking characteristic. (S) and the coefficient of the series compensator K (s) are calculated online (for reference, see Nakano and Mita,
Basic control theory, Shokodo (1982)).
【0034】次に線形化多入出力制御演算部36の作用
について説明する。ここでは、既に計算された並列補償
器F(s)および直列補償器K(s)を用いて、式
(9)に示すようなサーボ演算を行い、2軸ロボットを
目標軌道に追従させる。Next, the operation of the linearizing multi-input / output control calculation unit 36 will be described. Here, using the already calculated parallel compensator F (s) and series compensator K (s), a servo operation as shown in Expression (9) is performed, and the two-axis robot follows the target trajectory.
【0035】[0035]
【数9】 本実施例の構成によれば、線形化多入出力系30の高周
波帯域での機械共振特性を表す伝達関数モデルを同定す
る伝達関数モデル同定部34を設けたので、多軸ロボッ
ト31の各軸間に働く干渉力や、手先負荷変動や、高周
波数帯域で発生する機械的共振を抑制しながら、多軸ロ
ボット31を目標軌道に高精度に追従させることができ
る多軸ロボットの制御装置を提供することができる。(Equation 9) According to the configuration of the present embodiment, since the transfer function model identification unit 34 for identifying the transfer function model representing the mechanical resonance characteristic in the high frequency band of the linearized multi-input / output system 30 is provided, each axis of the multi-axis robot 31 is provided. Provided is a control device for a multi-axis robot capable of causing the multi-axis robot 31 to follow a target trajectory with high accuracy while suppressing interference force acting between the robot, hand load fluctuation, and mechanical resonance generated in a high frequency band. can do.
【0036】また、多軸ロボットの負荷変動や動特性に
経年変化があっても、試行錯誤的にPID定数を設定し
なおす必要がなくなる。Further, even if the load fluctuation and the dynamic characteristics of the multi-axis robot change over time, it is not necessary to reset the PID constant by trial and error.
【0037】また、物理パラメータ31、非線形干渉補
償演算部33、伝達関数モデル同定部34、制御定数計
算部35および線形化多入出力制御演算部36はオンラ
インで機能するので、リアルタイムで多軸ロボット31
を目標軌道に高精度に追従させることができる。Also, since the physical parameters 31, the nonlinear interference compensation calculation unit 33, the transfer function model identification unit 34, the control constant calculation unit 35, and the linearization multi-input / output control calculation unit 36 function online, the multi-axis robot is operated in real time. 31
Can follow the target trajectory with high accuracy.
【0038】[0038]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、線形化多入出力系の高周波帯域での機械共振特
性を表す伝達関数モデルを同定する伝達関数モデル同定
部を設けたので、多軸ロボットの各軸間に働く干渉力を
除去し高周波数帯域で発生する機械的共振を抑制しなが
ら、多軸ロボットを目標軌道に高精度に追従させること
ができる多軸ロボットの制御装置を提供することができ
る。As is apparent from the above description, according to the present invention, a transfer function model identification unit for identifying a transfer function model representing a mechanical resonance characteristic in a high frequency band of a linearized multi-input / output system is provided. , A multi-axis robot control device that can make a multi-axis robot follow a target trajectory with high accuracy while eliminating interference force acting between each axis of the multi-axis robot and suppressing mechanical resonance generated in a high frequency band Can be provided.
【図1】本発明の実施例に係る多軸ロボットの制御装置
を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing a control device of a multi-axis robot according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の制御対象である多軸ロボットの一例の
2軸ロボットを示す平面図。FIG. 2 is a plan view showing a two-axis robot as an example of a multi-axis robot to be controlled by the present invention.
【図3】従来の多軸ロボットの制御装置を示すブロック
図。FIG. 3 is a block diagram showing a conventional control device for a multi-axis robot.
【図4】他の従来の多軸ロボットの制御装置を示すブロ
ック図。FIG. 4 is a block diagram showing another conventional control device for a multi-axis robot.
【図5】さらに他の従来の多軸ロボットの制御装置を示
すブロック図。FIG. 5 is a block diagram showing a control device of still another conventional multi-axis robot.
30 線形化多入出力系 31 多軸ロボット 32 物理パラメータ同定部 33 非線形干渉力補償演算部 34 伝達関数モデル同定部 35 制御定数計算部 36 線形化多入出力制御演算部 Reference Signs List 30 linearized multi-input / output system 31 multi-axis robot 32 physical parameter identification unit 33 nonlinear interference force compensation calculation unit 34 transfer function model identification unit 35 control constant calculation unit 36 linearization multi-input / output control calculation unit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B25J 9/16 G05D 3/12 305 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) B25J 9/16 G05D 3/12 305
Claims (1)
量を用いて多軸ロボットの物理パラメータを同定する物
理パラメータ同定部と、 この同定された物理パラメータを用い多軸ロボットの操
作量および制御量の間の低周波帯域における非線形動作
特性を線形化する非線形干渉力補償演算部と、前記物理パラメータ同定部及び前記非線形干渉力補償演
算部を用いて線形化して得られた線形化多入出力系に対
し、この 線形化多入出力系の操作量および制御量を用い
て前記線形化多入出力系に存在する高周波帯域での機械
共振特性を表す伝達関数モデルを同定する伝達関数モデ
ル同定部と、前記伝達関数モデル同定部によって同定して得られた前
記伝達関数モデルを用いて、 多軸ロボットが与えられた
目標軌道を追従するように前記線形化多入出力系の制御
定数を計算する制御定数計算部と、 この計算された制御定数に基づき多軸ロボットの目標軌
道を指示する目標値と前記線形化多入出力系のフィード
バックされた制御量とから前記線形化多入出力系の操作
量を演算する線形多入力制御演算部とを備えることを特
徴とする多軸ロボットの制御装置。A physical parameter identification unit for identifying a physical parameter of the multi-axis robot by using an operation amount and a control amount during operation of the multi-axis robot; and an operation amount and a multi-axis robot using the identified physical parameter. A non-linear interference compensation calculation unit for linearizing a non-linear operation characteristic in a low frequency band between control amounts, the physical parameter identification unit and the non-linear interference compensation operation
To the linearized multi-input / output system obtained by linearization using the
And, a transfer function model identification section for identifying a transfer function model representing the mechanical resonance characteristics in a high frequency band to be present with the operation amount and the control amount of the linearized multi-input multi-output system to the linearized multi-input multi-output system, Before obtained by identification by the transfer function model identification unit
A control constant calculation unit that calculates a control constant of the linearized multi-input / output system so that the multi-axis robot follows a given target trajectory using the transfer function model; A linear multi-input control operation unit that calculates an operation amount of the linearization multi-input / output system from a target value indicating a target trajectory of the axis robot and a feedback control amount of the linearization multi-input / output system. Characteristic multi-axis robot controller.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24211991A JP3322892B2 (en) | 1991-09-21 | 1991-09-21 | Multi-axis robot controller |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0577176A JPH0577176A (en) | 1993-03-30 |
| JP3322892B2 true JP3322892B2 (en) | 2002-09-09 |
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ID=17084583
Family Applications (1)
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3322892B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7765023B2 (en) | 2004-02-27 | 2010-07-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Robot controller and robot controlling method |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN104647374B (en) * | 2015-02-11 | 2016-08-24 | 华中科技大学 | A kind of Multi-freedom-degreemanipulator manipulator for flexible membrane transfer |
-
1991
- 1991-09-21 JP JP24211991A patent/JP3322892B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7765023B2 (en) | 2004-02-27 | 2010-07-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Robot controller and robot controlling method |
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| Publication number | Publication date |
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| JPH0577176A (en) | 1993-03-30 |
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