JP7464391B2 - Mechanical system with trajectory estimation using motor encoders and sensors - Google Patents
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Description
本発明は、機械システムに関し、特にモータエンコーダ及びセンサを用いて軌跡推定を行う機械システムに関する。 The present invention relates to a mechanical system, and in particular to a mechanical system that performs trajectory estimation using a motor encoder and a sensor.
産業用ロボット、工作機械等の機械先端部にセンサを取付けて動作中の振動を計測することにより、機械先端部の振動を制御する方法が提案されている。 A method has been proposed for controlling vibrations at the tip of machines such as industrial robots and machine tools by attaching a sensor to the tip of the machine to measure vibrations during operation.
特許文献1には、アーム根元に取付けたアーム根元位置センサと、アーム先端部に取付けた加速度計とによってアームの振動を検出することが開示されている。アーム根元位置センサで得られたアーム根元位置検出信号と、加速度計で得られたアーム先端速度検出信号と、アーム先端速度設定値及びアーム根元位置設定値とを比較して得られた値に基づき、アームを目標位置に移動させる指令を演算し、その結果をアクチュエータへ制御信号として送ることが記載されている。 Patent document 1 discloses that vibrations of an arm are detected by an arm root position sensor attached to the base of the arm and an accelerometer attached to the tip of the arm. It describes how a command to move the arm to a target position is calculated based on values obtained by comparing an arm root position detection signal obtained by the arm root position sensor, an arm tip speed detection signal obtained by the accelerometer, an arm tip speed set value, and an arm root position set value, and the result is sent to an actuator as a control signal.
特許文献2には、センサによって検出したロボット機構部の制御対象位置を、目標軌跡又は目標位置に近づけるために学習補正量を算出する学習を行う学習制御部を備え、学習制御部は、最大速度オーバライドに至るまで複数回に渡って速度オーバライドを増加させながら学習補正量を算出する学習を行うことが開示されている。 Patent document 2 discloses that a learning control unit is provided that performs learning to calculate a learning correction amount in order to bring the controlled position of the robot mechanism detected by a sensor closer to a target trajectory or target position, and that the learning control unit performs learning to calculate the learning correction amount while increasing the speed override multiple times until the maximum speed override is reached.
特許文献3には、学習制御部が、モータエンコーダの情報から位置偏差の低周波成分を推定すると共に、センサの情報から位置偏差の高周波成分を推定する位置偏差推定部を備えることが開示されている。 Patent document 3 discloses that the learning control unit is equipped with a position deviation estimation unit that estimates the low-frequency components of the position deviation from information from the motor encoder, and estimates the high-frequency components of the position deviation from information from the sensor.
特許文献4には、無線センサからの信号の伝送に遅れが生じた場合に、そのセンサ信号を補正するため、センサ信号に対応するアーム先端部の加速度の第1時系列データを取得し、各軸のモータの指令値を順変換し2階微分することによりアーム先端部の加速度の第2時系列データを取得し、第1時系列データと第2時系列データとの相関の度合いに応じて、第2時系列データに対する第1時系列データの遅れ時間を演算し、演算された遅れ時間により第1時系列データを補正することが開示されている。 Patent Document 4 discloses that when a delay occurs in the transmission of a signal from a wireless sensor, in order to correct the sensor signal, first time series data of the acceleration of the arm tip corresponding to the sensor signal is obtained, and second time series data of the acceleration of the arm tip is obtained by forward transforming and second-order differentiating the command values of the motors of each axis, and the delay time of the first time series data relative to the second time series data is calculated according to the degree of correlation between the first time series data and the second time series data, and the first time series data is corrected using the calculated delay time.
加速度センサ、ジャイロセンサ、慣性センサ等のセンサでは、センサの速度データや加速度データから位置を推定する際に低周波成分の推定誤差が累積してしまうという問題がある。この推定誤差はハイパスフィルタで除去できるが、機械先端部の軌跡の低周波成分も取り除かれてしまうため、目標軌跡と実軌跡との間の軌跡偏差を推定できなくなってしまう。この問題の解決手段として、モータエンコーダの位置データの低周波成分を利用することで軌跡の推定精度を改善できる。 Sensors such as acceleration sensors, gyro sensors, and inertial sensors have a problem in that estimation errors in low-frequency components accumulate when estimating position from the sensor's speed and acceleration data. This estimation error can be removed with a high-pass filter, but the low-frequency components of the trajectory of the machine tip are also removed, making it impossible to estimate the trajectory deviation between the target trajectory and the actual trajectory. As a solution to this problem, the low-frequency components of the position data from the motor encoder can be used to improve the accuracy of trajectory estimation.
しかしながら、モータエンコーダで推定した機械先端部の軌跡には、機械機構部やツールの撓み、バックラッシといった機械機構部やツールに起因して生じるモータエンコーダから機械先端部にかけての遅れ時間が考慮されていない。従って、撓みが大きくなる高負荷時、高加速時等や、各軸の正転時及び逆転時等において推定誤差が大きくなることがある。また、この遅れ時間は、機械機構部やツールの剛性、速度、加速度、負荷、姿勢等によって時々刻々と変化するため、精度良く見積もることが難しい。 However, the trajectory of the machine tip estimated by the motor encoder does not take into account the delay time from the motor encoder to the machine tip caused by the machine mechanism and tool, such as deflection and backlash of the machine mechanism and tool. Therefore, the estimation error can be large under high loads and high acceleration when deflection is large, and when each axis is rotating forward and backward. In addition, this delay time changes from moment to moment depending on the rigidity, speed, acceleration, load, and posture of the machine mechanism and tool, making it difficult to estimate accurately.
そこで、機械機構部やツールに起因して生じるモータエンコーダから機械先端部にかけての遅れ時間を修正する技術が求められている。 Therefore, there is a demand for technology that can correct the delay time from the motor encoder to the tip of the machine, which is caused by the machine mechanism and tools.
本開示の一態様は、機械先端部に設けたセンサと、機械機構部に設けたモータエンコーダとを用いて機械の軌跡を推定する機械システムであって、センサで推定又は取得したセンサ時系列信号とモータエンコーダで取得又は推定したエンコーダ時系列信号との間の相関の度合いに基づき、モータエンコーダから機械先端部にかけての遅れ時間を計算する遅れ時間計算部と、計算された遅れ時間に基づいてエンコーダ時系列信号の波形を修正する信号波形修正部と、前記センサ時系列信号から修正された前記エンコーダ時系列信号を減算し、前記エンコーダ時系列信号を減算した前記センサ時系列信号から低周波成分を除去し、前記低周波成分が除去された前記センサ時系列信号に前記エンコーダ時系列信号を加算することによって、機械先端部の実軌跡を推定する軌跡推定部と、を備える、機械システムを提供する。 One aspect of the present disclosure provides a mechanical system that estimates a trajectory of a machine using a sensor provided at a tip of the machine and a motor encoder provided at a machine mechanism, the mechanical system comprising: a delay time calculation unit that calculates a delay time from the motor encoder to the tip of the machine based on a degree of correlation between a sensor time series signal estimated or acquired by the sensor and an encoder time series signal acquired or estimated by the motor encoder; a signal waveform correction unit that corrects the waveform of the encoder time series signal based on the calculated delay time; and a trajectory estimation unit that estimates an actual trajectory of the tip of the machine by subtracting the corrected encoder time series signal from the sensor time series signal, removing low frequency components from the sensor time series signal obtained by subtracting the encoder time series signal, and adding the encoder time series signal to the sensor time series signal from which the low frequency components have been removed.
本開示の一態様によれば、モータエンコーダから機械先端部にかけての遅れ時間を含むセンサ時系列信号を利用してエンコーダ時系列信号の波形を修正するため、遅れ時間を考慮したエンコーダ時系列信号を生成できる。ひいては、センサ時系列信号とエンコーダ時系列信号とに基づいて機械先端部の実軌跡を精度良く推定できることになる。 According to one aspect of the present disclosure, the waveform of the encoder time series signal is corrected using a sensor time series signal that includes a delay time from the motor encoder to the tip of the machine, so that an encoder time series signal that takes the delay time into account can be generated. As a result, the actual trajectory of the tip of the machine can be accurately estimated based on the sensor time series signal and the encoder time series signal.
以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を詳細に説明する。各図面において、同一又は類似の構成要素には同一又は類似の符号が付与されている。また、以下に記載する実施形態は、特許請求の範囲に記載される発明の技術的範囲及び用語の意義を限定するものではない。 The embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In each drawing, the same or similar components are given the same or similar reference numerals. Furthermore, the embodiments described below do not limit the technical scope of the invention described in the claims and the meaning of the terms.
図1は、本実施形態における機械システム1の概略構成を示している。機械システム1は、スタンドアロンシステムであり、機械10と、機械10の動作を制御する制御装置20と、を備えている。機械10は、例えば多関節ロボットであるが、単関節ロボットや、単軸や多軸の工作機械、建設機械といった他の産業機械でもよい。機械10は、モータ(図示せず)を備えた機械機構部11と、機械機構部11の先端に取付けたツール12と、を備えている。機械機構部11は、例えばロボットアームであるが、他の産業機械におけるボールねじ、レール等でもよい。ツール12は、例えばシーリングツールであるが、溶接ツール、ハンド等でもよい。制御装置20は、CPU(central processing unit)、ASIC(application specific integrated circuit)、FPGA(field-programmable gate array)等のプロセッサを備えたコンピュータ装置である。機械10及び制御装置20は、有線又は無線を介して通信可能に接続される。
Figure 1 shows a schematic configuration of a machine system 1 in this embodiment. The machine system 1 is a standalone system and includes a
制御装置20は、機械先端部15に設けたセンサ13と、機械機構部11に設けたモータエンコーダ14とを用いて機械先端部15の実軌跡を推定する。機械先端部15は、例えばツール12の先端付近を指すが、位置制御の対象となる他の制御部位でもよい。センサ13は、例えば加速度センサ、ジャイロセンサ、慣性センサ等であるが、機械先端部15の振動を検出可能な他のセンサでもよい。センサ13は、機械先端部15の位置、速度、加速度、負荷等のセンサ時系列信号を出力する。モータエンコーダ14は、例えばロータリーエンコーダであるが、代わりにレゾルバ等のモータの位置を検出可能な他の位置検出器でもよい。モータエンコーダ14は、モータの角度、角速度、角加速度、トルク等のエンコーダ時系列信号を出力する。機械10が多関節ロボットや多軸工作機械等の多軸機械である場合には、モータエンコーダ14は、機械10の各軸に設けられる。センサ13とモータエンコーダ14は、有線又は無線を介して制御装置20に通信可能に接続される。なお、センサ13とモータエンコーダ14の通信遅延が発生しないように、特に無線センサを利用する場合には、無線センサと制御装置20との間で時刻が同期していることを前提とする。
The
制御装置20は、遅れ時間計算部21と、信号波形修正部22と、軌跡推定部23と、を備えている。遅れ時間計算部21は、センサ13から推定又は取得したセンサ時系列信号とモータエンコーダ14から取得又は推定したエンコーダ時系列信号との間の相関の度合いに基づき、機械機構部11及びツール12の少なくとも一方に起因して生じるモータエンコーダ14から機械先端部15にかけての遅れ時間を計算する。相関の度合いは、センサ時系列信号とエンコーダ時系列信号との間の、乗算平均、差分絶対値和(SAD)、差分二乗和(SSD)、正規化相互相関(NCC)、又は零平均正規化相互相関(ZNCC)等でよい。遅れ時間計算部21は、センサ時系列信号に対してエンコーダ時系列信号を時間軸上でシフトさせながら、又はエンコーダ時系列信号に対してセンサ時系列信号を時間軸上でシフトさせながら相関の度合いを算出していき、相関の度合いが最大になった時点の遅れ時間を算出する。
The
図2Aは、機械機構部11及びツール12の少なくとも一方に起因して生じる遅れ時間の一例を示している。図2には、センサ13を設ける機械先端側と、モータエンコーダ14を設けるモータ側と、機械先端側とモータ側との間の機械機構部11及びツール12とが示されている。例えばモータが加速した場合、モータエンコーダ14で推定した機械先端部15のエンコーダ推定位置(破線で示す)は、機械機構部11及びツール12の少なくとも一方の撓み、バックラッシ等に起因した遅れ時間が考慮されていないのに対し、センサ13で推定した機械先端部15のセンサ推定位置(実線で示す)は、モータエンコーダ14から機械先端部15にかけての遅れ時間を含んだ現在の位置(実位置)である。従って、遅れ時間計算部21は、センサ時系列信号を利用してモータエンコーダ14から機械先端部15にかけての遅れ時間を計算するとよい。
Figure 2A shows an example of a delay time caused by at least one of the
図2Bは、遅れ時間に基づいて修正されたエンコーダ推定位置(一点鎖線で示す)の一例を示している。遅れ時間は、機械機構部11及びツール12の少なくとも一方の剛性、速度、加速度、負荷、姿勢等によって時々刻々と変化するため、エンコーダ推定位置は、遅れ時間に基づいて時々刻々と修正するとよい。つまり、信号波形修正部22は、計算された遅れ時間に基づいてエンコーダ時系列信号の波形形状を修正することになる。
Figure 2B shows an example of the encoder estimated position (shown by a dashed line) corrected based on the delay time. Since the delay time changes from moment to moment depending on the stiffness, speed, acceleration, load, attitude, etc. of at least one of the
機械10が、例えば多関節ロボット、多軸工作機械等の多軸機械である場合、機械10の各軸の次元でエンコーダ時系列信号の波形を修正してもよいし、又は機械先端部15の次元(直交座標系の次元)でエンコーダ時系列信号の波形を修正してもよい。各軸の次元で修正する場合、エンコーダ時系列信号は、各軸のモータエンコーダ14から取得した角度、角速度、角加速度、トルク等の時系列データでよく、センサ時系列信号は、機械先端部15のセンサ13から取得した位置、速度、加速度、負荷等から逆運動学によって推定した各軸の角度、角速度、角加速度、トルク等の時系列データでよい。他方、機械先端部15の次元で修正する場合、エンコーダ時系列信号は、各軸のモータエンコーダ14から取得した角度、角速度、角加速度、トルク等を順変換して推定した機械先端部15の位置、速度、加速度、負荷等の時系列データでよく、センサ時系列信号は、機械先端部15のセンサ13から取得した位置、速度、加速度、負荷等の時系列データでよい。
When the
図3は、センサ時系列信号とモータエンコーダ時系列信号の前処理の一例を示している。本例では、機械先端部15の次元で修正する例に基づいて説明する。例えばセンサ時系列信号は機械先端部15の加速度の時系列データであり、エンコーダ時系列信号は各軸のモータエンコーダ14から取得した角度を順変換して推定した機械先端部15の位置の時系列データである。制御装置20は、遅れ時間を計算する前に、センサ時系列信号とモータエンコーダ時系列信号を前処理する前処理部28をさらに備えているとよい。例えば前処理部28は、微分器30と、ローパスフィルタ31と、ハイパスフィルタ32と、を備えている。
Figure 3 shows an example of preprocessing of the sensor time series signal and the motor encoder time series signal. In this example, the explanation is based on an example of correction in the dimension of the
微分器30は、エンコーダ時系列信号(位置)を2回微分して機械先端部15の加速度の時系列データに変換する。これにより、エンコーダ時系列信号の成分(位置)をセンサ時系列信号の成分(加速度)に合わせることができる。ローパスフィルタ31は、センサ時系列信号とモータエンコーダ時系列信号の双方について適用され、モータエンコーダ14による軌跡推定に使用される低周波数成分のみを通過させる。これにより、必要とする周波数帯域でのみ遅れ時間の計算が可能になると共に、センサ時系列信号とモータエンコーダ時系列信号の周波数帯域を合わせることが可能になる。ハイパスフィルタ32は、センサ時系列信号とモータエンコーダ時系列信号の双方について適用され、センサ13のオフセット誤差を除去する。オフセット誤差とは、センサ13の出力誤差であり、例えばキャリブレーションに起因した誤差や温度に起因した誤差等を含む。例えば加速度センサの場合、オフセット誤差は、0Gのときに出力される定常的な出力誤差である。なお、ローパスフィルタ31のカットオフ周波数L1とハイパスフィルタ32のカットオフ周波数H1との関係は、L1>H1でよい。
The
図4A及び図4Bは、センサ13のオフセット誤差を除去する前の波形の一例を示している。図4Aに示すように、センサ時系列信号(細線で示す)は、オフセット誤差分だけエンコーダ時系列信号(太線で示す)よりも信号の大きさ方向へずれているため、センサ時系列信号をオフセット誤差分だけ矢印の方向にずらす必要がある。図4Bに示すように、オフセット誤差を除去せずに、センサ時系列信号とエンコーダ時系列信号との間の相関の度合いを算出すると、誤った時点で相関の度合いが最大になる可能性があり、この場合には二次的な誤差を生じ得る。
Figures 4A and 4B show an example of a waveform before the offset error of the
図5A及び図5Bはセンサ13のオフセット誤差を除去した後の波形の一例を示している。図5Bに示すように、オフセット誤差を除去した後、センサ時系列信号とエンコーダ時系列信号との間の相関の度合いを算出すると、正しい時点で相関の度合いが最大になる。
Figures 5A and 5B show an example of a waveform after removing the offset error of the
図3を再び参照すると、遅れ時間は、速度の変化量や加速度の大きさが大きくなるにつれて大きくなり、速度の変化量や加速度の大きさが小さくなるにつれて小さくなるため、遅れ時間計算部21は、エンコーダ時系列信号(速度、加速度等)の変化量又は大きさに応じて遅れ時間を時々刻々と計算するとよい。或いは、遅れ時間計算部21は、エンコーダ時系列信号の変化量又は大きさに応じて予め定めた区間毎に遅れ時間を計算してもよい。信号波形修正部22は、計算された遅れ時間に基づいてエンコーダ時系列信号(位置)を修正する。なお、このエンコーダ時系列信号(位置)は、加速度の時系列データではなく、位置の時系列データ、即ちモータエンコーダ14による機械先端部15の推定軌跡である。軌跡推定部23は、修正されたエンコーダ時系列信号(位置)とセンサ時系列信号(位置)とに基づいて機械先端部15の実軌跡を推定する。このセンサ時系列信号(位置)は、加速度の時系列データではなく、位置の時系列データ、即ちセンサ13による機械先端部15の推定軌跡である。
Referring again to FIG. 3, the delay time increases as the change in speed or the magnitude of acceleration increases, and decreases as the change in speed or the magnitude of acceleration decreases. Therefore, the delay
図6は、区間を分割せずに遅れ時間を計算する例を示している。遅れ時間計算部21は、区間を分割せず、センサ時系列信号とエンコーダ時系列信号との間の相関の度合いが最大になった時点の遅れ時間を時々刻々と計算するとよい。
Figure 6 shows an example of calculating the delay time without dividing the interval. The delay
図7は、区間毎に遅れ時間を計算する例を示している。エンコーダ時系列信号が加速度や負荷の時系列データである場合には、加速度や負荷の大きさに応じて(つまり時間軸と平行に)区間を分割するとよい。他方、エンコーダ時系列信号が速度の時系列データである場合には、速度の変化量に応じて(つまり時間軸と垂直に)区間を分割するとよい。区間は、エンコーダ時系列信号の大きさ又は変化量が大きい区間と小さい区間を含んでいる。このような区間を定める閾値は、例えば±0.1,±0.3,±0.5,・・・等のように複数あってもよい。 Figure 7 shows an example of calculating the delay time for each section. If the encoder time series signal is time series data of acceleration or load, the sections should be divided according to the magnitude of acceleration or load (i.e., parallel to the time axis). On the other hand, if the encoder time series signal is time series data of speed, the sections should be divided according to the amount of change in speed (i.e., perpendicular to the time axis). The sections include sections where the magnitude or amount of change of the encoder time series signal is large and sections where it is small. There may be multiple thresholds defining such sections, for example, ±0.1, ±0.3, ±0.5, ... etc.
先ず、遅れ時間計算部21は、全区間において、センサ時系列信号とエンコーダ時系列信号との間の相関の度合いが最大になる時点の概略的な遅れ時間を計算する。そして、エンコーダ時系列信号を各区間に分割し、(1)概略的な遅れ時間から所定時間以内で、且つ、(2)隣り合う区間における遅れ時間の差が所定時間以内という、予め定めた制約下で、各区間において相関が最大になった時点の遅れ時間を計算するとよい。このように一定の制約下で遅れ時間を計算することにより、誤った時点で相関の度合いが最大になって二次的な誤差を生じる可能性を排除することができる。
First, the delay
区間に分割した後のエンコーダ時系列信号の波形は、山区間と坂区間という2つのパターンがあるため、次のように遅れ時間を計算するとよい。
(1)山区間の場合には、頂点における遅れ時間をその区間で求めた遅れ時間とする。
(2)坂区間の場合には、坂の中間における遅れ時間をその区間で求めた遅れ時間とする。
The waveform of the encoder time series signal after division into sections has two patterns, a peak section and a slope section, so the delay time can be calculated as follows.
(1) In the case of a mountain section, the delay time at the peak is set to the delay time found in that section.
(2) In the case of a hill section, the delay time at the middle of the hill is the delay time found for that section.
また、遅れ時間計算部21は、区間と区間との間では遅れ時間を漸次的に切り替えるとよい。例えば、坂区間の遅れ時間を(acc1, delay1)とし、山区間の遅れ時間を(acc2, delay2)とした場合、坂区間と山区間との間の遅れ時間(acc, delay)は、delay={(delay2-delay1)/(acc2-acc2)}*(acc-acc1)+delay1として求めるとよい。このように区間と区間との間の遅れ時間を重み付け補間することにより、エンコーダ時系列信号の波形を滑らかに修正することが可能になる。但し、各時刻における遅れ時間の変化が急峻の場合には、その遅れ時間によって修正したエンコーダ時系列信号の波形の時系列が逆転してしまう可能性があるため、その場合、遅れ時間の時系列データをローパスフィルタ等で滑らかにしてもよい。
The delay
区間の他の分割手法として、図6に示すように全区間で相関の度合いが最大になった時点において相関の度合いが小さい区間を分割し、その区間でエンコーダ時系列信号の波形を修正し、さらに、修正されたエンコーダ時系列信号の波形の全区間で相関の度合いが最大になった時点において相関の度合いが小さい区間を分割し、その区間でエンコーダ時系列信号の波形を修正し、という処理を繰り返すことにより、区間を分割してもよい。また、前述の重み付け補間を行うのではなく、移動平均フィルタ等の他のフィルタを使用して各区間における遅れ時間を滑らかに切り替えてもよい。 As another method of dividing the sections, as shown in FIG. 6, a section with a low degree of correlation may be divided at the point where the degree of correlation is maximized across the entire section, the waveform of the encoder time series signal may be modified in that section, and then a section with a low degree of correlation may be divided at the point where the degree of correlation is maximized across the entire section of the modified encoder time series signal waveform, and the waveform of the encoder time series signal may be modified in that section, and the process may be repeated to divide the sections. Also, instead of performing the weighted interpolation described above, another filter such as a moving average filter may be used to smoothly switch the delay time in each section.
図8は、軌跡推定部の一例を示している。軌跡推定部23は、センサ時系列信号(位置)と修正されたエンコーダ時系列信号(位置)とに基づいて機械先端部15の実軌跡を推定する。このセンサ時系列信号(位置)は、センサ13の速度、加速度、負荷等から推定した機械先端部15の推定軌跡であるため、低周波成分に推定誤差が累積してしまう。そこで、軌跡推定部23は、センサ時系列信号(位置)の高周波成分とエンコーダ時系列信号(位置)の低周波成分とに基づいて機械先端部15の実軌跡を推定するとよい。
Figure 8 shows an example of a trajectory estimation unit. The
例えば軌跡推定部23は、減算器40と、ハイパスフィルタ41と、加算器42と、を備えているとよい。減算器40は、センサ時系列信号からエンコーダ時系列信号を減算する。ハイパスフィルタ41は、減算した時系列信号から低周波成分を除去する。これにより、累積した推定誤差を取り除くことができる。加算器42は、低周波成分を除去した時系列信号にエンコーダ時系列信号を加算する。これにより、センサ時系列信号(位置)の高周波成分とエンコーダ時系列信号(位置)の低周波成分とに基づいた実軌跡が推定される。
For example, the
図1を再び参照すると、制御装置20は、記憶部24と、動作制御部25と、機械駆動部26と、ツール駆動部27と、をさらに備えているとよい。記憶部24は、例えば半導体メモリ、磁気メモリ等であり、動作プログラムを予め記憶している。動作制御部25は、例えばプロセッサであり、動作プログラムに含まれる目標軌跡と、推定された実軌跡とに基づいて動作指令を生成する。機械駆動部26は、例えばモータ駆動回路であり、生成された動作指令に基づいて機械機構部11を駆動させる。ツール駆動部27は、例えばツール駆動回路であり、生成された動作指令に基づいてツール12を駆動させる。
Referring again to FIG. 1, the
図8を再び参照すると、前述した動作制御部25は、減算器50と、ローパスフィルタ51と、を備えているとよい。減算器50は、推定した実軌跡から目標軌跡を減算する。ローパスフィルタ51は、必須な構成要素ではないが、ノイズや制御困難な高周波成分を除去する。なお、ハイパスフィルタ41のカットオフ周波数H2とローパスフィルタ51のカットオフ周波数L2との関係は、H2<L2でよい。これにより、実軌跡と目標軌跡との推定偏差が生成される。動作制御部25は、この推定偏差に基づき、学習制御(繰り返し制御)を行ってもよいし、又はPID(比例、積分、微分)制御を行ってもよい。
Referring again to FIG. 8, the above-mentioned
図9は、他の実施形態における機械システム1の概略構成を示している。本例の機械システム1は、サーバシステム又はクラウドシステムであり、WAN(wide area network)又はLAN(local area network)上に配置された軌跡推定装置60を備えている。軌跡推定装置60は、有線又は無線を介して、複数台の機械10に夫々設けられた複数のセンサ13と、複数台の機械10に夫々設けられた複数のモータエンコーダ14と、複数台の機械10を制御する複数台の制御装置20と、に対して一対多で接続する。軌跡推定装置60は、遅れ時間計算部21と、信号波形修正部22と、軌跡推定部23と、を備えている。
Figure 9 shows a schematic configuration of a machine system 1 in another embodiment. The machine system 1 in this example is a server system or a cloud system, and includes a
遅れ時間計算部21は、複数のセンサ13と複数のモータエンコーダ14から複数のセンサ時系列信号と複数のエンコーダ時系列信号を受信し、センサ時系列信号とモータエンコーダ時系列信号との間の相関の度合いに基づき、機械機構部11及びツール12の少なくとも一方に起因して生じる遅れ時間を計算する。信号波形修正部22は、計算された遅れ時間に基づいて複数のエンコーダ時系列信号の波形を修正する。軌跡推定部23は、複数のセンサ時系列信号と修正された複数のモータエンコーダ時系列信号とに基づいて複数台の機械先端部15の実軌跡を推定し、推定された複数の実軌跡を複数の制御装置20に夫々送信する。制御装置20は、受信した実軌跡と動作プログラムに含まれる目標軌跡との間の偏差を推定し、推定された偏差に基づいて学習制御又はPID制御を行うことにより、機械先端部15の振動を夫々制御する。
The delay
以上の実施形態によれば、モータエンコーダ14から機械先端部15にかけての遅れ時間を含むセンサ時系列信号を利用してエンコーダ時系列信号の波形を修正するため、遅れ時間を考慮したエンコーダ時系列信号を生成できる。ひいては、センサ時系列信号とエンコーダ時系列信号とに基づいて機械先端部の実軌跡を精度良く推定できることになる。
According to the above embodiment, the waveform of the encoder time series signal is corrected using the sensor time series signal including the delay time from the
前述したプロセッサに適用されるプログラムは、コンピュータ読取り可能な非一時的記録媒体、例えばCD-ROM等に記録して提供してもよいし、或いは有線又は無線を介してWAN(wide area network)又はLAN(local area network)上のサーバ装置から配信して提供してもよい。 The program applied to the above-mentioned processor may be provided by recording it on a computer-readable non-transitory recording medium, such as a CD-ROM, or may be provided by distributing it from a server device on a WAN (wide area network) or LAN (local area network) via wired or wireless communication.
本明細書において種々の実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲に記載された範囲内において種々の変更を行えることを認識されたい。 Although various embodiments have been described herein, it should be recognized that the present invention is not limited to the above-described embodiments and that various modifications may be made within the scope of the following claims.
1 機械システム
10 機械
11 機械機構部
12 ツール
13 センサ
14 モータエンコーダ
15 機械先端部
20 制御装置
21 遅れ時間計算部
22 信号波形修正部
23 軌跡推定部
24 記憶部
25 動作制御部
26 機械駆動部
27 ツール駆動部
30 微分器
31 ローパスフィルタ
32 ハイパスフィルタ
40 減算器
41 ハイパスフィルタ
42 加算器
50 減算器
51 ローパスフィルタ
REFERENCE SIGNS LIST 1
Claims (15)
前記センサで推定又は取得したセンサ時系列信号と前記モータエンコーダで取得又は推定したエンコーダ時系列信号との間の相関の度合いに基づき、前記モータエンコーダから前記機械先端部にかけての遅れ時間を計算する遅れ時間計算部と、
計算された前記遅れ時間に基づいて前記エンコーダ時系列信号の波形を修正する信号波形修正部と、
前記センサ時系列信号から修正された前記エンコーダ時系列信号を減算し、前記エンコーダ時系列信号を減算した前記センサ時系列信号から低周波成分を除去し、前記低周波成分が除去された前記センサ時系列信号に前記エンコーダ時系列信号を加算することによって、前記機械先端部の実軌跡を推定する軌跡推定部と、
を備える、機械システム。 A machine system that estimates a trajectory of a machine using a sensor provided at a machine tip and a motor encoder provided at a machine mechanism,
a delay time calculation unit that calculates a delay time from the motor encoder to the tip of the machine based on a degree of correlation between a sensor time series signal estimated or acquired by the sensor and an encoder time series signal acquired or estimated by the motor encoder;
a signal waveform correction unit that corrects a waveform of the encoder time-series signal based on the calculated delay time;
a trajectory estimation unit that estimates an actual trajectory of the tip of the machine by subtracting the corrected encoder time series signal from the sensor time series signal, removing low frequency components from the sensor time series signal from which the encoder time series signal has been subtracted, and adding the encoder time series signal to the sensor time series signal from which the low frequency components have been removed ;
A mechanical system comprising:
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