JP2014046402A - ロボット - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ロボットは、基台と、第1回転軸で回動する第1アームと、第1回転軸と異なる方向の第2回転軸で回動する第2アームと、第2回転軸と平行な第3回転軸で回動する第3アームと、第1慣性センサーと、第2a慣性センサーと、第1角度センサーと、第3角度センサーと、各アームを回動する駆動源と、を備え、第1アームに第1慣性センサーを、および第3アームに第2a慣性センサーを設置し、第1駆動源に第1角度センサーを、および第3駆動源に第3角度センサーを設置し、第1慣性センサーと第1角度センサーの検出から求まる角速度を第1駆動源制御手段にフィードバックし、第2a慣性センサーと第3角度センサーの検出から求まる角速度を第2駆動源制御手段にフィードバックする。
【選択図】図1
Description
このようなロボットでは、基台とアームリンク部とを連結する関節部や、アームリンク部とアームリンク部とを連結する関節部は、そのバネ要素の影響により基台やアームリンク部に比べて剛性が低くなっている。このため、アームリンク部の回動やアームリンク部に加わる外乱等によってアームリンク部に振動が生じ易いという問題がある。
最も先端側のアームリンク部の先端部に加速度センサーを設置しているので、その加速度センサーが検出する加速度を各関節部のものに換算して補正することとなる。このときヤコビ変換と呼ばれる座標軸変換を行う必要があり、多数のsin、cosの積を係数に持つ行列演算が必要になるため演算量が膨大になる。しかも、刻一刻と変化する各関節部のモーターの回転角度に合わせて係数を計算する必要があるので、常にこの膨大な演算を実行する必要がある。これにより、応答速度が遅くなるという欠点がある。
また、前記座標軸変換の計算において、特異点と呼ばれる座標軸変換解がない領域(計算できない領域)があり、その領域では振動抑制能力が低下したり、かえって振動を拡大してしまうことがある。
本発明の目的は、使用するセンサーの数を少なくしても、容易かつ確実に、振動を抑制することができるロボットを提供することにある。
(適用例1)
本発明のロボットは、基台と、
前記基台に連結され、第1回転軸を軸中心として回動する第1アームと、
前記第1アームに連結され、前記第1回転軸とは異なる方向の第2回転軸を軸中心として回動する第2アームと、前記第2回転軸とは平行な方向の第3回転軸を軸中心として回動する第3アームと、
前記第1アームを第1角速度指令で回動させる第1駆動源と、
前記第1アームに設置され、前記第1アームの前記第1回転軸の角速度または加速度を検出する第1慣性センサーと、
前記第1駆動源の回転角度を検出する第1角度センサーと、
前記第2アームを第2角速度指令で回動させる第2駆動源と、
前記第2駆動源の回転角度を検出する第2角度センサーと、
前記第3アームを回動させる第3駆動源と、
前記第3アームに設置され、前記第3アームの前記第2回転軸の角速度または加速度を検出する第2a慣性センサーと、
前記第3駆動源の回転角度を検出する第3角度センサーと、
前記第1慣性センサーから得られる前記第1アームの前記第1回転軸の角速度ωA1と、前記第1角度センサーから得られる前記第1アームの前記第1回転軸の角速度ωA1mと、から導かれる第1補正成分をフィードバックして前記第1駆動源を制御する第1駆動源制御手段と、
前記第2a慣性センサーから得られる前記第3アームの前記第2回転軸の角速度ωA3と、前記第2角度センサーから得られる前記第2アームの前記第2回転軸の角速度ωA2mと、前記第3角度センサーから得られる前記第3アームの前記第3回転軸の角速度ωA3mと、から導かれる第2補正成分をフィードバックして前記第2駆動源を制御する第2駆動源制御手段と、を備えることを特徴とする。
また、各アームに慣性センサーを設置して各アームに対してその振動を抑える制御を行う場合に比べ、慣性センサーの数を少なくすることができ、コストを低減することができ、また、回路構成を簡素化することができる。
本発明のロボットでは、前記角速度ωA1から前記角速度ωA1mを減算した値に対してフィードバックゲインを乗算した前記第1補正成分により前記第1角速度指令をフィードバックする前記第1駆動源制御手段と、
前記角速度ωA3から前記角速度ωA2mおよび前記角速度ωA3mを減算した値に対してフィードバックゲインを乗算した前記第2補正成分により前記第2角速度指令をフィードバックする前記第2駆動源制御手段と、を備えることが好ましい。
異なる方向の回転軸である第1駆動源制御手段と第2駆動源制御手段に対して、それぞれに適したフィードバックゲインを乗算した補正成分により角速度指令を補正するフィードバック制御をするので、より確実にロボットの振動を抑制することができる。
本発明のロボットは、基台と、
前記基台に連結され、第1回転軸を軸中心として回動する第1アームと、
前記第1アームに連結され、前記第1回転軸とは異なる方向の第2回転軸を軸中心として回動する第2アームと、前記第2回転軸とは平行な方向の第3回転軸を軸中心として回動する第3アームと、
前記第1アームを第1角速度指令で回動させる第1駆動源と、
前記第1アームに設置され、前記第1アームの前記第1回転軸の角速度または加速度を検出する第1慣性センサーと、
前記第1駆動源の回転角度を検出する第1角度センサーと、
前記第2アームを回動させる第2駆動源と、
前記第2駆動源の回転角度を検出する第2角度センサーと、
前記第3アームを第3角速度指令で回動させる第3駆動源と、
前記第3アームに設置され、前記第3アームの前記第2回転軸の角速度または加速度を検出する第2a慣性センサーと、
前記第3駆動源の回転角度を検出する第3角度センサーと、
前記第1慣性センサーから得られる前記第1アームの前記第1回転軸の角速度ωA1と、前記第1角度センサーから得られる前記第1アームの前記第1回転軸の角速度ωA1mと、から導かれる第1補正成分をフィードバックして前記第1駆動源を制御する第1駆動源制御手段と、
前記第2a慣性センサーから得られる前記第3アームの前記第2回転軸の角速度ωA3と、前記第2角度センサーから得られる前記第2アームの前記第2回転軸の角速度ωA2mと、前記第3角度センサーから得られる前記第3アームの前記第3回転軸の角速度ωA3mと、から導かれる第3補正成分をフィードバックして前記第3駆動源を制御する第3駆動源制御手段と、を備えることを特徴とする。
また、各アームに慣性センサーを設置して各アームに対してその振動を抑える制御を行う場合に比べ、慣性センサーの数を少なくすることができ、コストを低減することができ、また、回路構成を簡素化することができる。
本発明のロボットでは、前記角速度ωA1から前記角速度ωA1mを減算した値に対してフィードバックゲインを乗算した前記第1補正成分により前記第1角速度指令をフィードバックする前記第1駆動源制御手段と、
前記角速度ωA3から前記角速度ωA2mおよび前記角速度ωA3mを減算した値に対してフィードバックゲインを乗算した前記第3補正成分により前記第3角速度指令をフィードバックする前記第3駆動源制御手段と、を備えることが好ましい。
異なる方向の回転軸である第1駆動源制御手段と第3駆動源制御手段に対して、それぞれに適したフィードバックゲインを乗算した補正成分により角速度指令を補正するフィードバック制御をするので、より確実にロボットの振動を抑制することができる。
本発明のロボットは、基台と、
前記基台に連結され、第1回転軸を軸中心として回動する第1アームと、
前記第1アームに連結され、前記第1回転軸とは異なる方向の第2回転軸を軸中心として回動する第2アームと、前記第2回転軸とは平行な方向の第3回転軸を軸中心として回動する第3アームと、
前記第1アームを第1角速度指令で回動させる第1駆動源と、
前記第1アームに設置され、前記第1アームの前記第1回転軸の角速度または加速度を検出する第1慣性センサーと、
前記第1駆動源の回転角度を検出する第1角度センサーと、
前記第2アームを第2角速度指令で回動させる第2駆動源と、
前記第2アームに設置され、前記第2アームの前記第2回転軸の角速度または加速度を検出する第2b慣性センサーと、
前記第2駆動源の回転角度を検出する第2角度センサーと、
前記第3アームを回動させる第3駆動源と、
前記第1慣性センサーから得られる前記第1アームの前記第1回転軸の角速度ωA1と、前記第1角度センサーの検出結果から得られる前記第1アームの前記第1回転軸の角速度ωA1mと、から導かれる第1補正成分をフィードバックして前記第1駆動源を制御する第1駆動源制御手段と、
前記第2b慣性センサーから得られる前記第2アームの前記第2回転軸の角速度ωA2と、前記第2角度センサーから得られる前記第2アームの前記第2回転軸の角速度ωA2mと、から導かれる第2補正成分をフィードバックして前記第2駆動源を制御する第2駆動源制御手段と、を備えることを特徴とする。
また、各アームに慣性センサーを設置して各アームに対してその振動を抑える制御を行う場合に比べ、慣性センサーの数を少なくすることができ、コストを低減することができ、また、回路構成を簡素化することができる。
また、第3アームよりも基端側の第2アームを回動させる第2駆動源の作動を制御することにより、振動を抑制する効果を高めることができる。
本発明のロボットでは、前記角速度ωA1から前記角速度ωA1mを減算した値に対してフィードバックゲインを乗算した前記第1補正成分により前記第1角速度指令をフィードバックする前記第1駆動源制御手段と、
前記角速度ωA2から前記角速度ωA2mを減算した値に対してフィードバックゲインを乗算した前記第2補正成分により前記第2角速度指令をフィードバックする前記第2駆動源制御手段と、を備えることが好ましい。
異なる方向の回転軸である第1駆動源制御手段と第2駆動源制御手段に対して、それぞれに適したフィードバックゲインを乗算した補正成分により角速度指令を補正するフィードバック制御をするので、より確実にロボットの振動を抑制することができる。
本発明のロボットは、基台と、
前記基台に連結され、第1回転軸を軸中心として回動する第1アームと、
前記第1アームに連結され、前記第1回転軸とは異なる方向の第2回転軸を軸中心として回動する第2アームと、前記第2回転軸とは平行な方向の第3回転軸を軸中心として回動する第3アームと、
前記第1アームを第1角速度指令で回動させる第1駆動源と、
前記第1アームに設置され、前記第1アームの前記第1回転軸の角速度または加速度を検出する第1慣性センサーと、
前記第1駆動源の回転角度を検出する第1角度センサーと、
前記第2アームを回動させる第2駆動源と、
前記第2駆動源の回転角度を検出する第2角度センサーと、
前記第2アームに設置され、前記第2アームの前記第2回転軸の角速度または加速度を検出する第2b慣性センサーと、
前記第3アームを第3角速度指令で回動させる第3駆動源と、
前記第3駆動源の回転角度を検出する第3角度センサーと、
前記第1慣性センサーから得られる前記第1アームの前記第1回転軸の角速度ωA1と、前記第1角度センサーから得られる前記第1アームの前記第1回転軸の角速度ωA1mと、から導かれる第1補正成分をフィードバックして前記第1の駆動源を制御する第1駆動源制御手段と、
前記第2b慣性センサーから得られる前記第2アームの前記第2回転軸の角速度ωA2と、前記第2角度センサーから得られる前記第2アームの前記第2回転軸の角速度ωA2mと、前記第3角度センサーから得られる前記第3アームの前記第3回転軸の角速度ωA3mと、から導かれる第3補正成分をフィードバックして前記第3駆動源を制御する第3駆動源制御手段と、を備えることを特徴とする。
また、各アームに慣性センサーを設置して各アームに対してその振動を抑える制御を行う場合に比べ、慣性センサーの数を少なくすることができ、コストを低減することができ、また、回路構成を簡素化することができる。
本発明のロボットでは、前記角速度ωA1から前記角速度ωA1mを減算した値に対してフィードバックゲインを乗算した前記第1補正成分により前記第1角速度指令をフィードバックする前記第1駆動源制御手段と、
前記角速度ωA2から前記角速度ωA2mおよび前記角速度ωA3mを減算した値に対してフィードバックゲインを乗算した前記第3補正成分により前記第3角速度指令をフィードバックする前記第3駆動源制御手段と、を備えることが好ましい。
異なる方向の回転軸である第1駆動源制御手段と第3駆動源制御手段に対して、それぞれに適したフィードバックゲインを乗算した補正成分により角速度指令を補正するフィードバック制御をするので、より確実にロボットの振動を抑制することができる。
本発明のロボットでは、前記第1慣性センサーを設置した前記第1アームと、
前記第2a慣性センサーを設置した前記第3アームと、
慣性センサーを未設置とした前記第2アームと、を備えることが好ましい。
慣性センサーの数を少なくすることができるので、装置コストを低減できる。また、第2アームを軽量化できる。
本発明のロボットでは、前記第1慣性センサーを設置した前記第1アームと、
前記第2b慣性センサーを設置した前記第2アームと、
慣性センサーを未設置とした前記第3アームと、を備えることが好ましい。
慣性センサーの数を少なくすることができるので、装置コストを低減できる。また、第3アームを軽量化できる。
本発明のロボットでは、前記第1慣性センサーは、前記第1アームの先端部に設置され、
前記第2a慣性センサーは、前記第3アームの先端部に設置されていることが好ましい。
これにより、第1慣性センサーは、第1アームの振動が最大の部位において第1アームの角速度または加速度を検出し、第2a慣性センサーは、第3アームの振動が最大の部位において第3アームの角速度または加速度を検出するので、より確実にロボットの振動を抑制することができる。
本発明のロボットでは、前記第1慣性センサーは、前記第1アームの先端部に設置され、
前記第2b慣性センサーは、前記第2アームの先端部に設置されていることが好ましい。
これにより、第1慣性センサーは、第1アームの振動が最大の部位において第1アームの角速度または加速度を検出し、第2b慣性センサーは、第2アームの振動が最大の部位において第2アームの角速度または加速度を検出するので、より確実にロボットの振動を抑制することができる。
本発明のロボットでは、前記第1回転軸は、前記基台の設置面の法線と一致することが好ましい。
これにより、ロボットの制御を容易に行うことができる。
(適用例14)
本発明のロボットは、基台と、
前記基台に連結され、第1回転軸を軸中心として回動する第1アームと、
前記第1回転軸と異なる方向の第2回転軸を軸中心として回動する第2アームと、
前記第2回転軸とは平行な方向の第3回転軸を軸中心として回動する第3アームと、
前記第1アームの角速度を検出する第1慣性センサーと、
前記第1アームの駆動源の回転角度を検出する第1角度センサーと、
前記第2アームの駆動源の回転角度を検出する第2角度センサーと、
前記第3アームの角速度を検出する第2a慣性センサーと、
前記第3アームの駆動源の回転角度を検出する第3角度センサーと、
前記第1角度センサーの検出結果から導かれる角速度と前記第1慣性センサーから検出される角速度とをフィードバックして制御する前記第1アームの駆動源の制御手段と、
前記第2角度センサーの検出結果から導かれる角速度と前記第3角度センサーの検出結果から導かれる角速度と前記第2a慣性センサーから検出される角速度とをフィードバックして制御する前記第2アームの駆動源の制御手段と、を備えることを特徴とする。
また、各アームに慣性センサーを設置して各アームに対してその振動を抑える制御を行う場合に比べ、慣性センサーの数を最少とすることができ、コストを低減することができ、また、回路構成を簡素化することができる。
本発明のロボットは、基台と、
前記基台に連結され、第1回転軸を軸中心として回動する第1アームと、
前記第1回転軸と異なる方向の第2回転軸を軸中心として回動する第2アームと、
前記第2回転軸とは平行な方向の第3回転軸を軸中心として回動する第3アームと、
前記第1アームの角速度を検出する第1慣性センサーと、
前記第1アームの駆動源の回転角度を検出する第1角度センサーと、
前記第2アームの駆動源の回転角度を検出する第2角度センサーと、
前記第3アームの角速度を検出する第2a慣性センサーと、
前記第3アームの駆動源の回転角度を検出する第3角度センサーと、
前記第1角度センサーの検出結果から導かれる角速度と前記第1慣性センサーから検出される角速度とをフィードバックして制御する前記第1アームの駆動源の制御手段と、
前記第2角度センサーの検出結果から導かれる角速度と前記第3角度センサーの検出結果から導かれる角速度と前記第2a慣性センサーから検出される角速度とをフィードバックして制御する前記第3アームの駆動源の制御手段と、を備えることを特徴とする。
また、各アームに慣性センサーを設置して各アームに対してその振動を抑える制御を行う場合に比べ、慣性センサーの数を削減することができ、コストを低減することができ、また、回路構成を簡素化することができる。
そして、特に、第3アームを回動させる第3駆動源に対して、第2アームよりも大きな振動が生じる先端側の第3アームに設置されている第2a慣性センサーの検出結果を用いて振動を抑える制御を行うので、振動を抑制する効果を高めることができる。
本発明のロボットは、複数の異なる回転軸を有し、前記異なる回転軸毎に対応して一つの慣性センサーと一つの角度センサーとが設けられ、前記角度センサーおよび前記慣性センサーから得られる角速度を当該角度センサーおよび当該慣性センサーに対応する回転軸毎にフィードバック制御することを特徴とする。
これにより、3次元空間を自在に作業できる多関節ロボットでありながら、容易かつ確実に、駆動による振動を抑制するロボットを提供することができる。
<第1実施形態>
図1は、本発明のロボットの第1実施形態を正面側から見た斜視図である。図2は、図1に示すロボットを背面側から見た斜視図である。図3および図4は、それぞれ、図1に示すロボットの概略図である。図5は、図1に示すロボットの主要部のブロック図である。図6〜図10は、それぞれ、図1に示すロボットの主要部のブロック図である。
また、第1慣性センサー31、第2a慣性センサー32aとしては、それぞれ、特に限定されず、本実施形態では、例えば、ジャイロセンサー、加速度センサー等を用いることができる。
そして、制御装置20は、アーム12〜15、リスト16をそれぞれ独立して作動させることができる、すなわち、モータードライバー301〜306を介して、駆動源401〜406をそれぞれ独立して制御することができる。この場合、制御装置20は、角度センサー411〜416、第1慣性センサー31、第2a慣性センサー32aにより検出を行い、その検出結果に基づいて、駆動源401〜406の駆動、例えば、角速度や回転角度等をそれぞれ制御する。この制御プログラムは、制御装置20に内蔵された記録媒体に予め記憶されている。
アーム12〜15は、それぞれ、中空のアーム本体2と、駆動機構3と、封止手段4とを有している。なお、以下では、説明の都合上、第1アーム12が有するアーム本体2、駆動機構3、封止手段4をそれぞれ「アーム本体2a」、「駆動機構3a」、「封止手段4a」と言い、第2アーム13が有するアーム本体2、駆動機構3、封止手段4をそれぞれ「アーム本体2b」、「駆動機構3b」、「封止手段4b」と言い、第3アーム14が有するアーム本体2、駆動機構3、封止手段4をそれぞれ「アーム本体2c」、「駆動機構3c」、「封止手段4c」と言い、第4アーム15が有するアーム本体2、駆動機構3、封止手段4をそれぞれ「アーム本体2d」、「駆動機構3d」、「封止手段4d」と言うことがある。
第2アーム13は、第1アーム12の先端部に連結されている。この第2アーム13では、駆動機構3bがモーター403Mを有しており、アーム本体2b内に収納している。また、アーム本体2a内は、封止手段4bにより気密封止されている。
第4アーム15は、第3アーム14の先端部に、その中心軸方向と平行に連結されている。このアーム15では、駆動機構3dがモーター405M、406Mを有しており、アーム本体2d内に収納している。また、アーム本体2d内は、封止手段4dにより気密封止されている。
リスト本体161の先端面163は、平坦な面となっており、マニピュレーターが装着される装着面となる。また、リスト本体161は、関節176を介して、第4アーム15の駆動機構3dに連結されており、当該駆動機構3dのモーター406Mの駆動により、回転軸O6回りに回動する。
支持リング162は、関節175を介して、第4アーム15の駆動機構3dに連結されており、当該駆動機構3dのモーター405Mの駆動により、リスト本体161ごと回転軸O5回りに回動する。
図5、図6〜図10に示すように、制御装置20は、第1駆動源401の作動を制御する第1駆動源制御部(第1駆動源制御手段)(第1角速度指令)201と、第2駆動源402の作動を制御する第2駆動源制御部(第2駆動源制御手段)(第2角速度指令)202と、第3駆動源403の作動を制御する第3駆動源制御部(第3駆動源制御手段)(第3角速度指令)203と、第4駆動源404の作動を制御する第4駆動源制御部(第4駆動源制御手段)(第4角速度指令)204と、第5駆動源405の作動を制御する第5駆動源制御部(第5駆動源制御手段)(第5角速度指令)205と、第6駆動源406の作動を制御する第6駆動源制御部(第6駆動源制御手段)(第6角速度指令)206と、を有している。
図7に示すように、第2駆動源制御部202は、減算器512と、位置制御部522と、減算器532と、角速度制御部542と、回転角度算出部552と、角速度算出部562と、加減算器622と、変換部582と、補正値算出部592と、加算器602とを有している。
図8に示すように、第4駆動源制御部204は、減算器514と、位置制御部524と、減算器534と、角速度制御部544と、回転角度算出部554と、角速度算出部564とを有している。
図10に示すように、第6駆動源制御部206は、減算器516と、位置制御部526と、減算器536と、角速度制御部546と、回転角度算出部556と、角速度算出部566とを有している。
角速度制御部541は、減算器531から入力された偏差と、予め定められた係数である比例ゲイン、積分ゲイン等を用い、積分を含む所定の演算処理を行うことで、その偏差に応じた第1駆動源401の駆動信号(駆動電流)を生成し、モータードライバー301を介してモーター401Mに供給する。なお、ここでは、本実施形態では、フィードバック制御として、PI制御がなされるが、これに限定されるものではない。
このようにして、位置フィードバック値Pfbが位置指令Pcと可及的に等しくなり、かつ、角速度フィードバック値ωfbが角速度指令ωcと可及的に等しくなるように、フィードバック制御がなされ、第1駆動源401の駆動電流が制御される。
角速度算出部561では、第1角度センサー411から入力されるパルス信号の周波数に基づいて、第1駆動源401の角速度ωm1が算出され、その角速度ωm1は、加算器601に出力される。
減算器571には、角速度ωA1および角速度ωA1mが入力され、減算器571は、この角速度ωA1から角速度ωA1mを減算した値ωA1s(=ωA1−ωA1m)を変換部581に出力する。この値ωA1sは、第1アーム12の回転軸O1の回りの角速度の振動成分(振動角速度)に相当する。以下、ωA1sを振動角速度と言う。本実施形態では、この振動角速度ωA1s(詳細には、振動角速度ωA1sに基づいて生成した値であるモーター401Mにおける角速度ωm1s)が後述するゲインKa倍されて駆動源401の入力側に戻るフィードバック制御を行う。具体的には、振動角速度ωA1sが可及的に0になるように、駆動源401に対してフィードバック制御がなされる。これにより、ロボット1の振動を抑制することができる。なお、このフィードバック制御では、駆動源401の角速度が制御される。
補正値算出部591は、角速度ωm1sに予め定められた係数であるゲイン(フィードバックゲイン)Kaを乗算し、補正値(第1補正成分)Ka・ωm1sを求め、その補正値Ka・ωm1sを加算器601に出力する。
加算器601には、角速度ωm1が入力され、また、補正値Ka・ωm1sが入力される。加算器601は、角速度ωm1と補正値Ka・ωm1sとの加算値を角速度フィードバック値ωfbとして減算器531に出力する。なお、以降の動作は、前述した通りである。
角速度制御部542は、減算器532から入力された偏差と、予め定められた係数である比例ゲイン、積分ゲイン等を用い、積分を含む所定の演算処理を行うことで、その偏差に応じた第2駆動源402の駆動信号(駆動電流)を生成し、モータードライバー302を介してモーター402Mに供給する。なお、ここでは、本実施形態では、フィードバック制御として、PI制御がなされるが、これに限定されるものではない。
角速度算出部569では、第2角度センサー412から入力されるパルス信号の周波数に基づいて、第2駆動源402の角速度ωm2が算出され、その角速度ωm2は、加算器602に出力される。
加減算器622には、角速度ωA3、角速度ωA2mおよび角速度ωA3mが入力され、加減算器622は、角速度ωA3から角速度ωA2mおよび角速度ωA3mを減算した値ωA2s(=ωA3−ωA2m−ωA3m)を変換部582に出力する。この値ωA2sは、第2アーム13と第3アーム14の回転軸O2の回りの合計の角速度の振動成分(振動角速度)に相当する。以下、ωA2sを振動角速度と言う。本実施形態では、この振動角速度ωA2s(詳細には、振動角速度ωA2sに基づいて生成した値であるモーター402Mにおける角速度ωm2s)が後述するゲインKa倍されて第2駆動源402の入力側に戻るフィードバック制御を行う。具体的には、振動角速度ωA2sが可及的に0になるように、第2駆動源402に対してフィードバック制御がなされる。これにより、ロボット1の振動を抑制することができる。なお、このフィードバック制御では、第2駆動源402の角速度が制御される。
補正値算出部592は、角速度ωm2sに予め定められた係数であるゲイン(フィードバックゲイン)Kaを乗算し、補正値(第2補正成分)Ka・ωm2sを求め、その補正値Ka・ωm2sを加算器602に出力する。なお、この第2駆動源制御部202におけるゲインKaと、第1駆動源制御部201におけるゲインKaとは、同一でもよく、また、異なっていてもよい。
加算器602には、角速度ωm2が入力され、また、補正値Ka・ωm2sが入力される。加算器602は、角速度ωm2と補正値Ka・ωm2sとの加算値を角速度フィードバック値ωfbとして減算器532に出力する。なお、以降の動作は、前述した通りである。
減算器533には、角速度指令ωcが入力され、また、角速度フィードバック値ωfbが入力される。減算器533は、これら角速度指令ωcと角速度フィードバック値ωfbとの偏差(第3駆動源403の角速度の目標値から角速度フィードバック値ωfbを減算した値)を角速度制御部543に出力する。
なお、駆動源制御部204〜206については、それぞれ、前記第3駆動源制御部203と同様であるので、その説明は省略する。
以上説明したように、このロボット1によれば、容易かつ確実に、ロボット1の振動を抑制することができる。
また、ロボット1の制御において、特異点の存在する演算が不要であるので、確実に、ロボット1の制御を行うことができ、これにより、確実に振動を抑制することができる。
図11は、本発明のロボットの第2実施形態の主要部を示すブロック図である。
以下、第2実施形態について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図11に示すように、第2実施形態のロボット1では、制御装置20の第2駆動源制御部202、第3駆動源制御部203がそれぞれ第1実施形態と異なっている。すなわち、このロボット1では、第1慣性センサー31、第2a慣性センサー32aの検出結果に基づいて第1駆動源401、第3駆動源403の作動を制御する。以下、第2駆動源制御部202、第3駆動源制御部203について説明する。
また、第3駆動源制御部203は、減算器518と、位置制御部528と、減算器538と、角速度制御部548と、回転角度算出部558と、角速度算出部568と、加減算器618と、変換部588と、補正値算出部598と、加算器608とを有している。
減算器537には、角速度指令ωcが入力され、また、角速度フィードバック値ωfbが入力される。減算器537は、これら角速度指令ωcと角速度フィードバック値ωfbとの偏差(第2駆動源402の角速度の目標値から角速度フィードバック値ωfbを減算した値)を角速度制御部543に出力する。
このようにして、位置フィードバック値Pfbが位置指令Pcと可及的に等しくなり、かつ、角速度フィードバック値ωfbが角速度指令ωcと可及的に等しくなるように、フィードバック制御がなされ、第2駆動源402の駆動電流が制御される。
角速度制御部548は、減算器538から入力された偏差と、予め定められた係数である比例ゲイン、積分ゲイン等を用い、積分を含む所定の演算処理を行うことで、その偏差に応じた第3駆動源403の駆動信号(駆動電流)を生成し、モータードライバー303を介して第3駆動源403のモーター403Mに供給する。なお、ここでは、本実施形態では、フィードバック制御として、PI制御がなされるが、これに限定されるものではない。
角速度算出部568では、第3角度センサー413から入力されるパルス信号の周波数に基づいて、第3駆動源403の角速度ωm3が算出され、その角速度ωm3は、加算器608に出力される。
このロボット1によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。」」」
図12は、本発明のロボットの第2実施形態を示す概略図である。図13および図14は、それぞれ、図12に示すロボットの主要部のブロック図である。
なお、以下では、説明の都合上、図12中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。また、図12中の基台側を「基端」、その反対側を「先端」と言う。また、図12では、回転軸O2、O3は、それぞれ、誇張して図示されている。また、図12では、慣性センサー31、32bは、それぞれ、その存在を明確にするため、アーム12、13の外部に図示されている。
図12に示すように、第3実施形態のロボット1では、第3アーム14に代えて、第2アーム13に、第2b慣性センサー32bが設置されている。この第2b慣性センサー32bにより第2アーム13の回転軸O2の回りの角速度を検出する。第2アーム13における第2b慣性センサー32bの設置位置は、特に限定されないが、第2アーム13の先端部が好ましい。本実施形態では、第2b慣性センサー32bは、第2アーム13の内部の先端部に設置されている。第2アーム13の振動は、その先端部において最大になるので、これにより、より確実にロボット1の振動を抑制することができる。なお、第2b慣性センサー32bが、第2アーム13の基端部に設置されていてもよいことは、言うまでもない。
図13、図14に示すように、このロボット1では、制御装置20の第2駆動源制御部202、第3駆動源制御部203がそれぞれ第1実施形態と異なっている。すなわち、このロボット1では、第1慣性センサー31、第2b慣性センサー32bの検出結果に基づいて第1駆動源401、第2駆動源402の作動を制御する。以下、第2駆動源制御部202、第3駆動源制御部203について説明する。
図14に示すように、第3駆動源制御部203は、減算器5110と、位置制御部5210と、減算器5310と、角速度制御部5410と、回転角度算出部5510と、角速度算出部5610とを有している。
角速度算出部569では、第2角度センサー412から入力されるパルス信号の周波数に基づいて、第2駆動源402の角速度ωm1が算出され、その角速度ωm2は、加算器609に出力される。
補正値算出部599は、角速度ωm2sに予め定められた係数であるゲイン(フィードバックゲイン)Kaを乗算し、補正値(第2補正成分)Ka・ωm2sを求め、その補正値Ka・ωm2sを加算器609に出力する。
加算器609には、角速度ωm2が入力され、また、補正値Ka・ωm2sが入力される。加算器609は、角速度ωm2と補正値Ka・ωm2sとの加算値を角速度フィードバック値ωfbとして減算器539に出力する。なお、以降の動作は、第1実施形態と同様である。
減算器5310には、角速度指令ωcが入力され、また、角速度フィードバック値ωfbが入力される。減算器5310は、これら角速度指令ωcと角速度フィードバック値ωfbとの偏差(第3駆動源403の角速度の目標値から角速度フィードバック値ωfbを減算した値)を角速度制御部5410に出力する。
このようにして、位置フィードバック値Pfbが位置指令Pcと可及的に等しくなり、かつ、角速度フィードバック値ωfbが角速度指令ωcと可及的に等しくなるように、フィードバック制御がなされ、第3駆動源403の駆動電流が制御される。
このロボット1によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
図15は、本発明のロボットの第4実施形態の主要部を示すブロック図である。
以下、第4実施形態について、前述した第3実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図15に示すように、第4実施形態のロボット1では、制御装置20の第2駆動源制御部202、第3駆動源制御部203がそれぞれ第3実施形態と異なっている。すなわち、このロボット1では、第1慣性センサー31、第2b慣性センサー32bの検出結果に基づいて第1駆動源401、第3駆動源403の作動を制御する。以下、第2駆動源制御部202、第3駆動源制御部203について説明する。
また、第3駆動源制御部202は、減算器5112と、位置制御部5212と、減算器5312と、角速度制御部5412と、回転角度算出部5512と、角速度算出部5612と、減算器5712と、変換部5812と、補正値算出部5912と、加算器6012とを有している。
減算器5311には、角速度指令ωcが入力され、また、角速度フィードバック値ωfbが入力される。減算器5311は、これら角速度指令ωcと角速度フィードバック値ωfbとの偏差(第2駆動源402の角速度の目標値から角速度フィードバック値ωfbを減算した値)を角速度制御部5411に出力する。
このようにして、位置フィードバック値Pfbが位置指令Pcと可及的に等しくなり、かつ、角速度フィードバック値ωfbが角速度指令ωcと可及的に等しくなるように、フィードバック制御がなされ、第2駆動源402の駆動電流が制御される。
減算器5312には、角速度指令ωcが入力され、また、後述する角速度フィードバック値ωfbが入力される。減算器5312は、これら角速度指令ωcと角速度フィードバック値ωfbとの偏差(第3駆動源403の角速度の目標値から角速度フィードバック値ωfbを減算した値)を角速度制御部5412に出力する。
角速度算出部5612では、第3角度センサー413から入力されるパルス信号の周波数に基づいて、第3駆動源403の角速度ωm3が算出され、その角速度ωm3は、加算器6012に出力される。
変換部5812は、振動角速度ωA3sを第3駆動源403における角速度ωm3sに変換し、その角速度ωm3sを補正値算出部5912に出力する。この変換は、振動角速度ωA3sに、第3駆動源403のモーター403Mと第3アーム14との間、すなわち、関節173における減速比を乗算することで得ることができる。
このロボット1によれば、前述した第3実施形態と同様の効果が得られる。
また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。
なお、各モーターとしては、それぞれ、前記サーボモーターの他、例えば、ステッピングモーター等が挙げられる。
また、各角度センサー、各慣性センサーの方式は、それぞれ、特に限定されず、例えば、光学式、磁気式、電磁式、電気式等が挙げられる。
また、前記実施形態では、ロボットの回転軸の数は、6つであるが、本発明では、これに限定されず、ロボットの回転軸の数は、3つ、4つ、5つまたは7つ以上でもよい。
また、前記実施形態では、ロボットは、複数のアームを回動自在に連結してなるアーム連結体を1つ有する単腕ロボットであるが、本発明では、これに限定されず、例えば、図16に示すように、複数のアームを回動自在に連結してなるアーム連結体18を2つ有する双腕ロボット1A等、前記アーム連結体を複数有するロボットであってもよい。
Claims (16)
- 基台と、
前記基台に連結され、第1回転軸を軸中心として回動する第1アームと、
前記第1アームに連結され、前記第1回転軸とは異なる方向の第2回転軸を軸中心として回動する第2アームと、前記第2回転軸とは平行な方向の第3回転軸を軸中心として回動する第3アームと、
前記第1アームを第1角速度指令で回動させる第1駆動源と、
前記第1アームに設置され、前記第1アームの前記第1回転軸の角速度または加速度を検出する第1慣性センサーと、
前記第1駆動源の回転角度を検出する第1角度センサーと、
前記第2アームを第2角速度指令で回動させる第2駆動源と、
前記第2駆動源の回転角度を検出する第2角度センサーと、
前記第3アームを回動させる第3駆動源と、
前記第3アームに設置され、前記第3アームの前記第2回転軸の角速度または加速度を検出する第2a慣性センサーと、
前記第3駆動源の回転角度を検出する第3角度センサーと、
前記第1慣性センサーから得られる前記第1アームの前記第1回転軸の角速度ωA1と、前記第1角度センサーから得られる前記第1アームの前記第1回転軸の角速度ωA1mと、から導かれる第1補正成分をフィードバックして前記第1駆動源を制御する第1駆動源制御手段と、
前記第2a慣性センサーから得られる前記第3アームの前記第2回転軸の角速度ωA3と、前記第2角度センサーから得られる前記第2アームの前記第2回転軸の角速度ωA2mと、前記第3角度センサーから得られる前記第3アームの前記第3回転軸の角速度ωA3mと、から導かれる第2補正成分をフィードバックして前記第2駆動源を制御する第2駆動源制御手段と、を備えることを特徴とするロボット。 - 前記角速度ωA1から前記角速度ωA1mを減算した値に対してフィードバックゲインを乗算した前記第1補正成分により前記第1角速度指令をフィードバックする前記第1駆動源制御手段と、
前記角速度ωA3から前記角速度ωA2mおよび前記角速度ωA3mを減算した値に対してフィードバックゲインを乗算した前記第2補正成分により前記第2角速度指令をフィードバックする前記第2駆動源制御手段と、を備える請求項1に記載のロボット。 - 基台と、
前記基台に連結され、第1回転軸を軸中心として回動する第1アームと、
前記第1アームに連結され、前記第1回転軸とは異なる方向の第2回転軸を軸中心として回動する第2アームと、前記第2回転軸とは平行な方向の第3回転軸を軸中心として回動する第3アームと、
前記第1アームを第1角速度指令で回動させる第1駆動源と、
前記第1アームに設置され、前記第1アームの前記第1回転軸の角速度または加速度を検出する第1慣性センサーと、
前記第1駆動源の回転角度を検出する第1角度センサーと、
前記第2アームを回動させる第2駆動源と、
前記第2駆動源の回転角度を検出する第2角度センサーと、
前記第3アームを第3角速度指令で回動させる第3駆動源と、
前記第3アームに設置され、前記第3アームの前記第2回転軸の角速度または加速度を検出する第2a慣性センサーと、
前記第3駆動源の回転角度を検出する第3角度センサーと、
前記第1慣性センサーから得られる前記第1アームの前記第1回転軸の角速度ωA1と、前記第1角度センサーから得られる前記第1アームの前記第1回転軸の角速度ωA1mと、から導かれる第1補正成分をフィードバックして前記第1駆動源を制御する第1駆動源制御手段と、
前記第2a慣性センサーから得られる前記第3アームの前記第2回転軸の角速度ωA3と、前記第2角度センサーから得られる前記第2アームの前記第2回転軸の角速度ωA2mと、前記第3角度センサーから得られる前記第3アームの前記第3回転軸の角速度ωA3mと、から導かれる第3補正成分をフィードバックして前記第3駆動源を制御する第3駆動源制御手段と、を備えることを特徴とするロボット。 - 前記角速度ωA1から前記角速度ωA1mを減算した値に対してフィードバックゲインを乗算した前記第1補正成分により前記第1角速度指令をフィードバックする前記第1駆動源制御手段と、
前記角速度ωA3から前記角速度ωA2mおよび前記角速度ωA3mを減算した値に対してフィードバックゲインを乗算した前記第3補正成分により前記第3角速度指令をフィードバックする前記第3駆動源制御手段と、を備える請求項3に記載のロボット。 - 基台と、
前記基台に連結され、第1回転軸を軸中心として回動する第1アームと、
前記第1アームに連結され、前記第1回転軸とは異なる方向の第2回転軸を軸中心として回動する第2アームと、前記第2回転軸とは平行な方向の第3回転軸を軸中心として回動する第3アームと、
前記第1アームを第1角速度指令で回動させる第1駆動源と、
前記第1アームに設置され、前記第1アームの前記第1回転軸の角速度または加速度を検出する第1慣性センサーと、
前記第1駆動源の回転角度を検出する第1角度センサーと、
前記第2アームを第2角速度指令で回動させる第2駆動源と、
前記第2アームに設置され、前記第2アームの前記第2回転軸の角速度または加速度を検出する第2b慣性センサーと、
前記第2駆動源の回転角度を検出する第2角度センサーと、
前記第3アームを回動させる第3駆動源と、
前記第1慣性センサーから得られる前記第1アームの前記第1回転軸の角速度ωA1と、前記第1角度センサーの検出結果から得られる前記第1アームの前記第1回転軸の角速度ωA1mと、から導かれる第1補正成分をフィードバックして前記第1駆動源を制御する第1駆動源制御手段と、
前記第2b慣性センサーから得られる前記第2アームの前記第2回転軸の角速度ωA2と、前記第2角度センサーから得られる前記第2アームの前記第2回転軸の角速度ωA2mと、から導かれる第2補正成分をフィードバックして前記第2駆動源を制御する第2駆動源制御手段と、を備えることを特徴とするロボット。 - 前記角速度ωA1から前記角速度ωA1mを減算した値に対してフィードバックゲインを乗算した前記第1補正成分により前記第1角速度指令をフィードバックする前記第1駆動源制御手段と、
前記角速度ωA2から前記角速度ωA2mを減算した値に対してフィードバックゲインを乗算した前記第2補正成分により前記第2角速度指令をフィードバックする前記第2駆動源制御手段と、を備える請求項5に記載のロボット。 - 基台と、
前記基台に連結され、第1回転軸を軸中心として回動する第1アームと、
前記第1アームに連結され、前記第1回転軸とは異なる方向の第2回転軸を軸中心として回動する第2アームと、前記第2回転軸とは平行な方向の第3回転軸を軸中心として回動する第3アームと、
前記第1アームを第1角速度指令で回動させる第1駆動源と、
前記第1アームに設置され、前記第1アームの前記第1回転軸の角速度または加速度を検出する第1慣性センサーと、
前記第1駆動源の回転角度を検出する第1角度センサーと、
前記第2アームを回動させる第2駆動源と、
前記第2駆動源の回転角度を検出する第2角度センサーと、
前記第2アームに設置され、前記第2アームの前記第2回転軸の角速度または加速度を検出する第2b慣性センサーと、
前記第3アームを第3角速度指令で回動させる第3駆動源と、
前記第3駆動源の回転角度を検出する第3角度センサーと、
前記第1慣性センサーから得られる前記第1アームの前記第1回転軸の角速度ωA1と、前記第1角度センサーから得られる前記第1アームの前記第1回転軸の角速度ωA1mと、から導かれる第1補正成分をフィードバックして前記第1駆動源を制御する第1駆動源制御手段と、
前記第2b慣性センサーから得られる前記第2アームの前記第2回転軸の角速度ωA2と、前記第2角度センサーから得られる前記第2アームの前記第2回転軸の角速度ωA2mと、前記第3角度センサーから得られる前記第3アームの前記第3回転軸の角速度ωA3mと、から導かれる第3補正成分をフィードバックして前記第3駆動源を制御する第3駆動源制御手段と、を備えることを特徴とするロボット。 - 前記角速度ωA1から前記角速度ωA1mを減算した値に対してフィードバックゲインを乗算した前記第1補正成分により前記第1角速度指令をフィードバックする前記第1駆動源制御手段と、
前記角速度ωA2から前記角速度ωA2mおよび前記角速度ωA3mを減算した値に対してフィードバックゲインを乗算した前記第3補正成分により前記第3角速度指令をフィードバックする前記第3駆動源制御手段と、を備える請求項7に記載のロボット。 - 前記第1慣性センサーを設置した前記第1アームと、
前記第2a慣性センサーを設置した前記第3アームと、
慣性センサーを未設置とした前記第2アームと、を備える請求項1ないし4のいずれかに記載のロボット。 - 前記第1慣性センサーを設置した前記第1アームと、
前記第2b慣性センサーを設置した前記第2アームと、
慣性センサーを未設置とした前記第3アームと、を備える請求項5ないし8のいずれかに記載のロボット。 - 前記第1慣性センサーは、前記第1アームの先端部に設置され、
前記第2a慣性センサーは、前記第3アームの先端部に設置されている請求項1ないし4のいずれかに記載のロボット。 - 前記第1慣性センサーは、前記第1アームの先端部に設置され、
前記第2b慣性センサーは、前記第2アームの先端部に設置されている請求項5ないし8のいずれかに記載のロボット。 - 前記第1回転軸は、前記基台の設置面の法線と一致する請求項1ないし12のいずれかに記載のロボット。
- 基台と、
前記基台に連結され、第1回転軸を軸中心として回動する第1アームと、
前記第1回転軸と異なる方向の第2回転軸を軸中心として回動する第2アームと、
前記第2回転軸とは平行な方向の第3回転軸を軸中心として回動する第3アームと、
前記第1アームの角速度を検出する第1慣性センサーと、
前記第1アームの駆動源の回転角度を検出する第1角度センサーと、
前記第2アームの駆動源の回転角度を検出する第2角度センサーと、
前記第3アームの角速度を検出する第2a慣性センサーと、
前記第3アームの駆動源の回転角度を検出する第3角度センサーと、
前記第1角度センサーの検出結果から導かれる角速度と前記第1慣性センサーから検出される角速度とをフィードバックして制御する前記第1アームの駆動源の制御手段と、
前記第2角度センサーの検出結果から導かれる角速度と前記第3角度センサーの検出結果から導かれる角速度と前記第2a慣性センサーから検出される角速度とをフィードバックして制御する前記第2アームの駆動源の制御手段と、を備えることを特徴とするロボット。 - 基台と、
前記基台に連結され、第1回転軸を軸中心として回動する第1アームと、
前記第1回転軸と異なる方向の第2回転軸を軸中心として回動する第2アームと、
前記第2回転軸とは平行な方向の第3回転軸を軸中心として回動する第3アームと、
前記第1アームの角速度を検出する第1慣性センサーと、
前記第1アームの駆動源の回転角度を検出する第1角度センサーと、
前記第2アームの駆動源の回転角度を検出する第2角度センサーと、
前記第3アームの角速度を検出する第2a慣性センサーと、
前記第3アームの駆動源の回転角度を検出する第3角度センサーと、
前記第1角度センサーの検出結果から導かれる角速度と前記第1慣性センサーから検出される角速度とをフィードバックして制御する前記第1アームの駆動源の制御手段と、
前記第2角度センサーの検出結果から導かれる角速度と前記第3角度センサーの検出結果から導かれる角速度と前記第2a慣性センサーから検出される角速度とをフィードバックして制御する前記第3アームの駆動源の制御手段と、を備えることを特徴とするロボット。 - 複数の異なる回転軸を有し、前記異なる回転軸毎に対応して一つの慣性センサーと一つの角度センサーとが設けられ、前記角度センサーおよび前記慣性センサーから得られる角速度を当該角度センサーおよび当該慣性センサーに対応する回転軸毎にフィードバック制御することを特徴とするロボット。
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