JP6757240B2 - 制御装置、制御方法、プログラム - Google Patents
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Description
また上述の制御装置において、前記偏差の変動周波数を抑制する変動抑制部を備えてよい。
以下、第一の実施形態による制御装置を図面を参照して説明する。
図1は第一の実施形態による制御装置の構成を示すブロック図である。
この図で示すように制御システムは制御装置1と機械装置2とにより構成されている。制御装置1は関節機構を介して接続された複数のリンクを含む駆動機構を有する機械装置2を制御する。制御装置1は機械装置2における関節機構の関節角度を油圧により制御する。機械装置2は例えば油圧マニピュレータなどであってよい。
重力補償弁開度算出部12は、重力補償トルクτgn[Nm]を、油圧の流量を制御する制御弁の弁開度を示す重力補償弁開度agn[%]に変換する。具体的には、重力補償弁開度算出部12は、重力補償トルクτgn[Nm]と、関節角度の目標角度と、当該目標角度と関節角度の現在角度の偏差とを用いて重力補償弁開度agn[%]を算出する。
弁開度制御部14は、重力補償弁開度算出部12から取得した重力補償弁開度agn[%]と、フィードバック制御部13から取得した角度フィードバック弁開度afn[%]とを用いて、制御弁の弁開度制御指令を算出する。
次に制御装置1の処理の詳細について説明する。
まずフィードバック制御部13は一例として、二つのリンクが接続された関節機構の関節角度の目標角度θrnと現在角度θnの偏差Δθnを取得する(ステップS101)。偏差はθrn−θnにより算出することができる。フィードバック制御部13は偏差Δθnを用いて、当該Δθnが0となるような角度フィードバック弁開度afn[%]をフィードバック制御により算出する(ステップS102)。フィードバック制御部13は角度フィードバック弁開度afn[%]を弁開度制御部14へ出力する。
また重力補償弁開度算出部12は、τgn[Nm]×θrnの値が+を示し、偏差Δθnの値が−を示す場合、リンクを重力と逆らう方向に駆動する状況であって目標を超えてリンクを作動させてしまった状況と判定する。この場合、重力補償弁開度算出部12は重力補償が効きすぎであると判定し、可変ゲイン係数Kgnを減少させるようにその可変ゲイン係数Kgnを決定する。
また重力補償弁開度算出部12は、τgn[Nm]×θrnの値が−を示し、偏差Δθnの値が−を示す場合、リンクを重力方向に駆動する状況であって目標を超えてリンクを作動させてしまった状況と判定する。この場合、重力補償弁開度算出部12は重力補償が足りないと判定し、可変ゲイン係数Kgnを増加少させるようにその可変ゲイン係数Kgnを決定する。
またτgn[Nm]×θrnの値の正負の符号、偏差Δθnの正負の符号に基づいて、可変ゲイン係数Kgnを増加させるか減少させるかを決定するので、重力補償トルクτgn[Nm]と目標角度の関係や、偏差Δθnの正負に応じた適切な重力補償弁開度agn[%]を算出することができる。
以下、第二の実施形態による制御装置を図面を参照して説明する。
図3は第二の実施形態による制御装置の構成を示すブロック図である。
第二の実施形態における制御装置1、機械装置2のハードウェア構成は第一の実施形態と同様である。
制御装置1のCPUは制御装置1に電源が投入されることに基づいて起動し、記憶している制御プログラムを実行する。これにより、制御装置1には、図3に示すように重力補償トルク算出部11、重力補償弁開度算出部12、フィードバック制御部13、弁開度制御部14、変動抑制部15の各機能が備わる。
重力補償弁開度算出部12は、重力補償トルクτgn[Nm]を、油圧の流量を制御する制御弁の弁開度を示す重力補償弁開度agn[%]に変換する。具体的には、重力補償弁開度算出部12は、関節角度の目標角度θrnを重力補償方程式に入力して算出された重力補償トルクτgn[Nm]と、関節角度の目標角度θrnと、関節角度の現在角度θnと関節角度の目標角度θrnの偏差Δθnと、を用いて重力補償弁開度を算出する。
弁開度制御部14は、重力補償弁開度算出部12から取得した重力補償弁開度agn[%]にと、フィードバック制御部13から取得した角度フィードバック弁開度afn[%]とを用いて、制御弁の弁開度制御指令を算出する。
変動抑制部15は関節角度の現在角度θnと関節角度の目標角度θrnの偏差Δθnの変動周波数を抑制する。例えば変動抑制部15はローパスフィルタによって構成されてよい。変動抑制部15の処理により、重力補償弁開度算出部12に入力される関節角度の現在角度θnと関節角度の目標角度θrnの偏差Δθnは、その値の増減の頻度が抑制される。
次に第二の実施形態による制御装置1の処理の詳細について説明する。
まずフィードバック制御部13は二つのリンクが接続された関節機構の関節角度の目標角度θrnと現在角度θnの偏差Δθnを取得する(ステップS201)。偏差はθrn−θnにより算出することができる。フィードバック制御部13は偏差Δθnを用いて、当該Δθnが0となるような角度フィードバック弁開度afn[%]をフィードバック制御により算出する(ステップS202)。フィードバック制御部13は角度フィードバック弁開度afn[%]を弁開度制御部14へ出力する。
以下、第三の実施形態による制御装置を図面を参照して説明する。
図5は第三実施形態による制御装置の可変ゲイン係数の決定概要を示す図である。
重力補償弁開度算出部12は、重力補償トルクτgn[Nm]を重力補償弁開度agn[%]に変換する可変ゲイン係数Kgnを偏差Δθnの値に基づいて変化させる。例えば重力補償弁開度算出部12は、一定角速度で変化させる関節角度の定常偏差を超える角度以上に関節角度を動かす場合には、当該関節角度の大きさに比例させて所定の係数値K1より大きな所定の値K2まで可変ゲイン係数Kgnを増大させる。
なお第三の実施形態による可変ゲイン係数Kgnの決定手法を第一の実施形態や第二の実施系値に適用してよい。
以下、第四の実施形態による制御装置を図面を参照して説明する。
図6は第四の実施形態による制御装置の重力補償トルクの出力タイミングを説明する図である。
図6で示す波形は、関節機構の関節角度が目標角度θrnに達するまでの当該角度の時間的な変化を示している。関節機構の関節角度が目標角度θrnに達するまでには応答時間が必要である。重力補償トルク算出部11は、目標軌道θrnが予め与えられている場合、別途ステップ応答などで計測してある制御弁の応答時間λ分だけ先行して、リンクの自重を打ち消す重力補償トルクτgn[Nm]を重力補償方程式g(θn(t+λ))により算出して、その重力補償トルクτgn[Nm]を時刻tにおいて重力補償弁開度算出部12へ出力する。
重力補償弁開度算出部12は、重力補償トルクτgn[Nm]を重力補償弁開度agn[%]に変換する可変ゲイン係数Kgnを関節角度が目標角度に移行するまでに最速となる可変ゲイン係数を学習するようにしてもよい。
例えば、重力補償弁開度算出部12は可変ゲイン係数Kgnを角速度を入力とした変数としてKgn(θn’)として可変にする。可変ゲイン係数Kgn(θn’)はある角速度(θn’)の際について何度か様々な軌道で動かし学習させるようにしてよい。
しかしながら駆動機構は関節機構以外の他の機構であってよい。例えば駆動機構は伸縮機構などの他の機構であってもよい。そして駆動状態量は駆動機構が伸縮機構である場合には伸び量や縮み量を示すものであってもよい。
2・・・機械装置
11・・・重力補償トルク算出部
12・・・重力補償弁開度算出部
13・・・フィードバック制御部
14・・・弁開度制御部
15・・・変動抑制部
Claims (10)
- 駆動機構を有する機械装置の前記駆動機構を油圧により制御する制御装置が、
前記駆動機構を制御して動作させる駆動機構構成部品の自重を打ち消す前記駆動機構を構成するリンク間の現在の角度またはその目標に対応する重力補償トルクを重力補償方程式を用いて算出する重力補償トルク算出部と、
前記重力補償トルクと、前記駆動機構を構成するリンク間の角度を示す関節角度の現在と目標との偏差と、前記目標のみに基づいて、前記重力補償トルクを、前記油圧の流量を制御する制御弁の弁開度を示す重力補償弁開度に変換する重力補償弁開度算出部と、
前記駆動機構の現在の駆動状態量と目標の駆動状態量とにより定まるフィードバック弁開度に前記重力補償弁開度を加算して、前記制御弁の弁開度制御指令を算出する弁開度制御部と、
を備える制御装置。 - 前記駆動機構が、関節機構を介して接続された複数のリンクを含み、
前記制御装置が、前記駆動機構を有する機械装置の前記関節機構の関節角度を前記油圧により制御し、
前記重力補償トルク算出部が、前記関節角度を制御して動作させる前記駆動機構構成部品であるリンクの自重を打ち消す前記重力補償トルクを重力補償方程式を用いて算出し、
前記弁開度制御部が、前記関節機構の現在の前記駆動状態量である関節角度と目標の前記駆動状態量である関節角度とにより定まる角度フィードバック弁開度と前記重力補償弁開度とに基づいて、前記制御弁の弁開度制御指令を算出する
請求項1に記載の制御装置。 - 前記重力補償弁開度算出部は、前記現在の関節角度を前記重力補償方程式に入力して算出された前記重力補償トルクと、前記目標の関節角度と、前記現在の関節角度と前記目標の関節角度との偏差と、を用いて重力補償弁開度を算出する
請求項2に記載の制御装置。 - 前記重力補償弁開度算出部は、前記目標の関節角度を前記重力補償方程式に入力して算出された前記重力補償トルクと、前記目標の関節角度と、前記現在の関節角度と前記目標の関節角度との偏差と、を用いて重力補償弁開度を算出する
請求項2に記載の制御装置。 - 前記偏差の変動周波数を抑制する変動抑制部を備える請求項3または請求項4に記載の制御装置。
- 前記重力補償弁開度算出部は、前記重力補償トルクを前記重力補償弁開度に変換する可変ゲイン係数を、一定角速度で変化させる前記関節角度の定常偏差を超える角度以上の場合には当該角度の大きさに比例させて所定の係数値より大きな所定の値まで増大させ、前記関節角度の定常偏差を超えない角度未満の場合には前記所定の係数値に保持する
請求項2から請求項5の何れか一項に記載の制御装置。 - 前記重力補償トルク算出部は、前記制御弁が算出された弁開度に達するまでの応答時間に基づいて決定された所定時間分先行した時刻における重力補償トルクを算出して出力する
請求項2から請求項6の何れか一項に記載の制御装置。 - 前記重力補償弁開度算出部は、前記重力補償トルクを前記重力補償弁開度に変換する可変ゲイン係数を前記関節角度が目標角度に移行するまでに最速となる可変ゲイン係数を学習する
請求項2から請求項7の何れか一項に記載の制御装置。 - 駆動機構を有する機械装置の前記駆動機構を油圧により制御する制御装置の制御方法であって、
前記駆動機構を制御して動作させる駆動機構構成部品の自重を打ち消す前記駆動機構を構成するリンク間の現在の角度またはその目標に対応する重力補償トルクを重力補償方程式を用いて算出し、
前記重力補償トルクと、前記駆動機構を構成するリンク間の角度を示す関節角度の現在と目標との偏差と、前記目標のみに基づいて、前記重力補償トルクを、前記油圧の流量を制御する制御弁の弁開度を示す重力補償弁開度に変換し、
前記駆動機構の現在の駆動状態量と目標の駆動状態量とにより定まるフィードバック弁開度に前記重力補償弁開度を加算して、前記制御弁の弁開度制御指令を算出する
制御方法。 - 駆動機構を有する機械装置の前記駆動機構を油圧により制御する制御装置のコンピュータを、
前記駆動機構を制御して動作させる駆動機構構成部品の自重を打ち消す前記駆動機構を構成するリンク間の現在の角度またはその目標に対応する重力補償トルクを重力補償方程式を用いて算出する重力補償トルク算出手段、
前記重力補償トルクと、前記駆動機構を構成するリンク間の角度を示す関節角度の現在と目標との偏差と、前記目標のみに基づいて、前記重力補償トルクを、前記油圧の流量を制御する制御弁の弁開度を示す重力補償弁開度に変換する重力補償弁開度算出手段、
前記駆動機構の現在の駆動状態量と目標の駆動状態量とにより定まるフィードバック弁開度に前記重力補償弁開度を加算して、前記制御弁の弁開度制御指令を算出する弁開度制御手段、
として機能させるプログラム。
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