JPH01136216A - Servo control method for articulated robot - Google Patents
Servo control method for articulated robotInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は多関節ロボットのサーボ制御方法に係り、特に
、リレー制御系にみられる滑り現象を活用して、アーム
手先を目標軌跡通りに制御するようにしたものの改良に
関する。[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a servo control method for an articulated robot, and in particular, utilizes the slipping phenomenon observed in a relay control system to control an arm tip along a target trajectory. Concerning improvements to what was made.
（従来の技術）
従来より、多関節型ロボットの動作制御系は非線形、可
変パラメータ、干渉特性を含むため、制御は一般に簡単
でない。このため、各種の補償方法が考えられているが
、フィードフォワード制御、非干渉、線形化などの手法
はダイナミックス・パラメータの正確な把握を必要とす
る。また、モデル模範型などの適応制御はかなり複雑な
アルゴリズムが必要であり、学習による方法は望む出力
が得られるまでに数回の試行が必要で、リアルタイム制
御が困難である。(Prior Art) Conventionally, the motion control system of an articulated robot includes nonlinearity, variable parameters, and interference characteristics, and therefore control is generally not easy. For this reason, various compensation methods have been considered, but methods such as feedforward control, non-interference, and linearization require accurate understanding of dynamics parameters. In addition, adaptive control such as model exemplar type requires quite complex algorithms, and learning methods require several trials before obtaining the desired output, making real-time control difficult.
そこで、近年、歯車のないダイレクトドライブ方式の実
用化に伴い、リレー制御系の滑り現象を積極的に活用し
て、アームの手先位置を目標位置にすべり状態制御（Ｓ
１１ｄ１ｎｇ ｍｏｄｅ制御）する方法が提案され
ている。このすべり状態制御は、制御対象が状態空間内
に設定された超平面に拘束されたとき、超平面（切換え
面）の両側で制御装置パラメータが切換えられることに
より、制御対象が超平面の近傍で微少振動を繰返し、拘
束されることになる制御であり、制御対象パラメータ変
動、負荷の乱れ、外乱等に対して不感な安定性（ロバス
ト性）を特徴とするものである。Therefore, in recent years, with the practical use of direct drive systems without gears, the sliding phenomenon of the relay control system has been proactively utilized to control the arm's tip position to the target position (slip state control (S).
11d1ng mode control) has been proposed. In this slip state control, when the controlled object is constrained to a hyperplane set in the state space, the control device parameters are switched on both sides of the hyperplane (switching surface), so that the controlled object is in the vicinity of the hyperplane. It is a control that repeats minute vibrations and is restrained, and is characterized by stability (robustness) that is insensitive to fluctuations in controlled parameters, load disturbances, external disturbances, etc.
そして、多関節ロボットの動作制御にすべり状態制御を
適用する場合、サーボモータの出力トルクを切換関数で
決定する方法が一般的に採用されている。When applying slip state control to motion control of an articulated robot, a method is generally adopted in which the output torque of a servo motor is determined by a switching function.
（発明が解決しようとする問題点）
ところで、上記すべり状態制御を採用した場合、各関節
のモータにおいて出力トルクそのものは電流フィードバ
ック等により正確に制御され得る。(Problems to be Solved by the Invention) By the way, when the above slip state control is adopted, the output torque itself of the motor of each joint can be accurately controlled by current feedback or the like.
しかし、他軸モータが発生するトルク、遠心力、コリオ
リカなどの干渉、外乱、負荷変動等の影響があり、この
影響は電流フィードバックで除去することができない
したがって、上記従来のようなすべり状態制御により出
力トルクを制御するだけでは、ロボットを高精度で軌跡
制御するのが困難であるという問題がある。However, there are influences such as torque generated by other axis motors, centrifugal force, Coriolis interference, disturbance, load fluctuation, etc., and these influences cannot be removed by current feedback. Therefore, the above-mentioned conventional slip state control There is a problem in that it is difficult to control the trajectory of the robot with high precision by simply controlling the output torque.
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その
目的は、すべり状態制御をフィードバック制御系に適用
することにより、他軸モータのからの作用、外乱、負荷
変動等の影響に対してロバストな制御機能を得るととも
に、すべり状態制御における切換信号の切換幅の増加を
抑制して、軌跡制御の安定性および精度の向上を図るこ
とにある。The present invention has been made in view of the above, and its purpose is to apply slip state control to a feedback control system to prevent effects of other shaft motors, disturbances, load fluctuations, etc. The object of the present invention is to obtain a robust control function, suppress an increase in the switching width of a switching signal in slip state control, and improve the stability and accuracy of trajectory control.
（問題点を解決するための手段）
上記目的を達成するため、本発明の解決手段は、多関節
ロボットのサーボ制御方法として、アーム手先が移動す
べき軌跡に基づく各関節の目標角度信号、目標角速度信
号および目標角加速度信号に応じて、各関節の目標角度
と実関節角度との角度偏差および各関節の目標角速度と
実関節角速度との角速度偏差を零に収束させるような切
換関数により各関節の角度をすべり状態制御するための
切換信号を求めるとともに、実関節加速度信号をフィー
ドバックして上記目標角加速度との角加速度偏差信号を
求め、次いで、上記切換信号と角加速度偏差信号とを関
節駆動機構を駆動するための角加速度指令信号に加え合
せた後、該加算値に応じて各関節の駆動機構を駆動して
アーム手先が目標軌跡に一致するように制御する多関節
ロボットのサーボ制御方法であって、上記各関節の切換
信号の切換幅を他の関節の駆動機構からの干渉、外乱、
角加速度検出誤差等により定まる所定値よりも大きく設
定することにある。(Means for Solving the Problem) In order to achieve the above object, the solving means of the present invention is a servo control method for an articulated robot. According to the angular velocity signal and the target angular acceleration signal, each joint is controlled by a switching function that converges the angular deviation between the target angle of each joint and the actual joint angle, and the angular velocity deviation between the target angular velocity of each joint and the actual joint angular velocity to zero. At the same time, the actual joint acceleration signal is fed back to determine the angular acceleration deviation signal from the target angular acceleration, and the switching signal and the angular acceleration deviation signal are then used to control the joint drive. A servo control method for an articulated robot, which adds an angular acceleration command signal for driving a mechanism and then drives the drive mechanism of each joint according to the added value to control the arm tip so that it matches a target trajectory. The switching width of the switching signal of each joint is controlled by interference and disturbance from the drive mechanism of other joints.
The purpose is to set the value to be larger than a predetermined value determined by angular acceleration detection error and the like.
（作用）
以上の方法により、本発明では、アーム手先の移動すべ
き軌跡に基づき求められた各関節の目標角度信号、目標
角速度信号および目標角加速度信号に応じて、各関節の
目標角度信号と実関節角度との角度偏差および各関節の
目標角速度と実関節角速度との角速度偏差を零に収束さ
せるような切換関数により、各関節の角度をすべり状態
制御するための切換信号が求められる。次に、フィード
バックされた実関節角速度信号と上記目標角加速度との
角加速度偏差信号と、上記切換信号とが関節駆動機構を
駆動するための角加速度指令信号に加え合され、該加算
値に応じて各関節の駆動機構が駆動されてアーム手先が
目標軌跡に一致するように制御される。(Operation) According to the above method, in the present invention, the target angle signal of each joint is determined based on the target angle signal, target angular velocity signal, and target angular acceleration signal of each joint, which are determined based on the locus that the arm tip should move. A switching signal for controlling the angle of each joint in a sliding state is determined by a switching function that causes the angular deviation from the actual joint angle and the angular velocity deviation between the target angular velocity of each joint and the actual joint angular velocity to converge to zero. Next, the angular acceleration deviation signal between the fed-back actual joint angular velocity signal and the target angular acceleration, and the switching signal are added to the angular acceleration command signal for driving the joint drive mechanism, and according to the added value, The drive mechanism of each joint is driven to control the arm tip so that it matches the target trajectory.
その場合、上記各関節の切換信号の切換幅が他の関節の
駆動機構からの干渉、外乱、角加速度検出誤差等により
定まる所定値よりも大きく設定されているので、それら
制御信号の集積誤差によってアーム手先が目標軌跡から
逸脱するのが有効に防止される。In that case, the switching width of the switching signal of each joint is set larger than a predetermined value determined by interference from the drive mechanism of other joints, disturbance, angular acceleration detection error, etc. The tip of the arm is effectively prevented from deviating from the target trajectory.
また、実関節角加速度のフィードバック補償を行ってい
るので、他の関節の駆動機構で発生するトルク、遠心力
、コリオリカなどの干渉、外乱、負荷変動などの影響が
上記角加速度偏差信号により打ち消され、それらの影響
が低減されることになる。よって、上記切換信号の切換
幅の増大が可及的に低減されることになり、軌跡制御の
総合的な安定性および制御精度の向上を図ることができ
る。In addition, since feedback compensation of the actual joint angular acceleration is performed, the effects of torque generated in the drive mechanism of other joints, centrifugal force, interference such as Coriolis, disturbance, load fluctuation, etc. are canceled by the angular acceleration deviation signal. , their effects will be reduced. Therefore, the increase in the switching width of the switching signal is reduced as much as possible, and the overall stability and control accuracy of trajectory control can be improved.
（実施例）
以下、本発明の実施例について、第１図〜第４図に基づ
き説明する。(Example) Examples of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 4.
第１図は多関節ロボットに本発明を適用した場合の一関
節におけるブロック線図を示し、ｏｒ。FIG. 1 shows a block diagram of one joint when the present invention is applied to a multi-joint robot.
θｒ、υ「は、それぞれロボットのアーム手先が移動す
べき目標軌跡信号に基づいてプランナ（図示せず）で立
案された速度計画に基づき逐次出力される関節の目標角
度信号、目標角速度信号、目標角加速度信号である。θr, υ" are the target angle signal, target angular velocity signal, and target of the joints that are sequentially output based on the speed plan drawn up by a planner (not shown) based on the target trajectory signal in which the robot's arm tip should move, respectively. This is an angular acceleration signal.
そして、（３）は関節側からフィードバックされる実関
節角度信号θと上記目標角度信号θ「との代数差を演算
して角度偏差Ｘ（−〇−θｒ）を算出する第１加え合せ
点、（４）は該角度偏差Ｘに角度ループゲインＣを乗じ
る角度ループゲイン要素、（５）は上記目標角速度信号
θｒとフィードバックされる実関節角速度信号θとの代
数差を演算して角速度偏差−文（−ｏｒ−〇）を算出す
る第２加え合わせ点、（７）は上記角度ループゲイン要
素（４）の乗算結果Ｃ−ｘと上記角速度偏差−文との代
数差（Ｃｏｘ十文）を演算する第３加え合せ点、（８）
は該第３加え合せ点（７）の出力信号（Ｃ−ｘ十文）を
すべり状態で切換えるためのリレー回路である。ここに
、該リレー回路（８）において、その入力信号ＺＷを切
換関数としてすべり状態制御するようになされており、
切換関数ｚｗは
ｚｗ ＝Ｃ−ｘ十文 （１）で表
わされる。(3) is a first addition point where the angular deviation X(-〇-θr) is calculated by calculating the algebraic difference between the actual joint angle signal θ fed back from the joint side and the target angle signal θ''; (4) is an angular loop gain element that multiplies the angular deviation X by the angular loop gain C, and (5) is an angular velocity deviation - The second addition point that calculates (-or-〇), (7) calculates the algebraic difference (Cox ten sentences) between the multiplication result C-x of the above angle loop gain element (4) and the above angular velocity deviation - sentence. The third addition point, (8)
is a relay circuit for switching the output signal (C-x) of the third summing point (7) in a sliding state. Here, in the relay circuit (8), the slip state is controlled using the input signal ZW as a switching function,
The switching function zw is expressed as zw=C−xjubun (1).
ここで、上記切換関数ＺＷは下記のように設定されてい
る。Here, the switching function ZW is set as follows.
ｚ、ｗ＞０ ならば ２ｗくＯ
ｚｗ＜Ｏならば 之ｗ ＞ ｏ ｆ２）ある
いは、
ＺＷ＞０ ならば 父＜−Ｃ−文
ＺＷ＜０ ならば 父＞−Ｃ−文 （３）を満足
するように、つまり、
２ｚｗ ・２ｗ＜Ｏ［４）
になるように設計されている。すなわち、第２図に示す
ように、状態点が切換線に収束していわゆるスライディ
ングモードに入るように設計されていて、上記リレー回
路（８）により、角度偏差Ｘおよび角加度偏差文を零に
収束させるような切換関数ｚｗによるすべり状態制御を
行って、出力信号としての切換信号ｕ（ｕは切換関数Ｚ
Ｗの値によって変化する量である）を求めるようにして
いる。If z, w > 0 then 2w ku O If zw < O then w > o f2) Or, if ZW > 0 then father <-C- sentence If ZW < 0 then father >-C- sentence (3) is satisfied In other words, it is designed so that 2zw 2w<O[4]. That is, as shown in Fig. 2, it is designed so that the state point converges on the switching line and enters the so-called sliding mode, and the relay circuit (8) reduces the angular deviation X and the angular acceleration deviation to zero. The switching function zw is used to control the slip state so as to converge to the switching function zw, and the switching signal u (u is the switching function Z
This is an amount that changes depending on the value of W).
次に、（９）は上記角速度偏差−文に角速度ループゲイ
ンＫｖを乗算して、角加速度指令信号υｒ’（−−Ｋｖ
−文）を出力する角速度ループゲイン要素である。Next, (9) multiplies the above angular velocity deviation - statement by the angular velocity loop gain Kv, and the angular acceleration command signal υr'(--Kv
This is an angular velocity loop gain element that outputs - statement).
また、（１０）は上記目標角加速度信号υｒと実関節角
加速度信号υの代数差を演算して角加速度偏差−父（−
υｒ−υ）を算出する第４加え合わせ点であって、該角
加速度偏差信号−父により、角加速度フィードバック補
償をするようにしている。なお、このとき、関節側から
フィードバックされる実関節角加速度信号υは、加速度
計を用いる方法、角速度を微分する方法、オブザーバを
用いる方法等により検出され、実関節角加速度信号υに
は、所定の検出誤差ｎが加重されている。したがって、
上記第４加え合せ点（１０）から出力される信号値は−
（父＋ｎ）となる。In addition, (10) calculates the algebraic difference between the target angular acceleration signal υr and the actual joint angular acceleration signal υ, and calculates the angular acceleration deviation − father (−
This is the fourth addition point for calculating υr - υ), and the angular acceleration deviation signal is used to perform angular acceleration feedback compensation. At this time, the actual joint angular acceleration signal υ fed back from the joint side is detected by a method using an accelerometer, a method of differentiating the angular velocity, a method using an observer, etc. The detection error n of is weighted. therefore,
The signal value output from the fourth summing point (10) is -
(Father + n).
そして、（１１）は、上記リレー回路（１１）からのす
べり状態制御による切換信号Ｕと、角速度ループゲイン
要素（９）の出力信号υ「′と、上記第４加え合せ点（
１０）から出力される角加速度偏差信号−（父＋ｎ）と
の代数和を演算する第５加え合せ点であって、下記出力
信号ｚｏｗ＝−Ｋｖ −文一父−ｎ ＋ ｕ
（５）を出力するものである。(11) is the switching signal U by the slip state control from the relay circuit (11), the output signal υ'' of the angular velocity loop gain element (9), and the fourth addition point (
10) is the fifth addition point for calculating the algebraic sum with the angular acceleration deviation signal −(father+n), which is the following output signal zow=−Kv−Bunichi−n+u
(5) is output.
さらに、（１３）は上記第５加え合せ点（１１）からの
出力信号ＺＱに角加速度ループゲインＫａを乗じてトル
ク信号を算出する角加速度ループゲイン要素、（１２）
は該トルク信号に外部からの影響で加えられる外乱ｄを
加算する仮想的な加え合せ点としての第６加え合せ点で
あって、この外乱ｄの原因としては、他軸モータの発生
するトルク、遠心力、コリオリカなどの干渉、電気的ノ
イズ等がある。次に、（１４）は該第６加え合せ点（１
２）から出力される外乱の加わったトルク信号に応じて
関節を回転駆動する駆動機構としてのモータ、（１５）
は該モータ（１４）の実関節角加速度信号υを積分して
関節の角速度θを得る第１積分要素、（１６）は該第１
積分要素（１５）の実関節角速度信号θを積分して実関
節角度θを得る第２積分要素であり、該第２積分要素（
１６）の出力値である関節角度θがアームに入力され三
次元座標に変換されるようになされている。Further, (13) is an angular acceleration loop gain element that calculates the torque signal by multiplying the output signal ZQ from the fifth summing point (11) by the angular acceleration loop gain Ka, (12)
is the sixth addition point as a virtual addition point where a disturbance d added due to an external influence is added to the torque signal, and the causes of this disturbance d are the torque generated by the motor of the other axis, There are centrifugal force, Coriolis interference, electrical noise, etc. Next, (14) is the sixth addition point (1
(15) a motor as a drive mechanism that rotationally drives the joint in response to a torque signal with added disturbance output from 2);
is the first integral element that obtains the angular velocity θ of the joint by integrating the actual joint angular acceleration signal υ of the motor (14), and (16) is the first integral element that obtains the angular velocity θ of the joint.
This is a second integral element that obtains the actual joint angle θ by integrating the actual joint angular velocity signal θ of the integral element (15), and the second integral element (
The joint angle θ, which is the output value of step 16), is input to the arm and converted into three-dimensional coordinates.
ここに、本発明の特徴として、上記リレー回路（８）に
おけるすべり状態制御における切換信号Ｕの切換幅は以
下のように設定されている。Here, as a feature of the present invention, the switching width of the switching signal U in the slip state control in the relay circuit (8) is set as follows.
すなわち、上記第６加え合せ点（１２）で加え合わされ
る外乱ｄの変化範囲をＤ、角加速度指令信号の変化範囲
をＢ、関節の慣性モーメントをＩとすると、フィードバ
ックでは補償できない定常的な制御誤差ｘｏは
ｘｏ ＜ （Ｄ＋Ｉ−Ｂ） ／Ｋａ （６
）という条件を満足している。さらに、実関節加速度υ
の検出誤差ｎの最大値Ｎを考慮してＵＬ −（Ｄ＋ Ｉ
−Ｂ） ／Ｋａ ＋Ｎ （７）（ただし、Ｕ〉
０）とすると、このＵＬは第５加え合せ点（１１）から
出力される制御信号ｚＯに換算した最大誤差と考えられ
る。そこで、このＵＬを用いて、上記切換関数ｚｗの出
力値Ｕの切換えを
ＺＷ＞０ ならば ｕ ＜ ７ Ｕ Ｌｚｗ＜Ｑ
ならば ｕ ＞ Ｕ Ｌ （８）となるよう
に設定する。つまり、切換信号の切換幅２Ｕを他の関節
の駆動機構からの干渉、外乱、角加速度検出誤差等によ
り定まる所定値２ＵＬよりも大きく設定するようにして
いる。That is, if the range of change of the disturbance d added at the sixth addition point (12) is D, the range of change of the angular acceleration command signal is B, and the moment of inertia of the joint is I, steady control that cannot be compensated for by feedback is performed. The error xo is xo < (D+I-B) /Ka (6
) satisfies the conditions. Furthermore, the real joint acceleration υ
Considering the maximum value N of the detection error n of UL − (D + I
-B) /Ka +N (7) (However, U>
0), this UL is considered to be the maximum error converted to the control signal zO output from the fifth summing point (11). Therefore, using this UL, the output value U of the switching function zw can be switched as follows: If ZW>0, then u<7 U Lzw<Q
If so, set so that u > U L (8). In other words, the switching width 2U of the switching signal is set to be larger than the predetermined value 2UL determined by interference from drive mechanisms of other joints, disturbances, angular acceleration detection errors, and the like.
図において、ロボットのアーム手先の速度計画に基づき
目標角速度信号θｒが出力されると、第２加え合せ点（
５）において、該目標角速度信号θ「と実関節角速度信
号θとの角速度偏差−文が演算され、さらに、角速度ル
ープゲイン要素（１９）により、上記角速度偏差信号−
文に角速度ループゲインＫｖが乗じられて、角加速度指
令信号υｒ’（−−Ｋｖ −文）が出力される。In the figure, when the target angular velocity signal θr is output based on the velocity plan of the robot's arm end, the second addition point (
In 5), the angular velocity deviation between the target angular velocity signal θ and the actual joint angular velocity signal θ is calculated, and further, the angular velocity deviation signal is calculated by the angular velocity loop gain element (19).
The sentence is multiplied by the angular velocity loop gain Kv, and an angular acceleration command signal υr' (--Kv-text) is output.
一方、第１加え合せ点（３）において、実関節角度信号
θと目標角度信号θ「との角度偏差Ｘが演算され、角度
ループゲイン要素（４）により、該角度偏差信号Ｘに角
度ループゲインＣが乗じられて信号ＣＯＸが出力された
後、第３加え合せ点（７）で、上記第２加え合せ点（５
）からの角加度偏差信号文が加算され、その加算結果ｚ
ｗ （＝Ｃ−ｘ＋Ｘ）を切換関数としてリレー回路（８
）ですべり状態制御が行われ、上記（８）式に表わされ
る切換信号Ｕが出力される。On the other hand, at the first addition point (3), the angular deviation X between the actual joint angle signal θ and the target angle signal θ is calculated, and the angular loop gain element (4) adds an angular loop gain to the angular deviation signal After being multiplied by C and outputting the signal COX, at the third addition point (7), the second addition point (5
) are added, and the addition result z
The relay circuit (8
), the slip state control is performed, and the switching signal U expressed by the above equation (8) is output.
また、第４加え合せ点（１０）で目標角速度信号υ「と
実関節角加速度信号りとの偏差−父が演算され、実関節
加速度υの検出誤差ｎを含んだ角加速度偏差信号−（父
°＋ｎ）が出力される。Also, at the fourth addition point (10), the deviation between the target angular velocity signal υ and the actual joint angular acceleration signal - father is calculated, and the angular acceleration deviation signal - (father) containing the detection error n of the actual joint acceleration υ is calculated. °+n) is output.
そして、第５加え合せ点（１１）において、上記角加速
度指令信号υｒ’（−−Ｋｖ ・文）と、切換関数ｚｗ
によるすべり状態制御の切換信号Ｕと角加速度偏差信号
−（父子〇）の代数和が演算されて、最終的に上記（５
）式で示される制御信号２０が出力され、さらに、第６
加え合せ点（１２）で外乱ｄが加えられて、角加速度ル
ープゲイン要素（１３）でトルク信号に変換された後、
該トルク信号に応じてモータ（１４）が回転駆動されて
、アーム手先が目標軌跡に一致するように多関節ロボッ
トのサーボ制御が行われる。Then, at the fifth addition point (11), the angular acceleration command signal υr' (--Kv · sentence) and the switching function zw
The algebraic sum of the slip state control switching signal U and the angular acceleration deviation signal - (father and son 〇) is calculated, and finally the above (5
) is output, and the sixth
After the disturbance d is added at the addition point (12) and converted into a torque signal by the angular acceleration loop gain element (13),
The motor (14) is rotationally driven in accordance with the torque signal, and the articulated robot is servo-controlled so that the arm tip matches the target trajectory.
したがって、上記実施例においては、角度偏差Ｘおよび
角速度偏差文を零に収束させるような切換関数ｚｗ（＝
Ｃａｘ＋文）によるすべり状態制御を行い、その出力信
号Ｕを角加速度指令信号υ「に加算するようにしている
ので、従来の方法のように、角速度偏差文のみを零に収
束させるようなすべり状態制御の出力をモータ（１４）
へのトルク出力として決定するのに比べて、角度誤差つ
まり角度偏差Ｘがゲインの高いすべり状態制御で補正さ
れることになり、他軸モータで発生するトルク、遠心力
、コリオリカの干渉、外乱、負荷変動等の影響に対して
、安定なしかも強い拘束力を持ったロバストな制御がで
きる。Therefore, in the above embodiment, the switching function zw (=
Cax+statement) and the output signal U is added to the angular acceleration command signal υ', so unlike the conventional method, the slip state is such that only the angular velocity deviation statement converges to zero. Control output to motor (14)
Compared to determining the torque output to the motor, the angular error, that is, the angular deviation Robust control is possible with stability and strong restraint against the effects of load fluctuations, etc.
しかも、上記すべり状態制御における切換信号Ｕの切換
幅２Ｕを他の関節の駆動機構からの干渉、外乱、角加速
度検出誤差等により定まる所定値２ＵＬよりも大きく設
定しているので、それら制御信号の集積誤差によってア
ーム手先が目標軌跡から逸脱するのを有効に防止するこ
とができる。Furthermore, since the switching width 2U of the switching signal U in the slip state control is set larger than the predetermined value 2UL determined by interference from other joint drive mechanisms, disturbances, angular acceleration detection errors, etc. It is possible to effectively prevent the arm tip from deviating from the target trajectory due to accumulated errors.
加えて、モータ（１４）の実関節角加速度υ「のフィー
ドバック補償を行っているので、上記他軸モータからの
干渉、外乱、負荷変動などの影響に対して、それらを打
ち消すような角加速度偏差信号−父「がフィードバック
されることになり、それらの影響が低減されることにな
る。In addition, feedback compensation of the actual joint angular acceleration υ of the motor (14) is performed, so the angular acceleration deviation is calculated to cancel out the effects of interference from the other axis motors, disturbances, load fluctuations, etc. The signals will be fed back and their influence will be reduced.
よって、上記切換信号の切換幅２Ｕの増大を可及的に低
減することができ、軌跡制御の総合的な安定性と制御精
度の向上とを図ることができるのである。Therefore, the increase in the switching width 2U of the switching signal can be reduced as much as possible, and the overall stability of trajectory control and control accuracy can be improved.
以上を定；的に説明するに、第３図は関節の角速度−角
加速度線図上における総合的な制御誤差の分布特性を示
し、直線ａ、ｂはそれぞれリレー回路（８）の切換によ
る正負の基準線父−−Ｃ・文＋Ｕ、父−−Ｃ・文−Ｕ１
直線Ｃは出力値Ｕが零の基準直線父−−Ｃ−文である。To explain the above in detail, Figure 3 shows the distribution characteristics of the overall control error on the angular velocity-angular acceleration diagram of the joint, and the straight lines a and b are positive and negative, respectively, due to switching of the relay circuit (8). Reference line father--C・text+U, father--C・text-U1
Straight line C is a reference straight line father --C- sentence whose output value U is zero.
また、直線ａ１＋ａｌ！はそれぞれ該基準直線ａから最
大誤差Ｕの範囲を示す上限および下限直線、同様にｂＩ
＋ｂ２は基準直線すに対する誤差範囲の上限および下限
直線である。ここに、上述のごとくリレー回路（８）に
おけるすべり制御の切換信号の切換幅２Ｕを上記（８）
式のように設定しているので、図に示されるように、正
側の基準直線ａの下限ａ１は零の基準直線Ｃよりも常に
上側に、負側の基僧直線すの上限ｂ２は零の基準直線Ｃ
よりも常に下側にあって、両者ａ１．ｂ２が交わること
がない。Also, the straight line a1+al! are the upper and lower limit straight lines respectively indicating the range of the maximum error U from the reference straight line a, and similarly bI
+b2 are the upper and lower limit straight lines of the error range with respect to the reference straight line. Here, as mentioned above, the switching width 2U of the switching signal of the slip control in the relay circuit (8) is expressed as (8) above.
As shown in the figure, the lower limit a1 of the reference straight line a on the positive side is always above the zero reference straight line C, and the upper limit b2 of the basic straight line C on the negative side is zero. Reference straight line C
is always lower than a1. b2 never intersect.
すなわち、外乱等の誤差により、すべり状態制御に誤差
が生じてアーム手先が軌跡から逸脱することがないので
ある。このように、切換信号の切換幅２Ｕを制御系の外
乱等による最大誤差の幅２ＵＬよりも大きく設定するこ
とにより、軌跡制御の安定性が確保されるとともに、正
負の基準直線ａ。That is, the arm tip will not deviate from the trajectory due to errors in the slip state control due to errors such as disturbances. In this way, by setting the switching width 2U of the switching signal to be larger than the maximum error width 2UL due to disturbances in the control system, stability of trajectory control is ensured, and the positive and negative reference straight lines a.
ｂの位置が定量的に定められ、上記アーム手先の軌跡上
からの逸脱を防止するためにリレー回路（８）の切換信
号Ｕの切換幅２Ｕの値を必要以上に増大するのが防止さ
れるのである。The position of b is determined quantitatively, and in order to prevent the arm tip from deviating from the trajectory, the value of the switching width 2U of the switching signal U of the relay circuit (8) is prevented from increasing more than necessary. It is.
次に、第４図および第５図は２関節スカラ型マニュピレ
ータでのシミュレーション例であって、第４図は本発明
のすべり制御方法により、ロボット中心から半径１０牙
の円を描かせたときのアーム手先の半径軌道を示す実験
結果、第５図は同じ条件下における従来のすべり制御方
法による実験結果である。両図を比較すれば、従来の方
法ではアーム手先が描く軌跡の理想円からのバラツキか
大きいのに対して、本発明の方法では理想円からほぼ一
定の範囲に収束していて、本発明の効果が示されている
。Next, FIGS. 4 and 5 are simulation examples using a two-joint SCARA manipulator, and FIG. 4 shows a simulation example when a circle with a radius of 10 teeth is drawn from the center of the robot using the sliding control method of the present invention. FIG. 5 shows the experimental results showing the radial trajectory of the arm tip using the conventional slip control method under the same conditions. Comparing the two figures, it can be seen that in the conventional method, the trajectory drawn by the arm tip has a large variation from the ideal circle, whereas in the method of the present invention, it converges to a nearly constant range from the ideal circle. It has been shown to be effective.
（発明の効果）
以上に説明したように、本発明の多関節ロボットのサー
ボ制御方法によれば、各関節の角度偏差および角速度偏
差を零に収束させるようなすべり状態制御による切換信
号を駆動機構の角加速度指令信号に加算し、さらに実関
節角加速度のフィードバック補償を行うとともに、各関
節の上記すべり状態制御における切換信号の切換幅を他
軸モータで発生するトルク、遠心力、コリオリカ等の干
渉、外乱、負荷変動等の集積した総合誤差値により定ま
る所定値よりも大きく設定するようにしたので、それら
の影響などに対して安定なロバスト性を維持しながら切
換信号の切換幅の増大を可及的に抑制することができ、
総合的な安定性および制御精度の向上を図ることができ
る。(Effects of the Invention) As described above, according to the servo control method for an articulated robot of the present invention, a switching signal is transmitted to the drive mechanism by sliding state control that converges the angular deviation and angular velocity deviation of each joint to zero. In addition to performing feedback compensation of the actual joint angular acceleration, the switching width of the switching signal in the above-mentioned slip state control of each joint is calculated by adding it to the angular acceleration command signal generated by the other shaft motor, centrifugal force, Coriolis, etc. Since the value is set larger than the predetermined value determined by the accumulated total error value of disturbances, load fluctuations, etc., it is possible to increase the switching width of the switching signal while maintaining stable robustness against these influences. can be effectively suppressed,
Overall stability and control accuracy can be improved.
第１図〜第４図は本発明の実施例を示し、第１図は多関
節マニピュレータのうちの一関節の制御系を示すブロッ
ク線図、第２図はリレー回路におけるすべり状態制御の
切換特性図、第３図は切換信号の誤差分布を示す角速度
−角加速度特性図、第４図は２関節マニュピレータによ
る軌跡制御精度を示す実験結果図である。第５図は従来
のすべり状態制御方法による第４図相当の実験結果図で
ある。
（８）・・・リレー回路、（１４）・・・モータ（駆動
機構）
Ｃ＋１）”（Ｊ） ＝（）
第４図
第５図
第３図
東1 to 4 show embodiments of the present invention, FIG. 1 is a block diagram showing the control system of one joint of a multi-joint manipulator, and FIG. 2 is a switching characteristic of slip state control in a relay circuit. 3 is an angular velocity-angular acceleration characteristic diagram showing the error distribution of the switching signal, and FIG. 4 is an experimental result diagram showing the locus control accuracy by the two-joint manipulator. FIG. 5 is an experimental result diagram corresponding to FIG. 4 using a conventional slip state control method. (8)...Relay circuit, (14)...Motor (drive mechanism) C+1)"(J) = () Figure 4 Figure 5 Figure 3 East
Claims (1)
標角度信号、目標角速度信号および目標角加速度信号に
応じて、各関節の目標角度と実関節角度との角度偏差お
よび各関節の目標角速度と実関節角速度との角速度偏差
を零に収束させるような切換関数により各関節の角度を
すべり状態制御するための切換信号を求めるとともに、
実関節加速度信号をフィードバックして上記目標角加速
度との角加速度偏差信号を求め、次いで、上記切換信号
と角加速度偏差信号とを関節駆動機構を駆動するための
角加速度指令信号に加え合せた後、該加算値に応じて各
関節の駆動機構を駆動してアーム手先が目標軌跡に一致
するように制御する多関節ロボットのサーボ制御方法で
あって、上記各関節の切換信号の切換幅を他の関節の駆
動機構からの干渉、外乱、角加速度検出誤差等により定
まる所定値よりも大きく設定することを特徴とする多関
節ロボットのサーボ制御方法。(1) The angular deviation between the target angle of each joint and the actual joint angle and the target angular velocity of each joint are determined according to the target angle signal, target angular velocity signal, and target angular acceleration signal of each joint based on the trajectory that the arm tip should move. In addition to finding a switching signal for controlling the angle of each joint in a sliding state using a switching function that converges the angular velocity deviation between the actual joint angular velocity and the actual joint angular velocity to zero,
After feeding back the actual joint acceleration signal to obtain an angular acceleration deviation signal from the target angular acceleration, and then adding the switching signal and the angular acceleration deviation signal to the angular acceleration command signal for driving the joint drive mechanism. , a servo control method for an articulated robot that controls the arm tip to match a target trajectory by driving the drive mechanism of each joint according to the added value, the method comprising controlling the switching width of the switching signal of each joint to another value. A servo control method for an articulated robot, characterized in that the servo control method for a multi-jointed robot is set to be larger than a predetermined value determined by interference from a joint drive mechanism, disturbance, angular acceleration detection error, etc.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29571887A JPH01136216A (en) | 1987-11-24 | 1987-11-24 | Servo control method for articulated robot |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29571887A JPH01136216A (en) | 1987-11-24 | 1987-11-24 | Servo control method for articulated robot |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01136216A true JPH01136216A (en) | 1989-05-29 |
Family
ID=17824260
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29571887A Pending JPH01136216A (en) | 1987-11-24 | 1987-11-24 | Servo control method for articulated robot |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01136216A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997031303A1 (en) * | 1996-02-20 | 1997-08-28 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Controller of multi-axis robot |
| JP2019179454A (en) * | 2018-03-30 | 2019-10-17 | オムロン株式会社 | Sensor, information processing device, sensor controlling method, information processing method, program, and recording medium |
-
1987
- 1987-11-24 JP JP29571887A patent/JPH01136216A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997031303A1 (en) * | 1996-02-20 | 1997-08-28 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Controller of multi-axis robot |
| US6069463A (en) * | 1996-02-20 | 2000-05-30 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Controller of multi-axis robot |
| JP2019179454A (en) * | 2018-03-30 | 2019-10-17 | オムロン株式会社 | Sensor, information processing device, sensor controlling method, information processing method, program, and recording medium |
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