JPH1058368A - マニピュレータ制御装置 - Google Patents
マニピュレータ制御装置Info
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- JPH1058368A JPH1058368A JP8222798A JP22279896A JPH1058368A JP H1058368 A JPH1058368 A JP H1058368A JP 8222798 A JP8222798 A JP 8222798A JP 22279896 A JP22279896 A JP 22279896A JP H1058368 A JPH1058368 A JP H1058368A
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- joint
- control
- target
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Abstract
(57)【要約】
【課題】この発明は、高精度な動特性変動を推定し得る
ようにして、信頼性の高い高精度な関節角度の動作制御
を実現することにある。 【解決手段】マニピュレータの第２及び第３関節に対し
てトルクを与える第２及び第３のＰＩＤ制御器１３，１
５、宇宙航行体に対してトルクを与えるＰＩＤ制御器１
７の制御ゲインが、マニピュレータの関節角度θ3 に基
づくファジイ推論により評価して、その制御ゲインを最
適な値に設定し、そのゲイン調整ファジイルールの適合
度が低くなったり、推論結果が不適合状態において、予
め設定される制御ゲインにしたがってそれぞれを動作制
御するように構成したものである。
ようにして、信頼性の高い高精度な関節角度の動作制御
を実現することにある。 【解決手段】マニピュレータの第２及び第３関節に対し
てトルクを与える第２及び第３のＰＩＤ制御器１３，１
５、宇宙航行体に対してトルクを与えるＰＩＤ制御器１
７の制御ゲインが、マニピュレータの関節角度θ3 に基
づくファジイ推論により評価して、その制御ゲインを最
適な値に設定し、そのゲイン調整ファジイルールの適合
度が低くなったり、推論結果が不適合状態において、予
め設定される制御ゲインにしたがってそれぞれを動作制
御するように構成したものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば宇宙空間
に構築されて各種の作業に供される多関節マニピュレー
タの操作制御に好適するマニピュレータ制御装置に関す
る。
に構築されて各種の作業に供される多関節マニピュレー
タの操作制御に好適するマニピュレータ制御装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、宇宙開発の分野において
は、作業用宇宙航行体に多関節マニピュレータを搭載
し、この宇宙航行体で宇宙空間を航行して、宇宙ステー
ションの構築作業等の各種の作業を実行する構想があ
る。このような多関節のマニピュレータの関節角度を制
御する手段としては、関節角度に対する目標値を設定し
て、この目標値に対応して関節角度を制御する方法が知
られている。
は、作業用宇宙航行体に多関節マニピュレータを搭載
し、この宇宙航行体で宇宙空間を航行して、宇宙ステー
ションの構築作業等の各種の作業を実行する構想があ
る。このような多関節のマニピュレータの関節角度を制
御する手段としては、関節角度に対する目標値を設定し
て、この目標値に対応して関節角度を制御する方法が知
られている。
【０００３】ところが、宇宙空間を航行する宇宙航行体
にマニピュレータを搭載した場合にあっては、該マニピ
ュレータの先端位置を定点に移動させる動作制御を行う
際、その動作中において、宇宙航行体の位置・姿勢が変
動される。そのため、宇宙航行体に搭載するマニピュレ
ータにあっては、動作制御開始前に、予め動作期間中の
関節角度の目標軌道を決定すると、実際の動作時に関節
角度が目標値に完全に追従したとしても、宇宙航行体の
位置・姿勢の変動により、その先端位置が目標とする定
点からずれてしまう虞れを有する。
にマニピュレータを搭載した場合にあっては、該マニピ
ュレータの先端位置を定点に移動させる動作制御を行う
際、その動作中において、宇宙航行体の位置・姿勢が変
動される。そのため、宇宙航行体に搭載するマニピュレ
ータにあっては、動作制御開始前に、予め動作期間中の
関節角度の目標軌道を決定すると、実際の動作時に関節
角度が目標値に完全に追従したとしても、宇宙航行体の
位置・姿勢の変動により、その先端位置が目標とする定
点からずれてしまう虞れを有する。
【０００４】また、宇宙航行体に搭載するマニピュレー
タは、その作業中に質量が未知の物体（作業対象）を把
持すると、そのマニピュレータ・宇宙航行体系の動特性
が大きく変動する。そのため、高精度な制御性能を確保
する手段として、マニピュレータ・宇宙航行体系の動特
性の変動を推定し、その結果を考慮して制御を行うアル
ゴリズムが必要となる。
タは、その作業中に質量が未知の物体（作業対象）を把
持すると、そのマニピュレータ・宇宙航行体系の動特性
が大きく変動する。そのため、高精度な制御性能を確保
する手段として、マニピュレータ・宇宙航行体系の動特
性の変動を推定し、その結果を考慮して制御を行うアル
ゴリズムが必要となる。
【０００５】ところが、上記マニピュレータ・宇宙航行
体系の数理モデルに基づいて動特性を求める方法では、
その数理モデルのモデル化誤差が推定結果に大きな影響
を及ぼすために、信頼性の点で劣るという問題を有す
る。
体系の数理モデルに基づいて動特性を求める方法では、
その数理モデルのモデル化誤差が推定結果に大きな影響
を及ぼすために、信頼性の点で劣るという問題を有す
る。
【０００６】そこで、周知の制御応答（制御対象の状
態）を数理モデルに基づかずファジイ推論によって評価
し、動特性変動を推定することが考えられている。しか
しながら、上記ファジイ推論により、マニピュレータの
操作量を決定する方法では、制御動作中のある時刻にお
いて、どのファジイルールにも制御応答が適合しないよ
うな場合（あるいは適合度が低くなった場合）、ファジ
イ推論の出力、即ち操作量が不定もしくは不適切な値に
なってしまい、安定した動作制御が困難となるという虞
れを有する。
態）を数理モデルに基づかずファジイ推論によって評価
し、動特性変動を推定することが考えられている。しか
しながら、上記ファジイ推論により、マニピュレータの
操作量を決定する方法では、制御動作中のある時刻にお
いて、どのファジイルールにも制御応答が適合しないよ
うな場合（あるいは適合度が低くなった場合）、ファジ
イ推論の出力、即ち操作量が不定もしくは不適切な値に
なってしまい、安定した動作制御が困難となるという虞
れを有する。
【０００７】係るファジイ推論の課題は、制御対象が多
関節マニピュレータ等の複雑化し、しかも、ファジイル
ールで評価しなければならない状態空間が大規模化すれ
ばするほど、状態空間の全体を適切に評価できるファジ
イルールを設計するのが困難となり、さらに安定した動
作制御の困難性が増大される。
関節マニピュレータ等の複雑化し、しかも、ファジイル
ールで評価しなければならない状態空間が大規模化すれ
ばするほど、状態空間の全体を適切に評価できるファジ
イルールを設計するのが困難となり、さらに安定した動
作制御の困難性が増大される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来のマニピュレータ制御装置では、マニピュレータ・宇
宙航行体系の動特性変動を高精度に推定が困難であり、
信頼性の高い高精度な動作制御が困難であるという問題
を有する。
来のマニピュレータ制御装置では、マニピュレータ・宇
宙航行体系の動特性変動を高精度に推定が困難であり、
信頼性の高い高精度な動作制御が困難であるという問題
を有する。
【０００９】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、高精度な動特性変動を推定し得るようにして、信
頼性の高い高精度な関節角度の動作制御を実現し得るよ
うにしたマニピュレータ制御装置を提供することを目的
とする。
ので、高精度な動特性変動を推定し得るようにして、信
頼性の高い高精度な関節角度の動作制御を実現し得るよ
うにしたマニピュレータ制御装置を提供することを目的
とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明は、宇宙航行体
に搭載されるマニピュレータと、指令情報に基づいて前
記マニピュレータの先端部の目標先端位置を時系列で発
生する目標位置発生手段と、この目標位置発生手段で生
成した目標先端位置と宇宙航行体の重心位置に基づいて
関節の目標関節角度を算出する目標関節角度発生手段
と、前記宇宙航行体の姿勢角度に基づいて該宇宙航行体
に与えるトルクを算出する第１の制御手段と、前記目標
関節角度発生手段で生成した関節の目標関節角度と該関
節の関節角度に基づいて前記マニピュレータに与えるト
ルクを算出する第２の制御手段と、前記第１及び第２の
制御手段の制御ゲインを前記マニピュレータの関節の関
節角度に基づいてファジイ推論により評価して各制御ゲ
インを設定するゲイン調整手段とを備えてマニピュレー
タ制御装置を構成したものである。
に搭載されるマニピュレータと、指令情報に基づいて前
記マニピュレータの先端部の目標先端位置を時系列で発
生する目標位置発生手段と、この目標位置発生手段で生
成した目標先端位置と宇宙航行体の重心位置に基づいて
関節の目標関節角度を算出する目標関節角度発生手段
と、前記宇宙航行体の姿勢角度に基づいて該宇宙航行体
に与えるトルクを算出する第１の制御手段と、前記目標
関節角度発生手段で生成した関節の目標関節角度と該関
節の関節角度に基づいて前記マニピュレータに与えるト
ルクを算出する第２の制御手段と、前記第１及び第２の
制御手段の制御ゲインを前記マニピュレータの関節の関
節角度に基づいてファジイ推論により評価して各制御ゲ
インを設定するゲイン調整手段とを備えてマニピュレー
タ制御装置を構成したものである。
【００１１】上記構成によれば、マニピュレータ及び宇
宙航行体に対してトルクを与える第１及び第２の制御手
段は、その制御ゲインがマニピュレータの関節角度に基
づくファジイ推論によりゲイン調整手段で推論されて評
価され、その制御ゲインが最適な値に設定され、又その
ファジイルールの適合度が低くなったり、推論結果が不
定となった状態で、予め設定される制御ゲイン値に設定
される。これにより、マニピュレータ・宇宙航行体系の
動特性に応じた信頼性の高い関節角度の制御を確保した
うえで、ファジイ推論の安定した出力の取得が可能とな
り、安全性の高い動作制御が実現される。
宙航行体に対してトルクを与える第１及び第２の制御手
段は、その制御ゲインがマニピュレータの関節角度に基
づくファジイ推論によりゲイン調整手段で推論されて評
価され、その制御ゲインが最適な値に設定され、又その
ファジイルールの適合度が低くなったり、推論結果が不
定となった状態で、予め設定される制御ゲイン値に設定
される。これにより、マニピュレータ・宇宙航行体系の
動特性に応じた信頼性の高い関節角度の制御を確保した
うえで、ファジイ推論の安定した出力の取得が可能とな
り、安全性の高い動作制御が実現される。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して詳細に説明する。図１はこの発明
の一実施の形態に係るマニピュレータ制御装置を示すも
ので、ここでは、マニピュレータシステムとして、肩関
節（第１関節）、肘関節（第２関節）、手首関節（第３
関節）の３関節式のマニピュレータを宇宙航行体に搭載
した場合を示す。但し、図１においては、マニピュレー
タの第１関節である肩関節を固定として構成した場合で
説明する。
いて、図面を参照して詳細に説明する。図１はこの発明
の一実施の形態に係るマニピュレータ制御装置を示すも
ので、ここでは、マニピュレータシステムとして、肩関
節（第１関節）、肘関節（第２関節）、手首関節（第３
関節）の３関節式のマニピュレータを宇宙航行体に搭載
した場合を示す。但し、図１においては、マニピュレー
タの第１関節である肩関節を固定として構成した場合で
説明する。
【００１３】すなわち、目標先端位置発生器１０には、
目標関節角度発生器１１が接続され、図示しない指令制
御部からの指令信号に基づいてマニピュレータ先端部を
一方向にのみ移動をさせる動作を想定した目標先端位置
情報を生成して、目標関節角度発生器１１に出力する。
目標関節角度発生器１１が接続され、図示しない指令制
御部からの指令信号に基づいてマニピュレータ先端部を
一方向にのみ移動をさせる動作を想定した目標先端位置
情報を生成して、目標関節角度発生器１１に出力する。
【００１４】ここで、目標先端位置発生器１０は、予め
設定されたマニピュレータ先端部の最高速度Ｖmax 、最
高加速度Ａmax に対して、マニピュレータ先端部が、図
２に示す速度で移動するように、制御動作中の各時刻ｒ
1 、ｒ2 、ｒ3 において逐次に発生して、目標関節角度
発生器１１に出力する。
設定されたマニピュレータ先端部の最高速度Ｖmax 、最
高加速度Ａmax に対して、マニピュレータ先端部が、図
２に示す速度で移動するように、制御動作中の各時刻ｒ
1 、ｒ2 、ｒ3 において逐次に発生して、目標関節角度
発生器１１に出力する。
【００１５】目標関節角度発生器１１には、マニピュレ
ータ・宇宙航行体系１２から宇宙航行体の重心位置情報
が入力され、該重心位置情報と目標先端位置発生部１０
からの目標先端位置情報に基づいて逆キネマティクスを
解いてマニピュレータの第２及び第３関節の角度情報θ
2ref、θ2refを算出する。
ータ・宇宙航行体系１２から宇宙航行体の重心位置情報
が入力され、該重心位置情報と目標先端位置発生部１０
からの目標先端位置情報に基づいて逆キネマティクスを
解いてマニピュレータの第２及び第３関節の角度情報θ
2ref、θ2refを算出する。
【００１６】上記目標関節角度発生器１１には、第２の
ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｒｏｔｉｏｎ・Ｉｎｔｅｇｒａｌ・Ｄ
ｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御器１３が加算器１４を介
して接続される。この加算器１４には、マニピュレータ
・宇宙航行体系１２から第２関節の関節角度θ2 が入力
され、この関節角度θ2 と角度情報θ2refを加算して第
２のＰＩＤ制御器１３に出力する。第２のＰＩＤ制御器
１３は、予め制御ゲイン値が設定されており、入力した
関節角度情報に基づいてマニピュレータの第２関節に与
えるトルクα2 を
ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｒｏｔｉｏｎ・Ｉｎｔｅｇｒａｌ・Ｄ
ｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御器１３が加算器１４を介
して接続される。この加算器１４には、マニピュレータ
・宇宙航行体系１２から第２関節の関節角度θ2 が入力
され、この関節角度θ2 と角度情報θ2refを加算して第
２のＰＩＤ制御器１３に出力する。第２のＰＩＤ制御器
１３は、予め制御ゲイン値が設定されており、入力した
関節角度情報に基づいてマニピュレータの第２関節に与
えるトルクα2 を
【００１７】
【数１】 の式より算出して、該トルクα2 に対応して第２関節を
駆動制御する。
駆動制御する。
【００１８】ここで、ｅ 2は第２関節の角度追従誤差、
Ｋp2，Ｋi2，Ｋd2はそれぞれマニピュレータの第２の関
節の角度追従誤差に対する比例、積分、微分動作の制御
ゲインである。
Ｋp2，Ｋi2，Ｋd2はそれぞれマニピュレータの第２の関
節の角度追従誤差に対する比例、積分、微分動作の制御
ゲインである。
【００１９】また、上記目標関節角度発生器１１には、
第３のＰＩＤ（Ｐｒｏｐｒｏｔｉｏｎ・Ｉｎｔｅｇｒａ
ｌ・Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御器１５が加算器１
６を介して接続される。この加算器１６には、マニピュ
レータ・宇宙航行体系１２からマニピュレータの第３関
節の関節角度θ3 が入力され、この関節角度θ3 と角度
情報θ3refを加算して第３のＰＩＤ制御器１５に出力す
る。第３のＰＩＤ制御器１５は、予め制御ゲイン値が設
定されており、入力した関節角度情報に基づいてマニピ
ュレータの第３関節に与えるトルクα3 を
第３のＰＩＤ（Ｐｒｏｐｒｏｔｉｏｎ・Ｉｎｔｅｇｒａ
ｌ・Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御器１５が加算器１
６を介して接続される。この加算器１６には、マニピュ
レータ・宇宙航行体系１２からマニピュレータの第３関
節の関節角度θ3 が入力され、この関節角度θ3 と角度
情報θ3refを加算して第３のＰＩＤ制御器１５に出力す
る。第３のＰＩＤ制御器１５は、予め制御ゲイン値が設
定されており、入力した関節角度情報に基づいてマニピ
ュレータの第３関節に与えるトルクα3 を
【００２０】
【数２】 の式により算出して、該トルクα3 に対応して第３関節
を駆動制御する。
を駆動制御する。
【００２１】ここで、ｅ 3、第２関節の角度追従誤差、
Ｋp3，Ｋi3，Ｋd3は、それぞれマニピュレータの第３の
関節の角度追従誤差に対する比例、積分、微分動作の制
御ゲインである。
Ｋp3，Ｋi3，Ｋd3は、それぞれマニピュレータの第３の
関節の角度追従誤差に対する比例、積分、微分動作の制
御ゲインである。
【００２２】また、上記マニピュレータ・宇宙航行体系
１２には、姿勢制御用ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｔｉｏｎ・Ｉ
ｎｔｅｇｒａｌ・Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御器１
７が接続される。このＰＩＤ制御器１７は、マニピュレ
ータ・宇宙航行体系１２からの宇宙航行体の姿勢角度ψ
が入力され、該姿勢角度ψに基づいて宇宙航行体に与え
るトルクα0 を
１２には、姿勢制御用ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｔｉｏｎ・Ｉ
ｎｔｅｇｒａｌ・Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御器１
７が接続される。このＰＩＤ制御器１７は、マニピュレ
ータ・宇宙航行体系１２からの宇宙航行体の姿勢角度ψ
が入力され、該姿勢角度ψに基づいて宇宙航行体に与え
るトルクα0 を
【００２３】
【数３】 の式により算出して、該トルクα0 に基づいてマニピュ
レータ・宇宙航行体系１２の姿勢系を駆動して宇宙航行
体の姿勢を制御する。
レータ・宇宙航行体系１２の姿勢系を駆動して宇宙航行
体の姿勢を制御する。
【００２４】ここで、Ｋp0，Ｋi0，Ｋd0は、それぞれ宇
宙航行体の姿勢角度ψに対する比例、積分、微分動作の
制御ゲインである。また、上記第２及び第３のＰＩＤ制
御器１３，１５とＰＩＤ制御器１７には、ゲイン調整器
１８が接続される。ゲイン調整器１８には、上記マニピ
ュレータ・宇宙航行体系１２からマニピュレータの第３
関節の関節角度θ3 が入力され、この関節角度θ3 に基
づいてファジイ推論を実行する。
宙航行体の姿勢角度ψに対する比例、積分、微分動作の
制御ゲインである。また、上記第２及び第３のＰＩＤ制
御器１３，１５とＰＩＤ制御器１７には、ゲイン調整器
１８が接続される。ゲイン調整器１８には、上記マニピ
ュレータ・宇宙航行体系１２からマニピュレータの第３
関節の関節角度θ3 が入力され、この関節角度θ3 に基
づいてファジイ推論を実行する。
【００２５】上記ゲイン調整器１８は、制御動作開始直
後のマニピュレータの第３関節の関節角度θ3 をファジ
イルール（以下、ゲイン調整ファジイルールと記す）に
より評価して、第２及び第３のＰＩＤ制御器１３，１５
とＰＩＤ制御器１７の各制御ゲインＫp ，Ｋi ，Ｋd を
調整する。
後のマニピュレータの第３関節の関節角度θ3 をファジ
イルール（以下、ゲイン調整ファジイルールと記す）に
より評価して、第２及び第３のＰＩＤ制御器１３，１５
とＰＩＤ制御器１７の各制御ゲインＫp ，Ｋi ，Ｋd を
調整する。
【００２６】ゲイン調整器１８は、図３に示すように制
御動作開始直後のマニピュレータの第３関節の関節角度
θ3 が時系列ｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 で入力されると、該時系
列ｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 の大きさを Ｒ1:if ｒ1 is Ｂ1 and ｒ2 isＢ2 and ｒ3 isＢ3 ten Ｋp0= Ｋp01,Ｋi0= Ｋi01,Ｋd0= Ｋd01 Ｋp2= Ｋp21,Ｋi2= Ｋi21,Ｋd2= Ｋd21 Ｋp3= Ｋp31,Ｋi3= Ｋi31,Ｋd3= Ｋd31 Ｒ2:if ｒ1 is Ｍ1 and ｒ2 isＭ2 and ｒ3 isＭ3 ten Ｋp0= Ｋp02,Ｋi0= Ｋi02,Ｋd0= Ｋd02 Ｋp2= Ｋp22,Ｋi2= Ｋi22,Ｋd2= Ｋd22 Ｋp3= Ｋp32,Ｋi3= Ｋi32,Ｋd3= Ｋd32 Ｒ3:if ｒ1 is Ｓ1 and ｒ2 isＳ2 and ｒ3 isＳ3 ten Ｋp0= Ｋp03,Ｋi0= Ｋi03,Ｋd0= Ｋd03 Ｋp2= Ｋp23,Ｋi2= Ｋi23,Ｋd2= Ｋd23 Ｋp3= Ｋp33,Ｋi3= Ｋi33,Ｋd3= Ｋd33 のゲイン調整ファジイルールにしたがってファジイ推論
を実行して第２及び第３のＰＩＤ制御器１３，１５、Ｐ
ＩＤ制御器１７の各制御ゲインを求めて各ゲイン調整を
行う。
御動作開始直後のマニピュレータの第３関節の関節角度
θ3 が時系列ｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 で入力されると、該時系
列ｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 の大きさを Ｒ1:if ｒ1 is Ｂ1 and ｒ2 isＢ2 and ｒ3 isＢ3 ten Ｋp0= Ｋp01,Ｋi0= Ｋi01,Ｋd0= Ｋd01 Ｋp2= Ｋp21,Ｋi2= Ｋi21,Ｋd2= Ｋd21 Ｋp3= Ｋp31,Ｋi3= Ｋi31,Ｋd3= Ｋd31 Ｒ2:if ｒ1 is Ｍ1 and ｒ2 isＭ2 and ｒ3 isＭ3 ten Ｋp0= Ｋp02,Ｋi0= Ｋi02,Ｋd0= Ｋd02 Ｋp2= Ｋp22,Ｋi2= Ｋi22,Ｋd2= Ｋd22 Ｋp3= Ｋp32,Ｋi3= Ｋi32,Ｋd3= Ｋd32 Ｒ3:if ｒ1 is Ｓ1 and ｒ2 isＳ2 and ｒ3 isＳ3 ten Ｋp0= Ｋp03,Ｋi0= Ｋi03,Ｋd0= Ｋd03 Ｋp2= Ｋp23,Ｋi2= Ｋi23,Ｋd2= Ｋd23 Ｋp3= Ｋp33,Ｋi3= Ｋi33,Ｋd3= Ｋd33 のゲイン調整ファジイルールにしたがってファジイ推論
を実行して第２及び第３のＰＩＤ制御器１３，１５、Ｐ
ＩＤ制御器１７の各制御ゲインを求めて各ゲイン調整を
行う。
【００２７】このうち前件部（ｉｆ部）は、時系列ｒ1
，ｒ2 ，ｒ3 における関節角度θ3の大きさを評価する
ファジイラベルＢ，Ｍ，Ｓを用いて動特性を推定する命
題である。
，ｒ2 ，ｒ3 における関節角度θ3の大きさを評価する
ファジイラベルＢ，Ｍ，Ｓを用いて動特性を推定する命
題である。
【００２８】ファジイラベルＢ，Ｍ，Ｓは、Ｂｉｇ，Ｍ
ｅｄｉｕｍ，Ｓｍａｌｌを示し、これらは図４に示すメ
ンバシップ関数で定義される。そして、後件部（ｔｈｅ
ｎ部）は、前件部（ｉｆ部）で記述された動特性に対し
て適切な制御ゲインＫp ，Ｋi ，ｋd の値を推定する命
題である。
ｅｄｉｕｍ，Ｓｍａｌｌを示し、これらは図４に示すメ
ンバシップ関数で定義される。そして、後件部（ｔｈｅ
ｎ部）は、前件部（ｉｆ部）で記述された動特性に対し
て適切な制御ゲインＫp ，Ｋi ，ｋd の値を推定する命
題である。
【００２９】このゲイン調整ファジイルールは、「関節
角度θ3 の変位が大きい場合は、マニピュレータが把持
する把持物体の質量による動特性の変動が大きいと判断
する。そして、逆に関節角度θ3 の変位が小さい場合
は、マニピュレータが把持する把持物体の質量による動
特性の変動が小さいと判断して、それぞれの変位状態に
応じた最適な制御ゲインＫp ，Ｋi ，Ｋd を用いる」と
いう調整則を意味する。
角度θ3 の変位が大きい場合は、マニピュレータが把持
する把持物体の質量による動特性の変動が大きいと判断
する。そして、逆に関節角度θ3 の変位が小さい場合
は、マニピュレータが把持する把持物体の質量による動
特性の変動が小さいと判断して、それぞれの変位状態に
応じた最適な制御ゲインＫp ，Ｋi ，Ｋd を用いる」と
いう調整則を意味する。
【００３０】即ち、ゲイン調整器１８は、ゲイン調整フ
ァジイルールにしたがって入力しｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 につ
いてファジイラベルＳ1 ，…，Ｂ3 のメンバシップ関数
値μs1，…μB3をを求めて、 ａ1 ＝μS1・μS2・μS3 ａ2 ＝μM1・μM2・μM3 ａ3 ＝μB1・μB2・μB3 の式で表される周知の代数積・加算・高さ法と称する推
論方法により各ルールの適合度ａ1 ，ａ2 ，ａ3 を算出
する。
ァジイルールにしたがって入力しｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 につ
いてファジイラベルＳ1 ，…，Ｂ3 のメンバシップ関数
値μs1，…μB3をを求めて、 ａ1 ＝μS1・μS2・μS3 ａ2 ＝μM1・μM2・μM3 ａ3 ＝μB1・μB2・μB3 の式で表される周知の代数積・加算・高さ法と称する推
論方法により各ルールの適合度ａ1 ，ａ2 ，ａ3 を算出
する。
【００３１】次に、ゲイン調整器１８は、適合度ａ1 ，
ａ2 ，ａ3 により、各ルールの後件部（ｔｈｅｎ部）の
ゲイン値を荷重平均して最終的に適用する制御ゲインＫ
p ´，Ｋi ´，Ｋd ´を以下に示す数４の式に基づいて
それぞれ算出して、第２及び第３のＰＩＤ制御器１３，
１５、ＰＩＤ制御器１７の制御ゲインを可変設定する。
ａ2 ，ａ3 により、各ルールの後件部（ｔｈｅｎ部）の
ゲイン値を荷重平均して最終的に適用する制御ゲインＫ
p ´，Ｋi ´，Ｋd ´を以下に示す数４の式に基づいて
それぞれ算出して、第２及び第３のＰＩＤ制御器１３，
１５、ＰＩＤ制御器１７の制御ゲインを可変設定する。
【００３２】
【数４】
【００３３】上記構成において、ゲイン調整器１８は、
マニピュレータ・宇宙航行体系１２のマニピュレータの
第３関節の関節角度θ3 に基づいて上述したようにファ
ジイ推論を実行して動特性に応じた制御ゲインＫp ´，
Ｋi ´，ｋd ´を求めて第２及び第３のＰＩＤ制御器１
３，１５、ＰＩＤ制御器１７の制御ゲインを可変設定す
る。
マニピュレータ・宇宙航行体系１２のマニピュレータの
第３関節の関節角度θ3 に基づいて上述したようにファ
ジイ推論を実行して動特性に応じた制御ゲインＫp ´，
Ｋi ´，ｋd ´を求めて第２及び第３のＰＩＤ制御器１
３，１５、ＰＩＤ制御器１７の制御ゲインを可変設定す
る。
【００３４】ここで、ＰＩＤ制御器１７は、ゲイン調整
器１８で設定される制御ゲインにしたがっ上述したよう
に宇宙航行体に与えるトルクを求めて該宇宙航行体の姿
勢を制御する。同時に、第２及び第３のＰＩＤ制御器１
３，１５は、上述したようにマニピュレータの第２及び
第３関節に与えるトルクを求めて、該第２及び第３関節
を駆動制御してマニピュレータ先端位置を目標点に移動
させる。
器１８で設定される制御ゲインにしたがっ上述したよう
に宇宙航行体に与えるトルクを求めて該宇宙航行体の姿
勢を制御する。同時に、第２及び第３のＰＩＤ制御器１
３，１５は、上述したようにマニピュレータの第２及び
第３関節に与えるトルクを求めて、該第２及び第３関節
を駆動制御してマニピュレータ先端位置を目標点に移動
させる。
【００３５】そして、マニピュレータの動作制御中にお
いて、所定の時刻において、ファジイ調整ルールの全て
に対する適合度が低くなり、推定結果が不足あるいは不
適合となってしまうような事態が生じたとする。する
と、ゲイン調整器１８は、制御ゲインＫp ´，Ｋi ´，
Ｋd ´をＰＩＤ制御器１７、第２及び第３のＰＩＤ制御
器１３，１５に出力するのを停止する。
いて、所定の時刻において、ファジイ調整ルールの全て
に対する適合度が低くなり、推定結果が不足あるいは不
適合となってしまうような事態が生じたとする。する
と、ゲイン調整器１８は、制御ゲインＫp ´，Ｋi ´，
Ｋd ´をＰＩＤ制御器１７、第２及び第３のＰＩＤ制御
器１３，１５に出力するのを停止する。
【００３６】ここで、ＰＩＤ制御器１７は、予め設定さ
れている制御ゲインにしたがって上述したように宇宙航
行体の姿勢制御を実行する。同時に、第２及び第３のＰ
ＩＤ制御器１３，１５は、予め設定されている制御ゲイ
ンにしたがって上述したようにマニピュレータの第２及
び第３関節を駆動制御してマニピュレータの動作制御が
続行される。
れている制御ゲインにしたがって上述したように宇宙航
行体の姿勢制御を実行する。同時に、第２及び第３のＰ
ＩＤ制御器１３，１５は、予め設定されている制御ゲイ
ンにしたがって上述したようにマニピュレータの第２及
び第３関節を駆動制御してマニピュレータの動作制御が
続行される。
【００３７】このように、上記マニピュレータ制御装置
は、マニピュレータの第２及び第３関節に対してトルク
を与える第２及び第３のＰＩＤ制御器１３，１５、宇宙
航行体に対してトルクを与えるＰＩＤ制御器１７の制御
ゲインが、マニピュレータの関節角度θ3 に基づくファ
ジイ推論により評価して、その制御ゲインを最適な値に
設定し、そのゲイン調整ファジイルールの適合度が低く
なったり、推論結果が不適合状態において、予め設定さ
れる制御ゲインにしたがってそれぞれを動作制御するよ
うに構成した。
は、マニピュレータの第２及び第３関節に対してトルク
を与える第２及び第３のＰＩＤ制御器１３，１５、宇宙
航行体に対してトルクを与えるＰＩＤ制御器１７の制御
ゲインが、マニピュレータの関節角度θ3 に基づくファ
ジイ推論により評価して、その制御ゲインを最適な値に
設定し、そのゲイン調整ファジイルールの適合度が低く
なったり、推論結果が不適合状態において、予め設定さ
れる制御ゲインにしたがってそれぞれを動作制御するよ
うに構成した。
【００３８】これによれば、マニピュレータ・宇宙航行
体系１２の動特性に応じて第２及び第３のＰＩＤ制御器
１３，１５とＰＩＤ制御器１７の各制御ゲインが設定さ
れることにより、宇宙航行体の姿勢変動に影響を受ける
ことなく、信頼性の高いマニピュレータの関節角度の制
御が実現され、仮に、ファジイ推論の不適合あるいは適
合度が低くなった状態においても安全性の確保が実現さ
れ、信頼性の高い安定した動作制御が実現される。
体系１２の動特性に応じて第２及び第３のＰＩＤ制御器
１３，１５とＰＩＤ制御器１７の各制御ゲインが設定さ
れることにより、宇宙航行体の姿勢変動に影響を受ける
ことなく、信頼性の高いマニピュレータの関節角度の制
御が実現され、仮に、ファジイ推論の不適合あるいは適
合度が低くなった状態においても安全性の確保が実現さ
れ、信頼性の高い安定した動作制御が実現される。
【００３９】なお、上記実施の形態では、第１乃至第３
関節を持つマニピュレータシステムに適用した場合で説
明したが、これに限ることなく、関節を持つ各種方式の
マニピュレータシステムにおいて適用可能である。
関節を持つマニピュレータシステムに適用した場合で説
明したが、これに限ることなく、関節を持つ各種方式の
マニピュレータシステムにおいて適用可能である。
【００４０】また、上記実施の形態では、マニピュレー
タの第１乃至第３関節のうち第１関節を固定して運用す
る形態に適用した場合で説明したが、これに限るこな
く、各種の運用形態において適用可能であり、いずれの
運用形態においても略同様の効果が期待される。
タの第１乃至第３関節のうち第１関節を固定して運用す
る形態に適用した場合で説明したが、これに限るこな
く、各種の運用形態において適用可能であり、いずれの
運用形態においても略同様の効果が期待される。
【００４１】さらに、上記実施の形態では、ゲイン調整
器１８において、マニピュレータの第３関節の関節角度
θ3 に基づいて制御ゲインのファジイ推論を実行するよ
うに構成した場合で説明したが、これに限ることなく、
マニピュレータの他の関節の関節角度に基づいてファジ
イ推論を実行して制御ゲインを調整するように構成する
ことも可能である。よって、この発明は、上記実施の形
態に限ることなく、その他、この発明の要旨を逸脱しな
い範囲で種々の変形を実施し得ることは勿論である。
器１８において、マニピュレータの第３関節の関節角度
θ3 に基づいて制御ゲインのファジイ推論を実行するよ
うに構成した場合で説明したが、これに限ることなく、
マニピュレータの他の関節の関節角度に基づいてファジ
イ推論を実行して制御ゲインを調整するように構成する
ことも可能である。よって、この発明は、上記実施の形
態に限ることなく、その他、この発明の要旨を逸脱しな
い範囲で種々の変形を実施し得ることは勿論である。
【００４２】
【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、高精度な動特性変動を推定し得るようにして、信頼
性の高い高精度な関節角度の動作制御を実現し得るよう
にしたマニピュレータ制御装置を提供することができ
る。
ば、高精度な動特性変動を推定し得るようにして、信頼
性の高い高精度な関節角度の動作制御を実現し得るよう
にしたマニピュレータ制御装置を提供することができ
る。
【図１】この発明の一実施の形態に係るマニピュレータ
制御装置を示した図。
制御装置を示した図。
【図２】図１の目標先端位置の設定方法を説明するため
に示した図。
に示した図。
【図３】図１の第３関節の関節角度の時系列を説明する
ために示した図。
ために示した図。
【図４】図１のゲイン調整ファジイルールを説明するた
めに示した図。
めに示した図。
１０…目標先端位置発生器。 １１…目標関節角度発生器。 １２…マニピュレータ・宇宙航行体系。 １３…第２のＰＩＤ制御器。 １４，１６…加算器、 １５…第３のＰＩＤ制御器。 １７…ＰＩＤ制御器。 １８…ゲイン調整器。
Claims (4)
- 【請求項１】 宇宙航行体に搭載されるマニピュレータ
と、 指令情報に基づいて前記マニピュレータの先端部の目標
先端位置を時系列で発生する目標位置発生手段と、 この目標位置発生手段で生成した目標先端位置と宇宙航
行体の重心位置に基づいて関節の目標関節角度を算出す
る目標関節角度発生手段と、 前記宇宙航行体の姿勢角度に基づいて該宇宙航行体に与
えるトルクを算出する第１の制御手段と、 前記目標関節角度発生手段で生成した関節の目標関節角
度と該関節の関節角度に基づいて前記マニピュレータに
与えるトルクを算出する第２の制御手段と、 前記第１及び第２の制御手段の制御ゲインを前記多関節
マニピュレータの関節の関節角度に基づいてファジイ推
論により評価して各制御ゲインを設定するゲイン調整手
段とを具備したマニピュレータ制御装置。 - 【請求項２】 前記マニピュレータは、多関節を有する
ことを特徴とする請求項１記載のマニピュレータ制御装
置。 - 【請求項３】 前記ゲイン調整手段は、マニピュレータ
の所定の関節の関節角度に基づいてファジイ推論により
制御応答を評価することを特徴とする請求項２記載のマ
ニピュレータ制御装置。 - 【請求項４】 前記ゲイン調整手段は、前記マニピュレ
ータの先端部に最も近い関節の関節角度に基づいてファ
ジイ推論により制御ゲインを評価することを特徴とする
請求項３記載のマニピュレータ制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8222798A JPH1058368A (ja) | 1996-08-23 | 1996-08-23 | マニピュレータ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8222798A JPH1058368A (ja) | 1996-08-23 | 1996-08-23 | マニピュレータ制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1058368A true JPH1058368A (ja) | 1998-03-03 |
Family
ID=16788070
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8222798A Pending JPH1058368A (ja) | 1996-08-23 | 1996-08-23 | マニピュレータ制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1058368A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105022269A (zh) * | 2015-07-13 | 2015-11-04 | 北京航空航天大学 | 仿生机器鱼关节的控制方法及装置 |
| CN108445768A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-08-24 | 福州大学 | 空间机器人操作空间轨迹跟踪的增广自适应模糊控制方法 |
| CN111716360A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-09-29 | 河北工业大学 | 一种基于模糊逻辑的柔性关节机械臂采样控制方法及装置 |
| CN113359419A (zh) * | 2021-06-22 | 2021-09-07 | 天津理工大学 | 一种高速并联机器人的模糊耦合控制方法 |
| CN114179115A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-03-15 | 南京邮电大学 | 一种多单臂机械手自适应前向输出一致安全控制器 |
-
1996
- 1996-08-23 JP JP8222798A patent/JPH1058368A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105022269A (zh) * | 2015-07-13 | 2015-11-04 | 北京航空航天大学 | 仿生机器鱼关节的控制方法及装置 |
| CN108445768A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-08-24 | 福州大学 | 空间机器人操作空间轨迹跟踪的增广自适应模糊控制方法 |
| CN108445768B (zh) * | 2018-05-29 | 2020-12-25 | 福州大学 | 空间机器人操作空间轨迹跟踪的增广自适应模糊控制方法 |
| CN111716360A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-09-29 | 河北工业大学 | 一种基于模糊逻辑的柔性关节机械臂采样控制方法及装置 |
| CN111716360B (zh) * | 2020-06-30 | 2021-05-18 | 河北工业大学 | 一种基于模糊逻辑的柔性关节机械臂采样控制方法及装置 |
| CN113359419A (zh) * | 2021-06-22 | 2021-09-07 | 天津理工大学 | 一种高速并联机器人的模糊耦合控制方法 |
| CN114179115A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-03-15 | 南京邮电大学 | 一种多单臂机械手自适应前向输出一致安全控制器 |
| CN114179115B (zh) * | 2021-11-16 | 2023-10-13 | 南京邮电大学 | 一种多单臂机械手自适应前向输出一致安全控制器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051115 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051122 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060829 |