JP3063999B2 - Flexible structure flexibility controller - Google Patents
Flexible structure flexibility controllerInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は柔軟構造物のフレキシビリティ制御装置に関
する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a flexibility control apparatus for a flexible structure.
(従来の技術) 産業用ロボットアームは一般にエンド・エフェクタ部
で十分な位置決め精度ができるように設計されている。
ところがワークが柔軟構造物、すなわち金属板金に代表
される様なフレキシブルな弾性体である場合は、ワーク
自身の弾性変形によるたわみや振動が無視できないた
め、所望の位置決め精度や高速制御は望めない。(Prior Art) An industrial robot arm is generally designed so that sufficient positioning accuracy can be obtained in an end effector section.
However, when the work is a flexible structure, that is, a flexible elastic body typified by a metal sheet, the bending and vibration due to the elastic deformation of the work itself cannot be ignored, and thus the desired positioning accuracy and high-speed control cannot be expected.
例えば、折曲げ加工機の金型(パンチ及びダイ)に対
してワーク供給サービスする場合、ワーク先端高さを金
型(ダイ)高さに合わせ加工機本体に対して挿入しなけ
ればならないが、ワーク供給時のワーク自身の弾性変形
によるたわみや振動が無視できないため、ワーク先端が
所望の高さで制御できず、金型上面から唾れ下がり、金
型に突き当ってしまうことがある。For example, in the case of providing a work supply service to a die (punch and die) of a bending machine, it is necessary to insert the work tip into the main body of the machine according to the height of the die (die). Since the deflection and vibration due to the elastic deformation of the work itself during supply of the work cannot be ignored, the tip of the work cannot be controlled at a desired height, and may fall down from the upper surface of the mold and hit the mold.
このため作業効率は大幅に低下し、時にはワークを傷
つけてしまう危険性すらある。従来、上記の折曲げ加工
機において、ワーク先端高さが金型(ダイ)面より低く
なる恐れが有る場合は、ワーク先端の唾れ下り量△yを
インプットし、ロボット手首の高さを△yだけ上昇させ
るような手立てを取るが、これがためにワーク毎に唾れ
下り量△yを目測し、あるいは手動操作で測定し、かつ
インプットしてやらねばならず、手間が大で、自動化を
阻害している。また、エンド・エフェクタ部を唾れ下り
量△yだけ持ち上げてワーク供給サービスする場合、エ
ンド・エフェクタ部及びワークの中間位置の高さが予定
のものと異なるため、その部分の機械との干渉問題が生
じるなど、副次的な問題が生ずる。さらに、例えばワー
クの振り回しにおいては、この唾れ下り量△yを考慮し
ての制御は複雑となり、かつ安全性を見て余分な制御量
を与えることになるので、動作時間に無駄が生じる。For this reason, the working efficiency is greatly reduced, and sometimes there is even a risk of damaging the work. Conventionally, in the above-mentioned bending machine, when there is a possibility that the height of the work tip is lower than the die (die) surface, the amount of saliva descent of the work tip is input, and the height of the robot wrist is increased. Take measures to raise only y, but for this, it is necessary to measure the amount of salivation △ y for each work, or measure it manually, and input it, which is troublesome and hinders automation. ing. In addition, when the end effector is lifted by the amount of saliva △ y to provide the work supply service, since the height of the intermediate position between the end effector and the work is different from the expected height, there is a problem of interference of the part with the machine. Secondary problems such as the occurrence of Further, for example, in swinging a work, the control in consideration of the amount of drooling Δy becomes complicated, and an extra control amount is given in view of safety, so that operation time is wasted.
一方、近年板金加工等におけるワークは薄型化、大型
化してきており、このような柔軟材の運搬、金属加工機
への挿入等のハンドリング作業をロボット・マニピュレ
ータを用いて自動化し、作業・生産効率を大幅に向上す
ることへの期待が大きくなってきている。On the other hand, in recent years, workpieces in sheet metal processing and the like have become thinner and larger, and handling operations such as transporting flexible materials and inserting them into metal processing machines have been automated using robots and manipulators, thereby improving work and production efficiency. Expectations for a significant improvement are increasing.
これらの点に鑑みて、本発明者等は、下記の文献1)
〜7)において、フレキシビリティ制御を提案し、柔軟
構造物の機械振動を能動的に制御する方法及び方策や物
理パラメータの同定法について述べてきた。In view of these points, the present inventors have made the following literature 1)
7), flexibility control has been proposed, and a method for actively controlling mechanical vibration of a flexible structure, a measure, and a method for identifying physical parameters have been described.
文献1) 福田・栗林・細貝・矢島、太陽電池パドル
のフレキシビリティ制御(第1報、太陽光センサを用い
た振動抑制・姿勢制御の一考え方)、機論、51−465,C
(昭60)、979。Reference 1) Fukuda, Kuribayashi, Hosugai, Yajima, Flexibility control of solar cell paddle (1st report, Vibration suppression and attitude control using solar sensor), Theory, 51-465, C
(Showa 60), 979.
文献2) 福田・栗林・細貝・矢島、太陽電池パドル
のフレキシビリティ制御(第2報、差動形太陽電池セン
サと状態推定による振動制御・姿勢制御の一方法)、機
論、52−473,C(昭61)、344。Reference 2) Fukuda, Kuribayashi, Hosokai, Yajima, Flexibility control of solar cell paddle (2nd report, Vibration control and attitude control method using differential solar cell sensor and state estimation), Theory, 52-473, C (Showa 61), 344.
文献3) 福田・細貝・矢島、太陽電池パドルのフレキ
シビリティ制御(第3報、リアクションホイールの動特
性を考慮したパドルの振動・姿勢制御方法)、機論、52
−473,C(昭61)、349。Reference 3) Fukuda, Hosogai, Yajima, Flexibility control of solar array paddle (3rd report, Paddle vibration / posture control method considering reaction wheel dynamic characteristics), Theory, 52
-473, C (Showa 61), 349.
文献4) 福田・新井・細貝・矢島、太陽電池パドルの
フレキシビリティ制御(第4報、差動形太陽電池センサ
を用いたパドルのねじり振動抑制・姿勢制御)、機論、
53−487,C(昭62)、744。Reference 4) Fukuda, Arai, Hosogai, Yajima, Flexibility control of solar cell paddle (4th report, Torsional vibration suppression and attitude control of paddle using differential solar cell sensor),
53-487, C (Showa 62), 744.
文献5) 福田・新井・細貝・矢島、柔軟構造物のフレ
キシビリティ制御(第1報、曲げ・ねじり連成振動のモ
デル化と制御方法)、機論、54−499,C(昭63)、630。Reference 5) Fukuda, Arai, Hosugai, Yajima, Flexibility control of flexible structures (1st report, Modeling and control method of coupled bending and torsional vibration), Theory, 54-499, C (Showa 63), 630.
文献6) 福田・新井・細貝・矢島、柔軟構造物のフレ
キシビリティ制御(第2報、曲げ・ねじり連成系の制御
方策)、機論、55−510,C(昭64)、365。Reference 6) Fukuda, Arai, Hosugai, Yajima, Flexibility Control of Flexible Structures (2nd Report, Bending / Torsion Coupling Control Method), Theory, 55-510, C (Showa 64), 365.
文献7) 新井・福田、柔軟構造物のフレキシビリティ
制御(第3報、柔軟構造物ハンドリングのための物理パ
ラメータ同定)、機論(投稿中)(1990)論文No.90−0
335。Reference 7) Arai and Fukuda, Flexibility Control of Flexible Structures (3rd Report, Physical Parameter Identification for Handling Flexible Structures), Theory (Pending) (1990) Paper No. 90-0
335.
このうち、特に文献7)においては、物理パラメータ
が未知である柔軟構造物の位置/姿勢及び振動をロボッ
ト・マニピュレータを用いてアクティブに補償・制御す
ることを念頭に置き、物理モデルの同定方法を提案し、
シミュレーション結果より同定方法の有効性を示してい
る。Among them, especially in Document 7), a method for identifying a physical model is considered by actively compensating and controlling the position / posture and vibration of a flexible structure whose physical parameters are unknown using a robot manipulator. Propose,
Simulation results show the effectiveness of the identification method.
(発明が解決しようとする課題) しかし、ロボット・マニピュレータによる柔軟構造物
のハンドリング制御(補償・振動制御)は、主に、 パラメータ同定の必要性 センサ・アクチュエータ選定上の制約 の2点において実現が難しいと考えられ、この実現性に
関する具体的な研究成果が見あたらない。(Problems to be solved by the invention) However, the handling control (compensation / vibration control) of a flexible structure using a robot / manipulator can be realized mainly in two points: the necessity of parameter identification and the restriction on sensor / actuator selection. It is considered difficult and there is no concrete research result on this feasibility.
そこで、本発明は、前報7)の成果を拡張し、物理パ
ラメータの同定結果から柔軟構造物のたわみをアクティ
ブに補償することができる柔軟構造物のフレキシビリテ
ィ制御装置を提供することを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a flexibility control apparatus for a flexible structure that can extend the result of the previous report 7) and actively compensate the deflection of the flexible structure from the identification result of the physical parameter. I do.
(課題を解決するための手段) 前述のごとき問題に鑑みて、本発明は、ロボットアー
ム先端部に上下方向へ回動自在に備えたワーク把持部に
把持されたワークの先端部を所望の高さ位置へ位置決め
するための柔軟構造物のフレキシビリティ制御装置にお
いて、前記ワーク把持部の把持点から所定距離において
前記ワークの変位を検出する変位センサを前記ワーク把
持部に設け、前記ワーク把持部を静止状態から所定角へ
の回動位置決めを行って弾性振動をワークに励起したと
きの前記変位センサの検出信号を入力して前記ワークの
1次固有振動数を算出する固有振動数算出手段と、上記
固有振動数算出手段で算出された前記ワークの1次固有
振動数と、前記ワーク把持部に把持されているワークの
基点から把持点までの距離と、前記把持点からワークの
先端までの距離と、重力加速度とに基いて前記ワークの
先端部の撓みを求め、この求めた先端部の撓みを補正す
るために前記ワーク把持部を上下方向へ回転させる補償
角を演算する補償角算出手段と、上記補償角算出手段に
よって算出された補償角だけ前記ワーク把持部を上下に
回転させて前記ワークの先端部を所定の高さに位置決め
制御すると共に前記弾性振動を励起するために前記ワー
ク把持部を前記所定角へ回動位置決めするためのロボッ
ト制御装置と、を備えてなるものである。(Means for Solving the Problems) In view of the above-described problems, the present invention provides a work holding portion provided at a tip end portion of a robot arm so as to be rotatable in a vertical direction. In the flexibility control device for a flexible structure for positioning to a height position, a displacement sensor for detecting a displacement of the work at a predetermined distance from a grip point of the work grip is provided in the work grip, and the work grip is provided. Natural frequency calculating means for inputting a detection signal of the displacement sensor when a rotational positioning is performed from a stationary state to a predetermined angle and exciting elastic work to the work, and calculating a primary natural frequency of the work, A primary natural frequency of the work calculated by the natural frequency calculating means, a distance from a base point of the work held by the work holding portion to a holding point, From the distance from the workpiece to the tip of the work, the deflection of the tip of the work is determined based on the gravitational acceleration, and the compensation angle for rotating the work gripper in the vertical direction to correct the determined deflection of the tip is determined. Compensation angle calculation means for calculating, and rotating the work gripper up and down by the compensation angle calculated by the compensation angle calculation means to control the position of the tip of the work at a predetermined height and to excite the elastic vibration. And a robot controller for rotating and positioning the work gripper to the predetermined angle.
(実施例) 以下、本発明の実施例を説明する。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described.
まず、本発明の適用されるロボットの一例を示す第1
図において、ロボット1は5軸(S,L,U,B,T)の例で示
され、エンド・エフェクタ部としてのワークWを把持す
るワーク把持部1には、ワークWの一平面位置までの距
離を非接触で検出する非接触変位センサ2が設けられて
いる。S軸は主軸3を水平面内で回転させる主回転軸、
L軸は第1アーム4を唾直面内で回転させる回転軸、U
軸は第1アーム4に対し、第2アームを垂直面内で回転
させる回転軸、B軸は第2アーム5に対し第3アーム6
を垂直面内で回転させる回転軸、T軸は第3アーム6に
対し把持部1を旋回させる旋回軸である。したがって、
把持部1は、B軸の回転により、ワークWを把持した状
態で上下に揺動自在である。First, a first example of a robot to which the present invention is applied will be described.
In the figure, the robot 1 is shown as an example of five axes (S, L, U, B, T), and the work gripper 1 that grips the work W as an end effector unit has a single-plane position of the work W. Is provided with a non-contact displacement sensor 2 for detecting the distance in a non-contact manner. The S axis is a main rotation axis that rotates the main shaft 3 in a horizontal plane,
L axis is a rotation axis for rotating the first arm 4 in the salivary plane, U
The axis is a rotation axis for rotating the second arm in a vertical plane with respect to the first arm 4, and the B axis is the third arm 6 with respect to the second arm 5.
Is a rotation axis that rotates the gripper 1 with respect to the third arm 6. Therefore,
The gripper 1 can swing up and down while holding the workpiece W by rotation of the B axis.
第2図に示すように、前記センサ2の検出信号はアナ
ログ/ディジタル(A/D)変換器7を介して演算装置(C
PU)8へ入力されるようになっている。このCPU8は通常
のNC装置のCPUで良く、またNC装置とは別体の計算装置
であってもよい。As shown in FIG. 2, a detection signal of the sensor 2 is sent to an arithmetic unit (C) through an analog / digital (A / D) converter 7.
PU) 8. The CPU 8 may be a CPU of a normal NC device, or may be a computing device separate from the NC device.
前記CPU8は、センサ2からの信号をディジタル信号で
入力し、前記ワークWの固有振動数を演算するものであ
る。CPU8で演算されたワークWの固有振動数はロボット
9の制御装置10へ出力されるようになっており、これに
て各軸、特にB軸が所定の補償角により回転されて、ワ
ークWのたわみを補正し、ワーク先端を少し上へ持ち上
げた状態で、折曲げ加工のワーク供給サービスなど所定
の作業が為される。なお、第1図のワークWのたわみは
極端に図示されている。The CPU 8 inputs a signal from the sensor 2 as a digital signal and calculates a natural frequency of the work W. The natural frequency of the work W calculated by the CPU 8 is output to the control device 10 of the robot 9, whereby each axis, especially the B axis, is rotated by a predetermined compensation angle, and the work W A predetermined operation such as a bending work supply service is performed while the deflection is corrected and the tip of the workpiece is slightly lifted. Note that the deflection of the workpiece W in FIG. 1 is illustrated extremely.
第3図は上記ワークWの形状例を示す説明図である。
図示の通り、ワークWの幅をh、厚みをd、材料密度を
ρ、断面積をA、縦弾性係数をEとする。FIG. 3 is an explanatory view showing an example of the shape of the work W.
As illustrated, the width of the work W is h, the thickness is d, the material density is ρ, the cross-sectional area is A, and the longitudinal elastic modulus is E.
第4図は、把持部1のワークWの把持状態を示す説明
図である。ワークWの基点をO、長さをL、基点Oから
把持点までの距離をRh、把持点から変位検出点までの距
離をxsとする。ワーク供給方向をX、これと水平面内で
直交する高さ方向をYとする。第5図は、ワークWの唾
れ下り状態を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state in which the gripper 1 grips the work W. The base point of the workpiece W is O, the length is L, the distance from the base point O to the grip point is Rh, and the distance from the grip point to the displacement detection point is xs. The workpiece supply direction is X, and the height direction orthogonal to this in the horizontal plane is Y. FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state in which the work W is drooling.
さて、上記の如きロボット9において、まず、本発明
の原理について説明する。First, the principle of the present invention in the robot 9 as described above will be described.
第1図において、ワークWが弾性体であるために先端
が大きくたわみ、そのままでは所望の位置決め精度は得
られないことがわかる。フレキシブルなワークの先端位
置を、重力の影響によるワークの変形を考慮にいれて制
御することを補償制御と呼ぶ。In FIG. 1, it can be seen that the tip is largely bent because the work W is an elastic body, and the desired positioning accuracy cannot be obtained as it is. Controlling the tip position of a flexible work in consideration of the deformation of the work due to the influence of gravity is called compensation control.
補償制御のための物理パラメータの同定用モデルとし
ては前報7)と同様、拘束モード法によるモデルを用い
る。As a model for identifying physical parameters for compensation control, a model based on a constrained mode method is used as in the previous report 7).
前報7)によると、ロボットによる柔軟構造物のハン
ドリング制御には、柔軟構造物の弾性変位を間接的にセ
ンシングすることが必要である。間接的な変位センシン
グ手法としては、大きく分けて 非接触変位センサを用いる方法 TVカメラを用いる方法 の2通りが考えられる。しかし、ワークの先端変位の計
測が主目的であれば、の方法により直接先端の変位を
計測するのが近道と考えられるが、の方法では計測シ
ステムが大きくなるという欠点を持つ。そこで、本例で
はの方法による簡単な計測システムによる補償制御シ
ステムの実現を目指し、柔軟構造物を保持するロボット
のエンド・エフェクタ先端部である把持部に非接触タイ
プの変位センサ2を設定し、間接的な振動センシングを
可能とする。According to the previous report 7), indirect handling of elastic displacement of a flexible structure is required for handling control of a flexible structure by a robot. Indirect displacement sensing methods can be broadly divided into two methods: a method using a non-contact displacement sensor and a method using a TV camera. However, if the main purpose is to measure the displacement of the tip of the work, directly measuring the displacement of the tip by the method is considered to be a shortcut, but the method has a disadvantage that the measurement system becomes large. Therefore, in order to realize a compensation control system using a simple measurement system according to the method of the present embodiment, a non-contact type displacement sensor 2 is set at a gripping portion which is a tip end portion of an end effector of a robot holding a flexible structure, Enables indirect vibration sensing.
第5図のモデルにおいて、柔軟構造物の固定端をx=
0とし、柔軟構造物の弾性変位w(x,t)を図のように
定義する。ここでは柔軟構造物の弾性変位としてX−Y
平面内の曲げ変形によるものだけを考え、 柔軟構造物の弾性変位w(x,t)は微小である。In the model of FIG. 5, the fixed end of the flexible structure is x =
It is set to 0, and the elastic displacement w (x, t) of the flexible structure is defined as shown in the figure. Here, XY is used as the elastic displacement of the flexible structure.
Considering only those due to bending deformation in the plane, the elastic displacement w (x, t) of the flexible structure is very small.
柔軟構造物の断面形状、断面積A、密度ρ、縦弾性係
数Eはx軸にわたって一定である。The cross-sectional shape, cross-sectional area A, density ρ, and longitudinal elastic modulus E of the flexible structure are constant over the x-axis.
曲げ振動において回転慣性とせん断変形の影響を無視
する。Ignore the effects of rotational inertia and shear deformation on bending vibration.
を仮定すると、系の運動は次の偏微分方程式で記述され
る。, The motion of the system is described by the following PDE
ただし、EIは曲げ剛性、Jrは原点Oまわりのエンド・
エフェクタと柔軟構造物の慣性モーメント、gは重力加
速度を表す。 However, EI is bending rigidity, J r is the end-around origin O
The moment of inertia of the effector and the flexible structure, g represents the gravitational acceleration.
拘束モード法では、文献7)に示されるように、 (t)≡0 …(3) を展開式として、境界条件及び直交条件を用いて、
(1),(2)式の偏微分方程式から次の集中化系を得
る。In the constrained mode method, as shown in Reference 7), (t) ≡0 (3) Using the boundary condition and orthogonal condition as an expansion formula,
The following centralized system is obtained from the partial differential equations of equations (1) and (2).
ここで、x=xsでの弾性変形によるたわみをwsと置
き、wsを1次モード成分w1と2次モード以上の残留モー
ド成分wRとに分解する。即ち、wsを と分解し、1次モード成分w1を用いて(5),(6)式
を変形すると次のような運動方程式を得る。 Here, the deflection due to the elastic deformation at x = xs is set as ws, and ws is decomposed into a first-order mode component w1 and a residual mode component wR of the second-order mode or higher. That is, ws When the equations (5) and (6) are transformed using the first-order mode component w1, the following equation of motion is obtained.
Jr(t)+P0(xs,t)1(t) +Res(xs,t) =u(t)−ρAgL2/2・cosθ(t) …(8) Resは2次モード以上の振動成分からなり となる。 J r (t) + P0 ( xs, t) 1 (t) + Res (xs, t) = u (t) -ρAgL 2/2 · cosθ (t) ... (8) Res is composed of vibration components of the second mode or higher. Becomes
ところが、(8),(9)式を基にして補償角を推定
する場合、(8),(9)式の係数パラメータには積分
が含まれているため物理パラメータの推定演算が複雑に
なる。そこで、ここでは(8),(9)式を静たわみ曲
線 (x)を用いて簡略化する。However, when estimating the compensation angle based on equations (8) and (9), the calculation of the physical parameters becomes complicated because the coefficient parameters of equations (8) and (9) include integration. . Therefore, here, the equations (8) and (9) are transformed into a static deflection curve. Simplified using (x).
ただし ψ0=ρAL4/(8EI) …(14) F(x)=2*(x/L)2 −4/3*(x/L)3 +1/3*(x/L)4 …(15) とする。直行条件を満足するようにcを定めると、
(8),(9)式は次のように変形できる。 Where ψ0 = ρAL 4 / (8EI)… (14) F (x) = 2 * (x / L) 2 −4 / 3 * (x / L) 3 + 1/3 * (x / L) 4 … (15 ). When c is determined so as to satisfy the direct condition,
Equations (8) and (9) can be modified as follows.
Jr(t)+P0a1(t) +Res(xs,t) =u(t)−ρAgL2/2・cosθ(t) …(16) 1(t)+Ω1a2w1(t) +P1a(t) =−81/52Fsgcosθ(t) …(17) ただし P0a=13/45・ρAL2/Fs …(18) P1a=9/8・L・Fs …(19) Fs=F(xs) =2*(xs/L)2 −4/3*(xs/L)2 +1/3*(xs/L)4 …(20) Ω1a2=12.36EI/(L4ρA) …(21) 次に、柔軟構造物の物理パラメータは、 形状パラメータ(L,h,d,Jr)と、 材質パラメータ(密度ρ、縦弾性係数E)とに大きく
分類できる。Jr (t) + P0a1 (t ) + Res (xs, t) = u (t) -ρAgL 2/2 · cosθ (t) ... (16) 1 (t) + Ω1a 2 w1 (t) + P1a (t) = -81 / 52Fsgcosθ (t) ... (17) where P0a = 13/45 · ρAL 2 / Fs ... (18) P1a = 9/8 · L · Fs ... (19) Fs = F (xs) = 2 * (xs / L ) 2 -4 / 3 * (physics xs / L) 2 + 1/ 3 * (xs / L) 4 ... (20) Ω1a 2 = 12.36EI / (L 4 ρA) ... (21) Next, the flexible structure The parameters can be broadly classified into shape parameters (L, h, d, Jr ) and material parameters (density ρ, longitudinal elastic modulus E).
ここでは、柔軟構造物の物理パラメータが全て未知で
ある場合を想定し、柔軟構造物の補償角の推定方法とし
て次記文献8)に示されたところの拡張カルマンフィル
タを用いた方法を提案する。Here, assuming that all the physical parameters of the flexible structure are unknown, a method using an extended Kalman filter described in the following document 8) is proposed as a method for estimating the compensation angle of the flexible structure.
文献8) 片山、応用カルマンフィルタ、朝倉書店、
(1983)。Reference 8) Katayama, Applied Kalman Filter, Asakura Shoten,
(1983).
これにより、ワークWの位置情報のみから補償角を推
定することが可能となる。This makes it possible to estimate the compensation angle only from the position information of the work W.
まず、ワークWの先端での静たわみw(L)は、前述
の仮定、より w(L)=−ρAgL4/(8EI)*cosθ …(22) となる。これにより、第5図においてワークWの先端位
置yが0となるときのエンド・エフェクタの回転角θを
補償角θ*と呼べば、θ*は θ*sin-1{1/(Rh+L)*ρAgL4/(8EI)} …(2
3) となる。First, the static deflection w (L) at the tip of the work W is obtained from the above assumption, w (L) = − ρAgL 4 / (8EI) * cos θ (22) Thus, in FIG. 5, if the rotation angle θ of the end effector when the tip position y of the workpiece W becomes 0 is called the compensation angle θ * , θ * is θ * sin -1 {1 / (Rh + L) * ρAgL 4 / (8EI)}… (2
3)
今、ワークWの1次固有振動数Ω1は(21)式で表さ
れるΩ1aで近似できることから、Ω1aを用いて(23)式
を書き換えると、結局、 θ*=sin-1{1/(Rh+L)*12.36g/(8Ω1a2)}
…(24) となる。Rhは既知であるため、L及びΩ1aを同定するこ
とにより補償角θ*を推定することが可能となる。Now, since the primary natural frequency Ω1 of the work W can be approximated by Ω1a expressed by equation (21), rewriting equation (23) using Ω1a results in θ * = sin −1 {1 / ( Rh + L) * 12.36g / ( 8Ω1a 2)}
… (24) Since Rh is known, it is possible to estimate the compensation angle θ * by identifying L and Ω1a.
補償角θ*を推定するために、本例では静たわみ曲線
を用いて簡略化された運動方程式(16),(17)式をも
とにL及びΩ1aを同定する事を考える。In order to estimate the compensation angle θ * , in this example, it is considered that L and Ω1a are identified based on simplified equations of motion (16) and (17) using a static deflection curve.
(16),(17)式より、柔軟構造物の運動方程式はま
とめて次のように書ける。From equations (16) and (17), the equation of motion of a flexible structure can be written as follows.
ただし、 G0=−ρAgL2/2 G1=−81/52Fsg (25)式の慣性項を非干渉化し、変形すると、 +a02w1=b0u+c0cosθ+d0Res …(26) 1+a12w1=b1u+c1cosθ+d1Res …(27) ただし、 a02=P0aΩ1a/β a12=JrΩ1a/β b0=1/β b1=−P1a/β c0=−(G0−P0aG1)/β c1=(P1aG0−JrG1a)/β …(28) d0=−1/β d1=P1a/β β=Jr−P0aP1a となる。多少演算時間はかかるが、(26),(27)式を
モデルとし、前報7)で述べた様に拡張カルマンフィル
タを用いて係数パラメータa0,a1,b0,b1,c0,c1を同定
し、L及びΩ1aを推定することが考えられる。 However, G0 = -ρAgL 2/2 G1 = -81 / 52Fsg (25) and decoupling the inertia term of the equation is transformed, + a0 2 w1 = b0u + c0cosθ + d0Res ... (26) 1 + a1 2 w1 = b1u + c1cosθ + d1Res ... (27) However, a0 2 = P0aΩ1a / β a1 2 = JrΩ1a / βb0 = 1 / βb1 = −P1a / βc0 = − (G0−P0aG1) / βc1 = (P1aG0−JrG1a) / β (28) d0 = −1 / β d1 = P1a / β β = Jr−P0aP1a Although it takes a little computation time, model parameters (26) and (27) are used to identify the coefficient parameters a0, a1, b0, b1, c0, and c1 using the extended Kalman filter as described in 7). It is conceivable to estimate L and Ω1a.
しかし、ここで改めて(27)式を見ると、(27)式は
固有振動数a1の振動系であり、外力としてエンド・エフ
ェクタからの入力による項(b1u)と重力gと傾き角θ
による項(c1cosθ)と2次以上の残留モードによる項
(d1Res)が存在した形になっている事がわかる。一般
にエンド・エフェクタのO点まわりの慣性モーメント
(Jh)は、ワークWのそれ(Jp)に比べ大きい事や、エ
ンドエフェクタには位置サーボがかかる(=0)こと
を考慮に入れると、エンド・エフェクタからの入力によ
りワークWの弾性振動を故意に励起したときの自由振動
は片持ちばりの自由振動で近似できると考えられる。そ
こで、(17),(27)式を比較し、 a1≒Ω1a …(29) c1≒G1=−81/52Fsg …(30) と近似できると仮定すれば、(27)式を拡張カルマンフ
ィルタのモデルとして係数パラメータa1,1cを同定し、
(29),(30)式にもとづいてFs即ちLとΩ1aを推定す
ることが可能となる。故に、(24)式から補償角θ*を
推定することが可能である事がわかる。本例では演算時
間をなるべく短縮し補償制御の可能性を検討するという
意味合いから、上記仮定のもとで(27)式を拡張カルマ
ンフィルタのモデルとして補償角θ*を推定する。However, looking again at equation (27), equation (27) is a vibration system with a natural frequency a1, and the term (b1u), the gravity g, and the inclination angle θ due to the input from the end effector as an external force.
It can be seen that there is a term (c1cos θ) due to and a term (d1Res) due to the second or higher order residual mode. In general, considering that the moment of inertia (Jh) of the end effector around the point O is larger than that of the work W (Jp) and that the end effector is subjected to position servo (= 0), It is considered that the free vibration when the elastic vibration of the work W is intentionally excited by the input from the effector can be approximated by the free vibration of the cantilever. Therefore, comparing equations (17) and (27), and assuming that a1 ≒ Ω1a ... (29) c1 ≒ G1 = -81 / 52Fsg ... (30), equation (27) can be expressed as an extended Kalman filter model Identify the coefficient parameters a1 and 1c as
It is possible to estimate Fs, ie, L and Ω1a, based on equations (29) and (30). Therefore, it can be seen that the compensation angle θ * can be estimated from Expression (24). In this example, the compensation angle θ * is estimated using the equation (27) as a model of the extended Kalman filter under the above assumption, from the viewpoint of shortening the operation time as much as possible and examining the possibility of compensation control.
状態ベクトル 及び観測値yをそれぞれ と置くと、状態方程式及び観測方程式は次のようにな
る。State vector And the observed value y Then, the state equation and the observation equation are as follows.
ただし、 f=[u cosθ]T (33),(34)式を離散化し、未知パラメータ を含む以下の線形システムを考える。 Where f = [u cos θ] T Equations (33) and (34) are discretized and unknown parameters Consider the following linear system containing
ここで、W(i),v(i)は平均値0,共分散行列 なる互いに独立なガウス白色雑音と仮定する。また、初
期値 (0)は平均値0],共分散行列Σ0のガウス確率ベク
トルで、 (0)はW(i)v(i)とは独立であると仮定する。
このモデルを対象にして拡張カルマンフィルタを用いれ
ば、柔軟構造物の弾性振動を励起する事により補償角を
推定することが可能である。 Here, W (i) and v (i) are mean 0, covariance matrix Are assumed to be mutually independent Gaussian white noises. Also, the initial value (0) is a Gaussian probability vector with mean 0] and covariance matrix Σ0, Assume that (0) is independent of W (i) v (i).
If an extended Kalman filter is used for this model, it is possible to estimate the compensation angle by exciting the elastic vibration of the flexible structure.
第5図に示すモデルを対象にワークWの補償角の推定
シミュレーションを行う。シミュレーションに用いるシ
ステムモデルは厳密性を重視し、非拘束モード法による
ものとし、3次の弾性モードまで考慮する。また、系に
働く粘性抵抗は各モード独立に扱えると仮定して考慮す
る。一方、同定用のモデルは(27)式で示した拘束モー
ド法をベースにしたモデルとし、(29),(30)式から
L及びΩ1aを推定し、(24)式から補償角を推定するも
のとする。A simulation for estimating the compensation angle of the workpiece W is performed on the model shown in FIG. The system model used in the simulation places importance on strictness, is based on the unconstrained mode method, and considers the third-order elastic mode. The viscous resistance acting on the system is considered assuming that it can be handled independently for each mode. On the other hand, the model for identification is a model based on the constraint mode method shown in equation (27), and estimates L and Ω1a from equations (29) and (30), and estimates the compensation angle from equation (24). Shall be.
ワークWの物理パラメータは全て未知でも、理論的に
は補償角の推定は可能である。しかし、一般の金属加工
を考えると材質パラメータは既知である場合が多いた
め、ここでは形状パラメータが未知な場合を取り上げ
る。即ち、ワークWの長さLがL=300,400,500,600[m
m]、厚みdがd=0.42,0.80[mm]、幅hがh=50[m
m]の組合せより8通りのサンプルを考え、ワークWの
長さと断面積が未知であるとする。材質パラメータは全
て既知とし、モデルのパラメータを以下のように定め
る。Even if all the physical parameters of the work W are unknown, it is theoretically possible to estimate the compensation angle. However, in consideration of general metalworking, material parameters are often known, so a case where shape parameters are unknown will be described here. That is, the length L of the work W is L = 300, 400, 500, 600 [m
m], thickness d = 0.42, 0.80 [mm], width h = 50 [m
m], eight types of samples are considered, and the length and cross-sectional area of the work W are unknown. The material parameters are all known, and the model parameters are determined as follows.
ρ=7870[kg/m3] E=2.06x1011[N/m2] Jh=1 [kg・m2] Rh=269 [mm] シミュレーションではサンプルを0゜の静止状態から
10゜へ位置決め制御を行い弾性振動を励起し、a1,c1を
同定し、3章に示した手順により、ワークWの補償角の
推定を行う。ただし、制御入力は各サンプルで統一し、
柔軟構造物の弾性振動を励起するのに十分な大きさとし
た。また拡張カルマルフィルタにおいて共分散行列Q,R
は一律に Q=0 R={w(0)/10}2 …(38) ただし w(0)は初期たわみ量 とした。Q=0は(27)式においてResの影響が無視で
きる程小さいと考えたためであり、Rはここでの入力に
より励起される振動のwR成分を一種の雑音としてとら
え、サンプルごとに異なる初期たわみ量を用いて仮想的
に上記のように仮定した。これは、一般に柔軟なはり程
初期たわみ量が大きく、柔らかさが異なる複数のはりを
同一入力で振動させるとき励起される残留モード成分の
分散は、柔軟なはり程大きいと考えられるためである。ρ = 7870 [kg / m 3 ] E = 2.06 × 10 11 [N / m 2 ] Jh = 1 [kg · m 2 ] Rh = 269 [mm] In the simulation, the sample was moved from a stationary state of 0 °.
Positioning control is performed to 10 ° to excite elastic vibration, a1 and c1 are identified, and the compensation angle of the work W is estimated by the procedure described in Chapter 3. However, the control input is unified for each sample,
It is large enough to excite the elastic vibration of the flexible structure. In the extended Kalmar filter, the covariance matrices Q and R
Is uniformly Q = 0 R = {w (0) / 10} 2 (38) where w (0) is the initial deflection amount. Q = 0 is based on the assumption that the effect of Res in Equation (27) is so small that it can be neglected, and R considers the wR component of the vibration excited by the input here as a kind of noise, and the initial deflection differs for each sample. It was hypothesized as above using quantities. This is because the variance of the residual mode component excited when a plurality of beams having different softnesses are vibrated with the same input is generally considered to be larger as the flexible beam is larger.
第6図(a)(b)、第7図(a)(b)にa1,c1の
固定結果を示す。ただし、第6図では、厚み0.80mm、長
さ600mmとし、第7図では、厚み0.42mm、長さ600mmとし
ている。図よりa1,c1の同定値がそれぞれΩ1a,G1にほぼ
一致することがわかる。これにより、(29),(30)式
の近似は理論上問題ないことがわかる。FIGS. 6 (a) and (b) and FIGS. 7 (a) and 7 (b) show the results of fixing a1 and c1. However, in FIG. 6, the thickness is 0.80 mm and the length is 600 mm, and in FIG. 7, the thickness is 0.42 mm and the length is 600 mm. From the figure, it can be seen that the identification values of a1 and c1 almost coincide with Ω1a and G1, respectively. Thus, it can be understood that the approximation of the equations (29) and (30) is theoretically satisfactory.
また、8種のサンプルに対し補償角の推定を行い、補
償制御を行った結果を表1,2に示す。表1,2より、補償誤
差yは0mm〜−10mmの範囲に収まっていることがわか
る。Tables 1 and 2 show the results of estimating the compensation angle for the eight samples and performing compensation control. From Tables 1 and 2, it can be seen that the compensation error y falls within the range of 0 mm to -10 mm.
以上の如くして推定した補償角を用いて補償制御を行
うとき、振動制御を併用して弾性振動をアクティブに制
御することが望ましいと言える。第8図〜第10図は振動
制御を併用した場合の補償制御結果を示す。このときの
ワークWのサンプルは、長さLがL=600[mm]、厚さ
dがd=0.80[mm]、幅hがh=50[mm]である。入力
に付け加えた振動制御項はそれぞれ である。第8図は1次モードを減衰しようとして、逆に
2次モードにポジティブ・ダンピングがかかり不安定と
なる例である。第9図は拡張カルマンフィルタによる推
定値 をフィードバックすることにより2次モードの不安定化
を防いだ例である(HAC:High Authority Control)。こ
れにより拡張カルマンフィルタが高周波カットフィルタ
としての役割を持つことがわかる。 When performing compensation control using the compensation angle estimated as described above, it can be said that it is desirable to actively control elastic vibration using vibration control together. 8 to 10 show the results of compensation control when vibration control is used together. At this time, the sample of the work W has a length L of L = 600 [mm], a thickness d of d = 0.80 [mm], and a width h of h = 50 [mm]. The vibration control terms added to the input are It is. FIG. 8 shows an example in which positive damping is applied to the secondary mode to make the primary mode attenuate and the secondary mode becomes unstable. Fig. 9 shows the estimated values by the extended Kalman filter In this example, the instability of the secondary mode is prevented by feeding back (HAC: High Authority Control). This shows that the extended Kalman filter has a role as a high-frequency cut filter.
第10図はwsを用いて2次モードを安定化し(一種のLA
C:Low Authority Control), を用いて1次モードを十分に安定化した例である(一種
のLAC+HAC)。第10図を見ると、次記文献9)に示され
るような階層的なフィードバック制御を行うことによ
り、弾性振動を抑えて補償制御が可能となる事がわか
る。Fig. 10 stabilizes the second-order mode using ws (a kind of LA
C: Low Authority Control), This is an example in which the first-order mode is sufficiently stabilized using (a kind of LAC + HAC). From FIG. 10, it can be seen that by performing hierarchical feedback control as shown in the following document 9), compensation control can be performed while suppressing elastic vibration.
9)Aubrun,J.,N.,Theory of the Control of Structur
es by Low Authority Controllers,J of Guidance and
Control,3−5(1980),444/451 非接触変位センサとしては、測定レンジ0mm〜10mm渦
電流センサを用いることができる。ここでは補償制御が
目的であるため、第1図のB軸のみを動かして柔軟構造
物の補償制御実験を行う。柔軟構造物のサンプルは4章
と同様に8サンプル用意し、ロボットにより0゜の静止
状態から10゜への位置決め制御を行い弾性振動を励起
し、補償角を推定するものとする。ただし、制御入力は
柔軟構造物の弾性振動を十分励起できるよう各サンプル
で統一し、また拡張カルマンフィルタにおいて共分散行
列Q,Rはシミュレーションと同様に(38)式とした。9) Aubrun, J., N., Theory of the Control of Structur
es by Low Authority Controllers, J of Guidance and
Control, 3-5 (1980), 444/451 As the non-contact displacement sensor, an eddy current sensor having a measurement range of 0 mm to 10 mm can be used. Here, since the purpose is compensation control, a compensation control experiment of a flexible structure is performed by moving only the B axis in FIG. Eight samples of the flexible structure are prepared as in Chapter 4, and the robot performs positioning control from a stationary state of 0 ° to 10 ° to excite elastic vibration to estimate a compensation angle. However, the control input was unified for each sample so as to sufficiently excite the elastic vibration of the flexible structure, and the covariance matrices Q and R in the extended Kalman filter were set to equation (38) as in the simulation.
第11図、第12図にa1,c1を同定した実験結果を示す。
ただし、第11図では、厚さ0.80mm、長さ600mm、第12図
では、厚さ0.42mm、長さ600mmのワークWを用いる。図
よりa1,c1の同定値がそれぞれΩ1a,G1にほぼ一致するこ
とがわかる。ただし、第12図でc1とG1との差が目立つの
は、このときの曲げ変形が微小たわみの域を越えてお
り、実際のたわみ量が理論上のたわみ量より少なくなっ
ているためと考えられる。FIG. 11 and FIG. 12 show the results of experiments for identifying a1 and c1.
However, in FIG. 11, a work W having a thickness of 0.80 mm and a length of 600 mm is used, and in FIG. 12, a work W having a thickness of 0.42 mm and a length of 600 mm is used. From the figure, it can be seen that the identification values of a1 and c1 almost coincide with Ω1a and G1, respectively. However, the difference between c1 and G1 in Fig. 12 is conspicuous because the bending deformation at this time exceeds the range of minute deflection, and the actual amount of deflection is smaller than the theoretical amount of deflection. Can be
また、8種のサンプルに対し補償角の推定実験を行
い、補償制御実験を行った結果を表3,4に示す。Tables 3 and 4 show the results of performing compensation angle estimation experiments on eight types of samples and conducting compensation control experiments.
表3より、厚さが0.80mmのサンプルではLをかえても
補償誤差yは0mm〜−5mmの範囲に収まっているが、厚さ
が0.42mmのサンプルでは長さが500mm、600mmのサンプル
で補償誤差が大きくなっていることがわかる。表1〜4
までの結果を柔軟構造物としてのワークWの厚さごとに
わけて、長さと補償誤差との関係を図示すると第13図、
第14図の様になる。またθ=0゜として静たわみ量を理
論と実験とで比較すると第15図、第16図の様になる。第
14図、第16図より、実験において補償誤差が大きかった
サンプルは、大変形のために静たわみ量が理論と実際で
大きく異なっており、(22)式の誤差が大きくなり結果
的に補償誤差が大きくなったと考えられる。以上より、
微小たわみの範囲では(29),(39)式の近似は実用上
問題なく、本発明の補償角の推定方法が有効であると結
論できる。 According to Table 3, the compensation error y is within the range of 0 mm to -5 mm even when L is changed in the sample of 0.80 mm thickness, but is 500 mm and 600 mm in the sample of 0.42 mm thickness. It can be seen that the compensation error has increased. Tables 1-4
Fig. 13 shows the relationship between the length and the compensation error by dividing the results up to the thickness of the workpiece W as a flexible structure.
It looks like Figure 14. 15 and 16 when the static deflection is compared between theory and experiment with θ = 0 °. No.
From Figs. 14 and 16, the sample with large compensation error in the experiment had a large amount of static deflection due to large deformation, and the difference between the theoretical and actual values was large. Is considered to have increased. From the above,
The approximation of the equations (29) and (39) is practically acceptable within the range of the small deflection, and it can be concluded that the method of estimating the compensation angle of the present invention is effective.
本発明では、ワークWの物理パラメータが全て未知で
ある場合に、簡単な計測システムにより物理パラメータ
を同定し、その同定結果から柔軟構造物のわたみをアク
ティブに補償するための補償角を推定するシステムを提
案した。また、シミュレーション及び実験を通して本発
明で提案する補償制御システムの有効性とその限界を示
した。According to the present invention, when all the physical parameters of the workpiece W are unknown, the physical parameters are identified by a simple measurement system, and a compensation angle for actively compensating the deflection of the flexible structure is estimated from the identification result. Suggested. Through simulations and experiments, the effectiveness of the compensation control system proposed by the present invention and its limitations were shown.
同定に用いるモデルとしては簡略化したモデルで十分
実用可能であり、物理パラメータが未知であっても微小
たわみの範囲内で補償制御が可能となる。As a model used for identification, a simplified model is sufficiently practicable, and even if the physical parameters are unknown, compensation control can be performed within the range of minute deflection.
簡略化モデルの使用により演算時間の短縮化が期待で
きる。The use of the simplified model can reduce the calculation time.
以上のごとき実施例の説明より理解されるように、要
するに本発明は、ロボットアーム先端部に上下方向へ回
動自在に備えたワーク把持部(1)に把持されたワーク
(W)の先端部を所望の高さ位置へ位置決めするための
柔軟構造物のフレキシビリティ制御装置において、前記
ワーク把持部(1)の把持点から所定距離(XS)におい
て前記ワーク(W)の変位を検出する変位センサ(2)
を前記ワーク把持部(1)に設け、前記ワーク把持部
(1)を静止状態から所定角への回動位置決めを行って
弾性振動をワーク(W)に励起したときの前記変位セン
サ(2)の検出信号を入力して前記ワーク(W)の1次
固有振動数を算出する固有振動数算出手段と、上記固有
振動数算出手段で算出された前記ワーク(W)の1次固
有振動数と、前記ワーク把持部(1)に把持されている
ワーク(W)の基点(O)から把持点までの距離(Rh)
と、前記把持点からワーク(W)の先端までの距離
(L)と、重力加速度(g)とに基いて前記ワーク
(W)の先端部の撓みを求め、この求めた先端部の撓み
を補正するために前記ワーク把持部(1)を上下方向へ
回転させる補償角を演算する補償角算出手段と、上記補
償角算出手段によって算出された補償角だけ前記ワーク
把持部(1)を上下に回転させて前記ワーク(W)の先
端部を所定の高さに位置決め制御すると共に前記弾性振
動を励起するために前記ワーク把持部(1)を前記所定
角へ回動位置決めするためのロボット制御装置と、を備
えた構成である。As can be understood from the above description of the embodiment, in short, the present invention is directed to a tip of a work (W) gripped by a workpiece gripper (1) provided at a tip of a robot arm so as to be rotatable in a vertical direction. In a flexibility control device for a flexible structure for positioning a workpiece at a desired height position, a displacement sensor for detecting a displacement of the workpiece (W) at a predetermined distance (XS) from a grip point of the workpiece gripper (1). (2)
The displacement sensor (2) is provided when the workpiece gripping part (1) is provided, and the workpiece gripping part (1) is rotationally positioned from a stationary state to a predetermined angle to excite an elastic vibration on the workpiece (W). A natural frequency calculating means for calculating the primary natural frequency of the work (W) by inputting the detection signal of (a), and a primary natural frequency of the work (W) calculated by the natural frequency calculating means. And the distance (Rh) from the base point (O) of the workpiece (W) gripped by the workpiece gripper (1) to the gripping point.
And the deflection (L) from the gripping point to the tip of the work (W) and the gravitational acceleration (g) are used to determine the deflection of the tip of the work (W). Compensation angle calculating means for calculating a compensation angle for rotating the work gripper (1) in the vertical direction for correction, and raising and lowering the work gripper (1) by the compensation angle calculated by the compensation angle calculation means. A robot controller for rotating and controlling the position of the tip end of the work (W) at a predetermined height and for rotating and positioning the work gripper (1) to the predetermined angle in order to excite the elastic vibration. And a configuration including:
上記構成より明らかなように、本発明は、ロボットア
ームの先端部に備えたワーク把持部1に把持されたワー
クWの先端部を所望の高さ位置に位置決めするためのフ
レキシビリティ制御装置であって、ロボット制御装置は
前記ワーク把持部1を所定角へ回動位置決めしてワーク
Wに弾性振動を励起せしめる機能を有するものである。As is clear from the above configuration, the present invention is a flexibility control device for positioning the tip end of a work W held by a work holding portion 1 provided at the tip end of a robot arm at a desired height position. The robot controller has a function of rotating and positioning the work gripper 1 to a predetermined angle to excite the work W with elastic vibration.
そして、ワークWに弾性振動が励起されると、ワーク
把持部1に備えた変位センサ2によって振動が検出さ
れ、この変位センサ2の検出信号に基いてワークWの1
次固有振動数が固有振動数算出手段によって算出され、
この1次固有振動数と、ワーク把持部1に把持されてい
るワークWの基点Oから把持点までの距離Rhと、把持点
からワークWの先端までの距離Lと、重力加速度gとに
基いてワークWの先端部の撓みが求められ、かつ先端部
の撓みを補正するためにワーク把持部1を上下方向へ回
転させる補償角が補償角算出手段によって演算されるも
のである。Then, when elastic vibration is excited in the work W, the vibration is detected by the displacement sensor 2 provided in the work holding unit 1, and the vibration of the work W is detected based on the detection signal of the displacement sensor 2.
The next natural frequency is calculated by the natural frequency calculating means,
Based on the primary natural frequency, the distance Rh from the base point O of the work W gripped by the work gripper 1 to the grip point, the distance L from the grip point to the tip of the work W, and the gravitational acceleration g. In addition, the deflection of the tip of the work W is determined, and the compensation angle for rotating the workpiece gripper 1 in the vertical direction in order to correct the deflection of the tip is calculated by the compensation angle calculation means.
そして、ロボット制御装置によってワーク把持部1が
算出された補償角だけ上下方向に回転され、ワークWの
先端部が所定の高さ位置に位置決め制御されるものであ
る。Then, the workpiece gripper 1 is rotated in the vertical direction by the calculated compensation angle by the robot control device, and the tip end of the workpiece W is positioned and controlled at a predetermined height position.
したがって、本発明によれば、ロボットアームの先端
部に備えたワーク把持部に把持されたワークWに振動が
生じる場合であってもワークの先端部を所定位置へ正確
に位置決めすることができるものである。この際、予め
前記ワーク把持部を所定角回転せしめてワークWに弾性
振動を励起せしめて1次固有振動数を求めるものである
から、例えば種々の寸法のワークが混在しているような
場合であってもワークWの1次固有振動数を予め求める
ことが容易であり、例えば折曲げ加工機のパンチ,ダイ
の間へ種々の寸法のワークを位置決めして折曲げ加工を
連続的に行うようなとき、能率の良い加工を行い得るも
のである。Therefore, according to the present invention, even when the work W held by the work holding portion provided at the end of the robot arm vibrates, the end of the work can be accurately positioned at a predetermined position. It is. At this time, since the work holding portion is rotated by a predetermined angle in advance to excite elastic vibration in the work W to obtain the primary natural frequency, for example, in a case where works of various dimensions are mixed. It is easy to obtain the primary natural frequency of the work W in advance, and for example, it is possible to position the work of various dimensions between the punch and the die of the bending machine to continuously perform the bending. In such a case, efficient processing can be performed.
第1図は本発明を実施した5軸ロボットの一例を示す説
明図、第2図は上記ロボットの制御系の説明図、第3図
はワーク形状の説明図、第4図は把持部の詳細を示す説
明図、第5図はモデルを示す説明図、第6図及び第7図
は係数パラメータの同定結果を示す説明図、第8図及び
第9図並びに第10図は振動制御併用による補償制御例の
説明図、第11図及び第12図は実験による係数パラメータ
の同定結果の説明図、第13図及び第14図は補償制御結果
の比較を示す説明図、第15図及び第16図は静たわみ量の
変化を示す説明図である。 1……把持部 2……非接触変位センサ 9……ロボット B……エンド・エフェクタ部の回転軸 W……柔軟構造物(ワーク)FIG. 1 is an explanatory view showing an example of a five-axis robot embodying the present invention, FIG. 2 is an explanatory view of a control system of the robot, FIG. 3 is an explanatory view of a work shape, and FIG. FIG. 5, FIG. 5 is an explanatory diagram showing a model, FIGS. 6 and 7 are explanatory diagrams showing identification results of coefficient parameters, and FIGS. 8, 9, and 10 are compensations using vibration control together. FIGS. 11 and 12 are explanatory diagrams showing identification results of coefficient parameters by experiments, and FIGS. 13 and 14 are explanatory diagrams showing a comparison of compensation control results, FIGS. 15 and 16. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a change in the amount of static deflection. 1 ... Grip part 2 ... Non-contact displacement sensor 9 ... Robot B ... Rotating axis of end / effector unit W ... Flexible structure (work)
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−173117(JP,A) 特開 昭62−181889(JP,A) CHRISTIAN A D SEE RING W P,Design co nsideration for an earth based flexi ble robotic syste m,Ploc IEEE Int Co nf Rob Autom,(アメリカ 合衆国),1989,Vol.3,pag e.1396−1401 新井史人(外2名),柔軟材ハンドリ ングロボットの研究,第8回日本ロボッ ト学会学会学術講演会余稿集,1990年11 月1日,No.3,p945−946 新井史人(外2名),柔軟材ハンドリ ングロボットの研究,第29回計測自動制 御学会学会学術講演会余稿集,1990年7 月24日,Vol.1,p271−272 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B25J 13/00 B25J 9/10 JICSTファイル(JOIS)Continuation of the front page (56) References JP-A-1-173117 (JP, A) JP-A-62-181889 (JP, A) CHRISTIAN AD SEE RING WP, Design cosidification for an art based flexible robotics m, Ploc IEEE Int Conf Rob Autom, (United States of America), 1989, Vol. 3, page e. 1396-1401 Fumito Arai (2 others), Research on Flexible Material Handling Robot, Proceedings of the 8th Annual Meeting of the Robotics Society of Japan, November 1, 1990, 3, pp. 945-946 Fumito Arai (2 other students), Research on Flexible Material Handling Robot, Proceedings of the 29th Annual Conference of the Society of Instrument and Control Engineers, July 24, 1990, Vol. 1, p271-272 (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) B25J 13/00 B25J 9/10 JICST file (JOIS)
Claims (1)
在に備えたワーク把持部(1)に把持されたワーク
(W)の先端部を所望の高さ位置へ位置決めするための
柔軟構造物のフレキシビリティ制御装置において、 前記ワーク把持部(1)の把持点から所定距離(ΧS)
において前記ワーク(W)の変位を検出する変位センサ
(2)を前記ワーク把持部(1)に設け、 前記ワーク把持部(1)を静止状態から所定角への回動
位置決めを行って弾性振動をワーク(W)に励起したと
きの前記変位センサ(2)の検出信号を入力して前記ワ
ーク(W)の1次固有振動数を算出する固有振動数算出
手段と、 上記固有振動数算出手段で算出された前記ワーク(W)
の1次固有振動数と、前記ワーク把持部(1)に把持さ
れているワーク(W)の基点(O)から把持点までの距
離(Rh)と、前記把持点からワーク(W)の先端までの
距離(L)と、重力加速度(g)とに基いて前記ワーク
(W)の先端部の撓みを求め、この求めた先端部の撓み
を補正するために前記ワーク把持部(1)を上下方向へ
回転させる補償角を演算する補償角算出手段と、 上記補償角算出手段によって算出された補償角だけ前記
ワーク把持部(1)を上下に回転させて前記ワーク
(W)の先端部を所定の高さに位置決め制御すると共に
前記弾性振動を励起するために前記ワーク把持部(1)
を前記所定角へ回動位置決めするためのロボット制御装
置と、 を備えたことを特徴とする柔軟構造物のフレキシビリテ
ィ制御装置。A flexible structure for positioning a tip of a workpiece (W) gripped by a workpiece gripper (1) provided at a tip end of a robot arm so as to be rotatable in a vertical direction to a desired height position. In the flexibility control device, a predetermined distance (ΧS) from the gripping point of the workpiece gripper (1)
In the above, a displacement sensor (2) for detecting a displacement of the work (W) is provided in the work gripper (1), and the work gripper (1) is rotated from a stationary state to a predetermined angle to perform elastic vibration. Natural frequency calculating means for inputting a detection signal of the displacement sensor (2) when exciting the work (W) to calculate a primary natural frequency of the work (W); Work (W) calculated by
, The distance (Rh) from the base point (O) of the workpiece (W) gripped by the workpiece gripper (1) to the grip point, and the tip of the workpiece (W) from the grip point. The deflection of the tip of the work (W) is determined based on the distance (L) to the object and the gravitational acceleration (g), and the workpiece gripper (1) is corrected to correct the determined deflection of the tip. A compensation angle calculating means for calculating a compensation angle to be rotated in the vertical direction; and a tip end of the work (W) by rotating the work gripper (1) up and down by the compensation angle calculated by the compensation angle calculation means. The work gripper (1) for positioning control to a predetermined height and exciting the elastic vibration.
And a robot controller for rotationally positioning the robot to the predetermined angle. A flexibility controller for a flexible structure, comprising:
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1990
- 1990-09-28 JP JP2257338A patent/JP3063999B2/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
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CHRISTIAN A D SEERING W P,Design consideration for an earth based flexible robotic system,Ploc IEEE Int Conf Rob Autom,(アメリカ合衆国),1989,Vol.3,page.1396−1401 |
新井史人(外2名),柔軟材ハンドリングロボットの研究,第29回計測自動制御学会学会学術講演会余稿集,1990年7月24日,Vol.1,p271−272 |
新井史人(外2名),柔軟材ハンドリングロボットの研究,第8回日本ロボット学会学会学術講演会余稿集,1990年11月1日,No.3,p945−946 |
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---|---|
JPH04141393A (en) | 1992-05-14 |
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