JP4715863B2 - アクチュエータ制御装置及びアクチュエータ制御方法、アクチュエータ、ロボット装置、並びにコンピュータ・プログラム - Google Patents
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Description
前記アクチュエータの出力段における関節値qを検出する関節値検出手段と、
前記アクチュエータの出力段における関節駆動方向の作用力τeを検出する作用力検出手段と、
前記関節力指令値τaと、前記作用力τeと、前記関節値qを時間微分して得られる関節値速度が与えられたときに、前記アクチュエータが理想的に応答したことにより達成される関節値加速度目標値の関係を規定した前記アクチュエータの理想応答モデルに基づいて、前記アクチュエータへの指示駆動力τを決定する駆動力決定手段と、
を具備することを特徴とするアクチュエータ制御装置である。
前記アクチュエータの出力段における関節値qを検出する関節値検出手段と、
前記アクチュエータの出力段における関節駆動方向の作用力τeを検出する作用力検出手段と、
前記関節力指令値τaと、前記作用力τeと、前記関節値qを時間微分して得られる関節値速度が与えられたときに、前記アクチュエータが理想的に応答したことにより達成される関節値加速度目標値の関係を規定した前記アクチュエータの理想応答モデルに基づいて、前記アクチュエータへの指示駆動力τを決定する駆動力決定手段と、
として機能させるためのコンピュータ・プログラムである。
11…力学モデル
12…目標設定部
13…仮想的外力算出部
13−1…操作空間物理量算出部
13−2…線形相補性問題解決器
15…実在力変換部
15−1…2次計画問題解決器
16…トルク検出手段
17…トルク・フィードバック制御部
Claims (10)
- 回転トルクを発生するモータと前記モータを駆動するモータ・ドライバと前記モータの回転速度を変換する減速機を備えた関節駆動用のアクチュエータを、指令されたトルク指令値τaに従って力制御するためのアクチュエータ制御装置であって、
前記減速機の出力段における関節値qを検出する関節値検出手段と、
前記減速機の出力段における関節駆動方向の作用力τeを検出する作用力検出手段と、
前記アクチュエータへの指示トルクτを決定するトルク決定手段と、
を具備し、
前記トルク決定手段は、
前記トルク決定手段が決定した指示トルクτにて前記アクチュエータを駆動した際の外乱トルクτdを算出する外乱オブザーバを備え、
前記トルク指令値τaと、前記作用力τeと、前記関節値qを時間微分して得られる関節値速度に基づいて前記アクチュエータが応答したことにより達成される関節値加速度目標値を求めて出力するアクチュエータの理論応答モデルから得られる関節値加速度目標値に関節内のイナーシャの公称値Jnを掛けたトルク目標値τrefを、前制御周期において前記外乱オブザーバによって得られた外乱トルクτdで修正して、現制御周期における指示トルクτを決定する、
ことを特徴とするアクチュエータ制御装置。 - 前記アクチュエータの理論応答モデルは、前記トルク指令値τaから前記作用力τeと前記関節値qを時間微分して得られる関節値速度に前記関節内部の仮想粘性係数νaを乗算した仮想粘性抵抗力とを引き算した結果から、前記関節の仮想イナーシャIaに前記関節値加速度目標値を乗算した値を求める方程式を用いて、前記トルク指令値τaと、前記作用力τeと、前記関節値qを時間微分して得られる関節値速度に基づいて前記アクチュエータが応答したことにより達成される関節値加速度目標値を求めて出力する、
ことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ制御装置。 - 前記外乱オブザーバは、前記トルク決定手段が決定した指示トルクτにて前記アクチュエータを駆動した際に、前記関節値検出手段が検出した関節値qを時間微分して得られる関節値速度を基に前記関節に作用したトルクを推定し、前記指示トルクτから該推定したトルクを引き算することによって外乱トルクτdを算出する、
ことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ制御装置。 - 回転トルクを発生するモータと前記モータを駆動するモータ・ドライバと前記モータの回転速度を変換する減速機を備えた関節駆動用のアクチュエータを、指令されたトルク指令値τaに従って力制御するためのアクチュエータ制御方法であって、
前記減速機の出力段における関節値qを取得する関節値取得ステップと、
前記減速機の出力段における関節駆動方向の作用力τeを取得する作用力取得ステップと、
前記アクチュエータへの指示トルクτを決定するトルク決定ステップと、
を有し、
前記トルク決定ステップでは、
外乱オブザーバを適用して、前記トルク決定ステップにおいて決定した指示トルクτにて前記アクチュエータを駆動した際の外乱トルクτdを算出し、
前記トルク指令値τaと、前記作用力τeと、前記関節値qを時間微分して得られる関節値速度に基づいて前記アクチュエータが応答したことにより達成される関節値加速度目標値を求めて出力するアクチュエータの理論応答モデルから得られる関節値加速度目標値に関節内のイナーシャの公称値Jnを掛けたトルク目標値τrefを、前制御周期において前記外乱オブザーバによって得られた外乱トルクτdで修正して、現制御周期における指示トルクτを決定する、
ことを特徴とするアクチュエータ制御方法。 - 前記アクチュエータの理論応答モデルは、前記トルク指令値τaから前記作用力τeと前記関節値qを時間微分して得られる関節値速度に前記関節内部の仮想粘性係数νaを乗算した仮想粘性抵抗力とを引き算した結果から、前記関節の仮想イナーシャIaに前記関節値加速度目標値を乗算した値を求める方程式を用いて、前記トルク指令値τaと、前記作用力τeと、前記関節値qを時間微分して得られる関節値速度に基づいて前記アクチュエータが応答したことにより達成される関節値加速度目標値を求めて出力する、
ことを特徴とする請求項4に記載のアクチュエータ制御方法。 - 前記外乱オブザーバは、前記トルク決定ステップにおいて決定した指示トルクτにて前記アクチュエータを駆動した際に、前記関節値取得ステップで取得した関節値qを時間微分して得られる関節値速度を基に前記関節に作用したトルクを推定し、前記指示トルクτから該推定したトルクを引き算することによって外乱トルクτdを算出する、
ことを特徴とする請求項4に記載のアクチュエータ制御方法。 - 関節駆動用のアクチュエータであって、
回転トルクを発生するモータと、
前記モータを駆動するモータ・ドライバと、
前記モータの回転速度を変換する減速機と、
前記減速機の出力軸における関節角qを計測するエンコーダと、
前記減速機の出力軸に作用する外トルクτeを検出するトルク・センサと、
前記アクチュエータに対する指示トルクτを前記モータ・ドライバに対する制御信号に変換して出力する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、
前記指示トルクτにて前記アクチュエータを駆動した際に、前記エンコーダが検出した関節角qを時間微分して得られる関節角速度を基に前記関節に作用したトルクを推定し、前記指示トルクτから該推定トルクを引き算することによって外乱トルクτdを算出する外乱オブザーバを備え、
前記減速機の出力軸におけるトルク指令値τaと、前記外トルクτeと、関節角qを時間微分して得られる関節角速度に基づいて前記アクチュエータが応答したことにより達成される関節角加速度目標値を求めて出力するアクチュエータの理論応答モデルから得られる関節値加速度目標値に関節内のイナーシャの公称値Jnを掛けたトルク目標値τrefを、前制御周期において前記外乱オブザーバによって得られた外乱トルクτdで修正して、現制御周期における指示トルクτを決定する、
ことを特徴とするアクチュエータ。 - 前記アクチュエータの理論応答モデルは、前記トルク指令値τaから前記外トルクτeと前記関節値qを時間微分して得られる関節値速度に前記関節内部の仮想粘性係数νaを乗算した仮想粘性抵抗力とを引き算した結果から、前記関節の仮想イナーシャIaに前記関節値加速度目標値を乗算した値を求める方程式を用いて、前記トルク指令値τaと、前記作用力τeと、前記関節値qを時間微分して得られる関節値速度に基づいて前記アクチュエータが応答したことにより達成される関節値加速度目標値を求めて出力する、
ことを特徴とする請求項7に記載のアクチュエータ。 - 複数の剛体リンクが連なって構成されたリンク構造物と、リンク間を連接する関節を駆動する関節アクチュエータとを備え、
少なくとも一部の関節アクチュエータは、請求項7に記載のアクチュエータによって構成される、
ことを特徴とするロボット装置。 - 回転トルクを発生するモータと前記モータを駆動するモータ・ドライバと前記モータの回転速度を変換する減速機を備えた関節駆動用のアクチュエータを、指令されたトルク指令値τaに従って力制御するための処理をコンピュータ上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータを、
前記減速機の出力段における関節値qを検出する関節値検出手段に接続されて、前記減速機の出力段における関節値qを取得する関節値取得手段、
前記減速機の出力段における関節駆動方向の作用力τeを検出する作用力検出手段に接続されて、前記減速機の出力段における関節駆動方向の作用力τ e を取得検出する作用力取得検出手段、
前記アクチュエータへの指示トルクτを決定するトルク決定手段、
として機能させ、
前記トルク決定手段は、
前記トルク決定手段が決定した指示トルクτにて前記アクチュエータを駆動した際の外乱トルクτdを算出する外乱オブザーバを備え、
前記トルク指令値τaと、前記作用力τeと、前記関節値qを時間微分して得られる関節値速度に基づいて前記アクチュエータが応答したことにより達成される関節値加速度目標値を求めて出力するアクチュエータの理論応答モデルから得られる関節値加速度目標値に関節内のイナーシャの公称値Jnを掛けたトルク目標値τrefを、前制御周期において前記外乱オブザーバによって得られた外乱トルクτdで修正して、現制御周期における指示トルクτを決定する、
コンピュータ・プログラム。
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