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外力推定方法および外力推定装置 コモンズ

国内特許コード P110005579
整理番号 5067
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2006-057614
公開番号 特開2007-233917
登録番号 特許第4487073号
出願日 平成18年3月3日(2006.3.3)
公開日 平成19年9月13日(2007.9.13)
登録日 平成22年4月9日(2010.4.9)
発明者
  • 大石 潔
  • 桂 誠一郎
  • 入江 航平
出願人
  • 国立大学法人長岡技術科学大学
発明の名称 外力推定方法および外力推定装置 コモンズ
発明の概要

【課題】微分ノイズによる影響を最小限に抑えつつ、直流成分を含む幅広い周波数領域の外力推定値を取得する。
【解決手段】アクチュエータ1に外乱トルクτが与えられると、力単位の信号と位置信号に基づき算出された第2信号との間に偏差を生じたり、力単位の信号と加速度信号との間に偏差を生じたりして、アクチュエータ1に加わる外力を推定するような直流成分を含む低周波帯域の第3信号や、この第3信号よりも帯域の高い第5信号が各々取り出される。したがって、これらの信号成分を加算すれば、低周波帯域から高周波帯域に至る幅広い外乱トルクの推定値^τを最終的に得ることができる。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


一般に、この種の外力推定方法や外力推定装置を実現する外乱オブザーバは、力覚センシングやロバスト制御(外乱抑圧制御など)を必要とする多くの産業機器や民生機器に使用されており、制御対象であるアクチュエータのトルクと位置の各情報から、擬似微分器と加算器などを含む線形フィルタによって加速度外乱を推定するようになっている。



外乱オブザーバの重要な情報は、アクチュエータに加わる外力すなわち外乱トルクを推定するための加速度情報である。これは例えば特許文献1にも開示されているように、モータの入力電流値iと位置θから、外乱トルクτの推定値^τ(以下、数式以外では、この推定値をあらわす「^」を、対応する記号の前に併記する。)を算出する位置センサベースの外乱オブザーバ、またはモータの入力電流値iと加速度θ・・(以下、数式以外では、1階の微分を「」とし、2階の微分を「・・」として便宜上あらわし、対応する記号の後に併記する。)から、外乱トルクτの推定値^τを算出する加速度センサベースの外乱オブザーバから得ることができる。



図15は、従来知られている位置センサベースの外乱オブザーバを概略的に示したものである。同図において、1は外乱トルクを推定する対象として設けられ、エネルギーを動力に変換する可動可能なアクチュエータであり、これは前述の電流値iをリニアモータなどの駆動源に入力することにより、実際の位置に動作するものである。アクチュエータ1には、前記実際の位置θを電気的な位置信号に変換して検出出力するために、例えばリニアエンコーダなどの位置センサ2が装着される。



一方、アクチュエータ1を制御する外乱オブザーバ11は、前記アクチュエータ1への指令値である電流値iを入力すると共に、前記位置θを擬似微分器12で擬似微分した値(応答速度値^θ)を入力して、これらの各値から外乱トルクの推定値を出力するもので、実際には擬似微分器12と共に、コンピュータのソフトウェアなどで構成される。擬似微分器12は、前記位置信号を速度信号に変換するもので、位置θに対し擬似微分を施すことで、ノイズに対する感度を抑制した変換出力を得ることができる。外乱オブザーバ11は、前記アクチュエータ1と等価的な逆モデルが組み込まれ、前記電流iをトルク(力)単位の第1信号に変換し、この第1信号と前記擬似微分器12からの応答速度^θを微分して得た第2信号とを比較した第3信号を出力する逆モデル部14と、この逆モデル部14での微分の際にカットオフ周波数を設定することにより形成され、前記逆モデル部14から低周波帯域の成分の第3信号を取り出し、これを外乱トルクの推定値^τとして出力するローパスフィルタ15と、により構成される。



そして、上記図15の構成では、アクチュエータ1に外力である外乱トルクτが与えられると、逆モデル部14において、アクチュエータ1に電流iが与えられた時の公称トルク値である第1信号と、外乱トルクτにより変位を生じた位置θに基づく第2信号との間に偏差を生じ、この偏差に見合う第3信号が出力される。これにより、ローパスフィルタ15からは、カットオフ周波数で規定された特定の低周波帯域の推定値^τが出力される。この外乱トルクの推定値^τを、図示しないトルク電流変換器により電流値に変換すれば、外乱オブザーバ11を利用して前記アクチュエータ1をフィードバック制御することができる。

【特許文献1】特開2002-366203号公報

産業上の利用分野


本発明は、アクチュエータに加わる外力を推定し得る外力推定方法および外力推定装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
アクチュエータの位置を検出して、位置信号を出力するステップと、
前記アクチュエータの加速度を検出して、加速度信号を出力するステップと、
前記アクチュエータに入力する指令値と前記位置信号とに基づき、前記アクチュエータに加わる外力を推定する第1推定信号を生成するステップと、
前記アクチュエータに入力する指令値と前記加速度信号との比較により、前記アクチュエータに加わる外力を推定する第2推定信号を生成するステップと、
前記第1推定信号と前記2推定信号とを加算して、最終的な外力推定値を出力するステップと、からなることを特徴とする外力推定方法。

【請求項2】
アクチュエータの位置を検出して、位置信号を出力する位置検出手段と、
前記アクチュエータの加速度を検出して、加速度信号を出力する加速度検出手段と、
前記アクチュエータに入力する指令値と前記位置検出手段からの位置信号とに基づき、前記アクチュエータに加わる外力を推定する第1推定信号を生成する位置情報型外乱オブザーバと、
前記アクチュエータに入力する指令値と前記加速度検出手段からの加速度信号との比較により、前記アクチュエータに加わる外力を推定する第2推定信号を生成する加速度情報型外乱オブザーバと、
前記第1推定信号と前記2推定信号とを加算して、最終的な外力推定値を出力する加算手段と、を備えたことを特徴とする外力推定装置。
産業区分
  • 制御調整
  • 工業用ロボット
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2006057614thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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