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3次元経路制御方法 コモンズ

国内特許コード P120008062
掲載日 2012年10月26日
出願番号 特願2008-184348
公開番号 特開2010-026613
登録番号 特許第5278850号
出願日 平成20年7月16日(2008.7.16)
公開日 平成22年2月4日(2010.2.4)
登録日 平成25年5月31日(2013.5.31)
発明者
  • 江上 正
出願人
  • 学校法人神奈川大学
発明の名称 3次元経路制御方法 コモンズ
発明の概要

【課題】 3次元空間における経路制御においても、ほぼ正確に経路誤差を評価でき、目標経路によらずに同じ扱いが可能となる新たな3次元経路制御方法を確立する。
【解決手段】3次元空間上の位置目標値の軌跡である目標経路に実際の位置の軌跡である経路を追従させる経路制御方法であって、ディジタル制御に対応するように、3次元空間上の位置目標値の軌跡である目標経路を離散化した目標点の集合として捉えて、現在位置から最も近い目標点を探索によって求め、前記最短目標点を含み、目標点列ベクトルに対して垂直となる平面上で現在位置と前記最短目標点間の距離を経路誤差として評価し、この経路誤差を小さくする制御を行う。
【選択図】 なし

従来技術、競合技術の概要


産業用ロボットや工作機械においては位置制御と同等に経路制御が重要となることが多い。経路制御とは、空間上の位置目標値の軌跡である目標経路に実際の位置の軌跡である経路を追従させ、経路に対する誤差を最小限に抑えることを目的とした制御である。一般に優れた経路応答を必要とする場合には、各軸独立にできるだけ制御特性を一致させたサーボ系を構成し、位置制御を行うことによって経路応答を得ることが多い。



しかし、各軸独立制御は、現在の目標値と現在の位置の差である誤差を小さくしようとする制御であって、経路誤差を小さくしようとしているわけではない。このため、各軸に異なった外乱や負荷変動などが生じた場合、あるいはパラメータ変動などが生じた場合などには経路応答が劣化してしまう問題があり、望ましい経路応答が得られないことが多い。



このような中で、本発明者は、3次元空間における経路制御手法として3次元ベクトル分解経路制御を提案し、その有効性を検証してきている(非特許文献1)。経路制御を考えた場合、工作機械やロボットマニピュレータなど一般のメカニカルシステムにおいては、2次元よりも3次元の方がより有効性が高いと考えられる。



しかし、3次元で経路誤差をどう評価するかは容易ではなく、ベクトル分解経路制御においては、経路の形状によって3種類に分類して扱いを変えて制御を行うようにしていたので、非常に煩雑であり、また、直線経路を除いた経路に対して正確な誤差評価ができていないという不都合がみられた。



これに対して本発明者は、2次元平面に対して、目標経路によらずに同一の扱いを可能とし、ベクトル分解経路制御の問題点(経路の形状によって制御則を変える不都合)を解決することで、ほぼ正確な経路誤差の評価を可能とする最短点探索を用いた経路制御手法を提案している(非特許文献2)。この手法は、ディジタル制御においては一般的に行われているように、目標経路を離散化した点集合として考える。そして現在位置と目標点とを比較し、最も近い目標点を探索によって求め、この距離を経路誤差として座標変換を用いて最小化を図る方法である。

【非特許文献1】佐藤,西川,江上:"3次元ベクトル分解経路制御とその応用",第46回システム制御情報学会研究発表講演会,pp45-46(2002)

【非特許文献2】田坂泰久,江上正:"探索を用いた経路制御手法の提案とその応用", 日本機械学会論文集(C編),vol.73,No.732(2007)

産業上の利用分野


本発明は、3次元空間上の位置目標値の軌跡である目標経路に実際の位置の軌跡である経路を追従させ、経路誤差を最小限に抑える経路制御の新規な方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
3次元空間上の位置目標値の軌跡である目標経路に実際の位置の軌跡である経路を追従させる経路制御方法であって、
前記3次元空間上の位置目標値の軌跡である目標経路を、ディジタル制御に対応するように離散化した目標点の集合として捉えて、現在位置から最も近い最短目標点を探索によって求め、前記最短目標点を含み、その隣接する目標点を結んだ目標点列ベクトルに対して垂直となる平面上で、前記現在位置と前記最短目標点間の距離を経路誤差として評価し、この経路誤差を小さくする制御を行うことを特徴とする3次元経路制御方法。

【請求項2】
現在位置から最も近い最短目標点の探索は、前回の最短目標点を基準点として、その前後数点に対して現在位置からの距離を算出して探索するものである請求項1記載の3次元経路制御方法。

【請求項3】
前記現在位置に最も近い前記最短目標点を含み、目標点列ベクトルに対して垂直となる平面は、前記最短目標点とこの目標点に隣接する目標点とを用いて回転移動座標変換を行って得られるものであることを特徴とする請求項1記載の3次元経路制御方法。

【請求項4】
各目標点間距離の総和を成分とする軸を定義し、この軸上で進行方向誤差を評価し、この進行方向誤差を小さくする制御を前記経路誤差を小さくする制御とは独立に行うことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の3次元経路制御方法。
産業区分
  • 制御調整
  • その他運輸
  • 工業用ロボット
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
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