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公開番号2025162615
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-28
出願番号2024065879
出願日2024-04-16
発明の名称負荷制御装置
出願人株式会社明電舎
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G05B 11/36 20060101AFI20251021BHJP(制御;調整)
要約【課題】軌道拘束された制御対象に対する負荷計算の軽減および負荷設計の自由度を確保する。
【解決手段】モード逆変換(Q_2a ^-1)部2は、アクチュエータの位置応答から制御対象の動作軌道についてモード変換行列を用いて接線・法線のモードを算出する。負荷制御器3は、接線のモードの指令値に基づき接線上に沿って制御対象の動作に印加する負荷を制御する加速度参照値を算出する。位置制御器4は、法線のモードの指令値に基づき制御対象の位置制御を直線軌道上に拘束する加速度参照値を算出する。モード逆変換(Q_2a ^-1)部5は、両加速度参照値から各アクチュエータの加速度参照値へモードを逆変換する。加速度制御器6は、各アクチュエータの加速度参照値から各アクチュエータのトルク指令を算出する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
制御対象の動作する軌道を制御し、軌道上の動作に負荷を印加するアクチュエータを制御する装置であって、
前記アクチュエータの位置応答から制御対象の動作軌道についてモード変換行列を用いて接線・法線のモードを算出するモード変換部と、
前記接線のモードの指令値に基づき接線上に沿って前記制御対象の動作に印加する負荷を制御する加速度参照値を算出する負荷制御器と、
前記法線のモードの指令値に基づき前記制御対象の位置制御を直線軌道上に拘束する加速度参照値を算出する位置制御器と、
前記両加速度参照値から前記各アクチュエータの加速度参照値へモードの逆変換をするモード逆変換部と、
前記各アクチュエータの加速度参照値から前記各アクチュエータのトルク指令を算出する加速度制御器と、
を備え、
前記接線の方向では拘束軌道上での負荷を制御する一方、前記法線の方向では軌道の拘束を制御し、
前記接線の方向の制御と前記法線の方向の制御とをそれぞれ独立に制御することを特徴とする負荷制御装置。
続きを表示（約 940 文字）【請求項２】
前記モード変換部は、
前記モード変換行列を用いて前記アクチュエータの位置応答［ｘ
１
,ｘ
２
］から制御対象の動作軌道について接線・法線モード［ｘ
c
,ｘ
d
］を算出する一方、
前記位置制御器は、
前記法線モードの指令値（式３）をゼロとする位置制御を実行することで制御対象の動作を「ｙ＝ａｘ」で表現される直線に軌道を拘束する
ことを特徴とする請求項１記載の負荷制御装置。
TIFF
2025162615000021.tif
16
166
【請求項３】
前記モード変換部は、
前記モード変換行列を用いて前記アクチュエータの位置応答［ｘ
１
,ｘ
２
］から制御対象の動作軌道について接線・法線モード［ｘ
c
,ｘ
d
］を算出する一方、
前記位置制御器には、
式１５に示す指令値の位置制御を実行することで前記制御対象の動作を「ｙ＝ａｘ＋ｂ」で表現される直線に軌道を拘束する
ことを特徴とする請求項１記載の負荷制御装置。
TIFF
2025162615000022.tif
20
166
【請求項４】
前記位置制御器は、
前記直線のパラメータ「ａ，ｂ」を順次更新することで前記制御対象の動作を「ｙ＝ｆ（ｘ）」で表現される非線形な曲線の軌道に拘束する
ことを特徴とする請求項３記載の負荷制御装置。
【請求項５】
前記制御対象は、
前記アクチュエータとして、
ｘ軸の回転運動に対する電動機と、
ｙ軸の直動運動に対する電動機と、
を備え、
前記モード変換部は、前記各電動機の位置応答［ｘ，ｙ］を前記アクチュエータの位置応答［ｘ
１
,ｘ
２
］として、
前記各運動の動作を拘束して負荷を印加することを特徴とする請求項２～４のいずれか記載の負荷制御装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御対象の動作する軌道を制御し、軌道上の動作に対する負荷を制御する装置に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
非特許文献１は、「拘束する軌道およびトルクリミットを拘束条件とし、最短時間で拘束する軌道に向かう制御入力を求める」最適化問題を定式化し、解を算出している。
【０００３】
特許文献１および非特許文献２は、ロボットの手先位置を経路へ誘導するポテンシャル場を生成する。そのようなポテンシャル場を生成するためには、カーネルガウス関数を要素とする多くのポテンシャル場の重ね合わせ・重み調整が必要となる。経路への拘束を強めるためには谷断面の傾斜を急勾配とし、経路上の推進力を高めるには谷底の経路の落差を大きくするなどのポテンシャルの設計を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
ＵＳ１１５５４４８５Ｂ２
【非特許文献】
【０００５】
”An Efficient Robot Arm Control Under Geometric Path Constraints”
“Learning Potential Functions from Human Demonstrations with Encapsulated Dynamic and Compliant Behaviors”
Kiyoshi Ohishi，Yuzuru Ohba，Seiichiro Katsura “Kinematics and Dynamics of Motion Control Based on Acceleration Control” IEEJ Trans.IA,Vol.127,No6.2007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１の技術は、制御対象の軌道を拘束することは可能なものの、軌道上の動作に対する負荷調整は想定されていない。
【０００７】
そこで、非特許文献２および特許文献１の技術が提案されているが、ポテンシャル場が複雑であるほど要素となる関数の重ね合わせ・重み調整が多く必要となり、計算負荷が高まるおそれがある。
【０００８】
また、軌道上の負荷については、ポテンシャル場の保存力を通して与えているため、時間に応じた負荷の変化などは与えることができず、負荷の設計自由度が制限されるおそれもある。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされ、軌道拘束された制御対象に対する負荷計算の軽減および負荷設計の自由度を確保することを解決課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明は、制御対象の動作する軌道を制御し、軌道上の動作に負荷を印加するアクチュエータを制御する装置であって、
前記アクチュエータの位置応答から制御対象の動作軌道についてモード変換行列を用いて接線・法線のモードを算出するモード変換部と、
前記接線のモードの指令値に基づき接線上に沿って前記制御対象の動作に印加する負荷を制御する加速度参照値を算出する負荷制御器と、
前記法線のモードの指令値に基づき前記制御対象の位置制御を直線軌道上に拘束する加速度参照値を算出する位置制御器と、
前記両加速度参照値から前記各アクチュエータの加速度参照値へモードの逆変換をするモード逆変換部と、
前記各アクチュエータの加速度参照値から前記各アクチュエータのトルク指令を算出する加速度制御器と、
を備え、
前記接線の方向では拘束軌道上での負荷を制御する一方、前記法線の方向では軌道の拘束を制御し、
前記接線の方向の制御と前記法線の方向の制御とをそれぞれ独立に制御することを特徴としている。
（【００１１】以降は省略されています）

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