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公開番号2025162616
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-28
出願番号2024065880
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】負荷制御装置1の軌道エネルギー算出器2は、制御対象10の応答位置から軌道エネルギーを算出する。エネルギー制御器3は、各アクチュエータの位置応答から算出された軌道エネルギーを指令値に応じて制御する第1加速度参照値を出力する。負荷制御器4は、前記軌道上に沿って印加する負荷を指令値に基づき制御する第2加速度参照値を出力する。加速度参照値算出部5は、第1加速度参照値に等エネルギー線の法線方向の単位ベクトルを反映させ、第2加速度参照値に等エネルギー線の接線方向の単位ベクトルを反映させ、それぞれを合算し、各アクチュエータの加速度参照値を算出する。加速度制御部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値を算出する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
制御対象の二次元平面上の運動の軌道を拘束し、該軌道上の負荷を印加する各アクチュエータを制御する装置であって、
前記各アクチュエータの位置応答から算出された軌道エネルギーを指令値に応じて制御することで前記軌道を拘束する第１加速度参照値を出力するエネルギー制御器と、
前記軌道上に沿って印加する前記負荷を指令値に基づき制御する第２加速度参照値を出力する負荷制御器と、
前記第１加速度参照値に等エネルギー線の法線方向の単位ベクトルを反映させる一方、前記第２加速度参照値に等エネルギー線の接線方向の単位ベクトルを反映させ、それぞれを合算することで前記各アクチュエータの加速度参照値を算出する加速度参照値算出部と、
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値を算出する加速度制御部と、
を備えることを特徴とする負荷制御装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
制御対象の前記位置応答［ｘ，ｙ］から軌道エネルギーＥ「Ｅ＝ｙ－ｘ
２
」を算出する軌道エネルギー算出器を備え、
前記エネルギー制御器は、軌道エネルギーＥと指令値（ゼロ）とを一致させて陽関数「ｙ＝ｘ
２
」の軌道で拘束する前記第１加速度参照値を算出する一方、
前記負荷制御器は、軌道エネルギーＥの等エネルギー線の接線方向に負荷を発生させる前記第２加速度参照値を算出する
ことを特徴とする請求項１記載の負荷制御装置。
【請求項３】
制御対象の前記位置応答［ｘ，ｙ］から軌道エネルギーＥを算出する軌道エネルギー算出器を備え、
前記軌道エネルギー算出器は、陰関数「ｆ（ｘ，ｙ）＝０」を成立させる前記軌道エネルギーと前記指令値とが入力され、前記陰関数の軌道上に拘束する前記第１加速度参照値を算出する一方、
前記負荷制御器は、軌道エネルギーＥを「Ｅ＝ｆ（ｘ，ｙ）」とした際の等エネルギー線の接線方向に負荷を発生させる前記第２加速度参照値を算出する
ことを特徴とする請求項１記載の負荷制御装置。
【請求項４】
制御対象の前記位置応答［ｘ，ｙ］から軌道エネルギーＥを算出する軌道エネルギー算出器を備え、
前記負荷制御器は、
前記アクチュエータの反力値（式２４）が入力され、
式２６により前記等エネルギー線の接線方向の反力を算出し、
式２５の第２加速度参照値を算出することを特徴とする請求項１記載の負荷制御装置。
TIFF
2025162616000033.tif
27
166
TIFF
2025162616000034.tif
31
166
「ｅ
s
」＝等エネルギー線の接線方向の単位ベクトル
「Ｆ
s
rｅｓ
」＝等エネルギー線の接線方向の反力
TIFF
2025162616000035.tif
37
166
「Ｆ
s
ｃｍｄ
」＝軌道上の負荷力の指令値
「Ｃ
f
」＝力制御ゲイン
【請求項５】
前記負荷制御器は、
前記式２６の「Ｆ
s
rｅｓ
＝０」と仮定し、
式２７を用いて第２加速度参照値を算出することを特徴とする請求項４記載の負荷制御装置。
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2025162616000036.tif
30
166
【請求項６】
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２～５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 1,500 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、制御対象の二次元平面上の運動の軌道を拘束し、該軌道上の負荷を印加する各アクチュエータを制御する装置であって、
前記各アクチュエータの位置応答から算出された軌道エネルギーを指令値に応じて制御することで前記軌道を拘束する第１加速度参照値を出力するエネルギー制御器と、
前記軌道上に沿って印加する前記負荷を指令値に基づき制御する第２加速度参照値を出力する負荷制御器と、
前記第１加速度参照値に等エネルギー線の法線方向の単位ベクトルを反映させる一方、前記第２加速度参照値に等エネルギー線の接線方向の単位ベクトルを反映させ、それぞれを合算することで前記各アクチュエータの加速度参照値を算出する加速度参照値算出部と、
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値を算出する加速度制御部と、を備え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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