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公開番号2025162617
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-28
出願番号2024065881
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 13/04 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の仮想台車のダイナミクス部7は、拘束軌道上を走行する仮想台車を想定し、軌道の接線方向に仮想台車を動かす力から前記台車が進んだ距離を示す弧長パラメータを出力する。弧長パラメータ表示の軌道部2は仮想台車の位置座標を出力し、位置制御器3は制御対象10の位置を前記位置座標と同期させる加速度参照値(式1)を出力する。加速度制御部4は、加速度参照値(式1)に基づき制御対象10の各アクチュエータのトルク指令値(式2)を算出し、算出された各トルク指令値(式2)を制御対象10に出力する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
拘束軌道上を走行する仮想台車を想定し、前記仮想台車の位置と制御対象の位置を同期させることで制御対象の運動軌道を拘束し、該軌道上の運動に負荷を与える装置であって、
前記軌道の接線方向に前記仮想台車を動かす力から前記仮想台車が進んだ距離を示す弧長パラメータを出力するダイナミクス部と、
前記弧長パラメータが入力され、前記仮想台車の軌道を前記弧長パラメータの軌道に拘束し、前記仮想台車の位置座標を出力する軌道部と、
前記制御対象の位置情報と前記仮想台車の位置座標とが入力され、前記制御対象の位置を前記仮想台車の位置座標と同期させる加速度参照値を出力する位置制御器と、
前記制御対象の各アクチュエータの前記加速度参照値が入力され、入力された前記各加速度参照値に基づき前記各アクチュエータのトルク指令値を算出し、算出された各トルク指令値を前記制御対象に出力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 1,700 文字）【請求項２】
前記ダイナミクス部は、
式６により弧長パラメータｓを算出し、
TIFF
2025162617000024.tif
34
166
Ｍ
sｖ
＝前記仮想台車の慣性
Ｆ
t
＝軌道の接線方向に前記仮想台車を動かす力（反力[－Ｆ
t
]と軌道の接線方向の単位ベクトル[ｅ
t
]の内積で求められる。）
前記軌道部は、前記仮想台車の位置座標を前記弧長パラメータｓに関するパラメータ表示の曲線[ｘ
c
(ｓ)，ｙ
c
(ｓ)]と定義して出力し、
前記位置制御器は、前記制御対象の位置[ｘ
p
,ｙ
p
]を前記仮想台車の位置座標[ｘ
c
(ｓ)，ｙ
c
(ｓ)]と同期させるため、式１に示すｘｙ方向の前記加速度参照値を出力し、
TIFF
2025162617000025.tif
25
166
前記加速度制御部は、前記各加速度参照値に基づき式２に示す前記各アクチュエータのトルク指令値を算出し、算出された前記各トルク指令値を前記制御対象に出力し、
TIFF
2025162617000026.tif
29
166
前記制御対象の運動軌道を弧長パラメータｓに関する数直線で表現される二次元平面（ｘ，ｙ平面）の軌道上に拘束して所望の負荷を与える
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】
前記弧長パラメータは、式（１３）により算出され、
TIFF
2025162617000027.tif
36
166
前記軌道部は、前記仮想台車の位置座標を前記弧長パラメータｓに関するパラメータ表示の曲線[ｘ
c
(ｓ)，ｙ
c
(ｓ)，ｚ
c
（ｓ）] と定義して出力し、
前記位置制御器は、前記制御対象の位置[ｘ
p
,ｙ
p
，ｚ
p
]を前記仮想台車の位置座標[ｘ
c
(ｓ)，ｙ
c
(ｓ)，ｚ
c
（ｓ）] と同期させるため、式９に示すｘｙｚ方向の加速度参照値を出力し、
TIFF
2025162617000028.tif
41
166
前記加速度制御部は、前記各加速度参照値に基づき式１０に示す前記各アクチュエータのトルク指令値を算出し、算出された各トルク指令値を前記制御対象に出力し、
TIFF
2025162617000029.tif
40
166
前記制御対象の運動軌道を弧長パラメータｓに関する数直線で表現される三次元空間（ｘ，ｙ，ｚ空間）の軌道上に拘束して所望の負荷を与える
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】
前記制御対象に直接負荷を印加する力制御器をさらに備え、
前記力制御器は、所望の負荷に応じた前記アクチュエータの加速度参照値を前記制御対象に出力する
ことを特徴とする請求項１記載の負荷制御装置。
【請求項５】
前記力制御器の出力する加速度参照値は、
前記制御対象の反力センサの応答値または推定値に応じて算出されることを特徴とする請求項４記載の負荷制御装置。
【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、
前記位置制御器には、前記各電動機の位置応答「ｘ，ｙ」が前記制御対象の位置「ｘ
ｐ
,ｙ
ｐ
」として入力される
ことを特徴とする請求項２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、拘束軌道上を走行する仮想台車を想定し、前記仮想台車の位置と制御対象の位置を同期させることで制御対象の運動軌道を拘束し、該軌道上の運動に負荷を与える装置であって、
前記軌道の接線方向に前記仮想台車を動かす力から前記仮想台車が進んだ距離を示す弧長パラメータを出力するダイナミクス部と、
前記弧長パラメータが入力され、前記仮想台車の軌道を前記弧長パラメータの軌道に拘束し、前記仮想台車の位置座標を出力する軌道部と、
前記制御対象の位置情報と前記仮想台車の位置座標とが入力され、前記制御対象の位置を前記仮想台車の位置座標と同期させるための加速度参照値を出力する位置制御器と、
前記制御対象の各アクチュエータの前記加速度参照値が入力され、入力された前記各加速度参照値に基づき前記各アクチュエータのトルク指令値を算出し、算出された各トルク指令値を前記制御対象に出力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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