JP2011161562A - Wireless transmission device, vibration suppression control device of robot using the same and robot control device - Google Patents

Wireless transmission device, vibration suppression control device of robot using the same and robot control device Download PDF

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章博 野村
Yasuyuki Inoue
康之 井上
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a vibration suppression effect using a sensor and to reduce power consumption in a sensor substrate, when a wireless acceleration sensor is mounted in a robot. <P>SOLUTION: This wireless transmission device includes a signal analysis device obtaining vibration parameters (frequencies, amplitude and phases) of main components of a sensor signal, and a signal generator 81 for generating an approximate waveform of the sensor signal from the parameters, and performs wireless transmission of the parameters only when the parameters are changed. Speed of each axis motor is determined from the obtained approximate waveform, motor speed based on robot operations is obtained by simulation and a difference of motor speed is made as vibration components of the motor speed. The vibration components of the motor speed are fed back to a position-speed control loop of the motor to suppress vibration generated in a robot arm. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えばロボット制御装置に関し、詳しくはロボットアームの先端に加速度センサを取り付けて発生する振動の信号をロボットコントローラに伝送する無線伝送装置とそれを応用してアーム先端の振動抑制を行うロボットの振動抑制制御装置に関する。   The present invention relates to a robot control device, for example, and more specifically, a wireless transmission device that transmits a vibration signal generated by attaching an acceleration sensor to the tip of a robot arm to a robot controller and a robot that suppresses the vibration of the arm tip by applying the same. The present invention relates to a vibration suppression control device.

半導体分野で使用されるクリーンロボットでは生産性を向上させるためロボットの高速動作が必要とされている。高速動作を行う場合アームが持つ機構の振動が励起され、ロボットが動作停止した後も動作方向と垂直な方向にアームが振動する残留振動が発生するという問題がある。
クリーンロボットがウェハを搬送してカセットに収納する場合、残留振動が発生すると
ウェハとカセットが衝突してウェハの破損の原因となるため、残留振動が収まるのを待たなければならず、生産性の向上を阻害する原因の1つとなっている。
ロボットアームの振動抑制方法の一つとして加速度センサをアーム先端に取り付け、振動によって発生する加速度信号といくつかのロボットパラメータを用いて補償信号を生成して、各軸モータのトルク指令に得られる補償信号をフィードバックして振動を抑制する方法が開示されている(特開平10−100085)。
そのため、従来の方法では加速度センサ信号は時系列データとしてロボットコントローラに伝送し、ロボットコントローラ内部で各種のロボットパラメータを参照しながら一括処理されている。
A clean robot used in the semiconductor field requires high-speed operation of the robot in order to improve productivity. When performing high-speed operation, there is a problem that vibration of the mechanism of the arm is excited and residual vibration is generated in which the arm vibrates in a direction perpendicular to the operation direction even after the robot stops operating.
When a clean robot transports a wafer and stores it in a cassette, if the residual vibration occurs, the wafer and the cassette will collide and cause damage to the wafer. Therefore, it is necessary to wait for the residual vibration to settle down. This is one of the causes that hinder improvement.
As one of the robot arm vibration suppression methods, an acceleration sensor is attached to the end of the arm, and a compensation signal is generated using the acceleration signal generated by vibration and some robot parameters, and the compensation obtained from the torque command of each axis motor A method of suppressing vibration by feeding back a signal is disclosed (Japanese Patent Laid-Open No. 10-100085).
Therefore, in the conventional method, the acceleration sensor signal is transmitted to the robot controller as time series data, and is collectively processed with reference to various robot parameters inside the robot controller.

一方、ロボットに加速度センサを取り付ける場合、配線レスにして使用することが望まれる(特許文献5、特許文献6)。なぜなら配線があると、
(1)旋回動作を行う場合、その動作範囲が制限される。
(2)センサに取り付けた配線にはロボットの動作によってねじれや引っ張りの力が加わり断線または配線の接触不良が発生する。
(3)加速度センサの取り付け位置に制限を受ける。
(4)配線をロボット内部にはわせる手間がかかる。
などの理由があるためである。
On the other hand, when an acceleration sensor is attached to a robot, it is desired to use it without wiring (Patent Documents 5 and 6). Because with wiring
(1) When the turning operation is performed, the operation range is limited.
(2) Torsion or pulling force is applied to the wiring attached to the sensor by the operation of the robot, and disconnection or wiring contact failure occurs.
(3) There is a restriction on the mounting position of the acceleration sensor.
(4) It takes time to route the wiring inside the robot.
This is because of such reasons.

図14に特許文献5のセンサ装置のブロック図を示す。この発明では上記のようにロボットアーム先端の加速度情報を時系列データとして伝送するセンサ装置が示され電源ON/OFFを行うことによる省電力化の方法が開示されている。
図15に特許文献6の無線出力センサのブロック図を示す。図に示されるように従来の発明では検出対象を検出する加速度センサ部と、上記加速度センサ部の検出に係るセンサデータを無線で送信処理をする無線送信部と、上記無線送信部の処理に係るセンサデータを送信する送信アンテナと、上記加速度センサ部と無線送信部それぞれの電源となる電池を搭載する電池搭載部と、を備えたことを特徴とする無線出力センサの技術が開示されている。
FIG. 14 shows a block diagram of the sensor device of Patent Document 5. In the present invention, as described above, a sensor device that transmits acceleration information at the tip of a robot arm as time-series data is shown, and a method for saving power by turning on / off the power is disclosed.
FIG. 15 is a block diagram of the wireless output sensor disclosed in Patent Document 6. As shown in the figure, in the conventional invention, an acceleration sensor unit that detects a detection target, a wireless transmission unit that wirelessly transmits sensor data related to detection by the acceleration sensor unit, and a process that is performed by the wireless transmission unit There is disclosed a technique of a wireless output sensor comprising: a transmission antenna that transmits sensor data; and a battery mounting section that mounts a battery serving as a power source for each of the acceleration sensor section and the wireless transmission section.

図15の無線出力センサでは3軸加速度センサ183の出力信号の大きさに応じてACアンプ部184において振動波形が生成され、その信号を復調器185と出力部186において検出対象の可動の有無を検出する信号に変換されている。この可動の有無の信号を発振部133においてAC信号とし、アンプ部134とフィルタ135において処理した後アンテナ24を介して無線出力する技術が開示されている。
In the wireless output sensor of FIG. 15, a vibration waveform is generated in the AC amplifier unit 184 according to the magnitude of the output signal of the triaxial acceleration sensor 183, and the signal is detected by the demodulator 185 and the output unit 186 as to whether the detection target is movable. It has been converted to a signal to be detected. A technique is disclosed in which this movable signal is converted into an AC signal by an oscillating unit 133, processed by an amplifier unit 134 and a filter 135, and then wirelessly output via an antenna 24.

図14及び図15に示される様に、加速度センサを無線化する場合、現在のところ測定データは無線を用いて伝送し、センサ基板で消費される電力は基板内部に設けるバッテリによって供給することが現実的である。また、特許文献5及び6ではソーラー充電式または振動充電式の補助電源を使用してバッテリ寿命を延ばすことが提案されている。
センサ基板に使用される電子部品の消費電力の一例を図16に示す。センサ基板で消費される電力の大半は無線で消費されていることが分かる。
As shown in FIG. 14 and FIG. 15, when the acceleration sensor is wireless, at present, the measurement data is transmitted wirelessly, and power consumed by the sensor board is supplied by a battery provided inside the board. Realistic. In Patent Documents 5 and 6, it is proposed to extend the battery life by using an auxiliary power source of solar charging type or vibration charging type.
An example of the power consumption of the electronic components used for the sensor substrate is shown in FIG. It can be seen that most of the power consumed by the sensor board is consumed wirelessly.

また、非特許文献1に示されるように建築構造物に多数の加速度センサを配置して、各センサの信号を中央の親局に無線伝送して、親局に伝送された多数の信号をもとにして地震などの災害の発生を検出する構造ヘルスモニタリングシステムが開発されている。
このシステムにおいては、各センサの信号はセンサ基板に設けられた信号処理回路において転送するデータ量が最小となるように加工して、センサ基板から親局に無線伝送される伝送量を低減させて、センサ基板に設けられたバッテリの消費を低減させる技術が開示されている。
Further, as shown in Non-Patent Document 1, a large number of acceleration sensors are arranged in a building structure, and signals from each sensor are wirelessly transmitted to a central master station, and a large number of signals transmitted to the master station are also obtained. A structural health monitoring system that detects the occurrence of disasters such as earthquakes has been developed.
In this system, the signal of each sensor is processed so that the amount of data transferred in the signal processing circuit provided on the sensor board is minimized, and the transmission amount transmitted wirelessly from the sensor board to the master station is reduced. A technique for reducing consumption of a battery provided on a sensor substrate is disclosed.

特許文献1には、タイヤ側に設けられた加速度センサ信号から振動レベル演算値を計算して、車体側に無線を用いて伝送する路面状態推定装置の技術が開示されている。図12に路面状態推定システムの構成を示すブロック図を示す。タイヤに装着された加速度センサの信号は周波数分析手段において周波数分析され、振動レベル演算値が計算されて車体側に設けられた路面状態推定装置に無線伝送される。路面状態推定装置では伝送された振動レベル演算値を用いて車両の走行している路面状態を判定する。   Patent Document 1 discloses a technology of a road surface state estimating device that calculates a vibration level calculation value from an acceleration sensor signal provided on a tire side and transmits the calculated value to the vehicle body side by radio. FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of the road surface state estimation system. The signal of the acceleration sensor mounted on the tire is frequency-analyzed by the frequency analysis means, and the vibration level calculation value is calculated and wirelessly transmitted to a road surface state estimating device provided on the vehicle body side. The road surface state estimation device determines the road surface state in which the vehicle is traveling using the transmitted vibration level calculation value.

特許文献2、特許文献3、特許文献4にはベアリングの固定部分に加速度センサを設置して、ベアリングが回転するときに発生する振動加速度をFFT処理し、回転速度信号の周波数成分と比較照合して、回転部品の異常の有無と異常部位を検出する機械設備の異常診断装置が開示されている。
図13に異常診断装置の信号処理部のブロック図を示す。検出部に設けられた加速度センサの信号は信号処理部の診断用スペクトル算出部によって周波数分析され、その結果が回転情報を回転分析部で周波数分析した結果と比較されてベアリングの異常の有無が判定されている。
In Patent Document 2, Patent Document 3 and Patent Document 4, an acceleration sensor is installed in the fixed part of the bearing, and the vibration acceleration generated when the bearing rotates is FFT processed and compared with the frequency component of the rotation speed signal. Thus, an abnormality diagnosis apparatus for mechanical equipment that detects the presence / absence of an abnormality of a rotating part and an abnormal part is disclosed.
FIG. 13 shows a block diagram of a signal processing unit of the abnormality diagnosis apparatus. The signal of the acceleration sensor provided in the detection unit is frequency analyzed by the diagnostic spectrum calculation unit of the signal processing unit, and the result is compared with the result of frequency analysis of the rotation information by the rotation analysis unit to determine whether there is a bearing abnormality. Has been.

このように、従来の加速度センサを用いた無線伝送装置は、加速度センサから得られるデータを時系列で伝送してコントローラで測定対象物の状態推定や異常検出の処理のすべてを行うか、センサ側でデータを周波数分析などの手段を用いて加工することにより伝送情報量を低減させた後、コントローラで測定対象物の状態推定や異常検出を行うとともに無線伝送で消費される電力の低減をはかることが行われている。   As described above, the wireless transmission device using the conventional acceleration sensor transmits the data obtained from the acceleration sensor in time series and performs all of the state estimation of the measurement object and the abnormality detection processing by the controller, or the sensor side After the data is processed using frequency analysis or other means, the amount of transmitted information is reduced, and the controller estimates the state of the object to be measured and detects anomalies and reduces the power consumed by wireless transmission. Has been done.

特開2007−55284(ブリヂストン)JP2007-55284 (Bridgestone) 特開2007−263609(日本精工)JP2007-263609 (NSK) 特開2007−285875(日本精工)JP2007-285875 (Nippon Seiko) 特開2009−20090(日本精工)JP2009-20090 (NSK) 特開2008−186336(安川電機)JP2008-186336 (Yaskawa Electric) 特開2008−171403(光洋電子工業)JP2008-171403 (Koyo Electronics Industry)

「スマートセンサと無線ネットワークを用いた構造ヘルスモニタリングシステムの開発」 日本地震工学会論文集 第7 巻、第6 号、2007 p.17-30“Development of Structural Health Monitoring System Using Smart Sensors and Wireless Networks” Proceedings of the Japan Earthquake Engineering Society Vol.7, No.6, 2007, p.17-30

特許文献6の発明では対象物の可動の有無の情報のみを検出している。無線通信を0.5秒間だけワンショット送信する構成(段落番号(0045)参照)としてもロボット動作の状態が検出でき、2[sample/s]より少ないサンプルレートとなっていても問題なく、電池の寿命もある程度の期間が得られると考えられる。しかし、アームの振動抑制制御の場合、加速度信号の時系列の信号が必要である。アームの振動周波数が10[Hz]程度であり、その10〜30倍程度の300[sample/s]程度の時系列データが必要であるため伝送情報量が大きくなり、図16の無線センサモジュールの電子部品の場合、電池寿命は数日程度となる。
特許文献5のセンサ装置の発明においても同様で電池寿命の短さが問題となり、無線化した加速度センサを振動抑制制御などに応用できない理由の1つである。
In the invention of Patent Document 6, only information on whether or not the object is movable is detected. The robot operation status can be detected even if the wireless communication is configured to send one-shot for 0.5 seconds (see paragraph number (0045)), and even if the sample rate is less than 2 [sample / s], there is no problem and the battery life It is considered that a certain period can be obtained. However, in the case of arm vibration suppression control, a time-series signal of the acceleration signal is required. Since the vibration frequency of the arm is about 10 [Hz] and time series data of about 300 [sample / s] that is 10 to 30 times that is necessary, the amount of transmission information becomes large, and the wireless sensor module of FIG. In the case of electronic components, the battery life is about several days.
The same is true of the invention of the sensor device disclosed in Patent Document 5, and the short battery life is a problem, which is one of the reasons why the wireless acceleration sensor cannot be applied to vibration suppression control.

従来の構造ヘルスモニタリングシステムの場合、センサデータの加工は、各センサで独立に行なわれ、センサ基板上で加速度のゼロクロス点数と最大値および振幅絶対値の累積値である損傷指標に変換されて無線通信によって親局に伝送される。
また従来の路面状態推定装置の場合、センサ信号の処理のほとんどをタイヤ側で行なっている。加速度センサはタイヤの回転とともに重力の影響を受けるが、車両の走行に伴い発生する振動の加速度が40[g]程度であるので回転による加速度変化(±1[g])を補正する必要はない。
また従来の機械設備の異常診断装置においてもセンサ信号の処理は独立して行われ、
工作機械が動作して発生する加速度の考慮はなされていない。一般に工作機械では機械の動作による加速度と異常振動の加速度の周波数は異なるものとなり、機械の動作による加速度はノイズとして取り扱われて周波数解析などの手段を用いて除去することがおこなわれている。すなわち、制御器のパラメータと組み合わせてセンサ信号の処理は行われていない。
In the case of a conventional structural health monitoring system, sensor data is processed independently by each sensor, converted into a damage index that is a cumulative value of the number of zero cross points of acceleration and the maximum value and absolute amplitude value on the sensor board, and is wireless. It is transmitted to the master station by communication.
In the case of a conventional road surface state estimating device, most of the sensor signal processing is performed on the tire side. Although the acceleration sensor is affected by gravity as the tire rotates, it is not necessary to correct the acceleration change (± 1 [g]) due to the rotation because the acceleration of the vibration generated as the vehicle travels is about 40 [g]. .
In addition, in conventional machine equipment abnormality diagnosis devices, sensor signal processing is performed independently,
No consideration is given to the acceleration generated when the machine tool operates. In general, in machine tools, the frequency of acceleration due to the operation of the machine and the acceleration of abnormal vibration are different, and the acceleration due to the operation of the machine is handled as noise and removed using means such as frequency analysis. That is, sensor signal processing is not performed in combination with controller parameters.

加速度センサを用いたロボットの振動抑制制御では、ロボットの姿勢や動作状態によって変化するロボットの各種のパラメータと組み合わせて加速度信号を処理してモータのトルク指令に加える補償信号の算出を行なわなければならない。そのため各センサにおけるデータの加工は、ロボットコントローラ側でロボットのパラメータと組み合わせて補正処理ができる範囲でなければならない。   In vibration suppression control of a robot using an acceleration sensor, it is necessary to calculate a compensation signal to be added to the motor torque command by processing the acceleration signal in combination with various parameters of the robot that change depending on the robot's posture and operating state. . Therefore, the data processing in each sensor must be within a range that can be corrected in combination with the robot parameters on the robot controller side.

また、ロボットにおいては振動と動作の加速度の周波数帯域が重なり、振動と動作の加速度の大きさも似たような大きさになるため、ロボットが動作して発生する加速度をノイズとして処理することができず、姿勢や動作状態から計算される動作の加速度をセンサの信号から補正する方法(特開2005−316937)が有効になり、従来の無線伝送装置の技術の組み合わせでは振動抑制の効果を上げることができない。
このような信号処理をロボットコントローラでおこなうためには特許文献5に示すように時系列でセンサ信号を伝送してロボットコントローラ側ですべての処理を行う必要がある。
In addition, because the frequency bands of vibration and motion acceleration overlap in a robot and the magnitudes of vibration and motion acceleration are similar, the acceleration generated when the robot moves can be processed as noise. First, the method of correcting the motion acceleration calculated from the posture and motion state from the sensor signal (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-316937) becomes effective, and the combination of the conventional wireless transmission device technologies increases the effect of vibration suppression. I can't.
In order to perform such signal processing by the robot controller, it is necessary to transmit sensor signals in time series and perform all processing on the robot controller side as shown in Patent Document 5.

ロボットの振動抑制制御のようにセンサ信号の高いサンプリング速度が要求される場合、センサ信号を常時伝送する必要があり、無線回路が常時送信動作を行っている状態になるため、市販の乾電池を用いたとすると数日程度でバッテリの電力を消費してしまい、バッテリの頻繁な交換または充電が必要になる。
特許文献5及び6には、補助電源によるバッテリ寿命を延ばすことが述べられているが図16に示した消費電力の場合、ソーラー充電の場合は太陽電池パネルの面積を大きくとる必要があり取り付けが難しくなる。振動充電の場合も現在得られている圧電素子の体積あたりの発生電力が小さいため電源として補助的な効果を得るためには体積を大きくとる必要があり、ロボットアーム先端に取り付けることがむつかしくなる。
加速度センサを配線レスで使用して振動抑制制御などのリアルタイム性が要求される用途に応用する場合、ロボットの制御性能の向上が達成されるだけではなく、センサ基板の低消費電力化を同時に達成できる工夫をしなければ実用化することができないという問題がある。
When high sampling speed of the sensor signal is required, such as robot vibration suppression control, it is necessary to transmit the sensor signal at all times, and the wireless circuit is constantly transmitting, so use a commercially available dry cell. If this is the case, the battery power will be consumed in several days, and the battery needs to be replaced or charged frequently.
Patent Documents 5 and 6 describe extending the battery life of the auxiliary power supply. However, in the case of the power consumption shown in FIG. 16, in the case of solar charging, it is necessary to increase the area of the solar cell panel. It becomes difficult. Also in the case of vibration charging, since the generated electric power per volume of the piezoelectric element currently obtained is small, it is necessary to increase the volume in order to obtain an auxiliary effect as a power source, and it is difficult to attach it to the tip of the robot arm.
When the acceleration sensor is used without wiring and applied to applications that require real-time performance such as vibration suppression control, not only the improvement of the robot control performance is achieved, but also low power consumption of the sensor board is achieved at the same time. There is a problem that it cannot be put into practical use unless it can be devised.

無線センサモジュールの構成部品別の消費電力は図16で分かるように無線回路が常時送信動作を行う場合、他の構成部品に比べてかなり大きくなる。また、センサを含めた信号処理回路の部品の消費電力は、この数年で大きく低減されている。このため測定データの伝送情報量を低減させて無線回路の消費電力が低減できればセンサ基板の低消費電力化に有効な方法のひとつになる。   As can be seen from FIG. 16, the power consumption of each component of the wireless sensor module is considerably larger than that of the other components when the wireless circuit always performs a transmission operation. In addition, the power consumption of the components of the signal processing circuit including the sensor has been greatly reduced over the past few years. Therefore, if the power consumption of the wireless circuit can be reduced by reducing the transmission information amount of the measurement data, it becomes one of the effective methods for reducing the power consumption of the sensor substrate.

また、振動抑制制御などのリアルタイム性が要求される用途では無線伝送の伝送遅れ時間によって加速度信号に位相遅れが生じ、制御性能の向上が制約される問題がある。
無線回路としては高性能・低価格化が進むブルートゥースなどのデジタル無線装置の応用が考えられるが、市販の無線回路を用いる場合、サンプリングによる遅れなどのために5[ms]程度の伝送遅れが発生するため、10[Hz]の振動波形の場合18°程度の位相遅れとなり、振動抑制制御の制御性能の劣化の原因となる。
Further, in applications that require real-time properties such as vibration suppression control, there is a problem that a phase delay occurs in the acceleration signal due to a transmission delay time of wireless transmission, and improvement in control performance is restricted.
As wireless circuits, digital wireless devices such as Bluetooth, whose performance and price are becoming lower, can be considered, but when using commercially available wireless circuits, transmission delays of about 5 [ms] occur due to sampling delays, etc. Therefore, in the case of a vibration waveform of 10 [Hz], the phase delay is about 18 °, which causes deterioration of the control performance of the vibration suppression control.

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、無線化される加速度センサを使用してロボットの振動抑制制御を行う場合、振動抑制の効果を向上するとともに無線センサモジュールの消費電力を低減するロボット制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and when performing vibration suppression control of a robot using a wireless acceleration sensor, the effect of vibration suppression is improved and the power consumption of the wireless sensor module is improved. An object of the present invention is to provide a robot control apparatus that reduces the above-described problem.

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
本発明は、一対の無線回路を用いてセンサ信号をコントローラに伝送する無線伝送装置において、前記センサ信号を周波数解析して主成分である振動の周波数、振幅、位相からなるパラメータを得て、前記パラメータが変化したとき前記無線回路から前記パラメータを送出する信号解析装置と、受信した振動の前記パラメータを用いて前記センサ信号の近似波形を生成する信号発生器を有することを特徴とする無線伝送装置とするものである。
In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
In the wireless transmission device that transmits a sensor signal to a controller using a pair of wireless circuits, the present invention obtains parameters including frequency, amplitude, and phase of vibrations that are main components by frequency analysis of the sensor signal, A radio transmission apparatus comprising: a signal analysis device that transmits the parameter from the radio circuit when the parameter changes; and a signal generator that generates an approximate waveform of the sensor signal using the parameter of the received vibration. It is what.

また、本発明は、請求項1記載の無線伝送装置と、送信される2軸のセンサ信号からロボットの各軸モータ速度を求めるヤコビ逆変換手段と、ロボットの位置指令から各軸モータが動作したときに発生する速度を求める手段を有し、センサから得られるモータ速度から動作したときに発生する速度を差し引いてモータ速度の振動成分を求め、モータの位置−速度制御ループの速度指令にモータ速度の振動成分を補償してアームに発生する振動を抑制することを特徴とするロボット制御装置とするものである。   According to the present invention, the wireless transmission device according to claim 1, the Jacobian inverse conversion means for obtaining the motor speed of each axis of the robot from the transmitted biaxial sensor signals, and each axis motor is operated from the position command of the robot. It has a means to obtain the speed that occurs at times, subtract the speed that occurs when it operates from the motor speed obtained from the sensor to obtain the vibration component of the motor speed, the motor speed in the speed command of the motor position-speed control loop The robot control device is characterized in that the vibration component is compensated to suppress the vibration generated in the arm.

また、本発明は、請求項1記載の無線伝送装置と、モーション部で生成される位置指令を周波数解析した結果からロボットの動作したときに発生するモータ速度の周波数成分を求める手段を有し、
センサ速度信号の周波数成分から動作したときに発生する速度の周波数成分を差し引き、モータ速度の振動成分の周波数成分を求め、得られる振動の周波数、振幅、位相のパラメータからモータ速度が持つ振動の近似波形を生成して、モータの位置−速度制御ループに振動成分として補償してアームに発生する振動を抑制することを特徴とするロボット制御装置とするものである。
Further, the present invention includes a wireless transmission device according to claim 1 and means for obtaining a frequency component of a motor speed generated when the robot operates from a result of frequency analysis of a position command generated by the motion unit,
Subtract the frequency component of the speed generated when operating from the frequency component of the sensor speed signal to obtain the frequency component of the vibration component of the motor speed, and approximate the vibration of the motor speed from the obtained vibration frequency, amplitude, and phase parameters A robot control apparatus is characterized in that a waveform is generated and compensated as a vibration component in a motor position-speed control loop to suppress vibration generated in an arm.

また、本発明は、請求項1記載の信号解析装置と伝送されるセンサ信号の主成分の振動の周波数と振幅によって中心周波数とQ値が変更できるノッチフィルタを用いてモータのトルク指令からセンサ信号の主成分の振動周波数成分を除去することを特徴とするロボット制御装置とするものである。   The present invention also provides a sensor signal from a motor torque command using a notch filter capable of changing a center frequency and a Q value according to the frequency and amplitude of vibration of a main component of a sensor signal transmitted with the signal analysis device according to claim 1. The robot control apparatus is characterized by removing the vibration frequency component of the main component.

また、本発明は、ロボットコントローラにおいてアームを構成する各軸モータの振動周波数を計算して無線センサモジュールに伝送して、無線センサモジュールにおいてはY軸センサ信号の2つの振動周波数の周波数成分の振幅および位相を計算して前記ロボットコントローラに伝送し、前記ロボットコントローラでは伝送された振幅、位相及び計算によって得られる振動周波数、ロボットの姿勢情報を用いてS軸振動振幅計算器、L軸振動振幅計算器でS軸モータの振動振幅及びL軸モータの振動振幅を計算し、S軸モータの振動振幅とS軸振動周波数におけるY軸信号の位相とS軸振動周波数から信号発生器によってS軸振動波形を合成し、L軸モータの振動振幅とL軸振動周波数におけるY軸信号の位相とL軸振動周波数から信号発生器によってL振動波形を合成し、前記2つの合成波形を用いて振動抑制制御を行うことを特徴とするロボット制御装置とするものである。   In the robot controller, the vibration frequency of each axis motor constituting the arm is calculated and transmitted to the wireless sensor module in the robot controller. In the wireless sensor module, the amplitude of the frequency component of the two vibration frequencies of the Y-axis sensor signal is calculated. And the phase is calculated and transmitted to the robot controller. The robot controller uses the transmitted amplitude, phase and vibration frequency obtained by the calculation, and posture information of the robot to calculate the S-axis vibration amplitude and the L-axis vibration amplitude. The vibration amplitude of the S-axis motor and the vibration amplitude of the L-axis motor are calculated by the generator, and the signal generator generates the S-axis vibration waveform from the vibration amplitude of the S-axis motor, the phase of the Y-axis signal at the S-axis vibration frequency, and the S-axis vibration frequency. Is generated from the vibration amplitude of the L-axis motor, the phase of the Y-axis signal at the L-axis vibration frequency, and the L-axis vibration frequency. To synthesize L vibration waveform by, it is an robot controller and performs vibration suppression control using the two synthetic waveform.

また、本発明は、センサ信号の周波数解析により得られる振幅と位相の情報に基づいて振幅の情報の伝送を位相の情報に基づいたタイミングで行い、ロボットコントローラでは伝送される振幅の情報の到着時刻に基づいて周波数解析で得られる位相を計算して、前記振幅と計算された位相とコントローラ内部の振動周波数から振動波形を合成する信号発生器を構成したことを特徴とする請求項5記載のロボット制御装置とするものである。   In addition, the present invention performs transmission of amplitude information based on phase information based on amplitude and phase information obtained by frequency analysis of the sensor signal, and the robot controller arrives at the arrival time of the transmitted amplitude information. 6. The robot according to claim 5, further comprising: a signal generator that calculates a phase obtained by frequency analysis based on the frequency and synthesizes a vibration waveform from the amplitude, the calculated phase, and a vibration frequency inside the controller. This is a control device.

また、本発明は、各周波数に対応する伝送遅れ時間のオフラインでの測定結果を内蔵する位相補償器を有して、振動周波数計算器で得られるS軸振動周波数ωS、L軸振動周波数ωLにおける伝送遅れ時間を信号発生器に入力し、無線センサモジュール及び2つの無線回路で発生する伝送遅れ時間を補償する信号発生器を構成したことを特徴とする請求項5または6記載のロボット制御装置とするものである。   The present invention also includes a phase compensator that incorporates the offline measurement result of the transmission delay time corresponding to each frequency, at the S-axis vibration frequency ωS and the L-axis vibration frequency ωL obtained by the vibration frequency calculator. 7. A robot controller according to claim 5, wherein a signal generator is configured to input a transmission delay time to the signal generator and compensate for the transmission delay time generated by the wireless sensor module and the two wireless circuits. To do.

本発明によると、振動パラメータが変化する場合のみパラメータの伝送を行えばよく、無線伝送の回数を低減できるため、センサ装置の低消費電力化を図ることができる。
また、本発明によると、信号発生器のセンサ信号の近似波形を用いて各軸モータの補償信号の算出ができ、補償信号を制御ループにフィードバックして振動抑制の効果を上げることができる。また、振動パラメータが変化する場合のみパラメータの伝送を行うのでセンサ装置の低消費電力化を図ることができる。
また、本発明によると、伝送された振動パラメータと位置指令の周波数解析の結果を用いてモータ速度の振動の周波数成分が求まる。それを用いてモータ速度の振動の時間波形が得られる。これを補償信号として制御ループにフィードバックして振動抑制の効果を上げることができる。また、振動パラメータが変化する場合のみパラメータの伝送を行うのでセンサ装置の低消費電力化を図ることができる。
また、本発明によると、伝送される振動パラメータの周波数と振幅に従って中心周波数とQ値を変化できるノッチフィルタをトルク指令に挿入して、トルク指令からロボットアームの振動周波数成分を除去することができ、ロボットアームの振動励起を防止することができる。また、機械の振動パラメータが変化する場合のみパラメータの伝送を行うのでセンサ装置の低消費電力化を図ることができる。
また、本発明によると、各モータ軸で発生する振動波形がY軸センサ信号のS軸共振周波数成分、L軸共振周波数成分及びコントローラ内の信号情報から生成することができるので、無線センサモジュールとコントローラの間の伝送情報量を減らすことができ無線センサモジュールの消費電力を低減することができる。
また、本発明によると、振動周波数成分の解析によって得られる位相情報を振動周波数成分から得られる振幅の伝送を行う時刻の情報として伝送できるので位相データの伝送が省略でき、伝送情報量を減らすことが可能となる。無線センサモジュールの低消費電力化を図ることができる。
また、本発明によると、無線センサモジュールとコントローラの間の無線伝送で発生する伝送遅れ時間を補償できるので、ロボットの動作で発生する振動加速度に位相が合った補償信号が生成でき、振動抑制制御の制御性能の向上を図ることができる。
According to the present invention, it is only necessary to transmit the parameter only when the vibration parameter changes, and the number of wireless transmissions can be reduced, so that the power consumption of the sensor device can be reduced.
Further, according to the present invention, the compensation signal of each axis motor can be calculated using the approximate waveform of the sensor signal of the signal generator, and the compensation signal can be fed back to the control loop to increase the vibration suppression effect. Moreover, since the parameter is transmitted only when the vibration parameter changes, the power consumption of the sensor device can be reduced.
Further, according to the present invention, the frequency component of the vibration of the motor speed can be obtained using the transmitted vibration parameter and the result of the frequency analysis of the position command. Using this, a time waveform of vibration of the motor speed can be obtained. This can be fed back to the control loop as a compensation signal to increase the vibration suppression effect. Moreover, since the parameter is transmitted only when the vibration parameter changes, the power consumption of the sensor device can be reduced.
Further, according to the present invention, a notch filter that can change the center frequency and the Q value according to the frequency and amplitude of the transmitted vibration parameter can be inserted into the torque command, and the vibration frequency component of the robot arm can be removed from the torque command. The vibration excitation of the robot arm can be prevented. In addition, since the parameter is transmitted only when the vibration parameter of the machine changes, the power consumption of the sensor device can be reduced.
Further, according to the present invention, the vibration waveform generated in each motor shaft can be generated from the S-axis resonance frequency component, the L-axis resonance frequency component of the Y-axis sensor signal, and the signal information in the controller. The amount of information transmitted between controllers can be reduced, and the power consumption of the wireless sensor module can be reduced.
According to the present invention, the phase information obtained by analyzing the vibration frequency component can be transmitted as time information for transmitting the amplitude obtained from the vibration frequency component, so that transmission of phase data can be omitted and the amount of transmission information can be reduced. Is possible. The power consumption of the wireless sensor module can be reduced.
In addition, according to the present invention, it is possible to compensate for the transmission delay time generated by wireless transmission between the wireless sensor module and the controller, so that it is possible to generate a compensation signal in phase with the vibration acceleration generated by the operation of the robot, and vibration suppression control The control performance can be improved.

本発明の第1実施例を示す無線伝送装置のブロック図1 is a block diagram of a wireless transmission device showing a first embodiment of the present invention. 本発明の信号発生器の内部構成を示すブロック図The block diagram which shows the internal structure of the signal generator of this invention 本発明の第2実施例を示す振動抑制制御装置のブロック図The block diagram of the vibration suppression control apparatus which shows 2nd Example of this invention. 第2実施例のヤコビ逆変換を説明するためのヤコビ行列の要素の式Expressions of elements of Jacobian matrix for explaining Jacobian inverse transformation of the second embodiment 本発明の第3実施例を示す振動抑制制御装置のブロック図The block diagram of the vibration suppression control apparatus which shows 3rd Example of this invention. 第3実施例の伝達関数を説明するためのブロック図Block diagram for explaining the transfer function of the third embodiment 本発明の第4実施例を示す振動抑制制御装置のブロック図The block diagram of the vibration suppression control apparatus which shows 4th Example of this invention. ロボットアームの動作を説明する構成図Configuration diagram explaining operation of robot arm ロボットコントローラの内部を説明する構成図Configuration diagram explaining the inside of the robot controller 本発明の第5実施例を示す振動抑制装置のブロック図The block diagram of the vibration suppression apparatus which shows 5th Example of this invention. 第5実施例を説明するための構成図Configuration diagram for explaining the fifth embodiment 従来の路面状態推定装置を説明するための構成図The block diagram for demonstrating the conventional road surface state estimation apparatus 従来の機械設備の異常診断装置を説明するための構成図Configuration diagram for explaining a conventional machine equipment abnormality diagnosis device 従来のセンサ装置を説明するためのブロック図Block diagram for explaining a conventional sensor device 従来の無線出力センサを説明するためのブロック図Block diagram for explaining a conventional wireless output sensor 無線センサモジュールの構成部品の消費電力を示す図The figure which shows the power consumption of the component of the wireless sensor module

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図8及び図9は本発明の実施形態に用いられるロボットを説明するための図である。図8はロボットを含むロボットシステムの概要を模式的に示す図である。図8に示すようにロボットシステム1は水平多関節型のロボット2及びロボットコントローラ20により構成されている。そして、ロボット2は、基台3,第1アーム4,第2アーム5,フォーク6,S軸モータ7、L軸モータ8及び無線センサモジュール15を備えている。基台3は、円柱状に形成されており上下方向に昇降可能に構成されている。第1アーム4は、水平面内で旋回可能に基台3にベアリング等を介して取り付けられて、第1アーム根元側に取り付けられたS軸モータ7の回転運動によって旋回動作を行う。また、第1アーム4の先端側には水平面内で旋回可能に第2アーム5が取り付けられて、第2アームの根元側に取り付けられたL軸モータ8の回転運動によって旋回動作を行う。ここで説明しているクリーンロボットの多くの場合、各軸のモータがアームの回転中心を直接駆動する構成とはならず、モータには減速機が挿入され、減速された出力をベルト等を介してアームの回転方向に印加してアームを旋回動作させる構成となっている。ここでは減速機とベルト等の機構を含めてS軸モータ7・L軸モータ8として、減速比1のモータが直接アームの回転軸を駆動するとして実施例の説明を行っている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
8 and 9 are diagrams for explaining the robot used in the embodiment of the present invention. FIG. 8 is a diagram schematically showing an outline of a robot system including a robot. As shown in FIG. 8, the robot system 1 includes a horizontal articulated robot 2 and a robot controller 20. The robot 2 includes a base 3, a first arm 4, a second arm 5, a fork 6, an S-axis motor 7, an L-axis motor 8, and a wireless sensor module 15. The base 3 is formed in a columnar shape and configured to be movable up and down. The first arm 4 is attached to the base 3 via a bearing or the like so as to be capable of turning in a horizontal plane, and performs a turning operation by a rotational movement of an S-axis motor 7 attached to the first arm base side. Further, the second arm 5 is attached to the distal end side of the first arm 4 so as to be able to turn in a horizontal plane, and the turning operation is performed by the rotational motion of the L-axis motor 8 attached to the base side of the second arm. In many of the clean robots described here, the motor of each axis is not configured to directly drive the center of rotation of the arm. A reduction gear is inserted in the motor, and the reduced output is transmitted via a belt or the like. Thus, the arm is swung by applying the rotation direction of the arm. In this embodiment, the S-axis motor 7 and the L-axis motor 8 including a mechanism such as a speed reducer and a belt are used as an example, and a motor with a reduction ratio of 1 directly drives the rotation shaft of the arm.

第2アーム5の先端側には、フォーク6が水平面内で旋回自在に取り付けられており、フォーク6は搬送するワークWが載置可能に形成されている。第2アーム5およびフォーク6は、L軸モータ8の駆動によって予め定められた速度比(回転比)を保って旋回するようになっており、これによりフォーク6を基台3の半径方向に移動できるように構成されている。
無線センサモジュール15は2軸加速度センサ151と信号解析装置152と無線回路71とバッテリ154から構成され、2軸加速度センサ151で水平面内の加速度が測定され、そのデータを信号解析装置152で周波数解析して測定パラメータを無線回路71からロボットコントローラ20に無線伝送するようになっている。バッテリ154は無線センサモジュール15の各部品の電源となる。
A fork 6 is attached to the distal end side of the second arm 5 so as to be rotatable in a horizontal plane, and the fork 6 is formed so that a work W to be transported can be placed thereon. The second arm 5 and the fork 6 are configured to turn while maintaining a predetermined speed ratio (rotation ratio) by driving the L-axis motor 8, thereby moving the fork 6 in the radial direction of the base 3. It is configured to be able to.
The wireless sensor module 15 includes a two-axis acceleration sensor 151, a signal analysis device 152, a wireless circuit 71, and a battery 154. The two-axis acceleration sensor 151 measures acceleration in a horizontal plane, and the signal analysis device 152 performs frequency analysis on the data. Thus, the measurement parameter is wirelessly transmitted from the wireless circuit 71 to the robot controller 20. The battery 154 is a power source for each component of the wireless sensor module 15.

ロボットアーム2はロボットコントローラ20によって動作が制御される。図9にロボットコントローラ20の機能の概略を示すブロック図を示す。ロボットコントローラ20はロボット用多軸制御演算装置201とロボット用多軸アンプ202により構成される。
ロボットコントローラ20の構成例としてロボット用多軸制御演算装置201はパーソナルコンピュータを用い、ロボット用多軸アンプ202はロボットの各軸モータをトルク制御できる複数のモータ制御器を用いて構成することができる。この場合、ロボット用多軸制御演算装置201の主要機能であるモーション部とサーボ部は、パーソナルコンピュータ内部で実行されるソフトウェアによって構成され、実行周期の異なる2つのタスクとなっている。
The operation of the robot arm 2 is controlled by the robot controller 20. FIG. 9 is a block diagram showing an outline of functions of the robot controller 20. The robot controller 20 includes a robot multi-axis control arithmetic unit 201 and a robot multi-axis amplifier 202.
As a configuration example of the robot controller 20, the robot multi-axis control arithmetic unit 201 can be configured using a personal computer, and the robot multi-axis amplifier 202 can be configured using a plurality of motor controllers capable of controlling the torque of each axis motor of the robot. . In this case, the motion unit and servo unit, which are the main functions of the robot multi-axis control arithmetic unit 201, are constituted by software executed in the personal computer, and are two tasks having different execution cycles.

ロボット動作プログラムはあらかじめユーザによって作成され、ロボット用多軸制御
演算装置201上の不揮発性メモリ内部に記憶されている。ロボットを動作させるときは、ロボット動作プログラムを読み出しモーション部で解読して各軸モータの位置指令を計算する。サーボ部では、モーション部で計算された位置指令とモータに取り付けられたエンコーダから得られる各軸モータ位置を用いて位置−速度制御系を構成して各軸モータのトルク指令を計算している。
ロボット用多軸アンプ202では、サーボ部で計算された各軸モータのトルク指令に
相当する電流を各軸モータに供給してモータ位置とモータ速度を制御して動作プログラムによって生成されるロボットの姿勢と動作を得ている。
ここでは、アーム先端の振動検出手段としてロボット2のフォーク6の付け根に取り付けられた2軸加速度センサ(X軸センサ、Y軸センサ)を用いて振動を検出して無線センサモジュール15とロボットコントローラ20内部の無線回路153と無線回路70の間で測定信号を無線伝送してロボットコントローラ20内部に測定信号を取り込むことを考える。
The robot operation program is created in advance by the user and stored in the nonvolatile memory on the robot multi-axis control arithmetic unit 201. When operating the robot, the robot operation program is read and decoded by the motion unit to calculate the position command of each axis motor. In the servo unit, the position command calculated by the motion unit and each axis motor position obtained from the encoder attached to the motor are used to constitute a position-speed control system to calculate the torque command of each axis motor.
The robot multi-axis amplifier 202 supplies a current corresponding to the torque command of each axis motor calculated by the servo unit to each axis motor, controls the motor position and motor speed, and generates the robot posture generated by the operation program. And getting the behavior.
Here, a vibration is detected using a two-axis acceleration sensor (X-axis sensor, Y-axis sensor) attached to the base of the fork 6 of the robot 2 as vibration detection means at the arm tip, and the wireless sensor module 15 and the robot controller 20 are detected. Consider a case where a measurement signal is wirelessly transmitted between the internal wireless circuit 153 and the wireless circuit 70 and the measurement signal is taken into the robot controller 20.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施形態の信号伝送装置のブロック図を示す。図において、ロボットアーム2にはその水平方向の加速度のX軸方向成分とY軸方向成分を測定する2軸加速度センサ151とその周波数解析を行う信号解析装置152と解析結果をロボットコントローラ20に無線を用いて伝送する無線回路71とこれらの電源であるバッテリ154を有する無線センサモジュール15が搭載されている。ロボットコントローラ20には無線回路70、信号発生器81から構成される無線モジュール700が搭載されている。
信号発生器81は図2に示すブロックで構成されている。信号発生器81には無線回路で受信された振動のパラメータである周波数ω、振幅V、位相θが入力される。これらのパラメータは受信が完了すると信号発生器81のレジスタにラッチされる。また、信号発生器81の内部にはタイマがあり、データのラッチされた時刻をt0をラッチする。正弦波計算器ではタイマが示す時刻tを用いて
A=V・SIN(ω・(t−t0)+θ) ・・・(1式)
に従い計算が行われ、加速度近似波形Aが出力される。
FIG. 1 shows a block diagram of the signal transmission apparatus of the present embodiment. In the figure, the robot arm 2 includes a two-axis acceleration sensor 151 that measures the X-axis direction component and the Y-axis direction component of the horizontal acceleration, a signal analysis device 152 that performs frequency analysis thereof, and the analysis result wirelessly to the robot controller 20. A wireless sensor module 15 having a wireless circuit 71 for transmitting data and a battery 154 serving as a power source for these is mounted. The robot controller 20 is equipped with a wireless module 700 including a wireless circuit 70 and a signal generator 81.
The signal generator 81 is composed of the blocks shown in FIG. The signal generator 81 receives a frequency ω, an amplitude V, and a phase θ, which are vibration parameters received by the wireless circuit. These parameters are latched in the register of the signal generator 81 when reception is completed. In addition, there is a timer inside the signal generator 81, which latches t0 when the data is latched. The sine wave calculator uses the time t indicated by the timer.
A = V ・ SIN (ω ・ (t−t0) + θ) (1 set)
And the acceleration approximate waveform A is output.

ロボットアーム2が水平面内で動作して2軸加速度センサ151が発生する信号は信号解析装置152の内部のCPU(図示されず)によって周波数解析が行われ振動の主成分の振動パラメータ(周波数ω、振幅V、位相θ)が求められる。
周波数解析の手段としてはロボットアームの振動抑制制御を行う場合、リアルタイム性が要求されるため、ウェーブレット変換を行うことを想定している。求められた各軸の主成分の振動パラメータは無線回路71と無線回路70の間で無線伝送されロボットコントローラ20内部に取り込まれる。
コントローラに取り込まれた振動パラメータは信号発生器81の内部にセットされ加速度センサ信号の主成分のみからなる加速度近似波形Aがロボットコントローラ20内部で発生される。
実施例1では、無線伝送は信号解析装置152で計算される振動パラメータの要素が一定値以上の変化をする場合のみに行うものと考える。
主成分の信号が周波数、振幅、位相が一定である正弦波である場合は無線回路71と無線回路70の間の振動パラメータの伝送は1回行われるとそれ以後の加速度近似波形Aの計算は信号発生器81内部で行われ、無線伝送の回数を大幅に減少させることが可能となる。
図1では伝送信号が各軸センサの主成分のみの場合を考えたが、成分が複数となるように構成することも可能であり、信号発生器81が複数の正弦波計算器を持ち、その和によって加速度近似波形Aを求めるように構成する。この構成によって加速度近似波形Aを加速度センサ151の信号に近づけることができる。
A signal generated by the biaxial acceleration sensor 151 when the robot arm 2 moves in a horizontal plane is subjected to frequency analysis by a CPU (not shown) inside the signal analysis device 152, and vibration parameters (frequency ω, Amplitude V, phase θ) are determined.
As a means of frequency analysis, when performing vibration suppression control of the robot arm, real-time characteristics are required, and therefore it is assumed that wavelet transform is performed. The obtained vibration parameters of the principal component of each axis are wirelessly transmitted between the wireless circuit 71 and the wireless circuit 70 and are taken into the robot controller 20.
The vibration parameters taken into the controller are set inside the signal generator 81, and an approximate acceleration waveform A consisting only of the main components of the acceleration sensor signal is generated inside the robot controller 20.
In the first embodiment, the wireless transmission is considered to be performed only when the vibration parameter element calculated by the signal analysis device 152 changes more than a certain value.
When the main component signal is a sine wave having a constant frequency, amplitude, and phase, once the vibration parameter is transmitted between the radio circuit 71 and the radio circuit 70, the calculation of the acceleration approximate waveform A is performed thereafter. This is performed inside the signal generator 81, and the number of wireless transmissions can be greatly reduced.
Although the case where the transmission signal is only the main component of each axis sensor is considered in FIG. 1, it is also possible to configure so that there are a plurality of components, and the signal generator 81 has a plurality of sine wave calculators. The acceleration approximate waveform A is obtained by the sum. With this configuration, the approximate acceleration waveform A can be brought close to the signal of the acceleration sensor 151.

図3は実施例2の構成を示す図である。実施例1で示した無線センサモジュール15と無線モジュール700をロボットシステム1内部に設けてロボットアーム2に発生する振動を抑えるために振動抑制制御装置を構成した場合を示す。
無線モジュール700はロボットコントローラ20内部のサーボ部に実装される。信号解析装置152ではX軸加速度センサとY軸加速度センサの振動加速度が周波数解析されて、それぞれの軸の主成分の振動パラメータが求められる。ここではX軸方向の主成分の周波数ωxとY軸方向の主成分の振動周波数ωyが異なり、求められる振動パラメータは信号解析装置152内部で加速度から速度に変換されて信号処理されているとして説明する。
ここではS軸モータの制御ブロック図のみを示している。L軸モータの制御ブロックも同様に構成される。
信号発生器82は第1の実施例で説明した信号発生器81が2軸分内蔵されている。2つの信号発生器81には無線回路70で受信されるX軸方向とY軸方向の振動パラメータがセットされてそれぞれの速度近似波形がロボットコントローラ20内部で生成される。
2つの速度近似波形はヤコビ逆変換によってS軸モータ及びL軸モータの速度に変換される。ヤコビ逆変換はヤコビ逆行列90をかけて行われる。ヤコビ逆行列は図8の水平多関節ロボットの場合図4の(2式)で示される2x2行列となる。
各要素は2つのモータの関節角θsとθlに依存して、ロボットの姿勢が変わると変化する。
モータの制御系はモーション部から与えられる位置指令とモータに取り付けられたエンコーダ位置を用いて位置ループがP制御、速度ループがP−I制御で構成される制御ループと制御ループと同じ位置指令と制御パラメータを用いてロボットの剛体モデルの動作を逐次計算するシミュレーション部から構成される。シミュレーション部ではロボットの姿勢で変化するイナーシャを逐次代入して剛体モデルの速度を求めている。
ここではX軸速度とY軸速度の主成分ωxとωyのみを考えているのでシミュレーションで得られる速度も2つの周波数成分のみを持つように、主成分の周波数ωxとωyの変化にともなって中心周波数がωx、ωyに一致するように変化するバンドパスフィルタ300、301を一対入れている。
センサから得られるS軸モータ速度からシミュレーションで得られるS軸モータ速度を引いた結果を振動成分として、メインループの速度指令に補償を加えている。
ロボットと等価なイナーシャを持つ剛体モデルにロボットが動作するときのS軸位置指令を与えてシミュレーションを行っているため、シミュレーションで得られる動作速度は振動成分を含まないロボットの動作を近似していて、ロボットの動作によって発生する速度を表している。センサで測定する速度には振動で発生する成分とともに動作で発生する速度成分が含まれるため、シミュレーションで求まるロボットの動作で発生する成分を除去することによって振動で発生する速度成分を求めることができる。この振動の速度成分をメインループの速度指令に補償を加えることによってロボットアームの振動抑制を行っている。
FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the second embodiment. The case where the wireless sensor module 15 and the wireless module 700 shown in the first embodiment are provided in the robot system 1 and the vibration suppression control device is configured to suppress the vibration generated in the robot arm 2 is shown.
The wireless module 700 is mounted on a servo unit inside the robot controller 20. In the signal analyzer 152, the vibration accelerations of the X-axis acceleration sensor and the Y-axis acceleration sensor are subjected to frequency analysis, and the vibration parameters of the main components of the respective axes are obtained. Here, it is assumed that the principal component frequency ωx in the X-axis direction is different from the vibration frequency ωy of the principal component in the Y-axis direction, and the obtained vibration parameters are converted from acceleration to velocity in the signal analysis device 152 and processed. To do.
Here, only the control block diagram of the S-axis motor is shown. The control block for the L-axis motor is configured similarly.
The signal generator 82 includes the two signal generators 81 described in the first embodiment. The two signal generators 81 are set with vibration parameters in the X-axis direction and the Y-axis direction received by the wireless circuit 70, and respective approximate speed waveforms are generated inside the robot controller 20.
The two speed approximate waveforms are converted into the speeds of the S-axis motor and the L-axis motor by Jacobian inverse transformation. The Jacobian inverse transformation is performed by multiplying the Jacobian inverse matrix 90. In the case of the horizontal articulated robot of FIG. 8, the Jacobian inverse matrix is a 2 × 2 matrix shown by (Equation 2) of FIG.
Each element depends on the joint angles θs and θl of the two motors and changes as the robot posture changes.
The motor control system uses the position command given from the motion unit and the encoder position attached to the motor, and the position loop has P control and the speed loop has PI control. It consists of a simulation unit that sequentially calculates the motion of the robot's rigid body model using control parameters. The simulation unit obtains the velocity of the rigid model by sequentially substituting the inertia that changes with the posture of the robot.
Here, only the principal components ωx and ωy of the X-axis velocity and the Y-axis velocity are considered, so that the velocity obtained by the simulation also has only two frequency components, so that the center with the change of the principal component frequencies ωx and ωy. A pair of bandpass filters 300 and 301 whose frequencies change so as to coincide with ωx and ωy are included.
The result of subtracting the S-axis motor speed obtained by the simulation from the S-axis motor speed obtained from the sensor is used as a vibration component to compensate the speed command for the main loop.
Since the simulation is performed by giving the S-axis position command when the robot operates to a rigid model having inertia equivalent to the robot, the motion speed obtained by the simulation approximates the motion of the robot that does not include vibration components. Represents the speed generated by the movement of the robot. Since the speed measured by the sensor includes the speed component generated by the motion as well as the component generated by the vibration, the speed component generated by the vibration can be obtained by removing the component generated by the motion of the robot obtained by the simulation. . The vibration of the robot arm is suppressed by compensating the speed component of the vibration to the speed command of the main loop.

このように、センサ信号を周波数解析して主成分の振動パラメータ(振幅、周波数、位相)から速度の近似波形を求めてそれを基に補償信号を計算する構成をしているので、振動抑制の効果を向上できるとともに、振動パラメータが変化する場合のみパラメータの無線伝送を行っているのでセンサ基板における消費電力を低減することができる。   In this way, the sensor signal is frequency-analyzed to obtain an approximate velocity waveform from the vibration parameters (amplitude, frequency, phase) of the principal component, and the compensation signal is calculated based on the approximate waveform. The effect can be improved and the power consumption in the sensor substrate can be reduced because the parameter is wirelessly transmitted only when the vibration parameter changes.

図5は実施例3の構成を示す図である。無線モジュール700はロボットコントローラ20をモーション部に実装すると考える。無線伝送される振動のパラメータ、ロボットの剛体モデルとその制御系から得られる伝達関数と位置指令の周波数解析結果からモータ速度の振動成分を計算する場合を示す。
本実施例ではモーション部で計算された位置指令を周波数解析するウェーブレット変換器900、周波数解析の結果をロボットの動作時間と周波数の2つのパラメータに対して信号強度と位相を与えるように作成された変換表901、変換表の出力と振動パラメータの周波数から位置指令に対する動作速度の伝達関数902、伝送された振動のパラメータからS軸モータの速度の周波数成分を与える周波数変換されたヤコビ逆変換903、振動成分の周波数成分から時間波形を生成する信号発生器81を構成要素としている。
FIG. 5 is a diagram illustrating the configuration of the third embodiment. It is assumed that the wireless module 700 mounts the robot controller 20 on the motion unit. The case where the vibration component of the motor speed is calculated from the parameters of the vibration transmitted by radio, the rigid body model of the robot, the transfer function obtained from its control system, and the frequency analysis result of the position command is shown.
In this embodiment, the wavelet transformer 900 for analyzing the frequency of the position command calculated in the motion unit is created, and the result of the frequency analysis is created so as to give the signal intensity and phase to the two parameters of the robot operation time and frequency. A conversion table 901, a transfer function 902 of the operation speed with respect to the position command from the output of the conversion table and the frequency of the vibration parameter, a frequency converted Jacobian inverse conversion 903 that gives a frequency component of the speed of the S-axis motor from the transmitted vibration parameter, A signal generator 81 that generates a time waveform from the frequency component of the vibration component is a constituent element.

モーション部においてS軸モータとL軸モータの位置指令が生成される。それをウェーブレット変換900において周波数解析してロボットの動作時間に対する位置指令の周波数成分の振幅と位相が計算できる。これをもとにしてロボットの動作時間と振動パラメータの周波数ωx(またはωy)に対して、位置指令の振幅と位相を与える変換表901が作成される。
剛体モデルに対して、振動パラメータの周波数ωx(またはωy)が与えられると伝達関数が計算される。図6に位置指令が与えられて剛体モデルが動作する場合のS軸モータのブロック図を示す。位置指令θrefに対するS軸モータ速度Vsの伝達関数は次式に示すようになる。
In the motion unit, position commands for the S-axis motor and the L-axis motor are generated. The frequency is analyzed by the wavelet transform 900, and the amplitude and phase of the frequency component of the position command with respect to the robot operation time can be calculated. Based on this, a conversion table 901 is created that gives the amplitude and phase of the position command with respect to the robot operating time and the vibration parameter frequency ωx (or ωy).
For a rigid model, given a vibration parameter frequency ωx (or ωy), a transfer function is calculated. FIG. 6 shows a block diagram of the S-axis motor when the position command is given and the rigid body model operates. The transfer function of the S-axis motor speed Vs with respect to the position command θref is as shown in the following equation.

Vs={(Kp・(Kv・S+Ki・S))/(Js・S+Kv・S+(Kp・Kv+Ki)・S+Kp・Ki)}・θref
・・・(3式)
Vs = {(Kp ・ (Kv ・ S 2 + Ki ・ S)) / (Js ・ S 3 + Kv ・ S 2 + (Kp ・ Kv + Ki) ・ S + Kp ・ Ki)} ・ θref
... (3 formulas)

無線回路70に信号が受信されるとX軸方向及びY軸方向の主成分の振動の周波数ωx(ωy)が受信される。また受信された時刻からロボットの動作時間t1が求まる。このωxとt1の組から上で求めた変換表901によって位置指令が持つ振幅成分と位相成分が得られる。
求めた振幅と位相から得られる複素振幅に伝達関数をかけて位置指令が与えられたときにS軸モータの速度が持つ周波数成分を計算できる。これは位置指令が与えられるときのロボットの振動を含まない速度成分を得ている。
When a signal is received by the wireless circuit 70, the vibration frequency ωx (ωy) of the principal component in the X-axis direction and the Y-axis direction is received. Also, the robot operating time t1 is obtained from the received time. The amplitude component and the phase component of the position command are obtained by the conversion table 901 obtained above from the set of ωx and t1.
The frequency component of the speed of the S-axis motor can be calculated when a position command is given by multiplying the complex amplitude obtained from the obtained amplitude and phase by a transfer function. This obtains a velocity component not including the vibration of the robot when a position command is given.

一方、伝送された振動パラメータにヤコビ逆行列をFFT変換した行列をかけてセンサのS軸モータ速度の周波数成分が得られる。
センサのS軸モータ速度の周波数成分に指令から得られるS軸モータ速度の周波数成分を補償してS軸モータ速度の振動の周波数成分を得る。
振動の周波数成分のパラメータ(周波数、振幅、位相)から信号発生器81よってモータ速度の振動成分の時間波形を得ている。
この振動の時間波形を位置−速度制御系100の速度指令に補償してロボットアーム2で発生する振動を抑制する効果を得ている。
Jinv(ω)を計算する位置指令はS軸エンコーダ及びL軸エンコーダから得られるそれぞれのモータ位置とすることができる。また、位置指令とエンコーダ位置を組み合わせて得られる計算値としてもよい。また、トルク指令を含む計算式から得られる計算値としてもよい。
On the other hand, the frequency component of the S-axis motor speed of the sensor is obtained by multiplying the transmitted vibration parameter by a matrix obtained by FFT-transforming the Jacobian inverse matrix.
The frequency component of the S-axis motor speed obtained from the command is compensated for the frequency component of the S-axis motor speed of the sensor to obtain the frequency component of the vibration of the S-axis motor speed.
The time waveform of the vibration component of the motor speed is obtained by the signal generator 81 from the parameters (frequency, amplitude, phase) of the vibration frequency component.
The time waveform of this vibration is compensated with the speed command of the position-speed control system 100, and the effect of suppressing the vibration generated in the robot arm 2 is obtained.
The position command for calculating Jinv (ω) can be the respective motor positions obtained from the S-axis encoder and the L-axis encoder. Further, it may be a calculated value obtained by combining the position command and the encoder position. Moreover, it is good also as a calculated value obtained from the calculation formula containing a torque command.

図7は第4実施例の構成を示す図である。位置−速度制御系100とサーボドライバ2の間のトルク指令にノッチフィルタ50を入れている。ノッチフィルタ50はそれぞれ独立した2つのノッチフィルタ51と52を直列に接続して構成されている。
本実施例ではノッチフィルタ51にはX軸センサの振動パラメータである周波数ωxと振幅Vxが接続され、ノッチフィルタ52にはY軸センサの振動パラメータωyと振幅Vyが接続される。
ここでは2つのフィルタの次数はそれぞれ2次であると考え、2つのフィルタの伝達関数は
FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the fourth embodiment. A notch filter 50 is inserted in the torque command between the position-speed control system 100 and the servo driver 2. The notch filter 50 is configured by connecting two independent notch filters 51 and 52 in series.
In this embodiment, the notch filter 51 is connected to the frequency ωx and the amplitude Vx, which are vibration parameters of the X-axis sensor, and the notch filter 52 is connected to the vibration parameter ωy and the amplitude Vy of the Y-axis sensor.
Here, the orders of the two filters are considered to be second order, and the transfer functions of the two filters are

H(s)=(s+ω0)/(s+(ω0/Q)*s+ω0) ・・・ (4式)
であるとする。
ノッチフィルタ51及び52は中心周波数ω0とノッチフィルタの幅を決めるQ値が外部信号を用いて変更できる構成とする。
無線センサモジュール15では2軸センサの主成分の振動パラメータ(ωx、Vx、ωy、Vy)を計算してロボットコントローラ20に伝送する。
ノッチフィルタの中心周波数ω0は入力される振動パラメータの周波数ωx(またはωy)に一致するように変更できる構成とする。また、Q値は振動パラメータの振幅Vx(またはVy)が大きいときはQ値が高くなり、振幅Vxが小さいときはQ値が低くなるように構成される。
H (s) = (s 2 + ω0 2 ) / (s 2 + (ω0 / Q) * s + ω0 2 ) (Expression 4)
Suppose that
The notch filters 51 and 52 are configured such that the center frequency ω 0 and the Q value that determines the width of the notch filter can be changed using an external signal.
The wireless sensor module 15 calculates the vibration parameters (ωx, Vx, ωy, Vy) of the main components of the two-axis sensor and transmits them to the robot controller 20.
The center frequency ω 0 of the notch filter can be changed to match the frequency ωx (or ωy) of the input vibration parameter. The Q value is configured such that the Q value is high when the amplitude Vx (or Vy) of the vibration parameter is large, and the Q value is low when the amplitude Vx is small.

ωxとωyはロボットのX方向及びY方向の共振周波数と考えられ、各軸モータのトルク指令からこれらの周波数を持つ信号を除去することによってロボットアーム2で発生しやすい振動の励起を防止することができる。振動パラメータの変化に伴いノッチフィルタの中心周波数ω0とQ値を変化できるので、振動の励起を防止する効果を上げることができる。   ωx and ωy are considered to be the resonance frequencies of the robot in the X and Y directions, and the excitation of vibrations that are likely to occur in the robot arm 2 is prevented by removing signals having these frequencies from the torque command of each axis motor. Can do. Since the center frequency ω0 and the Q value of the notch filter can be changed with the change of the vibration parameter, the effect of preventing vibration excitation can be improved.

このように、無線センサモジュール15の信号解析装置152において周波数解析した振動パラメータ(周波数、振幅)をロボットコントローラ20に伝送して、ロボットコントローラ20に搭載されたノッチフィルタにより振動成分を除去する構成としているので振動抑制制御の効果を上げることができるとともに、センサ信号の無線伝送回数を減らして無線センサモジュール15に搭載されたバッテリ154の消費電力を低減することができる。   As described above, the vibration parameters (frequency and amplitude) frequency-analyzed by the signal analysis device 152 of the wireless sensor module 15 are transmitted to the robot controller 20 and the vibration component is removed by the notch filter mounted on the robot controller 20. Therefore, the effect of vibration suppression control can be improved, and the power consumption of the battery 154 mounted on the wireless sensor module 15 can be reduced by reducing the number of times the sensor signal is wirelessly transmitted.

このタイプのロボットは第1アーム4と第2アーム5の長さを同じにする場合が多く、実施例5ではその長さをdとした場合を図11に説明している。
図10は第5実施例の構成を示す図である。コントローラには指令生成器で与えられるS軸位置指令θSとL軸位置指令θLから各軸モータの振動周波数を計算する振動周波数計算器が内蔵されている。振動周波数計算器は、θSとθLからロボットの姿勢を計算して、各軸モータのイナーシャを計算する。振動周波数計算器は、モータと減速機のパラメータとロボットの姿勢に伴って変化するパラメータを計算することができる。これから得られるイナーシャ、バネ定数、減衰定数を用いて各モータ軸の減速機で発生する振動周波数ωS、ωLが計算されて無線回路70に入力される。無線回路70は振動周波数ωSとωLを無線センサモジュールの無線回路71に伝送する。
無線センサモジュールは、2軸加速度センサ、バンドパスフィルタ、無線回路71から構成される。バンドパスフィルタには無線回路71から得られる振動周波数ωS、ωLが入力される。バンドパスフィルタはY軸センサ信号のωS周波数成分とωL周波数成分を求めるように2つパラレルに構成されていて、それぞれの中心周波数がωS、ωLに変更される構成をしている。加速度センサのY軸成分AyのωS周波数成分Ay(ωS)、位相θy(ωS)、ωL周波数成分Ay(ωL)、位相θy(ωL)を算出する機能がある。
バンドパスフィルタで得られた4つの信号は無線回路を介してコントローラに伝送される。
S軸振動振幅計算器ではAy(ωS)、θLを入力してθLから計算されるXを用いて(図11を参照)S軸モータの振動加速度As(ωS)が
As(ωS)=−Ay(ωS)/X ・・・(5式)
と算出される。ここで、X=√(2・d+2・d*Cos(θL))である。
L軸振動振幅計算器ではAy(ωL)、θLを入力して
Al(ωL)=2・Ay(ωL)/√(2・d+2・d・Cos(θL)
・・・(6式)
と算出される。
2つの位相補償器にはオフラインの状態で求めた各振動周波数に対する2軸加速度センサから無線回路70までの遅れ時間を求める手段が内蔵されていて計算されたωSとωLの周波数における遅れ時間を算出する機能がある。
S軸の信号発生器にはAs(ωS)、θs(ωS)、ωs、位相補償器の出力が入力されS軸振動波形の近似波形が計算される。
L軸についても同様に近似波形が計算される。
S軸、L軸の振動波形の近似波形をモータの速度指令に入力して各軸モータの振動成分を補償してロボットアーム先端の振動を抑制するように構成される。
本実施例では2つの振動周波数成分の位相を求めてコントローラに伝送しているが、振幅を伝送するタイミングを位相情報で決まる時刻で行い、受信時にこの時刻を測定することによって位相情報を得るように構成することもできる。これによって伝送情報量を減らすことができ、無線センサモジュールの消費電力を低減することができる。
In this type of robot, the lengths of the first arm 4 and the second arm 5 are often the same. In the fifth embodiment, the case where the length is d is described in FIG.
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the fifth embodiment. The controller has a built-in vibration frequency calculator that calculates the vibration frequency of each motor from the S-axis position command θS and the L-axis position command θL given by the command generator. The vibration frequency calculator calculates the posture of the robot from θS and θL, and calculates the inertia of each axis motor. The vibration frequency calculator can calculate the parameters of the motor and the speed reducer and the parameters that change with the posture of the robot. Using the inertia, spring constant, and damping constant obtained from this, vibration frequencies ωS and ωL generated in the reduction gears of each motor shaft are calculated and input to the radio circuit 70. The wireless circuit 70 transmits the vibration frequencies ωS and ωL to the wireless circuit 71 of the wireless sensor module.
The wireless sensor module includes a biaxial acceleration sensor, a bandpass filter, and a wireless circuit 71. Vibration frequencies ωS and ωL obtained from the radio circuit 71 are input to the bandpass filter. The band-pass filter is configured in parallel so as to obtain the ωS frequency component and the ωL frequency component of the Y-axis sensor signal, and the center frequency is changed to ωS and ωL. The acceleration sensor has a function of calculating the ωS frequency component Ay (ωS), the phase θy (ωS), the ωL frequency component Ay (ωL), and the phase θy (ωL) of the Y-axis component Ay.
The four signals obtained by the band pass filter are transmitted to the controller via the radio circuit.
In the S-axis vibration amplitude calculator, Ay (ωS), θL is input and X calculated from θL is used (see FIG. 11), and the vibration acceleration As (ωS) of the S-axis motor is As (ωS) = − Ay. (ΩS) / X (Expression 5)
Is calculated. Here, X = √ (2 · d 2 + 2 · d 2 * Cos (θL)).
In the L-axis vibration amplitude calculator, Ay (ωL) and θL are input and Al (ωL) = 2 · Ay (ωL) / √ (2 · d 2 + 2 · d 2 · Cos (θL)
... (6 formulas)
Is calculated.
The two phase compensators have a built-in means for obtaining a delay time from the two-axis acceleration sensor to the radio circuit 70 for each vibration frequency obtained in an off-line state, and calculate a delay time at the calculated ωS and ωL frequencies. There is a function to do.
As (ωS), θs (ωS), ωs, and the output of the phase compensator are input to the S-axis signal generator, and an approximate waveform of the S-axis vibration waveform is calculated.
An approximate waveform is similarly calculated for the L axis.
An approximate waveform of the S-axis and L-axis vibration waveforms is input to the motor speed command to compensate for the vibration component of each axis motor and suppress vibrations at the tip of the robot arm.
In this embodiment, the phases of the two vibration frequency components are obtained and transmitted to the controller, but the amplitude transmission timing is performed at a time determined by the phase information, and the phase information is obtained by measuring this time at the time of reception. It can also be configured. As a result, the amount of transmission information can be reduced, and the power consumption of the wireless sensor module can be reduced.

1 ロボットシステム
2 ロボット
3 基台
4 S軸アーム
5 L軸アーム
6 フォーク
7 S軸モータ
17 S軸エンコーダ
8 L軸モータ
18 L軸エンコーダ
15 無線センサモジュール
151 2軸加速度センサ
152 信号解析装置
20 ロボット制御装置
70、71 無線回路
81、82 信号発生器
90 ヤコビ逆変換
50 ノッチフィルタ
51、52 2次ノッチフィルタ
W ワーク
100 位置−速度制御系
201 ロボット用多軸制御演算装置
202 ロボット用多軸アンプ
300,301 バンドパスフィルタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Robot system 2 Robot 3 Base 4 S-axis arm 5 L-axis arm 6 Fork 7 S-axis motor 17 S-axis encoder 8 L-axis motor 18 L-axis encoder 15 Wireless sensor module 151 2-axis acceleration sensor 152 Signal analysis apparatus 20 Robot control Device 70, 71 Radio circuit 81, 82 Signal generator 90 Jacobian inverse transform 50 Notch filter 51, 52 Secondary notch filter
W Workpiece 100 Position-speed control system 201 Multi-axis control arithmetic device 202 for robot Multi-axis amplifier 300, 301 for robot Band pass filter

Claims (7)

一対の無線回路を用いてセンサ信号をコントローラに伝送する無線伝送装置において、
前記センサ信号を周波数解析して主成分である振動の周波数、振幅、位相からなるパラメータを得て、前記パラメータが変化したとき前記無線回路から前記パラメータを送出する信号解析装置と、受信した振動の前記パラメータを用いて前記センサ信号の近似波形を生成する信号発生器を有することを特徴とする無線伝送装置。
In a wireless transmission device that transmits a sensor signal to a controller using a pair of wireless circuits,
The sensor signal is frequency-analyzed to obtain a parameter composed of vibration frequency, amplitude, and phase as main components, and when the parameter changes, a signal analysis device that sends the parameter from the radio circuit, and a received vibration A radio transmission apparatus comprising a signal generator that generates an approximate waveform of the sensor signal using the parameter.
請求項1記載の無線伝送装置と、送信される2軸のセンサ信号からロボットの各軸モータ速度を求めるヤコビ逆変換手段と、前記ロボットの位置指令から各軸モータが動作したときに発生する速度を求める手段を有し、センサから得られるモータ速度から動作したときに発生する速度を差し引いてモータ速度の振動成分を求め、モータの位置−速度制御ループの速度指令にモータ速度の振動成分を補償してアームに発生する振動を抑制することを特徴とするロボットの振動抑制制御装置。   2. The wireless transmission device according to claim 1, a Jacobian reverse conversion means for obtaining a motor speed of each axis of a robot from two-axis sensor signals to be transmitted, and a speed generated when each axis motor is operated from a position command of the robot. The motor speed vibration component is subtracted from the motor speed obtained from the sensor to obtain the motor speed vibration component, and the motor position-speed control loop speed command compensates for the motor speed vibration component. A vibration suppression control device for a robot characterized by suppressing vibrations generated in the arm. 請求項1記載の無線伝送装置と、モーション部で生成される位置指令を周波数解析した結果からロボットの動作したときに発生するモータ速度の周波数成分を求める手段を有し、
センサ速度信号の周波数成分から動作したときに発生する速度の周波数成分を差し引き、モータ速度の振動成分の周波数成分を求め、得られる振動の周波数、振幅、位相のパラメータからモータ速度が持つ振動の近似波形を生成して、モータの位置−速度制御ループに振動成分として補償してアームに発生する振動を抑制することを特徴とするロボットの振動抑制制御装置。
The wireless transmission device according to claim 1, and means for obtaining a frequency component of a motor speed generated when the robot operates from a result of frequency analysis of a position command generated by a motion unit,
Subtract the frequency component of the speed generated when operating from the frequency component of the sensor speed signal to obtain the frequency component of the vibration component of the motor speed, and approximate the vibration of the motor speed from the obtained vibration frequency, amplitude, and phase parameters A vibration suppression control device for a robot, which generates a waveform and compensates for a vibration component in a motor position-speed control loop to suppress vibration generated in an arm.
請求項1記載の信号解析装置と伝送されるセンサ信号の主成分の振動の周波数と振幅
によって中心周波数とQ値が変更できるノッチフィルタを用いてモータのトルク指令からセンサ信号の主成分の振動周波数成分を除去することを特徴とするロボットの振動抑制制御装置。
2. The vibration frequency of the main component of the sensor signal from the torque command of the motor using a notch filter capable of changing the center frequency and the Q value according to the frequency and amplitude of the vibration of the main component of the sensor signal transmitted with the signal analysis device according to claim 1. A vibration suppression control device for a robot characterized by removing a component.
ロボットコントローラにおいてアームを構成する各軸モータの振動周波数を計算して無線センサモジュールに伝送して、無線センサモジュールにおいてはY軸センサ信号の2つの振動周波数の周波数成分の振幅および位相を計算して前記ロボットコントローラに伝送し、前記ロボットコントローラでは伝送された振幅、位相及び計算によって得られる振動周波数、ロボットの姿勢情報を用いてS軸振動振幅計算器、L軸振動振幅計算器でS軸モータの振動振幅及びL軸モータの振動振幅を計算し、S軸モータの振動振幅とS軸振動周波数におけるY軸信号の位相とS軸振動周波数から信号発生器によってS軸振動波形を合成し、L軸モータの振動振幅とL軸振動周波数におけるY軸信号の位相とL軸振動周波数から信号発生器によってL軸振動波形を合成し、前記2つの合成波形を用いて振動抑制制御を行うことを特徴とするロボット制御装置。   In the robot controller, the vibration frequency of each axis motor constituting the arm is calculated and transmitted to the wireless sensor module, and the wireless sensor module calculates the amplitude and phase of the two vibration frequencies of the Y-axis sensor signal. The robot controller transmits to the robot controller, and the robot controller uses the transmitted amplitude, phase, vibration frequency obtained by calculation, and posture information of the robot to calculate the S-axis vibration amplitude calculator and the L-axis vibration amplitude calculator. The vibration amplitude and the vibration amplitude of the L-axis motor are calculated, the S-axis vibration waveform is synthesized by the signal generator from the vibration amplitude of the S-axis motor, the phase of the Y-axis signal at the S-axis vibration frequency, and the S-axis vibration frequency, and the L-axis The signal generator generates the L-axis vibration from the vibration amplitude of the motor, the phase of the Y-axis signal at the L-axis vibration frequency, and the L-axis vibration frequency. It was synthesized waveform, robot controller and performs vibration suppression control using the two synthetic waveform. センサ信号の周波数解析により得られる振幅と位相の情報に基づいて振幅の情報の伝送を位相の情報に基づいたタイミングで行い、ロボットコントローラでは伝送される振幅の情報の到着時刻に基づいて周波数解析で得られる位相を計算して、前記振幅と計算された位相とコントローラ内部の振動周波数から振動波形を合成する信号発生器を構成したことを特徴とする請求項5記載のロボット制御装置。   The amplitude information is transmitted based on the phase information based on the amplitude and phase information obtained by the frequency analysis of the sensor signal, and the robot controller performs the frequency analysis based on the arrival time of the transmitted amplitude information. 6. The robot control apparatus according to claim 5, wherein a signal generator is configured to calculate a phase obtained and synthesize a vibration waveform from the amplitude, the calculated phase, and a vibration frequency inside the controller. 各周波数に対応する伝送遅れ時間のオフラインでの測定結果を内蔵する位相補償器を有して、振動周波数計算器で得られるS軸振動周波数ωS、L軸振動周波数ωLにおける伝送遅れ時間を信号発生器に入力し、無線センサモジュール及び2つの無線回路で発生する伝送遅れ時間を補償する信号発生器を構成したことを特徴とする請求項5または6記載のロボット制御装置。   It has a phase compensator with a built-in offline measurement result of transmission delay time corresponding to each frequency, and generates signal for transmission delay time at S-axis vibration frequency ωS and L-axis vibration frequency ωL obtained by vibration frequency calculator 7. The robot control apparatus according to claim 5, wherein a signal generator configured to compensate for transmission delay time generated by the wireless sensor module and the two wireless circuits is configured.
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