JP2001022424A - ロボット駆動用モータの速度制御方法 - Google Patents

ロボット駆動用モータの速度制御方法

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JP2001022424A
JP2001022424A JP11355154A JP35515499A JP2001022424A JP 2001022424 A JP2001022424 A JP 2001022424A JP 11355154 A JP11355154 A JP 11355154A JP 35515499 A JP35515499 A JP 35515499A JP 2001022424 A JP2001022424 A JP 2001022424A
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acceleration
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傭俊 洪
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 速度指令プロファイルと加速度プロファイル
とが緩やかなカーブの連続値を有し、速度指令が実際に
モータの動作速度に変更される時間を縮めることにより
実時間制御が行われるモータの速度制御方法を提供す
る。 【解決手段】 ロボットを駆動するためのモータと、前
記モータを制御する位置制御器と、ユーザーからロボッ
ト動作命令が入力されるとこれに基づいて前記モータを
制御するための緩やかなカーブの速度指令プロファイル
を生成して前記位置制御器に送る主制御器を含むモータ
速度制御装置のモータ速度制御方法において、前記ロボ
ットの実時間制御が可能に所定のロボット制御間隔以内
に緩やかなカーブの加速度プロファイルを有する速度指
令プロファイルを生成する段階を含むことを特徴とする
モータの速度制御方法により達成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、モータの速度制御
方法に係り、特に、産業用ロボットを駆動するためのモ
ータの速度制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、産業用ロボットは目標物を三次
元空間で移動させたり、求められる作業を行う機械的部
分であって、ロボットを支持する中心部であるボディー
と、求められる作業に必要な道具が嵌め込まれるエンド
エフェクターを作業領域の特定位置に送るアームを含む
マニピュレーターと、マニピュレーターを制御する制御
器と、これらに動力を供給する動力供給源とを含む。マ
ニピュレーターのアーム等にはそれぞれサーボモータが
装着されており、制御器がこれらサーボモータを制御す
ることにより割り当てられた作業が行われる。
【０００３】通常、制御器は主制御器と、位置制御器
と、サーボモータを駆動するサーボドライバを含む。主
制御器は現在位置とユーザーにより入力された目標位置
等ユーザーの動作命令に従って速度指令プロファイルを
生成させて位置制御器に伝達し、位置制御器は伝達され
た速度指令プロファイルに基づいてサーボドライバを制
御してサーボモータを駆動させることによりアームを一
地点から他地点に移動させる一方、サーボモータに装着
されているエンコーダ等から現在位置が入力されてアー
ムの位置をフィードバック制御する。
【０００４】図１（ａ）及び図２（ａ）は従来技術に係
るユーザーからの速度命令に対する軌跡を示したグラフ
であり、図１（ｂ）及び図２（ｂ）はそれぞれ従来技術
に係る図１（ａ）及び図２（ａ）に対する速度指令プロ
ファイルであり、図１（ｃ）及び図２（ｃ）はそれぞれ
図１（ｂ）及び図２（ｂ）に対する加速度プロファイル
である。従来のロボットにおいて、主制御器はユーザー
からの移動命令に従って最終目標値を計画した速度軌跡
を生成し（図1（ａ）及び図２（ａ））、再度、前記速
度軌跡に基づいて実際に加減速が行われる速度指令プロ
ファイルを生成する（図１（ｂ）及び図２（ｂ））。
【０００５】即ち、従来のロボットによると、マニピュ
レーターを駆動するサーボモータの制御のため、主制御
器は速度軌跡を生成した後、これに基づいて再度速度指
令プロファイルを生成すべきなので、ユーザーの命令に
対する対応が迅速に行われない短所がある。さらに、た
とえ速度指令プロファイルが緩やかなカーブの連続値で
与えられていても、図１（ｃ）及び図２（ｃ）に示した
ように、加速度プロファイルは微分不能点が多数存在
し、前記微分不能点の周りでは加速度の変化率が急激に
変わってモータの振動及び騒音が発生され、これらはロ
ボットの性能に対する信頼性を低下させ、モータを含ん
だ機械装置に衝撃を加えてロボットの寿命を縮める。こ
のような振動は、特に慣性と重力の影響を受ける産業用
ロボット等の大型機械装置で確実に現れる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、速度指令プロファイルと加速度プロファイルとが緩
やかなカーブの連続値を有すると共に速度指令が実際モ
ータの動作速度に変更される時間を縮めることにより実
時間制御を可能とするモータの速度制御方法を提供する
ことである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、ロボットを駆動するためのモータと、前記
モータを制御する位置制御器と、ユーザーからロボット
動作命令が入力されるとこれに基づいて前記モータを制
御するための緩やかなカーブの速度指令プロファイルを
生成して前記位置制御器に送る主制御器とを含むモータ
速度制御装置のモータ速度制御方法において、前記ロボ
ットを実時間制御できるように所定のロボット制御の間
隔以内に緩やかなカーブの加速度プロファイルを有する
速度指令プロファイルを生成する段階を含むことを特徴
とするモータの速度制御方法により達成される。
【０００８】ここで、前記速度指令プロファイルの生成
段階は、次の式により前記ロボットの位置変化量ΔP
と、最大区間数TPmaxと、加速区間数TAmaxとを求める動
作制御準備段階を含むことが好ましい。
【０００９】
【数１１】 （但し、Pgは目標位置、Pcは現在位置、Vmは単位時間当
最大速度、Apは加速区間であって、ユーザーの動作命令
により設定された値である） そして、前記動作制御準備段階は、最大区間数TPmaxが
加速区間数TAmaxより小さい場合、次の式を用いて再度
最大区間数TPmaxと、加速区間数TAmaxとを計算すること
が好ましい。
【００１０】
【数１２】 また、前記動作制御準備段階は、前記求められた位置変
化量ΔPと、最大区間数TPmaxと、加速区間数TAmaxとを
用いて次の式により１区間の位置変化量ΔP1を求め、初
期速度Siと、最大速度Smと、終了速度Sfの初期値をそれ
ぞれ０，１，０に設定する段階を含むことが好ましい。
【００１１】
【数１３】 一方、前記速度指令プロファイルの生成段階は、速度指
令プロファイルが生成される時毎に１ずつ増加される区
間計数器TPcの初期値を０に設定し、次の式により、加
速時の現在速度を求めるための値Aa0、Aa1、Aa2と、減
速時の現在速度を求めるための値Da0、Da1と、加速区間
数Taccと、減速区間数Tdecと、加速及び等速区間数TPi
とを求めて速度指令プロファイルの生成に必要な変数値
を求めることが好ましい。
【００１２】
【数１４】
【数１５】
【００１３】この時、
【数１６】 の値が、所定の定数より大きい場合には次の式により等
速区間数TPi及び最大速度Smを再度求めることが好まし
い。
【００１４】
【数１７】 そして、次の条件に従って、現在速度Vc値を計算して速
度指令プロファイルを生成し、前記求められた現在速度
Vcと現在位置Pcとを加えることにより現在位置Pcを更新
することが効果的である。
【００１５】TPc＜Taccである場合
【数１８】 TPc＜TPiである場合
【数１９】 その他の場合
【数２０】
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して本
発明のー実施形態を詳しく説明する。図３は本発明の一
実施形態に係るロボットの概略的なブロック図であり、
図４は本発明の一実施形態に係る主制御器の概略的なブ
ロック図である。図示したように、本発明に係るロボッ
トは、ロボットの全ての動作を制御する主制御器１と、
主制御器１からの速度指令プロファイルに基づいてサー
ボドライバ５を制御すると共にロボットの位置をフィー
ドバック制御する位置制御器３と、位置制御器３から指
令を受けてサーボモータ７を駆動するサーボドライバ５
と、ロボットに装着されて実際にロボットを駆動するサ
ーボモータ７とを含む。
【００１７】主制御器１は、ユーザーがロボットの作動
命令をプログラムするユーザーインターフェース装置２
との通信のための通信モジュール１１と、速度指令プロ
ファイルを生成するためのCPU１３と、ロボットのシス
テム制御プログラムを実行コードとして貯蔵するROM１
５と、ユーザーの命令プログラム及びCPU１３の速度及
び加速度プロファイルの生成のための演算に必要な可変
情報を貯蔵するためのRAM１６と、位置制御器３との速
度指令及び位置情報を通信するためのDPRAM１７とを含
む。
【００１８】前記の構成により、ロボットに電源が供給
されると、ROM１５に貯蔵されている制御実行コードが
動作され、制御実行コードの実行に必要なデータはRAM
１６に記録される。ユーザーがユーザーインターフェー
ス装置２を用いて命令プログラムを入力すると、CPU１
３はこれに基づいて速度指令プロファイル及び加速度プ
ロファイルを生成する。図５は主制御器１で行われる速
度指令プロファイル及び加速度プロファイルの生成のた
めのソフトウェアのブロック図であり、図６は図５の動
作制御部１２０の速度指令プロファイル及び加速度プロ
ファイルの生成のためのフローチャートである。
【００１９】以下、図面を参照して本発明に係るロボッ
トの主制御器１による速度指令プロファイルの生成過程
を詳しく説明する。所定のロボット言語により作成され
たユーザーの命令プログラムがユーザーインターフェー
ス装置２を通じて主制御器１に入力されると、ロボット
言語解釈部１１０によりこの意味が解釈され、解釈され
た命令がロボットの動作命令である場合にはロボット言
語解釈部１１０はこれを動作制御部１２０に送る。動作
指示と目標位置Pgを入力された動作制御部１２０は目標
位置Pgとその他のユーザーが設定した変数値を用いて次
のような演算を行うことにより動作制御を準備する（Ｓ
１）。即ち、動作制御準備段階（Ｓ１）では次の式によ
り現在位置Pcと目標位置Pgとの差値である位置変化量Δ
Pと、最大区間数TPmaxと、加速区間数TAmaxとを求め
る。
【００２０】
【数２１】 （但し、Pgは目標位置、Pcは現在位置、Vmは単位時間当
最大速度、Apは加速区間であって、ユーザーの動作命令
により設定された値である）
【００２１】この時、最大区間数TPmaxが加速区間数TA
maxより小さいというのは矛盾しているので、次の式を
用いて再度最大区間数TPmaxと加速区間数TAmaxとを計算
する。
【数２２】
【００２２】以上で求めた各値を用いて次の式により１
区間の位置変化量ΔP1を求める。
【数２３】 初期速度Si、最大速度Sm及び終了速度Sfはそれぞれ０，
１，０の初期値を指定する。
【００２３】このように、位置変化量ΔPと、最大区間
数TPmaxと、加速区間数TAmaxと、１区間の位置変化量Δ
P1とを求めた後、初期速度Siと、最大速度Smと、終了速
度Sfとを設定することにより動作制御のための準備段階
（Ｓ１）は完了する。但し、動作制御準備段階（Ｓ１）
で求められた位置変化量ΔPがROM１５に貯蔵されたロボ
ットのシステム制御プログラムに設定された定数値であ
る最小位置移動量より小さい場合には既にロボットが目
標位置にあると判断し動作制御を終了する。
【００２４】動作制御の準備が完了すると、動作制御部
１２０は速度指令プロファイルを生成するために必要な
変数値を求める（Ｓ２）。この段階では加速時の現在速
度を求めるための値Aa0、Aa1、Aa2と、減速時の現在速
度を求めるための値Da0、Da1と、加速区間数Tacc、減速
区間数Tdec、加速及び等速区間数TPiとを求める。
【００２５】先ず、次の式を用いてTacc及びTdecを求
め、次にTPiを求める。
【数２４】
【００２６】この時
【数２５】 の値がROM１５に貯蔵されたロボットのシステム制御プ
ログラムに設定された定数値である速度補正基準値より
大きい場合にはロボットの生産者が設定した信頼性の制
御範囲を越すので、TPi及びSmの値を次の式により再度
計算する。
【数２６】
【００２７】また、次の式によりAa0、Aa1、Aa2、Da0、
Da1を求める。
【数２７】
【００２８】一方、TPcは区間計数器であって初期値を
０に設定し、速度指令プロファイルが生成される時毎に
１ずつ増加される。次は、前記計算結果を有して速度指
令プロファイルを生成する段階である（Ｓ３）。速度指
令プロファイルを生成するために現在速度Vcの値を計算
する。この時、Vc値は次の条件により選択的に計算され
る。
【００２９】TPc＜Taccである場合は次の式による。
【数２８】 TPc＜TPiである場合は次の式による。
【数２９】 その他の場合には次の式による。
【数３０】
【００３０】以上で求められた現在速度Vcは単位時間当
現在移動距離を意味するので、現在位置Pcに加えられて
現在位置Pcが更新される。次に、速度命令伝送部１３０
はPc値をDPRAM１７に貯蔵してから、位置制御器３に現
在位置が更新されたことを知らせる（Ｓ４）。
【００３１】再度、動作制御部１２０は最初に入力され
た目標位置Pgと、更新された現在位置Pcとの位置変化量
ΔPと、最小移動位置量とを比較して、位置変化量が最
小移動位置量より小さい場合には目標位置に達したと判
断して（Ｓ５）、動作制御を終了する。ところが、位置
変化量が最小移動位置量より大きいとか同一の場合には
目標位置に達していないと判断して（Ｓ５）、ユーザー
の命令速度Ｓが変更されたか否かを検査し（Ｓ６）、こ
の変更のない場合には目標位置に達するまで速度指令プ
ロファイルの生成段階（Ｓ３）に戻る。
【００３２】ユーザー命令速度Ｓが変更された場合には
（Ｓ６）、速度指令プロファイルの生成に必要な変数値
を再度計算し（Ｓ２）、これに基づいて速度指令プロフ
ァイルを再度生成する（Ｓ３）。このような過程を経て
目標位置に達すると（Ｓ５）、動作制御部１２０は動作
制御を終了する。
【００３３】図７から図１０までは前記のような過程を
経て生成された速度指令プロファイルと加速度プロファ
イルとを示したグラフであって、より詳しくは、図７は
等速区間、図８は等速区間で速度指令プロファイルの生
成中に速度が６０％に変更された場合、図９は等速区間
を含まない区間、図１０は等速区間を含まない区間で速
度指令プロファイルの生成中に速度が６０％に変更され
た場合を示す。図示されたグラフは、等速区間では勿
論、速度変化が発生する場合にもこの速度指令プロファ
イル及び加速度プロファイルが緩やかなカーブの連続変
化量を有する。従って、急激な速度変化及び加速度変化
点が存在しないことを確認することができる。
【００３４】
【発明の効果】前述したように、本発明によると、速度
指令プロファイル及び加速度プロファイルが連続変化量
を有するモータの速度制御方法が提供され、これによ
り、モータの振動及び騒音が減少されて制御の信頼性が
向上する。
【００３５】また、従来のモータの速度制御方法はユー
ザーの駆動命令に基づいて先ず、目標値の速度軌跡を生
成し、これに基づいて再度速度指令プロファイルを生成
する２段階よりなされたことに比べて、本発明によるモ
ータの速度制御方法は目標値により直ちに速度指令プロ
ファイルを生成する。従って、速度指令プロファイルを
生成する中にユーザーの速度命令が変更されても速度指
令プロファイルをすぐに生成することができるので、速
度変化に対する対応が迅速に行われるため実時間制御が
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の技術に係るユーザーの命令軌跡と、こ
れによる速度指令プロファイルと、加速度プロファイル
とを示したグラフである。
【図２】 従来の技術に係るユーザーの命令軌跡と、こ
れによる速度指令プロファイルと、加速度プロファイル
とを示したグラフである。
【図３】 本発明の一実施形態に係るロボットの概略的
なブロック図である。
【図４】 本発明の一実施形態に係る主制御器の概略的
なブロック図である。
【図５】 速度指令プロファイル及び加速度プロファイ
ルの生成のためのソフトウェアのブロック図である。
【図６】 動作制御部の速度指令プロファイル及び加速
度プロファイルの生成のためのフローチャートである。
【図７】 本発明に係る等速区間における速度指令プロ
ファイル及び加速度プロファイルのグラフである。
【図８】 等速区間で速度が６０％に変更された場合の
速度指令プロファイル及び加速度プロファイルのグラフ
である。
【図９】 等速区間を含まない区間における速度指令プ
ロファイル及び加速度プロファイルのグラフである。
【図１０】 等速区間を含まない区間で速度が６０％に
変更された場合の速度指令プロファイル及び加速度プロ
ファイルのグラフである。
【符号の説明】
１ 主制御器 ２ ユーザーインターフェース装置 ３ 位置制御器 ５ サーボドライバ ７ サーボモータ １１ 通信モジュール １３ CPU １５ ROM １６ RAM １７ DPRAM

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ロボットを駆動するためのモータと、前
    記モータを制御する位置制御器と、ユーザーからロボッ
    ト動作命令が入力されるとこれに基づいて前記モータを
    制御するための緩やかなカーブの速度指令プロファイル
    を生成して前記位置制御器に送る主制御器とを含むモー
    タ速度制御装置のモータ速度制御方法において、 前記ロボットを実時間制御できるように所定のロボット
    制御の間隔以内に緩やかなカーブの加速度プロファイル
    を有する速度指令プロファイルを生成する段階を含むこ
    とを特徴とするモータの速度制御方法。
  2. 【請求項２】 前記速度指令プロファイルの生成段階
    は、次の式により前記ロボットの位置変化量ΔPと、最
    大区間数TPmaxと、加速区間数TAmaxとを求める動作制御
    準備段階を含むことを特徴とする請求項１に記載のモー
    タの速度制御方法。 【数１】 （但し、Pgは目標位置、Pcは現在位置、Vmは単位時間当
    最大速度、Apは加速区間であって、ユーザーの動作命令
    により設定された値である）
  3. 【請求項３】 前記動作制御準備段階は、 最大区間数TPmaxが加速区間数TAmaxより小さい場合、次
    の式を用いて再度最大区間数TPmaxと、加速区間数TAmax
    とを計算することを特徴とする請求項２に記載のモータ
    の速度制御方法。 【数２】
  4. 【請求項４】 前記動作制御準備段階は、前記求められ
    た位置変化量ΔPと、最大区間数TPmaxと、加速区間数TA
    maxとを用いて次の式により１区間の位置変化量ΔP1を
    求め、初期速度Siと、最大速度Smと、終了速度Sfの初期
    値をそれぞれ０，１，０に設定する段階を含むことを特
    徴とする請求項２または３に記載のモータの速度制御方
    法。 【数３】
  5. 【請求項５】 前記速度指令プロファイルの生成段階
    は、 速度指令プロファイルが生成される時毎に１ずつ増加さ
    れる区間計数器TPcの初期値を０に設定し、次の式によ
    り、加速時の現在速度を求めるための値Aa0、Aa1、Aa2
    と、減速時の現在速度を求めるための値Da0、Da1と、加
    速区間数Taccと、減速区間数Tdecと、加速及び等速区間
    数TPiとを求めて速度指令プロファイルの生成に必要な
    変数値を求めることを特徴とする請求項４に記載のモー
    タの速度制御方法。 【数４】 【数５】
  6. 【請求項６】 【数６】 の値が、所定の定数より大きい場合には次の式により等
    速区間数TPi及び最大速度Smを再度求めることを特徴と
    する請求項５に記載のモータの速度制御方法。 【数７】
  7. 【請求項７】 次の条件に従って、現在速度Vc値を計算
    して速度指令プロファイルを生成し、前記求められた現
    在速度Vcと現在位置Pcとを加えることにより現在位置Pc
    を更新することを特徴とする請求項６に記載のモータの
    速度制御方法。 TPc＜Taccである場合 【数８】 TPc＜TPiである場合 【数９】 その他の場合 【数１０】
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