JP2001296912A - モータの速度・加速度決定方法、加減速生成方法、加減速制御方法、加減速制御装置及びモータ制御装置 - Google Patents

モータの速度・加速度決定方法、加減速生成方法、加減速制御方法、加減速制御装置及びモータ制御装置

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JP2001296912A
JP2001296912A JP2000113073A JP2000113073A JP2001296912A JP 2001296912 A JP2001296912 A JP 2001296912A JP 2000113073 A JP2000113073 A JP 2000113073A JP 2000113073 A JP2000113073 A JP 2000113073A JP 2001296912 A JP2001296912 A JP 2001296912A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 速度の連続性が保たれた加減速制御において
微少移動に相当する移動量が指令された場合に、機械系
に与える振動を抑制することが可能な加減速カーブを生
成するための最大速度及び最大加速度を決定する方法、
該方法により決定された最大速度及び最大加速度に基づ
き加減速カーブを生成する加減速生成方法、該方法を用
いた加減速制御方法、該方法を適用した加減速制御装置
及びモータ制御装置を提供する。 【解決手段】 指令されたサーボモータ５の移動量が、
与えられた最大速度Vmax及び最大加速度Amaxで動作可能
な最小移動量Sminより小さい場合の躍動絶対値の最大値
Jmaxが所定値以下又は所定値に一致するように制御する
躍動一定制御による加減速制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、モータの加減速制
御に関し、特に短い距離の移動指令が与えられた場合
に、ロボットマニピュレータ等の制御対象に与える振動
を抑制することが可能な加減速カーブの生成に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来、マニピュレータは、ユーザにより
指定された教示点から次の教示点へとエンドエフェクタ
を移動させる動作を繰り返しながら作業を行っている。
このような教示点から教示点への動作においては、マニ
ピュレータの関節を駆動するサーボモータに対して加減
速制御が行われており、与えられた最大加速度に至るま
で所定の加減速カーブに従って加速し、所定の定速期間
を経て加速時と同様に所定の加減速カーブに従って減速
することによってエンドエフェクタが次の教示点で停止
する動作が実現されている。このようなサーボモータの
加減速制御において、台形状の加減速カーブが用いられ
ることがあるが、この加減速カーブにおいては、加速開
始時や加速終了時等の速度切替え点において加速度が不
連続になることから、この時点おいてマニピュレータに
与える衝撃や振動が大きくなる。そこで、これを回避す
るために、加減速カーブをその始点から最大速度を経て
終点に至るまでの全域に亘って滑らかに変化させ、加速
度の連続性を保証した加減速制御が提案されている。
【０００３】しかしながら、このような加減速制御にお
いては、指令されたモータの移動量が、動作速度及び動
作加速度が指令値に達するのに必要な最小移動量より小
さい場合（以下、これを微少移動と定義する）に、マニ
ピュレータの振動が大きくなるという問題があった。こ
のような微少移動時における振動の問題を解決するため
に、特願平２−２２５５９号公報には、予めシュミレー
ションを行って補正用のデータテーブルを作成し、その
補正テーブルに基づいて最適な最高速度、加速時間及び
減速時間を決定し、これらの値によって速度曲線を補正
して振動を抑えるようにした方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、補正テ
ーブル内のデータはシミュレーションの結果求められた
ものであり、所定のアルゴリズムに従って決定されたも
のではなく、補正テーブルの作成にあたって試行錯誤を
繰り返すことになる。
【０００５】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、加速度の連続性が保たれた加減速制御において微
少移動に相当する移動量が指令された場合に、機械系に
与える振動を抑制することが可能な加減速カーブを生成
するための最大速度及び最大加速度を決定する方法、該
方法により決定された最大速度及び最大加速度に基づき
加減速カーブを生成する加減速生成方法、該方法を用い
た加減速制御方法、該方法を適用した加減速制御装置及
びモータ制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】（１）本発明の一つの態
様に係るモータの速度・加速度決定方法は、加速度を連
続的に変化させて加速又は減速する加減速制御におい
て、指令されたモータの移動量が、与えられた最大速度
及び最大加速度で動作可能な最小移動量より小さい場合
の加減速カーブを生成するためのモータの速度・加速度
決定方法であって、躍動一定制御を行うための最大速度
及び最大加速度を、躍動絶対値の最大値が、所定値以下
又は所定値に一致するように求めるものである。
【０００７】（２）本発明の他の態様に係るモータの速
度・加速度決定方法は、加速度を連続的に変化させて加
速又は減速する加減速制御において、指令されたモータ
の移動量が、与えられた最大速度及び最大加速度で動作
可能な最小移動量より小さい場合の加減速カーブを生成
するためのモータの速度・加速度決定方法であって、加
速度一定制御を行うための最大速度及び最大加速度を、
最大加速度は与えられたものをそのまま使用して最大速
度を新たに求める処理と、躍動一定制御を行うための最
大速度及び最大加速度を、躍動絶対値の最大値が所定値
以下又は所定値に一致するように求める処理とを、指令
移動量に応じて切り替えて最大速度及び最大加速度を決
定するものである。
【０００８】（３）本発明の他の態様に係るモータの速
度・加速度決定方法は、上記（２）において、躍動一定
制御における所定値が、切替ポイントにおける躍動絶対
値の最大値であるものである。
【０００９】（４）本発明の他の態様に係るモータの速
度・加速度決定方法は、上記（３）において、切替ポイ
ントにおける躍動絶対値の最大値が、切替ポイントに設
定する移動量を与えられた最大加速度で動作可能な最大
速度と、与えられた最大加速度とにより特定されるもの
である。
【００１０】（５）本発明の他の態様に係るモータの速
度・加速度決定方法は、上記（２）〜（４）の何れかに
おいて、切替ポイントをユーザが任意に設定変更可能と
するものである。
【００１１】（６）本発明の他の態様に係るモータの速
度・加速度決定方法は、上記（２）〜（５）の何れかに
おいて、切替ポイントが、無次元化されたパラメータで
指定されるものである。
【００１２】（７）本発明の他の態様に係るモータの速
度・加速度決定方法は、上記（６）において、パラメー
タを、最小移動量に対する割合としたものである。
【００１３】（８）本発明の他の態様に係るモータの速
度・加速度決定方法は、上記（１）〜（７）の何れかに
おいて、制御対象の振動を抑制して位置決めするための
制御として躍動一定制御を行うために、その制御のため
の最大速度及び最大加速度を決定するものである。
【００１４】（９）本発明の一つの態様に係る加減速生
成方法は、上記（１）〜（８）の何れかのモータの速度
・加速度決定方法によって求められた最大速度及び最大
加速度によって加減速カーブを生成するものである。
【００１５】（１０）本発明の他の態様に係る加減速制
御方法は、モータの加速度を連続的に変化させて加速又
は減速する加減速制御を行う加減速制御方法であって、
指令されたモータの移動量が、与えられた最大速度及び
最大加速度で動作可能な最小移動量より小さい場合の躍
動絶対値の最大値が、所定値以下となるか又は所定値に
一定となるように制御する躍動一定制御による加減速制
御を行うものである。
【００１６】（１１）本発明の他の態様に係る加減速制
御方法は、モータの加速度を連続的に変化させて加速又
は減速する加減速制御を行う加減速制御方法であって、
指令されたモータの移動量が、与えられた最大速度及び
最大加速度で動作可能な最小移動量より小さい場合の加
減速動作の最大加速度が、与えられた最大加速度に一定
となるように制御する加速度一定制御と、躍動絶対値の
最大値が所定値以下となるか又は所定値に一定となるよ
うに制御する躍動一定制御とを、指令移動量に応じて切
り替えるものである。
【００１７】（１２）本発明の他の態様に係る加減速制
御方法は、上記（１１）において、躍動一定制御におけ
る所定値が、切替ポイントにおける躍動絶対値の最大値
であるものである。
【００１８】（１３）本発明の他の態様に係る加減速制
御方法は、上記（１２）において、切替ポイントにおけ
る躍動絶対値の最大値が、切替ポイントに設定する移動
量を与えられた最大加速度で動作可能な最大速度と、与
えられた最大加速度とにより特定されるものである。
【００１９】（１４）本発明の他の態様に係る加減速制
御方法は、上記（１１）〜（１３）の何れかにおいて、
切替ポイントをユーザが任意に設定変更可能とするもの
である。
【００２０】（１５）本発明の他の態様に係る加減速制
御方法は、上記（１１）〜（１４）の何れかにおいて、
切替ポイントが、無次元化されたパラメータで指定され
るものである。
【００２１】（１６）本発明の他の態様に係る加減速制
御方法は、上記（１５）において、パラメータを、最小
移動量に対する割合としたものである。
【００２２】（１７）本発明の他の態様に係る加減速制
御方法は、上記（１０）〜（１６）の何れかにおいて、
制御対象の振動を抑制して位置決めするための制御とし
て躍動一定制御を行うものである。
【００２３】（１８）本発明の一つの態様に係る加減速
制御装置は、モータの加速度を連続的に変化させて加速
又は減速する加減速制御を行う加減速制御装置であっ
て、指令されたモータの移動量が、与えられた最大速度
及び最大加速度で動作可能な最小移動量より小さい場合
の躍動絶対値の最大値が、所定値以下となるか又は所定
値に一定となるように制御する躍動一定制御を行うため
の最大速度及び最大加速度を新たに求める速度・加速度
決定手段と、速度・加速度決定手段によって求められた
最大速度及び最大加速度に基づいて位置指令値を生成し
て出力する指令値生成手段とを備えたものである。
【００２４】（１９）本発明の他の態様に係る加減速制
御装置は、モータの加速度を連続的に変化させて加速又
は減速する加減速制御を行う加減速制御装置であって、
指令されたモータの移動量が、与えられた最大速度及び
最大加速度で動作可能な最小移動量よりも小さい場合の
加減速動作の最大加速度が、与えられた最大加速度に一
定となるように制御する加速度一定制御を行うための最
大速度を新たに求める処理と、躍動絶対値の最大値が所
定値以下となるか又は所定値に一定となるように制御す
る躍動一定制御を行うための最大速度及び最大加速度を
新たに求める処理とを、その指令移動量に応じて切り替
えて最大速度及び最大加速度を決定する速度・加速度決
定手段と、速度・加速度決定手段によって求められた最
大速度及び最大加速度に基づいて位置指令値を生成して
出力する指令値生成手段とを備えたものである。
【００２５】（２０）本発明の他の態様に係る加減速制
御装置は、上記（１９）において、躍動一定制御におけ
る所定値が、切替ポイントにおける躍動絶対値の最大値
であるものである。
【００２６】（２１）本発明の他の態様に係る加減速制
御装置は、上記（２０）において、切替ポイントにおけ
る躍動絶対値の最大値が、切替ポイントに設定された移
動量を与えられた最大加速度で動作可能な最大速度と、
与えられた最大加速度とから特定されるものである。
【００２７】（２２）本発明の他の態様に係る加減速制
御装置は、上記（２０）〜（２１）の何れかにおいて、
切替ポイントを設定変更可能な設定手段を更に備えたも
のである。
【００２８】（２３）本発明の他の態様に係る加減速制
御装置は、上記（１９）〜（２２）の何れかにおいて、
切替ポイントが、無次元化されたパラメータで指定され
るものである。
【００２９】（２４）本発明の他の態様に係る加減速制
御装置は、上記（２３）において、パラメータを、最小
移動量に対する割合としたものである。
【００３０】（２５）本発明の他の態様に係る加減速制
御装置は、上記（１８）〜（２４）の何れかにおいて、
制御対象の振動を抑制して位置決めするための制御とし
て躍動一定制御を行うものである。
【００３１】（２６）本発明の一つの態様に係るモータ
制御装置は、上記（１８）〜（２５）の何れかの加減速
制御装置から出力された位置指令値を入力し、位置指令
値に応じて少なくとも１つのモータを制御するものであ
る。
【００３２】上記（１）、（９）、（１０）、（１
８）、（２６）によれば、躍動絶対値の最大値を所定値
以下、又は所定値に一致させるようにして、大きな値を
取らないように制限したので、モータにより駆動される
機械系に与える振動を抑制することが可能となる。
【００３３】また、上記（２）、（９）、（１１）、
（１９）、（２６）によれば、指令移動量に応じて躍動
一定制御と加速度一定制御とを切り替えるようにしたの
で、移動時間の短縮化及び振動抑制の両方を考慮したシ
ステムを構築することが可能となる。
【００３４】また、上記（３）、（４）、（９）、（１
２）、（１３）、（２０）、（２１）、（２６）によれ
ば、躍動一定制御における所定値を、切替ポイントにお
ける最大速度と与えられた最大加速度とから特定される
最大躍動値（躍動絶対値の最大値）としたので、指令移
動量を連続的に変化させた場合に、求められる速度・加
速度及び移動時間が連続的に変化し、全体として自然な
動作が得られる。
【００３５】また、上記（５）、（９）、（１４）、
（２２）、（２６）によれば、切替ポイントをユーザが
任意に設定変更可能なため、構築するシステムに要求さ
れる精度や振動の許容範囲などに応じて最適な切替ポイ
ントを設定することができる。
【００３６】また、上記（６）、（７）、（９）、（１
５）、（１６）、（２３）、（２４）、（２６）によれ
ば、切替ポイントを無次元化されたパラメータで指定で
きるので、移動量を意識せずに設定することができる。
【００３７】また、上記（８）、（９）、（１７）、
（２５）、（２６）によれば、躍動一定制御を行うこと
によって、制御対象の振動を抑制して位置決めすること
が可能となる。
【００３８】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態の説明をする前
に、加減速制御において求められる要件について説明す
る。一つは、従来技術の説明において述べたように機械
系に与える振動を抑制するいう点で、もう一つは移動時
間（位置決め時間）の短縮化を図るという点である。後
者を微少移動時において満足するための方法の一つに、
加速度一定制御という方法が考えられる。この方法は、
最大加速度については与えられた最大加速度を使用し
て、最大速度を減少させることで指令移動量の動作を可
能にした制御方法である。しかしながら、加速度の連続
性を満足した加減速カーブにおいてこの方法を採用した
場合、マニピュレータの動作が振動的になるという傾向
が見られた。
【００３９】図２はこの場合のマニピュレータの振動を
説明するための説明図で、加速度一定制御時における移
動量と躍動値の最大値との関係（（ａ）で示す曲線）を
示したものであり、横軸及び縦軸には移動量及び躍動値
の最大値をそれぞれ基準値で割って無次元化したパラメ
ータを取っている。なお、（ｂ）については後述する。
【００４０】図２においてS は指令移動量、Sminは動作
速度及び動作加速度が与えられた最大速度及び最大加速
度に達するのに必要な最小移動量（与えられた最大速度
及び最大加速度で動作可能な最小移動量）である。J は
指令移動量S における最大躍動値、Jmaxは微少移動でな
い場合（すなわち指令移動量S がSmin以上）の最大躍動
値である。
【００４１】ここで、躍動値とは加速度の微分値であ
り、振動の傾向を知る目安となるもので、躍動値が大き
い場合には振動も大きくなることが一般的な傾向として
知られている。このことを念頭において図２を参照する
と、S/Sminが０に近づけば近づくほど躍動値が大きくな
っており、すなわち指令移動量が小さくなればなるほど
振動が大きくなることが予想される。
【００４２】以上のことを整理すると、移動時間の短縮
化を図るべく、加速度一定制御を行った場合において、
微少移動時に振動が大きくなることになる。
【００４３】そこで、本発明は、図２の（ｂ）に示すよ
うに、加速度一定制御のままでは大きくなる一方である
最大躍動値を、あるポイントＸを境に所定値以下又は所
定値に一定となるように制限（制御）することで、残留
振動を抑えようとするものである。以下、この躍動一定
制御を行う加減速カーブを生成するための最大速度及び
最大加速度の決定方法について詳述する。
【００４４】ところで、この躍動一定制御は、振動を抑
えるという点では非常に効果が期待できるが、前述の加
速度一定制御に比較して移動時間が長くなるという点が
ある。逆に加速度一定制御は、振動は大きくなってしま
うものの移動時間を短くすることができる。マニピュレ
ータの作業には、充分な精度が欲しい作業（残留振動を
嫌う作業）と、精度は多少劣っても速度を優先させたい
作業とが存在し、その作業の目的にあった制御方法が選
択できるようにすることが望ましい。このようなことか
ら、本実施の形態においては、加速度一定制御と躍動一
定制御とを切替え可能とし、その切替えポイントはユー
ザが任意に設定可能な構成とした。
【００４５】図１は本発明の一実施の形態の加減速制御
装置の構成を示すブロック図である。図において、加減
速生成手段１は、速度・加速度決定手段２と、指令値生
成手段３とを備えた構成であり、速度・加速度決定手段
２は、指令移動量と、与えられたモータの最大速度及び
モータの最大加速度とから、その指令移動量に応じた新
たな最大速度・最大加速度を演算し、その結果を出力す
る手段で、指令値生成手段３は、速度・加速度決定手段
２から出力された速度・加速度に基づいて位置指令値
（目標位置又は目標位置との差分）を逐次生成して出力
する手段である。
【００４６】サーボモータ制御装置４は加減速生成手段
１からの位置指令値を入力し、これをトルク指令値に変
換して該トルク指令値に基づきサーボモータ５を動かす
ように制御する。指令値生成手段３は一定の周期Ｔsamp
leにて繰り返し動作し、運動軌道を軌道開始点から軌道
終点まで形成して動作終了時刻Tendで動作を終了し、サ
ーボモータ制御装置４は常にサーボモータ５の位置を指
令値生成手段３から出力される位置指令に追従するよう
にフィードバック制御を行う。
【００４７】設定手段６は、加速度一定制御と躍動一定
制御とを切り替える切替ポイントを設定するためのユー
ザが操作可能な手段である。なお、この切替ポイントの
設定にあたってユーザから入力されるデータは、最小移
動量Sminに対する割合（パラメータＣ）であり、１〜１
００で指定される。この設定手段６を通じて入力された
パラメータＣに基づいて、装置側が切替ポイントに設定
する移動量Sx（以下、切替ポイントSxという）をSx＝Ｃ
×Smin/100によって求め、これを図示しないメモリに格
納することで設定される。なお、このパラメータＣは、
ユーザがその値そのものを入力するようにしても良い
し、選択させるようにしてもよく、また、装置側が固定
値として予め設定しておくようにしてももちろん良い。
【００４８】図３〜図５はそれぞれ加速度の連続性を満
足した加速度カーブの例を示す図で、順に、加速度関数
を、三角関数（正弦関数）で構成した場合（以下、si
n カーブ）、三角関数（正弦関数）における加速開始
と加速終了との間に等加速区間を設けた場合（以下、変
形sin カーブ）、一次関数で構成した場合（以下、そ
の形状から三角形状カーブ）を示している。なお、各図
には、簡単のため加速時も減速時も同一の最大加速度Am
axが使われる場合を例示しているが、もちろん別々に設
定してもよい。また、以下の説明においては加速時（す
なわち０≦ｔ≦Ｔ（Ｔ：加速時間））について説明し、
減速時についてはその説明を省略する。
【００４９】以下、本実施の形態の動作を図面を参照し
ながら説明する。図６は本発明の一実施の形態の処理の
流れを示すフローチャートである。まず、ユーザから与
えられた最大速度Vmaxと最大加速度Amaxで動作可能な最
小移動量Sminを計算する（Ｓ１）。以下、この計算につ
いて加減速カーブ毎にそれぞれ説明する。
【００５０】 sinカーブの場合 加速度ａ、速度ｖ、移動量ｓを時間ｔの式で表した各関
数は以下のようになる。
【００５１】
【数１】
【００５２】なお、加速時間Ｔは、その加速時間Ｔで速
度ｖが指定されたVmaxになることから、Ｔ＝πVmax/2Am
axで求められる。
【００５３】最小移動量Sminは、時刻０から加速時間Ｔ
までの速度ｖの積分値を２倍（減速時の移動量を加算す
るため）した値であり、次式で求められる。
【００５４】 Smin＝πVmax2/2Amax ・・・ （４）
【００５５】他の加減速カーブについても同様にして求
められ、各加減速カーブ毎にそれぞれ以下の（５）〜
（８）式、（９）〜（１２）式で求められる。 変形sin カーブの場合
【００５６】
【数２】
【００５７】三角形状カーブの場合
【００５８】
【数３】
【００５９】そして、ユーザから指令されたモータの移
動量（指令移動量）S と最小移動量Sminとを比較し（Ｓ
２）、指令移動量S が最小移動量Sminよりも小さい場
合、更に指令移動量S と切替ポイントSxと比較する（Ｓ
３）。なお、切替ポイントSxは、ユーザから入力された
パラメータＣに基づいて予め設定されている。これらの
比較結果に応じて（I）〜（III）の３つのケースに分け
られ、各ケースに応じた最大速度及び最大加速度が求め
られる。なお、（II）、（III）のケースが微少移動に
相当する。
【００６０】以下、最大速度及び最大加速度の決定方法
について各ケース毎に説明する。まず、（I）の場合
は、微少移動ではなく、指定された最大速度Vmaxと最大
加速度Amaxでの動作が可能なため、これらの値をそのま
ま加減速動作の最大速度及び最大加速度として決定す
る。
【００６１】（II）の場合（加速度一定制御） 最大加速度については与えられた最大加速度Amaxをその
まま使用し、最大速度のみを再計算する（Ｓ４）。ここ
で再計算される最大速度Vaは、最大加速度Amaxで指令移
動量S を動作するときの最大速度値であることから、加
減速カーブ毎にそれぞれ上記（４）、（８）、（１２）
のSminを指令移動量S に置き換え、最大加速度Amaxはそ
のままにして以下の式によって求められる。
【００６２】sin カーブの場合 Va＝(2・Amax・S/π)1/2
【００６３】変形sinカーブの場合 Va＝((π＋2)・Amax・S/2π)1/2
【００６４】三角形状カーブの場合 Va＝（Amax・S/2）1/2
【００６５】（III）の場合（躍動一定制御） この場合は、最大速度Va・最大加速度Aaの両方を新たに
求める。まず最初に切替ポイントSxにおける最大躍動値
Jxを求め（Ｓ５）、次いで、躍動値の最大値がJxとなる
ように最大速度Va及び最大加速度Aaを再計算する（Ｓ
６）。なお、Jxの演算に先だってJmaxと、最大速度Vmax
及び最大加速度Amaxとの関係式を求める。図７〜図９
は、それぞれ図４〜図６に示した加減速カーブにおける
躍動カーブを示す図である。
【００６６】sin カーブの場合 躍動関数は、前記（１）式の加速度関数を微分したもの
であり、
【００６７】
【数４】
【００６８】で表され、従って次式で示す関係式が得ら
れる。 Jmax = 2Amax2/Vmax
【００６９】及びの加減速カーブについても同様に
して求められ、以下のようになる。 変形sinカーブの場合
【００７０】
【数５】
【００７１】三角形状カーブの場合 J = Amax2/Vmax (0≦t＜T/2) J = -Amax2/Vmax (T/2≦t≦T) Jmax = Amax2/Vmax
【００７２】以上の関係式に基づき、最大躍動値Jxは、
切替ポイントSxにおける最大速度Vxと最大加速度Amaxと
により、以下の式で求められる。なお、最大速度Vxは各
加減速カーブ毎にそれぞれ上記（４）、（８）、（１
２）式においてAmaxはそのままにしてSminをSxに置き換
えることにより求められる。
【００７３】sin カーブの場合 Jx = 2Amax2/Vx
【００７４】変形sinカーブの場合 Jx = (π＋ 2)・Amax2/Vx
【００７５】三角形状カーブの場合 Jx = Amax2/Vx
【００７６】最大躍動値Jxが求められたところで、次に
最大速度Va及び最大加速度Aaを求める。この新たに算出
される最大速度Va及び最大加速度Aaは、各加減速カーブ
毎に以下の各３式によって求められ、何れの加減速カー
ブにおいても以下の（１３）式、（１４）式で算出され
る。
【００７７】sin カーブの場合 Sx = π・Vx2/2Amax S = π・Va2/2Aa 2・Amax/Vx = 2・Aa/Va
【００７８】変形sin カーブの場合 Sx = 2π・Vx2/((π+2)・Amax) S = 2π・Va2/((π+2)・Aa) ((π+2)・Amax2)/Vx = ((π+2)・Aa2)/Va
【００７９】三角形状カーブの場合 Sx = 2Vx2/Amax S = 2Va2/Aa Amax2/Vx = Aa2/Va
【００８０】 Va = Vx・(S/Sx)2/3 ・・・ （１３） Aa = Amax・(S/Sx)1/3 ・・・ （１４）
【００８１】このようにして、微少移動に相当する指令
移動量S に対して、躍動一定アルゴリズムによる加減速
処理が成された最大速度Va及び最大加速度Aaが得られ
る。この最大速度Va及び最大加速度Aaにより加減速カー
ブを生成し、該加減速カーブに係る加減速制御を行う。
【００８２】これ以降の動作は、通常の位置決めの場合
と同様で、動作終了時刻Tendを計算し（Ｓ７）、最大速
度Va及び最大加速度Aaに基づいてサンプリングタイム
（Tsample ）毎の移動量を計算し、該移動量から目標位
置を求め（Ｓ８〜Ｓ１２）、インタロックを取りつつサ
ーボモータ制御装置４にその位置指令値を出力する（Ｓ
１３，Ｓ１４）。サーボモータ制御装置４は、位置指令
値をトルク指令値に変換して、該トルク指令値に従って
サーボモータ５を動かすように制御する。このステップ
Ｓ９〜Ｓ１４の処理を動作終了時刻Tendまで繰り返し、
動作終了時刻Tendに達すると（Ｓ１０）、動作を終了す
る。なお、ここでは、時刻で終了判断するようにしてい
るが、移動量そのものでももちろん可能である。また、
サーボモータ制御装置４とのインタロック方法は、この
方法に限られない。
【００８３】図１０は加速度一定制御を行った場合
（ａ）と躍動一定制御を行った場合（ｂ）の、微少移動
時における機械系の残留振動特性の違いを説明するため
の図である。なお、横軸に時間軸を取り、縦軸に振幅を
取って示したもので、定量的に厳密な図ではない。図よ
り明らかなように躍動一定制御の方が加速度一定制御に
比べ残留振動が小さくなっている。
【００８４】以上詳細に説明したように、本実施の形態
においては、最大躍動値を所定値に一致させ、大きな値
を取らないように制限したので、マニピュレータに与え
る振動を抑制することが可能となる。特に、躍動値が最
大となるマニピュレータの駆動時（加速開始時）や停止
時（減速終了時）等において、マニピュレータのアーム
を振動的にならずに駆動又は停止でき、それ故残留振動
が低減されて位置決めが迅速に行え、作業速度を向上さ
せることが可能となる。
【００８５】また、躍動一定制御では、その基準値とし
て切替ポイントにおける最大速度から演算される最大躍
動値を利用し、マニピュレータの移動量の変化に応じて
速度・加速度及び移動時間が連続的に変化するので、全
体として自然な動作が得られる。
【００８６】また、躍動一定制御と加速度一定制御とを
切り替えられるようにしたので、移動時間の短縮化及び
振動抑制の両方を考慮したシステムを構築することが可
能となる。
【００８７】また、切替ポイントは、ユーザが任意に設
定変更可能なため、構築するシステムに要求される精度
や振動の許容範囲などに応じて最適な切替ポイントを設
定することができる。
【００８８】また、その切替えポイントは、無次元化さ
れたパラメータ（割合）によって指定できるので、移動
量を意識せずに設定できる。
【００８９】なお、本実施の形態では、加速度関数を３
つ例に挙げて説明したが、これらに限られたものではな
く、連続性を満足する関数であれば任意に選択可能であ
る。
【００９０】また、本実施の形態では、サーボモータ５
が１つの場合を例示して説明したが、もちろん複数あっ
てもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の加減速制御装置の構成
を示すブロック図である。
【図２】加速度一定制御における移動量と躍動値との関
係を無次元化したパラメータで示した図である。
【図３】加減速カーブの一例を示す図である（sin カー
ブ）。
【図４】加減速カーブの他の例を示す図である（変形si
n カーブ）。
【図５】加速度カーブの他の例を示す図である（三角形
状カーブ）。
【図６】本発明の一実施の形態の処理の流れを示すフロ
ーチャートである。
【図７】図４の加減速カーブにおける躍動カーブを示す
図である。
【図８】図５の加減速カーブにおける躍動カーブを示す
図である。
【図９】図６の加減速カーブにおける躍動カーブを示す
図である。
【図１０】加速度一定制御を行った場合と躍動一定制御
を行った場合との微少移動時における機械系の残留振動
特性の違いを説明するための図である。
【符号の説明】
１ 加減速生成手段 ２ 速度・加速度決定手段 ３ 指令値生成手段 ４ サーボモータ制御装置 ５ サーボモータ ６ 設定手段
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年４月２７日（２００１．４．２
７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００２】
【従来の技術】従来、マニピュレータは、ユーザにより
指定された教示点から次の教示点へとエンドエフェクタ
を移動させる動作を繰り返しながら作業を行っている。
このような教示点から教示点への動作においては、マニ
ピュレータの関節を駆動するサーボモータに対して加減
速制御が行われており、与えられた最大速度に至るまで
所定の加減速カーブに従って加速し、所定の定速期間を
経て加速時と同様に所定の加減速カーブに従って減速す
ることによってエンドエフェクタが次の教示点で停止す
る動作が実現されている。このようなサーボモータの加
減速制御において、台形状の加減速カーブが用いられる
ことがあるが、この加減速カーブにおいては、加速開始
時や加速終了時等の速度切替え点において加速度が不連
続になることから、この時点おいてマニピュレータに与
える衝撃や振動が大きくなる。そこで、これを回避する
ために、加減速カーブをその始点から最大速度を経て終
点に至るまでの全域に亘って滑らかに変化させ、加速度
の連続性を保証した加減速制御が提案されている。 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年７月２４日（２００１．７．２
４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００７７】sin カーブの場合 Sx = π・Vx2/2Amax S = π・Va2/2Aa 2・Amax2/Vx = 2・Aa2/Va

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 加速度を連続的に変化させて加速又は減
    速する加減速制御において、指令されたモータの移動量
    が、与えられた最大速度及び最大加速度で動作可能な最
    小移動量より小さい場合の加減速カーブを生成するため
    のモータの速度・加速度決定方法であって、 躍動一定制御を行うための最大速度及び最大加速度を、
    躍動絶対値の最大値が、所定値以下又は所定値に一致す
    るように求めることを特徴とするモータの速度・加速度
    決定方法。
  2. 【請求項２】 加速度を連続的に変化させて加速又は減
    速する加減速制御において、指令されたモータの移動量
    が、与えられた最大速度及び最大加速度で動作可能な最
    小移動量より小さい場合の加減速カーブを生成するため
    のモータの速度・加速度決定方法であって、 加速度一定制御を行うための最大速度及び最大加速度
    を、最大加速度は与えられたものをそのまま使用して最
    大速度を新たに求める処理と、躍動一定制御を行うため
    の最大速度及び最大加速度を、躍動絶対値の最大値が所
    定値以下又は所定値に一致するように求める処理とを、
    指令移動量に応じて切り替えて最大速度及び最大加速度
    を決定することを特徴とするモータの速度・加速度決定
    方法。
  3. 【請求項３】 前記躍動一定制御における前記所定値
    は、切替ポイントにおける躍動絶対値の最大値であるこ
    とを特徴とする請求項２記載のモータの速度・加速度決
    定方法。
  4. 【請求項４】 前記切替ポイントにおける躍動絶対値の
    最大値は、前記切替ポイントに設定する移動量を前記与
    えられた最大加速度で動作可能な最大速度と、前記与え
    られた最大加速度とにより特定されることを特徴とする
    請求項３記載のモータの速度・加速度決定方法。
  5. 【請求項５】 切替ポイントはユーザが任意に設定変更
    可能であることを特徴とする請求項２乃至請求項４の何
    れかに記載のモータの速度・加速度決定方法。
  6. 【請求項６】 切替ポイントは、無次元化されたパラメ
    ータで指定されることを特徴とする請求項２乃至請求項
    ５の何れかに記載のモータの速度・加速度決定方法。
  7. 【請求項７】 前記パラメータは、前記最小移動量に対
    する割合であることを特徴とする請求項６記載のモータ
    の速度・加速度決定方法。
  8. 【請求項８】 前記躍動一定制御は、制御対象の振動を
    抑制して位置決めするためのものであることを特徴とす
    る請求項１乃至請求項７の何れかに記載のモータの速度
    ・加速度決定方法。
  9. 【請求項９】 請求項１乃至請求項８の何れかに記載の
    モータの速度・加速度決定方法によって求められた最大
    速度及び最大加速度によって加減速カーブを生成するこ
    とを特徴とする加減速生成方法。
  10. 【請求項１０】 モータの加速度を連続的に変化させて
    加速又は減速する加減速制御を行う加減速制御方法であ
    って、 指令されたモータの移動量が、与えられた最大速度及び
    最大加速度で動作可能な最小移動量より小さい場合の躍
    動絶対値の最大値が、所定値以下となるか又は所定値に
    一定となるように制御する躍動一定制御による加減速制
    御を行うことを特徴とする加減速制御方法。
  11. 【請求項１１】 モータの加速度を連続的に変化させて
    加速又は減速する加減速制御を行う加減速制御方法であ
    って、 指令されたモータの移動量が、与えられた最大速度及び
    最大加速度で動作可能な最小移動量より小さい場合の加
    減速動作の最大加速度が、与えられた最大加速度に一定
    となるように制御する加速度一定制御と、躍動絶対値の
    最大値が所定値以下となるか又は所定値に一定となるよ
    うに制御する躍動一定制御とを、指令移動量に応じて切
    り替えることを特徴とする加減速制御方法。
  12. 【請求項１２】 前記躍動一定制御における前記所定値
    は、切替ポイントにおける躍動絶対値の最大値であるこ
    とを特徴とする請求項１１記載の加減速制御方法。
  13. 【請求項１３】 前記切替ポイントにおける躍動絶対値
    の最大値は、前記切替ポイントに設定された移動量を前
    記与えられた最大加速度で動作可能な最大速度と、前記
    与えられた最大加速度とにより特定されることを特徴と
    する請求項１２記載の加減速制御方法。
  14. 【請求項１４】 切替ポイントはユーザが任意に設定変
    更可能であることを特徴とする請求項１１乃至請求項１
    ３の何れかに記載の加減速制御方法。
  15. 【請求項１５】 切替ポイントは、無次元化されたパラ
    メータで指定されることを特徴とする請求項１１乃至請
    求項１４の何れかに記載の加減速制御方法。
  16. 【請求項１６】 前記パラメータは、前記最小移動量に
    対する割合であることを特徴とする請求項１５記載の加
    減速制御方法。
  17. 【請求項１７】 前記躍動一定制御は、制御対象の振動
    を抑制して位置決めするためのものであることを特徴と
    する請求項１０乃至請求項１６の何れかに記載の加減速
    制御方法。
  18. 【請求項１８】 モータの加速度を連続的に変化させて
    加速又は減速する加減速制御を行う加減速制御装置であ
    って、 指令されたモータの移動量が、与えられた最大速度及び
    最大加速度で動作可能な最小移動量より小さい場合の躍
    動絶対値の最大値が、所定値以下となるか又は所定値に
    一定となるように制御する躍動一定制御を行うための最
    大速度及び最大加速度を新たに求める速度・加速度決定
    手段と、 該速度・加速度決定手段によって求められた最大速度及
    び最大加速度に基づいて位置指令値を生成して出力する
    指令値生成手段とを備えたことを特徴とする加減速制御
    装置。
  19. 【請求項１９】 モータの加速度を連続的に変化させて
    加速又は減速する加減速制御を行う加減速制御装置であ
    って、 指令されたモータの移動量が、与えられた最大速度及び
    最大加速度で動作可能な最小移動量よりも小さい場合の
    加減速動作の最大加速度が、与えられた最大加速度に一
    定となるように制御する加速度一定制御を行うための最
    大速度を新たに求める処理と、躍動絶対値の最大値が所
    定値以下となるか又は所定値に一定となるように制御す
    る躍動一定制御を行うための最大速度及び最大加速度を
    新たに求める処理とを、その指令移動量に応じて切り替
    えて最大速度及び最大加速度を決定する速度・加速度決
    定手段と、 該速度・加速度決定手段によって求められた最大速度及
    び最大加速度に基づいて位置指令値を生成して出力する
    指令値生成手段とを備えたことを特徴とする加減速制御
    装置。
  20. 【請求項２０】 前記躍動一定制御における前記所定値
    は、切替ポイントにおける躍動絶対値の最大値であるこ
    とを特徴とする請求項１９記載の加減速制御装置。
  21. 【請求項２１】 前記切替ポイントにおける躍動絶対値
    の最大値は、前記切替ポイントに設定された移動量を前
    記与えられた最大加速度で動作可能な最大速度と、前記
    与えられた最大加速度とから特定されることを特徴とす
    る請求項２０記載の加減速制御装置。
  22. 【請求項２２】 切替ポイントを設定変更可能な設定手
    段を更に備えたことを特徴とする特徴とする請求項１９
    乃至請求項２１の何れかに記載の加減速制御方法。
  23. 【請求項２３】 切替ポイントは、無次元化されたパラ
    メータで指定されることを特徴とする請求項１９乃至請
    求項２２の何れかに記載の加減速制御装置。
  24. 【請求項２４】 前記パラメータは、前記最小移動量に
    対する割合であることを特徴とする請求項２３記載の加
    減速制御装置。
  25. 【請求項２５】 前記躍動一定制御は、制御対象の振動
    を抑制して位置決めするためのものであることを特徴と
    する請求項１８乃至請求項２４の何れかに記載の加減速
    制御装置。
  26. 【請求項２６】 請求項１８乃至請求項２５の何れかに
    記載の加減速制御装置から出力された位置指令値を入力
    し、該位置指令値に応じて少なくとも１つのモータを制
    御することを特徴とするモータ制御装置。
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