JP2009028851A - Robot control device - Google Patents

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acceleration
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JP2007196016A
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Inventor
Akira Maruyama
章 丸山
Original Assignee
Nachi Fujikoshi Corp
株式会社不二越
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent extension of operation time by setting external force or torque applied to an attachment within an allowable range. <P>SOLUTION: This robot control device 2 includes: speed curve calculation means 21 which calculates a speed curve from the start of the operation of each joint to the termination of the operation thereof based on the position of each joint 12 when starting the operation, the position of each joint after the termination of the operation, the previously specified operation speed of each joint, and allowable torque or allowable acceleration in each joint; load calculation means 23 which calculates external force or torque applied to the attachment 18 (15, 16, 17) attached to an arm based on the speed curve calculated by the speed curve calculation means; ratio calculation means 24 which calculates the ratio of the external force or torque applied to the attachment calculated by the load calculation means with respect to the allowable external force of the attachment or the allowable torque thereof; and correction means 25 which corrects the speed curve by multiplying operation speed and operation acceleration used for calculating the speed curve by the inverse of the ratio when the calculated ratio exceeds 1. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数の関節を有するロボットの駆動を制御するロボット制御装置に関する。   The present invention relates to a robot control apparatus that controls driving of a robot having a plurality of joints.
産業用ロボットは主に腕構造からなり、垂直多関節構造のロボットが代表的な構造である。このようなロボットの各関節にはサーボモータが取り付けられ、減速機を介して、それぞれの軸が適切な速度及び加減速度で動作する(例えば、特許文献1参照。)。この加減速度を決定する場合、多くの場合、モータの出力可能なトルクや加減速度、各軸に取り付けられた減速機が壊れない許容トルクや許容加減速度を満足するように決定され、通常の産業用ロボットにおいては、そのモータや減速機の許容トルクや許容加減速度を満足するように動作した場合、ロボット本体は故障しないように設計されている。
特開平11−33954号公報
Industrial robots mainly consist of arm structures, and vertical articulated robots are typical structures. A servo motor is attached to each joint of such a robot, and each axis operates at an appropriate speed and acceleration / deceleration through a speed reducer (see, for example, Patent Document 1). When determining this acceleration / deceleration, it is often determined to satisfy the torque and acceleration / deceleration that the motor can output and the allowable torque and allowable acceleration / deceleration that the speed reducer attached to each shaft does not break. The robot is designed so that the robot body does not break down when it operates to satisfy the allowable torque or allowable acceleration / deceleration of the motor or reduction gear.
JP 11-33954 A
しかし、ロボット本体に取り付けられるツールや、ツールに取り付けられた信号ケーブルを固定しておく台などをロボット本体に取り付ける場合、そのツールや台も動作によって加わる力やトルクによって故障や破損しないように十分な剛性を持って設計されなくてはならない。
そのため、ロボットが動作する加速度や速度の最悪値を見積もって剛性を設計する必要がある。その結果、その最悪値での動作以外の動作においては必要以上の剛性となってしまう。また、剛性アップのために生じる重量アップにより、モータや減速機に加わるトルクが増加するため、動作速度や加減速度を常時落とさなくてはならなくなり、作業時間が必要以上に延長してしまうという問題がある。
However, when a tool that can be attached to the robot body or a base that secures the signal cable attached to the tool is attached to the robot body, the tool or the base is also sufficient to prevent failure or damage due to the force or torque applied by the operation. Must be designed with sufficient rigidity.
Therefore, it is necessary to design the rigidity by estimating the worst values of acceleration and speed at which the robot operates. As a result, the rigidity becomes more than necessary in the operation other than the operation at the worst value. In addition, the torque applied to the motor and reducer increases due to the increased weight caused by increased rigidity, so the operating speed and acceleration / deceleration must be constantly reduced, and the work time is extended more than necessary. There is.
このような問題に対して、上記の特許文献1においては、ロボットがワークを把持している場合、各軸の許容加速度を変更して動作させる旨が提案されているが、ワーク把持中は許容加速度を常時低下させることには代わりはなく、動作時間の延長は避けられない。
従って、ツールやロボット本体に取り付けられた負荷に対して加わる力やトルクを許容値以内に抑える必要があるが、モータや減速機のトルクは、直接各関節の加減速で制御できるのだが、ツールに加わる外力やトルクは各関節の加減速によって制御することはできなかった。
In order to deal with such a problem, in Patent Document 1 described above, when the robot is gripping a workpiece, it is proposed that the robot is operated by changing the allowable acceleration of each axis. There is no substitute for constantly decreasing the acceleration, and extension of the operating time is inevitable.
Therefore, it is necessary to keep the force and torque applied to the load attached to the tool or robot body within the allowable value, but the torque of the motor and reducer can be controlled directly by acceleration / deceleration of each joint. The external force and torque applied to the joint could not be controlled by the acceleration / deceleration of each joint.
例えば、ツール先端位置をあまり変化させないでツール姿勢を変化させる場合、ツールの直線動作は生じないため力がほとんど加わらない。そのため、ツールの許容外力又は許容トルクによっては制限されず、ロボットは各軸の許容外力又は許容トルクにて動作すればよい。しかし、従来からの方法、例えば、特許文献1の場合のようにツールを把持している間は、加速度を落とすことになるため、動作時間が延長してしまうという問題があった。   For example, when the tool posture is changed without changing the tool tip position very much, a force is hardly applied because the linear motion of the tool does not occur. Therefore, it is not limited by the allowable external force or allowable torque of the tool, and the robot may be operated with the allowable external force or allowable torque of each axis. However, there is a problem that the operation time is extended because the acceleration is reduced while the tool is held as in the conventional method, for example, in the case of Patent Document 1.
そこで、本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、ツール等に加わる外力又はトルクが許容値を超えないようにするとともに、動作時間の延長を防止することができるロボット制御装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problem, and prevents the external force or torque applied to the tool or the like from exceeding the allowable value and prevents the operation time from being extended. An object is to provide an apparatus.
請求項1に記載の発明は、複数のアームが関節によって回転自在に連結されたロボットの駆動を制御するロボット制御装置において、
動作開始時の各関節の位置と、動作終了後の各関節の位置と、予め指定された各関節の動作速度と、各関節における許容トルク又は許容加速度と、に基づいて各関節の動作開始から動作終了までの速度カーブを計算する速度カーブ算出手段と、
前記速度カーブ算出手段により算出された速度カーブに基づいて、前記アームに取り付けられる装着物にかかる外力又はトルクを算出する負荷算出手段と、
前記装着物の許容外力又は許容トルクに対する前記負荷算出手段により算出された前記装着物にかかる外力又はトルクの比率を算出する比率算出手段と、
前記比率算出手段により算出された比率が1を超えた場合に、前記速度カーブの算出に用いられる動作速度および動作加速度に当該比率の逆数を乗じて前記速度カーブを補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする。
The invention according to claim 1 is a robot control apparatus for controlling driving of a robot in which a plurality of arms are rotatably connected by joints.
From the start of movement of each joint based on the position of each joint at the start of movement, the position of each joint after the movement, the movement speed of each joint specified in advance, and the allowable torque or allowable acceleration at each joint Speed curve calculation means for calculating the speed curve until the end of the operation,
Load calculating means for calculating an external force or torque applied to an attachment attached to the arm based on the speed curve calculated by the speed curve calculating means;
A ratio calculating means for calculating a ratio of an external force or torque applied to the wearing object calculated by the load calculating means with respect to an allowable external force or an allowable torque of the wearing object;
When the ratio calculated by the ratio calculation unit exceeds 1, a correction unit that corrects the speed curve by multiplying an operation speed and an operation acceleration used for calculation of the speed curve by an inverse number of the ratio;
It is characterized by providing.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のロボット制御装置において、
各関節の速度カーブの算出後、動作開始から動作終了までの動作時間が最も長い一の関節の速度カーブに合わせて、他の関節の速度カーブにおける加速時間及び減速時間を前記一の関節の速度カーブにおける加速時間及び減速時間に一致させるようにそれぞれの関節の速度カーブを再算出する速度カーブ再算出手段を備えることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the robot control apparatus according to claim 1,
After calculating the velocity curve of each joint, the acceleration time and deceleration time in the velocity curve of the other joint are adjusted to the velocity curve of the one joint in accordance with the velocity curve of the one joint having the longest operation time from the operation start to the operation end. A speed curve recalculation unit is provided that recalculates the speed curve of each joint so as to coincide with the acceleration time and the deceleration time in the curve.
請求項1に記載の発明によれば、速度カーブ算出手段は、動作開始時の各関節の位置と、動作終了後の各関節の位置と、予め指定された各関節の動作速度と、各関節における許容トルク又は許容加速度と、に基づいて各関節の動作開始から動作終了までの速度カーブを計算する。
次いで、負荷算出手段は、速度カーブ算出手段により算出された速度カーブに基づいて、アームに取り付けられる装着物にかかる外力又はトルクを算出する。
次いで、比率算出手段は、装着物の許容外力又は許容トルクに対する負荷算出手段により算出された装着物にかかる外力又はトルクの比率を算出する。
そして、補正手段は、比率算出手段により算出された比率が1を超えた場合に、速度カーブの算出に用いられる動作速度および動作加速度に当該比率の逆数を乗じて速度カーブを補正する。
これにより、動作速度や加減速度を低下させる部分は、比率が1を超えた場合だけであるため、動作速度や加減速度を常時落とす必要はなく、作業時間が必要以上に延長してしまうことがない。
また、モータや減速機のトルクを制御できるのは勿論のこと、装着物に加わる外力又はトルクも制御することができる。
よって、装着物に加わる外力又はトルクが許容値を超えないようにするとともに、動作時間の延長を防止することができる。
According to the first aspect of the present invention, the velocity curve calculating means includes the position of each joint at the start of the operation, the position of each joint after the operation, the operation speed of each joint specified in advance, and each joint. Based on the allowable torque or the allowable acceleration at, a speed curve from the start of operation to the end of operation of each joint is calculated.
Next, the load calculating means calculates an external force or torque applied to the attachment attached to the arm based on the speed curve calculated by the speed curve calculating means.
Next, the ratio calculation means calculates the ratio of the external force or torque applied to the attachment calculated by the load calculation means with respect to the allowable external force or allowable torque of the attachment.
Then, when the ratio calculated by the ratio calculation unit exceeds 1, the correction unit corrects the speed curve by multiplying the motion speed and motion acceleration used for calculation of the speed curve by the reciprocal of the ratio.
As a result, the part that reduces the operating speed and acceleration / deceleration is only when the ratio exceeds 1. Therefore, it is not necessary to constantly decrease the operating speed and acceleration / deceleration, and the work time may be extended more than necessary. Absent.
Moreover, not only can the torque of the motor and the speed reducer be controlled, but also the external force or torque applied to the attachment can be controlled.
Therefore, it is possible to prevent the external force or torque applied to the attachment from exceeding the allowable value and to prevent the operation time from being extended.
請求項2に記載の発明によれば、速度カーブ再算出手段は、各関節の速度カーブの算出後、動作開始から動作終了までの動作時間が最も長い一の関節の速度カーブに合わせて、他の関節の速度カーブにおける加速時間及び減速時間を一の関節の速度カーブにおける加速時間及び減速時間に一致させるようにそれぞれの関節の速度カーブを再算出する。
これにより、速度カーブを最も加減速度が小さな速度カーブに合わせて再算出することができるので、アームや関節にかかる外力又はトルクを許容範囲内に抑えることができる。
According to the second aspect of the present invention, the speed curve recalculation means calculates the speed curve of each joint after the calculation of the speed curve of each joint, according to the speed curve of the one joint having the longest motion time from the motion start to the motion end. The velocity curves of the respective joints are recalculated so that the acceleration time and deceleration time in the velocity curve of the joint coincide with the acceleration time and deceleration time in the velocity curve of one joint.
As a result, the speed curve can be recalculated according to the speed curve with the smallest acceleration / deceleration, so that the external force or torque applied to the arm or joint can be suppressed within an allowable range.
以下、図面を参照して、本発明に係るロボット制御装置の最良の形態について詳細に説明する。
<ロボット>
最初に、ロボット制御装置により駆動が制御されるロボットについて説明する。
図1に示すように、ロボット1は、例えば、自動車の車体フレーム等のスポット溶接ラインで用いられる。ロボット1は、土台となるベース11と、関節12で連結された複数のアーム13と、各関節12に設けられ、減速機を介して関節に接続されるサーボモータ14と、を備えている。
連結された各アーム13のうち、最も先端に位置するアーム13の先端部には、装着物としてのツールであるスポット溶接ガン15が設けられている。
少なくとも一部のアーム13には、サーボモータ14等に接続される装着物としての信号ケーブル16を固定する装着物としての固定台17が設けられている。
各関節12は、アーム13の一端部を揺動可能として他端部を軸支する揺動関節と、アーム13自身をその長手方向を中心に回転可能に軸支する回転関節とのいずれかから構成される。つまり、ロボット1はいわゆる多関節型ロボットに相当する。
The best mode of a robot control apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
<Robot>
First, a robot whose drive is controlled by the robot control device will be described.
As shown in FIG. 1, the robot 1 is used in a spot welding line such as a body frame of an automobile, for example. The robot 1 includes a base 11 serving as a base, a plurality of arms 13 connected by joints 12, and a servo motor 14 provided at each joint 12 and connected to the joints via a speed reducer.
A spot welding gun 15 which is a tool as an attachment is provided at the distal end of the arm 13 located at the most distal end among the connected arms 13.
At least a part of the arms 13 is provided with a fixing base 17 as an attachment for fixing a signal cable 16 as an attachment connected to the servo motor 14 or the like.
Each joint 12 includes either a swing joint that supports one end of the arm 13 so that the other end can swing and a rotary joint that supports the arm 13 so that the arm 13 can rotate about its longitudinal direction. Composed. That is, the robot 1 corresponds to a so-called articulated robot.
<ロボット制御装置>
図1、図2に示すように、ロボット制御装置2は、ティーチング或いはプログラミングにより設定されたロボット1の教示動作データに従って、サーボモータ14に駆動停止に関する制御信号を出力する。
図1に示すように、ロボット制御装置2は、速度カーブ算出部21と、速度カーブ再算出部22と、負荷算出部23と、比率算出部24と、補正部25と、指令値算出部26と、サーボアンプ27と、を備えている。
<Robot control device>
As shown in FIGS. 1 and 2, the robot control device 2 outputs a control signal related to drive stop to the servo motor 14 in accordance with the teaching operation data of the robot 1 set by teaching or programming.
As shown in FIG. 1, the robot control device 2 includes a speed curve calculation unit 21, a speed curve recalculation unit 22, a load calculation unit 23, a ratio calculation unit 24, a correction unit 25, and a command value calculation unit 26. And a servo amplifier 27.
速度カーブ算出部21は、動作開始時の各関節12の位置と、動作終了後の各関節12の位置と、予め指定された各関節12の動作速度と、各関節12における許容トルク又は許容加速度と、に基づいて各関節12の動作開始から動作終了までの速度カーブを計算する。すなわち、速度カーブ算出部21は、速度カーブ算出手段として機能する。   The speed curve calculation unit 21 includes the position of each joint 12 at the start of the operation, the position of each joint 12 after the operation, the operation speed of each joint 12 specified in advance, and the allowable torque or allowable acceleration at each joint 12. Based on the above, a speed curve from the start of motion of each joint 12 to the end of motion is calculated. That is, the speed curve calculation unit 21 functions as a speed curve calculation unit.
例えば、6軸のロボットの場合において、動作開始時の各関節12の位置をθ01,θ02,…,θ06とし、動作終了時の各関節12の位置をθ11,θ12,…,θ16とし、その各関節12の許容加減速度をα1,…,α6、最高速度をv1,…,v6とする。そして、動作開始および動作終了時は動作速度0になるとする。
これらの条件に基づいて、速度カーブ算出部21が各関節12の速度カーブを計算する場合、まず各関節12それぞれで、各関節12の動作量θ1i-θ0i(i=1,…,6)になるように、図3のような台形状の速度カーブを作成する。速度カーブの作成時においては、動作開始時の各関節12の位置と、動作終了後の各関節12の位置とから動作距離を求め、この動作距離と予め指定された動作速度から動作時間、動作加速度を算出する。このときの動作加速度は、各関節12やその関節12に連結されるアーム13の許容加速度の範囲内になるように加速時間、定速時間、減速時間が決定され、図3のような速度カーブが関節12毎に作成される。
For example, in the case of a 6-axis robot, the positions of the joints 12 at the start of operation are θ01, θ02,..., Θ06, and the positions of the joints 12 at the end of the operation are θ11, θ12,. Let the allowable acceleration / deceleration of the joint 12 be α1,..., Α6, and the maximum speed be v1,. It is assumed that the operation speed becomes zero at the start and end of the operation.
When the speed curve calculation unit 21 calculates the speed curve of each joint 12 based on these conditions, first, the motion amount θ1i−θ0i (i = 1,..., 6) of each joint 12 is calculated for each joint 12. Thus, a trapezoidal velocity curve as shown in FIG. 3 is created. At the time of creating the speed curve, the operation distance is obtained from the position of each joint 12 at the start of the operation and the position of each joint 12 after the operation is completed, and the operation time and the operation are determined from this operation distance and a predetermined operation speed. Calculate acceleration. The acceleration time, the constant speed time, and the deceleration time are determined so that the motion acceleration at this time is within the allowable acceleration range of each joint 12 and the arm 13 connected to the joint 12, and a speed curve as shown in FIG. Is created for each joint 12.
速度カーブ再算出部22は、各関節12の速度カーブの算出後、動作開始から動作終了までの動作時間が最も長い一の関節12の速度カーブに合わせて、他の関節12の速度カーブにおける加速時間、定速時間、減速時間を一の関節12の速度カーブにおける加速時間、定速時間、減速時間に一致させるようにそれぞれの速度カーブを再算出する。すなわち、速度カーブ再算出部22は、速度カーブ再算出手段として機能する。   The speed curve recalculation unit 22 calculates the acceleration in the speed curve of the other joint 12 in accordance with the speed curve of the joint 12 having the longest operation time from the start of the operation to the end of the operation after calculating the speed curve of each joint 12. Each speed curve is recalculated so that the time, constant speed time, and deceleration time coincide with the acceleration time, constant speed time, and deceleration time in the speed curve of one joint 12. That is, the speed curve recalculation unit 22 functions as a speed curve recalculation unit.
図3に示す速度カーブを例に挙げて説明すると、6つの関節12の速度カーブをそれぞれ12a,12b,12c,12d,12e,12fとすると、動作時間が最も長い関節12の速度カーブは、12bである。従って、速度カーブ再算出部22は、他の関節12の速度カーブ12a,12c,12d,12e,12fの動作時間が一の速度カーブ12bの動作時間(加速時間、定速時間、減速時間)と等しくなるように、他の速度カーブ12a,12c,12d,12e,12fを再計算する。
これにより、図4に示すような全ての関節12の加速時間、減速時間、定速時間が一致する速度カーブが得られる。この速度カーブは全ての関節12の許容加速度、最高速度を満足しているほか、各関節12が同時に動き出し、同時に到達するように動作する。
The speed curve shown in FIG. 3 will be described as an example. If the speed curves of the six joints 12 are 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, and 12f, respectively, the speed curve of the joint 12 with the longest operating time is 12b. It is. Therefore, the speed curve recalculation unit 22 calculates the operation time (acceleration time, constant speed time, deceleration time) of the speed curve 12b with the operation time of the speed curves 12a, 12c, 12d, 12e, and 12f of the other joints 12 being one. The other speed curves 12a, 12c, 12d, 12e, and 12f are recalculated so as to be equal.
Thereby, a speed curve in which the acceleration time, the deceleration time, and the constant speed time of all the joints 12 as shown in FIG. 4 coincide is obtained. This speed curve satisfies the allowable acceleration and the maximum speed of all the joints 12 and operates so that each joint 12 starts to move at the same time and arrives at the same time.
負荷算出部23は、速度カーブ算出部21により算出された速度カーブに基づいて、アーム13に取り付けられるスポット溶接ガン15、信号ケーブル16、固定台17(以下、装着物18という)にかかる外力又はトルクを算出する。すなわち、負荷算出部23は、負荷算出手段として機能する。本実施形態では、負荷算出部23は、速度カーブ算出部21により速度カーブを算出した後、速度カーブ再算出部22により再計算された速度カーブに基づいて、外力又はトルクを算出する。   Based on the speed curve calculated by the speed curve calculation unit 21, the load calculation unit 23 applies an external force applied to the spot welding gun 15, the signal cable 16, and the fixed base 17 (hereinafter referred to as an attachment 18) attached to the arm 13. Calculate the torque. That is, the load calculation unit 23 functions as a load calculation unit. In the present embodiment, the load calculation unit 23 calculates an external force or torque based on the speed curve recalculated by the speed curve recalculation unit 22 after the speed curve calculation unit 21 calculates the speed curve.
具体的には、図4に示すように、各関節12の速度カーブにおいて、加速開始時、加速終了時、定速時間の中間時、減速開始時、減速終了時における速度でロボット1の装着物18の動作速度v、動作加速度a、動作角速度ω、動作角加速度dωを算出する。これらの値は、公知のニュートンオイラー法によって算出される。
このとき、装着物18の重さm、慣性モーメント行列をIとすると、それらに加わる力ベクトルFとトルクベクトルNは、
F=m・a・・・・・(1)
N=I・dω+ω×I・ω・・・・・(2)
で算出される。ここで・は乗算を、×はベクトルの外積をあらわす。
Specifically, as shown in FIG. 4, in the speed curve of each joint 12, the attachment of the robot 1 at the speed at the start of acceleration, at the end of acceleration, at the middle of the constant speed time, at the start of deceleration, and at the end of deceleration. 18 motion speed v, motion acceleration a, motion angular velocity ω, motion angular acceleration dω are calculated. These values are calculated by the well-known Newton Euler method.
At this time, if the weight m of the attachment 18 and the inertia moment matrix are I, the force vector F and the torque vector N applied to them are
F = m · a (1)
N = I · dω + ω × I · ω (2)
Is calculated by Here, · represents multiplication, and × represents the outer product of vectors.
比率算出部24は、装着物18の許容外力又は許容トルクに対する負荷算出部23により算出された装着物18にかかる外力又はトルクの比率を算出する。すなわち、比率算出部24は、比率算出手段として機能する。   The ratio calculation unit 24 calculates the ratio of the external force or torque applied to the attachment 18 calculated by the load calculation unit 23 with respect to the allowable external force or allowable torque of the attachment 18. That is, the ratio calculation unit 24 functions as a ratio calculation unit.
具体的には、装着物18の許容外力をFa、許容トルクをNaとすると、比率γ=|F|/Fa、γ=|N|/Naで算出することができる。ここで、|F|は力ベクトルの大きさを、|N|はトルクベクトルの大きさを表す。   Specifically, when the allowable external force of the attachment 18 is Fa and the allowable torque is Na, the ratio γ = | F | / Fa and γ = | N | / Na can be calculated. Here, | F | represents the magnitude of the force vector, and | N | represents the magnitude of the torque vector.
補正部25は、比率算出部24により算出された比率が1を超えた場合に、速度カーブの算出に用いられる動作速度および動作加速度に当該比率の逆数を乗じて速度カーブを補正する。すなわち、補正部25は、補正手段として機能する。   When the ratio calculated by the ratio calculation unit 24 exceeds 1, the correction unit 25 corrects the speed curve by multiplying the motion speed and motion acceleration used for calculation of the speed curve by the reciprocal of the ratio. That is, the correction unit 25 functions as a correction unit.
具体的には、|F|>Faもしくは|N|>Naとなった場合、γ>1となるので、この場合には、許容外力又は許容トルクオーバーとして、比率γの逆数1/γ=Fa/|F|、1/γ=Na/|N|を動作速度に乗じて速度を低下させるように補正する。これにより、装着物18にかかる外力又はトルクを抑制することができる。   Specifically, when | F |> Fa or | N |> Na, γ> 1, so in this case, as the allowable external force or the allowable torque over, the reciprocal of the ratio γ / γ = Fa / | F |, 1 / γ = Na / | N | is multiplied by the operation speed so as to reduce the speed. Thereby, the external force or torque concerning the attachment 18 can be suppressed.
指令値算出部26は、補正部25により補正された速度カーブに基づいてサーボモータ14に送信する指令値を算出する。すなわち、指令値算出部26は、指令値算出手段として機能する。   The command value calculation unit 26 calculates a command value to be transmitted to the servo motor 14 based on the speed curve corrected by the correction unit 25. That is, the command value calculation unit 26 functions as command value calculation means.
サーボアンプ27は、指令値算出部26によって算出された指令値に基づいて、サーボモータ14の駆動を制御する。   The servo amplifier 27 controls the driving of the servo motor 14 based on the command value calculated by the command value calculation unit 26.
図2は、ロボット制御装置2の構成を示すブロック図である。
ロボット制御装置2は、各処理を行うCPU31と、このCPU31により実行され、上述の機能を果たすための各プログラムが記憶されるとともにCPU31の作業エリアとなるメモリ32と、を備えている。
メモリ32には、速度カーブ算出プログラム32aと、速度カーブ再算出プログラム32bと、負荷算出プログラム32cと、比率算出プログラム32dと、補正プログラム32eと、指令値算出プログラム32fと、が記憶されている。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the robot control device 2.
The robot control apparatus 2 includes a CPU 31 that performs each process, and a memory 32 that is executed by the CPU 31 and that stores programs for performing the above-described functions and serves as a work area for the CPU 31.
The memory 32 stores a speed curve calculation program 32a, a speed curve recalculation program 32b, a load calculation program 32c, a ratio calculation program 32d, a correction program 32e, and a command value calculation program 32f.
CPU31が速度カーブ再算出プログラム32bを実行することにより、ロボット制御装置2は、速度カーブ再算出手段として機能する。
CPU31が負荷算出プログラム32cを実行することにより、ロボット制御装置2は、負荷算出手段として機能する。
CPU31が比率算出プログラム32dを実行することにより、ロボット制御装置2は、比率算出手段として機能する。
CPU31が補正プログラム32eを実行することにより、ロボット制御装置2は、補正手段として機能する。
CPU31が指令値算出プログラム32fを実行することにより、ロボット制御装置2は、指令値算出手段として機能する。
また、CPU31には、サーボアンプ27に接続されている。
なお、上記の各プログラムは、別個に構成されていてもよいし、一つのプログラムとして構成されていてもよい。
When the CPU 31 executes the speed curve recalculation program 32b, the robot control device 2 functions as a speed curve recalculation unit.
When the CPU 31 executes the load calculation program 32c, the robot control device 2 functions as a load calculation unit.
When the CPU 31 executes the ratio calculation program 32d, the robot control device 2 functions as a ratio calculation unit.
When the CPU 31 executes the correction program 32e, the robot control device 2 functions as a correction unit.
When the CPU 31 executes the command value calculation program 32f, the robot control device 2 functions as command value calculation means.
Further, the CPU 31 is connected to a servo amplifier 27.
In addition, each said program may be comprised separately, and may be comprised as one program.
<ロボット制御装置の処理>
次に、ロボット制御装置2によるロボット1の駆動の制御の流れについて、図5のフローチャートを用いて説明する。
図5に示すように、速度カーブ算出部21は、動作開始時の各関節12の位置と、動作終了後の各関節12の位置と、予め指定された各関節12の動作速度と、各関節12における許容トルク又は許容加速度と、に基づいて各関節12の動作開始から動作終了までの速度カーブを計算する(ステップS1)。
<Processing of robot controller>
Next, the flow of control of driving of the robot 1 by the robot controller 2 will be described with reference to the flowchart of FIG.
As shown in FIG. 5, the speed curve calculation unit 21 includes the position of each joint 12 at the start of motion, the position of each joint 12 after the motion, the motion speed of each joint 12 specified in advance, and each joint. 12 is calculated based on the allowable torque or the allowable acceleration at 12 (step S1).
次いで、速度カーブ再算出部22は、各関節12の速度カーブの算出後、動作開始から動作終了までの動作時間が最も長い一の関節の速度カーブ12bに合わせて、他の関節の速度カーブ12a,12c,12d,12e,12fにおける加速時間、定速時間、減速時間を一の関節の速度カーブ12bにおける加速時間、定速時間、減速時間に一致させるようにそれぞれの関節の速度カーブ12a,12c,12d,12e,12fを再算出する(ステップS2)。   Next, the speed curve recalculator 22 calculates the speed curve 12a of the other joints in accordance with the speed curve 12b of the one joint having the longest operation time from the start of the operation to the end of the operation after calculating the speed curve of each joint 12. , 12c, 12d, 12e, 12f, the speed curves 12a, 12c of the respective joints so that the acceleration time, constant speed time, and deceleration time of the joints coincide with the acceleration time, constant speed time, and deceleration time of one joint speed curve 12b. , 12d, 12e, 12f are recalculated (step S2).
次いで、負荷算出部23は、速度カーブ再算出部22により算出された速度カーブに基づいて、アーム13に取り付けられる装着物18にかかる負荷(外力又はトルク)を算出する(ステップS3)。   Next, the load calculation unit 23 calculates a load (external force or torque) applied to the attachment 18 attached to the arm 13 based on the speed curve calculated by the speed curve recalculation unit 22 (step S3).
次いで、比率算出部24は、速度カーブにおける加速開始時、加速終了時、定速時、減速開始時、減速終了時のいずれかにおける装着物18の許容外力又は許容トルクに対する負荷算出部23により算出された装着物18にかかる外力又はトルクの比率γを算出する(ステップS4)。   Next, the ratio calculation unit 24 is calculated by the load calculation unit 23 for the allowable external force or the allowable torque of the attachment 18 at the time of acceleration start, acceleration end, constant speed, deceleration start, or deceleration end in the speed curve. A ratio γ of external force or torque applied to the attached object 18 is calculated (step S4).
次いで、ロボット制御装置2は、比率算出部24により算出された比率γが1を超えているか否かを判断する(ステップS5)。
ここで、ロボット制御装置2が、比率γが1を超えたと判断した場合(ステップS5:YES)、補正部25は、速度カーブの算出に用いられる動作速度および動作加速度に当該比率の逆数1/γを乗じて速度カーブを補正する(ステップS6)。
Next, the robot controller 2 determines whether or not the ratio γ calculated by the ratio calculator 24 exceeds 1 (step S5).
Here, when the robot controller 2 determines that the ratio γ exceeds 1 (step S5: YES), the correction unit 25 adds the reciprocal 1 / of the ratio to the motion speed and motion acceleration used for the calculation of the speed curve. Multiply γ to correct the speed curve (step S6).
ステップS6の処理後、又は、ステップS5において、ロボット制御装置2が、比率γが1を超えていないと判断した場合(ステップS5:NO)、ロボット制御装置2は、比率γを算出すべき動作速度および動作加速度の全てについて比率γを算出したか否かを判断する(ステップS7)。比率γを算出すべき動作速度および動作加速度とは、上述したように、加速開始時、加速終了時、定速時間の中間時、減速開始時、減速終了時における動作速度および動作加速度である。   After the process of step S6 or when the robot control device 2 determines in step S5 that the ratio γ does not exceed 1 (step S5: NO), the robot control device 2 is an operation to calculate the ratio γ. It is determined whether the ratio γ has been calculated for all of the speed and the motion acceleration (step S7). As described above, the operation speed and the operation acceleration at which the ratio γ is calculated are the operation speed and the operation acceleration at the start of acceleration, at the end of acceleration, at the middle of the constant speed time, at the start of deceleration, and at the end of deceleration.
ステップS7において、ロボット制御装置2が、比率γを算出すべき動作速度の全てについて比率γを算出したと判断した場合(ステップS7:YES)、指令値算出部26は、サーボモータ14を駆動させるための制御信号である指令値を速度カーブに基づいて算出する(ステップS8)。そして、指令値算出部26により算出された指令値をサーボアンプ27に送信し、サーボアンプ27は、受信した指令値に基づいてサーボモータ14の駆動を制御する(ステップS9)。
一方、ステップS7において、ロボット制御装置2が、比率γを算出すべき動作速度の全てについて比率γを算出していないと判断した場合(ステップS7:NO)、ステップS4に戻って、比率算出部24は、未だ算出されていない箇所の比率γを算出する。
In step S7, when it is determined that the robot control apparatus 2 has calculated the ratio γ for all the operation speeds for which the ratio γ should be calculated (step S7: YES), the command value calculation unit 26 drives the servo motor 14. A command value, which is a control signal, is calculated based on the speed curve (step S8). Then, the command value calculated by the command value calculation unit 26 is transmitted to the servo amplifier 27, and the servo amplifier 27 controls the drive of the servo motor 14 based on the received command value (step S9).
On the other hand, when it is determined in step S7 that the robot control apparatus 2 has not calculated the ratio γ for all the operation speeds for which the ratio γ should be calculated (step S7: NO), the process returns to step S4 to return to the ratio calculation unit. 24 calculates the ratio γ of the part that has not been calculated yet.
<作用効果>
以上のように、ロボット制御装置2によれば、速度カーブ算出部21は、動作開始時の各関節12の位置と、動作終了後の各関節12の位置と、予め指定された各関節12の動作速度と、各関節12における許容トルク又は許容加速度と、に基づいて各関節12の動作開始から動作終了までの速度カーブを計算する。
次いで、速度カーブ再算出部22は、各関節12の速度カーブの算出後、動作開始から動作終了までの動作時間が最も長い一の関節の速度カーブ12bに合わせて、他の関節の速度カーブ12a,12c,12d,12e,12fにおける加速時間、定速時間、減速時間を一の関節の速度カーブ12bにおける加速時間、定速時間、減速時間に一致させるようにそれぞれの他の関節の速度カーブ12a,12c,12d,12e,12fを再算出する。
次いで、負荷算出部23は、速度カーブ算出部21及び速度カーブ再算出部22により算出された速度カーブに基づいて、アーム13に取り付けられる装着物18にかかる外力又はトルクを算出する。
次いで、比率算出部24は、装着物18の許容外力又は許容トルクに対する負荷算出部23により算出された装着物18にかかる外力又はトルクの比率を算出する。
そして、補正部25は、比率算出部24により算出された比率γが1を超えた場合に、速度カーブの算出に用いられる動作速度および動作加速度に当該比率γの逆数を乗じて速度カーブを補正する。
<Effect>
As described above, according to the robot control device 2, the speed curve calculation unit 21 determines the position of each joint 12 at the start of the operation, the position of each joint 12 after the operation ends, and each joint 12 specified in advance. A speed curve from the start of operation to the end of operation of each joint 12 is calculated based on the operation speed and the allowable torque or allowable acceleration at each joint 12.
Next, the speed curve recalculator 22 calculates the speed curve 12a of the other joints in accordance with the speed curve 12b of the one joint having the longest operation time from the start of the operation to the end of the operation after calculating the speed curve of each joint 12. , 12c, 12d, 12e, and 12f so that the acceleration time, constant speed time, and deceleration time in one joint coincide with the acceleration time, constant speed time, and deceleration time in one joint speed curve 12b. , 12c, 12d, 12e, and 12f are recalculated.
Next, the load calculation unit 23 calculates an external force or torque applied to the attachment 18 attached to the arm 13 based on the speed curve calculated by the speed curve calculation unit 21 and the speed curve recalculation unit 22.
Next, the ratio calculation unit 24 calculates the ratio of the external force or torque applied to the attachment 18 calculated by the load calculation unit 23 with respect to the allowable external force or allowable torque of the attachment 18.
Then, when the ratio γ calculated by the ratio calculation unit 24 exceeds 1, the correction unit 25 corrects the speed curve by multiplying the motion speed and motion acceleration used for the speed curve calculation by the reciprocal of the ratio γ. To do.
これにより、動作速度や加減速度を低下させる部分は、比率γが1を超えた場合だけであるため、動作速度や加減速度を常時落とす必要はなく、作業時間が必要以上に延長してしまうことがない。
また、モータや減速機のトルクを制御できるのは勿論のこと、装着物18に加わる外力又はトルクも制御することができる。
よって、装着物18に加わる外力又はトルクが許容値を超えないようにするとともに、動作時間の延長を防止することができる。
また、速度カーブ再算出部22によって、速度カーブを最も加減速度が小さな速度カーブに合わせて再算出することができるので、アーム13や関節12にかかる外力又はトルクを許容範囲内に抑えることができる。
As a result, the speed and acceleration / deceleration are reduced only when the ratio γ exceeds 1. Therefore, the operation speed and acceleration / deceleration need not be constantly reduced, and the work time may be extended more than necessary. There is no.
Further, not only the torque of the motor and the speed reducer can be controlled, but also the external force or torque applied to the attachment 18 can be controlled.
Therefore, it is possible to prevent the external force or torque applied to the attachment 18 from exceeding the allowable value and to prevent the operation time from being extended.
Further, since the speed curve recalculation unit 22 can recalculate the speed curve in accordance with the speed curve with the smallest acceleration / deceleration, the external force or torque applied to the arm 13 and the joint 12 can be suppressed within an allowable range. .
<その他>
本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、速度カーブは、常に台形状に作成されるものではなく、動作距離が小さければ、図6に示すように、定速区間のない三角形状に作成される。
この場合においても、速度カーブ再算出部22は、各関節12の速度カーブの算出後、動作開始から動作終了までの動作時間が最も長い一の関節の速度カーブ12qに合わせて、他の関節の速度カーブ12p,12r,12s,12t,12uにおける加速時間、減速時間を一の関節の速度カーブ12qにおける加速時間、減速時間に一致させるようにそれぞれの関節の速度カーブ12p,12r,12s,12t,12uを再算出すればよい。
また、比率算出部24は、速度カーブにおける加速開始時、加速終了時(減速開始時)、減速終了時における装着物18の許容外力又は許容トルクに対する負荷算出部23により算出された装着物18にかかる外力又はトルクの比率γを算出すればよい。
従って、定速動作がない場合であっても、同じ制御方法でロボット1の駆動を制御することができる。
<Others>
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the speed curve is not always created in a trapezoidal shape, but is created in a triangular shape having no constant speed section as shown in FIG. 6 if the operating distance is small.
Even in this case, the speed curve recalculation unit 22 calculates the speed curve of each joint 12 and then adjusts the speed curve 12q of the other joint in accordance with the speed curve 12q of the one joint having the longest operation time from the operation start to the operation end. The speed curves 12p, 12r, 12s, 12t, and 12t, 12t, 12t, and 12t, 12t, 12t, 12t, 12t, 12t, 12t, 12t, 12t, 12t, 12t, 12t, 12t, 12t, 12t, 12t 12u may be recalculated.
Further, the ratio calculation unit 24 applies the load 18 calculated by the load calculation unit 23 for the allowable external force or the allowable torque of the attachment 18 at the start of acceleration, at the end of acceleration (at the start of deceleration), and at the end of deceleration in the speed curve. The external force or torque ratio γ may be calculated.
Therefore, even when there is no constant speed operation, the driving of the robot 1 can be controlled by the same control method.
ロボット及びロボット制御装置の概略を示す図。The figure which shows the outline of a robot and a robot control apparatus. ロボット制御装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of a robot control apparatus. 各関節の速度カーブを示す図。The figure which shows the velocity curve of each joint. 再算出後の速度カーブを示す図。The figure which shows the speed curve after recalculation. ロボット制御装置によるロボットの駆動制御のフローチャート。The flowchart of the drive control of the robot by a robot control apparatus. 関節の動作量が少ない場合における速度カーブを示す図。The figure which shows the speed curve in case there are few movement amounts of a joint.
符号の説明Explanation of symbols
1 ロボット
2 ロボット制御装置
12 関節
13 アーム
15 スポット溶接ガン(装着物)
16 信号ケーブル(装着物)
17 固定台(装着物)
18 装着物
21 速度カーブ算出部(速度カーブ算出手段)
22 速度カーブ再算出部(速度カーブ再算出手段)
23 負荷算出部(負荷算出手段)
24 比率算出部(比率算出手段)
25 補正部(補正手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Robot 2 Robot control apparatus 12 Joint 13 Arm 15 Spot welding gun (attachment)
16 Signal cable (attachment)
17 Fixed base (attachment)
18 Wear 21 Speed curve calculation unit (speed curve calculation means)
22 Speed curve recalculation unit (speed curve recalculation means)
23. Load calculation unit (load calculation means)
24 Ratio calculation part (ratio calculation means)
25 Correction part (correction means)

Claims (2)

  1. 複数のアームが関節によって回転自在に連結されたロボットの駆動を制御するロボット制御装置において、
    動作開始時の各関節の位置と、動作終了後の各関節の位置と、予め指定された各関節の動作速度と、各関節における許容トルク又は許容加速度と、に基づいて各関節の動作開始から動作終了までの速度カーブを計算する速度カーブ算出手段と、
    前記速度カーブ算出手段により算出された速度カーブに基づいて、前記アームに取り付けられる装着物にかかる外力又はトルクを算出する負荷算出手段と、
    前記装着物の許容外力又は許容トルクに対する前記負荷算出手段により算出された前記装着物にかかる外力又はトルクの比率を算出する比率算出手段と、
    前記比率算出手段により算出された比率が1を超えた場合に、前記速度カーブの算出に用いられる動作速度および動作加速度に当該比率の逆数を乗じて前記速度カーブを補正する補正手段と、
    を備えることを特徴とするロボット制御装置。
    In a robot control apparatus for controlling the driving of a robot in which a plurality of arms are rotatably connected by joints,
    From the start of movement of each joint based on the position of each joint at the start of movement, the position of each joint after the movement, the movement speed of each joint specified in advance, and the allowable torque or allowable acceleration at each joint A speed curve calculating means for calculating a speed curve until the end of the operation;
    Load calculating means for calculating an external force or torque applied to an attachment attached to the arm based on the speed curve calculated by the speed curve calculating means;
    A ratio calculating means for calculating a ratio of an external force or torque applied to the wearing object calculated by the load calculating means with respect to an allowable external force or an allowable torque of the wearing object;
    When the ratio calculated by the ratio calculation unit exceeds 1, a correction unit that corrects the speed curve by multiplying an operation speed and an operation acceleration used for calculation of the speed curve by an inverse number of the ratio;
    A robot control device comprising:
  2. 各関節の速度カーブの算出後、動作開始から動作終了までの動作時間が最も長い一の関節の速度カーブに合わせて、他の関節の速度カーブにおける加速時間及び減速時間を前記一の関節の速度カーブにおける加速時間及び減速時間に一致させるようにそれぞれの関節の速度カーブを再算出する速度カーブ再算出手段を備えることを特徴とする請求項1に記載のロボット制御装置。   After calculating the velocity curve of each joint, the acceleration time and deceleration time in the velocity curve of the other joint are adjusted to the velocity curve of the one joint in accordance with the velocity curve of the one joint having the longest operation time from the operation start to the operation end. The robot control apparatus according to claim 1, further comprising a speed curve recalculation unit that recalculates a speed curve of each joint so as to coincide with an acceleration time and a deceleration time in the curve.
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