JP2012171052A - 水平多関節ロボット及び水平多関節ロボットの制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ロボットは、基台に連結される第1水平アームと、第1水平アームを介して前記基台に連結される第2水平アーム15と、各アームを回転させる第1及び第2モーター13,16と、各モーターの回転角度及び回転速度を算出するための第1及び第2エンコーダー13E,16Eとを有している。第1モーター制御部43は、角速度センサー30が検出したセンサー角速度ωA2から第1及び第2エンコーダー13E,16Eに基づく第1及び第2角速度ωA1m,ωA2mを減算し、演算結果である振動角速度ωA1sに基づく振動速度V1sと第1回転速度V1fbとの加算した速度計測値が速度指令Vcとなるように第1モーター13を制御する。
【選択図】図3
Description
される電気配線と比較して、折り曲げられる機会が多くなり、また折り曲げ箇所における曲率が小さくもなる。それゆえに、第1角速度センサーに接続される電気配線には、第2角速度センサーに接続される電気配線よりも高い耐久性が求められるため、結局のところ、こうした電気配線の配置に関わる制約や同電気配線を引き回すことの煩雑さが依然として残ることになる。
この水平多関節ロボットによれば、基台に連結されているアームを制振制御することができる。
図1に示されるように、ロボット10における基台11の上端部には、鉛直方向に沿う
軸心C1を中心にして、基台11に対して回転する第1アームとしての第1水平アーム12の基端部が連結されている。基台11内には、第1水平アーム12を回転させる第1モーター13と、該第1モーターの回転軸13aに連結され、出力軸14aが第1水平アーム12に連結固定された第1減速機14とが設置されている。そして、第1モーター13の駆動力が第1減速機14を介して第1水平アーム12に伝達されると、第1水平アーム12は、基台11に対して水平面内で回転する。また、第1モーター13には、該第1モーター13の回転量に応じたパルス信号を出力する第1位置検出部としての第1エンコーダー13Eが設けられている。
接続される電気配線とともに、基台11の外部に設置されロボット10を統括制御する制御装置40まで引き回される。制御装置40は、角速度センサー30等から入力される各種信号に基づいて第1水平アーム12の角速度を演算し、該第2水平アーム15の振動が抑制されるように第1モーター13を制御する。
図2に示されるように、制御装置40の位置指令生成部41は、ロボット10が行う処理の内容に基づいて作業部25の目標位置を演算し、該目標位置に作業部25を移動させるための軌道を生成する。また、位置指令生成部41は、該軌道に沿って作業部25が移動するように、各モーター13,16,20,21の回転角度を所定の制御周期ごとに演算し、該演算の結果である目標回転角度を第1位置指令Pc、第2位置指令Pc2、第3位置指令Pc3、第4位置指令Pc4としてモーター制御部42に出力する。
第1モーター制御部43には、位置指令値である第1位置指令Pcの他、第1エンコーダー13E、第2エンコーダー16E、及び角速度センサー30の各々から検出信号が入力される。第1モーター制御部43は、第1エンコーダー13Eの検出信号から算出される回転角度が第1位置指令Pcになるように、各検出信号を用いたフィードバック制御によって第1モーター13を駆動する。
図3に示されるように、第1モーター制御部43の第1減算器51には、位置指令生成部41から第1位置指令Pcが入力され、また、回転角度算出部52から位置フィードバック値Pfbが入力される。回転角度算出部52では、第1エンコーダー13Eから入力されるパルス数がカウントされるとともに、カウント値に応じた第1モーター13の回転角度が位置フィードバック値Pfbとして第1減算器51に出力される。第1減算器51は、これら第1位置指令Pcと位置フィードバック値Pfbとの偏差を位置制御部53に出力する。
回転速度演算部55は、第1回転速度算出部56、第1角速度算出部57、加減算器58、第2回転速度算出部59、第2角速度算出部60、振動速度算出部61、加算器62によって構成されている。
(a)第1モーター13の回転速度に応じた第1角速度ωA1m
(b)第2モーター16の回転速度に応じた第2角速度ωA2m
(c)第1水平アーム12を介して第2水平アーム15に伝わる振動に基づく振動角速度ωA1s
それゆえに、角速度センサー30が出力するセンサー角速度ωA2には、第1角速度ωA1m、第2角速度ωA2m、及び振動角速度ωA1sが含まれている。加減算器58では、上記センサー角速度ωA2から上記(a)第1角速度ωA1mと上記(b)第2角速度ωA2mとが減算される。そして、加減算器58は、この減算結果である振動角速度ωA1sを振動速度算出部61に出力する。
速度V1sとして算出される。そして、振動速度算出部61は、この算出結果である振動速度V1sを加算器62に出力する。
位置指令生成部41から第1モーター制御部43に第1位置指令Pcが入力されると、第1位置指令Pcと位置フィードバック値Pfbとの偏差が位置制御部53に出力される。次いで、該偏差に応じた速度指令Vcが位置制御部53から出力されて、速度指令Vcと速度フィードバック値Vfbとの偏差が速度制御部63に出力される。
(1)上記実施形態によれば、第2水平アーム15に配置された角速度センサー30の検出信号であるセンサー角速度ωA2に基づいて、第1水平アーム12を制振制御することができる。すなわち、第1水平アーム12に角速度センサー30を配置する必要がなくなることから、第1及び第2アームのそれぞれに角速度センサーが配置されている構成に比べて、角速度センサーに接続される電気配線の数を低減することができるとともに、電気配線の引き回し作業が煩雑になることを抑えることができる。
・上記実施形態において、第1モーター13の補正回転速度V1aを取得するうえでは、第1回転速度算出部56及び第1角速度算出部57が割愛される構成であってもよい。こうした構成における加減算器58では、第1水平アーム12に関し、角速度センサー30からのセンサー角速度ωA2と第2モーター16による回転の第2角速度ωA2mとの差分が演算結果として振動速度算出部61に出力されることになる。そして、振動速度算出部61において、所定の比例ゲインKgpが乗算されることによって補正回転速度V1aが算出されることになる。その結果、上記(1)〜(3)に記載した効果を得ることができるだけでなく、第1モーター制御部43の構成を簡素化することができる。
角速度、ωA2m…第2角速度、V1a…補正回転速度、V1s…振動速度、Vfb…速度フィードバック値、V1fb…第1回転速度、V2fb…第2回転速度、10…ロボット、11…基台、12…第1水平アーム、13…第1モーター、13a…回転軸、13E…第1エンコーダー、14…第1減速機、14a…出力軸、15…第2水平アーム、15a…アーム本体、16…第2モーター、16a…回転軸、16E…第2エンコーダー、17…第2減速機、17a…出力軸、18…アームカバー、19…スプラインシャフト、19B…ボールねじナット、19S…スプラインナット、20…回転モーター、20E…第3エンコーダー、21…昇降モーター、21E…第4エンコーダー、25…作業部、30…角速度センサー、33…配線ダクト、40…制御装置、41…位置指令生成部、42…モーター制御部、43…第1モーター制御部、44…第2モーター制御部、45…回転モーター制御部、46…昇降モーター制御部、51…第1減算器、52…回転角度算出部、53…位置制御部、54…第2減算器、55…回転速度演算部、56…第1回転速度算出部、57…第1角速度算出部、58…加減算器、59…第2回転速度算出部、60…第2角速度算出部、61…振動速度算出部、62…加算器、63…速度制御部、64…トルク制御部。
Claims (5)
- 少なくとも関節を介して基台に連結される基端を有して第1モーターの駆動により回転する第1アームと、前記第1モーターの回転速度を計測する第1速度計測部と、前記第1速度計測部の計測値に基づく速度計測値が速度指令値となるように前記第1モーターをフィードバック制御する制御部とを備える水平多関節ロボットであって、
前記第1アームの先端に連結されて第2モーターの駆動により回転する第2アームと、
前記第2モーターの回転速度を計測する第2速度計測部と、
前記第1モーターの回転速度から前記第1アームの角速度を算出し、且つ前記第2モーターの回転速度から前記第2アームの角速度を算出する角速度算出部と、
前記第2アームに配置されて角速度を検出する角速度センサーとを備え、
前記制御部は、
前記角速度センサーの検出値から前記第1アームの角速度と前記第2アームの角速度とを減算して該減算の結果である振動角速度から該振動角速度に応じた前記第1モーターの回転速度である振動速度を算出し、前記第1速度計測部の計測値と前記振動速度との加算値を前記速度計測値とすることを特徴とする水平多関節ロボット。 - 前記第1モーターの回転角度を検出する第1位置検出部を備え、
前記制御部は、
前記第1位置検出部の検出値と位置指令値との偏差から前記速度指令値を算出する
請求項1に記載の水平多関節ロボット。 - 前記第2モーターの回転角度を検出する第2位置検出部を備え、
前記第1速度計測部は、前記第1位置検出部の検出値から前記第1モーターの回転速度を算出し、
前記第2速度計測部は、前記第2位置検出部の検出値から前記第2モーターの回転速度を算出する
請求項2に記載の水平多関節ロボット。 - 前記第1アームは、関節を介して基台に連結されたアームである
請求項1〜3のいずれか一項に記載の水平多関節ロボット。 - 少なくとも関節を介して基台に連結される基端を有する第1アームを回転させる第1モーターの回転速度を計測し、その計測された回転速度に基づく速度計測値が速度指令値となるように前記第1モーターをフィードバック制御する水平多関節ロボットの制御方法であって、
前記第1アームの先端に連結された第2アームを回転させる第2モーターの回転速度を計測するステップと、
前記計測された第1モーターの回転速度から前記第1アームの角速度を算出するステップと、
前記計測された第2モーターの回転速度から前記第2アームの角速度を算出するステップと、
前記第2アームに配置された角速度センサーの検出値を取得するステップとを備え、
前記角速度センサーの検出値から前記第1アームの角速度と前記第2アームの角速度とを減算して該減算の結果である振動角速度から該振動角速度に応じた前記第1モーターの回転速度である振動速度を算出し、前記計測された第1モーターの回転速度と前記振動速度との加算値を前記速度計測値とする
ことを特徴とする水平多関節ロボットの制御方法。
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