JP2013066954A - ロボット及びロボットの制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アーム21を回動させるアーム駆動機構23と、アーム駆動機構23の回動角度を検出して角度情報を出力する角度センサー34と、アーム21に取り付けられており、アーム21に作用する角速度を検出して角速度情報を出力する角速度センサー32と、アーム21の回動動作を規定する制御指令値を出力する制御指令発生部301と、角速度情報のゲインを漸次変化させて調整するゲイン調整部302と、制御指令値、角度情報、及びゲインを調整された角速度情報に基づいてアーム21の動作を制御するアーム動作制御部303と、を備える。
【選択図】図2
Description
以下、第1実施形態に係るロボットについて、図面を参照して説明する。なお、以下の図面においては、図面を見易くするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
ロボット10の概略構成について説明する。
図1は、第1実施形態に係るロボット10の概略構成を示す外観斜視図である。同図に示すように、ロボット10は、ロボット機構20とロボット制御部30とにより構成されている。ロボット機構20は、保持ハンド12、ハンド保持機構24、アーム21、アーム軸部26、機台28、角速度センサー32、角度センサー34(図2参照)等を備えている。ロボット10は、水平に回動可能な1本のアーム21を備えた、いわゆるスカラーロボットである。
ロボット制御部30は、情報入出力装置(図示略)を介して予め入力された制御プログラムに基づいて、ロボット10の各部の動作を統括制御する。
次に、ロボット機構20を駆動させる機能的構成について説明する。
図2は、ロボット機構20を駆動させる機能的構成を示すブロック図である。同図に示すように、ロボット10は、アーム21を回動させるために、駆動源としてのアーム駆動モーター22、アーム駆動機構23、角速度センサー32、角度センサー34、及びロボット制御部30を備えている。ここで、角速度センサー32としては、例えばジャイロセンサーを用いることができる。また、角度センサー34としては、例えばエンコーダーを用いることができる。
制御指令発生部301は、給材又は除材の稼動指令に基づくロボット機構20への動作指令を実行するため、アーム21の回動動作を規定する制御指令値を出力する。ここで、給材又は除材の稼動指令は、図示しない入力装置からロボット10に入力される。そして、稼動指令に基づくロボット機構20の動作指令は、ロボット制御部30が備える統括制御部(図示略)から制御指令発生部301に出力される。そして、制御指令発生部301が出力するアーム21の制御指令値は、例えば、アーム21の先端の軌道が時間毎のアーム21の角度として示される。
次に、アーム駆動モーター22の駆動を制御することにより、アーム21を回動させてアーム21の先端に取り付けられている保持ハンド12を所定位置に位置させる工程について説明する。
図3は、アーム駆動モーター22の駆動を制御することにより、アーム21を回動させる工程を示すフローチャートである。
他方、モーター停止命令が無い場合(ステップS10:NO)は、次のステップS20に進む。
次に、角速度情報を補正するゲイン調整の詳細について説明する。
図4は、アーム21を回動させる間における角速度のゲイン調整の例を説明するための図であり、図4(a)は時間経過と角速度との関係を示す図であり、図4(b),(c)は時間経過とゲインとの関係を示す図である。図4(a)において二点鎖線で示すグラフは、制御指令値として指定されたアーム21の経過時間毎の角速度を示す。実線で示すグラフは、角速度センサー32によって計測されたアーム21の経過時間毎の角速度を示す。また、図4(b),(c)のグラフは、角速度センサー32によって計測されたアーム21の角速度を経過時間毎に補正するゲインを示す。
区間t2の場合、図5(b)ではG=K(1−(a×ti))、図5(c)ではG=K(1−(a×ti)2)により算出され、ゲインGは目標値Kの状態から減少する。
区間t3の場合、区間t2における最終的なGをG2とすると、図5(b)ではG=G2+K(a×ti)、図5(c)ではG=G2+K(a×ti)2により算出(なお、GはKを上限とする)され、ゲインGは目標値Kの状態になるまで増加する。
区間t4の場合、図5(b)ではG=K(1−(a×ti))、図5(c)ではG=K(1−(a×ti)2)により算出され、ゲインGは目標値Kの状態から再度減少する。
区間t5の場合、区間t4における最終的なGをG4とすると、図5(b)ではG=G4+K(a×ti)、図5(c)ではG=G4+K(a×ti)2により算出(なお、GはKを上限とする)され、ゲインGは目標値Kの状態になるまで再度増加する。
区間t6の場合、図5(b)ではG=K(1−(a×ti))、図5(c)ではG=K(1−(a×ti)2)により算出され、ゲインGは目標値Kの状態から再々度減少し、最終的にはG=0の状態を継続する。
次に、角速度情報を補正するゲイン調整のタイミングについて説明する。
図8は、角速度の閾値を用いてゲイン調整を行う例を説明するための図であり、図8(a)は時間経過と角速度との関係を示す図であり、図8(b)はアーム21が停止する間際における図8(a)の拡大図である。両図において二点鎖線で示すグラフは、制御指令値として経過時間毎に指定されたアーム21の角速度を示す。実線で示すグラフは、制御指令値、角度情報、及び角速度情報を用いて、ねじれ角速度をフィードバックする制御等を実施した場合の経過時間毎の角速度を示す。ここでは、ねじれ角速度をフィードバックする制御等を実施する際に、図8(b)に示すように、回動状態のアーム21が目的位置に近づいて、角速度が減少して閾値Sに達した時点からゲイン調整を行い、角速度情報のゲインを漸次減少するようにしている。このため、ねじれ角速度をフィードバックする制御等を実施する際、角速度が閾値Sに達した時点から、漸次減少する角速度情報を用いることになり、最終的には角速度情報を用いないで制御指令値及び角度情報のみを用いることになる。
次に、第2実施形態に係るロボットについて、図面を参照して説明する。
第2実施形態に係るロボットは、第1実施形態に係るロボットと同様の構成をとるが、角速度情報を補正するゲイン調整のタイミングが異なる。
次に、前述した実施形態に係るロボットを応用した各種装置について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態に係る各種装置と、図1に示す第1実施形態に係るロボット10とでの共通の構成については、同一符号を付してあり、以下異なる構成についてのみ説明する。
最初に、前述した実施形態に係るロボットを応用した、前述した実施形態とは異なる構成を備えるロボットについて説明する。
図12は、第3実施形態に係るロボット310の概略構成を示す外観斜視図である。同図に示すように、ロボット310は、ロボット機構320とロボット制御部330とにより構成されている。ロボット機構320は、保持ハンド12、ハンド保持機構24、アーム321、アーム軸部326、機台328、角速度センサー332a,332b、2個の角度センサー(図示略)等を備えている。
アーム部321bのアーム関節部323に接続された一端の側面には、角速度センサー332bが固定されている。従って、角速度センサー332bは、アーム部321bの先端に固定されており、アーム部321bが回動させられる角速度を測定可能である。
ロボット制御部330は、情報入出力装置(図示略)を介して予め入力された制御プログラムに基づいて、ロボット310の各部の動作を統括制御する。ロボット制御部330は、角速度センサー332bによる角速度情報と機台328に内蔵された角度センサーによる角度情報とにより、アーム部321bの動作を制御可能である。同時に、角速度センサー332aによる角速度情報とアーム部321bに内蔵されたアーム角度センサーによる角度情報とにより、アーム部321aのアーム部321bに対する相対動作を制御可能である。すなわち、アーム部321aの動作とアーム部321bとを統括したアーム321の動作を、上述した実施形態と同様に、ゲイン調整を行った角速度情報と、角度情報とを用いて制御することができる。
次に、前述した実施形態に係るロボットを応用した搬送装置について説明する。
図13は、搬送装置の概略構成を示す外観斜視図である。図13(a)は、天吊搬送装置の概略構成を示す外観斜視図であり、図13(b)は、印刷装置におけるヘッド搬送装置の概略構成を示す外観斜視図である。
図13(a)に示すように、天吊搬送装置410は、主走査方向移動機構402、副走査方向移動機構403、昇降移動機構404、保持機構412、距離センサー、加速度センサー432、搬送装置制御部(図示略)等を備えている。
昇降移動機構404は、副走査枠423に配設されたボール軸受と、ボール軸受駆動モーターと、昇降軸424に固定されたボールねじとを備えている。昇降軸424は、ボール軸受とボール軸受駆動モーターとボールねじとにより、昇降させられる。
昇降軸424のボールねじと反対側に固定された保持機構412を、主走査方向移動機構402と、副走査方向移動機構403と、によって主走査方向及び副走査方向の任意の位置に移動し、昇降移動機構404により、搬送対象物に対して離接させることができる。
搬送装置制御部は、情報入出力装置(図示略)を介して予め入力された制御プログラムに基づいて、天吊搬送装置410の各部の動作を統括制御する。
副走査枠423又は保持機構412には、加速度センサー432a、加速度センサー432b、又は加速度センサー432cが固定されている。加速度センサー432a、加速度センサー432b、及び加速度センサー432cは、主走査方向、副走査方向、又は昇降方向の加速度を測定可能である。
主走査リニアモーター、副走査リニアモーター、又はボール軸受駆動モーターに接続された距離センサーによる、それぞれの方向における移動距離情報と、加速度センサー432a、加速度センサー432b、又は加速度センサー432cによる、それぞれの方向における加速度情報と、により、保持機構412の移動を制御することができる。距離センサーとしては、例えばリニアエンコーダーを用いることができる。
図13(b)に示すように、ヘッド搬送装置460は、印刷装置の吐出ヘッド462を移動させるものであり、ヘッドキャリッジ476、キャリッジ軸474、駆動ベルト473、駆動プーリー472、駆動モーター471、加速度センサー482、エンコーダー484等を備えている。印刷装置は、印刷装置の各部の動作を統括制御する印刷装置制御部(図示略)を備えている。
印刷装置制御部は、情報入出力装置(図示略)を介して予め入力された制御プログラムに基づいて、印刷装置の各部の動作を統括制御する。
次に、前述した実施形態に係るロボットを応用してドラム状の部材の回動を制御する例として、レーザープリンター510について説明する。
図14は、レーザープリンターの要部の概略構成を示す説明図である。同図に示すように、レーザープリンター510は、感光体ドラム524、ドラム駆動モーター522、エンコーダー534、駆動伝達機構523、チャージ装置541、レーザー発振装置542、トナー供給装置543、転写ローラー544、定着ローラー546及び定着ローラー547、トナー回収装置548、角速度センサー532、プリンター制御部(図示略)等を備えている。
プリンター制御部は、情報入出力装置(図示略)を介して予め入力された制御プログラムに基づいて、レーザープリンター510の各部の動作を統括制御する。
上述した実施形態においては、角速度情報、角度情報、移動距離情報、加速度情報、位置情報等について閾値を規定する例や、制御指令値の特徴点に対して時間軸において閾値を規定する例について説明したが、閾値を規定する対象はこれらに限られない。角速度情報や加速度度情報の値に影響を及ぼすノイズに閾値を設定して、当該ノイズのレベルによって角速度情報や加速度情報のゲイン調整を行うようにしても良い。角速度情報や加速度情報の値に影響を及ぼすノイズとしては、装置自身の機械振動や、周囲に存在する装置などの振動や、装置に供給される電力の振れや、周囲の電磁ノイズなどが挙げられる。
上述した実施形態においては、角速度センサー32による角速度情報や、加速度センサー432による加速度情報について閾値を規定する例について説明したが、閾値を規定する対象はこれらに限られない。閾値は、角速度情報や加速度情報の一回以上の積分値について規定しても良い。加速度情報の積分値は速度情報であって、速度情報は、角速度情報と同様に取り扱うことができる。加速度情報の二回積分値及び角速度情報の積分値は移動距離の情報であって、移動距離の情報は、角度情報や位置情報と同様に取り扱うことができる。
上述した実施形態においては、角度センサー34による角度情報や、距離センサーによる移動距離情報について閾値を規定する例について説明したが、閾値を規定する対象はこれらに限られない。閾値は、角度情報や移動距離情報の一回以上の微分値について規定しても良い。角度情報又は移動距離情報の微分値は、角速度又は移動速度であって、上述した角速度情報と同様に取り扱うことができる。角度情報又は移動距離情報の二回微分値は、角加速度又は加速度であって、上述した加速度情報と同様に取り扱うことができる。
上述した実施形態においては、角度情報や角速度情報や移動距離情報や加速度情報や位置情報などについて閾値を規定する例や、制御指令値の特徴点に対して時間軸において閾値を規定する例について説明した。これらの閾値を規定した対象は、制御を実行する際は、それぞれ単独で用いられていたが、閾値を規定した複数の対象を用いて制御を実行しても良い。例えば、角度情報及び角速度情報が共に閾値を超えた場合のみ、角速度情報のゲイン調整を行う制御を実行し、角度情報又は角速度情報の少なくとも一方が閾値を超えていない場合には、ゲイン調整を行わない制御を実行しても良い。また、角度情報や角速度情報や移動距離情報や加速度情報や位置情報などや、制御指令値の特徴点に対する時間軸などと、変形例1で説明した角速度情報や加速度情報の値に影響を及ぼすノイズレベルとを組み合わせても良い。この場合、例えば、角度情報や角速度情報や移動距離情報や加速度情報や位置情報などや、制御指令値の特徴点に対する時間軸などと、ノイズレベルとの両方が共に閾値を超えた場合のみ、ゲイン調整を行う制御を実行し、少なくとも一方が閾値を超えていない場合には、ゲイン調整を行わない制御を実行する。これにより、角速度情報などのノイズレベルが低レベルに保たれているにも関わらず、ノイズによる悪影響を回避するためにゲイン調整を行う制御を実施するというような状態を回避することができる。
上述した実施形態においては、ロボット及び搬送装置の例として、ロボット機構20を備えるロボット10、ロボット機構320を備えるロボット310、天吊搬送装置410、印刷装置が備えるヘッド搬送装置460、レーザープリンター510が備えるドラム駆動装置、などを例に説明した。しかし、上述した慣性センサーを用いた制御方法を用いて好適に制御できるロボット及び搬送装置は、これらの例示した装置に限られない。上述した慣性センサーを用いた制御方法を用いることで、移動体を所定の目的位置まで速やかに移動させると共に、当該位置に精度良く速やかに停止させることが好ましい装置を好適に制御することができる。
Claims (8)
- 一端を回動可能に支持されたアームと、前記アームを回動させる駆動源と、前記駆動源の回動角度を検出して角度情報を出力する角度センサーと、前記アームに取り付けられており、前記アームに作用する慣性力を検出して慣性力情報を出力する慣性センサーと、前記アームの回動動作を規定する制御指令値を出力する制御指令発生部と、
前記慣性力情報の重み付け値を漸次変化させて調整する重み付け調整部と、
前記制御指令値、前記角度情報、及び前記重み付け値によって重み付けされた前記慣性力情報に基づいて前記アームの動作を制御するアーム動作制御部と、を備えることを特徴とするロボット。 - 前記重み付け調整部は、前記アームが停止状態から回動状態に移行する場合に前記慣性力情報の重み付け値を漸次増加させる調整と、前記アームが回動状態から停止状態に移行する場合に前記慣性力情報の重み付け値を漸次減少させる調整との、少なくとも1つの調整を行うことを特徴とする請求項1に記載のロボット。
- 前記重み付け調整部は、時間の経過に伴い前記重み付け値の変化幅を大きくさせることを特徴とする請求項1又は2に記載のロボット。
- 前記重み付け調整部は、前記アームの回動による前記アームの振動周期の半分以上の時間、前記重み付け値を変化させることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のロボット。
- 前記重み付け調整部は、前記慣性力情報と当該慣性力情報について予め設定された閾値とを比較して前記重み付け値を変化させることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のロボット。
- 前記重み付け調整部は、前記角度情報と当該角度情報について予め設定された閾値とを比較して前記重み付け値を変化させることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のロボット。
- 前記重み付け調整部は、前記制御指令値が規定する前記アームの回動動作の停止時点からの経過時間と、前記経過時間について予め設定された閾値とを比較して前記重み付け値を変化させるこことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載のロボット。
- 一端を回動可能に支持されたアームと、前記アームを回動させる駆動源と、前記駆動源の回動角度を検出して角度情報を出力する角度センサーと、前記アームに取り付けられており、前記アームに作用する慣性力を検出して慣性力情報を出力する慣性センサーと、前記アームの回動動作を規定する制御指令値を出力する制御指令発生工程と、
前記慣性力情報の重み付け値を漸次変化させて調整する重み付け調整工程と、
前記制御指令値、前記角度情報、及び前記重み付け値によって重み付けされた前記慣性力情報に基づいて前記アームの動作を制御するアーム動作制御工程と、を備えることを特徴とするロボットの制御方法。
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