JP2024029678A - ロボットの制御方法、ロボットの制御プログラムおよびロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】優れた位置制御を行うことのできるロボットの制御方法、ロボットの制御プログラムおよびロボットシステムを提供すること。【解決手段】ロボットの制御方法は、アームと、前記アームを回動させるモーターと、前記アームと前記モーターとの間に介在し、前記モーターの回転を減速して前記アームに伝達する減速機と、を備えるロボットの制御方法であって、前記アームの目標位置に基づいて前記減速機に加わるトルクを取得するトルク取得ステップと、前記トルクに基づいて前記モーターと前記減速機との位置ずれを補正する補正値を取得する補正値取得ステップと、前記補正値に基づいて前記目標位置を補正する目標位置補正ステップと、を含む。【選択図】図１１

Description

本発明は、ロボットの制御方法、ロボットの制御プログラムおよびロボットシステムに関する。

特許文献１に記載されているロボットシステムは、ロボットと、センサーと、動作制御部および学習制御部を有するロボット制御装置と、を備えている。ロボットは、六つの関節軸と、関節軸により連結されているアーム部と、各関節軸を駆動するサーボモーターと、を有している。学習制御部は、動作制御部が動作指令によりロボットを動作させたときの当該ロボットに生じる振動を補正するための振動補正量を算出し、算出した振動補正量を次回の動作指令に対して適用する学習制御を行う。

特開２０１８－１３０８００号公報

しかしながら、特許文献１のようなロボットシステムにおいては、関節軸の構造上のずれが原因となり、実際に移動したロボットの位置が指令された目標位置からずれる場合がある。

本発明のロボットの制御方法は、アームと、前記アームを回動させるモーターと、前記アームと前記モーターとの間に介在し、前記モーターの回転を減速して前記アームに伝達する減速機と、を備えるロボットの制御方法であって、
前記アームの目標位置に基づいて前記減速機に加わるトルクを取得するトルク取得ステップと、
前記トルクに基づいて前記モーターと前記減速機との位置ずれを補正する補正値を取得する補正値取得ステップと、
前記補正値に基づいて前記目標位置を補正する目標位置補正ステップと、を含む。

本発明のロボットの制御プログラムは、アームと、前記アームを回動させるモーターと、前記アームと前記モーターとの間に介在し、前記モーターの回転を減速して前記アームに伝達する減速機と、を備えるロボットの制御プログラムであって、
前記アームの目標位置に基づいて前記減速機に加わるトルクを取得し、前記トルクに基づいて前記モーターと前記減速機との位置ずれを補正する補正値を取得し、前記補正値に基づいて前記目標位置を補正する。

本発明のロボットシステムは、アームと、前記アームを回動させるモーターと、前記アームと前記モーターとの間に介在し、前記モーターの回転を減速して前記アームに伝達する減速機と、を備えるロボットと、
前記モーターの駆動を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、前記アームの目標位置に基づいて前記減速機に加わるトルクを取得し、前記トルクに基づいて前記モーターと前記減速機との位置ずれを補正する補正値を取得し、前記補正値に基づいて前記目標位置を補正する。

好適な実施形態に係るロボットシステムの全体図である。 第１関節アクチュエーターの縦断面図である。 第１関節アクチュエーターの上面図である。 位置センサーの出力の一例を示す図である。 従来のモーターの制御方法を示すブロック図である。 減速機に生じる捩じれを示す図である。 本実施形態のモーターの制御方法を示すブロック図である。 位置指令の補正方法を示すフローチャートである。 第１補正値を定めた第１補正テーブルを示す図である。 第２補正値を定めた第２補正テーブルを示す図である。 位置指令の補正方法を示すフローチャートである。

以下、本発明のロボットの制御方法、ロボットの制御プログラムおよびロボットシステムを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１は、好適な実施形態に係るロボットシステムの全体図である。図２は、第１関節アクチュエーターの縦断面図である。図３は、第１関節アクチュエーターの上面図である。図４は、位置センサーの出力の一例を示す図である。図５は、従来のモーターの制御方法を示すブロック図である。図６は、減速機に生じる捩じれを示す図である。図７は、本実施形態のモーターの制御方法を示すブロック図である。図８は、位置指令の補正方法を示すフローチャートである。図９は、第１補正値を定めた第１補正テーブルを示す図である。図１０は、第２補正値を定めた第２補正テーブルを示す図である。図１１は、位置指令の補正方法を示すフローチャートである。なお、図１および図２中の上下方向は、鉛直方向と一致しており、図１および図２中の上側を「上」、下側を「下」とも言う。

図１に示すロボットシステム１は、ロボット２と、ロボット２の駆動を制御する制御装置９と、を有している。

ロボット２は、スカラロボットであり、例えば、電子部品等のワークの保持、搬送、組立および検査等の各作業で用いられる。ただし、ロボット２の用途は、特に限定されない。また、ロボット２は、スカラロボット以外、例えば、６軸多関節ロボット、双腕ロボット等であってもよい。

ロボット２は、ベース２１と、ベース２１に接続されているロボットアーム２２と、を有している。また、ロボットアーム２２は、基端部がベース２１に接続され、ベース２１に対して鉛直方向に沿う第１回動軸Ｊ１まわりに回動するアームとしての第１アーム２２１と、基端部が第１アーム２２１の先端部に接続され、第１アーム２２１に対して鉛直方向に沿う第２回動軸Ｊ２まわりに回動する第２アーム２２２と、を有している。

また、第２アーム２２２の先端部には作業ヘッド２３が設けられている。作業ヘッド２３は、第２アーム２２２の先端部に同軸的に配置されているスプラインナット２３１およびボールネジナット２３２と、スプラインナット２３１およびボールネジナット２３２に挿通されているスプラインシャフト２３３と、を有している。スプラインシャフト２３３は、第２アーム２２２に対して、その中心軸であり鉛直方向に沿う第３回動軸Ｊ３まわりに回転可能で、かつ、第３回動軸Ｊ３に沿って昇降可能である。

また、スプラインシャフト２３３の下端部には、エンドエフェクター２４が装着されている。エンドエフェクター２４は、着脱自在であり目的の作業に適したものが適宜選択される。

また、ロボット２は、ベース２１と第１アーム２２１とを連結し、ベース２１に対して第１アーム２２１を第１回動軸Ｊ１まわりに回動させる第１関節アクチュエーター２５１と、第１アーム２２１と第２アーム２２２とを連結し、第１アーム２２１に対して第２アーム２２２を第２回動軸Ｊ２まわりに回動させる第２関節アクチュエーター２５２と、を有している。

また、ロボット２は、スプラインナット２３１を回転させてスプラインシャフト２３３を第３回動軸Ｊ３まわりに回転させる第１駆動機構２５３と、ボールネジナット２３２を回転させてスプラインシャフト２３３を第３回動軸Ｊ３に沿った方向に昇降させる第２駆動機構２５４と、を有している。

次に、第１関節アクチュエーター２５１について説明する。第１関節アクチュエーター２５１は、ベース２１内に収容されている。図２に示すように、第１関節アクチュエーター２５１は、ベース２１と第１アーム２２１とを連結している減速機３と、モーター４と、モーター４に接続されているエンコーダー５と、減速機３に接続されている位置センサー６と、を有している。

モーター４は、ベース２１に固定されている。また、モーター４は、例えば、ＡＣサーボモーターである。ただし、モーター４としては、特に限定されず、例えば、ＤＣサーボモーター、ステッピングモーター等を用いてもよい。このようなモーター４は、出力軸であるシャフト４１と、シャフト４１を回転させる図示しないステーターと、これらを収容するハウジング４３と、を有している。

エンコーダー５は、第１回動軸Ｊ１に沿ってモーター４と並んで配置され、モーター４の下側に位置している。エンコーダー５は、シャフト４１に固定された光学スケール５１と、光学スケール５１の回転状態を検出する光学センサー５２と、を有している。

光学スケール５１は、シャフト４１と共に第１回動軸Ｊ１まわりに回転する。また、光学スケール５１の下面には、光学スケール５１の回転角度を検出し得る図示しない検出用パターンが形成されている。一方、光学センサー５２は、光学スケール５１上の検出用パターンに向けて光を出射する発光素子５２１と、検出用パターンで反射した光を受光する受光素子５２２と、を有している。このような構成のエンコーダー５では、光学スケール５１の第１回動軸Ｊ１まわりの回転に伴って受光素子５２２からの出力信号の波形が変化する。そのため、この出力信号に基づいてモーター４の位置（回転角度）を検出することができる。

ただし、エンコーダー５の構成は、特に限定されない。例えば、本実施形態では、受光素子５２２が検出用パターンで反射した光を受光する反射型の光学式エンコーダーであるが、受光素子５２２が検出用パターンを透過した光を受光する透過型の光学式エンコーダーであってもよい。また、検出用パターンをカメラで撮像し、テンプレートパッチングを用いて撮像した画像からモーター４の位置を検出する画像認識型エンコーダーであってもよい。

減速機３は、第１回動軸Ｊ１に沿ってモーター４と並んで配置され、モーター４の上側に位置している。減速機３は、シャフト４１の回転を高い減速比で減速して出力し、減速比に比例した高いトルクを発生させる。

減速機３は、波動歯車装置である。このような減速機３は、ウェーブジェネレーター３１と、フレックスプライン３３と、サーキュラスプライン３６と、カバー部材３９と、を有している。減速機３では、ウェーブジェネレーター３１がモーター４の動力が入力される入力側となり、サーキュラスプライン３６がモーター４の動力を減速して出力する出力側となる。

サーキュラスプライン３６は、実質的に撓まない剛体で構成された環状の内歯歯車である。また、サーキュラスプライン３６は、ベース２１に固定されている内側主軸受け３６１と、内側主軸受け３６１の外側に位置し、カバー部材３９を介して第１アーム２２１に固定されている外側主軸受け３６２と、を有している。また、内側主軸受け３６１と外側主軸受け３６２とは、ベアリング３６３により連結され、外側主軸受け３６２と内側主軸受け３６１とが回転可能となっている。また、内側主軸受け３６１の内周部にはフレックスプライン３３と噛合する内歯３６１ｂが形成されている。

フレックスプライン３３は、サーキュラスプライン３６の内側に配置されている。フレックスプライン３３は、ウェーブジェネレーター３１の外周に沿って撓み変形可能な可撓性を有する筒状部３３１と、筒状部３３１の上端部に接続された環状のフランジ部３３２と、を有している。筒状部３３１の外周部には、サーキュラスプライン３６の内歯３６１ｂと噛合する外歯３３１ａが形成されている。外歯３３１ａの歯数は、内歯３６１ｂの歯数よりも少なく設定されている。フランジ部３３２は、外側主軸受け３６２と共にカバー部材３９に固定されている。

また、ウェーブジェネレーター３１は、シャフト４１に固定され、シャフト４１の回転に連動して回転する波動発生部３１１と、波動発生部３１１とフレックスプライン３３との間に嵌め込まれたベアリング３１２と、を有している。波動発生部３１１は、第１回動軸Ｊ１に沿う方向からの平面視で外周が楕円形または長円形である。つまり、ウェーブジェネレーター３１は、長手方向と、それに直交する短手方向と、を有する形状である。

ウェーブジェネレーター３１は、フレックスプライン３３の筒状部３３１の内周面に接し、筒状部３３１を楕円形または長円形に撓めて筒状部３３１の外歯３３１ａをサーキュラスプライン３６の内歯３６１ｂに部分的に噛合させる。これにより、長軸の部分でサーキュラスプライン３６と歯が噛み合い、短軸の部分では歯が完全に離れた状態となる。

ウェーブジェネレーター３１にモーター４からの駆動力が入力されると、フレックスプライン３３およびサーキュラスプライン３６は、互いの噛み合い位置が周方向に順次移動しながら、歯数差に起因して第１回動軸Ｊ１まわりに相対的に回転する。本実施形態では、フレックスプライン３３と外側主軸受け３６２とがカバー部材３９を介して第１アーム２２１に固定され、内側主軸受け３６１がベース２１に固定されているため、第１アーム２２１がベース２１に対して第１回動軸Ｊ１まわりに回動する。

このような減速機３によれば、モーター４からウェーブジェネレーター３１に入力された回転が減速されてサーキュラスプライン３６の外側主軸受け３６２から出力され、出力側において減速比に比例したトルクを得ることができる。

以上、減速機３について説明したが、減速機３としては、特に限定されず、例えば、サイクロ減速機（登録商標）、遊星歯車減速機等であってもよい。

位置センサー６は、減速機３の出力側に配置されており、減速機３の原点Ｏ３を検出するのに用いられる。本実施形態の位置センサー６は、透過型の光センサーである。図２および図３に示すように、位置センサー６は、カバー部材３９に固定されカバー部材３９と共に第１回動軸Ｊ１まわりに回動する半円状の検出回転板６１と、ベース２１に固定されているＰＩ（フォトインタラプタ）センサー６２と、を有している。

ＰＩセンサー６２は、検出回転板６１を介して上下に対向配置された発光素子６２１と受光素子６２２を有し、発光素子６２１から出射した光を受光素子６２２が受光することにより信号を出力するセンサーである。このような位置センサー６では、発光素子６２１と受光素子６２２との間を半円状の検出回転板６１が通過することにより、受光素子６２２の受光のＯＮ／ＯＦＦが切り替わり、図４に示すように、それに伴って出力信号がＨｉｇｈ／Ｌｏｗで変化する。なお、以下では、主力信号がＬｏｗからＨｉｇｈに切り替わる位置を減速機３の原点Ｏ３（０°）とする。ただし、原点Ｏ３の設定方法は、特に限定されない。

以上、位置センサー６について説明したが、位置センサー６としては、減速機３の原点Ｏ３を検出することができれば、特に限定されない。例えば、光反射型の光センサーを用いてもよい。この場合、ＰＩセンサー６２に代えてフォトリフレクタセンサーを用い、検出回転板６１で反射した光を受光素子が受光する構成としてもよい。

制御装置９は、ロボット２の駆動を制御する。具体的には、制御装置９は、第１関節アクチュエーター２５１、第２関節アクチュエーター２５２、第１駆動機構２５３および第２駆動機構２５４の駆動をそれぞれ独立して制御する。このような制御装置９は、例えば、コンピューターから構成され、情報を処理するプロセッサー（ＣＰＵ）と、プロセッサーに通信可能に接続されたメモリーと、外部装置との接続を行う外部インターフェースと、を有している。メモリーにはプロセッサーにより実行可能な各種プログラムが保存され、プロセッサーは、メモリーに記憶されたプログラムを読み込んで実行することができる。

特に、本実施形態では、メモリーにロボット２の制御プログラムＰＰが保存されており、この制御プログラムＰＰをプロセッサーが実行することにより、後述するロボット２の制御が実現される。

次に、図５に基づいて、従来から用いられている第１関節アクチュエーター２５１の制御回路８と、その問題点について簡単に説明する。同図に示すように、制御回路８は、位置指令生成部８１と、位置制御部８２と、速度制御部８３と、電流制御部８４と、を有している。

位置指令生成部８１は、モーター４の位置指令Ｐ０を制御周期間隔毎に生成する。位置指令Ｐ０は、第１アーム２２１の目標位置を示す指令である。位置制御部８２は、位置指令生成部８１が生成した位置指令Ｐ０とエンコーダー５が検出したモーター４の位置（回転角度）とを一致させるように速度指令Ｖ０を生成する。速度制御部８３は、エンコーダー５で検出したモーター４の位置から求めた速度を速度指令Ｖ０に一致させるように加速度指令Ａ０を生成する。電流制御部８４は、加速度指令Ａ０に基づいて電流指令Ｅ０を生成する。そして、電流制御部８４で生成された電流指令Ｅ０がモーター４に印加され、モーター４が駆動する。

このようなフィードバック制御によれば、モーター４を位置指令Ｐ０に沿って動かすことができ、第１アーム２２１が目標位置となると考えられる。しかしながら、モーター４と第１アーム２２１との間には減速機３が介在しており、減速機３が有するバックラッシ（ロストモーション）、減速機３の入力側と出力側との間に生じる捩じれ等の影響により、モーター４の位置が位置指令Ｐ０と一致しても、第１アーム２２１の位置が目標位置からずれる場合がある。

以下、この理由について簡単に説明する。図６は、減速機３に生じる捩じれを示すグラフである。同図に示すように、減速機３では、トルクによって入力側であるウェーブジェネレーター３１と出力側である外側主軸受け３６２との間に捩じれが生じる。この捩じれが、モーター４を位置指令Ｐ０に沿って駆動させても第１アーム２２１が目標位置に一致しない１つの原因となる。つまり、捩じれ分だけ、第１アーム２２１が目標位置からずれる。また、減速機３に加わるトルクの大きさによって減速機３の捩じれの大きさが変化する特性を有している。また、減速機３の回転方向（ＣＷ／ＣＣＷ）によっても捩じれの大きさが異なる特性を有している。

ここで、一方向位置繰り返し精度について述べる。この「一方向位置繰り返し精度」とは、所定の目標位置に対して同じ方向から複数回の位置決めを行った場合の位置決め精度を意味する。なお、一方向位置繰り返し精度の計測方法は、特に限定されないが、本実施形態では、次のようにして測定した。

まず、任意の２点を予め決めておき、エンコーダー５の出力に基づいてモーター４を駆動し、第１アーム２２１を一方の点から他方の点に移動させ、当該位置で停止する。そして、停止時の減速機３の位置を記録する。なお、減速機３の位置は、原点からの回転角度を意味し、例えば、外側主軸受け３６２に接続したエンコーダーにより検出することができる。以上の工程を複数回繰り返す。そして、複数回分の計測値の最大値と最小値との差を、その計測点の一方向位置繰り返し精度として記録する。さらに、以上の工程を１サイクルとし、このサイクルを計測点を変化させて行った。また、以上の計測を、第１アーム２２１に負荷が掛かっている場合と負荷が掛かっていない場合の２パターン行った。

この結果、減速機３の位置によって一方向位置繰り返し精度が変動していることが分かった。この変動は、内側主軸受け３６１の内周部に形成されている内歯３６１ｂの数が関係していると推測される。また、一方向位置繰り返し精度は、減速機３に加わるトルクの大小によっても異なることが分かった。具体的には、第１アーム２２１に負荷が掛かっている場合の方が、負荷が掛かっていない場合よりも一方向位置繰り返し精度が高いことがわかった。

以上、減速機３のバックラッシ、捩じれ等の影響により、モーター４の位置が位置指令と一致しても、第１アーム２２１の位置が目標位置からずれる理由について簡単に説明した。

そこで、ロボットシステム１では、減速機３のバックラッシや捩じれに起因したずれを補正する補正値Ｇを取得し、取得した補正値Ｇに基づいて位置指令Ｐ０を補正する。これにより、第１アーム２２１の目標位置からずれを抑制することができ、好ましくは、目標位置に一致させることができる。以下、詳細に説明する。

図７に示すように、制御装置９は、第１関節アクチュエーター２５１の駆動を制御する制御回路９１を有している。また、制御回路９１は、モーター４の位置指令Ｐ０を制御周期間隔毎に生成する位置指令生成部９１０と、位置指令Ｐ０を補正して補正位置指令Ｐ０’を生成する位置指令補正部９１１と、位置指令補正部９１１で生成された補正位置指令Ｐ０’に基づいてモーター４への速度指令Ｖ０を生成する位置制御部９１２と、位置制御部９１２からの速度指令Ｖ０に基づいてモーター４への加速度指令Ａ０を生成する速度制御部９１３と、速度制御部９１３からの加速度指令Ａ０に基づいてモーター４への電流指令Ｅ０を生成する電流制御部９１４と、を有している。

位置指令生成部９１０は、モーター４の位置指令Ｐ０を制御周期間隔毎に生成する。位置指令Ｐ０は、第１アーム２２１の目標位置を示す指令である。

位置指令補正部９１１は、位置指令生成部９１０で生成された位置指令Ｐ０を補正して補正位置指令Ｐ０’を生成する。以下、位置指令補正部９１１による位置指令Ｐ０の補正方法について詳細に説明する。

図８に示すように、位置指令Ｐ０の補正方法は、モーター４と減速機３の原点を合わせるキャリブレーションステップＳ１と、位置指令Ｐ０に基づいて減速機３に加わるトルクＴ１を取得するトルク取得ステップＳ２と、位置指令Ｐ０に基づいて減速機３の回転方向Ｔ２を取得する回転方向取得ステップＳ３と、位置指令Ｐ０に基づいて減速機３の回転角度Ｔ３を取得する回転角度取得ステップＳ４と、ステップＳ１～Ｓ４で得られたトルクＴ１、回転方向Ｔ２および回転角度Ｔ３に基づいて補正値Ｇを取得する補正値取得ステップＳ５と、補正値Ｇに基づいて位置指令Ｐ０を補正して補正位置指令Ｐ０’を生成する目標位置補正ステップＳ６と、を含んでいる。

まず、目標位置補正ステップＳ６で用いられる補正値Ｇについて説明する。補正値Ｇは、第１補正値Ｇ１および第２補正値Ｇ２を有している。また、これら第１補正値Ｇ１および第２補正値Ｇ２は、事前に準備されている。

第１補正値Ｇ１は、減速機３に加わるトルクおよび減速機３の回転方向に依存して生じる第１アーム２２１の位置ずれをキャンセルする補正値である。前述したように、減速機３では、減速機３に加わるトルクや減速機３の回転方向によって一方向位置繰り返し精度が変化する。そこで、図９に示すように、正回転ＣＷおよび逆回転ＣＣＷのそれぞれについて、減速機３に加わるトルクの大きさ毎に第１アーム２２１の目標位置からのずれをキャンセルする第１補正値Ｇ１を定め、これを第１補正テーブルＴＢ１として制御装置９に記憶させている。なお、前記「キャンセルする」とは、ずれを小さくすること、好ましくは、ずれをゼロにすることを意味する。

なお、本実施形態では、１００％つまり減速機３の最大許容トルクと等しいトルクを加えた状態でのみ実際に測定し、他の大きさのトルクについては、比例関係にあると仮定して計算で求めている。ただし、これに限定されず、全ての大きさのトルクについて実際に測定してもよいし、いくつかのトルクについて実際に測定し、間を計算にて補間してもよい。また、第１補正テーブルＴＢ１では、トルクの大きさを１０％毎に区切っているが、これに限定されず、さらに小さく区切ってもよいし、さらに大きく区切ってもよい。

第２補正値Ｇ２は、減速機３の位置に依存して生じる第１アーム２２１の位置ずれをキャンセルする補正値である。前述したように、減速機３では、減速機３の位置つまり原点からの回転角度によって一方向位置繰り返し精度が変化する。そこで、図１０に示すように、減速機３の位置毎に第１アーム２２１の目標位置からのずれをキャンセルする第２補正値Ｇ２を定め、これを第２補正テーブルＴＢ２として制御装置９に記憶させている。

なお、本実施形態では、減速機３の位置を１°毎に区切っているが、これに限定されず、さらに小さく区切ってもよいし、さらに大きく区切ってもよい。

［キャリブレーションステップＳ１］
図１１に示すように、まず、位置指令補正部９１１は、ステップＳ１１として、モーター４の原点と減速機３の原点とにずれがあるかを確認する。ずれがない場合、位置指令補正部９１１は、トルク取得ステップＳ２に移行する。一方、ずれがある場合、位置指令補正部９１１は、ステップＳ１２として、エンコーダー５の出力から検出されるモーター４の原点と、位置センサー６の出力から検出される減速機３の原点とのずれ量Δを検出する。次に、位置指令補正部９１１は、ステップＳ１３として、検出したずれ量Δに基づいてモーター４の原点と減速機３の原点とを一致させるキャリブレーションを行う。これにより、目標位置補正ステップＳ６での位置指令Ｐ０の補正をより精度よく行うことができる。

［トルク取得ステップＳ２］
トルク取得ステップＳ２では、位置指令補正部９１１は、位置指令Ｐ０に基づいて減速機３に加わるトルクＴ１を取得する。本実施形態では、制御装置９は、予め決められた加速度、最高速度および減速度によりロボット２の駆動を制御する。そのため、これら駆動条件に基づいて、位置指令Ｐ０に沿う移動中に減速機３に加わるトルクＴ１を算出することができる。なお、トルクＴ１は、目標位置までの移動中に加わる最大トルクを意味している。また、トルクＴ１の取得方法は、特に限定されない。

［回転方向取得ステップＳ３］
回転方向取得ステップＳ３では、位置指令補正部９１１は、位置指令Ｐ０に基づいて回転方向Ｔ２を取得する。つまり、目標位置に向けて減速機３をＣＷ方向に回転させるのか、反対に、ＣＣＷ方向に回転させるのかを判断する。

［回転角度取得ステップＳ４］
回転角度取得ステップＳ４では、位置指令補正部９１１は、位置指令Ｐ０に基づいて減速機３の回転角度Ｔ３を取得する。具体的には、位置指令補正部９１１は、まず、位置指令Ｐ０に基づいてモーター４の回転量を算出する。次に、位置指令補正部９１１は、算出したモーター４の回転量と、減速機３の減速比と、に基づいて減速機３の回転量を算出する。次に、位置指令補正部９１１は、算出した回転量に基づいて位置指令Ｐ０に沿う駆動が終了するときの減速機３の位置つまり原点からの回転角度Ｔ３を算出する。

［補正値取得ステップＳ５］
補正値取得ステップＳ５では、位置指令補正部９１１は、ステップＳ５１として、第１補正テーブルＴＢ１からトルク取得ステップＳ２で取得したトルクＴ１および回転方向取得ステップＳ３で取得した回転方向Ｔ２に対応する第１補正値Ｇ１を取得する。次に、位置指令補正部９１１は、ステップＳ５２として、第２補正テーブルＴＢ２から回転角度取得ステップＳ４で取得した回転角度Ｔ３に対応する第２補正値Ｇ２を取得する。

［目標位置補正ステップＳ６］
目標位置補正ステップＳ６では、位置指令補正部９１１は、補正値取得ステップＳ５で取得した第１補正値Ｇ１および第２補正値Ｇ２に基づいて位置指令Ｐ０を補正し、補正位置指令Ｐ０’を生成する。これにより、減速機３のバックラッシや捩じれに起因する第１アーム２２１の位置ずれがキャンセルされた補正位置指令Ｐ０’が得られる。

以上、位置指令補正部９１１による位置指令Ｐ０の補正方法について説明した。このように、本実施形態では、トルクＴ１だけではなく、回転方向Ｔ２および回転角度Ｔ３を用いて補正値Ｇを取得している。そのため、より精度よく、第１アーム２２１の目標位置からのずれをキャンセルすることができる。ただし、これに限定されず、補正値Ｇは、少なくともトルクＴ１を用いて取得すればよい。

また、例えば、本実施形態では、一番初めにキャリブレーションステップＳ１を行っているが、当該ステップＳ１は、目標位置補正ステップＳ６より先であれば、その順番は特に限定されない。また、本実施形態では、第１補正値Ｇ１および第２補正値Ｇ２を取得した後の目標位置補正ステップＳ６において位置指令Ｐ０を第１補正値Ｇ１および第２補正値Ｇ２で補正しているが、これに限定されず、例えば、回転方向取得ステップＳ３と回転角度取得ステップＳ４との間に位置指令Ｐ０を第１補正値Ｇ１で補正し、回転角度取得ステップＳ４の後に、第１補正値Ｇ１で補正した位置指令Ｐ０をさらに第２補正値Ｇ２で補正することにより補正位置指令Ｐ０’を生成してもよい。

位置制御部９１２は、補正位置指令Ｐ０’に、エンコーダー５からの出力つまりモーター４の実位置Ｐ１をフィードバックする。そして、位置制御部９１２は、補正位置指令Ｐ０’と実位置Ｐ１との差分に基づいて、つまり、実位置Ｐ１が位置指令Ｐ０と一致するように速度指令Ｖ０を生成する。

速度制御部９１３は、速度指令Ｖ０に、エンコーダー５の出力を微分して得られたモーター４の実速度Ｖ１をフィードバックする。そして、速度制御部９１３は、速度指令Ｖ０と実速度Ｖ１との差分に基づいて、つまり、実速度Ｖ１が速度指令Ｖ０と一致するように加速度指令Ａ０を生成する。

電流制御部９１４は、加速度指令Ａ０に基づいて電流指令Ｅ０を生成する。そして、電流制御部９１４で生成された電流指令Ｅ０がモーター４に印加され、モーター４が駆動する。

以上のような制御方法によれば、減速機３に起因して生じる第１アーム２２１の目標位置からのずれを効果的にキャンセルすることができる。そのため、位置精度、特に、一方向位置繰り返し精度が向上する。また、位置制御や速度制御中で第１アーム２２１のずれをキャンセルするのではなく、位置制御の元となる位置指令Ｐ０自体を補正するため、補正方法がよりシンプルとなり、容易となる。また、補正値Ｇを予めテーブルとして記憶しているため、補正値Ｇの取得や、取得した補正値Ｇを用いた位置指令Ｐ０の補正が容易となる。

以上、ロボットシステム１について説明した。このようなロボットシステム１に適用されているロボット２の制御方法は、前述したように、アームとしての第１アーム２２１と、第１アーム２２１を回動させるモーター４と、第１アーム２２１とモーター４との間に介在し、モーター４の回転を減速して第１アーム２２１に伝達する減速機３と、を備えるロボット２の制御方法であって、第１アーム２２１の目標位置である位置指令Ｐ０に基づいて減速機３に加わるトルクＴ１を取得するトルク取得ステップＳ２と、トルクＴ１に基づいてモーター４と減速機３との位置ずれを補正する補正値Ｇを取得する補正値取得ステップＳ５と、補正値Ｇに基づいて位置指令Ｐ０を補正する目標位置補正ステップＳ６と、を含む。このような制御方法によれば、減速機３に起因して生じる第１アーム２２１の目標位置からのずれを効果的にキャンセルすることができる。そのため、優れた位置精度を発揮することができる。

また、前述したように、ロボット２の制御方法は、第１アーム２２１を目標位置に移動させる際の減速機３の回転方向Ｔ２を取得する回転方向取得ステップＳ３を含み、補正値取得ステップＳ５では、トルクＴ１および回転方向Ｔ２に基づいて補正値Ｇを取得する。このような制御方法によれば、減速機３に起因して生じる第１アーム２２１の目標位置からのずれをより効果的にキャンセルすることができる。

また、前述したように、ロボット２の制御方法は、第１アーム２２１を目標位置に移動させる際の減速機３の回転角度Ｔ３を取得する回転角度取得ステップＳ４を含み、補正値取得ステップＳ５では、トルクＴ１および回転角度Ｔ３に基づいて補正値Ｇを取得する。このような制御方法によれば、減速機３に起因して生じる第１アーム２２１の目標位置からのずれをより効果的にキャンセルすることができる。

また、前述したように、ロボット２の制御方法は、目標位置補正ステップＳ６に先立って行われ、モーター４と減速機３との位置合わせを行うキャリブレーションステップＳ１を含む。これにより、目標位置補正ステップＳ６での位置指令Ｐ０の補正をより精度よく行うことができる。

また、前述したように、ロボットシステム１に適用されているロボット２の制御プログラムＰＰは、アームとしての第１アーム２２１と、第１アーム２２１を回動させるモーター４と、第１アーム２２１とモーター４との間に介在し、モーター４の回転を減速して第１アーム２２１に伝達する減速機３と、を備えるロボット２の制御プログラムであって、第１アーム２２１の目標位置である位置指令Ｐ０に基づいて減速機３に加わるトルクＴ１を取得し、トルクＴ１に基づいてモーター４と減速機３との位置ずれを補正する補正値Ｇを取得し、補正値Ｇに基づいて位置指令Ｐ０を補正する。このような制御プログラムＰＰによれば、減速機３に起因して生じる第１アーム２２１の目標位置からのずれを効果的にキャンセルすることができる。そのため、優れた位置精度を発揮することができる。

また、前述したように、ロボットシステム１は、アームとしての第１アーム２２１と、第１アーム２２１を回動させるモーター４と、第１アーム２２１とモーター４との間に介在し、モーター４の回転を減速して第１アーム２２１に伝達する減速機３と、を備えるロボット２と、モーター４の駆動を制御する制御装置９と、を有している。また、制御装置９は、第１アーム２２１の目標位置である位置指令Ｐ０に基づいて減速機３に加わるトルクＴ１を取得し、トルクＴ１に基づいてモーター４と減速機３との位置ずれを補正する補正値Ｇを取得し、補正値Ｇに基づいて位置指令Ｐ０を補正する。このような構成によれば、減速機３に起因して生じる第１アーム２２１の目標位置からのずれを効果的にキャンセルすることができる。そのため、優れた位置精度を発揮することができる。

以上、本発明のロボットの制御方法、ロボットの制御プログラムおよびロボットシステムを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

また、前述した実施形態では、第１関節アクチュエーター２５１について本発明のロボットの制御方法を適用したが、これに限定されず、第２関節アクチュエーター２５２に本発明のロボットの制御方法を適用してもよい。

１…ロボットシステム、２…ロボット、２１…ベース、２２…ロボットアーム、２２１…第１アーム、２２２…第２アーム、２３…作業ヘッド、２３１…スプラインナット、２３２…ボールネジナット、２３３…スプラインシャフト、２４…エンドエフェクター、２５１…第１関節アクチュエーター、２５２…第２関節アクチュエーター、２５３…第１駆動機構、２５４…第２駆動機構、３…減速機、３１…ウェーブジェネレーター、３１１…波動発生部、３１２…ベアリング、３３…フレックスプライン、３３１…筒状部、３３１ａ…外歯、３３２…フランジ部、３６…サーキュラスプライン、３６１…内側主軸受け、３６１ｂ…内歯、３６２…外側主軸受け、３６３…ベアリング、３９…カバー部材、４…モーター、４１…シャフト、４３…ハウジング、５…エンコーダー、５１…光学スケール、５２…光学センサー、５２１…発光素子、５２２…受光素子、６…位置センサー、６１…検出回転板、６２…ＰＩセンサー、６２１…発光素子、６２２…受光素子、８…制御回路、８１…位置指令生成部、８２…位置制御部、８３…速度制御部、８４…電流制御部、９…制御装置、９１…制御回路、９１０…位置指令生成部、９１１…位置指令補正部、９１２…位置制御部、９１３…速度制御部、９１４…電流制御部、Ａ０…加速度指令、ＣＣＷ…逆回転、ＣＷ…正回転、Ｅ０…電流指令、Ｇ１…第１補正値、Ｇ２…第２補正値、Ｊ１…第１回動軸、Ｊ２…第２回動軸、Ｊ３…第３回動軸、Ｏ３…原点、Ｐ０…位置指令、Ｐ０’…補正位置指令、Ｐ１…実位置、ＰＰ…制御プログラム、Ｓ１…キャリブレーションステップ、Ｓ１１…ステップ、Ｓ１２…ステップ、Ｓ１３…ステップ、Ｓ２…トルク取得ステップ、Ｓ３…回転方向取得ステップ、Ｓ４…回転角度取得ステップ、Ｓ５…補正値取得ステップ、Ｓ５１…ステップ、Ｓ５２…ステップ、Ｓ６…目標位置補正ステップ、Ｔ１…トルク、Ｔ２…回転方向、Ｔ３…回転角度、ＴＢ１…第１補正テーブル、ＴＢ２…第２補正テーブル、Ｖ０…速度指令、Ｖ１…実速度、Δ…ずれ量

Claims (6)

1. アームと、前記アームを回動させるモーターと、前記アームと前記モーターとの間に介在し、前記モーターの回転を減速して前記アームに伝達する減速機と、を備えるロボットの制御方法であって、
   前記アームの目標位置に基づいて前記減速機に加わるトルクを取得するトルク取得ステップと、
   前記トルクに基づいて前記モーターと前記減速機との位置ずれを補正する補正値を取得する補正値取得ステップと、
   前記補正値に基づいて前記目標位置を補正する目標位置補正ステップと、を含むことを特徴とするロボットの制御方法。
2. 前記アームを前記目標位置に移動させる際の前記減速機の回転方向を取得する回転方向取得ステップを含み、
   前記補正値取得ステップでは、前記トルクおよび前記回転方向に基づいて前記補正値を取得する請求項１に記載のロボットの制御方法。
3. 前記アームを前記目標位置に移動させる際の前記減速機の回転角度を取得する回転角度取得ステップを含み、
   前記補正値取得ステップでは、前記トルクおよび前記回転角度に基づいて前記補正値を取得する請求項１に記載のロボットの制御方法。
4. 前記目標位置補正ステップに先立って行われ、前記モーターと前記減速機との位置合わせを行うキャリブレーションステップを含む請求項１に記載のロボットの制御方法。
5. アームと、前記アームを回動させるモーターと、前記アームと前記モーターとの間に介在し、前記モーターの回転を減速して前記アームに伝達する減速機と、を備えるロボットの制御プログラムであって、
   前記アームの目標位置に基づいて前記減速機に加わるトルクを取得し、前記トルクに基づいて前記モーターと前記減速機との位置ずれを補正する補正値を取得し、前記補正値に基づいて前記目標位置を補正することを特徴とする制御プログラム。
6. アームと、前記アームを回動させるモーターと、前記アームと前記モーターとの間に介在し、前記モーターの回転を減速して前記アームに伝達する減速機と、を備えるロボットと、
   前記モーターの駆動を制御する制御装置と、を有し、
   前記制御装置は、前記アームの目標位置に基づいて前記減速機に加わるトルクを取得し、前記トルクに基づいて前記モーターと前記減速機との位置ずれを補正する補正値を取得し、前記補正値に基づいて前記目標位置を補正することを特徴とするロボットシステム。

Images