JP2527393B2 - ロボット位置制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ロボット等のサーボ
ドライバー回路を構成するアナログ素子等のサーマルド
リフトを補うことにより、正常駆動位置から脱離された
ロボットの位置変動による出力変化に速やかに対応する
ため、ロボットが常に正確な経路を保持しつつ駆動でき
るようにするロボット位置制御装置及び制御方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】従来のロボット位置制御装
置及び制御方法は、図１及び図２に示すように、ロボッ
トが全体的に移動すべき距離（作業領域）と、ロボット
が全区間を移動する場合に要する時間を計算部１で計算
後、予め定められた所定時間中移動すべき距離をインタ
ーラップト方式を利用したラッチ２を介して制御部３に
送出し、上記制御部３に上記計算部１から送出されたロ
ボットの全移動距離に基づいてサンプリング時間毎のロ
ボットの目標位置値θａを計算し、サーボ制御部４から
の入力をモータ５の現在位置値θｆと比較すると、その
比較結果、上記目標位置値θａとモータ５の現在位置θ
ｆに差が生ずる場合には、位置エラーが生じたのである
ため、その位置エラー値θｅに基づいて比例制御１１、
積分制御１２、微分制御１３を行った後、その行われた
値をディジタル／アナログ変換器１４によりアナログ信
号に変換し、サーボ制御部４に送ってモータ５が駆動さ
れるようにするものであった。

【０００３】しかしながら、上記のような従来のロボッ
ト位置制御装置及び方法は、制御部３からサーボ制御部
４に出力されるロボットの駆動速度電圧を常に０ボルト
を基準レベルにして出力させることにより、外部温度の
変化時にサーボ制御部４内のアナログ素子等の温度特性
により、上記制御部３からロボット駆動速度電圧を０ボ
ルトに出力しても、モータ５がある一方に偏向された方
向に動作されるオフセット電圧が生じた。つまり、上記
オフセット電圧の発生により、ロボットの駆動位置に正
常状態誤差が生じたのである。

【０００４】言うまでもなく、上記オフセット電圧によ
る正常状態誤差は、積分制御を行えば防止できるが、通
常積分制御時に使用される利得値が大となるため、オー
バーシュート（ロボットが目標とした任意の位置から外
れて再び正常位置に復帰すること）が生ずることによ
り、上記正常状態誤差を防止するための代案としては適
せず、もう少し実効性のある問題点改善又は改善方法の
必要性があった。

【０００５】また、図３に示すような従来のロボット制
御方法は、ロボット１９の現在位置データ値ｙがフィー
ドバックされ、正常位置データ値Ｃと加合点Ｇ１で比較
され、上記比較結果、ロボット１６が正常位置から脱離
されたという位置エラー値ｅが判別された場合、比例制
御器１５、積分制御器１６及び微分制御器１７により比
例制御、積分制御及び微分制御を行うようになり、上記
比例積分微分制御の出力データが加合点Ｇ２で加合され
る。

【０００６】この際、上記積分制御を行った出力データ
値ｉ１は、積分制限制御器１８により元より設定されて
いた所定値以上（ｍａｘ）又は以下（ｍｉｎ）では上記
位置エラーデータ値ｅが積分できないようにする。つま
り、上記積分制御を行うに当って、元より設定された所
定値で制限をしない場合には、上記位置エラーデータ値
ｅが引続き加重され、オーバシュートが大きくなるおそ
れがあるため、積分制限制御を行うのである。

【０００７】しかしながら、上記のような従来のロボッ
ト位置制御の積分制御方法においては、上記積分制限制
御器１８により応答からのオーバーシュートは、減少さ
せることができるが、上記積分制限制御器１８により位
置エラーデータ値ｅの積分される以前の積分制御器１６
出力データ値は引続き積分されるしかないため、結局、
ロボットの位置制御ができる任意の値以上又は以下とな
り、制御不可能なはめにまで至るのみならず、ロボット
の現在位置に対する出力値が瞬時に変化する場合には、
多量のエラー値を積分することにより、正常の制御が可
能となるまでには相当の時間を要するという問題があっ
た。

【０００８】具体的な従来例としては、日本国公開特許
公報昭５９−１０９８６５号の積分制御形速度検出装置
が存在するが、上記装置は単位移動量ごとに生ずる位置
検出パルスから速度情報を算出する速度算出手段と、こ
の速度算出手段からの速度情報を積分する速度積分手段
と、上記位置検出パルスを計数し位置情報を算出する位
置情報算出手段と、上記速度積分手段の出力と上記位置
情報算出手段との出力を比較する比較手段を有し、この
比較手段により速度積分値が位置情報と等しくなるよう
速度情報を制御し出力する速度検出装置であって、一定
期間内に位置検出パルスが入力されているうちは、位置
検出パルス周期から速度を算出し、位置検出パルスが一
定周期内に入力されないと、最後に算出した速度を期間
の速度にし、更に、その速度の積分値が上記位置検出パ
ルスを加算して得られる位置情報より小のときは、上記
速度をその期間の速度で出力し、大きくならないと位置
情報からそれ以前に求めた速度の積分値を減算し、その
ものをその期間の速度で出力することにより、速度の積
分値が現在位置を超えないようにする。

【０００９】ところで、上記のような従来の積分制御形
速度検出装置は、図３に示すように、積分を制限的に制
御しつつ位置制御を行うものであって、ロボットの現在
位置値に対する出力値が瞬時に変化する場合にも、多量
のエラー値を積分することにより、正常制御に至るまで
には長時間を要するという問題があった。

【００１０】

【発明の目的】したがって、この発明は、上記のような
従来の種々問題点を解決するためになされたもので、温
度変化により生ずるオフセット電圧を補うために、基準
レベル値を変化させることによってロボットの正確な駆
動が保持されるようにするロボット位置制御装置及び制
御方法を提供することを目的としている。また、この発
明の他の目的は、設定された積分制限値以上及び以下に
飽和された値を除去し、ロボットの出力変化に速やかに
対応するロボット位置制御の積分制御方法を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的の達成のため、
この発明によるロボット位置制御装置は、ロボットの動
作時全体的に移動すべき距離及び移動時の所要時間を計
算すると共に、駆動エラー状態を使用者に感知させる計
算部と、上記計算部から送出を受けたロボットの全体的
に移動すべき距離に基づいてサンプリング時間毎にロボ
ットの移動すべき距離を計算する制御部と、上記制御部
から入力を受けた速度電圧でモータを駆動させると共
に、比例積分微分制御を行うように現在位置値を上記制
御部にフィードバックするサーボ制御部とからなるロボ
ット位置制御装置において、上記制御部は上記計算部と
の信号送受信を行うために、ラムと中央処理装置とから
構成されることを特徴とする。

【００１２】また、この発明によるロボット位置制御方
法は、ロボットの全体的に移動すべき距離に基づいてサ
ンプリング時間毎の目標位置値を計算する第１のステッ
プと、上記第１ステップで計算された目標位置値を速度
制御及び加速度制御してフィードフォワードさせる第２
のステップと、上記第１のステップで計算された目標位
置値を現在位置値と比較しエラー発生可否を判別する第
３のステップと、上記第３のステップで判別されたエラ
ー状態により比例積分微分制御を行う第４のステップ
と、前記ロボットの動作時間、及び、前記目標位置値と
前記現在位置値との差に基づいて基準レベル値を求め、
上記第２のステップ及び第４のステップから求められた
夫々の制御出力値に前記基準レベル値を加算した速度電
圧をデイジタル／アナログ変換器を通してサーボ制御部
に出力する第５のステップと、上記サーボ制御部により
ロボットが正確な位置を保持しつつ駆動されるようにす
る第６のステップとからなることを特徴とする。

【００１３】さらに、この発明によるロボット位置制御
方法は、駆動中のロボットの現在位置値をフィードバッ
クさせる位置データ値フィードバックステップと、上記
フィードバックされたロボットの現在位置値を正常位置
値と比較して生じる位置エラー値に対し、比例積分微分
制御を行う比例積分微分制御ステップと、積分制御の出
力データ値を制限的に制御し、積分制御器に入力される
上記位置エラー値を減らす利得制御ステップとからなる
ことを特徴とする。

【００１４】

【実施例】以下に、この発明に一実施例を添付図面に沿
って詳述する。図４は、この発明の実施例による装置の
構成ブロック図、図５はこの発明の実施例による自動制
御図、図６はこの発明の実施例による基準レベルを求め
る動作順を示すフローチャート、図７はこの発明のロボ
ット位置制御方法の動作順を示すフローチャート、図８
はこの発明の他の実施例によるロボット位置制御動作順
を示すフローチャートである。

【００１５】図４において、２０は計算部、３０は上記
計算部２０で計算されたロボットの全体的に移動すべき
距離と、移動時に所要時間に基づいてサンプリング時間
毎に移動すべき目標位置値θｃを計算し、その値を、モ
ータ５０を制御するためのサーボ制御部４０に入力する
制御部であって、デュアルポートラム３０−１と中央処
理装置３０−２とから構成されている。

【００１６】また、上記制御部３０は、サーボ制御部４
０がアナログ素子等の外部温度による特性変動によりあ
りのままの機能を発揮することができない場合、サーボ
制御部４０に入力される基準レベル値Ｒを適宜変動さ
せ、サーボ制御部４０からサーボ制御部４０及びデータ
５０のエラー状態に対する信号を読み取って、上記計算
部２０に出力する役割も行う。

【００１７】一方、上記サーボ制御部４０は上記制御部
３０から入力を受けた速度電圧によりモータ５０を駆動
させ、エラーが発生したかどうかをチェックする。図６
はこの発明に適用される基準レベルを求める動作順を示
すフローチャートであって、ステップＳ１で現にロボッ
トが動作状態中か停止状態中であるのかを判別し、その
判別結果、停止状態にある場合（ＮＯ場合）には、ステ
ップＳ１１て停止時間カウンターだけを１増加させ、動
作状態の場合（ｙｅｓの場合）には、ステップＳ２に進
んで１サンプリングタイム以前のロボット状態が動作状
態であったのか、停止状態であったのかその判別結果、
１サンプリングタイム以前のロボット状態が動作状態で
あった場合（ｙｅｓの場合）には、ステップＳ２１で停
止時間カウンターをゼロにクリアさせ、停止状態であっ
た場合（ＮＯの場合）には、ステップＳ１で判別された
ロボットの現状態は動作中であるため、ステップＳ３に
進んで停止時間カウンターが１５０より小であるかどう
かを判別する。

【００１８】上記ステップＳ３における判別結果、停止
時間カウンターが１５０より小の場合（ｙｅｓの場合）
には、１サンプリングタイム以前にロボットが動作中で
あった状態と同様に、ステップＳ２１で停止時間カウン
ターをゼロにクリアさせ、停止時間カウンタが１５０よ
り大の場合（ＮＯの場合）には、ステップＳ４に進んで
ロボットの目標位置値θｃと現在位置値θｆの差の位置
エラー値θｅの範囲が−２から＋２パルス範囲内である
かどうかを判別する。

【００１９】その判別の結果、上記位置エラー値が−２
から＋２パルス範囲を外れる場合（ＮＯの場合）には、
現在まで使ってきたロボットの正確な駆動のための基準
レベル値が適していないと判断し、ステップＳ４１で基
準レベル値及び停止時間をカウンタをゼロにクリアさ
せ、位置エラー値が上記ステップＳ４の範囲にある場合
（ｙｅｓの場合）には、外部温度変化によるオフセット
電圧が生じないため、ステップＳ５に進んで位置制御出
力値を基準レベル値にアップデートして終了する。図７
は、この発明の動作順を示すフローチャートであって、
図７を図４及び図５と関連づけて説明する。

【００２０】この発明の動作順が開始されると、先ずス
テップＳ１で計算部２０からの入力のロボットが全体的
に移動すべき距離に基づいて、制御部３０によりサンプ
リング時間毎にロボットが移動すべき目標位置値θｃを
計算する。上記目標位置値θｃは、加合点Ｇ１に送出さ
れる前にステップＳ２で速度制御３１及び加速度制御３
２後、加合点Ｇ２にフィードフォワードされ、ステップ
Ｓ３ではモータ５０を制御するサーボ制御部４０からの
ロボットの現在位置値θｆを加合点Ｇ１にフィードバッ
クし、ステップＳ４で上記ステップＳ１で計算された目
標位置値θｃと差が生じたかどうかを判別する。

【００２１】上記加合点Ｇ１での判別結果、位置エラー
が生じなかった場合（ＮＯの場合）には、ステップＳ４
１でロボットの現在駆動を保持しつつステップＳ３に復
帰し、位置エラーの発生可否を判別して次後の動作を行
い、位置エラーが生じた場合（ｙｅｓの場合）には、ス
テップＳ５に進んで生じた位置エラー値θｅに対し比例
制御３３、積分制御３４及び微分制御３５を行い、その
行われた制御値が加合点Ｇ２で加合された後、ディジタ
ル／アナログ変換器３６によりアナログ信号に変換され
サーボ制御部４０に入力される。

【００２２】このものが、つまりステップＳ６の速度電
圧出力であり、上記速度電圧の入力を受けたサーボ制御
部４０の制御によりステップＳ７のモータ５０を駆動す
ることにより、ロボットの正確な駆動が保持されるよう
にするのである。一方、ディジタル／アナログ変換器３
６によりアナログ信号に変換された速度電圧値は、図６
に示すフローチャートにより求められた基準レベル値Ｒ
により引続き補われながら、サーボ制御部４０に入力さ
れる。

【００２３】すなわち、サーボ制御部４０内のアナログ
素子等が外部温度の変化により、その特性の変動によっ
てモータの現在位置を正確に判別しえないことを考慮に
入れ、アナログ素子等の特性変動によるオフセット電圧
に適するよう基準レベル値Ｒも変化させることにより、
正確な位置判別を可能ならしめたものである。図８及び
図９は、この発明の他の実施例であって、図８におい
て、５１はフィードバック制御で制御動作がＰ動作、つ
まり偏差に比例の信号を出す比例動作を行う比例制御器
であり、５２はＩ動作、つまり残留偏差を除くための信
号を出す積分制御器、５３はＤ動作、つまり応答を速や
かに行うための微分制御器である。

【００２４】また、５４は上記積分制御を行う出力デー
タ値ｉ′１を上下に制限せしめる積分制限制御器であ
り、５５は上記積分制御器５２の出力と積分制限制御器
５４との出力差を比較し、得られたデータ値により適宜
動作する利得制御である。一方、上記比例制御器５１、
積分制御器５２及び微分制御器５３の動作比率は、調整
計の設定条件により変動することができる。

【００２５】上述のように構成されるこの発明のロボッ
ト位置制御の積分制御方法は、積分制限制御器５４に設
定されたデータ値以上及び以下に飽和されたフィードバ
ックされ、上記利得制御器５５により除去されることに
より、ロボットの位置変化に対し速やかに対応できるの
である。

【００２６】次いで、図９について図８と関連させて述
べる。図９におけるＳはステップ（段階）を意味する。
この発明は、ロボットの駆動方向が正確に保持されるよ
うにするのが目的であるため、正常の位置値との偏差を
判別するために、ステップＳ１で進行中のロボット現在
位置値θｆをフィードバックさせる。

【００２７】次に、ステップＳ２で正常位置値θｃと現
在位置データ値θｆとが加合点Ｇ３で加合され、位置エ
ラー値θｅが生じたのかどうかを判別する。上記加合点
Ｇ３における判別結果、位置エラー値θｅが生じた場合
（ｙｅｓの場合）には、ステップＳ３に進んで比例制御
器５１、積分制御器５２及び微分制御器５３により比例
制御、積分制御及び微分制御を行う。

【００２８】この際、上記行われる積分制御器の出力デ
ータ値ｉ′１は、積分制限制御器５４の機能により積分
制限値で設定された最大値（ｍａｘ）以上及び最小値
（ｍｉｎ）以下が引続き飽和状態にならないようにす
る。すなわち、ステップＳ４で上記積分制御を行うこと
により、位置エラー値θｅが引続き積み重ならないよう
に、積分制御出力値ｉ′１と積分制限制御器５４に設定
されている最大値及び最小値と比較し、上記積分制御出
力値ｉ′１が積分制限制御器５４の最大値に比べて大き
い場合（ｙｅｓの場合）及び積分制御器出力値ｉ′１が
積分制限制御器５４の最小値に比べて小さい場合（ｙｅ
ｓの場合）には、ステップＳ５に進んで上記積分制御器
５２の出力値ｉ′１が最大及び最小となるようにする。

【００２９】次に、ステップＳ６に進んで利得制御器５
５により利得制御を行う。すなわち、積分制御器５２の
出力値ｉ′１が積分制限制御器５４に設定された最大値
以上に飽和された値と最小値以下に飽和された値は、フ
ィードバックされ加合点Ｇ６で上記積分制御の行われた
出力値加合され、上記加合されたデータ値、つまり、積
分制御器５２の出力値ｉ′１で積分制限制御器５４、出
力値ｉ′２の減らされたデータ値ｉ′１−ｉ′２の除去
される仕方によって利得制御が行われるのである。結
局、上記利得制御の行われた値は、加合点で加合され積
分制御器５２に入力される位置エラー値θｅを減少させ
るのである。

【００３０】

【発明の効果】上述のように、この発明のロボット位置
制御装置及び制御方法によれば、制御部からサーボ制御
部に入力されるロボット駆動位置に対する基準レベル値
を、温度の変化により生じるオフセット電圧を補った後
に入力させるため、ロボットの正常状態誤差を防止する
とともに、作業効率の向上かつ積分制限最大値以上及び
最小値以下に除去することにより、オーバーシュート及
びアンダーシュートを防止し、ロボットの正常位置を保
持するための速やかな対応が可能となる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のロボット位置制御装置の構成ブロック図
である。

【図２】従来のロボット位置制御系統図である。

【図３】従来のロボット位置制御系統図である。

【図４】この発明の実施例による装置の構成ブロック図
である。

【図５】この発明の実施例による自動制御図である。

【図６】この発明の実施例による基準レベルを求める動
作順を示すフローチャートである。

【図７】この発明のロボット位置制御方法の動作順を示
すフローチャートである。

【図８】この発明の他の実施例による自動制御図であ
る。

【図９】この発明の他の実施例によるロボット位置制御
動作順を示すフローチャートである。

【符号の説明】

２０ 計算部 ３０ 制御部 ４０ サーボ制御部 ５０ モータ

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットの動作時全体的に移動すべき距
   離及び移動時の所要時間を計算すると共に、駆動エラー
   状態を使用者に感知させる計算部と、上記計算部から送
   出を受けたロボットの全体的に移動すべき距離に基づい
   てサンプリング時間毎にロボットの移動すべき距離を計
   算する制御部と、上記制御部から入力を受けた速度電圧
   でモータを駆動させると共に、比例積分微分制御を行う
   ように現在位置値を上記制御部にフィードバックするサ
   ーボ制御部とからなるロボット位置制御装置において、
   上記制御部は上記計算部との信号送受信を行うために、
   ラムと中央処理装置とから構成されることを特徴とする
   ロボット位置制御装置。
2. 【請求項２】 ロボットの全体的に移動すべき距離に基
   づいてサンプリング時間毎の目標位置値を計算する第１
   のステップと、上記第１ステップで計算された目標位置
   値を速度制御及び加速度制御してフィードフォワードさ
   せる第２のステップと、上記第１のステップで計算され
   た目標位置値を現在位置値と比較しエラー発生可否を判
   別する第３のステップと、上記第３のステップで判別さ
   れたエラー状態により比例積分微分制御を行う第４のス
   テップと、前記ロボットの動作時間、及び、前記目標位
   置値と前記現在位置値との差に基づいて基準レベル値を
   求め、上記第２のステップ及び第４のステップから求め
   た夫々の制御出力値に前記基準レベル値を加算した速度
   電圧をデイジタル／アナログ変換器を通してサーボ制御
   部に出力する第５のステップと、上記サーボ制御部によ
   りロボットが正確な位置を保持しつつ駆動されるように
   する第６のステップとからなることを特徴とするロボッ
   ト位置制御方法。
3. 【請求項３】 上記第３のステップで位置エラーが発生
   されていない場合には、ロボットの現在駆動状態を保持
   することを特徴とする請求項２記載のロボット位置制御
   方法。
4. 【請求項４】 駆動中のロボットの現在位置値をフィー
   ドバックさせる位置データ値フィードバックステップ
   と、上記フィードバックされたロボットの現在位置値を
   正常位置値と比較して生じる位置エラー値に対し、比例
   積分微分制御を行う比例積分微分制御ステップと、積分
   制御の出力データ値を制限的に制御し、積分制御器に入
   力される上記位置エラー値を減らす利得制御ステップと
   からなることを特徴とするロボット位置制御方法。
5. 【請求項５】 上記利得制御ステップは、積分制限制御
   に設定されている最大値以上及び最小値以下を除去する
   ことを特徴とする請求項４記載のロボット位置制御方
   法。