JP2528540B2 - 指令信号発生方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は産業用ロボットやNC工作機械等のサーボ系の
指令信号発生方法に関する。

〔従来の技術〕

産業用ロボットやNC工作機械等の制御対象を制御する
制御装置においては通常、指令信号がマイクロコンピュ
ータシステムにより作成されてインターフェースを介し
てサーボ系に出力され、このサーボ系が指令信号に基づ
いて制御対象を制御している。指令信号は例えば第５図
に示すように離散的なパルス数信号Ａであり、マイクロ
コンピュータシステムは一定のサンプリング時間間隔τ
毎に指令信号の値（パルス数）を計算してサンプリング
時間間隔τ毎のタイミングで指令信号を出力している。
また、マイクロコンピュータシステムは一定時間間隔で
繰返して動作するタイマによりサンプリング時間間隔τ
毎のタイミングを発生させている。制御対象の多軸の協
調動作や軌跡制御を行う際には制御対象の１つの軸の動
作を基準にすると、制御対象の他の軸の軌跡制御を向上
させるために、第５図に示すように制御対象の１つの軸
に対する指令信号Ａが発生するサンプリング時間の間隔
τの中で制御対象の他の軸に対する指令信号Ｂを指令信
号Ａよりｅだけずらせて発生させたい場合が出てくる。
このような場合、指令信号Ｂの発生タイミングを指令信
号Ａの発生タイミングよりずらせる手段を新たに設けれ
ば構成が複雑になって高価になるので、指令信号Ｂの発
生タイミングを指令信号Ａの発生タイミングよりずらせ
る手段を設けることは実際上困難であった。そこで、従
来はマイクロコンピュータシステムで指令信号Ｂを指令
信号Ａと同じタイミングで発生させている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記制御装置では制御対象の１つの軸に対する指令信
号Ａが発生するサンプリング時間の間隔τの中で制御対
象の他の軸に対する指令信号Ｂを指令信号Ａよりｅだけ
ずらせて発生させたい場合にも、マイクロコンピュータ
システムで指令信号Ｂを指令信号Ａと同じタイミングで
発生させているので、指令信号Ｂの発生タイミングを指
令信号Ａの発生タイミングよりずらすことができなくて
制御対象の制御精度が犠牲になり、制御対象の軌跡精度
を上げることができないという欠点があった。

本発明は上記欠点を改善し、指令信号を予め決められ
た発生タイミングよりずらせて発生させたのと同様な効
果を得ることができて制御対象の制御精度を向上させる
ことができる指令信号発生方法を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、制御対象に予め
設定した動作パターンを実行させるための第１の指令信
号を予め決められた間隔毎の第１のサンプリング時間に
発生し、かつ、前記制御対象に予め設定した動作パター
ンを実行させるための第２の指令信号を上記第１のサン
プリング時間よりずれた第２のサンプリング時間で発生
させる代りに上記第１のサンプリング時間に加工して発
生させる指令信号発生方法であって、上記第２のサンプ
リング時間と上記第１のサンプリング時間との間隔と，
上記第１のサンプリング時間の間隔との比を求め、上記
予め決められた間隔毎の第１のサンプリング時間におけ
る各時点ｋでの上記第１の指令信号と、その直前の時点
（ｋ−１）での上記第１の指令信号との差に上記比を乗
算し、この乗算結果を上記時点ｋでの上記第１の指令信
号から減算し、この減算結果を上記予め決められた間隔
毎の第１のサンプリング時間に上記第２の指令信号とし
て発生する。

〔実施例〕

第３図は本発明を応用した水平旋回アームロボットの
一例を示す。

このロボットはロボット本体１に対して水平方向に旋
回可能に設けられた第１のアーム２及び第２のアーム３
と、第２のアーム３の先端部分に上下動自在に設けられ
たＺ軸４とを備え、第１のアーム２及び第２のアーム３
が垂直軸の関節を中心として水平方向に旋回自在に支持
されている。第１のアーム２及び第２のアーム３はそれ
ぞれ関節軸上でモータからなる直接駆動方式の駆動源5,
6により駆動されて旋回し、Ｚ軸４は第２のアーム３に
水平方向旋回軸と平行に取付けられたモータからなる駆
動源７によりプーリ，ベルト，送りねじなどの伝達手段
を介して駆動されて上下方向に移動する。上記モータ5,
6,7は制御装置８により制御される。

第４図は上記制御装置８の構成を示す。

制御装置８はモータ5,6,7に対応したサーボ系9,10,11
とコントローラ12とで構成され、サーボ系9,10,11はそ
れぞれコントローラ12からの指令信号によりモータ5,6,
7と機構部2,3,4からなる制御対象を制御する。

サーボ系９は指令信号発生手段13,位置制御手段14,速
度制御手段15,ドライバー16,速度変換手段17及び位置変
換手段18により構成され、サーボ系10は指令信号発生手
段19,位置制御手段20,速度制御手段21,ドライバー22,速
度変換手段23及び位置変換手段24により構成され、サー
ボ系11は上記サーボ系9,10と同様に構成されている。指
令信号発生手段13,19はそれぞれコントローラ12からの
指令信号（パルス数信号）の発生タイミングをサンプリ
ング周期に関係なく変更することができるものである。
また、各モータ5,6,7の軸にはパルスジェネレータ25,2
6,27が取付けられ、このパルスジェネレータ25,26,27は
それぞれモータ5,6,7の現在位置（回転角）を検出す
る。なお、パルスジェネレータ25,26,27はモータ5,6,7
の現在位置を検出する磁気センサなどを用いてもよい。

各サーボ系9,10において、指令信号発生手段13,19は
コントローラ12からの位置指令用指令信号としてのパル
ス数信号を発生し、位置変換手段18,24はパルスジェネ
レータ25,26からのパルス信号をモータ5,6の現在位置に
比例したパルス数信号に変換して比較部28,29へフィー
ドバックする。位置制御手段14,20は指令信号発生手段1
3,19からのパルス数信号と位置変換手段14,24からのパ
ルス数信号とを比較部28,29で比較してその差分を速度
制御手段15,21へ出力し、最終的にモータ5,6を目標位置
に動かす役割を果たす。制御対象2,5、3,6が目標位置に
来ると、比較部28,29の比較結果が０となるが、制御対
象2,5、3,6は慣性によって目標位置を通り越してしま
い、制御対象2,5、3,6が目標位置からはずれるほど位置
変換手段14,24からのフィードバック量が増加して制御
対象2,5、3,6を目標位置に戻そうとする力が増加するこ
とによってバネのような働きがなされる。

速度制御手段15,21は位置制御手段14,20からのバネ力
の信号に対して制御対象2,5、3,6の速度に比例した信号
を減算する。具体的にはパルスジェネレータ25,26から
のパルス信号が速度変換手段17,23によりF/V変換（パル
ス周波数／電圧変換）されて比較部30,31へフィードバ
ックされ、速度制御手段15,21が位置制御手段14,20から
のバネ力の信号に対して速度変換手段17,23の出力信号
を比較部30,31で減算してドライバー16,22へ出力する。
これは位置制御手段14,20によるバネ力のような振動を
抑えるためのものである。モータ5,6の軸位置が目標位
置に来た時には、比較部30,31の比較結果が０となる
が、速度変換手段17,23からフィードバックがかかって
いると、その時の制御対象2,5、3,6の速度が大きいほ
ど、モータ5,6を逆に回転させるような力が大きく働い
て慣性力に対して制動がかかり、ダンパの働きをする。

サーボ系11もサーボ系9,10と同様に動作する。

ところで、コンピュータを使ってロボットNC装置に指
令を入力する場合はコンピュータにより第５図に示すよ
うな一定のサンプリング時間間隔τ毎の指令信号（パル
ス数信号）Ａを計算してこの指令信号Ａを一定のサンプ
リング時間間隔τで出力する場合がほとんどである。制
御対象の多軸制御を行う場合で制御対象の高い軌跡精度
が要求されるような時には、第５図に示すように制御対
象の第１の軸に対する予め計算した指令信号Ａの出力タ
イミングをｅ（＜τ）だけずらせたタイミングで制御対
象の他の軸に対する指令信号Ｂを出力したい場合が生ず
る。このような時には、既に決められているサンプリン
グ時間間隔τの中で指令パルスの出力タイミングをずら
すことは実際上困難である。そこで、この実施例では指
令信号Ｂを指令信号Ａよりずれたタイミングで発生させ
る代りに、第６図に示すように加工した指令信号Ｃを指
令信号Ａと同じタイミングで発生させることで、すなわ
ち、出力タイミングのずれｅをパルス数のずれに変換す
ることで、指令信号Ａの出力タイミングよりずれた指令
信号と同様な効果を持つ指令信号Ｃを得る。指令信号Ｂ
の代りに指令信号Ｃを得る方法については一定間隔τの
サンプリング時間におけるある時点ｋでの指令信号Ａを
Ｐ′_ｋ、その１つ前の時点（ｋ−１）での指令信号Ａを
Ｐ′_k-1とすると、指令信号Ｂに対して加減しなければ
ならないパルス数はε（Ｐ′_ｋ−Ｐ′_k-1）となる。但
し、ε＝e/τである。したがって、時点ｋでの指令信号
ＣをP_kとすると、P_k＝Ｐ′_ｋ−ε（Ｐ′_ｋ−Ｐ′_k-1）
とすることで指令信号Ｂの代りに指令信号Ｃを得ること
になる。

第１図は上記指令信号発生手段13,19の構成を示す。

指令信号発生手段13,19はそれぞれ遅延メモリ32,乗算
器33及び比較器34,35により構成され、上述のように指
令信号の変換を行う。すなわち、コントローラ12からの
指令信号Ｐ′_ｋは遅延メモリ32により１回分（サンプリ
ング時間間隔τ）だけ遅延されてＰ′_k-1となり、コン
トローラ12からの指令信号Ｐ′_ｋと，その前の時点の遅
延メモリ32からの指令信号Ｐ′_k-1とが比較器34にて比
較されてその差分（Ｐ′_ｋ−Ｐ′_k-1）が求められる。
この差分（Ｐ′_ｋ−Ｐ′_k-1）は乗算器33によりεが乗
算されてε（Ｐ′_ｋ−Ｐ′_k-1）となり、比較器35にて
コントローラ12からの指令信号Ｐ′_ｋより減算されて指
令信号P_k＝Ｐ′_ｋ−ε（Ｐ′_ｋ−Ｐ′_k-1）が得られ
る。指令信号発生手段13においてはεがコントローラ12
により０に設定されて比較器35より指令信号P_k＝Ｐ′_ｋ
が指令信号Ａとして得られ、この指令信号P_k＝Ｐ′_ｋが
比較部28へ出力される。指令信号発生手段19においては
ロボットの第２のアーム３に対する指令信号を第１のア
ーム２に対する指令信号よりｅだけずらせる場合にはε
がコントローラ12によりε＝e/τに設定されて指令信号
P_k＝Ｐ′_ｋ−ε（Ｐ′_ｋ−Ｐ′_k-1）が指令信号Ｃとし
て得られ、この指令信号P_kが比較部29へ出力される。

ロボットの第２のアーム３に対する指令信号を第１の
アーム２に対する指令信号よりｎτ＋ｅだけずらせる場
合には指令信号発生手段13,19は第２図に示すようにコ
ントローラ12からの指令信号Ｐ′_ｋをｎ回分（ｎτ）だ
け遅延させるための遅延メモリ36が追加され、この遅延
メモリ36からの指令信号が遅延メモリ32及び比較器34,3
5に出力される。

次に、この水平旋回アームロボットの動作について説
明する。

水平旋回アームロボットの旋回運動は第１のアーム２
及び第２のアーム３毎にコントローラ12からの指令信号
により制御される。

今、コントローラ12が第１のアーム２に所定の回転角
に相当する位置指令用指令信号としてのパルス数信号を
サーボ系９に与えると、この指令信号はサーボ系９にお
いて、位置指令発生手段13をそのまま通過して位置制御
手段14により速度指令信号に変換され、さらに、速度制
御手段15によりトルク指令信号に変換される。ドライバ
ー16は速度制御手段15からトルク指令信号が入力されて
このトルク指令信号に対応する電流を発生し、この電流
でモータ５を回転させて第１のアーム２を駆動する。ま
た、パルスジェネレータ25はモータ５の現在位置を検出
してモータ５の現在位置に比例したパルス数信号を出力
する。このパルスジェネレータ25からのパルス数信号は
位置変換手段18により位置信号に変換されて比較部28に
入力され、指令信号発生手段13からの位置制御信号と位
置変換手段18からの位置信号との偏差が求められる。位
置制御手段14はその偏差に対応した信号、即ち、偏差量
を０にするような信号を出力する。

また、パルスジェネレータ25からのパルス数信号は速
度変換手段17により速度信号に変換されて比較部30に入
力され、位置制御手段14の出力信号と速度変換手段17か
らの速度信号との偏差が求められる。速度制御手段15は
その偏差が０となるような信号をドライバー16へ出力す
る。

このような動作によりサーボ系９はモータ５及び第１
のアーム２に対してコントローラ12からの指令信号によ
り応答遅れのない制御を行う。

サーボ系10,11もサーボ系９と同様にコントローラ12
からの指令信号によりモータ6,7及び第２のアーム3,Z軸
４の制御を行う。

サーボ系10において、指令信号発生手段19は第１図に
示すように構成され、次のように動作する。

まず、コントローラ12から第２のアーム３を動作させ
るための指令信号が指令信号発生手段19に入力され、こ
の指令信号は第１のアーム２を制御するサーボ系９にコ
ントローラ12から入力される指令信号とは発生タイミン
グが同じで、かつ信号内容が異なる。指令信号発生手段
19はコントローラ12からの指令信号を上述のようにコン
トローラ12からサーボ系９への指令信号に対して時間ｅ
だけずれた指令信号Ｂと同様の効果を奏する指令信号Ｃ
を発生して比較部29へ出力する。サーボ系10は指令信号
発生手段10を除いてサーボ系９と同様に動作し、指令信
号発生手段19が一定のサンプリング時間間隔τ毎に指令
信号を出力してモータ６を駆動する。モータ６の出力は
第２のアーム３に伝達され、この水平旋回アームロボッ
トは軌跡精度の高い動作を行う。

このような動作により第２のアーム３に対する指令信
号を第１のアーム２に対する指令信号Ａより発生タイミ
ングのずれた指令信号Ｂとする代りに、発生タイミング
が指令信号Ａと同じであって指令信号Ａと指令信号Ｂと
の発生タイミングのずれに相当するパルス数のずれを指
令信号Ｂに対して加減した指令信号Ｃを第２のアーム３
に対する指令信号とすることで、第２のアーム３に対す
る指令信号の発生タイミングを第１のアーム２に対する
指令信号の発生タイミングよりずらせたのと同様な効果
が得られる。従って、第１のアーム２に対する指令信号
の発生タイミングに関係なく、即ち、既に決められた指
令信号発生タイミングに関係なく、第２のアーム３に対
する指令信号を発生させたのと同様になり、水平旋回ア
ームロボットの軌跡精度が向上し、位置決め精度も向上
する。

なお、本発明を応用した水平旋回アームロボットの他
の例では１つのアームが第７図に示すような動作を行う
ことができる。即ち、アームが水平動作ａと挿入動作ｂ
との複合動作を高速で行う場合、アームが経路ｃを通る
動作を行う。アームが経路ｃと誤差がないような軌跡を
とるためには、挿入動作ｂを実行させるための指令信号
の発生タイミングｄが重要となる。そこで、この例では
上述の方法により挿入動作ｂを実行させるための指令信
号の発生タイミングｄは、指令信号発生タイミングの基
準となる水平動作ａに対する指令信号発生タイミングの
時間間隔とは無関係とする。従って、アームによる挿入
動作の軌跡精度が向上し、アームの先端に把持している
部品を所定の位置に確実に挿入することができる。な
お、この例では上述の例において、モータ５の出力がア
ームに水平動作を行わせる出力として伝達され、モータ
６の出力がアームに挿入動作を行わせる出力として伝達
される。

なお、本発明は上述の例に限定されるものではなく、
NC装置などにも同様に適用することができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、制御対象に予め設定し
た動作パターンを実行させるための第１の指令信号を予
め決められた間隔毎の第１のサンプリング時間に発生
し、かつ、前記制御対象に予め設定した動作パターンを
実行させるための第２の指令信号を上記第１のサンプリ
ング時間よりずれた第２のサンプリング時間で発生させ
る代りに上記第１のサンプリング時間に加工して発生さ
せる指令信号発生方法であって、上記第２のサンプリン
グ時間と上記第１のサンプリング時間との間隔と，上記
第１のサンプリング時間の間隔との比を求め、上記予め
決められた間隔毎の第１のサンプリング時間における各
時点ｋでの上記第１の指令信号と、その直前の時点（ｋ
−１）での上記第１の指令信号との差に上記比を乗算
し、この乗算結果を上記時点ｋでの上記第１の指令信号
から減算し、この減算結果を上記予め決められた間隔毎
の第１のサンプリング時間に上記第２の指令信号として
発生するので、指令信号を予め決められた発生タイミン
グよりずらせて発生させたのと同様な効果を得ることが
でき、制御対象の制御精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は指令信号発生手段の一例を示すブロック図、第
２図は指令信号発生手段の他の例を示すブロック図、第
３図は本発明を応用した水平旋回アームロボットの一例
を示す概略図、第４図は同水平旋回アームロボットの制
御装置を示すブロック図、第５図及び第６図は上記制御
装置の指令信号を説明するための図、第７図は本発明を
応用した水平旋回アームロボットの他の例を説明するた
めの図である。 32……遅延メモリ、33……乗算器、34,35……比較器、3
6……遅延メモリ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御対象に予め設定した動作パターンを実
   行させるための第１の指令信号を予め決められた間隔毎
   の第１のサンプリング時間に発生し、かつ、前記制御対
   象に予め設定した動作パターンを実行させるための第２
   の指令信号を上記第１のサンプリング時間よりずれた第
   ２のサンプリング時間で発生させる代りに上記第１のサ
   ンプリング時間に加工して発生させる指令信号発生方法
   であって、上記第２のサンプリング時間と上記第１のサ
   ンプリング時間との間隔と，上記第１のサンプリング時
   間の間隔との比を求め、上記予め決められた間隔毎の第
   １のサンプリング時間における各時点ｋでの上記第１の
   指令信号と、その直前の時点（ｋ−１）での上記第１の
   指令信号との差に上記比を乗算し、この乗算結果を上記
   時点ｋでの上記第１の指令信号から減算し、この減算結
   果を上記予め決められた間隔毎の第１のサンプリング時
   間に上記第２の指令信号として発生することを特徴とす
   る指令信号発生方法。