JP2600715B2

JP2600715B2 - ロボットのサーボ制御方法

Info

Publication number: JP2600715B2
Application number: JP25067987A
Authority: JP
Inventors: 太一井上
Original assignee: 神鋼電機株式会社
Priority date: 1987-10-06
Filing date: 1987-10-06
Publication date: 1997-04-16
Anticipated expiration: 2012-04-16
Also published as: JPH0194403A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、ロボットにおけるアーム部のごとき動作部
位を駆動制御するためのサーボ制御方法に関し、特に、
定速度で駆動され自身に対する移動指令等を出力するた
めの位置決め時点でオン／オフ制御されるスプレーガン
を有するコーティング用ロボット（例えば塗装ロボッ
ト）のごとき産業用ロボットに用いて好適のサーボ制御
方法に関するものである。

［従来の技術］一般に、産業用ロボット、例えばコーティング用ロボ
ットの動作部位（アーム部，スプレーガンなど）を制御
する装置としては、第５図（ブロック構成図）に示すよ
うなものがある。この第５図において、１は制御周期の
設定，各種演算処理，制御指令の作成などを行なうCP
U、２はコーティング用ロボット７のスプレーガン7bの
経路，同スプレーガン7bに対する動作命令等を出力する
ための位置決め時点およびその時点で行なうべきオン／
オフ制御動作などを記憶するメモリ、３はサーボ制御部
で、CPU1からの制御指令を所定の制御周期毎に受けて、
ロボット７の動作部位としてのアーム部7a,スプレーガ
ン7b等を駆動するための図示しないサーボモータ（駆動
部）を制御するものである。

また、４はスプレーガン7bのオン／オフ制御を行なう
入出力インターフェイス部、５はロボット７の教示時に
使用する教示盤６用の操作スイッチインターフェイス部
である。

なお、第６図は、メモリ２に記憶される具体的な内容
（教示盤６から教示されたロボット７に対する動作命令
の一例）を示す図で、この内容は、ロボット７（スプレ
ーガン7b）が、位置“0"から位置“83"（位置決め指令
位置）へ移動し、この位置で動作指令信号“1"（例えば
スプレーガン7b）からの噴射のオン／オフ指令）を出力
した後、位置“125"に移動するように制御することを示
している。

また、コーティング用ロボット７では、スプレーガン
7bによる塗装に際し、むらが生じないように常時一定速
度で駆動されるようになっている。

上述のような構成の制御装置により、ロボット７に対
する従来のサーボ制御方法は次のように実行される。こ
こで、説明を簡単にする目的で、ロボット７の動作は、
１次元のみとする（例えばスプレーガン7bの移動方向を
第５図中の矢印方向のみとする）。

CPU1からは、メモリ２に記憶された第６図のような内
容に従って、所定の制御周期毎に位置補正のための制御
指令がサーボ制御部３へ出力される。今、制御周期を10
msec、一定の駆動速度を1mm/msec（＝1m/sec）とする
と、第６図の記憶内容による動作、即ち、制御開始後の
時間ｔ（msec）とスプレーガン7bの位置Ｐ（mm）との関
係は第７図に実線８で示すようになる。

つまり、制御開始後80msecの時点で出力される制御指
令によって位置83mmの点に到達して、所定の動作指令
（前述した“1"）を出力するが、制御周期が10msecであ
るので、このスプレーガン7bに対する動作指令等を出力
するための位置決め時点83msecは制御指令出力時点（10
msecの倍数）と異なっており、次に制御指令が出力され
るのは90msecの時点である。従って、第７図に示すよう
に、ロボット７は、83msecから90msecまでの7msecの間
停止し、90msecの時点から、再び、一定の速度1mm/msec
で移動する。

このとき、停止時間が極めて短い（7msec）ので、実
際のロボット７の動きは、サーボ系や機構系の歪等によ
り、停止しない場合もあり得るし、また見た目にも速度
が変わったようには見えない場合もある。

なお、ここでは、起動時の緩加速処理時間は本論と無
関係であるので無視している。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、上述した従来のサーボ制御方式では、
比較的短い間隔で、オン／オフ動作指令（例えばスプレ
ーガン7bからの塗料噴射のオン／オフ指令）などのため
にスプレーガン7bに対する動作命令等を出力するための
位置決め時点を教示すると、この点を通過する毎に、第
７図で示したような停止部分が生じて速度が変わり、特
に移動速度が高速である場合には、異常振動が発生する
おそれがあった。

そこで、異常振動が発生しないように低速度で駆動す
ると、今度は速度むらが顕著となってコーティング等に
むらが生じ、作業効率および作業品質の低下を招くこと
になる。

本発明は、これらの問題点を解決しようとするもの
で、スプレーガン7bに対する動作指令等を出力するため
の位置決め時点を短い間隔で教示した場合でも、その位
置決め時点で動作部位を停止させることなく高速かつ一
定速度で駆動制御できるようにして、作業効率および作
業品質の向上をはかったロボットのサーボ制御方式を提
供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］このため、本発明の第１番目のロボットのサーボ制御
方式（特許請求の範囲第１項に記載）は、予め教示され
た動作部位に対する動作命令等を出力するための位置決
め時点と所定の制御周期毎の制御指令出力時点との間に
差を生じているか否かを判定し、差を生じている場合、
上記動作部位が所定速度で移動し続けた場合に次回の制
御指令出力時点で到達する位置を演算し、同位置へ上記
動作部位を上記所定速度で移動させるための位置決め補
正制御指令を、駆動部へ出力することを特徴としてい
る。

また、本発明の第２番目のロボットのサーボ制御方式
（特許請求の範囲第２項に記載）は、予め教示された上
記動作部位に対する動作命令等を出力するための位置決
め時点と所定の制御周期毎の制御指令出力時点との間に
差を生じているか否かを判定し、差が生じている場合、
上記位置決め時点を制御指令出力時点に変更し、それ以
降、同位置決め時点を起算点として上記所定の制御周期
毎の制御指令出力時点を設定してゆくことを特徴として
いる。

［作用］上述の本発明の第１番目のロボットのサーボ制御方法
では、ロボットの動作部位への動作指令等を出力すべく
教示された位置決め時点が、制御指令出力時点と異なっ
ていても、上記動作部位を所定速度で移動させるように
位置決め補正制御指令が駆動部へ出力されるので、上記
動作部位は、上記位置決め時点において従来のように停
止することなく、一定速度で移動し続ける。

上述の本発明の第２番目のロボットのサーボ制御方式
では、ロボットの動作部位への動作指令等を出力すべく
教示された位置決め時点が、制御指令出力時点と異なっ
ていても、その時点から所定の制御周期毎に制御指令が
出力されてゆくことになるので、上記動作部位は、上記
位置決め時点において従来のように停止することなく、
一定速度で移動し続ける。

［発明の実施例］以下、図面により本発明の実施例について説明する
と、第1,2図は本発明の第１実施例としてのロボットの
サーボ制御方式を示すもので、第１図はそのフローチャ
ート、第２図はその動作を説明するためのグラフであ
る。この第１実施例でも、使用されるハードウェアは第
５図に示したものと同じで、ロボットとしてはコーティ
ング用ロボット７が用いられ、動作部位をスプレーガン
7bとするが、本実施例では、CPU1による制御が第１図に
示すフローチャートに沿って実行される。

制御指令出力時には、まず、その制御指令が、予め教
示されたスプレーガン7bに対する動作命令等を出力する
ための位置決めを行なうべき位置決め時点であるか否か
を判定する（ステップA1）。このとき、位置決め時点で
あると判定された場合には、スプレーガン7bの速度は常
に一定のｖであるので、この速度ｖと、位置決め時点ま
での移動距離Ｌとから、現位置決め時点（移動を開始し
てから現位置決め時点に到達するまでの所要時間）Ｔを
L/vにより求める（ステップA2）。

次に、求められた位置決め時点Ｔを制御周期τで除算
して余りt_rを求めてから（ステップA3）、この余りt_rが
０か否か判定する（ステップA4）。ここで、余りt_rが０
であれば、位置決め時点Ｔが、制御周期τの倍数であ
り、この制御周期τ毎の制御指令出力時点と一致してい
ると判断でき、ステップA1に戻る一方、余りt_rが０でな
ければ、位置決め時点Ｔが、制御指令出力時点（制御周
期τの倍数）との間に差を生じていると判断して、次の
ステップA5に進む。

ステップA5では、位置決め時点Ｔから次の制御指令出
力時点までに要する時間t₁をτ−t_rとして求め、次の制
御指令出力時点T₁をＴ＋t₁として求める（第２図参
照）。

ところで、従来の制御方法では、位置決め時点Ｔと次
の制御指令出力時点T₁との時間t₁の間、スプレーガン7b
は停止することになるが、本実施例の制御方法では、ス
プレーガン7bを所定速度ｖで移動させ続けるために、ス
プレーガン7bが、停止することなく速度ｖで移動し続け
た場合に時間t₁の間に移動する距離l₁をｖ・t₁により求
め、時間t₁経過後に到達する位置L₁をＬ＋l₁として求め
る（ステップA6）。

そして、次の制御指令出力時点T₁（制御周期τの倍
数）にスプレーガン7bが位置L₁に到達するように、CPU1
から駆動部としてのサーボ制御部３へ位置決め補正制御
指令が出力される（ステップA7）。

以降、位置決め時点が到来する毎に上述と同様の処理
を行なう。

次に、本実施例の制御方法を、第6,7図により示した
具体的な従来例に適用した場合について、具体的な数値
を当てはめながら説明する。ここで、Ｌ＝83mm,v＝1mm/
msec,τ＝10msecであるので、まず、位置決め時点Ｔが8
3（mm）/1（mm/msec）＝83（msec）として求められ（ス
テップA2）、83（msec）/10（msec）＝８余り３（mse
c）が得られる（ステップA3）。また、位置決め時点83
（msec）から次の制御指令出力時点までに要する時間t₁
は、10（msec）−３（msec）＝７（msec）となり、次の
制御指令出力時点T₁は、83（msec）＋７（msec）＝90
（msec）となる（ステップA5）。そして、スプレーガン
7bが、停止することなく速度１（mm/msec）で移動し続
けた場合に時間７（msec）の間に移動する距離l₁は、１
（mm/msec）×７（msec）＝７（mm）であり、７（mse
c）経過後に到達する位置L₁は、83（mm）＋７（mm）＝9
0（mm）となる（ステップA6）。従って、この例では、
次の制御指令出力時点90（msec）には、スプレーガン7b
が位置90（mm）に到達するように、CPU1からサーボ制御
部３へ位置決め補正制御指令を出力する。

このように、本発明の第１実施例によれば、ロボット
７（スプレーガン7b）への動作指令等を出力すべく予め
教示された位置決め時点Ｔが、制御指令出力時点（制御
周期τの倍数）との間に時間差を有していても、位置決
め時点Ｔの次の制御指令出力時点T₁では所定の位置L₁に
到達するように、位置決め補正制御指令がCPU1からサー
ボ制御部３へ出力され上記時間差分の補正が行なわれる
ので、スプレーガン7bは、位置決め時点Ｔにおいて一切
停止することなく一定速度で移動し続ける。従って、ス
プレーガン7bに対する動作指令等を出力するための位置
決め時点を短い間隔で教示した場合であっても、その位
置決め時点でスプレーガン7bを停止させることなく、ま
た、異常振動が発生することなく、高速かつ一定速度で
駆動制御できるので、作業効率および作業品質が大幅に
向上するのである。

特に、コーティング用ロボット７の場合、ロボット７
を高速で動作させながら任意の点で位置決め時点を設定
してオン／オフ動作指令を出力して制御を行なうことが
でき、動作速度に変化が生じないので、精度良くオン／
オフ動作指令を出力でき、位置決めが可能従来行なわれ
ていたスプレー塗布する位置以外のマスキング作業が不
要となる。即ち、塗布不要部分の開始点でスプレーガン
7bをオフし、塗布必要部分でスプレーガン7bをオンする
ことにより、自在に塗布箇所を制御できる。また、動作
速度が一定であるから、塗布開始点でむらを生じること
がなく、均一な作業を行なえる。

次に、第3,4図により本発明の第２実施例としてのロ
ボットのサーボ制御方法について説明すると、第3,4図
は本発明の第２実施例としてのロボットのサーボ制御方
法を示すもので、第３図はそのフローチャート、第４図
はその動作を説明するためのグラフである。この第２実
施例も、第１実施例と同様のハードウェアを適用対象と
しているが、本実施例では、CPU1による制御が第３図に
示すフローチャートに沿って実行される。なお、第３図
において、ステップB1〜B4は第１図に示した第１実施例
におけるステップA1〜A4と全く同様であるので、その説
明は省略する。

この第２実施例では、第３図に示すように、ステップ
B4において、余りt_rが０でなくスプレーガン7bに対する
動作指令等を出力するための位置決め時点Ｔが制御指令
出力時点（制御周期τの倍数）との間に差を生じている
と判断された場合に、ステップB5において、当該位置決
め時点Ｔを制御指令出力時点に変更し、それ以降、この
位置決め時点Ｔを起算点として制御周期τ毎の制御指令
出力時点を設定する。つまり、位置決め時点Ｔが制御指
令出力時点とずれた場合には、制御指令出力時点の設定
基準を位置決め時点Ｔに変えてしまうのである。

以降、スプレーガン7bに対する動作指令等を出力する
ための位置決め時点が到来する毎に上述と同様の処理を
行なう。

本実施例の制御方法を、第１実施例と同様の具体例
（第２図参照）に適用した場合について第３図により説
明すると、この第２実施例では、位置決め時点Ｔが、制
御指令出力時点と異なる83msecであると判定されると、
直ちにこの83msecの時点が制御指令出力時点となり、そ
れ以降、制御周期τで93msec,103msec,113msec,…が制
御指令出力時点となる。つまり、80msecの次の制御指令
出力時点については、制御周期τを10msecから一時的に
3msecに短縮して83msecとし、それ以降は通常通り制御
周期10msecで制御指令を出力するものと考えることがで
きる。

このように、本発明の第２実施例によれば、ロボット
７（スプレーガン7b）への動作指令等を出力すべく予め
教示された位置決め時点Ｔが、制御指令出力時点（制御
周期τの倍数）との間に時間差を有していても、その位
置決め時点Ｔから所定の制御周期τ毎に制御指令が出力
されてゆくことになるので、スプレーガン7bは、位置決
め時点Ｔにおいて一切停止することなく一定速度で移動
し続ける。従って、本実施例によっても、第１実施例と
全く同様の効果を得ることができる。

なお、上述した第１および第２実施例は、いずれもロ
ボットとしてコーティング用ロボットを対象としている
が、本発明の制御方式は、これに限定されるものではな
く、他の種々のロボットにも適用される。

［発明の効果］以上詳述したように、本発明の第１および第２のいず
れのロボットのサーボ制御方法によっても、ロボットの
動作部位が、当該動作部位に対する動作指令等を出力す
るための位置決め時点において一切停止することなく一
定速度で移動し続けるように駆動制御することができる
ので、動作指令を出力するための位置決め時点を短い間
隔で教示した場合であっても、その位置決め時点で動作
部位を停止させることなく、また、異常振動が発生する
ことなく、高速かつ一定速度で駆動制御でき、作業効率
および作業品質が大幅に向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第1,2図は本発明の第１実施例としてのロボットのサー
ボ制御方式を示すもので、第１図はそのフローチャー
ト、第２図はその動作を説明するためのグラフ、第3,4
図は本発明の第１実施例としてのロボットのサーボ制御
方式を示すもので、第３図はそのフローチャート、第４
図はその動作を説明するためのグラフであり、第５図は
一般的なコーティング用ロボットの制御装置を模式的に
示すブロック構成図、第６図は上記制御装置のメモリに
記憶される具体的な内容を示す図、第７図は従来のロボ
ットのサーボ制御方式を説明するためのグラフである。図において、１……CPU、２……メモリ、３……サーボ
制御部、４……入出力インターフェイス部、５……操作
スイッチインターフェイス部、６……教示盤、７……コ
ーティング用ロボット、7a……アーム、7b……動作部位
としてのスプレーガン。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ロボットの動作部位の駆動部へ所定の制御
周期毎に制御指令を出力し、上記動作部位の位置決め制
御および所定速度での定速駆動制御を行うロボットのサ
ーボ制御方法において、予め教示された上記動作部位に
対する動作指令等を出力するための位置決め時点で、同
位置決め時点が上記所定の周期毎の制御指令出力時点と
の間に差を生じるか否かを判定し、差が生じていると判
定した場合、上記動作部位が上記位置決め時点後も上記
所定速度で移動し続けた場合に次回の制御指令出力時点
で到達する位置を演算し、演算された位置へ上記動作部
位を上記所定速度で移動させるための位置決め補正指令
を上記駆動部へ出力することにより、上記動作部位の停
止時間を無くしたことを特徴とするロボットのサーボ制
御方法。
【請求項２】ロボットの動作部位の駆動部へ所定の制御
周期毎に制御指令を出力し、上記動作部位の位置決め制
御および所定速度での定速駆動制御を行うロボットのサ
ーボ制御方法において、予め教示された上記動作部位に
対する動作指令等を出力するための位置決め時点で、同
位置決め時点が上記所定の周期毎の制御指令出力時点と
の間に差を生じるか否かを判定し、差が生じていると判
定した場合、上記位置決め時点を制御命令出力時点に変
更し、それ以降、同位置決め時点を起算点として上記所
定の制御周期毎の制御指令出力時点を設定してゆくこと
により、上記動作部位の停止時間を無くしたことを特徴
とするロボットのサーボ制御方法。