JP2688207B2

JP2688207B2 - ロボットの制御装置

Info

Publication number: JP2688207B2
Application number: JP63037263A
Authority: JP
Inventors: 典之内海; 肇麓
Original assignee: トキコ株式会社
Priority date: 1988-02-19
Filing date: 1988-02-19
Publication date: 1997-12-08
Anticipated expiration: 2012-12-08
Also published as: JPH01211102A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は工業用ロボットの制御装置に係り、特に、塗
装ロボットやシーリングロボットのような高速で繰り返
し再生動作を行うロボットに用いて好適なロボット制御
装置に関するものである。

「従来の技術」従来、上記ロボットの制御装置にあっては、ロボット
の目標軌道と、再生時の実軌道（実際の軌道の測定値）
とを常時監視し、一定以上の誤差が一定時間以上継続し
た場合に、これを異常とみなしてロボットを停止させる
ようにしていた。また、学習制御演算については、最初
の数回の再生においのみ、実軌道のデータを制御装置に
フィードバックして再生データを修正し、その後誤差が
ほぼ一定になると学習制御演算を中止して通常の再生動
作を行うようにしていた。

「発明が解決しようとする課題」しかしながら、上記制御装置は、ワークとロボットと
が干渉する場合のように極端な誤差が生じた場合には、
これを有効に検知してロボットを停止させることができ
るが、再生を繰り返すことによって徐々に誤差が蓄積さ
れて行くような経時的変化が生じた場合には、有効に誤
差を検出することができなかった。

また、常時学習制御を行う方式を採用すると、上記経
時的変化の補正も含めた補正が可能であるが、例えば、
誤差の検出中にノイズ等が含まれていたり、ロボットの
特性変化などにより誤差がある一定値以下になると一様
に収束せず、誤差の大きさが振動的になったり発散した
りすることがあるなどの問題があった。

本発明は上記事情に鑑みて提案されたもので、経時的
変化を有効に補正することができ、かつ、発散的な誤差
の増加、あるいは、誤差補正に伴う振動を防止したロボ
ット制御装置を得ることを目的とするものである。

「課題を解決するための手段」上記目的を達成するため、本願のロボットの制御装置
は、真の目標軌道と再生時の実際の軌道との誤差に基づ
いて算出された補正データによって前記目標軌道を修正
して仮想目標軌道を生成し、この仮想目標軌道に従って
再生動作を行う学習的制御機能を有するロボットの制御
装置において、１回の再生毎に目標軌道と実際の軌道と
の誤差を各教示点毎に検出してその平均値を算出する誤
差算出手段と、算出された誤差の平均値が基準範囲内に
あるか否かを判断する判断手段と、該判断手段により誤
差が基準範囲内にあることが判断された場合に前記の学
習制御機能を停止させる切替手段とを設けてなり、前記
判断手段は、前記目標軌道の始点から終点に至る１回の
再生が終了した後、次回の再生前に前記誤差の検出およ
びその平均値が基準範囲内にあるか否かの判断を行うこ
とを特徴とする。

「作用」上記構成であると、再生終了後のロボット停止状態に
おいて、誤差の平均値の算出およびその大きさの判断が
行われて、再生時の実際の軌道が目標軌道より大きく外
れた場合にのみデータの修正が行われ、誤差が小さい場
合には修正が行われず、学習機能の過剰な修正動作に起
因する誤差の発生が防止される。

「実施例」以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

第１図は本発明を適用してなるロボット制御系を示す
ものである。

符号１は教示データ記憶装置であって、この教示デー
タ記憶装置１に記憶された教示点のデータは、補間演算
装置２において直線補間、円弧補間などの補間演算処理
を受けて目標軌道を表すベクトルの信号とされ、さらに、加算演算器３にて補正データ（補正データの発生源については後述する）が加算され
た後、ロボット駆動手段４に供給されるようになってい
る。また、ロボット５は、ロボット駆動手段４に入力さ
れた目標軌道信号に基づいて、なるベクトルで表されるところの変位を実際に行う。ま
た、前記加算演算器３に供給される補正データ補正データ記憶装置６から読み出されて補間演算装置７
における補間処理を受けた後、前記加算演算器３に供給
される。

一方、ロボット５の変位減算演算器８において、前記補間演算装置２から出力さ
れた目標軌道データとの差が演算される。

上記減算演算器８で得られた偏差データｅ（ｔ）は、
サンプリング手段９（図面にはスイッチとして示す）に
よって、一定時間毎に学習制御演算装置10および平均誤
差演算装置11に供給される。そして、前記学習制御演算
装置10の演算結果は次回再生用補正データ記憶装置12に
供給され、また、平均誤差演算装置11の演算結果は、前
記次回再生補正データ記憶装置12に記憶されるととも
に、表示装置13に表示されるようになっている。これら
の演算結果は次回再生用補正データ記憶装置12に供給さ
れ、必要に応じて前記補正データ記憶装置６に供給され
るようになっている。そして、これら減算演算器８、サ
ンプリング手段９、学習制御演算装置10、平均誤差演算
装置11、次回再生用補正データ記憶装置12、表示装置13
により、補正データ生成部14が構成されている。

次いで上記制御装置の動作を説明する。

補間演算装置２は、教示データ記憶装置１に記憶され
ている教示データを読み出し、教示点間を補間して連続
的な目標軌道データを生成する（これを真の目標軌道と
称す）。

この信号をと表すと、この再生回数によることなく、教示データ（教示プログラ
ム）毎に一定である。

また、補正データ記憶装置６には学習制御演算によっ
て得られた目標軌道に加算する補正データが記憶されている。

補間演算装置７は補正データを補正データ記憶装置６
から読み出し、補正データ間を補間して連続な信号とす
る。

この信号をと表す。

そして、両信号は加算演算器３で加算されてロボット
駆動手段４に供給され、ロボットの各関節がなる仮想目標軌道に近付くようサーボ制御される。

また、ロボット５の実軌道をと表すと、であるから、減算演算器８で真の目標軌道と実軌道の誤差を取ると、ただしとなる。

この誤差信号サンプリング手段９によって所定のサンプリング周期Ts
の離散的なデータに変換される。このデータをと表せば、となる。

学習演算装置10には、Je回以前までの誤差データが記憶されており、下記の学習制御アルゴリズムによっ
て次回再生用の補正信号が生成される。

このアルゴリズムをｌ番目の軸について示せば、となる。

上記式の右辺の^l（ｉ−Je）は補正データ記憶装置
６より読み出された値であり、左辺の^l（ｉ−Je）は
次回再生用補正データ記憶装置12へ書き込まれる値であ
る。また、Je、Ｋ^l _jは、ロボット毎に決められた定数で
あり（各ロボット駆動系の固有振動数、あるいはサーボ
制御系の動特性により定まる）、あらかじめ学習演算装
置10に記憶されている。

以上の演算を各軸毎に行い、演算結果が次回再生用記憶装置12に格納される。

平均誤差演算装置11は、平均誤差をによって求める。ここで、Ieはサンプリングされた信号
の総数、の転置行列を表す。

上記は１回の再生毎に求めることができ、このの
大きさによってそれぞれ下記のように処理される。

＜Ｅ₁の場合誤差が許容値以下なので何等補正は行わない。したが
って、過剰な補正に起因する誤差の拡大あるいは、外乱
ノイズの影響による誤差の拡大が生じることはない。

Ｅ₁≦＜Ｅ₂の場合誤差が許容値を超えるため、補正データを修正すべ
く、次回再生用データ記憶装置12の内容を補正データ記
憶装置へ転送する。

Ｅ₂≦の場合補正データによって修正し得ない誤差が生じたと判断
して表示装置13に異常状態を表示し、ロボットの再生を
中止する。

なお、上記Ｅ₁,E₂は、予め定められた誤差の基準値で
あってＥ₁＜Ｅ₂が成立する関係にあり、平均誤差演算装
置11に予め入力、記憶されている。

次いで、上記補正データ生成部14における処理内容
を、第２図のフローチャートにしたがって説明する。

ロボットの再生開始によっては以下のステップが開始
される。

Step1 :＝０、ｉ＝０ Step2 :サンプリングすべき時刻に達したことを条件と
して次のステップへ進。

Step3 :誤差データをサンプリングする。

Step4 :学習演算を実行し、得られた誤差を次回再生用補正データ記憶部12へ格納する。

によって平均誤差を求める。

Step6 :iをインクリメントする。

Step7 :繰り返し回数ｉを基準回数Ieと比較し、YESの場
合には次のStep8へ進み、NOの場合には前記Step1へ戻
る。

Step8 :所定回数求められた平均誤差の総和をサンプ
リング回数Ieで除して平均誤差の算術平均を求める。

Step9 :平均誤差が第２の比較値Ｅ₂を上回るか否かを
判断し、YESの場合にはStep10へ、NOの場合にはStep11
へ進む。

Step10:表示装置13に異常である旨を表示した後、制御
を終了する。

Step11:平均誤差が第１の比較値Ｅ₁を上回るか否かを
判断し、下回る場合にはそのまま制御を終了し、上回る
場合にはStep12へ進んで、次回再生用補正データ記憶装
置12の内容を補正データ記憶装置６へ転送して補正デー
タを入れ替える。したがって、このステップにおいてYE
Sと判断された場合には、それ以降の再生に新たな補正
データが使用され、NOと判断された場合には、修正する
ことなく、もとの補正データのまま以後の再生が行われ
る。

１回の再生の終了により上記処理が終了し、以下、再
生の度に上記判断に基づいて、必要に応じてデータ入れ
替えながら制御を行う。

上記制御の結果、ｌ番目の軸について２回目以降の再
生動作で得られた目標軌道θ^l _d（ｔ），補正軌道
（ｔ），実軌道θ^l _d（ｔ）の実測値の例を第３図に示
す。すなわち、第３図中○印で示した教示点の間を補間
することにより得られた目標軌道のデータθ^l _d（ｔ）を
補正軌道のデータで修正することにより、図示のよう
に目標軌道θ^l _d（ｔ）に極めて近似する実軌道θ
^l（ｔ）を得ることができた。

また、各再生時の平均誤差を基準値Ｅ₁およびＥ₂と
比較しつつ再生を繰り返した結果は第４図に示す通りで
あり、×印の点は各回の平均誤差を示し、さらに、補正
が行われた回については○印を付して示した。

すなわち、第１回の再生において平均誤差がＥ₁＜
＜Ｅ₂の範囲の値となると、第２回目の再生で再生デ
ータが修正され、さらに、第２回目、第３回目の再生に
おいてもが前記範囲に入っているから、第３回目、第
４回目のいずれ再生においてもデータが修正される。そ
して、第４回目の再生に至って平均誤差＜Ｅ₁となる
と、修正を行わないまま第５回目の再生が行われ、以後
第８回目まで修正を行うことなく再生が継続される。さ
らに、第８回目の再生において、平均誤差がＥ₁を越
えるため、データを修正して第９回目の再生が行われ
る。

なお、上記実施例では平均誤差を算出するために二
乗平均値を用いたが、絶対値の平均を求めるようにして
もよい。

「発明の効果」以上の説明で明らかなように、本発明によれば、再生
動作毎に、ロボットの動作遅れ、ギア部のバツクラッシ
ュの増加、ベアリング部のがたの増加等に起因する目標
軌道に対する実際のロボットの軌道の誤差を知ることが
できるのはもちろんのこと、誤差が所定範囲にある場合
に限って軌道を修正するから、ノイズ等の原因によって
行われた無用な修正による誤差の増大を防止し、かつ、
再生毎に微小に誤差が増加した場合であっても、誤差が
所定以上となったときに確実にこれを修正することがで
きる。したがって、誤差が最小限に抑制されることとな
り、ロボットの再生時における制御装置の演算処理の負
荷を増大させることなく、 a.ロボットの作業効率の向上 b.品質の向上 c.メンテナンス回数の減少 d.ロボットの誤動作の防止を図ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は制御系
全体の構成を示すブロック図、第２図は補正データ生成
部で実行される処理のフローチャート、第３図は２回目
以降の再生時のｌ番目の軸における目標軌道、実軌道、
補正軌道の関係を示した図表、第４図は再生回数と平均
誤差の関係を示す図表である。１……教示データ記憶装置、２……補間演算装置、３…
…加算演算器、４……ロボット駆動手段、５……ロボッ
ト、６……補正データ記憶装置、７……補間演算装置、
８……減算演算器、９……サンプリング手段（スイッ
チ）、10……学習制御演算装置、11……平均誤差演算装
置、12……次回再生用補正データ記憶装置、13……表示
装置、14……補正データ生成部。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】真の目標軌道と再生時の実際の軌道との誤
差に基づいて算出された補正データによって前記目標軌
道を修正して仮想目標軌道を生成し、この仮想目標軌道
に従って再生動作を行う学習制御機能を有するロボット
の制御装置において、１回の再生毎に目標軌道と実際の
軌道との誤差を各教示点毎に検出してその平均値を算出
する誤差算出手段と、算出された誤差の平均値が基準範
囲内にあるか否かを判断する判断手段と、該判断手段に
より誤差が基準範囲内にあることが判断された場合に前
記の学習制御機能を停止させる切替手段とを設けてな
り、前記判断手段は、前記目標軌道の始点から終点に至
る１回の再生が終了した後、次回の再生前に前記誤差の
検出およびその平均値が基準範囲内にあるか否かの判断
を行うことを特徴とするロボットの制御装置。