JP2710065B2 - Robot servo control device - Google Patents

Robot servo control device

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JP2710065B2 JP3626289A JP3626289A JP2710065B2 JP 2710065 B2 JP2710065 B2 JP 2710065B2 JP 3626289 A JP3626289 A JP 3626289A JP 3626289 A JP3626289 A JP 3626289A JP 2710065 B2 JP2710065 B2 JP 2710065B2
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寿富 藤木
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、多関節型産業用ロボットを円滑動作させる
サーボ制御装置に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a servo control device for smoothly operating an articulated industrial robot.

(従来の技術) 位置伝達機構は、何らかの非線形を有する。これを補
正するため、従来は非線形特性をマイナスとしたものを
そのまま位置指令に加えていた。これは比較的剛性の高
い機械か、または比較的遅い動作を対象とするときに使
われる方法である。たとえば、精密旋盤がボールネジの
送りピッチ誤差を事前に測定して補正している例などは
公知である。
(Prior Art) The position transmission mechanism has some nonlinearity. In order to correct this, conventionally, a value obtained by subtracting the non-linear characteristic has been added to the position command as it is. This is the method used for relatively stiff machines or relatively slow movements. For example, an example in which a precision lathe measures and corrects a feed pitch error of a ball screw in advance is known.

剛性の小さな機械で、振動を抑制することを検討した
ものに「ロボットの防振制御に関する研究:向井他;日
本機械学会第14回技術講演会,No.860−1,P21,1986」
(以下従来例(1)と略す)がある。これは共振モデル
を考えて、速度またはトルクに補正を加えるので、比較
的速度が遅く位置伝達誤差が現れる場合には、効果がな
い。
A study on suppression of vibration with a rigid machine is described in "Study on anti-vibration control of robots: Mukai et al .; The 14th Technical Conference of the Japan Society of Mechanical Engineers, No.860-1, P21, 1986"
(Hereinafter abbreviated as Conventional Example (1)). Since the speed or the torque is corrected in consideration of the resonance model, this is ineffective when the speed is relatively slow and a position transmission error appears.

(発明が解決しようとする課題) モータ以降に比較的柔らかな弾性要素を有する機械の
代表的なものとして多関節型産業用ロボットがあげられ
るが、このようなものの移動経路精度を向上させるとす
るとき、従来手法の位置伝達特性の静的逆印加では、モ
ータの回転速度が変化した場合に位置伝達特性が変化し
てしまうことで補正効果がなくなってしまう。また従来
例(1)の手法では、共振状態からはずれた低速度での
位置伝達特性の補正が困難である。
(Problems to be Solved by the Invention) As a typical example of a machine having a relatively soft elastic element after a motor, there is an articulated industrial robot. At this time, in the case of the static reverse application of the position transmission characteristic according to the conventional method, the correction effect is lost because the position transmission characteristic changes when the rotation speed of the motor changes. Further, in the method of the conventional example (1), it is difficult to correct the position transfer characteristic at a low speed deviating from the resonance state.

このように、共振状態をはずれた低速域での回転むら
の抑圧方法は従来なく、不可能であった。
As described above, there has been no conventional method of suppressing rotational unevenness in a low-speed region that has deviated from the resonance state.

本発明の目的は、従来の欠点を解消し、比較的柔らか
な弾性を有する共振系に位置伝達機構が有する位置伝達
誤差が加えられたとき発生する変動を低速域においては
完全に抑圧するロボットのサーボ制御装置を提供するこ
とである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a robot that solves the conventional drawbacks and completely suppresses the fluctuation that occurs when a position transmission error of a position transmission mechanism is added to a resonance system having relatively soft elasticity in a low-speed range. It is to provide a servo control device.

(課題を解決するための手段) 本発明のロボットのサーボ制御装置は、サーボモータ
と、このサーボモータの位置と速度の制御を行う制御装
置と、前記サーボモータに結合され、入力と出力の位置
伝達誤差として非線形特性を有する減速機と、この減速
機に結合されたロボットアームからなるサーボ系を備
え、さらに前記ロボットアームで発生する回転むらと同
じ周期の信号を発生する位置補正信号発生器と、この位
置補正信号発生器の出力信号のゲインを前記サーボモー
タの回転速度により決定するゲイン設定器と、前記位置
補正信号発生器の出力信号の位相を前記サーボモータの
回転速度により決定する位相設定器と、前記制御装置に
与えられる位相指令信号に前記位置補正信号発生器の出
力信号を加算する加算器とを備えたものである。
(Means for Solving the Problems) A servo control device for a robot according to the present invention includes a servo motor, a control device for controlling the position and speed of the servo motor, and an input and output position coupled to the servo motor. A speed reducer having a non-linear characteristic as a transmission error, a servo system including a robot arm coupled to the speed reducer, and a position correction signal generator for generating a signal having the same cycle as the rotation unevenness generated by the robot arm; A gain setting device that determines the gain of the output signal of the position correction signal generator based on the rotation speed of the servo motor; and a phase setting that determines the phase of the output signal of the position correction signal generator based on the rotation speed of the servo motor. And an adder for adding an output signal of the position correction signal generator to a phase command signal given to the control device. .

(作 用) 本発明によれば、モータの回転速度の変化によって位
置補正信号のゲインと位相を適切な値に変化させるた
め、低速域において回転むらを完全に抑圧できる。
(Operation) According to the present invention, since the gain and phase of the position correction signal are changed to appropriate values by changing the rotation speed of the motor, rotation unevenness can be completely suppressed in a low speed range.

(実施例) 本実施例では、位置制御,速度制御を高速のCPUでデ
ィジタル制御するディジタルサーボに適用した例を述べ
る。また、本発明に用いるゲインと位相の設定器におい
ては、モータの回転速度により刻々と変化させる必要が
あるので、ディジタルサーボが適している。
(Embodiment) In this embodiment, an example in which position control and speed control are applied to a digital servo that performs digital control by a high-speed CPU will be described. In the gain and phase setting device used in the present invention, digital servo is suitable because it needs to be changed every moment depending on the rotation speed of the motor.

ロボットアームに加わる外乱としては、種々のものが
考えられる。コギングトルクと呼ばれるモータの回転ト
ルクむら、ロボットアームの先に接続されている腕の姿
勢変化による負荷変動、グリースを使用していれば粘性
抵抗変化、垂直多関節ロボットならば重力の影響、速度
が速い場合はコリオリカなどが考えられるが、以下で
は、最も影響の大きい減速機の回転むらを考える。特に
ロボットアームでよく用いるハーモニックドライブ(以
下H.D.Cと略す)という減速機を例にして説明する。H.
D.Cではモータ回転数の2倍の周期の位置伝達誤差をも
つ。よってH.D.Cの回転むらが存在する場合、ロボット
アームでの回転むらθは θ=KL・sin(2nθ+ψ) ……(1) n=1,2,…… と表わされ、n=2以上の高調波成分は、n=1の基本
波成分に比べてかなり小さいとすると、 θ=KL・sin(2nθ+ψ) ……(2) という形で表される。よって、この回転むらを打ち消す
位置補正信号Δθは、次の形となる。
Various types of disturbance can be considered as a disturbance applied to the robot arm. Motor rotation torque unevenness called cogging torque, load fluctuation due to posture change of the arm connected to the end of the robot arm, viscous resistance change if grease is used, influence of gravity and speed for vertical articulated robot In the case of high speed, Coriolis may be considered, but in the following, the rotational unevenness of the reduction gear, which has the greatest influence, will be considered. In particular, a description will be given of a speed reducer called a harmonic drive (hereinafter abbreviated as HDC) often used in a robot arm. H.
DC has a position transmission error with a period twice as long as the motor speed. Therefore, when the rotation unevenness of the HDC is present, the rotation unevenness theta L of the robot arm θ L = K L · sin ( 2nθ M + ψ L) ...... (1) n = 1,2, expressed as ..., Assuming that the harmonic component of n = 2 or more is considerably smaller than the fundamental component of n = 1, it is expressed in the form of θ L = K L · sin (2n θ M + ψ L ) (2). Therefore, the position correction signal Δθ that cancels out the rotation unevenness has the following form.

Δθ=K・sin(2θ+ψ) ……(3) しかし、実システムにおいて(2)式の成分を打ち消
すための(3)式を求めると、モータの回転速度ω
よってゲインKと位相ψを変化させる必要がある。よっ
てΔθ(ω)は、 Δθ(ω)=K(ω)・sin〔2ωMt+ψ
(ω)〕 ……(4) という形で表わされる。ただしモータを一定回転させる
場合を考える(θ=ωMt)。またθはモータの回転
位置、Kはゲイン、ψは位相を表わす。
Δθ = K · sin (2θ M + ψ) (3) However, when Expression (3) for canceling the component of Expression (2) is obtained in an actual system, the gain K and the phase に よ っ て are determined by the rotation speed ω M of the motor. Needs to be changed. Therefore, Δθ (ω M ) is Δθ (ω M ) = K (ω M ) · sin [2ω M t + ψ
M )]... (4) However, a case where the motor is rotated at a constant speed is considered (θ M = ω M t). The theta M is the rotational position of the motor, K is the gain, [psi represents the phase.

次に全体のシステムの構成について、図面をもって説
明する。
Next, the configuration of the entire system will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例におけるロボットのサーボ
制御装置のブロック図である。同図において、1は位置
と速度を制御する制御装置、2はサーボモータ、3は減
速機(H.D.C)、4はロボットアームである。5は位置
補正信号発生器であり、モータの回転数の2倍の周期を
もつ位置補正信号(正弦波)を発生する。6は位置補正
信号発生器5の補正信号のゲインK(ω)をモータの
回転速度ωによって決定するゲイン設定器である。K
(ω)は、ロボットアーム先端での回転むらがなくな
るようなゲインを、ωを変化させながら、実験により
予め求め、プログラム上にデータテーブルとして実現す
る。これを示した図が第2図である。7は位置補正信号
発生器5の補正信号の位置ψ(ω)を、モータの回転
速度ωによって決定する位相設定器であり、ψ
(ω)もK(ω)と同様の方法で実現する。
FIG. 1 is a block diagram of a servo control device for a robot according to one embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a control device for controlling the position and speed, 2 is a servomotor, 3 is a speed reducer (HDC), and 4 is a robot arm. Reference numeral 5 denotes a position correction signal generator which generates a position correction signal (sine wave) having a period twice as long as the rotation speed of the motor. 6 is a gain setting unit for determining the gain K of the correction signal of the position correction signal generator 5 (omega M) by the rotation speed omega M of the motor. K
M ) is obtained in advance by an experiment while changing ω M so as to eliminate rotational unevenness at the tip of the robot arm, and realized as a data table on a program. FIG. 2 shows this. 7 position [psi the (omega M) of the correction signal of the position correction signal generator 5, a phase setting unit which determines the rotation speed omega M of the motor, [psi
M ) is also realized in the same manner as K (ω M ).

第3図は、ψ(ω)を表わした図である。8は位置
指令信号(θref)に位置補正信号(Δθ(ω))を
加算する加算器である。以上が全体の構成であり、位置
補正信号のゲインと位相をモータの回転速度により、デ
ータテーブルを用いて変更できるシステムをすべてソフ
ト上で実現する。
FIG. 3 is a diagram showing ψ (ω M ). Reference numeral 8 denotes an adder that adds a position correction signal (Δθ (ω M )) to the position command signal (θref). The above is the overall configuration, and a system capable of changing the gain and the phase of the position correction signal using the data table by the rotation speed of the motor is realized on software.

(発明の効果) 本発明によれば、ロボットアームの駆動源であるサー
ボモータにおける回転速度の変化に応じて位置補正信号
のゲインと位相を適切に変化させることができるため、
低速域において、ロボットアームに発生する回転むらを
完全に抑圧することができ、その実用上の効果は大であ
る。
(Effects of the Invention) According to the present invention, the gain and the phase of the position correction signal can be appropriately changed according to the change in the rotation speed of the servomotor that is the drive source of the robot arm.
In the low-speed range, the rotation unevenness generated in the robot arm can be completely suppressed, and the practical effect is great.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例におけるロボットのサーボ制
御装置のブロック図、第2図は同ゲインK(ω)のデ
ータテーブルを示す図、第3図は同位相ψ(ω)のデ
ータテーブルを示す図である。 1……位置と速度を制御する制御装置、2……サーボモ
ータ、3……減速機(H.D.C)、4……ロボットアー
ム、5……位置補正信号発生器、6……ゲイン設定器、
7……位相設定器、8……加算器。
Block diagram of a servo control apparatus for a robot in an embodiment of Figure 1 the present invention, FIG. 2 shows a data table of the gain K (ω M), Figure 3 is the same phase ψ of (omega M) It is a figure showing a data table. 1 ... Control device for controlling position and speed, 2 ... Servo motor, 3 ... Reducer (HDC), 4 ... Robot arm, 5 ... Position correction signal generator, 6 ... Gain setting device,
7 ... Phase setting unit, 8 ... Adder.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】サーボモータと、このサーボモータの位置
と速度の制御を行う制御装置と、前記サーボモータに結
合され、入力と出力の位置伝達誤差として非線形特性を
有する減速機と、この減速機に結合されたロボットアー
ムとからなるサーボ系を備え、さらに前記ロボットアー
ムで発生する回転むらと同じ周期の信号を発生する位置
補正信号発生器と、この位置補正信号発生器の出力信号
のゲインを前記サーボモータの回転速度により決定する
ゲイン設定器と、前記位置補正信号発生器の出力信号の
位相を前記サーボモータの回転速度により決定する位相
設定器と、前記制御装置に与えられる位置指令信号に前
記位置補正信号発生器の出力信号を加算する加算器とを
備えたことを特徴とするロボットのサーボ制御装置。
1. A servomotor, a control device for controlling the position and speed of the servomotor, a speed reducer coupled to the servomotor and having a non-linear characteristic as an input and output position transmission error, and the speed reducer A position correction signal generator that generates a signal having the same cycle as the rotation unevenness generated by the robot arm, and a gain of an output signal of the position correction signal generator. A gain setting device that determines the rotation speed of the servomotor, a phase setting device that determines the phase of the output signal of the position correction signal generator based on the rotation speed of the servomotor, and a position command signal that is given to the control device. A servo control device for a robot, comprising: an adder for adding an output signal of the position correction signal generator.
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