JP5436930B2 - S-curve acceleration / deceleration trajectory generation method and articulated robot system - Google Patents

S-curve acceleration / deceleration trajectory generation method and articulated robot system Download PDF

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Description

本発明は、S字加減速軌道生成方法および多関節型ロボットシステムに係り、とりわけ加減速時の振動を極力抑えつつ、ロボットの動作サイクルタイムの短縮や機構やモータへの過大な負荷を軽減することが可能なS字加減速軌道生成方法および多関節型ロボットシステムに関する。   The present invention relates to a method for generating an S-curve acceleration / deceleration trajectory and an articulated robot system. In particular, while suppressing vibration during acceleration / deceleration as much as possible, the operation cycle time of the robot is shortened and an excessive load on the mechanism and motor is reduced. The present invention relates to an S-shaped acceleration / deceleration trajectory generation method and an articulated robot system.

一般に、多関節型ロボットのアームを各関節軸を中心として回転させる際、回転を開始したからの時間と角速度との関係を示すグラフがS字を描くように制御(S字加減速制御)することが行われている。すなわち、回転開始時に角加速度を0から徐々に上昇させてゆき、次いで一定時間等角加速度とした後、角加速度を徐々に低下させ、0とする。この状態で一定時間等角速度でアームを回転した後、角加速度を0から徐々に低下させてゆき、一定時間負の等角加速度で回転させる。その後、角加速度を徐々に上昇させて0としている。   In general, when an arm of an articulated robot is rotated about each joint axis, control is performed so that a graph showing the relationship between the time from the start of rotation and the angular velocity draws an S-shape (S-shape acceleration / deceleration control). Things have been done. That is, the angular acceleration is gradually increased from 0 at the start of rotation, and then is set to constant angular acceleration for a certain time, and then the angular acceleration is gradually decreased to 0. In this state, after rotating the arm at a constant angular velocity for a certain time, the angular acceleration is gradually decreased from 0 and rotated at a negative constant angular acceleration for a certain time. Thereafter, the angular acceleration is gradually increased to zero.

一方、特許文献1には、第i軸における発生トルクが許容最大トルクとなるような限界加減速時間を求める技術が開示されている。   On the other hand, Patent Document 1 discloses a technique for obtaining a limit acceleration / deceleration time such that the generated torque on the i-th axis becomes the allowable maximum torque.

特開平7−261822号公報JP-A-7-261822

しかしながら、特許文献1に記載された技術の場合、角加速度を変更するために加速時間全体を伸縮させている。この技術をS字加減速軌道制御に対して適用する場合、S字加速度到達時間(回転を開始してから等角加速度に達するまでの時間)も含めて時間を伸縮させることになる。この結果、動作パターンによっては、S字加速度到達時間が「アームの固有周波数」よりも小さくなることがある。これにより、振動が発生してしまう場合がある。この場合、制動時などに位置決め精度が低下し、非常に使いづらいものとなる。   However, in the case of the technique described in Patent Document 1, the entire acceleration time is expanded and contracted in order to change the angular acceleration. When this technique is applied to S-curve acceleration / deceleration trajectory control, the time is expanded and contracted including the S-curve acceleration arrival time (the time from the start of rotation until the equiangular acceleration is reached). As a result, depending on the operation pattern, the S-curve acceleration arrival time may be shorter than the “arm natural frequency”. Thereby, vibration may occur. In this case, the positioning accuracy is lowered during braking, and it becomes very difficult to use.

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、S字加速度到達時間を一定に保持することにより、加減速時の振動を極力抑えつつ、ロボットの動作サイクルタイム短縮や機構やモータへの過大な負荷を軽減することが可能なS字加減速軌道生成方法および多関節型ロボットシステムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of such points, and by keeping the S-curve acceleration arrival time constant, while suppressing vibration during acceleration / deceleration as much as possible, the operation cycle time of the robot can be shortened, and the mechanism and motor An object of the present invention is to provide an S-shaped acceleration / deceleration trajectory generation method and an articulated robot system that can reduce an excessive load on the robot.

本発明は、複数の関節軸を有するロボットについて、各々の関節軸を駆動するためのS字加減速軌道を生成するS字加減速軌道生成方法において、ロボットの動作目標位置と動作パターンとに基づいて、動作目標位置までの各関節軸の移動時間を求め、最も移動時間の長い関節軸を基準関節軸に決定する工程と、基準関節軸に対する暫定的なS字加減速軌道を生成する工程と、暫定的なS字加減速軌道において、加速度が最大となる区間のうち速度が最大となる時刻tm1を算出し、または加速度が最小となる区間のうち速度が最大となる時刻tm2を算出する工程と、予め設定された動力学モデルを用いて、時刻tm1または時刻tm2における各関節軸の推定トルクを算出する工程と、各関節軸毎に加速を開始してから最大加速度に到達するまでの最大加速度到達時間、または減速を開始してから最小加速度に到達するまでの最小加速度到達時間を一定に保持したまま、動力学モデルを用いて求めた各関節軸の推定トルクが予め設定された目標トルクになるように各関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度を求め、この各関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度を用いて、基準関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度を求める工程と、このようにして求めた基準関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度に基づいて、基準関節軸のS字加減速軌道がこの修正最大加速度または修正最小加速度をもつよう修正した修正S字加減速軌道を生成する工程と備えたことを特徴とするS字加減速軌道生成方法である。 The present invention relates to an S-curve acceleration / deceleration trajectory generation method for generating an S-curve acceleration / deceleration trajectory for driving each joint axis for a robot having a plurality of joint axes, based on the motion target position and motion pattern of the robot. Determining a movement time of each joint axis to the operation target position, determining a joint axis having the longest movement time as a reference joint axis, and generating a provisional S-shaped acceleration / deceleration trajectory for the reference joint axis; In the provisional S-curve acceleration / deceleration trajectory, a step of calculating a time tm1 at which the speed is maximum in a section where the acceleration is maximum, or a time tm2 at which the speed is maximum in a section where the acceleration is minimum. And calculating the estimated torque of each joint axis at time tm1 or time tm2 using a preset dynamic model, and reaching the maximum acceleration after starting acceleration for each joint axis While maintaining the maximum acceleration time to reach that, or the minimum acceleration arrival time from the start of deceleration until reaching the minimum acceleration constant, the estimated torque is preset for each joint axis determined using a dynamic model The corrected maximum acceleration or the corrected minimum acceleration of each joint axis is determined so that the target torque is set, and the corrected maximum acceleration or corrected minimum acceleration of the reference joint axis is calculated using the corrected maximum acceleration or corrected minimum acceleration of each joint axis. Based on the step of obtaining and the corrected maximum acceleration or the corrected minimum acceleration of the reference joint axis thus obtained, the correction S corrected so that the S-shaped acceleration / deceleration trajectory of the reference joint axis has the corrected maximum acceleration or the corrected minimum acceleration. An S-shaped acceleration / deceleration trajectory generation method comprising a step of generating a character acceleration / deceleration trajectory.

本発明は、基準関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度を求める工程は、動力学モデルを用いることにより、暫定的なS字加減速軌道における基準関節軸の最大加速度または最小加速度と、時刻tm1または時刻tm2における各関節軸の推定トルクが予め設定された各関節軸の目標トルクに一致するとした場合の各関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度との比である加速度変更率を全関節軸分算出する工程と、算出された各関節軸の加速度変更率のうち、最小となる最小加速度変更率を求める工程と、この最小加速度変更率を暫定的なS字加減速軌道における基準関節軸の最大加速度または最小加速度に乗じることにより、基準関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度を求める工程とを含むことを特徴とするS字加減速軌道生成方法である。   According to the present invention, the step of obtaining the corrected maximum acceleration or the corrected minimum acceleration of the reference joint axis uses a dynamic model, so that the maximum or minimum acceleration of the reference joint axis in the provisional S-shaped acceleration / deceleration trajectory and the time tm1 Alternatively, an acceleration change rate that is a ratio of the corrected maximum acceleration or the corrected minimum acceleration of each joint axis when the estimated torque of each joint axis at time tm2 matches a preset target torque of each joint axis is set to all joint axes. Calculating the minimum acceleration change rate for each joint axis calculated, and calculating the minimum acceleration change rate for the joint joint axis calculated in the provisional S-curve acceleration / deceleration trajectory And calculating a corrected maximum acceleration or a corrected minimum acceleration of the reference joint axis by multiplying the maximum acceleration or the minimum acceleration. It is a trajectory generation method.

本発明は、複数の関節軸を有する多関節型ロボットシステムにおいて、ロボット本体と、ロボット本体を制御する制御装置とを備え、制御装置は、ロボットの動作目標位置と動作パターンとに基づいて、動作目標位置までの各関節軸の移動時間を求め、最も移動時間の長い関節軸を基準関節軸に決定する基準関節軸決定処理部と、基準関節軸に対する暫定的なS字加減速軌道を生成する第1S字加減速軌道生成部と、 暫定的なS字加減速軌道において、加速度が最大となる区間のうち速度が最大となる時刻tm1を算出し、または加速度が最小となる区間のうち速度が最大となる時刻tm2を算出する時刻算出部と、予め設定された動力学モデルを用いて、時刻tm1または時刻tm2における各関節軸の推定トルクを算出する演算処理部と、各関節軸毎に加速を開始してから最大加速度に到達するまでの最大加速度到達時間、または減速を開始してから最小加速度に到達するまでの最小加速度到達時間を一定に保持したまま、動力学モデルを用いて求めた各関節軸の推定トルクが予め設定された目標トルクになるように各関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度を求め、この各関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度を用いて、基準関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度を求める角加速度変更処理部と、このようにして求めた基準関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度に基づいて、基準関節軸のS字加減速軌道がこの修正最大加速度または修正最小加速度をもつよう修正した修正S字加減速軌道を生成する第2S字加減速軌道生成部と有することを特徴とする多関節型ロボットシステムである。 The present invention, in an articulated robot system having a plurality of joint axes, includes a robot main body and a control device that controls the robot main body, and the control device operates based on an operation target position and an operation pattern of the robot. A movement time of each joint axis to the target position is obtained, a reference joint axis determination processing unit that determines a joint axis having the longest movement time as a reference joint axis, and a provisional S-curve acceleration / deceleration trajectory for the reference joint axis are generated. In the first S-shaped acceleration / deceleration trajectory generator and the provisional S-shaped acceleration / deceleration trajectory, the time tm1 at which the speed is maximum is calculated among the sections where the acceleration is maximum, or the speed is determined among the sections where the acceleration is minimum. A time calculation unit that calculates the maximum time tm2, and a calculation processing unit that calculates an estimated torque of each joint axis at the time tm1 or the time tm2, using a preset dynamic model; , While keeping constant the maximum acceleration arrival time from the start of acceleration for each joint axis until reaching the maximum acceleration, or the minimum acceleration arrival time from the start of deceleration until reaching the minimum acceleration, The corrected maximum acceleration or the corrected minimum acceleration of each joint axis is obtained so that the estimated torque of each joint axis obtained using the scientific model becomes a preset target torque, and the corrected maximum acceleration or corrected minimum acceleration of each joint axis is obtained. And the angular acceleration change processing unit for obtaining the corrected maximum acceleration or the corrected minimum acceleration of the reference joint axis, and the S of the reference joint axis based on the corrected maximum acceleration or the corrected minimum acceleration of the reference joint axis thus obtained. And a second S-shaped acceleration / deceleration trajectory generating unit that generates a modified S-shaped acceleration / deceleration trajectory modified so that the character acceleration / deceleration trajectory has the corrected maximum acceleration or the corrected minimum acceleration. It is articulated robot system according to symptoms.

本発明によれば、各関節軸の最大加速度到達時間または最小加速度到達時間(S字加速度到達時間)を一定に保持したまま、動力学モデルを用いて求めた推定トルクが予め設定された目標トルクになるように、基準関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度を求める。この結果、加減速時の振動の発生を抑えつつ、ロボットの動作パターンや負荷条件に合わせて加速度を最適化することができる。また、S加減速軌道動作において、位置決め精度を低下させること無く、ロボットの関節軸をスムーズに加速、減速させることができる。   According to the present invention, the estimated torque obtained using the dynamic model is set in advance while the maximum acceleration arrival time or the minimum acceleration arrival time (S-shaped acceleration arrival time) of each joint axis is kept constant. The corrected maximum acceleration or the corrected minimum acceleration of the reference joint axis is obtained so that As a result, it is possible to optimize the acceleration according to the operation pattern and load conditions of the robot while suppressing the occurrence of vibration during acceleration / deceleration. Further, in the S acceleration / deceleration trajectory operation, the joint axis of the robot can be smoothly accelerated and decelerated without lowering the positioning accuracy.

本発明の一実施の形態による多関節型ロボットシステムを示す概略構成図。1 is a schematic configuration diagram showing an articulated robot system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態によるS字加減速軌道生成方法を示すフロー図。The flowchart which shows the S-shaped acceleration / deceleration orbit generation method by one embodiment of this invention. 暫定的なS字加減速軌道における、時刻と基準関節軸の角速度との関係および、時刻と基準関節軸の角加速度との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the time and the angular velocity of a reference joint axis, and the relationship between the time and the angular acceleration of a reference joint axis in a provisional S-shaped acceleration / deceleration trajectory. 加速時における、時刻と基準関節軸の角速度との関係および、時刻と基準関節軸の角加速度との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the time and the angular velocity of a reference joint axis at the time of acceleration, and the relationship between the time and the angular acceleration of a reference joint axis.

以下、本発明の一実施の形態について、図1乃至図4を参照して説明する。ここで、図1乃至図4は、本発明の一実施の形態を示す図である。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 1 to FIG. 4 are diagrams showing an embodiment of the present invention.

(多関節型ロボットシステムの構成)
まず、図1により、多関節型ロボットシステムの全体構成について説明する。ここでは、多関節型ロボットシステムとして、3つの関節軸を有する多関節型ロボットを含むシステムを例に挙げて説明する。
(Configuration of articulated robot system)
First, the overall configuration of the articulated robot system will be described with reference to FIG. Here, a system including an articulated robot having three joint axes will be described as an example of the articulated robot system.

図1に示すように、多関節型ロボットシステム100は、ロボット本体10と、ロボット本体10に接続されるとともに、ロボット本体10を制御する制御装置20とを備えている。   As shown in FIG. 1, the articulated robot system 100 includes a robot body 10 and a control device 20 that is connected to the robot body 10 and controls the robot body 10.

このうちロボット本体10は、床面に固定された基台11と、基端側(基台11)から先端側に向かって順次設けられ、互いに異なる3つの関節軸J1〜J3を介してそれぞれ連結された3つのアーム体(第1アーム体12、第2アーム体13、および第3アーム体14)とを有している。 Among these, the robot body 10 is provided in order from the base 11 fixed to the floor surface and the base end side (base 11) toward the front end side, and through three mutually different joint axes J 1 to J 3. There are three arm bodies (first arm body 12, second arm body 13, and third arm body 14) connected to each other.

このうち第1アーム体12は、第1関節軸J1を中心に基台11に対して回動可能となっている。また第1アーム体12と第2アーム体13との間に第2関節軸J2が介在され、第2アーム体13は、第2関節軸J2を中心に回動可能となっている。また第2アーム体13と第3アーム体14との間に第3関節軸J3が介在され、第3アーム体14は、第3関節軸J3を中心に回動可能となっている。 Among the first arm member 12 is rotatable relative to the first joint axis J 1 base 11 around the. A second joint axis J 2 is interposed between the first arm body 12 and the second arm body 13, and the second arm body 13 is rotatable about the second joint axis J 2 . Further, a third joint axis J 3 is interposed between the second arm body 13 and the third arm body 14, and the third arm body 14 is rotatable about the third joint axis J 3 .

一方、制御装置20は、RAM30と、RAM30に接続されたCPU40とを有している。   On the other hand, the control device 20 includes a RAM 30 and a CPU 40 connected to the RAM 30.

このうちRAM30には、教示情報31と、S字加減速パラメータ情報32と、モデルパラメータ情報33と、目標トルク情報34とが記憶されている。以下、これらの情報の概要について簡単に説明する。   Of these, the RAM 30 stores teaching information 31, S-shaped acceleration / deceleration parameter information 32, model parameter information 33, and target torque information 34. Hereinafter, an outline of such information will be briefly described.

教示情報31には、ユーザーにより設定される動作プログラムに基づいて定められた、ロボットの動作目標位置(例えば教示点)および動作パターン(例えば補間方法)等の情報が含まれている。   The teaching information 31 includes information such as an operation target position (for example, a teaching point) and an operation pattern (for example, an interpolation method) of the robot, which are determined based on an operation program set by the user.

S字加減速パラメータ情報32には、暫定的なS字加減速軌道を生成する際に用いられる、各関節軸J1〜J3の最大角速度、各関節軸J1〜J3の最大角加速度および最小角加速度、ならびに各関節軸J1〜J3の最大角加速度到達時間および最小角加速度到達時間(以下、S字加速度到達時間ともいう)等の情報が含まれている。なお、S字加減速パラメータ情報32に含まれる各種情報は、上述した動作プログラムに関わらず、予め関節軸J1〜J3毎に所定の値に設定されているものである。 The S-curve deceleration parameter information 32, temporary used in generating the S-curve deceleration trajectory, maximum angular velocity of each joint axis J 1 through J 3, the maximum angular acceleration of each joint axis J 1 through J 3 and minimum angular acceleration, and the maximum angular acceleration arrival time and the minimum angular acceleration time of arrival of each joint axis J 1 through J 3 (or less, S-shape also called acceleration arrival time) are included, such as information. Note that the various types of information included in the S-shaped acceleration / deceleration parameter information 32 are set in advance to predetermined values for each of the joint axes J 1 to J 3 regardless of the operation program described above.

モデルパラメータ情報33には、モデルパラメータ(アーム質量(Kg)、リンクオフセット量(mm)、重心オフセット(mm)、重心周り慣性モーメント(Kg・m2)等)、および各関節軸J1〜J3の摩擦係数等の情報が含まれている。 The model parameter information 33 includes model parameters (arm mass (Kg), link offset amount (mm), center of gravity offset (mm), moment of inertia around the center of gravity (Kg · m 2 ), etc.), and each joint axis J 1 to J Information such as friction coefficient of 3 is included.

目標トルク情報34には、各関節軸J1〜J3毎に予め設定された、各関節軸J1〜J3の目標トルクの情報が含まれている。 The target torque information 34 includes information on the target torque of each joint axis J 1 to J 3 set in advance for each joint axis J 1 to J 3 .

他方、CPU40は、プログラムで与えられた目標位置までの各関節軸の移動時間を求め、最も移動時間の長い関節軸を基準関節軸に決定する基準関節軸決定処理部48と、基準関節軸の暫定的なS字加減速軌道を生成する第1S字加減速軌道生成部41と、後述する時刻tm1および時刻tm2を算出する時刻算出部42と、動力学モデルを用いて演算処理を行う演算処理部43とを有している。   On the other hand, the CPU 40 obtains the movement time of each joint axis to the target position given by the program, determines the joint axis having the longest movement time as the reference joint axis, and the reference joint axis determination unit 48. A first S-shaped acceleration / deceleration trajectory generation unit 41 that generates a provisional S-shaped acceleration / deceleration trajectory, a time calculation unit 42 that calculates time tm1 and time tm2, which will be described later, and an arithmetic process that performs arithmetic processing using a dynamic model Part 43.

またCPU40は、基準関節軸の修正最大角加速度および修正最小角加速度を求める角加速度変更処理部44と、基準関節軸の修正最大角加速度および修正最小角加速度に基づいて、基準関節軸のS字加減速軌道がこの修正最大角加速度および修正最小角加速度をもつよう修正した、修正S字加減速軌道を生成する第2S字加減速軌道生成部45とを有している。   The CPU 40 also calculates an S-shaped reference joint axis based on the angular acceleration change processing unit 44 for obtaining the corrected maximum angular acceleration and the corrected minimum angular acceleration of the reference joint axis, and the corrected maximum angular acceleration and the corrected minimum angular acceleration of the reference joint axis. A second S-shaped acceleration / deceleration trajectory generation unit 45 that generates a modified S-shaped acceleration / deceleration trajectory modified so that the acceleration / deceleration trajectory has the corrected maximum angular acceleration and the corrected minimum angular acceleration is provided.

さらに、CPU40内には、基準関節軸の修正S字加減速軌道に基づいて処理周期毎の各関節軸J1〜J3の目標位置を算出する目標位置算出部46と、目標位置に基づいてロボット本体10を作動させるサーボ部47とが設けられている。 Further, in the CPU 40, based on the target position calculation unit 46 for calculating the target position of each joint axis J 1 to J 3 for each processing cycle based on the corrected S-curve acceleration / deceleration trajectory of the reference joint axis, based on the target position. A servo unit 47 that operates the robot body 10 is provided.

(基準関節軸決定方法およびS字加減速軌道生成方法)
次に、図2乃至図4により、本実施の形態による基準関節軸決定方法およびS字加減速軌道生成方法について説明する。
(Reference joint axis determination method and S-curve acceleration / deceleration trajectory generation method)
Next, a reference joint axis determination method and an S-shaped acceleration / deceleration trajectory generation method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

まず、CPU40の基準関節軸決定処理部48は、教示情報31に含まれるロボットの動作目標位置および動作パターンと、S字加減速パラメータ情報32に含まれる情報、具体的には、各関節軸J1〜J3の最大角速度とに基づいて、プログラムで与えられた目標位置までの各関節軸J1〜J3の移動時間を求め、最も移動時間の長い関節軸を基準関節軸に決定する(図2のステップS0)。 First, the reference joint axis determination processing unit 48 of the CPU 40 includes a robot motion target position and motion pattern included in the teaching information 31 and information included in the S-shaped acceleration / deceleration parameter information 32, specifically, each joint axis J based on the maximum angular velocity of 1 through J 3, determine the travel time of each joint axis J 1 through J 3 to the target position given by the program, determined on the basis joint axis long joint axis of the most moving time ( Step S0 in FIG.

次にCPU40の第1S字加減速軌道生成部41は、教示情報31に含まれるロボットの動作目標位置および動作パターンと、S字加減速パラメータ情報32に含まれる情報、具体的には、各関節軸J1〜J3の最大角速度、各関節軸J1〜J3の最大角加速度および最小角加速度、ならびに各関節軸J1〜J3の最大角加速度到達時間および最小角加速度到達時間の情報とに基づいて、基準関節軸に対する暫定的なS字加減速軌道を生成する(図2のステップS1)。この暫定的なS字加減速軌道を求める方法は、従来一般的に行われるS字加減速軌道算出方法と同様にして行うことができる。 Next, the first S-shaped acceleration / deceleration trajectory generating unit 41 of the CPU 40 includes the robot operation target position and operation pattern included in the teaching information 31, and information included in the S-shaped acceleration / deceleration parameter information 32, specifically, each joint. maximum velocity of the axis J 1 through J 3, the maximum angular acceleration and minimum angular acceleration, as well as information on the maximum angular acceleration arrival time and the minimum angular acceleration time of arrival of each joint axis J 1 through J 3 of each joint axis J 1 through J 3 Based on the above, a provisional S-shaped acceleration / deceleration trajectory with respect to the reference joint axis is generated (step S1 in FIG. 2). The method for obtaining the provisional S-shaped acceleration / deceleration trajectory can be performed in the same manner as the conventional S-shaped acceleration / deceleration trajectory calculation method.

この暫定的なS字加減速軌道に基づくグラフを図3に示す。図3において、上段のグラフは、移動開始時刻(T0)からの時刻と基準関節軸の角速度との関係を示している。また下段のグラフは、移動開始時刻(T0)からの時刻と基準関節軸の角加速度との関係を示している。 A graph based on this provisional S-shaped acceleration / deceleration trajectory is shown in FIG. In FIG. 3, the upper graph shows the relationship between the time from the movement start time (T 0 ) and the angular velocity of the reference joint axis. The lower graph shows the relationship between the time from the movement start time (T 0 ) and the angular acceleration of the reference joint axis.

続いて、CPU40の時刻算出部42は、暫定的なS字加減速軌道において、加速時に角加速度が最大となる区間(図3では時刻T1と時刻T2との間の区間)のうち、角速度が最大となる時刻tm1(図3では時刻T2)を算出する。同様に、CPU40の時刻算出部42は、減速時に角加速度が最小となる区間(図3では時刻T5と時刻T6との間の区間)のうち、角速度が最大となる時刻tm2(図3では時刻T5)を算出する(図2のステップS2)。 Subsequently, the time calculation unit 42 of the CPU 40 in the provisional S-curve acceleration / deceleration trajectory has a maximum angular acceleration during acceleration (the interval between time T 1 and time T 2 in FIG. 3). Time tm1 (time T 2 in FIG. 3) at which the angular velocity is maximum is calculated. Similarly, the time calculating unit 42 of the CPU40, among the sections angular acceleration during deceleration is minimized (section between time T 5 and time T 6 in FIG. 3), the time tm2 (Figure 3 the angular velocity is maximum At time T 5) is calculated (step S2 in FIG. 2).

次に、CPU40の演算処理部43は、モデルパラメータ情報33と、予め設定された動力学モデルとを用いて、時刻tm1および時刻tm2における各関節軸J1〜J3の推定トルクを算出する(図2のステップS3)。なお上述したように、モデルパラメータ情報33には、モデルパラメータ(アーム質量(Kg)、リンクオフセット量(mm)、重心オフセット(mm)、重心周り慣性モーメント(Kg・m2)等)、および各関節軸J1〜J3の摩擦係数等の情報が含まれる。 Next, the arithmetic processing unit 43 of the CPU 40 calculates estimated torques of the joint axes J 1 to J 3 at time tm1 and time tm2 using the model parameter information 33 and a preset dynamic model ( Step S3 in FIG. As described above, the model parameter information 33 includes model parameters (arm mass (Kg), link offset amount (mm), center of gravity offset (mm), moment of inertia around the center of gravity (Kg · m 2 ), etc.), and It includes information such as the coefficient of friction of the joint axis J 1 through J 3.

ここで動力学モデルは、以下の式で示される。
τ=M(Θ)Θ”+B(Θ)[Θa’Θb’]+C(Θ)[Θ’2]+G(Θ)+D(Θ’)+τFcsgn(Θ’) ・・・(1)
Here, the dynamic model is expressed by the following equation.
τ = M (Θ) Θ " + B (Θ) [Θ a 'Θ b'] + C (Θ) [Θ '2] + G (Θ) + D (Θ') + τ Fc sgn (Θ ') ··· (1 )

なお、動力学モデルの式(1)中、各項の意味は以下の通りである。
τ:各関節軸の推定トルク行列(n行1列の行列)
Θ、Θ’、Θ”:それぞれ関節軸角度行列、関節軸角速度行列、関節軸角加速度行列(n行1列の行列)
Θ’2:同じ関節軸の角速度積行列(n行1列の行列)
Θa’・Θb’:異なる軸の角速度積行列({n・(n−1)/2}行1列の行列)
M(Θ):慣性(質量)行列(n行n列の行列)
B(Θ):コリオリ力項行列(n行{n・(n−1)/2}列の行列)
C(Θ):遠心力行列(n行n列の行列)
G(Θ):重力行列(n行n列の行列)
D(Θ’):粘性摩擦力行列(n行1列の行列)
τFcsgn(Θ’):クーロン摩擦力行列(n行1列の行列)
なお、上記において、nは関節軸J1〜J3の軸数(本実施の形態においてはn=3)を表している。
In addition, in the equation (1) of the dynamic model, the meaning of each term is as follows.
τ: Estimated torque matrix for each joint axis (matrix with n rows and 1 column)
Θ, Θ ', Θ ": Joint axis angle matrix, joint axis angular velocity matrix, joint axis angular acceleration matrix (n-by-1 matrix)
Θ ' 2 : Angular velocity product matrix of the same joint axis (matrix with n rows and 1 column)
Θ a ′ · Θ b ′: angular velocity product matrix with different axes (matrix with {n · (n−1) / 2} rows and one column)
M (Θ): Inertia (mass) matrix (matrix with n rows and n columns)
B (Θ): Coriolis force term matrix (matrix with n rows {n · (n−1) / 2} columns)
C (Θ): Centrifugal force matrix (matrix with n rows and n columns)
G (Θ): Gravity matrix (matrix with n rows and n columns)
D (Θ '): viscous frictional force matrix (matrix with n rows and 1 column)
τ Fc sgn (Θ ′): Coulomb frictional force matrix (matrix with n rows and 1 column)
In the above, n represents the number of joint axes J 1 to J 3 (in this embodiment, n = 3).

ところで、動力学モデルの式(1)のうち、コリオリ力項行列、遠心力行列、重力行列、粘性摩擦力行列およびクーロン摩擦力行列は、いずれも角加速度Θ”の関数ではないので、これらの行列を合算してτother(n行1列の行列)とおく。この場合、上述した動力学モデル(1)は、以下のように表すことができる。 By the way, among the equations (1) of the dynamic model, the Coriolis force term matrix, the centrifugal force matrix, the gravity matrix, the viscous friction force matrix, and the Coulomb friction force matrix are not functions of the angular acceleration Θ ″. The matrix is summed to be τ other (n × 1 matrix) In this case, the dynamic model (1) described above can be expressed as follows.

τ=M(Θ)Θ”+τother(Θ、Θ’) ・・・(2)
(但し、τother(Θ、Θ’) =B(Θ)[Θa’Θb’]+C(Θ)[Θ’2]+G(Θ)+D(Θ’)+τFcsgn(Θ’))
τ = M (Θ) Θ ”+ τ other (Θ, Θ ′) (2)
(However, τ other (Θ, Θ ′) = B (Θ) [Θ ab '] + C (Θ) [Θ ′ 2 ] + G (Θ) + D (Θ ′) + τ Fc sgn (Θ ′))

続いて、CPU40の角加速度変更処理部44は、各関節軸J1〜J3毎に加速を開始してから最大角加速度に到達するまでの最大角加速度到達時間(図3では時刻T0と時刻T1との間の時間)を一定に保持したまま、動力学モデルを用いて求めた推定トルクが予め設定された目標トルクになるように、基準関節軸の修正最大角加速度を求める。 Subsequently, the angular acceleration changing processing unit 44 of the CPU 40 starts the acceleration for each joint axis J 1 to J 3 and reaches the maximum angular acceleration arrival time (in FIG. 3, time T 0 ). time) between time T 1 while maintaining a constant, so that the target torque estimated torque is set in advance determined by using a dynamic model, obtains the corrected maximum angular acceleration of the reference joint axis.

同様に、CPU40の角加速度変更処理部44は、各関節軸J1〜J3毎に減速を開始してから最小角加速度に到達するまでの最小角加速度到達時間(図3では時刻T4と時刻T5との間の時間)を一定に保持したまま、動力学モデルを用いて求めた推定トルクが予め設定された目標トルクになるように、基準関節軸の修正最小角加速度を求める。 Similarly, the angular acceleration change processing unit 44 of the CPU 40 starts the deceleration for each joint axis J 1 to J 3 and then reaches the minimum angular acceleration arrival time (in FIG. 3, as time T 4 ). time) between time T 5 while holding constant, so that the target torque estimated torque is set in advance determined by using a dynamic model, obtains the corrected minimum angular acceleration of the reference joint axis.

具体的には、以下のようにして基準関節軸の修正最大角加速度および修正最小角加速度を求める。   Specifically, the corrected maximum angular acceleration and the corrected minimum angular acceleration of the reference joint axis are obtained as follows.

まず、時刻tm1および時刻tm2において、S字加速度到達時間は一定としたまま、角加速度のみを変更することにより、目標トルク(τtg)(n行1列の行列)を発生させることを考える。 First, at time tm1 and time tm2, it is considered that target torque (τ tg ) (matrix of n rows and 1 column) is generated by changing only the angular acceleration while keeping the S-curve acceleration arrival time constant.

ここで、上述した時刻tm1(図3では時刻T2)における関節軸J1〜J3の角度行列、角速度行列、角加速度行列を、それぞれΘAcc、ΘAcc’、ΘAcc”(それぞれn行1列の行列)とおく。 Here, the angle matrix, the angular velocity matrix, and the angular acceleration matrix of the joint axes J 1 to J 3 at time tm1 (time T 2 in FIG. 3) are respectively represented by Θ Acc , Θ Acc ′, Θ Acc ″ (each n rows). 1 column matrix).

また、上述した時刻tm2(図3では時刻T5)における関節軸J1〜J3の角度行列、角速度行列、角加速度行列を、それぞれΘDec、ΘDec’、ΘDec”(それぞれn行1列の行列)とおく。 Further, the angle matrix, angular velocity matrix, and angular acceleration matrix of the joint axes J 1 to J 3 at time tm2 (time T 5 in FIG. 3) described above are respectively Θ Dec , Θ Dec ′, Θ Dec ″ (n rows 1 Column matrix).

さらに、修正最大角加速度および修正最小角加速度を求めるための角加速度変更率を含む行列を、αAcc(加速時)、αDec(減速時)(それぞれn行1列の行列)とする。 Further, a matrix including the angular acceleration change rate for obtaining the corrected maximum angular acceleration and the corrected minimum angular acceleration is α Acc (acceleration) and α Dec (deceleration) (each matrix of n rows and 1 column).

なお、加速時の角加速度変更率(αAccの各成分)は、上述した暫定的なS字加減速軌道(図3、および図4(a)(b)の点線参照)における各関節軸J1〜J3の最大角加速度(ΘAcc”の各成分)と、時刻tm1における各関節軸J1〜J3の推定トルク(τ)が予め設定された各関節軸J1〜J3の目標トルク(τtg)に一致するとした場合(すなわちτ=τtg)の各関節軸J1〜J3の修正最大角加速度(後述するΘAcc_N”の各成分)との比となる(図4(b)参照)。すなわち、加速時の角加速度変更率は、{(ΘAcc_N”の各成分)/(ΘAcc”の各成分)}となる。 Note that the angular acceleration change rate during acceleration (each component of α Acc ) is the joint axis J in the provisional S-shaped acceleration / deceleration trajectory (see the dotted lines in FIGS. 3, 4A, and 4B). 1 to J 3 maximum angular accelerations (each component of Θ Acc ) and the estimated torque (τ) of each joint axis J 1 to J 3 at time tm1 are preset targets for each joint axis J 1 to J 3 It is a ratio to the corrected maximum angular acceleration (each component of Θ Acc_N ″ described later) of each joint axis J 1 to J 3 when it corresponds to the torque (τ tg ) (that is, τ = τ tg ) (FIG. 4 ( b)). That is, the angular acceleration change rate during acceleration is {(each component of Θ Acc — N ″) / (each component of Θ Acc ″)}.

同様に、減速時の角加速度変更率(αDecの各成分)は、上述した暫定的なS字加減速軌道(図3、および図4(a)(b)の点線参照)における各関節軸J1〜J3の最小角加速度(ΘDec”の各成分)と、時刻tm2における各関節軸J1〜J3の推定トルク(τ)が予め設定された各関節軸J1〜J3の目標トルク(τtg)に一致するとした場合(すなわちτ=τtg)の各関節軸J1〜J3の修正最小角加速度(後述するΘDec_N”の各成分)との比となる。すなわち、減速時の角加速度変更率は、{(ΘDec_N”の各成分)/(ΘDec”の各成分)}となる。 Similarly, the angular acceleration change rate during deceleration (each component of α Dec ) is calculated for each joint axis in the provisional S-shaped acceleration / deceleration trajectory (see the dotted lines in FIGS. 3, 4A, and 4B). J 1 and the minimum angular acceleration through J 3 (each component of theta Dec "), for each joint axis J 1 through J 3 at time tm2 estimated torque (tau) is the joint axis J 1 through J 3 which is set in advance It is a ratio with the corrected minimum angular acceleration (each component of Θ Dec_N ″ described later) of each joint axis J 1 to J 3 when it matches the target torque (τ tg ) (that is, τ = τ tg ). In other words, the angular acceleration change rate during deceleration is {(each component of Θ Dec_N ″) / (each component of Θ Dec ″)}.

なお、図4(a)は、加速時における、移動開始時刻(T0)からの時間と各関節軸J1〜J3の角速度との関係を示しており、図4(b)は、加速時における、移動開始時刻(T0)からの時間と各関節軸J1〜J3の角加速度との関係を示している。図4(a)(b)において、上述した暫定的なS字加減速軌道のグラフを点線で示し、後述する修正S字加減速軌道のグラフを実線で示している。 4A shows the relationship between the time from the movement start time (T 0 ) and the angular velocities of the joint axes J 1 to J 3 during acceleration, and FIG. 4B shows the acceleration. The relationship between the time from the movement start time (T 0 ) and the angular acceleration of each joint axis J 1 to J 3 is shown. In FIGS. 4A and 4B, the provisional S-curve acceleration / deceleration trajectory graph described above is indicated by a dotted line, and a corrected S-curve acceleration / deceleration trajectory graph described later is indicated by a solid line.

この場合、上述した動力学モデル(2)は、以下のように書き直すことができる。   In this case, the dynamic model (2) described above can be rewritten as follows.

τtg=M(ΘAcc)αAccΘAcc”+τother(ΘAcc、ΘAcc’) ・・・(3)
τtg=M(ΘDec)αDecΘDec”+τother(ΘDec、ΘDec’) ・・・(4)
τ tg = M (Θ Acc ) α Acc Θ Acc ″ + τ otherAcc , Θ Acc ′) (3)
τ tg = M (Θ Dec ) α Dec Θ Dec ”+ τ otherDec , Θ Dec ') (4)

この(3)式および(4)式を変形すると、角加速度変更率行列(αAcc、αDec)は、以下のようにして求めることができる。 By transforming Equations (3) and (4), the angular acceleration change rate matrix (α Acc , α Dec ) can be obtained as follows.

Figure 0005436930
Figure 0005436930

このようにして、上記(5)式を用いることにより、各関節軸J1〜J3の加速時の角加速度変更率行列(αAcc)を求め、全ての各関節軸J1〜J3の加速時の角加速度変更率(αAccの各成分)を算出する(図2のステップS4)。 In this manner, the (5) by using the formula, each joint axis J 1 through J 3 during acceleration of the angular acceleration change rate matrix sought (alpha Acc), all of the joint axis J 1 through J 3 The angular acceleration change rate during acceleration (each component of α Acc ) is calculated (step S4 in FIG. 2).

同様に、上記(6)式を用いることにより、各関節軸J1〜J3の減速時の角加速度変更率行列(αDec)を求め、全ての関節軸J1〜J3の減速時の角加速度変更率(αDecの各成分)を算出する(図2のステップS4)。 Similarly, by using the above equation (6), the angular acceleration change rate matrix (α Dec ) at the time of deceleration of each joint axis J 1 to J 3 is obtained, and at the time of deceleration of all the joint axes J 1 to J 3 . An angular acceleration change rate (each component of α Dec ) is calculated (step S4 in FIG. 2).

次に、CPU40の角加速度変更処理部44は、全ての関節軸J1〜J3の加速時の角加速度変更率(αAcc)の中からその値が最小となる関節軸を選択し、この角加速度変更率を最小角加速度変更率(αAcc_MIN)とする(図2のステップS5)。 Next, the angular acceleration change processing unit 44 of the CPU 40 selects the joint axis having the minimum value from the angular acceleration change rates (α Acc ) at the time of acceleration of all the joint axes J 1 to J 3. The angular acceleration change rate is set to the minimum angular acceleration change rate (α Acc_MIN ) (step S5 in FIG. 2).

同様に、CPU40の角加速度変更処理部44は、全ての関節軸J1〜J3の減速時の角加速度変更率(αDec)の中からその値が最小となる関節軸を選択し、この角加速度変更率を最小角加速度変更率(αDec_MIN)とする(図2のステップS5)。 Similarly, the angular acceleration change processing unit 44 of the CPU 40 selects the joint axis having the smallest value from the angular acceleration change rates (α Dec ) at the time of deceleration of all the joint axes J 1 to J 3. The angular acceleration change rate is set to the minimum angular acceleration change rate (α Dec_MIN ) (step S5 in FIG. 2).

続いて、この最小角加速度変更率(αAcc_MIN、αDec_MIN)を、暫定的なS字加減速軌道における基準関節軸の最大角加速度および最小角加速度にそれぞれ乗じることにより、基準関節軸の修正最大角加速度および修正最小角加速度を求める(図2のステップS6)。 Subsequently, the maximum correction of the reference joint axis is obtained by multiplying the minimum angular acceleration change rate (α Acc_MIN , α Dec_MIN ) by the maximum angular acceleration and minimum angular acceleration of the reference joint axis in the provisional S- curve acceleration / deceleration trajectory, respectively. The angular acceleration and the corrected minimum angular acceleration are obtained (step S6 in FIG. 2).

すなわち、加速時における基準関節軸の修正最大角加速度を、ΘAcc_NB”、暫定的なS字加減速軌道における基準関節軸の最大角加速度をΘAcc_B”とおくと、この修正最大角加速度ΘAcc_NB”は、、
ΘAcc_NB”=αAcc_MIN・ΘAcc_B” ・・・(7)
により求められる。
That is, the modified maximum angular acceleration of the reference joint axis during acceleration, theta Acc_NB by placing a "theta Acc_B the maximum angular acceleration of the reference joint axis in provisional S-curve deceleration trajectory", the maximum angular acceleration theta this modification Acc_NB
Θ Acc_NB “= α Acc_MIN · Θ Acc_B ” (7)
Is required.

同様に、減速時における基準関節軸の修正最小角加速度を、ΘDec_NB”、暫定的なS字加減速軌道における基準関節軸の最小角加速度をΘDec_B”とおくと、この修正最小角加速度ΘDec_NB”は、
ΘDec_NB”=αDec_MIN・ΘDec_B” ・・・(8)
により求められる。
Similarly, if the corrected minimum angular acceleration of the reference joint axis during deceleration is Θ Dec_NB ", and the minimum angular acceleration of the reference joint axis in the provisional S-shaped acceleration / deceleration trajectory is Θ Dec_B ", this corrected minimum angular acceleration Θ Dec_NB "
Θ Dec_NB “= α Dec_MIN · Θ Dec_B ” (8)
Is required.

続いて、CPU40の第2S字加減速軌道生成部45は、この変更された基準関節軸の修正最大角加速度(ΘAcc_NB”) および修正最小角加速度(ΘDec_NB”)に基づいて、基準関節軸のS字加減速軌道が修正最大角加速度(ΘAcc_NB”)または修正最小角加速度(ΘDec_NB”)をもつよう修正した修正S字加減速軌道を生成する(図2のステップS7)。 Subsequently, the second S-shaped acceleration / deceleration trajectory generating unit 45 of the CPU 40 determines the reference joint axis based on the corrected maximum angular acceleration (Θ Acc_NB ″) and corrected minimum angular acceleration (Θ Dec_NB ″) of the changed reference joint axis. A modified S- curve acceleration / deceleration trajectory modified so that the S- curve acceleration / deceleration trajectory has a corrected maximum angular acceleration (Θ Acc_NB ″) or a corrected minimum angular acceleration (Θ Dec_NB ″) is generated (step S7 in FIG. 2).

その後、CPU40の目標位置算出部46が、基準関節軸の修正S字加減速軌道に基づいて処理周期毎の各関節軸J1〜J3の目標位置を算出する。次いで、サーボ部47が、この目標位置に基づいてロボット本体10を作動させる。 Thereafter, the target position calculation unit 46 of the CPU 40 calculates the target positions of the joint axes J 1 to J 3 for each processing cycle based on the corrected S-shaped acceleration / deceleration trajectory of the reference joint axis. Next, the servo unit 47 operates the robot body 10 based on the target position.

このように本実施の形態によれば、各関節軸J1〜J3のS字加速度到達時間(最大角加速度到達時間および最小角加速度到達時間)を一定に保持したまま、動力学モデルを用いて求めた推定トルクが予め設定された目標トルクになるように、修正最大角加速度および修正最小角加速度を求めている。この結果、加減速時の振動の発生を抑えつつ、ロボットの動作パターンや負荷条件に合わせて角加速度を最適化することができる。また、S加減速軌道動作において、位置決め精度を低下させること無く,スムーズに加速、減速させることができる。 As described above, according to the present embodiment, the dynamic model is used while keeping the S-curve acceleration arrival time (maximum angular acceleration arrival time and minimum angular acceleration arrival time) of each joint axis J 1 to J 3 constant. The corrected maximum angular acceleration and the corrected minimum angular acceleration are obtained so that the estimated torque obtained in this way becomes a preset target torque. As a result, the angular acceleration can be optimized in accordance with the robot operation pattern and load conditions while suppressing the occurrence of vibration during acceleration / deceleration. Further, in the S acceleration / deceleration trajectory operation, the acceleration / deceleration can be smoothly performed without reducing the positioning accuracy.

なお本実施の形態において、加速時および減速時の両方の場合に修正最大角加速度および修正最小角加速度を求めているが、これに限らず、加速時または減速時の一方の場合にのみ、上述した方法で修正最大角加速度または修正最小角加速度を求め、この修正最大角加速度または修正最小角加速度のいずれか一方に基づいて修正S字加減速軌道を生成しても良い。   In the present embodiment, the corrected maximum angular acceleration and the corrected minimum angular acceleration are obtained in both cases of acceleration and deceleration. However, the present invention is not limited to this, but only in one case of acceleration or deceleration. The corrected maximum angular acceleration or the corrected minimum angular acceleration may be obtained by the method described above, and the corrected S-shaped acceleration / deceleration trajectory may be generated based on either the corrected maximum angular acceleration or the corrected minimum angular acceleration.

また本実施の形態において、各関節軸J1〜J3がそれぞれ回転動作する場合について説明してきたが、直線運動する関節についても同様の考え方を適用することができる。この場合、本実施の形態中の「角度」、「角速度」、および「角加速度」の語をそれぞれ「位置」、(狭義の)「速度」、および(狭義の)「加速度」と置き換えて読むことができる。 Also in this embodiment, each joint axis J 1 through J 3 have been described for the case of rotation, respectively, it can be applied the same considerations apply for the joint to linear motion. In this case, the words “angle”, “angular velocity”, and “angular acceleration” in the present embodiment are replaced with “position”, (narrow sense) “velocity”, and (narrow sense) “acceleration”, respectively. be able to.

10 ロボット本体
11 基台
12 第1アーム体
13 第2アーム体
14 第3アーム体
20 制御装置
30 RAM
31 教示情報
32 S字加減速パラメータ情報
33 モデルパラメータ情報
34 目標トルク情報
40 CPU
41 第1S字加減速軌道生成部
42 時刻算出部
43 演算処理部
44 角加速度変更処理部
45 第2S字加減速軌道生成部
46 目標位置算出部
47 サーボ部
48 基準関節軸決定処理部
100 多関節型ロボットシステム
1〜J3 関節軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Robot main body 11 Base 12 1st arm body 13 2nd arm body 14 3rd arm body 20 Control apparatus 30 RAM
31 Teaching information 32 S-curve acceleration / deceleration parameter information 33 Model parameter information 34 Target torque information 40 CPU
41 First S-shaped acceleration / deceleration trajectory generation unit 42 Time calculation unit 43 Calculation processing unit 44 Angular acceleration change processing unit 45 Second S-shaped acceleration / deceleration trajectory generation unit 46 Target position calculation unit 47 Servo unit 48 Reference joint axis determination processing unit 100 Articulated type robot system J 1 through J 3 joint axis

Claims (3)

複数の関節軸を有するロボットについて、各々の関節軸を駆動するためのS字加減速軌道を生成するS字加減速軌道生成方法において、
ロボットの動作目標位置と動作パターンとに基づいて、動作目標位置までの各関節軸の移動時間を求め、最も移動時間の長い関節軸を基準関節軸に決定する工程と、
基準関節軸に対する暫定的なS字加減速軌道を生成する工程と、
暫定的なS字加減速軌道において、加速度が最大となる区間のうち速度が最大となる時刻tm1を算出し、または加速度が最小となる区間のうち速度が最大となる時刻tm2を算出する工程と、
予め設定された動力学モデルを用いて、時刻tm1または時刻tm2における各関節軸の推定トルクを算出する工程と、
各関節軸毎に加速を開始してから最大加速度に到達するまでの最大加速度到達時間、または減速を開始してから最小加速度に到達するまでの最小加速度到達時間を一定に保持したまま、動力学モデルを用いて求めた各関節軸の推定トルクが予め設定された目標トルクになるように各関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度を求め、この各関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度を用いて、基準関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度を求める工程と、
このようにして求めた基準関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度に基づいて、基準関節軸のS字加減速軌道がこの修正最大加速度または修正最小加速度をもつよう修正した修正S字加減速軌道を生成する工程と備えたことを特徴とするS字加減速軌道生成方法。
In a S-shaped acceleration / deceleration trajectory generation method for generating an S-shaped acceleration / deceleration trajectory for driving each joint axis for a robot having a plurality of joint axes,
Determining the movement time of each joint axis to the movement target position based on the movement target position and movement pattern of the robot, and determining the joint axis having the longest movement time as a reference joint axis;
Generating a provisional S-shaped acceleration / deceleration trajectory for the reference joint axis;
In a provisional S-shaped acceleration / deceleration trajectory, calculating a time tm1 at which the speed is maximum in a section where the acceleration is maximum, or calculating a time tm2 at which the speed is maximum in a section where the acceleration is minimum. ,
Calculating an estimated torque of each joint axis at time tm1 or time tm2 using a preset dynamic model;
Dynamics while maintaining the maximum acceleration arrival time from the start of acceleration for each joint axis until reaching the maximum acceleration, or the minimum acceleration arrival time from the start of deceleration to the arrival of the minimum acceleration. Find the maximum corrected or minimum corrected acceleration of each joint axis so that the estimated torque of each joint axis obtained using the model becomes a preset target torque, and the maximum corrected or minimum corrected acceleration of each joint axis Using the step of obtaining the corrected maximum acceleration or the corrected minimum acceleration of the reference joint axis;
Based on the corrected maximum acceleration or the corrected minimum acceleration of the reference joint axis thus obtained, the corrected S-shaped acceleration / deceleration trajectory corrected so that the S-shaped acceleration / deceleration trajectory of the reference joint axis has the corrected maximum acceleration or the corrected minimum acceleration. And a method of generating an S-shaped acceleration / deceleration trajectory.
基準関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度を求める工程は、
動力学モデルを用いることにより、暫定的なS字加減速軌道における基準関節軸の最大加速度または最小加速度と、時刻tm1または時刻tm2における各関節軸の推定トルクが予め設定された各関節軸の目標トルクに一致するとした場合の各関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度との比である加速度変更率を全関節軸分算出する工程と、
算出された各関節軸の加速度変更率のうち、最小となる最小加速度変更率を求める工程と、
この最小加速度変更率を暫定的なS字加減速軌道における基準関節軸の最大加速度または最小加速度に乗じることにより、基準関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度を求める工程とを含むことを特徴とする請求項1記載のS字加減速軌道生成方法。
The process of obtaining the corrected maximum acceleration or corrected minimum acceleration of the reference joint axis is as follows:
By using the dynamic model, the maximum or minimum acceleration of the reference joint axis in the provisional S-shaped acceleration / deceleration trajectory and the target torque of each joint axis in which the estimated torque of each joint axis at time tm1 or time tm2 is set in advance. A step of calculating an acceleration change rate that is a ratio of the corrected maximum acceleration or the corrected minimum acceleration of each joint axis when matching with the torque for all joint axes;
Of the calculated acceleration change rates of each joint axis, obtaining a minimum minimum acceleration change rate;
Multiplying the minimum acceleration change rate by the maximum acceleration or the minimum acceleration of the reference joint axis in the provisional S-curve acceleration / deceleration trajectory to obtain the corrected maximum acceleration or the corrected minimum acceleration of the reference joint axis. The method for generating an S-shaped acceleration / deceleration trajectory according to claim 1.
複数の関節軸を有する多関節型ロボットシステムにおいて、
ロボット本体と、
ロボット本体を制御する制御装置とを備え、
制御装置は、
ロボットの動作目標位置と動作パターンとに基づいて、動作目標位置までの各関節軸の移動時間を求め、最も移動時間の長い関節軸を基準関節軸に決定する基準関節軸決定処理部と、
基準関節軸に対する暫定的なS字加減速軌道を生成する第1S字加減速軌道生成部と、 暫定的なS字加減速軌道において、加速度が最大となる区間のうち速度が最大となる時刻tm1を算出し、または加速度が最小となる区間のうち速度が最大となる時刻tm2を算出する時刻算出部と、
予め設定された動力学モデルを用いて、時刻tm1または時刻tm2における各関節軸の推定トルクを算出する演算処理部と、
各関節軸毎に加速を開始してから最大加速度に到達するまでの最大加速度到達時間、または減速を開始してから最小加速度に到達するまでの最小加速度到達時間を一定に保持したまま、動力学モデルを用いて求めた各関節軸の推定トルクが予め設定された目標トルクになるように各関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度を求め、この各関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度を用いて、基準関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度を求める角加速度変更処理部と、
このようにして求めた基準関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度に基づいて、基準関節軸のS字加減速軌道がこの修正最大加速度または修正最小加速度をもつよう修正した修正S字加減速軌道を生成する第2S字加減速軌道生成部と有することを特徴とする多関節型ロボットシステム。
In an articulated robot system having a plurality of joint axes,
The robot body,
A control device for controlling the robot body,
The control device
A reference joint axis determination processing unit that determines the movement time of each joint axis to the movement target position based on the movement target position and movement pattern of the robot, and determines the joint axis having the longest movement time as the reference joint axis;
A first S-shaped acceleration / deceleration trajectory generating unit that generates a temporary S-shaped acceleration / deceleration trajectory with respect to the reference joint axis, and a time tm1 at which the speed is maximum in the interval in which the acceleration is maximum in the temporary S-shaped acceleration / deceleration trajectory Or a time calculation unit for calculating a time tm2 at which the speed is maximum in a section where the acceleration is minimum,
An arithmetic processing unit that calculates an estimated torque of each joint axis at time tm1 or time tm2 using a preset dynamic model;
Dynamics while maintaining the maximum acceleration arrival time from the start of acceleration for each joint axis until reaching the maximum acceleration, or the minimum acceleration arrival time from the start of deceleration to the arrival of the minimum acceleration. Find the maximum corrected or minimum corrected acceleration of each joint axis so that the estimated torque of each joint axis obtained using the model becomes a preset target torque, and the maximum corrected or minimum corrected acceleration of each joint axis An angular acceleration change processing unit for obtaining a corrected maximum acceleration or a corrected minimum acceleration of the reference joint axis, and
Based on the corrected maximum acceleration or the corrected minimum acceleration of the reference joint axis thus obtained, the corrected S-shaped acceleration / deceleration trajectory corrected so that the S-shaped acceleration / deceleration trajectory of the reference joint axis has the corrected maximum acceleration or the corrected minimum acceleration. And a second S-shaped acceleration / deceleration trajectory generation unit for generating an articulated robot system.
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