JP6990120B2 - ロボット制御装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態に係るロボットシステムの構成を示す図である。図1に示すように、ロボットシステム100は、ロボットアーム1と、ロボットアーム1の動作を制御する制御装置10とを備える。ロボットアーム1は、本実施形態では、6軸の垂直多関節型のロボットアームである。
制御装置10は、本実施形態では、マイクロコントローラ等のコンピュータを備えたロボットコントローラであり、ロボット本体とケーブルを介して接続される。制御装置10は単一の装置とは限らず、複数の装置で構成されてもよい。制御装置10は、所定の目標軌跡に沿って制御対象であるロボットアーム1の先端部の位置を追従させる制御(以下、位置制御ともいう)を行う。本実施形態の制御装置10は、この位置制御に際し、温度変化に伴うロボットアーム1の先端部の位置ずれ量を算出し、位置ずれ量を補正する機能(以下、「位置ずれ補正」ともいう)を備えている。
次に、本実施形態における位置ずれ量の算出方法について説明する。図3は、ベース座標系における各軸の方向成分を示す図である。ベース座標系は、ロボットアーム1のベース2の上面を基準として定義された直交3軸座標系である。ベース座標系のZ軸と第1関節JT1の中心軸(モータの回転軸)は一致している。図3に示すように、ベース座標系における下部アーム4、上部アーム5、ベース2からロボットアーム1の先端部までの長さ(距離)の方向成分はA~Iで表現される。
A:下部アームの長さのX方向成分
B:上部アームの長さのX方向成分
C:ベースからロボットアームの先端部までの距離のX方向成分
D:下部アームの長さのY方向成分
E:上部アームの長さのY方向成分
F:ベースからロボットアームの先端部までの距離のY方向成分
G:下部アームの長さのZ方向成分
H:上部アームの長さのZ方向成分
I:ベースからロボットアームの先端部までの距離のZ方向成分
従来は、温度変化による影響を考慮したロボットの位置決め精度を向上させる技術は温度変化によるロボットアームの長さ変化を考慮したものが主流であった。これに対し、本発明者等は、ロボットアーム1の伸び以外の要素にも着目し、温度変化により、ロボットアーム1を駆動する関節部分の変形が生じていることを見出した。そこで、本実施形態では、温度変化に伴う第1関節JT1の変形による先端の位置ずれ量を、第1関節JT1のベース座標系における基準位置からロボットアーム1の先端までの距離と、第1関節JT1における温度変化に基づいて算出する。具体的には、第1関節JT1の基準位置からロボットアーム1の先端までの距離を、ベース座標系における各軸方向成分であるX軸方向距離C、Y軸方向距離F及びZ軸方向距離Iに分解する(図3参照)。そして、各方向距離C,I,Fと温度変化とに基づいて、第1関節JT1の変形による先端の位置ずれ量を、各軸方向毎に算出する。尚、第1関節JT1の変形による先端の位置ずれ量は、第1関節JT1のモータの減速機Dの角度変化である。なぜなら、温度上昇に伴う関節部分の変形は、関節部分の構成要素の中でも、特に、減速機の角度変化に与える影響が大きいからである。
ΔX=αAΔT+βBΔT+γCΔT・・・(1-1)
ΔY=αDΔT+βEΔT+γFΔT・・・(1-2)
ΔZ=αGΔT+βHΔT+γIΔT・・・(1-3)
ΔX,ΔY,ΔZ:位置ずれ量
ΔT :温度変化量(所定の基準温度に対する温度偏差)
α :下部アームの温度変化に対する伸び率
β :上部アームの温度変化に対する伸び率
γ :減速機の角度の温度変化に対する変化率
式(1-1)はロボットのベース座標系にけるX軸成分のロボットアーム1の先端部の位置ずれ量ΔXを示している。第1項は下部アーム4において、第1関節JT1の回転軸から第3関節JT3の回転軸の中心までのリンクのX軸成分の伸びがロボットアーム1の先端部の位置ずれに影響を与える項である。第2項は上部アーム5において、第3関節JT3の回転軸の中心から第5関節JT5の回転軸までのリンクのX軸成分の伸びがロボットアーム1の先端部の位置ずれに影響を与える項である。第3項は温度変化量ΔTに伴う第1関節JT1(減速機D)の変形のX軸成分がロボットアーム1の先端部の位置ずれに影響を与える項である。ここで第1関節JT1(減速機D)の角度変化のX軸成分の向きは、第1関節JT1の中心軸(ベース座標系におけるZ軸)を中心に定義された仮想円の接線方向をベース座標系におけるX軸成分とY軸成分に分解したときのX軸成分である。
制御装置10は、算出された位置ずれ量を用いて、ロボットアーム1の先端部の位置ずれが生じないように先端部の位置を制御する。このような位置ずれ補正の具体的な処理の流れについて説明する。図4は、ロボットアーム1の先端部をA点からB点へ位置制御する場合に発生し得る位置ずれを示す模式図である。図5は、図4の場合の位置ずれ補正処理の一例を示すフローチャートである。
2 ベースリンク(ベース)
3 第1リンク
4 第2リンク(下部アーム)
5 第3リンク(上部アーム)
6 フランジ
10 制御装置
20 演算部
21 サーボ制御部
22 記憶部
23 制御指令生成部
24 位置ずれ量算出部
25 指令値補正部
100 ロボットシステム
E 位置検出器
S 温度センサ
M サーボモータ
D 減速機
JT1~JT6 第1関節~第6関節
Claims (8)
- 基端から先端に向かって、第1関節及び前記第1関節よりも先端側に設けられた第2関節を有し、これらの関節を介して複数のリンクが連結されて構成されたロボットアームにおいて、前記第1関節の基準位置から前記第2関節よりも先端側の前記ロボットアームの所定の動作箇所の位置を制御するロボット制御装置であって、
少なくとも前記第1関節に設けられた温度センサの温度データが入力され、前記第1関節の基準位置から前記所定の動作箇所までの距離と、前記第1関節における基準温度に対する温度偏差に基づいて、温度偏差に伴う前記第1関節の変形による前記所定の動作箇所の位置ずれ量を算出する、ロボット制御装置。 - 前記第1関節は、モータ及び当該モータの回転を減速する減速機を備え、
温度偏差に伴う前記減速機の角度変化による前記所定の動作箇所の位置ずれ量を算出する、請求項1に記載のロボット制御装置。 - 前記温度センサは、前記モータの回転角度位置を検出する位置検出器に設けられた温度監視用の温度センサである、請求項2に記載のロボット制御装置。
- 前記距離を直交3軸座標系における各軸方向成分である第1方向距離、第2方向距離及び第3方向距離に分解し、
各前記方向距離と前記温度偏差とに基づいて、前記位置ずれ量を各軸方向毎に算出する、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のロボット制御装置。 - 前記第1関節の中心軸の方向が前記直交3軸座標系における一の軸の方向に一致する場合には、前記距離を、前記直交3軸座標系における他の二つの軸の方向成分である二つの方向距離に分解し、
前記二つの方向距離と前記温度偏差とに基づいて、前記位置ずれ量を前記二つの軸方向毎に算出する、請求項4に記載のロボット制御装置。 - 前記算出された位置ずれ量を用いて、前記動作箇所の位置ずれが生じないように前記動作箇所の位置を制御する、請求項1乃至5のいずれか一項に記載のロボット制御装置。
- 前記ロボットアームの所定の動作箇所は、前記ロボットアームの先端部である、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のロボット制御装置。
- 前記第1関節は、ねじり関節であり、前記第2関節は、曲げ関節である、請求項1乃至7のいずれか一項に記載のロボット制御装置。
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