JP7282648B2 - robot controller - Google Patents
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Description
本発明は、ロボット制御装置に関する。 The present invention relates to a robot controller.
従来、複数の関節を有するロボットシステムの制御方法であって、開始位置及び目標位置と速度予測値とロボットダイナミクスベースパラメータに基づいて、慣性行列と粘性行列と重力行列とを含む開始位置及び目標位置におけるロボットダイナミクスモデルを計算し、計算されたロボットダイナミクスモデルに基づいて、加速度予測値の各関節間の比例関係と各関節の許容ピークトルクの条件を満足する最適な加速度及び減速度を演算した後、すべての関節で動作時間を一致させる同期処理を実行するものが知られている(特許文献1参照)。この制御方法では、ロボットシステムの各関節の許容ピークトルク(許容値)を越えず、かつ、最短時間で動作が終了できる最適な各関節の加減速度を求めることができ、動作時間を短縮できる。 Conventionally, a control method for a robot system having a plurality of joints, in which a start position and a target position including an inertia matrix, a viscosity matrix, and a gravity matrix are based on a start position, a target position, a velocity prediction value, and a robot dynamics base parameter. After calculating the robot dynamics model in and based on the calculated robot dynamics model, calculating the optimum acceleration and deceleration that satisfy the conditions of the proportional relationship of the acceleration prediction value between each joint and the allowable peak torque of each joint , synchronous processing for matching the motion times of all joints (see Patent Document 1). With this control method, it is possible to obtain the optimum acceleration/deceleration of each joint that does not exceed the allowable peak torque (allowable value) of each joint of the robot system and that allows the operation to be completed in the shortest time, thereby shortening the operation time.
特許文献1の制御対象である複数の軸を有するロボットでは、他の軸の動作の影響によって、動作中の軸のベアリング等の機械要素にモーメントが加わることがある。
In a robot having a plurality of axes to be controlled in
この場合、特許文献1の方法では、各軸のトルクが許容値を越えないように制御されているが、他の軸の動作によってベアリングに発生するモーメントを考慮していなかった。そのため、例えば複数の軸を同時に高速動作させた場合に、ベアリングに加わるモーメントが許容値(以下、「許容モーメント」という)を超え、ベアリングの故障や寿命短縮といった問題が発生するおそれがあった。
In this case, the method of
一方、ベアリングにおける許容モーメントの遵守を重視すると、ベアリングの故障や寿命短縮を防ぐことは可能であるが、ロボットの動作時間や作業時間(タクトタイム)が大幅に増加してしまう。 On the other hand, if the adherence to the allowable moment of the bearing is emphasized, it is possible to prevent bearing failure and shortened service life, but the operating time and work time (takt time) of the robot will increase significantly.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、各軸の機械要素の故障及び寿命短縮を防ぐことができるとともに、ロボットの動作時間の増加を抑制することのできるロボット制御装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a robot control apparatus capable of preventing failure and shortening of the life of mechanical elements of each axis and suppressing an increase in operating time of the robot. intended to
本発明の一態様に係るロボット制御装置は、複数の軸を有するロボットを制御するロボット制御装置であって、軸を支持する機械要素における許容モーメントと、速度によって該機械要素に発生する速度モーメントと、重力によって該機械要素に発生する重力モーメントとに基づいて、速度低下係数を算出する速度低下係数算出部と、軸の第1動作区間における最小の前記速度低下係数に基づいて、該軸の前記第1動作区間における速度を算出する速度算出部と、軸の駆動源における許容トルクと、該軸の機械要素における許容モーメントとに基づいて、該軸の第2動作区間における加速度を算出する加速度算出部と、を備える。 A robot control device according to one aspect of the present invention is a robot control device that controls a robot having a plurality of axes, and includes an allowable moment in a machine element that supports the axes and a velocity moment generated in the machine element due to velocity. , a gravitational moment generated in the mechanical element due to gravity; and an acceleration calculator for calculating the acceleration in the second movement section of the axis based on the allowable torque in the drive source of the axis and the allowable moment in the mechanical element of the axis. and
この態様によれば、軸の第1動作区間における最小の速度低下係数に基づいて、当該軸の第1動作区間における速度が算出される。これにより、速度によって発生する速度モーメントを低下させ、機械要素に加わるモーメントを当該機械要素の許容モーメント以下にすることができる。また、軸の駆動源における許容トルクと、当該軸の機械要素における許容モーメントとに基づいて、当該軸の第2動作区間における加速度が算出される。これにより、第2動作区間において軸を加速又は減速し、機械要素に加わるモーメントが許容モーメントを超える第1動作区間においてのみ軸の速度を低下させ、第2動作区間において加速又は減速して軸の速度を変更することが可能になる。従って、ロボットにおける各軸の機械要素の故障及び寿命短縮を防ぐことができるとともに、ロボットの動作時間の増加を抑制することができる。 According to this aspect, the speed of the shaft in the first motion segment is calculated based on the minimum speed reduction coefficient in the first motion segment of the shaft. As a result, the velocity moment generated by the velocity can be reduced, and the moment applied to the mechanical element can be made equal to or less than the allowable moment of the mechanical element. Also, the acceleration in the second motion section of the shaft is calculated based on the allowable torque in the drive source of the shaft and the allowable moment in the mechanical element of the shaft. As a result, the axis is accelerated or decelerated in the second motion zone, the speed of the axis is reduced only in the first motion zone where the moment applied to the mechanical element exceeds the allowable moment, and the axis is accelerated or decelerated in the second motion zone. It is possible to change the speed. Therefore, it is possible to prevent failure and shortening of the life of the mechanical elements of each axis in the robot, and to suppress an increase in the operation time of the robot.
上記した態様において、加速度算出部は、軸の駆動源における許容トルクに基づく第1加速度と該軸の機械要素における許容モーメントに基づく第2加速度とを算出し、第1加速度及び第2加速度のうちの小さい方を該軸の第2動作区間における加速度として採用する。 In the aspect described above, the acceleration calculation unit calculates a first acceleration based on the allowable torque in the drive source of the shaft and a second acceleration based on the allowable moment in the mechanical element of the shaft. is adopted as the acceleration in the second motion section of the axis.
この態様によれば、第1加速度及び第2加速度のうちの小さい方が当該軸の第2動作区間における加速度として採用される。これにより、駆動源の許容トルクと機械要素の許容モーメントとの両方を満たす加速度で、当該軸を加速又は減速することができる。 According to this aspect, the smaller one of the first acceleration and the second acceleration is adopted as the acceleration in the second motion section of the axis. As a result, the axis can be accelerated or decelerated at an acceleration that satisfies both the allowable torque of the drive source and the allowable moment of the mechanical element.
上記した態様において、加速度算出部は、軸の機械要素における許容モーメントから、速度によって該機械要素に発生する速度モーメントと重力によって該機械要素に発生する重力モーメントとを減算して求められるモーメントに基づいて、第2加速度を算出する。 In the above-described aspect, the acceleration calculation unit is based on the moment obtained by subtracting the velocity moment generated in the mechanical element due to the speed and the gravitational moment generated in the mechanical element due to gravity from the allowable moment in the mechanical element of the shaft. to calculate the second acceleration.
この態様によれば、軸の機械要素における許容モーメントから、速度によって当該機械要素に発生する速度モーメントと重力によって当該機械要素に発生する重力モーメントとを減算して求められるモーメントに基づいて、第2加速度が算出される。これにより、加速度算出の開始時点から微小時間の時間後又は時間前に、当該機械要素の許容モーメントを満たす加速度を容易に求めることができる。 According to this aspect, based on the moment obtained by subtracting the velocity moment generated in the machine element due to speed and the gravitational moment generated in the machine element due to gravity from the allowable moment in the machine element of the shaft, the second Acceleration is calculated. As a result, the acceleration that satisfies the permissible moment of the mechanical element can be easily obtained after or before a minute time from the start point of the acceleration calculation.
上記した態様において、第2動作区間において所定時間ごとに算出された複数の加速度に基づいて、軸の該第2動作区間における速度指令を生成する速度指令生成部をさらに備える。 The above aspect further includes a speed command generator that generates a speed command for the second motion section of the shaft based on a plurality of accelerations calculated for each predetermined time period in the second motion section.
この態様によれば、第2動作区間において所定時間ごとに算出された複数の加速度に基づいて、軸の当該第2動作区間における速度指令が生成される。これにより、当該第2動作区間にわたって、駆動源の許容トルク及び機械要素の許容モーメントに基づく加速度で軸を加速又は減速し、当該軸の速度を変化させることができる。 According to this aspect, the speed command for the second motion section of the shaft is generated based on a plurality of accelerations calculated every predetermined time in the second motion section. Thereby, the speed of the shaft can be changed by accelerating or decelerating the shaft with acceleration based on the allowable torque of the drive source and the allowable moment of the mechanical element over the second operation interval.
本発明によれば、各軸の機械要素の故障及び寿命短縮を防ぐことができるとともに、ロボットの動作時間の増加を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to prevent failure and shortening of the life of the mechanical elements of each axis, and to suppress an increase in the operation time of the robot.
以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法などは以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。さらに、本発明の技術的範囲は、当該実施形態に限定して解するべきではない。 Embodiments of the present invention are described below. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic. Therefore, specific dimensions should be determined by referring to the following description. In addition, it goes without saying that there are portions with different dimensional relationships and ratios between the drawings. Furthermore, the technical scope of the present invention should not be construed as being limited to this embodiment.
まず、図1及び図2を参照しつつ、本発明の一実施形態に従うロボット制御システムの構成について説明する。図1は、一実施形態におけるロボット制御システム100の構成を概略的に示す構成図である。図2は、第1実施形態におけるロボット制御装置50の構成を概略的に示す構成図である。
First, the configuration of a robot control system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing the configuration of a
図1に示すように、ロボット制御システム100は、複数の軸を有する多関節ロボット(以下、単に「ロボット」という)Rと、ロボット制御装置50と、を備える。
As shown in FIG. 1 , the
ロボットRは、例えば、7軸の垂直多関節型マニピュレータと呼ばれる産業用ロボットである。ロボットRは、各軸が関節のように回動自在に駆動される、アーム形状を有している。具体的には、ロボットRの基台C1の上部に、第1回転軸J1を中心として旋回可能に旋回台C2が設けられている。旋回台C2の上部に、第2回転軸J2を中心として旋回可能に第1アームC3が設けられている。第1アームC3の先端部に、第2回転軸J2と直交する第3回転軸J3を中心として旋回可能に第2アームC4が設けられている。第2アームC4の先端部に、第3回転軸J3と直交する第4回転軸J4を中心として旋回可能に第3アームC5が設けられている。第3アームC5の先端部に、第5回転軸J5を中心として旋回可能に第4アームC6が設けられている。第4アームC6の先端部に、第5回転軸J5と直交する第6回転軸J6を中心として旋回可能に第5アームC7が設けられている。第5アームC7の先端に、第6回転軸J6と直交する第7回転軸J7を中心として旋回可能にツール固定部材C8が設けられている。ツール固定部材C8には、作業ツールとして溶接トーチC9が固定されており、この溶接トーチC9はツール固定部材C8と一体的に旋回する。なお、以下の説明では、第1回転軸J1から第7回転軸J7を単に「軸」ということもある。 The robot R is, for example, an industrial robot called a 7-axis vertical articulated manipulator. The robot R has an arm shape whose axes are rotatably driven like joints. Specifically, a swivel base C2 is provided above the base C1 of the robot R so as to be swivelable about the first rotation axis J1. A first arm C3 is provided above the swivel base C2 so as to be swivelable about a second rotation axis J2. A second arm C4 is provided at the tip of the first arm C3 so as to be rotatable about a third rotation axis J3 orthogonal to the second rotation axis J2. A third arm C5 is provided at the tip of the second arm C4 so as to be rotatable around a fourth rotation axis J4 orthogonal to the third rotation axis J3. A fourth arm C6 is provided at the tip of the third arm C5 so as to be rotatable around the fifth rotation axis J5. A fifth arm C7 is provided at the tip of the fourth arm C6 so as to be rotatable about a sixth rotation axis J6 orthogonal to the fifth rotation axis J5. A tool fixing member C8 is provided at the tip of the fifth arm C7 so as to be rotatable about a seventh rotation axis J7 orthogonal to the sixth rotation axis J6. A welding torch C9 as a working tool is fixed to the tool fixing member C8, and the welding torch C9 rotates integrally with the tool fixing member C8. In the following description, the first rotating shaft J1 to the seventh rotating shaft J7 may be simply referred to as "shafts".
図2に示すように、ロボットRには、旋回台C2を旋回させるための駆動源としてサーボモータ10が内蔵されている。サーボモータ10の出力軸10aは、減速機11に連結されている。第1回転軸J1は、ベルト11bによって減速機11の出力軸11aに連動するように構成されており、第1アームC3に固定されている。また、第1回転軸J1は、機械要素、例えばベアリング15に支持されている。よって、サーボモータ10の出力軸10aが回転すると、減速機11において所定の減速比で減速されて減速機11の出力軸11aが回転するとともに、第1回転軸J1も回転する。そして、第1回転軸J1の回転に応じて旋回台C2が旋回する。
As shown in FIG. 2, the robot R incorporates a
また、ロボットRには、サーボモータ10の出力軸10aの回転角度を検出するためのモータエンコーダ12が内蔵されている。モータエンコーダ12は、例えば、インクリメントエンコーダであり、サーボモータ10の出力軸10aの回転角度に応じたパルス数のパルス信号を出力する。同様に、ロボットRには、減速機11の出力軸11aの回転角度を検出するための減速機エンコーダ13が内蔵されている。減速機エンコーダ 13は、例えば、インクリメントエンコーダであり、減速機11の出力軸11aの回転角度に応じたパルス数のパルス信号を出力する。
Further, the robot R incorporates a
さらに、ロボットRには、第1アームC3から第5アームC7、及びツール固定部材C8のそれぞれに対応して、サーボモータ、減速機、ベアリング、回転軸、モータエンコーダ、及び減速機エンコーダが設けられている。これらの構成は、旋回台C2のための、上述したサーボモータ10、減速機11、ベアリング15、第1回転軸J1、モータエンコーダ12、及び減速機エンコーダ13と同様であるため、図示及びその説明を省略する。
Further, the robot R is provided with servo motors, reduction gears, bearings, rotating shafts, motor encoders, and reduction gear encoders corresponding to the first arm C3 to the fifth arm C7 and the tool fixing member C8, respectively. ing. Since these configurations are the same as the above-described
本実施形態において、旋回台C2、第1アームC3から第5アームC7、及びツール固定部材C8は、いずれも軸の回転に応じて駆動する可動部材に相当する。また、以下の説明では、これらの旋回台C2、第1アームC3から第5アームC7、及びツール固定部材C8を「可動部材」ということもある。 In this embodiment, the swivel base C2, the first arm C3 to the fifth arm C7, and the tool fixing member C8 all correspond to movable members that are driven according to the rotation of the shaft. Further, in the following description, these swivel base C2, first arm C3 to fifth arm C7, and tool fixing member C8 may be referred to as "movable members".
ロボットRの基台C1には、図1において破線で示す通信ケーブルを介して、ロボット制御装置50が接続されている。
A
ロボット制御装置50は、ロボットRの動作を制御するためのものである。図2に示すように、ロボット制御装置50は、入力インターフェース51と、記憶部60と、サーボ制御部70と、主制御部80と、を備える。また、ロボット制御装置50は、ロボット制御装置50の各部の間で信号やデータを伝送するように構成されたバス52をさらに備える。
The
入力インターフェース51は、ロボット制御装置50の外部の機器からの入力インターフェースである。入力インターフェース51は、外部の機器との間でデータや信号を受け取るように構成されている。入力インターフェース51は、ロボットRのモータエンコーダ12及び減速機エンコーダ13に接続されている。
The
記憶部60は、プログラムやデータ等を記憶するように構成されている。記憶部60は、例えば、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ等を含んで構成される。記憶部60は、主制御部80が実行する各種プログラムやプログラムの実行に必要なデータ等をあらかじめ記憶している。
The
また、記憶部60は、各可動部材C2~C8の旋回動作を制御するためのアーム制御シークエンスが記憶されている。例えば、第1アームC3を旋回動作させる場合には、主制御部80は、このアーム制御シークエンスに従って各種の演算を行い、サーボモータ10の出力軸10aを目標回転角度に回転させるための速度指令Snを生成する。このアーム制御シークエンスは、後述する速度指令生成部85によって生成される。
The
サーボ制御部70は、ロボットRに内蔵されている各サーボモータに電力を供給するように構成されている。例えば、サーボモータ10を制御する場合、サーボ制御部70は、主制御部80から入力される速度指令S1に応じて、パルス周波数及びパルス幅等を調整したモータ制御電圧Vxを、サーボモータ10に出力する。他のサーボモータに対しても同様に、サーボ制御部70は、速度指令Snに応じて調整したモータ制御電圧Vxを出力する。
The
主制御部80は、各可動部材C2~C8の旋回動作を制御するように構成されている。また、主制御部80は、記憶部60に記憶されたプログラムを実行する等によって、後述する各機能を実現するように構成されている。主制御部80は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)等のプロセッサ、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等のメモリ、及びバッファ等の緩衝記憶装置を含んで構成される。
The
また、主制御部80は、その機能構成として、例えば、速度低下係数算出部81と、速度算出部82と、加速度算出部83と、速度指令生成部85と、を備える。
Further, the
速度低下係数算出部81は、軸J1~J7を支持する機械要素、例えばベアリングにおける許容モーメントと、速度によって当該ベアリングに発生する速度モーメントと、重力によって当該ベアリングに発生する重力モーメントとに基づいて、速度低下係数αvを算出するように構成されている。
The speed reduction
速度低下係数αvは、例えば、以下の方法で算出される。各可動部材C2~C8の軸J1~J7を支持する機械要素に加わるモーメントは、以下の3つに分類される。
加速度モーメントMa:加速度によって発生するモーメント
速度モーメントMv:速度によって発生するモーメント
重力モーメントMg:重力によって発生するモーメント
The speed reduction coefficient αv is calculated, for example, by the following method. The moments applied to the mechanical elements supporting the axes J1-J7 of the respective movable members C2-C8 are classified into the following three types.
Acceleration moment Ma: Moment generated by acceleration Velocity moment Mv: Moment generated by velocity Gravitational moment Mg: Moment generated by gravity
本発明の発明者は、これらのモーメントのうち、速度モーメントMvを低下させ、機械要素に加わるモーメントを許容モーメント以下にすることに想到した。また、本発明の発明者は、速度モーメントMvを低下させるための速度低下係数αvに基づいて、軸を支持する機械要素の許容モーメントを満たす速度を算出することができることを見出した。 The inventors of the present invention conceived of reducing the velocity moment Mv among these moments to keep the moment applied to the mechanical element below the allowable moment. Further, the inventors of the present invention found that the speed that satisfies the allowable moment of the mechanical element supporting the shaft can be calculated based on the speed reduction coefficient αv for reducing the speed moment Mv.
なお、以下の説明では、各可動部材C2~C8の各軸J1~J7を支持する機械要素の例として、図1に示したベアリング15を用い、各可動部材C2~C8の各軸J1~J7における駆動源の例として、図1に示したサーボモータ10及び減速機11を用いる。
In the following description, the bearing 15 shown in FIG. 1 is used as an example of a mechanical element that supports the axes J1 to J7 of the movable members C2 to C8. As an example of the drive source in , the
加速度モーメントMa、速度モーメントMv、重力モーメントMgのそれぞれは、一般に、異なる向きのベクトルであるが、簡略化のために同一の向きのベクトルであるとすると、ベアリング15に加わる全モーメントMallは、以下の式(1)で表される。
Mall=Ma+Mv+Mg …(1)
Each of the acceleration moment Ma, velocity moment Mv, and gravitational moment Mg is generally a vector in a different direction. is represented by the following formula (1).
Mall=Ma+Mv+Mg (1)
ベアリング15に加わるモーメントがベアリング15の許容モーメントMsを満たすためには、全モーメントMallが許容モーメントMs以下である必要がある。よって、以下の式(2)が成立する。
Mall≦Ms …(2)
In order for the moment applied to the
Mall≦Ms (2)
式(2)は、上記した式(1)を用いて以下の式(3)に変形することができる。
Ma+Mv≦Ms-Mg …(3)
Equation (2) can be transformed into Equation (3) below using Equation (1) above.
Ma+Mv≤Ms-Mg (3)
ここで、加速度低下係数αa、速度低下係数αvを用いると、式(3)は以下の式(4)で表される。
αa・Ma+αv・Mv≦Ms-Mg …(4)
Here, using the acceleration decrease coefficient αa and the speed decrease coefficient αv, the equation (3) is expressed by the following equation (4).
αa・Ma+αv・Mv≦Ms−Mg (4)
また、速度低下係数αvを求める区間の動作が等速、つまり、加速度ゼロである場合に、加速度モーメントMaはゼロである。この結果、等速動作の区間において、上記した式(1)は簡略化した以下の式(5)で表される。
Mall=Mv+Mg …(5)
Further, when the motion in the section for which the velocity reduction coefficient αv is to be obtained is constant velocity, that is, the acceleration is zero, the acceleration moment Ma is zero. As a result, in the section of constant-speed operation, the above equation (1) is expressed by the following simplified equation (5).
Mall=Mv+Mg (5)
よって、式(4)及び式(5)から、等速動作の区間における速度低下係数αvは、以下の式(6)で求めることができる。
αv=(Ms-Mg)/Mv …(6)
Therefore, from the equations (4) and (5), the speed decrease coefficient αv in the constant-speed operation section can be obtained by the following equation (6).
αv=(Ms−Mg)/Mv (6)
式(6)中、重力モーメントMgは、各軸J1~J7の位置、具体的には、各軸J1~J7の回転角度θの関数である。速度モーメントMvは、各軸J1~J7の速度の二乗に比例する値である。また、ベアリング15は軸ごとに要求される仕様が異なるため、許容モーメントMsは、一般に、ベアリング15ごとに異なる値である。
In Equation (6), the gravitational moment Mg is a function of the position of each axis J1-J7, specifically, the rotation angle θ of each axis J1-J7. The velocity moment Mv is a value proportional to the square of the velocity of each axis J1-J7. Moreover, since the specifications required for the
速度低下係数算出部81は、式(6)において、ある軸のベアリング15における許容モーメントMsと、7軸全ての速度によって当該軸のベアリング15に発生する速度モーメントMvと、7軸全ての位置、つまり、回転角度θ1~θ7によって発生する重力モーメントMgと、を用いて速度低下係数αvを算出することが好ましい。これにより、軸J1~J7ごとに速度低下係数αvを算出する場合と比較して、簡易に最小の速度低下係数αvを求めることができる。
The speed reduction
速度算出部82は、軸J1~J7の第1動作区間における最小の速度低下係数αvに基づいて、当該軸J1~J7の第1動作区間における速度を算出するように構成されている。
The
より詳細には、速度算出部82は、軸J1~J7の駆動源、例えば、サーボモータ10及び減速機11における許容トルクに基づく速度に、最小の速度低下係数αvの平方根を乗じて当該軸J1~J7の第1動作区間における速度を算出するように構成されている。
More specifically, the
軸J1~J7の第1動作区間は、例えば、当該軸J1~J7が一定又は略一定の速度で動作する区間である。 The first operation section of the axes J1 to J7 is, for example, a section in which the axes J1 to J7 operate at a constant or substantially constant speed.
ここで、速度モーメントMvは、速度の2乗に比例することが知られている。言い換えれば、速度モーメントMvの平方根は速度に比例する。一方、上記したように、速度モーメントMvは、速度低下係数αvに比例する。よって、ベアリングの許容モーメントを満たす速度Vnewは、速度低下係数αvと、サーボモータ10及び減速機11の許容トルクを満たす(最大)速度Voldとを用いて、以下の式(7)で表される。
Vnew=αv1/2・Vold …(7)
Here, it is known that the velocity moment Mv is proportional to the square of the velocity. In other words, the square root of the velocity moment Mv is proportional to velocity. On the other hand, as described above, the speed moment Mv is proportional to the speed reduction coefficient αv. Therefore, the speed Vnew that satisfies the allowable moment of the bearing is expressed by the following equation (7) using the speed decrease coefficient αv and the (maximum) speed Vold that satisfies the allowable torque of the
Vnew=αv 1/2 Vold (7)
本実施形態では、速度算出部82は、式(7)における速度低下係数αvとして、第1動作区間の複数の位置のそれぞれにおいて算出された複数の速度低下係数のうち、最小のものを用いる。
In the present embodiment, the
このように、軸J1~J7の第1動作区間における最小の速度低下係数αvに基づいて、当該軸J1~J7の第1動作区間における速度を算出することにより、速度によって発生する速度モーメントMvを低下させ、ベアリング15に加わるモーメントを当該ベアリング15の許容モーメントMs以下にすることができる。従って、ロボットRにおける各軸J1~J7のベアリング15の故障及び寿命短縮を防ぐことができる。
Thus, by calculating the speed in the first motion section of the axes J1 to J7 based on the minimum speed reduction coefficient αv in the first motion section of the axes J1 to J7, the speed moment Mv generated by the speed can be calculated as follows: It is possible to reduce the moment applied to the
また、軸J1~J7のサーボモータ10及び減速機11における許容トルクに基づく速度に、最小の速度低下係数αvの平方根を乗じて当該軸J1~J7の第1動作区間における速度Vnewを算出することにより、上記した式(7)からベアリング15の許容モーメントを満たす速度Vnewを容易に求めることができる。
Further, the speed based on the allowable torque in the
なお、各軸J1~J7は、第1動作区間にわたり、算出された速度Vnewで動作することが好ましい。これにより、上記式(5)及び式(6)において説明したように、加速度モーメントMaを考慮する必要がなくなり、速度低下係数αvを簡易に算出することができる。 Incidentally, each of the axes J1 to J7 preferably operates at the calculated speed Vnew over the first operation section. As a result, as explained in the above formulas (5) and (6), it becomes unnecessary to consider the acceleration moment Ma, and the speed decrease coefficient αv can be easily calculated.
加速度算出部83は、軸J1~J7のサーボモータ10及び減速機11における許容トルクと、当該軸J1~J7のベアリング15における許容モーメントMsとに基づいて、当該軸J1~J7の第2動作区間における加速度を算出するように構成されている。
The
より詳細には、加速度算出部83は、軸J1~J7のサーボモータ10及び減速機11における許容トルクに基づく第1加速度と、当該軸J1~J7のベアリング15における許容モーメントMsに基づく第2加速度とを算出し、第1加速度及び第2加速度のうちの小さい方を当該軸J1~J7の第2動作区間における加速度として採用するように構成されている。
More specifically, the
軸J1~J7の第2動作区間は、例えば、当該軸J1~J7が、一定又は略一定の速度ではない、つまり、当該軸J1~J7を加速又は減速して変更された速度で動作する区間である。 The second operation section of the axes J1 to J7 is, for example, a section in which the axes J1 to J7 are not at a constant or substantially constant speed, that is, a section in which the axes J1 to J7 are accelerated or decelerated to operate at a changed speed. is.
なお、加速度算出部83の更なる詳細については、後述する。
Further details of the
速度指令生成部85は、軸J1~J7の第1動作区間において、速度算出部82によって算出された当該軸J1~J7の速度Vnewに基づいて、速度指令Sn(nは1から7の整数)を生成するように構成されている。速度指令Snは、軸J1~J7ごと、つまり、可動部材C2~C8ごとに生成され、それぞれのサーボモータに出力される。また、速度指令生成部85は、軸J1~J7の第2動作区間において、加速度算出部83によって算出された当該軸J1~J7の加速度に基づいて、速度指令Snを生成するように構成されている。
The speed
より詳細には、速度指令生成部85は、第2動作区間において所定時間ごとに算出された複数の加速度に基づいて、軸J1~J7の当該第2動作区間における速度指令Snを生成するように構成されている。
More specifically, the speed
主制御部80の各機能は、コンピュータ(マイクロプロセッサ)で実行されるプログラムによって実現することが可能である。したがって、主制御部80が備える各機能は、ハードウェア、ソフトウェア、若しくはハードウェア及びソフトウェアの組み合わせによって実現可能であり、いずれかの場合に限定されるものではない。
Each function of the
また、主制御部80の各機能が、ソフトウェア、若しくはハードウェア及びソフトウェアの組み合わせによって実現される場合、その処理は、マルチタスク、マルチスレッド、若しくはマルチタスク及びマルチスレッドの両方で実行可能であり、いずれかの場合に限定されるものではない。
In addition, when each function of the
次に、図3を参照しつつ、従来の方法に従う仮想的なロボット制御装置50’が生成する速度指令について説明する。なお、ロボット制御装置50’の構成は、上記したロボット制御装置50と略同一であるため、図示及びその説明を省略する。図3は、従来の方法に従う仮想的なロボット制御装置50’によって制御されるロボットRの軸J1~J7の速度及びモーメントの一例を示すグラフである。図3において、横軸は時間であり、左端の縦軸は速度、右端の縦軸はモーメントである。また、図3において、実線は第1回転軸J1の速度を、点線は第4回転軸J4のベアリング15に加わるモーメントを、破線は第4回転軸J4のベアリング15の許容モーメントMs、例えば2000[Nm]を、それぞれ表している。
Next, with reference to FIG. 3, the velocity command generated by the virtual robot controller 50' according to the conventional method will be described. Since the configuration of the robot control device 50' is substantially the same as that of the
図3に示すように、ロボット制御装置50’は、動作区間T1’において第1回転軸J1の速度が一定、つまり、等速になるように、ロボットRの動作を制御する。ロボット制御装置50’は、サーボモータ10及び減速機11の許容トルクを満たす最大速度Voldを算出し、動作区間T1’における第1回転軸J1の速度として速度指令S1’を生成する。
As shown in FIG. 3, the robot control device 50' controls the motion of the robot R so that the speed of the first rotation axis J1 is constant, that is, constant speed in the motion interval T1'. The robot control device 50' calculates the maximum speed Vold that satisfies the allowable torque of the
しかしながら、ロボットRの複数の軸J1~J7を同時に高速動作させた場合等に、他の軸の動作によって、当該軸のベアリング15の許容モーメントを超えるモーメントが加わることがある。例えば、図3に示すように、第1回転軸J1の動作区間T1’において、第4回転軸J4のベアリング15に加わるモーメントは、区間Tb’及び区間Td’の2カ所で、当該ベアリング15の許容モーメントMsを超えている。
However, when a plurality of axes J1 to J7 of the robot R are simultaneously operated at high speed, a moment exceeding the allowable moment of the bearing 15 of the relevant axis may be applied due to the operation of the other axes. For example, as shown in FIG. 3, the moment applied to the bearing 15 of the fourth rotating shaft J4 in the motion section T1' of the first rotating shaft J1 is two points of the section Tb' and the section Td' of the
次に、図4及び図5を参照しつつ、一実施形態に従うロボット制御装置50によるロボットの制御の一例について説明する。図4は、一実施形態におけるロボット制御装置50によって制御されるロボットRの軸J1~J7の速度の一例を示すグラフである。図5は、一実施形態におけるロボット制御装置50によって制御されるロボットRの軸J1~J7のベアリング15に加わるモーメントの一例を示すグラフである。図4において、横軸は時間であり、縦軸は速度である。図5において、横軸は時間であり、縦軸はモーメントである。また、図4において、実線は第1回転軸J1の速度を表し、参考のために、仮想的なロボット制御装置50’が制御する第1回転軸J1の速度を点線で表している。図5において、実線は第4回転軸J4のベアリングに加わるモーメントを、破線は第4回転軸J4のベアリング15の許容モーメントを、それぞれ表し、参考のために、仮想的なロボット制御装置50’が制御する第4回転軸J4のベアリング15に加わるモーメントを点線で表している。
Next, an example of robot control by the
図4に示すように、第1動作区間における最小の速度変化係数αvに基づいて算出された第1回転軸J1の速度Vnewは、1.5[rad/s]程度に低下する。その結果、動作区間T1は、図3に示した動作区間T1’よりも長くなる。 As shown in FIG. 4, the speed Vnew of the first rotating shaft J1 calculated based on the minimum speed change coefficient αv in the first operation section decreases to approximately 1.5 [rad/s]. As a result, the operating section T1 is longer than the operating section T1' shown in FIG.
一方、図5に示すように、第1回転軸J1の速度Vnewを低下させたことにより、ベアリング15に加わるモーメントは、許容モーメントMsである2000[Nm]以下になる。
On the other hand, as shown in FIG. 5, by reducing the speed Vnew of the first rotating shaft J1, the moment applied to the
速度Vnewを算出する際の最小の速度変化係数αvは、例えば、動作区間T1の複数の位置(時点)のそれぞれにおいて計算された複数の速度低下係数αvのうちの最小のものであることが好ましい。これにより、例えば、図5において破線で示すように、動作区間T1においてベアリング15に加わるモーメントが急激に変化する場合でも、図5において実線で示すように、当該ベアリング15の許容モーメントMs以下にすることができる。
The minimum speed change coefficient αv when calculating the speed Vnew is, for example, preferably the smallest of the plurality of speed reduction coefficients αv calculated at each of the plurality of positions (time points) in the motion section T1. . As a result, for example, even if the moment applied to the
なお、図4及び図5では、最小の速度変化係数αvに基づいて、第1回転軸J1の速度Vnewを算出する例を示したが、これに限定されるものではない。第1回転軸J1は、代表例であり、他の軸J2~J7についても、それぞれ、最小の速度変化係数αvに基づいて、速度Vnewを算出してもよい。 Although FIGS. 4 and 5 show an example of calculating the speed Vnew of the first rotating shaft J1 based on the minimum speed change coefficient αv, the present invention is not limited to this. The first rotation axis J1 is a representative example, and the speed Vnew of each of the other axes J2 to J7 may be calculated based on the minimum speed change coefficient αv.
また、図3から図5では、ロボットRの複数の軸を同時に高速動作させた結果、第4回転軸J4のベアリング15に加わるモーメントが許容モーメントMsを超える例を示したが、これに限定されるものではない。第4回転軸J4以外の軸J1、J2、J3、J5、J6、J7において、ベアリング15に加わるモーメントが許容モーメントMsを超える場合もあり得るし、7つの軸J1~J7のうちの2以上の軸において、ベアリング15に加わるモーメントが許容モーメントMsを超える場合もあり得る。
3 to 5 show an example in which the moment applied to the bearing 15 of the fourth rotation axis J4 exceeds the allowable moment Ms as a result of simultaneously operating a plurality of axes of the robot R at high speed, but the present invention is not limited to this. not something. In the axes J1, J2, J3, J5, J6, and J7 other than the fourth rotation axis J4, the moment applied to the
ここで、図3に示したように、従来の方法に従う仮想的なロボット制御装置50’によって制御されるロボットRでは、区間Tb’と区間Td’との2区間において、第4回転軸J4のベアリング15に加わるモーメントが許容モーメントを超えている。
Here, as shown in FIG. 3, in the robot R controlled by the virtual robot control device 50' according to the conventional method, in the two sections Tb' and Td', the rotation of the fourth rotation axis J4 is The moment applied to the
これに対し、ロボット制御装置50は、第4回転軸J4のベアリング15に加わるモーメントを許容モーメント以下になるように、最小の速度低下係数αvに基づいて、区間Tb’及び区間Td’を含む動作区間T1’の全域にわたって速度を低下させている。
On the other hand, the
このため、図4に示したように、速度を低下させた動作区間T1は、図3に示す動作区間T1’と比較して長くなっている。その結果、ロボットRの動作時間や作業時間(タクトタイム)は、大幅に増加することがある。 Therefore, as shown in FIG. 4, the operation section T1 in which the speed is reduced is longer than the operation section T1' shown in FIG. As a result, the operation time and working time (takt time) of the robot R may increase significantly.
この問題に対し、本発明の発明者は、図3に示した動作区間T1’を、軸の機械要素における許容モーメントを超える区間、つまり、区間Tb’及び区間Td’と、軸の機械要素における許容モーメントを超えない区間とに分け、軸の機械要素における許容モーメントを超える区間Tb’及び区間Td’において、速度モーメントMvを低下させ、機械要素に加わるモーメントを許容モーメント以下にすることに想到した。 To solve this problem, the inventors of the present invention proposed that the operating section T1' shown in FIG. In the section Tb' and section Td' where the allowable moment in the mechanical element of the shaft exceeds the allowable moment, the speed moment Mv is reduced to make the moment applied to the mechanical element less than the allowable moment. .
そして、本発明の発明者は、区間Tb’及び区間Td’の速度モーメントに応じた速度に低下させるために、図3に示した動作区間T1’のうち、区間Tb’及び区間Td’以外の区間において、軸を加速又は減速することに想到した。また、本発明の発明者は、軸の機械要素における許容モーメントと当該軸の駆動源における許容トルクとに基づいて、軸を加速又は減速する際の加速度を算出することができることを見出した。 Then, the inventors of the present invention, in order to reduce the speed according to the speed moment of the section Tb' and the section Td', of the operation section T1' shown in FIG. The idea was to accelerate or decelerate the axis in the interval. The inventors of the present invention also found that the acceleration when accelerating or decelerating the shaft can be calculated based on the allowable moment in the mechanical elements of the shaft and the allowable torque in the drive source of the shaft.
次に、図6から図8を参照しつつ、一実施形態に従うロボット制御装置によるロボットの制御の他の例について説明する。図6は、一実施形態におけるロボット制御装置50によって制御されるロボットRの軸J1~J7の動作区間の一例を示すグラフである。図7は、一実施形態におけるロボット制御装置50によって制御されるロボットRの軸J1~J7の速度の他の例を示すグラフである。図8は、一実施形態におけるロボット制御装置50によって制御されるロボットRの軸J1~J7のベアリング15に加わるモーメントの一例を示すグラフである。図6及び図7において、横軸は時間であり、縦軸は速度である。図8において、横軸は時間であり、縦軸はモーメントである。また、図6において、太線は第1回転軸J1の速度を表し、参考のために、仮想的なロボット制御装置50’によって制御されるロボットRの第1回転軸J1の速度を点線で表している。図7において、太線はロボット制御装置50が生成する速度指令の他の例によって制御されるロボットRの第1回転軸J1の速度を表す。なお、参考のために、仮想的なロボット制御装置50’によって制御されるロボットRの第1回転軸J1の速度を点線で、ロボット制御装置50が生成する速度指令の一例によって制御されるロボットRの第1回転軸J1の速度を実線で表している。図8において、太線はロボット制御装置50が生成する速度指令の他の例によって制御されるロボットRの第4回転軸J4のベアリング15に加わるモーメントを、破線は第4回転軸J4のベアリング15の許容モーメントを、それぞれ表す。なお、参考のために、仮想的なロボット制御装置50’によって制御されるロボットRの第4回転軸J4のベアリング15に加わるモーメントを点線で、ロボット制御装置50が生成する速度指令の一例によって制御されるロボットRの第4回転軸J4のベアリング15に加わるモーメントを実線で表している。
Next, another example of control of the robot by the robot control device according to one embodiment will be described with reference to FIGS. 6 to 8. FIG. FIG. 6 is a graph showing an example of motion sections of the axes J1 to J7 of the robot R controlled by the
図6に示すように、ロボット制御装置50は、図3に示した動作区間T1’を、区間Taから区間Teに分割する。区間Tbは、図3に示した区間Tb’に対応する区間であり、第1回転軸J1の速度を低下させている。区間Tbにおける第1回転軸J1の速度Vnew bは、速度算出部82によって算出される。区間Tbにおける速度Vnew bは動作区間T1’における速度より低下しているので、区間Tbは図3に示した区間Tb’よりも長くなっている(区間Tb>区間Tb’)。同様に、区間Tdは、図3に示した区間Td’に対応する区間であり、第1回転軸J1の速度を低下させている。区間Tdにおける第1回転軸J1の速度Vnew dは、速度算出部82によって算出される。区間Tdにおける速度Vnew dは動作区間T1’における速度より低下しているので、区間Tdは図3に示した区間Td’よりも長くなっている(区間Td>区間Td’)。なお、区間Tb及び区間Tdは、本発明の「第1動作区間」の一例に相当する。
As shown in FIG. 6, the
一方、区間Tbの前に配置された区間Taでは、第1回転軸J1を区間Tbにわたって速度Vnew bにするために、第1回転軸J1を減速する必要がある。また、区間Tbと区間Tdとの間に配置された区間Tcでは、第1回転軸J1を区間Tdにわたって速度Vnew dにするために、第1回転軸J1を加速する必要がある。さらに、区間Tdの後に配置された区間Teでは、ベアリング15の許容モーメントを超えない範囲でなるべく速い速度で動作させるために、第1回転軸J1を加速することが望ましい。なお、区間Ta、区間Tc、及び区間Teは、本発明の「第2動作区間」の一例に相当する。
On the other hand, in the section Ta located before the section Tb, it is necessary to decelerate the first rotation axis J1 in order to set the speed Vnewb of the first rotation axis J1 over the section Tb. Further, in the section Tc arranged between the section Tb and the section Td, the first rotation axis J1 needs to be accelerated in order to bring the first rotation axis J1 to the speed Vnew d over the section Td. Furthermore, in the section Te arranged after the section Td, it is desirable to accelerate the first rotating shaft J1 in order to operate at a speed as fast as possible without exceeding the allowable moment of the
図7に示すように、ロボット制御装置50の他の例による制御では、区間Tbにおいて図3に示した動作区間T1’の速度から速度Vnew bに低下させ、区間Tdにおいて図3に示した動作区間T1’の速度から速度Vnew dに低下させる。このため、ロボット制御装置50の他の例による制御は、従来の仮想的なロボット制御装置50’による制御より、軸J1の動作時間が長くなる。一方、ロボット制御装置50の他の例による制御は、実線で示すロボット制御装置50の一例による制御より、軸J1の動作時間の増加を抑制することができ、ロボットRの動作時間や作業時間(タクトタイム)を短縮することができる。
As shown in FIG. 7, in control by another example of the
このように、軸J1のサーボモータ10及び減速機11における許容トルクと、当該軸J1のベアリング15における許容モーメントMsとに基づいて、当該軸J1の第2動作区間における加速度を算出することにより、図7に示すように、ベアリング15に加わるモーメントが許容モーメントMsを超える区間Tb及び区間Tdにおいてのみ軸J1の速度を速度Vnew b、Vnew dに低下させ、区間Ta、区間Tc、及び区間Teにおいて加速又は減速して軸J1の速度を変更することが可能になる。従って、ロボットRの動作時間の増加を抑制することができる。
By calculating the acceleration of the axis J1 in the second operation section based on the allowable torque of the
また、区間Tbにおいて軸J1の速度Vnew bに、区間TdにおいてVnew dに、低下させたことにより、図10に示すように、ベアリング15に加わるモーメントは、許容モーメントMsである2000[Nm]以下になる。 Further, by decreasing the speed of the shaft J1 to Vnew b in the section Tb and to Vnew d in the section Td, as shown in FIG. become.
次に、図9及び図10を参照しつつ、一実施形態に従うロボット制御装置の動作について説明する。図9は、一実施形態におけるロボット制御装置50が等速区間の速度指令を生成する概略動作を示すフローチャートである。図10は、一実施形態におけるロボット制御装置が加減速区間の速度指令を生成する概略動作を示すフローチャートである。
Next, the operation of the robot control device according to one embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. FIG. 9 is a flowchart showing a schematic operation of the
(等速区間速度指令処理S200)
例えば、図6に示した区間Tb及び区間Tdの速度指令を生成する際に、主制御部80は、図9に示す等速区間速度指令処理S200を実行する。
(Constant speed section speed command processing S200)
For example, when generating the speed commands for the sections Tb and Td shown in FIG. 6, the
なお、以下の説明では、図6に示した区間Tb及び区間Tdのうち、区間Tbの速度指令を生成する例を用いる。 Note that, in the following description, an example of generating a speed command for the section Tb of the section Tb and the section Td shown in FIG. 6 will be used.
最初に、速度低下係数算出部81は、例えば図6に示した区間Tbにおける複数の位置のそれぞれにおいて、速度低下係数αv1、αv2、…、αvm(mは2以上の整数)を算出する(S201)。
First, the speed
次に、速度指令生成部85は、速度指令Sの添字nに初期値、例えば「1」を設定する(S202)。
Next, the
次に、速度算出部82は、ステップS201で算出した複数の速度低下係数αvmのうちの最小のものに基づいて、軸J1~J7の区間Tbにおける速度Vnewを算出する(S203)。なお、速度Vnewが算出される軸は、速度指令Sの添字nに対応している。
Next, the
次に、速度指令生成部85は、ステップS203で算出された速度Vnewに基づいて、速度指令Snを生成する(S204)。
Next, the
次に、速度指令生成部85は、添字nに例えば「1」を加算して更新する(S205)。
Next, the
次に、速度指令生成部85は、添字nが最大値以下、本実施形態では「7」以下であるか否かを判定する(S206)。
Next, the
ステップS206の判定の結果、添字nが「7」以下である場合、速度算出部82及び速度指令生成部85は、添字nが「7」より大きくなるまで、ステップS203からステップS206を繰り返す。
If the subscript n is less than or equal to "7" as a result of the determination in step S206, the
ステップS206の判定の結果、添字nが「7」以下でない、つまり、添字nが「7」より大きい場合、主制御部80は、等速区間速度指令処理S200を終了する。
As a result of the determination in step S206, if the subscript n is not "7" or less, that is, if the subscript n is greater than "7", the
このようにして、各軸J1~J7について、最小の速度低下係数αvmに基づいて、当該軸の区間Tbにおける速度Vnewが算出され、速度指令Snが生成される。 In this way, for each of the axes J1 to J7, the speed Vnew in the section Tb of the axis is calculated based on the minimum speed reduction coefficient αvm, and the speed command Sn is generated.
(加減速区間速度指令処理S300)
例えば、図6に示した区間Ta、区間Tc、及び区間Teの速度指令を生成する際に、主制御部80は、図10に示す加減速区間速度指令処理S300を実行する。
(Acceleration/deceleration interval speed command processing S300)
For example, when generating the speed commands for the section Ta, section Tc, and section Te shown in FIG. 6, the
なお、以下の説明では、図6に示した軸J1の区間Ta、区間Tc、及び区間Teのうち、軸J1の区間Tcにおける速度指令を生成する例を用いる。 In the following description, an example of generating a speed command for the section Tc of the axis J1 among the sections Ta, Tc, and Te of the axis J1 shown in FIG. 6 will be used.
最初に、加速度算出部83は、軸J1のサーボモータ10及び減速機11における許容トルクを満たす加速度αtorqを算出する(S301)。なお、加速度αtorqは、本発明の「第1加速度」の一例に相当する。
First, the
次に、加速度算出部83は、加速度の添字jに初期値、例えば「1」を設定する(S302)。
Next, the
次に、加速度算出部83は、加速度算出の開始時点から微小時間Δt×添字jの時間後に、軸J1のベアリング15における許容モーメントMsを満たす加速度αm jを算出する(S303)。なお、ステップS303における加速度算出の開始時点、つまり、時間軸の原点は、本実施形態の例では区間Tcの開始位置であり、そのときの速度は区間Tbの速度Vnew bである。また、加速度αm jは、本発明の「第2加速度」の一例に相当する。
Next, the
具体的には、加速度算出部83は、以下の式(8)で表される加速度モーメントMa jに基づいて、加速度αm jを算出する。
Ma j=Ms-Mvnew b-Mg j…(8)
Specifically, the
Ma j = Ms - Mv new b - Mg j (8)
式(8)中、速度モーメントMvnew bは、速度Vnew bによって軸J1のベアリング15に発生するモーメントであり、重力モーメントMg jは、微小時間Δt×添字jの経過後の位置における重力によって軸J1のベアリング15に発生するモーメントである。 In equation (8), the velocity moment Mvnew b is the moment generated in the bearing 15 of the axis J1 due to the velocity Vnew b, and the gravitational moment Mg j is the moment the axis J1 is the moment generated in the bearing 15 of .
このように、軸J1のベアリング15における許容モーメントMsから、速度によって当該ベアリング15に発生する速度モーメントMvnew bと重力によって当該ベアリング15に発生する重力モーメントMg jとを減算して求められる加速度モーメントMa jに基づいて、加速度αm jを算出することにより、加速度算出の開始時点から微小時間Δt×添字jの時間後に、当該ベアリング15の許容モーメントMsを満たす加速度αm jを容易に求めることができる。
Thus, the acceleration moment Ma obtained by subtracting the velocity moment Mvnew b generated in the
次に、加速度算出部83は、ステップS301で算出した加速度αtorqと、ステップS303で算出した加速度αm jとを比較し、小さい方を加速度αjとして採用する(S304)。これにより、サーボモータ10及び減速機11の許容トルクとベアリング15の許容モーメントMsとの両方を満たす加速度αjで、当該軸J1を加速又は減速することができる。
Next, the
次に、速度算出部82は、ステップS304で採用した加速度αjを用いて微小時間Δt×添字jの経過後の速度vj+1を算出する(S305)。なお、速度算出部82は、ステップS305で算出した速度vj+1をメモリ等に記憶させて保存する。
Next, the
速度vj+1は、現時点の速度vjと、ステップS304で採用した加速度αjと、微小時間Δtとによって、以下の式(9)で表される。
vj+1=vj+αj・Δt…(9)
Velocity vj+1 is expressed by the following equation (9) using current velocity vj, acceleration αj adopted in step S304, and minute time Δt.
vj+1=vj+αj·Δt (9)
なお、現時点の速度vjにおける初期値(添字j=1)は、本実施形態の例では区間Tcの開始位置における速度であり、区間Tbの速度Vnew bである。 Note that the initial value (subscript j=1) at the current velocity vj is the velocity at the start position of section Tc in the example of the present embodiment, and is the velocity Vnewb of section Tb.
次に、加速度算出部83は、添字jに例えば「1」を加算して更新する(S306)。
Next, the
次に、加速度算出部83は、微小時間Δtと添字jとを乗算した値(微小時間Δt×添字j)が区間Tcの長さ以下であるか否かを判定する(S307)。
Next, the
ステップS307の判定の結果、乗算値が区間Tcの長さ以下である場合、加速度算出部83及び速度算出部82は、区間Tcの長さより大きくなるまで、ステップS303からステップS307を繰り返す。
As a result of the determination in step S307, if the multiplied value is equal to or less than the length of section Tc, the
ステップS307の判定の結果、乗算値が区間Tcの長さ以下でない、つまり、乗算値が区間Tcの長さより大きい場合、加速度算出部83は、加速度の添字kに初期値、例えば「-1」を設定する(S308)。
As a result of the determination in step S307, if the multiplied value is not equal to or less than the length of the section Tc, that is, if the multiplied value is greater than the length of the section Tc, the
次に、加速度算出部83は、加速度算出の開始時点から微小時間Δt×添字kの時間前に、軸J1のサーボモータ10及び減速機11における許容モーメントMsを満たす加速度αm kを算出する(S309)。なお、ステップS309における加速度算出の開始時点、つまり、時間軸の原点は、本実施形態の例では区間Tcの終了位置であり、そのときの速度は区間Tdの速度Vnew dである。また、加速度αm kは、本発明の「第2加速度」の他の例に相当する。
Next, the
具体的には、加速度算出部83は、以下の式(10)で表される加速度モーメントMa kに基づいて、加速度αm kを算出する。
Ma k=Ms-Mvnew d-Mg k…(10)
Specifically, the
Mak=Ms-Mvnewd-Mgk (10)
式(10)中、速度モーメントMvnew dは、速度Vnew dによって軸J1~J7のベアリング15に発生するモーメントであり、重力モーメントMg kは、微小時間Δt×添字kの時間前の位置における重力によって軸J1~J7のベアリング15に発生するモーメントである。
In formula (10), the velocity moment Mvnew d is the moment generated in the
このように、軸J1のベアリング15における許容モーメントMsから、速度によって当該ベアリング15に発生する速度モーメントMvnew dと重力によって当該ベアリング15に発生する重力モーメントMg kとを減算して求められる加速度モーメントMa kに基づいて、加速度αm kを算出することにより、加速度算出の開始時点から微小時間Δt×添字kの時間前に、当該ベアリング15の許容モーメントMsを満たす加速度αm kを容易に求めることができる。
Thus, the acceleration moment Ma obtained by subtracting the velocity moment Mvnew d generated in the
次に、加速度算出部83は、ステップS301で算出した加速度αtorqと、ステップS309で算出した加速度αm kとを比較し、小さい方を加速度αkとして採用する(S310)。これにより、サーボモータ10及び減速機11の許容トルクとベアリング15の許容モーメントMsとの両方を満たす加速度αkで、当該軸J1を加速又は減速することができる。
Next, the
次に、速度算出部82は、ステップS310で採用した加速度αkを用いて微小時間Δt×添字kの時間前の速度vk-1を算出する(S311)。なお、速度算出部82は、ステップS311で算出した速度vk-1をメモリ等に記憶させて保存する。
Next, the
速度vk-1は、現時点の速度vkと、ステップS310で採用した加速度αkと、微小時間Δtとによって、以下の式(11)で表される。
vk-1=vk-αk・Δt…(11)
Velocity vk−1 is expressed by the following equation (11) using current velocity vk, acceleration αk adopted in step S310, and minute time Δt.
vk−1=vk−αk·Δt (11)
なお、現時点の速度vkにおける初期値(添字k=-1)は、本実施形態の例では区間Tcの終了位置における速度であり、そのときの速度は区間Tdの速度Vnew dである。 Note that the initial value (subscript k=-1) at the current velocity vk is the velocity at the end position of section Tc in the example of the present embodiment, and the velocity at that time is the velocity Vnew d of section Td.
次に、加速度算出部83は、添字kから、例えば「1」を減算(「-1」を加算)して更新する(S312)。
Next, the
次に、加速度算出部83は、微小時間Δtと添字kとを乗算した値(微小時間Δt×添字k)の大きさが区間Tcの長さ以下であるか否かを判定する(S313)。
Next, the
ステップS313の判定の結果、乗算値の大きさが区間Tcの長さ以下である場合、加速度算出部83及び速度算出部82は、区間Tcの長さより大きくなるまで、ステップS309からステップS313を繰り返す。
As a result of the determination in step S313, if the magnitude of the multiplied value is equal to or less than the length of the section Tc, the
ステップS313の判定の結果、乗算値の大きさが区間Tcの長さ以下でない、つまり、乗算値の大きさが区間Tcの長さより大きい場合、速度指令生成部85は、メモリ等に記憶された複数の速度vj+1及び複数の速度vk-1に基づいて、速度指令S1を生成する(S314)。速度指令生成部85によって生成される速度指令S1は、速度vj+1と速度vk-1とが区間Tcのある時点で一致又は交差するように、速度を時間変化させる速度パターンである。
As a result of the determination in step S313, if the magnitude of the multiplied value is not equal to or less than the length of the section Tc, that is, if the magnitude of the multiplied value is greater than the length of the section Tc, the speed
このように、微小時間Δtごとに算出された複数の加速度αj及び複数の加速度αkから求められた複数の速度vj+1及び複数の速度vk-1に基づいて、軸J1の区間Tcにおける速度指令S1を生成することにより、区間Tcにわたって、サーボモータ10及び減速機11の許容トルク及びベアリング15の許容モーメントMsに基づく加速度αj及び加速度αkで軸J1を加速又は減速し、当該軸J1の速度を変化させることができる。
In this way, the speed command S1 for the section Tc of the axis J1 is calculated based on the plurality of velocities vj+1 and vk-1 obtained from the plurality of accelerations αj and the plurality of accelerations αk calculated every minute time Δt. Axis J1 is accelerated or decelerated over section Tc with acceleration αj and acceleration αk based on the allowable torque of
ステップS314の後、主制御部80は、加減速区間速度指令処理S300を終了する。
After step S314, the
なお、本実施形態の例では、軸J1を用いて加減速区間速度指令処理S300を説明した。他の軸J2~J7についても、同様に、軸J2~J7ごとに加減速区間速度指令処理S300が実行される。 In the example of the present embodiment, the acceleration/deceleration section speed command processing S300 has been described using the axis J1. Acceleration/deceleration interval speed command processing S300 is similarly executed for the other axes J2 to J7 as well.
以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。一実施形態に従うロボット制御装置50によれば、軸J1~J7の第1動作区間における最小の速度低下係数αvに基づいて、当該軸J1~J7の第1動作区間における速度が算出される。これにより、速度によって発生する速度モーメントMvを低下させ、ベアリング15に加わるモーメントを当該ベアリング15の許容モーメントMs以下にすることができる。また、軸J1のサーボモータ10及び減速機11における許容トルクと、当該軸J1のベアリング15における許容モーメントMsとに基づいて、当該軸J1の第2動作区間における加速度が算出される。これにより、図7に示すように、ベアリング15に加わるモーメントが許容モーメントMsを超える区間Tb及び区間Tdにおいてのみ軸J1の速度を速度Vnew b、Vnew dに低下させ、区間Ta、区間Tc、及び区間Teにおいて加速又は減速して軸J1の速度を変更することが可能になる。従って、ロボットRにおける各軸J1~J7のベアリング15の故障及び寿命短縮を防ぐことができるとともに、ロボットRの動作時間の増加を抑制することができる。
Exemplary embodiments of the invention have been described above. According to the
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更/改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。 In addition, the embodiment described above is intended to facilitate understanding of the present invention, and is not intended to limit and interpret the present invention. The present invention may be modified/improved without departing from its spirit, and the present invention also includes equivalents thereof. In other words, any embodiment appropriately modified in design by a person skilled in the art is also included in the scope of the present invention as long as it has the features of the present invention. For example, each element provided in the embodiment and its arrangement, material, condition, shape, size, etc. are not limited to those illustrated and can be changed as appropriate. In addition, the embodiments are examples, and it goes without saying that partial substitutions or combinations of configurations shown in different embodiments are possible, and these are also included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention.
10…サーボモータ、10a…出力軸、11…減速機、11a…出力軸、11b…ベルト、12…モータエンコーダ、13…減速機エンコーダ、15…ベアリング、50,50‘,50A…ロボット制御装置、51…入力インターフェース、52…バス、60…記憶部、70…サーボ制御部、80,80A…主制御部、81…速度低下係数算出部、82…速度算出部、83…加速度算出部、85…速度指令生成部、100…ロボット制御システム、C1…基台、C2…旋回台、C3…第1アーム、C4…第2アーム、C5…第3アーム、C6…第4アーム、C7…第5アーム、C8…ツール固定部材、C9…溶接トーチ、J1…第1回転軸、J2…第2回転軸、J3…第3回転軸、J4…第4回転軸、J5…第5回転軸、J6…第6回転軸、J7…第7回転軸、R…ロボット、Sn…速度指令、S200…等速区間速度指令処理、S300…加減速区間速度指令処理。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記軸を支持する機械要素における許容モーメントと、前記複数の軸の全ての速度によって該機械要素に発生する速度モーメントと、前記複数の軸の全ての回転角度による重力によって該機械要素に発生する重力モーメントとに基づいて、速度低下係数を算出する速度低下係数算出部と、
前記軸が所定の速度で動作する区間である該軸の第1動作区間における最小の前記速度低下係数に基づいて、該軸の前記第1動作区間における速度を算出する速度算出部と、
前記軸の駆動源における許容トルクと、該軸の機械要素における前記許容モーメントとに基づいて、該軸が加速又は減速された速度で動作する区間である該軸の第2動作区間における加速度を算出する加速度算出部と、を備える、
ロボット制御装置。 A robot control device for controlling a robot having a plurality of axes,
A permissible moment in a machine element supporting the shaft, a velocity moment generated in the machine element due to all the velocities of the plurality of axes , and a gravity generated in the machine element due to gravity due to all rotation angles of the plurality of shafts. a speed reduction coefficient calculation unit that calculates a speed reduction coefficient based on the moment;
a speed calculation unit configured to calculate the speed of the shaft in the first motion segment based on the minimum speed reduction coefficient in the first motion segment of the shaft , which is a segment in which the shaft moves at a predetermined speed;
Based on the allowable torque in the drive source of the axis and the allowable moment in the mechanical element of the axis, calculate the acceleration in the second operation section of the axis, which is the section in which the axis operates at an accelerated or decelerated speed. and an acceleration calculation unit for
robot controller.
請求項1に記載のロボット制御装置。 The acceleration calculator calculates a first acceleration based on the allowable torque in the drive source of the shaft and a second acceleration based on the allowable moment in the mechanical element of the shaft, and calculates the first acceleration and the second acceleration. adopting the smaller of them as the acceleration in the second motion segment of the axis;
The robot controller according to claim 1.
請求項2に記載のロボット制御装置。 The acceleration calculation unit subtracts, from the permissible moment of the mechanical element of the axis, a velocity moment generated in the mechanical element due to velocity and a gravitational moment generated in the mechanical element due to gravity, and based on the moment obtained, calculating the second acceleration;
The robot controller according to claim 2.
請求項1から3のいずれか一項に記載のロボット制御装置。 further comprising a speed command generation unit that generates a speed command in the second motion interval of the axis based on the plurality of accelerations calculated at predetermined time intervals in the second motion interval;
The robot control device according to any one of claims 1 to 3.
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002059382A (en) | 2000-08-18 | 2002-02-26 | Nachi Fujikoshi Corp | Control method for articulated robot |
JP2005044230A (en) | 2003-07-24 | 2005-02-17 | Mitsubishi Electric Corp | Robot control device |
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