JP7448317B2

JP7448317B2 - ロボットの制御装置

Info

Publication number: JP7448317B2
Application number: JP2019131023A
Authority: JP
Inventors: 貴一寺本
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-07-16
Filing date: 2019-07-16
Publication date: 2024-03-12
Anticipated expiration: 2039-07-16
Also published as: JP2021013999A

Description

本開示は、ロボットの制御装置に関するものである。

ロボットに取り付けた加速度センサにより検出した振動情報を用いて、学習制御を行うことによって、ロボット動作時の振動を低減し、軌跡精度の向上を図る制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１１－１６７８１７号公報

ロボットの動作の高速化と振動の低減とはトレードオフの関係にあるため、振動除去を優先させ過ぎるとサイクルタイムが増大する。サイクルタイムが要求を満たさない場合には、教示プログラムを変更する必要があるが、教示プログラムを変更した場合には、学習制御を再度行う必要がある。したがって、再学習等の手間を省きつつ、振動の低減と高速化とを両立させることが望まれている。

本開示の一態様は、センサを備えたロボットの制御対象位置の目標軌跡または目標位置に関する位置指令と学習補正量とに基づいて、前記ロボットの動作を制御する通常制御部と、前記ロボットを動作プログラムによって動作させて、前記ロボットの動作に関する学習制御を実施する学習制御部とを備え、該学習制御部が、前記位置指令と前記動作プログラムによる複数の動作区間にわたる動作に要するサイクルタイムを計測するタイマにより計測された前記サイクルタイムと前記センサにより検出された振動とに基づいて、前記制御対象位置を目標軌跡または目標位置に近づけるための前記ロボットの動作の補正量である前記学習補正量を算出する補正量算出部を備え、該補正量算出部は、前記サイクルタイムが所定の閾値以下となるように前記振動が最小となる、または前記振動の低減が要求されない前記動作区間における前記ロボットの動作速度を増大させしつつ前記学習補正量を算出する、ロボットの制御装置である。

本開示の一実施形態に係る制御装置を備えるロボットシステムを示す全体構成図である。図１の制御装置の一例を示すブロック図である。図２の制御装置に備えられる学習制御部の動作の一例を説明するフローチャートである。図３のフローチャートに続くフローチャートである。図１のツールの先端により描かれる動作軌跡の一例および、動作軌跡を区画した複数の動作区間の一例を示す図である。図５の動作軌跡の一例を破線で、全体的な高速化率を増大させた場合の動作軌跡の一例を実線で示す図である。図５の動作軌跡の一例を破線で、高速化率を動作区間毎に調整した場合の動作軌跡の一例を実線で示す図である。図４のフローチャートによる学習制御部の動作の変形例を説明するグラフである。

本開示の一実施形態に係るロボットの制御装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る制御装置１は、図１に示されるロボットシステム１００に備えられている。

このロボットシステム１００は、ロボット２００と、本実施形態に係る制御装置１とを備えている。
ロボット２００は、６軸垂直多関節型のロボットであるが、６軸以外の垂直多関節型ロボットあるいは水平多関節型ロボット等、任意の形式のものでよい。ロボット２００の手首２０１の先端には、ツールＳが取り付けられ、ツールＳの先端（制御対象）には加速度センサ（センサ）２１０が取り付けられている。加速度センサ２１０により、ツールＳの先端の加速度値（状態量）を検出することができる。

制御装置１は、ロボット２００の学習制御を実施する学習制御部２と、ロボット２００の動作を制御する通常制御部３と、動作プログラムを格納するメモリ１０とを備えている。
加速度センサ２１０により検出された位置データは学習制御部２に出力され、学習制御に利用される。

通常制御部３は、図示しない位置制御部、速度制御部、電流制御部、アンプおよび微分手段を備えている。位置制御部は、制御装置１の外部から入力される位置指令を受信するとともに、ロボット２００のモータに備えられたエンコーダからの位置情報を受信し、ロボット２００のアーム先端の所望の位置情報を速度制御部に対して出力する。微分手段は、ロボット２００からフィードバックされるモータの位置情報を受信し、モータ速度を算出し、これを速度制御部に出力する。

速度制御部は、位置制御部からの位置情報および微分手段からのモータ速度情報を勘案して所望のモータ速度を算出し、これを電流制御部に対して出力する。電流制御部はアンプからフィードバックされる電流値を受信するとともに、速度制御部から入力された所望のモータ速度となるようにモータに流す電流を算出し、これをアンプに出力する。アンプは電流制御部からの電流値に基づいて所望の電力を算出し、動作指令としてロボット２００のモータに供給する。

学習制御部２は、動作プログラムの実行に要するサイクルタイムＴ_ｓを計測するタイマ４と、学習補正量を算出する補正量算出部５とを備えている。補正量算出部５は、タイマ４により測定されたサイクルタイムＴ_ｓ、通常制御部３に入力される位置指令および加速度センサ２１０により検出された加速度値に基づいて学習補正量を算出する。

制御対象位置を通常制御部３に与えられた目標位置または目標軌跡に近づけるための動作補正量を算出する学習を行う補正量算出部５の構造としては、例えば、特許文献１に開示されている公知の構造を用いればよい。

本実施形態においては、補正量算出部５は、図３および図４に示されるように、カウンタＭ，Ｎを初期化し（ステップＳ１）、高速化率ｆを最大速度に対して十分に低い所定の値ｆ_０に設定する（ステップＳ２）。この状態で、予め教示された動作プログラム、設定された高速化率ｆ＝ｆ_０で実行する（ステップＳ３）。

動作プログラムの実行中には加速度センサ２１０により加速度値が検出される（ステップＳ４）。また、タイマ４により、動作プログラムの開始から終了までのサイクルタイムＴ_ｓが測定される（ステップＳ５）。検出された加速度値および測定されたサイクルタイムＴ_ｓは、補正量算出部５に入力され、補正量算出部５において学習補正量の算出が行われる（ステップＳ６）。算出された学習補正量はメモリ１０に記憶される（ステップＳ７）。

補正量算出部５は、学習補正量の算出回数を示すカウンタＭが規定回数Ｍ_Ｐに達したか否かを判定する（ステップＳ８）。ステップＳ８において、学習補正量の算出回数Ｍが規定回数Ｍ_Ｐに達している場合には、処理を終了する。学習補正量の算出回数Ｍが規定回数Ｍ_Ｐ未満の場合には、カウンタＭをインクリメントし（ステップＳ９）、カウンタＮがＮ＝１であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。

ステップＳ１０において、カウンタＮ＝１である場合には、測定されたサイクルタイムＴ_ｓの予め設定されている目標値Ｔ_ｓ０に対する割合Ｋ＝Ｔ_ｓ／Ｔ_ｓ０が算出され（ステップＳ１１）、目標値Ｔ_ｓ０を達成可能な高速化率ｆ＝ｆ_０×Ｋが算出される（ステップＳ１２）。そして、カウンタＮがインクリメントされ（ステップＳ１３）、ステップＳ３からの工程が繰り返される。

補正量算出部５は、教示プログラムの始点Ｐ１から終点Ｐ１０までを、例えば、図５に示されるように、複数の動作区間に分割している。ステップＳ１０においてカウンタＮがＮ≠１である場合には、前回サイクルにおいて加速度センサ２１０により取得された加速度値の時間変化、すなわち振動（状態量）が最大となる動作区間（最大振動区間）および振動が最小となる動作区間（最小振動区間）が抽出される（ステップＳ１４）。

次いで、測定されたサイクルタイムＴ_ｓが、目標値Ｔ_ｓ０に対して±０．５％以内であるか否かが判定される（ステップＳ１５、ステップＳ１６）。すなわち、まず、測定されたサイクルタイムＴ_ｓが目標値Ｔ_ｓ０の＋０．５％以下であるか否かが判定され（ステップＳ１５）、サイクルタイムＴ_ｓが目標値Ｔ_ｓ０の＋０．５％以下である場合には、サイクルタイムＴ_ｓが目標値Ｔ_ｓ０の－０．５％よりも大きいか否かが判定される（ステップＳ１６）。

ステップＳ１５において、サイクルタイムＴ_ｓが目標値Ｔ_ｓ０の＋０．５％よりも大きい場合には、最小振動区間の高速化率ｆを増大させる（ステップＳ１７）。
ステップＳ１６において、サイクルタイムＴ_ｓが目標値Ｔ_ｓ０のー０．５％以下である場合には、最大振動区間の高速化率ｆを低減させる（ステップＳ１８）。

ステップＳ１６において、サイクルタイムＴ_ｓが目標値Ｔ_ｓ０のー０．５％よりも大きい場合、すなわち、サイクルタイムＴ_ｓが目標値Ｔ_ｓ０の±０．５％以内である場合には、最小振動区間の高速化率ｆを増大させ、最大振動区間の高速化率ｆを低減する（ステップＳ１９）。そして、ステップＳ１７～ステップＳ１９において調整された高速化率ｆをメモリ１０に記憶（設定）し（ステップＳ２０）、ステップＳ３からの工程が繰り返される。

さらに具体的には、最初の学習工程において、カウンタＭ，ＮがＭ＝１，Ｎ＝１に設定され（ステップＳ１）、最初の高速化率ｆが、動作速度を十分に下げた高速化率ｆ_０に設定される（ステップＳ２）。この状態で、動作プログラムが実行されることにより（ステップＳ３）、始点Ｐ１から終点Ｐ１０まで実行したときの加速度値が経時的に検出され（ステップＳ４）、サイクルタイムＴ_ｓが測定される（ステップＳ５）。そして、測定されたサイクルタイムＴ_ｓおよび検出された加速度値に基づいて学習補正量が算出され（ステップＳ６）、算出された学習補正量が記憶される（ステップＳ７）。

このときの動作軌跡の一例を図５に示す。図中、符号Ｐ１～Ｐ１０は教示点である。
最初は、ステップＳ８において、カウンタＭが規定回数Ｍ_Ｐに達していないので、ステップＳ９において、カウンタＭがインクリメントされる。ステップＳ１０において、カウンタＮ＝１であるので、サイクルタイムＴ_ｓを目標値Ｔ_ｓ０にするための係数Ｋが算出され（ステップＳ１１）、次のサイクルにおける高速化率ｆが算出され、設定される（ステップＳ１２）。

例えば、ステップＳ５において測定されたサイクルタイムＴ_ｓが１５秒であり、目標サイクルタイムＴ_ｓ０が１２秒である場合に、Ｋ＝Ｔ_ｓ／Ｔ_ｓ０＝１．２５であり、高速化率ｆはｆ＝１．２５ｆ_０となる。そして、ステップＳ１３においてカウンタＮがインクリメントされて、ステップＳ３からの工程が繰り返される。

２回目の学習工程において、動作プログラムが実行され（ステップＳ３）、振動測定（ステップＳ４）が行われると、図６に示されるように、動作軌跡は、図５の場合よりも振動的となる。
ステップＳ５からステップＳ９までが実施され、ステップＳ１０においてカウンタＮ＝１であるため、ステップＳ１４に進んで、最小振動区間および最大振動区間が抽出される。ステップＳ５において測定された２回目のサイクルタイムＴ_ｓが目標値の±０．５％（閾値）以内に入っているか否かが判定される（ステップＳ１５、ステップＳ１６）。

測定された２回目のサイクルタイムＴ_ｓが目標値に対して＋０．５％よりも長い場合には、最小振動区間の高速化率ｆが増大させられる（ステップＳ１７）。これにより、次回のサイクルタイムＴ_ｓが短縮させられる。高速化率ｆの増加量は予め定められていればよい。

測定された２回目のサイクルタイムＴ_ｓが目標値に対して－０．５％以下である場合には、最大振動区間の高速化率ｆが低減させられる（ステップＳ１８）。これにより、次回のサイクルタイムＴｓが伸長させられる。高速化率ｆの低減量は予め定められていればよい。

測定された２回目のサイクルタイムＴ_ｓが目標値に対して±０．５％以内に入っている場合には、最大振動区間の高速化率ｆを低減し、最小振動区間の高速化率ｆを増大させる（ステップＳ１９）。これにより、次回のサイクルタイムＴ_ｓの増減を抑えつつ、振動が大きい動作区間の振動を低減することができる。
ステップＳ１７からＳ１９のいずれかにおいて調整された高速化率ｆはメモリ１０に記憶され（ステップＳ２０）、ステップＳ３からの工程が繰り返される。

そして、規定回数Ｍ_Ｐだけ動作プログラムが繰り返し実行されることにより、各教示点Ｐ１～Ｐ１０における振動を低減するための学習補正量が学習される。また、これとともに、図７に示されるように、振動を抑制しつつサイクルタイムＴ_ｓを目標値Ｔ_ｓ０に近づけるための高速化率ｆが動作区間ごとに求められる。

その結果、学習制御が終了した後にメモリ１０に記憶されている学習補正量および高速化率ｆを用いて、通常制御部３によってロボット２００が制御される。これにより、各教示点Ｐ１～Ｐ１０における振動を抑制しつつ、目標値Ｔ_ｓ０に近いサイクルタイムＴ_ｓでロボット２００を動作させることができる。
すなわち、本実施形態に係るロボット２００の制御装置１によれば、学習補正量を学習しながら高速化率を動作区間ごとに決定するので、再学習等の手間を省きつつ、振動の低減と高速化とを両立させることできるという利点がある。

なお、本実施形態においては、最大振動区間と最小振動区間とを抽出し、最大振動区間の高速化率を低減させ、最小振動区間の高速化率を増大させたが、これに代えて、加速度値が大きい順に２以上の動作区間を抽出してもよい。例えば、図８に示されるように、加速度値が大きい順に、例えば、３つの動作区間を抽出し、加速度値が大きいほど高速化率を大きく低減させることにしてもよい。あるいは、これとは逆に、加速度値が小さい順に、例えば、３つの動作区間を抽出し、加速度値が小さいほど高速化率を大きく増大させることにしてもよい。また、加速度値の低減が要求されない順に、高速化率を大きく増大させることにしてもよい。抽出する動作区間の数および低減量は任意でよい。

また、本実施形態においては、センサとして加速度センサ２１０を採用したが、これに代えて、ビジョンセンサ、ジャイロセンサ、慣性センサまたは歪ゲージを用いてもよい。また、加速度センサ２１０により検出される加速度値の変化から振動を検出することとしたが、これに代えて、加速度値を１回積分した速度情報あるいは加速度値を２回積分した位置情報を状態量として用いてもよい。

また、高速化率を調整するための閾値をサイクルタイムの目標値の±０．５％に設定したが、これに限定されるものではなく、任意の値を用いてもよい。
また、加速度値が小さい順に抽出した１以上の動作区間の高速化率を増大させることとしたが、これに代えて、振動の低減が要求されない動作区間の高速化率を増大させることにしてもよい。

また、本実施形態においては、学習補正量を算出するタイミングと高速化率ｆを算出するタイミングを図３および図４に記載の一例に限定するものではない。これに代えて、例えば、ステップＳ５において測定されたサイクルタイムＴ_ｓが１５秒であり、目標サイクルタイムＴ_ｓ０が１２秒である場合に、Ｋ＝Ｔ_ｓ／Ｔ_ｓ０＝１．２５であるが、ステップＳ１２において高速化率ｆをいきなりｆ＝１．２５ｆ_０にする必要はない。N≠１の処理を繰り返す過程で、段階的に全体の高速化率ｆを増加させる方式を採用してもよい。

振動の低減が要求されない動作区間としては、例えば、図７における教示点Ｐ２，Ｐ４，Ｐ６，Ｐ９を含む動作区間を挙げることができる。この場合には、学習制御部２が、これらの振動の低減が要求されない動作区間をユーザにより予め指定することを可能にするための区間指定部（図示略）を備えていてもよい。
また、各教示点Ｐ３，Ｐ５，Ｐ７，Ｐ８における加速度値を低減することにより、ロボット２００を停止させる教示点（目標位置）Ｐ１０に、ツールＳの先端を精度よく位置決めすることができる。これに代えて、停止しない教示点Ｐ３，Ｐ５，Ｐ７，Ｐ８に近づけるよう動作させることにより、ツールＳの先端の動作軌跡を目標軌跡に精度よく近づけることができる。

１制御装置
２学習制御部
３通常制御部
４タイマ
５補正量算出部
２００ロボット
２１０加速度センサ（センサ）
Ｔ_ｓサイクルタイム
Ｐ１０教示点（目標位置）

Claims

センサを備えたロボットの制御対象位置の目標軌跡または目標位置に関する位置指令と学習補正量とに基づいて、前記ロボットの動作を制御する通常制御部と、
前記ロボットを動作プログラムによって動作させて、前記ロボットの動作に関する学習制御を実施する学習制御部とを備え、
該学習制御部が、前記位置指令と前記動作プログラムによる複数の動作区間にわたる動作に要するサイクルタイムを計測するタイマにより計測された前記サイクルタイムと前記センサにより検出された振動とに基づいて、前記制御対象位置を目標軌跡または目標位置に近づけるための前記ロボットの動作の補正量である前記学習補正量を算出する補正量算出部を備え、
該補正量算出部は、前記サイクルタイムが所定の閾値以下となるように前記振動が最小となる、または前記振動の低減が要求されない前記動作区間における前記ロボットの動作速度を増大させつつ前記学習補正量を算出する、ロボットの制御装置。
前記補正量算出部は、
前記タイマにより計測される前記サイクルタイムが該サイクルタイムの目標値を含む許容範囲の下限値以下である場合、前記振動が最大となる一の前記動作区間における動作速度を低下させ、
前記タイマにより計測される前記サイクルタイムが前記所定の閾値である前記許容範囲の上限値よりも大きい場合、前記振動が最小となる、または前記振動の低減が要求されない他の前記動作区間における動作速度を増大させ、
前記タイマにより計測される前記サイクルタイムが前記下限値よりも大きく前記上限値以下である場合、前記振動が最大となる一の前記動作区間における動作速度を低下させ、かつ、前記振動が最小となる、または前記振動の低減が要求されない他の前記動作区間における動作速度を増大させる請求項１に記載のロボットの制御装置。
前記補正量算出部は、
前記タイマにより計測される前記サイクルタイムが該サイクルタイムの目標値を含む許容範囲の下限値以下である場合、前記振動が大きい順に１以上の前記動作区間における動作速度を低下させ、
前記タイマにより計測される前記サイクルタイムが前記所定の閾値である前記許容範囲の上限値よりも大きい場合、前記振動が小さい順に、または前記振動の低減が要求されない順に、１以上の他の前記動作区間における動作速度を増大させ、
前記タイマにより計測される前記サイクルタイムが前記下限値よりも大きく前記上限値以下である場合、前記振動が大きい順に１以上の前記動作区間における動作速度を低下させ、かつ、前記振動が小さい順に、または前記振動の低減が要求されない順に、１以上の他の前記動作区間における動作速度を増大させる請求項１に記載のロボットの制御装置。
前記補正量算出部は、前記振動が大きいほど動作速度の低減量を大きく設定し、かつまたは、前記振動が小さいほど、または前記振動の低減が要求されないほど、他の前記動作区間における動作速度の増大量を大きく設定する請求項３に記載のロボットの制御装置。
前記学習制御部が、前記振動の低減が要求されない動作区間を指定可能な区間指定部を備える請求項２から請求項４のいずれかに記載のロボットの制御装置。