JPH01108607A - 産業用ロボットのフィードフォワード制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、溶接ロボット等の産業用ロボットをフィード
フォワード制御するための装置に関するものである。

［従来の技術］ 近年、サーボ制御特性を改善する目的で、フィードフォ
ワード制御が用いられるようになってきている。このフ
ィードフォワード制御の利用により、目標位置（指令値
）と現在位置（検出値）との差（位置の偏差）に応じた
速度指令値を発生させる従来の「比例制御」の欠点が改
善される。

つまり、比例制御では、偏差に応じた速度指令値に基づ
いて制御する関係で、一定速度で移動している場合には
、その速度に比例した偏差（位置決めの遅れ）を生じる
（第６図参照）。これは、−般に１次遅れと呼ばれ、最
も簡単なフィードフォワード制御はこの１次遅れを補償
するようになっている。具体的には、比例、制御の応答
速度が５０ｍ５ｅｃ程度であるのに対し、フィードフォ
ワード制。

御の応答速度は１〜２ＩＩＩｓｅｃで極めて応答性がよ
い。

このようなフィードフォワード制御を適用された従来の
産業用ロボットの制御装置を第４図に示す。第４図はそ
のブロック図であり、図において、１は図示しない産業
用ロボットのアーム等を駆動するモータ（Ｍ）、２は同
モータ１の回転角および回転方向に応じてパルスを発生
するパルスエンコーダ＜Ｐ’Ｅ）、３は同パルスエンコ
ーダ２からのパルスをアップダウンカウントしそのカウ
ント値を上記アーム等の現在位置（回転角）として出力
するアップダウンカウンタ、４は目標位置および目標速
度（ディジタル値）を一定の制御周期（１０〜２０ｍ５
ｅｃ程度）ごとに演算して出力する演算装置で、この演
算装置４において、上記目標速度は、一般に、前回の目
標位置と今回の目標位置との偏差として求められる。

また、５は演算装置４からの目標位置とアップダウンカ
ウンタ３からの現在位置とを受けこれらの偏差δを求め
る減算器、６はこの減算器５からの偏差δに所定比率を
掛けて出力する乗算器、７は同乗算器６からのディジタ
ル値をアナログ変換するＤ／Ａ変換器である。

さらに、８は演算装置４からの目標速度に所定比率を掛
けて出力する乗算器、９は同乗算器８からのディジタル
値をアナログ変換するＤ／Ａ変換器、１０はモータ１の
回転を制御するサーボドライバで、Ｄ／Ａ変換器７から
のアナログ指令値とＤ／Ａ変換器９からのアナログ指令
値とを加算して得られた速度指令値を受け、その速度指
令値に応じて動作するものである。

上述の構成により、目標位置（演算装置４からの位置指
令値）と現在位置（アップダウンカウンタ３からの検出
値）との偏差δに比例した第１の速度指令値が、減算器
５および乗算器６により得られる一方、目標位置の変化
により求められる目標速度（演算袋＠４からの速度指令
値）に比例した第２の速度指令値が乗算器８により得ら
れる。そして、これらの値を、それぞれＤ／Ａ変換器７
，９によりアナログ変換した後に加算して得られた値が
、速度指令値としてサーボドライバ１０へ出力される。

このように、上記所定比率を適当に設定し、偏差δに比
例した第１の速度指令値に、目標速度に比例した第２の
速度指令値（δ。）を加えることで、第５図に示すよう
に、目標位置（点線）が二点鎖線で示すように変更され
たに等しくなり、一定速度で移動する場合の偏差（１次
遅れ）δ。を補償することができる。ここで、第５，６
図はそれぞれフィードフォワード制御、比例制御を行な
った場合のロボットの目標位置と実際の動きとの関係を
示すグラフで、各回において、実線が実際の動き、点線
が目標位置を示す。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上述した産業用ロボットのフィードフォ
ワード制御装置では、一定の制御周期ごとの位置決め制
御（サンプリング制御）が行なわれるために、１回の制
御周期中は一定の速度指令で制御されることになる。従
って、比例制御に比べ速度指令が大きく影響するフィー
ドフォワード制御では、演算装置４から乗算器８へ出力
される目標速度がステップ状波形で、第７図（ａ）に示
すように、第２の速度指令値（Ｄ／Ａ変換器９からの出
力）がステップ状（階段状）波形になるため、第７図（
ｃ）に示すように、モータ１の位置（角度）もこのステ
ップ状波形を再現して、ロボットの動作に振動が生じる
という問題点がある。なお、第７図（ｂ）はＤ／Ａ変換
器７の出力つまり第１の速度指令値を示している。

そこで、ロボットの各軸ごとにＣＰＵを設けて制御周期
を短く（例えばＩＱｍｓｅｃ以下）設定し、目標速度の
波形をより細かくして、ステップ状波形による振動を防
止することも考えられるが、複数のＣＰ’Ｕが必要でコ
スト高となって不経済である。

本発明は、上述のような問題点の解決をはかろうとする
もので、簡素かつ安価な構成で、目標速度もしくは第２
の速度指令値がステップ状波形であることに起因する振
動の発生を抑制できるようにした、産業用ロボットのフ
ィードフォワード制御装置を提供することを目的とする
。

［問題点を解決するための手段］ このため、本発明の産業用ロボットのフィードフォワー
ド制御装置は、所定の制御周期ごとに演算されて出力さ
れる第２の速度指令値（目標位置の変化により求められ
る目標速度に比例したもの）もしくは目標速度に所定の
時定数の１次遅れを付加するフィルタ（積分要素、１次
遅れ要素）をそなたことを特徴としている。

［作　　　用コ 上述の本発明の産業用ロボットのフィードフォワード制
御装置では、所定の時定数を有するフィルタにより、第
２の速度指令値もしくは目標速度は、所定の時定数の１
次遅れを付加され、従来有していたステップ状波形を除
去されて滑らかなものとなる。

［発明の実施例］ 以下、図面により本発明の実施例について説明する。

第１図は本発明の第１実施例としての産業用ロボットの
フィードフォワード制御装置を示すブロック図である。

なお、図中、既述の符号と同一の符号は同様の部分を示
しているので、その説明は省略する。

第１図に示すように、本発明の第１実施例の装置も、第
４図に示した従来装置とほぼ同様に構成されているが、
この第１実施例では、目標速度（演算装置４からの速度
指令値）に比例した第２の速度指令値をアナログ変換し
て出力するＤ／Ａ変換器９の出力側に、所定の時定数を
有するフィルタ（積分要素、１次遅れ要素）１１が設け
られ、第２の速度指令値は、このフィルタ１１により１
次遅れを付加されてから、Ｄ／Ａ変換器７からの第１の
速度指令値に加算されるようになっている。

ここで、フィルタ１１の時定数は、所定の制御周期（１
０〜２０ｍ５ｅｃ）にほぼ等しく設定されている。

上述の構成により、本発明の第１実施例でも、基本的な
制御動作は従来装置と同様に行なわれ、目標位置（演算
装置４からの位置指令値）と現在位置（アップダウンカ
ウンタ３からの検出値）との偏差δに比例した第１の速
度指令値が、減算器５および乗算器６により得られる一
方、目標位置の変化により求められる目標速度（演算装
置４からの速度指令値）に比例した第２の速度指令値が
乗算器８により得られ、これらの値を、それぞれＤ／Ａ
変換器７，９によりアナログ変換する。

ところで、本実施例では、Ｄ／Ａ変換器９によりアナロ
グ変換された第２の速度指令値が、所定の制御周期にほ
ぼ等しい時定数を有するフィルタ１１によって、第７図
（ａ）に示したようなステップ状波形を除去され滑らか
な波形とされた後に、Ｄ／Ａ変換器７からの第１の速度
指令値に加算される。

そして、加算して得られた値が、速度指令値としてサー
ボドライバ１０へ出力され、この速度指令値に基づいて
モータ１（ロボット）が駆動制御される。このとき、上
述のように、第２の速度指令値は、ステップ状波形をも
たない滑らかなものとなっているので、モータ１の位置
（角度）が、第７図（ｃ）に示すようなステップ状波形
を再現することもなくなり、フィードフォワード制御と
サンプリング制御とを組み合わせることによって生じて
いたロボットの振動の発生を抑制できる。

このように、本発明の第１実施例の装置によれば、Ｄ／
Ａ変換器９の出力側に所定の時定数を有するフィルタ１
１を設けるだけという極めて簡素かつ安価な構成で、目
標速度や第２の速度指令値がステップ状波形であること
に起因する振動の発生が抑制されるのである。

なお、この第１実施例において、Ｄ、／Ａ変換器９の出
力側だけにフィルタ１１を設け、Ｄ／Ａ変換器７の出力
側にフィルタを設けなかったのは。

Ｄ／Ａ変換器７の出力側にフィルタを設けると、元から
位置決めの遅れ（１次遅れ）を生じていた比例制御系の
中にさらに遅れ要素が付加されることになって、制御系
が不安定になるからである。

次に、第２，３図により本発明の第２実施例としての産
業用ロボットのフィードフォワード制御装置について説
明すると、第２図はそのブロック図、第３図はその変形
例を示す回路図である。なお、図中、既述の符号と同一
の符号は同様の部分を示しているので、その説明は省略
する。

第２図に示すように、この第２実施例は、目標位置およ
び目標速度を正転パルス列、逆転パルス列として出力す
る演算装置４Ａを用いるとともに、目標速度に所定の時
定数の１次遅れを付加するようにフィルタ１１Ａを設け
た場合の装置構成例である。

第２図において、１２は演算装置４Ａからの正転パルス
、逆転パルスをアップダウンカウントしてそのカウント
値を目標位置として減算器５へ出力するアップダウンカ
ウンタ、１３は演算装置４Ａからの正転パルス、逆転パ
ルスの周波数を電圧′に変換して目標速度として出力す
るＦ／Ｖ変換器である。そして、この第２実施例におい
ても第２の速度指令値に１次遅れを付加するもので１、
Ｆ／Ｖ変換器１３の出力側にのみフィルタ１１Ａが直接
接続され゛ている。このフィルタ１１への時定数も゛、
第１実施例と同様に、所定の制御周期とほぼ等しく設定
されている また、本実施例では、Ｆ／Ｖ変換器１３によりアナログ
変換も行なわれるので、第１実施例において設けたＤ／
’Ａ変換器９は省略されている。また、第１実施例にお
いて設けた乗算器６，８も省略され、代わって増幅器１
４．１５がそれぞれフィルタＩＩＡおよびＤ／Ａ変換器
７の出力側に設けられ、これらの増幅器１４．１５によ
り、それぞれ、フィルタＩＩＡを通過した目標速度およ
びＤ／Ａ変換器７によりアナログ変換された偏差δが、
所定の比率で増幅されて第２および第１の速度指令値が
得られるようになっている。

上述の構成により、本発明の第２実施例の装置では、ア
ップダウンカウンタ１２から目標位置が得られ、減算器
５．増幅器１５により第１の速度指令値が求められる一
方、Ｆ／Ｖ変換器１３により目標速度が得られる。Ｆ／
Ａ変換器１３により得られたステップ状波形の目標速度
は、所定の制御周期にほぼ等しい時定数を有するフィル
タ１１によって、ステップ状波形を除去され滑らかな波
形とされた後に、増幅器１４により所定の比率で第２の
速度指令値となる。そして、求められた第２の速度指令
値と、増幅器１５からの第１の速度指令値とを加算した
値に基づいてロボットの駆動制御が行なわれる。

従って、本発明の第２実施例の装置によっても、第１実
施例と同様に、Ｆ／Ｖ変換器１３の出力側に所定の時定
数を有するフィルタＩＩＡを設けるという極めて簡素か
つ安価な構成で、目標速度や第２の速度指令値がステッ
プ状波形であることに起因する振動の発生が抑制される
。

なお、この第２実施例におけるＦ／Ｖ変換器１３および
フィルタＩＩＡに代わって、第３図に示すような回路を
設けてもよい。つまり、オペアンプ等の差動増幅器１６
をそなえ、この差動増幅器１６の十人力および一人力に
それぞれ正転／逆転パルスを入力するとともに、十人力
線および一人力線に、それぞれ、コンデンサＣと抵抗Ｒ
とで構成されたフィルタ１７ａおよび１７ｂを設ける。

これにより、差動増幅器１６の出力としてステップ状波
形を除去された目標速度が得られ、上記第２実施例と同
様の作用効果を得ることができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明の産業用ロボットのフィー
ドフォワード制御装置によれば、所定の制御周期ごとに
演算されて出力される第２の速度指令値もしくは目標速
度に所定の時定数の１次遅れを付加するフィルタをそな
えるという極めて簡素かつ安価な構成で、目標速度や第
２の速度指令値がステップ状波形であることに起因して
発生していたロボットの振動を極めて小さなもの抑制で
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例としての産業用ロボットの
フィードフォワード制御装置を示すブロック図、第２，
３図は本発明の第２実施例としての産業用ロボットのフ
ィードフォワード制御装置を示すもので、第２図はその
ブロック図、第３図はその変形例を示す回路図であり、
第４〜７図は従来の産業用ロボットのフィードフォワー
ド制御装置を示すもので、第４図はそのブロック図、第
５図はフィードフォワード制御の作用を説明するための
グラフ、第６図は比例制御の作用を説明するためのグラ
フ、第７図（ａ）〜（Ｃ）はいずれも上記従来装置の動
作状態を示すグラフである。 図において、１・−・モータ、２−・パルスエンコーダ
、３・−アップダウンカウンタ、４−・・演算装置、５
・−・減算器、６−・乗算器、７−Ｄ　／　Ａ変換器、
８−乗算器、９、−Ｄ　／　Ａ変換器、１０−サーボド
ライバ、１１．ＩＩＡ・−・フィルタ、１２−アップダ
ウンカウンタ、１３−Ｆ／Ｖ変換器、１４．１５・・・
増幅器、１６−差動増幅器、１７ａ、１７ｂ−フィルタ
。 特許出願人　株式会社　神戸製鋼所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所定の制御周期ごとに、目標位置と現在位置との偏差に
   比例した第１の速度指令値と、上記目標位置の変化によ
   り求められる目標速度に比例した第２の速度指令値とを
   求め、これらの第１および第２の速度指令値を加算して
   得られた速度指令値に基づいて駆動制御を行なう産業用
   ロボットのフィードフォワード制御装置において、上記
   の目標速度もしくは第２の速度指令値に所定の時定数の
   １次遅れを付加するフィルタが設けられたことを特徴と
   する産業用ロボットのフィードフォワード制御装置。