JPH01195516A - 産業用ロボットの制御方法 - Google Patents

産業用ロボットの制御方法

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JPH01195516A
JPH01195516A JP1978088A JP1978088A JPH01195516A JP H01195516 A JPH01195516 A JP H01195516A JP 1978088 A JP1978088 A JP 1978088A JP 1978088 A JP1978088 A JP 1978088A JP H01195516 A JPH01195516 A JP H01195516A
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JP
Japan
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target speed
deviation
speed data
position deviation
positional deviation
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JP1978088A
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English (en)
Inventor
Masashi Yagisawa
八木澤 正史
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Nitto Seiko Co Ltd
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Nitto Seiko Co Ltd
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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、モータの回転を受けて移動するアーム、直交
座標型のテーブル等の可動部を備えた産業用ロボットの
制御方法に関する。
従来技術 従来、マイクロコンピュータにより制御されて駆動され
るモータを備えた産業用ロボットでは、アームを備えた
多関節型であろうと、直交する2個のテーブルを備えた
直交座標型であろうと、その可動部に振動を起こさせず
に滑かに、しかも短時間で目標位置に停止させることが
要求されている。この要求に応えるべく、モータの速度
を速度と移動時間との関係を示す正弦曲線あるいは撮幅
・周期の異なる正弦曲線を合成してなる疑似正弦曲線に
沿って変化させて、モータを減速し、停止させるソフト
ウェアサーボ制御方法が一般に用いられている。この制
御方法は、第7図に示すように目標位置の位置情報が与
えられると、これとパルスエンコーダの位置検出パルス
を積鋒する積緯器15の積算値から得られる現在位置と
の位置偏差を検出して、この位置偏差に応じて速度指令
発生部18で速度指令値を出力するように構成されてい
る。また、この速度指令値はパルスエンコーダ14から
得られる現在速度と比較されて速度偏差が算出され、こ
の速度偏差に電流ゲインKを乗じて電流指令値が算出さ
れてこれがモータ制御部19に送られてモータ2が駆動
され、ただちにその回転がパルスエンコーダ14により
検出されてフィードバックされ、位置制御、速度制御さ
れるように構成されている。
この制御方法では、速度指令発生部18は速度と移動時
間との関係を示す正弦曲線あるいは疑似正弦曲線から速
度と位置偏差の関係を示す特性を持つ特性曲線に変換し
てこの特性曲線から位置偏差に対する目標速度を求め、
この目標速度をモータ制御部19に送る動作を行うが、
これをモータ制御部19に送るまでに必要なすべての演
算を数m5ecのサーボ制御周期の間に行わねばならな
い。そのため、速度と移動時間の関係を示す正弦曲線あ
るいは疑似正弦曲線を速度と位置偏差との関係を示す特
性曲線に変換してこの特性曲線から位置偏差に応じた目
標速度を算出するような複雑な計算をする時間的余裕が
なく、前記速度と位置偏差との関係を示す特性曲線を算
出してこれからあらかじめ一定間隔で位置偏差に対応す
る目標速度データを算出し、これを各位置偏差に対応す
る対応表として記憶する方法がとられている。この方法
では、目標位置が呼出されて目標位置指令信号が入力さ
れると、その時の位置偏差が対応表にある場合にはそれ
に対応する目標速度データが呼出される。
また、その時の位置偏差が対応表にない場合には、その
時の位置偏差を挾む対応表の2つの値に対応する目標速
度データをそれぞれ呼出してこれらからその時点の目標
速度データが補間計算により算出されている。そのため
、以前より目標速度データの算出時間が大幅に短縮され
ている。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、前記速度と位置偏差との関係を示す特性
を持つ特性曲線は位置偏差の小さい範囲では、零から急
激に目標速度データが増加しているため、モータ2の速
度を正弦曲線あるいは疑似正弦曲線に正確に対応させよ
うとすると、対応表に取込む位置偏差の間隔を非常に短
くして極めて多くの目標速度データを記憶しなければな
らないばかりか、補間計算まで行わねばならず、その処
理に時間を要し、他の制御に支障をきたす等の欠点が生
じている。しかも、補間計算により算出された目標速度
データはモータ2停止直前では、希望の特性曲線との誤
差が大きく、希望の減速停止特性が得られない等の欠点
が生じている。
課題を解決するための手段 本発明は上記欠点の除去を目的とするもので、産業用ロ
ボットはモータの回転を受けて移動する可動部と、目標
速度に応じてモータの回転を制御して可動部を位置決め
するモータ制御部とを備えて、次の順序で前記モータを
駆動するように構成されている。
1)位置偏差が小さい範囲では零から急激に増加する目
標速度データであって、位置偏差が大きい範囲では最高
速度近くで変化の少ない目標速度データを、位置偏差が
小さい程細かな間隔の位置偏差範囲毎に、位置偏差が大
きくなるにしたがって段階的に粗くなる間隔の位置偏差
範囲毎に記憶する。
2)目標位置までの位置偏差を算出してこれがあらかじ
め記憶された位置偏差範囲のいづれに相当するかを検索
してその位置偏差範囲に相当する目標速度データを呼出
す。
3)この目標速度データに応じてモータを前記位置偏差
が減少する方向に駆動して2)に戻り、前記位置偏差が
零となる時、モータを停止させる。
作用 上記産業用ロボットにおいて、可動部の目標位置が与え
られると、現在位置との位置偏差が算出される。この位
置偏差があらかじめ記憶された位置偏差範囲と順次比較
され、この位置偏差がどの位置偏差範囲に相当するかが
判断され、その位置偏差範囲に対応する目標速度データ
が呼出される。
この目標速度データに応じて前記位置偏差が減少する方
向にモータが駆動される。ただちに、モータの回転か検
出されてフィードバックされ、前記動作が繰返されて位
置偏差が零になると、モータは停止し、可動部が所定の
減速特性を持つ曲線に沿って振動することなく減速停止
することができる。この時、目標速度データは位置偏差
範囲毎に記憶されているため、算出された位置偏差それ
ぞれに正確に対応する目標速度データはないが、各位置
偏差範囲が大きい場合には、目標速度データの変化が小
さいので、その誤差は問題なく、目標速度データはほぼ
希望の減速特性を持つ曲線に沿った値が呼出される。ま
た、位置偏差が小さくなるに従って、目標速度データの
変化が大きくなるが、同時に位置偏差範囲が細かく設定
されているため、その誤差は問題なく、目標速度データ
を補間計算により算出しなくても、目標速度データはほ
ぼ希望の減速特性を持つ曲線に沿った値が呼出される。
特に、位置偏差が零に近い範囲では、極めて細かく位置
偏差範囲が設定されているため、希望の減速特性を持つ
曲線に沿った目標速度データを呼出すことができる。
実施例 以下、実施例を図面について説明する。第1図において
、1はモータ2の回転を受けて移動する多関節型のアー
ム(図示せず)あるいは直交して位置する2@のテーブ
ル(図示せず)でなる可動部を備えた産業用ロボットの
制御装置である。この制御装置1は、第1CPU3 、
第lROM4、第lRAM5、キーボード6、表示部7
およびDMAコントローラ8を備えたメイン制御部1a
、これから目標位置の位置情報を受けて目標速度に対応
した電流指令値を算出する目標速度発生部1b、目標速
度発生部1bから発信される電流指令値に応じてモータ
2を駆動するモータ駆動部の一例のPWM駆動部1Cか
らなっている。前記メイン制御部1aのDMAコントロ
ーラ8は目標速度発生部1bの第2RAM9に接続され
ており、メイン制御部1aの第1CPU3と目標速度発
生部1bの第2RAM9とが接続可能に構成され、キー
ボード6から後記する減速比決定定数に1およびサーボ
強さ決定定数に2が入力されると、DMAコントローラ
8を通じて後記する第2RAM9の所定アドレスに記憶
されるように構成されている。
また、前記メイン制御部1aの第lROM4には、電源
がオンとなり、作業準備が完了して後、移動指令信号に
より目標位置の位置情報を呼出し、この位置決めが完了
すると、作業ユニット(図示せず)に作業開始指令信号
を発信する作業プログラムが記憶されている。この作業
プログラムは、第2図に示すように、 1)キーボード6から入力される減速比決定定数に1お
よびサーボ強さ決定定数に2を待つ。
2)これら入力情報をDMAコントローラ8を通じて第
2RAM9の所定アドレスに転送する。
3)移動指令信号を待つ。
4)移動指令信号により目標位置の位置情報を第lRA
M5から呼出す。
5)この目標位置情報をDMAコントローラ8を通じて
目標速度発生部1bの第2RAM9の所定アドレス内に
転送し、これを記憶する。
6)DMAコントローラ8を通じて第2RAMQ内の位
置決め完了フラグが記憶されるアドレスの入力情報を読
込む。
7)第2RAMQ内に位置決め完了フラグが入力された
かを判断し、位置決め完了フラグが入力されない時、6
)に戻る。
8)位置決め完了フラグが入力されると、作業ユニット
に所定の作業指令信号を出力して作業ユニットから発信
される作業完了信号を待つ。
9)作業完了信号を受けると、サイクル完了かを判断し
、サイクル完了でない時、3)に戻る。
10)エンドとなる。
ように構成されている。
前記目標速度発生部1bは、第2CPU10、第2RO
MII、第2RAM9 、演算部12および■/○ポー
ト13を有し、演算部12で算出した値をI10ボート
13を介してPWM駆動部1Cに送るように構成されて
いる。また、前記第2ROM11には速度と移動時間と
の関係を示す正弦曲線あるいは異なる振幅・周期の正弦
曲線を合成して得られる疑似正弦曲線を速度と位置偏差
との関係を示す特性を持つ特性゛曲線に変換して、この
特性曲線から後記する位置偏差範囲ごとにあらかじめ算
出された目標速度データが、その位置偏差範囲に対応し
て記憶されるように構成されている。すなわち、前記各
位置偏差範囲は、位置偏差が小さい程細かな間隔で、位
置偏差が大きくなるにしたがって段階的に粗くなる間隔
で設定されている。また、目標速度データは位置偏差が
小さい範囲では零から急激に増加する値であって、位置
偏差が大きい範囲では最高速度近くで変化の少ない値が
算出され、第6図に示すような希望の減速特性が得られ
るように構成されている。具体的に述べると、目標速度
データはO〜2048の値として算出され、また位置偏
差は減速比を任意に決定する減速比決定定数を乗じて後
の校正位置偏差としてO〜132072の値で設定され
ており、各時点の校正位置偏差をPe、各位置偏差範囲
が同一の位置偏差区間を規定する値をPi、P2.P3
.P4.P5.Pe、P7とすると、1)O≦校正位置
偏差Pe<Piである時、校正位置偏差Peが2°だけ
増加するごとに目標速度データを対応させる。
2)P1≦校正位置偏差Pe < P2である時、校正
位置偏差peが21だけ増加するごとに目標速度データ
を対応させる。
3)P2≦校正位置偏差Pe < P3である時、校正
位置偏差Peが22だけ増加するごとに目標速度データ
を対応させる。
4)P3≦校正位置偏差Pe < P4である時、校正
位置偏差Peが23だけ増加するごとに目標速度データ
を対応させる。
5)P4≦校正位置偏差pe < P5である時、校正
位置偏差Peが24だけ増加するごとに目標速度データ
を対応させる。
6)P5≦校正位置偏差Pe < Peである時、校正
位置偏差Peが25だけ増加するごとに目標速度データ
を対応させる。
7)P6≦校正位置偏差Pe<P7である時、校正位置
偏差peが26だけ増加するごとに目標速度データを対
応させる。
8)校正位置偏差Pe≧P7である時、最大速度データ
を対応させる。
ように構成されている。
また、前記第2ROM11には目標速度出力プログラム
が記憶され、目標位置の位置情報と後記するパルスエン
コーダ14の位置検出パルスを積算する積算器15の積
算値から得られる現在位置との差でなる位置偏差(校正
位置偏差)に応じて、これに対応する目標速度データを
呼出すように構成されている。
前記目標速度出力プログラムは、第3図に示すように、 1)第2RAM9から目標位置の位置情報を読込み、こ
れと積算器15の積算値から得られる現在位置とから位
置偏差を算出する。
2)位置偏差が所定位置決め幅よりも小さい時には、位
置偏差が零とみなされ、第2RAMQ内の所定アドレス
に位置決め完了フラグをセットする。
3)第2RAM9に記憶された減速比決定定数に1を前
記位置偏差に乗じて校正位置偏差Peを算出する。
4)校正位置偏差Pcが第2ROM11に記憶された位
置偏差範囲のいづれに相当するかを判断してこれに対応
する目標速度データを呼出す検索プログラム(第4図参
照)を実行し、目標速度データを呼出す。
5)目標速度データと積算器15の積算値を微分して得
られる現在速度との差から速度偏差を算出して、これに
第2RAM9に記憶されたサーボ強さ決定定数に2を乗
じて電流指令値を算出し、これをI10ポート13を介
して後記するPWM駆動部1Cに出力して、1)に戻る
ように構成されている。
この場合、サーボ強さ決定定数に2が大きいと、モータ
2の追従性が上がり、力が強くなるが、動作が撮動的と
なる。一方、前記サーボ強さ決定定数に2が小さいと、
モータ2の追従性が落ちてその動きが安定することとな
る。
前記検索プログラムは、第4図に示すように、1)校正
位置偏差Pe≧P7である時、最高速度を指示する最大
目標速度データを呼出し、9)にジャンプする。
2)P6≦校正位置偏差Pe<P7である時、所定レジ
スタ(図示せず)に記憶された二進数でなる校正位置偏
差Peの右シフトを6回行い、校正位置偏差peがこの
位置偏差区間P6〜P7内の何番目の位置偏差範囲にな
るかを求め、求められた順番と、位置偏差区間の始点を
示すアドレスとからその位置偏差範囲に対して記憶され
た目標速度データを呼出し、9)にジャンプする。
3)P5≦校正位置偏差Pe<P6である時、所定レジ
スタに記憶された二進数でなる校正位置偏差Peの右シ
フトを5回行い、校正位置偏差Peがこの位置偏差区間
P5〜P6内の何番目の位置偏差範囲になるかを求め、
求められた順番と、位置偏差区間の始点を示すアドレス
とからその位置偏差範囲に対して記憶された目標速度デ
ータを呼出し、9)にジャンプする。
4)P4≦校正位置偏差Pe<P5である時、所定レジ
スタに記憶された二進数でなる校正位置偏差Peの右シ
フトを4回行い、校正位置偏差Peがこの位置偏差区間
P4〜P5内の何番目の位置偏差範囲になるかを求め、
求められた順番と、位置偏差区間の始点を示すアドレス
とからその位置偏差範囲に対して記憶された目標速度デ
ータを呼出し、9)にジVンプする。
5)P3≦校正位置偏差Pe < P4である時、所定
レジスタに記憶された二進数でなる校正位置偏差Peの
右シフトを3回行い、校正位置偏差Peがこの位置偏差
区間P3〜P4内の何番目の位置偏差範囲になるかを求
め、求められた順番と、位置偏差区間の始点を示すアド
レスとからその位置偏差範囲に対して記憶された目標速
度データを呼出し、9〉にジャンプする。
6)P2≦校正位置偏差Pe < P3である時、所定
レジスタに記憶された二進数でなる校正位置偏差Peの
右シフトを2回行い、校正位置偏差Peがこの位置偏差
区間P2〜P3内の何番目の位置偏差範囲になるかを求
め、求められた順番と、位置偏差区間の始点を示すアド
レスとからその位置偏差範囲に対して記憶された目標速
度データを呼出し、9)にジャンプする。
7)P1≦校正位置偏差pe < P2である時、所定
レジスタに記憶された二進数でなる校正位置偏差Peの
右シフトを1回行い、校正位置偏差Peがこの位置偏差
区間P1〜P2内の何番目の位置偏差範囲になるかを求
め、求められた順番と、位置偏差区間の始点を示すアド
レスとからその位置偏差範囲に対して記憶された目標速
度データを呼出し、9)にジャンプする。
8)0≦校正位置偏差Pe<Plである時、校正位置偏
差Peが相当するアドレス内の目標速度データを呼出す
9)リターン となるように構成されている。
前記PWM駆動部1Cは、PWMパルス幅選択部16お
よびPWM駆動回路17を備えており、PWMパルス幅
選択部16は前記電流指令値に対応するPWMのパルス
幅を選択するように構成されている。
また、前記電流指令値に対応したPWMのパルス幅はP
WM駆動回路17に送られ、駆動電圧をモータ2に供給
するように構成されている。前記モータ2にはその回転
を検出するパルスエンコーダ14が取付けられてあり、
この位置検出パルスが積算位置・速度制御が行われるよ
うに構成されている。
−F記産業用ロボットの制御装置では、作業開始前に、
メイン制御部1aのキーボード6からモータ2のサーボ
強さ決定定数および減速比決定定数が入力されると、こ
れらがDMAコントローラ8を通じで目標速度発生部1
bの第2RAM9に送られる。その後、メイン制御部1
aが移動指令信号を受けると、あらかじめ第lRAM5
に設定された作業位置から最初の作業位置を選択し、こ
れを目標位置として位置情報をDMAコントローラ8を
介して第2RAM9の所定アドレスに出力し、同時に、
DMAコントローラ8を介して第2RAM9の所定アド
レス内の入力情報を読込み、位置決め完了フラグの入力
を待つ。
一方、目標速度発生部1bは第2RAM9の所定アドレ
ス内の目標位置の位置情報と積算器15の積算値との差
でなる位置偏差を算出する。この位置偏差に減速比決定
定数に1を乗じて校正位置偏差Peが算出される。この
校正位置偏差Peがあらかじめ第2ROM11に記憶さ
れた位置偏差区間のいづれに相当するかが判断される。
前記校正位置偏差Peが位置偏差区間を決める値P7よ
りも大きい場合には、最高目標速度データが呼出され、
この最高速度データに応じて速度指令値が算出され、こ
の速度指令値と前記積算器15の積算値を微分して得ら
れる現在速度とから速度偏差が算出される。ざらに、こ
の速度偏差にサーボ強さ決定定数に2を乗じて電流指令
値が算出され、これがPWMパルス幅選択部16に送ら
れ、電流指令値に対応したパルス幅が選択される。この
パルス幅に応じてPWM駆動回路17から駆動電圧がモ
ータ2に供給され、モータ2は前記位置偏差および校正
位置偏差が減少する方向に回転する。このモータ2の回
転は直ちにパルスエンコーダ14により検出され、その
位置検出パルスが積算器15で積算されてその積算値が
フィードバックされ、上記動作が繰返される。そのため
、校正位置偏差Peが減少して順次位置偏差範囲のP6
とP7との間、P6とP5との間、P5とP4との間、
P4と03との間、P3とP2どの間、P2とPlとの
間、PlとOとの間を変化する。
前記校正位置偏差Peが位置偏差区間26〜P7の値に
なると、この区間では位置偏差範囲が26ごとに設けら
れているので、レジスタに二進数で記憶された校正位置
偏差Peを6回右シフトし、校正位置偏差Peがその区
間内の何番目の位置偏差範囲に相当する値かが求められ
る。これにより求められた順番と、その位置偏差区間を
示すアドレスとからその位置偏差範囲に対するアドレス
を求め、このアドレスに記憶された目標速度データを呼
出し、前述した場合と同様に、この目標速度データに応
じてモータを駆動する。
以下、校正位置偏差Peが各位置偏差区間を変化するに
従って、レジスタの値を順次、5回、4回、3回、2回
、1回、0回右シフトして校正位置偏差Peが各位置偏
差区間のどの位置偏差範囲に相当するかが求められる。
この位置偏差範囲に応じたアドレスが算出され、このア
ドレスに記憶された目標速度データが呼出される。この
目標速度データに応じてモータ2が駆動され、モータ2
が希望の減速特性を持つ曲線に沿って極めて正確に減速
されて停止することができる。しかも、各位置偏差範囲
は零から急激に増加する目標速度データを持つ位置偏差
の小さい範囲では細かな間隔で設定され、最高速度近く
で変化の少なくなる目標速度データを持つ位置偏差の大
きい範囲では粗くなる間隔で目標速度データを持ってい
るので、目標位置までの校正位置偏差Peが位置偏差範
囲の中間にあっても、この位置偏差範囲に対応して目標
速度データを呼出すだけで済ますことができる。
発明の詳細 な説明したように、本発明は速度と位置偏差との関係を
示す減速特性を持つ曲線を基にして、零から急激に増加
する目標速度データを持つところでは細かな間隔で位置
偏差範囲を設定してこれに対応して目標速度データを算
出し、最高速度近くで変化が少なくなる目標速度データ
を持つところにいくにしたがって粗くなる間隔で位置偏
差範囲を設定してこれに対応する目標速度データを算出
してこれらを記憶しておき、目標位置までの位置偏差が
相当する位置偏差範囲に対応する目標速度データを呼出
してこの目標速度データによりモータを制御するように
構成されているため、モータを希望の減速特性を持つ曲
線に沿って減速停止させることができ、モータに振動が
生じないばかりか、位置偏差に応じて減速曲線から目標
速度データを計算により算出する必要がなくなり、ざら
に補間計算も不必要となり、補間計算のための時間が省
略でき、他の制御を即座に行える等の利点がある。
尚、実施例では、位置偏差区間を決定する値を2nとす
ると、位置偏差区間の判断は校正位置偏差Peのそれぞ
れに対応するビットの情報が1かOかの判断により行え
、非常に容易となる。マイクロプロセッサZ−80を4
HH1のクロックで使用すると、従来のように補間計算
を行っていれば、約500μsec以上の時間が必要で
あったが、本実施例では、約70μsecまで短縮する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の全体説明図、第2図は本発明に係わる
作業プログラムのフローチャート、第3図は本発明に係
わる目標速度出力プログラムのフローチャート、第4図
は本発明に係わる検索プログラムのフローチャート、第
5図は本発明に係わるソフトウェアサーボ制御の制御系
を示すブロック図、第6図は本発明に係わる減速曲線の
説明図、第7図は従来例のソフトウェアサーボ制御の制
御系を示すブロック図である。 1 制御装置、      1a  メイン制御部、1
b  目標速度発生部、   1c  PWM駆動部、
2 モータ、        3 第’l CPJJ。 4 第1 ROM、      5  第1 RAM。 6 キーボード、      7 表示部、8  DM
Aコントローラ、  9 第2RAM。 10 第2CPU、    11  第2ROM。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 モータの回転を受けて移動する可動部と、目標速度に応
    じてモータの回転をフィードバック制御して可動部の位
    置決めを行うモータ制御部とを備えた産業用ロボットに
    おいて、 1)位置偏差が小さい範囲では零から急激に増加する目
    標速度データであって、位置偏差が大きい範囲では最高
    速度近くで変化の少ない目標速度データを、位置偏差が
    小さい程細かな間隔の位置偏差範囲毎に、位置偏差が大
    きくなるにしたがって段階的に粗くなる間隔の位置偏差
    範囲毎に記憶する。 2)目標位置までの位置偏差を算出してこれがあからじ
    め記憶された位置偏差範囲のいづれに相当するかを検索
    してその位置偏差範囲に相当する目標速度データを呼出
    す。 3)この目標速度データに応じてモータを前記位置偏差
    が減少する方向に駆動して2)に戻り、位置偏差が零と
    なる時、モータを停止させる。 ことを特徴とする産業用ロボットの制御方法。
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