JPH01264788A - 産業用ロボットの制御装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は産業用ロボットの制御装置に関するものである
。

（従来の技術） 従来の産業用ロボットの制御装置は概略第６図に示され
る如く構成されている。すなわち、ロボット言語あるい
は動作コード等により記憶部５に記憶されたプログラム
記憶部２を順次読出し解読する動作命令解読部３と、記
憶部５で記憶された命令に従い動作すべき次ポイントの
位置データ記憶部４を読出す位置データ読出部６と、ロ
ボット７を構成する各軸に関して現在位置と次ポイント
の目標位置の差を求める移動距離演算部８と、更に移動
距離とパラメータ等で指定された各軸の最高速度ωｌａ
Ｘ加速度α及びプログラム上の速度措置等により各軸の
速度パターンを算出する速度パターン演算部９と、位置
、速度及びトルク等の帰還ループを内部に備えロボット
７の各軸のアクチュエータ１０を制御するサーボ制御部
１１とから産業用ロボットの制御装置１は構成されてい
る。

ここで、前記速度パターン演算部９は、従来予め各軸の
負荷トルク、イナーシャとアクチュエータのトルク一回
転速度特性との対比により設計時に選定された最高速度
ω１ａＸと加速度αを固定的に用いて速度パターンを生
成する方法が用いられている。

（発明が解決しようとする課題） ロボットのアクチュエータとして広く用いられている電
動サーボモータ１０のトルク一回転速度の相関は一般的
に第２図に示される特性を示しており、従来の固定的な
最高速度ωｒｅａｘｆと加速度αｆを用いた速度パター
ン生成に於ては図中斜線で示す領域のみを使用すること
となり、アクチュエータの能力を最大限に利用してはい
ない、しかも、ロボット機構は一般的に剛性の低い片持
ち構造をとっているなめ、動作時あるいは停止時に振動
を生ずると、それが静定するまでに長時間を必要とする
。このため、回転速度がゼロの状態にてトルク最大とな
る電動サーボモータ１０のトルク一回転速度特性をその
まま使用して運転する場合は、始動時と停止時に大きな
衝撃がロボット機構に作用するため、振動の発生を伴な
い得策ではない、一方、ロボットの高速化に対する要求
は、近年ますます高まっており、そのためにはアクチュ
エータに大容量のものを選定すると同時にその能力を最
大限に活用し、しかも残留振動を発生させない速度パタ
ーンによる制御が必要である。

本発明は電動サーボモータのトルク一回転速度特性によ
り規定される電動サーボモータの使用範囲全域を有効に
利用してかつロボット機構の振動を抑制する意図的な速
度パターンのもとに最短時間での位置決めを可能とする
産業用ロボットの制御装置を提供することを目的として
いる。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明は以上の目的を達成するなめに、ロボットの各軸
の現在位置から次ポイント目標位置への移動距離を求め
る移動距離演算部と、この移動距離演算部で求めた移動
距離をもとにロボットの各軸の速度パターンを生成し、
この速度パターンをもとに各軸駆動用電動アクチュエー
タに制御する制御部と、電動アクチュエータのトルク一
回転速度特性に従い、移動時間が最短となるｆｋ３Ｉ！
！速度・加速度を選定し、これを制御部に入力する速度
加速度選定部とを具備したものである。

（作用） 上記のように構成したことにより、次ポイントの位置デ
ータと現在位置との差Δθ、が算出され、このΔθ、と
各軸の電動サーボモータのトル■ り一回転速度特性に従い、移動時間が最短となる最高速
度・加速度が算出され、これをもとに各軸の速度パター
ンが生成され各軸のサーボ制御部へと送られ、各軸の電
動サーボモータが駆動される。

このようなことから、上記目的を達成できる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。第１図はその第１の実施例を示すブロック図であり、
第６図の従来例とは次の点が興る。すなわち、第１図に
示される如く現在位置から次ポイント目標位１への各軸
の移動距離を求める移動距離演算部８と、それをもとに
各軸の速度パターンを生成する速度パターン演算部９の
間に、各軸駆動用電動アクチュエータのトルク一回転速
度特性を近似数式化したものと各軸のイナーシャ。

負荷トルク値を定数あるいは変数として持った速度・加
速度選定部１７が設けられている。この魚具外は、第６
図と同一であるが、以下これについて説明する。

第１図の産業用ロボットの制御装置１は図示しない動作
プログラム入力手段及び位置教示手段又は座標値入力手
段等を備えるとともに、動作プログラム記憶部２と位置
データ記憶部４とからなる記憶部５と、動作命令を順次
解読する動作命令解読部３、この解読された動作命令に
従い次ポイント位置データを得る位置データ読出部６、
現在位置と次ポイント位置の差を求める移動距離演算部
８、移動距離演算部８からの各軸の移動距離Δθｉを入
力とし予めパラメータにより設定され近似数式化された
各軸電動サーボモータ１０のトルク一回転速度特性を持
ち移動に要する時間ｔ。

を評価関数としてこれを最短とする最高速度ωｎａｘ　
ｉ・加速度αｉを出力する速度加速度選定部１２と、先
の各軸の移動距離Δθｉと各軸の最高速度ω　　、・加
速度α、から各軸の速度パターン＋１ａＸ　ｌ　　　　
　　　　　　　　＋を演算精製する速度パターン演算部
９及びロボット７の各軸を駆動する電導サーボモータ１
０を各軸独立に制御する位置・速度・トルクの各フィー
ドバック制御ループを備えたサーボ制御部１１とにより
構成されている。

次に本発明の第１の実施例の動作について説明する。ま
ず第３図に示される台形速度パターンにてロボット各動
作軸を駆動する場合について述べる。この場合ロボット
各軸の加速度は各々有害な振動を生じない範囲で上限値
αｎａｘ　ｉが定められている。

予め図示しない教示・入力手段により作成された動作プ
ログラム及び動作位置データは、各々記憶部５のプログ
ラム記憶部２と位置データ記憶部４に記憶されている。

この制御装置１を用いて再生動作を実行すると、まず動
作命令解読部３により動作命令が解読され移動命令の場
合は次ポイント位置が位置データ続出部６により読出さ
れ現在位置とポイント位置の差である各軸の移動距離Δ
θｉが移動距離演算部８にて算出される。また移動命令
とともに解読された速度指令ω％は速度加速度設定部１
２に直接送られる。

次に速度加速度設定部１２では以下に示すアルゴリズム
に従い移動時間ｔ、を最短とする速度加速度を選定する
。

電動サーボモーター０のトルク一回転速度特性は一般に
第２図に示される形状をなしており近似的に次のように
数式化される ω〉ω　　　Ｔ（ω）＝にω十Ｔ。　・・・　（１）ω
０≧ω　　Ｔ（ω）≧Ｔｍａｘ　　　・・・・・・（２
）尚、Ｔ□、＝にω。＋Ｔ。

またロボット各軸の動作に於ける最大トルクは加速時の
トルクで以下に示される Ｔａ＝Ｊ・α十Ｔｒ　　　　・・・・・・　（３）尚、
この時Ｊ：駆動系のモータ軸換算のイナーシャ α：加速度 Ｔｒ：走行トルク 一方、台形速度パターンでのある距離Δθの移動時間ｔ
　は減速比をＺとして以下の通りである。

α これらよりトルク一回転速度特性により定まる移動時間
と最高速度の相関はＴａ−Ｔ（ω）として最短時間を得
るにはｔ　をωｌａＸ″′Ｃ′微分してｄωｌ１ａＸ　
　　　　　　ｄωｌ１ａＸ（即ちｔ、最小となる）極値
を与えるωｎａｘの値を〔ω　　〕ｔ　　、　とすると
以下のように与えｌａＸ　　　　　　Ｓ　　ｌｌｎ られる。

（”ｍ１ｌＸ）　ｔｑＭＲ＝ ・・・・・・（１０） で与えられる。従って、移動距離演算部８より得られる
Δθ、と予めパラメータとして設定されて夏 いる最大トルクＴ　１、負荷トルクＴ［速０１　　　　
　　　　ｒｌゝ 比Ｚ１、イナーシャＪ１、トルク定数ｋ・とともに式（
１０）及び式（９）を用いて移動時間を最短とする最高
速度〔ω　　〕　　・、及び加速度ｎａｘ　　ｔｓ　ｎ
＋ｎ＋ 〔α〕　　、・を算出し速度パターン演算部９へｔＳ　
ｌｌｎ＋ と出力する。この時〔ω　　〕　　、・がトトルク上限
値　ｉｓ　ｌｌｎ＋ 上限値Ｔ　　あるいは加速度上限値αｎａｘ　ｉにより
１ａＸ 定まるトルク上限値Ｔｉａｘｉにより定まる最高速度ω
　、以下となった場合はω。ｉとＴｎａｘｉ時の加速度 指令ω％が１００％未満の値の場合は、予め設定された
最高速度ωｆｉ加速度αｆｉを各々ω％に低下させたも
のを出力する。

これら速度・加速度を入力された速度パターン演算部９
は、これらの値と各軸の移動距離Δθｉをもとに各軸の
速度パターンω１（１）を生成しロボット７の各軸を駆
動する電動サーボモーター０を制御するサーボ制御部１
１へと出力する。

以上述べた本発明の一実施例は次に示す効果を持ってい
る。

１）第２図に示されるトルク一回転速度特性を持つ電動
サーボモーター０によりロボット各軸を駆動する場合、
上記特性に従って最高速度ωｎａｘ　ｉ・加速度α・を
選ぶと、ωｒｍａｘ　ｉの変化に対し移動時間ｔ３１は
第４図に示す如くに変化するが、本実施例の如く移動圧
Ｍに応じて移動時間最短となる速度・加速度を常に選定
すればロボット動作時間の大幅な短縮を実現出来る。

２）シかも、加速度上限値を設定し台形速度パターンに
もとづき動作するため、有害な振動の発生を防止するこ
とができる。

３）更に、移動時間最短となる最高遠度Ｃω　　〕　　
、を−本の式（９）にて選定でｌａＸ　　ｔｓ４Ｉｎ きるため実時間での演算処理が可能である。

次に本発明の第２の実施例について述べる。

前述の第１の実施例では台形速度パターンを対象にした
が、これは限定されたものではなく、例えば第５図に示
される如くの台形加速度を用いた速度ハパターンを使用
してもほぼ前記のアルゴリズムと同様にして最短移動時
間ｔ、を与える最高速度〔ω　　〕　　、を導出するこ
とができる。

ｌａＸ　　　　ｔｓ　　１１１１１ この場合は加速時の台形加速度の右頂点（図中丸印）に
おける加速トルクに注目しトルク一回転速度特性を同様
とすると Ｊ＋ｋｔ２／２ ここで８時部分（＝台形傾斜部分）の時間ｔ２を振動抑
制に十分な一定値に定めると 以上より ・・・・・・（１５） 上記（１５）式で表わされるｔｓを第１の実施例の場合
と同様にωｌ１ａＸ″１″微分することにより第１の実
施例と同様の手法によって移動時間最短とする〔ω　　
〕　　・、を求めることが出来る。

ｌａＸ　　ｔｓ　ｌｌｎ＋ この方法によれば第一の実施例の効果に加えて台形加速
度を用いた速度パターンを採用しているため振動抑制の
効果が更に高まる。

一方、上記実施例はともに制御装置１の再生ルーチンの
中に速度加速度選定部１２を設は実時間で、動作毎に移
動時間最短の最高速度 〔ω　　〕〕導を算出しているが、これはこｌａＸ　　
ｔｓ　ｌ１Ｉｎ＋ の方法に限らず教示時に実行されるルーチンに設けたり
、あるいは外部計算機によりオフラインにてその機能を
実現しても良い。

［発明の効果コ 以上述べた本発明によれば、ロボットの再生動作時に各
軸の移動距離路じて駆動用の電動サーボモータのトルク
一回転速度特性に従って移動時間最短となる最高速度・
加速度を選定するため、一般に矩形でないトルク一回転
速度特性を有する電動サーボモータを用いて、このトル
ク一回転数特性により規定される電動サーボモータの使
用範囲全域を有効に利用してかつロボット機構の振動を
抑制する意図的な速度パターンのもとに最短時間での位
置決めを可能とする産業用ロボットの制御装置を提供出
来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す産業用ロボット制御
装置のブロック図、第２図は一般的な電動サーボモータ
のトルク一回転速度特性図、第３図は台形速度パターン
図、第４図は移動距離Δθをパラメータとして最高速度
ωｌａＸと移動時開ｔ　との相関を示す特性図、第５図
は本発明の第２の実施例を説明するための台形加速速度
を用いた速度パターン図、第６図は従来の産業用ロボッ
ト制御装置を示すブロック図である。 １・・・制御装置、３・・・動作命令解読部、５・・・
記憶部、６・・・位置データ読出部、７・・・ロボット
、８・・・移動距離演算部、９・・・速度パターン演算
部、１０・・・電動サーボモータ、１１・・・サーボ制
御部、１２・・・速度・加速度選定部。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦電動１−ム゛乏
−タめトレクーロす幻を友特牛１第２図 第３図 第４図 ｌ 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ロボットの各軸の現在位置から次ポイント目標位置への
   移動距離を求める移動距離演算部と、この移動距離演算
   部で求めた移動距離をもとにロボットの各軸の速度パタ
   ーンを生成し、この速度パターンをもとに各軸駆動用電
   動アクチュエータを制御する制御部と、 前記電動アクチュエータのトルク一回転速度特性に従い
   、移動時間が最短となる最適速度・加速度を選定し、こ
   れを前記制御部に入力する速度加速度選定部と、 を具備した産業用ロボットの制御装置。