JPH01281504A - 多軸位置サーボ装置 - 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、多軸位置サーボ装置に係り、たとえば産業用
ロボットと周辺装置の駆動軸とを同期して制御するに好
適な多軸位置サーボ装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、産業用ロボットなどの複数軸の位置サーボは、例
えば、柿倉著「産業用ロボットの制御方法と利用技術」
、日刊工業（１９８５）に記述されているように、所定
の周期で演算される多軸の位置指令値を、サーボ装置側
で内挿補間することにより、指令周期が荒くても、サー
ボ側の位置指令値が十分滑らかになるようにして位置サ
ーボを実行している。ロボット以外にポジショナなどの
補軸を制御する場合も、ロボットに対する位置指令値の
演算周期で補軸の位置指令値が演算され。

位置サーボ装置側で内挿補間して位置サーボを実行して
いるものである。

すなわち、第２１図において、１は複数の位置サーボ軸
への位置指令値を発生するための位置指令装置、２は、
第１軸から第（ｎ＋２）軸からなる複数軸の位置サーボ
装置である。この例では。

第１軸から第ｎ軸までが、同期して制御される叩動軸（
グループ１とする）、第（ｎ　＋　１　）と第（ｎ＋２
）軸がそれとは非同期で制御される駆動軸（グループ２
）とする。グループ１に属する位置指令値は１０１に示
すタスク１の部分で、グループ２への位置指令値はタス
ク２（１０２）で、それぞれ別のタイミングで指令さ九
る。第２２図に、その指令出力のタイミング図を示す、
タスク１に属するＡ、Ｂ２つの軸は、Ｔ＾の周期で口で
示すように位置指令値が出力される。これに対し。

タスク２のＣという軸は、Δで示すタイミングで周期Ｔ
Ｂ毎に指令値が出力される。このように。

タスク１とタスク２では指令出力タイミングが異なるが
、複数の位置サーボ軸（第１軸〜第（ｎ＋２）軸）に対
しては、同じサンプリング周期で位置指令値を出力する
必要があるため、ＴＱの周期で位置指令値を補間する。

しかし、タスク１と２とではタイミングが異なるので、
従来の方式では。

１０３に示す補間（１）の機能を付加し、指令周期の長
いタスク２の指令値をあらかじめタスク１と同じ周期に
なるよう補間しておき、それらのデータをまとめて、補
間（２）で内挿補間することで、ＴＱの補間周期毎に、
全軸の位置指令値を出力していた。ここで、第２２図に
おいて、破線で示すＣ′は、タスク１と同じタイミング
で指令値を出力したときの出力値であり、１０３に示す
補間（１）の出力である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来にあっては１位置サーボすべき全駆動軸を
同じタイミングで内挿補完して制御するため、たとえば
ロボット軸と非同期で制御してよいような補軸に対して
も、−括して同期制御するしかなかった。

すなわち、ロボット軸に対し位置指令値の演算周期を間
引いてもよいような非同期軸に対しても、高速なタイミ
ングで位置指令値を演算する必要があった。このため、
余分な演算が追加されることになり、制御機能が低下し
てしまうという問題点があった。

これに対して、ロボット軸と同期して制御する駆動軸と
非同期の駆動軸とをあらかじめ別々の位置サーボ装置に
割り当てておき２固定的に用いることが考えられるが位
置サーボすべき複数の駆動軸の組合せを変更することが
難しく１作業内容に応じて実時間で切換えられないとい
う問題点を有する。

それ故、本発明の目的は、簡単な構成で、制御性能を向
上させ、駆動軸の同期、非同期の切り換えのできる多軸
位置サーボ装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

このような目的を達成するために１本発明は。

複数の駆動軸に対する位置指令値を受け取る手段と、前
記位置指令値を所定の回数だけ内挿補間する手段と、を
備え、各駆動軸の位置検出値と前記内挿補間後の位置指
令値とから各駆動軸の位１サーボを行なう多軸位置サー
ボ装置において、各駆動軸をグループ分けするための判
別テーブルとを設け、同期したいグループ内の全軸が内
挿補間処理を完了したとき、グループ内の位置指令値を
更新させるようにしたことを特徴とするものである。

また、本発明は、前記グループ判別テーブルを書き換え
ることができるようにしたものである。

〔作用〕

このように構成することによって、グループ判別テーブ
ルにより制御軸をグループ化することにより、グループ
毎の位置指令値の更新が可能となる。これによりグルー
プ内の全軸は同期して制御される。したがって、グルー
プごとに独立して制御できるため、そのグループに必要
な処理だけを処理させることができる。

そして、グループ判別テーブルを書き換えることにより
、グループ分けを変更することで、同期させる駆動軸を
変更させることができるようになる。

〔実施例〕

第１図は本発明による多軸位置サーボ装ηの一実施例を
示す概略構成図である。同図において。

３が複数の駆動軸に対する位置指令装置、４がその指令
値により、複数軸の位置サーボを行う位置サーボ軸を示
す。ここで、タスクＪ、２は従来と同様、非同期に位置
指令値を発生する部分であり、各タスク毎に、まとまっ
た指令値が、多軸位置サーボ装置４に出力される。ここ
では、４０１，４０２に示すように、独立して補間処理
を行う補間（Ａ）と（Ｂ）の機能があるため、これによ
り、非同期に指令される位置指令値Ａ、ＢおよびＣ′を
、第２図に示すように効率よ＜ＴＱの同期で補間でき、
これを第１軸〜第（ｎ　＋、　２　）軸への位置指令値
とできる。ここでの説明では、補間（Ａ）、補間（Ｂ）
の場合について記したが、この数は同期して制御される
グループ数に一致する。

したがって、このようにすれば、非同期で指令される指
令周期をそろえるための余分な補間処理を必要としない
ため、同期、非同期軸の混在した多軸位置サーボ処理を
効率よく実行できる。

以下、各構成についての詳細および機能について説明す
る。

第３図は９本発明をサーボ制御回路に適用した場合のハ
ードウェア構成を示し、第４図に本発明方法を実施する
為の産業用ロボットを示している。

まず、第４図において、産業用ロボットを大別するとロ
ボット本体１２と制御装置１ｉ１１３．補軸システム１
４に分類される。ロボット本体１２は、多関節タイプの
溶接ロボットであって旋回台１５、支柱１６、上腕１７
、前腕１８、手首のひねり動作部１９、まげ動作部２０
よりなる可動部とこれらを駆動させる為の耗動源とを備
えている。また前記補軸システム１４は、ロボット本体
と同じタイミングで指令値を受けて動作の同期を取る軸
や、ロボット本体の動作とは関係なく非同期で制御され
る軸を設定し種々の作業に利用している。前記制御装置
１３は、ロボット本体１２と補軸システム１４の各々の
駆動源をサーボ制御するために第３図のサーボ制御回路
が内蔵されている。

次に第３図のサーボ制御回路を用いてロボット軸、補軸
の動作を説明する。ロボットを駆動させる時には、まず
手先の駆動を点で教示し、その指令値を上位制御装置１
に送信する。上位制御装置１は、教示点からロボット軸
と補軸の全ての指令値を計算し、相方向性記憶装置であ
るデュアルポートメモリ（以下ＤＰＲＡＭと称す）２に
書き込む０次にこの指令値を種々の計算を行うマイクロ
プロセッサ３によりマイクロプロセッサ３専用の記憶装
置（メモリ）４に書き込む、また位置検出器であるエン
コーダ１０がモータ８の位置を検出してその検出信号を
カウンタ回路１１に出力すると、カウンタ回路がその入
力信号をカウントして位置検出値が求まる。この検出値
と上位からの指令値を基にマイクロプロセッサが速度指
令値を計算してその値がディジタル・アナログ変換器（
以下Ｄ／Ａ）５によりアナログ値に変換され、該光軸へ
指令値を分岐させるマルチプレクサ６を通って各相の速
度制御アンプに入力される。また、タコジェネレータ９
は、速度検出器である。第５図にマイクロプロセッサの
１軸についての処理を示す、まずメモリ４から位置指令
値２１を読み取り。

位ｎ指令値を滑らかに出力するための計算（後述する補
間係数計算処理２２．内挿補間処理２３）を行う、そし
て出力された位置指令値ａと位置検出器２５により検出
された位置検出値しどの偏差Ｅにより位置制御２４を実
行して速度指令値Ｃを出力している０本発明では、ロボ
ット本体とロボットと同期して制御すべき補軸を一つの
グループにまとめて位置指令値の受け渡しを行うことに
より、動作の同期を可能にしている。非同期の補軸は他
のグループとして制御する。そのため、ＤＰＲＡＭ２は
、グループごとにデータの受け渡しが可能なようにして
、グループごとに指令値データの書き込み許可を示すフ
ラグを設け、このフラグを基に上位制御装置ｌｌはグル
ープごとに指令値の書き込みを行い、マイクロプロセッ
サ３は、メモリ４への読み取りを行う。これにより５位
置指令値の受け渡しは、他のグループの処理と関係なく
行わ九処理効率が向上する。

次に実際の補軸システムを例にとって上記のソフトウェ
アについて説明する。第６図に位置指令値を同じタイミ
ングで与える同期軸としてロボット６軸、補軸２軸、非
同期軸として補軸２軸を扱った例を示す、相補は全６軸
の設定で２軸は使用しない、まず、非同期軸における回
転板２６に溶接する品物を乗せ溶接しやすいように設定
する。

この回転板はモータとの着脱が容易にでき、ロボットの
作業用側の回転板２７との交換がロボットと補軸システ
ムの制御とは別に行なわれている。

溶接用に設定された回転板２７のモータと水平移動機２
８のモータは、ロボット６軸と同期して制御され溶接を
助けている。また、ロボットが溶接している間に前回溶
接された品物をロボットとは非同期のモータによる水平
移動機２９を用いて別の作業領域に送り、初期状態に戻
してから非同期軸の回転板に次に溶接する品物を設定し
ておく。

そして溶接が完了したら回転板を交換し、以下同じ処理
を繰り返し行う１次にサーボ制御装置の具体的な処理内
容をＰＡＤ図を用いて説明する。

まず、上位制御装置！！１の処理を表わすＰＡＤを第７
図に示す、始めにロボットを機動させてロボットの手先
の経路を教示し、その教示されたデータを入力する（Ｓ
ｏ）、このデータを点Ａ２点Ｂとしたとき１位置指令値
ＰＪが計算される仕組みを表わした図を第７図に示す、
ｊは１〜Ｎまで変化し、Ｎは分割数を表わす０点Ａから
点−Ｂに移動させる時の加減速パターンΔｓ４を計算し
、これにより、点Ａ、Ｂ間の補間を行って手先の位Ｉｍ
令値ＰＪを計算している（Ｓｌ）、次に算出された位置
指令値ＰＪを基にロボット軸と同期した軸に対して（Ｓ
２）、座標変換を行い、各軸の位置指令値を計算してい
る（Ｓ３）、ロボット軸と非同期の軸に対しては、これ
とは別に位置指令値の計算を行う（Ｓ４）、ここでロボ
ット軸との同期軸・非同期軸の判別は、第７図のグルー
プ判別テーブルを用いて行う。これは位置指令値の受け
渡しを同時に行うものを同期軸として１つのグループに
設定している。テーブルのビット０は第１軸のフラグを
示し、以下順番にビット１１の第１２軸のフラグまで同
期して駆動する軸のビットに１を割り着ける。この例で
は、グループ翫１としてロボット６軸と補軸２軸がビッ
ト０からビット７に設定され、ロボット軸とは非同期の
軸として補軸２軸がグループＮＱ２として設定されてい
る。最後に、計算された位置指令値を相方向性記憶装置
であるＤＰＲＡＭテーブルへ書き込む、このテーブルは
、第１０図に示すようにグループごとに設定され、それ
ぞれのテーブルはそのグループ内の全軸に対応する位置
指令値のデータの書き込みが可能である。また各グルー
プごとのテーブルの先頭にフラグをもうけ、データの書
き込み、読み取りを制御している。まず、全グループに
ついて（Ｓ５）ＤＰＲＡＭのフラグを判別しくＳ６）、
フラグが０でテーブルへの指令値の書き込みが可能なと
き、そのグループ内の全ての軸に対して（５７）、上位
制御装置からＤＰＲＡＭへ指令値データの書き込みを行
う（Ｓ８）。そしてＤＰＲＡ　Ｍフラグを１にしてマイ
クロプロセッサの指令値の読み取りを許可する（Ｓｏ）
。

ＤＰＲＡＭのフラグが１のときはそのグループ内にまだ
内挿補間処理（後述する）の完了していない軸が存在す
ることを示し、ＤＰＲＡＭへの指令値の書き込みは行な
われない。

以上の処理によりグループごとに同期した指令値の受け
渡しが可能となる。

次にマイクロプロセッサの割込処理について説明する。

１回の割り込みで実行される処理を第１１図に示し、タ
イムチャートを第１２図に示す。

第１２図においてＩＮＴはマイクロプロセッサに対する
割込信号でありその同期をＴｓとしている。

この図は、１台のマイクロプロセッサで多軸ロボットの
位置制御を実行する場合の処理タイミングを示しており
、その軸数を今１２軸（図中１，２゜・・・・・・１２
で示す）とし、ロボット軸２軸、補１２軸を順次実行す
れば、その特定のサーボ軸に対するサンプリング周期は
３・Ｔｓのように設定される。これは、１回の割り込み
で処理する軸数を制限して、より正確な指令値で制御を
行なわせるためである。マイクロプロセッサの処理は、
第１１図に示すように、まず前処理としてＤＰＲＡ〜１
からの位置指令値の取り込みを行い（Ｓ１０）、次にロ
ボット軸２軸、補軸２＠に対して（８１，１）。

位置指令値演算である内挿補間処理（Ｓｌ２）。

位置制御（Ｓ１３）を行う。そして同じ軸に対して（Ｓ
１４）、位置指令値をＤＰＲＡＭから読み取り補間のた
めの計算を行う補間係数計算処理（Ｓ　１５）を行う。

そして後処理として軸Ｎａの更新（Ｓ１６）とＤＰＲＡ
Ｍへのデータ入力許可を判別する（Ｓ１７）。

次に割込処理の各部の処理について説明する。

ＤＰＲＡＭからの位置指令値の取り込み（ＳＩＯ）のＰ
ＡＤを第１３図に示す、この処理は第９図のグループ判
別テーブルで設定された全てのグループについて行う（
Ｓ１８）、各グループごとにまず第１Ｏ図のＤＰＲＡＭ
テーブルに上位制御装置から位置指令値が書き込まれた
かどうかを示すＤＰ　ＲＡ　Ｍフラグを判別しく５１９
）、フラグが１で指令値が書き込ま九でいることを示す
とき、そのグループの全軸分の位置指令値と分割数のデ
ータをサーボ指令値キューテーブルに書き込む（Ｓ２０
）、このテーブルは、ロボット６軸、補軸６軸分の分割
数と位置指令値のデータを軸Ｎｏの順番に書き込める。

また読み取り許可を示すフラグを設定し、ビット割り着
けとしてＯから１１ビツトまでを第１軸から第１２軸ま
でのフラグとする。

このサーボ指令値キューテーブルの構成を第１４図に示
す。次に、この指令値キューテーブルにデータが書き込
まれたことを示すため、このテーブルの先頭のキューフ
ラグに、グループ内の全軸に対応したビットに対して１
を書き込む。このキューフラグは指令値データが読み取
られない限り０にはならない、このような位置指令値の
取り込みによれば、同一グループ内の全軸の位置指令値
は完全に同期して受け渡される。

次に内挿補間処理（５１２）と補間係数計算処理（Ｓ１
５）について説明する。内挿補間は、第１５図に示すよ
うに前回の指令値θＰと今回の指令値θＣとを分割して
指令することにより指令値が滑らかに出力される様に補
間するものである。

補間係数計算処理は上位からの指令値により内挿する指
令値の間の増分量Δθを計算している。内挿補間処理は
この増分量Δθを基に補間を行っている。内挿補間処理
は、第１６図のＰＡＤに示すように、まず補間係数計算
によって指令値増分量Δθが計算されているかを示すカ
ウンタＮａを判別しく５２５）、計算が完了していると
きに内挿補間（Ｓ２６）を行う、ここで、前回の位置指
令値θ。に指令値増分量Δθを加算してその値を新しい
位置指令値とする（Ｓ２７）、また、カウンタＮａの値
を１減らすことにより内挿補間処理の終了、すなわち新
しい位置指令値の上位からの取り込みと指令値増分量の
計算のタイミングを計っている。補間係数計算処理のＰ
ＡＤを第１７図に示す。まずカウンタＮａにより内挿補
間処理が完了しているかを判別しく５２８）、カウンタ
の値が０で完了を示すとき、第１２図のサーボ指令値キ
ューテーブルの該光軸のフラグを判別しく５２９）その
値が１でその確の分割数と位置指令値のデータが新しく
書き込まれたことを示すとき、このデータを読み出しく
５３０）、この軸のキューフラグをＯにして次の指令値
データの書き込みを許可する（Ｓ３１）。そして補間係
数計算（５３２）では、今回の位置指令値Ｏｃから前回
の位置指令値θ、を引き１分割数Ｎで割ることにより位
百指令値増分量△０を計算している。そしてカウンタＮ
ａに分割数Ｎを代入することにより分割数の数だけ内挿
補間が実行されるように設定する（Ｓ３４）、また今回
の指令値θ。を前回の指令値θ、のメモリに書き込み、
次回の補間係数計算に用いる（Ｓ３５）。

以上の処理によって内挿補間の完了したグループのキュ
ーフラグはすべてＯとなっている。

最後に上位制御装置からＤＰＲＡＭへの位置指令値の書
き込みを許可するか判別する（Ｓ１７）。

ＰＡＤを第１８図に示す、この処理は全グループについ
て行う（Ｓ２２）。まず、グループごとにグループ内の
全軸のキューフラグを判別するため第９図のグループ判
別テーブルのすべてのグループＮａと第１４図のサーボ
指令値キューテーブルのキューフラグとの論理和を計算
する。計算結果がＯｌで内挿補間の完了を示すとき、そ
のグループＮａのＤＰＲＡＭフラグを０にして上位制御
装置からＤＰＲＡＭテーブルへの位置指令値の書き込み
を許可する（Ｓ２４）。

この実施例によるとグループごとに位置指令値の受け渡
しをするため内挿補間の処理は、グループごとに独立し
て行なわれる。すなわち、あるグループについて内挿補
間処理が必要で他のグループに必要のない時、この必要
のないグループについては内挿補間処理を実行せずにす
み位置指令値演算の負荷を減少させ制御性能を上げるこ
とができる。また第９図のグループ判別テーブルにおい
て、各グループごとに設定した軸Ｈａを書き換えること
により同期して制御すべき駆動軸の切換を可能にしてい
る。

この例で内挿補間における分割回数が同じで同期制御し
ていた軸に対し分割数を上げてより滑らかに制御をした
い場合や、分割数を下げても、制御に影響が出ない場合
、その軸を別のグループに分けて非同期に制御すること
が容易に可能である。

上述の実施例は、マイクロプロセッサが位置制御のみを
行っていたが、第１８図に示すように速度制御も実行す
る場合にも本発明を適用できる。

位置制御２４後の速度指令値出力Ｃとタコジェネレータ
９と速度検出器３１により検出された速度検出値ｄとの
偏差Ｆにより速度制御３０を行い。

電流指令値ｅを出力している。１回の割込みでロボット
６軸の速度制御とロボット２軸、補軸２軸について位置
制御を行なった場合のタイミング図を第２０図に示す。

特定のサーボ軸に対するサンプリング周期は、速度制御
系でＴ　ｓ、位置制御系で３・Ｔｓのように設定されて
いる。サーボ制御系において、より正確な指令値で制御
を行なわせるため一回の割込みで処理する軸数を位置制
御において、制限している。そのため、位置制御に加え
て速度制御を行なう時、速度制御は、高速にサンプリン
グを行うため十分速く処理する必要があることから、１
回の割り込みで位置制御をロボット２軸、補軸２軸につ
いて行うのに対し速度制御をロボット６軸について行え
ば、より効率的な制御が可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明による多軸位置サーボ装置
によれば、グループ毎に位置指令値を更新できグループ
内の全軸に対して同期した位置制御ができるので、非同
期軸の位置指令値演算の負荷を減らすことができるよう
になる。

また、グループ判別テーブルにより軸の組合せを容易に
変更できるので、同期・非同期の制御軸の設定に自由度
をもたせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による多軸位置サーボ装置の一実施例を
示す概念図、第２図は第１図に示した装置の作用を示す
図、第３図は本発明による多軸位置サーボ装置のサーボ
制御回路の一実施例を示す構成図、第４図は前記サーボ
制御回路によって制御されるハードウェア構成図、第５
図は一軸におけるマイクロプロセッサ処理のブロック図
、第６図は補軸システムの一実施例を示す上面図、第７
図は上位制御装置の処理を示すＰＡＤ、第８図は教示点
と位置指令値の関係を示す説明図、第９図はグループ判
別テーブルを示す構成図、第１０はＤＰＲＡＭテーブル
を示す構成図、第１１ないし第１３図はマイクロプロセ
ッサの処理内容を示す説明図、第１４図はサーボ指令値
キューテーブルの構成図を示す説明図、第１５図は内挿
補間の具体例を示す説明図、第１６図は内挿補間処理を
示すＰＡＤ、第１７図は補間係数計算処理を示すＰＡＤ
、第１８図はＤＰＲＡＭへのデータ入力許可判別処理を
示すＰＡＤ、第１９図は本発明の他の実施例を示し、−
軸におけるマイクロプロセッサの処理を示す説明図、第
２０図は他の実施例におけるタイムチャートを示す図、
第２１図は従来の多軸位置サーボ装置の一例を示す構成
図、第２２図は第２１図に示す装置の作用を示す説明図
である。 １・・・上位制御装置、２・・・双方向性メモリ。 ３・・マイクロプロセッサ、１２・・ロボット本体、１
３・・・制御装置、１４・・・補軸システム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の駆動軸に対する位置指令値を受け取る手段と
   、前記位置指令値を所定の回数だけ内挿補間する手段と
   、を備え、各駆動軸の位置検出値と前記内挿補間後の位
   置指令値とから各駆動軸の位置サーボを行なう多軸位置
   サーボ装置において、各駆動軸をグループ分けするため
   の判別テーブルとを設け、同期したいグループ内の全軸
   が内挿補間処理を完了したとき、グループ内の位置指令
   値を更新させるようにしたことを特徴とする多軸位置サ
   ーボ装置。 ２、請求項第１記載において、前記グループ判別テーブ
   ルを書き換えることができるようにした多軸位置サーボ
   装置。