JPH03108008A - 産業用ロボットの速度制御方法 - 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） この発明は切断ロボットや溶接ロボット笠、複数め制御
軸をもつ産業用ロボットの速度制御方法に関する。

（従来の技術とその課題） 第４図は、この種の産業用ロボットの一例としての、直
角座標型レーザ切断ロボットの機構的構成を示す概略斜
視図である。同図において、このレーザ切断ロボットＲ
Ｂは、基台１の上に、図示しないモータＭｌによってＸ
方向（水平方向）に移動自在な移動台２を有しており、
この移動台２の上にワーク（図示せず）を載置する。基
台１の両側方に垂直に立設されたコラム３の頂部にはビ
ーム４が架設され、このビーム４には、図のＺ方向（垂
直方向）に延びるとともに、モータＭ２によってＹ方向
に移動自在な移動コラム５が設けられている。

また、この移動コラム５の下端には、モータＭ３によっ
てＺ方向に上下するモータＭ４が設けられている。この
モータＭ４によって、移動コラム５の中心軸から偏心し
た位置に設けられているアーム６が図のθ方向に回転す
る。また、このアーム６の下端側方にはモータＭ５が設
けられておリ、これによってエンドエフェクタとしての
レーザトーチＴが図のψ方向に回動する。

レーザトーチＴには、レーザ発振装置７からのレーザビ
ームがレーザガイトノくイブ８を通して与えられる。ま
た、制御装置９には、マイクロコンピュータなどが内臓
されており、制御装置９によりロボットＲＢ全体が制御
される。

次に、ティーチングデータに基づくブレイノ（・ツク動
作について説明する。プレイｌくツク動作において、レ
ーザトーチＴをあるティーチング点から次のティーチン
グ点まで移動させる場合、そのレーザトーチＴの移動は
制御装置９により以下のようにして制御される。すなわ
ち、第５図に示すように、ティーチング点ＴＰ■とティ
ーチング点ＴＰ　との間を適当に分割して目標位置ｐ、
Ｐ２゜１ ・・・　Ｐ　がそれぞれ求められる。そして、ある目■ 標位置から次の目標位置への移動が連続して実行されて
、レーザトーチＴがティーチング点ＴＰ１からティーチ
ング点ＴＰ２に移動される。

ここで、ある目標位置（たとえば目標位置Ｐ　ｔ　）か
ら次の目標位置（たとえば目標位置Ｐ２）への移動は第
６図の１点鎖線に示すようにして行われる。ただし、第
６図では、理解を容易１こするために、１つの制御軸、
たとえばＸ軸について図示しであるが、他の制御軸、た
とえばＹ軸、Ｚ軸、θ軸、ψ軸についても同様である。

すなわち、ま′１８ティーチング時に入力された指令速
度データ１こ基づき、例えば制御軸Ｘ軸については、時
間Δｔの間に、Ｘ軸に関する移動距離１（Ｘ）をｎ分割
１した距離（、Ｑ　（Ｘ）／ｎ）だけ移動せよと０う旨
の指令１がモータ制御部（図示省略）から各モータＭ　
に与えられる。同様に、他の制御軸Ｙ、Ｚ。

■ θ、ψ軸についても、同じく時間Δｔの間ｉこ、各制御
軸に関する移動距離１　（Ｙ）、　　１　（Ｚ）、　　
ｊ（θ）、１（φ）をｎ分割した距離だ【す移動すべき
旨の指令が対応する制御軸のモータＭ２〜Ｍ５にそれぞ
れ与えられる。そして、この指令１こ応じて各モータＭ
　　−Ｍ５が個々に独立して駆動して、［ この指令１に応じたレーザトーチＴの移動■１力（実行
され、レーザトーチＴは位置Ｐ１□（１）１こ移動され
る。

続いて、時間Δｔの間に、各制御軸に対し上記と同様の
距離だけ移動すべき旨の指令２が各モータＭ　　−Ｍ５
にそれぞれ与えられて、移動■２が【 実行され、レーザトーチＴは位置Ｐ１□（２）に移動さ
れる。さらに、連続して指令３．・・・、ｎが切断ロボ
ットＲＢの各モータＭ　　−Ｍ５に与えられて、レーザ
トーチＴが指令速度をもって目的位置Ｐ２に移動される
。

ところで、従来より周知のように各モータＭ１〜Ｍ５は
それぞれ許容速度（時間Δを当りの最大移動距離Ｐ　　
）を持っており、各モータＭ１〜ｌ！ｌａＸ Ｍ５の回転軸をそれぞれの許容速度以上で回転させるこ
とかできない。したがって、あるモータに許容速度以上
で駆動せよという旨の指令が与えられたとしても、その
モータはその指令に応じて正確に駆動せず、レーザトー
チＴを精度良く移動させることかできなくなる。それ故
、従来の産業用ロボットでは、許容速度を越える指令が
各モータＭ　　−Ｍ５に与えられないように通常制御さ
れて■ 夕が対応する制御軸の許容速度以上の速度で駆動される
と判断される場合には、第６図の２点鎖線に示すように
、指令回数が適当数（ここでは１回）増加されて単位時
間Δを当りのレーザトーチＴの移動距離が低減される。

例えば許容速度を越える・制御軸がＸ軸であったとする
と、第６図に示すようにＸ軸に関する単位時間Δを当り
の移動距離！（Ｘ）／ｎを１　（Ｘ）　／　（ｎ　＋　
１）に変更するこに増加されるので、モータＭｔが減速
するだけでなく、その他のモータＭ　　−Ｍ５も一律に
減速することになる。

したがって、連続的にレーザトーチＴが移動し速度が急
激に変化して、ロボットＲＢ全体に衝撃が加わり、加工
品質が低下するおそれがある。

この問題を解消するには、例えば（１）許容速度の設定
を取り止める、あるいは（２）ティーチング時にロボッ
トＲＢに人力する指令速度データをかなり低く抑えると
いう方法が考えられる。

しかしながら、最初の方法（１）によれば、許容速度以
上の速度で移動する旨の指令がモータＭ１〜Ｍ５のいず
れかに与えられると、各モータは許容速度以上で駆動で
きないため、ティーチング通りのレーザトーチＴの移動
が実行されず、レーザトーチＴの実際位置と目標位置と
の隔たりが大きくなる。

また、後者の方法（２）によれば、各モータＭ１〜Ｍ５
が許容速度以上の速度で駆動することがほとんどなくな
るため、上記のようにして各モータＭ１〜Ｍ５を一律に
減速させる必要もなく、移動速度の変化にともなう衝撃
が防止されるが、教示点間のレーザトーチＴの移動速度
は、たとえ教示点間に一部速く動かすことが可能な区間
があっても、最も小さな移動速度で移動させる必要があ
る区間に対応して設定しなければならないため、切断に
要する時間（サイクルタイム）が長くなり、処理効率が
悪くなる。

（発明の目的） この発明は上記課題を解決するためになされたもので、
加工品質を良好に保ちながら、しかもサイクルタイムを
短縮することができる産業用ロボットの速度制御方法を
提供することを目的とする。

（目的を達成するための手段） この発明は複数の制御軸をもつ産業用ロボットのプレイ
バック動作時において、各制御軸の指令値を対応する制
御軸の駆動部に所定の出力周期で出力しながら目標位置
への位置制御を行う産業用ロボットの速度制御方法であ
って、上記目的を達成するために、各制御軸の指令速度
を予め設定されている各制御軸の許容速度と比較して少
なくとも１つの制御軸の指令速度が対応する制御軸の許
容速度よりも大きい場合には、その指令速度が対応する
制御軸の許容速度以下となるように各制御軸の指令値の
出力周期を変更する。

（作用） この発明によれば、各制御軸の指令速度が対応する制御
軸の許容速度よりも小さい間は各制御軸の指令値が所定
の出力周期で出力される一方、少なくとも１つの制御軸
の指令速度が対応する制御軸の許容速度よりも大きくな
ると指令値の出力周期が大きくなるように変更されて各
制御軸の指令速度が対応する制御軸の許容速度以下とな
るように制御される。

（実施例） 第２図はこの発明にかかる産業用ロボットの速度制御方
法を適用可能な直角座標型レーザ切断ロボットの電気的
構成を示すブロック図である。なお、第２図に示すロボ
ットＲＢの機構的構成は第４図にテすそれと同一である
ため、ここではその詳細な説明を省略する。

第２図において、制御装置９に内臓されたマイクロコン
ピュータ１１はＣＰＵＩ　１　ａやメモ１月１ｂを有し
、またマイクロコンピュータ１１には、レーザ発振装置
７．操作盤（第４図には図示せず）１２、モータ制御部
１３等が接続されている。

オペレータは操作盤１２を現場で操作しながらレーザト
ーチＴの位置・速度情報の入力などを行えるようになっ
ている。また、マイクロコンピュータ１１のメモリ１１
．　ｂには、通常の自動動作に必要とされるプログラム
やティーチングデータが記録さねている。そして、マイ
クロコンピュータ１１のＣＰＵＩ　１　ａは、メモリｌ
ｌｂに記憶されているプログラムやティーチングデータ
に基づいてレーザトーチＴやレーザ発振装置７等を制御
する機能を有する。

また、モータ制御部１３もＣＰＵ１３ａとメモリ１３ｂ
を有しており、マイクロコンピュータ１１からの指令に
基づいてＣＰＵ１３ａにより後述する演算処理が実行さ
れ、適当な指令が各制御軸ｘ、ｙ、ｚ、　　θ、ψの駆
動系２１〜２５にそれぞれに与えられる。

駆動系２１は、モータＭ１と、モータＭ１の回転軸に取
り付けられたエンコーダＥ１と、藺差カウンタ２１ａと
、Ｄ−Ａ変換器２１ｂと、アンプ２１ｃとで構成されて
おり、エンコーダＥ、により計測されたモータＭ１の実
速度とモータ制御部１３から出力されるＸ軸に関する速
度指令値との偏差が偏差カウンタ２１ａにより求められ
、その偏差がゼロとなるようにモータＭ１の制御が行な
われる。他の制御軸ｘ、ｙ、ｚ、　　θ、ψの駆動系２
２〜２５も、上記Ｘ軸に関する駆動系２１と同様に構成
されており、各制御軸Ｙ、Ｚ、　　θ、ψに関する速度
指令値に応じて各モータＭ　−Ｍ５が制御される。

次に、この発明にかかる速度制御方法について第１図お
よび第３図を参照しつつ説明する。ただし、第１図は１
つの制御軸Ｘ軸の場合を図示しである。また、第３図の
横軸は時間経過を示している。

ティーチングデータに基づいてプレイバック動作させる
場合、まず従来と同様に、第５図に示すように、ティー
チング点ＴＰ１とティーチング点Ｔ　Ｐ　２との間を適
当に分割して目標位置ＰｌＰ　、・・・９　Ｐｌ、ｌｌ
がそれぞれ求められる。そして、適当なタイミングでレ
ーザトーチＴを目標位置Ｐ１に移動させる旨の指令、目
標位置Ｐ２に移動させる旨の指令等が順次マイクロコン
ピュータ−１のＣＰＵＩ　１　ａからモータ制御部１３
に与えられる。　ＣＰＵ１１ａからの指令がモータ制御
部１３に与えられる（第３図の矢印Ａ）と、以下のよう
にして各制御軸毎の指令ピッチｐが求められる。

いま、例えば制御軸Ｘ軸に着目すると、その指令ピッチ
ｐ　（Ｘ）は、 ｐ　（Ｘ）　−４！　（Ｘ）　／ｎ　　　　　・・・（
１）でり−えられる。なお、（１）式において、ｆ　（
Ｘ）はＸ軸に関する目標位置間の距離であり、ｎは標準
指令回数である。標準指令回数ｎの値は予めティーチン
グ時に操作盤１２を介して人力され、距離ρ（Ｘ）は目
標位置ｐ　　、ｐ　　、・・・の導出と同２ 時に求められ、それぞれメモリー３ｂに記憶されている
。

同様に、他の制御軸Ｙ、Ｚ、　　θ、ψ軸に関する指令
ピッチｐ　（Ｙ）、　　ｐ　（Ｚ）、　ｐ　（θ）、ｐ
（ψ）が、下記式に基づいて求められる。

ｐ（Ｙ）−Ｒ（Ｙ）／ｎ １）　（Ｚ）　−１（Ｚ）　／ｎ ｐ　（Ｑ）　−４２（Ｑ）　／ｎ ｐ　（ψ）−９（ψ）／ｎ ここで、４２　（Ｙ）、　　、Ｑ　（Ｚ）、　　１　（
θ）、ｌ（ψ）は、各制御軸Ｙ、Ｚ、　　θ、ψ軸に関
する目標位置間の距離をそれぞれ示す。

そして、各制御軸の指令ピッチｐ　（Ｘ）　、　　ｐ（
Ｙ）、　　ｐ　（Ｚ）、　　ｐ　（θ）、ｐ（ψ）と各
モータＭ１〜Ｍ５の許容速度（標準指令間隔Δｔの間に
移動することができる最大移動距離）ｐＭ１〜ｐＭ５と
の比Ｋ　　−に５がそれぞれ求められる。

なお、これら許容速度ｐＭ□〜ｐＨ５も、上記と同様に
、予めティーチング時に操作盤１２を介してそれぞれメ
モリー３ｂに記憶されている。

次に、比Ｋ　　−に５のすべてが“１”よりも小■ さいか否かが判断される。すなわち、すべてのモータＭ
　　−Ｍ５が許容速度の範囲内で駆動するか■ どうかの判断が行われる。ここで、比に１〜に５のうち
の少なくとも１つ以上が“１”を越えれば、次式にした
がって、指令間隔Δｔ′が求められる。

Δｔ’　　−Ｋ　　　・Δｔ　　　　　　・・・（３）
αａｘ なお、（３）式において、Δｔは予めティーチング時に
与えられている標準指令間隔であり、Ｋｌ、ｌａｘは比
Ｋ　−に５の最大のものである。

■ 一方、比Ｋ　　−に５のすべてが“１”よりも小さいと
判断された場合には、指令間隔Δｔ′は、Δｔ′　−Δ
ｔ　　　　　　　　　　・・・（４）と設定される。

上記のようにして求められた各制御軸の指令ピッチｐ　
　（Ｘ）、　　ｐ　（Ｙ）、　　ｐ　　（Ｚ）、　　ｐ
　（θ）。

ｐ（ψ）および指令間隔Δｔ′は指令回数とともに、メ
モリー３ｂに記憶される（第３図の矢印Ｂ）また、それ
と同時に、メモリー３ｂへの各モ夕Ｍ　　−Ｍ５の駆動
データのセットが完了した旨■ がマイクロコンピュータ−１のＣＰＵ１１ａに知らされ
る（第３図の矢印Ｃ）。

次に、メモリー３ｂから各制御軸の指令ビ・ソチｐ　（
Ｘ）、　　（Ｙ）、　　ｐ　（Ｚ）、　　ｐ　（θ）、
ｐ（ψ）および指令間隔Δｔ′の値がそれぞれ読み出さ
れ（第３図の矢印Ｄ）、これに基づいて指令１（すなわ
ち、各制御軸毎に時間Δｔ′間かけて指令ピッチｐ　（
Ｘ）、　　（Ｙ）、　　ｐ　（Ｚ）、　　ｐ　（θ）、
ｐ（ψ）だけそれぞれ移動させる旨の指令）が各駆動系
２１〜２５に与えられる。そして、この指令１に応じて
、各モータＭ　−Ｍ５がそれぞれ駆動して、第１図の実
線に示すようにレーザトーチＴが位置Ｐ１□（１）に移
動される。なお、上記読み出しく第３図の矢印Ｄ）が実
行されると、メモリー３ｂに記憶されている指令回数が
“ｎ”から“１゜だけ減算されて、　ｎ−１”となる。

続いて、上記と同様にしてメモリー３ｂから各制御軸の
指令ピッチｐ　（Ｘ）、　　ｐ　（Ｙ）、　　ｐ　（Ｚ
）ｐ（θ）、ｐ（ψ）および指令間隔Δｔ′の値がそれ
ぞれ読み出され（第３図の矢印Ｅ）、これに基づいて指
令２（指令１と同一内容の指令）が各駆動系２１〜２５
にそれぞれ与えられて、第１図に示すようにレーザトー
チＴが位置Ｐ１２（２）に移動される。さらに、指令１
と同一内容の指令３゜４、・・・ｎが連続して上記と同
様にして各駆動系２１〜２５に与えられ、最終的には第
１図に示すように、レーザトーチＴが目標位置Ｐ２に移
動される。

以上のように、各制御軸ｘ、ｙ、ｚ、　　θ、ψ軸の指
令速度（指令ピッチｐ　（Ｘ）、　　ｐ　（Ｙ）、　　
Ｅ）（Ｚ）、ｐ（θ）、ｐ（ψ））が各モー　タＭｌ〜
Ｍ　の許容速度ＰＭ１〜ＰＭ５より小さい間は各制御軸
の指令が所定の出力周期Δ【で出力される一方、少なく
とも１つの制御軸の指令速度が対応する制御軸の許容速
度よりも大きくなると、（３）式に従い指令値の出力周
期Δｔ′が大きくなるように変更されて、各制御軸の指
令速度が対応する制御軸の許容速度以下となるように制
御される。このように、制御軸の指令速度が対応する制
御軸の許容速度よりも大きい場合には、指令値回数ｎを
変更するのではなく、指令値の出力の周期ΔｔをΔｔに
変更して各モータＭ　　−Ｍ５の速度を制御す■ るようにしているため、レーザトーチＴの急激な移動速
度の変化が防止され、加工品質を良好に保つことかでき
る。すなわち、例えば、−膜内な指令回数（標準指令回
数ｎ）は３回程度であり、従来例のように、移動速度を
許容速度以下に保っために指令回数を“３”から“４”
に変更した場合には、移動速度が３０％程度変化するの
に対して、本実施例では例えば移動速度が５％の範囲内
の変化で抑えられるように出力周期Δｔ′を多段階調整
でき、第１図の実線と１点鎖線との比較かられかるよう
に、移動速度の変化量は、従来例に比べわずかなものと
なる。

また本実施例では、上記のようにして、教示点間（例え
ば第５図のＴＰ、ＴＰ２間）の移動速度が制御されるた
め、ティーチング時に入力される教示点間の速度データ
をその教示点間中の最も小さな移動速度が要求される区
間に合イ）せて低く設定する必要はなくなり、ロボット
ＲＢを許容速度に近い速度で作動させることができる。

そのため、サイクルタイムが短縮され、処理効率の向上
を図ることができる。

なお、上記実施例では、本発明を切断ロボットＲＢに適
用した場合について説明したが、本発明の適用対象はこ
れに限定されず、例えば溶接ロボット等、その他の一般
的な産業用ロボット全般に広く適用することができる。

また、直角座標型ロボット以外に、円筒座標型ロボット
、極座標ロボット、多関接型ロボット等、複数の制御軸
をもつ産業用ロボット全般に広く摘要可能である。

（発明の効果） 以上のように、この発明によれば、少なくとも１つの制
御軸の指令速度が対応する制御軸の許容速度よりも大き
い場合には、指令値の出力周期を変更してその指令速度
が対応する制御軸の許容速度以下となるようにしている
ので、加工品質を良好に保ちながら、しかもサイクルタ
イムを短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる速度制御方法の一実施例を説
明するための説明図であり、第２図はこの発明にかかる
産業用ロボットの速度制御方法を適用可能な直角座標型
レーザ切断ロボットの電気的構成を示すブロック図であ
り、第３図はこの発明にかかる速度制御方法の一実施例
の動作を示す図であり、第４図は直角座標型レーザ切断
ロボットの機構的構成を示す概略斜視図であり、第５図
および第６図はそれぞれ従来の速度制御ｌｊ法を説明す
るための説明図である。 Ｐ　　、Ｐ　　、Ｐ　　・・・目標位置、１　　２　　
１１ ＲＢ・・・レーザ切断ロボット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の制御軸をもつ産業用ロボットのプレイバッ
   ク動作時において、各制御軸の指令値を対応する制御軸
   の駆動部に所定の出力周期で出力しながら目標位置への
   位置制御を行う、産業用ロボットの速度制御方法であっ
   て、 各制御軸の指令速度を予め設定されている各制御軸の許
   容速度と比較して少なくとも１つの制御軸の指令速度が
   対応する制御軸の許容速度よりも大きい場合には、その
   指令速度が対応する制御軸の許容速度以下となるように
   各制御軸の指令値の出力周期を変更することを特徴とす
   る産業用ロボットの速度制御方法。