JPH03222696A - モータ制御装置とその制御方法 - 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〕 本発明は、産業用ロボットに用いられるサーボモータな
どのモータを制御するモータ制御装置およびその方法に
関するものであり、特に、複数のモータを総合的に制御
するため、主制御部で算出した制御量を各モータ制御部
に周期的に送信して各モータ制御部で対応するモータを
制御するように構成されたモータ制御装置において、各
モータ制御部に対する通信時間を短縮するモータ制御装
置、および、その方法に関する。

〔従来の技術〕

モータ制御装置の１例として、第７図に産業用ロボット
におけるディジタル式サーボ制御装置の構成を示す。こ
のサーボ制御装置は、マイクロコンピュータで実現され
たロボット主制御部１００とそれぞれマイクロコンピュ
ータで実現されている第１〜第４のサーボドライバ（モ
ータ制御部）３０１〜３０４とが通信経路２０１〜２０
４を介して接続されている。

ロボット主制御部１００は制御対象の状況と制御指令に
基づいて制御対象を駆動するため各サーボモータ（図示
せず）を駆動すべき制御量を算出し２通信経路２０１〜
２０４を介して対応するサーボドライバ３０１〜３０４
に送出する。各サーボドライバが主制御部１００からの
制御量を受信して、対応するサーボモータを直接駆動制
御する。各サーボモータは産業用ロボットの各軸のアー
ムを駆動する。

このようなディジタル式モータ制御装置における従来の
処理方法を第１２図〜第１３図および第１４図（ａ）〜
（ｅ）を参照して述べる。

第１２図は従来のロボット主制御部１００の処理動作を
示すフローチャートである。ロボット主制御部は、まず
、産業用ロボットの各軸を制御すべき指令、たとえば、
ティーチング内容に基づく移動の始点と終点、そして、
制御対象の現在の状況、たとえば１位置、角度などに応
じて各軸についてアームを駆動すべき移動量を計算する
（ステップ５Ｏ５１）。ついで、上述した全体の移動量
をもとに、一定周期τ１．たとえば、第１４図（ａ）に
示したように、τ１＝１ｍｓで各軸を円滑に移動させる
べき移動量（単位制御量）ａｌ〜ａ４を算出する（ステ
ップ５Ｏ５２）。ロボット主制御部１００は、上記単位
制御量ａ１〜ａ４を、上記周期τ１内で対応するサーボ
ドライバに順次送信する（ステップ８０５３〜５Ｏ５６
）。

一方、各サーボドライバ、たとえば、第１のサーボドラ
イバ３０１は、第１３図に示したようにロボット主制御
部１００で算出され、ロボット主制御部１００から送出
される単位制御量ａ１を通信経路２０１を介して受信し
くステップ５Ｏ６１）、受信データａ１からその内部定
数を用いてサーボモータを制御するために必要なデータ
を算出しくステップ３０６２）、その算出データに基づ
いて対応するサーボモータを駆動制御する（ステップ５
０６３）。

上記処理動作は、第１４図（ａ）〜（ｅ）に示したよう
に、一定周期τ１で行われる。したがって、ロボット主
制御部１００から各サーボドライバ３０１〜３０４に送
信する制御量送信タイミングは一定周期τ１であり、各
サーボモータの制御周期も上記周期τ１である。この周
期τ１がサーボモータおよびアームの慣性を考慮して制
御対象を円滑に駆動するための制御周期でもある。すな
わち、このようなディジタルサーボ制御系統においては
、サンプリング周期で制御することになるが、サーボモ
ータおよびアームなどの慣性を考慮して、サーボモータ
を円滑に駆動させるサンプリング周期が通信周期にもな
っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

第１４図（ａ）〜（ｅ）から明らかなように。

ロボット主制御部が一定周期τ１で上述の制御量を算出
し、その周期で各サーボドライバに単位制御量を通信し
ていると、各サーボドライバに対する通信時間τ１１が
周期τ１のうちの相当の比率を占め１周期τ１における
その他の処理を行うための時間τ１２が充分とれないと
いう問題に遭遇している。このため、たとえば、さらに
マイクロコンピュータを増設せずに、さらに複雑な制御
処理を行おうとしたような場合性能的限界に遭遇して複
雑な制御処理を行うことが不可能であるという問題、あ
るいは、制御対象軸を増加させるなどの制御対象を拡大
しようとしても拡大できないなどの問題がある。

以上の問題は産業用ロボット装置に限らず、複数のモー
タを制御する上述した装置と同様な装置の場合でも同じ
である。

したがって２本発明は、新たな設備の増設なしで、かつ
、実質的にサーボモータなどのモータの制御特性を低下
させずに、既存の主制御部の性能を有効に発揮させうる
モータ制御装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上述した問題を解決するため２本発明は、主制御部から
モータ制御部ヘモータを複数制御周期分に駆動する制御
データを送出して通信回数を低減して通信に占める時間
を短縮し、各モータ制御部において複数制御周期分の制
御データを各制御周期ごとの単位制御データに変換し、
自己のモータ制御部内において複数回の制御周期ごとに
単位制御データを用いて対応するモータを駆動制御する
という構想に基づく。

すなわち２本発明のモータ制御装置は、第１図に示した
主制御部１０と、複数のモータ制御部５０からなる。主
制御部１０は、各モータに対するモータ制御周期の複数
の周期分の制御量を算出する制御量算出手段２０と、該
制御量算出手段からの各モータに対する制御量を異なる
通信タイミングで複数のモータ制御部５０のうちの対応
するモータ制御部５０に通信経路４２〜４４を介して送
出する通信手段３０とからなる。また、モータ制御部、
たとえば、第２図に示したモータ制御部５２は、前記通
信手段３０から対応する制御量を受信する通信手段５２
２と、該受信制御量から各モータ制御周期で制御すべき
単位制御量を算出する単位制御量算出手段５２４と、各
モータ制御周期で該単位制御量に基づいて対応するモー
タを駆動制御する制御手段５２４とを有する。

〔作用〕

上述したモータ制御装置の作用を添付フローチャートを
参照して述べる。

第３図に主制御部１０の処理フローチャートを示す。

ステップ５００１ 主制御部１０の管理手段１２は、制御量算出・通信タイ
ミングに到達したか否かを判別する。この制御量算出・
通信タイミングは、第５図（ａ）に示したように２周期
的である。この周期ｔｌｌが、従来の周期τ１に該当す
る。

この制御量算出・通信タイミングに到達したか否かは、
たとえば、主制御部１０に設けられたタイマ（図示せず
）の割り込みなどにより行われるスー・・プ５００２〜
５００４ 管理手段１２は、制御量算出・通信タイミングに到達し
たことを識別すると、このタイミングがどのモータに対
する制御量算出・通信処理かを判別する。

スー　プ５００３〜３００４ 第１のモータに対する制御量算出・通信タイミングの場
合、管理手段１２は、制御量算出手段２０を起動する。

これにより、制御量算出手段２０は、制御対象の全体制
御の中で１次の複数の制御周期の間に各モータを駆動さ
せるべき制御量を算出する（この算出タイミングが第５
図（ｂ）の斜線で示した時間ｔｔｉに相当する）。

管理手段１２は通信手段３０を起動する。通信手段３０
は、第１のモータに対する制御量を通信経路４２を介し
て、第１のモータ制御部５２に送出する（第５図（ｂ）
の白線で示した時間ｔ１２）。

ここで、第５図（ｂ）〜（ｄ）に示したように、各モー
タ制御部に対する通信処理は異なるタイミングで行われ
る。

第１のモータ制御部５２の処理フローチャートを第４図
に示す。

スー　プ５０１１〜Ｓ０１２ 主制御部１０の通信手段３０から送信要求があった場合
、第１のモータ制御部５２の通信手段５２２が起動され
、上述した制御データを受信する（第６図（Ｃ））。

ステップ５Ｏ１３ 通信手段５２２の上記データ受信によって、単位制御量
算出手段５２４が起動され、上述した制御量から各制御
周期当たりの単位制御量を算出する（第６図（ｄ））。

この単位制御量の算出方法としては、たとえば受信制御
量を各制御周期に平均化する。

スー・・プ５０１５〜５Ｏ１５ 制御手段５２６は、各制御周期毎に、単位制御量をモー
タ制御に必要な形態に変換して、直接モータを駆動制御
する。この駆動制御は、主制御部１０から送出された複
数の制御周期分の制御量に対応した複数の制御周期につ
いて行う（第６図（ｅ））。

他のモータ制御部についても同様である。

第５図（ａ）〜（ｄ）から明らかなように、主制御部１
０は各モータ制御部に対して複数の制御周期におけるモ
ータの移動量をまとめて算出して、それを対応するモー
タ制御部に送出しているので、１制御量算出・通信周期
１１０当たりに占める通信時間ｔ１２が短縮される。し
たがって、その１制御量算出・通信周期における余裕時
間ｔ１３が大きくなる。

一方、各モータ制御部においては、第６図（ｅ）に示し
たように、従来と同様の制御周期ｔｌＯで対応するモー
タを制御するので、制御性能は実質的に従来と同様に維
持される。

〔実施例〕

以下２本発明の実施例について、産業用ロボットを例示
して述べる。この実施例において９本発明のモータ制御
装置の全体構成は、前述した第７図のサーボドライバ制
御装置を例示する。しかしながら、その制御および通信
処理内容は以下に詳述するように、前述した従来のもの
とは異なる。

第７図のロボット制御部１００はマイクロコンピュータ
で構成され、ＣＰＵ、　このＣＰＵで動作するプログラ
ムを収容したＲＯＭ、データの一時記憶用ＲＡＭ、そし
て１通信装置、たとえば、同期式通信装置（ＵＳＡＲＴ
）からなる。このロボット制御部１００が、第１図にお
ける管理部１２、制御量算出手段２０１通信手段３０と
して機能する。第７図のサーボドライバ、たとえば、サ
ーボドライバ３０１もマイクロコンピュータで構成され
、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、そして、ＵＳＡＲＴからな
る。このサーボドライバ３０１が、第２図の通信手段５
２２．単位制御量算出手段５３４、そして、制御手段５
２６として機能する。

第８図（ａ）、（ｂ）にロボット制御部１００の処理動
作のフローチャートを示す。また、第９図に第１のサー
ボドライバ３０１の処理動作のフローチャートを示す。

第１０図（ａ）〜（ｆ）を参照して、以下１本発明の実
施例の産業用ロボット制御装置の動作について述べる。

スー　ブ５Ｏ２１８ａ ロボット制御部１００は、第１０図（ａ）の時間Ｔ１に
おいて、ティーチング内容と現在の各アームの状況、た
とえば１位置、角度などから、制御対象全体としてのサ
ーボモータの移動量を計算する。

スー・・プ５Ｏ２２５Ｏ２３ ついで、ロボット制御部１００は、複数の制御周期、こ
の例においては、４制御周期の間に、各軸を駆動するサ
ーボモータを移動すべき移動量を算出する（ステップ５
Ｏ２２）。この例においては、１制御周期は１ｍｓであ
る。したがつイ、４制御周期は４ｍｓになる。

そして、サーボドライバ３０１〜３０４への通信タイミ
ングを管理するカウンタ（実際はＲＡＭ内のアドレス）
の値Ｃ０ＵＮＴを初期値を「１」にセットする（ステッ
プ５Ｏ２３）。

スー　ブ５０２４〜５Ｏ２６ ＣＯＵＮＴＯ値が１の場合、ロボット制御部１００は上
記算出した第１のサーボモータに対する移動量を通信経
路２０１を介して、第１のサーボドライバ３０１に送出
する。そして、Ｃ０ＵＮＴを１つ進める。

第１のサーボトライバ３０１は以下に述べる処理を行う
。

スー・・プ５Ｏ４１９ ０ボット制御部１００からの４制御周期（４ｍｓ）の間
に第１のサーボモータを移動させるべき移動量を受信す
る。

ステップ５Ｏ４２５Ｏ４３ この４ｍｓの間に第１のサーボモータを移動させるべき
移動量ａ１を、１制御周期１ｍｓごとに移動させるべき
大きさｂｌ、すなわち、ｂｌ＝ａｌ／４にする。

そして、４制御周期の間、このサーボドライバ内で第１
のサーボモータを制御する時間管理タイマＴＩＭＥを１
に初期化する。

スー・・プ５０４４〜５Ｏ４８ 制御周期タイマＴ　ＩＭＥＲ（ＲＡＭ内のアドレスの値
）が５になるまで、すなわち、４制御周期を越えるまで
、各制御周期（１ｍｓ）ごとに、データｂｌから内部の
変換定数を用いて第１のサーボモータを駆動するための
データを算出し、その値で第１のサーボモータを制御し
１次のタイマＴＩＭＥＲに１加算してタイマＴＩＭＥＲ
を更新するそして、サーボドライバ２０１は、自己のタ
イマに１ｍｓをセットし、この１ｍｓ経過後にステップ
３０４４の処理が再開されるようにする。

これにより、第１０図（ｆ）に示したように。

第１のサーボドライバ２０１は４制御周期の間。

自己の内部で第１のサーボモータを制御する。

一方、上記第１のサーボドライバ３０１の処理と並行し
て、ロボット制御部１００は、第１の通信タイミングＴ
１から周期τ２０経過後の次の通信タイミングＴ２で、
第２のサーボドライバ３０２に対して、４制御周期の間
に第２のサーボモータを移動させるべき移動量を第２の
サーボドライバ３０２に送出する（第８図（ｂ）、ステ
ップ５０２７〜５Ｏ２９，第１０図（ｂ））。

第２のサーボドライバ３０２の処理動作は第１のサーボ
ドライバの処理動作と同様である。

以下、第３〜第４のサーボドライバに対しても、通信タ
イミングをづらして、対応する移動量が送出され、各サ
ーボドライバが受信した移動量を１制御周期当たりの移
動量に変換して１時分割的に対応するサーボモータを制
御していく。

第１０図（ａ）〜（ｆ）に示したように２時点Ｔ１にお
いて、ロボット制御部１００の１制御周期τ２０．すな
わち、１ｍｓから制御量算出時間τ２１および通信時間
τ２２の和を引いた時間τ２３が余裕の時間となる。時
点Ｔ２〜Ｔ４においては、移動量を算出しないので１通
信時間τ２２を引いた時間が余裕の時間となる。したが
って。

この余裕時間を他の処理にあてることができる。

各サーボモータは、各サーボドライバから１制御周期ご
とに従来と同様制御されている。

上記実施例においては、４軸のアーム駆動用に４個のサ
ーボモータを４制御周期τ２（第１０図）ごとに移動量
を算出し、１制御周期τ２０ごとに通信するようにして
いるが１本発明の実施にあたっては、このように一定の
周期に限定されない。たとえば、基本的には、４制御周
期で管理するとしでも、あるサーボモータは、ある条件
では８制御周期の間は等速度で駆動させてよい場合があ
る。また、あるサーボモータは、ある条件では精密に４
制御周期だけ等速度で駆動させたい場合がある。このよ
うな状態に対応させるため、ロボット制御部１００は、
第８図（ａ）のステップ５０２１において移動量を算出
した場合、上述した条件のもとに、ある時間におけるあ
るサーボドライバに対しては８制御周期分の移動量を一
括して送出し、他のサーボドライバに対しては４制御周
期ごとに移動量を送出するようにする。このため。

ロボット制御部１００から各サーボドライバに対して、
第１１図に示したように、移動量だけでなく、その移動
量に対応する制御周期データをも送出するようにする。

サーボドライバはこの制御周期データで受信した移動量
を平均化して、１制御周期あたりの移動量（単位移動量
）を算出し、与えられた制御周期の間、単位移動量でサ
ーボモータを制御するようにする。この場合も２通信時
間が短縮される。

（発明の効果〕 以上に述べたように１本発明によれば、モータおよびモ
ータで駆動される制御対象の慣性を考慮して複数の制御
周期あたりの制御量をまとめて算出し、かつ、各モータ
制御部に対しては通信タイミングをづらし、各制御周期
における単位制御を各モータ制御部で行わせることによ
り９通信時間を短縮することができ、この短縮した時間
に相当する時間を他の処理にあてることができるという
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のモータ制御装置における主制御部のブ
ロック図。 第２図は本発明のモータ制御装置におけるモータ制御部
のブロック図。 第３図は本発明の主制御部の処理フローチャート。 第４図は本発明のモータ制御部の処理フローチャート。 第５図（ａ）〜（ｄ）は本発明の主制御部の動作タイミ
ング図 第６図（ａ）〜（ｅ）は本発明のモータ制御部の動作タ
イミング図。 第７図は本発明が適用されるサーボモータ制御装置の構
成図。 第８図（ａ）〜（ｂ）は第７図の本発明の実施例のロボ
ット制御部の動作処理フローチャート第９図は第７図の
本発明の実施例のサーボドライバの動作処理フローチャ
ート。 第１０図（ａ）〜（ｆ）は本発明の実施例の動作タイミ
ング図。 第１１図は本発明の他の実施例におけるロボット制御部
からサーボドライバへ送出されるデータフォーマット図
。 第１２図は従来のロボット制御部の処理フローチャート 第１３図は従来のサーボドライバの処理フローチャート
。 第１４図（ａ）〜（ｅ）は従来の動作タイミング図であ
る。 （符号の説明） ＩＯ・・・主制御部。 １２・・・管理手段 ２０．２２〜２４・・・制御量算出手段。 ３０．３２〜３４・・・通信手段。 ５０５２〜５４・・・モータ制御部。 ５２２・・・通信手段 ５２４・・・単位制御量算出手段。 ５２６・・・制御手段。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）各モータをそれぞれ周期的に制御する複数のモー
   タ制御部と、各モータの制御量を算出し算出された制御
   量を通信経路を介して対応するモータ制御部に周期的に
   送出する主制御部からなるモータ制御装置において、 主制御部が 各モータに対する制御周期の複数の周期の間にモータを
   制御すべき制御量を算出する制御量算出手段と、 該制御量算出手段からの各モータに対する制御量をそれ
   ぞれ異なる通信タイミングで対応するモータ制御部に通
   信経路を介して送出する通信手段とを有し、 モータ制御部の各々が、 前記主制御部の通信手段から対応する制御量を受信する
   通信手段と、 受信した制御量から対応するモータを各制御周期ごとに
   制御すべき単位制御量を算出する単位制御量算出手段と
   、 各制御周期ごとに前記単位制御量に基づいて対応するモ
   ータを駆動制御する制御手段と有することを特徴とする
   モータ制御装置。
2. （２）各モータをそれぞれ周期的に制御する複数のモー
   タ制御部と、各モータの制御量を算出し算出された制御
   量を通信経路を介して対応するモータ制御部に周期的に
   送出する主制御部を用いてモータを制御する方法におい
   て、 各モータについて制御周期の複数の周期の間にモータを
   制御する制御量を周期的に算出する制御量算出段階と、 各モータに対する算出された制御量をそれぞれ異なる通
   信タイミングで対応するモータ制御部に通信経路を介し
   て送出する段階と、 前記制御量を受信し、受信した制御量から対応するモー
   タを各制御周期ごとに制御すべき単位制御量を算出する
   単位制御量算出段階と、 各制御周期ごとに前記単位制御量に基づいて対応するモ
   ータを駆動制御する制御段階と 有することを特徴とするモータ制御方法。