JPH033688A - ロボット用サーボ・モータの速度制御方法およびその装置 - 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〉 この発明はロボット用サーボ・モータの速度制御方法お
よびその装置に関し、さらに詳細にいえば、ロボットの
目標位置における位置決めを行なう場合に特に好適な速
度制御方法およびその装置に関する。

〈従来の技術、および発明が解決しようとする課題〉 従来からロボット用の駆動源としてのサーボ・モータを
制御するために、第７図に示す構成の比例・積分制御系
が採用されている。

この比例・積分制御系においては、図示しない位置制御
系から出力される速度指令値とフィードバック信号とを
減算器（５１）に供給することにより両者の差分を得、
この差分を動作指令値として比例制御用のゲイン・コン
トローラ（５２）に供給するとともに、積分制御用の積
分器（５３）に供給する。

そして、積分器（５３）からの出力信号を積分制御用の
ゲイン・コントローラ（５４）に供給し、両ゲイン・コ
ントローラ（５２）　（５４）からの出力信号を加算器
（５５）に供給して加算することによりトルク指令を得
る。

この構成の比例・積分制御系を用いて点Ｐ１から点Ｐ２
までロボット動作させる場合には、第８図に実線で示す
ように速度指令値が供給される。

即ち、当初は目標速度まで単調に増加する速度指令値が
供給され、その後は目標速度を維持する速度指令値が供
給され、点Ｐ２にある程度接近した時刻ｔ１以後は単調
に減少する速度指令値が供給される。そして、上記の速
度指令値が供給された場合には、同図中破線で示すよう
にある程度の時間遅れを伴なってサーボ・モータが動作
する。即ち、速度指令値が実際の速度よりも早い場合に
は積分器（５３）に加速するためのトルク指令が蓄積さ
れることによりサーボ・モータが加速動作され、速度指
令値が実際の速度と等しい場合には定速動作され、速度
指令値が実際の速度よりも遅い場合には積分器（５３）
に制動のためのトルク指令が蓄積されることにより減速
動作される。しかし、減速動作終期には、第８図から明
らかなように、実際の速度が速度指令値よりも小さくな
るのであるから、時刻ｔ２以後はゲイン・コントローラ
（５２）から目標位置に向かう方向の、残留偏差に対応
するトルク指令が出力されるが、積分器（５３）には制
動のためのトルク指令が蓄積されているのであるから、
加算器（５５）により両トルク指令を加算した結果、全
体として制動のためのトルク指令が得られることになる
。この結果、積分器（５３）に蓄積されている制動のた
めのトルク指令が放出された後でなければ目標位置に向
かう方向にサーボ・モータを動作させることができず（
時刻ｔ３以後参照）、ひいては位置決め完了とみなせる
範囲までロボット動作を行なわせるためにかなり長い時
間がかかっていた。

また、積分器（５３）に蓄積された制動のためのトルク
指令を放出するのに必要な時間は積分器（５３）の時定
数を短くすれば短縮できるのであるか、時定数を短くし
すぎると高速動作時に発振を起こしてしまう可能性があ
るので余り時定数を短くすることはできない。

〈発明の目的〉 この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
高速動作時における発振を防止でき、しかも減速動作終
期における位置決め完了までの所要時間を大幅に短縮で
きる新規なロボット用サーボ・モータの速度制御方法お
よびその装置を提供することを目的としている。

く課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための、この発明のロボット用サ
ーボ・モータの速度制御方法は、動作指令値の積分周期
をサーボ・モータの速度に応答して変化させる方法であ
る。

他の発明のロボット用サーボ・モータの速度制御方法は
、動作指令値の積分入力レベルをサーボ・モータの速度
に応答して変化させる方法である。

上記の目的を達成するための、この発明のロボット用サ
ーボ・モータの速度制御装置は、動作指令値に比例する
トルク指令を生成する比例制御手段と、動作指令値の積
分値に対応するトルク指令を生成する積分制御手段と、
両トルク指令に基づいてサーボ・モータに対するトルク
指令を生成するトルク指令合成手段と、サーボ・モータ
の速度に基づいて積分制御手段に対する選択信号を出力
する選択制御手段とを有し、上記積分制御手段が選択信
号に基づいて選択的に動作する、積分時定数が互に異な
る複数の積分制御手段で構成されている。

他の発明のロボット用サーボ・モータの速度制御装置は
、動作指令値に比例するトルク指令を生成する比例制御
手段と、動作指令値の積分値に対応するトルク指令を生
成する積分制御手段と、両トルク指令に基づいてサーボ
・モータに対するトルク指令を生成するトルク指令合成
手段と、サーボ・モータの速度に基づいて選択信号を出
力する選択制御手段と、選択信号に基づいて積分制御手
段に対する動作指令値の供給レベルを変化させるゲイン
制御手段とを有している。

但し、これらの場合において、動作指令値としては速度
偏差値等が用いられる。

〈作用〉 以上のロボット用サーボ・モータの速度制御方法であれ
ば、動作指令値に比例するトルク指令を生成するととも
に、動作指令値の積分値に対応するトルク指令を生成し
、両トルク指令に基づいてサーボ・モータの速度を制御
する場合に、動作指令値の積分周期をサーボ・モータの
速度に応答して変化させるのであるから、減速終期、即
ちサーボ・モータの速度が小さくなった場合に、積分周
期を短くして制動のためのトルクの蓄積を迅速に放出さ
せることができ、この結果、目標位置に向かう微動加速
動作を短時間で再開させ、位置決め所要時間を短縮でき
る。また、高速動作時には積分周期を長くするので、発
振を起こすという不都合を解消できる。

第２の発明のロボット用サーボ・モータの速度制御方法
であれば、動作指令値に比例するトルク指令を生成する
とともに、動作指令値の積分値に対応するトルク指令を
生成し、両トルク指令に基づいてサーボ・モータの速度
を制御する場合に、動作指令値の積分人力レベルをサー
ボ・モータの速度に応答して変化させるのであるから、
積分周期を変化させたのと同等になり、位置決め所要時
間を短縮できるとともに、高速動作時の発振を防＋ｌで
きる。また、積分入力レベルを変化させるだけであるか
ら、積分周期を変化させる場合と比較して処理を著しく
簡素化できる。

以上の構成のロボット用サーボ・モータの速度制御装置
であれば、比例制御手段により動作指令値に比例するト
ルク指令を生成し、積分制御手段により動作指令値の積
分直に対応するトルク指令を生成し、トルク指令合成手
段により両トルク指令を合成してサーボ・モータに対す
るトルク指令を生成する場合に、選択制御手段によりサ
ーボ・モータの速度に対応する選択信号を出力し、選択
信号に対応づけられた積分制御手段を選択的に動作させ
ることにより積分時定数を変化させることができる。し
たがって、低速動作時に積分時定数が短い積分制御手段
を動作させることにより位置決め所要時間を短縮でき、
高速動作時に積分時定数が長い積分制御手段を動作させ
ることにより発振を確実に防止できる。

第４の発明のロボット用サーボ・モータの速度制御装置
であれば、比例制御手段により動作指令値に比例するト
ルク指令を生成し、積分制御手段により動作指令値の積
分値に対応するトルク指令を生成し、トルク指令合成手
段により両トルク指令を合成してサーボ・モータに対す
るトルク指令を生成する場合に、選択制御手段によりサ
ーボ・モータの速度に対応する選択信号を出力し、選択
信号に応答してゲイン制御手段により積分制御手段に対
する動作指令値の供給レベルを変化させ、積分時定数を
変化させたのと同等の作用を達成できる。そして、この
場合には、単にレベルを変化させるだけでよいから、時
定数を変化させる場合と比較して構成を著しく簡素化で
きる。

〈実施例〉 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第１図はこの発明のロボット用サーボ・モータの速度制
御方法の一実施例を示すフローチャートであり、ステッ
プのにおいて速度指令値を取り込み、ステップ■におい
て取り込んだ速度指令値とフィードバック信号（速度検
出信号）とに基づいて動作指令値としての速度偏差を算
出する。そして、ステップ■において速度偏差および予
め設定された比例ゲインに基づいて比例制御のためのト
ルク指令を算出し、ステップ■において速度検出信号に
基づいて該当する時定数の積分動作を選択し、ステップ
■において、選択された時定数に基づいて定まる周期で
積分動作を行ない、ステ・ツブ■において、得られた積
分値およびＴ・め設定された積分ゲインに基づいて積分
制御のためのトルク指令を算出し、ステップ■において
両トルク指令を加算してサーボ・モータを駆動する。そ
の後、ステップ■において位置決めが完了したか否かを
判別し、位置決めが完了していなければ再びステップ■
の処理を行なう。逆に、位置決めが完了していれば、そ
のまま一連の処理を終了する。尚、上記ステップ■の処
理は、許容される速度の範囲を予め複数段階に区分して
おき、各区分に対応させて予め異なる時定数の積分動作
を割当てておくことにより簡単に行なうことができる。

具体的には、大きい速度に対応して時定数が長い積分動
作を選択し、小さい速度に対応して時定数が短い積分動
作を選択する。

したがって、ロボット動作のためのサーボ・モータの駆
動に適用した場合には、起動初期に短い時定数で加速の
ためのトルクの蓄積が行なわれる結果、良好な加速特性
を達成でき、逆に、位置決め終期に短い時定数で微動加
速のためのトルクの蓄積が行なわれる結果、それまでに
蓄積されていた制動トルクの放出が迅速に行なわれ、十
分な制動が行なわれた後、目標位置に向かっての動作を
開始するまでの所要時間を短縮できる。

〈実施例２〉 第２図はこの発明のロボット用サーボ・モータの速度制
御装置の一実施例を示すブロック図であり、図示しない
位置制御系から出力される速度指令値とサーボ・モータ
の速度を検出することにより得られるフィードバック信
号との差分を算出し、動作指令値として出力する減算器
（１）と、減算器（１）から出力される動作指令値を入
力として比例制御のためのトルク指令を出力するゲイン
・コントローラ（２）と、減算器（１）から出力される
動作指令値を人力として所定の時定数で積分動作を行な
う、互に並列接続された複数の積分回路（３１）　（３
２）・・・（３ｎ）からなる積分回路（３）と、積分回
路（３）から出力される積分値を人力として積分制御の
ためのトルク指令を出力するゲイン・コントローラ（４
）と、両トルク指令を加算して比例・積分制御のための
トルク指令を出力する加算器（５）と、加算器（５）か
ら出力されるトルク指令を入力としてサーボ・モータに
供給すべき電流を出力するモータ・ドライバ（６）と、
サーボ・モータの速度検出信号を入力として何れかの積
分回路を選択するための選択信号を出力する、デコーダ
、コンパレータ等からなる選択制御回路（７）と、選択
信号に基づいて何れかの積分回路を減算器（１）、ゲイ
ン・コントローラ（４）と接続するセレクタ（８）　（
９）とを有している。尚、上記選択信号は、サーボ・モ
ータの速度が大きい場合に時定数が長い積分回路を選択
し、サーボ・モータの速度が小さい場合に時定数が短い
積分回路を選択するように設定されている。

したがって、この実施例の場合にも、起動初期に短い時
定数で加速のためのトルクの蓄積が行なわれる結果、良
好な加速特性を達成でき、逆に、位置決め終期に短い時
定数で微動加速のためのトルクの蓄積が行なわれる結果
、それまでに蓄積されていた制動トルクの放出が迅速に
行なわれ、十分な制動が行なわれた後、目標位置に向か
っての動作を開始するまでの所要時間を短縮できる。

〈実施例３〉 第３図はこの発明のロボット用す−ボ拳モータの速度制
御方法の他の実施例を示すフローチャートであり、ステ
ップ■において速度指令値を取り込み、ステップ■にお
いて、取り込んだ速度指令値とフィードバック信号（速
度検出信号）とに基づいて動作指令値としての速度偏差
を算出する。

そして、ステップ■において速度偏差および予め設定さ
れた比例ゲインに基づいて比例制御のためのトルク指令
を算出し、ステップ■において速度検出ｆｄ゛号に基づ
いて該当する人力ゲインを速度偏差に乗算して速度偏差
のレベルを変化させ、ステップ■において、ｒめ定めら
れた周期でレベルが変化された速度偏差に対する積分動
作を行ない、ステップ■において、得られた積分値およ
び予め設定された積分ゲインに基づいて積分制御のため
のトルク指令を算出し、ステップ■において両トルク指
令を加算してサーボ・モータを駆動する。

その後、ステップ■において位置決めが完了したか否か
を判別し、位置決めが完了していなければ再びステップ
■の処理を行なう。逆に、位置決めが完了していれば、
そのまま一連の処理を終了する。尚、上記ステップ■の
処理は、許容される速度の範囲を予め複数段階に区分し
ておき、各区分に対応させて予め異なるゲインを割当て
ておくことにより簡単に行なうことができる。具体的に
は、大きい速度に対応して小さいゲインを選択し、小さ
い速度に対応して大きいゲインを選択する。

この実施例の場合には、積分のための時定数Ｔが、 Ｔ−ＫＰ　／　（ＫＩｖＸＫｌ　） （但し、ＫＰは比例ゲイン、Ｋ１は積分ゲイン、Ｋｌｖ
は入力ゲイン） であるから、単に入力ゲインＫＩＶのみを変化させるこ
とにより異なる時定数の積分動作を選択したのと同等の
効果が得られる。したがって、第１の実施例と同様に、
位置決め終期に、それまでに蓄積されていた制動トルク
の放出が迅速に行なわれ、十分な制動が行なわれた後、
目標位置に向かっての動作を開始するまでの所要時間を
短縮できる。

〈実施例４〉 第４図はこの発明のロボット用サーボ・モータの速度制
御装置の他の実施例を示すブロック図であり、図示しな
い位置制御系から出力される速度指令値とサーボ・モー
タの速度を検出することにより得られるフィードバック
信号との差分を算出し、動作指令値として出力する減算
器（１）と、減算器（１）から出力される動作指令値を
入力として比例制御のためのトルク指令を出力するゲイ
ン・コントローラ（２）と、減算器（１）から出力され
る動作指令値を入力としてサーボ・モータ速度に対応す
るレベル変化を施す人力用ゲイン・コントローラ（１０
）と、人力用ゲイン・コントローラ（１０）から出力さ
れる、レベルが変化された動作指令値を入力として所定
の時定数で積分動作を行なう積分回路（３）と、積分回
路（３）から出力される積分値を人力として積分制御の
ためのトルク指令を出力するゲイン・コントローラ（４
）と、両トルク指令を加算して比例・積分制御のための
トルク指令を出力する加算器（５）と、加算器（５）か
ら出力されるトルク指令を入力とじてサーボ・モータに
供給すべき電流を出力するモータ・ドライバ（６）と、
サーボ・モータの速度検出信号を入力として入力用ゲイ
ン・コントローラ（１０）のゲインを選択するための選
択信号を出力する、デコーダ、コンパレータ等からなる
ゲイン算出回路（１１）を有している。尚、上記選択信
号は、サーボ・モータの速度の絶対値が大きい場合に小
さいゲインを選択し、サーボ・モータの速度の絶対値が
小さい場合に大きいゲインを選択するように設定されて
いる。また、上記人力用ゲイン・コントローラ００）は
、例えばメモリに予め格納されているゲインを読み出し
て動作指令値と乗算するものを使用すればよいが、この
構成に限定されるものではなく、従来公知の種々の構成
を採用することが可能である。さらに、上記フィードバ
ック信号もサーボ・モータの速度に対応しているのであ
るから、ゲイン算出回路（１１）の入力としてフィード
バック信号を用いることも可能である。

く実験例〉 定格が５００Ｗの交流サーボ・モータを用い、付加をロ
ータ・イナーシャの１０倍に設定し、目標位置に対して
１０パルス以内で位置決め完了となる条件下において目
標位置への動作、位置決めおよび位置決め後の復動を行
なわせた結果、第５図に示すように、目標位置に向かう
方向の移動速度が十分に減速されてから復動を開始する
までの時間が７３．０５ｍ５ｅｃであった。但し、人力
用ゲイン・コントローラ００）のゲインは、サーボ・モ
ータの速度の絶対値に反比例するように定められている
とともに、１６段階に区分されている。

第６図は第７図に示す従来装置により同様の動作を行な
わせた場合の測定結果であり、目標位置に向かう方向の
移動速度が十分に減速されてから復動を開始するまでの
時間が１４８．８ｍ５ｅｃであった。

したがって、この実験例から明らかなように、十分に減
速されてから実際に位置決めが完了するまでの所要時間
を従来例の１／２以下にできたことが分る。

尚、この発明は上記の実施例に限定されるものではなく
、例えば、サーボ・モータの速度に対して積分の時定数
、人力ゲインを線形に、かつ無段階に変化させることが
可能であるほか、指数関数的、対数関数的に変化させる
ことが可能であり、さらに、所定の閾値を境界として単
に２段階に変化させることが可能であるほか、この発明
の要旨を変更しない範囲内において種々の設計変更を施
すことが可能である。

〈発明の効果〉 以上のように第１の発明は、目標位置に近すいてサーボ
・モータの速度が小さくなった場合に、積分周期を短く
して制動のためのトルクの蓄積を迅速に放出させて、目
標位置に向かう微動加速動作を短時間で再開させるので
、位置決め所要時間を短縮でき、高速動作時における発
振を確実に防止できるという特有の効果を奏する。

第２の発明は、積分人力レベルを変化させるだけである
から、積分周期を変化させる場合と比較して処理を著し
く簡素化でき、しかも積分周期を変化させる場合と同様
に、位置決め所要時間を短縮できるとともに、高速動作
時の発振を防止できるという特有の効果を奏する。

第３の発明は、目標位置に近ずいてサーボ・モータの速
度が小さ（なった場合に、積分周期を短くして制動のた
めのトルクの蓄積を迅速に放出させて、目標位置に向か
う微動加速動作を短時間で再開させるので、位置決め所
要時間を短縮でき、高速動作時における発振を確実に防
１Ｆできるという特釘の効果を奏する。

第４の発明は、単にレベルを変化させるだけでよいから
、時定数を変化させる場合と比較して構成を著しく簡素
化でき、しかも積分周期を変化させる場合と同様に、位
置決め所要時間を短縮できるどともに、高速動作時の発
振を防止できるという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のロボット用サーボ・モータの速度制
御方法の一実施例を示すフローチャート、第２図はこの
発明のロボット用サーボ・モータの速度制御装置の一実
施例を示すブロック図、第３図はこの発明のロボ・ソト
用サーボ・モータの速度制御方法の他の実施例を示すフ
ローチャート、 第４図はこの発明のロボ・ソト用サーボ・モータの速度
制御装置の他の実施例を示すプロ・ンク図、第５図は第
４図の実施例に基づく位置決め動作を行なった場合の速
度、トルク指令および入力ゲインの関係を示す図、 第６図は第７図の従来例に括づく位置決め動作を行なっ
た場合の速度、トルク指令および人力ゲインの関係を示
す図、 第７図はロボット用サーボ・モータの速度制御装置の従
来例を示すブロック図、 第８図は第７図の従来例による速度指令と実際の速度と
の関係を示す図。 （２）　（４）・・・ゲイン・コントローラ、Ｇ）　（
３１Ｘ３２）−（３ｎ）−積分回路、（５）・・・加算
器、（７）・・・選択制御回路、００）・・・入力用ゲ
イン命コントローラ、（１１）・・・ゲイ ン算出回路 代 理 人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、動作指令値に比例するトルク指令を生成するととも
   に、動作指令値の積分値に対応するトルク指令を生成し
   、両トルク指令に基づいてサーボ・モータの速度を制御
   する方法において、動作指令値の積分周期をサーボ・モ
   ータの速度に応答して変化させることを特徴とするロボ
   ット用サーボ・モータの速度制御方法。 ２、動作指令値に比例するトルク指令を生成するととも
   に、動作指令値の積分値に対応するトルク指令を生成し
   、両トルク指令に基づいてサーボ・モータの速度を制御
   する方法において、動作指令値の積分入力レベルをサー
   ボ・モータの速度に応答して変化させることを特徴とす
   るロボット用サーボ・モータの速度制御方法。 ３、動作指令値に比例するトルク指令を生成する比例制
   御手段（２）と、動作指令値の積分値に対応するトルク
   指令を生成する積分制御手段（３）（４）と、両トルク
   指令に基づいてサーボ・モータに対するトルク指令を生
   成するトルク指令合成手段（５）と、サーボ・モータの
   速度に基づいて積分制御手段に対する選択信号を出力す
   る選択制御手段（７）とを有し、上記積分制御手段（３
   ）が、選択信号に基づいて選択的に動作する、積分時定
   数が互に異なる複数の積分制御手段（３１）（３２）・
   ・・（３ｎ）で構成されていることを特徴とするロボッ
   ト用サーボ・モータの速度制御装置。 ４、動作指令値に比例するトルク指令を生成する比例制
   御手段（２）と、動作指令値の積分値に対応するトルク
   指令を生成する積分制御手段（３）（４）と、両トルク
   指令に基づいてサーボ・モータに対するトルク指令を生
   成するトルク指令合成手段（５）と、サーボ・モータの
   速度に基づいて選択信号を出力する選択制御手段（７）
   と、選択信号に基づいて積分制御手段（３）に対する動
   作指令値の供給レベルを変化させるゲイン制御手段（１
   ０）（１１）とを有していることを特徴とするロボット
   用サーボ・モータの速度制御装置。