JPH04163603A - 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】

ｒ産業上の利用分野】 この発明は、ロボットの制御装置に関し、さらに詳しく
は、速度指令を算出するための計算を簡略化しうるロボ
ットの制御装置に関する。

【従来の技術】

従来のロボットの制御装置の一例を第５図に示す。 （１）は、ユーザか構成したプログラムと、教示または
マニュアルデータ入力によって生成された位置変数デー
タとを格納するプログラム記憶部である。 （２）は、プログラム記憶部（１）から読み出したプロ
グラムの命令を解読する命令解読部である。 （３）は、解読された命令が移動動作に関する命令であ
る場合に、その目的位置を表わす位置変数θｉｄを生成
する目的位置発生部である。なお、ｉは、ロボット（Ｒ
）の各軸を表わし、例えば６軸ロボツトならｉ＝１．２
，３，４，５．６である。 （５４）は、位置制御手段であり、各軸許容移動速度ω
ｉを発生する各軸許容移動速度発生部（５５）と１　Δ
を時間毎における各軸の速度指令ｄθｊを生成する速度
指令発生部（５６）と、その速度指令ｄθｉに基づきΔ
を時間毎における位置指令θｉを生成する位置指令発生
部（７）とからなる。 （８）は、位置制御手段（５４）か生成した位置指令θ
ｉをロボット（Ｒ）の各軸の駆動モータパルス数Ｊｉに
変換する座標変換部である。 （９）は、駆動モータパルス数Ｊｉに基づいてロボット
（Ｒ）の各軸の位置決めを行なう位置決め制御部である
。 次に動作について説明する。 プログラム記憶装置（１）に格納された複数個のプログ
ラムのうちのあるプログラムか実行すべきものとして選
択されると、命令解読部（２）は、そのプログラム中の
命令の解読を開始する。 命令の解読により得た情報がロボット（Ｒ）の移動動作
に関する命令である場合には、命令解読部（２）は、目
的位置発生部（３）に対して、目的位置θｉｄを発生す
るように指令する。 この指令により、目的位置発生部（３）は、目的位置θ
ｉｄを発生する。 位置制御手段（５４）の各軸許容移動速度発生部（５５
）は、各軸の駆動モータから規定される各軸許容最高角
速度ωｉｍと、移動動作における指定速度（許容最高角
速度に対する比にて指定）Ｏｖとにより、各軸許容移動
速度ωｉを算出する。 ω１＝ｏｖ・ωｉｍ　　　　　　　　　　・・・■位置
制御手段（５４）の速度指令発生部（５６）は、前記目
的位置θ１ｄと各軸許容移動速度ωｌとに基づいて、ロ
ボットの移動動作に関する速度制御ならびに軌跡制御を
行なう。 速度制御ならびに軌跡制御は、サンプリング制御で行わ
れる。すなわち、ある一定の時間Δを毎に以下の処理を
行い、速度指令ｄθｉを生成する。 まず、目的位置θｉｄと、前回の位置指令θｉ（説明の
都合上、これをθｉｃと表わす）から、各軸の移動量Δ
θ１を算出する。 Δθｉ＝θｉｄ−θｉｃ　　　　　　　　・・・■次に
、各軸の移動量Δθｉと、各軸許容移動速度ωｉとによ
り、各軸の移動時間ｔ１を算出する。 ｔｉ＝Δθｉ／ωｉ　　　　　　　　　・・・■ところ
で、各軸間時に移動を開始し、同時に移動を終了するに
は、移動時間ｔｉの最大値で全ての軸が各々の移動量Δ
θｉを移動すればよいから、次のように各軸の各軸許容
移動速度ωｉを補正して、各軸補間時最高速度Ｖｉを算
出する。 ｔｍ＝ｍａｘ　（ｔ　ｉ）　　　　　　　　　・・・■
Ｖｉ＝ω１−ｔｉ／１ｍ　　　　　　　　・・０次に、
与えられた各軸の加速度ａｉおよび減速度ｄｉと、各軸
補間時最高速度Ｖｉとから、次のΔを時間における速度
指令ｄθｉを算出する。すなわち、各軸の速度を第６図
に示すように制御するものとすると、前回の速度指令ｄ
θｉｃと残りの移動量から判断して、次の速度指令ｄθ
ｉの領域が増速域の場合は、 ｄｅｉ＝ｄθｉｃ＋ａｉ　　　　　　　　・・・■（初
期値をＯとする。） 定速域の場合は、 ｄｅ１＝Ｖｉ　　　　　　　　　　　　　・・・■減速
域の場合は、 ｄｅ　１＝ｃＮ９　ｉ　ｃ−ｄ　ｉ　　　　　　　　−
・■このようにして、速度指令ｄθｉを生成する。 位置制御手段（５４）の位置指令発生部（７）は、速度
指令ｄθｉにより次のΔを時間における各軸の位置指令
θｉを生成する。 θｉ＝θｉｃ＋ｄθｉ　　　　　　　　　・・■座標変
換部（８）は、前記位置指令θｉをロボット（Ｒ）の各
軸の駆動モータパルス数Ｊｉに変換し、位置決め制御部
（９）に渡す。 位置決め制御部（９）は、各軸の駆動モータパルス数Ｊ
ｉを、内蔵しているＤ／Ａ変換器を介して、ロボット（
Ｒ）の各軸のモータに出力する。 これにより、ロボット（Ｒ）は、位置指令θ１の位置に
移動する。 他の関連する従来技術としては、特開昭６０−２６２２
１２号に開示のロボットの制御方法がある。これは、ロ
ボットの移動経路でのコーナー角により速度係数を計算
し、この速度係数と許容最大速度を乗することにより、
速度を決定する制御方法である。

【発明が解決しようとする課題】

上記０〜０式のうち、０式以外は全てベクトル計算であ
る。すなわち、８回のベクトル計算を行っている。 このため、従来のロボットの制御装置では、関節軸の多
いロボットになるほと計算量か増え、処理時間がかかる
問題があった。 さらに、目標位置発生部３から各軸の目的位置θｉｄを
発生する（関節系における補間）のではなく、直交座標
系により表わした３次元空間の目的位置を発生する場合
や円筒座標系により表わした３次元空間の目的位置を発
生するような場合（３次元空間系における補間）は、各
々の座標系における補間での速度の概念が異なるため、
統一的に制御することができない問題かあった。 さらに、軸干渉のある関節機構では、制御か煩雑になる
問題があった。 また、特開昭６０−２６２２１２号に開示のロボットの
制御方法は、コーナーでの移動動作を対象とするもので
あり、一般の移動動作の制御に適したものではなかった
。 この発明は、上記課題を解決するためになされたもので
、計算が簡略化され、異なる座標系でも統一的に制御可
能であり、軸干渉のある関節機構でも制御が簡単であり
、さらに一般の移動動作の制御に好適なロボットの制御
装置を得ることを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

第１の発明は、現在位置から目的位置への各軸の移動量
に基づいて速度指令を発生するロボットの制御装置にお
いて、各軸の許容最高速度から各軸負荷係数を算出し、
その各軸負荷係数と各軸の移動量から代表移動距離を得
、各軸共通の加速度と減速度と指定速度とから各軸共通
の移動速度指標を算出し、その移動速度指標と各軸の移
動量と前記代表移動距離とから速度指令を発生する演算
制御手段を具備したことを特徴とするロボットの制御装
置を提供する。 第２の発明は、現在位置から目的位置への各軸の移動量
に基づいて速度指令を発生するロボットの制御装置にお
いて、各軸の許容最高速度から各軸負荷係数を算出し、
その各軸負荷係数と各軸の移動量から代表移動距離を得
、各軸共通の加速度と減速度と指定速度とから各軸共通
の移動速度指標を算出し、その移動速度指標と各軸の移
動量と前記代表移動距離とから速度指令を発生する演算
制御手段を具備すると共に、前記各軸負荷係数を変更す
る各軸負荷係数変更手段を具備したことを特徴とするロ
ボットの制御装置を提供する。 第３の発明は、現在位置から目的位置への各軸の移動量
に基づいて速度指令を発生するロボットの制御装置にお
いて、各軸の許容最高速度から各軸負荷係数を算出し、
その各軸負荷係数と各軸の移動量から代表移動距離を得
、各軸共通の加速度と減速度と指定速度とから各軸共通
の移動速度指標を算出し、その移動速度指標と各軸の移
動量と前記代表移動距離とから速度指令を発生する演算
制御手段を具備すると共に、ロボットの軸の干渉に関す
る情報に基づいて前記各軸負荷係数を変更する各軸負荷
係数変更手段を具備したことを特徴とするロボットの制
御装置を提供する。

【作用】

第１の発明では、演算制御手段は、各軸の許容最高速度
から各軸負荷係数を算出し、その各軸負荷係数と各軸の
移動量から代表移動距離を得る。 他方、各軸共通の加速度と減速度と指定速度とから各軸
共通の移動速度指標を算出する。そして、その移動速度
指標と各軸の移動量と前記代表移動距離とから速度指令
を発生する。 このように、各軸共通の移動速度指標を算出し、それを
各軸の移動量と前記代表移動距離とにより各軸に分配し
て各軸の速度指令を得るから、ベクトル計算か少なくな
り、計算量を減らすことが出来るようになる。また、異
なる座標系でも統一的に制御可能となる。さらに、一般
の移動動作の制御に好適となる。 第２の発明では、各軸負荷係数変更手段により、手動ま
たは自動で、各軸負荷係数を変更することが出来る。 これにより、各軸速度を簡単に調整できるようになる。 第３の発明では、ある軸か移動すると、その移動に影響
されて、他の軸か移動するような干渉かある場合に、そ
の軸間の干渉情報をもとに、各軸負荷係数変更手段か、
各軸負荷係数を変更する。 これにより、各軸速度を容易に最適の速度まで低下させ
ることが出来る。

【実施例】

以下、図面を参照して、この発明の詳細な説明する。 第１図は、この発明のロボットの制御装置の一実施例の
構成を示すブロック図である。 （１）は、ユーザが構成したプログラムと、教示または
マニュアルデータ入力によって生成された位置変数デー
タとを格納するプログラム記憶部である。 （２）は、プログラム記憶部（１）から読み出したプロ
グラムの命令を解読する命令解読部である。 （３）は、解読された命令が移動動作に関する命令であ
る場合に、その目的位置を表わす位置変数θｉｄを生成
する目的位置発生部である。なお、ｉは、ロボット（Ｒ
）の各軸を表わし、例えば６軸ロボツトならｉ＝１．２
，３，４，５，６である。 （４）は、位置制御手段であり、最高速度指標Ｓを発生
する最高速度指標発生部（１１）と、各軸負荷係数ｎｉ
を発生する各軸負荷係数発生部（１２）と、補間許容移
動速度Ｕを発生する補間許容移動速度発生部（１３）と
、Δを時間毎における各軸の速度指令ｄθｉを生成する
速度指令発生部（６）と、その速度指令ｄθｉに基づき
Δを時間毎における位置指令θｉを生成する位置指令発
生部（７）とからなる。 （８）は、位置制御手段（４）が生成した位置指令θｉ
をロボット（Ｒ）の各軸の駆動モータパルス数Ｊｉに変
換する座標変換部である。 （９）は、駆動モータパルス数Ｊｉに基づいてロボット
（Ｒ）の各軸の位置決めを行なう位置決め制御部である
。 次に動作について説明する。 プログラム記憶装置（１）に格納された複数個のプログ
ラムのうちのあるプログラムか実行すべきものとして選
択されると、命令解読部（２）は、そのプログラム中の
命令の解読を開始する。 命令の解読により得た情報かロボット（Ｒ）の移動動作
に関する命令である場合には、命令解読部（２）は、目
的位置発生部（３）に対して、目的位置θｉｄを発生す
るように指令する。 この指令により、目的位置発生部（３）は、目的位置θ
ｉｄを発生する。 位置制御手段（４）の最高速度指標発生部（１１）は、
各軸の駆動モータから規定される各軸許容最高角速度ω
ｉｍの最大値より、最高速度指標Ｓを得る。 Ｓ　＝ｍ　ａ　Ｘ　（（Ｌｌ　ｉ　ｍ）　　　　　　　
　　−（１）位置制御手段（４）の各軸負荷係数発生部
（１２）は、各軸許容最高角速度ω１ｍと最高速度指標
Ｓとより、各軸負荷係数ｎｉを算出する。 ｎ　ｉ　＝Ｓ／ωｉｍ　　　　　　　　　　　−（２）
各軸負荷係数ｎｉは無次元量であり、各軸の移動に際し
ての移動の負荷（動きにくさ）を表している。 位置制御手段（４）の補間許容移動速度発生部（１３）
は、最高速度指標Ｓと指定速度Ｏｖとにより、補間許容
移動速度Ｕを算出する。 ＴＪ＝Ｏｖ−８・・（３） 位置制御手段（４）の速度指令発生部（６）は、目的位
置θｉｄと、各軸負荷係数ｎ】と、補間許容移動速度Ｕ
とに基づいて、ロボットの移動動作に関する速度制御な
らびに軌跡制御を行なう。 速度制御ならびに軌跡制御は、サンプリング制御で行わ
れる。すなわち、ある一定の時間Δを毎に以下の処理を
行い、速度ｄθｉを生成する。 まず、目的位置θｉｄと、前回の位置指令θＩＣから、
各軸の移動量Δθｉを算出する。 Δθ　ｉ　−θ　ｉｄ−θ　ｉｃ　　　　　　　　　　
　　−４４）次に、各軸の移動量Δθｉに、前記各軸負
荷係数ｎｉを乗じて、各軸移動１？［ｌ１ＭＬｉを算出
する。 Ｌｉ＝ｎｉ・Δθｉ　　　　　　　　　　−（５）各軸
移動距離Ｌｉは、移動量△θ工か同じなら、移動の負荷
（動きにくさ）の大きい軸はと、大きな値になる。 次に、代表移動距離Ｌｍを発生する。 Ｌｍ＝ｍａ　ｘ　（Ｌ　ｉ）　　　　　　　　　−（６
）次に、与えられた各軸共通の加速度Ａおよび減速度り
と、前記補間許容移動速度Ｕとから、次のΔを時間の速
度指標ｄＶを算出する。すなわち、毎Δを時間に計算さ
れる代表移動距離Ｌｍと、補間許容移動速度Ｕと、加速
度Ａと、減速度りとに基づいて増速域、定速域１減速域
を判断し、増速域の場合は、 ｄ　Ｖ＝ｄ　Ｖ　ｃ　＋Ａ　　　　　　　　　　　−（
７）（初期値をＯとする。） 定速域の場合は、 ｄＶ＝Ｕ　　　　　　　　　　　　　　　・・（８）減
速域の場合は、 ｄ　Ｖ＝ｄ　Ｖ　ｃ−Ｄ　　　　　　　　　　　−（９
）とする。 次に、上記各軸共通の速度指標ｄＶから、次のΔを時間
における各軸の移動速度ｄθｌを算出する。 ｄθ１＝ｄＶ・Δθｉ　／　Ｌ　ｍ　　　　　　　−（
１０）位置制御手段（４）の位置指令発生部（７）は、
速度指令ｄｅｉにより次のΔを時間における各軸の位置
指令θｌを生成する。 θｉ−θｉｃ＋ｄθｉ　　　　　　　　　・（１１）座
標変換部（８）は、前記位置指令θｉをロボット（Ｒ）
の各軸の駆動モータパルス数Ｊ１に変換し、位置決め制
御部（９）に渡す。 位置決め制御部（９）は、各軸の駆動モータパルス数Ｊ
ｉを、内蔵しているＤ／Ａ変換器を介して、ロボット（
Ｒ）の各軸のモータに出力する。 以上の動作を目的位置に到達するまで繰り返すことによ
って、ロボット（Ｒ）は目的位置への移動を完了する。 上記（１）〜（１１）式のうち、（２）　（４）（５）
（１０）（１１）式かベクトル計算である。すなわち、
５回のベクトル計算でよいことになる。 このため、計算量か減り、関節軸の多いロボットでも短
い処理時間で足るようになる。 さらに、目標位置発生部３から直交座標系により表わし
た３次元空間の目的位置を発生する場合や円筒座標系に
より表わした３次元空間の目的位置を発生するような場
合（３次元空間系における補間）でも、統一的に制御す
ることか出来るようになる。 次に、第２図は、この発明のロボットの制御装置の他の
実施例の構成を示すブロック図である。 第１図のロボットの制御装置とは、各軸負荷係数発生部
（１２）で発生する各軸負荷係数ｎｉか、各軸負荷係数
変更部（１４）により変更される点点か異なっている。 その他の構成は、同しである。 各軸負荷係数変更部（１４）には、軸干渉情報が入力さ
れている。この軸干渉情報とは、例えば以下の如きもの
である。 すなわち、軸干渉は、第３図に模式図で示すような機構
を持つ関節で発生する。（２０）はＵ軸、（２１）はＵ
軸駆動モータ、（３０）はＵ軸、（３１）はＶ軸駆動モ
ータ、（３２）（３３）はＶ軸駆動モータ（３１）の回
転をＶ軸（３０）に伝達するためのかさ歯車である。 この関節機構で、Ｕ軸を矢印（２２）の方向に回転する
と、Ｖ軸駆動モータ（３１）を停止させておいても、Ｖ
軸（３０）は矢印（３４）の方向に回転してしまう。つ
まり、Ｕ軸（２０）の矢印（２２）の方向の回転が、Ｖ
軸（３０）の矢印（３４）の方向の回転として加わる。 このため、Ｖ軸駆動モータ（３１）によりＵ軸（３０）
を回転させる許容速度は、Ｕ軸（２０）の速度によって
上下し、第４図に示すようになる。 すなわち、Ｖ軸の許容速度Ｖは、矢印（２２）（３４）
の方向を子方向とすると、 ｖ＝ｐｅＵ±ｖｏ　　　　　　　　　　・・（ｉ）（ｐ
は干渉係数。ＵはＵ軸速度。ｖＯはＵ軸速度がＯのとき
のＵ軸の許容速度。） となる。 この（ｉ）式におけるｐ、ｖｏか軸干渉情報である。 なお、Ｕ軸（２０）の許容速度をｕＯとすると、速度（
ｕ、ｖ）は、第４図の平行四辺形の領域内になくてはな
らない。 各軸負荷係数変更部（１４）は、 Δθｉ−θ１ｄ−θｉｃ　　　　　　　　−（４）Ｌｍ
＝ｍ　ａ　ｘ　（Ｌ　ｉ　）　　　　　　　　　・（６
）によりΔθｉ、Ｌｍを算出する。さらに、干渉のある
軸のｉをα、βとすると、 ｕ＝Ｓ・Δθａ　／　Ｌ　ｍ　　　　　　　　−（ｉｉ
）ｖ＝Ｓ・Δθβ／　Ｌ　ｍ　　　　　　　　−（ｉｉ
ｉ）により干渉のある軸α、βの速度指令Ｕ、Ｖを算出
する。 そして、算出した速度指令ｕ、ｖが第４図に示す平行四
辺形の領域内にあるか否かをチエツクする。 平行四辺形の領域内にあれば、各軸負荷係数ｎｉの変更
は行わない。 平行四辺形の領域内になければ、平行四辺形の領域内に
なるような速度指令ｕ′、ｖ′を求める。 その方法は、例えば、第４図に（Ｕ、Ｖ）で示すような
移動速度であった場合、原点（０，０）へ向けて（ｕ、
ｖ）を小さくし、平行四辺形の領域内となった速度（ｕ
′、ｖ′）を採用する。あるいは、（ｕ、ｖ）から平行
四辺形の辺へ垂線を下ろし、その辺上の足の速度（ｕ’
　、　　ｖｔ　）を採用する。次に、干渉のある軸α、
βの負荷係数をｎα、ｎβとすると、 ｎα’＝ｌｕ／ｕ’ｌ　・ｎα　　　　・・・（ｉｖ）
ｎβ′＝ｌｖ／■′　１・ｎβ　　　　・（ｖ）により
、ｎα′、ｎβ′を算出する。そして、干渉のある軸α
、βの負荷係数ｎα、ｎβをｎα′。 ｎβ′に変更するように、各軸負荷係数発生部（１２）
に指令する。 変更後の各軸負荷係数ｎｉを用いれば、自動的に平行四
辺形の領域内となる速度指令ｄθｉが発生され、干渉の
ある軸を含む場合でも、簡単にスムーズな速度制御を行
えるようになる。

【発明の効果】

この発明によれば、計算が簡略化され、関節軸の多いロ
ボットでも、処理時間を短縮できるようになる。また、
異なる座標系でも統一的に制御できるようになる。また
、軸干渉のある関節機構でも、速度過大を未然に防いで
速度を調整し移動することが簡単にできるようになる。 さらに、一般の移動動作の制御に好適となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のロボットの制御装置の一実施例のブ
ロック図、第２図はこの発明のロボットの制御装置の他
の実施例のブロック図、第３図は軸干渉の機構模式図、
第４図は軸干渉がある場合の軸速度関係図、第５図は従
来のロボットの制御装置の一例のブロック図、第６図は
加減速制御の説明図である。 図において、（１）はプログラム記憶部、（２）は命令
解読部、（３）は目的位置発生部、（４）は位置制御手
段、（６）は速度指令発生部、（７）は位置指令発生部
、（８）は座標変換部、（９）は位置決め制御部、（１
１）は最高速度指標発生部、（１２）は各軸負荷係数発
生部、（１３）は補間許容移動速度発生部、（１４）は
各軸負荷係数変更部、（Ｒ）はロボットである。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、現在位置から目的位置への各軸の移動量に基づいて
   速度指令を発生するロボットの制御装置において、 各軸の許容最高速度から各軸負荷係数を算 出し、その各軸負荷係数と各軸の移動量から代表移動距
   離を得、各軸共通の加速度と減速度と指定速度とから各
   軸共通の移動速度指標を算出し、その移動速度指標と各
   軸の移動量と前記代表移動距離とから速度指令を発生す
   る演算制御手段を具備したことを特徴とするロボットの
   制御装置。 ２、現在位置から目的位置への各軸の移動量に基づいて
   速度指令を発生するロボットの制御装置において、 各軸の許容最高速度から各軸負荷係数を算 出し、その各軸負荷係数と各軸の移動量から代表移動距
   離を得、各軸共通の加速度と減速度と指定速度とから各
   軸共通の移動速度指標を算出し、その移動速度指標と各
   軸の移動量と前記代表移動距離とから速度指令を発生す
   る演算制御手段を具備すると共に、前記各軸負荷係数の
   変更手段を具備したことを特徴とするロボットの制御装
   置。 ３、現在位置から目的位置への各軸の移動量に基づいて
   速度指令を発生するロボットの制御装置において、 各軸の許容最高速度から各軸負荷係数を算 出し、その各軸負荷係数と各軸の移動量から代表移動距
   離を得、各軸共通の加速度と減速度と指定速度とから各
   軸共通の移動速度指標を算出し、その移動速度指標と各
   軸の移動量と前記代表移動距離とから速度指令を発生す
   る演算制御手段を具備すると共に、ロボットの軸の干渉
   に関する情報に基づいて前記各軸負荷係数を変更する変
   更手段を具備したことを特徴とするロボットの制御装置
   。