JPH04215109A - 駆動対象物の制御装置及び速度制御方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボット、工作機械の
モータ等の制御対象物の制御装置において、目的位置へ
の移動動作における位置制御ならびに速度制御に係わり
、特に作業点から作業点へ速度変動ならびに加減速度変
動による振動防止に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に制御装置等に格納されたブログ
ラム等により、ロボット、モータ等の駆動対象物を現在
位置から目的位置まで移動させるため、速度ならびに位
置の制御指令を与える場合、現在位置から目的位置まで
を単位時間毎に速度ならびに位置を与える補間処理をす
るいわゆるサンプリング制御が行われる。この従来の技
術をロボットを例にして説明する。

【０００３】図６は従来のロボット制御装置を示すブロ
ック図である。図において、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を格納するプログラム記憶部、２
はプログラム記憶部１に格納されている現在実行中のプ
ログラムに書かれている命令を解読する命令解読部、３
はロボットの移動命令を実行する場合に、その目的位置
である位置変数を生成する目的位置発生部、５はロボッ
トの現在位置を常に管理する現在位置管理部、６は区間
と区間の接続時に速度を落とさず一定の速度で接続する
連続軌跡制御命令の情報を格納する連続軌跡制御情報部
である。７は位置制御手段で８〜１１及び１３からなり
、８はロボットの移動動作に関する今回の速度状態が加
速状態であるか定速状態であるか、減速状態であるかを
判断し決定する速度状態決定部、９はロボットの速度状
態が加速状態にあるときの速度を演算する加速状態の速
度演算部、１０はロボットの速度状態が定速状態にある
ときの速度を演算する定速状態の速度演算部、１１はロ
ボットの速度状態が減速状態にあるときの速度を演算す
る減速状態の速度演算部、１３は各時刻における移動指
令を与える位置指令発生部である。１４は位置制御手段
７が与える位置指令をロボットの各軸の駆動モータへパ
ルスで指令するパルス指令変換部、１５はパルス指令変
換部１４より出力された位置指令に対してロボットの移
動動作に関する位置決めを行う位置決め制御部、１６は
駆動対象物の例としてのロボット本体を示す。

【０００４】次に動作について説明する。プログラム記
憶部１に格納された複数個のプログラムのうちのあるプ
ログラムが選択されると、命令解読部２はプログラム記
憶部１に記憶されたそのプログラム中の命令の解読を開
始する。

【０００５】この命令の解読の結果、得た情報のうちロ
ボットの移動動作に関する命令であるとき、命令解読部
２は目的位置発生部３に対して、ロボットの移動目的位
置の発生を指示する。また、移動する区間を一定の速度
に保ちながら連続した区間を連続軌跡となるように制御
する連続軌跡制御に関する命令であるとき、命令解読部
２は連続軌跡制御情報部５に連続軌跡制御をするかしな
いかの情報を知らせる。

【０００６】目的位置発生部３が目的位置を発生すると
、位置制御手段７は現在位置管理部５の現在位置から目
的位置までロボットの移動動作に関する位置制御および
速度制御を行う。位置制御および速度制御はサンプリン
グ制御で行われており、ある一定時間ｄｔ毎に速度なら
びに位置が与えられる。

【０００７】位置制御手段７で行う速度制御は、まず、
速度状態決定部８より速度を与えるための今回の速度状
態を現在の速度と指令速度を比較し決定する。その結果
、現在の速度が小さいときは加速状態の速度演算部９、
等しいときは定速状態の速度演算部１０、現在の速度が
大きいときは減速状態の速度演算部１１に分岐し今回の
速度を演算する。

【０００８】ここで、速度０からある一区間の移動を行
うとき、通常、連続軌跡制御を行わないときは図１１（
ａ）の速度パターンとなり加速、定速、減速処理の速度
制御をするが、連続軌跡制御を行うときは図１１（ｂ）
の速度パターンとなり加速、定速処理の速度制御をし減
速処理は行わない。ただし、指令速度が現在の速度より
遅い場合は減速処理をする。

【０００９】位置制御手段７で行う位置制御は、速度演
算部９、１０、１１のいずれかより求めた速度により位
置指令発生部１３は、今回の移動位置を発生する。

【００１０】今回の移動位置が決定すると、現在位置管
理部５の現在位置を今回の移動位置に更新し、パルス指
令変換部１４は今回の移動位置をロボットの各軸の駆動
モータに指令するためパルスに変換する。位置決め制御
部１５はこのように変換した移動位置を内蔵しているＤ
／Ａ変換器を介して、各軸のモータに出力すると、ロボ
ットはｄｔ時間後の目的位置に向かって移動する。

【００１１】以上の動作を連続軌跡制御で目的位置に到
達するまで繰り返すことによって、ロボットは目的位置
へ減速処理を行わないで移動を完了し次の目的位置へ移
動する。この動作を繰り返すことによりロボットは軌跡
を連続して動作する。

【００１２】次にこの制御装置を持つロボットにおいて
、例えば図５（ａ）で示す軌跡を連続軌跡制御する場合
、図５（ｂ）に示すように、最初の区間１ａでの速度制
御は、指令速度までの加速を行い、指令速度に達したと
きは定速状態となり、指令速度で区間１ａの終端まで移
動し、区間２ａでの速度制御は、定速状態のまま指令速
度で区間２ａの終端まで移動し、区間３ａでは指令速度
を落とした場合を想定し、このときの速度制御は、落と
した指令速度まで減速し、指令速度に達したとき定速状
態となり、落とした指令速度で区間３ａの終端まで移動
し、区間４ａでの速度制御は定速状態のまま落とした指
令速度で区間４ａの終端まで移動し、最後の区間５ａで
は連続軌跡制御をやめた場合を想定しこの速度制御は定
速状態から区間の終端で移動を停止するために減速を行
う場合を考える。

【００１３】例えば、図５の区間２ａにおいて、図７に
示すように区間の終端で速度が落ちる。例えばサンプリ
ング制御時間ｄｔ単位の指令速度が１０ｍｍ／ｄｔで区
間の移動量が１０５ｍｍのとき、区間２ａの開始からサ
ンプリング回数が１０回までは指令速度１０ｍｍ／ｄｔ
で速度制御し位置制御発生部１２では移動量１０ｍｍの
位置指令を出力するが、サンプリング回数１１回目では
終端位置までの残距離が５ｍｍ（１０５ｍｍ−１０ｍｍ
×１０回）となり終端位置での行き過ぎを防ぐため、サ
ンプリング制御時間ｄｔで移動量５ｍｍの位置指令を出
力する。このため区間の終端での速度が指令速度より落
ちる。即ち、サンプリング制御の位置制御をするために
区間の最終位置指令をサンプリング時間当りの指令速度
より求めた位置指令でなく、目的位置に対する残りの距
離すなわち５ｍｍを速度として求めた位置指令を出力し
ているためである。このように、各区間の終端で速度が
落ちる。これを図示したものが図８である。

【００１４】また、図５（ａ）の区間１ａと区間３ａの
移動距離が短かったときを考えると、図９（ｃ）に示す
ように区間１ａでの速度制御は指令速度までの加速を行
うが、指令速度に達する前に区間１ａの終端になり、区
間２ａで指令速度に達する。区間３ａでの速度制御は落
とした指令速度まで減速を行うが、落とした指令速度に
達する前に区間３ａの終端になり、区間４ａで落とした
指令速度に達する。区間１ａでは、サンプリング制御時
間ｄｔ当りの速度、すなわち加速度をＡＣＣとして指令
するが、区間１ａの終端では図９（ａ）に示すように、
図７と同様調整する必要があり、区間１ａの終端では加
速度が落ちる。区間３ａで減速する場合は、図９（ｂ）
の様に減速度ＤＡＣＣが指令されるが、区間３ａの終端
では急激に減速し、図７と同様に減速度の調整が必要と
なる。この様子を示したものが図９（ｄ）である。

【００１５】なお、図６はハードウェアに相当するブロ
ック図で説明したが、これらの処理はソフトウェアで実
現でき、この場合のフロー図を図１０に示す。動作は上
記説明と同一であるので説明を省略する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】従来のロボット等の駆
動対象物へ移動指令する制御装置は以上のように構成さ
れていたので、連続軌跡制御する場合、各区間の終端に
おいて指令速度または指令加減速度より、遅くなりこの
速度変動に基づく振動が発生するという解決すべき問題
点があった。

【００１７】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、速度変動または及び加減速度変動
を無くし滑らかな速度または及び加減速度パターンを実
現できる速度制御を備えたロボット、工作機械のモータ
等の制御装置及び速度制御方法を得ることを目的とする
。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の駆動対象物の制
御装置は、目的位置への移動指令をプログラムしたプロ
グラム記憶部と、上記プログラムを解読する命令解読部
と、解読された命令によって目的位置データを発生する
目的位置発生部と、駆動対象物の現在位置を管理する現
在位置管理部と、上記駆動対象物の速度、加減速度を演
算して位置指令を発生する位置制御手段と、上記位置制
御手段が発生する位置指令をパルス指令に変換するパル
ス指令変換部と、上記パルス指令変換部より出力された
位置指令により上記駆動対象物の位置決めを行う位置決
め制御部と、２つの区間を定速度で移動させる場合、上
記第１の区間の目的位置までの移動距離をサンプリング
制御時間で除した数値を整数化し、この整数化した数値
をサンプリング回数とし、上記移動距離を上記サンプリ
ング回数で除した値を速度指令とする定速度調整部また
は及び２つの区間を加速または減速しながら移動させる
場合、上記第１の区間の目的位置までの速度をサンプリ
ング制御時間で除した数値を整数化し、この整数化した
数値をサンプリング回数とし、上記速度を上記サンプリ
ング回数で調整した値を加速度指令または減速度指令と
する加減速度調整部を備えたものである。

【００１９】また、本発明の駆動対象物の速度制御方法
は、目的位置への移動指令をプログラムしたプロクラム
記憶部と、上記プログラムを解読する命令解読部と、解
読された命令によって目的位置データを発生する目的位
置発生部と、駆動対象物の現在位置を管理する現在位置
管理部と、上記駆動対象物の速度、加減速度を演算して
位置指令を発生する位置制御手段と、上記位置制御手段
が発生する位置指令をパルス指令に変換するパルス指令
変換部と、上記パルス指令変換部より出力された位置指
令により上記駆動対象物の位置決めを行う位置決め制御
部から構成する制御装置において、２つの区間を定速度
で移動させる場合、上記第１の区間の目的位置までの移
動距離をサンプリング制御時間で除した数値を整数化し
、この整数化した数値をサンプリング回数とし、上記移
動距離を上記サンプリング回数で除した値を速度指令と
するまたは及び２つの区間を加速または減速しながら移
動させる場合、上記第１の区間の目的位置までの速度を
サンプリング制御時間で除した数値を整数化し、この整
数化した数値をサンプリング回数とし、上記速度を上記
サンプリング回数で調整した値を加速度指令または減速
度指令とするものである。

【００２０】

【作用】本発明の定速度調整部は２つの区間を定速度で
移動する場合、第１の区間の終端での速度が第２の区間
の速度と大きな差がでないように、第１の速度指令を調
整する。

【００２１】本発明の加減速度調整部は２つの区間を加
速または減速しながら移動する場合、第１の区間の終端
での加減速度が第２の区間の加減速度と大きな差がでな
いように、第１の加減速度指令を調整する。

【００２２】

【実施例】実施例１．以下、この発明の一実施例を図に
ついて説明する。図１はこの発明の制御装置を示すブロ
ック図である。図において、１〜３、５〜１１、１３〜
１６は従来の制御装置のブロック図である図６と同一で
あるため、説明を省略する。４は連続軌跡制御情報部６
より連続軌跡制御を行うときに加速度および減速度を調
整する加減速度調整部である。１２は連続軌跡制御情報
部６より連続軌跡制御を行うときに定速状態での速度を
調整する定速度調整部である。

【００２３】次に、動作について説明する。なお、図１
において１〜３、５〜１１、１３〜１６の動作は従来の
技術で説明した動作と同一であるので説明を省略する。 連続軌跡制御時において、定速度調整部１２にて指令速
度をサンプリング単位の定速度への調整は次のように決
定する。

【００２４】現在位置から目的位置までの移動距離をＤ
ＳＴ、サンプリング単位の指令した指令速度である定速
度をＳＰＤとすると、目的位置までのサンプリング回数
ｎは数式１で求められる。

【００２５】

【数１】

【００２６】また、調整したサンプリング単位の定速度
ＳＰＤ′は数式２で決定される。

【００２７】

【数２】

【００２８】定速度を調整した後のサンプリング制御時
間当りの速度は図２（ａ）、また実際の速度パターンは
図４（ａ）となる。

【００２９】ここで、今回の速度状態が定速状態でかつ
連続軌跡制御情報部６より連続軌跡制御を行うときは、
図８の区間１ａから区間４ａのように定速度調整部１２
にて移動する区間の終端で速度変動が発生しないように
今回の速度を調整する。調整は前述の式１より現在位置
から各区間の目的位置までのサンプリング回数を求め、
式２より現在位置より各区間の目的位置までの移動距離
をサンプリング回数で等分することにより速度を求める
。その速度を位置指令発生部１３へ出力する。

【００３０】加減速調整部４では、連続軌跡制御情報部
６より連続軌跡制御を行うときは、図９（ｄ）の区間１
ａのように加速途中となる区間の終端で速度変動が発生
しないように区間の移動前に指令した加速度を調整する
。また、図９（ｄ）の区間３ａのように減速途中となる
区間の終端で速度変動が発生しないように区間の移動前
に指令した減速度を調整する。

【００３１】連続軌跡制御時において調整した加速度は
次のように決定する。区間の移動残距離をＤＳＴ、サン
プリング単位の指令した加速度をＡＣＣ、目的位置まで
のサンプリング回数をｎ、現在の速度をＳｐとすると、
数式３の関係となる。

【００３２】

【数３】

【００３３】

【数４】

【００３４】よりＡ＝ＡＣＣ＋２Ｓｐとし、目的位置ま
でのサンプリング回数ｎは、数式５となる。

【００３５】

【数５】

【００３６】調整したサンプリング単位の加速度ＡＣＣ
′は、数式６で決定される。

【００３７】

【数６】

【００３８】加速度を調整した後のサンプリング制御時
間当りの加速度は図２（ｂ）、また実際の速度パターン
は図４（ｂ）となる。

【００３９】更に、連続軌跡制御時において調整した減
速度は次のように決定する。区間の移動残距離をＤＳＴ
、サンプリング単位の指令した減速度をＤＡＣＣ、目的
位置までのサンプリング回数をｎ、現在の速度をＳｐと
すると、数式７の関係となる。

【００４０】

【数７】

【００４１】

【数８】

【００４２】数式８よりＡ＝ＤＡＣＣ−２Ｓｐとし、　
　目的位置までのサンプリング回数ｎは、数式９となる
。

【００４３】

【数９】

【００４４】調整したサンプリング単位の減速度ＤＡＣ
Ｃ′は、数式１０で求められる。

【００４５】

【数１０】

【００４６】減速度を調整した後のサンプリング制御時
間当りの減速度は図２（ｃ）、また実際の速度パターン
は図４（ｂ）となる。

【００４７】以上のように、指令した加速度の調整は上
記数式３、数式４、数式５より移動する区間のサンプリ
ング回数を求め、数式６より加速を滑らかにする加速度
を求める。そして、加速状態の速度演算部９で調整した
加速度を使い速度を求め、位置指令発生部１３へ出力す
る。また、指令減速度の調整は上記数式７、数式８、数
式９より移動する区間のサンプリング回数を求め、数式
１０より減速を滑らかにする減速度を求める。そして、
減速状態の速度演算部１１で調整した減速度を使い速度
を求め、位置指令発生部１３へ出力する。　　以上の動
作および図１の動作を連続軌跡制御で目的位置に到達す
るまで繰り返すことによって、ロボットは速度状態が加
速状態、定速状態、減速状態でも移動区間の終端での速
度変動をしないで目的位置へ移動を完了し次の目的位置
へ滑らかに移動する。この動作を繰り返すことによりロ
ボットは軌跡を連続して動作する。

【００４８】図１はハードウェア構成としてブロック図
で説明したが、これらの処理はソフトウェアで実現でき
る。この場合の定速度調整部のフロー図を図３（ａ）、
加減速度調整部のフロー図を図３（ｂ）に示す。動作は
上記と同一なので説明は省略する。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の制御装置及
び速度制御方法は、複数の移動する区間から区間を速度
を落さず定速で移動するため、自動的に定速状態での指
令速度を調整することにより速度変動をなくし、速度変
動による振動をなくすことにより駆動対象物及び各軸の
モータへの負荷を軽減すると共に駆動対象物がロボット
の場合、シーリング、溶接、塗装等の作業において安定
した連続軌跡を実現することができる。

【００５０】また、本発明の制御装置及び速度制御方法
は、加速または減速移動するとき、区間が短いため区間
の終端でまだ定速状態になっていないとき、自動的に指
令加速度、指令減速度を調整することにより、滑らかに
加速または減速するため、速度変動をなくす効果が実現
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す制御装置のブロック図
である。

【図２】本発明の指令速度、指令加速度、指令減速度を
調整した速度、加速度、減速度にすることの説明図であ
る。

【図３】本発明の定速度調整部及び加減速度調整部の処
理を説明するフロー図である。

【図４】本発明の定速度調整部及び加減速度調整部によ
り速度調整及び加減速度調整された後の速度パターン及
び加減速度パターンを示す図である。

【図５】複数の区間とそれぞれの区間の速度状態を示す
図である。

【図６】従来の実施例を示す制御装置のブロック図であ
る。

【図７】従来のサンプリング制御時間当りの速度分配を
説明する図である。

【図８】従来の速度パターンを示す図である。

【図９】従来の加速度及び減速度をサンプリング制御時
間当りの加速度及び減速度に分配する説明図と各区間の
速度状態を説明する図及び速度パターンを示す図である
。

【図１０】従来の制御装置のフロー図を示す。

【図１１】連続軌跡制御しない場合の指令速度と、する
場合の指令速度を説明する図である。

【符号の説明】

１　　プログラム記憶部 ２　　命令解読部 ３　　目的位置発生部 ４　　加減速度調整部 ５　　現在位置管理部 ６　　連続軌跡制御情報部 ７　　位置制御手段 ８　　速度状態決定部 ９　　加速状態の速度演算部 １０　　定速状態の速度演算部 １１　　減速状態の速度演算部 １２　　定速度調整部 １３　　位置指令発生部 １４　　パルス指令変換部 １５　　位置決め制御部 １６　　ロボット本体（駆動対象物）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　目的位置への移動指令をプログラムし
   たプログラム記憶部と、上記プログラムを解読する命令
   解読部と、解読された命令によって目的位置データを発
   生する目的位置発生部と、駆動対象物の現在位置を管理
   する現在位置管理部と、上記駆動対象物の速度、加減速
   度を演算して位置指令を発生する位置制御手段と、上記
   位置制御手段が発生する位置指令をパルス指令に変換す
   るパルス指令変換部と、上記パルス指令変換部より出力
   された位置指令により上記駆動対象物の位置決めを行う
   位置決め制御部から構成する制御装置において、２つの
   区間を定速度で移動させる場合、上記第１の区間の目的
   位置までの移動距離をサンプリング制御時間で除した数
   値を整数化し、この整数化した数値をサンプリング回数
   とし、上記移動距離を上記サンプリング回数で除した値
   を速度指令とする定速度調整部を備えたことを特徴とす
   る駆動対象物の制御装置。
2. 【請求項２】　　目的位置への移動指令をプログラムし
   たプログラム記憶部と、上記プログラムを解読する命令
   解読部と、解読された命令によって目的位置データを発
   生する目的位置発生部と、駆動対象物の現在位置を管理
   する現在位置管理部と、上記駆動対象物の速度、加減速
   度を演算して位置指令を発生する位置制御手段と、上記
   位置制御手段が発生する位置指令をパルス指令に変換す
   るパルス指令変換部と、上記パルス指令変換部より出力
   された位置指令により上記駆動対象物の位置決めを行う
   位置決め制御部から構成する制御装置において、２つの
   区間を加速または減速しながら移動させる場合、上記第
   １の区間の目的位置までの速度をサンプリング制御時間
   で除した数値を整数化し、この整数化した数値をサンプ
   リング回数とし、上記速度を上記サンプリング回数で調
   整した値を加速度指令または減速度指令とする加減速度
   調整部を備えたことを特徴とする駆動対象物の制御装置
   。
3. 【請求項３】　　請求項１に記載の駆動対象物の制御装
   置において、２つの区間を加速または減速しながら移動
   させる場合、上記第１の区間の目的位置までの速度をサ
   ンプリング制御時間で除した数値を整数化し、この整数
   化した数値をサンプリング回数とし、上記速度を上記サ
   ンプリング回数で調整した値を加速度指令または減速度
   指令とする加減速度調整部を備えたことを特徴とする駆
   動対象物の制御装置。
4. 【請求項４】　　目的位置への移動指令をプログラムし
   たプログラム記憶部と、上記プログラムを解読する命令
   解読部と、解読された命令によって目的位置データを発
   生する目的位置発生部と、駆動対象物の現在位置を管理
   する現在位置管理部と、上記駆動対象物の速度、加減速
   度を演算して位置指令を発生する位置制御手段と、上記
   位置制御手段が発生する位置指令をパルス指令に変換す
   るパルス指令変換部と、上記パルス指令変換部より出力
   された位置指令により上記駆動対象物の位置決めを行う
   位置決め制御部から構成する制御装置において、２つの
   区間を定速度で移動させる場合、上記第１の区間の目的
   位置までの移動距離をサンプリング制御時間で除した数
   値を整数化し、この整数化した数値をサンプリング回数
   とし、上記移動距離を上記サンプリング回数で除した値
   を速度指令とする駆動対象物の速度制御方法。
5. 【請求項５】　　目的位置への移動指令をプログラムし
   たプログラム記憶部と、上記プログラムを解読する命令
   解読部と、解読された命令によって目的位置データを発
   生する目的位置発生部と、駆動対象物の現在位置を管理
   する現在位置管理部と、上記駆動対象物の速度、加減速
   度を演算して位置指令を発生する位置制御手段と、上記
   位置制御手段が発生する位置指令をパルス指令に変換す
   るパルス指令変換部と、上記パルス指令変換部より出力
   された位置指令により上記駆動対象物の位置決めを行う
   位置決め制御部から構成する制御装置において、２つの
   区間を加速または減速しながら移動させる場合、上記第
   １の区間の目的位置までの速度をサンプリング制御時間
   で除した数値を整数化し、この整数化した数値をサンプ
   リング回数とし、上記速度を上記サンプリング回数で調
   整した値を加速度指令または減速度指令とする駆動対象
   物の速度制御方法。
6. 【請求項６】　　請求項４に記載の駆動対象物の速度制
   御方法において、２つの区間を加速または減速しながら
   移動させる場合、上記第１の区間の目的位置までの速度
   をサンプリング制御時間で除した数値を整数化し、この
   整数化した数値をサンプリング回数とし、上記速度を上
   記サンプリング回数で調整した値を加速度指令または減
   速度指令とする駆動対象物の速度制御方法。