JPH04216108A - ロボット制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はロボットの制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、生産工程の自動化が進むにつれて
産業用ロボットの応用分野がひろがりつつある。例えば
、従来に人手に頼らざるを得なかったような精密な組立
工程においても、自動化が試みられている。従って、産
業用ロボットの性能も向上しているが、中でも高精度な
位置決めに対する要求が高い。

【０００３】以下に従来のロボット制御装置について、
図を参照しながら説明する。図３は従来のロボット制御
装置の速度制御ループの構成を示す図であり、図４は速
度制御ループの構成要素の１つであるＦＶ変換器の構成
を示す図である。

【０００４】図３において、モータ１の可動部の変位に
従いエンコーダ２により、モータ１の回転速度に応じた
周期と所定の振幅をもち、かつ相互に９０°の位相差を
有する第１及び第２の正弦波を出力する。

【０００５】次に上記の２つの正弦波が積分型ＦＶ変換
器８に入力され、モータ１の回転速度に比例する電圧が
出力される。この出力電圧が速度フィードバック信号と
して減算手段９に入力される。積分型ＦＶ変換器８の内
部動作については後述する。減算手段９においては速度
指令と速度フィードバック信号との差、すなわち電流指
令が求められ、この電流指令が電流指令型モータドライ
バ７に送られる。電流指令型モータドライバ７は電流指
令に基づいてモータ１に駆動電流を供給する。

【０００６】従って、速度制御ループの動作により、モ
ータを速度指令通りの回転速度で駆動することが可能で
ある。

【０００７】次に積分型ＦＶ変換器８の内部動作につい
て図４，図５を参照しながら説明する。図５は積分型Ｆ
Ｖ変換器８の主要点の出力波形である。

【０００８】エンコーダ２より出力された第１の正弦波
（図５（ａ））はコンパレータ１０により矩形波に変換
され（図５（ｃ））、微分器１２によりひげ状の波形に
変換される（図５（ｄ））。さらにワンショト回路１３
により所定の幅のパルス列に変換される（図５（ｅ））
。このパルス列の間隔はエンコーダ２より出力される正
弦波の周期が小さいとき、すなわちモータ１の速度が大
きければ、短く、パルス列は密になる。逆に、モータ１
の速度が小さければ、パルス列は疎になる。このパルス
列に従い、スイッチ１４をオン・オフする。スイッチ１
４がオンの間に電流が流れ、この電流は積分器１５で積
分される。従って、パルス列が密であれば、単位時間あ
たりのオンの時間の占める割合が大きく積分器１５より
出力される電圧は大きくなり、パルス列が疎であれば電
圧は小さくなる。以上の動作により、モータ１の速度に
比例した電圧が出力できる。

【０００９】一方、第２の正弦波（図５（ｂ））もコン
パレータ１１により矩形波に変換される。方向判別器１
８においては第１の正弦波および第２の正弦波の位相を
比較し、どちらの正弦波の位相が進んでいるかを調べる
ことにより、モータ１の回転方向を判別する。この判別
によりスイッチ１７が切り換わり、反転増幅器１６を通
るか否かで、出力電圧のプラス，マイナスが決まる。

【００１０】以上の動作により、モータ１の回転速度を
電圧の大きさ、回転方向をプラス，マイナスで表した速
度フィードバック信号が出力される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の積
分型ＦＶ変換器は、コンデンサと抵抗から構成されてお
り、充電及び放電が繰り返し行われているため、出力さ
れる電圧は脈動、すなわちリップルが生じる。特にモー
タが低速で回転しているとき、上述したようにエンコー
ダから出力される第１及び第２の正弦波の周波数が低く
、積分型ＦＶ変換器内で生成されるパルス列が疎になり
、放電時間が長く電圧降下が大きくなるので、リップル
が大きくなる。

【００１２】その結果、積分型ＦＶ変換器から出力され
る速度フィードバック信号にリップルによる検出誤差が
生じる。この検出誤差は速度制御ループ下で外乱として
作用するので、ロボットのアームが低速時及び停止時に
位置決めの精度が低下するという問題点を有していた。

【００１３】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、ロボットのアームが低速で移動するときや停止する
ときに位置決めの精度が優れたロボット制御装置の提供
を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のロボット制御装置は、エンコーダより出力さ
れる第１及び第２の正弦波に関し、第１の正弦波の時間
微分と第２の正弦波の積から第２の正弦波の時間微分と
第１の正弦波の積を減算し、得られた信号を速度フィー
ドバック信号として減算手段に入力するものである。

【００１５】

【作用】この構成により、入力される正弦波の信号を演
算手段を用いて速度フィードバック信号を出力するので
、従来例における積分型ＦＶ変換器の積分回路の充電・
放電の繰り返しによるリップルの影響を全く考慮する必
要がなくなる。

【００１６】

【実施例】以下本発明の一実施例のロボット制御装置に
ついて図面を参照しながら説明する。

【００１７】図１は、本発明の実施例におけるロボット
制御装置の速度制御ループの構成を示すものである。

【００１８】１はロボットのアームを駆動するモータで
、エンコーダ２に接続されている。エンコーダ２はスリ
ット板とその両側に位置する発光素子と受光素子とから
構成され、光の変化により回転を検出する。４はＡ／Ｄ
変換器で、５はＡ／Ｄ変化器から入力される信号を速度
フィードバック信号として出力する演算手段であり、６
は速度指令と速度フィードバック信号の差をとり、電流
指令として出力する減算手段で、３は電流指令に基づき
、駆動電流を供給する電流指令型モータドライバである
。

【００１９】以上のように構成されたロボット制御装置
について以下その動作を説明する。図において、モータ
１の可動部の変位に従いエンコーダ２により、モータ１
の回転速度に応じた周期と所定の振幅をもち、かつ相互
に９０°の位相差を有する２つの正弦波が出力され、Ａ
／Ｄ変換器４によりディジタル信号に変換され、演算手
段５に入力する。いま、第１及び第２の正弦波はそれぞ
れ 　　　　Ａ（ｘ）＝Ｐ・ＳＩＮ（２π／λ）ｘ　………
…………　（１）　　　　Ｂ（ｘ）＝Ｐ・ＳＩＮ（２π
／λ・ｘ＋π／２）　……　（２）で表される。ここで
ｘはエンコーダ２の変位を示すもので、時間についての
関数である。λはエンコーダ２のスケールのピッチ、Ｐ
はＡ（ｘ），Ｂ（ｘ）の振幅で一定である。以下におい
て、ＳＩＮ（２π／λ）ｘ，ＣＯＳ（２π／λ）ｘをそ
れぞれＳ，Ｃ、また、Ａ（ｘ），Ｂ（ｘ）と略記すると
、式（１），式（２）は次式のように表せる。

【００２０】 　　　　Ａ＝Ｐ・Ｓ　……　（３） 　　　　Ｂ＝Ｐ・（Ｓ・ＣＯＳ（π／２）＋Ｃ・ＳＩＮ
（π／２））　　　　　　＝Ｐ・Ｃ　……　（４） 式（３），式（４）を両辺において時間について一次微
分すると、

【００２１】

【数１】

【００２２】

【数２】

【００２３】となる。

【００２４】以上を用いて、第１の正弦波の時間微分と
第２の正弦波との積から第１の正弦波と第２の正弦波の
時間微分との積を減算すると、

【００２５】

【数３】

【００２６】となり、演算手段５からは速度に比例した
速度フィードバック信号が出力される。

【００２７】次に図２を用いて演算手段５により行われ
る演算について具体的に説明する。図２には演算手段５
により行われる１回分の演算のフローチャートを示して
いるが、実際には演算手段５はこのフローチャートの処
理を繰り返し実行している。

【００２８】Ａ／Ｄ変換器４から第１及び第２の正弦波
が入力される。（ステップ１）演算手段５においては第
１及び第２の正弦波の時間微分を求めるが、どちらも同
様に求められるので、ここでは第１の正弦波の時間微分
について説明する。

【００２９】本実施例において第１の正弦波の時間微分
を求めるにあたり、第１の正弦波の最新の５個のサンプ
ル値を最小２乗法により時間の関数として直線近似し、
その直線の傾きをもって第１の正弦波の時間微分とした
。すなわち、時間ｔｓごとに第１の正弦波を入力してい
る場合、現在の時間をｔｏとすると第１の正弦波を入力
している場合、現在の時間をｔｏとすると第１の正弦波
の最新の５個のサンプル値は新しいサンプル値よりそれ
ぞれＡ（ｔｏ），Ａ（ｔｏ−ｔｓ），Ａ（ｔｏ−２ｔｓ
），Ａ（ｔｏ−３ｔｓ），Ａ（ｔｏ−４ｔｓ）と表され
る。このとき、時間ｔｏにおける第１の正弦波の時間微
分は次式（５）により与えられる。

【００３０】 　　第１の正弦波の時間微分＝ 　　　　｛−２Ａ（ｔｏ−４ｔｓ）−Ａ（ｔｏ−３ｔｓ
）＋　　　　　　　　Ａ（ｔｏ−ｔｓ）＋２Ａ（ｔｏ）
｝／（１０ｔｓ）　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　…………　（５）このよう
にして第１の正弦波の時間微分を求め、また同様にして
第２の正弦波の時間微分を求めた（ステップ２）後、第
１の正弦波の時間微分と第２の正弦波の積から第２の正
弦波の時間微分と第１の正弦波の積を減算する（ステッ
プ３）ことにより速度フィードバック信号として減算手
段６へ出力する。（ステップ４）以上が演算手段５で実
行される演算の内容であり、演算手段５はこの演算を繰
り返し行う。

【００３１】速度フィードバック信号及び速度指令が入
力される減算手段６においては速度指令と速度フィード
バック信号との差をとることにより電流指令を求め、こ
れを電流指令型モータドライバ３に入力する。電流指令
型モータドライバ３は入力された電流指令に基づいてモ
ータ１に駆動電流を供給する。

【００３２】なお、本実施例において第１及び第２の正
弦波の時間微分を求めるにあたり、最新の５個のサンプ
ル値を最小２乗法により時間の関数として直線近似し、
その直線の傾きをもって第１及び第２の正弦波の時間微
分としたが、時間微分を求める方法はこの他にも多種提
案されているので、演算手段５の処理能力に応じて選び
用いればよい。

【００３３】また、本実施例では速度フィードバック信
号を出力するにあたり、Ａ／Ｄ変換器４によりディジタ
ル変換を行い、演算手段５に入力したが、必ずしもディ
ジタル変換が不可欠というわけではない。すなわち、Ａ
／Ｄ変換器４を備えずにエンコーダ２により出力される
第１及び第２の正弦波を直接、演算手段５に入力しても
構わない。ただ、ディジタル変換を行った場合、オフセ
ット調整及びボリューム調整が不要であることとダイナ
ミックレンジを大きくとることができるという利点があ
る。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明のロボット制御装置
は、速度制御ループにおいて、エンコーダより出力され
る第１及び第２の正弦波に関し、第１の正弦波の時間微
分と第２の正弦波の積から第２の正弦波の時間微分と第
１の正弦波の積を減算し、得られた信号を速度フィード
バック信号として出力することにより、ロボットのアー
ムの速度の大小に関わりなく、速度フィードバック信号
を正確に得ることができるので、速度制御ループ下での
外乱の影響が小さい。この結果、ロボットのアームが低
速で移動するときや停止するときにも位置決め精度の優
れたロボット制御装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるロボット制御装置の
速度制御ループの構成図

【図２】同実施例において演算手段によって行われる演
算の内容を示したフローチャート

【図３】従来のロボット制御装置における速度制御ルー
プの構成図

【図４】従来例の速度制御ループの構成要素である積分
型ＦＶ変換器の構成図

【図５】積分型ＦＶ変換器の主要点における出力波形図

【符号の説明】

１　　　　モータ ２　　　　エンコーダ ３　　　　電流指令型モータドライバ ４　　　　Ａ／Ｄ変換器 ５　　　　演算手段 ６　　　　減算手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ロボットのアームを駆動するモータの
   回転速度に応じた周期と所定の振幅をもち、かつ、相互
   に９０°の位相差を有する第１の正弦波及び第２の正弦
   波を出力するエンコーダと、前記第１及び第２の正弦波
   から速度フィードバック信号を求める演算手段と、速度
   指令と前記速度フィードバック信号との差を求めて電流
   指令を出力する減算手段と、前記電流指令に基づき、前
   記モータに駆動電流を供給する電流指令型モータドライ
   バとを有するロボット制御装置において、前記速度フィ
   ードバック信号を求める減算手段を、前記第１の正弦波
   の時間微分と前記第２の正弦波の積から前記第２の正弦
   波の時間微分と前記第１の正弦波の積を減算する手段で
   構成したことを特徴とするロボット制御装置。