JPH04314109A - ロボットアームのサーボ制御装置 - 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、回転むらを有する位置
伝達機構を持つサーボ系、特に多関節型産業用ロボット
の円滑制御を行なうロボットアームのサーボ制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ロボットアームを制御する系はた
とえば図２に示すように、位置制御回路３１，速度制御
回路３２，電流制御回路３３，サーボモータ３４，速度
検出器３５，電流検出器３６，減速機３７，ロボットア
ーム３８を備えている。速度検出器３５から検出された
速度フィードバック値４０を積分器３９により積分した
値を位置フィードバック値４１とし、速度フィードバッ
ク値４０と、電流検出器３６から検出された電流フィー
ドバック値４２から、それぞれ位置制御，速度制御，電
流制御が行なわれる。これらのフィードバック制御回路
によりロボットアームを指令値通りに動かすサーボ系が
構成されている。速度制御回路３２では、たとえば図３
のブロック図に示すように速度比例積分制御が行なわれ
、速度指令値４４と速度フィードバック値４０との偏差
量に速度比例ゲイン４６を乗算した値と、偏差量の積分
値に速度積分ゲイン４７を乗算した値との和を電流指令
値４５に設定している。これらのゲインはサーボ系が最
も安定する最適値となるように決定され、そのゲインを
利用してロボットアームの制御がなされていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の構成で
は、速度制御回路の比例積分制御でのゲインを共振時と
非共振時でまったく同じ値にしていると、非共振時は振
動が最小でも共振時には振動が大きくなってしまうとい
う問題点を有していた。この共振振動は、モータのコギ
ングや減速機の角度伝達誤差等の、外的なトルクむらに
よる周期的な速度変動が、ロボットアームの固有振動数
と一致した時起こり、非共振時のゲインのままであると
、速度指令と速度フィードバックとの時間的な位相のず
れから、共振振動を抑制できないという問題があった。 速度比例積分ゲインを振動抑制用の値に常時固定すれば
、振動抑制可能であるが、非共振時の速度の場合に先端
振動が大きくなる弊害があった。またディジタルサーボ
技術によって速度によるゲイン変更の方法も可能である
が、アーム姿勢により固有振動数が変わるため、速度だ
けで共振振動を判別できず問題の解決にはいたっていな
かった。

【０００４】本発明は、上記の従来の課題を解決するも
ので、ロボットアームの共振時のアーム先端振動を抑制
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明のサーボ制御装置は、ロボットアームの共振
振動発生時に、それを検知して共振振動発生信号を発す
る共振振動判別回路と、先端振動の周波数を検知する周
波数判定回路と、共振振動発生信号が発されている時、
速度指令値と検知された周波数から共振振動の起振源を
特定し、振動を抑制するのに最適な速度比例積分ゲイン
を起振源に応じて決定し、速度制御回路に設定する比例
積分ゲイン決定回路を有し、共振振動を最小にする最適
な制御を行なうようにしたものである。共振状態の判別
と、振動の振幅値と周波数の判定、および最適ゲインの
決定はすべてディジタルサーボ技術に依存しており、デ
ィジタルシグナルプロセッサーなどを利用して、電流フ
ィードバック値と速度フィードバック値の過去の情報の
記憶や高速演算により実現できる。

【０００６】共振振動を発生させる起振源として、ＡＣ
サーボモータの電流不感帯などによる内的な制御上の問
題から発生するモータの回転むらと、減速機の角度伝達
誤差による外的な問題から発生する回転むらとがある。 これらはモータの１回転当りの振動数が一定な起振源で
あるため、モータの回転速度がある値にほぼ一定になっ
て、前述の起振源による振動数とロボットアームの機械
的な固有振動数が一致した時に、共振振動が発生する。 共振振動発生時には、振動を抑制するために速度比例積
分ゲインを変更する必要があるが、前述した起振源の種
類によって、大きい値にするか小さい値にするかが変わ
ってくる。前述の内的な制御上の問題の時には、速度指
令値への追従を早くするため、ゲインを上げる必要があ
り、外的な問題の時には、外乱要因が制御に影響を与え
ないようにするためにゲインを下げる必要がある。モー
タにあたえる速度指令値と、ロボットアームの振動周波
数が検知できれば、共振振動の起振源が特定できる。た
とえば、８極のＡＣサーボモータとハーモニックドライ
ブ減速機を使用したロボットアームの場合、内的な制御
上の問題として考えられる共振振動の起振源は、モータ
１回転につき４周期分あるモータへの供給電流の歪によ
る回転むらであり、外的な問題として考えられる共振振
動の起振源は、モータ１回転につき２回発生する角度伝
達誤差による回転むらである。この場合、共振振動発生
時に、速度指令値がＲ（ｒｐｍ）、振動周波数がＦ（Ｈ
ｚ）であることが検知できれば、１回転につきＦ／（Ｒ
／６０）回発生する振動が、共振振動の起振源となって
いることが分かる。この値がほぼ４であれば内的な制御
上の問題が原因であるので、速度比例積分ゲインを大き
い値に設定する。またこの値がほぼ２であれば外的な原
因であるので速度比例積分ゲインを小さい値に設定する
。

【０００７】このように速度比例積分決定回路において
、速度指令値と振動の周波数とから起振源を特定し、内
的な制御上の問題か外的な問題かによって、速度比例積
分ゲインを大きい値にするか小さい値にするかを判断し
、速度比例積分ゲインを設定する。共振振動発生時には
このゲインを使用して速度制御を行なうようにする。

【０００８】

【作用】上記した手段により、共振振動が発生した場合
には、共振振動を最小にする最適な速度比例積分ゲイン
が設定され、ロボットアーム先端の共振振動を抑制する
。

【０００９】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図１を参照
しながら説明する。図１において、１は位置制御回路、
２は速度制御回路、３は電流制御回路、４はサーボモー
タ、５はサーボモータ４の速度検出機、６はサーボモー
タ４に供給する電流の電流検出器、７は共振振動判別回
路、８は周波数判定回路、９は比例積分ゲイン決定回路
、１０は減速機、１１はロボットアーム、１２は積分器
である。

【００１０】以上のように構成されたサーボ制御装置は
、ロボットアーム１１の共振振動発生時に速度検出器５
から送られてくる速度フィードバック値１６と電流検出
器６から送られてくる電流フィードバック値１８により
、共振振動判別回路７で共振振動が発生したかどうかを
判別し、共振振動が発生した場合は共振振動発生信号１
９を速度制御回路２と周波数判定回路８に送る。周波数
判定回路８では共振振動発生信号１９が送られてくると
、速度フィードバック値１６と電流フィードバック値１
８から共振振動の周波数を判定し、判定値２０を比例積
分ゲイン決定回路９に送る。比例積分ゲイン決定回路９
では、速度制御回路２に送られている速度指令値１５と
前記判定値２０から、共振振動の起振源が内的な制御上
の問題か外的な問題かを判断し、内的な問題であれば、
速度比例積分ゲインを大きい方の最適値に、外的な問題
であれば、小さい方の最適値にそれぞれ決定する。 このように決定された速度比例積分ゲイン２１が速度制
御回路２に送られる。速度制御回路２では、共振振動発
生信号１９が送られているときは上記速度比例積分ゲイ
ン２１を使用し、その他の時は通常のゲインを使用する
。このように通常時と共振振動時でそれぞれ最適な速度
比例積分ゲインを使用して、ロボットアームの制御が行
なう。

【００１１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
サーボ制御装置は、ロボットアームの共振時の振動を抑
制するのに有効であり、優れたサーボ性能を実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のサーボ制御装置のブロック回路図

【図
２】従来のサーボ制御装置のブロック回路図

【図３】速
度制御回路のブロック回路図

【符号の説明】

２　　速度制御回路 ７　　共振振動判別回路 ８　　周波数判定回路 ９　　比例積分ゲイン決定回路 １１　　ロボットアーム １５　　速度指令値 １９　　共振振動発生信号 ２０　　判定値（検知された振動の周波数）２１　　速
度比例積分ゲイン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロボットアームの先端振動の周波数が機械
   的な固有振動数と一致する共振振動を起こした時に、そ
   れを検知して共振振動発生信号を発する共振振動判別回
   路と、振動の周波数を検知する周波数判定回路と、上記
   共振振動発生信号が発されている時、速度指令値と検知
   された振動の周波数から共振振動の起振源を特定し、振
   動を抑制するのに最適である速度制御回路の速度比例積
   分ゲインを起振源に応じて決定する比例積分ゲイン決定
   回路とを備えたロボットアームのサーボ制御装置。