JPH0455915A - Robot servo controller - Google Patents

Robot servo controller

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JPH0455915A
JPH0455915A JP16707290A JP16707290A JPH0455915A JP H0455915 A JPH0455915 A JP H0455915A JP 16707290 A JP16707290 A JP 16707290A JP 16707290 A JP16707290 A JP 16707290A JP H0455915 A JPH0455915 A JP H0455915A
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JP
Japan
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gain
phase
speed
signal
motor
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JP16707290A
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Hisatomi Fujiki
藤木 寿富
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To prevent the uneven rotation of a robot arm by inferring instantaneously the optimum gain and an optimum phase is response to the change of the transmission characteristic of the robot servo system and adding an optimum position correcting signal to a position command signal. CONSTITUTION:When a servo motor 12 revolves, a speed detector 15 detects the revolving speed, the revolving direction, and the variation width of the uneven rotation of the motor 12. A gain/phase inference processor 18 infers the gain and a phase based on the inputted speed signal, revolving direction, and variation width of the uneven rotation respectively. Then the processor 18 reads a pattern coincident with the obtained conclusion of a gain/phase storage 19 and inputs it to a position correcting signal generator 17. Thus the generator 17 produces a position correcting signal based on the inputted gain/ phase signal and outputs the signal to an adder 16. The adder 16 compares the received position correcting signal with a position command signal and outputs the division between both signals to a position/speed controller 11 to control the revolution of the motor 12. Thus the uneven rotation produced to a robot arm can be prevented in real time.

Description

【発明の詳細な説明】 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ロボッ
トのサーボ系、特に多関節型産業用ロボットのロボット
アームを円滑に動作させるためのサーボ制御装置に関す
るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a servo system for a robot having a position transmission mechanism with uneven rotation, particularly a servo control device for smoothly operating a robot arm of an articulated industrial robot. It is related to.

従来の技術 従来の多関節型産業用ロボットにおける位置伝達機構は
、何らかの非線形特性を有するものが一般的である。こ
のような非線形特性を補正するために、従来は非線形特
性をマイナスした値をそのまま位置指令信号に加算して
いた。これは、比較的剛性の高い機械または比較的低速
で動作する機械を対象とするときに使われる方法である
。例えば精密旋盤において、ボールねじの送りピッチ誤
差を事前に測定して補正する例などが知られている。
2. Description of the Related Art A position transmission mechanism in a conventional multi-joint industrial robot generally has some kind of nonlinear characteristic. In order to correct such nonlinear characteristics, conventionally, a value obtained by subtracting the nonlinear characteristics was directly added to the position command signal. This method is used when dealing with relatively rigid machines or machines that operate at relatively low speeds. For example, in precision lathes, it is known that the feed pitch error of a ball screw is measured in advance and corrected.

第3図は、ロボットアームを駆動する減速機(H,D、
C)の位置伝達誤差を補正する機能を備えたロボットの
サーボ制御装置の一例を示している。第3図において、
1は位置・速度制御装置、2はサーボモータ、3は速度
検出器、4は減速機(H,D、C)、5はロボットアー
ム、6は加算器、7は位置補正信号発生器である。
Figure 3 shows the reduction gears (H, D,
An example of a robot servo control device having a function of correcting the position transmission error in C) is shown. In Figure 3,
1 is a position/speed control device, 2 is a servo motor, 3 is a speed detector, 4 is a reducer (H, D, C), 5 is a robot arm, 6 is an adder, and 7 is a position correction signal generator. .

ロボットアーム5に現れる回転むらとしては種々のもの
が考えられるが、ここでは減速機(H。
There are various possible rotational irregularities that appear in the robot arm 5, but here we will consider the speed reducer (H).

D、C)の回転むらについてのみ考えることにする。H
,D、Cはハーモニックドライブと呼ばれる減速機で、
モータ回転数の2倍の周期の位置伝達誤差を持っている
。このため、H,D、Cの回転むらが存在する場合、ロ
ボットアームに現われる回転むらとしては、Kを振幅、
φを位相とすると、 θν=に一5in(2θ−+φ) という形で表わされる。したがって、ロボットアーム5
において、この逆位相信号となるような信号を位置補正
信号発生器7で発生させ、これを加算器6に入力して位
置指令信号に加算すれば、ロボットアーム5は円滑に動
作することになる。
Let us consider only the rotational unevenness of D and C). H
, D, and C are reducers called harmonic drives.
It has a position transmission error with a period twice the motor rotation speed. For this reason, if rotational unevenness of H, D, and C exists, the rotational unevenness that appears in the robot arm is expressed by K as the amplitude.
If φ is the phase, it is expressed as θν=−5in(2θ−+φ). Therefore, robot arm 5
If the position correction signal generator 7 generates a signal that is an opposite phase signal, and this signal is input to the adder 6 and added to the position command signal, the robot arm 5 will operate smoothly. .

発明が解決しようとする課題 しかしながら、従来のこのようなロボットのサーボ制御
装置では、予め測定した位置補正信号を位置指令信号に
加算するだけなので、ロボットによる固体差や機械の経
年変化が発生した場合、逆にロボットアームに発生する
回転むらが増大することがある。また位置補正信号を調
整する場合、時間がかかりすぎるという問題点があった
Problems to be Solved by the Invention However, the conventional servo control device for robots simply adds a pre-measured position correction signal to the position command signal. Conversely, rotational irregularities occurring in the robot arm may increase. Another problem is that it takes too much time to adjust the position correction signal.

本発明は、このような従来の問題点を解決するものであ
り、ロボットアームに発生する回転むらを常に抑圧する
ことのできるロボットのサーボ制御装置を提供すること
を目的とする。
The present invention solves these conventional problems, and aims to provide a robot servo control device that can constantly suppress rotational irregularities occurring in a robot arm.

課題を解決するための手段 本発明は前記目的を達成するために、位置補正信号のゲ
インおよび位相を決定する際に、サーボモータの速度信
号とその方向と回転むら変動幅と、ゲインおよび位相と
の関係を予めルールベース化してゲイン・位相記憶装置
に記憶させておき、測定されたモータの速度信号等のデ
ータをもとに最適なゲインおよび位相をゲイン・位相推
論処理装置によりルールベース推論を用いて決定し、そ
の推論されたゲインおよび位相をもとに位置補正信号を
発生させ、これを位置指令信号に加算するようにしたも
のである。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention calculates the speed signal of the servo motor, its direction, rotational unevenness variation width, gain and phase when determining the gain and phase of the position correction signal. The relationship between the two is created as a rule base and stored in the gain/phase storage device in advance, and the gain/phase inference processing device performs rule-based inference on the optimal gain and phase based on data such as the measured motor speed signal. A position correction signal is generated based on the inferred gain and phase, and this is added to the position command signal.

作用 本発明は、前記構成により、サーボ系の伝達特性が変化
しても即刻それに対応して最適なゲインおよび位相を推
論し、最適な位置補正信号を位置指令信号に加算するこ
とができるので、ロボットアームにおける回転むらを常
に抑圧することができる。
According to the present invention, even if the transmission characteristics of the servo system change, the optimal gain and phase can be immediately inferred and the optimal position correction signal can be added to the position command signal. It is possible to always suppress uneven rotation in the robot arm.

実施例 第1図は本発明の一実施例におけるロボットのサーボ制
御装置の制御ブロックを示している。第1図において、
11は位置・速度制御装置、12はサーボモータ、13
は速度検出器、14は減速機(H,D、C)、15はロ
ボットアーム、16は加算器、17は位置補正信号発生
器、18はゲイン・位相推論処理装置、19はゲイン・
位相記憶装置である。本実施例では、位置・速度の制御
を高速のCPUで実現したディジタルサーボ方式を採用
している。
Embodiment FIG. 1 shows a control block of a robot servo control device in an embodiment of the present invention. In Figure 1,
11 is a position/speed control device, 12 is a servo motor, 13
is a speed detector, 14 is a reducer (H, D, C), 15 is a robot arm, 16 is an adder, 17 is a position correction signal generator, 18 is a gain/phase inference processing device, 19 is a gain/phase inference processing device, and 19 is a gain/phase inference processing device.
It is a phase memory device. This embodiment employs a digital servo system in which position and speed control is realized by a high-speed CPU.

前述したように、減速機14がハーモニックドライブ(
H,D、C)である場合、モータ回転数の2倍の周期の
位置伝達誤差を持つので、ロボットアーム15に現われ
る回転むらの逆位相信号を位置補正信号発生器17から
発生させ、これを加算器16に人力して位置指令信号に
加算すれば、減速機(H,D、C)の回転むらを抑圧し
てロボットアーム15を円滑に動作させることができる
As mentioned above, the reducer 14 is a harmonic drive (
H, D, C), there is a position transmission error with a period twice the motor rotation speed, so the position correction signal generator 17 generates an opposite phase signal of the rotational unevenness that appears in the robot arm 15. If this is manually added to the position command signal in the adder 16, it is possible to suppress uneven rotation of the reducers (H, D, C) and to smoothly operate the robot arm 15.

このとき問題となるのは、その位置補正信号のゲインと
位相とが常に適切であるかどうかである。本実施例では
、このゲインおよび位相の決定を、プロダクションルー
ルにより構築されたルールベースからルールベース推論
法を用いて行なっている。すなわち、まず、予め速度信
号とその方向と回転むら変動幅とに対するゲインおよび
位相のデータを測定し、これをゲイン・位相記憶装置1
9にルールベースパターンに分類した上で記憶させる。
The issue at this time is whether the gain and phase of the position correction signal are always appropriate. In this embodiment, the gain and phase are determined using a rule-based inference method from a rule base constructed using production rules. That is, first, gain and phase data for the speed signal, its direction, and rotational unevenness variation width are measured in advance, and this data is stored in the gain/phase storage device 1.
9, the patterns are classified into rule-based patterns and stored.

その入力方法としては、第3図に示すようにIP−TH
EN〜の自然言語形式のプロダクションルールを用いて
入力し、それぞれのパターンについてゲイン・位相記憶
装置19に記憶させる。図示の例では、「もし速度が1
0.方向が+、変動幅が0.5ならば、ゲインは5、位
相は20にする。」というパターンであり、このような
パターンを考えられるすべての組み合わせについてルー
ルベース化して知識ベースとする。また、ゲイン・位相
推論処理装置18は、ゲイン・位相記憶装置19に記憶
されたルールベースパターンを前向きまたは後向きに推
論する推論エンジンを備えている。
The input method is IP-TH as shown in Figure 3.
The production rules in the natural language format of EN~ are inputted, and each pattern is stored in the gain/phase storage device 19. In the illustrated example, “If the speed is 1
0. If the direction is + and the fluctuation width is 0.5, the gain is 5 and the phase is 20. ”, and a knowledge base is created by creating a rule base for all possible combinations of such patterns. Further, the gain/phase inference processing device 18 includes an inference engine that infers the rule base pattern stored in the gain/phase storage device 19 in a forward or backward direction.

サーボモータ12が回転し、その回転速度、その方向お
よび回転むら変動幅が速度検出器13により検出され、
一部は位置・速度制御装置11に人力されて速度制御が
行なわれるとともに、一部はゲイン・位相推論処理装置
18に入力される。
The servo motor 12 rotates, and the speed detector 13 detects its rotation speed, its direction, and rotation unevenness fluctuation range,
A portion is manually input to the position/velocity control device 11 to perform speed control, and a portion is input to the gain/phase inference processing device 18.

ゲイン・位相推論処理装置18は、入力された速度信号
、方向、回転むら変動幅をもとにゲインおよび位相の推
論を行ない、得た結論に一致するパターンをゲイン・位
相記憶装置19から読み出して位置補正信号発生器17
に入力する。位置補正信号発生器17は、入力されたゲ
イン・位相信号をもとに位置補正信号を発生して加算器
16へ出力し、加算器16はこれと位置指令信号とを比
較し、その偏差量を位置・速度制御装置11へ出力して
サーボモータ12の回転を制御する。実際には、速度検
出器13の回転むら変動幅が小さくなるようなゲイン・
位相のパターンを、ゲイン・位相記憶装置19内の記憶
データを用いて何度かの試行を繰り返すことにより短時
間の内に推定する一種の学習制御法を用いている。
The gain/phase inference processing device 18 infers the gain and phase based on the input speed signal, direction, and rotational unevenness variation width, and reads out a pattern that matches the obtained conclusion from the gain/phase storage device 19. Position correction signal generator 17
Enter. The position correction signal generator 17 generates a position correction signal based on the input gain/phase signal and outputs it to the adder 16. The adder 16 compares this with the position command signal and calculates the amount of deviation. is output to the position/speed control device 11 to control the rotation of the servo motor 12. In reality, the gain is set such that the fluctuation range of rotational unevenness of the speed detector 13 is reduced.
A type of learning control method is used in which a phase pattern is estimated within a short time by repeating several trials using data stored in the gain/phase storage device 19.

発明の効果 以上のように、本発明によれば、位置補正信号のゲイン
および位相を決定する際に、サーボモータの速度信号と
その方向と回転むら変動幅と、ゲインおよび位相との関
係を予めルールベース化してゲイン・位相記憶装置に記
憶させておき、測定されたモータの速度信号等のデータ
をもとに最適なゲインおよび位相をゲイン・位相推論処
理装置によりルールベース推論を用いて決定し、その推
論されたゲ、インおよび位相をもとに位置補正信号を発
生させ、これを位置指令信号に加算するようにしたので
、ロボットアームに発生する回転むらを常にリアルタイ
ムで抑圧することができ、ロボットによる固体差や機械
の経年変化による変動を受けずにロボットアームを円滑
に動作させることができる。
Effects of the Invention As described above, according to the present invention, when determining the gain and phase of the position correction signal, the relationship between the speed signal of the servo motor, its direction, rotational unevenness variation width, and gain and phase is determined in advance. The gain/phase inference processing device determines the optimal gain and phase based on data such as the measured motor speed signal using rule-based inference. A position correction signal is generated based on the inferred gain, in, and phase, and this is added to the position command signal, so it is possible to always suppress rotational irregularities that occur in the robot arm in real time. , the robot arm can be operated smoothly without being affected by individual differences between robots or fluctuations due to aging of the machine.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例におけるロボットのサーボ制
御装置の制御ブロック図、第2図は同装置におけるルー
ルベースパターンにおける記述方法を示す説明図、第3
図は従来のロボットのサーボ制御装置の一例を示す制御
ブロック図である。 11・・・位置・速度制御装置、12・・・サーボモー
タ、13・・・速度検出器、14・・・減速機(H,D
。 C)、15・・・ロボットアーム、16・・・加算機、
17・・・位置補正信号発生器、18・・・ゲイン・位
相推論処理装置、19・・・ゲイン・位相記憶装置。 代理人の氏名  弁理士 蔵 合 正 博艷2図
FIG. 1 is a control block diagram of a robot servo control device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram showing a description method in a rule-based pattern in the same device,
The figure is a control block diagram showing an example of a conventional robot servo control device. 11...Position/speed control device, 12...Servo motor, 13...Speed detector, 14...Reducer (H, D
. C), 15... robot arm, 16... adding machine,
17... Position correction signal generator, 18... Gain/phase inference processing device, 19... Gain/phase storage device. Name of agent: Patent attorney Masaaki Kura 2nd figure

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  サーボモータと、前記サーボモータに取り付けられた
速度検出器と、前記サーボモータの位置・速度の制御を
行なう位置・速度制御装置と、前記サーボモータに結合
されて入力と出力の位置伝達誤差として非線形特性を有
する減速機と、前記減速機に結合されたロボットアーム
とを有するサーボ系において、前記ロボットアームで発
生する回転むらと同じ周期の信号を発生する位置補正信
号発生器と、前記速度検出器からの速度信号の大きさと
モータの回転方向と速度信号の回転むら変動幅とに対す
るゲインと位相との関係を予めルールベース化して記憶
しておくゲイン・位相記憶装置と、前記速度検出器から
の速度信号の大きさとモータの回転方向と速度信号の回
転むら変動幅と前記ゲイン・位相記憶装置からのゲイン
・位相記憶データとを用いてルールベース推論を用いて
最適なゲイン・位相を決定して前記位置補正信号発生器
へ出力するゲイン・位相推論処理装置と、前記位置補正
信号発生器からの位置補正信号と位置指令信号とを加算
してその偏差量を前記位置・速度制御装置へ出力する加
算器とを備えたロボットのサーボ制御装置。
A servo motor, a speed detector attached to the servo motor, a position/speed control device that controls the position and speed of the servo motor, and a position/speed control device coupled to the servo motor to detect nonlinear position transmission errors between input and output. A servo system including a speed reducer having a characteristic and a robot arm coupled to the speed reducer, a position correction signal generator that generates a signal having the same period as rotational unevenness occurring in the robot arm, and the speed detector. a gain/phase storage device that stores in advance a rule-based relationship between gain and phase for the magnitude of the speed signal from the motor, the rotational direction of the motor, and the variation range of rotational unevenness of the speed signal; The optimum gain and phase are determined using rule-based reasoning using the magnitude of the speed signal, the rotational direction of the motor, the variation range of rotational unevenness of the speed signal, and the gain and phase storage data from the gain and phase storage device. A gain/phase inference processing device that outputs to the position correction signal generator, adds the position correction signal from the position correction signal generator, and the position command signal, and outputs the amount of deviation to the position/speed control device. A robot servo control device equipped with an adder.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010149203A (en) * 2008-12-24 2010-07-08 Yaskawa Electric Corp Robot control device and robot system

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010149203A (en) * 2008-12-24 2010-07-08 Yaskawa Electric Corp Robot control device and robot system

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