JPH0475111A - 指令信号発生方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は産業用ロボットやＮ、Ｃ工作機械等のサーボ系
の指令信号発生方法に関する。

〔従来の技術〕

産業用ロボットやＮＣ工作機械等の制御対象を制御する
制御装置においては通常、指令信号がマイクロシンピユ
ータシステムにより作成されてインターフェースを介し
てサーボ系に出力され、このサーボ系が指令信号に基づ
いて制御対象を制御している。指令信号は例えば第５図
に示すように離散的なパルスＡであり、マイクロコンピ
ュータシステムは一定のサンプリング時間間隔て毎に指
令信号の値（パルス数）を計算してサンプリング時間間
隔て毎のタイミングで指令信号を出力している。また、
マイクロコンピュータシステムは一定時間間隔で繰返し
て動作するタイマによりサンプリング時間間隔て毎のタ
イミングを発生させている。制御対象の多軸の協調動作
や軌跡制御を行う際には制御対象の１つの軸の動作を基
準にすると、制御対象の他の軸の軌跡制御を向上させる
ために、第５図に示すように制御対象の１つの軸に対す
る指令信号、八が発生するサンプリング時間の間隔ての
中で制御対象の他の軸に対する指令信号Ｂを指令信号Ａ
よりｅだけずらせて発生させたい場合が呂でくる。この
ような場合、指令信号Ｂの発生タイミングを指令信号Ａ
の発生タイミングよりずらせる手段を新たに設ければ構
成が複雑になって高価になるので、指令信号Ｂの発生タ
イミングを指令信号Ａの発生タイミングよりずらせる手
段を設けることは実際上困難であった。そこで、従来は
マイクロコンピュータシステムで指令信号Ｂを指令信号
Ａと同じタイミングで発生させている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記制御装置では制御対象の１つの軸に対する指令信号
Ａが発生するサンプリング時間の間隔ての中で制御対象
の他の軸に対する指令信号Ｂを指令信号Ａよりｅだけず
らせて発生させたい場合にも、マイクロコンピュータシ
ステムで指令信号Ｂを指令信号Ａと同じタイミングで発
生させているので、指令信号Ｂの発生タイミングを指令
信号Ａの発生タイミングよりずらすことができなくて制
御対象の制御精度が犠牲になり、制御対象の軌跡精度を
上げることができないという欠点があった。

本発明は上記欠点を改善し、指令信号を予め決められた
発生タイミングよりずらせて発生させたのと同様な効果
を得ることができて制御対象の制御精度を向上させるこ
とができる指令信号発生方法を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は制御対象に予め設定
した動作パターンを実行させるための指令信号をサンプ
リング時間間隔ごとに指令信号発生手段から発生させる
指令信号発生方法において、上記動作パターンの発生タ
イミングと予め決められたサンプリング時間との間隔と
、上記サンプリング時間間隔との比を求め、上記動作パ
ターンの発生タイミングを上記サンプリング時間に一致
させた指令信号における上記サンプリング時間の各時点
にでの指令信号と、その前の時点（ｋ−１）での指令信
号との差を上記比に乗算し、この乗算結果を上記時点に
での指令信号から減算してこの減算結果をサンプリング
時間間隔ごとに発生させる。

〔実施例〕

第３図は本発明を応用した水平旋回アームロボットの一
例を示す。

このロボットはロボット本体１に対して水平方向に旋回
可能に設けられた第１のアーム２及び第２のアーム３と
、第２のアーム３の先端部分に上下動自在に設けられた
２軸４′とを備え、第１のアーム２及び第２のアーム３
が垂直軸の関節を中心として水平方向に旋回自在に支持
されている。第１のアーム２及び第２のアーム３はそれ
ぞれ関節軸上でモータからなる直接駆動方式の駆動源５
゜６により駆動されて旋回し、Ｚ軸４は第２のアーム３
に水平方向旋回軸と平行に取付けられたモータからなる
駆動源７によりプーリ、ベルト、送りねじなどの伝達手
段を介して駆動されて上下方向に移動する。上記モータ
５，６，７は制御装置８により制御される。

第４図は上記制御装置８の構成を示す。

制御装置８はモータ５，６．７に対応したサーボ系９　
、１０．１１とコントローラ１２とで構成され、サーボ
系９　、１０．１１はそれぞれコントローラ］２からの
指令信号によりモータ５，６．７と機構部２゜３．４か
らなる制御対象を制御する。

サーボ系９は指令信号発生手段１３．位置制御手段１４
．速度制御手段１５．ドライバー１６．速度変換手段１
７及、び位置変換手段１８により構成され、サーボ系１
０は指令信号発生手段１９２位置制御手段２０．速度制
御手段２１．ドライバー２２．速度変換手段２３及び位
置変換手段２４により構成され、サーボ系１１は上記サ
ーボ系９，１０と同様に構成されている。指令信号発生
手段１３．１９はそれぞれコントローラ１２からの指令
信号（パルス数信号）の発生タイミングをサンプリング
周期に関係なく変更することができるものである。また
、各モータ５，６．７の軸にはパルスジェネレータ２５
，２６．２７が取付けられ、このパルスジェネレータ２
５，２６．２７はそれぞれモータ５゜６．７の現在位置
（回転角）を検出する。なお、パルスジェネレータ２５
．２６．２７はモータ５，６．７の現在位置を検出する
磁気センサなどを用いてもよし１゜ 各サーボ系９．１０において、指令信号発生手段１３．
１９はコントローラ１２からの指令信号（パルス数信号
）により指令信号（指令位置信号）を発生し、位置変換
手段１８．２４はパルスジェネレータ２５　、２６から
のパルス信号をモータ５，６の現在位置に比例したパル
ス信号に変換して比較部２８．２９へフィードバックす
る。位置制御手段１４　、２０は指令信号発生手段１３
．１９からの指令パルスと位置変換手段１４゜２４から
のパルス信号とを比較部２８　、２９で比較してその差
分を速度制御手段１５．２１へ出力し、最終的にモータ
５，６を目標位置に動かす役割を果たす。

制御対象２，５．３，６が目標位置に来ると、比較部２
８．２９の比較結果が０となるが、制御対象２，５．３
．６は慣性によって目標位置を通り越してしまい、制御
対象２，５．３．６が目標位置からはずれるほど位置変
換手段１４．２４からのフィードバック量が増加して制
御対象２，５．３．６を目標位置に戻そうとする力が増
加することによってバネのような動きがなされる。

速度制御手段１５．２１は位置制御手段１４　、２０か
らのバネ力の信号に対して制御対象２，５．３，６の速
度に比例した信号を減算する。具体的にはパルスジェネ
レータ２５．２６からのパルス信号が速度変換手段１７
．２３によりＦ／Ｖ変換（パルス周波数／電圧変換）さ
れて比較部３０．３１へフィードバックされ、速度制御
手段１５．２１が位置制御手段１４．２０からのバネ力
の信号に対して速度変換手段１７．２３の出力信号を比
較部３０．３１で減算してドライバー１６．２２へ出力
する。これは位置制御手段１４．２０によるバネ力のよ
うな振動を抑えるためのものである。モータ５．６の軸
位置が目標位置に来た時には、比較部３０．３１の比較
結果がＯとなるが、速度変換手段１７゜２３からフィー
ドバックがかかっていると、その時の制御対象２，５．
３，６の速度が大きいほど、モータ５，６を逆に回転さ
せるような力が大きく働いて慣性力に対して制動がかか
り、ダンパの働きをする。

サーボ系１１もサーボ系９，１０と同様に動作する。

ところで、コンピュータを使ってロボットやＸＣ装置に
指令を入力する場合はコンピュータにより第５図に示す
ような一定のサンプリング時間間隔て毎の指令信号（パ
ルス数信号）Ａを計算してこの指令信号Ａを一定のサン
プリング時間間隔てで出力する場合がほとんどである。

制御対象の多軸制御を行う場合で制御対象の高い軌跡精
度が要求されるような時には、第５図に示すように制御
対象の第１の軸に対する予め計算した指令信号Ａの出力
タイミングをｅ（＜τ）だけずらせたタイミングで制御
対象の他の軸に対する指令信号Ｂを出力したい場合が生
ずる。このような時には、既に決められているサンプリ
ング時間間隔ての中で指令パルスの出力タイミングをず
らすことは実際上困難である。そこで、この実施例では
指令信号Ｃの出力タイミングを指令信号Ａの出力タイミ
ングよりずらせる代わりに、指令信号Ａの出力タイミン
グと一致させると同時に第６図に示すように加工するこ
とで、すなわち、出力タイミングのずれｅをパルス数の
ずれに変換することで、指令信号Ｃの出力タイミングを
指令信号Ａの出力タイミングよりずらせた指令信号Ｂと
同様な効果を得る。

指令信号Ｂを指令信号Ｃに変換する方法については一定
間隔τのサンプリング時間におけるある時点にでの指令
信号Ａをｐ　１５、その１つ航の時点（ｋ−１）での指
令信号ＡをＰ′８４とすると、指令信号Ｂに対して加減
しなければならないパルス数はｉ　（Ｐ　’ｘ　　Ｐ　
’ｘ−Ｊとなる。但し、ε＝ｅ／τである。したがって
、時点にでの指令信号ＣをＰＫとすると、ｐＫ＝ｐ’、
−ε（Ｐ　’、−Ｐ　’、Ｌ）とすることで指令信号Ｂ
を指令信号Ｃに変換することになる。

第１図は上記指令信号発生手段１３．１９の構成を示す
。

指令信号発生手段１３．１９はそれぞれ遅延メモリ３２
、乗算器３３及び比較器３４　、３５により構成され、
上述のように指令信号の変換を行う。すなわち、コント
ローラ１２からの指令信号ｐ　＋、は遅延メモリ３２に
より１回分（サンプリング時間間隔て）だけ遅延されて
Ｐ″、−８となり、コントローラ１２からの指令信号Ｐ
′８と、その前の時点の遅延メモリ３２からの指令信号
Ｐ’に−１とが比較器３４にて比較されてその差分（Ｐ
’ｘ　　Ｐ’ｘ−４）が求められる。この差分（Ｐ’、
−Ｐ″、−０）は乗算＄３３によりＥが乗算されてε（
Ｐ’Ｘ　　Ｐ’　ｘ−ｔ）となり、比較器３５にてコン
トローラ１２からの指令信号Ｐ’により減算されて指令
信号Ｐｘ＝Ｐ’ｘ−ε　（Ｐ’Ｉ　　Ｐ’ｘ−ｔ）が得
られる。指令信号発生手段１３においてはεがコントロ
ーラ１２により０に設定されて比較器３５より指令信号
ＰＫ＝Ｐ’ｘが得られ、この指令信号Ｐ　ｘ＝　Ｐ　’
　ｘが比較部２８へ出力される。指令信号発生手段１９
においてはロボットの第２のアーム３に対する指令信号
を第１のアーム２に対する指令信号よりｅだけずらせる
場合にはεがコントローラ１２によりｉ　＝　ｅ　／τ
に設定されて指令信号Ｐ　ｘ　＝　Ｐ　’　ｘ−ε（Ｐ
’ｘ−Ｐ’ｘ−ｔ）が得られ、この指令信号Ｐ、が比較
部２９へ出力される。

ロボットの第２のアーム３に対する指令信号を第１のア
ーム２に対する指令信号よりｎτ＋ｅだけずらせる場合
には指令信号発生手段１３．１９は第２図に示すように
コントローラ１２からの指令信ＢＰ′つをｎ回分（ｎで
）だけ遅延させるための遅延メモリ３６が追加され、こ
の遅延メモリ３６からの指令信号が遅延メモリ３２及び
比較器３４　、３５に出力される。

次に、この水平旋回アームロボットの動作について説明
する。

水平旋回アームロボットの旋回運動は第１のアーム２及
び第２のアーム３毎にコントローラ１２からの指令信号
により制御される。

今、コントローラＩ２が第１のアーム２に所定の回転角
に相当する位置指令信号（パルス数信号）をサーボ系９
に与えると、この位置指令信号はサーボ系９において、
位置指令発生手段１３をそのまま通過して位置制御手段
１４により速度指令信号に変換され、さらに、速度制御
手段１５によりトルク指令信号に変換される。ドライバ
ー１６は速度制御手段１５からトルク指令信号が入力さ
れてこのトルク指令信号に対応する電流を発生し、この
電流でモータ５を回転させて第１のアーム２を駆動する
。

また、パルスジェネレータ２５はモータ５の現在位置を
検出してモータ５の現在位置に比例したパルス数信号を
出力する。このパルスジェネレータ２５からのパルス数
信号は位置変換手段１８により位置信号に変換されて比
較部２８に入力され、指令信号発生手段１３からの位置
制御信号と位置変換手段１８からの位置信号との偏差が
求められる。位置制御手段１４はその偏差に対応した信
号、即ち、偏差量をＯにするような信号を出力する。

また、パルスジェネレータ２５からのパルス数信号は速
度変換手段１７により速度信号に変換されて比較部３０
に入力され、位置制御手段１４の出力信号と速度変換手
段１７からの速度信号との偏差が求められる。速度制御
手段１５はその偏差がＯとなるような信号をドライバー
１６へ出力する。

このような動作によりサーボ系９はモータ５及び第１の
アーム２に対してコントローラ１２からの指令信号によ
り応答遅れのない制御を行う。

サーボ系１０．１１もサーボ系９と同様にコントローラ
１２からの指令信号によりモータ６，７及び第２のアー
ム３．Ｚ軸４の制御を行う。

サーボ系１０において、指令信号発生手段１９は第１図
に示すように構成され、次のように動作する。

まず、コントローラ１２から第２のアーム３を動作させ
るための指令信号が指令信号発生手段１９に入力され、
この指令信号は第１のアーム２を制御するサーボ系９に
コントローラ１２から入力される指令信号とは発生タイ
ミングが同じで、かつ信号内容が異なる。指令信号発生
手段１９はコントローラ１２からの指令信号を上述のよ
うにコントローラ１２からサーボ系９への指令信号に対
して時間ｅだけずれた指令信号と同様な効果を奏する指
令信号を発生して比較部２９へ出力する。サーボ系１０
は指令信号発生手段１９を除いてサーボ系９と同様に動
作し、指令信号発生手段１９が一定のサンプリング時間
間隔て毎に指令信号を出力してモータ６を駆動する。モ
ータ６の出力は第２のアーム３に伝達され、この水平旋
回アームロボットは軌跡精度の高い動作を行う、 このような動作により、第２のアーム３に対する指令信
号の発生タイミングを第１のアーム２に対する指令信号
の発生タイミングよりずらせる代わりに、第１のアーム
２に対する指令信号の発生タイミングと一致させると同
時に、指令信号発生タイミングのずれがパルス数のずれ
に変換されるように加工することで、第２のアーム３に
対する指令信号の発生タイミングを第１のアーム２に対
する指令信号の発生タイミングよりずらせたのと同様な
効果が得られる。従って、第１のアーム２に対する指令
信号の発生タイミングに関係なく。

即ち、既に決められた指令信号発生タイミングに関係な
く、第２のアーム３に対する指令信号を発生させたのと
同様になり、水平旋回アームロボットの軌跡精度が向上
し、位置決め精度も向上する。

なお、本発明を応用した水平旋回アームロボットの他の
例では１つのアームが第７図に示すような動作を行うこ
とができる。即ち、アームが水平動作ａと挿入動作すと
の複合動作を高速で行う場合、アームが経路Ｃを通る動
作を行う。アームが経路Ｃと誤差がないような軌跡をと
るためには。

挿入動作すを実行させるための指令信号の発生タイミン
グｄが重要となる。そこで、この例では上述の方法によ
り挿入動作すを実行させるための指令信号の発生タイミ
ングｄは、指令信号発生タイミングの基準となる水平動
作ａに対する指令信号発生タイミングの時間間隔とは無
関係とする。従って、アームによる挿入動作の軌跡精度
が向上し、アームの先端に把持している部品を所定の位
置に確実に挿入することができる。なお、この例では上
述の例おいて、モータ５の出力がアームに水平動作を行
わせる出力として伝達され、モータ６の出力がアームに
挿入動作を行わせる出力として伝達される。

なお、本発明は上述の例に限定されるものではなく、Ｎ
Ｃ装置などにも同様に適用することができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば制御対象に予め設定した動
作パターンを実行させるための指令信号をサンプリング
時間間隔ごとに指令信号発生手段から発生させる指令信
号発生方法において、上記動作パターンの発生タイミン
グと予め決められたサンプリング時間との間隔と、上記
サンプリング時間間隔との比を求め、上記動作パターン
の発生タイミングを上記サンプリング時間に一致させた
指令信号における上記サンプリング時間の各時点にでの
指令信号と、その前の時点（ｋ−１）での指令信号との
差を上記比に乗算し、この乗算結果を上記時点にでの指
令信号から減算してこの減算結果をサンプリング時間間
隔ごとに発生させるので、指令信号を予め決められた発
生タイミングよりずらせて発生させたのと同様な効果を
得ることができ、制御対象の制御精度を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は指令信号発生手段の一例を示すブロック図、第
２図は指令信号発生手段の他の例を示すブロック図、第
３図は本発明を応用した水平旋回アームロボットの一例
を示す概略図、第４図は同水平旋回アームロボットの制
御装置を示すブロック図、第５図及び第６図は上記制御
装置の指令信号を説明するための図、第７図は本発明を
応用した水平旋回アームロボットの他の例を説明するた
めの図である。 ３２・・・遅延メモリ、３３・・・乗算器、３４．３５
・・・比較器、３６・・・遅延メモリ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 制御対象に予め設定した動作パターンを実行させるため
   の指令信号をサンプリング時間間隔ごとに指令信号発生
   手段から発生させる指令信号発生方法において、 上記動作パターンの発生タイミングと予め決められたサ
   ンプリング時間との間隔と、上記サンプリング時間間隔
   との比を求め、上記動作パターンの発生タイミングを上
   記サンプリング時間に一致させた指令信号における上記
   サンプリング時間の各時点Ｋでの指令信号と、その前の
   時点（ｋ−１）での指令信号との差を上記比に乗算し、
   この乗算結果を上記時点にでの指令信号から減算してこ
   の減算結果をサンプリング時間間隔ごとに発生させるこ
   とを特徴とする指令信号発生方法。