JPH05341827A - ロボット制御装置 - Google Patents

ロボット制御装置

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JPH05341827A
JPH05341827A JP14911892A JP14911892A JPH05341827A JP H05341827 A JPH05341827 A JP H05341827A JP 14911892 A JP14911892 A JP 14911892A JP 14911892 A JP14911892 A JP 14911892A JP H05341827 A JPH05341827 A JP H05341827A
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JP
Japan
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motor
torque
command signal
rated
circuit
Prior art date
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Pending
Application number
JP14911892A
Other languages
English (en)
Inventor
Naoki Inoue
直樹 井上
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 本発明は、アームを駆動するモータの回転量
を目標値と比較して速度指令信号を出力する位置制御手
段と、前記速度指令信号とモータの回転速度とを比較し
てトルク指令信号を出力する速度制御手段と、前記トル
ク指令信号に基づいて前記モータへの電力供給を制御す
る電力制御手段と、サーボロック時のモータトルクを設
定された値まで減少させる減少手段とを有する。 【効果】 本発明によれば、軸の摩擦の大きなロボット
においてモータが定格以上のトルクを出力してサーボロ
ックした場合であっても、モータに悪影響がでる前にモ
ータヘのトルク指令が定格値まで減少するようになる。
これにより、モータに長時間大電流が流れる事によるモ
ータやサーボドライバの過熱、劣化といった不具合を防
ぐ事ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、軸の摩擦の影響の大き
なロボットを制御するのに好適なロボット制御装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】ロボットの各軸(アーム)は一般的にサ
ーボモータにより駆動され、そのモータ制御の構成は次
の通りである。
【0003】すなわち、モータの回転量は回転位置検出
器により検出され位置制御部に入力される。位置制御部
は、そのモータの回転量を目標回転量と比較し、その差
に応じた速度指令信号を速度制御部に出力する。速度制
御部は、位置制御部から送られて来る速度指令信号と、
モータの回転速度を検出する速度検出器からの信号とを
比較し、その差に応じたトルク指令信号を電流制御部に
出力する。そして、電流制御部は、トルク指令信号に応
じた電流指令信号を電力増幅部に出力し、これにより、
電力制御部がモータにトルク指令信号に応じた電流を流
すように制御する。以上にて、モータは、速度指令信号
に応じた速度で目標とする回転量だけ回転し、アームを
目標位置に移動させる。このようなサーボ装置でのトル
ク指令の変化について説明する。尚、説明の簡略化のた
め、図3に示すような直交型のロボットのZ軸1につい
て説明する。
【0004】Z軸1の駆動モータのトルクTとワーク2
がZ軸1上を移動する時の加素度aは運動の第2法則に
より図4に示すような正比例関係にある。なお加速度a
の正方向はZ軸の上方向とし、トルクTの正方向はワー
クを上方向に移動させるときのトルク方向とする。
【0005】また、図4に示すように、特性とT軸との
交点Sでのトルク軸TS はワーク2の重量に正比例して
決まる。言換えれば、TS はワークの重量をZ軸モータ
の軸にかかるトルク値に換算した値ということになる。
【0006】モータがサーボロック状態や等速回転状態
である時は、a=0であるのでモータの発生トルクはT
S の値となる。一般には(ロボットの定格ワーク重量時
のTS )≦(サーボモータの定格トルク値)となるよう
に設定されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、ロボット軸
の摩擦の影響が大きい場合はワーク重量が定格値以下で
あってもTS がモータの定格トルクを越えてしまう事が
ある。図3のロボットのZ軸について軸の摩擦力を考慮
した時のトルク−加速度特性を図5に示す。
【0008】図5に示すように、軸の摩擦力のためZ軸
上昇時とZ軸下降時とでは特性が別になり、トルク−加
速度特性のT軸との交点は軸の摩擦力を考慮しない場合
の交点S0(トルク値TSO)に対して摩擦力Fの分だけ
ずれて、Z軸上昇時はSI(トルク値TS1=TS0+F)
となり、Z軸下降時はS2(トルク値TS2=TS0−F)
となる。但し、Fは軸の摩擦力をモータトルクに換算し
た値とする。モータを回転させる場合は、軸の摩擦力の
ためモータの発生トルクがTS2以下からTS1以上となる
必要があり、モータが回転しはじめるまでは、特性はS
1からS2までの間となる。モータが回転をはじめる
と、その回転方向により特性はZ軸上昇時特性A、また
は、Z軸下降時特性Bに移る。そしてモータが停止する
と、特性は再びS1−S2間に戻る。
【0009】トルク−加速度特性が、図5のようになる
ため、Z軸を上昇させた後のサーボロック時のモータ発
生トルクはZ軸上昇時特性とT軸との交点S1 でのトル
クTS1となる。このため、TS0の値がモータの定格トル
クと等しいか、近い場合(モータ定格トルク−TS0<F
の場合)は、ワーク重量が定格ワーク重量以下でもモー
タのサーボロック時発生トルクは定格トルク以上とな
る。つまり、TS1はモータ定格トルクとなる。
【0010】このような場合、モータが定格トルク以上
のトルクを発生したまま停止してしまうため、モータは
過負荷の状態のままとなりモータ及びサーボドライバに
悪影響が生じてしまう。
【0011】そこで、本発明は、上記の事情に鑑みてな
されたもので、その目的は、軸の摩擦が無視できない程
大きなロボットにおいて、定格ワーク重量以下のワーク
使用時のサーボロック時にモータが過負荷とならないよ
うな制御を行うロボット制御装置を提供する事にある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のロボット制御装置は、アームを駆動するモ
ータの回転量を目標値と比較して速度指令信号を出力す
る位置制御手段と、前記速度指令信号とモータの回転速
度とを比較してトルク指令信号を出力する速度制御手段
と、前記トルク指令信号に基づいて前記モータへの電力
供給を制御する電力制御手段と、サーボロック時のモー
タトルクを設定された値まで減少させる減少手段とを備
えたことを特徴とするものである。
【0013】
【作用】このように構成されたロボット制御装置におい
ては、図5から、モータが停止している状態でモータト
ルクがTS2以上TS1以下の範囲内であればモータは停止
し続ける事がわかる。また、ワークが定格ワーク重量以
下の時にTS1がモータの定格トルク値以上となった場合
は、定格トルク値は必ずTS2以上TS1以下となる。この
ため、モータが定格トルク値以上のTS1でサーボロック
した場合にトルクをTS2まで減少させてもモータは停止
状態を維持する。これを利用してロボットのサーボモー
タが停止状態(サーボロック状態)である時はモータの
発生トルクを定格トルクまでに制限させるようにする。
【0014】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図1及び図
2に基づいて説明する。まず、ロボット制御装置の全体
構成を図1により説明する。
【0015】図1に示すように、記憶部10に記憶された
ティーチング位置データ及び作業順序データは、システ
ム制御部11で解読され、ロボットの各軸(アーム)毎の
移動量が演算されて位置制御手段としての位置制御部12
に送られる。位置制御部12は、システム制御部11で演算
された移動量に応じた各軸のサーボモータ13の目標回転
量と、そのモータ13の回転量を検出する回転位置検出器
14からのフィードバック量とを比較し、その差である位
置偏差に応じた速度指令信号を速度制御手段としての速
度制御部15に出力する。この場合、位置偏差の絶対値は
比較器16に送られる。そして、比較器16は設定器17にあ
らかじめ設定されている基準値と比較して位置偏差の絶
対値が基準値よりも小さい場合にハイレベルのインポジ
ション信号Sa を出力するように構成されている。
【0016】上記速度制御部15は、位置制御部12からの
速度指令信号とモータ13の回転速度を検出する速度検出
器18からのフィードバック量とを比較し、その差に応じ
たトルク指令信号を、電力制御手段19の前段を構成する
電流制御部20に出力する。この電流制御部20は、上記ト
ルク指令信号とモータ13への供給電流を検出する電流検
出器21からのフィードバック量とからモータ13に流すべ
き電流値を演算し、その演算結果である電流指令信号を
電力制御手段19の後段を構成する電力増幅部22に出力
する。そして、電力増幅部22は、電流指令信号に比例
した電流をモータ13に流すようになっており、以上によ
りモータ13は速度指令信号に応じた速度で、システム制
御部11から与えられた目標回転量だけ回転する。
【0017】さて、速度制御部15と電流制御部20との間
に設けられたトルク制御部23は、図2に示すように、ト
ルク制限の手段としてのリミット回路24と、リレースイ
ッチ25と、そのリレースイッチの駆動部26と、リミット
値発生器27と、AND回路28と、ディレー回路29とを備
えている。上記リレースイッチ25は、速度制御部15とリ
ミット回路24との間に設けられ、共通接点cが速度制御
部15の出力端子に、常閉接点bが電流制御部20の入力端
子に、常開接点aがリミット回路24の入力端子にそれぞ
れ接続されている。
【0018】また、上記AND回路28の入力端子dには
上記比較器16からのインポジション信号Sa が入力さ
れ、入力端子eにはディレー回路29によりインポジショ
ン信号Sa に対して遅延をかけられた信号が入力されて
いる。これにより、インポジション信号Sa が立ち上が
った場合は、AND回路28の出力端子fからの信号Sb
はAND回路28の入力端子eの信号がディレー回路29で
遅延された分だけ遅れて立ち上がる事になる。これに対
して、Sa が立ち下がった場合はAND回路28の入力端
子dの信号を瞬時に(Sa の立ち下がりと同時に)ロー
レベルになるためSb はSa と同時に立ち下がる事にな
る。そして、AND回路28からの信号Sb がハイレベル
になると、前記駆動部26はリレースイッチ25の接点をb
側からa側へと切り替えるようになっている。では、次
に、本ロボット制御装置においてリミット作用がどのよ
うに動作するかを説明する。
【0019】サーボモータが位置決めを行う場合、位置
偏差がいったん0になったとしても、制御系のパラメー
タによってはオーバーシュートなどで再びしばらく位置
偏差>0の状態が続いたり、位置偏差が0を中心として
振動したりする事がある。このため、サーボモータが位
置決めを完了したかどうかを検出するには、位置偏差が
連続して一定時間(位置偏差監視時間)以上0であるか
どうかを監視する必要がある。但し、実際には位置決め
完了を判定する時の位置偏差の値は0ではなく制御系の
誤差(位置検出器などの誤差)、制御系の安定性などを
考慮してある程度の幅(位置偏差の許容差)が設けられ
ている。そして、当然の事ではあるが、位置決め完了と
判定された後であっても、一瞬でも位置偏差が位置偏差
の許容値を越えたときは位置決め完了の判定は撤回され
なければならない。
【0020】本実施例においては、図1に示した設定器
17を位置偏差の許容差に、図2に示したディレー回路29
のディレー時間を位置偏差監視時間に設定している。こ
れにより、比較器16は位置偏差が許容値以内であればイ
ンポジション信号Sa をハイレベルに、ディレー回路29
とAND回路28は位置偏差監視時間以上Sa が連続して
ハイレベルであれば位置決め完了信号Sb をハイレベル
に、Sa がローレベルになれば瞬時にSb もローレベル
にするようになっている。
【0021】これにより、図2において、通常時はリレ
ースイッチ25の接点はb側となり速度制御部15からのト
ルク指令信号は直接電流制御部20へと伝えられる。そし
て位置決め完了時にはリレースイッチ25の接点はa側と
なり、速度制御部15からのトルク指令信号はリミット回
路24を通して電流制御部20へ伝えられる。このリミット
回路24はリミット値発生器27からのリミット値データに
従い、トルク指令信号にリミットをかけたものを電流制
御部20へと出力する。このため、リミット値発生器27か
らのリミット値データをモータの定格トルクに設定して
おけば、位置決め完了時のリミット回路24からの出力
は、定格トルク値までに制御されたトルク指令信号とな
る。
【0022】このように、位置決め完了時のみモータの
出力を定格トルクまでに制限する事により、軸の摩擦の
ためモータが定格トルク以上を出力した状態でサーボロ
ック状態となるのを防ぐ事ができる。また、もしロボッ
トの把持しているワークの重量が定格重量以上であった
場合であっても位置偏差が許容値以上であれば、直ちに
リミットは解除されるのでワーク落下などの危険も生じ
ない。なお、本発明は、上記実施例のみに限定されるも
のではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実
施し得るものである。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
軸の摩擦の大きなロボットにおいてモータが定格以上の
トルクを出力してサーボロックした場合であっても、モ
ータに悪影響がでる前にモータヘのトルク指令が定格値
まで減少するようになる。これにより、モータに長時間
大電流が流れる事によるモータやサーボドライバの過
熱、劣化といった不具合を防ぐ事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す概要構成図。
【図2】図1に示したトルク制御部を示す詳細構成図。
【図3】一般的な直交型ロボットを示す外観図。
【図4】図3に示した直交型ロボットのZ軸の軸摩擦の
ない場合の加速度−トルク特性を示すグラフ。
【図5】図3に示した直交型ロボットのZ軸の軸摩擦の
ある場合の加速度−トルク特性を示すグラフ。
【符号の説明】
12…位置制御部 13…モータ 14…回転位置検出器 15…速度制御部 16…比較器 17…設定器 18…速度検出器 19…電力制御手段 24…リミット回路 25…リレースイッチ 26…駆動部 27…リミット値発生器 28…AND回路 29…ディレー回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アームを駆動するモータの回転量を目標
    値と比較して速度指令信号を出力する位置制御手段と、
    前記速度指令信号とモータの回転速度とを比較してトル
    ク指令信号を出力する速度制御手段と、前記トルク指令
    信号に基づいて前記モータへの電力供給を制御する電力
    制御手段と、サーボロック時のモータトルクを設定され
    た値まで減少させる減少手段とを具備したことを特徴と
    するロボット制御装置。
JP14911892A 1992-06-09 1992-06-09 ロボット制御装置 Pending JPH05341827A (ja)

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JP14911892A JPH05341827A (ja) 1992-06-09 1992-06-09 ロボット制御装置

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JP14911892A JPH05341827A (ja) 1992-06-09 1992-06-09 ロボット制御装置

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JP (1) JPH05341827A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103085680A (zh) * 2012-12-18 2013-05-08 联合汽车电子有限公司 新能源汽车在电机堵转工况下的控制方法
US9016743B2 (en) 2012-10-30 2015-04-28 Aoi Seiki Co., Ltd. Chucking apparatus

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