JPH0612111A - ロボットアームの位置制御方法及び位置制御装置 - Google Patents
ロボットアームの位置制御方法及び位置制御装置Info
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- JPH0612111A JPH0612111A JP17050492A JP17050492A JPH0612111A JP H0612111 A JPH0612111 A JP H0612111A JP 17050492 A JP17050492 A JP 17050492A JP 17050492 A JP17050492 A JP 17050492A JP H0612111 A JPH0612111 A JP H0612111A
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Abstract
位置制御方法を提供する。 【構成】 先端に工具を備えたアーム本体を回転自在に
保持するロボット本体に、前記アーム本体の回転中心を
中心とするディスクを固定し、前記アーム本体の先端に
前記工具の中心を中心とするプーリを回転自在に取付
け、前記ディスクとプーリとの間に無端状のベルトを張
設し、かつベルトの一部を前記ディスクに結合し、前記
アーム本体に前記プーリの回転角を検出する回転角セン
サ或いはベルトの移動量を検出する変位センサを設け、
前記アーム本体の駆動モータに与えられる回転制御信号
と前記回転角センサ或いは前記変位センサからのフィー
ドバック信号とを比較して、アーム本体の位置制御を行
う位置制御方法である。
Description
置決め精度を高くしたロボットアームの位置制御方法及
び位置制御装置に関するものである。
別してオープンループ制御とセミクローズドループ制御
があり、簡易ロボットにはオープンループ制御が用いら
れ、高い位置決め精度が要求されるロボットでは、セミ
クローズドループ制御が用いられる。
出器を設け、それを目標信号と比較してモータの変位を
正確に目標入力に追従させるフィードバック制御方法
で、サーボモータの出力軸に検出器を設けて、ロボット
アームの支点側で回転角の制御を行うものである。
説明すると、図10に示す様に、ロボット本体(1)に
2個の軸受け(2)(3)にて回転軸(4)を回転自在
に支持させ、この回転軸(4)にアーム本体(5)を固
定してある。アーム本体(5)の先端には加工用若しく
は組立用の工具(6)をZ軸方向に移動可能に組付けら
れている。回転軸(4)はロボット本体(1)の上端に
取付けられた駆動モータ(7)にて減速機(10)及び
軸継手(11)を介して回転駆動される。駆動モータ
(7)にはエンコーダ(12)が取付けられており、回
転軸(4)の回転角を検出するようになっている。
用の制御信号を与えて駆動モータ(7)を回転させ、回
転軸(4)を介してアーム本体(5)を角度θだけ回転
させる。このとき与えられた回転制御信号θoとエンコ
ーダ(12)からのフィードバック信号θiとの偏差が
ゼロになるように駆動モータ(7)を制御して位置決め
している。
11に示す様に角度θ回転させると、長さRのアーム本
体(5)の回転方向変位DはD=R・θ(=R・θi)
となる。この場合、エンコーダ(12)の回転誤差に加
えて、減速機(11)のバックラッシ、ヒステリシス等
の非線形要素が位置決め誤差の大きな要因となってい
る。しかもアーム本体(5)の長さに応じて誤差は拡大
され、結果的に0.1mmオーダの位置決め誤差を生じてい
た。そのため従来のロボットでは高い精度が要求される
作業を行えなかった。
て精度の高い位置決めを行えるロボットアームの位置制
御方法及び制御装置を提供しようとするものである。
を備えたアーム本体を回転自在に保持するロボット本体
に、前記アーム本体の回転中心を中心とするディスクを
固定し、前記アーム本体の先端に前記工具の中心を中心
とするプーリを回転自在に取付け、前記ディスクとプー
リとの間に無端状のベルトを張設し、かつベルトの一部
を前記ディスクに結合し、前記アーム本体に前記プーリ
の回転角を検出する回転角センサを設け、前記アーム本
体の駆動モータに与えられる回転制御信号と前記回転角
センサからのフィードバック信号とを比較して、アーム
本体の位置制御を行う位置制御方法である。
ム本体を回転自在に保持するロボット本体に、前記アー
ム本体の回転中心を中心とするディスクを固定し、前記
アーム本体の先端に前記工具の中心を中心とするプーリ
を回転自在に取付け、前記ディスクとプーリとの間に無
端状のベルトを張設し、かつベルトの一部を前記ディス
クに結合し、前記アーム本体に前記ベルトの移動量を検
出する変位センサを設け、前記アーム本体の駆動モータ
に与えられる回転制御信号と前記変位センサからのフィ
ードバック信号とを比較して、アーム本体の位置制御を
行う位置制御方法である。
ム本体を回転自在に保持するロボット本体に、前記アー
ム本体の回転中心を中心として取付けたディスクと、前
記アーム本体の先端に前記工具の中心を中心として回転
自在に取付けたプーリと、前記ディスクとプーリとの間
に無端状に張設し、かつその一部を前記ディスクに結合
したベルトと、前記アーム本体に設けた前記プーリの回
転角を検出する回転角センサと、前記アーム本体の駆動
モータに与えられる回転制御信号と前記回転角センサか
らのフィードバック信号とを比較して、アーム本体の位
置制御を行う制御装置とを備えた位置制御装置である。
ム本体を回転自在に保持するロボット本体に、前記アー
ム本体の回転中心を中心として取付けたディスクと、前
記アーム本体の先端に前記工具の中心を中心として回転
自在に取付けたプーリと、前記ディスクとプーリとの間
に無端状に張設し、かつその一部を前記ディスクに結合
したベルトと、前記アーム本体に設けた前記ベルトの移
動量を検出する変位センサと、前記アーム本体の駆動モ
ータに与えられる回転制御信号と前記変位センサからの
フィードバック信号とを比較して、アーム本体の位置制
御を行う制御装置とを備えた位置制御装置である。
ム本体の先端位置で、ベルトを介して回転するプーリの
回転角或いはベルトそのものの移動量を検出し、その検
出信号をフィードバック信号としてフィードバック制御
する、いわゆるクローズドループ制御を行っているの
で、アーム本体の駆動系の非線形要素の影響を受けるこ
とがなくなり、高精度な位置決めを行える。
照して説明する。尚、図10に示す従来技術と同一構成
部材には同一符号を付して、説明は省略する。
ィスク(14)を固定し、アーム本体(5)の先端にプ
ーリ(15)を回転自在に取付け、ディスク(14)と
プーリ(15)との間にベルト(16)を無端状に装着
し、かつベルト(16)の一部をディスク(14)に結
合してある。またプーリ(15)の上方にプーリ(1
5)の回転角を検出する回転角センサ、例えばエンコー
ダ(17)を設けてある。前記ディスク(14)はその
中心がアーム本体(5)の回転中心と一致させている。
またプーリ(15)はアーム本体(5)に保持された工
具(6)の中心と一致させてある。
本体(5)の上面に取付軸(20)を工具(6)と同心
上に固定し、その取付軸(20)に軸受け(21)を介
して回転自在に取付けてある。またプーリ(15)の上
方に配置させたエンコーダ(17)を支柱(22)にて
支持させてあり、エンコーダ(17)の軸(23)をプ
ーリ(15)に挿入して結合し、プーリ(15)の回転
角を直接検出するようにしてある。
タ(7)へ回転制御信号θoを与えてアーム本体(5)
を回転させたとき、アーム本体(5)が角度θ回転する
と、図3に示す様に、長さRのアーム本体(5)の先端
の回転方向変位DはD=R・θとなり、プーリ(15)
の回転角度θ1は、ディスク(14)の半径をr0、プー
リ(15)の半径をr1とすると、θ1=(r0/r1)・
θとなって、プーリ(15)の回転角θ1からアーム本
体(5)の回転角や先端位置を求めることができる。従
って、プーリ(15)の回転角θ1を検出し、これから
得られるθをフィードバック信号として回転制御信号θ
oとの偏差がゼロになるように制御する。
=(r1/r0)R・θ1となる。そして、プーリ(1
5)の検出角θ1にはエンコーダ(17)の角度誤差や
減速機(10)のバックラッシ、ヒステリシス等の非線
形要素が含まれないので、高精度な位置決めを行える。
また検出分解能を上げるためには、r0を大きく、r1を
小さくすればよい。
(15)の回転角を検出せずに、ベルト(16)の特定
箇所(標点a)の移動量を電気マイクロメータやリニヤ
スケールなどの変位センサにて検出し、この検出信号を
フィードバック信号としてアーム本体(5)の位置制御
を行うものである。即ち、アーム本体(5)が角度θ回
転すると、ベルト(16)の移動量dはd=r0・θと
なり、ベルト(16)の移動量dからアーム本体(5)
の回転角θや先端位置Dを求めることができる。従っ
て、ベルト(16)の移動量dを検出し、これから得ら
れるθをフィードバック信号として回転制御信号θoと
の偏差がゼロになるように制御する。
=(R/r0)・dとなる。そして、ベルト移動量検出
の場合には、回転運動を移動量に変換して検出するの
で、分解能が高い。また、図5に示す様に、ベルト(1
6)の対向する2箇所の標点a・bの相対移動量2dを
検出し、これをフィードバック信号として位置制御すれ
ば、分解能が向上し、より高精度な制御を行える。
験した結果、図6乃至図9に示す様な結果を得た。図6
は従来法(C)、プーリ回転角検出(P)、ベルト移動
量検出(B)での繰返し位置決め精度を示している。こ
の場合分解能を360,000p/rとし、ベルト移動量検出では
1μm(314,159p/r)とした。これから繰返し精度につ
いては、ほぼ分解能により一義的に決められ、いずれも
ほぼ同等の精度であることがわかる。
で、目標位置(回転角90度)に対するアーム本体の実際
位置とそれぞれの検出値を示している。この結果、アー
ム本体の位置誤差−314〜−302μmに対し、駆動モータ
に直結したエンコーダによる検出量DCは86μm行きす
ぎている。このことは従来法(C)では、運動伝達要素
による誤差が含まれ、正しい検出がなされていないこと
を示している。
DPとベルト移動量検出(B)での検出量DBの平均値は
それぞれ43μm、11μmの精度で、実際のアーム位置を
正確に表示している。但し、プーリ回転角検出(P)で
の検出量DPが幅広く分布しているのは、プーリ軸に直
結したエンコーダの分解能が3,600p/rと粗いためであ
る。
度位置決めに有効であることが確認された。次に上記検
出量DP、DBに基づいたフィードバック制御を行ったと
きの位置決め精度は図8及び図9に示すようになった。
場合(r0=r1=50mm)で、位置決め誤差は−218〜210
μmとなり、エンコーダの分解能3,600p/rに対する繰返
し誤差に近い値である。
位置決め誤差は−31〜5μm、分解能1μmに対しては
位置誤差が−4〜2μmとなっている。
端であるアーム本体の先端位置で、ベルトを介して回転
するプーリの回転角或いはベルトそのものの移動量を検
出し、その検出信号をフィードバック信号としてフィー
ドバック制御する、いわゆるクローズドループ制御を行
っているので、アーム本体の駆動系の非線形要素の影響
を受けることがなくなり、高精度な位置決めを行える。
ルト、プーリの回転角或いはベルトの移動量を検出する
回転角センサ若しくは変位センサを設けるだけでよく、
アーム本体の負荷が増大せず、アーム本体の動作に悪影
響を及ぼすこともない。
図
図
結果を示す図面
の結果を示す図面
Claims (4)
- 【請求項1】先端に工具を備えたアーム本体を回転自在
に保持するロボット本体に、前記アーム本体の回転中心
を中心とするディスクを固定し、前記アーム本体の先端
に前記工具の中心を中心とするプーリを回転自在に取付
け、前記ディスクとプーリとの間に無端状のベルトを張
設し、かつベルトの一部を前記ディスクに結合し、前記
アーム本体に前記プーリの回転角を検出する回転角セン
サを設け、前記アーム本体の駆動モータに与えられる回
転制御信号と前記回転角センサからのフィードバック信
号とを比較して、アーム本体の位置制御を行うようにし
たことを特徴とするロボットアームの位置制御方法。 - 【請求項2】先端に工具を備えたアーム本体を回転自在
に保持するロボット本体に、前記アーム本体の回転中心
を中心とするディスクを固定し、前記アーム本体の先端
に前記工具の中心を中心とするプーリを回転自在に取付
け、前記ディスクとプーリとの間に無端状のベルトを張
設し、かつベルトの一部を前記ディスクに結合し、前記
アーム本体に前記ベルトの移動量を検出する変位センサ
を設け、前記アーム本体の駆動モータに与えられる回転
制御信号と前記変位センサからのフィードバック信号と
を比較して、アーム本体の位置制御を行うようにしたこ
とを特徴とするロボットアームの位置制御方法。 - 【請求項3】先端に工具を備えたアーム本体を回転自在
に保持するロボット本体に、前記アーム本体の回転中心
を中心として取付けたディスクと、前記アーム本体の先
端に前記工具の中心を中心として回転自在に取付けたプ
ーリと、前記ディスクとプーリとの間に無端状に張設
し、かつその一部を前記ディスクに結合したベルトと、
前記アーム本体に設けた前記プーリの回転角を検出する
回転角センサと、前記アーム本体の駆動モータに与えら
れる回転制御信号と前記回転角センサからのフィードバ
ック信号とを比較して、アーム本体の位置制御を行う制
御装置とを備えたことを特徴とするロボットアームの位
置制御装置。 - 【請求項4】先端に工具を備えたアーム本体を回転自在
に保持するロボット本体に、前記アーム本体の回転中心
を中心として取付けたディスクと、前記アーム本体の先
端に前記工具の中心を中心として回転自在に取付けたプ
ーリと、前記ディスクとプーリとの間に無端状に張設
し、かつその一部を前記ディスクに結合したベルトと、
前記アーム本体に設けた前記ベルトの移動量を検出する
変位センサと、前記アーム本体の駆動モータに与えられ
る回転制御信号と前記変位センサからのフィードバック
信号とを比較して、アーム本体の位置制御を行う制御装
置とを備えたことを特徴とするロボットアームの位置制
御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04170504A JP3102447B2 (ja) | 1992-06-29 | 1992-06-29 | ロボットアームの位置制御方法及び位置制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP04170504A JP3102447B2 (ja) | 1992-06-29 | 1992-06-29 | ロボットアームの位置制御方法及び位置制御装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH0612111A true JPH0612111A (ja) | 1994-01-21 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100354078C (zh) * | 2004-07-08 | 2007-12-12 | 北京理工大学 | 机器人关节减速器柔性的双环检测机构 |
JP2011072418A (ja) * | 2009-09-29 | 2011-04-14 | Gc Corp | 歯科ユニット |
CN109434817A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-03-08 | 美钻深海能源科技研发(上海)有限公司 | 水下履带智能机器人工作臂单元 |
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1992
- 1992-06-29 JP JP04170504A patent/JP3102447B2/ja not_active Expired - Fee Related
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