JPH06262560A - ロボット制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 モータの性能を完全に活用するように加速度
を最適に制御し得るロボット制御装置を提供する。 【構成】 ステップ８１で、教示点Ｐ1 から教示点Ｐ2
までの間隔について、始点（教示点Ｐ1 ）におけるイナ
ーシャｓＩと終点（教示点Ｐ2 ）におけるイナーシャｅ
Ｉとを第１軸ａ〜第６軸ｆについてそれぞれ求める。ス
テップ８２で、加速時及び減速時のイナーシャの平均値
に基づいてモータの制御を行うために、始点Ｐ1 から１
／４の位置におけるイナーシャａＩ（始点側イナーシ
ャ）と、終点Ｐ2 から１／４の位置におけるイナーシャ
ｄＩ（終点側イナーシャ）とを各軸について求める。ス
テップ８３において、始点側イナーシャａＩから加速時
の加速度ａＤを、終点側イナーシャｄＩから減速時の加
速度ｄＤを求める。この求められた加速加速度ａＤ及び
減速加速度ｄＤにより各軸の制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加速度を可変にして常
に最適な加速度により軸の制御を行うロボット制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のロボットは加速度を一定にして軸
の駆動を行っていた。この加速度は、各軸について最も
苦しい位置及び姿勢、即ちイナーシャの最大値をそれぞ
れ求め、各軸のモータがこの最大イナーシャに打ち勝っ
て駆動が行える値に定めていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従って、上述した最も
苦しい位置及び姿勢以外の箇所においては、各軸のモー
タはその性能を完全に使い切っておらず、モータの性能
により許容されるよりも低い加速度で軸の駆動を行って
いた。このために、最高速度に達するまでに時間がかか
りロボットの動きが遅くなっていた。

【０００４】本発明は、上記課題を解決するために成さ
れたもので、その目的とするところは、モータの性能を
完全に活用するよう加速度を最適に制御し得るロボット
制御装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成は、図１に示すように、教示点Ｐ1 、Ｐ2
間の一以上の点におけるイナーシャａＩを各軸ａ〜ｆに
ついてそれぞれ算出するイナーシャ算出手段１と、前記
イナーシャ算出手段１により算出されたイナーシャａＩ
と、基準加速度Ｄの算出の基とした基準イナーシャＩと
の比を求め、この比を該基準加速度Ｄに掛けることによ
り当該教示点Ｐ1 、Ｐ2 間における加速度ａＤを各軸ａ
〜ｆについてそれぞれ算出する加速度算出手段２と、前
記加速度算出手段２により算出された加速度ａＤを基に
各軸ａ〜ｆを制御する軸制御手段３とを有することを特
徴とする。

【０００６】

【作用】上記の手段によれば、イナーシャ算出手段１
が、教示点Ｐ1 、Ｐ2 間の一以上の点におけるイナーシ
ャａＩを各軸ａ〜ｆ毎にそれぞれ算出する。次に、加速
度算出手段２が、このイナーシャ算出手段１により算出
されたイナーシャａＩと、基準加速度Ｄを算出する際の
基とした基準イナーシャＩとの比を求め、この比を該基
準加速度Ｄに掛けることにより当該教示点Ｐ1 、Ｐ2 間
における各軸ａ〜ｆ毎の加速度ａＤを求める。そして、
加速度算出手段２により求められた加速度ａＤを基に、
軸制御手段３が各軸ａ〜ｆの加速度を制御してロボット
１０を動作させる。このようにして、教示点間における
イナーシャを基に加速度を最適に制御しロボットの軸を
駆動する。

【０００７】

【実施例】以下に、本発明のロボット制御装置の一実施
例について図を参照して説明する。先ず、本実施例のロ
ボット制御装置により制御される６軸を有するロボット
１０について図２を参照して説明する。ロボット１０
は、ベース１３に固定された脚柱１２に旋回自在に取り
付けられたコラム１４と、第１アーム１５と、第２アー
ム１６と、第３アーム１７と、塗布剤をシーリングする
シーラーのノズル１９とから構成されている。そして、
第１軸ａ、第２軸ｂ、第３軸ｃ、第４軸ｄ、第５軸ｅ、
第６軸ｆにより、６自由度で自在にノズル１９を送るよ
うにされている。

【０００８】次に、本実施例のロボット制御装置５０の
構成を図３を参照して説明する。図２に示したロボット
１０の制御用の演算を行うＣＰＵ１１には、本実施例の
加速度可変制御を行うための制御情報を記憶したＲＯＭ
２０及びＲＡＭ３０と、制御指令を入力するオペレーテ
ィングボックス２７及び操作盤２６と、該ＣＰＵ１１の
作成した制御情報等を保持する外部記憶装置２９と、サ
ーボ制御部４０とが接続されている。このサーボ制御部
４０は、ロボット１０の第１軸ａを駆動するサーボモー
タＭ１乃至第６軸ｆを駆動するサーボモータＭ６までが
接続され、そして、各々のサーボモータＭ１乃至Ｍ６に
取り付けられたエンコーダＥ１乃至Ｅ６からのフィード
バック信号が帰還されるように構成されている。このロ
ボット制御装置５０においては、入力された教示点を基
にＣＰＵ１１が加速度を決定すると共に移動軌跡を演算
してサーボ制御部４０に出力を送り、該サーボ制御部４
０はサーボモータＭ１乃至Ｍ６を制御してロボット１０
を駆動し、シーリングを行うノズル１９を最適の加速度
で送るよう構成されている。

【０００９】次に本実施例の加速度可変制御の概要につ
いて説明する。本発明の加速度可変制御においては、例
えば図４に示す教示点Ｐ1 、Ｐ2 の間隔のいずれか一点
におけるイナーシャを求め、このイナーシャにおいてモ
ータを駆動できる加速度を求め、この求めた加速度を加
速時及び減速時において共通に用いることができる。し
かしながら以下詳述する実施例においては、加速度を最
適に制御するため更に正確にイナーシャを算出する。即
ち、加速時におけるイナーシャの平均値を求め加速時の
加速度を決定すると共に、減速時におけるイナーシャの
平均値を求め減速時の加速度を決定し、加速時及び減速
時にそれぞれ決定した加速度により軸を制御する。

【００１０】この加速時のイナーシャの平均値と、減速
時のイナーシャの平均値を算出する本実施例の方法につ
いて更に説明を加える。図２に示すロボット１０のノズ
ル１９を、図４に示す教示点Ｐ1 から教示点Ｐ2 へ送る
ときに、この送りがロボットの腕を畳みながら、即ち、
第３軸ｃのモータＭ３をノズル１９を脚柱１２に近づけ
る方向に回転させつつ、第１軸ａのモータＭ１を時計回
りに回転させるものであった場合に、この第１軸ａのイ
ナーシャは、図５に示すように始点（教示点Ｐ1 ）にお
けるイナーシャｓＩ1 が最も大きく、教示点Ｐ2 に向か
って徐々に小さくなり、終点（教示点Ｐ2 ）のイナーシ
ャｅＩ1 が最も小さくなる。このとき、始点Ｐ1 から終
点Ｐ2 までの間のイナーシャの変化は、始点Ｐ1 から終
点Ｐ2 までの距離が十分に短いときには、図５に示すよ
うに略リニアに変化すると考えることができる。そこ
で、始点Ｐ1 から１／ｎの位置における第１軸ａのイナ
ーシャａＩ1 と、終点Ｐ2 から１／ｎの位置におけるイ
ナーシャｄＩ1 とをデフォルト値をｎとして次の数１及
び数２から求める。

【数１】 ａＩ1 ＝｛（ｎ−１）ｓＩ1 ＋ ｅＩ1 ｝／ｎ

【数２】 ｄＩ1 ＝｛ｓＩ1 ＋ （ｎ−１）ｅＩ1 ｝／ｎ

【００１１】ここで、本実施例においては、この教示点
Ｐ1 から教示点Ｐ2 までの間隔の送りが図６に示すよう
に等速区間の無い三角の速度パターン、即ち、目標速度
に達することなく加速中に減速を開始するパターンにな
ると想定し、デフォルト値ｎに４を用いて、始点Ｐ1 か
ら１／４の位置における、即ち加速時の中央位置Ｐｓの
イナーシャａＩ1 （以下始点側イナーシャとして参照）
と、終点Ｐ2 から１／４の位置、即ち減速時の中央位置
ＰｅにおけるイナーシャｄＩ1 （以下終点側イナーシャ
として参照）とを求める。なお、教示点間の速度パター
ンが三角パターンではなく等速区間を有する台形パター
ンになると想定した場合には、このデフォルト値ｎを変
えることにより加速時及び減速時の中央位置のイナーシ
ャを求めることができる。

【００１２】次に、この求められた始点側イナーシャａ
Ｉ1 から第１軸ａの加速時の加速度ａＤ1 を、そして、
終点側イナーシャｄＩ1 から減速時の加速度ｄＤ1 を決
定する。即ち、次の数３の如く始点側イナーシャａＩ1
と、第１軸ａの基準加速度Ｄ1 を算出する際の基準値と
した基準イナーシャＩ1 との比を求め、この比に該基準
加速度Ｄ１に掛けることにより当該間隔における加速加
速度ａＤ1 を求める。同様にして数４で終点側イナーシ
ャｄＩ1 から減速加速度ｄＤ1 を求める。

【数３】ａＤ1 ＝Ｄ1 × （ Ｉ1 ／ ａＩ1 ）

【数４】ｄＤ1 ＝Ｄ1 × （ Ｉ1 ／ ｄＩ1 ） そして、上述した第１軸ａと同様に、第２軸ｂから第６
軸ｆについて同様に加速加速度及び減速加速度を求め、
各軸のモータＭ１〜Ｍ６の制御を行うことによりロボッ
ト１０を駆動させる。

【００１３】次に、本実施例のロボット制御装置５０に
よる制御処理について図７及び図８のフローチャートを
参照して説明する。オペレータにより図４に示す教示点
列Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、・・・を含むプログラムが入力さ
れると（ステップ１）、ＣＰＵ１１は、プログラムのデ
コード処理を開始する（ステップ２）。そして、デコー
ドされた命令が動作終了命令でない場合（判断ステップ
３がＮｏ）には、その命令が動作命令か非動作命令かを
判断する（判断ステップ４）。ここで、命令が非動作命
令の場合は（判断ステップ４がＮｏ）、ステップ５に進
み非動作命令に従う処理を行う。そして、命令が動作命
令の場合（判断ステップ４がＹｅｓ）、ステップ６の処
理へ進み、軌跡制御タスクを起動し先ず教示点Ｐ1 から
Ｐ2 へロボット１０のノズル１９を送る処理を開始す
る。まず、ステップ７で教示点Ｐ1 からＰ2 の間隔にお
ける加速度を算出する。

【００１４】この加速度算出の処理について図８のフロ
ーチャートを参照して詳細に説明する。先ずステップ８
１で、図４に示す教示点Ｐ1 から教示点Ｐ2 までの間隔
について、始点（教示点Ｐ1 ）におけるイナーシャｓＩ
と終点（教示点Ｐ2 ）におけるイナーシャｅＩとを第１
軸ａ〜第６軸ｆについてそれぞれ求める。次にステップ
８２で、加速時及び減速時のイナーシャの平均値に基づ
いてモータの制御を行うために、始点Ｐ1 から１／４の
位置におけるイナーシャａＩ（始点側イナーシャ）と、
終点Ｐ2 から１／４の位置におけるイナーシャｄＩ（終
点側イナーシャ）とを、前述した数１及び数２のデフォ
ルト値に４を用いた次の数５及び数６から各軸について
求める。

【数５】ａＩ＝｛（４−１）ｓＩ ＋ ｅＩ ｝／４

【数６】ｄＩ＝｛ｓＩ ＋ （４−１）ｅＩ ｝／４

【００１５】そして、ステップ８３において、次の数７
及び数８により、始点側イナーシャａＩから加速加速度
ａＤを、また、終点側イナーシャｄＩから減速加速度ｄ
Ｄを求める。ここでＤは基準加速度、Ｉは基準イナーシ
ャとする。

【数７】ａＤ ＝Ｄ × （ Ｉ ／ ａＩ ）

【数８】ｄＤ ＝Ｄ × （ Ｉ ／ ｄＩ ）

【００１６】そして、ステップ８４において第１軸ａ〜
第６軸ｆの加速加速度及び減速加速度に基づき教示点Ｐ
1 から教示点Ｐ2 までの間隔の各軸ａ〜ｆにおける速度
パターン（総時間）を求める。これは、縦軸に速度を横
軸に時間をとった図９に示す速度パターンのように各軸
ａ〜ｆのモータＭ１〜Ｍ６の駆動が終了する時間が異な
る。即ち、この図９の例では第６軸ｆのモータＭ６の駆
動が最も早く完了し、また、第３軸ｃのモータＭ３の駆
動に最も時間が掛かることになる。このため、上記算出
された加速加速度及び減速加速度に基づきそのまま送り
を行うと各軸において教示点Ｐ2 に達する時間にばらつ
きが生ずる。このため、以下のステップ８５、８６で各
軸における時間的不均一を修正する。

【００１７】先ず、ステップ８５で、求めた総時間によ
り各軸が同時に制御できるように時間を決めなおす。即
ち、最も時間のかかる軸、ここでは第３軸ｃの時間ｔ３
に他の軸の時間ｔ１，ｔ２，ｔ４，ｔ５，ｔ６を合わせ
る。そして、ステップ８６でこの時間を基に各軸の加速
度を逆算する。即ち、この時間ｔ３において各軸でのモ
ータの駆動が完了するように、該時間ｔ３及び最高速度
（目標速度）から第１軸ａ、第２軸ｃ、第４軸ｄ、第５
軸ｅ、第６軸ｆの加速度を逆算する。これにより図１０
に示すように第１軸ａ、第２軸ｃ、第４軸ｄ、第５軸
ｅ、第６軸ｆの加速度の値がそれぞれ下げられる。な
お、この計算においては、加速加速度と減速加速度に等
しい値を用いるものとする。これにより図７のステップ
７における加速度計算処理が完了する。

【００１８】図７のフローチャートに戻り、ステップ８
において、上記の処理により算出された加速度を基に、
ロボット１０の送り用の補間データを作成し、そして、
ステップ９において、この補間データを図３に示すサー
ボ制御部４０に転送し、第１軸ａ〜第６軸ｆをステップ
７で求められた加速度で駆動し、ノズル１９を教示点Ｐ
1 から教示点Ｐ2 に向けて送る。そして、判断ステップ
１０で、１つの間隔が終了したか、即ち、目標の教示点
Ｐ2 に達したかを判断し、まだ点Ｐ2 に達しておらず更
に補間処理を続ける必要がある場合には（判断ステップ
１０がＮｏ）、ステップ８に戻り、以降の処理を一補間
周期毎に繰り返して行く。そして、目標の教示点Ｐ2 に
達し、１つの教示点の間隔が終了すると（判断ステップ
１０がＹｅｓ）、ステップ２に戻りプログラムのデコー
ド処理を行い、次の教示点Ｐ2 から教示点Ｐ3 の間隔に
ついての処理を開始し、最適な加速度を求めロボットに
よる送りを継続する。

【００１９】以上説明した実施例においては、教示点間
の始点のイナーシャｓＩと終点のイナーシャｅＩとを求
め、それから、加速時及び減速時のイナーシャの平均値
を求め、このイナーシャを基に加速度の制御を行った。
しかしながら、このように加速度の平均値を求める代わ
りに始点及び終点のイナーシャをそのまま用い、この値
から加速加速度及び減速加速度を決定することも可能で
ある。更に、本発明のロボット制御装置は、教示点から
次の教示点までの間隔のいずれか一点におけるイナーシ
ャを求め、このイナーシャから加速度を定めることもで
きる。例えば、始点のイナーシャのみを求め、この値を
基に加速度を定めて加速時及び減速時に共用することも
できる。或いは、始点と終点の中間の位置等適宜の位置
におけるイナーシャを求め加速度を定めることも可能で
ある。

【００２０】また、上述した実施例においては、図８に
示すフローチャートを参照して説明したように、ロボッ
ト１０の動作を円滑にするため各軸の加速度を求めてか
ら、軸の駆動が同時に終了するようにモータの所要時間
の最も長いものに合わせて他の軸の加速度を調整した
が、このステップ８４、８５及び８６を省略して求めら
れた最高の加速度によりロボット１０を駆動することも
可能である。

【００２１】本実施例は、教示点間の間隔における各軸
のイナーシャを算出し、このイナーシャに基づき各軸の
モータの性能を使い切るように最適な加速度を求め、こ
の加速度によりロボットの駆動を行う。このため、最高
速度（目標速度）に短時間で達しロボットの高速化が行
える。

【００２２】なお、上述の実施例は、ロボットの教示点
間の間隔毎にイナーシャを求めてその間隔毎に最適の加
速度を決定した。ロボットの加速度を決定にする別の方
法として一定の周期、例えば補間周期毎にイナーシャを
求め、このイナーシャから加速度を決定する方法につい
ても検討を加えたが、この方法はイナーシャの算出の頻
度が高くなり演算が困難になるという課題が生ずる。ま
た、加速中のイナーシャの変化により加速度自体が補間
周期毎に変化し、一定でないために速度パターンの計算
が複雑になるという問題点も予想される。これに対して
上述した実施例においては、教示点の間隔毎に算出され
る加速度が一定値であるため速度パターンの算出が容易
である。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ており、各軸のモータの性能を完全に使い切るように最
適の加速度でロボットの駆動を行う。このために、最高
速度に短時間で達しロボットの高速化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を明示するための全体構成図。

【図２】本発明の一実施例に係るロボット制御装置によ
り制御されるロボットの機械的構成を示す構成図であ
る。

【図３】本発明の一実施例に係るロボット制御装置の構
成を示すブロック図である。

【図４】本発明の実施例により制御を行う教示点を示す
図である。

【図５】図４に示す教示点間におけるイナーシャの値を
示す図である。

【図６】図４に示す教示点間における速度パターンを示
す図である。

【図７】本実施例に係るロボット制御装置の処理を示す
フローチャートである。

【図８】本実施例のロボット制御装置の加速度算出処理
を示すフローチャートである。

【図９】各軸における速度パターンを示す図である。

【図１０】図９のパターンが修正された速度パターンを
示す図である。

【符号の説明】

１０ ロボット １１ ＣＰＵ １９ ノズル ３０ ＲＡＭ ５０ ロボット制御装置 ｓＩ1 始点のイナーシャ ｅＩ1 終点のイナーシャ ａＤ1 加速度 Ｄ 基準加速度 Ｉ 基準イナーシャ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 教示点間の一以上の点におけるイナー
   シャを各軸についてそれぞれ算出するイナーシャ算出手
   段と、 前記イナーシャ算出手段により算出されたイナーシャ
   と、基準加速度の算出の基とした基準イナーシャとの比
   を求め、この比を該基準加速度に掛けることにより当該
   教示点間における加速度を各軸についてそれぞれ算出す
   る加速度算出手段と、 前記加速度算出手段により算出された加速度を基に各軸
   を制御する軸制御手段とを有することを特徴とするロボ
   ット制御装置。