JPH0679664A

JPH0679664A - ロボット制御装置

Info

Publication number: JPH0679664A
Application number: JP9770791A
Authority: JP
Inventors: Akimasa Fujimoto; 晃正藤本
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1991-04-26
Filing date: 1991-04-26
Publication date: 1994-03-22

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】メモリテ―ブル上のデ―タを増やすことなく
指令値の作成のしかたによって指令値の分解能を向上で
き、ロボットの関節駆動モ―タの速度リップルを低減で
きるロボット制御装置を実現することを目的とする。【構成】ロボットの関節駆動モ―タ２をフィ―ドバッ
ク制御とフィ―ドフォワ―ド制御を併用して駆動し、ロ
ボットマニピュレ―タ１の動きを制御するロボット制御
装置において、位置の指令値パタ―ンを表わす関数の関
数値を格納した第１のメモリの読み出しデ―タから位置
指令値を求め、この関数を微分した関数の関数値を格納
した第２のメモリの読み出しデ―タから速度指令値を求
め、位置指令値によりモ―タ２の回転位置をフィ―ドバ
ック制御し、速度指令値によりモ―タ２の回転速度をフ
ィ―ドフォワ―ド制御するもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はロボットマニピュレ―タ
を制御するロボット制御装置の改良に関するものであ
り、特に、ロボットの関節を駆動するモ―タの制御のし
かたを改良したものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のロボット制御装置には、ロボット
の関節駆動モ―タをフィ―ドバック制御とフィ―ドフォ
ワ―ド制御を併用して駆動するものがある。図６はこの
ようなロボット制御装置の一例を示した構成ブロック図
である。図において、１はロボットマニピュレ―タ、２
はロボットマニピュレ―タ１の関節を駆動するモ―タ、
３はモ―タ２の回転量を検出し、検出した回転量に比例
したパルス数のエンコ―ダパルスを出力するエンコ―
ダ、４はエンコ―ダパルスのパルスレ―トをもとにモ―
タ２の回転速度の検出信号を生成するＦ／Ｖ変換器であ
る。５は位置指令値の経時的変化を表わした指令値パタ
―ンから求められた位置指令値と時間を対応させたテ―
ブルを格納した位置指令値用メモリテ―ブルである。メ
モリテ―ブル５には位置制御を開始してからの経過時間
に応じて変化するアドレスが与えられ、このアドレスに
基づいて位置指令値が読み出される。６はメモリテ―ブ
ル５から読み出された位置指令値とエンコ―ダパルスに
よって与えられる実位置の偏差に基づいてモ―タの回転
位置をフィ―ドバック制御する制御信号を出力する位置
制御部である。７はメモリテ―ブル５からサンプリング
周期毎に読み出される位置指令値の変動をもとに速度指
令値のフィ―ドフォワ―ド量を算出する微分器である。
８は位置制御部６から与えられる制御信号とＦ／Ｖ変換
器の出力の偏差と、微分器７によって加算されるフィ―
ドフォワ―ド量をもとにモ―タ２の回転速度をフィ―ド
バック制御する速度制御部である。

【０００３】このようなロボット制御装置では、メモリ
容量の制限によりメモリテ―ブル５のデ―タ数が制限さ
れた場合は、位置指令値の分解能が低下し、サンプリン
グ周期毎に読み出される位置指令値の変動が大きくな
り、変動する位置指令値によって制御されるモ―タに速
度リップルが生じる。特に、フィ―ドフォワ―ド量を与
える部分のゲインが高い場合には、速度リップルが大き
くなり、音や振動となって現われる。速度リップルを低
減するために、デ―タ補間器を付加し、内挿演算などに
よってメモリテ―ブル上にないデ―タを算出し、位置指
令値の分解能を実質的に向上する対策があるが、これで
もまだ十分な分解能は得られない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題点を解決するためになされたものであり、メモリテ―
ブル上のデ―タ数を増やすことなく指令値の作成のしか
たによって指令値の分解能を向上でき、ロボットの関節
駆動モ―タの速度リップルを低減できるロボット制御装
置を実現することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、ロボットマニ
ピュレ―タの関節駆動モ―タをフィ―ドバック制御とフ
ィ―ドフォワ―ド制御を行なって駆動し、ロボットマニ
ピュレ―タの動作を制御するロボット制御装置におい
て、前記関節駆動モ―タの回転量と回転速度の指令値を
含んだパラメ―タと、動作開始信号を生成するパラメ―
タ生成器と、このパラメ―タ生成器で生成されたパラメ
―タがセットされるレジスタと、前記動作開始信号でリ
セットされ、サンプリング周期毎にカウントアップする
カウンタと、位置の指令値パタ―ンを表わす関数の関数
値から求められたテ―ブル参照デ―タと、指令値パタ―
ンの時間軸の値に応じて変化するテ―ブル参照アドレス
を対応させたテ―ブルが格納された第１のメモリと、前
記関数を微分した関数の関数値から求められるテ―ブル
参照デ―タと、前記テ―ブル参照アドレスを対応させた
テ―ブルが格納された第２のメモリと、サンプリング周
期毎に前記カウンタのカウントからテ―ブル参照アドレ
スを求め、求めたアドレスをもとに前記第１のメモリか
らテ―ブル参照デ―タを読み出し、読み出したデ―タと
前記レジスタにセットした回転量のパラメ―タをもとに
位置指令値を算出する第１の指令値算出手段と、この第
１の指令値算出手段により求めたテ―ブル参照アドレス
をもとに前記第２のメモリからテ―ブル参照デ―タを読
み出し、読み出したデ―タと前記レジスタにセットした
回転速度のパラメ―タをもとに速度指令値を算出する第
２の位置指令値算出手段と、位置制御ル―プと速度制御
ル―プを有し、前記第１の指令値算出手段で求めた位置
指令値が位置制御ル―プに与えられ、前記第２の指令値
算出手段で求めた速度指令値が速度制御ル―プにフィ―
ドフォワ―ド量として与えられ、これら与えられた指令
値をもとにロボットマニピュレ―タの動作を制御する制
御部と、を具備したことを特徴とするロボット制御装置
である。

【０００６】

【作用】このような本発明では、位置の指令値パタ―ン
を表わす関数の関数値を格納した第１のメモリの読み出
しデ―タから位置指令値を求め、この関数を微分した関
数の関数値を格納した第２のメモリの読み出しデ―タか
ら速度指令値を求め、位置指令値により関節駆動モ―タ
の回転位置をフィ―ドバック制御し、速度指令値により
関節駆動モ―タの回転速度をフィ―ドフォワ―ド制御
し、これによってロボットマニピュレ―タの動きを制御
する。

【０００７】

【実施例】以下、図面を用いて本発明を説明する。図１
は本発明の一実施例の構成図である。図１において図６
と同一のものは同一符号を付ける。図１において、９は
パラメ―タ生成器であり、ロボットマニピュレ―タの各
関節を駆動するモ―タの加速時間，減速時間，最大速
度，加速距離，等速距離，減速距離のデ―タと、動作開
始信号を生成する。加速時間，減速時間，最大速度，加
速距離，等速距離，減速距離は図２に示すとおりのもの
である。

【０００８】１０はモ―タ２を制御するための指令値を
作成する指令値作成部である。指令値作成部１０におい
て、１０１は動作開始信号でリセットされ、指令値を算
出する周期となったサンプリング周期毎にカウントが変
わるカウンタ、１０２はパラメ―タ生成器９で生成され
たデ―タがセットされるレジスタである。１０３はカウ
ンタ１０１のカウントと前回のサンプリング周期で作成
された位置指令値をもとに、停止動作，加速動作，等速
動作，減速動作のいずれか１つを選択する処理選択手段
である。１０４は位置指令値用メモリテ―ブルであり、
速度０から最大速度まで加速する間において経時的に変
化する位置指令値と、加速動作を開始してからの経過時
間を対応させたテ―ブルを格納している。このテ―ブル
に格納された位置指令値はテ―ブル参照デ―タになり、
時間はテ―ブル参照アドレスになっている。また、位置
指令値は高次曲線を表わす関数から求めたものである。
１０５は速度指令値用メモリテ―ブルであり、速度０か
ら最大速度まで加速する間において経時的に変化する速
度指令値と、加速動作を開始してからの経過時間を対応
させたテ―ブルを格納している。このテ―ブルでもテ―
ブル１０４と同様に速度指令値はテ―ブル参照デ―タに
なり、時間はテ―ブル参照アドレスになっている。ま
た、速度指令値は位置指令値を求めた関数を微分した関
数から求めたものである。

【０００９】１０６，１０７，１０８，１０９は停止処
理手段，加速区間処理手段，等速区間処理手段，減速区
間処理手段であり、処理選択手段１０３の選択信号によ
り選択されたときに、それぞれ停止動作，加速動作，等
速動作，減速動作をモ―タ２に行なわせるための位置指
令値と速度指令値を算出する。位置指令値用メモリテ―
ブル１０４には、Ｔ個のデ―タで０〜Ｘまでの位置指令
値が格納されている。加速区間処理手段１０７は、レジ
スタ１０２とメモリテ―ブル１０４に格納されたデ―タ
をもとに、サンプリング周期毎に次式に示す演算を行な
って位置指令値を求める。（テ―ブル参照アドレス）＝（カウンタのカウント）×
Ｔ／（加速時間）（位置指令値）＝（加速距離）×（テ―ブル参照デ―
タ）／Ｘ＋（加速動作前の位置指令値）速度指令値用メモリテ―ブル１０５には、Ｔ個のデ―タ
で０〜Ｙまでの速度指令値が格納されている。加速区間
処理手段１０７は、位置指令値を求めるときに算出した
テ―ブル参照アドレスと、レジスタ１０２とメモリテ―
ブル１０５に格納されたデ―タをもとに、サンプリング
周期毎に次式に示す演算を行なってフィ―ドフォワ―ド
量を求める。（フィ―ドフォワ―ド量）＝（最大速度）×（テ―ブル
参照デ―タ）／Ｙこのようにして作成された位置指令値はフィ―ドバック
制御を行なうために位置制御部６へ与えられ、また速度
指令値はフィ―ドフォワ―ド制御を行なうために速度制
御部８へ与えられる。減速区間処理手段１０９は、レジ
スタ１０２とメモリテ―ブル１０４に格納されたデ―タ
をもとに、サンプリング周期毎に次式に示す演算を行な
って位置指令値を求める。（テ―ブル参照アドレス）＝Ｔ−（カウンタのカウン
ト）×Ｔ／（減速時間）（位置指令値）＝（最終目標値）−（減速距離）×（テ
―ブル参照デ―タ）／Ｘまた、減速区間処理手段１０９は、位置指令値を求める
ときに算出したテ―ブル参照アドレスと、レジスタ１０
２とメモリテ―ブル１０５に格納されたデ―タをもと
に、サンプリング周期毎に次式に示す演算を行なってフ
ィ―ドフォワ―ド量を求める。（フィ―ドフォワ―ド量）＝（最大速度）−（最大速
度）×（テ―ブル参照デ―タ）／Ｙ等速区間処理手段１０８は、サンプリング周期毎に次式
により位置指令値を求める。（位置指令値）＝（前回のサンプリング周期における位
置指令値）＋（最大速度）×（サンプリング周期）また、等速区間処理手段１０８は、最大速度をフィ―ド
フォワ―ド量として出力する。停止処理手段１０６は、
前回のサンプリング周期における位置指令値を出力刷る
とともに、フィ―ドフォワ―ド量を０とする。処理選択
手段１０３は、動作開始信号が発生した直後、すなわち
カウンタ１０１のカウントが０になったときに、加速区
間処理回路１０７を選択し、加速時間が経過したとき、
すなわち（カウンタ１０１のカウント）＝（加速時間）
になったときに等速区間処理回路１０８を選択する。そ
して、位置指令値が等速距離の値に至ったら、今度は減
速区間処理回路１０９を選択し、減速時間が経過したと
ころで、すなわち（カウンタ１０１のカウント）＝（加
速時間）になったところで、停止処理回路を選択してモ
―タを停止させる。このようにして、指令値パタ―ンに
従ってモ―タの駆動が制御される。

【００１０】なお、デ―タ補間器を追加して各処理手段
がテ―ブル参照デ―タを読み出すときに、テ―ブル参照
デ―タ間で補間演算を行なってもよい。

【００１１】このように構成したロボット制御装置の動
作を説明する。図３は位置指令値を求める手順を示した
フロ―チャ―ト、図４は速度指令値を求める手順を示し
たフロ―チャ―トである。図に示すように、処理が選択
され、選択された処理に応じて位置指令値と速度指令値
が求められる。これらのフロ―チャ―トに示す処理はサ
ンプリング周期毎に行なわれる。

【００１２】ここで、位置指令値と速度指令値の関係に
ついて説明する。図５は位置の指令値パタ―ンの一例を
示した図である。この指令値パタ―ンは、モ―タを基準
位置から位置Ｐ 1まで回転させる場合における位置の指
令値パタ―ンである。このような指令値パタ―ンでは、
位置指令値の変動範囲が０からＰ1になる。これに対し
て、図５の位置指令値パタ―ンを微分することによって
得られる速度指令値パタ―ンは、位置指令値の差分をと
って作成されるものである。差分は位置指令値パタ―ン
の最急傾斜の部分でも差分はΔｘでＰ 1の値に比べて十
分に小さい値である。このため、差分から求められる速
度指令値の変動範囲の大きさは０〜Ｐ 1の変動範囲の大
きさに比べて小さくなる。従って、位置指令値用メモリ
テ―ブルと速度指令値用メモリテ―ブルに設けられてい
るデ―タ数が同じである場合は、速度指令値用メモリテ
―ブルの方が細かい刻みでデ―タがとられ、分解能が良
好になる。このようなことから、速度指令値テ―ブルか
ら読み出したデ―タを直接フィ―ドフォワ―ド量として
用いる本発明では、位置指令値テ―ブルから読み出した
デ―タを微分してフィ―ドフォワ―ド量を得る従来例に
比べて指令値の分解能が向上し、速度リップルが防止さ
れる。

【発明の効果】本発明によれば、速度指令値用テ―ブル
から読み出した指令値を直接フィ―ドフォワ―ド量とし
て使っているため、位置指令値用メモリテ―ブルから読
み出した位置指令値を微分してフィ―ドフォワ―ド量を
得る従来例と比べて分解能が良好な指令値が得られる。
これによって、指令値のメモリテ―ブルのデ―タ数を増
やすことなく、位置指令値の変動を抑制し、モ―タの速
度リップルを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成図である。

【図２】パタ―ン生成器で生成するデ―タの説明図であ
る。

【図３】図１の装置の動作説明図である。

【図４】図１の装置の動作説明図である。

【図５】図１の装置の動作説明図である。

【図６】従来におけるロボット制御装置の構成例を示し
た図である。

【符号の説明】

１ロボットマニピュレ―タ２モ―タ３エンコ―ダ６位置制御部８速度制御部９パラメ―タ生成器１０指令値作成部１０１カウンタ１０２レジスタ１０３処理選択手段１０４位置指令値用メモリテ―ブル１０５速度指令値用メモリテ―ブル１０６停止処理手段１０７加速区間処理手段１０８等速区間処理手段１０９減速区間処理手段

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【手続補正書】

【提出日】平成５年４月１５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明