JPH0695294B2 - 産業用ロボットの軌跡補間方法 - Google Patents
産業用ロボットの軌跡補間方法Info
- Publication number
- JPH0695294B2 JPH0695294B2 JP56157483A JP15748381A JPH0695294B2 JP H0695294 B2 JPH0695294 B2 JP H0695294B2 JP 56157483 A JP56157483 A JP 56157483A JP 15748381 A JP15748381 A JP 15748381A JP H0695294 B2 JPH0695294 B2 JP H0695294B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- servo
- cycle
- interpolation
- robot
- locus
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/41—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by interpolation, e.g. the computation of intermediate points between programmed end points to define the path to be followed and the rate of travel along that path
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Numerical Control (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は動作をプログラムしうる産業用ロボットの制御
方式、詳細にはPTP（ポイントツーポイント）教示コン
テニユアスバス制御を行う産業用ロボットの軌跡補間方
法に関するものである。
方式、詳細にはPTP（ポイントツーポイント）教示コン
テニユアスバス制御を行う産業用ロボットの軌跡補間方
法に関するものである。
近年、プレイバックロボットの制御にμコンピュータが
用いられる様になり、従来のCP教示CP（continuous pas
s）制御ではなくPTP（point t pint）教示CP制御方
式の制御方法が一般的に用いられる様になりロボットが
高機能化して来ている。またそれに共いPointデータが
ロボット個有のアクチュエータの移動位置データだけで
はなく、もっと一般的な、たとえばロボットハンド（作
用点）の位置のＸ−Ｙ−Ｚ直交座標系で記述する様にな
り、動作の軌跡も直線円弧など直交座標系で記述される
方向に進んで来ている。したがってPTP間をたとえば直
線でロボットを動作させるに必要な動作途中の点を連続
的に求め、なおかつその移動速度を指定されたもので行
い、かつハード的な制約から加減速を行う制御機能が要
求されている。前述の機能はロボットの動作機能を定め
る根幹に位置するものである。
用いられる様になり、従来のCP教示CP（continuous pas
s）制御ではなくPTP（point t pint）教示CP制御方
式の制御方法が一般的に用いられる様になりロボットが
高機能化して来ている。またそれに共いPointデータが
ロボット個有のアクチュエータの移動位置データだけで
はなく、もっと一般的な、たとえばロボットハンド（作
用点）の位置のＸ−Ｙ−Ｚ直交座標系で記述する様にな
り、動作の軌跡も直線円弧など直交座標系で記述される
方向に進んで来ている。したがってPTP間をたとえば直
線でロボットを動作させるに必要な動作途中の点を連続
的に求め、なおかつその移動速度を指定されたもので行
い、かつハード的な制約から加減速を行う制御機能が要
求されている。前述の機能はロボットの動作機能を定め
る根幹に位置するものである。
しかしながらこの軌跡補間と総称される機能はロボット
メーカが独自に開発しているものであり、広く一般的に
用いられている公知の方法というものはないが、第４図
に示す移動速度を台形に近似させてその加速区間、定速
区間、減速区間に分け、その積分である移動距離を定め
て加速度を一定で設定し、その加減速切換え時間をパラ
メータとして算出して使用するか、加減速時間を一定で
その加速度をパラメータとして算出して用いることが手
軽であり、これらが用いられている様に思われる。しか
しこの方法が加速度がステップ状に変化し加速区間→定
速区間，停止点でその変化が急なためメカや制御系に悪
影響を与え、動作がスムーズでなく振動現象の発生の要
因となる欠点がある。
メーカが独自に開発しているものであり、広く一般的に
用いられている公知の方法というものはないが、第４図
に示す移動速度を台形に近似させてその加速区間、定速
区間、減速区間に分け、その積分である移動距離を定め
て加速度を一定で設定し、その加減速切換え時間をパラ
メータとして算出して使用するか、加減速時間を一定で
その加速度をパラメータとして算出して用いることが手
軽であり、これらが用いられている様に思われる。しか
しこの方法が加速度がステップ状に変化し加速区間→定
速区間，停止点でその変化が急なためメカや制御系に悪
影響を与え、動作がスムーズでなく振動現象の発生の要
因となる欠点がある。
また、ロボット個有の関節角度系データだけではなく直
交座標系で位置データが記述される様になったため、こ
の２つのデータ系を交互に座標変換しなければならなく
なった。第１図に外形、第２図に関節配置の概念図に示
す６自由度を持ったロボットを例にとると、直交座標系
では通常位置を示す（X,Y,Z）データとその姿勢を示す
（α，β，γ）の６つのデータで表示できる。これをロ
ボットのアクチュエータがもつ角度系の位置データに相
互に変換する座標変換機能が必要である。これは数式で
表現できるが、ロボットの機構・構造により固有に定ま
るものであるし、本発明にその内容までは重要でないの
で省略する。しかしその計算をμコンピュータで処理す
るのは、ロボットの自由度が増す毎に級数的に計算量が
増大するため、前述の動作途中点のアクチュエータ位置
を求めるのに時間を必要とし、ロボットの離散値系サー
ボを行うためのサンプル時間間隔が長くなり、サーボ系
の応答性が悪くなり、ロボットの運動がなめらかにでき
なくなる事象が生まれて来た。
交座標系で位置データが記述される様になったため、こ
の２つのデータ系を交互に座標変換しなければならなく
なった。第１図に外形、第２図に関節配置の概念図に示
す６自由度を持ったロボットを例にとると、直交座標系
では通常位置を示す（X,Y,Z）データとその姿勢を示す
（α，β，γ）の６つのデータで表示できる。これをロ
ボットのアクチュエータがもつ角度系の位置データに相
互に変換する座標変換機能が必要である。これは数式で
表現できるが、ロボットの機構・構造により固有に定ま
るものであるし、本発明にその内容までは重要でないの
で省略する。しかしその計算をμコンピュータで処理す
るのは、ロボットの自由度が増す毎に級数的に計算量が
増大するため、前述の動作途中点のアクチュエータ位置
を求めるのに時間を必要とし、ロボットの離散値系サー
ボを行うためのサンプル時間間隔が長くなり、サーボ系
の応答性が悪くなり、ロボットの運動がなめらかにでき
なくなる事象が生まれて来た。
つまりロボットの動作が高機能化されるにしたがい、そ
の制御のための計算量が増大しているが、μコンピュー
タの能力には限界があり、その能力に比べて必要処理量
がより増加して来ているため、そのサーボ系をサポート
する時間に制約を受け、その動作のなめらかさがそこな
われるという矛盾した状況にあるといえる。
の制御のための計算量が増大しているが、μコンピュー
タの能力には限界があり、その能力に比べて必要処理量
がより増加して来ているため、そのサーボ系をサポート
する時間に制約を受け、その動作のなめらかさがそこな
われるという矛盾した状況にあるといえる。
本発明の目的は、上記したロボットの動作を高機能化す
るために必要な軌跡補間方法を提供し、かつその補間な
どによる計算量増大に対してサンプル時間が長くなり動
特性が低下するという問題に対処し、高度な動作機能を
持ち、かつなめらかに動くのを実現する産業用ロボット
の制御方法を提供するにある。
るために必要な軌跡補間方法を提供し、かつその補間な
どによる計算量増大に対してサンプル時間が長くなり動
特性が低下するという問題に対処し、高度な動作機能を
持ち、かつなめらかに動くのを実現する産業用ロボット
の制御方法を提供するにある。
即ち本発明の要点は次の３つである。第１に軌跡補間に
おいて途中のサンプル点を求めるのに各位置データを別
個に扱うのではなく、そのデータから重要な変化量Ｍを
設定してオペレートパラメータとし、そのオペレートパ
ラメータＭの途中変化量Ｌ、すなわち、補間途中のロボ
ットの位置から各位置データを算出する様にしたことで
ある。第２に速度に対し単位加々速度（加速度の微分）
を設定し、その変化をコントロールすることによって
加速度（＝Σ）の変化を三角形に近似し、速度（Ｖ
＝Σ）の変化を３次形にしてロボット動作に急激な加
速度変化をなくしたことである。第３にサーボ周期を上
述の補間周期より小かく細分し、その指令値を平滑化す
ることによりサーボ系の応答性を良くすると共に周期毎
発生するサーボの振動を低減することである。
おいて途中のサンプル点を求めるのに各位置データを別
個に扱うのではなく、そのデータから重要な変化量Ｍを
設定してオペレートパラメータとし、そのオペレートパ
ラメータＭの途中変化量Ｌ、すなわち、補間途中のロボ
ットの位置から各位置データを算出する様にしたことで
ある。第２に速度に対し単位加々速度（加速度の微分）
を設定し、その変化をコントロールすることによって
加速度（＝Σ）の変化を三角形に近似し、速度（Ｖ
＝Σ）の変化を３次形にしてロボット動作に急激な加
速度変化をなくしたことである。第３にサーボ周期を上
述の補間周期より小かく細分し、その指令値を平滑化す
ることによりサーボ系の応答性を良くすると共に周期毎
発生するサーボの振動を低減することである。
以下本発明を図に示す実施例にもとづいて具体的に説明
する。
する。
本発明を説明する前にロボットの概略について述べる。
第１図は本発明に使用した６自由度を持った関節形ロボ
ットである。ロボットの手先を空間に定義する場合、空
間にある物体は６自由度を持っているため一般的な座標
で記述する場合６つの変数が必要であって、ロボットを
プレイバック動作だけでなく、他の外部装置からの信号
によって制御する場合、その位置記述を一般的な座標で
定義することにより、多くの利点が得られることは衆知
の事実となって来ている。この位置情報からロボットの
姿勢を定義するには、最低ロボットが６自由度を持つ構
造である必要があるため、ここでは６自由度のロボット
を使用している。このロボットは各関節が回転の自由度
で構成されている。その自由度構成を第２図に示す。ま
た第１図は制御装置とそれによって駆動されるアクチュ
エータの配置を図示している。以上のロボット機構によ
り、一般的なロボットの形態を限定することは本発明に
とって重要な事項ではなく別な形式のロボットであって
もさしつかえない。
第１図は本発明に使用した６自由度を持った関節形ロボ
ットである。ロボットの手先を空間に定義する場合、空
間にある物体は６自由度を持っているため一般的な座標
で記述する場合６つの変数が必要であって、ロボットを
プレイバック動作だけでなく、他の外部装置からの信号
によって制御する場合、その位置記述を一般的な座標で
定義することにより、多くの利点が得られることは衆知
の事実となって来ている。この位置情報からロボットの
姿勢を定義するには、最低ロボットが６自由度を持つ構
造である必要があるため、ここでは６自由度のロボット
を使用している。このロボットは各関節が回転の自由度
で構成されている。その自由度構成を第２図に示す。ま
た第１図は制御装置とそれによって駆動されるアクチュ
エータの配置を図示している。以上のロボット機構によ
り、一般的なロボットの形態を限定することは本発明に
とって重要な事項ではなく別な形式のロボットであって
もさしつかえない。
第３図は本発明に使用した制御装置を示す。この制御装
置は中央処理装置として、CPU（１）21とCPU（２）23の
２台のCPUを使用した。２台のCPUを使用することは本願
の必須の条件ではないが、本願ではCPUはマルチであっ
た方が便利であるためこの方式を取った。外部通信リン
ク30は他の制御装置とロボットが対話するための手段で
ある。外部入出力装置31はロボットの外郭装置をロボッ
トが制御するための装置である。外部記憶装置32はロボ
ットの動作データを保存するためのものであり通常磁気
カセットテープなどが使用される。メイン操作ユニット
33はロボットにオペレータが命令を与えるために使用す
るものでありTTYなどが使用される。教示操作ユニット3
4はコンソールBoxなどと称されロボットをマニアル動作
で動かすための装置である。以上はインターフェース35
を介してCPU（１）21につながっている。
置は中央処理装置として、CPU（１）21とCPU（２）23の
２台のCPUを使用した。２台のCPUを使用することは本願
の必須の条件ではないが、本願ではCPUはマルチであっ
た方が便利であるためこの方式を取った。外部通信リン
ク30は他の制御装置とロボットが対話するための手段で
ある。外部入出力装置31はロボットの外郭装置をロボッ
トが制御するための装置である。外部記憶装置32はロボ
ットの動作データを保存するためのものであり通常磁気
カセットテープなどが使用される。メイン操作ユニット
33はロボットにオペレータが命令を与えるために使用す
るものでありTTYなどが使用される。教示操作ユニット3
4はコンソールBoxなどと称されロボットをマニアル動作
で動かすための装置である。以上はインターフェース35
を介してCPU（１）21につながっている。
数値演算ユニット36は掛算×，割算÷，平方根√などの
計算を行う専用装置であり、CPU（１）21の処理をたす
ける。関数テーブル37は、SIN,COS,SIN-1,COS-1,tan,ta
n-1などの関数演算を行う装置である。処理のデータブ
ァファに使用するワークメモリ38、ユーザープログラム
をストックするデータ蓄積装置25や全システムプログラ
ムを記憶しておくプログラム蓄積装置50などがある。以
上がCPU（１）21を働かせるための一般的な装置であ
る。CPU（１）21はこれらの装置により作業者の命令を
メイン操作ユニット33や教示操作ユニット34によって受
けとり、ロボットの動作データを作成記憶するあるいは
外部通信リンク30や外部記憶装置32によって既作成の動
作データを受けとり、内部に記憶する。CPU（１）21は
これらの動作データをプログラム蓄積装置50に記憶され
ているロボットの全システムプログラムにより解析し、
処理実行する。その中に本発明の軌跡補間の実行も含ま
れる。
計算を行う専用装置であり、CPU（１）21の処理をたす
ける。関数テーブル37は、SIN,COS,SIN-1,COS-1,tan,ta
n-1などの関数演算を行う装置である。処理のデータブ
ァファに使用するワークメモリ38、ユーザープログラム
をストックするデータ蓄積装置25や全システムプログラ
ムを記憶しておくプログラム蓄積装置50などがある。以
上がCPU（１）21を働かせるための一般的な装置であ
る。CPU（１）21はこれらの装置により作業者の命令を
メイン操作ユニット33や教示操作ユニット34によって受
けとり、ロボットの動作データを作成記憶するあるいは
外部通信リンク30や外部記憶装置32によって既作成の動
作データを受けとり、内部に記憶する。CPU（１）21は
これらの動作データをプログラム蓄積装置50に記憶され
ているロボットの全システムプログラムにより解析し、
処理実行する。その中に本発明の軌跡補間の実行も含ま
れる。
CPU（２）23は通信リンク22を介してCPU（１）21とデー
タの交換ができる。CPU（２）23は主にサーボ系を制御
するのに用いられる。サーボ駆動装置24はNC装置のサー
ボ駆動装置と同様な機能があれば良い。ここではサーボ
回路42と電流増幅器であるサーボアンプ43とフィードバ
ック回路44からなる。これらはアクチュエータユニット
60を制御駆動する。アクチュエータユニット60はロボッ
トを動かすアクチュエータ45と速度信号発生装置46と位
置信号発生装置47とからなる。この２つの信号はフィー
ドバック回路44を介してサーボ回路42とCPU（２）23に
伝達される。CPU（２）23を動かすシステムプログラム
はプログラム蓄積装置50に記憶されている。最後に２つ
のCPUを同期をとって働かせるためタイマーの働きをす
る時間計測回路41と本発明である補間周期とサーボ周期
を等分割するための分周回路40がある。以上で本発明に
使用した装置自体の説明を終了する。本装置は本発明に
必須の条件ではなく別な形式の装置であっても実行でき
るのでこれ以上の詳細は述べない。
タの交換ができる。CPU（２）23は主にサーボ系を制御
するのに用いられる。サーボ駆動装置24はNC装置のサー
ボ駆動装置と同様な機能があれば良い。ここではサーボ
回路42と電流増幅器であるサーボアンプ43とフィードバ
ック回路44からなる。これらはアクチュエータユニット
60を制御駆動する。アクチュエータユニット60はロボッ
トを動かすアクチュエータ45と速度信号発生装置46と位
置信号発生装置47とからなる。この２つの信号はフィー
ドバック回路44を介してサーボ回路42とCPU（２）23に
伝達される。CPU（２）23を動かすシステムプログラム
はプログラム蓄積装置50に記憶されている。最後に２つ
のCPUを同期をとって働かせるためタイマーの働きをす
る時間計測回路41と本発明である補間周期とサーボ周期
を等分割するための分周回路40がある。以上で本発明に
使用した装置自体の説明を終了する。本装置は本発明に
必須の条件ではなく別な形式の装置であっても実行でき
るのでこれ以上の詳細は述べない。
次にプログラム蓄積装置50の補間パラメータ算出ルーチ
ン53、補間パラメータ制御ルーチン54、オペレータパラ
メータ算出ルーチン55、中間算出ルーチン56、速度制御
ルーチン57を用いて軌跡補間をする方法について具体的
に説明する。なお52は関節形ロボット等において用いら
れる座標変換ルーチンである。この軌跡補間は、PTP教
示CP制御方式のロボットにとって不可欠な要素である。
PTP教示は、ロボットの動作の始点P0と終点P1だけがあ
たえられているわけであり、その中間点を定めて連続的
に指令をサーボ駆動回路24に与えないかぎり、ロボット
に移動を行わせることは不可能である。
ン53、補間パラメータ制御ルーチン54、オペレータパラ
メータ算出ルーチン55、中間算出ルーチン56、速度制御
ルーチン57を用いて軌跡補間をする方法について具体的
に説明する。なお52は関節形ロボット等において用いら
れる座標変換ルーチンである。この軌跡補間は、PTP教
示CP制御方式のロボットにとって不可欠な要素である。
PTP教示は、ロボットの動作の始点P0と終点P1だけがあ
たえられているわけであり、その中間点を定めて連続的
に指令をサーボ駆動回路24に与えないかぎり、ロボット
に移動を行わせることは不可能である。
ロボットの制御情報として基本的に始点P0,終点P1,始点
速度VS,終点速度VE,中間移動速度VPが与えられる。これ
から加速区間、定速区間、減速区間を求める。これらの
切換え時間が補間パラメータとなる。
速度VS,終点速度VE,中間移動速度VPが与えられる。これ
から加速区間、定速区間、減速区間を求める。これらの
切換え時間が補間パラメータとなる。
第10図に補間パラメータの算出フローを示す。ブロック
100がデータ蓄積装置25に蓄積された制御情報（始点P0
の座標、終点P1の座標、始点速度VS、中間移動速度VP、
終点速度VE）である。ブロック102は、データ蓄積装置2
5から与えられる直交座標系のデータかアクチュエータ
位置系のデータであるかを識別するものである。
100がデータ蓄積装置25に蓄積された制御情報（始点P0
の座標、終点P1の座標、始点速度VS、中間移動速度VP、
終点速度VE）である。ブロック102は、データ蓄積装置2
5から与えられる直交座標系のデータかアクチュエータ
位置系のデータであるかを識別するものである。
ブロック104はアクチュエータの移動量、ブロック103は
直交座標系移動量を扱い、各移動量の移動に要する時間
の最大となる移動量を選んでオペレートパラメータＭと
する。即ち直交座標系（座標）でデータが与えられた場
合、そのオペレートパラメータＭは Ｍ＝｛（x0−x1）２＋（y0−y1）２＋（z0−z1）２｝
1/2で、その移動距離になるが、これがゼロに近く、姿
勢角（α，β，γ）の変化が大きい場合、 になる。またアクチュエータ位置系（位置の変化量）の
データでは になる。これらは本質的に速度系と角速度系の区別があ
り、基本的に同一な数値データとしてあつかえないが、
ここでは全て速度をある定数によって一般化してしま
い、同一にあつかっている。この定数は、ハード的な相
関によって定まるある比例関係を用いて一般化してしま
える。以後角速度も速度Ｖと称する。この様にしてXYZ
座標系の距離の移動量か、姿勢角の変化量か、アクチュ
エータの変化量の一番影響度合いの強いものを一般化し
て求めたオペレートパラメータＭの大きさが移動距離で
あるとする。そのオペレートパラメータＭを移動距離と
解釈してブロック106が加速度区間パラメータ、ブロッ
ク107が定速区間パラメータを算出する。しかしながら
加減速に要する移動距離は、その加速度と最高速度によ
って定まる。ところが与えらえたPTP間の距離がその必
要区間より短い場合があり、この場合、最高速度を低下
させなければならない。それを実行するのがブロック10
5である。
直交座標系移動量を扱い、各移動量の移動に要する時間
の最大となる移動量を選んでオペレートパラメータＭと
する。即ち直交座標系（座標）でデータが与えられた場
合、そのオペレートパラメータＭは Ｍ＝｛（x0−x1）２＋（y0−y1）２＋（z0−z1）２｝
1/2で、その移動距離になるが、これがゼロに近く、姿
勢角（α，β，γ）の変化が大きい場合、 になる。またアクチュエータ位置系（位置の変化量）の
データでは になる。これらは本質的に速度系と角速度系の区別があ
り、基本的に同一な数値データとしてあつかえないが、
ここでは全て速度をある定数によって一般化してしま
い、同一にあつかっている。この定数は、ハード的な相
関によって定まるある比例関係を用いて一般化してしま
える。以後角速度も速度Ｖと称する。この様にしてXYZ
座標系の距離の移動量か、姿勢角の変化量か、アクチュ
エータの変化量の一番影響度合いの強いものを一般化し
て求めたオペレートパラメータＭの大きさが移動距離で
あるとする。そのオペレートパラメータＭを移動距離と
解釈してブロック106が加速度区間パラメータ、ブロッ
ク107が定速区間パラメータを算出する。しかしながら
加減速に要する移動距離は、その加速度と最高速度によ
って定まる。ところが与えらえたPTP間の距離がその必
要区間より短い場合があり、この場合、最高速度を低下
させなければならない。それを実行するのがブロック10
5である。
これらの計算のフローは、単位加々速度（加速度の微
分）を設定し、この値を補間の時間のパラメータに従
って＋e,−ｅ加速度＝Σ速度Ｖ＝Σ，移動距離Ｌ
＝ΣＶなる性質を利用し、速度変化をなめらかな曲線近
似するという基本的なアリゴリズムによって簡単に計算
できる。即ち第５図（ｃ）に示す様に単位加々速度を
＋e,−ｅとすると、加速度＝Σであり、第５図
（ｂ）に示すようにその変化は三角形になる。また速度
ＶはＶ＝Σ＝ΣΣであり、第５図（ａ）に示す様
に、３次曲線になる。また、その時の移動距離はＬ＝Σ
Ｖである。これらは加減速切換点で加速度の変化が連続
的なため、その動作は、第４図の台形近似に比してなめ
らかな動きを得る。またこれらのパラメータは、加々速
度の＋，−及びゼロの判断とその切換え時間だけであ
り、これが本発明の補間パラメータとなる。また、その
速度と移動距離を求めるのはサミエーションΣの実行だ
けであり、μコンピュータにとってこの演算は多くの時
間を必要としないため、補間により目標値算出と同時に
別の割込系を使用してμコンピュータにとってマルチジ
ョブで行なえる。
分）を設定し、この値を補間の時間のパラメータに従
って＋e,−ｅ加速度＝Σ速度Ｖ＝Σ，移動距離Ｌ
＝ΣＶなる性質を利用し、速度変化をなめらかな曲線近
似するという基本的なアリゴリズムによって簡単に計算
できる。即ち第５図（ｃ）に示す様に単位加々速度を
＋e,−ｅとすると、加速度＝Σであり、第５図
（ｂ）に示すようにその変化は三角形になる。また速度
ＶはＶ＝Σ＝ΣΣであり、第５図（ａ）に示す様
に、３次曲線になる。また、その時の移動距離はＬ＝Σ
Ｖである。これらは加減速切換点で加速度の変化が連続
的なため、その動作は、第４図の台形近似に比してなめ
らかな動きを得る。またこれらのパラメータは、加々速
度の＋，−及びゼロの判断とその切換え時間だけであ
り、これが本発明の補間パラメータとなる。また、その
速度と移動距離を求めるのはサミエーションΣの実行だ
けであり、μコンピュータにとってこの演算は多くの時
間を必要としないため、補間により目標値算出と同時に
別の割込系を使用してμコンピュータにとってマルチジ
ョブで行なえる。
第11図にこの補間パラメータによってオペレートパラメ
ータＭの途中変化量Ｌを求めるフローを示す。ブロック
110においてサンプリング時間tnがtn＜ta1なる条件を満
たす間はブロック115から単位加々速度としてｅを出
力する。次にブロック111においてサンプリング時間tn
がta1≦tn＜ta3なる条件を満たすとブロック116から単
位加々速度として−ｅを出力する。次にブロック112
においてサンプリング時間tnがta3≦tn＜ta4なる条件を
満たすとブロック119から単位加々速度としてゼロを
出力する。次にブロック113においてサンプリング時間t
nがta4≦tn＜ta6なる条件を満たすとブロック117から単
位加々速度として−ｅを出力する。次にブロック114
においてサンプリング時間tnがta6≦tn＜ta7になるとブ
ロック118から単位加々速度としてｅを出力する。ブ
ロック120はサンプリング時間毎に＝＋なる演算
をして加速度（＝Σ）を求める。ブロック121はサ
ンプリング時間毎に、Ｖ＝Ｖ＋なる演算をして速度Ｖ
（＝Σ）を求める。更にブロック122はサンプリング
時間毎にＬ＝Ｌ＋Ｖなる演算をしてパラメータ変化量Ｌ
（＝ΣＶ）を求める。ブロック123はtn＝ta7になると
をゼロにし、パラメータ変化量ＬはＭとなる。そしてブ
ロック127はtn＋１がta7（最終目標値）となったところ
で終了となる。
ータＭの途中変化量Ｌを求めるフローを示す。ブロック
110においてサンプリング時間tnがtn＜ta1なる条件を満
たす間はブロック115から単位加々速度としてｅを出
力する。次にブロック111においてサンプリング時間tn
がta1≦tn＜ta3なる条件を満たすとブロック116から単
位加々速度として−ｅを出力する。次にブロック112
においてサンプリング時間tnがta3≦tn＜ta4なる条件を
満たすとブロック119から単位加々速度としてゼロを
出力する。次にブロック113においてサンプリング時間t
nがta4≦tn＜ta6なる条件を満たすとブロック117から単
位加々速度として−ｅを出力する。次にブロック114
においてサンプリング時間tnがta6≦tn＜ta7になるとブ
ロック118から単位加々速度としてｅを出力する。ブ
ロック120はサンプリング時間毎に＝＋なる演算
をして加速度（＝Σ）を求める。ブロック121はサ
ンプリング時間毎に、Ｖ＝Ｖ＋なる演算をして速度Ｖ
（＝Σ）を求める。更にブロック122はサンプリング
時間毎にＬ＝Ｌ＋Ｖなる演算をしてパラメータ変化量Ｌ
（＝ΣＶ）を求める。ブロック123はtn＝ta7になると
をゼロにし、パラメータ変化量ＬはＭとなる。そしてブ
ロック127はtn＋１がta7（最終目標値）となったところ
で終了となる。
PTP教示の終点でＭとＬは一致する。その時サンプル回
数（時間tn）をゼロクリアし、補間パラメータを先行し
て求めてある別のユニットに書き直すと同時に最初から
再び補間目標値演算を実行してゆく。第６図（ａ）に初
終速度がゼロの場合、（ｂ）にゼロでない場合の速度変
化曲線を示す。このオペレートパラメータＭの補間途中
変化量Ｌ、つまりロボットの途中位置から各軸の位置を
サンプリング毎に次の式に示す如く比例関係でもって簡
単に求めることができる。
数（時間tn）をゼロクリアし、補間パラメータを先行し
て求めてある別のユニットに書き直すと同時に最初から
再び補間目標値演算を実行してゆく。第６図（ａ）に初
終速度がゼロの場合、（ｂ）にゼロでない場合の速度変
化曲線を示す。このオペレートパラメータＭの補間途中
変化量Ｌ、つまりロボットの途中位置から各軸の位置を
サンプリング毎に次の式に示す如く比例関係でもって簡
単に求めることができる。
なおL/Mは比例係数である。
また、前記発明の考え方を用いると、ゼロからある速度
Ｖに加速するのに必要な、時間は単位加々速度、サンプ
ル間隔を１にとると、 であり、その距離は、 で表わされる。この なる関係を用いて手軽にPTP間の距離Ｍから、速度Ｖの
最高値を推定できるが分解能が悪く、整数演算を行うな
ら、これらに補足演算を加えないと現実的でない。本実
施例でも、第６図（ａ）に示すta2とta8,ta5の補助パラ
メータによって速度分解能と移動距離の誤差発生を防止
している。
Ｖに加速するのに必要な、時間は単位加々速度、サンプ
ル間隔を１にとると、 であり、その距離は、 で表わされる。この なる関係を用いて手軽にPTP間の距離Ｍから、速度Ｖの
最高値を推定できるが分解能が悪く、整数演算を行うな
ら、これらに補足演算を加えないと現実的でない。本実
施例でも、第６図（ａ）に示すta2とta8,ta5の補助パラ
メータによって速度分解能と移動距離の誤差発生を防止
している。
次に軌跡補間周期ｔより短かいサーボ周期t/nを設定
し、偏差量を単にｎ等分するのではなく、直前の偏差量
に影響されて連続的に配分することにより、サーボ指令
値の周期リップルを小さくし、かつ必要なサーボ周期間
隔を確保可能にすることについて説明する。この必要性
は前述した様にロボットが高機能化するにつれ、そのμ
コンピュータの処理量が増大し、サーボ処理のための周
期間隔が長くなってしまう傾向にあることから生ずる。
つまり補間周期＋αがサーボ周期となるわけであり、そ
の系に必要なサーボ周期の確保が困難になって来ている
からである。
し、偏差量を単にｎ等分するのではなく、直前の偏差量
に影響されて連続的に配分することにより、サーボ指令
値の周期リップルを小さくし、かつ必要なサーボ周期間
隔を確保可能にすることについて説明する。この必要性
は前述した様にロボットが高機能化するにつれ、そのμ
コンピュータの処理量が増大し、サーボ処理のための周
期間隔が長くなってしまう傾向にあることから生ずる。
つまり補間周期＋αがサーボ周期となるわけであり、そ
の系に必要なサーボ周期の確保が困難になって来ている
からである。
第７図はサーボ回路のブロック図である。CPU（２）23
からサーボ周期毎にサーボ回路に与える目標値（位置）
すなわちアクチュエータが位置付けされるべき位置であ
る位置信号80が指令位置記憶装置70に記憶される。ま
た、アクチュエータユニット60からのディジタルな位置
信号82が位置記憶装置71に記憶されている。誤差信号発
生装置72は、この指令位置記憶装置70、位置記憶装置71
の両者に記憶されている位置信号の差をとり、その誤差
量を位置偏差信号83として発生する。この位置偏差信号
83をD/Aコンバータ73でアナログ量の位置偏差信号84に
変換し、これを速度指令値として、差動アンプ74に伝え
る。差動アンプ74は速度信号85との差を増幅して、速度
指令信号86としてサーボアンプに伝え、アクチュエータ
を駆動する。この様なサーボ回路に指令値を与えるのに
周期が長いと第９図（ａ）の様な形になり、周期毎の位
置偏差の変化が大きい。これを細分して与えれば変化の
差が小さくなって第９図（ｂ）の様にでき、この様なサ
ーボ系にとって良い影響を与える。以上は電気回路のハ
ードを具体的に示したが、すべてCPU（２）23で処理
し、D/Aコンバータ73より直接速度指令信号86を発生す
る様にしても別に機能的に大差はない。
からサーボ周期毎にサーボ回路に与える目標値（位置）
すなわちアクチュエータが位置付けされるべき位置であ
る位置信号80が指令位置記憶装置70に記憶される。ま
た、アクチュエータユニット60からのディジタルな位置
信号82が位置記憶装置71に記憶されている。誤差信号発
生装置72は、この指令位置記憶装置70、位置記憶装置71
の両者に記憶されている位置信号の差をとり、その誤差
量を位置偏差信号83として発生する。この位置偏差信号
83をD/Aコンバータ73でアナログ量の位置偏差信号84に
変換し、これを速度指令値として、差動アンプ74に伝え
る。差動アンプ74は速度信号85との差を増幅して、速度
指令信号86としてサーボアンプに伝え、アクチュエータ
を駆動する。この様なサーボ回路に指令値を与えるのに
周期が長いと第９図（ａ）の様な形になり、周期毎の位
置偏差の変化が大きい。これを細分して与えれば変化の
差が小さくなって第９図（ｂ）の様にでき、この様なサ
ーボ系にとって良い影響を与える。以上は電気回路のハ
ードを具体的に示したが、すべてCPU（２）23で処理
し、D/Aコンバータ73より直接速度指令信号86を発生す
る様にしても別に機能的に大差はない。
次にこのアルゴリズムを説明する。CPU（１）21によっ
て計算された目標値（位置）を、現在の軌跡補間周期に
おける目標値（位置）をPn、次の軌跡補間周期における
目標値（位置）をPn+1、現在の軌跡補間周期の１つの前
のサーボ周期時点でサーボ回路に与えた目標位置P
SB1と、２つ前のサーボ周期時点でサーボ回路に与えた
目標位置PSB2との差（１つ前のサーボ周期時点でサーボ
回路で作成されたサーボ偏差量）をΔPSS、分割数ｍを
例えば４にとると、本発明の補間式は書き方を具体的に
すれば以下の式と同意である。
て計算された目標値（位置）を、現在の軌跡補間周期に
おける目標値（位置）をPn、次の軌跡補間周期における
目標値（位置）をPn+1、現在の軌跡補間周期の１つの前
のサーボ周期時点でサーボ回路に与えた目標位置P
SB1と、２つ前のサーボ周期時点でサーボ回路に与えた
目標位置PSB2との差（１つ前のサーボ周期時点でサーボ
回路で作成されたサーボ偏差量）をΔPSS、分割数ｍを
例えば４にとると、本発明の補間式は書き方を具体的に
すれば以下の式と同意である。
ΔＳ＝（Pn+1−Pn）−ΔPSS×４ このΔＳは、PnからPn+1の距離ではなく、１つ前のサー
ボ周期時点でのサーボ偏差量ΔPSSをそのまま出力し
た、即ち定速移動させた場合でかつ理想的に追従したと
き移動する距離とPnからPn+1の距離との差である。すな
わち、ΔＳの値によってΔＳ＞0:加速モード、ΔＳ＝0:
定速モード、ΔＳ＜0:減速モードにあると言える。４分
割したときのそれぞれのサーボ周期TSC〔TSC＝１〜４〕
における目標値（位置）PS1,PS2,PS3,PS4は、 次回の偏差量ΔPSS＝ΔPS4＝PS4−PS3 の様に簡単に計算できる。以上はCPU（２）23によって
演算する。第８図を使って説明する。ΔPS1,ΔPS2,ΔP
S3,ΔPS4はそれぞれPn,PS1,PS2,PS3の位置にあるとき次
の目標値（位置）に達するためのサーボ偏差である。第
８図はΔＳ＞０の加速モードにある場合で分割数ｍが４
の例である。今、第８図（ａ）の様に単純に補間演算に
よって得られたPnからPn+1の距離を等分した場合、目標
サーボ偏差は細かくなるが、Pn-1からPnの時の目標サー
ボ偏差とは段差があり、なめらかにはならない。ここで
本発明の式を用いて係数a,b,c,dを線形に増加させれば
第８図（ｂ）のように目標サーボ偏差を前後の周期の偏
差と連続させ、かつ、なめらかに変化させることができ
る。第８図（ｃ）は第８図（ｂ）の現在の軌跡補間周期
における目標値（位置）Pn、次の軌跡補間周期における
目標値（位置）Pn+1、サーボ偏差量ΔPS1,ΔPS2,ΔPS3,
ΔPS4と補間した目標値（位置）PS1,PS2,PS3,PS4の関係
を分かりやすく図示したものである。第８図（ｃ）によ
り目標位置が段々なだらかに加速されているのが分か
る。特殊な場合、係数a,b,c,dを同じ値にすると第８図
（ａ）と同じになる。つまり、係数a,b,c,dを線形に増
加させるとは、１つ前のサーボ周期時点でのサーボ偏差
量ΔPSSに対して変化する量ΔＳの配分量を線形に増加
させて加えていき、これにより滑らかに変化させるとい
う意味をもつ。また、考え方を反対にして変化する量Δ
Ｓを等分にしてサーボ偏差量ΔPSSの量を順時減少させ
るような演算式を採用しても機能的には同意である。こ
のように前回の出力を最初は最大限に影響させ、後半は
本来の目標値（位置）に達するためのサーボ偏差の影響
度を最大限にするという意味を持つ。
ボ周期時点でのサーボ偏差量ΔPSSをそのまま出力し
た、即ち定速移動させた場合でかつ理想的に追従したと
き移動する距離とPnからPn+1の距離との差である。すな
わち、ΔＳの値によってΔＳ＞0:加速モード、ΔＳ＝0:
定速モード、ΔＳ＜0:減速モードにあると言える。４分
割したときのそれぞれのサーボ周期TSC〔TSC＝１〜４〕
における目標値（位置）PS1,PS2,PS3,PS4は、 次回の偏差量ΔPSS＝ΔPS4＝PS4−PS3 の様に簡単に計算できる。以上はCPU（２）23によって
演算する。第８図を使って説明する。ΔPS1,ΔPS2,ΔP
S3,ΔPS4はそれぞれPn,PS1,PS2,PS3の位置にあるとき次
の目標値（位置）に達するためのサーボ偏差である。第
８図はΔＳ＞０の加速モードにある場合で分割数ｍが４
の例である。今、第８図（ａ）の様に単純に補間演算に
よって得られたPnからPn+1の距離を等分した場合、目標
サーボ偏差は細かくなるが、Pn-1からPnの時の目標サー
ボ偏差とは段差があり、なめらかにはならない。ここで
本発明の式を用いて係数a,b,c,dを線形に増加させれば
第８図（ｂ）のように目標サーボ偏差を前後の周期の偏
差と連続させ、かつ、なめらかに変化させることができ
る。第８図（ｃ）は第８図（ｂ）の現在の軌跡補間周期
における目標値（位置）Pn、次の軌跡補間周期における
目標値（位置）Pn+1、サーボ偏差量ΔPS1,ΔPS2,ΔPS3,
ΔPS4と補間した目標値（位置）PS1,PS2,PS3,PS4の関係
を分かりやすく図示したものである。第８図（ｃ）によ
り目標位置が段々なだらかに加速されているのが分か
る。特殊な場合、係数a,b,c,dを同じ値にすると第８図
（ａ）と同じになる。つまり、係数a,b,c,dを線形に増
加させるとは、１つ前のサーボ周期時点でのサーボ偏差
量ΔPSSに対して変化する量ΔＳの配分量を線形に増加
させて加えていき、これにより滑らかに変化させるとい
う意味をもつ。また、考え方を反対にして変化する量Δ
Ｓを等分にしてサーボ偏差量ΔPSSの量を順時減少させ
るような演算式を採用しても機能的には同意である。こ
のように前回の出力を最初は最大限に影響させ、後半は
本来の目標値（位置）に達するためのサーボ偏差の影響
度を最大限にするという意味を持つ。
以上の分割したサーボ周期毎に、サーボ回路への指令値
として与える目標値（位置）PSi〔ｉは分割位置を表わ
す変数〕を求める計算の一般式は、 〔ここで、Ｄ（ｊ）：（ｊ＝１〜ｍ）は線形に増加す
る、または減少する、または等値なサーボ偏差量配分比
を表わす〕となる。
として与える目標値（位置）PSi〔ｉは分割位置を表わ
す変数〕を求める計算の一般式は、 〔ここで、Ｄ（ｊ）：（ｊ＝１〜ｍ）は線形に増加す
る、または減少する、または等値なサーボ偏差量配分比
を表わす〕となる。
第８図はΔＳ＞０の加速モードにある場合であるが、Δ
Ｓ≦０の減速、定速の場合でも式は全く同じである。定
速の場合はΔＳ＝０なので係数a,b,c,dの値には全く影
響されない。
Ｓ≦０の減速、定速の場合でも式は全く同じである。定
速の場合はΔＳ＝０なので係数a,b,c,dの値には全く影
響されない。
この様に本発明によって得た第８図（ｃ）の様に、サー
ボ周期を短くし、かつ、なだらかに連続した目標位置を
第７図の位置信号80として与えることによってロボット
を滑らかに制御する効果がある。
ボ周期を短くし、かつ、なだらかに連続した目標位置を
第７図の位置信号80として与えることによってロボット
を滑らかに制御する効果がある。
以上説明したように本発明によれば、軌跡の補間が容易
となると共に、ロボットをスムーズに動作させることが
出来る効果を奏する。
となると共に、ロボットをスムーズに動作させることが
出来る効果を奏する。
第１図は産業用ロボットを示す全体図、 第２図は産業用ロボットの機構を示す概略図、 第３図は産業用ロボットの制御装置を示す図、 第４図は従来の台形近似の加減速方法を示す図、 第５図は本発明の加減速方法を示す原理図、 第６図は本発明を利用して動かした速度曲線を示す図、 第７図は本発明のサーボ回路を示す回路図、 第８図は本発明の平滑処理の説明図、 第９図は平滑処理をしサーボ周期を細分した時の効果を
示す図、 第10図は補間パラメータ算出の概略フローを示す図、 第11図はオペレートパラメータ算出フローを示す図であ
る。 21:CPU 23:CPU 24:サーボ駆動装置 25:データ蓄積装置 33:メイン操作ユニット 35:インタフェース 36:数値演算ユニット 50:プログラム蓄積装置 51: 〃 60:アクチュエータユニット
示す図、 第10図は補間パラメータ算出の概略フローを示す図、 第11図はオペレートパラメータ算出フローを示す図であ
る。 21:CPU 23:CPU 24:サーボ駆動装置 25:データ蓄積装置 33:メイン操作ユニット 35:インタフェース 36:数値演算ユニット 50:プログラム蓄積装置 51: 〃 60:アクチュエータユニット
Claims (2)
- 【請求項１】PTP（point to point）教示CP（continu
ouspass）制御方式のロボットの動作経路を補間し、各
補間点のロボットのアクチュエータの位置を演算によっ
て求めてサーボの目標値とする制御方法において、 補間点を求める処理とその補間点におけるアクチュエー
タ位置を求める演算処理とからなる軌跡補間処理の周期
ｔと、サーボ系が追従に必要とする周期とが、該軌跡補
間演算量の過多のために一致しない際に、 軌跡補間周期ｔよりも短いサーボ周期t/m（ｍは分割数
で正の整数）を設定し、 上記軌跡補間処理によって求めた軌跡補間周期毎の各ア
クチュエータの移動量（現在目標位置から次回目標位置
までの距離）を各サーボ周期毎に分割したサーボ偏差量
を定め、該サーボ偏差量により達成するサーボ周期毎の
目標位置をサーボ回路に与えて制御するようになし、 上記各サーボ周期毎に分割したサーボ偏差量は、比例係
数によって連続、線形に変化する関係に配分され、か
つ、該配分の最初のサーボ偏差量は、直前にサーボに与
えたサーボ偏差量に対して小さな変化量であり、各サー
ボ周期毎に分割したサーボ偏差量の和は、上記軌跡補間
周期毎の移動量を達成しうるようになしたことを特徴と
する産業用ロボットの軌跡補間方法。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の産業用ロボッ
トの軌跡補間方法において、 該軌跡補間周期ｔよりも短いサーボ周期t/mを設定し、
該軌跡補間処理によって求めた軌跡補間周期毎の移動量
をサーボ周期毎に分割して、サーボ回路への指令値とし
て与えるサーボ周期毎の目標位置PSiが、 〔ここで、Pnは現在の軌跡補間周期における目標位置、
Pn+1は次の軌跡補間周期における目標位置、ΔPSSは現
在の軌跡補間周期の１つ前のサーボ周期時点でサーボ回
路に与えた目標位置PSB1と、２つ前のサーボ周期時点で
サーボ回路に与えた目標位置PSB2との差（１つ前のサー
ボ周期時点でサーボ回路で作成されたサーボ偏差量）、
Ｄ（ｊ）：（ｊ＝１〜ｍ）は線形に増加するサーボ偏差
量配分比を表す〕なる演算式にて求めることを特徴とす
る産業用ロボットの軌跡補間方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56157483A JPH0695294B2 (ja) | 1981-10-05 | 1981-10-05 | 産業用ロボットの軌跡補間方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56157483A JPH0695294B2 (ja) | 1981-10-05 | 1981-10-05 | 産業用ロボットの軌跡補間方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5858609A JPS5858609A (ja) | 1983-04-07 |
| JPH0695294B2 true JPH0695294B2 (ja) | 1994-11-24 |
Family
ID=15650662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56157483A Expired - Lifetime JPH0695294B2 (ja) | 1981-10-05 | 1981-10-05 | 産業用ロボットの軌跡補間方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0695294B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2628297B2 (ja) * | 1984-07-03 | 1997-07-09 | 新明和工業株式会社 | ロボット制御方法およびその装置 |
| JPS6115207A (ja) * | 1984-06-29 | 1986-01-23 | Shin Meiwa Ind Co Ltd | ロボツト制御方法およびその装置 |
| JP2516589B2 (ja) * | 1986-03-20 | 1996-07-24 | ファナック 株式会社 | ロボツト用制御装置 |
| JP2559453B2 (ja) * | 1988-03-18 | 1996-12-04 | 株式会社日立製作所 | リニアアクセス機構 |
| CN107036568A (zh) * | 2017-06-01 | 2017-08-11 | 中国计量大学 | 空间大尺寸轨迹检测装置及方法 |
| CN113910216B (zh) * | 2020-07-09 | 2023-01-24 | 北京配天技术有限公司 | 一种电机轴控制方法、系统、机器人及存储介质 |
| CN116330299B (zh) * | 2023-05-26 | 2023-09-01 | 浙江工业大学 | 一种基于加速度平滑的工业机器人柔顺运动控制方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3909600A (en) * | 1972-06-26 | 1975-09-30 | Cincinnati Milacron Inc | Method and apparatus for controlling an automation along a predetermined path |
| JPS5623164B2 (ja) * | 1974-03-12 | 1981-05-29 | ||
| JPS54114686A (en) * | 1978-02-28 | 1979-09-06 | Toyo Electric Mfg Co Ltd | Positional controller |
| JPS5574605A (en) * | 1978-11-29 | 1980-06-05 | Hitachi Ltd | Operation control system for industrial robbot or the like |
-
1981
- 1981-10-05 JP JP56157483A patent/JPH0695294B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5858609A (ja) | 1983-04-07 |
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