JPH07244520A - 干渉トルクを考慮した自動機械の加減速制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 干渉トルクに起因した振動の発生の防止。 【構成】 先ず、軸Ｊn の移動距離から、速度Ｖn が教
示速度Ｖtnに到達するか判別する。Ｙ／Ｎに応じ、Ｖn
＝Ｖtn叉はＶn ＝Ｖun＝（Ｘn ・Ｖmax(n)／τ0）^1/2
とする。Ｘn は移動距離、Ｖmax(n)は最高速度、τ0 は
ロングモーション時の時定数である。次に、トルクカー
ブから最大トルクＴmax(n)を求め、Ｔmax(n)から静負荷
トルクＴｗn を減じて加速トルクＴａn を求め、加速ト
ルクＴａnをＪn 軸のイナーシャＩn で除して加速度ａn
を求める。以上の処理を６回繰り返してａ1 〜ａ6 を
求める。ステップＳ９からは、ａ1 〜ａ6 について、次
段の値ａk+1 （但し、ａ7 は大きな値）との比較を行
い、大きくない方を選ぶ。続いて、他軸への干渉トルク
を制限内に収める最大加速度ａ'kを求める。各軸につい
てａk とａ'kの比較を行い、大きくない値をａk とした
上で、各軸の時定数τk＝（ａk ／Ｖk ）を計算する。
τ1 〜τ6 の中で最大のものを全軸の加減速時定数τと
して選択・設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、ロボットのような、
複数の関節によって結合された幾つかのリンクを有する
自動機械における各関節駆動用サーボモータの加減速制
御方法に関し、更に詳しく言えば、関節相互間の干渉ト
ルクを考慮に入れて加減速時定数を決定しながらサーボ
モータの加減速制御を行なう方法に関する。

【０００２】

【従来技術】ロボット等の複数の関節によって結合され
た幾つかのリンクを有する自動機械における各関節動作
用サーボモータの加減速特性を定める為に旧来より利用
されている一般的な方法として、自動機械の現地調整時
に各サーボモータの加減速時定数（加速時定数及び減速
時定数、以下同じ。）を設定するというやり方がある。
一般に、加減速時定数の適正値は自動機械の使用状況に
よって大きく左右される性質があり、これを一律に決定
することは困難である。

【０００３】従って、実際に加減速時定数を設定するに
際しては、経験に頼った決め方や仮運転を繰り返す等の
作業を経て決定するやり方をとられている。しかし、こ
のような方法は客観性に欠ける為、高い信頼性を以て加
減速時定数を設定することが困難であった。即ち、加減
速時定数を余裕をもって設定した為にサイクルタイムが
長くなったり、逆に、加減速時定数の設定値が小さ過ぎ
る為に振動等が発生して位置決め精度が低下する等の問
題が発生することが多かった。

【０００４】このような状況を克服する為に、サーボモ
ータの加減速時定数を移動量、負荷等に基づいて定める
改良型の加減速時定数制御方法が提案されている（特願
平２−１３６００７号）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記改良型の
制御方法においても、加減速時定数の決定に際して、リ
ンク機構の他の関節に対応した軸からの干渉トルクの影
響が考慮されていなかった為に、他の軸からの干渉トル
クによって予期せぬ振動が発生するという問題が未解決
であった。

【０００６】特に、ショートモーション（後記、「作
用」の欄参照。）の移動に対する最短時間制御の適用時
には、各軸に対してその軸のモータの最大トルク、自動
機械の姿勢等からそのモータの能力を生かせる最大の加
速度を与えるような加減速時定数の指定が行なわれ、そ
の加速度の大きさやその時点における姿勢に応じて他の
軸への干渉トルクも大きくなることが避けられない。こ
の干渉トルクが限界を越えて増大した場合には、強い振
られ現象が発生して他の軸に大きな振動が発生するとい
う事態が避けられない。

【０００７】本願発明は、複数の関節によって結合され
た幾つかのリンクを有するロボット等の自動機械に適用
される加減速制御について、従来技術では未解決であっ
た上記問題点を克服することを企図するものであり、特
に、最短時間制御時に発生し易い振動を防止し、以て自
動機械の位置決め精度を向上させることの出来る加減速
制御方法を提供せんとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願発明は、上記課題を
解決する為の基本的な手段として、「各々サーボモータ
によって駆動される複数の関節によって結合された幾つ
かのリンクを有する自動機械の加減速制御方法におい
て、前記各関節に対応した各軸の内少なくとも１つの軸
に関し、教示速度とサーボモータの能力の範囲内で移動
に要する時間を短縮化する観点から求められた干渉トル
ク非考慮加速度と他軸への干渉トルクを所定制限内に抑
えるという観点から求められた加速度の値を比較し、大
きくない方の加速度に基づいて加減速時定数を決定する
ことを特徴とする前記干渉トルクを考慮した自動機械の
加減速制御方法」（請求項１）を提案したものである。

【０００９】また、教示速度とサーボモータの能力の範
囲内で移動に要する時間を短縮化する観点から干渉トル
ク非考慮加速度を求めるプロセスをより具体化した形で
特定した構成として、「各々サーボモータによって駆動
される複数の関節によって結合された幾つかのリンクを
有する自動機械の加減速制御方法において、前記各関節
に対応した各軸の内少なくとも１つの軸に関し、動作プ
ログラムで指定された移動ブロックにおける移動量から
到達速度を求め、前記到達速度からサーボモータの出力
トルクを求め、前記出力トルクから静負荷トルクを減じ
て加速トルクを求め、前記加速トルクとサーボモータの
負荷イナーシャから干渉トルク非考慮加速度を求める一
方、前記少なくとも１つの軸から他軸への干渉トルクを
所定制限内に抑える最大加速度を求め、この最大加速度
と前記干渉トルク非考慮加速度の値を比較し、大きくな
い方の加速度に基づいて加減速時定数を決定することを
特徴とする前記干渉トルクを考慮した自動機械の加減速
制御方法」（請求項２）を提案したものである。

【００１０】更に、本願発明は、特に各軸送りの移動形
式を想定して各軸毎に加減速時定数を決定する制御方法
として、「各々サーボモータによって駆動される複数の
関節によって結合された幾つかのリンクを有する自動機
械の加減速制御方法において、前記各関節に対応した各
軸に関し、動作プログラムで指定された移動ブロックに
おける移動量から到達速度を求め、前記到達速度からサ
ーボモータの出力トルクを求め、前記出力トルクから静
負荷トルクを減じて加速トルクを求め、前記加速トルク
とサーボモータの負荷イナーシャから干渉トルク非考慮
加速度を求める一方、少なくとも１つの軸から他軸への
干渉トルクを所定制限内に抑える最大加速度を求め、こ
の最大加速度と前記少なくとも１つの軸についての前記
干渉トルク非考慮加速度の値を比較し、大きくない方の
加速度に基づいてその軸の加減速時定数を定め、残りの
軸に関しては、前記干渉トルク非考慮加速度に基づいて
各軸の加減速時定数を決定することを特徴とする特徴と
する前記干渉トルクを考慮した自動機械の加減速制御方
法」（請求項３）を提案したものである。

【００１１】そして、教示軌道を遵守する通常の移動形
式を想定して各軸共通の加減速時定数を決定する制御方
法として、「各々サーボモータによって駆動される複数
の関節によって結合された幾つかのリンクを有する自動
機械の加減速制御方法において、前記各関節に対応した
各軸に関し、動作プログラムで指定された移動ブロック
における移動量から到達速度を求め、前記到達速度から
サーボモータの出力トルクを求め、前記出力トルクから
静負荷トルクを減じて加速トルクを求め、前記加速トル
クとサーボモータの負荷イナーシャから干渉トルク非考
慮加速度を求める一方、少なくとも１つの軸から他軸へ
の干渉トルクを所定制限内に抑える最大加速度を求め、
この最大加速度と前記少なくとも１つの軸についての前
記干渉トルク非考慮加速度の値を比較し、大きくない方
の加速度に基づいてその軸の加減速時定数を求め、更
に、残りの軸に関し前記干渉トルク非考慮加速度に基づ
いて各軸の加減速時定数を求め、全軸について求められ
た加減速定数の最大値を全軸共通の加減速定数として決
定することを特徴とする前記干渉トルクを考慮した自動
機械の加減速制御方法」（請求項４）を提案したもので
ある。

【００１２】

【作用】本願発明は、上記改良型の技術において採用さ
れている考え方を生かしつつ、他軸へ及ぼす干渉トルク
が許容限度内に収まるように加速度の最大値を決定出来
る加減速制御方法を提供するものである。本願発明で
は、各軸ほ加減速制御に際しての加速度を定めるにあた
って、上記改良型の方法の考え方に沿って加速度値ａを
計算する一方、干渉トルクの許容値に対応した加速度値
ａ’を求め、前者ａが後者ａ’を越えない場合には指定
加速度値ａf をａf ＝ａとし、前者ａが後者ａ’を上回
る場合にはａf ＝ａとする。そして、指定されたａf に
対応した加減速時定数τを定めることで、干渉トルクが
制限値を越えることが防止される。

【００１３】前者ａを計算するには、先ず、次に実行す
べき移動ブロックの各軸の移動量から到達速度Ｖu を求
める。例えば、移動量が小さい時には小さな到達速度Ｖ
u が算出され、一定値を越える場合には、到達速度Ｖu
は教示プログラムで指定された教示速度Ｖt に一致する
値とされる。サーボモータの速度・トルク曲線からこの
到達速度Ｖu に対応した最大トルク値Ｔmax が求められ
る。なお、ここで用いられる速度・トルク曲線では、予
め粘性トルクが差し引かれている。

【００１４】この出力トルクから、摩擦トルク、重力に
よるトルク等からなる静負荷トルクを減じれば、負荷を
加速する加速トルクが求められる。そして、この加速ト
ルクから対応する加速度値を定めれば、干渉トルクを考
慮する前の加速度値ａが求められたことになる。この加
速度ａの更に詳しい求め方については、後記する実施例
の中で述べることにする。

【００１５】一方、干渉トルクの制限値に対応した加速
度値ａ’は、干渉トルクを考慮する軸に関連した可動部
（アーム等）の質量や慣性モーメント等、具体的な構造
に即したデータに基づいて決定される。その具体例につ
いては、次の実施例の中で説明する。

【００１６】このように、本願発明は、与えられた教示
速度Ｖt とモータの能力の範囲内でなるべく短時間で移
動を完了させるという観点から求められた加速度ａと、
干渉トルクを制限内に抑えるという観点から求められた
加速度ａ’のいずれかを選択的に採用することによっ
て、干渉トルクに起因した振動の発生を抑制する条件を
守りつつモータの能力を充分に生かした効率的な動作を
自動機械に行なわせることが出来るものである。

【００１７】

【実施例】本願発明の方法を適用する自動機械として、
ここでは多関節ロボットを想定し、その第２軸が第３軸
から受ける干渉トルクによって生じるオーバーシュート
を許容設定値ε20以内に抑える形で振動の発生を防止す
る場合について述べる。先ず、図１〜図３を参照して、
前述の加速度ａ（干渉トルク非考慮）の決定に関連した
事項から説明を始めることにする。

【００１８】図１は、ロボットの１つの軸の移動距離
（あるいは回転角、以下同様。）と到達速度の関係を説
明するグラフで、横軸及び縦軸に各々時間ｔ、速度Ｖを
とり、移動距離の長短に関する３つのケースについて、
速度Ｖを時間ｔの関数として描いたものである。移動距
離が充分大きいケースにおけるＶとｔの関係は、点ｏａ
ｂｃ結んだ台形状のライン２で代表させることが出来
る。即ち、当該軸は時定数τ0 でａ点まで加速され、次
いで教示速度Ｖt を保った後、減速されて点ｃで停止す
る。ここで、点ａｂｃｄで囲まれた部分の面積は１ブロ
ック分の移動距離を表わしている。

【００１９】移動距離が小さくなると、教示速度Ｖt で
移動する区間ａｂの時間が短縮される。移動距離が大き
く、点ａｂ間の距離が正となるような運動はロングモー
ションと呼ばれ、移動距離が小さく、点ａｂ間の距離が
０（教示速度Ｖt で移動する区間が存在しない。）とな
るような運動はショートモーションと呼ばれる。ロング
モーションとショートモーションの境界では、点ｏａｃ
ｌを結んだ３角形状のライン３で表わされるグラフが描
かれることになる。

【００２０】これよりも移動距離がやや短かいケースで
は、時定数τ0 と最高速度Ｖmax で定義される直線ｏｄ
まで加速度が変化し、ライン４で表わされるｏａｌｃ2
となる。そして、更に移動距離が短かいケースでは、ラ
イン５で示されたｏａ2 ｃ3となる。この時の速度の最
大値Ｖu は到達速度と呼ばれている。

【００２１】次に、図２は、サーボモータの速度とトル
クの関係を示したグラフであり、横軸は速度Ｖ、縦軸は
トルクＴを各々表わしている。このグラフに描かれたラ
インは一般にトルクカーブと呼ばれ、対象とするサーボ
モータについて速度Ｖに対する最大トルクＴmax の依存
関係を表現したものである。この依存関係の内容を規定
するデータは、ロボットの各サーボモータの特性データ
としてロボット制御装置（後述）のメモリ内に予め格納
される。

【００２２】図３は、加速度ａを計算する際に必要とな
る諸量について説明する為に、ロボットの構造を模式化
して示したものである。ここでは、ロボットは符号１で
その全体が示されてように６軸構成とし、ロボットの水
平面に対する設置角度をθ0とし、第１軸Ｊ1 から第６
軸Ｊ6 までの角度を各々θ1 〜θ6 とする。また、負荷
重量をＷ，負荷重心位置のオフセット量をＬ1 ，Ｌ2 と
する。

【００２３】すると、各軸のイナーシャ、静負荷トルク
は以下のような諸式で表わすことが出来る。ここで、静
負荷トルクは、摩擦トルク及び重量分トルクを含むもの
であり、第ｊ軸（ｊ＝１，２・・・６）のイナーシャは
Ｉj 、静負荷トルクはＴｗjで各々表わされている。

【００２４】Ｉ1 ＝Ｆ1 （θ2 ，θ3 ，θ4 ，θ5 ，θ
6 ，Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｗ） Ｉ2 ＝Ｆ2 （θ3 ，θ4 ，θ5 ，θ6 ，Ｌ1 ，Ｌ2 ，
Ｗ） Ｉ3 ＝Ｆ3 （θ4 ，θ5 ，θ6 ，Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｗ） Ｉ4 ＝Ｆ4 （θ5 ，θ6 ，Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｗ） Ｉ5 ＝Ｆ5 （θ6 ，Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｗ） Ｉ6 ＝Ｆ6 （Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｗ） Ｔｗ1 ＝Ｇ1 （θ0 ，θ1 ，θ2 ・・・θ6 ，Ｌ1 ，Ｌ
2 ，Ｗ） Ｔｗ2 ＝Ｇ2 （θ0 ，θ1 ，θ2 ・・・θ6 ，Ｌ1 ，Ｌ
2 ，Ｗ） Ｔｗ3 ＝Ｇ3 （θ0 ，θ1 ，θ2 ・・・θ6 ，Ｌ1 ，Ｌ
2 ，Ｗ） Ｔｗ4 ＝Ｇ4 （θ0 ，θ1 ，θ2 ・・・θ6 ，Ｌ1 ，Ｌ
2 ，Ｗ） Ｔｗ5 ＝Ｇ5 （θ0 ，θ1 ，θ2 ・・・θ6 ，Ｌ1 ，Ｌ
2 ，Ｗ） Ｔｗ6 ＝Ｇ6 （θ0 ，θ1 ，θ2 ・・・θ6 ，Ｌ1 ，Ｌ
2 ，Ｗ） これらの関数Ｆ1 〜Ｆ6 ，Ｇ1 〜Ｇ6 はロボットの構
造、姿勢から求めることが出来る。従って、ロボットの
位置・姿勢が特定されれば、これらイナーシャＩ1 〜Ｉ
6 、及び静負荷トルクＴｗ1 〜Ｔｗ6 をロボット制御装
置内（後述）で算出することが可能である。これらイナ
ーシャ及び静負荷トルクを求める処理は、プログラム再
生時に、現在位置Ｐn と移動目標位置Ｐn+1 について逐
次計算を行なう形で実行される。但し、θ0 ，Ｌ1 ，Ｌ
2 及びＷについては、ロボットの適用動作によって異な
る値となるので、教示時に設定される。そして、特にロ
ボットの設置角度θ0 に関しては、最も一般的なθ0 ＝
０°（水平設置）を想定する。なお、これら諸量を使っ
て、加速度ａを計算する手順については、後記するロボ
ット制御装置内で実行される処理の説明（後記の図６参
照）の中で述べる。

【００２５】次に、本実施例において実現目標として設
定されているところの、「第２軸が第３軸から受ける干
渉トルクによって生じるオーバーシュートが許容設定値
ε20以内となる」という条件を満足させる加速度制限値
ａ’の算出法について説明する。

【００２６】図４は、図３に示したロボットの第２軸及
び第３軸の関連部分を抽出描示した模式図である。ここ
に示された系について、図示された通りの変数を設定し
てラグランジェの運動方程式を立ててこれを第２軸から
第３軸への干渉トルクＴ2 について解けば、次の結果を
得る。なお、以下の各式中において、Ｉ3zはロボットの
第３軸Ｊ3 で駆動されるアーム部分の重心Ｑ3 周りの慣
性モーメント、ｍ2 は第２軸Ｊ2 で駆動されるアーム部
分の質量、ｍ3 は第３軸Ｊ3 で駆動されるアーム部分の
質量、ｓ3 は第３軸Ｊ3 の関節部分から重心Ｑ3 までの
距離、ｌ2 は第３軸Ｊ3 のリンク長を各々表わすものと
する。また、時間に関する１次微分、２次微分を記
号「' 」及び「" 」で表わし、乗算（積）を記号「＊」
で表わすものとする。

【００２７】Ｔ2 ＝（Ｉ3z＋ｍ3 ｓ3²＋ｍ3 ｓ3 ｌ2 ＊
cos θ3 ）＊θ3"−ｍ3 ｓ3 ｌ2 （２θ2'＋θ3'）θ3'
＊sin θ3 ここで、オーバーシュートを問題にすると言う条件を考
慮すると、停止前の減速時の干渉トルクに着目すれば良
いことになる。その場合、上式中の速度に関する項は急
速に小さくなるから、これを無視するすると、第３軸Ｊ
3 の加速度に関する項Ｔ2a3 として次式（１）が導かれ
る。

【００２８】 Ｔ2a3 ＝（Ｉ3z＋ｍ3 ｓ3²＋ｍ3 ｓ3 ｌ2 ＊cos θ3 ）＊θ3" ・・・（１） また、図５に模式化して示したように、第２軸Ｊ2 を駆
動するモータＭ2 とそのアーム部分Ａ2 がバネ定数Ｋ2
で表現されるバネ結合系を構成しているものと見なす
と、第２軸のオーバーシュート量ε2 にこのバネ定数Ｋ
2 を乗じたε2 ＊Ｋ2 が、干渉トルクを表わしていると
考えることが出来る。従って、干渉トルクによる第２軸
Ｊ2 のオーバーシュート量ε2 を許容値ε20以下に抑え
るという条件は、次の不等式（２）で表わされることに
なる。

【００２９】 ｜Ｔ2a3 ｜≦Ｋ2 ＊｜ε20｜ ・・・（２） 上記（１），（２）を合わせれば、θ3"を制限する不等
式として次式（３）を得ることが出来る。

【００３０】 ｜θ3"｜≦Ｋ2 ＊｜ε20｜／（Ｉ3z＋ｍ3 ｓ3²＋ｍ3 ｓ3 ｌ2 ＊｜cos θ3 ｜ ） ・・・（３） この（３）式の右辺は、作用の説明の欄で述べた加速度
値ａ’を第３軸について計算したものに相当する。この
干渉トルクを考慮した加速度値ａ’の値を計算する為の
データの内、ε20は許容オーバシュート量としての設定
値として与えられる。また、慣性モーメントＩ3z、質量
ｍ3 、距離ｓ3 及びリンク長ｌ2 のデータは、ロボット
固有のデータとして予め理論計算あるいは実験によって
用意される。θ3 はロボットの現在データから得られる
量である。ここでは、停止時のオーバーシュートを問題
にしているのであるから、θ3 の値としてはその移動ブ
ロックにおける第３軸の移動目標点の値を用いることが
適当である。

【００３１】このようにして、干渉トルクを考慮した加
速度値ａ’が算出されたならば、干渉トルクを考慮せず
に算出される加速度ａとの大小を比較し、大きくない方
の値を加速度値として採用し、この加速度値に対応した
時定数τを自動設定する。

【００３２】以下、本願発明の方法を実施する為に使用
されるロボット制御装置の代表的な構成と機能の概略に
ついて図６の要部ブロック図を参照して説明し、次い
で、本実施例において実行される処理の概要図７のフロ
ーチャートを用いて説明する。

【００３３】図６において、符号３０で表示されたロボ
ット制御装置はプロセッサボード３１が装備されてお
り、このプロセッサボード３１はマイクロプロセッサか
らなる中央演算処理装置（以下、ＣＰＵと言う。）３１
ａ、ＲＯＭ３１ｂ並びにＲＡＭ３１ｃを備えている。

【００３４】ＣＰＵ３１ａはＲＯＭ３１ｂに格納された
システムプログラムに従ってロボット制御装置全体を制
御する。ＲＡＭ３１ｃの相当部分は不揮発性メモリ領域
を構成しており、先に述べたＬ1 ，Ｌ2 ，Ｗ等のデー
タ、動作プログラム等が格納されている。また、ＲＡＭ
３１ｃの一部はＣＰＵ３１ａの実行する計算処理等の為
の一時的なデータ記憶に使用される。

【００３５】プロセッサボード３１はバス３９に結合さ
れており、このバス結合を介してロボット制御装置内の
他の部分と指令やデータの授受が行なわれるようになっ
ている。先ず、デジタルサーボ制御回路３２がプロセッ
サボード３１に接続されており、ＣＰＵ３１ａからの指
令を受けて、サーボアンプ３３を経由してサーボモータ
５１〜５６を駆動する。各サーボモータ５１〜５６はロ
ボット１に内蔵されており、各軸Ｊ1 〜Ｊ6 を動作させ
る。

【００３６】シリアルボード３４はバス３９に結合さ
れ、液晶表示部付の教示操作盤５７、ＲＳ２３２Ｃ機器
（通信用インターフェイス）及びＣＲＴ３６ａがに接続
されている。教示操作盤５７は教示プログラム等のプロ
グラムや教示データ、その他必要な設定値等を入力する
為に使用される。この他、バス３９には、デジタル信号
用の入出力装置（デジタルＩ／Ｏ）３５、アナログ信号
用の入出力装置（アンログＩ／Ｏ）３７及び大容量メモ
リ３８が結合されている。

【００３７】デジタルＩ／Ｏ３５には、ＣＲＴ３６ａの
画面を見ながら動作条件の設定、変更等を行なう為の操
作パネル３６ｂが接続されている。また、大容量メモリ
３８には、教示データ、位置データ、各種設定値、動作
プログラム等が格納される。そして、次の図７のフロー
チャートに従って干渉トルクを考慮した加減速制御を実
行する為のプログラムやトルクカーブを表わすデータに
ついても、不使用時にはこの大容量メモリ３８に格納さ
れており、システムの立ちアンドゲートＡＮＤ上げ時に
ＲＯＭ３１ｂに格納されている起動プログラムが作動し
て、所要の関連データと共に適宜プロセッサボード３１
内のＲＡＭ３１ｃにダウンロードされる方式とすること
が出来る。

【００３８】以下、上記したロボット制御装置３０の構
成と機能、並びにプログラム及びデータ等の格納状況を
前提に、図７のフローチャートを参照して、本実施例に
おける干渉トルクを考慮した加減速制御方法を実行する
為の処理について、各処理ステップ毎に処理内容の概略
を記す形式で説明する。

【００３９】先ず、軸番号指標ｎを１にリセットした状
態で処理を開始し、ステップＳ１で教示プログラムデー
タに基づいて、その移動ブロックにおける移動目標位置
までの当該軸Ｊn の移動距離から、速度Ｖn が教示速度
Ｖtnに到達するか否かを判別する。ＹＥＳであれば、ス
テップＳ２へ進んで速度Ｖn （Ｊn に関してＶの値を記
憶するレジスタの値、以下同様）をＶn ＝Ｖtnとする。
ＮＯであれば、ステップＳ３へ進んで到達速度Ｖu ＝
（Ｘn ・Ｖmax(n)／τ0 ）^1/2 を計算してＶn ＝Ｖunと
する。ここで、Ｘn は当該軸Ｊn の移動距離を表わす係
数、Ｖmax(n)は当該軸Ｊn の最高速度（図１参照）、τ
0 はロングモーション時の時定数である。

【００４０】ステップＳ２あるいはステップＳに続くス
テップＳ４では、当該軸Ｊn に関するトルクカーブ（図
２参照）に基づき、対応する最大トルクＴmax(n)を求め
る。

【００４１】次いでステップＳ５では、当該軸Ｊn につ
いて、最大トルクＴmax(n)から静負荷トルクＴｗn を減
じて加速トルクＴａn を求め、更に、ステップＳ７で各
加速トルクＴａn をＪn 軸に関するイナーシャＩn で除
して加速度ａn を求める。以上の処理プロセスをステッ
プＳ７（ｎ＝６か？）及びステップＳ８（軸番号指標ｎ
に１加算）を経由して計６回繰り返すことによって、各
軸の加速度ａ1 〜ａ6が求められる。

【００４２】ステップＳ９では、各軸の加速度ａk （ｋ
＝１〜６）について、次段の加速度値ａk+1 （但し、ａ
7 は適宜設定された大きな値とする。）との大小比較を
行い、各ａk について、ａk ＝ｍｉｎ（ａk ，ａk+1 ）
とする。ここで、ｍｉｎは（）内の量について大きくな
い方の値を指定する記号である。ここまでの処理によっ
て、他軸への干渉トルクを考慮しない範囲で算定される
各軸の加速度値が求められたことになる。

【００４３】続くステップＳ１０では、他軸への干渉ト
ルクを制限内に収める条件で許容される最大の加速度
ａ'kを求める。本実施例では第３軸の第２軸への干渉ト
ルクを問題にしているので、加速度ａ'3を計算する。前
述したように、ａ'3は前記（３）式の右辺で与えられ
る。もし、第３軸から第２軸への干渉トルク以外の干渉
トルクを考慮する場合には、それらの軸について同様の
計算法によってａ' の値を求めれば良い。ここでは、第
３軸以外の軸については仮の大きな加速度制限値ａ0 を
考え、ａ'1＝ａ'2＝ａ'4＝ａ'5＝ａ'6＝ａ0 とする。こ
こで、ａ0 は予め設定された十分大きな値とする。

【００４４】ステップＳ１１では、各軸（ｋ＝１〜６）
について加速度ａk とａ'kの大小比較を行い、大きくな
い値をａk とした上で、各軸の時定数τk ＝（ａk ／Ｖ
k ）を計算する（ステップＳ１２，１３）。ここでは、
ａ'1＝ａ'2＝ａ'4＝ａ'5＝ａ'6＝ａ0 （十分大きな値）
であるから、ａ'3についてのみステップＳ１２を経由す
る可能性がある。

【００４５】最後のステップＳ１４では、これらの加減
速時定数τ1 〜τ6 の中で最大のものを全軸の加減速時
定数τとして選択・設定する。なお、ロボットを各軸移
動形式で移動させる場合（移動目標位置へ移動する際の
軌道が教示軌道からはずれることが許容される。）に
は、全軸に共通した時定数を指定する必要はなく、各軸
毎に、必要に応じて干渉トルクを考慮に入れた時定数を
定めれば良い。

【００４６】以上の説明では、干渉トルクの考慮は特定
の軸間（第３軸から第２軸への干渉トルク）のみを考え
ているが、複数の軸間乃至全軸間の干渉トルク考慮を行
なっても良いことは勿論である。しかし、全軸共通の時
定数を定める条件（教示軌道を遵守）では、最も振動が
起こり易い軸間について干渉トルクを考慮して時定数を
決定すれば、他の比較的振動の発生し難い軸間について
は、結果的に干渉トルクの制限値の範囲内に収まるよう
な時定数が設定されることが期待されるから、干渉トル
クを考慮した加速度制限値乃至時定数の計算をどの軸間
について行なうかは、ケースに応じて定めることが好ま
しい。

【００４７】また、本実施例では自動機械としてロボッ
トを想定したが、複数のリンクを回転動作あるいは並進
動作を行なう関節によって組み合わせた構造を有し、各
関節がサーボモータによって駆動される型の自動機械で
あれば、本願発明の技術思想が適用可能であることは、
これまでの説明に照らして明らかであろう。

【００４８】

【発明の効果】本願発明によれば、与えられた教示速度
Ｖt とモータの能力の範囲内でなるべく短時間で移動を
完了させるという要求を基本的に満たしながら、干渉ト
ルクを制限内に抑えることが出来る加減速制御方法が提
供される。従って、本願発明をロボット等の自動機械に
適用すれば、干渉トルクに起因した振動の発生とそれに
伴う位置決め精度の低下を防ぎつつ、モータの能力を充
分に生かした効率的な動作をロボット等の自動機械に行
なわせることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ロボットの１つの軸の移動距離（あるいは回転
角）と到達速度の関係を説明するグラフで、横軸及び縦
軸に各々時間ｔ、速度Ｖをとり、移動距離の長短に関す
る３つのケースについて、速度Ｖを時間ｔの関数として
描いたものである。

【図２】横軸に速度Ｖ、縦軸にトルクＴをとり、サーボ
モータのトルクカーブを描いたグラフである。

【図３】加速度ａ（干渉トルク非考慮）を計算する際に
必要となる諸量について説明する為に、ロボットの構造
を模式化して示したものである。

【図４】図３に示したロボットの第２軸及び第３軸の関
連部分を抽出描示した模式図である。

【図５】ロボットの第２軸Ｊ2 を駆動するモータＭ2 と
そのアーム部分Ａ2 によって構成されるバネ結合系につ
いて説明する模式図である。

【図６】本実施例で使用されるロボット制御装置の代表
的な構成の概略を表わした要部ブロック図である。

【図７】本実施例において実行される処理の概要を説明
するフローチャートである。

【符号の説明】

１ ロボット ２ ロングモーションの運動を表わすライン ３ ロングモーションとショートモーションの境界の運
動を表わすライン ４，５ ショートモーションの運動を表わすライン Ｊ1 〜Ｊ6 ロボットの各軸 Ｋ2 バネ定数 Ｌ1 ，Ｌ2 負荷重心位置のオフセット量 ｌ2 第３軸Ｊ3 のリンク長 Ｍ2 ，Ａ2 第２軸Ｊ2 を駆動するモータとそのアーム
部分 ｍ2 第２軸Ｊ2 で駆動されるアーム部分の質量 ｍ3 第３軸Ｊ3 で駆動されるアーム部分の質量 Ｑ2 第３軸Ｊ2 で駆動されるアーム部分の重心 Ｑ3 第３軸Ｊ3 で駆動されるアーム部分の重心 Ｔmax 最大トルク Ｗ 負荷重量

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｄ 3/12 ３０６ Ｒ 7609−3Ｈ Ｇ 7609−3Ｈ 7531−3Ｈ Ｇ０５Ｂ 19/407 Ｑ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各々サーボモータによって駆動される複
   数の関節によって結合された幾つかのリンクを有する自
   動機械の加減速制御方法において、 前記各関節に対応した各軸の内少なくとも１つの軸に関
   し、教示速度とサーボモータの能力の範囲内で移動に要
   する時間を短縮化する観点から求められた干渉トルク非
   考慮加速度と他軸への干渉トルクを所定制限内に抑える
   という観点から求められた加速度の値を比較し、大きく
   ない方の加速度に基づいて加減速時定数を決定すること
   を特徴とする前記干渉トルクを考慮した自動機械の加減
   速制御方法。
2. 【請求項２】 各々サーボモータによって駆動される複
   数の関節によって結合された幾つかのリンクを有する自
   動機械の加減速制御方法において、 前記各関節に対応した各軸の内少なくとも１つの軸に関
   し、動作プログラムで指定された移動ブロックにおける
   移動量から到達速度を求め、前記到達速度からサーボモ
   ータの出力トルクを求め、前記出力トルクから静負荷ト
   ルクを減じて加速トルクを求め、前記加速トルクとサー
   ボモータの負荷イナーシャから干渉トルク非考慮加速度
   を求める一方、 前記少なくとも１つの軸から他軸への干渉トルクを所定
   制限内に抑える最大加速度を求め、この最大加速度と前
   記干渉トルク非考慮加速度の値を比較し、大きくない方
   の加速度に基づいて加減速時定数を決定することを特徴
   とする前記干渉トルクを考慮した自動機械の加減速制御
   方法。
3. 【請求項３】 各々サーボモータによって駆動される複
   数の関節によって結合された幾つかのリンクを有する自
   動機械の加減速制御方法において、 前記各関節に対応した各軸に関し、動作プログラムで指
   定された移動ブロックにおける移動量から到達速度を求
   め、前記到達速度からサーボモータの出力トルクを求
   め、前記出力トルクから静負荷トルクを減じて加速トル
   クを求め、前記加速トルクとサーボモータの負荷イナー
   シャから干渉トルク非考慮加速度を求める一方、 少なくとも１つの軸から他軸への干渉トルクを所定制限
   内に抑える最大加速度を求め、この最大加速度と前記少
   なくとも１つの軸についての前記干渉トルク非考慮加速
   度の値を比較し、大きくない方の加速度に基づいてその
   軸の加減速時定数を定め、 残りの軸に関しては、前記干渉トルク非考慮加速度に基
   づいて各軸の加減速時定数を決定することを特徴とする
   特徴とする前記干渉トルクを考慮した自動機械の加減速
   制御方法。
4. 【請求項４】 各々サーボモータによって駆動される複
   数の関節によって結合された幾つかのリンクを有する自
   動機械の加減速制御方法において、 前記各関節に対応した各軸に関し、動作プログラムで指
   定された移動ブロックにおける移動量から到達速度を求
   め、前記到達速度からサーボモータの出力トルクを求
   め、前記出力トルクから静負荷トルクを減じて加速トル
   クを求め、前記加速トルクとサーボモータの負荷イナー
   シャから干渉トルク非考慮加速度を求める一方、 少なくとも１つの軸から他軸への干渉トルクを所定制限
   内に抑える最大加速度を求め、この最大加速度と前記少
   なくとも１つの軸についての前記干渉トルク非考慮加速
   度の値を比較し、大きくない方の加速度に基づいてその
   軸の加減速時定数を求め、 更に、残りの軸に関し前記干渉トルク非考慮加速度に基
   づいて各軸の加減速時定数を求め、 全軸について求められた加減速定数の最大値を全軸共通
   の加減速定数として決定することを特徴とする前記干渉
   トルクを考慮した自動機械の加減速制御方法。