JPH0728528A - 産業用ロボットの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】教示ポイントを増やすことなく、重力の影響に
よる位置ズレを除去できる装置を提供する。 【構成】あらかじめ減速機の特性を調べ、トルクＴとね
じれ角θ_s の関係式をθ_s ＝Ｆ（Ｔ）という形で求める
か、オブザ−バによりねじれ角θ_s を推定する。そし
て、重力の影響により関節部に生じるトルクを、トルク
指令より求める。そのトルクを上式に代入して重力によ
るねじれ角θ_s を算出する。求めたθ_s の値を位置指令
値θ_r に加え、新たな位置指令値θ_r ^* ＝θ_r ＋θ_s を
導出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボットの制御
装置に関し、特に、重力の影響による間接部のねじれに
起因するアーム先端位置の位置ずれを除去できる装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】現在の産業用ロボットは、そのほとんど
が、関節部に減速機を有している。ところが、重力の影
響を受ける軸（回転軸が重力方向と平行でない軸）で
は、関節部にねじれが生じ、位置指令と実際の手先位置
にズレが発生する。図３は従来の制御方式を簡略なブロ
ック線図で表したもので、１は位置制御器、２は速度制
御器、３はモータ（Ｊ_M はモ−タイナ−シャ）、４は減
速機（Ｋは減速機のバネ係数）、５は負荷（Ｊ_L は負荷
イナ−シャ）、Ｔ_ref はトルク指令、Ｄは重力外乱であ
る。このブロック線図より、モ−タと負荷の運動方程式
は次式となる。

【０００３】

【数１】

【０００４】高精度の位置決めは、低速の場合問題とな
るので、加速度の影響は小さいと考えられるので、次式
となる。

【０００５】

【数２】

【０００６】負荷とモ−タ軸の位置の差がねじれ角θ_S
であるので、 θ_s ＝θ_M −θ_L である。（２）式より、 θ_L ＝θ_M ＋Ｄ／Ｋ ＝θ_M −θ_s …（３） （３）式より、現状のままでは、重力の影響によりねじ
れ角θ_s が生じ、θ_M よりＤ／Ｋだけ位置ズレが発生す
る。従来では、この問題を解決するため、途中の教示ポ
イントを増やすことにより、相対的な位置ズレ量をでき
るだけ減らすというやり方が行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のやり
方では、教示ポイントが増えるため、教示に時間がかか
るという問題があった。そこで本発明は、教示ポイント
を増やすことなく、重力の影響による位置ズレを除去で
きる装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、駆動用モータ
の回転をアームに伝える減速機を有し、かつその減速機
を有した軸の回転方向が重力の影響を受けるような関節
を備えた産業用ロボットの制御装置において、重力によ
り関節部に生じるトルクを求める手段と、前記求めたト
ルクによるねじれ角を最初の位置指令値に加えて新たな
位置指令値を作成する手段とを備えたことを特徴とする
ものである。

【０００９】

【作用】従来の式で、θ_Mrを重力の影響が無い場合の所
望のモ−タ位置とし、 θ_M ＝θ_Mr−Ｄ／Ｋ とする。（３）式より、 θ_L ＝θ_Mr−Ｄ／Ｋ＋Ｄ／Ｋ＝θ_Mr となり、角度位置θ_L とθ_Mrが一致する。ここで、Ｄ／
Ｋは、重心位置、Ｋ等がわかっていればそのまま計算で
きる。しかしロボットは、姿勢により重心位置は時々刻
々変化してしまうので、Ｔ_{re f} よりθ_s を求める方が現
実的である。つまり、（１）、（３）式より、 θ_S ＝−Ｄ／Ｋ＝Ｔ_ref ／Ｋ となる。ところが、一般的にＫは非線形であり、一定値
とできない。そこで、本発明では、θ_s を求めるため、
あらかじめ減速機の特性を調べ、トルクＴとねじれ角θ
_s の関係式をθ_s ＝Ｆ（Ｔ）という形で求めるか、オブ
ザ−バによりねじれ角θ_s を推定する。そして、重力の
影響により関節部に生じるトルクを、トルク指令より求
める。そのトルクを、上式に代入して重力によるねじれ
角θ_s を算出する。求めたθ_s の値を位置指令値θ_r に
加え、新たな位置指令値θ_r ^* （＝θ_r ＋θ_s ）を導出
する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を図に示して説
明する。図１が本発明のブロック線図であり、図３に示
したブロック線図に追加されたθ_s 計算部６が、重力に
より関節部に生じるねじれ角を算出する部分である。ト
ルクとねじれ角の関係をあらかじめ測定し、θ_s ＝Ｆ
（Ｔ_ref ）という関係式を求めておく。図４は、ヒステ
リシスを有する関数Ｆの例である。この式よりねじれ角
を算出する。このθ_s 計算部６で導出された重力による
関節部のねじれ角θ_s を最初の位置指令値θ_r にフィ−
ドバックし、新たな位置指令値θ_r ^* ＝θ_r＋θ_s を作
成する。他の実施例として、図２に示すように、オブザ
−バ７を設け、Ｔ_ref とブロック３の出力（角速度）か
らθ_s を推定して求めてもよい。以上、加速度が０の場
合について実施例として説明を行ってきたが、加速度が
０でない場合についても、Ｔ_ref より加速度分のトルク
を減じたあとに同様の処置を行えば良いことになる。

【００１１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、重
力の影響により関節部に生じるトルクを求めて、正帰還
させるので、重力の影響による位置ズレを補正すること
ができ、ロボットの手先位置の絶対精度が向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のブロック線図

【図２】本発明の他の実施例のブロック線図

【図３】従来のブロック線図

【図４】本発明のθ_s 計算部ガ記憶しておく関数の例を
示す図

【符号の説明】

１ 位置制御器 ２ 速度制御器 ３ モータ ４ 減速機 ５ 負荷 ６ θ_s 計算部 ７ オブザーバ Ｔ_ref トルク指令 Ｄ 重力外乱

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動用モータの回転をアームに伝える減速
   機を有し、かつその減速機を有した軸の回転方向が重力
   の影響を受けるような関節を備えた産業用ロボットの制
   御装置において、重力により関節部に生じるトルクを求
   める手段と、前記求めたトルクによるねじれ角を最初の
   位置指令値に加えて新たな位置指令値とする手段とを備
   えたことを特徴とする産業用ロボットの制御装置。
2. 【請求項２】重力により関節部に生じるトルクを求める
   手段は、予め求めておいた減速機のトルク指令−ねじれ
   角特性から算出するものである請求項１記載の産業用ロ
   ボットの制御装置。
3. 【請求項３】重力により関節部に生じるトルクを求める
   手段は、オブザ−バにより推定するものである請求項１
   記載の産業用ロボットの制御装置。