JPH07337055A - ロボットの制御装置 - Google Patents
ロボットの制御装置Info
- Publication number
- JPH07337055A JPH07337055A JP6145667A JP14566794A JPH07337055A JP H07337055 A JPH07337055 A JP H07337055A JP 6145667 A JP6145667 A JP 6145667A JP 14566794 A JP14566794 A JP 14566794A JP H07337055 A JPH07337055 A JP H07337055A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- arm
- speed
- electric motor
- angular acceleration
- robot
- 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.)
- Pending
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- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】制御系の極の影響を考慮にいれて機械系に発生
する振動を抑制し、高速高精度のロボット制御装置を提
供する。 【構成】駆動されるアームの速度、および、アームと電
動機の回転軸とのねじれ角加速度を検出する。その検出
信号の両方を減衰トルク成分として電動機の駆動指令に
フィードバックする。
する振動を抑制し、高速高精度のロボット制御装置を提
供する。 【構成】駆動されるアームの速度、および、アームと電
動機の回転軸とのねじれ角加速度を検出する。その検出
信号の両方を減衰トルク成分として電動機の駆動指令に
フィードバックする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ロボットの制御装置に
関し、特に電動機駆動による発生するロボットの振動を
制御する装置に関するものである。
関し、特に電動機駆動による発生するロボットの振動を
制御する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に産業用ロボットの駆動部分は、電
動機と、その減速をする減速機部と、アームから構成さ
れる。通常ロボットを位置決め動作させたとき等に発生
するアームの振動は、減速機部の機械的剛性が電動機回
転軸シャフトおよびアームと比べて低いために発生す
る。位置決め動作時等に、この振動が発生するとサイク
ルタイムの悪化を招く。従来、この振動を抑制するため
に、特開昭54-31877でアームの加速度を速度指令にフィ
ードバックする方法、特公昭59-4954 で軸ねじりトルク
の微分値を電流指令にフィードバックする方法、特公平
6-38212 でねじれ角度の時間微分値（ねじれ角速度）を
フィードバックする方法、本出願人が提案した特願平4-
350534でアームの回転角速度を電流指令にフィードバッ
クする方法等が提案されている。これらの方法は機械系
の振動周波数に比べて制御系の応答周波数が十分速けれ
ば、機械系の振動が減衰される。
動機と、その減速をする減速機部と、アームから構成さ
れる。通常ロボットを位置決め動作させたとき等に発生
するアームの振動は、減速機部の機械的剛性が電動機回
転軸シャフトおよびアームと比べて低いために発生す
る。位置決め動作時等に、この振動が発生するとサイク
ルタイムの悪化を招く。従来、この振動を抑制するため
に、特開昭54-31877でアームの加速度を速度指令にフィ
ードバックする方法、特公昭59-4954 で軸ねじりトルク
の微分値を電流指令にフィードバックする方法、特公平
6-38212 でねじれ角度の時間微分値（ねじれ角速度）を
フィードバックする方法、本出願人が提案した特願平4-
350534でアームの回転角速度を電流指令にフィードバッ
クする方法等が提案されている。これらの方法は機械系
の振動周波数に比べて制御系の応答周波数が十分速けれ
ば、機械系の振動が減衰される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし実際のロボット
等の制御システムでは制御系の応答性は機械系の振動周
波数帯域と同程度であり、またアームの姿勢が変化して
アームイナーシャが小さくなって機械系の固有周波数が
上がって制御系の応答周波数に近くなるか、それ以上に
なると上記方法を適用しても振動が減衰されないか、も
しくは系が不安定になってしまうという問題があった。
そこで本発明は、制御系の極の影響を考慮にいれて機械
系に発生する振動を抑制し、高速高精度のロボット制御
装置を提供することを目的とする。
等の制御システムでは制御系の応答性は機械系の振動周
波数帯域と同程度であり、またアームの姿勢が変化して
アームイナーシャが小さくなって機械系の固有周波数が
上がって制御系の応答周波数に近くなるか、それ以上に
なると上記方法を適用しても振動が減衰されないか、も
しくは系が不安定になってしまうという問題があった。
そこで本発明は、制御系の極の影響を考慮にいれて機械
系に発生する振動を抑制し、高速高精度のロボット制御
装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、アームを減速
機を介して電動機により駆動するロボットの制御装置に
おいて、前記電動機の電流または発生トルクを制御する
制御回路と、駆動される前記アームの速度を検出するア
ーム速度検出装置と、前記アームと前記電動機の回転軸
とのねじれ角加速度を検出するねじれ角加速度検出装置
と、前記検出されたアーム速度およびねじれ角加速度の
両方を減衰トルク成分として前記制御回路にフィードバ
ックする手段と、を備えることを特徴とするものであ
る。
機を介して電動機により駆動するロボットの制御装置に
おいて、前記電動機の電流または発生トルクを制御する
制御回路と、駆動される前記アームの速度を検出するア
ーム速度検出装置と、前記アームと前記電動機の回転軸
とのねじれ角加速度を検出するねじれ角加速度検出装置
と、前記検出されたアーム速度およびねじれ角加速度の
両方を減衰トルク成分として前記制御回路にフィードバ
ックする手段と、を備えることを特徴とするものであ
る。
【０００５】
【作用】上記手段によりロボットの振動が速やかに減衰
される．
される．
【０００６】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する．図３は振動が発生するロボットの一例を示して
いる。図３の構成はアーム１、減速機２、電動機３、位
置制御器４、電動機位置検出器５からなり、位置検出器
５の信号が制御器４に入力され、制御器４内で電動機位
置信号の時間微分から電動機速度を求め速度帰還ループ
を構成し、また電動機位置信号から位置帰還ループを構
成する。
明する．図３は振動が発生するロボットの一例を示して
いる。図３の構成はアーム１、減速機２、電動機３、位
置制御器４、電動機位置検出器５からなり、位置検出器
５の信号が制御器４に入力され、制御器４内で電動機位
置信号の時間微分から電動機速度を求め速度帰還ループ
を構成し、また電動機位置信号から位置帰還ループを構
成する。
【０００７】図４が図３に示したロボットの振動発生モ
デルを示している。電動機イナーシャＪm とアームイナ
ーシャＪL がばねを介して結合される。ねじれ角θS は
電動機回転角度とアーム回転角度の差を表す。図４に示
したモデルを制御系も含めてブロック線図に表したもの
が図２である。位置指令θr と電動機の位置信号の差か
ら位置偏差を作り、位置偏差に位置ループゲイン１１を
乗じたものを速度指令として速度ループに入力し速度ル
ープは速度ループゲイン１２と積分器１３からなるＰＩ
制御器として電流指令を求め、電流ループが構成され、
電動機１４に電流を与える。電動機１４の回転角とアー
ム回転角のねじれ角θS にばね定数１５を乗じたもの
が、アーム駆動トルクとしてアームに伝達され、アーム
回転角速度ωL 、アーム回転角θL が出力される。電流
ループは速度ループ、位置ループと比較して応答が非常
に速いので１とした。図８は図３に示したモデルのアー
ムの姿勢が変化してイナーシャＪL が変化した場合を想
定し、位置指令θr にステップ状の指令を入力した時の
アームの回転角の応答に振動があらわれることを示した
もので、図８中のがアームイナーシャＪL が電動機イ
ナーシャＪm の１倍の場合でがアームイナーシャＪL
が電動機イナーシャＪm の１０倍の場合である。
デルを示している。電動機イナーシャＪm とアームイナ
ーシャＪL がばねを介して結合される。ねじれ角θS は
電動機回転角度とアーム回転角度の差を表す。図４に示
したモデルを制御系も含めてブロック線図に表したもの
が図２である。位置指令θr と電動機の位置信号の差か
ら位置偏差を作り、位置偏差に位置ループゲイン１１を
乗じたものを速度指令として速度ループに入力し速度ル
ープは速度ループゲイン１２と積分器１３からなるＰＩ
制御器として電流指令を求め、電流ループが構成され、
電動機１４に電流を与える。電動機１４の回転角とアー
ム回転角のねじれ角θS にばね定数１５を乗じたもの
が、アーム駆動トルクとしてアームに伝達され、アーム
回転角速度ωL 、アーム回転角θL が出力される。電流
ループは速度ループ、位置ループと比較して応答が非常
に速いので１とした。図８は図３に示したモデルのアー
ムの姿勢が変化してイナーシャＪL が変化した場合を想
定し、位置指令θr にステップ状の指令を入力した時の
アームの回転角の応答に振動があらわれることを示した
もので、図８中のがアームイナーシャＪL が電動機イ
ナーシャＪm の１倍の場合でがアームイナーシャＪL
が電動機イナーシャＪm の１０倍の場合である。
【０００８】ここで電流指令にアーム回転角速度のネガ
ティブフィードバックを施し、かつねじれ角加速度のポ
ジティブフィードバックを施した時のブロック図を図１
に示す。ねじれ角θS を２階微分器１９で２階微分して
ねじれ角加速度を求め、ゲイン調整器１８でゲイン調整
したものを電流指令に加え、またアームの回転角速度ω
L を２０でゲイン調整して電流指令に加えるものであ
る。ここで図４の位置指令θr からアーム回転角θL ま
での伝達関数をもとめ、ゲイン調整器１８、２０のゲイ
ンを０から１対５０程度の割合でそれぞれ上げていった
時の伝達関数の極の動きを示したものが図７である。図
７中のはアームイナーシャＪLが電動機イナーシャＪ
m の１倍、がアームイナーシャＪL が電動機イナーシ
ャＪm の１０倍の極を示し、Ｐが位置ループによってで
きる極、Ｖが速度ループによってできる極、Ｏが機械系
の振動極を示している。図７からわかるように機械系の
振動極はフィードバックゲインの増加に伴ってイナーシ
ャが変化してもダンピングが増す方向に動く。また速度
ループによってできた極も実軸上に移動してより振動の
少ない系となることがわかる。この場合の、位置指令θ
r にステップ状の入力をしたときのアーム回転角θL の
応答を図９に示す。図８のフィードバックを施さない場
合と比較して振動がよく減衰しているのがわかる。
ティブフィードバックを施し、かつねじれ角加速度のポ
ジティブフィードバックを施した時のブロック図を図１
に示す。ねじれ角θS を２階微分器１９で２階微分して
ねじれ角加速度を求め、ゲイン調整器１８でゲイン調整
したものを電流指令に加え、またアームの回転角速度ω
L を２０でゲイン調整して電流指令に加えるものであ
る。ここで図４の位置指令θr からアーム回転角θL ま
での伝達関数をもとめ、ゲイン調整器１８、２０のゲイ
ンを０から１対５０程度の割合でそれぞれ上げていった
時の伝達関数の極の動きを示したものが図７である。図
７中のはアームイナーシャＪLが電動機イナーシャＪ
m の１倍、がアームイナーシャＪL が電動機イナーシ
ャＪm の１０倍の極を示し、Ｐが位置ループによってで
きる極、Ｖが速度ループによってできる極、Ｏが機械系
の振動極を示している。図７からわかるように機械系の
振動極はフィードバックゲインの増加に伴ってイナーシ
ャが変化してもダンピングが増す方向に動く。また速度
ループによってできた極も実軸上に移動してより振動の
少ない系となることがわかる。この場合の、位置指令θ
r にステップ状の入力をしたときのアーム回転角θL の
応答を図９に示す。図８のフィードバックを施さない場
合と比較して振動がよく減衰しているのがわかる。
【０００９】ねじれ角加速度フィードバックゲインｋｆ
ｓ、アーム回転角速度フィードバックゲインｋｆｗはア
ームイナーシャＪL が変化しても、ダンピングが増える
ような値で一定としてもよいし、ＪL が小さいときは、
ｋｆｓを大きくして、ＪL の値が大きいときはｋｆｗの
値を大きくしてもよい。比較のために従来提案されてい
る、ねじれトルクの微分値を電流指令へフィードバック
する方法、アーム回転角速度のみをを電流指令にフィー
ドバックする方法を、同様に伝達関数を求めて、フィー
ドバックゲインを上げていった時の、極の動きを図６、
図５に示す。明かにアームイナーシャが小さい時はダン
ピングが増えないで不安定極となる。またねじれトルク
の微分値を電流指令へフィードバックする方法では制御
系の極が振動根となるため、機械系の振動以外に制御系
の振動が発生すると予想される。
ｓ、アーム回転角速度フィードバックゲインｋｆｗはア
ームイナーシャＪL が変化しても、ダンピングが増える
ような値で一定としてもよいし、ＪL が小さいときは、
ｋｆｓを大きくして、ＪL の値が大きいときはｋｆｗの
値を大きくしてもよい。比較のために従来提案されてい
る、ねじれトルクの微分値を電流指令へフィードバック
する方法、アーム回転角速度のみをを電流指令にフィー
ドバックする方法を、同様に伝達関数を求めて、フィー
ドバックゲインを上げていった時の、極の動きを図６、
図５に示す。明かにアームイナーシャが小さい時はダン
ピングが増えないで不安定極となる。またねじれトルク
の微分値を電流指令へフィードバックする方法では制御
系の極が振動根となるため、機械系の振動以外に制御系
の振動が発生すると予想される。
【００１０】ねじれ角加速度はねじれ角θS の２階微分
値で求めることに代えて、アームの回転角速度ωL を求
める検出器をとりつけることによってアームの回転角速
度ωL と電動機速度ωm との差の時間微分から求めても
良いし、加速度検出器をアームにとりつけることにより
アームの回転角加速度とモータ速度の微分値との差より
求めてもよいし、オブザーバを構成して求めても良い。
値で求めることに代えて、アームの回転角速度ωL を求
める検出器をとりつけることによってアームの回転角速
度ωL と電動機速度ωm との差の時間微分から求めても
良いし、加速度検出器をアームにとりつけることにより
アームの回転角加速度とモータ速度の微分値との差より
求めてもよいし、オブザーバを構成して求めても良い。
【００１１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ロ
ボットのアームの振動がアームの姿勢が変化しても速や
かに減衰され、ロボットのサイクルタイムの向上が実現
できるという効果がある。
ボットのアームの振動がアームの姿勢が変化しても速や
かに減衰され、ロボットのサイクルタイムの向上が実現
できるという効果がある。
【図１】本発明の実施例を示すブロック図
【図２】振動モデルを示すブロック図
【図３】従来の振動を発生するロボットの一例を示す図
【図４】実施例の振動モデルを示す図
【図５】アーム回転角速度をフィードバックしたときの
極の動きを示した図
極の動きを示した図
【図６】ねじれトルクの微分値をフィードバックしたと
きの極の動きを示した図
きの極の動きを示した図
【図７】本発明を実施したときの極の動きを示す図
【図８】従来のステップ応答を示す図
【図９】本発明を実施したときのステップ応答を示す図
１ アーム ２ 減速機 ３ 電動機 ４ 位置制御器 ５ 電動機位置検出器
Claims (4)
- 【請求項１】アームを減速機を介して電動機により駆動
するロボットの制御装置において、 前記電動機の電流または発生トルクを制御する制御回路
と、 駆動される前記アームの速度を検出するアーム速度検出
装置と、 前記アームと前記電動機の回転軸とのねじれ角加速度を
検出するねじれ角加速度検出装置と、 前記検出されたアーム速度およびねじれ角加速度の両方
を減衰トルク成分として前記制御回路にフィードバック
する手段と、を備えることを特徴とするロボットの制御
装置。 - 【請求項２】請求項１のアーム速度検出装置およびねじ
れ角加速度検出装置に代えて、前記電動機の位置および
速度信号および前記電動機発生トルク指令の情報よりオ
ブザーバを構成して、駆動される前記アームの速度およ
びアームと前記電動機の回転軸とのねじれ角加速度信号
を求める手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の
ロボットの制御装置。 - 【請求項３】前記アームの姿勢に応じて、前記アーム速
度と、前記アームと前記電動機の回転軸とのねじれ角加
速度のフィードバックゲインを調整する手段を備えるこ
とを特徴とする請求項１記載のロボット駆動系振動制御
装置。 - 【請求項４】前記ねじれ角加速度に代えて、ねじれトル
クの２階微分値をフィードバックするものである請求項
１記載のロボットの制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6145667A JPH07337055A (ja) | 1994-06-03 | 1994-06-03 | ロボットの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6145667A JPH07337055A (ja) | 1994-06-03 | 1994-06-03 | ロボットの制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07337055A true JPH07337055A (ja) | 1995-12-22 |
Family
ID=15390307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6145667A Pending JPH07337055A (ja) | 1994-06-03 | 1994-06-03 | ロボットの制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07337055A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002335686A (ja) * | 2001-05-09 | 2002-11-22 | Yaskawa Electric Corp | モータ制御装置 |
| US8838275B2 (en) | 2011-09-21 | 2014-09-16 | Seiko Epson Corporation | Robot and robot control method |
| JP2015122846A (ja) * | 2013-12-20 | 2015-07-02 | Juki株式会社 | 位置決め装置の制御装置 |
| WO2018203492A1 (ja) * | 2017-05-03 | 2018-11-08 | 株式会社不二越 | ロボットシステム |
-
1994
- 1994-06-03 JP JP6145667A patent/JPH07337055A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002335686A (ja) * | 2001-05-09 | 2002-11-22 | Yaskawa Electric Corp | モータ制御装置 |
| US8838275B2 (en) | 2011-09-21 | 2014-09-16 | Seiko Epson Corporation | Robot and robot control method |
| JP2015122846A (ja) * | 2013-12-20 | 2015-07-02 | Juki株式会社 | 位置決め装置の制御装置 |
| WO2018203492A1 (ja) * | 2017-05-03 | 2018-11-08 | 株式会社不二越 | ロボットシステム |
| JPWO2018203492A1 (ja) * | 2017-05-03 | 2020-03-19 | 株式会社不二越 | ロボットシステム |
| US11123868B2 (en) | 2017-05-03 | 2021-09-21 | Nachi-Fujikoshi Corp. | Robot system |
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