JPH0793010A - ロボットの制御装置 - Google Patents
ロボットの制御装置Info
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- JPH0793010A JPH0793010A JP25921993A JP25921993A JPH0793010A JP H0793010 A JPH0793010 A JP H0793010A JP 25921993 A JP25921993 A JP 25921993A JP 25921993 A JP25921993 A JP 25921993A JP H0793010 A JPH0793010 A JP H0793010A
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- axis
- moment
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Abstract
(57)【要約】
【目的】バランサを有したロボットにおける重力トルク
を考慮して制御性能を向上させる。 【構成】教示点データ間の補間演算の間において、リア
ルタイムで、各軸の回りの慣性モーメント及び重力トル
クが、角軸の現在角度及びリンクの長さ、質量等の値を
用いて演算される(302-306) 。又、バランサによる重力
トルクを補償している軸については、角軸の現在角度、
バランサの幾何学的構成やバネ定数を用いて、その時の
その軸の回りの補償トルクが演算され(308) 、その軸の
回りの重力トルクに補償トルクが加算補正されて(310)
、合成重力トルクが演算される。そして、これらの慣
性モーメント及び重力トルクに応じて、速度ループのゲ
インや各種のフィードフォワード値が補正される。
を考慮して制御性能を向上させる。 【構成】教示点データ間の補間演算の間において、リア
ルタイムで、各軸の回りの慣性モーメント及び重力トル
クが、角軸の現在角度及びリンクの長さ、質量等の値を
用いて演算される(302-306) 。又、バランサによる重力
トルクを補償している軸については、角軸の現在角度、
バランサの幾何学的構成やバネ定数を用いて、その時の
その軸の回りの補償トルクが演算され(308) 、その軸の
回りの重力トルクに補償トルクが加算補正されて(310)
、合成重力トルクが演算される。そして、これらの慣
性モーメント及び重力トルクに応じて、速度ループのゲ
インや各種のフィードフォワード値が補正される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、軸の回りの重力トルク
を補償するためのバランサを有したロボットにおいて、
各軸の回りの慣性モーメント及び重力トルクがロボット
の姿勢の変化に伴って変化することによって生じる軌跡
制御性能の低下を防止した装置に関する。
を補償するためのバランサを有したロボットにおいて、
各軸の回りの慣性モーメント及び重力トルクがロボット
の姿勢の変化に伴って変化することによって生じる軌跡
制御性能の低下を防止した装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】多関節ロボットにおいては、軸の回りの
重力トルクを補償するためにバランサを取り付けたもの
が存在する。このバランサを取り付けたロボットにおい
ても、姿勢変化に伴って、各軸の回りの慣性モーメント
及び重力トルクが変化する。このため、位置及び速度フ
ィードバックループのゲインを一定とすると、ロボット
の全作動領域において位置決め誤差や位置決め速度を一
定にすることは困難である。例えば、位置や速度のフィ
ードバックループのゲインを慣性モーメントや重力トル
クが最大となる姿勢の時に所定の位置決め誤差及び位置
決め速度が得られるように設定した場合には、慣性モー
メントや重力トルクが小さくなる姿勢では、フィードバ
ックループのゲインが高くなり過ぎ、振動が発生し、位
置決め時間が長くなるという問題がある。逆に、フィー
ドバックループのゲインを慣性モーメントや重力トルク
が最小となる姿勢の時に所定の位置決め誤差及び位置決
め速度が得られるように設定した場合には、慣性モーメ
ントや重力トルクが大きくなる姿勢では、フィードバッ
クループのゲインが不足し、位置決め誤差が増大した
り、追随遅れが増大し、位置決め時間が長くなるという
問題がある。
重力トルクを補償するためにバランサを取り付けたもの
が存在する。このバランサを取り付けたロボットにおい
ても、姿勢変化に伴って、各軸の回りの慣性モーメント
及び重力トルクが変化する。このため、位置及び速度フ
ィードバックループのゲインを一定とすると、ロボット
の全作動領域において位置決め誤差や位置決め速度を一
定にすることは困難である。例えば、位置や速度のフィ
ードバックループのゲインを慣性モーメントや重力トル
クが最大となる姿勢の時に所定の位置決め誤差及び位置
決め速度が得られるように設定した場合には、慣性モー
メントや重力トルクが小さくなる姿勢では、フィードバ
ックループのゲインが高くなり過ぎ、振動が発生し、位
置決め時間が長くなるという問題がある。逆に、フィー
ドバックループのゲインを慣性モーメントや重力トルク
が最小となる姿勢の時に所定の位置決め誤差及び位置決
め速度が得られるように設定した場合には、慣性モーメ
ントや重力トルクが大きくなる姿勢では、フィードバッ
クループのゲインが不足し、位置決め誤差が増大した
り、追随遅れが増大し、位置決め時間が長くなるという
問題がある。
【０００３】この課題を解決するために、教示データ間
を補間して各軸の指令角度を演算すると共にその指令角
度における各軸の回りの慣性モーメント及び重力トルク
を演算して、それらの値に基づいて位置及び速度フィー
ドバックループのゲインを変化させることが考えられ
る。しかしながら、教示データの補間には多大な時間が
かかる上に、各補間点における慣性モーメント及び重力
トルクを演算するとすると、ＣＰＵの演算時間が長くな
り、教示データの補間周期が長くなる。この結果、ロボ
ットの姿勢変化速度を大きくすることができないという
問題が発生する。
を補間して各軸の指令角度を演算すると共にその指令角
度における各軸の回りの慣性モーメント及び重力トルク
を演算して、それらの値に基づいて位置及び速度フィー
ドバックループのゲインを変化させることが考えられ
る。しかしながら、教示データの補間には多大な時間が
かかる上に、各補間点における慣性モーメント及び重力
トルクを演算するとすると、ＣＰＵの演算時間が長くな
り、教示データの補間周期が長くなる。この結果、ロボ
ットの姿勢変化速度を大きくすることができないという
問題が発生する。
【０００４】又、慣性モーメント及び重力トルクの演算
量を減少させる方法として、特開昭５９−２２０８０６
号公報に記載のものが存在する。この方法は、位置及び
姿勢の教示時に、教示点での慣性モーメント及び重力ト
ルクを演算して、教示データと共に記憶しておき、ロボ
ットの動作時には、教示点間の補間演算と共に慣性モー
メント及び重力トルクも補間演算するという方法であ
る。この方法によれば、教示点での慣性モーメント及び
重力トルクを各軸の角度から演算する必要がないことか
ら、ＣＰＵの演算時間は短縮され、教示データの補間周
期が長くならないという利点がある。
量を減少させる方法として、特開昭５９−２２０８０６
号公報に記載のものが存在する。この方法は、位置及び
姿勢の教示時に、教示点での慣性モーメント及び重力ト
ルクを演算して、教示データと共に記憶しておき、ロボ
ットの動作時には、教示点間の補間演算と共に慣性モー
メント及び重力トルクも補間演算するという方法であ
る。この方法によれば、教示点での慣性モーメント及び
重力トルクを各軸の角度から演算する必要がないことか
ら、ＣＰＵの演算時間は短縮され、教示データの補間周
期が長くならないという利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように、教示時に教示点における慣性モーメント及び重
力トルクを演算するという方法は、教示時において、ロ
ボットの手首部先端に取り付けられるハンドやこのハン
ドが把持する工具の重心や質量が既知であることが必要
となるため、工具を動作時と同一工具にしておかなけれ
ばならないという問題がある。又、別の工具を用いて同
一教示データで加工する場合には、各教示点における慣
性モーメント及び重力トルクが異なるため精度の高い制
御を行うことが困難である。さらに、異なる重量の物体
をロボットにより把持して同一経路で移動させる様な場
合には、重量が異なれば、同一姿勢でも慣性モーメント
及び重力トルクが異なるので、それぞれの教示データを
作成する必要がある。又、重量物の把持前と把持後で
は、同一姿勢でも慣性モーメント及び重力トルクが異な
るため、単一の教示データでは対応できないという問題
がある。
ように、教示時に教示点における慣性モーメント及び重
力トルクを演算するという方法は、教示時において、ロ
ボットの手首部先端に取り付けられるハンドやこのハン
ドが把持する工具の重心や質量が既知であることが必要
となるため、工具を動作時と同一工具にしておかなけれ
ばならないという問題がある。又、別の工具を用いて同
一教示データで加工する場合には、各教示点における慣
性モーメント及び重力トルクが異なるため精度の高い制
御を行うことが困難である。さらに、異なる重量の物体
をロボットにより把持して同一経路で移動させる様な場
合には、重量が異なれば、同一姿勢でも慣性モーメント
及び重力トルクが異なるので、それぞれの教示データを
作成する必要がある。又、重量物の把持前と把持後で
は、同一姿勢でも慣性モーメント及び重力トルクが異な
るため、単一の教示データでは対応できないという問題
がある。
【０００６】又、軸の回りの重力トルクを補償するため
のバランサを用いたロボットが存在するが、このバラン
サによる重力トルクの補償量は、ロボットの姿勢によっ
て変化する。従って、軸の回りの重力トルクを演算する
場合にも、補償量を考慮に入れる必要があり、しかも、
姿勢によって補償量が変化することも考慮に入れなけれ
ば、サーボ制御性能が向上しない。
のバランサを用いたロボットが存在するが、このバラン
サによる重力トルクの補償量は、ロボットの姿勢によっ
て変化する。従って、軸の回りの重力トルクを演算する
場合にも、補償量を考慮に入れる必要があり、しかも、
姿勢によって補償量が変化することも考慮に入れなけれ
ば、サーボ制御性能が向上しない。
【０００７】本発明は上記の課題を解決するために成さ
れたものであり、その目的は、動作時において教示デー
タの補間周期を長くすることがなく、バランサによる重
力トルクの補償を考慮に入れて、各軸の重力トルクを演
算した上で、そのトルクに応じた制御を行うことで、制
御性能を向上させることである。
れたものであり、その目的は、動作時において教示デー
タの補間周期を長くすることがなく、バランサによる重
力トルクの補償を考慮に入れて、各軸の重力トルクを演
算した上で、そのトルクに応じた制御を行うことで、制
御性能を向上させることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成は、軸にかかる重力トルクを減少させるた
めのバランサを有したロボットの制御装置であって、位
置フィードバックループ、速度フィードバックループ及
び電流フィードバックループを有し、ロボットの工具の
位置及び姿勢を指令された位置及び姿勢に追随させる制
御装置において、少なくとも２つの教示点間を結ぶ経路
上の補間点における位置及び姿勢を規定した補間データ
を、少なくとも２つの教示データから補間周期毎に補間
演算により求める補間演算手段と、補間演算手段により
演算された補間データに従って、ロボットの各軸の回転
角の制御を行う角度制御手段と、ロボットの各軸の回転
角を検出する角度検出手段と、検出された各軸の回転角
とロボットの各リンクの長さ及び質量とから、順次、各
軸の回りの慣性モーメント及び重力トルクの演算を分割
し、補間周期において補間演算手段による補間演算が行
われていない空時間を用いて、数回の補間周期で慣性モ
ーメント及び重力トルクを演算することで、各軸の回り
の慣性モーメント及び重力トルクを順次更新するモーメ
ント／トルク演算手段と、検出された各軸の回転角、及
び、バランサの構造に基づいた定数に基づいて、バラン
サの取り付けられている軸の回りのバランサによる補償
トルクの演算を分割し、補間周期において補間演算手段
による補間演算が行われていない空時間を用いて、数回
の補間周期で、バランサの補償トルクを演算する補償ト
ルク演算手段と、モーメント／トルク演算手段により演
算された重力トルクと補償トルク演算手段により演算さ
れた補償トルクとを合成するトルク合成手段と、モーメ
ント／トルク演算手段により演算され更新されているそ
の時の慣性モーメントに基づいて速度フィードバックル
ープのゲインを変化させる第１補正手段と、トルク合成
手段により演算され更新されているその時の合成重力ト
ルクに基づいて電流フィードバックループへの指令値を
加算補正する第２補正手段とを設けたことである。
の発明の構成は、軸にかかる重力トルクを減少させるた
めのバランサを有したロボットの制御装置であって、位
置フィードバックループ、速度フィードバックループ及
び電流フィードバックループを有し、ロボットの工具の
位置及び姿勢を指令された位置及び姿勢に追随させる制
御装置において、少なくとも２つの教示点間を結ぶ経路
上の補間点における位置及び姿勢を規定した補間データ
を、少なくとも２つの教示データから補間周期毎に補間
演算により求める補間演算手段と、補間演算手段により
演算された補間データに従って、ロボットの各軸の回転
角の制御を行う角度制御手段と、ロボットの各軸の回転
角を検出する角度検出手段と、検出された各軸の回転角
とロボットの各リンクの長さ及び質量とから、順次、各
軸の回りの慣性モーメント及び重力トルクの演算を分割
し、補間周期において補間演算手段による補間演算が行
われていない空時間を用いて、数回の補間周期で慣性モ
ーメント及び重力トルクを演算することで、各軸の回り
の慣性モーメント及び重力トルクを順次更新するモーメ
ント／トルク演算手段と、検出された各軸の回転角、及
び、バランサの構造に基づいた定数に基づいて、バラン
サの取り付けられている軸の回りのバランサによる補償
トルクの演算を分割し、補間周期において補間演算手段
による補間演算が行われていない空時間を用いて、数回
の補間周期で、バランサの補償トルクを演算する補償ト
ルク演算手段と、モーメント／トルク演算手段により演
算された重力トルクと補償トルク演算手段により演算さ
れた補償トルクとを合成するトルク合成手段と、モーメ
ント／トルク演算手段により演算され更新されているそ
の時の慣性モーメントに基づいて速度フィードバックル
ープのゲインを変化させる第１補正手段と、トルク合成
手段により演算され更新されているその時の合成重力ト
ルクに基づいて電流フィードバックループへの指令値を
加算補正する第２補正手段とを設けたことである。
【０００９】
【作用】ロボットの動作時には、動作プログラムに従っ
て指定の教示点への指定された移動が行われる。この
時、教示点間における各軸の角度の指令値は、教示デー
タの補間によってある補間周期毎に演算される。
て指定の教示点への指定された移動が行われる。この
時、教示点間における各軸の角度の指令値は、教示デー
タの補間によってある補間周期毎に演算される。
【００１０】この補間周期から補間演算手段による補間
演算に使用される時間を引いた残りの空時間を利用し
て、検出された各軸の回転角とロボットの各リンクの長
さ及び質量とから、順次、各軸の回りの慣性モーメント
及び重力トルクが繰り返し演算される。この順次繰り返
される演算により、その時の各軸の回りの慣性モーメン
ト及び重力トルクが順次更新される。又、同様に補間周
期から補間演算手段による補間演算に使用される時間を
引いた残りの空時間を利用して、検出された各軸の回転
角、バランサの取り付け構造及びバネ定数等に基づい
て、バランサの取り付けられている軸の回りのバランサ
による補償トルクが演算され、モーメント／トルク演算
手段により演算された重力トルクと補償トルク演算手段
により演算された補償トルクとが合成される。そして、
順次、更新されているその時の各軸の慣性モーメントに
基づいて速度フィードバックループのゲインが変化され
る。又、順次、更新されているその時の合成重力トルク
に基づいて電流フィードバックループへの指令値が加算
補正される。
演算に使用される時間を引いた残りの空時間を利用し
て、検出された各軸の回転角とロボットの各リンクの長
さ及び質量とから、順次、各軸の回りの慣性モーメント
及び重力トルクが繰り返し演算される。この順次繰り返
される演算により、その時の各軸の回りの慣性モーメン
ト及び重力トルクが順次更新される。又、同様に補間周
期から補間演算手段による補間演算に使用される時間を
引いた残りの空時間を利用して、検出された各軸の回転
角、バランサの取り付け構造及びバネ定数等に基づい
て、バランサの取り付けられている軸の回りのバランサ
による補償トルクが演算され、モーメント／トルク演算
手段により演算された重力トルクと補償トルク演算手段
により演算された補償トルクとが合成される。そして、
順次、更新されているその時の各軸の慣性モーメントに
基づいて速度フィードバックループのゲインが変化され
る。又、順次、更新されているその時の合成重力トルク
に基づいて電流フィードバックループへの指令値が加算
補正される。
【００１１】
【発明の効果】このように、モーメント／トルク演算手
段による演算は、補間周期から補間演算手段による補間
演算に使用される時間を引いた残りの空時間に実行さ
れ、数回の補間周期を使って演算が完了されるので、慣
性モーメント及び重力トルクの演算のために補間演算の
周期が長くなるということが防止される。つまり、慣性
モーメント及び重力トルクの演算は上記の残り時間を利
用して分割して演算される。このような演算を行うこと
によって、各補間点毎の慣性モーメント及び重力トルク
を演算することはできないが、リアルタイムによる演算
が可能となるため、ロボット等が各種のワークを把持す
る場合でも容易に対応できる。又、バランサによる軸回
りの重力トルクの補償量も考慮した合成重力トルクを演
算しているので、姿勢に係わらず制御性能が向上する。
段による演算は、補間周期から補間演算手段による補間
演算に使用される時間を引いた残りの空時間に実行さ
れ、数回の補間周期を使って演算が完了されるので、慣
性モーメント及び重力トルクの演算のために補間演算の
周期が長くなるということが防止される。つまり、慣性
モーメント及び重力トルクの演算は上記の残り時間を利
用して分割して演算される。このような演算を行うこと
によって、各補間点毎の慣性モーメント及び重力トルク
を演算することはできないが、リアルタイムによる演算
が可能となるため、ロボット等が各種のワークを把持す
る場合でも容易に対応できる。又、バランサによる軸回
りの重力トルクの補償量も考慮した合成重力トルクを演
算しているので、姿勢に係わらず制御性能が向上する。
【００１２】
【実施例】以下本発明を具体的な実施例に基づいて説明
する。図１は６軸多関節ロボットの機構を示した機構図
である。１０がロボット本体であり、フロアに本体１０
を固定するベース１３が配設され、ベース１３上にはコ
ラム１２が固設されており、コラム１２はボディ１４を
回転自在に配設している。ボディ１４はアッパーアーム
１５を回動自在に軸支し、アッパーアーム１５は、フォ
アアーム１６を回動自在に軸支している。ボディ１４、
アッパーアーム１５、フォアアーム１６は、それぞれ、
サーボモータSm１，Sm２，Sm３（図２参照）によって、
軸ａ，ｂ，ｃの回りに回転駆動される。この回転角はエ
ンコーダＥ１，Ｅ２，Ｅ３によって検出される。フォア
アーム１６の先端部にはツイストリスト１７がｄ軸の周
りに回転可能に軸支され、ツイストリスト１７にはベン
ドリスト９がｅ軸の周りに回動自在に軸支されている。
ベンドリスト９には先端にフランジ１８ａを有するスイ
ベルリスト１８がｆ軸の回りに回転可能に軸支されてい
る。また、フランジ１８ａにはハンド１９が取り付けら
れている。ｄ軸、ｅ軸、ｆ軸はサーボモータSm４、Sm
５、Sm６によって駆動され、その回転角はエンコーダＥ
４，Ｅ５，Ｅ６によって検出される。ハンド１９の開閉
動作は工具駆動回路２３により制御される。
する。図１は６軸多関節ロボットの機構を示した機構図
である。１０がロボット本体であり、フロアに本体１０
を固定するベース１３が配設され、ベース１３上にはコ
ラム１２が固設されており、コラム１２はボディ１４を
回転自在に配設している。ボディ１４はアッパーアーム
１５を回動自在に軸支し、アッパーアーム１５は、フォ
アアーム１６を回動自在に軸支している。ボディ１４、
アッパーアーム１５、フォアアーム１６は、それぞれ、
サーボモータSm１，Sm２，Sm３（図２参照）によって、
軸ａ，ｂ，ｃの回りに回転駆動される。この回転角はエ
ンコーダＥ１，Ｅ２，Ｅ３によって検出される。フォア
アーム１６の先端部にはツイストリスト１７がｄ軸の周
りに回転可能に軸支され、ツイストリスト１７にはベン
ドリスト９がｅ軸の周りに回動自在に軸支されている。
ベンドリスト９には先端にフランジ１８ａを有するスイ
ベルリスト１８がｆ軸の回りに回転可能に軸支されてい
る。また、フランジ１８ａにはハンド１９が取り付けら
れている。ｄ軸、ｅ軸、ｆ軸はサーボモータSm４、Sm
５、Sm６によって駆動され、その回転角はエンコーダＥ
４，Ｅ５，Ｅ６によって検出される。ハンド１９の開閉
動作は工具駆動回路２３により制御される。
【００１３】軸ｂの回りの重力トルクはロボットの姿勢
によって大きく変化する。この重力トルクの姿勢による
変動を補償するためにコイルスプリングによるバランサ
１１が設けられている。このバラサン１１の一点１１１
はボディ１４において軸ｂを通る鉛直線上に固定されて
いる。又、他点１１２はアッパーアーム１５においてｂ
軸とｃ軸を含む平面上であってｂ軸とｃ軸とを結ぶ線分
ｇ上に固定さている。そして、アッパーアーム１５が鉛
直線上方向から鉛直線下方向に向かって回転するに連れ
て、このバランサ１１は伸びる。従って、アッパーアー
ム１５は軸ｂの回りにバランサ１１の引張力により鉛直
上向きに回転する方向の補償トルクを受ける。この補償
トルクが軸ｂの回りに姿勢によって変化する重力トルク
をある程度補償する。
によって大きく変化する。この重力トルクの姿勢による
変動を補償するためにコイルスプリングによるバランサ
１１が設けられている。このバラサン１１の一点１１１
はボディ１４において軸ｂを通る鉛直線上に固定されて
いる。又、他点１１２はアッパーアーム１５においてｂ
軸とｃ軸を含む平面上であってｂ軸とｃ軸とを結ぶ線分
ｇ上に固定さている。そして、アッパーアーム１５が鉛
直線上方向から鉛直線下方向に向かって回転するに連れ
て、このバランサ１１は伸びる。従って、アッパーアー
ム１５は軸ｂの回りにバランサ１１の引張力により鉛直
上向きに回転する方向の補償トルクを受ける。この補償
トルクが軸ｂの回りに姿勢によって変化する重力トルク
をある程度補償する。
【００１４】図２は、本発明のロボットの制御装置の電
気的構成を示したブロックダイヤグラムである。ＣＰＵ
２０には、メモリ２５、サーボモータを駆動するための
サーボＣＰＵ２２ａ〜２２ｆ、動作開始指令、ジョグ運
転の指令、教示点の指示等を行う操作盤２６が接続され
ている。ロボットに取付けられた各軸ａ〜ｆ駆動用のサ
ーボモータSm１〜Sm６は、それぞれサーボＣＰＵ２２ａ
〜２２ｆによって駆動される。
気的構成を示したブロックダイヤグラムである。ＣＰＵ
２０には、メモリ２５、サーボモータを駆動するための
サーボＣＰＵ２２ａ〜２２ｆ、動作開始指令、ジョグ運
転の指令、教示点の指示等を行う操作盤２６が接続され
ている。ロボットに取付けられた各軸ａ〜ｆ駆動用のサ
ーボモータSm１〜Sm６は、それぞれサーボＣＰＵ２２ａ
〜２２ｆによって駆動される。
【００１５】サーボＣＰＵ２２ａ〜２２ｆのそれぞれ
は、ＣＰＵ２０から出力される各軸の角度指令値θ1 〜
θ6 、慣性モーメントＤi 、重力トルクＴi に基づい
て、サーボモータSm１〜Sm６の出力トルクを制御する。
各駆動軸に連結されたエンコーダＥ１〜Ｅ６の出力する
検出角度α1 〜α6 はＣＰＵ２０及びサーボＣＰＵ２２
ａ〜２２ｆに入力しており、ＣＰＵ２０による各軸の慣
性モーメント及び重力トルクの演算及びサーボＣＰＵ２
２ａ〜２２ｆによる位置フィードバック制御、速度フィ
ードバック制御、電流フィードバック制御に用いられ
る。
は、ＣＰＵ２０から出力される各軸の角度指令値θ1 〜
θ6 、慣性モーメントＤi 、重力トルクＴi に基づい
て、サーボモータSm１〜Sm６の出力トルクを制御する。
各駆動軸に連結されたエンコーダＥ１〜Ｅ６の出力する
検出角度α1 〜α6 はＣＰＵ２０及びサーボＣＰＵ２２
ａ〜２２ｆに入力しており、ＣＰＵ２０による各軸の慣
性モーメント及び重力トルクの演算及びサーボＣＰＵ２
２ａ〜２２ｆによる位置フィードバック制御、速度フィ
ードバック制御、電流フィードバック制御に用いられ
る。
【００１６】メモリ２５にはロボットを教示点データに
従って動作させるためのプログラムが記憶されたＰＡ領
域とハンド１９の位置と姿勢を表す教示点データを記憶
するＰＤＡ領域とフランジ１８ａから先の重量物、即
ち、ハンド１９、又は、ハンド１９とそれにより握持さ
れた物体を総合した物体の重心座標（ａ，ｂ，ｃ）とそ
の質量ｍL 、ロボットの各アームの長さ重量、バランサ
１１の幾何学的位置関係及びバネ定数等の慣性モーメン
ト、質量を記憶するＳＤＡ領域とサーボパラメータを記
憶するＩＴＡ領域と補間演算により求められた補間点に
おける各軸の角度指令値θ1 〜θ6 を記憶するＩＮＡ領
域とエンコーダＥ１〜Ｅ６から出力された検出角度α1
〜α6 を記憶するＡＮＧ領域とが形成されている。
従って動作させるためのプログラムが記憶されたＰＡ領
域とハンド１９の位置と姿勢を表す教示点データを記憶
するＰＤＡ領域とフランジ１８ａから先の重量物、即
ち、ハンド１９、又は、ハンド１９とそれにより握持さ
れた物体を総合した物体の重心座標（ａ，ｂ，ｃ）とそ
の質量ｍL 、ロボットの各アームの長さ重量、バランサ
１１の幾何学的位置関係及びバネ定数等の慣性モーメン
ト、質量を記憶するＳＤＡ領域とサーボパラメータを記
憶するＩＴＡ領域と補間演算により求められた補間点に
おける各軸の角度指令値θ1 〜θ6 を記憶するＩＮＡ領
域とエンコーダＥ１〜Ｅ６から出力された検出角度α1
〜α6 を記憶するＡＮＧ領域とが形成されている。
【００１７】各軸のサーボＣＰＵ２２ａ〜２２ｆは、図
３に示す回路の機能をシーケンシャルなディジタル制御
により達成するものである。即ち、各回転角の位置のフ
ィードバックループと速度のフィードバックループとで
電流のフィードバックループと速度のフィードフォワー
ドループと加速度のフィードフォワードループとを有し
ている。
３に示す回路の機能をシーケンシャルなディジタル制御
により達成するものである。即ち、各回転角の位置のフ
ィードバックループと速度のフィードバックループとで
電流のフィードバックループと速度のフィードフォワー
ドループと加速度のフィードフォワードループとを有し
ている。
【００１８】次に、本装置の作動について説明する。図
５はＲＡＭ２５のＰＡ領域に記憶されている動作プログ
ラムである。行番号１０、５０、９０が重量物の重心座
標ｒ（ａ，ｂ，ｃ）とその質量ｍL とを設定するための
命令語である。この命令語の実行により重心座標ｒ
（ａ，ｂ，ｃ）と質量ｍL のデータがＲＡＭ２５のＳＤ
Ａ領域に記憶される。命令語の領域Ａが重心座標ｒを表
し、領域Ｂが質量ｍL を表す。重心座標（ａ，ｂ，ｃ）
はスイベルリスト１８のフランジ１８ａの中心に固定さ
れたリンク座標系から見た座標、即ち、ノーマル、オリ
エント、アプローチの各座標（mm単位) で与えられる。
又、質量はkg単位で表記される。行番号１０、９０は、
フランジ１８ａから先の重量物がハンド１９だけの場合
のデータ設定に関する命令語であり、行番号５０はハン
ド１９により物体が握持された場合のデータ設定に関す
る命令語である。又、行番号２０及び８０のＨＡＮＤ
ＯＦＦ命令語は、ハンド１９を開く命令語であり、行番
号４０のＨＡＮＤ ＯＮ命令語はハンド１９を閉じる命
令語である。さらに、行番号３０、６０、７０、１０
０、１１０のＭＯＶＥ命令語は指定された教示点Ｐｎに
移動させるための命令語である。
５はＲＡＭ２５のＰＡ領域に記憶されている動作プログ
ラムである。行番号１０、５０、９０が重量物の重心座
標ｒ（ａ，ｂ，ｃ）とその質量ｍL とを設定するための
命令語である。この命令語の実行により重心座標ｒ
（ａ，ｂ，ｃ）と質量ｍL のデータがＲＡＭ２５のＳＤ
Ａ領域に記憶される。命令語の領域Ａが重心座標ｒを表
し、領域Ｂが質量ｍL を表す。重心座標（ａ，ｂ，ｃ）
はスイベルリスト１８のフランジ１８ａの中心に固定さ
れたリンク座標系から見た座標、即ち、ノーマル、オリ
エント、アプローチの各座標（mm単位) で与えられる。
又、質量はkg単位で表記される。行番号１０、９０は、
フランジ１８ａから先の重量物がハンド１９だけの場合
のデータ設定に関する命令語であり、行番号５０はハン
ド１９により物体が握持された場合のデータ設定に関す
る命令語である。又、行番号２０及び８０のＨＡＮＤ
ＯＦＦ命令語は、ハンド１９を開く命令語であり、行番
号４０のＨＡＮＤ ＯＮ命令語はハンド１９を閉じる命
令語である。さらに、行番号３０、６０、７０、１０
０、１１０のＭＯＶＥ命令語は指定された教示点Ｐｎに
移動させるための命令語である。
【００１９】図５の動作プログラムにより、ロボット
は、ハンド１９を開いて、Ｐ１点に移動し、その後、ハ
ンド１９を閉じて物体を握持し、Ｐ２点を経由してＰ３
点に移動して、ハンド１９を開いて、物体を放置し、Ｐ
４点を経由してＰ５点に移動することが可能である。
は、ハンド１９を開いて、Ｐ１点に移動し、その後、ハ
ンド１９を閉じて物体を握持し、Ｐ２点を経由してＰ３
点に移動して、ハンド１９を開いて、物体を放置し、Ｐ
４点を経由してＰ５点に移動することが可能である。
【００２０】図４は、ＣＰＵ２０による動作プログラム
を解読するための主プログラムのフローチャートであ
る。ステップ１００において、ＭＯＶＥ命令語が解読さ
れると、ステップ１０２において、現在位置から指定さ
れた教示点までハンド１９を移動させるための補間演算
が実行される。そして、補間演算により求められた各軸
の角度指令値θ1 〜θ6 はサーボＣＰＵ２２ａ〜２２ｆ
に出力される。又、ステップ１０４において、ＬＯＡＤ
命令語が解読されると、ステップ１０６において、その
命令語に表記されているハンドから先の重量物の重心座
標と質量のデータがＲＡＭ２５のＳＤＡ領域に記憶され
る。又、ステップ１０８でＨＡＮＤ ＯＦＦ命令語が解
読されると、ステップ１１０において、工具駆動回路２
３にハンド１９を開く指令を与える。又、ステップ１１
２でＨＡＮＤ ＯＮ命令語が解読されると、ステップ１
１４において、工具駆動回路２３にハンド１９を閉じる
指令を与える。
を解読するための主プログラムのフローチャートであ
る。ステップ１００において、ＭＯＶＥ命令語が解読さ
れると、ステップ１０２において、現在位置から指定さ
れた教示点までハンド１９を移動させるための補間演算
が実行される。そして、補間演算により求められた各軸
の角度指令値θ1 〜θ6 はサーボＣＰＵ２２ａ〜２２ｆ
に出力される。又、ステップ１０４において、ＬＯＡＤ
命令語が解読されると、ステップ１０６において、その
命令語に表記されているハンドから先の重量物の重心座
標と質量のデータがＲＡＭ２５のＳＤＡ領域に記憶され
る。又、ステップ１０８でＨＡＮＤ ＯＦＦ命令語が解
読されると、ステップ１１０において、工具駆動回路２
３にハンド１９を開く指令を与える。又、ステップ１１
２でＨＡＮＤ ＯＮ命令語が解読されると、ステップ１
１４において、工具駆動回路２３にハンド１９を閉じる
指令を与える。
【００２１】ステップ１０２における教示点間の補間演
算は、図６に示すフローチャートに従って実行される。
この補間演算は、例えば、８mS毎の補間周期で実行され
る。補間演算は、良く知られたように、回転主軸法等を
用いて行うことができる（例えば、特開昭６２−１５４
００６号）。ステップ２００において、ワールド座標系
で表記された教示データとして与えられた開始点の位置
及び姿勢と次の位置決め目標点の位置及び姿勢から回転
主軸の方向ベクトルが演算され、ステップ２０２におい
て、その回転主軸回りの回転角Θが演算される。次に、
ステップ２０４において、開始点の位置及び姿勢を基準
とした補間角ΔΘが演算され、次のステップ２０６にお
いて、その補間角ΔΘを用いて開始点の位置及び姿勢を
補間点における位置及び姿勢に変換するための姿勢変換
行列Ｒが演算される。そして、ステップ２０８におい
て、開始点の位置及び姿勢を表す同次座標行列に姿勢変
換行列を作用させて、補間点における位置及び姿勢を表
す同次座標行列が演算される。次に、ステップ２１０に
おいて、その補間点におけるワールド座標系で表記され
た位置及び姿勢の同次座標行列からジョイント座標系で
の値、即ち、各軸の回転角が演算され、この値はＲＡＭ
２５のＩＮＡ領域に記憶される。
算は、図６に示すフローチャートに従って実行される。
この補間演算は、例えば、８mS毎の補間周期で実行され
る。補間演算は、良く知られたように、回転主軸法等を
用いて行うことができる（例えば、特開昭６２−１５４
００６号）。ステップ２００において、ワールド座標系
で表記された教示データとして与えられた開始点の位置
及び姿勢と次の位置決め目標点の位置及び姿勢から回転
主軸の方向ベクトルが演算され、ステップ２０２におい
て、その回転主軸回りの回転角Θが演算される。次に、
ステップ２０４において、開始点の位置及び姿勢を基準
とした補間角ΔΘが演算され、次のステップ２０６にお
いて、その補間角ΔΘを用いて開始点の位置及び姿勢を
補間点における位置及び姿勢に変換するための姿勢変換
行列Ｒが演算される。そして、ステップ２０８におい
て、開始点の位置及び姿勢を表す同次座標行列に姿勢変
換行列を作用させて、補間点における位置及び姿勢を表
す同次座標行列が演算される。次に、ステップ２１０に
おいて、その補間点におけるワールド座標系で表記され
た位置及び姿勢の同次座標行列からジョイント座標系で
の値、即ち、各軸の回転角が演算され、この値はＲＡＭ
２５のＩＮＡ領域に記憶される。
【００２２】この状態で、本補間プログラムは終了し、
ステップ２１２で、後述する優先度が低いレベルに設定
された慣性モーメント及び重力トルク演算プログラムの
再開処理（中断した命令語の記憶アドレスへの分岐命令
及び状態レジスタ等の復元処理）が行われた後、その慣
性モーメント及び重力トルク演算プログラムが継続起動
される。
ステップ２１２で、後述する優先度が低いレベルに設定
された慣性モーメント及び重力トルク演算プログラムの
再開処理（中断した命令語の記憶アドレスへの分岐命令
及び状態レジスタ等の復元処理）が行われた後、その慣
性モーメント及び重力トルク演算プログラムが継続起動
される。
【００２３】一方、８msec毎のタイマ割り込みが発生す
ると（ステップ２１４）、ステップ２１６において、優
先度の低いレベルに設定された慣性モーメント及び重力
トルク演算プログラムへの割込処理（中断した命令語が
記憶されているアドレスの記憶、状態レジスタ等のスタ
ック処理等）が行われ、優先度の高い本補間処理のプロ
グラムが実行さる。そして、ステップ２１２、２１４に
おいて、既に、演算完了してＲＡＭ２５のＩＮＡ領域に
記憶された補間点の角度指令値θ1 〜θ6 、後述する慣
性モーメント及び重力トルク演算プログラムにより演算
されＲＡＭ２５のＩＴＡ領域に記憶されているサーボパ
ラメータＤi,Ｔi がサーボＣＰＵ２２ａ〜２２ｆに出力
される。この結果、各軸はその時の位置及び姿勢に対応
した慣性モーメント及び重力トルクを補償したフィード
フォワード制御によりそれらの角度指令値θ1 〜θ6 に
位置決め制御される。そして、ステップ２１６におい
て、補間点が教示データとして与えられた目標位置に達
したか否かが判定され、補間が終了していない場合に、
次の補間点の位置及び姿勢の演算のために、ステップ２
０６以下が実行される。一方、補間が終了した場合に
は、次の命令語を解読するために図４のメインプログラ
ムに戻る。
ると（ステップ２１４）、ステップ２１６において、優
先度の低いレベルに設定された慣性モーメント及び重力
トルク演算プログラムへの割込処理（中断した命令語が
記憶されているアドレスの記憶、状態レジスタ等のスタ
ック処理等）が行われ、優先度の高い本補間処理のプロ
グラムが実行さる。そして、ステップ２１２、２１４に
おいて、既に、演算完了してＲＡＭ２５のＩＮＡ領域に
記憶された補間点の角度指令値θ1 〜θ6 、後述する慣
性モーメント及び重力トルク演算プログラムにより演算
されＲＡＭ２５のＩＴＡ領域に記憶されているサーボパ
ラメータＤi,Ｔi がサーボＣＰＵ２２ａ〜２２ｆに出力
される。この結果、各軸はその時の位置及び姿勢に対応
した慣性モーメント及び重力トルクを補償したフィード
フォワード制御によりそれらの角度指令値θ1 〜θ6 に
位置決め制御される。そして、ステップ２１６におい
て、補間点が教示データとして与えられた目標位置に達
したか否かが判定され、補間が終了していない場合に、
次の補間点の位置及び姿勢の演算のために、ステップ２
０６以下が実行される。一方、補間が終了した場合に
は、次の命令語を解読するために図４のメインプログラ
ムに戻る。
【００２４】上記の処理でステップ２００〜２０４は、
メインプログラムから移行した補間演算の最初に実行さ
れ、ステップ２１４〜２１２は、８mS毎のタイマ割り込
みに同期して実行される。よって、次の出力タンミング
のために演算されている角度指令値θ1 〜θ6 が、８mS
毎にステップ２１８において出力される。そして、ステ
ップ２１４〜２１２は、およそ６mSかかり、残りの２mS
が慣性モーメント／重力トルクの演算に使用される。こ
の２mSでは慣性モーメント／重力トルクの演算が完了し
ないので、１補間周期の空時間２mSを断続的に使用し
て、即ち、数回の補間周期を使用して、約６〜１２mSか
けて、一回の演算が完了する。
メインプログラムから移行した補間演算の最初に実行さ
れ、ステップ２１４〜２１２は、８mS毎のタイマ割り込
みに同期して実行される。よって、次の出力タンミング
のために演算されている角度指令値θ1 〜θ6 が、８mS
毎にステップ２１８において出力される。そして、ステ
ップ２１４〜２１２は、およそ６mSかかり、残りの２mS
が慣性モーメント／重力トルクの演算に使用される。こ
の２mSでは慣性モーメント／重力トルクの演算が完了し
ないので、１補間周期の空時間２mSを断続的に使用し
て、即ち、数回の補間周期を使用して、約６〜１２mSか
けて、一回の演算が完了する。
【００２５】次に、この優先度の低いレベルに設定され
ている慣性モーメント及び重力トルクの演算手順につい
て、図７に示すフローチャートを参照して説明する。ス
テップ３００において、ロボットの軸を特定する軸変数
ｉが１に初期設定され、ステップ３０２においてエンコ
ーダＥ１〜Ｅ６から各軸の現在の回転角α1〜α6 が検
出され、その値はＲＡＭ２５のＡＮＧ領域に記憶され
る。次に、ステップ３０４において、ｉ軸の回りの慣性
行列Ｄi ( α1,…, α6)( 慣性モーメントの行列表現）
が演算され、ステップ３０６において、ｉ軸の回りの重
力トルクＴi ( α1,…, α6)が演算される。尚、このス
テップでの重力トルクの演算では、ｂ軸の回りの重力ト
ルクには、バランサ１２による補償トルクが加味されて
いない。又、ｉ軸の回りのトルクτi は、次式で良く知
られたように、ロボットアームに関するラグランジュ関
数の微分から求めることができる。
ている慣性モーメント及び重力トルクの演算手順につい
て、図７に示すフローチャートを参照して説明する。ス
テップ３００において、ロボットの軸を特定する軸変数
ｉが１に初期設定され、ステップ３０２においてエンコ
ーダＥ１〜Ｅ６から各軸の現在の回転角α1〜α6 が検
出され、その値はＲＡＭ２５のＡＮＧ領域に記憶され
る。次に、ステップ３０４において、ｉ軸の回りの慣性
行列Ｄi ( α1,…, α6)( 慣性モーメントの行列表現）
が演算され、ステップ３０６において、ｉ軸の回りの重
力トルクＴi ( α1,…, α6)が演算される。尚、このス
テップでの重力トルクの演算では、ｂ軸の回りの重力ト
ルクには、バランサ１２による補償トルクが加味されて
いない。又、ｉ軸の回りのトルクτi は、次式で良く知
られたように、ロボットアームに関するラグランジュ関
数の微分から求めることができる。
【００２６】
【数１】τi ＝Σj=i nΣk=i jTr(ＵjkＪjＵji T)D2θk -
ΣｍjｇＵji jｒj 但し、コリオリ力と遠心力の成分は小さいとして上式で
は除外した。Ｊj はｊ軸を構成する部材だけによるリン
ク慣性行列、Trは行列式の対角成分の和、ｍj はｊ軸リ
ンクの質量、ｇは重力加速度、 jｒj はｊ軸リンク座標
系で表されたｊ軸リンクの重心のベクトルであり、D2θ
k は角度の時間に関する２次微分、即ち、角加速度であ
る。又、上式の第１項の展開式において、D2θi の係数
が慣性行列Ｄi となり、第２項がｉ軸の回りの重力トル
クＴi となる。又、Ｕjkは、
ΣｍjｇＵji jｒj 但し、コリオリ力と遠心力の成分は小さいとして上式で
は除外した。Ｊj はｊ軸を構成する部材だけによるリン
ク慣性行列、Trは行列式の対角成分の和、ｍj はｊ軸リ
ンクの質量、ｇは重力加速度、 jｒj はｊ軸リンク座標
系で表されたｊ軸リンクの重心のベクトルであり、D2θ
k は角度の時間に関する２次微分、即ち、角加速度であ
る。又、上式の第１項の展開式において、D2θi の係数
が慣性行列Ｄi となり、第２項がｉ軸の回りの重力トル
クＴi となる。又、Ｕjkは、
【００２７】
【数２】０ （ｊ＜ｉの時）
【数３】δ（0A1 1A2…j-1Aj )/δθi ＝Πs=1 j s-1A s
・δi-1Ai / δθi （ｊ≧ｉの時） 但し、ｓ≠ｉである。又、j-1Aj はｊ軸リンク座標をｊ
−１軸リンク座標へ変換する同次座標変換行列であり、
0A1 は１軸リンク座標をワールド座標に変換する同次座
標変換行列である。
・δi-1Ai / δθi （ｊ≧ｉの時） 但し、ｓ≠ｉである。又、j-1Aj はｊ軸リンク座標をｊ
−１軸リンク座標へ変換する同次座標変換行列であり、
0A1 は１軸リンク座標をワールド座標に変換する同次座
標変換行列である。
【００２８】Ｊj は慣性テンソルＩijを用いて次の様に
表現することができる。
表現することができる。
【数４】
【００２９】但し、ｒix、ｒiy、ｒizはｊ軸リンク座標
から見たｊ軸リンクの重心の座標であり、ｍiはその質
量である。又、
から見たｊ軸リンクの重心の座標であり、ｍiはその質
量である。又、
【数５】Ｉij＝∫〔δij〔Σｘk 2 〕−ｘiｙi 〕dｍ である。
【００３０】尚、ＬＯＡＤ命令語によって設定される重
心座標（ａ，ｂ，ｃ）及び質量ｍLにより、Ｊ6 が変化
する。Ｊ6 は、数４において、（ｒix，ｒiy，ｒiz）＝
（ａ，ｂ，ｃ）、ｍi ＝ｍL とおくことにより求めるこ
とができる。
心座標（ａ，ｂ，ｃ）及び質量ｍLにより、Ｊ6 が変化
する。Ｊ6 は、数４において、（ｒix，ｒiy，ｒiz）＝
（ａ，ｂ，ｃ）、ｍi ＝ｍL とおくことにより求めるこ
とができる。
【００３１】数１から、現在の検出角度（α1 ，…，α
6 ）における各軸の回りの慣性行列Ｄi と重力トルクＴ
i とが演算される。本実施例では、演算時間を短縮する
ために、他軸との相互作用は小さいとして、(i,i) 対角
成分のみを考慮している。請求の範囲の慣性モーメント
の用語は、対角成分だけでなく慣性行列を含む意味で用
いているが、以下の記載では、便宜上、慣性行列Ｄi の
(i,i) 対角成分を、慣性モーメントＤi と記す。
6 ）における各軸の回りの慣性行列Ｄi と重力トルクＴ
i とが演算される。本実施例では、演算時間を短縮する
ために、他軸との相互作用は小さいとして、(i,i) 対角
成分のみを考慮している。請求の範囲の慣性モーメント
の用語は、対角成分だけでなく慣性行列を含む意味で用
いているが、以下の記載では、便宜上、慣性行列Ｄi の
(i,i) 対角成分を、慣性モーメントＤi と記す。
【００３２】次に、ステップ３０７において、ｉ＝２、
即ち、ｂ軸であるならば、ステップ３０８においてにお
いて、バランサ１１によるｂ軸の回りの補償トルクが演
算される。補償トルクの演算方法を次に述べる。バラン
サ１１の幾何学的配置関係は図９に示すとおりである。
即ち、ｂ軸であるならば、ステップ３０８においてにお
いて、バランサ１１によるｂ軸の回りの補償トルクが演
算される。補償トルクの演算方法を次に述べる。バラン
サ１１の幾何学的配置関係は図９に示すとおりである。
【００３３】
【数６】ｌ＝（ｒ2＋ｈ2−２ｒ×ｈ×cosα)1/2
【数７】δ＝ｌ−（ｒ−ｈ）
【数８】β＝tan-1｛ｈ sinα／（ｒ−ｈ cosα) ｝
【数９】ｆ＝δ×ｋ＋ｆ0
【数１０】ｔ2＝ｒ×ｆ×sinβ×ｎ
【００３４】但し、 ｒ：アッパーアーム１５の長さ（m) ｌ：バランサ１１の長さ（m) ｈ：バランサ１１の取付け高さ（m) ｋ：バネ定数（N/m) ｆ0 ：バネ初期力（N) ｎ：バランサー数 α：ジョイント角θ2 (rad) β：アッパーアーム１５とバランサ１１とのなす角 (ra
d) γ：バランサ１１のたわみ (m) ｆ：バランサ１本当たりの補償力 (N) ｔ2 ：ｂ軸の回りのバランサ１１による補償トルク (N
・m)
d) γ：バランサ１１のたわみ (m) ｆ：バランサ１本当たりの補償力 (N) ｔ2 ：ｂ軸の回りのバランサ１１による補償トルク (N
・m)
【００３５】次に、ステップ３１０において、ｉ軸がｂ
軸（ｉ＝２）の場合には、ｂ軸に関してステップ３０６
で得られた重力トルクＴ2 にステップ３０８で得られた
補償トルクｔ2 を加算して、この値を新らしい合成重力
トルクＴ2 とする。
軸（ｉ＝２）の場合には、ｂ軸に関してステップ３０６
で得られた重力トルクＴ2 にステップ３０８で得られた
補償トルクｔ2 を加算して、この値を新らしい合成重力
トルクＴ2 とする。
【００３６】ステップ３１２において、慣性モーメント
Ｄi と重力トルクＴi がサーボパラメータとしてＲＡＭ
２５のＩＴＡ領域に更新記憶される。この値が図６のス
テップ２２０においてサーボＣＰＵ２２ａ〜２２ｆに出
力される。次に、ステップ３１０において、軸変数ｉが
最大値６に達したか否かが判定され、その値に達してい
ない場合には、ステップ３１２において、軸変数ｉが１
だけ加算されて、ステップ３０２に戻り、次の軸に関す
る慣性モーメント及び重力トルクの演算が繰り返し実行
される。又、軸変数ｉが最大値６になれば、ステップ３
００に戻り、軸変数ｉを１に初期設定して、１軸から演
算が繰り返し実行される。
Ｄi と重力トルクＴi がサーボパラメータとしてＲＡＭ
２５のＩＴＡ領域に更新記憶される。この値が図６のス
テップ２２０においてサーボＣＰＵ２２ａ〜２２ｆに出
力される。次に、ステップ３１０において、軸変数ｉが
最大値６に達したか否かが判定され、その値に達してい
ない場合には、ステップ３１２において、軸変数ｉが１
だけ加算されて、ステップ３０２に戻り、次の軸に関す
る慣性モーメント及び重力トルクの演算が繰り返し実行
される。又、軸変数ｉが最大値６になれば、ステップ３
００に戻り、軸変数ｉを１に初期設定して、１軸から演
算が繰り返し実行される。
【００３７】この図７に示すプログラムは、上述したよ
うに、図４、図６に示すプログラムよりも優先度が１ラ
ンク低く設定されているので、図４、図６に示すプログ
ラムが実行されていない時に実行される。このようにし
て、補間演算手段（図６に示す手順を実行する手段）の
空き時間（２mS) において、図７に示す慣性モーメント
及び重力トルクの演算が実行される。従って、図７のプ
ログラムは、連続されて実行されるのではなく、８msec
の補間演算毎に中断され、中断された次の命令語から再
開される。このため、補間周期とは別の遅い周期で各軸
毎に慣性モーメント及び重力トルクが順次、最新の値に
更新されていくことになる。
うに、図４、図６に示すプログラムよりも優先度が１ラ
ンク低く設定されているので、図４、図６に示すプログ
ラムが実行されていない時に実行される。このようにし
て、補間演算手段（図６に示す手順を実行する手段）の
空き時間（２mS) において、図７に示す慣性モーメント
及び重力トルクの演算が実行される。従って、図７のプ
ログラムは、連続されて実行されるのではなく、８msec
の補間演算毎に中断され、中断された次の命令語から再
開される。このため、補間周期とは別の遅い周期で各軸
毎に慣性モーメント及び重力トルクが順次、最新の値に
更新されていくことになる。
【００３８】次に、ｉ軸のサーボＣＰＵの動作手順を図
８のフローチャートに従って説明する。ステップ４００
において、エンコーダＥｉから現在の検出角度αi が読
み取られ、ステップ４０２において検出角度αi の時間
変化率から角速度βi 、角速度βi の時間変化率から角
加速度γi が演算される。次、ステップ４０４におい
て、ＲＡＭ２５の領域ＩＴＡに記憶されている最新の重
力トクルＴi と慣性モーメントＤi がＣＰＵ２０を介し
て受信され、ステップ４０６において、ＲＡＭ２５の領
域ＩＮＡに記憶されている角度指令値θi がＣＰＵ２０
を介して受信される。次に、ステップ４０８において、
角加速度γi と、慣性モーメントＤi とバネ定数Ｋc と
定数Ｋ2 に基づいて、次式により、角度指令値θi のフ
ィードフォワード補正が行われる。
８のフローチャートに従って説明する。ステップ４００
において、エンコーダＥｉから現在の検出角度αi が読
み取られ、ステップ４０２において検出角度αi の時間
変化率から角速度βi 、角速度βi の時間変化率から角
加速度γi が演算される。次、ステップ４０４におい
て、ＲＡＭ２５の領域ＩＴＡに記憶されている最新の重
力トクルＴi と慣性モーメントＤi がＣＰＵ２０を介し
て受信され、ステップ４０６において、ＲＡＭ２５の領
域ＩＮＡに記憶されている角度指令値θi がＣＰＵ２０
を介して受信される。次に、ステップ４０８において、
角加速度γi と、慣性モーメントＤi とバネ定数Ｋc と
定数Ｋ2 に基づいて、次式により、角度指令値θi のフ
ィードフォワード補正が行われる。
【００３９】
【数１１】θinew＝θi＋γiＤiＫ2／Ｋc
【００４０】次に、ステップ４１０において、補正され
た角度指令値θinewの検出角度αiに対する角度偏差Δ
θi （＝θinew−αi ）が演算される。次に、ステップ
４１２において、角度偏差Δθi 、位置ループゲインＫ
p を用いて、次式により、角速度指令値ωi が演算され
る。
た角度指令値θinewの検出角度αiに対する角度偏差Δ
θi （＝θinew−αi ）が演算される。次に、ステップ
４１２において、角度偏差Δθi 、位置ループゲインＫ
p を用いて、次式により、角速度指令値ωi が演算され
る。
【００４１】
【数１２】ωi ＝ＫpΔθi
【００４２】次に、ステップ４１４において、検出され
た角速度βi 、ゲインＫf を用いて、角速度のフィード
フォワード補正が次式により行われる。
た角速度βi 、ゲインＫf を用いて、角速度のフィード
フォワード補正が次式により行われる。
【数１３】ωinew＝ωi＋βiＫf 次に、ステップ４１６において、補正された角速度指令
値ωinewの検出された角速度βi に対する角速度偏差Δ
ωi （＝ωinew−βi ）が演算される。
値ωinewの検出された角速度βi に対する角速度偏差Δ
ωi （＝ωinew−βi ）が演算される。
【００４３】次に、ステップ４１８において、電流指令
値Ｉi が、定数Ｋ、慣性モーメントＤi を用いて、次式
により、演算される。
値Ｉi が、定数Ｋ、慣性モーメントＤi を用いて、次式
により、演算される。
【数１４】Ｉi ＝ＫＤi 'Δωi 但し、Ｄi ' は上記の慣性モーメントＤi にｉ軸のサー
ボモータのロータの慣性モーメントを加算した全慣性モ
ーメントである。このように電流指令値を求めるための
速度フィードバックループのゲインが全慣性モーメント
Ｄi 'により補償されることになる。即ち、慣性モーメン
トが大きな姿勢では、追随性を向上させるために速度フ
ィードバックループのゲインが大きくなるように制御さ
れる。
ボモータのロータの慣性モーメントを加算した全慣性モ
ーメントである。このように電流指令値を求めるための
速度フィードバックループのゲインが全慣性モーメント
Ｄi 'により補償されることになる。即ち、慣性モーメン
トが大きな姿勢では、追随性を向上させるために速度フ
ィードバックループのゲインが大きくなるように制御さ
れる。
【００４４】次に、ステップ４２０において、角加速度
γi と、全慣性モーメントＤi 'とトルク定数Ｋtnと定数
Ｋa を用いて、次式により、電流指令値がフィードフォ
ワード補正される。
γi と、全慣性モーメントＤi 'とトルク定数Ｋtnと定数
Ｋa を用いて、次式により、電流指令値がフィードフォ
ワード補正される。
【数１５】Ｉinew＝Ｉi＋γiＫaＤi '／Ｋtn 次に、ステップ４２２において、最新の重力トルクＴi
と、ゲインＫT とを用いて、次式により、電流指令値の
重力トルクによる補正値が演算される。
と、ゲインＫT とを用いて、次式により、電流指令値の
重力トルクによる補正値が演算される。
【数１６】Ｉinnew ＝Ｉinew＋ＴiＫT
【００４５】次に、ステップ４２４において、最終的に
演算された電流指令値Ｉinnew に基づいて、ｉ軸のサー
ボモータに対する電流制御が実行され、このサーボモー
タは慣性モーメント及び重力トルクの補償がされた状態
で角度指令値θi に向けて位置決めされる。
演算された電流指令値Ｉinnew に基づいて、ｉ軸のサー
ボモータに対する電流制御が実行され、このサーボモー
タは慣性モーメント及び重力トルクの補償がされた状態
で角度指令値θi に向けて位置決めされる。
【００４６】以上の処理が微小時間間隔で繰り返し実行
されることにより、図３に示す回路機能と等価な処理が
実行される。尚、上記実施例では、慣性行列Ｄi の対角
成分だけで慣性モーメントの補償を行ったが、他の軸と
の相互作用を表した非対角成分を含めた補償を行うよう
にしても良い。
されることにより、図３に示す回路機能と等価な処理が
実行される。尚、上記実施例では、慣性行列Ｄi の対角
成分だけで慣性モーメントの補償を行ったが、他の軸と
の相互作用を表した非対角成分を含めた補償を行うよう
にしても良い。
【００４７】尚、上記実施例では、床置きタイプのロボ
ットの場合について述べたが、天吊りタイプのロボット
の場合には、図９の配置関係のバランサにおいて、数
９、数１０式に代えて、次の数１７、数１８式となる。
ットの場合について述べたが、天吊りタイプのロボット
の場合には、図９の配置関係のバランサにおいて、数
９、数１０式に代えて、次の数１７、数１８式となる。
【数１７】ｆ＝δ×ｋ＋ｆ0
【数１８】ｔ2＝ｒ×ｆ×sinβ×ｎ
【００４８】又、上記実施例では、コイルスプリングの
バランサを用いているが、図１０に示すようなエアーバ
ランサを用いても良い。その場合には、補償トルクの演
算式は次のようになる。 (1) エアーバランサーの床置きタイプの場合
バランサを用いているが、図１０に示すようなエアーバ
ランサを用いても良い。その場合には、補償トルクの演
算式は次のようになる。 (1) エアーバランサーの床置きタイプの場合
【数１９】ｌ＝（ｒ2＋ｈ2−２ｒ×ｈ×cosα) 1/2
【数２０】δ＝ｌ−（ｒ−ｈ）
【数２１】β＝tan-1｛ｈ sinα／（ｒ−ｈ cosα) ｝
【数２２】Ａ＝（π／４) (Ｄ2−ｄ2）
【数２３】Ｐ2×｛Ｖ2＋ｎ×Ａ×（ｓ−δ）｝＝Ｐ1×
（Ｖ2＋ｎ×Ａ×ｓ）
（Ｖ2＋ｎ×Ａ×ｓ）
【数２４】Ｐ2＝｛Ｐ1×（Ｖ2＋ｎ×Ａ×ｓ）｝／｛Ｖ2
＋ｎ×Ａ×（ｓ−δ）｝
＋ｎ×Ａ×（ｓ−δ）｝
【数２５】ｆ＝Ａ×Ｐ2
【数２６】ｔ2＝ｒ×ｆ×sinβ×ｎ
【００４９】ただし、 ｓ：シリンダーの全ストローク (m) Ｄ：シリンダーの直径 (m) ｄ：ピストンロッドの直径 (m) Ａ：シリンダーの有効断面積 (m2) Ｖ2 ：サージタンクの体積 (m3) Ｐ1 ：α＝０の時の圧力 (Pa) Ｐ2 ：α＝ジョイント角θ2の時の圧力 (Pa) ｎ：バランサ数
【００５０】(2) エアーバランサーの点吊りタイプの場
合
合
【数２７】ｌ＝（ｒ2＋ｈ2−２ｒ×ｈ×cosα)1/2
【数２８】δ＝ｌ−（ｒ−ｈ）
【数２９】β＝tan-1｛ｈ sinα／（ｒ−ｈ cosα) ｝
【数３０】Ａ＝（π／４）Ｄ2
【数３１】ｌL＝（ｒ2＋ｈ2−２ｒ×ｈ×cosαL)1/2
【数３２】δL＝ｌL−（ｒ−ｈ）
【数３３】Ｐ2×（Ｖ2＋ｎ×Ａ×δ）＝Ｐ1×（Ｖ2＋ｎ
×Ａ×δL）
×Ａ×δL）
【数３４】Ｐ2＝｛Ｐ1×（Ｖ2＋ｎ×Ａ×δL）｝／（Ｖ
2＋ｎ×Ａ×δ）
2＋ｎ×Ａ×δ）
【数３５】ｆ＝−Ａ×Ｐ2
【数３６】ｔ2＝ｒ×ｆ×sinβ×ｎ
【００５１】ただし、 ｌL：α＝αLの時のバランサーの長さ (m) αL：ジョイント２のリミット角 (rad) δL：α＝αLの時のバランサーのたわみ (m) Ｐ1：α＝αLの時の圧力 (Pa)
【図１】本発明の具体的な実施例装置で使用されるロボ
ットを示した構成図。
ットを示した構成図。
【図２】ロボットの制御装置の構成を示したブロック
図。
図。
【図３】図２におけるサーボＣＰＵの処理を示したブロ
ック図。
ック図。
【図４】ロボットの位置及び姿勢制御のための主プログ
ラムを示したフローチャート。
ラムを示したフローチャート。
【図５】ロボットの位置及び姿勢制御のための動作プロ
グラムを示した説明図。
グラムを示した説明図。
【図６】補間演算の手順を示したフローチャート。
【図７】慣性モーメント／重力トルクの演算手順を示し
たフローチャート。
たフローチャート。
【図８】サーボＣＰＵによる角度制御の処理手順を示し
たフローチャート。
たフローチャート。
【数９】スプリングバランサの取付け状態における幾何
学的構成を示した説明図。
学的構成を示した説明図。
【数１０】エアーバランサの取付け状態における幾何学
的構成を示した説明図。
的構成を示した説明図。
１０…ロボット １１…バランサ １５…アッパーアーム １２０…バランサ １８…スイベルリスト １８ａ…フランジ １９…ハンド ２０…ＣＰＵ（補間演算手段、モーメント／トルク演算
手段、補償トルク演算手段、トルク合成手段） ２２ａ〜２２ｆ…サーボＣＰＵ（角度制御手段、第１補
正手段、第２補正手段） ２５…ＲＡＭ（教示データ記憶手段） Ｅ１〜Ｅ６…エンコーダ（角度検出手段） ステップ２００〜２２２…補間演算手段 ステップ３００〜３０６…モーメント／トルク演算手段 ステップ３０８…補償トルク演算手段 ステップ３１０…トルク合成手段 ステップ４００〜４２４…角度制御手段
手段、補償トルク演算手段、トルク合成手段） ２２ａ〜２２ｆ…サーボＣＰＵ（角度制御手段、第１補
正手段、第２補正手段） ２５…ＲＡＭ（教示データ記憶手段） Ｅ１〜Ｅ６…エンコーダ（角度検出手段） ステップ２００〜２２２…補間演算手段 ステップ３００〜３０６…モーメント／トルク演算手段 ステップ３０８…補償トルク演算手段 ステップ３１０…トルク合成手段 ステップ４００〜４２４…角度制御手段
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年５月９日
【手続補正１】
【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
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の具体的な実施例装置で使用されるロボ
ットを示した構成図。
ットを示した構成図。
【図２】ロボットの制御装置の構成を示したブロック
図。
図。
【図３】図２におけるサーボＣＰＵの処理を示したブロ
ック図。
ック図。
【図４】ロボットの位置及び姿勢制御のための主プログ
ラムを示したフローチャート。
ラムを示したフローチャート。
【図５】ロボットの位置及び姿勢制御のための動作プロ
グラムを示した説明図。
グラムを示した説明図。
【図６】補間演算の手順を示したフローチャート。
【図７】慣性モーメント／重力トルクの演算手順を示し
たフローチャート。
たフローチャート。
【図８】サーボＣＰＵによる角度制御の処理手順を示し
たフローチャート。
たフローチャート。
【図９】スプリングバランサの取付け状態における幾何
学的構成を示した説明図。
学的構成を示した説明図。
【図１０】エアーバランサの取付け状態における幾何学
的構成を示した説明図。
的構成を示した説明図。
【符号の説明】 １０…ロボット １１…バランサ １５…アッパーアーム １２０…バランサ １８…スイベルリスト １８ａ…フランジ １９…ハンド ２０…ＣＰＵ（補間演算手段、モーメント／トルク演算
手段、補償トルク演算手段、トルク合成手段） ２２ａ〜２２ｆ…サーボＣＰＵ（角度制御手段、第１補
正手段、第２補正手段） ２５…ＲＡＭ（教示データ記憶手段） Ｅ１〜Ｅ６…エンコーダ（角度検出手段） ステップ２００〜２２２…補間演算手段 ステップ３００〜３０６…モーメント／トルク演算手段 ステップ３０８…補償トルク演算手段 ステップ３１０…トルク合成手段 ステップ４００〜４２４…角度制御手段
手段、補償トルク演算手段、トルク合成手段） ２２ａ〜２２ｆ…サーボＣＰＵ（角度制御手段、第１補
正手段、第２補正手段） ２５…ＲＡＭ（教示データ記憶手段） Ｅ１〜Ｅ６…エンコーダ（角度検出手段） ステップ２００〜２２２…補間演算手段 ステップ３００〜３０６…モーメント／トルク演算手段 ステップ３０８…補償トルク演算手段 ステップ３１０…トルク合成手段 ステップ４００〜４２４…角度制御手段
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｇ０５Ｂ 19/404 19/4103 Ｇ０５Ｄ 3/12 ３０５ Ｌ 9179−3Ｈ 9064−3Ｈ Ｇ０５Ｂ 19/415 Ｒ
Claims (1)
- 【請求項１】 軸にかかる重力トルクを減少させるため
のバランサを有したロボットの制御装置であって、位置
フィードバックループ、速度フィードバックループ及び
電流フィードバックループを有し、前記ロボットの工具
の位置及び姿勢を指令された位置及び姿勢に追随させる
制御装置において、 複数の教示点における位置及び姿勢を規定した教示デー
タを記憶する教示データ記憶手段と、 少なくとも２つの教示点間を結ぶ経路上の補間点におけ
る位置及び姿勢を規定した補間データを、少なくとも２
つの教示データから補間周期毎に補間演算により求める
補間演算手段と、 前記補間演算手段により演算された補間データに従っ
て、ロボットの各軸の回転角の制御を行う角度制御手段
と、 ロボットの各軸の回転角を検出する角度検出手段と、 検出された各軸の回転角とロボットの各リンクの長さ及
び質量とから、順次、各軸の回りの慣性モーメント及び
重力トルクの演算を分割し、前記補間周期において前記
補間演算手段による補間演算が行われていない空時間を
用いて、数回の補間周期で慣性モーメント及び重力トル
クを演算することで、各軸の回りの慣性モーメント及び
重力トルクを順次更新するモーメント／トルク演算手段
と、 検出された各軸の回転角、及び、バランサの構造に基づ
いた定数に基づいて、前記バランサの取り付けられてい
る軸の回りの前記バランサによる補償トルクの演算を分
割し、前記補間周期において前記補間演算手段による補
間演算が行われていない空時間を用いて、数回の補間周
期で、前記バランサの補償トルクを演算する補償トルク
演算手段と、 前記モーメント／トルク演算手段により演算された前記
重力トルクと前記補償トルク演算手段により演算された
前記補償トルクとを合成するトルク合成手段と、 前記モーメント／トルク演算手段により演算され更新さ
れているその時の慣性モーメントに基づいて前記速度フ
ィードバックループのゲインを変化させる第１補正手段
と、 前記トルク合成手段により演算され更新されているその
時の合成重力トルクに基づいて前記電流フィードバック
ループへの指令値を加算補正する第２補正手段とから成
るロボットの制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25921993A JP3316967B2 (ja) | 1993-09-22 | 1993-09-22 | ロボットの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25921993A JP3316967B2 (ja) | 1993-09-22 | 1993-09-22 | ロボットの制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0793010A true JPH0793010A (ja) | 1995-04-07 |
| JP3316967B2 JP3316967B2 (ja) | 2002-08-19 |
Family
ID=17331062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25921993A Expired - Fee Related JP3316967B2 (ja) | 1993-09-22 | 1993-09-22 | ロボットの制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3316967B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100970539B1 (ko) * | 2002-10-08 | 2010-07-16 | 가부시키가이샤 야스카와덴키 | 최적 지령 작성 장치 |
| JP2011062793A (ja) * | 2009-09-18 | 2011-03-31 | Denso Wave Inc | ロボットの制御装置 |
| US20120035882A1 (en) * | 2010-02-09 | 2012-02-09 | Colin Stocks | Apparatus and methods for imbalance compensation |
| JP2012130999A (ja) * | 2010-12-22 | 2012-07-12 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 制御装置およびロボットアームの制御方法 |
| CN104589353A (zh) * | 2013-10-30 | 2015-05-06 | 精工爱普生株式会社 | 机器人控制装置、机器人以及机器人系统 |
| WO2018051665A1 (ja) * | 2016-09-13 | 2018-03-22 | ソニー株式会社 | 医療用支持アーム装置、医療用システム、及び外科手術用顕微鏡システム |
| CN108081278A (zh) * | 2018-01-25 | 2018-05-29 | 巨轮中德机器人智能制造有限公司 | 一种喷涂用机器人快速示教装置 |
| CN112847327A (zh) * | 2019-11-12 | 2021-05-28 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种用于协作机器人关节的柔顺控制方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109928201B (zh) * | 2019-02-02 | 2020-11-06 | 衢州职业技术学院 | 具有工件搬运机构的智能自动化生产线 |
| AT526081B1 (de) * | 2022-04-19 | 2023-11-15 | Iies Inspired Innovation Eng Services E U | Drehantrieb für einen Roboterarm |
-
1993
- 1993-09-22 JP JP25921993A patent/JP3316967B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100970539B1 (ko) * | 2002-10-08 | 2010-07-16 | 가부시키가이샤 야스카와덴키 | 최적 지령 작성 장치 |
| JP2011062793A (ja) * | 2009-09-18 | 2011-03-31 | Denso Wave Inc | ロボットの制御装置 |
| US20120035882A1 (en) * | 2010-02-09 | 2012-02-09 | Colin Stocks | Apparatus and methods for imbalance compensation |
| US8485014B2 (en) * | 2010-02-09 | 2013-07-16 | Servomex Group Limited | Apparatus and methods for imbalance compensation |
| JP2012130999A (ja) * | 2010-12-22 | 2012-07-12 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 制御装置およびロボットアームの制御方法 |
| US9481088B2 (en) | 2013-10-30 | 2016-11-01 | Seiko Epson Corporation | Robot control device, robot, and robot system |
| CN104589353A (zh) * | 2013-10-30 | 2015-05-06 | 精工爱普生株式会社 | 机器人控制装置、机器人以及机器人系统 |
| CN104589353B (zh) * | 2013-10-30 | 2018-09-28 | 精工爱普生株式会社 | 机器人控制装置、机器人以及机器人系统 |
| WO2018051665A1 (ja) * | 2016-09-13 | 2018-03-22 | ソニー株式会社 | 医療用支持アーム装置、医療用システム、及び外科手術用顕微鏡システム |
| JPWO2018051665A1 (ja) * | 2016-09-13 | 2019-06-24 | ソニー株式会社 | 医療用支持アーム装置、医療用システム、及び外科手術用顕微鏡システム |
| US11229498B2 (en) | 2016-09-13 | 2022-01-25 | Sony Corporation | Medical support arm apparatus, medical system, and surgical microscope system |
| CN108081278A (zh) * | 2018-01-25 | 2018-05-29 | 巨轮中德机器人智能制造有限公司 | 一种喷涂用机器人快速示教装置 |
| CN112847327A (zh) * | 2019-11-12 | 2021-05-28 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种用于协作机器人关节的柔顺控制方法 |
| CN112847327B (zh) * | 2019-11-12 | 2022-02-11 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种用于协作机器人关节的柔顺控制方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3316967B2 (ja) | 2002-08-19 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |