JPH08339213A - 移動体制御装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロボットの実際の動作速度に応じて偏差であ
るオーバーパルスの許容値を変更し、偏差異常の検出を
迅速に行なう。 【構成】 所定の制御周期で、所定のプログラムに従っ
て代表的な移動体であるロボットを制御するロボット制
御方法において、ロボットの動作速度に対応したしきい
値を予め記憶し（ステップＳ１、Ｓ２）、ロボットの最
高速度を記憶し（ステップＳ３）、しきい値と前記動作
速度との関数を予め記憶し（ステップＳ４）、ロボット
の動作中の目標位置と実際の位置との偏差を算出し（ス
テップＳ５）、ロボットの現在の動作速度を算出し（ス
テップＳ６）、偏差が現在の動作速度における関数より
大きいかどうかを判断する（ステップＳ７）ことにより
偏差の異常検出を行なうように構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動体制御装置の偏差
異常の監視方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、代表的な移動体であるロボットの
ロボット制御装置における偏差異常の監視方法として、
ロボット制御装置からの指令速度にはかかわらず、偏差
が所定の値以下であるかどうかを監視する特開平２−１
８６０１、昭５４−１２４１７７が開示されている。

【０００３】また上記の改良として、加減速時の指令速
度の変化に応じて偏差異常の設定値を増減させる方法が
特開平４−６７２０９に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】偏差異常の監視におけ
る設定量は、ＰＩＤ制御等の偏差量によって駆動出力が
決定する制御系の場合、最大偏差量の１．５〜２倍程度
に設定するのが一般的である。

【０００５】図１は、制御目標に対する制御系の実際の
応答を一般的に示した図である。また、サーボ系におい
て偏差としてのオーバーパルスが発生する場合は、ロボ
ット制御装置により制御しているロボットが、どこかに
衝突したことにより本来の軌道を逸脱したことが原因で
あることが多い。その際、偏差異常の設定量をあまり大
きな値に設定するとロボットアーム先端のフィンガーに
過大な負荷が生じ、最悪の場合フィンガーの破損等が発
生することもある。このことについては、小型ロボット
の場合、偏差異常の設定量をロボット制御装置からの指
令速度にはかかわらず一定の値に設定して先端重量が軽
いため問題にはならなかった。しかし近年、ロボット自
体も用途が広がり、ロボットを駆動できる大型モータの
出現により、例えばパレタイズロボットと呼ばれるアー
ム長が２ｍ、立さが３ｍ程度のロボットも出現してい
る。このようなロボットの場合、低速で動作していて
も、かなりの力が発生し、フィンガーがどこかに衝突し
て動作不可能になった場合、フィンガーにかかる力も大
きく、フィンガーが破損してしまう。更にオーバーパル
スに達する前に、障害物等が解除された場合もその反動
から制御が発散し、ロボットアームがバンピングし危険
な状態が発生する。

【０００６】また、ロボットアームが停止している（サ
ーボロック）時に、衝突等により何らかの振動がロボッ
トアームに発生した場合、その振動がオーバーパルスの
設定値の範囲内においてはロボット制御装置が偏差異常
の検知をできないため、ロボットアームが大きく発振し
てからはじめて異常検知するか、ロボットアームが静定
するまで振動を繰り返すといった状態が発生し非常に危
険である。

【０００７】また、ロボットが大型化すると、設計上完
全な剛性を持たすことができないといった問題が生じる
場合がある。このような場合、図２に示すように速度の
変更点で指令速度と実際の速度の応答との間に遅れが生
じるため、このずれを考慮した量を偏差異常のしきい値
として設定するしかなく、正確な偏差異常の判断ができ
なかった。

【０００８】図２は、指令速度に対する実際の速度の応
答を一般的に示した図である。

【０００９】そこで本発明は、ロボットの実際の動作速
度に応じて偏差であるオーバーパルスの許容値を変更
し、偏差異常の検出を迅速に行なうことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】及び

【作用】前述の課題を解決するための本発明の構成とし
て、請求項１は、所定の制御周期で、所定のプログラム
に従って移動体を制御する移動体制御装置において、前
記移動体の動作速度に対応したしきい値を予め記憶する
手段と、前記しきい値と前記動作速度との関数を予め記
憶する手段と、前記移動体の動作中の目標位置と実際の
位置との偏差を算出する手段と、前記移動体の現在の動
作速度を算出する手段と、前記偏差が前記現在の動作速
度における前記関数より大きいかどうかを判断する手段
を備えたことにより偏差の異常検出を行なうことを特徴
とする移動体制御装置である。これにより変化する動作
速度に対してそれぞれ存在するしきい値の内の幾つかを
記憶した関数により偏差の許容領域を規定したため移動
体の実際の動作速度に応じて迅速な偏差異常の検知が実
現する。

【００１１】請求項２は、前記移動体の制御をサーボ系
インターフェースを介して、前記所定の制御周期毎に行
なうことを特徴とする請求項１記載の移動体制御装置で
ある。これにより偏差を２値化したパルス数で扱えるた
め、移動体制御装置の内部で容易に扱うことが可能とな
る。

【００１２】請求項３は、前記移動体の動作速度に対応
したしきい値は、前記移動体の動作速度が０の場合及び
最高速度の場合の２つであることを特徴とする請求項１
記載の移動体制御装置である。これにより動作速度と偏
差の１次関数である偏差の許容領域を規定したため移動
体の実際の動作速度に応じて迅速な偏差異常の検知が実
現する。

【００１３】同課題の解決のための本発明の他の構成と
して、請求項４は、所定の制御周期で、所定のプログラ
ムに従って移動体を制御する移動体制御方法において、
前記移動体の動作速度に対応したしきい値を予め記憶
し、前記しきい値と前記動作速度との関数を予め記憶
し、前記移動体の動作中の目標位置と実際の位置との偏
差を算出し、前記移動体の現在の動作速度を算出し、前
記偏差が前記現在の動作速度における前記関数より大き
いかどうかを判断することにより偏差の異常検出を行な
うことを特徴とする移動体制御方法である。これにより
変化する動作速度に対してそれぞれ存在するしきい値の
内の幾つかを記憶した関数により偏差の許容領域を規定
したため移動体の実際の動作速度に応じて迅速な偏差異
常の検知が実現する。

【００１４】請求項５は、前記移動体の制御をサーボ系
インターフェースを介して、前記所定の制御周期毎に行
なうことを特徴とする請求項４記載の移動体制御方法で
ある。これにより偏差を２値化したパルス数で扱えるた
め、移動体制御装置の内部で容易に扱うことが可能とな
る。

【００１５】請求項６は、前記移動体の動作速度に対応
したしきい値は、前記移動体の動作速度が０の場合及び
最高速度の場合の２つあることを特徴とする請求項４記
載の移動体制御方法である。これにより動作速度と偏差
の１次関数である偏差の許容領域を規定したため移動体
の実際の動作速度に応じて迅速な偏差異常の検知が実現
する。

【００１６】

【実施例】以下に、図３〜図７を参照して本発明の一実
施例を詳細に説明する。

【００１７】はじめに本発明を適用したロボット制御装
置の構成を説明する。

【００１８】図３は、本発明の一実施例としてのロボッ
ト制御装置の構成図である。

【００１９】図中、１は本ロボット制御装置のマンマシ
ンインターフェースとしてのティーチングペンダント
（以下、ＴＰ）、２は各種パラメータや偏差異常設定
値、制御動作等の入力を行なう入力部、３は入力値や結
果の表示などを行なう表示部、４はロボット制御装置の
主制御装置、５はＴＰ１とのデータの受け渡しを行う通
信インターフェース、６はサーボ制御、軌道計画演算、
偏差異常の監視等を行うＣＰＵ、７はＣＰＵを動作させ
るための制御プログラム及び可変速の軌道計画演算アル
ゴリズム等を記憶しているＲＯＭ、８は演算に使用する
可変パラメータ等を記憶するＲＡＭ、９は主制御装置４
の内部の各要素のデータ通信のためのバス、１０はサー
ボ系インターフェース、１１は主制御装置４に接続さ
れ、その指示に従って動作するロボットである。

【００２０】次に、図４、図５を参照し本発明の動作を
説明する。

【００２１】図４は、本発明の一実施例としての偏差異
常の監視領域を示す図である。

【００２２】まず従来の方法を図４に当てはめて本発明
の実施例と比較してみる。図４において、横軸をロボッ
ト１１の実際の動作速度、縦軸をサーボ系としての偏差
であるオーバーパルス量とする。従来の偏差異常の監視
領域を図４に当てはめた場合、横軸の実際の動作速度と
平行、すなわち動作速度の変化には無関係な所定の一定
値以下の領域となる（通常この値は、図１にも示した最
大偏差量の１．５〜２倍の値を設定している）。この場
合、ロボット１１の加速中・減速中及び低速動作中など
は、偏差異常が発生してから振動が発散し、主制御装置
４で検出できるまでにある程度の時間を必要とする。ま
た、サーボロック中は偏差が０であるから、従来の検出
方法によれば最高速度における偏差設定値までオーバー
パルスが発生しないと、すなわち偏差設定値であるオー
バーパルス量が発生するほどのロボット１１の大きな回
転動作（振動）が発生しないと偏差異常の検出はできな
い。そこで、ロボット１１が停止状態の時に小さなオー
バーパルス量、そして移動速度が早くなるほど大きなオ
ーバーパルス量を偏差異常の設定値とすれば、サーボ系
の偏差異常を指令速度から求めるより迅速に検知可能と
なり、安全性が大幅に向上する。本実施例では図４に示
すように、ロボット１１の最高速度での偏差許容値とし
て最大オーバーパルス量、そして速度０での偏差許容値
として最小オーバーパルス量をＴＰ１より入力し、その
データから主制御装置４において算出した動作速度とオ
ーバーパルス量の１次関数によりオーバーパルス許容領
域を規定する。

【００２３】次にサーボ系の制御動作中における偏差異
常の検出について説明する。

【００２４】図５は、本発明の一実施例としての制御系
を示したブロック図である。

【００２５】図中、２０は偏差が許容範囲かどうかを監
視するオーバーパルス監視部、２１はサーボ系の駆動制
御部、２２はエンコーダ２４の出力から現在速度を算出
する現在速度算出部であり、主制御装置４のＣＰＵ６上
で機能する。２３はロボット１１を駆動するモータ、２
４はモータ２３またはロボット１１の動作量を２値化デ
ータに変換するエンコーダである。

【００２６】エンコーダ２３から出力されたパルスは、
主制御装置４のＣＰＵ６のサンプリング時間毎に現在速
度算出部２４において微分されロボット１１の現在の速
度として算出される。オーバーパルス監視部２０では、
ロボット１１のプログラムされた動作開始から終了まで
の目標位置とエンコーダ２３から出力されたロボット１
１の現在位置データとしてのパルスの差を取り、現在の
偏差であるオーバーパルス量を算出する。そして現在速
度算出部２２で算出した現在速度において前述のオーバ
ーパルス許容領域の範囲外であれば偏差異常と判断す
る。

【００２７】次に、本発明の一実施例の処理の流れを説
明する。

【００２８】図６は、本発明の一実施例としての偏差異
常検出処理のフローチャートである。

【００２９】図中、最大オーバーパルス量（ステップＳ
１）、最小オーバーパルス量（ステップＳ２）、ロボッ
ト１１の最高速度（ステップＳ３）が設定された後、オ
ーバーパルス監視関数を算出する（ステップＳ４）。以
下が偏差異常検出ルーチンであリ、現在のオーバーパル
ス量の算出をし（ステップＳ５）、エンコーダ２３の出
力からロボット１１の現在速度を算出し（ステップＳ
６）、現在のオーバーパルス量と現在速度をオーバーパ
ルス監視関数において比較する（ステップＳ７）。ここ
で現在のオーバーパルス量が、ステップＳ８で許容範囲
内であればステップＳ５に戻り、範囲外であればロボッ
ト１１の振動を抑制するために制動指令処理を行なう
（ステップＳ９）。

【００３０】＜本発明の他の実施例＞図７に、本発明の
他の実施例としての偏差異常の監視領域を示す図であ
る。

【００３１】図７に示すように、最大及び最小オーバー
パルス量だけではなく、必要に応じて動作速度０と最高
速度の中間に位置するオーバーパルス量を複数ＴＰ１よ
り設定することにより、オーバーパルス監視関数を曲線
とすることで制御系が固有にもつ応答特性に更に適応し
た偏差異常の監視が実現する。

【００３２】＜実施例の効果＞ （１）エンコーダ２３から出力されたパルスを主制御装
置４のＣＰＵ６のサンプリングサイクルで微分したこと
により常時ロボット１１の現在の動作速度が得られる。 （２）最大オーバーパルス量、最小オーバーパルス量よ
り算出した動作速度とオーバーパルス量の１次関数によ
りオーバーパルス許容領域を規定したため、低速で動作
させても速度に応じた所定の負荷が発生した時点でロボ
ット１１を停止させることが可能となる。またサーボロ
ック（動作速度０）時は小さな振動が発生した時点で即
座に異常処理（サーボフリー、ブレーキＯＮ等）の処理
を行うことが可能となった。このようにロボットの実際
の動作速度に応じて迅速な偏差異常の検知が幅広い速度
範囲で実現する。 （３）ロボット１１が、動作速度０の時の偏差異常の許
容値として最小オーバーパルス量を設定することによ
り、サーボロック時の振動の発生を素早く検出できるた
め、異常処理を迅速に行いアームの振動が防止できる。
従ってフィンガーの破損やアーム暴走等の安全性が大幅
に向上した。特に完全な剛性を持たすことが難しく、低
速動作でもモーターに比較的大きな負荷がかかる大型の
ロボットにおいてその効果は顕著に現われる。 （４）最大及び最小オーバーパルス量だけではなく、動
作速度０と最高速度の中間に位置するオーバーパルス量
を設定することにより、オーバーパルス監視関数を曲線
となり、制御系が固有にもつ応答特性に更に適応した偏
差異常の監視が実現する。

【００３３】本実施例は、代表的な移動体であるロボッ
トにより実施したが、本発明は２次元、または３次元空
間で動作する物体の移動装置、及び単軸、または多軸型
の回転軸を備えたスカラ型ロボット等に広く適用でき
る。

【００３４】尚、本発明は、複数の機器から構成される
システムに適用しても、１つの機器から成る装置に適用
しても良い。また、本発明はシステムあるいは装置にプ
ログラムを供給することによって達成される場合にも適
用できることはいうまでもない。

【００３５】

【発明の効果】前述のように本発明によれば、ロボット
の実際の動作速度に応じて偏差であるオーバーパルスの
許容値を変更し、偏差異常の検出を迅速に行なうことが
可能となった。

【００３６】

【図面の簡単な説明】

【図１】制御目標に対する制御系の実際の応答を一般的
に示した図である。

【図２】指令速度に対する実際の速度の応答を一般的に
示した図である。

【図３】本発明の一実施例としてのロボット制御装置の
構成図である。

【図４】本発明の一実施例としての偏差異常の監視領域
を示す図である。

【図５】本発明の一実施例としての制御系を示したブロ
ック図である。

【図６】本発明の一実施例としての偏差異常検出処理の
フローチャートである。

【図７】本発明の他の実施例としての偏差異常の監視領
域を示す図である。

【符号の説明】 １ ティーチングペンダント（ＴＰ） ２ 入力部 ３ 表示部 ４ 主制御装置 ５ 通信インターフェース ６ ＣＰＵ ７ ＲＯＭ ８ ＲＡＭ ９ バス １０ サーボ系インターフェース １１ ロボット ２０ オーバーパルス監視部 ２１ 駆動制御部 ２２ 現在速度算出部 ２３ モータ ２４ エンコーダ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の制御周期で、所定のプログラムに
   従って移動体を制御する移動体制御装置において、 前記移動体の動作速度に対応したしきい値を予め記憶す
   る手段と、 前記しきい値と前記動作速度との関数を予め記憶する手
   段と、 前記移動体の動作中の目標位置と実際の位置との偏差を
   算出する手段と、 前記移動体の現在の動作速度を算出する手段と、 前記偏差が前記現在の動作速度における前記関数より大
   きいかどうかを判断する手段を備えたことにより偏差の
   異常検出を行なうことを特徴とする移動体制御装置。
2. 【請求項２】 前記移動体の制御をサーボ系インターフ
   ェースを介して、前記所定の制御周期毎に行なうことを
   特徴とする請求項１記載の移動体制御装置。
3. 【請求項３】 前記移動体の動作速度に対応したしきい
   値は、 前記移動体の動作速度が０の場合及び最高速度の場合の
   ２つであることを特徴とする請求項１記載の移動体制御
   装置。
4. 【請求項４】 所定の制御周期で、所定のプログラムに
   従って移動体を制御する移動体制御方法において、 前記移動体の動作速度に対応したしきい値を予め記憶
   し、 前記しきい値と前記動作速度との関数を予め記憶し、 前記移動体の動作中の目標位置と実際の位置との偏差を
   算出し、 前記移動体の現在の動作速度を算出し、 前記偏差が前記現在の動作速度における前記関数より大
   きいかどうかを判断することにより偏差の異常検出を行
   なうことを特徴とする移動体制御方法。
5. 【請求項５】 前記移動体の制御をサーボ系インターフ
   ェースを介して、前記所定の制御周期毎に行なうことを
   特徴とする請求項４記載の移動体制御方法。
6. 【請求項６】 前記移動体の動作速度に対応したしきい
   値は、 前記移動体の動作速度が０の場合及び最高速度の場合の
   ２つあることを特徴とする請求項４記載の移動体制御方
   法。