JPH1110580A - 産業用ロボットの駆動軸制御方法及びその装置 - Google Patents
産業用ロボットの駆動軸制御方法及びその装置Info
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- JPH1110580A JPH1110580A JP9184573A JP18457397A JPH1110580A JP H1110580 A JPH1110580 A JP H1110580A JP 9184573 A JP9184573 A JP 9184573A JP 18457397 A JP18457397 A JP 18457397A JP H1110580 A JPH1110580 A JP H1110580A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 関節部を駆動する駆動軸モータが減速機を介
してアームと連結される構造を有する産業用ロボットに
おいて、アームあるいはエンドエフェクタが障害物と衝
突した際に、駆動系にかかる負荷を最小限に抑えること
ができるような産業用ロボットの駆動軸制御方法及びそ
の装置を提供する。 【解決手段】 駆動軸モータの時々刻々の指令位置を発
生させ、この指令位置と駆動軸モータに取り付けられた
位置検出器から読み込まれた現在位置としての位置フィ
ードバックとの差分をとって位置偏差とし、この位置偏
差に位置ループゲインを乗じることにより速度指令を算
出し、アームあるいはアームに把持されたエンドエフェ
クタが障害物と衝突したことを検出した際、前記位置ル
ープゲインを初期設定値からこの初期設定値よりも小さ
い衝突時設定値に変更することにより速度指令を低下さ
せ、これにより衝突状態における前記減速機にかかる負
荷を低減させるようにした。
してアームと連結される構造を有する産業用ロボットに
おいて、アームあるいはエンドエフェクタが障害物と衝
突した際に、駆動系にかかる負荷を最小限に抑えること
ができるような産業用ロボットの駆動軸制御方法及びそ
の装置を提供する。 【解決手段】 駆動軸モータの時々刻々の指令位置を発
生させ、この指令位置と駆動軸モータに取り付けられた
位置検出器から読み込まれた現在位置としての位置フィ
ードバックとの差分をとって位置偏差とし、この位置偏
差に位置ループゲインを乗じることにより速度指令を算
出し、アームあるいはアームに把持されたエンドエフェ
クタが障害物と衝突したことを検出した際、前記位置ル
ープゲインを初期設定値からこの初期設定値よりも小さ
い衝突時設定値に変更することにより速度指令を低下さ
せ、これにより衝突状態における前記減速機にかかる負
荷を低減させるようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】産業用ロボットを構成する各
アームを駆動する駆動軸モータの制御に関し、特に、ア
ームあるいはエンドエフェクタが障害物などと衝突した
場合に、駆動軸が受ける影響を最小限に抑えることが可
能な駆動軸制御方法及びその装置に関する。
アームを駆動する駆動軸モータの制御に関し、特に、ア
ームあるいはエンドエフェクタが障害物などと衝突した
場合に、駆動軸が受ける影響を最小限に抑えることが可
能な駆動軸制御方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】産業用ロボットを構成するアーム自身あ
るいはこれに把持されたエンドエフェクタが障害物に衝
突した場合、各アームを駆動する駆動軸モータは予め設
定された移動指令に従ってなおも移動し続けようとし、
この結果駆動軸モータは拘束状態となり、大きなトルク
を発生し続けることになる。この状態が長く続くと駆動
軸モータや減速機を含むアームの機構部が破損する可能
性が生ずるので、従来より、何らかの手法により衝突の
発生を検知し、駆動軸モータの移動指令を即時に中断す
る等の処置を行わせていた。
るいはこれに把持されたエンドエフェクタが障害物に衝
突した場合、各アームを駆動する駆動軸モータは予め設
定された移動指令に従ってなおも移動し続けようとし、
この結果駆動軸モータは拘束状態となり、大きなトルク
を発生し続けることになる。この状態が長く続くと駆動
軸モータや減速機を含むアームの機構部が破損する可能
性が生ずるので、従来より、何らかの手法により衝突の
発生を検知し、駆動軸モータの移動指令を即時に中断す
る等の処置を行わせていた。
【０００３】例えば、特開平６−１３１０５０号に開示
されている方法では、外乱推定オブザーバによって摩擦
トルクを考慮した外乱トルクを推定し、この推定外乱ト
ルクが規定値以上になったとき、負荷異常として衝突等
が生じているものと判断するようにしていた。この方法
は、衝突検知用の特別な検出器を使用することなく、ソ
フトウェア上での処理により衝突を検知し、駆動軸モー
タへの供給動力を遮断し、これによりアームを即座に緊
急停止させることができるというものである。
されている方法では、外乱推定オブザーバによって摩擦
トルクを考慮した外乱トルクを推定し、この推定外乱ト
ルクが規定値以上になったとき、負荷異常として衝突等
が生じているものと判断するようにしていた。この方法
は、衝突検知用の特別な検出器を使用することなく、ソ
フトウェア上での処理により衝突を検知し、駆動軸モー
タへの供給動力を遮断し、これによりアームを即座に緊
急停止させることができるというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ソフトウェア
上での処理においては、衝突を検知してからアームが完
全停止するまでにはある程度のタイムラグが生ずるため
に、アーム自身あるいはこれに把持されたエンドエフェ
クタが障害物に接触した位置で静止している一方で、駆
動軸モータは僅かに障害物にめり込んだ位置まで到達し
た状態となっている。よって、衝突検知直後に駆動軸モ
ータへの供給動力を直ちに遮断しても、制御装置に対す
る手動操作などにより障害物と接触しない位置までアー
ムが移動されない限り、駆動軸モータに連結されている
減速機には過大な力がかかり続けていることになる。す
なわち、衝突を検知した時点で即座に駆動軸モータへの
供給動力を遮断しても、アーム自身あるいはエンドエフ
ェクタが障害物にめり込んだ状態のままで停止し続けて
いると、復元力により減速機には過大な力がかかり続け
ていることになる。
上での処理においては、衝突を検知してからアームが完
全停止するまでにはある程度のタイムラグが生ずるため
に、アーム自身あるいはこれに把持されたエンドエフェ
クタが障害物に接触した位置で静止している一方で、駆
動軸モータは僅かに障害物にめり込んだ位置まで到達し
た状態となっている。よって、衝突検知直後に駆動軸モ
ータへの供給動力を直ちに遮断しても、制御装置に対す
る手動操作などにより障害物と接触しない位置までアー
ムが移動されない限り、駆動軸モータに連結されている
減速機には過大な力がかかり続けていることになる。す
なわち、衝突を検知した時点で即座に駆動軸モータへの
供給動力を遮断しても、アーム自身あるいはエンドエフ
ェクタが障害物にめり込んだ状態のままで停止し続けて
いると、復元力により減速機には過大な力がかかり続け
ていることになる。
【０００５】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであり、アームあるいはエンドエフェクタが障
害物と衝突した際に、衝突したアームあるいはエンドエ
フェクタ及び減速機等の駆動系にかかる負荷を最小限に
抑えることができるような産業用ロボットの駆動軸制御
方法及びその装置を提供することを目的とする。
れたものであり、アームあるいはエンドエフェクタが障
害物と衝突した際に、衝突したアームあるいはエンドエ
フェクタ及び減速機等の駆動系にかかる負荷を最小限に
抑えることができるような産業用ロボットの駆動軸制御
方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１にかかる発明では、関節部を駆動する駆
動軸モータが減速機を介してアームと連結される構造を
有する産業用ロボットにおいて、駆動軸モータの時々刻
々の指令位置を発生させ、この指令位置と駆動軸モータ
に取り付けられた位置検出器から読み込まれた現在位置
としての位置フィードバックとの差分をとって位置偏差
とし、この位置偏差に位置ループゲインを乗じることに
より速度指令を算出し、アームあるいはアームに把持さ
れたエンドエフェクタが障害物と衝突したことを検出し
た際、位置ループゲインを初期設定値からこの初期設定
値よりも小さい衝突時設定値に変更することにより速度
指令を低下させ、これにより衝突状態における減速機に
かかる負荷を低減させるようにしたことを特徴とする産
業用ロボットの駆動軸制御方法を提供した。
めに、請求項１にかかる発明では、関節部を駆動する駆
動軸モータが減速機を介してアームと連結される構造を
有する産業用ロボットにおいて、駆動軸モータの時々刻
々の指令位置を発生させ、この指令位置と駆動軸モータ
に取り付けられた位置検出器から読み込まれた現在位置
としての位置フィードバックとの差分をとって位置偏差
とし、この位置偏差に位置ループゲインを乗じることに
より速度指令を算出し、アームあるいはアームに把持さ
れたエンドエフェクタが障害物と衝突したことを検出し
た際、位置ループゲインを初期設定値からこの初期設定
値よりも小さい衝突時設定値に変更することにより速度
指令を低下させ、これにより衝突状態における減速機に
かかる負荷を低減させるようにしたことを特徴とする産
業用ロボットの駆動軸制御方法を提供した。
【０００７】また、本発明では、上記請求項１にかかる
産業用ロボットの駆動軸制御方法を実施するための装置
をも提供する。すなわち、請求項３にかかる発明では、
関節部を駆動する駆動軸モータが減速機を介してアーム
と連結される構造を有する産業用ロボットにおいて、駆
動軸モータの時々刻々の指令位置を入力し、この指令位
置と駆動軸モータに取り付けられた位置検出器から読み
込まれた現在位置としての位置フィードバックとの差分
をとって位置偏差とし、この位置偏差に位置ループゲイ
ンを乗じて求められた速度指令を出力するようにされた
位置制御装置と、アームあるいはアームに把持されたエ
ンドエフェクタが障害物と衝突したことを検出する衝突
検出装置と、衝突検出装置において衝突が検出された際
に、前記位置ループゲインを初期設定値からこの初期設
定値よりも小さい衝突時設定値に変更するようにされた
位置ループゲイン変更装置と、を有することを特徴とす
る産業用ロボットの駆動軸制御装置を提供した。
産業用ロボットの駆動軸制御方法を実施するための装置
をも提供する。すなわち、請求項３にかかる発明では、
関節部を駆動する駆動軸モータが減速機を介してアーム
と連結される構造を有する産業用ロボットにおいて、駆
動軸モータの時々刻々の指令位置を入力し、この指令位
置と駆動軸モータに取り付けられた位置検出器から読み
込まれた現在位置としての位置フィードバックとの差分
をとって位置偏差とし、この位置偏差に位置ループゲイ
ンを乗じて求められた速度指令を出力するようにされた
位置制御装置と、アームあるいはアームに把持されたエ
ンドエフェクタが障害物と衝突したことを検出する衝突
検出装置と、衝突検出装置において衝突が検出された際
に、前記位置ループゲインを初期設定値からこの初期設
定値よりも小さい衝突時設定値に変更するようにされた
位置ループゲイン変更装置と、を有することを特徴とす
る産業用ロボットの駆動軸制御装置を提供した。
【０００８】請求項１及び３の作用について説明する。
位置ループゲインは位置偏差より速度指令を算出する際
に用いられる比例定数であり、この値が大きいほど速度
指令も大きくなり、よって駆動軸の剛性は高くなるの
で、指令位置に対する駆動軸の追従性は良くなるが、逆
に駆動軸モータや減速機にかかる負荷は大きくなる。ア
ームの動作中は駆動軸の追従性を良くするために位置ル
ープゲインを大きくとることが望ましいが、衝突時に駆
動軸モータが拘束状態となったときには、位置ループゲ
インが大きいことによる減速機にかかる負荷の増加によ
り、減速機の寿命を縮めたり、最悪の場合は減速機を含
む駆動系を破損させることになる。そこで、衝突時には
位置ループゲインをアーム動作中の初期設定値からこの
初期設定値よりも小さい衝突時設定値に変更することに
より、速度指令を低下させ、よって駆動軸の剛性を低下
させ、この結果障害物に衝突したアームが復元力により
衝突位置まで自然に引き戻されることによりくい込み状
態が解消され、よって減速機にかかる負荷が低減される
ようになる。
位置ループゲインは位置偏差より速度指令を算出する際
に用いられる比例定数であり、この値が大きいほど速度
指令も大きくなり、よって駆動軸の剛性は高くなるの
で、指令位置に対する駆動軸の追従性は良くなるが、逆
に駆動軸モータや減速機にかかる負荷は大きくなる。ア
ームの動作中は駆動軸の追従性を良くするために位置ル
ープゲインを大きくとることが望ましいが、衝突時に駆
動軸モータが拘束状態となったときには、位置ループゲ
インが大きいことによる減速機にかかる負荷の増加によ
り、減速機の寿命を縮めたり、最悪の場合は減速機を含
む駆動系を破損させることになる。そこで、衝突時には
位置ループゲインをアーム動作中の初期設定値からこの
初期設定値よりも小さい衝突時設定値に変更することに
より、速度指令を低下させ、よって駆動軸の剛性を低下
させ、この結果障害物に衝突したアームが復元力により
衝突位置まで自然に引き戻されることによりくい込み状
態が解消され、よって減速機にかかる負荷が低減される
ようになる。
【０００９】位置ループゲインの衝突時設定値は、障害
物に衝突したアームが復元力により衝突位置まで自然に
引き戻される程度に小さくしておく必要があるが、極端
に小さくし過ぎると重力に対抗しきれなくなり、最悪の
場合アームが落下してしまうという事態が発生する。そ
のため、位置ループゲインの衝突時設定値については、
重力の影響分は最低限補償しておく必要がある。この点
を考慮したうえで、位置ループゲインの衝突時設定値は
予め所定の値を規定しておいてもよいが、所定の比率を
予め規定しておき、衝突時には位置ループゲインの初期
設定値にこの予め規定しておいた比率を乗ずることによ
り、位置ループゲインを変更するようにしてもよい。ま
た、衝突の検出方法については、従来技術、例えば前述
の特開平６−１３１０５０号に開示されているように、
外乱推定オブザーバによって外乱トルクを推定し、この
推定された外乱トルクが規定値以上になったとき、衝突
が生じているものと判断するようにすればよい。
物に衝突したアームが復元力により衝突位置まで自然に
引き戻される程度に小さくしておく必要があるが、極端
に小さくし過ぎると重力に対抗しきれなくなり、最悪の
場合アームが落下してしまうという事態が発生する。そ
のため、位置ループゲインの衝突時設定値については、
重力の影響分は最低限補償しておく必要がある。この点
を考慮したうえで、位置ループゲインの衝突時設定値は
予め所定の値を規定しておいてもよいが、所定の比率を
予め規定しておき、衝突時には位置ループゲインの初期
設定値にこの予め規定しておいた比率を乗ずることによ
り、位置ループゲインを変更するようにしてもよい。ま
た、衝突の検出方法については、従来技術、例えば前述
の特開平６−１３１０５０号に開示されているように、
外乱推定オブザーバによって外乱トルクを推定し、この
推定された外乱トルクが規定値以上になったとき、衝突
が生じているものと判断するようにすればよい。
【００１０】さらに、請求項２にかかる発明では、請求
項１にかかる発明の構成に加えて、アームあるいはアー
ムに把持されたエンドエフェクタが障害物と衝突したこ
とを検出した際には、指令位置を衝突時の駆動軸モータ
の現在位置に置き換えるようにした。また、これを実施
させるための装置として、請求項４にかかる発明では、
請求項３にかかる発明の構成に加えて、衝突検出装置に
おいて衝突が検出された際に、指令位置を衝突時の駆動
軸モータの現在位置に置き換えるようにされた指令位置
変更装置を設けるようにした。
項１にかかる発明の構成に加えて、アームあるいはアー
ムに把持されたエンドエフェクタが障害物と衝突したこ
とを検出した際には、指令位置を衝突時の駆動軸モータ
の現在位置に置き換えるようにした。また、これを実施
させるための装置として、請求項４にかかる発明では、
請求項３にかかる発明の構成に加えて、衝突検出装置に
おいて衝突が検出された際に、指令位置を衝突時の駆動
軸モータの現在位置に置き換えるようにされた指令位置
変更装置を設けるようにした。
【００１１】これにより、衝突が検出された場合、指令
位置と現在位置との差分である位置偏差はゼロとなるの
で、これに位置ループゲインを乗じて求められる速度指
令もゼロとなり、この結果駆動軸モータに制動トルクが
発生することにより直ちにアームの動作が停止されるの
で、アームあるいはエンドエフェクタの障害物へのくい
込みが最小限に抑えられ、さらに、位置ループゲインが
アーム動作中の初期設定値からこの初期設定値よりも小
さい衝突時設定値に変更されることにより駆動軸の剛性
が低下され、この結果障害物に衝突したアームが復元力
により衝突位置まで自然に引き戻されることによりくい
込み状態が解消され、よって減速機にかかる負荷が低減
されるようになる。
位置と現在位置との差分である位置偏差はゼロとなるの
で、これに位置ループゲインを乗じて求められる速度指
令もゼロとなり、この結果駆動軸モータに制動トルクが
発生することにより直ちにアームの動作が停止されるの
で、アームあるいはエンドエフェクタの障害物へのくい
込みが最小限に抑えられ、さらに、位置ループゲインが
アーム動作中の初期設定値からこの初期設定値よりも小
さい衝突時設定値に変更されることにより駆動軸の剛性
が低下され、この結果障害物に衝突したアームが復元力
により衝突位置まで自然に引き戻されることによりくい
込み状態が解消され、よって減速機にかかる負荷が低減
されるようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態
における駆動軸制御装置を構成するサーボ系のブロック
図である。図中、１は産業用ロボットの各アームの駆動
軸を駆動するための駆動軸モータとしてのサーボモー
タ、２は駆動軸の位置を検出するための位置検出器とし
てのエンコーダ、３は増幅器としてのパワーアンプであ
る。サーボループは内側から電流制御装置４、速度制御
装置５、位置制御装置６、という３重のループで構成さ
れている。１０は目標位置・出発位置・要求速度・加速
度の制限値などを基に産業用ロボットが適正に動作する
ために求められた時々刻々の各駆動軸の指令位置を出力
する指令位置発生装置である。７はアーム２３あるいは
アーム２３に把持された図示しないエンドエフェクタが
図示しない障害物と衝突した際、これを検出する衝突検
出装置である。８は衝突検出時に位置ループゲインを変
更する位置ループゲイン変更装置である。９は衝突検出
時に指令位置を変更する指令位置変更装置である。一
方、図２はサーボモータ１、回転減速機２２、及びアー
ム２３の関係を示す、ばね−質量系の概念図である。
て図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態
における駆動軸制御装置を構成するサーボ系のブロック
図である。図中、１は産業用ロボットの各アームの駆動
軸を駆動するための駆動軸モータとしてのサーボモー
タ、２は駆動軸の位置を検出するための位置検出器とし
てのエンコーダ、３は増幅器としてのパワーアンプであ
る。サーボループは内側から電流制御装置４、速度制御
装置５、位置制御装置６、という３重のループで構成さ
れている。１０は目標位置・出発位置・要求速度・加速
度の制限値などを基に産業用ロボットが適正に動作する
ために求められた時々刻々の各駆動軸の指令位置を出力
する指令位置発生装置である。７はアーム２３あるいは
アーム２３に把持された図示しないエンドエフェクタが
図示しない障害物と衝突した際、これを検出する衝突検
出装置である。８は衝突検出時に位置ループゲインを変
更する位置ループゲイン変更装置である。９は衝突検出
時に指令位置を変更する指令位置変更装置である。一
方、図２はサーボモータ１、回転減速機２２、及びアー
ム２３の関係を示す、ばね−質量系の概念図である。
【００１３】このサーボ系の機能について説明すると、
位置制御装置６は、指令位置発生装置１０が発生した動
作プログラム等に従ったサーボモータ１の時々刻々の指
令位置と、サーボモータ１に取り付けられたエンコーダ
２から読み込まれた現在位置としての位置フィードバッ
ク１１との差分をとって位置偏差１４とし、この位置偏
差１４に位置ループゲインを乗じて求められた速度指令
１５を出力するようにされている。速度制御装置５は、
位置制御装置６から出力された速度指令１５と、エンコ
ーダ２から読み込まれた現在位置より求められた速度フ
ィードバック１２との差分をとって速度偏差とし、この
速度偏差に基づいて電流指令１６を出力するようにされ
ている。電流制御装置４は、速度制御装置５から出力さ
れた電流指令１６と、電流検出器１７により検出された
サーボモータ１へ流れる実電流としての電流フィードバ
ック１３との差分をとってサーボモータ１へモータ電流
を出力するようにされている。
位置制御装置６は、指令位置発生装置１０が発生した動
作プログラム等に従ったサーボモータ１の時々刻々の指
令位置と、サーボモータ１に取り付けられたエンコーダ
２から読み込まれた現在位置としての位置フィードバッ
ク１１との差分をとって位置偏差１４とし、この位置偏
差１４に位置ループゲインを乗じて求められた速度指令
１５を出力するようにされている。速度制御装置５は、
位置制御装置６から出力された速度指令１５と、エンコ
ーダ２から読み込まれた現在位置より求められた速度フ
ィードバック１２との差分をとって速度偏差とし、この
速度偏差に基づいて電流指令１６を出力するようにされ
ている。電流制御装置４は、速度制御装置５から出力さ
れた電流指令１６と、電流検出器１７により検出された
サーボモータ１へ流れる実電流としての電流フィードバ
ック１３との差分をとってサーボモータ１へモータ電流
を出力するようにされている。
【００１４】衝突検出装置７は、外乱推定オブザーバに
よって外乱トルクを推定し、この推定された外乱トルク
が規定値以上になったとき、衝突が生じているものと判
断するようにしている。衝突時には、サーボループは通
常よりも大きなトルク（電流指令１６）をサーボモータ
１に対して出力しようとするが、衝突により実際にはサ
ーボモータ１の位置はほとんど変化しないので速度フィ
ードバック１２の値はほとんどゼロとなる。したがっ
て、速度制御装置５から出力された電流指令１６と速度
フィードバック１２の値を監視し、これらの値を基にね
じれ量を算出し、このねじれ量をアーム２３に加わる外
乱トルクに換算し、この換算値から、重力により発生す
るアンバランストルクや、他の駆動軸の運動により発生
する遠心力・コリオリ力・慣性力等を源とする所謂軸干
渉トルクといった既知の外乱トルクを差し引けば、外乱
トルクの衝突による増加分が算出できる。この通常はほ
とんどゼロである外乱トルクの衝突による増加分が予め
設定された規定値を超えたときに、衝突が発生している
ものと判断するようにする。
よって外乱トルクを推定し、この推定された外乱トルク
が規定値以上になったとき、衝突が生じているものと判
断するようにしている。衝突時には、サーボループは通
常よりも大きなトルク（電流指令１６）をサーボモータ
１に対して出力しようとするが、衝突により実際にはサ
ーボモータ１の位置はほとんど変化しないので速度フィ
ードバック１２の値はほとんどゼロとなる。したがっ
て、速度制御装置５から出力された電流指令１６と速度
フィードバック１２の値を監視し、これらの値を基にね
じれ量を算出し、このねじれ量をアーム２３に加わる外
乱トルクに換算し、この換算値から、重力により発生す
るアンバランストルクや、他の駆動軸の運動により発生
する遠心力・コリオリ力・慣性力等を源とする所謂軸干
渉トルクといった既知の外乱トルクを差し引けば、外乱
トルクの衝突による増加分が算出できる。この通常はほ
とんどゼロである外乱トルクの衝突による増加分が予め
設定された規定値を超えたときに、衝突が発生している
ものと判断するようにする。
【００１５】指令位置変更装置９は、衝突検出装置７に
おいて衝突が検出された場合は、エンコーダ２よりサー
ボモータ１の現在位置を入力し、この現在位置を衝突時
の指令位置として指令位置発生装置１０へ出力する。指
令位置発生装置１０は、前述のように、通常は動作プロ
グラム等に従いサーボモータ１の時々刻々の指令位置を
発生しているが、衝突検出時には指令位置変更装置９か
ら入力したサーボモータ１の現在位置を指令位置として
位置制御装置６へ出力する。これにより、衝突時は指令
位置と現在位置との差分である位置偏差１４はゼロとな
るので、これに位置ループゲインを乗じて求められる速
度指令１５もゼロとなり、この結果サーボモータ１に制
動トルクが発生することにより直ちにアーム２３の動作
が停止される。したがって、アーム２３あるいは図示し
ないエンドエフェクタの障害物へのくい込みが最小限に
抑えられることとなる。
おいて衝突が検出された場合は、エンコーダ２よりサー
ボモータ１の現在位置を入力し、この現在位置を衝突時
の指令位置として指令位置発生装置１０へ出力する。指
令位置発生装置１０は、前述のように、通常は動作プロ
グラム等に従いサーボモータ１の時々刻々の指令位置を
発生しているが、衝突検出時には指令位置変更装置９か
ら入力したサーボモータ１の現在位置を指令位置として
位置制御装置６へ出力する。これにより、衝突時は指令
位置と現在位置との差分である位置偏差１４はゼロとな
るので、これに位置ループゲインを乗じて求められる速
度指令１５もゼロとなり、この結果サーボモータ１に制
動トルクが発生することにより直ちにアーム２３の動作
が停止される。したがって、アーム２３あるいは図示し
ないエンドエフェクタの障害物へのくい込みが最小限に
抑えられることとなる。
【００１６】位置ループゲイン変更装置８は、衝突検出
装置７において衝突が検出された場合は、位置制御装置
６に対して位置ループゲインの衝突時設定値を出力し、
位置制御装置６はこの衝突時設定値の入力を受け、位置
制御装置６内に記憶されている位置ループゲインの初期
設定値を衝突時設定値に変更する。位置ループゲインは
位置偏差１４より速度指令１５を算出する際に用いられ
る比例定数であり、この値が大きいほど駆動軸の剛性は
高くなり、よって指令位置に対する駆動軸の追従性は良
くなるが、逆にサーボモータ１や減速機２２にかかる負
荷は大きくなる。アーム２３の動作中は駆動軸の追従性
を良くするために位置ループゲインを大きくとることが
望ましいが、衝突時にサーボモータ１が拘束状態となっ
たときには、位置ループゲインが大きいことによる減速
機２２にかかる負荷の増加により、減速機２２の寿命を
縮めたり、最悪の場合は減速機２２を含む駆動系を破損
させることになる。
装置７において衝突が検出された場合は、位置制御装置
６に対して位置ループゲインの衝突時設定値を出力し、
位置制御装置６はこの衝突時設定値の入力を受け、位置
制御装置６内に記憶されている位置ループゲインの初期
設定値を衝突時設定値に変更する。位置ループゲインは
位置偏差１４より速度指令１５を算出する際に用いられ
る比例定数であり、この値が大きいほど駆動軸の剛性は
高くなり、よって指令位置に対する駆動軸の追従性は良
くなるが、逆にサーボモータ１や減速機２２にかかる負
荷は大きくなる。アーム２３の動作中は駆動軸の追従性
を良くするために位置ループゲインを大きくとることが
望ましいが、衝突時にサーボモータ１が拘束状態となっ
たときには、位置ループゲインが大きいことによる減速
機２２にかかる負荷の増加により、減速機２２の寿命を
縮めたり、最悪の場合は減速機２２を含む駆動系を破損
させることになる。
【００１７】そこで、衝突時には位置ループゲインをア
ーム動作中の初期設定値からこの初期設定値よりも小さ
い衝突時設定値に変更することにより、速度指令を低下
させ、よって駆動軸の剛性を低下させ、この結果障害物
に衝突したアーム２３が復元力により衝突位置まで自然
に引き戻されることによりくい込み状態が解消され、よ
って減速機２２にかかる負荷が低減されるようになる。
ーム動作中の初期設定値からこの初期設定値よりも小さ
い衝突時設定値に変更することにより、速度指令を低下
させ、よって駆動軸の剛性を低下させ、この結果障害物
に衝突したアーム２３が復元力により衝突位置まで自然
に引き戻されることによりくい込み状態が解消され、よ
って減速機２２にかかる負荷が低減されるようになる。
【００１８】位置ループゲインの衝突時設定値は、障害
物に衝突したアーム２３が復元力により衝突位置まで自
然に引き戻される程度に小さくしておく必要があるが、
極端に小さくし過ぎると、アーム自身の重みにより重力
に対抗しきれなくなり、最悪の場合アーム２３が落下し
てしまうという事態が発生する。そのため、位置ループ
ゲインの衝突時設定値については、重力の影響分は最低
限補償しておく必要がある。この点を考慮したうえで、
位置ループゲインの衝突時設定値は予め所定の値を規定
しておいてもよいが、所定の比率を予め規定しておき、
衝突時には位置ループゲインの初期設定値にこの予め規
定しておいた比率を乗ずることにより、位置ループゲイ
ンを変更するようにしてもよい。
物に衝突したアーム２３が復元力により衝突位置まで自
然に引き戻される程度に小さくしておく必要があるが、
極端に小さくし過ぎると、アーム自身の重みにより重力
に対抗しきれなくなり、最悪の場合アーム２３が落下し
てしまうという事態が発生する。そのため、位置ループ
ゲインの衝突時設定値については、重力の影響分は最低
限補償しておく必要がある。この点を考慮したうえで、
位置ループゲインの衝突時設定値は予め所定の値を規定
しておいてもよいが、所定の比率を予め規定しておき、
衝突時には位置ループゲインの初期設定値にこの予め規
定しておいた比率を乗ずることにより、位置ループゲイ
ンを変更するようにしてもよい。
【００１９】具体的には、エンドエフェクタに所定の負
荷を持たせ、実際に衝突状態を発生させることにより、
アーム２３が復元力により衝突位置まで自然に引き戻さ
れ、かつ、重力の影響によりアーム２３が落下してしま
うことがないような衝突時設定値を実験的に求めるよう
にする。あるいは、同様な実験を繰り返すことにより複
数のデータが得られれば、衝突時設定値の初期設定値に
対する比率を求めることが可能になるので、衝突時には
位置ループゲインの初期設定値にこの比率を乗ずること
により、位置ループゲインを変更するようにする。
荷を持たせ、実際に衝突状態を発生させることにより、
アーム２３が復元力により衝突位置まで自然に引き戻さ
れ、かつ、重力の影響によりアーム２３が落下してしま
うことがないような衝突時設定値を実験的に求めるよう
にする。あるいは、同様な実験を繰り返すことにより複
数のデータが得られれば、衝突時設定値の初期設定値に
対する比率を求めることが可能になるので、衝突時には
位置ループゲインの初期設定値にこの比率を乗ずること
により、位置ループゲインを変更するようにする。
【００２０】以上、本発明の一実施形態について説明し
た。上記の実施形態では、衝突の検出は、速度制御装置
５から出力された電流指令１６と速度フィードバック１
２の値を監視し、外乱推定オブザーバを用いてソフトウ
ェア上で行わせていたが、この代わりに、衝突検出用の
力センサを用いるようにしてもよい。また、上記の実施
形態は産業用ロボットの駆動軸に本発明を適用した場合
について説明したものであるが、関節部を駆動する駆動
軸モータが減速機を介してアームあるいはこれに相当す
る部材を動作させる形態のものであれば、産業用ロボッ
ト以外のものにも本発明の技術は容易に展開可能であ
り、例えば、駆動軸にサーボモータ及び減速機を使用し
ている工作機械にも適用できる。
た。上記の実施形態では、衝突の検出は、速度制御装置
５から出力された電流指令１６と速度フィードバック１
２の値を監視し、外乱推定オブザーバを用いてソフトウ
ェア上で行わせていたが、この代わりに、衝突検出用の
力センサを用いるようにしてもよい。また、上記の実施
形態は産業用ロボットの駆動軸に本発明を適用した場合
について説明したものであるが、関節部を駆動する駆動
軸モータが減速機を介してアームあるいはこれに相当す
る部材を動作させる形態のものであれば、産業用ロボッ
ト以外のものにも本発明の技術は容易に展開可能であ
り、例えば、駆動軸にサーボモータ及び減速機を使用し
ている工作機械にも適用できる。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、関節部を駆動する駆動
軸モータが減速機を介してアームと連結される構造を有
する産業用ロボットにおいて、アームあるいはアームに
把持されたエンドエフェクタが障害物と衝突したことを
検出した際、駆動軸モータの速度指令を算出する際に用
いられる比例定数としての位置ループゲインを、初期設
定値からこの初期設定値よりも小さい衝突時設定値に変
更し、位置ループゲインが衝突時設定値に変更されたこ
とに応じてアーム剛性を低下せしめ、これにより衝突状
態における減速機にかかる負荷を低減させるようにした
ので、アームあるいは把持されたエンドエフェクタにか
かる衝撃を最小限にくいとめると同時に減速機の疲労を
も最小限に抑えることができるようになった。
軸モータが減速機を介してアームと連結される構造を有
する産業用ロボットにおいて、アームあるいはアームに
把持されたエンドエフェクタが障害物と衝突したことを
検出した際、駆動軸モータの速度指令を算出する際に用
いられる比例定数としての位置ループゲインを、初期設
定値からこの初期設定値よりも小さい衝突時設定値に変
更し、位置ループゲインが衝突時設定値に変更されたこ
とに応じてアーム剛性を低下せしめ、これにより衝突状
態における減速機にかかる負荷を低減させるようにした
ので、アームあるいは把持されたエンドエフェクタにか
かる衝撃を最小限にくいとめると同時に減速機の疲労を
も最小限に抑えることができるようになった。
【００２２】特に、障害物と衝突したことを検出した際
に、指令位置を衝突時の駆動軸モータの現在位置に置き
換えるようにした構成を付加したものにおいては、衝突
時に直ちに駆動軸モータに制動トルクが発生することに
より瞬時にしてアームの動作が停止されるので、アーム
あるいはエンドエフェクタの障害物へのくい込みが最小
限に抑えられ、位置ループゲインが衝突時設定値に変更
されたことによるアーム剛性の低下と併せて、衝突した
アームあるいはエンドエフェクタ及び減速機にかかる衝
撃及び負荷を一層低減させる効果を奏するものとなっ
た。
に、指令位置を衝突時の駆動軸モータの現在位置に置き
換えるようにした構成を付加したものにおいては、衝突
時に直ちに駆動軸モータに制動トルクが発生することに
より瞬時にしてアームの動作が停止されるので、アーム
あるいはエンドエフェクタの障害物へのくい込みが最小
限に抑えられ、位置ループゲインが衝突時設定値に変更
されたことによるアーム剛性の低下と併せて、衝突した
アームあるいはエンドエフェクタ及び減速機にかかる衝
撃及び負荷を一層低減させる効果を奏するものとなっ
た。
【図１】本発明の一実施形態における駆動軸制御装置を
構成するサーボ系のブロック図である。
構成するサーボ系のブロック図である。
【図２】サーボモータ１、回転減速機２２、及びアーム
２３の関係を示す、ばね−質量系の概念図である。
２３の関係を示す、ばね−質量系の概念図である。
１ 駆動軸モータ（サーボモータ） ２ 位置検出器（エンコーダ） ３ パワーアンプ ４ 電流制御装置 ５ 速度制御装置 ６ 位置制御装置 ７ 衝突検出装置 ８ 位置ループゲイン変更装置 ９ 指令位置変更装置 １０ 指令位置発生装置 １１ 位置フィードバック １２ 速度フィードバック １３ 電流フィードバック １４ 位置偏差 １５ 速度指令 １６ 電流指令 １７ 電流検出器 ２２ 減速機 ２３ アーム
Claims (4)
- 【請求項１】関節部を駆動する駆動軸モータが減速機を
介してアームと連結される構造を有する産業用ロボット
において、 前記駆動軸モータの時々刻々の指令位置を発生させ、 該指令位置と前記駆動軸モータに取り付けられた位置検
出器から読み込まれた現在位置としての位置フィードバ
ックとの差分をとって位置偏差とし、 該位置偏差に位置ループゲインを乗じることにより速度
指令を算出し、 前記アームあるいはアームに把持されたエンドエフェク
タが障害物と衝突したことを検出した際、前記位置ルー
プゲインを初期設定値からこの初期設定値よりも小さい
衝突時設定値に変更することにより前記速度指令を低下
させ、 これにより衝突状態における前記減速機にかかる負荷を
低減させるようにしたことを特徴とする産業用ロボット
の駆動軸制御方法。 - 【請求項２】関節部を駆動する駆動軸モータが減速機を
介してアームと連結される構造を有する産業用ロボット
において、 前記駆動軸モータの時々刻々の指令位置を発生させ、 該指令位置と前記駆動軸モータに取り付けられた位置検
出器から読み込まれた現在位置としての位置フィードバ
ックとの差分をとって位置偏差とし、 該位置偏差に位置ループゲインを乗じることにより速度
指令を算出し、 前記アームあるいはアームに把持されたエンドエフェク
タが障害物と衝突したことを検出した際、前記指令位置
を衝突時の駆動軸モータの現在位置に置き換えることに
より駆動軸モータに制動トルクを発生させるとともに、
前記位置ループゲインを初期設定値からこの初期設定値
よりも小さい衝突時設定値に変更することにより前記速
度指令を低下させ、 これにより衝突状態における前記減速機にかかる負荷を
低減させるようにしたことを特徴とする産業用ロボット
の駆動軸制御方法。 - 【請求項３】関節部を駆動する駆動軸モータが減速機を
介してアームと連結される構造を有する産業用ロボット
において、 前記駆動軸モータの時々刻々の指令位置を入力し、該指
令位置と駆動軸モータに取り付けられた位置検出器から
読み込まれた現在位置としての位置フィードバックとの
差分をとって位置偏差とし、該位置偏差に位置ループゲ
インを乗じて求められた速度指令を出力するようにされ
た位置制御装置と、 前記アームあるいはアームに把持されたエンドエフェク
タが障害物と衝突したことを検出する衝突検出装置と、 該衝突検出装置において衝突が検出された際に、前記位
置ループゲインを初期設定値からこの初期設定値よりも
小さい衝突時設定値に変更するようにされた位置ループ
ゲイン変更装置と、 を有することを特徴とする産業用ロボットの駆動軸制御
装置。 - 【請求項４】関節部を駆動する駆動軸モータが減速機を
介してアームと連結される構造を有する産業用ロボット
において、 前記駆動軸モータの時々刻々の指令位置を入力し、該指
令位置と駆動軸モータに取り付けられた位置検出器から
読み込まれた現在位置としての位置フィードバックとの
差分をとって位置偏差とし、該位置偏差に位置ループゲ
インを乗じて求められた速度指令を出力するようにされ
た位置制御装置と、 前記アームあるいはアームに把持されたエンドエフェク
タが障害物と衝突したことを検出する衝突検出装置と、 該衝突検出装置において衝突が検出された際に、前記指
令位置を衝突時の駆動軸モータの現在位置に置き換える
ようにされた指令位置変更装置と、 前記衝突検出装置において衝突が検出された際に、前記
位置ループゲインを初期設定値からこの初期設定値より
も小さい衝突時設定値に変更するようにされた位置ルー
プゲイン変更装置と、 を有することを特徴とする産業用ロボットの駆動軸制御
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9184573A JPH1110580A (ja) | 1997-06-26 | 1997-06-26 | 産業用ロボットの駆動軸制御方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9184573A JPH1110580A (ja) | 1997-06-26 | 1997-06-26 | 産業用ロボットの駆動軸制御方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1110580A true JPH1110580A (ja) | 1999-01-19 |
Family
ID=16155577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9184573A Withdrawn JPH1110580A (ja) | 1997-06-26 | 1997-06-26 | 産業用ロボットの駆動軸制御方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1110580A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005231013A (ja) * | 2004-02-23 | 2005-09-02 | Kanzaki Kokyukoki Mfg Co Ltd | 歯車の仕上げ加工方法 |
| JP2005288602A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Advanced Telecommunication Research Institute International | コミュニケーションロボット |
| JP2015085483A (ja) * | 2013-11-01 | 2015-05-07 | セイコーエプソン株式会社 | ロボット、制御装置、及びロボットシステム |
| WO2016033484A1 (en) | 2014-08-29 | 2016-03-03 | Emerson Climate Technologies, Inc. | Variable speed compressor control with lost rotor mitigation |
| JP2016153156A (ja) * | 2015-02-20 | 2016-08-25 | ファナック株式会社 | 外力に応じてロボットを退避動作させる人間協調ロボットシステム |
| JP2016153155A (ja) * | 2015-02-20 | 2016-08-25 | ファナック株式会社 | ロボットを退避動作させる人間協調ロボットシステム |
| WO2017098713A1 (ja) * | 2015-12-07 | 2017-06-15 | 川崎重工業株式会社 | ロボットシステム及びその運転方法 |
| US9975240B2 (en) | 2013-11-01 | 2018-05-22 | Seiko Epson Corporation | Robot, controller, and robot system |
| CN108247654A (zh) * | 2018-02-05 | 2018-07-06 | 遨博（北京）智能科技有限公司 | 一种机器人的控制方法、装置和系统 |
| JP2019122208A (ja) * | 2018-01-11 | 2019-07-22 | トヨタ自動車株式会社 | モータのトルク制御装置 |
-
1997
- 1997-06-26 JP JP9184573A patent/JPH1110580A/ja not_active Withdrawn
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005231013A (ja) * | 2004-02-23 | 2005-09-02 | Kanzaki Kokyukoki Mfg Co Ltd | 歯車の仕上げ加工方法 |
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| WO2016033484A1 (en) | 2014-08-29 | 2016-03-03 | Emerson Climate Technologies, Inc. | Variable speed compressor control with lost rotor mitigation |
| EP3186513A4 (en) * | 2014-08-29 | 2018-06-06 | Emerson Climate Technologies, Inc. | Variable speed compressor control with lost rotor mitigation |
| US9827681B2 (en) | 2015-02-20 | 2017-11-28 | Fanuc Corporation | Human cooperation robot system in which robot is caused to perform retreat operation depending on external force |
| US9737989B2 (en) | 2015-02-20 | 2017-08-22 | Fanuc Corporation | Human cooperation robot system in which robot is caused to perform retreat operation |
| JP2016153155A (ja) * | 2015-02-20 | 2016-08-25 | ファナック株式会社 | ロボットを退避動作させる人間協調ロボットシステム |
| JP2016153156A (ja) * | 2015-02-20 | 2016-08-25 | ファナック株式会社 | 外力に応じてロボットを退避動作させる人間協調ロボットシステム |
| WO2017098713A1 (ja) * | 2015-12-07 | 2017-06-15 | 川崎重工業株式会社 | ロボットシステム及びその運転方法 |
| CN108290296A (zh) * | 2015-12-07 | 2018-07-17 | 川崎重工业株式会社 | 机器人系统及其运转方法 |
| JPWO2017098713A1 (ja) * | 2015-12-07 | 2018-09-27 | 川崎重工業株式会社 | ロボットシステム及びその運転方法 |
| CN108290296B (zh) * | 2015-12-07 | 2021-05-07 | 川崎重工业株式会社 | 机器人系统及其运转方法 |
| US11072077B2 (en) | 2015-12-07 | 2021-07-27 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Robot system and operation method thereof |
| JP2019122208A (ja) * | 2018-01-11 | 2019-07-22 | トヨタ自動車株式会社 | モータのトルク制御装置 |
| CN108247654A (zh) * | 2018-02-05 | 2018-07-06 | 遨博（北京）智能科技有限公司 | 一种机器人的控制方法、装置和系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040907 |