JPH11184512A - Control gain determining method for robot - Google Patents

Control gain determining method for robot

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Publication number
JPH11184512A
JPH11184512A JP36496797A JP36496797A JPH11184512A JP H11184512 A JPH11184512 A JP H11184512A JP 36496797 A JP36496797 A JP 36496797A JP 36496797 A JP36496797 A JP 36496797A JP H11184512 A JPH11184512 A JP H11184512A
Authority
JP
Japan
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torque
acceleration
deceleration
axis
robot
Prior art date
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Pending
Application number
JP36496797A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hirokazu Kariyazaki
洋和 仮屋崎
Masao Oshima
正夫 尾島
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Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To switch a gain corresponding to the state of a load applied to a shaft to operate a robot at high speed within the range not to saturate an output torque. SOLUTION: This method has a step for finding the required acceleration/ deceleration time in the case of executing a moving command from the set acceleration/deceleration, step (S4) for proximately estimating the output torque of each axis motor at the time of acceleration and deceleration completion concerning the operating command generated based on this required acceleration/deceleration time and defining that value as an estimate torque and step for comparing (S5) this estimate torque with the previously stored torque parameter for comparison of each axis, setting low (S6) the gain of feed forward control when the estimate torque exceeds the torque parameter for comparison, setting high (S7) the gain of feed forward control when the estimate torque does not exceed the torque parameter for comparison and applying a command to the motor.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットの制御ゲ
イン決定方法に関する。
The present invention relates to a method for determining a control gain of a robot.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に経路作業を行なうロボットは、加
減速制御を行い、滑らかな動きを得ている。指令生成時
には、一定の加速及び減速を行う、直線型加減速制御が
よく用いられている。この指令をサーボ制御部によって
平滑化する。図2は、ロボットの各軸の移動距離と到達
速度、及び出力トルクの関係を表すグラフである。図2
(a)のように、十分移動量が大きい場合には、動作速
度は指令速度に到達する。通常は、発生する出力トルク
は許容値を越えないように加減速度時定数が決められて
いる。しかし、図2(b)のように、指定された移動命
令の移動距離が短い場合、生成される指令が教示された
指令速度に到達しない。この場合、サーボ遅れにより実
際のモータの速度は、動作指令の到達速度にまで到達し
ないため、モータの出力トルクに余裕がある。そこで、
このような短い移動距離を動作する場合には、図2
(c)のようにフィードフォワード制御のゲインを高く
設定し、モータの応答を速めて、動作の高速化を図る方
法が一般的に採られている。従来、このゲインの切替の
判定は、移動距離や各軸の移動量を、予め記憶された移
動量判定値と比較して、判定値より小さい場合にゲイン
を高く設定するようにしていた。あるいは、指令の到達
速度が、教示時の指令速度に到達しているかどうかを判
定し、到達していない場合にゲインを高く設定するよう
にしていた。
2. Description of the Related Art Generally, a robot performing a path operation performs acceleration / deceleration control to obtain a smooth motion. At the time of command generation, linear acceleration / deceleration control for performing constant acceleration and deceleration is often used. This command is smoothed by the servo control unit. FIG. 2 is a graph showing a relationship between a moving distance of each axis of the robot, a reaching speed, and an output torque. FIG.
When the movement amount is sufficiently large as in (a), the operation speed reaches the command speed. Normally, the acceleration / deceleration time constant is determined so that the generated output torque does not exceed the allowable value. However, as shown in FIG. 2B, when the movement distance of the designated movement command is short, the generated command does not reach the taught command speed. In this case, since the actual speed of the motor does not reach the speed at which the operation command is reached due to the servo delay, there is a margin in the output torque of the motor. Therefore,
When operating at such a short moving distance, FIG.
As shown in (c), a method is generally adopted in which the gain of the feedforward control is set high, the response of the motor is accelerated, and the operation speed is increased. Conventionally, in the determination of the gain switching, the moving distance and the moving amount of each axis are compared with a moving amount determining value stored in advance, and the gain is set to be higher when the determining value is smaller than the moving amount determining value. Alternatively, it is determined whether or not the arrival speed of the command has reached the instruction speed at the time of teaching, and if not, the gain is set high.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところが、実際にロボ
ットが動作する場合は、ロボットの姿勢や動作速度、及
び他軸からの干渉トルク等によって、各軸にかかる負荷
状態は異なる。そのため、図2(d)のように移動量が
小さい、あるいは速度が到達していない場合でも、静止
負荷が大きい、あるいは他軸からの干渉トルクが大きい
場合には、高いゲインが適用されると、出力トルクが飽
和してしまう。一方、負荷が大きい場合に出力トルクが
飽和しないように移動量判定値を設定しようとすると、
高いゲインが適用されるパターンは少なくなるため、高
速化の効果が得られない。そこで、本発明は、出力トル
クが飽和しない範囲でロボットを高速に動作させるため
に、軸にかかる負荷の状態に応じてゲインを切り替え
る、ロボットの制御方法を提供することを目的とする。
However, when the robot actually operates, the load applied to each axis differs depending on the posture and operation speed of the robot, interference torque from other axes, and the like. Therefore, as shown in FIG. 2D, even when the moving amount is small or the speed does not reach, if the static load is large or the interference torque from another axis is large, a high gain is applied. , Output torque is saturated. On the other hand, if an attempt is made to set the movement amount determination value so that the output torque does not saturate when the load is large,
Since the number of patterns to which a high gain is applied decreases, the effect of speeding up cannot be obtained. Therefore, an object of the present invention is to provide a robot control method that switches a gain according to the state of a load applied to an axis in order to operate the robot at high speed within a range where output torque is not saturated.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明は、ロボットの教示点の位置、姿勢や各軸の
動作方向、動作速度によって、重力モーメント、加速度
による慣性、他軸の動作による干渉トルク等の影響を受
ける駆動軸を有するロボットの制御ゲイン決定方法にお
いて、設定加減速度より、移動指令を実行する際に必要
な所要加減速時間を求めるステップと、前記所要加減速
時間に基づいて生成される動作指令において、加速完了
時及び減速完了時の各軸モータの出力トルクを近似的に
推定し、その値を推定トルクとするステップと、前記推
定トルクと、予め記憶されている各軸の比較用トルクパ
ラメータとを比較し、推定トルクが比較用トルクパラメ
ータを越える場合は、フィードフォワード制御のゲイン
を低く設定し、推定トルクが比較用トルクパラメータを
越えない場合は、フィードフォワード制御のゲインを高
く設定して、モータに指令を与えるステップとを有する
ことを特徴とするものである。上記手段により、各軸の
到達速度や負荷の状態に応じて、フィードフォワード制
御のゲインの切替が行われるので、出力トルクが飽和し
ない範囲でロボットを高速に動作させることが出来る。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a gravitational moment, inertia due to acceleration, and movement of other axes, depending on the position and posture of a teaching point of a robot, the movement direction and movement speed of each axis. Determining a required acceleration / deceleration time required for executing a movement command from a set acceleration / deceleration in a method for determining a control gain of a robot having a drive shaft affected by interference torque or the like, In the generated operation command, the output torque of each axis motor at the time of completion of acceleration and at the time of completion of deceleration is approximately estimated, and the value is used as the estimated torque. If the estimated torque exceeds the comparison torque parameter, the feedforward control gain is set low and the If the torque does not exceed the torque parameter for comparison, and setting a high gain of the feedforward control, it is characterized in that a step of providing a command to the motor. By the above means, the gain of the feedforward control is switched in accordance with the arrival speed of each axis and the state of the load, so that the robot can be operated at high speed within a range where the output torque is not saturated.

【0005】[0005]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を、図に
基づいて説明する。図3は、教示点とロボットの形態を
示したスケルトン図で、教示点(S)を動作開始点、教
示点(E)を動作終了点とする。図4は、本実施例で使
用するロボットの機構を表したスケルトン図で、3軸で
構成される。1は大地に平行な軸回りに自由度を持つ第
1軸、2は第1軸1回りに駆動する第1腕、3は第1腕
2の先端部に設けられ、第1軸1に平行な軸回りに自由
度を持つ第2軸、4は第2軸3回りに駆動する第2腕、
5は第2腕4の先端部に設けられ、第2軸に平行な軸回
りに自由度を持つ第3軸、6は第3軸5回りに駆動し、
先端部に質点を有する第3腕である。各軸は1自由度ず
つ有し、合計3自由度を有する、XY平面内を動作する
ロボットである。そして、各軸がそれぞれ、重力モーメ
ント、加速度による慣性、他軸の動作による干渉トルク
等の影響を受ける。ロボットの加減速制御は、通常、各
軸毎に最大加減速度をパラメータとして持っており、こ
の加減速度と指令速度から、必要な加減速時間を求め、
その中で最大の加減速時間に、全軸を揃えて加減速制御
を行っている。また、場合によっては、特開平5−46
234号公報のように、位置、姿勢から負荷イナーシャ
を演算し、これに基づいて加減速度を可変にする方法な
どが採られている。これらの方法によって求められた加
減速時間を元にロボットを動作させる際、各軸にかかる
負荷トルクを推定することを考える。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 3 is a skeleton diagram showing the teaching points and the form of the robot. The teaching point (S) is the operation start point, and the teaching point (E) is the operation end point. FIG. 4 is a skeleton diagram showing the mechanism of the robot used in the present embodiment, and is composed of three axes. 1 is a first axis having a degree of freedom about an axis parallel to the ground, 2 is a first arm driven around the first axis 1, and 3 is provided at the tip of the first arm 2 and is parallel to the first axis 1. A second axis 4 having a degree of freedom around the second axis, a second arm driven around the second axis 3,
5 is provided at the tip of the second arm 4 and has a degree of freedom around an axis parallel to the second axis, and 6 is driven around the third axis 5,
It is a third arm having a mass at its tip. Each axis has one degree of freedom and has a total of three degrees of freedom, and is a robot operating in the XY plane. Each axis is affected by a gravitational moment, inertia due to acceleration, interference torque due to operation of another axis, and the like. The acceleration / deceleration control of the robot usually has a maximum acceleration / deceleration as a parameter for each axis, and a required acceleration / deceleration time is obtained from the acceleration / deceleration and the command speed.
The acceleration / deceleration control is performed by aligning all axes during the maximum acceleration / deceleration time. In some cases, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-46
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 234, a method is employed in which load inertia is calculated from a position and a posture, and the acceleration / deceleration is varied based on the calculated load inertia. When operating the robot based on the acceleration / deceleration times obtained by these methods, consider estimating the load torque applied to each axis.

【0006】図4に示すモデルについて、ラグランジェ
の運動方程式から、第1軸1にかかる負荷トルクを導出
すると、(1)式の形で表されることが知られている。 τL1 = m{{2cos(θ2 +θ3)r1 3 +2cos θ2 1 2 +2cos θ3 2 3 +r1 2+r2 2 +r3 2 }θ1" +{cos(θ2 +θ3)r1 3 +cos θ2 1 2 +2cos θ3 2 3 +r2 2 +r3 2 }θ2" +{ cos( θ2 +θ3)r1 3 + cos θ3 2 3 +r3 2 }θ3" −2r1 { sin( θ2 +θ3)r3 +sin θ2 2 }θ12' −2r3 { sin( θ2 +θ3)r1 +sin θ3 2 }θ13' −2r3 { sin( θ2 +θ3)r1 +sin θ3 2 }θ23' −r1 { sin( θ2 +θ3)r3 +sin θ2 2 }θ2'2 −r3 { sin( θ2 +θ3)r1 +sin θ3 2 }θ3'2 −g{ cos( θ1 +θ2 +θ3)r3 +cos(θ1 +θ2)r2 +cos θ1 1 }} ……(1) ここで、τL1は、第1軸1に発生する負荷トルク、
θ1', θ2', θ3'は各軸の指令速度、θ1", θ2", θ3"
は各軸の加速度、gは重力加速度を示す。距離r1,r2,
3 、質量mは、既知である。指令速度θ1', θ2', θ
3'、角度θ123 が与えられるとすれば、上記
(1)式は、(2)式に示すように加速度θ1", θ2",
θ3"のみをパラメータとする式へと書き換えられる。 τL1=a1 ・θ1"+a2 ・θ2"+a3 ・θ3"+τLv1 +τLg1 ……(2) ここで、 a1 =m{2cos(θ2 +θ3)r1 3 +2cos θ2 1 2 +2cos θ3 2 3 +r1 2 +r2 2 +r3 2 } a2 =m{cos(θ2 +θ3)r1 3 +cos θ2 1 2 +2cos θ3 2 3 + r2 2 +r3 2 } a3 =m{cos(θ2 +θ3)r1 3 + cos θ3 2 3 +r3 2 } τLv1 =m{−2r1 { sin( θ2 +θ3)r3 +sin θ2 2 }θ12' −2r3 { sin( θ2 +θ3)r1 +sin θ3 2 }θ13' −2r3 { sin( θ2 +θ3)r1 +sin θ3 2 }θ23' −r1 { sin( θ2 +θ3)r3 +sin θ2 2 }θ2'2 −r3 { sin( θ2 +θ3)r1 +sin θ3 2 }θ3'2 } τLg1 =m{−g{ cos( θ1 +θ2 +θ3)r3 +cos(θ1 +θ2)r2 +cos θ 1 1 }}
[0006] The model shown in FIG.
The load torque on the first shaft 1 from the equation of motion
Then, it is known that it is expressed in the form of equation (1). τL1 = M {{2cos (θTwo+ ΘThree) r1rThree+2 cos θTwor1rTwo+2 cos θThree rTworThree+ R1 Two+ RTwo Two+ RThree Two} Θ1"+ {Cos (θTwo+ ΘThree) r1rThree+ Cos θTwor1rTwo+2 cos θThreerTworThree+ RTwo Two + RThree Two} ΘTwo"+ {Cos (θTwo+ ΘThree) r1rThree+ Cos θThreerTworThree+ RThree Two} ΘThree"-2r1{Sin (θTwo+ ΘThree) rThree+ Sin θTworTwo} Θ1Two'-2rThree{Sin (θTwo+ ΘThree) r1+ Sin θThreerTwo} Θ1Three'-2rThree{Sin (θTwo+ ΘThree) r1+ Sin θThreerTwo} ΘTwoThree'-R1{Sin (θTwo+ ΘThree) rThree+ Sin θTworTwo} ΘTwo'Two -RThree{Sin (θTwo+ ΘThree) r1+ Sin θThreerTwo} ΘThree'Two −g {cos (θ1+ ΘTwo+ ΘThree) rThree+ Cos (θ1+ ΘTwo) rTwo+ Cos θ1r1}} (1) where τL1Is the load torque generated on the first shaft 1,
θ1', θTwo', θThree'Is the command speed of each axis, θ1", θTwo", θThree"
Represents acceleration of each axis, and g represents gravitational acceleration. Distance r1, rTwo,
rThree, Mass m is known. Command speed θ1', θTwo', θ
Three', Angle θ1, θTwo, θThreeGiven that
Equation (1) is obtained by calculating acceleration θ as shown in equation (2).1", θTwo",
θThreeCan be rewritten as an expression that uses only ".L1= A1・ Θ1"+ ATwo・ ΘTwo"+ AThree・ ΘThree"+ ΤLv1+ ΤLg1…… (2) where a1= M {2cos (θTwo+ ΘThree) r1rThree+2 cos θTwor1rTwo+2 cos θThreerTwor Three + R1 Two+ RTwo Two+ RThree TwoA aTwo= M {cos (θTwo+ ΘThree) r1rThree+ Cos θTwor1rTwo+2 cos θThreerTworThree+ RTwo Two+ RThree TwoA aThree= M {cos (θTwo+ ΘThree) r1rThree+ Cos θThreerTworThree+ RThree Two} ΤLv1= M {-2r1{Sin (θTwo+ ΘThree) rThree+ Sin θTworTwo} Θ1Two'-2rThree{Sin (θTwo+ ΘThree) r1+ Sin θThreerTwo} Θ1Three'-2rThree{Sin (θTwo+ ΘThree) r1+ Sin θThreerTwo} ΘTwoThree'-R1{Sin (θTwo+ ΘThree) rThree+ Sin θTworTwo} ΘTwo'Two -RThree{Sin (θTwo+ ΘThree) r1+ Sin θThreerTwo} ΘThree'Two} ΤLg1= M {-g {cos (θ1+ ΘTwo+ ΘThree) rThree+ Cos (θ1+ ΘTwo) rTwo+ Cos θ 1 r1}}

【0006】加速度=速度/時間であるから、加速時間
をtとおくと、θ”=θ’/tとおけるので、次のよう
に式が変形できる。 τL1={a1 ・θ1 ’+a2 ・θ2 ’+a3 ・θ3 ’}/t+τLv1 +τLg1 … …(3) 指令速度θ* ’が既知であることから、{}内も係数と
見ることが出来る。従って(3)式は次のように変形で
きる。 τL1 = τLa1 /t+τLv1 +τLg1 ここで、 τLa1 =a1 ・θ1'+a2 ・θ2'+a3 ・θ3' 第2軸3、第3軸5についても、ラグランジェの運動方
程式から導出される負荷トルクを求める式が異なるだけ
で、上記と同様の手法により、それぞれ(4)式に相当
する式を得ることが出来る。即ち、τli =τLai /t
+τLvi +τLgi ……(4)上記は、負荷軸に働く負荷
トルクについて考えられている。これをモータ軸に換算
して考える。モータ軸におけるトルクは、(負荷(アー
ム側)から減速機を介して与えられるトルク)+(モー
タ軸自身の回転による慣性モーメント)となる。すなわ
ち、 τm = τL / (η・N) +Jm ・θm ” 但し、 τm :モータ軸トルク、τL :負荷軸トルク η:効率、N:減速比 Jm :モータ軸イナーシャ、θm ”:モータ軸加速度 θm " =θ' m /tより τmi = (τLai /t+τLvi +τLgi ) /( η・N)
+ Jmi・θ' mi/t={τLai /(η・N)+Jmi
θ' mi}/t + (τLvi +τLgi )/(η・N) ここで、 τai = {τLai /( η・N) +Jmi・θ' mi} τvi = τLvi /( η・N) τgi = τLgi /( η・N) とおく。
Since acceleration = velocity / time, if the acceleration time is set to t, θ ″ = θ ′ / t, and the equation can be modified as follows: τ L1 = ・ a 1 · θ 1 ′ + A 2 · θ 2 '+ a 3 · θ 3 '} / t + τ Lv1 + τ Lg1 ... (3) Since the command speed θ * 'is known, the inside of {} can be regarded as a coefficient. The equation can be transformed as follows: τ L1 = τ La1 / t + τ Lv1 + τ Lg1 where τ La1 = a 1 · θ 1 '+ a 2 · θ 2 ' + a 3 · θ 3 '2nd axis 3rd, 3rd the shaft 5 also, the equation for the load torque is derived from the equation of motion of Lagrange only differs by the same method as described above, respectively (4) can be obtained an equation corresponding to equation. that is, tau li = Τ Lai / t
+ Τ Lvi + τ Lgi (4) The above is considered about the load torque acting on the load shaft. This is converted into a motor shaft and considered. The torque at the motor shaft is (torque given from the load (arm side) via the speed reducer) + (moment of inertia due to rotation of the motor shaft itself). That, τ m = τ L / ( η · N) + J m · θ m " However, tau m: motor shaft torque, tau L: Load shaft torque eta: Efficiency, N: reduction ratio J m: motor shaft inertia, theta m ": motor-axis acceleration θ m" = θ 'm / t than τ mi = (τ Lai / t + τ Lvi + τ Lgi) / (η · N)
+ J mi · θ ′ mi / t = {τ Lai / (η · N) + J mi ·
θ ′ mi } / t + (τ Lvi + τ Lgi ) / (η · N) where τ ai = {τ Lai / (η · N) + J mi · θ ′ mi } τ vi = τ Lvi / (η · N N) τ gi = τ Lgi / (η · N).

【0007】このようにして、ラグランジェの運動方程
式から、モータ軸にかかる負荷トルクを、加速度により
発生するトルク(慣性モーメント):τai、速度により
発生するトルク(遠心力、コリオリ力):τvi、重力に
より発生するトルク(重力モーメント):τgiの3つに
分離できる。以下、それぞれを、加速度項トルク、速度
項トルク、重力項トルクと称する。これらは、次のよう
に各軸速度、および角度の関数となる。 τai = fai{ θ'*、θ* } τvi = fvi{ θ'*、θ* } τgi = fgi{ θ* } ※ *=1〜3軸 ……(5)
In this way, from the Lagrange's equation of motion, the load torque applied to the motor shaft can be calculated as follows: torque generated by acceleration (moment of inertia): τ ai , torque generated by speed (centrifugal force, Coriolis force): τ vi , torque generated by gravity (gravitational moment): τ gi can be separated into three. Hereinafter, these are referred to as acceleration term torque, velocity term torque, and gravity term torque, respectively. These are functions of each axis speed and angle as follows. τ ai = f ai {θ ′ *, θ * τ τ vi = f vi {θ '*, θ *} τ gi = f gi {θ *} * * = 1 to 3 axes …… (5)

【0008】なお、ここではロボット先端部の質点のみ
を考慮してラグランジェの運動方程式を解いているが、
ロボットアーム自身の質量などについては、集中マスの
モデルを考え、各マスにより発生する負荷トルクを求
め、最後に個別の負荷トルクを合計したものが、各軸に
かかる負荷トルクとなる。従って、(5)式の各項につ
いても、同様に各マス毎の値を演算して合計をとればよ
い。また、上記では直列駆動型のロボットについて述べ
ているが、並列駆動型(平行リンク型)のロボットにつ
いても、ラグランジェの運動方程式から導出される負荷
トルクの演算式の形が異なるだけで、同様の手法が適用
できる。
In this case, Lagrange's equation of motion is solved by considering only the mass point at the tip of the robot.
Regarding the mass and the like of the robot arm itself, a model of a concentrated mass is considered, the load torque generated by each mass is obtained, and finally the sum of the individual load torques is the load torque applied to each axis. Therefore, for each term of the equation (5), the value for each cell may be calculated in the same manner to obtain the sum. Although the series drive type robot has been described above, the parallel drive type (parallel link type) robot is also similar except that the form of the load torque calculation formula derived from Lagrange's equation of motion is different. Can be applied.

【0009】このようにして求められる負荷トルクは、
各軸の速度が指令速度に到達した場合の推定値である。
しかし、実際の動作指令の移動量が小さければ、図2
(b)のように、軸速度は指令速度:Vref まで到達し
ない場合がある。ここで、実際に動作指令が到達する速
度:Vr 、Vr に到達するのに要する加速時間:tr
考慮する。移動量が十分に大きく、定常速度部分が存在
する場合は、Vr =Vref である。また、上位から与え
られる指令に対し、サーボ制御されるモータの動作は、
サーボ遅れを含んだものとなる。これらを考慮に入れ
て、各軸にかかる負荷トルクを、推定トルク:τeiとし
て求める。
The load torque obtained in this way is:
This is an estimated value when the speed of each axis reaches the command speed.
However, if the movement amount of the actual operation command is small, FIG.
As shown in (b), the shaft speed may not reach the command speed: Vref . Here, the rate actually operation command reaches: V r, acceleration time required to reach V r: consider t r. If the amount of movement is large enough and there is a steady speed portion, then V r = V ref . The operation of the servo-controlled motor in response to a command given from the host
This includes the servo delay. Taking these into consideration, the load torque applied to each axis is obtained as an estimated torque: τei .

【0010】まず、上位指令について考えると、(4)
式より τei=(τai・(Vr /Vref ))/tr +τvi・(Vr /Vref 2 +τgi… …(6) さらに、サーボ遅れを考慮する。一次遅れで近似する
と、 τei= {(τai・(Vr /Vref ))/tr +τvi・(Vr /Vref 2 }・ (1−exp(−kp・tr ))+τgi……(7)
First, considering the upper command, (4)
From the equation, τ ei = (τ ai (V r / V ref )) / t r + τ vi (V r / V ref ) 2 + τ gi (6) Further, a servo delay is taken into consideration. Is approximated by first-order lag, τ ei = {(τ ai · (V r / V ref)) / t r + τ vi · (V r / V ref) 2} · (1-exp (-kp · t r)) + Τ gi …… (7)

【0011】ここで、kpは推定時定数であり、予めパ
ラメータとして用意しておく。なお、厳密には、加速完
了時の各軸角度は始点より移動している。しかし、その
差は十分に小さいとして、τgiを求める際の各軸角度
は、始点位置で近似して良い。こうして、実際に各軸に
かかる負荷トルクを、近似的に推定することが出来る。
予めパラメータとして、許容トルク:Tpi、効率係数:
ηi を用意しておく。そして、前記推定トルクτeiと、
許容トルクTpi×効率係数ηi を比較する。比較の結
果、τei<(τpi・ηi )となった場合は、負荷トルク
にはまだ余裕がある。従って、FF制御のゲインを高く
設定し、応答性を上げることが出来る。一方、τei>τ
pi・ηi となった場合には、負荷トルクが十分に大きい
ということなので、FF制御のゲインは低く設定し、ト
ルクの飽和を回避する。
Here, kp is an estimated time constant, which is prepared in advance as a parameter. Strictly, each axis angle at the time of completion of acceleration has moved from the starting point. However, assuming that the difference is sufficiently small, each axis angle when obtaining τ gi may be approximated by the starting point position. Thus, the load torque actually applied to each axis can be approximately estimated.
Allowable torque: T pi , efficiency coefficient:
η i is prepared. And the estimated torque τ ei ,
The allowable torque T pi × the efficiency coefficient η i are compared. If τ ei <(τ pi · η i ) as a result of the comparison, there is still room for the load torque. Therefore, the responsiveness can be improved by setting the gain of the FF control high. On the other hand, τ ei > τ
when a pi · eta i is the load torque, such that sufficiently large, the gain of the FF control is set low, to avoid saturation of the torque.

【0012】以下では、FF制御のゲインを高く設定し
た状態を「HIGHゲイン」、低く設定した状態を「L
OWゲイン」と称する。なお、指令生成時の加減速時間
の設定方法の一つとして、特開平7−261822号公
報にて示された方法がある。特開平7−261822号
では、上記(4)式を元に、各軸が許容トルクを越えな
い範囲での最短の加減速時間を求める方法について述べ
ている。これによると、(4)式を加速時間tについて
解くことにより、次の(8)式を得ることが出来る。
Hereinafter, a state in which the gain of the FF control is set to a high level is referred to as “HIGH gain”, and a state in which the gain is set to a low level is referred to as “L”.
This is referred to as “OW gain”. As one of the methods of setting the acceleration / deceleration time at the time of command generation, there is a method disclosed in JP-A-7-261822. Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-261822 describes a method for obtaining the shortest acceleration / deceleration time within a range where each axis does not exceed the allowable torque, based on the above equation (4). According to this, the following equation (8) can be obtained by solving the equation (4) for the acceleration time t.

【0013】(加速時) tai =τai/(Ti −(τvi+τgi)) (τai>0:Ti =τpi) (τai<0:Ti =−τpi) (減速時) tdi = −τai/(Ti −(τvi+τgi)) (τai>0:Ti =−τpi) (τai<0:Ti =τpi) ……(8)(Acceleration) t ai = τ ai / (T i − (τ vi + τ gi )) (τ ai > 0: T i = τ pi ) (τ ai <0: T i = −τ pi ) ( (During deceleration) t di = −τ ai / (T i − (τ vi + τ gi )) (τ ai > 0: T i = −τ pi ) (τ ai <0: T i = τ pi ) (8) )

【0014】こうして求められた加減速時間は、軸速度
が指令速度に到達したときにかかる負荷トルクを想定し
て求められる。こうして加減速時間が求まれば、これを
元に、直線型加減速制御を指令生成部に行わせることが
できる。そこで、加減速時間決定を、特開平7−261
822号公報の方法により行い、その際に求めた加速度
項トルクτai、速度項トルクτvi、重力項トルクτgi
ローカルデータ格納エリアに記憶しておく。そして推定
トルクτeiを求める場合には、先に記憶しておいた
τai、τvi、τgiを用いて求めることにより、無駄な演
算時間を費やさずに、より効率的な加減速制御を行うこ
とが出来る。図5は、本方法を実施するためのロボット
制御装置の概略を示すブロック図である。図中11は教
示部、12は前処理部、13は指令生成部、14はサー
ボ制御部、15は駆動部、21は教示データ格納エリ
ア、22はパラメータ格納エリア、23は加減速時間格
納エリア、24はFFゲイン指定値格納エリアである。
前処理部12は、教示データ格納エリア21から始点及
び終点位置、指令速度等を読み込み、これらとパラメー
タ格納エリア22に記憶された各種パラメータを用い
て、加減速時間を決定し、加減速時間格納エリア23へ
格納する。さらにFFゲインの切替判定を行い、結果を
FFゲイン指定値格納エリア24へ格納する。指令生成
部13は、所定周期毎に実行され、加減速時間格納エリ
ア23に格納された加減速時間をもとに加減速が行われ
るよう、指令を生成し、所定周期毎にサーボ制御部14
へ指令を出力する。サーボ制御部14は、この指令生成
部13からの指令に応じて、駆動部15を駆動させる。
その際のFF制御は、FFゲイン指定値格納エリア24
に格納されたゲイン指定値によって実行される。図1
は、本発明における、前処理部12での制御ゲイン切替
方法の処理に関するフローチャートである。図におい
て、Sに続く数値はステップ番号を示す。また、各変数
のサフィックスiは、軸番号を表すものである。各ステ
ップに於ける処理は、ロボットの各軸に対して行われ
る。
The acceleration / deceleration time thus obtained is obtained by assuming a load torque applied when the shaft speed reaches the command speed. When the acceleration / deceleration time is obtained in this manner, the command generation unit can perform the linear acceleration / deceleration control based on the acceleration / deceleration time. Therefore, the acceleration / deceleration time is determined according to Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
822, the acceleration term torque τ ai , the velocity term torque τ vi , and the gravity term torque τ gi are stored in the local data storage area. When calculating the estimated torque τ ei , by using the previously stored τ ai , τ vi , and τ gi , more efficient acceleration / deceleration control can be performed without spending unnecessary calculation time. You can do it. FIG. 5 is a block diagram schematically showing a robot control device for performing the method. In the figure, 11 is a teaching unit, 12 is a preprocessing unit, 13 is a command generation unit, 14 is a servo control unit, 15 is a driving unit, 21 is a teaching data storage area, 22 is a parameter storage area, and 23 is an acceleration / deceleration time storage area. , 24 are designated FF gain value storage areas.
The pre-processing unit 12 reads the start point and end point positions, the command speed, and the like from the teaching data storage area 21, determines the acceleration / deceleration time using these and various parameters stored in the parameter storage area 22, and stores the acceleration / deceleration time. Store in area 23. Further, FF gain switching determination is performed, and the result is stored in the specified FF gain value storage area 24. The command generation unit 13 generates a command that is executed at predetermined intervals and performs acceleration / deceleration based on the acceleration / deceleration time stored in the acceleration / deceleration time storage area 23.
Output command to The servo control unit 14 drives the driving unit 15 according to the command from the command generation unit 13.
The FF control at that time is performed in the FF gain designated value storage area 24.
This is executed according to the specified gain value stored in. FIG.
5 is a flowchart relating to processing of a control gain switching method in the preprocessing unit 12 according to the present invention. In the figure, a numerical value following S indicates a step number. The suffix i of each variable represents the axis number. The processing in each step is performed for each axis of the robot.

【0015】[S1]ロボットの始点に於ける姿勢と、
各軸指令速度θ' i より、各軸の負荷トルク成分を求め
る。求めるのは、(5)式における各成分、 τai:加速度項トルク τvi:速度項トルク τgi:重力モーメント である。
[S1] The posture at the starting point of the robot,
The load torque component of each axis is obtained from each axis command speed θ ′ i . What is obtained is each component in the equation (5), τ ai : acceleration term torque τ vi : velocity term torque τ gi : gravity moment.

【0016】[S2][S1]で求めた負荷トルク成分
より、各軸許容加速度Apiを求める。予めパラメータ格
納エリア22に格納されている各軸の許容トルクτpi
り、(8)式から、各軸許容加速時間taiを求め、tai
の最大値taMAXを求めて、このtaMAXと各軸指令速度
θ' i より、各軸許容加速度Apiを求める。 Api=θ' i /taMAX
[S2] Each axis allowable acceleration Api is obtained from the load torque component obtained in [S1]. Than the allowable torque tau pi of each axis are stored in advance in the parameter storage area 22, from equation (8), determine the respective permissible axis acceleration time t ai, t ai
And the maximum value t Amax of from the t Amax and each axis command speed theta 'i, obtaining the respective permissible axis acceleration A pi. A pi = θ ' i / t aMAX

【0017】[S3]始点から終点までの移動量と各軸
許容加速度Apiより、実際に到達可能な到達速度Vr
及びVr に到達するまでの加速時間tr を求める。求め
られたtr は、加減速時間格納エリア23へ格納する。
移動量が十分に大きい場合は、Vr =Vref となる。
[S3] Based on the amount of movement from the start point to the end point and the permissible acceleration A pi of each axis, the arrival speed V r that can be actually reached,
And obtaining the acceleration time t r to reach the V r. The calculated tr is stored in the acceleration / deceleration time storage area 23.
If the movement amount is sufficiently large, Vr = Vref .

【0018】[S4]各軸において、加速完了時点での
推定トルクτeiを、(7)式より求める。
[S4] For each axis, the estimated torque τ ei at the time of completion of acceleration is obtained from equation (7).

【0019】[S5]推定トルクτeiと、(許容トルク
τpi×効率係数ηi )を、全軸について比較する。 (τei<τpi・ηi )となる軸が一軸でも存在する場合
は[S6]に移行する。 (τei<τpi・ηi )となる軸が存在しない場合は、
[S7]に移行する。
[S5] The estimated torque τ ei is compared with (allowable torque τ pi × efficiency coefficient η i ) for all axes. If there is at least one axis satisfyingeipi · η i ), the flow shifts to [S6]. If there is no axis that satisfies (τ eipi · η i ),
Shift to [S7].

【0020】[S6]FFゲイン指定値格納エリア24
に、「HIGHゲイン」を格納する。
[S6] FF gain designated value storage area 24
"HIGH gain".

【0021】[S7]FFゲイン指定値格納エリア24
に、「LOWゲイン」を格納する。
[S7] FF gain designated value storage area 24
In the table, “LOW gain” is stored.

【0022】こうして、前処理部において各ステップ毎
のFFゲインが決定される。指令生成部13は、所定周
期毎に動作指令を生成してサーボ制御部14へ送るが、
その際に、FFゲイン指定値格納エリア24からFFゲ
イン指定値を読み込み、サーボ制御部14へそのFFゲ
インを指定する。サーボ制御部14は、指令生成部13
より送られてきた動作指令で、フィードフォワード制御
を指令生成部13より指定されたFFゲインで実行し
て、駆動部15を駆動する。上記フローチャートでは、
加速到達時のみについて述べられているが、減速時につ
いても、加速度項トルクの正負符号を反転させることに
より、同様に行うことが出来る。
Thus, the FF gain for each step is determined in the preprocessing section. The command generation unit 13 generates an operation command at predetermined intervals and sends it to the servo control unit 14.
At this time, the designated FF gain value is read from the designated FF gain value storage area 24 and the FF gain is designated to the servo control unit 14. The servo control unit 14 includes the command generation unit 13
The drive unit 15 is driven by executing the feedforward control with the FF gain designated by the command generation unit 13 in response to the operation command sent from the control unit 13. In the above flowchart,
Although the description is made only when the acceleration is reached, the deceleration can be similarly performed by reversing the sign of the acceleration term torque.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、出力
トルクが飽和しないようなFFゲインを決定することが
できるため、トルク不足による振動などを起こすことな
く、高速にロボットを動作させることが出来、低負荷で
のサイクルタイムの短縮、高負荷での寿命向上を得られ
るという効果がある。
As described above, according to the present invention, it is possible to determine the FF gain so that the output torque does not saturate. Therefore, it is possible to operate the robot at high speed without causing vibration due to insufficient torque. This has the effect of shortening the cycle time at low loads and improving the life at high loads.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を示すフローチャートFIG. 1 is a flowchart showing an embodiment of the present invention.

【図2】従来例の問題を説明するための、ロボットの各
軸の移動距離と到達速度、及び出力トルクの関係を表す
グラフ
FIG. 2 is a graph showing a relationship between a moving distance of each axis of a robot, a reaching speed, and an output torque for explaining a problem of a conventional example.

【図3】本実施例を説明するための教示位置とロボット
のスケルトン図
FIG. 3 is a skeleton diagram of a teaching position and a robot for explaining the embodiment.

【図4】本実施例で使用したロボットの構成を示すスケ
ルトン図
FIG. 4 is a skeleton diagram showing a configuration of a robot used in the present embodiment.

【図5】本発明の一実施例を示すブロック図FIG. 5 is a block diagram showing one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1軸 2 第1腕 3 第2軸 4 第2腕 5 第3軸 6 第3腕 11 教示部 12 前処理部 13 指令生成部 14 サーボ制御部 15 駆動部 21 教示データ格納エリア 22 パラメータ格納エリア 23 加減速時間格納エリア 24 FFゲイン指定値格納エリア DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st axis 2 1st arm 3 2nd axis 4 2nd arm 5 3rd axis 6 3rd arm 11 Teaching unit 12 Preprocessing unit 13 Command generation unit 14 Servo control unit 15 Drive unit 21 Teaching data storage area 22 Parameter storage Area 23 Acceleration / deceleration time storage area 24 FF gain specified value storage area

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ロボットの教示点の位置、姿勢や各軸の
動作方向、動作速度によって、重力モーメント、加速度
による慣性、他軸の動作による干渉トルク等の影響を受
ける駆動軸を有するロボットの制御ゲイン決定方法にお
いて、 設定加減速度より、移動指令を実行する際に必要な所要
加減速時間を求めるステップと、 前記所要加減速時間に基づいて生成される動作指令にお
いて、加速完了時及び減速完了時の各軸モータの出力ト
ルクを近似的に推定し、その値を推定トルクとするステ
ップと、 前記推定トルクと、予め記憶されている各軸の比較用ト
ルクパラメータとを比較し、推定トルクが比較用トルク
パラメータを越える場合は、フィードフォワード制御の
ゲインを低く設定し、推定トルクが比較用トルクパラメ
ータを越えない場合は、フィードフォワード制御のゲイ
ンを高く設定して、モータに指令を与えるステップとを
有することを特徴とする、ロボットの制御ゲイン決定方
法。
1. Control of a robot having a drive shaft which is influenced by a gravitational moment, inertia due to acceleration, interference torque due to movement of another axis, etc., depending on the position and posture of a teaching point of the robot, the operation direction and operation speed of each axis. In the gain determination method, a step of obtaining a required acceleration / deceleration time necessary for executing a movement command from a set acceleration / deceleration; and an operation command generated based on the required acceleration / deceleration time, when acceleration and deceleration are completed. Estimating the output torque of each axis motor approximately, and using the value as an estimated torque; comparing the estimated torque with a previously stored comparison torque parameter for each axis, and comparing the estimated torque If the estimated torque does not exceed the comparative torque parameter, the gain of the feedforward control is set low. Setting the gain of the feedforward control high and giving a command to the motor.
【請求項2】 前記設定加減速度は、各教示点で教示さ
れた各駆動軸の位置、動作方向、及び動作速度からなる
教示データと、予めパラメータとして格納されたロボッ
ト各部の質量及び重心位置より、各軸に発生する負荷ト
ルク成分を、加減速度の影響を受ける負荷トルク成分で
ある加速度項トルクと、加減速度の影響を受けない負荷
トルク成分である速度項トルク及び重力項トルクとに分
けて演算して一時的に記憶し、指令速度まで立ち上がっ
た場合の各軸に発生するトルクが許容トルクを越えない
ような許容加減速度を求め、これを設定加減速度とし、 前記推定トルクを求める段階においては、前記加速度項
トルク及び速度項トルクを、予めパラメータとして与え
られた時定数と、前記所要加減速時間より、一次遅れ関
数として近似し、これに重力項トルクを加えたものを推
定トルクとして求めることを特徴とする請求項1記載の
ロボットの制御ゲイン決定方法。
2. The set acceleration / deceleration is based on teaching data consisting of the position, operating direction, and operating speed of each drive shaft taught at each teaching point, and the mass and center of gravity of each part of the robot stored as parameters in advance. The load torque component generated on each axis is divided into an acceleration term torque which is a load torque component affected by acceleration / deceleration, and a speed term torque and a gravity term torque which are load torque components not affected by acceleration / deceleration. In the step of calculating and temporarily storing, calculating an allowable acceleration / deceleration such that the torque generated on each axis does not exceed the allowable torque when rising to the command speed, and setting this as the set acceleration / deceleration, in the step of obtaining the estimated torque The acceleration term torque and the speed term torque are approximated as a first-order lag function from the time constant given as a parameter in advance and the required acceleration / deceleration time, Control gain determination method according to claim 1, wherein the robot and obtaining a plus gravity term torque LES as an estimated torque.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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