JPS58149512A - 数値制御方式 - Google Patents

数値制御方式

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JPS58149512A
JPS58149512A JP3161982A JP3161982A JPS58149512A JP S58149512 A JPS58149512 A JP S58149512A JP 3161982 A JP3161982 A JP 3161982A JP 3161982 A JP3161982 A JP 3161982A JP S58149512 A JPS58149512 A JP S58149512A
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JP
Japan
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point
axis
shaft
hand
pulse
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JP3161982A
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Hajime Inaba
稲葉 肇
Shinsuke Sakakibara
伸介 榊原
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Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
Fujitsu Fanuc Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/41Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by interpolation, e.g. the computation of intermediate points between programmed end points to define the path to be followed and the rate of travel along that path
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/41Servomotor, servo controller till figures
    • G05B2219/41186Lag

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転軸を有する円筒座標系ロボット又は工作機
械に適用して好適な数値制御方式に関し、特に回転軸を
制御しながら可動部を始点から終点迄移動させる場合に
おいて、該可動部−ヒの定点を近似的に始点と終点を結
ぶ直線に沿って移動させることができる数値制御方式に
関する。
人件費の筒騰にともなう省力化、作業の合理化等の要求
のために工業用ロボットが実用化され、大いにその効力
を発揮してきている。特に多数の工作機械が設置されて
いる機械工場においては、各工作機械に対するワークの
交換、工具交換等の単純なザービスを工業用ロボットに
行なわせることにより著しい効果を挙げており、その需
要は年年増大している。第1図は円筒座標系にて動作す
る工業用ロボットの一例であり、同図(a)は平面図、
同図(b)は側面図である。図中、1はワーク交換等の
際これらを把持するメカニカルハンド、2は回転(α軸
)及び上下振り(β軸)が可能な手首、6は伸縮(R軸
)自在な腕、4は軸、5は軸4に対して上下(Z軸)移
動及び旋回(θ軸)可能なケーシング、6はフレーム、
7はロボット動作を教示する教示操作盤、8はオペレー
タ操作用の操作パネル、9は教示操作盤7からの指示に
よる教示内容たとえば動作位&(ポイント)、動作速度
、サービスの種別等を順次記憶するとともに、該教示内
容に従って前記メカニカルハンド1、手首2、腕3、ケ
ーシング5の動作を制御する制f114j部である。
さて、このようなプレイバック式1業用ロボツトでは、
あらかじめ、サービス動作を教示操作盤7より教示し、
その教示内容(以下ロボット指令データという)を制御
部9内のメモリに記憶させておき、機械側よりサービス
要求がある度に一連のロボット指令データを逐次読出し
て該機械に繰返し反復サービスする。そして、このロボ
ット指令データは、サービスすべきポイント情報、11
作速度、ポイントにおけるハンドの制御や工作機械側と
の信号のやりとり等を指示するサービスコード等より成
っている。又、上記教示は一般的に、(1)ロボット指
令データを格納すべきメモリアドレスの設定、(2)ジ
ョグ送り(手動送り)による位置決め、(3)ポイント
の位置情報及び速度指令値の設定、(4)ロボットサー
ビスコードの設定というIll序で行われ、上記(1)
ハキ(4)の7−ケンスを繰返し眉[うことにより工作
機械に対する一連のロボット動作が教示される。
従って、ロボットの制御系、機構部に伺等の1汲害が存
在しない限り、該ロボットはサービス較求の都度、ロボ
ット指令データに応じて、所定の動作速度による位置決
め完了後、正しくワーク交換、切粉除去、工具交換、ハ
ンド制御等のサービスを次々と実行する。
ところで、か\る円筒座標糸ロボットにおいては、メカ
ニカルハンド上の定点Hが始点P]と終点P2に来るよ
うにそれぞれ教示しく第2図(a))、再生動作時に各
軸について直線補間をしても回転運ifd+が存在する
ため該定点Hの軌跡は1M線にならない。
このため、従来は定点Hの軌跡を直線にするためにパル
ス分配の1周期毎に座標変換を含む複雑な演−を行なっ
ており、NC或いはロボット制御装置に相当の処理能力
を有するコンビーータを内蔵する必要があった。換言す
れば、従来の方法では通常のマイクロコンピュータを使
用することができず、数値制御装置或いはロボット制御
装置の大型化、コスト高を招来していた。同、メカニカ
ルハンド等可動部上の定点を血縁的に移動させる理由は
以下の通りである。
第2図(b)は旋盤のチャックCHKにワークWKを装
着する場合についてメカニカルハンド1上の定点Hが直
線的に移動しなくてはならない理由を説明する説明図で
あり、第1図と同一部分には同一符号を付している。
今、ロボットの各軸を移動制御してチャックCHKにワ
ークWKを装着するものとする。この場合、メカニカル
ハンド1上の定点Hが胸aSLに沿って移動するならば
、ワークWKは清めらかにチャックCHKに嵌合し、該
チャックに装着され、装着ミスが生じることはない。し
かし、定点HがFMmSLに沿って移動しない場合には
、斜め方向からワークWKがチャックCHKに進行する
ため、ワークをチャックに確実に装着することができな
い。又、ワ一りをチャックから脱却する場合には確実に
ワークをつかむことができず、途中で該ワークを落して
しまう場合を生じる。以上のワークの着脱に限らず、メ
カニカルハンド等可動部−Hの定点を直線的に移動させ
ることができれば好都合々のである。
このだめ、本発明省は回転軸含む機械の可動部を始点か
ら終点に移動させるとき、該可動部上の定点を1&解に
沿って移動させることができる数値制御方式を既に提案
している。第3図はか\る既提案の概略説明図であり、
Psは始点、Peは終点、■は線速度であり、線速度V
は教示の際に設定される。
さて、この既提案の方法においては、可動部たとえはメ
カニカルハンドを始点Psから終点Pe迄移動させる間
、該メカニカルノ・ノド上のFA定のボイノ)Hを画線
的に移動させるために、始点P8  と終点Peを結ぶ
直線Lnを複数の区間に分割し、各分割点Ql 、 Q
2 、 Q3・・・・・・における各軸位置データを発
生すると共に、該各軸位置データを用いて前記各区間に
ついて直線補間を行ない前記所定のポイントHを近似的
に直線Lnに沿って移動させている。
具体的には1つの分割点Qi−+から分割点Qi迄面直
線補間より可動部を移動させている間に、次の分割点Q
、ト1を QiQi++ = V−La(i=1.2− )   
  (+)を満足するように決別して、、、i、シー分
割点Q i + 1の(:1置データを発生し2ている
。尚、t ar、I分割点(Ji+1の位置データ発生
に要する時間をtoとするとき、to<’L1を満足す
る一足の開開である。即ち、V・taの間隔で始点Ps
からm純Lnを順次分割し、これにより分割点Ql 、
 Qt + Q3・・を発生し、Q 4 Q i目間を
直線補間により移動させて、前記皮1定のポイントHを
近似的に直線LnVC沿って移動させている。
この既提案の方法によれに、ハンドが低速曵で移動して
いるときには各分割点間隔を知かくできるため、司成り
の直線性か得られる。しかし、ハンドの移動速度が高速
になると、 (1)各分割点間隔が長くなり、しかも、(2)パルス
分配演算後に加速制御を行なっているため各軸加減速時
の遅れ禎°の相異が誤差となっ−C現われ、高速時の直
線精度が低下する。換言寸れ妊゛、既提案の方法ではハ
ンド移動速度が高速になると該ハンドの実際の動作経路
が指令直線から集用llIn囲を越えて逸脱する。この
ため既1提案の力法は高速領域で使用することができず
、低速頭載のみで使用できるものであった。
以上から、本発明はハンドを高速度で移動さぜる場合で
あっても、回転軸を含む機械の可動部上の定点を直線に
沿って移動させることができる数値制御111方式を提
供することを目的とする。
以下、本発明の詳細な説明する。
さて、本発明においては高速の演算器を導入することで
taを短縮し、各分割点間隔を短かくし、父、パルス分
配演算後に加減速をかけないようにして各軸の加減速時
の遅れ伯のずれによるIM線精度の低下を防止17てい
る。
絶4図はパルス分配bj路の後段に加減速回路を設けた
従来方式における各軸の遅れ隼と画線精度の劣化との関
係を説明する説明図である。同、A1軸とA2l1+l
11のなす座標平面上を45°の直1sLNに沿ってハ
ンドを移動させるものとする。今、Al軸の遅れI゛が
A2軸の遅れ量より小さいものとすわばハンドはまずA
、軸方向に余分に移動しく0部参照)、At1qll及
びA2軸方向へのハンドの送り速度が一定になってから
は直線(0部参照)に沿って移動し、終点近傍ではA、
軸方向への送りが終丁したY&t9r定時間A2lll
l11方向へハンドが単独で移動し終点に到達する(0
部参照)。そしで、この場合にはハンド移動通路5LN
lは指令直14sLNから6のずれを有しており、この
ずれεけAl、A、軸の遅れ量の差に応じて変化する。
尚、以上はAl軸の遅れ針がA2軸の遅れ量より小とし
て説明したが、Azllllの遅れtがAl軸の遅れ量
より小さい場合にはハンドは第4図点線に示す通路をた
どることになる。以上から、パルス分配回路の後段に加
減速回路を設けることなく加減速制御ができるとするな
らば・・ンドは指令@+vlIiIsLNhを移動する
といえる。
第5図は本発明に係る数値開側1カ式の説明図である。
第5図においでPsは始点、Peは終点、■は線速度で
多)す、線速度Vは教示の際に設定される。さて、本発
明においては可動部たとえばハンド(メカニカルハンド
)を始点Psから終点Pe迄移動させる曲、彰メカニカ
ルハンド上のり[ホのポイントを旧紳的に移動させるた
めに、始点P8と終点Peを結ふ旧形1jI−nを1億
数の区間に分割し、各分割点Ql。
Q2.Q3・ における各軸位置データを発生すると共
に、一定の加速時間及び減速時間を有する周波数一時間
特例のパルス列を各軸毎に発生し5、前記補軸位置デー
タと、各軸方向のパルス列に基づいて11線袖間演舞を
実行し、醪自紳袖間演算により得られだ分配パルスによ
りザーボモータを駆動し、・・ンドを各ポイントポイン
ト間で近似的に11糾的に移動させ、総体的に[1iL
nに沿ってハンド台・移動させている。
具体的には1つの分割点Qi−tから分割点Qi 迄直
線補間により可動部を移動させている間に、次の分割点
Qしlを QiQi十+ =  v −ta (i=1.2−・)
       (])を満足するように決定[、て、該
分割点Q i + 1の位置データを発生している。但
し7、分割点り1σPSQt  =  v  −t a
/2                       
    (2)を満足するように決定される。同、(1
)、 (21式においてtaは分割点Qi+sの位置デ
ータ発生に要する時間をtoとするとき、to(taを
満足する一定の時間であり、又とのtlは前述のパルス
列の加速時間及び減速時間に等しくなっている。
第6図は本発明を実現する実施例ブロック図である。
図において、11はデータメモリであり加ニブログラム
データたとえば指令位置を含む位置決めデータが順次記
憶されている。12a、 12b、 12c・・・はア
ンドゲートであり、アドレス線AIに図示しないアドレ
ス発生手段からアドレスが発生する毎に所定の加ニブロ
グラムデータ即ち指令位置を出力する。同、指令位置は
各軸について原点からの距離として与えられ、以後Pe
と表11シする。13はオアゲート、14a、14bは
アンドゲートでタイミング信号T1の発生により開らき
指令位置ベクトルPe及び後述する始点位置ベクトルP
gを後段に出力する。15は各区間の移動量ベクトルΔ
Qを演算する演算回路であり、この移動量ベクトル△Q
U或いは より求められる。16は各分割点Ql (i=1.2.
・)の位置ベクトルQiを次式より演算する演算回路で
ある。
Q i = Q i −1+△Q (t=1.2・、 
Qo=Ps)   (a>17はバッファレジスタであ
り、演舞回路16により演算された位置ベクトルQiを
格納する。
18はアンドゲートであり、バッファレジスタ・17に
分割点Q1の位置ベクトルQiがセットされたことを示
すバッファフル信号T4、図示しない制御回路から発生
する移動許可信号T2及び後述するパルス分配回路から
発生する分配完了信号T3が共にIt I II  に
なったとき開らき、位置ベクトルQif出力する。19
は目標位置レジスタであり、目標位置ベクトル(各軸成
分)がセットされる。同、この目標位置レジスタ19に
は初期時始点位置ベクトルPsが記憶されており、以後
11次第1の分割点の位置ベクトルQl、第2の分割点
の位置ベクトルQ2・・・が記憶される。20は現在位
置レジスタであり、可動部の現在位置ベクトル(各軸成
分)を記憶し、初期時には始点位置ベクトルPsが記憶
される。21a。
21bはアンドゲートであり、それぞれ移動許可信号T
露及び目標位置レジスタ19に目標位置ベクトルがセッ
トされたことを示す目標位置レジスタフル信号T、が共
にII 1#になると開らき、現在位置ベクトルと目標
位置ベクトルを後段に出力する。
23はパルス分配回路であり、各軸方向の分配パルスZ
P、 RP、θPを出力する。尚、各軸方向の分配パル
スZP、 RP、θPは現在位置レジスタ20に入力さ
れ、これら分配パルスが発生する毎に移動方向に応じて
所定軸方向の現在位置成分がカウントアツプ/ダウンさ
れる。24は加減速パルス発生回路であり、各軸組に加
減速時定数taのパルス列Pz。
Pr、Pθを発生してパルス分配回路23に入力する。
パルス分配回路23はとの各軸のパルス列P z、 P
 r。
Pθと、1柳位置ベクトルと現在位置ベクトルとから求
−まる各軸インクリメンタル値Δ2.△R1△θに基づ
いて直線補間演算を行なって分配パルスZP、θP7R
Pを出力する。第7図はか\る加減速パルス発生回路2
4のブロック図であり、線速度v1各軸インクリメンタ
ル値Δ2.△R,△θを用いて各軸速度成分v、、 v
、、 vvを次式より △2 rjすlsR”尼【U ΔR v、= −□−−−−−−−・V rj弓玄止7にi 求める演算回路24aと、各軸速度成分V工、vr、v
θに加減速時定数t1の加減速特性を何時し、加減速さ
れた各軸パルス列Pz、 Pr、 Peを発生する加減
速(ロ)路24 b、 24 c、 24 dを菊−し
ている。第8図は加減速回路24b、24c、24dの
l特性を説明する説1明図であり、各軸速度成分Vz、
 Vy、 V、yはそれぞれ第8図に示す速度特性vt
’、 vr’、 y、、’を廟する谷−1パルス列Pz
、Pr、Pθに変換される。25ZはZ Il+力向の
エラーレジスタであり、たとえば可逆カウンタにより構
成さね、パルス分配(ロ)路23から発生り、た分配パ
ルスZpの数とフィードバックパルスFpO数の差Er
を配憶する。
26 Z Id xジ−レジスタ25Zの内容に比例し
たアナログ電圧を発生するDA変換器、27Zは霜゛流
N11l!I器、28ZはZ #+駆動用の血流モータ
、29Zは面流七−タ28Zが所定蓋回転する毎に1個
のフィードバックパルスFpを発生するバルスコーダで
ある。
次に、絹5図を参照しっ\第6図の動作を鯖、明する。
今、ハント(メカニカルハンド)が第5図のボイノトP
s (始点)に位置決めさ、れており、この始点Psか
らポイン)Pe(終点)迄該ハントを移動させ、この間
ハンド上の定点を直線LnVCfeって移動させるもの
とする。
さて、初期時には、現在位置レジスタ20.目標位置レ
ジスタ19のそれぞれに始点Pgの位置ベクトル(各軸
成分)が記憶されており、又演算回路15には純速度V
及び時間taがそれぞれ入力されている。
この状態においてアドレス線AIに指令位置ベクトルP
eをdピ憶するアドレスが発生すると、該ベクトルPe
はアントゲ−) 12b、オアゲート13を介してアン
ドゲートi4bに入力される。同、アンドゲート14a
には現在位置ベクトルP11が入力されている。ベクト
ルPe、 Psがアンドゲート14a、 14bに入力
されている状態においてタイミング信号T1が発生する
とベクトルPe、 Psが演算回路15に入力される。
演算回11315はベクトルPe、 Psが入力される
と(2)′式の演貢を実行してPsQH間の移動量ベク
トル△Qを求め、演算回路16に入力する。演算回路1
6には又目標位置レジスタ19から始点Psの位置ベク
トルPs(−Qo)が入力されているから、該演算回路
16は(3)式の演算を実行して、第1の分割点Q1の
位置ベクトルQ1を求め、バッファレジスタ17にセン
トする。そして、バッファフル信号T4、移動許可信号
T2、分配児了侶+jT3が共にat 117になると
1\rI償ベクトルQ1は目標位置レジスタ19にセッ
トされる。これにより、目標位置レジスタフル信号T、
が1”となり、目標位置(第1の分割点)Qlの位置ベ
クトルQ1と、現在位置ベクトルPsがそれぞれアント
ゲ−) 21a、 21bを介してパルス分配回路23
に入力される。パルス分配回路23はベクトルPsとQ
1ヲ用いて各軸のインクリメンタル値△Z。
△R9Δθを演算すると共に、各軸に対応して設けられ
た図示しないパルス補間器により該インクリメンタル値
及び加減速パルス発生回路24から発生する各軸パルス
列Pz、 Pr、 Peを用いて直線補間演算を行なっ
て各軸方向の分配パルスZP、 RP、θPを発生する
。そしてこれら分配パルスZP、 RP、θPは各軸に
対応して設けられたエラーレジスタに入力される。Z軸
について着目するとエラーレジスタ252は分配パルス
Zpが発生する毎にその内容をカウントアツプし、又パ
ルスコーダ29ZからフィードバックパルスFpが発生
する毎にその内容をカウントダウンして、常に分配パル
ス数とフィードバックパルス数の偏差Erを出力する。
ついで、エラーレジスタ25Zの内容ErはDA変換器
26ZによりDA変換され、増幅器27Zにより増幅さ
れて、直流モータ28ZにEp加され、該モータを回転
させる。
血流モータ28Zが所定量回転すればパルスコーダ29
Zから1個のフィードバックパルスFpが発生し\該フ
ィードバックパルスFpは前述の通り、エラレジスタ2
5Zに入力されその内容をカウントダウンする。そして
、定常状態においては、エラーレジスタ25Zの内容は
サーボ系の遅れに依存する一定の定常偏差値を示し、該
定常偏差値をもって上記動作を繰返えし、教示された動
作速度でモータ28z、換言すればロボットを移動させ
る。最終的に、移動量ベクトル△Qに相当するパルスが
分配され\ばパルス分配回路23よりパルス分配完了信
号T3が発生し分配゛演算は停止する。そして、以後エ
ラーレジスタ25Zにたまった定常偏差に等しい数のパ
ルスがはき出され、メカニカルハンドは第1分割点Q1
に到達する。
一方、上記第1分割点Q1へ向かってメカニカルハンド
が移動している間、演躊−回路15は(1)′の演祷を
行ない、又演算回路16は(3)式の演算を行なっで第
2の分割点Q:の位taベクトルを求め、これをバッフ
了レジスタ17にセットしている。
ぞして、第1の分割点Q+迄のパルス分配が終了して、
パルス分配回路23から分配簀子信号T3が出力される
と位IMベクトルQ2は目標値レジスタ19にセットさ
れ、ついで現在位置ベクトルQ1と共にアンドグー)2
1a、21bを介してパルス分配回路26に入力される
。この結果、パルス分配)1”ll路23は前述と同様
にパルス分配演算を実行すイ)。
以恢同4求にしてメカニカルノ・ンドk Ps−+Qt
 −+Ch→・・・→Qn−1−+Qn−+Peと移動
させれば、ノ・ノド上の定点は近似的にiM&Lnに沿
って動くことになる。
以上、本発明によれば回転軸を有する機械の可動部を回
転運動を伴なって始点から終点迄移動させる場合に、該
可動部上の定点を直線に沿って移動させることができ、
ワークの着脱をミスなく正確に行なうことができる。又
、本発明によれば加減速制御をパルス分配演I1. (
直線補間演舞)後に行なわないようにしているから、ハ
ンド移動速度が高速になっても各軸加減速の遅れ川の相
異に基つく誤差が発生せずハンドを指令直線に沿って移
動させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は円筒座標系で動作する工業用ロホノトの一例を
示す説明図、第2図はメカニカルハンドを肉練に沿って
移動させる必要性を説明する説明図、第3図は既提案の
方法を説1明する説明図、第4図はパルス分配回路の後
段に加減速回路Ir設けた従来方式における各軸遅れ奮
と直線精度の劣化との関係を説明する説明図、第5図は
本発明に係る数値器側1方式の説明図、第6図は本発明
を実現する実施例ブロック図、第7図は加減速パルス発
生回路のブロック図、第8図は加減速回路の特性1ン1
である。 11・・・データメモリ、15.16・・・演算回路、
19・目標位百レジスタ、20・・・現在位置レジスタ
、25・・・パルス分配回路、24・・・加減速パルス
発生回路、24 、 ・・・演算回路、24b、 24
c、、 24d・−・加減速回路 特許出願人 畠十通ファナック株式会社代 理 人 弁
理士 辻      出”外2名 築/ 凹 (a) に 簾2 区 (b) 第3 ノ 呼 第70 4

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)回転軸を含む複数の動作軸を有する機械の可動部
    を始点から範点迄移動させる間、該可動部上の所定点を
    直接的に移動せしめる数値制御方式において、前記始点
    と終点を結ぶ直線を複数の区間に分割し、各分割点にお
    ける各軸位↑にテークを発生すると共に、全軸同一の加
    速時間及び減速時間を有するパルス列を各軸毎に発生し
    、前記各軸位置データと各軸ごとのパルス列に基づいて
    IU線補間演算を実行し、該直線補間演算により得られ
    た分配パルスによりサーボモータを駆動することを特徴
    とする数(f&制御方式。
  2. (2)  前記機械を円筒座標形極座標形または関節形
    ロボットとすることを特徴とする特許請求の範囲第(1
    )項記載の数値制御方式。
JP3161982A 1982-02-27 1982-02-27 数値制御方式 Pending JPS58149512A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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