JPS6039204A - 多関節ロボツトの速度制御方法 - Google Patents

多関節ロボツトの速度制御方法

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JPS6039204A
JPS6039204A JP14685383A JP14685383A JPS6039204A JP S6039204 A JPS6039204 A JP S6039204A JP 14685383 A JP14685383 A JP 14685383A JP 14685383 A JP14685383 A JP 14685383A JP S6039204 A JPS6039204 A JP S6039204A
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JP
Japan
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angle
speed
joint
robot
angular velocity
Prior art date
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Pending
Application number
JP14685383A
Other languages
English (en)
Inventor
Hitoshi Komoriya
均 小森谷
Kazuo Asakawa
浅川 和雄
Nobuhiko Onda
信彦 恩田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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Publication of JPS6039204A publication Critical patent/JPS6039204A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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
    • G05B19/416Numerical 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 control of velocity, acceleration or deceleration
    • 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
    • G05B2219/43Speed, acceleration, deceleration control ADC
    • G05B2219/43201Limit speed to allowable speed for all axis

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Numerical Control (AREA)
  • Manipulator (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】 (4)発明の技術分野 本発明は多関節ロボットの速度制御方法、特にロボット
の先端をxyz直交座標上の速度で制御する際に、関節
の角速度が最大値を超えるとき最大値以下に調整する係
数を、予め計算された角度を用いてめることにより、角
度の実測から速度の出力までの時間を短縮し、軌跡のず
れが小さくなるようにした多関節ロボットの速度制御方
法に関するものである。
■)従来技術と問題点 第1図は多関節ロボットのアームの例、第2図ないし第
4図はロボットの移動についての説明図。
第5図は従来の速度制御方法の例、第6図は従来方法の
問題点説明図を示す。
例えば、第1図図示の如き6関節の関節形ロボットにお
いては、各関節がそれぞれ図示θ1.θ2゜θ3.・・
・・・・06の回転の自由度を有している。ロボットの
先端、いわゆるロボットのハンドを、第2図図示の如き
xyz直交座標空間内において9例えばD点からE点ま
で直線的に動かす場合、各関節角θl〜θ6の時間変化
は1例えば第3図(イ)〜(へ)図示の如くになる。と
ころで、物理的・機械的条件によシ、各関節の最高角速
度には制限があるが。
第3図(イ)〜(へ)図示の如く、関節角が急激に変化
するものもあシ、はとんど変化しない、ものもあるので
、どの関節が最高角速度を超えるかは、予想することが
困難である。しかし、直交座標系で動かす場合に、最高
角速度を超えることは頻繁に起こるので、どうしても角
速度の自動調整が必要となる。
なお、ロボットの先端の、状態は、xyz座標系では、
ロボットのハンドの3次元空間における位置(z、y、
z)と、その姿勢(α、β、γ)によって表わされ、関
節角では(θl、θ2.θ3.θ4゜θ5.θ6)によ
って表わされるが、以下これらをそれぞれX、Oとベク
トル表記して説明する。
第4図において、Lは計算値によるロボットの移動軌跡
I L’は実測値によるロボットの移動軌跡を表わして
いる。例えば、D点からE点にロボットを移動させる場
合、所定の時間のサンプリング周期毎に角速度を出力し
て制御するようにされる。
第4図中1点A、B、Cは各サンプリング点における目
標通過点である。点A/ 、 B/ 、 c/は、実際
の通過点である。速度の制御は2次のように行われる。
まず、目標通過点Aにおけるサンプリング周期に、角度
を実測すると2点A′の角度o、(実測値)が得られる
。これと目標通過点B点の角度02(計算値)とから、
角速度を割算し、その後、最高速度の調整を行って、出
力する。目標通過点Bと実際の通過点B′が一致するこ
とが理想であるが。
実際には関節の摩擦や負荷変動により、ずれが生じるの
で、B点においても同様に角度を実測し。
同様に速度制御を繰シ返す。
第5図は、従来の速度制御方法の例を示している。゛ま
ず、A点のサンプリング周期になる前に。
次に通過するB点の座標X2を計算する。そして。
x2の位置の角度02を計算して、サンプリング周期に
なるまで待つ。サンプリング周期になったならば、角度
O1(実測値)を読み込み、サンプリング周期Tから速
度υ1をit !する。そして、速度alのエレメント
が最高角速度を超えたかどうかを判定し、超えている場
合に調整係数Kをめて、最大値が最高角速度以下になる
速度を計算する。この調整速度を出力する。以下、同様
に次の目標通過点Cの座標i3を計算し、そのX!!の
位置の角度03 を予め計算しておく。
上記従来の方法によれば、第6図図示の如く。
サンプリング点Sl から速度が出力されるまでの時間
T1 か長くなシ、この間、前のサンプリング周期にお
ける速度が持続されて出力されるので。
軌跡のずれが大きくなるという問題があった。
(0発明の目的と構成 本発明は上記問題点の解決を図シ、予め計算値による角
度にもとづい−C1関節の角速度が最大値の制限を超え
る場合に、最大値巨下に調整する係数を計算しておくこ
とによって、角度の実測から速度の出力までの時間を短
縮し+ ’に’L’ν1のずれを少なくすることを目的
としている。そのため2本発明の多関節ロボットの速度
制御方法は、あるサンプリング周期毎に各関節角を読み
取シ9次の目標通過点への速度を演算して速度指合金与
える多関節ロボットの速度制御方法において2次のサン
プリング周期における第1の目標通過点の次に目標とす
る第2の目標通過点における各1列節角を計算によりめ
るステップと、上記第1の目標通過点の近くを通過する
ときに与えるべべ名し3節の予想速度を上記法のサンプ
リング周期の前に上記W1nした各関節角にもとづいて
H1算するステップど。
該計算によりめた各関節の予想車席について速くとも所
定の最高速度以下となるよう調整する係数をめるステッ
プと、上記法のサンプリング周期に各関節角の実測値を
入力するステップと、該各関節角の実測値にもとづいて
上記第2の目標通過点への速度を計算するステップと、
該実測値にもとづいて計算された速度を上記最高速度以
下に調整する係数により補正するステップと、該補正さ
れた速度を出力するステップとをそなえたことを特徴と
する。以下実施例に従って説明する。
0発明の実施例 第7図は本発明の原理説明図、第8図は本発明が適用さ
れるシステム構成例、第9図は本発明による速度制御方
法の例を示す。
第4図における計算値によるロボットの移動軌跡りと、
実際のロボットの移@軌跡L′との軌跡のずれを小さく
するためには、サンプ、リング点における角度の読み取
りから、角速度の出力までの時間を短くする必要がある
。そのため1本発明の場合、第7図図示の如く、最高角
速度を調整する係数にの計算を、角度の読み取り前に済
ませてしまうようにされる。上記調整係数f(の計算に
は、比較的長い時間を要するので、これを角度の読み取
り前に行っておくことによシ9例えば第7図図示の如く
に、サンプリング点Sl から速度を出力するまでの時
間T2 を大幅に短縮させることが可能となる。
しかし、調整係数Kを計算するためには、当該サンプリ
ング周期における速度がわがっていなければならず、速
度をめるには、角度の実測値を必要とする。従って9本
来的には、角度を実測する前に調整係数Kをめることは
できない。そこで2本発明の場合、この調整係数Kを、
引算による予想速度にもとづいて、計算するようにされ
る。
制限最高角速度との関係でみると2円整係数Kを予想速
度を基準にしてめても、 5M、足のいく結果が得られ
る点に着目したものである。こうすることによって、第
7図図示の如< e Hll %、係数にの計算を予め
角度を実測する前に済ませておくことができ、サンプリ
ング点Sl から速度出力までの時間を短縮することが
できる。
第8図は本発明が適用されるロボットのシステム構成例
を示している。図中、1はロボットのアーム機構、2は
ロボット制御回路、3はタイマ。
4はプロセッサ、5はメモリ、6は外部記(@f装置を
表わす。
ロボットのアーム機構1は9例えば6関節を有し、3次
元空間内でロボットのハンドを自由に移動できるように
なっている。ロボット制御回路2は、ロボットのアーム
機構1の各関節角の口伝を制御するサーボ機構と、各関
節角の角度を読み取るセンサとをそなえている。プロセ
ッサ4は、メモリ5上に用意された機械語命令を7エツ
チして実行し9本発明の速度制御方法にもとづいた手順
によシ、ロボット制御回路2から関節角度の実測値を入
力し、またロボット制御回路2へ各関節角の速度指令を
与える処理装置である。サンプリング周期は9例えばタ
イマー3に所定値をセットすることによって与えられる
。外部記憶装置6は。
例えばフレキシブル・ディスク等であって、ロボットの
作業指令等の内容を記憶している。プロセッサ4は、こ
の作業指令等をメモリ5上へ読み出し、ロボット制御回
路2によって、アーム機構1を動作させ、指定された作
業を実行させる。
次に第9図を参照して、第4図に示した移動のための本
発明の速度制御方法の例を説明する。第4図に示す如<
、D点から目標とするE点までロボットを移動させる場
合、速度制御のフィードバックのため、各サンプリング
周期における目標通過点A、B、C,・・・が考慮され
る。
まず、目標通過点Aを通過する前に、第9図図示処理1
0によって1次に通過する目標通過点Bの座標X2 を
計算する。次に処理11によって。
X2 の位置に対応する各関節角02 を計算によ請求
める。サンプリング周期をTとすると、A点から8点へ
移動さぜるための計算上の関節角速度v1 は1次式に
よって与えられる。
02−0゜ vl(計)=□ 処理12によって、このvl を引算する。ここで、A
点における関節角O□は、まだ実測されていないので、
前のサンプリング周期において*If¥。
した計算値の角度O□ を用いる。計算値U11は。
予想速度である。
計算値vl のうち、少なくとも1つの関節の角速度が
2例えば最高角速度の80%を超過する場合、処理13
により、どの関節の速度も最高速度の80%を超えない
ようにする調整係数Kをめる。すなわち、すべての角速
度が最高速度の80%以下となるように制限された角速
度をv/l (計)とすると。
、′l(計)−Kat(計) を満足するKを計算する。この例のように9例えば最高
速度の80%以下とすることにより、実測値の角度01
と、計算値の角度01との間に、多少のずれが生じた場
合であっても、実際の速度が最高速度を超えることはな
い。もちろん、ロボットの動作東件により、必ずしも8
0%以下にしなければならないわけではない。調整係数
Kをめたならば、処理14により、サンプリング周期に
なるまで待つ。
サンプリング周期になったならば、処理15により、各
関節角の角度0. (実測値)を読み込む。
次に、この実測値の角度01にもとづいて、処理16に
よって1次式で表わされる速度vlをめる。
02−0.(実測値) 次に、処理17によシ、予め処理13でめた調整係数K
を用いて2次式による調整速度v1′ を計算する。
U1’ = K (11 処理18により、この調整された速度11′ を出力す
る。
以下、同様に1次の目標通過点Cの座標X3 を処理1
9により計算し、処理20により角度03を計算する。
処理21において計算上の速度v2を計算する場合には
、上記処理20でめた角度03および上記処理11でめ
た角度02の言1算値を利用する。このように処理を繰
シ返していく。
上記処理13の調整係数■(の計算には、 4Yに長時
間を要するので、予め計算しておくことによシ。
サンプリング点から速度を出力するまでの時間を。
例えば従来のシ≦ぐらいに短縮することができる。
[F] 発明の詳細 な説明した如く本発明によれば、角度を読み込んでから
、角速度を出力するまでの時間を大幅に短縮することが
でき、目標の軌跡からのずれを小さくすることができる
。特にロボットのアームを壁などの障害物のある中で動
作させなければ浸らないとき、この効果は重要である。
【図面の簡単な説明】
第1Mは多関節ロボットのアームの例、第2図ないし第
4図はロボットの移動についての説明図。 第5図は従来の速度制御方法の例、第6図は従来方法の
問題点説明図、第7図は本発明の原理説明図、第8図は
本発明が適用されるシステム構成レリ。 第9図は本発明による速度制御方法の例を示す。 M中、lはアーム機構、2はロボット制御回路。 4はプロセッサを表わす。 特許出願人 富士通株式会社 代理人弁理士 森 1) 寛(外1名)CoI2.f)
H,θI+、θ41.θrIerIl(θn、e1.e
n、1J−−、a*−t)lす(θu、Q+r、en、
lk、θ−)θ11.)第8 図 第9[21

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 あるサンプリング周期毎に各関節角を読み取シ。 次の目標通過点への速度を演算して速度指令を与える多
    関節ロボットの速度制御方法において1次のサンプリン
    グ周期における第1の目標通過点の次に目標とする第2
    の目標通過点における各関節角を計算によ請求めるステ
    ップと、上記第1の目標通過点の近くを通過するときに
    与えるべき各関節の予想速度を上記法のサンプリング周
    期の前に上記計算した各関節角にもとづいて計算するス
    テップと、該計算によ請求めた各関節の予想速度につい
    て速くとも所定の最高速度以下となるよう調整する係数
    をめるステップと、−に記法のサンプリング周期に各関
    節角の実測値を入力するステップと、該各関節角の実測
    値にもとづいて上記第2の目標通過点への速度を計算す
    るステップと、該実測値にもとづいて計算された速度を
    上記最高速度以下に調整する係数により補正するステッ
    プと。 該補正された速度を出力するステップとをそなえたこと
    を特徴とする多関節ロボットの速度制御方法。
JP14685383A 1983-08-11 1983-08-11 多関節ロボツトの速度制御方法 Pending JPS6039204A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6228810A (ja) * 1985-07-31 1987-02-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd ロボツトの制御装置
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JP2022510478A (ja) * 2019-10-29 2022-01-26 シーエムアール・サージカル・リミテッド ロボットジョイント制御

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