JPS6180304A - 多関節形ロボツトのゲイン総合調整方法 - Google Patents

多関節形ロボツトのゲイン総合調整方法

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JPS6180304A
JPS6180304A JP20040484A JP20040484A JPS6180304A JP S6180304 A JPS6180304 A JP S6180304A JP 20040484 A JP20040484 A JP 20040484A JP 20040484 A JP20040484 A JP 20040484A JP S6180304 A JPS6180304 A JP S6180304A
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JP
Japan
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rotation speed
value
robot
servo motor
rotational speed
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Application number
JP20040484A
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English (en)
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Hidetoshi Inaba
因幡 英敏
Koichi Sugimoto
浩一 杉本
Shinichi Arai
荒井 信一
Yukiji Sakagami
坂上 志之
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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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
    • G05B19/19Numerical 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 positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
    • G05B19/21Numerical 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 positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an incremental digital measuring device
    • G05B19/25Numerical 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 positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an incremental digital measuring device for continuous-path control
    • 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
    • G05B2219/39Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39002Move tip of arm on straight line

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Manipulator (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】 〔発明の利用分野〕 2−頁 本発明はサーボモータによって駆動される多関節口?ッ
トの制御方法に係9、特に、公知の多関節口がットを用
いて新たな装置や制御回路を付設すること彦<、ソフト
ゲインの調節によって正確に所望の軌跡を描かせるよう
に制御できるゲイン総合調整方法に関するものである。
〔発明の背景〕
サーボモータの速度制御に関して、・ぐルスエンコーダ
等から抽出したフィーPパック情報によって高精度の速
度制御をする方法が特開昭55−159201号公報お
よび特開昭57−27301号公報に開示されている。
これらの速度制御方法は特殊な制御用回路を必要とし、
又、複数の制御系を同時に速度制御する場合の問題には
言及されていない。
第5図は6自由度を有する関節形ロピットを模式的に描
いた斜視図である。各動作軸≠1軸〜≠6軸はおのおの
独立なサーボモータM1〜M6によって駆動されている
。第6図は、第5図におけるある一つのサーボモータに
対するサー?系をブロック図で示したものである。サー
ボモータは第−3−−−頁 6図のようにタコジェネレータ3の値をフィードバック
することにより、一定の入力電圧eに対して一定の回転
速度ωで回転するようにアナログ的に速度制御されてい
る。サーブアンプへの入力電圧eとサーボモータの回転
速度ωとの間には、通常比例関係が成シ立つ。
ω=ks ・・・・・・・・・・・・・・・・・・(1
)たとえば、入力電圧1に対して回転速度10がほしい
場合にはkが10になるようにサーブアンプ1のrイン
及びタコジェネレータ3からのフィードバック量を調整
する。図の4はフィードバックディンを示す。しかし実
際にこのようなサーブアンプが製品化された場合、アン
プの特性及び、他の部品のばらつきなどにより、設計値
通シのkが得られるわけではなく、またkの調整におい
ても口がットの各アームの慣性力・重力・可動軸部分の
摩擦の影響などによりkの値が往々にして適切な値に設
定されていない。このような場合、指令回転速度と実際
の回転速度との間に差が生じ、ロボットを速度制御で動
かす場合、精度を高める上での大きな問題となる。
〔発明の目的〕
本発明は上述の事情に鑑みて為され、サーボモータを複
数個用いた多関節ロボットにおいて、公知のロボット装
置に別設の改造を加えることなく、各動作軸のサーボモ
ータへの指令乗数であるソフトゲイン値を総合的に調整
することにより、該多関節ロボットに高精度の直線軌跡
を描かしめる方法を提供しようとするものである。
〔発明の概要〕
先ず、本発明方法の基本的原理について述べる。
サーブアンプへの入力電圧とサーボモータの回転速度の
関係を示す比例定数の設定が適切でない場合、指令回転
速度と実際の回転速度は一致しない。しかし両者の間に
は明らかに比例関係が存在する。この比例定数を求めて
実際の回転速度を指令回転速度に近ずけるとともに、実
際にロボットを動作させて、このとき得られる位置情報
をもとに、理想的な位置情報との比較からソフ)fイン
を総合的に調整すると、より高精度な直線軌跡を−−−
−−−5−−−−頁 得るような制御が可能となる。
上記の原理に基づいて前述の目的を達成するため、本発
明の多関節ロボットのrイン総合調整方法は、各関節を
サーボモータによって駆動される多関節形の口はットを
速度制御方式によって動作させ3次元空間において直線
軌跡を描かせるように制御する場合、各サーボモータへ
の指令回転速度と実際の回転速度とを比較して入力電圧
と回転速度との適不適を検討し、不適の場合はソフトゲ
イン値(即ち指令回転速度をD/Aへの入力値に変換す
る乗数の値)を調整してサーボモータを指令回転速度で
回転させ、かつ、ロボットの動作を各関節の回転角に基
づいて算出するとともに上記の算出位置と計画上の理想
位置とを比較してその位置誤差を最小ならしめるように
ソフトゲインを総合的に調整することを特徴とする。
〔発明の実施例〕
次に、本発明の実施例について第1図乃至第4図を参照
しつつ説明する。
第1図は本発明方法を示すブロック図である。
−−−6−−頁 /’Pルスエンコーダ5からの・そルスはカウンタ6で
計数され、サーボモータの回転角度θなるデジタル値と
して出力される。壕だあるサンプル時間T毎に出力され
る指令回転速度は、このサンプル時間Tを乗することに
よシ回転数に変換され、ソフトゲインKを乗じた後、デ
ジタル/アナログ変換器7により変換されサーがアンプ
への入力電圧となる。ここでロボットのある一つの軸の
サーボモータが指令回転速度どうりに回転しているかど
うかを調べるには、サンプル時間T毎にカウンタ6の出
力すなわち、サーボモータの回転角度θをサンプリング
し、サンプル時間内のθの変化Δθをサンプル時間で割
ることにより、そのサーボモータの回転速度ω′が調べ
られることから、この求めた回転速度ω′と、指令回転
速度ωを比較すればよい。
ω′=Δθ/T・・・・・・・・・・・・(2)またソ
フトゲインには、このサーボ系においてサーボモータの
回転速度をω。と設定し、とのω。を出力するのに必衰
なサーがアンプへの入力電圧をe。、とのe。を出力す
るのに必要なデジタル/アナログ−−−−−7−−−−
頁 変換器7への入力デジタル値をり。とすると、前記のソ
フトゲインには に=Do/ω0・・・・・・・・・・・・・・・(3)
となる。従ってロブラドの上位コントロール系から指令
回転速度ωが与えられたときデジタル/アナログ変換器
7を含めたサーが系にはにωなるデジタル値を出力すれ
ばよいことになる。しかしこのソフトゲインには設計値
による値であシ、先に述べたようにkの値が適切でない
場合には、いくらωなる指令回転速度を出力しても実際
には(2)式から求めることのできる回転速度ω′で回
転することになる。そこで、ソフトゲインKを調整する
ことによシ比例定数kが不適切な値の場合、あるいは微
妙にずれている場合でも実際の回転速度をω′からωに
変えることができる。以下にその方法を示す。
第3図に示すようにサーがアンプへの入力電圧eとその
回転速度ωとの関係が広く線形性を保ち、飽和せずに比
例関係を保っている場合、サー?モータへの指令回転速
度ω、の計算上の誤差をなるべ特開日ffG1−803
04(3) 〈小さくするため、とのω1の値を最大回転速度付近に
とシ、これを出力して実際に口?ットのアームを動作さ
せる。この時の実際の回転速度を(2)式から求めてω
、′とする。この時のソフトゲイン値に′は、 K’=に寺 ・・・・曲・曲・曲(4)ω1 となる。従っである回転速度ωを得るのに必要なデジタ
ル/アナログ変換器への出力値はに′・ω となる。こ
のソフトゲイン値に′を新たなソフトゲイン値とするこ
とによシ、指令回転速度により近い回転速度が得られる
以上に説明した本発明に係る制御方法によって、従来技
術に比して著しく高精度の制御が可能となるが、多関節
ロブラドに長距離の直線軌跡を描かせる場合には決起の
ような問題が有る。通常、関節形ロブラドの動作はFT
P (ポイント−トウーポイント)方式のように位置情
報によって制御されているが与えられる点間隔が大きい
場合には点間の軌跡が大きく直線からそれ、正確な動作
軌跡を必要とする場合の大きな問題となる。そこで先−
一−−−−−9−−−頁 に述べたソフトゲインに′を設定したサーボモータを持
つロブラドを速度制御によ多動作させ、よシ正確な軌跡
を描かせるよう制御する。しかし実際にこのロブラドを
、直線を描くように制御してその軌跡を見てみると、第
4図のように、目的とする直線12には近いがしかし実
際には曲線13のような軌跡を描く。これは複数個のサ
ーゲモータを同時に動作させる口?ットのような制御機
器の場合、各々のサーボモータのソフトゲインのわずか
なずれが、速度制御方式では軌跡途中での目標位置のわ
ずかなずれとして表われ、これが累積することによって
曲線13のような誤差となるのである。従って1つ1つ
別々にサーがアンプのソフ)ゲインを調整するだけでは
、口がットの軌跡はマクロ的に所望の如く動作するが局
部的には高精度の動作をすることができない。そこで、
本実施例は次のようにしてゲインの総合的な調整を行っ
て高精度の制御を行う。(第5図参照)6自由度を持つ
ロブラドの各関節角をθ、〜θ6とし、ロブラドの先端
の位置ベクトルをFとするとFはθ、〜θ、の関数f−
10−頁 で−意に決まる。
p=f(θ0.θ7.θ5.θ4.θ3.θ、)・・・
・・・・・・・・・(5)また、各関節角θlは、その
関節を駆動するサー?モータの・母ルスエンコーダ5か
ら得られる。従っである定まった2点間を結ぶ直線を、
ロブラドに実際描かせた場合、その軌跡途上でサンf 
IJシン時間を毎に、パルスエンコーダから得られる各
回転軸の回転角θit をもとに、実際のロブラドの先
端位置ベクトルもを求めることができる。この位置ベク
トルをもとに実際の軌跡を知ることができ、2点間の軌
跡を位置ベクトルの情報として、上位コントロール系の
計算機上にデータとしてもっことができる。このデータ
と計算機上で求めた理想的な位置ベクトルPa(と比較
することによシ直線誤差δを求めることができる(第2
図)。
δ=Σ’Pat  Pi’・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・(6)そこでソフトゲインに、〜に6
を変化させ、δの最も小さくなる時のに1〜に、の値を
ソフトゲインとする。
しかしに、%に、を変化させる組合せは多数あるため一
つの方法として次のようなソフトゲインの設定−頁 の仕方がある。まずに、〜に6のうちいずれか1つだけ
変化させ、δを求めるこれをに、−に、すべてに対して
行ない最も変化の激しいソフトゲイン値を見つける。次
にとのゲインを微調整しδが最小になるようにする。さ
らに残りのゲインに対して上に述べた方法を繰り返しに
、〜に、すべてを決定する。
以上より、各サー?モータのサー?アンプのソフトゲイ
ンの調整のみによって成し得えなかったよυ高精度な直
線の軌跡制御を行なうことができる。
〔発明の効果〕
以上詳述したように、本発明方法を適用すると、公知の
多関節形ロボットに対して別段の改造を行うことを要せ
ず、また別段の付属機器や制御回路を付設する心太なく
、比例定数の設定不備に起因する指令速度と実際の速度
との差を、ソフトゲインの調整のみによって小さくする
ことができ、かつこれらをすべて自動的に調整すること
ができる。
さらに本発明方法は実際に口?ットを動作させた時の先
端の軌跡の直線性を高めるため、口ぎシト動作時の先端
位置と計算上の位置との差から、これを最小にするよう
にソフトゲインの微調整が自動的に行々わせ、より高精
度な直線軌跡を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法の1実施例におけるサーが系のブロ
ック図、第2図はロボット装置の斜視図に制御系を付記
した説明図、第3図はサー?アングの人、出力特性図表
、第4図はロボットの直線軌跡の説明図、第5図は6自
由度を有する多関節形ロピットを模式的に描いた斜視図
、第6図はサーが系のブロック図である。 1・・・サーがアンプ、2・・・サー?モータ、3・・
・タコジェネレータ、4・・・タコジェネレータのフィ
ードバックダイン、5・・りやルスエンコーダ、6・・
・カウンタ、7・・・デジタル/アナログ変換器、8・
・・ソフトゲイン値、9・・・ロボットの上位コントロ
ール系、10・・・理想的な入出力関係、11・・・実
際の入出力関係、12・・・理想的な直線軌跡、13・
・・実際の軌跡。 代理人 弁理士 秋 本 正 実 第 5 図 廿4!IlI    竹5軸 1′、6図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 各関節をサーボモータによって駆動される多関節形のロ
    ボットを速度制御方式によって動作させ3次元空間にお
    いて直線軌跡を描かせるように制御する場合、各サーボ
    モータへの指令回転速度と実際の回転速度とを比較して
    入力電圧と回転速度との適不適を検討し、不適の場合は
    ソフトゲイン値(即ち指令回転速度をD/Aへの入力値
    に変換する乗数の値)を調整してサーボモータを指令回
    転速度で回転させ、かつ、ロボットの動作を各関節の回
    転角に基づいて算出するとともに上記の算出位置と計画
    上の理想位置とを比較してその位置誤差を最小ならしめ
    るようにソフトゲインを総合的に調整することを特徴と
    する多関節形ロボットのゲイン総合調整方法。
JP20040484A 1984-09-27 1984-09-27 多関節形ロボツトのゲイン総合調整方法 Pending JPS6180304A (ja)

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JP20040484A JPS6180304A (ja) 1984-09-27 1984-09-27 多関節形ロボツトのゲイン総合調整方法

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JPS6180304A true JPS6180304A (ja) 1986-04-23

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6365508A (ja) * 1986-09-06 1988-03-24 Hitachi Constr Mach Co Ltd 多関節作業機の軌跡制御装置
JPS6389904A (ja) * 1986-10-02 1988-04-20 Mitsubishi Electric Corp 数値制御装置
EP0732299A1 (de) * 1995-03-13 1996-09-18 MANNESMANN Aktiengesellschaft Verfahren zur Auslegerführung eines Kranes mit Wippausleger

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6365508A (ja) * 1986-09-06 1988-03-24 Hitachi Constr Mach Co Ltd 多関節作業機の軌跡制御装置
JPS6389904A (ja) * 1986-10-02 1988-04-20 Mitsubishi Electric Corp 数値制御装置
EP0732299A1 (de) * 1995-03-13 1996-09-18 MANNESMANN Aktiengesellschaft Verfahren zur Auslegerführung eines Kranes mit Wippausleger

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