JPS622647Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、工業用ロボツトの動作性能を向上す
るための制御装置に関する。

従来からたとえば特公昭51−34180に示される
ように、工業用ロボツトの作業軸の軸条件指令値
を予めストアした記憶装置からの前記軸条件指令
値と、工業用ロボツトの作業リピート時に作業軸
の現在位置を検出するエンコーダからの出力との
偏差を求め、この偏差が零となるように作業軸を
サーボ弁を用いて制御している。またテイーチン
グ時には低速駆動信号によつてサーボ弁を動作さ
せ、作業軸を希望する位置にもたらし、その作業
軸の位置を記憶装置にストアするようにしてい
る。

工業用ロボツトを用いて作業を行うとき、作業
能率を向上させるために動作速度を大きくするこ
とが望まれる。しかし動作速度を大きくすると経
路の一部に停止時の位置精度が悪くなるところが
出てくる。例えば伸縮腕を有する工業用ロボツト
において、腕が伸びた状態でその腕の旋回動作ま
たは上下動作を行う場合に、停止時に手首部が振
動し、停止位置の誤差が大きくなり、位置精度が
悪くなる。したがつて位置精度を維持するために
先行技術においては、動作速度を大きくすること
に制限があつた。また先行技術では、一般に動作
速度はリピート時の方がテイーチ時に比べて大き
く設定されているため停止時に通常の減速制御を
しても停止位置の誤差は大きい。しかもテイーチ
時は低速駆動されるが、前述のように腕が伸びた
状態で停止させた時には、手首部に振動が生じて
いることから、誤差を含んだ位置情報が記憶装置
に入力されることとなり、これがリピート時の停
止位置の誤差を大きくする要因の１つとなつてい
た。

本考案の目的は、作業リピート時にはもちろん
テイーチング時にも、作業軸の動作性能の改善を
図に、位置決め精度を向上するようにした工業用
ロボツトの制御装置を提供することである。

本考案は、作業軸の軸条件指令値と現在値との
位置偏差駆動信号に従い、電気−油圧サーボ機構
によつて複動シリンダを駆動し、その複動シリン
ダによつて操作される作業軸を用いて作業を行な
う工業用ロボツトの制御装置において、 工業用ロボツトの作業軸の軸条件指令値を予め
ストアした記憶装置、 前記工業用ロボツトの作業リピート時に前記作
業軸の現在位置を検出して現在値を出力するエン
コーダ、 前記作業リピート時に前記記憶装置と前記エン
コーダとからの出力に応答し、前記現在位置と前
記ストア指令値の指令位置との偏差が或る小さい
値未満であるとき偏差駆動信号を出力せず、その
値を越えるとき前記偏差に対応した偏差駆動信号
を出力する、そのような入出力特性を有する変換
手段、 前記作業リピート時と前記軸条件を前記記憶装
置に予め記憶させるテイーチング時とに、前記作
業軸を低速度で駆動する低速度駆動信号を発生す
る手段、 前記複動シリンダのピストンの両側の駆動力を
検出するとともに、重力の働く作業軸におけるそ
の重力をシリンダの駆動力に換算した値を求め、
これによつて作業軸の振動の発生を抑止してなお
かつ作業軸の動作速度および位置決め精度を高精
度に達成するためのフイードバツク補償信号を導
出するフイードバツク補償回路、 低速度駆動信号およびフイードバツク補償信号
の差を求める減算手段、 偏差駆動信号と減算手段の出力とを加算する加
算手段、ならびに 加算手段の出力を前記サーボ機構に与えるとと
もに、低速度駆動信号は作業軸が指令位置に達し
たとき発生させず、サーボ機構による複動シリン
ダのピストンの両側の各駆動力を調整する制御手
段を含むことを特徴とする工業用ロボツトの制御
装置である。

本考案によれば、作業速度の大きいリピート時
に、作業軸が目標位置に到達する直前で、テイー
チング時の速度と同等の速度となるように制御す
ることができる。

この低速駆動時に、振動の要因となる軸の動作
信号（たとえば操作力、加速度などのいずれかの
信号）を補償信号として取出し、低速駆動信中を
修正するようにしている。これによつて停止時の
位置精度を向上し、また作業能率の向上を達成す
ることができる。すなわち本考案では、フイード
バツク補償回路は、複動シリンダのピストンの両
側の駆動力を検出するとともに、重力の働く作業
軸におけるその重力をシリンダの駆動力に換算し
た値を求め、これによつて作業軸の振動の発生を
抑止してなおかつ作業軸の動作速度および位置決
め精度を高精度に達成するためのフイードバツク
補償信号を導出するので、このことによつて停止
時の位置精度の向上と作業能率の向上を達成する
ことができる。

低速度駆動信号は、作業軸が指令位置に達した
ときは発生されない。これによつて作業軸は正確
に指令位置に達することができる。サーボ機構
は、作業軸が指令位置に達するように複動シリン
ダのピストンの両側の各駆動力を調整し、これに
よつて作業軸は指令位置に円滑に到達する。

第１図は本考案の一実施例の系統図である。工
業用ロボツトの作業軸の動きを低速度（クリープ
速度）にして所定位置に精度よく達せしめるため
の低速度駆動信号ｓ１は、回路１から発生され
る。

低速度駆動信号ｓ１は、第４図に示すように、
小さい一定の値である。

作業軸が所定の作業軌跡を辿るための軸条件指
令値を記憶装置２に予め記憶させるいわゆるテイ
ーチング時において、この低速度駆動信号が用い
られ、後述の比較器３および加算器４を介して、
サーボ弁５に与えられる。サーボ弁５は、複動油
圧シリンダ６したがつて作業軸７を駆動する。

低速度駆動信号ｓ１はまた、いわゆる作業リピ
ート時においても用いられ、記憶装置２からのス
トア指令値とエンコーダ８からの作業軸７の現在
値との偏差に対応した駆動信号に、常に加算され
る。以下により詳しく述べる。記憶装置２からの
ストア指令値は、比較器９によつて、エンコーダ
８からの現在値を減じられ、その偏差信号ｅは変
換回路１０に与えられる。

第２図は変換回路１０の入出力特性を示す。入
力される偏差信号ｅが小さい値ｅ１未満であると
き、すなわち作業軸がストア指令値の指令位置に
近接しているとき、変換回路１０の出力は零であ
る。偏差信号ｅが前記値ｅ１を超えるとき、その
偏差に対応した偏差駆動信号ｉが出力される。

偏差駆動信号ｉは緩起動となるよう回路１１に
よつて立上り波形が整形され、こうして波形整形
された信号は加算器４に入力される。サーボ弁５
には、作業リピート時において作業軸７が目標値
に到達するまで、低速度駆動信号ｓ１が加算器４
によつて加えられている。

作業リピート時における加算器４からの出力
は、次に述べるフイードバツク信号ｓ２の無いと
きには、第５図に示すように、波形整形回路１１
からの出力と低速度駆動信号ｓ１との和である。
そのため指定位置に作業軸７が近づいて変換回路
１０の偏差駆動信号ｉが零になつたときには、低
速度駆動信号ｓ１のみによつて作業軸７が指定位
置に低速度すなわちクリープ速度で精度よく到達
することができる。作業軸が指令位置に位置決め
される直前においては比較器９の出力は零近くな
り、サーボ弁５への入力、すなわち、駆動力は最
小となる。この時、負荷側（サーボ弁、油圧シリ
ンダ、および作業軸）に僅かな外乱による反力が
あれば、その力に負けて位置決め直前にて作業軸
は停止してしまい、指令位置に到達しないことが
ある。これを補うため、低速度駆動信号を加算し
て、外乱に打ち勝つ力を与え、作業軸を指令位置
に到達させている。

フイードバツク補償回路２０は、油圧シリンダ
６による作業軸７の操作力を検出して、その作業
軸７が不所望な振動を生じないように作業軸７の
動作を補償するために設けられる。注目すべきこ
とは、フイードバツク補償回路２０のフイードバ
ツク信号ｓ２は、低速度駆動信号発生回路１と加
算器４との間に介挿された比較器３に与えられる
が、この低速度駆動信号ｓ１は上述のようにテイ
ーチング時にもリピート時にも常に使用される。
そのため作業軸７の動作はテイーチング時および
リピート時において常に補償されることになる。
比較器３は、低速度駆動信号ｓ１からフイードバ
ツク信号ｓ２を減じる働きをする。サーボ弁５
は、加算器４からの信号のレベルに対応した速度
で、油圧シリンダ６を駆動する。この油圧シリン
ダ６による作業軸７の移動方向を決定するために
室６ａ，６ｂに供給される圧油は、サーボ弁５に
関連して設けられるマイクロプロセツサなどによ
つて実現される処理回路（図示せず）によつて制
御される。

テイーチング時には、変換回路１０および立上
り波形整形回路１１の動作は休止され、立上り波
形整形回路１１から加算器４に与えられる信号の
レベルは零である。このとき低速度駆動信号発生
回路１からの信号ｓ１と、フイードバツク補償回
路２０からの信号ｓ２との比較器３によつて得ら
れる偏差は、加算器４からサーボ弁５に与えられ
る。操作者はサーボ弁５を前述の処理装置を操作
制御することによつて、加算器４からの信号のレ
ベルに対応した速度で作業軸７を希望する位置に
もたらすことができる。作業軸７が希望する位置
に到達したときに、操作者は処理装置を操作して
記憶装置２にその作業軸の現在位置をストアす
る。このようなテイーチング時の制御動作は、本
件出願前に公知である特公昭51−34180公報に開
示されており、当業者によく知られている。この
ようにしてテイーチング時においても、フイード
バツク補償回路２０からの信号ｓ２によつて動作
性能が向上されることになる。

フイードバツク補償回路２０において、油圧シ
リンダ６のピストンのヘツド側の室６ａの油圧Ｐ
１およびロツド側の室６ｂの油圧Ｐ２は、圧力検
出器２１，２２によつてそれぞれ検出される。係
数器２３は、油圧シリンダ６のピストンのヘツド
側の油圧Ｐ１とその受圧面積Ａ１との積Ｐ１，Ａ
１を算出する。この積Ｐ１，Ａ１はヘツド側の駆
動力をあらわす。係数器２４は、油圧シリンダ６
のロツド側の受圧面積をＡ２とすれば、ロツド側
駆動力P2・Ａ２を算出する。これらの係数器２
３，２４はまた、圧力検出器２１，２２の出力感
度特性を揃える働きをも果す。係数器２３の出力
は、クランプ回路２５を介して、また係数器２４
の出力はそのままで、減算器２６に与えられる。
クランプ回路２５は、クランプレベル設定回路２
８によつて定められるクランプレベルだけ係数器
２３からの出力をクランプする。クランプレベル
設定回路２８は、把持物の重量ならびに極座標系
の工業用ロボツトでは作業軸７の長さおよび鉛直
面内での上下位置などを検出して、重力の働く作
業軸７におけるその重力をシリンダ６の操作力に
換算した値Ｗに対応するクランプレベルを定め
る。

減算器２６は、作業軸７の操作力Ｆを次式のよ
うに算出して、その操作力Ｆに対応した電気信号
を高域波器２７に与える。

Ｆ＝Ｐ１・Ａ１−Ｐ２・Ａ２−Ｗ …(1) 高域波器２７の伝達関数Ｈは次式で表わされ
る。

Ｈ＝ｓＴ／１＋ｓＴ …(2) ここで、ｓはラプラス変数、Ｔは時定数であ
る。しかして、一般に多自由度工業用ロボツトの
作業軸は、その長さ、自重および作業端の把持物
の重量などに依存した異なる固有振動数０を有
するけれども、その固有振動数０は１Hz〜25Hz
の周波数範囲にある。ところで、作業軸７の振動
を充分に小さくまたは無くするためには、高域
波器２７の前記時定数Ｔは、１／Ｔが０よりも
約1.5〜３オクターブ程度低い値となるように選
ばなければならない。振動を吸収するという目的
上からは、時定数Ｔを無限大に選定すること、つ
まり、操作力を高域波器２７を介せず直接フイ
ードバツクする方法が最も有効であるが、この高
域波器２７は、直接フイードバツクする場合に
は損なわれる定常特性の改善と実用上の信頼性確
保のために挿入される。すなわち、高域波器２
７を設けることによつて、(a)作業軸７が特に大き
なストロークの位置決めに際し不所望な低速度で
駆動されることを防ぎ、また(b)作業軸７に働く摩
擦力、重力の変動および圧力検出器、増幅器のド
リフトによつて作業軸７の左右、前後および上下
方向での動作速度、特に位置決め精度に大きな影
響をもつクリープ速度が不均衡となることを防止
することができる。高域波器２７の時定数Ｔを
前述の条件を満足して、小さく選定できる程、つ
まり、作業軸の固有振動数が高い程、上述の(a)、
(b)項に関し大きな効果を発揮する。しかも、作業
軸の固有振動数が低く、時定数Ｔを小さく選定で
きない場合は、高域波器２７の微分能が減少
し、(a)、(b)項に関し十分な効果が発揮できない。
クランプ回路２５の他の重要な働きは、この問題
点を補償することである。

第３図は、作業軸７を左右方向に駆動した場合
におけるクリープ速度時の左右の操作力Ｆ１，Ｆ
２を示す。この第３図に示したように、一般に左
右方向で作業軸７の構成各部の摩擦は異なるの
で、Ｆ１，Ｆ２の大きさは等しくならない。その
ため高域波器２７の時定数Ｔが大きい場合に
は、左右方向の動作速度が不均衡となる。このよ
うな速度の不均衡は、特にクリープ速度において
は避けることが望まれる。この目的で、クランプ
回路２５は、係数器２３からの操作力に対応した
出力の直流レベルを上昇または下降し、すなわち
上下両操作力Ｆ１，Ｆ２のうち大きい方の操作力
に対応した係数器２３または２４からの出力を相
対的に下げるように直流レベルを重畳し、それに
よつて見かけ上の操作力Ｆ１，Ｆ２がほぼ等しく
なるように操作力Ｆ１，Ｆ２のクランプレベルｌ
（第３図参照）が設定されうる。

低速度駆動信号に関しては、作業軸が指令位置
に達すると、比較器９の出力は零となり、これに
よつて低速度駆動信号は発生されなくなるよう
に、たとえば比較器４の出力が遮断されるよう
に、制御手段（図示せず）が構成される。そのた
め油圧シリンダ６および作業軸は、希望する位置
決め位置にて停止する。また記憶装置２とエンコ
ーダ８との出力によつて、すなわち比較器９の出
力によつて、サーボ弁５に、部屋６ａまたは６ｂ
のいずれに油圧を与えるかを決定する信号が前記
制御手段から与えられる。そのため、油圧シリン
ダ６と作業軸の移動方向が決定される。

上述の実施例では、比較器３は回路１と加算器
４との間に介在されたけれども、本考案の他の実
施例として、加算器４とサーボ弁５との間に、比
較器３を介在させてもよい。

以上のように本考案によれば、作業リピート時
にもテイーチング時にもフイードバツク回路が働
いて工業用ロボツトの動作性能を向上することが
できるようになる。特に本考案によれば、変換手
段では現在位置と記憶装置のストア指令値の指令
位置との偏差が或る小さい値未満であるとき、偏
差駆動信号を出力せず、したがつて低速度駆動信
号発生手段からの低速度駆動信号がサーボ機構に
与えられるので、作業軸を低速度で駆動するとと
もに、この低速駆動時にフイードバツク信号によ
り低速度駆動信号を補正するようにしたから、動
作性能が良好となり、正確な位置決めが可能にな
る。このためリピート動作時の動作速度を大きく
することができ、作業能率を向上させることがで
きる。さらに上記の低速度駆動信号は、リピート
動作時のみならず、テイーチング時においても使
用されるので、テイーチング時の作業能率も併せ
て向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の系統図、第２図は
第１図の変換回路１０の入出力特性図、第３図は
第１図のクランプ回路２５の動作を説明するため
の図、第４図は低速度駆動信号ｓ１の波形を示す
図、第５図は加算器４の出力波形を示す図であ
る。 １……低速度駆動信号発生回路、２……記憶装
置、３，９……比較器、４……加算器、５……サ
ーボ弁、６……複動油圧シリンダ、７……作業
軸、８……エンコーダ、１０……変換回路、１１
……立上り波形整形回路、２０……フイードバツ
ク補償回路、２１，２２……圧力検出器、２３，
２４……係数器、２５……クランプ回路、２６…
…減算器、２７……高域波器。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 作業軸の軸条件指令値と現在値との位置偏差駆
   動信号に従い、電気−油圧サーボ機構によつて複
   動シリンダを駆動し、その複動シリンダによつて
   操作される作業軸を用いて作業を行なう工業用ロ
   ボツトの制御装置において、 工業用ロボツトの作業軸の軸条件指令値を予め
   ストアした記憶装置、 前記工業用ロボツトの作業リピート時に前記作
   業軸の現在位置を検出して現在値を出力するエン
   コーダ、 前記作業リピート時に前記記憶装置と前記エン
   コーダとからの出力に応答し、前記現在位置と前
   記ストア指令値の指令位置との偏差が或る小さい
   値未満であるとき偏差駆動信号を出力せず、その
   値を越えるとき前記偏差に対応した偏差駆動信号
   を出力する、そのような入出力特性を有する変換
   手段、 前記作業リピート時と前記軸条件を前記記憶装
   置に予め記憶させるテイーチング時とに、前記作
   業軸を低速度で駆動する低速度駆動信号を発生す
   る手段、 前記複動シリンダのピストンの両側の駆動力を
   検出するとともに、重力の働く作業軸におけるそ
   の重力をシリンダの駆動力に換算した値を求め、
   これによつて作業軸の振動の発生を抑止してなお
   かつ作業軸の動作速度および位置決め精度を高精
   度に達成するためのフイードバツク補償信号を導
   出するフイードバツク補償回路、 低速度駆動信号およびフイードバツク補償信号
   の差を求める減算手段、 偏差駆動信号と減算手段の出力とを加算する加
   算手段、ならびに 加算手段の出力を前記サーボ機構に与えるとと
   もに、低速度駆動信号は作業軸が指令位置に達し
   たとき発生させず、サーボ機構による複動シリン
   ダのピストンの両側の各駆動力を調整する制御手
   段を含むことを特徴とする工業用ロボツトの制御
   装置。