JPS6280706A - ロボツトの位置制御方法 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明はＤＣ％−夕などの制御モータの位置制御中にト
ルク、慣性が変化する多関節の産業用ロボットの位置制
御方法に関するものである。

従来の技術 近年、産業用ロボ、ノドの位置制御方法はソフトウェア
・サーボとなり、産業用ロボットの動力学特性を考慮し
た高機能な制御が可能となりつつある。

以下、図面を参照しながら、従来の産業用ロボットの位
置制御方法の一例について説明する。

第２図は従来の産業用ロボットの位置制御方法のフロー
チャートを示すものである。１はロボットアーム先端の
始点、終点の読み込み処理、２は先端速度、加速度の読
み込み処理であり、３は移動距離の算出、４は移動時間
の算出である。５は分割数処理、θは位置制御系のサン
プリングタイム毎のロボット先端位置の微小移動量算出
、７は先端位置から関節回転角への逆変換の演算であり
、８は関節コントローラへの回転指令値の出力である。

以上のように構成された産業用ロボットの位置制御方法
について、以下その動作について説明する。

最先端アームのアーム先端は第３図に示すように、台形
速度曲線に基づき直線補間動作を行なうものとする。教
示データである始点位置ＰＳＯＣ３゜ｙ３．ｚ３）と終
点位置ＰＭ（”Ｅ、７に、”Ｅ）及び先端加速度α。、
定常速度Ｖ、先端減速度αｄに基づき、第１図に示す１
〜６の処理を実行する。

この前処理に続いて、第１図に示す６〜８のループ処理
により位置サンプリング周期毎の先端微小移動量が算出
され、逆変換することにより、関節回転角が得られる。

この回転角を各関節のサーボコントローラに送ることに
より産業用ロボットの直線補間動作が行なわれる。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、ロボットの作業領
域内の速度、加速度特性の変化により、振動の発生やロ
ボットのパワーが十分に発揮できないなどの問題点を発
生する。これらの問題点を第４図、第５図に基づき説明
する。第４図は産業用ロボットの関節形態を示す図であ
りＩ、は第１関節、■２は第２関節、Ｊ３は前記アーム
先端を示している。第５図は第４図の破線に沿ってアー
ム先端■３を矢印方向に一定速度Ｖで移動させた場合の
第１関節回転角速度を示している。第５図より、アーム
先端Ｊ３を一定速度で動作させたとしても、位置により
関節角速度は大きく変位することがわかる７一定速度ま
で所定の先端加速度で立上げる場合の関節角加速度も、
レベルの差は有るが、第５図と同様に位置と共に変化す
る関節角加速度特性となる。たとえば、第５図の点Ｐ、
より立上げる時には、点Ｐ２より立上げる時に比較し大
きな角加速度が必要となり、点Ｐ１　　より立上げた時
のＩなうが大きな駆動トルクが必要となる。以上は位置
による関節角加速度特性の変化について述べたが、移動
方向による関節角加速度特性を示すと第６図となる。図
中のＡはロボット先端位置を示し、Ｂ１の方向へ移動す
る場合の関節角加速度は弦長ＡＢ１　で示される。図よ
りＢ２の方向に移動する場合にはＢ、の方向に移動する
場合に比較し、非常に小さな関節角加速度で良いことが
わかる。このように、ロボット先端を一定速度まで力ロ
速あるいは一定速度から減速する場合の関節角加速度特
性は、ロボット先端の位置や移動方向により大きく変化
する。

この駆動トルクの急激な変化は、減速機の変形を招き、
歪エネルギーが蓄積されて振動の発生原因となる。また
、振動が発生しないように先端の加速度を小さくすると
、点Ｐ２においては、モータ出力パワーの微小量だけを
使用し、モータの出力パワーを十分に発揮した位置制御
が行なえなり０以上のように、アーム先端の加速度を作
業領域内の位置・移動方向に拘らず一定値に設定するこ
とは、ロボット作業領域内の動特性変化を無視しており
振動発生の原因になったり、モータの出力パワーが有効
に利用できず作業タクトの増大などの問題点を有してい
た。

本発明は上記問題点に鑑み、軌跡制御において加減速時
の残留振動を低減し、かつ、モータの出力パワーを最大
限に利用した産業用ロボットの位置制御方法を提供する
ものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明のロボットの位置制
御方法は、複数のアーム及び各関節に配されて各アーム
を駆動する関節駆動モータを備えたロボットにおいて、
最先端アームにおけるアーム先端を予め設定された始点
と終点との間に位置制御する方法において、各アームの
アーム長とイナーシャに基き前記アーム先端に対する関
節駆動トルク円を求め、前記始点あるいは終点における
前記関節駆動トルク円が前記始点と終点を結ぶ直線に切
り取られる弦長より、前記各関節駆動モータの関積駆動
トルクを算出し、予め定められた最大発生駆動トルクで
前記の算出した関節駆動トルクを割り倍率係数を算出し
、前記各関節駆動モータの関節駆動トルクのうち絶対値
の小さい値を前記関節駆動トルク円の作成時に使用した
アーム先端加速度に掛け、これを加減速時のアーム先端
加速度とし、移動距離、移動時間の算出の後、サンプリ
ングタイムに基づき分割数を求め、前記サンプリングタ
イム毎に前記アーム先端の移動位置を計算し、前記移動
位置を逆変換して、各関節の回転角とし、前記回転角を
関節コントローラへ出力するものである。

ここで、関節駆動トルク円について説明する。

アーム先端をある任意の位置よシ各種の移動方向へ一定
加速度で加速あるいは減速するとき、関節角加速度の包
絡線は第６図に示すような２つの接円で示される。また
、各関節のモータに作用するイナーシャは、第４図に示
すロボットにおいては、第１関節Ｉ、とアーム先端Ｉ３
の位置により一義的に決定されるため、各関節の駆動ト
ルクは前記の関節角加速度臼より求められた角加速度に
イナーシャを掛けることにより計算できる。これが関節
駆動トルク円であシ、第１関節とアーム先端の距離に対
し関節駆動トルク円の分布を求めると第７図となる。第
７図において破線で示される円は関節相互間の干渉トル
クであり、干渉トルクのレベルが小さい場合においては
、実線で示される自己慣性トルクを示す関節駆動トルク
円のみ考慮すれば十分である。

作　　用 本発明は上記した方法によって、ロボット先端の加速度
を関節駆動トルク円に基づき決定するため、ロボ・ント
先端の位置と移動方向により複雑に変化する作業領域内
の動特性を考慮した位置制御が、関節駆動トルク円によ
り切シ取られる直線の弦長を求めるという非常に単純な
方法で達成でき、過度の関節駆動トルクによる減速機の
変形に起因した残留振動を低減でき、かつ、全作業領域
にわたってモータパワーをフルに使用した制御が可能と
なシ作業タクトの短縮を図ることができる。

実施例 以下本発明の実施例である産業用ロボットの位置制御方
法について、図を参照しながら説明する。

第１図は本発明の実施例における産業用ロボットの位置
制御方法を示すフローチャートである。

第１図において、９は教示データである始点、終点位置
をメモリーから読み込み処理であり、１０はアーム先端
速度の読み込み、１１は最大関節駆動トルクの読み込み
、１２は関節駆動トルク円の読み込み処理である。１２
においては、第７図に示すＡ、〜Ａ６に対応する位置の
関節駆動トルク円の直径ｄと傾きθしか読み込まれない
ため、アーム先端がＡ、〜Ａ５以外の時には、１３の処
理により始点位置に対する関節駆動トルク円の直径と傾
きを始点近傍のＡ３．Ａ４点より内挿補間により算出す
る。１４は移動方向に対する関節駆動トルクを算出する
処理部である。第８図に示すロボットにおいて始点位置
をＰｓ、終点位置をＰＥとすると、関節駆動トルクの大
きさは、第１関節位置１１　とアーム先端位置■３を結
ぶ直線と始点Ｐｓと終点ＰＥを結ぶ直線の交角θ８　を
求め、関節駆動トルク円に傾きθ８の直線を引き、この
直線が関節駆動トルク円によって切り取られる弦長Ｐ　
ｓ　Ｐ　ｃにより求めることができる。１４によって求
まる関節駆動トルクはある先端加速度α。に対するもの
である。１６は駆動モータの最大発生駆動トルクを活用
した加速をする時のアーム先端加速度を算出する処理部
である。すなわち、１４によシ算出した駆動トルクＴｒ
　　と駆動モータの最大発生駆動トルクＴ、Ｉｎ　より ｍ　＝　Ｔ　ｒ／Ｔｒｎ なる倍率係数を第１関節、第２関節に対して求め、小さ
い方のｍを採用して、アーム先端加速度αをａ＝ｍｍα
Ｃ として決定する。終点位置における減速加速度の決定も
同様な処理手順で行なう。

以下、従来の方法と同様に第１図の１６〜２１に示すよ
うに、移動距離、移動時間を算出し、分割数処理を行い
、サンプリング毎の移動量を求め、これを逆変換して、
各関節のＮ転角度を各関節のコントローラに出力する。

以上のように本実施例の方法でアーム先端加速度を決定
すると、作業領域内の動特性変化に対応した加速度を設
定しているため、駆動モータの最大パワーが利用でき、
作業タクト時間を大幅に減少させることができる。また
、減速機の変形は駆動トルクの急激な変化により歪エネ
ルギーが蓄積され発生するものであり、駆動モータの最
大発生駆動トルクＴｍが、減速機に大きな変形をもたら
すものでなければ、残留振動の発生もなくスムーズな動
作が可能である。

発明の効果 以上のように本発明は、ロボットの軌跡制御時において
、始点及び終点近傍の加減速時のアーム先端加速度を、
関節駆動トルク円に基づき算出することにより、アーム
先端の位置や移動方向に拘わらず駆動モータの指定最大
パワーで駆動させることが可能となり、作業タクトの短
縮を図ることができる。また、この指定最大パワーが残
留振動を発生させるパワー以内であれば、いかなるロボ
ットの動作時においても残留振動が発生せずスムーズな
動作が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例におけるロボ−７）の軌跡制御
指令演算方法を示すフローチャート、第２図は従来のロ
ボ７）の軌跡制御指令演算方法を示すフローチャート、
第３図はロボットの軌跡制御時アーム先端速度特性を示
す図、第４図はロボットのモデル図、第６図はロボット
の関節角速度の作業領域内での変化を示す説明図、第６
図は産業用ロボットのアーム先端の位置・移動方向によ
る関節角加速度の変化を示す図、第７図は本発明の実施
例における関節駆動トルクの分布を示す図、第８図は本
発明の実施例における指令加速度算出方法を説明するた
めの図である。 ■４．Ｔ、・・・・・・関節、■。・・・・・・アーム
先端。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ＠２図 第　３　図 第　４　図 ５ｔ−−−＠幹 Ｊ２−−一　・Ｉ 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数のアーム及び各関節に配されて各アームを駆動する
   関節駆動モータを備えたロボットにおいて、最先端アー
   ムにおけるアーム先端を予め設定された始点と終点との
   間に位置制御する方法において、各アームのアーム長と
   イナーシャに基き前記アーム先端に対する関節駆動トル
   ク円を求め、前記始点あるいは終点における前記関節駆
   動トルク円が前記始点と終点を結ぶ直線に切り取られる
   弦長より、前記各関節駆動モータの関節駆動トルクを算
   出し、予め定められた最大発生駆動トルクで前記の算出
   した関節駆動トルクを割り倍率係数を算出し、前記各関
   節駆動モータの関節駆動トルクのうち絶対値の小さい値
   を前記関節駆動トルク円の作成時に使用したアーム先端
   加速度に掛け、これを加減速時のアーム先端加速度とし
   、移動距離、移動時間の算出の後、サンプリングタイム
   に基づき分割数を求め、前記サンプリングタイム毎に前
   記アーム先端の移動位置を計算し、前記移動位置を逆変
   換して、各関節の回転角とし、前記回転角を関節コント
   ローラへ出力するロボットの位置制御方法。