JPS63137304A - 産業用ロボツトの制御装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は産業用ロボットにおいて、特に極低速で駆動さ
れる場合にも振動的になることなく円滑な関節動作を行
ない得るようにした産業用ロボットの制御、装置に関す
るものである。

（従来の技術） 近年、産業用ロボットにおいては、例えば関節等位置決
めを行なう機械の駆動軸に対・する回転角の位置指令と
、関節を駆動するモータの回転角のフィードバックとの
位置偏差にゲインを乗算し速度指令を発生させて位置制
御を行なう場合に、位置偏差が小さい時には大きなゲイ
ンとし、逆に位置偏差が大きい時には小さなゲインとす
ることが多く行なわれてきている。

すなわち、このような位置制御を行なうことにより、位
置決め点まわりにおける小さい位置偏差に対してゲイン
を大きくすることになり、位置決め点まわりで剛性が高
くなり９位置決め精度を高くすることができる。また、
位置偏差が小さい時の位置決め点への収束が速くなり、
位置決め時間を短縮することができる。さらに、一般的
にゲインを大きくすると、減衰が小さくなって動作が振
動的になり易いが、位置決め停止時のようにロボットア
ームの動作がほとんど停止している時には、加振源がな
くなるため振動の発生を抑制することができる。

しかしながら、ゆっくりと連続軌跡動作（以下、ＣＰ動
作と称する）を行なわせる場合等には、ロボットアーム
の各関節のモータは所定の様々な速度で駆動されること
になり、ＣＰ動作の方向によってはモータの駆動速度が
非常に遅くなる関節もある。そして、このような関節を
駆動するモータの位置制御ループにおいては、位置指令
が非常に小さくなるために位置偏差も小さくなり、上述
のような大きいゲインが乗算されて駆動されることにな
る。この場合、他の関節は停ロ一時とは異なってそれぞ
れ所定の速度で駆動されているため、大きいゲインが乗
算されて減衰の小さくなった関節に外乱トルクが作用し
て、当該関節の動作が振動的になり易い。そして、この
ような振動的なロボットの関節の動作はロボット全体の
加振源となり、ロボットの動作が振動的になり、位置決
め精度の低下を招くことになる。

（発明が解決しようとする問題点） 以上のように従来では、ＣＰ動作中等に極低速になる関
節があると、大きいゲインによって当該関節の動作が振
動的となり、位置決め精度が低下するという問題があっ
た。

本発明は上述のような問題を解決するために成されたも
ので、その目的は連続軌跡動作中等に極低速で駆動され
る場合にも振動的になることなく円滑な関節の動作を実
現することができ、かつ位置決め精度の向上を図ること
が可能な信頼性の高い産業用ロボットの制御装置を提供
することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明による産業用ロボッ
トの制御装置は、ロボットの動作が所望の動作となるよ
うに演算された関節の動作パターンに基づいて、関節を
駆動するモータに対する回転角の位置指令をサンプリン
グタイム毎に出力する位置指令発生手段と、上記モータ
の回転角を検出する回転角検出手段と、上記モータの回
転速度を検出する回転速度検出手段と、上記位置指令発
生手段からの位置指令と上記回転角検出手段からの回転
角のフィードバックとの比較結果に応じて、速度指令発
生関数に基づいて演算を行ない速度指令を発生する位置
制御手段と、この位置制御手段からの速度指令と上記回
転速度検出手段からの回転速度のフィードバックとの比
較結果に応じて、トルク指令発生関数に基づいて演算を
行ないトルク指令を発生する速度制御手段と、ロボット
アームの位置が目標位置決め停止位置が所定の距離に到
達した時に位置決め予知信号を発生する位置決め予知信
号発生手段と、この予知信号発生手段からの位置決め予
知信号の発生の有無に応じて。

上記位置制御手段における速度指令発生関数または速度
制御手段におけるトルク指令発生関数のうち少なくとも
一方の関数を切換変更する発生関数切換手段とを備えて
構成するようにしたことを特徴とする。

（作用） 上述の産業用ロボットの制御装置においては、ロボット
の動作が位置決め動作であるか低速動作であるかを位置
決め予知信号のを無により判別して、発生関数切換手段
により速度指令発生関数またはトルク指令発生関数の少
なくとも一方の関数の切換変更を行なう。すなわち、位
置指令や位置偏差が小さくなった場合に上記位置決め予
知信号が有れば、所定の大きいゲインとなる速度指令ま
たはトルク指令を発生し、上記位置決め予知信号が無け
れば位置指令や位置偏差が小さい場合でも。

位置決め時より小さいゲインとなる速度指令またはトル
ク指令を発生することになる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は、本発明による産業用ロボットの制御装置の構
成例を機能ブロック図にて示すものである。なお第１図
では、ロボットの一つの関節を駆動するモータの制御構
成について示している。

第１図において、１はロボットの動作が所望の動作とな
るように各関節の動作パターンを演算する目標軌道演算
手段、２はこの１１標軌道演算手段１により演算された
動作パターンに基づいて、関節を駆動するモータに対す
る回転角の位置指令をサンプリングタイム毎に出力する
位置指令発生手段、３は上記ロボットの関節を駆動する
モータ４に取付けられたレゾルバ５の出力信号から、サ
ンプリングタイム毎のモータ４の回転角である位置フィ
ードバックを検出する回転角検出手段としての位置フィ
ードバック検出手段である。また、６はロボットアーム
の位置が目標位置決め停止位置が所定の距離に到達した
時に位置決め予知信号を発生する位置決め予知信号発生
手段、７は上記位置指令発生手段２からの位置指令と、
上記位置フィードバック検出手段３からの位置フィード
バックとの差を積算して位置偏差を演算し、かつこの位
置偏差に応じて所定の速度指令発生関数に基づいて演算
を行ない速度指令を発生する位置制御手段、９はこの位
置制御手段７からの速度指令と。

上記レゾルバ５の出力信号から回転速度検出手段として
の速度フィードバック検出手段１０により検出される速
度フィードバックとの差である速度偏差を演算し、かつ
この速度偏差に応じて所定のトルク指令発生関数に基づ
いて演算を行ないトルク指令を発生する速度制御手段、
１１はこの速度制御手段９からのトルク指令に基づいて
上記モータ４の駆動電流を制御する電流制御手段である
。

さらに、８は上記予知信号発生手段からの位置決め予知
信号の発生の有無に応じて、上記位置制御手段７におけ
る速度指令発生関数を切換変更するための速度指令発生
関数切換手段を示すものである。

次に、かかる如く構成した産業用ロボットの制御装置の
作用について、第２図および第３図を用いて説明する。

第２図は、第１図の位置制御手段７における位置偏差か
ら速度指令を発生させる速度指令発生関数を示すもので
あり、横軸は位置偏差を、縦軸は速度指令を夫々示して
いる。第２図中、実線は位置決め停止時に速度指令を発
生する関数ＧＳ、破線は位置決め停止させない時に速度
指令を発生する関数ＧＭをそれぞれ示し、図中Ｂ点より
右すなわち位置偏差がσＢより大きい場合には１位置決
め停止時とそうでない時とで速度指令を発生させる関数
は同一のものになっており、位置偏差の符号が逆になる
場合にも原点に対して点対称となっており、Ｂ′点より
左でも同様に同一の関数になっている。

さて、第１図において位置決め制御を行なう場合、例え
ばＡの状態にある時に位置決め予知信号が出力されると
、位置制御手段７における速度指令発生関数は、速度指
令発生関数切換手段８によって位置決め停止時の速度指
令発生関数ＧＳに切憫変更され、ロボットの関節の状態
は位置指令が減少するのに伴い第２図のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ
と移行して位置決めされる。そして位置決め点まわりで
は、位置偏差に大きいゲインが乗算されて速度指令が発
生されることになる。

また、極低速で駆動する場合のように位置決め予知信号
が出ていない時に位置偏差が大きくなると、速度指令は
第２図中の破線で示す速度指令発生関数ＧＭに基ブいて
発生され、位置決め停止時に比べて低いゲインを乗算す
ることになる。

一方、第３図は低速駆動中に位置決め予知信号が出力さ
れた場合の速度指令を発生する速度指令発生関数につい
て示したものであり、例えば図中Ｅの状態にある時に位
置決め予知信号が出力されると、位置制御手段７におけ
る速度指令発生関数は、速度指令発生関数切換手段８に
よってＥ−Ｆ→Ｄと連続的に位置決め停止時の速度指令
発生関数ＧＳに切換変更され位置決めされる。

上述したように、本実施例による産業用ロボットの制御
装置においては、位置決め停止する場合には位置偏差が
小さい時に大きいゲインを乗算し、位置決め停止しない
で低速で駆動する場合には位置偏差が小さい時でも小さ
いゲインを乗算するように、位置決め予知信号発生手段
６からの位置決め予知信号の発生の有無に応じて、速度
指令発生関数切換手段８により位置制御手段７における
速度指令発生関数を切換変更するように構成したので、
以下のような作用効果を得ることができるものである。

（ａ）極低速で継続的に駆動しても、必要以上に大きい
ゲインで駆動することにはならないので、振動的になる
ことなく円滑なロボットの関節動作を実現することがで
きる。

（ｂ）位置決め停止時には９位置決め点まわりでサーボ
剛性を高めることができ、位置決め精度の向上を図るこ
とが可能となる。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく
、次のようにしても実施することができるものである。

上記実施例では、位置制御手段７から発生する速度指令
は位置偏差のみの関数としたか、これに限らず例えば第
４図に示すような他の関数とするようにしてもよいもの
である。すなわち第４図は、上記実施例での位置制御手
段７ａの部分を機能ブロック図にて示したものであり、
位置指令と位置フィードバックとの偏差を積算手段１２
で積算した位置偏差から、速度指令発生関数切換手段８
にて指定される関数によって得られるものに、さらに位
置偏差を直接加えたものを速度指令とするようにしてい
る。かかる構成とすることにより、上記実施例で得られ
た作用効果はもちろんのこと、速度指令発生関数のゲイ
ンが低い場合でも１位置指令に対する速度指令の応答の
遅れを少なくすることが可能となる。

また上記実施例では、位置決め予知信号発生手段６から
の位置決め予知信号の発生のを無に応じて、速度指令発
生関数切換手段８により位置制御手段７における速度指
令発生関数を切換変更する構成としたが、位置決め予知
信号発生手段６からの位置決め予知信号の発生の有無に
応じて、速度指令発生関数切換手段８により速度制御手
段９におけるトルク指令発生関数をも切換変更するよう
に構成しても、位置決め時と低速駆動時とでサーボ剛性
を変えることができ、前述と同様の作用効果が得られる
ものである。

さらに上記実施例では、速度指令は位置偏差に対して折
線状となる関数としたが、これに限らず曲線となる関数
としてもよいものである。

その他、本発明はその要旨を変更しない範囲で、種々に
変形して実施することができるものである。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、ロボットの動作が
所望の動作となるように演算された関節の動作パターン
に基づいて、関節を駆動するモータに対する回転角の位
置指令をサンプリングタイム毎に出力する位置指令発生
手段と、上記モータの回転角を検出する回転角検出手段
と、上記モータの回転速度を検出する回転速度検出手段
と、上記位置指令発生手段からの位置指令と上記回転角
検出手段からの回転角のフィードバックとの比較結果に
応じて、速度指令発生関数に基づいて演算を行ない速度
指令を発生する位置制御手段と、この位置制御手段から
の速度指令と上記回転速度検出手段からの回転速度のフ
ィードバックとの比較結果に応じて、トルク指令発生関
数に基づいて演算を行ないトルク指令を発生する速度制
御手段と、ロボットアームの位置が目標位置決め停止位
置が所定の距離に到達した時に位置決め予知信号を発生
する位置決め予知信号発生手段と、この予知信号発生手
段からの位置決め予知信号の発生の有無に応じて、上記
位置制御手段における速度指令発生関数または速度制御
手段におけるトルク指令発生関数のうち少なくとも一方
の関数を切換変更する発生関数切換手段とを備えて構成
するようにしたので、連続軌跡動作中等に極低速で駆動
される場合にも振動的になることなく円滑な関節の動作
を実現することができ、かつ位置決め精度の向上を図る
ことが可能な極めて信頼性の高い産業用ロボットの制御
装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による産業用ロボットの制御装置の一実
施例を示す機能ブロック図、第２図は同実施例における
位置偏差から速度指令を発生させる関数を示す図、第３
図は同実施例における低速駆動中に位置決めＰ知信号が
出力された時の速度指令発生関数の切換変更の様子を示
す図、第４図は本発明の他の実施例による速度指令発生
関数を示す図である。 ｌ・・・目標軌道演算手段、２・・・位置指令発生手段
、３・・・位置フィードバック検出手段、４・・・モー
タ、５・・・レゾルバ、６・・・位置決め予知信号発生
手段、７．７ａ・・・位置制御手段、８・・・速度指令
発生関数切換手段、９・・・速度制御手段、１０・・・
速度フィードバック検出手段、１１・・・電流制御手段
、１２・・・積算手段、１３・・・速度指令発生関数。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ロボットの動作が所望の動作となるように演算された関
   節の動作パターンに基づいて、関節を駆動するモータに
   対する回転角の位置指令をサンプリングタイム毎に出力
   する位置指令発生手段と、前記モータの回転角を検出す
   る回転角検出手段と、前記モータの回転速度を検出する
   回転速度検出手段と、前記位置指令発生手段からの位置
   指令と前記回転角検出手段からの回転角のフィードバッ
   クとの比較結果に応じて、速度指令発生関数に基づいて
   演算を行ない速度指令を発生する位置制御手段と、この
   位置制御手段からの速度指令と前記回転速度検出手段か
   らの回転速度のフィードバックとの比較結果に応じて、
   トルク指令発生関数に基づいて演算を行ないトルク指令
   を発生する速度制御手段と、ロボットアームの位置が目
   標位置決め停止位置が所定の距離に到達した時に位置決
   め予知信号を発生する位置決め予知信号発生手段と、こ
   の予知信号発生手段からの位置決め予知信号の発生の有
   無に応じて、前記位置制御手段における速度指令発生関
   数または速度制御手段におけるトルク指令発生関数のう
   ち少なくとも一方の関数を切換変更する発生関数切換手
   段とを備えて構成するようにしたことを特徴とする産業
   用ロボットの制御装置。