JPS63238602A - Method and apparatus for adaptive control of control parameter of industrial robot - Google Patents

Method and apparatus for adaptive control of control parameter of industrial robot

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Publication number
JPS63238602A
JPS63238602A JP62243539A JP24353987A JPS63238602A JP S63238602 A JPS63238602 A JP S63238602A JP 62243539 A JP62243539 A JP 62243539A JP 24353987 A JP24353987 A JP 24353987A JP S63238602 A JPS63238602 A JP S63238602A
Authority
JP
Japan
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robot
axis
controller
inertia
acceleration
Prior art date
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Pending
Application number
JP62243539A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
ミカエル ベルグマン
トルグニイ ブローガールド
スベン ヨンソン
エリック ペルソン
ラルス オーストルンド
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.)
ABB Norden Holding AB
Original Assignee
ASEA AB
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Filing date
Publication date
Application filed by ASEA AB filed Critical ASEA AB
Publication of JPS63238602A publication Critical patent/JPS63238602A/en
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
    • G05B13/00Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
    • G05B13/041Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a variable is automatically adjusted to optimise the performance
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16Programme controls
    • B25J9/1628Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/1633Programme controls characterised by the control loop compliant, force, torque control, e.g. combined with position control

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、複数個の運動軸と、各軸用の駆動モータと、
制御器に供給される所望の値にしたがって軸運動を制御
する軸制御器と、ロボット制御用第8項ピュータ機器と
を有する、産業用ロボットの軸制御器の最適なパラメー
タ制御の方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention includes a plurality of motion axes, a drive motor for each axis,
The present invention relates to a method for optimal parameter control of an axis controller of an industrial robot, comprising an axis controller that controls the axis movement according to a desired value supplied to the controller, and a computer device for controlling the robot.

本発明は同方法を実施する装置にも関する。The invention also relates to a device for carrying out the method.

本発明は例えば、ASEAパンフレット:CK09−1
101 E%CKO9−1102E%CK09−110
3g%CKO9−1109E%AO9−10303%A
09−1111g%A09−1113gに記載された形
の産業用ロボットに関する。
The present invention can be applied, for example, to ASEA pamphlet: CK09-1
101 E%CKO9-1102E%CK09-110
3g%CKO9-1109E%AO9-10303%A
09-1111g% A09-1113g relates to an industrial robot of the type described.

かかるロボットは数個の運動軸を、標準として6軸を備
えている。ある軸では、質量慣性モーメント、重力の影
響および他の軸における運動の軸に及ばず影響は、すべ
ての軸の現在位置ならびにロボットによって生れた荷重
の質量次第で広い制限内で変わることがある。各軸の位
置制御系を設計しかつ調整するときに、制御パラメータ
は制御の見地から最も望ましくない作動の場合にも迅速
かつ安定した作動を得るように制限されなければならな
い。これは、軸運動の加減速が一般に最適値をはるかに
下回ることを意味する。これは順次、2点間の運動に要
した時間が不必要に長いことを意味し、これはぜに短距
離の運動に適用する。多くの応用、例えば点溶接および
組立において、ロボットのワーク・プログラムは多数の
比較的短い運動から成る。いわゆるサイクル時間、すな
わちプログラムを実行する時間は、特にこれらの応用で
は長くかかり、これは経済および生産技術の見地から重
大な障害となる。
Such robots are equipped with several axes of motion, six as standard. In one axis, the mass moment of inertia, the influence of gravity and the off-axis influence of motion in other axes can vary within wide limits depending on the current position of all axes and the mass of the loads produced by the robot. When designing and adjusting the position control system for each axis, the control parameters must be limited to obtain fast and stable operation even in the case of the most undesirable operation from a control point of view. This means that the acceleration and deceleration of the axis movement is generally far below the optimum value. This in turn means that the time required for movement between two points is unnecessarily long, and this applies especially to movements over short distances. In many applications, such as spot welding and assembly, the robot's work program consists of a large number of relatively short movements. The so-called cycle time, ie the time for executing a program, is particularly long in these applications, which is a serious obstacle from an economic and production technology point of view.

本発明の目的は、サイクル時間が先行技術のロボットに
比べて大幅に減少される産業用ロボットを制御する方法
および装置を提供することである。
It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for controlling an industrial robot in which cycle times are significantly reduced compared to prior art robots.

さらに本発明の目的は、ロボットの制御機器の中に含ま
れる並の計算容量のコンピュータによってこれらの利点
を達成し得る方法および装置を提供することである。
It is a further object of the invention to provide a method and a device by which these advantages can be achieved by means of a computer of moderate computational capacity included in the control equipment of a robot.

本発明による方法および装置の特徴は前述の特許請求の
範囲から明白であると思う。
The features of the method and apparatus according to the invention will be apparent from the appended claims.

本発明の実施例を付図について以下に詳しく説明する。Embodiments of the invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

第1図は本発明が適用される産業用ロボットの概略図を
示す。ロボットの機械部分1は、床その他の基礎に固定
°して配列される基板11を含む。
FIG. 1 shows a schematic diagram of an industrial robot to which the present invention is applied. The mechanical part 1 of the robot includes a base plate 11 fixedly arranged on the floor or other foundation.

柱12は垂直軸のまわりを回転することができる。Column 12 can rotate about a vertical axis.

下部アーム13は、柱12の、上部を通る水平軸のまわ
りを回転することができる。上部アームは2つの部分1
4aおよび141)から成り、部分141)はアーム1
4の縦軸と一致する軸のまわりを部分14aに関して回
転することができる。アーム14は、その外方端を通る
軸のまわりを回転し得ゐロボットの手15を支持する。
The lower arm 13 can rotate about a horizontal axis passing through the upper part of the column 12. The upper arm has two parts 1
4a and 141), the part 141) being the arm 1
4 can be rotated about part 14a about an axis coinciding with the longitudinal axis of 4. Arm 14 supports a robot hand 15 that can rotate about an axis passing through its outer end.

ロボットの手は2つの部分15aおよび151)から成
シ、部分15N)は手15の縦軸と一致する軸のまわシ
を部分15aに関して回転することができる。手15の
外方部分151)は物体Lを頭次支持するグリッパ16
を支持している。応用の分野次第で、別法としであるい
はさらに、ロボットの手15は例えばねじ回し、点溶接
器材、またはスプレー・ガンのような作業工具を支持す
ることができる。
The robot's hand consists of two parts 15a and 151), the part 15N) being able to rotate with respect to the part 15a about an axis that coincides with the longitudinal axis of the hand 15. The outer part 151) of the hand 15 is a gripper 16 that supports the object L head-wise.
is supported. Depending on the field of application, the robot hand 15 can alternatively or additionally carry a work tool, such as a screwdriver, a spot welding instrument, or a spray gun.

産業用ロボットの制御ユニット2は、所電圧會供給する
装置と、異なるロボット軸にある駆動そ−タ用の駆動装
置と、プログラミングおよび操作の際にロボットを制御
するのに必要な計算、論理決定などを実行するコンピュ
ータ装置と、自動操作の際に口ざットの運動およびロボ
ットの配向を決定する多数の位置の座標を記憶しかつロ
ボットがいろいろな位置で実行するようにプログラムさ
れる命令を記憶するプログラム記憶装置とを含む。
The control unit 2 of the industrial robot comprises the equipment for supplying the necessary voltages, the drives for the drive motors on the different robot axes, and the calculations and logic decisions necessary to control the robot during programming and operation. a computer device which stores the coordinates of a number of positions and which determines the movement of the robot and the orientation of the robot during automated operation, and instructions which the robot is programmed to execute at various positions; and a program storage device for storing the program.

さらに、制御ユニットは所要通信ユニット、ディジタル
−アナログ変換器などを含む。
Furthermore, the control unit includes the necessary communication units, digital-to-analog converters, etc.

さらに、産業用cIMットは、主としてゾログラム段階
中にロボットを操作するようにされた操作ユニット3を
備えている。ユニット3は自由度3で移動し得る操縦枠
31を備えており、それによってロボットの手15の位
置および配向はプログ2ミングの際に制御される。さら
に、操作ユニット3は表示二ニット32とともに命令、
指令、数値データなどを入力する多数の操作用押ボタン
33を備えている。
Furthermore, the industrial cIM kit is equipped with an operating unit 3 adapted to operate the robot primarily during the zologram phase. The unit 3 is equipped with a control frame 31 that can be moved with three degrees of freedom, by means of which the position and orientation of the robot's hand 15 is controlled during programming. Further, the operating unit 3, together with the display unit 32, commands,
It is equipped with a large number of operation push buttons 33 for inputting commands, numerical data, etc.

制御ユニット2は、機械部分1および操作ユニット3に
電気ケーブルで接続されている。
The control unit 2 is connected to the mechanical part 1 and to the operating unit 3 by electrical cables.

第2図線制御ユニット2に含まれるユニットの若干およ
びその機械部分1ならびに操作ユニット3に対する接続
を概略的に示す。制御ユニット2紘データバス26を含
み、それに″上ってユニット21−24は相互に通信し
合う。操作ユニット3はインターフェース・ユニット2
1を介してデータバス26に接続されている。さらに、
コンピュータ装置22がデータバス26に接続されてい
る。
FIG. 2 schematically shows some of the units included in the control unit 2 and their connections to the mechanical part 1 and to the operating unit 3; Control unit 2 includes a data bus 26 on which units 21-24 communicate with each other. Operating unit 3 includes interface unit 2.
1 to the data bus 26. moreover,
A computer device 22 is connected to data bus 26.

コンピュータ装置22は、プログラミング段階および自
動操作段階の間1:l#ットを制御しかつ制御に必要な
計算、例えばそれ自体既知の方法で、プログラムされた
位置の各対間への多数の中間位置の挿入、を実行する。
The computer device 22 controls the 1:l #t during the programming phase and the automatic operation phase and performs the calculations necessary for the control, e.g. in a manner known per se, a number of intermediate positions between each pair of programmed positions. Insert position.

またコンぎエータ装置22は、本発明によシ軸制御器の
パラメータの制御について実行される計算をも実行する
The congiator device 22 also performs the calculations performed for the control of the parameters of the axis controller according to the invention.

さらに、記憶装置23がデータバス26に接続されてい
る。記憶装置23には、ロボットの制御に必要な一般プ
ログラムがきりばりと記憶される。
Furthermore, a storage device 23 is connected to the data bus 26. The storage device 23 stores general programs necessary for controlling the robot.

さらに記憶装置23には、ロボットのプログ2ミングの
間に、自動操作中のロボットの所望の運動および配向を
定める点の座標が記憶される。さらに記憶装置23には
、以下に説明するような、本発明によるパラメータ制御
に必要なデータが記憶される。
Furthermore, in the storage device 23, during programming of the robot, the coordinates of points defining the desired movement and orientation of the robot during automatic operation are stored. Furthermore, the storage device 23 stores data necessary for parameter control according to the present invention, as described below.

ユニット22および23は機能を示すに過ぎず、2つの
二ニットを構造的に分離する必要はない。
Units 22 and 23 are only functional and there is no need to structurally separate the two binits.

さらにコンビエータ装置22は1個または数個のコンピ
ュータおよび1個または数個の記憶装置として働くこと
がある。
Additionally, combinator device 22 may serve as one or more computers and one or more storage devices.

第2図はロボットの軸の1つの駆動装置およびその軸に
属する特有の制御装置を示す。ロボット軸は駆動モータ
MOを有し、これは軸における運動を駆動し、それには
りψルバ部および速度計用発電機TGが接続されている
。モータMOは、例えばパルス幅変調インバータである
ことができる駆動装置25から給電される交流モータで
あることができる。次に駆動装置25は、所望のモータ
・トルクが各瞬間に得られるような方法で、インターフ
ェース24を介して制御ユニット2のコンピュータ装置
22によって制御される周波数、振幅および位相位置を
有する交流電圧を供給する。
FIG. 2 shows the drive of one of the axes of the robot and the specific control device belonging to that axis. The robot axis has a drive motor MO, which drives the movement in the axis, to which is connected the lever ψ and the speedometer generator TG. The motor MO can be an AC motor powered by a drive 25, which can be a pulse width modulated inverter, for example. The drive device 25 then applies an alternating voltage with a frequency, amplitude and phase position controlled by the computer device 22 of the control unit 2 via the interface 24 in such a way that the desired motor torque is obtained at each instant. supply

別法として、駆動モータMOd直流モータから成シ、そ
れによってモータMOの電力巻線に供給される直流は駆
動装置25によって制御されるが、駆動装置25はその
とき例えば制御可能な整流器または直流電圧変換器であ
ることができる。
Alternatively, the drive motor MOd may consist of a direct current motor, whereby the direct current supplied to the power windings of the motor MO is controlled by a drive 25, which may then e.g. It can be a converter.

リゾルパ部はモータ軸に機械的に接続されて、ゼロ位置
(同期位置)に関するロボット軸の瞬時回転を表わす信
号θを供給する。さらに、速度計用発電機TGはロボッ
ト軸に機械的に接続されて、問題の軸の現在の回転速度
を表わす信号δを供給する。他の実施例では、回転の速
度はリゾルバ信号から計算することができる。インター
フェース・ユニット24はリゾルバ部に必要な供給装置
を含むとともに、リゾルバ部および速度計用発電機TG
からの信号をディジタとの形に変換するのに必要な変換
器を含む。
The resolver section is mechanically connected to the motor shaft and provides a signal θ representing the instantaneous rotation of the robot shaft with respect to the zero position (synchronized position). Furthermore, a speedometer generator TG is mechanically connected to the robot axis and provides a signal δ representative of the current rotational speed of the axis in question. In other embodiments, the speed of rotation can be calculated from the resolver signal. The interface unit 24 includes a supply device necessary for the resolver section, and also a generator TG for the resolver section and the speedometer.
Contains the necessary converters to convert the signals from to digital form.

簡単のため、第2図はロボットの単一軸に対する装置の
みを示す。他の軸に対する駆動および制御装置24.2
5.1は第2図に示される方法と同じ方法で形成され、
信号のディジタルおよびアナログ多重が行われる。
For simplicity, FIG. 2 only shows the arrangement for a single axis of the robot. Drive and control devices for other axes 24.2
5.1 is formed in the same manner as shown in FIG.
Digital and analog multiplexing of the signals is performed.

第6図はロボット軸の位置制御系の実施例を示す。方形
22+23+24の内部に示される機能は、ロボット・
コンピュータによって実行されるが、簡単のため、機能
があたかもハードウェア回路によって実行されたかのよ
うに下記に説明される。
FIG. 6 shows an embodiment of a robot axis position control system. The functions shown inside the rectangle 22+23+24 are
Although performed by a computer, for simplicity the functions are described below as if performed by hardware circuitry.

補間器IPは、プログラムに記憶される位置および方向
の6対の間に多数の位置ならびに手首方向に向かって補
間する。補間促進された位置および方向はロボットの軸
系にある座標に変換され、位置基準値(角度基準値)の
形で異なる軸の位置制御器に供給される。1つの軸につ
いて得られる位置基準値はθrで表わされる。加算回路
S1において、基準値はすψルバ部から得られる実際値
θと比較される。差は位置制御器PRに供給される。こ
れは純然たる比例制御器でちゃ、その場合位置基準値は
軸位置θが加減速の間に時間に依存して放物線の通路を
辿るような割合で、かつ加減速がそれぞれ一定であるよ
うな方法で位置制御器に適当に送られる。別法として、
位置制御器は制御器の出力信号がその入力信号の放物線
関数であるようにされる放物線利得関数全備えることが
できる。またこの方法では、ロボット運動における一定
の加速度(電流制限)および減速(制御された直線速度
ランプ)がそれぞれ得られる。位置制御器の利得Kpは
可変でアリ、下記のように制御される。
The interpolator IP interpolates between the six pairs of positions and orientations stored in the program towards a large number of positions and wrist directions. The interpolated positions and orientations are converted into coordinates in the axis system of the robot and fed to the position controllers of the different axes in the form of position reference values (angle reference values). The position reference value obtained for one axis is represented by θr. In the adder circuit S1, the reference value is compared with the actual value θ obtained from the ψ sulfur section. The difference is fed to a position controller PR. This is a purely proportional controller, in which case the position reference value is such that the axis position θ follows a parabolic path depending on time during acceleration and deceleration, and the acceleration and deceleration are constant. method is sent to the position controller appropriately. Alternatively,
The position controller may have a parabolic gain function such that the controller's output signal is a parabolic function of its input signal. This method also provides constant acceleration (current limiting) and deceleration (controlled linear velocity ramp) in the robot motion, respectively. The gain Kp of the position controller is variable and is controlled as follows.

位置制御器の出力信号θrはシステムの速度基準値を構
成し、加算器S2において速度計用発電機TGから得ら
れる速度基準値θr(別法としてリゾルバ信号から算出
される速度値δ)と比較される。誤差信号が速度制御器
■に供給されるが、その利得Kvは一定であったり可変
であるかもしれない(下記参照)。速度制御器VRの出
力信号は駆動装置25用の電流基準Irを構成する。電
流基準は加算器86において測定装置工Mから得られる
モータ電流の実際値工と比較される。電流間の偏差は、
モータ電流が所望値Irを辿るような方法で駆動装置2
5の電圧を制御する。
The output signal θr of the position controller constitutes the speed reference value of the system and is compared in an adder S2 with the speed reference value θr obtained from the speedometer generator TG (alternatively the speed value δ calculated from the resolver signal). be done. The error signal is fed to the speed controller 1, the gain Kv of which may be constant or variable (see below). The output signal of the speed controller VR constitutes the current reference Ir for the drive 25. The current reference is compared in an adder 86 with the actual value of the motor current obtained from the measuring device M. The deviation between the currents is
Drive device 2 in such a way that the motor current follows the desired value Ir.
Control the voltage of 5.

第4図は位置制御器PRの利得を求める計算および決定
の手順を概略的に示す。MODELで表わされるブロッ
クでは、軸の慣性の質量モーメントJ1、軸間の慣性の
結合された質量モーメントJij (Jjjは軸iと軸
jとの間の慣性の質量モーメントである)、および電力
に起因するモーメントMgiがロボットの異なる軸につ
いて計算される(1は軸1については1、軸2について
は2、などの指標である)。計算は異なる軸の位置θ1
、回転速度δ1、および特定の時間にロボットによって
運ばれる荷重りの質量mL次第で下記に詳しく説明する
方法で行われる。計゛算はロボット力学および利用でき
るプロセッサの容量次第で多かれ少なかれ近似である前
もってセットアツプされた数学モデルの助けを借シて行
われる。
FIG. 4 schematically shows the calculation and determination procedure for determining the gain of the position controller PR. In the block denoted by MODEL, the mass moment of inertia of the axis J1, the combined mass moment of inertia between the axes Jij (Jjj is the mass moment of inertia between axis i and axis j), and the power due to The moments Mgi are calculated for different axes of the robot (1 is an index of 1 for axis 1, 2 for axis 2, etc.). Calculate the position θ1 of different axes
, the rotational speed δ1, and the mass mL of the load carried by the robot at a particular time in a manner detailed below. The calculations are carried out with the help of pre-set-up mathematical models which are more or less approximate depending on the robot mechanics and the available processor capacity.

PARCALCで表わされるブロックでは、各ロボット
軸の加速度、モータ・トルク、摩擦トルク、重力トルク
、質量慣性モーメント、結合された質量慣性モーメント
、および運動方向の間の関係を示す方程式が作られる。
In the block represented by PARCALC, equations are created that describe the relationship between each robot axis' acceleration, motor torque, friction torque, gravitational torque, mass moment of inertia, combined mass moment of inertia, and direction of motion.

運動方向についての情報はブロックMONから得られる
が、その出力信号8ON(θj)が軸における運動の方
向を示す。方程式は各軸で最大使用可能モータ・トルク
が有力であると仮定して解か゛れ、その結果最大限に使
用可能な加速度1θ11が上記仮定によシ各軸について
得られる。各軸では、後者の値は保持された良好な制御
特性を持つ軸に許される最大加減速度と比較される。2
つの比較された値で絶対値の低いものが位置制御器の利
得Kpiを定めるのに用いられる。
Information about the direction of movement is obtained from the block MON, whose output signal 8ON(θj) indicates the direction of movement in the axis. The equations are solved assuming that the maximum available motor torque prevails on each axis, resulting in the maximum available acceleration 1θ11 for each axis based on the above assumptions. For each axis, the latter value is compared with the maximum acceleration/deceleration allowed for the axis with good control characteristics maintained. 2
The one with the lowest absolute value of the two compared values is used to determine the gain Kpi of the position controller.

動計算はリアル・タイムで行われなければならないので
、ロボットの機械特性について適当な数学“モデルを選
択する仁とが大切であり、もし不適当な数学そデルが選
択されると、計算容積が大きくなって、コンピュータ容
量の正当な寄与によってそれを実行することが困難もし
くは不可能になる。さらに、必然的に近似で危ければな
らないそデルがその精度向上のために簡単な方法で補わ
れるように選択されるのが至当である。また、それは新
しい口ざット構造物を説明するために高価な変形の必要
なしに使用されるような種類のものでなければならない
Since dynamic calculations must be performed in real time, it is important to choose an appropriate mathematical model for the robot's mechanical properties; if an inappropriate mathematical model is selected, the calculation volume will be reduced. large enough to make it difficult or impossible to carry out with a fair contribution of computer capacity.Furthermore, the necessarily compromised approximation is compensated for in a simple way by increasing its accuracy. It should also be of such a type that it can be used to describe new mouthpiece structures without the need for expensive modifications.

上述の有利な特性が概算の適当な選択によって達成され
る数学モデルを以下に説明する。第1の概算は、求心力
のような本ケースで影響の少ない物理現象を省略するこ
とを含む。第2の概算は、第5図について説明するよう
に事実上点の質量の助けを借りてロボットの機械特性を
説明することを含む。第6の概算は、問題のロボット構
造の関数として点質量の位置を説明する適当な幾何概算
の選択を含む。
A mathematical model is described below, in which the above-mentioned advantageous properties are achieved by appropriate selection of the approximations. The first approximation involves omitting physical phenomena that are less influential in this case, such as centripetal forces. The second approximation involves describing the mechanical properties of the robot with the aid of virtually point masses as described with respect to FIG. The sixth approximation involves selecting an appropriate geometric approximation that describes the position of the point mass as a function of the robot structure in question.

第5図は第1図と同じ記号を持つロボットのいろいろな
部品を概略的に示す。すべてのロボット軸の運動は回転
から成り、またθ1(1−1,2−−−6)は各軸の位
置(同期または基準位置に関する回転の角度)を表わす
。選ばれた点質量はml−m9で表われる。質量m1、
m4およびmlはアーム13と14、手16、および荷
重りから軸2−6に及ぼする重力の影響によって作られ
るモーメントを計算するのに用いられる。質量2はアー
ム13の質量慣性を計算するの罠用いられ、質量m6お
よびm5はアーム14aならびに141)の質量慣性を
計算するのに用いられ、質量m8およびm9は荷重りの
質量慣性を計算するのに用いられる。この比較的簡単な
モデルによって、点質量のサイズおよび位置を適当に選
ぶと現ロボットの11b特性の良好な概算が得られる。
FIG. 5 schematically shows the various parts of the robot with the same symbols as in FIG. The motion of all robot axes consists of rotation, and θ1 (1-1, 2--6) represents the position of each axis (the angle of rotation with respect to the synchronous or reference position). The selected point mass is expressed as ml-m9. Mass m1,
m4 and ml are used to calculate the moment created by the effect of gravity on axes 2-6 from arms 13 and 14, hand 16, and the weight. Mass 2 is used to calculate the mass inertia of arm 13, masses m6 and m5 are used to calculate the mass inertia of arms 14a and 141), and masses m8 and m9 are used to calculate the mass inertia of the load. used for. This relatively simple model provides a good approximation of the 11b characteristics of current robots if the size and location of the point masses are chosen appropriately.

結合された質量慣性社、軸トランスミッションの設計次
第で慣性質量または重力質量のいずれかによシ計算され
る。例えば、重力質量は軸3のタイ・ロッド・トランス
ミッションを理由に軸2と軸3との間の結合された質量
慣性に使用される一方、例えば、軸5と軸6との間の結
合慣性は慣性質量によって計算される。
The combined mass-inertia is calculated as either an inertial mass or a gravitational mass, depending on the design of the shaft transmission. For example, the gravitational mass is used for the combined mass inertia between shafts 2 and 3 due to the tie rod transmission of shaft 3, while for example the combined inertia between shafts 5 and 6 is Calculated by inertial mass.

質量m6は、重力トルクおよびアーム14により支持さ
れる特別荷重(例えば、溶接ワイヤのリールまたはスイ
ット溶接銃用の電流供給ユニット〕に起因する質量慣性
を計算するのに用いられる追加の質量である。こうして
数学モデルがいったん選択されると、ロボットの動特性
を示す方程式は既知の機械的関係から作られる。−例と
して、軸3の質量慣性J6の式、および軸3に及ぼす重
力の影響に起因するトルクMg3の式が下記に示される
: Js = Jso + m3  (lss)” + m
5  (lsa)” + 1!16(lsg)”  +
  m−1(Lffs  +  ’15?   Cog
(θ6−θs ) ) ”    (1)Mgs = 
m4g ms4 gin(θ3+θ:s4) + m6
g  1s6sin(θ3十θsg) 十my  g 
 (Li2 5in(03) + 1stcos(θ6
−03)   cosθ3− 157  8in(θ6
− θ5)coxθ4)              
            (2)ただし Jl:軸1の総質量慣性 Jjo :そ−夕および軸1の慣性モーメントm1:点
質量1の質量 1jj:軸1と点質量jとの間の距離 bg :軸1と軸jとの間の距離 θi :軸1の位置(角度) Mgi :重力に起因する軸1のトルクg :重力定数 θ1j:軸1に関する角度位置として表わされる点質量
jの位置 下記幾何概算がここで行われるニ ー荷重金表わす点質量の手首座標系のX軸からの距離は
省略される。
Mass m6 is the additional mass used to calculate the mass inertia due to the gravitational torque and extra loads carried by arm 14 (eg, a reel of welding wire or a current supply unit for a switch welding gun). Once the mathematical model has been selected in this way, equations describing the robot's dynamics are created from known mechanical relationships - for example, the equation for the mass inertia J6 of axis 3 and the effect of gravity on axis 3. The formula for the torque Mg3 is shown below: Js = Jso + m3 (lss)” + m
5 (lsa)” + 1!16 (lsg)” +
m-1(Lffs + '15? Cog
(θ6−θs) ” (1) Mgs =
m4g ms4 gin(θ3+θ:s4) + m6
g 1s6sin (θ30θsg) 10my g
(Li2 5in(03) + 1stcos(θ6
-03) cosθ3- 157 8in(θ6
- θ5) coxθ4)
(2) where Jl: Total mass inertia of axis 1 Jjo: Moment of inertia of that and axis 1 m1: Mass of point mass 1 1jj: Distance between axis 1 and point mass j bg: Axis 1 and axis j distance between θi: position (angle) of axis 1 Mgi: torque of axis 1 due to gravity g: gravitational constant θ1j: position of point mass j expressed as angular position with respect to axis 1 The following geometrical estimation is performed here. The distance from the X-axis of the wrist coordinate system to the point mass representing the knee load applied is omitted.

一荷重の質量慣性は等価の慣性の質量ではなく重力質量
を用いて計算される。
The mass inertia of a load is calculated using the gravitational mass rather than the equivalent mass of inertia.

一軸5の位置が基準位置からそれる場合の軸4に及ぼす
影響は省略される。
The effect on the axis 4 when the position of one axis 5 deviates from the reference position is omitted.

軸は相互に影響するので、異なる軸間の結合を示す関係
が定められなければならない。
Since the axes influence each other, relationships must be defined that indicate the coupling between different axes.

−例として、軸5と軸6との間の結合された質量慣性J
65を示す式紘下記の通りである:J6s = −ms
  16s 、、 CG65 16n + 15s  
Co5(θ5B)sin(θ6+θ6a)) −m91
ao  (G65 16o + 159cos (θs
9)  5in(θ6+θe 9 ))       
   (3)ただし trij:軸1と軸jとの間の結合された質量慣性。
- as an example, the combined mass inertia J between axes 5 and 6
The formula representing 65 is as follows: J6s = -ms
16s,, CG65 16n + 15s
Co5(θ5B) sin(θ6+θ6a)) −m91
ao (G65 16o + 159cos (θs
9) 5in(θ6+θe9))
(3) where trij: combined mass inertia between axis 1 and axis j.

Gjj:軸1と軸jとの間のトランスミッション比。Gjj: Transmission ratio between axis 1 and axis j.

質量慣性、重力のモーメント、および結合された質量慣
性が計算されると、これらのパラメータは各軸について
定められる動方程式を更新するのに用いられる: ただし θJおよび)°j:それぞれ軸1および軸Jの加速度。
Once the mass inertia, moment of gravity, and combined mass inertia are calculated, these parameters are used to update the dynamic equations defined for each axis: where θJ and )°j: axis 1 and axis 1, respectively. Acceleration of J.

Mi:軸1のモータ・トルク。Mi: Axis 1 motor torque.

Fl:軸1の摩擦トルク。Fl: Friction torque of axis 1.

軸の動特性を示す上述の方程式を定めるとき、ロボット
の異なる部品は剛性で遊びがないものと仮定され、これ
によって最適の加減速をそれぞれ与える制御パラメータ
を決定する良好なモデルが得られる。もちろん、正当と
考えられるならば、モデルは例えば弾性および任意な既
存の遊びを考慮に入れて、複雑化することができる。
When defining the above-mentioned equations describing the axis dynamics, the different parts of the robot are assumed to be rigid and play-free, which provides a good model for determining the control parameters that respectively give the optimum acceleration and deceleration. Of course, if considered justified, the model can be complicated, for example by taking into account elasticity and any pre-existing play.

上述の通り、各軸における所望の最適な加減速はそれぞ
れ、2つの異なる方法で得られる。第1の方法により、
位置制御器PRは放物線伝達関数で配列され、また他の
方法により、位置基準θrは加減速中の位置が時間の関
数として放物線コースを辿るような方法で計算される。
As mentioned above, the desired optimal acceleration/deceleration in each axis can be obtained in two different ways. By the first method,
The position controller PR is arranged with a parabolic transfer function, and in other ways the position reference θr is calculated in such a way that the position during acceleration and deceleration follows a parabolic course as a function of time.

本発明は位置制御のこれらの代替実施例の両方に使用さ
れる方法金示す。本方法の次の部分は2つの段階から成
る。
The present invention shows methods used for both of these alternative embodiments of position control. The next part of the method consists of two steps.

第1段階では、これらの最大加減速値が計算されるが、
これらは最大使用可能モータ・トルクが各軸に使用され
るものと想定して得られる。各軸について、上記に定め
られた動関係式(第4式)はそのとき各軸について使用
される。加速の場合の方程式が次に定められ、使用され
るが、方程式4は次の形となる: ただし 1θ11:最大可能加速値 Mjmax:最大使用可能モータ・トルクυir) :
速度基準 減速の場合には、第4式は下記のように書くことができ
る: Jl・1θ11− l IMlmaxl + FBI 
−8GN(θj)                 
    (6Jただしθ1:速度の実際値 上記のように定められた加減速に関する2つの方程式が
それぞれ解かれ、それによって加減速の最大に達成し得
る絶対値がいろいろな軸について得られる。−例として
、軸2の減速についてかく得られた式は下記に示される
が、軸2に結合される慣性のみが軸3から導かれるもの
とすれば:J3.  (IIMsmaxl + F31
−8ON(θ3) −Mg5) ・5()N(0m) 
/ J3J / (Ji −J2s・J2グ:s ) 
  (7)いま説明した方法の助けを借シて、1i11
は上記第7式に対応するいろいろな軸の式により絶えず
更新される。Ji、Mg1およびJljはいずれもいろ
いろな軸の位置に左右されるので、1θ11は各瞬間に
現ロボット形状に左右される。
In the first stage, these maximum acceleration and deceleration values are calculated,
These are obtained assuming the maximum available motor torque is used for each axis. For each axis, the dynamic relationship equation (4th equation) defined above is then used for each axis. The equations for acceleration are defined and used as follows, where Equation 4 is of the form: where 1θ11: maximum possible acceleration value Mjmax: maximum available motor torque υir):
In the case of speed-based deceleration, the fourth equation can be written as: Jl 1θ11- l IMlmaxl + FBI
-8GN(θj)
(6J where θ1: Actual value of velocity The two equations regarding acceleration and deceleration determined as above are respectively solved, and thereby the maximum achievable absolute values of acceleration and deceleration are obtained for the various axes. - For example: , the equation thus obtained for the deceleration of axis 2 is shown below, provided that only the inertia coupled to axis 2 is derived from axis 3: J3. (IIMsmaxl + F31
-8ON(θ3) -Mg5) ・5()N(0m)
/ J3J / (Ji - J2s・J2g:s)
(7) With the help of the method just described, 1i11
is constantly updated by various axis equations corresponding to the seventh equation above. Since Ji, Mg1 and Jlj all depend on the position of various axes, 1θ11 depends on the current robot shape at each instant.

絶対値1θj1の高い計算値については、ある場合、位
置制御器の制御特性が良好でないと思われ、したがって
手順の第2段階によシ、下記による選択が行われる: l#ilc−Mjn (ILII 、 l″jitma
x)      (s)ただし 1Δ11c:制御パラメータの次の規定に用いられる加
減速値。
For high calculated values of the absolute value 1θj1, it appears that in some cases the control characteristics of the position controller are not good, and therefore in the second step of the procedure the following selection is made: l#ilc-Mjn (ILII , l″jitma
x) (s) However, 1Δ11c: Acceleration/deceleration value used for the next regulation of control parameters.

IMi+ :  上記第7式によって計算された、方程
式により例証された、加減速値。
IMi+: Acceleration/deceleration value calculated by the seventh equation above and illustrated by the equation.

1′ii1max:良好な制御特性を保ちながらの、最
大予想加減速値。
1'ii1max: Maximum expected acceleration/deceleration value while maintaining good control characteristics.

値1aii1ma工は質量慣性に左右されるとともに位
置および速度制御器の調整にも左右される(第3図参照
)。Mlmaxは実験により、または質量慣性の関数と
してシミュレーションによって、適当に求められる。
The value 1aii1ma depends on the mass inertia and also on the adjustment of the position and speed controllers (see FIG. 3). Mlmax is suitably determined by experiment or by simulation as a function of mass inertia.

最適の加減速値が上記第8式によって求められると、制
御パラメータは第8式によって求められた値にしたがっ
て制御器4作を提供するように定められる。これがどう
行わ・れるか社、2つの上述の制御手順のどちらが使用
されるかに左右される。
When the optimum acceleration/deceleration value is determined by the above-mentioned formula (8), the control parameters are determined so as to provide four controller operations in accordance with the value determined by the formula (8). How this is done depends on which of the two above-mentioned control procedures is used.

位置制御器PRが放物線利得機能を有する場合、速度基
準θirは下記の通夛書かれる:ただし eθは位置制御器のスリップ(誤差信号)である。
If the position controller PR has a parabolic gain function, the speed reference θir can be written as follows: where eθ is the slip (error signal) of the position controller.

nは定数た2である。n is a constant 2.

Kp 1は比例定数(位置制御器の利得)である。Kp1 is a proportionality constant (gain of the position controller).

Cは放物線定数である。C is a parabolic constant.

ffa e、  はオフセット信号である。ffa e, is an offset signal.

パラメータの最適化はいまや、下記の式によるKplの
調節として行うことができる:Kpi −F(lθji
c、 al、 jir)        α〔ただしF
は非直線位置制御器の特性から導かれる連続関数である
Optimization of the parameters can now be done as an adjustment of Kpl according to the following formula: Kpi −F(lθji
c, al, jir) α [However, F
is a continuous function derived from the characteristics of the nonlinear position controller.

関数Fは普通の場合、上記第9式と共に、下記のように
なる: ただし nおよびCは位置制御器の放物線伝達関数を定める定数
である。
In the normal case, the function F, together with the above equation 9, is as follows: where n and C are constants that define the parabolic transfer function of the position controller.

eδ1■θjr−01 =ai : eθ1の変化の時間割合。eδ1■θjr-01 =ai: Time rate of change in eθ1.

動通路ゾラニングを用いる第2位置制御法では、位置制
御器の位置所望値は時間の放物線関数として作られるの
で、位置制御装置の制御パラメータの調節は下記の通シ
行われ、ロボット・コンピュータは上記の値を周期的に
抜き取って計算すると思われる。
In the second position control method using motion path zoning, the desired position value of the position controller is created as a parabolic function of time, so the adjustment of the control parameters of the position controller is performed as follows, and the robot computer It seems to be calculated by periodically extracting the value of .

’ir (t+Tl3) −0ir (t) + 19
1r (t) ・TB + 1/2 ・l’1lc−T
B” りir (t+T5) =σir (t)+1σilc
 −T5    Q冴ただしTBは抜取り間隔である。
'ir (t+Tl3) -0ir (t) + 19
1r (t) ・TB + 1/2 ・l'1lc-T
B” ir (t+T5) =σir (t)+1σilc
-T5 Q Sae However, TB is the sampling interval.

位置制御器のみの利得および位置制御器に供給される位
置基準値によって形成されるランプ関数の傾斜が最適の
制御動作を得るためにどのように影響されるかが上記に
説明された。位置制御ループの利得の所望変化は、位置
および速度制御器の利得xpならびにKvの同時影響に
よってそれぞれ交互に得られる。
It has been explained above how the slope of the ramp function formed by the gain of the position controller alone and the position reference value supplied to the position controller is influenced to obtain optimal control behavior. The desired change in the gain of the position control loop is obtained alternately by the simultaneous influence of the gains xp and Kv of the position and velocity controllers, respectively.

第6図はデータおよび計算機能が本発明による方法でど
うml織化されるかを示す。勤口ピット・モデルはブロ
ックDYNALCから成る。異なる軸の加速値の選択、
制御パラメータの最適値の決定、およびこれらの規定は
ブロックPARCALCで実行される。不要表反復計算
を回避することによって所要の計算作業を最小にするた
め、以後の計算に用いられる計算の中間結果はデータベ
ースC0MM0Nに絶えず記憶される。装置の始動と同
時に、所要の計算のできるだけ大きな部分はブロックI
NITCALCで行われ、すなわちかかる計算の結果線
ロボットが操作中に受ける形状変化によって影響されな
い。これらの計算はブロックIN ITによって制御さ
れる。例えば三角関数ような広範囲の計算を要求する関
数は、モジュール’rABに置かれる表の形で、所要の
計□算容量を減少させるように、適当に実行することが
できる。パラメータ規定の機能ブロックはデータ区域(
)LOBALとも通じるが、これはパラメータ規定の機
能が他のロボット制御システムの機能を共通に持つよう
なデータを含む。
FIG. 6 shows how data and calculation functions are organized in the method according to the invention. The work pit model consists of the block DYNALC. selection of acceleration values for different axes,
The determination of the optimal values of the control parameters and their prescription are carried out in block PARCALC. In order to minimize the required computational effort by avoiding unnecessary table iterations, intermediate results of the calculations used in subsequent calculations are constantly stored in the database C0MM0N. As soon as the device is started, the largest possible part of the required calculations is carried out in block I.
NITCALC, i.e. the results of such calculations are unaffected by shape changes that the line robot undergoes during operation. These calculations are controlled by the block IN IT. Functions requiring extensive calculations, such as trigonometric functions, for example, can be suitably implemented in the form of tables placed in module 'rAB, so as to reduce the required computational capacity. Parameter-defined functional blocks are data areas (
) This is also similar to LOBAL, which includes data in which the parameter-defined functions have common functions of other robot control systems.

モジュ−k LOADおよびC0NTRは、パラメータ
規定機能の始動および制御に必要なデータならびに機能
を含む。これらの機能も、異なるロボット軸などの位置
および速度値を含むデータ区域posに通じている。パ
ラメータ計算機能PARCALCによって計算された制
御パラメータの最適値はデータ区域PARDATAに供
給され、゛そとからロボットの作動中に絶えず取シ出さ
れて位置制御器の制御パラメータに影響するように利用
される。
Modules k LOAD and C0NTR contain the data and functions necessary to initiate and control the parameter defined functions. These functions also lead to a data area pos containing position and velocity values of the different robot axes, etc. The optimum values of the control parameters calculated by the parameter calculation function PARCALC are supplied to the data area PARDATA, from which they are continuously retrieved during operation of the robot and used to influence the control parameters of the position controller. .

本発明によるパラメータの最適化は、特に減速が加速の
すぐ前にあるような短い運動の場合に、サイクル時間の
大幅な減少につながる。これは、6つの異なるケースl
−1を示す第7図に例証されている。各ケースの一番上
の図は速度を、中間の図は加速度を、そして一番下の図
は運動を、時間の関数として示す。すべての3つのケー
スは軸2に関連する。第7図において θは速度を表わし、 θは加速度を表わし Mはモータートルクを表わし Mgは重力に起因するトルクを表わし Jは慣性モーメントラ表わす。
Optimization of the parameters according to the invention leads to a significant reduction in cycle times, especially in the case of short movements where deceleration immediately precedes acceleration. This covers six different cases l
-1 is illustrated in FIG. The top diagram for each case shows velocity, the middle diagram shows acceleration, and the bottom diagram shows motion as a function of time. All three cases relate to axis 2. In FIG. 7, θ represents speed, θ represents acceleration, M represents motor torque, Mg represents torque due to gravity, and J represents moment of inertia.

左に示されているケース■は、重力のモーメントがその
最大値を有するケースに関する。加速中に、位置制御器
の放物線利得機能により駆動モータはその最大そ−メン
)を与えるようにされ、このケースでは重力トルクがそ
れに加えられる。同様に減速の段階中、位置制御器の放
物線利得機能は最大値に近いモータ・トルクを与えるが
、重力トルクはいまや反対方向であるので、減速は加速
よシも著しく遅くなる。最悪のケースの調整で、Kpは
ケース■の減速に対応する値に規定される。
Case ■ shown on the left relates to the case where the moment of gravity has its maximum value. During acceleration, the parabolic gain function of the position controller forces the drive motor to provide its maximum force, in this case to which gravity torque is applied. Similarly, during the deceleration phase, the parabolic gain function of the position controller provides near maximum motor torque, but since the gravity torque is now in the opposite direction, deceleration is significantly slower than acceleration. In the worst-case adjustment, Kp is defined to a value corresponding to the deceleration in case (2).

ケース■では、位置制御装置のパラメータはケースIに
よる最悪のケースについて調節されるものと思われる。
In case ①, the parameters of the position controller are expected to be adjusted for the worst case according to case I.

ケース■では、ロボット形状は重力のモーメントが0で
あるようなものと思われる。
In case (2), the robot shape appears to be such that the moment of gravity is zero.

ケースHの実線の曲線はこのケースに関するが、比較に
よる破線はケースIによるシーケンスを示す。見られる
通り、最大モータ・トルクは加速段階で得られるが、減
速段階の減速はケース■について調節された値となる。
The solid curve for case H relates to this case, while the dashed line by comparison shows the sequence according to case I. As can be seen, the maximum motor torque is obtained in the acceleration phase, while the deceleration in the deceleration phase is at the adjusted value for case ■.

したがって減速は利用できるモータ・トルクに関して不
必要に長い時間がかかる。運動の時間はtlであり、こ
れはケースIにおける対応する時間to’i6%だけ上
回る。
Deceleration therefore takes an unnecessarily long time in relation to the available motor torque. The time of movement is tl, which exceeds the corresponding time in case I to'i6%.

ケースIは、ケース■の条件と同じ条件で本発明によシ
得られる改良を示す。加減速いずれの間でも、駆動モー
タは最大トルクで作動する。運動の合計時間t2はケー
ス■の場合よりも25%短い。
Case I shows the improvement obtained by the invention under the same conditions as Case II. During both acceleration and deceleration, the drive motor operates at maximum torque. The total exercise time t2 is 25% shorter than in case ■.

第7図に示される作動のケースは大幅に簡潔化された仮
定に基づいており、例えば軸の重力のみが考慮されてい
る。結合された慣性モーメントおよび質量慣性の変化を
も考慮した一段と完全な計算により、一定の運動に要す
る時間を最大40%だけ減少できることが示されている
。この程度の大きさの減少は、点溶接、組立て、接着な
どのようなロボットの応用で極めて経済的でありかつ実
際に重要である。ロボットの仕事におけるこの著しく増
加した行動の速度に加えて、運動中の平均位置欠陥の減
少も本発明によるパラメータ最適化の助けを借シて得ら
れる。
The operating case shown in FIG. 7 is based on significantly simplified assumptions, for example only axial gravity is taken into account. More complete calculations that also take into account changes in the combined moment of inertia and mass inertia have shown that the time required for a given motion can be reduced by up to 40%. This magnitude reduction is extremely economical and of practical importance in robotic applications such as spot welding, assembly, gluing, etc. In addition to this significantly increased speed of action in the robot's work, a reduction in the average positional defects during movement is also obtained with the help of the parameter optimization according to the invention.

第8図は、本発明によるパラメータ最適化がロボット制
御装置と共に統合される方法を概略的に示す。ブロック
DYNCALCおよびPARCALCは前述の機能、す
なわちそれぞれ動計を実行しかつ最適パラメータ値を計
算する機能を備えている。計算されたパラメータ値PA
Rは軸制御器W沁に供給される。動計算は、異なる軸に
ついて最大限に達成し得る加速度値θtim を提供す
る。これらの値線、軸によって常時制限される加速度値
がロボットが所望の通路奮進るような他の軸における加
速度値に変えられる機能ブロックPATHPLANに、
供給される。機能ブロックPATHPLANは、軸制御
器に供給される位置基準値θrを与える。これらはロボ
ットの駆動モータに電流■を供給し、ロボットからいろ
いろな軸の位置θおよび速度θに関する情報を受ける。
FIG. 8 schematically shows how parameter optimization according to the invention is integrated with a robot controller. Blocks DYNCALC and PARCALC have the functions described above, namely to perform a dynamic calculation and calculate optimal parameter values, respectively. Calculated parameter value PA
R is supplied to the axis controller W. The dynamic calculation provides the maximum achievable acceleration values θtim for the different axes. In the function block PATHPLAN, the acceleration values that are always limited by these value lines and axes are changed into acceleration values in other axes that allow the robot to move along the desired path.
Supplied. Function block PATHPLAN provides a position reference value θr that is supplied to the axis controller. These supply current to the drive motors of the robot and receive information from the robot regarding the position θ and velocity θ of the various axes.

上述の通り、動計算は概算であり、その結果最適化され
たパラメータ値は低くな夕過ぎることがある。これを補
償するために、実際のロボットの動作に基づいて、行わ
れたパラメータ計算を修正するように適応計算が実行さ
れることがある。この機能は機能ブロックAI)CAL
、C!によって果たされる。このブロックでは、例えば
、減速工程の際に軸の動偏向の測定が行なわれかつロボ
ット・モデルにおける概算欠陥の補償に使用される。例
えば、モータ電流の所望値からの偏差が測定され、補償
はパラメータ制御により作られた利得を調節することに
よって行われる。
As mentioned above, dynamic calculations are approximate, and as a result the optimized parameter values may be too low. To compensate for this, adaptive calculations may be performed to modify the parameter calculations made based on the actual robot motion. This function is the function block AI) CAL
, C! fulfilled by In this block, measurements of the dynamic deflections of the axes are carried out, for example during deceleration steps, and are used to compensate for approximate defects in the robot model. For example, the deviation of the motor current from the desired value is measured and compensation is performed by adjusting the gain created by the parameter control.

第9図から第13図までは、本発明のもう1つの実施例
を示す。
9 to 13 show another embodiment of the invention.

第9図および第10図は、本発明のこの実施例が使用さ
れる形の、それ自体既知の、産業ロボットを示す。ロボ
ットおよびその制御装置、は例えば、下記のA8EA出
版物に記載された種類のものであることができる: CK 09−1101g  r産業用ロボット・システ
ムIRB 672およびIRB L6/2′l′J ;
cx 09−11033  r産業用ロボット・システ
ムIRB 90/2 J ; CK 09−1109g  r産業用ロボット・シスチ
ムニRB1000」。
9 and 10 show an industrial robot, known per se, in which this embodiment of the invention is used. The robot and its control device can, for example, be of the type described in the following A8EA publications: CK 09-1101gr Industrial Robot Systems IRB 672 and IRB L6/2'l'J;
cx 09-11033 r industrial robot system IRB 90/2 J; CK 09-1109g r industrial robot system RB1000.

ロボットは固定基礎(例えば床)の上に置かれている基
板41を備えている。柱42は、第9図に示される軸A
のまわシを基板41に関して回転するように配列されて
いる。回転は駆動モータ(図示されていない)の助けを
借9て行われ、回転軸は9で表わされる。柱42の上部
では、第9図に示される紙面に垂直な軸Bのまわりに下
部アーム43が回転自在にジャーナル付けされている。
The robot comprises a substrate 41 that rests on a fixed foundation (for example the floor). The column 42 has an axis A shown in FIG.
The rotating wheels are arranged to rotate with respect to the substrate 41. Rotation is effected 9 with the aid of a drive motor (not shown), the axis of rotation being designated 9. At the top of the column 42, a lower arm 43 is journaled to be rotatable about an axis B perpendicular to the plane of the paper shown in FIG.

垂直方向に関する下部アーム43の回転角はαで表わさ
れる。下部アーム43は、ボールねじおよびアームによ
って下部アーム43に接続される駆動モータ48によシ
回転される。下部アーム43の上部では、上部アーム4
4が軸Coまわシに回転自在にジャーナル付けされてい
る。上部アーム440回転は、駆動モータ4Bに隣接し
て配列されてリンケージ・アーム49を介して上部アー
ム44に接続される第2駆動モータ(図示されていない
)によって制御される。垂直方向に関する上部アーム4
4の方向はβで表わされ、下部アーム430回転にかか
わらず上部アーム44の駆動装置によって規定される。
The rotation angle of the lower arm 43 with respect to the vertical direction is represented by α. The lower arm 43 is rotated by a drive motor 48 connected to the lower arm 43 by a ball screw and an arm. At the top of the lower arm 43, the upper arm 4
4 is rotatably journaled on the shaft Co. Upper arm 440 rotation is controlled by a second drive motor (not shown) arranged adjacent to drive motor 4B and connected to upper arm 44 via linkage arm 49. Upper arm 4 in vertical direction
The direction of 4 is denoted β and is defined by the drive of the upper arm 44 regardless of the rotation of the lower arm 430.

上部アーム44の外方端で、手首45は紙面に垂直な軸
D(7)まわりに回転自在にジャーナル付けされている
。垂直方向に関する手首45の方向はrで表わされ、駆
動モータ(図示されていない)によって規定される。グ
リッパ46は手首45に取シ付けられて物体全支持する
。ロボットは操作口ビットとして作動し、すなわち収集
位置にある物体41つかみ、それを引渡し位置に運び、
そして物体47七そこに落すものと思われる。
At the outer end of the upper arm 44, a wrist 45 is journaled for rotation about an axis D(7) perpendicular to the plane of the paper. The orientation of the wrist 45 with respect to the vertical direction is designated r and is defined by a drive motor (not shown). The gripper 46 is attached to the wrist 45 and fully supports the object. The robot acts as an operating bit, i.e. it grabs the object 41 in the collection position and carries it to the delivery position;
And it seems that object 477 is dropped there.

下部アーム43の長さ、すなわち軸BとCとの間の距離
はLlで表わされ、上部アーム44の長さ、すなわち軸
CとDとの間の距離はL2で表わされる。
The length of the lower arm 43, ie the distance between the axes B and C, is designated Ll, and the length of the upper arm 44, ie the distance between the axes C and D, is designated L2.

ロボットの制御系は制御キャビネット410の中に配列
されている。辷れには、プログラム記憶装置を持つ;ン
ビュータ(おそらく数個のコンピュータ)が含まれてい
る。ロボットのプログラミングの際に、命令のシーケン
ス、はプログラム記憶装置に記憶され、その命令はロボ
ットの仕事サイクルを定め、また自動操作の際には逐次
実行される。命令には、ロボットの通路を定める多数の
点の座標、ならびに各点におけるロボットの手の配向を
定める所要数の座標を含む。さらに、少なくともある命
令は自動操作の際にロボットが実行すべき作業を定める
情報を含む。プログラミング・ユニット411は、プロ
グラミング手順の際にロボットの位置を手動で定める操
縦枠412を含んでいる。ユニット411はさらに、プ
ログ2ミングおよび自動操作の際にロボットを制御し、
命令を記憶する多数の操作部材、ならびに数値データ全
入力する多数の数字キーを含んでいる。プログラミング
・ユニット411は、ディジタル・デムタの直列または
並列伝送用クーゾルから成るできればディジタル通信チ
ャネル413を介して制御キャビネット410に接続さ
れている。制御キャビネット410はさらに、ロボット
の異なる軸の帰還制御系を含むとともに、制御装置およ
び駆動モータの電流を供給する装置を含んでいる。制御
キャビネット410はチャネル414を介して実際のロ
ボットに接続されるが、仁のチャネル414は制御キャ
ビネット410とロボットとの間でアナログ信号ならび
におそらくディジタル信号をも両方向に伝送するケーブ
ルであることがふされしい。
The robot's control system is arranged in a control cabinet 410. The package includes a computer (possibly several computers) with program storage. During robot programming, sequences of instructions are stored in a program storage device that define the robot's work cycle and are executed sequentially during automatic operation. The instructions include the coordinates of a number of points that define the path of the robot, as well as the required number of coordinates that define the orientation of the robot's hand at each point. Additionally, at least some of the instructions include information that defines the tasks that the robot is to perform during automatic operation. Programming unit 411 includes a control frame 412 for manually positioning the robot during programming procedures. Unit 411 further controls the robot during programming and automatic operation;
It includes a number of operating members for storing commands as well as a number of numeric keys for inputting all numerical data. The programming unit 411 is connected to the control cabinet 410 via a preferably digital communication channel 413 consisting of a serial or parallel transmission circuit of a digital demuter. The control cabinet 410 further includes feedback control systems for the different axes of the robot, as well as devices for supplying current for the controller and drive motors. The control cabinet 410 is connected to the actual robot via a channel 414, which is likely to be a cable that carries analog signals and perhaps even digital signals in both directions between the control cabinet 410 and the robot. It's sad.

「自由度」とは、ここでは他の自由度の運動と無関係な
ロボットの運動を意味する。かくて軸Aのまわりの回転
は第1自由度を構成し、軸Bのまわりの下部アーム43
の回転は第2自由gLヲ構成し、軸Cのまわシの上部ア
ーム44の回転は第3自由度を構成し、さらに軸りのま
わシの手首45の回転は第4自由度を構成する。かくて
、第9図、に示されるロボット泣4つの自由度上官する
が、゛実際に手首45は追加の自由度を持つよ“う2、
に常時設計されているので、実際に常時使用されるロボ
ットは5つまたは6つの自由度を有する。
"Degree of freedom" here means the motion of the robot that is independent of the motion of other degrees of freedom. Rotation about axis A thus constitutes the first degree of freedom, and rotation about axis B of the lower arm 43
The rotation of the upper arm 44 of the axis C constitutes the third degree of freedom, and the rotation of the wrist 45 of the axis C constitutes the fourth degree of freedom. . Thus, although the robot shown in FIG. 9 has four degrees of freedom, the wrist 45 actually has an additional degree of freedom.
Therefore, robots that are actually used regularly have five or six degrees of freedom.

各自由度についてサーざ系が配列されており、第10図
はかかる既知のサーボ系の一例を示す。
A servo system is arranged for each degree of freedom, and FIG. 10 shows an example of such a known servo system.

制御系に含まれるコンtユータから、サーボ系は位置基
準値Yr t”供給される。これらの位置基準値はプロ
グラム記憶装置に入力される値から成っfc5.かかる
値の間への補間によって得られることがある。加算回路
421において、基準値はリゾルバ部Sから得られる位
置レスポンスyと比較される。加算器421からの出力
信号は位置誤差epを構成し、位置制御器422に供給
される。
From a computer included in the control system, the servo system is supplied with position reference values Yr t''. These position reference values consist of values entered into the program storage device fc5. In the adder circuit 421, the reference value is compared with the position response y obtained from the resolver section S.The output signal from the adder 421 constitutes the position error ep, and is supplied to the position controller 422. .

これは非線の、いわゆる放物線利得上官し、その利得は
Kpで表わされる。制御器422の出力信号は速波基準
値Vrを構成し、加算器423に供給され、ここでそれ
は速度計用発電機TC)から得られる速度レスポンスV
と比較される。加算器423からの出力信号は速度誤差
evを構成し、比例微積分係数効果および利得Kv k
適尚に持つ速度制御器424に供給される。速度制御器
424の出力信号Uは駆動装置425、例えば制御式辞
変換器に供給され、これは問題の自由度で運動を実行す
る駆動モータMに給電する。このモータMに対して、速
度計用発電機TGおよびリゾルバRESが機械的に接続
されている。
This results in a non-linear, so-called parabolic gain, whose gain is denoted by Kp. The output signal of the controller 422 constitutes a fast-wave reference value Vr and is fed to an adder 423, where it is added to the speed response V obtained from the speedometer generator TC).
compared to The output signal from the adder 423 constitutes the speed error ev, and the proportional differential and integral coefficient effect and the gain Kv k
A suitable speed controller 424 is provided. The output signal U of the speed controller 424 is fed to a drive device 425, for example a controlled converter, which powers a drive motor M that carries out the movement in the degree of freedom in question. A speedometer generator TG and a resolver RES are mechanically connected to this motor M.

かくて第10図はロボットの自由度または軸の1つにお
ける運動を制御するサーボ系を示す。他の自由度または
軸の各1つは、同じまたは同様な種類のサーボを備えて
いる。
FIG. 10 thus shows a servo system that controls movement in one of the degrees of freedom or axes of the robot. Each one of the other degrees of freedom or axes is equipped with the same or similar type of servo.

この種の先行技術のロボットでは、位置および速度制御
器の利得は、実際に生じるすべての作動の場合に帰還制
御系の安定が得られるような具合に選択・規定される。
In prior art robots of this type, the gains of the position and velocity controllers are selected and defined in such a way that stability of the feedback control system is achieved in all actual actuations.

かくて、利得は厳密な作動の場合を考慮して選択されな
ければならず、またあらゆる他の作動の場合にサーボ系
は不必要に低い帰還制御性能で作動するであろう。
Thus, the gain must be selected taking into account the exact operating case, and in any other operating case the servo system will operate with unnecessarily low feedback control performance.

本発明のこの実施例によシ、少なくとも第1自由度では
その自由度で運動するロボットの機械的慣性モーメント
を計算する計算部材が配列されている。計算部材はロボ
ットの他の自由度の少なくとも1つにおけるロボットの
位置に関する情報およびロボットの荷重に関する情報を
供給される。
According to this embodiment of the invention, at least in a first degree of freedom a calculation element is arranged for calculating the mechanical moment of inertia of the robot moving in that degree of freedom. The computing element is supplied with information regarding the position of the robot in at least one of its other degrees of freedom and information regarding the loading of the robot.

この情報次第で、計算部材は前述の第1自由度を考慮し
てロボットの機械的慣性モーメントラ表わす量を形成す
る。この量は位置制御器の利得が慣性モーメントの増加
と共に減少されるようにこの利得を制御するようにされ
る利得制御部材に供給される。1つの実施例によシ、位
置制御器の利得は位置帰還制御系が現在の慣性モーメン
トにかかわらず一定のオーバースイングで作動するよう
に制御される。位置制御器の利得はそれによって慣性モ
ーメントに反比例して変化されるように制御されること
が望ましい。
Depending on this information, the calculation element forms a quantity representing the mechanical moment of inertia of the robot, taking into account the aforementioned first degree of freedom. This quantity is fed to a gain control member adapted to control the gain of the position controller so that it is reduced with increasing moment of inertia. According to one embodiment, the gain of the position controller is controlled such that the position feedback control system operates with a constant overswing regardless of the current moment of inertia. Preferably, the gain of the position controller is thereby controlled to vary inversely with the moment of inertia.

一定の運動の慣性モーメントはロボットの手で支持され
た荷重の質量によって大幅に影響されるので、好適な実
施例により、計算部材は荷重の質量の大きさに関する情
報を供給され、この質量を考慮に入れて慣性モーメント
の計算を行う。質量の大きさに関する情報はそのとき適
当な入力部材の助は會借シて手動で適当に入力すること
がで龜る。
Since the moment of inertia of a given motion is significantly influenced by the mass of the load supported by the robot's hands, the preferred embodiment provides that the calculation member is supplied with information about the magnitude of the mass of the load and takes this mass into account. Calculate the moment of inertia. Information regarding the size of the mass can then be appropriately input manually with the aid of a suitable input member.

口ざットの機械的部分のたよりなさを考慮に入れる必要
があり、かつそのサーボ系が本発明による従属速度ルー
プ管含む産業用ロボットでは、利得制御部材は計算され
た慣性モーメント次第で、これが増加する慣性モーメン
トと共に増加するように、なるべく速度帰還制御系が現
在の慣性モーメントにかかわらず一定の減衰で作動する
ようへ速度制御器の利得を制御するように配列される。
In industrial robots, where it is necessary to take into account the rigidity of the mechanical part of the robot and whose servo system includes a dependent velocity loop tube according to the invention, the gain control member is dependent on the calculated moment of inertia and this Preferably the speed feedback control system is arranged to control the gain of the speed controller so that it operates with a constant damping regardless of the current moment of inertia so as to increase with increasing moment of inertia.

次に速度制御器の利得は慣性モーメントの平方根に比例
して変化するように制御されることが望ましいが、同時
に位置制御器の利得は慣性モーメントの平方根に反比例
して変化するように制御されることが望ましい・ 第11図は、本発明によりロボット軸の1つのサーボ系
を設計する方法を示す。すべての他の自由度のサーボ系
、またはできればそれらの若干のみが対応する方法で設
計される。計算部材426は口ざットの慣性モーメン)
Jを計算するようにされている。計算部材426はアナ
ログ形またはディジタル形であることができ、後者の場
合、例えばマイクロプロセッサであることができる。別
法として、Jの計算はロボットの制御系に常時含まれる
コンピュータのサブ・プログラムの助けを借りて行われ
る。計算部材426は、第11図に示されるサーボ系の
属する軸の慣性モーメントに影響する自由度のロボット
の現在位置に関する情報を供給する。第9図に示される
ロボットの形では、異なる自由度の運動は回転から成り
、異なる軸の位置に関する情報ψ1はし次がって角度位
置変換器、例えは異なる軸のリゾルパから得られる。
Next, the gain of the speed controller is preferably controlled to vary in proportion to the square root of the moment of inertia, while at the same time the gain of the position controller is controlled to vary inversely to the square root of the moment of inertia. FIG. 11 shows a method of designing a servo system for one of the robot axes according to the present invention. The servo systems of all other degrees of freedom, or preferably only some of them, are designed in a corresponding manner. Calculation member 426 is Kuzat's moment of inertia)
It is designed to calculate J. Computing element 426 can be of analog or digital type, in the latter case for example a microprocessor. Alternatively, the calculation of J is performed with the help of a computer sub-program that is permanently included in the control system of the robot. The calculation element 426 supplies information regarding the current position of the robot in the degree of freedom that affects the moment of inertia of the axis to which the servo system belongs, as shown in FIG. In the form of the robot shown in FIG. 9, the movements of the different degrees of freedom consist of rotations, and the information ψ1 about the positions of the different axes is then obtained from angular position transducers, for example resolvers of the different axes.

計算部材426はロボットの手で支持される荷重の質量
に関する情報り會も供給される。一定の作業では、荷重
の大きさは一般に既知であり、計算部材426に入力す
るように手動で規定される。
The calculation element 426 is also provided with information regarding the mass of the load supported by the robot's hand. For certain operations, the magnitude of the load is generally known and manually defined as input into calculation member 426.

第11図は、電位差計427の助けを借りてこの規定が
行われる方法を概略的に示す。デジタル計算部材426
の場合には、荷重の大きさは代わりにディジタル入力部
材、例えば第9図に示されるプログラミング・ユニット
411の上に配列される数字キーによって適当に入力さ
れる。さらに制御系は、物体がつかまれたり落されると
き、およびいろいろ大きな質量を持つ物体が作業サイク
ル中に処理されるとき、荷lの大きさに関して値を変え
るようにされる。
FIG. 11 schematically shows how this definition is carried out with the help of a potentiometer 427. Digital calculation member 426
In this case, the magnitude of the load is instead suitably entered by means of a digital input member, for example numeric keys arranged on the programming unit 411 shown in FIG. Furthermore, the control system is adapted to change values with respect to the size of the load l when the object is grabbed or dropped and when objects with different masses are handled during the work cycle.

慣性モーメントの計算は、必要により多かれ少なかれ概
算で行われる。Jの計算の一例として、第11図による
サーボ系が第9図の軸Aのまわシの回転角ψを制御する
ことが考えられる。下記の仮定がなされる: 一二二ツ)をその上に置いた柱42の慣性モーメントは
一定であってJ2で表わされ、 −荷重47は点質量として概算され、 −アーム43および44ならびにロボットの手45−4
6に関するかぎり、それらの重心は長さの1/2に置か
れ、 一重心七通って紙面にありかつそれぞれのアームの縦軸
に垂直な回転軸のまわシのそれらの慣性モーメントはそ
れぞれJ3G%J4GおよびJ5Gで表わされ、 一アームおよび手の他の慣性モーメントは省略され、 一アームおよび手の質量はそれぞれMS%M4ならひに
M5で表わされる。
Calculation of the moment of inertia is done more or less approximately as required. As an example of the calculation of J, it is considered that the servo system shown in FIG. 11 controls the rotation angle ψ of the rotary shaft A in FIG. The following assumptions are made: the moment of inertia of the column 42 with 122) placed on it is constant and is denoted by J2, - the load 47 is approximated as a point mass, - the arms 43 and 44 and robot hand 45-4
As far as 6 is concerned, their centers of gravity are placed at 1/2 of their lengths, and their moment of inertia of the axis of rotation lying through the single center of gravity in the plane of the paper and perpendicular to the longitudinal axis of each arm is J3G%. The other moments of inertia of one arm and hand are omitted, and the masses of one arm and hand are respectively expressed as MS%M4 and M5.

上記および第9図に示されたこれらの仮定および記号が
与えられると、下記の関係が得られる:J4” J4(
Isjn”β+”4(Llaj、nα十−5inβ)2
J5 露J、5gain”r + M5(Llainα
+L2sinβ+−5inr)”JL −ML(L15
1nα十L2sinβ+L3sinj)”J−J2+J
3+J4+J5+Jj 現在の慣性モーメン)Jに関する上述の計算の頭外は一
例に過ぎず、必要により計算は多かれ少なかれ概算で行
われる。
Given these assumptions and symbols shown above and in FIG.
Isjn"β+"4(Llaj, nα10-5inβ)2
J5 Dew J, 5gain"r + M5 (Llainα
+L2sinβ+-5inr)"JL -ML(L15
1nα10L2sinβ+L3sinj)”J-J2+J
3+J4+J5+Jj (Current Moment of Inertia) The above-mentioned calculations regarding J are merely examples, and the calculations may be more or less approximated if necessary.

計算部材426からの出力信号は、下記の式により量K
a’を計算する関数発生器42Bに供給される。
The output signal from calculation member 426 is calculated by the quantity K according to the following formula:
It is fed to a function generator 42B which calculates a'.

J′ Ka −− ただしJ′は問題のロボット軸の最大慣性モーメントで
ある。量Kaは、位置制御器422からの速度基−準値
Vrを供給される他の入力を持つ乗算器429に供給さ
れる。乗算器429からの出力信号vr′はかくて下記
の関係にしたがう:J′ ”r’ ” Ka ’ vr −” vr乗算器429
の出力信号vr′は、加算器423で速度レスポンスV
と比較され、サーボ系の残りは第10図に示されるもの
に相当する。
J' Ka -- where J' is the maximum moment of inertia of the robot axis in question. The quantity Ka is fed to a multiplier 429 whose other input is fed with the velocity reference value Vr from the position controller 422 . The output signal vr' from multiplier 429 thus follows the following relationship: J'``r''' Ka ' vr -'' vr multiplier 429
The output signal vr' of
The remainder of the servo system corresponds to that shown in FIG.

第11図に示される本発明による位置帰還制御系の実施
例は、異なる機械部品が完全剛性二ニットと見なされる
ようなロボットに特に適している。
The embodiment of the position feedback control system according to the invention shown in FIG. 11 is particularly suitable for robots where the different mechanical parts are considered to be fully rigid binits.

かかるロボットにおいて、最適の制御特性は、全作業エ
ンベロープの範囲内でかつ現在の慣性モーメント、すな
わち最適の立上シ時間、一定のオーバースイング、およ
び一定の減衰、にかかわらず本発明による帰還制御系の
助けを借シて得られる。
In such a robot, the optimal control characteristics are determined by the feedback control system according to the invention within the entire work envelope and regardless of the current moment of inertia, i.e. optimal start-up time, constant overswing, and constant damping. obtained with the help of

これには、かかる最適な特性が単一の点でしか得られな
い先行技術のロボットの大幅な改良を伴う。
This involves a significant improvement over prior art robots in which such optimal properties are obtained only at a single point.

冒頭に述べた通り、特に大形ロボットの機械部品はもは
や完全剛性ユニットとは見なされず、あるたよすなさす
なわち弾性を示す。第12図は、かかるロボット用に作
られている本発明による位置帰還制御系を示す。第11
図に関する上述と同様な方法で、計算部材426はサー
ボ系によって制御されるロボット軸の慣性モーメン)J
を計算するようにされる。関数発生器428は量Klヲ
計算するようにされるが、ただし量 Xaは位置制御器422の後に配列される乗算器429
に供給され、ここで速度基準値vrはKaと掛け合わさ
れて乗算器゛429の出力信号vr′は下記のようにな
る 量Kaは関数発生器430にも供給され、ここで量は反
転される。関数発生器430からの出力信れる。乗算器
431からの出力信号U′は下記のようになる。
As mentioned at the outset, mechanical parts, especially in large robots, can no longer be considered completely rigid units, but exhibit a certain tenacity or elasticity. FIG. 12 shows a position feedback control system according to the invention made for such a robot. 11th
In a manner similar to that described above with respect to the figures, the calculation member 426 calculates the moment of inertia of the robot axis controlled by the servo system)
will be calculated. The function generator 428 is adapted to calculate the quantity Kl, with the exception that the quantity Xa is calculated by a multiplier 429 arranged after the position controller 422.
, where the speed reference value vr is multiplied by Ka so that the output signal vr' of the multiplier 429 becomes . The output from function generator 430 is read. The output signal U' from the multiplier 431 is as follows.

はつそりしたロボットの場合には、帰還制御系の利用可
能な資源は全作業エンベロープの範囲内でかつ第12図
による帰還制御系による現在の慣性モーメントにかかわ
らず、最大限まで利用されることが判明している。かく
て、最適の立上り時間、一定のオーバースイングおよび
一定の減衰が全作業エンベロープにわたって得られる。
In the case of a slender robot, the available resources of the feedback control system shall be utilized to the maximum within the total work envelope and regardless of the current moment of inertia of the feedback control system according to Figure 12. It is clear that Thus, optimum rise time, constant overswing and constant damping are obtained over the entire working envelope.

さらに、第11図に関して、はつそシしたシステムの発
振は利用可能なモーメントが先行技術のロボットよりも
良好な方法で利用されるという事実にかかわらず回避さ
れる。
Furthermore, with respect to FIG. 11, oscillations of the spiky system are avoided despite the fact that the available moments are utilized in a better way than in prior art robots.

第16図は第12図に示される本発明による帰還制御系
の好適な実施例金示す。第12図に示された2つの乗算
器429および431の助は金借りて位置および速度制
御器の実効利得は慣性モーメント次第で変化されるが、
これらの乗算器は第13図において1個の乗算器429
に置き替えられている。この入力には、速度レスポンス
yおよび下記の量が供給される かくて乗算器429の出力信号デは下記のようになる 第16図による帰還制御系が第12図による系と全く同
じように作動して、帰還制御特性の同じ大幅な改良上提
供することは、簡単な方法で示すことができる。しかし
、第13図による系では、この改良は極めて簡単に、す
なわち1個の乗算器429の助は會借りて得られる。
FIG. 16 shows a preferred embodiment of the feedback control system according to the invention shown in FIG. Thanks to the help of the two multipliers 429 and 431 shown in FIG. 12, the effective gain of the position and speed controller is changed depending on the moment of inertia.
These multipliers are one multiplier 429 in FIG.
has been replaced by The speed response y and the following quantities are supplied to this input.Thus, the output signal d of the multiplier 429 is as follows.The feedback control system according to FIG. 16 operates in exactly the same way as the system according to FIG. It can be shown in a simple way that feedback provides the same significant improvement in control characteristics. However, in the system according to FIG. 13, this improvement is obtained very simply, ie with the aid of one multiplier 429.

第9図〜第13図に関して説明された本発明の実施例で
は、位置および速度制御器の実効利得は、第11図およ
び第12図に示される実施例の場合にはそれぞれの制御
器の出力信号に慣性モーメントによる倍率を掛け、また
第13図に示される実施例の場合には速度レスポンスに
慣性モーメント次第の倍率上掛けて同じ結果が得られる
。乗算器によって変化される。しかし、慣性モーメント
次第の利得の変化が上記以外の方法で得られることは自
明の事実である。
In the embodiments of the invention described with respect to FIGS. 9-13, the effective gains of the position and velocity controllers are the outputs of the respective controllers for the embodiments shown in FIGS. The same result can be obtained by multiplying the signal by a factor depending on the moment of inertia, and in the case of the embodiment shown in FIG. 13, by multiplying the velocity response by a factor depending on the moment of inertia. changed by a multiplier. However, it is a self-evident fact that the change in gain depending on the moment of inertia can be obtained by methods other than the above.

上述の例において本発明は産業用ロボットに関して説明
されたが、その自由度の総数は異なる軸のまわシの回転
から成る。そのときもちん、「位置」構想はある基準位
置に関して回転の角度゛に関し、また「速度」構想はそ
のとき回転の速度に関する。しかし本発明は、ある自由
度が回転ではなく並進運動から成る、それ自体既知のか
かるロボット形式にも適用することができる。「位、置
」および「速度」構想はそのとき在来の意味、すなわち
運動の直線並進および直線速度を与えられる。
Although in the above example the invention was described with respect to an industrial robot, the total number of degrees of freedom consists of rotation of the rotary shaft around different axes. The "position" concept then relates to the angle of rotation with respect to a certain reference position, and the "velocity" concept then relates to the speed of rotation. However, the invention can also be applied to such robot types known per se, in which certain degrees of freedom consist of translational rather than rotational movements. The concepts "position, position" and "velocity" are then given their conventional meanings, namely linear translation of motion and linear velocity.

本発明は産業用ロボットのある形に関して上記に説明さ
れたが、もちろん本発明は、例えば上述のロボットと違
う機械構造および自由度の数を持つ他の形のロボットに
も適用できる。
Although the invention has been described above with respect to one form of industrial robot, it is of course applicable to other forms of robots, for example having a different mechanical structure and number of degrees of freedom than the robots described above.

それ自体既知の方法で、ロボットの異なる軸に関する帰
還制御系は、アナログ法またはディジタル法のいずれか
に基づき、あるいはこれら2つの方法の組合せとして、
設計することができる。しかし帰還制御系の設計にかか
わらず、本発明は適用されかつ大きな利点を提供する。
In a manner known per se, the feedback control system for the different axes of the robot is based either on analogue or digital methods or as a combination of these two methods.
can be designed. However, regardless of the design of the feedback control system, the present invention can be applied and provides significant advantages.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明が適用される産業用ロボットの概略図、
第2図はロボットの制御系の構造およびロボットの操作
ユニットならびにロボットの駆動上−夕に対するその接
続図、第3図はロボット軸の制御器の作動モード、第4
図は本発明による方法および装置における計算の順序な
らびにデータフロー、第5図はロボットの可動部品およ
びロボットの荷重の質量が多数の分離した点質量によっ
て概算されるものと仮定して、好適な実施例によるロボ
ットの運動の力学の計算方法金示す図、第6図は本発明
に関するロボット・;ンぜエータ機器の部品の構造図、
第7図は本発明による2点間の運動の時間が減少される
方法の例を示す図、第8図は本発明による方法またはロ
ボットに含まれる機能の一般的な図、第9図〜第11図
は本発明のもう1つの実施例によるロボットおよび制御
系を示す図であり、第9図はロボットおよびその制御系
め構造の概略図、第10図はかかる口〆ットの先行技術
の軸サーボを示す図、第11図は本発明による軸サーざ
の設計方法を示す図、第12図および第13図はこの実
施例の2つの変形を示す図である。 主な符号の説明: 1−ロボットの機械部分:2−制御ユニット;3−操作
ユニット: MO−枢動モータ:PR−位置制御器;■
−速度制御器;22.23−制御用フンピユータ
[Brief Description of the Drawings] Figure 1 is a schematic diagram of an industrial robot to which the present invention is applied;
Figure 2 shows the structure of the robot's control system, the robot's operating unit, and its connections to the robot's drive top and bottom; Figure 3 shows the operation mode of the robot axis controller;
FIG. 5 shows the sequence of calculations and data flow in the method and apparatus according to the invention; FIG. FIG. 6 is a structural diagram of the parts of the robot engine equipment according to the present invention;
FIG. 7 is a diagram showing an example of how the time of movement between two points is reduced according to the invention; FIG. 8 is a general diagram of the functions included in the method or robot according to the invention; FIGS. FIG. 11 is a diagram showing a robot and a control system according to another embodiment of the present invention, FIG. 9 is a schematic diagram of the structure of the robot and its control system, and FIG. FIG. 11 is a diagram showing a shaft servo design method according to the present invention, and FIGS. 12 and 13 are diagrams showing two modifications of this embodiment. Explanation of main symbols: 1- Mechanical part of robot: 2- Control unit; 3- Operating unit: MO- Pivoting motor: PR- Position controller; ■
-Speed controller; 22.23-Control fan computer

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)複数個の運動軸(1−6)と、各軸用の駆動モー
タ(MO)および制御器に供給される所望の値(θr)
にしたがつて軸運動を制御する軸制御器(PR、VR)
と、ロボット制御用のコンピュータ機器(22、23)
と、を備える産業用ロボット(1−3)の軸制御器の最
適なパラメータ制御を行う方法において、 ロボットの静および動特性を表わす数学モデルに基づき
、かつ駆動モータのトルクの予想最大値によつて、少な
くともある軸に関する最大加減速値(■i)がロボット
の作動中に絶えず計算され、そして 少なくとも1つの軸における少なくとも1つの制御パラ
メータ(Kp)または1つの通路プラニング・パラメー
タ(|■i|_c)もしくはその両方が前記計算次第で
選択される、 ことを特徴とする制御方法。
(1) A plurality of motion axes (1-6), a drive motor (MO) for each axis, and a desired value (θr) supplied to the controller
Axis controllers (PR, VR) that control the axis movement according to
and computer equipment for robot control (22, 23)
A method for optimal parameter control of an axis controller of an industrial robot (1-3) comprising Thus, a maximum acceleration/deceleration value (■i) for at least one axis is constantly calculated during operation of the robot, and at least one control parameter (Kp) or one path planning parameter (|■i| _c) or both are selected depending on the calculation.
(2)各軸について、数学モデルに基づき、予想最大モ
ータ・トルクによつて軸の力学を説明する数学関係が規
定され、そして これらの関係から各軸についてそれぞれ最大限に達成し
得る加減速(■i)が計算される、ことを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載による方法。
(2) For each axis, based on a mathematical model, a mathematical relationship is defined that describes the dynamics of the axis in terms of the expected maximum motor torque, and from these relationships the maximum achievable acceleration/deceleration ( 2. A method according to claim 1, characterized in that i) is calculated.
(3)少なくともある軸について、計算された最大加減
速値はそれぞれ、現在のロボット形状でそれが軸の制御
系における良好な制御特性を保ちながら使用される最大
限に可能な加減速をそれぞれ示すように選択される所定
値(|■i|_m_a_x)と比較され、 その後軸制御器の制御パラメータ(Kp)または通路発
生パラメータ(|■|_c)もしくはその両方が前述の
2つの値のうち絶対値の低い方の値にしたがつて選択さ
れる、 ことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載による方法
(3) For at least one axis, each calculated maximum acceleration/deceleration value represents the maximum possible acceleration/deceleration that can be used in the current robot geometry while maintaining good control characteristics in the control system of the axis. is compared with a predetermined value (|■i|_m_a_x) selected as The method according to claim 2, characterized in that the selection is made according to the lower of the values.
(4)数学モデルは質量慣性、重力、結合された質量慣
性、遠心力、およびコリオリの力といつた量の少なくと
も1つを考慮に入れながら作られる、ことを特徴とする
特許請求の範囲第1項ないし第3項のどれでも1つの項
記載による方法。
(4) The mathematical model is created taking into account at least one of the following quantities: mass inertia, gravity, combined mass inertia, centrifugal force, and Coriolis force. A method in which any one of Items 1 to 3 is described.
(5)ロボット・モデルはロボット・アーム当たり少な
くとも1つの点質量(mi)およびロボットによつて運
ばれる荷重の少なくとも1つの点質量によつて決定され
、これらの質量の位置は多数の異なるロボット形状の場
合にロボットの加速およびモータ・トルクの実験的に測
定された値に基づいて計算され、それにより質量慣性が
ロボット−モデルから計算される、ことを特徴とする特
許請求の範囲第4項記載による方法。
(5) The robot model is determined by at least one point mass (mi) per robot arm and at least one point mass of the load carried by the robot, and the positions of these masses are determined by a number of different robot geometries. Claim 4, characterized in that the mass inertia is calculated on the basis of experimentally determined values of the acceleration and motor torque of the robot in the case of the robot model. method.
(6)ロボット・モデルはロボット−アーム当たり少な
くとも1つの点質量およびロボットによつて運ばれる荷
重の少なくとも1つの点質量によつて決定され、これら
の質量の位置は異なる形状の場合にロボットのモータ・
トルクの実験的に測定された値に基づいて計算され、そ
れにより重力の影響および軸間の相互影響がロボット・
モデルから計算される、ことを特徴とする特許請求の範
囲第4項および第5項のどれにでも記載による方法。
(6) The robot model is determined by at least one point mass per robot-arm and at least one point mass of the load carried by the robot, and the positions of these masses are determined by the motors of the robot in case of different geometries.・
It is calculated based on the experimentally measured values of the torque, which allows the influence of gravity and the mutual influence between the axes to be
6. A method according to any of claims 4 and 5, characterized in that the method is calculated from a model.
(7)軸の軸制御器が位置制御器(PR)を含む産業用
ロボットにおいて、数学モデルから計算された加減速値
がそれぞれ、倍率を掛けられてから、直ちに位置制御器
の利得を構成するようにされる、ことを特徴とする特許
請求の範囲第1項ないし第6項のどれでも1つ項記載に
よる方法。
(7) In industrial robots where the axis controller of an axis includes a position controller (PR), the acceleration/deceleration values calculated from the mathematical model are each multiplied by a multiplier and then immediately constitute the gain of the position controller. A method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that:
(8)位置制御器の利得は利用可能なモータ・トルクを
最適に使用するように問題のモータ電流と最大許容モー
タ電流との差によつて変化される、ことを特徴とする特
許請求の範囲第7項記載による方法。
(8) The gain of the position controller is varied by the difference between the motor current in question and the maximum permissible motor current so as to optimally use the available motor torque. The method described in Section 7.
(9)加減速の間にそれぞれ、軸制御器に一定の加減速
をそれぞれ得るような具合に位置所望値(θr)を供給
するようにされた装置を含む産業用ロボットにおいて、 加減速値がそれぞれ数学モデルから計算された加減速値
にそれぞれ等しくなるように定められる、ことを特徴と
する特許請求の範囲第1項ないし第8項のどれでも1つ
の項記載による方法。
(9) In an industrial robot that includes a device configured to supply a desired position value (θr) to an axis controller in such a manner as to obtain a constant acceleration/deceleration during each acceleration/deceleration, the acceleration/deceleration value is 9. A method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that each acceleration/deceleration value is determined to be equal to an acceleration/deceleration value calculated from a mathematical model.
(10)利用可能なモータ・トルクを最適に利用するよ
うに、加速値が問題の電流と最大許容モータ電流との差
によつて変化される、ことを特徴とする特許請求の範囲
第9項記載による方法。
(10) The acceleration value is varied by the difference between the current in question and the maximum permissible motor current, in order to optimally utilize the available motor torque. Method by description.
(11)軸制御器が速度制御器(VR)を含む場合に、
速度制御器の制御パラメータ(Kv)は質量慣性および
実効ばね定数の変化に起因する減衰変化を補償する数学
モデルならびにロボット形状によつて変化される、こと
を特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第10項のど
れでも1つの項記載による方法。
(11) When the axis controller includes a speed controller (VR),
Claim 1, characterized in that the control parameter (Kv) of the speed controller is varied by a mathematical model that compensates for damping changes due to changes in mass inertia and effective spring constant, as well as by the robot geometry. A method according to any one of Items 1 to 10.
(12)少なくとも1つの第1自由度(y)について、
少なくとも1つの別な自由度でのロボットの現在位置に
関する情報次第で、量(Ka)は前記第1自由度の運動
でロボットの機械的慣性モーメント(J)を表わすよう
に作られ、そして軸制御器の利得は慣性モーメントの増
加と共に減少するように前記量によつて制御される、こ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載による方法。
(12) For at least one first degree of freedom (y),
Depending on information about the current position of the robot in at least one further degree of freedom, a quantity (Ka) is made representative of the mechanical moment of inertia (J) of the robot in motion in said first degree of freedom and the axis control 2. A method according to claim 1, characterized in that the gain of the device is controlled by said quantity in such a way that it decreases with increasing moment of inertia.
(13)軸制御器の利得は帰還制御系が変化する慣性モ
ーメントで一定のオーバースイングで作動するように制
御される、ことを特徴とする特許請求の範囲第12項記
載による方法。
13. A method according to claim 12, characterized in that the gain of the axis controller is controlled such that the feedback control system operates with a constant overswing with a varying moment of inertia.
(14)位置制御系が速度変換器(TG)および速度制
御器(24)を持つ従属的な速度ループを含むロボット
において、 速度制御器の利得は慣性モーメントの増加と共に増加す
るように慣性モーメントを表わす量(Ka)によつて制
御される、ことを特徴とする特許請求の範囲第12項記
載による方法。
(14) In a robot where the position control system includes a subordinate velocity loop with a velocity transducer (TG) and a velocity controller (24), the moment of inertia is adjusted such that the gain of the velocity controller increases with the increase in the moment of inertia. 13. The method according to claim 12, characterized in that it is controlled by the expressed quantity (Ka).
(15)速度制御器の利得は制御系が変化する慣性モー
メントで一定の減衰で作動するように制御される、こと
を特徴とする特許請求の範囲第14項記載による方法。
15. A method according to claim 14, characterized in that the gain of the speed controller is controlled such that the control system operates with a constant damping at varying moments of inertia.
(16)速度制御器の利得は慣性モーメントの平方根に
比例して変化するように制御される、ことを特徴とする
特許請求の範囲第14項記載による方法。
(16) A method according to claim 14, characterized in that the gain of the speed controller is controlled to vary in proportion to the square root of the moment of inertia.
(17)位置制御器の利得は慣性モーメントの平方根に
反比例して変化するように制御される、ことを特徴とす
る特許請求の範囲第16項記載による方法。
(17) A method according to claim 16, characterized in that the gain of the position controller is controlled to vary in inverse proportion to the square root of the moment of inertia.
(18)位置制御器の出力信号(Vr)と比較される前
に速度変換器からの速度レスポンス(v)は慣性モーメ
ントの平方根に比例する量を掛け合わされる、ことを特
徴とする特許請求の範囲第17項記載による方法。
(18) The velocity response (v) from the velocity converter is multiplied by an amount proportional to the square root of the moment of inertia before being compared with the output signal (Vr) of the position controller. A method according to scope item 17.
(19)複数個の運動軸と、各軸用の駆動モータ(MO
)および制御器に供給される位置基準値(θr)にした
がつて軸運動を制御する軸制御器(PR、VR)と、ロ
ボット制御用のコンピュータ機器(22、23)とを備
える産業用ロボット(1−3)の軸制御器の最適なパラ
メータ制御を行う装置であつて、 ロボットの静および動特性を表わす数学モデルに基づき
、かつ駆動モータのトルクの予想最大値によつて、少な
くともある軸に関する最大加減速値(■i)をロボット
の作動中に絶えず計算する装置と、そして 少なくとも1つの軸制御器における少なくとも1つの制
御パラメータ(Kp)または1つの通路プラニング・パ
ラメータ(|■i|_c)もしくはその両方を前記計算
次第で選択する装置と、 を含むことを特徴とする制御装置。
(19) Multiple motion axes and a drive motor for each axis (MO
) and an axis controller (PR, VR) that controls axis motion according to a position reference value (θr) supplied to the controller, and computer equipment (22, 23) for robot control. (1-3) A device that performs optimal parameter control of the axis controller, which controls at least one axis based on a mathematical model representing the static and dynamic characteristics of the robot and based on the expected maximum torque of the drive motor. and at least one control parameter (Kp) or one path planning parameter (|■i|_c) in at least one axis controller; ) or both of them depending on the calculation; and a control device comprising:
JP62243539A 1986-09-29 1987-09-28 Method and apparatus for adaptive control of control parameter of industrial robot Pending JPS63238602A (en)

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SE8604102A SE454657B (en) 1986-09-29 1986-09-29 PROCEDURE AND DEVICE FOR OPTIMAL CONTROL OF CONTROL PARAMETERS OF AN INDUSTRIAL ROBOT
SE8604102-7 1986-09-29
SE8604103-5 1986-09-29

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006528813A (en) * 2003-05-15 2006-12-21 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト Movement guide method for movable machine element of numerically controlled machine tool or production machine
JP2009503708A (en) * 2005-08-04 2009-01-29 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト Method and apparatus for moving guidance of machine elements in a machine
CN109286352A (en) * 2017-07-19 2019-01-29 发那科株式会社 Servo motor control unit

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109604419B (en) * 2018-11-19 2020-04-28 浙江工业大学 Automatic positioning control method for movable pressure head in numerical control cutting machining process

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59706A (en) * 1983-06-27 1984-01-05 Hitachi Ltd Controller of industrial robot
JPS61163406A (en) * 1985-01-14 1986-07-24 Omron Tateisi Electronics Co Robot control device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59706A (en) * 1983-06-27 1984-01-05 Hitachi Ltd Controller of industrial robot
JPS61163406A (en) * 1985-01-14 1986-07-24 Omron Tateisi Electronics Co Robot control device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006528813A (en) * 2003-05-15 2006-12-21 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト Movement guide method for movable machine element of numerically controlled machine tool or production machine
JP2009503708A (en) * 2005-08-04 2009-01-29 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト Method and apparatus for moving guidance of machine elements in a machine
CN109286352A (en) * 2017-07-19 2019-01-29 发那科株式会社 Servo motor control unit
JP2019021098A (en) * 2017-07-19 2019-02-07 ファナック株式会社 Servo motor control device
US11347197B2 (en) 2017-07-19 2022-05-31 Fanuc Corporation Servo motor controller

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