JPS63253407A - ロボツトの振動制御方法 - 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〕 この発明はロボットの動特性を考慮してロボットアーム
先端の不要な振動を防止するロボットの振動制御方法に
関する。

〔従来の技術］ 近年種々の産業分野において産業用ロボットが用いられ
るようになっているが、この産業用ロボットに求められ
ているのは生産性向上のための高速化である。

ところで、一般ロボットの制御方法としてはロボットア
ームの軸の回転や振動量を目標値の変化に追従するよう
にフィードバック制御するサーボ機構が用いられている
。しかし、この方法では、ロボット動作時の加減速がゆ
るやかであれば、重力、薇械系の精度誤差を考慮した静
的な補正と併用することにより、振動を一定の許容値内
に納めることが出来るものの、加減速時間が短いと、駆
動系は大きい加速度変化を発生しながら目標値に追従し
ようとするため、ロボットアーム先端が振動してしまう
。つまり、高周波成分を含む目標信号には追従できず、
駆動系、礪械系を含む部分の動特性に起因する振動が発
生し、かつ振動振幅が許容値内に収束するまでの時間が
増大してしまい、これがロボットの高速化にとっては大
きな障害となっていた。

このようなロボットアーム先端の振動を防止する制御方
法としては従来、特開昭５８−２２３８０６号、特開昭
５８−２２３８０７号および特開昭５９−３５０６号に
記載されたものがある。これらの方法は基本的にはそれ
ぞれ、ロボットの起動時、停止時および減速時に発生す
る振動を別に作成した振動によって相殺しようとするも
のであり、これらの方法では、加速および減速によって
発生した個々の振動を抑えるために適宜パラメータを求
めて実際の運転で確認し、振動が許容値に収まるまで同
様の操作を繰り返さなければならず、また、ロボットの
作業によっては動作の軌跡や速度配分が優先してしまい
、加速と減速の時間間隔を変更できない場合があったり
また、発生した振動を抑えられるに充分な大きさの加速
度を設定できない場合がある等の欠点があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように従来のロボットの振動制御方法においてはロ
ボットアーム先端の振動防止に関して満足すべき効果が
期待できず、また制御手段も複雑であり、更にロボット
の作業によっては適用できない場合もあった。

そこで、この発明は上述した従来装置の欠点を排除し、
制御方法が簡素で種々のロボットに適用可能なロボット
の振動制御方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明のロボットの制御方法はロボットに対して所定
の単位速度指令を与えることにより該ロボットアーム先
端の速度応答波形を予め測定し、該測定した速度応答波
形および前記単位速度指令にもとづき前記ロボットアー
ム先端に関する伝達関数を求め、他方、前記ロボットア
ーム先端の目標速度波形をフーリエ変換するとともに、
これを前記伝達関数で除し、更に、これを逆フーリエ変
換することにより前記ロボットの速度指令波形を求める
。

また、ロボットの動特性が所望の動作区間内で著しく変
化する場合などにおいて、該区間を動特性がほぼ一定と
なる複数の小区間に分割し、各区間において上述したと
同様の方法により速度指令波形をそれぞれ求め、この速
度指令波形を接続して前記ロボットの速度指令波形とす
る。

〔作用〕

制御しようとするロボットの動特性が所望の動作区間に
おいて一定ではない場合は、この動作区間を動特性がほ
ぼ一定とみなせるｎ区間に分ｉ！７Ｊする。

各区間において単位速度指令δ（１）をロボットに与え
、このときのロボットアーム先端の速度応答ｈ　（ｔ）
を測定する。δ（１）とｈ　［ｔ）から伝達量数日（ω
）　＝Ｆ　（ｈ（ｔ）　）／Ｆ　（δ（ｔ））を算定す
る。ここでＦはフーリエ変換を示す。次にロボットアー
ム先端の目標速度波形Ｖ　　（ｔ）をフーリエ変換して
Ｖａ　（ω）　＝Ｆ　（Ｖａ（ｔ）　）を求め、このＶ
ａ　（ω）を上記伝達間数Ｈ（ω）で除し、Ｖｐ　（ω
）を求め、このＶｐ　（ω）を逆フーリエ変換すること
によりＶｐ（ｔ）を前記各区間毎に求める。このＶｐｆ
ｔ）を順次接続し、これをロボットの速度指令波形とす
る。

〔実施例） 以下、この発明の一実施例を添付図面を参照して詳細に
説明する。

第１図は、この発明のロボットの振動制御方法の一実施
例をフローチャートで示したものである。

この実施例では第２図に示すような下腕１、上腕２、手
首３からなるロボットを制御対象としており、このロボ
ットはφ１方向の旋回（第１軸）、φ２方向の下腕１の
回動（第２軸）、φ３方向の上腕２の回動（第３軸）、
φ４方向の手首３の回転（第４軸）、φ５方向の手首３
の振り（第５軸）、φ６方向の手首３の回転（第６軸）
の６軸構成をとっている。

第１図のフローチャートにおいて、まず、ステップ１０
で手首３の先端（ロボットアーム先端）３ａの動作区間
をティーチングにより設定する。

続いて、ステップ１１において上記動作区間をそれぞれ
動特性がほぼ一定とみなせる第１区間から第ｎ区間まで
のｎ個の区間に分割する。更にステップ１２において各
区間における伝達関数Ｈ，（ω）（ｋ＝１．２・・・ｎ
）の算出を行なう。

このステップ１２における伝達関数Ｈｋ　（ω）の算出
は以下のようにして行なわれる。

すなわち、まず、各区間において、第３図（ａ）に示す
ようなパルス状の単位速度指令δ（１）をロボットに与
え、このときのロボットアーム先端３ａの速度応答波形
ｈｋ（ｔ）　、（ｋ＝１．２・　ｎ）をそれぞれ測定す
る。なお、第３図（ｂ）はこの速度応答波形の１例を示
したものである。なお、第３図において縦軸は速度（Ｖ
　（ｍ／ｓ）　）　、横軸は時間（１）を示す。

次いで、速度指令δ（１）および測定した速度応答波形
ｈｋ（ｔ）をそれぞれフーリエ変換し、それぞれ δ′　（ω）＝Ｆ　（δ（ｔ））　　　　・・・（１）
ｈ′ｋ　（ω）＝Ｆ　（ｈ、　（ｔ））・・・（２）（
Ｆはフリエ変換を示す） を求め、次式にもとづき各区間における伝達関数Ｈｋ　
（ω）を求める。

この伝達関数の１例が第４図に示される。なお、第４図
において縦軸は振幅（Ａ）横軸は時間（１）を示す。

他方、ステップ１３において、ロボットアーム先端３ａ
の目標速度波形Ｖ、　（ｔ）の設定がなされ、ステップ
１４において、この目標速度波形Ｖ、　（ｔ）をフーリ
エ変換してＶ′、（ω）を求める演算がなされる。

Ｖ’　　（ω）＝Ｆ（Ｖ　　（ｔ））　　　　・・・（
４）ここで、上記ロボットアーム先端３ａの目標速度波
形■ａ（ｔ）および、このフーリエ変換したＶ’　　（
ω）の波形の１例を第５図および第６図に示す。なお、
第５図において縦軸は速度（■（１／Ｓ）　）　、横軸
は時間（１）を示し、また第６図において縦軸は振幅（
Ａ）、横軸は周波数（ω）を示す。

次いで、ステップ１５において、ステップ１２においで
求められた各区間毎の伝達間数Ｈｋ　（ω）およびステ
ップ１４で求められたＶ’　　　（ω）にもとづき各区
間における速度指令波形Ｖｐ、（ｔ）（ｋ＝１．２・・
・ｎ）を算出する。

この速度指令波形Ｖｐｋ（ｔ）は次のようにして算出さ
れる。

まず、ステップ１４で求めたＶ’　　　（ω）をステッ
プ１２で求めた伝達関数Ｈ，（ω）で除することにより
速度指令波形Ｖｐｋ（ｔ）に対応する周波数領域間数Ｖ
′　　（ω）を算出する。

ρに 次いで、この周波数領域関数Ｖ′　　（ω）をｋ 逆フーリエ変換することにより速度指令波形ｖｐｋ（１
）を求める。

こ、こでＦ−１は逆フーリエ変換を示す。

ステップ１５において、第１区間から第ｎ区間における
速度指令波形Ｖｐ、（ｔ）が算出されると、ステップ１
６において、これら速度指令波形Ｖｐｋ＋１）を接続し
て第７図に示すような全体の速度指令波形Ｖ　　（ｔ）
を求める処理がなされる。なお、第７図において縦軸は
速度（Ｖ（ｎ／ｕ）　）　、横軸は時間（１）を示す。

また実線は上述した方法により　。

算出された速度指令波形Ｖｐ（ｔ）　、破線は目標速度
波形Ｖ、（ｔ）を示す。

第８図は、直流モータを用いた速度、位置フィードバッ
ク制御のロボットのロボットアーム先端にペンを持たせ
、この発明による制御方法を適用してロボットアーム先
端の振動を制御した場合の動作軌跡の作画結果（第８図
（ａ））と従来の速度、位置フィードバック制御のみに
よる場合の動作軌跡の作画結果（第８図（ｂ））とを対
比して示したものである。第８図から明らかのように、
この発明の制御方法によれば従来の制御方法に比較して
ロボットアーム先端の振動が充分におさえられているの
が明らかになる。

なお、上記実施例では、電圧による速度制御を行うロボ
ットの場合について述べたが、周波数による速度制御を
行うロボットに対しても本発明を同様に適用することが
できる。

また、上記実施例では単位速度指令に対するロボットア
ーム先端速度応答波形を検出したが、これに限らず変位
や加速度を検出するようにしてもよい。この場合これら
検出または積分することにより速度に変換すればよい。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、ロボット動作テ
ィーチング時にロボットの動特性を伝達関数として測定
しておくことにより、所望の目標速度波形を実現するた
めの速度指令波形を得るこ　　゛とができ、また伝達関
数側定時以外はセンサ等の新たな付加装置を必要とせず
、実際のロボット動作時には、単に演算機能をロボット
に付加するだけで、ロボットの動作中及び停止後の振動
を制御し、ロボットの高精度化、位置決め時間の短縮等
が図れる。また、伝達関数の測定は、ロボットアーム先
端の手首形状あるいは重量が変化するときだけでよく、
同一形状のロボットであれば一台のロボットで測定し、
他のロボットはそのデータを使用することもできる。こ
のためロボット自体の構造を変化させる必要がないため
非常に経済的である。更に、制御方法が簡素であるため
、計算時間も短縮でき、かつ既存のロボットにも適用で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すフローチャート、第
２図はこの実施例が適用されるロボットの概要を示す図
、第３図は分割された区間における単位速度指令とこれ
に対応するロボットアーム先端の速度応答波形を示す波
形図、第４図は分割された区間における伝達関数を例示
する波形図、第５図はロボットアーム先端の目標速度波
形を例示する波形図、第６図は目標速度波形をフーリエ
変換した波形を例示する波形図、第７図は目標速度波形
と計算された速度指令波形の関数を示す波形図、第８図
はこの発明の制御方法によるロボットアーム先端の動作
軌跡と従来の制御方法によるロボットアーム先端の動作
軌跡との比較図である。 １・・・下腕、２・・・上記腕、３・・・手首第３図 ω 第４図 ω 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロボットに対して所定の単位速度指令を与えるこ
   とにより該ロボットアーム先端の速度応答波形を予め測
   定し、 該測定した速度応答波形および前記単位速度指令にもと
   づき前記ロボットアーム先端に関する伝達関数を求め、 他方、前記ロボットアーム先端の目標測定波形をフーリ
   エ変換するとともに、これを前記伝達関数で除し、 更に、これを逆フーリエ変換することにより前記ロボッ
   トの速度指令波形を求めることを特徴とするロボットの
   振動制御方法。
2. （２）ロボットの動作区間を動特性がほぼ一定の複数の
   小区間に分割し、 各小区間において前記ロボットに対し所定の単位速度指
   令を与えることにより該ロボットアーム先端の速度応答
   波形を各小区間毎に予め測定し、該各小区間毎に測定し
   た速度応答波形および前記単位速度指令にもとづき前記
   ロボットアーム先端に関する伝達関数を各小区間毎に求
   め、 他方、前記ロボットアーム先端の目標波形を前記各小区
   間毎にフーリエ変換するとともに、これをそれぞれ対応
   する前記伝達関数で除し、 更に、これらをそれぞれ逆フーリエ変換することにより
   前記各小区間毎の複数の速度指令波形を求め、 これら複数の速度指令波形を接続して前記ロボットの速
   度指令波形とすることを特徴とするロボットの振動制御
   方法。