JPS6380307A - 産業用ロボツトの速度制御方法 - 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、教示（ティーチング）点間をプレイバック
動作する溶接ロボットやハンドリングロボットのような
複数関節型産業用ロボットの速度制御方法に関するもの
である。

［従来の技術］ 第６図はアーク溶接ロボットによる溶接工程を示した模
式図である。この第６図において、ギザギザで表したＰ
２−Ｐ３問およびＰ５−Ｐ６間は、アーク溶接する区間
であり、これらの区間では脚長や溶接電流等により限界
速度は予め決まっているため（例えば１００ｃｍ／ｗｉ
ｎ）、これをティーチング時に入力すれば良い。これに
対して、Ｐｌ−Ｐ２．Ｐ３−Ｐ４−Ｐ５．Ｐ６−Ｐ７間
は溶接区間Ｐ２−Ｐ３．Ｐ５−Ｐ６にロボットを移動さ
せる目的で動かす区間［従ってこれらの区間Ｐｌ−Ｐ２
．Ｐ３−Ｐ４−Ｐ５．Ｐ６−Ｐ７を空送区間（エアカッ
ト区間）と呼ぶ］であるから、この空送区間での速度は
溶接施工上の制限はなく、ロボットの各軸のモータ等の
事情、すなわちロボット自身が持つ性能により速度は決
定されるものである。

［発明が解決しようとする問題点コ 一方最近の産業用ロボットは、その実用性から、多関節
型のものが多く、その最高速度は、その姿勢によって各
アームの最高速度が異なり、どの位の速度を入力したら
、特定のアームの最高速度になるものか非常にわかりづ
らい。

そこで、入力される速度は、後からのエラー修正の煩わ
しさを除くために各アームの実際の限界速度より低く設
定される場合が多い。

また、ロボットの性能以上の速度を設定し実行するのを
防止する目的で、偏差を監視し、過大な偏差が生じた時
にはロボットを非常停止させる「偏差異常」チェック機
能が良く用いられるが、限界すれすれのティーチングで
は、この異常にひっかかることが多く、ティチングやテ
ストモードにおいて、エラーが発生すれば、その都度速
度設定をやり直す手間がかかり、このため自動的にどの
ようなアームの姿勢においても、エアカット区間を移動
できるための最高速度を設定できる機能が望まれていた
。

本発明は、このような状況下において創案されたもので
、空送時間を短くできるようにして、全体のタクトタイ
ムの短縮化をはかった、産業用ロボットの速度制御方法
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］ このため、本発明の産業用ロボットの速度制御方法は、
教示点間をプレイバック動作する複数関節型産業用ロボ
ットであって、上記教示点間を複数の区間に分割する分
割点を目標位置として位置制御するためのタイミングを
決めるトリガ信号を所要の制御周期で出力するように構
成したものにおいて、各ロボット関節駆動用モータ軸へ
の指令速度と上記ロボット関節駆動用モータ軸毎に予め
設定された許容速度とを比較し、上記指令速度が上記許
容速度よりも大きい場合は、次のトリガ信号を出力すべ
き制御周期を上記の許容速度および指令速度の各位を用
いて変更することを特徴としている。

［作　用］ 上述の本発明の産業用ロボットの速度制御方法では、各
ロボット関節駆動用モータ軸への指令速度と上記ロボッ
ト関節駆動用モータ軸毎に予め設定された許容速度とが
比較され、上記指令速度が上記許容速度よりも大きい場
合は、次のトリガ信号を出力すべき制御周期が上記の許
容速度および指令速度の各位を用いて変更される。

［発明の実施例コ 以下、本発明の実施例について説明すると、第１〜５図
は本発明の一実施例としての産業用ロボットの速度制御
方法を示すもので、第１図は本方法を実施するための装
置を示すブロック図、第２図は本方法を適用される溶接
ロボットの概略構成図、第３図は旋回中心と作業点との
間の距離が教示点間で変化している様子を示す模式図、
第４図は教示点間を複数の区間に分割するための要領を
説明するための模式図、第５図は本方法を実施するため
の装置の変形例を示すブロック図である。

さて、この方法を例えば２軸の関節型溶接ロボットの速
度制御に適用した場合を考えると、本方法を実施するた
めには、第１図に示すような装置が使用される。この第
１図において、１はロボット関節駆動用の各モータ２の
ための指令速度信号（この信号は教示点間の複数の目標
位置に対応するロボット位置指令信号である）を後述の
トリガ信号をうけるたびに出力する演算装置、３はモー
タ２の実速度を検出するエンコーダ、４は演算装置１か
らの指令速度とエンコーダ３からの実速度との偏差を計
数する偏差カウンタ、５はＤ／Ａ変換器、６はドライバ
、７は各モータ軸ごとの許容速度を予め設定する許容速
度設定器、８は演算装置１からの指令速度と許容速度設
定器７からの許容速度とを比較して指令速度が許容速度
よりも大きい場合に制御周期変更信号を出しそれ以外で
制御周期不変更信号を出す比較器であり、９は所要のタ
イミング（制御周期）でロボット位置制御のためのトリ
ガ信号を演算装ｆｉｌ！１へ出力する制御周期演算装置
であるが、この制御周期演算装置９は比較器８からの制
御周期変更信号あるいは制御周期不変更信号および演算
装置１．許容速度設定器７からの信号を受けるようにな
っている。ここで、制御周期演算装置９は、比較器８か
ら制御周期変更信号を受けると、次の点の位置決め指令
（トリガ信号）がでるまでの時間（制御周期）を許容速
度と指令速度との差が最大となっているモータ軸につい
ての許容速度および指令速度の各位を用いて変更する。

次にこの実施例の方法を実施するに際しての要領を詳細
に説明する。まず、第２図にような溶接ロボットの場合
、作業点であるに点と旋回中心との間の距離をＱとする
。もし、仮に旋回の軸が最も利用され速度を決めるネッ
クがこの軸であるとすると、回転数の最大値は２に無関
係とすれば、この塁によって旋回軸の出しうるに点のＲ
ｔ高速度ｖｍａｘは決まる０例えば ｖｍａｘ＝　２　ｙｃ　・Ｑ　Ｘ　（Ｎｍａｘ／　ｋ）
となる。ここで、Ｎｍａスはモータ回転数の最高値、ｋ
は減速比である。

ところが、第３図からもわかるように教示点ＰＬ−Ｐ２
の間でもＱの値がΩ１．Ω２．Ω、というように変化し
、仮にＰｌの時（Ω＝Ω１）に■が５０ｍ／ｍｉｎまで
引き出せたとしても、その中間点（Ｑ＝Ｑ２）では３０
　ｍ　／　ｗｉｎまでしか動かないといったケースがあ
る。この場合、教示データとしては３０ｍ／ｗｉｎを入
力するのが最も速く即ち最短時間で、教示点間ＰＬ−Ｐ
２を結ぶ速度を設定したことになる。

しかし一定トリガタイムでの速度制御では、ある距離区
間内であるモータ軸のもつ制限速度以上のトリガ出力タ
イムとなると、ロボットの実際位置と目標位置との隔た
りが大きくなって、エラーとなる。

そして自由度が５または６軸のものについて、ネックに
なる軸が教示点間に複数存在する場合、速度の設定はさ
らに複雑になる。

また教示点間はたとえ一部速く動かすことが可能な所（
前例では５０　ｍ　／　ｗｉｎ）があっても、最も小さ
な値（同３０　ｍ　／　ｍ１ｎ）によって制限されるの
も最大のスピードを引き出す上で問題となる。

そこで、本方法では第３図の例を再度用いると、まず教
示点ＰＬ、Ｐ２を教えた時に例えば１００ｍ／ｌｌｌ１
ｎを入力（設定）する。ここで、教示点間ＰＩ。

Ｐ２を入力（設定）速度に応じて複数の分割点（補間点
）に分割する。即ち補間計算を行ないプレイバック時の
再生時間きざみである制御周期位置決めのトリガ信号の
発生する時間（通常２ｏ〜Ｌｏｏｍｓ位が多い）で分割
する（第４図参照）。

そして、この実施例では、通常制御周期を２０ｍ５とす
る。

ところで、本方法を実施するに際し、まず教示点Ｐ１か
ら最初の分割点Ｐ１２（１）までの旋回軸（第１軸）の
移動距離を、この間に移動する旋回軸のパルス数という
形でもとめる。仮にこのパルス数を１００パルス（１０
０パルス／　２０　ｍ　ｓ　）とする。

ところが、実際には、この点Ｐ１２（１）付近では、５
０　ｍ／ｗｉｎ（５０パルス／２０ｍ５）Ｌ、か移動能
力がないわけであるから、許容速度をパルスで表し、５
０パルスとする。ここで、Ｐｌでの補間演算でもとまっ
たＰｌ２（１）までの移動時の指令速度は１００パルス
（移動速度Ｌｏｏｍ／ｗｉｎによる）であるので、この
比をもとめ、１００１５０＝２の値を得る。この値を通
常の制御周期（この例では２０ｍ５）に乗じて、Ｐｌか
らＰｌ２（１）までの周期２０　Ｘ　２　＝　４０　ｍ
　ｓを得る。このように、制御周期を必要に応じ、目標
位置として位置制御するタイミングを決めるトリガ信号
の発生間隔を２Ｘ　２０　ｍ　ｓと引き伸ばして、許容
速度である５０パルス／　２０　ｍ　ｓと同じ意味（速
度）の１００パルス／　２０　ｍ　ｓを得る。

また、中間点のＰｌ２（ｍ）からＰ　１２　（ｍ＋　１
　）　ヘの移動時は、許容速度は同じ５０パルスである
が、このときのロボットの最大移動速度はＱが短い（Ｑ
＝Ｑ２）ため、３０ｍ／ｍｉｎである。したがって設定
値１００　ｍ／ｍｉｎからもとめた指令速度は１６７パ
ルスになり、１６７１５０＝３．１の値を得る。そこで
、Ｐｌ２（ｍ＋１）までの移動時の制御周期２０ｍ５Ｘ
３．１＝６２ｍｓを得る。

このように、トリガ発生のタイミングを２０ＩＩｌｓか
ら４０　ｍ　ｓ更には６２　ｍ　ｓと変更し、目標値の
設定を遅延させ、実際位置と目標位置との遅れが過大と
ならないように制御しながら、実際位置の追従を行なわ
せる。

なお、演算装置１は次の点までの移動パルスを出力し、
このパルスにしたがって偏差カウンタ４がゼロになる方
向にモータ２を制御する構成になっている。

そして、指令速度に相当するパルス数の出力が通常は予
め定められた制御周期（例えば２０　ｍ　ｓ　）毎に行
なわれるが、このパルスがモータ軸毎の許容速度に相当
するパルスを上回る場合（上回るモータ軸が存在する場
合）は、制御周期演算装置９により、通常の制御周期×
（指令速度／許容速度）なる演算を行ない、適正周期（
例えば４０ｍ５゜６２ｍ５）を得て、４０ｍ５，６２ｍ
５後にトリガ信号を出し、演算装置１から次の指令パル
スを出力する構成となっている。

また、第１図に示すものは、モータ軸が２軸の場合であ
るが、その他多軸のロボットでも同様にして、本方法の
適用が可能である。

以上のように補間演算は入力（設定）された移動速度で
行ない、その結果を各モータ軸毎にチェックして制御周
期を変更して実際に出し得る最高（許容）速度に補正し
てゆくことが行なわれるので、補間演算をやりなおさな
くてもよく、これによりリアルタイムの演算を実現する
上で有利となる。

なお、他の空送区間Ｐ３−Ｐ４−Ｐ５．Ｐ６−Ｐ７につ
いても同様の手法が用いられる。

また、入力（設定）された移動速度から補正さ　゛れて
いること、即ち制御周期を変更していることを表示する
インジケータを設けると、オペレータ（作業者）にわか
りやすい。

さらに、変更された制御周期と本来の制御周期との比を
設定（入力）速度に乗じて実速度（補正後の速度）をも
とめ、これを表示してもよい。

このようにして、この実施例によれば１作業者が考えな
くとも、ロボットの持つ最大の速度性能が得られるほか
、補間演算をやりなおさなくても、速度を変化させるこ
とができるので、リアルタイムでの処理が可能となる。

なお、偏差カウンタに入るパルス列を等間隔にした方が
サーボ制御上有利であるので、第５図に示すような構成
にしてもよい。この第５図に示すものでは、次の補間点
までの移動パルス数を主演算装置１′から出し、これを
比較器８′により許容速度を上回っていないかチェック
し、もし上回っている場合は制御周期演算装置９′にて
適正な制御周期を演算し、これにより主演算装置１′に
対しては次のトリガ信号を遅らせる一方、サーボ演算装
置１０に対しては制御周期演算装置９′がら等間隔のパ
ルス列を作り出すデータとして制御周期を出力させるよ
うにする。このようにすれば、偏差カウンタ４に入るパ
ルス列を等間隔にしながら、本方法を実施することが可
能である。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明によれば、各ロボット関節
駆動用モータ軸への指令速度と上記ロボット関節駆動用
モータ軸毎に予め設定された許容速度とを比較し、上記
指令速度が上記許容速度よりも大きい場合は、次のトリ
ガ（ｉ号を出力すべき制御周期を上記の許容速度および
指令速度の各位を用いて変更することが行なわれるので
、産業用ロボットから可能な限りの最高速度をリアルタ
イムで引き出すことができ、これにより空送時間を短く
することができるのであって、その結果全体のタクトタ
イムの短縮化におおいに寄与する利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１〜５図は本発明の一実施例としての産業用ロボット
の速度制御方法を示すもので、第１図は本方法を実施す
るための装置を示すブロック図、第２図は本方法を適用
される溶接ロボットの概略構成図、第３図は旋回中心と
作業点との間の距離が教示点間で変化している様子を示
す模式図、第４図は教示点間を複数の区間に分割するた
めの要領を説明するための模式図、第５図は本方法を実
施するための装置の変形例をを示すブロック図であり、
第６図はアーク溶接ロボットによる溶接工程を示した模
式図である。 図において、１−・−演算装置、１′・−主演算装置。 ２−モータ、３−エンコーダ、４−偏差カウンタ、５−
Ｄ／Ａ変換器、６−ドライバ、７−許容速度設定器、８
，８′−比較器、９−制御周期演算装置、１０−サーボ
演算装置、ＰＩ、　Ｐ２−教示点、ＰＩ２（１）。 Ｐ　１２（ｍ）　、　Ｐ　１２（１１＋　１）−分割点
。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 教示点間をプレイバック動作する複数関節型産業用ロボ
   ットであつて、上記教示点間を複数の区間に分割する分
   割点を目標位置として位置制御するためのタイミングを
   決めるトリガ信号を所要の制御周期で出力するように構
   成したものにおいて、各ロボット関節駆動用モータ軸へ
   の指令速度と上記ロボット関節駆動用モータ軸毎に予め
   設定された許容速度とを比較し、上記指令速度が上記許
   容速度よりも大きい場合は、次のトリガ信号を出力すべ
   き制御周期を上記の許容速度および指令速度の各値を用
   いて変更することを特徴とする産業用ロボットの速度制
   御方法。