KR20140053239A

KR20140053239A - 제어 방법 및 제어 장치

Info

Publication number: KR20140053239A
Application number: KR1020147005078A
Authority: KR
Inventors: 다카시 와다; 요시하루 니시다; 슈이치 이나다; 요시히데 이노우에
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2014-05-07
Also published as: JP5269158B2; JP2013054436A; WO2013031465A1; US9874865B2; EP2752274A1; EP2752274A4; EP2752274B1; US20140222186A1; CN103781603A; CN103781603B; KR101522511B1

Abstract

산업용 로봇 등의 제어 대상의 주기적인 거동 폭(왕복 이동의 진폭)을, 감속기에 백래쉬가 없는 경우와 동일하게 하거나, 또는 위치 지령 신호의 진폭과 동일하게 할 수 있는 제어 방법 및 제어 장치를 제공한다. 주기적인 운동을 행하는 아암(5)의 백래쉬를 보상하면서 아암(5)의 위치 제어를 행하는 제어 장치(3)에 있어서, 아암(5)의 위치를 지시하는 위치 지령 신호에 백래쉬를 보상하는 백래쉬량 신호를 지연 시간만큼 지연시키도록 시프트한 후에 가산하고, 최종 위치 지령 신호를 생성하여, 생성한 최종 위치 지령 신호에 기초하여 아암(5)의 위치 제어를 행하는 제어부(15)를 구비한다.

Description

제어 방법 및 제어 장치{CONTROL METHOD AND CONTROL DEVICE}

본 발명은, 모터, 감속기 등으로 구성되는 산업용 로봇 등의 위치 제어에 적합한 제어 방법 및 제어 장치에 관한 것이다.

예를 들어, 용접 로봇 등은 수직 다관절형의 6축의 산업용 로봇이며, 그 아암의 선단에는 용접 토치 등으로 구성되는 용접 툴이 설치되어 있다. 이러한 용접 로봇의 구동부인 관절부 등은, 구동원인 모터와, 이 모터의 구동력을 아암에 전달하는 감속기로 구성되어 있다. 관절부의 모터에는, 모터의 회전 위치를 검출하는 인코더 등의 위치 검출기가 설치되어 있다.

이러한 관절부를 갖는 용접 로봇에 대해, 모터의 회전 위치를 지시하는 위치 지령 신호가 외부로부터 부여된다. 이때, 위치 검출기가 검출하는 모터의 위치 정보가, 위치 지령 신호가 나타내는 지령 위치와 일치하도록 모터의 회전이 제어된다. 이러한 제어에 의한 모터의 회전이 감속기를 통해 아암에 전달되고, 아암 선단에 설치된 용접 토치 등이 원하는 위치로 이동한다.

그런데, 주지와 같이 복수의 기어가 조합된 감속기에는 백래쉬가 존재하고, 이 백래쉬는 아암의 위치 어긋남의 한 원인으로 된다. 그로 인해, 감속기의 백래쉬량을 미리 파악해 두고, 그 백래쉬량을 보상하는 보정 신호를 위치 지령 신호에 가산하여 위치 지령 보정 신호를 생성하고, 그 후, 이 위치 지령 보정 신호를 용접 로봇에 부여함으로써, 아암의 위치 어긋남을 해소한다고 하는 시도가 이루어져 있다.

아암의 위치 어긋남을 해소하는 수단으로서, 이하의 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시된 기술이 있다.

특허문헌 1에는, 지령 위치 신호와 상기 위치 검출 수단의 출력 신호인 위치 신호를 비교하고, 상기 지령 위치 신호가 지정하는 소정 위치에 상기 아암의 선단이 점위하도록 제어하는 서보 기구인 위치 제어부와, 아암마다 소정의 위치로 동작시키고, 그때의 위치 검출 수단의 위치 신호와 아암의 위치의 관계를 대응짓는 위치 정렬 시와 동일 방향으로, 미리 설정해 두는 감속기의 백래쉬량 이상 모터가 회전한 후에, 모터의 회전 방향이 반전된 것을 검출하였을 때, 상기 백래쉬량에 대응하는 보정량을 지령 위치 신호에 가산하는 백래쉬 보정을 행하고 백래쉬의 영향을 제거하는 백래쉬 보정부를 갖는 것을 특징으로 하는 로봇의 제어 장치가 개시되어 있다.

이 제어 장치에 따르면, 항상 적확한 백래쉬 보정을 실시할 수 있고, 로봇의 손끝 위치를 지령 위치에 정확하게 추종시킬 수 있다고 여겨지고 있다.

특허문헌 2에는, 제어 대상의 위치 명령값을 감시하여 당해 제어 대상의 제어 방향을 검출하는 제어 방향 검출 수단과, 상기 제어 방향 검출 수단에 의해 검출된 제어 방향이 반전되면, 그 반전이 발생하고 나서의 경과 시간에 따라 백래쉬의 보정 지령값을 갱신하는 보정 지령값 갱신 수단과, 상기 보정 지령값 갱신 수단에 의해 갱신된 백래쉬의 보정 지령값을 상기 위치 지령값에 가산하고, 그 가산 결과에 기초하여 상기 제어 대상을 구동하는 모터의 회전을 제어하는 제어 수단을 구비한 수치 제어 장치가 개시되어 있다.

이 수치 제어 장치에 따르면, 백래쉬를 보상하면서 제어 대상의 이동 방향이 반전될 때에 발생하는 탄성 변형을 고정밀도로 보상할 수 있다고 여겨지고 있다.

일본 실용 신안 등록 제2564722호 공보 일본 특허 출원 공개 제2004-234205호 공보

그러나, 특허문헌 1에 개시된 로봇의 제어 장치에 의해서도, 항상 적확한 백래쉬 보정을 실시하는 것이 곤란한 경우가 있다.

예를 들어, 위빙 용접 등에 있어서 로봇의 아암을 용접선에 대해 좌우로 요동시키는 경우, 도 2a에 나타내는 종래의 수순에 의해 백래쉬 보정(백래쉬 보상)을 행해도, 아암의 운동에 작용하는 백래쉬의 영향을 해소하는 것은 곤란하다.

종래의 백래쉬 보정에 대해, 이하, 도 2a를 기초로 설명한다.

위빙 용접에 있어서 아암을 좌우로 요동시키는 경우, 바꿔 말하면, 모터의 회전 위치를 지시하는 위치 지령 신호 θ_r(t)가 정현파와 같은 주기 신호인 경우, 아암의 왕복 운동(특히 왕복 반전 시)은, 감속기의 백래쉬의 영향으로 위치 지령 신호 θ_r(t)보다도 위상이 지연되어 버린다. 이로 인해, 아암의 운동 방향이 실제로 반전되기 전에 위치 지령 신호 θ_r(t)가 나타내는 제어 방향이 반전되게 된다. 또한, 백래쉬량을 보상하기 위한 스텝 형상의 백래쉬량 신호 θ_B(t)가 나타내는 방향은 위치 지령 신호 θ_r(t)의 제어 방향의 반전과 동일한 타이밍[위치 지령 신호 θr(t)의 피크 위치]에서 반전된다. 따라서, 아암의 왕복 운동이 본래 반전되어야 하는 위치의 앞에서 제어 방향이 반전되는 위치 지령 신호 θ_r(t)에, 동일하게 앞에서 반전되는 백래쉬량 신호 θ_B(t)가 가산되어 최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t)가 생성된다. 도 2a에 나타내는 최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t)의 파형에서는, 위치 지령 신호 θ_r(t)의 피크 위치에서 백래쉬량 신호 θ_B(t)에 기인하는 스텝 형상의 단차가 형성되어 있다.

이 최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t)를 로봇에 입력하여 아암을 제어해도, 최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t)가 나타내는 제어 방향은, 아암의 왕복 운동이 본래 반전되어야 하는 위치의 앞에서 반전된다. 그로 인해, 실선으로 나타내는 아암의 왕복 운동의 진폭[아암의 회전 각도 θ_A(t)]은, 파선으로 나타내는 원래의 위치 지령 신호 θ_r(t)가 나타내는 진폭보다도 작아져 버려, 아암의 왕복 운동에 작용하는 백래쉬의 영향을 해소할 수는 없다.

즉, 특허문헌 1에 의해서도, 감속기에 백래쉬가 없어 백래쉬량을 보상하는 보정 신호를 가산하는 일 없이 위치 지령 신호를 직접 로봇에 입력한 경우와 비교하여, 아암의 거동 폭(왕복 이동의 진폭)이 작아진다고 하는 문제가 있다.

특허문헌 2에 개시된 수치 제어 장치는, 전달 함수형 필터를 갖고 있다. 이 전달 함수형 필터는, 아암에 작용하는 마찰로부터 그 아암의 위치와 모터의 위치의 편차에 이르기까지의 전달 함수가 모델화된 것이다. 이 필터에 의해, 구형파의 백래쉬량 신호를 매끄러운 신호로 변환하고 있다.

그러나, 특허문헌 1과 마찬가지로, 위치 지령 신호가 정현파와 같은 주기 신호인 경우, 아암의 왕복 운동은 위치 지령 신호보다 위상이 지연되므로, 아암의 운동 방향이 실제로 반전되기 전에, 위치 지령 신호가 반전되어 백래쉬량 신호도 반전된다. 이로 인해, 가령 백래쉬량 신호를 필터에 의해 매끄럽게 해도, 특허문헌 1과 마찬가지로, 감속기에 백래쉬가 없는 경우와 비교하여, 아암의 왕복 운동의 진폭이 작아진다고 하는 문제가 있다.

상술한 문제에 비추어, 본 발명은, 산업용 로봇 등의 제어 대상의 위치를 지시하는 위치 지령 신호가 정현파와 같은 주기 신호인 경우에, 당해 제어 대상의 거동 폭(왕복 이동의 진폭)을, 감속기에 백래쉬가 없는 경우와 동일하게 하거나, 또는 위치 지령 신호의 진폭과 동일하게 하는 것이 가능한 제어 방법 및 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 이하의 기술적 수단을 채용하였다.

본 발명에 관한 제어 방법은, 주기적인 운동을 행하는 제어 대상의 백래쉬를 보상하면서 당해 제어 대상의 위치 제어를 행하는 제어 방법이며, 상기 제어 대상의 위치를 지시하는 위치 지령 신호에 상기 백래쉬를 보상하는 백래쉬량 신호를 시프트한 후에 가산하고, 최종 위치 지령 신호를 생성하는 최종 위치 지령 신호 생성 스텝과, 상기 최종 위치 지령 신호 생성 스텝에서 생성한 최종 위치 지령 신호에 기초하여 상기 제어 대상의 위치 제어를 행하는 위치 제어 스텝을 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 최종 위치 지령 신호 생성 스텝은, 상기 위치 지령 신호를 생성하는 위치 지령 신호 생성 스텝과, 상기 위치 지령 신호 생성 스텝에서 생성된 위치 지령 신호에 기초하여 상기 제어 대상의 제어 방향을 검출하는 제어 방향 검출 스텝과, 상기 제어 방향 검출 스텝에서 검출한 제어 방향에 따라, 상기 제어 대상의 백래쉬량을 보상하기 위한 백래쉬량 신호를 생성하는 백래쉬량 계산 스텝과, 상기 백래쉬량 계산 스텝에서 생성된 백래쉬량 신호를 상기 위치 지령 신호에 대해 소정 지연 시간만큼 지연시킨 백래쉬 보정 신호를 생성하는 지연 시간 계산 스텝과, 상기 지연 시간 계산 스텝에서 생성된 백래쉬 보정 신호를 상기 위치 지령 신호에 가산하여 최종 위치 지령 신호를 생성하는 신호 가산 스텝을 갖고, 상기 위치 제어 스텝은, 상기 신호 가산 스텝에서 생성된 최종 위치 지령 신호에 기초하여, 상기 제어 대상의 위치를 제어하면 좋다.

여기서, 바람직하게는, 주기 신호로 이루어지는 위치 지령 신호의 주기의 절반 이하의 시간을, 상기 지연 시간 계산 스텝에서 사용되는 소정 지연 시간으로 하고 있으면 좋다.

또한, 바람직하게는, 주기 신호로 이루어지는 위치 지령 신호에 기초하여 구동한 상기 제어 대상의 실적 출력을 미리 구해 두고, 상기 위치 지령 신호와 상기 실적 출력의 위상 차를 구하고, 구한 위상 차를 지연 시간 계산 스텝이 사용하는 소정 지연 시간으로 하고 있으면 좋다.

또한, 바람직하게는, 제어 대상을 모델화한 제어 모델을 준비해 두고, 주기 신호로 이루어지는 위치 지령 신호를 제어 모델에 입력하였을 때의 모델 출력을 구하고, 상기 위치 지령 신호와 모델 출력의 위상 차를 구하고, 구한 위상 차를 지연 시간 계산 스텝이 사용하는 소정 지연 시간으로 하고 있으면 좋다.

또한, 바람직하게는, 스텝 신호로 이루어지는 위치 지령 신호에 기초하여 구동한 상기 제어 대상의 실적 출력을 미리 구해 두고, 상기 실적 출력이 위치 지령 신호가 지시하는 위치로 될 때까지의 응답 시간에 기초하는 시정수를 구하여, 상기 시정수를 지연 시간 계산 스텝이 사용하는 소정 지연 시간으로 하고 있으면 좋다.

본 발명에 관한 제어 장치는, 주기적인 운동을 행하는 제어 대상의 백래쉬를 보상하면서 당해 제어 대상의 위치 제어를 행하는 제어 장치이며, 상기 제어 대상의 위치를 지시하는 위치 지령 신호에 상기 백래쉬를 보상하는 백래쉬량 신호를 시프트한 후에 가산하고, 최종 위치 지령 신호를 생성하여, 생성한 최종 위치 지령 신호에 기초하여 상기 제어 대상의 위치 제어를 행하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 위치 지령 신호를 생성하는 위치 지령 신호 생성부와, 상기 위치 지령 신호 생성부에서 생성된 위치 지령 신호에 기초하여 상기 제어 대상의 제어 방향을 검출하는 제어 방향 검출부와, 상기 제어 방향 검출부가 검출한 제어 방향에 따라, 상기 제어 대상의 백래쉬량을 보상하기 위한 백래쉬량 신호를 생성하는 백래쉬량 계산부와, 상기 백래쉬량 계산부에서 생성된 백래쉬량 신호를 상기 위치 지령 신호에 대해 소정 지연 시간만큼 지연시킨 백래쉬 보정 신호를 생성하는 지연 시간 계산부와, 상기 지연 시간 계산부에서 생성된 백래쉬 보정 신호를 상기 위치 지령 신호에 가산하여 최종 위치 지령 신호를 생성하는 신호 가산부와, 상기 신호 가산부에서 생성된 최종 위치 지령 신호에 기초하여, 상기 제어 대상의 위치를 제어하는 위치 제어부를 가지면 좋다.

본 발명에 의한 제어 방법 및 제어 장치를 이용하면, 산업용 로봇 등의 제어 대상의 위치를 지시하는 위치 지령 신호가 정현파와 같은 주기 신호인 경우에, 당해 제어 대상의 거동 폭(왕복 이동의 진폭)을, 감속기에 백래쉬가 없는 경우와 동일하게 하거나, 또는 위치 지령 신호의 진폭과 동일하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 제어 장치 및 로봇의 개략 구성을 도시하는 도면이다.
도 2a는 백래쉬량 보상에 있어서의 각 신호의 시간 변화를 나타내는 그래프이며, 종래의 백래쉬량 보상에 있어서의 신호 변화를 나타낸다.
도 2b는 백래쉬량 보상에 있어서의 각 신호의 시간 변화를 나타내는 그래프이며, 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 백래쉬량 보상에 있어서의 신호 변화를 나타낸다.
도 3은 백래쉬를 갖는 감속기의 각도 전달을 나타내는 도면이다.
도 4는 제1 실시 형태에 의한 백래쉬량 보상에 있어서의 처리의 흐름도이다.
도 5는 제1 실시 형태에 의한 백래쉬량 보상에 있어서의 신호 변화를 상세하게 나타내는 도면이다.
도 6a는 제1 실시 형태에 의한 백래쉬량 보상의 효과를 설명하는 도면이다.
도 6b는 제1 실시 형태에 의한 백래쉬량 보상의 효과를 설명하는 도면이다.
도 6c는 제1 실시 형태에 의한 백래쉬량 보상의 효과를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 아암의 회전 각도의 주파수 응답을 나타내는 그래프이다.
도 8은 제2 실시 형태에 의한 백래쉬량 보상의 효과를 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 아암의 회전 각도의 스텝 응답을 나타내는 그래프이다.
도 10은 제3 실시 형태에 의한 백래쉬량 보상의 효과를 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시 형태에 의한 백래쉬량 보상에 있어서, 최종 위치 지령 신호로부터 아암의 회전 각도까지를 모델화한 블록선도이다.

이하, 본 발명의 각 실시 형태를, 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고 있다. 또한, 동일한 구성 요소에 관해서는, 명칭도 기능도 동일하다. 따라서, 동일한 것에 관한 상세한 설명은 반복하지 않는다.

[제1 실시 형태]

도면을 참조하면서, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 아암의 제어 방법 및 제어 장치에 대해 설명한다.

우선, 본 실시 형태에 관한 제어 방법 및 제어 장치가 적용되는 로봇 시스템(1)의 전체 구성에 대해 설명한다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 로봇 시스템(1)은, 용접 작업을 행하는 로봇(용접 로봇)(2)과, 용접 로봇(2)의 동작을 제어하는 제어 장치(3)와, 퍼스널 컴퓨터 등의 정보 처리 장치로 구성되는 교시 데이터 작성 장치를 포함한다. 도 1에 있어서, 교시 데이터 작성 장치는 도시되어 있지 않다.

용접 로봇(2)은 수직 다관절형의 6축의 산업용 로봇이며, 그 선단에 용접 토치 등으로 구성되는 용접 툴(4)이 설치되어 있다. 이 용접 로봇(2)은 그 자체를 이동시키는 슬라이더(도시하지 않음)에 탑재되어 있어도 된다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 용접 로봇(2)의 각 아암을 접속하는 관절은, 모터(6), 감속기(7) 및 인코더(8)를 갖고 있다. 예를 들어 용접 툴(4)이 장착되는 아암(5)은, 감속기(7)를 통해 모터(6)에 접속되어 있다. 제어 대상인 모터(6)는, 후술하는 제어 장치(3)의 지시에 의해 회전하고, 그 모터(6)의 회전은 감속기(7)에서 감속되어, 동일하게 제어 대상인 아암(5)에 전달된다.

인코더(8)는, 모터(6)에 설치된 장치이며, 모터(6)의 회전 각도를 검출함과 함께, 검출한 회전 각도를 회전 각도 신호로서 제어 장치(3)에 출력한다.

그런데, 모터(6)에 구비된 감속기(7)는, 복수의 기어로 구성되어 있으므로 백래쉬를 갖고 있다. 이 백래쉬의 영향에 의해, 정방향으로 운동하고 있는 감속기(7)를 역방향으로 운동시키기 위해 모터(6)의 회전 방향을 반전시켰을 때, 그 반전의 순간에 있어서, 모터(6)가 역방향의 회전을 시작하고 나서 감속기(7)가 역방향의 운동을 개시(출력)할 때까지의 시간 차가 발생한다. 즉, 백래쉬의 존재에 의해, 모터(6)의 회전 방향의 반전 시에 모터(6)의 회전과 감속기(7)의 운동(출력)이 일치하지 않게 되는 것과 같은 오차 현상이 발생한다.

이 백래쉬에 의한 오차를 보상(오차 현상을 해소)하기 위해, 본 발명의 제어 장치(3)는, 백래쉬량 계산부(9), 지연 시간 계산부(10) 등을 구비하고 있다. 이들에 관해서는, 나중에 상세하게 설명한다.

그런데, 로봇 시스템(1)을 구성하는 제어 장치(3)는, 용접 로봇(2)의 동작을, 미리 교시한 교시 프로그램에 따라 제어하는 것이다. 교시 프로그램은, 제어 장치(3)에 접속된 교시 펜던트를 사용하여 작성하는 경우나, 도시하지 않은 교시 데이터 작성 장치를 사용하여 오프라인에서 작성하는 경우가 있다. 어느 경우나, 교시 프로그램은, 용접 로봇(2)이 실제로 용접 작업을 행하기 전에 미리 작성된다. 교시 데이터 작성 장치를 사용하여 작성된 교시 프로그램은, 자기적 또는 전기적으로 데이터를 기억한 매체 등을 통해 제어 장치(3)에 전달되거나, 데이터 통신에 의해 제어 장치(3)에 전송된다.

이러한 제어 장치(3)는, 위치 지령 신호 생성부(11), 제어 방향 검출부(12), 백래쉬량 계산부(9), 지연 시간 계산부(10), 신호 가산부(13) 및 위치 제어부(14)로 이루어지는 제어부(15)를 갖고 있다.

도 1 및 도 2a, 도 2b를 참조하면서, 제어 장치(3)의 각 구성 요소에 대해 설명한다.

위치 지령 신호 생성부(11)는, 아암(5)의 회전 각도 위치를 제어하기 위해, 아암(5)의 회전 각도 위치에 대응한 모터(6)의 회전 각도 위치를 지정하기 위한 위치 지령 신호 θ_r(t)를 생성하고, 출력하는 것이다.

도 2b에 나타내는 바와 같이, 위치 지령 신호 θ_r(t)는, 정현파와 같이 주기적으로 변동하는 것이며, 모터(6)의 회전 각도 위치를 지시하는(회전 제어 방향이 주기적으로 변동하도록 지시하는) 신호이다. 이 주기적으로 변동하는 신호는, 위빙 용접 등에 있어서 아암(5)을 용접선에 대해 좌우로 요동시킬 때 발해진다.

제어 방향 검출부(12)는, 위치 지령 신호 생성부(11)로부터 출력된 위치 지령 신호로부터 모터(6)의 회전 제어 방향을 검출하고, 그 제어 방향에 따라 정(正) 또는 부(負)의 값 1의 스텝 형상 제어 방향 신호를 출력하는 것이다.

제어 방향 신호는, 위치 지령 신호 θ_r(t)의 피크 위치를 경계로 하여 값의 정부가 바뀐다. 즉, 제어 방향 신호의 파형은, 위치 지령 신호 θ_r(t)의 피크 위치를 경계로 하여 값 1로부터 값 －1로, 그 반대로 값 －1로부터 값 1로 스텝 형상으로 변동한다.

제어 방향 검출부(12)는, 그 제어 방향이 반전되지 않는 경우에는, 동일한 값의 제어 방향 신호를 계속해서 출력한다. 또한, 초기 상태에 있어서 제어 방향 검출부(12)는, 값 제로의 제어 방향 신호를 출력한다.

백래쉬량 계산부(9)는, 제어 방향 검출부(12)로부터 출력된 제어 방향 신호에 소정의 백래쉬 보상 게인 B를 곱하여 백래쉬량 신호 θ_B(t)를 생성하고, 출력하는 것이다. 백래쉬량 신호 θ_B(t)는, 정 또는 부의 값 1의 스텝 형상 제어 방향 신호에 백래쉬 보상 게인 B를 곱한 신호이므로, 제어 방향 신호와 동일하게 스텝 형상의 파형을 갖고 있다.

도 2b에 나타내는 백래쉬량 신호 θ_B(t)는, 제어 방향 신호에 백래쉬 보상 게인 B를 곱하여 얻어지는 것이다. 따라서, 백래쉬량 신호 θ_B(t)의 값은, 제어 방향 신호와 동일하게 위치 지령 신호 θ_r(t)의 피크 위치를 경계로 하여 정으로부터 부로, 그 반대로 부로부터 정으로 스텝 형상으로 변동한다. 즉, 위치 지령 신호 θ_r(t)의 피크 위치와, 백래쉬량 신호 θ_B(t)의 스텝 형상의 변동 위치는 동일한 시간으로 되어 있다.

또한, 백래쉬 보상 게인 B의 값은, 백래쉬량 신호 θ_B(t)의 값이 감속기(7)의 백래쉬량에 대응하는 크기로 되도록 설정된다.

지연 시간 계산부(10)는, 백래쉬량 계산부(9)로부터 출력된 백래쉬량 신호 θ_B(t)를 일정 시간 L(지연 시간 L)만큼 지연시킨 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t)를 생성하고, 출력하는 것이다.

도 2b에 나타내는 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t)는, 백래쉬량 신호 θ_B(t)를 지연 시간 L만큼 지연시킨(시프트한) 파형을 나타내고 있다. 즉, 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t)의 값이 스텝 형상으로 변동하는 위치는, 위치 지령 신호 θ_r(t)의 피크 위치로부터 지연 시간 L만큼 지연된다(시프트한다).

또한, 상술한 백래쉬량 계산부(9)와 지연 시간 계산부(10)를 합쳐서, 백래쉬 보정 신호 계산부라 한다.

신호 가산부(13)는, 위치 지령 신호 생성부(11)로부터 출력된 위치 지령 신호 θ_r(t)와, 지연 시간 계산부(10)로부터 출력된 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t)를 가산하여 최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t)를 생성하고, 출력하는 것이다.

도 2b를 참조하면, 위치 지령 신호 θ_r(t)에 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t)를 가산하여 생성된 최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t)가 나타내어져 있다. 최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t)의 파형은, 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t)가 위치 지령 신호 θ_r(t)의 피크 위치로부터 지연 시간 L분만큼 지연되고 있으므로, 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t)에 기인하는 스텝 형상의 단차도 지연 시간 L분만큼 지연되고 있다.

위치 제어부(14)는, 인코더(8)에서 검출되는 모터(6)의 회전 각도 신호가, 신호 가산부(13)로부터 출력된 최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t)에 추종하도록, 모터(6)의 지령 전압을 계산하여 모터(6)의 회전 위치를 제어하는 것이다. 이 위치 제어부(14)의 제어에 의해 모터(6)가 동작하고, 감속기(7)를 통해 아암(5)이 구동한다.

도 2b에 나타내는 바와 같이, 위치 지령 신호 θ_r(t)에 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t)를 가산하여 얻어진 최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t)에 따른 제어에서는, 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)의 진폭을, 파선으로 나타내는 원래의 위치 지령 신호 θ_r(t)의 진폭과 거의 동일한 크기로 되도록 확보할 수 있는 것을 알 수 있다.

본 실시 형태에서는, 지연 시간 L만큼 지연시킨 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t)를 사용함으로써, 종래의 백래쉬 보상의 수순을 나타내는 도 2a의 수순에서는 해소할 수 없었던 아암(5)의 왕복 운동에 작용하는 백래쉬의 영향을 해소할 수 있다.

이러한 구성의 로봇 시스템(1)에 의해 위빙 용접을 행하는 경우를 예로 하여, 지연 시간 L만큼 지연시킨 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t)를 채용할 필요성을, 다른 시점에서 설명한다.

상술한 바와 같이 위빙 용접에서는, 선단에 용접 툴(4)을 장착한 아암(5)이 용접선에 대해 좌우로 요동된다. 바꿔 말하면, 위치 제어부(14)가, 정현파와 같은 주기 신호인 위치 지령 신호 θ_r(t) 또는 최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t)에 따라 모터(6)의 회전 위치를 제어함으로써, 아암(5)이 왕복 운동을 행한다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 이때의 아암(5)의 왕복 운동(특히 왕복 반전 시)은, 감속기(7)의 백래쉬에 의해 위치 지령 신호보다도 위상이 지연되어 버린다. 아암(5)에 작용하는 관성력이나 중력에 의해 발생하는 회전 방향의 힘이 감속기(7)의 마찰력보다 작은 경우에는, 감속기(7)는, 근사적으로, 이하의 수학식 1에 따라 각도 전달을 한다.

도 3은 수학식 1의 관계를 그래프에 나타낸 것이다. 도 3에 있어서, 모터(6)의 회전 각도 θ_M(t)는, 정현파로서 1점 쇄선으로 나타내어져 있다. 도 3에 있어서, 이 모터(6)의 회전 각도 θ_M(t)에 감속기(7)의 감속비 C를 곱한 C·θ_M(t)가, 파선으로 나타내어져 있다. 감속기(7)에 백래쉬가 없다고 가정한 경우, 이 파선이 감속기(7)의 출력을 나타내는 파형으로 되므로, 감속기(7)에 장착된 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)도, 파선이 나타내는 파형과 마찬가지의 파형을 나타낼 것이다. 그러나, 실제의 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)가 나타내는 파형은, 백래쉬의 존재에 의해 도 3에 있어서 실선으로 나타내는 파형으로 된다. 또한, 기호 뒤에 (t)가 붙여진 기호는, 시간(s:초)에 따라 값이 변화하는 신호를 나타내고 있다.

실제의 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)가 나타내는 파형을 파선으로 나타내는 감속기(7)의 출력과 비교하면, 실제의 회전 각도 θ_A(t)가 나타내는 실선의 파형은, 감속기(7)의 백래쉬량 Δθ만큼 진폭이 감소하고 있다. 또한, 1점 쇄선으로 나타내는 모터(6)의 회전 각도 θ_M(t)와 비교하면, 실제의 회전 각도 θ_A(t)가 나타내는 파형의 위상은, 백래쉬의 존재에 의해 모터(6)의 회전 각도 θ_M(t)의 위상보다도 지연되어 있다.

이와 같이, 위치 지령 신호 θ_r(t) 및 모터(6)의 회전 각도 θ_M(t)로부터 위상이 지연되는 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)에 대해, 백래쉬에 기인한 진폭의 감소분을 보상(백래쉬 보상)할 필요가 있다.

본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, 백래쉬에 기인한 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)의 진폭의 감소분을, 도 2b에 나타내는 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t)를 위치 지령 신호 θ_r(t)에 가산하여 최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t)를 생성함으로써 보상한다. 이하, 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t)의 생성 및 최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t)의 생성에 대해 순서대로 설명한다.

도 4 및 도 5를 참조하면서, 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t)의 생성에 대해 설명한다.

제어 장치(3)의 위치 지령 신호 생성부(11)는, 위빙 용접을 행하기 위한 아암(5)의 회전 각도 위치의 위치 지령 신호 θ_r(t)를 생성하고 출력한다. 위빙 용접에 있어서는, 아암(5)을 일정한 진폭으로 원활하게 왕복 운동시킬 필요가 있으므로, 위치 지령 신호 생성부(11)는, 도 5에 나타내는 바와 같은 정현파의 위치 지령 신호 θ_r(t)를 출력한다(도 4의 스텝 S1:위치 지령 신호 생성 스텝).

제어 방향 검출부(12)는, 스텝 S1에서 위치 지령 신호 생성부(11)로부터 출력된 위치 지령 신호 θ_r(t)로부터, 아암(5)의 회전을 제어하는 방향(제어 방향)을 검출하고, 검출한 제어 방향에 따라 스텝 형상의 제어 방향 신호 θ_±(t)를 출력한다. 제어 방향 신호 θ_±(t)는, 위치 지령 신호 θ_r(t)의 미분값에 기초하여 수학식 2에 의해 정의되는, 도 5에 나타내는 바와 같은 정 또는 부의 값 1의 스텝 형상 신호이다(도 4의 스텝 S2:제어 방향 검출 스텝).

백래쉬량 계산부(9)는, 스텝 S2에서 제어 방향 검출부(12)로부터 출력된 제어 방향 신호 θ_±(t)를 기초로, 이하의 수순에서 백래쉬량 신호 θ_B(t)를 생성하여 출력하고(백래쉬량 계산 스텝), 지연 시간 계산부(10)는, 다음의 수순으로 백래쉬량 신호 θ_B(t)를 지연 시간 L만큼 지연시켜 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t)를 생성하고 출력한다(지연 시간 계산 스텝)(도 4의 스텝 S3).

우선, 미리 측정된 감속기(7)의 감속비(수학식 1의 C)와 백래쉬량(수학식 1의 Δθ)을 사용하여, 수학식 3에 따라 백래쉬 보상 게인 B를 계산한다.

계속해서, 수학식 4에 나타내는 바와 같이, 스텝 S2에서 출력된 제어 방향 신호 θ_±(t)에 백래쉬 보상 게인 B를 승산하여, 백래쉬량 신호 θ_B(t)가 생성된다.

백래쉬 보상 게인 B가 1 미만의 값일 때, 생성된 백래쉬량 신호 θ_B(t)는, 도 5에 나타내는 바와 같이 제어 방향 신호 θ_±(t)보다도 진폭이 작은 스텝 형상의 신호로 된다. 이에 의해, 제어 방향 신호 θ_±(t)를 기초로 하여, 백래쉬량에 따른 진폭의 백래쉬량 신호 θ_B(t)를 얻을 수 있다. 이 처리가, 백래쉬량 계산 스텝이다.

계속해서, 지연 시간 계산부(10)는, 얻어진 백래쉬량 신호 θ_B(t)를, 그 상태의 파형에서 진폭을 바꾸지 않고 지연 시간 L만큼 지연시킴으로써, 도 5에 나타내는 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t)를 생성하여 출력한다. 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t)는, 수학식 5에 의해 정의된다. 이 처리가, 지연 시간 계산 스텝이다. 또한, 지연 시간 L의 설정 방법에 대해서는, 이후에 설명한다.

여기까지의 처리에서, 본 실시 형태의 기술적 특징인 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t)를 얻을 수 있다. 이하에는, 계속해서 도 4 및 도 5를 참조하면서, 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t)를 사용하여 최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t)를 생성하고, 생성한 최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t)에 따라 아암(5)을 제어할 때까지의 처리를 설명한다.

신호 가산부(13)는, 스텝 S3에서 지연 시간 계산부(10)로부터 출력된 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t)와, 스텝 S1에서 위치 지령 신호 생성부(11)로부터 출력된 위치 지령 신호 θ_r(t)를 더하여, 수학식 6에 의해 정의되는 최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t)를 생성하고 출력한다(도 4의 스텝 S4:신호 가산 스텝).

상기 일련의 스텝 S1∼스텝 S4를 통합하여, 최종 위치 지령 신호 생성 스텝이라 한다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 상기한 수순에서 얻어진 최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t)의 파형에서는, 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t)에 기인하는 스텝 형상의 단차가 피크 위치로부터 지연 시간 L분만큼 지연되어 있다.

위치 제어부(14)는, 인코더(8)에서 검출되는 모터(6)의 회전 각도 신호가, 신호 가산부(13)로부터 출력된 최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t)에 추종하도록, 모터(6)의 지령 전압을 계산하여 모터(6)의 회전 위치를 제어한다. 이 위치 제어부(14)의 제어에 의해 모터(6)가 동작하고, 감속기(7)를 통해 아암(5)의 각도가 제어된다(도 4의 스텝 S5:위치 제어 스텝).

상술한 스텝 S1로부터 스텝 S5의 처리에 의해, 백래쉬에 영향을 받지 않는 로봇 시스템(1)에 의한 위빙 용접을 실시할 수 있다.

다음으로, 도 6a∼도 6c를 참조하면서, 본 실시 형태에 있어서의 지연 시간 L의 설정 방법을 설명한다. 도 6a∼도 6c는 본 실시 형태를, 지연 시간 L의 설정값이 작은 경우와 큰 경우에 적용하였을 때의 각 신호의 시간 변화와, 아암(5)의 회전 각도를 나타내고 있다. 도 6a∼도 6c에서는, 위에서부터 순서대로, 위치 지령 신호 θ_r(t), 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t), 최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t) 및 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)가 나타내어져 있다.

본 실시 형태에 있어서, 지연 시간 계산부(10)는, 제어 방향 검출부(12)에 의해 검출된 제어 방향이 반전되고 나서 실제로 아암(5)의 거동이 반전될 때까지의 시간 이상으로 되도록 지연 시간 L[sec]을 설정한다.

이와 같이 지연 시간 L[sec]을 설정하면, 아암(5)의 진폭은 백래쉬가 없는 경우와 동일하게 되고, 실선으로 나타내는 아암(5)의 진폭은 파선으로 나타내는 백래쉬가 없는 경우의 진폭[원래의 위치 지령 신호 θ_r(t)가 나타내는 위치]과 동일해진다(도 6b를 참조).

또한, 지연 시간 L이, 제어 방향이 반전되고 나서 실제로 아암(5)의 거동이 반전될 때까지의 시간보다 작아지도록 설정되면, 실선으로 나타내는 아암(5)의 진폭은 파선으로 나타내는 백래쉬가 없는 경우의 진폭보다도 작아진다(도 6a를 참조). 그러나, 지연 시간 L을 0으로 한 도 6c의 종래 기술과 비교하면, 아암(5)의 진폭은 백래쉬가 없는 경우에 가까워진다. 이것은, 지연 시간 L이 0보다 조금이라도 크면, 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t)의 반전 시간(갱신 시간)을 지연시킬 수 있고, 실제의 아암(5)의 반전 시간이, 백래쉬가 없는 경우의 아암(5)의 반전 시간에 가까워지는 것을 나타내고 있다.

본 실시 형태에서는, 이러한 생각에 기초하여, 지연 시간 L의 설정값을 0보다 큰 값으로 설정함으로써, 아암(5)의 거동의 반전 위치(진폭)를 백래쉬가 없는 경우의 반전 위치(진폭)에 근접시키고 있다.

예를 들어, 지연 시간 L이, 위치 지령 신호 θ_r(t)가 나타내는 제어 방향이 반전되고 나서 다음 반전까지의 시간 이상으로 되도록 설정되어 버리는 등, 상기 설정 방법에서 설정한 지연 시간 L이 지나치게 큰 경우, 다음 반전 시의 아암(5)의 거동에 영향을 미치는 경우가 있다.

이에 한정하지 않고, 위치 지령 신호 θ_r(t)가 주기 신호인 경우, 당해 주기의 절반 이상의 시간으로 되도록 지연 시간 L을 설정하면, 다음 반전 시의 아암(5)의 거동에 영향을 미치는 경우가 있다. 그러한 경우에는, 지연 시간 L을, 위치 지령 신호 θ_r(t)의 주기의 절반 이하로 되도록 설정하면, 상술한 본 실시 형태의 효과를 얻을 수 있다.

이상이, 제1 실시 형태에 있어서의 지연 시간 L의 결정 방법이다.

[제2 실시 형태]

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다.

본 실시 형태에 의한 로봇 시스템(1)의 구성은, 이미 설명한 제1 실시 형태와 거의 마찬가지이다. 제1 실시 형태와 다른 점은, 지연 시간 계산부(10)에 의한 지연 시간 L의 설정 방법이므로, 이하에, 도 7 및 도 8을 참조하면서, 제2 실시 형태에 있어서의 지연 시간 L의 설정 방법을 설명한다.

본 실시 형태에서는, 위치 지령 신호 생성부(11)에서 생성되는 위치 지령 신호 θ_r(t)가, 어느 주파수 ω[rad/s]의 주기 신호인 경우에, 지연 시간 L을 이하의 수순에 따라 보다 정확하게 설정하는 방법에 대해 설명한다.

(수순 1)

우선, 위치 제어부(14)에의 입력 신호[최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t)]로서 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t)를 포함하지 않는 주파수 ω[rad/s]의 주기 신호(예를 들어, 정현파 신호)를 채용하여, 그때의 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)를 계측(실측)한다. 단, 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)를 실측하는 수단이 없는 경우에는, 인코더(8)에서 계측된 모터(6)의 회전 각도 θ_M(t)에 감속기(7)의 감속비 C를 곱한 C·θ_M(t)를 여기에서의 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)로 한다.

도 7은 이 주파수 ω[rad/s]의 주기 신호인 최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t)에 실측된 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)를 겹친 그래프이다.

(수순 2)

도 7에 나타내는 바와 같이, 실측된 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)가 주기적인 움직임으로 되어 있는 시각에서, 최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t)와 실측된 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)의 위상 차 T를 구하고, 그 위상 차 T에 상당하는 시간을 지연 시간 L로서 설정한다.

예를 들어, 도 7의 최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t)와 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)에 대해, 각각의 파형이 피크로 되는 시간의 차(위상 차 T)를 구하고, 그 위상 차 T를 지연 시간 L로서 설정한다. 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)가 피크로 되는 시간을 구할 때, 백래쉬의 영향에 의해 피크가 일정 시간 계속되지만, 여기에서는, 피크값으로 된 최초의 시각(도 7의 점 A에서의 시각)을 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)의 피크 시각으로 간주하여 위상 차 T를 구한다.

도 8을 참조하면서, 상기와 같이 지연 시간 L을 설정하였을 때 본 실시 형태의 효과에 대해 설명한다. 도 8은 로봇 시스템(1)에 본 실시 형태를 적용하였을 때의 각 신호의 시간 변화와 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)를 나타내고 있다.

도 8에서는, 위에서부터 순서대로, 위치 지령 신호 θ_r(t), 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t), 최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t) 및 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)가 나타내어져 있다. 여기서, 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t)는, 상술한 수순에서 설정된 지연 시간 L만큼 지연되어 있다. 또한, 가장 아래의 그래프의 실선은, 본 실시 형태를 적용한 경우의 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)이며, 파선은 감속기(7)에 백래쉬가 없을 때의 진폭[원래의 위치 지령 신호 θ_r(t)가 나타내는 위치]을 나타내고 있다. 이 그래프로부터, 위치 지령 신호 θ_r(t)가 주기 신호(여기에서는 정현파 신호)일 때의 아암(5)의 거동의 진폭이, 본 실시 형태에 의한 백래쉬 보상에 의해 백래쉬가 없는 경우와 거의 동일해지는 것을 알 수 있다.

[제3 실시 형태]

본 발명의 제3 실시 형태에 대해 설명한다.

본 실시 형태에 의한 로봇 시스템(1)의 구성은, 이미 설명한 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태와 거의 마찬가지이다. 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태와 다른 점은, 지연 시간 계산부(10)에 의한 지연 시간 L의 설정 방법이므로, 이하에, 도 9 및 도 10을 참조하면서, 본 실시 형태에 있어서의 지연 시간 L의 설정 방법을 설명한다.

본 실시 형태에 있어서, 지연 시간 L은, 위치 제어부(14)에 스텝 신호를 입력하여, 그때에 실측된 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)에 기초하여 결정된다. 이 스텝 신호를 사용한 설정 방법은, 위치 지령 신호 생성부(11)에서 생성되는 위치 지령 신호 θ_r(t)가 주기 신호가 아닌 경우라도 유효한 방법이다. 지연 시간 L을 설정하는 수순을, 이하 순서대로 설명한다.

(수순 1)

우선, 위치 제어부(14)에의 입력 신호[최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t)]로서 시각 0[sec] 이후인 일정한 값으로 되는 신호(스텝 신호)를 채용하여, 그때의 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)를 계측(실측)한다. 단, 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)를 실측하는 수단이 없는 경우에는, 인코더(8)에서 계측된 모터(6)의 회전 각도 θ_M(t)에 감속기(7)의 감속비 C를 곱한 C·θ_M(t)를 여기에서의 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)로 한다.

도 9는 입력된 스텝 신호에 대한 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)의 스텝 응답의 실측값을 나타낸 그래프이다. 도 9에 나타내는 스텝 응답에 있어서, 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)는, 스텝 신호가 입력되고 나서 일정 시간 후에 정상값 1로 되어 있다.

(수순 2)

도 9의 그래프를 기초로, 실측된 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)가 정상값의 약 63.2％에 도달하는 시간(시정수)을 구하여, 그 시정수를 지연 시간 L로 한다. 크기 1[rad]의 스텝 신호를 사용하여, 도 9에 나타내는 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)의 파형이 얻어진 경우, 0.632[rad]에 도달할 때까지의 시간은 0.36[sec]이다. 이 0.36[sec]을 시정수로 하여, 지연 시간 L을 0.36[sec]으로 한다.

도 10을 참조하면서, 시정수를 사용하여 지연 시간 L을 설정하였을 때 본 실시 형태의 효과에 대해 설명한다. 도 10은 로봇 시스템(1)에 본 실시 형태를 적용하였을 때의 각 신호의 시간 변화와 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)를 나타내고 있다.

도 10에서는, 위에서부터 순서대로, 위치 지령 신호 θ_r(t), 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t), 최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t) 및 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)가 나타내어져 있다. 여기서, 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t)는, 상술한 시정수를 사용하여 설정된 지연 시간 L만큼 지연되어 있다. 또한, 가장 아래의 그래프의 실선은, 본 실시 형태를 적용한 경우의 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)이며, 파선은 감속기(7)에 백래쉬가 없을 때의 진폭[원래의 위치 지령 신호 θ_r(t)가 나타내는 위치]을 나타내고 있다. 이 그래프로부터, 위치 지령 신호 θ_r(t)가 주기 신호(여기에서는 정현파 신호)일 때의 아암(5)의 거동의 진폭이, 본 실시 형태에 의한 백래쉬 보상에 의해 백래쉬가 없는 경우와 거의 동일해지는 것을 알 수 있다.

또한, 상술한 시정수를 사용하여 지연 시간 L을 설정함으로써, 지연 시간 L이 로봇 시스템(1)의 계에 적합한 것으로 되므로, 아암(5)의 거동은 반전 후에 재빠르게 백래쉬가 없는 경우의 거동에 근접한다.

[제4 실시 형태]

본 발명의 제4 실시 형태에 대해 설명한다.

본 실시 형태에 의한 로봇 시스템(1)의 구성은, 이미 설명한 제1 실시 형태∼제3 실시 형태와 거의 마찬가지이다. 제1 실시 형태∼제3 실시 형태와 다른 점은, 지연 시간 계산부(10)에 의한 지연 시간 L의 설정 방법이므로, 이하에, 도 11을 참조하면서, 본 실시 형태에 있어서의 지연 시간 L의 설정 방법을 설명한다.

상술한 제2 실시 형태 및 제3 실시 형태에서는, 실제로 로봇 시스템(1)에 스텝 신호나 정현파 신호를 입력하여, 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)를 실측하는 방법이었지만, 본 실시 형태에서는, 용접 로봇(2)의 모델을 기초로 하여 지연 시간 L을 설정한다. 이하, 용접 로봇(2)의 모델을 사용하여 지연 시간 L을 설정하는 수순을 설명한다.

우선, 위치 제어부(14)에의 입력 신호인 최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t)로부터 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)까지를, 도 11과 같은 블록도로 모델화한다. 단, 여기에서는 감속기(7)에 백래쉬가 없는 경우를 생각한다.

도 11에 있어서, s는 라플라스 연산자이다. 도 11의 파선으로 둘러싼 부분은 모터(6), 감속기(7), 아암(5)을 합쳐서 간이적인 모델로 나타낸 블록도이다. J는 모터(6)와 감속기(7)의 관성 모멘트가 모두 아암(5)에 존재한다고 간주한 경우의 아암(5)의 관성 모멘트이며, C는 감속기(7)의 감속비이다. R_M은 모터(6) 내부의 저항이며, L_M은 모터(6) 내부의 인덕턴스이다. K_τ는 토크 계수이며, K_e는 역기전력 계수를 나타낸다. F(t)는 아암(5)에 작용하는 마찰력이다.

또한, K(s)는 위치 제어부(14)이며, 예를 들어 수학식 7에 나타내는 바와 같은 PI 제어이다.

여기서, 최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t)로부터 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)까지의 전달 함수를 구하면 이하의 수학식 8로 나타낼 수 있다.

여기서, 상기 수학식의 최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t)로부터 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)까지의 전달 함수를 G(s)로 나타내는 것으로 한다.

이 모델에 대해, 상술한 제3 실시 형태와 마찬가지로, 스텝 신호를 입력하는 시뮬레이션을 행하여 출력을 구하고, 지연 시간 L을 구한다.

또한, 위치 지령 신호 생성부(11)에서 생성되는 위치 지령 신호 θ_r(t)가 어느 주파수 ω[rad/s]의 정현파 신호인 경우에는, 최종 위치 지령 신호 θ_Fr(t)로부터 아암(5)의 회전 각도 θ_A(t)까지의 주파수 ω[rad/s]에 대응하는 위상 지연 argG(jω)를 구한다. 여기서, j는 허수 단위를 나타내고, G(jω)는 G(s)의 s에 jω를 대입한 것이다. argG(jω)는 G(jω)의 편각을 나타낸다. 그런 후에, －argG(jω)/ω를 지연 시간 L로 한다.

이와 같이 용접 로봇(2)의 모델로부터 지연 시간 L을 구함으로써, 제2 실시 형태 및 제3 실시 형태와 같이 실제로 실기로 계측 실험을 행하는 일 없이 지연 시간 L을 설정할 수 있다.

본 실시 형태에 의해 설정된 지연 시간 L을 사용하여 백래쉬 보정 신호 θ_BL(t)를 생성해도, 상술한 각 실시 형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다.

그런데, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 특히, 금회 개시된 실시 형태에 있어서, 명시적으로 개시되어 있지 않은 사항, 예를 들어 동작 조건이나 측정 조건, 각종 파라미터, 구성물의 치수, 중량, 체적 등은, 당업자가 통상 실시하는 범위를 일탈하는 것이 아니라, 통상의 당업자라면 용이하게 상정하는 것이 가능한 값을 채용하고 있다.

1 : 로봇 시스템
2 : 용접 로봇
3 : 제어 장치
4 : 용접 툴
5 : 아암
6 : 모터
7 : 감속기
8 : 인코더
9 : 백래쉬량 계산부
10 : 지연 시간 계산부
11 : 위치 지령 신호 생성부
12 : 제어 방향 검출부
13 : 신호 가산부
14 : 위치 제어부
15 : 제어부

Claims

주기적인 운동을 행하는 제어 대상의 백래쉬를 보상하면서 당해 제어 대상의 위치 제어를 행하는 제어 방법이며,
상기 제어 대상의 위치를 지시하는 위치 지령 신호에 상기 백래쉬를 보상하는 백래쉬량 신호를 시프트한 후에 가산하고, 최종 위치 지령 신호를 생성하는 최종 위치 지령 신호 생성 스텝과,
상기 최종 위치 지령 신호 생성 스텝에서 생성한 최종 위치 지령 신호에 기초하여 상기 제어 대상의 위치 제어를 행하는 위치 제어 스텝을 구비하는, 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 최종 위치 지령 신호 생성 스텝은,
상기 위치 지령 신호를 생성하는 위치 지령 신호 생성 스텝과,
상기 위치 지령 신호 생성 스텝에서 생성된 위치 지령 신호에 기초하여 상기 제어 대상의 제어 방향을 검출하는 제어 방향 검출 스텝과,
상기 제어 방향 검출 스텝에서 검출한 제어 방향에 따라, 상기 제어 대상의 백래쉬량을 보상하기 위한 백래쉬량 신호를 생성하는 백래쉬량 계산 스텝과,
상기 백래쉬량 계산 스텝에서 생성된 백래쉬량 신호를 상기 위치 지령 신호에 대해 소정 지연 시간만큼 지연시킨 백래쉬 보정 신호를 생성하는 지연 시간 계산 스텝과,
상기 지연 시간 계산 스텝에서 생성된 백래쉬 보정 신호를 상기 위치 지령 신호에 가산하여 최종 위치 지령 신호를 생성하는 신호 가산 스텝을 갖고,
상기 위치 제어 스텝은,
상기 신호 가산 스텝에서 생성된 최종 위치 지령 신호에 기초하여, 상기 제어 대상의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는, 제어 방법.
제2항에 있어서, 주기 신호로 이루어지는 위치 지령 신호의 주기의 절반 이하의 시간을, 상기 지연 시간 계산 스텝에서 사용되는 소정 지연 시간으로 하고 있는 것을 특징으로 하는, 제어 방법.
제2항에 있어서, 주기 신호로 이루어지는 위치 지령 신호에 기초하여 구동한 상기 제어 대상의 실적 출력을 미리 구해 두고, 상기 위치 지령 신호와 상기 실적 출력의 위상 차를 구하고, 구한 위상 차를 지연 시간 계산 스텝이 사용하는 소정 지연 시간으로 하고 있는 것을 특징으로 하는, 제어 방법.
제2항에 있어서, 제어 대상을 모델화한 제어 모델을 준비해 두고,
주기 신호로 이루어지는 위치 지령 신호를 제어 모델에 입력하였을 때의 모델 출력을 구하고, 상기 위치 지령 신호와 모델 출력의 위상 차를 구하고, 구한 위상 차를 지연 시간 계산 스텝이 사용하는 소정 지연 시간으로 하고 있는 것을 특징으로 하는, 제어 방법.
제2항에 있어서, 스텝 신호로 이루어지는 위치 지령 신호에 기초하여 구동한 상기 제어 대상의 실적 출력을 미리 구해 두고, 상기 실적 출력이 위치 지령 신호가 지시하는 위치로 될 때까지의 응답 시간에 기초하는 시정수를 구하여, 상기 시정수를 지연 시간 계산 스텝이 사용하는 소정 지연 시간으로 하고 있는 것을 특징으로 하는, 제어 방법.
주기적인 운동을 행하는 제어 대상의 백래쉬를 보상하면서 당해 제어 대상의 위치 제어를 행하는 제어 장치이며,
상기 제어 대상의 위치를 지시하는 위치 지령 신호에 상기 백래쉬를 보상하는 백래쉬량 신호를 시프트한 후에 가산하고, 최종 위치 지령 신호를 생성하여, 생성한 최종 위치 지령 신호에 기초하여 상기 제어 대상의 위치 제어를 행하는 제어부를 구비하는, 제어 장치.
제7항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 위치 지령 신호를 생성하는 위치 지령 신호 생성부와,
상기 위치 지령 신호 생성부에서 생성된 위치 지령 신호에 기초하여 상기 제어 대상의 제어 방향을 검출하는 제어 방향 검출부와,
상기 제어 방향 검출부가 검출한 제어 방향에 따라, 상기 제어 대상의 백래쉬량을 보상하기 위한 백래쉬량 신호를 생성하는 백래쉬량 계산부와,
상기 백래쉬량 계산부에서 생성된 백래쉬량 신호를 상기 위치 지령 신호에 대해 소정 지연 시간만큼 지연시킨 백래쉬 보정 신호를 생성하는 지연 시간 계산부와,
상기 지연 시간 계산부에서 생성된 백래쉬 보정 신호를 상기 위치 지령 신호에 가산하여 최종 위치 지령 신호를 생성하는 신호 가산부와,
상기 신호 가산부에서 생성된 최종 위치 지령 신호에 기초하여, 상기 제어 대상의 위치를 제어하는 위치 제어부를 갖는 것을 특징으로 하는, 제어 장치.