JP2006227717A - Motion control system, and control method for the same - Google Patents

Motion control system, and control method for the same Download PDF

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JP2006227717A JP2005037824A JP2005037824A JP2006227717A JP 2006227717 A JP2006227717 A JP 2006227717A JP 2005037824 A JP2005037824 A JP 2005037824A JP 2005037824 A JP2005037824 A JP 2005037824A JP 2006227717 A JP2006227717 A JP 2006227717A
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勝 足立
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英夫 永田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motion control system and a control method therefor that can cope with a sudden command change and can prevent an arm from lowering under torque limitation, by sending a plurality of FF-compensated commands in a batch to servo amplifiers, and can ensure control in a working coordinate system by enabling a stroke change. <P>SOLUTION: A motion controller 1 comprises a motion locus generation part 7 for generating position commands, a feed-forward command computation part 40, a servo simulation part 20 and a first communication part 60. The servo amplifiers 31 to 3n each comprise a second communication part 61 and a servo control part 14. The motion controller 1 and the servo amplifiers 31 to 3n synchronously communicate data including position commands, feed-forward position commands, feed-forward speed commands and feed-forward torque commands. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、少なくとも１軸以上の軸数をもつモーション制御システムとその制御方法に関する。   The present invention relates to a motion control system having at least one axis and a control method thereof.

従来、ロボット、ＮＣなどのモータのモーション制御において、例えば特許文献１のように、その動作性能を向上させるために２自由度制御系が提案されている。これはモータや負荷のモデルを剛体系、または２慣性系で近似し、そのモデルを用いてフィードフォワード速度（以下速度ＦＦ）、フィードフォワードトルク（以下トルクＦＦ）を計算し、位置・速度フィードバックループにそのＦＦ値を印加する。またロボットなど２軸以上のアームで構成される場合、軸間に慣性力が働くので軸単位のフィードバック制御のみでは軌跡精度が低下するため、例えば特許文献２のように、非干渉化制御といった各軸の位置情報をもとにその慣性力を相殺する制御手法が提案されている。この非干渉化制御も、前記２自由度制御と同様にその補償量をトルクＦＦとして計算し、位置・速度フィードバックループに印加する。２自由度制御や非干渉化制御のように速度ＦＦやトルクＦＦを位置・速度フィードバックループに印加する形で補償する制御を、本発明ではフィードフォワード系制御と呼び、その１つの制御方式の単位をフィードフォワード補償アルゴリズムと呼ぶことにする。またフィードフォワード位置もフィードフォワード補償アルゴリズムの出力値とする。すなわちフィードフォワード補償アルゴリズムは、位置ＦＦ、速度ＦＦ、トルクＦＦの少なくとも１つを出力するアルゴリズムである。   Conventionally, in motion control of motors such as robots and NCs, a two-degree-of-freedom control system has been proposed in order to improve the operation performance as disclosed in Patent Document 1, for example. This approximates a motor or load model with a rigid system or a two-inertia system, and uses that model to calculate the feedforward speed (hereinafter referred to as speed FF) and feedforward torque (hereinafter referred to as torque FF), and the position / speed feedback loop. The FF value is applied to. In addition, when the robot is composed of two or more arms, for example, inertial force acts between the axes, so the trajectory accuracy is lowered only by feedback control in units of axes. A control method that cancels the inertial force based on the position information of the shaft has been proposed. In the non-interacting control, the compensation amount is calculated as a torque FF as in the two-degree-of-freedom control and applied to the position / speed feedback loop. Control that compensates by applying speed FF and torque FF to the position / speed feedback loop, such as two-degree-of-freedom control and non-interacting control, is referred to as feedforward system control in the present invention, and is a unit of one control method. Is called a feedforward compensation algorithm. The feedforward position is also the output value of the feedforward compensation algorithm. That is, the feedforward compensation algorithm is an algorithm that outputs at least one of position FF, speed FF, and torque FF.

また、特許文献３に示される従来のロボットは、関節軸毎の位置・速度制御系にて制御が行われていた。スポット溶接作業や組み立て作業のようにワークとの接触を伴う場合、ワーク位置が移動して、制御系に位置ずれが生し、位置ずれが過大の場合アラームになってしまう。アラームにしないためには制御剛性を高くして位置ずれを抑えなければならず、制御ゲインを高くとる必要がある。しかし、大きなトルクを発生するので逆に作業が困難になってしまう。このような問題に対して、作用力を吸収するフロート装置やＲＣＣなどの専用機械治具や、力センサを用いた力制御方式が行われていた。
また最近では、ロボットに特別な装置を付加することなく柔軟な制御を行う方式として、直交作業座標系で柔らかさを設定し、制御によって柔軟さを確保するものが開示されている。 The conventional robot shown in Patent Document 3 is controlled by a position / speed control system for each joint axis. When contact is made with a workpiece, such as spot welding work or assembly work, the work position moves, causing a displacement in the control system, and if the displacement is excessive, an alarm occurs. In order to avoid an alarm, it is necessary to increase the control rigidity and suppress the positional deviation, and it is necessary to increase the control gain. However, since a large torque is generated, the operation becomes difficult. For such a problem, a force control method using a float machine that absorbs an acting force, a dedicated mechanical jig such as an RCC, or a force sensor has been performed.
Recently, as a method for performing flexible control without adding a special device to the robot, a method has been disclosed in which softness is set in an orthogonal work coordinate system to ensure flexibility by control.

またモーションコントローラと少なくとも１台以上のサーボアンプをフィールドネットワークで接続したモーション制御システムが増えている。特願２００３−２７９３５８に示されているように、フィールドネットワークのインタフェースに対応したネットワークサーボを使用するとコントローラとサーボアンプ間の配線を減らすことができ、モーションコントローラと複数のサーボアンプ間で同期した指令データとフィードバックデータを授受することができる。   An increasing number of motion control systems connect a motion controller and at least one servo amplifier via a field network. As shown in Japanese Patent Application No. 2003-279358, if a network servo corresponding to the interface of the field network is used, the wiring between the controller and the servo amplifier can be reduced, and a command synchronized between the motion controller and a plurality of servo amplifiers. Data and feedback data can be exchanged.

上記フィードフォワード系制御を上記ネットワークサーボを用いたシステムに適用して、フィードフォワード補償アルゴリズムの処理をモーションコントローラに配置すると図６，７の構成となる。図６は２自由度制御を、図７は非干渉化制御を表したものである。
図６において、１００１はモーションコントローラ、１００２は通信線、１００３はサーボアンプ、１００４はモータ、１００５はＰＧ、１００６は機構部である。またモーションコントローラ１００１の内部の１００７はモーション軌跡生成部、１０４０は２自由度制御部、１０６０は通信部である。信号ａは位置指令、ｃは速度ＦＦ指令、ｄはトルクＦＦ指令である。サーボアンプ１００３の内部の１０６１は通信部、１０４４はモータ制御部であり、信号ａは位置指令、ｃは速度ＦＦ指令、ｄはトルクＦＦ指令、ｅは位置フィードバックである。 When the feedforward system control is applied to the system using the network servo and the processing of the feedforward compensation algorithm is arranged in the motion controller, the configuration shown in FIGS. FIG. 6 shows two-degree-of-freedom control, and FIG. 7 shows non-interference control.
In FIG. 6, 1001 is a motion controller, 1002 is a communication line, 1003 is a servo amplifier, 1004 is a motor, 1005 is PG, and 1006 is a mechanism part. In addition, reference numeral 1007 in the motion controller 1001 denotes a motion trajectory generation unit, 1040 denotes a two-degree-of-freedom control unit, and 1060 denotes a communication unit. Signal a is a position command, c is a speed FF command, and d is a torque FF command. 1061 inside the servo amplifier 1003 is a communication unit, 1044 is a motor control unit, a signal a is a position command, c is a speed FF command, d is a torque FF command, and e is a position feedback.

図７において、２００１はモーションコントローラ、２００２は通信線、２００３はサーボアンプ、２００４はモータ、２００５はＰＧ、２００６は機構部である。また、モーションコントローラ内部の２００７はモーション軌跡生成部、２０４０は非干渉制御部、２０６０は通信部であり、信号ａは位置指令、ｄはトルクＦＦ指令、ｅは位置フィードバックである。サーボアンプ２００３の内部の２０６１は通信部、２０４４はモータ制御部であり、信号ａは位置指令、ｄはトルクＦＦ指令、ｅは位置フィードバックである。
両者ともに、フィードフォワード補償アルゴリズムの処理をモーションコントローラで算出し、その補償値であるＦＦ値を通信を介してサーボアンプへ送り、サーボアンプ側ではそのＦＦ値を位置・速度フィードバックループに印加している点は共通である。異なる点は、２自由度制御の方は、入力としてモーション軌跡生成部の位置指令を使用している点、出力が速度ＦＦｃとトルクＦＦｄの２つである点、単軸に対する制御アルゴリズムであるので各々の出力が複数軸分（ｎ個）である点である。非干渉化制御の方は、入力としてサーボアンプ側から通信によって得るＦＢ位置ｅを使用している点、出力がトルクＦＦｄのみである点、複数軸に対する制御アルゴリズムであるのでトルクＦＦｄの出力が複数軸分（Ｎ個）である点である。
特許第３０８４９２８号（６〜２３ページ） 特開平１０−２１７１７３（２〜６ページ） 特開平８−２２７３２０号公報（２〜８ページ） 7, 2001 is a motion controller, 2002 is a communication line, 2003 is a servo amplifier, 2004 is a motor, 2005 is a PG, and 2006 is a mechanism. Further, 2007 in the motion controller is a motion trajectory generation unit, 2040 is a non-interference control unit, 2060 is a communication unit, a signal a is a position command, d is a torque FF command, and e is a position feedback. 2061 in the servo amplifier 2003 is a communication unit, 2044 is a motor control unit, a signal a is a position command, d is a torque FF command, and e is a position feedback.
In both cases, the processing of the feedforward compensation algorithm is calculated by the motion controller, the compensation value FF value is sent to the servo amplifier via communication, and the servo amplifier side applies the FF value to the position / speed feedback loop. There is a common point. The difference is that the two-degree-of-freedom control uses the position command of the motion trajectory generation unit as an input, the output is two speed FFc and torque FFd, and is a control algorithm for a single axis. Each output is a point corresponding to a plurality of axes (n). In the non-interference control, the FB position e obtained by communication from the servo amplifier side is used as an input, the output is only the torque FFd, and since the control algorithm is for a plurality of axes, the output of the torque FFd is plural. This is a point corresponding to the number of axes (N).
Patent 3084928 (pages 6-23) JP-A-10-217173 (2-6 pages) JP-A-8-227320 (pages 2 to 8)

ところが従来の方法では、フィードフォワード系制御すなわち非干渉化制御が使用するＦＢ位置は通信を介するので、時間遅れを含んでおり、非干渉化制御による補償機能の性能が低下するという問題があった。
また、ＦＦ系の制御は制御アルゴリズムとして独立しており、複数の制御アルゴリズムを同時に作用させることが可能であるが、従来の通信プロトコルのしくみでは位置ＦＦ，速度ＦＦ、トルクＦＦを位置指令と一括してサーボアンプへ送ることができず、さらに複数の制御アルゴリズムを同一時間内に処理し、その出力である位置ＦＦ，速度ＦＦ、トルクＦＦを各々で和をとるといった処理が整備されていないため同時に作用させることができないという問題もあった。
また、ネットワークサーボを用いたシステムで、作業座標系で柔らかい動作が可能な方式は、外界から作用するストロークが大きい場合にサーボ偏差が増大し、モータトルクも増大して作業が困難となるので、実現が不可能である。
また、通信遅れがあるため、ロボットの姿勢変化に対して実時間での演算が行えず、連続的なゲインの演算が困難なためロボットの柔らかさがロボットの姿勢により異なってしまうなどの問題点があった。 However, in the conventional method, since the FB position used by the feedforward system control, that is, the non-interacting control is via communication, there is a problem that time delay is included and the performance of the compensation function by the non-interacting control is deteriorated. .
In addition, the control of the FF system is independent as a control algorithm, and it is possible to operate a plurality of control algorithms simultaneously. However, in the conventional communication protocol mechanism, the position FF, speed FF, and torque FF are integrated with the position command. In addition, there is no process for processing multiple control algorithms within the same time and summing the output position FF, speed FF, and torque FF. There was also a problem that it was not possible to act simultaneously.
In addition, the system that can operate softly in the work coordinate system in the system using the network servo increases the servo deviation when the stroke acting from the outside is large, and increases the motor torque, making the work difficult. Realization is impossible.
In addition, because there is a communication delay, it is not possible to perform real-time calculations on robot posture changes, and it is difficult to perform continuous gain calculations, so the softness of the robot varies depending on the robot posture. was there.

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、非干渉化制御などのフィードフォワード系制御をモーションコントローラで処理しても性能低下がなく、複数のＦＦ補償指令を一括してサーボアンプに送ることができ指令の急激な変化にも対応でき、トルク制限によるアームの落下防止ができ、ストロークの変位が可能で、作業座標系での制御ができるモーション制御システムとその制御方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems. Even if feedforward control such as non-interacting control is processed by a motion controller, there is no performance degradation, and a plurality of FF compensation commands are collectively servoed. Provides a motion control system and control method that can be sent to an amplifier, can respond to sudden changes in commands, can prevent the arm from falling due to torque limitation, can move the stroke, and can be controlled in the work coordinate system The purpose is to do.

上記の課題を解決するために、本発明は、次のようにしたのである。
請求項１に記載のモーション制御システムは、機構部を制御するモーションコントローラと、前記モーションコントローラの指令に基づき前記機構部に結合されたモータを駆動する１台以上のサーボアンプと、前記モーションコントローラと前記サーボアンプとを接続する通信線とからなるモーション制御システムにおいて、前記モーションコントローラは、各サーボアンプへの位置指令を生成するモーション軌跡生成部と、フィードフォワード位置指令、フィードフォワード速度指令、フィードフォワードトルク指令を生成するフィードフォワード指令演算部と、前記サーボアンプと前記モータや負荷をシミュレーションするサーボシミュレーション部と、前記サーボアンプとの通信を行う第１の通信部と、を備え、前記サーボアンプは、前記モーションコントローラからの位置指令、フィードフォワード位置指令、フィードフォワード速度指令、フィードフォワードトルク指令に従ってモータを駆動するモータ制御部と、前記モーションコントローラと通信を行う第２の通信部と、を備え、前記モーションコントローラと前記サーボアンプは、位置指令、フィードフォワード位置指令、フィードフォワード速度指令、フィードフォワードトルク指令を含むデータを同期して通信することを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモーション制御システムにおいて、前記フィードフォワード指令演算部は、２軸以上のアームから構成されるロボットの軸間に発生する慣性力や重力をフィードフォワードトルク指令で打ち消すことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のモーション制御システムにおいて、前記第１の通信部、第２の通信部は、ＩＥＥＥ１３９４シリアルバスのアイソクロナス転送を用いることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のモーション制御システムにおいて、前記モーションコントローラは、前記フィードフォワードトルク指令からトルク制限値を生成するトルク制限生成部を備え、前記サーボアンプは、前記モータ制御部の最後に設置し、トルクを制限するトルク制限部とを備え、前記モーションコントローラと前記サーボアンプは、位置指令、フィードフォワード位置指令、フィードフォワード速度指令、フィードフォワードトルク指令、トルク制限値を含むデータを同期して通信することを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のモーション制御システムにおいて、前記トルク制限値は、予め設定された幅の固定値であることを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載のモーション制御システムにおいて、前記トルク制限値は、サーボシミュレーション部の仮想トルク指令に応じて予め設定された幅の可変値であることを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載のモーション制御システムにおいて、前記トルク制限値は、前記サーボシミュレーション部の仮想トルク指令に応じて予め設定された幅の可変値であることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、請求項４に記載のモーション制御システムにおいて、前記モーションコントローラは、前記位置指令又は前記位置応答を基に求めた座標系間の微小変位対応関係を演算し、直交座標系で設定した力もしくはトルクの限界値と前記フィードフォワードトルク指令と前記微小変位対応関係から前記トルク制限値を演算する力トルク変換部を備えることを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、請求項４に記載のモーション制御システムにおいて、前記モーションコントローラは、フィードフォワード位置指令、フィードフォワード速度指令、フィードフォワードトルク指令を生成するフィードフォワード指令演算部を備え、前記フィードフォワード指令演算部は、２軸以上のアームから構成されるロボットの軸間に発生する慣性力や重力による外乱をフィードフォワードトルクで打ち消す外乱補償部を備えることを特徴とするものである。
請求項９に記載の発明は、請求項４に記載のモーション制御システムにおいて、前記モーションコントローラは、操作ペンダントを備え、前記操作ペンダントは、前記トルク制限値の予め設定された幅や直交座標系で設定した力もしくはトルクの限界値を設定することを特徴とするものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is as follows.
The motion control system according to claim 1, wherein a motion controller that controls a mechanism unit, one or more servo amplifiers that drive a motor coupled to the mechanism unit based on a command of the motion controller, the motion controller, In a motion control system including a communication line connecting the servo amplifier, the motion controller includes a motion trajectory generation unit that generates a position command to each servo amplifier, a feedforward position command, a feedforward speed command, a feedforward A feed-forward command calculation unit that generates a torque command, a servo simulation unit that simulates the servo amplifier and the motor and load, and a first communication unit that communicates with the servo amplifier. , A motor controller that drives a motor in accordance with a position command from the motion controller, a feedforward position command, a feedforward speed command, and a feedforward torque command; and a second communication unit that communicates with the motion controller, The motion controller and the servo amplifier communicate with each other in synchronization with data including a position command, a feedforward position command, a feedforward speed command, and a feedforward torque command.
According to a second aspect of the present invention, in the motion control system according to the first aspect, the feedforward command calculation unit feeds an inertial force or gravity generated between axes of a robot composed of two or more axes. It is characterized by canceling with a forward torque command.
According to a third aspect of the present invention, in the motion control system according to the first aspect, the first communication unit and the second communication unit use isochronous transfer of an IEEE 1394 serial bus. .
According to a fourth aspect of the present invention, in the motion control system according to the first aspect, the motion controller includes a torque limit generation unit that generates a torque limit value from the feedforward torque command, and the servo amplifier includes the servo amplifier, The motion controller and the servo amplifier are installed at the end of the motor control unit and limit the torque, and the motion controller and the servo amplifier include a position command, a feed forward position command, a feed forward speed command, a feed forward torque command, and a torque limit value. It is characterized by communicating data including
The invention according to claim 5 is the motion control system according to claim 4, wherein the torque limit value is a fixed value having a preset width.
According to a sixth aspect of the present invention, in the motion control system according to the fourth aspect, the torque limit value is a variable value having a preset width in accordance with a virtual torque command of a servo simulation unit. To do.
According to a sixth aspect of the present invention, in the motion control system according to the fourth aspect, the torque limit value is a variable value having a preset width in accordance with a virtual torque command of the servo simulation unit. It is what.
According to a seventh aspect of the present invention, in the motion control system according to the fourth aspect, the motion controller calculates a small displacement correspondence relationship between coordinate systems obtained based on the position command or the position response, and is orthogonal A force-torque conversion unit that calculates the torque limit value from the force or torque limit value set in the coordinate system, the feedforward torque command, and the minute displacement correspondence relationship is provided.
According to an eighth aspect of the present invention, in the motion control system according to the fourth aspect, the motion controller includes a feedforward command calculation unit that generates a feedforward position command, a feedforward speed command, and a feedforward torque command, The feedforward command calculation unit includes a disturbance compensation unit that cancels out a disturbance due to inertial force or gravity generated between axes of a robot composed of two or more axes by feedforward torque.
The invention according to claim 9 is the motion control system according to claim 4, wherein the motion controller includes an operation pendant, and the operation pendant has a preset width of the torque limit value or an orthogonal coordinate system. A limit value of the set force or torque is set.

請求項１０に記載の発明は、機構部を制御するモーションコントローラと、前記モーションコントローラの指令に基づき前記機構部に結合されたモータを駆動する、１台以上のサーボアンプと、前記モーションコントローラと前記サーボアンプとを接続する通信線とからなるモーション制御システムの制御方法において、前記モーションコントローラは、
モーション軌跡生成部で位置指令を生成し前記サーボアンプと前記サーボシミュレーション部に出力するステップと、前記サーボシミュレーション部で位置指令からモータの仮想ＦＢ位置、仮想速度、仮想トルクを生成し、それぞれ、フィードフォワード位置指令、フィードフォワード速度指令、フィードフォワードトルク指令として前記第１の通信部に出力するステップと、前記通信線は、前記第１の通信部から前記サーボアンプの第２の通信部に位置指令、フィードフォワード位置指令、フィードフォワード速度指令、フィードフォワードトルク指令を転送するステップと、前記サーボアンプは、前記モータ制御部で、前記位置指令、前記位置フィードフォワード指令、前記フィードフォワード速度指令、前記フィードフォワードトルク指令を用いてモータを制御する（する）ステップとを備えることを特徴とするものである。
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載のモーション制御方法において、前記フィードフォワード指令演算部は、複数のフィードフォワード補償処理を同時に処理し、フィードフォワード位置指令、フィードフォワード速度指令、フィードフォワードトルク指令とすることを特徴とするものである。
請求項１２に記載の発明は、請求項１０に記載のモーション制御方法において、前記モーションコントローラは、前記フィードフォワードトルク指令からトルク制限値を生成するステップと、前記通信線は、前記第１の通信部から前記サーボアンプの第２の通信部に位置指令、フィードフォワード位置指令、フィードフォワード速度指令、フィードフォワードトルク指令と、トルク制限値を転送するステップと、前記サーボアンプは、前記モータ制御部で、前記位置指令、前記位置フィードフォワード指令、前記フィードフォワード速度指令、前記フィードフォワードトルク指令、前記トルク制限値を用いてモータを制御するステップと、を備えることを特徴とするものである。
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載のモーション制御方法において、前記トルク制限値は、予め設定された幅の固定値であることを特徴とするものである。
請求項１４に記載の発明は、請求項１２に記載のモーション制御方法において、前記トルク制限値は、前記サーボシミュレーション部の仮想トルク指令に応じて予め設定された幅の可変値であることを特徴とするものである。
請求項１５に記載の発明は、請求項１２に記載のモーション制御方法において、前記モーションコントローラは、前記位置指令又は前記位置応答を基に求めた座標系間の微小変位対応関係を演算するステップと、直交座標系で設定した力もしくはトルクの限界値と前記フィードフォワードトルク指令と前記微小変位対応関係から前記トルク制限値を演算するステップと、を備えることを特徴とすものである。
請求項１６に記載の発明は、請求項１２に記載のモーション制御方法において、前記フィードフォワード指令演算部は、２軸以上のアームから構成されるロボットの軸間に発生する慣性力または重力による外乱をフィードフォワードトルクで打ち消すステップを備えることを特徴とするものである。請求項１０記載のモーション制御システム。 The invention according to claim 10 is a motion controller that controls a mechanism unit, one or more servo amplifiers that drive a motor coupled to the mechanism unit based on a command from the motion controller, the motion controller, In a control method of a motion control system including a communication line connecting a servo amplifier, the motion controller includes:
A step of generating a position command by the motion trajectory generation unit and outputting the position command to the servo amplifier and the servo simulation unit; a virtual FB position, a virtual speed, and a virtual torque of the motor are generated from the position command by the servo simulation unit; Outputting to the first communication unit as a forward position command, feedforward speed command, feedforward torque command, and the communication line from the first communication unit to the second communication unit of the servo amplifier. A step of transferring a feedforward position command, a feedforward speed command, and a feedforward torque command, and the servo amplifier is configured to transmit the position command, the position feedforward command, the feedforward speed command, the feed, Forward torque (To) to control the motor by using the decree is characterized in further comprising the steps.
According to an eleventh aspect of the present invention, in the motion control method according to the tenth aspect, the feedforward command calculation unit simultaneously processes a plurality of feedforward compensation processes, and feedforward position command, feedforward speed command, feed A forward torque command is used.
The invention according to claim 12 is the motion control method according to claim 10, wherein the motion controller generates a torque limit value from the feedforward torque command, and the communication line includes the first communication. A position command, a feed-forward position command, a feed-forward speed command, a feed-forward torque command, and a torque limit value are transferred from the motor control unit to the second communication unit of the servo amplifier. And a step of controlling the motor using the position command, the position feedforward command, the feedforward speed command, the feedforward torque command, and the torque limit value.
A thirteenth aspect of the present invention is the motion control method according to the twelfth aspect, wherein the torque limit value is a fixed value having a preset width.
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the motion control method according to the twelfth aspect, the torque limit value is a variable value having a preset width in accordance with a virtual torque command of the servo simulation unit. It is what.
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the motion control method according to the twelfth aspect, the motion controller calculates a minute displacement correspondence relationship between coordinate systems obtained based on the position command or the position response. And calculating the torque limit value from the force or torque limit value set in the Cartesian coordinate system, the feedforward torque command, and the minute displacement correspondence relationship.
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the motion control method according to the twelfth aspect, the feedforward command calculation unit is a disturbance caused by inertial force or gravity generated between axes of a robot composed of two or more axes. Is provided with a step of canceling with a feed forward torque. The motion control system according to claim 10.

請求項１、３に記載の発明によれば、サーボアンプシミュレーション部といったソフトウェアモジュールをモーションコントローラ部に設け、サーボドライブ応答をソフトウェアでシミュレーションし、位置指令に対して時間遅れのない仮想ＦＢ位置を計算させ、フィードフォワード系制御で使用することができるので、補償機能の性能低下を抑制するモーション制御システムを提供できる。
また請求項２に記載の発明によれば、サーボアンプシミュレーション部といったソフトウェアモジュールをモーションコントローラ部に設け、サーボドライブ応答をソフトウェアでシミュレーションし、位置指令に対して時間遅れのない仮想ＦＢ位置を計算させ、これを非干渉化制御やむ外乱補償制御で使用することができるので、その補償機能の性能低下を抑制するモーション制御システムを提供できる。
また請求項４乃至６に記載の発明によれば、サーボアンプシミュレーション部といったソフトウェアモジュールをモーションコントローラ部に設け、サーボドライブ応答をソフトウェアでシミュレーションし、位置指令に対して時間遅れ分を考慮した仮想トルク指令を計算させ、これに応じてトルク制限値を各サーボアンプに与えることができるので、指令の急激な変化にも対応するモーション制御システムを提供できる。
また請求項７に記載の発明によれば、力トルク変換部といったソフトウェアモジュールをモーションコントローラ部に設け、直交座標系で設定した力もしくはトルクの限界値とフィードフォワードトルク指令と微小変位対応関係から関節座標系のトルク制限値を演算することで、指令の急激な変化にも対応した直交座標系の軸毎に力制限を行うモーション制御システムを提供できる。
また請求項８に記載の発明によれば、サーボアンプシミュレーション部といったソフトウェアモジュールをモーションコントローラ部に設け、サーボドライブ応答をソフトウェアでシミュレーションし、位置指令に対して時間遅れのない仮想ＦＢ位置を計算させ、これを外乱補償制御で使用することができるので、トルク制限によるアームの落下を防止するモーション制御システムを提供できる。
また請求項９に記載の発明によれば、モーションコントローラ部に接続された操作ペンダントから、前記トルク制限値の予め設定された幅や直交座標系で設定した力もしくはトルクの限界値を入力してトルクを制限し、現場で作業者が作業に応じて直感的に条件を変更可能なモーション制御システムを提供できる。 According to the first and third aspects of the present invention, a software module such as a servo amplifier simulation unit is provided in the motion controller unit, the servo drive response is simulated by software, and the virtual FB position without time delay with respect to the position command is calculated. Therefore, since it can be used in feedforward control, a motion control system that suppresses performance degradation of the compensation function can be provided.
According to the second aspect of the present invention, a software module such as a servo amplifier simulation unit is provided in the motion controller unit, the servo drive response is simulated by software, and the virtual FB position without time delay with respect to the position command is calculated. Since this can be used in non-interacting control and disturbance compensation control, a motion control system that suppresses performance degradation of the compensation function can be provided.
According to the invention described in claims 4 to 6, a software module such as a servo amplifier simulation unit is provided in the motion controller unit, the servo drive response is simulated by software, and the virtual torque in consideration of the time delay with respect to the position command. Since a command is calculated and a torque limit value can be given to each servo amplifier according to the command, a motion control system that can cope with a sudden change in the command can be provided.
According to the seventh aspect of the present invention, a software module such as a force torque conversion unit is provided in the motion controller unit, and the joint value is determined from the force or torque limit value set in the orthogonal coordinate system, the feedforward torque command, and the minute displacement correspondence relationship. By calculating the torque limit value of the coordinate system, it is possible to provide a motion control system that limits the force for each axis of the orthogonal coordinate system that can cope with a sudden change in command.
According to the eighth aspect of the present invention, a software module such as a servo amplifier simulation unit is provided in the motion controller unit, the servo drive response is simulated by software, and a virtual FB position without time delay with respect to the position command is calculated. Since this can be used in disturbance compensation control, a motion control system that prevents the arm from dropping due to torque limitation can be provided.
According to the ninth aspect of the present invention, a preset width of the torque limit value or a force or torque limit value set in an orthogonal coordinate system is input from an operation pendant connected to the motion controller unit. It is possible to provide a motion control system that limits torque and allows an operator to change conditions intuitively according to work on site.

また請求項１０乃至１２に記載の発明によると、サーボアンプシミュレーション部といったソフトウェアモジュールをモーションコントローラ部に設け、サーボドライブ応答をソフトウェアでシミュレーションし、位置指令に対して時間遅れのない仮想ＦＢ位置を計算させ、フィードフォワード系制御で使用することができるので、補償機能の性能低下を抑制するモーション制御方法を提供できる。
また請求項１３に記載の発明によれば、フィードフォワード系制御を同時に複数実行できるしくみとして、その出力であるＦＦ値を畳重するしくみと、位置ＦＦ，速度ＦＦ、トルクＦＦを位置指令と同時にサーボアンプへ送信できるプロトコルを実現することができるので、複数のフィードフォワード補償アルゴリズムをモーションコントローラ側で同時に作用させることを可能にでき補償機能の性能低下を抑制するモーション制御方法を提供できる。
また請求項１４に記載の発明によれば、力トルク変換部といったソフトウェアモジュールをモーションコントローラ部に設け、直交座標系で設定した力もしくはトルクの限界値とフィードフォワードトルク指令と微小変位対応関係から関節座標系のトルク制限値を演算することで、指令の急激な変化にも対応した直交座標系の軸毎に力制限を行うモーション制御方法を提供できる。
また請求項１５に記載の発明によれば、サーボアンプシミュレーション部といったソフトウェアモジュールをモーションコントローラ部に設け、サーボドライブ応答をソフトウェアでシミュレーションし、位置指令に対して時間遅れのない仮想ＦＢ位置を計算させ、これを外乱補償制御で使用することができるので、トルク制限によるアームの落下を防止するモーション制御方法を提供できる。
また請求項１６に記載の発明によれば、モーションコントローラ部に接続された操作ペンダントから、前記トルク制限値の予め設定された幅や直交座標系で設定した力もしくはトルクの限界値を入力できるので、現場で作業者が作業に応じて直感的に条件を変更できるモーション制御方法を提供できる。 According to the invention described in claims 10 to 12, a software module such as a servo amplifier simulation unit is provided in the motion controller unit, the servo drive response is simulated by software, and a virtual FB position without time delay with respect to the position command is calculated. In addition, since it can be used in feedforward system control, a motion control method that suppresses performance degradation of the compensation function can be provided.
According to the invention described in claim 13, as a mechanism capable of simultaneously executing a plurality of feedforward system controls, a mechanism for convolution of FF values as outputs thereof, a position FF, a speed FF, and a torque FF at the same time as a position command. Since a protocol that can be transmitted to the servo amplifier can be realized, it is possible to provide a motion control method that allows a plurality of feedforward compensation algorithms to be operated simultaneously on the motion controller side and suppresses the performance degradation of the compensation function.
According to the fourteenth aspect of the present invention, a software module such as a force / torque conversion unit is provided in the motion controller unit, and the joint is determined from the force or torque limit value set in the orthogonal coordinate system, the feedforward torque command, and the minute displacement correspondence relationship. By calculating the torque limit value of the coordinate system, it is possible to provide a motion control method that limits the force for each axis of the orthogonal coordinate system that can cope with a sudden change in command.
According to the invention described in claim 15, a software module such as a servo amplifier simulation unit is provided in the motion controller unit, the servo drive response is simulated by software, and a virtual FB position without time delay with respect to the position command is calculated. Since this can be used in disturbance compensation control, it is possible to provide a motion control method that prevents the arm from dropping due to torque limitation.
According to the sixteenth aspect of the present invention, since the preset width of the torque limit value or the limit value of the force or torque set in the orthogonal coordinate system can be input from the operation pendant connected to the motion controller unit. In addition, it is possible to provide a motion control method that allows an operator to change conditions intuitively according to work on site.

以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。   Hereinafter, specific examples of the method of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、モーションコントローラ内のデータの流れについて図１を用いて説明する。モーション軌跡生成部７は、各サーボアンプ３へ指令する位置指令８を生成する。具体的には制御対象が工作機械であれば直線補間や円弧補間された位置指令８であり、ロボットであれば直交空間で補間したデータを逆キネマティクス変換して各軸の関節角に計算された位置指令８である。位置指令８はサーボドライブシミュレーション部２０と通信部６０へ渡される。サーボドライブシミュレーション部２０は、入力された位置指令８に基づいて、モーションコントローラ１に接続されているサーボアンプ３１からサーボアンプ３ｎのｎ個のサーボのシミュレーション計算を行い、仮想ＦＢ位置ｅをフィードフォワード指令演算部４０へ出力する。サーボドライブシミュレーション部２０のモデルの詳細については後述する。フィードフォワード指令演算部４０は、入力された仮想ＦＢ位置ｅを使用してフィードフォワード系の補償演算を行い、その結果である位置ＦＦａ、速度ＦＦｃ、トルクＦＦｄを第１の通信部６０へ出力する。フィードフォワード指令演算部４０の詳細については後述する。通信部６０は、モーション軌跡生成部７からの位置指令ａと、フィードフォワード指令演算部４０からの位置ＦＦｂ，速度ＦＦｃ，トルクＦＦｄの４つのデータを含むデータを軸単位でまとめ、同期通信機能を使ってサーボアンプ３へ送信する。   First, the flow of data in the motion controller will be described with reference to FIG. The motion trajectory generation unit 7 generates a position command 8 for instructing each servo amplifier 3. Specifically, if the object to be controlled is a machine tool, it is a position command 8 that is linearly or circularly interpolated, and if it is a robot, the data interpolated in the orthogonal space is subjected to inverse kinematic conversion and calculated to the joint angle of each axis. Position command 8. The position command 8 is passed to the servo drive simulation unit 20 and the communication unit 60. The servo drive simulation unit 20 performs simulation calculation of n servos of the servo amplifier 3n to the servo amplifier 3n connected to the motion controller 1 based on the input position command 8, and feeds the virtual FB position e forward. Output to the command calculation unit 40. Details of the model of the servo drive simulation unit 20 will be described later. The feedforward command calculation unit 40 performs feedforward compensation calculation using the input virtual FB position e, and outputs the resulting position FFa, speed FFc, and torque FFd to the first communication unit 60. . Details of the feedforward command calculation unit 40 will be described later. The communication unit 60 combines the data including the position command a from the motion trajectory generation unit 7 and the four data of the position FFb, the speed FFc, and the torque FFd from the feedforward command calculation unit 40 in units of axes, and has a synchronous communication function. Use to send to servo amplifier 3.

次に同期通信について説明する。ＩＥＥＥ１３９４ネットワークのアイソクロナス通信を用いたモーション制御システム向けのマスター・スレーブ同期通信方式が提案されている（特許文献３を参照）。特許文献３の図１において、本システムの通信線をＩＥＥＥ１３９４のシリアル伝送路に、モーションコントローラを主局に、サーボアンプを従局とすると、モーションコントローラとサーボアンプ間で同期通信を実現することができる。   Next, synchronous communication will be described. A master-slave synchronous communication method for motion control systems using isochronous communication of an IEEE 1394 network has been proposed (see Patent Document 3). In FIG. 1 of Patent Document 3, if the communication line of this system is an IEEE1394 serial transmission line, the motion controller is the master station, and the servo amplifier is the slave station, synchronous communication can be realized between the motion controller and the servo amplifier. .

次にサーボアンプ３について図２を用いて説明する。図２は典型的な位置・速度フィードバックループの基本制御ブロック図である。第２の通信部６１に届いた位置指令ａ、位置ＦＦ指令ｂ、速度ＦＦ指令ｃ、トルクＦＦ指令ｄは、それぞれ，位置制御ブロック、速度制御ブロック、トルク制御ブロックの指令にフィードフォワードする形で印加する。こうすることにより、従来の位置・速度フィードバックループの機能を維持したまま、フィードフォワードの機能を追加することができる。   Next, the servo amplifier 3 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a basic control block diagram of a typical position / velocity feedback loop. The position command a, the position FF command b, the speed FF command c, and the torque FF command d that have arrived at the second communication unit 61 are fed forward to the commands of the position control block, the speed control block, and the torque control block, respectively. Apply. By doing so, it is possible to add a feed forward function while maintaining the function of the conventional position / velocity feedback loop.

次にサーボドライブシミュレーション部２０について図３を用いて説明する。図３はモータ４と負荷が剛体モデルである場合の位置・速度フィードバックループの制御ブロック図を表している。本発明における本サーボシミュレーション部２０の目的は、フィードフォワード指令演算部４０が使用するモータ４の位置をシミュレーションによって通信遅れの影響を除去したデータとして提供することである。本主旨に照らし合わせると、サーボアンプ３の制御モデルとモータ４のモデルと機構部６のモデルを図３のモデルで近似しても、十分にその効果がある。またサーボシミュレーション部２０は、本システムに接続されているサーボアンプ３の数だけモデルを持ち、演算周期毎に全モデルの計算を行う。図において、Ｋｐは位置ループゲイン、Ｋｖは速度制御ゲイン、Ｔｉは速度制御積分時定数、Ｊはモータ４と負荷のイナーシャの合算値である。Ｋｐ、Ｋｖ、Ｔｉはサーボアンプ３で使用している値を、Ｊについてはモータイナーシャはカタログ値、負荷イナーシャは設計値を使用すればよい。   Next, the servo drive simulation unit 20 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a control block diagram of a position / speed feedback loop when the motor 4 and the load are rigid models. The purpose of the servo simulation unit 20 in the present invention is to provide the position of the motor 4 used by the feedforward command calculation unit 40 as data from which the influence of communication delay is removed by simulation. In light of the main point, even if the control model of the servo amplifier 3, the model of the motor 4 and the model of the mechanism unit 6 are approximated by the model of FIG. 3, the effect is sufficiently obtained. The servo simulation unit 20 has as many models as the number of servo amplifiers 3 connected to the present system, and calculates all models for each calculation cycle. In the figure, Kp is a position loop gain, Kv is a speed control gain, Ti is a speed control integration time constant, and J is a total value of the inertia of the motor 4 and the load. For Kp, Kv, and Ti, values used in the servo amplifier 3 may be used. For J, a catalog value for motor inertia and a design value for load inertia may be used.

次にフィードフォワード指令演算部４０について図４と５を用いて説明する。フィードフォワード指令演算部４０にフィードフォワード補償アルゴリズムは複数存在してよい。モーションコントローラ１は、フィードフォワード指令演算部４０に登録されている全てのフィードフォワード補償アルゴリズムを演算周期毎に実行する。フィードフォワード補償アルゴリズムはサーボドライブシミュレーション部２０が出力した仮想ＦＢ位置ｅを使用してもしなくてもよい。フィードフォワード補償アルゴリズムは、位置ＦＦｂ、速度ＦＦｃ、トルクＦＦｄの少なくとも１つのＦＦ値を計算して出力する。３つのＦＦ値のうち補償する必要のないものには０をセットする。フィードフォワード補償アルゴリズムは、１つ以上のサーボアンプ３に対するＦＦ値を出力できる。例えばｎ個の自由度（モータ４）からなるロボットにおける非干渉化制御の場合、位置ＦＦｂと速度ＦＦｃは使用しないが、トルクＦＦｄはｎ個分の出力となる。図４は、フィードフォワード補償アルゴリズムがｎ個、サーボアンプ３は１個で、ｎ個全てのアルゴリズムが位置ＦＦｂ１１、ｂ２１、・・・、ｂｎ１、速度ＦＦｃ１１、ｃ２１、・・・、ｃｎ１、トルクＦＦｄ１１、ｄ２１、・・・、ｄｎ１を出力して、それらが各々合算されｂ１１＋ｂ２１＋・・・＋ｂｎ１＝ｂ１、ｃ１１＋ｃ２１＋・・・＋ｃｎ１＝ｃ１、ｄ１１＋ｄ２１＋・・・＋ｄｎ１＝ｄ１となる動きを図示したものである。一方、図５は、フィードフォワード補償アルゴリズムが３個、サーボアンプ３は２個で、アルゴリズム１は１軸目に対する位置ＦＦｂ１１のみ、アルゴリズム２は２軸目に対する位置ＦＦｂ２２のみ、アルゴリズム３は１軸目と２軸目両方に対する位置ＦＦｂ３１とｂ３２を出力して、それらが各々合算されｂ１１＋ｂ３１＝ｂ１、ｂ２２＋ｂ３２＝ｂ２、ｂ３１＋ｂ３２＝ｂ３となる動きを図示したものである。こうして計算された各サーボアンプ３に対する位置ＦＦ，速度ＦＦ，トルクＦＦは通信部６０へ渡され、次回の通信でサーボアンプ３へ送信される。   Next, the feedforward command calculation unit 40 will be described with reference to FIGS. There may be a plurality of feedforward compensation algorithms in the feedforward command calculation unit 40. The motion controller 1 executes all the feedforward compensation algorithms registered in the feedforward command calculation unit 40 for each calculation cycle. The feedforward compensation algorithm may or may not use the virtual FB position e output by the servo drive simulation unit 20. The feedforward compensation algorithm calculates and outputs at least one FF value of position FFb, speed FFc, and torque FFd. Among the three FF values, 0 is set for those that do not need to be compensated. The feedforward compensation algorithm can output FF values for one or more servo amplifiers 3. For example, in the case of non-interference control in a robot having n degrees of freedom (motor 4), the position FFb and the speed FFc are not used, but the torque FFd is an output for n pieces. FIG. 4 shows n feedforward compensation algorithms, one servo amplifier 3, and all n algorithms are positions FFb11, b21,..., Bn1, speed FFc11, c21,..., Cn1, torque FFd11. , D21,..., Dn1 are output, and they are added together to illustrate the movements of b11 + b21 +... + Bn1 = b1, c11 + c21 +. . On the other hand, FIG. 5 shows three feedforward compensation algorithms, two servo amplifiers 3, algorithm 1 only for position FFb11 with respect to the first axis, algorithm 2 only for position FFb22 with respect to the second axis, and algorithm 3 for the first axis. The positions FFb31 and b32 with respect to both the second axis and the second axis are output, and they are added together to illustrate the movements of b11 + b31 = b1, b22 + b32 = b2, and b31 + b32 = b3. The calculated position FF, speed FF, and torque FF for each servo amplifier 3 are passed to the communication unit 60 and transmitted to the servo amplifier 3 in the next communication.

次にフィードフォワード補償アルゴリズムの例として、ロボットにおける非干渉化制御を説明する。アルゴリズムの詳細に関しては、特許文献２に記載されている通り、本アルゴリズムは軸間に発生する慣性力を除去する制御アルゴリズムであるが、その演算周期の計算で必要とされる値（特許文献２では非干渉化用状態変数Ｘｉｋ）は、アーム加速度、その１回微分値、２回微分値、積分値の４変数である。本システムにおいては、このアーム加速度を該当関節（モータ４）の仮想ＦＢ位置ｅの差分から求めることで代用する。重力補償制御も同様にして実現できる。   Next, decoupling control in the robot will be described as an example of the feedforward compensation algorithm. As for the details of the algorithm, as described in Patent Document 2, this algorithm is a control algorithm that removes the inertial force generated between the axes, but is a value required for calculation of the calculation cycle (Patent Document 2). Then, the non-interacting state variable Xik) is the four variables of the arm acceleration, its one-time differential value, two-time differential value, and integral value. In this system, this arm acceleration is obtained by obtaining the difference from the virtual FB position e of the joint (motor 4). Gravity compensation control can be realized in the same way.

次に、トルク制限による柔軟制御を例にして、ロボットにおけるスポット溶接作業時の倣い機能を図８及び図９を用いて説明する。
まず、通信遅れを考慮しないで、位置指令を２階微分した加速度指令に応じてトルク制限を可変にした場合の様子を図９（ａ）に示す。図９（ａ）では、加減速部分でトルク指令がトルク制限にかかり、動作が不安定になってしまうという問題がある。
そこで、モーションコントローラ１において、サーボドライブシミュレーション部２０で予め指令の先読みなどで通信遅れを考慮した仮想トルク指令７１を演算し、トルク制限演算部７４内でサーボアンプ３に送るトルク制限値７２を演算する。トルク制限値７２の演算の方法としては、予め作業に応じて加減速トルク分よりも大きく設定した固定値を用いる方法や、図９（ｂ）に示すように通信遅れ分を考慮した仮想トルク指令７１の上下にある幅αを持たせた可変のトルク制限値７２にする方法がある。これらのトルク制限値７２をサーボアンプ３に送り、モータ制御部１４の後段に設けられたトルク制限部７３に設定する。外部から力が加わった場合でも、サーボアンプ３内のモータ制御部１４内のトルク指令が制限されることで、外力に対して過大な力を発生することなく、倣うことができ、上位からの動作指令がある場合でもトルク制限にかかることなく、動作することができる。
これにより、例えば、ワークのセット誤差や加工誤差がある場合でも、ロボットの先端に付いたスポット溶接ガンがワークに接触しても、外力に対して倣うことで作業を続行できる。 Next, taking the flexible control by torque limitation as an example, the copying function at the time of spot welding work in the robot will be described with reference to FIGS.
First, FIG. 9A shows a state in which the torque limit is made variable according to the acceleration command obtained by second-order differentiation of the position command without considering the communication delay. In FIG. 9A, there is a problem that the torque command is subjected to torque limitation at the acceleration / deceleration portion, and the operation becomes unstable.
Therefore, in the motion controller 1, the servo drive simulation unit 20 calculates a virtual torque command 71 in consideration of communication delay in advance by command prefetching and the torque limit calculation unit 74 calculates a torque limit value 72 to be sent to the servo amplifier 3. To do. As a method of calculating the torque limit value 72, a method using a fixed value set in advance larger than the acceleration / deceleration torque according to the work, or a virtual torque command in consideration of the communication delay as shown in FIG. There is a method of making the variable torque limit value 72 with a width α above and below 71. These torque limit values 72 are sent to the servo amplifier 3 and set in the torque limiter 73 provided at the subsequent stage of the motor control unit 14. Even when a force is applied from the outside, the torque command in the motor control unit 14 in the servo amplifier 3 is limited, so that an external force can be copied without generating an excessive force. Even when there is an operation command, it can operate without being subjected to torque limitation.
Thereby, for example, even when there is a workpiece setting error or machining error, even if a spot welding gun attached to the tip of the robot contacts the workpiece, the operation can be continued by following the external force.

次に、直交座標系での力制限による柔軟制御を例にして、ロボットにおけるスポット溶接作業時の倣い機能を図１０及び図１１を用いて説明する。
力トルク変換部７５において、前記位置指令８から関節座標と直交座標の座標系間の微小変位対応関係（一般的にヤコビ行列とも言う）を演算する。ここで、前記位置指令８の代わりに位置応答１０を用いても良い。
次に、サーボドライブシミュレーション部２０の内部状態量である仮想トルク指令７１を前記微小変位対応関係の逆行列を用いて直交座標系の仮想力指令に変換し、この仮想力指令に対して、予め直交座標系で設定した力もしくはトルクの限界値７７を加算し、上下にある幅を持たせた可変の力制限値を求め、この可変力制限値を、前記微小変位対応関係の転置行列で関節座標系のフィードフォワードトルク制限値に変換する。ここで、仮想力指令を用いずに、予め作業に応じて大きく設定された直交座標系で設定した力もしくはトルクの限界値７７を直接前記微小変位対応関係で関節座標系のトルク制限値に変換しても良い。
前記サーボアンプ３は、モーションコントローラ１からのトルク制限値に従って、モータ制御部１４の後段に設けたトルク制限部７３で、トルク指令を制限しつつ、モータを駆動する。
また、フィードフォワード指令演算部４０内でアームの重力トルク７６を演算し、トルク制限部７３の後段でトルク指令に加算することで、自重を支えるためのトルクをモータ制御部１４内で補償する必要がなくなり、トルク制限値をより小さく設定することができる。
次に、図１１に示すように、スポット溶接の作業を例にして、作業条件の設定を説明する。ここでは、スポット溶接ガン９１の開閉方向（ここではツール座標系Ｔ−ｘｙｚのＺ方向）とワーク９２の座標系の力制限を低く設定した軸方向（ここではＷ−ｘｙｚのＺ方向）を一致させ、開閉方向以外の力制限を高く設定して、スポット溶接ガン９１の開閉方向にのみロボット９０が柔軟に倣い、開閉方向以外には位置ズレしない倣い制御を用いる。これにより、開閉方向のワークズレや加工誤差に対応して倣い制御しつつ、横方向の教示位置に対しては精度良く位置決めを行うことができる。また、予め上位からの動作指令によるトルク分は考慮されており、通信遅れ分も補償されているため、急激に指令が変化する場合でもトルク制限にかかることなく動作可能である。
作業条件はコントローラ９３に接続された操作ペンダント９４の画面上で行う。図１２に操作画面を示す。座標系の選択をスポット溶接ガン９１上に設定されたツール座標系を選択し、ツール座標系Ｔ−ｘｙｚのＺ方向の力制限を小さく設定し、ＸＹ方向の力制限を大きく設定する。このように柔軟な方向を直感的に理解できるため、ロボットの姿勢などを考慮せず誰でも設定できる。 Next, with reference to FIG. 10 and FIG. 11, the copying function at the time of spot welding work in the robot will be described with an example of flexible control by force restriction in the orthogonal coordinate system.
The force torque converter 75 calculates a minute displacement correspondence relationship (generally also referred to as a Jacobian matrix) between the coordinate system of joint coordinates and orthogonal coordinates from the position command 8. Here, a position response 10 may be used instead of the position command 8.
Next, a virtual torque command 71, which is an internal state quantity of the servo drive simulation unit 20, is converted into a virtual force command in an orthogonal coordinate system using the inverse matrix of the minute displacement correspondence relationship. The force or torque limit value 77 set in the Cartesian coordinate system is added to obtain a variable force limit value having a width above and below, and this variable force limit value is jointed by the transpose matrix of the minute displacement correspondence relationship. Convert to the feedforward torque limit value of the coordinate system. Here, without using the virtual force command, the limit value 77 of the force or torque set in the Cartesian coordinate system set in advance according to the work is directly converted into the torque limit value of the joint coordinate system in the minute displacement correspondence relationship. You may do it.
The servo amplifier 3 drives the motor while limiting the torque command by the torque limiting unit 73 provided at the subsequent stage of the motor control unit 14 according to the torque limit value from the motion controller 1.
Further, it is necessary to compensate the torque for supporting the own weight in the motor control unit 14 by calculating the gravity torque 76 of the arm in the feedforward command calculation unit 40 and adding it to the torque command in the subsequent stage of the torque limiting unit 73. The torque limit value can be set smaller.
Next, as shown in FIG. 11, the setting of work conditions will be described by taking spot welding work as an example. Here, the opening / closing direction of the spot welding gun 91 (here, the Z direction of the tool coordinate system T-xyz) and the axial direction (here, the Z direction of W-xyz) in which the force limit of the coordinate system of the workpiece 92 is set low are matched. Then, the force limit other than the opening / closing direction is set high, and the robot 90 flexibly follows only the opening / closing direction of the spot welding gun 91 and uses copying control that does not shift in any position other than the opening / closing direction. As a result, it is possible to perform positioning accurately with respect to the lateral teaching position while performing copying control in accordance with the workpiece misalignment or processing error in the opening / closing direction. In addition, since the torque due to the operation command from the host is taken into account in advance and the communication delay is compensated, even if the command changes suddenly, it can operate without being subjected to torque limitation.
The work condition is set on the screen of the operation pendant 94 connected to the controller 93. FIG. 12 shows an operation screen. The tool coordinate system set on the spot welding gun 91 is selected for the selection of the coordinate system, the force limit in the Z direction of the tool coordinate system T-xyz is set small, and the force limit in the XY direction is set large. Since the flexible direction can be intuitively understood in this way, anyone can set it without considering the posture of the robot.

図１３はモーション制御システムの制御方法を示したフローチャートである。図１３において、ステップＳＴ１は、モーションコントローラが位置指令を生成するステップである。次に、ステップＳＴ２では、位置指令からシミュレーションにより仮想のトルク、仮想の速度、仮想の位置を生成する。次にステップＳＴ３では、モーションコントローラからサーボアンプに指令が転送される。次にステップＳＴ４では、サーボアンプが、位置指令、位置フィードフォワード指令、速度フィードフォワード指令、トルクフィードフォワード指令を指令としてモータを制御する。   FIG. 13 is a flowchart showing a control method of the motion control system. In FIG. 13, step ST1 is a step in which the motion controller generates a position command. Next, in step ST2, a virtual torque, a virtual speed, and a virtual position are generated from the position command by simulation. Next, in step ST3, a command is transferred from the motion controller to the servo amplifier. Next, in step ST4, the servo amplifier controls the motor using the position command, the position feedforward command, the speed feedforward command, and the torque feedforward command as commands.

本発明によると、非干渉化制御などのフィードフォワード系制御をモーションコントローラで処理しても性能低下のないモーション制御システムとその制御方法を提供できるので、ロボットだけでなく軸が干渉するような機械の制御には適用が期待できる。   According to the present invention, it is possible to provide a motion control system and a control method thereof that do not deteriorate in performance even if feedforward control such as non-interference control is processed by a motion controller. Application to this control can be expected.

本発明のモーション制御システムの構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the motion control system of this invention 本発明のサーボアンプの構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the servo amplifier of this invention 本発明のサーボドライブシミュレーション部の制御ブロック図Control block diagram of servo drive simulation unit of the present invention 本発明のフィードフォワード指令演算部構成を示す図１FIG. 1 shows a configuration of a feedforward command calculation unit of the present invention. 本発明のフィードフォワード指令演算部構成を示す図２FIG. 2 showing the configuration of the feedforward command calculation unit of the present invention 従来の２自由度制御のモーション制御システムの構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the motion control system of the conventional 2 degree of freedom control 従来の非干渉化制御のモーション制御システムの構成を示すブロック図Block diagram showing the configuration of a conventional motion control system for non-interacting control 本発明のモーション制御システムの構成を示すブロック図２Block diagram showing the configuration of the motion control system of the present invention 2 本発明のトルク制限の状態を示す図The figure which shows the state of the torque limitation of this invention 本発明のモーション制御システムの構成を示すブロック図３Block diagram showing the configuration of the motion control system of the present invention 3 本発明の力制限の作業例を示す図The figure which shows the work example of the force limitation of this invention 本発明の力制限の作業条件例を示す図The figure which shows the working condition example of the force restriction | limiting of this invention モーション制御システムの制御方法を示すフローチャートFlow chart showing control method of motion control system

符号の説明Explanation of symbols

１ モーションコントローラ
２ 通信線
３１、・・、３ｎ サーボアンプ
４１〜４ｎ モータ
５１〜５ｎ ＰＧ
６１〜６ｎ 機構部
７ モーション軌跡生成部
２０ サーボシミュレーション部
４０ フィードフォワード指令補償部
６０ 第１の通信部
６１１〜６１ｎ 第２の通信部
７１ 仮想トルク指令
７２ トルク制限値
７３ トルク制限部
７４ トルク制限演算部
７５ 力トルク変換部
７６ 重力トルク
７７ 直交座標系で設定した力もしくはトルクの限界値
９０ ロボット
９１ スポット溶接ガン
９２ ワーク
９３ コントローラ
９４ 操作ペンダント
１４１〜１４ｎ モータ制御部 位置ＦＦ指令
ａ、ａ１〜ａｎ、ａ１１〜ａｎｎ 位置指令
ｂ、ｂ１〜ｂｎ、ｂ１１〜ｂｎｎ 位置フィードフォワード指令
ｃ、ｃ１〜ｃｎ、ｃ１１〜ｃｎｎ 速度フィードフォワード指令
ｄ、ｄ１〜ｄｎ、ｄ１１〜ｄｎｎ トルクフィードフォワード指令
１４、１４１〜１４ｎ モータ制御部
４０１ フィードフォワード補償アルゴリズム１
４０２ フィードフォワード補償アルゴリズム２
４０３ フィードフォワード補償アルゴリズム３ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motion controller 2 Communication line 31, ... 3n Servo amplifier 41-4n Motor 51-5n PG
61 to 6n mechanism unit 7 motion locus generation unit 20 servo simulation unit 40 feedforward command compensation unit 60 first communication unit 611 to 61n second communication unit 71 virtual torque command 72 torque limit value 73 torque limit unit 74 torque limit calculation Unit 75 force torque conversion unit 76 gravity torque 77 limit value of force or torque set in orthogonal coordinate system 90 robot 91 spot welding gun 92 work 93 controller 94 operation pendant 141-14n motor control unit position FF command a, a1-an, a11 to ann Position commands b, b1 to bn, b11 to bnn Position feedforward commands c, c1 to cn, c11 to cnn Speed feedforward commands d, d1 to dn, d11 to dnn Torque feedforward commands 14, 141 to 14n Motor Control unit 401 Feedforward compensation algorithm 1
402 Feedforward compensation algorithm 2
403 Feedforward Compensation Algorithm 3

Claims (16)

機構部を制御するモーションコントローラと、前記モーションコントローラの指令に基づき前記機構部に結合されたモータを駆動する１台以上のサーボアンプと、前記モーションコントローラと前記サーボアンプを接続する通信線とからなるモーション制御システムにおいて、
前記モーションコントローラは、
各サーボアンプへの位置指令を生成するモーション軌跡生成部と、
フィードフォワード位置指令、フィードフォワード速度指令、フィードフォワードトルク指令を生成するフィードフォワード指令演算部と、
前記サーボアンプと前記モータや負荷をシミュレーションするサーボシミュレーション部と、
前記サーボアンプとの通信を行う第１の通信部と、
を備え、
前記サーボアンプは、
前記モーションコントローラからの位置指令、フィードフォワード位置指令、フィードフォワード速度指令、フィードフォワードトルク指令に従ってモータを駆動するモータ制御部と、
前記モーションコントローラと通信を行う第２の通信部と、
を備え、
前記モーションコントローラと前記サーボアンプは、位置指令、フィードフォワード位置指令、フィードフォワード速度指令、フィードフォワードトルク指令を含むデータを同期して通信することを特徴とするモーション制御システム。 It consists of a motion controller that controls the mechanism unit, one or more servo amplifiers that drive a motor coupled to the mechanism unit based on a command from the motion controller, and a communication line that connects the motion controller and the servo amplifier. In motion control systems,
The motion controller is
A motion trajectory generator for generating a position command to each servo amplifier;
A feedforward command calculation unit that generates a feedforward position command, a feedforward speed command, and a feedforward torque command;
A servo simulation unit that simulates the servo amplifier and the motor and load;
A first communication unit that communicates with the servo amplifier;
With
The servo amplifier is
A motor controller that drives the motor in accordance with a position command from the motion controller, a feed-forward position command, a feed-forward speed command, and a feed-forward torque command;
A second communication unit that communicates with the motion controller;
With
The motion controller and the servo amplifier communicate with each other in synchronization with data including a position command, a feedforward position command, a feedforward speed command, and a feedforward torque command. 前記フィードフォワード指令演算部は、２軸以上のアームから構成されるロボットの軸間に発生する慣性力または重力をフィードフォワードトルク指令で打ち消すことを特徴とする請求項１に記載のモーション制御システム。   The motion control system according to claim 1, wherein the feedforward command calculation unit cancels an inertial force or gravity generated between axes of a robot including two or more axes by a feedforward torque command. 前記第１の通信部、第２の通信部は、ＩＥＥＥ１３９４シリアルバスのアイソクロナス転送を用いることを特徴とする請求項１記載のモーション制御システム。   The motion control system according to claim 1, wherein the first communication unit and the second communication unit use isochronous transfer of an IEEE1394 serial bus. 前記モーションコントローラは、前記フィードフォワードトルク指令からトルク制限値を生成するトルク制限生成部を備え、
前記サーボアンプは、前記モータ制御部の後段に配置し、トルクを制限するトルク制限部とを備え、
前記モーションコントローラと前記サーボアンプは、位置指令、フィードフォワード位置指令、フィードフォワード速度指令、フィードフォワードトルク指令、トルク制限値を含むデータを同期して通信することを特徴とする請求項１記載のモーション制御システム。 The motion controller includes a torque limit generation unit that generates a torque limit value from the feedforward torque command.
The servo amplifier is arranged at a subsequent stage of the motor control unit, and includes a torque limiting unit that limits torque.
2. The motion according to claim 1, wherein the motion controller and the servo amplifier communicate synchronously with data including a position command, a feed-forward position command, a feed-forward speed command, a feed-forward torque command, and a torque limit value. Control system. 前記トルク制限値は、予め設定された幅の固定値であることを特徴とする請求項４記載のモーション制御システム。   The motion control system according to claim 4, wherein the torque limit value is a fixed value having a preset width. 前記トルク制限値は、サーボシミュレーション部の仮想トルク指令に応じて予め設定された幅の可変値であることを特徴とする請求項４記載のモーション制御システム。   The motion control system according to claim 4, wherein the torque limit value is a variable value having a preset width in accordance with a virtual torque command of a servo simulation unit. 前記モーションコントローラは、前記位置指令又は前記位置応答を基に求めた座標系間の微小変位対応関係を演算し、直交座標系で設定した力もしくはトルクの限界値と前記フィードフォワードトルク指令と前記微小変位対応関係から前記トルク制限値を演算する力トルク変換部を備えることを特徴とする請求項４記載のモーション制御システム。   The motion controller calculates a minute displacement correspondence between coordinate systems obtained based on the position command or the position response, and sets a limit value of force or torque set in the orthogonal coordinate system, the feedforward torque command, and the minute response. The motion control system according to claim 4, further comprising a force torque conversion unit that calculates the torque limit value from a displacement correspondence relationship. 前記モーションコントローラは、フィードフォワード位置指令、フィードフォワード速度指令、フィードフォワードトルク指令を生成するフィードフォワード指令演算部を備え、前記フィードフォワード指令演算部は、２軸以上のアームから構成されるロボットの軸間に発生する慣性力または重力による外乱をフィードフォワードトルクで打ち消す外乱補償部を備えることを特徴とする請求項４記載のモーション制御システム。   The motion controller includes a feedforward command calculation unit that generates a feedforward position command, a feedforward speed command, and a feedforward torque command, and the feedforward command calculation unit is a robot axis composed of two or more axes. The motion control system according to claim 4, further comprising a disturbance compensator that cancels out a disturbance caused by an inertial force or gravity generated by a feedforward torque. 前記モーションコントローラは、操作ペンダントを備え、
前記操作ペンダントは、前記トルク制限値の予め設定された幅や直交座標系で設定した力もしくはトルクの限界値を設定することを特徴とする請求項４記載のモーション制御システム。 The motion controller includes an operation pendant,
The motion control system according to claim 4, wherein the operation pendant sets a preset width of the torque limit value or a limit value of force or torque set in an orthogonal coordinate system. 機構部を制御するモーションコントローラと、前記モーションコントローラの指令に基づき前記機構部に結合されたモータを駆動する、１台以上のサーボアンプと、前記モーションコントローラと前記サーボアンプとを接続する通信線とからなるモーション制御システムの制御方法において、
前記モーションコントローラは、
モーション軌跡生成部で位置指令を生成し前記サーボアンプと前記サーボシミュレーション部に出力するステップと、
前記サーボシミュレーション部で位置指令からモータの仮想ＦＢ位置、仮想速度、仮想トルクを生成し、それぞれ、フィードフォワード位置指令、フィードフォワード速度指令、フィードフォワードトルク指令として前記第１の通信部に出力するステップと、
前記通信線は、
前記第１の通信部から前記サーボアンプの第２の通信部に位置指令、フィードフォワード位置指令、フィードフォワード速度指令、フィードフォワードトルク指令を転送するステップと、
前記サーボアンプは、
前記モータ制御部で、前記位置指令、前記フィードフォワード位置指令、前記フィードフォワード速度指令、前記フィードフォワードトルク指令を用いてモータを制御するステップと
を備えることを特徴とするモーション制御方法。 A motion controller that controls the mechanism unit, one or more servo amplifiers that drive a motor coupled to the mechanism unit based on a command from the motion controller, and a communication line that connects the motion controller and the servo amplifier. In the control method of the motion control system consisting of
The motion controller is
Generating a position command in the motion trajectory generation unit and outputting it to the servo amplifier and the servo simulation unit;
A step of generating a virtual FB position, a virtual speed, and a virtual torque of the motor from the position command in the servo simulation unit and outputting them to the first communication unit as a feed forward position command, a feed forward speed command, and a feed forward torque command, respectively. When,
The communication line is
Transferring a position command, a feedforward position command, a feedforward speed command, a feedforward torque command from the first communication unit to the second communication unit of the servo amplifier;
The servo amplifier is
And a step of controlling the motor by using the position command, the feedforward position command, the feedforward speed command, and the feedforward torque command in the motor control unit. 前記フィードフォワード指令演算部は、複数のフィードフォワード補償処理を同時に処理し、フィードフォワード位置指令、フィードフォワード速度指令、フィードフォワードトルク指令とすることを特徴とする請求項１０記載のモーション制御方法。   The motion control method according to claim 10, wherein the feedforward command calculation unit simultaneously performs a plurality of feedforward compensation processes to obtain a feedforward position command, a feedforward speed command, and a feedforward torque command. 前記モーションコントローラは、前記フィードフォワードトルク指令からトルク制限値を生成するステップと、
前記通信線は、前記第１の通信部から前記サーボアンプの第２の通信部に位置指令、フィードフォワード位置指令、フィードフォワード速度指令、フィードフォワードトルク指令と、トルク制限値を転送するステップと、
前記サーボアンプは、前記モータ制御部で、前記位置指令、前記フィードフォワード位置指令、前記フィードフォワード速度指令、前記フィードフォワードトルク指令、前記トルク制限値を用いてモータを制御するステップと、
を備えることを特徴とする請求項１０記載のモ−ション制御方法。 The motion controller generates a torque limit value from the feedforward torque command;
The communication line transfers a position command, a feedforward position command, a feedforward speed command, a feedforward torque command, and a torque limit value from the first communication unit to the second communication unit of the servo amplifier.
The servo amplifier is configured to control the motor using the position command, the feedforward position command, the feedforward speed command, the feedforward torque command, and the torque limit value in the motor control unit;
The motion control method according to claim 10, further comprising: 前記トルク制限値は、予め設定された幅の固定値であることを特徴とする請求項１２記載のモーション制御方法。   The motion control method according to claim 12, wherein the torque limit value is a fixed value having a preset width. 前記トルク制限値は、サーボシミュレーション部の仮想トルク指令に応じて予め設定された幅の可変値であることを特徴とする請求項１２記載のモーション制御方法。   The motion control method according to claim 12, wherein the torque limit value is a variable value having a preset width in accordance with a virtual torque command of a servo simulation unit. 前記モーションコントローラは、
前記位置指令又は前記位置応答を基に求めた座標系間の微小変位対応関係を演算するステップと、
直交座標系で設定した力もしくはトルクの限界値と前記フィードフォワードトルク指令と前記微小変位対応関係から前記トルク制限値を演算するステップと、
を備えることを特徴とする請求項１２記載のモーション制御方法。 The motion controller is
Calculating a minute displacement correspondence between coordinate systems obtained based on the position command or the position response;
Calculating the torque limit value from the force or torque limit value set in the Cartesian coordinate system, the feedforward torque command and the minute displacement correspondence relationship;
The motion control method according to claim 12, further comprising: 前記フィードフォワード指令演算部は、２軸以上のアームから構成されるロボットの軸間に発生する慣性力または重力による外乱をフィードフォワードトルクで打ち消すステップを備えることを特徴とする請求項１０記載のモーション制御方法。   The motion according to claim 10, wherein the feedforward command calculation unit includes a step of canceling a disturbance due to an inertial force or gravity generated between axes of a robot including two or more arms with a feedforward torque. Control method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9098079B2 (en) 2013-12-13 2015-08-04 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Method of joint planning and control of a rigid, separable non-holonomic mobile robot using a harmonic potential field approach
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