JP2023021555A - 制御装置、制御方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の軸を有するロボットに支持される物体の振動を抑制できる制御装置を提供する。
【解決手段】制御装置は、複数の軸を有し、片持ち梁状に物体を支持するロボットを制御する。制御装置は、ロボットの動作を規定する動作指令を生成する生成部と、動作指令を含む入力情報に従って、物体が直線移動するようにロボットを制御するロボット制御部と、を備える。生成部は、物体の共振周期を定義付ける第１パラメータの入力を受け、物体の直線移動におけるジャーク時間と等加速度時間との和が共振周期の自然数倍となるように動作指令を生成する。
【選択図】図１

Description

本開示は、制御装置、制御方法およびプログラムに関する。

近年、機械の固有振動数による振動を励起しない条件を満たすことで、機械に生じる振動を抑える制振技術が開発されている。例えば、特開２０１７－８４２８８号公報（特許文献１）は、入力された機械性能指標と制振条件式とに基づいて位置指令を算出し、算出した位置指令をサーボドライバに出力する指令生成装置を開示している。

特開２０１７－８４２８８号公報

振動を抑えるためには、多軸ロボットの先端の速度、加速度およびジャーク（加加速度）の制御が重要となる。一般に、複数の軸を有する多軸ロボットを制御する制御装置では、これら３つのパラメータを含む動作プロファイルを詳細に指定できない。そのため、多軸ロボットに支持される物体に振動が発生しやすく、多軸ロボットにおける制振技術の開発が望まれている。特許文献１に記載の技術は、サーボドライバへ出力される位置指令の生成に関するものであり、多軸ロボットへ適用することが困難である。

本開示は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の軸を有するロボットに支持される物体の振動を抑制できる制御装置、制御方法およびプログラムを提供することである。

本開示の一例によれば、制御装置は、複数の軸を有し、片持ち梁状に物体を支持するロボットを制御する。制御装置は、ロボットの動作を規定する動作指令を生成する生成部と、動作指令を含む入力情報に従って、物体が直線移動するようにロボットを制御するロボット制御部と、を備える。生成部は、物体の共振周期を定義付ける第１パラメータの入力を受け、物体の直線移動におけるジャーク時間と等加速度時間との和が共振周期の自然数倍となるように動作指令を生成する。

この開示によれば、ジャークが変化するポイントにおいて発生する振動は、共振周期のＮ倍だけずれたポイントにおいて発生する振動によって相殺される。これにより、複数の軸を有するロボット２００によって片持ち梁状に支持されたワーク３００を直線移動させるときに、ワーク３００の振動を抑制できる。

上述の開示において、動作指令は、ロボットの最大合成加速度に対する比率を示す第２パラメータを含む。生成部は、速度０の状態から最大合成加速度で加速し、制限速度に到達するまでの標準時間を取得する。さらに、生成部は、標準時間の逆数に対する共振周期の自然数倍の逆数の第１比率を算出し、第１比率に基づいて第２パラメータの値を決定する。

本発明者らは、第２パラメータを用いてロボットを制御する際に、標準時間の逆数に対するジャーク時間と等加速度時間との和の逆数の比率が第２パラメータの値と一致するという知見を得た。そのため、上記の開示によれば、物体の直線移動におけるジャーク時間と等加速度時間との和が共振周期の自然数倍となるように動作指令を生成することができる。

上述の開示において、入力情報は、第２比率を含む。ロボット制御部は、動作指令に従って決定される速度に第２比率を乗算することにより得られる速度でロボットを動作させる。第２パラメータは、第１比率を第２比率によって除算することにより得られる値を示す。

この開示によれば、速度を調整するための第２比率を考慮して、物体の直線移動におけるジャーク時間と等加速度時間との和が共振周期の自然数倍となるように動作指令を生成することができる。

上述の開示において、動作指令は、直線移動における物体の最大速度を定義付けるための第３パラメータを含む。生成部は、物体の移動距離と、第１速度との入力をさらに受け、共振周期の自然数倍とジャーク時間との和によって移動距離を除算することにより得られる第２速度と第１速度とを比較する。生成部は、第２速度が第１速度よりも小さいことに応じて、第２速度を最大速度として定義付ける第３パラメータを生成し、第２速度が第１速度よりも大きいことに応じて、第１速度を最大速度として定義付ける第３パラメータを生成する。

後述するように、第２速度が第１速度よりも小さい場合、第１速度を最大速度として定義付ける第３パラメータを生成すると、ジャーク時間と等加速度時間との和を共振周期の自然数倍と一致させることができない。上記の開示によれば、第２速度が第１速度よりも小さいことに応じて、第２速度を最大速度として定義付ける第３パラメータを生成する。これにより、物体の直線移動におけるジャーク時間と等加速度時間との和が共振周期の自然数倍となるように動作指令を生成することができる。

上述の開示において、生成部は、ファンクションブロックの形で命令が規定されることにより実現されてもよい。

本開示の一例によれば、複数の軸を有し、片持ち梁状に物体を支持するロボットを制御する制御方法は、ロボットの動作を規定する動作指令を生成するステップと、動作指令を含む入力情報に従って、物体が直線移動するようにロボットを制御するステップと、を備える。生成するステップは、物体の共振周期を定義付けるパラメータの入力を受けるステップと、物体の直線移動におけるジャーク時間と等加速度時間との和が共振周期の自然数倍となるように動作指令を生成するステップと、を含む。

本開示の一例によれば、プログラムは、上記の制御方法をコンピュータに実行させる。これらの開示によっても、複数の軸を有するロボット２００によって片持ち梁状に支持されたワーク３００を直線移動させるときに、ワーク３００の振動を抑制できる。

本開示によれば、複数の軸を有するロボットに支持される物体の振動を抑制できる。

実施の形態に係る制御装置が適用されるシステムの一例を示す図である。 ロボットの合成速度および合成加速度のプロファイルの一例を示す図である。 ジャーク時間が設定されたときのロボットの合成速度および合成加速度のプロファイル（Ｓ字カーブプロファイル）の一例を示す図である。 図３に示すＳ字カーブプロファイルに対応するジャーク（加加速度）の時間変化を示す図である。 制御装置のハードウェア構成を示す模式図である。 制御装置の機能構成を示す模式図である。 速度調整比率を変更したときの合成速度の時間変化の一例を示す図である。 制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。 図８のステップＳ１００のサブルーチンの流れの一例を示すフローチャートである。 図９のステップＳ２によって算出される変数を示す図である。 ステップＳ２で計算された変数Ｈの値を合成速度の最大値とする速度プロファイルと、式（４）の左辺の値を合成速度の最大値とする速度プロファイルとを示す図である。 参考形態に係る制御装置を用いたときのワークの振動波形を示す図である。 本実施の形態に係る制御装置を用いたときのワークの振動波形を示す図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。以下で説明される各変形例は、適宜選択的に組み合わされてもよい。

§１ 適用例
本実施の形態にかかる制御装置の概略について説明する。図１は、実施の形態に係る制御装置が適用されるシステムの一例を示す図である。図１に示すシステム１は、例えば生産ラインに設置される。図１に示されるように、システム１は、制御装置１００と、ロボット２００と、を備える。

ロボット２００は、複数の軸２０１と、エンドエフェクタ２０２と、を有する多軸ロボットである。例えば、ロボット２００は垂直多関節ロボットである。ロボット２００のエンドエフェクタ２０２は、片持ち梁状にワーク３００を支持する。ワーク３００は、例えばシャフトである。

制御装置１００は、ロボット２００を制御する。シャフトであるワーク３００を軸方向に交差する方向に直線移動させる場合、ワーク３００に振動が発生しやすい。ワーク３００を移動させた後にワーク３００に振動が発生していると、振動が許容範囲内に収まるまで待機する必要が生じる。その結果、タクトタイムが長くなる。制御装置１００は、タクトタイムを短縮するために、ワーク３００の振動を抑えるようにロボット２００を制御する。

制御装置１００は、ロボットの動作を規定する動作指令を生成する動作指令生成部１０と、動作指令を含む入力情報に従って、ワーク３００が直線移動するようにロボット２００を制御するロボット制御部１２と、を備える。

ワーク３００を直線移動させるために、ロボット２００は、エンドエフェクタ２０２の軌跡が直線となるように直線補間動作を行なう。エンドエフェクタ２０２の軌跡が１次元となるため、ロボット２００の複数の軸２０１の合成速度および合成加速度も１次元で表現される。

図２は、ロボットの合成速度および合成加速度のプロファイルの一例を示す図である。図２には、ロボット２００が最大能力を発揮したときのプロファイルが示される。図２において、線２０は合成速度の時間変化を示し、線２１は合成加速度の時間変化を示す。ワーク３００は、加速時間Ｔ１０において加速し、等速度時間Ｔ１１において等速運動し、減速時間Ｔ１２において減速する。

図２に示す線２０は、台形を示す。すなわち、図２には、いわゆる台形速度プロファイルが示される。台形速度プロファイルを用いることにより、移動時間を最短にできる。しかしながら、加減速の開始時および終了時に加速度が急激に変化する。ロボット２００は、加速度の急激な変化による衝撃を受ける。このような衝撃を緩和させる目的のため、加速度を連続的に変化させる時間（ジャーク時間）が設定される。

図３は、ジャーク時間が設定されたときのロボットの合成速度および合成加速度のプロファイル（Ｓ字カーブプロファイル）の一例を示す図である。図３においても、線２０は合成速度の時間変化を示し、線２１は合成加速度の時間変化を示す。Ｓ字カーブプロファイルでは、ジャーク時間Ｔ１、等加速度時間Ｔ２、ジャーク時間Ｔ３、等速度時間Ｔ４、ジャーク時間Ｔ５、等加速度時間Ｔ６、およびジャーク時間Ｔ７がこの順に設定される。

ジャーク時間Ｔ１では、加速度が０から最大加速度まで単調に増大する。等加速度時間Ｔ２では、加速度が最大加速度に維持される。ジャーク時間Ｔ３では、加速度が最大加速度から０まで単調に減小する。等速度時間Ｔ４では、加速度が０に維持される。ジャーク時間Ｔ５では、加速度が０から最小加速度（負）まで単調に減小する。等加速度時間Ｔ６では、加速度が最小加速度に維持される。ジャーク時間Ｔ７では、加速度が最小加速度から０に単調に増大する。

ジャーク時間Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５，Ｔ７は、同じ長さを有する。等加速度時間Ｔ２，Ｔ６は、同じ長さを有する。

動作指令生成部１０は、ワーク３００の共振周期を定義付けるパラメータ（典型的には共振周波数）の入力を受け、ワーク３００の直線移動におけるジャーク時間Ｔ１と等加速度時間Ｔ２との和が共振周期のＮ倍（Ｎは自然数）となるように動作指令を生成する。ジャーク時間Ｔ１と等加速度時間Ｔ２との和が共振周期のＮ倍となるように動作指令が生成されることにより、ワーク３００の振動が抑制される。そのメカニズムについて図４を参照しながら説明する。

図４は、図３に示すＳ字カーブプロファイルに対応するジャーク（加加速度）の時間変化を示す図である。図４において、線２２はジャークの時間変化を示す。図４に示されるように、ジャークは、８つのタイミングにおいて変化する。すなわち、ジャークは、ジャーク時間Ｔ１の開始時刻ｔ０および終了時刻ｔ１、ジャーク時間Ｔ３の開始時刻ｔ２および終了時刻ｔ３、ジャーク時間Ｔ５の開始時刻ｔ４および終了時刻ｔ５、ジャーク時間Ｔ７の開始時刻ｔ６および終了時刻ｔ７において変化する。

時刻ｔ０のジャークの変化は正方向であり、時刻ｔ２のジャークの変化は負方向である。そして、時刻ｔ０から時刻ｔ２までの時間、すなわち、ジャーク時間Ｔ１と等加速度時間Ｔ２との和は、共振周期のＮ倍である。そのため、時刻ｔ０において発生した振動は、共振周期のＮ倍の後の時刻ｔ２において発生する逆位相の振動によって相殺される。同様に、時刻ｔ１において発生した振動は、共振周期のＮ倍の後の時刻ｔ３において発生する逆位相の振動によって相殺される。時刻ｔ４において発生した振動は、共振周期のＮ倍の後の時刻ｔ６において発生する逆位相の振動によって相殺される。時刻ｔ５において発生した振動は、共振周期のＮ倍の後の時刻ｔ７において発生する逆位相の振動によって相殺される。このように、ジャークが変化する全てのポイントの各々において発生する振動は、共振周期のＮ倍だけずれたポイントにおいて発生する振動によって相殺される。したがって、ワーク３００の振動が抑制される。

このように、本実施の形態に係る制御装置１００によれば、複数の軸を有するロボット２００によって片持ち梁状に支持されたワーク３００を直線移動させるときに、ワーク３００の振動を抑制できる。

§２ 具体例
＜制御装置のハードウェア構成＞
図５は、制御装置のハードウェア構成を示す模式図である。図５に示されるように、制御装置１００は、フィールドネットワークコントローラ１０２と、制御処理回路１０４と、入力インターフェイス１０６と、を含む。

フィールドネットワークコントローラ１０２は、フィールドネットワークを介して、例えばＰＬＣ（Programmable Logic Controller）などの外部装置との間でデータをやり取りする。

制御処理回路１０４は、ロボット２００を駆動するために必要な演算処理を実行する。一例として、制御処理回路１０４は、プロセッサ１１０と、メインメモリ１１２と、ストレージ１１４と、インターフェイス回路１１６とを含む。

プロセッサ１１０は、ロボット２００を駆動するための制御演算を実行する。メインメモリ１１２は、例えば、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）やＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）などの揮発性記憶装置などで構成される。ストレージ１１４は、例えば、ＳＳＤ（Solid State Drive）やＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの不揮発性記憶装置などで構成される。

ストレージ１１４には、ロボット２００を駆動するための制御を実現するための制御プログラム１２０が格納される。制御プログラム１２０は、ロボット２００の動作に係る制御演算を実行する命令、および、ロボット２００との間のインターフェイスに係る命令を含む。制御プログラム１２０は、１以上のファンクションブロック（ＦＢ）を含んでもよい。ファンクションブロックは、入出力変数を有するブロックであり、指定されたタイミングで読み出されてインスタンス化されることで実行される。図５に示す制御プログラム１２０は、制振制御ファンクションブロック１２２と、直線補間ファンクションブロック１２４と、を含む。なお、制御プログラム１２０は、メモリカードなどの記録媒体、配信サーバなどからインストールされてもよい。

インターフェイス回路１１６は、ロボット２００との間でデータをやり取りする。
入力インターフェイス１０６は、制御処理回路１０４とキーボード、マウス、タッチパネル、専用コンソールなどの入力デバイス４００との間のデータ伝送を仲介する。すなわち、入力インターフェイス１０６は、ユーザが入力デバイス４００を操作することで与えられる情報を受け付ける。

＜制御装置の機能構成＞
図６は、制御装置の機能構成を示す模式図である。図６に示されるように、制御装置１００は、動作指令生成部１０と、ロボット制御部１２と、プロファイル選択部１４とを含む。動作指令生成部１０、ロボット制御部１２およびプロファイル選択部１４は、プロセッサ１１０（図５参照）が制御プログラム１２０を実行することにより実現される。より具体的には、動作指令生成部１０およびロボット制御部１２は、プロセッサ１１０が制振制御ファンクションブロック１２２および直線補間ファンクションブロック１２４を実行することによりそれぞれ実現される。

制御装置１００は、入力変数として、ワーク３００の共振周波数（Ｈｚ）、ワーク３００の移動距離（ｍｍ）、ユーザ所望のワーク３００の最大速度（ｍｍ／ｓ）（以下、「入力速度」と称する。）、速度調整比率（％）、ジャーク時間（ｍｓ）、調整定数（自然数）、およびロボット固有パラメータを受ける。ワーク３００の移動距離は、ロボット２００の先端の現在位置から目標位置までの距離である。制御装置１００は、これらの入力変数をフィールドネットワークまたは入力デバイス４００から受ける。

ワーク３００の共振周波数は、予め計測される。例えば、ロボット２００を動作させたときのワーク３００を撮像することにより得られる映像を解析することにより、ワーク３００の共振周波数が計測される。あるいは、ロボット２００を動作させたときのワーク３００の振動を目視で確認することにより、ワーク３００の共振周波数が計測されてもよい。あるいは、センサを用いて、ワーク３００の共振周波数が計測されてもよい。

速度調整比率は、ロボット２００の合成速度（つまり、ワーク３００の速度）の調整のために使用される。調整定数（自然数）は、共振周期の倍数として使用される。

図７は、速度調整比率を変更したときの合成速度の時間変化の一例を示す図である。図７において、線２５は、調整比率１００％のときの、ロボット２００の合成速度の時間変化を示す。線２６は、速度調整比率５０％のときの、ロボット２００の合成速度の時間変化を示す。図７に示されるように、速度調整比率５０％に設定されたときの速度は、速度調整比率１００％に設定されたときの速度の５０％に調整される。そのため、速度調整比率５０％に設定されたときの加速時間Ｔ２０および減速時間Ｔ２２はそれぞれ、速度調整比率１００％に設定されたときの加速時間Ｔ１０および減速時間Ｔ１２の２倍である。このように、加速時間Ｔ１０および減速時間Ｔ１２は、速度調整比率に反比例する。

ロボット固有パラメータは、標準時間（ｍｓ）、制限速度（ｍｍ／ｓ）および制限比率（％）を含む。

制限速度は、ロボット２００が最大能力で動作したときの合成速度であり、ロボット２００に固有の値である。

制限比率は、ロボット２００の合成加速度（つまり、ワーク３００の加速度）の調整のために使用される比率（以下、「加速度調整比率」と称する。）の上限値であり、ロボット２００に固有の値である。加速度調整比率は、ロボットが最大能力で動作したときの合成加速度（最大合成加速度）に対する比率である。具体的には、加速度調整比率は、加速時において、ロボットが最大能力で動作したときの第１基準加速度（正）に対する比率を示し、減速時において、第２基準加速度（負）に対する比率を示す。第１基準加速度の値は、最大合成加速度の絶対値と一致する。第２基準加速度の絶対値は、第１基準加速度の値と同じである。

標準時間は、ジャーク時間が０ｍｓであるときの加減速の時間である。すなわち、標準時間は、速度０の状態から、第１基準加速度（すなわち、最大合成加速度）で加速し、制限速度に到達するまでの時間である。標準時間は、ロボット２００に固有の値であり、例えば１８０ｍｓである。ジャーク時間が０ｍｓである場合、速度プロファイルは、図２の線２０によって表される。そのため、標準時間は、図２の加速時間Ｔ１０（または減速時間Ｔ１２）に相当する。

図６に示されるように、プロファイル選択部１４は、ジャーク時間の入力を受ける。プロファイル選択部１４は、ロボット制御部１２が受け付け可能な複数の速度プロファイルの中から、入力されたジャーク時間に応じた１つのＳ字カーブ速度プロファイルを選択する。プロファイル選択部１４は、選択した速度プロファイルを示す変数をロボット制御部１２に出力する。複数の速度プロファイルは、図３に示されるようなＳ字カーブを有し、互いに異なるジャーク時間を有する。そのため、プロファイル選択部１４は、複数の速度プロファイルの中から、入力されたジャーク時間を有する速度プロファイルを選択すればよい。

なお、ロボット制御部１２が受け付け可能な複数の速度プロファイルの各々において、ジャーク時間Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５，Ｔ７（図３参照）は、同じ長さを有し、等加速度時間Ｔ２，Ｔ６は、同じ長さを有する。

ロボット制御部１２は、ロボット２００の先端の現在位置および目標位置、速度調整比率、速度プロファイル、最大合成速度および加速度調整比率を受け、ワーク３００が直線移動するようにロボット２００を制御する。最大合成速度は、速度調整比率１００％におけるロボット２００の合成速度の最大値を示す。

ロボット制御部１２は、移動距離、速度調整比率、最大合成速度および加速度調整比率に応じて、速度プロファイルを修正する。

具体的には、ロボット制御部１２は、速度プロファイルにおける等速度時間Ｔ４（図３参照）の速度を、最大合成速度に修正する。

次に、ロボット制御部１２は、速度プロファイルにおける等加速度時間Ｔ２（図３参照）の加速度を、第１基準加速度（正）に加速度調整比率を乗じた値に修正する。同様に、ロボット制御部１２は、速度プロファイルにおける等加速度時間Ｔ６（図３参照）の加速度を、第２基準加速度（負）に加速度調整比率を乗じた値に修正する。このとき、ロボット制御部１２は、加速終了時および減速開始時の速度が等速度時間Ｔ４の速度と一致するように、等加速度時間Ｔ２，Ｔ６の長さも修正する。

次に、ロボット制御部１２は、ロボット２００の先端の現在位置と目標位置とを結ぶ直線距離（すなわち移動距離）を演算する。ロボット制御部１２は、速度プロファイルの積分値が移動距離と一致するように、等速度時間Ｔ４の長さを修正する。

最後に、ロボット制御部１２は、速度調整比率に従って、速度プロファイルの各時刻の速度を修正するとともに、ジャーク時間Ｔ１、等加速度時間Ｔ２、ジャーク時間Ｔ３、等速度時間Ｔ４、ジャーク時間Ｔ５、等加速度時間Ｔ６、およびジャーク時間Ｔ７の長さを修正する。

ロボット制御部１２は、このようにして修正された速度プロファイルに従った合成速度が出力されるように、ロボット２００の各軸の指令値を生成し、生成した指令値をロボット２００に出力する。

ロボット制御部１２が受ける速度調整比率、最大合成速度および加速度調整比率は、ユーザにとって、ワーク３００の直線移動の時間変化をイメージしやすいパラメータである。そのため、ロボット制御部１２が速度調整比率、最大合成速度および加速度調整比率を入力デバイス４００から直接取得する参考形態が考えられる。これにより、ユーザは、これらのパラメータの値を適宜調整することにより、所望の時間変化でワーク３００を直線移動させることができる。

システム１が生産ラインに設置される場合、通常、ワーク３００をできるだけ短時間が移動させることが好ましい。そのため、ユーザは、最短時間でワーク３００を直線移動させるときのワーク３００の最大速度を最大合成速度として入力すればよい。ただし、最短時間でワーク３００を直線移動させた場合、何らかの不具合が生じる可能性がある。このような場合、ユーザは、速度調整比率の値を調整することにより、ワーク３００の速度を調整できる。あるいは、ユーザは、加速度調整比率を調整することにより、加速時間および減速時間を調整できる。

しかしながら、速度調整比率、最大合成速度および加速度調整比率は、ワーク３００の制振に関わるパラメータ（例えばジャーク時間と等加速度時間との和）を直接定義するものではない。また、ユーザは、速度調整比率、最大合成速度および加速度調整比率をどのように調整すれば、ワーク３００の振動を抑制する条件（例えば、ジャーク時間と等加速度時間との和が共振周期の自然数倍と一致するという条件）を満たすかについて把握していない。そのため、ロボット制御部１２が速度調整比率、最大合成速度および加速度調整比率を入力デバイス４００から直接取得する参考形態では、ワーク３００を直線移動させるときの振動を抑制することが困難である。

そのため、本実施の形態に係る制御装置１００は、動作指令生成部１０を備えることを特徴とする。

動作指令生成部１０は、共振周波数、移動距離、入力速度、速度調整比率、ジャーク時間、調整定数、およびロボット固有パラメータを受け、動作指令を生成する。生成された動作指令は、ロボット制御部１２に入力される。動作指令は、最大合成速度と加速度調整比率とを含む。

本発明者は、加速度調整比率とロボット２００の合成速度のプロファイルとを比較検証した結果、標準時間の逆数に対するジャーク時間と等加速度時間との和の逆数の比率が加速度調整比率と一致するという知見を得た。動作指令生成部１０は、当該知見に基づいて、ワーク３００の直線移動におけるジャーク時間と等加速度時間との和が共振周期の自然数倍となるように動作指令を生成する。動作指令の生成方法については後述する。

＜制御装置の処理の流れ＞
図８は、制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。図８に示されるように、プロセッサ１１０は、入力変数を用いて、動作指令を生成する（ステップＳ１００）。次に、プロセッサ１１０は、生成された動作指令を含む入力情報に従って、ワーク３００が直線移動するようにロボット２００を制御する（ステップＳ２００）。入力情報には、速度調整比率およびジャーク時間が含まれる。上述したように、プロセッサ１１０は、ジャーク時間に応じた速度プロファイルを選択する。プロセッサ１１０は、選択した速度プロファイルと、速度調整比率と、動作指令（最大合成速度および加速度調整比率）とを用いて、ワーク３００が直線移動するようにロボット２００を制御する。

＜動作指令の生成方法＞
図９～図１１を参照して、動作指令の生成方法について説明する。図９は、図８のステップＳ１００のサブルーチンの流れの一例を示すフローチャートである。

プロセッサ１１０は、入力変数を受け付ける（ステップＳ１）。入力変数には、以下の変数Ａ～Ｎが含まれる。
変数Ａ：移動距離（ｍｍ）、
変数Ｂ：入力速度（ｍｍ／ｓ）、
変数Ｃ：速度調整比率（％）、
変数Ｄ：ジャーク時間（ｍｓ）、
変数Ｅ：共振周波数（Ｈｚ）、
変数Ｆ：調整定数、
変数Ｇ：標準時間（ｍｓ）、
変数Ｍ：制限速度（ｍｍ／ｓ）、
変数Ｎ：制限比率（％）。

次に、プロセッサ１１０は、以下の式（１）～（３）に従って、変数Ｈ，Ｉ，Ｊをそれぞれ算出する（ステップＳ２）。
Ｈ＝Ｂ×Ｃ÷１００ 式（１）
Ｉ＝１０００÷Ｅ×Ｆ 式（２）
Ｊ＝Ｉ＋Ｄ 式（３）。

図１０は、図９のステップＳ２によって算出される変数を示す図である。図１０に示されるように、変数Ｈは、ワーク３００を直線移動させるときのロボット２００の合成速度の最大値を示す。ステップＳ２において、入力速度に速度調整比率を乗じることにより、変数Ｈの値が算出される。変数Ｉは、ワーク３００の共振周期の調整定数（自然数）倍の時間を示す。本実施の形態では、ジャーク時間と等加速度時間との和が共振周期の調整定数（自然数）倍となるように動作指令が生成される（図３参照）。そのため、ジャーク時間と等加速度時間との和は、変数Ｉの値を一致する。変数Ｊは、ワーク３００の共振周期の調整定数（自然数）倍とジャーク時間との和を示す。ジャーク時間と等加速度時間との和が共振周期の調整定数（自然数）倍となるように動作指令が生成される場合、変数Ｊは、加速時間を示す。

次に、プロセッサ１１０は、Ｂ＜Ｍが満たされるか否かを判断する（ステップＳ３）。ステップＳ３でＹＥＳの場合、すなわち、入力速度が制限速度未満である場合、プロセッサ１１０は、変数Ｂの値を利用可能であると判断し、次のステップＳ４を実行する。

ステップＳ４において、プロセッサ１１０は、Ｄ＜Ｉが満たされるか否かを判断する。図１０に示されるように、ジャーク時間と等加速度時間との和が共振周期の調整定数（自然数）倍と一致するためには、Ｄ＜Ｉが満たされる必要がある。そのため、ステップＳ４でＹＥＳの場合、プロセッサ１１０は、変数Ｄ，Ｉの値を利用可能であると判断し、次のステップＳ５を実行する。

ステップＳ５において、プロセッサ１１０は、以下の式（４）が満たされるか否かを判断する。
Ａ÷Ｊ×１０００＜Ｈ 式（４）。

図１１は、ステップＳ２で計算された変数Ｈの値を合成速度の最大値とする速度プロファイルと、式（４）の左辺の値を合成速度の最大値とする速度プロファイルとを示す図である。図１１において、線２０ａは、ステップＳ２で計算された変数Ｈの値を合成速度の最大値とし、等速度時間を０としたときの速度プロファイルを示す。線２０ｂは、式（４）の左辺の値を合成速度の最大値とし、等速度時間を０としたときの速度プロファイルを示す。線２１は、線２０ｂによって示される速度プロファイルに対応する加速度プロファイルを示す。

加速時間と減速時間とが同じ条件下において同じ移動距離だけ直線移動する場合、等速度時間が０であるときに、加速時間が最も長くなる。

式（４）が満たされる場合（ステップＳ５でＹＥＳ）、図１１に示されるように、線２０ａによって示される速度プロファイルの加速時間は、線２０ｂによって示される速度プロファイルの加速時間よりも短い。線２０ｂは、ジャーク時間と等加速度時間との和が共振周期の調整定数（自然数）倍と一致するときの速度プロファイルを示す。そのため、式（４）が満たされる場合、ステップＳ２で計算された変数Ｈの値を合成速度の最大値とする速度プロファイルでは、ジャーク時間と等加速度時間との和が共振周期の調整定数（自然数）倍よりも短くなる。すなわち、式（４）が満たされる場合、ジャーク時間と等加速度時間との和が共振周期の調整定数（自然数）倍となるように動作指令を生成できない。したがって、ステップＳ５でＹＥＳの場合、プロセッサ１１０は、変数Ｈの値をＡ÷Ｊ×１０００の計算値に置き換える（ステップＳ６）。その後、プロセッサ１１０は、ステップＳ７を実行する。

一方、式（４）が満たされない場合（ステップＳ５でＮＯ）、線２０ａによって示される速度プロファイルの加速時間は、線２０ｂによって示される速度プロファイルの加速時間以上となる。この場合、ステップＳ２で計算された変数Ｈの値を合成速度の最大値としても、等速度時間を調整することにより、ジャーク時間と等加速度時間との和を共振周期の調整定数（自然数）倍と一致させることができる。そのため、ステップＳ５でＮＯの場合、プロセッサ１１０は、変数Ｈの値を変更することなく、次のステップＳ７を実行する。

ステップＳ７において、プロセッサ１１０は、以下の式（５）に従って、変数Ｌを算出する。
Ｌ＝１００×Ｈ÷Ｃ 式（５）。

次のステップＳ８において、プロセッサ１１０は、以下の式（６）に従って、変数Ｋを算出する。
Ｋ＝（１００×Ｇ）÷（１０００÷Ｅ×Ｆ）×（１００÷Ｃ） 式（６）
すなわち、プロセッサ１１０は、標準時間の逆数に対する共振周期の自然数倍の逆数の比率（（１００×Ｇ）÷（１０００÷Ｅ×Ｆ））を算出し、当該比率に基づいて変数Ｋの値を決定する。具体的には、プロセッサ１１０は、当該比率を速度調整比率によって除算することにより、変数Ｋの値を算出する。

次のステップＳ９において、プロセッサ１１０は、Ｋ＜Ｎを満たすか否かを判断する。Ｋ＜Ｎを満たす場合（ステップＳ９でＹＥＳ）、プロセッサ１１０は、ステップＳ８において算出された変数Ｋを利用可能と判断し、ステップＳ１０を実行する。

ステップＳ１０において、プロセッサ１１０は、最大合成速度および加速度調整比率として、変数Ｌ，Ｋをそれぞれ出力する。ステップＳ１０の後、プロセッサ１１０は、処理を図８のステップＳ２００に戻す。

変数Ｌによって表される最大合成速度は、速度調整比率１００％におけるロボット２００の合成速度の最大値を示す。ワーク３００の直線移動における最大速度は、最大合成速度と入力された速度調整比率との積で表される。そのため、変数Ｌ（最大合成速度）は、ワーク３００の直線移動における最大速度を定義付けるパラメータである。上述したように、式（４）が満たされる場合、すなわち、Ａ÷Ｊ×１０００によって表される速度が変数Ｂと変数Ｃとの積で表される速度よりも小さい場合、プロセッサ１１０は、Ａ÷Ｊ×１０００によって表される速度を直線移動における最大速度として定義付ける変数Ｌを生成する。一方、Ａ÷Ｊ×１０００によって表される速度が変数Ｂと変数Ｃとの積で表される速度よりも大きい場合、プロセッサ１１０は、変数Ｂと変数Ｃとの積で表される速度を直線移動における最大速度として定義付ける変数Ｌを生成する。

ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ９のいずれかにおいてＮＯの場合、プロセッサ１１０は、エラーコードを生成し、生成したエラーコードを出力する（ステップＳ１１）。ステップＳ１０の後、プロセッサ１１０は、処理を終了する。

ロボット制御部１２として動作するプロセッサ１１０は、最大合成速度および加速度調整比率としてそれぞれ受けた変数Ｌ，Ｋを用いて、ワーク３００が直線移動するようにロボット２００を制御する。

具体的には、プロセッサ１１０は、速度プロファイルにおける等速度時間Ｔ４（図３参照）の速度を、変数Ｌ（最大合成速度）の値に修正する。次に、プロセッサ１１０は、変数Ｋ（加速度調整比率）の値に応じて、速度プロファイルにおける等加速度時間Ｔ２，Ｔ６の各々の加速度を修正する。このとき、プロセッサ１１０は、加速終了時および減速開始時の速度が等速度時間Ｔ４の速度と一致するように、等加速度時間Ｔ２，Ｔ６の長さも修正する。次に、プロセッサ１１０は、速度プロファイルの積分値が移動距離と一致するように、等速度時間Ｔ４の長さを修正する。最後に、プロセッサ１１０は、速度調整比率に従って、速度プロファイルの各時刻の速度を修正するとともに、ジャーク時間Ｔ１、等加速度時間Ｔ２、ジャーク時間Ｔ３、等速度時間Ｔ４、ジャーク時間Ｔ５、等加速度時間Ｔ６、およびジャーク時間Ｔ７の長さを修正する。

上述したように、本発明者は、「標準時間の逆数に対するジャーク時間と等加速度時間との和の逆数の比率が加速度調整比率と一致する」という知見を得た。また、図７に示されるように、加速時間および減速時間は、速度調整比率に反比例する。そのため、加速度調整比率および速度調整比率に従って修正された速度プロファイルにおいて、ジャーク時間と加速度時間との和は、以下の式（７）で表される。
ジャーク時間と加速度時間との和＝Ｇ÷（Ｋ÷１００）×（１００÷Ｃ） 式（７）
式（７）のＫに式（６）を代入することにより、ジャーク時間と加速度時間との和は、（１０００÷Ｅ×Ｆ）、つまり、共振周期［ｍｓ］の調整定数（自然数）倍となる。

このように、最大合成速度および加速度調整比率として変数Ｌ，Ｋをそれぞれ受けることにより、ジャーク時間と等加速度時間との和がワーク３００の共振周期の調整定数（自然数）倍と一致する速度プロファイルに従って、ロボット２００が制御される。これにより、ワーク３００の振動が抑制される。

＜振動の抑制効果＞
本実施の形態に係る制御装置１００によるワーク３００の振動の抑制効果を確認した。図１２は、参考形態に係る制御装置を用いたときのワークの振動波形を示す図である。図１３は、本実施の形態に係る制御装置を用いたときのワークの振動波形を示す図である。

図１２および図１３には、共振周波数３１．０５Ｈｚを有する、直径０．５５ｍｍの針金をワーク３００として用いたときの振動波形が示される。なお、参考形態に係る制御装置は、制御装置１００と比較して、動作指令生成部１０を備えない点で相違する。参考形態に係る制御装置において、ロボット制御部１２には、加速度調整比率１００％を入力するとともに、最大合成速度として入力速度を入力した。

図１２に示されるように、参考形態に係る制御装置によってロボット２００を制御した場合、ワーク３００の先端は、振幅約１．０ｍｍで振動した。振動の収束時間は、６秒以上であった。これに対し、本実施の形態に係る制御装置１００によってロボット２００を制御した場合、ワーク３００の先端は、振幅約０．３５ｍｍで振動した。振動の収束時間は、０．５秒であった。このように、本実施の形態に係る制御装置１００を用いることにより、ワーク３００の振動が抑制される。

＜変形例＞
ロボット２００の本体がエンドエフェクタ２０２を片持ち梁状に支持する場合、エンドエフェクタ２０２自体が振動する可能性がある。この場合、ユーザは、エンドエフェクタ２０２の共振周波数、または、エンドエフェクタ２０２およびワーク３００の全体の共振周波数を制御装置１００に入力すればよい。

§３ 付記
以上のように、本実施の形態は以下のような開示を含む。

（構成１）
複数の軸（２０１）を有し、片持ち梁状に物体（３００，２０２）を支持するロボット（２００）を制御する制御装置（１００）であって、
前記ロボット（２００）の動作を規定する動作指令を生成する生成部（１０，１１０）と、
前記動作指令を含む入力情報に従って、前記物体（３００，２０２）が直線移動するように前記ロボット（２００）を制御するロボット制御部（１２，１１０）と、を備え、
前記生成部（１０，１１０）は、前記物体（３００，２０２）の共振周期を定義付ける第１パラメータの入力を受け、前記物体（３００，２０２）の直線移動におけるジャーク時間と等加速度時間との和が前記共振周期の自然数倍となるように前記動作指令を生成する、制御装置（１００）。

（構成２）
前記動作指令は、前記ロボット（２００）の最大合成加速度に対する比率を示す第２パラメータを含み、
前記生成部（１０，１１０）は、
速度０の状態から前記最大合成加速度で加速し、制限速度に到達するまでの標準時間を取得し、
前記標準時間の逆数に対する前記共振周期の自然数倍の逆数の第１比率を算出し、
前記第１比率に基づいて前記第２パラメータの値を決定する、構成１に記載の制御装置（１００）。

（構成３）
前記入力情報は、第２比率を含み、
前記ロボット制御部（１２，１１０）は、前記動作指令に従って決定される速度に前記第２比率を乗算することにより得られる速度で前記ロボット（２００）を動作させ、
前記第２パラメータは、前記第１比率を前記第２比率によって除算することにより得られる値を示す、構成２に記載の制御装置（１００）。

（構成４）
前記動作指令は、前記直線移動における前記物体（３００，２０２）の最大速度を定義付けるための第３パラメータを含み、
前記生成部（１０，１１０）は、
前記物体（３００，２０２）の移動距離と、第１速度との入力をさらに受け、
前記共振周期の自然数倍と前記ジャーク時間との和によって前記移動距離を除算することにより得られる第２速度と前記第１速度とを比較し、
前記第２速度が前記第１速度よりも小さいことに応じて、前記第２速度を前記最大速度として定義付ける前記第３パラメータを生成し、
前記第２速度が前記第１速度よりも大きいことに応じて、前記第１速度を前記最大速度として定義付ける前記第３パラメータを生成する、構成１から３のいずれかに記載の制御装置（１００）。

（構成５）
前記生成部（１０，１１０）は、ファンクションブロック（１２２）の形で命令が規定されることにより実現される、構成１から４のいずれかに記載の制御装置（１００）。

（構成６）
複数の軸（２０１）を有し、片持ち梁状に物体（３００，２０２）を支持するロボット（２００）を制御する制御方法であって、
前記ロボット（２００）の動作を規定する動作指令を生成するステップと、
前記動作指令を含む入力情報に従って、前記物体（３００，２０２）が直線移動するように前記ロボットを制御するステップと、を備え、
前記生成するステップは、
前記物体（３００，２０２）の共振周期を定義付けるパラメータの入力を受けるステップと、
前記物体（３００，２０２）の直線移動におけるジャーク時間と等加速度時間との和が前記共振周期の自然数倍となるように前記動作指令を生成するステップと、を含む、制御方法。

（構成７）
構成６に記載の制御方法をコンピュータ（１００，１１０）に実行させる、プログラム（１２０）。

本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ システム、１０ 動作指令生成部、１２ ロボット制御部、１４ プロファイル生成部、１００ 制御装置、１０２ フィールドネットワークコントローラ、１０４ 制御処理回路、１０６ 入力インターフェイス、１１０ プロセッサ、１１２ メインメモリ、１１４ ストレージ、１１６ インターフェイス回路、１２０ 制御プログラム、１２２ 制振制御ファンクションブロック、１２４ 直線補間ファンクションブロック、２００ ロボット、２０１ 軸、２０２ エンドエフェクタ、３００ ワーク、４００ 入力デバイス。

Claims (7)

1. 複数の軸を有し、片持ち梁状に物体を支持するロボットを制御する制御装置であって、
   前記ロボットの動作を規定する動作指令を生成する生成部と、
   前記動作指令を含む入力情報に従って、前記物体が直線移動するように前記ロボットを制御するロボット制御部と、を備え、
   前記生成部は、前記物体の共振周期を定義付ける第１パラメータの入力を受け、前記物体の直線移動におけるジャーク時間と等加速度時間との和が前記共振周期の自然数倍となるように前記動作指令を生成する、制御装置。
2. 前記動作指令は、前記ロボットの最大合成加速度に対する比率を示す第２パラメータを含み、
   前記生成部は、
   速度０の状態から前記最大合成加速度で加速し、制限速度に到達するまでの標準時間を取得し、
   前記標準時間の逆数に対する前記共振周期の自然数倍の逆数の第１比率を算出し、
   前記第１比率に基づいて前記第２パラメータの値を決定する、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記入力情報は、第２比率を含み、
   前記ロボット制御部は、前記動作指令に従って決定される速度に前記第２比率を乗算することにより得られる速度で前記ロボットを動作させ、
   前記第２パラメータは、前記第１比率を前記第２比率によって除算することにより得られる値を示す、請求項２に記載の制御装置。
4. 前記動作指令は、前記直線移動における前記物体の最大速度を定義付けるための第３パラメータを含み、
   前記生成部は、
   前記物体の移動距離と、第１速度との入力をさらに受け、
   前記共振周期の自然数倍と前記ジャーク時間との和によって前記移動距離を除算することにより得られる第２速度と前記第１速度とを比較し、
   前記第２速度が前記第１速度よりも小さいことに応じて、前記第２速度を前記最大速度として定義付ける前記第３パラメータを生成し、
   前記第２速度が前記第１速度よりも大きいことに応じて、前記第１速度を前記最大速度として定義付ける前記第３パラメータを生成する、請求項１から３のいずれか１項に記載の制御装置。
5. 前記生成部は、ファンクションブロックの形で命令が規定されることにより実現される、請求項１から４のいずれか１項に記載の制御装置。
6. 複数の軸を有し、片持ち梁状に物体を支持するロボットを制御する制御方法であって、
   前記ロボットの動作を規定する動作指令を生成するステップと、
   前記動作指令を含む入力情報に従って、前記物体が直線移動するように前記ロボットを制御するステップと、を備え、
   前記生成するステップは、
   前記物体の共振周期を定義付けるパラメータの入力を受けるステップと、
   前記物体の直線移動におけるジャーク時間と等加速度時間との和が前記共振周期の自然数倍となるように前記動作指令を生成するステップと、を含む、制御方法。
7. 請求項６に記載の制御方法をコンピュータに実行させる、プログラム。

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