JPH0430203A - ロボットの加減速時定数制御方法 - Google Patents
ロボットの加減速時定数制御方法Info
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- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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- G—PHYSICS
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- Manipulator (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はサーボモータの加減速時定数を決定しながら、
ロボットの創作を制御するロボットの加減速時定数制御
方式に関し、特にブロック毎に最適な加減速時定数を決
定しながら、ロボットの動作を制御するロボットの加減
速時定数制御方式に関する。
ロボットの創作を制御するロボットの加減速時定数制御
方式に関し、特にブロック毎に最適な加減速時定数を決
定しながら、ロボットの動作を制御するロボットの加減
速時定数制御方式に関する。
ロボットの現地調整作業時に、各アームを駆動する各サ
ーボモータの加速時定数、減速時定数を設定する。ここ
で、加速時定数及び減速時定数を含めて加減速時定数と
いう。この加減速時定数はロボットの使用状況によって
大きく左右され、律に決定することは困難である。従っ
て、経験上の判断や、低運転等によって決定している。
ーボモータの加速時定数、減速時定数を設定する。ここ
で、加速時定数及び減速時定数を含めて加減速時定数と
いう。この加減速時定数はロボットの使用状況によって
大きく左右され、律に決定することは困難である。従っ
て、経験上の判断や、低運転等によって決定している。
しかし、これらの時定数を余裕をもって設定するとサイ
クルタイムが長くなり、逆に小さな値に設定すると振動
等が発生して、位置決め精度を低下させたりする。従っ
て、的確な値に設定することが要請されるが、短時間で
客観的に判断する基準を発見するのが困難であった。こ
のために、余裕度を大きくとった加減速時定数でロボッ
トを制御し、サーボモータのトルクに余裕があっても動
作速度を上げることが難しかった。
クルタイムが長くなり、逆に小さな値に設定すると振動
等が発生して、位置決め精度を低下させたりする。従っ
て、的確な値に設定することが要請されるが、短時間で
客観的に判断する基準を発見するのが困難であった。こ
のために、余裕度を大きくとった加減速時定数でロボッ
トを制御し、サーボモータのトルクに余裕があっても動
作速度を上げることが難しかった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、サ
ーボモータの加減速時定数を移動量、負荷等による最適
な加減速時定数を決定するロボットの加減速時定数制御
方式を提供することを目的とする。
ーボモータの加減速時定数を移動量、負荷等による最適
な加減速時定数を決定するロボットの加減速時定数制御
方式を提供することを目的とする。
本発明では上記課題を解決するために、サーボモータの
加減速時定数をブロック毎に最適な値に決定しながら、
ロボットの動作を制御するロボットの加減速時定数制御
方式において、ブロックの移動量から、到達速度を求め
、前記到達速度からサーボモータの出力トルクを求杓、
前配出力トルクから静負荷トルクを減じて、加速トルク
を求肥、前記加速トルクと前記サーボモータの負荷イナ
ーシャから、加速度を求め、前記加速度から加減速時定
数を決定することを特徴とするロボットの加減速時定数
制御方式が、提供される。
加減速時定数をブロック毎に最適な値に決定しながら、
ロボットの動作を制御するロボットの加減速時定数制御
方式において、ブロックの移動量から、到達速度を求め
、前記到達速度からサーボモータの出力トルクを求杓、
前配出力トルクから静負荷トルクを減じて、加速トルク
を求肥、前記加速トルクと前記サーボモータの負荷イナ
ーシャから、加速度を求め、前記加速度から加減速時定
数を決定することを特徴とするロボットの加減速時定数
制御方式が、提供される。
次に実行すべきブロックの移動量から到達速度を求める
。例えば移動量が小さいときは、到達速度を小さく、移
動量がある値以上になると、到達速度は教示速度となる
。この到達速度から、サーボモータの速度・トルク曲線
からサーボモータの出力トルクが求められる。この速度
・トルク曲線はあらかじめ粘性損失が引かれている。こ
の圧力トルクから、摩擦トルク、重力によるトルク等か
らなる静負荷トルクを減じると、負荷を加速する加速ト
ルクが得られる。この加速トルクから加減速時定数を決
定し、ロボットの加減速を制御する。
。例えば移動量が小さいときは、到達速度を小さく、移
動量がある値以上になると、到達速度は教示速度となる
。この到達速度から、サーボモータの速度・トルク曲線
からサーボモータの出力トルクが求められる。この速度
・トルク曲線はあらかじめ粘性損失が引かれている。こ
の圧力トルクから、摩擦トルク、重力によるトルク等か
らなる静負荷トルクを減じると、負荷を加速する加速ト
ルクが得られる。この加速トルクから加減速時定数を決
定し、ロボットの加減速を制御する。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第2図はロボットの各軸の移動距離と到達速度の関係を
示すグラフである。第2図の横軸は時間、縦軸は速度を
表す。移動距離(あるいは回転角度)が充分大きいとき
は、線2で示すように、各点oabcを通る。すなわち
、時定数τ。で8点まで加速され、教示速度Vtで移動
し、減速して点Cで停止する。ここで、点oabc○を
それぞれ結ぶ線で囲まれた面積が移動距離となる。移動
距離が小さくなると、ab間の速度一定の時間が小さく
なる。ab間の距離がOより大きいときを、ロングモー
ション、0以下のときをショートモーションと呼ぶ。ロ
ングモーションとショートモーションの境界では線3で
示す。ac 1の軌跡を描く。
示すグラフである。第2図の横軸は時間、縦軸は速度を
表す。移動距離(あるいは回転角度)が充分大きいとき
は、線2で示すように、各点oabcを通る。すなわち
、時定数τ。で8点まで加速され、教示速度Vtで移動
し、減速して点Cで停止する。ここで、点oabc○を
それぞれ結ぶ線で囲まれた面積が移動距離となる。移動
距離が小さくなると、ab間の速度一定の時間が小さく
なる。ab間の距離がOより大きいときを、ロングモー
ション、0以下のときをショートモーションと呼ぶ。ロ
ングモーションとショートモーションの境界では線3で
示す。ac 1の軌跡を描く。
さらに、移動距離が短くなると、時定数τ。と最高速度
Vmaxで定義される直線Odまで加速度が変化し、線
4で示す。alc2となる。さらに、移動距離が短くな
ると、線5で示す。a2c3となる。この時の速度の最
大はVuとなり、この速度Vuを到達速度と称する。
Vmaxで定義される直線Odまで加速度が変化し、線
4で示す。alc2となる。さらに、移動距離が短くな
ると、線5で示す。a2c3となる。この時の速度の最
大はVuとなり、この速度Vuを到達速度と称する。
第3図はサーボモータの速度とトルクの関係を示すグラ
フである。第3図では横軸は速度(V)、縦軸はトルク
(T)である。すなわち、ある速度Vが決まると、それ
に対応する最大トルクTmaXが決定される。これらの
関係はロボットの各サーボモータごとにデータとしてロ
ボット制御装置に格納されている。
フである。第3図では横軸は速度(V)、縦軸はトルク
(T)である。すなわち、ある速度Vが決まると、それ
に対応する最大トルクTmaXが決定される。これらの
関係はロボットの各サーボモータごとにデータとしてロ
ボット制御装置に格納されている。
第4図はロボットの模式図である。ここでは、ロボット
の設置角度をθ。とじ、第1軸から第6軸目までの角度
をそれぞれθ1〜θ6とし、負荷重量をW、負荷重心位
置のオフセット量をLl、L2とすると、各軸のイナー
シャ、静負荷トルクは以下の式で表すことができる。こ
こで、静負荷トルクは摩擦トルク、重力分トルクを含む
ものである。
の設置角度をθ。とじ、第1軸から第6軸目までの角度
をそれぞれθ1〜θ6とし、負荷重量をW、負荷重心位
置のオフセット量をLl、L2とすると、各軸のイナー
シャ、静負荷トルクは以下の式で表すことができる。こ
こで、静負荷トルクは摩擦トルク、重力分トルクを含む
ものである。
ここで、第1軸のイナーシャを11、第2軸のイナーシ
ャを12、以下同様にI3、I2、I。
ャを12、以下同様にI3、I2、I。
I6とする。また、第1軸の静負荷トルクをTwl、第
2軸の静負荷トルクをT I12、以下同様に1w3、
T W4、T ws、T W6とすると、これらの値は
以下の式から求められる。
2軸の静負荷トルクをT I12、以下同様に1w3、
T W4、T ws、T W6とすると、これらの値は
以下の式から求められる。
1、=F、(θ2.θ3.θ4.θ5.θ6.L、、L
2.W)I2 =F2(θ3.θ4.θ5.θ6+ L
l+ L 2+ W)1、=F、<θ4.θ3.θ6
+ L 、、 L 2+ W)1、 −F4(θ5.θ
a、 L It L 2. W)■、−F5(θ6.
L It L2.W)16= F 6 (L 1. L
2+ w)Tw、=G、(θ。、θ1.θ2.θ3.
θ1.θ6.θ6+Ll+L2.W) Tw2−G2(θ。、θ1.θ2.θ3.θ4.θ5.
θ61LllL2.W) 1w3=G3(θ。、θ1.θ2.θ3.θ1.θ5.
θ6.LlL、、W) T、、=G、(θ。、θ1.θ2.θ3.θ1.θ5.
θ6+ L l+L2.W) Tw5=c、(θ。、θ1.θ2.θ3.θ1.θ5.
θ6+Ll+L 、、 W) T、、=G、(θ。、θ3.θ2.θ3.θ2.θ9.
θ6+Ll+L 2.W) これらの関数F1〜F、 、G、〜G6はロボットの構
造及び姿勢から計算することができる。従って、ロボッ
トがある特定の状態にあるときは、これらのイナーシャ
11〜丁。及び静負荷トルクT w l−T w 6は
ロボット制御装置内で計算によって求めることができる
。
2.W)I2 =F2(θ3.θ4.θ5.θ6+ L
l+ L 2+ W)1、=F、<θ4.θ3.θ6
+ L 、、 L 2+ W)1、 −F4(θ5.θ
a、 L It L 2. W)■、−F5(θ6.
L It L2.W)16= F 6 (L 1. L
2+ w)Tw、=G、(θ。、θ1.θ2.θ3.
θ1.θ6.θ6+Ll+L2.W) Tw2−G2(θ。、θ1.θ2.θ3.θ4.θ5.
θ61LllL2.W) 1w3=G3(θ。、θ1.θ2.θ3.θ1.θ5.
θ6.LlL、、W) T、、=G、(θ。、θ1.θ2.θ3.θ1.θ5.
θ6+ L l+L2.W) Tw5=c、(θ。、θ1.θ2.θ3.θ1.θ5.
θ6+Ll+L 、、 W) T、、=G、(θ。、θ3.θ2.θ3.θ2.θ9.
θ6+Ll+L 2.W) これらの関数F1〜F、 、G、〜G6はロボットの構
造及び姿勢から計算することができる。従って、ロボッ
トがある特定の状態にあるときは、これらのイナーシャ
11〜丁。及び静負荷トルクT w l−T w 6は
ロボット制御装置内で計算によって求めることができる
。
ここで、プログラム再生時に、現在位置P、、と移動目
標位置P。41について、これらのイナーシャ及び静負
荷トルクを逐次計算する。ただし、θ。、Ll、L2、
Wについては、ロボットの適用動作によって異なった値
となるので、教示時に設定する。
標位置P。41について、これらのイナーシャ及び静負
荷トルクを逐次計算する。ただし、θ。、Ll、L2、
Wについては、ロボットの適用動作によって異なった値
となるので、教示時に設定する。
第5図は本発明を実施するためのロボット制御装置の概
略のブロック図である。ロボット制御装置30にはプロ
セッサボード31があり、プロセッサボード31にはプ
ロセッサ31aXROM31 b、RAM31 cがあ
る。プロセッサ31aはROM3 l bに格納された
システムプログラムに従って、ロボット制御装置30全
体を制御する。
略のブロック図である。ロボット制御装置30にはプロ
セッサボード31があり、プロセッサボード31にはプ
ロセッサ31aXROM31 b、RAM31 cがあ
る。プロセッサ31aはROM3 l bに格納された
システムプログラムに従って、ロボット制御装置30全
体を制御する。
RAM31 Cには先に述べたLl 、L2 、W等の
データ、動作プログラム等が格納される。RAM31c
の一部は不揮発性メモリとして構成されており、これ等
のデータ、動作プログラム等は不揮発性メモリ部分に格
納されている。プロセッサボード31はバス39に結合
されている。
データ、動作プログラム等が格納される。RAM31c
の一部は不揮発性メモリとして構成されており、これ等
のデータ、動作プログラム等は不揮発性メモリ部分に格
納されている。プロセッサボード31はバス39に結合
されている。
ディジタルサーボ制御回路32はバス39に結合され、
プロセッサボード31からの指令によって、サーボアン
プ33を経由して、サーボモータ51.52.53.5
4.55及び56を駆動する。これらのサーボモータは
ロボット1に内蔵され、ロボット1の各軸を動作させる
。
プロセッサボード31からの指令によって、サーボアン
プ33を経由して、サーボモータ51.52.53.5
4.55及び56を駆動する。これらのサーボモータは
ロボット1に内蔵され、ロボット1の各軸を動作させる
。
シリアルポート34はバス39に結合され、表示器付き
教示操作盤57、その他のR3232C機器58と接続
されている。表示器付き教示操作盤は動作プログラム等
の人力に使用する。また、シリアルポートにはCRT3
6aが接続されている。
教示操作盤57、その他のR3232C機器58と接続
されている。表示器付き教示操作盤は動作プログラム等
の人力に使用する。また、シリアルポートにはCRT3
6aが接続されている。
ディジタルl1035には操作パネル36bが接続され
ている。また、ディジタルl1035及びアナログ!1
037を経由して外部への出力信号が出力される。また
、大容量メモリ38にはティーチングデータ、使用中以
外の動作プログラム等が格納される。
ている。また、ディジタルl1035及びアナログ!1
037を経由して外部への出力信号が出力される。また
、大容量メモリ38にはティーチングデータ、使用中以
外の動作プログラム等が格納される。
上記の説明ではサーボ制御回路32はディジタルサーボ
制御回路で説明したが、アナログサーボ制御回路でも同
様である。
制御回路で説明したが、アナログサーボ制御回路でも同
様である。
第1図は本発明のロボットの加減速時定数制御方式のフ
ローチャートである。図において、Sに続く数値はステ
ップ番号を示す。
ローチャートである。図において、Sに続く数値はステ
ップ番号を示す。
〔S1〕移動目標位置までの距離から、速度が教示速度
Vtに到達するかどうか判別し、到達するときはS2へ
、そうでないときはS3へ進む。
Vtに到達するかどうか判別し、到達するときはS2へ
、そうでないときはS3へ進む。
〔S2〕教示速度Vtを速度Vとする。
〔S3〕到達速度をVuを以下の式から求とる。
Vu=(x−vmaX/τ。)l/2
〔S4〕到達速度Vuを速度Vとする。
〔S5〕第3図に示すトルクカーブから、速度Vに対応
する最大トルクTmaxを求める。
する最大トルクTmaxを求める。
〔S6〕この最大トルクTmaxから静負荷トルクT、
を減じ、加速トルクTaを求める。現在位置の静負荷ト
ルクをT wn、目標位置の静負荷トルクをT wn+
1とし、それぞれについて加速トルクTa 、、、T
a h+1を求める。
を減じ、加速トルクTaを求める。現在位置の静負荷ト
ルクをT wn、目標位置の静負荷トルクをT wn+
1とし、それぞれについて加速トルクTa 、、、T
a h+1を求める。
Tart =Tma x −Twn
T a n+ + = T In a X T w
n+〔S7〕加速トルクT a It N T a h
+ +と、現在位置のイナーシャを1.、、目標位置の
イナーシャをI nilとし、それぞれについて加速度
a、、、an+を求める。
n+〔S7〕加速トルクT a It N T a h
+ +と、現在位置のイナーシャを1.、、目標位置の
イナーシャをI nilとし、それぞれについて加速度
a、、、an+を求める。
a、 −(Ta、/In )
a II+J1−(T a !1+l / I nil
>ここで加速度aとしてのa、とana+の小さい方
をとる。
>ここで加速度aとしてのa、とana+の小さい方
をとる。
〔S8〕加速度aと速度Vから、加減速時定数τを以下
の式から計算する。
の式から計算する。
τ= a / V
ただし、ここでプログラムの各教示点による微調整用定
数Aをかけて、加減速時定数等を調整することができる
。
数Aをかけて、加減速時定数等を調整することができる
。
また、81〜S8のステップは各軸ごとに求める。
[S9〕6軸中の最も大きいτを各軸の加減速時定数と
する。これは加減速時定数を同じ値として、ロボットの
アーム先端の軌跡が教示した軌跡からはずれないように
するためである。
する。これは加減速時定数を同じ値として、ロボットの
アーム先端の軌跡が教示した軌跡からはずれないように
するためである。
ただし、途中の軌跡を問題にしないときは、全軸の加減
速時定数を一致させる必要がなく、それぞれ各軸の最適
な加減速時定数を決定することができる。
速時定数を一致させる必要がなく、それぞれ各軸の最適
な加減速時定数を決定することができる。
上記の説明では、関節形の6軸のロボットを例に説明し
たが、その他の形式のロボットでも同様に加減速時定数
を最適な値にして、動作時間を短縮することができる。
たが、その他の形式のロボットでも同様に加減速時定数
を最適な値にして、動作時間を短縮することができる。
以上説明したように本発明では、各軸の加減速時定数を
、到達速度とイナーシャ等から決定するようにしたので
、最適な加減速時定数を決定でき、動作時間を短縮する
ことができる。
、到達速度とイナーシャ等から決定するようにしたので
、最適な加減速時定数を決定でき、動作時間を短縮する
ことができる。
第1図は本発明のロボットの加減速時定数制御方式のフ
ローチャート、 第2図はロボットの各軸の移動距離と到達速度の関係を
示すグラフ、 第3図はサーボモータの速度とトルクの関係を示すグラ
フ、 第4図はロボットの模式図、 第5図は本発明を実施するためのロボット制御装置の概
略のブロック図である。 】 51〜56 0ボツト ロボット制御装置 プロセッサボード ディジタルサーボ制御回路 サーボアンプ シリアルポート サーボモータ 教示操作盤
ローチャート、 第2図はロボットの各軸の移動距離と到達速度の関係を
示すグラフ、 第3図はサーボモータの速度とトルクの関係を示すグラ
フ、 第4図はロボットの模式図、 第5図は本発明を実施するためのロボット制御装置の概
略のブロック図である。 】 51〜56 0ボツト ロボット制御装置 プロセッサボード ディジタルサーボ制御回路 サーボアンプ シリアルポート サーボモータ 教示操作盤
Claims (5)
- (1)サーボモータの加減速時定数をブロック毎に最適
な値に決定しながら、ロボットの動作を制御するロボッ
トの加減速時定数制御方式において、ブロックの移動量
から、到達速度を求め、 前記到達速度からサーボモータの出力トルクを求め、 前記出力トルクから静負荷トルクを減じて、加速トルク
を求め、 前記加速トルクと前記サーボモータの負荷イナーシャか
ら、加速度を求め、 前記加速度から加減速時定数を決定することを特徴とす
るロボットの加減速時定数制御方式。 - (2)前記静負荷トルクを教示時に書き換え可能なパラ
メータとして、ロボットの負荷に応じて加減速時定数を
変化できるようにしたことを特徴とする請求項1記載の
ロボットの加減速時定数制御方式。 - (3)動作プログラムの各教示点で、前記加速度あるい
は前記加減速時定数を所定の定数で調整できるようにし
たことを特徴とする請求項1記載のロボットの加減速時
定数制御方式。 - (4)各サーボモータの前記加減速時定数のうちの最大
な値を選択して、全サーボモータを制御することを特徴
とする請求項1記載のロボットの加減速時定数制御方式
。 - (5)各サーボモータの前記加減速時定数を個別に決定
することを特徴とする請求項1記載のロボットの加減速
時定数制御方式。
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