JPH0677910B2 - 産業用ロボツトの制御方法 - Google Patents

産業用ロボツトの制御方法

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JPH0677910B2
JPH0677910B2 JP59279815A JP27981584A JPH0677910B2 JP H0677910 B2 JPH0677910 B2 JP H0677910B2 JP 59279815 A JP59279815 A JP 59279815A JP 27981584 A JP27981584 A JP 27981584A JP H0677910 B2 JPH0677910 B2 JP H0677910B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、スカラ(SCARA)型ロボットに適用される
産業上ロボットの制御方法に関する。
〔従来の技術〕
異形部品の実装等に使用されるスカラ型ロボットは、
(X−Y)平面内を第1のアーム及び第2アームが点か
ら点へ移動するロボットである。このスカラ型ロボット
は、ある点からある点に移動する場合、位置によって
は、非常に遅く動く問題点があった。
従来のスカラ型ロボットでは、位置の違いを考慮せず
に、各軸の角加速度を常に一定にしていた。しかし、本
願の発明者の解析によると、移動距離が同様の場合で
も、点の位置によっては、各軸の必要トルクが著しく異
なることが判明した。
〔発明が解決しようとする問題点〕
スカラ型ロボットは一般に、第1のモータと、第1のモ
ータの回動軸に一端を枢着させられた第1のアームと、
第1のアームの他端近傍に付設された第2のモータと、
第2のモータの回動軸に一端を枢着させられた第2のア
ームとを具備している。
ここで第2のモータの回動軸回りの慣性モーメントにつ
いて注目すると、ロボットの搬送するワークの重量やア
ームの重量によって変化する。また、第1のモータの回
動軸回りの慣性モーメントについて注目すると、第2の
モータと同じくロボットの搬送するワークの重量やアー
ムの重量によって変化するものの他、第1のアームと第
2のアームがなす角、即ち、ロボットの位置によって大
きく影響を受けることとなる。
『回転に必要なトルクは慣性モーメントと角加速度の乗
算である』という回転体の運動方程式に従うと、各モー
タにつき同じ角加速度を出すようにロボットのサーボモ
ータを駆動制御されている場合、慣性モーメントに比例
してモータートルクを変える如きサーボ制御されている
こととなる。
従って、スカラ型ロボットの各軸について角加速度を一
律に一定とする様な場合には、一連の作業のなかで、最
もトルクのかかる移動パターンに併せて角加速度を低め
に設定せざるおえない。その結果、トルクがかからない
移動パターンでは、本来の能力より、30%〜80%程度も
移動時間が長くなる欠点があった。
従って、この発明と目的は、ある点からある点に移動す
る時の各軸の最適加速度(即ち、一方の軸のトルクが許
容トルク値になるような角加速度)を定め、この最適加
速度で移動するように制御し、異動時間の短縮化を図る
ことができる産業用ロボットの制御方法を提供すること
にある。
この発明の他の目的は、最適加速度を求める簡単な解析
方法で、ロボットの動作時のリアルタイム演算を可能と
する産業用ロボットの制御方法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明は、第1図θ1軸により回動される第1のアー
ム2と第2のθ2軸により回動される第2のアーム6と
が(X−Y)平面内で移動するスカラ型ロボットを制御
する産業用ロボットの制御方法である。
この発明は、(X−Y)平面内での位置情報から、全モ
ータがを夫々最大の許容トルクで動作させた際に必要な
移動時間を演算し、第1のθ1軸と第2のθ2軸とのい
づれの移動時間が長いかを、2点間の移動動作毎に解析
するステップと、 移動時間が長い方の第1のθ1軸又は第2のθ2軸の一
方を許容最大トルクとし、第1のθ1軸又は第2のθ2
軸の他方を許容最大トルク以下になるように、第1のθ
1軸及び第2のθ2軸の夫々の角加速度を2点間の移動
動作毎に設定するステップと からなることを特徴とする産業用ロボットの制御方法で
ある。
〔作用〕
θ1軸及びθ2軸の一方を許容トルクとし、その他方を
許容トルク以下で動作させる。この場合、2個の軸が同
期動作する条件を満足するために、移動時間が長い方の
軸を判定し、移動時間が長い方の軸を許容トルクとす
る。この解析は、一連の動作の各移動動作毎になされ
る。従って、各移動動作毎に一方の軸が必ず許容トルク
となり、移動時間の短縮化を図ることができる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例について説明する。第1図
は、この発明を適用することができるスカラ型のロボッ
トの一例を示す。
このロボットは、基台部1に第1のアーム2の基部が回
動自在に支持され、基台部1上に配置したサーボモータ
3及び減速機4から成る駆動部5により、第1のアーム
2の軸(θ1軸と称する。)が回動される。第1のアー
ム2の先端部には、第2のアーム6が回動自在に支持さ
れる。第1のアーム2の先端部上に配置したサーボモー
タ7及び減速機8から成る駆動部9により第2のアーム
6の軸(θ2軸と称する。)が回動される。第2のアー
ム6の先端部にハンド10が取り付けられている。スカラ
型のロボットでは、第1のアーム2及び第2のアーム6
の両者が(X−Y)平面上を移動する。この時の動作
は、移動の開始点と終了点との位置を指示し、この2点
間をどのような速度を加速度で移動するかを指示すこと
で制御される。
サーボモータ3,7として、DCサーボモータ或いはACサー
ボモータが使用される。第2図は、サーボモータ3,7の
サーボ回路の一例の構成を示す。
第2図において、11がマイクロコンピュータを示す。こ
のマイクロコンピュータ11は、動作制御用のプログラム
に従って速度プログラム回路12に速度指令13及び方向指
令14を供給する。速度プログラム回路12は、マイクロン
コンピュータ11からの指令に基づいて加減速曲線を形成
する。この速度プログラム回路12の出力信号がサーボパ
ック15に供給される。このサーボパック15には、速度検
出器16からの速度信号及び位置検出器17からの位置信号
がフィードバックされて供給される。
サーボパック15は、フィードバックされた検出信号によ
り、位置毎に定まる所定の加減速曲線通りの移動をアー
ムが行うように、サーボモータ18が制御される。第3図
は、加減速曲線の一例を示す。
第3図において、A点からB点の間は、定加速度の区間
で、B点からC点は、定速度の区間で、C点からD点が
定加速度の区間である。このA点からD点までの速度制
御により、目標点の近傍まで、軸が移動され、D点から
位置決め動作に切り換えられる。そして、E点で目標位
置に到達する。従って、A点からE点までの時間が移動
時間である。
移動時間の短縮を目的とするこの発明は、移動の停止時
の加速度を上昇させ、第3図において、破線で示すよう
な加減速曲線を実現するものである。
第1図に示す産業用ロボットのサーボモータ3又はサー
ボモータ7の各々に関して、第2図に示す構成が設けら
れている。この場合、アーム2及び6の夫々の軸の内
で、より時間がかかる方の軸の移動時間と他の軸の移動
時間とが一致するように、他方の速度が合わせられ、2
個の軸が同期動作を行うようにされている。
また、マイクロコンピュータ11のメモリには、教示(テ
ィーチング)データが記憶されている。この教示データ
は、ロボットの動きの順序、位置、時間に関するもので
ある。この教示データが読み出されて、マイクロコンピ
ュータ11により各軸の位置、速度、加速度等が計算さ
れ、速度指令13及び方向指令14が速度プログラム回路12
に出力される。
上述のスカラ型ロボットこの動作解析について、第4図
を参照して説明する。この動作解析は、計算が簡単で、
方程式でなく、かなりの精度を確保できる特徴を有して
いる。
この解析方法は、基本的に、次のような特徴を有してい
る。第1に、第1のアーム2及び第2のアーム6を夫々
1つ以上の質量点で代表させる。第2に、第1のアーム
2を回動させるθ1軸のトルクは、第1のアーム2の質
量点の移動角度と、第2のアームの質量点のθ1軸から
見た移動角度と、半径から夫々算出してトルクの合成ト
ルクとして求める。第3に、θ1軸とθ2軸の移動角度
の比をしきい値にして、θ2軸のトルクに影響するθ1
軸の角加速度を選択することにより方程式化を防止して
いる。以下により詳しく述べる。
(a)モデル化を行う。
第1のアーム2及び第2のアーム6の質量を夫々一点に
代表させる。
質量(m1,m2)=Σmi 関節からの距離(lm1,lm2)= (Σmi×ri2/Σmi)1/2 但し、miは、微細区間の質量、riは、中心からの距離で
ある。
(b)アーム2を回動させるθ1軸の動作解析 まず、点P1から点P2への移動をするために必要なθ1軸
のトルクTreqを算出する。
第4図から分かるように、この系は、m1,m2の2つの質
量から構成されているので、m1,m2の夫々の移動(実際
には、停止時)に要するトルクを算出し、加算すれば良
い。ここで、θ1軸の停止時の角加速度を1とする
と、質量m1の停止時に要するトルクT1lreqは、次式のよ
うに、表される。
T11req=力×腕の長さ =(質量×加速度)×腕の長さ ={質量×(角加速度×腕の長さ)}×腕の長さ =m1×1×lm1 2 それでは、質量m2に対しては、どのようにすれば良いか
次に述べる。
まず、点P1から点P2への移動停止の問題であるので、腕
の長さは、点P2におけるLmであり、質量がm2であること
は、明白である。しかし、を角加速度として計算す
ることは出来ない。なぜならば、(Δθm≠Δθ)で
あるからである。そこで、ここでは、角加速度が{1
×(Δθm/Δθ1)}に略々等しいとして計算する。
T12req=m2×1×(Δθm/Δθ1)×Lm2 従って、質量m1のθ1軸の停止時に必要とされるトルク
T1reqは、 T1req=T11req+T12req ={m1×lm1 2+m2×(Δθm/Δθ1)×Lm2} と求まる。
ここで、点P1から点P2への移動時間を最短にするには、
T1reqがサーボモータの最大トルクと等しくなるよう
に、1の値を変化させてやれば良い。ここで、1の
最適値を1Rとし、使用するサーボモータの許容トルク
をT1maxとすると、1R =1×(T1max/T1req) となる。この(T1max/T1req)をθ1軸のトルクの利用
率と称する。
(c)アーム6を回動させるθ2軸の動作解析まず、質
量m2生じる力は、第4図に示すように、θ2軸の停止に
伴う加速度により生じる力Fθ2とθ1軸の停止に伴う
加速度により生じる力Fθ1の合力となる。
まず、Fθ2を考えると、第4図の場合、θ2軸は、Δ
θ2だけ動いているが、絶対座標で見ると、ΔΔθ2し
か動いていない。加速度は、当然、絶対座標における変
化に対して生じるので、θ2の停止時の加速度を2と
すると、Fθ2は、次のように表される。
Fθ2=m2×2×lm2×(ΔΔθ2/Δθ2) 次に、θ1軸の角加速度を1とすると、Fθ1は、 Fθ1=m2×1×Lm 但し、Fθ1は、第1のアーム2に直交するベクトルな
ので、θ2軸の必要トルクT2reqは、Fθ1のθ2軸に
対する有効比率cosθ22を加えて、次のようになる。
T2req=lm2{Fθ2−(Fθ1×cossθ22)} この後は、θ1軸と同様に、2R =2×(T2max/T2req) θ2軸のトルクの利用率RA2は、 RA2=T2max/T2req となる。
実際の計算は、基本的に上述の原理通りであるが、θ2
軸の加速度設定には、若干の問題点があるので、この点
について述べる。
この問題点は、Fθ1を計算するための1が一定でな
いために生じている。つまり、1が常に1Rであれば
良いのであるが、実際には、θ2軸の移動量がある程度
以上大きい場合には、(θ2軸の移動時間>θ1軸の移
動時間)となり、θ1軸とθ2軸とを同期動作させるた
めに、θ1軸の加速度は小さくなる。
この問題を正確に解くためには、ニュートン法等の手法
で繰り返し、演算を行う必要があるので、16ビットのマ
イクロコンピュータ程度では、リアルタイム演算は、困
難である。
ところで、θ1軸のサーボモータは、アーム2及び6の
両者が負荷となるので、一般に、θ2軸のサーボモータ
に比してトルクが強くされている。また、速度及び加速
度は、θ2軸よりθ1軸の方が小さいのが普通である。
この速度及び加速度の比を共にKとすると、次の関係が
成り立つ。
(a)|K×Δθ1/Δθ2|>1の場合は、大体θ1軸の方
が移動時間が長い。即ち、θ1軸が支配的である。この
場合は、(1=1R)となり、θ1軸が許容トルク値
とされる。
(b)|K×Δθ1/Δθ2|<1の場合は、大体θ2軸の方
が移動時間が長い。即ち、θ2軸の方が支配的である。
この場合は、θ1軸のみを動かした場合の最大許容加速
度1Limitを用いて、 1=1Limit×|K×Δθ1/Δθ2|とし、小さくされた
1を用いる。
このようにして、移動時間が長い方に合わせる同期動作
を行うことができる。実際には、上述のように、一方の
軸を許容トルク値とした後に、再度計算を行ってチェッ
クがなされる。
以上の解析を各移動動作毎に行い、夫々の加減速曲線の
最適角加速度を決定する。
〔発明の効果〕
この発明に依れば、スカラ型ロボットの移動動作のパタ
ーン毎に最適な加速度を設定することができ、点から点
へ移動時間を短縮化することができる。また、θ1軸行
うθ2軸の夫々の軸トルクを簡単な演算により解析でき
るので、位置情報のデータからリアルタイムで各動作毎
の最適加速度を求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明を適用することができるスカラ型ロボ
ットの一例の正面図、第2図はサーボ回路の一例のブロ
ック図、第3図は加減速曲線の説明のための略線図、第
4図はこの発明の一実施例の動作解析の説明のための略
線図である。 図面における主要な符号の説明 2,6:アーム、3,7,18;サーボモータ、12:速度プログラム
回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の回動駆動部と、 上記第1の回動駆動部の回動軸に一端を枢着させられた
    第1のアームと、 上記第1のアームの他端近傍に付設された第2の回動駆
    動部と、 上記第2の回動駆動部の回動軸に一端を枢着させられた
    第2のアームとを具備してなり、(X−Y)平面内で移
    動するスカラ型ロボットを制御するロボットの制御方法
    において、 上記(X−Y)平面内での位置情報から、全軸を夫々最
    大の許容トルクで動作させた際に必要な最低移動所要時
    間を演算し、何れの軸の最低移動所要時間が長いかを、
    2点間の移動動作毎に解析するステップと、 上記2点間の移動動作毎に、上記最低移動所要時間が長
    い軸を当該軸の許容最大トルクとなり、他の軸を当該軸
    の許容最大トルク以下となる様に各軸の夫々の角加速度
    を設定するステップと、 からなることを特徴とするロボットの制御方法。
JP59279815A 1984-12-28 1984-12-28 産業用ロボツトの制御方法 Expired - Lifetime JPH0677910B2 (ja)

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