JPH0764623A - ロボット制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ロボット制御装置においてロボットのシーケン
ス動作に要する時間を短縮する。 【構成】ロボット９のティーチング時にロボット９にか
かっている負荷イナーシャをモーター７に送出される電
流値から推測することにより、加減速時定数切り替え部
１０が所望の加減速時定数を計算してメモリに格納す
る。ロボット運転時には加減速時定数切り替え部１０は
動作指令発生部１から送出されるシーケンス動作データ
Ｐｄａｔによって加減速時定数をメモリから読み出し加
減速処理部２に送出し、加減速時定数の切り替えを行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明は、産業用のロボットの
動作を制御するロボット制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】 図５に産業用のロボットの動作を制御
する従来のロボット制御装置のサーボ系の構成ブロック
図を示す。まず関数発生部２では動作指令発生部１から
送出されたＮＣプログラムＰＲを解釈しサーボ制御周期
に応じた位置指令値ＳＰを発生して加減速処理部３に送
出する。加減速処理部３では位置指令値ＳＰに対して加
減速処理を行いサーボ制御部５に送出する。サーボ制御
部５では減算器４、増幅器６及び位置検出器８で公知の
技術によりフィードバック制御を行い、ロボット９の位
置決め動作の制御を行っている。加減速処理部３で用い
られる加減速時定数の大小はそのままサーボ系の制御に
要する時間すなわちロボット９のシーケンス動作に要す
る時間に反映される。モーター７が発生できるトルクの
最大値を瞬時最大トルクと呼ぶとすると、加減速時定数
は、一般にはモーター７が発生するトルクが瞬時最大ト
ルク以内でサーボ系の位置の応答が高速且つ誤差が微少
となるような値に設定される。

【０００３】従来、ロボット制御装置におけるサーボ系
では加減速時定数はサーボ調整の段階であらかじめ一定
値に設定され、ロボットの運転中は設定された加減速時
定数が変更されることなく加減速処理が行われている。
そのため、運転を一時中断して外部から入力を行うとい
った一定の操作をしなければ加減速時定数の変更を行う
ことができない。また設定されている一定の加減速時定
数は、ロボットにかかる負荷イナーシャが最大の場合の
値である。このことについて図６及び図７を用いた一例
を挙げて説明を行う。図６はロボットにおけるＲＺ軸、
ＲＣ軸及びＲα軸の動作方向を示した図である。図７は
ロボットのシーケンス動作の一例を示した図であり、Ｎ
Ｃ旋盤１台とロボット１台からなる旋削加工システムを
仮定している。

【０００４】図７においてＰ２、Ｐ５、Ｐ７、Ｐ９、Ｐ
１１はＲＺ軸方向の直線運動、Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ
６、Ｐ１０、Ｐ１２はＲＣ軸方向の回転運動、Ｐ８はＲ
α軸方向の回転運動である。各シーケンス動作は、Ｐ１
からＰ３は加工前ワークを取りに行く動作、Ｐ４からＰ
６は加工前のワークを掴んでＮＣ旋盤のスピンドルに寄
り付く動作、Ｐ７は空いているハンドで加工後ワークを
掴む動作、Ｐ８はハンドを半回転する動作、Ｐ９は加工
前ワークをチャッキングする動作、Ｐ１０からＰ１２は
加工後ワークを置きに行く動作をそれぞれ示している。
この一連の動作の中でＰ８に限ってはモーターの駆動に
よって位置決めされていないので、Ｐ８を除く１１回の
シーケンス動作に注目する。ここで、加工前ワークのみ
を掴んで行うシーケンス動作を動作Ａ、加工後ワークの
みを掴んで行うシーケンス動作を動作Ｂ、ワークを掴ま
ずに行うシーケンス動作を動作Ｃ、加工前ワークと加工
後ワークの両者を掴んで行うシーケンス動作を動作Ｄと
すると、動作Ａ、動作Ｂ、動作Ｃは各３回、動作Ｄは２
回ある。以上のようなシーケンス動作をロボットが行な
う場合、加減速時定数は動作Ｄにおいての位置や速度の
応答が高速且つ振動が所望の大きさ以下になるように調
整してＲＺ軸及びＲＣ軸についてそれぞれ設定される。
この場合は動作Ｄが負荷イナーシャ最大の状態であるの
で、前記の通り加減速時定数はロボットにかかる負荷イ
ナーシャが最大の場合に設定されていることになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】 ロボットはモーター
の回転が伝わる部分と実際にワークを掴んでいる部分す
なわち運動部分と荷重がかかる部分の間の距離が質量に
比して長いため、ロボットが動作する場合ワークを掴ん
でいる部分の振れが大きくなるような構造をしている。
そのため、ロボットのシーケンス動作は負荷イナーシャ
から受ける影響が大きく、ロボットにかかる負荷イナー
シャが大きい状態では、加速度を一定以上にするとロボ
ットの動作のうち特に加速と減速の際に大きく振動して
しまう。また、ロボットにかかる負荷イナーシャはシー
ケンス動作によって変化が大きい。前記の図７の例にお
いては旋削加工を行なうため動作Ａと動作Ｂと動作Ｄと
ではワーク重量が異なり、さらに動作Ｃの場合も含めて
負荷イナーシャが４通り存在する。このうち最大の負荷
イナーシャで動作しているのは１１回のシーケンス動作
のうち２回にしかすぎず、それ以外の場合は負荷イナー
シャが減少した状態でシーケンス動作している。

【０００６】図７の例において前記方法によってＲＺ軸
の動作について０．２９４秒、ＲＣ軸の動作について
０．２３０秒にそれぞれ加減速時定数が設定されたとす
る。ここで設定された加減速時定数は前述のとおり負荷
イナーシャ最大の場合の値である。動作Ａ、動作Ｂ及び
動作Ｃについても前記方法と同様の方法によって加減速
時定数をそれぞれ求めると、動作Ａの場合の加減速時定
数がＲＺ軸について０．２４３秒、ＲＣ軸について０．
１７９秒、動作Ｂの場合の加減速時定数がＲＺ軸につい
て０．１４７秒、ＲＣ軸について０．１０２秒、動作Ｃ
の場合の加減速時定数がＲＺ軸について０．０９６秒、
ＲＣ軸について０．０５１秒となる。従来の技術におい
ては１１回のシーケンス動作の何れについてもＲＺ軸に
ついては０．２９４秒、ＲＣ軸については０．２３０秒
の加減速時定数で加減速処理が行われていたが、この加
減速時定数で加減速処理を行う必要があるのは１１回の
シーケンス動作のうち動作Ｄである２回だけで、動作
Ａ、動作Ｂ及び動作Ｃについてはそれぞれ求めた加減速
時定数で加減速処理を行うことができる。

【０００７】加減速処理は位置指令値の発生の際に加速
時と減速時において時間の遅れを引き起こすため、加減
速時定数が０．１秒短縮できる場合、位置指令値の発生
時間は０．２秒短縮できる。したがって、この場合一回
の位置決めにつき動作ＡはＲＺ軸について０．１０２
秒、ＲＣ軸について０．１０２秒、動作ＢはＲＺ軸につ
いて０．２９４秒、ＲＣ軸について０．２５６秒、動作
ＣはＲＺ軸について０．３９６秒、ＲＣ軸について０．
３５８秒短縮できる。それぞれにシーケンス動作の回数
を乗ずると、１１回のシーケンス動作の間で２．２２秒
の時間が短縮できることになる。ＮＣ旋盤の加工時間を
含めた一連のシーケンス動作に３０秒かかるとすると３
０秒間に２．２２秒の加工時間の短縮が可能になり、加
工を１０時間連続で行った場合を考えれば４４．５分の
時間の短縮が達成できることになる。

【０００８】ここで負荷イナーシャと加減速時定数の関
係について図８を用いて説明する。図８は負荷イナーシ
ャと加減速時定数の関係を説明するための図である。ロ
ボットの加速度はロボットを動かしているモーターの加
速度に比例し、モーターの加速度については

【数１】Ｔｍ＝（Ｊｍ＋Ｊｌ）×α という式が成立する。ただし、数１においてＴｍはモー
ター発生トルク［Ｎ・ｍ］、Ｊｍはモーターにかかるイ
ナーシャ［Ｎ・ｍ・ｓｅｃ^２］、Ｊｌは負荷イナーシャ
［Ｎ・ｍ・ｓｅｃ^２］、αはモーターの角加速度［ｒａ
ｄ／ｓｅｃ^２］とする。モーターにかかるイナーシャと
負荷イナーシャの和をトータルイナーシャと呼ぶことに
すると、数１より一定のトータルイナーシャのもとでは
モーターの加速度はモーター発生トルクに比例するた
め、ロボットの加速度はモーター発生トルクに比例す
る。モーター発生トルクを図８の８Ａとすると加減速時
定数が一定の場合加速度は一定のため、負荷イナーシャ
が小さい場合にはモーター発生トルクも小さくてすみ、
８Ａの波形が８Ｂに変化する。当該負荷イナーシャにお
いて、加速度を大きくできればトルクも大きくすること
ができ８Ｃのような波形にすることができる。このよう
に加速度の増加によって８Ａの波形を８Ｃの波形に変化
することができると、モーターの位置決め時間すなわち
ロボットのシーケンス動作に要する時間も短縮できるこ
とになる。加速度を大きくするためには、加減速時定数
を小さくすればよいので、かかる負荷イナーシャが小さ
いほど加減速時定数は小さくできると言える。しかしな
がら、従来のロボット制御装置では、ロボットにかかっ
ている負荷イナーシャとは無関係に加減速時定数が一定
のためサーボ系の加減速時間が長くなり、ロボットのシ
ーケンス動作に要する時間が長くなっているという問題
があった。本発明は上述した事情から成されたものであ
り、本発明の目的は、ロボットにかかる負荷イナーシャ
によって加減速時定数を可変できるロボット制御装置を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】 本発明は、産業用のロ
ボットの動作を制御するロボット制御装置に関するもの
であり、本発明の上記目的は、モーターに流れる電流の
最大値を検出する最大値検出部と、前記電流の最大値か
ら前記モーターにかかっている負荷イナーシャを計算す
ることによりシーケンス毎の所望の加減速時定数を求め
る加減速時定数計算部と、前記加減速時定数を前記ロボ
ットのシーケンス動作データとともに格納する加減速時
定数記憶部と、前記ロボットのシーケンス動作データに
より該当する前記加減速時定数をシーケンス毎に読み出
し加減速処理部に送出する加減速時定数送出部とを有
し、当該加減速時定数を前記ロボットの運転中に切り替
えるようにすることによって達成される。

【００１０】

【作用】 本発明にあっては、ロボットにかかっている
負荷イナーシャにしたがってロボットのシーケンス動作
が良好な位置決めを行える範囲で、最小となる加減速時
定数で常に加減速処理を行うので、ロボットのシーケン
ス動作に要する時間の短縮を容易に実現することができ
る。

【００１１】

【実施例】 図１は、本発明のロボット制御装置のサー
ボ系の構成を示す図、図２は図１における加減速時定数
切り替え部１０の構成を示す図、図３は動作の順序、位
置もしくは速度の設定変更または確認を行う作業である
ティーチング時及びロボット運転時に加減速時定数切り
替え部１０が行う操作の概要を示したフローチャートで
ある。従来技術を示す図５と同一番号にて示されている
構成要素についての機能、処理は同一であるので説明を
省略し、本発明の加減速時定数切り替え部１０のみを以
下に説明する。ロボット９は通常の運転前に数回のティ
ーチングが行われる。本発明においてはティーチング時
に加減速時定数の計算及び加減速時定数の加減速時定数
記憶部１０４への格納を行う。ティーチングにおいては
あらかじめ設定された一定の加減速時定数で加減速処理
を行う。ここで、あらかじめ設定された一定の加減速時
定数とはロボットの最大定格重量ワークを掴んでシーケ
ンス動作するときに使われる加減速時定数であり、ロボ
ットによって決まる定数である。最大値検出部１０２は
増幅器６から受け取った電流値Ｉａｐａの最大値を検出
する（ステップＳ１、Ｓ２）。電流値Ｉａｐａの最大値
検出の方法は一定周期毎に送出されてくる電流値Ｉａｐ
ａに対して現在のデータと保持されているデータを比較
し、値の大きいデータを保持する。これをロボット９の
シーケンス動作データＰｄａｔが同一であるかぎり続け
る（ステップＳ３）。

【００１２】ここで、シーケンス動作データＰｄａｔは
動作指令発生部１が発生するＮＣプログラム一行毎のシ
ーケンス番号のデータであり、位置指令周期の発生と同
周期で発生するデータである。ロボット９のシーケンス
動作データＰｄａｔが変化したら検出された電流値の最
大値を加減速時定数計算部１０３に送出し、保持してい
た電流値のデータをクリアする（ステップＳ４）。加減
速時定数計算部１０３は、定数を乗ずることにより電流
値をトルクに換算する（ステップＳ５）。この計算によ
りモーター発生トルクの最大値が求められる。これをＴ
ｍａｘとする。トルクの最大値をとることと同時に加減
速時定数切り替え部１０内では加減速を行った後の位置
指令値Ｐｒｅｆを加減速処理部３から受け取る。そし
て、加減速時定数切り替え部１０内の加速度変換部１０
１において位置指令周期一周期毎に前回の位置指令と該
周期の位置指令との差分をとり速度指令値に変換し、さ
らに速度指令値についても速度指令周期一周期毎に前回
の速度指令と該周期の速度指令との差分をとり加速度指
令値に変換する。この値を電流値と同様に最大値検出部
１０２に送出し、同一のロボットシーケンス動作データ
中における加速度指令値の最大値をとる（ステップＳ
６）。以上の動作により、一定のロボット９のシーケン
ス動作におけるモーター７が発生したトルクの最大値と
その時の加速度を求めることができる。

【００１３】ここで、求めた加速度をα１とすると、数
１より

【数２】Ｔｍａｘ＝（Ｊｍ＋Ｊｌ）×α１ という式が成立する。本発明においては、同一の負荷イ
ナーシャ及びモーターにかかるイナーシャのもとでトル
クの最大値Ｔｍａｘを瞬時最大トルクＴＭＡＸまで上昇
させる。その場合の式を、

【数３】ＴＭＡＸ＝（Ｊｍ＋Ｊｌ）×α２ とすると、数２と数３より、

【数４】α２＝（ＴＭＡＸ／Ｔｍａｘ）×α１ という式が成立する。以上のように数４によってあるシ
ーケンス動作における最大加速度αｍａｘを求めること
ができる。ただし、

【数５】αｍａｘ＝α２ である。加減速時定数をＴとすると加減速時定数は加速
度に反比例するため、０＜Ｋ＜１なる定数Ｋを用いて

【数６】Ｔ＝Ｋ×（１／αｍａｘ） より加減速時定数Ｔを求めることができる。ここでＫは
モーター７の種類、性能によって決まる定数であり、あ
らかじめメモリ内に格納されている。以上のようにして
求められた加減速時定数は、動作指令発生部１から送出
されてくるロボット９のシーケンス動作データとともに
加減速時定数記憶部１０４に格納される（ステップＳ
８）。加減速時定数の計算は各シーケンス動作の終了時
にのみ行うため、加減速時定数の加減速時定数記憶部１
０４への格納も各シーケンス終了時にのみ行う。このよ
うな一連の操作はティーチングが終了するまで行われ
（ステップＳ９）、加減速時定数記憶部１０４内には各
シーケンス動作毎の加減速時定数データとシーケンス動
作データＰｄａｔが格納される。

【００１４】図４はシーケンス動作データＰｄａｔ及び
加減速時定数データの格納方法を示したテーブルの一例
である。図４には参考のため図６におけるシーケンス動
作Ｎｏ．と各ＮＣプログラムを示したが、現実に加減速
時定数記憶部１０４に格納されるのはシーケンス動作デ
ータＰｄａｔと加減速時定数データのみである。ティー
チング前にはテーブルにデータは全く無く、ティーチン
グ時にシーケンス動作が一つ終了する毎にシーケンス動
作データＰｄａｔと計算によって求めた加減速時定数デ
ータをそれぞれテーブルに書き込んでいく。ティーチン
グが終了しロボット９の運転時になると、加減速時定数
送出部１０５は、各シーケンス動作毎に動作指令発生部
１から送出されてくるシーケンス動作データＰｄａｔに
したがって格納された加減速時定数データを加減速時定
数記憶部１０４のテーブルから読み出して加減速処理部
３に送出する（ステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１２）。本
発明では以上のようにして加減速時定数の計算、格納及
び読み出しが行われる。このようにして電流値から推定
される負荷イナーシャをもとに加減速時定数を計算して
メモリに格納し、ロボット９のシーケンス動作に応じた
加減速時定数によって加減速処理が行われるため、本発
明においてはロボット９のシーケンス動作に要する時間
が大幅に短縮できる。尚、本実施例ではロボットが掴む
ワークによってイナーシャが変化するとしているが、多
関節ロボットの場合はロボットの関節の動作によってロ
ボットのアームが伸縮しイナーシャが変化する等、イナ
ーシャが変化する原因には多くの場合が考えられる。ま
た加減速時定数データの設定及び格納をシーケンス動作
毎に行なっているが、数回のシーケンス動作につき一つ
の加減速時定数を設定する等、加減速時定数の設定及び
格納には多くの方法が考えられる。

【００１５】

【発明の効果】 以上のように本発明のロボット制御装
置によれば、ロボット運転前のティーチング時にモータ
ーに指令される電流値からロボットにかかっている負荷
イナーシャを推定し、所望の加減速時定数を計算してそ
れをメモリに格納し、それをロボットのシーケンス動作
に応じて読み出すことにより加減速時定数を運転中に自
動的に変化させているので、ロボットのシーケンス動作
に要する時間を大幅に短縮することができるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のロボット制御装置の一例を示すブロ
ック構成図である。

【図２】 図１の主要部である加減速時定数切り替え部
１０の詳細例を示すブロック構成図である。

【図３】 加減速時定数切り替え部１０の動作を説明す
るフローチャートである。

【図４】 図２に示す加減速時定数記憶部１０４におけ
るデータの格納をしたテーブルの一例を示す図である。

【図５】 従来のロボット制御装置の一例を示すブロッ
ク構成図である。

【図６】 ロボットの各軸の動作方向を示す図である。

【図７】 ロボットのシーケンス動作を示す一例の図で
ある。

【図８】 負荷イナーシャと加減速時定数の関係を説明
するための図である。

【符号の説明】

１ 動作指令発生部 ２ 関数発生部 ３ 加減速処理部 ４ 加え合わせ点 ５ サーボ制御部 ６ 増幅器 ７ モーター ８ 検出器 ９ ロボット １０ 加減速時定数切り替え部 １０１ 加速度変換部 １０２ 最大値検出部 １０３ 加減速時定数計算部 １０４ 加減速時定数記憶部 １０５ 加減速時定数送出部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 産業用のロボットの動作を制御するロボ
   ット制御装置において、モーターに流れる電流の最大値
   を検出する最大値検出部と、前記電流の最大値から前記
   モーターにかかっている負荷イナーシャを計算すること
   によりシーケンス毎の所望の加減速時定数を求める加減
   速時定数計算部と、前記加減速時定数を前記ロボットの
   シーケンス動作データとともに格納する加減速時定数記
   憶部と、前記ロボットのシーケンス動作データにより該
   当する前記加減速時定数をシーケンス毎に読み出し加減
   速処理部に送出する加減速時定数送出部とを有し、当該
   加減速時定数を前記ロボットの運転中に切り替えるよう
   にしたことを特徴とするロボット制御装置。