JPH08137524A - ロボットの軌道計画時における時定数の設定方法 - Google Patents
ロボットの軌道計画時における時定数の設定方法Info
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- JPH08137524A JPH08137524A JP6299108A JP29910894A JPH08137524A JP H08137524 A JPH08137524 A JP H08137524A JP 6299108 A JP6299108 A JP 6299108A JP 29910894 A JP29910894 A JP 29910894A JP H08137524 A JPH08137524 A JP H08137524A
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- G05B2219/30—Nc systems
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- G05B2219/30—Nc systems
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】ロボットの軌道計画時に適正な時定数を設定す
る。 【構成】４軸水平多関節ロボットを想定し、第２軸及び
第３軸の干渉トルクを考慮に入れて時定数を定める。時
定数は、１ロボットの運動方程式、２目標軌道を実現す
る為の各軸の拘束条件式（ヤコビ行列を使用）、３ロボ
ットの最大トルクによる拘束条件を勘案してオンライン
処理で決定される。
る。 【構成】４軸水平多関節ロボットを想定し、第２軸及び
第３軸の干渉トルクを考慮に入れて時定数を定める。時
定数は、１ロボットの運動方程式、２目標軌道を実現す
る為の各軸の拘束条件式（ヤコビ行列を使用）、３ロボ
ットの最大トルクによる拘束条件を勘案してオンライン
処理で決定される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明は産業用ロボット（以
下、単に「ロボット」と言う。）の軌道計画時における
時定数の設定方法に関し、更に詳しく言えば、ロボット
軸を駆動するサーボモータの加減速時定数を干渉トルク
を考慮して決定するようにした前記に関する。
下、単に「ロボット」と言う。）の軌道計画時における
時定数の設定方法に関し、更に詳しく言えば、ロボット
軸を駆動するサーボモータの加減速時定数を干渉トルク
を考慮して決定するようにした前記に関する。
【０００２】
【従来技術】現在、ロボットの軌道計画時には、一つの
動作毎に一定の時定数を設定し、その時定数のフィルタ
を掛けて滑らかな加減速動作をロボット各軸を駆動する
サーボモータ（以下、単に「モータ」と言う。）に実現
させる方式が一般的に用いられている。時定数を設定す
るに際しては、ロボット作業のサイクルタイムを短縮す
る為に、最大加速度制御の考え方が適用されることが通
常である。
動作毎に一定の時定数を設定し、その時定数のフィルタ
を掛けて滑らかな加減速動作をロボット各軸を駆動する
サーボモータ（以下、単に「モータ」と言う。）に実現
させる方式が一般的に用いられている。時定数を設定す
るに際しては、ロボット作業のサイクルタイムを短縮す
る為に、最大加速度制御の考え方が適用されることが通
常である。
【０００３】従来の最大加速度制御では、動作中の各時
点において各軸のモータにかかるモーメント、イナーシ
ャを各軸個別のものとして計算して最大加速度が算出さ
れ、その結果に基づき、サーボモータが最大トルクを発
生するように時定数が設定される。
点において各軸のモータにかかるモーメント、イナーシ
ャを各軸個別のものとして計算して最大加速度が算出さ
れ、その結果に基づき、サーボモータが最大トルクを発
生するように時定数が設定される。
【０００４】しかし、ロボットは一般に複数の軸が同時
に動作して目標軌道上の運動を行なうものであるから、
ロボットの各軸には、他の軸の動作に起因したトルク
（干渉トルク）が作用する。従って、従来のやり方で
は、各軸のモータが計算上最大トルクを発生するように
時定数が設定されていても、干渉トルクの為にトルクの
飽和現象が生じたり、逆に、小さなトルクを発生した状
態でロボットが動作したりすることが起こる。
に動作して目標軌道上の運動を行なうものであるから、
ロボットの各軸には、他の軸の動作に起因したトルク
（干渉トルク）が作用する。従って、従来のやり方で
は、各軸のモータが計算上最大トルクを発生するように
時定数が設定されていても、干渉トルクの為にトルクの
飽和現象が生じたり、逆に、小さなトルクを発生した状
態でロボットが動作したりすることが起こる。
【０００５】トルクの飽和現象が発生するとロボットの
軌跡精度が悪化する。また、使用トルクが小さい状態で
ロボットを動作させることは、ロボットの性能を十分に
発揮させてサイクルタイムの短縮化が十分に行なわれて
いないことを意味する。このように、従来のロボットの
軌道計画方法においては、干渉トルク分を考慮に入れて
時定数を定めることが行なわれていないことに起因した
問題の発生が避けられなかった。
軌跡精度が悪化する。また、使用トルクが小さい状態で
ロボットを動作させることは、ロボットの性能を十分に
発揮させてサイクルタイムの短縮化が十分に行なわれて
いないことを意味する。このように、従来のロボットの
軌道計画方法においては、干渉トルク分を考慮に入れて
時定数を定めることが行なわれていないことに起因した
問題の発生が避けられなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本願発明の基
本的な目的は上記従来技術の問題点を解決することにあ
る。即ち、本願発明は、他のロボット軸からの干渉トル
クに起因したモータ発生トルクの飽和現象や性能発揮不
足の現象を抑制することが出来る軌道計画時の時定数設
定方法を提供することを企図している。また、そのこと
を通して、本願発明はロボットの軌跡精度の向上とサイ
クルタイムの短縮を図るものである。
本的な目的は上記従来技術の問題点を解決することにあ
る。即ち、本願発明は、他のロボット軸からの干渉トル
クに起因したモータ発生トルクの飽和現象や性能発揮不
足の現象を抑制することが出来る軌道計画時の時定数設
定方法を提供することを企図している。また、そのこと
を通して、本願発明はロボットの軌跡精度の向上とサイ
クルタイムの短縮を図るものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本願発明は、上記課題を
解決する為の基本的な手段として、「各々サーボモータ
によって駆動される複数の軸を有するロボットの軌道計
画時における時定数の設定方法において、始点及び終点
における各軸の速度が０とみなすことが出来る動作区間
の始点及び終点において、前記軸の内少なくとも２つの
軸の間の干渉トルクの影響を入れて発生トルクの飽和を
起こさない条件で最短の加減速制御の時定数を前記少な
くとも２つの軸について前記ロボットを制御するロボッ
ト制御装置を用いたオンラインのソフトウェア処理によ
って求め、前記ロボットを制御するロボット制御装置に
設定する前記方法」（請求項１）を提案したものであ
る。
解決する為の基本的な手段として、「各々サーボモータ
によって駆動される複数の軸を有するロボットの軌道計
画時における時定数の設定方法において、始点及び終点
における各軸の速度が０とみなすことが出来る動作区間
の始点及び終点において、前記軸の内少なくとも２つの
軸の間の干渉トルクの影響を入れて発生トルクの飽和を
起こさない条件で最短の加減速制御の時定数を前記少な
くとも２つの軸について前記ロボットを制御するロボッ
ト制御装置を用いたオンラインのソフトウェア処理によ
って求め、前記ロボットを制御するロボット制御装置に
設定する前記方法」（請求項１）を提案したものであ
る。
【０００８】また、ロボットの軌跡精度をより重視した
場合に対応する構成として、「各々サーボモータによっ
て駆動される複数の軸を有するロボットの軌道計画時に
おける時定数の設定方法において、始点及び終点におけ
る各軸の速度が０とみなすことが出来る動作区間の始点
及び終点において、前記軸の内少なくとも２つの軸の間
の干渉トルクの影響を入れて発生トルクの飽和を起こさ
ない条件で最短の加減速制御の時定数を前記少なくとも
２つの軸について前記ロボットを制御するロボット制御
装置を用いたオンラインのソフトウェア処理によって求
め、その内の最長の時定数を全軸共通の時定数として前
記ロボットを制御するロボット制御装置に設定する前記
方法」（請求項２）を提案したものである。
場合に対応する構成として、「各々サーボモータによっ
て駆動される複数の軸を有するロボットの軌道計画時に
おける時定数の設定方法において、始点及び終点におけ
る各軸の速度が０とみなすことが出来る動作区間の始点
及び終点において、前記軸の内少なくとも２つの軸の間
の干渉トルクの影響を入れて発生トルクの飽和を起こさ
ない条件で最短の加減速制御の時定数を前記少なくとも
２つの軸について前記ロボットを制御するロボット制御
装置を用いたオンラインのソフトウェア処理によって求
め、その内の最長の時定数を全軸共通の時定数として前
記ロボットを制御するロボット制御装置に設定する前記
方法」（請求項２）を提案したものである。
【０００９】そして、上記各構成におけるソフトウェア
処理について、「ロボットの運動方程式に基づいて決定
される干渉トルクの影響を評価した条件で、目標軌道を
実現する為の各軸の拘束条件と、ロボットの最大トルク
による拘束条件とを同時に満たす時定数の条件を求める
処理を含んでいる」という要件を更に課した構成を併せ
て提案したものである（請求項３）。
処理について、「ロボットの運動方程式に基づいて決定
される干渉トルクの影響を評価した条件で、目標軌道を
実現する為の各軸の拘束条件と、ロボットの最大トルク
による拘束条件とを同時に満たす時定数の条件を求める
処理を含んでいる」という要件を更に課した構成を併せ
て提案したものである（請求項３）。
【００１０】
【作用】本願発明は、従来の最大加速度制御の考え方を
生かしつつ、他軸からの干渉トルクを考慮に入れた時定
数の設定を行なおうとするものである。即ち、本願発明
においては、軌道計画時に次の三つの条件に基づいて干
渉トルクを考慮に入れた時定数が決定される。 （１）ロボットの運動方程式：考慮される干渉トルク
は、この条件を介して時定数の決定内容に反映される。 （２）目標軌道を実現する為の各軸の拘束条件式：目標
軌道とロボットの構造パラメータによって決まる条件で
あり、具体的には、各軸の空間座標（ＸＹＺ）と軸空間
座標（θ1 θ2 ・・θN ）の変換関係を規定するヤコビ
行列で記述される（後述実施例参照）。 （３）ロボットの最大トルクによる拘束条件：モータの
性能の条件である。
生かしつつ、他軸からの干渉トルクを考慮に入れた時定
数の設定を行なおうとするものである。即ち、本願発明
においては、軌道計画時に次の三つの条件に基づいて干
渉トルクを考慮に入れた時定数が決定される。 （１）ロボットの運動方程式：考慮される干渉トルク
は、この条件を介して時定数の決定内容に反映される。 （２）目標軌道を実現する為の各軸の拘束条件式：目標
軌道とロボットの構造パラメータによって決まる条件で
あり、具体的には、各軸の空間座標（ＸＹＺ）と軸空間
座標（θ1 θ2 ・・θN ）の変換関係を規定するヤコビ
行列で記述される（後述実施例参照）。 （３）ロボットの最大トルクによる拘束条件：モータの
性能の条件である。
【００１１】以上、三つの条件の内、（２），（３）は
従来の最大加速度制御における時定数算出にも当然使用
されていた条件である。しかし、干渉トルクを考慮する
為に他軸の運動状態の記述を含むロボットの運動方程式
を、時定数算出条件に取り入れることは、本願発明固有
の思想である。
従来の最大加速度制御における時定数算出にも当然使用
されていた条件である。しかし、干渉トルクを考慮する
為に他軸の運動状態の記述を含むロボットの運動方程式
を、時定数算出条件に取り入れることは、本願発明固有
の思想である。
【００１２】ところで、干渉トルクは他軸の運動状態に
依存して決まる量であるから、厳密には、ロボットの運
動に従って刻々と変化する。しかし、干渉トルクの影響
が最も問題となるのは、加減速制御が行なわれる運動区
間の始点付近及び終点付近であり、その主因は加速度に
ある（始点及び終点における速度は０または干渉トルク
への寄与が無視出来る程度に小さいとする）。
依存して決まる量であるから、厳密には、ロボットの運
動に従って刻々と変化する。しかし、干渉トルクの影響
が最も問題となるのは、加減速制御が行なわれる運動区
間の始点付近及び終点付近であり、その主因は加速度に
ある（始点及び終点における速度は０または干渉トルク
への寄与が無視出来る程度に小さいとする）。
【００１３】そこで、本願発明では、軌道計画の中で上
記三条件に基づいて時定数を決定する処理を合理的な処
理負担の範囲内に抑えてオンラインで行なう為に、運動
区間の始点と終点の二点について、他の軸の加速度によ
って生じる干渉トルクのみを考慮して干渉トルクの計算
処理を実行する。
記三条件に基づいて時定数を決定する処理を合理的な処
理負担の範囲内に抑えてオンラインで行なう為に、運動
区間の始点と終点の二点について、他の軸の加速度によ
って生じる干渉トルクのみを考慮して干渉トルクの計算
処理を実行する。
【００１４】本願発明では、ロボットの軌道計画時に干
渉トルクを考慮に入れて時定数が設定されるので、モー
タ発生トルクの飽和現象や性能発揮不足の現象が抑制さ
れ、ロボットの軌跡精度の向上とサイクルタイムの短縮
が実現される。
渉トルクを考慮に入れて時定数が設定されるので、モー
タ発生トルクの飽和現象や性能発揮不足の現象が抑制さ
れ、ロボットの軌跡精度の向上とサイクルタイムの短縮
が実現される。
【００１５】
【実施例】本願発明の方法を適用するロボットとして、
ここでは図１に示したような４軸水平多関節ロボットを
想定する。図１において、符号ＲＢで全体的に指示され
た４軸水平多関節ロボットは、ベースＢ側から順に、第
１軸１〜第４軸４を有している。第１軸１は鉛直方向の
直動軸、第２軸２、第３軸３は各々水平面内で動作する
リンクを駆動する旋回軸である。また、第４軸４は、水
平面内でロボットの手先のエンドエフェクタ５を回転さ
せる軸である。符号６はエンドエフェクタ５の先端位置
に設定されたツール先端点を表わしている。軸変数（第
２軸及び第３軸については図示された角度）をＪ1 〜Ｊ
4 で表わすこととする。なお、Σ0 はロボットＲＢが動
作する３次元直交座標系を表わしている。
ここでは図１に示したような４軸水平多関節ロボットを
想定する。図１において、符号ＲＢで全体的に指示され
た４軸水平多関節ロボットは、ベースＢ側から順に、第
１軸１〜第４軸４を有している。第１軸１は鉛直方向の
直動軸、第２軸２、第３軸３は各々水平面内で動作する
リンクを駆動する旋回軸である。また、第４軸４は、水
平面内でロボットの手先のエンドエフェクタ５を回転さ
せる軸である。符号６はエンドエフェクタ５の先端位置
に設定されたツール先端点を表わしている。軸変数（第
２軸及び第３軸については図示された角度）をＪ1 〜Ｊ
4 で表わすこととする。なお、Σ0 はロボットＲＢが動
作する３次元直交座標系を表わしている。
【００１６】一般に、干渉トルクの影響を及ぼし合い易
いのは、ベースＢ側に近い旋回軸同士である。そこで、
本実施例では、このようなロボットの軌道計画を立てる
に際し、第２軸２及び第３軸３の干渉トルクを考慮に入
れて時定数を定めることを考える。
いのは、ベースＢ側に近い旋回軸同士である。そこで、
本実施例では、このようなロボットの軌道計画を立てる
に際し、第２軸２及び第３軸３の干渉トルクを考慮に入
れて時定数を定めることを考える。
【００１７】前記条件（１）〜（３）を具体的に記述す
れば、次のようになる。 （１）ロボットの運動方程式 第２軸及び第３軸の運動方程式は一般に次の式［１］，
［２］で与えられる。
れば、次のようになる。 （１）ロボットの運動方程式 第２軸及び第３軸の運動方程式は一般に次の式［１］，
［２］で与えられる。
【００１８】
【数１】 ここで、記号の意味は次の通りである。 Ｔi ；第ｉ軸の発生トルク Ｉi ；第ｉ軸のイナーシャ Ｃi ；第ｉ軸の干渉トルクの係数 ｆ（）；第２軸の速度による項 ｇ（）；第３軸の速度による項 Ｊi ；第ｉ軸の軸変数値（図１参照） ここで、始点及び終点では速度項を無視出来るものとし
て、次式［３］，［４］を用いる。
て、次式［３］，［４］を用いる。
【００１９】
【数２】 （２）目標軌道を実現する為の、各軸の拘束条件式（ヤ
コビ行列を使用） ロボットが動作する３次元直交座標系Σ0 （以下、単に
「直交座標系」と言う。）上で表わしたロボットのツー
ル先端点の位置をｐ、ｊ番目の軸の位置をｊで表わす
と、ｐはｊの関数となる。これを式［５］とし、これを
時間で微分して式［６］を得る。ここで、Ｊ（ｊ）は、
ｐとｊの関係を規定するヤコビ行列であり、具体的な内
容はロボットの構造パラメータに基づいて計算される。
コビ行列を使用） ロボットが動作する３次元直交座標系Σ0 （以下、単に
「直交座標系」と言う。）上で表わしたロボットのツー
ル先端点の位置をｐ、ｊ番目の軸の位置をｊで表わす
と、ｐはｊの関数となる。これを式［５］とし、これを
時間で微分して式［６］を得る。ここで、Ｊ（ｊ）は、
ｐとｊの関係を規定するヤコビ行列であり、具体的な内
容はロボットの構造パラメータに基づいて計算される。
【００２０】
【数３】 式［６］を更に時間で微分すると、次式［７］を得る。
そして、式［７］において、動作の始点または終点であ
ることを考慮して、Ｊの時間微分（Ｊドット）＝０とす
ると、式［８］を得る。また、目標軌道を実現する為
の、各軸の拘束条件式として、式［８］から式［９］を
得る。
そして、式［７］において、動作の始点または終点であ
ることを考慮して、Ｊの時間微分（Ｊドット）＝０とす
ると、式［８］を得る。また、目標軌道を実現する為
の、各軸の拘束条件式として、式［８］から式［９］を
得る。
【００２１】
【数４】 （３）ロボットの最大トルクによる拘束条件 第ｉ軸の発生トルクと最大トルクを各々Ｔi ，Ｔmax i
とし、第２軸と第３軸について、次式［１０］，［１
１］の条件が存在するものとする。なお、ここで言う最
大トルクには静負荷トルク（Ｔw2，Ｔw3）は含まれてい
ない。 Ｔ2 ＜Ｔmax 2 ・・・［１０］ Ｔ3 ＜Ｔmax 3 ・・・［１１］ 以上の条件式をまとめて、改めれて書き出せば次の諸式
［１２］〜［１６］を得る。
とし、第２軸と第３軸について、次式［１０］，［１
１］の条件が存在するものとする。なお、ここで言う最
大トルクには静負荷トルク（Ｔw2，Ｔw3）は含まれてい
ない。 Ｔ2 ＜Ｔmax 2 ・・・［１０］ Ｔ3 ＜Ｔmax 3 ・・・［１１］ 以上の条件式をまとめて、改めれて書き出せば次の諸式
［１２］〜［１６］を得る。
【００２２】
【数５】 ここで、式［１４］を次のように表現する。ここで、記
号Ａｃｃは目標軌道の加速度を表わし、Ａi は目標軌道
の加速度に対する係数を表わしている。
号Ａｃｃは目標軌道の加速度を表わし、Ａi は目標軌道
の加速度に対する係数を表わしている。
【００２３】
【数６】 式［１２］，［１４Ａ］，［１５］より、次式［１７］
を得る。更に式［１７］を変形して式［１８］を得る。
を得る。更に式［１７］を変形して式［１８］を得る。
【００２４】
【数７】 一方、式［１３］，［１４Ｂ］，［１６］より、次式
［１９］を得る。更に式［１９］を変形して式［２０］
を得る。
［１９］を得る。更に式［１９］を変形して式［２０］
を得る。
【００２５】
【数８】 結局、式［１８］及び式［２０］を満たす最大のＡｃｃ
を求め、これに基づいてＪ2 ，Ｊ3 の加速度を前出の式
［１４Ａ］，［１４Ｂ］に従って求めれば、第２軸及び
第３軸について干渉トルクを考慮した加速度が定められ
る。求める時定数τは、その動作区間における教示速度
に対応したＪ2 ，Ｊ3 の速度Ｖt2，Ｖt3を計算し、次式
［２１］，［２２］でτ2 ，τ3 を求め、第２軸及び第
３軸の時定数に設定する。なお、高精度の軌跡を望む場
合には、τ2 ，τ3 の内の小さくない方の値を第２軸と
第３軸共通の時定数に設定しても良い。 τ2 ＝Ｖt2／（Ａ2 ＊Ａｃｃ） ・・・［２１］ τ3 ＝Ｖt3／（Ａ3 ＊Ａｃｃ） ・・・［２２］ 以上説明した計算に基づく時定数の設定は、オンライン
で実施される。図２は、その為に使用されるロボット制
御装置の代表的な構成を要部ブロック図で示したもので
ある。
を求め、これに基づいてＪ2 ，Ｊ3 の加速度を前出の式
［１４Ａ］，［１４Ｂ］に従って求めれば、第２軸及び
第３軸について干渉トルクを考慮した加速度が定められ
る。求める時定数τは、その動作区間における教示速度
に対応したＪ2 ，Ｊ3 の速度Ｖt2，Ｖt3を計算し、次式
［２１］，［２２］でτ2 ，τ3 を求め、第２軸及び第
３軸の時定数に設定する。なお、高精度の軌跡を望む場
合には、τ2 ，τ3 の内の小さくない方の値を第２軸と
第３軸共通の時定数に設定しても良い。 τ2 ＝Ｖt2／（Ａ2 ＊Ａｃｃ） ・・・［２１］ τ3 ＝Ｖt3／（Ａ3 ＊Ａｃｃ） ・・・［２２］ 以上説明した計算に基づく時定数の設定は、オンライン
で実施される。図２は、その為に使用されるロボット制
御装置の代表的な構成を要部ブロック図で示したもので
ある。
【００２６】図２において、符号３０で表示されたロボ
ット制御装置はプロセッサボード３１が装備されてお
り、このプロセッサボード３１はマイクロプロセッサか
らなる中央演算処理装置（以下、ＣＰＵと言う。）３１
ａ、ＲＯＭ３１ｂ並びにＲＡＭ３１ｃを備えている。
ット制御装置はプロセッサボード３１が装備されてお
り、このプロセッサボード３１はマイクロプロセッサか
らなる中央演算処理装置（以下、ＣＰＵと言う。）３１
ａ、ＲＯＭ３１ｂ並びにＲＡＭ３１ｃを備えている。
【００２７】ＣＰＵ３１ａはＲＯＭ３１ｂ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全体を制
御する。ＲＡＭ３１ｃの相当部分は不揮発性メモリ領域
を構成しており、動作プログラム、関連設定値の他に前
出の式［１８］，［２０］の計算を行なう為の諸データ
等が格納されている。これには、ヤコビ行列や静負荷ト
ルクＴwiを算出する為の構造パラメータ、各軸の加速度
による干渉トルク係数Ｃi 、イナーシャＩi 、式［１４
Ａ］，［１４Ｂ］におけるＡ2 ，Ａ3 を定める為のデー
タ等が含まれる。また、ＲＡＭ３１ｃの一部はＣＰＵ３
１ａの実行する計算処理等の為の一時的なデータ記憶に
使用される。
システムプログラムに従ってロボット制御装置全体を制
御する。ＲＡＭ３１ｃの相当部分は不揮発性メモリ領域
を構成しており、動作プログラム、関連設定値の他に前
出の式［１８］，［２０］の計算を行なう為の諸データ
等が格納されている。これには、ヤコビ行列や静負荷ト
ルクＴwiを算出する為の構造パラメータ、各軸の加速度
による干渉トルク係数Ｃi 、イナーシャＩi 、式［１４
Ａ］，［１４Ｂ］におけるＡ2 ，Ａ3 を定める為のデー
タ等が含まれる。また、ＲＡＭ３１ｃの一部はＣＰＵ３
１ａの実行する計算処理等の為の一時的なデータ記憶に
使用される。
【００２８】プロセッサボード３１はバス３９に結合さ
れており、このバス結合を介してロボット制御装置内の
他の部分と指令やデータの授受が行なわれるようになっ
ている。先ず、デジタルサーボ制御回路３２がプロセッ
サボード３１に接続されており、ＣＰＵ３１ａからの指
令を受けて、サーボアンプ３３を経由してサーボモータ
５１〜５６を駆動する。各サーボモータ５１〜５４はロ
ボットＲＢに内蔵されており、各軸を動作させる。
れており、このバス結合を介してロボット制御装置内の
他の部分と指令やデータの授受が行なわれるようになっ
ている。先ず、デジタルサーボ制御回路３２がプロセッ
サボード３１に接続されており、ＣＰＵ３１ａからの指
令を受けて、サーボアンプ３３を経由してサーボモータ
５１〜５６を駆動する。各サーボモータ５１〜５４はロ
ボットＲＢに内蔵されており、各軸を動作させる。
【００２９】シリアルボード３４はバス３９に結合さ
れ、液晶表示部付の教示操作盤５７、ＲＳ２３２Ｃ機器
（通信用インターフェイス）及びＣＲＴ３６ａに接続さ
れている。教示操作盤５７は教示プログラム等のプログ
ラムや教示データ、その他必要な設定値等を入力する為
に使用される。この他、バス３９には、デジタル信号用
の入出力装置（デジタルＩ／Ｏ）３５、アナログ信号用
の入出力装置（アンログＩ／Ｏ）３７及び大容量メモリ
３８が結合されている。
れ、液晶表示部付の教示操作盤５７、ＲＳ２３２Ｃ機器
（通信用インターフェイス）及びＣＲＴ３６ａに接続さ
れている。教示操作盤５７は教示プログラム等のプログ
ラムや教示データ、その他必要な設定値等を入力する為
に使用される。この他、バス３９には、デジタル信号用
の入出力装置（デジタルＩ／Ｏ）３５、アナログ信号用
の入出力装置（アンログＩ／Ｏ）３７及び大容量メモリ
３８が結合されている。
【００３０】デジタルＩ／Ｏ３５には、ＣＲＴ３６ａの
画面を見ながら動作条件の設定、変更等を行なう為の操
作パネル３６ｂが接続されている。また、大容量メモリ
３８には、教示データ、位置データ、各種設定値、動作
プログラム等が格納される。
画面を見ながら動作条件の設定、変更等を行なう為の操
作パネル３６ｂが接続されている。また、大容量メモリ
３８には、教示データ、位置データ、各種設定値、動作
プログラム等が格納される。
【００３１】干渉トルクを考慮した加減速制御を実行す
る為のプログラムやトルクカーブを表わすデータについ
ても、不使用時にはこの大容量メモリ３８に格納されて
おり、システムの立ち上げ時にＲＯＭ３１ｂに格納され
ている起動プログラムが作動して、所要の関連データと
共に適宜プロセッサボード３１内のＲＡＭ３１ｃにダウ
ンロードされる方式とすることが出来る。
る為のプログラムやトルクカーブを表わすデータについ
ても、不使用時にはこの大容量メモリ３８に格納されて
おり、システムの立ち上げ時にＲＯＭ３１ｂに格納され
ている起動プログラムが作動して、所要の関連データと
共に適宜プロセッサボード３１内のＲＡＭ３１ｃにダウ
ンロードされる方式とすることが出来る。
【００３２】以下、上記したロボット制御装置３０の構
成と機能、並びにプログラム及びデータ等の格納状況を
前提に、図３のフローチャートを参照して、本実施例に
おける時定数設定方法を実行する為の処理について、各
処理ステップ毎に処理内容の概略を記す形式で説明す
る。なお、ここで対象とする動作区間はロングモーショ
ンであるものとする。また、説明は第１軸〜第４軸のす
べてに共通した時定数を設定した加減速制御が行なわれ
る場合について説明する。
成と機能、並びにプログラム及びデータ等の格納状況を
前提に、図３のフローチャートを参照して、本実施例に
おける時定数設定方法を実行する為の処理について、各
処理ステップ毎に処理内容の概略を記す形式で説明す
る。なお、ここで対象とする動作区間はロングモーショ
ンであるものとする。また、説明は第１軸〜第４軸のす
べてに共通した時定数を設定した加減速制御が行なわれ
る場合について説明する。
【００３３】先ず、軸番号指標ｎを１に初期設定した状
態で処理を開始する。ステップＳ１では、教示プログラ
ムデータに基づき、その移動ブロックにおける移動目標
位置までの当該軸Ｊn の移動距離から、その軸について
の教示速度Ｖtnを求める。
態で処理を開始する。ステップＳ１では、教示プログラ
ムデータに基づき、その移動ブロックにおける移動目標
位置までの当該軸Ｊn の移動距離から、その軸について
の教示速度Ｖtnを求める。
【００３４】続くステップＳ２では、当該軸に関するト
ルクカーブデータ（対象とするサーボモータについて速
度に対する最大トルクＴmax の依存関係を表現したデー
タ）に基づき、教示速度Ｖtnに対応する名目最大トルク
Ｔmax(n)を求める。ここで求められる名目最大トルクＴ
max(n)には、静負荷トルクＴｗn が含まれている。
ルクカーブデータ（対象とするサーボモータについて速
度に対する最大トルクＴmax の依存関係を表現したデー
タ）に基づき、教示速度Ｖtnに対応する名目最大トルク
Ｔmax(n)を求める。ここで求められる名目最大トルクＴ
max(n)には、静負荷トルクＴｗn が含まれている。
【００３５】そこで続くステップＳ３では、当該軸につ
いて、最大トルクＴmax(n)から静負荷トルクＴwnを減じ
て（正味の）最大トルクＴmax n を求める。
いて、最大トルクＴmax(n)から静負荷トルクＴwnを減じ
て（正味の）最大トルクＴmax n を求める。
【００３６】また、干渉トルクを考慮しない軸（本実施
例ではｎ＝１及びｎ＝４）については、ここで最大トル
クＴmax n を満たす加速度Ａｃｃ n をＡｃｃ n ＝Ｔ
maxn ／Ｉn で求める（（ステップＳ４、ステップＳ
５）。そして、その時の時定数τn をτn ＝Ｖtn／Ａｃ
ｃ n で求める（ステップＳ６）。
例ではｎ＝１及びｎ＝４）については、ここで最大トル
クＴmax n を満たす加速度Ａｃｃ n をＡｃｃ n ＝Ｔ
maxn ／Ｉn で求める（（ステップＳ４、ステップＳ
５）。そして、その時の時定数τn をτn ＝Ｖtn／Ａｃ
ｃ n で求める（ステップＳ６）。
【００３７】以上の処理プロセスを軸番号指標を１づつ
カウントアップしながら、計４回繰り返した上で（ステ
ップＳ７，Ｓ８）、式［１８］及び［２０］を満たす最
大のＡｃｃを計算する。求められたＡｃｃをＡｃｃ(ca
l) とする（ステップＳ９）。
カウントアップしながら、計４回繰り返した上で（ステ
ップＳ７，Ｓ８）、式［１８］及び［２０］を満たす最
大のＡｃｃを計算する。求められたＡｃｃをＡｃｃ(ca
l) とする（ステップＳ９）。
【００３８】次いで、τ2 とτ3 をτ2 ＝Ｖt2／Ａ2 ＊
Ａｃｃ(cal) 、τ3 ＝Ｖt3／Ａ3 ＊Ａｃｃ(cal) で計算
する（ステップＳ１０、Ｓ１１）。計算されたτn （ｎ
＝１，２，３，４）を比較し、最も大きい値を各軸の時
定数として設定する（ステップＳ１２）。ここで、ｍａ
ｘ（）は（）内の量について最も大きい値を指定する記
号である。以上の処理によって、全軸共通の時定数の設
定が完了する（処理おわり）。
Ａｃｃ(cal) 、τ3 ＝Ｖt3／Ａ3 ＊Ａｃｃ(cal) で計算
する（ステップＳ１０、Ｓ１１）。計算されたτn （ｎ
＝１，２，３，４）を比較し、最も大きい値を各軸の時
定数として設定する（ステップＳ１２）。ここで、ｍａ
ｘ（）は（）内の量について最も大きい値を指定する記
号である。以上の処理によって、全軸共通の時定数の設
定が完了する（処理おわり）。
【００３９】なお、ロボットを各軸移動形式で移動させ
る場合（移動目標位置へ移動する際の軌道が教示軌道か
らはずれることが許容される。）には、全軸に共通した
時定数を指定する必要はなく、各軸毎に、必要に応じて
干渉トルクを考慮に入れた時定数を定めれば良い。
る場合（移動目標位置へ移動する際の軌道が教示軌道か
らはずれることが許容される。）には、全軸に共通した
時定数を指定する必要はなく、各軸毎に、必要に応じて
干渉トルクを考慮に入れた時定数を定めれば良い。
【００４０】以上の説明した実施例では、干渉トルクの
考慮は特定の軸間（第２軸と第３軸間の干渉トルク）の
みを考えているが、複数の軸間乃至全軸間の干渉トルク
考慮を行なっても良いことは勿論である。しかし、全軸
共通の時定数を定める条件（教示軌道を遵守）では、最
も干渉トルクの影響が大きいと考えられる軸間について
干渉トルクを考慮して時定数を決定すれば、他の軸間に
ついては、結果的にトルクの飽和や性能発揮不十分を起
こさない時定数が設定されると期待されるから、干渉ト
ルクを考慮した時定数の計算をどの軸間について行なう
かは、ケースに応じて定めることが好ましい。
考慮は特定の軸間（第２軸と第３軸間の干渉トルク）の
みを考えているが、複数の軸間乃至全軸間の干渉トルク
考慮を行なっても良いことは勿論である。しかし、全軸
共通の時定数を定める条件（教示軌道を遵守）では、最
も干渉トルクの影響が大きいと考えられる軸間について
干渉トルクを考慮して時定数を決定すれば、他の軸間に
ついては、結果的にトルクの飽和や性能発揮不十分を起
こさない時定数が設定されると期待されるから、干渉ト
ルクを考慮した時定数の計算をどの軸間について行なう
かは、ケースに応じて定めることが好ましい。
【００４１】また、本実施例ではロボットとして４軸水
平多関節ロボットを想定したが、他の型式のロボットで
あっても、本願発明の技術思想が適用可能であること
は、これまでの説明に照らして明らかであろう。
平多関節ロボットを想定したが、他の型式のロボットで
あっても、本願発明の技術思想が適用可能であること
は、これまでの説明に照らして明らかであろう。
【００４２】
【発明の効果】本願発明によれば、軌道計画時に短すぎ
る時定数が設定されることによって生じるモータ発生ト
ルクの飽和現象と、長すぎる時定数が設定されることに
よって生じる性能発揮不足の現象のいずれをも抑制する
ことが出来る。従って、ロボットの軌跡精度の向上とサ
イクルタイムの短縮が図られる。
る時定数が設定されることによって生じるモータ発生ト
ルクの飽和現象と、長すぎる時定数が設定されることに
よって生じる性能発揮不足の現象のいずれをも抑制する
ことが出来る。従って、ロボットの軌跡精度の向上とサ
イクルタイムの短縮が図られる。
【図１】本願発明の方法が適用される４軸水平多関節ロ
ボットの軸構成を表わした図である。
ボットの軸構成を表わした図である。
【図２】本実施例における時定数の設定をオンラインで
実施する為に使用されるロボット制御装置の代表的な構
成を要部ブロック図で示したものである。
実施する為に使用されるロボット制御装置の代表的な構
成を要部ブロック図で示したものである。
【図３】本実施例における時定数の設定の為の処理の概
要を記したフローチャートである。
要を記したフローチャートである。
１〜４ 第１軸〜第４軸 ５ エンドエフェクタ ６ ツール先端点 ３０ ロボット制御装置 ３１ プロセッサボード ３１ａ メインプロセッサ ３１ｂ ＲＯＭ ３１ｃ ＲＡＭ ３２ ディジタルサーボ制御回路 ３３ サーボアンプ ３４ シリアルボード ３５ デジタル信号用の入出力装置（デジタルＩ／Ｏ） ３６ａ ＣＲＴ ３６ｂ 操作パネル ３７ アナログ信号用の入出力装置（アナログＩ／Ｏ） ３８ 大容量メモリ ３９ バス ５１〜５４ サーボモータ ５７ 液晶表示部付の教示操作盤 ５８ ＲＳ２３２Ｃ機器（通信用インターフェイス）
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｂ 19/407 Ｑ
Claims (3)
- 【請求項１】 各々サーボモータによって駆動される複
数の軸を有するロボットの軌道計画時における時定数の
設定方法において、 始点及び終点における各軸の速度が０とみなすことが出
来る動作区間の始点及び終点において、前記軸の内少な
くとも２つの軸の間の干渉トルクの影響を入れて発生ト
ルクの飽和を起こさない条件で最短の加減速制御の時定
数を前記少なくとも２つの軸について前記ロボットを制
御するロボット制御装置を用いたオンラインのソフトウ
ェア処理によって求め、前記ロボットを制御するロボッ
ト制御装置に設定する前記方法。 - 【請求項２】 各々サーボモータによって駆動される複
数の軸を有するロボットの軌道計画時における時定数の
設定方法において、 始点及び終点における各軸の速度が０とみなすことが出
来る動作区間の始点及び終点において、前記軸の内少な
くとも２つの軸の間の干渉トルクの影響を入れて発生ト
ルクの飽和を起こさない条件で最短の加減速制御の時定
数を前記少なくとも２つの軸について前記ロボットを制
御するロボット制御装置を用いたオンラインのソフトウ
ェア処理によって求め、その内の最長の時定数を全軸共
通の時定数として前記ロボットを制御するロボット制御
装置に設定する前記方法。 - 【請求項３】 前記ソフトウェア処理が、ロボットの運
動方程式に基づいて決定される干渉トルクの影響を評価
した条件で、目標軌道を実現する為の各軸の拘束条件
と、ロボットの最大トルクによる拘束条件とを同時に満
たす時定数の条件を求める処理を含んでいる請求項１ま
たは請求項２に記載されたロボットの軌道計画時におけ
る時定数の設定方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6299108A JPH08137524A (ja) | 1994-11-09 | 1994-11-09 | ロボットの軌道計画時における時定数の設定方法 |
| US08/669,469 US5751130A (en) | 1994-11-09 | 1995-11-07 | Time constant setting method for a track program of a robot |
| PCT/JP1995/002276 WO1996015480A1 (fr) | 1994-11-09 | 1995-11-07 | Procede permettant de definir une constante de temps lors de la planification de la trajectoire d'un robot |
| EP95936116A EP0744677A4 (en) | 1994-11-09 | 1995-11-07 | METHOD FOR DEFINING A TIME CONSTANT WHEN PLANNING THE PATH OF A ROBOT |
| KR1019950040203A KR960018817A (ko) | 1994-11-09 | 1995-11-08 | 로봇의 궤도 계획시에 있어서의 시정수의 설정 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6299108A JPH08137524A (ja) | 1994-11-09 | 1994-11-09 | ロボットの軌道計画時における時定数の設定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08137524A true JPH08137524A (ja) | 1996-05-31 |
Family
ID=17868241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6299108A Withdrawn JPH08137524A (ja) | 1994-11-09 | 1994-11-09 | ロボットの軌道計画時における時定数の設定方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5751130A (ja) |
| EP (1) | EP0744677A4 (ja) |
| JP (1) | JPH08137524A (ja) |
| KR (1) | KR960018817A (ja) |
| WO (1) | WO1996015480A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999008167A1 (fr) * | 1997-08-05 | 1999-02-18 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Procede permettant de generer une consigne d'acceleration/deceleration destinee a un robot industriel |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE505981C2 (sv) * | 1996-02-14 | 1997-10-27 | Asea Brown Boveri | Förfarande för styrning av en industrirobot med hänsyn till moment och belastning |
| US7904182B2 (en) | 2005-06-08 | 2011-03-08 | Brooks Automation, Inc. | Scalable motion control system |
| KR101220121B1 (ko) * | 2006-06-30 | 2013-01-11 | 스타 마이크로닉스 컴퍼니 리미티드 | 이동체의 이동 제어 장치, 이동체의 이동 제어 방법 및공작 기계의 이동 제어 장치 |
| DE102011010505A1 (de) * | 2011-02-07 | 2012-08-09 | Dürr Systems GmbH | Anpassung der Dynamik zumindest eines Roboters |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01164280A (ja) * | 1987-12-21 | 1989-06-28 | Fanuc Ltd | 加減速制御方式 |
| JPH0430203A (ja) * | 1990-05-25 | 1992-02-03 | Fanuc Ltd | ロボットの加減速時定数制御方法 |
| JP3038972B2 (ja) * | 1991-04-03 | 2000-05-08 | ソニー株式会社 | 加減速パターン生成装置及びパターン生成方法 |
| JP3083870B2 (ja) * | 1991-05-10 | 2000-09-04 | ファナック株式会社 | 数値制御装置 |
-
1994
- 1994-11-09 JP JP6299108A patent/JPH08137524A/ja not_active Withdrawn
-
1995
- 1995-11-07 EP EP95936116A patent/EP0744677A4/en not_active Withdrawn
- 1995-11-07 US US08/669,469 patent/US5751130A/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-11-07 WO PCT/JP1995/002276 patent/WO1996015480A1/ja not_active Application Discontinuation
- 1995-11-08 KR KR1019950040203A patent/KR960018817A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999008167A1 (fr) * | 1997-08-05 | 1999-02-18 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Procede permettant de generer une consigne d'acceleration/deceleration destinee a un robot industriel |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5751130A (en) | 1998-05-12 |
| EP0744677A4 (en) | 1997-07-23 |
| EP0744677A1 (en) | 1996-11-27 |
| KR960018817A (ko) | 1996-06-17 |
| WO1996015480A1 (fr) | 1996-05-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020115 |