JPH09225870A - ロボット制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 第２のアームの加減速による反力によって第
１のアームに作用するトルクを、このトルクにより第１
のアームが影響を受ける前に、打消すようにする。 【解決手段】 第１のアーム及び第２のアームを有する
ロボットにおいて、第２のアームが旋回すると、負荷変
動演算部２３は第２のアームのトルク指令信号と第１の
アーム及び第２のアーム間の角度θとから負荷変動トル
ク指令信号Ｈｔを演算し、この信号Ｈｔを第１のアーム
の制御装置１０を構成する速度制御部１９に出力する。
速度制御部１９は、負荷変動トルク指令信号Ｈｔに基づ
いてトルク指令信号Ｓｔを補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば組立作業や
パレタイズ作業を行う産業用ロボット等のロボット制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば産業用ロボットにあっては、その
複数のアームを現在位置から目標位置へ移動させること
を、マイクロコンピュータ等からなる制御装置により自
動的に繰り返すようになっている。このとき、各アーム
の駆動源であるモータを制御する制御装置は、予め目標
位置や各アームに関するパラメータが記憶される記憶部
や演算部、位置制御部等を備えて構成されている。

【０００３】前記演算部は、現在位置から目標位置まで
の各アームの移動量を求め、その移動量と設定された加
減速時間、設定速度とから各アームの速度パターンを決
定し、その速度パターンに従って各サンプリング時刻毎
の目標位置を位置指令信号として出力する。そして、前
記位置制御部においては、前記各アームの位置指令信号
と各アームの位置フィードバック信号とから位置偏差を
求め、これに位置ループゲインを乗じて速度指令信号を
作成し、この速度指令信号をサーボドライバに出力して
モータを駆動するようになっている。

【０００４】従って、上記構成の場合、負荷変動などの
外乱が発生して各アームのモータの回転量が低下或いは
増加すると、各アームの位置フィードバック信号が減少
或いは増加し、その結果、速度指令信号が増加或いは減
少してモータを加速或いは減速させてサンプリング時刻
毎の目標位置に一致させる制御が行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、互いに連結
された例えば２つのアームを有する水平旋回形ロボット
の場合、一方のアームのモータが回転して当該アームが
旋回するとき、このアームの加減速による反力によって
他方のアームにトルクが作用する。このトルクは、負荷
変動即ち外乱となって他方のアームのモータの回転量を
変動させ、アームの位置が目標位置から変動する。従来
は、このようなアームの目標位置からの変動も、上述の
ように、各アームのフィードバック信号と位置指令信号
との位置偏差に基づいて速度指令信号を作成し、この速
度指令信号をサーボドライバに出力してモータを駆動す
るように構成されていた。しかしながら、上記のよう
に、外乱が発生して、位置変動が起きてからその位置変
動を修正するという制御の場合、位置決めに時間がかか
るという欠点があった。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、第１の軸を中心として旋回する第１
のアームと、この第１のアームに設けられ前記第１の軸
と非直交である第２の軸を中心として旋回する第２のア
ームと、前記第１のアームを駆動する第１のモータと、
前記第２のアームを駆動する第２のモータとを具備する
ロボットを制御するものであって、第２のアームの加減
速による反力によって第１のアームに作用するトルク
を、このトルクにより第１のアームが影響を受ける前
に、打消すようにするロボット制御装置を提供するにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１のロボット制御装置は、第１の軸
を中心として旋回する第１のアームと、この第１のアー
ムに設けられ前記第１の軸と非直交である第２の軸を中
心として旋回する第２のアームと、前記第１のアームを
駆動する第１のモータと、前記第２のアームを駆動する
第２のモータとを具備するロボットを制御するものであ
って、前記第２のアームの加減速時に、この第２のアー
ムの加減速による反力によって前記第１のアームに作用
するトルクを演算し、このトルクに基づいて前記第１の
モータの出力トルクを補正する補正手段を具備すること
を特徴とする。

【０００８】この場合、補正手段は、第２のアームの加
減速時に第２のモータに与えられるトルク指令信号と第
１及び第２のアーム間の角度とに基づいて第１のアーム
に作用するトルクを演算するように構成しても良く（請
求項２）、或いは、補正手段は、第２のアームの加減速
時に第２のモータに流れる電流値と第１及び第２のアー
ム間の角度とに基づいて第１のアームに作用するトルク
を演算するように構成しても良い（請求項３）。また、
補正手段により第１のモータの出力トルクを補正するか
どうかを選択する選択手段を設けるようにしても良い
（請求項４）。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１実施例を図１
ないし図４を参照して説明する。まず、図３は、本実施
例にかかる産業用ロボットである水平旋回型ロボットを
概略的に示している。当該ロボット１は、ベース２が設
置面Ｇに固定されて据え付けられ、このベース２上に支
柱３が立設されている。この支柱３内の略中心部分には
設置面Ｇに対して垂直方向に延びる第１の軸４が設けら
れており、支柱の上端面から突出する当該軸３の先端部
に、第１のアーム５が嵌着されている。従って、第１の
アーム５は、第１の軸４を中心として水平方向に旋回可
能となっている。

【００１０】また、第１のアーム５の先端部には、設置
面Ｇに対して垂直方向に延びる第２の軸６が設けられて
おり、第１のアーム５の上面から突出する当該軸５の先
端部に第２のアーム７が嵌着されている。従って、第２
のアーム７は、第２の軸６を中心として水平方向に旋回
可能となっている。そして、第２のアーム７の先端部に
は、ボールねじによって上下される昇降アーム８が垂直
に設けられ、更にこの昇降アーム８の下端に手首９が水
平旋回可能に設けられている。

【００１１】次に、ロボット制御装置を図１及び図２を
参照して説明する。図１は、本発明に係るロボット制御
装置のうち、ベース２側である第１のアーム５に関する
制御を行う部分を示しており、制御装置１０は、前記第
１のアーム５を旋回動作させるモータ（以下、第１のモ
ータという）１１を駆動する駆動手段としてのサーボド
ライバ１２や、マイクロコンピュータ等からなる位置制
御装置１３から構成されている。また、前記第１のモー
タ１１の回転速度及び回転位置が、ロータリエンコーダ
等の位置検出器１４及びタコジェネレータ等の速度検出
器１５によりそれぞれ検出されるようになっている。

【００１２】位置制御装置１３は、記憶部１６、演算部
１７、位置制御部１８から構成される。前記記憶部１６
には、ティーチング位置データ（ワークの取出位置や搬
出位置等のデータ）や例えばロボット言語で記述された
動作プログラム等が記憶されている。前記演算部１７
は、前記動作プログラムを解析し、各サンプリング時刻
毎の第１のアーム５の移動量を求め、位置指令信号Ｓｐ
を出力する。そして、前記位置制御部１８では、前記位
置指令信号Ｓｐと、前述の位置検出器１４から入力され
る位置フィードバック信号Ｐfbとを比較して位置偏差を
求め、この位置偏差に応じた速度指令信号Ｓｖを生成
し、前記サーボドライバ１２に出力するようになってい
る。

【００１３】前記サーボドライバ１２は、速度制御部１
９、電流制御部２０、電力制御部２１及び電流検出器２
２を備えて構成されている。このうち速度制御部１９
は、前記位置制御部１９からの速度指令信号Ｓｖと、前
記速度検出器１５からの速度フィードバック信号Ｖfbと
の偏差を求め、その偏差に応じたトルク指令信号Ｓｔを
生成し、電流制御部２０に出力するようになっている。
さらに、電流制御部２０は、そのトルク指令信号Ｓｔ
と、前記電流検出器２２により検出された第１のモータ
１１に実際に流れる電流値Ｉとの偏差を求め、その偏差
に応じた電流指令信号Ｓｉを前記電力制御部２１に出力
し、電力制御部２１はその電流指令信号Ｓｉに応じた電
流を第１のモータ１１に流すようになっている。

【００１４】これにて、第１のモータ１１は、演算部１
７により求められた移動量だけ旋回されるようになり、
もってロボット１の第１のアーム５が現在位置から目標
となる位置へ移動されるのである。この場合、演算部１
７は、第１のアーム５を移動させるに当たっては、その
移動速度のパターンを、例えば図５（ａ）に示すように
速度０から、設定された加速時間ｔａで設定速度Ｖまで
加速し、設定速度Ｖで等速移動させた後、設定された減
速時間ｔｄで速度０まで減速するといった台形のパター
ンに設定する。そして、第１のアーム５の時間経過に伴
う位置は、前記速度を積分したものであるから、図２
（ｂ）に示すようになり、これにより、各サンプリング
時刻における目標位置（位置指令信号Ｓｐ）が求められ
る。この位置指令信号Ｓｐに従って位置制御を行うこと
により、第１のアーム５は、滑らかな旋回動作をするの
である。

【００１５】尚、ここでは、第１のモータ１１の制御装
置１０について説明したが、第２のアーム７及び第３の
アーム９を旋回動作させるモータ並びに昇降アーム８を
上下動作させるモータについても同様に制御されるよう
になっており、その説明は省略する。

【００１６】さて、前述したように、第２のアーム７
は、その軸６が第１のアーム５の先端側に設けられてい
ると共に、第１の軸４と第２の軸６とは非直交、この場
合平行となるように構成されているため、図４に示すよ
うに、第２のアーム７が矢印Ａ方向に旋回するとき、第
２のアーム７の加減速により発生する慣性力Ｆに対する
反力Ｐによって第１のアーム５にトルクが作用する。そ
して、このトルクが負荷変動となって、第１のアーム５
が矢印Ｂ方向に旋回されるようになる。尚、図４でＦ，
Ｐは第２のアーム７の加速時の場合を示す。

【００１７】そこで、本実施例では、第２のアーム７が
旋回動作するに際して、第２のアーム７の加減速による
反力Ｐによって第１のアーム５に作用するトルクを演算
し、そのトルクを打消すための負荷変動トルク指令信号
Ｈｔを前記速度制御部１９に出力する補正値演算手段た
る負荷変動演算部２３が設けられている。これと共に、
速度制御部１９は、負荷変動トルク指令信号Ｈｔが入力
されたときに、この信号をトルク指令信号Ｓｔ及び速度
フィードバック信号Ｖｆｂに加算して出力するようにな
っている。従って、速度制御部１９及び負荷変動演算部
２３が本発明の補正手段として機能する。

【００１８】反力Ｐは、第２のアーム７の加減速により
第２のアーム７に発生する慣性力Ｆと同一の大きさであ
り、慣性力Ｆは第２のアーム７を駆動する第２のモータ
のトルクに比例していることから、本実施例において
は、第２のモータのトルクを第２のモータのトルク指令
信号に基づいて演算する。また、反力Ｐのうち第１のア
ーム５との直交成分Ｐｖにより第１のアーム５にトルク
が作用することから、第１のアーム５と第２のアーム７
との間の角度θを求め、その角度θの余弦（ｃｏｓθ）
を前記第２のモータのトルク指令信号に乗じる。

【００１９】具体的には、図２に示すように、負荷変動
演算部２３には、第１のモータ１１の位置検出器１４及
び第２のアーム７を駆動する第２のモータの回転位置を
検出する位置検出器（第２の位置検出器）２４が接続さ
れて、それぞれ位置フィードバック信号Ｐｆｂ及びＰｆ
ｂ´が入力されるようになっており、これら位置フィー
ドバック信号Ｐｆｂ及びＰｆｂ´から第１及び第２のア
ーム５及び７間の角度θが演算により求められる。ま
た、負荷変動演算部２３には、第２のモータの速度制御
部（第２の速度制御部）２５が接続されて、トルク指令
信号Ｓｔ´が入力されるようになっている。

【００２０】そして、前記第２のモータのトルク指令信
号Ｓｔ´と第１のアーム５及び第２のアーム７間の角度
θの余弦（ｃｏｓθ）との乗算値に、負荷変動演算部２
３に予め記憶されている比例定数が乗算されて負荷変動
トルク指令信号Ｈｔが作成される。

【００２１】次に、上記構成の作用について述べる。い
ま、ベース２側の第１のアーム５に対しその先端側に設
けられた第２のアーム７が旋回する場合を考える。第２
のアーム７は、上述したように、図示しない制御装置に
よってフィードバック制御がなされ、演算部により求め
られた移動量だけ旋回するようになっており、もって、
第２のアーム７は所定の旋回動作を行うことによる例え
ばパレタイズ作業が自動的に実行される。このとき、第
２のモータの制御装置において、前記速度制御部２５か
らのトルク指令信号Ｓｔ´は、図示しない電流制御部に
出力されると共に、第１のモータ１１の制御装置１０の
負荷変動演算部２３に出力される。

【００２２】また、負荷変動演算部２３には、第１及び
第２の位置検出器１４及び２４から位置フィードバック
信号Ｐｆｂ，Ｐｆｂ´が入力されて、第１及び第２のア
ーム５及び７間の角度θが求められる。この角度θの余
弦に前述のトルク指令信号Ｓｔ´を乗じ、さらに、予め
記憶された比例定数が乗算されて、負荷変動トルク指令
信号Ｈｔが演算される。そして、この負荷変動トルク指
令信号Ｈｔは第１のモータ１１の速度制御部１９に入力
されて、トルク指令信号Ｓｔが補正される。

【００２３】このような本実施例によれば、ベース２側
に設けられた第１のアーム５を駆動する第１のモータ１
１の制御をするに当たって、第２のアーム７が旋回動作
するときに、第２のモータの速度制御部２５からトルク
指令信号Ｓｔ´が第１のアーム５の負荷変動演算部２３
に出力されるように構成した。そして、負荷変動演算部
２３は、このトルク指令信号Ｓｔ´と第１及び第２のア
ーム５及び７間の角度θとから負荷変動トルク指令信号
Ｈｔを演算して速度制御部１９に出力すると共に、速度
制御部１９はこの信号Ｈｔに基づいて第１のモータ１１
のトルク指令信号Ｓｔを補正するようにした。

【００２４】従って、第２のアーム７が旋回するとき
に、当該アーム７の加減速による反力Ｐによって第１の
アーム５に作用するトルクを求めて第１のモータ１１の
トルク指令信号Ｓｔを補正するようにしたので、第２の
アーム７の加減速に起因する第１のモータ１１の回転速
度の変動を検出してから、トルク指令信号Ｓｔを補正し
ていた従来のものに比べて、位置決めにかかる時間を短
縮することができる。

【００２５】図６は本発明の第２実施例を示すものであ
り、上記第１実施例と異なる点は、第２のアーム７の加
減速時に、この第２のアーム７の加減速による反力によ
って第１のアーム５に作用するトルクの補正値、即ち負
荷変動トルク指令信号Ｈｔを、第２のアーム７の加減速
時に第２のモータに流れる電流値Ｉ´と、第１及び第２
のアーム５及び７間の角度θとに基づいて求める構成と
したところにある。

【００２６】即ち、本実施例では、負荷変動演算部３１
には、第１及び第２のモータの位置検出器１４，２４
と、第２のモータに供給される電流の値Ｉ´を検出する
電流検出器３２が接続されている。そして、第１及び第
２のモータの位置検出器１４，２４から入力される位置
フィードバック信号Ｐｆｂ，Ｐｆｂ´に基づいて求めら
れた両アーム５，７間の角度θの余弦と第２のモータの
電流値Ｉ´との乗算値に、予め負荷演算部３１に記憶さ
れた係数を乗じることにより負荷変動トルク指令信号Ｈ
ｔが求められるのである。

【００２７】従って、本実施例においても、上記第１実
施例と同様に、第２のアーム７の加減速による反力Ｐに
よって第１のアーム５に作用するトルクを、第２のアー
ム７の加減速時に求めて第１のアーム５のモータ１１の
トルク指令信号Ｓｔを補正するようにしたので、位置決
めにかかる時間を短縮することができる。

【００２８】尚、上記各実施例では、第２のアーム７の
加減速時に、無条件で、第１のモータ１１のトルク指令
信号Ｓｔを補正するようにしたが、第１のモータ１１の
トルク指令信号Ｓｔを補正するかどうかを選択する選択
手段を例えばスイッチを設け、そのスイッチがオンされ
たとき補正するようにしても良い。

【００２９】また、本発明は、上記した実施例に限定さ
れるものではなく、例えば、水平旋回型ロボットのほか
例えば多関節型ロボット等、互いに連結された第１及び
第２のアームの各軸が非直交であるものに広く適用でき
る。また、ロボットは、第１のアーム５及び第２のアー
ム７に相当するものを只一つずつ有するものに限らず、
第１及び第２のアームの関係となるアームが複数存在し
ていても良い。

【００３０】更に、位置検出器１４及び速度検出器１５
はモータの回転位置及び回転速度によってアームの旋回
位置及び旋回速度を検出する位置検出手段及び速度検出
手段として機能するものであるが、これはアームの旋回
位置及び旋回速度を直接検出するセンサに換えても良
い。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明にて明らかなように、本発明
のロボット制御装置によれば、第２のアームの加減速時
に、補正手段によって前記第１のアームの加減速による
反力によって第１のアームに作用するトルクを演算し、
第１のモータの出力トルクを補正するようにしたので、
各アームが無駄な動きをすることなく、位置決めにかか
る時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すもので、ロボット制
御装置の全体構成を示す機能ブロック図

【図２】負荷変動演算部の機能ブロック図

【図３】ロボット本体の全体構成を示す概略図

【図４】ロボット本体の平面図

【図５】現在位置から目標位置への速度指令信号（ａ）
及び位置指令信号（ｂ）のパターンを示す図

【図６】本発明の第２実施例を示す図２相当図

【符号の説明】

１はロボット、４は第１の軸、５は第１のアーム、６は
第２の軸、７は第２のアーム、１０は制御装置、１１は
第１のモータ、１９は速度制御部（補正手段）、２３，
３１は負荷変動演算部（補正手段）を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の軸を中心として旋回する第１のア
   ームと、この第１のアームに設けられ前記第１の軸と非
   直交である第２の軸を中心として旋回する第２のアーム
   と、前記第１のアームを駆動する第１のモータと、前記
   第２のアームを駆動する第２のモータとを具備するロボ
   ットを制御するものであって、 前記第２のアームの加減速時に、この第２のアームの加
   減速による反力によって前記第１のアームに作用するト
   ルクを演算し、このトルクに基づいて前記第１のモータ
   の出力トルクを補正する補正手段を具備することを特徴
   とするロボット制御装置。
2. 【請求項２】 補正手段は、第２のアームの加減速時に
   第２のモータに与えられるトルク指令信号と第１及び第
   ２のアーム間の角度とに基づいて第１のアームに作用す
   るトルクを演算することを特徴とする請求項１記載のロ
   ボット制御装置。
3. 【請求項３】 補正手段は、第２のアームの加減速時に
   第２のモータに流れる電流値と第１及び第２のアーム間
   の角度とに基づいて第１のアームに作用するトルクを演
   算することを特徴とする請求項１記載のロボット制御装
   置。
4. 【請求項４】 補正手段により第１のモータの出力トル
   クを補正するかどうかを選択する選択手段を具備するこ
   とを特徴とする請求項２又は３記載のロボット制御装
   置。