JPH0230487A

JPH0230487A - 産業用ロボットの制御装置

Info

Publication number: JPH0230487A
Application number: JP63179970A
Authority: JP
Inventors: Hisatomi Fujiki; 藤木　寿富
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-07-18
Filing date: 1988-07-18
Publication date: 1990-01-31

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、産業用ロボット、特にロボットアームに異
常な負荷が加わった場合のロボットの保ＳＩ機能を備え
た産業用ロボットの制御装置に関するものである。

〔従　来　の　技　術〕

第５図はロボットアームをザーポ制御するための従来の
産業用ロボットの制御装置のブロック図である。第５図
において、１′は速度・電流制御を行いサーボモータ３
を制御するサーボアンプ、２は異常時にサーボモータ３
への入力端子を遮断する遮断器、４は減速機、５はロボ
ットアーム、６は電流検出器、７ば速度検出器である。

この産業用ロボットの制御装置では、電流検出器６がサ
ーボモータ３に流れる電機子電流を検出して電流検出値
１つを出力するとともに、速度検出器７がサーボモータ
３の回転速度を検出して速度検出値ω、を出力する。

また、サーボアンプ１′が速度指令値ωｒａｆと電流検
出値１．と速度検出値ω１とに基づいてサーボモータ３
の回転速度および電機子電流を制御する。

さらに、このサーボアンプ１′は、上記制御機能の他に
つぎのような機能を有している。すなわち、電流検出器
６から出力される電流検出値■３（サーボモータ３の電
機子電流に対応する）を常時監視していて、予め設定し
た電流設定値（ロボットアーム５を動かずために必要な
電流値より多少大きい値）を超えた場合のみ、遮断器２
に対しモータフリー制御信号を送るという異常検出処理
を行う。遮断器２にモータフリー制御信号が与えられる
と、遮断器２は、サーボアンプ１からサーボモータ３へ
の電流供給路を遮断し、サーボモータ３をフリー状態に
する。

このようにモータフリー状態になるのは、従来の産業用
ロボットの制御装置の場合には、ロボ。

トアーム５に異常な負荷が加わったとき（例えば、ロボ
ットアーム５が障害物に衝突したとき、あるいは機械系
に異常が生じてサーボモータ３にとって過大な負荷が加
わったとき等）であり、このときに上記したように電流
検出値１つが電流設定値を超え、モータフリー状態とな
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来のような異常検出処理方法の場合、
異常を検知してからサーボモータ３がフリー状態になる
までにロボットアーム５や減速機４に過大な負荷が加わ
ってしまい、場合によってはそれらが破損することがあ
る。これは、前記の電流設定値というものが、ロボット
アーム５の加減速時に必要となる電流値から決定される
ものであって、ロボットアーム５や減速機４の破損とい
うことを考慮した値ではないからである。したがって、
ロボットアーム５に異常な負荷が加わった場合、ロボッ
トアーム５や減速機４に破損が生じないうちに異常検出
処理を行い、直ちにサーボモータ３をフリー状態とする
ような制御が必要になってくる。

したがって、この発明の目的は、ロボ・／トアムに過大
な１−ルクが加わる異常の発生時にサーボモータを速や
かにフリー状態にすることができる産業用ロボットの制
御装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の産業用ロボットの制御装置は、勺−ボアンプ
に与える速度指令値からロボ・７トアームの加速度を推
定する加速度推定器と、電流検出器から出力される電流
検出値と速度検出器から出力される速度検出値とを用い
てロボ・ノドアームに加わる負荷トルクを推定する負荷
トルク推定器とを設け、さらに加速度推定器から出力さ
れる加速度推定値と負荷トルク推定器から出力される負
荷トルク推定値とを常時比較しそれらの比較結果に基づ
いてモータフリー制御信号を発生する比較器を設け、こ
のモータフリー制御信号を遮断器へ与えるようにしてい
る。

〔作　　　用〕

この発明の構成によれば、加速度推定器でもってロボッ
トアームの加速度が推定されるとともに、負荷トルク推
定器でもってロボットアームに加わる負荷トルクがＭｌ
定される。そして、比較器で加速度推定値と負荷トルク
推定値とが常に比較され、これによって、ロボットアー
ムに加わる負荷トルクの状態が常に監視される。この結
果、ロボットアームに異常が生じた場合に直ちに異常が
検知されて比較器から遮断器にモータフリー制御信号が
送られ、遮断器が遮断してサーボモータがフリー状態と
なる。

〔実　施　例〕

この発明の一実施例を第１図ないし第４図に基づいて説
明する。この実施例では、速度制御・電流制御を高速の
ＣＰＵでデジタル制御するデジタルサーボアンプに適用
した例について述べることにする。また、この発明に用
いている加速度推定器および負荷トルク推定器の演算に
おいては、サホモータ、ロボ・７トアーム等を数式モデ
ルで表現し、それに基づいて演算を行っているので、サ
ーボアンプとしてはデジタルアンプが適している。

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロツク図で
ある。

同図において、■は速度・電流制御を行いサボモータ３
を制御するデジタル型のサーボアンプ、２は異常時にサ
ーボモータ３への入力電圧を遮（す１する遮断器、４は
減速機、５はロボットアーム、６はシャンＩ・抵抗から
なる電流検出器、７はロタリーエンコーダからなる速度
検出器である。８はロボットアーム５に加わる負荷トル
クＴｔを推定する負荷トルク推定器、９ば速度指令値Ｑ
ｒ。

からロボットアーム５の加速度を推定する力１１速度推
定器、１０は負荷トルク推定器８から出力される負荷ト
ルク推定値Ｔ、−と加速度推定器から出力される加速度
推定値Ｔ　Ａ　ＣＣとを比較する比較器で、負荷１−ル
ク推定植ＴＬと力１１速度推定値Ｔ　ＡＣＣとの差の絶
対値Ｔ　ＥＲＲが所定値ＫＥＲＲより大きいときに異常
発生六のなして、遮断器２に対してモータフリー制御信
号を与える。

この産業用ロボットの制御装置は、基本的動作は従来例
と同様に、電流検出器６がサーボモータ３に流れる電機
子電流を検出して電流検出値Ｉａを出力するとともに、
速度検出器７がサーボモジ３０回転速度を検出して速度
検出値ω、を出力する。

また、サーボアンプ１が速度指令値ωｒ□と電流検出値
■□と速度検出値ω、とに基づいてサーボモータ３の回
転速度および電機子電流を制御する。

ここで、この産業用ロボットの制御装置における負荷ト
ルクｔＩＬ定器８と加速度推定器９と比較器〕０の構成
および動作を詳しく説明する。

まず、負荷ｌ・ルク推定器８の構造について説明する。

この負荷トルク推定器８は、電気学会の文献；電気学会
論文誌（１９８４，Ｖｏｌ、１０４−Ｂ、Ｎｏ、６）の
４９頁に「状態観測器を用いた他動直流機の一制御方法
」にあるように周知のものである。そして、負荷トルク
推定器８は、この発明の構成要素の一つであるので、こ
こではこの発明が具体的に実現可能であることを説明す
るために要点を記す。ロボットアーム５に加わる負荷ト
ルクＴｔを、状態観測器で推定できるのは、下記に示す
０式のようにステップ状の関数として表現することによ
り、負荷トルクＴ　＋、が入力変数でありながら可観測
な状態変数としてのなせるからである。そして、この状
態観′／Ｊｌｌｌ器のザンブリング時間を十分短くする
と、元々の関数を階段状に次々に追従することになり、
良い推定が行えることになる。

（Ｔ１．）＝０　　　　　　　　・・・・■ｔここで、負荷ｌ・ルクＴＬを推定する状態観測器ば、前
記文献に基づくと、数式的には下記の０式のように表さ
れ、この数式の演算は第２図のブロック図に示す構成で
実現できる。

Ｓ　→−ａ・・■ 上記■弐の各定数は、サーボモータ３のパラメタとロボ
ットアームモデルのパラメータ、そして推定の時定数τ
により一意に決定され、０〜０式で表される。

ＴＬ　　−・ＴＬ　　　　　　・・・・・・■τＳ　＋
　１・・・・・・■ ＫＴ・・・・・・■ ｄ−□　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・
・■ただし、Ｊばモータ軸から見た全慣性モーメント、
ＫＴはサーボモータ３のトルク定数、Ｔ８はサーボモー
タ３の電機子電流を検出する電流検出器６の出力である
電流検出値、ω、ばサーボモータ３の回転速度を検出す
る速度検出器７の出力である速度検出値、Ｄは粘性抵抗
を表し、Ｓはラプラス演算子を意味している。

また、第２図において、１１は積分要素、１２〜１４は
係数要素、１５は加算要素、１６は減算要素である。

つぎに、ロポソＩ・アーム５の加速度をＨ１定する加速
度推定器９の構成を第３図に基づいて説明する。速度指
令値ωｃａｔをサーボモータ３とロボットアーム５を数
式で表した規範モデルＰ□　（Ｓ）、すなわち第３図の
要素１７に人力して要素１５から得られるロボットアー
ム５の速度指令値ω１から、それを微分要素１８で加速
度に変換し加速度）ＩＩ定植Ｔ　Ａ　（ｃを得る。ただ
し、要素１７の規範モデルＰ、（Ｓ）は例えば０式のよ
うに一次遅れ要素をもつモデルとして表現する。

ＰＩＩ　（Ｓ）−・・・・・■ Ｔ、Ｓ＋まただし、ＫイおよびＴｏは、Ｋ、を起電力定数、Ｒを電
機子抵抗としたときに、それぞれ０式および０式で表さ
れる。

に、Ｉ−・・■ Ｋ。

Ｋ７　・　Ｋ。

つぎに、比較器１０について説明する。ごの比岐器ｌＯ
は、負荷トルク推定器８で推定した狛、荷ｌ・ルク推定
値Ｔ、と加速度推定器９で推定した加速度推定値ＴＡＣ
Ｃとの差をとり、その絶対値ＴゆＩＩＲを求め、これが
実験的に求めた所定値Ｋ　ＥＲＲより大きい値になった
場合に、遮断器２に対してモータフリー制御信号を出力
するものである。数式で表現すると、比較器１０は、０
式が成立した場合に、異常が発生したみなして遮断器２
に対してモータフリー制御信号を出力する。

ＴＥＲＲ＝　ｌ　Ｔｔ。　ＴＡＣＣｌ　＞　ＫＥＲＲ・
・・・・・■ ここで、全体の制御の流れを整理すると、第４図のよう
に表される。まず、電流検出器６から出力される電流検
出値Ｉ３と速度検出器７から出力される速度検出値ω１
とから負荷トルク推定器８において負荷トルク推定値Ｔ
Ｌを算出する（２１）。

つぎに、速度指令値ωｒ□より加速度推定器９において
加速度推定値ＴＡＣ６を算出しく２２）、比較器１０に
おいて負荷トルク推定値Ｔ　ｔと加速度推定値Ｔ　Ａ　
ＣＣとの差の絶対値Ｔ、□を算出しく２３）、この絶対
値Ｔ　ＥＲＲと所定値Ｋｌ：ｌＩＲと比較しく２４）、
比較の結果、ＴＦＲＲ＞Ｋ□８の場合、遮断器２に対し
てモータフリー制御信号を与える。

なお、Ｔ、□≦に、□の場合は最初に戻る。

この実施例の産業用ロボットの制御装置は、９、荷トル
ク推定器８と加速度推定器９と比較器１０とを設り、加
速度推定器９でサーボ７ンプ】に与える速度指令値ωｒ
ｏｆからロボットアーム５の加速度を推定し、負荷トル
ク推定器８で電流検出器６から出力される電流検出値Ｉ
８と速度検出器７から出力される速度検出値ω、とを用
いてロボットアーム５に加わる負荷Ｉ・ルクＴ１−を推
定し、比較器１０で加速度推定器９から出力される加速
度推定値ＴＡＣＣ（！：負荷トルク推定器８から出力さ
れる負荷Ｉ・ルク推定値Ｔ　ｔ　とを常時比較しそれら
の差の絶対値Ｔ□８が所定値Ｋ　ＥＲＲより大きいとき
にモータフリー制御信号を発生し、このモータフリー制
御信号で遮断器２を遮断させるようにしているので、つ
ぎのような効果を奏する。

■　ロボットアーム５や減速機４が破損するような過大
な負荷が加わる前に、速やかに異常検出処理を行い、直
ちにサーボモータ３をフリー状態にすることができ、ロ
ボットアーム５や減速機４の破損を未然に防止すること
ができる。

■　電流検出器６や速度検出器７に異常が起こった場合
も、絶対値ＴＥＲＲにその影響が現れるため、直ちにサ
ーボモータ３をフリー状態にすることができ、この場合
にもロボットアーム５や減速機４の破損を未然に防止す
ることができる。

〔発　明　の　効　果〕

この発明の産業用ロボットの制御装置によれば、負荷ト
ルク推定器と加速度推定器と比較器とを設け、ロポソｉ
・アームの加速度および負荷トルクを推定し、各々の加
速度推定値および負荷トルク推定値の比較結果に基づい
てモータフリー制御信号を発生して遮断器に与えるよう
にしたので、ロボットアームや減速機が破損するような
過大な負荷が加わる前に、異常を検出してサーボモータ
をフリー状態にすることができ、この結果ロボットアー
ムや減速機の破損を未然に防止することができ

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブし」ツク図
、第２図は四ボットアームに加わる負ＣｊＩ・ルクを推
定する負荷トルク推定器の構成を示すブロック図、第３
図＆Ｊロボットアームの加速度を１（１定する加速度推
定器の構成を示すプロ、り図、第４図は全体の流れを示
すフローチャー１・、第５１′２ＩεＪ従来例の構成を
示すプロ、り図である。１・・・ザーポアンプ、２・・・遮断器、３・・ザーポ
モタ、４・・・減速機、５・ロポソＩ−アーム、６・・
電流検出器、７・・・速度検出器、８・・・負荷ｌ・ル
ク１１（定器、９・・・加速度推定器、］旧・・比較器
特許出願人　　松下電器産業株式会社代　埋入　弁理士　宮井暎夫〈Ｈ

Claims

【特許請求の範囲】

減速機を介してロボットアームに接続されたサーボモー
タと、このサーボモータの速度と電流とを制御するサー
ボアンプと、前記サーボモータの速度を検出する速度検
出器と、前記サーボモータの電流を検出する電流検出器
と、前記サーボアンプに入力する速度指令値から前記ロ
ボットアームの加速度を推定する加速度推定器と、前記
電流検出器から出力される電流検出値と前記速度検出器
から出力される速度検出値とを用いて前記ロボットアー
ムに加わる負荷トルクを推定する負荷トルク推定器と、
前記加速度推定器から出力される加速度推定値と前記負
荷トルク推定器から出力される負荷トルク推定値とを比
較しそれらの比較結果に基づいてモータフリー制御信号
を発生する比較器と、前記比較器から出力されるモータ
フリー制御信号に応答して前記サーボモータへの入力電
圧を遮断する遮断器とを備えた産業用ロボットの制御装
置。