JPH0247702A - ロボットの高速動作制御方法 - Google Patents

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〕 本発明は、産業用ロボットの直交座標系動作における動
作速度の向上を図った制御方法に関する。

〔従来の技術〕

ティーチング・プレイバック方式の産業用ロボットにお
いては、教示の容易さやメモリ容量の経済性の点から、
Ｐ　Ｔ　Ｐ　（Ｐｏｉｎｔ　ｔｏ　Ｐｏ１ｎｔ）制御方
式が一般に採用されている。このＦＴＰ制御方式の場合
には、ロボット手首部の軌跡は離散した教示点を結んだ
直線で表されることになるが、動作を円滑に行うため、
教示点間を補間して、軌跡を滑らかにする手法が採られ
る。ロボットを動作させる場合、動作中のロボットの直
交座標系の位置と姿勢を教示点間で均等に変化させる直
交座標系動作と、教示点間において、移動中のロボット
の姿勢と位置は問題にせず、各軸を許容された最高速度
で独立に動作させるジヨイント動作とがあるつ多関節型
ロボットのように多軸から構成されるロボットの先端手
首部の移動速度は、各軸速度を合成した速度となるが、
ロボットを直交座標系動作させたときその間の各軸の速
度はジヨイント動作と異なり時間とともに変化し予測が
つかない。

各軸の速度指令が許容速度を越えると、追従不能の異常
信号が発生して動作が停止したり、所定の作業線を逸脱
して危険が生じる右それがある。このため従来にふいて
は、直交座標系動作時は指定された速度で補間演算して
みて、その結果の各軸の速度が許容速度を越えたかどう
かチエツクし、越えない場合は動作させ、越えた時点で
動作をストップしていた。

このような従来の方式では、直交座標系動作時は実際に
動作させてみないと、終了点まで連続して動作が可能か
どうか分からない。また、各軸の速度チエツクは位置指
令の瞬時値を見ているため、位置指令と位置フィードバ
ック値との偏差を出力信号とする実際の速度ループへの
指令にはまだ余裕があるにもかかわらず動作を停止させ
ている状態であった。このため直交動作時の適切な速度
設定が難しく、また動作速度も上がらなかった。

以上の理由で、ロボット軸が単に教示点間を移動するだ
けの非作業区間はジヨイント動作を用いるケースが多か
った。しかし、重量物の積み上げ作業等の用途では、非
作業区間の動作量が大きく、ジヨイント動作による非作
業区間では大きな動作可能空間を要するため、非作業区
間での直交座標系動作による動作が望まれている。

このような問題点を解決する方法として、特開昭６２−
１６２１０９号公報に記載されたものがある。この方法
は、２点間を移動するときの多軸ロボットの第１軸（ｉ
＝１．２．・・・）の位置変化量Δα、を第１軸に許容
された最高速度Ｗ１１．で除算した商ｒ、の最高値τ１
１．で前記位置変化量Δα１を除算した値ｗ、を第１軸
の動作可能最高速度とするものである。

すなわち、動作時リアルタイムクロック毎に、１）　直
交空間指定速度に従い新しい直交座標上の目標値を求め
る。

２）　その目標値を逆変換し、各軸のパルス目標値を求
める。

３）　新しいパルス目標値と前回のパルス目標値の差で
ある各軸増分量を求める。

４）　前３）項で求めた各軸増分量と各軸許容増分量を
比べ、全部許容内であれば位置ループへ増分量として払
い出し、そうでなければ許容を超えた軸において、許容
値／今回増分量の比を求め、その比を直交空間指定に掛
けて更新する。その後、また１）〜４）の処理を繰り返
す。

という処理を行い、各軸の速度を許容速度以下に抑えて
いた。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上の処理における問題点は、本方式による効果を出す
ためには、前記２）項の逆変換を単一サイクルに２回も
行う必要があることである。逆変換処理は、補間演算の
中でも最も演算時間を要する処理であり、これを２回も
行うと、制御における重要なファクターであるリアルタ
イムクロックの短縮を損なうことになり、きめの細かい
制御や素早いリアルタイムセンサの応答が難しくなる。

また、前記方法では、位置指令への増分量が許容値を超
えないようにしているが、実際には偏差パルスが許容パ
ルスを超えなければよいのであるから、まだ高速にする
余裕がある。

本発明はこのような観点に基づいてなされたもので、直
交動作時にジヨイント動作量みの高速動作を実現するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するため、本発明は、教示された２点間
を直交座標系動作で補間するに際し、前記２点間の区間
の直交座標系の移動量と指定された直交座標系速度によ
り、移動時間τ、を求め、次に前記区間をロボット各軸
でジヨイント動作の最高速度で動作させるときの移動時
間τ２を求め、τ１がτ２よりも短ければ前記指定され
た直交座標系速度をτ１／τ２倍した速度を実際の補間
遠度とし、かつ、直交座標系動作時に、位置ループにお
ける指令位置とフィードバック位置との差に応じた偏差
パルスがその軸の許容最適速度相当以上になった場合、
速度ループに対する指令を前記許容最適速度値に抑える
ことを特徴とする。

この場合、偏差パルスが許容最適速度以上になった場合
、その時点でのその軸の補間速度と許容速度の比を求め
その分以降の補間速度を落として偏差パルスが増大する
ことを防止する。

〔作用〕

本発明では次の３つの要件を用いている。

■　直交動作時の各軸の平均速度が許容最大速度を越え
ないようにする。

すなわち、まず、２点間の直交座標系の移動量と指定さ
れた直交速度により移動時間τ１を求め、次に同区間を
ジヨイント動作の最高速度で動作させるときの移動時間
τ２を求め、ｒ、がτ２より短ければ指定直交速度をτ
、／τ２倍した速度を実際の補間速度とする。これによ
り各軸のピーク速度が極端に大きくならないようにする
。

なお、このようにして最高速度を制限する点については
、特開昭６２−１６２１０９号公報に記載された方法と
類似している。

■　直交座標系動作では２点間の移動時、直交座標系速
度が一定でも各軸の実際の速度は時々刻々変化するため
、■の処理のみでは一時的にある軸の補間遠度が許容速
度を越える区間がある。通常速度ループへの指令は偏差
パルスに比例した値であるが、前記区間では偏差パルス
が許容速度相当以上になり得る。そこで本発明では、偏
差パルスが許容速度相当値を越えた場合も速度ループへ
の指令が許容値を越えないようリミット処理を設ける。

■　前項■の処理を行っている区間も位置ループへの指
令は継続されるためその区間が長いと偏差パルスが増大
し、追従遅れの限界チエツクレベルを越えたり、軌跡の
逸脱が顕著になる。このため前記区間に入った場合、リ
ミットを越えた軸の補間遠度と許容速度の比をとり、そ
の分、次の回の直交座標系速度を落とすことにより偏差
パルスの増大を防ぐ。

以上の方法により直交動作時の動作速度を向上させる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例を参照しながら具体的に説明する
。

第１図は、本発明のロボットの高速動作制御方法を実施
するための具体例を示す一つのロボット軸の制御系のブ
ロック図、第２図は速度演算部の処理フロー、第３図は
位置制御部の処理フローである。

第１図において、１はロボットの軸を駆動するモータ、
２は同モータ１の回転速度を検出するＴＧ（タコメータ
ジェネレータ）、３はモータ１の回転位置を検出するＰ
Ｇ（パルスジェネレータ）である。

教示データは、ユーザプログラム格納エリア１０に格納
されており、プレイバック時はデータはインクプリタ部
２０によりロボット言語を解読し、速度情報１位置情報
等の必要な情報を補間演算部３゜に出力する。補間演算
部３０では、与えられた２つの教示点間を補間する演算
を行う。演算によって得られた位置指令は位置制御部４
０に出力され、位置信号との偏差に応じた出力が速度及
び電流制御部５０に出力され、モータ１に駆動信号を与
える。

以上の構成のロボット制御装置において、いま、ロボッ
トを上から見た第４図に示すように、区間ＰＬ、Ｐ２を
直線動作によって高速に動作させる場合について、第２
図のフローチャートを参照しながら説明する。

・ステップ１−１）　　Ｐ１点の直交座標値（Ｘ、、　
Ｙ、、　Ｚ、）と、２２点の直交座標値（ＸＩ、　Ｙ２
．　Ｌ）と、指令直交座標速度ＶｃＡｉｔｃｘｎ（単位
制御クロックあたりの速度）から移動量りを求める。

Ｄ＝　Ｊ　（ＸＩ　　ＸＩ）　　＋（ＹＩ　　Ｙ２　　
＋　ｌ＋　　２２）これより、補間の分割数Ｎ　ＣＡ　
ｌ　ｔを求める。

・ステップ１−２）　　ＰＩ点のジヨイント位置（θ１
１〜θ１．）、２２点のジヨイント位置（θ２Ｉ〜θ、
６）と各軸の許容速度（ｖ、Ａ、ｌθ１〜ｖ、Ａ、ｌθ
２０．。

共に制御クロックあたりの速度）より最大速ジヨイント
動作時の分割数ＮＪを求める。

・ステップ１−３）　　ＮｃＡ＋＋ｔがＮＪ　より小さ
い場合は補間速度を とし、そうでなければ、Ｖｃｈ＊ｔ　＝　ＶＣＡＩＩ？
。ＸＤ　とする。

・ステップ１−４）　　補間動作を開始する。

・第３図のステップ２−１）　　補間動作中における速
度ループへの指令（ＶＣＭＯ）作成部において、各軸の
偏差パルス（ε）が許容パルス（許容速度相当値εに＾
１＋）以上の値になるかどうか検出し、次の処理を行う
。但し、位置ループゲインをｋ。

とする。

さくεＷＡＸ　　：　ＶｅｘＴｈ＝εＸｋＰε≧ε）Ｉ
ＡＸ　　：　ＶＣ）１０　　＝ε）ＩＡＸｘｋＰとし、
速度ループへ指令Ｖ　Ｃ）ｌ　ｙ　を出すことにより許
容速度以上の指令が出ないようにする。

・第２図のステップ３−１）　　動作中２−１）の処理
により偏差パルスが許容パルス以上になったら、補間演
算部３０の動作速度演算部３１において、最後に位置ル
ープへ指令した各軸の速度Ｖｓｅａ　と許容速度Ｖ＋ｔ
ＡＸの比を求め、その中で最大のもの（ＲＩＩＡＸ）を
選ぶ。

Ｖ　　　θ　　−ｍｎ　　　、、、、。

Ｒｍ＊ｘ　＝ＭＡＸ（ｙ、、、　６”’、　、　■、、
、θ２．・そして補間速度を次のように変更する。

Ｖ　ｅ　Ａ　Ｉ　Ｔ　”　Ｖ　ＣＡ　＊　ｔ　／　ＲＭ
　Ａ　Ｘ・ステップ３−２）　　補間演算部３２におい
て補間演算を行い、位置指令作成部３３により次の位置
ル−プへの指令を作成する。

・ステップ４）動作終了まで２−１）〜３−２）の処理
を繰り返す。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明のロボット制御方法におい
ては、直交座標系動作時に、位置ル−プにおける指令位
置とフィードバック位置との差に応じた偏差パルスがそ
の軸の許容最適速度相当以上になった場合、速度ループ
に対する指令を前記許容最適速度値に抑える′こととし
ている。これにより、直交動作時の速度について各軸の
速度ループに対する指令を許容値以下に抑えながらも偏
差の増大に伴う追従遅れや軌跡の逸脱を抑え、可能な限
り高速にすることができ、またその方法も簡単で複雑な
演算を要しない。したがって、直交動作時の速度をジヨ
イント動作に準する速度にでき、従来サイクルタイムの
関係でジヨイント動作を余儀無くさせていた区間も直交
動作に変更でき、高速動作を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のブロック図、第２図は速度演
算部の処理フロー、第３図は位置制御部の処理フロー、
第４図は補間動作を説明するためのロボットを上から見
た図である。 １：モータ ２；ＴＧ ３：ＰＧ １０ニユーザブログラム格納エリア ２０　： ３０　＝ ３１　： ３２　： ３３　： ４０　： ５０　： インタプリタ部 補間演算部 動作速度演算部 補間演算部 位置指令作成部 位置制御部 速度及び電流制御部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、教示された２点間を直交座標系動作で補間するに際
   し、前記２点間の区間の直交座標系の移動量と指定され
   た直交座標系速度により、移動時間τ＿１を求め、次に
   前記区間をロボット各軸でジョイント動作の最高速度で
   動作させるときの移動時間τ＿２を求め、τ＿１がτ＿
   ２よりも短ければ前記指定された直交座標系速度をτ＿
   １／τ＿２倍した速度を実際の補間速度とし、かつ、直
   交座標系動作時に、位置ループにおける指令位置とフィ
   ードバック位置との差に応じた偏差パルスがその軸の許
   容最適速度相当以上になった場合、速度ループに対する
   指令を前記許容最適速度値に抑えることを特徴とするロ
   ボットの高速動作制御方法。 ２、偏差パルスが許容最適速度以上になった場合、その
   時点でのその軸の補間速度と許容速度の比を求めその分
   以降の補間速度を落とすことを特徴とする請求項１記載
   のロボットの高速動作制御方法。