JPH0285906A - 産業用ロボットの制御装置 - Google Patents

産業用ロボットの制御装置

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JPH0285906A
JPH0285906A JP23791588A JP23791588A JPH0285906A JP H0285906 A JPH0285906 A JP H0285906A JP 23791588 A JP23791588 A JP 23791588A JP 23791588 A JP23791588 A JP 23791588A JP H0285906 A JPH0285906 A JP H0285906A
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JP
Japan
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servo motor
robot
rotational speed
corrected
reference value
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Pending
Application number
JP23791588A
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English (en)
Inventor
Shin Murakami
伸 村上
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH0285906A publication Critical patent/JPH0285906A/ja
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/41Servomotor, servo controller till figures
    • G05B2219/41439Position error ffw for compensation of speed
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/42Servomotor, servo controller kind till VSS
    • G05B2219/42074Position feedback and speed feedback, speed measured with tacho

Landscapes

  • Manipulator (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

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】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、サーボモータによって駆動される産業用ロボ
ットの制御装置に関する。
(従来の技術) 産業用ロボットを用いて、ぼり取り、溶接、シーリング
等の作業を行う場合、産業用ロボットをワークの形状に
ならって動作させる必要がある。
一般に産業用ロボットによる作業は、所望の動作を予め
教示しておき、その教示データに基づいて動作させる、
いわゆるティーチングプレイバック制御により行うこと
が多い。ところがワークの形状が一定でなかったり、ワ
ークの位置決め精度が不十分であったりする場合には、
ワークに対する所望の作業点をロボットの外部に設けた
センサにより検出して、そのセンサの出力に基づいて位
置制御を行うことが必要になる。
ロボットの外部に設けたセンサによりロボットの所望の
作業点を検出し、それに基づいてロボットを位置制御す
る場合、(1)ロボットの動作全体の中でティーチング
プレイバック制御で十分な部分が多い、(2)ロボット
の動作範囲全体にわたってロボットの所望の作業点を精
度良く検出できるセンサが少ない、等の理由により、テ
ィーチングプレイバック制御と検出範囲の比較的小さい
距離センサ等を使用したセンサフィードバック制御とを
併用するのが実用的である。すなわち、ティーチングプ
レイバックを常時行いながら、必要に応じてセンサフィ
ードバック制御ループをティーチングプレイバック制御
ループの外側に設け、ロボットの目標位置を距離センサ
等の出力に応じて修正するものである。
第5図に外部の位置センサのフィードバックを併用した
従来の産業用ロボットの制御装置の構成を示す。ここで
は、ロボットの外部に設けたセンサのフィードバックの
ループが通常の位置制御ループの外側に構成されている
。教示データによる* ロボットの目標位置P を、外部に設けた距離センサ1
2により検出したロボットの機構系10の位置Prbと
ワークの作業点P。yとの相対位置偏差P に基づいて
修正し、その修正された目標位置r P*を第i関節の回転角基準θ*に座標変換手段2によ
り変換する。ロボットの各関節の駆動のす本 一ボ系においては、目標回転角θ1と、サーボモータ9
の速度検出値ω、1から積分手段11を介して得られた
回転角の検出値θ、との偏差を加算器3により求め、位
置制御手段4ではこの偏差に新本 定のゲインK を乗算し、回転速度基準ω1を生成する
。速度制御手段7においては、速度基準水 ω とサーボモータ9の回転速度の検出値ω。11と零 からこれらの間の偏差(−ω1−ωml)が零となるよ
うにサーボモータ9のトルク基準1本を演算サーボモー
タ9の電機子電流が電力変換器8によって調整され、ア
ーム等からなる機構系lOの動作が制御される。
(発明が解決しようとする課題) 特に、多関節形ロボットの場合、ロボットアームは一般
に片持ち構造であって、根元の軸まわりの慣性モーメン
トが大きくなるため固有振動数が低くなり、アーム等か
らなる機構系は振動しやすいものとなる。この振動を抑
えるために位置制御手段4のゲインK はあまり大きく
することかできない。
位置制御ループのゲインを下げて応答を遅くすると動作
中の位置偏差が増大し、ティーチングプレイバック制御
による連続補間動作等の経路精度が低下するとともに、
ならい動作の精度も低下する。さらに、ならい動作の追
従が遅くなるために、作業の速度を高めることが困難に
なる。
したがって、本発明は産業用ロボットのならい動作にお
ける制御の遅れを小さくすることのできる産業用ロボッ
トの制御装置を提供することを目的とする。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 本発明は、ロボットの位置とロボットの所望の位置との
間の位置偏差を検出する位置偏差検出手段と、その位置
偏差に基づいてロボット駆動用のサーボモータの回転角
度の目標値を修正する目標位置修正手段と、その修正さ
れた目標値とサーボモータの回転角度の検出値との偏差
を求め、その偏差が零となるサーボモータの回転速度の
基準値を出力する位置制御手段と、この位置制御手段の
出力とサーボモータの回転速度の検出値とに基づいて、
位置制御手段の出力と回転速度の検出値との間の回転速
度偏差が零となるサーボモータのトルク基準を求める速
度制御手段と、この速度制御手段によって求められたト
ルク基準に基づいてサーボモータの電機子電流を制御す
る電力変換器とを備える産業用ロボットの制御装置にお
いて、サーボモータの回転速度の基準値に基づいて位置
制御手段の制御応答遅れを補償するためにサーボモータ
回転速度の基準値の修正量を求め、この修正量によって
基準値を修正するフィードフォワード手段を設けたこと
を特徴とする。
(作 用) ワークに対する所望の作業点とロボット先端部のツール
との間の位置偏差の検出値を用いて、教示により得られ
た目標位置を修正し、ロボットの各軸のサーボモータの
回転角の目標値に変換する。
この回転角の目標値に基づいて位置制御手段の制御応答
遅れを補償するモータの回転速度の基準値の修正量がフ
ィードフォワード手段により求められる。この修正量と
位置制御手段の出力である回転速度の基準値との和を修
正された回転速度の基準値とし、これと検出された回転
速度に基づいて、この回転速度の偏差が零となるサーボ
モータのトルク基準が速度制御手段によって求められる
。この求められたトルク基準に基づいてモータを制御す
ることにより、ならい動作の制御の応答遅れを小さくす
ることができる。
(実施例) 第1図に本発明による産業用ロボットの制御装置の一実
施例を示す。この実施例の制御装置は、加算器1と、座
標変換手段2とをロボット全体の動作を統括して制御す
るものとして備え、さらに加算器3と、位置制御手段4
と、フィードフォワード手段5と、加算器6と、速度制
御手段7と、電力変換器8とを産業用ロボットの各軸の
サーボモータ9を制御するものとして備えている。なお
、本図においては、1軸分のみの構成について表わして
いる。
機構系10として代表的に示したロボットの先端部に取
付けた距離センサ12により、ロボットのツールの位置
Prbとワークに対する所望の作業修正された目標位置
2本として加算器1によって求められる。座標変換手段
2によって、この修正された目標位置2本がロボットの
駆動軸の各軸のサーボモータ9の回転角の目標値に変換
され、第1番目の駆動軸のサーボモータ9の回転角の目
標本 値としてθ、が求められる。他の駆動軸については図示
を省略している。
サーボモータ9の回転速度の検出値ω、Iを積分偏差が
求められ、さらにこの位置偏差に適当なゲインK が乗
算されることにより、上記位置偏差か零となるサーボモ
ータの回転速度の基準値ωp1が位置制御手段4により
求められる。
* 一方、回転角度の目標値θ1に基づいて、位置制御手段
4の制御応答遅れを補償する、サーボモータ9の回転速
度の基準値ω の修正量ωI’lがi フィードフォワード手段5によって求められる。
この時、フィードフォワード手段6の伝達関数G、(s
)は とする。ただし、Krは0以上1以下の係数であり、T
rは正の係数である。
位置制御手段4の出力である回転速度の基準値ω、1と
フィードフォワード手段5の出力である基準値ω の修
正量ωr1との和が加算器6によって演算され、その和
が修正された回転速度の基準値水          
                         
                 本ω1となる。そ
して、この修正された基準値ω1によって求められる。
* このトルク基準Tiに基づいて、サーボモータ9の電機
子電流が電力変換器8によって制御され、ロボットの機
構系10が駆動される。
次に、第1図の制御装置において、位置制御手段4の制
御応答遅れが補償できることを、第2図を用いて説明す
る。第2図において、符号2oは、第1図に示した加算
器6の出力からサーボモータ9の回転速度ωa+1まで
の制御要素および制御対象を−まとめにして表現したも
のであり、その伝達関数をQとしている。また、符号G
rはフィードフォワード手段5の伝達関数を示している
。回転わされる。
ここで、Qを次のような一次遅れ要素で近似できると仮
定する。
そして(1)式と(3)式を(2)式に代入するととな
る。そして更にTf−Tq、Kr−”r「と仮定すると
、(4)式は、 9本 e本′″S     −′−°−°°−= (5)とな
る。したがってフィードフォワード手段5を適切に選定
することにより位置制御手段4の制御応答遅れを補償で
きることが分かる。
第3図にこのようなフィードフォワード手段5の出力を
積分したもの(−Gr/S)のステ、ノブ応答を示す。
このステップ応答からフィードフォワード手段5の伝達
関数G の係数T、およびK、を適当に選択することに
より、任意の時定数を有している一次遅れ系の過渡的な
偏差の補償、および定常的なフィードフォワード量の両
方を調整できることが分かる。
以上述べたように位置制御手段4の制御応答遅れをフィ
ードフォワード手段5によって補償できるので、位置偏
差を減らし、ならい動作の制御の応答を速くすることが
できる。また、任意の時定数の一次遅れ系の過渡的な偏
差を補償できるとともに、定常的なフィードフォワード
量を任意に設定できるフィードフォワード手段を備えて
いるので、過剰なフィードフォワードによるオーバーシ
ュートの発生を防止することができる。
第4図は、本発明によるサーボ電動機の制御装置の第2
の実施例を示すものである。この実施例の制御装置は、
第1図に示した実施例から座標変換手段2を除外したも
のにほぼ相画し、サーボモータ9で駆動される機械の動
く方向と、距離センサでの検出の方向が同じ場合に実施
されるものである。ロボットの先端部に取付けた距離セ
ンサ13はロボットのツールの位置Prbとワークに対
する所望の作業点P 、との間の距離をずれ量とし0コ て検出し、それをサーボモータ9の回転角に相当する角
度ずれ量θ に変換して出力する。加算器r 14は教示によって得られたサーボモータの目距離セン
サ13および加算器24以外の装置部分は、第1図に示
した第1の実施例と同様に作用し、ならい動作の制御を
行う。
このように構成された制御装置においても、位置制御手
段4の制御応答遅れをフィードフォワード手段5により
補償できるので、位置偏差を減らし、ならい動作の応答
を速くすることができる。
更に、距離センサ13の出力を座標変換手段を経ずにサ
ーボ系に入力で゛きるため、制御装置の構成が単純にな
るとともに、座標変換演算による時間遅れを小さくする
ことができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、ならい動作の制御の応答遅れを小さく
することの可能な産業用ロボットの制御装置を提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に産業用ロボットの制御装置の第1の実
施例を示すブロック図、第2図は第1図におけるフィー
ドフォワード手段の作用を説明するためのブロック図、
第3図は第1図におけるフィードフォワード手段の出力
を積分したもののステップ応答を示す線図、第4図は本
発明による制御装置の第2の実施例を示すブロック図、
第5図は従来の産業用ロボットの制御装置を示すブロッ
ク図である。 1・・・加算器、2・・・座標変換手段、3,6・・・
加算器、4・・・位置制御手段、5・・・フィードフォ
ワード手段、7・・・速度制御手段、8・・・電力変換
器、9・・・サーボモータ、10・・・機構系、12・
・・距離センサ、13・・・距離センサ、14・・・加
算器。 出願人代理人  佐  藤  −雄 」すi f 第3図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ロボットの位置とロボットの所望の位置との間の位置偏
    差を検出する位置偏差検出手段と、その位置偏差に基づ
    いてロボット駆動用のサーボモータの回転角度の目標値
    を修正する目標位置修正手段と、その修正された目標値
    と前記サーボモータの回転角度の検出値との偏差を求め
    、その偏差が零となる前記サーボモータの回転速度の基
    準値を出力する位置制御手段と、この位置制御手段の出
    力と前記サーボモータの回転速度の検出値とに基づいて
    、前記位置制御手段の出力と前記回転速度の検出値との
    間の回転速度偏差が零となる前記サーボモータのトルク
    基準を求める速度制御手段と、この速度制御手段によっ
    て求められたトルク基準に基づいて前記サーボモータの
    電機子電流を制御する電力変換器とを備える産業用ロボ
    ットの制御装置において、 前記サーボモータの回転速度の基準値に基づいて前記位
    置制御手段の制御応答遅れを補償するためにサーボモー
    タ回転速度の基準値の修正量を求め、この修正量によっ
    て前記基準値を修正するフィードフォワード手段を設け
    たことを特徴とする産業用ロボットの制御装置。
JP23791588A 1988-09-22 1988-09-22 産業用ロボットの制御装置 Pending JPH0285906A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993016424A1 (fr) * 1992-02-05 1993-08-19 Fanuc Ltd Procede de commande de servomoteurs
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US11446823B2 (en) 2017-08-08 2022-09-20 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Method for transmitting information in controller and method for detecting abnormality in encoder

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