JPH0318961Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は速度制御型サーボ制御装置に関し、特
に多関節型ロボツトにおいて速度制御方式により
各アームが駆動制御されるロボツトの速度制御型
サーボ制御装置に関する。

〔従来の技術〕

ロボツトは、例えば第１図に示すように、複数
個のアーム１ａ，１ｂ，１ｃ等が、アーム１ａの
先端２ａはアーム１ｂの軸３ｂに、アーム１ｂの
先端２ｂはアーム１ｃの軸３ｃにそれぞれ回動自
在に取付けられて関節４ab，４bcを形成してい
る。そして各軸３ａ，３ｂ，３ｃには、図示省略
したサーボモータが取付けられ、コンピユータ等
の演算処理装置から各サーボモータに指令を与え
てロボツトが所望の運動を行うように制御してい
る。

このロボツトの運動を制御する方式として、各
軸に設けられたサーボモータの回転角度、すなわ
ち各リンクの移動位置が指令として与えられ、こ
の指令にしたがつて逐次位置決めする制御方式
と、各軸に設けられたサーボモータが、コンピユ
ータ等による演算処理装置により指令された速度
すなわち関節角速度にしたがつて駆動される速度
制御型の制御方式とがある。そして速度制御型の
制御方式は逐次位置決め型の制御方式にくらべて
ロボツトの動きが高速度でかつ滑らかであること
から広く使用されるようになつてきた。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら演算処理装置が何らかの原因によ
りその動作が停止した場合、逐次位置決め型の制
御方式のロボツトの場合には、演算処理装置が次
に位置決めすべき位置を指示して停止してしまつ
ても、ロボツトはその位置で停止するので暴走と
いつた問題は特に生じない。しかしながら速度制
御型の制御方式のロボツトの場合には、演算処理
装置が何らかの速度を指示したまま突然次の速度
指示の実行を停止したとすると、ロボツトは直ち
に運動を停止するのではなく、その最後の速度指
令にしたがつて忠実に運動を実行し、制御機能を
失なつて移動限界点まで暴走してしまうという危
険な事態が生じる。

演算処理装置が正常に動作しておれば、演算処
理装置がロボツトの位置すなわち各関節の角度を
監視しており、これにもとづき加速または減速を
逐次指令するので、このような暴走が起らないよ
うにすることができるが、演算処理装置が実行を
停止してしまうような事故が零でない限り、安全
性は保証されないことになる。

これに対して従来では、タイマを設けて所定時
間以内に制御対象が目標値に達しない場合に動作
を停止させるようにしたものがあるが、タイマの
限時時間は現在値から目標値までの移動時間で定
められるものであり事故が生じたときでもそのタ
イマ設定時間動作を続けるのでオーバランを生じ
易い。これを防止するための移動時間を短く設定
して位置制御を頻繁に行うと動作−停止が頻繁に
くり返されるので移動速度が遅くなり高速制御は
困難であり、その対策は充分とは言えなかつた。

演算処理装置が実行を停止する原因としては
種々のものがあるが、特殊なものとして例えばロ
ボツトに作業を教示するためのプログラムの開発
中において、プログラムのミスのために実行が中
断したり、ループに入つてしまつたりして速度指
令が出なくなる場合が少なくない。特定の作業だ
けを行う専用機においては、プログラムの開発は
一回で終了するのでこのような問題が生じること
は少ないが、ロボツトは汎用性が高いため、作業
が変る度に何度もプログラムを作り変えることが
行われることがあり、しかもロボツトメーカでは
なくユーザにおいてこれが行われることが普通で
あることからの問題は重要である。しかも最近で
はロボツトの作業能力を高めるためにロボツトに
感覚機能、特に重要な視覚機能および触覚機能を
付加したロボツトの実用化が進められているが、
そのシステムは極めて複雑であるので、プログラ
ムのミス等による暴走事故が多くなると予想さ
れ、それに対する安全対策は重要な課題となりつ
つある。

〔問題点を解決するための手段〕

そしてこのために本考案の速度制御型サーボ制
御装置では、演算処理装置により逐次指令される
速度指示データにしたがつて駆動されるサーボモ
ータを備えた速度制御型サーボ制御装置におい
て、演算処理装置よりストローブ・パルスに同期
して送出される速度指示データを保持するレジス
タと、このレジスタに保持された速度指示データ
をゲートするゲート手段と、前記ゲート手段から
伝達されるデイジタルの速度指示データをアナロ
グの速度指示データに変換するとともにデイジタ
ルの速度指示データが伝達されないとき零を出力
するデイジタル／アナログ変換手段と、前記スト
ローブ・パルスにより作動する限時手段を設け、
前記レジスタに保持された速度指示データは前記
ゲート手段を介してサーボモータ側に送出し、ま
た前記限時手段は前記ストローブ・パルスを受け
て作動しストローブ・パルスが伝達されないとき
所定時間後にゲートをオフにすることにより、サ
ーボモータの駆動を停止させるようにしたことを
特徴とする。

〔実施例〕

以下本考案の一実施例を第２図および第３図に
もとづき説明する。

第２図は本考案の一実施例構成を示し、第３図
はその動作説明である。

第２図において、５は演算処理装置、６はロボ
ツトの各関節（第１図の４ab，４bc）の軸（第
１図の３ｂ，３ｃ）のサーボ機構で、関節すなわ
ち自由度の数だけ存在するが、第２図にはその中
の１つが示してある。そして他の軸のサーボ機構
も、前記サーボ機構６と同じ構成である。

サーボ機構６は、レジスタ７、ゲート８、リト
リガ単安定マルチバイブレータ９、デイジタル／
アナログ変換器（以下Ｄ／Ａ・変換器）１０、減
算器１１、増幅器１２、サーボモータ１３、タコ
ジエネレータ等からなる速度検知器１４、ロータ
リ・エンコーダ等からなる位置検知器１５を有し
ている。そしてサーボ機構６のうち、サーボモー
タ１３はロボツトの各関節の軸に連結されてい
る。

次に第２図の動作について第３図とともに説明
する。

演算処理装置５は、ロボツトの各アームを所定
の位置に運動させたり、或いは作業させたりする
ために、各軸のサーボ機構６に一定周期Ｔのスト
ローブ・パルスS₁と、このストローブ・パルスS₁
に同期してサーボモータ１３の角速度を指令する
速度指示データS₂をデイジタル信号で伝送する。
サーボ機構６に伝送された速度指示データS₂はス
トローブ・パルスS₁のタイミングによりレジスタ
７にラツチされる。レジスタ７はこの速度指示デ
ータS₂を保持し、そのときゲート８が開いていれ
ばこれをＤ／Ａ変換器１０に伝達する。ゲート８
とリトリガ単安定マルチバイブレータ９の部分
は、本考案の特徴的なところであるが、理解を容
易にするためＤ／Ａ変換器１０以降の動作を説明
した後に説明する。

なおストローブ・パルスS₁の周期Ｔは、周期Ｔ
が短かければロボツトの運動は滑らかに且つ微細
に行われるが、それだけ演算処理装置５に対して
は高速処理能力が求められ、またサーボ機構６に
対しては、高速応答特性が要求されることにな
る。逆に周期Ｔが長ければ、演算処理装置５はそ
れだけ低速処理能力でよく、サーボ機構６の応答
特性も低速ですむが、それだけロボツトの動作が
滑らかに行われず細かい動作もできなくなること
になる。したがつて、ストローブ・パルスS₁の周
期Ｔは、ロボツトに要求される動作と装置の性能
から決められることになる。

Ｄ／Ａ変換器１０はデイジタルは速度指示デー
タS₂をアナログは速度指示データS₃に変換して減
算器１１に供給する。なお、Ｄ／Ａ変換器１０は
入力が零のとき、すなわち速度指示データS₂が印
加されないときは出力が零になるように構成され
ている。

一方速度検知器１４はサーボモータ１３の回転
速度を検知し、その角速度信号S₄を減算器１１に
供給する。増幅器１２は減算器１１から供給され
た、速度指示データS₃と角速度信号S₄の差S₅（S₅
＝S₃−S₄）を増幅してサーボモータ１３を制御す
る。したがつて速度指示データS₃より実際のサー
ボモータ１３の角速度信号S₄が小さいときは増幅
器１２の出力は増加してサーボモータ１３の速度
を高めこれらが一致するように制御される。逆に
S₃＜S₄の場合には増幅器１２の出力は減少し、両
者が一致するように制御される。このようにして
ロボツトは演算処理装置５の指令通りの運動ある
いは作業をすることになる。

位置検知器１５はサーボモータ１３の位置信号
S₆すなわち回転角を検知して演算処理装置５にフ
イードバツクする。演算処理装置５はサーボモー
タ１３の位置信号S₆からロボツトの各アームの位
置を演算し、所望の運動または作業を行わせるに
必要な各アームのサーボモータの速度を算出し、
新たな速度指示データS₂として、ストローブ・パ
ルスS₁とともにサーボ機構６に伝送することにな
る。

ロボツトがある定められた軌道上を運動すると
き、例えば３次元空間の２点間を等速直線運動す
る場合、ロボツトの各関節の角速度は一般に一定
ではなく、時々刻々変化するので、各時点のサー
ボモータのとるべき角速度を逐時計算して各サー
ボ機構に指令することが必要である。

ところが、演算処理装置５に何らかの異常が発
生し、第３図の時点t₃においてストローブ・パル
スS₁と速度指示データS₂がサーボ機構６に伝達さ
れなくなると、レジスタ７には前の時点t₂におい
て出力された速度指示データS₂（（t₂）が保持され
ており、その速度指示データS₂（t₂）をサーボモ
ータ１３に送り続けることになる。このため各軸
のサーボモータ１３はいつまでも速度S₂（t₂）で
運動することになるので、このままでは制御が不
能になり、ロボツトは暴走する。

しかし第２図に示すように、このような暴走を
阻止するために、ゲート８およびリトリガ単安定
マルチバイブレータ９が設けられている。

すなわち、このリトリガ単安定マルチバイブレ
ータ９は、ストローブ・パルスS₁が印加されたと
き、第３図にS₇として示す如く、一定幅TWのゲ
ートパルスを出力する。そしてこのゲートパルス
S₇のパルス幅TWは、図示のように、ストロー
ブ・パルスS₁の周期Ｔよりも長く選定されてい
る。そしてリトリガ単安定マルチバイブレータ９
は、周知のように、トリガされてゲートパルスS₇
（論理「１」）を発生したとき、そのパルス幅TW
の時間内に再トリガされると、この再トリガの時
点を始点にして引続きTWの時間ゲートパルスS₇
を発生するように動作する。したがつて演算処理
装置５が正常に動作してストローブ・パルスS₁が
周期Ｔ毎に確実に発生してリトリガ単安定マルチ
バイブレータ９に印加されているときは、リトリ
ガ単安定マルチバイブレータ９はゲートパルスS₇
（論理「１」）を連続的に発生し、ゲート８をオン
状態にさせる。

このように演算処理装置５が正常に動作してい
るときはストローブ・パルスS₁が周期Ｔ毎に確実
に発生し、ゲート８が常にオン状態にあり、レジ
スタ７の速度指示データS₂はＤ／Ａ変換器１０に
送られ、前述のサーボモータ１３の速度制御が行
われる。

次に、第３図の時点t₂まで正常に動作しストロ
ーブ・パルスS₁と速度指示データS₂を発生してい
た演算処理装置５が、何等かの理由で異常状態と
なり、第３図のt₃の時点になつてもストローブ・
パルスS₁が伝達されないと、リトリガ単安定マル
チバイブレータ９は時点t₂を始点としてTWの時
間後に低レベル（論理「０」）に復帰し、ゲート
８をオフにする。これによりレジスタ７に保持さ
れている速度指示データS₂（t₂）はＤ／Ａ変換器
１０に伝達されない。したがつて前記の如く、
Ｄ／Ａ変換器１０の出力S₃は零となるように構成
されていたため、サーボモータ１３はその速度が
零となるように制御されて速やかに停止すること
になり、暴走を未然に阻止することができる。

〔考案の効果〕

以上説明の如く、本考案によれば演算処理装置
に異常が発生し、ストローブ・パルスS₁が伝達さ
れなくなると、ゲートが閉じて速度指示データS₂
の送出を阻止する。これにより直ちにサーボモー
タの回転を止めるので、高速制御を可能にしつつ
ロボツトの制御不能による暴走を未然に防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はロボツトのアームの構成の説明図、第
２図は本考案の一実施例構成、第３図はその動作
を説明するタイミング・チヤートである。 図中、１ａ，１ｂ，１ｃはそれぞれアーム、２
ａ，２ｂはそれぞれアームの先端、３ｂ，３ｃは
それぞれ軸、４ab，４bcはそれぞれ関節、５は
演算処理装置、６はサーボ機構、７はレジスタ、
８はゲート、９はリトリガ単安定マルチバイブレ
ータ、１０はＤ／Ａ変換器、１１は減算器、１２
は増幅器、１３はサーボモータ、１４は速度検知
器、１５は位置検出器をそれぞれ示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 演算処理装置により逐次指令される速度指示デ
   ータにしたがつて駆動されるサーボモータを備え
   た速度制御型サーボ制御装置において、演算処理
   装置よりストローブ・パルスに同期して送出され
   る速度指示データを保持するレジスタ７と、この
   レジスタ７に保持された速度指示データをゲート
   するゲート手段８と、前記ゲート手段８から伝達
   されるデイジタルの速度指示データをアナログの
   速度指示データに変換すると共にデイジタルの速
   度指示データが伝達されないとき零を出力するデ
   イジタル／アナログ変換手段１０と、前記ストロ
   ーブ・パルスにより作動する限時手段９を設け、
   前記レジスタ７に保持された速度指示データは前
   記ゲート手段８を介してサーボモータ側に送出
   し、また前記限時手段９は前記ストローブ・パル
   スを受けて作動しストローブ・パルスが伝達され
   ないとき所定時間後に前記ゲート手段８をオフに
   することによりサーボモータの駆動を停止させる
   ようにしたことを特徴とする速度制御型サーボ制
   御装置。