JPH0430203A - ロボットの加減速時定数制御方法 - Google Patents
ロボットの加減速時定数制御方法Info
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Numerical Control (AREA)
- Manipulator (AREA)
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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。
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〕
本発明はサーボモータの加減速時定数を決定しながら、
ロボットの創作を制御するロボットの加減速時定数制御
方式に関し、特にブロック毎に最適な加減速時定数を決
定しながら、ロボットの動作を制御するロボットの加減
速時定数制御方式に関する。
ロボットの創作を制御するロボットの加減速時定数制御
方式に関し、特にブロック毎に最適な加減速時定数を決
定しながら、ロボットの動作を制御するロボットの加減
速時定数制御方式に関する。
ロボットの現地調整作業時に、各アームを駆動する各サ
ーボモータの加速時定数、減速時定数を設定する。ここ
で、加速時定数及び減速時定数を含めて加減速時定数と
いう。この加減速時定数はロボットの使用状況によって
大きく左右され、律に決定することは困難である。従っ
て、経験上の判断や、低運転等によって決定している。
ーボモータの加速時定数、減速時定数を設定する。ここ
で、加速時定数及び減速時定数を含めて加減速時定数と
いう。この加減速時定数はロボットの使用状況によって
大きく左右され、律に決定することは困難である。従っ
て、経験上の判断や、低運転等によって決定している。
しかし、これらの時定数を余裕をもって設定するとサイ
クルタイムが長くなり、逆に小さな値に設定すると振動
等が発生して、位置決め精度を低下させたりする。従っ
て、的確な値に設定することが要請されるが、短時間で
客観的に判断する基準を発見するのが困難であった。こ
のために、余裕度を大きくとった加減速時定数でロボッ
トを制御し、サーボモータのトルクに余裕があっても動
作速度を上げることが難しかった。
クルタイムが長くなり、逆に小さな値に設定すると振動
等が発生して、位置決め精度を低下させたりする。従っ
て、的確な値に設定することが要請されるが、短時間で
客観的に判断する基準を発見するのが困難であった。こ
のために、余裕度を大きくとった加減速時定数でロボッ
トを制御し、サーボモータのトルクに余裕があっても動
作速度を上げることが難しかった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、サ
ーボモータの加減速時定数を移動量、負荷等による最適
な加減速時定数を決定するロボットの加減速時定数制御
方式を提供することを目的とする。
ーボモータの加減速時定数を移動量、負荷等による最適
な加減速時定数を決定するロボットの加減速時定数制御
方式を提供することを目的とする。
本発明では上記課題を解決するために、サーボモータの
加減速時定数をブロック毎に最適な値に決定しながら、
ロボットの動作を制御するロボットの加減速時定数制御
方式において、ブロックの移動量から、到達速度を求め
、前記到達速度からサーボモータの出力トルクを求杓、
前配出力トルクから静負荷トルクを減じて、加速トルク
を求肥、前記加速トルクと前記サーボモータの負荷イナ
ーシャから、加速度を求め、前記加速度から加減速時定
数を決定することを特徴とするロボットの加減速時定数
制御方式が、提供される。
加減速時定数をブロック毎に最適な値に決定しながら、
ロボットの動作を制御するロボットの加減速時定数制御
方式において、ブロックの移動量から、到達速度を求め
、前記到達速度からサーボモータの出力トルクを求杓、
前配出力トルクから静負荷トルクを減じて、加速トルク
を求肥、前記加速トルクと前記サーボモータの負荷イナ
ーシャから、加速度を求め、前記加速度から加減速時定
数を決定することを特徴とするロボットの加減速時定数
制御方式が、提供される。
次に実行すべきブロックの移動量から到達速度を求める
。例えば移動量が小さいときは、到達速度を小さく、移
動量がある値以上になると、到達速度は教示速度となる
。この到達速度から、サーボモータの速度・トルク曲線
からサーボモータの出力トルクが求められる。この速度
・トルク曲線はあらかじめ粘性損失が引かれている。こ
の圧力トルクから、摩擦トルク、重力によるトルク等か
らなる静負荷トルクを減じると、負荷を加速する加速ト
ルクが得られる。この加速トルクから加減速時定数を決
定し、ロボットの加減速を制御する。
。例えば移動量が小さいときは、到達速度を小さく、移
動量がある値以上になると、到達速度は教示速度となる
。この到達速度から、サーボモータの速度・トルク曲線
からサーボモータの出力トルクが求められる。この速度
・トルク曲線はあらかじめ粘性損失が引かれている。こ
の圧力トルクから、摩擦トルク、重力によるトルク等か
らなる静負荷トルクを減じると、負荷を加速する加速ト
ルクが得られる。この加速トルクから加減速時定数を決
定し、ロボットの加減速を制御する。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第２図はロボットの各軸の移動距離と到達速度の関係を
示すグラフである。第２図の横軸は時間、縦軸は速度を
表す。移動距離（あるいは回転角度）が充分大きいとき
は、線２で示すように、各点ｏａｂｃを通る。すなわち
、時定数τ。で８点まで加速され、教示速度Ｖｔで移動
し、減速して点Ｃで停止する。ここで、点ｏａｂｃ○を
それぞれ結ぶ線で囲まれた面積が移動距離となる。移動
距離が小さくなると、ａｂ間の速度一定の時間が小さく
なる。ａｂ間の距離がＯより大きいときを、ロングモー
ション、０以下のときをショートモーションと呼ぶ。ロ
ングモーションとショートモーションの境界では線３で
示す。ａｃ １の軌跡を描く。
示すグラフである。第２図の横軸は時間、縦軸は速度を
表す。移動距離（あるいは回転角度）が充分大きいとき
は、線２で示すように、各点ｏａｂｃを通る。すなわち
、時定数τ。で８点まで加速され、教示速度Ｖｔで移動
し、減速して点Ｃで停止する。ここで、点ｏａｂｃ○を
それぞれ結ぶ線で囲まれた面積が移動距離となる。移動
距離が小さくなると、ａｂ間の速度一定の時間が小さく
なる。ａｂ間の距離がＯより大きいときを、ロングモー
ション、０以下のときをショートモーションと呼ぶ。ロ
ングモーションとショートモーションの境界では線３で
示す。ａｃ １の軌跡を描く。
さらに、移動距離が短くなると、時定数τ。と最高速度
Ｖｍａｘで定義される直線Ｏｄまで加速度が変化し、線
４で示す。ａｌｃ２となる。さらに、移動距離が短くな
ると、線５で示す。ａ２ｃ３となる。この時の速度の最
大はＶｕとなり、この速度Ｖｕを到達速度と称する。
Ｖｍａｘで定義される直線Ｏｄまで加速度が変化し、線
４で示す。ａｌｃ２となる。さらに、移動距離が短くな
ると、線５で示す。ａ２ｃ３となる。この時の速度の最
大はＶｕとなり、この速度Ｖｕを到達速度と称する。
第３図はサーボモータの速度とトルクの関係を示すグラ
フである。第３図では横軸は速度（Ｖ）、縦軸はトルク
（Ｔ）である。すなわち、ある速度Ｖが決まると、それ
に対応する最大トルクＴｍａＸが決定される。これらの
関係はロボットの各サーボモータごとにデータとしてロ
ボット制御装置に格納されている。
フである。第３図では横軸は速度（Ｖ）、縦軸はトルク
（Ｔ）である。すなわち、ある速度Ｖが決まると、それ
に対応する最大トルクＴｍａＸが決定される。これらの
関係はロボットの各サーボモータごとにデータとしてロ
ボット制御装置に格納されている。
第４図はロボットの模式図である。ここでは、ロボット
の設置角度をθ。とじ、第１軸から第６軸目までの角度
をそれぞれθ１〜θ６とし、負荷重量をＷ、負荷重心位
置のオフセット量をＬｌ、Ｌ２とすると、各軸のイナー
シャ、静負荷トルクは以下の式で表すことができる。こ
こで、静負荷トルクは摩擦トルク、重力分トルクを含む
ものである。
の設置角度をθ。とじ、第１軸から第６軸目までの角度
をそれぞれθ１〜θ６とし、負荷重量をＷ、負荷重心位
置のオフセット量をＬｌ、Ｌ２とすると、各軸のイナー
シャ、静負荷トルクは以下の式で表すことができる。こ
こで、静負荷トルクは摩擦トルク、重力分トルクを含む
ものである。
ここで、第１軸のイナーシャを１１、第２軸のイナーシ
ャを１２、以下同様にＩ３、Ｉ２、Ｉ。
ャを１２、以下同様にＩ３、Ｉ２、Ｉ。
Ｉ６とする。また、第１軸の静負荷トルクをＴｗｌ、第
２軸の静負荷トルクをＴ Ｉ１２、以下同様に１ｗ３、
Ｔ Ｗ４、Ｔ ｗｓ、Ｔ Ｗ６とすると、これらの値は
以下の式から求められる。
２軸の静負荷トルクをＴ Ｉ１２、以下同様に１ｗ３、
Ｔ Ｗ４、Ｔ ｗｓ、Ｔ Ｗ６とすると、これらの値は
以下の式から求められる。
１、＝Ｆ、（θ２．θ３．θ４．θ５．θ６．Ｌ、、Ｌ
２．Ｗ）Ｉ２ ＝Ｆ２（θ３．θ４．θ５．θ６＋ Ｌ
ｌ＋ Ｌ ２＋ Ｗ）１、＝Ｆ、＜θ４．θ３．θ６
＋ Ｌ 、、 Ｌ ２＋ Ｗ）１、 −Ｆ４（θ５．θ
ａ、 Ｌ Ｉｔ Ｌ ２． Ｗ）■、−Ｆ５（θ６．
Ｌ Ｉｔ Ｌ２．Ｗ）１６＝ Ｆ ６ （Ｌ １． Ｌ
２＋ ｗ）Ｔｗ、＝Ｇ、（θ。、θ１．θ２．θ３．
θ１．θ６．θ６＋Ｌｌ＋Ｌ２．Ｗ） Ｔｗ２−Ｇ２（θ。、θ１．θ２．θ３．θ４．θ５．
θ６１ＬｌｌＬ２．Ｗ） １ｗ３＝Ｇ３（θ。、θ１．θ２．θ３．θ１．θ５．
θ６．ＬｌＬ、、Ｗ） Ｔ、、＝Ｇ、（θ。、θ１．θ２．θ３．θ１．θ５．
θ６＋ Ｌ ｌ＋Ｌ２．Ｗ） Ｔｗ５＝ｃ、（θ。、θ１．θ２．θ３．θ１．θ５．
θ６＋Ｌｌ＋Ｌ 、、 Ｗ） Ｔ、、＝Ｇ、（θ。、θ３．θ２．θ３．θ２．θ９．
θ６＋Ｌｌ＋Ｌ ２．Ｗ） これらの関数Ｆ１〜Ｆ、 、Ｇ、〜Ｇ６はロボットの構
造及び姿勢から計算することができる。従って、ロボッ
トがある特定の状態にあるときは、これらのイナーシャ
１１〜丁。及び静負荷トルクＴ ｗ ｌ−Ｔ ｗ ６は
ロボット制御装置内で計算によって求めることができる
。
２．Ｗ）Ｉ２ ＝Ｆ２（θ３．θ４．θ５．θ６＋ Ｌ
ｌ＋ Ｌ ２＋ Ｗ）１、＝Ｆ、＜θ４．θ３．θ６
＋ Ｌ 、、 Ｌ ２＋ Ｗ）１、 −Ｆ４（θ５．θ
ａ、 Ｌ Ｉｔ Ｌ ２． Ｗ）■、−Ｆ５（θ６．
Ｌ Ｉｔ Ｌ２．Ｗ）１６＝ Ｆ ６ （Ｌ １． Ｌ
２＋ ｗ）Ｔｗ、＝Ｇ、（θ。、θ１．θ２．θ３．
θ１．θ６．θ６＋Ｌｌ＋Ｌ２．Ｗ） Ｔｗ２−Ｇ２（θ。、θ１．θ２．θ３．θ４．θ５．
θ６１ＬｌｌＬ２．Ｗ） １ｗ３＝Ｇ３（θ。、θ１．θ２．θ３．θ１．θ５．
θ６．ＬｌＬ、、Ｗ） Ｔ、、＝Ｇ、（θ。、θ１．θ２．θ３．θ１．θ５．
θ６＋ Ｌ ｌ＋Ｌ２．Ｗ） Ｔｗ５＝ｃ、（θ。、θ１．θ２．θ３．θ１．θ５．
θ６＋Ｌｌ＋Ｌ 、、 Ｗ） Ｔ、、＝Ｇ、（θ。、θ３．θ２．θ３．θ２．θ９．
θ６＋Ｌｌ＋Ｌ ２．Ｗ） これらの関数Ｆ１〜Ｆ、 、Ｇ、〜Ｇ６はロボットの構
造及び姿勢から計算することができる。従って、ロボッ
トがある特定の状態にあるときは、これらのイナーシャ
１１〜丁。及び静負荷トルクＴ ｗ ｌ−Ｔ ｗ ６は
ロボット制御装置内で計算によって求めることができる
。
ここで、プログラム再生時に、現在位置Ｐ、、と移動目
標位置Ｐ。４１について、これらのイナーシャ及び静負
荷トルクを逐次計算する。ただし、θ。、Ｌｌ、Ｌ２、
Ｗについては、ロボットの適用動作によって異なった値
となるので、教示時に設定する。
標位置Ｐ。４１について、これらのイナーシャ及び静負
荷トルクを逐次計算する。ただし、θ。、Ｌｌ、Ｌ２、
Ｗについては、ロボットの適用動作によって異なった値
となるので、教示時に設定する。
第５図は本発明を実施するためのロボット制御装置の概
略のブロック図である。ロボット制御装置３０にはプロ
セッサボード３１があり、プロセッサボード３１にはプ
ロセッサ３１ａＸＲＯＭ３１ ｂ、ＲＡＭ３１ ｃがあ
る。プロセッサ３１ａはＲＯＭ３ ｌ ｂに格納された
システムプログラムに従って、ロボット制御装置３０全
体を制御する。
略のブロック図である。ロボット制御装置３０にはプロ
セッサボード３１があり、プロセッサボード３１にはプ
ロセッサ３１ａＸＲＯＭ３１ ｂ、ＲＡＭ３１ ｃがあ
る。プロセッサ３１ａはＲＯＭ３ ｌ ｂに格納された
システムプログラムに従って、ロボット制御装置３０全
体を制御する。
ＲＡＭ３１ Ｃには先に述べたＬｌ 、Ｌ２ 、Ｗ等の
データ、動作プログラム等が格納される。ＲＡＭ３１ｃ
の一部は不揮発性メモリとして構成されており、これ等
のデータ、動作プログラム等は不揮発性メモリ部分に格
納されている。プロセッサボード３１はバス３９に結合
されている。
データ、動作プログラム等が格納される。ＲＡＭ３１ｃ
の一部は不揮発性メモリとして構成されており、これ等
のデータ、動作プログラム等は不揮発性メモリ部分に格
納されている。プロセッサボード３１はバス３９に結合
されている。
ディジタルサーボ制御回路３２はバス３９に結合され、
プロセッサボード３１からの指令によって、サーボアン
プ３３を経由して、サーボモータ５１．５２．５３．５
４．５５及び５６を駆動する。これらのサーボモータは
ロボット１に内蔵され、ロボット１の各軸を動作させる
。
プロセッサボード３１からの指令によって、サーボアン
プ３３を経由して、サーボモータ５１．５２．５３．５
４．５５及び５６を駆動する。これらのサーボモータは
ロボット１に内蔵され、ロボット１の各軸を動作させる
。
シリアルポート３４はバス３９に結合され、表示器付き
教示操作盤５７、その他のＲ３２３２Ｃ機器５８と接続
されている。表示器付き教示操作盤は動作プログラム等
の人力に使用する。また、シリアルポートにはＣＲＴ３
６ａが接続されている。
教示操作盤５７、その他のＲ３２３２Ｃ機器５８と接続
されている。表示器付き教示操作盤は動作プログラム等
の人力に使用する。また、シリアルポートにはＣＲＴ３
６ａが接続されている。
ディジタルｌ１０３５には操作パネル３６ｂが接続され
ている。また、ディジタルｌ１０３５及びアナログ！１
０３７を経由して外部への出力信号が出力される。また
、大容量メモリ３８にはティーチングデータ、使用中以
外の動作プログラム等が格納される。
ている。また、ディジタルｌ１０３５及びアナログ！１
０３７を経由して外部への出力信号が出力される。また
、大容量メモリ３８にはティーチングデータ、使用中以
外の動作プログラム等が格納される。
上記の説明ではサーボ制御回路３２はディジタルサーボ
制御回路で説明したが、アナログサーボ制御回路でも同
様である。
制御回路で説明したが、アナログサーボ制御回路でも同
様である。
第１図は本発明のロボットの加減速時定数制御方式のフ
ローチャートである。図において、Ｓに続く数値はステ
ップ番号を示す。
ローチャートである。図において、Ｓに続く数値はステ
ップ番号を示す。
〔Ｓ１〕移動目標位置までの距離から、速度が教示速度
Ｖｔに到達するかどうか判別し、到達するときはＳ２へ
、そうでないときはＳ３へ進む。
Ｖｔに到達するかどうか判別し、到達するときはＳ２へ
、そうでないときはＳ３へ進む。
〔Ｓ２〕教示速度Ｖｔを速度Ｖとする。
〔Ｓ３〕到達速度をＶｕを以下の式から求とる。
Ｖｕ＝（ｘ−ｖｍａＸ／τ。）ｌ／２
〔Ｓ４〕到達速度Ｖｕを速度Ｖとする。
〔Ｓ５〕第３図に示すトルクカーブから、速度Ｖに対応
する最大トルクＴｍａｘを求める。
する最大トルクＴｍａｘを求める。
〔Ｓ６〕この最大トルクＴｍａｘから静負荷トルクＴ、
を減じ、加速トルクＴａを求める。現在位置の静負荷ト
ルクをＴ ｗｎ、目標位置の静負荷トルクをＴ ｗｎ＋
１とし、それぞれについて加速トルクＴａ 、、、Ｔ
ａ ｈ＋１を求める。
を減じ、加速トルクＴａを求める。現在位置の静負荷ト
ルクをＴ ｗｎ、目標位置の静負荷トルクをＴ ｗｎ＋
１とし、それぞれについて加速トルクＴａ 、、、Ｔ
ａ ｈ＋１を求める。
Ｔａｒｔ ＝Ｔｍａ ｘ −Ｔｗｎ
Ｔ ａ ｎ＋ ＋ ＝ Ｔ Ｉｎ ａ Ｘ Ｔ ｗ
ｎ＋〔Ｓ７〕加速トルクＴ ａ Ｉｔ Ｎ Ｔ ａ ｈ
＋ ＋と、現在位置のイナーシャを１．、、目標位置の
イナーシャをＩ ｎｉｌとし、それぞれについて加速度
ａ、、、ａｎ＋を求める。
ｎ＋〔Ｓ７〕加速トルクＴ ａ Ｉｔ Ｎ Ｔ ａ ｈ
＋ ＋と、現在位置のイナーシャを１．、、目標位置の
イナーシャをＩ ｎｉｌとし、それぞれについて加速度
ａ、、、ａｎ＋を求める。
ａ、 −（Ｔａ、／Ｉｎ ）
ａ ＩＩ＋Ｊ１−（Ｔ ａ ！１＋ｌ ／ Ｉ ｎｉｌ
＞ここで加速度ａとしてのａ、とａｎａ＋の小さい方
をとる。
＞ここで加速度ａとしてのａ、とａｎａ＋の小さい方
をとる。
〔Ｓ８〕加速度ａと速度Ｖから、加減速時定数τを以下
の式から計算する。
の式から計算する。
τ＝ ａ ／ Ｖ
ただし、ここでプログラムの各教示点による微調整用定
数Ａをかけて、加減速時定数等を調整することができる
。
数Ａをかけて、加減速時定数等を調整することができる
。
また、８１〜Ｓ８のステップは各軸ごとに求める。
［Ｓ９〕６軸中の最も大きいτを各軸の加減速時定数と
する。これは加減速時定数を同じ値として、ロボットの
アーム先端の軌跡が教示した軌跡からはずれないように
するためである。
する。これは加減速時定数を同じ値として、ロボットの
アーム先端の軌跡が教示した軌跡からはずれないように
するためである。
ただし、途中の軌跡を問題にしないときは、全軸の加減
速時定数を一致させる必要がなく、それぞれ各軸の最適
な加減速時定数を決定することができる。
速時定数を一致させる必要がなく、それぞれ各軸の最適
な加減速時定数を決定することができる。
上記の説明では、関節形の６軸のロボットを例に説明し
たが、その他の形式のロボットでも同様に加減速時定数
を最適な値にして、動作時間を短縮することができる。
たが、その他の形式のロボットでも同様に加減速時定数
を最適な値にして、動作時間を短縮することができる。
以上説明したように本発明では、各軸の加減速時定数を
、到達速度とイナーシャ等から決定するようにしたので
、最適な加減速時定数を決定でき、動作時間を短縮する
ことができる。
、到達速度とイナーシャ等から決定するようにしたので
、最適な加減速時定数を決定でき、動作時間を短縮する
ことができる。
第１図は本発明のロボットの加減速時定数制御方式のフ
ローチャート、 第２図はロボットの各軸の移動距離と到達速度の関係を
示すグラフ、 第３図はサーボモータの速度とトルクの関係を示すグラ
フ、 第４図はロボットの模式図、 第５図は本発明を実施するためのロボット制御装置の概
略のブロック図である。 】 ５１〜５６ ０ボツト ロボット制御装置 プロセッサボード ディジタルサーボ制御回路 サーボアンプ シリアルポート サーボモータ 教示操作盤
ローチャート、 第２図はロボットの各軸の移動距離と到達速度の関係を
示すグラフ、 第３図はサーボモータの速度とトルクの関係を示すグラ
フ、 第４図はロボットの模式図、 第５図は本発明を実施するためのロボット制御装置の概
略のブロック図である。 】 ５１〜５６ ０ボツト ロボット制御装置 プロセッサボード ディジタルサーボ制御回路 サーボアンプ シリアルポート サーボモータ 教示操作盤
Claims (5)
- （１）サーボモータの加減速時定数をブロック毎に最適
な値に決定しながら、ロボットの動作を制御するロボッ
トの加減速時定数制御方式において、ブロックの移動量
から、到達速度を求め、 前記到達速度からサーボモータの出力トルクを求め、 前記出力トルクから静負荷トルクを減じて、加速トルク
を求め、 前記加速トルクと前記サーボモータの負荷イナーシャか
ら、加速度を求め、 前記加速度から加減速時定数を決定することを特徴とす
るロボットの加減速時定数制御方式。 - （２）前記静負荷トルクを教示時に書き換え可能なパラ
メータとして、ロボットの負荷に応じて加減速時定数を
変化できるようにしたことを特徴とする請求項１記載の
ロボットの加減速時定数制御方式。 - （３）動作プログラムの各教示点で、前記加速度あるい
は前記加減速時定数を所定の定数で調整できるようにし
たことを特徴とする請求項１記載のロボットの加減速時
定数制御方式。 - （４）各サーボモータの前記加減速時定数のうちの最大
な値を選択して、全サーボモータを制御することを特徴
とする請求項１記載のロボットの加減速時定数制御方式
。 - （５）各サーボモータの前記加減速時定数を個別に決定
することを特徴とする請求項１記載のロボットの加減速
時定数制御方式。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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