JPH0517707U - 空走動作制御信号発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 可動機構の空走動作停止時の振動を抑制し、
しかもタクトタイムの増加を防止することが可能な制御
信号発生装置を提供する。 【構成】 加速時間内は実現可能な最大加速度を与え、
その後は最大速度で等速度走行させることにより加速時
に生じた振動を減衰させるとともに、減速時間内は正弦
波又は三角波で連続的に変化する負の加速度を与える加
速度パターンが、予め加速度パターン発生器１０のメモ
リ内に格納されている。そして加速度パターン発生器１
０は該パターンに基づき加速度指令Ｖ₁ を発する。この
加速度指令Ｖ₁ は積分器２，３及びＤ／Ａ変換器４によ
り位置指令Ｖ₄ に変換され、位置決めサーボ系２０に与
えられる。その結果、機構部３０の空走動作は加速度指
令Ｖ₁ により制御されることになる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、産業用ロボット等に用いられる可動機構の空走動作を制御する制 御信号発生装置に関するものであり、更に具体的には、空走動作時の可動機構に 最適な加速度値を与える技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

産業用ロボットを用いたあらゆる作業において、タクトタイムの短縮は重要な 問題である。そのため、ロボットの可動機構部（トーチ等）が比較的長い距離を 移動するときには、移動時の最大速度の値が重要となるのに対して、比較的短い 距離を移動するときには、移動時の最大加速度の値が重要となる。一般に、多く の産業用ロボットでは、その作業内容から後者の最大加速度の値が重要視されて いる。

【０００３】 更に、実現可能な最大速度の値に制限がある場合に、ロボットの可動機構部が ２つの作業点間を最短時間で移動できる様なモータ等の駆動方法としては、図５ に示す様な許容可能な最大加速度による等加速度指令曲線を用いた方法がある。 ここに図５（ａ）は、移動時間に対する加速度指令曲線を示すタイムチャートで あり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の加速度指令曲線に従って可動機構部が移動す る場合の移動速度を示すタイムチャートである。

【０００４】 同図に示す通り、本方法では、０〜Ｔ₁ の時間内では最大加速度ａ_m0で可動機 構部を等加速度運動させて、その速度を最大速度Ｖ_m に達するまで加速し、Ｔ₁ 〜Ｔ₂ の時間内では可動機構部を最大速度Ｖ_m で等速度運動させる。更に、Ｔ₂ 〜Ｔ₃ の時間内では、最大加速度−ａ_m0で且つ等加速度で可動機構部の移動速度 を減速させる。

【０００５】 しかし、この方法では加速度が時間Ｔ₁ ，Ｔ₂ において不連続に変化するため 、移動速度が滑らかに変化しない結果、可動機構部に振動が発生するという問題 点が生じる。その様な振動の発生を示したのが、図５（ｃ）である。

【０００６】 又、上記振動は最大加速度の増大とともに大きくなるので、発生する振動が許 容できる範囲内となる様に、最大加速度の値を制限する必要性もある。従って、 本方法で設定される最大加速度ａ_m0は、ロボット内の制御系が実現できる最大加 速度ａ_m よりも小さな値となる（ａ_m0＜ａ_m ）。

【０００７】 そこで、加速度が連続的に変化する様な加速度指令曲線を用いて可動機構部を 移動させる方法が広く用いられている。その様な加速度指令曲線の一例を示した のが、図６（ａ），（ｂ）である。即ち、図６（ａ）では加速度指令曲線として 正弦波を、図６（ｂ）では加速度指令曲線として三角波を用いている場合である 。これにより、移動速度を滑らかに変化させることが可能となるので、振動の発 生を十分に抑制することができる。又、実現可能な最大加速度ａ_m で、可動機構 部を加速することも可能となる。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

図６に示す様な加速度指令曲線を用い、しかも等加速度指令曲線（図５）で用 いたものと同一のドライブアンプを用いて同じ加減速時間を実現しようとした場 合、正弦波では１．５倍，三角波では２．０倍のピークトルクが必要となる。こ の様な値を実現しようとすると、ドライブアンプに流れる加減速電流は飽和値以 上となる。そのため、加速時間内においては、加速度指令曲線によって指定され た加速度の値が実際には得られず、逆に減速時に、実際の加速度値と指令値との 偏差が増大する結果、振動抑制効果が十分発揮されないという問題点が生じてい た。

【０００９】 この場合、期待した振動抑制効果を得ようとすれば、大出力のドライブアンプ 及びモータを用いる等ハード構成自体を変更するか、又はハード構成を変更しな い場合には、加減速時間を延長する必要がある。ところが、前者においてはコス トアップを招き、後者においてはタクトタイムの短縮化に逆行することとなる。 このため、ハード構成を変更することなく、しかもタクトタイムの短縮化に寄与 する様な振動抑制手段が求められていた。

【００１０】 この考案は係る要望に鑑み成されたものであり、可動機構の停止時の振動を抑 制するとともに、タクトタイムの増加を防止することができる空走動作制御信号 発生装置の提供をその目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

この考案は、溶接作業等におけるロボット動作等では、可動機構の振動が特に 問題となるのは停止時のみであること、及びタクトタイムに大きく影響を及ぼす のは作業点間を移動する空走動作であることに着目してなされたものである。

【００１２】 即ち、本考案に係る空走動作制御装置は、（ａ）可動機構の空走動作時の加速 度を決定する加速度パターンを発生する加速度パターン発生手段と、（ｂ）加速 度パターン発生手段より与えられた加速度パターンを位置指令信号に変換し、該 位置指令信号を可動機構を空走動作させる駆動装置に与える変換手段とを備える ようにしたものである。そして、加速度パターンは、可動機構の速度が駆動装置 により実現可能な最大速度に達するまでの立ち上がり時間内においては、実現可 能な最大加速度に等しい加速度値を与え、可動機構の速度が最大速度に達した後 、所定の時間内においては、０値に等しい加速度値を与えるとともに、所定の時 間経過後、可動機構の速度が０に達するまでの立ち下がり時間内においては、連 続的に時間とともに変化する加速度値を与えるものである。

【００１３】

【作用】

加速度パターン発生手段は、立ち上がり時間内では実現可能な最大加速度で可 動機構を等加速度運動させる指令値を発し、可動機構の速度が最大速度に達した 後所定の時間内では、可動機構を等速度運動させる指令値を発する。従って、立 ち上がり時間は最短時間となるとともに、立ち上がり時に発生した振動は該所定 の時間内に減衰し、立ち下がり時間内に影響を及ぼすことがない。

【００１４】 一方、立ち下がり時間内においては、加速度パターン発生手段は連続的に時間 とともに変化する加速度指令値を発する。従って、立ち下がり時間内に発生する 振動は十分に抑圧され、可動機構の空走動作へ影響を及ぼすこともない。

【００１５】

【実施例】

（Ａ） 空走動作制御信号発生装置の構成 図１は、この考案の一実施例である空走動作制御信号発生装置１の構成を、位 置決めサーボ系２０及び機構部３０とともに模式的に示したブロック図である。

【００１６】 同図において、空走動作制御信号発生装置１は加速度パターン発生器１０，二 つの積分器２，３及びＤ／Ａ変換器４より構成されている。そして、加速度パタ ーン発生器１０より出力された加速度指令Ｖ₁ は積分器２により速度指令Ｖ₂ に 変換され、更に積分器３により位置指令Ｖ₃ に変換された上で、Ｄ／Ａ変換器４ によりアナログ信号としての位置指令Ｖ₄ に変換される。

【００１７】 一方、位置決めサーボ系２０は、比較器２１，ドライブアンプ２２，モータ２ ３，エンコーダ２４及びカウンタ２５より構成されたサーボ系駆動装置であり、 位置指令Ｖ₄ により制御される。即ち、位置指令Ｖ₄ と現在位置情報Ｖ₅ とが比 較器２１に入力され、両者の差である位置誤差信号Ｖ₆ により、ドライブアンプ ２２を介してモータ２３は駆動される。

【００１８】 モータ２３の出力には機構部３０とエンコーダ２４とが接続されており、エン コーダ２４の出力パルスＶ₇ をカウンタ２５で計数することにより、現在位置情 報Ｖ₅ が生成される。

【００１９】 ここに図２は、図１における加速度パターン発生器１０の電気的構成を模式的 に示したブロック図である。加速度パターン発生器１０はＣＰＵ１１を中心とし て構成された装置であり、ＣＰＵ１１はメモリ１２に格納されている加速度パタ ーンを読出し、そのパターンに基づいて加速度指令Ｖ₁ を出力端１５より出力す る。又、ＣＰＵ１１は、随時その加速度パターンをＣＲＴディスプレイ１３上に 出力する。尚、オペレータはキーボード１４を介して、メモリ１２に格納されて いる加速度パターンを随時書換えることが可能である。

【００２０】 （Ｂ） 加速度パターン 次に、加速度パターン及びそれを用いた場合の機構部３０の動作について説明 する。ここに図３は、加速度パターンの一実施例を機構部振動とともに示した説 明図である。同図において、図３（ａ）は加速度指令Ｖ₁ のタイムチャート、図 ３（ｂ）は加速度指令Ｖ₁ に対応する速度指令Ｖ₂ のタイムチャート、図３（ｃ ）は機構部３０の振動を示すタイムチャートである。

【００２１】 先ず加速時においては、実現可能な最大加速度ａ_m で機構部３０を等加速度運 動させる。今、時間ｔ₁ において、機構部３０の移動速度が最大速度に達したも のとする。尚、本実施例で適用可能な最大加速度ａ_m は、次に述べる加速度パタ ーンとの関係で決定される。

【００２２】 次に時間ｔ₁ 〜時間ｔ₂ においては、加速度指令Ｖ₁ ＝０として機構部３０を 等速度運動させる（定速区間）。この際、時間ｔ₁ で発生した振動が該定速区間 内で十分減衰する程度に振動の振幅を、従って最大加速度ａ_m の値を定めなけれ ばならない。

【００２３】 そして時間ｔ₂ 〜時間ｔ₃ においては、正弦波関数として連続的に変化する負 の加速度を機構部３０に与え、移動速度を立ち下げる。この際、減速電流がドラ イブアンプ２２の飽和要素にかからない様に、加速度の極大値ａ_m ' と時間ｔ₃ とを定めなければならない。

【００２４】 以上の加速度パターンにより加速度指令Ｖ₁ を作成し、機構部３０の空走動作 を制御するならば、加速時に発生した振動は定速区間内で減衰し減速時に悪影響 を及ぼすことがなくなる。又、これらの振動は機構部３０の動作中に発生するた め、肉眼では振動を判別しにくいという利点もある。更に減速時においては、十 分な制振効果を期待できる正弦波関数の加速度パターンにより、機構部３０は停 止させられる。従って、最大加速度ａ_m の値として（確かに既述した制限は受け るが）、従来技術における最大加速度ａ_m0よりも大きな値に設定することが可能 となる。即ち、ａ_m ＞ａ_m0の関係が成立する。

【００２５】 ここで、可動機構の空走動作の時間について、本実施例による場合と従来技術 による場合とを比較すると次の様になる。

【００２６】 立ち上がり時間（加速時間）に関しては、ａ_m ＞ａ_m0の関係が成立するため、 ｔ₁ ＜Ｔ₁ となる。又、定速区間に関しては、（ｔ₂ −ｔ₁ ）＝（Ｔ₂ −Ｔ₁ ） となる様に設定される。一方、立ち下がり時間（減速時間）に関しては、（ｔ₃ −ｔ₂ ）＞（Ｔ₃ −Ｔ₂ ）となる。従って、加速時間差Ｔ₁ −ｔ₁ が減速時間差 （Ｔ₃ −Ｔ₂ ）−（ｔ₃ −ｔ₂ ）よりも大きいか又は等しい様に設定するならば 、本実施例により空走動作の時間をより短時間に、又は等しくすることができる 。即ち、減速時間の延長に伴うタクトタイムへの影響を加速時間の短縮でカバー できることとなる。しかも、減速時に生じる振動は殆ど無視できる程の小さなも のであるため、振動を発生させることなく機構部３０を停止させることができる 。

【００２７】 尚、上記実施例では減速時の加速度パターンとして正弦波関数で表されるもの を用いたが、これに限定されるものではなく、一般的には時間とともに連続的に 変化する関数ならば、その様な関数を加速度パターンとして利用することができ る。例えば、図４（ａ）に示す様な加速度パターンを用いることが可能である。 即ち、加速時間内では一定の加速度ａ_m を、時間ｔ₁ 〜時間ｔ₂ では定速度を与 え、減速時間内では三角波からなる負の加速度曲線を与える様な加速度パターン を用いることができる。図４（ｂ），（ｃ）は、図４（ａ）の加速度パターンに 対応する速度指令及び機構部振動を示している。

【００２８】

【考案の効果】

以上説明した通りこの考案によれば、タクトタイムを延長することなく、しか も従来技術において用いられたのと同様の駆動装置を用いることによって、空走 動作停止時の振動発生を抑圧することができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の一実施例である空走動作制御信号発
生装置の構成を、位置決めサーボ系及び機構部とともに
示したブロック図である。

【図２】加速度パターン発生器の電気的構成を示したブ
ロック図である。

【図３】加速度パターンの一実施例を機構部振動ととも
に示した説明図である。

【図４】加速度パターンの他の実施例を機構部振動とと
もに示した説明図である。

【図５】従来技術における加速度指令曲線の一例を示し
た説明図である。

【図６】従来技術における加速度指令曲線の他の一例を
示した説明図である。

【符号の説明】

１ 空走動作制御信号発生装置 ２ 積分器 ３ 積分器 １０ 加速度パターン発生器 ２０ 位置決めサーボ系 ２２ ドライブアンプ ２３ モータ ３０ 機構部 Ｖ₁ 加速度指令 Ｖ₄ 位置指令

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 可動機構を空走動作させる駆動装置に位
   置指令信号を与える空走動作制御信号発生装置であっ
   て、 （ａ） 前記可動機構の空走動作時の加速度を決定する
   加速度パターンを発生する加速度パターン発生手段と、 （ｂ） 前記加速度パターン発生手段及び前記駆動装置
   に接続され、前記加速度パターン発生手段より与えられ
   た前記加速度パターンを前記位置指令信号に変換する変
   換手段とを備え、 前記加速度パターンは、前記可動機構の速度が前記駆動
   装置により実現可能な最大速度に達するまでの立ち上が
   り時間内においては、実現可能な最大加速度に等しい加
   速度値を与え、前記可動機構の速度が前記最大速度に達
   した後、所定の時間内においては、０値に等しい加速度
   値を与えるとともに、前記所定の時間経過後、前記可動
   機構の速度が０に達するまでの立ち下がり時間内におい
   ては、連続的に時間とともに変化する加速度値を与える
   ものであることを特徴とする空走動作制御信号発生装
   置。