JPH05219772A - ロボットアームの共振振動を抑制するサーボ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロボットアームを駆動するサーボモータを制
御するサーボ装置ではロボットアームの固有振動数にサ
ーボモータの速度が近づくと共振振動を起こす。これを
防ぐため従来例ではサーボモータの速度指令値を共振振
動域と比較して速度ゲインを増減する方法を採用してい
たが、ロボットアームの占める姿勢によっては共振振動
を防ぐことができなかった。本発明はロボットアームの
占める姿勢に関わらず共振振動を防ぐことを目的として
いる。 【構成】 ロボットアームを駆動するサーボモータ装置
に共振判定回路と不感帯補正値決定回路を附加し、共振
判定回路において速度指令値を共振速度域と比較判定す
る第１判定手段と、トルク指令値をトルク基準値と比較
判定する第２判定手段とで構成して、サーボ装置の速度
ゲインと不感帯補正値との値を変化せしめることにした
ので、ロボットアームが占める姿勢に関係なく共振振動
を最も小さくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サーボモータを駆動源
とする多関節型ロボットを制御する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来は、ロボットアームの共振振動を防
止する方法として、図３に示すようなサーボ装置が用い
られていた。図において９がロボットアームであり、予
め決められたプログラムに従って時々刻々その運動速度
を変化する。そのためロボットアーム９を駆動するサー
ボモータ８も時々刻々に出力速度を変化する必要があ
る。図３はそのためのサーボモータ８の制御装置である
サーボ装置のブロック図を示したものである。まずロボ
ットアームの運転プログラムに基づいてモータの速度指
令値１が時々刻々に与えられる。一方、モータの速度が
速度検出器１４で検出され速度フィードバック値２とし
てフィードバックされ、速度フィードバック値２と上記
速度指令値１との偏差量が速度制御回路５に入力され
る。速度制御回路５はサーボモータ８を駆動するに必要
なトルク量を算出してトルク指令値３を出力する。上記
トルク指令値３に基づき電流制御回路６においてモータ
駆動に必要な電流値を算出し電流指令値１５を出力す
る。上記電流指令値１５はつづくモータ駆動回路７にお
いて増幅されモータ駆動電流１６としてサーボモータ８
に供給される。上記したサーボ装置においてサーボモー
タ８に供給する電流は波形歪のない正弦波形が理想であ
るが、モータ駆動回路７のトランジスタ保護のため、あ
る時間幅で共振電流が０となる不感帯が発生するのは不
可避である。しかし不感帯による正弦波形の歪をそのま
まにしておくと、サーボモータ８におけるトルクむらが
発生してロボットアーム９の先端に振動を発生する等の
悪影響があるので、速度制御回路５の出力値であるトル
ク指令値３に不感帯補正量４を加算して電流制御回路６
に入力して上記不感帯による正弦波形の歪を防止してい
る。

【０００３】上記したように従来のサーボ装置において
は、トルクむらに基づく振動を防止しつつロボットアー
ム９を駆動しているが、それでもなおロボットアーム９
の固有振動数とサーボモータの速度とが一致するとロボ
ットアーム９が共振振動を起こす。そこでこの共振振動
を防止するために、共振判定回路１０がある。共振判定
回路１０ではロボットアーム９の固有振動数は予め判っ
ているので、速度指令値１が上記固有振動数に一致して
いるか否かを判定し、一致した時は速度制御回路５にお
ける速度ゲインの値を小さくする。速度ゲインの値が小
さくなれば当然サーボモータの速度も小さくなるので上
記ロボットアーム９の共振振動を防ぐことが可能にな
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
従来例のサーボ装置では、ロボットアームの占める姿勢
によっては共振振動が避けられないことがあった。その
事情は下記のごとくである。ロボットアームの占める姿
勢によってロボットアームを駆動するに必要なトルクが
０に近くなることがある。その場合にはサーボモータに
必要なトルクも０に近くなるが、その状態でサーボモー
タの速度がロボットアームの固有振動数と一致した場合
は上記した共振判定回路１０は速度制御回路５の速度ゲ
インを小さくしようと作動する。その結果、速度制御回
路５から出力されるトルク指令値３は０に近くなる。し
かし電流制御回路６の入力値には上記したように不感帯
補正量４が加算されているから、サーボモータ８に供給
される電流は０にならずある大きさの電流値を保ってし
まう。このためサーボモータ８の速度は減少せず、その
結果共振振動数が減衰しないことになる。これを防ぐに
は不感帯補正量４を小さくすれば良いが、上記した理由
で正弦波補正操作は必要であるので不感帯補正量４はあ
まり小さくすることはできない。

【０００５】本発明はこのような従来の課題を解決し、
共振振動発生時にはトルク指令値が０近辺であっても共
振振動を解消するサーボ装置を提供することを目的とし
ている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のロボットアーム
の共振振動を抑制するサーボ装置は上記目的を達成する
ために、ロボットアームを駆動するサーボモータと、上
記サーボモータの速度を制御するためカスケードに連結
された速度制御回路と電流制御回路とモータ駆動回路
と、共振判定回路と、不感帯補正値決定回路とよりな
り、上記共振判定回路は上記速度制御回路の入力信号で
ある速度指令値と上記速度制御回路の出力信号であるト
ルク指令値を入力信号とし上記速度制御回路の速度ゲイ
ンに対する第１指令と上記不感帯補正値決定回路に対す
る第２指令とを出力し、上記不感帯補正値決定回路は上
記第２指令に基づき不感帯補正値を出力し、上記速度制
御回路の出力信号であるトルク指令値と上記不感帯補正
値とを加算して上記電流制御回路に入力するものであ
る。

【０００７】さらに本発明のロボットアームの共振振動
を抑制するサーボ装置は、共振判定回路が、速度指令値
と共振速度域とを比較する第１判定手段と、トルク指令
値とトルク基準値とを比較する第２判定手段とよりな
り、第１判定手段で速度指令値が共振速度域に該当しな
いと判定されたときは標準の速度ゲインと標準の不感帯
補正値を共振判定回路から出力し、第１判定手段で速度
指令値が共振速度域に該当すると判定されさらに第２判
定手段でトルク指令値がトルク基準値を越えると判定さ
れたときは下降値の速度ゲインと標準の不感帯補正値を
共振判定回路から出力し、第１判定手段で速度指令値が
共振速度域に該当すると判定されさらに第２判定手段で
トルク指令値がトルク基準値を下回ると判定されたとき
は下降値の速度ゲインと下降値の不感帯補正値を共振判
定回路から出力するものである。

【０００８】

【作用】本発明は上記した構成により、ロボットアーム
を駆動するサーボモータのサーボ装置に共振判定回路と
不感帯補正値決定回路を附加し、共振判定回路において
速度指令値を共振速度域と比較判定する第１判定手段
と、トルク指令値をトルク基準値と比較判定する第２判
定手段とで構成して、サーボ装置の速度ゲインと不感帯
補正値との値を変化せしめることにしたので、ロボット
アームが占める姿勢に関係なく共振振動を最も小さくす
ることができる。

【０００９】

【実施例】以下、発明の一実施例について図面を参照し
ながら説明する。図１は、本発明の一実施例による共振
振動を防止するサーボ装置内のブロック線図を示してい
るがその大部分は図３に示した従来例と同じであるので
説明は省略する。図３と異なっている点は不感帯補正値
決定回路１１が追加され、共振判定回路１０の出力が速
度制御回路５に入力されるのと平行して不感帯補正値決
定回路１１にも入力され、かつ不感帯補正値決定回路１
１により不感帯補正値４の値が決められることである。

【００１０】図２は上記共振判定回路１０において行わ
れる処理内容を表すフローチャートである。共振判定回
路１０には図１に示すように、速度指令値１が入力され
るとともにトルク指令値３と速度フィードバック値２と
が入力される。そこで先ず図２に示すように第１判定手
段２１において速度指令値１がロボットアームの固有振
動数に近い共振速度域か、否かを判定する。速度指令値
１が共振速度域に該当しない場合は第１パラメータ設定
手段により速度制御回路５の速度ゲインを標準値に設定
し、同時に不感帯補正値決定回路の不感帯補正値を標準
値に設定する。速度指令値１が共振速度域に該当する場
合は、第２判定手段２３においてトルク指令値３の値が
基準値以下か否かを判定する。トルク指令値３が基準値
を越えているときは第２パラメータ設定手段２４により
速度制御回路５の速度ゲインを下降値に設定し、同時に
不感帯補正値決定回路の不感帯補正値を標準値に設定す
る。トルク指令値３の値が基準値以下の場合は第３パラ
メータ設定手段２５により速度制御回路５の速度ゲイン
を下降値に設定し、同時に不感帯補正値決定回路の不感
帯補正値も下降値に設定する。

【００１１】このように共振振動発生時にトルク指令値
が基準値以下の場合は不感帯補正値を下降値に設定する
ことにより、速度ゲインを下降させたのと同等の効果を
サーボモータの速度に与えることができる。したがって
ロボットアームのあるゆる姿勢においても、共振振動を
最小にすることができる。

【００１２】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように、本発
明によればロボットアームを駆動するサーボモータの速
度制御は、速度制御回路における速度ゲインによる制御
だけでなく、ロボットアームの占める姿勢に基づく不感
帯補正値の増域とで行われているので、ロボットアーム
があらゆる姿勢を占めても、ロボットアームの共振振動
を最小にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のサーボ装置のブロック線図

【図２】本発明の一実施例のサーボ装置の共振判定回路
におけるフローチャート

【図３】従来のサーボ装置のブロック線図

【符号の説明】

１ 速度指令値 ２ 速度フィードバック値 ３ トルク指令値 ４ 不感帯補正量 ５ 速度制御回路 ６ 電流制御回路 ７ モータ駆動回路 ８ サーボモータ ９ ロボットアーム １０ 共振判定回路 １１ 不感帯補正値決定回路 １４ 速度検出器 １５ 電流指令値 １６ モータ駆動手段 ２１ 第１判定手段 ２２ 第１パラメータ設定手段 ２３ 第２判定手段 ２４ 第２パラメータ設定手段 ２５ 第３パラメータ設定手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットアームを駆動するサーボモータ
   と、上記サーボモータの速度を制御するためカスケード
   に連結された速度制御回路と電流制御回路とモータ駆動
   回路と、共振判定回路と、不感帯補正値決定回路とより
   なり、上記共振判定回路は上記速度制御回路の入力信号
   である速度指令値と上記速度制御回路の出力信号である
   トルク指令値を入力信号とし上記速度制御回路の速度ゲ
   インに対する第１指令と上記不感帯補正値決定回路に対
   する第２指令とを出力し、上記不感帯補正値決定回路は
   上記第２指令に基づき不感帯補正値を出力し、上記速度
   制御回路の出力信号であるトルク指令値と上記不感帯補
   正値とを加算して上記電流制御回路に入力することによ
   りロボットアームの共振振動を抑制するサーボ装置。
2. 【請求項２】 共振判定回路が、速度指令値と共振速度
   域とを比較する第１判定手段と、トルク指令値とトルク
   基準値とを比較する第２判定手段とよりなり、第１判定
   手段で速度指令値が共振速度域に該当しないと判定され
   たときは標準の速度ゲインと標準の不感帯補正値を共振
   判定回路から出力し、第１判定手段で速度指令値が共振
   速度域に該当すると判定されさらに第２判定手段でトル
   ク指令値がトルク基準値を越えると判定されたときは下
   降値の速度ゲインと標準の不感帯補正値を共振判定回路
   から出力し、第１判定手段で速度指令値が共振速度域に
   該当すると判定されさらに第２判定手段でトルク指令値
   がトルク基準値を下回ると判定されたときは下降値の速
   度ゲインと下降値の不感帯補正値を共振判定回路から出
   力する請求項１記載のロボットアームの共振振動を抑制
   するサーボ装置。