JPH0820893B2 - 産業用多関節ロボットの最適移動制御方式 - Google Patents
産業用多関節ロボットの最適移動制御方式Info
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- JPH0820893B2 JPH0820893B2 JP62161120A JP16112087A JPH0820893B2 JP H0820893 B2 JPH0820893 B2 JP H0820893B2 JP 62161120 A JP62161120 A JP 62161120A JP 16112087 A JP16112087 A JP 16112087A JP H0820893 B2 JPH0820893 B2 JP H0820893B2
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- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Program-control systems
- G05B19/02—Program-control systems electric
- G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM]
- G05B19/4181—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by direct numerical control [DNC]
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Program-controlled manipulators
- B25J9/16—Program controls
- B25J9/1602—Program controls characterised by the control system, structure, architecture
- B25J9/161—Hardware, e.g. neural networks, fuzzy logic, interfaces, processor
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、産業用多関節ロボットの動作をプログラム
に従って制御する移動制御方式に関し、特に各々が駆動
モータの出力トルクを受けて動作する複数のロボット可
動部（ロボット軸、ロボット腕、ロボット手首、ロボッ
トハンド）を有した多関節ロボットにおける負荷ワーク
を保持したロボット先端が、一位置から他位置に移動す
るロボット動作毎に、上記ロボット可動部の相互動作に
伴って生ずる夫々の駆動モータ間におけるトルク干渉を
考慮しながら各駆動モータの出力トルクを夫々の駆動モ
ータの定格性能と速度条件とに従って定まる理論出力ト
ルク以内の最適出力トルク状態に調節し、上記ロボット
先端を理想的な高速度で夫々の位置間を移動変位させる
ようにする最適移動制御方式に関する。
に従って制御する移動制御方式に関し、特に各々が駆動
モータの出力トルクを受けて動作する複数のロボット可
動部（ロボット軸、ロボット腕、ロボット手首、ロボッ
トハンド）を有した多関節ロボットにおける負荷ワーク
を保持したロボット先端が、一位置から他位置に移動す
るロボット動作毎に、上記ロボット可動部の相互動作に
伴って生ずる夫々の駆動モータ間におけるトルク干渉を
考慮しながら各駆動モータの出力トルクを夫々の駆動モ
ータの定格性能と速度条件とに従って定まる理論出力ト
ルク以内の最適出力トルク状態に調節し、上記ロボット
先端を理想的な高速度で夫々の位置間を移動変位させる
ようにする最適移動制御方式に関する。
産業用多関節ロボットは、複数のロボット可動部を有
し、これらのロボット可動部が関節結合された構造を備
え、各ロボット可動部が、直流サーボモータ等の電動モ
ータを駆動源にして適宜の伝動機構を経て駆動トルクを
受け、各々の関節軸の回りに旋回動作を行い、夫々のロ
ボット可動部の総合動作の結果として、ロボット先端、
つまり、ロボットハンドまたはその他の例えば、溶接具
等の先端作業具をロボット動作領域の種々の位置間で移
動変位させ、或いは位置決めするようにしている。この
とき、例えば、ロボットの第１の腕がロボット直立軸の
上端に枢着され、その第１の腕の先端に第２の腕が枢着
した多関節構造におき、第１の腕がその駆動モータのト
ルクを受けて、その関節軸の回りに旋回動作をすると、
その動作過程の加・減速領域では、第２の腕もその関節
軸の回りに加速度を受けて旋回動作を行うから、この旋
回動作が不用のものであるときは、打ち消しを行う逆ト
ルクを該第２の腕の駆動モータが出力することが必要と
なる。つまり、第２の腕の駆動モータは第１の腕の動作
に伴い、第２の腕の姿勢や位置関係の維持のための余分
なトルクを出力しなければならないのである。このトル
クを一般に干渉トルクと称する。また、上記の関節構造
で、第１の腕の旋回動作過程に同期して第２の腕も第１
の腕とは反対の方向に旋回動作するロボット動作モード
が採られるときには、第２の腕の駆動モータは第１の腕
の動作に伴う逆トルクと共に反対方向に第２の腕を旋回
動作させるための出力トルクを発生する必要があり、こ
の結果、第２の腕の駆動モータは非常に大きな出力トル
クを発生する必要に迫られる。つまり、このときも、第
１の腕の動作が第２の腕にトルク干渉の影響を及ぼして
いるのである。
し、これらのロボット可動部が関節結合された構造を備
え、各ロボット可動部が、直流サーボモータ等の電動モ
ータを駆動源にして適宜の伝動機構を経て駆動トルクを
受け、各々の関節軸の回りに旋回動作を行い、夫々のロ
ボット可動部の総合動作の結果として、ロボット先端、
つまり、ロボットハンドまたはその他の例えば、溶接具
等の先端作業具をロボット動作領域の種々の位置間で移
動変位させ、或いは位置決めするようにしている。この
とき、例えば、ロボットの第１の腕がロボット直立軸の
上端に枢着され、その第１の腕の先端に第２の腕が枢着
した多関節構造におき、第１の腕がその駆動モータのト
ルクを受けて、その関節軸の回りに旋回動作をすると、
その動作過程の加・減速領域では、第２の腕もその関節
軸の回りに加速度を受けて旋回動作を行うから、この旋
回動作が不用のものであるときは、打ち消しを行う逆ト
ルクを該第２の腕の駆動モータが出力することが必要と
なる。つまり、第２の腕の駆動モータは第１の腕の動作
に伴い、第２の腕の姿勢や位置関係の維持のための余分
なトルクを出力しなければならないのである。このトル
クを一般に干渉トルクと称する。また、上記の関節構造
で、第１の腕の旋回動作過程に同期して第２の腕も第１
の腕とは反対の方向に旋回動作するロボット動作モード
が採られるときには、第２の腕の駆動モータは第１の腕
の動作に伴う逆トルクと共に反対方向に第２の腕を旋回
動作させるための出力トルクを発生する必要があり、こ
の結果、第２の腕の駆動モータは非常に大きな出力トル
クを発生する必要に迫られる。つまり、このときも、第
１の腕の動作が第２の腕にトルク干渉の影響を及ぼして
いるのである。
このようなトルク干渉の存在は従来より熟知されてい
るが、一方、従来の多関節ロボットでは、各ロボット可
動部の駆動モータは、その可動部に掛かる負荷の最大値
を予測してモータ出力性能が設計、選択されていた。し
かも、ロボット動作のプログラムにおいては、トルク干
渉を考慮してその負荷トルクが略最大値となる限界条件
を予想して教示された動作プログラムを遂行するように
各ロボット可動部の速度条件、時定数（その速度条件に
達するまでの時間値）を一定値にロボット制御装置内に
設定し、どのような動作条件下でも各駆動モータに過負
荷が作用してアラーム状態が出現しないようにしてい
た。故に上記の一定値は速度条件の場合には比較的低速
度の値に設定され、時定数は大きな時間値に設定されて
いた。
るが、一方、従来の多関節ロボットでは、各ロボット可
動部の駆動モータは、その可動部に掛かる負荷の最大値
を予測してモータ出力性能が設計、選択されていた。し
かも、ロボット動作のプログラムにおいては、トルク干
渉を考慮してその負荷トルクが略最大値となる限界条件
を予想して教示された動作プログラムを遂行するように
各ロボット可動部の速度条件、時定数（その速度条件に
達するまでの時間値）を一定値にロボット制御装置内に
設定し、どのような動作条件下でも各駆動モータに過負
荷が作用してアラーム状態が出現しないようにしてい
た。故に上記の一定値は速度条件の場合には比較的低速
度の値に設定され、時定数は大きな時間値に設定されて
いた。
然るに、上述した従来のロボットの移動制御方式で
は、実際のロボット動作に当たっては、各ロボット可動
部が常に上述した限界条件で作動するのではなく、トル
ク干渉を考慮しても、各駆動モータが実際に発生する必
要の有るトルク値は、その最大負荷トルクよりも小さく
て良い非限界条件下に有る場合が多い。ここで、駆動モ
ータの一般的特性として、出力トルクと速度との関係
は、幾つかの直線式で定まり、速度値が一定値を越えて
増加すると、出力トルク値は減少する傾向があることが
知られている。従って、上記のような非限界条件下で
は、各々の駆動モータは、限界条件下の最大負荷トルク
よりも小さな出力トルクを発生するだけで、充分に所定
のロボット動作を遂行させ得るので、速度条件をもっと
大きな値に設定して高速で遂行され得る場合がある。そ
れにも関わらず、一定の速度条件と時定数とに拘束され
た結果、ロボットが充分に性能を発揮するに至っていな
い場合が多々有ると言う問題点がある。
は、実際のロボット動作に当たっては、各ロボット可動
部が常に上述した限界条件で作動するのではなく、トル
ク干渉を考慮しても、各駆動モータが実際に発生する必
要の有るトルク値は、その最大負荷トルクよりも小さく
て良い非限界条件下に有る場合が多い。ここで、駆動モ
ータの一般的特性として、出力トルクと速度との関係
は、幾つかの直線式で定まり、速度値が一定値を越えて
増加すると、出力トルク値は減少する傾向があることが
知られている。従って、上記のような非限界条件下で
は、各々の駆動モータは、限界条件下の最大負荷トルク
よりも小さな出力トルクを発生するだけで、充分に所定
のロボット動作を遂行させ得るので、速度条件をもっと
大きな値に設定して高速で遂行され得る場合がある。そ
れにも関わらず、一定の速度条件と時定数とに拘束され
た結果、ロボットが充分に性能を発揮するに至っていな
い場合が多々有ると言う問題点がある。
依って、本発明は斯る問題点を解決せんとするもので
ある。
ある。
即ち、本発明は、トルク干渉の発生が不可避な産業用
多関節ロボットにおけるロボット動作のプログラム制御
方式において、夫々のロボット可動部の動作における速
度条件、時定数を一定値に拘束することなく、可変と
し、最適の速度条件と時定数とを算出して、その算出値
に基づいて夫々のロボット可動部の各駆動モータ系に作
動指令を発するようにするものである。即ち、本発明に
よれば、複数のロボット可動部が互いに関節結合される
と共に複数の駆動モータを備え、各駆動モータは対応の
各可動部を作動させるように設けられ、前記各可動部の
総合動作に基づいてロボット先端を次々の目的位置へ移
動させる産業用多関節ロボットの移動制御方式におい
て、 予めロボット制御装置の記憶部にロボット先端に負荷さ
れる負荷ワーク条件及び前記夫々の可動部の位置変位条
件、理論速度条件、理論時定数の４条件を設定し、 前記複数のロボット可動部の各部の作動に従ってロボッ
ト動作範囲の一位置から他の位置に前記ロボット先端を
移動する動作毎に、その動作における前記複数のロボッ
ト可動部の各駆動モータに掛かるモータ間の干渉トルク
をも含めた負荷トルクを前記記憶部に設定された前記４
条件の関数として算出し、また、前記各駆動モータが出
力可能な最大トルクを前記夫々の可動部の理論速度条件
の所定関数として前記ロボット制御装置の演算制御手段
により算出し、 算出された前者の負荷トルクに対する後者の最大トルク
の絶対値比を求め、 該絶対値比が可及的に１を越えることなくかつ、１に近
い値となるように前記複数のロボット可動部の前記各駆
動モータに関して速度条件と時定数とを夫々、前記記憶
部に予め記憶させた速度条件および時定数の可変条件に
従って変更させながら前記理論速度条件と理論時定数か
ら演算を繰り返して該各駆動モータの最適速度条件と最
適時定数とに調節し、 その調節した最適の速度条件と時定数とに基づいて前記
各駆動モータを作動させ、 前記ロボット可動部の各々の作動が、常に対応の駆動モ
ータの最大トルク出力で遂行されるようにして、前記ロ
ボット先端を順次の位置に高速移動させるようにしたこ
とを特徴とした産業用多関節ロボットの最適移動制御方
式を提供するものである。以下、本発明を添付図面に示
す実施例に基づいて、更に詳細に説明する。
多関節ロボットにおけるロボット動作のプログラム制御
方式において、夫々のロボット可動部の動作における速
度条件、時定数を一定値に拘束することなく、可変と
し、最適の速度条件と時定数とを算出して、その算出値
に基づいて夫々のロボット可動部の各駆動モータ系に作
動指令を発するようにするものである。即ち、本発明に
よれば、複数のロボット可動部が互いに関節結合される
と共に複数の駆動モータを備え、各駆動モータは対応の
各可動部を作動させるように設けられ、前記各可動部の
総合動作に基づいてロボット先端を次々の目的位置へ移
動させる産業用多関節ロボットの移動制御方式におい
て、 予めロボット制御装置の記憶部にロボット先端に負荷さ
れる負荷ワーク条件及び前記夫々の可動部の位置変位条
件、理論速度条件、理論時定数の４条件を設定し、 前記複数のロボット可動部の各部の作動に従ってロボッ
ト動作範囲の一位置から他の位置に前記ロボット先端を
移動する動作毎に、その動作における前記複数のロボッ
ト可動部の各駆動モータに掛かるモータ間の干渉トルク
をも含めた負荷トルクを前記記憶部に設定された前記４
条件の関数として算出し、また、前記各駆動モータが出
力可能な最大トルクを前記夫々の可動部の理論速度条件
の所定関数として前記ロボット制御装置の演算制御手段
により算出し、 算出された前者の負荷トルクに対する後者の最大トルク
の絶対値比を求め、 該絶対値比が可及的に１を越えることなくかつ、１に近
い値となるように前記複数のロボット可動部の前記各駆
動モータに関して速度条件と時定数とを夫々、前記記憶
部に予め記憶させた速度条件および時定数の可変条件に
従って変更させながら前記理論速度条件と理論時定数か
ら演算を繰り返して該各駆動モータの最適速度条件と最
適時定数とに調節し、 その調節した最適の速度条件と時定数とに基づいて前記
各駆動モータを作動させ、 前記ロボット可動部の各々の作動が、常に対応の駆動モ
ータの最大トルク出力で遂行されるようにして、前記ロ
ボット先端を順次の位置に高速移動させるようにしたこ
とを特徴とした産業用多関節ロボットの最適移動制御方
式を提供するものである。以下、本発明を添付図面に示
す実施例に基づいて、更に詳細に説明する。
第１図は、本発明による最適移動制御方式が適用され
る産業用多関節ロボットの一例とその動作制御機構の全
体構成を示した略示機構図であり、第２図はロボット可
動部の各駆動モータに掛かる負荷トルクと、各々の駆動
モータが出力可能な最大トルクとの算出過程を示したブ
ロック図、第３図は、速度条件および時定数の決定演算
過程を説明するフローチャート、第４図は、速度条件と
時定数とを可変制御するための可変条件として記憶され
るパラメターテーブルを示した図である。
る産業用多関節ロボットの一例とその動作制御機構の全
体構成を示した略示機構図であり、第２図はロボット可
動部の各駆動モータに掛かる負荷トルクと、各々の駆動
モータが出力可能な最大トルクとの算出過程を示したブ
ロック図、第３図は、速度条件および時定数の決定演算
過程を説明するフローチャート、第４図は、速度条件と
時定数とを可変制御するための可変条件として記憶され
るパラメターテーブルを示した図である。
さて、第１図を参照すると、産業用多関節ロボットの
１例として２つのロボット腕とロボット手首とを有した
多関節ロボットが示されており、同ロボット10は、基台
12に立設されたロボット縦軸14、同ロボット縦軸14の先
端に枢着結合されて矢印Θ１で示す俯抑方向に旋回動作
可能なロボット第１腕16、そのロボット第１腕16の先端
に枢着結合されて矢印Θ２方向に旋回動作可能なロボッ
ト第２腕18、同ロボット第２腕18の先端に枢着結合され
て矢印Θ３方向に回転動作可能なロボット手首20とを可
動部として有し、そのロボット手首20の先端には、例え
ば図示のロボットハンド22その他の種々の作業具が交換
可能に取付けられるように成っている。そして、ロボッ
ト第１腕16の旋回動作は、駆動モータM1を駆動源として
生起され、その位置情報は検出器E1により検出されるよ
うに成っている。同様にロボット第２腕18は、駆動モー
タM2を駆動源にして関節軸回りに上記Θ２方向の旋回を
行い、該ロボット第２腕18の位置情報は検出器E2から得
られるように成っている。更に、ロボット手首20は、駆
動モータM3を駆動源として動作する。
１例として２つのロボット腕とロボット手首とを有した
多関節ロボットが示されており、同ロボット10は、基台
12に立設されたロボット縦軸14、同ロボット縦軸14の先
端に枢着結合されて矢印Θ１で示す俯抑方向に旋回動作
可能なロボット第１腕16、そのロボット第１腕16の先端
に枢着結合されて矢印Θ２方向に旋回動作可能なロボッ
ト第２腕18、同ロボット第２腕18の先端に枢着結合され
て矢印Θ３方向に回転動作可能なロボット手首20とを可
動部として有し、そのロボット手首20の先端には、例え
ば図示のロボットハンド22その他の種々の作業具が交換
可能に取付けられるように成っている。そして、ロボッ
ト第１腕16の旋回動作は、駆動モータM1を駆動源として
生起され、その位置情報は検出器E1により検出されるよ
うに成っている。同様にロボット第２腕18は、駆動モー
タM2を駆動源にして関節軸回りに上記Θ２方向の旋回を
行い、該ロボット第２腕18の位置情報は検出器E2から得
られるように成っている。更に、ロボット手首20は、駆
動モータM3を駆動源として動作する。
上述したロボット10の先端、つまり、ロボット手首20
に装着された例えばロボットハンドがこのロボット10の
動作領域内で或る位置から別の位置に移動変位するとき
は、上述した夫々のロボット可動部が総合動作すること
により、達成されるもので、ロボット縦軸14も必要に応
じて基台12に対して縦軸線回りに旋回し、動作領域を拡
大するように構成されている。ロボット10の移動変位
は、第１図に示されたロボット制御部30の制御指令がサ
ーボ装置50を経て印加されることにより生起され、図示
のようにサーボ装置50内には上記駆動モータM1〜M3の夫
々と結合されたサーボ機構S1、S2、S3が具備されてい
る。
に装着された例えばロボットハンドがこのロボット10の
動作領域内で或る位置から別の位置に移動変位するとき
は、上述した夫々のロボット可動部が総合動作すること
により、達成されるもので、ロボット縦軸14も必要に応
じて基台12に対して縦軸線回りに旋回し、動作領域を拡
大するように構成されている。ロボット10の移動変位
は、第１図に示されたロボット制御部30の制御指令がサ
ーボ装置50を経て印加されることにより生起され、図示
のようにサーボ装置50内には上記駆動モータM1〜M3の夫
々と結合されたサーボ機構S1、S2、S3が具備されてい
る。
ロボット制御部30は、演算処理装置32と、記憶装置34
とを具備しており、後者の記憶装置34に記憶されたプロ
グラムや種々の設定データを前者の演算処理装置32が読
み出して、それらに基づいてロボット動作指令を作成し
て上述したサーボ装置50に送出する構成に成っている。
このロボット制御部30の記憶装置34にロボット動作のプ
ログラム等を教示、設定する手段として教示設定手段52
が設けられ、また図示されていない周辺補助記憶手段か
らも制御データを入力し得るように構成されている。さ
て、上記記憶装置34には教示設定手段52に依って教示入
力されるロボット動作のプログラム、主に、移動変位す
る目的位置データを記憶する第１メモリー手段36、ロボ
ット先端に把持されることにより、作業処理される負荷
ワークＷの重量、この負荷ワークＷの重量中心とロボッ
ト手首20の駆動モータM3の出力軸線とのずれ距離（オフ
セット距離）、角度ずれ（オフセット角度）等の可変条
件を書き替え可能に記憶する第２メモリー手段38、第
１、第２ロボット腕16、18及びロボット手首20等の夫々
のロボット可動部を対応の駆動モータM1〜M3で作動させ
る際の速度条件と時定数との理論パラメータ、つまり、
各ロボット可動部に関して、それに作用する負荷トルク
は他のロボット可動部の動作によるトルク干渉を考慮せ
ずに、単純に対応の駆動モータM1、M2、またはM3の設計
上の性能条件から算出決定される速度条件、時定数の値
を理論パラメータとして予め記憶する第３メモリー手段
40、上記理論パラメータを種々変更して、トルク干渉を
考慮した最適の速度条件、時定数を作成するための可変
条件をテーブルにして記憶する第４メモリー手段42の少
なくとも４つの記憶手段を有して構成されている。
とを具備しており、後者の記憶装置34に記憶されたプロ
グラムや種々の設定データを前者の演算処理装置32が読
み出して、それらに基づいてロボット動作指令を作成し
て上述したサーボ装置50に送出する構成に成っている。
このロボット制御部30の記憶装置34にロボット動作のプ
ログラム等を教示、設定する手段として教示設定手段52
が設けられ、また図示されていない周辺補助記憶手段か
らも制御データを入力し得るように構成されている。さ
て、上記記憶装置34には教示設定手段52に依って教示入
力されるロボット動作のプログラム、主に、移動変位す
る目的位置データを記憶する第１メモリー手段36、ロボ
ット先端に把持されることにより、作業処理される負荷
ワークＷの重量、この負荷ワークＷの重量中心とロボッ
ト手首20の駆動モータM3の出力軸線とのずれ距離（オフ
セット距離）、角度ずれ（オフセット角度）等の可変条
件を書き替え可能に記憶する第２メモリー手段38、第
１、第２ロボット腕16、18及びロボット手首20等の夫々
のロボット可動部を対応の駆動モータM1〜M3で作動させ
る際の速度条件と時定数との理論パラメータ、つまり、
各ロボット可動部に関して、それに作用する負荷トルク
は他のロボット可動部の動作によるトルク干渉を考慮せ
ずに、単純に対応の駆動モータM1、M2、またはM3の設計
上の性能条件から算出決定される速度条件、時定数の値
を理論パラメータとして予め記憶する第３メモリー手段
40、上記理論パラメータを種々変更して、トルク干渉を
考慮した最適の速度条件、時定数を作成するための可変
条件をテーブルにして記憶する第４メモリー手段42の少
なくとも４つの記憶手段を有して構成されている。
次に上述した構成を有した産業用多関節ロボットに適
用され、複数のロボット可動部の相互におけるトルク干
渉を考慮して夫々の駆動モータを効率良く作動させ、ロ
ボット先端を高速度でかつ高精度の下に種々の位置間を
移動せしめるようにする本発明の最適移動制御方式に就
いて説明する。
用され、複数のロボット可動部の相互におけるトルク干
渉を考慮して夫々の駆動モータを効率良く作動させ、ロ
ボット先端を高速度でかつ高精度の下に種々の位置間を
移動せしめるようにする本発明の最適移動制御方式に就
いて説明する。
さて、本発明による最適移動制御方式においては、ロ
ボット10の先端が一位置から他の位置に移動する動作毎
に、その動作を達成するために夫々のロボット可動部が
夫々の動作を遂行するための最適の速度条件と時定数と
を調節、選定する制御作用が行われる。
ボット10の先端が一位置から他の位置に移動する動作毎
に、その動作を達成するために夫々のロボット可動部が
夫々の動作を遂行するための最適の速度条件と時定数と
を調節、選定する制御作用が行われる。
この最適の速度条件と時定数とを選定、調節する制御
作用の遂行に当たっては、先ず、移動動作の時点におけ
るロボット先端に掛かる負荷条件、現在位置から移動変
位する目的位置の情報、理論速度条件、理論時定数等の
予めロボット制御装置30の記憶装置34に記憶されたプロ
グラムや設定値からロボット10の第１ロボット腕16、第
２ロボット腕18、ロボット手首20の各ロボット可動部に
その動作の遂行の際に掛かる実際の負荷トルクを周知の
ラグラジアン（記憶装置34の例えば第２メモリー手段38
に記憶されている。）に従って演算処理装置32により算
出、決定し、同時に、その動作を夫々のロボット可動部
が上記プログラム値、設定値により遂行する時の各対応
の駆動モータM1〜M3が発生し得る最大出力トルク値を同
じく周知のモータトルク決定式として記憶装置34に記憶
された式に基づいて演算処理装置32が算出する。そし
て、各ロボット可動部に関する前者の実際の負荷トルク
値の絶対値に対する各対応の駆動モータM1、M2、M3が発
生し得る最大トルクとの比率値を算出する。つまり、前
者を分子とし、後者を分母とした割り算計算を行う。そ
して、この比率値の計算結果が、値１を越えているとき
は、負荷トルクが、駆動モータの発生し得る最大トルク
を越えることを意味するから、速度条件及び時定数を変
更させて、上述の計算過程を繰り返し、上記の比率値が
１を越えず、且つ１に可及的に近い値となるような最適
の速度条件と時定数とを最終的に決定するのである。第
２図に示したブロック図は、上述した実際の各ロボット
可動部の負荷トルクと各駆動モータの最大出力トルクと
を計算する過程を示している。
作用の遂行に当たっては、先ず、移動動作の時点におけ
るロボット先端に掛かる負荷条件、現在位置から移動変
位する目的位置の情報、理論速度条件、理論時定数等の
予めロボット制御装置30の記憶装置34に記憶されたプロ
グラムや設定値からロボット10の第１ロボット腕16、第
２ロボット腕18、ロボット手首20の各ロボット可動部に
その動作の遂行の際に掛かる実際の負荷トルクを周知の
ラグラジアン（記憶装置34の例えば第２メモリー手段38
に記憶されている。）に従って演算処理装置32により算
出、決定し、同時に、その動作を夫々のロボット可動部
が上記プログラム値、設定値により遂行する時の各対応
の駆動モータM1〜M3が発生し得る最大出力トルク値を同
じく周知のモータトルク決定式として記憶装置34に記憶
された式に基づいて演算処理装置32が算出する。そし
て、各ロボット可動部に関する前者の実際の負荷トルク
値の絶対値に対する各対応の駆動モータM1、M2、M3が発
生し得る最大トルクとの比率値を算出する。つまり、前
者を分子とし、後者を分母とした割り算計算を行う。そ
して、この比率値の計算結果が、値１を越えているとき
は、負荷トルクが、駆動モータの発生し得る最大トルク
を越えることを意味するから、速度条件及び時定数を変
更させて、上述の計算過程を繰り返し、上記の比率値が
１を越えず、且つ１に可及的に近い値となるような最適
の速度条件と時定数とを最終的に決定するのである。第
２図に示したブロック図は、上述した実際の各ロボット
可動部の負荷トルクと各駆動モータの最大出力トルクと
を計算する過程を示している。
また、第３図のフローチャートは、第２図に示した計
算過程を経て算出した比率値に基づいて、最適の速度条
件と時定数とを決定して行く過程を示したもので、この
ような決定過程もロボット制御装置30の演算処理装置32
において、判断処理を行いながら、最適速度条件と時定
数との決定が成されることは言うまでもない。
算過程を経て算出した比率値に基づいて、最適の速度条
件と時定数とを決定して行く過程を示したもので、この
ような決定過程もロボット制御装置30の演算処理装置32
において、判断処理を行いながら、最適速度条件と時定
数との決定が成されることは言うまでもない。
ここで、第３図のフローチャートに就いて、説明する
と、この判断、決定においては、第２図の計算過程で算
出した夫々のロボット可動部に関する比率値に従って、
順次に最適の速度条件と時定数とを決定する演算過程が
繰り返される。第３図の過程（１）は、第１のロボット
腕16の動作に就いて比率値が１を越えることなく、且つ
１に可及的に近い値となるように速度条件と時定数とを
調節、決定する過程を示している。このとき、最初の速
度条件と時定数とは前述した理論速度と理論時定数とを
初期値として演算をスタートさせることは当然である。
そして、その初期値の下で負荷トルクと駆動モータの最
大出力トルクとの比率値が１ないし１に近い値であれ
ば、第１のロボット腕16は、その初期設定された理論速
度条件と理論時定数とに基づいて作動されることとな
る。他方、比率値が１を越えていたときは、予め、実験
的に定められた第４図のパラメータテーブルにおける可
変条件の例えば、条件（Ａ）を選択して再度、比率値の
計算を遂行し、値１に対する大小の判断を行って、第１
のロボット腕16がその対応の駆動モータM1で動作する際
の最適の速度条件と時定数とを決定するのである。勿
論、条件（Ａ）でも比率値が１を越えるときは、条件を
（Ｂ）またはその他の条件に変更して順次に判断を繰り
返すのである。なお、条件（Ａ）の時定数t1は、理論時
定数からt1秒時定数を大きな値に緩和し、また速度条件
は理論速度の値の0.5倍に速度条件を緩和することを意
味しており、他の条件（Ｂ）〜（Ｇ）における時定数
（t2〜t4、０）と速度条件（×0.5、×0.6、×0.8等）
も同様の意味を有している。
と、この判断、決定においては、第２図の計算過程で算
出した夫々のロボット可動部に関する比率値に従って、
順次に最適の速度条件と時定数とを決定する演算過程が
繰り返される。第３図の過程（１）は、第１のロボット
腕16の動作に就いて比率値が１を越えることなく、且つ
１に可及的に近い値となるように速度条件と時定数とを
調節、決定する過程を示している。このとき、最初の速
度条件と時定数とは前述した理論速度と理論時定数とを
初期値として演算をスタートさせることは当然である。
そして、その初期値の下で負荷トルクと駆動モータの最
大出力トルクとの比率値が１ないし１に近い値であれ
ば、第１のロボット腕16は、その初期設定された理論速
度条件と理論時定数とに基づいて作動されることとな
る。他方、比率値が１を越えていたときは、予め、実験
的に定められた第４図のパラメータテーブルにおける可
変条件の例えば、条件（Ａ）を選択して再度、比率値の
計算を遂行し、値１に対する大小の判断を行って、第１
のロボット腕16がその対応の駆動モータM1で動作する際
の最適の速度条件と時定数とを決定するのである。勿
論、条件（Ａ）でも比率値が１を越えるときは、条件を
（Ｂ）またはその他の条件に変更して順次に判断を繰り
返すのである。なお、条件（Ａ）の時定数t1は、理論時
定数からt1秒時定数を大きな値に緩和し、また速度条件
は理論速度の値の0.5倍に速度条件を緩和することを意
味しており、他の条件（Ｂ）〜（Ｇ）における時定数
（t2〜t4、０）と速度条件（×0.5、×0.6、×0.8等）
も同様の意味を有している。
第１のロボット腕16に関する最適速度条件と時定数の
決定が終わると、第２のロボット腕18とその対応の駆動
モータM2に関して、上記の第１ロボット腕16と同様にし
て最適の速度条件と時定数との調節、選定過程が第３図
の過程（２）、（３）で示すように遂行される。そし
て、第２ロボット腕18に関する最適速度条件と時定数と
の調節、選定が終了すると、次にロボット手首20とその
対応の駆動モータM3に関して同様に過程（４）〜（７）
で示すように最適速度条件と時定数との調節、選定が遂
行される。ここで、ロボット手首20は、第１、第２のロ
ボット腕16、18の夫々の動作からトルク干渉を受けるか
ら、最適速度条件と時定数の調節、選定には多数の過程
（４）〜（７）を要することを、第３図は示している。
同様の意味で第２のロボット腕18の調節、選定過程は、
第１のロボット腕16の調節、選定過程より多くなること
が予想されるのである。以上のようにして、ロボット10
が備える各々のロボット可動部に就き、それが、他のロ
ボット可動部の動作により、トルク干渉をうけるときに
は、上述の最適速度条件と時定数との調節、決定を行っ
た上で、選定され最適速度条件と最適時定数とにより、
夫々の駆動モータM1〜M3を駆動して各ロボット可動部を
移動動作させる指令を第１図に示したサーボ装置50に送
出するのである。なお、例えはロボット手首20が駆動モ
ータにより、上下に可動な構造を備えていても、その上
下駆動用モータは他のロボット可動部が旋回動作するこ
とにより、直接トルク干渉は受けないから、そのような
駆動モータによる手首の上下動作に関しては、本発明に
よる最適移動制御方式の適用は不要となる。
決定が終わると、第２のロボット腕18とその対応の駆動
モータM2に関して、上記の第１ロボット腕16と同様にし
て最適の速度条件と時定数との調節、選定過程が第３図
の過程（２）、（３）で示すように遂行される。そし
て、第２ロボット腕18に関する最適速度条件と時定数と
の調節、選定が終了すると、次にロボット手首20とその
対応の駆動モータM3に関して同様に過程（４）〜（７）
で示すように最適速度条件と時定数との調節、選定が遂
行される。ここで、ロボット手首20は、第１、第２のロ
ボット腕16、18の夫々の動作からトルク干渉を受けるか
ら、最適速度条件と時定数の調節、選定には多数の過程
（４）〜（７）を要することを、第３図は示している。
同様の意味で第２のロボット腕18の調節、選定過程は、
第１のロボット腕16の調節、選定過程より多くなること
が予想されるのである。以上のようにして、ロボット10
が備える各々のロボット可動部に就き、それが、他のロ
ボット可動部の動作により、トルク干渉をうけるときに
は、上述の最適速度条件と時定数との調節、決定を行っ
た上で、選定され最適速度条件と最適時定数とにより、
夫々の駆動モータM1〜M3を駆動して各ロボット可動部を
移動動作させる指令を第１図に示したサーボ装置50に送
出するのである。なお、例えはロボット手首20が駆動モ
ータにより、上下に可動な構造を備えていても、その上
下駆動用モータは他のロボット可動部が旋回動作するこ
とにより、直接トルク干渉は受けないから、そのような
駆動モータによる手首の上下動作に関しては、本発明に
よる最適移動制御方式の適用は不要となる。
以上の説明から理解できるように、本発明によれば、
産業用多関節型ロボットの複数のロボット可動部を駆動
モータで駆動して移動動作させる際に、各動作毎にその
動作の遂行に先立って最適の速度条件と時定数とを調
節、選定し、駆動モータがその略最大出力トルクを発生
して対応のロボット駆動部を駆動し得るようにしたか
ら、夫々のロボット可動部は、常に、駆動モータの略最
大出力トルクを受けて動作することになり、従って、ト
ルク干渉を受けても、そのトルク干渉条件下で最も効率
良く、移動動作を達成でき、故に動作の高速性が確保で
き、究極的には、ロボット作業の高速化が可能となる効
果を得ることができる。なお、動作の都度、その動作条
件下で駆動モータが発揮できる最大出力トルクでロボッ
ト可動部が動作することは、理想的な動作速度で移動し
ていることを意味し、故にロボット先端の位置間の移動
変位の精度も高レベルに維持し得る利点がある。
産業用多関節型ロボットの複数のロボット可動部を駆動
モータで駆動して移動動作させる際に、各動作毎にその
動作の遂行に先立って最適の速度条件と時定数とを調
節、選定し、駆動モータがその略最大出力トルクを発生
して対応のロボット駆動部を駆動し得るようにしたか
ら、夫々のロボット可動部は、常に、駆動モータの略最
大出力トルクを受けて動作することになり、従って、ト
ルク干渉を受けても、そのトルク干渉条件下で最も効率
良く、移動動作を達成でき、故に動作の高速性が確保で
き、究極的には、ロボット作業の高速化が可能となる効
果を得ることができる。なお、動作の都度、その動作条
件下で駆動モータが発揮できる最大出力トルクでロボッ
ト可動部が動作することは、理想的な動作速度で移動し
ていることを意味し、故にロボット先端の位置間の移動
変位の精度も高レベルに維持し得る利点がある。
第１図は、本発明による最適移動制御方式が適用される
産業用多関節ロボットの一例とその動作制御機構の全体
構成を示した略示機構図であり、第２図はロボット可動
部の各駆動モータに掛かる負荷トルクと、各々の駆動モ
ータが出力可能な最大トルクとの算出過程を示したブロ
ック図、第３図は、速度条件および時定数の決定演算過
程を説明するフローチャート、第４図は、速度条件と時
定数とを可変制御するための可変条件として記憶される
パラメターテーブルを示した図。 10……ロボット、 16……第１のロボット腕、 18……第２のロボット腕、 20……ロボット手首、 30……ロボット制御装置、 32……演算処理装置、 34……記憶装置、 36、38、40、42……第１〜第４メモリー手段、 M1〜M3……駆動モータ。
産業用多関節ロボットの一例とその動作制御機構の全体
構成を示した略示機構図であり、第２図はロボット可動
部の各駆動モータに掛かる負荷トルクと、各々の駆動モ
ータが出力可能な最大トルクとの算出過程を示したブロ
ック図、第３図は、速度条件および時定数の決定演算過
程を説明するフローチャート、第４図は、速度条件と時
定数とを可変制御するための可変条件として記憶される
パラメターテーブルを示した図。 10……ロボット、 16……第１のロボット腕、 18……第２のロボット腕、 20……ロボット手首、 30……ロボット制御装置、 32……演算処理装置、 34……記憶装置、 36、38、40、42……第１〜第４メモリー手段、 M1〜M3……駆動モータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安村 充弘 東京都日野市旭が丘３丁目５番地１ ファ ナック株式会社商品開発研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−114317（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−80706（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−159391（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】複数のロボット可動部が互いに関節結合さ
れると共に複数の駆動モータを備え、各駆動モータは対
応の各可動部を作動させるように設けられ、前記各可動
部の総合動作に基づいてロボット先端を次々の目的位置
へ移動させる産業用多関節ロボットの移動制御方式にお
いて、 予めロボット制御装置の記憶部にロボット先端に負荷さ
れる負荷ワーク条件及び前記夫々の可動部の位置変位条
件、理論速度条件、理論時定数の４条件を設定し、 前記複数のロボット可動部の各部の作動に従ってロボッ
ト動作範囲の一位置から他の位置に前記ロボット先端を
移動する動作毎に、その動作における前記複数のロボッ
ト可動部の各駆動モータに掛かるモータ間の干渉トルク
をも含めた負荷トルクを前記記憶部に設定された前記４
条件の関数として算出し、また、前記各駆動モータが出
力可能な最大トルクを前記夫々の可動部の理論速度条件
の所定関数として前記ロボット制御装置の演算制御手段
により算出し、 算出された前者の負荷トルクに対する後者の最大トルク
の絶対値比を求め、 該絶対値比が可及的に１を越えることなくかつ、１に近
い値となるように前記複数のロボット可動部の前記各駆
動モータに関して速度条件と時定数とを夫々、前記記憶
部に予め記憶させた速度条件および時定数の可変条件に
従って変更させながら前記理論速度条件と理論時定数か
ら演算を繰り返して該各駆動モータの最適速度条件と最
適時定数とに調節し、 その調節した最適の速度条件と時定数とに基づいて前記
各駆動モータを作動させ、 前記ロボット可動部の各々の作動が、常に対応の駆動モ
ータの最大トルク出力で遂行されるようにして、前記ロ
ボット先端を順次の位置に高速移動させるようにしたこ
とを特徴とした産業用多関節ロボットの最適移動制御方
式。 - 【請求項２】前記予め記憶部に記憶させた速度条件およ
び時定数の可変条件は、前記理論速度条件を１とした比
率値として、叉前記理論時定数に対する時間増分値とし
て、予め前記記憶部にテーブルとして記憶して、読み出
すようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第1.に記
載の産業用多関節ロボットの最適移動制御方式。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62161120A JPH0820893B2 (ja) | 1987-06-30 | 1987-06-30 | 産業用多関節ロボットの最適移動制御方式 |
| PCT/JP1988/000656 WO1989000305A1 (fr) | 1987-06-30 | 1988-06-30 | Procede permettant d'optimiser le fonctionnement d'un robot industriel articule |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62161120A JPH0820893B2 (ja) | 1987-06-30 | 1987-06-30 | 産業用多関節ロボットの最適移動制御方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS647105A JPS647105A (en) | 1989-01-11 |
| JPH0820893B2 true JPH0820893B2 (ja) | 1996-03-04 |
Family
ID=15728982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62161120A Expired - Lifetime JPH0820893B2 (ja) | 1987-06-30 | 1987-06-30 | 産業用多関節ロボットの最適移動制御方式 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0820893B2 (ja) |
| WO (1) | WO1989000305A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016008360B4 (de) | 2015-07-17 | 2018-12-27 | Fanuc Corporation | Verfahren zum steuern eines roboters mit hand zum greifen von zwei werkstücken und robotersteuervorrichtung |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0796192B2 (ja) * | 1988-12-01 | 1995-10-18 | 株式会社クボタ | 収穫作業機の多関節型アームの伸縮制御装置 |
| US5779829A (en) * | 1995-08-24 | 1998-07-14 | The Goodyear Tire & Rubber Company | Pneumatic tire having a single carcass ply reinforced with metallic cords, a high ending ply, turnup and locked bead construction |
| JPH11277468A (ja) * | 1998-03-30 | 1999-10-12 | Denso Corp | ロボットの制御装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61114317A (ja) * | 1984-11-08 | 1986-06-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 産業用ロボツトの教示方法 |
| JPH0677910B2 (ja) * | 1984-12-28 | 1994-10-05 | ソニー株式会社 | 産業用ロボツトの制御方法 |
| JPS6280706A (ja) * | 1985-10-04 | 1987-04-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ロボツトの位置制御方法 |
| JPS62143104A (ja) * | 1985-12-17 | 1987-06-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ロボツトの位置制御方法 |
-
1987
- 1987-06-30 JP JP62161120A patent/JPH0820893B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1988
- 1988-06-30 WO PCT/JP1988/000656 patent/WO1989000305A1/ja not_active Ceased
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016008360B4 (de) | 2015-07-17 | 2018-12-27 | Fanuc Corporation | Verfahren zum steuern eines roboters mit hand zum greifen von zwei werkstücken und robotersteuervorrichtung |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1989000305A1 (fr) | 1989-01-12 |
| JPS647105A (en) | 1989-01-11 |
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