JPH0916229A

JPH0916229A - 産業用ロボット

Info

Publication number: JPH0916229A
Application number: JP7163694A
Authority: JP
Inventors: Masuo Kasai; 増雄笠井; Takahiko Kondo; 隆彦近藤; Noriaki Miyazaki; 典明宮崎; Mayuko Fujito; 真由子藤戸
Original assignee: Shin Meiva Industry Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 1995-06-29
Filing date: 1995-06-29
Publication date: 1997-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】位置補償の即応性と動作安定性とを両立させ
る。【構成】多関節アームを有する産業用ロボットにおい
て、移動開始時は、位置制御サーボ系Ｓｂ１〜Ｓｂ６と
ロボット軌道計算部２１との間の時間遅れ調整部Ｔｃ１
〜Ｔｃ６により、多関節アームの複数の関節動作の応答
時間のうち相対的に速い応答時間の関節の動作目標値を
予め設定された時間遅れ分だけ遅延させて出力し、各関
節相互の応答時間のずれを補償する。また、位置制御サ
ーボ系Ｓｂ１〜Ｓｂ６において、関節動作が停止してい
るときは小さい積分時定数を選択して全体の積分動作を
速めることで摩擦の影響を短時間で補償する。一方、関
節動作が停止していないときは大きい積分時定数を選択
しつつ、速度偏差を積分演算して駆動力を決定すること
で、静止摩擦がかかったときの駆動圧力を増大し、動作
を安定化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の位置制御サーボ
軸で構成される高精度な多関節アーム型産業用ロボット
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に産業用ロボットは、大きなエネル
ギーを必要とし、かつ物体の位置、方位、姿勢等を正確
に制御する必要があり、このため、複数の位置制御サー
ボ軸で構成されるサーボ制御方式のものが使用されるこ
とが多い。しかしながら、複数の位置制御サーボ軸で構
成されるロボットを用いて円等の滑らかな軌道上を移動
させようとした場合、高い軌道精度を確保する上で、次
の（１），（２）の２つの問題がある。

【０００３】（１）各サーボ系の応答時間遅れ特性が
異なるために、各サーボ軸の位相関係にくるいが生じる
ことがある。この応答遅れがサーボ軸毎に異なって生じ
ると、軌道の形が指令値と大きく違ってくる。例えば、
ＸＹ直交座標系のロボットで、Ｘサーボ軸に正弦波状の
運動をさせ、Ｙサーボ軸に余弦波状の運動をさせると、
ロボットの総合的な運動は円軌道を描くはずであるが、
上述のようにいずれか一方のサーボ軸の運動に時間的な
遅れが生じると、総合的な運動は真円ではなく楕円にな
ってしまう。

【０００４】（２）機構系の摩擦のために各位置制御
サーボ軸が指令値通りに移動しないことがある。例え
ば、ＸＹ直交座標系のロボットで円軌道を描かせた場
合、Ｘ軸方向についてロボットの移動方向が反転する場
所が２箇所発生する。また、Ｙ軸方向についてもロボッ
トの移動方向が反転する場所が２箇所発生する。すなわ
ち、合計４箇所で、ロボットの移動方向が反転すること
になる。そこでは、静止摩擦のために、移動方向の反転
するサーボ軸のみが、しばらくの間動けなくなる。しか
しながら、その間、他のサーボ軸は移動を続けるため、
この付近の区間では滑らかな円軌道にはならず、軸に平
行な直線で描かれる、といった事態が生じる。

【０００５】これらの問題点に対し、次に説明する第１
の従来例および第２の従来例のように、位置制御サーボ
の内部に積分制御を用いることで、上述の（１），
（２）の影響を低減する試みが行われている。

【０００６】｛第１の従来例｝第１の従来例は、図１１
のような油圧式加振装置であって、サーボ増幅器１と、
このサーボ増幅器１に接続し且つ加圧源２に連通するサ
ーボ弁３と、このサーボ弁３に連動するピストンを内臓
するシリンダ４と、そのピストン５に連動する振動テー
ブル６を備えている。そして、サーボ増幅器１の入力側
に多重積分補償回路７を設け、ピストン５および振動テ
ーブル６の変位量等を変位計８で測定し、この測定結果
をフィードバック補償回路９ａ，９ｂを通じて多重積分
補償回路７とサーボ増幅器１との間の系路にフィードバ
ックするよう構成されたものである（特開昭６０−１３
６６０２号公報参照）。

【０００７】かかる構成により、負荷特性の影響による
加振装置に作用する外乱の影響を補償し、入力波形の誤
差を低減できる。

【０００８】｛第２の従来例｝第２の従来例は、図１２
の如く、入力される目標値に基づいて動作する制御対象
１１から出力される変数が、フィードバックループによ
って帰還され、当該帰還された変数と、先に入力された
目標値とに基づいて、制御値を固定小数点形式で積分演
算するデジタルサーボ制御装置である。なお、図１２
中、符号１２はフィードバック演算範囲のスケールをス
ケール設定手段、符号１３はスケール調整手段、符号１
５はスケール復帰手段、符号１４は制御値を補償演算す
る補償手段１４である（特願平５−２５００３９号公報
参照）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】第１の従来例および第
２の従来例では、ある程度の誤差を低減することが可能
ではあるが、摩擦の影響が極めて大きい場合、摩擦の影
響を即応性良く補償すると、産業用ロボットの安定動作
に支障をきたすおそれがある。すなわち、摩擦の影響を
減らすために積分の効果を高めると、サーボ系の過渡応
答特性が不安定になり、故に、補償の即応性と動作安定
性とを両立させることが困難であった。

【００１０】本発明は、上記課題に鑑み、補償の即応性
と動作安定性とを両立させ得る高精度な産業用ロボット
を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、複数の関節を有する多関節アームと、前記多関節ア
ームの各関節角度の動作目標値を指示する目標指示手段
と、前記目標指示手段からの前記各動作目標値を一旦格
納した後に前記多関節アームの複数の関節動作の応答時
間のうち相対的に速い応答時間の関節の前記動作目標値
を予め設定された時間遅れ分だけ遅延させて出力するこ
とで各関節相互の応答時間のずれを補償する時間遅れ調
整手段と、前記時間遅れ調整手段から与えられた前記各
動作目標値と、当該各動作目標値に基づく各関節動作か
ら得られた帰還変数とに基づいて当該関節動作に対する
制御値を演算するサーボ系と、を備える。

【００１２】請求項２に記載の発明は、複数の関節を有
する多関節アームと、前記多関節アームの各関節角度に
関する各動作目標値を指示する目標指示手段と、前記各
動作目標値と、当該各動作目標値に基づいて行われる各
関節動作から得られた帰還変数とに基づいて当該関節動
作に対する制御値を演算するサーボ系と、を備える。

【００１３】そして、前記サーボ系は、前記時間遅れ調
整手段で補償された前記各動作目標値と、当該各動作目
標値に基づく各関節動作から得られた帰還変数とに基づ
いて各関節動作の位置偏差をなくすための速度偏差を求
める速度偏差演算手段と、前記関節動作が停止している
ときは第１の積分時定数を選択し前記関節動作が停止し
ていないときは前記第１の積分時定数より大きい第２の
積分時定数を選択する時定数選択手段と、前記時定数選
択手段で選択されたいずれかの積分時定数を用いて前記
速度偏差を積分演算する積分演算手段と、前記積分演算
手段で演算された結果と前記各関節の速度とに基づいて
各関節に与えるべき駆動力を求める駆動制御手段と、を
備える。

【００１４】

【作用】請求項１に記載の発明では、目標指示手段から
の各動作目標値を時間遅れ調整手段に一旦格納した後、
多関節アームの複数の関節動作の応答時間のうち相対的
に速い応答時間の関節の動作目標値を予め設定された時
間遅れ分だけ遅延させて出力する。これにより、各関節
相互の応答時間のずれを補償できるので、予定する作業
軌道からのずれを飛躍的に低減できる。

【００１５】請求項２に記載の発明では、サーボ系にお
いて、速度偏差演算手段によって、各関節動作の位置偏
差をなくすための速度偏差を求めた後、時定数選択手段
によって、関節動作が停止しているときは第１の積分時
定数を選択し、関節動作が停止していないときは第１の
積分時定数より大きい第２の積分時定数を選択し、選択
されたいずれかの積分時定数を用いて積分演算手段が適
正な制御信号を演算する。これにより、移動開始時につ
いては、相対的に小さい第１の積分時定数を用いて全体
の積分動作を速めることで静止摩擦の影響を短時間で補
償する一方、移動中については、相対的に大きい第２の
積分時定数を用いて穏やで安定的な駆動を行うことがで
きる。したがって、補償の即応性と動作安定性とを容易
に両立させることができる。

【００１６】特に、関節動作の停止の可否による駆動切
り替えを、数値積分利得の切り替えではなく、積分時定
数の切り替えによって行っているので、切り替えに際し
て積分結果が不連続に変化するのを防止でき、各関節の
移動開始から停止まで動作の連続性を確保でき、安定動
作が可能となる。

【００１７】

【実施例】

｛第１の実施例｝図１は本発明の第１の実施例の産業用
ロボットを示す図である。本実施例の産業用ロボット
は、積分補償の即応性が要求される移動開始時には、積
分器の時定数を小さくし、移動中は、安定性を重視して
積分時定数を大きな値に切り替えることで、補償の即応
性と動作安定性とを両立させるものである。すなわち、
移動開始時については、応答時間遅れの違いをなくすた
めに、位置サーボ系とロボット軌道計算部との間で時間
遅れ調整を行ってすべてのサーボ系の時間応答を一致さ
せるとともに、全体の積分動作を速めることで静止摩擦
の影響を短時間で補償し、一方、移動中については、積
分器の時定数をサーボ系の移動速度に応じて変更するこ
とで動作を安定化させるものである。以下、本実施例の
産業用ロボットの具体的な構成および動作を説明する。

【００１８】＜構成＞本実施例の産業用ロボットは、図
１の如く、６個の関節Ｊｔ１〜Ｊｔ６を有する６軸多関
節アーム型産業用ロボットである。多関節アーム２０ａ
の各関節Ｊｔ１〜Ｊｔ６は、基軸Ｒｄ０および第１軸Ｒ
ｄ１〜第６軸Ｒｄ６を夫々連結するものである。ここ
で、基軸Ｒｄ０はロボット本体２０に取り付けられる。
また第６軸Ｒｄ６の先端はロボット手先部Ａｍが形成さ
れており、所望の軌道を描いて作業を行うエンドエフェ
クタ（図示せず）が取り付けられる。また、第１の関節
Ｊｔ１、第４の関節Ｊｔ４および第６の関節Ｊｔ６は、
いずれも同一軸回転運動を行う機構であり、第２の関節
Ｊｔ２、第３の関節Ｊｔ３および第５の関節Ｊｔ５は、
いずれも直交軸旋回運動を行う機構である。

【００１９】各関節Ｊｔ１〜Ｊｔ６の回転動作または旋
回動作は、図２の如く、夫々対応付けられた６個の摩擦
補償位置制御サーボ系Ｓｂ１〜Ｓｂ６によって行われ
る。各摩擦補償位置制御サーボ系Ｓｂ１〜Ｓｂ６は、基
本的には、ロボット軌道計算部（目標指示手段）２１で
演算された関節角度指令値Ｃｄ１〜Ｃｄ６に基づいて動
作する。ただし、全軸Ｒｄ１〜Ｒｄ６についての相互の
応答時間遅れの違いをなくすために、ロボット軌道計算
部２１と摩擦補償位置制御サーボ系Ｓｂ１〜Ｓｂ６の間
には、時間遅れ調整部（時間遅れ調整手段）Ｔｃ１〜Ｔ
ｃ６が夫々介在されている。

【００２０】ロボット軌道計算部２１は、所望の作業に
関するロボット手先部Ａｍの位置と姿勢の軌道を、座標
変換マトリクス等を用いて、６個の関節Ｊｔ１〜Ｊｔ６
の関節角度指令値Ｃｄ１〜Ｃｄ６に変換するものであっ
て、かかる計算結果は、所定の演算周期Ｔｓ（例えば１
ｍｓ）毎に出力される。

【００２１】時間遅れ調整部Ｔｃ１〜Ｔｃ６は、ロボッ
ト軌道計算部２１からの関節角度指令値Ｃｄ１〜Ｃｄ６
について、各軸Ｒｄ１〜Ｒｄ６のサーボ系の応答遅れを
補償し、補償後角度指令値Ｃｅ１〜Ｃｅ６を出力する。
具体的には、サーボ系全体の時間遅れを一致させるため
に、各軸Ｒｄ１〜Ｒｄ６に入力される関節角度指令値Ｃ
ｄ１〜Ｃｄ６を各軸Ｒｄ１〜Ｒｄ６の応答時間遅れに応
じて、所定の演算周期Ｔｓ（１ｍｓ）の整数倍だけ遅延
させてから、補償後角度指令値Ｃｅ１〜Ｃｅ６として出
力する。

【００２２】例えば、関節角度指令値Ｃｄ１〜Ｃｄ６に
対して摩擦補償位置制御サーボ系Ｓｂ１〜Ｓｂ６の応答
時間遅れが図３のようになっているとする。ここでは、
第２軸Ｒｄ２の応答時間遅れ（２５ｍｓ）が最も大き
い。このことを考慮し、かかる最大応答時間遅れ（２５
ｍｓ）と各軸Ｒｄ１〜Ｒｄ６の応答時間遅れ（２０ｍ
ｓ，２５ｍｓ，１８ｍｓ，１５ｍｓ，１０ｍｓ，７ｍ
ｓ）との差（５ｍｓ，０ｍｓ，７ｍｓ，１０ｍｓ，１５
ｍｓ，１８ｍｓ）を演算し、これを時間遅れ設定のパラ
メータとして、各軸Ｒｄ１〜Ｒｄ６の応答時間遅れに加
算することで、すべてのサーボ系の合計応答遅れ時間を
２５ｍｓとする。

【００２３】ここで、各時間遅れ調整部Ｔｃ１〜Ｔｃ６
の動作原理図を図４に示す。ここでは、計算機内の夫々
異なるアドレス（第１〜第ｎのアドレス）のｎ個の記憶
領域からなるリングバッファを用いている。ロボット軌
道計算部２１からの関節角度指令値Ｃｄ１〜Ｃｄ６は、
Ｔｓ時間ごとに第１の記憶アドレス領域から順番に第ｎ
の記憶アドレス領域まで書き込まれる。リングバッファ
の終端である第ｎの記憶アドレス領域まで書き込まれる
と、再び第１の記憶アドレス領域から書き込まれるよう
に構成されている。そして、時間遅れ調整部Ｔｃ１〜Ｔ
ｃ６での時間遅れ設定量がｍ×Ｔｓの場合には、書き込
まれた記憶アドレスのｍ個前のリングバッファ位置から
読み出された値が補償後角度指令値Ｃｅ１〜Ｃｅ６とし
て時間遅れ調整部Ｔｃ１から出力されるように構成され
ている。なお、リングバッファを構成する個数であるｎ
の値は、必要な最大時間遅れ設定値を実現するために十
分な大きさで決められる。本実施例の場合は、必要な最
大時間遅れ設定値が図３のように１８×Ｔｓ時間である
ので、ｎの値は１９以上にとる必要がある。

【００２４】各摩擦補償位置制御サーボ系Ｓｂ１〜Ｓｂ
６は、等価ブロックで表すと、図５のようになる。図５
において、「１／ｓ」は積分機能を司るブロックを示し
ている。図５中のサーボ系機構部Ｓｔは、通常のモータ
で駆動される典型的な機構を等価的に表したモデルであ
って、各関節Ｊｔ１〜Ｊｔ６の回転または旋回用のモー
タ（図示せず）の駆動電流Ｄｔ００が与えられると、モ
ータのトルク定数Ｋｔに比例したトルクＤｔ０１から摩
擦Ｄｔ０２が減算されたトルクＤｔ０３がサーボ系機構
部Ｓｔの等価イナーシャ（１／Ｊ）に加わり、所定の機
構は速度Ｄｔ０４で移動して、各軸Ｒｄ１〜Ｒｄ６を所
望の位置に配置させるとともに、その位置信号Ｄｔ０５
が出力される。

【００２５】そして、各摩擦補償位置制御サーボ系Ｓｂ
１〜Ｓｂ６は、時間遅れ調整部Ｔｃ１〜Ｔｃ６からの目
標位置信号Ｄｔ０６とサーボ系機構部Ｓｔからの実際の
位置信号Ｄｔ０５との差を演算してその結果を位置偏差
信号Ｄｔ０７として出力する第１の加減演算子３１と、
位置偏差信号Ｄｔ０７を位置制御利得としてＫｐ倍に増
幅して速度指令信号Ｄｔ０８として出力する増幅演算子
３２と、速度指令信号Ｄｔ０８と実際の速度Ｄｔ０４と
の差を演算してその結果を速度偏差信号（速度制御パラ
メータ）Ｄｔ０９とする第２の加減演算子３３と、速度
偏差信号Ｄｔ０９を数値積分（１／Ｓ）して積分信号Ｄ
ｔ１２とする積分演算子（積分演算手段）３４と、機構
速度Ｄｔ０４が「０（すなわち機構が停止している）」
であるか否かによって数値積分時の積分時定数をＴ₁と
Ｔ₂に切り替える時定数切り替えスイッチ（時定数選択
手段）Ｓｗと、機構速度Ｄｔ０４をＫｖ倍して安定化フ
ィードバック信号Ｄｔ１３を生成する安定化パラメータ
３５と、積分演算子３４からの積分信号Ｄｔ１２と安定
化パラメータ３５からの安定化フィードバック信号Ｄｔ
１３の差信号Ｄｔ１４を求める第３の加減演算子３６
と、第３の加減演算子３６からの出力値Ｄｔ１４を与え
てモータ駆動電流Ｄｔ００としてサーボ系機構部Ｓｔに
出力するモータ駆動ドライバＤｖ（駆動制御手段：利得
Ｋｉ）と、を備える。

【００２６】ここで、両積分時定数Ｔ₁，Ｔ₂の間には、
Ｔ₁＜Ｔ₂の関係があり、機構速度Ｄｔ０４が「０」のと
き（すなわち機構が停止しているとき）には、時定数切
り替えスイッチＳｗは信号Ｄｔ１０（時定数Ｔ₁）側を
選択し、一方、機構速度Ｄｔ０４が「０」以外のときに
は、切り替えスイッチＳｗは信号Ｄｔ１１（時定数
Ｔ₂）側を選択する。

【００２７】また、第１の加減演算子３１、増幅演算子
３２および第２の加減演算子３３は、目標位置信号Ｄｔ
０６、速度Ｄｔ０４および位置信号Ｄｔ０５に基づいて
各関節Ｊｔ１〜Ｊｔ６の動作の位置偏差をなくすための
速度偏差を求める速度偏差演算手段として機能するもの
である。

【００２８】なお、ロボット軌道計算部２１、時間遅れ
調整部Ｔｃ１〜Ｔｃ６および摩擦補償位置制御サーボ系
Ｓｂ１〜Ｓｂ６は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を備
える一般的なコンピュータが使用され、その演算動作は
すべて予め格納されたソフトウェアによって実行される
ものである。

【００２９】＜動作＞上記構成の産業用ロボットの動作
を説明する。プレイバック作業時には、まず、直交座標
系で教示されて随時記憶されるロボット手先部Ａｍの位
置と姿勢の軌道が、ロボット軌道計算部２１で６個の関
節Ｊｔ１〜Ｊｔ６の関節角度に関する指令値（以後、関
節角度指令値と称す）Ｃｄ１〜Ｃｄ６として変換され
る。かかる計算結果は、所定の演算周期Ｔｓ（例えば１
ｍｓ）毎に出力される。

【００３０】時間遅れ調整部Ｔｃ１〜Ｔｃ６は、サーボ
系全体の時間遅れを一致させるために、各軸に入力され
る関節角度指令値Ｃｄ１〜Ｃｄ６を各軸の応答時間遅れ
に応じて、所定の演算周期Ｔｓ（１ｍｓ）の整数倍だけ
遅らせて補償後角度指令値Ｃｅ１〜Ｃｅ６として出力す
る。具体的には、図４の如く、ロボット軌道計算部２１
からの関節角度指令値Ｃｄ１〜Ｃｄ６は、Ｔｓ時間ごと
に第１の記憶アドレス領域から順番に第ｎの記憶アドレ
ス領域まで書き込まれ、リングバッファの終端である第
ｎの記憶アドレス領域まで書き込まれると、再び第１の
記憶アドレス領域から書き込まれる。ここで、関節角度
指令値Ｃｄ１〜Ｃｄ６に対して摩擦補償位置制御サーボ
系Ｓｂ１〜Ｓｂ６の応答時間遅れが図３のようになって
いた場合、（１）第１軸時間遅れ調整部Ｔｃ１では、
時刻０で第１の記憶アドレス領域に第１の関節角度指令
値Ｃｄ１の書き込みを行い、次いで時刻がＴｓ時間だけ
進行する度に次段の記憶アドレス領域に順次書き込みを
行う。そして、５×Ｔｓ（すなわち５ｍｓ）時間後に
は、第６の記憶アドレス領域に書き込みを行うと同時
に、第１の記憶アドレス領域のデータを読み出し、第１
の補償後角度指令値Ｃｅ１として出力する。その後、書
き込みは第７の記憶アドレス領域から、読み出しは第２
の記憶アドレス領域から、夫々順次左回りにデータアク
セスを行う。そうすると、書き込みから読み出しまでの
間に５×Ｔｓ（すなわち５ｍｓ）時間の時間差が生じる
ことになる。

【００３１】（２）第２軸時間遅れ調整部Ｔｃ２で
は、時刻０で第１の記憶アドレス領域に第２の関節角度
指令値Ｃｄ１の書き込みを行った後、すぐに当該第１の
記憶アドレス領域のデータを読み出して、第２の補償後
角度指令値Ｃｅ２として出力する。その後、順次、左回
りに記憶アドレス領域に書き込んでからすぐに読み出し
を行っていく。そうすると、書き込みから読み出しまで
の間に時間差がなくなる。

【００３２】（３）第３軸時間遅れ調整部Ｔｃ３で
は、時刻０で第１の記憶アドレス領域に第３の関節角度
指令値Ｃｄ３の書き込みを行い、次いで時刻がＴｓ時間
だけ進行する度に次段の記憶アドレス領域に順次書き込
みを行う。そして、７×Ｔｓ（すなわち７ｍｓ）時間後
には、第８の記憶アドレス領域に書き込みを行うと同時
に、第１の記憶アドレス領域のデータを読み出し、第３
の補償後角度指令値Ｃｅ３として出力する。その後、書
き込みは第９の記憶アドレス領域から、読み出しは第２
の記憶アドレス領域から、夫々順次左回りにデータアク
セスを行う。そうすると、書き込みから読み出しまでの
間に７×Ｔｓ（すなわち７ｍｓ）時間の時間差が生じる
ことになる。

【００３３】（４）第４軸時間遅れ調整部Ｔｃ４で
は、時刻０で第１の記憶アドレス領域に第４の関節角度
指令値Ｃｄ４の書き込みを行い、次いで時刻がＴｓ時間
だけ進行する度に次段の記憶アドレス領域に順次書き込
みを行う。そして、１０×Ｔｓ（すなわち１０ｍｓ）時
間後には、第１１の記憶アドレス領域に書き込みを行う
と同時に、第１の記憶アドレス領域のデータを読み出
し、第４の補償後角度指令値Ｃｅ４として出力する。そ
の後、書き込みは第１２の記憶アドレス領域から、読み
出しは第２の記憶アドレス領域から、夫々順次左回りに
データアクセスを行う。そうすると、書き込みから読み
出しまでの間に１０×Ｔｓ（すなわち１０ｍｓ）時間の
時間差が生じることになる。

【００３４】（５）第５軸時間遅れ調整部Ｔｃ５で
は、時刻０で第１の記憶アドレス領域に第５の関節角度
指令値Ｃｄ５の書き込みを行い、次いで時刻がＴｓ時間
だけ進行する度に次段の記憶アドレス領域に順次書き込
みを行う。そして、１５×Ｔｓ（すなわち１５ｍｓ）時
間後には、第１６の記憶アドレス領域に書き込みを行う
と同時に、第１の記憶アドレス領域のデータを読み出
し、第５の補償後角度指令値Ｃｅ５として出力する。そ
の後、書き込みは第１７の記憶アドレス領域から、読み
出しは第２の記憶アドレス領域から、夫々順次左回りに
データアクセスを行う。そうすると、書き込みから読み
出しまでの間に１５×Ｔｓ（すなわち１５ｍｓ）時間の
時間差が生じることになる。

【００３５】（６）第６軸時間遅れ調整部Ｔｃ６で
は、時刻０で第１の記憶アドレス領域に第６の関節角度
指令値Ｃｄ６の書き込みを行い、次いで時刻がＴｓ時間
だけ進行する度に次段の記憶アドレス領域に順次書き込
みを行う。そして、１８×Ｔｓ（すなわち１８ｍｓ）時
間後には、第１９の記憶アドレス領域に書き込みを行う
と同時に、第１の記憶アドレス領域のデータを読み出
し、第６の補償後角度指令値Ｃｅ６として出力する。そ
の後、書き込みは第２０の記憶アドレス領域から、読み
出しは第２の記憶アドレス領域から、夫々順次左回りに
データアクセスを行う。そうすると、書き込みから読み
出しまでの間に１８×Ｔｓ（すなわち１８ｍｓ）時間の
時間差が生じることになる。

【００３６】上記動作を図６〜図１０に基づいて詳述す
る。例えば、直交軸（Ｘ−Ｙ）について４５度の直線を
描かせるプロッタ作業を考える。なお、望ましい動作速
度として０．１６７ｍｍ／ｍｓを設定するものとする。
仮に、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の各軸動作が理想的で、
指令値に対する各軸の動きに遅れが全くない場合には、
図６に示した位置指令をＸ軸方向およびＹ軸方向の両サ
ーボ系に同時に与えさえすれば、目的の作業を精度良く
実行するはずである。しかしながら、実際の各軸動作に
は、例えば図３のように遅れが生じる。ここで、Ｘ軸方
向の動作を図３中の第２軸（Ｒｄ２）が、Ｙ軸方向の動
作を同図中の第６軸（Ｒｄ６）が夫々司るとすると、Ｘ
軸方向の応答時間遅れは「２５ｍｓ」、Ｙ軸方向の応答
時間遅れは「７ｍｓ」である。したがって、時間遅れ調
整をしないと仮定した場合に、Ｘ軸方向の実際の動きは
図７の実線のようになり、Ｙ軸方向の実際の動きは図８
の実線のようになる。

【００３７】ここで、本実施例のように、第６軸（Ｒｄ
６）に対する位置指令を図９の破線から実線のように
「１８ｍｓ」だけ遅延させると、Ｙ軸方向の実際の動き
は図１０のようになる。図３では、Ｘ軸方向の第２軸
（Ｒｄ２）の時間遅れ設定は「０」であるため、図８の
実線のままである。したがって、この図７と図１０とを
比較すると、いずれも応答時間遅れは「２５ｍｓ」とな
り、動作開始付近を除いてほぼ同様の動きをすることが
わかる。他の軸についても同様である。かかる動作によ
り、すべてのサーボ系の合計応答遅れ時間は２５ｍｓと
なり、各サーボ系間の応答時間遅れの違いによる軌道精
度の低下は発生しなくなる。

【００３８】次に、図５に示したサーボ系機構部Ｓｔで
は、図示されていないモータに駆動電流Ｄｔ００が与え
られると、モータのトルク定数Ｋｔに比例したトルクＤ
ｔ０１から摩擦Ｄｔ０２が減算されたトルクＤｔ０３が
サーボ系機構部Ｓｔの等価イナーシャＪに加わり、所定
の機構は速度Ｄｔ０４で移動して、その位置がＤｔ０５
となる。

【００３９】この際、時間遅れ調整部Ｔｃ１〜Ｔｃ６か
ら目標位置信号Ｄｔ０６が与えられると、第１の加減演
算子３１は、サーボ系機構部Ｓｔの実際の位置信号Ｄｔ
０５と目標位置信号Ｄｔ０６との差を演算し、これを位
置偏差信号Ｄｔ０７として出力する。位置偏差信号Ｄｔ
０７は、増幅演算子３２において位置制御利得としてＫ
ｐ倍に増幅され、速度指令信号Ｄｔ０８となる。そし
て、第２の加減演算子３３は、速度指令信号Ｄｔ０８と
実際の速度Ｄｔ０４との差を演算し、これを速度偏差信
号Ｄｔ０９とする。

【００４０】この速度偏差信号Ｄｔ０９は、積分演算子
３４によって数値積分されて積分信号Ｄｔ１２となる
が、この際、時定数切り替えスイッチＳｗは、切り替え
信号としての機構速度Ｄｔ０４に基づいて積分時定数を
Ｔ₁とＴ₂のいずれか一方に切り替える。

【００４１】具体的には、両積分時定数Ｔ₁，Ｔ₂の間に
Ｔ₁＜Ｔ₂の関係があり、且つ、機構速度Ｄｔ０４が
「０」のとき（すなわち機構が停止しているとき）に
は、時定数切り替えスイッチＳｗは信号Ｄｔ１０（時定
数Ｔ₁）側につながれ、速度偏差信号Ｄｔ０９は時定数
Ｔ₁で積分されて積分信号Ｄｔ１２となる。したがっ
て、サーボ系機構部Ｓｔが動き始めるまでの機構速度Ｄ
ｔ０４が「０」の段階では、積分時定数Ｔ₁が十分小さ
いので、積分信号Ｄｔ１２は急速に増加して摩擦Ｄｔ０
２の影響を短時間で補償する。

【００４２】そして、サーボ系機構部Ｓｔが動き始めて
機構速度Ｄｔ０４が「０」でなくなると、切り替えスイ
ッチＳｗは信号Ｄｔ１１（時定数Ｔ₂）側に切り替わ
り、速度偏差信号Ｄｔ０９は時定数Ｔ₂で積分されて積
分信号Ｄｔ１２となる。

【００４３】この際、関節動作の停止の可否による積分
信号Ｄｔ１２の切り替えを、数値積分利得の切り替えで
はなく、積分時定数の切り替えによって行っているの
で、切り替えに際して積分結果が不連続に変化するのを
防止でき、各関節の移動開始から停止まで動作の連続性
を確保できる。

【００４４】このとき、機構速度Ｄｔ０４を安定化パラ
メータ３５によってＫｖ倍して安定化フィードバック信
号Ｄｔ１３を生成し、第３の加減演算子３６によって積
分信号Ｄｔ１２と安定化フィードバック信号Ｄｔ１３の
差信号Ｄｔ１４を演算した後、これを利得Ｋｉのモータ
駆動ドライバＤｖに入力する。そして、モータ駆動ドラ
イバＤｖからサーボ系機構部Ｓｔに向けてモータ駆動電
流Ｄｔ００を出力する。

【００４５】ここで、摩擦補償位置制御サーボ系Ｓｂ１
〜Ｓｂ６に対して目標位置信号Ｄｔ０６を入力する。た
だし、サーボ系機構部Ｓｔに摩擦Ｄｔ０２が発生したと
する。このとき、モータ駆動電流Ｄｔ００が流れている
にも関わらず、実効トルクＤｔ０３が「０」となってサ
ーボ系機構部Ｓｔが動かないような状況が起きることが
ある。この場合、位置偏差信号Ｄｔ０７と速度偏差信号
Ｄｔ０９が「０」にならなくなる。そして、速度偏差信
号Ｄｔ０９が、十分に小さい積分時定数Ｔ₂で積分さ
れ、積分信号Ｄｔ１２が次第に大きくなり、それに伴っ
てモータ駆動電流Ｄｔ００も大きくなって摩擦Ｄｔ０２
による実効トルクＤｔ０３の減少を補償し、サーボ系機
構部Ｓｔは動き始める。この積分信号Ｄｔ１２の増加は
最終的に速度偏差信号Ｄｔ０９が「０」になるまで続
く。そして、位置偏差信号Ｄｔ０７が「０」になるまで
サーボ系機構部Ｓｔは動き続ける。

【００４６】以上のように、本実施例では、サーボ系機
構部Ｓｔが動き始めるまでの機構速度Ｄｔ０４が「０」
の段階では、積分時定数Ｔ₁が十分小さいので、積分信
号Ｄｔ１２は急速に増加して摩擦Ｄｔ０２の影響を短時
間で補償する。しかし、このままでは制御系の過渡応答
が不安定になってしまうが、一旦動き始めると、積分時
定数Ｔ₂が位置制御系の応答が安定になるように、Ｔ₁よ
り大きい値に選ばれているので、サーボ系機構部Ｓｔは
目標位置に安定に位置決めされる。

【００４７】ここで、速度Ｄｔ０４に基づく切り替え
は、数値積分利得の切り替えではなく、積分時定数
Ｔ₁，Ｔ₂の切り替えであるため、この切り替えに際して
積分信号Ｄｔ１２が不連続に変化するのを防止できる。
このために、制御系は移動開始から停止まで連続して安
定的に動作する。

【００４８】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、目標指
示手段からの各動作目標値を時間遅れ調整手段に一旦格
納した後、多関節アームの複数の関節動作の応答時間の
うち相対的に速い応答時間の関節の動作目標値を予め設
定された時間遅れ分だけ遅延させて出力することで、各
関節相互の応答時間のずれを補償するよう構成している
ので、全関節動作の応答ずれを緩和でき、予定する作業
軌道からの大幅なずれを防止できる。したがって、軌道
精度を向上できる。

【００４９】請求項２に記載の発明によれば、サーボ系
において、速度偏差演算手段によって、各関節動作の位
置偏差をなくすための速度偏差を求めた後、時定数選択
手段によって、関節動作が停止しているときは第１の積
分時定数を選択し、関節動作が停止していないときは第
１の積分時定数より大きい第２の積分時定数を選択し、
選択されたいずれかの積分時定数を用いて積分演算手段
が適正な制御信号を演算するよう構成しているので、移
動開始時については、相対的に小さい第１の積分時定数
を用いて全体の積分動作を速めることで静止摩擦の影響
を短時間で補償する一方、移動中については、相対的に
大きい第２の積分時定数を用いて穏やで安定的な駆動を
行うことができる。したがって、補償の即応性と動作安
定性とを容易に両立させることができる。

【００５０】特に、関節動作の停止の可否による駆動切
り替えを、数値積分利得の切り替えではなく、積分時定
数の切り替えによって行っているので、切り替えに際し
て積分結果が不連続に変化するのを防止でき、各関節の
移動開始から停止まで動作の連続性を確保でき、安定動
作が可能となるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の産業用ロボットの多関
節アームを示す模式図である。

【図２】本発明の第１の実施例の産業用ロボットのロボ
ット軌道計算部、時間遅れ調整部および摩擦補償位置制
御サーボ系を示すブロック図である。

【図３】本発明の第１の実施例の各軸における応答時間
遅れおよび時間遅れ設定を示す図である。

【図４】本発明の第１の実施例の時間遅れ調整部の動作
原理を示すブロック図である。

【図５】本発明の第１の実施例の摩擦補償位置制御サー
ボ系を示すブロック図である。

【図６】本発明の第１の実施例におけるロボット軌道計
算部からの指令を示す図である。

【図７】本発明の第１の実施例においてロボット軌道計
算部から指令を受けたときのＸ軸方向の位置推移を示す
図である。

【図８】ロボット軌道計算部から指令を受けたときに時
間遅れ調整をしない場合のＹ軸方向の位置推移を示す図
である。

【図９】ロボット軌道計算部から指令を受けたときのＹ
軸方向についての時間遅れ調整を示す図である。

【図１０】本発明の第１の実施例においてロボット軌道
計算部から指令を受けたときに時間遅れ調整をした場合
のＹ軸方向の位置推移を示す図である。

【図１１】第１の従来例の産業用ロボットを示す図であ
る。

【図１２】第２の従来例の産業用ロボットを示す図であ
る。

【符号の説明】

２０ロボット本体２０ａ多関節アーム２１ロボット軌道計算部３１第１の加減演算子３２増幅演算子３３第２の加減演算子３４積分演算子３５安定化パラメータ３６第３の加減演算子Ｓｔサーボ系機構部ＳｗスイッチＤｖモータ駆動ドライバＪ等価イナーシャＡｍロボット手先部Ｊｔ１〜Ｊｔ６関節Ｒｄ０〜Ｒｄ６軸Ｓｂ１〜Ｓｂ６摩擦補償位置制御サーボ系Ｔｃ１〜Ｔｃ６時間遅れ調整部Ｄｔ００モータ駆動電流Ｄｔ０２摩擦Ｄｔ０３実効トルクＤｔ０４機構速度Ｄｔ０５位置信号Ｄｔ０６目標位置信号Ｄｔ０７位置偏差信号Ｄｔ０８速度指令信号Ｄｔ０９速度偏差信号Ｄｔ１２積分信号Ｄｔ１３安定化フィードバック信号Ｄｔ１４差信号Ｔ1，Ｔ2 積分時定数

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤戸真由子兵庫県西宮市田近野町６番107号新明和工業株式会社開発技術本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の関節を有する多関節アームと、前記多関節アームの各関節角度の動作目標値を指示する
目標指示手段と、前記目標指示手段からの前記各動作目標値を一旦格納し
た後に、前記多関節アームの複数の関節動作の応答時間
のうち相対的に速い応答時間の関節の前記動作目標値を
予め設定された時間遅れ分だけ遅延させて出力すること
で、各関節相互の応答時間のずれを補償する時間遅れ調
整手段と、前記時間遅れ調整手段から与えられた前記各動作目標値
と、当該各動作目標値に基づく各関節動作から得られた
帰還変数とに基づいて、当該関節動作に対する制御値を
演算するサーボ系と、を備えることを特徴とする産業用ロボット。
【請求項２】複数の関節を有する多関節アームと、前
記多関節アームの各関節角度に関する各動作目標値を指
示する目標指示手段と、前記各動作目標値と、当該各動作目標値に基づいて行わ
れる各関節動作から得られた帰還変数とに基づいて、当
該関節動作に対する制御値を演算するサーボ系と、を備え、前記サーボ系は、前記時間遅れ調整手段で補償された前記各動作目標値
と、当該各動作目標値に基づく各関節動作から得られた
帰還変数とに基づいて、各関節動作の位置偏差をなくす
ための速度偏差を求める速度偏差演算手段と、前記関節動作が停止しているときは第１の積分時定数を
選択し、前記関節動作が停止していないときは前記第１
の積分時定数より大きい第２の積分時定数を選択する時
定数選択手段と、前記時定数選択手段で選択されたいずれかの積分時定数
を用いて前記速度偏差を積分演算する積分演算手段と、前記積分演算手段で演算された結果と前記各関節の速度
とに基づいて各関節に与えるべき駆動力を求める駆動制
御手段と、を備えることを特徴とする産業用ロボット。