JPH1189291A - モータの加減速制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】既存のロボットコントローラやサーボコントロ
ーラで制御則を変えることなく、振動抑制を可能にす
る。 【解決手段】例えば６軸のロボットの各軸を駆動するス
テッピングモータの加減速制御方法において、加速時間
Ｔａをロボットの応答速度から導かれる最短応答時間以
上とし、減速時間Ｔｒをロボットの固有振動数を基準に
定める。具体的には、減速時間Ｔｒをロボットの固有振
動数で決まる周期Ｔの約４分の２より長く、約４分の３
より短い時間Ｔβに設定することが望ましい。この場
合、設定時間Ｔβにｎ周期分の時間（ｎＴ）を加算した
時間（ｎＴ＋Ｔβ）としてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータの加減速制
御方法に関し、特に、多軸、多関節のロボット等の停止
時の振動抑制を実現する上で好適なモータの加減速制御
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、製品の加工作業や組立作業の効率
化を図るために産業用ロボットが使用されている。従前
は、単純な作業をロボットが行っていたが、最近では、
ロボットの多軸、多関節化が進み、複雑な作業もこなす
ようになってきている。

【０００３】しかし、ロボットを動作させると、該ロボ
ットの駆動力伝達系やアーム機構等の慣性に起因する振
動が発生し、アームを所定位置に整定するまでに多くの
時間がかかるという問題がある。

【０００４】そこで、従来では、前記振動を抑制するた
めに、次に示すような各種方法が提案されている。

【０００５】（１）速度、電流ループやゲイン調整を行
い、振動のないゲインを設定して動作させたり、Ｈイン
フィニティ制御を使用したり（特開平５−３９７９０７
号公報、特開平７−７９５８５号公報参照）、ニューラ
ルネットワークを使用する（特開平６−３５５２５号公
報）ことにより、制御系を安定させることによって振動
の抑制を図る。

【０００６】（２）教示・再生型ロボットにおけるロボ
ットアーム等を駆動する指令信号を平滑化することによ
って、加速度の変化を滑らかにして振動の発生を抑える
（特開平４−３６２７０７号公報）。

【０００７】（３）減速パターンを、ワークの振動を抑
える曲線形状にする（特開平４−４７４１５号公報）。

【０００８】（４）加速度線図上で加速度の差の符号が
反転するときの加速度値を０とする（特開昭６３−１４
１１０９号公報）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
（１）の方法では、既存のモータとアンプで構成された
装置にこれらの制御方式を取り込むことが難しく、製造
コストの高価格化を招くおそれがあり、前記（２）の方
法では、急激な加減速には対応することができず、動作
時間の延長につながるおそれがある。

【００１０】そして、前記（１）〜（４）の方法で共通
している点は、既存のサーボアンプを使用して、加減速
時間を延ばすことなく停止時の振動を抑制することがで
きないということである。

【００１１】本発明はこのような課題を考慮してなされ
たものであり、既存のロボットコントローラやサーボコ
ントローラで制御則を変えることなく、振動抑制を可能
にすることができるモータの加減速制御方法を提供する
ことを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係るモータの加
減速制御方法は、モータの回転軸に連動連結された回転
もしくは直進する軸を有する機械機構におけるモータの
加減速制御方法において、加速時間を前記機械機構の応
答速度から導かれる最短応答時間以上とし、減速時間を
前記機械機構の固有振動数を基準に定める。

【００１３】これにより、まず、加速時間が前記最短応
答時間未満であれば、機械機構が加速し始める前に加速
時間が終了してしまい、機械機構に対して所望の加速制
御を行わせることができない。従って、加速時間を前記
最短応答時間以上に設定することにより、機械機構に対
して所望の加速制御を行わせることができ、機械機構は
前記加速時間の間に所定の速度まで加速される。

【００１４】一方、モータの回転軸に連動連結された回
転もしくは直進する軸を有する機械機構、例えばロボッ
トは、その動作停止時において、ロボットの駆動力伝達
系やアーム機構等の慣性に起因して振動が発生すること
が知られている。この振動を如何に抑制できるかは、減
速段階の制御をどのようにするかによって決定される。
即ち、振動の抑制は減速の計画の依存度が高い。

【００１５】そして、この減速時間を機械機構の固有振
動数を基準にして定めることにより、振動が有効に抑制
されることがわかった。具体的には、前記減速時間を、
前記機械機構の固有振動数で決まる周期の約４分の２よ
り長く、約４分の３より短い時間に設定することが望ま
しい。また、前記減速時間を前記設定時間にｎ周期分の
時間を加算した時間としてもよい。

【００１６】また、前記方法において、加速時に台形制
御による加速を行い、減速時にＳ字制御による減速を行
うようにしてもよい。加速時に台形制御を行うことによ
り、消費電力の低減化を効率よく図ることができ、減速
時にＳ字制御を行うことにより、停止時の振動抑制を更
に有効とすることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るモータの加減
速制御方法を例えば６軸型ロボット（以下、単にロボッ
トと記す）に取り付けられる例えばステッピングモータ
の加減速制御装置に適用した実施の形態例（以下、単に
実施の形態に係る加減速制御装置と記す）を図１〜図１
８Ｂを参照しながら説明する。

【００１８】本実施の形態に係る加減速制御装置１０
は、図１に示すように、ロボットの６軸用のモータ群
（Ｘ軸モータ１２ｘ、Ｙ軸モータ１２ｙ、Ｚ軸モータ１
２ｚ、Ｕ軸モータ１２ｕ、Ｖ軸モータ１２ｖ及びＷ軸モ
ータ１２ｗ）と、前記モータ群をそれぞれ駆動するドラ
イバ群（Ｘ軸ドライバ１４ｘ、Ｙ軸ドライバ１４ｙ、Ｚ
軸ドライバ１４ｚ、Ｕ軸ドライバ１４ｕ、Ｖ軸ドライバ
１４ｖ及びＷ軸ドライバ１４ｗ）と、前記ドライバ群を
それぞれ制御するコントローラ群（Ｘ軸コントローラ１
６ｘ、Ｙ軸コントローラ１６ｙ、Ｚ軸コントローラ１６
ｚ、Ｕ軸コントローラ１６ｕ、Ｖ軸コントローラ１６ｖ
及びＷ軸コントローラ１６ｗ）と、加減速制御用のプロ
グラム等が登録されたプログラムＲＯＭ１８と、予め設
定されたデータ等が記憶されたデータＲＯＭ２０と、外
部からのデータや各コントローラで作成されたデータ等
が格納されるＲＡＭ２２と、外部機器（他のコンピュー
タ、入力装置（キーボードやマウス等）２４並びにネッ
トワーク等）に対してデータの入出力を行う入出力ポー
ト２６と、これら各種回路を制御するＣＰＵ（制御装置
及び論理演算装置）２８とを有して構成されている。以
下の説明では、各コントローラ１６内のＣＰＵ５０（図
２参照）と区別するために、この加減速制御装置１０に
おけるＣＰＵ２８をホストＣＰＵ２８と記す。

【００１９】前記各種回路は、ホストＣＰＵ２８から導
出されたデータバス３０を介して各回路間のデータの受
渡しが行われ、更にホストＣＰＵ２８から導出されたア
ドレスバスや制御バス（共に図示せず）を介してそれぞ
れホストＣＰＵ２８にて制御されるように構成されてい
る。

【００２０】プログラムＲＯＭ１８に登録されている加
減速用プログラムは、マルチタスク方式のプログラム構
成を有し、該加減速用プログラムによって、６軸のモー
タ群に対する加減速処理（正確には各コントローラに対
する信号処理）が見かけ上、同一の時間で行われるよう
になっている。

【００２１】ここで、１つのコントローラ１６、例えば
Ｘ軸コントローラ１６ｘの構成について図２を参照しな
がら説明する。残りのコントローラ（１６ｙ、１６ｚ、
１６ｕ、１６ｖ及び１６ｗ）も同様の構成を有する。

【００２２】前記Ｘ軸コントローラ１６ｘは、図２に示
すように、Ｘ軸モータ１２ｘに対し、加減速用の演算に
よって得られたタイミングで駆動パルスＰを生成し、出
力するための駆動パルス処理手段（駆動パルス処理プロ
グラム）が登録されたプログラムＲＯＭ４０と、予め必
要なデータ等が記憶されたデータＲＯＭ４２と、外部か
らのデータや該コントローラ１６内で作成されたデータ
等が格納されるＲＡＭ４４と、外部機器（ホストＣＰＵ
２８、リミットスイッチ４６、Ｘ軸ドライバ１４ｘ等）
に対してデータの入出力を行う入出力ポート４８と、こ
れら各種回路を制御するＣＰＵ（制御装置及び論理演算
装置）５０とを有して構成されている。

【００２３】前記各種回路は、ＣＰＵ５０から導出され
たデータバス５２を介して各回路間のデータの受渡しが
行われ、更にＣＰＵ５０から導出されたアドレスバスや
制御バス（共に図示せず）を介してそれぞれＣＰＵ５０
にて制御されるように構成されている。

【００２４】ソフトウェアとしての前記駆動パルス処理
手段（駆動パルス処理プログラム）には３つの形態があ
り、第１の形態は、図３Ａに示すように、加速時間Ｔａ
と減速時間Ｔｒとで共に台形制御を行い、第２の形態
は、図３Ｂに示すように、加速時間Ｔａと減速時間Ｔｒ
とで共にＳ字制御を行い、第３の形態は、図３Ｃに示す
ように、加速時間Ｔａで台形制御を行い、減速時間Ｔｒ
でＳ字制御を行う。

【００２５】これらの形態の選択は、例えばオペレータ
が入力装置２４（図１参照）を通じて形態の選択指示を
示す番号を入力することによって行われる。入力された
番号は、一旦、ホストＣＰＵ２８によって処理され、各
コントローラ（１６ｕ〜１６ｚ）に対して形態を示す番
号データとして出力されるようになっている。

【００２６】そして、前記駆動パルス処理手段は、図４
に示すように、ホストＣＰＵ２８からの形態番号データ
Ｄｎを読み出す形態番号読出し手段６０と、ホストＣＰ
Ｕ２８からのロード信号Ｓａの入力に基づいて、ホスト
ＣＰＵ２８から送出される教示データＤｔのうち、加速
時間Ｔａに関する情報Ｄａを読み出す加速時間読出し手
段６２と、前記読み出された加速時間Ｔａに相当する基
準クロック数を計数し、その計数が完了した時点で加速
時間終了パルスＰａを出力する加速用カウンタ６４と、
前記読み出された加速時間Ｔａから加速のための台形制
御に必要なパルスレートＲｔａを作成して加速用テーブ
ル６６に順次展開させる第１の加速用パルスレート作成
手段６８と、前記読み出された加速時間Ｔａから加速の
ためのＳ字制御に必要なパルスレートＲｓａを作成して
加速用テーブル６６に順次展開させる第２の加速用パル
スレート作成手段７０と、これら第１及び第２の加速用
パルスレート作成手段６８及び７０のうち、前記形態番
号読出し手段６０にて読み出された形態番号に対応する
加速用パルスレート作成手段６８又は７０を選択する加
速用セレクタ７２と、前記加速用カウンタ６４からの加
速時間終了パルスＰａの入力に基づいて、予め設定され
た定速時間Ｔｃに相当する基準パルス数を計数し、その
計数が完了した時点で正規の減速開始パルスＰｓを出力
する定速用カウンタ７４と、ホストＣＰＵ２８からのロ
ード信号Ｓａの入力に基づいて、ホストＣＰＵ２８から
送出される教示データＤｔのうち、減速時間Ｔｒに関す
る情報を読み出す減速時間読出し手段７６と、前記読み
出された減速時間Ｔｒに相当する基準クロック数を計数
し、その計数が完了した時点で減速時間終了パルスＰｒ
を出力する減速用カウンタ７８と、前記読み出された減
速時間Ｔｒから減速のための台形制御に必要なパルスレ
ートＲｔｒを作成して減速用テーブル８０に順次展開さ
せる第１の減速用パルスレート作成手段８２と、前記読
み出された減速時間Ｔｒから減速のためのＳ字制御に必
要なパルスレートＲｓｒを作成して減速用テーブル８０
に順次展開させる第２の減速用パルスレート作成手段８
４と、これら第１及び第２の減速用パルスレート作成手
段８２及び８４のうち、前記形態番号読出し手段６０に
て読み出された形態番号に対応する減速用パルスレート
作成手段８２又は８４を選択する減速用セレクタ８６と
を有する。

【００２７】また、前記駆動パルス処理手段は、前記各
種手段に加えて、ホストＣＰＵ２８からの開始パルスＰ
ｓｔの入力に基づいて起動され、加速用テーブル６６か
ら順次パルスレートＲｔａ又はＲｓａを読み出してその
パルスレートＲｔａ又はＲｓａに応じたタイミングで駆
動パルスＰを出力する加速用パルス出力手段８８と、加
速用カウンタ６４からの加速時間終了パルスＰａの入力
に基づいて起動され、定速用のパルスレート（固定）を
読み出してそのパルスレートに応じたタイミングで駆動
パルスＰを出力する定速用パルス出力手段９０と、定速
用カウンタ７４からの正規の減速開始パルスＰｓの入力
によって直接的に、あるいはリミットスイッチ４６から
のリミットパルスＰｍの入力によって間接的に起動さ
れ、減速用テーブル８０から順次パルスレートＲｔｒ又
はＲｓｒを読み出して各パルスレートＲｔｒ又はＲｓｒ
に応じたタイミングで駆動パルスＰを出力する減速用パ
ルス出力手段９２と、入力されるパルスレートに相当す
る基準クロック数を計数し、その計数が完了した時点で
計数リセット信号Ｓｒを出力するカウンタ９４を有す
る。

【００２８】前記加速用パルス出力手段８８での処理
は、加速用カウンタ６４からの加速時間終了パルスＰａ
の入力、あるいはリミットスイッチ４６からのリミット
パルスＰｍの入力に基づいて強制的に終了し、前記定速
用パルス出力手段９０での処理は、定速用カウンタ７４
からの正規の減速開始パルスＰｓの入力、あるいはリミ
ットスイッチ４６からのリミットパルスＰｍの入力に基
づいて強制的に終了し、前記減速用パルス出力手段９２
での処理は、減速用カウンタ７８からの減速時間終了パ
ルスＰｒの入力に基づいて強制的に終了するようになっ
ている。

【００２９】次に、本実施の形態に係る駆動パルス処理
手段（駆動パルス処理プログラム）の処理動作について
図５及び図６のフローチャートを参照しながら説明す
る。

【００３０】まず、図５のステップＳ１において、形態
番号読出し手段６０を通じて、ホストＣＰＵ２８から送
出される形態番号データＤｎを読み出す。

【００３１】次に、ステップＳ２において、加速用セレ
クタ７２及び減速用セレクタ８６を通じて、前記読み出
された形態番号に応じた加速用パルスレート作成手段
（６８又は７０）及び減速用パルスレート作成手段（８
２又は８４）が選択される。例えば第１の形態を示す形
態番号が読み出された場合は、加速及び減速が共に台形
制御であるため、各セレクタ７２及び８６によって第１
の加速用パルスレート作成手段６８及び第１の減速用パ
ルスレート作成手段８２が選択され、第２の形態を示す
形態番号が読み出された場合は、加速及び減速が共にＳ
字制御であるため、各セレクタ７２及び８６によって第
２の加速用パルスレート作成手段７０及び第２の減速用
パルスレート作成手段８４が選択される。

【００３２】また、第３の形態を示す形態番号が読み出
された場合は、加速が台形制御、減速がＳ字制御である
ため、加速用セレクタ７２によって第１の加速用パルス
レート作成手段６８が選択され、減速用セレクタ８６に
よって第２の減速用パルスレート作成手段８４が選択さ
れる。

【００３３】次に、ステップＳ３において、ホストＣＰ
Ｕ２８からのロード信号Ｓａが入力されたか否かの判別
が行われ、該ロード信号Ｓａが入力されるまで、該ステ
ップＳ３が繰り返される。即ち、ロード信号Ｓａの入力
待ちとなる。

【００３４】前記ロード信号Ｓａが入力されると、次の
ステップＳ４に進み、前記加速時間読出し手段６２及び
減速時間読出し手段７６を通じて、ホストＣＰＵ２８か
ら送出される教示データＤｔのうち、加速時間Ｔａ及び
減速時間Ｔｒに関する情報をそれぞれ読み出す。

【００３５】次に、ステップＳ５において、第１及び第
２の加速用パルスレート作成手段６８及び７０のうち、
加速用セレクタ７２にて選択された加速用パルスレート
作成手段６８又は７０を通じて、前記読み出された加速
時間Ｔａから加速のための台形制御又はＳ字制御に必要
なパルスレートＲｔａ又はＲｓａを順次作成し、これら
作成されたパルスレートＲｔａ又はＲｓａを時間順に加
速用テーブル６６に格納して該加速用テーブル６６を完
成させる。

【００３６】次に、ステップＳ６において、第１及び第
２の減速用パルスレート作成手段８２及び８４のうち、
減速用セレクタ８６にて選択された減速用パルスレート
作成手段８２又は８４を通じて、前記読み出された減速
時間Ｔｒから減速のための台形制御又はＳ字制御に必要
なパルスレートＲｔｒ又はＲｓｒを順次作成し、これら
作成されたパルスレートＲｔｒ又はＲｓｒを時間順に減
速用テーブル８０に格納して該減速用テーブル８０を完
成させる。

【００３７】次に、ステップＳ７において、加速用テー
ブル６６に対するレコードの読出しインデックスとして
使用されるインデックスレジスタｉに初期値「０」を格
納して、該インデックスレジスタｉを初期化する。

【００３８】次に、ステップＳ８において、ホストＣＰ
Ｕ２８からの開始パルスＰｓｔが入力されたか否かの判
別が行われ、前記開始パルスＰｓｔが入力されるまで、
該ステップＳ８が繰り返される。即ち、開始パルスＰｓ
ｔの入力待ちとなる。

【００３９】そして、前記開始パルスＰｓｔが入力され
た時点で次のステップＳ９に進み、前記加速時間読出し
手段６２を通じて、前記読み出された加速時間Ｔａに相
当する基準クロック数を加速用カウンタ６４に格納し、
更に、該加速用カウンタ６４に対してイネーブル信号を
出力する。加速用カウンタ６４は、前記イネーブル信号
の入力に基づいて前記基準クロック数を計数（デクリメ
ント計数）する。計数値が０となった時点で加速用カウ
ンタ６４からは加速時間終了パルスＰａが出力される。

【００４０】次に、ステップＳ１０において、前記加速
用パルス出力手段８８を通じて、前記加速用テーブル６
６の各レコードのうち、インデックスレジスタｉの値で
示すレコード（ｉレコード）からパルスレートＲｔａ又
はＲｓａを読み出す。

【００４１】次に、ステップＳ１１において、前記加速
用パルス出力手段８８を通じて、前記読み出されたパル
スレートＲｔａ又はＲｓａに相当する基準クロック数を
カウンタ９４に格納し、更に、該カウンタ９４に対して
イネーブル信号を出力する。カウンタ９４は、前記イネ
ーブル信号の入力に基づいて前記基準クロック数を計数
（デクリメント計数）する。計数値が０となった時点で
カウンタ９４からは計数リセット信号Ｓｒが出力され
る。

【００４２】次に、ステップＳ１２において、パルス出
力サブルーチンに入る。このパルス出力サブルーチン
は、図７のフローチャートに示すように、まず、ステッ
プＳ１０１において、１つの駆動パルスＰを入出力ポー
ト４８及びＸ軸ドライバ１４ｘを介してＸ軸モータ１２
ｘに出力する。その後、ステップＳ１０２において、カ
ウンタ９４から計数リセット信号Ｓｒが出力されたか否
かの判別が行われ、該計数リセット信号Ｓｒが入力され
るまで、該ステップＳ１０２が繰り返される。即ち、計
数リセット信号Ｓｒの入力待ちとなる。

【００４３】そして、前記計数リセット信号Ｓｒが入力
された段階で、このパルス出力サブルーチンが終了す
る。即ち、このパルス出力サブルーチンは、１つの駆動
パルスＰを出力した後に当該パルスレートに相当する時
間だけ遅延するという処理を行う。

【００４４】前記パルス出力サブルーチンが終了した段
階で図５に示す次のステップＳ１３に進む。このステッ
プＳ１３においては、リミットスイッチ４６からのリミ
ットパルスＰｍが入力されたか否かの判別が行われる。
リミットパルスＰｍが入力されていないと判別された場
合は、次のステップＳ１４に進み、リミットパルスＰｍ
が入力されていると判別された場合は、後述する図６の
ステップＳ２１以降の処理、即ち、減速用のパルス出力
処理に進む。

【００４５】前記ステップＳ１４においては、加速用カ
ウンタ６４からの加速時間終了パルスＰａが入力された
か否かの判別が行われる。加速時間終了パルスＰａが入
力されていないと判別された場合は、ステップＳ１５に
進んで、加速用テーブル６６の次のレコードを指示すべ
くインデックスレジスタｉの値を＋１更新した後、前記
ステップＳ１０に戻って該ステップＳ１０以降の処理を
繰り返す。

【００４６】前記ステップＳ１０〜ステップＳ１５の処
理が繰り返されることによって、Ｘ軸モータ１２ｘに対
して加速用の台形制御又はＳ字制御が行われることにな
る。

【００４７】一方、前記ステップＳ１４において、加速
時間終了パルスＰａが入力されていると判別された場合
は、図６のステップＳ１６に進み、前記定速用パルス出
力手段９０を通じて、予め設定されている定速時間（固
定）に相当する基準クロック数を定速用カウンタ７４に
格納し、更に、該定速用カウンタ７４に対しイネーブル
信号を出力して定速用カウンタ７４での計数を開始させ
る。

【００４８】次に、ステップＳ１７において、前記定速
用パルス出力手段９０を通じて、前記定速用のパルスレ
ート（固定）に相当する基準クロック数をカウンタ９４
に格納し、更に、該カウンタ９４に対しイネーブル信号
を出力してカウンタ９４での計数を開始させる。

【００４９】次に、ステップＳ１８において、パルス出
力サブルーチンに入る。このパルス出力サブルーチンに
おいて、１つの駆動パルスＰを出力した後に定速用のパ
ルスレート（固定）に相当する時間だけ遅延させるとい
う処理が行われる。

【００５０】前記パルス出力サブルーチンが終了した段
階で次のステップＳ１９に進む。このステップＳ１９に
おいては、リミットスイッチ４６からのリミットパルス
Ｐｍが入力されたか否かの判別が行われる。リミットパ
ルスＰｍが入力されていないと判別された場合は、次の
ステップＳ２０に進み、リミットパルスＰｍが入力され
ていると判別された場合は、後述するステップＳ２１以
降の処理、即ち、減速用のパルス出力処理に進む。

【００５１】前記ステップＳ２０においては、定速用カ
ウンタ７４からの正規の減速開始パルスＰｓが入力され
たか否かの判別が行われる。正規の減速開始パルスＰｓ
が入力されていないと判別された場合は、前記ステップ
Ｓ１７に戻って該ステップＳ１７以降の処理を繰り返
す。前記ステップＳ１７〜ステップＳ２０の処理が繰り
返されることによって、Ｘ軸モータ１２ｘに対して定速
用の制御が行われることになる。

【００５２】そして、前記ステップＳ１３あるいはステ
ップＳ１９においてリミットパルスＰｍが入力されてい
ると判別された場合、又は前記ステップＳ２０におい
て、正規の減速開始パルスＰｓが入力されていると判別
された場合は、ステップＳ２１に進み、前記減速時間読
出し手段７６を通じて、前記読み出された減速時間Ｔｒ
に相当する基準クロック数を減速用カウンタ７８に格納
し、更に、該減速用カウンタ７８に対してイネーブル信
号を出力する。減速用カウンタ７８は、前記イネーブル
信号の入力に基づいて前記基準クロック数を計数（デク
リメント計数）する。計数値が０となった時点で減速用
カウンタ７８からは減速時間終了パルスＰｒが出力され
る。

【００５３】次に、ステップＳ２２において、減速用テ
ーブル８０に対するレコードの読出しインデックスとし
て使用されるインデックスレジスタｊに初期値「０」を
格納して、該インデックスレジスタｊを初期化する。

【００５４】次に、ステップＳ２３において、前記減速
用パルス出力手段９２を通じて、前記減速用テーブル８
０の各レコードのうち、インデックスレジスタｊの値で
示すレコード（ｊレコード）からパルスレートＲｔｒ又
はＲｓｒを読み出す。

【００５５】次に、ステップＳ２４において、前記減速
用パルス出力手段９２を通じて、前記読み出されたパル
スレートＲｔｒ又はＲｓｒに相当する基準クロック数を
カウンタ９４に格納し、更に、該カウンタ９４に対しイ
ネーブル信号を出力して該カウンタ９４での計数を開始
させる。

【００５６】次に、ステップＳ２５において、パルス出
力サブルーチンに入る。このパルス出力サブルーチンに
おいて、１つの駆動パルスＰを出力した後に当該パルス
レートＲｔｒに相当する時間だけ遅延するという処理が
行われる。

【００５７】前記パルス出力サブルーチンが終了した段
階で次のステップＳ２６に進む。このステップＳ２６に
おいては、減速用カウンタ７８からの減速時間終了パル
スＰｒが入力されたか否かの判別が行われる。減速時間
終了パルスＰｒが入力されていないと判別された場合
は、ステップＳ２７に進んで、減速用テーブル８０の次
のレコードを指示すべくインデックスレジスタｊの値を
＋１更新した後、前記ステップＳ２３に戻って該ステッ
プＳ２３以降の処理を繰り返す。

【００５８】前記ステップＳ２３〜ステップＳ２７の処
理が繰り返されることによって、Ｘ軸モータ１２ｘに対
して減速用の台形制御又はＳ字制御が行われることにな
る。

【００５９】一方、前記ステップＳ２６において、減速
時間終了パルスＰｒが入力されていると判別された場合
は、次のステップＳ２８に進み、プログラム終了要求が
あったかどうかが判別される。この判別は、電源ＯＦＦ
などの終了要求割り込みの発生があったかどうかで行わ
れる。

【００６０】前記プログラム終了要求がない場合は、図
５のステップＳ７に戻って、ホストＣＰＵ２８からの次
の開始要求を待ち、前記プログラム終了要求があった場
合は、この駆動パルス処理プログラムが終了することに
なる。

【００６１】そして、この実施の形態に係る加減速制御
装置１０においては、加速時間Ｔａをロボットの応答速
度から導かれる最短応答時間以上とし、減速時間Ｔｒを
前記ロボットの固有振動数を基準に定める。

【００６２】即ち、加速時間Ｔａを前記最短応答時間未
満に設定した場合、前記ロボットが加速し始める前に加
速時間Ｔａが終了してしまい、ロボットに対して所望の
台形制御を行わせることができない。従って、加速時間
Ｔａを前記最短応答時間以上に設定することにより、ロ
ボットに対して所望の台形制御又はＳ字制御を行わせる
ことができ、ロボットは前記加速時間Ｔａの間に所定の
速度まで加速される。

【００６３】一方、前記ロボットは、その動作停止時に
おいて、ロボットの駆動力伝達系やアーム機構等の慣性
に起因して振動が発生することが知られている。この振
動を如何に抑制できるかは、減速段階の制御をどのよう
にするかによって決定される。即ち、振動の抑制は減速
の計画の依存度が高い。

【００６４】そして、この減速時間Ｔｒをロボットの固
有振動数を基準にして定めることにより、振動が有効に
抑制されることとなる。具体的には、減速時間Ｔｒを、
ロボットの固有振動数で決まる周期Ｔの約４分の２より
長く、約４分の３より短い時間に設定することが望まし
い。この場合、設定時間（２Ｔ／４〜３Ｔ／４）にｎ周
期分の時間（ｎＴ）を加算した時間（ｎＴ＋（２Ｔ／４
〜３Ｔ／４））としてもよい。

【００６５】ここで、減速時間Ｔｒをロボットの固有振
動数で決まる周期Ｔの約４分の１より短い時間（０〜Ｔ
／４）（又はその時間にｎ周期分の時間を加算した時間
（ｎＴ＋（０〜Ｔ／４）））に設定した場合（比較例：
図３Ａの破線ａ参照）の振動と、減速時間Ｔｒをロボッ
トの固有振動数で決まる周期Ｔの約４分の２より長く、
約４分の３より短い時間（２Ｔ／４〜３Ｔ／４）（又は
その時間にｎ周期分の時間を加算した時間（ｎＴ＋（２
Ｔ／４〜３Ｔ／４）））に設定した場合（実施例：図３
Ａの実線ｂ参照）の振動を第１の形態に基づくシミュレ
ーションで確認した。その結果を図８Ａ〜図９Ｂに示
す。

【００６６】図８Ａ及び図８Ｂに示すように、減速開始
時点ｔ０からロボットの固有振動（二点鎖線ａで示す）
が徐々に減衰していくと仮定したとき、ロボットの固有
振動数で決まる周期Ｔの４分の１の期間Ｔαは、振動振
幅が正方向に徐々に増加する過程であり、比較例のよう
に、この期間Ｔα内で停止すると、減速時のたわみ（減
速中に生じていたアーム等のたわみ）が戻るときの振動
（破線ｂで示す）の極性と前記固有振動の極性が同じに
なり、その結果、停止後に実測される合成振動（実線ｃ
で示す）の振幅は、たわみが戻る振動の振幅に減衰過程
にある固有振動の振幅が加算された大きさになり、停止
時の振動が非常に大きくなることがわかる。従って、前
記周期の４分の１の期間Ｔαは、停止危険時間帯として
定義することができる。

【００６７】一方、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、ロ
ボットの固有振動数で決まる周期Ｔの４分の２〜４分の
３の期間Ｔβは、振動振幅が負方向に徐々に増加する過
程であり、実施例のように、この期間Ｔβ内で停止する
と、減速時のたわみが戻るときの振動（破線ｂで示す）
の極性と固有振動（二点鎖線ａで示す）の極性が異なる
こととなり、その結果、停止後に実測される合成振動
（実線ｃで示す）の振幅は、たわみが戻る振動の振幅に
減衰過程にある固有振動の振幅が差し引かれた大きさに
なり、停止時の振動が小さくなることがわかる。従っ
て、前記周期の４分の２〜４分の３の期間Ｔβは、停止
安全時間帯として定義することができる。

【００６８】従って、ロボットの固有振動数を測定し、
その減速制御時に、減速終了時点ｔｅが固有振動数で決
まる周期Ｔの４分の２〜４分の３の期間（２Ｔ／４〜３
Ｔ／４）（又はその期間に周期をｎ回加算した期間（ｎ
Ｔ＋（２Ｔ／４〜３Ｔ／４）））に含まれるように減速
時間Ｔｒを選定することにより、減速の停止時に発生す
る振動を効率よく抑制することが可能となる。

【００６９】前記のように、減速時間Ｔｒを比較的長い
時間（ｎＴ＋（２Ｔ／４〜３Ｔ／４））に設定すること
から、全体の加減速時間（加速時間Ｔａ＋定速時間Ｔｃ
＋減速時間Ｔｒ）が長くなるおそれがあるが、加速時間
Ｔａをロボットの応答速度から導かれる最短応答時間以
上に設定しているため、この加速時間Ｔａを適宜調整す
ることによって、全体の加減速時間が長くなるのを抑え
ることが可能となる（図３Ａ参照）。

【００７０】ところで、第２の形態を選択した場合にお
いては、図３Ｂに示すように、加速時間Ｔａ及び減速時
間Ｔｒにおいて、共にＳ字制御が行われるが、このＳ字
制御は、一般に台形制御よりも振動抑制に有効である。
従って、この第２の形態においては、減速停止時の振動
抑制を向上させることができる。

【００７１】また、この第２の形態においても、上述し
たように、減速終了時点ｔｅがロボットの固有振動数で
決まる周期Ｔの４分の２〜４分の３の期間（２Ｔ／４〜
３Ｔ／４）（又はその期間に周期をｎ回加算した期間
（ｎＴ＋（２Ｔ／４〜３Ｔ／４）））に含まれるように
減速時間Ｔｒを選定するようにしているため、減速の停
止時に発生する振動を更に効率よく抑制することが可能
となる。

【００７２】次に、第３の形態においては、図３Ｃに示
すように、加速時間Ｔａにおいて台形制御が行われ、減
速時間ＴｒにおいてＳ字制御が行われる。

【００７３】一般に、台形制御は、モータ電流と加速時
の瞬時電流が共にＳ字制御よりも少なくて済み、Ｓ字制
御は台形制御よりも振動抑制に有効である。従って、こ
の第３の形態においては、消費電力の低減化を効率よく
図ることができると共に少ない容量のモータを使うこと
ができ、減速停止時の振動抑制を更に向上させることが
できる。

【００７４】次に、本実施の形態に係る加減速制御装置
１０において、加速時間Ｔａと減速時間Ｔｒを決定させ
るまでの操作について図１０のフローチャートを参照し
ながら説明する。

【００７５】まず、ステップＳ２０１において、加減速
制御の形態を選定する。最初は、第１の形態、即ち加速
時間Ｔａと減速時間Ｔｒで台形制御が行われる形態が選
定される。

【００７６】次に、ステップＳ２０２において、加速時
間Ｔａが設定される。この加速時間Ｔａは、ロボットの
応答速度から導かれる最短応答時間以上の時間が選ばれ
る。具体的には、予め例えば１０ｃｍの移動を示す教示
データを加減速制御装置１０に供給し、スタートボタン
の押下時点から実際にロボットが動き始めるまでの時間
を電気的にカウンタで計数し、この処理を複数回行っ
て、その最短応答時間以上の時間を加速時間Ｔａとして
採用する。

【００７７】次に、ステップＳ２０３において、減速時
間Ｔｒを仮決定する。この場合、通常用いられる減速時
間Ｔｒが選定される。

【００７８】次に、ステップＳ２０４において、実際に
加減速制御装置１０を使ってロボットを動作させ、減速
中のロボットの固有振動数（可搬重量で決定される固有
振動数）を計測する（図９Ｂの二点鎖線ａの波形参
照）。

【００７９】次に、ステップＳ２０５において、前記計
測された固有振動数で決まる周期Ｔに対する乗数ｎを１
とする。

【００８０】次に、ステップＳ２０６において、減速時
間Ｔｒとして、ｎ周期に該周期の４分の２の期間を加算
した期間（ｎＴ＋２Ｔ／４）に設定する。

【００８１】次に、ステップＳ２０７において、実際に
加減速制御装置１０を使ってロボットを動作させ、減速
停止後におけるロボットの振動の減衰状態を計測する。

【００８２】次に、ステップＳ２０８において、前記減
衰状態が規定の条件（例えば減速停止時点から０．５秒
経過したときの振動振幅が１ｍｍ以下）を満たしている
か否かを判別する。減衰状態が規定の条件を満たさない
場合、ステップＳ２０９に進み、減速時間Ｔｒを時間α
分長くして新たな減速時間Ｔｒとする。時間αは、周期
の４分の１の期間よりも十分短い時間であり、例えば周
期の４０分の１の時間等を選定することができる。

【００８３】次に、ステップＳ２１０において、前記ｎ
周期に加算した時間Ｒが前記周期の４分の１以上である
か否かを判別する。即ち、減速時間Ｔｒがｎ周期に該周
期の４分の３の期間を加算した時間（ｎＴ＋３Ｔ／４）
を超過したか否かを判別する。

【００８４】減速時間Ｔｒがｎ周期に該周期の４分の３
の期間を加算した時間（ｎＴ＋３Ｔ／４）を超過してい
ない場合は、再びステップＳ２０７に戻り、該ステップ
Ｓ２０７以降の操作を行う。

【００８５】一方、減速時間Ｔｒがｎ周期に該周期の４
分の３の期間を加算した時間（ｎＴ＋３Ｔ／４）を超過
している場合は、周期に対する乗数ｎを＋１更新し（ス
テップＳ２１１）、次のステップＳ２１２において、乗
数ｎが規定の上限値ｍ以上であるか否かが判別される。
この上限値ｍは、減速時間Ｔｒを設定するための工数を
考慮して選ぶことができ、例えば４が選定される。これ
は、前記ステップＳ２０９にて加算される時間αについ
ても同様であり、その分解能も減速時間Ｔｒを設定する
ための工数を考慮して選ぶことができる。

【００８６】前記乗数ｎが上限値ｍ未満であれば再びス
テップＳ２０６に戻って、該ステップＳ２０６以降の操
作を繰り返し、前記乗数ｎが上限値ｍ以上であれば、再
びステップＳ２０１に戻り、次の加減速制御の形態が選
定されてステップＳ２０１以降の操作が繰り返される。
前記ステップＳ２０１においては、２回目は、第２の形
態、即ち、加速時間Ｔａ及び減速時間Ｔｒに共にＳ字制
御が行われる形態が選定され、３回目は、第３の形態、
即ち、加速時間Ｔａに台形制御が行われ、減速時間Ｔｒ
にＳ字制御が行われる形態が選定される。なお、この選
定の順番は適当に決めることができる。

【００８７】そして、前記ステップＳ２０８において、
前記減衰状態が規定の条件を満たしていると判別された
場合は、ステップＳ２１３に進んで、減速時間Ｔｒが決
定され、次のステップＳ２１４において、必要があれば
加速時間Ｔａが再設定される。これは、ステップＳ２１
３にて決定された減速時間Ｔｒが比較的長い時間である
場合、全体の加減速時間が長くなり、ロボットに対する
駆動制御が緩慢になるおそれがある。これを防止するた
めに、加速時間Ｔａを再設定して全体の加減速時間が実
質的に長くならないようにする。この再設定において
も、ロボットの応答速度から導かれる最短応答時間以上
の時間が選ばれることになる。

【００８８】

【実施例】実施例１ 図１１に示すように、６軸の門型ロボット１００をテー
ブル１０２上に設置し、Ｖ軸を作動してツール先端１０
４をＸ軸方向に沿って比較的長い経路を移動させた場合
の前記ツール先端１０４の振動、特に減速終了時点ｔｅ
から０．５秒経過した時点の振動振幅Ａをレーザ変位計
１０６を使用して計測した。このとき用いたＶ軸に対す
る加減速の制御形態は、以下のとおりであり、可搬重量
はいずれも８０ｋｇｆである。

【００８９】（１）第１の比較例：図１２Ａに示すよう
に、加速時間Ｔａと減速時間Ｔｒを共に台形制御とし、
加速時間Ｔａを０．２５秒、減速時間Ｔｒを可搬重量で
決定される固有振動数の周期に該周期の４分の１未満の
期間を加算した時間（ここでは０．２５秒）とした。

【００９０】（２）第２の比較例：図１３Ａに示すよう
に、加速時間Ｔａと減速時間Ｔｒを共にＳ字制御とし、
加速時間Ｔａを０．２５秒、減速時間Ｔｒを可搬重量で
決定される固有振動数の周期に該周期の４分の１未満の
期間を加算した時間（ここでは０．２５秒）とした。

【００９１】（３）第１の実施例：図１４Ａに示すよう
に、加速時間Ｔａを台形制御、減速時間ＴｒをＳ字制御
とし、加速時間Ｔａを０．２０秒、減速時間Ｔｒを可搬
重量で決定される固有振動数の周期に該周期の４分の２
〜４分の３未満の期間を加算した時間（ここでは０．３
０秒）とした。

【００９２】振動振幅Ａの計測結果を図１２Ｂ、図１３
Ｂ及び図１４Ｂに示す。第１の比較例では、図１２Ｂに
示すように、その振動振幅Ａが３．９ｍｍであり、第２
の比較例では、図１３Ｂに示すように、その振動振幅Ａ
が４．２ｍｍであった。一方、第１の実施例は、図１４
Ｂに示すように、その振動振幅Ａが０．６４ｍｍであ
り、前記第１及び第２の比較例と比べて振動振幅Ａが非
常に小さくなっていることがわかる。

【００９３】実施例２ 図１５に示すように、６軸の門型ロボット１００をテー
ブル１０２上に設置し、Ｙ軸を作動してツール先端１０
４をＹ軸方向に沿って比較的短い経路を移動させた場合
の前記ツール先端１０４の振動、特に減速終了時点ｔｅ
から０．５秒経過した時点の振動振幅Ａをレーザ変位計
１０６を使用して計測した。このとき用いたＹ軸に対す
る加減速の制御形態は、以下のとおりであり、可搬重量
はいずれも８０ｋｇｆである。

【００９４】（１）第３の比較例：図１６Ａに示すよう
に、加速時間Ｔａと減速時間Ｔｒを共に台形制御とし、
加速時間Ｔａを０．２０秒、減速時間Ｔｒを可搬重量で
決定される固有振動数の周期Ｔに該周期Ｔの４分の１未
満の期間を加算した時間（ここでは０．２０秒）とし
た。

【００９５】（２）第４の比較例：図１７Ａに示すよう
に、加速時間Ｔａと減速時間Ｔｒを共にＳ字制御とし、
加速時間Ｔａを０．２０秒、減速時間Ｔｒを可搬重量で
決定される固有振動数の周期Ｔに該周期Ｔの４分の１未
満の期間を加算した時間（ここでは０．２０秒）とし
た。

【００９６】（３）第２の実施例：図１８Ａに示すよう
に、加速時間Ｔａを台形制御、減速時間ＴｒをＳ字制御
とし、加速時間Ｔａを０．１６秒、減速時間Ｔｒを可搬
重量で決定される固有振動数の周期Ｔに該周期Ｔの４分
の２〜４分の３未満の期間を加算した時間（ここでは
０．２４秒）とした。

【００９７】振動振幅Ａの計測結果を図１６Ｂ、図１７
Ｂ及び図１８Ｂに示す。第３の比較例では、図１６Ｂに
示すように、その振動振幅Ａが１３．１ｍｍであり、第
４の比較例では、図１７Ｂに示すように、その振動振幅
Ａが４．０ｍｍであった。一方、第２の実施例では、図
１８Ｂに示すように、その振動振幅Ａが０．５ｍｍであ
り、前記第３及び第４の比較例と比べて振動振幅Ａが非
常に小さくなっていることがわかる。

【００９８】この実施の形態に係る加減速制御装置１０
は、ロボットに取り付けられる例えばステッピングモー
タの加減速制御装置に適用した例を示したが、その他、
ＤＣサーボモータやＡＣサーボモータの加減速制御装置
にも適用させることができる。

【００９９】なお、この発明に係るモータの加減速制御
方法は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を
逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろ
んである。

【０１００】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るモー
タの加減速制御方法によれば、モータの回転軸に連動連
結された回転もしくは直進する軸を有する機械機構にお
けるモータの加減速制御方法において、加速時間を前記
機械機構の応答速度から導かれる最短応答時間以上と
し、減速時間を前記機械機構の固有振動数を基準に定め
るようにしている。

【０１０１】このため、既存のロボットコントローラや
サーボコントローラで制御則を変えることなく、振動抑
制を可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る加減速制御装置の構成を示
すブロック図である。

【図２】本実施の形態に係る加減速制御装置に組み込ま
れるコントローラの構成を示すブロック図である。

【図３】図３Ａは駆動パルス処理手段の第１の形態によ
る加減速制御を示す速度シーケンス図であり、図３Ｂは
駆動パルス処理手段の第２の形態による加減速制御を示
す速度シーケンス図であり、図３Ｃは駆動パルス処理手
段の第３の形態による加減速制御を示す速度シーケンス
図である。

【図４】本実施の形態に係る駆動パルス処理手段を示す
機能ブロック図である。

【図５】本実施の形態に係る駆動パルス処理手段の処理
動作を示すフローチャート（その１）である。

【図６】本実施の形態に係る駆動パルス処理手段の処理
動作を示すフローチャート（その２）である。

【図７】パルス出力サブルーチンの処理動作を示すフロ
ーチャートである。

【図８】図８Ａは比較例における速度シーケンス図を示
し、図８Ｂは比較例における減速停止後の振動の減衰状
態を示す波形図である。

【図９】図９Ａは実施例における速度シーケンス図を示
し、図９Ｂは実施例における減速停止後の振動の減衰状
態を示す波形図である。

【図１０】本実施の形態に係る加減速制御装置におい
て、加速時間と減速時間を決定させるまでの操作を示す
フローチャートである。

【図１１】実施例１において、減速停止後の振動振幅を
計測する実験装置例を示す説明図である。

【図１２】図１２Ａは第１の比較例での加減速制御を示
す速度シーケンス図であり、図１２Ｂは第１の比較例で
の振動状態を示す波形図である。

【図１３】図１３Ａは第２の比較例での加減速制御を示
す速度シーケンス図であり、図１３Ｂは第２の比較例で
の振動状態を示す波形図である。

【図１４】図１４Ａは第１の実施例での加減速制御を示
す速度シーケンス図であり、図１４Ｂは第１の実施例で
の振動状態を示す波形図である。

【図１５】実施例２において、減速停止後の振動振幅を
計測する実験装置例を示す説明図である。

【図１６】図１６Ａは第３の比較例での加減速制御を示
す速度シーケンス図であり、図１６Ｂは第３の比較例で
の振動状態を示す波形図である。

【図１７】図１７Ａは第４の比較例での加減速制御を示
す速度シーケンス図であり、図１７Ｂは第４の比較例で
の振動状態を示す波形図である。

【図１８】図１８Ａは第２の実施例での加減速制御を示
す速度シーケンス図であり、図１８Ｂは第２の実施例で
の振動状態を示す波形図である。

【符号の説明】

１０…加減速制御装置 １２ｕ〜１２
ｚ…モータ １４ｕ〜１４ｚ…ドライバ １６ｕ〜１６
ｚ…コントローラ ６０…形態番号読出し手段 ６２…加速時
間読出し手段 ６４…加速用カウンタ ６６…加速用
テーブル ６８、７０…第１及び第２の加速用パルスレート作成手
段 ７２…加速用セレクタ ７４…定速用
カウンタ ７６…減速時間読出し手段 ７８…減速用
カウンタ ８０…減速用テーブル ８２、８４…第１及び第２の減速用パルスレート作成手
段 ８６…減速用セレクタ ８８…加速用
パルス出力手段 ９０…定速用パルス出力手段 ９２…減速用
パルス出力手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モータの回転軸に連動連結された回転もし
   くは直進する軸を有する機械機構におけるモータの加減
   速制御方法において、 加速時間は、前記機械機構の応答速度から導かれる最短
   応答時間以上とし、 減速時間は、前記機械機構の固有振動数を基準に定める
   ことを特徴とするモータの加減速制御方法。
2. 【請求項２】請求項１記載のモータの加減速制御方法に
   おいて、 前記減速時間は、前記機械機構における固有振動数の周
   期の約４分の２より長く、約４分の３より短い時間に設
   定されることを特徴とするモータの加減速制御方法。
3. 【請求項３】請求項２記載のモータの加減速制御方法に
   おいて、 前記減速時間は、前記設定時間にｎ周期分の時間を加算
   した時間とすることを特徴とするモータの加減速制御方
   法。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載のモー
   タの加減速制御方法において、 加速時に台形制御による加速を行い、 減速時にＳ字制御による減速を行うことを特徴とするモ
   ータの加減速制御方法。