JPH1195826A - 加減速パターンの作成方法 - Google Patents

加減速パターンの作成方法

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JPH1195826A
JPH1195826A JP9252030A JP25203097A JPH1195826A JP H1195826 A JPH1195826 A JP H1195826A JP 9252030 A JP9252030 A JP 9252030A JP 25203097 A JP25203097 A JP 25203097A JP H1195826 A JPH1195826 A JP H1195826A
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Akihiko Takahashi
昭彦 高橋
Satoshi Nojo
聡 野條
Yoshihiko Suzuki
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロボットの動作部の駆動源の出力性能が最大
限活用される、駆動源の速度制御用加減速パターンの作
成方法を提供すること。 【解決手段】 直線加減速に用いられる直線加減速パタ
ーンP1 を表す関数をF(t)1、正弦曲線加減速に用いら
れる正弦曲線加減速パターンP5 を表す関数をF(t)2、
加速度最大時に必要なトルク(G1 〜G5 の極大トルク
値)がサーボモータ1bの加減速時に許容されるトルク
上限値Trmax を越えないように定めた係数をK(0<
K<1)として、加減速パターンを表す関数F(t)3を次
式 F(t)3=K×(F(t)2−F(t)1)+F(t)1 で求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットの動作部
の駆動源の速度制御に用いる加減速パターンの作成方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の加減速パターンとして
は、いわゆる直線加減速パターン(図2(a)参照)
と、例えば正弦曲線加減速パターン(図2(e)参照)
などの曲線加減速パターンとが知られている。ところ
で、直線加減速パターンに従う速度制御では、例えばサ
ーボモータなどの駆動源の加減速時のトルクは加減速開
始時から終了時までほぼ一定であり、トルクを加減速開
始時及び終了時に瞬時に変化させるようになっているた
め、加減速開始時及び終了時に駆動源やロボット等に大
きなショックが加わったり、振動が発生したりし易い。
これに対して、正弦曲線加減速パターンに従う速度制御
では、駆動源のトルクが、始動時等の加減速開始時から
次第に増減し、所定の極値に達するとその後次第にもと
に戻るよう変化されるため、駆動源のトルクが加減速開
始時及び終了時に瞬時に変化されることがなく、駆動源
や動作部に加わるショックを小さくできると共に振動の
発生を抑制でき、有利である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、正弦曲線加
減速パターンなどの曲線加減速パターンに従って速度制
御を行うには、加減速時間及び加減速前後の速度差が同
じ場合、直線加減速パターンに従って速度制御を行う場
合に比べて、加速度最大時には最大約1.57倍のトル
クが必要になるため、より大きなトルクが得られる駆動
源が必要になってロボット装置が大型化したり、高価に
なったりする。
【0004】本発明は、駆動源の出力性能が最大限活用
され、駆動源や動作部に加減速開始時及び終了時に加わ
るショックを可及的に小さくなると共に振動を発生しに
くくなる加減速パターンの作成方法を提供することを課
題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
本発明は、ロボットの動作部の駆動源の速度制御に用い
る加減速パターンの作成方法において、直線加減速に用
いられる直線加減速パターンを表す関数をF(t)1、曲線
加減速に用いられる曲線加減速パターンを表す関数をF
(t)2、加速度最大時に必要なトルクが駆動源の加減速時
に許容されるトルク上限値を越えないように定めた係数
をK(0<K<1)として、加減速パターンを表す関数
F(t)3を次式、F(t)3=K×(F(t)2−F(t)1)+F
(t)1で求める。
【0006】尚、曲線加減速パターンは、速度の変化の
割合が速度変化開始点から次第に大きくなり、速度変化
終了点に近づくに連れて小さくなるように変化し、速度
変化開始点と終了点との間に1つの変曲点を有するもの
であり、例えば正弦曲線加減速パターンがこれに該当す
る。
【0007】関数F(t)3では、駆動源のトルクの一部
が、曲線加減速パターンに従って変化される。曲線加減
速パターンに従う制御は、加減速開始時及び終了時に瞬
時に駆動源のトルクの大きさが変化するような制御では
なく、駆動源のトルクの大きさが漸次増加しあるいは減
少するような制御である。従って、上記関数F(t)3によ
り作成された加減速パターンを用いれば、加減速開始時
及び終了時のトルクの変化の大きさが、曲線加減速パタ
ーンに従って変化されるトルク分だけ小さくなり、駆動
源や動作部に加わるショックが小さくなると共に振動が
発生しにくくなる。また、関数F(t)3を用いて作成した
加減速パターンを用いることで所望の性能が得られれ
ば、より大きなトルクが得られる駆動源を用いる必要が
なくなり、ロボット装置の大型化やコストアップを防止
できる。
【0008】
【発明の実施の形態】図1を参照して1は制御部2によ
り制御されるロボットであり、動作部として旋回動作す
るアーム1aを備える。該アーム1aは駆動源たるサー
ボモータ(以下、単にモータと記す)1bにより旋回さ
れて所定位置に移動されるようになっており、モータ1
bは制御部2から出力される信号に基づいてアンプ3か
ら出力される電力により回転される。
【0009】制御部2は、CPUと、モータ1bの回転
速度の加減速制御に用いられる加減速パターンが記憶さ
れている記憶手段4と、図示しないキーボードやティー
チングボックス等の入力手段やCRT等の出力手段との
間での信号のやり取りに用いられるインターフェース5
と、モータ1bとの間での信号のやり取りに用いられる
サーボインターフェース6とを備える。このうち記憶手
段4には、経過時間に比例して速度が増減する直線加減
速パターン(図2(a)参照)と、時間経過に伴い速度
が正弦曲線を描くように増減する、曲線加減速パターン
たる正弦曲線加減速パターン(図2(e)参照)とが記
憶されている。
【0010】尚、加速前の速度をV1 、加速後の速度を
V2 、そして加速時間をTとすると、例えば直線加速パ
ターンや正弦曲線加速パターンは、時間tをパラメータ
とする次の関数F(t)1´,F(t)2´ F(t)1´=V1 +( V2 −V1)×t/T …… 直線加速パターン F(t)2´=V1 +((V2 −V1)/2) ×sin((t/T) −1/2) π …… 正弦曲線加速パターン で表される。
【0011】このように構成される制御部2では、CP
Uにおいて記憶手段4から読み出した所定の加減速パタ
ーンに従って指令速度を求め、該指令速度を示す指令速
度信号をサーボインターフェース6に出力する。サーボ
インターフェース6には、指令速度信号の他に、モータ
1bより検出される実速度を示す実速度信号と、図示し
ない電流センサにより検出されるモータ1bの実電流値
を示す実電流信号とが入力されており、サーボインター
フェース6では、指令速度と実速度とを比較して実速度
が指令速度になるようなトルクをモータ1bに生じさせ
る電流値(指令電流値)を示す信号(指令電流信号)を
生成すると共に、指令電流値と実電流値とを比較して実
電流値が指令電流値になるような電圧値(指令電圧値)
を示す信号(指令電圧信号)を生成し、生成した両信号
をアンプ3に出力する。これらの信号を基にアンプ3か
ら所定の電力がモータ1bに供給される。このような動
作をアーム1aが所定の旋回位置に移動するまで繰り返
す。
【0012】ところで、モータ1bの回転速度を加減速
制御する場合、上述したように、正弦曲線加減速パター
ンに従う方が直線加減速パターンに従うよりショックや
振動が発生しにくく有利であるが、加減速時間及び加減
速前後の速度差が同じ場合、直線加減速パターンに従う
よりも、加速度最大時には最大で約1.57倍のトルク
が必要になるため、より大きなトルクが得られるモータ
が必要になったりする。
【0013】そこで、本実施形態では、直線加減速パタ
ーンを示す関数をF(t)1、正弦曲線加減速パターンを示
す関数をF(t)2、加速度最大時に必要なトルクが駆動源
の加減速時に許容されるトルク上限値を越えないように
定めた係数をK(0<K<1)とする関数F(t)3=K×
(F(t)2−F(t)1)+F(t)1により加減速パターンを作
成して記憶手段4に記憶させ、加減速制御のときにCP
Uに該関数F(t)3で作成された加減速パターンを読み出
させて指令速度値を求めさせることとした。尚、上記の
関数F(t)1,F(t)2,F(t)3はいずれも時間tをパラメ
ータとする関数である。また、係数Kはインターフェー
ス5に接続されるキーボード等の入力手段から設定する
ようになっており、係数Kを設定すると加減速パターン
が作成され記憶手段4に記憶される。
【0014】図2の(a)〜(e)は、係数Kの値を各
表の上側に表示した値にした場合に作成される加減速パ
ターンP1 〜P5 である。尚、各表に合わせて表示した
グラフG1 〜G5 はトルクの変化を示している。図示す
るように、係数Kを0にして作成した加減速パターンP
1 は直線加減速パターンに一致し、係数Kを1にして作
成した加減速パターンP5 は正弦曲線加減速パターンに
一致している。
【0015】つまり、関数F(t)3により作成される加減
速パターンは、図3(a)に示すように、係数Kを大き
くするほど正弦曲線加減速パターンに近づく。そして係
数Kはモータ1bのトルクのうち、正弦曲線加減速パタ
ーンに従って変化されるトルクの割合に一致する。ま
た、図3(b)に示されるように、係数Kを大きくする
ほど加速開始時及び終了時のトルクの変化量E1 〜E5
が小さくなり、加速開始時及び終了時のショックや振動
が減少する。これらの点からすれば係数Kは大きいほど
好ましいが、係数Kを大きくすると、図3(b)に示さ
れるように、加速度最大時に必要なトルクが大きくなる
ため、係数Kは、加速度最大時に必要なトルクがトルク
上限値を越えない範囲でしか大きくできない。
【0016】したがって、加速度最大時に必要なモータ
のトルクが、該モータの性能として加減速時に許容され
るトルク上限値に一致するように係数Kを定めて作成し
た加減速パターンを用いれば、モータの出力性能が最大
限利用され、加減速開始時及び終了時のトルク変化量を
可及的に小さくすることができ、より大トルクが得られ
るモータを用いなくても加減速開始時及び終了時にモー
タやロボットのアームに加わるショックや振動を小さく
することができる。
【0017】また、直線加減速パターンを用いる場合に
必要な最大トルクをTr1 、正弦曲線加減速パターンを
用いる場合に必要な最大トルクをTr2 、モータの性能
として加減速時に許容されるトルク上限値をTrmax と
する次式 K=(Trmax −Tr1 )/(Tr2 −Tr1 ) を用いてモータの出力性能が最大限利用される係数Kを
定めることができる。例えば、これらのトルクTr1 ,
Tr2 ,Trmax が図3(b)に示される値であれば、
係数Kは0.5に定まる。
【0018】尚、図3(a)及び(b)では、説明上、
速度及びトルクの変化を示すパターン形状を誇張して描
いたため、実際に用いられるパターン形状と必ずしも一
致するものではなく、また図3(b)では、トルク変動
時に現れるいわゆるオーバシュートを除いてグラフ形状
を比較している。
【0019】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、駆動源の
出力を最大限活用して、駆動源や動作部に加減速開始時
及び終了時に加わるショックがより小さく、振動がより
発生しにくい加減速パターンを作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明が適用されるロボットの一実施形態を
示すブロック図
【図2】 (a)〜(e)は、係数Kの値を変えて、本
発明の方法により作成した加減速パターン形状と、トル
クの変化を示すグラフ形状とを示す図
【図3】 (a)は、図2に示される加減速パターン形
状を重ね合わせたものの要部を示す図、(b)は、図2
に示されるトルクの変化を示すグラフ形状を重ね合わせ
たものの要部を示す図
【符号の説明】
1 ロボット 1a アーム(動作部) 1b サーボモータ(駆動源) 2 制御部 3 アンプ G1 〜G5 トルクパターン P1 直線加減速パターン P5 正弦曲線加減速パターン(曲線加減速パターン)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ロボットの動作部の駆動源の速度制御に
    用いる加減速パターンの作成方法において、直線加減速
    に用いられる直線加減速パターンを表す関数をF(t)1、
    曲線加減速に用いられる曲線加減速パターンを表す関数
    をF(t)2、加速度最大時に必要なトルクが駆動源の加減
    速時に許容されるトルク上限値を越えないように定めた
    係数をK(0<K<1)として、加減速パターンを表す
    関数F(t)3を次式 F(t)3=K×(F(t)2−F(t)1)+F(t)1 で求めることを特徴とする加減速パターンの作成方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007086904A (ja) * 2005-09-20 2007-04-05 Brother Ind Ltd 加速度軌跡生成装置
JP2008137450A (ja) * 2006-11-30 2008-06-19 Nsk Ltd 電動式ステアリング装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007086904A (ja) * 2005-09-20 2007-04-05 Brother Ind Ltd 加速度軌跡生成装置
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