JPS58181590A - ロボットアームの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、フィードバック制御系管用いてロボットアー
ムを制御する方法に関する。

産業用ロボットのアームの先端位置は、従来つぎのよう
にして検出している。すなわち、第１図に示す如く上記
アームａが角度変位する場合には、鋏アーム１０回動軸
に連結したパルスエンコーダ等の角度検出器すによって
、まｆｃ、第２図に示すようにアームａが軸方向運動す
る場合には、該アームの基端に連結したリニアポテンシ
ッメータ等の位置検出器Ｃにより各々検出するようにし
ている。

ところで上記アームａけ、その先端部が＠線に示す態様
で撓み、その撓み量はアームの自重、アーム先端に負荷
されるワークの）、量、アームの作動位置等により変化
する。かかる酔みを生じた場合、上記検出器ｂｔたＦｉ
Ｃで検出さする位置と実際のアーム先端位置と０間にズ
レを生じ、そのため従来、上記検出器すまたｕｅＯ川力
用号に基づいて上記アーム先端の位置をフィードバック
制御した嘔いに、該アーム先端を精度よく位置決めする
ことができなかった。

上記撓みを防止するＫは、アームａの形状を大きくして
その剛性を高めねばよいが、かくするとアームの重量が
増大してその制御性が低下するので、アクチュエータの
大型化１７図ったシ自重バランス機構を追加する等の手
段を施す必要が生じる。

本発明の目的は、軽量のアームを用いた場合においても
該アームの先端の位置決めを精度よく行なうことかでき
るロボットアームの制御方法を提供することにある。

本発明はかかる目的を達成するため、上記アームの先端
における撓み量を電気信号として検出し、この検出信号
を用いてフィードバック系の位置検出誤差を補正するよ
うにしている。

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

本発明に保る制御力法は、第３図に例示する装置を用い
て実施される。

同図ニおいて、ロボットアーム１の先端に付設された加
速度検出器２は、その検出方向を上記アーム１の揺動力
向に合わせである。

この加速度検出器２によって検出される上記アーム１の
加速度成分のうち、低周波成分（たとえばＩ　Ｈｚ以下
）Ｆｉ重力の加速度に基づくものと考えられ、したがっ
てローパスフィルタ３（九とえはＩＨｚ以下Ｏ周波数を
通過させるように構成される）の出力信号は、上記アー
ム１の揺動力向についての重力む加速＆を示す。しかし
てこの加速度は、上記アーム１０角度変什に対し第４図
に示す態様で、つま９正弦波状に変化する。

いま、第５図に鎖線で示す如く上記アーム１が重力の加
速Ｊ［によって撓んだとすると、このアームの撓み角ｔ
Ｆｉ柳んだアームの先ｎａにおける接線と撓まない状態
で示したアームとのなす角度（−−θ′）である、同図
に示す角度θは、第３図に示した位置検出器４（第１図
に示した角度検出器すに対応する）によって検出され、
また上記角度−′は上記ローパスフィルタ３の出力信号
より検出されるので、上記撓み角１は両者の出力信号よ
シ得ることができる。

ところで、上記アーム１の撓みによって生ずる撓み量δ
、つまり撓みを伴ったアーム１の実際のづ〈成分６首と
、該アーム１の先端０重量（集中荷重）Ｋ基づく成分δ
、との和で近似でき、また上記撓み角ｔ４．上記個々の
重量に基づく各成分ｌ。

およびｌ、の和で近似することができる。つまりδキδ
、＋δ＊、　　ｉ＝ｉ、＋１゜ そこで第６図に示したように、上記加速度検出器を上記
アーム１の先端より苔千基部１１１に寄せて配置し、該
検出器２の設置点ニジアーム基端およびアーム先端に至
る距離を各々石およびｔ、とすると、上記設置点におけ
るアーム１０撓み量の各成分Ｊ　Ｉ’　＊δ、′け、Ｆ
ｉりの撓・みを求める周知の式に基づいて各々 δ、′＝−・ｔｌ・ｉ、　　　　　　　　　　　　（１
１の如く表わさね、したがりて上記撓みｔ−はζ−Ｊ、
＋Ｊ菅−Ｊ＋’＋δ、’＋ｔ、・ｌと表わされる。しか
して上式（３）に示す角ｌＩ　は、上記アーム１の自重
が知られていることから、上記位置検出＠２によって得
られる該アーム１０基部Ｏ回動角より算定することがで
きる。

第３図に示した演算回路５ｔｊ、上記ローノζスフイル
タ３０出力信号と位置検出器４の出力信号（角度信号）
とに基づいて上記撓み角ｉｔ演算するとともに、上記位
置検出器４の出力信号から上記角１＋　を演算し、さら
にそれらの演算結果に基づき上式（３）に示した演算゛
【行なって上記撓み量ＪＫ対応した信号を出力する。

しかして上記演算回路５の出力信号は、加算点６におい
て位置検出器４の出力信号と加算され、これによりて上
記検出器４の出力信号が補正される。すなわち、上記検
出器４の出力信号は、第５図に示した位＃Ｐｎを示して
いるが、上記加算点６に上記撓み量Ｊに対応する信号が
入力されることから、該加算点６よシ実際のアーム先熾
位置Ｐムを示す信号が出力嘔れる。

上記加算点６の出力信号は、アームｌの位置を指令する
目標値とともに加算点７に入力され、これによって該加
算点７からは両者の偏差が出力される。そしてこの偏差
は、加算点８においてモータ９の速Ｊ［１に検出する速
度検出器１０の出力信号と加算１ｔ−＋たのち、周知の
Ｐ　Ｉ　Ｄ　（Ｐｒｅｐｏｒｔｂｎａｌｉｎｔｅｇｒａ
ｌ　Ｄｉｆｆ＠ｒ＠ｎｅｉｍｌ）制御回路１１　を介し
て上記モータ９に入力される。その結果、上記偏差が零
となる方向に減速機１２ヲ介して上記アーム１が回動嘔
れ、これによって該アーム１０先端が目標値に対応し曳
位置に正ｌＸ位置決めされる。

つｆ９上記偏差は、上記アーム１０撓み量Ｊ會加味した
値となるので、該撓み量ａＹｔ補正した精度の高い位置
決めが行なわれる。

なお、上記加算点８に入力される速度検出器ＩＯの出力
信号は、モータ９の速度が大きいときに該モータの速Ｉ
ＩＬを低下させるように作用する。またこの検出器１０
の出力信号は、系の応答性を改善する目的で上記ＰＩＤ
制御回路１１内の微分回路（図示せず）に入力さねてい
る。

上記５Ｎ！１１１＠においては、加速度検出器２の出力
信号の低周波成分子ｏ−パスフィルタ３によって検出し
、アーム７の揺動方向についンの重力加速度を示す上記
低周波成分から第５図に示した角度θ′を得るようにし
ているか、上記加速度検出器２に代えて傾斜検出器（傾
斜計）を用いることにより、該傾斜検出器の出力信号か
ら直接上記角度θ′金得ることができ、かかる場合には
当然上記フィルタ３を必要としない。

また上記実施例でＦ′１ＰＩＤ制御回路１１を使用して
いるが、本発明ｉｊ該回路１１を用いないフィードバッ
ク系に対しても適用しうろことは言う１でもない、さら
に本発明は第２図に示した態様で作動するアームに対し
ても有効に適用できる。

上記するように本発明に係る制御方法によれば、ロボッ
トアーム撓みに基づく位置検出誤差が補正さ４るので、
軽量なアームを用いた場合においても該アームの先端を
精度よく位置決め制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、各々０ボツトアームの位置検出
誤差と撓みの態様を示した概念図、第３図は本発明の方
法を実施するための装置の一例を示したブロック図、第
４図はアームの揺動力向についての重力加速度の変化態
様を示した概念図、第５図および第６図はアームの撓み
によって生じる撓み角と撓み量との関係を示した概念図
でりる。 １・−ロボットアーム、２・・・加速度検出器、３・・
−ローパスフィルタ、４・・・位置検出器、５・・・演
算回路、■１・−ＰＩＤ制御回路。 第１図 第２図 第４図 第５図 ８口 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）フィードバック制御′４を用いてロボットアーム
   を制御する方法において、上記アームの先端における撓
   み量を電気信号として検出し、この検出信号を用いて上
   記フィードバック制御系における位置検出誤差を補正す
   るようにしたことを％徴トするロボットアームの制御方
   法。
2. （２）上記アームの先端部において該アームの揺動力向
   の加速度を検出するとともに、該加速度の低周波成分を
   取り出し、該低周波成分と上記フィードバック制御系に
   おける位置フィードバック信号とに基づいて上記撓み量
   を検出するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
   第α）ｇ４記載のロボットアームの制御方法。