JPS5833563B2

JPS5833563B2 - サ−ボ機構の加速度制御装置

Info

Publication number: JPS5833563B2
Application number: JP4117978A
Authority: JP
Inventors: 和夫針木
Original assignee: Fujikoshi KK
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 1978-04-10
Filing date: 1978-04-10
Publication date: 1983-07-20
Also published as: JPS54134271A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は例えば産業用ロボットの位置決めに使用される
サーボ機構に適した、特に停止動作の滑らかな加速度制
御装置に関する。

点から点へと次々に移動して作業を行う産業用ロボット
のサーボ機構においては、特に位置決め動作の滑らかさ
が要求される。

従来の産業用ロボットの位置決めに使用されるサーボ機
構は、第１図に示すように指令入力信号は加え合せ点ａ
を経て増幅器１に与えられ、増幅器の出力がサーボ弁２
を介して、アクチュエータ３を働かせ、アクチュエータ
３に結合された制御対象を動かす。

アクチュエータ３には制御対象４の実際の位置に応じて
出力を出す位置検出器５が取り付けられており。

位置検出器の出力を加え合せ点ａに帰還し、指令入力信
号と比較して１両者の誤差をとり増幅器１に与える。

このようにして増幅器１に与えられる誤差信号が零にな
るように、換言すれば位置検出器５の出力と、指令入力
信号Ｉとが等しくなるように動作して制御対象４の位置
決めを行うものであった。

なお、一般のサーボ機構においては第２図のごとく増幅
器１は電気的に飽和する特性を有しており、加え合せ点
ａの出力である誤差信号がある値を超えると、増幅器１
の出力は、比例せずに飽和状態となる。

増幅器１の出力は、サーボ弁２を介してアクチュエータ
３を動かすため、ロボットの速度に対応するものである
。

したがって、増幅器１の出力は、飽和状態から解放され
た直後から誤差信号に比例し、一定の負の傾きで減少し
ようとする。

飽和状態の傾きＯから一定の負の傾きに変化する際に加
速度の急激な変化を生じ、それがサーボ弁３及びアクチ
ュエータ４を介して、ロボットに衝撃を与えるという大
きな欠点があった。

いま、これを定量的に説明すると、サーボ弁出力ｙｓは
油の流量であり、産業用ロボットの速度に比例する。

これは第１図において（Ｓニラプラス演算子）となり、ｙｓを積分し、係数ＫＭを掛けるとｙとな
ることからもこのことは明らかである。

また。産業用ロボットの速度を調べることと、ｙ８を調
べることとは等価であるので、以下ｙを考察する。

これをグラフに表したのが第４図であり、飽和からぬけ
出る時刻ｔ０に加速度が急激な変化を示し、衝撃を生じ
ることになる。

本発明は大きな慣性に逆らって急激に起動、停止するた
めに生ずる機械的な衝撃からロボット本体を保護し、ま
た、それによって発生する振動による無駄時間を排除し
、かつ作業の遂行時間を最小限に短縮して経済的効果を
より一層高めるため。

フィードバック制御装置のサーボループ内に一次進み回
路と積分回路及び速度検出回路を設けることにより、動
作の滑らかさを有する加速度制御装置を提供しようとす
るものである。

以下本発明の実施例を図面について説明する。

第５図において、増幅器１には、アクチュエータ３に操
作量を与えるサーボ弁２が接続され更にサーボ弁２には
制御対象４を駆動するアクチュエータ３が接続されてい
る。

アクチュエータ３に取り付けられた位置検出器５は制御
対象４の実際の位置に応じた出力を出し、この出力を加
え合わせ点ａに供給して閉ループを形成している。

更に、前向きループの加え合せ点ａの後に、加え合せ点
すを設け、制（財）対象４の速度を検出する速度検出回
路８からの検出量をフィードバックし、また、−次進み
回路６と積分回路７とを加え合せ点すと増幅器１との間
に設けである。

第６図には一次進み回路６と、積分回路７及び速度検出
回路８の一実施例の構成が詳細に示されている。

同図において演算増幅器ＯＰ１の入力側に抵抗Ｒ０とコ
ンデンサＣ１を並列に接続し、出力電圧を、抵抗器とコ
ンデンサＣ２を並列に接続することにより、入力側にフ
ィードバックして、−次進み回路６を構成し、また、演
算増幅器ＯＰ０の出力を、ゲイン調整用可変抵抗器ＶＲ
１と入力抵抗Ｒ３を介して、演算増幅器ＯＰ２の入力側
に接続し、コンデンサＣ３によりその出力をフィードバ
ックして、積分回路７を構成している。

さらに、入力側に、コンデンサＣ４と抵抗Ｒ４を直列に
接続し、コンデンサＣ６と抵抗Ｒ６を並列に接続するこ
とにより、その出力を入力端にフィードバックする演算
増幅器ＯＰ３により速度検出回路８を構成している。

第５図を部分的に示す第７図において、加え合せ点ａに
ステップ状の指令入力信号■が与えられると、ロボット
はスタートし、急激に速度を増し電気的に飽和した後、
一定速度で動く。

このとき増幅器１は飽和せず、積分回路７が飽和するよ
うになっている。

なお、加え合せ点ａには、ロボットの現在位置がフィー
ドバックされるため、その出力は、ロボットの速度に比
例する一定の傾き一αで減少する。

加え合せ点すはロボットの速度のフィードバック量−に
αを加算し、−次進み回路６は、その入力の比例及び微
分の和を出力する。

したがって第７図のごとく、−次進み回路６の出力は、
加え合せ点ａの出力に比べ（Ｋ＋Ｔ）αだけ小さくな
っている。

ここでｋは速度検出回路８により決まる定数でありＴは
一次進み回路６の時定数である。

−次進み回路６の出力は積分回路７に与えられ。

正であれば積分回路７の出力は増加し、負であれば減少
する。

しかし、積分回路７の出力が電気的に飽和してロボット
が一定速度で動いていることを考え合わせると、正であ
っても増加せず一定値を保つことになる。

ここで積分回路７の出力は増幅器１を介してサーボ弁２
に与えられるため、ロボットの速度に対応する。

また、−次進み回路６の出力は加速度に対応しており、
ロボットの加速度が負になるときは、−次進み回路６の
出力が負になるときであり。

負の加速度は第７図のごとく、滑らかに正から負に変化
する。

したがって、ロボットの速度を減少しようとするアクチ
ュエータ３の力はＯから滑らかに増加し、なんらの衝撃
をもロボットに与えない。

このことを定量的に示す。時刻ｔ１の少し前からサーボ
弁出力ｙｓが、第３図のように時刻ｔ（＜１１）で
βに飽和しているときは、ロボットは一定速度で動いて
いる。

この一定速度をαとすれば、指令値■と、ロボットの位
置ｙ３との差である。

加え合せ点ａの出力ｙ１は傾き一部で時間の経過ととも
に減少している。

また速度検出器のゲインをｋとすれば、加え合せ点すの
出力ｙ２はｙ□よりにαだけ下方向にずれている。

１次進み回路は（１＋ｔｓ）つまり、入力と同じ信号と
、入力を微分し、Ｔ倍した信号との和を出力する回路で
ある。

つまり、グラフｙ２とｙ２の微分のＴ倍を加えたグラフ
となる。

ｙ４を積分したのが従来の偏差ｙεとなり、増幅器１、
サーボ弁２を通じて、ロボットを動かすことになる。

増幅器、サーボ弁は全て比例要素であるため、信号ｙｓ
（サーボ弁出力）とｙ５（偏差）とは同じ性質を持ち、
ロボットの速度に比例する。

また、ｙＥが速度に相当すれば、積分回路の入力ｙ４
は加速度に相当する。

ここで積分回路の入出力信号に注目する。

この積分回路は飽和するが、それは、ちょうどサーボ弁
の流量が飽和するのと同じ条件に調整する。

つまり、この積分回路が飽和しているときはロボットが
最高速で動いているときである。

時刻ｔ’ｌＦｔｌＦｔ″ｌを設定する（ｔ’１
＜ｔｌ＜ｔ“□）と。

時刻１／、ではｙ４は正であるので積分回路はどんどん
増加し、ついには飽和に至る（今この飽和から後の状態
に注目しているので、飽和に至るまでの過度現象にはふ
れない）。

ｙ、が、飽和の状態から減少するのは、ｙ４が、負
になってからである。

なぜなら積分回路は一般的に入力が正なら増加、Ｏでホ
ールド、負で減少するものであるからである。

したがって、ｙ５はｙ、二〇となる時刻ｔ１からしだい
に減少し、充分負である時刻ｔ“１ではどんどん減少す
ることになる。

ここで速度ｙ、が減少し始める時、加速度ｙ４は、時刻
ｔ１で連続である。

したがって、衝撃はないといえる。

また、時刻ｔ“１以降についても１時刻ｔ１での加速度
ｙ４の連続性を説明すれば、充分であるため、考察を省
略する。

以上のごとく本発明の加速度制御装置によれば一次進み
回路と積分回路と速度検出回路を上述のように設けたの
で、減速時の加速度を滑らかに変化させることができ、
外部から特に加速度を制御することをしないで滑らかな
位置決め動作を敏速に行うことができる優れた効果を奏
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の産業用ロボットの位置決めに使用される
サーボ機構のブロック図、第２図は第１図の部分拡大し
た一般のサーボ機構のブロック図とその特性図、第３図
はサーボ弁出力の時間と速度の関係図、第４図は加速度
の変化を示す時間と加速度との関係図、第５図は本発明
の一実施例のブロック図で、第６図は第５図の中の一次
進み回路６と積分回路７及び速度検出回路８の一実施例
の電気回路を示し、第７図は第５図の一部のブロック線
図とその各部の特性図である。１・・・・・・増幅器、２・・・・・・サーボ弁、３・
・・・・・アクチュエータ、４・・・・・・制御対象、
５・・・・・０位置検出器。６・・・・・・−次進み回路、７・・・・・・積分回路
、８・・・・・・速度検出回路、ａ・・・・・・加え合
せ点、ｂ・・・・・・加え合せ点。

Claims

【特許請求の範囲】

１制御対象の位置検出器からの信号と指令入力信号と
の加え合せ点と、加え合せ点からの信号を増幅する増幅
器と、増幅器からの出力で作動するサーボ弁と、サーボ
弁により操作されるアクチュエータとを前向きループに
接続し、アクチュエータに取付けられて制御対象の実際
の位置に応じた出力を発生する前記位置検出器を後向き
ループに接続し、位置検出器から発せられる出力を前記
加え合せ点に帰還させる閉ループサーボ機構において、
減速位置及び増速位置を指示する一次進み回路と一次進
み回路の出力を入力とし減速又は増速を動作信号に置換
する積分回路を加え合せ点と増幅器の間に設けると共に
、制御対象の速度を検出する速度検出回路を後向きルー
プに設け、前記加え合せ点と一次進み回路との間に速度
検出回路からの出力との第２の加え合せ点を設けたサー
ボ機構の加速度制御装置。