JPS61123907A - ロボツトの速度リミツタ - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ロボットの速度リミッタに関する。

〔従来の技術〕

例えば、多関節形のロボットを利用してシーリング作業
を行なう場合、ロボットの先端部に取り付けたシーリン
グガンが所要の軌跡を一定速度で移動するようにロボッ
トを動かす必要があるため、このような場合にはロボッ
トをＣＰ制御（経路決め制御）で駆動するようにしてい
る。

ところで、このＣＰ制御で多関節形のロボットを駆動す
ると、ロボットの姿勢によってはロボットの各関節の動
作速度が制限速度を越えてしまうことがよくある。

すなわち、シーリングガンの移動速度をロボットの姿勢
を問わず一定にしようとした場合、ロボットの各関節に
よる姿勢が縮んでいる状態より伸びた状態の方が速く動
く必要があるからである。

そこで、このような速度オーバを防ぐために。

ロボットの制御装置には、従来より動作速度指令値を所
要の指令値範囲内に抑えて出力する回路や。

速度フィードバック信号を利用して検出したロボットの
関節の動作速度が所要速度を越えた時に動作速度を所要
速度に落とすかあるいは停止させる回路などからなる速
度リミッタが設けられていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような従来の速度リミッタにあって
は、何れも速度オーバの関節のみの速度を独立に制限す
るか、あるいはロボット全体を停止するようになってい
るため、次のような問題があった。

すなわち、先ず速度オーバの関節の速度のみを制限する
と、当然のことながらロボット先端の動作軌跡が乱れる
ため１例えば前述のようにロボット先端部にシーリング
ガンを取り付けてシーリング作業を行なうべく、そのシ
ーリング作業用のティーチデータの適否を確認するため
のプレイバックを行なった場合、シーリングガンが直接
塗布仕様のガンだとガンに必要以上の力が加わってガン
を破損してしまうことがあった。

また、ロボットを実際に稼動させる前には、上記のよう
にティーチデータの適否を確認するプレイバックを行な
うが、前述のように作用する速度リミッタを用いると、
この速度リミッタが作用する毎にロボットのティーチン
グを遺り直さなければならず、非常に面倒であった。

この発明は、このような問題を解決しようとするもので
ある。

［問題点を解決するための手段］ そこで、この発明によるロボットの速度リミッタは、多
関節形のロボットの制御装置において。

ロボットの各関節毎に予め定めた制限速度値を記憶した
記憶手段と、ロボットの各関節毎の動作速度指令値が夫
々記憶手段に記憶した各関節毎の制限速度値を越えてい
るか否かを判定する判定手段と、この判定手段の判定結
果に基づいて動作速度指令値が制限速度を越えている関
節があった時にその動作速度指令値を当該関節の制限速
度値に制限手段と、この制限手段による動作速度指令値
の制限時に当該動作速度指令値と制限速度値との比率に
応じて制限手段による制限を受ける関節以外の関節の動
作速度指令値を低下させる低下手段とを設けて構成する
。

〔作　用〕

このように構成すると、制限速度を越える動作速度を指
令された関節があった場合、全関節の動作速度が指令さ
れた相互速度比率のまま所要速度に落ちるようになる。

〔実　施　例〕

以下、この発明の実施例を添付図面を参照しながら説明
する。

第１図は、この発明の一実施例を示すブロック構成図で
ある。

同図において、１は中央処理部であり、中間処理部２及
び第１輔乃至第６軸用サーボ制御部３゜４、・・・・・
・５と共に図示しない６軸の多関節形ロボットの制御装
置を構成している。

そして、この中央処理部１は、ロボットにおける第１軸
乃至第６軸の各関節毎に予め定めた制限速度値Ｖ＋＊ａ
ｘＩ”Ｖｍａｘ６を例えばロボットのイニシャル起動時
に中間処理部２に出力すると共に。

メモリに記憶したティーチングデータが示す各ティーチ
ングポイント間を直線補間などによって補間処理するこ
とにより逐次得られる各関節毎の目標位置指令値Ｐｘｌ
〜Ｐｘ６及び各関節共通で各目標位１１Ｅ指令値毎の移
動時間値Ｔｘを順次中間処理部２に出力する。

中間処理部２は、制限速度値記憶部６．動作速度指令値
計算部７９判定部８．移動時間遅延部Ｓ。

及び位置制限部１０などからなり、実際にはマイクロコ
ンピュータによって構成されている。

そして、制限速度値記憶部６は、中央処理部２から出力
される各関節毎の制限速度°値ｖＩＩｌａｘＩ〜Ｖ　ｎ
＋ａｘ　＠を記憶する。

動作速度指令値計算部７は、中央処理部２から順次出力
される各関節毎の目標位置指令値ＰｘＩ〜Ｐｘ６と各関
節共通で各目標位置指令値毎の移動時間値Ｔｘに基づい
て１次のように各関節毎の動作速度の近似値である平均
動作速度値ｖｘＩ〜Ｖｘ６を計算する。

すなわち、中央処理部２から前回出方された目標指令値
をＰｘｘｌ−Ｐｘｘ６とし、今回出力された目標位置指
令値と移動時間値を夫々Ｐｘ１〜Ｐ）ｌ＋＋Ｔｘとする
と、平均動作速度指令値Ｖｘｌ”Ｖｘ６は Ｖｘ（ｉ）＝　Ｉ　Ｐｘ（ｉ）　−Ｐｘｘ（ｉ）　Ｉ　
／Ｔｘ、　ｉ−＝１〜６を計算することによって求める
。

判定部８は、制限速度値記憶部６に記憶した各関節毎の
制限速度値ｖｍａｘｌ〜Ｖｍａｘ６と動作速度指令値計
算部７が計算□した各関節毎の平均動作速度指令値Ｖｘ
１〜Ｖｘ６とに基づいて、各関節毎に負荷率　ＬＲ（ｉ
）＝Ｖｘい→／　Ｖ＋ｍａｘ（＝　）、　（＝＝１〜６
〕を計算すると共に、その求めた負荷率ＬＲ（ｉ）が「
１」を越えているか否かを各関節毎にチェックすること
によって、Ｖｘｌ〜Ｖｘ６が夫々Ｖ■ａｘユ〜Ｖ■ａｘ
６を越えているか否かを判定する。

移動時間遅延部Ｓは１判定部８の判定結果に基づいて「
１」を越える負荷率ＬＲ（ｉ）があった時（複数あった
場合はそのうちの最大の負荷率ＬＲ（し）を選ぶ）に、
その負荷率ＬＲＣ＆、）を当該移動時間値Ｔｘに乗算し
て移動時間値ＴｘをＴｘ’＝Ｔｘ−ＬＲ（ｚ）に引き延
すことによって５　「ｌ」越えている負荷率ＬＲ（ｉ）
に対応する当該関節の平均動作速度指令値Ｖ　ｘ　（ｉ
、　）を当該制限速度値Ｖａ＋ａｘ（ｉ）に結果的に制
限すると共に、その制限を受ける関節以外の各関節の平
均動作速度指令値Ｖｘ（ｉ−１）も制限を受ける関節の
Ｖｘ（ｉ）とＶｍａｘ（＝　）の比率に応じて結果的に
低下させる。

すなわち、各関節共通の移動時間ＴｘをＴｘ’＝Ｔｘ−
ＬＲ（ｊ）、（ＬＲ（ｉ）＞１）に引き延すと、ＬＲ（
ｉ）＞１の関節が例えば第１軸（ｉ、＝１）ならば平均
動作速度指令値Ｖｘｌは°。

ｌ　Ｐｘｌ　−Ｐｘｘｔ　ｌ　／Ｔｘ・（ｌ　Ｐｘｌ　
−Ｐｘｘｔ　ｌ　／Ｔｘ／Ｖｌｌｌａｘｓ　）　＝Ｖｗ
ａｘｌとなって結果的にＶ　ｒｓａｘ　ｔに制限され、
又その他のＶｘ（ｉ）（し＝２〜６）は、 Ｖｘ（Ｌ）’　　＝　　ｌ　　Ｐｘ（１）−Ｐｘｘ（ｉ
）ｌ　　／Ｔｘ・（Ｖｘｌ　　／Ｖｍａｘ１　　）＝Ｖ
ｘ（ｉ）（Ｖｍａｘｌ／Ｖｘｌ）、　　　　（ｉ＝２〜
６）となって比率Ｖ■ａｘ　１　／　Ｖ　ｘ　＠に応じ
て低下され。

それによって修正された全関節の平均動作速度指令値Ｖ
ｗ＋ａｘｌ（＝Ｖｘｌ　’　）及びＶｘ（ｂ）’　　（
ｔ−＝２〜６〕の相互速度比率は、修正前のＶ　ｘ　１
〜Ｖ　ｘ　６の相互速度比率と等しくなる。

すなわち、この移動時間遅延部Ｓはこの発明に係わる制
限手段及び低下手段の機能を果す制限／低下部と呼称し
ても良いものである。　。

位置制御部１０は、中央処理部１からの目標位置指令値
ＰｘＩ−Ｐｘ６．移動時間遅延部９からの移動時間値Ｔ
ｘ’　　（全ての関節が速度オーバしていなければＴ　
ｘ　＝　Ｔ　ｘ　’　）　を及び第１軸乃至第６軸用酸
サーボ制御部３，４．・・・・・・５で夫々検出。

している各関節の現在位置値ＰＰｘｌ〜ＰＰｘ６等に基
づいて各関節の現在位置に応じた動作速度指令値ＤＶｘ
Ｉ”ＤＶｘ６を逐次演算して、その演算したＤＶｘｌ〜
ＤＶｘ６を夫々第１軸乃至第６軸用サーボ制御部３，４
．・・・・・・５に出力する。

第１軸用サーボ制御部３は、Ｄ／Ａ変換器１１゜Ｆ／Ｖ
変換器１２．パワーアンプ（サーボアンプ）１３、及び
現在位置検出部１４等からなり、図示しないロボヅトの
第１軸駆動用のモータ１５の回転を制御する。

Ｄ／Ａ変換器１１は、中間処理部２における位置制御部
１０から出力される動作速度指令値り、Ｖｘｌをアナロ
グの動作速度指令信号５ＶｘＩに変換する。

Ｆ／Ｖ変換器１２は、第１軸駆動用のモータ１５の出力
軸に取り付けたパルスジェネレータ（パルスエンコーダ
）１６からのフィードバックパルスＦＰ、を周波数／電
圧変換して第１軸の関節の実速度に応じた速度フィード
バック信号５ＦｘＩを形成する。

パワーアンプ１３は、Ｄ／Ａ変換器１１からの動作速度
指令信号５Ｖｘｌと、Ｆ／’Ｖ変換器１２からの速度フ
ィードバック信号５ＦｘＩとの偏差に応じた駆動電流を
モータ１５に供給して、モータ１５の回転を制御する。

現在位置検出部１４は、パルスジェネレータ１６からの
フィードバックパルスＦＰｌをモータ１５の回転方向に
応じてアップ又はダウンカウントすることによって第１
軸の関節の現在位置ＰＰｘ監を検出する。

第２軸乃至第６軸用サーボ制御部４．・・・・・・５（
符号は便宜上２つのみにしか付していないがサーボ制御
部は５軸分ある）は、各々第１軸用サーボ制御部３と全
く同様に構成され、夫々第２軸乃至第６軸駆動用のモー
タ１７．・・・・・・１日の各出力軸に取り付けたパル
スジェネレータ１８．・・・・・・２０からのフィード
バックパルスＦＰ２〜ＦＰ。

と位置制御部１０からの動作速度指令値ＤＶｘ２〜ＤＶ
ｘ６とに基づいてモータ１７．・・・・・・１Ｓの回転
を制御する。

次に作用を説明する。

先ず、中央処理部１は、中間処理部２の制限速度記憶部
６に予め定めた各関節毎の制限速度値Ｖ■ａＸｌ〜Ｖｓ
ａｇをロボットのイニシャル起動時に出力する。なお、
これ等のＶ　ｗａｘ　ｔ〜Ｖ＋ｓａｘ＠は中央処理部１
からではなく制限速度記憶部６に直接書き込むようにし
ても良い。

次に、ロボットのプレイバックがかかつて、中央処理部
１から各関節毎の目標位置指令値Ｐｘ１〜Ｐｘ６と各関
節共通で各目標位置指令値毎の移動時間値Ｔｘが中間処
理部２の動作速度指令値計算部７に出力されるようにな
ると、動作速度指令値計算部７は。

Ｖｘ（ｉ）＝　ｌ　Ｐｘ（ｉ）−Ｐｘｘ（ｉ）Ｉ／Ｔｘ
（ｉ＝１〜ｓ；但しＰｘｘ（ｉ）の初期値は「０」）の
計算を開始する。

そして１判定部８では、動作速度指令値計算部フで逐次
計算されるＶｘ１〜Ｖｘ＠と、制限速度値記憶部６に記
憶しであるＶ■ａＸｌ〜Ｖｍａｘ＠とに基づいて、各関
節毎の負荷率 ＬＲ（ｉ）＝Ｖｘ（ｉ）／Ｖｍａｘ（ｔ）−（ｉ＝１〜
６）を計算すると共に、その求めた負荷４！ＬＲ（ｉ）
がｒＮを越えているか否かを各関節毎にチェックする。

そして、移動時間遅延部Ｓでは１判定部８での判定結果
により「１」を越えている負荷率ＬＲ（ｔ、）があった
時にのみその最大値を中央処理部１から出力されている
移動時間値Ｔｘに乗算して、Ｔｘを　Ｔｘ’　＝Ｔｘ−
ＬＲ（ｉ）に引き延す。

位置制御部１０は、移動時間遅延部Ｓからの移動時間値
Ｔｘ’　　（ＶｘＤ）≦Ｖｍａｘ（ｔ）の場合はＴｘ’
＝Ｔｘ）と、中央処理部１からの各関節毎の目標位置指
令値Ｐｘ１〜Ｐｘ６と、第１軸乃至第６軸用サーボ制御
部３，４．・・・５からの各関節毎の現在位置ＰＰｘｌ
〜ＰＰｘ６等とに基づいて。

各関節毎の動作速度指令値ＤＶｘｌ”ＤＶｘＢを逐次演
算しながら、その演算したＤＶｘｌ〜ＤＶｘａを夫々第
１軸乃至第６軸用サーボ制御部６．４．・・・５に出力
する。

したがって、第１軸乃至第６軸用サーボ装置３゜４、・
・・５の作用により、第１軸乃至第６軸駆動用モータＩ
ｓ、１７．・１９がＤＶｘ１〜ＤＶｘ６に応じて回転し
て１図示しないロボットの各関節が動く。

そして、上記のように負荷率ＬＲ（、、）がＬＲ（ｉ）
＞１となっている時には、　ＬＲ（ｉ）＞１となってい
る関節のＶｘ（ｊ）をそのｖＩＩｌａス（Ｌ）に制御し
、且つそれ以外の関節Ｖ　ｘ　（ｉ　−１）をＶｍａｘ
い・／Ｖｘ（ｉ）の比率に応じて低下するように、詳し
くは例えばＶｘｌ〜Ｖｘｇが第２図（イ）〜（ハ）に示
すような速度パターンで変化し。

又Ｖ　ｘ　２が区間τＸでＶ　ｘ　２　）　Ｖ■ａｘ２
　　となった場合を例に採ると１区間でＸにおいてはＶ
ｘ２はＶ　ｘ　２　＝　Ｖｍａｘ２　　に制限され、且
つＶｘｌ　。

ＶＸａ〜ＶｘＢはＶａ＋ａｘ２　／Ｖｘ２の比率で破線
で示すパターンから実線で示すパターンに低下するよう
に、移動時間値Ｔ　Ｘ　ｔｔＴＸ’　＝＝Ｔｘ−ＬＲ（
Ｌ　）に引き延すので、このような時でも全関節の動作
速度は指定された相互速度比率が保たれ、それによって
動作速度が落ちても全関節の位置関係は狂わず、動作軌
跡も乱れない。

したがって、このように作用する゛速度リミッタ機能を
ロボットの制御装置に備えておけば、ロボットの先端部
に直接塗布仕様のシーリングガンを取り付けてシーリン
グ作業を行なうべく、そのシーリング作業用のティーチ
ングデータの適否を確認するためのプレイバックをＣＰ
制御で行なった場合、制限速度オーバを引き越そうとす
る関節があっても唯ロボットのプレイバック速度（シー
リング速度）が落ちるだけでその動作軌跡は変らないた
め、シーリングガンを破損せずにプレイバックを続行で
きるばかりか、ティーチングを遺り直さなくて済む。

第３図は、第１図の中間処理部２における速度リミッタ
機能に係る各部の他の実施例をフロー図化して示すもの
である。

この実施例では、中央処理部１から逐次出力される各関
節毎の目標位置指令値ｐｘ（ｉ）、（ｉ＝１〜６〕と各
関節毎の制限速度値Ｖｍａｘ（ｉ）。

［ｉ＝　１〜６］とに基づいて、各関節毎に今回値Ｐｘ
（ｉ）と前回値Ｐｘｘ（＋Ｌ）との差が示す距離を制限
速度値Ｖ＊ａｘ（ｉ）で移動した時の時間Ｔ１（Ｔ　　
１　　＝　　ｌ　　Ｐ　　ｘ（ｉ−）−ＰＸＸ（ｉ）ｌ
　　／Ｖｍａｘ（ｉ））　　を求めて、その求めたＴ１
のうちの最大時間をＴＯとすると共に、そのＴｏを中央
処理部１からの移動時間Ｔｘと比較することによって、
前実施例のＶｘｌ〜Ｖｘ６のうちの何れが、対応するＶ
ｍａＸ＋−Ｖｍａｘｓの何れを越えているか否かを判定
する。

そして、ＴＯ≦ＴｘならＴｘをそのまま第１図の位置制
御部１０に出力すると共に、ＴＯ＞Ｔｘの場合にのみＴ
Ｏに引き延したＴｘを位置制御部１０に出力することに
よって、前実施例と同様にＴ　Ｏ＞　Ｔ　ｘとなってい
る関節の平均動作速度指令値Ｖｘ（ｉ）をＶｍａｘい→
に結果的に制限すると共に、その制限を受ける関節以外
の各関節の平均動作速度指令値Ｖｘ（ｉ−１）も制限を
受ける関節のＶｘＤ）とＶｍａｘＣｉ−）の比率に応じ
て結果的に低下させている。

このようにしても、前実施例と全く同様な効果を奏する
。

なお、上記実施例では、中央処理°部１からの目標位置
指令値Ｐｘｌ〜Ｐｘ８と移動時間Ｔｘとから求めた平均
動作速度指令値Ｖｘｌ〜ｖｘ６に基づく判定処理を行な
うようにした例に就て述べたが、より正確な速度リミッ
タ処理を行ないたければ１位置制御部１０から出力され
る瞬時値としての動作速度指令値ｏｖＸｌ〜ＶＤＸ＠を
用いて、ＤＶｘ６〜Ｄ　Ｖ　ｘ　Ｂと夫々の制限速度値
とを比較し、制御速度値を越えている指令値があった場
合には、その指令値を制限速度値に制限すると共に。

その制限を受ける関節以外の各関節の各指令値を夫々制
限を受ける関節の指令値と制限速度値との比率に応じて
低下させるようにすれば良い。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、この発明によれば。

ロボットの各関節の速度オーバを事前にチェックして、
速度オーバする関節があった場合には、全関節の動作速
度を指令された相互速度比率のまま所要速度まで落すよ
うにしたため、ＣＰ制御中に速度オーバが生じた場合で
も全関節の位置関係が狂わず、動作軌跡も変化しない。

したがって、速度オーバする毎にティーチングを遺り直
す必要がなくなるばかりか１例えばロボット先端部に直
接塗布仕様のシーリングガンを取り付けてシーリング作
業を行なうべく、そのシーリング作業用のティーチング
データの適否を確認するためのプレイバックをＣＰ制御
で行なった場合に速度リミッタが作用してもシーリング
ガンを破損することがない。

また１本発明によれば各関節の制限速度値を簡単に設定
できる効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示すブロック構成図、 第２図は、第１図の中間処理部２の作用説明に供する速
度パターン図。 第３図は、第１図の中間処理部２における速度リミッタ
機能に係る各部の他の実施例を示すフロー図である。 １・・・中央処理部　　　　２・・・中間処理部３・・
・第１軸用サーボ制御部 ４・・・第２軸用サーボ制御部 ５・・・第６軸用サーボ制御部 ６・・・制限速度値記憶部 ７・・・動作速度指令値計算部　　　８・・・判定部９
・・・移動時間遅延部（制限／低下部）１０・・・位置
制御部　　　１１・・・Ｄ／Ａ変換部１２・・・Ｆ／Ｖ
変繁器　　１３・・・パワーアンプ１５・・・第１軸駆
動用のモータ １７・・・第２軸駆動用のモータ ＩＳ・・・第６軸駆動用のモータ １Ｇ、１８．２０・・・パルスジェネレータｉ１．′

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　多関節形のロボットの制御装置において、前記ロボ
   ットの各関節毎に予め定めた制限速度値を記憶した記憶
   手段と、 前記ロボットの各関節毎の動作速度指令値が夫々前記記
   憶手段に記憶した前記各関節毎の制限速度値を越えてい
   るか否かを判定する判定手段と、この判定手段の判定結
   果に基づいて動作速度指令値が制限速度値を越えている
   関節があつた時にその動作速度指令値を当該関節の制限
   速度値に制限する制限手段と、 この制限手段による動作速度指令値の制限時に、当該動
   作速度指令値と制限速度値との比率に応じて前記制限手
   段による制限を受ける関節以外の関節の動作速度指令値
   を低下させる低下手段とを設けて構成したことを特徴と
   するロボットの速度リミッタ。