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JP2529280B2 - 多関節ロボットの制御装置 - Google Patents
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JP2529280B2 - 多関節ロボットの制御装置 - Google Patents

多関節ロボットの制御装置

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JP2529280B2
JP2529280B2 JP62181462A JP18146287A JP2529280B2 JP 2529280 B2 JP2529280 B2 JP 2529280B2 JP 62181462 A JP62181462 A JP 62181462A JP 18146287 A JP18146287 A JP 18146287A JP 2529280 B2 JP2529280 B2 JP 2529280B2
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利弘 井手
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、組立作業等に用いられる多関節ロボットの
制御装置に関するものである。
従来の技術 近年多関節ロボットは、生産の自動化の担手ととして
普及しつつあり、位置決めのより高速化が望まれてい
る。
現在の多関節ロボットの位置決めにおいては、制御装
置のハードウェア部分の温度ドリフトや、重力あるいは
各アームに接続されたケーブルの反力等による位置ズレ
の補償すなわちオフセットの補償をロボットの各姿勢に
対して行う必要があるという問題点が存在する。従来は
このオフセットを補償するために、位置決めの目標位置
と現在位置の偏差の総和に比例した積分項を速度指令に
加えることで対処していた。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、位置決めごとに
積分項によるオフセット補償を行うため、補償時間が毎
回の位置決め時間に含まれる結果、全体の位置決め時間
が長くなるという問題点を有していた。参考として第4
図aにオフセット補償を行っていない場合、同図bに積
分項によるオフセット補償を行った場合、同図cにオフ
セットズレのない場合の位置決め時間−移動位置の関係
を示す。
本発明は上記問題点に鑑み、位置決め時の積分項の収
束値をオフセット補償項におきかえて行くことにより、
自動的にオフセット補償を行い位置決め時の積分項によ
る補償時間を短縮することを特徴とした多関節ロボット
の制御装置を提供するものである。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の第1の多関節ロ
ボットの制御装置は、第1図に示すように、目標位装と
現在位置の偏差に比例する第1の速度指令を算出する比
例項算出手段と、偏差の和に比例した第2の速度指令を
算出する積分項算出手段と、第2の速度指令の収束を判
定する収束判定手段と、収束判定時の収束値を第3の速
度指令に加算するとともに第2の速度指令より減算する
オフセット項算出手段と、第3の速度指令を多関節ロボ
ットの各姿勢に対して各関節ごとに記憶しておくオフセ
ット項記憶手段を備えたものである。
また本発明の第2の多関節ロボットの制御装置は、第
2図に示すように、目標位置と現在位置の偏差に比例す
る第1の速度指令を算出する比例項算出手段と、偏差の
和に比例した第2の速度指令を算出する積分項算出手段
と、第2の速度指令の収束を判定する収束判定手段と、
収束判定時の収束値を第3の速度指令に加算するととも
に第2の速度指令より減算するオフセット項算出手段
と、第3の速度指令を多関節ロボットの各姿勢に対して
各関節ごとに記憶しておくオフセット項記憶手手と、オ
フセット項記憶手段により記憶されている第3の速度指
令を用いて、近傍の決定されていない第3の速度指令を
予測し、仮決定した値をオフセット記憶手段に記憶させ
ておくオフセット項予測手段を備えたものである。
また本発明の第3の多関節ロボットの制御装置は、第
3図に示すように目標位置と現在位置の偏差に比例する
第1の速度指令を算出する比例項算出手段と、偏差の和
に比例した第2の速度指令を算出する積分項算出手段
と、第2の速度指令の収束を判定する収束判定手段と、
収束判定時の収束値を第3の速度指令に加算するととも
に第2の速度指令より減算するオフセット項算出手段
と、第3の速度指令を多関節ロボットの各姿勢に対して
各関節ごとに記憶しておくオフセット項記憶手段と、オ
フセット記憶手段で記憶された第3の速度指令のピーク
値あるいは平均値がそれぞれ設定された領域をこえた場
合オフセット異常と判定し警告出力を行うオフセット異
常判定手段を備えたものである。
作用 第1の発明は、一度積分項によるオフセット補償を行
うと、その収束値がオフセット補償項記憶手段に記憶さ
れ速度指令に加算されるため、以後の動作ではオフセッ
トのズレがないのと同じ条件となり、積分項によるオフ
セット補償時間が削減される。すなわち位置決め時間の
短縮を図ることができ、特にサイクル動作等のくり返し
作業でその効果は大である。また温度変化,経時変化等
で運転途中でオフセットズレが発生しても、その時点で
の積分項が再度自動的にオフセット補償項に加算される
ため、位置決め時間がのびることなく安定動作が得られ
る。
また第2の発明は、算出されたオフセット項を用いて
算出されていないロボット姿勢でのオフセット項を予測
・仮決定が行えるので、仮決定した分、積分項によるオ
フセット補償時間が短縮されることとなる。すなわち初
期オフセット項算出時間の短縮が図れる。
また第3の発明は、オフセット項の平均値あるいはピ
ーク値が許容範囲外にある場合、自動的に警告出力され
るため、大きな問題が起こる前に制御装置のハードウェ
アオフセットの見直し、機構系の異常検査の最適な時期
を知ることができ、安全対策の有効な一手段と成り得
る。
実 施 例 以下本発明の一実施例の多関節ロボットの制御装置に
ついて、図面を参照しながら説明する。
第5図は、本実施例における多関節ロボットの制御装
置をソフトウェアで構成した場合の全体構成図である。
第5図において、8は比例項算出手段である比例項算出
ルーチン、9は積分項算出手段である積分項算出ルーチ
ン、10は収束判定手段である収束判定ルーチン、11はオ
フセット項算出手段であるオフセット項算出ルーチン、
12はオフセット項記憶手段であるオフセット項メモリ、
13はオフセット項予測手段であるオフセット項予測ルー
チン、14はオフセット異常判定手段であるオフセット異
常判定ルーチンである。
ここでは各軸可動範囲±160゜の2軸構成のロボット
を想定し、各軸の位置決めは、単位時間ごとの偏差より
算出された速度指令を出力することで行うものとし、特
にその1軸を例にとり説明を進めることにする。
比例項算出ルーチン8では基本的な位置決め速度指令
である第1の速度指令VCMD1を算出する。ある時刻iの
目標位置をTi、現在位置をCiとする偏差Riは(1)式 Ri=Ti−Ci ………………(1) で表され、比例ゲインをPPとするとVCMD1iは VCMD1i=PP×Ri ………………(2) となる。比例項算出ルーチン8の流れ図を第6図に示
す。
次に積分項算出ルーチン9ではオフセット補償を行う
ための積分項を算出する。偏差の総和をSiと置くと、前
回の偏差の総和Si−1との関係は(3)式のようにな
る。
Si=Si−1+Ri ………………(3) この偏差の総和Siに対する比例ゲインをPiとすると第
2の速度指令VCMD2iは VCMD2i=Pi×Si …………(4) となる。ここで第2の速度指令VCMD2iはオフセット補償
を行うものであり、基本的には偏差がある範囲内Wに入
った時だけ速度指令に加算してやればよいので偏差の総
和Siを(3)′式で定義することにする。
Si=Si−1+Ri(|Ri|<W) =0(|Ri|W) ………(3)′ 第7図に積分項算出ルーチン9の流れ図を示す。
収束判定ルーチン10では第2の速度指令VCMD2が一定
時間同じ値に収束しているかどうかを判定する。具体的
には前回と今回のVCMD2の値が同じ間は収束判定カウン
タCNTをアップして行き、設定回数のCNTXに達した場合
収束と判定するようにする。VCMD2の値が変化した場合
はCNTをゼロクリアする。第8図に収束判定ルーチン10
の流れ図を示す。
収束判定ルーチン10で第2の速度指令VCMD2が収束し
ていると判定された場合、オフセット項算出ルーチン11
ではその時のVCMD2iの値をオフセット項として現在オフ
セット項メモリ12に記憶されているオフセット項である
第3の速度指令VCMD3に加算するとともに第2の速度指
令VCMD2iおよび偏差の総和Siをゼロクリアする。オフセ
ット項メモリ12は各軸ごとにロボットの姿勢により分割
されて記憶されているが、ここでは1軸のオフセット項
メモリの一例として第1表の様な分割を想定する。たと
えば第2の速度指令VCMD2iが収束した時の目標値におけ
るロボットの姿勢が1軸=−80゜,2軸=−150゜であれ
ばオフセット項はVCMD3(3.1)に加算される。第9図
にオフセット項算出ルーチン11の流れ図を示す。
以上のルーチンにより算出された第1,第2の速度指令
VCMD1i,VCMD2iおよびオフセット項メモリに記憶されて
いる第3の速度指令VCMD3を加算した速度指令VCMDを、
単位時間ごとに逐時出力することにより、各軸の位置決
めを行う。
上記の処理が位置決めポイントごとに行われ、積分項
の収束値がオフセット項メモリ12へ記憶された後は、積
分項によるオフセット補償時間が削減され、その結果位
置決め時間が短縮されることになる。
次に初期オフセット項算出時間を短縮する手段につい
て説明する。オフセット項を第1表のようなロボット姿
勢に対して分割された領域で考えた場合、となり合せの
領域とは連続的な変化をすると考えられる。すなわち1
つの領域のオフセット項が決定されれば、その近傍も同
じオフセット項の値である可能性が高い。オフセット予
測ルーチン13では、オフセット項メモリへオフセット項
が記憶された時にその近傍のオフセット項の決定されて
いない領域を同じ値に仮決定して記憶させる。また記憶
された領域が点在している場合はその間の領域は直線補
間した値を記憶させる。第10図にオフセット項仮決定の
例を示す。決定された領域に接している領域を1次近傍
領域、1つ離れている領域を2次近傍領域として、第11
図にオフセット予測ルーチン13の流れ図を示す。
上記処理を行うことにより、オフセット項未定決の領
域を近い値に予測し仮決定できるので、初期オフセット
補償時積分項による収束時間を短縮でき、すなわち初期
オフセット項算出時間を短縮できる。
次にオフセット異常判定ルーチン14について説明す
る。オフセット項の平均値やピーク値が許容範囲をこえ
るような状態になると、制御装置のハードウェアの劣化
や、ロボット機構系の異常の可能性があり、故障や事故
につながるおそれがある。そのためオフセット項の平均
値やピーク値が許容範囲を出る前にその異常を検知する
ことが安全上有効となる。オフセット項メモリ12に記憶
されたオフセット項の平均をAVCMD3,許容平均値をA
Vmax,オフセット項のピーク値をPVCMD3,許容ピーク値を
PVmaxとした場合、警告出力条件は以下で示される。
第12図にオフセット異常判定ルーチン14の流れ図を示
す。
以上の処理をオフセット項メモリ12へデータが書き込
まれた時毎に行うことによって、オフセット異常を検出
できる。
発明の効果 以上のように第1の発明は、偏差に比例する第1の速
度指令を算出する比例項算出手段と、偏差の和に比例し
た第2の速度指令を算出する積分項算出手段と、第2の
速度指令の収速を判定する収束判定手段と、収束判定時
の収束値を第3の速度指令に加算するとともに第2の速
度指令より減算するオフセット項算出手段と、第3の速
度指令を多関節ロボットの各姿勢に対して各関節ごとに
記憶しておくオフセット項記憶手段を設け、一度積分項
でオフセット補償した値をオフセット項として記憶する
ことにより、以後の積分項によるオフセット補償時間が
削減でき位置決め時間の短縮が図れるものでその実用的
効果は大なるものがある。
また第2の発明においては第1の発明の構成に、オフ
セット項予測手段を加えることによって、決定されたオ
フセット項を用いて未決定のオフセット項領域の予測・
仮決定が行えるので、初期オフセット項算出時間の短縮
が図れる。
また第3の発明においては、第1の発明の構成に、オ
フセット異常判定手段を加えることによって、オフセッ
ト項の平均値あるいはピーク値が許容範囲外にある場
合、自動的に警告出力されるため、大きな問題が起こる
前に対処でき安全対策の有効な手段となり得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は第1の発明の全体構成図、第2図は第2の発明
の全体構成図、第3図は第3の発明の全体構成図、第4
図はオフセット有無に対する位置決め時間−移動位置の
関係図、第5図は本発明の実施例における全体構成図、
第6図は比例項算出ルーチンの流れ図、第7図は積分項
算出ルーチン9の流れ図、第8図は収束判定ルーチンの
流れ図、第9図はオフセット項算出ルーチンの流れ図、
第10図はオフセット項仮決定の例を示す図、第11図はオ
フセット予測ルーチンの流れ図、第12図はオフセット異
常判定ルーチンの流れ図である。 1……比例項算出手段、2……積分項算出手段、3……
収束判定手段、4……オフセット項算出手段、5……オ
フセット項記憶手段、6……オフセット項予測手段、7
……オフセット異常判定手段。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多関節を有し各関節を駆動するアクチュエ
    ータへの単位時間ごとの速度指令により位置決めを行う
    ロボットの制御装置において、単位時間ごとに算出され
    た各関節の目標位置と現在位置の偏差に比例する第1の
    速度指令を算出する比例項算出手段と、前記偏差の和に
    比例した第2の速度指令を算出する積分項算出手段と、
    前記第2の速度指令が設定された時間一定値に収束して
    いるかどうかを判定する収束判定手段と、前記収束判定
    手段で収束していると判定された時の前記第2の速度指
    令の収束値をオフセット補償項である第3の速度指令に
    加算するとともに前記第2の速度指令より減算するオフ
    セット項算出手段と、前記第3の速度指令を前記多関節
    ロボットの各姿勢に対して各関節ごとに記憶しておくオ
    フセット項記憶手段を備え、前記第1,第2,第3の速度指
    令を加算することにより速度指令を得ることを特徴とし
    た多関節ロボットの制御装置。
  2. 【請求項2】多関節を有し各関節を駆動するアクチュエ
    ータへの単位時間ごとの速度指令により位置決めを行う
    ロボットの制御装置において、単位時間ごとに算出され
    た各関節の目標位置と現在位置の偏差に比例する第1の
    速度指令を算出する比例項算出手段と、前記偏差の和に
    比例した第2の速度指令を算出する積分項算出手段と、
    前記第2の速度指令が設定された時間一定値に収束して
    いるかどうかを判定する収束判定手段と、前記収束判定
    手段で収束していると判定された時の前記第2の速度指
    令の収束値をオフセット補償項である第3の速度指令に
    加算するとともに前記第2の速度指令より減算するオフ
    セット項算出手段と、前記第3の速度指令を前記多関節
    ロボットの各姿勢に対して各関節ごとに記憶しておくオ
    フセット項記憶手段と、前記オフセット項記憶手段によ
    り記憶されている前記第3の速度指令を用いて、近傍の
    決定されていない前記多関節ロボットの姿勢での第3の
    速度指令を予測し、仮決定して前記オフセット項記憶手
    段に記憶させるオフセット項予測手段を備えた多関節ロ
    ボットの制御装置。
  3. 【請求項3】多関節を有し各関節を駆動するアクチュエ
    ータへの単位時間ごとの速度指令により位置決めを行う
    ロボットの制御装置において、単位時間ごとに算出され
    た各関節の目標位置と現在位置の偏差に比例する第1の
    速度指令を算出する比例項算出手段と、前記偏差の和に
    比例した第2の速度指令を算出する積分項算出手段と、
    前記第2の速度指令が設定された時間一定値に収束して
    いるかどうかを判定する収束判定手段と、前記収束判定
    手段で収束していると判定された時の前記第2の速度指
    令の収束値をオフセット補償項である第3の速度指令に
    加算するとともに前記第2の速度指令より減算するオフ
    セット項算出手段と、前記第3の速度指令を前記多関節
    ロボットの各姿勢に対して各関節ごとに記憶しておくオ
    フセット項記憶手段と、前記オフセット項記憶手段で記
    憶された前記第3の速度指令のピーク値あるいは平均値
    がそれぞれ設定された領域をこえた場合オフセット異常
    と判定し警告出力を行うオフセット異常判定手段を備え
    た多関節ロボットの制御装置。
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