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JP7657097B2 - Robot control method and control device - Google Patents
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Description

本発明は、ロボットの制御方法及び制御装置に関し、特に、各軸がモータにより駆動される多関節ロボットにおける位置と速度を制御する制御方法及び制御装置に関する。 The present invention relates to a method and device for controlling a robot, and in particular to a method and device for controlling the position and speed of a multi-joint robot in which each axis is driven by a motor.

複数のリンクあるいはアームが関節を介して接続される水平多関節ロボットなどの多関節ロボット(以下、単にロボットともいう)は、関節に設けられたモータによって駆動され、例えばその先端においてワークを把持したり、その先端にワークが載置されたりする。ロボットがワークを把持したりワークが載置されたりすることを総称して「ロボットがワークを保持する」と呼ぶ。大型のロボットではその先端(すなわち手先)に保持するワークの質量の大小によって関節軸周りでのリンクの慣性モーメントが変化し、制御対象であるそのロボットの特性が変化する。ワークの質量によらずに制御のノミナルモデルを固定すると、ワークの質量の変化によってモデルミスマッチが発生し、フィードバックに基づく制御が不安定になったり、振動が発生するおそれがある。特にロボットにおいてはその関節軸に対してモータは減速機を介して接続することが一般的であり、減速機はばね要素としての性質も備えるから、制御が不適切である場合には、減速機などを含むばね要素のためにロボットではその動きに伴って振動が誘発されやすい。ロボットが保持するワークの質量の変化によらず、ロボットの位置と速度とを安定して制御できる制御方法及び制御装置が求められている。 A multi-joint robot (hereinafter simply referred to as a robot), such as a horizontal multi-joint robot in which multiple links or arms are connected via joints, is driven by a motor provided at the joint, and for example, a workpiece is grasped at the tip of the robot, or a workpiece is placed on the tip of the robot. The term "a robot holding a workpiece" is used to refer to a robot grasping a workpiece or having a workpiece placed on the tip of the robot. In a large robot, the moment of inertia of the link around the joint axis changes depending on the mass of the workpiece held at the tip (i.e., the hand), and the characteristics of the robot, which is the object of control, change. If the nominal model for control is fixed regardless of the mass of the workpiece, a model mismatch may occur due to the change in the mass of the workpiece, which may cause the feedback-based control to become unstable or vibration to occur. In particular, in robots, it is common for the motor to be connected to the joint axis via a reducer, and the reducer also has properties as a spring element, so if the control is inappropriate, vibrations are likely to be induced in the robot as it moves due to the spring element including the reducer. There is a need for a control method and control device that can stably control the position and speed of a robot regardless of changes in the mass of the workpiece held by the robot.

特許文献1は、ロボットの制御などに用いられる位置決め制御装置において、P-PI(比例-比例積分)制御による位置決め制御を行なう古典制御手段と、2慣性系状態オブザーバーによる状態フィードバック制御により位置決め制御を行なう現代制御手段と、を設け、関節軸周りの慣性モーメントが閾値より小さい場合にはP-PI制御(あるいはPID(比例積分微分)制御)を実施し、閾値以上である場合には状態フィードバック制御を行なうことにより、振動を抑えて高速かつ高精度に位置決め制御を行なうことを開示している。また、非特許文献1は、R-P-P型のロボットにおいて、通常時にはPID制御を行い、アームを伸ばしたときには状態フィードバック制御を行なって手先の振動を抑えることを開示している。特許文献2は、2慣性系状態オブザーバーによる状態フィードバック制御によりロボットを制御するときに、ロボットの先端負荷の質量の大小に応じて状態オブザーバーの物理モデルすなわち制御パラメータを切り替えて制御を行なうことを開示している。なお特許文献3は、2慣性系状態オブザーバーによる状態フィードバック制御の具体例の1つを開示している。 Patent Document 1 discloses that a positioning control device used for controlling robots and the like is provided with a classical control means for performing positioning control by P-PI (proportional-proportional integral) control and a modern control means for performing positioning control by state feedback control by a two-inertia system state observer, and that when the moment of inertia around the joint axis is smaller than a threshold value, P-PI control (or PID (proportional integral differential) control) is performed, and when it is equal to or greater than the threshold value, state feedback control is performed, thereby suppressing vibration and performing high-speed and high-precision positioning control. Non-Patent Document 1 discloses that in an R-P-P type robot, PID control is performed under normal conditions, and state feedback control is performed when the arm is extended to suppress vibration at the hand. Patent Document 2 discloses that when controlling a robot by state feedback control using a two-inertia system state observer, the physical model of the state observer, i.e., the control parameters, are switched depending on the mass of the load at the tip of the robot. Patent Document 3 discloses one specific example of state feedback control using a two-inertia system state observer.

特開平7-319546号公報Japanese Patent Application Publication No. 7-319546 特許第6097174号公報Patent No. 6097174 国際公開第2018/061097号International Publication No. 2018/061097

伊藤 嘉昭、“大型ロボットの制振制御”、豊田中央研究所R&Dレビュー、1995年3月、第30巻、第1号、p.57Yoshiaki Ito, "Vibration Control of Large Robots", Toyota Central R&D Labs. R&D Review, March 1995, Vol. 30, No. 1, p. 57

特許文献1に記載された方法は、関節軸周りの慣性モーメントの大小によりP-PI制御と状態フィードバック制御とを切り替えており、この方法をロボットの制御に適用した場合、ロボットにおいて制御対象の関節軸から見て先端側に保持されるワークの質量が大きいときには状態フィードバック制御がロボットの制御方法として選択されることになる。本発明者らの検討によれば、多関節ロボット、特に水平多関節ロボットに特許文献1の方法を適用した場合、ロボットに保持されるワークの質量が大きいときに十分な制振効果が得られなかった。 The method described in Patent Document 1 switches between P-PI control and state feedback control depending on the magnitude of the moment of inertia around the joint axis, and when this method is applied to the control of a robot, state feedback control is selected as the control method for the robot when the mass of the workpiece held on the tip side of the joint axis to be controlled is large. According to the inventors' investigations, when the method of Patent Document 1 is applied to a multi-joint robot, particularly a horizontal multi-joint robot, a sufficient vibration damping effect cannot be obtained when the mass of the workpiece held by the robot is large.

本発明の目的は、多関節ロボットを制御する制御方法及び制御装置であって、ロボットが保持するワークの質量の変化によらずに振動の発生を抑制して安定した制御を行なうことができる制御方法及び制御装置を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a control method and control device for controlling an articulated robot that can suppress the occurrence of vibrations and perform stable control regardless of changes in the mass of the workpiece held by the robot.

本発明者らが検討した結果、多関節ロボットでは、ロボットの手先に保持するワークの質量が大きいときは、状態フィードバック制御によりロボットの関節軸のモータを制御するよりも単慣性系モデルによる制御を行なったときの方が、ロボットに発生する振動を抑制することができて安定したロボットの制御を行なうことができることが判明した。一方、ワークの質量が小さいときは、状態フィードバック制御を実施することにより、より大きな制振性能が得られた。本発明の制御装置において使用可能な状態フィードバック制御は、例えば、2慣性系状態オブザーバによる状態フィードバック制御であり、一例として、特許文献3に記載された状態フィードバック制御である。また、本発明の制御方法において使用可能な単慣性系モデルに基づく制御は、例えば、P-PI制御、あるはPID制御である。指令は例えばモータ位置指令である。 As a result of the study by the inventors, it was found that in a multi-joint robot, when the mass of the work held by the hand of the robot is large, vibrations generated in the robot can be suppressed more effectively by controlling the motor of the joint axis of the robot using a single-inertia system model than by controlling the motor of the joint axis of the robot using state feedback control, and the robot can be controlled stably. On the other hand, when the mass of the work is small, a greater vibration suppression performance can be obtained by implementing state feedback control. The state feedback control that can be used in the control device of the present invention is, for example, state feedback control using a two-inertia system state observer, and an example of this is the state feedback control described in Patent Document 3. In addition, the control based on the single-inertia system model that can be used in the control method of the present invention is, for example, P-PI control or PID control. The command is, for example, a motor position command.

したがって本発明の制御方法は、少なくとも1つのモータに関して、モータ位置指令に基づいて、多関節ロボットが保持するワークの質量が閾値以下であるときには第1の制御を実施し質量が閾値を超えるときは第2の制御を実施するように、質量に応じて切り替えて制御を行なう。ここで第1の制御は、モータ位置指令とフィードバックされたモータ位置とを用いる、2慣性系状態オブザーバによる状態フィードバック制御であり、第2の制御は、モータ位置指令とフィードバックされたモータ位置とを用いる、P-PI制御またはPID制御である。Therefore, the control method of the present invention performs control by switching according to the mass of at least one motor based on a motor position command, such that a first control is performed when the mass of a workpiece held by the articulated robot is equal to or less than a threshold, and a second control is performed when the mass exceeds the threshold. Here, the first control is state feedback control by a two-inertia system state observer that uses the motor position command and a fed-back motor position, and the second control is P-PI control or PID control that uses the motor position command and a fed-back motor position.

本発明の制御方法では、ワークを多関節ロボットに保持させるロード動作と保持されているワークを多関節ロボットから降ろすアンロード動作とを少なくとも規定する動作プログラムに基づいて多関節ロボットの動作を制御し、動作プログラムによって第1の制御と第2の制御の切り替えを行うことができる。ワークの搬送などに用いられるロボットは、通常、動作プログラムに基づいて動作が制御され、そのような動作プログラムは、ロード動作とアンロード動作とを少なくとも規定している。動作プログラムにおいてワークをどのように搬送させるかが規定されているのであれば、動作プログラムの実行時においてワークの質量も既知であることと考えてよいので、動作プログラムによって第1の制御と第2の制御の切り替えを行うことにより、より少ない処理量で制御の切り替えを行うことができる。 In the control method of the present invention, the operation of the articulated robot is controlled based on an operation program that defines at least a loading operation for holding a workpiece on the articulated robot and an unloading operation for removing the held workpiece from the articulated robot, and the first control and the second control can be switched by the operation program. The operation of a robot used for transporting a workpiece is usually controlled based on an operation program, and such an operation program defines at least a loading operation and an unloading operation. If the operation program defines how to transport the workpiece, the mass of the workpiece can be considered to be known when the operation program is executed, so that the first control and the second control can be switched by the operation program, and the control can be switched with a smaller amount of processing.

本発明の制御方法では、動作プログラムによってロボットを制御する場合に、ワークを保持していない多関節ロボットを動作プログラムに基づいてワークの受け取り位置まで移動させるときは第1の制御を実施し、その後、質量が閾値を超える場合にワークと多関節ロボットとが接触する前に第2の制御に切り替えることが好ましい。このように制御を行なうことにより、第1の制御を行なっている状態で重いワークを保持することによる振動の発生を防ぐことができる。 In the control method of the present invention, when controlling a robot by an operation program, it is preferable to implement the first control when the articulated robot not holding a workpiece is moved to a workpiece receiving position based on the operation program, and then switch to the second control before the workpiece comes into contact with the articulated robot if the mass exceeds a threshold value. By implementing control in this manner, it is possible to prevent the generation of vibrations caused by holding a heavy workpiece while implementing the first control.

本発明の制御方法では、動作プログラムによってロボットを制御する場合に、動作プログラムに基づいてワークを保持したまま多関節ロボットをワークの積み下ろし位置まで移動させ、アンロード動作を実行した後、第1の制御に切り替えるとよい。このように制御を行なうことにより、ワークを保持していないときは第1の制御が実施されることになって、高速かつ安定してロボットを移動させることができる。 In the control method of the present invention, when the robot is controlled by the operation program, the articulated robot may be moved to a workpiece unloading position while holding a workpiece based on the operation program, and after the unloading operation is performed, the control may be switched to the first control. By controlling in this way, the first control is implemented when the robot is not holding a workpiece, and the robot can be moved quickly and stably.

本発明の制御方法では、ワークの質量を測定または推定して第1の制御と第2の制御とを切り替えることができる。例えば、鉛直軸のモータが多関節ロボットに備えられている場合に、鉛直軸のモータに対するトルク指令値に基づいてワークの質量を判別してもよい。ロボットの機構の各部の質量は既知であるから、鉛直軸のモータに対するトルク指令値に対応する質量を求め、その質量からロボット側の各部の質量を差し引くことによって、ワークの質量を求めることができる。あるいは、所定条件を満たすワークを保持しているかを検出する在荷センサーが多関節ロボットに備えられている場合に、在荷センサーにより所定条件を満たすワークを検出したときに、第2の制御に切り替えるようにすることもできる。在荷センサーは質量を検出するものであってもよい。また、厚さや平面寸法が大きいワークは質量が大きいワークであると推定できるので、在荷センサーは、厚さや平面寸法を検出するセンサーであってもよい。鉛直軸のモータのトルク指令値や在荷センサーによりワークの質量を測定または推定することにより、動作プログラムによって制御の切り替えを行うときにおいてプログラムミスがあっても、重いワークを保持しているときに第1の制御によってロボットが制御されることを防ぐことができる。 In the control method of the present invention, the mass of the workpiece can be measured or estimated to switch between the first control and the second control. For example, when a vertical axis motor is provided in an articulated robot, the mass of the workpiece can be determined based on a torque command value for the vertical axis motor. Since the mass of each part of the robot mechanism is known, the mass of the workpiece can be determined by determining the mass corresponding to the torque command value for the vertical axis motor and subtracting the mass of each part on the robot side from the determined mass. Alternatively, when a load sensor that detects whether a workpiece satisfying a predetermined condition is held is provided in the articulated robot, the control can be switched to the second control when the load sensor detects a workpiece satisfying the predetermined condition. The load sensor may be one that detects the mass. In addition, since a workpiece having a large thickness or planar dimension can be estimated to be a workpiece with a large mass, the load sensor may be a sensor that detects the thickness or planar dimension. By measuring or estimating the mass of the workpiece using the torque command value for the vertical axis motor or the load sensor, it is possible to prevent the robot from being controlled by the first control when a heavy workpiece is held, even if there is a program error when switching control by the operation program.

本発明の制御方法において多関節ロボットは、例えば水平多関節ロボットである。水平多関節ロボットはその手先にワークを保持してそのワークを搬送するためにしばしば用いられる。そのような水平多関節ロボットに本発明の制御方法を適用することによって、ロボットにおける振動の発生を抑制して安定した制御を実行するという本発明の効果がより発揮される。 In the control method of the present invention, the articulated robot is, for example, a horizontal articulated robot. Horizontal articulated robots are often used to hold a workpiece in their hands and transport the workpiece. By applying the control method of the present invention to such a horizontal articulated robot, the effect of the present invention, which is to suppress the occurrence of vibrations in the robot and perform stable control, can be more effectively achieved.

本発明の制御装置は、関節軸がモータによって駆動される多関節ロボットを制御する制御装置であって、モータ位置指令に基づいて、モータ位置指令とフィードバックされたモータ位置とを用いる、2慣性系状態オブザーバによる状態フィードバック制御を実行する第1制御部と、モータ位置指令に基づいて、モータ位置指令とフィードバックされたモータ位置とを用いる、P-PI制御またはPID制御を実行する第2制御部と、多関節ロボットが保持するワークの質量が閾値以下であるときには第1制御部を選択し、質量が閾値を超えるときは第2制御部を選択する選択部と、を備え、質量に応じて選択部によって選択された制御部の出力によってモータを制御する。 The control device of the present invention is a control device for controlling a multi-joint robot whose joint axes are driven by a motor, and includes a first control unit that performs state feedback control by a two-inertia system state observer using a motor position command and a fed-back motor position based on a motor position command , a second control unit that performs P-PI control or PID control using the motor position command and the fed-back motor position based on the motor position command , and a selection unit that selects the first control unit when the mass of a workpiece held by the multi-joint robot is equal to or less than a threshold value, and selects the second control unit when the mass exceeds the threshold value, and controls the motor using the output of the control unit selected by the selection unit depending on the mass.

本発明の制御装置によれば、ワークの質量が小さいときに2慣性系状態オブザーバによる状態フィードバック制御によってロボットが動作し、ワークの質量が大きいときにP-PI制御またはPID制御によってロボットが動作するので、ワークの質量によらずに振動の発生を抑えて安定してロボットを制御することができる According to the control device of the present invention, when the mass of the workpiece is small, the robot operates using state feedback control with a two-inertia system state observer , and when the mass of the workpiece is large, the robot operates using P-PI control or PID control, so that the robot can be stably controlled by suppressing the occurrence of vibration regardless of the mass of the workpiece .

ワークを保持する機能を有する多関節ロボットは、通常、ワークを多関節ロボットに保持させるロード動作と保持されているワークを多関節ロボットから降ろすアンロード動作とを少なくとも規定して多関節ロボットの動作を制御する動作プログラムに基づいて制御される。そこで本発明の制御装置では、そのような動作プログラムを実行する演算部を設けるとともに、演算部からの切り替え指令により選択部が第1制御部と第2制御部のいずれかを選択するようにすることが好ましい。このように構成することによって、動作プログラムによって状態フィードバック制御とP-PI制御またはPID制御の切り替えが行われることとなって、より少ない処理量で制御の切り替えを行うことができる。 A multi-joint robot having a function of holding a workpiece is usually controlled based on an operation program that controls the operation of the multi-joint robot by defining at least a loading operation for holding a workpiece on the multi-joint robot and an unloading operation for removing the held workpiece from the multi-joint robot. Therefore, in the control device of the present invention, it is preferable to provide a calculation unit that executes such an operation program, and to have the selection unit select either the first control unit or the second control unit in response to a switching command from the calculation unit. By configuring in this way, switching between state feedback control and P-PI control or PID control is performed by the operation program, and control switching can be performed with a smaller amount of processing.

本発明の制御装置では、演算部が設けられる場合に、演算部は、ワークを保持していない多関節ロボットをワークの受け取り位置まで移動させるときは選択部によって第1制御部を選択し、その後、質量が閾値を超える場合にワークと多関節ロボットとが接触する前に選択部によって第2制御部を選択することが好ましい。このように制御部の選択を行うことにより、状態フィードバック制御を行なっている状態で重いワークを保持することによる振動の発生を防ぐことができる。 In the control device of the present invention, when a calculation unit is provided, it is preferable that the calculation unit selects the first control unit by the selection unit when moving the articulated robot not holding a workpiece to a workpiece receiving position, and then selects the second control unit by the selection unit before the workpiece and the articulated robot come into contact when the mass exceeds a threshold value. By selecting the control unit in this manner, it is possible to prevent the occurrence of vibrations caused by holding a heavy workpiece while state feedback control is being performed.

本発明の制御装置では、演算部が設けられる場合に、演算部は、ワークを保持したまま多関節ロボットをワークの積み下ろし位置まで移動させ、アンロード動作を実行した後、選択部によって第1制御部を選択するようにしてもよい。このように第1制御部の選択を行うことにより、ワークを保持していないときは状態フィードバック制御が実施されることになって、高速かつ安定してロボットを移動させることができる。 In the control device of the present invention, when a calculation unit is provided, the calculation unit may move the articulated robot to a workpiece unloading position while holding a workpiece, perform an unloading operation, and then select the first control unit with the selection unit. By selecting the first control unit in this manner, state feedback control is implemented when the robot is not holding a workpiece, allowing the robot to move quickly and stably.

本発明の制御装置では、ワークの質量を測定または推定して第1制御部と第2制御部との切り替えを行うことができる。例えば、多関節ロボットが鉛直軸のモータを備えているときに、演算部は、鉛直軸のモータに対するトルク指令値に基づいてワークの質量を求め、求めた質量に応じて切り替え指令を選択部に出力してもよい。あるいは、所定条件を満たすワークを保持しているかを検出する在荷センサーを多関節ロボットが備える場合であれば、在荷センサーにより所定条件を満たすワークを検出したときに第2制御部が選択されるようにしてもよい。鉛直軸のモータのトルク指令値や在荷センサーによりワークの質量を測定または推定することにより、動作プログラムによって制御の切り替えを行うときにおいてプログラムミスがあっても、重いワークを保持しているときに状態フィードバック制御によってロボットが制御されることを防ぐことができる。 In the control device of the present invention, the mass of the workpiece can be measured or estimated to switch between the first control unit and the second control unit. For example, when the articulated robot is equipped with a vertical axis motor, the calculation unit may obtain the mass of the workpiece based on a torque command value for the vertical axis motor and output a switching command to the selection unit according to the obtained mass . Alternatively, when the articulated robot is equipped with a load sensor that detects whether a workpiece that satisfies a predetermined condition is being held, the second control unit may be selected when the load sensor detects a workpiece that satisfies the predetermined condition. By measuring or estimating the mass of the workpiece using the torque command value of the vertical axis motor or the load sensor, it is possible to prevent the robot from being controlled by state feedback control when holding a heavy workpiece, even if there is a program error when switching control by the operation program.

本発明の制御装置においてその制御対象となる多関節ロボットは、例えば水平多関節ロボットである。水平多関節ロボットはその手先にワークを保持してそのワークを搬送するためにしばしば用いられる。水平多関節ロボットの制御に本発明の制御装置を使用することによって、ロボットにおける振動の発生を抑制して安定した制御を実行するという本発明の効果がより発揮される。 The articulated robot that is the subject of control in the control device of the present invention is, for example, a horizontal articulated robot. Horizontal articulated robots are often used to hold a workpiece in their hands and transport the workpiece. By using the control device of the present invention to control a horizontal articulated robot, the effect of the present invention of suppressing the generation of vibrations in the robot and performing stable control can be more effectively achieved.

本発明によれば、多関節ロボットを制御するときに、ロボットが保持するワークの質量の変化によらずに振動の発生を抑え、安定した制御を行なうことが可能になる。 According to the present invention, when controlling an articulated robot, it is possible to suppress the occurrence of vibrations and perform stable control regardless of changes in the mass of the workpiece held by the robot.

本発明の実施の一形態の制御装置の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a control device according to an embodiment of the present invention; 水平多関節ロボットの構成の一例を示す図であって、(a)は平面図,(b)は正面図である。1A and 1B are diagrams showing an example of the configuration of a horizontal articulated robot, in which FIG. 状態フィードバック制御を実施したときとP-PI制御を実施したときとにおけるロボットの先端の振動を説明する波形図である。FIG. 11 is a waveform diagram illustrating vibrations of the tip of the robot when state feedback control is performed and when P-PI control is performed. (a),(b)は、状態フィードバック制御を実施したときの極零点配置図である。5A and 5B are pole-zero arrangement diagrams when state feedback control is performed. (a),(b)は、P-PI制御を実施したときの極零点配置図である。13A and 13B are diagrams showing pole-zero arrangements when P-PI control is performed. 別の実施形態の制御装置の構成を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a control device according to another embodiment.

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施の一形態の制御装置を示している。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Figure 1 shows a control device according to an embodiment of the present invention.

図1に示される制御装置10は、関節軸ごとにその軸を駆動するモータ50が設けられる多関節ロボットの駆動制御に用いられるものである。モータ50には、モータ50によって駆動され、またモータ50に対して反力や外乱を加えるリンク60が機械的に接続している。図1に示すリンク60は、注目しているモータ50に直接接続しているリンクあるいはアームだけを示すものではなく、注目しているモータ50に対して機械的な影響を与える、ロボットにおけるすべての部分を抽象的に表している。したがって図1に示すリンク60は、ロボットにおけるアームなどのほかに、特に、モータ50に接続する減速機とロボットに保持されたワーク70(図2参照)とが含まれている。モータ50をエンコーダ付きのモータであって、モータ位置が制御装置10にフィードバックされる。図1では、多関節ロボットにおける1つの関節軸の制御に用いられる部分のみが示されているが、実際には、各関節軸のモータ50に対してそのモータ50を制御するための機構が設けられる。 The control device 10 shown in FIG. 1 is used for driving control of a multi-joint robot in which a motor 50 is provided for each joint axis to drive that axis. A link 60 is mechanically connected to the motor 50, which is driven by the motor 50 and applies a reaction force or disturbance to the motor 50. The link 60 shown in FIG. 1 does not only show the link or arm directly connected to the motor 50 of interest, but abstractly shows all parts of the robot that have a mechanical effect on the motor 50 of interest. Therefore, the link 60 shown in FIG. 1 includes, in addition to the arm of the robot, in particular, a reducer connected to the motor 50 and a workpiece 70 held by the robot (see FIG. 2). The motor 50 is a motor with an encoder, and the motor position is fed back to the control device 10. In FIG. 1, only the part used for controlling one joint axis in the multi-joint robot is shown, but in reality, a mechanism for controlling the motor 50 is provided for the motor 50 of each joint axis.

制御装置10は、指令、例えばモータ位置指令に基づいてモータ50の位置と速度との制御を行なう。モータ50の位置と速度との制御のために、制御装置10は、モータ位置指令に基づいてモータ50の状態フィードバック制御を実行する状態フィードバック制御部11と、モータ位置指令に基づいてモータ50の単慣性系モデルに基づく制御を実行する単慣性系制御部12と、状態フィードバック制御部11の出力と単慣性系制御部12の出力とのいずれか一方を選択する選択部13とを備えている。状態フィードバック制御部11は、モータ位置がフィードバックされており、2慣性系状態オブザーバによる状態フィードバック制御、例えば特許文献3に記載された状態フィードバック制御を実行する。単慣性系制御部12にもモータ位置がフィードバックされており、例えば、P-PI制御あるいはPID制御を実行する。選択部13は、多関節ロボットが保持するワーク70の質量が閾値以下であるときには状態フィードバック制御部11を選択し、ワーク70の質量が閾値を超えるときは単慣性系制御部12を選択する。モータ50は、選択部13によって選択された出力に基づくモータ電流によって駆動される。 The control device 10 controls the position and speed of the motor 50 based on a command, for example, a motor position command. To control the position and speed of the motor 50, the control device 10 includes a state feedback control unit 11 that executes state feedback control of the motor 50 based on the motor position command, a single-inertia system control unit 12 that executes control based on a single-inertia system model of the motor 50 based on the motor position command, and a selection unit 13 that selects either the output of the state feedback control unit 11 or the output of the single-inertia system control unit 12. The state feedback control unit 11 receives feedback of the motor position and executes state feedback control by a two-inertia system state observer, for example, state feedback control described in Patent Document 3. The motor position is also fed back to the single-inertia system control unit 12, and executes, for example, P-PI control or PID control. The selection unit 13 selects the state feedback control unit 11 when the mass of the workpiece 70 held by the articulated robot is equal to or less than a threshold value, and selects the single-inertia system control unit 12 when the mass of the workpiece 70 exceeds the threshold value. The motor 50 is driven by a motor current based on the output selected by the selection unit 13.

図2は、図1に示す制御装置10によって制御される多関節ロボットの一例を示している。ここに示される多関節ロボットは、ワーク70の搬送に用いられる水平多関節ロボットである。図2において、(a)は水平多関節ロボットの平面図であり、(b)は水平多関節ロボットの正面図である。図2(b)には、ロボットに接続される制御装置10も描かれている。図示されるロボットは、基台55に一端が取り付けられて水平に延びる第1リンク60Aと、第1リンク60Aの他端に一端が取り付けられて水平に延びる第2リンク60Bと、第2リンク60Bの他端に取り付けられロボットのエンドエフェクタであるハンド61とを備えている。ハンド61上に、搬送対象物であるワーク70が載置される。ハンド61において、第2リンク60Bとの接続位置とは反対側の先端がこのロボットの手先位置となる。 Figure 2 shows an example of a multi-joint robot controlled by the control device 10 shown in Figure 1. The multi-joint robot shown here is a horizontal multi-joint robot used to transport a workpiece 70. In Figure 2, (a) is a plan view of the horizontal multi-joint robot, and (b) is a front view of the horizontal multi-joint robot. Figure 2(b) also shows the control device 10 connected to the robot. The illustrated robot includes a first link 60A that is attached at one end to a base 55 and extends horizontally, a second link 60B that is attached at one end to the other end of the first link 60A and extends horizontally, and a hand 61 that is attached at the other end of the second link 60B and serves as an end effector of the robot. The workpiece 70, which is the object to be transported, is placed on the hand 61. The tip of the hand 61 on the opposite side to the connection position with the second link 60B becomes the hand position of the robot.

基台55と第1リンク60Aとの接続位置が関節Aであり、関節Aを駆動するために基台55内にモータ50Aと減速機51Aが設けられている。第1リンク60Aは、減速機51Aを介してモータ50Aによって関節Aを回転中心として水平面内を回転するように駆動される。同様に、第1リンク60Aと第2リンク60Bとの接続位置が関節Bであり、関節Bを駆動するために第1リンク60A内にモータ50Bと減速機51Bが設けられている。第2リンク60Bは、減速機51Bを介してモータ50Bによって関節Bを回転中心として水平面内を回転するように駆動される。第2リンク60Bとハンド61との接続位置が関節Cであり、関節Cを駆動するために第2リンク60B内にモータ50Cと減速機51Cが設けられている。ハンド61は、減速機51Cを介してモータ50Cによって関節Cを回転中心として水平面内を回転するように駆動される。その結果、このロボットでは、モータ50A,50B,50Cを駆動することにより、ハンド61の向きを保ったまま、図示進行方向の矢印で示すように、基台55に近づいたり基台から遠ざかったりするようにハンド61を水平面内で移動させることができる。水平面内の方向であって進行方向に直交する方向を横方向とする。ロボットにおいて関節Aからハンド61までの部分は水平多関節機構である。さらにロボットは、ハンド61の垂直方向で昇降させるために、基台55の内部に昇降機構56が設けられている。昇降機構56は、ボールねじなどを備え、鉛直軸のモータ50Zにより減速機51Zを介して駆動され、ロボットの水平多関節機構を昇降させる。 The connection position between the base 55 and the first link 60A is joint A, and a motor 50A and a reducer 51A are provided in the base 55 to drive the joint A. The first link 60A is driven by the motor 50A via the reducer 51A to rotate in a horizontal plane with the joint A as the center of rotation. Similarly, the connection position between the first link 60A and the second link 60B is joint B, and a motor 50B and a reducer 51B are provided in the first link 60A to drive the joint B. The second link 60B is driven by the motor 50B via the reducer 51B to rotate in a horizontal plane with the joint B as the center of rotation. The connection position between the second link 60B and the hand 61 is joint C, and a motor 50C and a reducer 51C are provided in the second link 60B to drive the joint C. The hand 61 is driven by the motor 50C via the reducer 51C to rotate in a horizontal plane with the joint C as the center of rotation. As a result, in this robot, by driving motors 50A, 50B, and 50C, hand 61 can be moved in a horizontal plane toward or away from base 55 while maintaining the orientation of hand 61, as indicated by the arrow in the travel direction in the figure. The direction in the horizontal plane that is perpendicular to the travel direction is defined as the lateral direction. In the robot, the portion from joint A to hand 61 is a horizontal multi-joint mechanism. Furthermore, the robot is provided with a lifting mechanism 56 inside base 55 to raise and lower hand 61 in the vertical direction. Lifting mechanism 56 includes a ball screw and is driven by vertical-axis motor 50Z via reducer 51Z to raise and lower the horizontal multi-joint mechanism of the robot.

次に、本実施形態における状態フィードバック制御と単慣性系モデルによる制御との切り替えについて、図3を用いて説明する。図2に示したロボットにおいてモータ50A,50B,50Cを駆動することにより、第1リンク60A及び第2リンク60Bが完全に折り畳まれた状態と、第1リンク60A及び第2リンク60Bが一直線状に最大限伸びた状態との間で、図2に示す進行方向に沿ってハンド61を往復移動させることを考える。図3において(a)に示す波形は、ロボットの手先位置に関する位置指令の時間変化を示している。そしてこのようにハンド61を往復移動させたときの手先位置での横方向での振動の速度を調べた。ハンド61に保持されるワーク70として、質量が2kgのもの(「ワーク質量:小」に対応)と質量が80kgのもの(「ワーク質量:大」に対応)とを使用した。また、位置指令に基づくモータ50A,50B,50Cの制御に状態フィードバック制御を用いる場合とP-PI制御を用いる場合の両方において、横方向での振動の速度を調べた。結果を図3の(b)~(e)に示す。 Next, the switching between state feedback control and control by a single-inertia system model in this embodiment will be described with reference to FIG. 3. Consider driving the motors 50A, 50B, and 50C in the robot shown in FIG. 2 to move the hand 61 back and forth along the travel direction shown in FIG. 2 between a state in which the first link 60A and the second link 60B are completely folded and a state in which the first link 60A and the second link 60B are fully extended in a straight line. The waveform shown in FIG. 3 (a) shows the time change in the position command related to the hand end position of the robot. Then, the velocity of vibration in the lateral direction at the hand end position when the hand 61 is moved back and forth in this way was examined. As the workpiece 70 held by the hand 61, one with a mass of 2 kg (corresponding to "workpiece mass: small") and one with a mass of 80 kg (corresponding to "workpiece mass: large") were used. In addition, the velocity of vibration in the lateral direction was examined in both cases where state feedback control and P-PI control are used for controlling the motors 50A, 50B, and 50C based on the position command. The results are shown in Figure 3 (b) to (e).

モータ50A,50B,50Cの制御に状態フィードバック制御を用いたときは、ワーク70の質量が小さければ、図3(b)に示すように、良好な制振効果が得られたが、ワーク70の質量が大きいと、図3(c)に示すように振動が収束せず、発散した。すなわち、ワーク70の質量が大きいときは、状態フィードバック制御によっては制御が不安定になることが分かった。一方、モータ50A,50B,50Cの制御にP-PI制御を用いたときは、ワーク70の質量が小さい場合(図3(d))及び質量が大きい場合(図3(e))のいずれにおいても制振効果が得られた。ただし、ワーク70の質量が小さいときは、状態フィードバック制御の方がP-PI制御よりも良好な制振効果を示した。 When state feedback control was used to control motors 50A, 50B, and 50C, a good vibration suppression effect was obtained if the mass of workpiece 70 was small, as shown in Figure 3(b). However, when the mass of workpiece 70 was large, the vibration did not converge, but diverged, as shown in Figure 3(c). In other words, it was found that when the mass of workpiece 70 was large, state feedback control made the control unstable. On the other hand, when P-PI control was used to control motors 50A, 50B, and 50C, a vibration suppression effect was obtained both when the mass of workpiece 70 was small (Figure 3(d)) and when the mass was large (Figure 3(e)). However, when the mass of workpiece 70 was small, state feedback control showed a better vibration suppression effect than P-PI control.

このように、ワークの質量に応じて制御の挙動が変化することについて、図4及び図5を用いて説明する。図4及び図5は、図3の(b)~(e)に示す各々の場合における、関節Aのモータ50Aの位置指令から関節Aの角度までの極-零点の配置を示しており、図中、一点鎖線の四角で囲んだ極は代表極である。図4は、モータ制御に状態フィードバック制御を使用した場合を示しており、(a)はワーク質量が小さいときの極零点配置図であり、(b)はワーク質量が大きいときの極零点配置図である。図5はモータ制御にP-PI制御を使用した場合を示しており、(a)はワーク質量が小さいときの極零点配置図であり、(b)はワーク質量が大きいときの極零点配置図である。 The change in control behavior according to the mass of the workpiece will be explained using Figures 4 and 5. Figures 4 and 5 show the pole-zero point arrangement from the position command of motor 50A of joint A to the angle of joint A in each of the cases shown in Figure 3 (b) to (e), and the pole surrounded by a dashed line rectangle in the figure is the representative pole. Figure 4 shows the case where state feedback control is used for motor control, with (a) being the pole-zero point arrangement diagram when the workpiece mass is small and (b) being the pole-zero point arrangement diagram when the workpiece mass is large. Figure 5 shows the case where P-PI control is used for motor control, with (a) being the pole-zero point arrangement diagram when the workpiece mass is small and (b) being the pole-zero point arrangement diagram when the workpiece mass is large.

多関節ロボットの場合、関節間のトルクに軸間干渉力が発生する。ワークの質量が大きい場合には軸間干渉力が大きくなり、各軸を2慣性系では近似できなくなり、状態フィードバック制御よりも単慣性系制御の方がロバスト性が高くなる。各軸モータ位置指令値から各軸関節角度までの代表極は、軽いワークを保持する場合は、図4(a)と図5(a)とを比較すると分かるように、単慣性系モデル基づく制御(P-PI制御)よりも状態フィードバック制御の方が虚軸から負の方向へ離れている。したがって、状態フィードバック制御の方が制振性能が高い。逆に、重いワークを保持する場合は、図4(b)と図5(b)とを比較すると分かるように、代表極の実部は、単慣性系モデルに基づく制御では負であるが、状態フィードバック制御では正であっていわゆる不安定領域にある。したがって、単慣性系モデルに基づく制御の方が安定性が高い。 In the case of a multi-joint robot, an inter-axis interference force occurs in the torque between the joints. When the mass of the workpiece is large, the inter-axis interference force becomes large, and each axis cannot be approximated by a two-inertia system, so single-inertia system control is more robust than state feedback control. When holding a light workpiece, as can be seen by comparing Figures 4(a) and 5(a), the representative pole from each axis motor position command value to each axis joint angle is farther away from the imaginary axis in the negative direction in state feedback control than in control based on a single-inertia system model (P-PI control). Therefore, state feedback control has higher vibration suppression performance. Conversely, when holding a heavy workpiece, as can be seen by comparing Figures 4(b) and 5(b), the real part of the representative pole is negative in control based on a single-inertia system model, but positive in state feedback control, which is in the so-called unstable region. Therefore, control based on a single-inertia system model is more stable.

そこで本実施形態では、モータの制御形態を、ワーク70の質量が小さい場合は状態フィードバック制御に、質量が大きい場合には単慣性系モデルに基づく制御に切り替えることで、軽いワークを搬送する際の制振性能を確保しつつ、重いワークを載せた状態での安定性を確保している。状態フィードバック制御において質量が大きいワークを保持するときに制御が不安定になることは、系において減速機などによるばね要素の成分が大きくなる場合や、着目している関節からワークまでの距離が長くなる場合に顕著になる。したがって、図2に示すロボットにおいて、ワーク70の保持位置から遠いモータ、例えば関節Aのモータ50Aにおいてのみ、あるいは関節Aと関節Bのモータ50A,50Bでのみ、ワーク70の質量に応じた状態フィードバック制御と単慣性系モデルに基づく制御の切り替えを行うようにしてもよい。 In this embodiment, the motor control mode is switched to state feedback control when the mass of the workpiece 70 is small, and to control based on a single-inertia system model when the mass is large, thereby ensuring stability when a heavy workpiece is placed on the workpiece while ensuring vibration control performance when transporting a light workpiece. In state feedback control, control becomes unstable when holding a heavy workpiece, when the spring element component due to a reducer or the like in the system becomes large, or when the distance from the joint of interest to the workpiece becomes long. Therefore, in the robot shown in FIG. 2, the state feedback control according to the mass of the workpiece 70 and the control based on a single-inertia system model may be switched only for the motor far from the holding position of the workpiece 70, for example, only for the motor 50A of joint A, or only for the motors 50A and 50B of joints A and B.

以上説明した実施形態では、ロボットにおいて保持されるワークの質量に応じて状態フィードバック制御と単慣性系モデルに基づく制御とを切り替えてモータを制御することにより、ロボットが保持するワークの質量の変化によらずに振動の発生を抑え、安定した制御を行なうことが可能になる。 In the embodiment described above, the motor is controlled by switching between state feedback control and control based on a single-inertia system model depending on the mass of the workpiece held by the robot, making it possible to suppress the occurrence of vibrations and perform stable control regardless of changes in the mass of the workpiece held by the robot.

図6は、本発明の別の実施形態の制御装置10を示している。一般に多関節ロボットは、動作プログラムを実行することによって動作が制御される。ワーク70を搬送しあるいは保持するロボットの動作プログラムは、ワーク70を多関節ロボットの例えばハンド61に保持させるロード動作と、保持されているワークを多関節ロボットから降ろすアンロード動作とを少なくとも規定し、さらにロボットの移動経路などを規定する。ユーザー装置間でワーク70の搬送を行うこととして、ロード動作では、ワーク70を保持していない状態のロボット10が搬送元のユーザー装置におけるワーク70の受け取り位置まで移動する。ロード動作において実際にワーク70をロボット10のハンド61上に保持させるときは、例えば、ロボット10の鉛直軸方向の動きによりハンド61上にワーク70が載置されるようにしてもよいし、ユーザー装置側の動きによってハンド61上にワーク70が載置されるようにしてもよい。把持型のハンドを用いるときはハンドによってワークをつかむようにしてよい。同様にアンロード動作では、ワーク70を保持しているロボット10が搬送先のユーザー装置におけるワーク70の積み下ろし位置にまで移動する。アンロード動作において実際にワーク70をロボット10のハンド61から積み下ろすときは、ロボット10の鉛直軸方向の動きによりワーク70がユーザー装置側に積み下ろされるようにしてもよいし、ユーザー装置側の動きによってワーク70が積み下ろされるようにしてもよい。把持型のハンドを用いるときはハンドがそのつかんでいるワークを手放すようにしてもよい。 Figure 6 shows a control device 10 according to another embodiment of the present invention. In general, the operation of a multi-joint robot is controlled by executing an operation program. The operation program of a robot that transports or holds a workpiece 70 defines at least a loading operation in which the workpiece 70 is held by, for example, the hand 61 of the multi-joint robot, and an unloading operation in which the held workpiece is removed from the multi-joint robot, and further defines the movement path of the robot. Assuming that the workpiece 70 is transported between user devices, in the loading operation, the robot 10 in a state in which it does not hold the workpiece 70 moves to a receiving position of the workpiece 70 in the user device from which the workpiece 70 is transported. When the workpiece 70 is actually held on the hand 61 of the robot 10 in the loading operation, for example, the workpiece 70 may be placed on the hand 61 by the movement of the robot 10 in the vertical axis direction, or the workpiece 70 may be placed on the hand 61 by the movement of the user device. When a gripping hand is used, the workpiece may be grasped by the hand. Similarly, in the unloading operation, the robot 10 holding the workpiece 70 moves to a loading/unloading position of the workpiece 70 in the user device to which the workpiece 70 is transported. When the workpiece 70 is actually unloaded from the hand 61 of the robot 10 in the unloading operation, the workpiece 70 may be unloaded onto the user device by the movement of the robot 10 in the vertical axis direction, or the workpiece 70 may be unloaded by the movement of the user device. When a gripping hand is used, the hand may release the workpiece that it is holding.

図6に示す制御装置10は図1に示す制御装置10と同様のものであるが、さらに、動作プログラムを実行してモータ位置指令を生成する演算部14と、動作プログラムを格納する記憶部15とを備えている。動作プログラムは、一般に、どのようなワークに対してどのような処理を行うのか、例えばどこからどこへワークを搬送するのかが既知であるものとして作成されているので、動作プログラムの実行時においてワークの質量は既知であると考えることができる。そこで動作プログラムに、状態フィードバック制御と単慣性系モデルに基づく制御のどちらによってモータを制御するかを記述しておけば、演算部14は、動作プログラムを実行したときに選択部13に対して切り替え指令を出力することができ、選択部13は、切り替え指令に基づいて状態フィードバック制御部11の出力と単慣性系制御部12の出力との切り替えを行うことができる。 The control device 10 shown in FIG. 6 is similar to the control device 10 shown in FIG. 1, but further includes a calculation unit 14 that executes an operation program to generate a motor position command, and a storage unit 15 that stores the operation program. An operation program is generally created assuming that what processing is to be performed on what type of workpiece, for example, where the workpiece is to be transported from to where, is known, so the mass of the workpiece can be considered known when the operation program is executed. Therefore, if the operation program describes whether the motor is to be controlled by state feedback control or control based on a single-inertia system model, the calculation unit 14 can output a switching command to the selection unit 13 when the operation program is executed, and the selection unit 13 can switch between the output of the state feedback control unit 11 and the output of the single-inertia system control unit 12 based on the switching command.

演算部14が実行する動作プログラムによってロボットが制御される場合、ワーク70を保持していない状態でロボットをワーク70の受け取り位置まで移動させるときは状態フィードバック制御部11を選択し、その後、重いワーク(閾値を超える質量のワーク)を保持するときに、ワーク70とハンド61とが接触する前に選択部13により単慣性系制御部12の出力を選択することができる。このように制御を行なうことにより、状態フィードバック制御を行なっている状態で重いワーク60を保持することによる振動の発生を防ぐことができる。また、演算部14が実行する動作プログラムによってロボットが制御される場合、ワーク70を保持したロボットをワークの70の積み下ろし位置まで移動させ、アンロード動作を実行した後、選択部13によって状態フィードバック制御部11の出力を選択することができる。このように制御を行なうことにより、ワーク70を保持していないときは状態フィードバック制御が実施されることになって、高速かつ安定してロボットを移動させることができる。 When the robot is controlled by the operation program executed by the calculation unit 14, the state feedback control unit 11 is selected when the robot is moved to a receiving position for the workpiece 70 while not holding the workpiece 70, and then, when holding a heavy workpiece (a workpiece with a mass exceeding a threshold value), the output of the single inertia system control unit 12 can be selected by the selection unit 13 before the workpiece 70 and the hand 61 come into contact. By controlling in this way, it is possible to prevent the occurrence of vibration caused by holding a heavy workpiece 60 while performing state feedback control. Also, when the robot is controlled by the operation program executed by the calculation unit 14, the robot holding the workpiece 70 is moved to a loading/unloading position for the workpiece 70, and after performing an unloading operation, the output of the state feedback control unit 11 can be selected by the selection unit 13. By controlling in this way, state feedback control is implemented when the workpiece 70 is not held, and the robot can be moved quickly and stably.

動作プログラムに基づいて演算部14が選択部13に切り替え指令を出力する場合、動作プログラムのプログラムミスにより、重いワーク70を保持しているときに状態フィードバック制御が実行されるおそれがある。また、動作プログラムによらずにロボットを運転する手動運転動作では、状態フィードバック制御と単慣性系モデルに基づく制御とを自動的に切り替えられることが好ましい。そこで、本実施形態の制御装置10では、ワークの質量を測定または推定して状態フィードバック制御と単慣性系モデルに基づく制御とを切り替えることができるように構成することも可能である。 When the calculation unit 14 outputs a switching command to the selection unit 13 based on the operation program, there is a risk that a programming error in the operation program will cause state feedback control to be executed when a heavy workpiece 70 is being held. In addition, in manual operation in which the robot is operated without relying on an operation program, it is preferable to be able to automatically switch between state feedback control and control based on a single-inertia system model. Therefore, the control device 10 of this embodiment can also be configured to measure or estimate the mass of the workpiece and switch between state feedback control and control based on a single-inertia system model.

図2に示すように鉛直軸のモータ50Zを備えるロボットを制御する制御装置10では、鉛直軸のモータ50Zを制御する鉛直軸制御部16が設けられる。ロボットが昇降しないときであっても鉛直軸のモータ50Zはロボットとワーク70の質量を保持するための保持トルクを発生し、垂直軸制御部16は、保持トルクに見合うトルク指令値を発生し、トルク指令値に対応するモータ電流でモータ50Zを駆動する。ロボットの機構の各部の質量は既知であるから、演算部14は、鉛直軸のモータに対するトルク指令値に対応する質量を求め、その質量からロボット側の各部の質量を差し引くことによってワーク70の質量を求めることができ、ワーク70の質量に応じて切り替え指令を出力することができる。 As shown in FIG. 2, the control device 10 for controlling a robot equipped with a vertical axis motor 50Z is provided with a vertical axis control unit 16 for controlling the vertical axis motor 50Z. Even when the robot is not ascending or descending, the vertical axis motor 50Z generates a holding torque for holding the mass of the robot and workpiece 70, and the vertical axis control unit 16 generates a torque command value corresponding to the holding torque and drives the motor 50Z with a motor current corresponding to the torque command value. Since the mass of each part of the robot mechanism is known, the calculation unit 14 can determine the mass corresponding to the torque command value for the vertical axis motor and can determine the mass of the workpiece 70 by subtracting the mass of each part on the robot side from that mass, and can output a switching command according to the mass of the workpiece 70.

ロボットでは、所定条件を満たすワーク70を保持しているかどうかを検出する在荷センサー62をハンド61に設け、在荷センサー62での検出結果を演算部14に送信する構成となっていることがある。そのような在荷センサー62が設けられている場合には、在荷センサー62により所定条件を満たすワークを検出したときに、切り替え指令により選択部13が単慣性系制御部12の出力を選択するようにすることもできる。在荷センサーは質量を検出するものであってもよいが、厚さや平面寸法が所定値以上のワーク70を検出するものであってもよい。厚さや平面寸法が大きいワークは質量が大きいワークであると推定できるので、在荷センサー62の検出結果に応じて状態フィードバック制御と単慣性系モデルに基づく制御とを切り替えることにより、重いワークを保持しているときに状態フィードバック制御によってロボットが制御されることを防ぐことができる。 The robot may be configured such that a load sensor 62 is provided in the hand 61 to detect whether a workpiece 70 that satisfies a predetermined condition is being held, and the detection result of the load sensor 62 is sent to the calculation unit 14. When such a load sensor 62 is provided, when the load sensor 62 detects a workpiece that satisfies the predetermined condition, the selection unit 13 may select the output of the single-inertia system control unit 12 in response to a switching command. The load sensor may detect mass, but may also detect workpieces 70 whose thickness or planar dimensions are equal to or greater than a predetermined value. Since a workpiece with a large thickness or planar dimensions can be estimated to have a large mass, the robot can be prevented from being controlled by state feedback control when holding a heavy workpiece by switching between state feedback control and control based on a single-inertia system model according to the detection result of the load sensor 62.

図6に示した制御装置10を用いることにより、動作プログラムによって状態フィードバック制御と単慣性系モデルに基づく制御の切り替えを行うことができるので、より少ない処理量で制御の切り替えを行うことができる。 By using the control device 10 shown in FIG. 6, the operating program can be used to switch between state feedback control and control based on a single-inertia system model, making it possible to switch between controls with less processing effort.

10…制御装置;11…状態フィードバック制御部;12…単慣性系制御部;13…選択部;14…演算部;15…記憶部;50,50A,50B,50C,50Z…モータ;51A,51B,51C,51Z…減速機;55…基台;56…昇降機構;60,60A,60B…リンク;61…ハンド;62…在荷センサー;70…ワーク。 10...Control device; 11...State feedback control unit; 12...Single inertia system control unit; 13...Selection unit; 14...Calculation unit; 15...Memory unit; 50, 50A, 50B, 50C, 50Z...Motor; 51A, 51B, 51C, 51Z...Reduction gear; 55...Base; 56...Lifting mechanism; 60, 60A, 60B...Link; 61...Hand; 62...Load sensor; 70...Work.

Claims (14)

関節軸がモータによって駆動される多関節ロボットを制御する制御方法であって、
少なくとも1つの前記モータに関して、モータ位置指令に基づいて、前記多関節ロボットが保持するワークの質量が閾値以下であるときには第1の制御を実施し前記質量が前記閾値を超えるときは第2の制御を実施するように、前記質量に応じて切り替えて制御を行ない、
前記第1の制御は、前記モータ位置指令とフィードバックされたモータ位置とを用いる、2慣性系状態オブザーバによる状態フィードバック制御であり、
前記第2の制御は、前記モータ位置指令と前記フィードバックされたモータ位置とを用いる、P-PI制御またはPID制御である、制御方法。
A control method for controlling an articulated robot in which joint shafts are driven by motors, comprising the steps of:
for at least one of the motors, switching control is performed according to the mass based on a motor position command such that a first control is performed when a mass of a workpiece held by the articulated robot is equal to or smaller than a threshold value, and a second control is performed when the mass exceeds the threshold value;
the first control is a state feedback control by a two-inertia system state observer using the motor position command and a fed-back motor position;
The second control is P-PI control or PID control using the motor position command and the fed back motor position .
前記ワークを前記多関節ロボットに保持させるロード動作と保持されている前記ワークを前記多関節ロボットから降ろすアンロード動作とを少なくとも規定する動作プログラムに基づいて前記多関節ロボットの動作を制御し、
前記動作プログラムによって前記第1の制御と前記第2の制御の切り替えを行う、請求項1に記載の制御方法。
controlling the operation of the articulated robot based on an operation program that defines at least a loading operation for causing the articulated robot to hold the workpiece and an unloading operation for removing the held workpiece from the articulated robot;
The control method according to claim 1 , wherein the first control and the second control are switched by the operation program.
前記ワークを保持していない前記多関節ロボットを前記動作プログラムに基づいて前記ワークの受け取り位置まで移動させるときは前記第1の制御を実施し、その後、前記質量が前記閾値を超える場合に前記ワークと前記多関節ロボットとが接触する前に前記第2の制御に切り替える、請求項2に記載の制御方法。 The control method according to claim 2, further comprising the steps of: implementing the first control when the articulated robot not holding the workpiece is moved to a receiving position for the workpiece based on the operating program; and then switching to the second control before the workpiece comes into contact with the articulated robot if the mass exceeds the threshold value. 前記動作プログラムに基づいて前記ワークを保持したまま前記多関節ロボットを前記ワークの積み下ろし位置まで移動させ、前記アンロード動作を実行した後、前記第1の制御に切り替える、請求項2または3に記載の制御方法。 4. The control method according to claim 2 or 3, further comprising moving the articulated robot to a position for unloading the workpiece while holding the workpiece based on the operation program, executing the unloading operation, and then switching to the first control. 鉛直軸のモータが前記多関節ロボットに備えられており、
前記鉛直軸のモータに対するトルク指令値に基づいて前記ワークの質量を判別する、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の制御方法。
A vertical axis motor is provided on the articulated robot,
The control method according to claim 1 , further comprising determining a mass of the workpiece based on a torque command value for the vertical axis motor.
所定条件を満たす前記ワークを保持しているかを検出する在荷センサーが前記多関節ロボットに備えられており、
前記在荷センサーにより前記所定条件を満たす前記ワークを検出したときに、前記第2の制御に切り替える、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の制御方法。
The articulated robot is provided with a presence sensor that detects whether the workpiece that satisfies a predetermined condition is being held,
The control method according to claim 1 , further comprising switching to the second control when the workpiece that satisfies the predetermined condition is detected by the load sensor.
前記多関節ロボットは水平多関節ロボットである、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の制御方法。 The control method according to any one of claims 1 to 6, wherein the articulated robot is a horizontal articulated robot. 関節軸がモータによって駆動される多関節ロボットを制御する制御装置であって、
モータ位置指令に基づいて、前記モータ位置指令とフィードバックされたモータ位置とを用いる、2慣性系状態オブザーバによる状態フィードバック制御を実行する第1制御部と、
前記モータ位置指令に基づいて、前記モータ位置指令と前記フィードバックされたモータ位置とを用いる、P-PI制御またはPID制御を実行する第2制御部と、
前記多関節ロボットが保持するワークの質量が閾値以下であるときには前記第1制御部を選択し、前記質量が前記閾値を超えるときは前記第2制御部を選択する選択部と、
を備え、
前記質量に応じて前記選択部によって選択された制御部の出力によって前記モータを制御する、制御装置。
A control device for controlling an articulated robot in which joint shafts are driven by motors, comprising:
a first control unit that executes state feedback control by a two-inertia system state observer using the motor position command and a fed-back motor position based on the motor position command;
a second control unit that executes P-PI control or PID control using the motor position command and the fed-back motor position based on the motor position command;
a selection unit that selects the first control unit when a mass of a workpiece held by the articulated robot is equal to or smaller than a threshold value, and selects the second control unit when the mass exceeds the threshold value;
Equipped with
A control device that controls the motor using an output of a control unit selected by the selection unit in accordance with the mass.
前記ワークを前記多関節ロボットに保持させるロード動作と保持されている前記ワークを前記多関節ロボットから降ろすアンロード動作とを少なくとも規定して前記多関節ロボットの動作を制御する動作プログラムを実行する演算部をさらに備え、
前記演算部からの切り替え指令により前記選択部が前記第1制御部と前記第2制御部のいずれかを選択する、請求項8に記載の制御装置。
a calculation unit that executes an operation program to control the operation of the articulated robot by defining at least a loading operation for causing the articulated robot to hold the workpiece and an unloading operation for removing the held workpiece from the articulated robot;
The control device according to claim 8 , wherein the selection unit selects either the first control unit or the second control unit in response to a switching command from the calculation unit.
前記演算部は、前記ワークを保持していない前記多関節ロボットを前記ワークの受け取り位置まで移動させるときは前記選択部によって前記第1制御部を選択し、その後、前記質量が前記閾値を超える場合に前記ワークと前記多関節ロボットとが接触する前に前記選択部によって前記第2制御部を選択する、請求項9に記載の制御装置。 The control device according to claim 9, wherein the calculation unit selects the first control unit by the selection unit when the articulated robot not holding the workpiece is moved to a position for receiving the workpiece, and then selects the second control unit by the selection unit before the workpiece and the articulated robot come into contact when the mass exceeds the threshold value. 前記演算部は、前記ワークを保持したまま前記多関節ロボットを前記ワークの積み下ろし位置まで移動させ、前記アンロード動作を実行した後、前記選択部によって前記第1制御部を選択する、請求項9または10に記載の制御装置。 The control device according to claim 9 or 10, wherein the calculation unit moves the articulated robot to a position for unloading the work while holding the work, executes the unloading operation, and then selects the first control unit by the selection unit. 前記多関節ロボットは鉛直軸のモータを備えており、
前記演算部は、前記鉛直軸のモータに対するトルク指令値に基づいて前記ワークの前記質量を求め、求めた前記質量に応じて前記切り替え指令を前記選択部に出力する、請求項乃至11のいずれか1項に記載の制御装置。
The articulated robot is equipped with a vertical axis motor,
The control device according to claim 9 , wherein the calculation unit determines the mass of the workpiece based on a torque command value for the vertical axis motor , and outputs the switching command to the selection unit according to the determined mass .
前記多関節ロボットは、所定条件を満たす前記ワークを保持しているかを検出する在荷センサーを備え、
前記在荷センサーにより前記所定条件を満たす前記ワークを検出したときに、前記第2制御部が選択される、請求項8乃至11のいずれか1項に記載の制御装置。
The articulated robot is provided with a presence sensor that detects whether the workpiece satisfies a predetermined condition,
The control device according to claim 8 , wherein the second control unit is selected when the workpiece that satisfies the predetermined condition is detected by the load sensor.
前記多関節ロボットは水平多関節ロボットである、請求項8乃至13のいずれか1項に記載の制御装置。 The control device according to any one of claims 8 to 13, wherein the articulated robot is a horizontal articulated robot.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015030076A (en) 2013-08-05 2015-02-16 株式会社東芝 Robot controller
JP2020097072A (en) 2018-12-17 2020-06-25 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 Control device and learning device

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6097174U (en) 1983-12-08 1985-07-02 柳本 睦夫 Shogi number pieces
JPS60160922A (en) * 1984-02-01 1985-08-22 松下電器産業株式会社 Pressure vessel pressure display device
JPH07295650A (en) * 1994-04-21 1995-11-10 Ricoh Co Ltd Control method for articulated robot
JPH07319546A (en) * 1994-05-24 1995-12-08 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Positioning control device
CN1194369A (en) * 1997-03-25 1998-09-30 三星电子株式会社 Controlling method and its apparatus for two inertial resonate system
JP2002254370A (en) * 2001-02-22 2002-09-10 Murata Mach Ltd Picking device and method
JP4226236B2 (en) * 2001-09-07 2009-02-18 パナソニック株式会社 Motor control device
JP4054984B2 (en) 2001-12-20 2008-03-05 株式会社安川電機 Robot control apparatus and control method
JP4470058B2 (en) 2004-04-21 2010-06-02 株式会社ジェイテクト Power assist device
JP4389980B2 (en) * 2007-07-30 2009-12-24 パナソニック株式会社 Control method for articulated robot
JP5434369B2 (en) * 2009-08-25 2014-03-05 株式会社明電舎 Torque pulsation suppression system for electric motor
JP5129415B2 (en) * 2011-03-17 2013-01-30 パナソニック株式会社 ROBOT, ROBOT CONTROL DEVICE, CONTROL METHOD, AND CONTROL PROGRAM
JP6083145B2 (en) * 2012-07-31 2017-02-22 セイコーエプソン株式会社 Robot control device and robot
JP6309847B2 (en) 2014-07-14 2018-04-11 ファナック株式会社 Robot controller capable of transporting workpieces exceeding the rated workpiece parameters
JP2016032326A (en) 2014-07-28 2016-03-07 キヤノン株式会社 Motor controller, robot device, motor control method, program, and recording medium
JP5927284B1 (en) * 2014-12-22 2016-06-01 ファナック株式会社 A robot controller that detects contact force with a person and stops the robot
CN105773627B (en) * 2016-05-25 2019-03-29 宁波工程学院 Intelligent power-assisted Lifting Control System and control method based on handheld device
US10254740B2 (en) 2016-09-27 2019-04-09 Harmonic Drive Systems Inc. Positioning control device for actuator provided with strain wave gearing using full-closed control with state observer
CN108563146B (en) * 2018-01-15 2021-08-13 深圳市同川科技有限公司 Robot working mode switching control method, device, computer equipment and medium
CN108646798B (en) * 2018-06-13 2021-03-26 南京理工大学 An Offshore Platform Vibration Control Strategy Based on Switching Control System
CN108772838B (en) * 2018-06-19 2021-04-27 河北工业大学 Mechanical arm safe collision strategy based on external force observer
JP7183601B2 (en) * 2018-07-20 2022-12-06 セイコーエプソン株式会社 ROBOT SYSTEM AND ROBOT SYSTEM CONTROL METHOD
JP7135823B2 (en) * 2018-12-17 2022-09-13 株式会社安川電機 ROBOT SYSTEM AND ROBOT CONTROL METHOD
CN110955176B (en) * 2019-11-15 2020-10-09 中国地质大学(武汉) A Method for Residual Vibration Suppression at the End of Servo System Based on Model Tracking Control

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015030076A (en) 2013-08-05 2015-02-16 株式会社東芝 Robot controller
JP2020097072A (en) 2018-12-17 2020-06-25 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 Control device and learning device

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