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JPH0233169B2 - - Google Patents
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JPH0233169B2 - - Google Patents

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JPH0233169B2
JPH0233169B2 JP57178153A JP17815382A JPH0233169B2 JP H0233169 B2 JPH0233169 B2 JP H0233169B2 JP 57178153 A JP57178153 A JP 57178153A JP 17815382 A JP17815382 A JP 17815382A JP H0233169 B2 JPH0233169 B2 JP H0233169B2
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JP
Japan
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axis
robot
servo
coordinate system
acceleration
Prior art date
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Application number
JP57178153A
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Japanese (ja)
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JPS5969280A (en
Inventor
Shigeru Futami
Shujiro Hara
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Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は産業用ロボツト、特にその過渡振動を
防止する制御装置を備えた産業用ロボツトに関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an industrial robot, and more particularly to an industrial robot equipped with a control device for preventing transient vibrations thereof.

産業用ロボツトの構造は、軽量化と可動範囲を
大きくするために、“開放型”、つまりアーム等の
可動部の端部が自由端となつている。このため、
産業用ロボツトの機構は、固有振動数が低く、か
つ減衰係数が小さい。
In order to reduce weight and increase the range of motion, industrial robots have an "open" structure, that is, the ends of movable parts such as arms are free ends. For this reason,
The mechanism of an industrial robot has a low natural frequency and a small damping coefficient.

したがつて、産業用ロボツトにより高速の軌道
制御を行おうとする場合、軌道の曲率が大きい部
分において駆動モータに大きな加速度の変化が生
ずるため、機構部に好ましくない過渡振動が発生
し、その結果、軌道誤差を生じる。
Therefore, when attempting to perform high-speed trajectory control with an industrial robot, a large change in acceleration occurs in the drive motor in parts of the trajectory with large curvature, which causes undesirable transient vibrations in the mechanism. Causes orbit error.

この機構部の過渡振動を防止する基本的な対策
は機構部の剛性と減衰率を高くすることである
が、このような機構部の改善は機構部の大きさ、
重量の増大、したがつてコストのアツプを招くた
め容易ではない。
The basic measure to prevent this transient vibration of the mechanical part is to increase the rigidity and damping rate of the mechanical part, but improvements to the mechanical part can be made by changing the size of the mechanical part,
This is not easy because it increases weight and therefore costs.

上記の軌道誤差は、軌道の曲率を小さくすれ
ば、減少するが、同一軌道に対して駆動モータが
発生する加速度の大きさは軌道の接線速度に比例
するので、高速の軌道制御を行なうためには、機
構部の過渡振動を防止することが本質的に必要で
ある。
The above orbit error can be reduced by reducing the curvature of the orbit, but since the magnitude of the acceleration generated by the drive motor for the same orbit is proportional to the tangential velocity of the orbit, it is necessary to perform high-speed orbit control. It is essentially necessary to prevent transient vibrations of the mechanism.

本出願人は振動的な特性を有する機械系を等価
的にその剛性を高めたり、あるいは非振動的に制
御する方法として特開昭54−31877「機械剛性補償
サーボ制御装置」と特願昭56−92155「電動機械の
制御方式」で提案した。前者は過渡振動を、後者
は持続振動(強制振動)を主として小さくする効
果がある。しかしながら、これらの方法はいずれ
も基本的には一軸のサーボ系に対するものであ
り、多軸のサーボ系で構成される産業用ロボツト
に対して具体的にどのように適用するかは未解決
のままであつた。
The present applicant filed a patent application in 1983 with the patent application ``Mechanical Stiffness Compensation Servo Control Device'' published in Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-31877 as a method for equivalently increasing the rigidity of a mechanical system having vibrational characteristics or non-vibratory control. -Proposed in 92155 "Control method for electric machines". The former has the effect of mainly reducing transient vibrations, and the latter has the effect of mainly reducing sustained vibrations (forced vibrations). However, all of these methods are basically for single-axis servo systems, and it remains unresolved how to specifically apply them to industrial robots that consist of multi-axis servo systems. It was hot.

一般に産業用ロボツトの運動はテイーチング
等により予め指示されたデータに基づく正規の運
動に前述の好ましくない過渡振動が重ね合わさ
つたものである。この2つの運動は、運動の周波
数成分の違いで区別することができ、の運動は
通常、数秒から数10秒の周期であり、の運動は
機械系の繰振周波数である5〜50Hz以上の周波数
である。したがつて、通常のサーボ系の応答性か
らするとの運動は直流成分、の運動は交流成
分と考えることができる。この過渡振動を減衰さ
せるには、ロボツトの先端Pの運動の交流成分で
あるV(t)(時間の関数で三次元ベクトル)を零
に収束させればよい。一軸のサーボ系については
前記特許公報の方法に従つてサーボ軸の回転モー
タに回転位置、回転速度とともに過渡振動の加速
度をフイードバツクすると加速度の変動に対して
減衰作用が生じ、定常状態において加速度はゼロ
に収束する。加速度がゼロのとき速度は一定とな
り、速度の交流成分はゼロとなる。
In general, the motion of an industrial robot is a combination of the above-mentioned undesirable transient vibrations on a normal motion based on data instructed in advance by teaching or the like. These two motions can be distinguished by the difference in the frequency components of the motion. The motion of is usually at a period of several seconds to several tens of seconds, and the motion of is at a frequency of 5 to 50 Hz or more, which is the resonant frequency of the mechanical system. It is the frequency. Therefore, in terms of the response of a normal servo system, the motion can be considered to be a DC component, and the motion can be considered to be an AC component. In order to dampen this transient vibration, V(t) (a three-dimensional vector as a function of time), which is an alternating current component of the motion of the robot's tip P, should be converged to zero. For a single-axis servo system, if the rotational position and rotational speed as well as the acceleration of transient vibration are fed back to the rotary motor of the servo axis according to the method described in the above-mentioned patent publication, a damping effect will occur against fluctuations in acceleration, and the acceleration will be zero in a steady state. converges to. When acceleration is zero, velocity is constant and the alternating current component of velocity is zero.

しかしながら、産業用ロボツトは一般に多軸構
成で、各軸は互いに強く機械的に干渉しているこ
とが多い。したがつて、産業用ロボツトでは、あ
る一軸に生起した振動は他の軸にも振動を引き起
し、ビートを生じたり、多軸の振動が合成された
複雑な振動となる。このため、産業用ロボツトの
特定の、例えば特に振動の大きい軸にのみ、前記
特許公報の方法を適用しても、過渡振動や持続振
動(強制振動)を減衰させる大きな効果を得るこ
とができない。第5図aは軸間干渉のない場合の
1軸の減衰を表わしているが、2つの互いに強く
干渉する軸の間では、第5図bに示すように、ビ
ートを生ずることがある。このような場合に一方
の軸にのみ前記特許公報の方法を適用すると、適
用した軸の振動の振巾が大きくなる期間だけ振動
減衰の効果があり、他方の軸の振動の振巾が大き
くなる期間は減衰作用がないため、結局、前記特
許公報の方法を適用した軸の振動も急速には減衰
させることができない。第5図cは軸lに前記特
許公報の方法を適用した場合の振動実験の例を示
している。破線Dが振動抑制の制御の無いときの
ビート(第5図b)に相当している。
However, industrial robots generally have a multi-axis configuration, and each axis often mechanically interferes strongly with each other. Therefore, in industrial robots, vibrations that occur in one axis also cause vibrations in other axes, resulting in beats or complex vibrations that are a combination of vibrations from multiple axes. For this reason, even if the method of the patent publication is applied only to a specific axis of an industrial robot, for example, a shaft with particularly large vibrations, a large effect of damping transient vibrations and sustained vibrations (forced vibrations) cannot be obtained. Although FIG. 5a shows the attenuation of one axis when there is no interference between axes, a beat may occur between two axes that strongly interfere with each other, as shown in FIG. 5b. In such a case, if the method described in the patent publication is applied only to one axis, the vibration damping effect will be effective only during the period when the amplitude of vibration of the applied shaft increases, and the amplitude of vibration of the other axis will increase. Since there is no damping effect during this period, the vibration of the shaft to which the method of the above-mentioned patent publication is applied cannot be rapidly damped. FIG. 5c shows an example of a vibration experiment when the method of the above-mentioned patent publication is applied to the axis l. The broken line D corresponds to the beat (FIG. 5b) when there is no vibration suppression control.

各軸の静止座標系に対する運動が、該当する回
転モータの位置だけでなく、該当する以外の軸の
回転モータの位置にも依存する場合には、該当す
る可動機構要素上の点の加速度は該当する軸の静
止座標系に対する加速度情報のみでなく運動が依
存している軸の運動加速度をも含むことになる。
したがつて前記の加速度信号を検出して該当する
軸の静止座標系に対する加速度のみを取り出すた
めには、これ以外の信号成分を除去することが必
要となる。この信号の除去は産業用ロボツトのよ
うな複雑な構成の機構では一般に多次元のマトリ
ツクス演算(本質的にロボツトの座標系から静止
座標系への座標変換演算に等しい)が必要となる
ため、その構成は複雑でありかつ加速度のように
高速な処理を必要とする信号に対しては実用にな
らなかつた。
If the motion of each axis with respect to the stationary coordinate system depends not only on the position of the corresponding rotary motor but also on the position of the rotary motors of the other axes, the acceleration of the point on the corresponding moving mechanism element is This includes not only the acceleration information of the axis relative to the stationary coordinate system, but also the motion acceleration of the axis on which the motion depends.
Therefore, in order to detect the acceleration signal and extract only the acceleration of the corresponding axis relative to the stationary coordinate system, it is necessary to remove other signal components. Removal of this signal generally requires multidimensional matrix calculations (essentially equivalent to coordinate transformation calculations from the robot's coordinate system to the stationary coordinate system) in mechanisms with complex configurations such as industrial robots. The configuration was complex and was not practical for signals that required high-speed processing, such as acceleration.

そこで、本願発明者は特定の形態のロボツトに
限定すれば前述のごとき多次元マトリツクス演算
をすることなく簡単でかつ高速の演算が可能とな
る加速度の補正があることに着目した。
Therefore, the inventors of the present application have focused on the fact that there is an acceleration correction that allows simple and high-speed calculations without the need for multidimensional matrix calculations as described above, provided that the correction is limited to a specific type of robot.

ここで、上述した産業用ロボツトの特定の形態
である(i)直交座標型、(ii)円筒座標型、(iii)平行四辺
形リンクを構成した関節型の3種類について、そ
の各々の機構構成を第1図〜第4図に基づいて説
明する。第1図は産業用ロボツトの基本となる機
構を表わす記号で、同図1は駆動部Bによりアー
ムCがX軸方向にスライドするスライド機構、同
図2は駆動部BによりアームCがθ方向に回転す
る回転機構、同図3はアームCが静止座標系に固
定されていることを示す。
Here, we will discuss the mechanical configurations of the three specific types of industrial robots mentioned above: (i) Cartesian coordinate type, (ii) Cylindrical coordinate type, and (iii) Joint type with parallelogram links. will be explained based on FIGS. 1 to 4. Figure 1 is a symbol representing the basic mechanism of an industrial robot. Figure 1 shows a slide mechanism in which arm C slides in the X-axis direction by drive unit B, and Figure 2 shows a slide mechanism in which arm C slides in the θ direction by drive unit B. FIG. 3 shows that the arm C is fixed to a stationary coordinate system.

(i) 直交座標型ロボツト(第2図) 静止座標系O−XYZに対し直線運動をし、
互いに直交する三軸、x軸、y軸、z軸で構成
される。各軸は回転モータとボールスクリユー
等の回転運動/直線運動変換器の組合わせをと
り、回転モータの回転位置により各軸の位置
x、y、zを制御する。ロボツトの先端Pの位
置は各軸の座標値x、y、zの関数である。
(i) Orthogonal coordinate robot (Figure 2) Moves linearly with respect to the stationary coordinate system O-XYZ,
It is composed of three axes, x-axis, y-axis, and z-axis, which are orthogonal to each other. Each axis has a combination of a rotary motor and a rotary motion/linear motion converter such as a ball screw, and the positions x, y, and z of each axis are controlled by the rotational position of the rotary motor. The position of the robot's tip P is a function of the coordinate values x, y, and z of each axis.

(ii) 円筒座標型ロボツト(第3図) 静止座標系O−XYZに対して回転運動をす
るA軸およびθ軸上で直線運動をするz軸、z
軸と直交し直線運動をするr軸とで構成され
る。ロボツトの先端Pの位置は各軸の座標値
r、θ、zの関数である。
(ii) Cylindrical coordinate robot (Figure 3) The A-axis rotates with respect to the stationary coordinate system O-XYZ, and the z-axis and z move linearly on the θ-axis.
It consists of an r-axis that is orthogonal to the axis and moves in a straight line. The position of the robot's tip P is a function of the coordinate values r, θ, and z of each axis.

(iii) 平行四辺形リンクを構成した関節型ロボツト
(第4図) 静止座標系O−XYZに対して回転運動をす
るθ軸およびθ軸のまわりに回転運動をする
軸とψ軸で構成される。θ軸と軸、ψ軸は同
一平面内にある。ψ軸と軸は節点A、B、
C、Dで表わされる平行リンクを構成してお
り、常にABCDDPおよびADBC(は平
行であることを示す記号)である。この平行四
辺形リンクにより、軸、ψ軸の動作は静止座
標系O−XYZに対して独立、つまり軸を固
定してψ軸を動かしても静止座標系O−XYZ
に対する軸の姿勢角度は不変、ψ軸固定で
軸を動かしてもψ軸の姿勢角度は静止座標系O
−XYZに対して不変となる。ロボツトの先端
Pの位置は各軸θ、、ψの関数である。
(iii) An articulated robot composed of parallelogram links (Fig. 4) It is composed of a θ axis that rotates with respect to the stationary coordinate system O-XYZ, an axis that rotates around the θ axis, and a ψ axis. Ru. The θ-axis, the axis, and the ψ-axis are in the same plane. The ψ axis and axis are nodes A, B,
They constitute parallel links represented by C and D, and are always ABCDDP and ADBC (symbols indicating parallelism). Due to this parallelogram link, the movement of the axes and ψ-axes is independent of the stationary coordinate system O-XYZ.In other words, even if the axes are fixed and the ψ-axis is moved, the movement of the axes and ψ-axes is independent of the stationary coordinate system
The attitude angle of the axis relative to the stationary coordinate system O remains unchanged. Even if the axis is fixed and the ψ axis is moved, the attitude angle of the ψ axis is fixed relative to the stationary coordinate system O.
-Invariant to XYZ. The position of the robot's tip P is a function of each axis θ, , ψ.

以上の直交座標型、円筒座標型、および平行四
辺形リンクで構成した関節型の各ロボツトに共通
する性質を、「ロボツトを構成する各軸の動作が
静止座標系O−XYZに対して独立、つまり軸間
の干渉がない」ということがある。
The common properties of the above-mentioned Cartesian coordinate type, cylindrical coordinate type, and articulated robots constructed with parallelogram links are that the motion of each axis constituting the robot is independent with respect to the stationary coordinate system O-XYZ. In other words, there is no interference between the axes.

本発明は、上述のような特定の形態の産業用ロ
ボツト、つまり各サーボ軸の回転モータが、直接
にあるいは機械的伝達機構を介して該軸の可動機
構要素に結合されて、該可動機構要素を直接ある
いは回転運動をさせ、かつ運動中の該可動機構要
素の静止座標系に対する位置が、回転モータの回
転位置のみで規定される多軸の産業用ロボツトに
おいて、 各サーボ軸の可動機構要素の静止座標系に対す
る加速度を検出する直線加速度検出器が、該可動
機構要素上で、かつ当該回転モータの回転により
生ずる運動の接線方向と平行な方向に設けられ、 回転モータの回転位置信号と回転速度信号とと
もに、前記直線加速度検出器で検出された加速度
信号が当該サーボ軸の制御装置に帰還され、 各サーボ軸の制御装置には、帰還された加速度
信号を、当該可動機構要素の速度の交流成分と逆
位相になるように調整する回路を有する。
The present invention provides an industrial robot having a specific form as described above, in which the rotary motor of each servo axis is coupled to the movable mechanism element of the axis directly or via a mechanical transmission mechanism, In a multi-axis industrial robot, in which the movable mechanism element of each servo axis makes direct or rotational motion, and the position of the movable mechanism element in motion with respect to the stationary coordinate system is defined only by the rotational position of the rotary motor, the movable mechanism element of each servo axis is A linear acceleration detector for detecting acceleration with respect to a stationary coordinate system is provided on the movable mechanism element and in a direction parallel to the tangential direction of the motion caused by the rotation of the rotary motor, and the linear acceleration detector detects the rotational position signal and rotational speed of the rotary motor. Along with the signal, the acceleration signal detected by the linear acceleration detector is fed back to the control device of the servo axis, and the control device of each servo axis receives the feedback signal and converts it into an AC component of the speed of the movable mechanism element. It has a circuit that adjusts the phase so that the phase is opposite to that of the

したがつて、産業用ロボツトの高速の軌道制御
時における過渡振動を防止して産業用ロボツトの
高速、かつ精度の高い軌道制御を実現できる。
Therefore, transient vibrations during high-speed trajectory control of the industrial robot can be prevented, and high-speed and highly accurate trajectory control of the industrial robot can be realized.

以下、本発明の原理を第2図〜第4図により説
明する。
The principle of the present invention will be explained below with reference to FIGS. 2 to 4.

(i) 直交座標型ロボツトの場合 直交座標型ロボツトの座標系o−xyzと静止
座標系O−XYZをそれぞれx軸とX軸、y軸
とY軸、z軸とZ軸の方向が一致するように考
えると(第2図)、 ロボツトの先端Pの座標は X Y Z=Xo+x Yo+y Zo+z ただし、(X、Y、Z)T:静止座標系O−XYZ
でのPの座標 (Xo、Yo、Zo)T:静止座標系O−XYZでの
ロボツトの原点の座標 (x、y、z)T:ロボツトの移動量 T:転置を表わす記号 と表わされる。
(i) In the case of a Cartesian coordinate robot, the coordinate system o-xyz and stationary coordinate system O-XYZ of the orthogonal coordinate robot are such that the directions of the x-axis and the X-axis, the y-axis and the Y-axis, and the z-axis and the Z-axis are the same, respectively. Thinking like this (Figure 2), the coordinates of the robot's tip P are
Coordinates of P at (Xo, Yo, Zo) T : Coordinates of the origin of the robot in the stationary coordinate system O-XYZ (x, y, z) T : Amount of movement of the robot T: Expressed as a symbol representing transposition.

x〓、y〓、z〓をそれぞれロボツトのx、y、z軸の
移動速度の交流成分とすると、上式からロボツト
の先端Pの速度の交流成分は X〓 Y〓 Z〓=1 0 0 0 1 0 0 0 1x〓y〓z〓 と表わされる。したがつて、(x〓、y〓、z〓)T→(0

0、0)となれば(X〓、Y〓、Z〓)T→(0、0、0)
となる。つまり、直交座標型ロボツトの各軸の振
動が減衰すれば、先端Pの静止座標系に対する振
動が減衰することになる。
If x〓, y〓, and z〓 are the AC components of the moving speed of the robot on the x, y, and z axes, respectively, then from the above equation, the AC component of the speed of the robot's tip P is X〓 Y〓 Z〓 = 1 0 0 It is expressed as 0 1 0 0 0 1x〓y〓z〓. Therefore, (x〓, y〓, z〓) T → (0
,
0, 0) then (X〓, Y〓, Z〓) T → (0, 0, 0)
becomes. In other words, if the vibration of each axis of the orthogonal coordinate robot is attenuated, the vibration of the tip P with respect to the stationary coordinate system will be attenuated.

したがつて、直交座標型ロボツトで、x、y、
zの各軸の静止座標系O−XYZに対する振動を
計測し、各軸について前記特許公報の方法を適用
すればよい。
Therefore, in a Cartesian coordinate robot, x, y,
The vibration of each axis of z relative to the stationary coordinate system O-XYZ may be measured, and the method disclosed in the patent publication may be applied to each axis.

(ii) 円筒座標型ロボツト 円筒座標型ロボツトの座標系o−γθzと静止
座標系O−XYZとの関係(第3図)から ロボツトの先端Pの位置は X Y Z=γcosθ γsinθ z+h で表わされる。
(ii) Cylindrical coordinate robot From the relationship between the coordinate system o-γθz of the cylindrical coordinate robot and the stationary coordinate system O-XYZ (Figure 3), the position of the robot's tip P is expressed as X Y Z = γ cos θ γ sin θ z + h .

γ〓、θ〓、z〓を、γ、θ、z軸の速度の交流成分

すると上式から、ロボツトの先端Pの速度の交流
成分は X〓 Y〓 Z〓=cosθ sinθ 0−γsinθ γcosθ 00 0 1γ〓 θ〓 z〓 と表わされる。
If γ〓, θ〓, and z〓 are the AC components of the velocity of γ, θ, and z axes, then from the above equation, the AC component of the velocity of the robot tip P is X〓 Y〓 Z〓=cosθ sinθ 0−γsinθ γcosθ It is expressed as 00 0 1γ〓 θ〓 z〓.

直交座標型ロボツトと異なり、X〓、Y〓、Z〓)T
(γ〓、θ〓、z〓)Tは非干渉形、つまり座標変換マト
リツ
クスの非対角成分が全て0とはならないが、この
場合にも、(γ〓、θ〓、z〓)T→(0、0、0)とな

ば、(X〓、Y〓、Z〓)T→(0、0、0)となる。
Unlike a Cartesian coordinate robot, X〓, Y〓, Z〓) T and (γ〓, θ〓, z〓) T are non-interfering, that is, the off-diagonal components of the coordinate transformation matrix are not all 0. , also in this case, if (γ〓, θ〓, z〓) T → (0, 0, 0), then (X〓, Y〓, Z〓) T → (0, 0, 0) .

したがつて、円筒型座標型ロボツトの場合に
も、γ、θ、z軸の各軸につき、その主運動方向
の振動を計測し、振動がγ、θ、z軸独立に減衰
するようにすればよい。
Therefore, even in the case of a cylindrical coordinate robot, it is necessary to measure the vibration in the main motion direction for each of the γ, θ, and z axes so that the vibration is attenuated independently of the γ, θ, and z axes. Bye.

(iii) 関節型ロボツトの座標系0−θψと静止座標
系0−XYZの関係(第4図)から ロボツトの先端Pの位置は X Y Z=(Lsin+lsinψ)cosθ (Lsin+lsinψ)sinθ h+Lcos−lcosψ で表わされる。
(iii) From the relationship between the coordinate system 0-θψ of the articulated robot and the stationary coordinate system 0-XYZ (Fig. 4), the position of the robot's tip P is X Y Z = (Lsin + lsinψ) cos θ (Lsin + lsin ψ) sin θ h + L cos - l cos ψ. expressed.

θ〓、〓、ψ〓をθ、、ψ軸の速度の交流成分と

ると上式から、ロボツトの先端Pの速度の交流成
分は と表わされる。
If θ〓, 〓, ψ〓 are the AC components of the velocity of the θ, , ψ axes, then from the above equation, the AC component of the velocity of the robot's tip P is It is expressed as

しがつて、(θ〓、〓、ψ〓)→(0、0、0)の

き(X〓、Y〓、Z〓)→(0、0、0)となるから、
θ、、ψ軸のそれぞれに対し静止静標系0−
XYZに対する振動を計測し、各軸独立に振動が
減衰するようにすればよい。
Therefore, when (θ〓, 〓, ψ〓) → (0, 0, 0), (X〓, Y〓, Z〓) → (0, 0, 0),
For each of the θ, , ψ axes, the static reference frame 0−
All you have to do is measure the vibrations in XYZ and attenuate the vibrations independently for each axis.

以上述べた原理に基づく本発明の実施例を第6
図〜第10図に示し、以下その説明をする。
The sixth embodiment of the present invention based on the principle described above is described below.
It is shown in FIGS. 10 to 10 and will be explained below.

(i) 直交座標型ロボツトへの実施例1(第6図) 本実施例は直交座標型ロボツトの先端P(y
軸可動機構要素上)に直交軸x,y,z各軸の
静止座標系に対する直線加速度αx,αy,αzを
検出する加速度検出器Aを配置し(第6図a)、
検出した直線加速度αx,αy,αzをそれぞれ対
応する軸のサーボ系の回転モータMx,My,
Mzの制御装置Gx,Gy,Gzに、回転速度検出
器TGx,TGy,TGzからの回転速度Vx,Vy,
Vzと回転位置検出器PGx,PGy,PGzからの
回転位置x,y,zと共にフイードバツクする
ようにしたものである(第6図b) (ii) 直交座標型ロボツトへの実施例(第7図) 本実施例は、前述の実施例1(第6図)にお
ける加速度検出器Aの代りに、x、y、z各軸
の可動機構要素上に、それぞれ独立に、x、
y、z軸の主運動方向の静止座標系に対する直
線加速度αx,αy,αzを検出する加速度検出器
Ax,Ay,Azを配置したもので(第7図a)、
検出した直線加速度αx,αy,αzは対応する軸
のサーボ系の回転モータMx,My,Mzの制御
装置Gx,Gy,Gzに(i)と同様にフイードバツク
する(第7図b)。
(i) Example 1 for a Cartesian coordinate robot (Fig. 6) In this example, the tip P (y
Acceleration detectors A for detecting the linear accelerations αx, αy, αz of the orthogonal axes x, y, and z with respect to the stationary coordinate system are arranged on the axis movable mechanism element (Fig. 6a),
The detected linear accelerations αx, αy, αz are applied to the rotation motors Mx, My, and servo system of the corresponding axes, respectively.
The rotational speed Vx, Vy, Vy from the rotational speed detector TGx, TGy, TGz,
(Fig. 6b) (ii) Example of implementation for a Cartesian coordinate robot (Fig. 7) ) In this embodiment, instead of the acceleration detector A in the above-described embodiment 1 (FIG. 6), x, y, and
Acceleration detector that detects linear acceleration αx, αy, αz with respect to the stationary coordinate system in the main motion direction of the y and z axes
Ax, Ay, Az are arranged (Figure 7a),
The detected linear accelerations αx, αy, and αz are fed back to the control devices Gx, Gy, and Gz of the rotary motors Mx, My, and Mz of the servo system of the corresponding axes in the same manner as in (i) (Fig. 7b).

(iii) 円筒座標型ロボツトへの実施例1(第8図) 本実施例は、θ軸についてはθ軸の回転中心
から距離lの位置に回転の接線方向の静止座標
系に対する直線加速度αθを検出する加速度検
出器Aθを、Z軸、r軸についてはそれぞれそ
の可動機構要素上に主動方向の静止座標系に対
する直線加速度αz,αrを検出する加速度検出
器Az,Arを配置し(第8図a)、検出した加
速度αθ,αr,αzを対応する軸のサーボ系のモ
ータMθ,Mr,Mzの制御装置Gθ,Gr,Gzに、
回転速度検出器TGθ,TGr,TGzからの回転
速度Vθ,Vr,Vzと回転位置検出器PGθ,
PGr,PGzからの回転位置θ,γ,zと共にフ
イードバツクする(第8図b)。
(iii) Example 1 for a cylindrical coordinate robot (Fig. 8) In this example, for the θ-axis, linear acceleration αθ with respect to the stationary coordinate system in the tangential direction of rotation is applied at a distance l from the rotation center of the θ-axis. An acceleration detector Aθ is arranged to detect the linear accelerations αz and αr relative to the stationary coordinate system in the main movement direction, and acceleration detectors Az and Ar are arranged on the movable mechanism elements for the Z-axis and the r-axis, respectively (see Fig. 8). a) The detected accelerations αθ, αr, αz are sent to the control devices Gθ, Gr, Gz of the servo system motors Mθ, Mr, Mz of the corresponding axes,
Rotational speed Vθ, Vr, Vz from rotational speed detectors TGθ, TGr, TGz and rotational position detector PGθ,
Feedback is provided along with the rotational positions θ, γ, and z from PGr and PGz (Fig. 8b).

(iv) 円筒座標型ロボツトへの実施例2(第9図) 本実施例は、ロボツトの先端P(r軸可動機
構要素上)に、それぞれθ軸の接線方向、r
軸、z軸の主運動方向に一致する直交三軸方向
の直線加速度αθ,αr,αzを検出する加速度検
出器Aを配置し、検出した直線加速度αθ,αr,
αzを(iii)の場合と同様に、対応する軸のモータ
Mθ,Mr,Mzの制御装置Gθ,Gr,Gzにフイ
ードバツクする。ただし、この場合、直線加速
度αθはアームの長さrに比例するので、θ軸
の回転角速度に対するフイードバツクゲインを
一定にする(応答が好ましくなる適切なゲイン
が存在する)ためには、アーム長さrの逆数に
比例したゲイン補正を直線加速度αθに行なう
ことが必要である。
(iv) Embodiment 2 for a cylindrical coordinate robot (Fig. 9) In this embodiment, the tip P of the robot (on the r-axis movable mechanism element) is oriented in the tangential direction of the θ-axis and r
An acceleration detector A is arranged to detect linear accelerations αθ, αr, αz in orthogonal three-axis directions that coincide with the main motion directions of the axis and z-axis, and the detected linear accelerations αθ, αr,
As in case (iii), αz is the motor of the corresponding axis.
Feedback is provided to the control devices Gθ, Gr, and Gz for Mθ, Mr, and Mz. However, in this case, the linear acceleration αθ is proportional to the arm length r, so in order to keep the feedback gain constant with respect to the rotational angular velocity of the θ axis (there is an appropriate gain that gives a favorable response), the arm It is necessary to perform gain correction on the linear acceleration αθ in proportion to the reciprocal of the length r.

(v) 平行四辺形リンクを構成した関節形ロボツト
への実施例(第10図) 本実施例は、θ軸については回転中心より距
離lのところに回転の直線方向に一致するよう
に、軸については可動機構要素上に(A
点とは一致しないように)回転の接線方向に一
致する、つまりと垂直方向に、ψ軸につい
ては可動機構要素上に(D点とは一致しな
いように)回転の接線方向に一致する、つまり
CDの垂直方向に、静止座標系に対する各軸の
主運動方向の直線加速度αθ,α,αψを検出す
る加速度検出器A〓,A〓,A〓を配置し(第10
図a)、検出した直線加速度αθ,α,αψを対
応する軸のサーボ系のモータ(Mθ,M,Mψ
の制御装置Gθ,G,Gψに、回転速度検出器
TGθ,TG,TGψからの回転速度Vθ,V,
Vψと回転位置検出器PGθ,PG,PGψと共に
フイードバツクする(第10図b)。
(v) Example of an articulated robot configured with a parallelogram link (Fig. 10) In this example, the axis is set so that the θ axis coincides with the linear direction of rotation at a distance l from the center of rotation. on the movable mechanism element (A
Coincident with the tangential direction of rotation (so that it does not coincide with the point D), i.e. perpendicular to the ψ axis, on the movable mechanism element (so that it does not coincide with the point D), i.e.
Acceleration detectors A〓, A〓, A〓 for detecting linear accelerations αθ, α, αψ in the main motion direction of each axis with respect to the stationary coordinate system are arranged in the vertical direction of CD (10th
Figure a), the detected linear accelerations αθ, α, αψ are applied to the servo system motors (Mθ, M, Mψ
A rotation speed detector is installed in the control device Gθ, G, Gψ.
Rotation speed Vθ, V from TGθ, TG, TGψ,
Feedback is performed with Vψ and rotational position detectors PGθ, PG, PGψ (Fig. 10b).

以上の実施例における回転モータの制御装置は
前述の特許公報に開示された技術を実現するもの
で、第11図にその実施例を示す。1は回転モー
タの回転位置を指令する指令パルスを出力する位
置指令発生器である。2は位置指令発生器1から
出力された指令パルスと回転モータの回転位置検
出器からの回転位置信号を比較し、その偏差を増
幅する演算増幅器である。3は演算増幅器2の出
力である速度指令信号と回転モータの回転速度検
出器からの回転速度信号を比較し、その偏差を増
幅する演算増幅器である。4は回転モータの位相
特性を補償するためのもので、前述の直線加速度
検出器で検出した加速度信号を入力して速度の交
流成分と逆位相の補正信号を得る位相調整回路で
ある。5は振動は減衰させるための補正信号の大
きさを決定するゲイン調整回路である。以上の位
相調整回路4およびゲイン調整回路5については
前述の特願昭56−92155に詳述されている。6は
演算増幅器を含む電力増幅器である。
The rotary motor control device in the above embodiment implements the technology disclosed in the above-mentioned patent publication, and an embodiment thereof is shown in FIG. Reference numeral 1 denotes a position command generator that outputs command pulses for commanding the rotational position of the rotary motor. Reference numeral 2 denotes an operational amplifier that compares the command pulse output from the position command generator 1 and the rotational position signal from the rotational position detector of the rotary motor, and amplifies the difference. Reference numeral 3 denotes an operational amplifier that compares the speed command signal output from the operational amplifier 2 with the rotational speed signal from the rotational speed detector of the rotary motor and amplifies the difference. 4 is a phase adjustment circuit for compensating the phase characteristics of the rotary motor, which inputs the acceleration signal detected by the aforementioned linear acceleration detector to obtain a correction signal having a phase opposite to the alternating current component of the speed. 5 is a gain adjustment circuit that determines the magnitude of a correction signal for damping vibrations. The phase adjustment circuit 4 and gain adjustment circuit 5 described above are detailed in the aforementioned Japanese Patent Application No. 56-92155. 6 is a power amplifier including an operational amplifier.

また、直線加速度検出器は圧電形、サーボ形
等、汎用性のある多くの種類が市販されており、
安価で、しかも容易に入手することができる。
In addition, there are many versatile types of linear acceleration detectors on the market, such as piezoelectric types and servo types.
It is inexpensive and easily available.

以上のように、各軸毎に、その可動機構要素の
運動の速度の交流分と逆位相になるように位相調
整された加速度の補正信号をモータの制御装置に
入力することにより、互いに干渉する軸間の過渡
振動を防止することができる。
As described above, by inputting to the motor control device an acceleration correction signal whose phase is adjusted to be in opposite phase to the alternating current component of the velocity of the movement of the movable mechanism element for each axis, mutual interference can be prevented. Transient vibration between shafts can be prevented.

本発明は回転モータに連結された可動機構要素
上でかつ該回転モータの回転により生ずる運動の
接線方向と平行な方向に直線加速度検出器をもう
けることにより静止座標系に対する加速度信号を
検出し、各サーボ軸に該加速度信号を前記各サー
ボ軸の制御装置に帰還し、加速度信号を、当該可
動機構要素の速度の交流成分と逆位相になるよう
に位相調整することにより、産業用ロボツトを高
速に軌道制御する際に発生する回転モータの駆動
トルクの変化あるいは回転モータのトルクリツプ
ルあるいは機械系の共振現象に基づく産業用ロボ
ツトの過渡振動を防止して、高速、かつ精度の高
い軌道制御が可能となる。すなわち、産業用ロボ
ツトの機構部の剛性を数倍高くすることとと同じ
効果を得る。本発明は既存の産業用ロボツトに加
速度検出器を適切に配置するだけで、産業用ロボ
ツトの機構部や制御装置には何らの変更も要しな
いために、容易にしかも安価に実現できる。
The present invention detects acceleration signals relative to a stationary coordinate system by providing a linear acceleration detector on a movable mechanical element connected to a rotary motor in a direction parallel to the tangential direction of the motion caused by the rotation of the rotary motor, and The acceleration signal for the servo axis is fed back to the control device for each servo axis, and the phase of the acceleration signal is adjusted so that the phase is opposite to the AC component of the speed of the movable mechanism element, thereby increasing the speed of the industrial robot. It enables high-speed and highly accurate trajectory control by preventing transient vibrations of industrial robots due to changes in the drive torque of the rotating motor, torque ripples of the rotating motor, or resonance phenomena in the mechanical system that occur during trajectory control. . In other words, the same effect as increasing the rigidity of the mechanical part of an industrial robot several times can be obtained. The present invention can be realized easily and inexpensively by simply arranging an acceleration detector in an existing industrial robot and does not require any changes to the mechanism or control device of the industrial robot.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は産業用ロボツトの基本となる機構を記
号化した図、第2図、第3図、第4図はそれぞれ
直交座標型、円筒座標型、平行四辺形リンクを構
成した関節型ロボツトの機構構成を示す図、第5
図は干渉する2軸間の振動を示す図、第6図〜第
10図は本発明の実施例を示す図、第11図は制
御装置のブロツク図である。 Mx,My,M2,Mθ,Mγ,M,Mψ……回転
モータ、TGx,TGy,TGz,TGθ,TGγ,
Tg,TGψ……回転速度検出器、PGx,PGy,
PGz,PGθ,PGγ,PG,PGψ……回転位置検
出器、A,Ax,Ay,Az,Aθ,Aγ,A,Aψ…
…加速度検出器、Gx,Gy,Gz,Gθ,Gγ,G,
Gψ……制御装置、4……位相調整回路、5……
ゲイン調整回路。
Figure 1 is a symbolic diagram of the basic mechanism of an industrial robot, and Figures 2, 3, and 4 are diagrams of articulated robots with orthogonal coordinates, cylindrical coordinates, and parallelogram links, respectively. Diagram showing the mechanism configuration, 5th
The figure shows vibrations between two interfering axes, FIGS. 6 to 10 show embodiments of the present invention, and FIG. 11 is a block diagram of a control device. Mx, My, M 2 , Mθ, Mγ, M, Mψ……rotating motor, TGx, TGy, TGz, TGθ, TGγ,
Tg, TGψ...Rotation speed detector, PGx, PGy,
PGz, PGθ, PGγ, PG, PGψ...Rotational position detector, A, Ax, Ay, Az, Aθ, Aγ, A, Aψ...
...Acceleration detector, Gx, Gy, Gz, Gθ, Gγ, G,
Gψ...control device, 4...phase adjustment circuit, 5...
Gain adjustment circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 複数のサーボ軸により構成され、各サーボ軸
の回転モータが、直接に、あるいは機械的伝達機
構を介して該サーボ軸の可動機構要素に結合さ
れ、該可動機構要素を直線あるいは回転運動さ
せ、かつ該運動中の前記可動機構要素の静止座標
系に対する位置が、該サーボ軸の回転モータの回
転位置のみで規定される多軸の産業用ロボツトに
おいて、 各サーボ軸の可動機構要素の静止座標系に対す
る加速度を検出する直線加速度検出器が、該可動
機構要素上で、かつ当該回転モータの回転により
生ずる運動の接線方向と平行な方向に設けられ、 回転モータの回転位置信号と回転速度信号とと
もに、前記直線加速度検出器で検出された加速度
信号が当該サーボ軸の制御装置に帰還され、 各サーボ軸の制御装置には、帰還された加速度
信号を、当該可動機構要素の速度の交流成分と逆
位相になるように調整する回路を有することを特
徴とする産業用ロボツト。
[Claims] 1 Consisting of a plurality of servo axes, the rotation motor of each servo axis is coupled directly or via a mechanical transmission mechanism to a movable mechanism element of the servo axis, and the rotary motor of each servo axis is coupled to a movable mechanism element of the servo axis, and In a multi-axis industrial robot that performs linear or rotational movement, and in which the position of the movable mechanism element relative to a stationary coordinate system during the movement is defined only by the rotational position of the rotation motor of the servo axis, the movability of each servo axis A linear acceleration detector for detecting acceleration of the mechanical element with respect to a stationary coordinate system is provided on the movable mechanical element and in a direction parallel to the tangential direction of the motion caused by the rotation of the rotary motor, and the linear acceleration detector detects the rotational position signal of the rotary motor. The acceleration signal detected by the linear acceleration detector is fed back to the control device of the servo axis together with the rotational speed signal, and the feedback signal is sent back to the control device of each servo axis to determine the speed of the movable mechanism element. An industrial robot characterized by having a circuit that adjusts the phase to be in opposite phase to the alternating current component of the robot.
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