JPH0820893B2 - Optimal movement control method for industrial articulated robot - Google Patents
Optimal movement control method for industrial articulated robotInfo
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- JPH0820893B2 JPH0820893B2 JP62161120A JP16112087A JPH0820893B2 JP H0820893 B2 JPH0820893 B2 JP H0820893B2 JP 62161120 A JP62161120 A JP 62161120A JP 16112087 A JP16112087 A JP 16112087A JP H0820893 B2 JPH0820893 B2 JP H0820893B2
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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、産業用多関節ロボットの動作をプログラム
に従って制御する移動制御方式に関し、特に各々が駆動
モータの出力トルクを受けて動作する複数のロボット可
動部(ロボット軸、ロボット腕、ロボット手首、ロボッ
トハンド)を有した多関節ロボットにおける負荷ワーク
を保持したロボット先端が、一位置から他位置に移動す
るロボット動作毎に、上記ロボット可動部の相互動作に
伴って生ずる夫々の駆動モータ間におけるトルク干渉を
考慮しながら各駆動モータの出力トルクを夫々の駆動モ
ータの定格性能と速度条件とに従って定まる理論出力ト
ルク以内の最適出力トルク状態に調節し、上記ロボット
先端を理想的な高速度で夫々の位置間を移動変位させる
ようにする最適移動制御方式に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a movement control system for controlling the operation of an industrial articulated robot according to a program, and in particular, it relates to a plurality of movement control systems each of which operates by receiving an output torque of a drive motor. The robot tip that holds the load work in a multi-joint robot having a robot movable part (robot axis, robot arm, robot wrist, robot hand) moves from one position to another position The output torque of each drive motor is adjusted to the optimum output torque state within the theoretical output torque determined according to the rated performance and speed conditions of each drive motor, while considering the torque interference between the drive motors that occurs due to mutual operation. , An optimal movement control method for moving and displacing the robot tip between respective positions at an ideal high speed About.
産業用多関節ロボットは、複数のロボット可動部を有
し、これらのロボット可動部が関節結合された構造を備
え、各ロボット可動部が、直流サーボモータ等の電動モ
ータを駆動源にして適宜の伝動機構を経て駆動トルクを
受け、各々の関節軸の回りに旋回動作を行い、夫々のロ
ボット可動部の総合動作の結果として、ロボット先端、
つまり、ロボットハンドまたはその他の例えば、溶接具
等の先端作業具をロボット動作領域の種々の位置間で移
動変位させ、或いは位置決めするようにしている。この
とき、例えば、ロボットの第1の腕がロボット直立軸の
上端に枢着され、その第1の腕の先端に第2の腕が枢着
した多関節構造におき、第1の腕がその駆動モータのト
ルクを受けて、その関節軸の回りに旋回動作をすると、
その動作過程の加・減速領域では、第2の腕もその関節
軸の回りに加速度を受けて旋回動作を行うから、この旋
回動作が不用のものであるときは、打ち消しを行う逆ト
ルクを該第2の腕の駆動モータが出力することが必要と
なる。つまり、第2の腕の駆動モータは第1の腕の動作
に伴い、第2の腕の姿勢や位置関係の維持のための余分
なトルクを出力しなければならないのである。このトル
クを一般に干渉トルクと称する。また、上記の関節構造
で、第1の腕の旋回動作過程に同期して第2の腕も第1
の腕とは反対の方向に旋回動作するロボット動作モード
が採られるときには、第2の腕の駆動モータは第1の腕
の動作に伴う逆トルクと共に反対方向に第2の腕を旋回
動作させるための出力トルクを発生する必要があり、こ
の結果、第2の腕の駆動モータは非常に大きな出力トル
クを発生する必要に迫られる。つまり、このときも、第
1の腕の動作が第2の腕にトルク干渉の影響を及ぼして
いるのである。An industrial articulated robot has a plurality of robot movable parts, and has a structure in which these robot movable parts are jointly coupled, and each robot movable part uses an electric motor such as a DC servo motor as a drive source to drive the robot appropriately. The drive torque is received via the transmission mechanism, the robot makes a turning motion around each joint axis, and as a result of the overall motion of each robot movable part, the robot tip,
That is, the robot hand or other tip working tool such as a welding tool is moved, displaced, or positioned between various positions in the robot operation area. At this time, for example, the first arm of the robot is pivotally attached to the upper end of the upright axis of the robot, and the second arm is pivotally attached to the tip of the first arm. When receiving the torque of the drive motor and turning around the joint axis,
In the acceleration / deceleration region of the operation process, the second arm also receives the acceleration around the joint axis to perform the turning motion. Therefore, when the turning motion is unnecessary, the reverse torque for canceling is applied. The drive motor of the second arm needs to output. In other words, the drive motor for the second arm must output an extra torque for maintaining the posture and positional relationship of the second arm as the first arm moves. This torque is generally called an interference torque. In addition, in the joint structure described above, the second arm also has the first arm in synchronization with the turning process of the first arm.
When the robot operation mode in which the second arm is swung in the direction opposite to that of the first arm is adopted, the drive motor of the second arm causes the second arm to swivel in the opposite direction together with the reverse torque accompanying the operation of the first arm. Output torque must be generated, and as a result, the drive motor of the second arm needs to generate a very large output torque. That is, also at this time, the motion of the first arm exerts an influence of torque interference on the second arm.
このようなトルク干渉の存在は従来より熟知されてい
るが、一方、従来の多関節ロボットでは、各ロボット可
動部の駆動モータは、その可動部に掛かる負荷の最大値
を予測してモータ出力性能が設計、選択されていた。し
かも、ロボット動作のプログラムにおいては、トルク干
渉を考慮してその負荷トルクが略最大値となる限界条件
を予想して教示された動作プログラムを遂行するように
各ロボット可動部の速度条件、時定数(その速度条件に
達するまでの時間値)を一定値にロボット制御装置内に
設定し、どのような動作条件下でも各駆動モータに過負
荷が作用してアラーム状態が出現しないようにしてい
た。故に上記の一定値は速度条件の場合には比較的低速
度の値に設定され、時定数は大きな時間値に設定されて
いた。The existence of such torque interference has been well known in the past. On the other hand, in a conventional articulated robot, the drive motor of each robot movable part predicts the maximum value of the load applied to the movable part to predict the motor output performance. Was designed and selected. Moreover, in the robot operation program, the speed condition and time constant of each robot moving part are executed so that the taught operation program is executed in anticipation of the limit condition in which the load torque becomes approximately the maximum value in consideration of torque interference. (Time value until the speed condition is reached) is set to a constant value in the robot controller so that an alarm state does not appear due to an overload acting on each drive motor under any operating condition. Therefore, the above constant value is set to a relatively low speed value under the speed condition, and the time constant is set to a large time value.
然るに、上述した従来のロボットの移動制御方式で
は、実際のロボット動作に当たっては、各ロボット可動
部が常に上述した限界条件で作動するのではなく、トル
ク干渉を考慮しても、各駆動モータが実際に発生する必
要の有るトルク値は、その最大負荷トルクよりも小さく
て良い非限界条件下に有る場合が多い。ここで、駆動モ
ータの一般的特性として、出力トルクと速度との関係
は、幾つかの直線式で定まり、速度値が一定値を越えて
増加すると、出力トルク値は減少する傾向があることが
知られている。従って、上記のような非限界条件下で
は、各々の駆動モータは、限界条件下の最大負荷トルク
よりも小さな出力トルクを発生するだけで、充分に所定
のロボット動作を遂行させ得るので、速度条件をもっと
大きな値に設定して高速で遂行され得る場合がある。そ
れにも関わらず、一定の速度条件と時定数とに拘束され
た結果、ロボットが充分に性能を発揮するに至っていな
い場合が多々有ると言う問題点がある。However, in the above-described conventional robot movement control method, in actual robot operation, each driving part does not always operate under the above-mentioned limit conditions, and each drive motor is actually operated even if torque interference is taken into consideration. In many cases, the torque value that needs to be generated is smaller than the maximum load torque and is under a non-limit condition that is good. Here, as a general characteristic of the drive motor, the relationship between the output torque and the speed is determined by some linear equations, and when the speed value increases beyond a certain value, the output torque value tends to decrease. Are known. Therefore, under the non-limit conditions as described above, each drive motor can sufficiently perform a predetermined robot operation by generating an output torque smaller than the maximum load torque under the limit conditions. May be set to a larger value and may be performed at high speed. Nevertheless, as a result of being constrained by a constant velocity condition and a time constant, there are many cases in which the robot does not sufficiently exhibit its performance.
依って、本発明は斯る問題点を解決せんとするもので
ある。Accordingly, the present invention seeks to solve such problems.
即ち、本発明は、トルク干渉の発生が不可避な産業用
多関節ロボットにおけるロボット動作のプログラム制御
方式において、夫々のロボット可動部の動作における速
度条件、時定数を一定値に拘束することなく、可変と
し、最適の速度条件と時定数とを算出して、その算出値
に基づいて夫々のロボット可動部の各駆動モータ系に作
動指令を発するようにするものである。即ち、本発明に
よれば、複数のロボット可動部が互いに関節結合される
と共に複数の駆動モータを備え、各駆動モータは対応の
各可動部を作動させるように設けられ、前記各可動部の
総合動作に基づいてロボット先端を次々の目的位置へ移
動させる産業用多関節ロボットの移動制御方式におい
て、 予めロボット制御装置の記憶部にロボット先端に負荷さ
れる負荷ワーク条件及び前記夫々の可動部の位置変位条
件、理論速度条件、理論時定数の4条件を設定し、 前記複数のロボット可動部の各部の作動に従ってロボッ
ト動作範囲の一位置から他の位置に前記ロボット先端を
移動する動作毎に、その動作における前記複数のロボッ
ト可動部の各駆動モータに掛かるモータ間の干渉トルク
をも含めた負荷トルクを前記記憶部に設定された前記4
条件の関数として算出し、また、前記各駆動モータが出
力可能な最大トルクを前記夫々の可動部の理論速度条件
の所定関数として前記ロボット制御装置の演算制御手段
により算出し、 算出された前者の負荷トルクに対する後者の最大トルク
の絶対値比を求め、 該絶対値比が可及的に1を越えることなくかつ、1に近
い値となるように前記複数のロボット可動部の前記各駆
動モータに関して速度条件と時定数とを夫々、前記記憶
部に予め記憶させた速度条件および時定数の可変条件に
従って変更させながら前記理論速度条件と理論時定数か
ら演算を繰り返して該各駆動モータの最適速度条件と最
適時定数とに調節し、 その調節した最適の速度条件と時定数とに基づいて前記
各駆動モータを作動させ、 前記ロボット可動部の各々の作動が、常に対応の駆動モ
ータの最大トルク出力で遂行されるようにして、前記ロ
ボット先端を順次の位置に高速移動させるようにしたこ
とを特徴とした産業用多関節ロボットの最適移動制御方
式を提供するものである。以下、本発明を添付図面に示
す実施例に基づいて、更に詳細に説明する。That is, the present invention is a program control method for robot operation in an industrial articulated robot in which torque interference is unavoidable, and the speed condition and time constant in the operation of each robot movable part can be changed without being restricted to a constant value. Then, the optimum speed condition and the time constant are calculated, and an operation command is issued to each drive motor system of each robot movable part based on the calculated values. That is, according to the present invention, a plurality of robot movable parts are jointly coupled to each other and a plurality of drive motors are provided, and each drive motor is provided so as to operate each corresponding movable part. In the movement control method of the industrial articulated robot that moves the robot tip to the next target position based on the motion, the load work condition and the position of each of the movable parts that are loaded on the robot tip in the memory of the robot controller in advance. Four conditions including a displacement condition, a theoretical velocity condition, and a theoretical time constant are set, and each time the robot tip is moved from one position to another position of the robot operation range according to the operation of each part of the plurality of robot movable parts. The load torque including the interference torque between the motors applied to the drive motors of the plurality of robot movable parts in the operation is set in the storage part.
The maximum torque that can be output by each drive motor is calculated by the arithmetic control means of the robot control device as a predetermined function of the theoretical speed condition of each of the movable parts. The absolute value ratio of the latter maximum torque to the load torque is obtained, and the drive motors of the plurality of robot movable units are so arranged that the absolute value ratio does not exceed 1 as much as possible and is close to 1. Optimum speed condition of each drive motor by repeating calculation from the theoretical speed condition and the theoretical time constant while changing the speed condition and the time constant respectively according to the speed condition and the variable condition of the time constant stored in advance in the storage unit. And the optimum time constant, the drive motor is operated based on the adjusted optimum speed condition and time constant, and each operation of the robot moving part is An optimum movement control method for an industrial articulated robot, characterized in that the tip of the robot is moved to a sequential position at high speed so that the maximum torque output of a corresponding drive motor is performed. is there. Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the embodiments shown in the accompanying drawings.
第1図は、本発明による最適移動制御方式が適用され
る産業用多関節ロボットの一例とその動作制御機構の全
体構成を示した略示機構図であり、第2図はロボット可
動部の各駆動モータに掛かる負荷トルクと、各々の駆動
モータが出力可能な最大トルクとの算出過程を示したブ
ロック図、第3図は、速度条件および時定数の決定演算
過程を説明するフローチャート、第4図は、速度条件と
時定数とを可変制御するための可変条件として記憶され
るパラメターテーブルを示した図である。FIG. 1 is a schematic mechanism diagram showing an example of an industrial articulated robot to which the optimum movement control method according to the present invention is applied and the overall configuration of its operation control mechanism, and FIG. FIG. 4 is a block diagram showing the calculation process of the load torque applied to the drive motors and the maximum torque that can be output by each drive motor. FIG. 3 is a flow chart for explaining the speed condition and time constant determination calculation process. FIG. 6 is a diagram showing a parameter table stored as a variable condition for variably controlling a speed condition and a time constant.
さて、第1図を参照すると、産業用多関節ロボットの
1例として2つのロボット腕とロボット手首とを有した
多関節ロボットが示されており、同ロボット10は、基台
12に立設されたロボット縦軸14、同ロボット縦軸14の先
端に枢着結合されて矢印Θ1で示す俯抑方向に旋回動作
可能なロボット第1腕16、そのロボット第1腕16の先端
に枢着結合されて矢印Θ2方向に旋回動作可能なロボッ
ト第2腕18、同ロボット第2腕18の先端に枢着結合され
て矢印Θ3方向に回転動作可能なロボット手首20とを可
動部として有し、そのロボット手首20の先端には、例え
ば図示のロボットハンド22その他の種々の作業具が交換
可能に取付けられるように成っている。そして、ロボッ
ト第1腕16の旋回動作は、駆動モータM1を駆動源として
生起され、その位置情報は検出器E1により検出されるよ
うに成っている。同様にロボット第2腕18は、駆動モー
タM2を駆動源にして関節軸回りに上記Θ2方向の旋回を
行い、該ロボット第2腕18の位置情報は検出器E2から得
られるように成っている。更に、ロボット手首20は、駆
動モータM3を駆動源として動作する。Referring now to FIG. 1, an articulated robot having two robot arms and a robot wrist is shown as an example of an industrial articulated robot.
The robot vertical axis 14 that is erected on the robot 12, the robot first arm 16 that is pivotally connected to the tip of the robot vertical axis 14 and is capable of turning in the depression direction shown by arrow Θ 1 , and the robot first arm 16 tip swivel operable pivotally coupled by the arrow theta 2 direction robot second arm 18, and a pivoting movement about robot wrist 20 is pivotally secured coupled to arrow theta 3 direction to the tip of the robot second arm 18 It is provided as a movable part, and a robot hand 22 shown in the figure and other various working tools are replaceably attached to the tip of the robot wrist 20. The turning motion of the robot first arm 16 is generated by using the drive motor M1 as a drive source, and its position information is detected by the detector E1. Similarly, the robot second arm 18 uses the drive motor M2 as a drive source to make a rotation in the above-mentioned θ 2 direction around the joint axis, and the position information of the robot second arm 18 is obtained from the detector E2. There is. Further, the robot wrist 20 operates using the drive motor M3 as a drive source.
上述したロボット10の先端、つまり、ロボット手首20
に装着された例えばロボットハンドがこのロボット10の
動作領域内で或る位置から別の位置に移動変位するとき
は、上述した夫々のロボット可動部が総合動作すること
により、達成されるもので、ロボット縦軸14も必要に応
じて基台12に対して縦軸線回りに旋回し、動作領域を拡
大するように構成されている。ロボット10の移動変位
は、第1図に示されたロボット制御部30の制御指令がサ
ーボ装置50を経て印加されることにより生起され、図示
のようにサーボ装置50内には上記駆動モータM1〜M3の夫
々と結合されたサーボ機構S1、S2、S3が具備されてい
る。The tip of the robot 10 described above, that is, the robot wrist 20.
When, for example, the robot hand attached to is moved and displaced from a certain position to another position within the operation area of the robot 10, it is achieved by the overall operation of the respective robot movable parts described above, The robot vertical axis 14 is also configured to revolve around the vertical axis with respect to the base 12 as necessary to expand the operation area. The movement displacement of the robot 10 is caused by the control command of the robot controller 30 shown in FIG. 1 being applied via the servo device 50, and as shown in the figure, the drive motors M1 ... Servo mechanisms S1, S2, S3 coupled to each of M3 are provided.
ロボット制御部30は、演算処理装置32と、記憶装置34
とを具備しており、後者の記憶装置34に記憶されたプロ
グラムや種々の設定データを前者の演算処理装置32が読
み出して、それらに基づいてロボット動作指令を作成し
て上述したサーボ装置50に送出する構成に成っている。
このロボット制御部30の記憶装置34にロボット動作のプ
ログラム等を教示、設定する手段として教示設定手段52
が設けられ、また図示されていない周辺補助記憶手段か
らも制御データを入力し得るように構成されている。さ
て、上記記憶装置34には教示設定手段52に依って教示入
力されるロボット動作のプログラム、主に、移動変位す
る目的位置データを記憶する第1メモリー手段36、ロボ
ット先端に把持されることにより、作業処理される負荷
ワークWの重量、この負荷ワークWの重量中心とロボッ
ト手首20の駆動モータM3の出力軸線とのずれ距離(オフ
セット距離)、角度ずれ(オフセット角度)等の可変条
件を書き替え可能に記憶する第2メモリー手段38、第
1、第2ロボット腕16、18及びロボット手首20等の夫々
のロボット可動部を対応の駆動モータM1〜M3で作動させ
る際の速度条件と時定数との理論パラメータ、つまり、
各ロボット可動部に関して、それに作用する負荷トルク
は他のロボット可動部の動作によるトルク干渉を考慮せ
ずに、単純に対応の駆動モータM1、M2、またはM3の設計
上の性能条件から算出決定される速度条件、時定数の値
を理論パラメータとして予め記憶する第3メモリー手段
40、上記理論パラメータを種々変更して、トルク干渉を
考慮した最適の速度条件、時定数を作成するための可変
条件をテーブルにして記憶する第4メモリー手段42の少
なくとも4つの記憶手段を有して構成されている。The robot controller 30 includes an arithmetic processing unit 32 and a storage unit 34.
And the program and various setting data stored in the storage device 34 of the latter is read by the arithmetic processing device 32 of the former, and a robot operation command is created based on them to the servo device 50 described above. It is configured to send out.
Teaching setting means 52 as means for teaching and setting a robot operation program or the like in the storage device 34 of the robot controller 30.
Is provided, and the control data can be input from a peripheral auxiliary storage means (not shown). Now, in the storage device 34, a program of robot operation which is taught and input by the teaching setting means 52, mainly a first memory means 36 for storing target position data for moving and displacing, and by being held at the tip of the robot Write the variable conditions such as the weight of the load work W to be processed, the distance between the center of the weight of the load work W and the output axis of the drive motor M3 of the robot wrist 20 (offset distance), and the angle deviation (offset angle). Speed conditions and time constants for actuating respective robot moving parts such as the second memory means 38, which is stored in a replaceable manner, the first and second robot arms 16, 18 and the robot wrist 20, by the corresponding drive motors M1 to M3. And the theoretical parameter of, that is,
For each robot moving part, the load torque acting on it is calculated and determined simply from the design performance conditions of the corresponding drive motor M1, M2, or M3 without considering the torque interference due to the operation of other robot moving parts. Third memory means for storing in advance the speed condition and time constant value as theoretical parameters
40, at least four storage means of a fourth memory means 42 for storing the optimum speed condition in consideration of torque interference and variable conditions for creating a time constant in a table by changing the theoretical parameters variously. Is configured.
次に上述した構成を有した産業用多関節ロボットに適
用され、複数のロボット可動部の相互におけるトルク干
渉を考慮して夫々の駆動モータを効率良く作動させ、ロ
ボット先端を高速度でかつ高精度の下に種々の位置間を
移動せしめるようにする本発明の最適移動制御方式に就
いて説明する。Next, it is applied to an industrial articulated robot having the above-mentioned configuration, and each drive motor is operated efficiently in consideration of mutual torque interference between a plurality of robot moving parts, and the robot tip is operated at high speed and with high accuracy. The optimum movement control method of the present invention for moving between various positions under the position will be described.
さて、本発明による最適移動制御方式においては、ロ
ボット10の先端が一位置から他の位置に移動する動作毎
に、その動作を達成するために夫々のロボット可動部が
夫々の動作を遂行するための最適の速度条件と時定数と
を調節、選定する制御作用が行われる。Now, in the optimum movement control method according to the present invention, each time the tip of the robot 10 moves from one position to another, each robot movable part performs its respective movement in order to achieve that movement. A control action for adjusting and selecting the optimum speed condition and time constant of is performed.
この最適の速度条件と時定数とを選定、調節する制御
作用の遂行に当たっては、先ず、移動動作の時点におけ
るロボット先端に掛かる負荷条件、現在位置から移動変
位する目的位置の情報、理論速度条件、理論時定数等の
予めロボット制御装置30の記憶装置34に記憶されたプロ
グラムや設定値からロボット10の第1ロボット腕16、第
2ロボット腕18、ロボット手首20の各ロボット可動部に
その動作の遂行の際に掛かる実際の負荷トルクを周知の
ラグラジアン(記憶装置34の例えば第2メモリー手段38
に記憶されている。)に従って演算処理装置32により算
出、決定し、同時に、その動作を夫々のロボット可動部
が上記プログラム値、設定値により遂行する時の各対応
の駆動モータM1〜M3が発生し得る最大出力トルク値を同
じく周知のモータトルク決定式として記憶装置34に記憶
された式に基づいて演算処理装置32が算出する。そし
て、各ロボット可動部に関する前者の実際の負荷トルク
値の絶対値に対する各対応の駆動モータM1、M2、M3が発
生し得る最大トルクとの比率値を算出する。つまり、前
者を分子とし、後者を分母とした割り算計算を行う。そ
して、この比率値の計算結果が、値1を越えているとき
は、負荷トルクが、駆動モータの発生し得る最大トルク
を越えることを意味するから、速度条件及び時定数を変
更させて、上述の計算過程を繰り返し、上記の比率値が
1を越えず、且つ1に可及的に近い値となるような最適
の速度条件と時定数とを最終的に決定するのである。第
2図に示したブロック図は、上述した実際の各ロボット
可動部の負荷トルクと各駆動モータの最大出力トルクと
を計算する過程を示している。In carrying out the control action of selecting and adjusting the optimum velocity condition and time constant, first, the load condition applied to the robot tip at the time of the moving operation, the information of the target position for moving and displacing from the current position, the theoretical speed condition, Based on a program or a set value stored in advance in the storage device 34 of the robot control device 30 such as a theoretical time constant, the movement of the movement of each of the first robot arm 16, the second robot arm 18, and the robot wrist 20 of the robot 10 is confirmed. The actual load torque applied during the execution is known Lagrangian (for example, the second memory means 38 of the storage device 34).
Is stored in ), The maximum output torque value that can be generated by the corresponding drive motors M1 to M3 when each of the robot moving parts performs the operation according to the program value and the set value. Is also calculated by the arithmetic processing unit 32 based on an equation stored in the storage device 34 as a well-known motor torque determination equation. Then, a ratio value between the absolute value of the former actual load torque value for each robot movable part and the maximum torque that can be generated by each corresponding drive motor M1, M2, M3 is calculated. That is, the former is used as the numerator and the latter is used as the denominator. When the calculation result of the ratio value exceeds the value 1, it means that the load torque exceeds the maximum torque that can be generated by the drive motor. Therefore, the speed condition and the time constant are changed to The calculation process is repeated to finally determine the optimum speed condition and time constant such that the ratio value does not exceed 1 and is as close to 1 as possible. The block diagram shown in FIG. 2 shows a process of calculating the actual load torque of each robot movable part and the maximum output torque of each drive motor described above.
また、第3図のフローチャートは、第2図に示した計
算過程を経て算出した比率値に基づいて、最適の速度条
件と時定数とを決定して行く過程を示したもので、この
ような決定過程もロボット制御装置30の演算処理装置32
において、判断処理を行いながら、最適速度条件と時定
数との決定が成されることは言うまでもない。The flowchart of FIG. 3 shows a process of determining the optimum speed condition and time constant based on the ratio value calculated through the calculation process shown in FIG. The determination process is also performed by the arithmetic processing unit 32 of the robot controller 30.
Needless to say, the optimum speed condition and the time constant are determined while the determination process is being performed.
ここで、第3図のフローチャートに就いて、説明する
と、この判断、決定においては、第2図の計算過程で算
出した夫々のロボット可動部に関する比率値に従って、
順次に最適の速度条件と時定数とを決定する演算過程が
繰り返される。第3図の過程(1)は、第1のロボット
腕16の動作に就いて比率値が1を越えることなく、且つ
1に可及的に近い値となるように速度条件と時定数とを
調節、決定する過程を示している。このとき、最初の速
度条件と時定数とは前述した理論速度と理論時定数とを
初期値として演算をスタートさせることは当然である。
そして、その初期値の下で負荷トルクと駆動モータの最
大出力トルクとの比率値が1ないし1に近い値であれ
ば、第1のロボット腕16は、その初期設定された理論速
度条件と理論時定数とに基づいて作動されることとな
る。他方、比率値が1を越えていたときは、予め、実験
的に定められた第4図のパラメータテーブルにおける可
変条件の例えば、条件(A)を選択して再度、比率値の
計算を遂行し、値1に対する大小の判断を行って、第1
のロボット腕16がその対応の駆動モータM1で動作する際
の最適の速度条件と時定数とを決定するのである。勿
論、条件(A)でも比率値が1を越えるときは、条件を
(B)またはその他の条件に変更して順次に判断を繰り
返すのである。なお、条件(A)の時定数t1は、理論時
定数からt1秒時定数を大きな値に緩和し、また速度条件
は理論速度の値の0.5倍に速度条件を緩和することを意
味しており、他の条件(B)〜(G)における時定数
(t2〜t4、0)と速度条件(×0.5、×0.6、×0.8等)
も同様の意味を有している。Here, the flowchart of FIG. 3 will be described. In this determination and determination, according to the ratio values relating to the respective robot movable parts calculated in the calculation process of FIG.
The calculation process of sequentially determining the optimum speed condition and time constant is repeated. In the process (1) of FIG. 3, the speed condition and the time constant are set so that the ratio value does not exceed 1 and is as close to 1 as possible for the operation of the first robot arm 16. The process of adjusting and determining is shown. At this time, it is natural that the initial velocity condition and the time constant start the calculation with the theoretical velocity and the theoretical time constant described above as initial values.
Then, if the ratio value of the load torque and the maximum output torque of the drive motor is a value close to 1 or 1 under the initial value, the first robot arm 16 is set to the theoretical speed condition and the theoretical value set to the initial value. It will be operated based on the time constant. On the other hand, when the ratio value exceeds 1, the variable value, for example, the condition (A) in the parameter table of FIG. 4 which has been experimentally determined in advance is selected and the ratio value is calculated again. , The value 1 is judged, and the first
The optimum speed condition and time constant for the robot arm 16 to operate with the corresponding drive motor M1 are determined. Of course, even in the condition (A), when the ratio value exceeds 1, the condition is changed to the condition (B) or another condition, and the determination is sequentially repeated. The time constant t1 of the condition (A) means that the time constant t1 is relaxed from the theoretical time constant to a large value, and the speed condition is relaxed to 0.5 times the theoretical speed value. , Time constants (t2 to t4, 0) and speed conditions (x0.5, x0.6, x0.8, etc.) under other conditions (B) to (G)
Has the same meaning.
第1のロボット腕16に関する最適速度条件と時定数の
決定が終わると、第2のロボット腕18とその対応の駆動
モータM2に関して、上記の第1ロボット腕16と同様にし
て最適の速度条件と時定数との調節、選定過程が第3図
の過程(2)、(3)で示すように遂行される。そし
て、第2ロボット腕18に関する最適速度条件と時定数と
の調節、選定が終了すると、次にロボット手首20とその
対応の駆動モータM3に関して同様に過程(4)〜(7)
で示すように最適速度条件と時定数との調節、選定が遂
行される。ここで、ロボット手首20は、第1、第2のロ
ボット腕16、18の夫々の動作からトルク干渉を受けるか
ら、最適速度条件と時定数の調節、選定には多数の過程
(4)〜(7)を要することを、第3図は示している。
同様の意味で第2のロボット腕18の調節、選定過程は、
第1のロボット腕16の調節、選定過程より多くなること
が予想されるのである。以上のようにして、ロボット10
が備える各々のロボット可動部に就き、それが、他のロ
ボット可動部の動作により、トルク干渉をうけるときに
は、上述の最適速度条件と時定数との調節、決定を行っ
た上で、選定され最適速度条件と最適時定数とにより、
夫々の駆動モータM1〜M3を駆動して各ロボット可動部を
移動動作させる指令を第1図に示したサーボ装置50に送
出するのである。なお、例えはロボット手首20が駆動モ
ータにより、上下に可動な構造を備えていても、その上
下駆動用モータは他のロボット可動部が旋回動作するこ
とにより、直接トルク干渉は受けないから、そのような
駆動モータによる手首の上下動作に関しては、本発明に
よる最適移動制御方式の適用は不要となる。After the determination of the optimum speed condition and the time constant for the first robot arm 16, the optimum speed condition for the second robot arm 18 and its corresponding drive motor M2 is set in the same manner as the first robot arm 16 described above. The process of adjusting and selecting the time constant is performed as shown in processes (2) and (3) of FIG. Then, when the adjustment and selection of the optimum speed condition and time constant for the second robot arm 18 are completed, the steps (4) to (7) are similarly performed for the robot wrist 20 and the corresponding drive motor M3.
Adjustment and selection of the optimum speed condition and the time constant are carried out as shown in FIG. Since the robot wrist 20 receives torque interference from the movements of the first and second robot arms 16 and 18, there are many steps (4) to () for adjusting and selecting the optimum speed condition and time constant. FIG. 3 shows that 7) is required.
In the same sense, the process of adjusting and selecting the second robot arm 18 is
It is expected that there will be more than the adjustment and selection process of the first robot arm 16. As described above, the robot 10
When each of the robot movable parts of the robot is subject to torque interference due to the operation of other robot movable parts, it is selected and optimized after adjusting and determining the optimum speed conditions and time constants described above. Depending on the speed condition and the optimum time constant,
The drive motors M1 to M3 are driven to send a command to move each robot movable part to the servo device 50 shown in FIG. Note that, for example, even if the robot wrist 20 has a structure that is movable up and down by a drive motor, the vertical drive motor does not receive direct torque interference due to the pivoting operation of the other robot movable parts. With regard to the vertical movement of the wrist by such a drive motor, the application of the optimum movement control method according to the present invention is unnecessary.
以上の説明から理解できるように、本発明によれば、
産業用多関節型ロボットの複数のロボット可動部を駆動
モータで駆動して移動動作させる際に、各動作毎にその
動作の遂行に先立って最適の速度条件と時定数とを調
節、選定し、駆動モータがその略最大出力トルクを発生
して対応のロボット駆動部を駆動し得るようにしたか
ら、夫々のロボット可動部は、常に、駆動モータの略最
大出力トルクを受けて動作することになり、従って、ト
ルク干渉を受けても、そのトルク干渉条件下で最も効率
良く、移動動作を達成でき、故に動作の高速性が確保で
き、究極的には、ロボット作業の高速化が可能となる効
果を得ることができる。なお、動作の都度、その動作条
件下で駆動モータが発揮できる最大出力トルクでロボッ
ト可動部が動作することは、理想的な動作速度で移動し
ていることを意味し、故にロボット先端の位置間の移動
変位の精度も高レベルに維持し得る利点がある。As can be understood from the above description, according to the present invention,
When a plurality of robot movable parts of an industrial articulated robot are driven by a drive motor to move, the optimum speed condition and time constant are adjusted and selected for each operation prior to the execution of that operation. Since the drive motor generates the approximately maximum output torque to drive the corresponding robot drive part, each robot movable part always receives the approximately maximum output torque of the drive motor to operate. Therefore, even if a torque interference is received, the moving operation can be achieved most efficiently under the condition of the torque interference, so that the high speed operation can be ensured, and ultimately, the robot work can be speeded up. Can be obtained. The fact that the robot moving part operates at the maximum output torque that can be exhibited by the drive motor under each operating condition means that the robot moves at an ideal operating speed. There is an advantage that the accuracy of the movement displacement of can be maintained at a high level.
第1図は、本発明による最適移動制御方式が適用される
産業用多関節ロボットの一例とその動作制御機構の全体
構成を示した略示機構図であり、第2図はロボット可動
部の各駆動モータに掛かる負荷トルクと、各々の駆動モ
ータが出力可能な最大トルクとの算出過程を示したブロ
ック図、第3図は、速度条件および時定数の決定演算過
程を説明するフローチャート、第4図は、速度条件と時
定数とを可変制御するための可変条件として記憶される
パラメターテーブルを示した図。 10……ロボット、 16……第1のロボット腕、 18……第2のロボット腕、 20……ロボット手首、 30……ロボット制御装置、 32……演算処理装置、 34……記憶装置、 36、38、40、42……第1〜第4メモリー手段、 M1〜M3……駆動モータ。FIG. 1 is a schematic mechanism diagram showing an example of an industrial articulated robot to which the optimum movement control method according to the present invention is applied and the overall configuration of its operation control mechanism, and FIG. FIG. 4 is a block diagram showing the calculation process of the load torque applied to the drive motors and the maximum torque that can be output by each drive motor. FIG. 3 is a flow chart for explaining the speed condition and time constant determination calculation process. FIG. 6 is a diagram showing a parameter table stored as a variable condition for variably controlling the speed condition and the time constant. 10 ... Robot, 16 ... First robot arm, 18 ... Second robot arm, 20 ... Robot wrist, 30 ... Robot control unit, 32 ... Arithmetic processing unit, 34 ... Storage device, 36 , 38, 40, 42 ... First to fourth memory means, M1 to M3 ... Drive motors.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安村 充弘 東京都日野市旭が丘3丁目5番地1 ファ ナック株式会社商品開発研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−114317(JP,A) 特開 昭62−80706(JP,A) 特開 昭61−159391(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Mitsuhiro Yasumura 3-5-5 Asahigaoka, Hino City, Tokyo FANUC CORPORATION Product Development Laboratory (56) Reference JP-A-61-114317 (JP, A) JP Sho 62-80706 (JP, A) JP-A 61-159391 (JP, A)
Claims (2)
れると共に複数の駆動モータを備え、各駆動モータは対
応の各可動部を作動させるように設けられ、前記各可動
部の総合動作に基づいてロボット先端を次々の目的位置
へ移動させる産業用多関節ロボットの移動制御方式にお
いて、 予めロボット制御装置の記憶部にロボット先端に負荷さ
れる負荷ワーク条件及び前記夫々の可動部の位置変位条
件、理論速度条件、理論時定数の4条件を設定し、 前記複数のロボット可動部の各部の作動に従ってロボッ
ト動作範囲の一位置から他の位置に前記ロボット先端を
移動する動作毎に、その動作における前記複数のロボッ
ト可動部の各駆動モータに掛かるモータ間の干渉トルク
をも含めた負荷トルクを前記記憶部に設定された前記4
条件の関数として算出し、また、前記各駆動モータが出
力可能な最大トルクを前記夫々の可動部の理論速度条件
の所定関数として前記ロボット制御装置の演算制御手段
により算出し、 算出された前者の負荷トルクに対する後者の最大トルク
の絶対値比を求め、 該絶対値比が可及的に1を越えることなくかつ、1に近
い値となるように前記複数のロボット可動部の前記各駆
動モータに関して速度条件と時定数とを夫々、前記記憶
部に予め記憶させた速度条件および時定数の可変条件に
従って変更させながら前記理論速度条件と理論時定数か
ら演算を繰り返して該各駆動モータの最適速度条件と最
適時定数とに調節し、 その調節した最適の速度条件と時定数とに基づいて前記
各駆動モータを作動させ、 前記ロボット可動部の各々の作動が、常に対応の駆動モ
ータの最大トルク出力で遂行されるようにして、前記ロ
ボット先端を順次の位置に高速移動させるようにしたこ
とを特徴とした産業用多関節ロボットの最適移動制御方
式。1. A plurality of robot movable parts are articulated to each other and are provided with a plurality of drive motors, each drive motor is provided so as to operate each corresponding movable part, and based on the overall operation of each movable part. In the movement control method of the industrial articulated robot that moves the robot tip to the next target position one by one, the load work condition preloaded on the robot tip in the storage unit of the robot controller and the position displacement condition of each of the movable parts, Four conditions including a theoretical speed condition and a theoretical time constant are set, and each time the robot tip is moved from one position to another position of the robot operation range according to the operation of each part of the plurality of robot movable parts, The load torque including the interference torque between the motors applied to the drive motors of the plurality of robot movable units is set in the storage unit.
The maximum torque that can be output by each drive motor is calculated by the arithmetic control means of the robot control device as a predetermined function of the theoretical speed condition of each of the movable parts. The absolute value ratio of the latter maximum torque to the load torque is obtained, and the drive motors of the plurality of robot movable units are so arranged that the absolute value ratio does not exceed 1 as much as possible and is close to 1. Optimum speed condition of each drive motor by repeating calculation from the theoretical speed condition and the theoretical time constant while changing the speed condition and the time constant respectively according to the speed condition and the variable condition of the time constant stored in advance in the storage unit. And the optimum time constant, the drive motor is operated based on the adjusted optimum speed condition and time constant, and each operation of the robot moving part is An optimum movement control method for an industrial articulated robot, characterized in that the tip of the robot is moved to sequential positions at high speed so that the maximum torque output of a corresponding drive motor is performed.
び時定数の可変条件は、前記理論速度条件を1とした比
率値として、叉前記理論時定数に対する時間増分値とし
て、予め前記記憶部にテーブルとして記憶して、読み出
すようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第1.に記
載の産業用多関節ロボットの最適移動制御方式。2. The speed condition and the variable condition of the time constant stored in the storage unit in advance are a ratio value with the theoretical speed condition being 1, and a time increment value with respect to the theoretical time constant, which is stored in advance in the storage unit. The optimum movement control method for an industrial articulated robot according to claim 1, wherein the optimum movement control method is stored in a table and read out.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62161120A JPH0820893B2 (en) | 1987-06-30 | 1987-06-30 | Optimal movement control method for industrial articulated robot |
| PCT/JP1988/000656 WO1989000305A1 (en) | 1987-06-30 | 1988-06-30 | Method of optimizing operation of articulated industrial robot |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62161120A JPH0820893B2 (en) | 1987-06-30 | 1987-06-30 | Optimal movement control method for industrial articulated robot |
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|---|---|
| JPS647105A JPS647105A (en) | 1989-01-11 |
| JPH0820893B2 true JPH0820893B2 (en) | 1996-03-04 |
Family
ID=15728982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62161120A Expired - Lifetime JPH0820893B2 (en) | 1987-06-30 | 1987-06-30 | Optimal movement control method for industrial articulated robot |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0820893B2 (en) |
| WO (1) | WO1989000305A1 (en) |
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1988
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| DE102016008360B4 (en) | 2015-07-17 | 2018-12-27 | Fanuc Corporation | METHOD FOR CONTROLLING A ROBOT WITH A HAND TO GRAB TWO WORKPIECES AND A ROBOT CONTROL DEVICE |
Also Published As
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| WO1989000305A1 (en) | 1989-01-12 |
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