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    • 专利摘要:

    公开号:WO1988000369A1
    申请号:PCT/JP1987/000450
    申请日:1987-06-30
    公开日:1988-01-14
    发明作者:Mitsuo Kurakake；Keiji Sakamoto；Takashi Iwamoto
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:G05B19-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] ロ ポ ッ ト 制御装置
    [0003] 技 術 分 野
    [0004] 本発明 は 、 マ ニ ピ ュ レ ー タ の運動方程式 に 基 づ い て 口 ボ ッ ト ア ー ム の ト ル ク 指令を オ ン ラ イ ン で演算 し 、 各鼷 動手段 を サ ー ボ制御 す る ロ ボ ッ ト 制御装置 に 関 す る 。
    [0005] 背 景 技 術
    [0006] 最近 、 工場 の組立 ラ イ ン等では、 第 4 図 に 示 す よ う な 水 平 関 節 形 ロ ボ ッ 卜 が用 い ら れ る よ ラ に な っ て き て い る 。 こ の タ イ プ の α ボ ッ ト は 、 ポ ス ト 1 、 第 1 ア ー ム
    [0007] 2 、 第 2 ア ー ム 3 、 ハ ン ド 4 、 関節轴 5 、 ケ ー ブル 6 、 支 合 1 1 、 カ バ 一 2 2 ， 3 2 等 よ り 構成 さ れ、 図示 し な い サ ー ボ モ ー タ に よ リ ア ー ム お よびハ ン ドが鬆動 され 、 ワ ー ク の把持 、 そ の 他 の動作を行な う と き 、 サ ー ボ制御 用 の マ イ ク ロ コ ン ピ ュ ー タ に よ り マニ ピ ュ レ ー タ の運動 方程式 に 基づ い て π ボ ッ ト ア ー ム の ト ル ク 指 · を オ ン ラ イ ン で演箕 し 、 各駆動手段を サー ボ制御 す る よ う に し て い る 。
    [0008] こ の よ う な α ボ ッ ト ァ.一 ム の駆動 に用 い ら れ る サ 一 ボ モ ー タ の駆動 ト ル ク は 、 ハ ン ドが把持す る ワ ー ク の重量 と ア ー ム の長 さ に よ り 決定 され る イ ナ一 シ ャ の 関数 と し て求め ら れ る が、 ワ ー ク を把持 し て い る 時 と 、 そ う で な い 時 と で は 、 運動 に 必要 な ト ル ク が異 な っ て い る 。 し た が っ て 、 オ ペ レ ー タ は ロ ボ ッ ト ァ 一 ム カ ワ ー ク を 摑ん で い る か ど う か や 、 そ の ワ ー ク の重量 な ど を 制御 装置 に 入 力 し 、 制御装置では複雑な連立方程式を演箕 し て イ ナ 一 シ ャ を計箕 し 、 こ れ に よ り サーポモー タ の蘿動 ト ル ク を 指令 し ていた。 こ のため、 サ一ボモータ に対する駆動 ト ル ク の指今操作が煩雑 と な り 、 制御装置の演箕処理も 複 雑 と な り 、 こ の演算処理の期間中に他のバラ メ ー タ 、 例 えば制御電流の演算を行なう には、 拒当 に高速 な演算能 力が必要 と な る等の問題があ っ た。
    [0009] 太癸明は、 こ う し た問題点を解決すべ く な された も の で、 ト ル ク 計算に必要な演算時間の短縮を 図る こ と で 、 電流制御な どの他の処理が妨害される こ と な く 、 しか も 耩度良 く 制御 を実行でき る安価な口 ボッ ト 制御装置を提 供する こ と を 目 的 と している。
    [0010] 発 明 の 開 示
    [0011] 太宪明の 口ボ ッ ト 制御装置は次の よ う に構成 される 。 即 ち 、 ロ ボ ッ ト アー ム を媒介に してマニ ピ ュ レ ー タ を駆 動する サ ー ボ モー タ と 、 こ のサーボモ ー タ の ¾動 ト ル ク を運動方程式に ょ リ 演算する演算手段 と 、 前記運動方程 式 に含 まれ る イ ナ ー シ ャ 項 に つ い て の演箕を ロ ボ ッ ト ア ー ム の位置に応 じ て駆動 ト ルク の演箕周期よ り 大き い 所定の周期で実行 し その演箕結果を逐次に更新記億す る 記億手段 と 、 前記運動方程式 に基づ き サ一ボモー タ の フ ィ ー ド フ ォ ヮ 一 ド捕償を行な う制御手段 と を具備する こ と を特徵 と する も の である。
    [0012] 図面の簡単な説明
    [0013] 第 1 図 は *癸明 の プ ロ ッ ク 図 、 第 2 図は概略の線形 図、 第 3 図は動作の一例を示す流れ図、 第 4 図 は水平関 節形 ロ ボ ッ ト の外観図であ る。
    [0014] 発明 を実施す る ための最良の形
    [0015] 以下、 図面 を用 い て本発明の一実施例 に つ い て詳細 に 説明 す る 。 第 1 図 は 、 本発明 の 概略 の ブ π ッ ク 図で あ る 。 図 に おい て、 a は入力装置、 b は C P U ( 中央処理 装置） 、 c は ロ ボ ッ ト ハ ン ド、に設け ら 、 ロ ホ ッ ト ハ ン ド が ワ ー ク を把持 し た こ と を検出する セ ン サ で あ り 、 例 え ば D ボ ッ ト ハ ン ド と 手首 と の間に設けた重量検 出器を 用 い る こ と が出来 る 。
    [0016] d は サ ー ボ 制御 回路 、 e は ロ ボ ッ ト の各軸駆動用 の サ ー ボ モ ー タ 、 f は サー ボモー タ の回転角度 を検出 す る パル ス コ ー ダ 、 g は サー ボモー タ の回転数 を検 出す る タ コ ジ ェ ネ レ ー タ であ る 。
    [0017] 次に 、 *発明 の ロ ボ ッ ト 制御装置に よ る サ 一 ボ モ ー タ e に対す る ト ル ク 指会の方法について説明-す る 。 第 4 図 に示 し た水平関節形 ロ ボ ッ ト は、 第 2 図 の よ う に簡略化 し た線図 に よ り 表わ す こ とがで き る 。 図 に お い て 、
    [0018] ϋ 1 ： 第 1 ア ー ム の長 さ
    [0019] 2 ： 第 2 アー ム の長 さ
    [0020] 2 ' ： 回転軸 0 2 か ら 、 ハ ン ド ま で の長 さ 但 し 、 簡単のため、 £ 2 = ϋ 2 ' と す る m 1 i , m 2 j ： そ れぞれの铀の ァ 一 ム 重畺 を k , n 分割 し た際の第 i 番目 、 第 j 番 目 の重量 1 i , S. 2 〗 ： 铀の回転中心か ら重量分割 点 i , j ま で の長 さ
    [0021] ま た 、 ワ ー ク の重量を、 第 2 ア ー ム の n 番 目 の質点 ノ 重量 012 II と 考え る と 、 第 1 轴 0 1 の駆動 ト ル ク T i は 次の運動方程式に ょ リ 表わされる。 即ち 、
    [0022] T ！ = [ X m 1 i £ 1 I 2 + 2 m 2 i { il i 2
    [0023] + Jl z j 2 + 2 £ l S. z j cos Θ z } ] d i
    [0024] + [ ∑ m 2 J C Si 2 J 2 + S. 1 1 2 j C O S Θ 2 ) ] 2
    [0025] - [ X m 2 J ( 2 £ i £ 2 n sin ø 2 )】 i θ 2 - [ X m 2 I C 1 1 2 n sin Θ 2 ) Q z 2 = A 5 1 + B Θ 2 - C Θ 1 Θ 2 - D 5 2 2 こ こ で 、 各非線形項の係数 A , Β , C ， D は、 ワ ー ク の重量 と ア ー ム位置 と に対応する イ ナ一シ ャ を表わ し て いる 。
    [0026] さ て、 こ の よ う な水平閬節形ロボ ッ ト を実際に工場の 組立 ラ イ ン等 で使用す る 際 に は 、 オペ レ ー タ は種 々 の ワ ー ク の重量 m 2 11 を入力装置 a によ り C P U b に予め 入力 し てお き 、 C P U b は、 各 ワ ー ク の重量に基づい て 上記 ト ル ク 算定式の う ちのマニ ピュ レー タ の位置のみ に 依存す る 非線形項の係数 A ， B ， C , D を求め て、 ヮ 一 ク の重量 と ア ー ム位置 と に対応する イ ナ ー シ ャ 項 と し て ai t し て お く 。
    [0027] 次に 、 ロ ボ ッ ト が稼動 して ワ ー ク を把持する と 、 セ ン サ c か ら ワー ク を把持 したこ と を判別す る信号が C P U b に送出 され る 。 C P U b は、 こ の セ ン サ c よ り 送 ら れ て きた信号 と 、 パ ル ス コ ーダ f から のマニ ピ ュ レ ー タ の 位置信号 に応 じ て 、 対応する イ ナ一シ ャ 項 を 読 み 出 し 、 サ ー ボ モ ー タ e に 対 し て フ ィ 一 ド フ ォ ヮ ー ド で駆動 ト ル ク を 補 償 す る 制 御 信 号 を サ ー ボ 制 御 回 路 d に 送 出 す る 。
    [0028] な お 、 ボ ッ ト の ワ ー ク の把持動作 に お い て 、 π ボ ッ ト 制 御 装 置 は 、 ロ ボ ッ ト の コ ン ト ロ ー ル プ ロ グ ラ ム を チ ェ ッ ク し 、 こ れ力 ら把持 し ょ う と す る ワ ー ク 、 あ る い は 把 持 し て い る ワ ー ク の 種 類 を 判 別 す る こ と が で き る 。
    [0029] 第 3 図 は 、 上記 ロ ポ ッ ト 制御装置での 演算動作 の一例 を 示す フ σ—チ ヤ 一 ト で あ る 。
    [0030] 第 1 轴 に ト ル ク 指今 を与え る ため に は 、 ト ル ク 箕定式 力 ら Τ ι を 計算 し な く て は な ら ないが、 通常の α ボ ッ ト の運動方程式 に お い て は 、 ア ー ム の位置 の変化率は 、 速 度や加速度の変化率 よ り 小 さ い と 想定 さ れ る こ と 力ゝ ら 、 ま ず第 2 軸の 位置つ ま り 回転角度 0 2 を 得 る （ ス テ ッ プ a ) 。 こ の 角度 を も と に し て 、 関数テ ー ブル な どか ら 対 応す る 正弦値 、 余弦値 を計箕 し （ ス テ ッ プ b ) 、 ワ ー ク の 重 量 に 応 じ た イ ナ 一 シ ャ 項 を 計 算 す る 〔 ス テ ッ プ c ) 。 つ ぎ に 、 第 1 轴、 第 2 軸の それぞれ の速度、 加速 度 0 1 ， Θ 1 ， Θ z ， 0 2 を得 （ ス テ ッ プ d ) 、 上記 ス テ ツ プ c で計算 さ れ 、 記憶 されてい る イ ナ 一 シ ャ 値 よ り ト ル ク T JL を 計算 し （ ス テ ッ プ e ) 、 第 1 軸 に ト ル ク 指 今 を 与 え る （ ス テ ッ プ f ) 。 こ の計算サ イ ク ル （ ス テ ツ プ d 〜 f ) は 、 n 回繰 り 返 され （ ス テ ッ プ g ) 、 そ の 間 は同一の イ ナ ー シ ャ 値が基準と ざれ、 そ の後ス テ ツ ブ a に 復帰 す る 。 上記 ス テ ッ プ e で の 計算時間を B と す る と 、 第 3 図 の フ ロ ー は周期 A C > n B ) で繰 り 返され る 。
    [0031] なお、 本発明は、 上記実施例のよ う に イ ナ一 シ ャ 項の 演算周期 A を ト ル ク の計算周期 B の II倍 に 固定 し て決め てお く 必要は な く 、 例えばロ ボ ッ ト ハ ン ドの動 き に応 じ て適宜に駆動 ト ルク の演算周期に対して イ ナー シ ャ項の 演箕の周期を大き ぐ 設定すればよ く 、 本発明は上記実施 例に限定ざれ る も の ではな く 、 本発明の趣旨の範囲内で 種 々 の変形が可能でぁ リ 、 これ らを末発明の範囲か ら排 除する も の ではない。
    [0032] 以上説明 し た よ う に、 *癸明に よれば、 ロ ボ ッ 卜 の還 動方程式を用 い て ト ル ク計算を行な う際 に 、 位置の変化 率が 、 速度や加速度の変化率 よ り 小 さ い こ と か ら 、 ィ ナー シ ャ 項の計算周期 A を ト ル ク の計箕周期 B よ り 長 く 設定 し 、 ト ル ク 計箕 に 必要 な時簡 を 短縮 し た こ と に よ リ 、 電流制御 な ど他の演算処理を妨害す る こ と な く 精度 良い ト ル ク 指令を形成でき、 ト ルク 制御 と 共に電流制御 等を同時に処理する う えで都合が良い。
    [0033] 産業上の利用可能性
    [0034] 末癸明 は 、 水平関節型 ロ ボ ッ 卜 に 関 する も の で あ る が、 これを植座標型 あ る いは他の形式の産業用 ロ ボ ッ ト に も 適用で き る 。
    权利要求:
    Claims 一 7 — 請 求 の 範 囲
    ( 1 ) マ ニ ピ ュ レ ー タ の運動方程式に 基づい て ロ ポ ッ ト ア ー ム の ト ル ク 指令を オ ン ラ イ ン で演算 し 、 各駆動手 段を サ ー ボ制御す る ロ ボ ッ ト 制御装置は 、 次 を 含む ： ロ ボ ッ ト ア ー ム を 媒介に し てマニ ピュ レ ー タ を駆動す る サー ボモ ー タ ；
    こ の サ一 ポ モー タ の駆動 ト ル ク を運動方程式 に よ り 演 算す る 演算手段 ；
    前記運動方程式に 含 まれる ィ ナー シ ャ 項 に つい て の演 算を ロ ボ ッ ト ア ー ム の位置に応 じて駆動 ト ル ク の演算周 期 よ リ 大 き い所定の周期で実行 しそ の演算結果 を逐次 に 更新記憶する 記憶手段 ；
    前記運動方程式に基づき サ一 ボモー タ の フ ィ 一 ド フ ォ ヮ ー ド補償を行な ラ 制御手段。
    ( 2 ) 前記演算手段での イ ナ一 シ ャ 項 の演算周期が 、 駆動 ト ル ク の演算周期 よ り 大 き い固定周期 に て制御 さ れ てい る こ と を特徴 と す る 請求の範囲第 （ 1 ) 項記載の 口 ボ ッ ト 制御装置。
    ( 3 ) 前記演算手段での イ ナー シ ャ項の演算周期が 、 ロ ボ ッ ト ア ー ム の動作速度に応 じた可変周期 に て制御 さ れてい る こ と を特徴 と す る請求の範囲第 （ 1 ) 項記載 の ロ ボ 、、/ ト 制御装置。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    EP0086950B1|1988-09-07|Method of controlling an industrial robot
    Swevers et al.2000|An integrated friction model structure with improved presliding behavior for accurate friction compensation
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JPH071463B2|1995-01-11|
    EP0271590B1|1992-11-11|
    EP0271590A1|1988-06-22|
    JPS638913A|1988-01-14|
    US4908559A|1990-03-13|
    EP0271590A4|1990-11-28|
    DE3782625T2|1993-03-25|
    DE3782625D1|1992-12-17|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1987-12-01| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1987904141 Country of ref document: EP |
    1988-01-14| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
    1988-01-14| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE FR GB |
    1988-06-22| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1987904141 Country of ref document: EP |
    1992-11-11| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1987904141 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP61/153739||1986-06-30||
    JP61153739A|JPH071463B2|1986-06-30|1986-06-30|ロボツト制御装置|DE19873782625| DE3782625T2|1986-06-30|1987-06-30|Robotersteuerungsanordnung.|
    DE19873782625| DE3782625D1|1986-06-30|1987-06-30|Robotersteuerungsanordnung.|
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