JPH04324507A - Acceleration/deceleration control method of drive device and robot system - Google Patents
Acceleration/deceleration control method of drive device and robot systemInfo
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明はモ−タにより駆動される
ロボット等多軸機構において所望の動作をモ−タのトル
ク不足を起こすことなく最短時間で実現するモ−タのト
ルク−速度特性及び機構特性を考慮した最適なモ−タの
加減速制御方法に関する。[Industrial Application Field] The present invention provides a motor torque-speed characteristic that realizes a desired operation in the shortest possible time without causing insufficient motor torque in a multi-axis mechanism such as a robot driven by a motor. and an optimal motor acceleration/deceleration control method that takes into account mechanical characteristics.
【0002】0002
【従来の技術】従来、多軸機構の代表例であるロボット
の各関節に配置されている駆動装置の加減速制御方法に
ついては、1)特開昭62−80706号公報において
、動作姿勢における動作方向への所要トルク倍率係数を
もとに軸加速度を求め、速度パタ−ンを生成する方法が
述べられていた。2. Description of the Related Art Conventionally, a method for controlling the acceleration and deceleration of a drive device disposed at each joint of a robot, which is a typical example of a multi-axis mechanism, is described in 1) Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-80706. A method was described in which the axial acceleration is determined based on the required torque multiplier coefficient in the direction and a speed pattern is generated.
【0003】また、2)特開昭61−114317号公
報において、定められた速度パタ−ンで動力学式より求
めたモ−タ所要トルクが動作軸速度でモ−タの発生可能
トルクを越えた場合は加速度を下げる方法が述べられて
いた。2) In Japanese Patent Application Laid-open No. 114317/1983, the required torque of the motor determined from the dynamic equation with a predetermined speed pattern exceeds the torque that can be generated by the motor at the operating shaft speed. In such cases, methods to reduce acceleration were described.
【0004】また、3)特開昭62−3311号公報に
おいて、ロボットの動作開始位置と動作距離に対してテ
−ブル化された加減速パラメ−タを基に、テ−ブル化さ
れていない動作条件に対しては内挿補間して加減速パラ
メ−タを求め、速度パタ−ン計画を行う方式が述べられ
ていた。3) In Japanese Patent Application Laid-open No. 62-3311, based on the acceleration/deceleration parameters that are tabulated for the robot's motion start position and motion distance, For operating conditions, a method was described in which acceleration/deceleration parameters are determined by interpolation and speed pattern planning is performed.
【0005】また、4)特開昭60−201408号及
び特開昭61−271501号公報において、ロボット
の動作停止時の残留振動を低減するために、停止時及び
起動時にサイクロイド速度パタ−ンを用いる方法が述べ
られていた。[0005] Furthermore, in 4) Japanese Patent Laid-Open No. 60-201408 and No. 61-271501, in order to reduce residual vibration when the robot stops operating, a cycloidal velocity pattern is used at the time of stopping and starting. The method used was described.
【0006】また、5)特開平2−106284号公報
に記載のように台形速度パタ−ンをベ−スに、ロボット
各関節の制限速度、制限加速度を考慮して動作時間を最
短とする方法が述べられていた。[0006] Also, 5) As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-106284, there is a method of minimizing the operation time based on the trapezoidal speed pattern and taking into account the speed limit and acceleration limit of each joint of the robot. was stated.
【0007】また、6)機械設計第33巻第3号平成元
年第64ペ−ジから第92ペ−ジに記載のように、カム
により動かされる従節の運動曲線選定にフレキシビリテ
ィをもたせるため、各々正弦曲線,余弦曲線,及び直線
よりなる7区間の時間幅を任意に設定可能なユニバ−サ
ルカム曲線が述べられていた。[0007] Also, 6) As described in Machine Design Vol. 33, No. 3, 1989, pages 64 to 92, flexibility is provided in selecting the motion curve of the follower moved by the cam. Therefore, a universal cam curve was described in which the time width of seven sections each consisting of a sine curve, a cosine curve, and a straight line can be arbitrarily set.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】第1の従来技術は、多
軸機構においてモ−タトルクを表現する動力学式におけ
る非線形項(遠心・コリオリ成分)を無視しているため
、高速動作時に非線形項の影響が顕著となる質量配分を
有する多軸機構の高速動作時の加減速パタ−ンを最適と
できない問題がある。[Problems to be Solved by the Invention] The first prior art ignores nonlinear terms (centrifugal and Coriolis components) in the dynamic equation that expresses motor torque in a multi-axis mechanism. There is a problem in that it is not possible to optimize the acceleration/deceleration pattern during high-speed operation of a multi-axis mechanism having a mass distribution in which the influence of
【0009】また、第2の従来技術は速度パタ−ンを一
定とし、最高速度,加減速時間を変化させて最適パタ−
ンを見い出そうとしているため、用いる速度パタ−ンが
不適切な場合、加減速時間が長くなる欠点がある。[0009] In the second prior art, the speed pattern is kept constant and the maximum speed and acceleration/deceleration time are varied to create an optimal pattern.
Since the engine is trying to find the desired speed, if the speed pattern used is inappropriate, the acceleration/deceleration time will be long.
【0010】また、第3の従来技術は、動作条件パラメ
−タ,加減速パラメ−タとも少数の場合を対象として扱
っているため、移動体の動作時間を最短とできる動作が
得られないという問題がある。Furthermore, since the third conventional technique deals with a small number of operating condition parameters and acceleration/deceleration parameters, it is difficult to obtain an operation that can minimize the operating time of the moving object. There's a problem.
【0011】また、第4の従来技術は、加減速時中央速
度における加速度が著しく大きいため、高加減速時はモ
−タがトルク不足を起こす可能性があり、最適な加減速
パタ−ンが得られないという問題がある。Furthermore, in the fourth prior art, since the acceleration at the center speed during acceleration/deceleration is extremely large, there is a possibility that the motor may run out of torque during high acceleration/deceleration, making it difficult to determine the optimum acceleration/deceleration pattern. The problem is that you can't get it.
【0012】また、第5の従来技術は台形速度パタ−ン
を用いているため、停止時の加速度が零でないため、残
留振動の振幅が大きく、長く持続するという問題がある
。Furthermore, since the fifth prior art uses a trapezoidal velocity pattern, the acceleration at the time of stopping is not zero, so there is a problem that the amplitude of the residual vibration is large and lasts for a long time.
【0013】また、第6の従来技術は、加減速時間,最
高速度,各区間の時間幅を可変パラメ−タとして速度パ
タ−ン設定を行っているため、7区間の各時間幅の設定
は変数が多く非常に難しいという問題がある。[0013] Furthermore, in the sixth prior art, since the speed pattern is set using the acceleration/deceleration time, maximum speed, and time width of each section as variable parameters, the setting of the time width of each of the seven sections is The problem is that there are many variables and it is extremely difficult.
【0014】本発明の目的は、駆動装置及びそれにより
駆動される多軸機構の高加減速動作時の動作時間を最短
とできる速度パタ−ン生成方法を提供することにある。An object of the present invention is to provide a speed pattern generation method that can minimize the operating time during high acceleration/deceleration operations of a drive device and a multi-axis mechanism driven by the drive device.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は(I)速度パタ−ン生成にフレキシビリテ
ィを持たせられる加減速曲線を用いる,(II)動作時
間の最短化,モ−タのトルク余裕の最小化,動作停止時
の小さい残留振動,を同時に実現する速度パタ−ンを生
成する,(III)動作条件パラメ−タと最適加減速パ
ラメ−タを簡易な手法により関係づけ、任意の動作条件
に対する最適加減速パラメ−タを簡易に計算可能である
,の3手段を講ずるものである。以下各々につき具体的
に説明する。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above objects, the present invention (I) uses an acceleration/deceleration curve that allows flexibility in speed pattern generation, (II) minimizes operating time, Generate a speed pattern that simultaneously minimizes the torque margin of the motor and minimizes residual vibration when the motor stops. (III) Using a simple method to determine operating condition parameters and optimal acceleration/deceleration parameters. This method takes three measures: linking and easily calculating the optimum acceleration/deceleration parameters for any operating conditions. Each will be specifically explained below.
【0016】(I)速度パタ−ン生成にフレキシビリテ
ィを持たせられる加減速曲線を得るに当っては、数2で
示される指数乗正弦波曲線を用いた。(I) In order to obtain an acceleration/deceleration curve that allows flexibility in speed pattern generation, an exponential sine wave curve shown in Equation 2 was used.
【0017】[0017]
【数2】[Math 2]
【0018】ここで、θ:軸速度,θm:最高速度,m
:指数,th:加減速周期,t:時間,であり、θm,
m,thの3ケが加減速パラメ−タである。これは従来
知られているサイクロイド曲線がm=2の場合,単弦曲
線がm=1の場合に対応しており既存の正弦波系加減速
曲線は加減速パラメ−タがθm,thのみであるのと比
してmが追加され、フレキシビリティを増したものであ
る。Here, θ: shaft speed, θm: maximum speed, m
: index, th: acceleration/deceleration period, t: time, θm,
The three parameters m and th are acceleration/deceleration parameters. This corresponds to the case where m = 2 for the conventionally known cycloid curve and the case where m = 1 for the single sinusoidal curve, and the existing sine wave system acceleration/deceleration curve has only acceleration/deceleration parameters θm and th. Compared to the previous version, m was added to increase flexibility.
【0019】(II)速度パタ−ン生成時には、前述の
指数乗正弦波加減速曲線を用いて、加速区間,等速区間
,減速区間の軸速度を数1のように定めた。(II) When generating the speed pattern, the above-mentioned exponential sine wave acceleration/deceleration curve was used to determine the shaft speeds of the acceleration section, constant velocity section, and deceleration section as shown in Equation 1.
【0020】ここで、移動体の動作距離をΔθとすると
、加速距離αΔθ,減速距離βΔθは数3のように示さ
れ、加減速パラメ−タのうち、加速周期th1,減速周
期th2は、比加速距離α,比減速距離βを定めると一
意に決まるため、加減速パラメ−タとして、m1,m2
,θm,α,βを用いた。Here, when the operating distance of the moving body is Δθ, the acceleration distance αΔθ and the deceleration distance βΔθ are shown as in equation 3, and among the acceleration and deceleration parameters, the acceleration period th1 and the deceleration period th2 are Since the acceleration distance α and specific deceleration distance β are determined uniquely, m1, m2 are used as acceleration/deceleration parameters.
, θm, α, and β were used.
【0021】[0021]
【数3】[Math 3]
【0022】ここで、Γはガンマ関数を示す。[0022] Here, Γ represents a gamma function.
【0023】また、モ−タにより負荷を高速駆動する場
合、モ−タがトルク不足を起こさぬ範囲において、でき
るだけ動作時間を最短とすることが望ましいため、非線
形計画法を用いて与えられた動作条件(負荷慣性モ−メ
ント,動作距離等)に対して最適な加減速パラメ−タを
求め、使用した。Furthermore, when driving a load at high speed with a motor, it is desirable to minimize the operating time as long as the motor does not run out of torque. The optimum acceleration/deceleration parameters were determined and used for the conditions (load inertia moment, operating distance, etc.).
【0024】(III)動作条件パラメ−タと最適加減
速パラメ−タの関係付けに当っては、多変数間の関係付
けのため、(i)テ−ブルデ−タ利用方式,(ii)テ
−ブルデ−タ補間方式,(iii)最小二乗法多項式近
似方式,(iv)ニュ−ラルネットワ−ク学習方式,を
用いた。(III) In associating operating condition parameters with optimal acceleration/deceleration parameters, in order to relate multiple variables, (i) table data utilization method, (ii) template - Bull data interpolation method, (iii) least squares polynomial approximation method, and (iv) neural network learning method.
【0025】[0025]
【作用】ロボットア−ム等高速移動体は、その駆動モ−
タに電気エネルギを印加することにより機械エネルギに
変換されて駆動される。駆動モ−タ制御装置に、速度指
令を与えると、駆動モ−タの速度検出器より得られる速
度検出量との偏差に基づきモ−タトルク指令が生成され
、増幅されて、モ−タに通電される。[Operation] High-speed moving objects such as robot arms use their drive motors.
By applying electrical energy to the motor, it is converted into mechanical energy and driven. When a speed command is given to the drive motor control device, a motor torque command is generated based on the deviation from the speed detection amount obtained from the drive motor speed detector, is amplified, and energizes the motor. be done.
【0026】高速移動体に要求される動作は、図26に
示すように動作開始位置から、動作終了位置まで、でき
るだけ速く位置決めすることであり、図27に示すよう
にできるだけ残留振動振幅及びその減衰時間を短縮する
ことである。The operation required of a high-speed moving object is to position it as quickly as possible from the operation start position to the operation end position as shown in FIG. 26, and to reduce the residual vibration amplitude and its damping as much as possible as shown in FIG. The goal is to save time.
【0027】以下、このような動作を実現するための手
段につき、図1及び図28〜図38を用いて説明する。
図1は、指数乗正弦波加減速曲線を用いた速度パタ−ン
を示し、図28は指数乗正弦波曲線を示し、図29は、
指数乗正弦波曲線の無次元パラメ−タの時間変化を示し
、図30は、指数乗正弦波加減速曲線無次元パラメ−タ
最大値と指数の関係を示し、図31は、指数乗正弦波加
減速曲線の最大加速度をとる無次元時間と指数の関係を
示し、図32は、多軸機構の外観図を示し、図33は、
モ−タの発生トルク−速度特性を示し、図34は、最適
駆動条件における所要トルクの時間変化を示し、図35
は、ニュ−ラルネットワ−クの構成を示し、図36は、
加減速パラメ−タ誤差の収束特性を示している。Hereinafter, means for realizing such an operation will be explained using FIG. 1 and FIGS. 28 to 38. FIG. 1 shows a speed pattern using an exponential sine wave acceleration/deceleration curve, FIG. 28 shows an exponential sine wave curve, and FIG.
30 shows the relationship between the maximum value of the dimensionless parameter of the exponential sine wave acceleration/deceleration curve and the index, and FIG. 31 shows the relationship between the dimensionless parameter of the exponential sine wave acceleration/deceleration curve and the index. The relationship between the dimensionless time that takes the maximum acceleration of the acceleration/deceleration curve and the index is shown, FIG. 32 shows an external view of the multi-axis mechanism, and FIG.
Fig. 34 shows the generated torque-speed characteristics of the motor, and Fig. 34 shows the time change of the required torque under optimum driving conditions. Fig. 35
shows the configuration of the neural network, and FIG. 36 shows the configuration of the neural network.
It shows the convergence characteristics of acceleration/deceleration parameter errors.
【0028】まず、指数乗正弦波曲線の特性について図
1及び図28〜図31を用いて説明する。数1で示した
速度パタ−ンを図1に示した。このパタ−ンにおける加
速区間及び減速区間に用いられている指数乗正弦波曲線
(数2,図28参照)の加減速曲線としての特徴を調べ
るため、従来カム曲線の評価に用いられてきた無次元速
度V,無次元加速度A,無次元跳躍Jを求めると数4の
ように示される。First, the characteristics of the exponential sine wave curve will be explained using FIG. 1 and FIGS. 28 to 31. The speed pattern shown in equation 1 is shown in FIG. In order to investigate the characteristics of the exponential sine wave curve (see Equation 2, Figure 28) used in the acceleration and deceleration sections in this pattern as an acceleration/deceleration curve, we investigated the Dimensional velocity V, dimensionless acceleration A, and dimensionless jump J are determined as shown in Equation 4.
【0029】[0029]
【数4】[Math 4]
【0030】ここで、Vm=√πΓ((m+2)/2)
/Γ((m+1)/2),無次元時間τ=2t/th
である。この無次元パラメ−タは、平均値で無次元化
された量を示しているため、最大値が小さい程変化の少
ない衝撃の小さい特性を有する。Here, Vm=√πΓ((m+2)/2)
/Γ((m+1)/2), dimensionless time τ=2t/th
It is. Since this dimensionless parameter indicates a dimensionless quantity with an average value, the smaller the maximum value is, the smaller the impact is with less change.
【0031】V,A,Jの時間変化特性を図29に示し
た。この特性は、大きい指数依存性がある。V,A,J
の最大値Vm,Am,Jmと指数の関係を図30に示し
た。また、加速度が最大値をとる無次元時間τA(数5
参照)は、図31で示され、τAが0.5に近い程高速
時に最大駆動力が要求されることを示す。FIG. 29 shows the time-varying characteristics of V, A, and J. This property has a large index dependence. V, A, J
The relationship between the maximum values Vm, Am, Jm and the index is shown in FIG. Also, the dimensionless time τA (Equation 5
) is shown in FIG. 31, indicating that the closer τA is to 0.5, the more maximum driving force is required at high speed.
【0032】[0032]
【数5】[Math 5]
【0033】上記の特性から、指数乗正弦波加減速曲線
の指数mと加減速曲線としての好適さとの間には下記の
関係がある。From the above characteristics, the following relationship exists between the exponent m of an exponential sine wave acceleration/deceleration curve and its suitability as an acceleration/deceleration curve.
【0034】(i)m<1:動作開始時(τ=0)及び
動作終了時(τ=1)に加速度が無限大となり、無限大
のモ−タ駆動力が要求されるため、加減速曲線として好
ましくはない。(i) m<1: The acceleration becomes infinite at the start of operation (τ=0) and at the end of operation (τ=1), and infinite motor driving force is required, so acceleration and deceleration are It is not preferable as a curve.
【0035】(ii)m=1:動作開始時(τ=0,速
度零)に加速度が有限の最大値をとり、最大駆動力がモ
−タに要求されるため、通常モ−タは速度零において最
大駆動力を発生可能である点を考慮すると、加速曲線と
して好適であり、また、Vmが小さいため、加速時間を
短くできる。(ii) m=1: At the start of operation (τ=0, speed zero), the acceleration takes a finite maximum value and the maximum driving force is required of the motor, so normally the motor Considering that the maximum driving force can be generated at zero, this is suitable as an acceleration curve, and since Vm is small, the acceleration time can be shortened.
【0036】(iii)1<m<2:動作開始時及び動
作終了時の加速度Aは零であり、跳躍Jは無限大である
。
加速度最大となる速度が低速部にあることから、加速曲
線として好適であり、また、モ−タは通常低速域で発生
駆動力不足を起こしにくいことから減速曲線としても好
適である。(iii) 1<m<2: The acceleration A at the start and end of the motion is zero, and the jump J is infinite. This curve is suitable as an acceleration curve because the speed at which the acceleration is maximum is in the low speed range, and it is also suitable as a deceleration curve because motors are usually less likely to generate insufficient driving force in the low speed range.
【0037】(iv)m≧2:動作開始時及び動作終了
時の加速度A及び跳躍Jが零であることから、減速曲線
として好適である。しかし、最大加速度時間τAが0.
5に近い値をとり、高速部で最大駆動力が要求されるた
め、高速動作時にモ−タがトルク不足を起こさぬために
は減速周期th2を長くとらねばならず、動作時間が長
くなる問題がある。(iv) m≧2: Since the acceleration A and the jump J at the start and end of the operation are zero, this is suitable as a deceleration curve. However, the maximum acceleration time τA is 0.
Since the value is close to 5 and the maximum driving force is required at high speeds, the deceleration period th2 must be long in order to prevent the motor from running out of torque during high speed operation, resulting in a longer operating time. There is.
【0038】以上から、加速指数としては、m1≧1,
減速指数としては、m2>1と選ぶのが望ましい。From the above, the acceleration index is m1≧1,
It is desirable to select m2>1 as the deceleration index.
【0039】次に、高速移動体の速度パタ−ンの決定方
法について図32〜図34を用いて述べる。Next, a method for determining the speed pattern of a high-speed moving body will be described with reference to FIGS. 32 to 34.
【0040】図32は、n軸ロボットの外観図であり、
各関節(各軸)に回転型駆動モ−タが装着されている。
各関節の駆動モ−タの変位θの合成により先端の位置が
定まる。ここで、n軸ロボットの剛体モデルに基づくj
軸の運動方程式は一般に数6で示される。FIG. 32 is an external view of the n-axis robot.
A rotary drive motor is attached to each joint (each axis). The position of the tip is determined by combining the displacements θ of the drive motors of each joint. Here, j based on the rigid body model of the n-axis robot
The equation of motion of the shaft is generally expressed by Equation 6.
【0041】[0041]
【数6】[Math 6]
【0042】ここで、rj:減速機減速比,Tj:モ−
タトルク,θj:モ−タ軸速度,θj:モ−タ軸加速度
,Hji:慣性モ−メント,Bjkl:遠心・コリオリ
係数,Cj:重力モ−メント,であり、Hji,Bjk
l,Cjはいずれも軸位置θjの関数である。数6を減
速機出力軸換算の定数(例えばTj=rjTj,…)で
記述すると、数7のように示される。Here, rj: reduction gear reduction ratio, Tj: motor
torque, θj: motor shaft speed, θj: motor shaft acceleration, Hji: moment of inertia, Bjkl: centrifugal/Coriolis coefficient, Cj: gravitational moment, and Hji, Bjk
l and Cj are both functions of the axis position θj. When Expression 6 is written as a constant converted to the output shaft of the reducer (for example, Tj=rjTj, . . . ), it is expressed as Expression 7.
【0043】[0043]
【数7】[Math 7]
【0044】ここで、モ−タの最大電流通電時の発生ト
ルク−速度特性は、減速機出力軸換算で、図33のよう
に示され、数8のように記述される。Here, the generated torque-speed characteristic when the maximum current is applied to the motor is shown as shown in FIG. 33 in terms of the output shaft of the reducer, and is described as shown in Equation 8.
【0045】[0045]
【数8】[Math. 8]
【0046】また、j軸の速度パタ−ンは数9のように
記述される。Further, the speed pattern of the j-axis is described as shown in Equation 9.
【0047】[0047]
【数9】[Math. 9]
【0048】ここで、n軸ロボットがA点(=[0048] Here, the n-axis robot is at point A (=
【Xa,
Ya,Za】)からB点(=[Xa,
Ya, Za】) to point B (=
【Xb,Yb,Zb】)まで最短時間で移動し、かつ動
作後著しい振動を生じることのない各軸の速度パタ−ン
を求める。Find a speed pattern for each axis that will move to [Xb, Yb, Zb] in the shortest time and will not cause significant vibration after operation.
【0049】(工程1)A点とB点の各軸分解座標(逆
運動学解)を求める。(Step 1) Find the axis-resolved coordinates (inverse kinematics solution) of points A and B.
【0050】(工程2)各軸動作時間を定式化する。(Step 2) Formulate the operation time of each axis.
【0051】各軸動作距離Δθjabに対して、比加速
距離αj,比減速距離βjとすると、数10が成り立つ
ことから、全動作時間tj3は数11で示される。When the specific acceleration distance αj and specific deceleration distance βj are set for each axis operating distance Δθjab, Equation 10 holds true, so the total operating time tj3 is expressed by Equation 11.
【0052】[0052]
【数10】[Math. 10]
【0053】[0053]
【数11】[Math. 11]
【0054】(工程3)トルク不足を起こさぬように動
作時間を最短化する加減速パラメ−タの決定。(Step 3) Determination of acceleration/deceleration parameters that minimize operating time to avoid torque shortage.
【0055】全軸の動作時間の合計f(数12参照)を
最小化評価関数とする。The sum f (see Equation 12) of the operating times of all axes is assumed to be the minimization evaluation function.
【0056】[0056]
【数12】[Math. 12]
【0057】ここで、下記の制約条件を設ける。[0057] Here, the following constraint conditions are set.
【0058】■トルク不足を起こさぬ条件(図34,数
13参照)■Conditions that do not cause torque shortage (see FIG. 34 and Equation 13)
【0059】[0059]
【数13】[Math. 13]
【0060】■加減速距離の条件
1−αj−βj≧0
0<αj<1,0<βj<1
■指数選定に関する指針
mj1≧1,mj2≧1.2(mj2>1の中から選ん
だ)
■軸最大速度の制約条件
0≦θjm≦θjm0
この問題を制約条件を考慮した評価関数を最小化するよ
うに解くことにより、最適加減速パラメ−タ(mj1,
mj2,θjm0,αj,βj)を得る。■Acceleration/deceleration distance conditions 1-αj-βj≧0 0<αj<1, 0<βj<1 ■Guidelines for index selection mj1≧1, mj2≧1.2 (selected from mj2>1) ) ■ Constraints on axis maximum speed 0≦θjm≦θjm0 By solving this problem in such a way as to minimize the evaluation function considering the constraints, the optimal acceleration/deceleration parameters (mj1,
mj2, θjm0, αj, βj) are obtained.
【0061】次に、前述の工程1〜3により求められた
動作条件パラメ−タ〔Hji,Bjkl,Cj,rj,
θj(t=0),Δθj,Pj(θj)〕と最適加減速
パラメ−タ〔mj1,mj2,θjm0,αj,βj〕
の簡易な関係付けを図るために用いる手段につき図35
〜図38を用いて説明する。なお、以下の説明では、簡
略化するため、動作条件パラメ−タ(x1〜xs),最
適加減速パラメ−タ(y1〜ym)と記す。Next, the operating condition parameters [Hji, Bjkl, Cj, rj,
θj (t=0), Δθj, Pj (θj)] and optimal acceleration/deceleration parameters [mj1, mj2, θjm0, αj, βj]
Figure 35 shows the means used to establish a simple relationship between
~Explained using FIG. 38. In the following description, for the sake of simplicity, they will be referred to as operating condition parameters (x1 to xs) and optimal acceleration/deceleration parameters (y1 to ym).
【0062】(I)テ−ブルデ−タ利用方式上記の最適
加減速パラメ−タ(y1〜ym)と動作条件パラメ−タ
(x1〜xs)の関係付けに当り、駆動装置制御装置内
のテ−ブルに(x,y)のペアデ−タを用意し、ある動
作条件(xq)が与えられたとき、テ−ブルデ−タ(x
t)の中から最も近接するものをさがす。テ−ブルには
、yデ−タが記入されているため、ほぼ最適な加減速パ
ラメ−タを簡易に求められる。テ−ブルデ−タを細かく
用意することにより高精度の補間値を得ることが可能に
なる。(I) Table data usage method In establishing the relationship between the above-mentioned optimal acceleration/deceleration parameters (y1 to ym) and operating condition parameters (x1 to xs), table data in the drive device control device is used. - Prepare pair data (x, y) in a table, and when a certain operating condition (xq) is given, the table data (x
Find the closest one among t). Since the y data is entered in the table, almost optimal acceleration/deceleration parameters can be easily determined. By preparing table data in detail, it becomes possible to obtain highly accurate interpolated values.
【0063】(II)テ−ブルデ−タ補間方式上記の最
適加減速パラメ−タ(y1〜ym)と動作条件パラメ−
タ(x1〜xs)の関係付けに当り、数14に示す関係
を用いる。(II) Table data interpolation method The above optimum acceleration/deceleration parameters (y1 to ym) and operating condition parameters
When relating the data (x1 to xs), the relationship shown in Equation 14 is used.
【0064】[0064]
【数14】[Math. 14]
【0065】ここで、あらかじめ、駆動装置制御装置内
のテ−ブルに(x,y,dy/dx)のペアデ−タを用
意し、ある動作条件(xq)が与えられた時、テ−ブル
デ−タ(xt)の中から最も近接するものをさがす。テ
−ブルには、y,dy/dxデ−タが記入されているた
め、数14にそれらの値を代入することにより、最適加
減速パラメ−タyを求めることができる。テ−ブルデ−
タを細かく用意することにより高精度の補間値を得るこ
とが可能になる。Here, pair data (x, y, dy/dx) is prepared in advance in a table in the drive control device, and when a certain operating condition (xq) is given, the table data is - Find the closest one among the data (xt). Since y, dy/dx data are entered in the table, by substituting these values into Equation 14, the optimum acceleration/deceleration parameter y can be determined. table day
By preparing the data in detail, it is possible to obtain highly accurate interpolated values.
【0066】(III)最小二乗多項式近似方式上記の
最適加減速パラメ−タ(y1〜ym)と動作条件パラメ
−タ(x1〜xs)を数15に示す多項式により関係付
ける。(III) Least Squares Polynomial Approximation Method The optimum acceleration/deceleration parameters (y1 to ym) and the operating condition parameters (x1 to xs) are related by the polynomial shown in Equation 15.
【0067】[0067]
【数15】[Math. 15]
【0068】多項式係数aiをr個の点において最適値
yとの数16に示す最小二乗誤差Δ2が最小となるよう
に選ぶ。The polynomial coefficient ai is selected so that the least square error Δ2 shown in Equation 16 between the optimum value y and the r points is minimized.
【0069】[0069]
【数16】[Math. 16]
【0070】多項式係数が求まった後は、数15に基づ
き任意の動作条件パラメ−タに対する最適加減速パラメ
−タを簡易に算出することができる。After the polynomial coefficients are determined, the optimum acceleration/deceleration parameters for any operating condition parameters can be easily calculated based on Equation 15.
【0071】また、動作条件パラメ−タを複数の領域に
分けて各領域について近似多項式を導くことにより、よ
り高精度の加減速パラメ−タ算出が可能となる。Further, by dividing the operating condition parameters into a plurality of regions and deriving an approximate polynomial for each region, it is possible to calculate acceleration/deceleration parameters with higher precision.
【0072】(IV)ニュ−ラルネットワ−ク学習方式
上記の最適加減速パラメ−タ(y1〜ym)と動作条件
パラメ−タ(x1〜xs)を図35に示す階層型ニュ−
ラルネットワ−クを用いて関係付けることを考える。階
層型ニュ−ラルネットワ−クは入力層4,隠れ層5,出
力層6の3層構造となっており、学習ステップ8におい
て、各層間の関係付けを学習的に行い、再生ステップ9
において、学習ステップで得られた関係に基づき任意の
動作条件パラメ−タに対する最適加減速パラメ−タを求
める。入力層4から隠れ層5へ、と隠れ層5から出力層
6への計算は、前述の工程1〜3であらかじめ求まって
いる教師デ−タ10と出力11の偏差より数17に示す
重み係数修正アルゴリズムに基づき求められた重み係数
に対して数18に示す計算が行われる構成となっている
。(IV) Neural network learning method The above optimal acceleration/deceleration parameters (y1 to ym) and operating condition parameters (x1 to
Consider making connections using a physical network. The hierarchical neural network has a three-layer structure: an input layer 4, a hidden layer 5, and an output layer 6. In a learning step 8, relationships between each layer are learned, and in a reproduction step 9.
In this step, optimum acceleration/deceleration parameters for arbitrary operating condition parameters are determined based on the relationship obtained in the learning step. Calculations from the input layer 4 to the hidden layer 5 and from the hidden layer 5 to the output layer 6 are performed using the weighting coefficient shown in Equation 17 based on the deviation between the teacher data 10 and the output 11 determined in advance in steps 1 to 3 above. The configuration is such that the calculation shown in Equation 18 is performed on the weighting coefficient determined based on the modified algorithm.
【0073】[0073]
【数17】[Math. 17]
【0074】[0074]
【数18】[Math. 18]
【0075】ここで、関数fは数19で示されるシグモ
イド関数である。Here, the function f is a sigmoid function shown by equation 19.
【0076】[0076]
【数19】[Math. 19]
【0077】図36は上記アルゴリズムに基づく学習に
おいて重み係数の修正に伴う出力パラメ−タ誤差の収束
状況を示したものである。FIG. 36 shows the state of convergence of output parameter errors due to modification of weighting coefficients in learning based on the above algorithm.
【0078】これから、ニュ−ラルネットワ−クを用い
ることにより、簡素な手法で、多変数入出力パラメ−タ
間の関係付けを行うことができる。また、動作条件パラ
メ−タを複数の領域に分割し、各々につき上記の学習を
行うことにより、より高精度の近似を行うことができる
。From now on, by using a neural network, relationships between multivariable input and output parameters can be established using a simple method. Furthermore, by dividing the operating condition parameters into a plurality of regions and performing the above learning for each region, more accurate approximation can be achieved.
【0079】なお、上記(I)〜(IV)の方式ともに
、入出力間の関係付け誤差を伴うため、その誤差分の余
裕を考慮して、前述の工程3において最適加減速パラメ
−タを求めることにより、あらゆる動作条件において、
モ−タがトルク不足を起こさぬ最適加減速パラメ−タの
簡易設定が可能となる。[0079] Since both of the above methods (I) to (IV) involve errors in the relationship between input and output, the optimum acceleration/deceleration parameters are determined in the above-mentioned step 3, taking into consideration the margin for the error. By asking, under all operating conditions,
It is possible to easily set the optimum acceleration/deceleration parameters that will prevent the motor from running out of torque.
【0080】また、上述の過程を実行する前に、モ−タ
の基準動作を行い、その所要トルクを測定し、負荷慣性
モ−メントの同定ステップを設けることにより、より正
確な最適加減速パラメ−タの決定が可能となる。Furthermore, before executing the above-mentioned process, by performing a standard operation of the motor, measuring its required torque, and providing a step to identify the load inertia moment, more accurate optimal acceleration/deceleration parameters can be determined. - It becomes possible to determine the data.
【0081】[0081]
【実施例】本発明の第1の実施例を図1〜図9を用いて
説明する。本実施例は、単軸機構を対象に動作条件パラ
メ−タと最適加減速パラメ−タの関係について述べる。
図1は本発明の速度パタ−ンを示し、図2は、速度パタ
−ンの最適化手順を示し、図3は、単軸機構及びその制
御装置の外観を示し、図4は、動作時間の収束特性を示
し、図5は、加減速指数の収束特性を示し、図6は、最
高速度の収束特性を示し、図7は、比加減速距離の収束
特性を示し、図8は、従来知られている加減速曲線を用
いた場合との動作時間の比較を示し、図9は、与えられ
た動作条件パラメ−タに対する最適加減速パラメ−タを
求める流れ図を示している。Embodiment A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 9. This embodiment describes the relationship between operating condition parameters and optimal acceleration/deceleration parameters for a single-axis mechanism. Fig. 1 shows the speed pattern of the present invention, Fig. 2 shows the optimization procedure of the speed pattern, Fig. 3 shows the appearance of the single-axis mechanism and its control device, and Fig. 4 shows the operating time. 5 shows the convergence characteristics of the acceleration/deceleration index, FIG. 6 shows the convergence characteristics of the maximum speed, FIG. 7 shows the convergence characteristics of the specific acceleration/deceleration distance, and FIG. 8 shows the convergence characteristics of the acceleration/deceleration index. A comparison of the operating time with a known acceleration/deceleration curve is shown, and FIG. 9 shows a flowchart for determining the optimum acceleration/deceleration parameters for given operating condition parameters.
【0082】ここでは、扱う単軸機構として、図3に示
すように、慣性負荷体1をダイレクト・ドライブ・モ−
タ(D・Dモ−タ)2により回転駆動する機構を扱う。
モ−タ制御装置3は、外部から、位置指令もしくは速度
指令を与えることによりそれに沿う動作を実現するよう
な電気エネルギを生成し、モ−タに印加する機能を有す
る。本発明で述べるモ−タの速度パタ−ンとは、モ−タ
制御装置3に速度指令として与えるもしくはその積分量
を位置指令として与える元となるデ−タのことを示し、
慣性負荷体1の加減速制御を司る重要な技術である。こ
こでは、駆動系の減速比r=1である。本機構の運動方
程式,モ−タ特性(ハイブリッド型D・Dモ−タの例)
,及び加減速パタ−ン(図1参照)は数20,数21,
及び数22で示される。Here, as a single-axis mechanism to be treated, the inertial load body 1 is a direct drive motor, as shown in FIG.
This section deals with a mechanism that is rotationally driven by a motor (D/D motor) 2. The motor control device 3 has a function of generating and applying electrical energy to the motor to realize an operation according to the position command or speed command given from the outside. The motor speed pattern described in the present invention refers to the data that is given to the motor control device 3 as a speed command or the integral amount thereof is given as a position command.
This is an important technology that governs the acceleration/deceleration control of the inertial load body 1. Here, the reduction ratio r of the drive system is 1. Equation of motion of this mechanism, motor characteristics (example of hybrid D/D motor)
, and the acceleration/deceleration pattern (see Figure 1) are number 20, number 21,
and is shown by number 22.
【0083】[0083]
【数20】[Math. 20]
【0084】[0084]
【数21】[Math. 21]
【0085】[0085]
【数22】[Math. 22]
【0086】ここで、慣性体慣性モ−メントH(動作位
置θに依存せず一定値をとる),動作距離Δθが与えら
れて、加減速パラメ−タ(加速指数m1,減速指数m2
,最高速度θm,比加速距離α,比減速距離β)を最適
化する。ここで、(m1,m2,θm,α,β)=(x
1,x2,x3,x4,x5)とおき、数23で示す動
作時間(最小化評価関数)fを数24で示す制約条件式
の下で、最小化する。Here, the inertia moment of inertia H (takes a constant value regardless of the operating position θ) and the operating distance Δθ are given, and the acceleration/deceleration parameters (acceleration index m1, deceleration index m2
, maximum speed θm, specific acceleration distance α, specific deceleration distance β). Here, (m1, m2, θm, α, β) = (x
1, x2, x3, x4, x5), and the operation time (minimization evaluation function) f shown in Equation 23 is minimized under the constraint expression shown in Equation 24.
【0087】[0087]
【数23】[Math. 23]
【0088】[0088]
【数24】[Math. 24]
【0089】数24で示す制約条件式の第1式,第2式
は、加速部,減速部のモ−タトルク不足とモ−タトルク
余裕に対応する変数x6,x7の釣合いを示し、第3式
は、比等速距離x8と比加速距離x4,比減速距離x5
の釣合いを示し、第4式,第5式は、加速部,減速部で
トルク余裕最小となる位相x9,x10を求める等式制
約条件式を示している。各変数のとり得る範囲は次のと
おりである。The first and second equations of the constraint equations shown in Equation 24 represent the balance between variables x6 and x7 corresponding to motor torque shortage and motor torque margin in the acceleration section and deceleration section, and the third equation are specific constant velocity distance x8, specific acceleration distance x4, specific deceleration distance x5
Equations 4 and 5 represent equality constraint expressions for determining phases x9 and x10 that minimize the torque margin in the acceleration section and the deceleration section. The possible ranges of each variable are as follows.
【0090】
x1≧1,x2≧1.2,0<x3≦θm0,0<
x4<1,0<x5<1 x6≧0,x7≧0,0<
x8<1,0≦x9≦π/2,π/2≦x10≦πここ
で、動作距離Δθ,慣性体慣性モ−メントHが与えられ
た時、最適加減速パラメ−タを決定する手順を図2に示
した。図2に示した各手順の詳細を次に示す。(I)パ
ラメ−タ初期値の算出
加減速パラメ−タの仮の初期値x10〜x50を決め、
数24における第4及び第5の制約条件式をみたすx9
0,x100を求める。次に加速部・減速部のトルク余
裕x6,x7を零とするように数25で示すパラメ−タ
修正を行い、収束するまで繰り返し計算を行うことによ
り初期値を決定する。x1≧1, x2≧1.2, 0<x3≦θm0,0<
x4<1,0<x5<1 x6≧0,x7≧0,0<
x8<1, 0≦x9≦π/2, π/2≦x10≦π Here, when the operating distance Δθ and the moment of inertia of the inertial body H are given, the procedure for determining the optimal acceleration/deceleration parameters is as follows. It is shown in Figure 2. Details of each procedure shown in FIG. 2 are shown below. (I) Calculation of initial parameter values Determine provisional initial values x10 to x50 of acceleration/deceleration parameters,
x9 that satisfies the fourth and fifth constraint expressions in Equation 24
Find 0,x100. Next, the parameters shown in Equation 25 are modified so that the torque margins x6 and x7 of the accelerating section and the decelerating section are set to zero, and initial values are determined by repeating calculations until convergence.
【0091】[0091]
【数25】[Math. 25]
【0092】なお、変数x1〜x10が前述のとり得る
範囲を越えないようにパラメ−タ更新を行う。Note that the parameters are updated so that the variables x1 to x10 do not exceed the possible ranges mentioned above.
【0093】(II)評価関数最小化パラメ−タ更新数
26に基づきパラメ−タ更新を行う。(II) Parameters are updated based on the evaluation function minimization parameter update number 26.
【0094】[0094]
【数26】[Math. 26]
【0095】(III)モ−タトルク余裕最小化パラメ
−タ修正
手順(II)で得られた加減速パラメ−タは、数24で
示した制約条件式を満足していない。そこで、手順(I
)で述べたのと同じ手順でパラメ−タ修正を行う。(I
V)パラメ−タ収束
手順(II),(III)を繰り返し、得られる加減速
パラメ−タ変化量|Δxj|<εとなり(但し、ε:微
小量)、パラメ−タ収束するまで繰り返す。(III) Motor torque margin minimization parameter correction procedure The acceleration/deceleration parameters obtained in step (II) do not satisfy the constraint equation shown in Equation 24. Therefore, the procedure (I
) Modify the parameters using the same procedure as described above. (I
V) Parameter convergence procedures (II) and (III) are repeated until the resulting acceleration/deceleration parameter change amount |Δxj|<ε (where ε: minute amount) and the parameters are converged.
【0096】次に上記最適化手法を用いた計算例を示す
。動作条件パラメ−タとして、モ−タ特性(η=60.
63(Nm√s/rad),γ=10.88(rad/
s))負荷慣性モ−メントH=5(kgm2),動作距
離Δθ=2π(rad)を選んだ場合の動作時間の収束
特性を図4に示した。これから、前述の手順(I),手
順(IV)ともに3回程度の繰り返し回数で収束する。
また、加減速指数,最高速度,比加減速距離の収束特性
を各々図5,図6,及び図7に示した。更に初期パラメ
−タを変えた検討から最適加減速パラメ−タは次のよう
に与えられる。Next, an example of calculation using the above optimization method will be shown. Motor characteristics (η=60.
63 (Nm√s/rad), γ=10.88 (rad/
s)) Figure 4 shows the convergence characteristics of the operating time when the load inertia moment H = 5 (kgm2) and the operating distance Δθ = 2π (rad). From now on, both the above-mentioned procedure (I) and procedure (IV) converge after about three repetitions. Further, the convergence characteristics of acceleration/deceleration index, maximum speed, and specific acceleration/deceleration distance are shown in FIGS. 5, 6, and 7, respectively. Furthermore, from a study with different initial parameters, the optimum acceleration/deceleration parameters are given as follows.
【0097】(1)加減速指数:m1,m2の禁止境界
線の交点にあたるm1=1.0,m2=1.2が最良で
ある。(1) Acceleration/deceleration index: m1=1.0 and m2=1.2, which correspond to the intersection of the prohibited boundary lines of m1 and m2, are best.
【0098】(2)最高速度:トルク不足を起こさない
程度に大きくとる。(2) Maximum speed: Set high enough to avoid torque shortage.
【0099】(3)比加減速距離:(α,β)=(0.
5,0.5)近傍で、他のパラメ−タを決めることによ
り、一意に定まる。(3) Specific acceleration/deceleration distance: (α, β)=(0.
5,0.5) is uniquely determined by determining other parameters.
【0100】本手法により求めた速度パタ−ンが従来知
られている速度パタ−ンと比して動作時間を短縮できる
ことを図8,及び表1に示した。FIG. 8 and Table 1 show that the speed pattern obtained by this method can shorten the operating time compared to the conventionally known speed pattern.
【0101】[0101]
【表1】[Table 1]
【0102】これから、本発明の速度パタ−ンを用いる
ことにより、従来よく用いられてきたサイクロイド速度
パタ−ンを用い加減速パラメ−タを最適化した場合と比
して、17%の動作時間の短縮を図れる。[0102] From now on, by using the speed pattern of the present invention, the operating time is reduced by 17% compared to the case where acceleration and deceleration parameters are optimized using the cycloid speed pattern that has been commonly used in the past. can be shortened.
【0103】次に、本手法を用いた動作条件パラメ−タ
と最適加減速パラメ−タの関係付け方法について、図9
に示す流れ図を用いて説明する。関係付けの工程として
は、上記の手法をそのまま用いたものである。この方法
をとることにより、動作条件パラメ−タによらず常に正
確な最適加減速パラメ−タを求められる。しかし、駆動
装置の制御装置に搭載するには演算量が多く多大の時間
を要する、もしくは高速な演算プロセッサを必要とする
という問題がある。Next, a method of associating operating condition parameters and optimal acceleration/deceleration parameters using this method is shown in FIG.
This will be explained using the flowchart shown in . The above-mentioned method is used as is for the process of associating. By using this method, accurate optimum acceleration/deceleration parameters can always be determined regardless of operating condition parameters. However, there is a problem in that the amount of calculation is large and it takes a long time to install it in the control device of the drive device, or it requires a high-speed calculation processor.
【0104】次に第2の実施例について図10及び図1
1を用いて説明する。本実施例は、第1の実施例で述べ
た手法により得られた動作条件パラメ−タと最適加減速
パラメ−タの関係付けをテ−ブルデ−タ利用方式に基づ
いて行う方法である。本手法は第1の実施例で述べた計
算を逐次行うのではなく、デ−タテ−ブル化して利用す
ることにより、処理時間の著しい短縮を図ったものであ
る。本実施例では、単軸機構を例にとり説明する。Next, regarding the second embodiment, FIGS. 10 and 1
1 will be used for explanation. This embodiment is a method of establishing a relationship between the operating condition parameters obtained by the method described in the first embodiment and the optimum acceleration/deceleration parameters based on a table data utilization method. In this method, the calculations described in the first embodiment are not performed sequentially, but are used in the form of a data table, thereby significantly shortening the processing time. In this embodiment, a single-axis mechanism will be explained as an example.
【0105】図10は、テ−ブルデ−タ利用方式の流れ
図を示し、図11は、動作条件パラメ−タと最適加減速
パラメ−タを関係付けるテ−ブルを示している。FIG. 10 shows a flowchart of the table data utilization method, and FIG. 11 shows a table that relates operating condition parameters and optimum acceleration/deceleration parameters.
【0106】図10に示した流れ図の各工程について説
明する。Each step in the flowchart shown in FIG. 10 will be explained.
【0107】(工程1)テ−ブル化されている最も近接
する動作条件パラメ−タの探索
デ−ブル化されるデ−タ数は有限個であるため、与えら
れた動作条件パラメ−タ(Hq,Δθq)に対しては、
最も近接したデ−タ(Ht,Δθt)を選ぶ。(Step 1) Search for the closest operating condition parameter that is tabulated. Since the number of data to be tabulated is finite, the given operating condition parameter ( Hq, Δθq),
Select the closest data (Ht, Δθt).
【0108】最も近接した動作条件パラメ−タの探索に
当っては、数27で示す二乗誤差Δ2が最小となるもの
を選ぶ。When searching for the closest operating condition parameter, select the one that minimizes the squared error Δ2 shown in Equation 27.
【0109】[0109]
【数27】[Math. 27]
【0110】ここで、w1,w2は動作条件パラメ−タ
H,Δθのスケ−ル調整のための重み係数である。テ−
ブルは図11に示すように作られている。Here, w1 and w2 are weighting coefficients for adjusting the scale of the operating condition parameters H and Δθ. Tee
The bull is constructed as shown in FIG.
【0111】(工程2)最適加減速パラメ−タの抽出工
程1において、テ−ブル中の参照する縦軸と横軸が決ま
ったので、テ−ブルに書かれている最適加減速パラメ−
タデ−タを抽出する。(Step 2) In step 1 of extracting the optimal acceleration/deceleration parameters, the vertical and horizontal axes to be referred to in the table were determined, so the optimal acceleration/deceleration parameters written in the table were determined.
Extract data.
【0112】(工程3)速度パタ−ンデ−タの生成工程
2で得られた最適加減速パラメ−タに基づく時刻歴速度
デ−タもしくは位置デ−タを生成し、駆動装置へ速度指
令もしくは位置指令として送信する。(Step 3) Generation of speed pattern data Generate time history speed data or position data based on the optimal acceleration/deceleration parameters obtained in step 2, and issue speed commands to the drive device. Or send it as a position command.
【0113】以上、本実施例で述べた方法を用いること
により、テ−ブルデ−タを参照するだけの簡易な方法に
よる駆動装置の加減速制御が可能となる。As described above, by using the method described in this embodiment, it is possible to control the acceleration/deceleration of the drive device by a simple method of simply referring to table data.
【0114】但し、詳細なテ−ブルを用意しないと高い
精度は得られない。However, high accuracy cannot be obtained unless a detailed table is prepared.
【0115】次に、本発明の第3の実施例について、図
12及び図13を用いて説明する。本実施例は、第1の
実施例で述べた手法により得られた動作条件パラメ−タ
と加減速パラメ−タの関係付けをテ−ブルデ−タ補間方
式に基づいて行う方法である。本方法は、テ−ブルデ−
タ利用方式が詳細なテ−ブルを必要とするのに対して、
より粗いテ−ブルを用いることにより同等以上の精度を
実現するために考案したものである。本実施例では、単
軸機構を対象に述べる。Next, a third embodiment of the present invention will be explained using FIGS. 12 and 13. This embodiment is a method of establishing a relationship between the operating condition parameters obtained by the method described in the first embodiment and acceleration/deceleration parameters based on a table data interpolation method. This method uses a table data
While data usage methods require detailed tables,
This was devised to achieve equivalent or higher accuracy by using a rougher table. In this embodiment, a single-axis mechanism will be described.
【0116】図12は、テ−ブルデ−タ補間方式の流れ
図を示し、図13は、動作条件パラメ−タと最適加減速
パラメ−タ及び最適加減速パラメ−タの動作条件パラメ
−タ微分値を関係付けるテ−ブルを示す。FIG. 12 shows a flowchart of the table data interpolation method, and FIG. 13 shows operating condition parameters, optimum acceleration/deceleration parameters, and operating condition parameter differential values of the optimum acceleration/deceleration parameters. This shows a table that relates the following.
【0117】図12で示した流れ図の各工程について説
明する。Each step in the flowchart shown in FIG. 12 will be explained.
【0118】(工程1)テ−ブル化されている最も近接
する動作条件パラメ−タの探索
第2の実施例と同じ方法を用いる。テ−ブルは、図13
に示すように作られている。(Step 1) Search for the closest operating condition parameter in the table The same method as in the second embodiment is used. The table is shown in Figure 13.
It is made as shown.
【0119】(工程2)近接する最適加減速パラメ−タ
,同微分値の抽出
工程1において、テ−ブル中の参照する縦軸と横軸が決
まったので、テ−ブルに書かれている近接する最適加減
速パラメ−タ及び最適加減速パラメ−タの動作条件パラ
メ−タ微分値デ−タを抽出する。(Step 2) In step 1 of extracting adjacent optimal acceleration/deceleration parameters and their differential values, the vertical and horizontal axes to be referred to in the table were determined, so the values written in the table Adjacent optimal acceleration/deceleration parameters and operating condition parameter differential value data of the optimal acceleration/deceleration parameters are extracted.
【0120】(工程3)最適加減速パラメ−タ補間値の
算出
与えられた動作条件に対する最適加減速パラメ−タを求
めるために、工程2で得られた近接する動作条件におけ
る最適加減速パラメ−タy,最適加減速パラメ−タの動
作条件パラメ−タ微分値dy/dx及び、動作条件パラ
メ−タ誤差Δxを用いて数28から求める。(Step 3) Calculation of interpolated values of optimal acceleration/deceleration parameters In order to find the optimal acceleration/deceleration parameters for a given operating condition, calculate the optimal acceleration/deceleration parameters for the adjacent operating conditions obtained in step 2. y, the operating condition parameter differential value dy/dx of the optimum acceleration/deceleration parameter, and the operating condition parameter error Δx.
【0121】[0121]
【数28】[Math. 28]
【0122】(工程4)速度パタ−ンデ−タの生成工程
3で得られた最適加減速パラメ−タに基づく時刻歴速度
デ−タもしくは位置デ−タを生成し、駆動装置へ速度指
令もしくは位置指令として送信する。(Step 4) Generation of speed pattern data Generate time history speed data or position data based on the optimal acceleration/deceleration parameters obtained in step 3, and issue speed commands to the drive device. Or send it as a position command.
【0123】以上、本実施例で述べた方法を用いること
により、テ−ブルデ−タの参照及び加算,減算,及び乗
算を行うことにより、簡易な手法による駆動装置の加減
速制御が可能となる。第2の実施例で述べたテ−ブルデ
−タ利用方式と比べると、より粗いテ−ブルを用意する
ことにより、同等以上の精度が得られる利点がある。As described above, by using the method described in this embodiment, by referring to the table data and performing addition, subtraction, and multiplication, it becomes possible to control the acceleration/deceleration of the drive device using a simple method. . Compared to the table data utilization method described in the second embodiment, there is an advantage that the same or higher accuracy can be obtained by preparing a coarser table.
【0124】次に、本発明の第4の実施例について、図
14及び図15を用いて説明する。本実施例は、第1の
実施例で述べた手法により得られた動作条件パラメ−タ
と加減速パラメ−タの関係付けを最小二乗多項式近似方
式に基づいて行う方式である。本実施例では、単軸機構
を対象に述べる。図14は、最小二乗近似多項式の導出
手順を示し、図15は最小二乗多項式近似方式の流れ図
を示している。Next, a fourth embodiment of the present invention will be explained using FIGS. 14 and 15. This embodiment is a method in which the operating condition parameters obtained by the method described in the first embodiment are correlated with acceleration/deceleration parameters based on a least squares polynomial approximation method. In this embodiment, a single-axis mechanism will be described. FIG. 14 shows a procedure for deriving a least squares approximation polynomial, and FIG. 15 shows a flowchart of the least squares polynomial approximation method.
【0125】図14で示した流れ図の各手順について説
明する。Each procedure in the flowchart shown in FIG. 14 will be explained.
【0126】(手順1)多項式の決定
動作条件パラメ−タに対する最適加減速パラメ−タの関
係付けを数29に示すような多項式を用いて行い、何次
の項までとるかを決める。(Procedure 1) Determining a polynomial The optimum acceleration/deceleration parameters are related to the operating condition parameters using a polynomial as shown in Equation 29, and the order of terms to be determined is determined.
【0127】[0127]
【数29】[Math. 29]
【0128】(手順2)多項式係数の決定多項式係数を
数30に示す最小二乗誤差を最小とするように決める。(Step 2) Determination of polynomial coefficients Polynomial coefficients are determined so as to minimize the least squares error shown in Equation 30.
【0129】[0129]
【数30】[Math. 30]
【0130】本手法を用いた駆動装置の速度パタ−ン生
成の流れ図を図15に示した。FIG. 15 shows a flowchart for generating a speed pattern of a drive device using this method.
【0131】その各工程を説明する。[0131] Each step will be explained.
【0132】(工程1)近似多項式に基づく最適加減速
パラメ−タの計算
与えられた動作条件パラメ−タに対して、あらかじめ演
算・記憶されている多項式係数を有する数29を用いて
最適加減速パラメ−タを計算する。(Step 1) Calculation of optimal acceleration/deceleration parameters based on approximate polynomials Calculate optimal acceleration/deceleration parameters for the given operating condition parameters using equation 29 with polynomial coefficients calculated and stored in advance. Calculate parameters.
【0133】(工程2)速度パタ−ンデ−タの生成工程
1で得られた最適加減速パラメ−タに基づく時刻歴速度
デ−タもしくは位置デ−タを生成し、駆動装置へ速度指
令もしくは位置指令として送信する。(Step 2) Generation of speed pattern data Generate time history speed data or position data based on the optimal acceleration/deceleration parameters obtained in step 1, and issue speed commands to the drive device. Or send it as a position command.
【0134】以上、本実施例で述べた方法を用いること
により、数29に示す多項式演算のみの簡易な方法によ
る駆動装置の加減速制御が可能となる。As described above, by using the method described in this embodiment, it is possible to control the acceleration/deceleration of the drive device using a simple method using only the polynomial calculation shown in Equation 29.
【0135】本手法は、テ−ブルデ−タ利用方式,テ−
ブルデ−タ補間方式と比して高精度の加減速パラメ−タ
算出を可能とする。しかるに、数29で示した多項式の
項数選択にやや試行錯誤を要することと、,数30で示
した多項式係数算出式の誘導が項数が多くなるとやや複
雑になるという問題がある。[0135] This method uses table data usage method,
This enables calculation of acceleration/deceleration parameters with higher precision than the bull data interpolation method. However, there are problems in that selecting the number of terms in the polynomial shown in Equation 29 requires some trial and error, and deriving the polynomial coefficient calculation formula shown in Equation 30 becomes somewhat complicated as the number of terms increases.
【0136】次に本発明の第5の実施例について、図1
6〜図18を用いて説明する。Next, regarding the fifth embodiment of the present invention, FIG.
This will be explained using FIGS. 6 to 18.
【0137】本実施例は、第1の実施例で述べた手法に
より得られた動作条件パラメ−タと加減速パラメ−タの
関係付けをニュ−ラルネットワ−ク学習方式に基づいて
行う方法である。本実施例は、第4の実施例で述べた最
小二乗多項式近似方式と比して式の誘導を伴わない簡易
な学習的手法を用いるものである。本実施例は単軸機構
を対象とする。[0137] This embodiment is a method of establishing a relationship between the operating condition parameters obtained by the method described in the first embodiment and acceleration/deceleration parameters based on a neural network learning method. . This embodiment uses a simple learning method that does not involve deriving equations, compared to the least squares polynomial approximation method described in the fourth embodiment. This embodiment targets a single-axis mechanism.
【0138】図16は、ニュ−ラルネットワ−クの構造
を示し、図17は、ニュ−ラルネットワ−ク学習方式の
流れ図を示し、図18は、学習時の加減速パラメ−タ誤
差の収束状況を示している。FIG. 16 shows the structure of the neural network, FIG. 17 shows a flowchart of the neural network learning method, and FIG. 18 shows the convergence status of acceleration/deceleration parameter errors during learning. It shows.
【0139】学習段階においては、図16に示すニュ−
ラルネットワ−クの入力層と出力層に、第1の実施例で
述べた手法により得られたペアデ−タを教師デ−タとし
て与え、各層間の重み係数を決定する。ここで、加減速
パラメ−タのうちで、加速指数と減速指数は、それぞれ
1.0,1.2が最適であることがわかっているため、
その他の3ケの加減速パラメ−タについて出力パラメ−
タとして扱う。層間の重み係数を決定した後は、図17
に示す流れ図に従い速度パタ−ン生成を行う。各工程の
説明を次に行う。[0139] In the learning stage, the menu shown in Fig.
The paired data obtained by the method described in the first embodiment is given to the input layer and output layer of the network as teacher data, and the weighting coefficient between each layer is determined. Here, among the acceleration/deceleration parameters, it is known that the acceleration index and deceleration index are optimally 1.0 and 1.2, respectively.
Output parameters for the other three acceleration/deceleration parameters
treated as data. After determining the weighting coefficient between layers, Figure 17
The speed pattern is generated according to the flowchart shown in . Each process will be explained next.
【0140】(工程1)学習で得られた重み係数を用い
た最適加減速パラメ−タの計算
学習段階で得られた各層間の重み係数を用いて、数31
を用いて、与えられた動作条件パラメ−タに対する最適
加減速パラメ−タを決定する。(Step 1) Calculation of optimal acceleration/deceleration parameters using the weighting coefficients obtained during learning Using the weighting coefficients between each layer obtained during the learning stage, the equation 31 is calculated.
is used to determine the optimal acceleration/deceleration parameters for the given operating condition parameters.
【0141】[0141]
【数31】[Math. 31]
【0142】fはシグモイド関数である。[0142] f is a sigmoid function.
【0143】(工程2)速度パタ−ンデ−タの生成工程
1で得られた最適加減速パラメ−タに基づく時刻歴速度
デ−タもしくは位置デ−タを生成し、駆動装置へ速度指
令もしくは位置指令として送信する。(Step 2) Generation of speed pattern data Generate time history speed data or position data based on the optimal acceleration/deceleration parameters obtained in step 1, and issue speed commands to the drive device. Or send it as a position command.
【0144】次に、計算結果を示す。まず、第1の実施
例で用いた単軸機構に16ケの学習デ−タを与えて学習
を行った場合の加減速パラメ−タ誤差の収束状況を図1
8に示した。これから、各パラメ−タとも10000回
程度の学習回数で十分な収束がみられる。Next, the calculation results will be shown. First, Figure 1 shows the convergence status of acceleration/deceleration parameter errors when learning was performed by giving 16 pieces of learning data to the single-axis mechanism used in the first embodiment.
8. From this, sufficient convergence can be seen for each parameter after about 10,000 learning times.
【0145】次に、種々の動作条件について、図17の
流れ図に沿った加減速パタ−ンの決定を行った結果を表
2に示した。Next, Table 2 shows the results of determining acceleration/deceleration patterns in accordance with the flowchart of FIG. 17 under various operating conditions.
【0146】[0146]
【表2】[Table 2]
【0147】これから、ニュ−ラルネットワ−クを用い
て動作条件パラメ−タと最適加減速パラメ−タを関係付
ける場合、上記の結果では、最大10%程度の誤差がみ
られる。また、トルク余裕が負となる場合もみられ、こ
の関係付け誤差が利用に当ってネックとなる。これは、
学習点数の増加,ニュ−ラルネットワ−クの隠れ層の素
子数の増加,層数の増加等により改良が可能である。[0147] From now on, when the operating condition parameters and the optimum acceleration/deceleration parameters are related using a neural network, the above results show an error of about 10% at most. In addition, there are cases where the torque margin becomes negative, and this correlation error becomes a bottleneck when using the system. this is,
Improvements can be made by increasing the number of learning points, increasing the number of hidden layer elements in the neural network, increasing the number of layers, etc.
【0148】次に、本発明の第6の実施例を図19を用
いて説明する。本実施例は、第4の実施例で述べた最小
二乗多項式近似方式及び第5の実施例で述べたニュ−ラ
ルネットワ−ク学習方式の高精度化を図るものである。
図19は近似及び学習を行う複数の細分化された領域を
示している。Next, a sixth embodiment of the present invention will be explained using FIG. 19. This embodiment is intended to improve the accuracy of the least squares polynomial approximation method described in the fourth embodiment and the neural network learning method described in the fifth embodiment. FIG. 19 shows a plurality of subdivided regions for approximation and learning.
【0149】最小二乗多項式近似方式及びニュ−ラルネ
ットワ−ク学習方式を用いて、広い動作条件パラメ−タ
範囲において、高精度の最適加減速パラメ−タを得るた
めには、全体の動作条件パラメ−タ範囲を図19の領域
Aに示すように1ケに選ぶと十分な精度が得られない。
そこで、領域A1,A2,A3に示すように複数に分割
することにより、各領域毎の近似及び学習精度が上がり
、全体としての高精度化を図ることができる。[0149] In order to obtain highly accurate optimal acceleration/deceleration parameters in a wide range of operating condition parameters using the least squares polynomial approximation method and neural network learning method, it is necessary to If the data range is selected to one digit as shown in area A in FIG. 19, sufficient accuracy cannot be obtained. Therefore, by dividing the area into a plurality of areas as shown in areas A1, A2, and A3, the approximation and learning accuracy for each area can be improved, and the accuracy as a whole can be improved.
【0150】次に、本発明の第7の実施例を図20を用
いて説明する。本実施例は、第2,第3,第4,及び第
5の実施例で述べた動作条件パラメ−タと最適加減速パ
ラメ−タの関係付け誤差により駆動装置がトルク不足を
発生しないように改良したものである。図20は、動作
条件パラメ−タに対する最適加減速パラメ−タを求める
手順を示す図である。Next, a seventh embodiment of the present invention will be explained using FIG. 20. This embodiment is designed to prevent the drive device from generating torque shortage due to the error in the relationship between the operating condition parameters and the optimum acceleration/deceleration parameters described in the second, third, fourth, and fifth embodiments. This is an improved version. FIG. 20 is a diagram showing a procedure for determining optimal acceleration/deceleration parameters for operating condition parameters.
【0151】本実施例は、表2でみられたようなパラメ
−タ間の関係付け誤差により駆動装置がトルク不足を起
こすのを防ぐため、その余裕分を考慮した最適加減速パ
ラメ−タの決定を行う方式である。図7はその手順を示
しており、第1の実施例の図2に相当する手順を示して
いる。[0151] In this embodiment, in order to prevent the drive device from running out of torque due to relationship errors between parameters as seen in Table 2, the optimum acceleration/deceleration parameters are set taking into consideration the margin. It is a method of making decisions. FIG. 7 shows the procedure, and shows the procedure corresponding to FIG. 2 of the first embodiment.
【0152】次に、本発明の第8の実施例を図21を用
いて説明する。本実施例は、最適加減速パラメ−タ決定
に用いる動作条件パラメ−タのうち、特に負荷慣性モ−
メントHを正確に同定することにより、得られる最適加
減速パラメ−タの高精度化を図る方法である。図21は
、駆動装置のトルク検出手段を含む駆動装置の制御装置
の構成を示している。図21において、トルク検出手段
7は、電流検出用のシャント抵抗等により構成されてい
る。駆動装置に基準動作をさせた時の所要トルクをトル
ク検出手段7により検出し、その結果をもとに運動方程
式を用いることにより負荷慣性モ−メントを実動作条件
で求めることができる。Next, an eighth embodiment of the present invention will be explained using FIG. 21. This embodiment specifically focuses on the load inertia motor among the operating condition parameters used to determine the optimal acceleration/deceleration parameters.
This method aims to improve the accuracy of the optimum acceleration/deceleration parameters obtained by accurately identifying the element H. FIG. 21 shows the configuration of a control device for a drive device including a torque detection means for the drive device. In FIG. 21, the torque detection means 7 is comprised of a shunt resistor for current detection, etc. The torque detection means 7 detects the required torque when the drive device performs the reference operation, and the load inertia moment can be determined under actual operating conditions by using the equation of motion based on the result.
【0153】次に、本発明の駆動装置の加減速制御方法
の適用例について図22〜図25を用いて説明する。上
述の第1〜第8の実施例が単軸機構を対象として説明し
てきたが、ここでは、本方法が適用可能なロボット等多
軸機構の構造とロボットシステムについて述べるもので
ある。Next, an application example of the acceleration/deceleration control method for a drive device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 22 to 25. Although the above-mentioned first to eighth embodiments have been described with reference to a single-axis mechanism, here, the structure of a multi-axis mechanism such as a robot and a robot system to which the present method is applicable will be described.
【0154】図22は、水平多関節型ロボットの外観図
を示し、図23は、2軸機構のパラメ−タ間の関係を示
し、図24は、垂直多関節型ロボットの外観図を示し、
図25は、3軸機構のパラメ−タ間の関係を示す。FIG. 22 shows an external view of the horizontal articulated robot, FIG. 23 shows the relationship between the parameters of the two-axis mechanism, and FIG. 24 shows an external view of the vertical articulated robot.
FIG. 25 shows the relationship between the parameters of the three-axis mechanism.
【0155】水平多関節型ロボット(図22参照)は、
ベ−スに設置された第1の駆動装置12により回転駆動
される第1ア−ム13と、第1ア−ム先端に装着された
第2の駆動装置14により回転駆動される第2ア−ム1
5と、第3及び第4の駆動装置16,17により動力伝
達部材を介して上下方向及び回転方向に駆動される第2
ア−ム先端に設けられた手首軸18により構成されてい
る。手首軸18先端に設けられた工具19の水平面内の
位置決めは、第1及び第2の駆動装置により実現され、
垂直方向の位置決めは、第3の駆動装置により実現され
る。また、第4の駆動装置は手首軸の姿勢決めを行う。[0155] The horizontal articulated robot (see Fig. 22) is
A first arm 13 is rotationally driven by a first drive device 12 installed on the base, and a second arm is rotationally driven by a second drive device 14 attached to the tip of the first arm. -mu1
5, and a second drive unit driven in the vertical direction and rotational direction by the third and fourth drive devices 16 and 17 via the power transmission member.
It is composed of a wrist shaft 18 provided at the tip of the arm. Positioning of the tool 19 provided at the tip of the wrist shaft 18 in a horizontal plane is realized by first and second drive devices,
Vertical positioning is achieved by a third drive. Further, the fourth drive device determines the posture of the wrist axis.
【0156】組立作業等水平作業面内での高速動作の要
求される作業実現には、第1及び第2の駆動装置からな
る2軸機構の各軸加減速パタ−ン(合計10ケ)の最適
化が要求される(図23参照)。図23中の関係付けフ
ァンクション部をニュ−ラルネットワ−ク等で実現する
ことにより、動作時間を最短化できる。[0156] To realize work that requires high-speed movement on a horizontal work surface, such as assembly work, each axis of the two-axis mechanism consisting of the first and second drive devices has an acceleration/deceleration pattern (10 patterns in total). Optimization is required (see Figure 23). By implementing the correlation function section in FIG. 23 using a neural network or the like, the operating time can be minimized.
【0157】垂直多関節型ロボット(図24参照)は、
ベ−スに設置された旋回軸駆動装置20により回転駆動
される旋回台21と、旋回台21に旋回軸と直交する方
向に上腕ア−ム22を回転駆動する上腕軸駆動装置23
と、上腕ア−ム先端に設けられた前腕ア−ム24を回転
駆動する前腕軸駆動装置25と、第4,第5,及び第6
の駆動装置により回転・曲げ・ひねり方向に駆動される
前腕ア−ムの先端に設けられた手首部26から構成され
ている。垂直多関節型ロボットでは、手首部の3次元平
面内の2点間の移動は、旋回軸・上腕軸・前腕軸駆動装
置により実現され、手首部の姿勢決めは、第4,第5,
及び第6の駆動装置により行われる。従って、高速動作
の要求される作業実現には、3軸機構の各軸の加減速パ
ラメ−タ(15ケ)の最適化が要求される(図25参照
)。[0157] The vertical articulated robot (see Fig. 24) is
A swivel base 21 rotatably driven by a swivel shaft drive device 20 installed on the base, and an upper arm shaft drive device 23 that rotatably drives the upper arm arm 22 on the swivel base 21 in a direction orthogonal to the pivot axis.
, a forearm shaft drive device 25 that rotationally drives the forearm arm 24 provided at the tip of the upper arm arm, and a fourth, fifth, and sixth
The wrist part 26 is provided at the tip of a forearm arm that is driven in rotation, bending, and twisting directions by a driving device. In a vertically articulated robot, movement of the wrist between two points in a three-dimensional plane is realized by the rotation axis, upper arm axis, and forearm axis drive devices, and the posture of the wrist is determined by the fourth, fifth,
and a sixth driving device. Therefore, in order to realize work requiring high-speed operation, optimization of the acceleration/deceleration parameters (15) for each axis of the three-axis mechanism is required (see FIG. 25).
【0158】上述のロボット本体と関係付けファンクシ
ョン部付き制御装置からなるロボットシステムは高速動
作を実現できる。[0158] The robot system consisting of the above-mentioned robot main body and a control device with a related function section can realize high-speed operation.
【0159】[0159]
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので以下に記載されるような効果を奏する。[Effects of the Invention] Since the present invention is constructed as described above, it produces the effects as described below.
【0160】(1)加減速パラメ−タ数の多いフレキシ
ビリティの大きい加減速曲線である指数乗正弦波曲線を
用いて駆動装置の速度パタ−ンを生成するため、任意の
動作条件に対して最適な速度パタ−ンを得ることが可能
になる。(1) The speed pattern of the drive device is generated using an exponential sine wave curve, which is a highly flexible acceleration/deceleration curve with a large number of acceleration/deceleration parameters. It becomes possible to obtain an optimal speed pattern.
【0161】(2)移動体の動力学的特性と、駆動モ−
タの最大発生駆動力−速度特性を考慮して駆動力余裕が
最小となるように最適加減速パラメ−タを決定している
ため、駆動装置の性能をフルに使った加減速制御が可能
になる。(2) Dynamic characteristics of the moving body and drive motor
The optimum acceleration/deceleration parameters are determined to minimize the driving force margin by taking into consideration the maximum generated driving force vs. speed characteristics of the motor, making it possible to perform acceleration/deceleration control that fully utilizes the performance of the drive device. Become.
【0162】(3)動作条件パラメ−タ(動作距離,負
荷体慣性モ−メント等)と最適加減速パラメ−タ(加減
速指数,最高速度,比加減速距離)の関係付けを、(i
)テ−ブルデ−タ利用方式,(ii)テ−ブルデ−タ補
間方式,(iii)最小二乗多項式近似方式,(iv)
ニュ−ラルネットワ−ク学習方式,を用いて行っている
ため、与えられた動作条件に対して簡易に最適加減速パ
ラメ−タを抽出することができる。(4)動作条件パラ
メ−タの同定プロセスを設けているため、高精度の最適
加減速パラメ−タ算出が可能になる。(3) The relationship between operating condition parameters (operating distance, load body inertia moment, etc.) and optimal acceleration/deceleration parameters (acceleration/deceleration index, maximum speed, specific acceleration/deceleration distance) is expressed as (i
) table data usage method, (ii) table data interpolation method, (iii) least squares polynomial approximation method, (iv)
Since this is done using a neural network learning method, the optimum acceleration/deceleration parameters can be easily extracted for the given operating conditions. (4) Since the operating condition parameter identification process is provided, it is possible to calculate the optimum acceleration/deceleration parameters with high accuracy.
【図1】本発明の駆動装置の速度パタ−ンを示す図であ
る。FIG. 1 is a diagram showing a speed pattern of a drive device of the present invention.
【図2】速度パタ−ンの最適化手順図である。FIG. 2 is a speed pattern optimization procedure diagram.
【図3】単軸機構及びその制御装置の外観図である。FIG. 3 is an external view of a single-axis mechanism and its control device.
【図4】動作時間の収束特性である。FIG. 4 shows convergence characteristics of operating time.
【図5】加減速指数の収束特性である。FIG. 5 shows convergence characteristics of acceleration/deceleration index.
【図6】最高速度の収束特性である。FIG. 6 shows the convergence characteristics of the maximum speed.
【図7】比加減速距離の収束特性である。FIG. 7 is a convergence characteristic of specific acceleration/deceleration distance.
【図8】従来の加減速曲線との動作時間の比較である。FIG. 8 is a comparison of operating time with a conventional acceleration/deceleration curve.
【図9】最適加減速パラメ−タを求める流れ図である。FIG. 9 is a flowchart for determining optimal acceleration/deceleration parameters.
【図10】テ−ブルデ−タ利用方式の流れ図である。FIG. 10 is a flowchart of a table data usage method.
【図11】テ−ブルデ−タ利用方式のテ−ブルである。FIG. 11 is a table of a table data usage method.
【図12】テ−ブルデ−タ補間方式の流れ図である。FIG. 12 is a flowchart of a table data interpolation method.
【図13】テ−ブルデ−タ補間方式のテ−ブルである。FIG. 13 is a table of the table data interpolation method.
【図14】最小二乗近似多項式の導出手順である。FIG. 14 is a procedure for deriving a least squares approximation polynomial.
【図15】最小二乗多項式近似方式の流れ図である。FIG. 15 is a flowchart of a least squares polynomial approximation method.
【図16】ニュ−ラルネットワ−クの構造である。FIG. 16 shows the structure of a neural network.
【図17】ニュ−ラルネットワ−ク学習方式の流れ図で
ある。FIG. 17 is a flowchart of a neural network learning method.
【図18】学習時のパラメ−タ誤差の収束特性である。FIG. 18 shows convergence characteristics of parameter errors during learning.
【図19】動作条件パラメ−タの近似・学習領域図であ
る。FIG. 19 is an approximation/learning area diagram of operating condition parameters.
【図20】モ−タトルク余裕考慮最適加減速パラメ−タ
算出手順である。FIG. 20 is a procedure for calculating optimal acceleration/deceleration parameters in consideration of motor torque margin.
【図21】トルク検出手段を有する駆動装置の制御装置
である。FIG. 21 is a control device for a drive device having a torque detection means.
【図22】水平多関節型ロボットの外観図である。FIG. 22 is an external view of a horizontal articulated robot.
【図23】2軸機構のパラメ−タ間の関係である。FIG. 23 is a relationship between parameters of a two-axis mechanism.
【図24】垂直多関節型ロボットの外観図である。FIG. 24 is an external view of a vertically articulated robot.
【図25】3軸機構のパラメ−タ間の関係である。FIG. 25 shows the relationship between parameters of the three-axis mechanism.
【図26】高速移動体の動作である。FIG. 26 shows the operation of a high-speed moving body.
【図27】高速移動体の速度パタ−ンである。FIG. 27 is a speed pattern of a high-speed moving object.
【図28】指数乗正弦波曲線である。FIG. 28 is an exponential sine wave curve.
【図29】無次元パラメ−タの時間変化である。FIG. 29 shows temporal changes in dimensionless parameters.
【図30】無次元パラメ−タ最大値と指数の関係である
。FIG. 30 shows the relationship between the dimensionless parameter maximum value and the index.
【図31】最大加速度時間と指数の関係である。FIG. 31 shows the relationship between maximum acceleration time and index.
【図32】多軸機構の外観図である。FIG. 32 is an external view of the multi-axis mechanism.
【図33】モ−タの発生トルク−速度特性である。FIG. 33 shows the generated torque-speed characteristics of the motor.
【図34】最適駆動条件における所要トルクの時間変化
である。FIG. 34 shows the change in required torque over time under optimal driving conditions.
【図35】ニュ−ラルネットワ−クの構成である。FIG. 35 shows the configuration of a neural network.
【図36】パラメ−タ誤差の収束特性である。FIG. 36 shows convergence characteristics of parameter errors.
Claims (11)
動作時の駆動軸の速度パタ−ンθを指数乗正弦波曲線を
用いて数1のように選び、 【数1】 ■加速指数m1,■減速指数m2,■最高速度θm,■
比加速距離α(動作距離に対する加速距離の比),■比
減速距離β(動作距離に対する減速距離の比)を(可変
)加減速パラメ−タとして速度パタ−ン計画を行い、駆
動装置制御装置に速度指令として与えることを特徴とす
る駆動装置の加減速制御方法。Claim 1: In an acceleration/deceleration control method of a drive device, a speed pattern θ of a drive shaft during a moving operation is selected as shown in equation 1 using an exponential sine wave curve, [Equation 1] ■ Acceleration index m1 ,■Deceleration index m2,■Maximum speed θm,■
A speed pattern is planned using specific acceleration distance α (ratio of acceleration distance to operating distance) and ■ specific deceleration distance β (ratio of deceleration distance to operating distance) as (variable) acceleration/deceleration parameters, and the drive device control device A method for controlling acceleration/deceleration of a drive device, characterized in that the acceleration/deceleration control method is provided as a speed command to
において、加速指数をm1≧1,減速指数をm2>1と
なるように選んだことを特徴とする駆動装置の加減速制
御方法。2. The acceleration/deceleration control method for a drive device according to claim 1, wherein the acceleration index is selected such that m1≧1 and the deceleration index is selected such that m2>1. .
制御方法において、与えられた動作条件(■駆動装置の
発生駆動力と速度の関係,■駆動装置に連結された負荷
の慣性モ−メントもしくは質量,■駆動装置の動作距離
(及び初期位置),■モ−タ減速機の減速比)に対して
、加速区間,等速区間,及び減速区間における駆動装置
の駆動力余裕が最小となるように加減速パラメ−タを定
めたことを特徴とする駆動装置の加減速制御方法。3. The acceleration/deceleration control method for a drive device according to claim 1 or 2, wherein given operating conditions (i.e. the relationship between the generated driving force and the speed of the drive device; and - The driving force margin of the drive device in the acceleration section, constant velocity section, and deceleration section is the minimum with respect to the 1. A method for controlling acceleration/deceleration of a drive device, characterized in that acceleration/deceleration parameters are determined so as to satisfy the following.
制御方法において、請求項3記載の方法により得られた
複数個の動作条件パラメ−タに対する最適加減速パラメ
−タの関係をテ−ブル化し、与えられた動作条件に近接
するテ−ブルデ−タを用いて任意の動作条件に対する最
適加減速パラメ−タを求めることを特徴とする駆動装置
の加減速制御方法。4. The acceleration/deceleration control method for a drive device according to claim 1 or 2, wherein the relationship between the optimum acceleration/deceleration parameter with respect to the plurality of operating condition parameters obtained by the method according to claim 3 is tested. - A method for controlling acceleration/deceleration of a drive device, characterized in that the optimum acceleration/deceleration parameters for arbitrary operating conditions are obtained by converting table data close to a given operating condition into table data.
制御方法において、請求項3記載の方法によりえられた
動作条件パラメ−タに対する最適加減速パラメ−タ及び
最適加減速パラメ−タの動作条件パラメ−タ微分値の関
係をテ−ブル化し、与えられた動作条件に近接するテ−
ブルデ−タから補間式を用いて任意の動作条件に対する
最適加減速パラメ−タを求めることを特徴とする駆動装
置の加減速制御方法。5. The acceleration/deceleration control method for a drive device according to claim 1 or 2, wherein the optimum acceleration/deceleration parameter and the optimum acceleration/deceleration parameter for the operating condition parameters obtained by the method according to claim 3 are provided. The relationship between the operating condition parameter differential values of
1. An acceleration/deceleration control method for a drive device, characterized in that an optimum acceleration/deceleration parameter for a given operating condition is determined from bull data using an interpolation formula.
制御方法において、請求項3記載の方法により得られた
複数の(動作条件パラメ−タ,最適加減速パラメ−タ)
のデ−タをニュ−ラルネットワ−クの入出力層に教師デ
−タとして与え、学習させることにより、入力層・隠れ
層,隠れ層・出力層間の重み係数を決定し、その重み係
数を有するニュ−ラルネットワ−クに基づき、任意の動
作条件に対する最適加減速パラメ−タを求め、速度パタ
−ン生成を行うことを特徴とする駆動装置の加減速制御
方法。6. The acceleration/deceleration control method for a drive device according to claim 1 or 2, wherein a plurality of (operating condition parameters, optimal acceleration/deceleration parameters) obtained by the method according to claim 3 are provided.
By giving this data to the input/output layer of the neural network as training data and letting it learn, the weighting coefficients between the input layer/hidden layer and the hidden layer/output layer are determined, and the weighting coefficients with the weighting coefficients are determined. 1. An acceleration/deceleration control method for a drive device, characterized in that, based on a neural network, optimal acceleration/deceleration parameters for arbitrary operating conditions are determined and a speed pattern is generated.
制御方法において、請求項3記載の方法により得られた
複数の(動作条件パラメ−タ,最適加減速パラメ−タ)
のデ−タを近似多項式を用いて関係づけ、その係数を最
小二乗法により求めたことを特徴とする駆動装置の加減
速制御方法。7. The acceleration/deceleration control method for a drive device according to claim 1 or 2, wherein a plurality of (operating condition parameters, optimal acceleration/deceleration parameters) obtained by the method according to claim 3 are provided.
1. An acceleration/deceleration control method for a drive device, characterized in that the data of the above are related using an approximation polynomial, and the coefficients thereof are determined by the least squares method.
制御方法において、動作条件を複数の領域に分割し、関
係付けを行ったことを特徴とする駆動装置の加減速制御
方法。8. The acceleration/deceleration control method for a drive device according to claim 6 or 7, wherein the operating condition is divided into a plurality of regions and associated with each other.
において、第3項記載の最適加減速パラメ−タ決定に当
り、テ−ブルデ−タ補間誤差もしくは最小二乗多項式近
似誤差もしくはニュ−ラルネットワ−ク学習誤差相当の
駆動装置駆動力余裕を持つように定めることを特徴とす
る駆動装置の加減速制御方法。9. In the acceleration/deceleration control method for a drive device according to claim 1, in determining the optimum acceleration/deceleration parameter according to claim 3, table data interpolation error, least squares polynomial approximation error, or 1. An acceleration/deceleration control method for a drive device, characterized in that the drive device is determined to have a drive force margin equivalent to a learning error of the drive device.
装置の加減速制御方法において、駆動装置の負荷慣性モ
−メント同定工程を有することを特徴とする駆動装置の
加減速制御方法。10. The acceleration/deceleration control method for a drive device according to claim 1, further comprising the step of identifying a load inertia moment of the drive device.
により発生する動力を利用して移動させ、位置決め動作
を行うロボットシステムにおいて、前記駆動装置の制御
装置に請求項1ないし10記載の加減速制御方法を用い
て生成される速度パタ−ンもしくはその積分量である位
置パタ−ンを速度指令もしくは位置指令として与え、駆
動することを特徴とするロボットシステム。11. A robot system in which a movable body having a working part at its tip is moved using power generated by a drive device to perform a positioning operation, wherein the control device of the drive device is provided with the addition according to any one of claims 1 to 10. A robot system characterized in that it is driven by giving a speed pattern generated using a deceleration control method or a position pattern that is an integral amount thereof as a speed command or a position command.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9514991A JPH04324507A (en) | 1991-04-25 | 1991-04-25 | Acceleration/deceleration control method of drive device and robot system |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH04324507A true JPH04324507A (en) | 1992-11-13 |
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