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JPH06250723A - ロボットの振動低減装置 - Google Patents

ロボットの振動低減装置

Info

Publication number
JPH06250723A
JPH06250723A JP3695293A JP3695293A JPH06250723A JP H06250723 A JPH06250723 A JP H06250723A JP 3695293 A JP3695293 A JP 3695293A JP 3695293 A JP3695293 A JP 3695293A JP H06250723 A JPH06250723 A JP H06250723A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
speed
acceleration
robot
pattern
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3695293A
Other languages
English (en)
Inventor
Matsuo Nose
松男 野瀬
Tamotsu Abe
保 阿部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Komatsu Ltd filed Critical Komatsu Ltd
Priority to JP3695293A priority Critical patent/JPH06250723A/ja
Priority to PCT/JP1994/000267 priority patent/WO1994019732A1/ja
Publication of JPH06250723A publication Critical patent/JPH06250723A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/416—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control of velocity, acceleration or deceleration
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/34—Director, elements to supervisory
    • G05B2219/34048—Fourier transformation, analysis, fft
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/43—Speed, acceleration, deceleration control ADC
    • G05B2219/43178—Filter resonance frequency from acceleration pattern, derive new speed pattern

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Numerical Control (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】ロボットの振動を低減させる。 【構成】加速度パターンをフーリエ変換してパワースペ
クトラム分布が求められ、この分布から共振周波数ｆn
の成分が除去されたパワースペクトラム分布が求めら
れ、加速度パターンが求め直され、この加速度パターン
を積分することで速度パターンが求められる。そして教
示速度に対応する加減速時間が求められ、この読み出さ
れた加減速時間に対応する速度パターンにしたがいロボ
ットの各軸が制御される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボットに関
し、特にロボットの動作開始時または停止時においてア
ームで発生する振動を低減することができる装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】産業用ロボット等を含む産業機械の分野
においては、機械動作中の振動を低減するための種々の
制御技術が開発され、それらが振動する機械に適用され
ている。それら振動低減制御の中で、比較的容易に実現
できしかも大きな効果を発揮する方法のひとつとして、
いわゆる加減速処理による振動低減方法がある。
【０００３】この加減速処理振動低減方法のうちでも、
機械系の共振を抑えることを目的とした方法のひとつと
して、指令値より機械系の共振周波数近傍の周波数成分
を除去する方法がある。この方法の従来技術としては、
特開昭６２−１２５４１１号公報に開示されてものがあ
り、同公報に示されるように、磁気ディスクのアクチュ
エータを任意のアクセス距離だけ離れた位置へ高速かつ
円滑に移動させ停止させることを目的として、アクチュ
エータに与えられる指令値としての台形波駆動電流にお
ける上底と下底の比率を変化させることにより共振周波
数近傍の駆動成分を除去するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の技術
では、電流指令値に対して機械系の共振周波数近傍の周
波数成分を除去する方法を用いており、磁気ディスク等
においては所期の効果を達成することができるものの、
産業用ロボットにあっては通常、位置あるいは速度の指
令が用いられるので、この従来技術をそのまま適用する
ことはできない。しかも、ロボットの場合は、その動作
位置、つまりロボットがとり得る姿勢によって共振周波
数が変化するので、オンラインで処理を行おうとする
と、共振周波数を演算によって求めた上で、この求めた
共振周波数近傍の駆動成分を除去するために台形波の上
底と下底の比率を変更する演算処理を行うことになるの
で、オンラインで処理する演算量が増加してしまいリア
ルタイムに処理を行うことができないという問題も招来
する。
【０００５】本発明はこうした実状に鑑みてなされたも
のであり、ロボットの振動の低減に適用でき、しかも演
算量の増大を招くことなく、リアルタイムに処理を行う
ことができる振動低減装置を提供することをその目的と
している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで、この発明では、
ロボットのツール先端の移動速度またはロボット各軸の
駆動速度を教示し、この教示された速度に達するまでの
加速時間または減速時間を演算し、この演算された加速
時間または減速時間内に前記教示速度に達するまでの速
度の時間変化を示す速度パターンを求め、この求められ
た速度パターンにしたがい前記ツール先端の移動速度ま
たはロボット各軸の駆動速度が前記教示速度に達するま
で前記ロボット各軸を駆動制御するようにしたロボット
において、前記教示速度に達するまでの加速度の時間変
化を示す加速度パターンを用意し、この加速度パターン
に示される加速度をフーリエ変換してパワースペクトラ
ム分布を求め、このパワースペクトラム分布からロボッ
トに振動を励起させる周波数に対応する部分を除去し、
この除去された残りのパワースペクトラム分布を逆フー
リエ変換し加速度パターンを求め直し、この求め直され
た加速度パターンに示される加速度を積分することによ
り前記速度パターンを演算するようにしている。
【０００７】
【作用】すなわち、本発明では、ロボットのツール先端
またはロボット各軸が動く際の加速度が、ロボットのア
ームに作用する駆動力にほぼ相当することに着目してお
り、加速度を周波数分析すればアームに振動を励起して
いる共振周波数がわかる。そこで、教示した速度に達す
るまでの加速度の時間変化を示す加速度パターンが用意
され、この加速度パターンに示される加速度をフーリエ
変換してパワースペクトラム分布が求められ、このパワ
ースペクトラム分布からロボットに振動を励起させる周
波数に対応する部分が除去され、この除去された残りの
パワースペクトラム分布が逆フーリエ変換され加速度パ
ターンが求め直され、この求め直された加速度パターン
に示される加速度を積分することにより速度パターンが
演算される。而してこの演算された速度パターンにした
がいツール先端の移動速度またはロボット各軸の駆動速
度が教示速度に達するまでロボット各軸が駆動制御され
る。
【０００８】
【実施例】以下、図面を参照して本発明に係るロボット
の振動低減装置について説明する。
【０００９】図１はロボットの振動を低減する制御を行
う実施例装置の制御ブロック図を示している。
【００１０】この装置は同図に示すようにロボットの軌
跡の制御としてＰＴＰ制御またはＣＰ制御に対応できる
ものであり、ロボットの各軸の角速度を示す教示速度ま
たはロボットのツール先端の移動速度を示す教示速度が
ＰＴＰ制御用の加減速時間選択処理部１ａまたはＣＰ制
御用の加減速時間選択処理部１ｂに与えられる。する
と、これら選択処理部１ａまたは１ｂでは、ＰＴＰ制御
用の加減速時間選択テーブル２ａまたはＣＰ制御用の加
減速時間選択テーブル２ｂの内容を参照して与えられた
教示速度に達するまでの最適な加減速時間が選択され
る。ここで各テーブル２ａ、２ｂには、後述するよう
に、教示速度に対応する加減速時間が予め記憶されてお
かれる。たとえばＰＴＰ制御の場合、テーブル２ａから
教示速度ωTに対応する加減速時間ｔp3が選択される。
【００１１】こうして加減速時間が選択されると、スケ
ール変換演算部３ａ、３ｂでは、ＰＴＰ制御とＣＰ制御
とで共用している正規化速度パターンメモリ４の記憶内
容より、後述するように、機械系の共振周波数成分が除
去された正規化速度パターンが読み出される。ここでメ
モリ４には、後述するように加減速時間に対応する正規
化速度パターンが予め記憶されておかれるものとする。
さらにスケール演算部３ａ、３ｂでは、読み出された正
規化速度パターンを用いて、上記教示速度が指令速度に
変換される。たとえばＰＴＰ制御の場合、スケール演算
部３ａにおいてロボットの各軸ｉの指令速度ω（ｉ）に
変換され出力される。そしてこの変換された指令速度ω
（ｉ）は積分器５において積分され各軸ｉの指令位置θ
（ｉ）が求められ、サーボ演算部８に出力される。
【００１２】一方、ＣＰ制御の場合には、スケール演算
部３ｂにおいてロボットのツール先端の移動速度が演算
され、目標軌道演算部６においてツール先端の目標軌道
が演算される。そしてこの目標軌道に基づいて逆変換演
算部７においてロボットの各軸の指令位置が求められ、
これらサーボ演算部８に出力される。
【００１３】サーボ演算部８は、入力された各軸指令位
置に基づいてロボット各軸を、上記教示速度に達するま
で上記読み出された加速度パターンにしたがい駆動制御
する。
【００１４】さて、ここで、実施例の理解のために、本
出願人が既に採用している加減速処理について図６の制
御ブロック図を参照して説明する。
【００１５】いま、ＰＴＰ制御が行われ、加速処理が行
われるものとする。
【００１６】教示速度が加減速時間演算部１１に与えら
れると、演算部１１では教示速度に到達するまでの加速
時間が演算され、この演算された加速時間がスケール変
換部１２に出力される。変換部１２では、正規化速度パ
ターンメモリ１３から正規化速度パターンが読み出さ
れ、この読み出された正規化速度パターンと上記演算さ
れた加速時間とに基づいて指令速度が変換され求めら
れ、積分部１４に出力される。
【００１７】ここで正規化速度パターンメモリ１３に記
憶される正規化速度パターンは図３（ｃ）に示されてい
るように、ロボットの各軸が最高速度で加速した場合の
加速時間ｔmaxまでの速度の時間変化であり、速度のみ
が正規化されたものである。
【００１８】よって、加減速時間演算部１１で演算され
た加速時間に対して比例的に図３（ｃ）の時間軸を圧縮
するとともに、正規化された速度データに教示速度を乗
算することで指令速度が得られることになる。なお、減
速処理の場合は、図３（ｃ）を時間軸に関して対称とし
たパターンを用いて上記加速処理と同様の処理を行うこ
とで指令速度が得られることになる。
【００１９】こうして得られた指令速度が積分器１４に
おいて積分され各軸の指令位置が求められる。そして、
この指令位置がサーボ演算部１５に出力され、ロボット
アームが追従するようにサーボ演算部１５で制御演算が
行われ、演算された操作量が、アンプ１６に出力され、
モータ１７が駆動され、減速機１８を介してアーム１９
が駆動される。なお、モータ１７の回転位置は検出器２
０にて検出され、サーボ演算部１５にフィードバックさ
れる。
【００２０】かかる加減速処理は、正規化速度パターン
における速度変化を滑らかにすることによって、ロボッ
トの始動、停止時の機械系の振動発生を抑えようとする
ものである。
【００２１】すなわち、たとえば図２（ａ）のような台
形の加速度変化を示す加速度パターンに基づき、加速度
ピークが抑えられかつ滑らかな速度変化の速度パターン
を求め、この速度パターンにしたがい制御を行うことで
振動発生を抑えようするものである。
【００２２】しかし、実際には、こうした方法で有効に
振動を低減することができない。
【００２３】すなわち、指令加速度はアームに作用する
駆動力に相当すると考えられ、図２（ａ）の加速度パタ
ーンにおける加速度をフーリエ変換してパワースペクト
ラム分布を求めてみると、その分布には同図（ｂ）のよ
うに機械系の共振周波数ｆnの成分が多く含まれている
ことがわかる。そしてこの成分が起振力となって、ロボ
ットの始動・停止時にアームが振動を起こすものと考え
られる。
【００２４】そこで、この実施例では、上記台形の加速
度パターンから直接速度パターンを求めるのではなく、
以下のように加速度パターンの周波数分析を行うこと
で、正規化速度パターンを求めるようにしている。
【００２５】すなわち、実施例装置では、所定の加速度
パターン、たとえば図２（ａ）のような台形波形の加速
度パターンが用意され、この加速度パターンの加速度が
フーリエ変換されてパワースペクトラム分布（図２
（ｂ））が求められ、このパワースペクトラム分布から
機械系共振周波数ｆnの近傍の周波数成分を除去する処
理が行われる。この結果、図３（ａ）に示されるような
機械系共振周波数ｆnの近傍の周波数成分のないパワー
スペクトラム分布が得られる。ここで除去する部分とし
ては、ロボットはその動作位置、つまりとり得る姿勢に
よって共振周波数が変動し、除去すべき周波数の幅が変
動するので、その変動する幅ａについての成分が除去さ
れることが望ましい。
【００２６】而して、図３（ａ）のパワースペクトラム
分布が逆フーリエ変換されて、同図（ｂ）に示すような
加速度パターンが作り直される。そしてこの加速度パタ
ーンにおける加速度が積分されて図３（ｃ）に示すよう
な正規化された速度パターンが作成される。
【００２７】実施例では、このように共振周波数成分の
ない正規化速度パターンを用いて加減速処理を行うよう
にしたので、既採用の上記加減速処理に較べてロボット
の始動・停止時におけるアームの振動が大幅に低減され
ている。
【００２８】さらに、上述したごとく、共振周波数成分
を除去する際、ロボットのとり得る姿勢に相当する分が
予め除去されるので、ロボットの姿勢が変化するごとに
オンラインで共振周波数を求める必要もないので、前述
したような演算量の増加という問題も解消される。
【００２９】さらに、加速度パターンに含まれる周波数
成分の分布は、加減速時間の影響を大きく受けることが
わかっている。よって、後述するように、加減速時間の
大きさに応じて複数の正規化速度パターンを予め求めて
記憶しておき、あとは、演算された加減速時間に対応す
る正規化速度パターンを複数の中から読み出すだけにし
ておけば、任意の教示速度に対して即座に処理が行われ
ことになる。
【００３０】以上のことを前提として再び図１の実施例
装置について図４、図５を併せ参照しつつ、より詳しく
説明する。
【００３１】さて、上述したように共振周波数成分が除
去された正規化速度パターンは、図５に示すごとく、複
数の加減速時間ｔ1〜ｔNに各対応したパターンＰ1、Ｐ
2、Ｐ3…ＰNとして正規化速度パターンメモリ４に記憶
されている。
【００３２】一方、加減速時間選択テーブル２ａおよび
２ｂの記憶内容は、図４の（ａ）および（ｂ）にそれぞ
れ示されており、教示速度に各対応する加減速時間とし
て記憶されている。ＰＴＰ制御の場合には、ロボット各
軸の角速度を示す教示速度ω1、ω2…ωmaxに各対応す
る加減速時間ｔp1、ｔp2…ｔp5がテーブル２ａに記憶さ
れており、またＣＰ制御の場合には、ロボットのツール
先端の移動速度を示す教示速度ｖ1、ｖ2…ｖNに各対応
する加減速時間ｔc1、ｔc2…ｔcNがテーブル２ｂに記憶
されている。ここで、ωmax、ｖmaxはそれぞれ最高速度
を示しており、加減速時間ｔp1〜ｔp5、ｔc1〜ｔc5は、
図５に示す加減速時間ｔ1〜ｔNのいずれかに相当するも
のである。なお、加減速時間ｔ1、ｔ2…の分割の仕方は
任意であり、メモリ容量に応じて分割数等を任意に設定
することができる。
【００３３】以下、ＰＴＰ制御の加速処理を想定して説
明する。
【００３４】まず、加減速時間選択処理部１ａに教示速
度ωTが与えられると、加減速時間選択テーブル２ａが
参照され、図４（ａ）に示すように、与えられた教示速
度ωTに対応する加速時間ｔp3が選択される。つぎにス
ケール変換部３ａでは、正規化速度パターンメモリ４の
記憶内容から加速時間ｔp3に対応する速度パターンＰ３
が読み出され、この速度パターンの正規化された縦軸の
速度に教示速度ωTが乗算されて指令速度ω（ｉ）が求
められる。指令速度ω（ｉ）は積分器５にて積分され指
令位置θ（ｉ）が求められる。そして指令位置θ（ｉ）
に対してアームが追従するようにサーボ演算部８にて各
軸が駆動制御されて、振動が発生することなくロボット
が動作する。
【００３５】なお、減速の場合には、図５に示す正規化
速度パターンを時間軸に対して対称としたパターンを用
いることにより、上述した加速処理と同様にして制御が
なされることになる。
【００３６】また、ＣＰ制御の場合も上述したＰＴＰ制
御の場合と同様に行われる。
【００３７】すなわち、教示速度に対応する加減速時間
が図４（ｂ）に基づき読み出され、この読み出された時
間に対応する正規化速度パターンが図５から読み出さ
れ、この読み出された正規化速度パターンにしたがいロ
ボットの各軸が制御される。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、機
械系の共振周波数成分が取り除かれた加速度パターンに
基づき速度パターンが求められ、この速度パターンにし
たがった加減速処理が行なわれるので、ロボットの加速
および減速時に起こる振動発生が有効に抑えられるとと
もに、演算が短時間で行われてリアルタイムに制御を行
うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係るロボットの振動低減装置の
実施例の構成を示す制御ブロック図である。
【図２】図２は実施例の加減速処理を説明するために用
いたグラフである。
【図３】図３は実施例の加減速処理を説明するために用
いたグラフである。
【図４】図４は図１に示す加減速時間選択テーブルの記
憶内容を示すグラフである。
【図５】図５は図１に示す正規化速度パターンメモリの
記憶内容を示すグラフである。
【図６】図６は実施例を理解するために用いた従来装置
の構成を示す制御ブロック図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ 加減速時間選択処理部 ２ａ、２ｂ 加減速時間選択テーブル ３ａ、３ｂ スケール変換部 ４ 正規化速度パターンメモリ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｄ 19/02 Ｄ 8610−3Ｈ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ロボットのツール先端の移動速度ま
    たはロボット各軸の駆動速度を教示し、この教示された
    速度に達するまでの加速時間または減速時間を演算し、
    この演算された加速時間または減速時間内に前記教示速
    度に達するまでの速度の時間変化を示す速度パターンを
    求め、この求められた速度パターンにしたがい前記ツー
    ル先端の移動速度またはロボット各軸の駆動速度が前記
    教示速度に達するまで前記ロボット各軸を駆動制御する
    ようにしたロボットにおいて、 前記教示速度に達するまでの加速度の時間変化を示す加
    速度パターンを用意し、この加速度パターンに示される
    加速度をフーリエ変換してパワースペクトラム分布を求
    め、このパワースペクトラム分布からロボットに振動を
    励起させる周波数に対応する部分を除去し、この除去さ
    れた残りのパワースペクトラム分布を逆フーリエ変換し
    加速度パターンを求め直し、この求め直された加速度パ
    ターンに示される加速度を積分することにより前記速度
    パターンを演算するようにしたロボットの振動低減装
    置。
  2. 【請求項２】 前記加速時間または前記減速時間の
    大きさごとに複数の速度パターンが予め演算されて用意
    され、前記加速時間または前記減速時間が演算された際
    に、該演算された時間に対応する速度パターンが前記用
    意された複数の速度パターンの中から選択されるもので
    ある請求項１記載のロボットの振動低減装置。
  3. 【請求項３】 ロボットに振動を励起させる周波数
    の範囲をロボットがとり得る全ての姿勢について求め、
    前記パワースペクトラム分布から前記求めた周波数の範
    囲に対応する部分を除去するようにした請求項１記載の
    ロボットの振動低減装置。
JP3695293A 1993-02-25 1993-02-25 ロボットの振動低減装置 Pending JPH06250723A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3695293A JPH06250723A (ja) 1993-02-25 1993-02-25 ロボットの振動低減装置
PCT/JP1994/000267 WO1994019732A1 (en) 1993-02-25 1994-02-22 Device for reducing oscillations of a robot

Applications Claiming Priority (1)

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JP3695293A JPH06250723A (ja) 1993-02-25 1993-02-25 ロボットの振動低減装置

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Application Number Title Priority Date Filing Date
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