JPH0760667A - ロボットのウィービング制御装置 - Google Patents
ロボットのウィービング制御装置Info
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- JPH0760667A JPH0760667A JP21624893A JP21624893A JPH0760667A JP H0760667 A JPH0760667 A JP H0760667A JP 21624893 A JP21624893 A JP 21624893A JP 21624893 A JP21624893 A JP 21624893A JP H0760667 A JPH0760667 A JP H0760667A
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- 238000009941 weaving Methods 0.000 title claims abstract description 63
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 31
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 10
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
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- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ロボットによるウィービング溶接を高精度に行
う。 【構成】ロボット駆動機構15の運動方程式に操作量i
と駆動位置θMと駆動速度θ.Mとが代入されてロボット
駆動機構15の歪量が演算され、該演算された歪量が駆
動位置θMとともにフィードバックされ、目標値θ1dと
フィードバック量との偏差に応じた操作量iがロボット
軸駆動源5に入力されて制御がなされるので、上記ロボ
ット駆動機構15の歪量の影響が除去されて、ウィービ
ングの指令入力と出力の周波数特性が完全に補正され
る。また、上記歪量は制御中、常にフィードバックされ
るので、外乱の影響も除去される。
う。 【構成】ロボット駆動機構15の運動方程式に操作量i
と駆動位置θMと駆動速度θ.Mとが代入されてロボット
駆動機構15の歪量が演算され、該演算された歪量が駆
動位置θMとともにフィードバックされ、目標値θ1dと
フィードバック量との偏差に応じた操作量iがロボット
軸駆動源5に入力されて制御がなされるので、上記ロボ
ット駆動機構15の歪量の影響が除去されて、ウィービ
ングの指令入力と出力の周波数特性が完全に補正され
る。また、上記歪量は制御中、常にフィードバックされ
るので、外乱の影響も除去される。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は産業用ロボットを制御す
る装置に関し、特にウィービング溶接を行うロボットに
適用されてウィービング波形を精度よく描かせることが
できる制御装置に関する。
る装置に関し、特にウィービング溶接を行うロボットに
適用されてウィービング波形を精度よく描かせることが
できる制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】産業用ロボットの分野では、ロボット先
端に取り付けられたトーチを溶接線の方向に対してたと
えば垂直の方向に所定のウィービング周波数で揺動させ
つつ溶接を行うウィービング溶接が一般的に行われてお
り、このウィービング溶接は、ロボットの全動作軸を駆
動させてトーチ先端をウィービング動作させることによ
り行われる。
端に取り付けられたトーチを溶接線の方向に対してたと
えば垂直の方向に所定のウィービング周波数で揺動させ
つつ溶接を行うウィービング溶接が一般的に行われてお
り、このウィービング溶接は、ロボットの全動作軸を駆
動させてトーチ先端をウィービング動作させることによ
り行われる。
【0003】ここに、ロボットとしてたとえば図2の1
3に示すような6軸の垂直多関節ロボットが使用される
が、この種のロボットには剛性の低い軸が存在するた
め、ウィービング周波数に対して共振特性を示し、ウィ
ービング波形の指令振幅に対して実際の振幅が大きくな
ってしまうという現象が起こる。
3に示すような6軸の垂直多関節ロボットが使用される
が、この種のロボットには剛性の低い軸が存在するた
め、ウィービング周波数に対して共振特性を示し、ウィ
ービング波形の指令振幅に対して実際の振幅が大きくな
ってしまうという現象が起こる。
【0004】また、上記共振特性は、ロボットの姿勢変
化に伴い大きく変化するので、動作位置によって指令振
幅に対する実振幅の共振率が変化するという問題もあ
る。そこで、こうした問題を解決すべく、ロボットの機
械系のウィービング動作による共振率を求め、この共振
率の逆数を用いてトーチ先端(作業点)のウィービング
振幅指令値を補正する発明がなされており、それは特開
平3−207576号公報に開示されている。
化に伴い大きく変化するので、動作位置によって指令振
幅に対する実振幅の共振率が変化するという問題もあ
る。そこで、こうした問題を解決すべく、ロボットの機
械系のウィービング動作による共振率を求め、この共振
率の逆数を用いてトーチ先端(作業点)のウィービング
振幅指令値を補正する発明がなされており、それは特開
平3−207576号公報に開示されている。
【0005】図5はこの公報記載の発明を概略的に示す
ブロック図であり、この図を参照して説明すると、同図
5(a)に示すようにウィービング波形演算部1でトー
チ先端の目標軌跡が演算され、逆変換演算部2でトーチ
先端の目標軌跡に基づいて機構学的に逆変換がなされる
ことにより、ロボット各軸の目標値(目標角度)が算出
される。そして上記目標値に基づきサーボ演算部3で各
軸が当該目標値に追従するような操作量がアンプよりな
る駆動部4に出力され、これにより減速機、アームより
なる機構部5が駆動され、トーチ先端がウィービング動
作される。ここに、上記ウィービング波形演算部1で
は、トーチ先端のウィービング振幅の指令値を同図5
(b)に示すごとく補正するようにしている。
ブロック図であり、この図を参照して説明すると、同図
5(a)に示すようにウィービング波形演算部1でトー
チ先端の目標軌跡が演算され、逆変換演算部2でトーチ
先端の目標軌跡に基づいて機構学的に逆変換がなされる
ことにより、ロボット各軸の目標値(目標角度)が算出
される。そして上記目標値に基づきサーボ演算部3で各
軸が当該目標値に追従するような操作量がアンプよりな
る駆動部4に出力され、これにより減速機、アームより
なる機構部5が駆動され、トーチ先端がウィービング動
作される。ここに、上記ウィービング波形演算部1で
は、トーチ先端のウィービング振幅の指令値を同図5
(b)に示すごとく補正するようにしている。
【0006】同図5(b)はウィービング波形演算部1
を詳細にブロックにて示したものである。いま、補正を
必要とする軸は機械的剛性や固有振動数が最も低い鉛直
方向の軸、つまり図2のロボット13であれば第1軸J
1であり、この軸J1に対してのみ補正を行う場合を想
定する。
を詳細にブロックにて示したものである。いま、補正を
必要とする軸は機械的剛性や固有振動数が最も低い鉛直
方向の軸、つまり図2のロボット13であれば第1軸J
1であり、この軸J1に対してのみ補正を行う場合を想
定する。
【0007】すると、まずウィービングベクトル演算手
段11ではトーチ先端のウィービングベクトルが生成さ
れ、J1軸指令振幅演算手段22でウィービングベクト
ルに基づきJ1軸に換算された指令振幅が求められる。
一方、J1軸共振率演算手段23で、ウィービング周波
数とロボット姿勢とからJ1軸の共振率が求められる。
つぎにJ1軸補正振幅演算手段24において、演算手段
22で求められたJ1軸指令振幅に、演算手段23で求
められた共振率の逆数を乗算して補正振幅が算出され
る。この補正振幅によってトーチ先端のウィービングベ
クトルがウィービングベクトル合成手段25で再合成さ
れ、ウィービング波形演算手段26において、再合成し
たベクトルを用いてウィービング目標軌跡を演算するこ
とによりトーチ先端のウィービング振幅指令値を補正し
ている。
段11ではトーチ先端のウィービングベクトルが生成さ
れ、J1軸指令振幅演算手段22でウィービングベクト
ルに基づきJ1軸に換算された指令振幅が求められる。
一方、J1軸共振率演算手段23で、ウィービング周波
数とロボット姿勢とからJ1軸の共振率が求められる。
つぎにJ1軸補正振幅演算手段24において、演算手段
22で求められたJ1軸指令振幅に、演算手段23で求
められた共振率の逆数を乗算して補正振幅が算出され
る。この補正振幅によってトーチ先端のウィービングベ
クトルがウィービングベクトル合成手段25で再合成さ
れ、ウィービング波形演算手段26において、再合成し
たベクトルを用いてウィービング目標軌跡を演算するこ
とによりトーチ先端のウィービング振幅指令値を補正し
ている。
【0008】図7は図5の処理内容を説明する図であ
り、いま同図7のP1点からP2点へ直線補間しながらウ
ィービング溶接が行われ、その途中のP点における指令
振幅が補正されるものとする。なお、O点はロボット中
心位置でXYはロボットに固定された座標系である。
り、いま同図7のP1点からP2点へ直線補間しながらウ
ィービング溶接が行われ、その途中のP点における指令
振幅が補正されるものとする。なお、O点はロボット中
心位置でXYはロボットに固定された座標系である。
【0009】すると、演算手段11により、溶接線aに
対して直角方向のウィービングベクトルbが生成され、
演算手段22でJ1軸換算の指令振幅cが求められる。
つぎに、演算手段23でJ1軸の共振率が求められ、演
算手段24でJ1軸の補正振幅dが求められる。最後に
演算手段25でウィービングベクトルが再合成されベク
トルeが求められる。この求められたベクトルeがウィ
ービング振幅指令値補正後のベクトルとなる。
対して直角方向のウィービングベクトルbが生成され、
演算手段22でJ1軸換算の指令振幅cが求められる。
つぎに、演算手段23でJ1軸の共振率が求められ、演
算手段24でJ1軸の補正振幅dが求められる。最後に
演算手段25でウィービングベクトルが再合成されベク
トルeが求められる。この求められたベクトルeがウィ
ービング振幅指令値補正後のベクトルとなる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術は、
共振現象が顕著なJ1軸について共振率を求め、この共
振率の逆数に基づいて振幅を補正するものであり、ウィ
ービングの指令入力と出力の周波数特性(共振特性)の
うちゲイン特性のみが補正されるにすぎず、位相遅れに
ついては補正されない。
共振現象が顕著なJ1軸について共振率を求め、この共
振率の逆数に基づいて振幅を補正するものであり、ウィ
ービングの指令入力と出力の周波数特性(共振特性)の
うちゲイン特性のみが補正されるにすぎず、位相遅れに
ついては補正されない。
【0011】このため、ウィービング周波数が高周波領
域になると、J1軸と他の軸との位相差が大きくなり、
J1軸と他の軸との位相のミスマッチによりトーチ先端
のウィービング振幅精度の劣化を招来することがある。
域になると、J1軸と他の軸との位相差が大きくなり、
J1軸と他の軸との位相のミスマッチによりトーチ先端
のウィービング振幅精度の劣化を招来することがある。
【0012】また、制御中の外乱によって起こる機械系
の特性変化にも対応できないことから、同様にトーチ先
端のウィービング振幅精度の劣化を招来する。
の特性変化にも対応できないことから、同様にトーチ先
端のウィービング振幅精度の劣化を招来する。
【0013】本発明はこうした実状に鑑みてなされたも
のであり、周波数特性を位相遅れについても補正すると
ともに、制御中の外乱に応じて補正できるようにして、
トーチ先端のウィービング振幅精度をより向上させ、ウ
ィービング面、波面のゆがみをより改善することができ
る装置を提供することを目的としている。
のであり、周波数特性を位相遅れについても補正すると
ともに、制御中の外乱に応じて補正できるようにして、
トーチ先端のウィービング振幅精度をより向上させ、ウ
ィービング面、波面のゆがみをより改善することができ
る装置を提供することを目的としている。
【0014】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、ロ
ボットの各軸ごとに設けられたロボット軸駆動源によっ
てロボット軸が駆動されるロボット駆動機構を有し、溶
接トーチ先端のウィービング目標軌跡に基づいて前記ロ
ボット軸の目標位置を演算し、該目標位置と前記ロボッ
ト軸駆動源からフィードバックされた現在の駆動位置と
の偏差に応じた操作量を、前記ロボット軸駆動源に入力
することにより前記ロボット駆動機構を介して前記ロボ
ット軸を駆動し、前記溶接トーチ先端を前記ウィービン
グ目標軌跡に沿って移動させ所定のウィービング波形を
描かせるようにしたロボットのウィービング制御装置に
おいて、前記操作量と前記駆動位置と該駆動位置を微分
した駆動速度と前記ロボット駆動機構の歪量との関係を
示す前記ロボット駆動機構の運動方程式を求め、該求め
られた運動方程式に、現在の操作量と現在の駆動位置と
該現在の駆動位置を微分した駆動速度とを代入すること
によって、前記ロボット駆動機構の現在の歪量を演算
し、該演算された現在の歪量を現在の駆動位置とともに
フィードバックし、前記目標値とこれらフィードバック
量との偏差に応じた操作量を、前記ロボット軸駆動源に
入力するようにしている。
ボットの各軸ごとに設けられたロボット軸駆動源によっ
てロボット軸が駆動されるロボット駆動機構を有し、溶
接トーチ先端のウィービング目標軌跡に基づいて前記ロ
ボット軸の目標位置を演算し、該目標位置と前記ロボッ
ト軸駆動源からフィードバックされた現在の駆動位置と
の偏差に応じた操作量を、前記ロボット軸駆動源に入力
することにより前記ロボット駆動機構を介して前記ロボ
ット軸を駆動し、前記溶接トーチ先端を前記ウィービン
グ目標軌跡に沿って移動させ所定のウィービング波形を
描かせるようにしたロボットのウィービング制御装置に
おいて、前記操作量と前記駆動位置と該駆動位置を微分
した駆動速度と前記ロボット駆動機構の歪量との関係を
示す前記ロボット駆動機構の運動方程式を求め、該求め
られた運動方程式に、現在の操作量と現在の駆動位置と
該現在の駆動位置を微分した駆動速度とを代入すること
によって、前記ロボット駆動機構の現在の歪量を演算
し、該演算された現在の歪量を現在の駆動位置とともに
フィードバックし、前記目標値とこれらフィードバック
量との偏差に応じた操作量を、前記ロボット軸駆動源に
入力するようにしている。
【0015】
【作用】かかる構成によれば、ロボット駆動機構の運動
方程式に操作量と駆動位置と駆動速度とが代入されてロ
ボット駆動機構の歪量が演算され、該演算された歪量が
駆動位置とともにフィードバックされ、目標値とフィー
ドバック量との偏差に応じた操作量がロボット軸駆動源
に入力されて制御がなされるので、上記ロボット駆動機
構の歪量の影響が除去されて、ウィービングの指令入力
と出力の周波数特性が完全に補正される。また、上記歪
量は制御中、常にフィードバックされるので、外乱の影
響も除去される。
方程式に操作量と駆動位置と駆動速度とが代入されてロ
ボット駆動機構の歪量が演算され、該演算された歪量が
駆動位置とともにフィードバックされ、目標値とフィー
ドバック量との偏差に応じた操作量がロボット軸駆動源
に入力されて制御がなされるので、上記ロボット駆動機
構の歪量の影響が除去されて、ウィービングの指令入力
と出力の周波数特性が完全に補正される。また、上記歪
量は制御中、常にフィードバックされるので、外乱の影
響も除去される。
【0016】
【実施例】以下、図面を参照して本発明に係るロボット
のウィービング制御装置の実施例について説明する。な
お、以下、図5に付した符号と同一のものは同一の機能
を示すものとする。
のウィービング制御装置の実施例について説明する。な
お、以下、図5に付した符号と同一のものは同一の機能
を示すものとする。
【0017】図1は実施例の制御装置をブロックにて示
したものであり、同図(b)は同図(a)に示すウィー
ビング波形演算部1の詳細を示す。なお、この実施例に
適用されるロボットとしては前述したのと同様な図2に
示すJ1〜J6の6軸からなる垂直多関節ロボット13
を想定しており、図1の実施例装置はこのロボット13
のアーム先端に取り付けられたトーチ14によってウィ
ービング波形が精度よく描かれるようにロボット各軸J
1〜J6を制御する制御装置である。
したものであり、同図(b)は同図(a)に示すウィー
ビング波形演算部1の詳細を示す。なお、この実施例に
適用されるロボットとしては前述したのと同様な図2に
示すJ1〜J6の6軸からなる垂直多関節ロボット13
を想定しており、図1の実施例装置はこのロボット13
のアーム先端に取り付けられたトーチ14によってウィ
ービング波形が精度よく描かれるようにロボット各軸J
1〜J6を制御する制御装置である。
【0018】なお、実施例では6軸の垂直多関節ロボッ
トを想定しているが、本発明としてはこれに限定される
ことく軸数や機構部の構成等は任意であり、以下に説明
する内容の機構に係る部分を所要に変更すれば、他の型
式のロボットにも適用可能である。
トを想定しているが、本発明としてはこれに限定される
ことく軸数や機構部の構成等は任意であり、以下に説明
する内容の機構に係る部分を所要に変更すれば、他の型
式のロボットにも適用可能である。
【0019】また、以下に説明する補正はロボットの全
動作軸について実施するのが理想的ではあるが、補正演
算を行うCPUの処理能力に限界がある場合あるいは機
構部の構成によって補正の必要のない軸がある場合等に
は、一部の軸、つまり少なくとも1つの所定軸(J1)
のみについて補正を行うようにしてもよい。
動作軸について実施するのが理想的ではあるが、補正演
算を行うCPUの処理能力に限界がある場合あるいは機
構部の構成によって補正の必要のない軸がある場合等に
は、一部の軸、つまり少なくとも1つの所定軸(J1)
のみについて補正を行うようにしてもよい。
【0020】さて、ウィービング波形演算部1はウィー
ビングベクトル演算手段11とウィービング波形演算手
段12とからなっており、従来技術と異なるのはトーチ
14の先端のウィービング振幅指令値には補正を加えて
いないということである。
ビングベクトル演算手段11とウィービング波形演算手
段12とからなっており、従来技術と異なるのはトーチ
14の先端のウィービング振幅指令値には補正を加えて
いないということである。
【0021】而して、ウィービング波形演算部1からト
ーチ14の先端の目標軌跡が算出される。この目標軌跡
は(X、Y、Z(3次元位置)、A、B、C(角度))
なる6自由度のパラメータで表現される。さて逆変換演
算部2ではトーチ先端の目標軌跡、つまりトーチ先端位
置(X、Y、Z、A、B、C)より機構学的に各軸J1
〜J6の位置(角度)に逆変換することにより、各軸J
1〜J6の目標値(目標角度)θ1d〜θ6dが算出され
る。
ーチ14の先端の目標軌跡が算出される。この目標軌跡
は(X、Y、Z(3次元位置)、A、B、C(角度))
なる6自由度のパラメータで表現される。さて逆変換演
算部2ではトーチ先端の目標軌跡、つまりトーチ先端位
置(X、Y、Z、A、B、C)より機構学的に各軸J1
〜J6の位置(角度)に逆変換することにより、各軸J
1〜J6の目標値(目標角度)θ1d〜θ6dが算出され
る。
【0022】サーボ演算部3、駆動部4、電動機5、減
速機6、アーム7は、ロボット13の制御軸数(6)ご
とに存在しており、オブザーバ8、ゲイン乗算部9、各
軸イナーシャ演算部10は実施例における補正の対象で
ある軸についてのみ存在している。
速機6、アーム7は、ロボット13の制御軸数(6)ご
とに存在しており、オブザーバ8、ゲイン乗算部9、各
軸イナーシャ演算部10は実施例における補正の対象で
ある軸についてのみ存在している。
【0023】しかし、各補正軸に対する補正の内容は同
じであるので、以下の説明ではJ1軸(第1軸)のみを
補正する場合を例にとり、さらに説明する逆変換演算部
2で演算された目標値θ1dと後述するフィードバック量
との偏差がサーボ演算部3に入力される。そしてサーボ
演算部3からアンプよりなる駆動部4に対して、上記目
標値θ1dが得られるように上記偏差に応じた指令値が出
力される。駆動部4は、入力された指令値に応じた操作
量、つまり電流iを電動機5に出力する。
じであるので、以下の説明ではJ1軸(第1軸)のみを
補正する場合を例にとり、さらに説明する逆変換演算部
2で演算された目標値θ1dと後述するフィードバック量
との偏差がサーボ演算部3に入力される。そしてサーボ
演算部3からアンプよりなる駆動部4に対して、上記目
標値θ1dが得られるように上記偏差に応じた指令値が出
力される。駆動部4は、入力された指令値に応じた操作
量、つまり電流iを電動機5に出力する。
【0024】そして、電動機5は減速機6を介してアー
ム7を駆動する。つまり電動機5は対応するJ1軸を駆
動することになる。電動機5にはエンコーダ等の図示せ
ぬ位置検出器が付設されており、電動機5の制御量、つ
まり現在位置(角度)θMを検出する。この検出値θMは
フィードバック量として上記サーボ演算部3の入力側に
フィードバックされる。
ム7を駆動する。つまり電動機5は対応するJ1軸を駆
動することになる。電動機5にはエンコーダ等の図示せ
ぬ位置検出器が付設されており、電動機5の制御量、つ
まり現在位置(角度)θMを検出する。この検出値θMは
フィードバック量として上記サーボ演算部3の入力側に
フィードバックされる。
【0025】電動機5、減速機6、アーム7は、駆動源
である電動機5によりロボット軸J1を駆動する機械系
を構成しており、以下、これらを総称してロボット機構
部15という。
である電動機5によりロボット軸J1を駆動する機械系
を構成しており、以下、これらを総称してロボット機構
部15という。
【0026】オブザーバ8は、後述するように、上記ロ
ボット機構部15を図3に示すようにバネと剛体から構
成される系としてモデル化し、ロボット機構部15の運
動方程式を求め、この運動方程式に電動機5に入力され
る電流iと電動機5から出力される回転位置θMとこの
回転位置θMの微分値、つまり回転速度θ.Mを代入する
ことにより電動機5とアーム7との間における後述する
歪量を推定演算する。なお、電流iは駆動部4に付設さ
れた、図示せぬ出力電流検出器により検出され、オブザ
ーバ8に加えられる。また、上記回転位置θMは上記位
置検出器で検出されオブザーバ8に加えられるととも
に、上記回転速度θ.Mは、加えられた回転位置θMをオ
ブザーバ8に付設された、図示せぬ微分器に入力するこ
とによって演算出力される。
ボット機構部15を図3に示すようにバネと剛体から構
成される系としてモデル化し、ロボット機構部15の運
動方程式を求め、この運動方程式に電動機5に入力され
る電流iと電動機5から出力される回転位置θMとこの
回転位置θMの微分値、つまり回転速度θ.Mを代入する
ことにより電動機5とアーム7との間における後述する
歪量を推定演算する。なお、電流iは駆動部4に付設さ
れた、図示せぬ出力電流検出器により検出され、オブザ
ーバ8に加えられる。また、上記回転位置θMは上記位
置検出器で検出されオブザーバ8に加えられるととも
に、上記回転速度θ.Mは、加えられた回転位置θMをオ
ブザーバ8に付設された、図示せぬ微分器に入力するこ
とによって演算出力される。
【0027】上記推定演算された歪量は、ゲイン乗算器
9に加えられ、所定の制御ゲインKpsが乗算されて、サ
ーボ演算部3の入力側に、上記フィードバック量θMと
ともにフィードバックされる。
9に加えられ、所定の制御ゲインKpsが乗算されて、サ
ーボ演算部3の入力側に、上記フィードバック量θMと
ともにフィードバックされる。
【0028】結局、回転位置θMと歪量にゲインKps乗
算したものとの和がフィードバック量とされて、上記目
標値θ1dとこれらフィードバック量との偏差がサーボ演
算部3に入力されることになる。
算したものとの和がフィードバック量とされて、上記目
標値θ1dとこれらフィードバック量との偏差がサーボ演
算部3に入力されることになる。
【0029】各軸イナーシャ演算部10は、ロボット各
軸ごとに設けられた各電動機5の各位置検出器の出力θ
Mを入力し、第1軸J1のイナーシャJLをオンラインで
演算している。各軸イナーシャ演算部10で演算された
イナーシャJLはオブザーバ8に加えられ、後述するよ
うに、上記運動方程式に代入され、現在のロボット13
の姿勢に応じた運動方程式に記述し直される。
軸ごとに設けられた各電動機5の各位置検出器の出力θ
Mを入力し、第1軸J1のイナーシャJLをオンラインで
演算している。各軸イナーシャ演算部10で演算された
イナーシャJLはオブザーバ8に加えられ、後述するよ
うに、上記運動方程式に代入され、現在のロボット13
の姿勢に応じた運動方程式に記述し直される。
【0030】ここで、図6に示す従来のフィードバック
制御装置との比較において、実施例のフィードバック制
御装置を説明すると、同図6に示すものは、各軸の電動
機5の位置検出器で得られた回転位置を目標値に追従さ
せるようにする、セミクローズドループであるため、減
速機6の低剛性が原因となって共振現象が発生し、ウィ
ービング目標軌跡に対するトーチ先端の実軌跡のウィー
ビング幅が大きくなったり、波形がゆがんだりし、ウィ
ービング特性が劣化してしまうことがあった。しかし、
実施例装置では、上述したように、オブザーバ8で推定
した歪量を、各軸の電動機5の位置検出器で得られた回
転位置とともにフィードバックする、フルクローズドル
ープが構成されており、ウィービング動作の共振特性が
大幅に改善される。
制御装置との比較において、実施例のフィードバック制
御装置を説明すると、同図6に示すものは、各軸の電動
機5の位置検出器で得られた回転位置を目標値に追従さ
せるようにする、セミクローズドループであるため、減
速機6の低剛性が原因となって共振現象が発生し、ウィ
ービング目標軌跡に対するトーチ先端の実軌跡のウィー
ビング幅が大きくなったり、波形がゆがんだりし、ウィ
ービング特性が劣化してしまうことがあった。しかし、
実施例装置では、上述したように、オブザーバ8で推定
した歪量を、各軸の電動機5の位置検出器で得られた回
転位置とともにフィードバックする、フルクローズドル
ープが構成されており、ウィービング動作の共振特性が
大幅に改善される。
【0031】このとき、従来技術と異なり、ロボット1
3の制御中にオブザーバ8により、オンラインでロボッ
ト機構部15の状態を推定しているので、外乱による共
振特性の一時的な変化にも即座に対応可能である。
3の制御中にオブザーバ8により、オンラインでロボッ
ト機構部15の状態を推定しているので、外乱による共
振特性の一時的な変化にも即座に対応可能である。
【0032】また、ロボット13の各動作軸回りのイナ
ーシャは、ロボット13の姿勢によって変化するので、
オブザーバ8で得られる運動方程式もこれに応じて変更
する必要がある。
ーシャは、ロボット13の姿勢によって変化するので、
オブザーバ8で得られる運動方程式もこれに応じて変更
する必要がある。
【0033】そこで、各軸イナーシャ演算部10では、
ロボット13の制御中にオンラインで各動作軸回りのイ
ナーシャを演算し、これにより上記運動方程式をオンラ
インで変更するようにしたので、ロボット13がいかな
る姿勢をとったとしても常に精度のよいウィービング特
性が得られることになっている。
ロボット13の制御中にオンラインで各動作軸回りのイ
ナーシャを演算し、これにより上記運動方程式をオンラ
インで変更するようにしたので、ロボット13がいかな
る姿勢をとったとしても常に精度のよいウィービング特
性が得られることになっている。
【0034】以下、上記オブザーバ8で実行される推定
演算処理の詳細について説明する。いま、J1軸のロボ
ット機構部15を図3に示すようにバネと剛体からなる
機械系であると仮定し、運動モデルを作成する。このと
き、アーム7および電動機5は減速機6に対して十分剛
性が高いので、ロボット機構部15の歪量は減速機6に
のみ発生すると仮定してもよい。そこで、この仮定の
下、上記運動モデルにつき下記に示すような運動方程式
が求められる。
演算処理の詳細について説明する。いま、J1軸のロボ
ット機構部15を図3に示すようにバネと剛体からなる
機械系であると仮定し、運動モデルを作成する。このと
き、アーム7および電動機5は減速機6に対して十分剛
性が高いので、ロボット機構部15の歪量は減速機6に
のみ発生すると仮定してもよい。そこで、この仮定の
下、上記運動モデルにつき下記に示すような運動方程式
が求められる。
【0035】 JM・θ..M+DM・θ.M+Kc・η・θs/RG+DL2・η・θ.s/RG =KT・η・i …(1) JL・θ..L+DL1・θ.L−Kc・θs−DL2・θ.s=0 …(2) θs=θM/RG−θL …(3) ここで、 i:電動機電流 θM:電動機回転角度 θL:ロボットアーム回転角度 θs:減速機の歪角度 KT:電動機トルク定数 η:減速機効率 JM:電動機回転子慣性モーメント RG:減速機ギア比 Kc:減速機バネ定数 JL:J1軸回り慣性モーメント DL1:J1軸摩擦係数 DL2:減速機摩擦係数 DM:電動機摩擦係数 である。なお、各θM、θL、θsの右下に付した「.」
は、各θM、θL、θsの1階微分を、また各θM、θL、
θsに右下に付した「..」は、各θM、θL、θsの2階
微分を表すものとする。また、以下においてもこれと同
じ表現は同じ意味を表すものとする。
は、各θM、θL、θsの1階微分を、また各θM、θL、
θsに右下に付した「..」は、各θM、θL、θsの2階
微分を表すものとする。また、以下においてもこれと同
じ表現は同じ意味を表すものとする。
【0036】上記(1)〜(3)式で表される運動方程
式において、下記(4)式のように状態変数をとり、下
記(5)式のように出力変数をとると、状態方程式、出
力方程式はそれぞれ下記(6)、(7)式のようにな
る。
式において、下記(4)式のように状態変数をとり、下
記(5)式のように出力変数をとると、状態方程式、出
力方程式はそれぞれ下記(6)、(7)式のようにな
る。
【0037】 x=[θ.M、θM、θ.s、θs]T …(4) y=[θ.M、θM]T …(5) x.=A・x+B・i …(6) y=C・x …(7) ここで、 である。
【0038】また、 a11=−DM/JM a13=−η・DL2/(JM・RG) a14=−η・Kc/(JM・RG) a31=DL1/(JL・RG)−DM/(JM・RG) a33=−((DL1+DL2)/JL+η・DL2/(JM・R
G・RG)) a34=−(Kc/JL+η・Kc/(JM・RG・RG)) b1=η・KT/JM b2=η・KT/(JM・RG) である。
G・RG)) a34=−(Kc/JL+η・Kc/(JM・RG・RG)) b1=η・KT/JM b2=η・KT/(JM・RG) である。
【0039】同一次元オブザーバで上記(6)式の状態
変数xを推定すると次式のようになる。
変数xを推定すると次式のようになる。
【0040】 x^.=A・x^+B・i+K(y−C・x^) …(8) ここで、Kはオブザーバのゲイン行列を示す。
【0041】しかし、推定される状態変数の中には、出
力変数、つまり電動機5の回転角度θM、回転速度θ.M
が含まれており、これらは直接検出可能なので、最小次
元オブザーバを構成して減速機6の歪角度θs、歪角速
度θ.sを推定することができる。 ω.=A^・ω+B^・i+G・y …(9) x^=C^・ω+D^・y …(10) 上記(9)、(10)式が最小次元オブザーバであるた
めには、ある行列Fが存在し、 A^・F=F・A−G・C B^=F・B C^・F+D^・C=In(Inはn次の単位行列、nは
システム次数) が成り立ち、かつA^が安定行列であることが必要であ
る。オブザーバ8では上記(9)、(10)式をオンラ
インで演算している。この最小次元オブザーバへの入力
は、電動機5の電流iと、出力変数y、つまり電動機5
の回転角度θM、回転角速度θ.Mであり、出力は減速機
の歪角度θ^s、歪角速度θ^.sである。
力変数、つまり電動機5の回転角度θM、回転速度θ.M
が含まれており、これらは直接検出可能なので、最小次
元オブザーバを構成して減速機6の歪角度θs、歪角速
度θ.sを推定することができる。 ω.=A^・ω+B^・i+G・y …(9) x^=C^・ω+D^・y …(10) 上記(9)、(10)式が最小次元オブザーバであるた
めには、ある行列Fが存在し、 A^・F=F・A−G・C B^=F・B C^・F+D^・C=In(Inはn次の単位行列、nは
システム次数) が成り立ち、かつA^が安定行列であることが必要であ
る。オブザーバ8では上記(9)、(10)式をオンラ
インで演算している。この最小次元オブザーバへの入力
は、電動機5の電流iと、出力変数y、つまり電動機5
の回転角度θM、回転角速度θ.Mであり、出力は減速機
の歪角度θ^s、歪角速度θ^.sである。
【0042】この実施例では、制御はアーム位置のフル
クローズド制御方式としているので、制御には上記推定
値のうち歪角度推定値θ^sのみが用いられる。よっ
て、この歪角度推定値θ^sが歪量としてオブザーバ8
からゲイン乗算部9に加えられることになる。
クローズド制御方式としているので、制御には上記推定
値のうち歪角度推定値θ^sのみが用いられる。よっ
て、この歪角度推定値θ^sが歪量としてオブザーバ8
からゲイン乗算部9に加えられることになる。
【0043】つぎに、各軸イナーシャ演算部10の演算
内容の詳細について説明する。
内容の詳細について説明する。
【0044】ロボット13を図4に示すごとくモデル化
し、下式(11)〜(13)のようにしてJ1軸回りの
慣性モーメントJLを求める。この実施例では、J2軸
を集中マスと考えてJ2軸のリンク上に設定し、J3軸
〜J6軸はまとめて集中マスと考えこれをJ3軸のリン
ク上に設定し、さらにJ1軸の固定マスを考慮したモデ
ルとしている。図4より明らかに、 r2=L2G・sin(θ2d) …(11) r3=L2・sin(θ2d)+L3G・cos(θ2d+θ3d) …(12) JL=J10+m2・(r2)*2+m3・(r3)*2 …(13) が得られる。ここで、θ2d、θ3dは、J2、J3軸の目
標値、m2はJ2軸のマス、m3はJ3〜J6軸のマス、
L2G、L3Gは集中マスm2、m3の位置、L2はJ2軸の
リンク長、r2、r3はJ1軸回転中心から集中マスm
2、m3までの水平距離、J10はJ1軸の固定イナーシャ
を表す。なお、「*2」は2乗を表すものとする。
し、下式(11)〜(13)のようにしてJ1軸回りの
慣性モーメントJLを求める。この実施例では、J2軸
を集中マスと考えてJ2軸のリンク上に設定し、J3軸
〜J6軸はまとめて集中マスと考えこれをJ3軸のリン
ク上に設定し、さらにJ1軸の固定マスを考慮したモデ
ルとしている。図4より明らかに、 r2=L2G・sin(θ2d) …(11) r3=L2・sin(θ2d)+L3G・cos(θ2d+θ3d) …(12) JL=J10+m2・(r2)*2+m3・(r3)*2 …(13) が得られる。ここで、θ2d、θ3dは、J2、J3軸の目
標値、m2はJ2軸のマス、m3はJ3〜J6軸のマス、
L2G、L3Gは集中マスm2、m3の位置、L2はJ2軸の
リンク長、r2、r3はJ1軸回転中心から集中マスm
2、m3までの水平距離、J10はJ1軸の固定イナーシャ
を表す。なお、「*2」は2乗を表すものとする。
【0045】、各軸イナーシャ演算部10では、上記
(11)〜(13)式の演算がオンラインでなされ、演
算されたJ1軸回りのイナーシャJLが上記運動方程式
の(2)式に代入されて、オブザーバ8の運動モデルが
オンラインで変更されることになる。
(11)〜(13)式の演算がオンラインでなされ、演
算されたJ1軸回りのイナーシャJLが上記運動方程式
の(2)式に代入されて、オブザーバ8の運動モデルが
オンラインで変更されることになる。
【0046】なお、従来においてオブザーバは、動作中
の振動を低減するために状態量フィードバックなどと組
み合わせて使用されていたが、この実施例ではアームの
位置を推定する手段として用い、推定した位置を帰還し
てフルクローズド制御を行っており、この点が従来のオ
ブザーバを使用した制御方法と異なっている。
の振動を低減するために状態量フィードバックなどと組
み合わせて使用されていたが、この実施例ではアームの
位置を推定する手段として用い、推定した位置を帰還し
てフルクローズド制御を行っており、この点が従来のオ
ブザーバを使用した制御方法と異なっている。
【0047】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ロ
ボット駆動機構の運動方程式からロボット駆動機構の歪
量を演算し、該演算された歪量を制御量とともにフィー
ドバックするようにしたので、ロボット駆動機構の歪量
の影響が除去されて、ウィービングの指令入力と出力の
周波数特性が完全に補正される。
ボット駆動機構の運動方程式からロボット駆動機構の歪
量を演算し、該演算された歪量を制御量とともにフィー
ドバックするようにしたので、ロボット駆動機構の歪量
の影響が除去されて、ウィービングの指令入力と出力の
周波数特性が完全に補正される。
【0048】また、上記歪量は制御中、常にフィードバ
ックされるので、外乱の影響も除去される。
ックされるので、外乱の影響も除去される。
【0049】この結果、ウィービングの振幅精度が飛躍
的に向上し、ウィービング面、波形のゆがみが飛躍的に
改善されることになる。
的に向上し、ウィービング面、波形のゆがみが飛躍的に
改善されることになる。
【図1】図1は本発明に係るロボットのウィービング制
御装置の実施例の構成を示すブロック図である。
御装置の実施例の構成を示すブロック図である。
【図2】図2は実施例に適用されるロボットの外観を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図3】図3は図1に示すロボット機構部をモデル化し
て示す図である。
て示す図である。
【図4】図4は図2に示すロボットをモデル化して示す
図である。
図である。
【図5】図5は従来の制御装置の構成を例示したブロッ
ク図である。
ク図である。
【図6】図6は従来のフィードバック制御装置の構成を
例示したブロック図である。
例示したブロック図である。
【図7】図7は図5に示す制御装置で行われる処理を説
明するために用いた図であり、ウィービング波形から各
軸換算の振幅を補正する様子を示す図である。
明するために用いた図であり、ウィービング波形から各
軸換算の振幅を補正する様子を示す図である。
5 電動機 8 オブザーバ 10 各軸イナーシャ演算部 15 ロボット機構部
Claims (2)
- 【請求項1】 ロボットの各軸ごとに設けられたロ
ボット軸駆動源によってロボット軸が駆動されるロボッ
ト駆動機構を有し、溶接トーチ先端のウィービング目標
軌跡に基づいて前記ロボット軸の目標位置を演算し、該
目標位置と前記ロボット軸駆動源からフィードバックさ
れた現在の駆動位置との偏差に応じた操作量を、前記ロ
ボット軸駆動源に入力することにより前記ロボット駆動
機構を介して前記ロボット軸を駆動し、前記溶接トーチ
先端を前記ウィービング目標軌跡に沿って移動させ所定
のウィービング波形を描かせるようにしたロボットのウ
ィービング制御装置において、 前記操作量と前記駆動位置と該駆動位置を微分した駆動
速度と前記ロボット駆動機構の歪量との関係を示す前記
ロボット駆動機構の運動方程式を求め、該求められた運
動方程式に、現在の操作量と現在の駆動位置と該現在の
駆動位置を微分した駆動速度とを代入することによっ
て、前記ロボット駆動機構の現在の歪量を演算し、 該演算された現在の歪量を現在の駆動位置とともにフィ
ードバックし、前記目標値とこれらフィードバック量と
の偏差に応じた操作量を、前記ロボット軸駆動源に入力
するようにしたロボットのウィービング制御装置。 - 【請求項2】 前記ロボット駆動機構の運動方程式
は、ロボット軸回りの慣性モーメントを変数とするもの
であり、ロボット各軸の現在位置に基づいて前記慣性モ
ーメントを演算し、該演算された慣性モーメントを前記
運動方程式に代入することによって、ロボットの現在の
姿勢に応じた前記ロボット駆動機構の歪量を演算するよ
うにした請求項1記載のロボットのウィービング制御装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21624893A JPH0760667A (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | ロボットのウィービング制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21624893A JPH0760667A (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | ロボットのウィービング制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0760667A true JPH0760667A (ja) | 1995-03-07 |
Family
ID=16685598
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21624893A Pending JPH0760667A (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | ロボットのウィービング制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0760667A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010120109A (ja) * | 2008-11-19 | 2010-06-03 | Seiko Epson Corp | 多関節マニピュレータの先端位置制御方法および多関節マニピュレータ |
JP2014034101A (ja) * | 2012-08-10 | 2014-02-24 | Toshiba Corp | ロボット制御装置 |
WO2014061681A1 (ja) * | 2012-10-19 | 2014-04-24 | 株式会社神戸製鋼所 | 多関節ロボットのウィービング制御装置 |
CN104339351A (zh) * | 2013-08-05 | 2015-02-11 | 株式会社东芝 | 机器人控制装置 |
JP2019055456A (ja) * | 2017-09-21 | 2019-04-11 | 株式会社デンソーウェーブ | ロボットの制御装置 |
WO2022176456A1 (ja) * | 2021-02-19 | 2022-08-25 | 株式会社神戸製鋼所 | バネ定数補正装置および該方法ならびに記録媒体 |
-
1993
- 1993-08-31 JP JP21624893A patent/JPH0760667A/ja active Pending
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010120109A (ja) * | 2008-11-19 | 2010-06-03 | Seiko Epson Corp | 多関節マニピュレータの先端位置制御方法および多関節マニピュレータ |
JP2014034101A (ja) * | 2012-08-10 | 2014-02-24 | Toshiba Corp | ロボット制御装置 |
US9242374B2 (en) | 2012-08-10 | 2016-01-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Robotic control apparatus |
WO2014061681A1 (ja) * | 2012-10-19 | 2014-04-24 | 株式会社神戸製鋼所 | 多関節ロボットのウィービング制御装置 |
JP2014083605A (ja) * | 2012-10-19 | 2014-05-12 | Kobe Steel Ltd | 多関節ロボットのウィービング制御装置 |
US9505074B2 (en) | 2012-10-19 | 2016-11-29 | Kobe Steel, Ltd. | Weaving control device for articulated robot |
CN104339351A (zh) * | 2013-08-05 | 2015-02-11 | 株式会社东芝 | 机器人控制装置 |
EP2835227A1 (en) * | 2013-08-05 | 2015-02-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Robot control device |
US9156166B2 (en) | 2013-08-05 | 2015-10-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Robot control device |
JP2019055456A (ja) * | 2017-09-21 | 2019-04-11 | 株式会社デンソーウェーブ | ロボットの制御装置 |
WO2022176456A1 (ja) * | 2021-02-19 | 2022-08-25 | 株式会社神戸製鋼所 | バネ定数補正装置および該方法ならびに記録媒体 |
CN116887953A (zh) * | 2021-02-19 | 2023-10-13 | 株式会社神户制钢所 | 弹簧常数校正装置及弹簧常数校正方法以及记录介质 |
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