JP2005044230A - Robot control device - Google Patents
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Abstract
【課題】 直線補間や円弧補間の最高速度上限値を、モータあるいは伝達機構の許容値を考慮して動作毎に決定できるようにし動作の高速化を図る。
【解決手段】 基準速度演算手段2で、現在動作の各軸もしくは直交座標系における各方向の基準速度を算出し、加減速時間・速度上限パラメータ決定手段7が加速開始地点と減速終了地点の直交座標値と関節変位に応答して、動作毎に各軸を駆動するモータの駆動トルクの許容最大値、各軸の伝達機構の作用トルクおよびモーメントの許容最大値の制約を満たす範囲で最短の加速時間、減速時間および最大の速度上限パラメータを算出し、算出したデータに基づいて指令曲線を生成する。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the speed of operation by making it possible to determine the maximum speed upper limit value of linear interpolation or circular interpolation for each operation in consideration of the allowable value of a motor or a transmission mechanism.
SOLUTION: A reference speed calculation means 2 calculates a reference speed in each direction in each axis of the current operation or in an orthogonal coordinate system, and an acceleration / deceleration time / speed upper limit parameter determination means 7 is orthogonal to the acceleration start point and the deceleration end point. In response to coordinate values and joint displacements, the shortest acceleration within a range that satisfies the constraints of the maximum allowable torque of the motor that drives each axis for each operation, the maximum operating torque and the maximum allowable moment of the transmission mechanism of each axis Time, deceleration time, and maximum speed upper limit parameter are calculated, and a command curve is generated based on the calculated data.
[Selection] Figure 1
Description
この発明は、ロボットの各軸を駆動するモータの動作速度を制御するロボット制御装置に関するものである。 The present invention relates to a robot control device that controls the operating speed of a motor that drives each axis of a robot.
ロボットを動作させる際には加速度が同一でもロボットの姿勢に応じて必要なトルクは変化するため、動作毎に加減速時間などのパラメータを最適化する方法がとられている。この方法を適用した従来のロボット制御装置(例えば、特許文献1参照)では、次のような構成で動作する。
ロボットの動作開始点(加速開始地点)と動作終了点(減速終了地点)の座標を教示点として記憶しておく教示点記憶手段を備え、また、各軸もしくは各方向の最高速度パラメータ値等を予め記憶させているパラメータ記憶手段を備えている。教示点記憶手段で移動命令を受信すると、その移動命令を解析してどの点からどの点までロボットを移動させるかの判断を行う。例えば、その移動命令がA点(加速開始地点)からB点(減速終了地点)への直線補間命令である場合、この教示点記憶手段は、A点およびB点の直交座標値および関節変位のデータを出力する。次に、最高速度演算手段により、この直交座標値とパラメータ記憶手段の最高速度パラメータ値に基づいて、その動作における各方向の最高速度を算出する。次に、教示点記憶手段から出力された直交座標値および関節変位と、パラメータ記憶手段に記憶されているトルクもしくは力の許容値等のパラメータと、最高速度演算手段で算出された最高速度に基づいて、加減速時間決定手段で、その動作における最適な加減速時間を決定する。最高速度と加減速時間が算出されると、これらの値に基づいて指令曲線生成手段で速度指令曲線を生成する。この場合、速度指令曲線が速度台形指令曲線になるように位置指令を生成し、その位置指令に対して移動平均フィルタおよび1次遅れフィルタなどによるスムージング処理が行われる。結果として、モータ制御手段は、生成された指令曲線にロボットが追従する動きをとるように各軸の駆動モータを制御する。
When the robot is operated, even if the acceleration is the same, the required torque changes according to the posture of the robot. Therefore, a method of optimizing parameters such as acceleration / deceleration time is taken for each operation. A conventional robot control apparatus to which this method is applied (for example, see Patent Document 1) operates in the following configuration.
Provided with teaching point storage means for storing the coordinates of the robot motion start point (acceleration start point) and motion end point (deceleration end point) as teaching points, and the maximum speed parameter value for each axis or direction, etc. Parameter storage means stored in advance is provided. When the movement command is received by the teaching point storage means, the movement command is analyzed to determine from which point to which point the robot is moved. For example, when the movement command is a linear interpolation command from point A (acceleration start point) to point B (deceleration end point), the teaching point storage means stores the orthogonal coordinate values and joint displacement values of points A and B. Output data. Next, the maximum speed calculation means calculates the maximum speed in each direction in the operation based on the orthogonal coordinate value and the maximum speed parameter value of the parameter storage means. Next, based on the orthogonal coordinate value and joint displacement output from the teaching point storage means, parameters such as torque or force tolerance stored in the parameter storage means, and the maximum speed calculated by the maximum speed calculation means The acceleration / deceleration time determining means determines the optimum acceleration / deceleration time for the operation. When the maximum speed and the acceleration / deceleration time are calculated, a speed command curve is generated by the command curve generating means based on these values. In this case, a position command is generated so that the speed command curve becomes a speed trapezoid command curve, and smoothing processing is performed on the position command using a moving average filter, a first-order lag filter, or the like. As a result, the motor control means controls the drive motor of each axis so that the robot follows the generated command curve.
ここで、加減速時間決定手段が行う加減速時間決定の動作は、次のようにして行っている。
まず、加速時間と減速時間の初期値を算出する。次に、加速終了地点および減速開始地点での位置と速度を求め、加速開始地点および加速終了地点で加速時間を算出し直す。そして、加速開始地点で算出した加速時間と加速終了地点で算出した加速時間を比較し、大きい方を加速時間とする。減速時間に関しても同様に、減速開始地点および減速終了地点で減速時間を算出し直す。そして、減速開始地点で算出した減速時間と減速終了地点で算出した減速時間を比較し、大きい方を減速時間とする。上記一連の処理の繰り返し回数が、指定した回数に達したときは、現在の算出結果を加速時間および減速時間として出力する。繰り返し回数が指定した回数に達していなければ、上記一連の処理を繰り返し、現在の加速時間および減速時間に基づいて加速終了地点および減速開始地点の位置と速度を求めて、再度加減速時間の算出を行う。加速開始地点および加速終了地点では以下のようにして加速時間を算出する。
Here, the acceleration / deceleration time determination operation performed by the acceleration / deceleration time determination means is performed as follows.
First, initial values of acceleration time and deceleration time are calculated. Next, the position and speed at the acceleration end point and the deceleration start point are obtained, and the acceleration time is recalculated at the acceleration start point and the acceleration end point. Then, the acceleration time calculated at the acceleration start point and the acceleration time calculated at the acceleration end point are compared, and the larger one is set as the acceleration time. Similarly, the deceleration time is recalculated at the deceleration start point and the deceleration end point. Then, the deceleration time calculated at the deceleration start point and the deceleration time calculated at the deceleration end point are compared, and the larger one is set as the deceleration time. When the number of repetitions of the series of processes reaches the designated number, the current calculation result is output as the acceleration time and the deceleration time. If the number of repetitions has not reached the specified number of times, the above series of processing is repeated, and the position and speed of the acceleration end point and deceleration start point are determined based on the current acceleration time and deceleration time, and the acceleration / deceleration time is calculated again. I do. The acceleration time is calculated as follows at the acceleration start point and the acceleration end point.
ロボットの運動方程式は、各関節の駆動トルクから構成される駆動トルクベクトルをτ、慣性行列をM、各関節の遠心・コリオリ力、重力、摩擦力の和から構成されるベクトルをh、各関節の加速度から構成されるベクトルをaとすると、
τ=Ma+h (1)
となる。ここで、各方向の速度指令が台形速度指令の場合、加速終了地点の各軸速度から構成されるベクトルをvk,加速時間をtkとすれば、加速区間におけるロボットの運動方程式は、
τ=Mvk/tk+h (2)
となる。式(2)のM、hを加速開始地点の位置と速度に基づいて算出した結果が、いずれの軸においてもそれぞれの軸の許容最大トルク以下となる制約を満たす範囲で最短となる加速時間tk1を算出するとともに、式(2)のM、hを加速終了地点の位置と速度に基づいて算出した結果が、いずれの軸においてもそれぞれの軸の許容最大トルク以下となる制約を満たす範囲で最短となる加速時間tk2を算出する。この算出したtk1とtk2を比較し、大きい方を加速時間tkとして用いる。一方、減速区間の運動方程式は、減速時間をtg、減速開始地点の各軸速度から構成されるベクトルをvgとすると、
τ=−Mvg/tg+h (3)
となるので、式(3)に基づいて減速開始地点および減速終了地点の位置と速度から、加速時間の算出と同様の方法で減速時間を算出する。
The equation of motion of the robot is that the driving torque vector composed of the driving torque of each joint is τ, the inertia matrix is M, the vector composed of the sum of centrifugal / Coriolis force, gravity and frictional force of each joint is h, If a vector composed of the acceleration of
τ = Ma + h (1)
It becomes. Here, when the speed command in each direction is a trapezoidal speed command, if the vector composed of the respective axis speeds at the acceleration end point is v k and the acceleration time is t k , the equation of motion of the robot in the acceleration section is
τ = Mv k / t k + h (2)
It becomes. Acceleration time t that is the shortest in the range where the result of calculating M and h in Expression (2) based on the position and speed of the acceleration start point satisfies the constraint that the value is equal to or less than the allowable maximum torque of each axis. As long as k1 is calculated, and M and h in the formula (2) are calculated based on the position and speed of the acceleration end point, the range satisfying the constraint that any axis is less than or equal to the allowable maximum torque of each axis. The shortest acceleration time t k2 is calculated. The calculated t k1 and t k2 are compared, and the larger one is used as the acceleration time t k . On the other hand, the equation of motion of the deceleration section, the deceleration time t g, the vector composed of the shaft speed of the deceleration start point and v g,
τ = −Mv g / t g + h (3)
Therefore, based on the expression (3), the deceleration time is calculated from the position and speed of the deceleration start point and the deceleration end point by the same method as the calculation of the acceleration time.
従来のロボット制御装置は、以上のように構成されているので、ロボットの手先を直線に沿って動作させる直線補間や円弧に沿って動作させる円弧補間を行う場合、等速区間であっても関節レベルでは加減速を行うため、等速区間の速度が高すぎると、等速動作を継続するだけでモータあるいは伝達機構の許容値を超えてしまう場合があり、動作毎に自動的に手先速度の上限値を定めることができなかった。また、連続動作を行う際には、特定の軸のモータのみ温度上昇量が大きくなる場合があるが、これを防ぐために各軸毎の加速度補正割合、各軸毎の速度補正割合、各軸毎の待ち時間補正割合などの予め指定した割合と各軸のモータの負荷に応じて自動的に加速時間、減速時間などの動作パラメータを修正することができないなどの課題があった。 Since the conventional robot control device is configured as described above, when performing linear interpolation that moves the robot's hand along a straight line or circular interpolation that moves along a circular arc, even in a constant velocity section, the joint Since the acceleration / deceleration is performed at the level, if the speed in the constant speed section is too high, the motor or transmission mechanism may be exceeded only by continuing constant speed operation. An upper limit could not be established. In addition, when performing continuous operation, the temperature rise amount may increase only for the motor of a specific axis. To prevent this, the acceleration correction ratio for each axis, the speed correction ratio for each axis, and each axis There is a problem that the operation parameters such as the acceleration time and the deceleration time cannot be automatically corrected according to the ratio specified in advance such as the waiting time correction ratio and the motor load of each axis.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、第1の目的は、新規な方法により動作の高速化を図ることができるロボット制御装置を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems. A first object of the present invention is to obtain a robot control apparatus capable of increasing the operation speed by a novel method.
この発明に係るロボット制御装置は、ロボットの各軸の許容最高速度、直交座標系における基準最高速度、各軸を駆動するモータの駆動トルクの許容最大値、各軸の伝達機構の作用トルクおよびモーメントの許容最大値をロボットパラメータ記憶手段に予め記憶しておき、基準速度演算手段により、直線補間で移動する際に入力される加速開始地点と減速終了地点の直交座標値と関節変位、および各軸の許容最高速度もしくは直交座標系における基準最高速度に基づいて、ロボットの現在動作についての各軸もしくは直交座標系における各方向の動作開始から加速時間経過したときに達する基準速度を算出し、加減速時間・速度上限パラメータ決定手段により、入力される加速開始地点と減速終了地点の直交座標値と関節変位の少なくとも一方に応答して、動作毎に各軸を駆動するモータの駆動トルクの許容最大値、各軸の伝達機構の作用トルクおよびモーメントの許容最大値、前記各軸の許容最高速度の少なくとも1つの制約を満たす範囲で最短の加速時間、減速時間および最大の速度上限パラメータを算出し、算出された当該現在動作の基準速度、加速時間、減速時間および最大の速度上限パラメータに基づいて、指令曲線生成手段によりロボットの各軸を駆動するモータを制御する指令曲線を生成するものである。 The robot control device according to the present invention includes an allowable maximum speed of each axis of the robot, a reference maximum speed in an orthogonal coordinate system, an allowable maximum value of a driving torque of a motor that drives each axis, an operating torque and a moment of a transmission mechanism of each axis. Is stored in advance in the robot parameter storage means, and the orthogonal coordinate values and joint displacements of the acceleration start point and deceleration end point input when moving by linear interpolation by the reference speed calculation means, and each axis Based on the maximum allowable speed or the reference maximum speed in the Cartesian coordinate system, calculate the reference speed that is reached when the acceleration time has elapsed since the start of the movement in each axis or the Cartesian coordinate system for the current motion of the robot. By the time / speed upper limit parameter determination means, at least one of the Cartesian coordinate value of the input acceleration start point and deceleration end point and the joint displacement In response to the above, at least one of the allowable maximum value of the driving torque of the motor that drives each axis for each operation, the allowable maximum value of the operating torque and moment of the transmission mechanism of each axis, and the allowable maximum speed of each axis is set. Calculate the shortest acceleration time, deceleration time, and maximum speed upper limit parameter within the range to be satisfied, and based on the calculated reference speed, acceleration time, deceleration time, and maximum speed upper limit parameter of the current operation, A command curve for controlling a motor for driving each axis of the robot is generated.
この発明に係るロボット制御装置は、ロボットの各軸の許容最高速度、直交座標系における基準最高速度、各軸を駆動するモータの駆動トルクの許容最大値、各軸の伝達機構の作用トルクおよびモーメントの許容最大値を、ロボットパラメータ記憶手段に予め記憶しておき、基準速度演算手段により、入力される加速開始地点と減速終了地点の直交座標値と関節変位に応答して、加速開始地点から減速終了地点への移動が関節補間の場合には、ロボットの各軸の許容最高速度に基づいて現在動作の各軸の動作開始から加速時間経過したときに達する基準速度を算出し、また、加速開始地点から減速終了地点への移動が直線補間の場合には、直交座標系における基準最高速度に基づいて現在動作の直交座標系の各方向の動作開始から加速時間経過したときに達する基準速度を算出し、加減速時間決定手段により、入力される加速開始地点と減速終了地点の直交座標値と関節変位の少なくとも一方に応答して、動作毎に各軸を駆動するモータの駆動トルクの許容最大値、各軸の伝達機構の作用トルクおよびモーメントの許容最大値の少なくとも1つの制約を満たす範囲で最短の加速時間および減速時間を算出し、トルク使用率演算手段により、算出された最短の加速時間に基づいて各軸の加速区間のトルク使用率算出し、最短となる減速時間に基づいて各軸の減速区間のトルク使用率を算出し、また、ロボットの各軸の補正率を補正率記憶手段に予め記憶しておき、動作パラメータ修正手段により、算出された各軸の加速区間および減速区間の各トルク使用率および各軸毎の補正率に基づいて動作パラメータを修正し、算出された基準速度、加速時間、減速時間と修正された動作パラメータに基づいて、指令曲線生成手段によりロボットの各軸を駆動するモータを制御する指令曲線を生成するようにしたものである。 The robot control device according to the present invention includes an allowable maximum speed of each axis of the robot, a reference maximum speed in an orthogonal coordinate system, an allowable maximum value of a driving torque of a motor that drives each axis, an operating torque and a moment of a transmission mechanism of each axis. Is stored in advance in the robot parameter storage means, and the reference speed calculation means decelerates from the acceleration start point in response to the orthogonal coordinate values and joint displacements of the input acceleration start point and deceleration end point. When the movement to the end point is joint interpolation, the reference speed reached when the acceleration time elapses from the start of each axis of the current movement is calculated based on the maximum allowable speed of each axis of the robot, and the acceleration starts When the movement from the point to the deceleration end point is linear interpolation, the acceleration time elapses from the start of the operation in each direction of the orthogonal coordinate system of the current operation based on the reference maximum speed in the orthogonal coordinate system. The reference speed that is reached is calculated, and each axis is driven for each operation in response to at least one of the orthogonal coordinate value and the joint displacement of the input acceleration start point and deceleration end point by the acceleration / deceleration time determining means. Calculate the shortest acceleration time and deceleration time within a range that satisfies at least one of the allowable maximum value of the motor driving torque, the operating torque of the transmission mechanism of each axis, and the allowable maximum value of the moment. Calculate the torque usage rate of the acceleration section of each axis based on the calculated shortest acceleration time, calculate the torque usage rate of the deceleration section of each axis based on the shortest deceleration time, The correction rate is stored in advance in the correction rate storage means, and is calculated based on the torque usage rate and the correction rate for each axis calculated by the operation parameter correction means in the acceleration and deceleration sections of each axis. The operation parameters are corrected, and based on the calculated reference speed, acceleration time, deceleration time and the corrected operation parameters, a command curve for controlling the motor that drives each axis of the robot is generated by the command curve generation means. It is a thing.
この発明は、動作毎にモータおよび伝達機構の許容トルクの制約を満たす範囲で最大の速度上限値および加減速パラメータを設定できるため、ロボットの動作の高速化を実現できる効果がある。 According to the present invention, since the maximum speed upper limit value and acceleration / deceleration parameters can be set within a range that satisfies the restrictions on the allowable torque of the motor and the transmission mechanism for each operation, there is an effect that the operation speed of the robot can be increased.
この発明は、予め指定した割合と各軸のモータの負荷に応じて動作パラメータを修正できるため、指定されたモータの負荷を抑えながらロボットの高速化が実現できる効果がある。 According to the present invention, since the operation parameter can be corrected according to the ratio specified in advance and the load of the motor of each axis, there is an effect that the robot can be speeded up while suppressing the load of the specified motor.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1によるロボット制御装置の構成を示すブロック図である。図において、教示点記憶手段1は、ロボットの加速開始地点および減速終了地点の直交座標を記憶しており、例えばA点からB点に移動する移動命令を受信したときにA点およびB点の直交座標値および関節変位を出力する手段である。ロボットパラメータ記憶手段6は、ロボットの機種毎に定められている各軸の許容最高速度、直交座標系における基準最高速度、各軸を駆動するモータの駆動トルクの許容最大値、各軸の伝達機構の作用トルクおよびモーメントの許容最大値等の制約条件と、質量、重心位置等のロボットの動力学特性を表現するためのパラメータ値を予め記憶している手段である。基準速度演算手段2は、ロボットパラメータ記憶手段6に記憶されているロボットの各軸毎の許容最高速度もしくは直交座標系における基準最高速度に基づいて、ロボットの現在動作についての各軸もしくは直交座標系における各方向の動作開始から加速時間だけ経過したときに達する基準速度を算出する手段である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a robot control apparatus according to
加減速時間・速度上限パラメータ決定手段7は、動作毎にロボットパラメータ記憶手段6に記憶されているモータの駆動トルクの許容最大値、各軸の伝達機構の作用トルクおよびモーメントの許容最大値の制約を満たす範囲で最短の加速時間、最短の減速時間および最大の速度上限パラメータを算出する手段である。指令曲線生成手段3は、基準速度演算手段2で算出されたロボットの現在動作の基準速度、加減速時間・速度上限パラメータ決定手段7で算出された当該動作の加速時間、減速時間および速度上限パラメータに基づいて指令曲線を生成する手段である。モータ制御手段4は、指令曲線生成手段3で生成された指令曲線に従ってロボット5の各軸を駆動するモータを制御する。
The acceleration / deceleration time / speed upper limit parameter determination means 7 is a restriction on the allowable maximum value of the motor driving torque, the operating torque of the transmission mechanism of each axis, and the allowable maximum value of moment stored in the robot parameter storage means 6 for each operation. This is means for calculating the shortest acceleration time, the shortest deceleration time, and the maximum speed upper limit parameter within a range satisfying the above. The command curve generation means 3 is a reference speed of the current motion of the robot calculated by the reference speed calculation means 2, an acceleration time, a deceleration time and a speed upper limit parameter of the motion calculated by the acceleration / deceleration time / speed upper limit parameter determination means 7. Is a means for generating a command curve based on The
次に動作について説明する。
教示点記憶手段1が、例えばA点(加速開始地点)からB点(減速終了地点)まで直線補間で移動する命令を受け取ると、教示点記憶手段1からは、A点およびB点の直交座標値および関節変位が読み出され、基準速度演算手段2と加減速時間・速度上限パラメータ決定手段7に与えられる。基準速度演算手段2では、これらデータとロボットパラメータ記憶手段6に記憶されている直交座標系の各方向における基準最高速度に基づいて、当該動作における各方向の基準速度が算出され、加減速時間・速度上限パラメータ決定手段7と指令曲線生成手段3に与えられる。
Next, the operation will be described.
When the teaching point storage means 1 receives, for example, a command to move by linear interpolation from point A (acceleration start point) to point B (deceleration end point), the orthogonal coordinates of the points A and B are received from the teaching point storage means 1. The value and the joint displacement are read and provided to the reference speed calculation means 2 and the acceleration / deceleration time / speed upper limit parameter determination means 7. Based on these data and the reference maximum speed in each direction of the orthogonal coordinate system stored in the robot parameter storage means 6, the reference speed calculation means 2 calculates the reference speed in each direction in the operation, The speed upper limit
加減速時間・速度上限パラメータ決定手段7の内部では、図2に示される処理手順に従って、モータの駆動トルクの許容最大値、各軸の伝達機構の作用トルクおよびモーメントの許容最大値の制約を満たす範囲で最短の加速時間、減速時間および最大の速度上限パラメータが決定される。
まず、当該動作の加速時間と減速時間の初期値と、基準速度に乗じる倍率許容値、すなわち速度上限パラメータの初期値を設定する(ステップST11)。次に、繰り返し回数nを初期値1に設定する(ステップST12)。教示点記憶手段1から与えられたA点およびB点の直交座標値と、基準速度演算手段2で算出された当該動作における各方向の基準速度と、現在動作における加減速時間および速度上限パラメータとから、加速終了地点および減速開始地点における直交座標値、関節変位、各方向での速度、各軸の速度を算出する(ステップST13)。
In the acceleration / deceleration time / speed upper limit parameter determination means 7, the constraints of the allowable maximum value of the motor driving torque, the operating torque of the transmission mechanism of each axis, and the allowable maximum value of the moment are satisfied according to the processing procedure shown in FIG. The shortest acceleration time, deceleration time and maximum speed upper limit parameter in the range are determined.
First, initial values of the acceleration time and deceleration time of the operation, and a magnification allowable value to be multiplied by the reference speed, that is, an initial value of the speed upper limit parameter are set (step ST11). Next, the number of repetitions n is set to an initial value 1 (step ST12). Orthogonal coordinate values of points A and B given from the teaching point storage means 1, the reference speed in each direction in the operation calculated by the reference speed calculation means 2, the acceleration / deceleration time and speed upper limit parameters in the current operation, Then, the Cartesian coordinate value, the joint displacement, the speed in each direction, and the speed of each axis at the acceleration end point and the deceleration start point are calculated (step ST13).
次に、加速開始地点でモータおよび伝達機構の許容トルクの制約を満たす範囲で最短の加速時間t1ai(i=1〜j、jはロボットの軸数)をそれぞれ算出し、得られたt1aiの最大値をt1aとする。同様に、加速終了地点でモータおよび伝達機構の許容トルクの制約を満たす範囲で最短の加速時間t1biをそれぞれ算出し、t1biの最大値をt1bとする(ステップST14)。これらの算出された最大値t1a、t1bの中で、大きい方の値を今回の加速時間t1として決定する(ステップST15)。
同様にして減速時間も求める。まず、減速開始地点でモータおよび伝達機構の許容トルクの制約を満たす範囲で最短の減速時間t2ai(i=1〜j、jはロボットの軸数)をそれぞれ算出し、得られたt2aiの最大値をt2aとする。同様に減速終了地点でモータおよび伝達機構の許容トルクの制約を満たす範囲で最短の減速時間t2biをそれぞれ算出し、得られたt2biの最大値をt2bとする(ステップST16)。これらの算出された最大値t2a、t2bの中で、大きい方の値を今回の減速時間t2として決定する(ステップST17)。
Next, the shortest acceleration time t 1ai (i = 1 to j, j is the number of axes of the robot) is calculated within the range satisfying the allowable torque constraints of the motor and the transmission mechanism at the acceleration start point, and the obtained t 1ai. Is the maximum value of t 1a . Similarly, the shortest acceleration time t 1bi is calculated within a range that satisfies the restrictions on the allowable torque of the motor and the transmission mechanism at the acceleration end point, and the maximum value of t 1bi is set to t 1b (step ST14). Among these calculated maximum values t 1a and t 1b , the larger value is determined as the current acceleration time t 1 (step ST15).
Similarly, the deceleration time is obtained. First, the shortest deceleration time t 2ai (i = 1 to j, j is the number of axes of the robot) is calculated within the range satisfying the allowable torque constraint of the motor and the transmission mechanism at the deceleration start point, and the obtained t 2ai Let the maximum value be t2a . Similarly, the shortest deceleration time t 2bi is calculated within a range that satisfies the restrictions on the allowable torque of the motor and the transmission mechanism at the deceleration end point, and the obtained maximum value of t 2bi is set to t 2b (step ST16). Among these calculated maximum values t 2a and t 2b , the larger value is determined as the current deceleration time t 2 (step ST17).
次に、加速終了地点の関節変位、各方向の速度から、各軸のモータおよび伝達機構の許容トルクの制約を満たす範囲で等速運動を続けることができる最大の速度上限パラメータvaを算出する。また、減速開始地点の関節変位、各方向の速度から、各軸のモータおよび伝達機構の許容トルクの制約を満たす範囲で等速運動を続けることができる最大の速度上限パラメータvbを算出する(ステップST18)。現在の速度上限パラメータvmax(n−1)、算出された最大の速度上限パラメータva、vbの中で最小のものを今回の繰り返しにおける速度上限パラメータvmax(n)として決定する(ステップST19)。 Next, the joint displacement of the acceleration end point, from the direction of the velocity, and calculates the maximum speed limit parameter v a can continue the constant velocity movement range satisfying the constraints of the allowable torque of each axis motor and the transmission mechanism . Further, the maximum speed upper limit parameter v b that allows the constant speed motion to be continued within the range satisfying the restriction of the allowable torque of the motor and transmission mechanism of each axis is calculated from the joint displacement at the deceleration start point and the speed in each direction ( Step ST18). The current speed upper limit parameter vmax (n−1) and the smallest calculated maximum speed upper limit parameter v a , v b are determined as the speed upper limit parameter vmax (n) in the current iteration (step ST19). .
繰り返し回数nが規定値Kを超えていれば、今回の加速時間、減速時間、および速度上限パラメータを加減速時間・速度上限パラメータ決定手段7で最終的に求めた加速時間kt、最終的に求めた減速時間gt、最終的に求めた速度上限パラメータvmaxとして指令曲線生成手段3に出力する(ステップST20)。繰り返し回数nが規定値Kを超えていない場合は、繰り返し回数nを1だけ増加させ(ステップST21)、ステップST13からステップST19の演算を再度行い、加速時間、減速時間および速度上限パラメータの算出を行う。 If the number of repetitions n exceeds the specified value K, the acceleration time kt finally obtained by the acceleration / deceleration time / speed upper limit parameter determination means 7 is finally obtained for the current acceleration time, deceleration time, and speed upper limit parameter. The deceleration time gt and the finally obtained speed upper limit parameter vmax are output to the command curve generating means 3 (step ST20). If the number of repetitions n does not exceed the specified value K, the number of repetitions n is increased by 1 (step ST21), and the calculation from step ST13 to step ST19 is performed again to calculate the acceleration time, deceleration time, and speed upper limit parameter. Do.
指令曲線生成手段3では、基準速度演算手段2から出力される基準速度と、加減速時間・速度上限パラメータ決定手段7から出力される加速時間、減速時間および速度上限パラメータに基づいた時々刻々の指令曲線を生成し、モータ制御手段4に出力する。モータ制御手段4は、指令曲線生成手段3で生成された時々刻々の指令曲線に従ってロボット5を駆動するモータを制御する。
In the command curve generating means 3, the command is generated every moment based on the reference speed output from the reference speed calculating means 2 and the acceleration time, deceleration time and speed upper limit parameters output from the acceleration / deceleration time / speed upper limit
次に、上記ステップST13における加速終了地点および減速開始地点での速度および変位の算出、ステップST14、ST16における加速時間、減速時間の算出と、ステップST18における速度上限パラメータの算出の詳細について説明する。
まず、ステップST13では、基準速度v0、速度上限パラメータvmaxから、この動作の直線速度vlを式(4)で算出する。
vl=vmax*v0 (4)
次に、直線速度vl、動作開始地点の直交座標値および動作終了地点の直交座標値、現在の加速時間、減速時間から、加速終了地点(C点)および減速開始地点(D点)での直交座標値を算出する。算出した直交座標値から加速終了地点の関節変位qcと減速開始地点での関節変位qdを算出する。加速終了地点から微小時間Δtだけ、直線速度vlで動作終了地点Bへ進んだ地点(C2点)の直交座標値と関節変位qc2を算出する。また、減速開始地点から微小時間Δtだけ直線速度vlで動作開始地点Aへ戻った地点(D2点)の直交座標値と関節変位qd2を算出する。
Next, details of calculation of speed and displacement at the acceleration end point and deceleration start point in step ST13, calculation of acceleration time and deceleration time in steps ST14 and ST16, and calculation of a speed upper limit parameter in step ST18 will be described.
First, in step ST13, the linear speed v l of this operation is calculated from the reference speed v 0 and the speed upper limit parameter vmax by the equation (4).
v l = vmax * v 0 (4)
Next, from the linear velocity v l , the orthogonal coordinate value of the operation start point and the orthogonal coordinate value of the operation end point, the current acceleration time, and the deceleration time, the acceleration end point (point C) and the deceleration start point (point D) An orthogonal coordinate value is calculated. From the calculated orthogonal coordinate values and joint displacement q c of the acceleration end point is calculated joint displacement q d of the deceleration start point. The Cartesian coordinate value and the joint displacement q c2 of the point (point C2) advanced from the acceleration end point to the operation end point B at the linear velocity v 1 for a minute time Δt are calculated. Further, an orthogonal coordinate value and a joint displacement q d2 at a point (point D2) that returns from the deceleration start point to the operation start point A at a linear speed v 1 for a minute time Δt are calculated.
さらに、加速開始地点(A点)の関節変位をqa、加速開始地点から微小時間Δtだけ、直線速度vlで進んだ地点(A2)点の関節変位をqa2、減速終了地点(B点)の関節変位をqb、減速終了地点から微小時間Δtだけ直線速度vlで動作開始地点Aへ戻った地点(B2点)の関節変位をqb2とする。このとき、加速開始地点、加速終了地点、減速開始地点、減速終了地点での関節速度ベクトルv1a、v1b、v2a、v2bをそれぞれ式(5)〜式(8)によりそれぞれ算出する。
v1a=(qa2−qa)/Δt (5)
v1b=(qc2−qc)/Δt (6)
v2a=(qd−qd2)/Δt (7)
v2b=(qb−qb2)/Δt (8)
Furthermore, the joint displacement at the acceleration start point (point A) is q a , the joint displacement at the point (A2) point advanced from the acceleration start point by the linear speed v 1 for a minute time Δt, q a2 , and the deceleration end point (point B) ) Is the joint displacement q b , and the joint displacement at the point (B2 point) where the linear velocity v 1 returns to the operation start point A from the deceleration end point for a minute time Δt is q b2 . At this time, the joint velocity vectors v 1a , v 1b , v 2a , and v 2b at the acceleration start point, the acceleration end point, the deceleration start point, and the deceleration end point are respectively calculated by Equations (5) to (8).
v 1a = (q a2 −q a ) / Δt (5)
v 1b = (q c2 −q c ) / Δt (6)
v 2a = (q d −q d2 ) / Δt (7)
v 2b = (q b −q b2 ) / Δt (8)
ステップST14では加速開始地点および加速終了地点から加速時間を算出する。まず、ロボットの運動方程式の慣性行列からモータの慣性を除いた行列をMl、遠心・コリオリ力および重力の和から構成されるベクトルをhlとする。このとき各関節の減速機に作用するトルクτlは式(9)となる。
τl=Mla+hl (9)
式(1)、(9)で計算されるモータおよび減速機のトルクが許容値以下となるように加速開始地点、加速終了地点で加速時間を算出する。速度vまで加速時間tkで加速する場合は、式(1)、(9)においてa=v/tkとすればよい。加速開始地点では、関節変位がqa、現在の速度を0とし、速度v1aまで等加速度で加速を行うとしたときの式(1)、(9)の算出結果がいずれの軸においてもモータおよび減速機の許容トルク以下となる制約を満たす範囲で最短となる加速時間t1aを算出する。加速終了地点では、関節変位がqc、現在の速度をv1bとし、速度v1bまで等加速度で加速を行うとしたときの式(1)、(9)の算出結果がいずれの軸においてもモータおよび減速機の許容トルク以下となる制約を満たす範囲で最短となる加速時間t1bを算出する。
In step ST14, the acceleration time is calculated from the acceleration start point and the acceleration end point. First, let M l be a matrix obtained by removing the inertia of the motor from the inertia matrix of the motion equation of the robot, and let h l be a vector composed of the sum of centrifugal / Coriolis force and gravity. At this time, the torque τ 1 acting on the speed reducer of each joint is expressed by Equation (9).
τ l = M l a + h l (9)
The acceleration time is calculated at the acceleration start point and the acceleration end point so that the torque of the motor and the speed reducer calculated by the equations (1) and (9) is less than the allowable value. When accelerating to the speed v with the acceleration time tk, a = v / tk in equations (1) and (9). At the acceleration start point, when the joint displacement is q a , the current speed is 0, and acceleration is performed at a constant acceleration up to the speed v 1a , the calculation results of formulas (1) and (9) are the motors for both axes. And the acceleration time t 1a that is the shortest within a range satisfying the constraint that is less than or equal to the allowable torque of the reduction gear is calculated. At the acceleration end point, when the joint displacement is q c , the current speed is v 1b, and acceleration is performed at a constant acceleration up to the speed v 1b , the calculation results of equations (1) and (9) are the same for any axis. An acceleration time t 1b that is the shortest in a range that satisfies a constraint that is less than or equal to the allowable torque of the motor and the reduction gear is calculated.
ステップST16では、減速開始地点および減速終了地点で減速時間を算出する。速度vから減速時間tgで減速する場合は、式(1)、(9)においてa=−v/tgとすればよい。減速開始地点では、関節変位がqd、現在の速度をv2aとし、速度v2aから等加速度で減速を行うとしたときの式(1)、(9)の算出結果がいずれの軸においてもモータおよび減速機の許容トルク以下となる制約を満たす範囲で最短となる減速時間t2aを算出する。減速終了地点では、関節変位がqb、現在の速度を0とし、速度v2bから等加速度で減速を行うとしたときの式(1)、(9)の算出結果がいずれの軸においてもモータおよび減速機の許容トルク以下となる制約を満たす範囲で最短となる減速時間t2bを算出する。 In step ST16, the deceleration time is calculated at the deceleration start point and the deceleration end point. When decelerating from the speed v with the deceleration time tg, a = −v / tg in equations (1) and (9). At the deceleration start point, when the joint displacement is q d , the current speed is v 2a, and deceleration is performed at a constant acceleration from the speed v 2a , the calculation results of equations (1) and (9) are the same for any axis. A deceleration time t2a that is the shortest in a range that satisfies a constraint that is equal to or less than the allowable torque of the motor and the reduction gear is calculated. At the deceleration end point, when the joint displacement is q b , the current speed is 0, and deceleration is performed at a constant acceleration from the speed v 2b , the calculation results of formulas (1) and (9) are the motors for both axes. And the deceleration time t2b that is the shortest within the range satisfying the constraint that is less than or equal to the allowable torque of the reduction gear is calculated.
ステップST18では、まず、加速終了地点から微小時間Δtだけ、直線速度vlで動作開始点(加速開始地点)Aへ戻った地点(C3点)の直交座標値と関節変位qc3を算出する。また、減速開始地点から微小時間Δtだけ直線速度vlで動作終了点(減速終了地点)Bへ進んだ地点(D3点)の直交座標値と関節変位qd3を算出する。次に速度v1c、v2cをそれぞれ式(10)、(11)により算出する。
v1c=(qc−qc3)/Δt (10)
v2c=(qd3−qd)/Δt (11)
さらに加速終了地点および減速開始地点での加速度ac、adは、それぞれ式(12)、(13)により算出できる。
ac=(v1b−v1c)/Δt (12)
ad=(v2c−v2b)/Δt (13)
したがって、加速終了地点でのモータトルクτc、減速機トルクτlcはそれぞれ式(14)、(15)となる。
τc=Mcac+hc (14)
τlc=Mlcac+hlc (15)
ここでMc、hc、Mlc、hlcはそれぞれ加速終了地点の関節変位qcおよび関節速度v1bから算出した式(1)のM、h、式(9)のMl、hlである。
In step ST18, first, an orthogonal coordinate value and a joint displacement q c3 of a point (point C3) that returns to the operation start point (acceleration start point) A at a linear velocity v 1 from the end point of acceleration for a minute time Δt are calculated. Further, the Cartesian coordinate value and the joint displacement qd3 of the point (point D3) that has advanced from the deceleration start point to the operation end point (deceleration end point) B at the linear velocity v 1 for a minute time Δt are calculated. Next, the speeds v 1c and v 2c are calculated by the equations (10) and (11), respectively.
v 1c = (q c −q c3 ) / Δt (10)
v 2c = (q d3 −q d ) / Δt (11)
Furthermore, the accelerations a c and a d at the acceleration end point and the deceleration start point can be calculated by equations (12) and (13), respectively.
a c = (v 1b −v 1c ) / Δt (12)
a d = (v 2c −v 2b ) / Δt (13)
Accordingly, the motor torque τ c and the speed reducer torque τ lc at the acceleration end point are expressed by equations (14) and (15), respectively.
τ c = M c a c + h c (14)
τ lc = M lc a c + h lc (15)
Here, M c , h c , M lc , and h lc are M and h in equation ( 1 ) and M l and h l in equation (9) calculated from joint displacement q c and joint velocity v 1b at the acceleration end point, respectively. It is.
次に、加速終了地点での直線速度が、同じ場所で速度のみk倍されると、式(6)、(10)の速度および式(12)の加速度もk倍される。簡略化のため、速度が変化したことによる遠心・コリオリ力の変化は無視し、hcのうち、粘性摩擦力をfvc、残りをh2cとすると、加速終了地点での直線速度が、同じ場所で速度のみk倍されたときには上記式(14)、(15)はそれぞれ次式(16)、(17)のように変形される。
τc=k*(Mcac+fvc)+h2c (16)
τlc=k*Mlcac+hlc (17)
Next, when the linear velocity at the acceleration end point is multiplied by k only at the same location, the velocity of equations (6) and (10) and the acceleration of equation (12) are also multiplied by k. For simplicity, the change in the centrifugal-Coriolis force due to speed changes is negligible among the h c, the viscous friction force f vc, when the remainder and h 2c, linear velocity in the acceleration end point is the same When only the speed is multiplied by k at the place, the above equations (14) and (15) are transformed into the following equations (16) and (17), respectively.
τ c = k * (M c ac + f vc ) + h 2c (16)
τ lc = k * M lc a c + h lc (17)
式(16)、(17)の算出結果がいずれの軸においてもモータおよび減速機の許容トルク以下となる制約を満たす範囲で最大のkであるkaを算出する。式(16)、(17)はkに関する1次式なのでkaは容易に算出できる。例えば、第i軸のモータトルクの制限τmmaxiを満たすkの最大値kmiは、(Mcac+fvc)、h2cの第i行要素をそれぞれmi、hiとすると、mi>0の場合は式(18)となる。
kmi=(τmmaxi−hi)/mi (18)
また、mi<0の場合は(19)となる。
kmi=(−τmmaxi−hi)/mi (19)
また、mi=0の場合は任意のkでモータトルクの制限τmmaxiを満たすので、予め定めた正の大きな値とする。全ての軸のモータトルク制限を満たすkの最大値と減速機のトルク制限を満たすkの最大値の中から最小値を速度倍率kaとして算出する。
減速開始地点でも減速開始地点での加速度、速度、関節変位から、加速開始地点での演算と全く同様にして、いずれの軸においてもモータおよび減速機の許容トルク以下となる制約を満たす範囲で最大のkである速度倍率kbを算出する。
The maximum k a is calculated in a range that satisfies the constraint that the calculation results of the equations (16) and (17) are equal to or less than the allowable torque of the motor and the reduction gear for any axis. Equation (16), (17) Since the first-order equation relating k k a can be easily calculated. For example, the maximum value k mi of k satisfying restrictions tau Mmaxi the motor torque of the i-axis, when the (M c a c + f vc ), respectively the i-th row element of h 2c m i, h i, m i In the case of> 0, Expression (18) is obtained.
k mi = (τ mmaxi -h i ) / m i (18)
Further, when m i <0, (19) is obtained.
k mi = (- τ mmaxi -h i) / m i (19)
Further, when m i = 0, the motor torque limit τ mmaxi is satisfied at an arbitrary k, and thus a large positive value is set in advance. Calculating the minimum value as the speed ratio k a from the maximum value of k satisfying torque limit of the maximum value of k satisfying the motor torque limit of all axes and reduction gear.
Even at the deceleration start point, the acceleration, speed, and joint displacement at the deceleration start point are exactly the same as the calculation at the acceleration start point, and the maximum within the range that satisfies the constraints that are below the allowable torque of the motor and reducer on any axis calculate the velocity ratio k b is the k.
次に、現在の速度上限パラメータvmaxと速度倍率kaから加速終了地点での速度上限パラメータvaを次式(20)により算出する。
va=vmax*ka (20)
さらに現在の速度上限パラメータvmaxとkbから減速開始地点での速度上限パラメータを式(21)で算出する。
vb=vmax*kb (21)
Then calculated by the following equation (20) the speed limit parameter v a at the acceleration end point from the current speed limit parameters vmax and speed ratio k a.
v a = vmax * k a ( 20)
Furthermore the speed limit parameter at the deceleration start point from the current speed limit parameters vmax and k b is calculated by equation (21).
v b = vmax * k b (21)
以上のように、この実施の形態1によれば、ロボットパラメータ記憶手段6に、ロボットの各軸の許容最高速度、直交座標系における基準最高速度、各軸を駆動するモータの駆動トルクの許容最大値、各軸の伝達機構の作用トルクおよびモーメントの許容最大値を予め記憶しておき、基準速度演算手段2により、入力される加速開始地点と減速終了地点の直交座標値と関節変位、および各軸の許容最高速度もしくは直交座標系における基準最高速度に基づいて、ロボットの現在動作についての各軸もしくは直交座標系における各方向の動作開始から加速時間経過したときに達する基準速度を算出し、加減速時間・速度上限パラメータ決定手段7において、入力される加速開始地点と減速終了地点の直交座標値と関節変位の少なくとも一方に応答して、動作毎に各軸を駆動するモータの駆動トルクの許容最大値、各軸の伝達機構の作用トルクおよびモーメントの許容最大値、各軸の許容最高速度の少なくとも1つの制約を満たす範囲で最短の加速時間、減速時間および最大の速度上限パラメータを算出し、指令曲線生成手段3により、算出された当該現在動作の基準速度、加速時間、減速時間および最大の速度上限パラメータに基づいてロボットの各軸を駆動するモータを制御する指令曲線を生成するようにしている。したがって、動作毎に最適な速度上限値および加減速パラメータを設定できるため、ロボットの高速化が図れる効果が得られる。
As described above, according to the first embodiment, the robot
また、そのための具体性として、この実施の形態1では、加減速時間・速度上限パラメータ決定手段7は、規定の繰り返し回数で演算を行い、与えられた加速開始地点および減速終了地点の直交座標値と、基準速度演算手段2で演算された当該動作における各方向の基準速度と、現在の加速時間、減速時間および速度上限パラメータとに基づいて加速終了地点および減速開始地点における直交座標値、関節変位、各方向での速度、各軸の速度を算出し、加速開始地点と加速終了地点のそれぞれにおいて、モータおよび伝達機構の許容トルクの制約を満たす範囲で各軸の最短の加速時間をそれぞれ算出し、得られた各地点での最短の加速時間の最大値t1a、t1bをそれぞれ抽出し、抽出されたこれらの最大値t1a、t1bの中で、大きい方の値を今回の加速時間として決定し、また、減速開始地点と減速終了地点のそれぞれにおいて、モータおよび伝達機構の許容トルクの制約を満たす範囲で各軸の最短の減速時間をそれぞれ算出し、得られた各地点での最短の減速時間の最大値t2a、t2bをそれぞれ抽出し、抽出されたこれらの最大値t2a、t2bの中で、大きい方の値を今回の減速時間として決定し、加速終了地点と減速開始地点のそれぞれの関節変位、各方向の速度から、各軸のモータおよび伝達機構の許容トルクの制約を満たす範囲で等速運動を続けることができる各地点の最大の速度上限パラメータva、vbをそれぞれ算出し、算出されたこれら最大の速度上限パラメータva、vbおよび現在の速度上限パラメータの中で、最小の値を今回の速度上限パラメータとして決定するようにしたことを特徴としている。 Further, as a concrete example for this purpose, in the first embodiment, the acceleration / deceleration time / speed upper limit parameter determination means 7 performs the calculation at the specified number of repetitions, and the orthogonal coordinate values of the given acceleration start point and deceleration end point. Orthogonal coordinate values at the acceleration end point and the deceleration start point based on the reference speed in each direction in the operation calculated by the reference speed calculation means 2 and the current acceleration time, deceleration time and speed upper limit parameters, joint displacement Calculate the speed in each direction and the speed of each axis, and calculate the shortest acceleration time for each axis at the acceleration start point and acceleration end point within the range that satisfies the allowable torque limit of the motor and transmission mechanism. , shortest maximum value t 1a of acceleration time obtained in each point, the t 1b respectively extracted, extracted these maximum values t 1a, in t 1b, large This value is determined as the current acceleration time, and the shortest deceleration time for each axis is calculated at each of the deceleration start point and deceleration end point within the range that satisfies the allowable torque limit of the motor and transmission mechanism. Then, the maximum values t 2a and t 2b of the shortest deceleration time at each of the obtained points are extracted, and the larger value among the extracted maximum values t 2a and t 2b is the current deceleration time. From each joint displacement at the acceleration end point and the deceleration start point, and the speed in each direction, the constant speed motion can be continued within the range that satisfies the constraints of the allowable torque of the motor and transmission mechanism of each axis. maximum speed limit parameter v a, v b were calculated, the calculated these maximum speed limit parameter v a, v b and in the current speed limit parameter, the minimum value of the current It is characterized in that so as to determine a degree bound parameter.
実施の形態2.
実施の形態2によるロボット制御装置の構成も図1で表され、加減速時間・速度上限パラメータ決定手段7の内部における加速時間、減速時間および速度上限パラメータ決定までの処理の流れも図2のフローチャートで表される。実施の形態1とは、ステップST18における速度上限パラメータの算出方法のみが異なるので、ステップST18の動作について説明する。
ステップST18の内部でも加速終了地点での加速度ac、減速開始地点での加速度adの算出までは実施の形態1と同一である。実施の形態1では速度がk倍されたときに遠心・コリオリ力が変化する影響は無視していたが、実施の形態2の場合は、遠心・コリオリ力の変化も考慮してモータおよび減速機の許容トルクの制約を満たす範囲で最大となる速度倍率を算出するようにしたものである。
Embodiment 2. FIG.
The configuration of the robot control apparatus according to the second embodiment is also shown in FIG. 1, and the flow of processing up to the determination of the acceleration time, the deceleration time, and the speed upper limit parameter in the acceleration / deceleration time / speed upper limit parameter determination means 7 is also the flowchart of FIG. It is represented by Since only the speed upper limit parameter calculation method in step ST18 is different from the first embodiment, the operation in step ST18 will be described.
Step acceleration a c on the acceleration end point in the interior of ST18, until the calculation of the acceleration a d of the deceleration start point is the same as the first embodiment. In the first embodiment, the effect of changing the centrifugal / Coriolis force when the speed is multiplied by k is ignored. However, in the second embodiment, the change in the centrifugal / Coriolis force is also taken into consideration. The maximum speed magnification within a range satisfying the allowable torque limit is calculated.
まず、加速終了地点での関節変位qc、関節速度v1bから算出した遠心・コリオリ力をcc、重力をgc、クーロン摩擦力をfccとすると、上記式(14)、(15)は、それぞれ次式(22)、(23)のように変形できる。
τc=k2*cc+k*(Mcac+fvc)+(gc+fcc) (22)
τlc=k2*cc+k*Mlcac+gc (23)
式(22)、(23)は速度倍率kの2次式なので、k2およびkの係数の符号毎に場合わけを行い、各軸のモータのトルク許容値を満たす範囲で最大の速度倍率kと、各軸の減速機の許容トルクの制約を満たす範囲で最大となる速度倍率kを算出し、その中の最小値をkaとすれば、いずれの軸においてもモータおよび減速機の許容トルク以下となる制約を満たす範囲で最大の速度倍率kaが算出される。
First, assuming that the centrifugal displacement / Coriolis force calculated from the joint displacement q c and the joint velocity v 1b at the acceleration end point is c c , the gravity is g c , and the coulomb friction force is f cc , the above equations (14) and (15) Can be transformed into the following equations (22) and (23), respectively.
τ c = k 2 * c c + k * (M c ac + f vc ) + (g c + f cc ) (22)
τ lc = k 2 * c c + k * M lc a c + g c (23)
Equation (22), (23) Since the quadratic equation of the speed ratio k, k 2 and performs why if k symbols each of the coefficients in the maximum speed ratio k in the range satisfying the torque tolerance value of each axis motor If, to calculate the rate factor k that maximizes the extent to satisfy the constraints of the allowable torque of the reduction gear of each shaft, when the minimum value of the a k a, the allowable torque of the motor and reduction gear in both axes hereinafter become constraint satisfies a range at the maximum speed ratio k a is calculated.
同様に減速開始地点での関節変位qd、関節速度v2aから算出した遠心・コリオリ力をcd、重力をgd、クーロン摩擦力をfcdとし、減速開始地点での関節変位qd、関節速度v2aから算出した式(1)のM、h、式(9)のMl、hlをそれぞれMd、hd、Mld、hldとすれば、減速開始地点でのモータトルクおよび減速機トルクはそれぞれ次式(24)、(25)のようになる。
τd=k2*cd+k*(Mdad+fvd)+(gd+fcd) (24)
τld=k2*cd+k*Mldad+gd (25)
式(24)、(25)は速度倍率kの2次式なので、k2およびkの係数の符号毎に場合わけを行い、各軸のモータトルク許容値を満たす範囲で最大の速度倍率kと、各軸の減速機の許容トルクの制約を満たす範囲で最大となる速度倍率kを算出し、その中の最小値を速度倍率kaとすれば、いずれの軸においてもモータおよび減速機の許容トルク以下となる制約を満たす範囲で最大の速度倍率kbが算出される。
以上のようにして算出された速度倍率ka、kbからは、実施の形態1と同様に式(20)、(21)を用いて加速終了地点での速度上限パラメータvaと減速開始地点での速度上限パラメータvbが算出される。
Similarly joint displacement q d of the deceleration start point, the centrifugal-Coriolis force calculated from the joint velocity v 2a c d, gravity g d, the Coulomb friction force and f cd, joint displacement q d of the deceleration start point, If M and h in the equation (1) calculated from the joint velocity v 2a and M l and h l in the equation (9) are M d , h d , M ld and h ld , respectively, the motor torque at the deceleration start point And the reduction gear torque is as shown in the following equations (24) and (25), respectively.
τ d = k 2 * c d + k * (M d a d + f vd ) + (g d + f cd ) (24)
τ ld = k 2 * c d + k * M ld a d + g d (25)
Equation (24), so (25) is a quadratic equation of the speed ratio k, performed not when each sign of the coefficient of k 2 and k, the maximum speed ratio k in the range satisfying the motor torque tolerance value for each axis calculates the speed ratio k that maximizes the extent to satisfy the constraints of the allowable torque of the reduction gear of each shaft, when the minimum value of the the speed ratio k a, allowable motor and reduction gear in both axes maximum speed ratio k b is calculated in a range that satisfies the constraints become less torque.
Above manner, the speed ratio k a that is calculated from the k b, as in the first embodiment formula (20), the speed limit parameter v a and the deceleration start point at the acceleration end point using (21) speed limit parameter v b in is calculated.
以上のように、この実施の形態2によれば、加減速時間・速度上限パラメータ決定手段7は、上記実施の形態1の速度上限パラメータを求める部分に代わって、加速終了地点と減速開始地点のそれぞれの関節変位、関節速度から算出した遠心・コリオリ力、重力、クーロン摩擦力に基づいて、各地点(加速終了地点と減速開始地点)で各軸のモータの許容トルクの制約を満たす範囲で最大となる速度倍率と各軸の減速機の許容トルクの制約を満たす範囲で最大となる速度倍率をそれぞれ算出し、算出された各地点での両速度倍率の中で、最小の速度倍率ka、kbをそれぞれ抽出し、抽出された各地点での最小値の速度倍率ka、kbに基づいて、加速終了地点での最大の速度上限パラメータvaと減速開始地点での速度上限パラメータvbを算出し、算出されたこれら最大の速度上限パラメータva、vbおよび現在の速度上限パラメータの中で、最小の値を今回の速度上限パラメータとして決定するようにしたことを特徴としている。したがって、遠心・コリオリ力の変化も考慮してモータおよび減速機の許容トルクの制約を満たす範囲で最大となる速度倍率を算出できるため、実施の形態1と同様に、動作毎に最適な速度上限パラメータを設定できる効果が得られる。
As described above, according to the second embodiment, the acceleration / deceleration time / speed upper limit
実施の形態3.
実施の形態3によるロボット制御装置の構成も図1で表される。加減速時間・速度上限パラメータ決定手段7の内部における加速時間、減速時間および速度上限パラメータ決定までの処理の流れは図3のフローチャートで表される。図3において、この実施の形態3は、実施の形態1および実施の形態2の場合とはステップST18における速度上限パラメータの算出方法が異なり、また、ステップST22およびステップST23が新たに追加されている点で異なっている。したがって、異なる点を中心にして説明する。
まず、ステップST18では、加速終了地点で全てのモータおよび減速機の許容トルクの制約を満たす範囲で最大となる速度倍率kaを算出し、減速開始地点で全てのモータおよび減速機の許容トルクの制約を満たす範囲で最大となる速度倍率kbを算出する。これら速度倍率kaおよびkbの算出方法は、実施の形態2と全く同様とする。
Embodiment 3 FIG.
The configuration of the robot control apparatus according to the third embodiment is also shown in FIG. The flow of processing from the acceleration / deceleration time / speed upper limit parameter determination means 7 to the acceleration time, deceleration time and speed upper limit parameter determination is shown in the flowchart of FIG. In FIG. 3, the third embodiment is different from the first and second embodiments in the method of calculating the speed upper limit parameter in step ST18, and steps ST22 and ST23 are newly added. It is different in point. Therefore, different points will be mainly described.
First, in step ST18, the maximum speed magnification ka is calculated in a range that satisfies the allowable torque constraints of all motors and decelerators at the acceleration end point, and the allowable torques of all motors and decelerators are calculated at the deceleration start point. calculate the velocity ratio k b which maximizes the extent that satisfy the constraints. Calculation method of the speed ratio k a and k b is exactly same as in the second embodiment.
次に、加速終了地点の速度v1bからモータ速度の制限を満たす範囲で最大となる倍率ka2を算出する。v1bの第i要素をv1bi、第i軸のモータ許容最高速度をveli、とすると第i軸の速度の最高速度に対する比率vriは式(26)により算出できる。
vri=abs(v1bi)/veli (26)
ここで、abs( )は絶対値を意味する。加速開始地点でのvriの最大値をvrmaxaとすれば、モータ速度の制限を満たす範囲で最大となる倍率ka2は次式(27)により算出できる。
ka2=1/vrmaxa (27)
同様に、減速開始地点の速度v2aからモータ速度の制限を満たす範囲で最大となる倍率kb2を算出する。
kaとka2の小さい方をka3、またkbとkb2の小さい方をkb3とし、加速終了地点での速度上限パラメータva、vbをそれぞれ現在の速度上限パラメータvmaxから次式(28)、(29)で算出する。
va=vmax*ka3 (28)
vb=vmax*kb3 (29)
Next, a magnification k a2 that is maximum in a range satisfying the motor speed limit is calculated from the speed v 1b at the acceleration end point. Assuming that the i-th element of v 1b is v 1bi and the motor allowable maximum speed of the i-th axis is vel i , the ratio vr i of the i-th axis speed to the maximum speed can be calculated by Expression (26).
vr i = abs (v 1bi ) / vel i (26)
Here, abs () means an absolute value. If the maximum value of vr i at the acceleration start point is vrmax a , the maximum magnification k a2 within the range satisfying the limit of the motor speed can be calculated by the following equation (27).
k a2 = 1 / vrmax a (27)
Similarly, to calculate the ratio k b2 becomes maximum in a range satisfying the restriction from the speed v 2a of the motor speed of the deceleration start point.
The smaller of k a and k a2 is k a3 , and the smaller of k b and k b2 is k b3, and the speed upper limit parameters v a and v b at the acceleration end point are respectively calculated from the current speed upper limit parameter vmax by the following equations: Calculated in (28) and (29).
v a = vmax * k a3 ( 28)
v b = vmax * k b3 (29)
次にステップST22およびST23について説明する。
まず、ステップST20までで算出した加速時間、減速時間および速度上限値を用いた場合に、等速区間があるかどうかの判別を行う(ステップST22)。この等速区間の有無の判別では、加速区間と減速区間の移動距離の和がその動作の移動距離よりも短い場合は等速区間が有り、一方、長い場合は等速区間が無いと判別できる。
Next, steps ST22 and ST23 will be described.
First, it is determined whether or not there is a constant speed section when the acceleration time, deceleration time, and speed upper limit value calculated up to step ST20 are used (step ST22). In determining whether there is a constant speed section, it can be determined that there is a constant speed section when the sum of the movement distances of the acceleration section and the deceleration section is shorter than the movement distance of the operation, while there is no constant speed section when it is long. .
ステップST22の判定で、「等速区間が有り」の場合、等速区間の中点で速度上限パラメータを修正する(ステップST23)。この場合、等速区間の中点、すなわち加速終了地点と減速開始地点の中点(M1点)を求め、中点の関節変位qmを算出する。次に等速区間の中点(M1点)から等速区間の速度で微小時間Δtだけ動作終了地点B点へ進んだ地点(M2点)の関節変位qm2と、等速区間の中点(M1点)から等速区間の速度で微小時間Δtだけ動作開始地点A点へ戻った地点(M3点)の関節変位qm3を算出する。さらに中点(M1点)での速度vmおよび加速度amを式(30)、(31)、(32)により算出する。
vm=(qm2−qm)/Δt (30)
vm2=(qm−qm3)/Δt (31)
am=(vm−vm2)/Δt (32)
If it is determined in step ST22 that “there is a constant speed section”, the speed upper limit parameter is corrected at the midpoint of the constant speed section (step ST23). In this case, the midpoint of the constant speed section, i.e. determine the midpoint (M1 points) of the deceleration start point and the acceleration end point, and calculates joint displacement q m midpoint. Next, the joint displacement q m2 at the point (M2 point) that has advanced from the midpoint (M1 point) of the constant velocity section to the operation end point B for the minute time Δt at the speed of the constant velocity section, and the midpoint ( A joint displacement q m3 is calculated at a point (point M3) that returns from the point M1) to the operation start point A for a minute time Δt at a speed in the constant velocity section. Furthermore the speed v m and the acceleration a m in the midpoint (M1 points) Equation (30), (31), is calculated by (32).
v m = (q m2 −q m ) / Δt (30)
v m2 = (q m −q m3 ) / Δt (31)
a m = (v m −v m2 ) / Δt (32)
中点(M1点)で、全ての軸のモータおよび減速機の許容トルクの制約を満たす範囲で最大の速度倍率kmaを、ステップST18における加速終了地点で全ての軸のモータおよび減速機の許容トルクの制約を満たす範囲で最大の速度倍率kaの算出と全く同様にて求める。さらに中点でのモータ最高速度の制限を満たす範囲で最大の速度倍率kmvを、ステップST18における加速終了地点でのモータ最高速度の制限を満たす範囲で最大の速度倍率ka2の算出と全く同様にして求める。次に、算出された速度倍率kmaおよびkmvの小さい方をkmとし、km<1の場合は速度上限パラメータをkm *vmaxに書き換える。また、km≧1の場合には速度上限パラメータは書き換えない。
なお、ステップST22で「等速区間は無し」との判定がなされた場合には、パラメータの修正は必要なく動作を終了する。
At the midpoint (M1 points), all the motor and reduction gear permissible maximum speed ratio k ma in the range satisfying the constraint torque of the shaft, the allowable motor and reduction gear of all axes at the acceleration end point at step ST18 obtaining at exactly the same manner as the calculation of the maximum speed ratio k a range that satisfies the constraints of the torque. Further, the maximum speed multiplication factor k mv within the range satisfying the limitation on the maximum motor speed at the midpoint is exactly the same as the calculation of the maximum speed magnification factor k a2 within the range satisfying the limitation on the maximum motor speed at the acceleration end point in step ST18. Ask for it. Next, a smaller speed ratio k ma and k mv calculated as k m, in the case of k m <1 rewrites the speed limit parameter k m * vmax. In addition, when k m ≧ 1, the speed upper limit parameter is not rewritten.
If it is determined in step ST22 that “there is no constant velocity section”, the parameter is not corrected and the operation is terminated.
以上のように、この実施の形態3によれば、加減速時間・速度上限パラメータ決定手段7は、上記実施の形態1および実施の形態2の速度上限パラメータを求める部分に代わって、加速終了地点と減速開始地点のそれぞれの関節変位、関節速度から算出した遠心・コリオリ力、重力、クーロン摩擦力に基づいて、各地点で各軸のモータの許容トルクの制約を満たす範囲で最大となる速度倍率と各軸の減速機の許容トルクの制約を満たす範囲で最大となる速度倍率をそれぞれ算出し、算出された各地点での両速度倍率の中で、最小の速度倍率ka、kbをそれぞれ抽出し、加速終了地点および減速開始地点におけるそれぞれの速度v1b、v2aからモータ速度の制限を満たす範囲で最大となる速度倍率ka2、kb2をそれぞれ算出し、最小の速度倍率ka、kbと最大となる速度倍率ka2、kb2の中で小さい方の値ka3、kb3に基づいて、加速終了地点と減速開始地点での速度上限パラメータva、vbをそれぞれ算出している。また、加速時間、減速時間および速度上限パラメータを用いた場合に、等速区間があるかどうかの判別を行い、等速区間が有りの場合、等速区間の中点で速度上限パラメータを修正し、中点の関節変位qmを算出し、次に、等速区間の中点から等速区間の速度で微小時間Δtだけ動作終了地点側へ進んだ地点の関節変位qm2と、等速区間の中点から等速区間の速度で微小時間Δtだけ動作開始地点側へ戻った地点の関節変位qm3を算出し、さらに中点での速度vmおよび加速度amを算出し、中点で、全ての軸のモータおよび減速機の許容トルクの制約を満たす範囲で最大の速度倍率kmaを算出し、さらに中点でのモータ最高速度の制限を満たす範囲で最大の速度倍率kmvを算出し、算出された速度倍率kmaおよびkmvの中で小さい方の値kmが、1より小さい場合のみ、その小さい方の値(速度倍率km)に基づいて、速度上限パラメータをkm *vmaxにそれぞれ書き換えるようにしたことを特徴としている。したがって、等速区間が存在する場合にも、実施の形態1と同様に、動作毎に最適な速度上限パラメータを設定できる効果が得られる。
As described above, according to the third embodiment, the acceleration / deceleration time / speed upper limit
実施の形態4.
図4はこの発明の実施の形態4によるロボット制御装置の構成を示すブロック図である。図において、図1と同一または相当する部分には同一符号を付し、原則としてその説明を省略する。
この実施の形態4における基準速度演算手段20は、図1の基準速度演算手段2と同様に、ロボットの現在動作についての各軸もしくは直交座標系における各方向の基準速度を演算する手段であるが、A点からB点に移動する移動命令が各関節を同期して動作させる関節補間の場合には、ロボットの各軸毎の許容最高速度に基づいて当該動作についての各軸における基準速度を演算する。また、A点からB点に移動する移動命令が直線上を動作する直線補間の場合には、直交座標系における基準最高速度に基づいて当該動作についての直交座標系における各方向の基準速度を算出する。指令曲線生成手段30は、図1の指令曲線生成手段3と同様に指令曲線を生成する手段であるが、この場合には基準速度演算手段20で算出された当該動作の最高速度と、動作パラメータ補正手段12で補正された動作パラメータに基づいて指令曲線の生成を行う。
4 is a block diagram showing a configuration of a robot control apparatus according to
The reference speed calculation means 20 in the fourth embodiment is a means for calculating a reference speed in each direction in each axis or Cartesian coordinate system for the current operation of the robot, like the reference speed calculation means 2 in FIG. When the movement command to move from point A to point B is joint interpolation that operates each joint synchronously, the reference speed in each axis for the operation is calculated based on the allowable maximum speed for each axis of the robot. To do. When the movement command for moving from point A to point B is linear interpolation that operates on a straight line, the reference speed in each direction in the orthogonal coordinate system is calculated based on the reference maximum speed in the orthogonal coordinate system. To do. The command curve generating means 30 is a means for generating a command curve in the same manner as the command curve generating means 3 in FIG. 1. In this case, the maximum speed of the operation calculated by the reference speed calculating means 20 and the operation parameter are used. A command curve is generated based on the operation parameter corrected by the correction means 12.
加減速時間・速度上限パラメータ決定手段70は、A点からB点に移動する移動命令が関節補間の場合には、動作毎にロボットパラメータ記憶手段6に記憶されているモータの駆動トルクの許容最大値、各軸の伝達機構の作用トルクおよびモーメントの許容最大値の制約を満たす範囲で最短の加速時間および減速時間を算出する。また、A点からB点に移動する移動命令が直線補間の場合は、モータの駆動トルクの許容最大値、各軸の伝達機構の作用トルクおよびモーメントの許容最大値の制約を満たす範囲で最短の加速時間、減速時間および最大の速度上限パラメータを算出する。関節補間の場合の加速時間および減速時間の算出方法は、上記特許文献1の加減速時間決定手段による方法と同じである。また、直線補間の場合の加速時間、減速時間および速度上限パラメータの算出方法は、上記実施の形態1の加減速時間・速度上限パラメータ決定手段7による方法と同じである。
The acceleration / deceleration time / speed upper limit parameter determination means 70 determines the maximum allowable driving torque of the motor stored in the robot parameter storage means 6 for each operation when the movement command for moving from the point A to the point B is joint interpolation. The shortest acceleration time and deceleration time are calculated in a range that satisfies the constraints of the allowable value of the value, the acting torque of the transmission mechanism of each axis and the moment. In addition, when the movement command for moving from point A to point B is linear interpolation, it is the shortest in the range that satisfies the constraints of the allowable maximum value of the motor drive torque, the operating torque of the transmission mechanism of each axis, and the allowable maximum value of the moment. Acceleration time, deceleration time and maximum speed upper limit parameters are calculated. The calculation method of the acceleration time and the deceleration time in the case of joint interpolation is the same as the method by the acceleration / deceleration time determination means of the above-mentioned
トルク使用率演算手段10は、加減速時間・速度上限パラメータ決定手段70の内部で計算した各軸のモータの許容トルクの制約を満たす範囲で最短となる加速時間ktmiおよび加減速時間・速度上限パラメータ決定手段70で最終的に求めた加速時間ktから各軸の加速区間のトルク使用率tratekiを次式(33)で算出する。
trateki=ktmi/kt (33)
同様に、各軸のモータトルク制限を満たす範囲で最短となる減速時間gtmi、加減速時間・速度上限パラメータ決定手段70で最終的に求めた減速時間gtから各軸の減速区間のトルク使用率trategiを次式(34)で算出する。
trategi=gtmi/gt (34)
The torque usage rate calculating means 10 is the acceleration time kt mi and the acceleration / deceleration time / speed upper limit that are the shortest in the range satisfying the allowable torque limit of the motor of each axis calculated in the acceleration / deceleration time / speed upper limit
tratek i = kt mi / kt (33)
Similarly, the torque usage rate in the deceleration section of each axis from the deceleration time gt mi that is the shortest within the range satisfying the motor torque limit of each axis and the deceleration time gt finally obtained by the acceleration / deceleration time / speed upper limit
rateg i = gt mi / gt (34)
補正率記憶手段11には、ロボット動作命令が記載されておりロボット制御装置で処理されるプログラム中に記載された各軸毎の補正率の設定値hoseiが記憶されている。動作パラメータ補正手段12は、トルク使用率演算手段10で演算したトルク使用率と補正率記憶手段11に記憶された各軸の補正率を用いて、加減速時間・速度上限パラメータ決定手段70で算出された加速時間および減速時間を次のようにして補正し、指令曲線生成手段30に出力する。
The correction rate storage means 11 stores a robot operation command and stores a set value hose i of the correction rate for each axis described in a program processed by the robot controller. The operation
動作パラメータ補正手段12において、まず、トルク使用率演算手段10で求めた各軸の加速区間のトルク使用率と補正率記憶手段11に記憶されている各軸の補正率の設定値から補正候補値aratekiを次式(35)で算出する。
arateki=trateki *100/hosei (35)
算出された補正候補値aratekiの中から最大値aratekmaxを求める。ここで、aratekmax≦1の場合は加速時間を補正せず、aratekmax>1の場合は加速時間ktをkt*aratekmaxに書き換える。
同様に、減速区間の各軸のトルク使用率と補正率の設定値から補正候補値arategiを次式(36)で算出する。
arategi=trategi *100/hosei (36)
算出された補正候補値arategiの中から最大値arategmaxを求める。arategmax≦1の場合、減速時間は補正しない。arategmax>1の場合は減速時間gtをgt*arategmaxに書き換える。なお、直線補間の場合に加減速時間・速度上限パラメータ決定手段70が算出する速度上限パラメータは補正せずそのまま指令曲線生成手段に出力する。
In the operation
aretek i = tratek i * 100 / hose i (35)
A maximum value aratekmax is obtained from the calculated correction candidate values aratek i . Here, if artekmax ≦ 1, the acceleration time is not corrected, and if artekmax> 1, the acceleration time kt is rewritten to kt * artekmax.
Similarly, to calculate a correction candidate value Arateg i by the following equation (36) from the set value of the torque utilization and correction factor for each axis of the deceleration zone.
arteg i = rateg i * 100 / hose i (36)
A maximum value arategmax is obtained from the calculated correction candidate values arategi i . When arategmax ≦ 1, the deceleration time is not corrected. When arategmax> 1, the deceleration time gt is rewritten to gt * arategmax. In the case of linear interpolation, the speed upper limit parameter calculated by the acceleration / deceleration time / speed upper limit
以上のように、この実施の形態4によれば、加減速時間・速度上限パラメータ決定手段70で、入力される加速開始地点と減速終了地点の直交座標値と関節変位の少なくとも一方に応答して、関節補間の場合には、動作毎にロボットパラメータ記憶手段6に記憶されている各軸を駆動するモータの駆動トルクの許容最大値、各軸の伝達機構の作用トルクおよびモーメントの許容最大値の少なくとも1つの制約を満たす範囲で最短の加速時間および減速時間を算出し、また、直線補間の場合には、モータの駆動トルクの許容最大値、各軸の伝達機構の作用トルクおよびモーメントの許容最大値の少なくとも1つの制約を満たす範囲で最短の加速時間、減速時間および最大の速度上限パラメータを算出し、トルク使用率演算手段10で、加減速時間・速度上限パラメータ決定手段70により算出された最短の加速時間および最短の減速時間に基づいて各軸の加速区間のトルク使用率および各軸の減速区間のトルク使用率を算出し、算出された各軸の加速区間および減速区間の各トルク使用率および補正率記憶手段11に記憶された各軸毎の補正率に基づいて、動作パラメータ補正手段12により、加減速時間・速度上限パラメータ決定手段70で算出された加速時間および減速時間を補正するようにしたので、予め指定した割合と各軸のモータの負荷に応じて自動的に動作パラメータを修正できる効果が得られる。なお、ここで動作パラメータの修正については加速時間および減速時間に限定される必要はない。また、加減速時間・速度上限パラメータの決定については、速度上限パラメータの算出も行う場合に限定される必要はない。速度上限パラメータの算出を行わない場合は、加減速時間・速度上限パラメータ決定手段70は、入力される加速開始地点と減速終了地点の直交座標値と関節変位の少なくとも一方に応答して、動作毎に各軸を駆動するモータの駆動トルクの許容最大値、各軸の伝達機構の作用トルクおよびモーメントの許容最大値の少なくとも1つの制約を満たす範囲で最短の加速時間および減速時間を算出する加減速決定手段に置き換えればよい。
As described above, according to the fourth embodiment, the acceleration / deceleration time / speed upper limit
また、具体的処理としてこの実施の形態4では、トルク使用率演算手段10は、加減速時間・速度上限パラメータ決定手段70で算出した各軸のモータの許容トルクの制約を満たす範囲で最短となる加速時間ktmi、減速時間gtmiおよび最終的に求めた加速時間kt、減速時間gtに基づいて各軸の加速区間および減速区間のトルク使用率を算出し、動作パラメータ補正手段12により、トルク使用率演算手段10で求めた各軸の加速区間および減速区間の各トルク使用率と補正率記憶手段11に記憶されている各軸の補正率の設定値に基づいてそれぞれの区間の補正候補値を算出し、算出された補正候補値の中から最大値をそれぞれ求め、求めた最大値が1より大きい場合のみ、最終的に求めた加速時間ktおよび減速時間gtをその1より大きい補正候補値の最大値に基づいてそれぞれkt*aratekmaxおよびgt*arategmaxに置き換えるようにしたことを特徴としている。
As a specific process, in the fourth embodiment, the torque usage rate calculating means 10 is the shortest within a range that satisfies the constraint on the allowable torque of the motor of each axis calculated by the acceleration / deceleration time / speed upper limit
実施の形態5.
実施の形態5によるロボット制御装置の構成も図4で表される。実施の形態4とは動作パラメータ補正手段12と指令曲線生成手段30の動作が異なるので、その異なる部分についてのみ説明する。
まず、動作パラメータ補正手段12では、加速区間のトルク使用率と補正率の設定値から補正候補値vratekiを次式(37)で算出する。
vrateki=trateki *100/hosei (37)
算出された補正候補値vratekiの中から最大値vratekmaxを求める。
同様に減速区間のトルク使用率と補正率の設定値から補正候補値vrategiを次式(38)で算出する。
vrategi=trategi *100/hosei (38)
算出された補正候補値vrategiの中から最大値vrategmaxを求める。
The configuration of the robot control apparatus according to the fifth embodiment is also shown in FIG. Since the operation
First, the operation parameter correction means 12 calculates a correction candidate value ratek i by the following equation (37) from the torque usage rate in the acceleration section and the set value of the correction rate.
ratek i = tratek i * 100 / hose i (37)
A maximum value ratekmax is determined from the calculated correction candidate values ratek i .
Similarly, a correction candidate value vrateig i is calculated by the following equation (38) from the set value of the torque usage rate and the correction rate in the deceleration zone.
ratei i = rateg i * 100 / hose i (38)
A maximum value ratemaxmax is obtained from the calculated correction candidate value raterate i .
次に、2つの補正候補値の最大値vratekmaxとvrategmaxの中で大きい方を最終補正候補値vratemaxとする。vratemax>1の時に、基準速度修正率ovrdを次式(39)で算出する。
ovrd=1/vratemax (39)
また、vratemax≦1のときはovrd=1とする。指令曲線生成手段30へは、基準速度修正率ovrdと加減速時間・速度上限パラメータ決定手段70で算出した加速時間、減速時間および速度上限パラメータを出力する。
指令曲線生成手段30では、基準速度演算手段20で演算した基準速度に動作パラメータ補正手段12で算出した基準速度修正率ovrdを乗じた値を基準速度として指令曲線を生成する。
Next, a larger one of the maximum correction values vratekmax and rategmax of the two correction candidate values is set as a final correction candidate value ratemax. When ratemax> 1, the reference speed correction rate ovrd is calculated by the following equation (39).
ovrd = 1 / vratemax (39)
When ratemax ≦ 1, ovrd = 1. To the command curve generation means 30, the reference speed correction rate ovrd and the acceleration time, deceleration time and speed upper limit parameters calculated by the acceleration / deceleration time / speed upper limit parameter determination means 70 are output.
The command curve generation means 30 generates a command curve using a value obtained by multiplying the reference speed calculated by the reference speed calculation means 20 by the reference speed correction rate ovrd calculated by the operation parameter correction means 12 as a reference speed.
以上のように、この実施の形態5によれば、トルク使用率演算手段10では、加減速時間・速度上限パラメータ決定手段70で算出された各軸のモータの許容トルクの制約を満たす範囲で最短となる加速時間ktmi、減速時間gtmiおよび最終的に求めた加速時間kt、減速時間gtに基づいて各軸の加速区間および減速区間のトルク使用率をそれぞれ算出し、動作パラメータ補正手段12により、算出された各軸の加速区間および減速区間のトルク使用率と補正率の設定値に基づいて補正候補値をそれぞれ算出し、算出された補正候補値の中からそれぞれ各区間での補正候補値の最大値を抽出し、抽出された各区間での最大値の中で、大きい方の値に基づいて基準速度修正率を算出し、指令曲線生成手段では、基準速度演算手段20で算出した基準速度に算出された基準速度修正率を乗じて修正した基準速度とし、指令曲線を生成するようにしたことを特徴としている。したがって、実施の形態4と同様にして、予め指定した割合と各軸のモータの負荷に応じて自動的に動作パラメータを修正できる効果が得られる。 As described above, according to the fifth embodiment, the torque usage rate calculation means 10 is the shortest in a range that satisfies the constraint on the allowable torque of the motor of each axis calculated by the acceleration / deceleration time / speed upper limit parameter determination means 70. Based on the acceleration time kt mi , the deceleration time gt mi and the finally obtained acceleration time kt and the deceleration time gt, the torque usage rate of the acceleration zone and the deceleration zone of each axis is calculated, and the operation parameter correction means 12 The correction candidate value is calculated based on the calculated torque usage rate and correction rate setting values for the acceleration and deceleration intervals of each axis, and the correction candidate value for each interval is calculated from the calculated correction candidate values. The reference speed correction rate is calculated based on the larger value among the extracted maximum values in each section, and the command curve generation means uses the reference speed calculation means 20. By multiplying the calculated reference speed correction rate calculated in the reference speed was modified reference speed, is characterized in that so as to generate the command curve. Therefore, as in the fourth embodiment, there is an effect that the operation parameter can be automatically corrected according to the ratio specified in advance and the load of the motor of each axis.
実施の形態6.
実施の形態6によるロボット制御装置の構成も図4で表される。実施の形態4とは動作パラメータ補正手段12および指令曲線生成手段30の動作が異なるので、その異なる部分についてのみ説明する。
まず、動作パラメータ補正手段12では、加速区間のトルク使用率と補正率の設定値から補正候補値dratekiを次式(40)から算出する。
drateki=trateki *100/hosei (40)
算出された補正候補値dratekiの最大値dratekmaxを求める。同様に減速区間のトルク使用率と補正率の設定値から次式(41)から補正候補値drategiを算出する。
drategi=trategi *100/hosei (41)
算出された補正候補値drategiの最大値drategmaxを求める。
次に、dratekmax、drategmaxの中で大きい方をdratemaxとする。dratemax>1の時に、待ち時間修正率rdelayを
rdelay=dratemax (42)
で算出する。また、dratemax≦1のときはrdelay=1とする。
The configuration of the robot control apparatus according to the sixth embodiment is also shown in FIG. Since the operations of the operation
First, the operation parameter correction means 12 calculates a correction candidate value dratek i from the following equation (40) from the torque usage rate in the acceleration section and the set value of the correction rate.
ratek i = trate i * 100 / hose i (40)
A maximum value dratekmax of the calculated correction candidate value dratek i is obtained. Similarly the torque utilization of the deceleration zone from the correction factor setting value to calculate a correction candidate value Drateg i from the following equation (41).
drate i = rate i * 100 / hose i (41)
Find the maximum value drategmax the calculated correction candidate value drateg i.
Next, the larger one of dratekmax and drategmax is defined as dratemax. When the ratemax> 1, the waiting time correction rate rdelay is set to rdelay = dratemax (42)
Calculate with When delaymax ≦ 1, rdelay = 1 is set.
動作パラメータ補正手段12は、待ち時間修正率rdelayを算出すると、その値を加減速時間・速度上限パラメータ決定手段70で算出した加速時間、減速時間および速度上限パラメータと共に指令曲線生成手段30へ出力する。指令曲線生成手段30では、ロボット動作命令が記載されておりロボット制御装置で処理されるプログラム上に動作と動作の間で待ち時間が指定されているとき、その指定された待ち時間に待ち時間修正率rdelayを乗じて修正し、修正された待ち時間だけ停止してから次の動作に移行する。
After calculating the waiting time correction rate rdelay, the operation
以上のように、この実施の形態6によれば、トルク使用率演算手段10では、加減速時間・速度上限パラメータ決定手段70で算出された各軸のモータの許容トルクの制約を満たす範囲で最短となる加速時間ktmi、減速時間gtmiおよび最終的に求めた加速時間kt、減速時間gtに基づいて各軸の加速区間および減速区間のトルク使用率をそれぞれ算出し、動作パラメータ補正手段12により、算出された各軸の加速区間および減速区間のトルク使用率と補正率の設定値に基づいて補正候補値をそれぞれ算出し、算出された補正候補値の中からそれぞれ各区間での補正候補値の最大値を抽出し、抽出された各区間での補正候補値の最大値の中で、大きい方の値に基づいて待ち時間修正率を算出し、指令曲線生成手段30では、動作と動作の間で待ち時間が指定されているとき、ロボット動作命令が記載されておりロボット制御装置で処理されるプログラム上に記載された待ち時間に算出された待ち時間修正率を乗じて修正し、修正された待ち時間に応じた動作停止を行ってから次の動作に移行する指令曲線を生成するようにしたことを特徴としている。したがって、実施の形態4と同様に、予め指定した割合と各軸のモータの負荷に応じて自動的に動作パラメータを修正できる効果が得られる。
As described above, according to the sixth embodiment, the torque usage rate calculating means 10 is the shortest in the range satisfying the restriction on the allowable torque of the motor of each axis calculated by the acceleration / deceleration time / speed upper limit
実施の形態7.
実施の形態7によるロボット制御装置の構成も図4で表わされる。実施の形態4とはトルク使用率演算手段10での動作が異なるので、その異なる部分についてのみ説明する。
トルク使用率演算手段10は、加減速時間・速度上限パラメータ決定手段70内部で計算した加速終了地点における慣性行列Mc、関節速度v1b、遠心・コリオリ力、重力、摩擦力の和hcと加速時間ktから、加速終了地点でのモータトルクτmkを次式(43)で算出する。
τmk=Mcv1b/kt+hc (43)
加速終了地点でのモータトルクτmkの第i軸要素をτmkiとし、各軸の加速区間のトルク使用率tratekiを次式(44)から算出する。
trateki=abs(τmki)/τmaxmi (44)
ここで、τmaxmiは各軸モータの許容最大トルクである。同様に、加減速時間・速度上限パラメータ決定手段70内部で計算した減速開始地点における慣性行列Md、関節速度v2a、遠心・コリオリ力、重力、摩擦力の和hdと減速時間gtから、減速開始地点でのモータトルクτmgを次式(45)で算出する。
τmg=−Mdv2a/gt+hd (45)
減速開始地点でのモータトルクτmgの第i軸要素をτmgiとし、各軸の減速区間のトルク使用率trategiを次式(46)から算出する。
trategi=abs(τmgi)/τmaxmi (46)
算出された各軸の加速区間のトルク使用率および減速区間のトルク使用率は、動作パラメータ補正手段12に出力され、動作パラメータ補正手段12において実施の形態4のように加速時間および減速時間の修正に用いられる。
The configuration of the robot control apparatus according to the seventh embodiment is also shown in FIG. Since the operation of the torque usage rate calculation means 10 is different from that of the fourth embodiment, only the different parts will be described.
The torque usage rate calculating means 10 is a sum h c of inertia matrix M c , joint speed v 1b , centrifugal / Coriolis force, gravity, frictional force at the acceleration end point calculated in the acceleration / deceleration time / speed upper limit
τ mk = M c v 1b / kt + h c (43)
The i-th axis element of the motor torque τ mk at the acceleration end point is τ mki, and the torque usage rate tratek i in the acceleration section of each axis is calculated from the following equation (44).
tratek i = abs (τ mki ) / τ maxmi (44)
Here, τ maxmi is the allowable maximum torque of each axis motor. Similarly, the inertia matrix M d at the deceleration start point calculated by the internal deceleration time and speed limit parameter determining means 70, the joint velocity v 2a, centrifugal-Coriolis force, gravity, from the deceleration time gt sum h d of frictional force, The motor torque τ mg at the deceleration start point is calculated by the following equation (45).
τ mg = −M d v 2a / gt + h d (45)
The i-th axis element of the motor torque τ mg at the deceleration start point is set to τ mgi, and the torque usage rate rate i in the deceleration section of each axis is calculated from the following equation (46).
rateig i = abs (τ mgi ) / τ maxmi (46)
The calculated torque usage rate in the acceleration zone and the torque usage rate in the deceleration zone of each axis are output to the operation
以上のように、この実施の形態7によれば、トルク使用率演算手段10では、加減速時間・速度上限パラメータ決定手段70で計算した加速終了地点および減速開始地点における慣性行列、関節速度、遠心・コリオリ力、重力、摩擦力の和と加速時間kt、減速時間gtに基づいて各地点でのモータトルクτmk、τmgを算出し、これらのモータトルクτmk、τmgと各軸のモータの許容最大トルクに基づいて各軸の加速区間および減速区間のトルク使用率を算出し、動作パラメータ補正手段12では、算出された各軸の加速区間および減速区間の各トルク使用率と補正率記憶手段に記憶されている各軸の補正率の設定値に基づいてそれぞれの区間の補正候補値を算出し、加速時間および減速時間の修正に用いられることを特徴としている。したがって、予め指定した割合と各軸のモータの負荷に応じて自動的に動作パラメータを修正できる効果が得られる。 As described above, according to the seventh embodiment, the torque usage rate calculation means 10 calculates the inertia matrix, joint speed, centrifugal speed at the acceleration end point and the deceleration start point calculated by the acceleration / deceleration time / speed upper limit parameter determination means 70. Calculate motor torques τ mk , τ mg at each point based on the sum of Coriolis force, gravity, friction force and acceleration time kt, deceleration time gt, and motor torques τ mk , τ mg and motors of each axis Based on the permissible maximum torque, the torque usage rates of the acceleration zone and the deceleration zone of each axis are calculated, and the operation parameter correction means 12 stores the calculated torque usage rates and the correction rate of the acceleration zone and the deceleration zone of each axis. The correction candidate value of each section is calculated based on the set value of the correction factor of each axis stored in the means, and used for correcting the acceleration time and the deceleration time. That. Therefore, it is possible to obtain an effect that the operation parameter can be automatically corrected according to the ratio specified in advance and the load of the motor of each axis.
1 教示点記憶手段、2,20 基準速度演算手段、3,30 指令曲線生成手段、4 モータ制御手段、5 ロボット、6 ロボットパラメータ記憶手段、7,70 加減速時間・速度上限パラメータ決定手段、10 トルク使用率演算手段、11 補正率記憶手段、12 動作パラメータ補正手段。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
入力される加速開始地点と減速終了地点の直交座標値と関節変位、および前記各軸の許容最高速度もしくは前記直交座標系における基準最高速度に基づいて、ロボットの現在動作についての各軸もしくは直交座標系における各方向の動作開始から加速時間経過したときに達する基準速度を算出する基準速度演算手段と、
入力される加速開始地点と減速終了地点の直交座標値と関節変位の少なくとも一方に応答して、動作毎に前記各軸を駆動するモータの駆動トルクの許容最大値、前記各軸の伝達機構の作用トルクおよびモーメントの許容最大値、前記各軸の許容最高速度の少なくとも1つの制約を満たす範囲で最短の加速時間、減速時間および最大の速度上限パラメータを算出する加減速時間・速度上限パラメータ決定手段と、
算出された当該現在動作の基準速度、加速時間、減速時間および最大の速度上限パラメータに基づいてロボットの各軸を駆動するモータを制御する指令曲線を生成する指令曲線生成手段とを備えたロボット制御装置。 The maximum allowable speed of each axis of the robot, the reference maximum speed in the Cartesian coordinate system, the allowable maximum value of the driving torque of the motor that drives each axis, the allowable torque of the transmission mechanism of each axis and the allowable maximum value of the moment are stored in advance. Robot parameter storage means,
Each axis or Cartesian coordinate for the current motion of the robot based on the input Cartesian coordinate value and joint displacement of the acceleration start point and deceleration end point and the allowable maximum speed of each axis or the reference maximum speed in the Cartesian coordinate system A reference speed calculation means for calculating a reference speed that is reached when an acceleration time has elapsed since the start of operation in each direction in the system;
In response to at least one of the orthogonal coordinate value and the joint displacement of the input acceleration start point and deceleration end point, the allowable maximum value of the drive torque of the motor that drives each axis for each operation, the transmission mechanism of each axis Acceleration / deceleration time / speed upper limit parameter determination means for calculating the shortest acceleration time, deceleration time and maximum speed upper limit parameter within a range satisfying at least one restriction of the allowable maximum value of the applied torque and moment and the allowable maximum speed of each axis. When,
Robot control comprising command curve generating means for generating a command curve for controlling a motor for driving each axis of the robot based on the calculated reference speed, acceleration time, deceleration time and maximum speed upper limit parameter of the current operation apparatus.
入力される加速開始地点と減速終了地点の直交座標値と関節変位に応答して、加速開始地点から減速終了地点への移動が関節補間の場合には、前記ロボットの各軸の許容最高速度に基づいて現在動作の各軸の動作開始から加速時間経過したときに達する基準速度を算出し、また、加速開始地点から減速終了地点への移動が直線補間の場合には、前記直交座標系における基準最高速度に基づいて現在動作の直交座標系の各方向の動作開始から加速時間経過したときに達する基準速度を算出する基準速度演算手段と、
入力される加速開始地点と減速終了地点の直交座標値と関節変位の少なくとも一方に応答して、動作毎に前記各軸を駆動するモータの駆動トルクの許容最大値、前記各軸の伝達機構の作用トルクおよびモーメントの許容最大値の少なくとも1つの制約を満たす範囲で最短の加速時間および減速時間を算出する加減速時間決定手段と、
算出された前記最短の加速時間に基づいて各軸の加速区間のトルク使用率算出し、前記最短となる減速時間に基づいて各軸の減速区間のトルク使用率を算出するトルク使用率演算手段と、
ロボットの各軸の補正率を予め記憶する補正率記憶手段と、
算出された各軸の加速区間および減速区間の各トルク使用率および前記各軸毎の補正率に基づいて動作パラメータを修正する動作パラメータ修正手段と、
算出された基準速度、加速時間、減速時間と修正された動作パラメータに基づいてロボットの各軸を駆動するモータを制御する指令曲線を生成する指令曲線生成手段とを備えたロボット制御装置。 The maximum allowable speed of each axis of the robot, the reference maximum speed in the Cartesian coordinate system, the allowable maximum value of the driving torque of the motor that drives each axis, the allowable torque of the transmission mechanism of each axis and the allowable maximum value of the moment are stored in advance. Robot parameter storage means,
If the movement from the acceleration start point to the deceleration end point is joint interpolation in response to the Cartesian coordinate value and the joint displacement of the input acceleration start point and deceleration end point, the maximum allowable speed of each axis of the robot is set. Based on this, the reference speed reached when the acceleration time has elapsed since the start of each axis of the current movement is calculated, and when the movement from the acceleration start point to the deceleration end point is linear interpolation, the reference in the orthogonal coordinate system is calculated. A reference speed calculation means for calculating a reference speed that is reached when the acceleration time has elapsed from the start of operation in each direction of the orthogonal coordinate system of the current operation based on the maximum speed;
In response to at least one of the orthogonal coordinate value and the joint displacement of the input acceleration start point and deceleration end point, the allowable maximum value of the drive torque of the motor that drives each axis for each operation, the transmission mechanism of each axis Acceleration / deceleration time determining means for calculating the shortest acceleration time and deceleration time within a range satisfying at least one constraint of the allowable maximum value of the applied torque and moment;
Torque usage rate calculating means for calculating the torque usage rate of the acceleration section of each axis based on the calculated shortest acceleration time, and calculating the torque usage rate of the deceleration section of each axis based on the minimum deceleration time. ,
Correction rate storage means for storing in advance the correction rate of each axis of the robot;
An operation parameter correcting means for correcting an operation parameter based on the calculated torque usage rate in each acceleration and deceleration interval of each axis and the correction rate for each axis;
A robot control device comprising command curve generation means for generating a command curve for controlling a motor for driving each axis of the robot based on the calculated reference speed, acceleration time, deceleration time and the corrected operation parameters.
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