JP2018158418A - ロボットの負荷重心位置推定装置及びロボットの負荷重心位置推定方法 - Google Patents
ロボットの負荷重心位置推定装置及びロボットの負荷重心位置推定方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
xcog=lhcosθh
ycog=lhsinθh
したがって、水平4軸構成のアームを備えるロボットについても、負荷の水平面内重心位置xcog,ycogを推定できる。
F=m{(2ω1+ω2)ω1L2+ω1 2(L1+L2)} …(1)
ω1:第1軸角速度 ,L1:第1アーム6のリンク長
ω2:第2軸角速度 ,L2:第2アーム7のリンク長
この時、第4軸に作用する遠心トルクτf4は、(2)式となる。
τf4=Flhsin(θ2+θ4+θh) …(2)
θ2:第2軸角度 ,θ4:第4軸角度L1
θh:(ツール+ワーク)の重心方向,lh:(ツール+ワーク)の重心距離
τM=(τI+τf+τG+Frc)/Gear
+(MIdω/dt+Mvisω)Gear+MFrc …(3)
τI:イナーシャトルク MI:モータのイナーシャ
τf:遠心トルク Mvis:モータの粘性 Gear:ギア比
τG:重力トルク MFrc:モータの摩擦 ω:モータの角速度
Frc:摩擦トルク dω/dt:モータの角加速度
τM4=τf4/Gear=Flhsin(θ2+θ4+θh)/Gear …(4)
ここで、θ2=0となるようにして第4軸のモータトルクτM4を取得すれば、
lhsin(θ4+θh)=τf4Gear/F …(5)
となる。
xcog=lhcosθh
ycog=lhsinθh …(6)
である。したがって、第4軸角度θ4を変化させた2回のアーム動作により第4軸のモータトルクτM4を取得し、重心距離lh,重心方向θhを決定すれば、重心位置xcog,ycogを求めることができる。
(J1,J2,J3,J4)=J(−40,−40,220,0)
とする。尚、J3=220は、第3軸を上端にまで移動させた状態に対応する。
J(40,40,220,0)
とする。第4軸は、初期位置のままJ4=0とする。そして、アームが第1推定用位置に移動するまでの第1動作期間内に、第1軸及び第2軸の速度波形及び第4軸のトルク波形をサンプリングする(S3)。これらはそれぞれ、例えば図3,図4に示すような波形となる。
lhsin(θ4+θh)=(τc4−τu4)Gear/F …(7)
J(−40,−40,220,90)
それから、アームに、第2推定用位置を取らせるための動作を開始する(S9)。図8に示すように、第2推定用位置も、第1推定用位置から第4軸位置のみをθ4’に変化させた位置となる。
J(40,40,220,90)
lhsin(θ4’+θh)=(τc4’−τu4’)Gear
/[m{(2ω1’+ω2’)ω1’L2+ω1’2(L1+L2)}] …(8)
lhsin(θ4+θh)=lhsinθh=ycog …(9)
となり、(8)式は
lhsin(90°+θh)=lhcosθh=xcog …(10)
となって、ワーク11の重心位置xcog,ycogが得られる(S17)。
T1=lhsin(θ4+θh)
T2=lhsin(θ4’+θh)
とすれば、
lhsinθh=(T1sinθ4’−T2sinθ4)
/sin(θ4’−θ4) …(11)
lhcosθh=(T1cosθ4’−T2cosθ4)
/sin(θ4−θ4’) …(12)
となる。ステップS15〜S17は、重心位置算出部に相当する。
尚、ワーク11の実際の重心位置と、本実施形態で得られた重心位置xcog,ycogとの間に誤差が含まれる場合は、誤差値に応じた補正係数を用いて補正すれば良い。
初期位置及び推定用位置については、適宜変更して実施しても良い。
十分なトルクが得られれば、第1軸,第2軸の何れか一方のみを動作させても良い。
振動の影響が問題なければ、第3軸は必ずしも上端位置を取る必要は無い。
第2,第3ステップの実行順序を入れ替えても良いし、第6,第7ステップの実行順序を入れ替えても良い。
Claims (8)
- 水平4軸構成のロボットアームの先端に質量mが既知の負荷がある状態で、前記ロボットアームを第1初期位置から、第1軸及び/又は第2軸を動作させて第1推定用位置に至るまでの第1動作期間における、第1軸及び/又は第2軸が定速となる領域について速度を取得する第1速度取得部と、
前記第1軸及び/又は第2軸を前記第1動作期間で動作させる前の状態を維持するために第4軸に掛けられるトルクである静止トルク,及び前記第1軸及び/又は第2軸が前記第1動作期間で動作している際に、第4軸を静止状態と同じように維持するために前記第1軸及び/又は第2軸への抗力として発生させる定速トルクを取得する第1トルク取得部と、
第4軸から前記負荷までの重心距離をlh,第4軸位置をθ4,前記θ4を基準とする前記負荷の重心方向をθhとすると、前記速度並びに前記静止トルク及び定速トルクに基づいて第1パラメータT1=lhsin(θ4+θh)を演算する第1パラメータ演算部と、
前記ロボットアームを、前記第1初期位置について第4軸位置をθ4’に変化させた第2初期位置から第1軸及び/又は第2軸を動作させて、第1軸から第3軸は第1推定用位置に等しい第2推定用位置に至るまでの第2動作期間における、第1軸及び/又は第2軸が定速となる領域について速度を取得する第2速度取得部と、
前記第2動作期間における第4軸の静止トルク及び定速トルクを取得する第2トルク取得部と、
前記速度並びに前記静止トルク及び定速トルクに基づいて第2パラメータT2=lhsin(θ4’+θh)を演算する第2パラメータ演算部と、
前記第1パラメータT1及び前記第2パラメータT2に基づいて、前記負荷の重心位置xcog,ycogを算出する重心位置算出部とを備えるロボットの負荷重心位置推定装置。 - 前記第1速度取得部及び前記第2速度取得部は、それぞれ第1軸及び第2軸を動作させる請求項1記載のロボットの負荷重心位置推定装置。
- 前記第1パラメータ演算部及び前記第2パラメータ演算部は、前記θ4,θ4’の一方を0°とし、他方を90°に設定する請求項1又は2記載のロボットの負荷重心位置推定装置。
- 前記第1速度取得部及び前記第2速度取得部は、第3軸を上端位置に固定して動作させる請求項1から3の何れか一項に記載のロボットの負荷重心位置推定装置。
- 水平4軸構成のロボットアームの先端に質量mが既知の負荷がある状態で、前記ロボットアームを第1初期位置から、第1軸及び/又は第2軸を動作させて第1推定用位置に移動させる第1ステップと、
前記ロボットアームが前記第1初期位置から前記第1推定用位置に至るまでの第1動作期間における、第1軸及び/又は第2軸が定速となる領域について速度を取得する第2ステップと、
前記第1軸及び/又は第2軸を前記第1動作期間で動作させる前の状態を維持するために第4軸に掛けられるトルクである静止トルク,及び前記第1軸及び/又は第2軸が前記第1動作期間で動作している際に第4軸を静止状態と同じように維持するため前記第1軸及び/又は第2軸への抗力として発生させる定速トルクを取得する第3ステップと、
第4軸から前記負荷までの重心距離をlh,第4軸位置をθ4,前記θ4を基準とする前記負荷の重心方向をθhとすると、前記速度並びに前記静止トルク及び定速トルクに基づいて第1パラメータT1=lhsin(θ4+θh)を演算する第4ステップと、
前記ロボットアームを、前記第1初期位置について第4軸位置をθ4’に変化させた第2初期位置から第1軸及び/又は第2軸を動作させて、第1軸から第3軸は第1推定用位置に等しい第2推定用位置に移動させる第5ステップと、
前記ロボットアームが前記第2初期位置から前記第2推定用位置に至るまでの第2動作期間における、第1軸及び/又は第2軸が定速となる領域について速度を取得する第6ステップと、
前記第2動作期間における第4軸の静止トルク及び定速トルクを取得する第7ステップと、
前記速度並びに前記静止トルク及び定速トルクに基づいて第2パラメータT2=lhsin(θ4’+θh)を演算する第8ステップと、
前記第1パラメータT1及び前記第2パラメータT2に基づいて、前記負荷の重心位置xcog,ycogを算出する第9ステップとからなるロボットの負荷重心位置推定方法。 - 前記第1及び前記第5ステップにおいて、それぞれ第1軸及び第2軸を動作させる請求項5記載のロボットの負荷重心位置推定方法。
- 前記第4及び前記第8ステップにおいて、前記θ4,θ4’の一方を0°とし、他方を90°に設定する請求項5又は6記載のロボットの負荷重心位置推定方法。
- 前記第1及び前記第5ステップにおいて、第3軸を上端位置に固定して動作させる請求項5から7の何れか一項に記載のロボットの負荷重心位置推定方法。
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