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JP3173031B2 - Robot arm servo controller - Google Patents

Robot arm servo controller

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Publication number
JP3173031B2
JP3173031B2 JP07621791A JP7621791A JP3173031B2 JP 3173031 B2 JP3173031 B2 JP 3173031B2 JP 07621791 A JP07621791 A JP 07621791A JP 7621791 A JP7621791 A JP 7621791A JP 3173031 B2 JP3173031 B2 JP 3173031B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
speed
vibration
robot arm
resonance
gain
Prior art date
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JP07621791A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH04310112A (en
Inventor
芳浩 井野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Panasonic Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、回転むらを有する位置
伝達機構を持つサーボ系、特に多関節型産業用ロボット
の円滑制御を行なうロボットアームのサーボ制御装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a servo system having a position transmitting mechanism having uneven rotation, and more particularly to a servo control device for a robot arm for smoothly controlling an articulated industrial robot.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ロボットアームを円滑に制御する
ための制御装置は例えば図2に示すように、位置制御回
路31,速度制御回路32,電流制御回路33,サーボ
モーター34,速度検出器35,電流検出器36,減速
機37,ロボットアーム38を備えている。速度検出器
35から検出された速度フィードバック値40を積分器
39により積分した値を位置フィードバック値41と
し、速度フィードバック値40と、電流検出器36から
検出された電流フィードバック値42から、それぞれ位
置制御,速度制御,電流制御を行なう。これらのフィー
ドバック制御回路によりロボットアームを指令値通りに
動かすためのサーボ系が構成されている。速度制御回路
32では、例えば図3のブロック図に示すように速度比
例積分制御が行なわれ、速度指令値44と速度フィード
バック値40との偏差量に速度比例ゲイン46を乗算し
た値と、偏差量の積分値に速度積分ゲイン47を乗算し
た値との和を電流指令値45に設定している。これらの
ゲインはサーボ系が最も安定する最適値となるように決
定され、そのゲインを使用してロボットアームの制御が
なされていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, a control device for smoothly controlling a robot arm is, for example, as shown in FIG. 2, a position control circuit 31, a speed control circuit 32, a current control circuit 33, a servomotor 34, and a speed detector 35. , A current detector 36, a speed reducer 37, and a robot arm 38. A value obtained by integrating the speed feedback value 40 detected from the speed detector 35 by the integrator 39 is used as a position feedback value 41, and the position control is performed based on the speed feedback value 40 and the current feedback value 42 detected from the current detector 36. , Speed control and current control. These feedback control circuits constitute a servo system for moving the robot arm according to the command value. In the speed control circuit 32, for example, speed proportional integration control is performed as shown in the block diagram of FIG. 3, and a value obtained by multiplying a difference between the speed command value 44 and the speed feedback value 40 by a speed proportional gain 46 and a difference Is set as the current command value 45. These gains are determined so that the servo system has the most stable optimum value, and the robot arm is controlled using the gains.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来の
構成では、前記した速度制御回路の比例積分制御でのゲ
インを共振時と非共振時で全く同じ値にしていると、非
共振時は振動が最小でも共振振動は大きくなってしまう
という問題点を有していた。この共振振動は、モーター
のコギングや減速機の角度伝達誤差等の、外的なトルク
むらによる周期的な速度変動が、ロボットアームの固有
振動数と一致した時に起こり、非共振時のゲインのまま
であると、速度指令と速度フィードバックとの時間的な
位相のずれから、共振振動を制御できないという問題が
あった。速度比例積分ゲインを、振動抑制用の値に常時
固定すれば、振動抑制が可能であるが、非共振時に先端
振動が大きくなる弊害があった。またデジタルサーボ技
術によって速度によるゲイン変更の方法も可能である
が、アーム姿勢により固有振動数が変わるため、速度だ
けで共振振動を判別できず問題の解決には至っていなか
った。
However, in the above-mentioned conventional configuration, if the gain in the proportional integral control of the speed control circuit is set to exactly the same value at the time of resonance and at the time of non-resonance, the gain at the time of non-resonance is obtained. There is a problem that the resonance vibration becomes large even if the vibration is minimum. This resonance vibration occurs when periodic speed fluctuations due to external torque unevenness, such as motor cogging and reduction gear transmission errors, match the natural frequency of the robot arm, and the gain at the time of non-resonance remains unchanged. In this case, there is a problem that resonance vibration cannot be controlled due to a temporal phase difference between the speed command and the speed feedback. If the speed proportional integral gain is always fixed to a value for suppressing vibration, the vibration can be suppressed, but there is a problem that the tip vibration increases during non-resonance. A digital servo technique can be used to change the gain by speed, but since the natural frequency changes depending on the posture of the arm, resonance vibration cannot be determined only by speed, and the problem has not been solved.

【0004】本発明は、上記の従来の課題を解決するも
ので、ロボットアームの共振時のアーム先端振動を抑制
したロボットアームのサーボ制御装置を提供することを
目的とする。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a servo control device of a robot arm which suppresses arm tip vibration at the time of resonance of the robot arm.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明のサーボ制御装置は、ロボットアームの動作
時で共振振動発生時に、共振振動状態になっていること
の判別と、先端振動の振幅値と周波数の判定と、判定さ
れた振幅値と周波数から、それぞれ速度比例ゲインと速
度積分ゲインを、系が最も安定になる最適ゲインに決定
する回路を有し、共振振動を最小にする最適な制御を行
なうようにしたものである。
In order to achieve the above-mentioned object, a servo control device according to the present invention provides a servo control device for operating a robot arm.
At the time of occurrence of resonance vibration, the determination of the resonance vibration state, the determination of the amplitude value and frequency of the tip vibration, and the speed proportional gain and the speed integration gain based on the determined amplitude value and frequency, respectively. Has a circuit for determining an optimum gain that makes the most stable, and performs an optimum control for minimizing the resonance vibration.

【0006】[0006]

【作用】上記した手段によれば、共振振動を最小にする
最適な速度比例積分ゲインが得られるので、ロボットア
ーム先端の共振振動を抑制することができる。
According to the above-mentioned means, an optimum speed proportional integral gain that minimizes resonance vibration can be obtained, so that resonance vibration at the tip of the robot arm can be suppressed.

【0007】[0007]

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0008】図1において、1は位置制御回路、2は速
度制御回路、3は電流制御回路、4はサーボモーター、
5はサーボモーター4の速度検出器、6はサーボモータ
ー4に流れる電流の電流検出器、7は共振振動判別回
路、8は振幅周波数判定回路、9は比例積分ゲイン決定
回路、10は減速機、11はロボットアーム、12は位
置ループの積分器である。
In FIG. 1, 1 is a position control circuit, 2 is a speed control circuit, 3 is a current control circuit, 4 is a servo motor,
5 is a speed detector of the servo motor 4, 6 is a current detector of a current flowing through the servo motor 4, 7 is a resonance vibration determination circuit, 8 is an amplitude frequency determination circuit, 9 is a proportional integral gain determination circuit, 10 is a speed reducer, 11 is a robot arm, and 12 is a position loop integrator.

【0009】以上のように構成されたサーボ制御装置
は、ロボットアーム11の共振振動発生時に速度検出器
5から送られてくる速度フィードバック値16と、電流
検出器6から送られてくる電流フィードバック値18に
より、共振振動判別回路7で共振振動が発生したかどう
かを判別し、共振振動が発生した場合は共振振動発生信
号19を速度制御回路2と振幅周波数判定回路8へ送
る。
The servo control device configured as described above has a speed feedback value 16 sent from the speed detector 5 and a current feedback value sent from the current detector 6 when the resonance vibration of the robot arm 11 occurs. In step 18, the resonance vibration discriminating circuit 7 discriminates whether or not resonance vibration has occurred. If resonance vibration has occurred, a resonance vibration generation signal 19 is sent to the speed control circuit 2 and the amplitude frequency judgment circuit 8.

【0010】振幅周波数判定回路8では共振振動発生信
号19が送られてくると、速度フィードバック値16と
電流フィードバック値18から、共振振動の振幅値と周
波数を判定し、判定値20は比例積分ゲイン決定回路9
に送られる。比例積分ゲイン決定回路9ではロボットア
ーム11の先端振動を最小にするゲインを数式で求める
ことができるようになっており、振幅に対しては比例ゲ
イン、周波数に対しては積分ゲインを決定し、決定され
た速度比例積分ゲイン21が速度制御回路2に送られ
る。速度制御回路2では、共振振動判別回路7から共振
振動発生信号19が送られているときは、常に比例積分
ゲイン決定回路9から送られる上記の速度比例積分ゲイ
ン21を使用し、その他の時はあらかじめ設定されてい
る通常のゲインを使用する。共振状態の判別と、振動の
振幅値と周波数の判定、および最適ゲインの決定はすべ
てデジタルサーボ技術に依存しており、デジタルシグナ
ルプロセッサーなどを利用して、電流フィードバック値
と速度フィードバック値の過去の情報の記憶や高速演算
により実現できる。共振振動の振幅値から速度比例ゲイ
ンを決定するのは、速度指令値に対するフィードバック
値を最も安定して追従させるためである。また共振振動
の周波数から速度積分ゲインを決定するのは、共振時に
速度指令と速度フィードバックの時間的な位相のずれ量
を変えて、振動を増長させないようにするためである。
このように通常時と共振振動時でそれぞれ最適な速度比
例積分ゲインを使用して、ロボットアームの共振を抑制
した制御が行なわれる。
When the resonance frequency generation signal 19 is sent to the amplitude frequency judgment circuit 8, the amplitude value and frequency of the resonance vibration are judged from the speed feedback value 16 and the current feedback value 18, and the judgment value 20 is determined by the proportional integral gain. Decision circuit 9
Sent to The proportional-integral-gain determining circuit 9 can calculate the gain that minimizes the tip vibration of the robot arm 11 by a mathematical expression. The proportional-gain is determined for the amplitude, and the integral gain is determined for the frequency. The determined speed proportional integral gain 21 is sent to the speed control circuit 2. The speed control circuit 2 always uses the above-mentioned speed proportional integral gain 21 sent from the proportional integral gain determination circuit 9 when the resonance vibration generating signal 19 is sent from the resonance vibration discriminating circuit 7, and at other times. Use the preset normal gain. The determination of the resonance state, the determination of the amplitude value and frequency of the vibration, and the determination of the optimum gain are all dependent on digital servo technology, and the past of the current feedback value and the speed feedback value using a digital signal processor or the like. It can be realized by storage of information and high-speed calculation. The reason for determining the speed proportional gain from the amplitude value of the resonance vibration is to make the feedback value to the speed command value most stably follow. The reason why the speed integration gain is determined from the frequency of the resonance vibration is to prevent the vibration from increasing by changing the time phase difference between the speed command and the speed feedback at the time of resonance.
As described above, the control is performed in which the resonance of the robot arm is suppressed by using the optimum speed proportional integral gain at the time of normal operation and at the time of resonance vibration.

【0011】[0011]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
ロボットアームのサーボ制御装置は、ロボットアームの
共振時の振動を抑制するのに有効であり、すぐれたサー
ボ性能を実現することができる。
As is apparent from the above description, the servo control apparatus for a robot arm according to the present invention is effective for suppressing vibration at the time of resonance of the robot arm, and can realize excellent servo performance. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例における共振振動を抑制するロ
ボットアームのサーボ制御装置のブロック図
FIG. 1 is a block diagram of a servo control device of a robot arm for suppressing resonance vibration according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来のサーボ制御装置のブロック図FIG. 2 is a block diagram of a conventional servo control device.

【図3】速度比例積分回路のブロック図FIG. 3 is a block diagram of a speed proportional integration circuit;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 速度制御回路 7 共振振動判別回路 8 振幅周波数判定回路 9 比例積分ゲイン決定回路 11 ロボットアーム 19 共振振動発生信号 20 共振振動振幅周波数判定値 21 速度比例積分ゲイン 2 Speed control circuit 7 Resonance vibration discrimination circuit 8 Amplitude frequency judgment circuit 9 Proportional integral gain decision circuit 11 Robot arm 19 Resonance vibration generation signal 20 Resonance vibration amplitude frequency judgment value 21 Speed proportional integral gain

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B25J 13/08 B25J 9/10 G05B 13/02 G05D 3/12 305 G05D 19/02 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) B25J 13/08 B25J 9/10 G05B 13/02 G05D 3/12 305 G05D 19/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ロボットアームの動作時にその先端振動の
周波数が機械的な固有振動数と一致する共振を起こした
時にそれを検知して共振振動発生信号を発する共振振動
判別回路と、振動の振幅値と周波数を検知する振幅周波
数判定回路と、共振振動発生信号が発されている時、振
動を抑制するのに最適である速度制御回路の速度比例ゲ
インと速度積分ゲインの値を検知された振幅値と周波数
から算出し、速度制御回路に設定する比例積分ゲイン決
定回路とを備えたロボットアームのサーボ制御装置。
1. A resonance vibration discrimination circuit for detecting when a frequency of the tip vibration coincides with a mechanical natural frequency during operation of a robot arm and generating a resonance vibration generation signal, and a vibration amplitude. Amplitude-frequency determination circuit that detects the value and frequency, and amplitude that detects the value of the speed proportional gain and speed integration gain of the speed control circuit that is optimal for suppressing vibration when the resonance vibration generation signal is issued A servo control device for a robot arm, comprising: a proportional-integral-gain determining circuit that is calculated from a value and a frequency and set in a speed control circuit.
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