(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットの動作部の駆動源の速度制御に用いる加減速パターンの作成方法において、直線加減速に用いられる直線加減速パターンを用いる場合に必要な最大トルクをＴｒ1、曲線加減速に用いられる曲線加減速パターンを用いる場合に必要な最大トルクをＴｒ1、駆動源の加減速時に許容されるトルク上限値をＴｒmaxとして、係数Ｋを次式
Ｋ＝（Ｔｒmax−Ｔｒ1）／（Ｔｒ2−Ｔｒ1）
で設定し、
前記直線加減速パターンを表す関数をＦ(t)1、前記曲線加減速パターンを表す関数をＦ(t)2として、加減速パターンを表す関数Ｆ(t)3を次式
Ｆ(t)3＝Ｋ×（Ｆ(t)2−Ｆ(t)1）＋Ｆ(t)1
で求めることを特徴とする加減速パターンの作成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットの動作部の駆動源の速度制御に用いる加減速パターンの作成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の加減速パターンとしては、いわゆる直線加減速パターン（図２（ａ）参照）と、例えば正弦曲線加減速パターン（図２（ｅ）参照）などの曲線加減速パターンとが知られている。ところで、直線加減速パターンに従う速度制御では、例えばサーボモータなどの駆動源の加減速時のトルクは加減速開始時から終了時までほぼ一定であり、トルクを加減速開始時及び終了時に瞬時に変化させるようになっているため、加減速開始時及び終了時に駆動源やロボット等に大きなショックが加わったり、振動が発生したりし易い。これに対して、正弦曲線加減速パターンに従う速度制御では、駆動源のトルクが、始動時等の加減速開始時から次第に増減し、所定の極値に達するとその後次第にもとに戻るよう変化されるため、駆動源のトルクが加減速開始時及び終了時に瞬時に変化されることがなく、駆動源や動作部に加わるショックを小さくできると共に振動の発生を抑制でき、有利である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、正弦曲線加減速パターンなどの曲線加減速パターンに従って速度制御を行うには、加減速時間及び加減速前後の速度差が同じ場合、直線加減速パターンに従って速度制御を行う場合に比べて、加速度最大時には最大約１．５７倍のトルクが必要になるため、より大きなトルクが得られる駆動源が必要になってロボット装置が大型化したり、高価になったりする。
【０００４】
本発明は、駆動源の出力性能が最大限活用され、駆動源や動作部に加減速開始時及び終了時に加わるショックを可及的に小さくなると共に振動を発生しにくくなる加減速パターンの作成方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため本発明は、ロボットの動作部の駆動源の速度制御に用いる加減速パターンの作成方法において、直線加減速に用いられる直線加減速パターンを用いる場合に必要な最大トルクをＴｒ1、曲線加減速に用いられる曲線加減速パターンを用いる場合に必要な最大トルクをＴｒ2、駆動源の加減速時に許容されるトルク上限値をＴｒmaxとして、係数Ｋを次式、Ｋ＝（Ｔｒmax−Ｔｒ1）／（Ｔｒ2−Ｔｒ1）で設定し、前記直線加減速パターンを表す関数をＦ(t)1、前記曲線加減速パターンを表す関数をＦ(t)2として、加減速パターンを表す関数Ｆ(t)3を次式、Ｆ(t)3＝Ｋ×（Ｆ(t)2−Ｆ(t)1）＋Ｆ(t)1で求める。
【０００６】
尚、曲線加減速パターンは、速度の変化の割合が速度変化開始点から次第に大きくなり、速度変化終了点に近づくに連れて小さくなるように変化し、速度変化開始点と終了点との間に１つの変曲点を有するものであり、例えば正弦曲線加減速パターンがこれに該当する。
【０００７】
関数Ｆ（ｔ）３では、駆動源のトルクの一部が、曲線加減速パターンに従って変化される。曲線加減速パターンに従う制御は、加減速開始時及び終了時に瞬時に駆動源のトルクの大きさが変化するような制御ではなく、駆動源のトルクの大きさが漸次増加しあるいは減少するような制御である。従って、上記関数Ｆ（ｔ）３により作成された加減速パターンを用いれば、加減速開始時及び終了時のトルクの変化の大きさが、曲線加減速パターンに従って変化されるトルク分だけ小さくなり、駆動源や動作部に加わるショックが小さくなると共に振動が発生しにくくなる。また、関数Ｆ（ｔ）３を用いて作成した加減速パターンを用いることで所望の性能が得られれば、より大きなトルクが得られる駆動源を用いる必要がなくなり、ロボット装置の大型化やコストアップを防止できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１を参照して１は制御部２により制御されるロボットであり、動作部として旋回動作するアーム１ａを備える。該アーム１ａは駆動源たるサーボモータ（以下、単にモータと記す）１ｂにより旋回されて所定位置に移動されるようになっており、モータ１ｂは制御部２から出力される信号に基づいてアンプ３から出力される電力により回転される。
【０００９】
制御部２は、ＣＰＵと、モータ１ｂの回転速度の加減速制御に用いられる加減速パターンが記憶されている記憶手段４と、図示しないキーボードやティーチングボックス等の入力手段やＣＲＴ等の出力手段との間での信号のやり取りに用いられるインターフェース５と、モータ１ｂとの間での信号のやり取りに用いられるサーボインターフェース６とを備える。このうち記憶手段４には、経過時間に比例して速度が増減する直線加減速パターン（図２（ａ）参照）と、時間経過に伴い速度が正弦曲線を描くように増減する、曲線加減速パターンたる正弦曲線加減速パターン（図２（ｅ）参照）とが記憶されている。
【００１０】
尚、加速前の速度をＶ１  、加速後の速度をＶ２  、そして加速時間をＴとすると、例えば直線加速パターンや正弦曲線加速パターンは、時間ｔをパラメータとする次の関数Ｆ（ｔ）１´，Ｆ（ｔ）２´
0003599969.tif 000002
で表される。
【００１１】
このように構成される制御部２では、ＣＰＵにおいて記憶手段４から読み出した所定の加減速パターンに従って指令速度を求め、該指令速度を示す指令速度信号をサーボインターフェース６に出力する。サーボインターフェース６には、指令速度信号の他に、モータ１ｂより検出される実速度を示す実速度信号と、図示しない電流センサにより検出されるモータ１ｂの実電流値を示す実電流信号とが入力されており、サーボインターフェース６では、指令速度と実速度とを比較して実速度が指令速度になるようなトルクをモータ１ｂに生じさせる電流値（指令電流値）を示す信号（指令電流信号）を生成すると共に、指令電流値と実電流値とを比較して実電流値が指令電流値になるような電圧値（指令電圧値）を示す信号（指令電圧信号）を生成し、生成した両信号をアンプ３に出力する。これらの信号を基にアンプ３から所定の電力がモータ１ｂに供給される。このような動作をアーム１ａが所定の旋回位置に移動するまで繰り返す。
【００１２】
ところで、モータ１ｂの回転速度を加減速制御する場合、上述したように、正弦曲線加減速パターンに従う方が直線加減速パターンに従うよりショックや振動が発生しにくく有利であるが、加減速時間及び加減速前後の速度差が同じ場合、直線加減速パターンに従うよりも、加速度最大時には最大で約１．５７倍のトルクが必要になるため、より大きなトルクが得られるモータが必要になったりする。
【００１３】
そこで、本実施形態では、直線加減速パターンを示す関数をＦ（ｔ）１、正弦曲線加減速パターンを示す関数をＦ（ｔ）２、加速度最大時に必要なトルクが駆動源の加減速時に許容されるトルク上限値を越えないように定めた係数をＫ（０＜Ｋ＜１）とする関数Ｆ（ｔ）３＝Ｋ×（Ｆ（ｔ）２−Ｆ（ｔ）１）＋Ｆ（ｔ）１により加減速パターンを作成して記憶手段４に記憶させ、加減速制御のときにＣＰＵに該関数Ｆ（ｔ）３で作成された加減速パターンを読み出させて指令速度値を求めさせることとした。尚、上記の関数Ｆ（ｔ）１，Ｆ（ｔ）２，Ｆ（ｔ）３はいずれも時間ｔをパラメータとする関数である。また、係数Ｋはインターフェース５に接続されるキーボード等の入力手段から設定するようになっており、係数Ｋを設定すると加減速パターンが作成され記憶手段４に記憶される。
【００１４】
図２の（ａ）〜（ｅ）は、係数Ｋの値を各表の上側に表示した値にした場合に作成される加減速パターンＰ１  〜Ｐ５  である。尚、各表に合わせて表示したグラフＧ１  〜Ｇ５  はトルクの変化を示している。図示するように、係数Ｋを０にして作成した加減速パターンＰ１  は直線加減速パターンに一致し、係数Ｋを１にして作成した加減速パターンＰ５  は正弦曲線加減速パターンに一致している。
【００１５】
つまり、関数Ｆ（ｔ）３により作成される加減速パターンは、図３（ａ）に示すように、係数Ｋを大きくするほど正弦曲線加減速パターンに近づく。そして係数Ｋはモータ１ｂのトルクのうち、正弦曲線加減速パターンに従って変化されるトルクの割合に一致する。また、図３（ｂ）に示されるように、係数Ｋを大きくするほど加速開始時及び終了時のトルクの変化量Ｅ１  〜Ｅ５  が小さくなり、加速開始時及び終了時のショックや振動が減少する。これらの点からすれば係数Ｋは大きいほど好ましいが、係数Ｋを大きくすると、図３（ｂ）に示されるように、加速度最大時に必要なトルクが大きくなるため、係数Ｋは、加速度最大時に必要なトルクがトルク上限値を越えない範囲でしか大きくできない。
【００１６】
したがって、加速度最大時に必要なモータのトルクが、該モータの性能として加減速時に許容されるトルク上限値に一致するように係数Ｋを定めて作成した加減速パターンを用いれば、モータの出力性能が最大限利用され、加減速開始時及び終了時のトルク変化量を可及的に小さくすることができ、より大トルクが得られるモータを用いなくても加減速開始時及び終了時にモータやロボットのアームに加わるショックや振動を小さくすることができる。
【００１７】
また、直線加減速パターンを用いる場合に必要な最大トルクをＴｒ１  、正弦曲線加減速パターンを用いる場合に必要な最大トルクをＴｒ２  、モータの性能として加減速時に許容されるトルク上限値をＴｒｍａｘ  とする次式
Ｋ＝（Ｔｒｍａｘ  −Ｔｒ１  ）／（Ｔｒ２  −Ｔｒ１  ）
を用いてモータの出力性能が最大限利用される係数Ｋを定めることができる。例えば、これらのトルクＴｒ１  ，Ｔｒ２  ，Ｔｒｍａｘ  が図３（ｂ）に示される値であれば、係数Ｋは０．５に定まる。
【００１８】
尚、図３（ａ）及び（ｂ）では、説明上、速度及びトルクの変化を示すパターン形状を誇張して描いたため、実際に用いられるパターン形状と必ずしも一致するものではなく、また図３（ｂ）では、トルク変動時に現れるいわゆるオーバシュートを除いてグラフ形状を比較している。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、駆動源の出力を最大限活用して、駆動源や動作部に加減速開始時及び終了時に加わるショックがより小さく、振動がより発生しにくい加減速パターンを作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるロボットの一実施形態を示すブロック図
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、係数Ｋの値を変えて、本発明の方法により作成した加減速パターン形状と、トルクの変化を示すグラフ形状とを示す図
【図３】（ａ）は、図２に示される加減速パターン形状を重ね合わせたものの要部を示す図、（ｂ）は、図２に示されるトルクの変化を示すグラフ形状を重ね合わせたものの要部を示す図
【符号の説明】
１    ロボット
１ａ  アーム（動作部）
１ｂ  サーボモータ（駆動源）
２    制御部
３    アンプ
Ｇ１  〜Ｇ５    トルクパターン
Ｐ１    直線加減速パターン
Ｐ５    正弦曲線加減速パターン（曲線加減速パターン）
【図１】
0003599969.tif 000003
【図２】
0003599969.tif 000004
【図３】
0003599969.tif 000005