(57)【要約】【課題】移動量の短いステップで構成される滑らかな指令が教示された場合にも速度指令が目標速度に到達できる方法を提供する。【解決手段】ロボットの教示位置間の移動に際し、加減速を行うロボットの加減速制御方法であって、連続する複数の教示された位置からステップ群を形成し（１０３）、ステップ群に対して加減速を行う速度指令を作成する（１０４）。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットの教示位置間の移動に際し、加減速を行うロボットの加減速制御方法であって、
連続する複数の教示された位置からステップ群を形成し、
前記ステップ群に対して加減速を行う速度指令を作成することを特徴とするロボットの加減速制御方法。
【請求項２】
連続する２つの教示された位置間の方向ベクトルのなす角度が予め設定された値以下の場合に速度指令を重ね合わせることを特徴とする請求項１記載のロボットの加減速制御方法。
【請求項３】
連続する複数の位置毎の制限速度の最大値と最小値の差が予め設定された値より大きい場合には最後の教示位置は次のステップ群の要素とすることを特徴とする請求項１乃至２記載のロボットの加減速制御方法。
【請求項４】
連続する複数のステップ毎の加減速加速度の最大値と最小値の差が予め設定された値より大きい場合には最後のステップは次のステップ群の要素とすることを特徴とする請求項１乃至３記載のロボットの加減速制御方法。
【請求項５】
予め設定された値のステップ数を上限としたステップ群に対して実行されることを特徴とする請求項１乃至４記載のロボットの加減速制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットの動作を制御する制御装置の加減速制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のロボット制御装置の加減速制御処理のフローチャートを図４に表す。図４において、２０１はステップデータ読み込み部であり、予め教示されたロボットの指令位置を読み込む。２０２はステップデータ解析部であり、２０１で読み込まれたステップデータを解析し、そのステップにおける制限速度および加減速時間を求める。２０３は、速度指令生成部であり２０２で求めた制限速度および加減速時間、さらにロボットの動作プログラム等で与えられる目標速度に応じてそのステップ始点において速度０から加速しステップ終点速度において速度０にて停止する速度波形を生成する。２０４は、速度指令重ね合わせ部であり、２０３にて作成された速度指令に対し手前のステップの減速部分と後のステップの加速部分を重ね合わせることによって連続した速度波形を生成する。２０５は補間部であり、補間周期毎に２０４で決定された速度となるように直線や円弧などの曲線指令に対応したロボット制御点の位置を生成する。２０６は軸位置指令分配部であり、２０５にて生成されたロボット制御点の位置を逆キネマティクス変換しロボットの各制御軸の位置に変換する。２０７はサーボ制御部であり、２０６にて生成された補間周期毎の各制御軸の指令位置に追従するようにサーボ制御を行う。
【０００３】
図５および図６は、図４の処理における速度波形の生成過程を表しており、図５は、前述の２０３にて作成された例えばステップｎの速度指令波形とステップｎ＋１の速度指令波形である。これらの速度指令波形は、前述の２０４の処理にてステップｎの速度指令波形とステップｎ＋１の速度指令波形を重ね合わされることにより図６に表される様にステップ間で連続したステップｎ〜ｎ＋１間の速度指令波形が得られる。重ね合わせることによって、ステップ間で移動方向が大きく変化する場合においても図７に表される様にコーナー部分の軌跡はコーナーの内側を滑らかに変化（以下、内回り）するため、コーナー部分でロボットに発生する振動を抑制することができる。このように、従来のロボット制御装置では、指令位置ステップ毎に加減速パターンを生成しそれらを重ね合わせて加減速制御を行うという手順がとられていた（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−３９９１７号公報（第３頁右列第３６行〜第４１行）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のロボット制御装置の加減速制御方法では次のような問題があった。ロボットを自由曲線に沿った形状を動作するように教示する場合には、オペレータは、１本の自由曲線を複数のステップに区切って教示を行うことがある。この場合、各教示ステップ毎の移動量は微小な値となる場合がある。例えば図８は空間上のロボットの教示位置ｎ−１からｎ＋５を表しており、ステップｎからステップｎ＋４の区間では各ステップの移動量が短くなっている。図８の場合の各ステップ毎に加減速した速度指令波形を重ね合わさずに表すと図９の通りとなる。図９において、移動量の長いステップｎ−１とｎ＋５は、目標速度まで速度が到達しているが、移動量の短いステップｎからステップｎ＋４では、速度指令波形は三角波となり、最高速度が目標速度に到達していない。
【０００６】
このような場合に、ステップ間の加速区間と減速区間の速度波形を重ね合わせると図１０の通りとなり、速度指令は連続的に変化しているがステップｎからステップｎ＋４の区間で目標速度よりも低い速度なってしまう。教示された指令の形状の変化は図８の通り滑らかであり、曲線区間であるステップｎからステップｎ＋４では目標速度を低下させる必要はないため、図８のステップｎからステップｎ＋４の様に移動量の短いステップが存在する場合には目標速度よりも低い速度指令でロボットが動作することになるという問題がある。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、移動量の短いステップで構成される滑らかな指令が教示された場合にも速度指令が目標速度に到達できる方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明の請求項１記載のロボットの加減速制御方法は、ロボットの教示位置間の移動に際し、加減速を行うロボットの加減速制御方法であって、連続する複数の教示された位置からステップ群を形成し、前記ステップ群に対して加減速を行う速度指令を作成することを特徴とするものである。
また、本発明の請求項２記載のロボットの加減速制御方法は、連続する２つの教示された位置間の方向ベクトルのなす角度が予め設定された値以下の場合に速度指令を重ね合わせることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項３記載のロボットの加減速制御方法は、連続する複数の位置毎の制限速度の最大値と最小値の差が予め設定された値より大きい場合には最後の教示位置は次のステップ群の要素とすることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項４記載のロボットの加減速制御方法は、連続する複数のステップ毎の加減速加速度の最大値と最小値の差が予め設定された値より大きい場合には最後のステップは次のステップ群の要素とすることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項５記載のロボットの加減速制御方法は、予め設定された値のステップ数を上限としたステップ群に対して実行されることを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
図１は、本発明の方法を実施するロボット制御装置の加減速制御処理のフローチャートである。１０１はステップデータ読み込み部であり、予め教示されたロボットの指令位置を読み込む。１０２はステップデータ解析部であり、１０１で読み込まれたステップデータを解析し、従来通りそのステップにおける制限速度および加減速時間を求める他にステップの始点および終点の方向ベクトルを求める。１０３はステップ間速度結合判定部であり、後述の速度指令作成部１０４において複数ステップにまたがって加速減速を行う速度指令を作成するためのステップ間の速度を結合する判定を行う。１０４は、速度指令生成部であり１０３で結合されたステップの集合（ステップ群）に対して制限速度および加減速時間、さらにロボットの動作プログラム等で与えられる目標速度に応じてそのステップ群の始点において速度０から加速しステップ群の終点速度において速度０にて停止する速度波形を生成する。
【０００９】
１０５は、速度指令重ね合わせ部であり、１０４にて作成された速度指令に対し手前のステップ群の減速部分と後のステップ群の加速部分を重ね合わせることによって連続した速度波形を生成する。１０６は補間部であり、補間周期毎に１０５で決定された速度となるように直線や円弧などの曲線指令に対応したロボット制御点の位置を生成する。１０７は軸位置指令分配部であり、１０６にて生成されたロボット制御点の位置を逆キネマティクス変換しロボットの各制御軸の位置に変換する。１０８はサーボ制御部であり、１０７にて生成された補間周期毎の各制御軸の指令位置に追従するようにサーボ制御を行う。
【００１０】
このようにステップ群を形成し、ステップ群に対して加速、減速を行い、ステップ群間の加速、減速部分を重ね合わせることによって、例えば前述の図８の移動指令の場合にステップｎからステップｎ＋４までを１つのステップ群Ｎとすると、ステップ群Ｎの速度波形は図２の通りとなり目標速度に到達し、前後のステップｎ−１、ステップｎ＋５と速度を重ね合わせた場合にも図３の様にステップｎからステップｎ＋４間に生じていた速度の低下を抑制することができる。
【００１１】
１０３におけるステップ間の速度の結合は、ステップ間において移動する方向の変化量が少ない場合に行うこととする。これは、結合されることによってステップ間の速度が重ね合わされなくなり図７で説明したコーナー部分での内回りがなくなるため、本来内回り量が少ない部分で行う必要があるためである。また、結合されたステップ群の制限速度は、結合されたステップの中で最も低いものを採用する必要があり、逆に加減速加速度は、最も低いものを採用する必要がある。
【００１２】
以上の理由により、１０３におけるステップ間の速度の結合を行うかどうかの判定条件は、以下に表す条件とする。
第１の条件として、図１の１０１にて求めたステップ始点とステップ終点の方向ベクトルを用いて連続する２ステップ間の角度を求め、角度が予め設定されている値よりも小さい場合に結合を行うこととする。図２の場合、角度θは、例えば式（１）にてｃｏｓθとして求められる。
【００１３】
【数１】
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【００１４】
式（１）において、角度θが大きい場合には求められるｃｏｓθの値は小さくなる。従って、式（１）にて求められるｃｏｓθの値がある値以上の場合にステップの速度を結合すれば良い。例えば、図１１に表される様にステップｄとステップｅの間の角度θに対するｃｏｓθの値が、予め設定されているＸｓの値より小さい場合には、ステップ群Ｎにステップｅを結合するのを止め、ステップｅ以降を別のステップ群Ｎ＋１として結合を行う。
【００１５】
第２の条件として、図１の１０１にて求めた各ステップの制限速度を比較し、連続する複数のステップの制限速度の最大値と最小値の差が予め設定された値以下の場合に実行し、その差が予め設定された値より大きい場合には最後のステップは次回のステップ群の要素とすることとする。これにより、制限速度が極端に低いステップを結合することによってステップ群全体の制限速度が低下することを防ぐことができる。例えば、図１２に表される様にステップｅは曲線コーナーの軌跡であり他のステップに比べ制限速度が低いためステップｅのみ別のステップ群とすることで前後のステップ群はステップｅの影響を受けず制限速度を高くすることができる。
【００１６】
第３の条件として、図１の１０１にて求めた各ステップの加減速加速度を比較し、連続する複数のステップの制限速度の最大値と最小値の差が予め設定された値以下の場合に実行し、その差が予め設定された値より大きい場合には最後のステップは次回のステップ群の要素とすることとする。これにより、加減速加速度が極端に低いステップを結合することによってステップ群全体の加減速加速度が低くなることを防ぐことができる。例えば、図１３に表される様にステップｅはロボット手首の回転動作であり他のステップに比べ加減速加速度が低い（加減速時間が長い）ためステップｅのみ別のステップ群とすることで前後のステップ群はステップｅの影響を受けず加減速時間を短くすることができる。
【００１７】
第４の条件として、ステップ群に含まれるステップの数は、予め設定された値を上限とすることとする。これによって、大量のステップデータを蓄えることによるロボットコントローラの記憶装置の容量の増加や、同時に処理するステップ数の増大による加減速処理の負荷の増大を制限することができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の方法によれば、滑らかな形状に対して移動量の短い複数の移動指令が教示された場合には、加減速制御においてそれら複数の指令にまたがって一回の加減、減速を行う速度指令を作成することができるため、移動量が長いステップと同様な速度指令となり、速度指令を高めることができるという効果がある。また、ステップ群に含まれるステップの数に制限を設けているため、上記処理によりロボットコントローラの記憶装置や処理能力の負荷の増大に制限を設けることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロボットの加減速制御処理のフローチャート
【図２】本発明の方法の適用したステップ群の速度波形の例
【図３】本発明の方法の適用したステップ群を重ね合わせた速度波形の例
【図４】従来の方法の加減速制御処理のフローチャート
【図５】ステップ間の速度波形の重ね合わせの例
【図６】ステップ間の速度波形の重ね合わせた後の速度波形の例
【図７】ステップ間の速度波形の重ね合わせた後の動作軌跡の例
【図８】移動量の短いステップが連続した場合の動作指令軌跡の例
【図９】従来の方法の移動量の短いステップの速度波形の例
【図１０】従来の方法の移動量の短いステップを重ね合わせた速度波形の例
【図１１】本発明の第１のステップ速度結合判定基準を表す図
【図１２】本発明の第２のステップ速度結合判定基準を表す図
【図１３】本発明の第３のステップ速度結合判定基準を表す図
【符号の説明】
１０１  ・・・・本発明のステップデータ読み込み部
１０２  ・・・・本発明のステップデータ解析部
１０３  ・・・・本発明のステップ間速度結合判定部
１０４  ・・・・本発明の速度指令生成部
１０５  ・・・・本発明の速度指令重ね合わせ部
１０６  ・・・・本発明の補間部
１０７  ・・・・本発明の軸位置指令分配部
１０８  ・・・・本発明のサーボ制御部
２０１  ・・・・従来のステップデータ読み込み部
２０２  ・・・・従来のステップデータ解析部
２０３  ・・・・従来の速度指令生成部
２０４  ・・・・従来の速度指令重ね合わせ部
２０５  ・・・・従来の補間部
２０６  ・・・・従来の軸位置指令分配部
２０７  ・・・・従来のサーボ制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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