(57)【要約】【課題】多関節型ロボットの作業時間を短縮することができる速度指令プロファイルを生成するためには、広い範囲の動作区間に柔軟に対応でき、変化の傾向が把握し易い加減速特性の決定方法が必要とされる。【解決手段】加減速時間と命令速度の関係を示す第１の加減速特性と、加減速時間と命令速度の関係を示しており第１の加減速特性と比べて同じ命令速度の場合に加減速時間が短い第２の加減速特性とを用いる。動作区間距離が長区間と判定された場合には、第１の加減速特性を用いて速度指令プロファイルを求める。短区間と判定された場合には、第２の加減速特性と予め決められた演算式により新たな加減速時間と命令速度の関係を示す新たな加減速特性を算出し、長区間と判定された場合とは異なる加速度指令プロファイルを使用し、さらにローパスフィルタを用いて、短区間の速度指令プロファイルを生成する。【選択図】図１
2013000823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータによって駆動する複数の回転軸を有する回転アームを備えており予め教示されたプログラムに従って動作する産業用ロボットの速度指令プロファイルの生成方法であって、
加減速時間と命令速度の関係を示す第１の加減速特性と、加減速時間と命令速度の関係を示しており前記第１の加減速特性と比べて同じ命令速度の場合に加減速時間が短い第２の加減速特性と、を有し、
指令された命令速度に向かう増加傾きで、速度が零の時点から前記指令された命令速度に達するまでの時間である第１の時間を求めるステップと、
所定の区間を前記命令速度で加減速無しで移動する際に要する時間である第２の時間を求めるステップと、
前記第１の時間と前記第２の時間を比較するステップと、
前記第１の時間が前記第２の時間より大きい場合には前記第１の特性に基づいて速度指令プロファイルを求めるステップと、
前記第２の時間が前記第１の時間以下の場合には前記第２の特性に基づいて速度指令プロファイルを求めるステップと、
を備えた産業用ロボットの速度指令プロファイルの生成方法。
【請求項２】
第１の加減速特性は、多関節型ロボットが移動する区間の距離である区間距離が第１の区間距離である場合に使用され、
第２の加減速特性は、前記区間距離が第２の区間距離である場合に使用され、
前記第１の区間距離は前記第２の区間距離よりも長い請求項１記載の産業用ロボットの速度指令プロファイルの生成方法。
【請求項３】
区間距離が第２の区間距離未満の場合には、第２の加減速特性を用いて予め決められた演算式により新たな加減速時間と命令速度の関係を示す新たな加減速特性を算出し、第１の区間距離である場合に使用される加速度指令プロファイルとは異なる加速度指令プロファイルと前記新たな加減速特性により速度指令プロファイルを求め、この求めた速度指令プロファイルにローパスフィルタを適用して速度指令プロファイルを求める請求項２記載の産業用ロボットの速度指令プロファイルの生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多関節型ロボット等の産業用ロボットの速度指令プロファイルの生成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボットの一例である多関節型ロボットに関するユーザのニーズとして、多関節型ロボットの作業時間の短縮が重要視されている。多関節型ロボットの作業時間を短縮するためには、与えられた命令速度にできるだけ早く到達することができる加減速時間（加速時間や減速時間）と命令速度との関係（以下、加減速特性という）を決定する必要がある。しかしながら、最適な加減速特性の決定には、多関節型ロボットが作業を行う際の動作区間（移動距離）が大きく影響する。
【０００３】
動作区間（移動距離）が長ければ、それだけ動作時間（移動時間）も長くなり、命令速度の時間変化である速度指令プロファイルの最高速度は、与えられた命令速度に到達できる。従って、あとは、モータトルクの飽和と振動特性を考慮し、最高速度に到達するまでの時間、すなわち、加減速時間（加速時間）をどれだけ短縮できるかといった点に注力して加減速特性を調整することになる。
【０００４】
逆に、動作区間（移動距離）が短ければ、動作時間（移動時間）が短くなる。そのため、多関節型ロボットの区間動作時間中に、与えられた命令速度に達することが困難となる。そして、動作区間が短い場合、動作区間が長い場合の加減速特性をそのまま使用してしまうと、作業時間の短縮が困難となる。
【０００５】
従って、作業時間を短縮するためには、動作区間が短い場合と長い場合において、動作区間が長い場合と動作区間が短い場合とで異なる加減速特性が必要となる。このように、動作区間の長短により、その加減速特性の決定方法は異なる。そのため、多種多様な動作を行う多関節型ロボットの全ての動作区間において、一意に作業時間の短縮を図ることができる加減速特性を決定することは困難である。
【０００６】
このような背景の下、従来の手法として、予め用意された加減速特性と動作区間とを対応付けたテーブルにより、予め用意されている限られた動作区間に対して、動作区間に基づいて最適な加減速特性を使用する手法や（例えば、特許文献１参照）、加減速特性と関数を併用して全ての動作区間に対応しようとする手法（例えば特許文献２参照）が提案されている。
【０００７】
図８は、加減速特性と動作区間とを対応付けたテーブルを用いて、予め用意された限られた動作区間に対して、最適な加減速特性を使用する手法の例を示している。例えば、動作区間Ｌ１に対して、関節軸１は加減速特性Ａ１を、関節軸２は加減速特性Ａ２を、関節軸３は加減速特性Ａ３を、使用することを示している。この手法は、加減速特性と動作区間の情報に基づいて、動作区間に応じて予め決められた最適な加減速特性を選択し、作業時間の短縮を図ることができる速度指令プロファイルを生成する。
【０００８】
図９は、加減速特性と関数とを併用して、全ての動作区間に対応しようとする手法の例を示している。ベースとなる加減速特性により与えられた動作時間３７を持つ速度指令プロファイル３８に、特定の関数を適用することで、与えられた動作区間に対する理想的な動作時間３９を持つ速度指令プロファイル４０を生成することを示している。この手法は、与えられた動作区間に対して、作業時間の短縮を図ることができる理想的な動作時間を算出し、ベースとなる加減速特性に関数を適用することで、理想的な動作時間を持った速度指令プロファイルを生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６２−００３３１１号公報
【特許文献２】特開平２−１４４７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
背景技術で示した２つの手法に関し、図８を用いて説明した加減速特性と動作区間とのテーブルのみを用いた手法では、テーブルにある特定の動作区間にしか対応できず、テーブルの有効範囲が制約され、効果が限定的なものとなってしまう。
【００１１】
また、図９を用いて説明した加減速特性と関数を併用する手法では、使用する関数が制約となり、その複雑さによっては加減速特性の変化の傾向の把握が困難となり、振動特性のコントロールが難しくなる。
【００１２】
以上のことから、作業時間の短縮を図ることができる速度指令プロファイルを生成するためには、広い範囲の動作区間に柔軟に対応でき、変化の傾向が把握し易い、加減速特性の決定方法が必要とされる。
【００１３】
これらの課題を解決するために、本発明では、動作区間を細かく分けず、ある程度の範囲で大別し、それぞれの動作区間ごとに最適な加減速特性を持たせるといった手法を用いる。動作区間を大別することで、使用する加減速特性の数を必要最小限としつつ、広い範囲の動作区間に対応する。
【００１４】
また、多関節型ロボットの作業動作では、一つの軸が大きく旋回するような長区間動作（長距離移動）よりも、多くの軸が小さく旋回するような短区間動作（短距離移動）が大半を占める。このことから、大別する動作区間の１つには、短区間を入れるべきである。
【００１５】
さらに、作業時間の短縮のためには、短区間での加減速特性の細かな調整が必要になると考えられる。この調整の対応は、関数によって行うこととし、その関数は、ロボットの作業者等が加減速特性の変化を把握し易くするため、簡便な演算式である必要がある。また、動作区間の判別には、命令速度と動作区間の両方が考慮された値を用いることが望ましい。
【００１６】
本発明は、上記のような加減速特性を決定するための手順を備えた、多関節型ロボット等の産業用ロボットの速度指令プロファイルの生成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明の産業用ロボットの速度指令プロファイルの生成方法は、モータによって駆動する複数の回転軸を有する回転アームを備えており予め教示されたプログラムに従って動作する産業用ロボットの速度指令プロファイルの生成方法であって、加減速時間と命令速度の関係を示す第１の加減速特性と、加減速時間と命令速度の関係を示しており前記第１の加減速特性と比べて同じ命令速度の場合に加減速時間が短い第２の加減速特性と、を有し、指令された命令速度に向かう増加傾きで、速度が零の時点から前記指令された命令速度に達するまでの時間である第１の時間を求めるステップと、所定の区間を前記命令速度で加減速無しで移動する際に要する時間である第２の時間を求めるステップと、前記第１の時間と前記第２の時間を比較するステップと、前記第１の時間が前記第２の時間より大きい場合には前記第１の特性に基づいて速度指令プロファイルを求めるステップと、前記第２の時間が前記第１の時間以下の場合には前記第２の特性に基づいて速度指令プロファイルを求めるステップと、を備えたものである。
【００１８】
また、本発明の産業用ロボットの速度指令プロファイルの生成方法は、上記に加えて、第１の加減速特性は、多関節型ロボットが移動する区間の距離である区間距離が第１の区間距離である場合に使用され、第２の加減速特性は、前記区間距離が第２の区間距離である場合に使用され、前記第１の区間距離は前記第２の区間距離よりも長いものである。
【００１９】
また、本発明の産業用ロボットの速度指令プロファイルの生成方法は、上記に加えて、区間距離が第２の区間距離未満の場合には、第２の加減速特性を用いて予め決められた演算式により新たな加減速時間と命令速度の関係を示す新たな加減速特性を算出し、第１の区間距離である場合に使用される加速度指令プロファイルとは異なる加速度指令プロファイルと前記新たな加減速特性により速度指令プロファイルを求め、この求めた速度指令プロファイルにローパスフィルタを適用して速度指令プロファイルを求めるものである。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明は、変化の傾向が把握し易い２つの加減速特性と簡便な演算式を用いることにより、広い範囲の動作区間に対して、産業用ロボットの作業時間の短縮を図ることができる速度指令プロファイルを生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態における命令速度の設定および動作区間の設定から速度指令プロファイルの生成までを示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態における長区間動作における基本加減速特性を決定するステップを示す図
【図３】本発明の実施の形態における短区間動作における基本加減速特性を決定するステップを示す図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態におけるステップＳ４が同じ場合の長区間動作および短区間動作における速度指令プロファイルを示す図（ｂ）本発明の実施の形態におけるステップＳ４が同じ場合の長区間動作および短区間動作におけるモータトルク波形を示す図
【図５】本発明の実施の形態における長区間動作および短区間動作における加減速特性を示す図
【図６】本発明の実施の形態における長区間動作および短区間動作における加速度指令プロファイルを示す図
【図７】（ａ）本発明の実施の形態における短区間動作と判定された場合の速度指令プロファイル生成の概要を示す図（ｂ）本発明の実施の形態における短区間動作と判定された場合の速度指令プロファイル生成の概要を示す図
【図８】従来の加減速特性と動作区間とを対応付けたテーブルを用いて限られた動作区間に対して最適な加減速特性を使用する手法の説明図
【図９】従来の加減速特性と関数を併用してすべての動作区間に対応しようとする手法の説明図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図７を用いて説明する。
【００２３】
図１は、産業用ロボットの一例である多関節型ロボットを動作させるための命令速度の設定および動作区間の設定から、多関節型ロボットを動作させるための速度指令プロファイルを生成するまでの過程を説明するためのブロック図である。
【００２４】
図１のブロック図には、命令速度を設定するための命令速度設定部１と、動作区間を設定するための動作区間設定部２と、設定された動作区間を加減速無しの設定された命令速度で移動する際に要する動作時間を算出する動作時間算出部３と、長区間における基本加減速特性に基づいて加減速時間を決定する長区間加減速時間決定部４と、使用加減速特性判定部５と、使用加減速特性判定部５の判定結果に基づいて動作するスイッチ６と、長区間における速度指令プロファイルを生成する長区間速度指令プロファイル生成部７と、短区間における基本加減速特性に基づいて加減速時間を決定する短区間加減速時間決定部８と、演算式により短区間の基本加減速特性の補正量を計算する補正計算部９と、加速度の時間変化である加速度指令プロファイルを決定する加速度指令プロファイル変更部１０と、短区間における速度指令プロファイルを生成する短区間速度指令プロファイル生成部１１と、ローパスフィルタにより短区間速度指令プロファイル生成部１１で生成した速度指令プロファイルを平滑化する速度指令プロファイル平滑化部１２を記載している。
【００２５】
なお、これらの構成要素は、例えば、多関節型ロボットを構成するマニピュレータとロボット制御装置のうち、ロボット制御装置の内部に設けられている。
【００２６】
また、上記の長区間と短区間に関し、詳細は後述するが、多関節型ロボットの動作区間（移動距離）が長い場合を長区間と称し、短い場合を短区間と称す。
【００２７】
以上のように構成されたブロック図による速度指令プロファイルの生成方法について、そのプロセスを説明する。なお、速度指令プロファイルは、多関節型ロボットを動作させるための命令速度の時間変化を示すものである。
【００２８】
命令速度設定部１は、多関節型ロボットが行う作業における命令速度を設定するためのものである。動作区間設定部２は、多関節型ロボットの教示された２点間の動作区間（移動距離）を設定するためのものである。動作時間算出部３は、命令速度設定部１の出力と動作区間設定部２の出力を入力し、設定された動作区間と設定された命令速度とから、加減速無しで命令速度で移動する際に要する動作時間を算出するものである。すなわち、動作区間（移動距離）を命令速度で除すことにより、動作時間を算出するものである。長区間加減速時間決定部４は、長区間の基本加減速特性と命令速度設定部１で設定された命令速度から、加減速時間を決定する。なお、長区間の基本加減速特性は、後述するように、予め求められたものであり、長区間加減速時間決定部４に記憶されているものである。使用加減速特性判定部５は、動作時間算出部３で決定された動作時間と、長区間加減速時間決定部４で決定された加減速時間とから、多関節型ロボットの作業が、長区間動作であるのか短区間動作であるのかを判定する。また、スイッチ６は、使用加減速特性判定部５の判定結果により、接続先が切り替えられるものである。ここで、使用加減速特性判定部５による動作区間の長短の判定について説明する。使用加減速特性判定部５で行われる長区間動作と短区間動作の判定は、動作時間算出部３で算出された動作時間Ｔmovと、命令速度と長区間の基本加減速特性に基づいて長区間加減速時間決定部４で決定される長区間動作における加減速時間ＴαLとの比較により行われる。動作時間算出部３は、動作区間設定部２で設定された動作区間を、命令速度設定部１で設定された命令速度でかつ加減速無しで移動する際に要する動作時間を算出する。なお、下記の数１を満たす場合には、短区間動作と判定される。一方、下記の数１を満たさない場合には、長区間動作と判定される。
【００２９】
【数１】
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【００３０】
ここで、使用加減速特性判定部５において長区間動作であると判定された場合の速度指令プロファイルの生成について、図１を用いて説明する。
【００３１】
長区間動作と判定された場合、スイッチ６は、長区間速度指令プロファイル生成部７の方に接続される。すなわち、使用加減速特性判定部５と長区間速度指令プロファイル生成部７とが接続される。そして、長区間動作と判定された場合、長区間速度指令プロファイル生成部７は、命令速度設定部１で決定された命令速度と、長区間加減速時間決定部４で決定された加減速時間に基づいて、速度指令プロファイルを生成する。なお、長区間と判定された場合の加減速特性の決定の詳細については、図２を用いて後述する。
【００３２】
次に、使用加減速特性判定部５において短区間動作と判定された場合の速度指令プロファイルの生成について、図１を用いて説明する。
【００３３】
短区間動作と判定された場合、スイッチ６は、短区間加減速時間決定部８の方に接続される。すなわち、使用加減速特性判定部５と短区間加減速時間決定部８とが接続される。短区間動作と判定された場合、短区間加減速時間決定部８は、短区間動作と判定された場合の短区間の基本加減速特性と、命令速度設定部１で設定された命令速度とから、加減速時間を決定する。なお、短区間の基本加減速特性は、後述するように、予め求められたものであり、短区間加減速時間決定部８に記憶されているものである。補正計算部９は、動作時間算出部３で決定された動作時間と短区間加減速時間決定部８で決定された加減速時間とを入力とする演算式により、短区間の基本加減速特性を補正する補正計算を行い、短区間の基本加減速特性から新たな加減速時間を決定する。加速度指令プロファイル変更部１０は、長区間の基本加速度指令プロファイルと短区間の基本加速度指令プロファイルを記憶しており、短区間動作と判定された場合、加速度指令プロファイル変更部１０は、加速度指令プロファイルを、モータトルクの飽和を防止するための加速度指令プロファイルである短区間の基本加速度指令プロファイルとする。短区間速度指令プロファイル生成部１１は、命令速度設定部１で決定された命令速度と、補正計算部９で決定された加減速時間と、加速度指令プロファイル変更部１０で変更された加速度指令プロファイルに基づいて、速度指令プロファイルを生成する。速度指令プロファイル平滑化部１２は、短区間における速度指令プロファイル生成部１１で生成された速度指令プロファイルにローパスフィルタを適用することで、速度指令プロファイルの波形を滑らかにし、新たな速度指令プロファイルを生成する。なお、短区間と判定された場合の短区間の基本加減速特性の決定については、図３を用いて後述する。
【００３４】
次に、図２を用いて、長区間と判定された場合の長区間の基本加減速特性の決定について説明する。図２に、長区間と判定された場合の長区間の基本加減速特性を決定するフローチャートを示す。長区間の基本加減速特性は、以下のステップにより決定する。なお、以下のステップは、例えば、パーソナルコンピュータ等の演算機器を用いて行われ、多関節型ロボットを動作させる前に予め行うものである。
【００３５】
まず、ステップＳ１において、命令速度を最高速度である１００％に設定する。例えば、命令速度が１７０ｄｅｇ／ｓｅｃである場合、１００％である１７０ｄｅｇ／ｓｅｃに設定する。次に、ステップＳ２において、予め用意された所定の調整用加減速特性と、命令速度とに基づいて、加減速時間を決定し、決定された加減速時間を用いて、加速度の時間変化である加速度指令プロファイルを生成する。次に、ステップＳ３において、生成された加速度指令プロファイルを、ロボットの摩擦モデルに適用し、モータトルクの推定ピーク値τpeakを算出する。次に、ステップＳ４において、モータトルクの推定ピーク値τpeakと予め用意されたモータトルクの飽和リミット値τlimitとを比較し、τpeak≦τlimitになるまで前記ステップＳ３〜Ｓ５を繰り返し、加減速時間を調整する。次に、ステップＳ６において、前記ステップＳ３〜Ｓ５で求められた加減速時間を記録する。次に、ステップＳ７とステップＳ８において、命令速度が最高速度の１０％になるまで、命令速度を１０％ずつ低下させながら前記ステップＳ２〜ステップＳ６を繰り返す。このようにステップＳ２からステップＳ６を繰り返すことで、命令速度（％）に対する加減速時間の組を複数求めることができる。そして、図２に示すステップにより決定された各命令速度と各加減速時間を用いて、長区間と判定された場合の長区間の基本加減速特性を求める。すなわち、横軸を命令速度（％）とし、縦軸を加減速時間とする長区間の基本加減速特性が求まる。
【００３６】
次に、図３を用いて、短区間と判定された場合の短区間の基本加減速特性の決定について説明する。図３に、短区間と判定された場合の短区間の基本加減速特性を決定するフローチャートを示す。図３に示すステップは、図２と同様に、例えば、パーソナルコンピュータ等の演算機器を用いて、多関節型ロボットの動作に先立って予め行われるものである。なお、図３に示すステップと図２に示すステップに関し、異なる点はステップＳ４のみであり、この異なるステップＳ４についてのみ、以下に説明する。
【００３７】
図３のステップＳ４に従い、モータトルクの推定ピーク値τpeakに任意の定数αを乗じた値と、予め用意されたモータトルクの飽和リミット値τlimitとを比較し、α×τpeak＝τlimitになるまでステップＳ３〜Ｓ５を繰り返し、加減速時間を調整する。ここで、任意の定数αは経験則的に決定される１．０以上の値である。このようにすることで、図２の場合と同様に、短区間と判定された場合の短区間の基本加減速特性を求める。すなわち、横軸を命令速度（％）とし、縦軸を加減速時間とする短区間の基本加減速特性が求まる。
【００３８】
ここで、短区間動作と長区間動作とで、図２と図３のステップＳ４の条件が異なる理由について、図４を用いて説明する。なお、図４（ａ）は、命令速度の時間変化である速度指令プロファイルを示しており、図４（ｂ）は、モータトルクの時間変化を示している。
【００３９】
図４（ａ）において、速度指令プロファイル１３は、図２に示すステップに従って決定された長区間の基本加減速特性により生成された、長区間動作における速度指令プロファイルである。速度指令プロファイル１４は、図２に示すステップに従って決定された長区間の基本加減速特性により生成された短区間動作における速度指令プロファイルである。すなわち、この短区間動作における速度指令プロファイルは、短区間の基本加減速特性ではなく、長区間の基本加減速特性に基づいて生成された例を示している。
【００４０】
また、図４（ｂ）において、モータトルク波形１５は、速度指令プロファイル１３の場合のモータトルク波形である。また、モータトルク波形１６は、速度指令プロファイル１４の場合のモータトルク波形である。
【００４１】
長区間と判定された場合の長区間の基本加減速特性を決定する図２に示すステップに従って決定された長区間の基本加減速特性によって、短区間動作における速度指令プロファイルを生成した場合、図４（ｂ）に示すように、モータトルクのピーク値は、長区間動作におけるモータトルクのピーク値よりも小さくなる。これは、短区間動作と判定された場合の速度指令プロファイルの最高速度が、与えられた命令速度に到達しないことに起因している。その点を考慮した場合、ステップＳ４を図３に示すものとすることで、モータトルクのピーク値を吊り上げ、短区間動作においても、作業時間の短縮が図れる加減速特性を決定する必要がある。また、命令速度に到達するケースについては、後述の加速度指令プロファイル変更部１０とローパスフィルタにより、モータトルクの飽和を防止する。
【００４２】
下記数２に、短区間と判定された場合の、加減速時間および動作時間を入力とする演算式を示す。数２において、動作時間Ｔmovは、動作区間を命令速度でかつ加減速無しで移動する際に要する動作時間であり、加減速時間ＴαSは、短区間動作と判定された場合の短区間の基本加減速特性と命令速度とに基づいて決定された加減速時間である。数２の加減速時間Ｔ’αSは、動作時間Ｔmovと加減速時間ＴαSに基づいて新たに決定された加減速時間である。なお、数２は、動作時間Ｔmovと加減速時間ＴαSの関数である必要がある。また、ロボットの作業者等が、加減速時間Ｔ’αSの変化の把握し易さを維持するために、演算式の最高次数は、２次と低く抑えることが望ましい。また、下記の数３と下記の数４に、演算式の一例を示す。これら演算式は、理論的もしくは経験則的手法により導出する。なお、これらの演算式は、補正計算部９に設けられるものである。
【００４３】
【数２】
2013000823.tif 000004
【００４４】
【数３】
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【００４５】
【数４】
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【００４６】
次に、図５を用いて、加減速時間と命令速度との関係である加減速特性について説明する。なお、図５において、横軸が命令速度（％）であり、縦軸が加減速時間である。また、図５は、長区間動作および短区間動作における加減速特性を示す図である。
【００４７】
図５において、加減速特性１７は、長区間と判定された場合の長区間の基本加減速特性である。加減速特性１７において、加減速時間１８は命令速度が最高速度の１００％時の加減速時間であり、加減速時間１９は命令速度が最高速度の５０％時の加減速時間であり、加減速時間２０は命令速度が最高速度の１０％時の加減速時間である。
【００４８】
また、短区間の基本加減速特性である加減速特性２１は、短区間と判定された場合の短区間の基本加減速特性である。加減速特性２１において、加減速時間２２は命令速度が最高速度の１００％時の加減速時間であり、加減速時間２３は命令速度が最高速度の５０％時の加減速時間であり、加減速時間２４は命令速度が最高速度の１０％時の加減速時間である。
【００４９】
また、加減速特性２５は、動作時間Ｔmovがある任意の値にて、短区間の基本加減速特性である加減速特性２１と数２（具体的には数３や数４）によって得られる短区間の加減速特性である。加減速特性２５において、加減速時間２６は命令速度が最高速度の１００％時の加減速時間であり、加減速時間２７は命令速度が最高速度の５０％時の加減速時間であり、加減速時間２８は命令速度が最高速度の１０％時の加減速時間である。
【００５０】
次に、図６を用いて、最大加速度の時間変化である加速度指令プロファイルについて説明する。図６は、長区間動作および短区間動作における加速度指令プロファイルを示す図である。
【００５１】
図６において、加速度指令プロファイル２９は、長区間動作時の加速度指令プロファイルを示し、加速度指令プロファイル３０は、短区間動作時の加速度指令プロファイルを示す。加速度指令プロファイルを加速度指令プロファイル３０とすることで、加速度指令プロファイル２９よりも加速度のピーク値を上昇し難くさせ、前述した短区間動作にて速度指令プロファイルの最高速度が命令速度に到達する場合において、急加減速時のモータトルクの飽和を防止する。
【００５２】
次に、図７を用いて、命令速度の時間変化である速度指令プロファイルについて説明する。図７（ａ）と図７（ｂ）は、短区間動作と判定された場合の速度指令プロファイル生成の概要を説明するための図である。
【００５３】
命令速度と動作区間とが設定されている状況下で、図７（ａ）に示す動作時間３１は、動作区間を命令速度でかつ加減速無しで移動する際に要する動作時間を示している。図７（ａ）の加減速時間３２は、長区間動作と判定された場合の加減速時間である。図７（ｂ）の加減速時間３３は、動作時間３１を動作時間Ｔmovとし、加減速時間３２を動作時間ＴαSとして、数２により新たに決定される加減速時間である。
【００５４】
そして、図７（ａ）の速度指令プロファイル３４は、動作区間を命令速度でかつ加減速無しで移動する場合の速度指令プロファイルである。図７（ｂ）の速度指令プロファイル３５は、図６に示す加速度指令プロファイル３０と、加減速時間３３に基づいて生成される速度指令プロファイルである。図７（ｂ）の速度指令プロファイル３６は、図７（ｂ）の速度指令プロファイル３５にローパスフィルタを適用することで波形が滑らかとなり、新たに生成された速度指令プロファイルである。
【００５５】
以下に、そのプロセスについて説明する。設定された命令速度と設定された動作区間から、図７（ａ）に示す動作時間３１を持つ速度指令プロファイル３４が生成された場合、数１により、図７（ａ）に示す動作時間３１と加減速時間３２の比較が行われる。動作時間３１が加減速時間３２以下の場合、短区間動作と判定される。そして、短区間動作と判定された場合、モータトルクの飽和を防止する図６に示す加速度指令プロファイル３０と、図５に示す短区間の加減速特性である加減速特性２５と、数２によって決定された図７（ｂ）に示す加減速時間３３に基づいた速度指令プロファイル３５が新たに生成される。さらに、速度指令プロファイル３５に、ローパスフィルタを適用し、波形が滑らかとなった図７（ｂ）に示す新たな速度指令プロファイル３６を生成する。そして、この新たに生成された速度指令プロファイルに基づいて産業用ロボットの動作が制御される。
【００５６】
なお、ローパスフィルタのカットオフ周波数は、例えば可搬重量が５ｋｇ〜１０ｋｇである中型の多関節型ロボットを対象とした場合、その共振周波数近傍である１０Ｈｚ前後とする。また、ローパスフィルタの特性上、速度指令プロファイルが急加減速になるほどフィルタリング後の波形はなだらかになるため、前述した短区間動作で、速度指令プロファイルの最高速度が命令速度に到達する場合において、加速度指令プロファイルの変更と併せ、モータトルクの飽和が防止されることになる。
【００５７】
速度指令プロファイル３６は、モータトルクのピーク値がモータトルクの飽和リミット値近傍になるような急加減速を持ち、短い作業時間を実現できるうえ、ローパスフィルタにより波形が滑らかになることにより、動作中の振動も低く抑えることができる。
【００５８】
以上のように、本実施の形態の速度指令プロファイルの生成方法によれば、変化の傾向が把握し易い２つの基本加減速特性と簡便な演算式により、広い範囲の動作区間に対して、多関節型ロボットの作業時間の短縮が図れる速度指令プロファイルを生成することができる。
【００５９】
なお、本実施の形態は、多関節型ロボット以外の加減速制御を必要とするサーボ機器に適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の速度指令プロファイルの生成方法は、変化の傾向が把握し易い２つの加減速特性と簡便な演算式により、広い範囲の動作区間に対して、産業用ロボットの作業時間の短縮が図れる速度指令プロファイルを生成することができ、産業用ロボットの速度指令プロファイルの生成方法として産業上有用である。
【符号の説明】
【００６１】
１    命令速度設定部
２    動作区間設定部
３    動作時間算出部
４    長区間加減速時間決定部
５    使用加減速特性判定部
６    スイッチ
７    長区間速度指令プロファイル生成部
８    短区間加減速時間決定部
９    補正計算部
１０  加速度指令プロファイル変更部
１１  短区間速度指令プロファイル生成部
１２  速度指令プロファイル平滑化部
１３  速度指令プロファイル
１４  速度指令プロファイル
１５  モータトルク波形
１６  モータトルク波形
１７  加減速特性
１８  加減速時間（命令速度が最高速度の１００％時）
１９  加減速時間（命令速度が最高速度の５０％時）
２０  加減速時間（命令速度が最高速度の１０％時）
２１  加減速特性
２２  加減速時間（命令速度が最高速度の１００％時）
２３  加減速時間（命令速度が最高速度の５０％時）
２４  加減速時間（命令速度が最高速度の１０％時）
２５  加減速特性
２６  加減速時間（命令速度が最高速度の１００％時）
２７  加減速時間（命令速度が最高速度の５０％時）
２８  加減速時間（命令速度が最高速度の１０％時）
２９  加速度指令プロファイル
３０  加速度指令プロファイル
３１  動作時間
３２  加減速時間
３３  加減速時間
３４  速度指令プロファイル
３５  速度指令プロファイル
３６  速度指令プロファイル
３７  動作時間
３８  速度指令プロファイル
３９  動作時間
４０  速度指令プロファイル
【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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