WO2022259874A1 - ロボット制御方法及びロボット制御装置 - Google Patents

Abstract

本開示のロボット制御方法において、位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）は、位置指令増分量（Δθｄ）と、位置増分量（Δθ）とに基づいて演算される。位置偏差（ｅ）は、位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）に基づいて演算される。速度指令（ωｄ）は、位置偏差（ｅ）と、ゲイン（Ｋ）とに基づいて演算される。アクチュエータ３０は、速度指令（ωｄ）に応じた電流（ｉ）が供給されることで駆動する。非常停止指令が出力された場合、位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）には、Ｃ＞１．０となる所定の係数（Ｃ）が乗算される。

Description

ロボット制御方法及びロボット制御装置

　本開示は、ロボット制御方法及びロボット制御装置に関する。

　特許文献１には、緊急停止時は通常のゲインから緊急停止用に算出しておいた高いゲインへと切り替え、位置制御のままで緊急停止を行うことで、モータ停止距離を短縮するようにした数値制御装置が開示されている。

特開２０１６－０８２８５０号公報

　ところで、特許文献１の数値制御装置は、非常停止時（緊急停止時）に位置制御のゲインを大きくすることで停止時間の短縮を図るように構成されている。

　しかしながら、ゲインを大きくすると、速度指令やアクチュエータの速度が不安定となり、ロボットの各軸のアクチュエータ又は減速機などにショックが生じるおそれがある。

　本開示は、ロボットの非常停止時にアクチュエータにショックが生じるのを抑えつつ停止時間を短縮することを目的とする。

　本開示の第１の態様は、複数のアクチュエータを有するロボットの動作を制御するロボット制御方法であって、前記アクチュエータを駆動するための位置指令増分量（Δθｄ）と、該アクチュエータの駆動後にフィードバックされる位置増分量（Δθ）とに基づいて、位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）を演算する第１工程と、前記位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）に基づいて、位置偏差（ｅ）を演算する第２工程と、前記位置偏差（ｅ）と、ゲイン（Ｋ）とに基づいて、速度指令（ωｄ）を演算する第３工程と、前記速度指令（ωｄ）に応じた電流（ｉ）を前記アクチュエータに供給して前記アクチュエータを駆動する第４工程と、前記第１工程から前記第４工程までを繰り返し実行する間に、非常停止指令が出力された場合、前記位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）に対して、Ｃ＞１．０となる所定の係数（Ｃ）を乗算する第５工程と、を備える。

　本開示の第１の態様では、位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）は、位置指令増分量（Δθｄ）と、位置増分量（Δθ）とに基づいて演算される。位置偏差（ｅ）は、位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）に基づいて演算される。速度指令（ωｄ）は、位置偏差（ｅ）と、ゲイン（Ｋ）とに基づいて演算される。アクチュエータは、速度指令（ωｄ）に応じた電流（ｉ）が供給されることで駆動する。非常停止指令が出力された場合、位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）には、Ｃ＞１．０となる所定の係数（Ｃ）が乗算される。

　このように、非常停止指令が出力された場合、非常停止指令が出力された後の位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）にのみ、係数（Ｃ）を乗算して速度指令（ωｄ）を大きくするようにしている。これにより、アクチュエータにショックが生じるのを抑えつつ、アクチュエータが停止するまでの時間を短縮することができる。

　本開示の第２の態様は、複数のアクチュエータを有するロボットの動作を制御する制御部を備えたロボット制御装置であって、前記制御部は、前記アクチュエータを駆動するための位置指令増分量（Δθｄ）と、該アクチュエータの駆動後にフィードバックされる位置増分量（Δθ）とに基づいて、位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）を演算する第１動作と、前記位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）に基づいて、位置偏差（ｅ）を演算する第２動作と、前記位置偏差（ｅ）と、ゲイン（Ｋ）とに基づいて、速度指令（ωｄ）を演算する第３動作と、前記速度指令（ωｄ）に応じた電流（ｉ）を前記アクチュエータに供給して前記アクチュエータを駆動する第４動作と、前記第１動作から前記第４動作までを繰り返し実行する間に、非常停止指令が出力された場合、前記位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）に対して、Ｃ＞１．０となる所定の係数（Ｃ）を乗算する第５動作と、を行う。

　本開示の第２の態様では、位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）は、位置指令増分量（Δθｄ）と、位置増分量（Δθ）とに基づいて演算される。位置偏差（ｅ）は、位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）に基づいて演算される。速度指令（ωｄ）は、位置偏差（ｅ）と、ゲイン（Ｋ）とに基づいて演算される。アクチュエータは、速度指令（ωｄ）に応じた電流（ｉ）が供給されることで駆動する。非常停止指令が出力された場合、位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）には、Ｃ＞１．０となる所定の係数（Ｃ）が乗算される。

　このように、非常停止指令が出力された場合、非常停止指令が出力された後の位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）にのみ、係数（Ｃ）を乗算して速度指令（ωｄ）を大きくするようにしている。これにより、アクチュエータにショックが生じるのを抑えつつ、アクチュエータが停止するまでの時間を短縮することができる。

　本開示によれば、ロボットの非常停止時に、アクチュエータにショックが生じるのを抑えつつ停止時間を短縮することができる。

図１は、本開示の実施形態に係るロボット制御装置の構成を示す側面図である。 図２は、本開示の実施形態に係るロボット制御装置のブロック線図である。 図３は、比較例１において非常停止時にゲインを一定にした場合の速度変化を示すグラフである。 図４は、比較例２において非常停止時にゲインを大きくした場合の速度変化を示すグラフである。 図５は、本開示の実施形態において非常停止時に係数を一定にした場合の速度変化を示すグラフである。 図６は、本開示の実施形態において非常停止時に係数を大きくした場合の速度変化を示すグラフである。

　以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

　〈ロボットの構成〉
　図１は、本開示の実施形態に係るロボット制御装置１の構成を示す側面図である。図１に示すように、ロボット制御装置１は、ロボット５と、制御部２０とを備える。ロボット５は、６軸の多関節型のロボットアーム１０を有する。制御部２０は、ロボットアーム１０の動作を制御する。ロボット５は、例えば、作業台６に対してワークＷを受け渡しする。

　ロボットアーム１０は、台座部１１と、肩部１２と、下腕部１３と、第１上腕部１４と、第２上腕部１５と、手首部１６と、取付部１７とを有する。

　肩部１２は、台座部１１に対して、第１関節部Ｊ１を中心に水平方向に旋回可能に支持される。下腕部１３は、肩部１２に対して、第２関節部Ｊ２を中心に上下方向に旋回可能に支持される。

　第１上腕部１４は、下腕部１３に対して、第３関節部Ｊ３を中心に上下方向に旋回可能に支持される。第２上腕部１５は、第１上腕部１４の先端部に対して、第４関節部Ｊ４を中心に捻り回転可能に支持される。

　手首部１６は、第２上腕部１５に対して、第５関節部Ｊ５を中心に上下方向に旋回可能に支持される。取付部１７は、手首部１６に対して、第６関節部Ｊ６を中心に捻り回転可能に支持される。取付部１７には、ワークＷを把持するハンド部１８が取り付けられる。

　第１関節部Ｊ１から第６関節部Ｊ６には、アクチュエータ３０（図２参照）が内蔵される。制御部２０は、ティーチング等によって予め入力された動作プログラムに基づいて、第１関節部Ｊ１から第６関節部Ｊ６がそれぞれ目標位置（指令角度）に達するように、第１関節部Ｊ１から第６関節部Ｊ６のアクチュエータ３０の駆動を制御する。

　〈制御部〉
　図２は、ロボット制御装置１のブロック線図である。図２に示すように、制御部２０は、係数ブロック２１と、積分作用素ブロック２２と、ゲインブロック２３と、速度及び電流制御ブロック２４とを有する。制御部２０は、ロボット５のアクチュエータ３０に接続される。アクチュエータ３０には、各種センサ３１が設けられる。

　制御部２０には、アクチュエータ３０を駆動するための位置指令増分量（Δθｄ）と、アクチュエータ３０の駆動後にフィードバックされる位置増分量（Δθ）とが入力される。

　制御部２０は、位置指令増分量（Δθｄ）と、位置増分量（Δθ）とに基づいて、位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）を演算する第１動作を行う。

　係数ブロック２１では、位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）に対して所定の係数（Ｃ）が乗算される。通常制御時には、係数（Ｃ）がＣ＝１．０に設定される。つまり、通常制御時には、係数（Ｃ）が位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）の増減に影響を及ぼすことはない。

　積分作用素ブロック２２では、現在時刻までの位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）が積分される。制御部２０は、位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）に基づいて、位置偏差（ｅ）を演算する第２動作を行う。

　ゲインブロック２３では、位置偏差（ｅ）に対してゲイン（Ｋ）が乗算される。ゲイン（Ｋ）は、位置制御に対する応答の係数であり、ゲイン（Ｋ）の値を高くすると位置制御の応答性が上がる。制御部２０は、位置偏差（ｅ）と、ゲイン（Ｋ）とに基づいて、速度指令（ωｄ）を演算する第３動作を行う。

　具体的に、速度指令（ωｄ）は、以下の式に基づいて演算される。

　ここで、ｔは現在時刻、ｔｅは非常停止指令が出力された時刻である。なお、非常停止指令が出力された場合の制御部（２０）の動作については後述する。

　速度及び電流制御ブロック２４には、速度指令（ωｄ）と、電流フィードバック信号（ＦＢ）と、速度フィードバック信号（ＦＢω）とが入力される。電流フィードバック信号（ＦＢ）及び速度フィードバック信号（ＦＢω）は、アクチュエータ３０の駆動後に各種センサ３１からフィードバックされる。

　速度及び電流制御ブロック２４では、速度指令（ωｄ）に応じた電流（ｉ）が演算される。制御部２０は、速度指令（ωｄ）に応じた電流（ｉ）をアクチュエータ３０に供給してアクチュエータ３０を駆動する第４動作を行う。

　アクチュエータ３０は、供給された電流（ｉ）に応じて、所定の速度で駆動する。制御部２０は、第１動作から第４動作までを繰り返し実行することで、ロボット５の動作を制御する。

　制御部（２０）は、第１動作から第４動作までを繰り返し実行する間に、非常停止スイッチ８が押される等して非常停止指令が出力された場合、位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）に対して所定の係数（Ｃ）を乗算する第５動作を行う。非常停止時には、係数（Ｃ）がＣ＞１．０に設定される。例えば、係数（Ｃ）がＣ＝３．０に設定される。

　ところで、非常停止指令が出力された場合には、アクチュエータ３０の動作を非常停止させる必要がある。しかしながら、アクチュエータ３０が停止するまでの時間を短縮しようとして、例えば、ゲイン（Ｋ）を大きくすると、速度指令やアクチュエータ３０の速度が不安定となり、ロボット５の各軸のアクチュエータ３０にショックが生じるおそれがある。

　以下、比較例１として、非常停止時にゲイン（Ｋ）を一定にした場合のアクチュエータ３０の速度変化について説明する。図３は、比較例１において非常停止時にゲインを一定にした場合の速度変化を示すグラフである。

　図３の比較例１に示すように、ゲイン（Ｋ）を一定にした状態で、非常停止指令が出力された場合、速度指令（ωｄ）、位置増分量（Δθ）、実際の速度（ω）が徐々に低下していく。

　図３に示す比較例１では、非常停止指令が出力された後も、ゲイン（Ｋ）の値が約６００で一定となっている。通常制御時には、最高速度が４８００ｒｐｍで動作していたアクチュエータ３０が、非常停止時には速度が０ｒｐｍとなるように制御される。ここで、図３に示す例では、非常停止指令が出力されてから速度が０ｒｐｍになるまでの時間は、３６０ｍｓである。

　次に、比較例２として、非常停止時にゲイン（Ｋ）を大きくした場合のアクチュエータ３０の速度変化について説明する。図４は、比較例２において非常停止時にゲインを大きくした場合の速度変化を示すグラフである。

　図４の比較例２では、非常停止指令が出力された後、ゲイン（Ｋ）を徐々に大きくするようにしている。非常停止指令が出力された場合、速度指令（ωｄ）、位置増分量（Δθ）、実際の速度（ω）が徐々に低下していく。

　図４に示す比較例２では、通常制御時には、ゲイン（Ｋ）の値が約６００で一定となっている。非常停止時には、ゲイン（Ｋ）の値が徐々に大きくなっていき、約１１００で一定となっている。比較例２では、速度指令（ωｄ）は、以下の式に基づいて演算される。

　ここで、ΔＫはゲイン増加量である。

　このように、図４の比較例２では、速度指令（ωｄ）を演算するのにあたって、位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）の全体にゲイン増加量（ΔＫ）を乗算しているので、位置制御の応答性が上がる。そのため、比較例２では、非常停止指令が出力されてから速度が０ｒｐｍになるまでの時間は、２７７ｍｓとなり、ゲイン（Ｋ）を一定にした比較例１に比べて、アクチュエータ３０が停止するまでの時間を短縮することができる。

　しかしながら、ゲイン（Ｋ）の値を高くしすぎると不安定な動作となる。具体的に、図４の比較例２では、非常停止指令が出力された直後に、アクチュエータ３０にショックが生じてしまい、アクチュエータ３０の速度が最高速度よりも上昇する等、不安定な動作となってしまう。

　これに対し、本実施形態では、非常停止指令が出力された後の制御部（２０）の動作を工夫することで、アクチュエータ３０にショックが生じるのを抑えるようにしている。

　まず、図５に示すように、係数（Ｃ）をＣ＝１．０に設定した場合について説明する。図５は、本開示の実施形態において非常停止時に係数を一定にした場合の速度変化を示すグラフである。

　図５に示す例では、非常停止指令が出力された場合、速度指令（ωｄ）、位置増分量（Δθ）、実際の速度（ω）が徐々に低下していく。

　図５に示す例では、非常停止指令が出力された後も、係数（Ｃ）がＣ＝１．０で一定となっている。通常制御時には、最高速度が４８００ｒｐｍで動作していたアクチュエータ３０が、非常停止時には速度が０ｒｐｍとなるように制御される。ここで、図５に示す例では、非常停止指令が出力されてから速度が０ｒｐｍになるまでの時間は、３５６ｍｓである。

　次に、非常停止時に係数（Ｃ）を大きくした場合のアクチュエータ３０の速度変化について説明する。図６は、本開示の実施形態において非常停止時に係数を大きくした場合の速度変化を示すグラフである。

　図６に示すように、非常停止指令が出力された後、係数（Ｃ）を１．０よりも大きく設定する（Ｃ＞１．０）。図６に示す例では、Ｃ＝３．０に設定している。そして、上述した数１に示すように、非常停止指令が出力された後の位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）にのみ、係数（Ｃ）を乗算することで、速度指令（ωｄ）を大きくするようにしている。

　これにより、本実施形態では、非常停止指令が出力されてから速度が０ｒｐｍになるまでの時間は、２５８ｍｓとなり、係数（Ｃ）をＣ＝１．０で一定にした場合に比べて、アクチュエータ３０が停止するまでの時間を短縮することができる。

　また、図６に示す例では、非常停止指令が出力されてから、アクチュエータ３０にショックが生じることもなく、アクチュエータ３０の速度がスムーズに低下していることが分かる。

　以上のように、本実施形態に係るロボット制御装置１では、非常停止指令が出力された場合、非常停止指令が出力された後の位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）にのみ、Ｃ＞１．０となる係数（Ｃ）を乗算して速度指令（ωｄ）を大きくするようにしている。これにより、アクチュエータ３０にショックが生じるのを抑えつつ、アクチュエータ３０が停止するまでの時間を短縮することができる。

　以上説明したように、本開示は、非常停止時に、アクチュエータにショックが生じるのを抑えることができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

　　１　　ロボット制御装置
　　５　　ロボット
　　８　　非常停止スイッチ
　１０　　ロボットアーム
　１１　　台座部
　１２　　肩部
　１３　　下腕部
　１４　　第１上腕部
　１５　　第２上腕部
　１６　　手首部
　１７　　取付部
　１８　　ハンド部
　２０　　制御部
　２１　　係数ブロック
　２２　　積分作用素ブロック
　２３　　ゲインブロック
　２４　　電流制御ブロック
　３０　　アクチュエータ
　３１　　各種センサ
　Ｊ１　　第１関節部
　Ｊ２　　第２関節部
　Ｊ３　　第３関節部
　Ｊ４　　第４関節部
　Ｊ５　　第５関節部
　Ｊ６　　第６関節部
　　Ｗ　　ワーク

Claims (2)

1. 　複数のアクチュエータを有するロボットの動作を制御するロボット制御方法であって、
   　前記アクチュエータを駆動するための位置指令増分量（Δθｄ）と、該アクチュエータの駆動後にフィードバックされる位置増分量（Δθ）とに基づいて、位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）を演算する第１工程と、
   　前記位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）に基づいて、位置偏差（ｅ）を演算する第２工程と、
   　前記位置偏差（ｅ）と、ゲイン（Ｋ）とに基づいて、速度指令（ωｄ）を演算する第３工程と、
   　前記速度指令（ωｄ）に応じた電流（ｉ）を前記アクチュエータに供給して前記アクチュエータを駆動する第４工程と、
   　前記第１工程から前記第４工程までを繰り返し実行する間に、非常停止指令が出力された場合、前記位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）に対して、Ｃ＞１．０となる所定の係数（Ｃ）を乗算する第５工程と、を備える
   ロボット制御方法。
2. 　複数のアクチュエータを有するロボットの動作を制御する制御部を備えたロボット制御装置であって、
   　前記制御部は、
   　　前記アクチュエータを駆動するための位置指令増分量（Δθｄ）と、該アクチュエータの駆動後にフィードバックされる位置増分量（Δθ）とに基づいて、位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）を演算する第１動作と、
   　　前記位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）に基づいて、位置偏差（ｅ）を演算する第２動作と、
   　　前記位置偏差（ｅ）と、ゲイン（Ｋ）とに基づいて、速度指令（ωｄ）を演算する第３動作と、
   　　前記速度指令（ωｄ）に応じた電流（ｉ）を前記アクチュエータに供給して前記アクチュエータを駆動する第４動作と、
   　　前記第１動作から前記第４動作までを繰り返し実行する間に、非常停止指令が出力された場合、前記位置偏差増分量（Δθｄ－Δθ）に対して、Ｃ＞１．０となる所定の係数（Ｃ）を乗算する第５動作と、を行う
   ロボット制御装置。

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