多関節型ロボットの速度指令プロファイルの生成方法
【課題】カットオフ周波数の高いローパスフィルタを適用したときに停止振動を低減するためには、カットオフ周波数の低いローパスフィルタを適用したときと同等の減速時間を持たせられるような加減速特性を実現し、停止振動が発生し難い長い減速時間を持った速度指令プロファイルを生成する必要がある。
【解決手段】プログラムで指定された動作速度によらず加速度が常に一定となる手法により生成した速度指令プロファイルにカットオフ周波数の低いローパスフィルタを適用したときの減速時間と、前記速度指令プロファイルに前記ローパスフィルタよりもカットオフ周波数が高いローパスフィルタを適用したときの減速時間とが、同等になるようにして求められた加減速特性を用いて生成した速度指令プロファイルに、前記カットオフ周波数の高いローパスフィルタを適用したときの速度指令プロファイルを求める。
【解決手段】プログラムで指定された動作速度によらず加速度が常に一定となる手法により生成した速度指令プロファイルにカットオフ周波数の低いローパスフィルタを適用したときの減速時間と、前記速度指令プロファイルに前記ローパスフィルタよりもカットオフ周波数が高いローパスフィルタを適用したときの減速時間とが、同等になるようにして求められた加減速特性を用いて生成した速度指令プロファイルに、前記カットオフ周波数の高いローパスフィルタを適用したときの速度指令プロファイルを求める。
【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】
多関節型ロボットに対するユーザニーズとして、作業時間の短縮が重要視されている。これに対して、振動の少ない動作が実現できるような加減速制御方式、マニピュレータ、およびサーボ制御部等の開発が進められている。
【０００３】
多関節型ロボットは、回転軸を有するアームごとに減速機のばね成分等に起因する共振が存在する。可搬重量が５ｋｇ〜１０ｋｇである中型の多関節型ロボットの場合、軸によってはその共振周波数が１０Ｈｚ前後になる。振動の少ない動作を実現するためには、ロボットを共振周波数近傍で動作させないようにすることが重要となる。
【０００４】
通常、作業時間を短縮するためには、モータの最大トルクが飽和しない範囲内で加速度をできるだけ大きな値に設定する等の方法がとられる。これはつまり、速度指令波形である速度指令プロファイルの加減速時間（加速時間と減速時間）をできるだけ短くし、加減速のカーブを急峻にすることを意味する。なお、加速時については、この方針に従っても特に問題とはならない。しかしながら、減速時については、停止精度に問題が出ることとなる。
【０００５】
加減速時間を短くすると、速度指令プロファイルに含まれる高周波数成分（１０Ｈｚ前後）が増大する。このようなとき、中型の多関節型ロボットなどでは、ロボットを共振周波数近傍（１０Ｈｚ前後）で動作させてしまうこととなり、振動を発生させてしまう。加速時の振動は、ロボットの動作に対してそれほど影響を与えることはない。しかしながら、減速時の振動は、停止振動となって停止精度に大きく悪影響を及ぼす。すなわち、減速時において、モータの最大トルクのみに注視していると、停止精度を損なうこととなる。
【０００６】
この対策としては、速度指令プロファイルを生成する段階で、停止振動の原因となり得る高周波数成分を予め低減しておくことが考えられる。高周波数成分の多寡は、プログラムで指定される動作速度に応じて決定される加速度と加減速時間により決定される。加速度を低くするほど、また、加減速時間を長くするほど、高周波数成分を低減することができる。どの動作速度においても、停止振動の少ない動作を実現するためには、動作速度と加減速時間の関係（例えば、比例関係。以下、動作速度と加減速時間の関係を加減速特性という。）を適切に決定する必要がある。
【０００７】
加減速特性の決定については、例えば、以下の２つの手法が用いられている。
【０００８】
１つ目の手法は、多関節ロボットを動作させるためのプログラムで指定された動作速度によらず、加減速時間が常に一定となる等加速時間方式である（例えば、特許文献１参照）。この手法は、図１０における直線２９で示される。図１０の直線２９は、動作速度が増加しても加減速時間は一定であることを示している。また、図１１の上段は、等加速時間方式により生成された速度指令プロファイルの例として、最大動作速度が異なる速度指令プロファイル３１と速度指令プロファイル３２を示している。図１１に示すように、速度指令プロファイル３１と速度指令プロファイル３２は最大動作速度が異なるが、ゼロから最大動作速度になるまでの時間および最大動作速度からゼロになるまでの時間、すなわち、加減速時間は同じである。このように、動作速度によらず加減速時間が常に一定となるので、動作速度を低くすることで加速度が低くなり、高周波数成分を低減することができる。この等加速時間方式は、停止振動の低減を動作速度の低下のみで実現できるので、停止精度の問題への対処が比較的容易であり、一般に広く用いられている。
【０００９】
２つ目の手法は、プログラムで指定された動作速度によらず、加速度が常に一定となる等加速度方式である（例えば、特許文献２参照）。この手法は、図１０における直線３０に示されるように、加減速時間が動作速度により変化する。図１０の下段は等加速度方式により生成された速度指令プロファイルの例として、最大動作速度が異なる速度指令プロファイル３３と速度指令プロファイル３４を示している。図１１に示すように、速度指令プロファイル３３と速度指令プロファイル３４は最大動作速度が異なるが、加速度は同じである。このように、動作速度によらず加速度が常に一定となるため、動作速度を低くすることで加減速時間が短くなり、動作速度によらず短い作業時間の動作が可能となる。このことは、どの動作速度でもモータの利用率を高く維持できることを意味している。
【００１０】
ただし、これら２つの手法には、それぞれ以下のような課題がある。
【００１１】
１つ目の等加速時間方式では、ロボットだけでなく付帯機器やワークの停止振動を低減しようとするときに課題を有する。このようなとき、ロボットに対して、停止位置の少し手前で動作速度を低下させるといった動作をとらせることが一般的である。しかしながら、等加速時間方式では、動作速度を下げても加減速時間は一定であるため、２つ目の等加速度方式と比較すると、モータの利用率や作業時間の面で劣ることになる。この劣る場合の例を挙げれば、動作速度の設定を最大速度の５０％から２５％に低下させる場合、等加速時間方式は、動作速度を半分に低下しても加減速時間は変化しない。一方、等加速度方式は、動作速度が低下した分だけ加減速時間も同倍率で短くなる。
【００１２】
図１２に、動作速度の設定を最大速度の５０％から２５％に低下させる場合における等加速時間方式により生成された速度指令プロファイル３５と、等加速度方式により生成された速度指令プロファイル３６と、さらに、速度指令プロファイル３５と速度指令プロファイル３６の作業時間の差である時間差３７を示す。
【００１３】
図１２より、下段に示す等加速度方式の方が、上段に示す等加速時間方式よりも、作業時間の面で大きく優れることがわかる。このことは同時に、等加速度方式の方がより効率よくモータを利用していることを意味している。これらの結果は、等加速時間方式の性質上不可避なものである。従って、等加速時間方式は、モータの利用率と作業時間の短縮において大きな課題を有しているといえる。
【００１４】
一方、２つ目の等加速度方式は、動作速度を低下させたときの停止精度に課題を有している。等加速度方式では、動作速度が低下しても加速度が一定のままであり、加減速時間が短くなる。そのため、動作速度の低下に伴って速度指令プロファイルの高周波数成分は増大することになる。故に、１つ目の等加速時間方式と比較すると、特に低速動作での停止振動が大きくなってしまう。ただし、この課題については、フィルタを用いて速度指令プロファイルから共振周波数近傍の高周波数成分を除去し、停止振動が発生する周波数による動作を避けることで対応することができる。なお、ロボットの共振周波数は、その姿勢により流動的に変化するが、広範囲の周波数帯をカバーできるローパスフィルタを使用すれば問題はない。
【００１５】
なお、加減速特性は、ロボットに取り付ける負荷やロボットの軸ごとに、例えば、振動が所定値よりも抑制されることを条件に実験的に予め求めておくものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開昭５９−０９０１０７号公報
【特許文献２】特開平１−１６４２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
以上のことから、等加速度方式とローパスフィルタの併用を基本とし、作業時間をできるだけ短くすることができ、低速時に停止振動が発生しないような速度指令プロファイルを生成することが、多関節型ロボットに対するユーザニーズに応えるための適切な手段の１つであると考えられる。
【００１８】
図１３に、ローパスフィルタを適用したときの速度指令プロファイルの例を示す。指令速度や指令角度や加減速特性に基づいて決定された速度指令プロファイル３８に、ローパスフィルタを適用すると、速度指令プロファイル３９のように加減速時間が延長される。このことにより、速度指令プロファイルの高周波数成分が低減される。この効果は動作速度によらず常に発揮される。
【００１９】
ただし、このような停止振動が発生し難い長い加減速時間を実現するためには、ローパスフィルタのカットオフ周波数を低くし、高周波数成分をより多く低減する必要がある。しかしながら、カットオフ周波数の低いローパスフィルタを用いる場合、図１３に示すように、減速時間だけではなく、加速時間までも大きく延長させてしまう。このように加速時間も長くなると、多関節ロボットの作業時間も長くなることとなる。
【００２０】
この課題については、ローパスフィルタのカットオフ周波数を高くすることで解決できる。しかしながら、カットオフ周波数の高いローパスフィルタでは、停止振動が発生し難い長い加減速時間を実現することができない、といったカットオフ周波数の低いローパスフィルタと正反対の問題が発生する。
【００２１】
これら両方の課題を解決するためには、加速時には短い加速時間を持ち、減速時には停止振動の発生し難い長い減速時間を持った速度指令プロファイルが生成することが必要となる。この実現には、カットオフ周波数の高いローパスフィルタを適用した速度指令プロファイルに、カットオフ周波数の低いローパスフィルタを適用したときと同等の減速時間を持たせることができる適切な加減速特性を求めることが必要となる。
【００２２】
本発明は、上記のような加減速特性を求めて、多関節型ロボットの速度指令プロファイルを生成する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】
【００２３】
上記課題を解決するために、本発明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、予め教示されたプログラムに従って動作する多関節型ロボットの速度指令プロファイルの生成方法であって、プログラムで指定された動作速度によらず加速度が一定となるように第１の速度指令プロファイルを生成する第１のステップと、前記第１のステップで生成した前記第１の速度指令プロファイルに第１のローパスフィルタを適用したときの減速時間を求める第２のステップと、前記第１のステップで生成した前記第１の速度指令プロファイルに前記第１のローパスフィルタよりもカットオフ周波数が高い第２のローパスフィルタを適用したときの減速時間を求める第３のステップと、前記第２のステップの減速時間と前記第３のステップの減速時間が同等になるように動作速度と加減速時間の関係を表す加減速特性を求めて第２の速度指令プロファイルを生成する第４のステップと、前記第４のステップで生成した前記第２の速度指令プロファイルに前記第２のローパスフィルタを適用したときの第３の速度指令プロファイルを求める第５のステップを備えたものである。
【００２４】
また、本発明の速度指令プロファイルの生成方法は、上記に加えて、第５のステップにおける加速時の加速特性は、第１のステップで生成された第１の速度指令プロファイルの加速特性に第２のローパスフィルタを適用した特性とし、前記第５のステップにおける減速時の減速特性は、第４のステップで生成された第３の速度指令プロファイルの減速特性に前記第２のローパスフィルタを適用した特性としたものである。
【００２５】
また、本発明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のステップで生成した第１の速度指令プロファイルにおける減速特性の減速時間を変更することで減速特性を変更し、この変更した減速特性に第２のローパスフィルタを適用して減速時間を算出し、この減速時間が第２のステップで求めた減速時間と同じになるまで前記減速特性の変更を行うものである。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明の速度指令プロファイルの生成方法によれば、カットオフ周波数の高いローパスフィルタを適用した速度指令プロファイルに、カットオフ周波数の低いローパスフィルタを適用したときと同等の減速時間を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１における加減速特性を決定する手順を示すフローチャート
【図２】本発明の実施の形態１におけるフローチャートのステップＳ１からＳ２にて生成される速度指令プロファイルを示す図
【図３】本発明の実施の形態１におけるフローチャートのステップＳ３にて生成される速度指令プロファイルとその加減速時間ＴLを示す図
【図４】本発明の実施の形態１におけるフローチャートのステップＳ４にて生成される速度指令プロファイルとその加減速時間ＴHを示す図
【図５】本発明の実施の形態１におけるフローチャートのステップＳ４からＳ６を繰り返すことで生成される速度指令プロファイルとステップＳ７で記録される加減速時間ＴRを示す図
【図６】本発明の実施の形態１におけるフローチャートのステップＳ９で行われる操作を示す図
【図７】等加速度方式による加減速特性と、停止振動の発生し難い長い加減速時間を実現する加減速特性と、本発明による加減速特性を示す図
【図８】本発明の実施の形態２における速度指令プロファイルを生成する演算部分から制御対象となるモータまでの概略構成を示すブロック図
【図９】従来の等加速度方式により生成した速度指令プロファイルと本発明の実施の形態２により生成した速度指令プロファイルの比較を示す図
【図１０】従来の等加速時間方式および等加速度方式による加減速特性を示す図
【図１１】従来の等加速時間方式および等加速度方式により生成した高速時および低速時の速度指令プロファイルを示す図
【図１２】従来の最大速度の５０％から２５％に減速したときの等加速時間方式および等加速度方式により生成した速度指令プロファイルを示す図
【図１３】従来のローパスフィルタによる速度指令プロファイルの平滑化を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための形態について図１から図９を用いて説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１に、本実施の形態における動作速度と加減速時間の関係である加減速特性を決定するフローチャートを示す。この加減速特性は、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（以下、ＰＣ）等の演算機器を用いて行う。
【００３０】
なお、下記において、加減速特性とは、加速部分と減速部分のみの速度指令のことであり、速度指令プロファイルとは、加速部分と、定速部分と、減速部分の全てを含む速度指令のことである。
【００３１】
まず、動作速度を多関節ロボットで実行可能な最大速度に設定した状態でステップを開始する。最初に、ステップＳ１に従い、動作速度を最大速度の１００％に設定する。次に、ステップＳ２に従い、等加速度方式に従って速度指令と角度指令に基づいて決定された加減速特性を用いて、速度指令と加減速特性に基づいて速度指令プロファイルを生成する。ステップＳ１からＳ２にて生成される速度指令プロファイル１を図２に示す。
【００３２】
次に、ステップＳ３に従い、ステップＳ２で生成した速度指令プロファイルにカットオフ周波数の低いローパスフィルタである第１のローパスフィルタを適用し、そのときの加減速時間ＴLを求める。なお、第１のローパスフィルタの適用は、ＰＣ等により行われる。そして、加減速時間ＴLは、加速時間と減速時間であり、これら加速時間と減速時間は同じ値である。ステップＳ３にて生成される速度指令プロファイル２とその加減速時間ＴLを図３に示す。
【００３３】
次に、ステップＳ４に従い、前記ステップＳ２で生成した速度指令プロファイルに第１のローパスフィルタよりもカットオフ周波数の高いローパスフィルタである第２のローパスフィルタを適用し、そのときの加減速時間ＴHを求める。ステップＳ４にて生成される速度指令プロファイル３とその加減速時間ＴHを図４に示している。
【００３４】
次に、ステップＳ５に従い、加減速時間ＴLと加減速時間ＴHとを比較し、両者が同値になるまで前記ステップＳ４からＳ６を繰り返し、加減速時間を調整する。ステップＳ４からＳ６を繰り返して調整する際の具体例としては、ローパスフィルタを適用する前の減速特性において減速時間を短くし、それに第２のローパスフィルタを適用して加減速時間ＴH求め、これを加減速時間ＴLと比較し、同じになるまで加減速特性の減速時間の変更および変更した減速時間への第２のローパスフィルタの適用を繰り返す。
【００３５】
次に、ステップＳ７に従い、第１のローパスフィルタおよび第２のローパスフィルタが適用されていない前記ステップＳ４からＳ６により求められた速度指令プロファイルの加減速時間ＴRを記録する。ステップＳ４からＳ６を繰り返すことで生成される速度指令プロファイル４と上記ステップＳ７で記録される加減速時間ＴRを図５に示している。
【００３６】
次に、ステップＳ８、Ｓ９に従い、例えば動作速度が最大速度の１０％になるまで、動作速度を例えば１０％ずつ低下させながら前記ステップＳ２からＳ７を繰り返す。これにより、加減速特性を求めるために必要な複数の点を得ることができる。図６に、ステップＳ９にて行われる操作を示している。
【００３７】
上記により決定された各動作速度の加減速時間を用いて、所望の加減速特性を実現する。
【００３８】
図７に、等加速度方式によりステップＳ１に基づいて決定された加減速特性５と、この加減速特性５に第１のローパスフィルタを適用した停止振動の発生し難い長い加減速時間を実現する加減速特性６と、加減速特性５にカットオフ周波数の高いローパスフィルタである第２のローパスフィルタを適用することで前記加減速特性６を実現する加減速特性７の３つの加減速特性を示している。なお、加減速特性７は、第２のローパスフィルタを適用する前の特性であり、この加減速特性７に第２のローパスフィルタを適用することで加減特性６と同じ直線となる。
【００３９】
さらに、図７に、動作速度が最大速度の１００％時における等加速度方式での加減速時間８と、同条件における停止振動の発生し難い長い加減速時間９と、同条件における本発明での加減速時間１０を示している。さらに、動作速度が最大速度の５０％時における等加速度方式での加減速時間１１と、同条件における停止振動の発生し難い長い加減速時間１２と、同条件における本発明での加減速時間１３を示している。さらに、動作速度が最大速度の１０％時における等加速度方式での加減速時間１４と、同条件における停止振動の発生し難い長い加減速時間１５と、同条件における本発明での加減速時間１６を示している。
【００４０】
なお、加減速特性７が、本実施の形態により求められるべき加減速特性であり、第２のローパスフィルタを適用する前のものである。
【００４１】
動作速度が最大速度の１００％のとき、加減速特性５にカットオフ周波数の低いローパスフィルタである第１のローパスフィルタを適用することで、その加減速時間は加減速時間８から加減速時間９に延長される。また、加減速特性７に、前記カットオフ周波数の低いローパスフィルタである第１のローパスフィルタよりもカットオフ周波数が高いローパスフィルタである第２のローパスフィルタを適用することで、その加減速時間は加減速時間１０から加減速時間９に延長される。
【００４２】
同様に、動作速度が最大速度の５０％のとき、加減速特性５に第１のローパスフィルタを適用することで、その加減速時間は加減速時間１１から加減速時間１２に延長される。また、加減速特性７に第２のローパスフィルタを適用することで、その加減速時間は加減速時間１３から加減速時間１２に延長される。
【００４３】
同様に、動作速度が最大速度の１０％のとき、加減速特性５に第１のローパスフィルタを適用することで、その加減速時間は加減速時間１４から加減速時間１５に延長される。また、加減速特性７に第２のローパスフィルタを適用することで、その加減速時間は加減速時間１６から加減速時間１５に延長される。
【００４４】
以上のように、本実施の形態における加減速特性を求めて速度指令プロファイルを生成する方法によれば、カットオフ周波数の高いローパスフィルタである第２のローパスフルタを適用したときに、カットオフ周波数の低いローパスフィルタである第１のローパスフィルタを適用したときと同等の減速時間を持った停止振動の発生し難い速度指令プロファイルを生成できる。
【００４５】
なお、本実施の形態においては、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も適用が可能である。
【００４６】
（実施の形態２）
図８を用いて、本実施の形態における制御装置について説明する。なお、本実施の形態において、実施の形態１と同様の箇所については同様の名称を使用して詳細な説明は省略する。
【００４７】
図８に、多関節ロボットの制御装置の構成の一例を示す。制御装置は、加速時における加速特性を指令速度に基づいて決定する加速特性決定部１７と、減速時における減速特性を指令速度に基づいて決定する減速特性決定部１８と、加速特性決定部１７と減速特性決定部１８の結果を用いて速度指定プロファイルを生成する速度指令プロファイル生成部１９と、速度指令プロファイル生成部１９が出力した速度指令プロファイルの高周波数成分を低減するためのカットオフ周波数の高いローパスフィルタである第２のローパスフィルタ２０と、第２のローパスフィルタ２０の出力に基づいて多関節型ロボットに搭載されたモータ２２を制御するサーボ制御部２１を備えている。
【００４８】
なお、加速特性決定部１７には、指令速度とこれに対応付けられた加速特性が、テーブルとして複数記憶されている。この加速特性決定部１７に記憶されている情報は、ロボットに取り付ける負荷やロボットの軸ごとに、例えば、振動が所定値よりも抑制されることを条件に実験的に予め求めておくものである。
【００４９】
また、減速特性決定部１８には、指令速度とこれに対応付けられた実施の形態１に示した方法で求めた減速特性が、テーブルとして複数記憶されている。
【００５０】
以上のように構成された制御装置について、その動作を説明する。まず、加速特性決定部１７において、加速時における加速特性を、等加速度方式として速度指令に基づいて決定する。次に、減速特性決定部１８において、減速時における減速特性を、速度指令に基づいて決定する。なお、速度指令は、ロボットを動作させるための動作プログラム等に含まれているものである。次に、速度指令プロファイル生成部１９において、加速特性決定部１７で決定された加速特性と減速特性決定部１８で決定された減速特性を用いて、速度指令プロファイルを生成する。次に、速度指令プロファイル生成部１９で生成された速度指令プロファイルに第２のローパスフィルタ２０を適用することで速度指令プロファイルの高周波数成分を低減する。次に、サーボ制御部２１において、第２のローパスフィルタ２０を適用した速度指令プロファイルに基づいてモータ２２の制御を行う。
【００５１】
図９に、加速時および減速時の加減速特性の決定に等加速度方式を用いて生成した速度指令プロファイル２３と、速度指令プロファイル２３にカットオフ周波数の低いローパスフィルタである第１のローパスフィルタを適用したときの速度指令プロファイル２４と、そのときの減速時間２５を示す。さらに、加速時の加速特性の決定に等加速度方式を用い、減速時の減速特性の決定に実施の形態１で示した方法を用い、これらの加速特性と減速特性を用いて生成した速度指令プロファイル２６と、速度指令プロファイル２６に第１のローパスフィルタよりもカットオフ周波数の高い第２のローパスフィルタ２０を適用したときの速度指令プロファイル２７と、そのときの減速時間２８を示す。
【００５２】
図９より、制御装置において、加速時には、カットオフ周波数の高い第２のローパスフィルタ２０を適用するので、加速時間が大きく延長されることがなく、カットオフ周波数の低い第１のローパスフィルタを適用したときよりも作業時間を短縮することができる。また、減速時には、実施の形態１で示した方法で減速特性を決定することにより、カットオフ周波数の低い第１のローパスフィルタを適用したときと同等の減速時間が得られる。そのため、カットオフ周波数の高い第２のローパスフィルタ２０による加速時間が長くならないといった効果と合わせ、減速時に高周波数成分を大きく低減することができ、停止振動が発生し難くなる。
【００５３】
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を用いた多関節ロボットの制御装置によれば、等加速度方式単独の状態よりも停止精度を向上させることができ、カットオフ周波数の低い第１のローパスフィルタを適用したときよりも作業時間を短縮することができる。
【００５４】
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も適用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の速度指令プロファイルの生成方法は、カットオフ周波数が高いローパスフィルタを適用したときに、カットオフ周波数の低いローパスフィルタを適用したときと同等の停止振動の発生し難い長い減速時間を持った速度指令プロファイルを生成でき、多関節型ロボットの速度指令プロファイルの生成などに有用である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 速度指令プロファイル（ステップＳ１からＳ２にて生成）
２ 速度指令プロファイル（ステップＳ３にて生成）
３ 速度指令プロファイル（ステップＳ４にて生成）
４ 速度指令プロファイル（ステップＳ４からＳ６を繰り返すことで生成）
５ 加減速特性（等加速度方式に従って決定）
６ 加減速特性（停止振動の発生し難い長い加減速時間を実現）
７ 加減速特性（本発明により求められる）
８ 加減速時間（動作速度が最大速度の１００％時における等加速度方式での時間）
９ 加減速時間（動作速度が最大速度の１００％時における停止振動の発生し難い長い時間）
１０ 加減速時間（動作速度が最大速度の１００％時における本発明による時間）
１１ 加減速時間（動作速度が最大速度の５０％時における等加速度方式での時間）
１２ 加減速時間（動作速度が最大速度の５０％時における停止振動の発生し難い長い時間）
１３ 加減速時間（動作速度が最大速度の５０％時における本発明による時間）
１４ 加減速時間（動作速度が最大速度の１０％時における等加速度方式での時間）
１５ 加減速時間（動作速度が最大速度の１０％時における停止振動の発生し難い長い時間）
１６ 加減速時間（動作速度が最大速度の１０％時における本発明での時間）
１７ 加速特性決定部
１８ 減速特性決定部
１９ 速度指令プロファイル生成部
２０ 第２のローパスフィルタ
２１ サーボ制御部
２２ モータ
２３ 速度指令プロファイル（加速時および減速時の加減速特性の決定に等加速度方式を用いて生成）
２４ 速度指令プロファイル（速度指令プロファイル２３にカットオフ周波数の低いローパスフィルタを適用したもの）
２５ 減速時間
２６ 速度指令プロファイル（加速時の加減速特性の決定に等速度方式を、減速時の加減速特性の決定に本発明をそれぞれ用いて生成）
２７ 速度指令プロファイル（速度指令プロファイル２６にカットオフ周波数の高いローパスフィルタを適用）
２８ 減速時間
２９ 加減速特性（等加速時間方式にて決定）
３０ 加減速特性（等加速度方式にて決定）
３１ 速度指令プロファイル（加速時および減速時の加減速特性の決定に等加速時間方式を用いて生成（高速））
３２ 速度指令プロファイル（加速時および減速時の加減速特性の決定に等加速時間方式を用いて生成（低速））
３３ 速度指令プロファイル（加速時および減速時の加減速特性の決定に等加速度方式を用いて生成（高速））
３４ 速度指令プロファイル（加速時および減速時の加減速特性の決定に等加速度方式を用いて生成（低速））
３５ 速度指令プロファイル（加速時および減速時の加減速特性の決定に等加速時間方式を用いて生成（停止位置手前にて最大速度の５０％から２５％に減速））
３６ 速度指令プロファイル（加速時および減速時の加減速特性の決定に等加速度方式を用いて生成（停止位置手前にて最大速度の５０％から２５％に減速））
３７ 時間差（速度指令プロファイル３５と速度指令プロファイル３６の作業時間の差）
３８ 速度指令プロファイル
３９ 速度指令プロファイル（ローパスフィルタにより平滑化）
【技術分野】
【０００１】
本発明は多関節型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】
多関節型ロボットに対するユーザニーズとして、作業時間の短縮が重要視されている。これに対して、振動の少ない動作が実現できるような加減速制御方式、マニピュレータ、およびサーボ制御部等の開発が進められている。
【０００３】
多関節型ロボットは、回転軸を有するアームごとに減速機のばね成分等に起因する共振が存在する。可搬重量が５ｋｇ〜１０ｋｇである中型の多関節型ロボットの場合、軸によってはその共振周波数が１０Ｈｚ前後になる。振動の少ない動作を実現するためには、ロボットを共振周波数近傍で動作させないようにすることが重要となる。
【０００４】
通常、作業時間を短縮するためには、モータの最大トルクが飽和しない範囲内で加速度をできるだけ大きな値に設定する等の方法がとられる。これはつまり、速度指令波形である速度指令プロファイルの加減速時間（加速時間と減速時間）をできるだけ短くし、加減速のカーブを急峻にすることを意味する。なお、加速時については、この方針に従っても特に問題とはならない。しかしながら、減速時については、停止精度に問題が出ることとなる。
【０００５】
加減速時間を短くすると、速度指令プロファイルに含まれる高周波数成分（１０Ｈｚ前後）が増大する。このようなとき、中型の多関節型ロボットなどでは、ロボットを共振周波数近傍（１０Ｈｚ前後）で動作させてしまうこととなり、振動を発生させてしまう。加速時の振動は、ロボットの動作に対してそれほど影響を与えることはない。しかしながら、減速時の振動は、停止振動となって停止精度に大きく悪影響を及ぼす。すなわち、減速時において、モータの最大トルクのみに注視していると、停止精度を損なうこととなる。
【０００６】
この対策としては、速度指令プロファイルを生成する段階で、停止振動の原因となり得る高周波数成分を予め低減しておくことが考えられる。高周波数成分の多寡は、プログラムで指定される動作速度に応じて決定される加速度と加減速時間により決定される。加速度を低くするほど、また、加減速時間を長くするほど、高周波数成分を低減することができる。どの動作速度においても、停止振動の少ない動作を実現するためには、動作速度と加減速時間の関係（例えば、比例関係。以下、動作速度と加減速時間の関係を加減速特性という。）を適切に決定する必要がある。
【０００７】
加減速特性の決定については、例えば、以下の２つの手法が用いられている。
【０００８】
１つ目の手法は、多関節ロボットを動作させるためのプログラムで指定された動作速度によらず、加減速時間が常に一定となる等加速時間方式である（例えば、特許文献１参照）。この手法は、図１０における直線２９で示される。図１０の直線２９は、動作速度が増加しても加減速時間は一定であることを示している。また、図１１の上段は、等加速時間方式により生成された速度指令プロファイルの例として、最大動作速度が異なる速度指令プロファイル３１と速度指令プロファイル３２を示している。図１１に示すように、速度指令プロファイル３１と速度指令プロファイル３２は最大動作速度が異なるが、ゼロから最大動作速度になるまでの時間および最大動作速度からゼロになるまでの時間、すなわち、加減速時間は同じである。このように、動作速度によらず加減速時間が常に一定となるので、動作速度を低くすることで加速度が低くなり、高周波数成分を低減することができる。この等加速時間方式は、停止振動の低減を動作速度の低下のみで実現できるので、停止精度の問題への対処が比較的容易であり、一般に広く用いられている。
【０００９】
２つ目の手法は、プログラムで指定された動作速度によらず、加速度が常に一定となる等加速度方式である（例えば、特許文献２参照）。この手法は、図１０における直線３０に示されるように、加減速時間が動作速度により変化する。図１０の下段は等加速度方式により生成された速度指令プロファイルの例として、最大動作速度が異なる速度指令プロファイル３３と速度指令プロファイル３４を示している。図１１に示すように、速度指令プロファイル３３と速度指令プロファイル３４は最大動作速度が異なるが、加速度は同じである。このように、動作速度によらず加速度が常に一定となるため、動作速度を低くすることで加減速時間が短くなり、動作速度によらず短い作業時間の動作が可能となる。このことは、どの動作速度でもモータの利用率を高く維持できることを意味している。
【００１０】
ただし、これら２つの手法には、それぞれ以下のような課題がある。
【００１１】
１つ目の等加速時間方式では、ロボットだけでなく付帯機器やワークの停止振動を低減しようとするときに課題を有する。このようなとき、ロボットに対して、停止位置の少し手前で動作速度を低下させるといった動作をとらせることが一般的である。しかしながら、等加速時間方式では、動作速度を下げても加減速時間は一定であるため、２つ目の等加速度方式と比較すると、モータの利用率や作業時間の面で劣ることになる。この劣る場合の例を挙げれば、動作速度の設定を最大速度の５０％から２５％に低下させる場合、等加速時間方式は、動作速度を半分に低下しても加減速時間は変化しない。一方、等加速度方式は、動作速度が低下した分だけ加減速時間も同倍率で短くなる。
【００１２】
図１２に、動作速度の設定を最大速度の５０％から２５％に低下させる場合における等加速時間方式により生成された速度指令プロファイル３５と、等加速度方式により生成された速度指令プロファイル３６と、さらに、速度指令プロファイル３５と速度指令プロファイル３６の作業時間の差である時間差３７を示す。
【００１３】
図１２より、下段に示す等加速度方式の方が、上段に示す等加速時間方式よりも、作業時間の面で大きく優れることがわかる。このことは同時に、等加速度方式の方がより効率よくモータを利用していることを意味している。これらの結果は、等加速時間方式の性質上不可避なものである。従って、等加速時間方式は、モータの利用率と作業時間の短縮において大きな課題を有しているといえる。
【００１４】
一方、２つ目の等加速度方式は、動作速度を低下させたときの停止精度に課題を有している。等加速度方式では、動作速度が低下しても加速度が一定のままであり、加減速時間が短くなる。そのため、動作速度の低下に伴って速度指令プロファイルの高周波数成分は増大することになる。故に、１つ目の等加速時間方式と比較すると、特に低速動作での停止振動が大きくなってしまう。ただし、この課題については、フィルタを用いて速度指令プロファイルから共振周波数近傍の高周波数成分を除去し、停止振動が発生する周波数による動作を避けることで対応することができる。なお、ロボットの共振周波数は、その姿勢により流動的に変化するが、広範囲の周波数帯をカバーできるローパスフィルタを使用すれば問題はない。
【００１５】
なお、加減速特性は、ロボットに取り付ける負荷やロボットの軸ごとに、例えば、振動が所定値よりも抑制されることを条件に実験的に予め求めておくものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開昭５９−０９０１０７号公報
【特許文献２】特開平１−１６４２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
以上のことから、等加速度方式とローパスフィルタの併用を基本とし、作業時間をできるだけ短くすることができ、低速時に停止振動が発生しないような速度指令プロファイルを生成することが、多関節型ロボットに対するユーザニーズに応えるための適切な手段の１つであると考えられる。
【００１８】
図１３に、ローパスフィルタを適用したときの速度指令プロファイルの例を示す。指令速度や指令角度や加減速特性に基づいて決定された速度指令プロファイル３８に、ローパスフィルタを適用すると、速度指令プロファイル３９のように加減速時間が延長される。このことにより、速度指令プロファイルの高周波数成分が低減される。この効果は動作速度によらず常に発揮される。
【００１９】
ただし、このような停止振動が発生し難い長い加減速時間を実現するためには、ローパスフィルタのカットオフ周波数を低くし、高周波数成分をより多く低減する必要がある。しかしながら、カットオフ周波数の低いローパスフィルタを用いる場合、図１３に示すように、減速時間だけではなく、加速時間までも大きく延長させてしまう。このように加速時間も長くなると、多関節ロボットの作業時間も長くなることとなる。
【００２０】
この課題については、ローパスフィルタのカットオフ周波数を高くすることで解決できる。しかしながら、カットオフ周波数の高いローパスフィルタでは、停止振動が発生し難い長い加減速時間を実現することができない、といったカットオフ周波数の低いローパスフィルタと正反対の問題が発生する。
【００２１】
これら両方の課題を解決するためには、加速時には短い加速時間を持ち、減速時には停止振動の発生し難い長い減速時間を持った速度指令プロファイルが生成することが必要となる。この実現には、カットオフ周波数の高いローパスフィルタを適用した速度指令プロファイルに、カットオフ周波数の低いローパスフィルタを適用したときと同等の減速時間を持たせることができる適切な加減速特性を求めることが必要となる。
【００２２】
本発明は、上記のような加減速特性を求めて、多関節型ロボットの速度指令プロファイルを生成する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】
【００２３】
上記課題を解決するために、本発明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、予め教示されたプログラムに従って動作する多関節型ロボットの速度指令プロファイルの生成方法であって、プログラムで指定された動作速度によらず加速度が一定となるように第１の速度指令プロファイルを生成する第１のステップと、前記第１のステップで生成した前記第１の速度指令プロファイルに第１のローパスフィルタを適用したときの減速時間を求める第２のステップと、前記第１のステップで生成した前記第１の速度指令プロファイルに前記第１のローパスフィルタよりもカットオフ周波数が高い第２のローパスフィルタを適用したときの減速時間を求める第３のステップと、前記第２のステップの減速時間と前記第３のステップの減速時間が同等になるように動作速度と加減速時間の関係を表す加減速特性を求めて第２の速度指令プロファイルを生成する第４のステップと、前記第４のステップで生成した前記第２の速度指令プロファイルに前記第２のローパスフィルタを適用したときの第３の速度指令プロファイルを求める第５のステップを備えたものである。
【００２４】
また、本発明の速度指令プロファイルの生成方法は、上記に加えて、第５のステップにおける加速時の加速特性は、第１のステップで生成された第１の速度指令プロファイルの加速特性に第２のローパスフィルタを適用した特性とし、前記第５のステップにおける減速時の減速特性は、第４のステップで生成された第３の速度指令プロファイルの減速特性に前記第２のローパスフィルタを適用した特性としたものである。
【００２５】
また、本発明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のステップで生成した第１の速度指令プロファイルにおける減速特性の減速時間を変更することで減速特性を変更し、この変更した減速特性に第２のローパスフィルタを適用して減速時間を算出し、この減速時間が第２のステップで求めた減速時間と同じになるまで前記減速特性の変更を行うものである。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明の速度指令プロファイルの生成方法によれば、カットオフ周波数の高いローパスフィルタを適用した速度指令プロファイルに、カットオフ周波数の低いローパスフィルタを適用したときと同等の減速時間を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１における加減速特性を決定する手順を示すフローチャート
【図２】本発明の実施の形態１におけるフローチャートのステップＳ１からＳ２にて生成される速度指令プロファイルを示す図
【図３】本発明の実施の形態１におけるフローチャートのステップＳ３にて生成される速度指令プロファイルとその加減速時間ＴLを示す図
【図４】本発明の実施の形態１におけるフローチャートのステップＳ４にて生成される速度指令プロファイルとその加減速時間ＴHを示す図
【図５】本発明の実施の形態１におけるフローチャートのステップＳ４からＳ６を繰り返すことで生成される速度指令プロファイルとステップＳ７で記録される加減速時間ＴRを示す図
【図６】本発明の実施の形態１におけるフローチャートのステップＳ９で行われる操作を示す図
【図７】等加速度方式による加減速特性と、停止振動の発生し難い長い加減速時間を実現する加減速特性と、本発明による加減速特性を示す図
【図８】本発明の実施の形態２における速度指令プロファイルを生成する演算部分から制御対象となるモータまでの概略構成を示すブロック図
【図９】従来の等加速度方式により生成した速度指令プロファイルと本発明の実施の形態２により生成した速度指令プロファイルの比較を示す図
【図１０】従来の等加速時間方式および等加速度方式による加減速特性を示す図
【図１１】従来の等加速時間方式および等加速度方式により生成した高速時および低速時の速度指令プロファイルを示す図
【図１２】従来の最大速度の５０％から２５％に減速したときの等加速時間方式および等加速度方式により生成した速度指令プロファイルを示す図
【図１３】従来のローパスフィルタによる速度指令プロファイルの平滑化を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための形態について図１から図９を用いて説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１に、本実施の形態における動作速度と加減速時間の関係である加減速特性を決定するフローチャートを示す。この加減速特性は、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（以下、ＰＣ）等の演算機器を用いて行う。
【００３０】
なお、下記において、加減速特性とは、加速部分と減速部分のみの速度指令のことであり、速度指令プロファイルとは、加速部分と、定速部分と、減速部分の全てを含む速度指令のことである。
【００３１】
まず、動作速度を多関節ロボットで実行可能な最大速度に設定した状態でステップを開始する。最初に、ステップＳ１に従い、動作速度を最大速度の１００％に設定する。次に、ステップＳ２に従い、等加速度方式に従って速度指令と角度指令に基づいて決定された加減速特性を用いて、速度指令と加減速特性に基づいて速度指令プロファイルを生成する。ステップＳ１からＳ２にて生成される速度指令プロファイル１を図２に示す。
【００３２】
次に、ステップＳ３に従い、ステップＳ２で生成した速度指令プロファイルにカットオフ周波数の低いローパスフィルタである第１のローパスフィルタを適用し、そのときの加減速時間ＴLを求める。なお、第１のローパスフィルタの適用は、ＰＣ等により行われる。そして、加減速時間ＴLは、加速時間と減速時間であり、これら加速時間と減速時間は同じ値である。ステップＳ３にて生成される速度指令プロファイル２とその加減速時間ＴLを図３に示す。
【００３３】
次に、ステップＳ４に従い、前記ステップＳ２で生成した速度指令プロファイルに第１のローパスフィルタよりもカットオフ周波数の高いローパスフィルタである第２のローパスフィルタを適用し、そのときの加減速時間ＴHを求める。ステップＳ４にて生成される速度指令プロファイル３とその加減速時間ＴHを図４に示している。
【００３４】
次に、ステップＳ５に従い、加減速時間ＴLと加減速時間ＴHとを比較し、両者が同値になるまで前記ステップＳ４からＳ６を繰り返し、加減速時間を調整する。ステップＳ４からＳ６を繰り返して調整する際の具体例としては、ローパスフィルタを適用する前の減速特性において減速時間を短くし、それに第２のローパスフィルタを適用して加減速時間ＴH求め、これを加減速時間ＴLと比較し、同じになるまで加減速特性の減速時間の変更および変更した減速時間への第２のローパスフィルタの適用を繰り返す。
【００３５】
次に、ステップＳ７に従い、第１のローパスフィルタおよび第２のローパスフィルタが適用されていない前記ステップＳ４からＳ６により求められた速度指令プロファイルの加減速時間ＴRを記録する。ステップＳ４からＳ６を繰り返すことで生成される速度指令プロファイル４と上記ステップＳ７で記録される加減速時間ＴRを図５に示している。
【００３６】
次に、ステップＳ８、Ｓ９に従い、例えば動作速度が最大速度の１０％になるまで、動作速度を例えば１０％ずつ低下させながら前記ステップＳ２からＳ７を繰り返す。これにより、加減速特性を求めるために必要な複数の点を得ることができる。図６に、ステップＳ９にて行われる操作を示している。
【００３７】
上記により決定された各動作速度の加減速時間を用いて、所望の加減速特性を実現する。
【００３８】
図７に、等加速度方式によりステップＳ１に基づいて決定された加減速特性５と、この加減速特性５に第１のローパスフィルタを適用した停止振動の発生し難い長い加減速時間を実現する加減速特性６と、加減速特性５にカットオフ周波数の高いローパスフィルタである第２のローパスフィルタを適用することで前記加減速特性６を実現する加減速特性７の３つの加減速特性を示している。なお、加減速特性７は、第２のローパスフィルタを適用する前の特性であり、この加減速特性７に第２のローパスフィルタを適用することで加減特性６と同じ直線となる。
【００３９】
さらに、図７に、動作速度が最大速度の１００％時における等加速度方式での加減速時間８と、同条件における停止振動の発生し難い長い加減速時間９と、同条件における本発明での加減速時間１０を示している。さらに、動作速度が最大速度の５０％時における等加速度方式での加減速時間１１と、同条件における停止振動の発生し難い長い加減速時間１２と、同条件における本発明での加減速時間１３を示している。さらに、動作速度が最大速度の１０％時における等加速度方式での加減速時間１４と、同条件における停止振動の発生し難い長い加減速時間１５と、同条件における本発明での加減速時間１６を示している。
【００４０】
なお、加減速特性７が、本実施の形態により求められるべき加減速特性であり、第２のローパスフィルタを適用する前のものである。
【００４１】
動作速度が最大速度の１００％のとき、加減速特性５にカットオフ周波数の低いローパスフィルタである第１のローパスフィルタを適用することで、その加減速時間は加減速時間８から加減速時間９に延長される。また、加減速特性７に、前記カットオフ周波数の低いローパスフィルタである第１のローパスフィルタよりもカットオフ周波数が高いローパスフィルタである第２のローパスフィルタを適用することで、その加減速時間は加減速時間１０から加減速時間９に延長される。
【００４２】
同様に、動作速度が最大速度の５０％のとき、加減速特性５に第１のローパスフィルタを適用することで、その加減速時間は加減速時間１１から加減速時間１２に延長される。また、加減速特性７に第２のローパスフィルタを適用することで、その加減速時間は加減速時間１３から加減速時間１２に延長される。
【００４３】
同様に、動作速度が最大速度の１０％のとき、加減速特性５に第１のローパスフィルタを適用することで、その加減速時間は加減速時間１４から加減速時間１５に延長される。また、加減速特性７に第２のローパスフィルタを適用することで、その加減速時間は加減速時間１６から加減速時間１５に延長される。
【００４４】
以上のように、本実施の形態における加減速特性を求めて速度指令プロファイルを生成する方法によれば、カットオフ周波数の高いローパスフィルタである第２のローパスフルタを適用したときに、カットオフ周波数の低いローパスフィルタである第１のローパスフィルタを適用したときと同等の減速時間を持った停止振動の発生し難い速度指令プロファイルを生成できる。
【００４５】
なお、本実施の形態においては、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も適用が可能である。
【００４６】
（実施の形態２）
図８を用いて、本実施の形態における制御装置について説明する。なお、本実施の形態において、実施の形態１と同様の箇所については同様の名称を使用して詳細な説明は省略する。
【００４７】
図８に、多関節ロボットの制御装置の構成の一例を示す。制御装置は、加速時における加速特性を指令速度に基づいて決定する加速特性決定部１７と、減速時における減速特性を指令速度に基づいて決定する減速特性決定部１８と、加速特性決定部１７と減速特性決定部１８の結果を用いて速度指定プロファイルを生成する速度指令プロファイル生成部１９と、速度指令プロファイル生成部１９が出力した速度指令プロファイルの高周波数成分を低減するためのカットオフ周波数の高いローパスフィルタである第２のローパスフィルタ２０と、第２のローパスフィルタ２０の出力に基づいて多関節型ロボットに搭載されたモータ２２を制御するサーボ制御部２１を備えている。
【００４８】
なお、加速特性決定部１７には、指令速度とこれに対応付けられた加速特性が、テーブルとして複数記憶されている。この加速特性決定部１７に記憶されている情報は、ロボットに取り付ける負荷やロボットの軸ごとに、例えば、振動が所定値よりも抑制されることを条件に実験的に予め求めておくものである。
【００４９】
また、減速特性決定部１８には、指令速度とこれに対応付けられた実施の形態１に示した方法で求めた減速特性が、テーブルとして複数記憶されている。
【００５０】
以上のように構成された制御装置について、その動作を説明する。まず、加速特性決定部１７において、加速時における加速特性を、等加速度方式として速度指令に基づいて決定する。次に、減速特性決定部１８において、減速時における減速特性を、速度指令に基づいて決定する。なお、速度指令は、ロボットを動作させるための動作プログラム等に含まれているものである。次に、速度指令プロファイル生成部１９において、加速特性決定部１７で決定された加速特性と減速特性決定部１８で決定された減速特性を用いて、速度指令プロファイルを生成する。次に、速度指令プロファイル生成部１９で生成された速度指令プロファイルに第２のローパスフィルタ２０を適用することで速度指令プロファイルの高周波数成分を低減する。次に、サーボ制御部２１において、第２のローパスフィルタ２０を適用した速度指令プロファイルに基づいてモータ２２の制御を行う。
【００５１】
図９に、加速時および減速時の加減速特性の決定に等加速度方式を用いて生成した速度指令プロファイル２３と、速度指令プロファイル２３にカットオフ周波数の低いローパスフィルタである第１のローパスフィルタを適用したときの速度指令プロファイル２４と、そのときの減速時間２５を示す。さらに、加速時の加速特性の決定に等加速度方式を用い、減速時の減速特性の決定に実施の形態１で示した方法を用い、これらの加速特性と減速特性を用いて生成した速度指令プロファイル２６と、速度指令プロファイル２６に第１のローパスフィルタよりもカットオフ周波数の高い第２のローパスフィルタ２０を適用したときの速度指令プロファイル２７と、そのときの減速時間２８を示す。
【００５２】
図９より、制御装置において、加速時には、カットオフ周波数の高い第２のローパスフィルタ２０を適用するので、加速時間が大きく延長されることがなく、カットオフ周波数の低い第１のローパスフィルタを適用したときよりも作業時間を短縮することができる。また、減速時には、実施の形態１で示した方法で減速特性を決定することにより、カットオフ周波数の低い第１のローパスフィルタを適用したときと同等の減速時間が得られる。そのため、カットオフ周波数の高い第２のローパスフィルタ２０による加速時間が長くならないといった効果と合わせ、減速時に高周波数成分を大きく低減することができ、停止振動が発生し難くなる。
【００５３】
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を用いた多関節ロボットの制御装置によれば、等加速度方式単独の状態よりも停止精度を向上させることができ、カットオフ周波数の低い第１のローパスフィルタを適用したときよりも作業時間を短縮することができる。
【００５４】
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も適用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の速度指令プロファイルの生成方法は、カットオフ周波数が高いローパスフィルタを適用したときに、カットオフ周波数の低いローパスフィルタを適用したときと同等の停止振動の発生し難い長い減速時間を持った速度指令プロファイルを生成でき、多関節型ロボットの速度指令プロファイルの生成などに有用である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 速度指令プロファイル（ステップＳ１からＳ２にて生成）
２ 速度指令プロファイル（ステップＳ３にて生成）
３ 速度指令プロファイル（ステップＳ４にて生成）
４ 速度指令プロファイル（ステップＳ４からＳ６を繰り返すことで生成）
５ 加減速特性（等加速度方式に従って決定）
６ 加減速特性（停止振動の発生し難い長い加減速時間を実現）
７ 加減速特性（本発明により求められる）
８ 加減速時間（動作速度が最大速度の１００％時における等加速度方式での時間）
９ 加減速時間（動作速度が最大速度の１００％時における停止振動の発生し難い長い時間）
１０ 加減速時間（動作速度が最大速度の１００％時における本発明による時間）
１１ 加減速時間（動作速度が最大速度の５０％時における等加速度方式での時間）
１２ 加減速時間（動作速度が最大速度の５０％時における停止振動の発生し難い長い時間）
１３ 加減速時間（動作速度が最大速度の５０％時における本発明による時間）
１４ 加減速時間（動作速度が最大速度の１０％時における等加速度方式での時間）
１５ 加減速時間（動作速度が最大速度の１０％時における停止振動の発生し難い長い時間）
１６ 加減速時間（動作速度が最大速度の１０％時における本発明での時間）
１７ 加速特性決定部
１８ 減速特性決定部
１９ 速度指令プロファイル生成部
２０ 第２のローパスフィルタ
２１ サーボ制御部
２２ モータ
２３ 速度指令プロファイル（加速時および減速時の加減速特性の決定に等加速度方式を用いて生成）
２４ 速度指令プロファイル（速度指令プロファイル２３にカットオフ周波数の低いローパスフィルタを適用したもの）
２５ 減速時間
２６ 速度指令プロファイル（加速時の加減速特性の決定に等速度方式を、減速時の加減速特性の決定に本発明をそれぞれ用いて生成）
２７ 速度指令プロファイル（速度指令プロファイル２６にカットオフ周波数の高いローパスフィルタを適用）
２８ 減速時間
２９ 加減速特性（等加速時間方式にて決定）
３０ 加減速特性（等加速度方式にて決定）
３１ 速度指令プロファイル（加速時および減速時の加減速特性の決定に等加速時間方式を用いて生成（高速））
３２ 速度指令プロファイル（加速時および減速時の加減速特性の決定に等加速時間方式を用いて生成（低速））
３３ 速度指令プロファイル（加速時および減速時の加減速特性の決定に等加速度方式を用いて生成（高速））
３４ 速度指令プロファイル（加速時および減速時の加減速特性の決定に等加速度方式を用いて生成（低速））
３５ 速度指令プロファイル（加速時および減速時の加減速特性の決定に等加速時間方式を用いて生成（停止位置手前にて最大速度の５０％から２５％に減速））
３６ 速度指令プロファイル（加速時および減速時の加減速特性の決定に等加速度方式を用いて生成（停止位置手前にて最大速度の５０％から２５％に減速））
３７ 時間差（速度指令プロファイル３５と速度指令プロファイル３６の作業時間の差）
３８ 速度指令プロファイル
３９ 速度指令プロファイル（ローパスフィルタにより平滑化）
【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、予め教示されたプログラムに従って動作する多関節型ロボットの速度指令プロファイルの生成方法であって、
プログラムで指定された動作速度によらず加速度が一定となるように第１の速度指令プロファイルを生成する第１のステップと、
前記第１のステップで生成した前記第１の速度指令プロファイルに第１のローパスフィルタを適用したときの減速時間を求める第２のステップと、
前記第１のステップで生成した前記第１の速度指令プロファイルに前記第１のローパスフィルタよりもカットオフ周波数が高い第２のローパスフィルタを適用したときの減速時間を求める第３のステップと、
前記第２のステップの減速時間と前記第３のステップの減速時間が同等になるように動作速度と加減速時間の関係を表す加減速特性を求めて第２の速度指令プロファイルを生成する第４のステップと、
前記第４のステップで生成した前記第２の速度指令プロファイルに前記第２のローパスフィルタを適用したときの第３の速度指令プロファイルを求める第５のステップからなる多関節型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５のステップにおける加速時の加速特性は、第１のステップで生成された第１の速度指令プロファイルの加速特性に第２のローパスフィルタを適用した特性とし、前記第５のステップにおける減速時の減速特性は、第４のステップで生成された第３の速度指令プロファイルの減速特性に前記第２のローパスフィルタを適用した特性とした請求項１記載の多関節型ロボットの速度指令プロファイルの生成方法。
【請求項３】
第１のステップで生成した第１の速度指令プロファイルにおける減速特性の減速時間を変更することで減速特性を変更し、この変更した減速特性に第２のローパスフィルタを適用して減速時間を算出し、この減速時間が第２のステップで求めた減速時間と同じになるまで前記減速特性の変更を行う請求項１または２記載の多関節型ロボットの速度指令プロファイルの生成方法。
【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、予め教示されたプログラムに従って動作する多関節型ロボットの速度指令プロファイルの生成方法であって、
プログラムで指定された動作速度によらず加速度が一定となるように第１の速度指令プロファイルを生成する第１のステップと、
前記第１のステップで生成した前記第１の速度指令プロファイルに第１のローパスフィルタを適用したときの減速時間を求める第２のステップと、
前記第１のステップで生成した前記第１の速度指令プロファイルに前記第１のローパスフィルタよりもカットオフ周波数が高い第２のローパスフィルタを適用したときの減速時間を求める第３のステップと、
前記第２のステップの減速時間と前記第３のステップの減速時間が同等になるように動作速度と加減速時間の関係を表す加減速特性を求めて第２の速度指令プロファイルを生成する第４のステップと、
前記第４のステップで生成した前記第２の速度指令プロファイルに前記第２のローパスフィルタを適用したときの第３の速度指令プロファイルを求める第５のステップからなる多関節型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５のステップにおける加速時の加速特性は、第１のステップで生成された第１の速度指令プロファイルの加速特性に第２のローパスフィルタを適用した特性とし、前記第５のステップにおける減速時の減速特性は、第４のステップで生成された第３の速度指令プロファイルの減速特性に前記第２のローパスフィルタを適用した特性とした請求項１記載の多関節型ロボットの速度指令プロファイルの生成方法。
【請求項３】
第１のステップで生成した第１の速度指令プロファイルにおける減速特性の減速時間を変更することで減速特性を変更し、この変更した減速特性に第２のローパスフィルタを適用して減速時間を算出し、この減速時間が第２のステップで求めた減速時間と同じになるまで前記減速特性の変更を行う請求項１または２記載の多関節型ロボットの速度指令プロファイルの生成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２２４６９４（Ｐ２０１１−２２４６９４Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９５６７９（Ｐ２０１０−９５６７９）
【出願日】平成２２年４月１９日（２０１０．４．１９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１９日（２０１０．４．１９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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