JP2006285301A - Robot control device and precision correction method for positioning robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、位置決め精度を補正するロボット制御装置およびロボット制御装置の位置決め精度補正方法に関し、特に、温度補償に関する。 The present invention relates to a robot controller for correcting positioning accuracy and a positioning accuracy correction method for the robot controller, and more particularly to temperature compensation.
従来のロボット制御装置は、位置決め精度を温度補償するために、ロボットに別途温度センサを設けている（例えば、特許文献１、２参照）。
特許文献１には、アームの温度を測定する温度センサを設け、制御部が所定の基準温度におけるアームの寸法と、温度センサによって測定されるアームの温度とに基づいて、その測定温度における前記アームの各部の寸法を演算し、該演算結果に基づいて前記アームを駆動する制御データを作成し出力する技術が開示されている。
また、特許文献２には、周囲温度を取り込む温度センサを別途設けて、教示を行って手先座標を記憶する一方、上記温度センサから再生時の温度を取り込み、上記教示時と再生時との温度差により手先座標を補正する技術が開示されている。
In the conventional robot control device, a temperature sensor is separately provided in the robot in order to compensate the temperature of the positioning accuracy (for example, see Patent Documents 1 and 2).
In Patent Document 1, a temperature sensor for measuring the temperature of the arm is provided, and the arm at the measurement temperature is determined based on the arm size at the predetermined reference temperature and the arm temperature measured by the temperature sensor. A technique is disclosed in which the dimensions of each part are calculated, and control data for driving the arm is generated and output based on the calculation result.
Further, in Patent Document 2, a temperature sensor that captures the ambient temperature is provided separately, and teaching is performed to store hand coordinates, while the temperature at the time of reproduction is captured from the temperature sensor, and the temperature at the time of teaching and the time of reproduction is stored. A technique for correcting hand coordinates based on the difference is disclosed.
また、シリコンウエハ搬送や液晶表示パネル用ガラス基板搬送においては、クリーン環境下で動作するロボットが使用されている。このようなロボットの駆動系は、一般的にベルトやプーリ、ギア等の伝達機構により構成させている。
ところが、ロボットの運転を開始すると、駆動モータ、エンコーダの発熱や駆動機構、関節の摩擦など、様々な要因に起因してロボット自身が発熱し、ベルトの長さ、プーリの直径、ギアの直径およびアームの長さ等が徐々に変化するため、位置決め精度は伝達部の温度が一定になるまで安定しなかった。そのため、高い位置決め精度が要求されるアプリケーションにおいては、ロボットの運転に際しては、事前の十分なウォームアップを必要としていた。
一方、従来、ロボットを駆動するモータのエンコーダには、温度監視用の温度センサが設けられており、その温度センサのデータは、ロボット制御装置に入力され、温度監視がなされていた。
However, when the operation of the robot is started, the robot itself generates heat due to various factors such as heat generation of the drive motor, encoder, drive mechanism, joint friction, etc., and the length of the belt, the diameter of the pulley, the diameter of the gear, Since the arm length and the like gradually change, the positioning accuracy is not stable until the temperature of the transmission portion becomes constant. Therefore, in applications that require high positioning accuracy, sufficient warm-up is required in advance when operating the robot.
On the other hand, conventionally, a temperature sensor for temperature monitoring is provided in an encoder of a motor that drives a robot, and data of the temperature sensor is input to a robot control device and temperature monitoring is performed.
従来のロボット制御装置は、温度センサをロボットアームに取り付けていたので、センサラインの取り回し、メンテナンス性およびコスト等の問題が発生していた。
また、ロボットの運転に際して事前にウォームアップをすることは、生産性の低下につながるという問題があった。
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、ロボットを駆動するモータのエンコーダに設けられた温度センサを利用して、ロボットの位置決め精度を補正することのできるロボット制御装置を提供することを目的とする。
In the conventional robot control apparatus, since the temperature sensor is attached to the robot arm, problems such as handling of the sensor line, maintainability, and cost have occurred.
In addition, there is a problem that warming up in advance of the operation of the robot leads to a decrease in productivity.
The present invention has been made in view of such problems, and provides a robot control device capable of correcting the positioning accuracy of the robot using a temperature sensor provided in an encoder of a motor that drives the robot. The purpose is to do.
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、ロボットを駆動するモータのエンコーダに設けられた温度センサの温度データが入力されるロボット制御装置おいて、予め測定した前記温度データと前記ロボットの位置決め精度のデータとから求められた補正関数に基づき、前記温度データに応じて前記ロボットの位置決め精度を補償する補償手段を備えたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、ロボットを駆動する複数のモータのエンコーダに設けられた各温度センサの温度データが入力されるロボット制御装置おいて、予め測定した前記温度データの平均値と前記ロボットの位置決め精度のデータとから求められた補正関数に基づき、前記温度データの平均値に応じて前記ロボットの位置決め精度を補償する補償手段を備えたことを特徴とするものである。。
請求項３に記載の発明は、前記温度データの平均値に代えて、前記各温度センサの温度データに対して重み付けを行って求めた温度データとしたことを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、前記予め測定した前記温度データは、測定時間に応じて測定対象とする温度センサを切り替えることで求められることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、ロボットを駆動する複数のモータのエンコーダに設けられた温度センサの温度データが入力されるロボット制御装置おいて、予め測定した前記温度データと前記各モータが駆動する前記ロボットの関節角度精度のデータとから求められた補正関数に基づき、前記温度データに応じて前記各モータの角度を補償することで、前記ロボットの位置決め精度を補償する補償手段を備えたことを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、前記温度センサの温度データが入力されるフィルタ手段を備え、前記フィルタ手段によって出力される温度データとロボットの位置決め精度のデータとの時定数を一致させたことを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、前記フィルタ手段のフィルタ時定数は、前記温度センサの温度データの時定数とロボットの位置決め精度データとの差に基づいて求められることを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、前記エンコーダに設けられた温度センサに代えて、モータに設けられた温度センサとしたことを特徴とするものである。
請求項９に記載の発明は、前記補正関数に代えて、補正テーブルとしたことを特徴とするものである。
請求項１０に記載の発明は、ロボットを駆動するモータのエンコーダに設けられた温度センサの温度データが入力されるロボット制御装置おいて、予め測定した前記温度データと前記ロボットの位置決め精度のデータに基づいて補正関数を求め、前記求められた補正関数に基づき、前記温度データに応じて前記ロボットの位置決め精度を補償するという手順で処理することを特徴とするものである。
請求項１１に記載の発明は、ロボットを駆動する複数のモータのエンコーダに設けられた各温度センサの温度データが入力されるロボット制御装置おいて、予め測定した前記温度データの平均値と前記ロボットの位置決め精度のデータに基づいて補正関数を求め、前記求められた補正関数に基づき、前記温度データの平均値に応じて前記ロボットの位置決め精度を補償するという手順で処理することを特徴とするものである。
請求項１２に記載の発明は、前記温度データの平均値に代えて、前記各温度センサの温度データに対して重み付けを行って求めた温度データとしたことを特徴とするものである。
請求項１３に記載の発明は、
前記予め測定した前記温度データは、測定時間に応じて測定対象とする温度センサを切り替えることで求められることを特徴とするものである。
請求項１４に記載の発明は、ロボットを駆動する複数のモータのエンコーダに設けられた温度センサの温度データが入力されるロボット制御装置おいて、予め測定した前記温度データと前記各モータが駆動する前記ロボットの関節角度精度のデータに基づいて補正関数を求め、前記求められた補正関数に基づき、前記温度データに応じて前記各モータの角度を補償することで、前記ロボットの位置決め精度を補償するという手順で処理することを特徴とするものである。
請求項１５に記載の発明は、前記温度センサの出力にフィルタを適用することで、前記温度データのフィルタ出力とロボットの位置決め精度の時定数を一致させたことを特徴とする請求項１０乃至１１いずれかに記載のロボットの位置決め精度補正方法。
請求項１６に記載の発明は、前記フィルタ手段のフィルタ時定数は、前記温度センサの温度データの時定数とロボットの位置決め精度データとの差に基づいて求められることを特徴とするものである。
請求項１７に記載の発明は、前記エンコーダに設けられた温度センサに代えて、モータに設けられた温度センサとしたことを特徴とするものである。
請求項１８に記載の発明は、前記補正関数に代えて、補正テーブルとしたことを特徴とするものである。
In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
According to the first aspect of the present invention, in the robot control device to which the temperature data of the temperature sensor provided in the encoder of the motor that drives the robot is input, the temperature data measured in advance, the positioning accuracy data of the robot, Compensation means for compensating the positioning accuracy of the robot in accordance with the temperature data based on the correction function obtained from the above is provided.
According to a second aspect of the present invention, in the robot control device to which the temperature data of each temperature sensor provided in the encoders of a plurality of motors that drive the robot is input, the average value of the temperature data measured in advance and the robot Compensation means for compensating the positioning accuracy of the robot in accordance with the average value of the temperature data based on a correction function obtained from the positioning accuracy data is provided. .
The invention described in claim 3 is characterized in that, instead of the average value of the temperature data, temperature data obtained by weighting the temperature data of each temperature sensor is used.
The invention according to claim 4 is characterized in that the temperature data measured in advance is obtained by switching a temperature sensor to be measured according to a measurement time.
According to a fifth aspect of the present invention, in the robot control device to which temperature data of temperature sensors provided in encoders of a plurality of motors that drive the robot are input, the temperature data measured in advance and the motors are driven. Compensation means for compensating the positioning accuracy of the robot by compensating the angle of each motor according to the temperature data based on a correction function obtained from the data of the joint angle accuracy of the robot. It is a feature.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided filter means to which temperature data of the temperature sensor is input, and the time constants of the temperature data output by the filter means and the robot positioning accuracy data are matched. It is a feature.
The invention according to claim 7 is characterized in that the filter time constant of the filter means is obtained based on the difference between the time constant of the temperature data of the temperature sensor and the positioning accuracy data of the robot.
The invention described in claim 8 is characterized in that a temperature sensor provided in a motor is used instead of the temperature sensor provided in the encoder.
The invention described in claim 9 is characterized in that a correction table is used instead of the correction function.
According to a tenth aspect of the present invention, in the robot control device to which the temperature data of the temperature sensor provided in the encoder of the motor that drives the robot is inputted, the temperature data measured in advance and the positioning accuracy data of the robot are used. A correction function is obtained based on the procedure, and processing is performed in a procedure of compensating the positioning accuracy of the robot according to the temperature data based on the obtained correction function.
According to an eleventh aspect of the present invention, in the robot control device to which the temperature data of each temperature sensor provided in the encoders of a plurality of motors that drive the robot is input, the average value of the temperature data measured in advance and the robot A correction function is obtained on the basis of the positioning accuracy data, and processing is performed in accordance with a procedure for compensating the positioning accuracy of the robot according to the average value of the temperature data based on the obtained correction function. It is.
According to a twelfth aspect of the present invention, instead of the average value of the temperature data, temperature data obtained by weighting the temperature data of each temperature sensor is used.
The invention according to
The temperature data measured in advance is obtained by switching a temperature sensor to be measured according to a measurement time.
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the robot control device to which temperature data of temperature sensors provided in encoders of a plurality of motors that drive the robot are input, the temperature data measured in advance and the motors are driven. A correction function is obtained based on the joint angle accuracy data of the robot, and the positioning accuracy of the robot is compensated by compensating the angle of each motor according to the temperature data based on the obtained correction function. The process is characterized by the following process.
According to a fifteenth aspect of the present invention, a filter is applied to the output of the temperature sensor so that the filter output of the temperature data matches the time constant of the positioning accuracy of the robot. The positioning accuracy correction method for the robot according to any one of the above.
The invention according to claim 16 is characterized in that the filter time constant of the filter means is obtained based on a difference between a time constant of temperature data of the temperature sensor and positioning accuracy data of the robot.
The invention described in claim 17 is characterized in that a temperature sensor provided in a motor is used instead of the temperature sensor provided in the encoder.
The invention according to claim 18 is characterized in that a correction table is used instead of the correction function.
本発明によると、システムに別途温度センサを付加することなくロボットの位置決め精度の温度補正をすることができ、システムが複雑化することがないので、信頼性が向上する。また、センサラインの取り回しが不要となるので、メンテナンス性が向上する。
また、事前のウォームアップ動作が不要になり、生産性が向上する。
According to the present invention, it is possible to perform temperature correction of the positioning accuracy of the robot without adding a separate temperature sensor to the system, and the system is not complicated, so that the reliability is improved. In addition, since the handling of the sensor line becomes unnecessary, the maintainability is improved.
In addition, the prior warm-up operation becomes unnecessary, and the productivity is improved.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は本発明の方法を適用する制御システム全体を示すブロック図である。図において、１６はロボットを制御する制御盤である。制御盤は、後述する指令生成部１１、Ｉ／Ｆ部１２および、サーボ制御部１３を備えている。１１は、指令生成部であり、目標位置に基づき位置、速度指令を作成し、Ｉ／Ｆ部１２を介してサーボ制御部１３に渡す。１３は、サーボ制御部であり、指令を元に駆動トルクを算出し、ロボット１４を制御する。１５は、ロボットを駆動するモータに付加されたエンコーダである。エンコーダ１５には過熱から保護するために温度センサ１７が設けられており、温度センサ１７が検出した温度データは通信手段を介して制御盤１６に取り込まれ、最終的に前述の指令生成部１１に取り込まれている。
本発明が特許文献１、２と異なる部分は、別途温度センサを設けることなく、エンコーダに設けられた温度センサにより位置決め精度の温度補償を行う点である。
FIG. 1 is a block diagram showing an entire control system to which the method of the present invention is applied. In the figure, 16 is a control panel for controlling the robot. The control panel includes a
The present invention is different from Patent Documents 1 and 2 in that temperature compensation of positioning accuracy is performed by a temperature sensor provided in an encoder without providing a separate temperature sensor.
次に、本発明の位置決め精度補正方法について以下に説明する。
一般的に、物質を温めた時の物質と外気の温度差Ｙと加熱量Ｘとの関係は、近似的に以下の方程式で表される。
Ｘ（ｔ）＝ｃ＊ｍ＊ｄＹ（ｔ）／ｄｔ＋ｈ＊Ｙ（ｔ） （１）
ただし、ｔ：時間、比熱：ｃ［Ｊ／（ｋｇ＊Ｋ）］、質量：ｍ［ｋｇ］、放熱係数：ｈ［Ｊ／（ｓ＊Ｋ）］、加熱量：Ｘ［Ｊ／ｓ］、物質と外気の温度差：Ｙ［Ｋ］である。
Next, the positioning accuracy correction method of the present invention will be described below.
In general, the relationship between the temperature difference Y between the substance and the outside air when the substance is warmed, and the heating amount X is approximately expressed by the following equation.
X (t) = c * m * dY (t) / dt + h * Y (t) (1)
However, t: time, specific heat: c [J / (kg * K)], mass: m [kg], heat dissipation coefficient: h [J / (s * K)], heating amount: X [J / s], Temperature difference between the substance and the outside air: Y [K].
加熱量を一定（Ｘ（ｔ）＝ａ）とみなすと、物質と外気の温度差Ｙと時間ｔの関係は、以下のように表される。
Ｙ（ｔ）＝ａ／ｈ＊（１−ｅｘｐ（−ｔ／（ｃｍ／ｈ）））
＝ Ａ＊（１−ｅｘｐ（−ｔ／Ｔ）） （２）
ただし、Ａ＝ａ／ｈ、Ｔ＝ｃｍ／ｈ（時定数）である。
ここで、半導体製造の工場内は温度管理がなされており、外気温は一定とみなせるので、
Ｙは物質（エンコーダ）と外気（工場内の一定気温）の温度差となるから、エンコーダの温度上昇を表すこととなる。
Assuming that the heating amount is constant (X (t) = a), the relationship between the temperature difference Y between the substance and the outside air and the time t is expressed as follows.
Y (t) = a / h * (1-exp (-t / (cm / h)))
= A * (1-exp (-t / T)) (2)
However, A = a / h and T = cm / h (time constant).
Here, the temperature inside the semiconductor manufacturing factory is controlled, and the outside air temperature can be considered constant.
Since Y is a temperature difference between the substance (encoder) and the outside air (a constant temperature in the factory), it represents an increase in the temperature of the encoder.
一方、位置決め精度Ｅと時間ｔとの関係は、近似的に以下のように表され、数式（２）同様に一次遅れの関数となる。
Ｅ（ｔ）＝ Ｂ＊（１−ｅｘｐ（−ｔ／ＴＥ）） （３）
ただし、ｔ：時間、Ｂ：定数、ＴＥ：時定数である。
On the other hand, the relationship between the positioning accuracy E and the time t is approximately expressed as follows, and is a first-order lag function as in Equation (2).
E (t) = B * (1-exp (−t / T E )) (3)
However, t is time, B is a constant, and T E is a time constant.
上記前提の下で、まず、温度補償に必要なデータを求めるための測定を行う。測定は、ロボットを運転する前のロボット自身が発熱していない状態から、エンコーダ温度と位置決め精度が安定するまでプレイバックを行い、エンコーダ温度と位置決め精度のデータをそれぞれ測定する。本測定は、事前に１回のみ行えばよい。
そして、測定したエンコーダ温度データから、数式（２）の定数Ａ、時定数Ｔを求め、エンコーダ温度の時間変化を示す関数を決定する。数式（２）の関数の定数Ａ、時定数Ｔは、以下の通り求めることができる。
（１）Ａは定常状態を考えることで求めることができる。すなわち、定常状態のときは数式（２）における時間ｔを∞として、以下のように表される。
Ｙ（∞）＝Ａ （４）
よって、定常状態のときのエンコーダ（物質）と工場内の一定気温（外気）の温度差Ｙが定数Ａとなる。
（２）時定数Ｔは以下のように求めることができる。
数式（２）における時間ｔ＝Ｔとすると、以下のように表される。
Ｙ（Ｔ）＝Ａ（１−ｅｘｐ（−１））≒０．６３２Ａ （５）
よって、エンコーダ（物質）と工場内の一定気温（外気）の温度差Ｙが０．６３２Ａとなる時の時間が時定数Ｔとなる。
一方、位置決め精度の測定データから、位置決め精度の時間変化を示す関数を決定する。当該関数は、上記エンコーダ温度の場合と同様、定数Ｂと時定数ＴＥから求めることができるので、詳細は省略する。
Under the above assumption, first, measurement is performed to obtain data necessary for temperature compensation. In the measurement, playback is performed from the state where the robot itself does not generate heat before the robot is operated until the encoder temperature and the positioning accuracy are stabilized, and the encoder temperature and the positioning accuracy data are respectively measured. This measurement only needs to be performed once in advance.
Then, a constant A and a time constant T in Expression (2) are obtained from the measured encoder temperature data, and a function indicating a temporal change in the encoder temperature is determined. The constant A and the time constant T of the function of Formula (2) can be obtained as follows.
(1) A can be obtained by considering the steady state. That is, in the steady state, the time t in the formula (2) is set to ∞ and is expressed as follows.
Y (∞) = A (4)
Therefore, the temperature difference Y between the encoder (substance) in the steady state and the constant temperature (outside air) in the factory becomes a constant A.
(2) The time constant T can be obtained as follows.
When time t = T in Formula (2), it is expressed as follows.
Y (T) = A (1-exp (-1)) ≈0.632A (5)
Therefore, the time when the temperature difference Y between the encoder (substance) and the constant air temperature (outside air) in the factory becomes 0.632A is the time constant T.
On the other hand, a function indicating a temporal change in positioning accuracy is determined from the positioning accuracy measurement data. The function is the same as in the case of the encoder temperature, it is possible to determine the constants B and the time constant T E, the details are omitted.
以上から、エンコーダ温度は時間ｔの関数として、近似的に表され、位置決め精度も同様に時間ｔの関数として求めることができる。すなわち、両関数からエンコーダ温度と位置決め精度との関係を表す補正関数（以下、温度−位置決め精度関数）を求めることができる。 From the above, the encoder temperature is approximately expressed as a function of time t, and the positioning accuracy can be similarly obtained as a function of time t. That is, a correction function (hereinafter, temperature-positioning accuracy function) representing the relationship between the encoder temperature and the positioning accuracy can be obtained from both functions.
次に、実際のロボット動作を行う際は、求められた温度−位置決め精度関数から、ロボット動作中における位置補正量を求める。
図２はロボット動作中における位置補正量を求める処理手順を示すフローチャートである。この図を用いて位置補正方法について順を追って説明する。
まず、ロボットに対する移動命令を開始する（ステップ２１）。
次に、エンコーダ温度データを取得する（ステップ２２）。
次に、エンコーダ温度に対応した位置決め精度を上記関数から計算し、補正量を求める（ステップ２３）。
次に、求められた補正量を目標位置へ付加し、新たな目標位置とする（ステップ２４）。
最後に、軌道生成処理を行い、ロボットは生成された軌道に従って移動する（ステップ２５）
なお、上記のステップ２１〜２５の処理は図１における指令生成部１１が行うものである。
Next, when performing an actual robot operation, a position correction amount during the robot operation is obtained from the obtained temperature-positioning accuracy function.
FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure for obtaining the position correction amount during the robot operation. The position correction method will be described in order with reference to this figure.
First, a movement command for the robot is started (step 21).
Next, encoder temperature data is acquired (step 22).
Next, the positioning accuracy corresponding to the encoder temperature is calculated from the above function to obtain a correction amount (step 23).
Next, the obtained correction amount is added to the target position to obtain a new target position (step 24).
Finally, a trajectory generation process is performed, and the robot moves according to the generated trajectory (step 25).
In addition, the process of said steps 21-25 is what the command production |
以上のように、本実施例によれば、システムに別途温度センサを付加することなくロボットの位置決め精度の温度補償をすることができる。
ただし、温度補正モータ、もしくはエンコーダ温度および位置決め精度の時定数は材質によって異なるので、補正の効果はそれらによって異なるものとなる。すなわち、時定数が同一の場合は全時間領域において、補正が完全に行われる。また、位置決め精度の時定数のほうがエンコーダ温度の時定数より短い場合にも、補正が完全に行われる。一方、図３および図４に示すように、位置決め精度の時定数のほうがエンコーダ温度の時定数より長い場合には、全時間領域において補正を完全に行うことはできない。すなわち、途中までしか補償できない。しかし、図３における動作開始直後（時間ｔ＝０の近傍）での位置決め精度が悪いため、図５に示すような時定数の短いエンコーダ温度の静定までの補償であったとしても、図６に示すように十分な位置決め精度の改善が可能である。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to compensate the temperature of the positioning accuracy of the robot without adding a separate temperature sensor to the system.
However, since the time constant of the temperature correction motor or the encoder temperature and the positioning accuracy differs depending on the material, the effect of the correction differs depending on them. That is, when the time constant is the same, the correction is completely performed in the entire time region. Further, the correction is completely performed even when the time constant of the positioning accuracy is shorter than the time constant of the encoder temperature. On the other hand, as shown in FIGS. 3 and 4, when the time constant of the positioning accuracy is longer than the time constant of the encoder temperature, the correction cannot be completely performed in the entire time region. That is, compensation can be made only halfway. However, since the positioning accuracy immediately after the start of the operation in FIG. 3 (near time t = 0) is poor, even if the compensation is performed until the encoder temperature is stabilized with a short time constant as shown in FIG. As shown in FIG. 4, it is possible to sufficiently improve the positioning accuracy.
上記実施例１は、対象とする温度センサが１つだけであったが、一般的にロボットは、複数のモータで駆動されている。本実施例は、ロボット運転前の温度補償に必要なデータを求めるための測定の際に、複数のモータそれぞれの温度センサから、温度−位置決め精度関数を求めるためのエンコーダ温度を決定するものである。構成については、実施例１の温度センサが複数となる以外は同様であるので省略する。
本実施例でのエンコーダ温度を求める方法は、温度補償に必要なデータを求めるための測定を行う際に、複数モータのエンコーダ温度の平均値をもって、エンコーダ温度とするものである。複数モータのエンコーダの平均をとってロボット全体の発熱と擬制することで、温度−位置決め精度関数を精度良く求めることができる。
なお、平均値を求める際は、全てのエンコーダの温度センサの平均値ではなく、一部のエンコーダの温度センサの平均値をもって、エンコーダ温度としても良い。
In the first embodiment, there is only one target temperature sensor, but in general, the robot is driven by a plurality of motors. In this embodiment, the encoder temperature for determining the temperature-positioning accuracy function is determined from the temperature sensors of the plurality of motors in the measurement for determining the data necessary for temperature compensation before the robot operation. . The configuration is the same except that there are a plurality of temperature sensors in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
The method for obtaining the encoder temperature in this embodiment is to use the average value of the encoder temperatures of a plurality of motors as the encoder temperature when performing measurement for obtaining data necessary for temperature compensation. By taking the average of the encoders of a plurality of motors and mimicking the heat generation of the entire robot, the temperature-positioning accuracy function can be obtained with high accuracy.
When obtaining the average value, the encoder temperature may be obtained by using the average value of the temperature sensors of some encoders instead of the average value of the temperature sensors of all the encoders.
本実施例は、実施例２の複数のエンコーダの温度センサからエンコーダ温度を決定する際に、平均値ではなく、温度センサごとに重み付けを行ってエンコーダ温度とするものである。
具体的には、アーム先端に近いエンコーダの温度センサのデータについては、重みを重くし、逆に遠いものについては、重みを軽くするものである。
本実施例によれば、ロボットを駆動するモータの配置がアーム先端から見て偏りがある場合であっても、温度−位置決め精度関数を精度良く求めることができる。
In this embodiment, when the encoder temperature is determined from the temperature sensors of the plurality of encoders according to the second embodiment, the encoder temperature is weighted for each temperature sensor instead of the average value.
Specifically, the data of the temperature sensor of the encoder close to the tip of the arm is weighted, and conversely, the data far away is lightened.
According to the present embodiment, the temperature-positioning accuracy function can be obtained with high accuracy even when the arrangement of the motor for driving the robot is biased when viewed from the end of the arm.
なお、全てのエンコーダの温度センサを測定対象とせずとも、一部のエンコーダの温度センサのみを考慮して重み付けを行っても良い。
また、アーム先端からの位置に基づいて重み付けをするのではなく、アームを駆動するモータに設けられたエンコーダの温度センサについて、重みを重くしても良い。さらには、これらを両方考慮して重み付けを行っても良い。
Note that weighting may be performed in consideration of only the temperature sensors of some encoders, without setting the temperature sensors of all the encoders as measurement targets.
Further, instead of weighting based on the position from the tip of the arm, the weight may be increased for the temperature sensor of the encoder provided in the motor that drives the arm. Furthermore, weighting may be performed in consideration of both of them.
本実施例は、実施例２の複数のエンコーダの温度センサから、エンコーダ温度を決定する際に、測定時間に応じて測定対象とする温度センサを切り替えるものである。
具体的には、温度測定開始時はアーム先端に近いエンコーダの温度センサの出力をもってエンコーダ温度とし、所定の時間が経過したのちは、残りの複数のエンコーダの温度センサ出力の平均値をもって、エンコーダ温度とするものである。
In the present embodiment, when the encoder temperature is determined from the temperature sensors of the plurality of encoders of the second embodiment, the temperature sensor to be measured is switched according to the measurement time.
Specifically, at the start of temperature measurement, the encoder temperature sensor output near the tip of the arm is used as the encoder temperature, and after a predetermined time has elapsed, the average value of the temperature sensor outputs of the remaining encoders is used as the encoder temperature. It is what.
なお、切り替え前後の測定対象となるエンコーダは、１つであっても複数であってもよく、複数の場合には、実施例２、３の方法によりその平均値や重み付けにより温度データとしても良い。すなわち、実施例２、３および本実施例を組合わせたあらゆる変形例が考えられる。
また、切り替え時間を決定する所定の時間は複数設け、当該複数の所定の時間の経過ごとに、対象とするエンコーダを切り替えてもよい。
Note that there may be one or a plurality of encoders to be measured before and after switching, and in the case of a plurality of encoders, the average value or weighting may be used as the temperature data by the methods of the second and third embodiments. . That is, all the modified examples which combined Example 2, 3 and a present Example can be considered.
Further, a plurality of predetermined times for determining the switching time may be provided, and the target encoder may be switched every time the predetermined times elapse.
本実施例は、複数のモータでロボットが駆動されている場合に補正量をモータ軸毎に持たせるものである。
具体的には、まず、温度補償に必要なデータを事前測定する際に、モータ軸毎に動作させ、対応する各関節軸の補正量（角度）を求める。
次に、各モータのエンコーダ温度の時間ｔの関数と対応する関節角度の時間ｔの関数とからエンコーダ温度と関節角度の位置決め精度との関係を表す補正関数（以下、温度−関節角度精度関数）を求める。
そして、プレイバック時に、温度−関節角度精度関数をもとにモータ軸ごとに補正量を付加し、新たな目標位置とすることで、最終的にロボットの位置決め精度を補償する。
ここで、モータ軸ごとの補正量は、温度−関節角度精度関数から補正すべき関節角度を求め、求められた補正すべき関節角度を動かすために必要なモータ角度を逆算することで求めるものである。
実施例２とは、補正量を求める際に温度−位置決め精度関数ではなく、温度−関節角度精度関数を用いる点およびモータ軸ごとに補正量を付加する点が異なる。
なお、本実施例に対して上記実施例２〜４を組合わせてもよい。
以上のように、本実施例によれば、各軸毎に補正関数を求めるため、複数軸により構成されるロボットをより正確に補正が行える。
In this embodiment, when a robot is driven by a plurality of motors, a correction amount is provided for each motor shaft.
Specifically, first, when data necessary for temperature compensation is measured in advance, each motor shaft is operated to obtain a correction amount (angle) for each corresponding joint shaft.
Next, a correction function (hereinafter, temperature-joint angle accuracy function) representing the relationship between the encoder temperature and the positioning accuracy of the joint angle from the function of the time t of the encoder temperature of each motor and the function of the time t of the corresponding joint angle. Ask for.
Then, at the time of playback, a correction amount is added to each motor axis based on the temperature-joint angle accuracy function to obtain a new target position, thereby finally compensating the positioning accuracy of the robot.
Here, the correction amount for each motor axis is obtained by calculating the joint angle to be corrected from the temperature-joint angle accuracy function and calculating the motor angle necessary for moving the calculated joint angle to be corrected. is there.
The second embodiment differs from the second embodiment in that a temperature-joint angle accuracy function is used instead of a temperature-positioning accuracy function when a correction amount is obtained, and a correction amount is added for each motor shaft.
In addition, you may combine the said Examples 2-4 with a present Example.
As described above, according to the present embodiment, since a correction function is obtained for each axis, a robot composed of a plurality of axes can be corrected more accurately.
上記実施例においては、図３および図４に示すように、位置決め精度の時定数のほうがエンコーダ温度の時定数より長い場合には、全時間領域において補正を完全に行うことはできない。すなわち、図６に示すように、ある時間から微小ではあるが、位置決め誤差が生じてしまう。
そこで、本実施例においては、動作中のエンコーダ温度データ、または位置補正量に以下に示す遅れフィルタを適用し、時定数の調整を行うことで、以上の二つの問題を解決する。
一般に、遅れフィルタとして用いるＩＩＲ型フィルタは以下の離散式で表される。
Ｙ（ｋ）＝ｒ＊Ｕ（ｋ）＋（１−ｒ）＊Ｙ（ｋ−１） （０≦ｒ≦１） （６）
ただし、ｒ：フィルタ定数、Ｙ（ｋ）：現時点のフィルタ後のエンコーダ温度、または位置補正量、Ｕ（ｋ）：現時点のエンコーダ温度、または位置補正量、Ｙ（ｋ−１）：一時点前のフィルタ後のエンコーダ温度、または位置補正量である。
ここで、処理周期は遅れフィルタの特性（時定数）に依存するため、時定数自体も計算で求めなければならない。そこで、以下の通りＩＩＲ型フィルタを、フィルタと温度補正の処理周期、遅れさせたい時定数により設計できるものとする。
In the above embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, when the time constant of positioning accuracy is longer than the time constant of encoder temperature, the correction cannot be completely performed in the entire time region. That is, as shown in FIG. 6, a positioning error occurs although it is minute from a certain time.
Therefore, in this embodiment, the above two problems are solved by adjusting the time constant by applying the delay filter shown below to the encoder temperature data during operation or the position correction amount.
In general, an IIR filter used as a delay filter is represented by the following discrete expression.
Y (k) = r * U (k) + (1-r) * Y (k−1) (0 ≦ r ≦ 1) (6)
Where r: filter constant, Y (k): current filtered encoder temperature or position correction amount, U (k): current encoder temperature or position correction amount, Y (k-1): before temporary point This is the encoder temperature or position correction amount after filtering.
Here, since the processing cycle depends on the characteristics (time constant) of the delay filter, the time constant itself must also be obtained by calculation. Therefore, it is assumed that the IIR type filter can be designed with a filter, a temperature correction processing period, and a time constant to be delayed as follows.
上記数式（６）をＺ変換すると、以下のように表される。
Ｙ（ｚ）＝ｒ＊Ｕ（ｚ）＋（１−ｒ）＊Ｙ（ｚ）／ｚ （７）
ここで、温度の時定数に対し、温度補正の処理周期は十分小さいので、連続系とみなしてもよい。そこで、ラプラス変換すると、以下のように表される。
Ｙ（ｓ）＝ｒ＊Ｕ（ｓ）＋（１−ｒ）＊Ｙ（ｓ）＊ｅｘｐ（−Ｔ＊ｓ） （８）
ただし、Ｔ：サンプリング周期（温度補正の演算周期）である。
また、伝達関数は、以下のように表される。
Ｇ（ｓ）＝Ｙ（ｓ）／Ｕ（ｓ）＝１／［１／ｒ＋（ｒ−１）／ｒ ＊ｅｘｐ（−Ｔ＊ｓ）］ （９）
ここで、
ｅｘｐ（−Ｔ＊ｓ）≒１−Ｔ＊ｓ （１０）
と近似すると、
Ｇ（ｓ）≒１／［１／ｒ＋（ｒ−１）／ｒ （１−Ｔ＊ｓ）］ （１１）
Ｇ（ｓ）≒１／［１−（ｒ−１）／ｒ Ｔ＊ｓ］ （１２）
ここで、ｒ≪１とすると、以下のように表され、一次遅れ系の伝達関数となる。
Ｇ（ｓ）≒１／（Ｔ／ｒ＊ｓ＋１） （１３）
ただし、Ｔ’＝Ｔ／ｒ：遅れフィルタの時定数、ｒ＝Ｔ／Ｔ’となる。
よって、ＩＩＲ型フィルタは以下のように表される。
Ｙ（ｋ）＝ Ｔ／Ｔ’＊Ｕ（ｋ）＋（１− Ｔ／Ｔ’）＊Ｙ（ｋ−１） （１４）
When the above equation (6) is Z-converted, it is expressed as follows.
Y (z) = r * U (z) + (1-r) * Y (z) / z (7)
Here, since the temperature correction processing period is sufficiently small with respect to the temperature time constant, it may be regarded as a continuous system. Therefore, when Laplace transform is performed, it is expressed as follows.
Y (s) = r * U (s) + (1-r) * Y (s) * exp (-T * s) (8)
However, T is a sampling cycle (temperature correction calculation cycle).
The transfer function is expressed as follows.
G (s) = Y (s) / U (s) = 1 / [1 / r + (r−1) / r * exp (−T * s)] (9)
here,
exp (−T * s) ≈1−T * s (10)
And approximating
G (s) ≈1 / [1 / r / (r−1) / r (1−T * s)] (11)
G (s) ≈1 / [1- (r−1) / r T * s] (12)
Here, when r << 1, it is expressed as follows and becomes a transfer function of a first-order lag system.
G (s) ≈1 / (T / r * s + 1) (13)
However, T ′ = T / r: time constant of the delay filter, r = T / T ′.
Therefore, the IIR type filter is expressed as follows.
Y (k) = T / T ′ * U (k) + (1−T / T ′) * Y (k−1) (14)
このようにＩＩＲ型フィルタを、フィルタと温度補正の処理周期、フィルタ時定数にて設計する。
ここで、フィルタと温度補正の処理周期は、ハードウエア上の制約で決まる。一方、遅フィルタ時定数は、位置決め精度の時定数とエンコーダ温度の時定数の差から求めることができる。
なお、ｒ≪１より、演算周期Ｔに対し、遅れフィルタの時定数は十分大きくとる必要があるが、ＣＰＵの処理能力と温度上昇の時間応答の遅さを考慮すると十分満たすことができる。
In this way, the IIR filter is designed with the filter, the temperature correction processing period, and the filter time constant.
Here, the processing period of the filter and temperature correction is determined by hardware restrictions. On the other hand, the slow filter time constant can be obtained from the difference between the time constant of positioning accuracy and the time constant of encoder temperature.
Since r << 1, the time constant of the delay filter needs to be sufficiently large with respect to the calculation cycle T. However, it can be sufficiently satisfied in consideration of the processing capacity of the CPU and the time response delay of the temperature rise.
以上のように、本実施例によれば、フィルタと温度補正の処理周期にて設計できるようにしておけば、温度補正の処理周期（ＣＰＵの性能等に起因する）の異なるコントローラを使用した場合にもパラメータひとつでフィルタの性能をほぼ落さなくてすむ。
遅れさせたい時定数の設計は、エンコーダ温度の時間変化を示す関数と位置決め精度の時間変化を示す関数の時定数の差を埋めることができる。
また、エンコーダ温度のデータの最小単位が大きい場合にも、フィルタにて急峻に温度補正量を変えることなく滑らかに補正することができる。
なお、温度センサの分解能が粗い場合には、温度データを補間しなければ、位置補正後の位置決め精度がのこぎり状になってしまう。そこで、エンコーダ温度と位置決め精度の時定数が一致している場合は、補正量は補正温度単位でステップ状に変化し、温度が飽和する直前の温度での補正の時間が一番長いため、その温度での整定時間にフィルタ時定数を調整することにより、すべての温度において滑らかな補正を行うことができる。つまり、フィルタの時定数をエンコーダ温度の整定時間の１／３．９１倍としても良い。
As described above, according to the present embodiment, when a controller having a different temperature correction processing cycle (due to the performance of the CPU, etc.) is used if it can be designed with a filter and a temperature correction processing cycle. With just one parameter, the filter performance can be almost eliminated.
The design of the time constant to be delayed can fill the difference between the time constant of the function showing the time change of the encoder temperature and the function showing the time change of the positioning accuracy.
Further, even when the minimum unit of encoder temperature data is large, it can be smoothly corrected without abruptly changing the temperature correction amount by the filter.
If the resolution of the temperature sensor is rough, if the temperature data is not interpolated, the positioning accuracy after position correction will be a sawtooth. Therefore, when the encoder temperature and the positioning accuracy time constant match, the correction amount changes stepwise in the correction temperature unit, and the correction time at the temperature immediately before the temperature is saturated is the longest. By adjusting the filter time constant to the settling time at temperature, smooth correction can be performed at all temperatures. That is, the filter time constant may be 1 / 3.91 times the encoder temperature settling time.
なお、上記実施例においては、温度の検出にはエンコーダに内蔵された温度センサを用いているが、モータに設けられた温度センサを用いてもよい。
また、位置補正量は、同定した温度、位置決め精度の関数に基づいて求めているが、記憶手段に単位温度毎の位置補正量を補正テーブルとして記憶し、当該補正テーブルに基づいて位置補正量を求めてもよい。
また、補正の対象はアームの位置でなくてもよく、ロボット自身の位置としても良い。
In the above embodiment, a temperature sensor built in the encoder is used for temperature detection, but a temperature sensor provided in a motor may be used.
The position correction amount is obtained based on the function of the identified temperature and positioning accuracy. However, the position correction amount for each unit temperature is stored as a correction table in the storage means, and the position correction amount is calculated based on the correction table. You may ask for it.
Further, the correction target need not be the position of the arm, but may be the position of the robot itself.
エンコーダの温度センサを使って補正をすることができるので、ロボット全般に適用できる。 Since it can be corrected using the temperature sensor of the encoder, it can be applied to all robots.
１１ 指令生成部
１２ Ｉ／Ｆ部
１３ サーボ制御部
１４ ロボット部
１５ エンコーダ
１６ 制御装置
１７ 温度センサ
11 Command generation unit 12 I /
Claims (18)
予め測定した前記温度データと前記ロボットの位置決め精度のデータとから求められた補正関数に基づき、
前記温度データに応じて前記ロボットの位置決め精度を補償する補償手段を備えたことを特徴とするロボット制御装置。 In the robot control device to which the temperature data of the temperature sensor provided in the encoder of the motor that drives the robot is input,
Based on the correction function obtained from the temperature data measured in advance and the positioning accuracy data of the robot,
A robot controller comprising compensation means for compensating the positioning accuracy of the robot according to the temperature data.
予め測定した前記温度データの平均値と前記ロボットの位置決め精度のデータとから求められた補正関数に基づき、
前記温度データの平均値に応じて前記ロボットの位置決め精度を補償する補償手段を備えたことを特徴とするロボット制御装置。 In a robot control device to which temperature data of each temperature sensor provided in encoders of a plurality of motors that drive a robot is input,
Based on a correction function obtained from the average value of the temperature data measured in advance and the positioning accuracy data of the robot,
A robot control apparatus comprising: compensation means for compensating the positioning accuracy of the robot according to an average value of the temperature data.
予め測定した前記温度データと前記各モータが駆動する前記ロボットの関節角度精度のデータとから求められた補正関数に基づき、
前記温度データに応じて前記各モータの角度を補償することで、
前記ロボットの位置決め精度を補償する補償手段を備えたことを特徴とするロボット制御装置。 In a robot control device to which temperature data of temperature sensors provided in encoders of a plurality of motors that drive a robot are input,
Based on the correction function obtained from the temperature data measured in advance and the data of the joint angle accuracy of the robot driven by each motor,
By compensating the angle of each motor according to the temperature data,
A robot controller comprising compensation means for compensating the positioning accuracy of the robot.
前記フィルタ手段によって出力される温度データとロボットの位置決め精度のデータとの時定数を一致させたことを特徴とする請求項１、２、５いずれかに記載のロボット制御装置。 Filter means for inputting temperature data of the temperature sensor,
6. The robot control apparatus according to claim 1, wherein the time constants of the temperature data output from the filter unit and the positioning accuracy data of the robot are matched.
予め測定した前記温度データと前記ロボットの位置決め精度のデータに基づいて補正関数を求め、
前記求められた補正関数に基づき、前記温度データに応じて前記ロボットの位置決め精度を補償する
という手順で処理することを特徴とするロボットの位置決め精度補正方法。 In the robot control device to which the temperature data of the temperature sensor provided in the encoder of the motor that drives the robot is input,
Obtain a correction function based on the temperature data measured in advance and the positioning accuracy data of the robot,
A robot positioning accuracy correction method, wherein processing is performed in a procedure of compensating the robot positioning accuracy according to the temperature data based on the obtained correction function.
予め測定した前記温度データの平均値と前記ロボットの位置決め精度のデータに基づいて補正関数を求め、
前記求められた補正関数に基づき、前記温度データの平均値に応じて前記ロボットの位置決め精度を補償する
という手順で処理することを特徴とするロボットの位置決め精度補正方法。 In a robot control device to which temperature data of each temperature sensor provided in encoders of a plurality of motors that drive a robot is input,
Obtain a correction function based on the average value of the temperature data measured in advance and the positioning accuracy data of the robot,
A robot positioning accuracy correction method comprising: processing according to a procedure of compensating the robot positioning accuracy in accordance with an average value of the temperature data based on the obtained correction function.
予め測定した前記温度データと前記各モータが駆動する前記ロボットの関節角度精度のデータに基づいて補正関数を求め、
前記求められた補正関数に基づき、前記温度データに応じて前記各モータの角度を補償することで、前記ロボットの位置決め精度を補償する
という手順で処理することを特徴とするロボットの位置決め精度補正方法。 In a robot control device to which temperature data of temperature sensors provided in encoders of a plurality of motors that drive a robot are input,
Obtaining a correction function based on the temperature data measured in advance and data on the joint angle accuracy of the robot driven by each motor,
A robot positioning accuracy correction method characterized in that processing is performed in a procedure of compensating the positioning accuracy of the robot by compensating the angle of each motor according to the temperature data based on the obtained correction function. .
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