CN108527375B - 控制***、控制器、控制方法及记录媒体 - Google Patents

控制***、控制器、控制方法及记录媒体 Download PDF

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CN108527375B CN201711370632.7A CN201711370632A CN108527375B CN 108527375 B CN108527375 B CN 108527375B CN 201711370632 A CN201711370632 A CN 201711370632A CN 108527375 B CN108527375 B CN 108527375B
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Abstract

本发明提供一种控制***、控制器、控制方法及记录媒体，可通过史卡拉机器人的控制而防止作业过程中产生的电缆的破损。控制***包括史卡拉机器人(300)、及对史卡拉机器人(300)进行控制的控制器。控制器包括：取得部，取得史卡拉机器人(300)的控制对象的目标位置；及决定部，在控制对象向目标位置移动的过程中，以电缆(333)不冲撞史卡拉机器人(300)的零件的方式决定作业工具(332)的旋转方向。

Description

控制***、控制器、控制方法及记录媒体
技术领域
本揭示涉及一种史卡拉机器人的控制，尤其涉及一种用于决定史卡拉机器人的控制对象的旋转方向的控制***、控制器、控制方法及记录媒体。
背景技术
在工厂自动化(Factory Automation，FA)领域中，普及有被称为史卡拉(平面关节型机器人(Selective Compliance Assembly Robot Arm，SCARA))机器人的水平多关节机器人。所谓史卡拉机器人，是彼此连结的多个臂在水平面上进行动作的产业用机器人的总称。
史卡拉机器人通过使彼此连结的多个臂一起工作并旋转驱动而对工件(work)进行规定的作业。对工件的作业是由经由史卡拉机器人的臂而驱动的作业工具来进行。作为作业例，史卡拉机器人使各臂旋转驱动，由此使作业工具移动至工件的位置，并拾取(pickup)在第一线上搬送的工件。其后，史卡拉机器人于在第一线上搬送的容器内释放(release)所拾取的工件。由此，依次搬送的工件自动进入容器内。
史卡拉机器人的各零件是经由电缆而相连。电缆在作业过程中会冲撞其他零件、或扭曲，因此会发生破损。为了防止此种电缆的破损而开发有各种技术。
关于所述技术，日本专利特开2016-153151号公报(专利文献1)中揭示有以如下为目的的机器人的关节结构：使第二臂相对于第一臂旋转而消除产生的电力电缆(powercable)的扭曲。
日本专利特开2016-78160号公报(专利文献2)中揭示有以如下为目的的机械臂机构：消除电缆与周围零件等的干扰、发生干扰的零件的破损、电缆的断裂等。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2016-153151号公报
[专利文献2]日本专利特开2016-78160号公报
发明内容
[发明要解决的课题]
专利文献1、专利文献2中所揭示的技术均是通过追加机械性的构成而消除电缆的破损。然而，若追加机械性的构成，则史卡拉机器人的成本变高，且史卡拉机器人的尺寸变大。因此，期望通过史卡拉机器人的控制而用于防止作业过程中产生的电缆的破损的技术。
[解决问题的技术手段]
依据一方案，控制***包括机器人、及用于控制所述机器人的控制器。所述机器人包括：第一旋转轴；第一臂，构成为以所述第一旋转轴为中心而能够在与所述第一旋转轴正交的平面上旋转；第二旋转轴，与所述第一旋转轴平行地配置且设置于所述第一臂；第二臂，构成为以所述第二旋转轴为中心而能够在与所述第二旋转轴正交的平面上旋转；主轴，与所述第二旋转轴平行地配置且设置于所述第二臂；作业工具，构成为能够以所述主轴为中心旋转，设置于所述主轴的顶端且用于对工件进行规定的作业；及电缆，将所述第二臂及所述作业工具相连。所述控制器包括：取得部，用于取得所述机器人的控制对象的目标位置；及决定部，用于在所述控制对象向所述目标位置移动的过程中，以所述电缆不冲撞所述机器人的零件的方式决定所述作业工具的旋转方向。
优选为所述决定部基于所述控制对象的移动前的所述第二臂的旋转角度、所述控制对象的移动前的所述作业工具的旋转角度、及所述控制对象的移动后的所述作业工具的旋转角度之间的相对关系而决定所述旋转方向。
优选为所述决定部基于所述控制对象的移动前的所述第二臂的旋转角度、所述控制对象的移动后的所述第二臂的旋转角度、所述控制对象的移动前的所述作业工具的旋转角度、及所述控制对象的移动后的所述作业工具的旋转角度之间的相对关系而决定所述旋转方向。
优选为所述决定部在使所述控制对象的移动开始前决定所述旋转方向。
优选为所述作业工具构成为在所述控制对象向所述目标位置移动的过程中在所述旋转方向上旋转。
依据其他方案，提供一种机器人的控制器。所述机器人包括：第一旋转轴；第一臂，构成为以所述第一旋转轴为中心而能够在与所述第一旋转轴正交的平面上旋转；第二旋转轴，与所述第一旋转轴平行地配置且设置于所述第一臂；第二臂，构成为以所述第二旋转轴为中心而能够在与所述第二旋转轴正交的平面上旋转；主轴，与所述第二旋转轴平行地配置且设置于所述第二臂；作业工具，构成为能够以所述主轴为中心旋转，设置于所述主轴的顶端且用于对工件进行规定的作业；及电缆，将所述第二臂及所述作业工具相连。所述控制器包括：取得部，用于取得所述机器人的控制对象的目标位置；及决定部，用于在所述控制对象向所述目标位置移动的过程中，以所述电缆不冲撞所述机器人的零件的方式决定所述作业工具的旋转方向。
依据其他方案，提供一种机器人的控制方法。所述机器人包括：第一旋转轴；第一臂，构成为以所述第一旋转轴为中心而能够在与所述第一旋转轴正交的平面上旋转；第二旋转轴，与所述第一旋转轴平行地配置且设置于所述第一臂；第二臂，构成为以所述第二旋转轴为中心而能够在与所述第二旋转轴正交的平面上旋转；主轴，与所述第二旋转轴平行地配置且设置于所述第二臂；作业工具，构成为能够以所述主轴为中心旋转，设置于所述主轴的顶端且用于对工件进行规定的作业；及电缆，将所述第二臂及所述作业工具相连。所述控制方法包括：取得步骤，取得所述机器人的控制对象的目标位置；及决定步骤，在所述控制对象向所述目标位置移动的过程中，以所述电缆不冲撞所述机器人的零件的方式决定所述作业工具的旋转方向。
依据其他方案，提供一种记录媒体，其中存储机器人的控制程序。所述机器人包括：第一旋转轴；第一臂，构成为以所述第一旋转轴为中心而能够在与所述第一旋转轴正交的平面上旋转；第二旋转轴，与所述第一旋转轴平行地配置且设置于所述第一臂；第二臂，构成为以所述第二旋转轴为中心而能够在与所述第二旋转轴正交的平面上旋转；主轴，与所述第二旋转轴平行地配置且设置于所述第二臂；作业工具，构成为能够以所述主轴为中心旋转，设置于所述主轴的顶端且用于对工件进行规定的作业；及电缆，将所述第二臂及所述作业工具相连。所述控制程序使所述机器人的控制器执行如下步骤：取得步骤，取得所述机器人中的控制对象的目标位置；及决定步骤，在所述控制对象向所述目标位置移动的过程中，以所述电缆不冲撞所述机器人的零件的方式决定所述作业工具的旋转方向。
[发明的效果]
在一方案中，可通过史卡拉机器人的控制而防止作业过程中产生的电缆的破损。
本揭示的所述及其他目的、特征、方案以及优点当根据和附图相关联来理解的与本发明相关的下述详细说明而明确。
附图说明
图1是表示依据第一实施方式的控制***的构成例的示意图。
图2是依据第一实施方式的史卡拉机器人的侧面图。
图3是依据第一实施方式的史卡拉机器人的平面图。
图4(A)、图4(B)是自Z方向表示依据第一实施方式的史卡拉机器人的图。
图5是表示第二臂与作业工具的位置关系的一例的图。
图6是表示第二臂与作业工具的位置关系的一例的图。
图7是表示第二臂与作业工具的位置关系的一例的图。
图8是表示第二臂与作业工具的位置关系的一例的图。
图9是表示第二臂与作业工具的位置关系的一例的图。
图10是表示第二臂与作业工具的位置关系的一例的图。
图11是表示构成依据第一实施方式的控制***的控制器的功能构成的一例的图。
图12是表示构成依据第一实施方式的控制***的伺服驱动器的功能构成的一例的图。
图13是表示决定部的处理的流程图。
图14是表示第一实施方式的、决定作业工具的旋转方向的处理流程的图。
图15是表示依据第一实施方式的控制器的硬件构成例的框图。
图16是用于说明依据第二实施方式的控制器的概要的图。
图17是表示第二实施方式的、决定作业工具的旋转方向的处理流程的图。
[符号的说明]
1：控制***
100：设定装置
200：控制器
201：控制装置
202：芯片组
203：局部网络控制器
204：USB控制器
205：存储卡界面
206：主存储器
208、209：现场总线控制器
210：内部总线控制器
211-1、211-2：I/O单元
216：存储卡
220：存储装置
221：用户程序
222：顺序程序
223：运动程序
224：控制程序
252：取得部
254：决定部
256：生成部
258：转换部
260：输出部
300：史卡拉机器人
320：基台
322：第一旋转轴
324：第一臂
326：第二旋转轴
328：第二臂
328A、332A：连接器
330：主轴
332：作业工具
333：电缆
335：电缆方向
340、340A～340D：伺服电动机
400、400A～400D：伺服驱动器
410、414：差分运算部
412：位置控制部
416：速度控制部
420：转矩滤波器
422：电流控制部
424：速度检测部
AR1：动作区域
D1、D2：方向
NW1、NW2：现场网络
S110～S200、S122～S148、S122A～S144A：步骤
SA1、SA2：状态
W：工件
X、Y、Z：方向
θA1、θB1、θB2：旋转角度
θB'：补正角度
具体实施方式
以下，参照附图来对依据本发明的各实施方式进行说明。以下的说明中，对同一零件及构成要素标注同一符号。这些的名称及功能也相同。因而，不再重复对这些的详细说明。再者，以下说明的各实施方式及各变形例可适宜选择地加以组合。
＜第1实施方式＞
[A.***构成]
首先说明依据本实施方式的控制***1的构成例。图1是表示依据本实施方式的控制***1的构成例的示意图。
参照图1，控制***1包括：设定装置100、可编程逻辑控制器(Programmable LogicController，PLC)等控制器200、多个驱动装置、及史卡拉机器人300。图1的例中，作为驱动装置的一例，例示有对伺服电动机340A～伺服电动机340D进行驱动的伺服驱动器400A～伺服驱动器400D。以下，将伺服电动机340A～伺服电动机340D总称为伺服电动机340。将伺服驱动器400A～伺服驱动器400D总称为伺服驱动器400。作为驱动装置，并不限定于伺服驱动器400，根据作为被驱动装置的电动机可采用对应的驱动装置。例如，在对感应电动机或同步电动机进行驱动的情况下，作为驱动装置可采用逆变驱动器等。
设定装置100例如为个人计算机(Personal Computer，PC)、平板终端机、或智能手机等终端装置。设定装置100及控制器200连接于现场网络NW1。现场网络NW1，例如采用EtherNET(注册商标)。其中，现场网络NW1并不限定于EtherNET，可采用任意的通信手段。例如，设定装置100及控制器200可由信号线直接连接。
控制器200及伺服驱动器400以菊花链(daisy chain)的方式连接于现场网络NW2。现场网络NW2，例如采用EtherCAT(注册商标)。其中，现场网络NW2并不限定于EtherCAT，可采用任意的通信手段。作为一例，控制器200及伺服驱动器400可由信号线直接连接。另外，控制器200及伺服驱动器400可一体地构成。
伺服驱动器400对史卡拉机器人300的伺服电动机340进行驱动。在伺服电动机340的旋转轴配置编码器(encoder)(未图示)。所述编码器对伺服驱动器400输出伺服电动机的位置(旋转角度)、旋转速度、累计旋转数等作为伺服电动机340的反馈值。然而，来自伺服电动机340的反馈值可直接输入至控制器200。
再者，图1中示出了控制***1由一个控制器200构成的例子，但控制***1也可由多个控制器200构成。另外，图1中示出了控制***1由一个史卡拉机器人300构成的例子，但控制***1也可由多个史卡拉机器人300构成。另外，图1中示出了控制器200及伺服驱动器400直接连接的例子，但也可在控制器200及伺服驱动器400之间设置机器人控制器等。
[B.史卡拉机器人的装置构成]
参照图2及图3来对史卡拉机器人300进行说明。图2为史卡拉机器人300的侧面图。图3为史卡拉机器人300的平面图。
史卡拉机器人300包括：基台320、第一旋转轴322、第一臂324、第二旋转轴326、第二臂328、主轴330、及作业工具332。
基台320及第一臂324由第一旋转轴322连结。第一旋转轴322由伺服电动机340A(参照图1)旋转驱动。结果，第一臂324以第一旋转轴322为中心而旋转驱动。
第一臂324及第二臂328由第二旋转轴326连结。更具体而言，第一臂324的一端经由第一旋转轴322而连结于基台320，第一臂324的另一端经由第二旋转轴326而连结于第二臂328。第二旋转轴326由伺服电动机340B(参照图1)旋转驱动。结果，第二臂328以第二旋转轴326为中心而旋转驱动。第一臂324与第二臂328联动而旋转驱动，由此第二臂328可在动作区域AR1内进行动作。
为了说明上的便利，以下将水平面上的规定方向也称为X方向。另外，将在水平面上与X方向正交的方向也称为Y方向。将与X方向及Y方向正交的方向也称为Z方向。即，Z方向相当于铅垂方向。
主轴330构成为利用伺服电动机340C(参照图1)而在与第二旋转轴326平行的方向(即，Z方向)上可驱动。另外，主轴330作为第三旋转轴发挥功能而由伺服电动机340D(参照图1)旋转驱动。即，主轴330构成为可在Z方向上驱动并且构成为可作为Z方向的轴中心而旋转。
在主轴330的顶端设置有用于对工件W进行预先规定的作业的作业工具332。工件W为制品或半制品。作业工具332作为对工件W产生作用的末端执行器(end effector)发挥功能。作业工具332构成为可自主轴330卸下。即，在主轴330的顶端设置有用于连接作业工具332的界面(interface)。
作业工具332例如为工件W的拾取工具。作为一例，拾取工具利用吸引力而吸附工件W，由此来拾取工件W。或者，拾取工具通过握持工件W而拾取工件W。作为作业工具332的作业的一例，作业工具332进行将螺钉等工件W安装于在输送机(conveyor)上搬送的制品的作业。或者，作业工具332进行使在第一输送机上搬送的工件W依次移动至在第二输送机上搬送的容器的作业。
在第二臂328与作业工具332之间连接有电缆333。更具体而言，在第二臂328的表面设置有连接器(connector)328A，在作业工具332的表面设置有连接器332A。电缆333的一端与连接器328A电性连接，电缆333的另一端与连接器332A电性连接。控制信号或驱动电力经由电缆333而送至作业工具332。
[C.史卡拉机器人的动作控制]
参照图4(A)、图4(B)对史卡拉机器人300的动作控制进行说明。图4(A)、图4(B)是自Z方向表示史卡拉机器人300的图。图4(A)、图4(B)中，将第一旋转轴322、第一臂324、第二旋转轴326、第二臂328、主轴330加以简略化而表示。
如上所述，在第二臂328与作业工具332之间连接有电缆333。因作业工具332的旋转方向，电缆333会冲撞史卡拉机器人300的零件(例如，第二臂328或主轴330)。结果，电缆333在史卡拉机器人300的零件处产生摩擦，或卡挂在所述零件，从而电缆333产生破损。因此，依据本实施方式的控制器200在史卡拉机器人300的驱动过程中以电缆333不会冲撞史卡拉机器人300的零件的方式决定作业工具332的旋转方向。
为了说明上的便利，以下将XY平面上的逆时针方向的旋转也称为“正旋转”，将XY平面上的顺时针方向的旋转也称为“负旋转”。另外，将在XY平面上以作业工具332(或主轴330)为基准而固定的规定方向也称为“电缆方向335”。电缆方向335与针对作业工具332而配置电缆333的XY平面上的方向相同或大致相同。
图4(A)中示出作业工具332自方向D1向方向D2正旋转的形态。图4(A)中所示的第二臂328的旋转角度与作业工具332的旋转角度的关系中，若作业工具332正旋转，则电缆方向335跨越第二臂328。结果，电缆333与第二臂328接触。
图4(B)中示出作业工具332自方向D1向方向D2负旋转的形态。图4(B)中所示的第二臂328的旋转角度与作业工具332的旋转角度的关系中，作业工具332自方向D1向方向D2负旋转的过程中，电缆方向335并不跨越第二臂328。即，电缆333并不与第二臂328接触。
如此，应使作业工具332旋转的方向是根据作业工具332的移动前后的第二臂328与作业工具332的位置关系而决定。着眼于所述点，控制器200在史卡拉机器人300的控制对象自现在位置向目标位置移动的过程中，以电缆333不会接触史卡拉机器人300的零件的方式决定作业工具332的旋转方向。所谓此处所述的控制对象，为构成史卡拉机器人300的任意驱动零件。作为一例，所述控制对象为第一臂324、第二臂328、主轴330、或作业工具332等。
电缆方向335以并不跨越第二臂328的方式决定作业工具332的旋转方向，由此防止电缆333接触史卡拉机器人300的零件。结果，可防止电缆333在附近的零件处摩擦、或卡挂在附近的零件，且可抑制电缆333的破损。
[D.旋转方向的决定方法]
参照图5～图10来对作业工具332的旋转方向的决定方法进行说明。图5～图10是表示第二臂328与作业工具333的位置关系的一例的图。
如上所述，史卡拉机器人300的控制器200根据第二臂328与作业工具332的位置关系而决定应使作业工具332旋转的方向。
以下，为了说明上的便利，将开始向目标位置移动前的第二臂328的旋转角度表示为“旋转角度θA1”。将开始向目标位置移动前的作业工具332的旋转角度表示为“旋转角度θB1”。将向目标位置移动后的作业工具332的旋转角度表示为“旋转角度θB2”。旋转角度θA1、旋转角度θB1、及旋转角度θB2是作为XY平面上的角度而表示。再者，旋转角度θB1、旋转角度θB2是作为作业工具332的旋转角度而表示，作业工具332与主轴330联动，因此旋转角度θB1、旋转角度θB2也可作为主轴330的旋转角度而表示。
旋转角度θA1相当于自第二臂328的主轴330侧的一端起而朝向第二臂328的第二旋转轴326侧的另一端的方向、与规定的基准轴(例如，X轴)之间的正旋转侧的角度。更具体而言，控制器200自对第二臂328进行驱动的伺服驱动器400B(参照图1)取得第二臂328的现在位置，并根据所述现在位置算出旋转角度θA1。
旋转角度θB1、θB2相当于规定的基准轴(例如，X轴)、与电缆方向335(参照图4(A)、图4(B))之间的正旋转侧的角度。移动前的旋转角度θB1例如是基于用于使主轴330旋转驱动的伺服驱动器400B(参照图1)的输出结果而算出。移动后的旋转角度θB2是基于作为第二臂328的移动目的地的目标位置而算出。
控制器200基于移动前的第二臂328的旋转角度θA1、移动前的作业工具332的旋转角度θB1、及移动后的作业工具332的旋转角度θB2之间的相对关系而决定作业工具332的旋转方向。
更具体而言，如图5所示，在旋转角度θA1、旋转角度θB1、旋转角度θB2之间的角度关系满足下述式(1)的情况下，控制器200决定将作业工具332进行正旋转。
θB1<θB2<θA1…(1)
如图6所示，在旋转角度θA1、旋转角度θB1、旋转角度θB2之间的角度关系满足下述式(2)的情况下，控制器200决定将作业工具332进行正旋转。
θA1<θB1<θB2…(2)
如图7所示，在旋转角度θA1、旋转角度θB1、旋转角度θB2之间的角度关系满足下述式(3)的情况下，控制器200决定将作业工具332进行正旋转。
θB2<θA1<θB1…(3)
如图8所示，在旋转角度θA1、旋转角度θB1、旋转角度θB2之间的角度关系满足下述式(4)的情况下，控制器200决定将作业工具332进行负旋转。
θB1<θA1<θB2…(4)
如图9所示，在旋转角度θA1、旋转角度θB1、旋转角度θB2之间的角度关系满足下述式(5)的情况下，控制器200决定将作业工具332进行负旋转。
θB2<θB1<θA1…(5)
如图10所示，在旋转角度θA1、旋转角度θB1、旋转角度θB2之间的角度关系满足下述式(6)的情况下，控制器200决定将作业工具332进行负旋转。
θA1<θB2<θB1…(6)
再者，所述中是以采用将正旋转方向作为正角度而表示的右手坐标系来作为史卡拉机器人300的坐标系为前提进行说明，也可采用将负旋转方向作为正角度而表示的左手坐标系作为史卡拉机器人300的坐标系。所述情况下，将所述式(1)～式(6)所示的大小关系反转。典型的是，决定所述旋转方向的控制可应用于采用右手系及左手系的任一坐标系的史卡拉机器人300，但所述控制也可应用于采用右手系及左手系的坐标系以外的坐标系的史卡拉机器人300。
[E.控制***1的功能构成]
参照图11及图12对构成控制***1的各装置的功能进行说明。图11是表示构成控制***1的控制器200的功能构成的一例的图。图12是表示构成控制***1的伺服驱动器400的功能构成的一例的图。
(E1.控制器200的功能构成)
首先，参照图11来对控制器200的功能进行说明。
如图11所示，控制器200包括取得部252、决定部254、生成部256、转换部258、输出部260作为功能构成。图11所示的各功能框例如由控制器200的后述的控制装置201(参照图15)来实现。
取得部252自控制器200的上位控制器或设定装置100等取得史卡拉机器人300的控制对象的目标位置。所述目标位置例如是依据预先设定的作业工序而由上位控制器决定，或在安装(install)于设定装置100上的编程工具中由用户指定。目标位置例如由所述编程工具上的坐标系(x，y，z)表示。由取得部252取得的目标位置输出至决定部254。
决定部254基于由取得部252取得的控制对象的目标位置、与自伺服驱动器400取得的控制对象的现在位置而决定作业工具332的旋转方向。另外，决定部254基于由取得部252取得的控制对象的目标位置、与自伺服驱动器400取得的现在位置，而生成生成部256生成控制对象的轨迹所需要的绝对目标位置。所述绝对目标位置例如由实空间的坐标系(x'，y'，z'，rz')表示。坐标值“x'”表示所述X轴上的位置。坐标值“y'”表示所述Y轴上的位置。坐标值“z'”表示所述Z轴上的位置。坐标值“rz'”表示作业工具332的旋转方向，且表示正旋转或负旋转。决定部254的处理的详细情况将于后述。
优选为决定部254在使史卡拉机器人300的控制对象的移动开始前决定作业工具332的旋转方向。由决定部254决定旋转方向后，控制器200在史卡拉机器人300的控制对象(例如，第二臂328或作业工具332等)向目标位置移动的过程中，使作业工具332在所决定的旋转方向上旋转。即，控制器200决定作业工具332的旋转方向后开始所决定的旋转方向上的作业工具332的旋转驱动。
生成部256生成用于使控制对象向自决定部254输出的绝对目标位置移动的速度波形。生成部256基于所生成的速度波形而将算出的每一规定周期的指令位置输出至转换部258。
转换部258将自生成部256输出的指令位置转换成史卡拉机器人300的伺服驱动器400可读取的形式。所述转换是基于反向运动学运算或预先规定的坐标系转换式而进行。由此，自生成部256输出的指令位置转换成以史卡拉机器人300为基准的机器人坐标系。
输出部260将自转换部258输出的指令位置输出至伺服驱动器400。由此，各伺服驱动器400使对应的控制对象向目标位置驱动。
(E2.伺服驱动器400的功能构成)
其次，参照图12来对连接于依据本实施方式的控制器200的伺服驱动器400的功能构成的一例进行说明。图12所示的各功能块由伺服驱动器400的控制装置(未图示)来实现。
依据本实施方式的控制***1中，自控制器200对伺服驱动器400提供作为指令值的目标位置。伺服驱动器400以作为控制对象的史卡拉机器人300的各臂的实际位置与来自控制器200的目标位置一致的方式控制对伺服电动机340供给的驱动电流。
典型的是，在伺服驱动器400中，安装控制回路，所述控制回路除了包含针对位置的主回路之外，还包含针对速度的副回路。更具体而言，伺服驱动器400包含差分运算部410、差分运算部414、位置控制部412、速度控制部416、转矩滤波器420、电流控制部422、及速度检测部424作为功能构成。
位置控制部412为构成针对位置的控制回路的控制运算部，输出在差分运算部410中算出的、和目标位置与实际位置(反馈值)的偏差相应的控制量。作为位置控制部412，典型的是也可使用P(比例)控制。即，位置控制部412将对目标位置与实际位置的偏差乘以预先规定的比例系数所得的值作为控制量而输出。
速度控制部416为构成针对速度的控制回路的控制运算部，输出在差分运算部414中算出的、和来自位置控制部412的控制量与来自速度检测部424的实际速度的偏差相应的控制量。作为速度控制部416，典型的是也可使用PI(比例积分)控制。即，位置控制部412将对来自位置控制部412的指令速度与实际速度的偏差乘以比例系数所得的值、与由积分要素积分而得的值的和作为控制量而输出。
转矩滤波器420以自速度控制部416输出的控制量(伺服电动机340中应产生的转矩指令值)的每单位时间的变化的程度不会变得过大的方式缓和时间变化的程度。即，转矩滤波器420使自速度控制部416输出的控制量减弱。来自转矩滤波器420的控制量输出至电流控制部422。
电流控制部422对应于来自转矩滤波器420的控制量而决定史卡拉机器人300的伺服电动机340中的开关时序(timing)。即，电流控制部422以可实现由转矩滤波器420决定的指令转矩的方式，决定对伺服电动机340供给的电流的大小、时序、波形等。依据由电流控制部422决定的控制量，伺服电动机340驱动。利用自伺服电动机340供给的电流，伺服电动机340旋转驱动。
实际位置自编码器(未图示)输出，以作为表示史卡拉机器人300的各臂的位移的反馈值，速度检测部424对来自编码器的实际位置进行微分而算出实际速度。
[F.控制器200的控制结构]
参照图13来对控制器200的控制结构进行说明。图13是表示所述决定部254(参照图11)的处理的流程图。图13的处理由控制器200的后述的控制装置201(参照图15)来实现。在其他方案中，处理的一部分或全部也可由电路元件或其他硬件来执行。
步骤S110中，控制装置201，作为决定部254，自所述取得部252(参照图11)接收史卡拉机器人300的控制对象的目标位置。作为一例，控制装置201取得第二臂328的目标位置、与主轴330(或作业工具332)的目标位置。所述目标位置例如是依据预先设定的作业工序而由上位控制器决定，或在安装于所述设定装置100上的编程工具中由用户指定。目标位置例如由所述编程工具上的坐标系(x，y，z)表示。
步骤S112中，控制装置201自伺服驱动器400取得控制对象的现在位置。作为一例，控制装置201取得第二臂328的现在位置、与主轴330(或作业工具332)的现在位置。
步骤S114中，控制装置201根据步骤S112中取得的第二臂328的现在位置而算出第二臂328的现在的旋转角度。作为一例，控制装置201依据预先规定的矩阵转换式而将第二臂328的现在位置转换为第二臂328的现在的旋转角度。
步骤S116中，控制装置201将步骤S110中取得的作业工具332的目标位置转换成实空间的坐标系(x'，y'，z')。坐标值“x'”表示所述X轴上的位置。坐标值“y'”表示所述Y轴上的位置。坐标值“z'”表示所述Z轴上的位置。作为一例，控制装置201依据预先规定的矩阵转换式而将作业工具332的目标位置转换为移动后的第二臂328的旋转角度。
步骤S120中，控制装置201决定作业工具332的旋转方向。关于作业工具332的旋转方向的决定流程，以图14进行说明。
步骤S200中，控制装置201对步骤S116中算出的作业工具332的绝对目标位置附加步骤S120中决定的旋转方向。结果，实空间上的作业工具332的绝对目标位置由坐标系(x'，y'，z'，rz')表示。坐标值“rz'”表示作业工具332的旋转方向，且表示正旋转或负旋转。或者，坐标值“rz'”也可由作业工具332的旋转角度表示。实空间上的作业工具332的绝对目标位置输出至所述生成部256(参照图11)。
(F1.步骤S120的处理流程)
参照图14，进而对图13所示的步骤S120的处理进行详细说明。图14是表示决定作业工具332的旋转方向的处理流程的图。
步骤S122中，控制装置201取得移动前的作业工具332的旋转角度θB1(参照图5～图10)、与移动后的作业工具332的旋转角度θB2(参照图5～图10)。如上所述，旋转角度θB1、旋转角度θB2相当于规定的基准轴(例如，X轴)、与所述电缆方向335(参照图4(A)、图4(B))之间的正旋转侧的角度。
步骤S124中，控制装置201算出第二臂328的旋转角度θA1(参照图5～图10)。典型的是，控制装置201将对自驱动第二臂328的伺服驱动器400B所得的旋转角度加上180度所得的结果视为旋转角度θA1。即，通常自伺服驱动器400B输出的第二臂328的旋转角度表示自第二臂328的第二旋转轴326侧的一端起而朝向第二臂328的主轴330侧的另一端的方向，因此表示臂方向的反方向。因此，控制装置201通过对自伺服驱动器400输出的第二臂328的旋转角度加上180度而指定臂方向。
步骤S130中，控制装置201判断移动后的作业工具332的旋转角度θB2是否小于移动前的第二臂328的旋转角度θA1。控制装置201在判断旋转角度θB2小于旋转角度θA1的情况下(步骤S130中为是(YES))，将控制切换为步骤S132。在并非如此的情况下(在步骤S130中为否(NO))，控制装置201将控制切换为步骤S142。
步骤S132中，控制装置201判断移动前的第二臂328的旋转角度θA1是否小于移动前的作业工具332的旋转角度θB1。控制装置201在判断旋转角度θA1小于旋转角度θB1的情况下(在步骤S132中为是(YES))，将控制切换为步骤S138。在并非如此的情况下(在步骤S132中为否(NO))，控制装置201将控制切换为步骤S134。
步骤S134中，控制装置201判断移动前的作业工具332的旋转角度θB1是否小于移动后的作业工具332的旋转角度θB2。控制装置201在判断旋转角度θB1小于旋转角度θB2情况下(在步骤S134中为是(YES))，将控制切换为步骤S138。在并非如此的情况下(在步骤S134中为否(NO))，控制装置201将控制切换为步骤S136。
步骤S136中，控制装置201将作业工具332的旋转方向决定为负旋转。
步骤S138中，控制装置201将作业工具332的旋转方向决定为正旋转。
步骤S142中，控制装置201判断移动前的作业工具332的旋转角度θB1是否小于移动前的第二臂328的旋转角度θA1。控制装置201在判断旋转角度θB1小于旋转角度θA1的情况下(在步骤S142中为是(YES))，将控制切换为步骤S148。在并非如此的情况下(在步骤S142中为否(NO))，控制装置201将控制切换为步骤S144。
步骤S144中，控制装置201判断移动后的作业工具332的旋转角度θB2是否小于移动前的作业工具332的旋转角度θB1。控制装置201在判断旋转角度θB2小于旋转角度θB1的情况下(在步骤S144中为是(YES))，将控制切换为步骤S148。在并非如此的情况下(在步骤S144中为否(NO))，控制装置201将控制切换为步骤S146。
步骤S146中，控制装置201将作业工具332的旋转方向决定为正旋转。
步骤S148中，控制装置201将作业工具332的旋转方向决定为负旋转。
[G.控制器200的硬件构成]
参照图15来对控制器200的硬件构成进行说明。图15是表示控制器200的硬件构成例的框图。
控制器200包含：中央处理器(Central Processing Unit，CPU)或微处理器(Micro-Processing Unit，MPU)等控制装置201、芯片组202、主存储器206、存储装置220、局部网络控制器203、通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)控制器204、存储卡界面205、内部总线控制器210、现场总线控制器208、现场总线控制器209、I/O单元211-1、I/O单元211-2、…。
控制装置201读出保存于存储装置220中的各种程序并展开到主存储器206中而执行，由此实现与控制对象相应的控制、及依据本实施方式的处理等。芯片组202对控制装置201与各部件(component)进行控制，由此实现作为控制器200整体的处理。
存储装置220例如为二次存储装置。存储装置220中除了用于实现PLC引擎的***程序以外，还保存有利用PLC引擎而执行的用户程序221。用户程序221包含以逻辑运算为主的顺序程序222、以位置控制或速度控制等数值的运算为主的运动程序(motion program)223、史卡拉机器人300的控制程序224等。
局部网络控制器203对经由局部网络而与其他装置(例如，伺服器等)之间的数据的交换进行控制。USB控制器204对经由USB连接而与其他装置(例如，PC(PersonalComputer)等)之间的数据的交换进行控制。
存储卡界面205构成为可安装/取下存储卡216，并且可对存储卡216写入数据并自存储卡216读出各种数据(用户程序或跟踪数据(trace data)等)。
内部总线控制器210为与搭载于控制器200的I/O单元211-1、I/O单元211-2、…之间交换数据的界面。
现场总线控制器208对经由现场网络NW1(参照图1)与其他装置(例如，设定装置100等)之间的数据的交换进行控制。同样地，现场总线控制器209对经由现场网络NW2(参照图1)与其他装置(例如，史卡拉机器人300或伺服驱动器400)之间的数据的交换进行控制。
图15中表示控制装置201执行程序而提供所需的功能的构成例，这些提供的功能的一部分或全部是使用专用的硬件电路(例如，专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)或现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)等)来安装。或者，也可使用依据通用的体系结构(architecture)的硬件(例如，将通用的个人计算机作为基础的产业用个人计算机)来实现控制器200的主要部分。所述情况下，可使用虚拟化技术，并列地执行用途不同的多个操作***(Operating System，OS)，并且在各OS上执行所需的应用(application)。
[H.第一实施方式的总结]
如以上般，依据本实施方式的控制器200在史卡拉机器人300的控制对象向目标位置移动的过程中以电缆333不会冲撞史卡拉机器人300的零件(例如，第二臂328或作业工具332)的方式决定作业工具332的旋转方向。其后，控制器200在控制对象的移动过程中，使作业工具332在所决定的旋转方向上旋转。由此，防止在作业过程中电缆333破损。此种破损可由作业工具332的旋转方向的控制而防止，因此无需对史卡拉机器人重新设置机械性结构。因此，可抑制史卡拉机器人300的成本增大，且史卡拉机器人300的尺寸也不会变大。
＜第2实施方式＞
[A.概要]
图16是用于说明依据第二实施方式的控制器200的概要的图。
图16中示出史卡拉机器人300自状态SA1过度至状态SA2的形态。依据第一实施方式的控制器200基于移动前的第二臂328的旋转角度、移动前的作业工具332的旋转角度、及移动后的作业工具332的旋转角度之间的相对关系而决定作业工具332的旋转方向。若采用第一实施方式的旋转方向的决定方法，则状态SA1中，控制器200决定使作业工具332负旋转。
然而，自状态SA1过度至状态SA2的过程中，第二臂328与作业工具332的位置关系发生变化。结果，作业工具332若进行负旋转，则电缆333会冲撞史卡拉机器人300的零件。如此，第一实施方式中说明的旋转方向的决定方法中，罕见地产生电缆333冲撞史卡拉机器人300的零件的情况。
因此，依据第二实施方式的控制器200不仅使用移动前的第二臂328的旋转角度、移动前的作业工具332的旋转角度、及移动后的作业工具332的旋转角度，而且进而使用移动后的第二臂328的旋转角度来决定作业工具332的旋转方向。如此，通过考虑到移动后的第二臂328的旋转角度，控制器200可更确实地在作业过程中防止电缆333接触第二臂328。
关于依据第二实施方式的控制***1的硬件构成等其他方面，与依据第一实施方式的控制***1相同，因此以下不再重复这些说明。
[B.控制器200的控制结构]
参照图17来对依据第二实施方式的控制器200的控制结构进行说明。图17是表示第二实施方式的、决定作业工具332的旋转方向的处理流程的图。
步骤S122A中，控制装置201取得移动后的第二臂328的旋转角度θA2、移动前的作业工具332的旋转角度θB1、及移动后的作业工具332的旋转角度θB2。旋转角度θA2相当于自第二臂328的主轴330侧的一端起而朝向第二臂328的第二旋转轴326侧的另一端的方向、与规定的基准轴(例如，X轴)之间的正旋转侧的角度。移动后的旋转角度θA2是基于史卡拉机器人300的控制对象的目标位置而算出。
步骤S123A中，控制装置201自第二臂328的旋转角度θB2减去移动前至移动后的第二臂328的旋转角度(即，θA2-θA1)来算出补正角度θB'。即，补正角度θB'是基于下述式(7)而算出。
θB'＝θB2-(θA2-θB1)…(7)
步骤S124中，控制装置201算出第二臂328的旋转角度θA1(参照图5～图10)。典型的是，控制装置201将对自驱动第二臂328的伺服驱动器400B所得的旋转角度加上180度所得的结果视为旋转角度θA1。即，通常自伺服驱动器400B输出的第二臂328的旋转角度表示自第二臂328的第二旋转轴326侧的一端起而朝向第二臂328的主轴330侧的另一端的方向，控制装置201对所述角度加上180度而转换成自第二臂328的主轴330侧的一端起而朝向第二臂328的第二旋转轴326侧的另一端的方向。
步骤S130A中，控制装置201判断步骤S123A中算出的补正角度θB'是否小于移动前的第二臂328的旋转角度θA1。控制装置201在判断补正角度θB'小于旋转角度θA1的情况下(在步骤S130A中为是(YES))，将控制切换为步骤S132。在并非如此的情况下(在步骤S30A中为否(NO))，控制装置201将控制切换为步骤S142。
步骤S132中，控制装置201判断移动前的第二臂328的旋转角度θA1是否小于移动前的作业工具332的旋转角度θB1。控制装置201在判断旋转角度θA1小于旋转角度θB1的情况下(在步骤S132中为是(YES))，将控制切换为步骤S138。在并非如此的情况下(在步骤S132中为否(NO))，控制装置201将控制切换为步骤S134A。
步骤S134A中，控制装置201判断移动前的作业工具332的旋转角度θB1是否小于步骤S123A中算出的补正角度θB'。控制装置201在判断旋转角度θB1小于补正角度θB'的情况下(在步骤S134A中为是(YES))，将控制切换为步骤S138。在并非如此的情况下(在步骤S134A中为否(NO))，控制装置201将控制切换为步骤S136。
步骤S136中，控制装置201将作业工具332的旋转方向决定为负旋转。
步骤S138中，控制装置201将作业工具332的旋转方向决定为正旋转。
步骤S142中，控制装置201判断移动前的作业工具332的旋转角度θB1是否小于移动前的第二臂328的旋转角度θA1。控制装置201在判断为旋转角度θB1小于旋转角度θA1的情况下(在步骤S142中为是(YES))，将控制切换为步骤S148。在并非如此的情况下(在步骤S142中为否(NO))，控制装置201将控制切换为步骤S144A。
步骤S144A中，控制装置201判断步骤S123A中算出的补正角度θB'是否小于移动前的作业工具332的旋转角度θB1。控制装置201在判断为补正角度θB'小于旋转角度θB1的情况下(在步骤S144A中为是(YES))，将控制切换为步骤S148。在并非如此的情况下(在步骤S144A中为否(NO))，控制装置201将控制切换为步骤S146。
步骤S146中，控制装置201将作业工具332的旋转方向决定为正旋转。
步骤S148中，控制装置201将作业工具332的旋转方向决定为负旋转。
[C.第二实施方式的总结]
如所述般，依据本实施方式的控制器200基于控制对象的移动前的第二臂328的旋转角度、控制对象的移动后的第二臂328的旋转角度、控制对象的移动前的作业工具332的旋转角度、及控制对象的移动后的作业工具332的旋转角度之间的相对关系而决定作业工具332的旋转方向。如此，通过进而考虑到移动后的第二臂328的旋转角度，控制器200可更确实地在作业过程中防止电缆333冲撞史卡拉机器人300的零件。
应认为，此次揭示的实施方式在所有方面仅为例示而非限制者。应意识到，本发明的范围是由权利要求而非所述说明所示，且包含与权利要求均等的含义及范围内的所有变更。

Claims (8)

1.一种控制***，其特征在于包括：
机器人；及
用于控制所述机器人的控制器，
所述机器人包括：
第一旋转轴；
第一臂，构成为可以所述第一旋转轴为中心而在与所述第一旋转轴正交的平面上旋转；
第二旋转轴，与所述第一旋转轴平行地配置且设置于所述第一臂；
第二臂，构成为可以所述第二旋转轴为中心而在与所述第二旋转轴正交的平面上旋转；
主轴，与所述第二旋转轴平行地配置且设置于所述第二臂；
作业工具，构成为以所述主轴为中心而旋转，设置于所述主轴的顶端且用于对工件进行规定的作业；及
电缆，将所述第二臂及所述作业工具相连；
所述控制器包括：
取得部，用于取得所述机器人的控制对象的目标位置；及
决定部，用于在所述控制对象向所述目标位置移动的过程中，以所述电缆不冲撞所述机器人的零件的方式决定所述作业工具以所述主轴为中心的旋转方向。
2.根据权利要求1所述的控制***，其特征在于：所述决定部基于所述控制对象的移动前的所述第二臂的旋转角度、所述控制对象的移动前的所述作业工具的旋转角度、及所述控制对象的移动后的所述作业工具的旋转角度之间的相对关系而决定所述旋转方向。
3.根据权利要求1所述的控制***，其特征在于：所述决定部基于所述控制对象的移动前的所述第二臂的旋转角度、所述控制对象的移动后的所述第二臂的旋转角度、所述控制对象的移动前的所述作业工具的旋转角度、及所述控制对象的移动后的所述作业工具的旋转角度之间的相对关系而决定所述旋转方向。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制***，其特征在于：所述决定部在使所述控制对象的移动开始前决定所述旋转方向。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的控制***，其特征在于：所述作业工具构成为在所述控制对象向所述目标位置移动的过程中在所述旋转方向上旋转。
6.一种控制器，其为机器人的控制器，其特征在于：
所述机器人包括：
第一旋转轴；
第一臂，构成为可以所述第一旋转轴为中心而在与所述第一旋转轴正交的平面上旋转；
第二旋转轴，与所述第一旋转轴平行地配置且设置于所述第一臂；
第二臂，构成为可以所述第二旋转轴为中心而在与所述第二旋转轴正交的平面上旋转；
主轴，与所述第二旋转轴平行地配置且设置于所述第二臂；
作业工具，构成为以所述主轴为中心而旋转，设置于所述主轴的顶端且用于对工件进行规定的作业；及
电缆，将所述第二臂及所述作业工具相连；
所述控制器包括：
取得部，用于取得所述机器人的控制对象的目标位置；及
决定部，用于在所述控制对象向所述目标位置移动的过程中，以所述电缆不冲撞所述机器人的零件的方式决定所述作业工具以所述主轴为中心的旋转方向。
7.一种控制方法，其为机器人的控制方法，其特征在于：
所述机器人包括：
第一旋转轴；
第一臂，构成为可以所述第一旋转轴为中心而在与所述第一旋转轴正交的平面上旋转；
第二旋转轴，与所述第一旋转轴平行地配置且设置于所述第一臂；
第二臂，构成为可以所述第二旋转轴为中心而在与所述第二旋转轴正交的平面上旋转；
主轴，与所述第二旋转轴平行地配置且设置于所述第二臂；
作业工具，构成为以所述主轴为中心而旋转，设置于所述主轴的顶端且用于对工件进行规定的作业；及
电缆，将所述第二臂及所述作业工具相连；
所述控制方法包括：
取得步骤，取得所述机器人的控制对象的目标位置；及
决定步骤，在所述控制对象向所述目标位置移动的过程中，以所述电缆不冲撞所述机器人的零件的方式决定所述作业工具以所述主轴为中心的旋转方向。
8.一种记录媒体，其存储机器人的控制程序，其特征在于：
所述机器人包括：
第一旋转轴；
第一臂，构成为可以所述第一旋转轴为中心而在与所述第一旋转轴正交的平面上旋转；
第二旋转轴，与所述第一旋转轴平行地配置且设置于所述第一臂；
第二臂，构成为可以所述第二旋转轴为中心而在与所述第二旋转轴正交的平面上旋转；
主轴，与所述第二旋转轴平行地配置且设置于所述第二臂；
作业工具，构成为以所述主轴为中心而旋转，设置于所述主轴的顶端且用于对工件进行规定的作业；及
电缆，将所述第二臂及所述作业工具相连；
所述控制程序使所述机器人的控制器执行如下步骤：
取得步骤，取得所述机器人的控制对象的目标位置；及
决定步骤，在所述控制对象向所述目标位置移动的过程中，以所述电缆不冲撞所述机器人的零件的方式决定所述作业工具以所述主轴为中心的旋转方向。
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