JP2004334258A - ロボット制御ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】操作盤を別途設ける必要のないロボット制御ユニットの提供。
【解決手段】本発明は、液晶ディスプレイ４１とタッチパネル４２とを積層して構成される入力表示部４３と、ロボットコントローラ３との情報の授受を制御する演算処理回路４８と、この演算処理回路４８からの指示を受け、ロボットの運転中は、タッチパネル４２に対応したロボットへの運転制御信号入力用のスイッチ要素と、ロボットコントローラ３から送られる情報に基づいたロボット運転状況表示項目とから構成される運転状況表示画面を前記液晶ディスプレイ４１に表示し、またロボットの教示作業中は、タッチパネル４２に対応した教示データ入力用のスイッチ要素と、ロボット制御用の教示データ表示項目とから構成されるティーチング画面を前記液晶ディスプレイ４１にそれぞれ表示する表示制御回路４９とを有するペンダント部４を備えているものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばワークにねじを締め付ける時に用いるねじ締めロボット等の各種ロボットの動作制御を行うロボット制御ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特許文献に示されるロボットの教示装置が知られている。この教示装置は、ロボット本体を制御するコントローラに接続されるもので、一般にはティーチングペンダント等と称されることが多い。この教示装置は、ロボットの自動運転を行わせるために必要となる動作方式、移動ポイント、パレタイズ方式、速度等の各種教示データの入力作業に使用されるものである。また、キー操作部からの入力によってロボット本体をマニュアル操作する機能も提供されている。
【０００３】
【特許文献】特開２００１−８８０６８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のロボットの教示装置は、基本的にロボット制御用の各種教示データをコントローラに入力設定するものである。従って、従来のロボットのコントローラには、ロボットの運転状況を表示したり、運転中のロボットに非常停止信号等の各種運転制御信号を与えるため、教示装置とは別に操作盤が必要であった。このため、従来のロボットのコントローラにおいては、必要に応じて教示装置と操作盤とを使い分けなければならず、ロボットの制御に係る操作系統が非常に複雑になる等の問題が発生していた。また、教示装置と操作盤とが必要であるため、資源的なロスも多く、環境負荷が大きくなる等の問題も発生していた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、操作盤を別途設ける必要のないロボット制御ユニットの提供を目的とするものである。
【０００６】
前記目的を達成するために本発明は、予め設定されたプログラムに従ってロボットの制御を行うロボットコントローラと、このロボットコントローラに接続されるペンダント部とを有するロボット制御ユニットにおいて、前記ペンダント部は、表示手段とタッチパネルとを積層して構成される入力表示部と、前記ロボットコントローラとの情報の授受を制御する演算処理部と、前記演算処理部からの指示を受け、ロボットの運転中は、タッチパネルに対応したロボットへの運転制御信号入力用のスイッチ要素と、ロボットコントローラから送られる情報に基づいたロボット運転状況表示項目とから構成される運転状況表示画面を前記表示手段に表示し、またロボットの教示作業中は、タッチパネルに対応した教示データ入力用のスイッチ要素と、ロボット制御用の教示データ表示項目とから構成されるティーチング画面を前記表示手段にそれぞれ表示する表示制御部とを備えている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１ないし図１０において、１はねじ締めロボットであり、２はねじ締めロボット１を制御するためのロボット制御ユニット（以下、単に制御ユニットという）である。この制御ユニット２は、ねじ締めロボット１に接続されたロボットコントローラ３と、このロボットコントローラ３に接続されたペンダント部４とから構成される。
【０００８】
前記ねじ締めロボット１は、図３に矢印で示す各方向に往復動作可能な可動部Ｙ１，Ａ１，Ｚ１を組み合わせて構成されたロボット本体１１と、このロボット本体１１の可動部Ｚ１に連結されて可動部Ｚ１と一体に往復移動可能なねじ締めツールＴ１とを有して成る。ねじ締めツールＴ１は、ねじＳの頭部に成形された駆動穴に係合可能なビット１２を有し、このビット１２を回転駆動源の一例であるＡＣサーボモータ１３に緩衝機構を介すことなく直結的に連結して構成されるものである。また、ビット１２の移動路上には、ねじ供給装置Ｆ１から送られるねじＳを一旦保持するためのキャッチャ１４が配置してある。
【０００９】
前記ロボットコントローラ３は、制御回路、モータ駆動回路、データ記憶媒体等（何れも図示せず）を有し、予め記憶された動作プログラムおよびペンダント部４から入力されるティーチングデータおよび各種の指令信号に従い、ねじ締めロボット１を制御する。また、ねじ締めロボット１の運転中には、ねじの締付けが完了したワーク数、処理目標となるワーク数、ねじ締めロボット１の作業位置情報（座標情報）および動作制御情報等の運転状況データをペンダント部４に逐次送信する。この運転状況データは、ねじ締めロボット１の運転のために動作プログラムにロードされているティーチングデータ、ねじ締めロボット１に備えられた各種センサ（図示せず）からの信号等をソフトウェアで解析して得ることができる。
【００１０】
前記ペンダント部４は、ねじ締めロボット１周辺の任意の位置において、ねじ締めロボット１の動作、ワークに設定されたねじ締めポイントの位置等を確認しながらねじ締めロボット１に各種のティーチングデータを入力できるよう、作業者が手で持って運べる大きさ・形状に構成されている。このペンダント部４は、ロボットコントローラ３にケーブルで接続する構成であり、このペンダント部４とロボットコントローラ３との接続は、ＲＳ２３２Ｃ、ＵＳＢ、Ｉ／Ｏ接続等、所定のインタフェイス５（図１参照）を介する。
【００１１】
ペンダント部４は、図４（ａ）および同図（ｂ）に示すように、カラー表示可能な表示手段の一例である液晶ディスプレイ４１（以下、液晶画面４１という）とタッチパネル４２とを積層して構成した入力表示部４３を有し、この入力表示部４３の周辺に、非常停止スイッチ４４、デッドマンスイッチ４５、セレクタキースイッチ４６、各種表示ランプ等を配置して構成される。タッチパネル４２は、周知の通り、液晶画面４１に映し出されるイメージスイッチ等の画像に対応してエリア分割を行い、所定のエリアに指またはタッチペン等の入力機器が触れると、接触エリアに応じた信号を出力するものである。一般には、金融機関の現金自動預け払い機等において、情報入力用のキーとして広く採用されている。
【００１２】
前記ペンダント部４は、ブロックで示すと図１の構造となる。この図１に示すように、前記液晶画面４１は、演算処理部たる演算処理回路４８に接続された表示制御部たる表示制御回路４９に接続され、タッチパネル４２は、演算処理回路４８に接続されている。この演算処理回路４８は、前記インタフェイス５を介してロボットコントローラ３に接続され、ロボットコントローラ３と情報の授受を行う。また、演算処理回路４８は、ロボットコントローラ３、タッチパネル４２から送られた各種情報（信号）を演算処理し、各部に指令を与える。一方、非常停止スイッチ４４、デッドマンスイッチ４５およびセレクタキースイッチ４６は、インタフェイス５を介してロボットコントローラ３に結線され、ロボットコントローラ３の制御回路に直接信号を与えられるように構成されている。
【００１３】
ペンダント部４は、ロボットコントローラ３からの電力供給を受け、液晶画面４１に図５に示す初期メニュー画面２０を表示する。この初期メニュー画面２０における運転メニュースイッチ２１を選択する（タッチパネル４２に指で触れる；以下同じ）と、それに応じた信号がタッチパネル４２から演算処理回路４８に送られ、演算処理回路４８はロボットコントローラ３と通信を行って必要な運転状況データを受信し、これに基づいて運転状況表示画面の表示指令を表示制御回路４９に与える。これを受け、表示制御回路４９は、液晶画面４１に運転状況表示画面を表示する。
【００１４】
運転状況表示画面は、図６に示す自動運転画面２２と、図７に示す手動運転画面２３とで構成され、これらの画面は、各画面の左下に設けた「手動」または「自動」の各スイッチ２２ａ，２３ａを選択することで切り替えられるようになっている。後述のねじ締めロボットの自動運転中に自動運転画面２２の「手動」スイッチ２２ａが押された場合、ねじ締めロボット１の自動運転が強制的に停止されて、運転状況表示画面が手動運転画面２３に切り換えられる。この意味で、自動運転画面２２における「手動」スイッチ２２ａは、単に画面切り換え用だけのものではなく、ねじ締めロボット１の運転制御信号を入力するためのものであるともいえる。
【００１５】
自動運転画面２２は、さらに標準表示モード２４と詳細表示モード２５に分けられている。標準表示モード２４においては、図６上部に示すように、
ねじ締めロボットが原位置にある時に点灯する「原位置」ランプ２４ａ、
ねじ締めロボット１の運転制御信号の一つである自動運転スタート信号を入力するとともに、自動運転状態を表示するための「自動運転」ランプスイッチ２４ｂ、
ねじ締めロボット１の運転制御信号の一つである自動運転停止信号を入力するための「サイクル停止」スイッチ２４ｃ、
ねじの締付け異常（締付けトルクの異常、締付け高さの異常等）が発生した場合に点灯するとともに締付異常の詳細を表示する画面への移行用スイッチとして機能する「締付異常」ランプスイッチ２４ｄ、
ねじ締めロボット１の動作エラーが発生した場合に点灯するとともにエラーの詳細表示画面への移行用スイッチとして機能する「ＲＯＢＯＴ異常」ランプスイッチ２４ｅ、
ねじ供給装置Ｆ１のねじ不足を通知する「ねじ不足」ランプ２４ｆ、
運転状況の表示対象となっているねじ締めロボット１の機種番号、ねじ締付けポイント番号、作業情報を表示するテーブル２４ｇ、
ねじ締めを行うワークの目標数、ねじ締め完了ワーク数およびその内の正常締付け完了ワーク数をそれぞれ表示するカウンタ２４ｈ
が設けられている。なお、これらを特許請求の範囲の記載に従って分類すると、前記「自動運転」ランプスイッチ２４ｂ、「サイクル停止」スイッチ２４ｃが特許請求の範囲に記載のスイッチ要素に該当し、「原位置」ランプ２４ａ、「締付異常」ランプスイッチ２４ｄ、「ＲＯＢＯＴ異常」ランプスイッチ２４ｅ、「ねじ不足」ランプ２４ｆ、テーブル２４ｇ及びカウンタ２４ｈがロボット運転状況表示項目に該当する。また、前記「ランプ」という語は表示灯として機能することを示し、「ランプスイッチ」という語は表示灯およびスイッチとして機能することを示す。
【００１６】
標準表示モード２４から詳細表示モード２５への画面切り替えは、標準表示モード２４の画面下部に設けられた「詳細表示」スイッチ２４ｉを選択する。この詳細表示モード２５では、図６下部に示すように、上述の標準表示モード２４に見られた項目の外、ねじ締めロボット１の動作速度、作業を行っているねじ締付けポイントの座標情報を含むテーブル２５ａが表示される。なお、詳細表示モード２５における「標準表示」スイッチ２５ｃを選択すると、標準表示モード２４に戻ることができる。また、ワークが変更された場合には、標準表示モード２４、詳細表示モード２５の各画面下部に設けられた「機種変更」スイッチ２４ｊ，２５ｂを選択する。これにより機種選択画面（図示せず）に移行し、ワークの種類（機種）を変更することができる。このワークの種類については、１００種類を登録しておくことが可能であり、この１００種類のワークに対して後述の座標情報設定テーブル２８ａがそれぞれ設けられる。
【００１７】
前記「自動運転」ランプスイッチ２４ｂを押すと、ロボットコントローラ３は動作プログラムおよびティーチングデータによって定められる動作手順に従ってねじ締めロボット１を制御する。これにより、ねじ締めロボット１は、ワークへのねじ締め作業を開始する。このねじ締めロボット１の自動運転中には、ロボットコントローラ３から運転状況データが順次ペンダント部４に送られる。そして、ペンダント部４においては、この運転状況データに従い、前記自動運転画面２２における各表示項目の内容が更新されていく。また、ねじ締めロボット１運転中には、ペンダント部４の非常停止スイッチ４４、「サイクル停止」スイッチ２４ｃ等から、ねじ締めロボット１の運転制御用の信号を入力することができる。なお、非常停止スイッチ４４は、ねじ締めロボット１をその場で強制的に停止させる時に用い、また「サイクル停止」スイッチ２４ｃは、これが押された時にねじ締めを行っているワークへねじを全て締め付けて後、ねじ締めロボット１の自動運転を終了する時に用いる。
【００１８】
一方、前記手動運転画面２３は、ねじ締めロボット１の動作チェックを行う場合など、ねじ締めロボット１を手動（マニュアル）で運転する場合に用いる。この手動運転画面２３には、前記自動運転画面２２において表示される項目の外、ねじ締めロボット１への運転制御信号入力用のスイッチ要素として、図７に示すように、「ＳＴＥＰ」スイッチ２３ｂ、「ポイント送り」スイッチ２３ｃ、「ねじ締付」スイッチ２３ｄおよび「ねじ送り」スイッチ２３ｅが設定される。
【００１９】
「ＳＴＥＰ」スイッチ２３ｂは、後述の座標情報とねじ締め動作情報とから決定される動作順序に従い、ねじ締めロボット１をワンステップずつ動作させるためのものである。このスイッチ２３ｂを繰り返し押すことで、ねじ締め作業時のねじ締めロボット１の動作を再現することができる。また、「ポイント送り」スイッチ２３ｃは、後述の座標情報の登録順にねじ締めロボット１をねじ締めポイントへ移動動作させるためのものである。このスイッチ２３ｃを押す度に、ねじ締めロボット１は設定されている順序でねじ締めポイントを移動する。また、「ねじ締付」スイッチ２３ｄは、ねじ締めツールＴ１の往復移動と締付動作を行うためのものである。さらに、「ねじ送り」スイッチ２３ｅは、ねじ供給装置Ｆ１からのねじ送り動作を実行するためのものである。
【００２０】
手動運転画面の前記「ＳＴＥＰ」スイッチ２３ｂ、「ポイント送り」スイッチ２３ｃ、「ねじ締付」スイッチ２３ｄおよび「ねじ送り」スイッチ２３ｅを操作することにより、ねじ締めロボット１の手動運転が可能になる。この手動運転中にも、ロボットコントローラ３から運転状況データが順次ペンダント部４に送られ、ペンダント部４においては、この運転状況データに従って、前記手動運転画面２３における各表示項目の内容が更新される。
【００２１】
ねじ締めロボット１を制御するためのティーチングデータは、座標情報とねじ締め動作情報とで構成されている。この座標情報は、原点位置を基準としてねじ締めツールＴ１をワークのねじ締めポイント上へ移動させるための情報であり、また、ねじ締め動作情報は、ねじ締めツールＴ１によりワークのねじ締めポイントにねじＳをねじ込む時のねじ締めロボット１の動作を制御するための情報である。ペンダント部４は、これらを関連付け、かつ別々に設定できるように構成されている。
【００２２】
ロボットコントローラ３にティーチングデータを設定する場合には、まず、セレクタキースイッチ４６によりティーチング可能モードへの切り替えを行う。セレクタキースイッチ４６は、常時ＯＦＦの状態にあり、この状態でロボットコントローラ３に電源が投入された場合、前記初期メニュー画面２０に設けられているティーチングデータの設定画面移行用のティーチングメニュースイッチ２６、設定メニュースイッチ２７は機能しない。つまり、これらのメニュースイッチ２６，２７を選択してもタッチパネル４２からの出力信号は生じない。ティーチングデータを入力する場合には、セレクタキースイッチ４６に鍵（図示せず）を差し込んでＯＮにし、ティーチング可能モードに切り替えることで、初期メニュー画面２０のティーチングメニュースイッチ２６、設定メニュースイッチ２７が機能するようになる。
【００２３】
ティーチング可能モードに切り替えて後、初期メニュー画面２０のティーチングメニュースイッチ２６を選択すると、それに応じた信号がタッチパネル４２から演算処理回路４８に送られる。これを受けた演算処理回路４８は、その時選定されているワークの機種に対応する座標情報設定画面の表示指令を表示制御回路４９に与える。これを受け、表示制御回路４９は液晶画面４１に図８に示す前記座標情報の設定画面２８を表示する。この設定画面２８には、座標情報設定テーブル２８ａが設けられている。この座標情報設定テーブル２８ａは、ワークのねじ締めポイント上の所定位置にねじ締めツールＴ１を位置決めするのに必要な可動部Ｙ１、Ａ１、Ｚ１の各座標情報を設定するための項目２９，３０，３１と、ねじ締めポイントにおいてどういった形態のねじ締めを行うかを指定するための作業情報指定項目３２とを有し、これらを複数のねじ締めポイントＰ０〜Ｐ３９（合計４０ポイント，図面ではＰ０〜Ｐ４までを図示）について設定できるよう構成されている。つまり、一つのワークに対して４０ポイントのねじ締めポイントを設定することができ、これを１００機種分、合計４０００ポイント登録可能に構成されている。
【００２４】
前記座標情報設定テーブル２８ａの各項目へのデータ入力は、所望のねじ締めポイントの項目を選択してその項目欄をデータ入力可能状態にし、それから下部のテンキー部２８ｂを操作して行う。このように、座標情報設定テーブル２８ａの各項目欄は、ティーチングデータ表示項目として機能する以外に、ティーチングデータ入力用のスイッチ要素としても機能する。勿論、テンキー部２８ｂもティーチングデータ入力用のスイッチ要素である。
【００２５】
前記作業情報指定項目３２は、ねじ締め作業コードの設定項目Ｃ１と、ねじ締めツールＴ１のトルクチャンネルの設定項目Ｃ２とから構成される。
【００２６】
前記設定項目Ｃ１に設定されるねじ締め作業コードは、詳細を後述するねじ締め動作情報のチャンネル番号と、ねじ締めの形態とを２桁のコードで示すものであり、キャッチャにねじを供給して締付けるねじ締め作業、ワークに仮止めされているねじを増し締めする作業等の各種のねじ締めの形態に対し、どのチャンネル番号のねじ締め動作情報を使用するかを識別するためのものである。ちなみに、図８に示した設定項目Ｃ１の値「０１」は、チャンネル番号１のねじ締め動作情報を使用して、キャッチャに供給されたねじを締め付けるねじ締め作業を表すものである。
【００２７】
また、前記設定項目Ｃ２に設定されるトルクチャンネルは、複数のチャンネルに設定されたＡＣサーボモータ１３制御用のトルクデータの中から、所望のトルクデータを得るためのチャンネル番号を示す。ちなみに、図８に示した設定項目Ｃ２の値「０２」はチャンネル２に設定されたトルクデータを使用することを示す。なお、トルクデータは、別途設定画面（図示せず）から入力設定される。
【００２８】
ロボットコントローラ３に前記ねじ締め動作情報を教示する場合は、初期メニュー画面２０の設定メニュースイッチ２７を選択する。これにより液晶画面４１には、図９に示すねじ締め動作情報の設定画面３３が表示される。ここには、ねじ締めツールＴ１が所定のねじ締めポイントでねじの締め付けを実行する時、ロボット本体１１の制御に必要となるねじ締め作業データを設定することができる。このねじ締め作業データは、距離設定値３４、推力設定値３５、速度設定値３６に大別される。
【００２９】
距離設定値３４は、ねじ長さ３４ａ、ワーク手前オフセット３４ｂ、本締め切替点３４ｃ、段差分オフセット３４ｄ、高さ検出幅３４ｅの各設定項目で構成される。また、推力設定値３５は、早送り３５ａ、仮締め３５ｂ、本締め３５ｃの各設定項目で構成され、さらに、速度設定値３６は、早送り３６ａ、仮締め〜本締め３６ｂの各設定項目で構成される。これらの設定項目へのデータ入力は、所望の項目を選択してその項目欄をデータ入力可能状態にし、それから下部のテンキー部３３ａを操作して行う。このように、ねじ締め動作情報の設定画面３３の各項目も、前述の座標情報設定テーブル２８ａと同様、ティーチングデータ表示項目として機能する以外に、ティーチングデータ入力用のスイッチ要素としても機能する。勿論、テンキー部３３ａもティーチングデータ入力用のスイッチ要素である。
【００３０】
前記ねじ締め作業データの各設定項目に設定値が与えられることにより、ロボットコントローラ３においては、図１０に示すように、ワークにねじを締付ける過程の所定の通過点、主要な通過点間での推力、主要な通過点間での速度の各パラメータを定めることが可能となる。そして、ねじ締め作業においては、各パラメータに従って可動部Ｚ１が制御される。その結果、ねじ締めツールＴ１の移動位置に応じて、ねじ締めツールＴ１からねじＳに与えられる推力、ねじ締めツールＴ１の軸方向移動速度が変更される。これにより、ねじＳに与えられる推力をねじ込み過程の要所で最適な値に切り替えて正確なねじＳの締付けを行うことが可能となる。なお、ねじ締めツールＴ１の移動位置は、可動部Ｚ１の駆動源であるサーボモータ（図示せず）に備えられたロータリエンコーダ（図示せず）の信号から割り出すことができる。
【００３１】
前記ねじ締め動作情報の設定画面３３は、５チャンネル分用意されており、よって、ねじ５種類分のねじ締め動作情報を設定しておくことが可能である。各チャンネルに対応する設定画面は、画面切替スイッチ３７ａ，３７ｂで切り替えることができる。このチャンネルの番号が、前記設定項目Ｃ１に設定されるねじ締め作業コードの一部を構成することで、動作プログラムにおいては、各ねじ締めポイント毎に、どのチャンネルのねじ締め動作情報を利用するかを座標情報設定テーブルの参照時に識別し、これを内部設定することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のロボット制御ユニットによれば、ペンダント部においてロボットの運転中とティーチング作業中とで、それぞれ対応する画面表示を行うことができる。このため、ロボットのティーチング操作と、ロボット運転中の操作とを同じペンダント部から行うことが可能になり、簡便で迅速なティーチング作業、運転状況の把握、運転中のロボットへの運転制御信号の入力等を行うことが可能になる。また、従来必要であった操作盤が必要なくなるため、省コスト、省資源化に貢献できる等の利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロボット制御ユニットにおけるペンダント部のブロック説明図である。
【図２】本発明のロボット制御ユニットを含むねじ締めロボット系の全体斜視説明図である。
【図３】ねじ締めロボットの斜視説明図である。
【図４】（ａ）は本発明のロボット制御ユニットにおけるペンダント部の要部拡大正面図であり、（ｂ）はその側面図である。
【図５】ペンダント部の一表示画面を示す説明図である。
【図６】ペンダント部の一表示画面を示す説明図である。
【図７】ペンダント部の一表示画面を示す説明図である。
【図８】ペンダント部の一表示画面を示す説明図である。
【図９】ペンダント部の一表示画面を示す説明図である。
【図１０】ねじ締めロボットによりワークにねじを締め付ける時の所定の通過点、推力・速度の変更点を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ねじ締めロボット
２ ロボット制御ユニット
３ ロボットコントローラ
４ ペンダント部
Ｙ１，Ａ１，Ｚ１ 可動部
Ｔ１ ねじ締めツール
Ｆ１ ねじ供給装置

Claims (1)

1. 予め設定されたプログラムに従ってロボットの制御を行うロボットコントローラと、このロボットコントローラに接続されるペンダント部とを有するロボット制御ユニットにおいて、
   前記ペンダント部は、
   表示手段とタッチパネルとを積層して構成される入力表示部と、
   前記ロボットコントローラとの情報の授受を制御する演算処理部と、
   前記演算処理部からの指示を受け、ロボットの運転中は、タッチパネルに対応したロボットへの運転制御信号入力用のスイッチ要素と、ロボットコントローラから送られる情報に基づいたロボット運転状況表示項目とから構成される運転状況表示画面を前記表示手段に表示し、またロボットの教示作業中は、タッチパネルに対応した教示データ入力用のスイッチ要素と、ロボット制御用の教示データ表示項目とから構成されるティーチング画面を前記表示手段にそれぞれ表示する表示制御部と
   を備えていることを特徴とするロボット制御ユニット。

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