JP6339534B2 - 最大で二つのワークを把持するハンドを備えたロボットの制御方法およびロボット制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、最大で二つのワークを把持するハンドを備えたロボットを制御するロボット制御方法およびそのような方法を実施するロボット制御装置に関する。

産業用ロボットは、各種作業、例えば組立作業、溶接作業などを行うのに使用される。そのような作業においては、ロボットは停止状態から所定の速度まで加速したり、所定の速度から減速して停止したりしている。特許文献１、特許文献２および特許文献３には、そのように動作するロボットが開示されている。

ところで、特許文献４には、第一把持部と第二把持部とを備えた所謂ダブルハンドの構成のハンドが開示されている。そのようなハンドを備えたロボットは、例えば第一把持部により未加工ワークを把持した状態で、工作機械に接近する。そして、工作機械により加工された加工済みワークを第二把持部により把持して取出すと共に、第一把持部により把持された未加工ワークを工作機械に取付ける。さらに、第二把持部により把持された加工済みワークをワークフィーダに載置すると共に、第一把持部によってワークフィーダから未加工ワークを把持するようにしている。

特許第2838428号明細書 特開2007-66001号公報 特開平7-244520号公報 特開平10-083211号公報

このような未加工ワークおよび加工済みワークの交換時には、ロボットのハンドは二つのワークを同時に把持する必要がある。このため、二つのワークを同時に把持できるような負荷荷重を満たすロボットを選定する必要がある。一方で、ロボットのハンドがワークを把持していないときや、一つのワークを把持しているときには、より小さい負荷荷重に対応した小型のロボットでも作業可能であるが、二つのワークを同時に把持しているときに、ロボットが所定の速度上限値および／または加速度上限値で動作すると、ロボットに過大な負荷が作用する可能性がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、把持されるワークの数や種類が変化する場合であっても、ロボットに過大な負荷が作用することなしに、ロボットを制御できるロボット制御方法およびそのような方法を実施するロボット制御装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、最大で二つのワークを把持するハンドを備えたロボットを制御するロボット制御装置において、前記ハンドにより把持されたワークの種類および数に応じて前記ロボットの速度上限値および加速度上限値のうちの少なくとも一方を変更する上限値変更部と、前記ロボットの速度および加速度のうちの少なくとも一方が前記上限値変更部により変更された前記速度上限値および前記加速度上限値を越えないように、前記ロボットの動作を制御する動作制御部と、を具備し、前記上限値変更部は、前記ハンドが一つのワークのみを把持しているときに、前記ロボットの速度上限値および加速度上限値のうちの少なくとも一方を第一速度上限値および第一加速度上限値に設定し、前記一つのワークを把持する前記ハンドがさらに追加のワークを把持しているときに、前記ロボットの速度上限値および加速度上限値のうちの少なくとも一方を前記第一速度上限値および第一加速度上限値から、前記第一速度上限値および第一加速度上限値よりもそれぞれ小さい第二速度上限値および第二加速度上限値に変更し、前記ハンドが前記一つのワークのみを解放して前記追加のワークのみを把持しているときに、前記ロボットの速度上限値および加速度上限値のうちの少なくとも一方を前記第二速度上限値および第二加速度上限値から、前記第一速度上限値および第一加速度上限値または該第一速度上限値および第一加速度上限値よりもそれぞれ大きい第三速度上限値および第三加速度上限値に変更する、ロボット制御装置が提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記一つのワークは加工前のワークであり、前記追加のワークは加工後のワークである。
３番目の発明によれば、最大で二つのワークを把持するハンドを備えたロボットを制御するロボット制御方法において、前記ハンドが一つのワークのみを把持しているときに、前記ロボットの速度上限値および加速度上限値のうちの少なくとも一方を第一速度上限値および第一加速度上限値に設定し、前記一つのワークを把持する前記ハンドがさらに追加のワークを把持し、前記ハンドが前記一つのワークおよび前記追加のワークを把持しているときに、前記ロボットの速度上限値および加速度上限値のうちの少なくとも一方を前記第一速度上限値および第一加速度上限値から、前記第一速度上限値および第一加速度上限値よりもそれぞれ小さい第二速度上限値および第二加速度上限値に変更し、前記一つのワークおよび前記追加のワークを把持する前記ハンドが前記一つのワークのみを解放し、前記ハンドが前記追加のワークのみを把持しているときに、前記ロボットの速度上限値および加速度上限値のうちの少なくとも一方を前記第二速度上限値および第二加速度上限値から、前記第一速度上限値および第一加速度上限値または該第一速度上限値および第一加速度上限値よりもそれぞれ大きい第三速度上限値および第三加速度上限値に変更し、前記ロボットを移動させる、ロボット制御方法が提供される。
４番目の発明によれば、３番目の発明において、前記一つのワークは加工前のワークであり、前記追加のワークは加工後のワークである。

１番目および２番目の発明においては、ワークの数および種類に応じて速度上限値および／または加速度上限値を変更しているので、把持されるワークの数や種類が変化する場合であっても、ロボットに過大な負荷が作用することなしに、ロボットを制御することができる。さらに、ロボットが一つのワークと追加のワークとを把持しているときに比較的小さい第二速度上限値および／または第二加速度上限値に変更しているので、ロボットに過大な負荷が作用することなしに、ロボットを制御することができる。さらに、従来よりも可搬質量が小さいロボットであっても過大な負荷を作用させることなく同様の作業を行うことができる。
３番目および４番目の発明においては、ロボットが一つのワークと追加のワークとを把持しているときに比較的小さい第二速度上限値および／または第二加速度上限値に変更しているので、ロボットに過大な負荷が作用することなしに、ロボットを制御することができる。さらに、従来よりも可搬質量が小さいロボットであっても過大な負荷を作用させることなく同様の作業を行うことができる。

添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれら目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明解になるであろう。

本発明に基づくロボット制御装置の略図である。 本発明に基づくロボット制御装置によるワークの交換作業を示す第一のフローチャートである。 本発明に基づくロボット制御装置によるワークの交換作業を示す第二のフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づくロボット制御装置の略図である。図１に示されるように、システム１は、ロボット１０と、工作機械４０と、ロボット１０を制御する制御装置２０とを含んでいる。

図１に示されるロボット１０は多関節ロボットであるが他の構成のロボットでもよい。また、ロボット１０のアームの先端にはハンド３０が備えられている。ハンド３０は第一把持部３１と第二把持部３２とを含んでいる。これら第一把持部３１および第二把持部３２は開閉することによりワークＷ１、Ｗ２をそれぞれ把持することができる。これらワークＷ１、Ｗ２は互いに同一である。ただし、図１においてはワークＷ１は工作機械４０に加工される前の未加工ワーク、ワークＷ２は工作機械４０により加工された後の加工済みワークである。

工作機械４０はワークＷ１、Ｗ２のうちの一方を保持する保持部４１を備えている。保持部４１にワーク、図１においてはワークＷ２が保持されると、工作機械４０はワークＷ２に所定の機械加工動作を実行する。

図１においては、第一把持部３１は工作機械４０から遠ざかる方向を向いており、第二把持部３２は工作機械４０に対面する方向を向いている。図１から分かるように、ロボット１０の最も先端側の軸線、例えば第六軸線を回転させることにより第一把持部３１および第二把持部３２の方向を互いに変更することができる。

制御装置２０はデジタルコンピュータであり、ロボット１０および工作機械４０が互いに連動するように制御する。図１に示されるように、制御装置２０は、ロボット１０に係る負荷の設定を変更する負荷設定変更部２１と、ハンド３０により把持されたワークの種類および数に応じてロボット１０の速度上限値および加速度上限値のうちの少なくとも一方を変更する上限値変更部２２と、ロボット１０の速度および加速度のうちの少なくとも一方が上限値変更部２２により変更された速度上限値および加速度上限値を越えないように、前記ロボットの動作を制御する動作制御部２３とを含んでいる。

なお、図面には示さないものの、ロボット１０を動作させる各モータには位置検出器、例えばエンコーダが取付けられている。位置検出器によって所定時間毎に検出されるロボット１０の複数の位置に基づいて、ロボット１０の速度および加速度が適宜算出されるものとする。

図２は本発明に基づくロボット制御装置によるワークの交換作業を示す第一のフローチャートである。以下、図１および図２を参照して、本発明の制御装置２０の動作を説明する。なお、図２の内容を実施する前においては、ロボット１０のハンド３０はいずれのワークＷ１、Ｗ２も把持しておらず、またワークＷ２が工作機械４０内で加工処理されているものとする。

はじめに、ステップＳ１０において、負荷設定変更部２１によりロボット１０の負荷はワークを一つも把持していない状態に設定される。次いで、ステップＳ１１において、ハンド３０の第一把持部３１が未加工ワークＷ１を把持するようロボット１０を動作させる。次いで、ステップＳ１２において、制御装置２０の上限値変更部２２を用いて、ロボット１０の速度上限値および加速度上限値をそれぞれ第一速度上限値Ｖ１および第一加速度上限値Ａ１に設定する。これら第一速度上限値Ｖ１および第一加速度上限値Ａ１はロボット１０が一つのワークを把持するときのために最適化された値である。これら第一速度上限値Ｖ１、第一加速度上限値Ａ１、後述する他の速度上限値、および他の加速度上限値は実験等により予め定められているものとする。もしくは、例えば特公平8-20893で開示されている方法等を用いて、計算により求めても良い。

そして、ステップＳ１３において、未加工ワークＷ１を把持したロボット１０のハンド３０を工作機械４０の前方まで移動させる。その後、工作機械４０がワークＷ２を機械加工した加工終了信号が受信されると、ロボット１０を工作機械４０内に進入させる。

次いで、ステップＳ１５においては、ハンド３０の第二把持部３２が工作機械４０の保持部４１に保持された加工済みワークＷ２を把持する。ステップＳ１５においては、第二把持部３２が加工済みワークＷ２を把持しただけであり、加工済みワークＷ２は持上げられていない。ステップＳ１２〜ステップＳ１５においては、動作制御部２３は、ロボット１０の速度および加速度がそれぞれ第一速度上限値Ｖ１および第一加速度上限値Ａ１を越えないようにロボット１０を動作させている。このため、ロボット１０に過大な負荷が作用することはない。

そして、ステップＳ１６においては、負荷設定変更部２１によってロボット１０の負荷設定を切替える。具体的にはワーク一つ分の負荷設定から、ワーク二つ分の負荷設定に変更する。次いで、ステップＳ１７においては、上限値変更部２２を用いて、ロボット１０の速度上限値および加速度上限値をそれぞれ第一速度上限値Ｖ１および第一加速度上限値Ａ１から第二速度上限値Ｖ２および第二加速度上限値Ａ２に変更する。これら第二速度上限値Ｖ２および第二加速度上限値Ａ２はロボット１０が二つのワークを把持するときのために最適化された値であり、前述した第一速度上限値Ｖ１および第一加速度上限値Ａ１よりもそれぞれ小さい。

次いで、ステップＳ１８においてはロボット１０は加工済みワークＷ２を持上げて工作機械４０から取外す。このときには、ロボット１０のハンド３０は未加工ワークＷ１および加工済みワークＷ２の両方を把持しつつ動作していることになる。そして、ステップＳ１９においては、ロボット１０は未加工ワークＷ１を第一把持部３１から解放して工作機械４０の保持部４１に保持させる。

ステップＳ１８、Ｓ１９においては動作制御部２３はロボット１０の速度および加速度がそれぞれ第二速度上限値Ｖ２および第二加速度上限値Ａ２を越えないようにロボット１０を動作させている。このため、ロボット１０に過大な負荷が作用することはない。

次いで、ステップＳ２０においては負荷設定変更部２１によってロボット１０の負荷設定を切替える。具体的にはワーク二つ分の負荷設定から、ワーク一つ分の負荷設定に変更する。次いで、ステップＳ２１においては、上限値変更部２２を用いて、ロボット１０の速度上限値および加速度上限値をそれぞれ第二速度上限値Ｖ２および第二加速度上限値Ａ２から第一速度上限値Ｖ１および第一加速度上限値Ａ１に戻す。

その後、ステップＳ２２においては、加工済みワークＷ２のみを把持したままロボット１０を工作機械４０から退出させる。そして、加工済みワークＷ２を所定位置に載置して処理を終了する。なお、ステップＳ２２においては動作制御部２３はロボット１０の速度および加速度がそれぞれ第一速度上限値Ｖ１および第一加速度上限値Ａ１を越えないようにロボット１０を動作させているので、前述したようにロボット１０に過大な負荷が作用しない。

このように、本発明においては、ロボット１０が一つのワークＷ１またはワークＷ２のみを把持するときには比較的大きい第一速度上限値Ｖ１および第一加速度上限値Ｖ１が使用されている。そして、ロボット１０が二つのワークＷ１、Ｗ２を把持するときには比較的小さい第二速度上限値Ｖ２および第二加速度上限値Ａ２に変更されている。

言い換えれば、本発明においては、ワークの数に応じて速度上限値および加速度上限値を変更している。このため、把持されるワークの数が変化する作業、例えばワークの交換作業を行う場合であっても、ロボットに過大な負荷が作用するのを避けることが可能である。

従って、前述したようにロボット１０の速度などが第二速度上限値Ｖ２などを越えないように制御すれば、実際にロボットに作用する負荷がロボットの仕様で規定された許容値を超えていても、ロボット１０を使用できる。つまり、本発明においては、可搬質量が小さいロボット１０であっても過大な負荷を作用させることなく同様な作業を行うことができるのが分かるであろう。

ところで、図２を参照して説明した第一の実施形態においては、未加工ワークＷ１を加工済ワークＷ２と交換する作業について説明した。そして、第一の実施形態においては、未加工ワークＷ１の重量と加工済ワークＷ２の重量とが互いにほぼ等しいことを前提としている。このため、第一の実施形態においては、未加工ワークＷ１のみを把持するときの速度上限値Ｖ１および加速度上限値Ａ１（ステップＳ１１）と、加工済みワークＷ２のみを把持するときの速度上限値Ｖ１および加速度上限値Ａ１（ステップＳ２１）とを、互いに等しくしている。

しかしながら、例えば切削加工によりワークの重量が大幅に低下する場合がある。そのような場合には、図２のステップＳ２１で第一速度上限値Ｖ１および第一加速度上限値Ａ１よりもそれぞれ大きい値を採用しても、ロボット１０を移動させるときに過大な負荷がロボット１０に作用することなく作業を行う事ができる可能性がある。

ここで、図３は本発明に基づくロボット制御装置の動作を示す第二のフローチャートである。図３に示されるステップＳ１１〜ステップＳ２０およびステップＳ２２は図２を参照して説明したのと同様であるので、再度の説明を省略する。

図３のステップＳ２１’においては、上限値変更部２２を用いて、ロボット１０の速度上限値および加速度上限値をそれぞれ第二速度上限値Ｖ２および第二加速度上限値Ａ２から第三速度上限値Ｖ３および第三加速度上限値Ａ３に変更している。これら第三速度上限値Ｖ３および第三加速度上限値Ａ３はロボット１０が一つの加工済みワークのみを把持するときのために最適化された値であり、前述した第一速度上限値Ｖ１および第一加速度上限値Ａ１よりもそれぞれ大きい。

従って、加工済みワークＷ２の重量が未加工ワークＷ１の重量よりも大幅に小さい場合には、加工済みワークＷ２のみを把持したロボット１０に過大な負荷が作用するのを避けつつ、更に高速にロボット１０を動作させられる。

図示しない実施形態においては、例えば或る種類のワークＷＡを第一把持部３１により把持するロボット１０が、重量の異なる他の種類のワークＷＢを第二把持部３２によりさらに把持し、その後、ワークＷＡのみを解放するものとする。つまり、図示しない実施形態においては、ロボット１０がワークＷＡのみを把持する第一の事態、ワークＷＢのみを把持する第二の事態、およびワークＷＡ、ＷＢの両方を把持する第三の事態が存在する。

そして、第一の事態〜第三の事態のそれぞれに応じた速度上限値および加速度上限値を予め定めておき、それぞれの事態に応じて負荷設定変更部２１により速度上限値および加速度上限値を切替える。従って、把持されるワークの種類が変化する場合であっても、ロボット１０に過大な負荷が作用することなしに、ロボット１０を同様に制御できることが分かるであろう。

なお、前述した実施形態においては、ロボット１０の速度および加速度のうちの両方が速度上限値および加速度上限値を越えないようにロボット１０を動作させている。しかしながら、ロボット１０の速度および加速度のうちの少なくとも一方が速度上限値および加速度上限値を越えないようにロボット１０を動作させてもよく、このような場合も本発明の範囲に含まれる。

典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、前述した変更および種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。

１ システム
１０ ロボット
２０ 制御装置
２１ 負荷設定変更部
２２ 上限値変更部
２３ 動作制御部
３０ ハンド
３１ 第一把持部
３２ 第二把持部
４０ 工作機械
４１ 保持部

Claims (4)

1. 最大で二つのワークを把持するハンド（３０）を備えたロボット（１０）を制御するロボット制御装置（２０）において、
   前記ハンドにより把持されたワークの種類および数に応じて前記ロボットの速度上限値および加速度上限値のうちの少なくとも一方を変更する上限値変更部（２２）と、
   前記ロボットの速度および加速度のうちの少なくとも一方が前記上限値変更部により変更された前記速度上限値および前記加速度上限値を越えないように、前記ロボットの動作を制御する動作制御部（２３）と、を具備し、
   前記上限値変更部は、
   前記ハンドが一つのワークのみを把持しているときに、前記ロボットの速度上限値および加速度上限値のうちの少なくとも一方を第一速度上限値および第一加速度上限値に設定し、
   前記一つのワークを把持する前記ハンドがさらに追加のワークを把持しているときに、前記ロボットの速度上限値および加速度上限値のうちの少なくとも一方を前記第一速度上限値および第一加速度上限値から、前記第一速度上限値および第一加速度上限値よりもそれぞれ小さい第二速度上限値および第二加速度上限値に変更し、
   前記ハンドが前記一つのワークのみを解放して前記追加のワークのみを把持しているときに、前記ロボットの速度上限値および加速度上限値のうちの少なくとも一方を前記第二速度上限値および第二加速度上限値から、前記第一速度上限値および第一加速度上限値または該第一速度上限値および第一加速度上限値よりもそれぞれ大きい第三速度上限値および第三加速度上限値に変更する、ロボット制御装置。
2. 前記一つのワークは加工前のワークであり、前記追加のワークは加工後のワークである請求項１に記載のロボット制御装置。
3. 最大で二つのワークを把持するハンド（３０）を備えたロボット（１０）を制御するロボット制御方法において、
   前記ハンドが一つのワークのみを把持しているときに、前記ロボットの速度上限値および加速度上限値のうちの少なくとも一方を第一速度上限値および第一加速度上限値に設定し、
   前記一つのワークを把持する前記ハンドがさらに追加のワークを把持し、
   前記ハンドが前記一つのワークおよび前記追加のワークを把持しているときに、前記ロボットの速度上限値および加速度上限値のうちの少なくとも一方を前記第一速度上限値および第一加速度上限値から、前記第一速度上限値および第一加速度上限値よりもそれぞれ小さい第二速度上限値および第二加速度上限値に変更し、
   前記一つのワークおよび前記追加のワークを把持する前記ハンドが前記一つのワークのみを解放し、
   前記ハンドが前記追加のワークのみを把持しているときに、前記ロボットの速度上限値および加速度上限値のうちの少なくとも一方を前記第二速度上限値および第二加速度上限値から、前記第一速度上限値および第一加速度上限値または該第一速度上限値および第一加速度上限値よりもそれぞれ大きい第三速度上限値および第三加速度上限値に変更し、
   前記ロボットを移動させる、ロボット制御方法。
4. 前記一つのワークは加工前のワークであり、前記追加のワークは加工後のワークである請求項３に記載のロボット制御方法。

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