JP6877324B2 - ロボット制御装置及びそれを備えるロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、ロボット制御装置及びそれを備えるロボットシステムに関する。

従来から、ロボットを制御するためのロボット制御装置が知られている。このようなロボット制御装置が、例えば、特許文献１で提案されている。

特許文献１のロボット制御装置は、ロボットの加速開始地点及び減速終了地点がいかなる地点であっても常にモータの能力を最大限に発揮させ、動作時間を短縮することを目的としている。また、当該ロボット制御装置は、教示点記憶手段が移動命令を受信すると、その移動命令を解析してどの点からどの点までロボットを移動させるのかを判断する。

特開平７−２０００３３号公報

上記したように、特許文献１のロボット制御装置は、モータの能力を最大限に発揮させて動作時間を短縮することを目的としている。しかし、特許文献１や従来からあるその他のロボット制御装置は、一般に、ロボットに掛かる負荷に関して予め定められた許容範囲内で当該ロボットを動作させている。これにより、タクトタイムを十分に短縮できていない場合があった。

そこで、本発明は、ロボットに掛かる負荷に関して予め定められた許容範囲に限定されずに当該ロボットを動作させることで、タクトタイムを十分に短縮することが可能な、ロボット制御装置及びそれを備えるロボットシステムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係るロボット制御装置は、ロボットを制御するためのロボット制御装置であって、前記ロボットに掛かる負荷に関して予め定められた許容範囲内で前記ロボットを動作させる通常運転モードと、前記許容範囲に限定されずに前記ロボットを高速動作させるオーバードライブモードと、を切り替えて前記ロボットを制御することが可能であり、前記オーバードライブモードにおける高速動作の度合いに関して予め定められたオーバードライブ倍率に基づいて、前記ロボットの動作速度を規定し得る予め定められた複数のパラメータの倍率を連動して変更することにより、前記オーバードライブモードで前記ロボットを高速動作させることを特徴とする。

上記構成によれば、ロボットに掛かる負荷に関して予め定められた許容範囲に限定されずに当該ロボットを高速動作させることで、タクトタイムを十分に短縮することが可能な、ロボット制御装置を提供することができる。

前記オーバードライブ倍率は、所定の範囲内で任意に設定可能であってもよい。

上記構成によれば、ロボットの作業状況に応じてオーバードライブ倍率を変更することが可能となる。

前記オーバードライブ倍率は、段階的に予め複数定められており、その中から設定可能であってもよい。

上記構成によれば、ロボットの作業状況に応じてオーバードライブ倍率を変更することが可能となる。

例えば、前記複数のパラメータは、前記ロボットの動作に関しての加減速設定値、前記ロボットに供給される電流制限値、及び前記ロボットに対しての位置指令に施されるローパスフィルタのカットオフ周波数のうちの少なくとも何れか１つを含んでもよい。

前記オーバードライブモードで前記ロボットを高速動作させる場合に、前記ロボットの寿命に及ぼす影響に関しての情報を報知してもよい。

上記構成によれば、ロボットの寿命に及ぼす影響を把握しつつ、ロボットに掛かる負荷に関して予め定められた許容範囲に限定されずに当該ロボットを高速動作させることが可能となる。

前記課題を解決するために、本発明に係るロボットシステムは、上記のいずれかのロボット制御装置と、前記ロボット制御装置に制御されるロボットと、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、ロボットに掛かる負荷に関して予め定められた許容範囲に限定されずに当該ロボットを高速動作させることで、タクトタイムを十分に短縮することが可能な、ロボットシステムを提供することができる。

本発明によれば、ロボットに掛かる負荷に関して予め定められた許容範囲に限定されずに当該ロボットを動作させることで、タクトタイムを十分に短縮することが可能な、ロボット制御装置及びそれを備えるロボットシステムを提供することができる。

本発明の実施形態に係るロボットシステムの全体構成を示す概略図である。 本発明の実施形態に係るロボットシステムにおいて実行されるロボットを高速動作させる方法のフローチャートである。 本発明の実施形態に係るロボットシステムにおいて実行されるプログラムの一例を示す図である。

（全体構成）
以下、本発明の実施形態に係るロボット制御装置及びそれを備えるロボットシステムについて図面を参照して説明する。なお、本実施形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下では、全ての図を通じて、同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

（ロボットシステム１０）
図１は、本実施形態に係るロボットシステムの全体構成を示す概略図である。図１に示すように、本実施形態に係るロボットシステム１０は、ロボット２０と、当該ロボット２０を制御するためのロボット制御装置５０と、を備える。

（ロボット２０）
ロボット２０は、基台２１と、当該基台２１にその基端部が連結されるロボットアーム３０と、ロボットアーム３０の先端部に取り付けられる図示しないエンドエフェクタと、ロボット制御装置５０と、を備える。

（ロボットアーム３０）
図１に示すように、ロボットアーム３０は、６つの関節軸ＪＴ１〜ＪＴ６と、これらの関節軸によって順次連結される６つのリンク４０ａ〜４０ｆと、を有する多関節アームである。

第１関節軸ＪＴ１、第１リンク４０ａ、第２関節軸ＪＴ２、第２リンク４０ｂ、第３関節軸ＪＴ３、及び第３リンク４０ｃから成るリンク及び関節軸の連結体によって、第１アーム部３１が構成される。具体的には、第１関節軸ＪＴ１は、基台２１と第１リンク４０ａの基端部とを鉛直方向に延びる軸回りに回転可能に連結する。第２関節軸ＪＴ２は、第１リンク４０ａの先端部と第２リンク４０ｂの基端部とを水平方向に延びる軸回りに回転可能に連結する。第３関節軸ＪＴ３は、第２リンク４０ｂの先端部と第３リンク４０ｃの基端部とを水平方向に延びる軸回りに回転可能に連結する。

第４関節軸ＪＴ４、第４リンク４０ｄ、第５関節軸ＪＴ５、第５リンク４０ｅ、第６関節軸ＪＴ６、及び第６リンク４０ｆから成るリンク及び関節軸の連結体によって、第２アーム部３２が構成される。具体的には、第４関節軸ＪＴ４は、第３リンク４０ｃの先端部と第４リンク４０ｄの基端部とを第３リンク４０ｃの長手方向に延びる軸回りに回転可能に連結する。第５関節軸ＪＴ５は、第４リンク４０ｄの先端部と第５リンク４０ｅの基端部とを第４リンク４０ｄの長手方向と直交する方向に延びる軸回りに回転可能に連結する。第６関節軸ＪＴ６は、第５リンク４０ｅの先端部と第６リンク４０ｆの基端部とを捻れ回転可能に連結する。そして、第６リンク４０ｆの先端部に図示しないエンドエフェクタが取り付けられる。

（ロボット制御装置５０）
ロボット制御装置５０ついて、具体的な構成は特に限定されないが、例えば、公知のプロセッサ（ＣＰＵ等）が記憶部（メモリ等）に格納されるプログラムに従って動作することで実現される構成であってもよい。

ロボット制御装置５０は、ロボット２０に掛かる負荷に関して予め定められた許容範囲内で当該ロボット２０を動作させる通常運転モードと、前記許容範囲に限定されずにロボット２０を高速動作させるオーバードライブモードと、を切り替えてロボット２０を制御することが可能である。

ここで、一般に、ロボットでは、どのような動作パターンで動かしても飽和電流に達しないように、一定の安全率を見込んで、ロボットアームの関節軸ごとに電流値の許容範囲が予め定められている。したがって、上記した「ロボット２０に掛かる負荷に関して予め定められた許容範囲」とは、例えば、当該電流値の許容範囲のことをいう。

ロボット制御装置５０は、オーバードライブモードにおける高速動作の度合いに関して予め定められたオーバードライブ倍率に基づいて、ロボット２０の動作速度を規定し得る予め定められた複数のパラメータの倍率を連動して変更することにより、上記したオーバードライブモードでロボット２０を高速動作させる。

ここで、ロボット２０の動作速度を規定し得る複数のパラメータは、ロボット２０の動作に関しての加減速設定値、ロボット２０に供給される電流制限値、及びロボット２０に対しての位置指令に施されるローパスフィルタのカットオフ周波数のうちの少なくとも何れか１つを含んでもよい。当該複数のパラメータは、それぞれ、ロボットアーム３０の関節軸ごとに設定されていてもよい。

オーバードライブ倍率は、所定の範囲内で任意に設定可能であってもよいし、或いは、段階的に予め複数定められており、その中から設定可能であってもよい。オーバードライブ倍率を大きくするほど、ロボット２０の動作に関しての加減速設定値、ロボット２０に供給される電流制限値、及びロボット２０に対しての位置指令に施されるローパスフィルタのカットオフ周波数を大きく設定することが可能となる。すなわち、オーバードライブ倍率と、ロボット２０の動作に関しての加減速設定値、ロボット２０に供給される電流制限値、及びロボット２０に対しての位置指令に施されるローパスフィルタのカットオフ周波数と、の間には正の相関関係がある。

（ロボットの寿命に及ぼす影響の報知）
ロボット制御装置５０は、オーバードライブモードでロボット２０を高速動作させる場合に、ロボット２０の寿命に及ぼす影響に関しての情報を報知してもよい。当該報知の態様は特に限定されず、例えば、ディスプレイで文字又は画像出力されてもよいし、スピーカで音声出力されてもよいし、或いはＬＥＤ等の光源から光出力されてもよい。

（ロボットを高速動作させる方法）
以下、上記したロボットシステムにおいて実行されるロボットを高速動作させる方法の一例について、主に図２に基づいて説明する。図２は、本実施形態に係るロボットシステムにおいて実行されるロボットを高速動作させる方法のフローチャートである。

まず、ロボット制御装置５０は、オーバードライブ倍率の入力を確認すると（ステップＳ１において「ＹＥＳ」）、確認したオーバードライブ倍率に基づいて複数のパラメータの倍率を連動して変更する（ステップＳ２）。ここで、上記したように、複数のパラメータは、それぞれ、ロボット２０の動作速度を規定し得るパラメータであり、例えば、ロボット２０の動作に関しての加減速設定値、ロボット２０に供給される電流制限値、及びロボット２０に対しての位置指令に施されるローパスフィルタのカットオフ周波数などである。

そして、ロボット制御装置５０は、連動して変更された複数のパラメータに基づいて、オーバードライブモードでロボット２０を高速動作させる（ステップＳ３）。上記のようにして本実施形態に係るロボットシステム１０においてロボット２０を高速動作させることができる。

なお、ロボット制御装置５０は、オーバードライブ倍率を確認しないとき（ステップＳ１において「ＮＯ」）、通常運転モードでロボット２０を動作させる（ステップＳ４）。

（プログラムの一例）
ここで、図３に基づいて、本実施形態に係るロボットシステムにおいて実行されるプログラムの一例について説明する。図３は、当該プログラムの一例を示す図である。

この例では、オーバードライブ倍率の設定可能範囲を１．００以上２．００以下とする。なお、オーバードライブ倍率の設定可能範囲はこの場合に限定されない。すなわち、オーバードライブ倍率の設定可能範囲は、下限及び上限が、それぞれ、１．００より大きく２．００より小さくてもよいし、又は２．００より大きくてもよい。また、同下限及び上限が、それぞれ、小数点以下第１位までであってもよいし、小数点以下第３位以上であってもよいし、又は１以上の整数値であってもよい。さらに、オーバードライブ倍率は、上記のように段階的に予め複数定められており、その中から設定可能である場合に限定されず、所定の範囲内で任意に設定可能であってもよい。

本例では、ロボット２０の動作全体について設定可能な補助機能又はモニタ指令で、オーバードライブ倍率を事前に１．２に設定していることとする。このようにオーバードライブ倍率を設定することで、上記したように、ロボット制御装置５０は、当該オーバードライブ倍率に基づいて、ロボット２０の動作速度を規定し得る予め定められた複数のパラメータ（ロボット２０の動作に関しての加減速設定値、ロボット２０に供給される電流制限値、及びロボット２０に対しての位置指令に施されるローパスフィルタのカットオフ周波数など）の倍率を連動して変更する。このようにして、ロボット制御装置５０は、オーバードライブモードでロボット２０を高速動作させる。具体的には、次の通りである。

まず、ロボット制御装置５０は、「１． ＪＭＯＶＥ ＃ａ」のコマンドに基づいて、ロボットアーム３０の先端部を各軸補間によって教示点＃ａまでオーバードライブ倍率１．２で高速動作させる。ここで、各軸補間とは、ロボットアーム３０の関節軸それぞれを指定した角度ずつ動作させる場合をいい、ロボットアーム３０の先端部の軌跡は考慮されない。

次に、ロボット制御装置５０は、「２． ＯＶＥＲＤＲＩＶＥ １．５」のコマンドに基づいて、オーバードライブ倍率を１．２から１．５に変更する。ロボット制御装置５０は、当該オーバードライブ倍率１．５に基づいて、ロボット２０の動作速度を規定し得る予め定められた複数のパラメータの倍率を連動して変更する。ここでは、オーバードライブ倍率が１．２から１．５に変更されているため、ロボット２０を当該変更前と比較してさらに高速動作させるように複数のパラメータの倍率が連動して変更される。

また、ロボット制御装置５０は、「３．ＬＭＯＶＥ ＃ｂ」のコマンドに基づいて、ロボットアーム３０の先端部を直線補間によって教示点＃ｂまでオーバードライブ倍率１．５で高速動作させる。ここで、直線補間とは、ロボットアーム３０の関節軸それぞれを協働させることでロボットアーム３０の先端部を直進させる場合をいう。

さらに、ロボット制御装置５０は、「４．ＬＭＯＶＥ ＃ｃ」のコマンドに基づいて、ロボットアーム３０の先端部を直線補間によって教示点＃ｃまでオーバードライブ倍率１．５で高速動作させる。

次に、ロボット制御装置５０は、「５． ＯＶＥＲＤＲＩＶＥ １」のコマンドに基づいて、オーバードライブ倍率を１．５から１に変更する。すなわち、ロボット制御装置５０は、当該コマンドに基づいて、ロボット２０をオーバードライブモードから通常運転モードに切り替える。

また、ロボット制御装置５０は、「６．ＬＭＯＶＥ ＃ｄ」のコマンドに基づいて、ロボットアーム３０の先端部を直線補間によって教示点＃ｄまで通常運転モードで動作させる。

さらに、ロボット制御装置５０は、「７． ＯＶＥＲＤＲＩＶＥ」のコマンドに基づいて、オーバードライブ倍率を１から補助機能又はモニタ指令で事前に設定された１．２に変更する。

最後に、ロボット制御装置５０は、「８．ＬＭＯＶＥ ＃ｅ」のコマンドに基づいて、ロボットアーム３０の先端部を直線補間によって教示点＃ｅまでオーバードライブ倍率１．２で高速動作させる。

上記のようにして、ロボット制御装置５０は、図３に示すプログラムに基づいてロボット２０を制御することができる。

上記のようにして、ロボット２０が行う作業ごとにオーバードライブ倍率を変更することで、例えば、ワークを保持しているときにオーバードライブ倍率を小さく設定し、且つ、ワークを保持していないときにオーバードライブ倍率を大きく設定することで、効率良くロボット２０を制御することが可能となる。同様に、ロボットアーム３０が折り畳まれてその先端部と基端部の間の距離が近い状態のとき（すなわち、イナーシャが小さいとき）にオーバードライブ倍率を大きく設定し、且つ、ロボットアーム３０が延びてその先端部と基端部との間の距離が遠い状態のとき（すなわち、イナーシャが大きいとき）にオーバードライブ倍率を小さく設定することで、効率良くロボット２０を制御することが可能となる。

（効果）
従来から、ロボット制御装置は、ロボットに掛かる負荷に関して予め定められた許容範囲内でロボットを動作させていた。例えば、どのような動作パターンで動かしても飽和電流に達しないように、一定の安全率を見込んで、ロボットアームの関節軸ごとに電流値の許容範囲が予め定められていた。しかし、実際の作業状況によっては上記許容範囲が適切でなく、上記許容範囲に限定されずにロボットを高速動作させても問題ない場合があった。また、一定の安全率に踏み込んで、ロボットの寿命を多少犠牲にしても、上記許容範囲に限定されずにロボットを高速動作させたいという要求が存在していた。

このような問題を解決するために、上記実施形態に係るロボット制御装置５０は、ロボット２０に掛かる負荷に関して予め定められた許容範囲内でロボット２０を動作させる通常運転モードに加えて、さらに、当該許容範囲に限定されずにロボット２０を高速動作させるオーバードライブモードでロボット２０を制御することが可能である。

具体的には、上記実施形態に係るロボット制御装置５０は、オーバードライブモードにおける高速動作の度合いに関して予め定められたオーバードライブ倍率に基づいて、ロボット２０の動作速度を規定し得る予め定められた複数のパラメータの倍率を連動して変更することにより、オーバードライブモードでロボット２０を高速動作させる。その結果、本実施形態に係るロボット制御装置５０は、ロボット２０に掛かる負荷に関して予め定められた許容範囲に限定されずに当該ロボット２０を高速動作させることで、タクトタイムを十分に短縮することが可能となる。

また、オーバードライブ倍率は、所定の範囲内で任意に設定可能であるか、或いは、段階的に予め複数定められており、その中から設定可能であることで、ロボット２０の作業状況に応じて高速動作の度合いを変更することが可能となる。これにより、ユーザーの要求に柔軟に対応することが可能となる。

さらに、ロボット制御装置５０は、オーバードライブモードでロボット２０を高速動作させる場合に、ロボット２０の寿命に及ぼす影響に関しての情報を報知することで、ロボット２０の寿命に及ぼす影響を把握しつつ、ロボット２０に掛かる負荷に関して予め定められた許容範囲に限定されずに当該ロボット２０を高速動作させることが可能となる。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

１０ ロボットシステム
２０ ロボット
２１ 基台
３０ ロボットアーム
３１ 第１アーム部
３２ 第２アーム部
４０ リンク
５０ ロボット制御装置

Claims (6)

1. ロボットを制御するためのロボット制御装置であって、
   前記ロボットに掛かる負荷に関して予め定められた許容範囲内で前記ロボットを動作させる通常運転モードと、前記許容範囲に限定されずに前記ロボットを高速動作させるオーバードライブモードと、を切り替えて前記ロボットを制御することが可能であり、
   前記オーバードライブモードにおける高速動作の度合いに関して予め定められたオーバードライブ倍率に基づいて、前記ロボットの動作速度を規定し得る予め定められた複数のパラメータの倍率を連動して変更することにより、前記オーバードライブモードで前記ロボットを高速動作させることを特徴とする、ロボット制御装置。
2. 前記オーバードライブ倍率は、所定の範囲内で任意に設定可能である、請求項１に記載のロボット制御装置。
3. 前記オーバードライブ倍率は、段階的に予め複数定められており、その中から設定可能である、請求項１に記載のロボット制御装置。
4. 前記複数のパラメータは、前記ロボットの動作に関しての加減速設定値、前記ロボットに供給される電流制限値、及び前記ロボットに対しての位置指令に施されるローパスフィルタのカットオフ周波数のうちの少なくとも何れか１つを含む、請求項１乃至３のいずれかに記載のロボット制御装置。
5. 前記オーバードライブモードで前記ロボットを高速動作させる場合に、前記ロボットの寿命に及ぼす影響に関しての情報を報知する、請求項１乃至４のいずれかに記載のロボット制御装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のロボット制御装置と、
   前記ロボット制御装置に制御されるロボットと、を備えることを特徴とする、ロボットシステム。

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