JPH0430205A - ロボット制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明は、水平多関節ロボットのなかでも、特に垂直動
作軸と水平動作軸とを備えた産業用ロボットの制御装置
に関するものである。

更に詳しくは、最初垂直動作軸が動作を開始してハンド
で掴んだ物を垂直方向に持ち上げ、次いで水平動作軸が
動作を開始してハンドをそのまま水平方向に回動させ、
その後、垂直動作軸の動作によりハンドが掴んだ物を垂
直方向に下ろしてきて所定の位置に置くというような動
作をする組立用ロボ７）において、最初垂直動作軸が動
作を開始したとき、その時点の負荷（ハンド及びハンド
が掴んだ物の重量）の大きさを推定し、それに応じてそ
の後の動作軸の動作の加減速を増減するようにして高速
動作を可能にするようなロボット制御装置に関するもの
である。

［従来の技術］ 近年組立ロボットの高速化は進んでいるが、ロボットの
アームによる駆動力は、対象物や対象物を掴むハンド等
の負荷としての重量や、動作量によって大きく左右され
る。そこでロボットの動作径路や対象物の質量によりロ
ボット動作の加減速を増減して、動作軸駆動用のモータ
等の能力を有効に利用し、タクトタイムを縮少するロボ
ットの制御装置が開発されている。従来のかかる制御装
置の１例を次に示す。

従来の装置は、特開昭６３−２７１６１３号公報に記載
のように、ロボットのアームが静止しているときにアー
ム駆動用モータの電流値を電流検出手段により検出し、
電流比較演算手段においてあらかじめ記憶手段に記憶さ
れたモータの負荷が加わったときの電流値データと比較
することにより、その時点のロボットの負荷を判断する
。そしてその判断した負荷に見合ったその後の速度パタ
ーンを選択するようにして、ロボットのアームを安全に
なめらかに且つ早く動作させることを可能にしたもので
ある。

〔発明が解決しようとする課題］ しかしながら前記従来技術は、アームが静止していると
きのモータ電流値を検出するため、実際に対象物をハン
ドで持ち上げているときの電流値なのかどうかはロボッ
トは判断できない。つまり、例えばロボットが対象部品
を把持しようとノ＼ンドを閉じた時、まだ部品はパーツ
フィーダ等の上にあり、荷重負荷はロボットにかかつて
し１なし１わｂすで、この時点で負荷を推定するとＯと
なってしまう。よって随時負荷に対応した適切な速度パ
ターンを決定しているとはいえず、負荷がかかつていな
いと誤判断して加減速を短くして結果的にロボットへ過
負荷を与えることがお二りうる。

本発明の目的は、水平多関節ロボットにおいて、随時負
荷に対応した適切な速度パターンで動作させることでモ
ータやモータドライブ回路を安全温度範囲内でその能力
を最大限に引きだし、高速で精度の良い動作を実現する
ロボット制御装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、垂直軸が一度下
降し、一定時間停止し、次に上昇し始めたときの垂直軸
駆動用モータの電流値を検出し、記憶する手段、その時
の垂直軸の加速度を検出し記憶する手段、記憶した前記
電流値と前記加速度データより、その時点現在の負荷を
推定する手段、推定した負荷に従ってロボット駆動軸の
その後の加減速を増減する手段を、組立ロボットに設け
たものである。

〔作用〕

本発明は、水平多関節ロボットにおいて、ロボットが動
作を開始して垂直軸が上昇し始めたとき垂直軸駆動用モ
ータの電流値を電流検出手段により検出して記憶してお
き、また垂直軸のその時の加速度を垂直軸加速度検出手
段で検出して記憶し、その電流値と加速度によってその
時点での負荷を推定し、それに応じたロボットの加減速
を行わせるようにしてモータの能力を充分に利用できる
ようにしたものである。

ここで負荷を推定して加減速を変化させるので、モータ
の能力を有効に活用しながら、モータへの負荷が大きい
時は加速度を低下させるのでモータへ過負荷がかかるこ
とはない。

（実施例〕 次に、図を参照して本発明の詳細な説明する。

第３図は本発明の実施対象であるロボ・ノドの全体構成
を示す構成図である。

同図において、１４は水平軸駆動モータ、１５は垂直軸
駆動モータ、１６は水平軸パルスエンコータ、１７は垂
直軸パルスエンコーダ、１８はロボット制御装置、１９
１まティーチングボックス、２０はロボット本体、２１
は第１アーム、２２は垂直軸、２３は第２アーム、２４
：よひねり軸、である。

第３ズにおいて、子ィーチングボノクス１９のキー操作
によって位置のティーチングや動作ンケンスのプログラ
ムを入力する。入力したデータはロボット制御装置１８
の中の制御回路内に記憶され、テスト運転モート、連続
運転モード時には操作キーを押すことでプログラムされ
たシーケンスでロボット本体２０を動作させる。

一方、ロボット本体２０は、ロボ・ノド制御装置１８か
らの制御された電流により水平軸である第１アーム２１
、第２アーム２３、ひねり軸２４を駆動する為の水平軸
駆動モータ１４と垂直軸２２を駆動する為の垂直軸駆動
モータ１５とが駆動される。

ここで各駆動モータに取り付けられた駆動モータの位置
及び速度検出器である水平軸パルスエンコーダ１６、垂
直軸パルスエンコーダ１７により水平軸駆動モータ１４
、垂直軸駆動モータ１５の状態をロホ７）制御装置１８
にパルス信号でフィードバンクして、サーボ制御系が構
成されている。

以上述べた方式でロボットを制御し動作させているわけ
である。

第１回は本発明の一実施例としてのロボット制御装置の
内部構成を示すブロック図である。

同図において、■は中央演算処理装置、２は水平軸積分
器、３は水平軸電流制御回路、４は水平軸ＰＷＭパルス
発生回路、５は水平軸モータドライブ回路、６は水平軸
カウンタ、１４は水平軸駆動モータ、１６は水平軸パル
スエンコーダ、７は垂直軸積分器、８は垂直軸電流制御
回路、９は垂直軸ＰＷＭパルス発生回路、１０は垂直軸
モータドライブ回路、１１は垂直軸カウンタ、１２はＡ
／Ｄ変換器、１３はメモリ、１５は垂直軸駆動モータ、
１７は垂直軸パルスエンコーダ、である。

ここで水平軸駆動モータ１４、水平軸パルスエンコーダ
１６は、それぞれ一つしか記載されていないが、実際は
各軸にモータを持ち、サーボ系が構成されているわけで
あるが、簡素化のため図示を省略しているものである。

第１図を参照し、まず水平軸を例にモータサーボ制御系
を説明する。

中央演算処理装置１は、現在の水平軸の位置及び速度フ
ィードバック値より現在あるべき水平軸の位置状態とす
るため水平駆動モータ１４の電流指令値をＰＷＭ（パル
ス幅変調）指令値で発振し、Ｄ／Ａ変換器として機能す
る水平軸積分器２によりアナログ指令値に変換し、水平
軸電流制御回路３に伝達する。

一方、水平軸駆動モータ１４の現在の電流値は水平軸モ
ータドライブ回路５よりアナログ信号で水平軸電流制御
回路３にフィードハックされ、水平軸電流制御回路３で
は、水平軸積分器２からのアナログ指令値と水平軸モー
タドライブ回路５からのモータ電流値信号との間の差分
レヘル信号を作成して出力し、水平軸ＰＷＭパルス発生
回路４では、その差分レヘル信号に比例しなＰＷＭ電流
指令値を発信し、ドライブ回路５を介して水平軸駆動モ
ータ１４を制御駆動する。

そして、水平軸駆動モータ１４の回転位置、速度は水平
軸パルスエンコーダ１６からの発信パルスを水平軸パル
スカウンタ６でカウントすることにより得られ、その値
を中央演算処理装置Ｉにフィードバックして新たな電流
指令値が生成されるというサーボ系を構成しているもの
である。

又、垂直軸２２についても、垂直軸積分器７、垂直軸電
流制御回路８、垂直軸ＰＷＭパルス発生回路９、垂直軸
モータドライブ回路ＩＯ１垂直軸駆動モータ１５、垂直
軸ハルスエンコーダ１７、垂直軸パルスカウンタ１１に
より、水平軸のそれと同一のサーボ系が構成されている
。

さらに、垂直軸サーボ系には、垂直軸モータドライブ回
路１０からの垂直軸駆動モータの電流指令値をＡ／Ｄ変
換器１２でアナログ信号からデジタル信号に変換し、中
央演算処理装置ｌのデータバスに接続する回路を設けて
いる。

さて本発明の一実施例では、その作業物体等の負荷重量
によってその加減速を増減するわけであるが、これ−よ
組立ロボットの動作パターンが、垂直軸下降→物体把持
→垂直軸上昇−水平軸動作−・垂直軸下降−物体はなす
一垂直軸上昇一水平軸動作のくり返しであることを利用
している。

ここで負荷が変わるの１よ、別の物体を把持して持ち上
げたとき（或いは離して上昇を開始したとき）であるか
ら、垂直軸が動作した直後ということである。従って垂
直軸の動作電流を検出して負荷を推定し、その負荷に対
して最大の加減速を与える。

今、ティーチングボックス１９のキー操作で連続運転又
はテスト運転モードにして、既に制御装置内に記憶され
たロボット動作シーケンスプログラムで動作させた場合
、垂直軸が下降しである位置で一定時間停止する動作を
行うと、中央演算処理装置１はロボットが対象物を持つ
か放すかの動作をしたと判断する。

次にその位置から垂直軸が上昇を始めた直後に、垂直軸
駆動モータの電流値を垂直軸モータドライブ回路工０か
らＡ／Ｄ変換器１２を通じデジタル信号で中央演算処理
装置１に読み込み一時そのデータをメモリ１３に格納す
る。

又、中央演算処理装置ｌは、垂直軸カウンタ１１が出力
する垂直軸パルスエンコーダ１７の出力パルス数のカウ
ント値より、垂直軸が上昇を始めた直後、つまりモータ
の電流値を検出したときの加速度を算出する。ここで、
電流値および加速度は動作しはじめてから一定時間後の
値をそのデータとする方式や、動作しはじめてから一定
時間内の平均値をそのデータとする方式等いくつか考え
られるが、ここでは平均値をとる方式としている。

一方メモリ１３には、垂直軸駆動モータ１５の電流値と
加速度に対応して、望ましい水平軸駆動の加減速時間を
あらかじめ求めて下記の表１に示す様な、テーブルとし
て格納しておく。

尚、表１のｔ、〜ｔ、、、は加減速時間を示す。すなわ
ちこのテーブルは、電流値と加速度によって負荷の質量
を推定し、その負荷に対して実現できる最も短い加減速
の時間を求めるためのものである。

表１ さて、中央演算処理装置ｌは、既にメモリ１３に格納し
た垂直軸上昇直後の垂直軸駆動モータ１５の電流値及び
加速度のデータの近似値をそれぞれテーブル内のＡ、−
Ａ、、及びａ１〜ａ７より見つけてそれに対応する加減
速時間ｔを決定する。

例えば電流値がＡｏ、加速度がａ７であればその時の加
減速時間はｔｏとなる。

さて、中央演算処理装置１は、一定時間毎に各軸のサー
ボ系を処理するが、加減速時間決定後の水平軸のサーボ
系の処理から、その加減速時間りを基にした速度パター
ンにより水平軸である第１アーム２１及び第２アーム２
３を制御する。

尚、最高速度はロボット動作シーケンスプログラム中で
指定した速度で制限され、これを超えることはない。

次に前記本発明の一実施例におけるロボットの速度の増
減について第２図を参照して説明する。

第２図は、本発明を実施したことにより、ロボットの速
度が時間に対してどう変化するかを表した速度パターン
図、である。

ここでロボットとしては、垂直軸が先ず上昇し、その後
水平軸が動作するという動作パターンを採るものとして
説明する。

第２図において、垂直軸動作パターンＶＰは、図示の如
き動作パターンを採り、これに対し、その後動作を開始
する水平軸の動作パターンがパターンａ又はパターンｂ
の如くなることを示している。つまり垂直軸が動作し始
めると、負荷の推定が行われ、それにより次に動作すべ
き水平軸の加減速パターンが、例えばパターンａ又−ま
パターンｂの如く決定される。次に動作を開始する水平
軸は、その決定されたパターンに従って動作するという
わけである。

以下、具体的に説明する。

ロボットの動作時、最初に動作を開始した垂直軸は動作
パターンＶＰに従って動作するわけであるが、その始め
部分（速度パターン判定期間）において、次に動作すべ
き水平軸の加減速パターンを決定する。即ち、垂直軸２
２が上昇を始めた直後の速度パターン判定期間において
、垂直軸駆動モータＩ５の電流値及び加速度を中央演算
処理袋Ｗ１が検知して、メモリ１３内のテーブルから所
望の加減速時間ｔを決定する。

次に第２図中の負荷対応速度パターン期間は、上述のよ
うにして決定した加減速による水平動作軸の動作期間で
あるが、例えは、垂直軸駆動モータ１５の電流値が小さ
く加速度が大きい場合（表１の（ＡＩ　、ａ、）付近）
には垂直軸２２にかかる負荷が小さいことを意味するの
で、第２図中のパターンａ（加減速時間ｔつ）でロボ・
ノド（水平軸）は急速に動作し、逆に垂直軸駆動モータ
１５の電流値が大きく加速度は小さい場合（表１の（Ａ
、、、ａｌ）付近）には、垂直軸２２にかかる負荷が大
きいことを意味するので、第２図中のパターンｂ（加減
速時間ｔｂ）でロボット（水平軸）はゆっくりと動作す
る。なお決定された加減速時間は新たに垂直軸が上昇す
るまでは決定された値が保持される。

以上のように本実施例によれば、ロボットの負荷である
対象作業物の質量の大小等によってそのロボットの加減
速が増減するので常にモータの能力を充分に発揮し、か
つその負荷の検出も物体の把持時においても垂直軸が動
きはじめてから検出するので精度良く検出でき、安全で
タクトタイムの短いロボットを提供するのに大きな効果
がある。

なお以上の説明では、第２図において、垂直軸動作パタ
ーンＶＰの初期の速度パターン判定期間において実質的
に決定されたパターンａ又はｂに従って、次に動作すべ
き水平軸が動作するものとして説明したが、垂直軸動作
パターンＶＰの初期の速度パターン判定期間において実
質的にパターンａ又はｂが決定されるわけであるから、
その後の垂直軸の動作パターン自体がパターンａ又はｂ
に従うようにすることもできるわけで、このようにして
ロボットの動作の合理化を図ることもできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、水平多関節組立ロボットの作業対象物
の質量等の負荷の大小によって次の動作の加減速を制御
するため、ロボット駆動用モータやモータドライブ回路
の安全温度範囲内でそれらの能力を容易に引き出せ、高
速で安全性の高いロボットを実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としてのロボット制御装置の
回路構成を示すブロック図、第２図は本発明の一実施例
におけるロボットの動作速度パターン図、第３図は本発
明の実施対象である卒業用ロボットの構成の概要を示す
斜視図、である。 符号の説明 １・・・中央演算処理装置、２・・・水平軸積分器、３
・・・水平軸電流制御回路、４・・・水平軸ＰＷＭパル
ス発生回路、５・・・水平軸モータドライブ回路、６・
・水平軸カウンタ、７・・・垂直軸積分器、８・・・垂
直軸電流制御回路、９・・・垂直軸ＰＷＭパルス発生回
路、１０・・・垂直軸モータドライブ回路、１１・・・
垂直軸カウンタ、１２・・・Ａ／Ｄ変換器、１３・・・
メモリ、１４・・・水平軸駆動モータ、１５・・・垂直
軸駆動モータ、１６・・・水平軸パルスエンコーダ、１
７・・・垂直軸パルスエンコーダ、１８・・・ロボット
ｉｌｌ　？Ｉｌ　装！、１９・・・ティーチングボック
ス、２０・・・ロボット本体、２１・・・第１アーム、
２２・・・垂直軸、２３・・・第２アーム、２４・・・
ひねり軸 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 第 図 −暦迦〉

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、モータで駆動される垂直動作軸とモータで駆動され
   る水平動作軸とを備え、最初に垂直動作軸が動作を開始
   し、次に水平動作軸が動作を開始するようにした産業用
   ロボットにおいて、 前記垂直動作軸の動作開始後、該垂直動作軸を駆動する
   モータの電流値及び該垂直動作軸の動作の加速度を検出
   する手段と、検出された前記モータ電流値と垂直動作軸
   の加速度とから前記垂直動作軸にかかっている負荷の大
   きさを推定し、それに相応した加減速時間を求める手段
   と、求めた該加減速時間に従ってそれ以後の垂直動作軸
   または水平動作軸の動作の加減速を増減する手段と、を
   具備したことを特徴とするロボット制御装置。