JPH0782376B2 - ロボット制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はロボットアームが掴んでいる対象物の位置と姿
勢をセンサを用いて検出し、プログラムしたロボットア
ームの軌道（以下、プログラム軌道とする）を検出信号
に応じて補正するロボットの制御装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ センサを用いたロボットの制御装置の適用例を第６図〜
第９図に示す。

第６図は、ロボットアームを用いて部品を装着する工程
で、ベルトコンベア１の送り速度をセンサで検出し、検
出速度に応じてロボットアーム２のプログラム軌道を補
正するものである。

第７図は、ロボットアームを用いてアーク溶接する工程
で、溶接器３と溶接部分の距離をセンサで検出し、検出
信号に応じてプログラム軌道を補正するものである。

第８図は、ロボットアームを用いて研磨する工程で、グ
ラインダ４を被研磨物５に押付ける力をセンサで検出
し、検出信号に応じてプログラム軌道を補正するもので
ある。

第９図は、送られてくる対象物６の位置をTVカメラ７で
計測して追従する工程で、TVカメラ７に入る画像をもと
にプログラム軌道を補正するものである。

これらはいずれもプログラム軌道をセンサの検出信号に
応じて補正し、対象物の変化に対応してロボットアーム
を動作させるものである。以下、センサを用いてロボッ
トアームを制御することをセンサ制御とする。

これらのうちで実用化されているものは、第６図と第７
図に示すものだけである。以下にこの理由を説明する。

第10図はトルクセンサを用いたロボット制御の例で、ワ
ークピース８にかかる力f₁，f₂をトルクセンサ９で検出
し、検出信号からワークピース８にかかる力とトルクを
算出し、その値に応じてワークピースの位置と姿勢を補
正し、ワークピース８がかじらないように穴10に押込む
ものである。

［発明が解決しようとする課題］ この装置では、センサの検出信号からワークピース８に
かかる力とトルクを求めるために多くの演算を要するた
め、所望の動作速度を得るには、センサを用いない制御
装置に比べて高速の演算器を必要とする。このため、セ
ンサを用いたロボットの制御装置は専用となり、高価に
ならざるを得なかった。また、ソフトウェア的にも予め
センサ制御を前提として特別に設計しなければならなか
った。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたも
のであり、CPU基本的構成を変えることなく簡単な手段
を付加するだけでセンサ制御に対応できるとともに、対
応範囲が広いロボットの制御装置を実現することを目的
とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は次のとおりの構成になったロボットの制御装置
である。

（１）ロボットアームの先端に固着された効果器または
ロボットアームが掴んでいる対象物の状態を検出するセ
ンサと、 このセンサの検出信号を演算して求めたロボットアーム
の先端または把持対象物の位置，姿勢に関するデータが
格納されるセンサデータメモリと、 制御に必要なデータを選択するために１または０の値を
とる係数値がセットされ、この係数値を前記センサデー
タメモリの読出しデータに掛ける係数器と、 ロボットアームの先端または把持対象物のプログラムさ
れた軌道の座標データを算出する座標データ発生部と、 前記係数値を掛けたデータと前記座標データ発生部の発
生データを加算して前記プログラムされた軌道を補正す
る加算器と、 この補正されたデータをロボットアームの関節角度のデ
ータに変換する逆機構変換演算器と、 この逆機構変換演算器で算出された関節角度を指令値に
してロボットアームをフィードバック制御するサーボ制
御部と、 必要に応じて付加できるように構成され、前記センサの
検出信号をもとにロボットアームの位置，姿勢のデータ
を算出し、算出データを前記座標データ発生部の関与な
しに前記センサデータメモリにセットする付加演算器、 を具備したことを特徴とするロボットの制御装置。

（２）前記係数器を前記付加演算器の出力段に設け、セ
ンサデータメモリには係数値を掛けたデータをセットす
ることを特徴とする（１）記載の装置。

（３）前記付加演算器は、前記座標データ発生部と同期
して動作することを特徴とする（１）記載の装置。

［作用］ このように構成した本発明の作用は次のとおりである。

（１）の発明の作用 座標データ発生部は、プログラム軌道上の座標データを
算出する。

付加演算器は、センサの検出信号をもとにロボットアー
ムの位置，姿勢のデータを算出し、算出データをセンサ
データメモリにセットする。このときのセットは、座標
データ発生部の関与なしに行われる。係数器は、センサ
データメモリからの読出しデータに１または０の係数値
を掛ける。これによって、制御に必要なデータが選択さ
れる。

加算器は、座標データ発生部の発生データと、係数器に
より係数を掛けたデータとを加算する。この加算によ
り、プログラム軌道がセンサの検出信号に応じて補正さ
れる。

機構逆変換演算器は、補正されたデータをロボットアー
ムの関節角度のデータに変換する。サーボ制御部は、変
換された関節角度を指令値にしてロボットアームをフィ
ードバック制御する。

このようにしてセンサ制御が行われる。

（２）の発明の作用 係数器を付加演算器内に設け、既に係数値を掛けたデー
タをセンサデータメモリにセットする。これ以外の作用
は（１）の発明の同様である。

（３）の発明の作用 付加演算器は、座標データ発生部と同期して動作し、デ
ータの算出と、算出データのセンサデータメモリへのセ
ットを行う。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明を説明する。

第１図は本発明にかかる装置の一実施例の構成図であ
る。

この装置は大きく分けて、CPU部100、サーボ制御部20
0、センサ制御CPU300及びシステムバス400からなる。

CPU部100で、111はキーボードＫとディスプレイＤを用
いて作成される動作プログラムが格納される動作プログ
ラムメモリである。動作プログラムを実行することによ
ってロボットを動作させる。

112はロボットアームの現在位置から動作プログラムに
よって指示された次の目標点へ向かう軌道の途中にある
座標を計算する軌道作成演算器である。

113はセンサＳの検出信号を演算したデータを格納する
センサデータメモリである。センサＳは例えば第10図に
示すようなトルクセンサである。

114はセンサデータメモリ113の読み出しデータに係数値
を掛ける係数器である。この係数値は、ロボットアーム
のセンサ制御特性に応じて設定され、その数はセンサデ
ータメモリ113の格納データ数に等しい。また、係数値
はキーボードＫ又は動作プログラムメモリ111内のプロ
グラムによって設定される。

115は軌道作成演算器112の座標データと係数器114によ
り係数値を掛けたデータを加算する加算器である。

116は加算器115の加算データをロボット機構に対応した
演算をして関節角度データに変換し、この関節角度デー
タを対応するサーボ制御部２に送る逆機構変換演算器で
ある。関節角度データを送る経路はａのように直接であ
っても、ｂのようにシステムバスを経由してでもよい。

117はCPU部100とセンサ制御CPU300との間でシステムバ
ス400の使用権を調停するバス調停器である。

サーボ制御部200は、モータの位置、速度及びトルクの
フィードバック制御ループを有し、ａ又はｂの経路で与
えられた関節角度データを指令値にしてモータをフィー
ドバック制御する。

この制御部で、211〜213は加算器、214は演算器116から
の関節角度データをフィードバック制御の演算時間で内
挿して指令値を求める内挿器である。内挿器214が設け
られているのは、CPU部100から関節角度データが与えら
れる周期がサーボ制御部200のフィードバック信号が与
えられる周期よりも長いため、関節角度データが与えら
れていない間に指令値を滑らかに補間するためである。

215はモータＭの回転を検出するエンコーダＥの検出信
号をもとにモータの回転位置を制御する位置制御部、21
6はF/V変換器217で変換した速度信号をフィードバック
信号にしてモータにダンビング（制御）を与える速度制
御部、218はモータコイルに流す電流をフィードバック
信号にしてモータの出力トルクを制御するトルク制御部
である。

センサ制御CPU300で、310はセンサＳで検出したデータ
例えば力センサの場合は力とトルクのデータをもとに、
例えばロボットアームにつけている工具の作用点までの
距離から、この工具にかかる力とトルクを演算し、演算
データをセンサデータメモリ113に書き込む付加演算器
である。この書き込みは、通常はシステムバス400を専
有しているバス調停器117に要求を出し、センサ制御CPU
300がシステムバス400の専有権を一定時間得ることによ
って行う。これによって、CPU部100はセンサ制御CPU300
の存在にかかわらず動作でき、またセンサ制御CPU300は
CPU部100の処理内容にかかわらずセンサデータメモリ11
3に対して書き込みを行うといった独立した動作を行う
ことができる。このようなセンサ信号演算器310は制御
装置の機能に応じて必要な数だけ付加されている。

ここで、請求範囲にいう座標データ発生部は動作プログ
ラムメモリ111と軌道生成演算器112に相当する。

このような装置で、動作プログラムメモリ111,軌道作成
演算器112を介してロボットアームのプログラム軌道の
座標データ（以下、プログラム座標データとする）が与
えられる。

一方、付加演算器310はセンサＳの検出信号をもとにロ
ボットアームの手先（例えば工具先端部分）の位置と姿
勢に関するセンサデータを算出してセンサデータメモリ
113に格納する。センサデータは、例えば、手先位置の
X,Y,Z座標、X,Y,Z軸まわりの回転各θ_Ｘ，θ_Ｙ，θ_Ｚ等
のデータである。

次に、係数器114はセンサデータメモリ113から読み出し
たデータに係数値を掛けてプログラム軌道を補正するた
めのデータを作成する。補正値はロボットアームに設け
られたセンサ制御特性によって設定される。

例えば、本発明にかかる装置を第６図に示すようにコン
ベア搬送に適用した場合は、センサデータと各センサデ
ータの係数値は第２図のようになる。第２図で、a₁〜a₆
はそれぞれセンサデータX,Y,Z,θ_Ｘ，θ_Ｙ，θ_Ｚの係数
値である。

この装置は、被加工物11のＸ方向の位置（被加工物11の
送り方向）に応じてロボットアームの手先位置を制御す
るものであるため、Ｘ座標のセンサデータに掛ける係数
値は１にして他のセンサデータに掛ける係数値は０にす
る。

このようにして係数値を掛けたデータをプログラム座標
データに加算し、対象物の変動に応じてロボットアーム
のとるべき軌道を補正してやる。

この加算データは逆機構変換演算器116で関節角度デー
タに変換されてサーボ制御部200に指令値として与えら
れる。

サーボ制御部200では、与えられた関節角度に一致する
ようにロボットアームの関節駆動用モータＭを駆動す
る。

第３図はCPU部100とセンサ制御CPU300の処理のタイムチ
ャートである。

第３図で、時刻t₁，t₃，t₅でCPU部100からセンサ制御CP
U300へ送られる同期信号によってCPU部100はセンサ制御
CPU300と同期して動作を開始する。

動作が開始すると、CPU部100は動作プログラムメモリ11
1と軌道生成演算器112を用いてプログラム軌道からロボ
ットアームのプログラム座標データを求める。この間
に、センサ制御CPU300はセンサＳの検出信号をもとにロ
ボットアームの手先の位置と姿勢のデータを算出する。
そして、CPU部100が係数値を掛ける演算を行う直前に、
算出したデータをセンサデータメモリ113に格納してお
く。格納時点がt₂，t₄，t₆である。

このように開始時を同期させることにより、センサデー
タメモリ113に書き込まれたデータが利用されるまでの
時間遅れを一定にかつ最短にすることができる。

もし、同期をとらないと、第４図のタイムチャートに示
すようにセンサデータの書き込み時t₇〜t₁₀がCPU部100
の開始時点から一定でなくなるため、センサデータが書
き込まれてから利用されるまでの時間がまちまちにな
る。

第５図は本発明にかかる装置の他の実施例の構成図であ
る。

この装置では、係数器をセンサ制御CPU300に移し、CPU
部100には単に加算処理だけを行なわせて負荷を軽減し
ている。

［効果］ 本発明によれば、通常用途では付加演算器310を付け
ず、高度なセンサ制御を要するときは付加演算器310を
付けてこれを実現できる構成になっているため、制御の
種類にかかわらずメインのCPU部100を共通化できる。こ
れによって、安価に高度なセンサ制御を実現できる。ま
た、付加演算器310を変えることにより、種々のセンサ
制御を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる装置の一実施例の構成図、第２
図〜第４図は第１図の装置の動作説明図、第５図は本発
明にかかる装置の他の実施例の構成図、第６図〜第９図
はロボットの制御装置の適用例を示した図、第10図はセ
ンサ制御による組立事例を示した図である。 100…CPU部、111…動作プログラムメモリ、112…軌道生
成演算器、113…センサデータメモリ、114…係数器、11
5…加算器、116…逆機構変換器、200…サーボ制御部、3
10…追加演算器、Ｍ…モータ、Ｅ…エンコーダ、Ｓ…セ
ンサ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロボットアームの先端に固着された効果器
   またはロボットアームが掴んでいる対象物の状態を検出
   するセンサと、 このセンサの検出信号を演算して求めたロボットアーム
   の先端または把持対象物の位置，姿勢に関するデータが
   格納されるセンサデータメモリと、 制御に必要なデータを選択するために１または０の値を
   とる係数値がセットされ、この係数値を前記センサデー
   タメモリの読出しデータに掛ける係数器と、 ロボットアームの先端または把持対象物のプログラムさ
   れた軌道の座標データを算出する座標データ発生部と、 前記係数値を掛けたデータと前記座標データ発生部の発
   生データを加算して前記プログラムされた軌道を補正す
   る加算器と、 この補正されたデータをロボットアームの関節角度のデ
   ータに変換する逆機構変換演算器と、 この逆機構変換演算器で算出された関節角度を指令値に
   してロボットアームをフィードバック制御するサーボ制
   御部と、 必要に応じて付加できるように構成され、前記センサの
   検出信号をもとにロボットアームの位置，姿勢のデータ
   を算出し、算出データを前記座標データ発生部の関与な
   しに前記センサデータメモリにセットする付加演算器、 を具備したことを特徴とするロボットの制御装置。
2. 【請求項２】前記係数器を前記付加演算器の出力段に設
   け、センサデータメモリには係数値を掛けたデータをセ
   ットすることを特徴とする特許請求の範囲（１）項記載
   の装置。
3. 【請求項３】前記付加演算器は、前記座標データ発生部
   と同期して動作することを特徴とする特許請求の範囲
   （１）項記載の装置。