JPH081566A - ロボット制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 駆動用モータに作用する実行負荷を検出し、
この実行負荷に基づいて加減速レートを適切な値に調整
すること。 【構成】 位置制御部２が、駆動用モータ１の現在回転
量と目標回転量とに基いて速度指令信号Ｓを作成する
と、速度制御部３が、速度指令信号Ｓと駆動用モータ１
の現在回転速度とに基いてトルク指令信号Ｔを作成す
る。すると、電力制御手段４が、トルク指令信号Ｔに基
いて駆動用モータ１に供給する電力量を制御する。この
構成の場合、駆動用モータ１に流れる電流を検出する電
流検出器１ｃが具備されており、負荷演算部８が、電流
検出器１ｃの検出結果に基いて、駆動用モータ１の実行
負荷率（＝実行負荷量／定格電流容量）を演算し、表示
手段９に表示するので、作業者は、表示手段９の表示に
基づいて加減速レートを調整すれば良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、組立て作業，ワークの
移し変えや箱詰め作業（いわゆるパレタイズ作業）等を
行うためのロボット制御装置に係り、特にアームを駆動
するための駆動用モータを制御するロボット制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば産業用ロボットの制御装置には次
のように構成されたものがある。即ち、回転位置検出器
が駆動用モータの現在回転量を検出すると、位置制御部
が現在回転量と目標回転量とを比較し、その差に応じた
速度指令信号を作成する。次に、速度制御部が、回転速
度検出器により検出された駆動用モータの現在回転速度
と前記速度指令信号とを比較し、その差に応じたトルク
指令信号を作成する。すると、電力制御手段が、このト
ルク指令信号に応じた電流を駆動用モータに供給する。
これにより、前記速度指令信号に応じた速度で目標回転
量だけ駆動用モータが回転し、アームが目標位置へ移動
する。

【０００３】従って、この構成の場合、負荷変動等の外
乱が発生して駆動用モータの回転量が低下すると、回転
速度検出器の検出信号が減少し、その結果、トルク指令
信号が増加し、駆動用モータが加速して元の速度に復帰
する。逆に、駆動用モータの回転速度が増加すると、回
転速度検出器の検出信号が増加し、その結果、トルク指
令信号が減少し、駆動用モータが減速して元の速度に復
帰する。

【０００４】ところで、上記構成のロボットを用いて実
際に組立作業やパレタイズ作業等を行う場合、下記
（１）〜（３）等の理由により、アームに過大な負荷が
作用する虞れがある。 （１）作業対象となるワークの重量がロボットの可搬重
量に近い場合 （２）ワークの形状により慣性モーメントが大きい場合 （３）アームに取付けられたハンドまたはツールの重心
位置がアームの作用点からずれている場合（オフセット
がある場合）

【０００５】これら駆動用モータに作用する負荷量が定
格容量を所定時間越え続けると、駆動用モータの過熱や
焼損等の事故が生じる虞れがあるため、制御装置には、
過負荷エラーやオーバーヒートエラー等のエラーを検出
すると、駆動用モータへの電力供給を停止し、サーボ制
御系を切って作業を中断させる機能が具備されている。
しかしながら、エラー検出に伴う作業の中断防止や装置
の安全性を一層向上させるには、駆動用モータに作用す
る負荷が定格容量以下となるように駆動用モータの加減
速レートを調整しておくことが好ましい。そこで、従来
のロボットの制御装置においては、ワークの重量や慣性
モーメントや重心位置のオフセット量等のパラメータに
基づいて、加減速レートを調整することが行われてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、駆動用
モータに作用する負荷は、駆動用モータに与える回転速
度パターン，ワークの重量，ワークの形状，ロボットが
ワークを把持する位置，アームの姿勢等、ロボットが実
際に行う作業内容によって異なり、上述のパラメータだ
けでは予期し得ない部分がある。このため、上記従来で
は、あらゆるロボットの姿勢に対して、駆動用モータに
作用する負荷が駆動用モータの定格容量を越えないよ
う、必要以上に加減速レートが下げられる傾向にあり、
その結果、ロボットの作業時間が比較的長くなってい
た。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、加減速レートを実際の負荷に応じた
適切な値に調整でき、作業時間を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にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のロボット
制御装置は、ロボットのアームを駆動する駆動用モータ
の現在回転量と目標回転量とに基いて速度指令信号を作
成する速度指令信号作成手段と、前記速度指令信号と前
記駆動用モータの現在回転速度とに基いてトルク指令信
号を作成するトルク指令信号作成手段と、前記トルク指
令信号に基いて前記駆動用モータに供給する電力量を制
御する電力制御手段と、前記駆動用モータに流れる電流
を検出する電流検出手段と、この電流検出手段の検出結
果に基いて、前記駆動用モータの実行負荷を演算する実
行負荷演算手段とを備えたをところに特徴を有する。

【０００９】請求項２記載のロボット制御装置は、ロボ
ットのアームを駆動する駆動用モータの現在回転量と目
標回転量とに基いて速度指令信号を作成する速度指令信
号作成手段と、前記速度指令信号と前記駆動用モータの
現在回転速度とに基いてトルク指令信号を作成するトル
ク指令信号作成手段と、前記トルク指令信号に基いて前
記駆動用モータに供給する電力量を制御する電力制御手
段と、前記トルク指令信号に基いて前記駆動用モータの
実行負荷を演算する実行負荷演算手段とを備えたところ
に特徴を有する。

【００１０】この場合、実行負荷演算手段の演算結果を
表示する表示手段を設けたり（請求項３）、実行負荷演
算手段に演算を開始させるための演算開始命令および演
算を終了させるための演算終了命令を任意の作業順序デ
ータ領域の前後に設定する演算命令設定手段を設けても
良い（請求項４）。

【００１１】

【作用】請求項１記載の手段によれば、駆動用モータに
流れる電流に基いて、駆動用モータの実行負荷が演算さ
れ、また、請求項２記載の手段によれば、駆動用モータ
に供給するトルク指令信号に基いて実行負荷が演算され
る。このため、請求項１および２のいずれの手段におい
ても、実行負荷に基づいて駆動用モータの加減速レート
を調整すれば良いので、加減速レートを実際の負荷に応
じた適切な値に設定することができ、ロボットの作業時
間が短縮されるようになる。

【００１２】請求項３記載の手段によれば、実行負荷演
算手段の演算結果が表示手段に表示されるので、この表
示に基づいて加減速レートを調整することができる。請
求項４記載の手段によれば、任意の作業順序データ領域
の前後に演算開始命令および演算終了命令を設定する
と、実行負荷演算手段が、演算開始命令の検出に伴い演
算を開始し、演算終了命令の検出に伴い演算を終了させ
る。従って、作業者が望む任意の作業について、実行負
荷を演算することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１および図２
に基づいて説明する。まず、全体構成を概略的に示す図
１において、駆動用モータ１は、ロボットのアームを駆
動するためのものであり、この駆動用モータ１には、回
転位置検出器１ａと回転速度検出器１ｂと電流検出器１
ｃとが接続されている。回転位置検出器１ａは、駆動用
モータ１の回転量を検出するものであり、回転位置検出
器１ａの検出結果は位置制御部２に出力される。回転速
度検出器１ｂは、駆動用モータ１の回転速度を検出する
ものであり、回転速度検出器１ｂの検出結果は速度制御
部３に出力される。電流検出器１ｃは請求項１記載の電
流検出手段に相当するものであり、駆動用モータ１に流
れる電流を検出し、その検出結果Ｉを電流制御部４ａに
出力する。

【００１４】記憶部５は、ティーチング位置データおよ
び作業順序データを記憶するものであり、演算部６は、
これらティーチング位置データおよび作業順序データを
読込み、両データに基づいてアーム毎の目標移動量を演
算する。そして、演算部６により演算された目標移動量
は位置制御部２に出力され、位置制御部２は、回転位置
検出器１ａの検出結果と目標移動量とを比較し、両者の
差分である位置偏差に基づいて速度指令信号Ｓを作成す
る。即ち、位置制御部２は請求項１記載の速度指令信号
作成手段に相当する。また、位置制御部２により作成さ
れた速度指令信号Ｓは速度制御部３に出力される。そし
て、速度制御部３は、回転速度検出器１ｂの検出結果と
速度指令信号Ｓとを比較し、両者の差分に比例したトル
ク指令信号Ｔを作成する。即ち、速度制御部３は請求項
１記載のトルク指令信号作成手段に相当する。

【００１５】速度制御部３により作成されたトルク指令
信号Ｔは電力制御手段４に出力される。この電力制御手
段４は電流制御部４ａと電力増幅部４ｂとから構成され
るものであり、電流制御部４ａは、電流検出器１ｃの検
出結果とトルク指令信号Ｔとに基づいて、駆動用モータ
１に供給すべき電流値を示す電流指令信号を作成し、電
力増幅部４ｂに出力する。そして、電力増幅部４ｂは、
電流指令信号に比例した電流を駆動用モータ１に供給す
ることにより、駆動用モータ１を速度指令信号Ｓに応じ
た速度で目標回転量だけ回転させ、アームを目標移動位
置へ移動させる。尚、電流指令信号には、駆動用モータ
１の最大許容電流値を越えないようにリミットがかけら
れている。

【００１６】電流検出器１ｃの検出結果Ｉは、Ａ／Ｄ変
換器７に出力され、Ａ／Ｄ変換器７によりディジタル信
号に変換された後、負荷演算部８に出力される。この負
荷演算部８は、請求項１記載の実行負荷に相当する実行
負荷率（＝駆動用モータ１の定格電流値／モータ１の実
行負荷量）を検出電流Ｉに基づいて演算するものであ
り、請求項１記載の実行負荷演算手段に相当する。しか
も、負荷演算部８により演算された実行負荷率は、ディ
スプレイ等からなる表示手段９に出力され、表示手段９
により表示される。また、記憶部６には演算命令設定手
段１０が接続されている。この演算命令設定手段１０
は、任意の作業順序データ領域の前後に演算開始命令お
よび演算終了命令を表す命令語（例えばロボット言語）
を設定するためのものであり、後述するように、負荷演
算部８は、演算命令設定手段１０により設定された演算
開始命令を検出することに伴い実行負荷率の演算を開始
し、演算終了命令を検出することに伴い演算を終了させ
る。

【００１７】次に、負荷演算部８の処理内容について図
２を参照しながら説明する。ロボットの一連の作業は、
作業プログラムに教示位置データおよび作業順序データ
を設定することにより行われるが、このような一連の作
業が行われている際に、一定のサンプリング時間ｔでタ
イマ割込みが発生すると、負荷演算部８は、ステップＳ
１に移行し、演算を開始するか否かを判断する。このス
テップＳ１は、演算命令設定手段１０により設定された
命令語を検出するためのものであり、負荷演算部８は、
「負荷演算開始」を表す命令語が検出されない場合、
「ＮＯ」と判断してステップＳ２に移行する。このステ
ップＳ２は、「負荷演算中」を検出するためのものであ
り、ここでは負荷演算が開始されておらず、「負荷演算
中」ではないため、「ＮＯ」と判断し、次のタイマ割込
みを待つことになる。

【００１８】この後、負荷演算部８は、ステップＳ１に
おいて、「負荷演算開始」を表す命令語を検出すると、
「ＹＥＳ」と判断してステップＳ３に移行する。そし
て、Ｎを初期化（Ｎ＝０）し、ステップＳ４において、
ＩＳＵＭを初期化（ＩＳＵＭ＝０）する。ここで、Ｎは
演算のサンプリング回数、ＩＳＵＭは、電流検出器１ｃ
による検出値Ｉの二乗Ｉ² である。負荷演算部８は、Ｉ
ＳＵＭを初期化すると、ステップＳ５に移行し、電流検
出器１ｃの検出値Ｉを取込み、ステップＳ６において、
「ＩＳＵＭ←ＩＳＵＭ＋Ｉ² 」を演算する。ここでは、
「ＩＳＵＭ←０＋Ｉ² 」になる。そして、ステップＳ７
に移行し、「Ｎ←Ｎ＋１」を演算する。ここでは、「Ｎ
←０＋１」になる。負荷演算部８は、「Ｎ←Ｎ＋１」を
演算すると、ステップＳ８に移行する。このステップＳ
８は、演算命令設定手段１０により設定された「演算終
了」を表す命令語を検出するためのものであり、前記作
業順序データに基づいた作業が実行中である場合、前記
命令語が検出されず、負荷演算部８は「ＮＯ」と判断
し、負荷演算作業が１制御周期だけ終了する。

【００１９】この後、タイマ割込みが発生すると、負荷
演算部８は再度ステップＳ１に復帰する。ここでは、前
記作業順序データに基づいた作業が実行中であるため、
「演算開始」を示す命令語が検出されず、「ＮＯ」と判
断してステップＳ２に移行する。この場合、負荷演算中
であるため、「ＹＥＳ」と判断してステップＳ５に移行
する。そして、電流検出器１ｃの検出値Ｉを取込み、ス
テップＳ６において、「ＩＳＵＭ←ＩＳＵＭ＋Ｉ² 」と
し、ステップＳ７において、「Ｎ←Ｎ＋１」とした後、
ステップＳ８において、「ＮＯ」と判断し、演算作業が
２制御周期だけ終了する。

【００２０】以上の動作を繰返すうちに、所定の作業順
序データ領域が終了し、「演算終了」を示す命令語が検
出されると、負荷演算部８は、ステップＳ８において
「ＹＥＳ」と判断し、ステップＳ９に移行する。そし
て、まず、「ＩＳＵＭ^(1/2) 」を演算し、サンプリング
時間（タイマ割込み時間）ｔにサンプル回数Ｎを乗じて
得られる演算実行時間（ｔ×Ｎ）で除算することによ
り、作業中に駆動用モータ１に流れた電流値Ｉの二乗平
均値「ＩＳＵＭ^(1/2)／（Ｎ×ｔ）」（即ち、実行負荷
量）を求める。次に、ステップＳ１０に移行し、該実行
負荷量を、駆動用モータ１の定格電流値Ｉｏで除算する
ことにより、実行負荷率αを演算し、表示手段９に実行
負荷率αを表示する。一般に、モータに作用する負荷
は、モータの等価直流機抵抗にモータに流れる電流値の
二乗を乗じたもので表すことができるため、モータに流
れる電流値Ｉ² の時間平均値を求め、該時間平均値の定
格容量Ｉｏに対する割合、即ち実行負荷率を演算するこ
とにより求めることができる。

【００２１】上記実施例によれば、電流検出器１ｃの検
出結果に基づいて、駆動用モータ１の実行負荷率α（実
行負荷量／定格容量）を演算し、その演算結果を表示手
段９に表示するようにしたので、この表示に基づいて加
減速レートを調整すれば、加減速レートが実際の負荷に
応じた適切な値に設定され、その結果、作業時間が短縮
される。しかも、演算開始命令および演算終了命令を任
意の作業順序データ領域の前後に設定する演算命令設定
手段１０を設けたので、作業者が望む任意の作業につい
て、実行負荷率αを演算することができ、使い勝手が向
上する。

【００２２】ここで、加減速レートの調整には各種のア
ルゴリズムが考えられるが、次にその一例を説明する。
まず、調整に先立つ前提条件として次の３つの事項があ
げられる。 ａ）加減速レートの最大値は１００％とする。 ｂ）実行負荷率αは加減速レートに略比例する。 ｃ）ロボットの仕様に規定されている定格可搬重量以下
でオフセットがないワークは除外する（即ち、定格可搬
重量以下でオフセットがないワークの場合、加減速レー
トが１００％であっても問題ない）。 尚、上記前提条件は下式に基づくものである。 Ｔ＝Ｊ×β Ｗ＝（Ｔ² ）^(1/2) 但し、Ｔは駆動用モータ
１のトルク、Ｊは慣性モーメント、βは角加速度、Ｗは
実行負荷量である。

【００２３】従って、定格可搬重量以上でオフセットが
あるワークについて、実行負荷率αを検出し、その演算
結果を表示手段９に表示する。例えば、加減速レートが
５０％で、表示手段９の表示が８０％である場合、実行
負荷率に余裕があるので、加減速レートを６０％程度ま
で増加させ、再び実行負荷率を検出する。そして、実行
負荷率が９０〜１００％の範囲に収まるまで、加減速レ
ートの調整作業を繰返し、実際の負荷に応じた適切な値
に加減速レートを設定する。

【００２４】次に、本発明の第２実施例を図３および図
４に基いて説明する。尚、上記第１実施例と同一の部材
については、同一の符号を付して説明を省略し、以下、
異なる部材についてのみ説明を行う。この場合、図３に
示すように、負荷演算部８´は速度制御部３に設けられ
ており、速度制御部３が作成するトルク指令信号Ｔに基
づいて実行負荷率を演算するように構成されている。即
ち、負荷演算部８´は請求項２記載の実行負荷演算手段
に相当するものである。

【００２５】この構成によれば、図４に示すように、一
定のサンプリング時間ｔでタイマ割込みが発生すると、
負荷演算部８´は、「負荷演算開始」を示す命令語を検
出し（ステップＱ１）、Ｎを初期化した後（ステップＱ
３）、ＴＳＵＭを初期化する（ステップＱ４）。ここ
で、「ＴＳＵＭ＝トルク指令信号Ｔ² 」である。次に、
負荷演算部８´は、トルク指令信号Ｔを読込み（ステッ
プＱ５）、「ＴＳＵＭ←ＴＳＵＭ＋Ｔ² 」（ステップＱ
６）および「Ｎ←Ｎ＋１」（ステップＱ７）を演算す
る。この後、「負荷演算終了」を示す命令語を検出する
と、ステップＱ８からＱ９へ移行し、ＴＳＵＭの平方根
を演算した後、該平方根を演算実行時間（Ｎ×ｔ）で除
算することにより、実行負荷量を求め、ステップＱ１０
において、実行負荷量を定格電流値Ｉｏで除算すること
により、実行負荷率αを演算し、表示手段９に表示す
る。

【００２６】駆動用モータ１の電流制御は、第１実施例
で説明したように、トルク指令信号Ｔに応じて行われ
る。従って、第１実施例のように、駆動用モータ１に流
れる電流値を実測しなくともトルク指令信号Ｔに基づい
て実行負荷率αを演算することも可能である。本実施例
は、このような発想に基づいてなされたものであり、上
記第１実施例と同様、実行負荷率αに基づいて作業者が
加減速レートを調整することができるので、加減速レー
トが実行負荷に応じた適切な値となり、その結果、作業
時間が短縮される。

【００２７】尚、上記第１および第２実施例において
は、実行負荷率αに基づいて作業者が加減速レートを調
整するようにしたが、実行負荷率αに基づいて加減速レ
ートを自動調整する構成としても良い。この場合、実行
負荷率αに基づいて加減速レートを自動調整する加減速
レート調整手段をソフトウエアにより構成し、第１およ
び第２実施例の中で作業者が行う作業を加減速レート調
整手段に代行させる。

【００２８】また、実行負荷量に基づいて作業者が加減
速レートを調整する構成としても良い。この場合、作業
者が、実行負荷量と定格電流容量とに基づいて実行負荷
率αを計算し、以後、上記第１および第２実施例と同様
の手順により調整作業を行う。従って、負荷演算部８お
よび８´のソフトウエア構成としては、ステップＳ１０
およびＱ１０（実行負荷率の演算ステップ）を廃止する
ことになり、ステップＳ９およびＱ９で演算された実行
負荷量が請求項記載の実行負荷に相当する。また、作業
者が演算した実行負荷率に基づいて加減速レートを自動
調整する構成としても良い。この場合、作業者が、実行
負荷量と定格電流容量とに基づいて実行負荷率を計算
し、この実行負荷率を加減速レート調整手段に入力する
ことにより、加減速レート調整手段に調整作業を行わせ
る。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のロボット制御装置によれば次のような優れた効果を奏
する。請求項１および２記載の手段によれば、駆動用モ
ータの実行負荷を検出することができるので、該実行負
荷に基づいて駆動用モータの加減速レートを調整するこ
とが可能になる。その結果、加減速レートを実際の負荷
に応じた適切な値に設定でき、作業時間が短縮されるよ
うになる。

【００３０】請求項３記載の手段によれば、実行負荷演
算手段の演算結果を表示手段に表示することができるの
で、この表示に基づいて加減速レートを調整することが
可能になる。請求項４記載の手段によれば、演算開始命
令および演算終了命令を任意の作業順序データ領域の前
後に設定することができるので、作業者が望む任意の作
業について実行負荷を演算することが可能となり、使い
勝手が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すブロック図

【図２】負荷演算部の制御内容を示すフローチャート

【図３】本発明の第２実施例を示す図１相当図

【図４】図２相当図

【符号の説明】

１は駆動用モータ、１ｃは電流検出器（電流検出手
段）、２は位置制御部（速度指令信号作成手段）、３は
速度制御部（トルク指令信号作成手段）、４は電力制御
手段、８は負荷演算部（実行負荷演算手段）、８´は負
荷演算部（実行負荷演算手段）、９は表示手段、１０は
演算命令設定手段を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットのアームを駆動する駆動用モー
   タの現在回転量と目標回転量とに基いて速度指令信号を
   作成する速度指令信号作成手段と、 前記速度指令信号と前記駆動用モータの現在回転速度と
   に基いてトルク指令信号を作成するトルク指令信号作成
   手段と、 前記トルク指令信号に基いて前記駆動用モータに供給す
   る電力量を制御する電力制御手段と、 前記駆動用モータに流れる電流を検出する電流検出手段
   と、 この電流検出手段の検出結果に基いて、前記駆動用モー
   タの実行負荷を演算する実行負荷演算手段とを備えたこ
   とを特徴とするロボット制御装置。
2. 【請求項２】 ロボットのアームを駆動する駆動用モー
   タの現在回転量と目標回転量とに基いて速度指令信号を
   作成する速度指令信号作成手段と、 前記速度指令信号と前記駆動用モータの現在回転速度と
   に基いてトルク指令信号を作成するトルク指令信号作成
   手段と、 前記トルク指令信号に基いて前記駆動用モータに供給す
   る電力量を制御する電力制御手段と、 前記トルク指令信号に基いて前記駆動用モータの実行負
   荷を演算する実行負荷演算手段とを備えたことを特徴と
   するロボット制御装置。
3. 【請求項３】 実行負荷演算手段の演算結果を表示する
   表示手段を備えたことを特徴とする請求項１または２記
   載のロボット制御装置。
4. 【請求項４】 実行負荷演算手段に演算を開始させるた
   めの演算開始命令および演算を終了させるための演算終
   了命令を任意の作業順序データ領域の前後に設定する演
   算命令設定手段を備えたことを特徴とする請求項１また
   は２記載のロボット制御装置。