JPH1199493A - 工業用ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コスト、信頼性および重量の点で不利とはな
らずに、タクト時間の延長を抑え、教示再生形ロボット
においては教示に要する工数および教示のためのライン
停止時間を抑えることができる工業用ロボットを提供す
る。 【解決手段】 手首部２３の回転角度から、アーム２２
から塗工具２５に渡された線状体３０の捩れが許容範囲
を越える動作範囲エラーが発生したか否かを検出する捩
れ検出手段と、該捩れ検出手段により動作範囲エラーが
発生したことが検出された場合に手首部２３の回転部３
３，３４，３５，３６のいずれかを捩れの解消方向に予
め設定された所定角度回転させる手首部制御手段とを具
備してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、塗装機器および工
具を含む塗工具とアームとの間にケーブルあるいはチュ
ーブ等の線状体を有する工業用ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】工業用ロボットにおいて、手首部の先端
に設けられた、塗装機器および工具を含む塗工具に対し
制御信号を送るためのケーブル類や、該塗工具から流体
を噴射させる場合における流体の移送のためのチューブ
等の線状体がアームから塗工具に渡って内部あるいは外
部に設けられる場合があるが、手首部の回転によりこの
ような線状体に捩れが生じ、これに起因して、引っ張
り、干渉等が生じて破損する可能性がある。これを回避
するために従来は、その動作可能な角度範囲がかなり大
きいにも拘わらず手首部の動作角度範囲を大幅に制限し
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように手首部の
動作角度範囲が大幅に制限されているとこれに起因して
以下のような問題が生じていた。手首部の動作角度の大
きい動作を行う際に、手首部の動作角度制限により頻繁
に動作範囲エラーが発生しロボットの動作が中断されて
しまう。また、このエラーを回避するためには常に手首
部が動作角度範囲内に入っているように動作角度エンド
に達する前に余裕をもって巻き戻し動作を行うよう設定
する必要があり、タクト時間が延長されてしまう。ま
た、教示再生形ロボットにおいては、このような巻き戻
し動作をも含んで教示を行わなければならず、教示に要
する工数が多大となりオペレータの負担も大きくなって
しまう。またその結果、教示中に停止される作業ライン
の停止時間が長くなってしまう。一方、手首部の回転の
影響を受けないように線状体をスイベル機構やロータリ
ジョイント機構等で保持することを考えたが、これらは
構造が複雑であり、コスト、信頼性および重量の点で不
利になってしまう。したがって、本発明の目的は、コス
ト、信頼性および重量の点で不利とはならずに、タクト
時間の延長を抑え、教示再生形ロボットにおいては教示
に要する工数および教示のためのライン停止時間を抑え
ることができる工業用ロボットを提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の工業用ロボットは、アームと、複数の回転
部を有するとともに前記アームの先端に設けられた手首
部と、該手首部のアームに対し反対側に設けられた塗工
具と、前記アームから前記塗工具に渡された線状体とを
有するものであって、前記手首部の回転角度から前記線
状体の捩れが許容範囲を越える動作範囲エラーが発生し
たか否かを検出する捩れ検出手段と、該捩れ検出手段に
より動作範囲エラーが発生したことが検出された場合に
前記手首部のいずれかの回転部を捩れの解消方向に予め
設定された所定角度回転させる手首部制御手段とを具備
してなることを特徴としている。これにより、捩れ検出
手段が、手首部の回転角度から線状体の捩れが許容範囲
を越える動作範囲エラーが発生したことを検出すると、
手首部制御手段が、手首部のいずれかの回転部を捩れの
解消方向に予め設定された所定角度回転させて、線状体
の捩れを巻き戻し解消させることになる。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明の一の実施の形態を図面を
参照して以下に説明する。図１は、本発明の工業用ロボ
ットの一の実施の形態としての塗装用ロボットを示して
おり、該塗装用ロボットは、マニピュレータ１１と、該
マニピュレータ１１にケーブル１２を介して接続されて
該マニピュレータ１１の動作あるいは周辺機器との信号
のやりとり等を制御するコントローラ１３と、該コント
ローラ１３にケーブル１４を介して接続されマニピュレ
ータ１１の動作指令やデータ管理等のコントローラ１３
への入力をオペレータにより入力させるための手元操作
装置１５とから構成されている。

【０００６】マニピュレータ１１は、床面等に設置固定
される固定ベース１７と、この固定ベース１７上に鉛直
の第１軸回りに回転するよう設けられた旋回ベース１８
と、該旋回ベース１８に一端側が水平の第２軸回りに回
転自在に支持された第１アーム２０と、該第１アーム２
０の他端側に一端側が水平の第３軸回りに回転自在に支
持された第２アーム２２とを有しており、第２アーム２
２の他端側には、図２に示すように、手首部２３を介し
て塗装ガン（塗工具）２５が設けられている。

【０００７】固定ベース１７側には、図示は略すが塗料
タンク、塗料ポンプおよび塗料流量計等からなる塗装用
機器類が設けられており、第２アーム２２には、図２に
示すように、塗装ガン２５に供給する塗料の色を切り替
える色替え装置２８が取り付けられていて、該色替え装
置２８が上記塗装用機器類に図示せぬチューブを介して
連結されている。

【０００８】第２アーム２２に取り付けられた色替え装
置２８と塗装ガン２５との間には、塗料供給用、塗料循
環（戻り）用、トリガ用エア供給用、塗装パターン選択
用エア供給用および塗料霧化用エア供給用の各別の複数
のチューブ（線状体。図においては簡略化のため一系統
のみ図示）３０が連結されている。ここで、チューブ３
０等は、手首軸が所定レベルで回転、曲げ、捻り等の動
作を行っても、捩れたり引っ張りにより破断を生じない
ように手首部にある程度の余裕を持って巻き付けられた
状態で配管されている。なお、トリガ、塗装パターン選
択等の塗装ガン制御にエア（圧縮空気）を用いるのは防
爆上有利なためであり、このエアには工場用エア等が用
いられる。

【０００９】手首部２３は、第２アーム２２側から順
に、第１の回転部材（回転部）３３、第２の回転部材
（回転部）３４、第３の回転部材（回転部）３５および
回転部３６が相対回転自在となるよう直列に連結されて
構成された、いわゆる斜交インライン形（４ロール形）
のものが採用されている。図３に示すように、第１の回
転部材３３は、第２アーム２２の先端に該第２アーム２
２と同軸の第４軸回り（θ₄）に回転自在とされるとと
もに第２アーム２２に対し反対側の先端面３３ａが前記
軸に対し斜交する円筒状をなしている。

【００１０】第２の回転部材３４は、第１の回転部材３
３の先端面３３ａに直交しかつ第１の回転部材３３の中
心軸に斜交する第５軸回り（θ₅）に回転自在に設けら
れるとともに、第１の回転部材３３に対し反対側の先端
面３４ａが、一側が第１の回転部材３３の先端面３３ａ
に近接し、他側が第１の回転部材３３の先端面３３ａに
対し前記より離間するよう傾斜された湾曲円筒状をなし
ている。第３の回転部材３５は、第２の回転部材３４の
先端面３４ａに直交しかつ第２の回転部材３４の第１の
回転部材３３に対する回転軸に交差する−第５軸回り
（−θ₅）に回転自在に設けられるとともに、第２の回
転部材３４に対し反対側の先端面３５ａが、一側が第２
の回転部材３４の先端面３４ａに近接し、他側が第２の
回転部材３４の先端面３４ａに対し前記より離間するよ
う基端側が傾斜された円筒状をなしている。

【００１１】回転部３６は、第３の回転部材３５の先端
面３５ａに直交しかつ第３の回転部材３５の第２の回転
部材３４に対する回転軸に斜交する第６軸回り（θ₆）
に回転自在に設けられている。なお、第２アーム２２に
対する第１の回転部材３３の回転軸と第１の回転部材３
３に対する第２の回転部材３４の回転軸とのなす角は、
第２の回転部材３４に対する第３の回転部材３５の回転
軸と第３の回転部材３５に対する回転部３６の回転軸と
のなす角と同じ大きさとされている。

【００１２】以上により、回転部３６は、第２の回転部
材３４および第３の回転部材３５の回転角度によって、
例えば、その中心軸を第２アーム２２の中心軸と一致さ
せたり、あるいはその中心軸を第２アーム２２の中心軸
と鋭角をなすよう傾斜させたり等の姿勢・位置が変更さ
れることになり、その結果、この回転部３６に取り付け
られる塗装ガン２５の姿勢・位置も変更される。

【００１３】マニピュレータ１１内には、固定ベース１
７に対する旋回ベース１８の回転、旋回ベース１８に対
する第１アーム２０の回転、第１アーム２０に対する第
２アーム２２の回転、第２アーム２２に対する第１の回
転部材３３の回転、第１の回転部材３３に対する第２の
回転部材３４の回転、および第３の回転部材３５に対す
る回転部３６の回転をそれぞれ駆動するための図示せぬ
サーボモータおよび各回転角度を検出するためのエンコ
ーダが組み込まれており、コントローラ１３は、これら
エンコーダからの信号によって塗装ガン２５の位置やマ
ニピュレータ１１の姿勢を把握しながらマニピュレータ
１１を動作させて、塗装作業を行うことになる。

【００１４】コントローラ１３は、図４に示すように、
演算手順等を示すプログラムおよび固定的なデータ等を
記憶するＲＯＭ４０と、バッテリによりバックアップさ
れて演算結果および教示データ等を記憶するＲＡＭ４１
と、サンプリング時間を生成するタイマ４２と、塗装ガ
ン２８の位置やマニピュレータ１１の姿勢から塗装ガン
２８の動作軌道やマニピュレータ１１の動作指令値を生
成する軌道制御部４３と、手首軸（θ₄，θ₅，θ₆）の
動作角度をその動作範囲内としつつ同様の姿勢となるよ
う制御する手首軸動作制御部４４と、軌道制御部４３に
よって生成された動作指令値から後述するサーボモータ
ドライバ４５への動作指令信号を生成するサーボ制御部
４６と、サーボ制御部４６からの動作指令信号によって
サーボモータを動作させるサーボモータドライバ４５
と、制御演算装置４７とで構成されている。

【００１５】ここで、手首軸動作制御部４４は、図示は
略すが、手首部２３の回転角度からチューブ３０の捩れ
が許容範囲を越える動作範囲エラーが発生したか否かを
検出する捩れ検出部（捩れ検出手段）と、該捩れ検出部
により動作範囲エラーが発生したことが検出された場合
に手首部２３の第１の回転部材３３、第２の回転部材３
４、第３の回転部材３５および回転部３６のいずれかを
捩れの解消方向に予め設定された所定角度（この場合３
６０゜）回転させる制御本体部（手首部制御手段）とを
具備している。

【００１６】捩れ検出部は、手首部２３の各手首軸（θ
₄，θ₅，θ₆）のそれぞれについてチューブ３０の長さ
に応じて動作角度範囲が設定されており、それぞれ動作
角度範囲を越えるとチューブ３０の捩れが許容範囲を越
える動作範囲エラーが発生したことを検出判定して動作
範囲エラーフラグをセット状態とするとともに図示せぬ
報知手段でアラーム（音および表示の少なくともいずれ
か一方）を発生させる一方、動作角度範囲内にあるとチ
ューブ３０の捩れが許容範囲内にあって動作範囲エラー
は発生していないと判定して動作範囲エラーフラグをリ
セット状態とするとともに報知手段でのアラームは発生
させない。なお、このアラームは、手元操作装置１５へ
の解除操作で解除される。

【００１７】ここで、捩れ検出部は、例えば、手首軸
（θ₄，θ₅，θ₆）が±３６０゜の動作角度範囲をそれ
ぞれ有している場合に、マニピュレータ１１の動作教示
中に、例えば、第４軸（θ₄）すなわち第１の回転部材
３３が、図５に示すように→→と動作し３６０゜
を越えた場合に動作範囲エラーが発生したことが検出す
る。

【００１８】そして、制御本体部は、マニピュレータ１
１の動作の教示中において、予め設定されたサンプリン
グ時間毎に、各手首軸（θ₄，θ₅，θ₆）毎に、図６の
フローチャートに示す制御サイクルを実行する。すなわ
ち、動作範囲エラーが発生したかどうかを動作範囲エラ
ーフラグをチェックすることにより判断し（ステップＳ
１）、動作範囲エラーフラグがセットされていない場合
はこの制御サイクルを終了し、動作範囲エラーフラグが
セットされている場合は、以下のシーケンスを実行す
る。

【００１９】まず、オペレータが手元操作装置１５によ
ってマニピュレータ１１を動作させる指示を出している
か否かを判定し（ステップＳ２）、マニピュレータ１１
を動作させる指示を出していない場合、上記したアラー
ムが手元操作装置１５で解除されてから予め設定された
一定時間（例えば５秒間）経過したか否かを判定し（ス
テップＳ３）、一定時間経過していない場合はこの制御
サイクルを終了する。ここで、この一定時間の「待ち」
を行うのは、オペレータに、例えば動作範囲エラー直前
のポイントを教示する等の次操作を実行する余裕を与え
るとともに、自動的に後述する軸戻し動作を行ってよい
か否かの判断をこの一定時間の経過で判定するためであ
る。なお、この一定時間は、手元操作装置１５で任意に
設定できるようにしてもよく、ワークや塗装ガンの種類
を検出してこれらに応じて自動的に設定するようにして
もよい。

【００２０】上記ステップＳ３で一定時間経過したと判
定した場合、エラーの発生した軸を３６０゜戻す（捩れ
を解消する方向に回転させる）軸戻し動作を行う。すな
わち、軸戻し動作が軸戻し動作エンドに達したか否か、
言い換えれば既に３６０゜軸を戻したか否かを判定し
（ステップＳ４）、軸戻し動作エンドに達していない場
合は、次に、軸戻し動作をスタートしているか否かを判
定する（ステップＳ５）。このステップＳ５で軸戻し動
作をスタートしていない場合は、軸戻し動作すなわちエ
ラーの発生した軸をサーボモータで３６０゜戻す動作を
スタートする一方（ステップＳ６）、軸戻し動作をスタ
ートしている場合は、この制御サイクルを終了する。

【００２１】ここで、上述したように、例えば図５に示
すように第４軸（θ₄）すなわち第１の回転部材３３が
→→と動作して３６０゜となり動作範囲エラーフ
ラグがセットされた場合は、サーボモータで第４軸（θ
₄）すなわち第１の回転部材３３を→と３６０゜逆
方向に動作させることになる。制御本体部は、この軸戻
し動作を行う場合、対応する手首軸を例えば１０゜／ｓ
ｅｃで動作させるようサーボモータを制御することにな
るが、この戻し動作の速度は、手元操作装置１５で任意
に設定できるようにしてもよく、ワークや塗装ガンの種
類を検出してこれらに応じて自動的に設定するようにし
てもよい。また、制御本体部は、動作中は軸戻し動作で
あることを知らせるアラーム（音および表示の少なくと
もいずれか一方）をアラーム発生装置で発生させる。

【００２２】ステップＳ２において、オペレータが手元
操作装置１５によってマニピュレータ１１を動作させる
指示を出している場合、およびステップＳ４において軸
戻し動作エンドに達している場合は、軸戻し動作中か否
かを判定し（ステップＳ７）、軸戻し動作中であると判
定した場合、軸戻し動作を停止させる（ステップＳ
８）。そして、このステップＳ８で軸戻し動作を停止さ
せた後、およびステップＳ７で軸戻し動作中でないと判
定した場合は、動作範囲エラーフラグをリセットして
（ステップＳ９）、この制御サイクルを終了する。そし
て、動作範囲エラーフラグをリセットした後は、再び動
作範囲エラーが発生するまで何もしない。

【００２３】以上に述べた実施の形態によれば、教示時
において、手首軸動作制御部４４の捩れ検出部が、手首
部２３の第１の回転部材３３、第２の回転部材３４、第
３の回転部材３５および回転部３６のいずれかの回転角
度からチューブ３０の捩れが許容範囲を越える動作範囲
エラーが発生したことを検出すると、手首軸動作制御部
４４の制御本体部が、手首部２３の第１の回転部材３
３、第２の回転部材３４、第３の回転部材３５および回
転部３６の動作範囲エラーが発生したものを捩れの解消
方向に３６０゜回転させて、チューブ３０の捩れを自動
的に巻き戻し解消させることになる。

【００２４】したがって、巻き戻し動作を含んだ教示を
行う必要がないため、教示に要する工数が多大とならず
オペレータの負担も小さくて済み、教示のための作業ラ
インの停止時間も抑えることができて、オペレータの操
作エラーに起因する不具合も減らすことができる。しか
も、スイベル機構やロータリジョイント機構を用いない
ため、コスト、信頼性および重量の点でも有利である。
加えて、３６０゜回転させるため、チューブ３０の捩れ
を解消した上で手首部２３を元と同じ姿勢に戻すことが
できる。

【００２５】なお、以上の実施の形態においては教示再
生形の工業用ロボットを用いているため、教示時におい
て効果を奏することになるが、教示再生形以外にも適用
可能であり、その場合は、動作角度エンドに達する前に
余裕をもって巻き戻し動作を行うよう設定する必要がな
いため、タクト時間の延長を抑えることができるという
効果を奏することができる。

【００２６】また、以上の実施の形態においては、手首
部２３の各手首軸（θ₄，θ₅，−θ ₅，θ₆）のそれぞれ
について動作角度範囲が設定されており、それぞれ動作
角度範囲を越えるとチューブ３０の捩れが許容範囲を越
える動作範囲エラーが発生したことを検出判定する場合
を例にとり説明したが、上記した斜交インライン形（４
ロール形）の場合、各軸毎の動作角度で制限するのでは
なく、実際のチューブ３０の捩れを表す「第４軸動作角
度−第６軸動作角度」で制限することも可能である。こ
の場合、捩れ検出部は、「第４軸動作角度−第６軸動作
角度」が予め設定された動作角度範囲（例えば±３６０
゜）を越える場合に動作範囲エラーフラグをセットする
ことになる。

【００２７】同様に、実際のチューブの捩れが第４軸動
作角度と第５軸動作角度と第６軸動作角度との和で表さ
れるタイプの手首部を用いた場合には、前記和で制限す
ることが可能である。これらの場合、手首軸に動作範囲
エラーが発生した場合には、いずれの軸で軸戻し動作を
してもよく、例えば常に第６軸を回転させて軸戻し動作
を行わせてもよい。このように常に第６軸を回転させて
軸戻し動作を行えば、手首部２３の軸戻しのための動作
を最も小さく抑えることができることになる。なお、こ
のときのシーケンスは上記実施の形態と同様でよい。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の工業用ロ
ボットによれば、捩れ検出手段が、手首部の回転角度か
ら線状体の捩れが許容範囲を越える動作範囲エラーが発
生したことを検出すると、手首部制御手段が、手首部の
いずれかの回転部を捩れの解消方向に予め設定された所
定角度回転させて、線状体の捩れを巻き戻し解消させる
ことになる。したがって、動作角度エンドに達する前に
余裕をもって巻き戻し動作を行うよう設定する必要がな
いため、タクト時間の延長を抑えることができる。ま
た、教示再生形ロボットにおいては、巻き戻し動作を含
んだ教示を行う必要がないため、教示に要する工数が多
大とならずオペレータの負担も小さくて済み、教示のた
めの作業ラインの停止時間も抑えることができる。しか
も、スイベル機構やロータリジョイント機構を用いない
ため、コスト、信頼性および重量の点でも有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の工業用ロボットの一の実施の形態を
示す斜視図である。

【図２】 本発明の工業用ロボットの一の実施の形態の
手首部周辺を示す側面図である。

【図３】 本発明の工業用ロボットの一の実施の形態の
手首部周辺および手首軸を示す側面図である。

【図４】 本発明の工業用ロボットの一の実施の形態の
コントローラを示すブロック図である。

【図５】 本発明の工業用ロボットの一の実施の形態の
第４軸の回転動作を示す図である。

【図６】 本発明の工業用ロボットの一の実施の形態の
コントローラの制御内容を示すフローチャートである。

【符号の説明】

２２ 第２アーム ２３ 手首部 ２５ 塗装ガン（塗工具） ３０ チューブ（線状体） ３３ 第１の回転部材（回転部） ３４ 第２の回転部材（回転部） ３５ 第３の回転部材（回転部） ３６ 回転部 ４４ 手首軸動作制御部（捩れ検出手段，手首部制御手
段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アームと、複数の回転部を有するととも
   に前記アームの先端に設けられた手首部と、該手首部の
   アームに対し反対側に設けられた塗工具と、前記アーム
   から前記塗工具に渡された線状体とを有する工業用ロボ
   ットにおいて、 前記手首部の回転角度から前記線状体の捩れが許容範囲
   を越える動作範囲エラーが発生したか否かを検出する捩
   れ検出手段と、 該捩れ検出手段により動作範囲エラーが発生したことが
   検出された場合に前記手首部のいずれかの回転部を捩れ
   の解消方向に予め設定された所定角度回転させる手首部
   制御手段とを具備してなることを特徴とする工業用ロボ
   ット。