JPS61147306A - ロボツトの安全装置 - 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〕 この発明は、ロボットの安全装置に関する。

〔従来の技術〕　　　・ 通常、ロボットの制御装置には例えば第６図に破線で囲
んで示すよ・うな動作速度＃限回路１が設けられている
。

これを簡単に説明すると、この回路１におけるスイッチ
２をオフさせている時には、偏差カウンタ３が逐次作り
出す位置指令パルスＣＰとロボット軸駆動用のモータ４
の出力軸に取り付けたパルスジェネレータ５からの位置
フィードバックパルスＦＰとの偏差（溜り量）ΔＳ＆Ｄ
／Ａ変換器６によってデジタル／アナログ変換して得ら
れる速度指令信号ΔＶが回路１における抵抗器とオペア
ンプからなる増幅器を介してサーボアンプ７に出力され
、それによってモータ４はその出力軸に取り付けたタフ
ジェネレータ８から速度フィードバック掛けられながら
回転する。

一方、回路１におけるスイッチ２をオンすると、ツェナ
ーダイオード９が有効になるため、速度指令信号ΔＶが
そのツェナー電圧に応じて定められた設定電圧を越えよ
うとしてもその設定電圧にクランプされるようになり、
それによってモータ４により動かされるロボット軸の動
作速度が制限される。

なお、同図では１軸分のみを示しているが、他の軸に関
しても同様である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記のような従来技術では、ロボット各
軸毎の速度指令信号ΔＶを各々ツェナーダイオードＳの
ツェナー電圧に応じて定められた設定電圧にクランプす
るようになっていたため。

直交型ロボットのような直線運動しかしないロボットに
は有効であったが、極座標系や円筒座標系の多軸（多関
節）ロボットのようにロボット先端の移動速度の予想が
難しいロボットにおいては、その移動速度を所要値以下
に制限することが出来ないため、教示作業時などに思わ
ぬ事故が発生することがあった。

また、速度指令信号ΔＶを制限したにも拘らずロボット
各軸が何らかの原因によって暴走した時の安全対策が施
されていないため、作業者の安全確保の面で問題があっ
た。

この発明は、上記のような問題の解決を図ろうとするも
のである。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、この発明によるロボットの安全装置は、第１図
に示すように多軸ロボットの制御装置Ａにおいて、多軸
ロボットの動作指令に基づいて演算したロボット先端の
合成速度値が基準合成速度値を越えたか否かを判定する
第１の判定手段Ｂと、多軸ロボット各軸の動作速度指令
値が各軸部の基準動作速度値を越えたか否かを各軸部に
判定する第２の判定手段、Ｃと、多軸ロボット各軸の実
動作速度が各軸部の基準実速度を越えたか否かを各軸部
に判定する第３の判定手段りと、第１の判定手段Ｂによ
って合成速度値が基準合成速度値を越えていると判定さ
れた時に合成速度値又はその動作指令を制限する第１の
制限手段Ｅと、第２の判定手段Ｃによって各軸部の動作
速度指令値の何れかがそれに対応する基準動作速度値を
越えていると判定された時に該当動作速度指令値を制限
する第２の制限手段Ｆと、第３の判定手段りによって各
軸部の実動作速度の何れかがそれに対応する基準実速度
を越えていると判定された時に多軸ロボット各軸の動作
を停止する停止手段Ｇとを設けて構成する。

〔実　施　例〕

以下、この発明の実施例を図面の第２図乃至第５図を参
照しながら説明する。

第２図は、この発明の一実施例を示すブロック構成図で
ある。

同図において、１０は多軸（例えば６軸）ロボットのロ
ボット制御装置を構成する中央制御部であり、中央処理
装置（ＣＰＵ）１１．メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ）１２．
及び入出力インターフェース１３．１４などからなるマ
イクロコンピュータと、各軸のティー、チデータを記憶
するティーチデータメモリ１５等とによって構成されて
いる。

そして、入出力インターフェース１３にロボット制御盤
１６とティーチングペンダント１７が、入出力インター
フェース１４に図示しない多軸ロボットにおける第１軸
用のサーボ回路１８と図示しない他のロボット各軸用の
サーボ回路及びマグネットコンタクタ２日が夫々接続さ
れている。

なお、図示しない他のロボット各軸用のサーボ回路の構
成及び作用効果は第１軸用のそれと同様であるので、以
下の説明では第１軸用のサーボ回路１８の説明を以って
他のロボット各軸のそれ等の説明に代えるものとする。

そして、この中央制御部１０は、そのＣＰＵ１１が後述
するプログラム及び説明を省略する各種のプログラムを
実行することによって、この発明に係る第１の判定機能
と第１の制限機能及びロボットをティーチング／プレイ
バック駆動制御する上での各種の機能を果す。

ロボット制御盤１６には、電源スィッチ、速度倍率設定
ボリューム、ロボット動作モード、動作サイクル設定、
及び作業プログラム選択などを行なう各種スイッチ、プ
ログラミング用キーボード。

各種データ表示器類、及び非常停止用のマニュアルスイ
ッチなどが設けられており、中央制御部１０における入
出力インターフェース１３を介してデータの遣欧りが行
なわれる。

ティーチングペンダント１７には、ロボット先端合成速
度やロボット各軸の移動速度を決定するための速度倍率
を設定する設定ボリューム、ロボット各軸を個々に駆動
する押釦、ロボット先端を三次元直交座標系の各座標軸
（Ｘ、Ｙ、Ｚ）方向に駆動する押釦、確認プレイバック
を行なうスイッチ、ティーチデータの変更、追加、消去
などを行なう編集スイッチ、各種データ表示器類、及び
非常停止用のマニュアルイッチなどが設けられており、
やはり入出力インターフェース１３を介してデータの遣
欧゛りが行なわれる。

第１軸用のサーボ回路１８は１図示のよう（Ｄ／Ａ変換
器１９．サンプルホールド回路２０゜サーボアンプ２１
．現在値検出回路２２．基準速度レジスタ２３．第１の
比較器２４．及び第２の比較器２５等によって構成され
ている。

Ｄ／Ａ変換器１日は、中央制御部１０の入出力インター
フェース１４を介して出力される第１軸用の動作速度指
令値Ｄｖをデジタル／アナログ変換して動作速度指令電
圧信号Ｓｖとして出力する。

サンプルホールド回路２０は、後述する第１の比較器２
４の比較判定結果ａが０“の時は内部スイッチを閉じて
、Ｄ／Ａ変換器１日からの動作速度指令電圧信号Ｓｖを
サンプリングしつつそのサンプリングした動作速度指令
電圧信号Ｓｖをそのまま出力し、比較判定結果ａが１゛
の時は内部スイッチを開いてホールドモードとなり、内
部スイッチが開く直前にサンプリングしてホールドした
動作速度指令電圧信号Ｓｖを出力し続ける。

なお、このサンプルホールド回路２０は、サン　　”プ
リングモード時に入力Ｓｖが零になればその出力Ｓｖも
直ちに零にする。

サーボアンプ２１は、サンプルホールド回路２０からの
動作速度指令電圧信号Ｓｖと、第１軸を駆動するモータ
２６の出力軸に取り付けたタコジェネレータ２７からの
第１軸の実動作速度を示す実動作速度電圧信号Ｓｖｖと
の偏差に応じた駆動電流をモータ２６に流す。

現在値検出回路２２は、モータ２６の出力軸に取り付け
たパルスジェネレータ２８からの位置ブイ−ドパツクパ
ルス信号ＦＰをモータ２６の回転方向に応じてアップ又
はダウンカウントすることによって第１軸の現在位置を
逐次検出し、その検出した値を現在値ＰＰとして中央制
御部１０の入出力インターフェース１４に出力する。

以上のＤ／Ａ変換器１日、サンプルホールド回路２０．
サーボアンプ２１．及び現在値検出回路２２の各部と、
現在値検出回路２２からの現在値ＰＰを利用して位置フ
ィードバック制御を行なう中央制御部１０との作用によ
って、サンプルホールド回路２０がサンプリングモード
下にあることを条件に、モータ２６によって駆動される
第１軸は中央制御部１０の指令どおりに動く。

基準速度レジスタ２３には、中央制御部１０の入出力イ
ンターフェース１４を介して出力される第１軸用の基準
動作速度値Ｄｒが書き込まれる。

デジタル比較器である第１の比較器２４は、中央制御部
１０の入出力インターフェース１４を介して出力される
第１軸用の動作速度指令値Ｄｖと。

基準速度レジスタ２３に書き込まれている第１軸用の基
準動作速度値Ｄｒとを比較することによって、Ｄｖ＞Ｄ
ｒとなったか否かを判定して、Ｄｖ≦Ｄｒであれば比較
判定結果ａを０“にし、Ｄｖ）Ｄｒであれば比較判定結
果ａを１“にする。

すなわち、この第１の比較器２４は、図示しない他のロ
ボット各軸用の各サーボ回路における各部１の比較器と
共に、この発明に係る第２の判定手段を構成している。

そして、この第１の比較器２４の比較判定結果ａによっ
て、前述のようにサンプリングモードとホールドモード
との切り替えが行なわれるサンプルホールド回路２０は
、Ｄｖ）Ｄｒでａ＝＝１”の時には動作速度指令電圧信
号ＳｖをＤｖ＝Ｄｒに応じた信号レベルのＳ　ｖ　ｋ；
制限するように作用する。

すなわち、このサンプルホールド回路２０は。

やはり図示しない他のロボット各軸用の各サーボ回路に
おける各サンプルホールド回路と共に、この発明に係る
第２の制限手段を構成している。

なお、第１の比較器２４の比較判定結果ａは、中央制御
部１０にも入力されて、制限処理の有無の認識データと
して利用される。

アナログ比較器である第２の比較器２５は、第１軸用の
タコジェネレータ２７からの第１軸の実動作速度電圧信
号Ｓｖｖと、基準速度レジスタ２３に書き込まれている
第１軸用の基準動作速度値Ｄｒを図示しないＤ／Ａ変換
器によって変換して得られる電圧レベルに応じた基準実
速度電圧信号Ｓｒとを比較することによって、５ｖｖ）
Ｓｒとなってか否かを判定して、Ｓｖｖ≦Ｓｒであれば
比較判定結果すを０“にし、Ｓｖｖ＞Ｓｒであれば比較
判定結果すを１″にする。そして、この比較判定結果す
は中央制御部１０の入出力インターフェース１４に入力
される。

すなわち、この第２の比較器２５は、やはり図示しない
他のロボット各軸用の各サーボ回路における各部２の比
較器と共に、この発明に係る第３の判定手段を構成して
いる。

次に、マグネットコンタクタ２日は、中央制御部１０の
入出力インターフェース１４に図示しないドライバ回路
を介して接続されており、入出力インターフェース１４
に１“なる比較判定結果すが、第１軸用の第２の比較器
２５を含む各軸の第２の比較器の何れかからでも入力さ
れると、直ちにドライバ回路により励磁されてその常閉
接点２９ａを開き、それによって第１軸用のサーボ回路
１８におけるサーボアンプ２１を含む各サーボ回路の各
サーボアンプへの給電（図では３摺電ｇ）を遮断して、
ロボット各軸の動作を停止する。

すなわち、このマグネットコンタクタ２日は、この発明
に係る停止手段を構成している。

なお、入出力インターフェース１４に入力される１″な
る比較判定結果すは、直接マグネットコンタクタ２日の
ドライバ回路に入力されるが、この比較判定結果すによ
り中央制御部１０のｃｐＵｌｌにも割り込みがかかり、
それによって所要の非常停止処理がなされる。

また、実際にはこのマグネットコンタクタ２９が励磁さ
れてその常閉接点２９ａが開くと同時に、ロボット各軸
の駆動部に設けた無励磁ブレーキも作動するようになっ
ており、それによってロボットの姿勢が固定される。

次に、上記のように構成した本実施例の作用を第３１！
Ｉ乃至第５図のフロー図をも参照しながら説明する。

先ず、第３図のフロー図をも参照しながら、ティーチン
グペンダント１７を使ってロボット各軸を個々にティー
チング動作させる場合の作用に就で説明する。

ティーチングペンダント１７における軸駆動用の押釦を
操作（１つでも複数同時でも良い）すると、ＣＰＵＩ　
１は操作された押釦に対応するロボット軸の現在値検出
回路から現在値ＰＰを読み込むと共に、操作された押釦
が示す動作方向に応じた所定のインチング動作用の動作
位置指令値（読み込んだ現在値ＰＰにインチング動作移
動量を加算又は減算して求めている〕をレジスタにセッ
トする。

次に、レジスタにセットした動作位置指令値と現在値Ｐ
Ｐとの位置偏差（前述のインチング動作移動量に等しい
）を演算した後、その位置偏差から当該ロボット軸の計
算上の目標動作速度指令値を予め定めた所要関数式に基
づいて演算し、その演算した計算上の目標動作速度指令
値にティーチングペンダント１７における設定ボリュー
ムによって設定されている速度倍率（各軸共通）を乗算
して最終的な目標動作速度指令値を求める６そして、そ
の求めた目標動作速度指令値にロボットによって定まる
所要の座標変換処理を施すことによって、ロボット先端
の合成速度値を演算する。

なお、この合成速度値は、実際には各軸の現在値ＰＰと
動作位置指令値とに夫々所要の座標変換を施して得られ
るロボット先端の移動量を移動時間で除した値であり、
その意味するところは駆動しようとする軸が１軸であろ
うと複数軸であろうと、ロボット軸が実際に動いた時の
ロボット先端の移動速度の平均値を示すものである。

次に、求めたロボット先端の合成速度値と、メモリ１２
に予め記憶した基準合成速度値とを比較することによっ
て、求めた合成速度値がその基準合成速度値を越えたか
否かを判定し、越えていれなければレジスタにセットし
た動作位置指令値を変更せず、越えていればその動作位
置指令値を予め定めた値又はオーバ量を参酌して選んだ
値だけ小さくして、動作位置指令値を変更する。

そして、動作位置指令値が変更されていなげれば、先に
求めた最終的な目標動作速度指令値をそのまま利用する
一方、動作位置指令値が変更されていれば、その指令値
に基づき改めて最終的な目標動作速度指令値を求めた後
、その目標動作速度指令値にサーボ回路やロボット軸の
能力によって定まる予測速度ゲインを乗算した値に、レ
ジスタにセットされている動作位置指令値から現在値Ｐ
Ｐを減算した値に位置補正ゲインを乗算した値を逐次加
算して得られる動作速度指令値Ｄｖを。

操作されている押釦に対応するサーボ回路のＤ／Ａ変換
器に出力すると共に、例えば基準合成値から逆に計算し
て得られる各軸部の基準動作速度値Ｄｒ（予め定めた値
でも良い）を各サーボ回路の基準速度レジスタに書き込
むサーボ処理を行なう。

それによって、例えば全操作された押釦が第１軸用の押
釦であれば、サーボ回路１８におけるＤ／Ａ変換器１９
から現在値検出回路２２までの各部の作用により、第１
軸は所要の方向に所要量所要の速度で動く。

そして、動作位置指令値と現在値ＰＰとが等しくなった
時点で、目標動作速度指令値を零にリセットしてＤｖを
零にするが、その時点で操作されている押釦が解放され
ていなければ、目標動作速度指令値をリセットせず、動
作位置指令値をインチング動作移動量だけ再度加算又は
減算する処理を行なって、動作速度指令値Ｄｖを出力し
続ける。

このようにして、押釦が操作されている間、対応するロ
ボット軸がロボット先端の合成速度が基準値を越えいな
いように動き続け、その動作中にＤｖ＞Ｄｒとなれば第
１の比較器の比較判定結果ａが１″になるので、直ちに
動作速度指令電圧信号Ｓｖの電圧レベルは基準動作速度
値Ｄｒに対応するレベルに抑えられ、それによってロボ
ット軸も基準値を越えないように動く。

そして、このような二重のチェックをしているにも拘ら
ず、何らかの原因によってロボット軸が基準実速度を越
えて暴走しようとしても、第２の比較器がそれを判定検
出して比較判定結果すを直ちに１＃にするので、マグネ
ットコンタクタ２日が励磁されてその常閉接点２９．が
開き、それによって各サーボアンプの電源が遮断されて
ロボット各軸は直ちに非常停止する。

したがって、そのような時でも作業者の安全が確保され
る。

なお、第３図のフロー図に示す動作位置指令値を変更す
る処理の代りに、求めた合成速度値を制限して、その制
限した合成速度値から必要な各軸の動作位置指令値を逆
算するような処理にしても良く、あるいは目標動作速度
指令値自体を制限するような処理にしても良い。

次に、第４図のフロー図を参照しながら、ティーチング
ペンダント１７を使ってロボット先端を所要の座標軸方
向にティーチング動作させる場合の作用に就で述べる。

ティーチングペンダント１７における上記動作用の押釦
を操作すると、ＣＰＵ１ｌは先ず設定ボリュームによっ
て設定されている速度倍率を読み込んで、その読み込ん
だ速度倍率を所要の値に乗算して動作速度値Ｖｘを演算
する。

次に、メモリ１２に予め記憶した軌跡制御刻み時間Ｔｘ
を読み出して、そのＴｘと先に演算したＶｘと乗算して
刻み距ｍｌ（合成動作移動距ｍ＞Ｌｘを演算する。

そして、この刻み距離Ｌｘからロボット各軸毎の移動角
（移動量）を演算すると共に、その演算した各軸部の移
動角から各軸部の目標動作速度指令値（移動角をＴｘで
除いた値）を演算する。

そして、各軸部の移動角の現在値ｐｐから各軸部の動作
位置指令値を求めて、その求めた指令値と先に求めた目
標動作速度指令値を利用して、前述したサーボ処理（直
線補間処理を含む）を行なう。

それによって、当該押釦が押されている間口ボット各軸
は押釦によって指示されている座標軸方向にロボット先
端が移動するように動く。

但し、この場合の各サーボ回路の各基準速度レジスタに
書き込まれる各軸部の基準動作速度値Ｄｒは、動作速度
値Ｖｘから求めた値である。

そして、このようなティーチング動作時も各サーボ回路
の第１．第２の比較器及びサンプルホールド回路並びに
マグネットコンタクタ２日は、前述した場合と全く同様
に作用し、それによって作業者の安全が確保される。

なお、ロボット先端を所要の座標軸方向に動かす場合に
は、最初に求める動作速度値を適切にできるので１合成
速度値の判定処理は行なわないが、行なうようにしても
良いことは勿論である。

最後に、第５図のフロー図を参照しながら、ロボット各
軸をプレイバック動作させる場合の作用に就で説明する
。

プレイバック起動がかかると、ｃｐｕｌ　１は先ずティ
ーチデータメモリ１５から位置データＰｎとその位置デ
ータＰｎが示す位置まで移動する際の動作指令である平
均速度データＶＶｘ　（移動時間データがメモリに書か
れている場合は位置データＰｎ−＋、Ｐｎの差をその移
動時間データで除して求めるものとする）を読み出す。

次に、このプレイバック動作が、ティーチングペンダン
ト１７からの指示による動作ならティーチングペンダン
ト１７における設定ボリュームによって設定されている
速度倍率を読み込む一方。

ロボット制御ｆｆ１１６からの指示による動作ならロボ
ット制御盤１６における設定ボリュームによって設定さ
れている速度倍率を読み込む。

そして、その読み込んだ速度倍率を先に読み出した平均
速度データＶ　Ｖ　ｘに乗算して動作速度値（合成速度
値）を演算する。

次に、メモリ１２から基準合成速度値を読み出して、そ
の読み出した値と先に演算して求めた動作速度値とを比
較することによって、求めた動作速度値がその基準合成
速度値を越えたか否かを判定し、越えていなければその
求めた動作速度値をそのまま利用し、越えていれば求め
た動作速度値を例えば基準合成速度値まで制限する処理
を行なう。

そして、制限されないままの動作速度値又は制限された
動作速度値からロボット各軸毎の目標動作速度指令値を
座標変換によって求めると共に、位置データＰｎからロ
ボット各軸毎の動作位置指令値をやはり座標変換によっ
て求める。

そして、その求めた各指令値に基づくサーボ処理を実行
することによってロボット各軸は、ロボット先端の合成
速度が基準値を越えないように。

しかも各軸の動作速度も夫々の基準値Ｄｒ（この時の各
基準値Ｄｒは基準合成速度値から求めた値）を超えない
ようにプレイバック動作する。

そして、このプレイバック動作中に、ロボット各軸の何
れかでも実動作速度が基準実速度を越えて暴走しようと
しても、第２の比較器とマグネットコンタクタ２日の働
きによって直ちにロボット各軸は非常停止するので、プ
レイバック動作中（特にティーチングペンダント１７か
らの指示によるティーチデータを確認するためのプレイ
バック動作中）の作業者の安全が確保される。

なお、上記実施例では、第２の判定手段を第１の比較器
２４によってハードウェア構成した例に就て述べたが、
ソフトウェア構成することもできることは勿論である。

また、上記実施例では、サンプルホールド回路２０によ
ってＤ／Ａ変換した動作速度指令値（電圧信号）を制限
するようにした例に就て述べたが。

Ｄ／Ａ変換する前の指令値を制限するようにしても良い
。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明によるロボットの安全装置
は、ロボット先端の合成速度値と、ロボット各軸の動作
速度指令値と、ロボット各軸の実動作速度とを夫々監視
して１合成速度値と動作速度指令値の方が各々基準値を
越えた場合には夫々を制限するようにし、又実動作速度
が基準値を越えた場合にはロボット各軸を停止するよう
にしたため、多軸（多関節）ロボットのように先端移動
速度の予想が難しいロボットでも、ティーチング作業時
などにおける作業者の安全を充分に確保することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を示すブロック図、第２図はこ
の発明の一実施例を示すブロック構成図。 第３図乃至第５図は夫々第２図のＣＰＵＩ　１が実行す
るプログラムのフロー図。 第６図は従来技術の説明に供するブロック回路図である
。 １０・・・中央制御部　１１・・・中央処理装置（ＣＰ
　Ｕ）１２・・・メモリ　（ＲＯＭ、ＲＡＭ）１３．１
４・・・入出力インターフェース１５・・・ティーチデ
ータメモリ １６・・・ロボット制御盤 １７・・・ティーチペンダント　　１８・・・サーボ回
路２０・・・サンプルホールド回路（第２の制限手段）
２４・・・第１の比較器（第２の判定手段）２５・・・
第２の比較器（第３の判定手段）２６・・・モータ　　
　　２７・・・タコジェネレータ２日・・・パルスジェ
ネレータ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　多軸ロボットの制御装置において、 前記多軸ロボットの動作指令に基づいて演算したロボッ
   ト先端の合成速度値が基準合成速度値を越えたか否かを
   判定する第１の判定手段と、前記多軸ロボット各軸の動
   作速度指令値が各軸毎の基準動作速度値を越えたか否か
   を各軸毎に判定する第２の判定手段と、 前記多軸ロボット各軸の実動作速度が各軸毎の基準実速
   度を越えたか否かを各軸毎に判定する第３の判定手段と
   、 前記第１の判定手段によつて前記合成速度値が前記基準
   合成速度値を越えていると判定された時に前記合成速度
   値又はその動作指令を制限する第１の制限手段と、 前記第２の判定手段によつて前記各軸毎の動作速度指令
   値の何れかがそれに対応する基準動作速度値を越えてい
   ると判定された時に当該動作速度指令値を制限する第２
   の制限手段と、 前記第３の判定手段によつて前記各軸毎の実動作速度の
   何れかがそれに対応する基準実速度を越えていると判定
   された時に前記多軸ロボット各軸の動作を停止する停止
   手段とを設けて構成したことを特徴とするロボットの安
   全装置。