JPS63245388A - 産業ロボットにおける運動の阻害事態の警報装置 - 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〕 本発明はロボットのＺ軸における力の検出にもとづく制
御が行われる、ロボットの制御装置に関する。本発明に
よる装置は例えば組立作業などを行う産業用ロボットに
用いられる。

〔従来技術、および発明が解決しようとする問題点〕

−ＩＩに、回動する腕部および上下動するシャフト部等
の連系により構成される産業用ロボットを用いて、対象
物に対する加工部品（ワーク）の取付けを行う場合、何
らかの原因によりワークの連動が正常状態から外れて、
ワークが対象物に衝突するような異常事態を生ずる可能
性がある。これは、ロボットの故障およびロボット作業
進行の阻害をもたらすことになるから、ロボット作業の
円滑な進行のためにこれに対する対策が求め、られてい
るが、未だ充分に適切なものは得ら２、れていない。

本発明の目的は、このような事情にかんがみ、ロボット
の２軸における力の検出にもとづく制御動作の実行をと
もなう改良されたロボットの制御装置を得ることにある
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明においては、ロボットにおけるＺ軸直線運動を行
うシャフトを駆動する電動機、該電動機に対する信号供
給および信号帰還が行われるサーボユニット、該サーボ
ユニットに対する制御信号の授受が行われる制御部、お
よび該制御部に対するしきい個供給が行われるしきい値
入力部、が設けられ、該制御部において電動機トルク指
令値と該しきい値入力部から供給されたしきい値との比
較が行われ、該電動機トルク指令値が予めた定められた
しきい値を超過したとき警報が発生されるとともに異常
事態対処の過程へ進み、それにより、ロボットのＺ軸に
おける力の検出にもとづいた制御動作が実行されるよう
になっていることを特徴とするロボットの制御装置、が
提供される。

〔実施例〕

本発明の一実施例としてのロボットの制御装置の全体構
成の概略が第１図に示され、第１図装置が適用される、
組立作業などを行う産業用ロボットが第２図に示される
。

ロボット１のＺ軸としての第３軸機構が第１図の左方部
に示される。Ｚ軸としての第３軸であるシャフト１４の
先端に、バンド基部１５１および把持フィンガ１５２．
１５３を有するバンド１５が取付けられる。把持フイツ
クはワーク２を把持し、対象物３に於ける開孔３１への
挿入を行う。

シャフト１４は電動機５によりプーリ主動部４１−プー
リベルト４２−ボールネジナツト１７の伝動系を介して
駆動され、直線運動としての上下動を行う。

ボールネジナツト１７へは、プーリ伝動系から回転運動
が伝達され、それによりシャフト１４に対する回転駆動
力が作用するが、ボールネジナツト１７の下方に設けら
れたボールスプラインナンドの作用により、シャフト１
４が回転しようとする運動が直線運動としてのシャツ１
−１４の上下動としてあられれる。ボールスプラインナ
ツト１６においてはナツト内面とシャフト１４の間にボ
ール１６１の列が介在し、ポール列の循環により、シャ
フト１４が回転しようとする運動がシャフト１４の上下
運動としてあられれることになる。

（このボールスプラインナツトを用いる動力伝達機構を
産業用ロボットのアーム軸駆動に用いることについては
、例えば本出願人の出願に係る特訓昭和６１−２２２１
８６を参照することができる。）第２図に示されるロボ
ット１においては、基台１１１に支柱１１２が設けられ
、第１の軸１０１のまわりに回動する第１の腕１２１が
設けられ、第１の腕１２１の先端部には第２の軸１０２
のまわりに回動する第２の腕１２２が設けられ、第２の
腕１２２の先端部にはシャフト収容筒体１３の内部に収
容され第３の軸１０３に沿って上下動するシャフト１４
が設けられる。第１の腕１２１、第２の腕１２２、およ
びシャフト１４は電動機（図示せず）により駆動される
。

ロボット１においてはハンド１５により把持されたり−
ク２が対象物３の開孔３１へ挿入される等の正常の作業
が行われているが、何らかの原因によりワーク２の位置
が開孔３１の位置と合致せず、ワーク２が対象物３の表
面に衝突するような異常事態の場合、特に手段が講じら
れていないと、電ｖＪ機駆動力がひきつづき作用するた
め、ワーク２は対象物３に強く押しつけられ、対象物３
、ワーク２、ハンド１５、またはその他の部分に損傷を
与え、以後のロボット動作を停止させる等の不都合を生
ずる可能性がある。第１図の装置においては、このよう
な不都合を除去する利点を有するものである。

第１図装置の動作原理が以下に説明される。シャフト１
４が下降したときワーク２が対象物３における所定の開
孔３１に合致せず、対象物３の表面に衝合すると、対象
物３からワーク２に対してＺ軸力としての反力Ｆ１．ｌ
が作用する。

シャフト１４に刻設されたねじのピッチ（り一ド）を１
ｍ璽／ｒｅｖとし、プーリのタイミングへルトの減速比
を二とし、プーリ４１対ボールネｉ シャフト１７の伝達系の効率をηとするとき、電動機ト
ルクＴ１について下記の関係式が成立する。

□はいずれも常数であるから、式（１）によη れば電動機トルクＴ、はワークに作用する反力Ｆ、。

に比例することになる。

したがって、第１図装置においてはワークに作用する反
力（Ｆ、）の監視を、電動機トルク（Ｔ□）指令を監視
することによって行えばよいことになる。

電動機５はサーボユニット６における駆動部６２の出力
により駆動される。駆動部６２の出力が駆動部６２へ電
流帰還信号Ｓ　（６２−ＦＢ）として帰還さる。電動機
５からの位置帰還信号Ｓ　（ＰＯ５−ＦＢ）、および速
度帰還信号Ｓ　（ＳＰ−ＦＢ）がサーボニット６におけ
るトルク指令決定部６１へ帰還される。

トルク指令決定部６１の出力はトルク指令ｌＮ５（ＴＱ
）として駆動部６２に供給されるとともに制御部７へ伝
達される。制御部７はＣＰ［Ｉ　７１　、　ＲＯＭ７２
　、　ＲＡＭ　７３、および入出力装置７４等を具備す
る。

位置偏差信号Ｓ　（ＰＯＳ−ＤＥＶ）がサーボユニット
６から制御部７へ供給され、位置指令信号Ｓ　（ＰＯ５
−ＩＮＳ）が制御部７からサーボユニット６へ供給され
る。

しきい値入力部８からのトルクしきい値Ｔｌ−ｌ１１（
ＴＱ）が制御部７に供給される。この供給は例えばプロ
グラムとして用意されたしきい値をオペレータがキイボ
ード等により制御部７におけるＲＡＭ　７３に記憶させ
ることにより行われる。制御部７においてトルク指令ｌ
Ｎ５（ＴＱ）　とトルクしきい値ＴＩ（Ｉｔ（ＴＱ）の
比較が行われる。

正常作業時においてはサーボユニット６の動作にもとづ
き電動機５の駆動が行われているが、シャフト１４によ
り運動させられるワーク２が対象物３における開孔３１
に合致せず、ワークの挿入失敗という障害状態となると
、電動機の回転速度が低下するとともに電動機動作制御
における位置不追従現象が生起する。それにもとづきト
ルク指令ＩＮＳ　（ＴＱ）が増大することになる。この
増大が進行し、制御部７におけるしきい値ＴＩＩＲ（Ｔ
Ｑ）　との比較結果がしきい値超過を示すようになった
とき、ワークの挿入失敗という障害状態であると判断さ
れ、該判断にもとづき警報発生部７５において警報が発
生され、以後、異常事態に対する対処が行われる。この
ように、第１図装置においては、制御部７に対ししきい
値ＴＨＲ（ＴＱ）が供給され、制御部７において電動機
トルク指令値としきい値との比較が行われ、サーボユニ
ット６において制御部７および電動機５との信号授受に
もとづきトルク指令決定および電動機駆動信号発生が行
われ、電動機５の駆動によりロボットにけるＺ軸直線運
動としてのシャフト運動が行われる。電動機トルク指令
値ｌＮ５（Ｔｏ）が予め定められたしきい値ＴＩ（Ｒ（
Ｔｏ）を超過したとき、警報発生部７５において警報が
発出されるとともに異常事態対処の過程へ進む。

トルクしきい値ＴＨＲ（Ｔｏ）はロボットの動作プログ
ラム上で設定されており、ロボットが複数の作業を行な
う場合、それぞれに対応した個々のしきい値を選択する
ことができる。

ロボット先端の移動の一例が第５図に示される。

第５図においてＰＬ−Ｐ８のそれぞれは教示比をあられ
す。Ｐ９はロボット先端の待機位置の点である。矢印は
ロボット先端の軌跡をあられす。

第５図に示されるロボット動作についてのプログラムの
一例を下記の表に示す。

上表において、トルク指令値ＩＮＳ　（ＴＱ）は前出の
式（１）によってＦｗ（ｋｇ）に変換してもよい。この
場合には、トルクしきい値ＴＨＲ（ＴＱ）はプログラム
上でｋｇ単位の値として表現されたものである。

第１図装置の動作の一例が第ろ図の流れ図に示される。

ステップＳ１においてシャフト１４の運動によるワーク
２の挿入作業が行われているものとし、ステップＳ２に
おいてトルク指令値ＩＮＳ　（ＴＱ）がしきい値ＴＩ（
Ｒ（ＴＱ）を超過したかどうかを判断する。超過してい
なければステップＳ３へ進み正常作業が進行するか、超
過すればステップＳ４へ進みワーク挿入失敗と決定され
、ステップＳ５において警報発生部７５による警報発生
が行われ、異常事態対処が行われる。

第１図装置の動作を説明するための時間対トルク指令の
特性をあられす特性図が第７図に示される６　（１）の
空運転状態においてはトルク指令ｒＮｓ（ＴＱ）は低位
のレベルにあり、（２）の正常のワーク挿入作業におい
てはトルク指令ＩＮＳ　（ＴＱ）が（１）より増大した
レベルとなるが、未だしきい値ＴＨＲ（ＴＱ）に達しな
い。その後トルク指令が急増して（３）の異常運転状態
になるときはトルク指令ｒＮｓ　（ＴＱ）は予め定めら
れたしきい値ＴＨＲ（ＴＱ）を超過する。この（３）の
異常運転状態が検出されることにより、警報発生および
異常事態対処が行われる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、制御部において電動機トルク指令値と
しきい値との比較が行われ、電動機トルク指令値が予め
定められたしきい値を超過したとき警報が発出されると
ともに異常事態対処の過程へ進行し、ロボットのＺ軸力
の検出にもとづいた制御動作を的確に行わせることがで
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の制′４Ｂ
装置の全体構成を概略的に示す図、第２図は第１図装置
が適用されるロボットの構成を示す図、 第３図は第１図装置におけるプーリ、ボールネジナツト
、およびボールスプラインナツト部の構成の概略を示す
図、 第４図は第３図構成におけるボールスプラインナツトの
構成の概略を示す図、 第５図はロボット先端の移動の一例を示す図、第６図は
第１図装置の動作の一例を示す流れ図、第７図は第１図
装置の動作特性を示す特性図である。 １・・・ロボット、　　　１０１・・・第１の軸、１０
１・・・第２の軸、　　１０３・・・第３の軸（Ｚ軸）
、ｉｉｔ・・・基台、　　　　１１２・・・支柱、１２
１・・・第１の腕、　　１２２・・・第２の腕、１３・
・・シャフト収容筒体、 １４・・・シャフト、　　　１５・・・ハンド、１５１
・・・ハンド基部、　１５２．１５３・・・把持フィン
ガ、１６・・・スプラインナツト、 １７・・・ボールネジナツト、 ２・・・ワーク、　　　　　３・・・対象物、３１・・
・開孔、　　　　４１・・・ブーり主動部、４２・・・
プーリベルト、５・・・電動機、６・・・サーボユニッ
ト、 ６１・・・トルク指令決定部、 ６２・・・駆動部、　　　７・・・制御部、７５・・・
警報発生部、 ８・・・しきい値信号発生部。 第１図装置が適用されるロボット 第２図 プーリ、ポールネジナツト、およびボールスプラインナ
ツト部第３図 ボールスプラインナンド構成 第４図 Ｐ８ Ｐ′Ｄ 第５図 動作流れ図 第６図 動作特性図 第７　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ロボットにおけるＺ軸直線運動を行うシャフトを駆
   動する電動機、 該電動機に対する信号供給および信号帰還が行われるサ
   ーボユニット、 該サーボユニットに対する制御信号の授受が行われる制
   御部、および 該制御部に対するしきい値供給が行われるしきい値入力
   部が、設けられ、 該制御部において電動機トルク指令値と該しきい値入力
   部から供給されたしきい値との比較が行われ、 該電動機トルク指令値が予め定められたしきい値を超過
   したとき警報が発出されるとともに異常事態対処の過程
   へ進み、 それにより、ロボットのＺ軸における力の検出にもとづ
   いた制御動作が実行されるようになっていることを特徴
   とするロボットの制御装置。