WO1992021076A1 - System for controlling industrial robot - Google Patents

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WO1992021076A1
WO1992021076A1 PCT/JP1992/000616 JP9200616W WO9221076A1 WO 1992021076 A1 WO1992021076 A1 WO 1992021076A1 JP 9200616 W JP9200616 W JP 9200616W WO 9221076 A1 WO9221076 A1 WO 9221076A1
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WO
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robot
force
direct
sensor means
control mode
Prior art date
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PCT/JP1992/000616
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English (en)
French (fr)
Inventor
Shinichi Sarugaku
Toru Kurenuma
Takeshi Andoh
Masami Otomo
Kyoichi Kawasaki
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co., Ltd.
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/42—Recording and playback systems, i.e. in which the programme is recorded from a cycle of operations, e.g. the cycle of operations being manually controlled, after which this record is played back on the same machine
    • G05B19/425—Teaching successive positions by numerical control, i.e. commands being entered to control the positioning servo of the tool head or end effector
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1674—Programme controls characterised by safety, monitoring, diagnostic
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/36—Nc in input of data, input key till input tape
    • G05B2219/36399—On excess error or on release joystick stop movement, dead man, shut off motors
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/36—Nc in input of data, input key till input tape
    • G05B2219/36473—Prohibit teaching if force, speed, acceleration of end effector is out of safe range
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/42—Servomotor, servo controller kind till VSS
    • G05B2219/42123—Position loop then force, current loop

Definitions

  • the present invention relates to a direct teach type industrial robot. Background art
  • a teaching-reproduction-type robot that teaches a series of operations by guiding a robot body (manipulator) to a position that is 10 from a target and memorizing the position is generally used.
  • the robot body can be guided indirectly by using an operation button or joystick, or by direct teaching in which the operator directly leads the robot body by hand. There is a method.
  • a means is provided to monitor the magnitude of external force applied to the hand during direct teaching, and if the external force exceeds a certain value, the movement of the robot is forcibly suppressed. I did that s
  • the force sensor is attached to the hand of the robot and constantly detects external force. By monitoring the detection power, it is possible to determine whether or not an external force that causes the mouth pot to have an abnormal speed is applied. If the external force exceeds the reference value, prevent the robot from malfunctioning due to erroneous operation by setting the mode (position control mode) that prohibits the robot operation due to the external force or cutting off the current flowing through the servo motor. Can be.
  • the key that directs the direct teach mode can be operated by a simple operation by performing individual processing at the moment when the switch is pressed, while the switch is being pressed, and at the moment when the switch is released. Can be realized.
  • FIG. 1 is a flow chart of a direct teach 1000 process according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a flowchart of a direct teach state process
  • FIG. 3 is a diagram of the overall equipment configuration of an embodiment of the present invention
  • FIG. Fig. 5 is a flowchart of communication interrupt processing
  • Fig. 5 is a flowchart of communication interrupt processing
  • Fig. 7 is a timer interrupt processing diagram. It is a flowchart of FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 3 is an overall equipment configuration diagram of an embodiment in which the present invention is applied to a grinder processing robot.
  • Reference numeral 1 denotes a robot control device, which controls all the equipment. The main processing of the present invention is performed inside this.
  • Reference numeral 2 denotes a robot body (manipulator).
  • the robot has six axes, and each axis is driven by a servo motor.
  • Numeral 3 is a force sensor. This force sensor 3 has six strain gauges inside, and detects force in the X, y, and z directions and moments around the X, y, and z axes. It has become.
  • Reference numeral 4 denotes a junction box for a force sensor.
  • the detection signal from the force sensor 3 is converted into a digital signal here and sent to the robot controller 1 by serial communication.
  • the relay box 4 makes the signal line between the robot body 2 and the mouthpiece control device 1 resistant to noise, and can be installed at a considerable distance.
  • Reference numeral 5 denotes a grinder (grinding machine), which grinds a workpiece 9 (work) by the grinder 5.
  • Reference numeral 6 denotes a grinder control device, which operates the grinder 5 in response to a signal from the robot control device 1.
  • Reference numeral 7 denotes a playback console (PBC), which is equipped with a robot mode switching switch and an automatic operation start / stop switch.
  • PBC playback console
  • Reference numeral 8 denotes a programming unit (PGU), which is provided with a key switch such as a direct teaching key and a liquid crystal display device (LCD) on the PG 8: Teaching is done using this PG '8: _
  • PGU programming unit
  • LCD liquid crystal display device
  • the inside of the Kobo control unit is roughly divided into three parts. First, 1a is the main CPL part, interlock processing for man-machine non-uniform and safety, sequence control during automatic operation, etc. The main processing of the present invention is also performed here.
  • 1b is a support CPU unit, which controls the operation of the cobot and processes signals from the force sensor.
  • Lc is a servo amplifier.
  • the main CP section ia 11 is a CP 1A, which controls each device based on a program written in ROM or RAM.
  • 1 2 is ROM-A, which stores an initialization program performed by CPL: -A 11 when the power is turned on.
  • 1 3 is 1 1 ⁇ 01 3
  • 1 is 1 AM-A
  • CPU-A 11 stores processing programs other than initialization executed by the CPU, various flags, intermediate results of operations, etc. .
  • the RAM-A14 is loaded with a processing program from the RAMD isk 13 by the initialization program of the ROM-A12 when the power is turned on.
  • the RAMD isk 13 has a battery backup. However, even if you turn off the drift, you won't lose your content-
  • Reference numeral 15 is a communication interface A, and the CPU-A 11 exchanges information between the PBC 7 and the PG 8 via this.
  • Reference numeral 16 denotes an input / output interface A, which is connected to the grinder control device 6.
  • 17 is a dual-port RAM, and this dual-port RAM 17 is used for exchanging information between the main CP unit 1a and the servo CPU unit 1b: 18 is bus A, which has been described so far.
  • the robot is connected to the CP unit, lb 2 1 is a CPU-B, which controls the robot operation and the signal from the force sensor 3: 2 2 Is a ROM-B, and a processing program executed on the CP-B2I is stored.
  • 23 is a RAM-B, 24 is a temporary storage of an intermediate result of the operation,-24 is a timer, C every fixed time (sampling cycle) o
  • the 26 is an input / output interface B to which the emergency stop signal line 31 from the PGU 8 and the signal line 30 for the servo OX / OF F are connected. Whether the drive current flows through the six servomotors to the servo amplifier IC using the signal line 30 (servo ⁇ 'state) or not (servo OFF state) Give instructions.
  • the emergency stop signal line 31 is also connected to the servo amplifier IC, and when this signal becomes ⁇ FF, the servo is unconditionally set to the servo ⁇ F F state.
  • Reference numeral 25 denotes a D / A converter, and the CPU-B 21 gives an instruction to the servo amplifier 1c via this to indicate how much drive current flows to each servo motor.
  • Reference numeral 28 denotes a counter to which encoders (E1 to E6) attached to the servo motors of each axis of the robot body are connected.
  • the CPU-B21 reads the value of this counter to The current value (operating angle) of each axis can be known.
  • the CPU-B 21 receives the detected value of the force given from the force sensor 3 via the relay box 4 via the communication interface B.
  • 29 is a bus B, which is connected to each device of the servo CPU unit.
  • Six amplifiers are built in the servo amplifier 1c, and generate current for driving six motors Ml to M6 of the motor unit 2b of the robot.
  • 2a is an encoder section which includes encoders E] to E6 attached to each of the motors M1 to M6.
  • Each of the motors Ml to M6 and the encoders E1 to E6 are mounted on a rotating shaft, an upper arm shaft, a forearm shaft, a rotating shaft, a bending shaft, and a twist shaft of the robot body.
  • the internal read air block configuration of the PGU 8 will be described with reference to FIG. 5.
  • the PG 8 teaches the robot to work. Sometimes used.
  • reference numeral 41 denotes CPU-C, which performs all of the processing required by PGU 8.
  • 44 is an LCD controller, and 45 is a liquid crystal display (LCD), which displays characters and numbers. For this reason, the CPU-C41 displays a message or the like necessary for LCD input via the LCD control device 44.
  • Reference numeral 47 denotes a key switch panel, in which direct teaching keys and numeric keys are provided.
  • C-PU—C41 controls the status of each key via a key I / O 46. Can be detected.
  • Reference numeral 48 denotes a communication interface C.
  • the CPU-C41 receives a message to be displayed from the robot controller 1 via the communication interface C48, displays the message on the LCD 45, and Through the communication interface C48, the state of the key switch 47 is constantly monitored, and when the key is pressed, its rise is raised, when it is released, its fall is held, and the key is kept pressed. When the state is ON, the continuous pressing state is notified to the robot controller 1, respectively.
  • _-9 is a bus ⁇ , which serves to connect each device in the PGU 8.
  • the emergency stop switch 50 is an emergency stop switch
  • 51 is a deadman switch.
  • the emergency stop switch 50 is used to turn off the signal line 31 by pressing it, while the deadman switch 51 is pressed. It works to turn on the signal line 31 only during this period. Therefore, the robot main unit can be in the servo X state only when the emergency stop switch 50 is not pressed and the dead switch 51 is set to, and it operates only when set to 2.
  • Deadman switch 51 is attached to the back of PG8. When holding PG with your left hand, press the direct teach key with your thumb and press the deadman switch with another finger (to ⁇ ⁇ ). ) To be able to Is placed.
  • FIG. 7 is a flow chart showing the contents of processing performed by the servo CPU unit 1b.
  • this servo CPU unit 1b each time an interrupt is generated from the timer 24, the flowchart of FIG. Perform processing.
  • the state of the servo amplifier 1c is checked. If the servo is in the FF state, it is checked in step 101 whether the servo N request is coming from the main CPU unit 1a. If the servo ON request has not been received, the process ends.
  • the servo ON processing is performed in step 102.
  • the current value of the robot is read from the encoders £ 1 to £ 6, the internal parameters are initialized, and then the servo amplifier 1c is instructed to servo ⁇ N.
  • the control mode of the servo CPU unit 1b is set to the position control mode. This is to prevent the robot body from erroneously starting due to the offset of the force sensor, etc. as soon as the service is turned on.
  • the detected value of the force from the force sensor 3 is received by communication, coordinate conversion for converting the point of action of the force, gravity correction of the tool, and offset processing are performed.
  • F The magnitude of the force at the point of action of the force is represented by the base coordinate thread of the robot.
  • Equation 1 shows coordinate transformation
  • Equation 2 shows gravity correction and offset processing.
  • the offset process is a process for compensating a temperature drift or the like of the strain gauges used in the force sensor c
  • the value of F is also notified to the main CP section.
  • i05 it is checked whether an offset update request is coming from the main CPU unit, and if it is, offset update processing is performed in 106.
  • the offset update processing is performed by Equation 3 assuming that no external force is applied to the kasensor.
  • the calculated value of Foff is stored in RAM-B23.
  • control state is the force control mode.
  • the control status is determined by the instruction of the main CPU unit 1a except for the moment when the control is changed to N. If the control state is the force control mode, force control processing is performed at 108.
  • force control processing what kind of control is performed is determined by parameters given from the main CPU 1a. For example, in the case of a parameter set at the time of direct teaching, the current value of each servo motor is determined so that the robot operates at a speed proportional to the detected value F of the force.
  • a position control process is performed at 109.
  • the current value of each servomotor is determined so that the robot operates at the command position given from the main CPU 1a, and the current value of each motor determined in 110 is converted into a D / A converter. Output to 25.
  • the teaching mode and the automatic operation mode can be selected for the main CPU 1a by the mode switching switch of the PBC 7.
  • the following describes the teaching mode operation.- Fig. 6 Processing of communication interrupt from PGU 8 in main CPU la
  • the communication interrupt processing is started.
  • a check is made to determine whether the error is normal or normal. If the error flag is set, it is judged as an error state, and if not, it is judged as a normal state. If the status is normal, it is determined at 121 whether or not the notification from the PGU 8 is of the direct key. If it is not the direct teach key, process other keys at 122.If it is a direct teach key, check the current mode at 123. If it is in the automatic operation mode, do nothing. Exit without
  • the direct teach processing will be described with reference to FIG. First, at 130, the state of the direct touch key is determined. In the case of rising, the detection value F of the force sensor is read from the servo CPU unit 1b at 131. Next, at 132, it is determined whether or not the detected value of this force exceeds the reference value. The judgment is made by the following equation.
  • Equation 4 If either Equation 4 or Equation 5 holds, the force is judged to be above the reference value.
  • F. And M. Is, in this example,
  • the fact that direct teaching is being performed is displayed on the LCD of PGU 8 at 135, and then the offset of the force sensor is updated to the Servo CPU unit 1b at 1336. Request.
  • the offset update is completed, set the force control parameters for direct teaching to the servo CPU unit 1b in 1 3 7 and set the servo CPU unit 1b to the force control mode.
  • PGU 8 is configured to keep issuing a continuous press notification many times while a key is pressed.
  • FIG. 2 is a processing flowchart of the direct-teach state processing.
  • a force detection SF is fetched from the servo CPU unit 1b.
  • a servo FF request is issued to the servo CP section b at 152, an error is displayed on the LCD of PGU 8 at step 53, and an error flag is set at 154. Set and end the process.
  • a warning is displayed on the LCD of PGU 8 for a certain period of time at 160.
  • the display is performed on the LCD, but a buzzer may be sounded.- Thereafter, the teaching process is performed in step 161. Therefore, according to this embodiment, the direct processing is performed by the above processing.
  • the robot can be guided in both the position control (indirect control) and force control (direct control) modes.
  • the direct reach is used in the area where the operator can reach, and the operation buttons are used in other places. Can easily teach the robot operation.
  • Switching to the direct teach mode is performed only when the force applied to the tip of the mouth pot is less than a certain value. Can be prevented.
  • the robot guidance speed is limited to a certain level or less, which is safe.
  • the signal from the force sensor is a digital signal and is more resistant to noise than analog signals.
  • the magnitude of the external force applied to the hand is monitored, and if the external force exceeds a certain value, the force is forcibly applied. Since the movement of the robot is suppressed, if the robot is accidentally operated with a large force, the robot body does not move, so the wrist of the robot is too strong and the operator does not expect it It is possible to reliably prevent the possibility of moving to the position, and to perform safe and secure teaching at all times.

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Description

明 糸田 書
産業用ロボットの制御装置
B 技術分野
本発明は、 ダイレクトティーチ方式の産業用ロボットに関する。 背景技術
産業用ロボットとしては、 ロボット本体（マ二プレータ）を目標と 1 0 なる位置へ誘導し、 その位置を記 i憶させることによって、 一連の動 作を教示する教示再生型のロボッ 卜が一般的であるが、 このときの ロボット本体の誘導方法としては、 操作ボタンやジョイスティック 等で間接的に行う方式と、 ロボット本体の手先を操作者が直接手で 誘導して直接的に行なうダイレクトティ一チ方式とがある。
5 ところで、 ダイレクトティーチ方式のロボットの従来例としては、 特開昭 6 3 - 5 7 1 8 5号と特開昭 6 3— 5 7 1 8 6号の公報に記 載のように、 駆動用モータの電流を制限し、 外力によってロボット を誘導させるようになっていた。
また、 このとき、 ロボットの手先に加わる力を正確に測定する方 c 法としては、 特開昭 6 2 - 1 1 4 8 9 1号と特開昭 6 2 - 1 1 4 8
9 2号の公報に記載のように、 力センサのドリフト （オフセット） を除去する方法が知られている。
上記従来例では、 操作者の誤操作に対処することについての配慮 がされておらず、 大型のロボット等で誤ってロボットを重力方向な 5 どに大きな力で誘導したとき、 ロボットの動きが行き過ぎて、 思わ ぬ位置にまで達し、 極めて危険な状態になってしまうという問題が
¾>つた- また、 手先に加わる力をセンサで直接検出する場合、 力センサの オフセッ トを適正に除去しなければならないが、 従来例ではそのタ 0 イミングについて考慮されておらず、 操作者の負担が大きいという 9
問題があった
本発明の目的は、 操作が簡単で、 常に安全にダイレクトティーチ が可能な口ボットの制御装置を提供することにある- 発明の開示
上記目的を達成するために、 ダイレクトティーチ中、 手先に加え られている外力の大きさを監視する手段を設け、 外力が一定値以上 になった場合は、 強制的にロボットの動きが抑止されるようにした あのである s
また、 ダイレクトティーチモードに入るように操作したとき、 自 動的に力センサのオフセッ 卜補正処理が実行されるようにしたもの 'め o c
力センサはロボットの手先に取付けられており、 常に外力を検出 している。 その検出力を監視することによって、 口ポットが異常な 速度になるような外力が加わっているか否かの判定を行うことがで きる。 外力が基準値より大きくなつた場合には、 外力によるロボッ 卜の動作を禁止するモード （位置制御モード） にしたり、 サーボモ ータに流れる電流を切ることによって、 誤操作によるロボットの誤 動作を防ぐことができる。
また、 ダイレクトティーチモードを指示するキーは、 そのスイツ チが押された瞬間と押されている最中、 及び離された瞬間に各々個 別の処理を行わせることにより、 簡単な操作でダイレクトティーチ が実現できる。 g面の簡単な説明
図 1は本発明の一実施例のダイレクトティ一千処理のフローチヤ —卜、 図 2はダイレクトティーチ状態処理のフローチャート、 図 3 は本発明の一実施例の全体機器構成図、 図 4は図 3の 1の内部ハー ドゥエアブ口ック図、 図 5は図 3の 8の内部ハードゥエアブ口、)、 ク 12、 図 6は通信割込処理のフローチャート、 図 7はタイマ割込^理 のフローチャートである。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明による産業用ロボットの制御装置について、 図示実 施例により詳細に説明する。
図 3は本発明をグラインダ加工用ロボヅ卜に適用した場合の一実 施例の全体機器構成図で、 1はロボット制御装置であり、 すべての 機器を制御している。 本発明の主要な処理はこの内部で行われる。
2はロボット本体（マ二プレータ）で、 この実施例では、 ロボット は 6軸を有しており、 各軸はサ一ボモータで駆動される。
3は力センサで、 この力センサ 3は内部に 6個のひずみゲージを 備えており、 X， y , z方向の力と、 X軸， y軸， z軸まわりのモ 一メントを検出するようになっている。
4は力センサ用の中継箱で、 力センサ 3からの検出信号はここで ディジタル信号に変換され、 シリアル通信によりロボット制御装置 1に送られる。 そして、 この中継箱 4により、 ロボッ ト本体 2と口 ボット制御装置 1間の信号線がノイズに強くなリ、 これらをかなり 離して設置できる。
5はグラインダ（研削加工器）で、 このグラインダ 5によリ被加工 物（ワーク） 9を研削するようになっている。
6はグラインダ制御装置で、 ロボット制御装置 1からの信号によ つてグラインダ 5を動作させる働きをする。
7はプレイバックコンソール （P B C ) で、 ロボットのモード切 替スィツチや自動運 ¾の起動、 停止スィツチなどが取付けられてい る。
8はプログラミングユニット （P G U ) で、 この P Gじ 8にはダ ィレクトティーチキ一ゃデッ Kマンスィツチキー等のキースィツチ と液晶表示装置 （L C D ) が取付けられている:. ロボッ ' への作業 の教示はこの P Gし' 8を用いて行う: _
次に図 4を周いてロボット制御装置 1の内部及びコボッ ト本体 2 について説明する：
コボッ 制御装置 の内部は大きく 3部に分かれてぉリ、 まず、 1 aはメイン C P L部で、 マンマシン ノン々一フニースや安全のた めのインタ一ロック処理、 及び自動運転時のシーケンス制御等を行 つている： 本発明の主要な処理もここで行われる
次に 1 bはサ一ポ C PU部で、 コボットの動作制御と、 力センサ からの信号処理を行っている なお、 l cはサーボアンプで、 詳細 は後述する： =
次に各部分について、 より詳細に説明する- メイン C Pじ部 i aの 1 1は C Pじ一 Aで、 ROMや RAMに書 かれているプログラムに基づいて、 各機器の制御を行う。
1 2は ROM— Aで、 電源投入時に C PL:— A 1 1が行う初期化 のプログラムが格鈉されている。 1 3は1 1^01 3 、 1 4は1 AM— Aで、 C PU— A 1 1で実行される初期化以外の処理プログ ラムと、 各種のフラグや演算の途中結果等が格納される。 この RA M— A 14には、 電源投入時に、 ROM— A 1 2の初期化プログラ ムによって、 RAMD i s k 1 3から処理プログラムがロードされ る- なお、 RAMD i s k 1 3はバッテリパックアップされており、 電漂を切っても內容は失われないようになつている-
1 5は通信インターフェース Aで、 C PU— A 1 1は、 ここを経 ¾して P B C 7と PGじ 8との情報の交換を行う。 1 6は入出力ィ ンタ一フェース Aで、 グラインダ制御装置 6と接続されている。 1 7はデュアルポート RAMで、 このデュアルポート RAM 1 7はメ イン C Pし '部 1 aとサーボ C PU部 1 bとの情報のやりとりに用い られる：： 1 8はバス Aで、 今まで述べた各装置を接続している- 次にサ一ボ C Pじ部 l bの 2 1は C PU— Bであリ、 ロボットの 動作に関する制御と力センサ 3からの信号による制御を司どる： 2 2は ROM— Bで、 C Pじ— B 2 Iで実行される処理プ Πグラムが 格 ¾されている 23は RAM— Bて、 演算の途中結果の一時記億 Sである- 24はタイマで、 一定時間 （サンプリング周期） 毎に C o
Pじ一 Bに 2 i割込みをかける e
2 6は入出力インタ一フェース Bで、 ここには P G U 8からの非 常停止信号線 3 1とサーボ OX/OF F用の信号線 30が接続され ており、 C PL:— B 2 1は信号線 3 0を用いてサ一ボアンプ I Cに 6個のサーボモータに駆動電流を流す状態 （サ一ボ Ολ'状態） と流 さない、状態 （サ一ボ OFF状態） のどちらをとるかの指示を与える。 また、 非常停止信号線 3 1はサーボアンプ I Cにも接線されており、 この信号が〇 F Fになると、 サーボは無条件にサーボ〇 F F状態に なる。
25は D/Aコンバータで、 CPU— B 2 1は、 ここを経由して サ―ボアンプ 1 cに各サ―ボモータにどの程度の駆動電流を流すか の指示を与える。
28はカウンタで、 これにはロボッ ト本体の各軸のサーポモータ に取付けられたエンコーダ （E 1〜E 6) が接続されており、 CP U - B 2 1はこのカウンタの値を読むことによってロボッ トの各軸 の現在値 （動作角度） を知ることができる。
27は通信インターフェース Bで、 CPU— B 2 1はこの通信ィ ンタ一フェース Bを経由して、 力センサ 3から中継箱 4を介して与 えられる力の検出値を受け取る。 29はバス Bであり、 サーボ CP U部の各機器と接続している。
サ一ボアンプ 1 cの中には 6個のアンプが内蔵されており、 ロボ ッ トのモータ部 2 bの Mlから M 6までの 6個のモータを駆動する ための電流を発生する。
2 aはエンコーダ部で、 M1〜M 6のモータ各々に取付けてある、 E ]〜E 6までのエンコーダを含んでいる。 なお、 各モータ Ml〜 M6及びエンコーダ E 1〜E 6は、 ロボッ ト本体の旋回軸、 上腕軸、 前腕軸、. 回転軸、 曲げ軸、 ひねり軸に、 各々 1個づっ取付けられて いる。
次に、 図 5により、 P GU 8の内部リ一ドゥエアブロック構成に ついて説明する、 なお、 この PGし ' 8はロボッ トに作業を教示する ときに甩いられる。
図 5において、 4 1は CPU— Cであり、 PGU 8で必要とする 理の全てを実行する。 42は ROM— Cで、 CPU— C4 1が行 う処理プログラムが格納されている = 43は RAM— Cで、 CPU -C 1の処理過程で表われるデータの一時記憶用である。 44は LCD制御装置、 そして 4 5は液晶表示装置 （LCD) であり、 文 字や数字を表示する働きをする。 このため、 CPU— C4 1は LC D制御装置 44を介して LCD入力必要なメメッセージ等を表示す る。
4 7はキースィツチパネルで、 この中にはダイレク卜ティーチキ 一や数字キー等が設けられており、 C-PU— C4 1は、 キ一 I/O 4 6を介して、 各キーの状態を検出することができる。 4 8は通信 インタ一フェース Cで、 CPU— C4 1は、 この通信インターフエ ース C 48を介して、 表示してほしいメッセージをロボット制御装 置 1から受け取り、 LCD45に表示すると共に、 同じく、 この通 信インタ一フェース C4 8を介してキースィッチ 4 7の状態を常に 監視し、 キーが押されたときには、 その立上りを、 離されたときに は、 その立下リを、 そして押し続けられているときには、 その連続 押下状態を、 夫々ロボット制御装置 1に通知する _ - 9はバス Γで、 PGU 8内の各機器を接続する働きをする。
50は非常停止スィッチ、 5 1はデッドマンスイッチで、 まず非 常停止スィッチ 50は、 その押下により信号線 3 1を OFF状態に する鳕きをし、 他方、 デッドマンスイッチ 5 1は、 それが押されて いる間だけ信号線 3 1を ON状態にする働きをする。 従って、 ロボ ッ卜本侔は非常停止スィッチ 50が押されておらず、 かつ、 デッド ヾ ノスィッチ 5 1が のときだけサ一ボ〇X状態であることが可 能であり、 二のときだけ動作することができる。 また、 デッドマン スィッチ 5 1は PG 8の裏面に取付けられており、 左手で PGし' を持った時、 親指でダイレクトティーチキーを押しながら、 他の指 でデッドマンスイッチを押す （〇ヽ'にする） ことができるように配 置されている。
次に、 これらの実際の処理について、 順次説明する。
まず、 図 7はサ一ボ CPU部 1 bで行われる処理内容を示したフ ローチャートで、 このサ一ボ CPU部 1 bでは、 タイマ 24から割 込が発生する毎に、 この図 7の処理を行う。 まず 1 00でサーボア ンプ 1 cの状態をチェックする。 サーボ〇 F F状態であれば、 1 0 1でサ一ボ〇 N要求がメイン C P U部 1 aから来ているか否か調べ る。 サ一ボ O N要求が来ていなければ処理を終了する。
サーボ〇N要求が来ていれば 102でサーボ ON処理を行う。 1 〇 2ではェンコーダ£ 1〜£ 6からロボッ卜の現在値を読み込み、 内部の各パラメ一タを初期化した後、 サ一ボアンプ 1 cにサーボ〇 Nを指令する。 次に 103でサーボ CPU部 1 bの制御モードを位 置制御モードにする。 これはサーポ ONした途端に、 ロボット本体 が力センサのオフセット等によって誤って動き出すのを防ぐためで ある。 104では力センサ 3から力の検出値を通信によって受け取 リ、 力の作用点の変換のための座標変換とツールの重力補正、 およ ぴオフセット処理を行う。
F =M (F * ) 式 1
F^ -G-Foff 式 2
F * = (fx*， f y * , fz*， Mx * , My*， Mz*)
F= (T¥, T7, TT, ΜΈ, MY, Y)
F * ；力センサの検出値
F ；力の作用点での力の大きさをロボットのベース 座標糸で表わしたもの。
M
G ツールの重量による力センサの補正値
Foff 力センサのオフセット
F 真の力の値
ここに式 1は座標変換を、 式 2は重力補正とオフセット処理を示 している。 このオフセット処理は、 力センサに用いられているひずみゲージ の温度ドリフト等を補償するための処理である c
1 04では Fの値をメイン CP 部にも通知する。 i 05ではォ フセッ卜の更新要求がメイン CPU部から来ているかチェックし、 来ていれば 106でオフセット更新処理を行う。 オフセット更新処 理はカセンサに外力が加わっていないと仮定し、 式 3で行う。
Foff =F -G 式 3
なお、 記号は式 1、 式 2で用いたものと同一である。
こうして求めた Foff の値は RAM— B 23に記億する。
107では、 制御状態が力制御モードか否かをチェックする。 制 御拔態は、 サ一ボ〇Nになった瞬間を除いては、 メイン CPU部 1 aの指示により決まる。 制御状態が力制御モードであれば 108で 力制御処理を行う。 力制御処理はメイン CPU部 1 aから与えられ ているパラメータによって、 どのような制御になるかが決められる。 例えばダイレクトティーチ時に設定されるパラメータの場合、 力 の検出値 Fに比例した速度でロボヅ卜が動作するように、 各サーボ モータの電流値が決定される。
力制御モードでない場合は、 109で位置制御処理を行う。 この 場合はメイン CPU部 1 aから与えられた指令位置にロボットが動 作するように、 各サ―ボモータの電流値が決定され、 1 10で決定 された各モータの電流値を D/Aコンバータ 25に出力する。
他方、 初めの 100でサーボ 0 F F状態でなかった場合は、 1 1 1でサーボ OFF要求がメイン CPU部 1 aから来ているか否かを チェックし、 来ていれば 1 12でサーボ〇FF処理を行ない、 来て いなければ 1 04以下の処理を行う。
次に、 メイン CPU部 1 aでの処理について、 説明する。
メイン CPU部 1 aは PBC 7のモ一ド切替スィッチによって、 教示モードと自動運転モードが選択できる。 以下教示モードの動作 について説明していく- 図 6 メイン CPU部 l aでの、 PGU 8からの通信割込処理 を示したフローチヤ一卜で、 PGU8がキースィッチの状態を検出 して、 それを通知してくると、 この通信割込処理が起動される。 まず 120でエラ—状態か正常状態かのチェックを行う。 エラ一 フラグが立っていればエラー状態、 立っていなければ正常状態と判 断する。 正常状態であれば 121で PGU 8からの通知がダイレク トティ一チキーのものであるか否か判断する。 ダイレクトティーチ キー以外であれば、 122で他のキーの処理を行い、 ダイレクトテ ィーチキーであった場合は 123で現在のモ—ドを調べ、 自動運転 モードであった場合は、 何も処理をせずに終了する。
教示モードの場合は 124でサーボ ON中か否か判定し、 サーボ 0 F F中であれば何も処理をせずに終了するが、 サ一ボ ON中の場 合には 125でダイレクトティーチ処理を行う。 ダイレクトティー チ処理については後で詳細に説明する。
120でエラー状態であった場合は、 126で？01；8からの通 知がエラーリセットキ一のものか否か判断し、 エラーリセットキー のものであれば、 127でエラーフラグをクリアする。
次に図 1を用いてダイレクトティーチ処理について説明する。 ま ず 130でダイレクトティ一チキーの状態を判断する。 立上りの場 合は 131で力センサの検出値 Fをサーボ C PU部 1 bから取り込 む。 次に 1 32でこの力の検出値が基準値を越えているか否か判定 する。 判定は次式により行う。
fxz + fy2 + fz2>f c2 式 4
Mx2 +My2 +Mz2〉M。2 式 5
但し、 F= (fx, f , f z, Mx, My, Mz) f\と M。は基準値 （定数）
式 4か式 5のいずれかが成立すれば、 力は基準値以上と判定する なお、 f .と M。は、 この実施例では、
f = 2 k g重 = 1 8. 6 N
xVl.r = 0. 2 k g重 m = 1. 86 N m
とし 3¾» o こうして、 基準値以上であると判断された場合には、 1 33でェ ラーを PG L 8の LCD上に表示させ、 続いて 1 3 4でエラ一フラ グを立てる。
しかして基準値以下であった場合には、 1 35でダイレクトティ ーチ中であることを P GU 8の LCD上に表示させ、 その後 1 3 6 でサーポ CPU部 1 bに力センサのオフセット更新を要求する。 そ してオフセット更新が完了したら 1 3 7でサーボ CPU部 1 bにダ ィレクトティーチ用の力制御パラメータを設定し、 サーボ CPU部 1 bを力制御モードにする。
以上の処理によって、 ロボットの手先に力を加えた状態で、 ダイ レクトティーチ状態に入ろうとするとエラーとなる。 また、 どのよ うな状態でもダイレクトティーチ状態になった時には、 オフセット 更新処理によって力の検出値 Fは 0になるので、 ロボットが急に動 き出すことはない。
次に 130でダイレクトティーチキーの立下りであると判定され た場合、 138で位置制御中の表示を PGU8の LCDに表示させ、 その後 139でサーボ CPU部 1 bを位置制御モードにする。
また、 130でダイレクトティーチキーの状態が連続押下 （ずつ と押されている） であった場合は、 140でダイレクトティーチ状 態処理を行う。 尚、 PGU 8はキーが押されているあいだは、 連続 押下の通知を何回も出し続けるように構成されている。
次に、 図 2はダイレクトティ一チ状態処理の処理フローチャート で、 まず 1 50で力の検 S Fをサーボ CPU部 1 bから取り込む。 1 51では次式により非常停止基準値を力の検出値 Fが越えている か否か判定する。
fx? + fy2 + fzz>f I 2 式 6
MxE十 My2 +Mz2>M;2 式 7
この実施例では、
f 2 = 20 k 重= 1 86 N
M: = 2 k g重 m= 1 8. 6 Nm としている。
非常停止基準値を越えている場合は、 1 52でサ一ボ CPじ部ュ bにサーボ〇 F F要求を出し、 ュ 53で PGU 8の LCDにエラ一 を表示させ、 1 54でエラーフラグをセッ トし処理を終了させる。
1 δ 1で非常停止基準値を越えていなかった場合、 1 55でエラ 一基準値をこえているか否かを次式にて判定する。
fxz + fyz + fzz>f 2 2 式 8
Mx2 +My2 +Mz2 >M2 2 式 9
この実施例では、
f 2= 1 0 k 重= 9 8 N
M2= 1 k g重 m= 9. 8 N m
としている。
式 8か式 9のどちらかが成立した場合は、 1 56で 01； 8のし CDにエラーを表示させ、 1 57でエラーフラグをセッ トする。 そ して 1 58でサーボ CPU部 1 bを位置制御モードにし、 処理を終 了する。
一方、 1 55でエラー基準値を越えていなかった場合、 1 59で 謇告基準値を越えているか否かを判定する。
判定は次式で行う。
fx2 + fyz + fz2>f 32 式 1 0
Mx2 +My2 +Mz2 >M3 2 式 1 1
この実施例では、
f 3= 5 k 重= 49 N
M3 = 0. 5 k g重 m=4. 9 N m
としている。
警告基準値を越えている場合、 1 60で PGU 8の LCDに警告 を一定時間表示させる。 なお、 この実施例では L CDに表示させて いるが、 ブザーを鳴らしても良い- その後 1 6 1で教示処理を行う c 従って、 この実施例によれば、 以上の処理によって、 ダイレク ト ティ一チモ—ドで、 ロボッ トの手先を操作者が直接誘導したとき、 常に安全にロボットの動作を教示することができる。
ここで、 この実施例による効果について要約すると、 以下のよう になる。
① 位置制御（間接的制御）と力制御（直接的制御）の両モ—ドでロ ボットの誘導が可能であり、 操作者の手がとどく範囲はダイレクト ティーチを用い、 その他の所では操作ボタンによる誘導により、 容 易にロボッ卜の動作の教示が行える。
② サーボ O N時は常に位置制御モードになるため、 サ一ポ〇λ' した瞬間に誤った力の検出値によって、 ロボットが誤動作すること がない。
③ ダイレクトティーチモードへの切換は、 口ポットの手先に加 わる力が一定値以下のときにしか行なわれないため、 ダイレクトテ ィーチモードに入った瞬間にロボットが急激に動き出し、 操作者を 傷つけることを防ぐことができる。
④ ダイレクトティーチモードに入るとき、 力センサのオフセッ ト更新処理を自動的に行うため、 操作者は力センサの温度ドリフト 等に注意を払う必要がない。 また、 ダイレクトティーチモードに入 つた瞬間には必ずロボットが停止しているため、 安全である。
⑤ 力センサに巨大な力が加わった場合にはサーボ O F Fになる ため、 誤操作により操作者を傷つけることがない 3
⑥ 力センサに一定以上の力が加わるとエラーになるため、 ロボ ットの誘導速度が一定速以下に制限され、 安全である。
⑦ ダイレクトティーチキーを押しているあいだだけダイレクト ティーチモードになるため、 操作が容易である。
⑧ 力センサからの信号がディジタル信号であり、 アナログ信号 の場合に比べ、 ノイズに強い。 産業上の利用可能性
本発明によれば、 ダイレクトティーチ中、 手先に加えられている 外力の大きさを監視し、 外力が一定値以上になった場合は強制的に ロボッ トの動きが抑止されるので、 誤ってロボッ トを大きな力で操 作しょうとしたときには、 ロボッ ト本体が動かないので、 ロボッ ト の手首等が、 勢い余って操作者が予期していない位置にまで動いて しまう虞れを確実に防止でき、 常に安全確実にティーチングを行な うことができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . ^部からロボット本体の可動部先端に加えられた力を検出する センサ手段を備え、 通常の位置制御モードと、 上記センサ手段の検 出結果に応じてロボット本体の駆動力を制御するダイレクトティ一 チ制御モードとを有する産業用ロボットの制御装置において、 上記 センサ手段によリ検出した上記力の大きさを予め設定してある基準 値と比較して大小関係を監視する判定手段を設け、 上記力の大きさ が予め設定してある基準値を越えたとき、 上記ロボット本体に対す る駆動力の供給を遮断し、 非常停止させるように構成したことを特 徴とする産業甩ロボットの制御装置。
2 . 外部からロボット本体の可動部先端に加えられた力を検出する センサ手段を備え、 通常の位置制御モードと、 上記センサ手段の検 出結果に応じてロボット本体の駆動力を制御するダイレクトティ一 チ制御モードとを有する産業用ロポットの制御装置において、 上記 センサ手段にょリ検出した上記力の大きさを予め設定してある基準 値と比較して大小関係を監視する判定手段を設け、 上記力の大きさ が予め設定してある基準値を越えたとき、 警告表示手段を動作させ るように構成しこことを特徴とする産業用ロボットの制御装置。
C 3 . 外部からロボッ卜本体の可動部先端に加えられた力を検出する センサ手段を備え、 通常の位置制御モードと、 上記センサ手段の検 出結果に応じてロボット本体の駆動力を制御するダイレクトティ一 チ制御モードとを有する産業用ロボットの制御装置において、 上記 センサ手段によリ検出した上記力の大きさを予め設定してある基準 値と比較して大小関係を監視する判定手段を設け、 上記力の大きさ が予め設定してある基準値を越えたとき、 ダイレクトティ一チ制御 状態がリセットされるように構成したことを特徴とする産業用ロボ ットの制鞣装置。
4 . 請求項 1ないし請求項 3の発明の何れかにおいて、 上記ロボッ C 卜本体の可動部先端の移動速度の最大値を予め設定してある制限 速度値に抑える速度制限手段を設け、 ダイレク トティーチ制御状態 にあるとき、 この速度制限手段による速度制御を働かせるように構 成したことを特徴とする産業用ロボットの制御装置。
5 . 外部からロボット本体の可動部先端に加えられた力を検出する センサ手段を備え、 通常の位置制御モードと、 上記センサ手段の検 出結果に応じてロボット本体の駆動力を制御するダイレクトティ一 チ制御モードとを有する産業用ロボットの制御装置において、 上記 センサ手段のオフセットを補正するオフセット補正手段を設け、 口 ボットの制御モードが上記通常の位置制御モードから上記ダイレク トティ一チ制御モードに切換えられたとき、 上記オフセット補正手 段により上記センサ手段のオフセットが補正されるように構成した ことを特徴とする産業用ロボットの制御装置。
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