JP2000135458A

JP2000135458A - 塗装用ロボット装置

Info

Publication number: JP2000135458A
Application number: JP10311268A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Saisaka; 則明齋坂
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2000-05-16

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明はアームに搭載された流量計で計測さ
れる流量計測値のロボット動作時の誤差を補償すること
を課題とする。【解決手段】塗装用ロボット１１は、第２アーム６の
塗料供給ポンプ２５及び流量計２６が搭載されている。
流量計２６は、第２アーム１６の動作により姿勢、速
度、加速度が変化すると、計測誤差が生じる。そのた
め、流量計２６の計測値は流量補償器４５により補正演
算されてロボットコントローラ２０に出力される。そし
て、ロボットコントローラ２０は、補正された流量計測
値に基づいて塗料供給ポンプ２５のサーボモータ４１の
回転数を制御する。これにより、塗装用ロボット１１
は、流量計２６が搭載された第２アーム６の動作方向、
速度、加速度に拘わらず、予め設定された目標流量Ｖ_r
を塗装ガン１８に供給できるので、被塗装面の塗膜が均
一になるように塗装することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は塗装用ロボット装置
に係り、特にアーム先端に塗装ガンが装着され、アーム
に流量計及び塗料供給ポンプが搭載された塗装用ロボッ
ト装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば塗装用ロボットによりワーク表面
を塗装する塗装工程では、ワークがコンベヤにより搬送
されると、塗装用ロボットが予めティーチングされた塗
装プログラムにしたがって所定の塗装作業を行う。即
ち、塗装用ロボットは、ワークが作業エリアに到着する
と、自動的に塗装作業を開始し、ワークが作業エリアを
通過するまでに所定の塗装作業を終了させる。そして、
所定の塗装作業が終了すると、塗装用ロボットは、アー
ムを旋回させて塗装開始位置に戻す。

【０００３】このような塗装用ロボット装置では、被塗
装面の塗膜が均一となるように塗装ガンから被塗装面に
吹き付けられる塗料を一定量にして塗装ガンの移動速度
を制御している。そして、塗装用ロボット装置において
は、塗装品質を向上させるため、ロボットアームに流量
計と塗料供給ポンプを搭載し、塗装ガンに供給される塗
料の供給量が流量計により計測されると共に、流量計の
計測値や塗料の粘度に応じて塗料供給ポンプを駆動制御
している。

【０００４】また、流量計としては、流量に応じて回転
する回転体を有する構成のものでは色替時の洗浄時間が
長くかかるので、塗料が流れるセンサチューブを振動さ
せて流量を計測するコリオリ式質量流量計が用いられて
いる。このコリオリ式質量流量計は、センサチューブ内
を流れる塗料の質量に応じた変位を検出して流量を計測
するものであり、色替時の洗浄時間が短縮できると共に
圧力損失の小さい構成となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記塗
装用ロボット装置では、塗装動作中はアームが上下方向
あるいは左右方向に回動して姿勢が変化するため、アー
ム上に搭載された流量計及び塗料供給ポンプが傾斜状態
となったり、アームの動作方向への速度、加速度が流量
計及び塗料供給ポンプに作用することになる。すなわ
ち、塗装動作中は、アームの姿勢が一定でないため、流
量計の計測精度が設置時（水平状態）と比較して計測値
と実際の流量とが異なってしまい、その結果塗料供給ポ
ンプの制御に誤差が生じて塗装ガンから吹き付けられる
塗料が一定でなくなる。

【０００６】特に、コリオリ式質量流量計の場合には、
アーム動作に伴う姿勢、速度、加速度の作用方向が変化
することにより、センサチューブが塗料の流量以外の要
素で変位してしまい流量を正確に計測できないことがあ
る。このため、塗装用ロボット装置においては、アーム
が水平状態の場合と、アーム動作中の場合では塗料供給
ポンプの塗料供給量が変動して塗装ガンから吹き付けら
れる塗料が一定せず、塗装品質が低下するといった問題
がある。

【０００７】そこで、本発明は上記課題を解決した塗装
用ロボット装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は以下のような特徴を有する。上記請求項１
記載の発明は、アーム先端に塗装ガンが装着され、前記
塗装ガンに供給される塗料の流量を計測する流量計及び
前記塗装ガンに塗料を送液する塗料供給ポンプが前記ア
ームに搭載され前記流量計の計測値が予め定められた目
標値となるように前記塗料供給ポンプを制御する塗装用
ロボット装置において、前記アームの動作方向及び前記
アームの動作速度又は加速度に応じて変化する前記流量
計の計測誤差を補償するための補正値を演算する補正値
演算手段と、前記補正値演算手段により算出された補正
量に基づいて前記塗料供給ポンプを駆動制御するポンプ
制御手段と、を備えてなることを特徴とするものであ
る。

【０００９】従って、上記請求項１記載の発明によれ
ば、アームの動作方向及びアームの動作速度又は加速度
に応じて変化する流量計の計測誤差を補償するための補
正値を演算し、この補正量に基づいて塗料供給ポンプを
駆動制御するため、アーム動作の影響を受けずに塗料供
給ポンプを駆動制御することができ、アーム動作及び動
作方向に拘わらず塗装ガンへ供給される塗料を一定に保
ち、被塗装面の塗装品質を向上させることができる。

【００１０】また、上記請求項２記載の発明は、前記ポ
ンプ制御手段が、前記流量計の計測値を前記補正値によ
り補正した流量値が目標値となるように前記塗料供給ポ
ンプを制御することを特徴とするものである。従って、
上記請求項２記載の発明によれば、流量計の計測値を補
正値により補正した流量値が目標値となるように塗料供
給ポンプを制御するため、アームのティーチング内容を
変更しても被塗装面の塗装品質を向上させることができ
る。

【００１１】また、上記請求項３記載の発明は、前記ポ
ンプ制御手段が、前記流量計の計測値が前記目標値を前
記補正値により補正した補正目標値となるように前記塗
料供給ポンプを制御することを特徴とするものである。
従って、上記請求項３記載の発明によれば、流量計の計
測値が目標値を補正値により補正した補正目標値となる
ように塗料供給ポンプを制御するため、フィードフォワ
ードで塗料を供給でき、フィードバック制御に比べて時
間遅れによる塗装品質の低下を防止できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明の実施の
形態について説明する。図１は本発明になる塗装用ロボ
ット装置の一実施例の構成を示す側面図である。図１に
示されるように、塗装用ロボット１１は、塗装作業を行
う塗装エリア内に設置されており、ワークが搬送される
と、予めティーチングされた塗装動作を行うプレイバッ
ク形の多関節ロボットである。

【００１３】塗装用ロボット１１は、大略、基台１３
と、基台１３上でＡ軸回りに旋回する旋回ベース１４
と、旋回ベース１４上で起立しＢ軸回りに揺動する第１
アーム１５と、第１アーム１５の上端から水平方向に延
在しＣ軸回りに揺動する第２アーム１６と、第２アーム
１６の先端に設けられＤ，Ｅ，Ｆ軸回りに回動する手首
部１７とよりなる。

【００１４】手首部１７の先端には、塗装ガン１８が取
り付けられている。塗装ガン１８は、第１アーム１５及
び第２アーム１６の揺動により所定の塗装高さ位置に移
動し、手首部１７の動作により塗料噴射方向が変更され
る。上記のように構成された塗装用ロボット１１は、各
可動部がモータ（図示せず）により駆動されて塗装ガン
１８の位置や塗装方向を調整するようになっており、各
モータは制御装置としてのロボットコントローラ２０か
らの制御信号により旋回ベース１４、第１アーム１５、
第２アーム１６、手首部１７を駆動するように制御され
る。また、塗装用ロボット１１の各関節部分には、各可
動部の角度を検出するためのエンコーダ（図示せず）が
組み込まれており、各可動部の回動位置検出信号がロボ
ットコントローラ２０にフィードバックされる。

【００１５】第２アーム１６の上面には、塗料供給源
（図示せず）から供給される塗料を塗装ガン１８に供給
する塗料供給系路２１を有する塗装制御装置１０が設け
られている。また、塗料供給系路２１には、上流側から
順に色替バルブユニット２３と、塗装ガン１８へ供給さ
れる塗料の流量制御を行う塗料供給ポンプ２５と、塗料
供給ポンプ２５から送液された塗料の流量を計測する流
量計２６とが配設されている。

【００１６】流量計２６は、圧力損失が小さく、且つ色
替時の洗浄時間が短いコリオリ式質量流量計からなる。
尚、コリオリ式質量流量計は、周知であるので、ここで
はその説明を省略する。図２は塗装制御装置１０の構成
を示す系統図である。図２に示されるように、塗装制御
装置１０は、上記塗料供給系路２１、塗装ガン１８、色
替バルブユニット２３、塗料供給ポンプ２５、流量計２
６、流量補償器（補正値演算手段）４５から構成されて
いる。流量計２６は、第２アーム１６の動作により姿
勢、速度、加速度が変化すると、計測誤差が生じる。そ
のため、流量計２６の計測値は後述するように流量補償
器４５により補正演算されてロボットコントローラ２０
に出力される。

【００１７】ロボットコントローラ２０は、ホストコン
ピュータ３０からの指令に基づいて塗装用ロボット１１
及び塗装ガン１８、色替バルブユニット２３、塗料供給
ポンプ２５、流量計２６を駆動制御する。また、ロボッ
トコントローラ２０には、流量補償器４５により補正演
算された流量値に基づいて塗装ガン１８へ送液される流
量が目標値となるように塗料供給ポンプ２５を駆動制御
するポンプ制御プログラム２０Ａが格納されている。

【００１８】従って、流量補償器４５は、第２アーム１
６の動作方向及び第２アーム１６の動作速度又は加速度
に応じて変化する流量計２６の計測誤差を補償するため
の補正値を演算を行なう。そして、ロボットコントロー
ラ２０は、流量補償器４５により算出された補正量に基
づいて塗料供給ポンプ２５を駆動制御する。色替バルブ
ユニット２３は、塗料供給源（図示せず）から供給され
る複数種の塗料のうち指定された一の塗料を選択的に塗
装ガン１８へ供給するように動作するものであり、複数
のエアオペレーションバルブ３１ａ〜３１ｈを有する。
エアオペレーションバルブ３１ａ〜３１ｆは塗料用バル
ブで、塗料用チューブ３３が接続されている。また、エ
アオペレーションバルブ３１ｇはシンナ用バルブで、シ
ンナ用チューブ３４が接続されている。また、エアオペ
レーションバルブ３１ｈはエア用バルブで、エア用チュ
ーブ３５が接続されている。

【００１９】また、各エアオペレーションバルブ３１ａ
〜３１ｈは、電磁弁３２ａ〜３２ｈの開閉動作により供
給される空気信号により開弁する構成である。そのた
め、ロボットコントローラ２０は、塗装用ロボット１１
が塗装を行うワークの種類等に応じて各電磁弁３２ａ〜
３２ｈを選択的に開弁させてエアオペレーションバルブ
３１ａ〜３１ｈの開閉制御を行うことにより、指定され
た任意の色の塗料を塗装ガン１８へ供給する。

【００２０】また、エアオペレーションバルブ３１ｇ及
び３１ｈは、色替処理時に所定時間毎に交互に開弁さ
れ、前回の残留塗料を洗浄して除去する。図３はロボッ
トコントローラ２０及び各機器との構成を示すブロック
である。図３に示されるように、ロボットコントローラ
２０は、ＣＰＵ３６を有し、ＣＰＵ３６には、ＲＯＭ３
７と、ＲＡＭ３８と、ロボット駆動用のサーボモータ３
９を駆動するサーボアンプ４０と、塗料供給ポンプ２５
のサーボモータ４１を駆動するサーボアンプ４２と、流
量補償器４５により補正された流量計２６からの流量信
号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器４３と、ｉ／ｏモジュ
ール４４とが接続されている。また、ｉ／ｏモジュール
４４には、電磁弁３２ａ〜３２ｈ、塗装ガン１８が接続
されている。

【００２１】ＲＯＭ３７には、後述するようにＣＰＵ３
６が実行する制御プログラムが記憶されている。よっ
て、ＣＰＵ３６は、この制御プログラムに基づいて塗装
制御処理及び色替処理、洗浄処理等を実行する。ここ
で、上記構成とされた塗装用ロボット１１の動作及びそ
の動作方向に対する流量計測値の補正方法について説明
する。

【００２２】図４は塗装用ロボット１１の動作方向を示
す側面図である。図４に示されるように、第２アーム１
６に搭載された流量計２６には、塗装用ロボット１１の
塗装動作に伴ってｙ軸回りの回転及び、ｚ軸回りの回転
方向の力が作用する。流量計２６は、塗料が流れるセン
サチューブ（図示せず）を振動させて塗料の流量に比例
するセンサチューブの変位を検出するコリオリ式質量流
量計であるので、ｙ軸回りの回転及び、ｚ軸回りの回転
方向の力が作用すると、姿勢の変化、速度、加速度が生
じ、正確な流量計測ができない場合がある。

【００２３】そこで、本実施の形態では、流量計２６に
流量補償器４５を設け、この流量補償器４５によりｙ軸
回り及び、ｚ軸回りの動作に対して以下のような１次の
近似的な補正式を用いて補正演算を行う。図５（Ａ）〜
（Ｆ）は第２アーム１６の動作に応じた近似式を説明す
るための図である。

【００２４】図５（Ａ）〜（Ｆ）に示されるように、各
補正式（補正係数）は、予め測定したり、流量計２６の
特性から得ることができる。流量計２６により測定され
た実際の測定値をＦとすると、流量補償器４５はｙ軸回
り及び、ｚ軸回り夫々の姿勢、速度、加速度に対して以
下の式（１）〜（６）に基づいて流量計２６により計測
された実際の計測値Ｆの補償を行う。

【００２５】図５（Ａ）において、ｙ軸回りの姿勢によ
る流量計２６の補正式は次式（１）のように表せる。Ｆ₁＝Ａｐｙ^*Ｐｙ＋Ｆ₀ … （１）但し、Ａｐｙはｙ軸回りの姿勢による補正係数とする。
図５（Ｂ）において、ｚ軸回りの姿勢による流量計２６
の補正式は次式（２）のように表せる。

【００２６】Ｆ₂＝Ａｐｚ^*Ｐｚ＋Ｆ₀ … （２）但し、Ａｐｚはｚ軸回りの姿勢による補正係数とする。
図５（Ｃ）において、ｙ軸回りの速度による流量計２６
の補正式は次式（３）のように表せる。Ｆ₃＝Ａｖｙ^*Ｖｙ＋Ｆ₀ … （３）但し、Ａｖｙはｙ軸回りの速度による補正係数とする。

【００２７】図５（Ｄ）において、ｚ軸回りの速度によ
る流量計２６の補正式は次式（４）のように表せる。Ｆ₄＝Ａｖｚ^*Ｖｚ＋Ｆ₀ … （４）但し、Ａｖｙはｙ軸回りの速度による補正係数とする。
図５（Ｅ）において、ｙ軸回りの加速度による流量計２
６の補正式は次式（５）のように表せる。

【００２８】Ｆ₅＝Ａａｙ^*Ａｙ＋Ｆ₀ … （５）但し、Ａａｙはｙ軸回りの速度による補正係数とする。
図５（Ｆ）において、ｚ軸回りの加速度による流量計２
６の補正式は次式（６）のように表せる。Ｆ₆＝Ａａｚ^*Ａｚ＋Ｆ₀ … （６）但し、Ａａｚはｙ軸回りの加速度による補正係数とす
る。

【００２９】図６は流量計２６に流量補償器４５を組み
込んだ塗料供給ポンプ２５の制御系を示すブロック図で
ある。図６に示されるように、予めオペレータにより設
定された目標流量Ｖ_rに対して流量計（ＦＭ）２６の計
測値Ｆに塗装用ロボット１１の姿勢、速度、加速度の流
量補償器（Ｆ_c）４５を通した流量フィードバックとの
差を演算する。

【００３０】流量補償器４５は、塗装用ロボット１１の
動作に伴って上記ｙ軸回り及び、ｚ軸回り夫々の姿勢、
速度、加速度が変動した場合、上記補正式（１）〜
（６）に基づいて各動作方向に作用する力（姿勢、速
度、加速度）に応じた補正演算を行って流量計２６によ
り計測された実際の計測値Ｆの補償を行う。そして、塗
料供給ポンプ２５のサーボモータ４１の回転数を補償す
るための積分ゲインＫ_i、積分リミットlimit ｚ、比例
ゲインＫ_p、速度指令リミットlimit θ、システムゲイ
ンＧ_(S)を考慮して最終的な補正流量値Ｖ_fを演算す
る。そして、ロボットコントローラ２０のＣＰＵ３６
は、流量計（ＦＭ）２６の補正流量値Ｖ_fが目標流量Ｖ
_rと等しくなるように塗料供給ポンプ２５のサーボモー
タ４１の回転数を制御する。

【００３１】このように、流量計２６の計測値を流量補
償器４５にて補正演算して塗装用ロボット１１の動作に
伴う上記ｙ軸回り及び、ｚ軸回り夫々の姿勢、速度、加
速度の影響を受けないように流量計２６により計測され
た流量値を補正して正確な流量計測値を得ることができ
る。そのため、ロボットコントローラ２０は、補正され
た流量計測値に基づいて塗料供給ポンプ２５のサーボモ
ータ４１の回転数を制御する。これにより、塗装用ロボ
ット１１は、流量計２６が搭載された第２アーム６の動
作方向、速度、加速度に拘わらず、予め設定された目標
流量Ｖ_rを塗装ガン１８に供給できるので、被塗装面の
塗膜が均一になるように塗装することができ、塗装品質
をより高められる。

【００３２】尚、上記実施の形態では、塗装用ロボット
１１の姿勢、速度、加速度の補正の近似式を１次とした
が、これに限らず、２次、３次等の近似式を用いて流量
補正演算を行っても良い。また、上記実施の形態では、
塗装用ロボット１１の姿勢、速度、加速度を補正演算の
パラメータとしたが、これに限らず、各パラメータ単体
あるいは各パラメータの複合により補正演算してもよい
し、上記以外のパラメータとして例えば塗料の粘度等を
組み合わせて補正演算することもできる。

【００３３】また、本発明の変形例として、例えば前述
した式（１）〜（６）のＦ₀〜Ｆ₆を目標流量Ｖ_ro、目
標流量Ｖ_r1〜Ｖ_r6に置き換えて良い。この場合、流量計
の計測値が目標値を補正値により補正した補正目標値と
なるように塗料供給ポンプを制御するため、フィードフ
ォワードで塗料を供給でき、フィードバック制御に比べ
て時間遅れによる塗装品質の低下を防止できる。

【００３４】

【発明の効果】上述の如く、上記請求項１記載の発明に
よれば、アームの動作方向及びアームの動作速度又は加
速度に応じて変化する流量計の計測誤差を補償するため
の補正値を演算し、この補正量に基づいて塗料供給ポン
プを駆動制御するため、アーム動作の影響を受けずに塗
料供給ポンプを駆動制御することができ、アーム動作及
び動作方向に拘わらず塗装ガンへ供給される塗料を一定
に保ち、被塗装面の塗装品質を向上させることができ
る。

【００３５】また、上記請求項２記載の発明によれば、
流量計の計測値を補正値により補正した流量値が目標値
となるように塗料供給ポンプを制御するため、アームの
ティーチング内容を変更しても被塗装面の塗装品質を向
上させることができる。また、上記請求項３記載の発明
によれば、流量計の計測値が目標値を補正値により補正
した補正目標値となるように塗料供給ポンプを制御する
ため、フィードフォワードで塗料を供給でき、フィード
バック制御に比べて時間遅れによる塗装品質の低下を防
止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる塗装用ロボット装置の一実施例の
構成を示す側面図である。

【図２】塗装制御装置１０の構成を示す系統図である。

【図３】ロボットコントローラ２０及び各機器との構成
を示すブロックである。

【図４】塗装用ロボット１１の動作方向を示す側面図で
ある。

【図５】第２アーム１６の動作に応じた近似式を説明す
るための図である。

【図６】流量計２６に流量補償器４５を組み込んだ塗料
供給ポンプ２５の制御系を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０塗装制御装置１１塗装用ロボット１３基台１４旋回ベース１５第１アーム１６第２アーム１７手首部１８塗装ガン２０ロボットコントローラ２１塗料供給系路２３色替バルブユニット２５塗料供給ポンプ２６流量計４１サーボモータ４５流量補償器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アーム先端に塗装ガンが装着され、前記
塗装ガンに供給される塗料の流量を計測する流量計及び
前記塗装ガンに塗料を送液する塗料供給ポンプが前記ア
ームに搭載され前記流量計の計測値が予め定められた目
標値となるように前記塗料供給ポンプを制御する塗装用
ロボット装置において、前記アームの動作方向及び前記アームの動作速度又は加
速度に応じて変化する前記流量計の計測誤差を補償する
ための補正値を演算する補正値演算手段と、前記補正値演算手段により算出された補正量に基づいて
前記塗料供給ポンプを駆動制御するポンプ制御手段と、を備えてなることを特徴とする塗装用ロボット装置。
【請求項２】前記ポンプ制御手段は、前記流量計の計
測値を前記補正値により補正した流量値が目標値となる
ように前記塗料供給ポンプを制御することを特徴とする
請求項１記載の塗装用ロボット装置。
【請求項３】前記ポンプ制御手段は、前記流量計の計
測値が前記目標値を前記補正値により補正した補正目標
値となるように前記塗料供給ポンプを制御することを特
徴とする請求項１記載の塗装用ロボット装置。