JP2003136466A

JP2003136466A - 産業用ロボットの制御装置

Info

Publication number: JP2003136466A
Application number: JP2001327607A
Authority: JP
Inventors: Osamu Miwa; 三輪　　修
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2001-10-25
Filing date: 2001-10-25
Publication date: 2003-05-14

Abstract

(57)【要約】【課題】ロボットが障害物と干渉を生じた場合に、同
じ障害物に再度干渉することを、自動学習で防止できる
ようにする。【解決手段】制御対象となる産業用ロボット１は、ワ
ークハンド等の作業部２を３次元方向に移動させる作業
部移動機構３を備えたものである。制御装置３１は、作
業部２の３次元方向の位置を検出する位置検出手段３０
と、作業部２および作業部移動機構３のいずれかが障害
物Ａと干渉したことを検知する干渉検知手段３６とを備
える。干渉したときの作業部２の位置である干渉位置Ｐ
を記憶する干渉位置記憶手段３７を設ける。その記憶さ
れた干渉位置Ｐを避けて作業部移動機構３による作業部
２の移動を行わせる移動制御手段３２を設ける。干渉位
置記憶手段３７は、具体的には作業部２の移動範囲を３
次元のマトリクス状に並ぶ複数のエリアａに区分し、そ
の干渉を生じたエリアａを記憶するものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、多間接ロボット
等のアーム型ロボットや、直交座標系のロボット等の産
業用ロボットの制御装置に関し、その干渉回避の制御に
かかる。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】アーム型
ロボットにおいては、自由度がある分、ワークを自分の
ストローク範囲内であれば動かすことが可能である。し
かし、当然そこには干渉する物体が配置されていて、そ
れを回避して進む必要も生じる。通常であると、ロボッ
トが干渉した場合、人が目で判断して、その位置を通過
しない形で通過ポイントを変更し、再度動かす形で動作
させていた。

【０００３】しかし、それではロボット自体には何の学
習もなく、別の位置からロボットが動いてきた場合に
は、またその干渉位置を通過して干渉を生じる場合があ
る。

【０００４】この発明の目的は、ロボットが障害物と干
渉を生じた場合に、動作の起点位置等が変わっても、同
じ障害物に再度干渉することを防止できる産業用ロボッ
トの制御装置を提供することである。この発明の他の目
的は、ワークの障害物との干渉にも対応して再度の干渉
が防止できるようにすることである。この発明のさらに
他の目的は、次に干渉を回避できる可能性を高く得なが
ら、回避動作が大きくなり過ぎることを防止でき、また
複雑な演算を不要とすることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の産業用ロボッ
トの制御装置は、作業部（２）を３次元方向に移動させ
る作業部移動機構（３）を備えた産業用ロボット（１）
を制御する装置であって、上記作業部（２）の３次元方
向の位置を検出する位置検出手段（３０）と、上記作業
部（２）および上記作業部移動機構（３）のいずれかが
障害物（Ａ）と干渉したことを検知する干渉検知手段
（３６）と、この干渉したときの上記位置検出手段（３
０）による作業部（２）の位置検出結果である干渉位置
（Ｐ）を記憶する干渉位置記憶手段（３７）と、この干
渉位置記憶手段（３７）に記憶された干渉位置（Ｐ）を
避けて上記作業部移動機構（３）による作業部（２）の
移動を行わせる移動制御手段（３２）とを備える。この
構成によると、ロボット（１）の動作時に、作業部
（２）および作業部移動機構（３）のいずれかが障害物
（Ａ）と干渉すると、その干渉が干渉検知手段（３６）
で検知される。干渉位置記憶手段（３７）は、この干渉
したときの上記位置検出手段（３０）による作業部
（２）の位置検出結果である干渉位置（Ｐ）を記憶す
る。移動制御手段（３２）は、次からのロボット（１）
の制御において、干渉位置記憶手段（３７）に記憶され
た干渉位置（Ｐ）を避けて上記作業部移動機構（３）に
よる作業部（２）の移動を行わせるように制御する。こ
のように、一度干渉が生じると、その干渉位置（Ｐ）を
記憶し、同じ障害物（Ａ）に再度干渉することが防止で
きる。移動制御手段（３４）は、記憶された干渉位置
（Ｐ）を避けて作業部（２）の移動を行わせるように制
御するものであるため、干渉を生じたときとは動作の起
点位置が異なる場合にも、干渉を回避することができ
る。

【０００６】上記作業部（２）は、ワーク（Ｗ）を把持
するワークハンドであっても良い。その場合に、上記干
渉検知手段（３６）は、作業部（２）、作業部移動機構
（３）、および上記ワークハンドである作業部（２）に
把持されたワーク（Ｗ）のいずれかが障害物（Ａ）と干
渉したことを検知するするものとしても良い。この構成
の場合、作業部（２）や作業部移動機構（３）が干渉し
た場合だけでなく、ワークハンド（２）に把持されたワ
ーク（３）が干渉した場合にも対応して、再度の干渉が
防止できる。このため、大きさの異なるワーク種類にも
対応できる。

【０００７】上記干渉位置記憶手段（３７）は、上記作
業部（２）の移動範囲（Ｒ）を３次元のマトリクス状に
並ぶ複数のエリア（ａ）に区分したエリア設定部（３
８）と、上記干渉位置（Ｐ）がどのエリア（ａ）に属す
るかを判定する干渉エリア判定部（３９）と、判定され
たエリア（ａ）を干渉エリア（ａ）として記憶する干渉
エリア記憶部（４０）とを含み、上記干渉位置（Ｐ）を
上記干渉エリア（ａ）として記憶するものであり、上記
移動制御手段（３２）は、上記干渉エリア（ａ）を避け
て上記作業部移動機構（３）による作業部（２）の移動
を行わせるものとしても良い。この構成の場合、一度干
渉が生じると、その干渉の生じたエリア（ａ）が干渉エ
リア（ａ）として記憶される。次からの動作では、移動
制御手段（３）は、移動経路が干渉エリア（ａ）を通過
すると判定した場合等に、その干渉エリア（ａ）を避け
るように移動経路を自動修正する。このように、一度干
渉のあったエリア（ａ）を自動認識して学習し、干渉す
ることが防止される。この場合、１点の干渉位置（Ｐ）
ではなく、ある程度の広がりを持つエリア（ａ）として
干渉を記憶するので、次に干渉を回避できる可能性を高
く得ながら、回避動作が大きくなり過ぎることを防止で
きる。また、予め設定した３次元のマトリクスのエリア
（ａ）に区分するため、干渉後に干渉エリア（ａ）を演
算する必要がなく、複雑な演算が不要となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】この発明の第１の実施形態を図１
ないし図３と共に説明する。この産業用ロボットの制御
装置の制御対象となる産業用ロボット１は、図２に示す
ように、作業部２を３次元方向に移動させる作業部移動
機構３を備えたものである。作業部移動機構３は、基台
４に対して、複数の可動部材５〜７を、順に可動支持部
８〜１０を介して設置し、先端の可動部材７に作業部２
を設置したものである。可動支持部８〜１０は、回転ま
たは直線往復移動等の何らかの自由度を与えて支持する
手段であるが、この例ではいずれも回転自在に支持する
手段としてある。図示の産業用ロボット１はアーム型の
ものであり、詳しくは多関節型のものであり、上記可動
部材５〜７のうち、可動部材６，７により、中間で可動
支持部１０を関節として屈曲可能なアーム１１を構成し
ている。基台４に設けられた可動支持部８は、加工部材
５を水平旋回自在に支持する旋回座となり、アーム１１
の基端および中間の可動支持部９，１０は、いずれも折
れ曲がり自在に支持する手段とされている。

【０００９】作業部２は、作業を行う手段であり、工具
やその他に、何らかの作業を行うものであれば良いが、
図示の例ではワークＷを把持するワークハンドとしてあ
る。ここで言う把持は、挟み動作等の掴み動作の他に、
磁力や負圧等による吸着動作であっても良い。このワー
クハンドからなる作業部２は、ワークＷを把持する開閉
可能な把持手段１２と、作業部移動機構３に対して把持
手段１２に一または複数の方向の自由度を与える手首部
１３とを有している。図示の例では、手首部１３は、そ
れぞれ回転自由度を与える３つの可動支持部１４〜１６
で構成されている。

【００１０】図１に示すように、作業部移動機構３は各
可動支持部８〜１０の両側の間で可動部材５〜７を動作
させる駆動源１７〜１９が設けられている。また、手首
部１３の各可動支持部１４〜１６に対しても、その両側
の部分の間で駆動を行う駆動源２０〜２２と、把持手段
１２の開閉用の駆動源（図示せず）とが設けられてい
る。各駆動源１７〜２２は、サーボモータ等の電動モー
タであっても、油圧シリンダや油圧ロータリアクチュエ
ータ等の油圧アクチュエータであっても良い。作業部移
動機構３の各可動支持部８〜１０に対して、その先端側
の可動部材５〜７の移動量または位置を検出する位置個
別検出手段２４〜２６が設けられ、かつ作業部２の手首
部１３の各可動支持部１４〜１６に対しても、同様な位
置個別検出手段２７〜２９が設けられている。このう
ち、作業部移動機構３の位置個別検出手段２４〜２６の
集まりによって、作業部２の３次元方向の位置を検出す
る位置検出手段３０が構成される。なお、位置検出手段
３０は、手首部１３における位置個別検出手段２７〜２
９のいずれか一つまたは複数を含むものとしても良い。

【００１１】制御系を説明する。制御装置３１は、産業
ロボット１の全体を制御する装置であり、コンピュータ
およびプログラマブルコントローラ等で構成される。制
御装置３１は、作業部移動機構３による作業部２の移動
を行わせる移動制御手段３２を有している。移動制御手
段３２は、プログラムまたはデータによる動作の指令を
記憶する動作指令記憶部３３と、その動作指令を実行す
る移動制御部３４とを有し、移動制御部３４の制御出力
によって、作業部移動機構３の各駆動源１７〜１９、ま
たはさらに手首部１３の駆動源２０〜２２が制御され
る。

【００１２】移動制御手段３２の制御形式としては、例
えば、作業部２の移動経路の起点および終点の他に、移
動経路上の有限個の通過点を指定する制御、つまりＰＴ
Ｐ制御（Point to Point Control) が採られる。また、
起点から終点まで続く全経路を指定する経路制御、つま
りＣＰ制御（Continuous Path Control) を採用しても
良い。動作指令記憶部３３には、その記憶する動作指令
に、上記起点，終点，各通過点（または全経路のデー
タ）を含む。

【００１３】この実施形態の制御装置３１は、上記構成
のものにおいて、干渉検知手段３６と干渉位置記憶手段
３７とを設け、移動制御手段３４を、干渉位置記憶手段
３７に記憶された干渉位置を避けて作業部移動機構３に
よる作業部２の移動を行わせるものとしてある。

【００１４】干渉検知手段３６は、作業部２および作業
部移動機構３のいずれかが障害物Ａと干渉したことを検
知する手段であり、この実施形態では、作業部２および
作業部移動機構３の他に、作業部２に把持されたワーク
Ｗが障害物Ａに干渉したことも検出するものとしてあ
る。干渉検知手段３６は、例えば、作業部移動機構３の
各駆動源１７〜１９に対して設けられた負荷検出手段等
の個別検知手段４１〜４３の検出値を監視することで、
またはさらに手首部１３の各駆動源２０〜２２に対して
設けられた負荷検出手段等の個別検知手段４４〜４６，
…の検出値を監視することで、干渉を検知するものとし
てある。これら負荷検出手段からなる個別検知手段４１
〜４６は、駆動源１７〜２２がモータである場合、例え
ば電流計とされる。

【００１５】干渉位置記憶手段３７は、干渉検知手段３
６で干渉が検知されたときの、上記位置検出手段３０に
よる作業部２の位置の検出結果である干渉位置Ｐを記憶
する手段である。

【００１６】干渉位置記憶手段３７は、作業部２の移動
範囲Ｒを３次元のマトリクス状に並ぶ複数のエリアａ
（図３参照）に区分したエリア設定部３８と、干渉位置
Ｐがどのエリアａに属するかを判定する干渉エリア判定
部３９と、判定されたエリアａを干渉エリアａとして記
憶する干渉エリア記憶部４０とを含み、上記干渉位置Ｐ
を上記干渉エリアａとして記憶する。すなわち、干渉し
たエリアａのアドレス等の識別情報を記憶する。エリア
ａの区分の数は、要求される干渉回避の程度等に応じて
任意に設定される。

【００１７】移動制御手段３２は、移動経路生成部３５
を有し、干渉エリアａを避けて作業部移動機構３による
作業部２の移動が行われるように、移動経路の修正また
は移動経路の新規生成を移動経路生成部３５で行うもの
としてある。修正を行うものとする場合、移動経路生成
部３５は、動作指令記憶部３３で指定された通過点（ま
たは通過経路）で移動させた場合に、作業部２が上記干
渉エリア記憶部４０に記憶された干渉エリアａに干渉す
るか否かを判定する機能を有し、干渉する場合に上記修
正を行うものとする。移動制御部３４は、この修正また
は新規に生成された移動経路に従って、作業部移動機構
３の移動の制御を行うものとされる。例えば、移動制御
手段３２がＴＰＴ制御を行うものであって、動作指令記
憶部３３に各通過点が指定されている場合に、移動経路
生成部３５は、その通過点を修正するものとする。移動
制御手段３２による、つまり移動経路生成部３５による
干渉エリアａの座標範囲の認識は、干渉エリア記憶部４
０の干渉エリアａの識別情報と、エリア設定部３８に設
定されたエリアａの座標範囲との情報を併せて行う。

【００１８】なお、制御装置３１は、干渉検知手段３６
によって干渉が検知されたときに、動作停止させると共
に、アラームを発生する非常停止・報知手段（図示せ
ず）が設けられている。

【００１９】上記構成の動作を説明する。移動指令記憶
部３３に記憶された起点，終点，および通過点に従い、
移動制御部３４の制御によって、この産業用ロボット１
を動作させたとする。このとき、作業部２が障害物Ａに
干渉したとする。障害物Ａは、例えば周辺の搬送装置等
である。干渉が生じると、各個別検知手段４１〜４３で
検出される負荷が大きく変化することなどから、干渉検
知手段３６によって検知される。干渉検知手段３６で干
渉が検知されると、ロボット１は、上記非常停止・報知
手段（図示せず）で非常停止し、アラームが発せられ
る。また、この干渉時に、位置検出手段３０で検出され
る作業部２の位置検出結果である干渉位置Ｐが、干渉エ
リア判定部３９によって、３次元のマトリクス状に並ぶ
どのエリアａに属するかが判定される。この判定された
エリアａ（例えば斜線を付したエリアａ₁₁₂)のアドレス
等の識別情報が、干渉エリア記憶部４０に記憶される。
オペレータは、この後、操作盤（図示せず）の手動操作
等で作業部２を起点位置または原点位置等に戻す。

【００２０】産業用ロボット１を次から動作させるとき
は、移動制御手段３２は、動作指令記憶部３３で指定さ
れた通過点で動作させた場合に、作業部２が上記干渉エ
リア記憶部４０に記憶された干渉エリアａに干渉するか
否かを移動経路生成部３５によって判定し、干渉する場
合は、干渉しない移動経路となるように、通過点の修正
を行う。移動制御部３４は、このように修正された通過
点に従って、作業部移動機構３を制御し、作業部２を移
動させる。何度かの運転で、再度の干渉を生じた場合
は、その干渉位置Ｐも干渉エリアａ等して干渉エリア記
憶部４０に記憶し、次回からはその記憶された全ての干
渉位置Ｐに対して干渉しないように、すなわち全ての干
渉エリアａに干渉しないように、移動制御手段３２によ
る制御が行われる。

【００２１】この制御装置３１は、このように内部に３
次元のマトリスクに区分されたエリアａを持ち、干渉し
たときにその干渉エリアａを記憶することで、次にその
エリアａを通過すると判断される場合には、その干渉エ
リアａを避けるように移動経路を自動修正する。このよ
うに、一度干渉があったエリアａを自動認識して学習
し、その学習データを用いて次回からの干渉回避を行う
ことができる。このため、干渉を生じたときとは動作の
起点位置が異なる場合にも、干渉を回避することができ
る。また、１点の干渉位置ではなく、ある程度の広がり
を持つエリアａとして干渉を記憶するので、次に干渉を
回避できる可能性を高く得ながら、回避動作が大きくな
り過ぎることを防止できる。また、予め設定した３次元
のマトリクスのエリアａに区分するため、干渉後に干渉
エリアを演算する必要がなく、複雑な演算が不要とな
る。また、この実施形態では、作業部２や作業部移動機
構３が干渉した場合だけでなく、ワークハンドからなる
作業部２に把持されたワークＷが干渉した場合にも、干
渉エリアａを記憶し、再度の干渉を防止することができ
る。このため、大きさの異なるワーク種類にも対応でき
る。

【００２２】図４は、この発明の他の実施形態を示す。
この実施形態は、特に説明した事項を除き、図１ないし
図３と共に説明した第１の実施形態と同じである。この
実施形態では、干渉位置記憶手段３７Ａが、検出された
干渉位置Ｐを中心として干渉エリアｂを作成する干渉エ
リア作成部５２を有し、上記干渉位置Ｐを上記干渉エリ
アｂとして記憶するものとしてある。干渉エリア作成部
５２で作成する干渉エリアｂの大きさは、任意に設定さ
れる。すなわち、干渉位置Ｐを中心として任意の設定範
囲の干渉エリアｂが作成される。移動制御手段３２が、
干渉エリアｂを避けて作業部移動機構３による作業部２
の移動を行わせるものであることは、上記実施形態と同
じである。ただし、この場合の干渉エリアｂは、第１の
実施形態のようなマトリクス状の定められたエリアａの
いずれかではなく、干渉位置Ｐを中心として、干渉毎に
作成されるエリアである。干渉位置記憶手段３７Ａは、
上記干渉エリア作成部５２と、その作成された干渉エリ
アｂを記憶する干渉エリア記憶部４０Ａとで構成され
る。

【００２３】この構成の場合、干渉毎に、干渉エリアｂ
の演算が必要であるが、干渉位置Ｐを中心として干渉エ
リアｂを作成するため、より適切な干渉エリアｂとな
り、次に干渉を回避できる可能性を一層高く得ながら、
回避動作が大きくなり過ぎることを防止できる。

【００２４】なお、上記各実施形態では、制御対象とな
る産業ロボット１が、多関節型のロボットである場合に
つき説明したが、この発明は、多関節型に限らず、円筒
座標系や極座標系、直交座標系など、種々のアーム型ロ
ボットであっても良く、またアーム型とは異なるガント
リローダ等の直交座標系の産業ロボットであっても良
い。

【００２５】

【発明の効果】この発明の産業用ロボットの制御装置
は、作業部を３次元方向に移動させる作業部移動機構を
備えた産業用ロボットを制御する装置であって、上記作
業部の３次元方向の位置を検出する位置検出手段と、上
記作業部および上記作業部移動機構のいずれかが障害物
と干渉したことを検知する干渉検知手段と、この干渉し
たときの上記位置検出手段による作業部の位置である干
渉位置を記憶する干渉位置記憶手段と、この干渉位置記
憶手段に記憶された干渉位置を避けて上記作業部移動機
構による作業部の移動を行わせる移動制御手段とを備え
たものであるため、ロボットが障害物と干渉を生じた場
合に、次回からの動作で、動作の起点位置等が変わって
も、同じ障害物に再度干渉することを防止できる。上記
作業部がワークを把持するワークハンドであり、上記干
渉検知手段は、作業部、作業部移動機構、および上記ワ
ークハンドに把持されたワークのいずれかが障害物と干
渉したことを検知するするものとした場合は、ワークの
障害物との干渉にも対応して再度の干渉が防止できる。
上記干渉位置記憶手段が、上記作業部の移動範囲を３次
元のマトリクス状に並ぶ複数のエリアに区分したエリア
設定部と、上記干渉位置がどのエリアに属するかを判定
する干渉エリア判定部と、判定されたエリアを干渉エリ
アとして記憶する干渉エリア記憶部とを含み、上記干渉
位置を上記干渉エリアとして記憶するものであり、上記
移動制御手段を、上記干渉エリアを避けて上記作業部移
動機構による作業部の移動を行わせるものとした場合
は、次に干渉を回避できる可能性を高く得ながら、回避
動作が大きくなり過ぎることを防止でき、また複雑な演
算を不要とできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態にかかる産業用ロボット
の制御装置の概念構成を示すブロック図である。

【図２】同制御装置の制御対象となるロボットの一例を
示す正面図である。

【図３】エリアのマトリクス状の区分の説明図である。

【図４】この発明の他の実施形態にかかる産業用ロボッ
トの制御装置の概念構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１…産業用ロボット２…作業部３…作業部移動機構５〜７…可動部材８〜１０…可動支持部２４〜２６…位置個別検出手段３０…位置検出手段３１…制御装置３２…移動制御手段３３…動作指令記憶部３４…移動制御部３５…移動経路生成部３６…干渉検知手段３７，３７Ａ…干渉位置記憶手３８…エリア設定部３９…干渉エリア判定部４０，４０Ａ…干渉エリア記憶部４１〜４３…個別検知手段４４〜４６…個別検知手段５２…干渉エリア作成部Ａ…障害物ａ，ｂ…エリアＰ…干渉位置Ｗ…ワーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】作業部を３次元方向に移動させる作業部
移動機構を備えた産業用ロボットを制御する装置であっ
て、上記作業部の３次元方向の位置を検出する位置検出
手段と、上記作業部および上記作業部移動機構のいずれ
かが障害物と干渉したことを検知する干渉検知手段と、
この干渉したときの上記位置検出手段による作業部の位
置検出結果である干渉位置を記憶する干渉位置記憶手段
と、この干渉位置記憶手段に記憶された干渉位置を避け
て上記作業部移動機構による作業部の移動を行わせる移
動制御手段とを備えた産業用ロボットの制御装置。
【請求項２】上記作業部がワークを把持するワークハ
ンドであり、上記干渉検知手段は、作業部、作業部移動
機構、および上記ワークハンドに把持されたワークのい
ずれかが障害物と干渉したことを検知するするものとし
た請求項１記載の産業用ロボットの制御装置。
【請求項３】上記干渉位置記憶手段は、上記作業部の
移動範囲を３次元のマトリクス状に並ぶ複数のエリアに
区分したエリア設定部と、上記干渉位置がどのエリアに
属するかを判定する干渉エリア判定部と、判定されたエ
リアを干渉エリアとして記憶する干渉エリア記憶部とを
含み、上記干渉位置を上記干渉エリアとして記憶するも
のであり、上記移動制御手段は、上記干渉エリアを避け
て上記作業部移動機構による作業部の移動を行わせるも
のとした請求項１または請求項２記載の産業用ロボット
の制御装置。