JP2005144644A

JP2005144644A - 自動機械の動作範囲制限方法

Info

Publication number: JP2005144644A
Application number: JP2003389394A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Ogata; 伸好緒方; Hirokazu Kariyazaki; 洋和仮屋崎
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2003-11-19
Filing date: 2003-11-19
Publication date: 2005-06-09

Abstract

【課題】モータによって駆動される複数の軸を有する自動機械の全ての軸のモータと減速機に負荷される静的モーメントを検出して、過負荷状態を回避する自動機械の動作制限方法を提供する。また自動機械の先端に取り付けた付加物の質量・重心位置も考慮して、過負荷状態を回避する。
【解決手段】モータによって駆動される複数の軸を有する自動機械１であって、傾斜設置された自動機械１の動作制限方法において、軌跡補間演算の演算周期ごとに前記自動機械が移動目標点に到達する前に、前記移動目標点において各軸に負荷される静的モーメントを求め、前記静的モーメントが前記各軸のモータあるいは減速機の定格値を超える場合には前記移動目標点への移動を禁止する
【選択図】図３

Description

本発明は、例えばロボットのような、モータによって駆動される複数の軸を有する自動機械の各軸を駆動するモータと減速機の定格に関連して定められる自動機械の動作範囲の制限方法に関するものである。更に詳しく述べれば、それら自動機械が傾斜設置された場合の設置傾斜角度および、自動機械の先端に取り付けられた付加物による各軸の静的モーメントの変化量を考慮して動作範囲を制限する方法に関するものである。

モータによって駆動される複数の軸を有する自動機械、例えば多関節型ロボットなど（以下、単に「ロボット」と表記して前記自動機械を代表させることにする）は水平に設置されることを前提にして設計されているのが通常である。しかし作業スペースや動作範囲の確保のために、ロボットを傾斜設置する場合がある。
図１は傾斜設置されたロボットの説明図である。図において、１は傾斜面に設置された垂直多関節型のロボットである。２はロボット１の基部であり、傾斜面に固定されている。３は旋回ヘッドであり、基部２に軸支されて第１軸Ｓ回りに旋回する。前記第１軸は傾斜面に対して垂直であり水平面に対して傾いている（水平面にロボットを設置した場合は、第１軸Ｓは垂直軸になるが、傾斜面に設置したので、第１軸Ｓも傾いている）。４は第１アームであり、旋回ヘッド３に軸支されて第２軸Ｌ（紙面に垂直な軸）回りに揺動する。５は第２アームであり、第１アーム４に軸支されて第３軸Ｕ（紙面に垂直な軸）回りに揺動する。６は手首であり、第２アーム５に軸支されて第４軸〜第６軸Ｒ、Ｂ、Ｔまわりに旋回、曲げおよび回転する。このように傾斜設置すると、水平設置時と比較して各軸にかかるモーメントの大きさが変わる（例えば、旋回ヘッド３を第１軸Ｓ回りに旋回させると、第１アーム４等に加わる重力がモーメントとして第１軸Ｓに負荷される）。そのため水平設置時と同じ動作範囲を動かすと、位置・姿勢によってはモータや減速機に過負荷がかかりトラブルが生じる可能性がある。これを防ぐために、従来は以下に述べる方法で動作制限を行っていた。

一般にロボットは、基部側にかかるモーメントが最も大きくなるため、最も基部側の軸にかかるモーメントが定格内であれば、他の軸は定格超過状態になることはないと考えられる。そこでＮ軸（Ｎ＞３）のロボットにおいて、第1軸（最も基部側の軸）から第３軸までを基本３軸とし、第４軸から第Ｎ軸（一般に手首軸と総称される）の角度を、第1軸に対するモーメントが最大になるような角度にして、前記基本３軸の角度をそれぞれ変化させて、前記第1軸のモーメントを求め、前記モーメントが前記第1軸を駆動するモータあるいは減速機の定格負荷を超えないような、前記基本３軸の動作範囲を求める。そして、その動作範囲をソフトウェアケージとして制御装置のメモリー内に持っておき、ロボットの軌跡計画時にケージ内外の判定を行い，ケージ外領域へ移動することを禁止している(例えば特許文献１)。

またロボットの先端に付加物（加工用ロボットであれば、加工用工具、搬送用ロボットであれば、搬送用のグリッパと搬送対象物などが、ここで言う付加物に相当する）を取付けて動作させることがある。図２は付加物を取り付けたロボットの説明図である。図において１は第１図に示したものと同じロボットであり、水平面に設置されている。ロボット１の手首６には付加物７が取り付けられている。付加物による手首軸への静的モーメントの大きさは手首軸の姿勢により変化するので、例えばロボット手首を常に下向きに向けて使用するように限定すれば、大きな質量の付加物あるいは重心位置が取付け面から離れた付加物を取付けても手首軸に静的モーメントは負荷されないから、定格超過とはならない。
特開平０７−３０２１０４号公報

従来の技術は、ロボットの基部側にかかるモーメントが最も大きくなるため、最も基部側の軸にかかるモーメントが定格内であれば、他の軸は定格超過状態になることはないと仮定している。しかしこの仮定は全ての軸のモータと減速機が同じ型式のものでなければ基本的には成り立たない。一方、現実のロボットの各軸のモータと減速機は、水平設置時にかかる最大モーメントを想定して型式を選定することが通常であり、第２軸、第３軸のモータと減速機の定格は第１軸より小さく設定されているのが普通である。そのた第１軸よりも先に第２軸，第３軸の定格超過が生じ、トラブルが生じる可能性がある。またロボットの先端に付加物を取付ける場合には、付加物の質量・重心位置によっては他の軸の定格超過が問題となる可能性がある。例えば、基本軸より先に手首軸が問題となる場合がある。従来技術では以上説明したような課題が解決できないという問題があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、例えばロボットのようなモータによって駆動される複数の軸を有する自動機械の全ての軸のモータと減速機に負荷される静的モーメントを検出して、過負荷状態を回避する自動機械の動作制限方法を提供することを目的とするものである。また自動機械の先端に取り付けた付加物の質量・重心位置も考慮して、自動機械の全ての軸のモータと減速機に負荷される静的モーメントを検出して、過負荷状態を回避する自動機械の動作制限方法を提供することを目的とするものである。

上記問題を解決するために、本発明は、モータによって駆動される複数の軸を有する自動機械であって、傾斜設置された自動機械の動作制限方法において、軌跡補間演算の演算周期ごとに前記自動機械が移動目標点に到達する前に、前記移動目標点において各軸に負荷される静的モーメントを求め、前記静的モーメントが前記各軸のモータあるいは減速機の定格値を超える場合には前記移動目標点への移動を禁止するものである。また、前記自動機械の先端に取り付けた付加物の質量と重心位置を考慮して、軌跡補間演算の演算周期ごとに前記自動機械が移動目標点に到達する前に、前記移動目標点において各軸に負荷される静的モーメントを求め、前記静的モーメントが前記各軸のモータあるいは減速機の定格値を超える場合には前記移動目標点への移動を禁止するものである。また、前記静的モーメントを、前記自動機械の質量、重心位置および設置角度によって求めるものである。また、前記静的モーメントを、前記自動機械の質量および重心位置と前記付加物の質量および重心位置によって求めるものである。また、前記自動機械がロボットとするものである。

本発明によると、モータにより駆動される複数の軸を有する自動機械のモータと減速機の定格超過を過大な動作制限をかけることなく防ぐことができる効果がある。また、自動機械の先端に付加物を取付けた場合にもモータと減速機の定格超過を過大な動作制限をかけることなく防ぐことができる効果がある。

以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。

図３は本発明の実施例を示すロボットの制御プログラムのフローチャートである。図において、８はロボット制御装置の記憶部であり、記憶部８には、あらかじめ自動機械の質量１１、重心位置１２、設置角度１３と付加物の質量１４、重心位置１５および各軸のモータ・減速機の定格負荷１６、各軸の減速機の減速比１７が入力されている。Ｓｔｅｐ１で、位置指令が入力されると、Ｓｔｅｐ２でロボットの動作軌跡が計算され、このとき軌跡補間演算の演算周期ごとに各軸の位置情報をＳｔｅｐ３に送る。Ｓｔｅｐ３では前記位置情報と記憶部８から読み出された自動機械の質量１１、重心位置１２、設置角度１３と付加物の質量１４、重心位置１５および各軸の減速機の減速比１７を用いて、ロボットの各軸に負荷される静的モーメントと各軸のモータ・減速機の定格負荷１６を比較して、全ての軸について、静的モーメントが定格負荷内であれば、Ｓｔｅｐ４に移って、前記位置情報を動作指令部に送って、ロボットを前記位置情報で示された位置に移動させる。いずれかの軸において、静的モーメントが定格負荷を超えていれば、Ｓｔｅｐ５に移って、アラームを出してロボットを停止させる。

次にＳｔｅｐ３における、静的モーメントを求める具体的な方法を説明する。図４は第１軸Ｓに付加される静的モーメントの計算方法の説明図である。図は図１と同様にロボット１が傾斜面に設置された状態を示すものであり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。図において、ｍ_１，ｍ_２，ｍ_３およびｍ_４はそれぞれ、第１アーム４、第２アーム５、手首６および付加物７の質量であり、ｇは重力加速度である。またｒ_１，ｒ_２，ｒ_３およびｒ_４は水平面内における第１軸Ｓから第１アーム４、第２アーム５、手首６および付加物７の重心までの距離、つまり第１軸Ｓを基準とする重心位置である。この場合、第１軸Ｓを駆動する減速機に負荷される静的モーメントＭr₁は次式で与えられる。

Ｍr₁＝ｍ_１ｇｒ_１＋ｍ_２ｇｒ_２＋ｍ_３ｇｒ_３＋ｍ_４ｇｒ_４（式１）

またこの減速機を回すモータにかかる静的モーメントＭm₁は減速比をＲ₁とすると次式で求まる。

Ｍm₁＝（ｍ_１ｇｒ_１＋ｍ_２ｇｒ_２＋ｍ_３ｇｒ_３＋ｍ_４ｇｒ_４）／Ｒ_１（式２）

本発明は、例えばロボットのような、モータによって駆動される複数の軸を有する自動機械の各軸を駆動するモータと減速機の定格に関連して定められる自動機械の動作範囲の制限方法として有用である。

傾斜設置されたロボットの説明図である。付加物を取り付けたロボットの説明図である。本発明の実施例を示すロボットの制御プログラムのフローチャートである。本発明の実施例を示す静的モーメントの計算方法の説明図である。

符号の説明

１ロボット、２基部、３旋回ヘッド、４第１アーム、５第２アーム、６手首、
７付加物、８記憶部、１１自動機械の質量、１２自動機械の重心位置、１３自動機械の設置角度、１４付加物の質量、１５付加物の重心位置、１６各軸のモータ・減速機の定格負荷、１７各軸の減速機の減速比、Ｓ第１軸、Ｌ第２軸、Ｕ第３軸、Ｒ第４軸、Ｂ第５軸、Ｔ第６軸

Claims

モータによって駆動される複数の軸を有する自動機械であって、傾斜設置された自動機械の動作制限方法において、軌跡補間演算の演算周期ごとに前記自動機械が移動目標点に到達する前に、前記移動目標点において各軸に負荷される静的モーメントを求め、前記静的モーメントが前記各軸のモータあるいは減速機の定格値を超える場合には前記移動目標点への移動を禁止することを特徴とする自動機械の動作制限方法。
モータによって駆動される複数の軸を有する自動機械の動作制限方法において、前記自動機械の先端に取り付けた付加物の質量と重心位置を考慮して、軌跡補間演算の演算周期ごとに前記自動機械が移動目標点に到達する前に、前記移動目標点において各軸に負荷される静的モーメントを求め、前記静的モーメントが前記各軸のモータあるいは減速機の定格値を超える場合には前記移動目標点への移動を禁止することを特徴とする自動機械の動作制限方法。
前記静的モーメントを、前記自動機械の質量、重心位置および設置角度によって求めることを特徴とする請求項１記載の自動機械の動作制限方法。
前記静的モーメントを、前記自動機械の質量および重心位置と前記付加物の質量および重心位置によって求めることを特徴とする請求項２記載の自動機械の動作制限方法。
前記自動機械がロボットであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の自動機械の動作制限方法。