JP2007301691A - ロボット制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】実際に減速機がロボットアームに伝達するトルクを的確に把握して監視することにより、ロボットアームの駆動を高い精度で制御する。
【解決手段】各演算処理部10,11は、減速機がロボットアームに伝達するトルクを推測するトルク推測手段10,11と、他の演算処理部における推測された推測トルクを取得する推測トルク取得手段10,11と、推測した推測トルクと取得した推測トルクとの一致を判断する推測トルク一致判断手段10,11と、両推測トルクが一致する場合に、推測トルクとトルク検出手段24により検出された減速機がロボットアームに伝達する実際のトルクとの差を算出するトルク差算出手段10,11と、トルクの差が所定値以上である場合又は推測トルクが一致しないと判断された場合に、切り替え部5,6によりサーボモータに対する電力の供給を遮断する電力遮断手段10,11と、を備える。
【選択図】図2
【解決手段】各演算処理部10,11は、減速機がロボットアームに伝達するトルクを推測するトルク推測手段10,11と、他の演算処理部における推測された推測トルクを取得する推測トルク取得手段10,11と、推測した推測トルクと取得した推測トルクとの一致を判断する推測トルク一致判断手段10,11と、両推測トルクが一致する場合に、推測トルクとトルク検出手段24により検出された減速機がロボットアームに伝達する実際のトルクとの差を算出するトルク差算出手段10,11と、トルクの差が所定値以上である場合又は推測トルクが一致しないと判断された場合に、切り替え部5,6によりサーボモータに対する電力の供給を遮断する電力遮断手段10,11と、を備える。
【選択図】図2
Description
本発明は、ロボットアームを有するロボットのロボット制御装置に関する。
一般的に、複数のロボットアームを有する産業用ロボットは、ロボット本体にサーボモータが取り付けられており、このサーボモータにはエンコーダ等の位置検出器が備えられている。サーボモータはサーボ制御部により制御され、サーボ制御においては、ロボットアームへの指令位置に対して現在位置が追従動作するフィードバック制御が行われ、ロボットアームの位置を監視することでロボットアームの異常を検出することができる。
サーボモータの出力軸にはサーボモータの出力軸の回転を減速してロボットアームに駆動力を伝達する減速機が取り付けられ、減速機の出力軸にロボットアームが取り付けられている。
作業者とロボットが同じ作業エリア内で共存して作業を行う場合、作業者は常にロボットの動きや位置を把握した上で作業を行う必要がある。そこで、ロボットが作業者との共存エリアに進入したときには、サーボモータの駆動トルク(出力)を所定のトルクまで下げることで、ロボットの動作速度を減速させ、作業者によるロボットの動きや位置の認識を容易にすることができる提案がなされている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2001−341086号公報
サーボモータの出力軸にはサーボモータの出力軸の回転を減速してロボットアームに駆動力を伝達する減速機が取り付けられ、減速機の出力軸にロボットアームが取り付けられている。
作業者とロボットが同じ作業エリア内で共存して作業を行う場合、作業者は常にロボットの動きや位置を把握した上で作業を行う必要がある。そこで、ロボットが作業者との共存エリアに進入したときには、サーボモータの駆動トルク(出力)を所定のトルクまで下げることで、ロボットの動作速度を減速させ、作業者によるロボットの動きや位置の認識を容易にすることができる提案がなされている(例えば、特許文献1参照。)。
しかし、特許文献1に記載の提案においては、ロボットアームに駆動を伝達する減速機の機構上、歯のかみ合わせによりトルク変動が生じ、サーボモータから出力されるトルクがロボットアームに的確に伝達されないことがある。
このような場合において、従来は、サーボモータから出力されるトルク、具体的には、サーボモータにかかる負荷電流値から求められるトルクを監視していたことから、実際にロボットアーム自身にかかるトルクを監視してはおらず、ロボットアームの駆動を高い精度で制御することができなかった。
このような場合において、従来は、サーボモータから出力されるトルク、具体的には、サーボモータにかかる負荷電流値から求められるトルクを監視していたことから、実際にロボットアーム自身にかかるトルクを監視してはおらず、ロボットアームの駆動を高い精度で制御することができなかった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、実際に減速機がロボットアームに伝達するトルクを的確に把握して監視することにより、ロボットアームの駆動を高い精度で制御することができるロボット制御装置を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、ロボット制御装置において、ロボットの駆動源となるサーボモータを前記ロボットに設けられた位置検出手段からの検出出力に応じて制御するサーボ制御部と、前記サーボモータに対する電力の供給と遮断とを切り替え可能な切り替え部と、前記ロボットと前記サーボモータとを動力伝達可能に連結し、前記サーボモータの回転速度を減速させて前記ロボットに駆動力を伝達する減速機にかかるトルクを検出するトルク検出手段と、所定の監視条件に応じて前記切り替え部を通じて前記サーボモータを停止させる監視部と、を備え、前記監視部は、二つの演算処理部と、前記サーボ制御部からの前記ロボットに対する制御情報を受信する制御情報受信手段と、前記制御情報受信手段により受信した制御情報を一方又は双方の演算処理部に送信する制御情報送信手段と、を有し、各演算処理部は、前記制御情報受信手段により受信した制御情報から前記減速機が前記ロボットアームに伝達するトルクを推測するトルク推測手段と、他の演算処理部における前記トルク推測手段により推測された推測トルクを取得する推測トルク取得手段と、前記トルク推測手段により推測した推測トルクと前記推測トルク取得手段により取得した推測トルクとが一致するか否かを判断する推測トルク一致判断手段と、前記推測トルク一致判断手段により両推測トルクが一致すると判断した場合に、前記推測トルクと前記トルク検出手段により検出された前記減速機にかかるトルクとの差を算出するトルク差算出手段と、前記トルク差算出手段により算出されたトルクの差が所定値以上である場合又は前記推測トルク一致判断手段により推測トルクが一致しないと判断された場合に、前記切り替え部により前記サーボモータに対する電力の供給を遮断する電力遮断手段と、を有することを特徴とする。
ここで、制御情報とは、サーボ制御部からサーボモータに送信される駆動信号に関する情報や、サーボゲイン、ロボットアームの重量、ロボットアームの重心、ロボットアームの先端に設けられたツールの重量等、サーボモータの駆動トルクに影響を与えるトルク変動パラメータに関する情報である。
ここで、制御情報とは、サーボ制御部からサーボモータに送信される駆動信号に関する情報や、サーボゲイン、ロボットアームの重量、ロボットアームの重心、ロボットアームの先端に設けられたツールの重量等、サーボモータの駆動トルクに影響を与えるトルク変動パラメータに関する情報である。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のロボット制御装置において、各演算処理部は、受信した制御情報が異常であるか否かを判断する制御情報異常判断手段と、他の演算処理部において受信した制御情報を取得する制御情報取得手段と、受信した制御情報と前記制御情報取得手段により取得した制御情報とが一致するか否かを判断する制御情報一致判断手段と、前記制御情報異常判断手段によって受信した制御情報が異常であると判断された場合又は前記制御情報一致判断手段によって制御情報が一致しないと判断された場合に、制御情報の受信エラーである旨をユーザに報知する報知手段と、を有することを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載のロボット制御装置において、前記サーボ制御部と前記監視部を別個に構成したことを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載のロボット制御装置において、各演算処理部に対して処理の不良停止状態の発生を検出するウオッチドッグ回路が各演算処理部に設けられ、各演算処理部が、他の演算処理部の監視回路を通じて不良停止状態を検知すると、当該他の演算処理部が不良停止状態である旨をユーザに報知することを特徴とする。
請求項1に記載の発明では、ロボットは、位置検出手段からの検出出力に応じてサーボ制御部に制御されるサーボモータの駆動により動作する。
このとき、トルク検出手段は、ロボットに駆動力を伝達する減速機に実際にかかるトルクを検出する。
制御情報受信手段は、サーボ制御部からのロボットに対する制御情報を受信し、制御情報送信手段は、受信した制御情報を一方又は双方の演算処理部に送信する。
各演算処理部は、制御情報受信手段により受信した制御情報から減速機がロボットアームに伝達するトルクをトルク推測手段によって推測する。
各演算処理部は、他の演算処理部において推測された推測トルクを取得する。
各演算処理部は、トルク推測手段により推測した推測トルクと推測トルク取得手段により取得した推測トルクとが一致するか否かを推測トルク一致判断手段によって判断する。
ここで、各演算処理部は、推測トルク一致判断手段により両推測トルクが一致すると判断した場合に、推測トルクとトルク検出手段により検出された減速機にかかるトルクとの差をトルク差算出手段により算出する。
そして、電力遮断手段は、トルク差算出手段により算出されたトルクの差が所定値以上である場合又は推測トルク一致判断手段により推測トルクが一致しないと判断された場合に、切り替え部によりサーボモータに対する電力の供給を遮断する。
このとき、トルク検出手段は、ロボットに駆動力を伝達する減速機に実際にかかるトルクを検出する。
制御情報受信手段は、サーボ制御部からのロボットに対する制御情報を受信し、制御情報送信手段は、受信した制御情報を一方又は双方の演算処理部に送信する。
各演算処理部は、制御情報受信手段により受信した制御情報から減速機がロボットアームに伝達するトルクをトルク推測手段によって推測する。
各演算処理部は、他の演算処理部において推測された推測トルクを取得する。
各演算処理部は、トルク推測手段により推測した推測トルクと推測トルク取得手段により取得した推測トルクとが一致するか否かを推測トルク一致判断手段によって判断する。
ここで、各演算処理部は、推測トルク一致判断手段により両推測トルクが一致すると判断した場合に、推測トルクとトルク検出手段により検出された減速機にかかるトルクとの差をトルク差算出手段により算出する。
そして、電力遮断手段は、トルク差算出手段により算出されたトルクの差が所定値以上である場合又は推測トルク一致判断手段により推測トルクが一致しないと判断された場合に、切り替え部によりサーボモータに対する電力の供給を遮断する。
これにより、各演算処理部は、サーボ制御部から受信した制御情報に基づいて推測されるトルクと実際に検出された減速機のトルクとの差に応じてサーボモータの駆動を停止させることができる。すなわち、減速機の歯のかみ合わせ等によりトルク変動が生じ、減速機がロボットアームに伝達するトルクの推測値と実際に減速機がロボットアームに伝達するトルクの実測値との差が大きくなった場合には、切り替え部によりサーボモータに対する電力の供給を遮断することとなる。よって、実際に減速機がロボットアームに伝達するトルクを的確に把握して監視することにより、ロボットアームの駆動を高い精度で制御することができる。
また、二つの演算処理部により互いに推測したトルクが一致するか否かを判断した上で実際に減速機がロボットアームに伝達するトルクとの比較を行っているので、一つの演算処理部で判断する場合に比べてロボット制御装置の信頼性を向上させることができる。
また、二つの演算処理部により互いに推測したトルクが一致するか否かを判断した上で実際に減速機がロボットアームに伝達するトルクとの比較を行っているので、一つの演算処理部で判断する場合に比べてロボット制御装置の信頼性を向上させることができる。
請求項2に記載の発明では、制御情報異常判断手段は、受信した制御情報が異常であるか否かを判断し、制御情報が異常であると判断された場合には、報知手段が制御情報の受信エラーである旨をユーザに報知する。制御情報取得手段は他の演算処理部において受信した制御情報を取得し、制御情報一致判断手段は、受信した制御情報と制御情報取得手段により取得した制御情報とが一致するか否かを判断する。そして、制御情報一致判断手段により制御情報が一致しないと判断された場合には、報知手段は制御情報の受信エラーである旨をユーザに報知する。
これにより、制御情報を受信した段階で異常がある場合には、処理を進めることなく即座に異常をユーザに報知し、さらに、各演算処理部が互いの制御情報を相互に比較して異常の有無を判断しているので、サーボ制御部の異常を迅速かつ的確に検出することができ、監視部の信頼性を向上させることができる。
また、二つの演算処理部により互いに受信した制御情報の異常の有無を判断しているので、監視部の信頼性を向上させることができる。
これにより、制御情報を受信した段階で異常がある場合には、処理を進めることなく即座に異常をユーザに報知し、さらに、各演算処理部が互いの制御情報を相互に比較して異常の有無を判断しているので、サーボ制御部の異常を迅速かつ的確に検出することができ、監視部の信頼性を向上させることができる。
また、二つの演算処理部により互いに受信した制御情報の異常の有無を判断しているので、監視部の信頼性を向上させることができる。
請求項3に記載の発明では、サーボ制御部と監視部を別個に構成することにより、ロボットの制御と監視を並列処理することができるため、サーボ制御部の処理の負荷を軽減することができるとともに、各部の処理を高速化することができる。
請求項4に記載の発明では、各演算処理部ごとに設けられたウォッチドッグ回路が、演算処理部の不良停止状態の検知を行う。ここで、不良停止状態とは、演算処理部が処理を実行すべき際に処理を行わなくなった状態をいう。
そして、いずれかいずれかの演算処理部が他の演算処理部を監視するウォッチドッグ回路を通じて不良停止状態の発生を検知すると、演算処理部はサーボモータを停止させる。
これにより、いずれかの演算処理部が不良停止して、残り一方の演算処理部のみによるサーボモータの監視状態が回避され、二系統による監視状態でのみサーボモータを駆動させることができ、サーボモータの異常動作をより確実に防止することができる。
そして、いずれかいずれかの演算処理部が他の演算処理部を監視するウォッチドッグ回路を通じて不良停止状態の発生を検知すると、演算処理部はサーボモータを停止させる。
これにより、いずれかの演算処理部が不良停止して、残り一方の演算処理部のみによるサーボモータの監視状態が回避され、二系統による監視状態でのみサーボモータを駆動させることができ、サーボモータの異常動作をより確実に防止することができる。
以下、図面を参照して、本発明に係るロボット制御装置の最良の形態について詳細に説明する。なお、本実施形態においては、ロボットアームを備える溶接ロボットにおけるロボット制御装置を例に挙げて説明する。
<ロボット>
図1に示すように、ロボット制御装置1による制御対象となるロボット2は、土台となるベース(図示略)と、複数の関節(図示略)で連結された複数のロボットアーム21と、それぞれの関節ごとに設けられた駆動源としてのサーボモータ22と、ロボットアーム21とサーボモータ22とを動力伝達可能に連結し、サーボモータ22の回転を減速させてロボットアーム21にその駆動を伝達する減速機23と、各サーボモータ22の軸角度、すなわちロボットアーム21の位置をそれぞれ検出する位置検出手段としてのエンコーダ24と、を備えている。そして、連結されたロボットアーム21の最先端部にはロボット2の用途に応じたツール(例えば溶接ガンやハンド等。図示略)が装備されている。
各関節は、ロボットアーム21の一端部を揺動可能として他端部を軸支する揺動関節と、ロボットアーム21自身をその長手方向を中心に回転可能に軸支する回転関節とのいずれかから構成される。つまり、本実施形態におけるロボット2はいわゆる多関節型ロボットに相当する。
図1に示すように、ロボット制御装置1による制御対象となるロボット2は、土台となるベース(図示略)と、複数の関節(図示略)で連結された複数のロボットアーム21と、それぞれの関節ごとに設けられた駆動源としてのサーボモータ22と、ロボットアーム21とサーボモータ22とを動力伝達可能に連結し、サーボモータ22の回転を減速させてロボットアーム21にその駆動を伝達する減速機23と、各サーボモータ22の軸角度、すなわちロボットアーム21の位置をそれぞれ検出する位置検出手段としてのエンコーダ24と、を備えている。そして、連結されたロボットアーム21の最先端部にはロボット2の用途に応じたツール(例えば溶接ガンやハンド等。図示略)が装備されている。
各関節は、ロボットアーム21の一端部を揺動可能として他端部を軸支する揺動関節と、ロボットアーム21自身をその長手方向を中心に回転可能に軸支する回転関節とのいずれかから構成される。つまり、本実施形態におけるロボット2はいわゆる多関節型ロボットに相当する。
<ロボット制御装置>
ロボット制御装置1は、ティーチング或いはプログラミングにより設定されたロボット2の教示動作データに従って、ロボット2の制御指令を出力する位置制御部3と、位置制御部3からの制御指令に従ってロボット2の各サーボモータ22の制御を行うサーボアンプ4と、電源から各サーボモータ22への電力の供給と遮断とを切り替え可能な切り替え部としてのマグネットスイッチ5,6と、ロボット2の制御情報を監視して所定条件に応じて各マグネットスイッチ5,6を通じてサーボモータ22を停止させる監視部7と、監視部7により異常検知が行われた場合にオペレータに異常発生を報知するための報知部8と、ロボットアーム21とサーボモータ22とを動力伝達可能に連結し、サーボモータ22の回転速度を減速させてロボット2に駆動力を伝達する減速機23にかかるトルクを検出するトルク検出手段としてのトルクセンサ9a,9bを備えている。ここで、位置制御部3、サーボアンプ4、監視部7は、それぞれ別個に構成されている。
ロボット制御装置1は、ティーチング或いはプログラミングにより設定されたロボット2の教示動作データに従って、ロボット2の制御指令を出力する位置制御部3と、位置制御部3からの制御指令に従ってロボット2の各サーボモータ22の制御を行うサーボアンプ4と、電源から各サーボモータ22への電力の供給と遮断とを切り替え可能な切り替え部としてのマグネットスイッチ5,6と、ロボット2の制御情報を監視して所定条件に応じて各マグネットスイッチ5,6を通じてサーボモータ22を停止させる監視部7と、監視部7により異常検知が行われた場合にオペレータに異常発生を報知するための報知部8と、ロボットアーム21とサーボモータ22とを動力伝達可能に連結し、サーボモータ22の回転速度を減速させてロボット2に駆動力を伝達する減速機23にかかるトルクを検出するトルク検出手段としてのトルクセンサ9a,9bを備えている。ここで、位置制御部3、サーボアンプ4、監視部7は、それぞれ別個に構成されている。
(位置制御部)
位置制御部3は、ロボット2の動作制御を行うために各サーボモータ22に対する制御指令を生成するための各種の処理プログラム及び各種のデータが記憶されたメモリと、処理プログラムを実行するCPUと、サーボアンプ4との指令やデータの送受信を行うためのインターフェイスとを主に備えている。
位置制御部3は、ロボット2の動作制御を行うために各サーボモータ22に対する制御指令を生成するための各種の処理プログラム及び各種のデータが記憶されたメモリと、処理プログラムを実行するCPUと、サーボアンプ4との指令やデータの送受信を行うためのインターフェイスとを主に備えている。
メモリには、ロボット2の各種の処理プログラムの他、設定されたロボットの教示動作データ、ロボット2に関する各種の制御情報(各部の寸法、重量、イナーシャ、エンコーダ24の出力コードと当該出力コードが示す関節角度(角度位置)との対応関係を示すテーブル、ロボットの各関節における関節角度の上限値、下限値(許容動作位置)、各関節の関節動作速度の上限値(許容速度)、各関節のトルクの上限値(許容値)、指令位置、サーボゲイン等)が記憶されている。
教示動作データは、ロボット2が所定の動作を実行するための制御指令であり、例えば、事前にロボット2に目的となる動作(ティーチング)を行わせ、当該動作軌跡の各点で関節角度のサンプリングを行い、その実行動作を再現するために演算により求められた移動軌跡のデータである。
位置制御部3のCPUは、ロボット2の制御の際には、教示動作データに基づいて、サーボアンプ4に対して各サーボモータ22の位置指令を所定の周期で順番に出力する。
なお、教示動作データは、ティーチングに限らず、記録メディアの読み出し装置、オペレータによる入力装置又は外部に対する通信手段によりロボット制御装置1の外部から取得される場合もある。
教示動作データは、ロボット2が所定の動作を実行するための制御指令であり、例えば、事前にロボット2に目的となる動作(ティーチング)を行わせ、当該動作軌跡の各点で関節角度のサンプリングを行い、その実行動作を再現するために演算により求められた移動軌跡のデータである。
位置制御部3のCPUは、ロボット2の制御の際には、教示動作データに基づいて、サーボアンプ4に対して各サーボモータ22の位置指令を所定の周期で順番に出力する。
なお、教示動作データは、ティーチングに限らず、記録メディアの読み出し装置、オペレータによる入力装置又は外部に対する通信手段によりロボット制御装置1の外部から取得される場合もある。
また、メモリ内の各種の制御情報である各部の寸法、重量、イナーシャ、エンコーダ24の出力コードと当該出力コードが示す関節角度との対応関係を示すテーブル、ロボットの各関節における関節角度の上限値、下限値、各関節の関節動作速度の上限値、各関節のトルクの上限値等のデータ、そして、ロボット2への指令位置やサーボゲイン等は、監視部7に出力される。その際、CPUは、各データについて所定のデータ単位ごとにCRCコード(Cyclic Redundancy Check)を生成し、これを添付して監視部7に送信する。
(サーボアンプ)
サーボアンプ4は、ロボット2の各関節のエンコーダ24から回転角度位置の検出信号を受信する受信回路と、各サーボモータ22に対する制御信号と帰還信号の送受信を行うモータ制御回路とを備えている。そして、サーボアンプ4は、位置制御部3から入力される指令位置と各エンコーダ24の検出信号と各サーボモータ22からの帰還信号とに基づいて、各サーボモータ22の位置、速度、トルクについてフィードバック制御を行う。なお、このサーボアンプ4と位置制御部3とが、サーボモータ22をエンコーダ24からの検出出力に応じて制御するサーボ制御部として機能する。
サーボアンプ4は、ロボット2の各関節のエンコーダ24から回転角度位置の検出信号を受信する受信回路と、各サーボモータ22に対する制御信号と帰還信号の送受信を行うモータ制御回路とを備えている。そして、サーボアンプ4は、位置制御部3から入力される指令位置と各エンコーダ24の検出信号と各サーボモータ22からの帰還信号とに基づいて、各サーボモータ22の位置、速度、トルクについてフィードバック制御を行う。なお、このサーボアンプ4と位置制御部3とが、サーボモータ22をエンコーダ24からの検出出力に応じて制御するサーボ制御部として機能する。
(監視部)
図2は、監視部7の構成を示すブロック図である。監視部7は、後述する各種の処理を実行する二つの演算処理部としての第一及び第二のCPU10,11と、ロボット2の各エンコーダ24からロボット2の実際の位置情報を受信するエンコーダデータ受信回路12と、サーボ制御部を構成する位置制御部3からロボット2への指令位置及びサーボゲインを含む制御情報を受信するとともに制御情報受信手段としての制御情報通信回路13と、各演算処理部10,11に接続され、トルクセンサ9a,9bからの検出出力をトルクにAD変換するアームトルク検出回路17,18と、第一と第二のCPU10,11の演算処理の実行状態を個別に監視するウォッチドッグ回路19,20と、を備えている。
図2は、監視部7の構成を示すブロック図である。監視部7は、後述する各種の処理を実行する二つの演算処理部としての第一及び第二のCPU10,11と、ロボット2の各エンコーダ24からロボット2の実際の位置情報を受信するエンコーダデータ受信回路12と、サーボ制御部を構成する位置制御部3からロボット2への指令位置及びサーボゲインを含む制御情報を受信するとともに制御情報受信手段としての制御情報通信回路13と、各演算処理部10,11に接続され、トルクセンサ9a,9bからの検出出力をトルクにAD変換するアームトルク検出回路17,18と、第一と第二のCPU10,11の演算処理の実行状態を個別に監視するウォッチドッグ回路19,20と、を備えている。
(各CPUの機能)
各CPU10,11は、それぞれ内部メモリ15,16を有しており、各内部メモリ15,16は、CPU10,11がそれぞれ実行する処理プログラムを記憶すると共に各処理における作業領域として機能する。
また、第一のCPU10と第二のCPU11とは、それぞれのデータの送受信を行う通信手段であるバスにより互いに接続されている。
各CPU10,11は、それぞれ内部メモリ15,16を有しており、各内部メモリ15,16は、CPU10,11がそれぞれ実行する処理プログラムを記憶すると共に各処理における作業領域として機能する。
また、第一のCPU10と第二のCPU11とは、それぞれのデータの送受信を行う通信手段であるバスにより互いに接続されている。
第一のCPU10及び第二のCPU11は、制御情報通信回路13を介して位置制御部3から受信した制御情報からロボットアーム21を駆動させるために必要なトルクを推測するトルク推測手段として機能する。
第一のCPU10及び第二のCPU11は、他のCPU10,11において推測されたロボットアーム21の駆動に必要な推測トルクを取得する推測トルク取得手段として機能する。
第一のCPU10及び第二のCPU11は、減速機23がロボットアーム21に伝達すると推測したトルクと他のCPU10,11から取得した推測トルクとが一致するか否かを判断する推測トルク一致判断手段として機能する。
第一のCPU10及び第二のCPU11は、減速機23がロボットアーム21に伝達すると推測したトルクが一致すると判断された場合に、推測トルクとトルクセンサ9a,9bにより検出されアームトルク検出回路17,18においてAD変換された減速機23がロボットアーム21に実際に伝達するトルクとの差を算出するトルク差算出手段として機能する。
第一のCPU10及び第二のCPU11は、算出されたトルクの差が所定値以上である場合又は減速機23がロボットアーム21に伝達すると推測したトルクが一致しないと判断された場合に、マグネットスイッチ5,6によりサーボモータ22に対する電力の供給を遮断する電力遮断手段として機能する。
第一のCPU10及び第二のCPU11は、他のCPU10,11において推測されたロボットアーム21の駆動に必要な推測トルクを取得する推測トルク取得手段として機能する。
第一のCPU10及び第二のCPU11は、減速機23がロボットアーム21に伝達すると推測したトルクと他のCPU10,11から取得した推測トルクとが一致するか否かを判断する推測トルク一致判断手段として機能する。
第一のCPU10及び第二のCPU11は、減速機23がロボットアーム21に伝達すると推測したトルクが一致すると判断された場合に、推測トルクとトルクセンサ9a,9bにより検出されアームトルク検出回路17,18においてAD変換された減速機23がロボットアーム21に実際に伝達するトルクとの差を算出するトルク差算出手段として機能する。
第一のCPU10及び第二のCPU11は、算出されたトルクの差が所定値以上である場合又は減速機23がロボットアーム21に伝達すると推測したトルクが一致しないと判断された場合に、マグネットスイッチ5,6によりサーボモータ22に対する電力の供給を遮断する電力遮断手段として機能する。
第一のCPU10及び第二のCPU11は、受信した制御情報が異常であるか否かを判断する制御情報異常判断手段として機能する。
第一のCPU10及び第二のCPU11は、他のCPU10,11において受信した制御情報を取得する制御情報取得手段として機能する。
第一のCPU10及び第二のCPU11は、受信した制御情報と取得した制御情報とが一致するか否かを判断する制御情報一致判断手段として機能する。
第一のCPU10及び第二のCPU11は、算出されたトルクの差が所定値以上である場合又は推測トルクが一致しないと判断された場合に、マグネットスイッチ5,6によりサーボモータ22に対する電力の供給を遮断する電力遮断手段として機能する。
第一のCPU10及び第二のCPU11は、他のCPU10,11において受信した制御情報を取得する制御情報取得手段として機能する。
第一のCPU10及び第二のCPU11は、受信した制御情報と取得した制御情報とが一致するか否かを判断する制御情報一致判断手段として機能する。
第一のCPU10及び第二のCPU11は、算出されたトルクの差が所定値以上である場合又は推測トルクが一致しないと判断された場合に、マグネットスイッチ5,6によりサーボモータ22に対する電力の供給を遮断する電力遮断手段として機能する。
(エンコーダデータ受信回路)
エンコーダデータ受信回路12は、第一のCPU10からの指令に従い、エンコーダ24に対する検出信号出力の要求コマンドと当該要求コマンドを一意に識別するためのシーケンス番号データとをエンコーダ24に送信する。このシーケンス番号は、周期的に行われる位置データの要求コマンド出力のたびに順次1ずつ加算されて付加されるので、要求コマンド毎に重複するシーケンス番号が付加されないようになっている。
一方、エンコーダ24は、シーケンス番号が付加された要求コマンドを受けると同じシーケンス番号を付加して検出したロボットの現在の位置に関する現在位置情報の返信を行う。これにより、エンコーダデータ受信回路12では、現在位置情報に付加されたシーケンス番号を参照することで、いずれの要求コマンドに対する現在位置情報なのかを識別することができる。また、シーケンス番号の不一致により、エンコーダ24の異常を検知することが可能となっている。
エンコーダデータ受信回路12は、第一のCPU10からの指令に従い、エンコーダ24に対する検出信号出力の要求コマンドと当該要求コマンドを一意に識別するためのシーケンス番号データとをエンコーダ24に送信する。このシーケンス番号は、周期的に行われる位置データの要求コマンド出力のたびに順次1ずつ加算されて付加されるので、要求コマンド毎に重複するシーケンス番号が付加されないようになっている。
一方、エンコーダ24は、シーケンス番号が付加された要求コマンドを受けると同じシーケンス番号を付加して検出したロボットの現在の位置に関する現在位置情報の返信を行う。これにより、エンコーダデータ受信回路12では、現在位置情報に付加されたシーケンス番号を参照することで、いずれの要求コマンドに対する現在位置情報なのかを識別することができる。また、シーケンス番号の不一致により、エンコーダ24の異常を検知することが可能となっている。
(制御情報通信回路)
制御情報通信回路13は、サーボアンプ4からのサーボモータ22への指令位置及びサーボゲインに関する情報を、位置制御部3を介して受信し、受信した指令位置及びサーボゲインを第一のCPU10に送信する。すなわち、制御情報通信回路13は、制御情報送信手段としても機能する。
制御情報通信回路13は、サーボアンプ4からのサーボモータ22への指令位置及びサーボゲインに関する情報を、位置制御部3を介して受信し、受信した指令位置及びサーボゲインを第一のCPU10に送信する。すなわち、制御情報通信回路13は、制御情報送信手段としても機能する。
(アームトルク検出回路及びトルクセンサ)
アームトルク検出回路17,18は、トルクセンサ9a,9bと各演算処理部10,11との間に接続されている。アームトルク検出回路17,18は、例えば、AD変換器等で構成されており、トルクセンサ9a,9bからの検出出力を取得してその検出信号をAD変換して各演算処理部10,11に送信する。
トルクセンサ9a,9bは、減速機23の回転トルクを検出するものであり、例えば、ひずみゲージ等により構成され、ひずみに応じた電圧値が発生することにより、その電圧値をトルク値に変換することでトルク値を求めることができる。
アームトルク検出回路17,18は、トルクセンサ9a,9bと各演算処理部10,11との間に接続されている。アームトルク検出回路17,18は、例えば、AD変換器等で構成されており、トルクセンサ9a,9bからの検出出力を取得してその検出信号をAD変換して各演算処理部10,11に送信する。
トルクセンサ9a,9bは、減速機23の回転トルクを検出するものであり、例えば、ひずみゲージ等により構成され、ひずみに応じた電圧値が発生することにより、その電圧値をトルク値に変換することでトルク値を求めることができる。
(ウォッチドッグ回路)
ウォッチドッグ回路19は第一のCPU10を監視し、ウォッチドッグ回路20は第二のCPU11の監視を行う。
即ち、各ウォッチドッグ回路19,20は、ロボット2の制御実行時において、それぞれが監視対象とするCPU10,11に対して周期的にウォッチドッグ要求信号を出力し、これに対して各CPU10,11が所定期間内に応答信号を返信しないときには、監視対象であるCPU10,11が停止しているものとして、タイムアップ信号を監視対象ではないCPU10,11に出力する機能を有している。
ウォッチドッグ回路19は第一のCPU10を監視し、ウォッチドッグ回路20は第二のCPU11の監視を行う。
即ち、各ウォッチドッグ回路19,20は、ロボット2の制御実行時において、それぞれが監視対象とするCPU10,11に対して周期的にウォッチドッグ要求信号を出力し、これに対して各CPU10,11が所定期間内に応答信号を返信しないときには、監視対象であるCPU10,11が停止しているものとして、タイムアップ信号を監視対象ではないCPU10,11に出力する機能を有している。
(報知部)
報知部8は、監視部7の処理において異常を検知したときに、その異常をオペレータに報知するための表示手段である。具体的には、異常発生を表示するモニタ、報知ランプ又は警報機等が報知部8として使用される。
報知部8は、各CPU10,11が、他のウォッチドッグ回路19,20を通じて不良停止状態を検知すると、当該他のCPU10,11が不良停止状態である旨をユーザに報知する。
報知部8は、第一のCPU10及び第二のCPU11により、受信した制御情報が異常であると判断された場合、又は、受信した制御情報と取得した制御情報とが一致するか否かを判断した際に制御情報が一致しないと判断された場合に、制御情報の受信エラーである旨をユーザに報知する報知手段として機能する。
報知部8は、監視部7の処理において異常を検知したときに、その異常をオペレータに報知するための表示手段である。具体的には、異常発生を表示するモニタ、報知ランプ又は警報機等が報知部8として使用される。
報知部8は、各CPU10,11が、他のウォッチドッグ回路19,20を通じて不良停止状態を検知すると、当該他のCPU10,11が不良停止状態である旨をユーザに報知する。
報知部8は、第一のCPU10及び第二のCPU11により、受信した制御情報が異常であると判断された場合、又は、受信した制御情報と取得した制御情報とが一致するか否かを判断した際に制御情報が一致しないと判断された場合に、制御情報の受信エラーである旨をユーザに報知する報知手段として機能する。
〔制御情報の受信処理〕
図3は、監視部7の各CPU10,11が行うロボット制御における制御情報(主に指令位置、サーボゲイン)の受信処理を示したものである。
最初に、第一のCPU10は、制御情報通信回路13を介して位置制御部3のCPUに対して制御情報の要求を行い、その結果、位置制御部3から制御情報を受信する(ステップS101)。
図3は、監視部7の各CPU10,11が行うロボット制御における制御情報(主に指令位置、サーボゲイン)の受信処理を示したものである。
最初に、第一のCPU10は、制御情報通信回路13を介して位置制御部3のCPUに対して制御情報の要求を行い、その結果、位置制御部3から制御情報を受信する(ステップS101)。
このとき、位置制御部3のCPUは制御情報について所定のデータ単位でCRCコードを付与して送信する。これに対して、第一のCPU10は受信した制御情報について位置制御部3と同じ条件でCRCコードを生成すると共に、位置制御部3で生成されたCRCコードと一致するか否かの判断を行う(ステップS102)。
このCRCコードは、生成する元となるデータが1ビットでも異なればコードも変化してしまう性質があるので、上記処理において送信前の制御情報が何らかの異常により送信後に異なる制御情報に変化し或いは破損したかを判断することができる。
このCRCコードは、生成する元となるデータが1ビットでも異なればコードも変化してしまう性質があるので、上記処理において送信前の制御情報が何らかの異常により送信後に異なる制御情報に変化し或いは破損したかを判断することができる。
そして、第一のCPU10が、CRCコードが一致しない(CRCコード異常)と判断した場合(ステップS102:YES)、第一のCPU10は報知部8に対して制御情報の受信エラーを示す異常報知表示を行うように制御する(ステップS103)。異常報知後は第一及び第二のCPU10,11は他の処理を行わず、故障要因を排除して電源を再投入しない限り復旧しない状態となる。
一方、第一のCPU10が、CRCコードが一致した(CRCコード正常)と判断した場合(ステップS102:NO)、第一のCPU10は、内部メモリ15に受信した制御情報を格納し(ステップS104)、さらに、第二のCPU11に対して受信した制御情報とそのCRCコードを送信する(ステップS105)。
一方、第一のCPU10が、CRCコードが一致した(CRCコード正常)と判断した場合(ステップS102:NO)、第一のCPU10は、内部メモリ15に受信した制御情報を格納し(ステップS104)、さらに、第二のCPU11に対して受信した制御情報とそのCRCコードを送信する(ステップS105)。
第一のCPU10からの制御情報とCRCコードを受信すると、第二のCPU11は、受信した制御情報について位置制御部3と同じ条件でCRCコードを生成すると共に、受信した制御情報のCRCコードと一致するか否かの判断を行う(ステップS106)。
そして、第二のCPU11が、CRCコードが一致しない(CRCコード異常)と判断した場合(ステップS106:YES)、第二のCPU11は報知部8に対して制御情報の受信エラーを示す異常報知表示を行うように制御する(ステップS107)。このときも、異常報知後は第一及び第二のCPU10,11は他の処理を行わず、故障要因を排除して電源を再投入しない限り復旧しない状態となる。
一方、第二のCPU11が、CRCコードが一致した(CRCコード正常)と判断した場合(ステップS106:YES)、第二のCPU11は、内部メモリ16に受信した制御情報を格納する(ステップS108)。
そして、第二のCPU11が、CRCコードが一致しない(CRCコード異常)と判断した場合(ステップS106:YES)、第二のCPU11は報知部8に対して制御情報の受信エラーを示す異常報知表示を行うように制御する(ステップS107)。このときも、異常報知後は第一及び第二のCPU10,11は他の処理を行わず、故障要因を排除して電源を再投入しない限り復旧しない状態となる。
一方、第二のCPU11が、CRCコードが一致した(CRCコード正常)と判断した場合(ステップS106:YES)、第二のCPU11は、内部メモリ16に受信した制御情報を格納する(ステップS108)。
また、第一のCPU10は、制御情報を内部メモリ15に格納後、バスを介して第二のCPU11に送信した制御情報との相互比較を行い(ステップS109)、第二のCPU11は、制御情報を内部メモリ16に格納後、バスを介して第一のCPU11が保有する制御情報との相互比較を行う(ステップS110)。
そして、第一のCPU10は、自己の制御情報と第二のCPU11の制御情報とが一致するか否かを判断し(ステップS111)、第一のCPU10が一致すると判断した場合(ステップS111:YES)、これをもって本処理を終了する。一方、第一のCPU10が一致しないと判断した場合(ステップS111:NO)、第一のCPU10は、報知部8に対して制御情報の受信エラーを示す異常報知表示を行うように制御する(ステップS113)。このときも、異常報知後は第一及び第二のCPU10,11は他の処理を行わず、故障要因を排除して電源を再投入しない限り復旧しない状態となる。
また、同様にして、第二のCPU11は、自己の制御情報と第一のCPU10の制御情報とが一致するか否かを判断し(ステップS112)、第二のCPU11が一致すると判断した場合(ステップS112:YES)、これをもって本処理を終了する。一方、第二のCPU11が一致しないと判断した場合(ステップS112:NO)、第二のCPU11は、報知部8に対して制御情報の受信エラーを示す異常報知表示を行うように制御する(ステップS114)。このときも、異常報知後は第一及び第二のCPU10,11は他の処理を行わず、故障要因を排除して電源を再投入しない限り復旧しない状態となる。
〔ロボットアームの現在位置情報の受信処理〕
図4は、監視部7の各CPU10,11が行うロボットアーム21の現在位置情報の受信処理を示したものである。
図4は、監視部7の各CPU10,11が行うロボットアーム21の現在位置情報の受信処理を示したものである。
最初に、第一のCPU10は、エンコーダデータ受信回路12を介してエンコーダ24に対して現在の検出角度位置を示す現在位置情報の要求コマンドを送信する。このとき、要求コマンドは、当該コマンドを一意に識別するためのシーケンス番号データを付加されてエンコーダ24に送信される。その結果、エンコーダデータ受信回路12から現在位置情報を受信する(ステップS201)。
このとき、エンコーダ24は制御情報について所定のデータ単位でCRCコードを付与して送信する。これに対して、第一のCPU10は受信した現在位置情報についてエンコーダ24と同じ条件でCRCコードを生成すると共に、エンコーダ24で生成されたCRCコードと一致するか否かの判断を行う(ステップS202)。
このCRCコードは、生成する元となるデータが1ビットでも異なればコードも変化してしまう性質があるので、上記処理において送信前の制御情報が何らかの異常により送信後に異なる制御情報に変化し或いは破損したかを判断することができる。
このCRCコードは、生成する元となるデータが1ビットでも異なればコードも変化してしまう性質があるので、上記処理において送信前の制御情報が何らかの異常により送信後に異なる制御情報に変化し或いは破損したかを判断することができる。
そして、第一のCPU10が、CRCコードが一致しない(CRCコード異常)と判断した場合(ステップS202:YES)、第一のCPU10はマグネットスイッチ5に切替信号を出力し、全てのサーボモータ22への通電を遮断して、ロボット2を停止させる(ステップS203)。一方、第一のCPU10が、CRCコードが一致した(CRCコード正常)と判断した場合(ステップS202:NO)、第一のCPU10は、第二のCPU11に対して受信した現在位置情報とそのCRCコードを送信する(ステップS204)。
そして、第一のCPU10からの現在位置情報とCRCコードを受信すると、第二のCPU11は、受信した現在位置情報についてエンコーダ24と同じ条件でCRCコードを生成すると共に、当該生成したCRCコードと受信したCRCコードとが一致するか否かの判断を行う(ステップS205)。
そして、第二のCPU11が、CRCコードが一致しない(CRCコード異常)と判断した場合(ステップS205:YES)、第二のCPU11はマグネットスイッチ6に切替信号を出力し、全てのサーボモータ22への通電を遮断して、ロボットアーム2の駆動を停止させる(ステップS206)。
そして、第一のCPU10からの現在位置情報とCRCコードを受信すると、第二のCPU11は、受信した現在位置情報についてエンコーダ24と同じ条件でCRCコードを生成すると共に、当該生成したCRCコードと受信したCRCコードとが一致するか否かの判断を行う(ステップS205)。
そして、第二のCPU11が、CRCコードが一致しない(CRCコード異常)と判断した場合(ステップS205:YES)、第二のCPU11はマグネットスイッチ6に切替信号を出力し、全てのサーボモータ22への通電を遮断して、ロボットアーム2の駆動を停止させる(ステップS206)。
一方、第一のCPU10は、現在位置情報を第二のCPU11に送信後、上述したステップS104の処理(図3)で位置制御部3から受信して内部メモリ15に格納した制御情報に含まれるエンコーダ24の出力コードと当該出力コードが示す検出角度位置との対応関係を示すテーブルを参照して、エンコーダ24の位置データを関節角度(角度位置)に変換すると共に内部メモリ15に記憶する(ステップS207)。
また、第二のCPU11も、現在位置情報のCRCコードに異常がない場合に、上述したステップS108の処理(図3)で内部メモリ16に格納した制御情報中のエンコーダ24の出力コードと関節角度との対応テーブルから、エンコーダ24の位置データを関節角度に変換すると共に内部メモリ16に記憶する(ステップS208)。
また、第二のCPU11も、現在位置情報のCRCコードに異常がない場合に、上述したステップS108の処理(図3)で内部メモリ16に格納した制御情報中のエンコーダ24の出力コードと関節角度との対応テーブルから、エンコーダ24の位置データを関節角度に変換すると共に内部メモリ16に記憶する(ステップS208)。
そして、第一のCPU10は、関節角度の算出後、バスを介して、第二のCPU11が算出した関節角度との相互比較を行い(ステップS209)、第一のCPU10で求めた関節角度と第二のCPU11で求めた関節角度とが一致するか否かを判断する(ステップS210)。
そして、第一のCPU10が、相互の関節角度が一致しないと判断した場合(ステップS210:NO)、第一のCPU10は、マグネットスイッチ5に切替信号を出力し、全てのサーボモータ22への通電を遮断して、ロボット2を停止させる(ステップS211)。
また、第一のCPU10が、相互の関節角度が一致すると判断した場合(ステップS210:YES)、第一のCPU10は、位置監視処理(ステップS212)、CPUの相互監視処理(ステップS213)を行った後に、本処理を終了する。
そして、第一のCPU10が、相互の関節角度が一致しないと判断した場合(ステップS210:NO)、第一のCPU10は、マグネットスイッチ5に切替信号を出力し、全てのサーボモータ22への通電を遮断して、ロボット2を停止させる(ステップS211)。
また、第一のCPU10が、相互の関節角度が一致すると判断した場合(ステップS210:YES)、第一のCPU10は、位置監視処理(ステップS212)、CPUの相互監視処理(ステップS213)を行った後に、本処理を終了する。
一方、第二のCPU11は、関節角度の算出後、バスを介して、第一のCPU10が算出した関節角度との相互比較を行い(ステップS214)、第二のCPU11で求めた関節角度と第一のCPU10で求めた関節角度とが一致するか否かを判断する(ステップS215)。
そして、第二のCPU11が、相互の関節角度が一致しないと判断した場合(ステップS215:NO)、第二のCPU11は、マグネットスイッチ6に切替信号を出力し、全てのサーボモータ22への通電を遮断して、ロボット2を停止させる(ステップS216)。
また、第二のCPU11が、相互の関節角度が一致すると判断した場合(ステップS215:YES)、第二のCPU11は、位置監視処理(ステップS217)、CPUの相互監視処理(ステップS218)を行った後に、本処理を終了する。
そして、第二のCPU11が、相互の関節角度が一致しないと判断した場合(ステップS215:NO)、第二のCPU11は、マグネットスイッチ6に切替信号を出力し、全てのサーボモータ22への通電を遮断して、ロボット2を停止させる(ステップS216)。
また、第二のCPU11が、相互の関節角度が一致すると判断した場合(ステップS215:YES)、第二のCPU11は、位置監視処理(ステップS217)、CPUの相互監視処理(ステップS218)を行った後に、本処理を終了する。
〔監視部におけるトルク監視処理〕
図5は、監視部7による減速機23にかかるトルク監視処理を示したフローチャートである。
第一のCPU10は、トルクセンサ9aにて検出されたひずみのデータをアームトルク検出回路17によって演算処理可能なデータに変換する(ステップS301)。また、第二のCPU11も、トルクセンサ9bにて検出されたひずみのデータをアームトルク検出回路18によって演算処理可能なデータに変換する(ステップS302)。
次いで、第一のCPU10は、AD変換されたひずみのデータを、バスを介して第二のCPU11に送信する(ステップS303)。また、第二のCPU11も、AD変換されたひずみのデータを、バスを介して第一のCPU10に送信する(ステップS304)。
次いで、第一のCPU10は、自らAD変換したひずみのデータ及び第二のCPU11から受信したAD変換されたひずみのデータに基づいて、減速機23にかかる実際の駆動トルクを算出する(ステップS305)。また、第二のCPU11も、自らAD変換したひずみのデータ及び第一のCPU10から受信したAD変換されたひずみのデータに基づいて、減速機23にかかる実際の駆動トルクを算出する(ステップS306)。
図5は、監視部7による減速機23にかかるトルク監視処理を示したフローチャートである。
第一のCPU10は、トルクセンサ9aにて検出されたひずみのデータをアームトルク検出回路17によって演算処理可能なデータに変換する(ステップS301)。また、第二のCPU11も、トルクセンサ9bにて検出されたひずみのデータをアームトルク検出回路18によって演算処理可能なデータに変換する(ステップS302)。
次いで、第一のCPU10は、AD変換されたひずみのデータを、バスを介して第二のCPU11に送信する(ステップS303)。また、第二のCPU11も、AD変換されたひずみのデータを、バスを介して第一のCPU10に送信する(ステップS304)。
次いで、第一のCPU10は、自らAD変換したひずみのデータ及び第二のCPU11から受信したAD変換されたひずみのデータに基づいて、減速機23にかかる実際の駆動トルクを算出する(ステップS305)。また、第二のCPU11も、自らAD変換したひずみのデータ及び第一のCPU10から受信したAD変換されたひずみのデータに基づいて、減速機23にかかる実際の駆動トルクを算出する(ステップS306)。
次いで、第一のCPU10は、位置制御部4から受信した制御情報のうち、指令位置情報に基づいて減速機23がロボットアーム21に伝達する駆動トルクを推測する(ステップS307)。ここで、駆動トルクの推測にあたっては、公知のNewton-Euler法を用いて算出する。具体的には、Newton-Euler法は、順変換、逆変換のアルゴリズムからなり、順変換ではマニュピレータの機械座標系から、マニュピレータのツール方向の計算を、逆変換ではツールから機械座標系に向って、各軸に作用する力を計算することができる。この方法により、アームの重量、ハンド重量を考慮したトルク指令値を計算することができる。
また、第二のCPU11も、第一のCPU10から受信した制御情報のうち、指令位置情報に基づいて減速機23がロボットアーム21に伝達する駆動トルクを推測する(ステップS308)。
次いで、第一のCPU10は、ステップS307で推測された駆動トルクをより現実のトルク値に近づけるため、位置制御部4から受信した制御情報のうち、トルク変動パラメータに基づいて、ステップS307で推測された駆動トルクを補正する(ステップS309)。また、第二のCPU11も、ステップS308で推測された駆動トルクをより現実のトルク値に近づけるため、位置制御部4から受信した制御情報のうち、トルク変動パラメータに基づいて、ステップS308で推測された駆動トルクを補正する(ステップS310)。
次いで、第一のCPU10は、ステップS307で推測された駆動トルクをより現実のトルク値に近づけるため、位置制御部4から受信した制御情報のうち、トルク変動パラメータに基づいて、ステップS307で推測された駆動トルクを補正する(ステップS309)。また、第二のCPU11も、ステップS308で推測された駆動トルクをより現実のトルク値に近づけるため、位置制御部4から受信した制御情報のうち、トルク変動パラメータに基づいて、ステップS308で推測された駆動トルクを補正する(ステップS310)。
次いで、第一のCPU10は、減速機23がロボットアーム21に伝達する駆動トルクを推測した後、バスを介して、第二のCPU11で推測した減速機23がロボットアーム21に伝達する駆動トルクとの相互比較を行い(ステップS311)、第一のCPU10で推測した駆動トルクと第二のCPU11で推測した駆動トルクとが一致するか否かの判断を行う(ステップS313)。
同様に、第二のCPU11は、減速機23がロボットアーム21に伝達する駆動トルクを推測した後、バスを介して、第一のCPU10が推測した減速機23がロボットアーム21に伝達する駆動トルクとの相互比較を行い(ステップS312)、第二のCPU11で推測した駆動トルクと第一のCPU10で推測した駆動トルクとが一致するか否かの判断を行う(ステップS314)。
同様に、第二のCPU11は、減速機23がロボットアーム21に伝達する駆動トルクを推測した後、バスを介して、第一のCPU10が推測した減速機23がロボットアーム21に伝達する駆動トルクとの相互比較を行い(ステップS312)、第二のCPU11で推測した駆動トルクと第一のCPU10で推測した駆動トルクとが一致するか否かの判断を行う(ステップS314)。
そして、第一のCPU10が、相互の推測トルクが一致しないと判断した場合(ステップS313:NO)、第一のCPU10は、マグネットスイッチ5に切替信号を出力し、全てのサーボモータ22への通電を遮断して、ロボット2の駆動を停止させる(ステップS315)。
同様に、第二のCPU11が、相互の推測トルクが一致しないと判断した場合(ステップS314:NO)、第二のCPU11は、マグネットスイッチ6に切替信号を出力し、全てのサーボモータ22への通電を遮断して、ロボット2を停止させる(ステップS316)。
同様に、第二のCPU11が、相互の推測トルクが一致しないと判断した場合(ステップS314:NO)、第二のCPU11は、マグネットスイッチ6に切替信号を出力し、全てのサーボモータ22への通電を遮断して、ロボット2を停止させる(ステップS316)。
一方、第一のCPU10が、相互の推測トルクが一致したと判断した場合(ステップS313:YES)、第一のCPU10は、ステップS305にて算出された減速機23にかかる実際の駆動トルクとステップS307、S309にて推測、補正された推測トルクとの差分を算出し、その差分が内部メモリ15に格納していた所定の閾値未満であるか(許容されるトルク差の限界を超えていないか否か)否かを判断する(ステップS317)。
同様に、第二のCPU11が、相互の推測トルクが一致したと判断した場合(ステップS314:YES)、第二のCPU11は、ステップS306にて算出された減速機23にかかる実際の駆動トルクとステップS308、S310にて推測、補正された推測トルクとの差分を算出し、その差分が内部メモリ16に格納していた所定の閾値未満であるか(許容される位置差の限界を超えていないか否か)否かを判断する(ステップS318)。
同様に、第二のCPU11が、相互の推測トルクが一致したと判断した場合(ステップS314:YES)、第二のCPU11は、ステップS306にて算出された減速機23にかかる実際の駆動トルクとステップS308、S310にて推測、補正された推測トルクとの差分を算出し、その差分が内部メモリ16に格納していた所定の閾値未満であるか(許容される位置差の限界を超えていないか否か)否かを判断する(ステップS318)。
そして、第一のCPU10が、減速機23がロボットアーム21に伝達する実際の駆動トルクと減速機23がロボットアーム21に伝達すると推測した駆動トルクとの差分値が所定の閾値以上であったと判断した場合(ステップS317:NO)、第一のCPU10は、マグネットスイッチ5に切替信号を出力し、ロボット2を停止させる(ステップS319)。また、第一のCPU10が、減速機23がロボットアーム21に伝達する実際の駆動トルクと減速機23がロボットアーム21に伝達すると推測した駆動トルクとの差分値が所定の閾値未満であったと判断した場合(ステップS317:YES)、第一のCPU10は、本処理を終了させる。
同様に、第二のCPU11が、減速機23がロボットアーム21に伝達する実際の駆動トルクと減速機23がロボットアーム21に伝達すると推測した駆動トルクとの差分値が所定の閾値以上であったと判断した場合(ステップS318:NO)、第二のCPU11は、マグネットスイッチ6に切替信号を出力し、ロボット2を停止させる(ステップS320)。また、第二のCPU11が、減速機23がロボットアーム21に伝達する実際の駆動トルクと減速機23がロボットアーム21に伝達すると推測した駆動トルクとの差分値が閾値未満であったと判断した場合(ステップS318:YES)、第二のCPU11は、本処理を終了させる。
同様に、第二のCPU11が、減速機23がロボットアーム21に伝達する実際の駆動トルクと減速機23がロボットアーム21に伝達すると推測した駆動トルクとの差分値が所定の閾値以上であったと判断した場合(ステップS318:NO)、第二のCPU11は、マグネットスイッチ6に切替信号を出力し、ロボット2を停止させる(ステップS320)。また、第二のCPU11が、減速機23がロボットアーム21に伝達する実際の駆動トルクと減速機23がロボットアーム21に伝達すると推測した駆動トルクとの差分値が閾値未満であったと判断した場合(ステップS318:YES)、第二のCPU11は、本処理を終了させる。
〔監視部におけるCPUの相互監視処理〕
減速機23にかかるトルクの監視処理が終了すると、最後にCPUの相互監視処理が実行される。
かかる処理では、第一のCPU10が、第二のCPU11の監視を行っているウォッチドッグ回路20にアクセスし、第二のCPU11の停止状態を示すエラー信号を出力しているかを判断する。その結果、ウォッチドッグ回路20がエラー信号を出力している場合に、第一のCPU10は、マグネットスイッチ5に切替信号を出力し、ロボット2を停止させる。また、ウォッチドッグ回路20がタイムアップ信号を出力していない場合には、第一のCPU10はCPUの相互監視処理を終了する。
一方、第二のCPU11が、第一のCPU10の監視を行っているウォッチドッグ回路19にアクセスし、第一のCPU10の停止状態を示すエラー信号を出力しているかを判断する。その結果、ウォッチドッグ回路19がエラー信号を出力している場合に、第二のCPU11は、マグネットスイッチ6に切替信号を出力し、ロボット2を停止させる。また、ウォッチドッグ回路19がタイムアップ信号を出力していない場合には、第二のCPU11はCPUの相互監視処理を終了する。
減速機23にかかるトルクの監視処理が終了すると、最後にCPUの相互監視処理が実行される。
かかる処理では、第一のCPU10が、第二のCPU11の監視を行っているウォッチドッグ回路20にアクセスし、第二のCPU11の停止状態を示すエラー信号を出力しているかを判断する。その結果、ウォッチドッグ回路20がエラー信号を出力している場合に、第一のCPU10は、マグネットスイッチ5に切替信号を出力し、ロボット2を停止させる。また、ウォッチドッグ回路20がタイムアップ信号を出力していない場合には、第一のCPU10はCPUの相互監視処理を終了する。
一方、第二のCPU11が、第一のCPU10の監視を行っているウォッチドッグ回路19にアクセスし、第一のCPU10の停止状態を示すエラー信号を出力しているかを判断する。その結果、ウォッチドッグ回路19がエラー信号を出力している場合に、第二のCPU11は、マグネットスイッチ6に切替信号を出力し、ロボット2を停止させる。また、ウォッチドッグ回路19がタイムアップ信号を出力していない場合には、第二のCPU11はCPUの相互監視処理を終了する。
〔ロボット制御装置の全体的な動作〕
上記構成により、ロボット制御装置1の位置制御部3は、教示動作データに基づく動作を行うように制御指令を順番に出力し、サーボアンプ4を介してロボット2の各関節のサーボモータ22の動作制御を行う。このとき、サーボアンプ4では、各関節のエンコーダ24からの検出信号に基づいてフィードバック制御が実行される。
上記構成により、ロボット制御装置1の位置制御部3は、教示動作データに基づく動作を行うように制御指令を順番に出力し、サーボアンプ4を介してロボット2の各関節のサーボモータ22の動作制御を行う。このとき、サーボアンプ4では、各関節のエンコーダ24からの検出信号に基づいてフィードバック制御が実行される。
一方、監視部7は、ロボット2の動作開始前に、ロボット制御における各種の制御情報を位置制御部3から取得し、ロボット2の動作制御の際には、所定のサンプリング間隔で、各エンコーダ24から現在位置情報(関節角度)の受信を行う。そして、データ受信の異常の発生、関節角度、動作速度、トルクの異常の発生、各CPU10,11の異常の発生の監視がロボット2の動作中においてサンプリング間隔で繰り返し実行される。
〔実施形態の効果〕
以上のように、ロボットアーム21は、エンコーダ24からの検出出力に応じてサーボ制御部に制御されるサーボモータ22の駆動により動作する。
このとき、トルクセンサ9a,9bは、減速機23にかかる駆動トルクを検出する。
制御情報通信回路13は、サーボ制御部からのロボット2に対する制御情報を受信し、制御情報通信回路13は、受信した制御情報を一方又は双方の演算処理部10,11に送信する。
各CPU10,11は、制御情報通信回路13により受信した制御情報から減速機23がロボットアーム21に伝達する駆動トルクを推測する。
各CPU10,11は、他のCPU10,11において推測された推測トルクを取得する。
各CPU10,11は、推測した推測トルクと取得した推測トルクとが一致するか否かを判断する。
ここで、各CPU10,11は、両推測トルクが一致すると判断した場合に、推測トルクと検出された減速機23にかかる実際のトルクとの差を算出する。
そして、各CPU10,11は、算出されたトルクの差が所定値以上である場合又は推測トルクが一致しないと判断された場合に、マグネットスイッチ5,6によりサーボモータ22に対する電力の供給を遮断する。
以上のように、ロボットアーム21は、エンコーダ24からの検出出力に応じてサーボ制御部に制御されるサーボモータ22の駆動により動作する。
このとき、トルクセンサ9a,9bは、減速機23にかかる駆動トルクを検出する。
制御情報通信回路13は、サーボ制御部からのロボット2に対する制御情報を受信し、制御情報通信回路13は、受信した制御情報を一方又は双方の演算処理部10,11に送信する。
各CPU10,11は、制御情報通信回路13により受信した制御情報から減速機23がロボットアーム21に伝達する駆動トルクを推測する。
各CPU10,11は、他のCPU10,11において推測された推測トルクを取得する。
各CPU10,11は、推測した推測トルクと取得した推測トルクとが一致するか否かを判断する。
ここで、各CPU10,11は、両推測トルクが一致すると判断した場合に、推測トルクと検出された減速機23にかかる実際のトルクとの差を算出する。
そして、各CPU10,11は、算出されたトルクの差が所定値以上である場合又は推測トルクが一致しないと判断された場合に、マグネットスイッチ5,6によりサーボモータ22に対する電力の供給を遮断する。
これにより、各CPU10,11は、サーボ制御部から受信した制御情報に基づいて推測されるトルクと実際に検出された減速機23のトルクとの差に応じてサーボモータ22の駆動を停止させることができる。すなわち、減速機23の歯のかみ合わせ等によりトルク変動が生じ、減速機23がロボットアーム21に伝達すると推測した駆動トルクと実際に減速機23がロボットアーム21に伝達する駆動トルクとの差が大きくなった場合には、マグネットスイッチ5,6によりサーボモータ22に対する電力の供給を遮断することとなる。よって、実際に減速機23がロボットアーム21に伝達する駆動トルクを的確に把握して監視することにより、ロボットアーム21の駆動を高い精度で制御することができる。
また、二つのCPU10,11により互いに推測した駆動トルクが一致するか否かを判断した上で実際に減速機23がロボットアーム21に伝達するトルクと比較を行っているので、一つのCPUで判断する場合に比べてロボット制御装置1の信頼性を向上させることができる。
また、二つのCPU10,11により互いに推測した駆動トルクが一致するか否かを判断した上で実際に減速機23がロボットアーム21に伝達するトルクと比較を行っているので、一つのCPUで判断する場合に比べてロボット制御装置1の信頼性を向上させることができる。
また、各CPU10,11は、受信した制御情報が異常であるか否かを判断し、制御情報が異常であると判断された場合には、報知部8が制御情報の受信エラーである旨をユーザに報知する。各CPU10,11は、他のCPU10,11において受信した制御情報を取得し、各CPU10,11は、受信した制御情報と取得した制御情報とが一致するか否かを判断する。そして、各CPU10,11により制御情報が一致しないと判断された場合には、報知部8は、制御情報の受信エラーである旨をユーザに報知する。
これにより、制御情報を受信した段階で異常がある場合には、処理を進めることなく即座に異常をユーザに報知し、さらに、各CPU10,11が互いの制御情報を相互に比較して異常の有無を判断しているので、サーボ制御部の異常を迅速かつ的確に検出することができ、監視部7の信頼性を向上させることができる。
また、各CPU10,11により互いに受信した制御情報の異常の有無を判断しているので、監視部7の信頼性を向上させることができる。
これにより、制御情報を受信した段階で異常がある場合には、処理を進めることなく即座に異常をユーザに報知し、さらに、各CPU10,11が互いの制御情報を相互に比較して異常の有無を判断しているので、サーボ制御部の異常を迅速かつ的確に検出することができ、監視部7の信頼性を向上させることができる。
また、各CPU10,11により互いに受信した制御情報の異常の有無を判断しているので、監視部7の信頼性を向上させることができる。
また、サーボ制御部と監視部7を別個に構成することにより、ロボット2の制御と監視を並列処理することができるため、サーボ制御部4の処理の負荷を軽減することができるとともに、各部の処理を高速化することができる。
また、各CPU10,11に設けられたウォッチドッグ回路19,20が、各CPU10,11の不良停止状態の検知を行う。
そして、いずれかの各CPU10,11が他のCPU10,11を監視するウォッチドッグ回路19,20を通じて不良停止状態の発生を検知すると、各CPU10,11はサーボモータ22を停止させる。
これにより、いずれかのCPU10,11が不良停止して、残り一方のCPU10,11のみによるサーボモータ22の監視状態が回避され、二系統による監視状態でのみサーボモータ22を駆動させることができ、サーボモータ22の異常動作をより確実に防止することができる。
そして、いずれかの各CPU10,11が他のCPU10,11を監視するウォッチドッグ回路19,20を通じて不良停止状態の発生を検知すると、各CPU10,11はサーボモータ22を停止させる。
これにより、いずれかのCPU10,11が不良停止して、残り一方のCPU10,11のみによるサーボモータ22の監視状態が回避され、二系統による監視状態でのみサーボモータ22を駆動させることができ、サーボモータ22の異常動作をより確実に防止することができる。
〔その他〕
上記構成では、図1において、サーボモータ22及びエンコーダ24が一組しか図示されていないが、これらは各関節に設けられている。従って、監視部7は、図3〜図5に示す全ての処理を、タイミングをずらしてサーボモータ22毎に実行していることはいうまでもない。
上記構成では、図1において、サーボモータ22及びエンコーダ24が一組しか図示されていないが、これらは各関節に設けられている。従って、監視部7は、図3〜図5に示す全ての処理を、タイミングをずらしてサーボモータ22毎に実行していることはいうまでもない。
また、上記構成では、監視部7の第二のCPU11が各エンコーダ25からの現在位置情報を第一のCPU10を介して受信する構成となっているが、第二のCPU11が第一のCPU10を介することなくエンコーダ24から直接受信する構成としても良い。その場合、第二のCPU11もエンコーダ24からの現在位置情報に対してCRCコードによる確認処理を実行することが望ましい。
また、制御対象となるロボットは回動、回転関節のみを有するものに限られず、例えば直動式の関節を有するロボットを制御対象としても良い。その場合、関節角度ではなく、現在位置情報から直進方向の移動量を求め、これを監視する構成とすることが望ましい。
また、ロボットアーム21の動作制御の精度を向上させるため、図5におけるトルク監視処理において、減速機23がロボットアーム21に伝達すると推測したトルクと減速機23がロボットアーム21に実際に伝達するトルクが一致しない限りサーボモータ22を停止させる構成としてもよい。
また、マグネットスイッチ5,6を切ることで異常を通知することができるようにしたが、位置制御部3に対して異常を通知するようにしてもよい。
また、マグネットスイッチ5,6を切ることで異常を通知することができるようにしたが、位置制御部3に対して異常を通知するようにしてもよい。
また、上記構成では、各演算処理を二つのCPU10,11により行っていたが、CPUの数は三つ以上であってもよい。これにより、ロボット2の位置監視のレベルを向上させることができる。
1 ロボット制御装置
2 ロボット
3 位置制御部(サーボ制御部)
4 サーボアンプ(サーボ制御部)
5 マグネットスイッチ(切り替え部)
6 マグネットスイッチ(切り替え部)
7 監視部
8 報知部(報知手段)
9a トルクセンサ(トルク検出手段)
9b トルクセンサ(トルク検出手段)
10 第一のCPU(演算処理部、トルク推測手段、推測トルク取得手段、推測トルク一致判断手段、トルク差算出手段、電力遮断手段、制御情報異常判断手段、制御情報取得手段、制御情報一致判断手段)
11 第二のCPU(演算処理部、トルク推測手段、推測トルク取得手段、推測トルク一致判断手段、トルク差算出手段、電力遮断手段、制御情報異常判断手段、制御情報取得手段、制御情報一致判断手段)
13 制御情報通信回路(制御情報受信手段、制御情報送信手段)
19 ウォッチドッグ回路
20 ウォッチドッグ回路
21 ロボットアーム
22 サーボモータ
23 減速機
24 エンコーダ(位置検出手段)
2 ロボット
3 位置制御部(サーボ制御部)
4 サーボアンプ(サーボ制御部)
5 マグネットスイッチ(切り替え部)
6 マグネットスイッチ(切り替え部)
7 監視部
8 報知部(報知手段)
9a トルクセンサ(トルク検出手段)
9b トルクセンサ(トルク検出手段)
10 第一のCPU(演算処理部、トルク推測手段、推測トルク取得手段、推測トルク一致判断手段、トルク差算出手段、電力遮断手段、制御情報異常判断手段、制御情報取得手段、制御情報一致判断手段)
11 第二のCPU(演算処理部、トルク推測手段、推測トルク取得手段、推測トルク一致判断手段、トルク差算出手段、電力遮断手段、制御情報異常判断手段、制御情報取得手段、制御情報一致判断手段)
13 制御情報通信回路(制御情報受信手段、制御情報送信手段)
19 ウォッチドッグ回路
20 ウォッチドッグ回路
21 ロボットアーム
22 サーボモータ
23 減速機
24 エンコーダ(位置検出手段)
Claims (4)
- ロボットの駆動源となるサーボモータを前記ロボットに設けられた位置検出手段からの検出出力に応じて制御するサーボ制御部と、
前記サーボモータに対する電力の供給と遮断とを切り替え可能な切り替え部と、
前記ロボットと前記サーボモータとを動力伝達可能に連結し、前記サーボモータの回転速度を減速させて前記ロボットに駆動力を伝達する減速機にかかるトルクを検出するトルク検出手段と、
所定の監視条件に応じて前記切り替え部を通じて前記サーボモータを停止させる監視部と、を備え、
前記監視部は、二つの演算処理部と、前記サーボ制御部からの前記ロボットに対する制御情報を受信する制御情報受信手段と、前記制御情報受信手段により受信した制御情報を一方又は双方の演算処理部に送信する制御情報送信手段と、を有し、
各演算処理部は、
前記制御情報受信手段により受信した制御情報から前記減速機が前記ロボットアームに伝達するトルクを推測するトルク推測手段と、
他の演算処理部における前記トルク推測手段により推測された推測トルクを取得する推測トルク取得手段と、
前記トルク推測手段により推測した推測トルクと前記推測トルク取得手段により取得した推測トルクとが一致するか否かを判断する推測トルク一致判断手段と、
前記推測トルク一致判断手段により両推測トルクが一致すると判断した場合に、前記推測トルクと前記トルク検出手段により検出された前記減速機にかかるトルクとの差を算出するトルク差算出手段と、
前記トルク差算出手段により算出されたトルクの差が所定値以上である場合又は前記推測トルク一致判断手段により推測トルクが一致しないと判断された場合に、前記切り替え部により前記サーボモータに対する電力の供給を遮断する電力遮断手段と、
を有することを特徴とするロボット制御装置。 - 各演算処理部は、
受信した制御情報が異常であるか否かを判断する制御情報異常判断手段と、
他の演算処理部において受信した制御情報を取得する制御情報取得手段と、
受信した制御情報と前記制御情報取得手段により取得した制御情報とが一致するか否かを判断する制御情報一致判断手段と、
前記制御情報異常判断手段によって受信した制御情報が異常であると判断された場合又は前記制御情報一致判断手段によって制御情報が一致しないと判断された場合に、制御情報の受信エラーである旨をユーザに報知する報知手段と、
を有することを特徴とする請求項1に記載のロボット制御装置。 - 前記サーボ制御部と前記監視部を別個に構成したことを特徴とする請求項1又は2に記載のロボット制御装置。
- 各演算処理部に対して処理の不良停止状態の発生を検出するウオッチドッグ回路が各演算処理部に設けられ、
各演算処理部が、他の演算処理部の監視回路を通じて不良停止状態を検知すると、当該他の演算処理部が不良停止状態である旨をユーザに報知することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のロボット制御装置。
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-
2006
- 2006-05-12 JP JP2006133825A patent/JP2007301691A/ja not_active Withdrawn
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