JP2009090403A - ロボット動作範囲設定装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ロボットの惰走距離を考慮しつつロボットの到達範囲を作成する。
【解決手段】ロボット制御装置(30)が、ロボット(20)の各軸および作業ツールの動作範囲を設定する設定手段(40)と、ロボットの動作速度および作業ツールの重量のうちの少なくとも一方に応じて定まるロボットの惰走距離を記憶する記憶手段(33)と、該設定手段により設定された動作範囲と記憶手段に記憶された惰走距離とに基づいて、ロボットが到達する到達範囲を算出する到達範囲算出手段(36)とを具備する。さらに、到達範囲を表示する表示手段(41)を具備してもよい。また、ロボットの各軸および作業ツールが動作範囲から逸脱する場合には、ロボットを停止させる停止手段(34)を具備してもよい。
【選択図】図2

Description

本発明は、産業用ロボット(以下、「ロボット」と言う。)の動作範囲を設定するためのロボット動作範囲設定装置に関する。
工場などにおいて、ロボットは、そのハンドに作業ツールが取付けられた状態で、各種作業を実行するのに使用されている。あるいは、ロボットのハンドにワークを把持した状態で、ロボットが各種作業を行う場合もある。そのような作業実行時には、作業ツール等がロボットの周辺機器に干渉するのを防止する必要がある。特許文献1においては、作業ツールの動作範囲は作業ツールが周辺機器と干渉しないように設定する手法が開示されている。
ところで、通常は、ロボットの制御装置は動作範囲監視機能を備えている。ロボットの各軸またはツール先端点がそれぞれの設定された動作範囲から逸脱して動作する場合には、この動作範囲監視機能によって、ロボットのモータへの動力が遮断され、それにより、ロボットが停止されるようになる。その結果、ロボットの各軸または作業ツールなどが周辺機器に衝突するのが防止される。
特開平7−121215号公報
しかしながら、実際には、ロボットのモータへの動力が遮断された後においてもロボットの各軸等はわずかながら惰走する。従って、ロボットが停止する位置は、各軸等の設定された動作範囲から惰走距離の分だけ逸脱し、それにより、ロボットの各軸などが周辺機器に衝突するようになる。
それゆえ、ロボットの動作範囲は、惰走距離を考慮して、実際の到達範囲よりも小さく設定することが望まれる。しかしながら、この惰走距離はロボットの動作速度および/または作業ツールなどの負荷重量により変動するので、操作者が実際の到達範囲を想定しつつ動作範囲を設定するのは困難である。このため、操作者が動作範囲を設定する設定作業にかなりの時間を要するという問題があった。さらに、特許文献1においては、そのような惰走距離は考慮されていない。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ロボットの惰走距離が考慮されたロボットの到達範囲を作成することのできるロボット動作範囲設定装置を提供することを目的とする。
前述した目的を達成するために1番目の発明によれば、ロボットの各軸および作業ツールの動作範囲を設定する設定手段と、前記ロボットの動作速度および前記作業ツールの重量のうちの少なくとも一方に応じて定まる前記ロボットの惰走距離を記憶する記憶手段と、該設定手段により設定された動作範囲と前記記憶手段に記憶された惰走距離とに基づいて、ロボットが到達する到達範囲を算出する到達範囲算出手段とを具備する、ロボット動作範囲設定装置が提供される。
すなわち1番目の発明においては、到達範囲算出手段によって惰走距離が考慮されたロボットの到達範囲を作成することができる。その結果、操作者は作成された到達範囲に基づいて、一旦設定されたロボットの動作範囲を調整することができる。
2番目の発明によれば、1番目の発明において、さらに、前記到達範囲算出手段により算出された到達範囲を表示する表示手段を具備する。
すなわち2番目の発明においては、操作者が表示手段に表示された到達範囲を参照することができるので、動作範囲を容易に調整できる。
3番目の発明によれば、1番目または2番目の発明において、さらに、前記到達範囲算出手段により算出された到達範囲と前記ロボットの周辺機器との間に干渉が存在するか否かを確認する干渉確認手段を具備する。
すなわち3番目の発明においては、ロボットを実際に動作させる前に干渉の有無を確認できるので、動作範囲の調整が容易になる。その結果、ロボットの作業ツールなどが周辺機器に実際に衝突するのを回避できる。
4番目の発明によれば、3番目の発明において、前記干渉確認手段によって前記到達範囲と前記周辺機器との間に干渉が存在することが確認された場合には、前記ロボットの各軸および前記作業ツールの動作範囲を調整して前記干渉を排除する調整手段を具備する。
すなわち4番目の発明においては、周辺機器などと干渉することのない動作範囲を作成することができる。その結果、一旦設定された動作範囲を操作者が調整する必要性を排除できる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図1は本発明に基づくロボット制御装置を備えたロボットシステムの略図である。図1に示されるロボット20は六自由度の垂直多関節型ロボットである。このロボット20のアームの先端には作業ツール21が取付けられている。あるいは、作業ツール21の代わりに、ワークを把持するためのハンド(図示しない)がアームの先端に取付けられていてもよい。
ロボット20を制御するロボット制御装置30には、LCD41とキーボード42とを備えた教示制御盤40が接続されている。操作者は、LCD41を通じてロボット制御装置30内部の情報を閲覧できる。さらに、操作者は、教示制御盤40のキーボード42を通じてロボット制御装置30の各種プログラムおよび各種データの入力および変更を行うことができる。
具体的には、操作者は、キーボード42を通じて、ロボット20の各軸の動作範囲および作業ツール21のツール先端点の動作範囲を入力および変更できる。以下、ロボット20の各軸の動作範囲および作業ツール21のツール先端点の動作範囲をまとめて、単に「動作範囲」と呼ぶ。さらに、操作者は、キーボード42を通じて、惰走距離h、ロボット20のアームの寸法データ、ロボット20の装備品の寸法データおよび周辺機器50の寸法データを入力および変更できる。なお、入力された各種データ等はロボット制御装置30の記憶部33に記憶される。
図2は図1に示されるロボットシステムの略図である。図2に示されるように、ロボット制御装置30はCPU32と記憶部33とを備えた制御部31、例えばデジタルコンピュータを有している。図2に示される実施形態においてはCPU32は、ロボット動作範囲設定装置として機能する。CPU32は、ロボット20の各軸および作業ツール21のツール先端点の到達範囲X1を算出する到達範囲算出手段36と、算出された到達範囲X1と周辺機器50との間に干渉が存在するか否かを確認する干渉確認手段37と、動作範囲X0を調整して干渉を解消する自動調整手段38としての役目を果たす。なお、ロボット20の各軸および作業ツール21のツール先端点の到達範囲X1を以下まとめて到達範囲X1と呼ぶ。
教示制御盤40により入力された各種のデータはロボット制御装置30の記憶部33に記憶される。記憶部33は、各種のシステムプログラムが格納されたROMと、CPU32がデータを一時的に記憶するのに使用されるRAMと、ロボットの動作内容に関する各種プログラム、関連設定値および後述するマップが格納される不揮発性メモリとを含んでいる。
ロボット20のアームに備えられたサーボモータ25は位置検出器26、例えばエンコーダを備えている。位置検出器26はサーボモータ25の回転軸の位置を検出し、その位置情報をサーボアンプ35を通じて制御部31に伝達する。サーボアンプ35はロボット20のサーボモータ25に動力供給を行う。さらに、図2に示されるように、ロボット制御装置30は、制御部31からの指令によりサーボアンプ35への通電を遮断する非常停止手段34を動作監視機能として含んでいる。
図3は本発明に基づくロボット制御装置の動作を示すフローチャートである。また、図4(a)から図4(c)は動作範囲から到達範囲の算出手法を説明するための図である。以下、図3および図4を参照して、本発明に基づくロボット制御装置30の動作について説明する。なお、図3に示されるフローチャートが実施される前においては、操作者は、教示制御盤40を通じてロボット20の動作範囲X0を既に設定しているものとする。
図3のステップ101においては、まず、動作範囲X0を教示制御盤40のLCD41に表示する。次いで、図4(a)に示されるように、LCD41において所定の寸法の三次元格子61を動作範囲X0内に配置する。この三次元格子61は、動作範囲X0に内接するように配置される。
次いで、ステップ102において、三次元格子61の各頂点において惰走距離hを付加する。具体的には、図4(b)に示されるように、惰走距離hに相当する半径を有する球体62を三次元格子61の各頂点に配置する。なお、簡潔にする目的で、図4(b)においては三次元格子61全体の頂点においてのみ球体62が配置されている。
ここで、図5は惰走距離のマップを示す図である。図5に示されるように、惰走距離hは、ロボット20の移動速度Vおよび作業ツール21の重量Wの関数としてマップの形で予め求められている。作業ツール21の重量Wはロボット20の作業内容に応じて定まる。また、ロボット20の移動速度Vは、位置検出器26により周期的に検出されたロボット20の位置に基づいて算出される。惰走距離hは図5に示されるようなマップから求められる。
あるいは、作業ツール21の代わりにハンド(図示しない)が取付けられている場合には、惰走距離hはロボット20の移動速度Vとハンドおよびハンドに把持されたワーク(図示しない)の合計の重量の関数として求められているものとする。なお、操作者によって教示制御盤40から入力された惰走距離hを使用してもよい。
次いで、ステップ103において、惰走距離hが付加された到達範囲X1を算出する。具体的には、到達範囲X1は、図4(c)に示される複数の球体62の全てに外接するように算出され、LCD41上に表示される。図示されるように、算出された到達範囲X1は動作範囲X0よりも一回り大きい。このような三次元格子61および球体62の配置ならびに到達範囲X1の算出は、ロボット制御装置30の到達範囲算出手段36が行うものとする。次いで、ステップ104において、三次元格子61および球体62を消去して、到達範囲X1と動作範囲X0とがLCD41に表示される。
図6はロボットの設定された動作範囲と到達範囲とを示す図である。図6においては、到達範囲X1および動作範囲X0に加えて、ロボット20および該ロボット20の左右に配置された周辺機器50もLCD41に表示されている。
そして、ステップ105においては、干渉確認手段37によって到達範囲X1が周辺機器50に干渉するか否かが確認される。図6においては、到達範囲X1のうちの一部分X11が右方の周辺機器50上に描かれているので、この一部分X11においてロボット20は右方の周辺機器50に干渉する可能性がある。以下、到達範囲X1のうちの一部分X11を干渉部分X11と呼ぶ。
そのような場合には、操作者は、一旦設定された動作範囲X0を到達範囲X1に基づいて調整する。到達範囲X1と動作範囲X0とがLCD41に表示されているので、操作者は、到達範囲X1を参照しつつ動作範囲X0を容易に調整できる。従って、操作者は、ロボット20と周辺機器50との間の干渉を容易に排除することが可能となる。
また、動作範囲X0の調整は、ロボット制御装置30の自動調整手段38によって自動的に行うようにしてもよい。そのような場合にはステップ106に進む。ステップ106においては、自動調整手段38によって、干渉部分X11に応じて動作範囲X0が自動的に変更される。
具体的には、干渉部分X11に対応する動作範囲X0の一部分X00が抽出される。次いで、この一部分X00を所定の微小距離Δhだけロボット20に向かって移動させる。これにより、新たな動作範囲X0’が作成される。その後、ステップ101に戻って前述した操作を繰返す。
そして、ステップ105において新たな到達範囲X1’に干渉が存在すると判定された場合には、ステップ106に進み、到達範囲X1’の干渉部分X11’に対応する一部分X00’を微小距離Δhだけロボット20に向かってさらに移動させる。このようにして、新たな干渉部分が生じなくなるまで、処理を繰返す。これにより、操作者が動作範囲X0を動作範囲X0’に調整する必要性を排除することが可能となる。
このように、本発明においては、到達範囲算出手段36によって、惰走距離hが考慮された到達範囲X1を算出し、周辺機器50との干渉が存在する場合には、動作範囲X0を到達範囲X1に基づいて調整している。それゆえ、本発明においては、ロボット20の作業ツール21などが周辺機器50に衝突するのを事前に回避することが可能となる。
図面を参照して説明した実施形態においては到達範囲算出手段36が三次元格子61の頂点に球体62を配置することにより到達範囲X1を算出している。しかしながら、惰走距離hが考慮された到達範囲X1を他の方法によって算出するようにしてもよい。
また、図2に示される非常停止手段34は、ロボット20を実際に動作させるときに、ロボット20の各軸および作業ツール21が動作範囲X0から逸脱すると起動する。これにより、サーボアンプ35への通電が遮断される。その結果、サーボモータ25は電力を受けなくなるので、ロボット20は停止するようになる。それゆえ、非常停止手段34によって、ロボット20の作業ツール21などが周辺機器50に実際に衝突するのを回避することもできる。
図7は、本発明に基づくロボット制御装置を備えたロボットシステムの別の実施形態の略図である。この実施形態においては、ロボット制御装置30とロボット動作範囲設定装置302とは別の装置であり、ロボット動作範囲設定装置302がロボット制御装置30に接続されている。
図示されるように、ロボット動作範囲設定装置302は、CPU320、記憶部303、表示部304、キーボード305を含んでいる。また、CPU320は、到達範囲算出手段306、干渉確認手段307、自動調整手段308を備えている。
操作者は、キーボード305を通じて、動作範囲を設定できる。さらに、操作者は、キーボード305を通じて、惰走距離h、ロボット20のアームの寸法データ、ロボット20の装備品の寸法データおよび周辺機器50の寸法データを入力および変更できる。なお、入力された各種データ等はロボット動作範囲設定装置302の記憶部303に記憶される。
図7に示される到達範囲算出手段306、干渉確認手段307および自動調整手段308は、それぞれ、図2に示される到達範囲算出手段36、干渉確認手段37、自動調整手段38と同様である。すなわち到達範囲算出手段306は、記憶部303に記憶されているデータから到達範囲を算出する。そして、到達範囲X1と動作範囲X0とが表示部304に表示される。また、干渉確認手段307によって到達範囲X1が周辺機器50に干渉するか否かが確認される。さらに、自動調整手段308によって、干渉部分X11に応じて動作範囲X0が自動的に変更される。
ロボット動作範囲設定装置302は、記憶部303に記憶されているデータを、メモリカード301に保存することができる。ロボット制御装置30は、メモリカード301に保存されているデータを読込み、記憶部33に格納することができる。
ロボット20を実際に動作させるときにロボット20の各軸および作業ツール21の位置が、記憶部33に記憶されている動作範囲から逸脱する場合には、ロボット制御装置30のCPU32が非常停止手段34を起動する。これにより、サーボアンプ35への通電が遮断される。その結果、サーボモータ25は電力を受けなくなるので、ロボット20は停止するようになる。それゆえ、非常停止手段34によって、ロボット20の作業ツール21などが周辺機器50に実際に衝突するのを回避することもできる。
本発明に基づくロボット制御装置を備えたロボットシステムの略図である。 図1に示されるロボットシステムの略図である。 本発明に基づくロボット制御装置の動作を示すフローチャートである。 (a)動作範囲から到達範囲の算出手法を説明するための第一の図である。(b)動作範囲から到達範囲の算出手法を説明するための第二の図である。(c)動作範囲から到達範囲の算出手法を説明するための第三の図である。 惰走距離のマップを示す図である。 ロボットの設定された動作範囲と到達範囲とを示す図である。 本発明に基づくロボット制御装置を備えたロボットシステムの別の実施形態の略図である。
符号の説明
20 ロボット
21 作業ツール
25 サーボモータ
26 位置検出器
30 ロボット制御装置
31 制御部
33 記憶部
34 非常停止手段
35 サーボアンプ
36,306 到達範囲算出手段
37,307 干渉確認手段
38,308 自動調整手段
40 教示制御盤(設定手段)
41 LCD
42 キーボード
50 周辺機器
61 三次元格子
62 球体
302 ロボット動作範囲設定装置
X0 動作範囲
X1 到達範囲

Claims (4)

  1. ロボットの各軸および作業ツールの動作範囲を設定する設定手段と、
    前記ロボットの動作速度および前記作業ツールの重量のうちの少なくとも一方に応じて定まる前記ロボットの惰走距離を記憶する記憶手段と、
    該設定手段により設定された動作範囲と前記記憶手段に記憶された惰走距離とに基づいて、ロボットが到達する到達範囲を算出する到達範囲算出手段とを具備する、ロボット動作範囲設定装置。
  2. さらに、前記到達範囲算出手段により算出された到達範囲を表示する表示手段を具備する請求項1に記載のロボット動作範囲設定装置。
  3. さらに、前記到達範囲算出手段により算出された到達範囲と前記ロボットの周辺機器との間に干渉が存在するか否かを確認する干渉確認手段を具備する請求項1または2に記載のロボット動作範囲設定装置。
  4. 前記干渉確認手段によって前記到達範囲と前記周辺機器との間に干渉が存在することが確認された場合には、前記ロボットの各軸および前記作業ツールの動作範囲を調整して前記干渉を排除する調整手段を具備する請求項3に記載のロボット動作範囲設定装置。
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