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

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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