JP2010172968A - 搬送ロボットの制御装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットのエンドエフェクタとして電磁石を用い、バックアップ用の把持装置を備えることなく、停電時間が長い場合でも、ワークの落下を防止することができる搬送ロボットの制御装置および方法を提供する。
【解決手段】搬送ロボット１０を制御するロボットコントローラ２２と、主電源の停電を感知する停電監視装置２４と、電磁石１１、搬送ロボット１０およびロボットコントローラ２２に必要電力を所定時間供給可能な無停電電源装置２６とを備え、停電時に無停電電源装置２６を作動させ、電磁石１１で把持しているワーク１を予め定められた一時退避場所に搬送し、一時退避場所でワーク把持を解除して停止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、搬送ロボットの制御装置および方法に関する。

従来から、産業用ロボットの停電対策として、種々の手段が提案されている（例えば、特許文献１〜５）。

特許文献１は、停電等により電力の供給が遮断された場合にもその影響を受けることが少ない基板処理装置を目的とする。
そのため、この装置は、図５に示すように、１００Ｖ電源供給元５４と装置５１の間に無停電電源５３を設置し、停電等によって電力の供給が停止しても無停電電源５３より電力を供給し続け、搬送系ロボットを動かし続ける。また、無停電電源５３が停電であることを感知し、本装置システムの制御部５２へ停電検知信号を入力する。この信号を受けたシステムの制御部５２は、成膜過程を中止し、搬送系ロボットを、安全な位置まで移動させそこで停止させ、ゲートバルブを閉じるものである。

特許文献２は、移動ロボットが外部電源を受電しているときに瞬時停電を起こした場合でも移動ロボットの作業が中断されることがないようにすることを目的とする。
そのため、この装置は、図６に示すように、移動ロボット６１に、バッテリ６０が備えられ、移動ロボット６１は、作業ステーション以外の部位に居るときにはリレースイッチ６４が閉成されていて、バッテリ６０を負荷６９の電源としている。また、作業ステーションに居るときには、リレースイッチ６７が閉成されると共にリレースイッチ６４が開放されて、商用交流電源６３を受電しており、これが負荷６９の電源とされる。電源遮断検出回路６２は、商用交流電源６３に瞬時停電が発生すると、制御部６８のＣＰＵは、瞬時にバッテリ６０側のリレースイッチ６４を閉成し、そして、受電カプラ６５側のリレースイッチ６７を開放するものである。

特許文献３は、瞬停あるいは停電発生時にサーボモータにより駆動されるロボットアームを大きな惰走角で安全に停止できるよう、サーボコントローラや制御電源のバックアップ時間を長くすることができるモータ駆動装置を目的とする。
そのため、このモータ駆動装置は、図７に示すように、電源制御手段７５として、サーボモータ７１により駆動されるロボットを停電検出時に減速停止するのに必要なエネルギー量より算出した容量を有し、かつ停電時に主回路電源および制御電源７６用の電源電圧を供給する大容量コンデンサ７９を設けたものである。
なおこの図で、７２はエンコーダ、７４は電源投入手段、７６は制御電源である。
停電発生時、サーボドライバ７３、コントローラ７７を停電発生以前と同じ制御状態に置き、ロボットアームを動作中の軌道上に通常のプレイバック運転時の減速度で安全に停止させることができる。

特許文献４は、停電発生時に、より少ないコンデンサ容量で安全にロボットの減速停止を可能にすることを目的とする。
そのため、この制御装置７１は、図８に示すように、減速停止する際に大きなエネルギーを必要とするロボット７５の動作に関する情報を格納する情報格納部７６と、ロボット７５に動作指令部７２から動作指令を伝達する前に、その指令に含まれる動作が前記情報に抵触するか否かを判定する判定部７７と、前記判定部により抵触すると判断された場合に前記ロボットへの指令速度を制限する速度制限部７３とを備えるものである。

特開２００１−１５５７３号公報、「基板処理装置」 特開２００１−３３９８７５号公報、「移動ロボットの電力供給装置」 特開２００２−２１８６７６号公報、「モータ駆動装置」 特開２００５−６６７９４号公報、「ロボット制御装置」

鉄，ニッケル等，強磁性体のワークを産業用ロボットで搬送する場合、ロボットのエンドエフェクタ（例えばロボットハンド）として電磁石を用いることができる。このような場合、電磁石への通電によりワークを電磁石に磁着し、ロボットによりワークを搬送後、電磁石への通電を断つことでワーク把持を解除することができる。

特にワーク重量が大きい場合、一般的にエア吸着型は把持力が小さく、またグリッパ型はエンドエフェクタが重くなるという欠点がある。そのため、電磁石の利用は有効である。

しかし、電磁石によりワークを搬送する場合、ワークの搬送中に停電が起きると電磁石への通電が断たれるため、本来の解除位置でない高い位置でワーク把持が解除されてワークが落下し、周辺装置やロボット本体等を破損するおそれがある。
また停電時にワークの落下を防止するために、無停電電源装置を備えた場合でも、停電時間が長く無停電電源装置の許容量を超えるとワーク把持が解除されてワークが落下する。また長時間の停電に備えて、エンドエフェクタに電磁石に代わるバックアップ用の把持装置を備える場合、エンドエフェクタが大型になる問題点がある。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ロボットのエンドエフェクタとして電磁石を用い、バックアップ用の把持装置を備えることなく、停電時間が長い場合でも、ワークの落下を防止することができる搬送ロボットの制御装置および方法を提供することにある。

本発明によれば、強磁性体からなるワークを電磁力により搬送可能に把持する電磁石をエンドエフェクタとし、ワークを数値制御により３次元的に搬送する搬送ロボットの制御装置であって、
前記搬送ロボットを制御するロボットコントローラと、
主電源の停電を感知する停電監視装置と、
前記電磁石、搬送ロボットおよびロボットコントローラに必要電力を所定時間供給可能な無停電電源装置とを備え、
停電時に無停電電源装置を作動させ、電磁石で把持しているワークを予め定められた一時退避場所に搬送し、該一時退避場所でワーク把持を解除して停止する、ことを特徴とする搬送ロボットの制御装置が提供される。

また本発明によれば、強磁性体からなるワークを電磁力により搬送可能に把持する電磁石をエンドエフェクタとし、ワークを数値制御により３次元的に搬送する搬送ロボットの制御方法であって、
前記電磁石および搬送ロボットに供給される主電源の電圧を常時監視し、
電圧低下を感知し、該電圧低下が瞬時電圧低下でない場合に、停電と判断して瞬時に無停電電源装置を作動させ、
同時に前記搬送ロボットの制御を一時退避制御に切り替え、前記電磁石で把持しているワークを予め定められた一時退避場所に搬送し、該一時退避場所でワーク把持を解除して停止する、ことを特徴とする搬送ロボットの制御方法が提供される。

上記本発明の装置および方法によれば、停電監視装置と無停電電源装置を備え、停電時に無停電電源装置を作動させ、電磁石で把持しているワークを予め定められた一時退避場所に搬送し、該一時退避場所でワーク把持を解除して停止するので、電磁石の通電が断たれることによるワークの落下を防ぐことができ、かつ一時退避場所までワークを搬送するのに必要な時間のみをバックアップすればよいため、無停電電源装置の容量を小さくすることができ、コストを抑制できる。

したがって、ロボットのエンドエフェクタとして電磁石を用い、バックアップ用の把持装置を備えることなく、停電時間が長い場合でも、ワークの落下を防止することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明の制御装置を備えた搬送ロボットの全体構成図である。
この図において、搬送ロボット１０は、電磁石１１をエンドエフェクタとし、強磁性体からなるワーク１を数値制御により３次元的に搬送するようになっている。

ワーク１は、例えば鋳鉄製のブロックであるが、鉄，ニッケル等の強磁性体であればよい。
電磁石１１は、搬送ロボット１０のエンドエフェクタとして、ロボットハンドに取り付けられている。電磁石１１は、通電によりワーク１を電磁力により搬送可能に把持でき、かつ通電の遮断によりワーク把持を解除するようになっている。

この例において、搬送ロボット１０は、多関節ロボットであるが、本発明はこれに限定されず、その他の搬送ロボットであってもよい。
またこの図において、２０は制御装置であり、搬送ロボット１０に電力を供給すると共に、指令信号により搬送ロボット１０を３次元的に数値制御する。

この例において、位置Ａ，Ｂに支持台２が設置されており、搬送ロボット１０は、制御装置２０からの指令信号により、例えば、位置Ａの支持台２の上に置かれたワーク１を電磁石１１で把持し、ワーク１を予め定められた搬送経路３に沿って数値制御により３次元的に搬送し、位置Ｂの支持台２の上に載せてワーク把持を解除するようになっている。
なお、搬送ロボット１０の動作は、この例に限定されず、制御装置２０からの指令によりワーク１を数値制御により３次元的に搬送する限りで、自由に動作させることができる。

さらにこの例において、位置Ｃ，Ｄは一時退避場所であり、一時退避用の支持台４が設置されている。一時退避場所は、正常時の搬送ロボット１０の動作に支障がなく、かつ停電時にワークを支障なく退避できる位置に設定する。一時退避場所の数、支持台４の高さ等は任意に設定できる。また一時退避場所の位置および高さは、後述するロボットコントローラの記憶装置に予め記憶しておく。
なお例えば複数の一時退避場所のうち、停電時の位置から最も近い退避場所にワークを搬送して無停電電源装置の容量をさらに小さくしてもよい。

図２は、本発明の制御装置の構成図である。
この図に示すように、本発明の制御装置２０は、ロボットコントローラ２２、停電監視装置２４、および無停電電源装置２６を備える。主電源２１（例えば外部電源）は、ロボットコントローラ２２、停電監視装置２４、および無停電電源装置２６にそれぞれ接続され、それぞれに電力を供給する。

ロボットコントローラ２２は、搬送ロボット１０に電力を供給すると共に、予め記憶したプログラムに基づき指令信号を搬送ロボット１０に出力し、搬送ロボット１０を３次元的に数値制御する。
停電監視装置２４は、主電源２１の電圧を常時監視し、電圧低下を感知して電圧低下信号をロボットコントローラ２２の停電制御部２３に出力する。また、主電源２１の電圧低下後に、電圧が復旧した場合に電圧復旧信号を同様に出力する。
無停電電源装置２６は、停電感知時に電磁石１１、搬送ロボット１０およびロボットコントローラ２２に電力を供給する。この無停電電源装置２６の容量は、一時退避場所（例えばＣ又はＤ）までワーク１を搬送するのに必要な時間のみをバックアップできるように設定されている。この設定により、無停電電源装置２６の容量を小さくすることができるので、無停電電源装置２６の設置面積を減らすことができ、またコストも抑制できる。

図３は、停電監視装置による停電監視フロー図である。
この図に示すように、停電監視は、Ｓ１〜Ｓ７の各ステップからなる。

停電監視（Ｓ１）では、主電源２１（例えば外部電源）の電圧を常時監視し、 電圧低下（Ｓ２）を感知し、この電圧低下が瞬時電圧低下（Ｓ３）でない場合に、停電と判断し、ロボットコントローラ２２の停電制御部２３に停電を通知（Ｓ４）し、ロボットコントローラ２２により瞬時に無停電電源装置２６を作動させ、無停電電源装置２６から電磁石１１、搬送ロボット１０およびロボットコントローラ２２に電力を供給する。

次いで、電源復旧を待ち（Ｓ５）、電源が復旧したら（Ｓ６）、ロボットコントローラ２２の停電制御部２３に停電通知解除（Ｓ７）を通知し、ロボットコントローラ２２により電源を主電源２１に復帰させ、主電源２１から、電磁石１１、搬送ロボット１０およびロボットコントローラ２２に電力を供給する。

図４は、停電時の搬送ロボットの動作フロー図である。
この図に示すように、停電時の動作は、Ｓ１１〜Ｓ１３の各ステップからなる。

ワーク把持（Ｓ１１）は、搬送ロボット１０の作動中、常時検出される。この検出は、電磁石１１とワーク１の接触を検知するセンサ（例えば電磁石１１の接触面付近に備えられたリミットスイッチのＯＮ／ＯＦＦ）、電磁石１１の通電／切断、あるいは搬送ロボットの作動プログラム等により検出する。
ワーク把持中に停電通知（Ｓ１２）を受信すると、一時退避動作（Ｓ１３）を開始し、電磁石１１で把持しているワーク１を予め定められた一時退避場所（上述した位置Ｃ，Ｄ）に停電時の経路５により搬送し、その一時退避場所でワーク把持を解除して停止する。

一時退避場所が複数ある場合にそのうちのどこを選択するかは、あらかじめプログラムにより設定する。この設定は、必要となる電力量が最小になるように選択するのが好ましい。また、本発明はこれに限定させず、その他の条件、例えば、予め定められた搬送経路３に沿って最も近い位置、或いは停電通知解除後に再スタートしやすい位置に設定してもよい。

上述した本発明の装置および方法によれば、停電監視装置２４と無停電電源装置２６を備え、停電時に無停電電源装置２６を作動させ、電磁石１１で把持しているワーク１を予め定められた一時退避場所（Ｃ又はＤ）に停電時の経路５により搬送し、一時退避場所でワーク把持を解除して停止するので、電磁石１１の通電が断たれることによるワーク１の落下を防ぐことができ、かつ一時退避場所までワーク１を搬送するのに必要な時間のみをバックアップすればよいため、無停電電源装置２６の容量を小さくすることができるので、無停電電源装置２６の設置面積を減らすことができ、またコストも抑制できる。

例えば、ＡＣ２００Ｖ，１１２０Ｗの出力が５分間可能な無停電電源装置は、例えば重量が約７５ｋｇｆ、大きさが約４００×７８０×４５０ｍｍであり、このうち、内蔵の蓄電池の占める割合が大きい。
この無停電電源装置の出力時間を仮に１分間に短縮できれば、蓄電池は単純に１／５程度でよく、実際の重量は約１５ｋｇｆ、全体の大きさは１／２くらいになると見込まれる。

したがって、ロボットのエンドエフェクタとして電磁石１１を用い、バックアップ用の把持装置を備えることなく、停電時間が長い場合でも、ワーク１の落下を防止することができる。

なお、例えば、ロボットハンドにバックアップ用永久磁石を備え、停電を感知した後、シリンダ等の機構により永久磁石が可動し、ワークを磁着するようにしてもよい。
また、ロボット用と電磁石用に独立の無停電電源装置を備えてもよい。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明の制御装置を備えた搬送ロボットの全体構成図である。 本発明の制御装置の構成図である。 停電監視装置による停電監視フロー図である。 停電時の搬送ロボットの動作フロー図である。 特許文献１の装置の模式図である。 特許文献２の装置の模式図である。 特許文献３の装置の模式図である。 特許文献４の装置の模式図である。

１ ワーク、２ 支持台、３ 搬送経路、
４ 支持台、５ 停電時の経路、
１０ 搬送ロボット、１１ 電磁石、
２０ 制御装置、２１ 主電源、
２２ ロボットコントローラ、２３ 停電制御部、
２４ 停電監視装置、２６ 無停電電源装置

Claims (2)

1. 強磁性体からなるワークを電磁力により搬送可能に把持する電磁石をエンドエフェクタとし、ワークを数値制御により３次元的に搬送する搬送ロボットの制御装置であって、
   前記搬送ロボットを制御するロボットコントローラと、
   主電源の停電を感知する停電監視装置と、
   前記電磁石、搬送ロボットおよびロボットコントローラに必要電力を所定時間供給可能な無停電電源装置とを備え、
   停電時に無停電電源装置を作動させ、電磁石で把持しているワークを予め定められた一時退避場所に搬送し、該一時退避場所でワーク把持を解除して停止する、ことを特徴とする搬送ロボットの制御装置。
2. 強磁性体からなるワークを電磁力により搬送可能に把持する電磁石をエンドエフェクタとし、ワークを数値制御により３次元的に搬送する搬送ロボットの制御方法であって、
   前記電磁石および搬送ロボットに供給される主電源の電圧を常時監視し、
   電圧低下を感知し、該電圧低下が瞬時電圧低下でない場合に、停電と判断して瞬時に無停電電源装置を作動させ、
   同時に前記搬送ロボットの制御を一時退避制御に切り替え、前記電磁石で把持しているワークを予め定められた一時退避場所に搬送し、該一時退避場所でワーク把持を解除して停止する、ことを特徴とする搬送ロボットの制御方法。

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