JP2506157B2 - ロボットの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、走行軸付のロボットの制御装置に係り、特
に、走行軸における停止位置の誤差をロボットの各関節
軸を動かすことによって補正し得るようにしたロボット
の制御装置に関する。

（従来の技術） 最近では、例えばロボットによって車両の溶接を行な
う場合には、搬送固定された車両に沿ってロボットが移
動し、予めティーチングされたポイントに溶接を施すと
いう作動が可能な，いわゆる走行軸付のロボットが用い
られつつある。

この走行軸付のロボットは、第４図に示すように構成
された制御装置１によって制御されている。

この制御装置１は、ロボット10全体の制御を行なうCP
U2と、ロボット10の溶接ポイントや停止位置などを記憶
するメモリ３と、CPU2から出力されるロボットの各関節
軸に関するデータ，走行軸に関するデータを夫々D/A変
換するロボット関節軸D/A変換器4,走行軸D/A変換器５
と、これらの変換器4,5に夫々接続されたアンプ6,7とを
有し、CPU2は、メモリ３に記憶されている上記したよう
な溶接に関するデータに基づいて、ロボットの各関節軸
及び走行軸の移動量及び移動方向などを演算し、その演
算結果をロボット関節軸D/A変換器4,走行軸D/A変換器５
に出力する。ロボット関節軸D/A変換器4,走行軸D/A変換
器５はこの演算結果を受けて、この演算結果をアナログ
量に変換してアンプ6,7に出力することになる。

このアンプ６は、ロボット10の各軸を駆動する図示し
ないモータ及びエンコーダに、アンプ７は、ロボット10
の走行軸を駆動するモータ20及びエンコーダ21に接続さ
れ、ロボット10の各関節軸及び走行軸はこのアンプ6,7
の出力に基づいて駆動される。なお、ロボット関節軸D/
A変換器４及びアンプ６は、各関節軸毎に個々に設けら
れており、例えば、関節軸が４軸あれば、ロボット関節
軸D/A変換器４及びアンプ６はそれぞれ４台づつ設けら
れていることになる。

このような構成を有する従来のロボットの制御装置
は、第５図に示す動作フローチャートに示すように動作
する。

この動作フローチャートは、理解を容易にするため
に、各関節軸の制御に関するものと走行軸の制御に関す
るものとの両方に分けて示してあり、また、制御のしか
たが容易に理解できるように、変則的に記載している。

まず、ロボットの関節軸に関する制御については、最
初にCPU2は次の目標値をメモリ３に記憶されているティ
ーチデータから読込み、この目標値に関するデータを選
択して各関節軸の予想速度指令を算出する（ステップ1,
2）。次に、CPU2は、所定時間毎の速度指令を算出し、
この算出された速度指令に基づいて作業を行なう部位の
X,Y,Z方向成分の速度指令を算出する（ステップ3,4）。
そして、この算出したX,Y,Z方向成分の速度指令に基づ
い各軸毎の速度指令を算出し、CPU2は、この算出結果を
ロボット関節軸D/A変換器４に出力し、これがD/A変換せ
れた後アンプ６に出力されてロボット10の各関節軸毎に
設けられている夫々のモータを駆動する（ステップ
５）。そして、この夫々のモータにはそのモータの移動
量を検出するエンコーダが接続されているが、CPU2は、
これらのエンコーダの検出値をフィードバックし、目標
値と現在カウント値との偏差を演算しつつ、ステップ３
からステップ６までの処理を偏差が０になるまで行なう
（ステップ６）。

即ち、例えば、ロボット10に装備されている溶接ガン
をＡ地点からＢ地点に移動させる場合には、まずＡ地点
からＢ地点までの距離と方向に関するデータを読込み、
溶接ガンをＢ地点まで動かす際の移動経路内各点におけ
る速度を算出し、この素度に基づいて各関節軸毎の速度
指令値を算出して、アンプ６は各関節軸毎に設けられて
いるモータにその速度指令に応じた電圧電流を供給す
る。そして、この速度指令は、これらのモータの移動量
をフィードバックしつつ目標値と現在値との偏差に応じ
て行なわれる。

また、走行軸の制御は、上述した制御の内の一部除い
たもの，即ち、ステップ４とステップ５の処理を除き他
の処理はロボットの関節軸制御と全く同一である。した
がって、詳細な説明は省略するが、概略の動作は次のよ
うになる。

CPU2は次の目標値をメモリ３に記憶されているティー
チデータから読込み、この目標値に関するデータを選択
して各関節軸の予想速度指令を算出する（ステップ10,1
1）。次に、CPU2は、所定時間毎の速度指令を算出し、
この算出結果を走行軸D/A変換器４に算出し、これがD/A
変換された後アンプ７に出力されてロボット10の走行軸
軸を駆動するモータ20を駆動する（ステップ12）。モー
タ20にはそのモータ20の移動量を検出するエンコーダ21
が接続されているが、CPU2は、これらのエンコーダ21の
検出値をフィードバックし、目標値と現在カウント値と
の偏差を演算しつつ、ステップ12からステップ13までの
処理を偏差が０になるまで行なう（ステップ13）。

これらの動作制御の概略は以上の通りであり、以上の
制御を要約すれば、目標位置までの距離があれば、動作
速度を速くし、目標位置に近付いてきたら動作速度を遅
くするという制御を各関節軸及び走行軸でそれぞれ別個
に行なっている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来のロボットの制御装置
にあっては、前記したように、ロボット10の各関節軸の
制御と走行軸の制御とか別々のフィードバックによって
成されているために、ロボットの関節部の重量やその動
作時の慣性により走行軸がティーチングした位置に正確
に停止できなかった場合には、位置補正しきれず作業精
度が悪化するという問題がある。

即ち、第４図に示されているように、走行軸の停止位
置が所定の位置からズレると、ロボットの手首の法線ベ
クターがＡのようにズレ、そのズレの生じた分が溶接位
置の誤差となって表れる。従って、Ｂに示した領域での
実際の作業はほとんど不可能となる。これは、例えば、
走行軸の方向転換時においては、第６図に示すように、
CPU2からは図中点線で示されているような速度指令波形
が出力されることになるが、実際には、ロボット10の重
量や慣性の影響で実線で示されるような速度指令波形と
なってしまい、このために停止位置の誤差が生ずるから
である。

このように、溶接位置の誤差が生じると、最悪の場合
には、車両構造体と溶接ガンとの干渉や、不完全な溶接
が行なわれ、作業に支障を来たすことになる。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みて成された
ものであり、走行軸の停止誤差が生じた場合であって
も、この走行軸の誤差をロボットの各関節軸を作動させ
ることによって補正し、所望の位置に溶接を行なえるよ
うにしたロボットの制御装置の提案を目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 前記目的を達成するための本発明は、ロボットの走行
軸及び各関節軸ごとの移動量及び移動方向をティーチン
グデータに基づいて演算する駆動演算手段と、当該ロボ
ットの各関節軸の現在値を各関節軸ごとに検出する複数
の第１現在値検出手段と、前記駆動演算手段によって演
算された各関節軸ごとの移動量び移動方向と当該複数の
第１現在値検出手段でそれぞれ検出される現在値との第
１偏差量を各関節軸ごとに算出する第１偏差量算出手段
と、前記ロボットの走行軸の現在値を検出する第２現在
値検出手段と、前記駆動演算手段によって演算された走
行軸の移動量及び移動方向と当該第２現在値検出手段で
検出される現在値との第２偏差量を算出する第２偏差量
算出手段と、前記第２偏差量算出手段によって算出され
た第２偏差量の前記複数の第１偏差量算出手段へのそれ
ぞれの分割量を設定する分割量設定手段と、前記ロボッ
トの走行軸が停止したことを検出する停止状態検出手段
と、当該停止状態検出手段によって前記ロボットの走行
軸の停止が検出された場合には、前記分割量設定手段に
よって設定された分割量から各関節軸ごとの偏差量を演
算し、その演算結果を出力する分解量演算手段と、前記
ロボットの各関節軸を、前記第１偏差量算出手段によっ
て算出された各関節軸ごとの第１偏差量または当該分割
量演算手段から出力された各関節軸ごとの偏差量に応じ
て駆動する各軸駆動手段とを有することを特徴とするも
のである。

（作用） 以上のように構成された本発明のロボットの制御装置
は、次のように動作する。以下にこの動作を第１図に基
づいて説明する。

まず、駆動演算手段２は、ロボットの走行軸及び各関
節軸の夫々の移動量及び移動方向をティーチングデータ
に基づいて演算し、この演算結果を第１偏差量算出部８
及び第２偏差量算出部９に出力する。

各軸駆動手段15は、第１偏差量算出手段８からの出力
に応じて各関節軸を駆動し、第１現在値検出手段11はこ
の各軸駆動手段15の移動量を第１偏差量算出手段８にフ
ィードバックする。これによって第１偏差量算出手段８
は駆動演算手段２から出力された移動量から前記フィー
ドバックされた移動量を差引いて第１偏差量を演算し、
この第１偏差量に応じた速度で各軸駆動手段15を作動さ
せる。

一方、走行軸駆動手段25は、第２偏差量算出手段９か
らの出力に応じて走行軸を駆動し、第２現在値検出手段
21はこの走行軸駆動手段25の移動量を前記第２偏差量算
出手段９にフィードバックする。これによって第２偏差
量算出手段９は駆動演算手段２から出力されたた移動量
から前記フィードバックされた移動量を差引いて第２偏
差量を演算し、この第２偏差量に応じた速度で走行軸駆
動手段25を作動させる。

そして、停止状態検出手段２によって走行軸の停止状
態が検出されると、分割量演算手段12は第２偏差量演算
手段９から停止時における現在位置と目標位置との偏差
量を入力し、この偏差量に基づいて各駆動軸に分割量設
定手段によって設定された分割量から各関節軸ごとの偏
差量を演算してその演算結果を第１偏差量算出手段８に
出力し、各軸駆動手段15は前述したように、第１偏差量
演算手段８からの出力に応じて各関節軸を駆動し、第１
現在値検出手段11はこの各軸駆動手段15の移動量を前記
第１偏差量算出手段８にフィードバックする。これによ
って第１偏差量算出手段８は駆動演算手段２から出力さ
れた移動量から前記フィードバックされた移動量を差引
いて偏差量を演算し、その偏差量に応じた速度で各軸駆
動手段15を作動させる。

したがって、走行軸の停止位置に誤差が生じても、そ
の誤差を補正すべく各駆動軸が移動することになり、走
行軸の停止位置如何に拘らず常に所望の位置での作業を
行うことができることになる。

（実施例） 以下に本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第２図は、本発明に係るロボットの制御装置の概略構
成図である。

制御装置１は、ロボット10全体の制御（速度指令，移
動量指令，移動方向指令等）を行なう駆動演算手段及び
停止状態検出手段としてのCPU2と、ロボット10の溶接ポ
イントや停止位置（目標値）等を記憶するメモリ３と、
CPU2から出力されるロボット10の各関節軸に関するデー
タ，走行軸に関するデータを夫々D/A変換するロボット
関節軸D/A変換器4,走行軸D/A変換器５と、これらの変換
4,5に夫々接続されたアンプ6,7とを有し、CPU2は、メモ
リ３に記憶されている上記したような溶接に関するデー
タに基づいて、ロボットの各関節軸及び走行軸の移動量
及び移動方向などを演算し、その演算結果をロボット関
節軸D/A変換器4,走行軸D/A変換器５に出力する。ロボッ
ト関節軸D/A変換器4,走行軸D/A変換器５はこの演算結果
を受けて、この演算結果をアナログ量に変換してアンプ
6,7に出力することになる。

このアンプ６は、ロボット10の各軸を駆動する図示し
ないモータに、アンプ７は、ロボット10の走行軸を駆動
するモータ20に接続され、ロボット10の各関節軸及び走
行軸にはこのアンプ6,7の出力に基づいて駆動される。
尚、ロボット関節軸D/A変換器4,アンプ6,ロボット10の
各関節軸を駆動するモータによって各軸駆動手段が構成
され、走行軸D/A変換器5,アンプ7,モータ20によって走
行軸駆動手段25が構成されている。

また、ロボット関節軸D/A変換器４及びアンプ６は、
各関節軸毎に個々に設けられており、例えば、走行軸が
４軸あれば、ロボット関節軸D/A変換器４及びアンプ６
はそれぞれ４台づつ設けられていることになる。

さらに、ロボット10の各関節軸の移動量を検出する第
１現在値検出手段としてのエンコーダ11は、第１偏差量
算出手段としてのロボット関節偏差量算出部８に接続さ
れ、これによってCPU2から出力された各関節軸毎の目標
値と現在値との偏差量が算出される。また、走行軸の移
動量を検出する第２現在値検出手段としてのエンコーダ
21は、第２偏差量算出手段としての走行軸偏差算出部９
に接続され、これによってCPU2から算出された走行軸の
目標値と現在値との偏差量が算出される。さらに、CPU2
とロボット関節軸D/A変換器４には、分割量演算手段と
しての走行軸偏差分割回路12が接続され、この走行軸偏
差分割回路12には、設定器13が接続され、この走行軸偏
差分割回路12によって演算される分割値が任意に設定さ
れる。この設定器13は、走行軸偏差分割回路12に分割す
べき量を作業者が任意に設定する設定器である。また、
走行軸偏差分割回路12は、走行軸偏差量算出部９によっ
て算出された偏差量の一部（分割分）を、ロボット関節
軸D/A変換器４に出力するものである。

このように構成された本発明のロボットの制御装置
は、概略以下に記すような動作をする。

例えば、CPU2は、ロボット10がＡ地点からＢ地点に移
動して溶接作業を行なう指令を受けると、CPU2はメモリ
ー３からティーチデータを入力し、走行軸D/A変換器５
にそのデータ（Ａ地点からＢ地点に移動距離に応じたパ
ルス数）を出力し、アンプ７はこのデータに基づいてモ
ータ20を駆動させる。このモータ20の作動に伴なってエ
ンコーダ21からパルスが出力され、このパルスは走行軸
偏差算出部９に送られ、走行軸偏差算出部９では、CPU2
がティーチデータに基づいて出力したパルス数からこの
エンコーダ21から出力されたパルスを減算し、走行軸が
目標となる位置に到達したか否かの判断をすることにな
る。また、走行軸偏差算出部９はその減算結果をCPU2に
出力し、CPU2は、この減算結果を走行軸D/A変換器５に
出力することになる。

そして、CPU2が走行軸偏差算出部９を介して走行軸が
停止状態にあることを検出すると、CPU2は、走行軸偏差
算出部９に残存しているパルス数から走行軸の目標位置
に対する偏差を算出し、走行軸分割回路12はこの偏差
を、設定器13によって設定された分割量だけロボット関
節軸D/A変換器４に出力する。これにより、ロボット10
の各関節軸はこの分割量に対応する分だけアンプ６によ
って駆動され、第２図のように、走行軸の偏差がアーム
の移動によって補正され、規定の位置に溶接作業を行な
うことができることになる。

次に、第３図の動作フローチャートに基づいて本発明
のロボットの制御装置をさらに詳細に説明する。

このロボットの関節軸に関する制御についてのほとん
どの部分は従来の制御と全く同一である。

まず、CPU2は次の目標値をメモリ３に記憶されている
ティーチデータを読込み、この目標値に関するデータを
選択して各関節軸の予想速度指令を算出する（ステップ
1,2）。次に、CPU2は、所定時間毎の速度指令を算出
し、この算出された速度指令に基づいて作業を行なう部
位のX,Y,Z方向成分の速度指令を算出する（ステップ3,
4）。そして、この算出したX,Y,Z方向成分の速度指令に
基づいて各軸毎の速度指令を算出し、CPU2は、この算出
結果をロボット関節軸D/A変換器４に出力し、これがD/A
変換された後アンプ６に出力されてロボット10の各関節
軸毎に設けられている夫々のモータを駆動する（ステッ
プ５）。そして、この夫々のモータにはそのモータの移
動量を検出するエンコーダ11が接続されているが、CPU2
は、これらのエンコーダ11の検出値をロボット関節偏差
算出部８を介してフィードバックし、目標値と現在カウ
ント値との偏差を演算しつつ、ステップ３からステップ
６までの処理を偏差が０になるまで行なう（ステップ
６）。

以上の処理によって、ロボット10の各関節軸の移動速
度の演算と、位置設定の演算を行なっていることにな
る。

また、走行軸の制御は、次のようにして行なわれる。

CPU2は次の目標値をメモリ３に記憶されているティー
チデータから読込み、移動方向転換判別処理，即ち、走
行軸が停止状態にあるかどうかの判別を行なう。この判
別はエンコーダ21からパルスが出力されているか否かを
判断することによって行なわれる（ステップ10,11）。
次に、CPU2は、走行軸の位置偏差分をロボットの各関節
軸に分割処理するモードが選択（このモードの選択は、
設定器13によって成されると考えて良い。）されている
か否かの判断をし（ステップ12）、このモードが選択さ
れていなければ、次に、CPU2は、この目標値に関するデ
ータを選択して各関節軸の予想速度指令を算出する所定
時間毎の速度指令を算出し、この算出結果を走行軸D/A
変換器４に出力し、これがD/A変換された後アンプ７に
出力されてロボット10の走行軸を駆動するモータ20を駆
動する（ステップ13,14）。モータ20にはそのモータ０
の移動量を検出するエンコーダ21が接続されているが、
CPU2は、これらのエンコーダ21の検出値をフィードバッ
クし、目標値と現在カウント値との偏差を演算しつつ、
ステップ14からステップ15までの処理を偏差が０になる
まで行なう（ステップ15）。ステップ12において走行軸
の位置偏差分をロボットの各関節軸軸に一部分割処理す
るモードが選択されている場合には、CPU2は設定器13に
よって設定された分解量を設定し（ステップ16）、もし
も走行軸の停止位置に偏差が生じた場合には、CPU2は走
行軸偏差算出部９の偏差量に基づいてロボット10の関節
のＸ軸方向の偏差を演算し、その演算値をロボット関節
軸D/A変換器４に出力し、ロボット10のアームを所定角
度移動させて走行軸に生じた偏差量を補正することにな
る（ステップ17）。

このように、走行軸系で生じた誤差をロボットの関節
軸系で補正するようにすれば、走行軸のズレによるロボ
ット手首の法線ベクターを理想的なベクター方向に合わ
せることができる。

また、この他の実施例としては、設定器13によって設
定する分割量は、各関節軸毎にパラメーターとして設定
することも考えられる。このようにすれば、ロボット関
節軸の補正追従度及び精度を可変とすることができ、走
行軸のキザミ時間の変更を可変とすることができ、さら
に了解な制御特性を与えることができる。

なお、以上の実施例においては、走行軸がＸ軸方向に
移動可能となっているものを例示したが、Ｙ方向に移動
可能な走行軸を有するロボットにおいても適用可能であ
るのはもちろんである。

［発明の効果］ 以上の説明により明らかなように、本発明によれば、
走行軸における停止位置の誤差を、分割量設定手段によ
って設定された各関節軸ごとの分割量に基づき各関節軸
を動かすことによって補正できるようにしたので、ロボ
ットの特性や作業内容などに応じた理想的な補正動作を
行なわせることができ、また、走行軸の移動方向転換部
分でも作業ができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るロボットの制御装置のブロック
図、第２図は、本発明に係るロボットの制御装置の概略
構成図、第３図は、本発明に係るロボットの制御装置の
動作フローチャート、第４図は、従来のロボットの制御
装置の概略構成図、第５図は、従来のロボット制御装置
の動作フローチャート、第６図は、従来のロボットの制
御装置の動作説明に供する図である。 １……制御装置、 ２……CPU（駆動演算手段，停止状態検出手段） ３……メモリ、 ４……ロボット関節軸D/A変換器（各軸駆動手段）、 ５……走行軸D/A変換器（走行軸駆動手段）、 ６……アンプ（各軸駆動手段）、 ７……アンプ（走行軸駆動手段）、 ８……ロボット関節偏差算出部（第１偏差量算出部）、 ９……走行軸偏差算出部（第２偏差量算出部）、 11……エンコーダ（第１現在値検出部）、 12……走行軸偏差分解回路（分割量演算手段）、 20……モータ（走行軸駆動手段）。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロボットの走行軸及び各関節軸ごとの移動
   量及び移動方向をティーチングデータに基づいて演算す
   る駆動演算手段と、 当該ロボットの各関節軸の現在値を各関節軸ごとに検出
   する複数の第１現在値検出手段と、 前記駆動演算手段によって演算された各関節軸ごとの移
   動量び移動方向と当該複数の第１現在値検出手段でそれ
   ぞれ検出される現在値との第１偏差量を各関節軸ごとに
   算出する第１偏差量算出手段と、 前記ロボットの走行軸の現在値を検出する第２現在値検
   出手段と、 前記駆動演算手段によって演算された走行軸の移動量及
   び移動方向と当該第２現在値検出手段で検出される現在
   値との第２偏差量を算出する第２偏差量算出手段と、 前記第２偏差量算出手段によって算出された第２偏差量
   の前記複数の第１偏差量算出手段へのそれぞれの分割量
   を設定する分割量設定手段と、 前記ロボットの走行軸が停止したことを検出する停止状
   態検出手段と、 当該停止状態検出手段によって前記ロボットの走行軸の
   停止が検出された場合には、前記分割量設定手段によっ
   て設定された分割量から各関節軸ごとの偏差量を演算
   し、その演算結果を出力する分割量演算手段と、 前記ロボットの各関節軸を、前記第１偏差量算出手段に
   よって算出された各関節軸ごとの第１偏差量または当該
   分割量演算手段から出力された各関節軸ごとの偏差量に
   応じて駆動する各軸駆動手段とを有することを特徴とす
   るロボットの制御装置。