JP2613475B2 - 共用外部軸を有するロボットシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、大型ワークを複数台のロボットで同期して
作業させる場合の、特に連続軌跡が要求されるアーク溶
接ロボットに関するものである。

（従来の技術） 大型ワークを溶接する場合、ワーク上方からロボット
アームを吊り下げた構造とすることが、ワーク表面を大
きく覆うことができて有利である。このように門型構造
物にロボットアームが１台吊り下がっている場合は何等
問題ないが、システムとしての施工効率を向上しようと
すると、複数台吊り下げなければならない。

門型構造物に単に吊り下げるだけでなく、ロボットア
ーム１台の施工可能範囲を向上する意味で、門型構造物
に直交移動軸を固定し、その移動軸にロボットアームを
吊り下げる構造が一般的である。このようにすると、門
型構造物にロボットを２台吊り下げた場合、例えば第１
図に示す例では全体で17軸となる。同図において、１は
移動装置（Ｉ）の移動軸、2,3は移動軸１に取り付けら
れている移動軸で、４は共用外部軸を有するロボットシ
ステムのアームである。２′,3′,4′は2,3,4と同一の
ものである。

移動軸がない場合でも、門型構造物を１軸として13軸
となる。ところで、軸数の多いことはここでは直接的な
問題ではない。２台のロボットが１つの共通な移動可能
な軸に吊り下がっていることが問題である。

さて、このようなシステムの制御方法であるが、 （イ） 全体を１つの制御装置で同時制御する。

（ロ） アームと個々の移動軸を含むロボットを２台の
制御装置で制御し、門型移動軸は別制御装置とする。

（ハ） アームは各々異なる２つの制御装置で制御し、
門型移動軸を含むその他の軸はまとめて１つの制御装置
とする。

（ニ） 移動軸とアームを一緒に制御する２つの制御装
置からなり、門型移動軸の制御はどちらかの制御装置に
含める。

ものが考えられる。全17軸制御のような特殊な場合を除
けば、ロボットアームの制御装置は一般的なものが既に
存在しているのであるから、それを利用する（ロ）また
は（ハ）が従来採用されていた。

（発明が解決しようとする課題） 上記３台の制御装置を用いる方法は、費用的に高くつ
くのに対して制御面では利点がない。すなわち、システ
ムを全体として動作させようとする時、各々の制御装置
間の同期が困難である。マスタークロックを用いて３台
の制御装置を動作させることは可能であるが、これでは
（イ）と方法と何ら変わることがない。この場合、１台
のロボットの動作を修正するともう一方の動作にも影響
する。

ところで、１台のロボットの施工結果は問題ないが、
もう１台のロボットはワークの都合上で修正したい場合
が考えられる。これは極めてよく起こり得る問題であ
り、これに柔軟に対処するには、ロボット毎に独立した
制御となっているのが望ましい。すなわち、（イ）では
汎用性に欠け、しかも柔軟性に欠ける。ここで考えてい
るロボットシステムは、全体で１つの動作を行う面と、
個々に動作したい場合とが実使用上混在するものであ
る。

（ニ）は（ロ），（ハ）に比べて制御装置が１台少な
い分だけ優れているが、２つの制御装置が非対称であ
る。すなわち、第２図に示すように、一方の制御装置５
は門型移動軸１を制御するのでサーボアンプ６を９個も
っているが、もう一方の制御装置５′はサーボアンプ
６′を８個しかもっていない。

全体として相互に関連した動作をさせる場合、ロボッ
トアームにとっては、門型移動装置で自身が運ばれるの
に、それが判らないのは極めて都合が悪い欠点があっ
た。

本発明の目的は、従来の欠点を解消し、ロボットアー
ムを動作させる制御装置も門型移動装置の位置データを
もつようにするロボットシステムを提供することであ
る。

（課題を解決するための手段） 本発明の共用外部軸を有するロボットシステムについ
ては、門型の第１の移動装置と、前記第１の移動装置に
付随して、第１の移動装置の移動方向と直交する水平な
移動方向をもつ２つの第２の移動装置と、前記第２の移
動装置の各々に付随して、前記第１の移動装置と前記２
つの第２の移動装置の移動方向と直交する垂直な移動方
向をもつ２つの第３の移動装置と、前記第３の移動装置
の各々に付随する２つの多関節型ロボットアームとから
なるロボット機械部分と、前記第１の移動装置と前記第
２の移動装置の一方と前記第３の移動装置の一方と前記
多関節型ロボットアームの一方を同時に制御する第１の
制御装置と、前記第２の移動装置の他方と前記第３の移
動装置の他方と前記多関節型ロボットアームの他方を同
時に制御し、かつ前記第１の移動装置の位置データを有
する第２の制御装置とからなるものである。

また、前記第２の制御装置は、門型の前記第１の移動
装置の位置データを有し、かつ位置計算とパルス配分を
行い、フィードバックパルスを疑似的に生成させるが、
サーボ駆動部を有しないものである。

（作 用） 第１の制御装置と第２の制御装置とが共に第１の制御
装置の位置データをもち、全体で９軸の位置計算を行う
のであるから全体のどの辺りに位置するのかは判断でき
る。フィードバック遅れも充分シミュレーション可能で
あるから、２つのロボットアームの差は両制御装置のク
ロックの差によるものだけであり、事実上問題は解消さ
れる。

（実施例） 本発明の実施例を、第１図ないし第７図に基づいて説
明する。

本発明のロボットシステムは従来の技術において説明
した第１図に示すものを、制御装置は発明が解決しよう
とする課題において説明した第２図のものを考える。２
つの制御装置は非対称の形をしている。第３図は、サー
ボモータの制御の仕方を説明するものである。同図にお
いて、「位置計算」は、全体として動くべき軌跡から各
軸のモータの動くべき量を求めるものである。ここで求
められた各軸あたりの移動量は、「パルス分配」により
各モータのパルス量として分配される。

位置と速度を同時に制御する手段として、ここでは偏
差カウンタ方式を採用する。次の説明で明らかとなる
が、偏差カウンタ方式であることは本質的ではなく、位
置のフィードバックがあって、そのシミュレーションを
行うことが要点である。

第３図において、分配されたパルスは偏差カウンタ31
に送られる。分配パルスが蓄積されると、その量に比例
した指示がサーボアンプ32へ与えられて、モータＭは回
転する。モータＭが回転すれば、回転量に応じたパルス
がパルス発生部REで発生され、これは偏差カウンタ31に
接続され、その内容を減らす。偏差カウンタ31,サーボ
アンプ32,モータM,パルス発生部REは軸の数だけ必要で
あるが、第３図では省略してある。

第４図でダミー処理について説明する。第３図との違
いはシミュレータ33である。シミュレータ33には分配さ
れたパルスが入力され、その出力は第３図に示したパル
ス発生部REの出力と同一の機能を有する。すなわち、シ
ミュレータ33は、移動に指示が与えられてからモータが
実際に回転しても、その回転量を帰すまでを計算機上で
模擬的に実現するものである。具体的には、負荷付きの
サーボモータの伝達函数をサンプリング時間毎に処理す
ればよく、この技術は公知で広く知られているものであ
る。

以上のことから、サーボアンプ，サーボモータをもた
なくても、位置とパルスの計算は全く同様に処理して問
題ないことがわかった。次に、このようにダミーの位置
データをもつことによる有効な例として、「基準３点に
よるワークの立体的回転平行移動」を考える。これは、
ワークの設置のずれを補正するものである。すなわち、
予め与えられているワークの形状は変化しないが、空間
的に平行または回転させられているとする。立体的物体
は適当に定められる３点により、その物体に固定の座標
系が定義できる。予め定められているワークの３点を実
際に設置されているワークから求めることで、その場合
のワークに固定の座標系が定まる。互いの座標系を比較
することでワークの平行移動量，回転移動量が求められ
るから、予め与えられていたワークのデータを平行，回
転移動によって実際に設置されているワークのものに変
換できる。このようなワークのデータの補正は、単独の
ロボットアームにとっては公知の手段である。

以上のような「基準３点によるワークの立体的回転平
行移動」を本実施例のロボットシステムに適用すること
を検討する。典型的なワークとして、単純化された形状
の２つの長方形を考える。すなわち、第５図（Ａ）であ
る。同図において、ワーク７は第１図で示すロボットア
ーム４が施工して、ワーク８はロボットアーム４′が施
工するとする。長いワークであるから、移動装置（Ｉ）
の移動軸１も動作する。移動軸１の動きを除けば、ワー
クは第５図（Ｂ）に示すように圧縮されたものとなる。
９は移動軸１の移動方向を示す。ワーク７がワーク10、
ワーク８がワーク11のようになる。以下は長方形の１
つ、ワーク11だけを取り出して、ロボットアームは４′
を、制御装置は第２図に示した５′を考える。

第６図は、ワークの設置誤差と必要なデータの形を示
すものである。同図において、12は正規の位置に設置さ
れているワークである。制御装置５′は移動装置（Ｉ）
のデータをもたないとすれば、第６図のワーク13のイメ
ージのワークデータをもつ。これに移動装置（Ｉ）の移
動が加算されて、結果としてワーク12の形ができあが
る。ところが、ワークはワーク14のように設置されたと
する。この時、移動装置（Ｉの動作と合成され、結果と
してワーク14となるためにはワーク15のような形状デー
タが必要であるが、明らかなワーク12を平行回転移動さ
せてワーク14を得ることができても、ワーク13を平行回
転移動させてワーク15を得ることはできないこれは、制
御装置５′が移動装置（Ｉ）のデータをもたないとした
からである。

第７図は、本発明により物理的に軸をもたない場合で
もワークの平行回転移動が実現されることを示すもので
ある。物理的にサーボアンプ，サーボモータがなくて
も、移動装置（Ｉ）のデータをもつとする。この時、ワ
ーク13から移動装置（Ｉ）のデータによりワーク14が得
られ、点16,17,18を変換の基準点とすれば、これらが点
19,20,21に対応することからワーク14が得られる。ワー
ク14から移動装置（Ｉ）のデータを除くと、第６図で求
めたかったワーク15が得られる。以上のことから、座標
変換によるワークの設置誤差の補正が可能なことがわか
った。実際は、ワークの位置を定める制御装置の移動軸
は、第２図からわかるように９軸であり、３次元形状か
らは一意には定められない。移動装置（Ｉ）の方向のデ
ータは一意に定まるので、残りの移動軸についての問題
である。これは、補正をアームで行うのか、あるいは第
１図で示した移動軸2,3で示される外部の移動軸で行う
のか、予め選択して定めておけばよく、実用上全く問題
はない。

（発明の効果） 本発明によれば、１つの門型構造物に複数台のロボッ
トが吊り下がる構造は、大型ワークの施工にとって望ま
しい構成である。また、そのロボットシステムの制御に
は、補助的外部軸を制御できるロボットアーム制御装置
が個々のロボットアームを制御するのが望ましい。この
ように構成した場合、門型の移動軸の制御には、上記の
ロボットアーム制御装置の内の一つで行うのが原価から
もシステムの簡潔さからも望ましい。

ところが、データが非対称となるような場合、物理的
に存在しない軸のデータをもって、サーボアンプとサー
ボモータのシミュレータで計算機上に構成することで、
次のことが可能になる。

（１）制御装置間の基準クロックのばらつきの範囲内で
動作の同期をとることができる。

（２）２つのロボットアームが連動して施工する必要の
ある大型ワークの設置誤差を吸収することができる。

これらにより、その実用上の効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が対象とするロボットシステムの斜視
図、第２図は制御装置とロボットと移動装置の軸の関係
を模式的に示す図、第３図は通常のサーボモータの制御
を概念的に示す図、第４図は本発明で与えられるダミー
のパルス処理を示す図、第５図は本発明で解決される問
題点を示す図、第６図はワークの設置誤差と必要なデー
タの形を示す図、第７図は本発明により物理的に軸をも
たない場合でもワークの平行回転移動が実現されること
を示す図である。 1,2,2′,3,3′……移動軸、4,4′……ロボットアーム、
5,5′……制御装置、6,6′……サーボアンプ、7,8,10,1
1,12,13,14,15……ワーク、９……移動方向、16,17,18,
19,20,21……基準点。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】門型の第１の移動装置と、 前記第１の移動装置に付随して、第１の移動装置の移動
   方向と直交する水平な移動方向をもつ２つの第２の移動
   装置と、 前記第２の移動装置の各々に付随して、前記第１の移動
   装置と前記２つの第２の移動装置の移動方向と直交する
   垂直な移動方向をもつ２つの第３の移動装置と、 前記第３の移動装置の各々に付随する２つの多関節型ロ
   ボットアームとからなるロボット機械部分と、 前記第１の移動装置と前記第２の移動装置の一方と前記
   第３の移動装置の一方と前記多関節型ロボットアームの
   一方を同時に制御する第１の制御装置と、 前記第２の移動装置の他方と前記第３の移動装置の他方
   と前記多関節型ロボットアームの他方を同時に制御し、
   かつ前記第１の移動装置の位置データを有する第２の制
   御装置と、 からなることを特徴とする共用外部軸を有するロボット
   システム。
2. 【請求項２】前記第２の制御装置は、門型の前記第１の
   移動装置の位置データを有し、かつ位置計算とパルス配
   分を行い、フィードバックパルスを疑似的に生成させる
   がサーボ駆動部を有しないことを特徴とする請求項
   （１）記載の共用外部軸を有するロボットシステム。