JP2705259B2 - ロボットの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ロボットを駆動させる場合に、ロボットを
構成するアーム等を無共振で駆動するようにしたロボッ
トの制御装置に関する。

（従来技術及び発明が解決しようとする課題） 最近の自動車工場においては、車体の組み立て工程の
FMS化，車体品質の向上が求められている。

このような要求に対しては、車体のフロア，ボディサ
イド，ルーフを一工程で組み立てられるように対応する
ことが考えられる。ところが、このような組み立てを行
なうと、従来はルーフの取り付け前に車体上部からロボ
ットを侵入させて行なっていた車体内部のスポット溶接
が非常に困難な仕業となってしまう。このために、軸数
の多い多軸のロボットを用いることで複雑な動きを可能
とし、ルーフ取り付けられた後の車体についても車体内
部のスポット溶接ができるようにしている。

また、車体の組み立てには、トランク内の作業等、天
吊ロボットが必要な作業もあるが、このような作業に対
しては、ロボットに持たせる溶接ガンの種類を変更させ
ることで対処させている。

ところが、このようにロボットの軸数を増やすと、複
雑な動きをさせることができるようになる反面、各軸の
動作制御が非常に複雑となり、駆動系の機械的剛性が低
下するという新たな問題が生ずる。この機械的剛性が低
下すると、加減速時のアームの振動や共振現象が問題と
なってくる。

ところで、従来のロボットの動作制御は次のようにし
て行われている。

第９図に示すように、従来では、任意の軸の最大速度
V_maxは予め定められており、この最大速度に達するまで
の時間Ta及び最速度からの減速時間Tbも予め定められて
いる。すなわち、加速時には、Taの時間で０から最大速
度に達するように設定され、また、Tbの時間で最大速度
から０に減速がされるようになっている。従って、加速
時及び減速時の加速度は一定の値に設定されている。こ
のような加速度の設定が成された従来のロボットに所定
の動作をさせる場合には、教示の時に、教示データとし
て移動軌跡に関する位置データとともに第10図に示され
ているような加減速時間T₁〜T₅を設定している。ロボッ
トはこの教示データに基づいて例えば第10図に示すよう
に速度を変化させつつ動作する。

まず、動作が開始されると、T₁時間加速されてアーム
は速度V₁まで加速される。この速度が維持されたままあ
る地点まで移動すると、さらにT₂時間加速されてアーム
は速度V₃まで加速される。そして次の地点に到達する
と、今度はT₃時間減速されてアームは速度V₂まで減速さ
れる。次にT₄時間加速されて再びアームは速度V₃まで加
速される。この速度が維持されたままある地点まで移動
すると、T₅時間減速されてアームは速度０となる。

このようにしてアームの速度が制御されると、速度の
変動する点，すなわち、加減速の開始点及び終了点にお
いて加速度の変動が生ずる。この状態は第11図に示され
る通りである。つまり、速度変動が大きく変化する点で
振動を伴う加速度の変動が生じている。この加速度の変
動を滑らかなものとするには、急激な速度変動をさせな
いようにすれば良いが、機械的剛性の比較的弱い多軸型
のロボットにおいて、サイクルタイムを一定にしたまま
急激な速度変動をさせないようにして加速度の変動の平
滑化をするには限界があることが判った。これは第12図
及び第13図に示されている通りである。つまり、これら
の図は、サイクルタイムを一定としたまま速度パターン
に変更を加えて急激な加速度の変化が起こらないように
したものである。第12図に示すような速度パターンを採
用した場合には、加速度の変動には振動が伴わないもの
の、加速度を大きくしなければならなくなってしまうた
めに、瞬間的にかかる加速度は第11図に示される従来の
ものに比較し２倍程度になってしまい、アームの共振が
懸念される。また、第13図に示すような速度パターンを
採用した場合であっても、瞬間的にかかる加速度は従来
のものに比較して1.6倍程度になってしまう。

つまり、機械的剛性の比較的低い多軸型のロボットに
おいては、サイクルタイムを一定にしたまま加速度の振
動が生じないような制御をすると、アームを所定速度に
到達させるまでの加速度を大きくしなければならず、ア
ーム等のロボットの構成部材の共振現象の発生が懸念さ
れるという問題が生じ、この共振現象の発生を避けるた
めに、単に所定速度に到達させるための加速度を小さく
したのでは、逆にサイクルタイムが大きくなるという問
題が生ずる。

本発明は、このような従来の相反する問題点を解決す
るために成されたものであり、アーム等のロボット構成
部材の加減速時に、加速度の振動現象，共振現象を起こ
すことなく、しかもサイクルタイムへの影響を最低限に
抑える制御することができるロボットの制御装置の提供
を目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的と達成するための本発明は、作業状態に応じ
て駆動系の固有振動周波数が変化するロボットにおい
て、当該ロボットの作業軌跡に関するデータを記憶する
作業データ記憶手段と、前記ロボットの作業時における
前記駆動系の標準加速度を記憶する標準加速度記憶手段
と、当該ロボットの前記駆動系が振動現象、共振現象を
起こさないように作業の種類に応じて予め設定した前記
駆動系の最低加速時間を記憶する最低加速時間記憶手段
と、前記作業データ記憶手段に記憶されている作業軌跡
に関するデータと前記標準加速度記憶手段に記憶されて
いる標準加速度とから、前記駆動系を次の目標位置に移
動させる場合の駆動加速時間を演算する加速時間演算手
段と、当該加速時間演算手段によって演算された駆動加
速時間を、前記最低加速時間記憶手段から取り出した作
業の種類に応じた最低加速時間と比較して、当該駆動加
速時間が当該最低加速時間よりも短いときには、前記最
低加速時間を選択し、これ以外のときには前記駆動加速
時間を選択する加速時間選択手段と、当該加速時間選択
手段によって選択された加速時間に基づいて前記駆動系
の動作を制御する制御手段とを有することを特徴とす
る。

（作用） このような構成を有する本発明のロボットの制御装置
は、次のように作用する。

作業データ記憶手段には、ロボットの作業軌跡に関す
るデータが記憶されている。この作業データは、ロボッ
トの作業端が通過する位置に関するデータ及び通過速度
に関するデータである。

標準加速度記憶手段には、前記ロボットの作業時にお
ける駆動系の標準加速度が記憶されている。実際のロボ
ットにおいては、この標準加速度は各軸ごとに設定され
ている。この標準加速度とは、各軸がその軸の最高速度
に到達するまでの単位時間当たりの速度変化量である。

最低加速時間記憶手段は、ロボットの駆動系が前記し
た振動現象，共振現象を起こさないような加速度で駆動
系の動作が制御され得るように作業の種類に応じて予め
設定した最低加速時間が記憶されている。

加速時間演算手段は、前記作業データ記憶手段に記憶
されている作業軌跡に関するデータと前記標準加速記憶
手段に記憶されている標準加速度とから、前記駆動系を
次の目標位置に移動させる場合の駆動加速時間を演算す
る。この演算の結果得られた駆動加速時間は、加速時間
選択手段によって、予め設定されている最低加速時間と
比較され、この比較の結果、加速時間選択手段は、駆動
加速時間が当該最低加速時間よりも短いときには前記最
低加速時間を選択し、これ以外のときには前記駆動加速
時間を選択する。制御手段は、この選択された駆動加速
時間あるいは最低加速時間に基づいてロボットの駆動系
を動作させる。

したがって、ロボットの駆動系はその動作時に振動現
象，共振現象を起こさないような加速度で動作させるこ
とができるようになる。しかも、その動作は、ロボット
の駆動に要するサイクルタイムに与える影響を最小限と
しつつ行なうことができることになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。第１図は、本発明のロボットの制御装置によって制
御される８軸ロボットの概略構成図であり、第２図は、
この８軸ロボットによって車体のスポット溶接を行なう
場合の動作の一例を示した図である。

多軸型のロボットの一般的な構成は公知であるので、
詳細な説明は省略するが、この８軸ロボットの概略の構
成は以下の通りである。

基台１には、第１軸２が取り付けられ、この第１軸は
図示矢印Ａ−Ｂ方向に旋回可能に構成されている。この
第１軸には、第２軸３が取り付けられ、この第２軸３は
図中Ｃ−Ｄ方向に前後移動可能となっている。この第２
軸３及び第１軸２には第３軸４を構成するアームと第４
軸５の支持部材が取り付けられ、この第３軸４は図中Ｅ
−Ｆ方向に上下可能に構成されている。第３軸４の支持
部材には、第４軸５が取り付けられ、この第４軸５は図
中Ｇ−Ｈ方向に回動自在に構成されている。そして、こ
の第４軸５には、この第４軸５から先に取り付けられて
いる軸を図中Ｉ−Ｊ及びＫ−Ｌ方向に折り曲げる第５軸
６が取り付けられている。さらに、この第５軸６には、
第５軸６から先に取り付けられている軸を図中Ｍ−Ｎ方
向に回転させる第６軸７が取り付けられている。第６軸
７には、第７軸８が取り付けられ、この先に取り付けら
れている軸を図中Ｏ−Ｐ方向に回動させるように構成さ
れている。この第７軸８には、作業端を構成する溶接ガ
ン10を直接図中Ｑ−Ｒ方向に移動させる第８軸９が取り
付けられている。

このように構成された８軸ロボットは、非常に複雑な
動きを容易に実現することができる。

この複雑な動きをさせた場合の一例が第２図に示して
あるが、このような８軸ロボットを使用すれば、車体20
の内部のスポット溶接を車体の窓の部分からアームを侵
入させることで行なうことができる。従って、ルーフが
取り付けられた状態での車体内部の溶接も容易に行うこ
とができるようになる。

第３図は、第１図に示した多軸ロボットの制御系の概
略構成を示した図であり、また、第４図は、第３図に示
した制御系のうち、本発明に特に関係のある一軸分のみ
の制御分を概略的に示した図である。

第３図に示されているように、この多軸ロボットの制
御系には、動作制御の主体を成すシーケンサー30が設け
られており、このシーケンサー30には、ロボットの動作
状態などを表示する押釦，表示灯31と、マルチバス32相
互間でのデータ授受を行なうパラレルI/O基板33が接続
される。マルチバス32には、ティーチングペンダントモ
ニター等の外部装置とのデータ授受を行なう中央処理基
板34と、各軸を駆動するモータ35A〜35Hのそれぞれに取
り付けられているレゾルバ36A〜36Hからの位置情報に基
づいてそれぞれの軸における位置決めを制御する位置決
め基板37と、同様に、レゾルバ36A〜36Hからの位置情報
に基づいてそれぞれの軸の現在位置を出力する現在位置
インターフェース38とがそれぞれ接続される。前記した
位置決め基板37及び現在位置インターフェース38は、モ
ータ35A〜35Hの動作を個々に制御するサーボアンプ39A
〜39Hに接続される。例えば、ロボットのアームをある
位置に移動させる場合には、シーケンサー30から予め教
示されている移動データが出力され、この移動データは
パラレルI/O基板33及びマルチバス32を介して位置決め
基板に出力される。この位置決め基板37においては、入
力された移動データに基づいて各軸のモータの必要移動
量がそれぞれ算出され、この算出された必要移動量はそ
れぞれのサーボアンプに出力される。各軸の現在位置は
リアルタイムで現在位置インターフェース38,マルチバ
ス32及びパラレルI/O基板33を介してシーケンサ30に出
力される。各軸が所定の位置に達したことをシーケンサ
30が認識したら、位置決め基板37からは各サーボアンプ
に信号が出力されなくなるので、各モータは停止する。
このようにして、アームは所定の位置に移動し、各軸の
位置決めが行われることになる。

さらに、第３図に示した制御系の内、本発明に特に関
係のある構成部分を示すと、第４図に示されるような構
成図となる。

標準加速度記憶部40,作業データ記憶部41及び最低加
速時間記憶部42は、第３図に示したシーケンサ30に内蔵
されている記憶装置に設けられている。この標準加速度
記憶部40は、標準加速度記憶手段として機能するもので
あり、ここには、前記ロボットの作業時における駆動系
の標準加速度が各軸ごとに記憶されている。また、作業
データ記憶部41は、作業データ記憶手段として機能する
ものであり、ここには、ロボットの作業軌跡に関するデ
ータ，つまり、ロボットの作業端が通過する位置に関す
るデータ及び通過速度に関するデータが記憶されてい
る。そして、最低加速時間記憶部42は、最低加速時間記
憶手段として機能し、ここでは、ロボットの駆動系がそ
の加減速時に振動現象，共振現象を起こさないような加
速度で駆動系の動作が制御され得るように、作業の種類
に応じて予め設定した最低加速時間が記憶されている。
なお、この際低加減速時間は、ティーチング時に作業軌
跡に関するデータとともに入力する。加速時間演算部4
3,比較部44及び加速時間選択部45は、シーケンサ30の内
部に有する演算装置に設けられている。加速時間演算部
43は、加速時間演算手段として機能するものであり、作
業データ記憶部41に記憶されている作業軌跡に関するデ
ータと標準加速度記憶部40に記憶されている標準加速度
とから、前記駆動系を次の目標位置に移動させる場合の
駆動加速時間を演算する。例えば、作業端をＡ地点から
Ｂ地点まで移動させる場合、加速時間演算部43では、予
め設定されている加速度に基づいて、作業端を移動させ
る場合の速度とその速度に到達させるまでの駆動加速時
間を演算する。加速時間選択手段として機能する比較部
44では、加速時間演算部43によって演算された駆動加速
時間と最低加速時間記憶部42に記憶されている最低加速
時間とを比較し、同様に加速時間選択手段として機能す
る加速時間選択部45によって、作業端を駆動させるため
の加速時間としていずれの加速時間を採用するかを選択
する。つまり、加速時間演算部43によって演算された駆
動加速時間と最低加速時間記憶部42に記憶されてにる最
低加速時間とを比較し、駆動加速時間が最低加速時間よ
りも小さければ、ロボットの構成部材であるアーム等に
共振などが発生する虞があるので、共振などを発生させ
る虞のない最低加速時間を採用する。一方、駆動加速時
間が最低加速時間よりも大きければ、ロボットの構成部
材であるアーム等に共振などが発生する虞がないので、
その演算された駆動加速時間を採用する。制御手段とし
て機能するモータ制御部39は、この選択されたいずれか
の加速度に基づいてモータ35を駆動する。このように、
最低加速時間が採用されたときには、ロボットのアーム
を所定の速度に到達させるまでの加速度は小さくなり、
これに伴って、移動地点間の所要時間が長くなる。しか
しながら、アーム等の移動の際に加速度の振動現象や共
振現象が起こる恐れがある場合にのみ、加速時間を大き
くするようにしてあるので、ロボットのサイクルタイム
に与える悪影響は最少限に抑えることができることにな
る。

第５図は、第４図に示した制御系の動作フローチャー
トである。

まず、プログラムがスタートすると、制御系を構成す
る各部の初期化が行なわれ、ロボットのプレイバック時
の作業ステップ番号を示すカウンタＮの値を１に設定す
る（ステップ１）。次に、作業がスタートすると、加速
時間演算部43は、第１番目のステップの作業データを入
力する。この作業データは、次の地点までの位置データ
及び通過速度に関するデータ、並びにその移動の際に共
振現象などを起こさせない最大の加速度を得るための最
低加速時間である（ステップ２）。そして、加速時間演
算部43は、位置データと標準加速度とに基づいて加速時
間Ｔを算出し（ステップ３）、比較部44は、この第１番
目のステップに設定されている最低加速時間ｔを入力す
るとともに、前記加速時間Ｔを入力し、このＴとｔとを
比較する（ステップ4,5）。この比較において、Ｔ≦ｔ
であれば、駆動系は共振などを起こす可能性があるの
で、加速時間選択部45は、採用する加速時間T_Cを最低加
速時間ｔとする。一方、この比較において、Ｔ＞ｔであ
れば、駆動系の共振現象に対してはなんら問題がないの
で、採用する加速時間T_Cを最低加速時間Ｔとする（ステ
ップ７）。モータ制御部39は、この採用された加速度及
び位置データに基づいてモータ35を駆動する（ステップ
８）。そして、次の作業ステップの番号をインクリメン
トし、ステップ２に戻り、以上のような処理を繰り返す
（ステップ９）。

次に、実際にティーチングするプログラムを示し、さ
らに詳細に説明する。

１ ACL ０ ２ MOV DE 209 ３ ACL 200 ４ MOV ED210 ５ MOV ED211 ６ ACL 300 ７ MOV ED212 以上は、実際のティーチングプログラムであり、第１
ステップは、最低加減速時間を０に設定する命令、第２
ステップは、ポイント名ED209の位置に直線加減速で位
置決めさせる命令、第３ステップは、最低加減速時間を
200に設定する命令、第４ステップは、ポイント名ED210
の位置に直線加減速で位置決めさせる命令、第５ステッ
プは、ポイント名ED211の位置に直線加減速で位置決め
させる命令、第６ステップは、最低加減速時間を300に
設定する命令、第７ステップは、ポイント名ED2212位置
に直線加減速で位置決めさせる命令である。

このようなプログラムによって実際の駆動系の動きを
示すと、第６図のようになる。図中、実線で示されてい
るものは、従来行われている制御による駆動系の動きで
あり、点線で示されているものは、本発明の制御による
駆動系の動きを示している。図において、点線で示され
る本発明の制御では、駆動系の共振が懸念される加速度
での駆動を避け、共振をしないような比較的緩やかな加
速度で駆動系が動作していることが判る。この図の場
合、本発明の特徴が良く判るように、駆動系の加減速時
に採用される加速度として、ティーチングプログラムに
おいて設定した最低加減速時間が採用された場合の極端
な例を示したものである。

すなわち、従来では、加減速は決められた一定の加速
度で一義的に行なっているが、本願発明では、駆動系の
共振が起こる虞がある場合にのみ、従来設定されている
加速度とは異なる緩やかな加速度で加減速を行なってい
る。従って、サイクルタイムが多少長くなるのは避けら
れないが、その長くなる時間は、必要最低限に抑えるこ
とができる。

第７図は、従来の制御によって駆動系を作動させた場
合の加減速時における加速度の変動状態を示した図であ
る。加速及び減速開始時に加速度の変動が振動をともな
って起きていることが判る。一方、第８図は、本発明の
制御によって駆動系を作動させた場合の加減速時におけ
る加速度の変動状態を示した図である。加速及び減速開
始時に当然のことながら加速度の変化はあるものの、振
動現象は皆無と言っていいくらいに抑えられているのが
判る。

（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、
ロボットの駆動系はその動作時に振動現象，共振現象を
起こさないような加速度で動作させることができるよう
になる。しかも、その動作は、ロボットの駆動に要する
サイクルタイムに与える影響を最少限としつつ行なうこ
とができることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のロボットの制御装置によって制御さ
れる８軸ロボットの概略構成図、 第２図は、この８軸ロボットによって車体のスポット溶
接を行なう場合の動作の一例を示した図、 第３図は、第１図に示した多軸ロボットの制御系の概略
構成を示した図、 第４図は、第３図に示した制御系のうち、本発明に特に
関係のある一軸分のみの制御部分を概略的に示した図、 第５図は、第４図に示した制御系の動作フローチャー
ト、 第６図は、実際のティーチングプログラムによって駆動
系を作動させた場合の、従来と本発明との動作状態の比
較を示す図、 第７図は、従来の制御によって駆動系を作動させた場合
の加減速時における加速度の変動状態を示した図、 第８図は、本発明の制御によって駆動系を作動させた場
合の加減速時における加速度の変動状態を示した図、 第９図は、従来における駆動系の加減速パターンを示す
図、 第10図は、第９図に示すような加減速パターンによって
駆動系を作動させた場合の動作状態を示した図、 第11図は、従来の制御によって駆動系を作動させた場合
の加減速時における加速度の変動状態を示した図、 第12図は、第11図に示されるような加速度の変動状態を
同一のサイクルタイムにおいて改良した場合の加減速時
における加速度の変動状態を示した図、 第13図は、第12図に示されるような加速度の変動状態を
同一のサイクルタイムにおいて改良した場合の加減速時
における加速度の変動状態を示した図である。 40……標準加速度記憶部（標準加速度記憶手段） 41……作業データ記憶部（作業データ記憶手段） 42……最低加速時間記憶部（最低加速時間記憶手段）、 43……加速時間演算部（加速時間演算手段）、 44……比較部（加速時間選択手段）、 45……加速時間選択部（加速時間選択手段）、 46……モータ制御部（制御手段）。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−233715（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−160378（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−101508（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−63988（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−230206（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−319802（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】作業状態に応じて駆動系の固有振動周波数
   が変化するロボットにおいて、 当該ロボットの作業軌跡に関するデータを記憶する作業
   データ記憶手段と、 前記ロボットの作業時における前記駆動系の標準加速度
   を記憶する標準加速度記憶手段と、 当該ロボットの前記駆動系が振動現象、共振現象を起こ
   さないように作業の種類に応じて予め設定した前記駆動
   系の最低加速時間を記憶する最低加速時間記憶手段と、 前記作業データ記憶手段に記憶されている作業軌跡に関
   するデータと前記標準加速度記憶手段に記憶されている
   標準加速度とから、前記駆動系を次の目標位置に移動さ
   せる場合の駆動加速時間を演算する加速時間演算手段
   と、 当該加速時間演算手段によって演算された駆動加速時間
   を、前記最低加速時間記憶手段から取り出した作業の種
   類に応じた最低加速時間と比較して、当該駆動加速時間
   が当該最低加速時間よりも短いときには、前記最低加速
   時間を選択し、これ以外のときには前記駆動加速時間を
   選択する加速時間選択手段と、 当該加速時間選択手段によって選択された加速時間に基
   づいて前記駆動系の動作を制御する制御手段とを有する
   ことを特徴とするロボットの制御装置。