JP2711349B2 - 産業用ロボットの制御方法およびそれに用いる制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は産業用ロボットの制御方
法およびそれに用いる制御装置に関する。さらに詳しく
は、所定時間後のロボットの作業部位の速度を算出し、
それに対応した制御量によりロボットを制御する産業用
ロボットの制御方法およびそれに用いる制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、産業用ロボットを用いて、塗
装やシーリングなどがなされている。この塗装やシーリ
ングにおける塗料やシーリング材の供給には、手軽に一
定量の吐出量が得られるところから、ギャポンプが用い
られている。その反面、このギャポンプは、吐出量を適
宜変化させることが難しい。そのため、ギャポンプから
の吐出量を一定にして塗装などがなされている。

【０００３】しかしながら、吐出量を一定にして塗装作
業などを行うと、ロボットの塗装ガン等の速度が一定で
あれば一定の塗布がなされ問題がないが、例えば、コー
ナでロボットの塗装ガン等の速度が低下した場合には、
単位面積当たりの塗布量が多くなり、ワークに塗布むら
が発生する。

【０００４】このため、一辺の塗布を行い、そこで塗布
を一旦を終了し、そして次の辺に到達したのち、塗布を
再開するというような教示を行うことにより塗布がなさ
れている。あるいは、塗布量を例えば３段階程度に分
け、塗布部位（教示点間）ごとに、汎用出力信号を教示
し、その信号を塗装制御装置に送信し塗布量を制御する
方法が採られている。

【０００５】この様に、従来の方法によりコーナ部を有
するワークの塗装等を行う場合、教示が煩雑になるとい
う問題がある。また、教示点間ごとに汎用出力信号を教
示する方法により塗布量を制御すると、実時間でのロボ
ットの塗装ガンの先端速度変化に対応できないという問
題がある。

【０００６】さらに、ギャポンプと塗装ガンとの接続
は、可撓性を有する材料を用いる必要があるところか
ら、合成ゴムを主体としたホースが用いられている。こ
のため、吐出圧を増大させるとホースが膨み、応答遅れ
を生ずるという問題もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の問題点に鑑みなされたものであって、煩雑な教示を
行うことなく、コーナ部を有するワークに対して塗布む
らのない均一な塗装等がなし得る産業用ロボットの制御
方法およびそれに用いる制御装置を提供することを目的
としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の産業用ロボット
の制御方法は、ロボットに作業データを教示する工程
と、前記教示データに基づき、動作計画を算出する工程
と、前記動作計画に基づき、補間指令値を算出する工程
と、前記補間指令値に基づき、所定時間後のロボットの
作業部位の速度を算出する工程と、前記速度に対応した
制御量を算出する工程と、前記制御量によりロボットの
作業部位を制御する工程とを含んでいることを特徴とし
ている。

【０００９】本発明の産業用ロボットの制御方法におい
ては、前記作業部位の制御量を算出する工程において、
作業部位の加速度も考慮して制御量の算出がなされるの
が好ましい。

【００１０】また、本発明の産業用ロボットの制御方法
においては、前記作業部位の制御量を算出する工程にお
いて、リニアライザテーブルを用いて制御量の算出がな
されるのが好ましい。

【００１１】本発明の産業用ロボットの制御装置は、教
示データ記憶手段と、動作計画策定手段と、補間指令値
算出手段と、速度算出手段と、制御量算出手段とを有す
る産業用ロボットの制御装置であって、前記教示データ
記憶手段がロボットの作業部位の教示データを記憶し、
前記動作計画策定手段が前記教示データに基づき動作計
画を策定し、前記補間完指令値算出手段が前記動作計画
に基づき補間指令値を算出し、前記速度算出手段が一対
の連続する補間指令値によりロボットの作業部位の速度
を算出し、前記制御量算出手段が前記速度に対応した作
業部位の制御量を出力することを特徴としている。

【００１２】本発明の産業用ロボットの制御装置におい
ては、前記産業用ロボットの制御装置がさらに加速度算
出手段を有し、前記加速度算出手段が前記動作計画に基
づき前記作業部位の加速度を算出し、前記制御量算出手
段が前記制御量を前記加速度により補正するのが好まし
い。

【００１３】また、本発明の産業用ロボットの制御装置
においては、前記産業用ロボットの制御装置がさらにリ
ニアライザテーブルを有し、前記制御量算出手段が前記
リニアライザテーブルを用いて前記制御量の算出するの
が好ましい。

【００１４】

【作用】本発明の制御方法においては、動作計画に基づ
いて現在の作業時点から所定時間後のロボットの作業部
位の速度を算出し、その速度に対応した作業部位の制御
量が算出できるので、その作業部位の制御系に応答遅れ
がある場合、前記所定時間にその遅れ時間を採用すれ
ば、ロボットの作業部位の作業時に対応した制御量が得
られる。したがって、本発明の制御方法によれば、その
制御系の時間遅れを補償することができる。本発明の制
御方法の好ましい実施例においては、加速度も加味して
前記制御量の算出がなされているので、速度変化に伴い
作業部位の制御系に応答遅れが発生する場合、それによ
る遅れを補償することができる。本発明の制御方法のさ
らに好ましい実施例においては、リニアライザテーブル
を介して前記制御量の算出がなされているので、作業部
位の制御系が非線形であっても、最適な制御がなし得
る。

【００１５】また、本発明のロボットの制御装置は、前
記の構成を有しているので、本発明の制御方法を実施す
ることができる。

【００１６】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら本発明につい
て説明する。

【００１７】図１は本発明のロボットの制御方法に用い
るロボットの制御装置の一実施例の全体構成図、図２は
同全体構成の電気的構成の概略図である。

【００１８】図１にその全体構成が示される本発明の一
実施例においては、ロボットの制御装置１は、教示デー
タ記憶手段２と、動作計画策定手段３と、補間指令値算
出手段４と、速度算出手段５と、加速度算出手段６と、
リニアライザテーブル７と、制御量算出手段８とを主要
構成要素として有している。

【００１９】かかる構成を有する制御装置をマイクロコ
ンピュータにより実現すれば、図２に示すようなものと
なる。図２に示す構成においては、教示データはＲＡＭ
に記憶され、動作計画の策定はＲＡＭに記憶された教示
データに基づいてＲＯＭに記憶されている動作計画策定
用プログラムを用いてＣＰＵにより演算処理されること
によりなされ、補間指令値の算出は前記により策定され
た動作計画に基づいて同じくＲＯＭに記憶されている補
間指令値算出用プログラムを用いてＣＰＵにより演算処
理されることによりなされ、速度の算出は前記により算
出された補間指令値を用いて同じくＲＯＭに記憶されて
いる速度算出用プログラムを用いてＣＰＵにより演算処
理されることによりなされ、加速度の算出は速度算出用
プログラムにより算出された結果に基づいて同じくＲＯ
Ｍに記憶されている加速度算出用プログラムを用いてＣ
ＰＵにより演算処理されることによりなされ、リニアラ
イザテーブルはＲＡＭに記憶され、制御量の算出は前記
により算出された諸値に基づいて同じくＲＯＭに記憶さ
れている制御量算出プログラムを用いてＣＰＵにより演
算処理されることによりなされる。したがって、教示デ
ータ記憶手段２はＲＡＭにより実現され、動作計画策定
手段３はＲＯＭとＣＰＵにより実現され、補間指令値算
出手段４も同じくＲＯＭとＣＰＵにより実現され、速度
算出手段５も同じくＲＯＭとＣＰＵにより実現され、加
速度算出手段６も同じくＲＯＭとＣＰＵにより実現さ
れ、制御量算出手段８も同じくＲＡＭとＲＯＭとＣＰＵ
とにより実現されている。

【００２０】なお、ここで用いられているＣＰＵ、ＲＡ
Ｍ、ＲＯＭ等は、従来よりマイクロコンピュータに用い
られているものと同様であるので、その構成の詳細な説
明は省略する。

【００２１】また、ここにいう動作計画および補間指令
値の内容については後述する。

【００２２】しかして、前記の如く構成された本発明の
ロボットの制御装置により図３に示すＬ字型ワークを塗
装する場合について説明する。

【００２３】ステップ１：Ａ点、Ｂ点およびＣ点を教示
する。この教示は、例えば作業員がロボットの塗装ガン
をＡ点、Ｂ点およびＣ点にまで移動させることによりな
される。この教示により、Ａ点、Ｂ点およびＣ点の位置
座標（ロボットを中心とした座標系における座標位置ま
たはロボットの各軸の位置、以下、単に位置座標とい
う）がロボットの制御装置１のＲＡＭに記憶される。

【００２４】ステップ２：この教示データに基づき動作
計画が策定される。すなわち、Ａ点より移動を開始さ
せ、所定時間経過後に定格速度に到達させ、その後定格
速度で所定時間移動させ、さらにＢ点での速度がゼロと
なるよう所定時間減速させ、そしてＢ点に到達後９０度
方向転換し、再度Ｂ点より移動を開始させ、所定時間経
過後に定格速度に到達させ、その後同様に定格速度で所
定時間移動させ、さらにＣ点での速度がゼロとなるよう
所定時間減速させるという計画が策定される。

【００２５】ステップ３：この動作計画に基づき補間指
令値が算出される。ここで、補間指令値とは、前記教示
点間（例えば、ＡＢ間あるいはＢＣ間）の位置座標であ
って、前記動作計画により指定された速度および移動開
始後からの所定時間（この時間は任意に指定できる）を
用いて算出された位置座標をいう。

【００２６】ステップ４：この補間指令値に基づき所望
時間後の塗装ガンの速度が算出される。この速度の算出
は、前記指定された時間における補間指令値とその直前
の補間指令値との差を、それらの補間指令値を算出した
ときに指定した時間の差により除すことによりなされ
る。

【００２７】ステップ５：この算出された速度に基づ
き、予めロボットの制御装置１のＲＡＭに記憶されてい
る塗装ガンの速度とギャポンプを駆動しているサーボモ
ータの所要電圧との対応表（これは関数の形で記憶され
ていてもよい）により、サーボモータの制御電圧が出力
される。

【００２８】ステップ６：この制御電圧がサーボモータ
に印加され、ギャポンプの吐出量が調節される。

【００２９】ここで、もし、塗装系に０．１秒の時間遅
れがあると仮定した場合、その時間遅れを考慮して前記
速度算出工程（ステップ４）において、０．１秒先の塗
装ガンの速度を算出し、それに対応する電圧を出力して
サーボモータに印加すれば、塗装系の時間遅れを補償す
ることができる。この様にして、実際の時間より先の時
間に対応する速度を算出することを、本明細書では速度
前出しという。今の場合、０．１秒先であるから、０．
１秒の速度前出しという。

【００３０】ところで、前述の如く、ギャポンプと塗装
ガンの接続は、可撓性を有する合成ゴムを主体としたホ
ースによりなされている。そのため、塗装開始直後にお
いては、ホースが吐出圧により膨れ応答遅れが発生す
る。この応答遅れを補償するため、好ましい実施例にお
いては塗装ガンの加速度も加味してサーボモータに印加
する電圧の制御がなされている。この加速度の加味の程
度は、使用するホースの弾性、加速度の大きさ、所望塗
装精度に応じて適宜設定される。

【００３１】なお、加速度が正の場合（増速する場合）
は、加速度分に相当する分を加算して出力電圧を選定
し、負の場合（減速する場合）は、加速度分に相当する
分を減算して出力電圧を選定するのが好ましい。

【００３２】また、前述の如くゴムホースを介在させた
系においては、多くの場合内圧によるゴムホースの膨れ
方が線形性を有していないので、系が非線形となりサー
ボモータに印加される電圧に対して塗装ガンの吐出量が
比例しなくなる。かかる場合には、前述の如く算出され
た速度により選定された電圧をサーボモータに印加して
も、所望の吐出量は得られない。そこで、系が非線形の
場合には、まず塗装ガンの速度に対応する吐出量を何点
かについて求め、そして、得られた吐出量に対する電圧
を算出し、それにより吐出量と電圧の関係を線形近似し
たリニアライザテーブルを作成しておいて、そのリニア
ライザテーブルを介してサーボモータの印加電圧を出力
するのが好ましい。このリニアライザテーブルは使用す
る塗料の粘度に応じて適宜選択できるよう、数種類用意
しておくのが好ましい。表１にリニアライザテーブルの
一例を示す。なお、このリニアライザテーブルは関数の
形でＲＯＭに記憶されていてもよい。

【００３３】

【表１】

【００３４】ここでは、リニアライザテ−ブルの適用に
ついて、ゴムホースが介在することにより系が非線形に
なる場合を例に採り説明してきたが、その適用はかかる
場合に限定されるものではなく、所定のリニアライザテ
ーブルを用意することにより、系が非線形になる場合全
てについて対応できる。

【００３５】次に、本発明の制御方法によりワークを塗
装した場合について説明する。

【００３６】実施例１ 塗装ガンを、長さ約１ｍのワークに対して、１００ｍｍ
／秒⇒５００ｍｍ／秒⇒１００ｍｍ／秒の速度パターン
で加減速５０％により移動させながら塗装を行った。そ
の際、０．２秒の速度前出しを行い、その前出し速度に
対応する電圧をギャポンプ駆動用サーボモータに印加し
て、塗装系の制御を行った。図４（ａ）はその結果を模
式図的に示したものである。

【００３７】比較例１ 塗装系を速度前出しによる制御を行わなかったほかは、
実施例１と同一の条件により塗装を行った。図４（ｂ）
はその結果を模式図的に示したものである。

【００３８】図４より、本発明の制御方法によれば均一
な塗布がなされているのがわかる。

【００３９】実施例２ 塗装系を０．２秒の速度前出しによる制御を行いかつ加
速度を加味してワークのコーナ部を塗装した。図５
（ａ）はその結果を模式図的に示したものである。

【００４０】比較例２ 塗装系を加速度を加味しなかったほかは、実施例２と同
一の条件により塗装を行った。図５（ｂ）はその結果を
模式図的に示したものである。

【００４１】図５より、加速度を加味すれば、ワークの
コーナ部においても、より均一な塗布がなされているの
がわかる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の産業用ロ
ボットの制御方法によれば、煩雑な教示を要せずして最
適な制御量が得られる。また、作業系の時間遅れを考慮
して速度前出しを行えば、その時間遅れを補償すること
ができる。さらに、本発明の産業用ロボットの制御方法
により塗装等を行えば、塗布むらのない均一な塗装等が
なし得る。

【００４３】一方、本発明の制御装置を有するロボット
においては、煩雑な教示を要することなく、作業系を最
適に動作させることができる。また、作業系に時間遅れ
があってもそれを補償した動作が得られる。さらに、本
発明の制御装置を有するロボットにより塗装等を行え
ば、塗布むらのない均一な塗装等がなし得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロボットの制御方法に用いるロボット
の制御装置の一実施例の全体構成図である。

【図２】同全体構成図の電気的構成の概略図である。

【図３】ワークの一例の概略図である。

【図４】本発明のロボットの制御方法を用いて直線部の
塗装を行った結果の模式図である。

【図５】本発明のロボットの制御方法を用いてワークの
コーナ部の塗装を行った結果の模式図である。

【符号の説明】

１ ロボットの制御装置 ２ 教示データ記憶手段 ３ 動作計画策定手段 ４ 補間指令値算出手段 ５ 速度算出手段 ６ 加速度算出手段 ７ リニアライザテーブル ８ 制御量算出手段

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ゴムホースなどの膨れ方に非線形性を有
   する配管部材を用いてシール材、塗料などの流動性を有
   する部材をサーボモータにより駆動されるギャポンプを
   介して塗布ガン、塗布ガンなどの吐出手段により吐出す
   るようにされてなるとともに、前記吐出手段の移動速度
   に対する流動性を有する部材の吐出量と、その際の前記
   サーボモータの印加電圧との関係を線形近似したリニア
   ライザテーブルを有する産業用ロボットの制御方法であ
   って、 ロボットに作業データを教示する工程と、 前記教示データに基づき動作計画を策定する工程と、 前記動作計画に基づき補間指令値を算出する工程と、 前記補間指令値に基づき所定時間後のロボットの吐出手
   段の速度を算出する工程と、 前記速度に対応したサーボモータの印加電圧を前記リニ
   アライザテーブルから算出する工程と、 前記印加電圧によりサーボモータを駆動する工程とを含
   んでいることを特徴とする産業用ロボットの制御方法。
2. 【請求項２】 ゴムホースなどの膨れ方に非線形性を有
   する配管部材を用いてシール材、塗料などの流動性を有
   する部材をサーボモータにより駆動されるギャポンプを
   介して塗布ガン、塗布ガンなどの吐出手段により吐出す
   るようにされてなる産業用ロボットの制御装置であっ
   て、 前記制御装置が、 教示データ記憶手段と、動作計画策定
   手段と、補間指令値算出手段と、速度算出手段と、制御
   量算出手段と、吐出手段の移動速度に対する流動性を有
   する部材の吐出量とその際の前記サーボモータの印加電
   圧との関係を線形近似したリニアライザテーブルとを有
   し、 前記教示データ記憶手段によりロボットの作業部位の教
   示データが記憶され、 前記動作計画策定手段により前記教示データに基づき動
   作計画が策定され、 前記補間指令値算出手段により前記動作計画に基づき補
   間指令値が算出され、 前記速度算出手段により一対の連続する補間指令値によ
   りロボットの吐出手段の速度が算出され、 前記制御量算出手段により前記速度に対応したサーボモ
   ータの印加電圧が前記リニアライザテーブルから算出さ
   れてサーボモータに出力されることを特徴とする産業用
   ロボットの制御装置。