JP2915373B2 - 無限回転軸を有するロボットの制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は無限回転可能な軸を
有するロボットの制御方法に関する。さらに詳しくは、
無限回転終了後において無限回転可能な軸を逆回転など
の動作をさせることなく、次の作業をなし得る状態とす
るロボットの制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より精密鋳造においては、中子への
接着剤の塗布は、無限回転されるロボットの先端軸に中
子を装着し、その先端軸により中子を一定方向に回転さ
せながらなされている。また、その接着剤が塗布された
中子への砂の散布も同様に、先端軸に中子を装着し、そ
の先端軸により中子を一定方向に回転させながらなされ
ている（例えば、特開平６ー７９６７４号参照）。

【０００３】しかしながら、かかる無限回転可能な軸
（以下、単に無限回転軸という）もロボットの１軸であ
るところから、ロボットが移動した経路の逆経路を辿っ
て初期位置（原点）に復帰するという特性を有している
ため、初期位置に復帰する際にこの無限回転軸は、停止
するまで回転した回転数と同じ回転数だけ逆回転させな
ければならない。そのため、サイクルタイムが長くなる
という問題がある。つまり、作業能率が低下するという
問題がある。また、かかる動作をロボットに教示する際
にも同様に逆回転させる必要があり、教示が煩雑となっ
ているという問題もある。

【０００４】そこで、かかる無限回転軸の初期位置への
復帰の際のロスタイムを低減するため、例えば、無限回
転軸の回転数を３６０°の整数倍として回転軸を回転開
始位置で停止させる方法が採られている。すなわち、無
限回転軸を回転初期位置で停止させる方法が採られてい
る。あるいは、無限回転軸の回転終了後に±１８０°の
範囲内で無限回転軸の位置調整を行うという方法も採ら
れている。すなわち、無限回転軸の停止時の位置が、±
１８０°の範囲内で回転初期位置よりも進んだ位置にあ
る場合にはその進んだ分だけ逆回転させ、その逆に回転
初期位置よりも遅れた位置にある場合にはその遅れてい
る分だけ順回転させて回転初期位置とする方法も採られ
ている。

【０００５】しかしながら、前者の方法では無限回転軸
の回転数を３６０°の整数倍にしなければならないとい
う問題があり、また後者の方法では復帰動作を教示しな
ければならず教示が煩雑となるという問題が依然として
残っている。

【０００６】そのような問題に加えて、かかる特性を有
する無限回転軸によりギヤポンプＧを駆動させて、図８
および図９に示すようにショートケーキａの上に生クリ
ームの飾り付けｂを行った場合、その作業の多様性から
常に無限回転軸の回転数を３６０°の整数倍とすること
はできないため、回転終了後に±１８０°の範囲内で無
限回転軸の位置調整を行うという方法を採らざるを得な
くなり、その結果無限回転軸を初期位置に復帰させる際
に、無限回転軸を順方向あるいは逆方向に所定量回転さ
せる必要が生ずる。しかるに、この無限回転軸は、前述
したように生クリームを吐出させるギヤポンプＧを回転
しているところから、順方向に回転させるとギヤポンプ
Ｇから必要もないのに生クリームが吐出されてショート
ケーキａの飾り付けｂがだいなしになるという問題があ
る一方、逆方向に回転させると生クリームが逆流すると
いう問題がある。

【０００７】なお、かかる問題は、無限回転軸によりギ
ヤポンプＧを駆動してシール剤を塗布している自動車の
窓の取り付け作業などにおいても同様に発生する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の課題に鑑みなされたものであって、無限回転軸を実
際に逆回転などをさせることなく次の動作可能な状態と
するロボットの制御方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の無限回転軸を有
するロボットの制御方法は、無限回転軸を有するロボッ
トにおいて、無限回転軸がロボットの制御をなしている
主制御装置と無限回転制御をなしている無限回転用制御
装置とにより制御がなされており、前記主制御装置に関
する仮想エンコーダ値を無限回転終了後に強制的に所定
値に変更し、ついでロボットを初期位置に復帰させて無
限回転軸を含むロボットを再稼働可能な状態とすること
を特徴とする。

【００１０】

【００１１】あるいは、本発明の無限回転軸を有するロ
ボットの制御方法は、無限回転軸を有するロボットにお
いて、前記無限回転軸がロボットの制御をなしている主
制御装置と無限回転制御をなしている無限回転用制御装
置とにより制御がなされており、前記無限回転軸が回転
開始位置で停止しないために回転開始位置とずれが生じ
た場合、一旦、そのずれ量に相当するエンコーダ値を仮
想エンコーダ値に加算して回転終了後の位置を補正し、
ついでその仮想エンコーダ値を強制的に所定値に変更
し、しかる後ロボットを初期位置に復帰させて無限回転
軸を含むロボットを再稼働可能な状態とすることを特徴
とする。

【００１２】ここで、前記所定値は、例えば無限回転軸
のゼロ度に相当する値とされる。

【００１３】なお、本発明の無限回転軸を有するロボッ
トの制御方法においては、仮想エンコーダ値を所定値に
変更した後に、前記無限回転用制御装置に関するスピン
エンコーダ値をゼロとするのが好ましく、また仮想エン
コーダ値を強制的に所定値とすることにより無限回転軸
に設けられている合いマークにずれが生じた場合、その
ずれを解消するように仮想エンコーダ値が適宜変更され
るのが好ましい。

【００１４】

【作用】本発明の無限回転軸を有するロボットの制御方
法は、前記のごとく構成されてるので、無限回転軸を逆
回転などの実際の動作をさせることなく、ロボットを再
稼働可能な状態になし得る。

【００１５】また、本発明の好ましい形態によれば、無
限回転軸が回転開始位置と異なる位置において停止した
場合においても、無限回転軸を回転開始位置まで順回転
あるいは逆回転させることなく、ロボットを再稼働可能
な状態になし得る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明はかか
る実施の形態のみに限定されるものではない。

【００１７】本発明の一実施の形態の制御方法が適用さ
れるロボットの制御系の概略図を図１にブロック図で示
し、同制御系の電気的構成の概略図を図２にブロック図
で示し、同ロボットの概略図を図３に示す。

【００１８】この制御方法が適用されるロボットは、先
端軸が無限回転される従来のロボットと同様に、第１軸
〜第５軸８までは、主制御装置２の指令に基づいて動作
する第１サーボ制御部３により第１アクチュエータ（こ
の第１アクチュエータは、第１軸〜第５軸８の各軸に対
応させて設けられている）８１が駆動され軸部材８２が
旋回あるいは回転等の所定動作を行い、またその第１ア
クチュエータ８１の回転量等は、例えば第１エンコーダ
（この第１エンコーダは、第１軸〜第５軸の各軸に対応
させて設けられている）９により第１サーボ制御部３に
フィードバックされている。第６軸（以下、手首軸ある
いは先端軸ということもある）６は、第１軸〜第５軸８
と同様に、主制御装置２の指令に基づいて動作する第２
サーボ制御部４により、第６軸６とは離隔して設けられ
ている第２アクチュエータ（図３参照）６１が駆動され
て軸部材６２が回転動作を行う一方、第２サーボ制御部
４が無限回転用制御装置３の指令に基づいても動作され
ることにより、第２アクチュエータ６１の一定方向への
回転が持続され、それにより軸部材６２が無限回転も行
う。また、この第２アクチュエータ６１の回転量は第２
エンコーダ７により第２サーボ制御部４にフィードバッ
クされている。

【００１９】このように、この実施の形態においては、
第６軸６の軸部材６２は、通常の位置決めのための回転
動作とスピン回転のための無限回転動作の２つの動作を
同一の第２アクチュエータ６１により行うよう構成され
ている。つまり、第６軸６を仮想的に位置決めを行う軸
と無限回転を行う軸とを組合せたものとして取り扱うも
のである。ここで、主制御装置２と無限回転用制御装置
３とは相互に情報交換を行うよう構成されている。例え
ば、入力装置１０から主制御装置２に入力されたスピン
回転数は主制御装置２により無限回転用制御装置３に送
出される一方、無限回転用制御装置３で検出されたスピ
ン回転数が主制御装置２に送出される。そして、軸部材
６２の先端には、例えばワークＷやギヤポンプＧが係止
されている。

【００２０】ここで、無限回転用制御装置３は、ソフト
的に主制御装置２と別個に構成されているものであり、
図２に示すように、ロボットの制御装置１のＲＯＭの中
に無限回転用プログラムを格納することにより構成され
るものである。なお、第１サーボ制御部５および第２サ
ーボ制御部４とＣＰＵとの信号の遣り取りは、図２に示
すように入出力インターフェースを介してなされる。

【００２１】また、第６軸６の第２アクチュエータ６１
の回転数（より詳しくは、第２アクチュエータ６１の出
力軸の回転数）を計測している第２エンコーダ７の値に
は、主制御装置２による回転量と無限回転用制御装置３
による回転量とが含まれているので、第２サーボ制御部
４によりそれらが分離されて、主制御装置２および無限
回転用制御装置３にフィードバックされ、ついでその分
離されたそれぞれのエンコーダ値が主制御装置２のメモ
リ（図示省略）および無限回転用制御装置３のメモリ
（図示省略）にそれぞれ記憶される。ここで、このエン
コーダ値（実効エンコーダ値）Ｒのうち、分離されて主
制御装置２へ行くものを仮想エンコーダ値Ｉと定義し、
分離されて無限回転用制御装置３へ行くものをスピンエ
ンコーダ値Ｓと定義する。

【００２２】つまり、仮想エンコーダ値Ｉは、第６軸６
の主制御装置２の制御による位置（回転角）を表すエン
コーダ値であり、主制御装置２の制御により第２エンコ
ーダのエンコーダ値Ｒが増減した場合、その増減にとも
なって主制御装置２内に記憶されている仮想エンコーダ
値Ｉも増減するが、ロボットがスピン動作、すなわち第
６軸６が無限回転している場合、主制御装置２内に記憶
されている仮想エンコーダ値Ｉは変化せずしてそのまま
保持される。

【００２３】一方、スピンエンコーダ値Ｓはスピン動作
における回転量（回転数）を表すエンコーダ値であり、
無限回転用制御装置３の制御により第２エンコーダ７の
エンコーダ値Ｒが増加した場合、その増加にともなって
無限回転用制御装置３内に記憶されているスピンエンコ
ーダ値Ｓも増加する。この場合、第２エンコーダ７の計
測範囲が有限であるところから、スピン動作における回
転数がその計測範囲を超えるときには、第２エンコーダ
７をオーバーフロー処理して回転数の計測がなされる
が、そのオーバーフロー処理回数を含めた累積値がスピ
ンエンコーダ値Ｓの増分として無限回転用制御装置３内
に記憶されているスピンエンコーダ値Ｓに加算される。

【００２４】しかして、従来であれば主制御装置２によ
り第６軸６を逆駆動（逆回転）させるなどしてロボット
を初期位置に復帰させていた。そのため、前述したよう
な問題が生じていたので、この実施の形態においてはロ
ボットを初期位置に復帰させる場合、次のような処理を
施して第６軸６を実際に逆駆動や逆回転させることなく
再稼働可能な状態とする。

【００２５】（１）スピンエンコーダ値Ｓの回転開始位
置からのずれ量（以下、単にずれ量という）を算出す
る。このずれ量の算出は、スピンエンコーダ値Ｓをスピ
ン軸６２の１回転単位で分割し、その際の余りをずれ量
とすることによりなされる。例えば、第２エンコーダ７
を後述するように規定し、かつ減速比（ギア比）が１：
１６とすれば、スピン軸６２の３６０°は８１９２ｘ１
６（ビット）となる。したがって、スピンエンコーダ値
Ｓを（８１９２ｘ１６）で割った余りがずれ量となる。

【００２６】（２）このずれ量を仮想エンコーダ値Ｉに
加算する。これにより、仮想エンコーダ値の指令値との
ずれが補正される。したがって、この新たに得られた仮
想エンコーダ値Ｉ_Aが、第６軸６の実際の現在位置を表
すことになる。

【００２７】（３）この新たに得られた仮想エンコーダ
値Ｉ_Aを第６軸６の回転角が０°に相当する値Ｉ_Fに強制
的に変更する。なお、仮想エンコーダ値Ｉをこのように
して強制変更した場合の両者の差分値は主制御装置２の
メモリに記憶されて、後述するようにゼロイング時の合
いマークのずれを解消する際に利用される。

【００２８】（４）スピンエンコーダ値Ｓをゼロとす
る。

【００２９】しかして、この一連の処理を施すことによ
り第６軸６が再稼働可能とされる。

【００３０】なお、このような制御を行うと第６軸６に
設定されているゼロイング時の合いマークにずれが生ず
るが、強制的に変更された際の差分値が前述したように
主制御装置２のメモリに記憶されているところから、そ
の値を利用して仮想エンコーダ値Ｉを強制的にずれがな
くなる値に適宜変更することによりこの問題は解消され
る。例えば、現在位値が３０°であるとした場合、その
値を強制的に０°に変更した場合の差分値は３０°とな
る。ついで２０°の回転動作させた場合、その位置を５
０°（変更後の位置＝変更前の位置＋差分値）に強制的
に変更すれば機械的なずれは解消される。

【００３１】次に、主としてロボットの制御装置１によ
る制御のフローチャートを示す図５を参照しながら本発
明の制御方法について説明する。なお、図５中の符号Ｓ
１〜Ｓ１０はステップ番号を示す。

【００３２】ステップ１：ロボットを起動する。

【００３３】ステップ２：ロボットアームの手首軸６の
位置を入力する。

【００３４】ステップ３：主制御装置２からの指令によ
り第１サーボ制御部５および第２サーボ制御部４を駆動
させることによりロボットアームの第１軸〜第５軸８お
よび第６軸６を旋回あるいは回転させて指定位置に移動
する。この場合、第１軸〜第５軸８および第６軸６を旋
回あるいは回転させるための指令値は入力装置１０から
入力されてもよい。

【００３５】ステップ４：手首軸６のスピン回転数（例
えば、５０回転）を入力装置１０から入力する。

【００３６】ステップ５：手首軸６の無限回転（スピン
動作）を開始する。このスピン動作は無限回転用制御装
置３からの無限回転指令Ｏによりなされる。

【００３７】ステップ６：第２アクチュエータ６１の回
転により第２エンコーダ７のエンコーダ値が増加する
と、スピンエンコーダ値が増加し、その値によりスピン
軸６２の回転数が計測される。

【００３８】ステップ７：回転数が所定数に達したか否
か判定され、所定数に達していなければステップ６に戻
り、所定数に達していればステップ８に進む。

【００３９】ステップ８：回転数が所定数（この場合、
５０回）に達すれば、手首軸６のスピン動作を停止す
る。

【００４０】ステップ９：前述した処理を施して主制御
装置２に記憶されている仮想エンコーダ値Ｉを所定値、
例えばゼロに強制的に置き換えるとともに、無限回転用
制御装置３に記憶されているスピンエンコーダ値Ｓをゼ
ロとする。この場合、仮想エンコーダにおいて置き換え
る値は、ロボットの次の動作に適する他の値とされても
よい。

【００４１】ステップ10：主制御装置２からの指令によ
り第１サーボ制御部５を駆動させることにより、ロボッ
トを逆旋回あるいは逆回転させて初期位置に復帰させ
る。この場合、手首軸６は逆回転などはされない。

【００４２】しかして、本実施の形態における無限回転
数制御装置３による第６軸６の無限回転は、次のように
して実現される（図６〜７参照）。なお、図６〜図７中
の符号Ｓ１１〜Ｓ１８はステップ番号を示す。

【００４３】また、ここでは、第２エンコーダ７として
２１ビットのものを用い、その内の下位１３ビットによ
りエンコーダの回転円盤の１回転中の位置（回転量）が
カウントされ、その内の上位８ビットにより回転円盤の
何回転したかという回転数がカウントされるものとされ
ている。したがって、第２エンコーダ７の値が２５６ｘ
８１９２を超えると第２エンコーダ７はオーバーフロー
する。しかしながら、一般的には軸の動作範囲はある角
度からある角度までと規定されているため、２１ビット
のエンコーダであれば０〜８１９２×２５６の間の一定
範囲の値しかとらないものである。それ故、オーバーフ
ロー等は考えないでよい。しかるに、今回は無限回転を
行わせるので、第２エンコーダ７が０〜８１９２×２５
６の範囲では足りなくなるため、すなわち第２エンコー
ダ７がオーバーフローするため、オーバーフロー等の処
理が必要となる。

【００４４】さらに、ここでは軸部材６２とアクチュエ
ータ６１との減速比は１：１６とされているものする
（図４参照）。つまり、第２アクチュエータ６１の駆動
軸が１６回転すると軸部材６２が１回転するようにされ
ている。

【００４５】ステップ１１：スピン回転数の初期値を設
定する（ｎ＝０）

【００４６】ステップ１２：スピン回転数をカウントす
る。

【００４７】ステップ１３：下位１３ビットの値が８１
９１（８１９２−１）を超えたか否か判定する。

【００４８】ステップ１４：第２エンコーダ７の下位１
３ビットの値がその上限値８１９１（８１９２−１）を
超えた場合、下位１３ビットから８１９２を引き去り、
上位８ビットの値を１増加させる。

【００４９】ステップ１５：上位８ビットの値が１６増
加した否か判定する。

【００５０】ステップ１６：上位８ビットの値が１６増
加した場合、手首軸６のスピン回転数を１増加させる
（ｎ＝ｎ＋１）。

【００５１】ステップ１７：上位８ビットの値がその上
限値２５５（２５６−１）を超えたか否か判定する。

【００５２】ステップ１８：上位８ビットの値がその上
限値２５５（２５６−１）を超えた場合、上位８ビット
から２５６を引き去る。

【００５３】これにより、第２エンコーダ７が再び計測
可能になり、第２アクチュエータ６１は回転を継続する
ので、ステップ１２に戻りカウントを継続する。

【００５４】以後、これらのステップを所望のスピン回
転数が得られるまで繰り返す。

【００５５】そして、スピン動作が終了すると前述した
処理がなされてロボットが再稼働可能とされる。すなわ
ち、ロボットが初期位置に復帰する。

【００５６】以上、アクチュエータ６１が正回転され第
２エンコーダ７の値が増加する場合について説明してき
たが、第２アクチュエータ６１が逆回転され第２エンコ
ーダ７の値が減少する場合については、前記の逆の操作
を行う。

【００５７】なお、ここでは、無限回転をなす軸を手首
軸６としたが、他の軸とされてもよい。また、軸部材６
２とアクチュエータ６１の減速比を１：１６としたが、
減速比はこれに限定されるものではなく、１：２ⁿとさ
れていればよい。そして、減速比をこの様に設定すれ
ば、停電時等においても角度保証が可能となり停電等の
後の復帰が容易となる。さらに、制御の多少の煩雑さを
許容するものとすれば、減速比は前記に限定されず適宜
に設定することができる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、無限回転軸を逆回転などの実際の動作をさせること
なく、ロボットを再稼働可能な状態になし得るという優
れた効果が得られる。そのため、サイクルタイムが短縮
されたり、あるいは手首軸の不要な回転によりギヤポン
プが駆動されて不必要な吐出などが回避されたり、教示
が簡素化されるという優れた効果も得られる。

【００５９】また、本発明の好ましい形態によれば、無
限回転軸が回転開始位置と異なる位置において停止した
場合においても、無限回転軸を回転開始位置まで順回転
あるいは逆回転させることなく、ロボットを再稼働可能
な状態になし得るという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロボットの制御方法における制御系の
一実施の形態のブロック図である。

【図２】同実施の形態の制御系の電気的構成のブロック
図である。

【図３】同実施の形態のロボットの概略図である。

【図４】軸部材と第２エンコーダとの減速比の説明図で
ある。

【図５】本発明のロボットの制御方法のジェネラルフロ
ーチャートである。

【図６】前記ジェネラルフローチャートにおけるエンコ
ーダのオーバフロー処理に関するフローチャートの前半
部である。

【図７】前記ジェネラルフローチャートにおけるエンコ
ーダのオーバフロー処理に関するフローチャートの後半
部である。

【図８】従来の制御方法によりシートケーキの飾り付け
をなしている状態の説明図である。

【図９】 飾り付けがなされたシートケーキの平面図で
ある。

【符号の説明】

１ ロボットの制御装置 ２ 主制御装置 ３ 無限回転用制御装置 ４ 第２サーボ制御部 ５ 第１サーボ制御部 ６ 第６軸（手首軸、または先端軸） ７ 第２エンコーダ ８ 第１〜５軸 １０ 入力装置 Ｒ 実エンコーダ値 Ｉ 仮想エンコーダ値 Ｓ スピンエンコーダ値 Ｏ 無限回転指令 Ｗ ワーク Ｇ ギアポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B25J 13/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無限回転軸を有するロボットにおいて、
   前記無限回転軸がロボットの制御をなしている主制御装
   置と無限回転制御をなしている無限回転用制御装置とに
   より制御がなされており、 前記主制御装置に関する仮想エンコーダ値を無限回転終
   了後に強制的に所定値に変更し、ついでロボットを初期
   位置に復帰させて無限回転軸を含むロボットを再稼働可
   能な状態とすることを特徴とする無限回転軸を有するロ
   ボットの制御方法。
2. 【請求項２】 無限回転軸を有するロボットにおいて、
   前記無限回転軸がロボットの制御をなしている主制御装
   置と無限回転制御をなしている無限回転用制御装置とに
   より制御がなされており、 前記無限回転軸が回転開始位置で停止しないために回転
   開始位置とずれが生じた場合、一旦、そのずれ量に相当
   するエンコーダ値を仮想エンコーダ値に加算して回転終
   了後の位置を補正し、ついでその仮想エンコーダ値を強
   制的に所定値に変更し、しかる後ロボットを初期位置に
   復帰させて無限回転軸を含むロボットを再稼働可能な状
   態とすることを特徴とする無限回転軸を有するロボット
   の制御方法。
3. 【請求項３】 前記所定値が無限回転軸のゼロ度に相当
   する値とされてなることを特徴とする請求項１または２
   記載の無限回転軸を有するロボットの制御方法。
4. 【請求項４】 仮想エンコーダ値を所定値に変更した後
   に、前記無限回転用制御装置に関するスピンエンコーダ
   値をゼロとすることを特徴とする請求項１または２記載
   の無限回転軸を有するロボットの制御方法。
5. 【請求項５】 仮想エンコーダ値を強制的に所定値とす
   ることにより無限回転軸に設けられている合いマークに
   ずれが生ずる場合、そのずれを解消するように仮想エン
   コーダ値が変更されることを特徴とする請求項１または
   ２記載の無限回転軸を有するロボットの制御方法。