JP3114579B2 - 産業用ロボットおよびその制御装置 - Google Patents

産業用ロボットおよびその制御装置

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JP3114579B2 JP07221342A JP22134295A JP3114579B2 JP 3114579 B2 JP3114579 B2 JP 3114579B2 JP 07221342 A JP07221342 A JP 07221342A JP 22134295 A JP22134295 A JP 22134295A JP 3114579 B2 JP3114579 B2 JP 3114579B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボットおよび
その制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ロボットの位置決め制御はロボッ
ト本体１５の各軸のモータに直結した検出器によりモー
タの回転量に比例した値をフィードバックすることで実
現している。その検出器としてはアブソリュートエンコ
ーダやイクリメンタルエンコーダが一般に使用されてい
る。
【０００３】この検出器の使用方法としては、一般にロ
ボット制御装置１８の電源投入時にアブソリュートエン
コーダ（絶対位置検出器）によりロボットの現在位置を
認識し、その後はインクリメンタルエンコーダ（相対位
置検出器）によりロボットの位置を相対的に制御するも
のである。これはアブソリュートエンコーダデータはシ
リアル通信で送られてくるのでインクリメンタルエンコ
ーダデータ処理の方が短時間で位置・速度制御が実施し
やすいためである。
【０００４】一方、ロボット制御装置１８の電源遮断後
の次電源投入時には、インクリメンタルエンコーダだけ
ではロボットの現在位置を認識できないので、この場合
は原点復帰というロボットの原点位置検出操作が必要に
なるが、ロボットの実使用環境によってはロボットが原
点復帰するだけの空間がない場合もあり、また即座に現
在位置が認識できるアブソリュートエンコーダの方がユ
ーザにとっての使い勝手がはるかに優れているために、
両者の検出器を併用しているのが現状である。
【０００５】ところで、上記した例ではアブソリュート
エンコーダはロボット制御装置１８の電源投入時にしか
利用されないことになるので、安全面からのその有効な
利用を図る目的のロボット制御装置が提案されている。
（例えば、特開平４−２３５６１０号公報参照。以下、
第１の従来例と言う）。即ち、この例では、ロボット動
作中、リアルタイムで常時アブソリュートエンコーダデ
ータによる現在位置算出結果とインクリメンタルエンコ
ーダデータによる現在位置算出結果とを比較することで
位置検出器自体によるロボットの暴走や位置ずれの発生
を防止するようにしている。
【０００６】また、万一エンコーダ信号伝送系やエンコ
ーダ自身の不具合が発生した場合はハード的に即時検出
できるロボット制御装置が提案されており（例えば、実
願平１−４３０５０号（実開平２−１３３７０４号）の
マイクロフィルム参照。以下、第２の従来例と言
う。）、リアルタイムでの絶対位置検出手段の異常検出
はハード的な異常検出の方が即時性や確実性において有
利であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記第１
の従来例は、マニュピュレータの各軸に直結された位置
検出器であるアブソリュートエンコーダとインクリメン
タルエンコーダからのモータ回転量に比例したフィード
バック量を比較検討するものであり、両者の比較結果は
常時一致するのが自然の理である。
【０００８】すなわち、軸が折れてしまう等、ハード的
な大きな異常でなければ検出しえないという問題点があ
った。
【０００９】また、上記第２の従来例においても、制御
ケーブルの断線等のハード的な異常でなければ検出でき
ないという問題点があった。
【００１０】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、マニュピュレータ各軸の実速度が指令速度と一致す
るか否かを監視でき、より安定・確実な制御を行うこと
のできる産業用ロボットおよびその制御装置を提供する
ことを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の産業用ロボットの制御装置は、ロボットの
速度指令信号を出力する速度指令手段としてのメインＣ
ＰＵ部と、前記速度指令信号を受けて対応する電流を前
記ロボットの各軸のサーボモータに出力するとともに前
記ロボットの各軸のエンコーダからの信号を受けてフィ
ードバック制御を行い前記速度指令信号の指示する速度
にて前記各軸のサーボモータを動作させるサーボ制御手
段としてのサーボＣＰＵ部と、前記エンコーダから帰還
する信号のパルス列から算出された実速度と前記速度指
令手段が指令する指令速度を比較する比較手段を前記サ
ーボＣＰＵ部とメインＣＰＵ部のそれぞれに設け、前記
比較手段の比較結果がある許容値を超えたときに異常発
生処理を前記サーボＣＰＵ部とメインＣＰＵ部のそれぞ
れで実行するものである。
【００１２】また、本発明の産業用ロボットは、ロボッ
ト本体部と、教示装置と、制御装置とを備え、前記制御
装置はロボットの速度指令信号を出力する速度指令手段
としてのメインＣＰＵ部と、前記速度指令信号を受けて
対応する電流を前記ロボットの各軸のサーボモータに出
力するとともに前記ロボットの各軸のエンコーダからの
信号を受けてフィードバック制御を行い前記速度指令信
号の指示する速度にて前記各軸のサーボモータを動作さ
せるサーボ制御手段としてのサーボＣＰＵ部と、前記エ
ンコーダから帰還する信号のパルス列から算出された実
速度と前記速度指令手段の指令する指令速度とを比較す
る比較手段を前記サーボＣＰＵ部とメインＣＰＵ部のそ
れぞれに設け、前記比較手段の比較結果がある許容値を
超えたときに異常発生処理を前記サーボＣＰＵ部とメイ
ンＣＰＵ部のそれぞれで実行するものである。
【００１３】
【作用】上記構成により、サーボＣＰＵ部とメインＣＰ
Ｕ部のそれぞれに比較手段を備えているために、速度指
令手段の指令速度と実速度とが実際には異なっているに
もかかわらず、サーボ制御手段が何らかの異常により、
上記両速度が同様であると認識してしまった場合にも、
上記メインＣＰＵ部の比較手段により、上記両速度が実
際には同様でないことを検出することができ、より安全
に産業用ロボットを制御することができる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の一実施例における産業用ロボ
ットの実速度の二重監視を図面に基づいて説明する。
【００１５】まず図３は、本発明の一実施例における産
業用ロボットを用いたアーク溶接ロボットシステムのシ
ステム構成図で、図において１５はロボット本体（マニ
ュピュレータ）で、６軸構成の垂直多関節形ロボットで
ある。１６はアーク溶接トーチでロボット本体１５の手
首部分に取り付けてある。１７はアーク溶接電源でロボ
ット制御装置１８からの溶接指令が溶接ｉ／ｆケーブル
１９により伝達され、溶接ワイヤ２４をワイヤ送給装置
２１によりトーチ１６まで送給して溶接できるようにす
る。２０は教示装置であるティーチングペンダントで、
ロボットの教示作業等を行う時に使用する。２０ａはテ
ィーチングペンダント２０の液晶表示部で種々のロボッ
トの動作状態や溶接等に関する情報を表示するものであ
る。
【００１６】図１は本発明の一実施例における産業用ロ
ボットの制御装置の一部のブロック図で、メインＣＰＵ
部２２は主としてロボットの動作指令やティーチングペ
ンダント２０を窓口とするマンマシンｉ／ｆに必要な制
御を受け持っている。次に、サーボＣＰＵ部２３は主と
してロボットの動作制御を受け持っている。
【００１７】なお、本実施例においてはメインＣＰＵ部
２２が速度指令手段であり、サーボＣＰＵ部がサーボ制
御手段である。
【００１８】以下、メインＣＰＵ部２２の構成について
説明する。４はＭ−ＣＰＵでロボット全体の管理を行
う。１はＭ−ＲＯＭで、Ｍ−ＣＰＵ４が実行すべき処理
を記述したソフトウェア（プログラム）が格納されてい
る。２はＭ−ＲＡＭでロボットの動作順序等のティーチ
ングデータや溶接やロボットに関するパラメータ等の書
換自由なデータが格納されていて、Ｍ−ＣＰＵ４がアク
セスする。３はタイマーでＭ−ＣＰＵ４へ時間の経過や
ポーリング処理のタイミングを知らせる。５は通信ｉ／
ｆ部で溶接機器や外部のシーケンサ等との信号の受け渡
しを行う。６はＤＰ−ＲＡＭ（デュアルポートラム）で
メインＣＰＵ部２２とサーボＣＰＵ部２３とはこのＤＰ
−ＲＡＭ６を介して情報のやりとりを行う。尚、１３と
１４はデータバスで各装置間のデータの受け渡しに使わ
れる。
【００１９】次にサーボＣＰＵ部２３について説明す
る。サーボ系は位置・速度・電流制御を行うサーボＣＰ
Ｕ部２３と、その制御回路のＰＷＭ信号によりモータを
駆動するための図示しないＡＣサーボドライバ部と図示
しないＡＣサーボモータ部とで構成されている。
【００２０】７はシーケンサでロボットの制御電源投入
時にタイミングをとってロボット本体１５のエンコーダ
部（図示せず）への電源を供給したり、サーボ投入され
た後のロボット本体１５のＡＣサーボモータ部（図示せ
ず）のブレーキ解除等を行う。８はｉ／ｆＣＰＵでシス
テム管理しているＭ−ＣＰＵ４と各軸のＳＶ−ＣＰＵ１
２との間に介在して、ＳＶ−ＣＰＵ１２のデータ通信処
理への負担を軽減している。９はアブソデータ処理用の
専用のゲートアレイで逐一送信されてくるアブソリュー
トエンコーダデータを処理している。
【００２１】１０はハイブリッドＩＣで位置検出器であ
るアブソリュートエンコーダやインクリメンタルエンコ
ーダの信号を受信して波形整形を行い、アブソリュート
エンコーダの信号はゲートアレイ９へ、またインクリメ
ンタルエンコーダの信号はＳＶ−ＣＰＵ１２へ送ってい
る。さらに、ハイブリッドＩＣ１０はＵ相、Ｖ相電流を
内蔵されているＳ／Ｈ（サンプル＆ホールド）回路によ
りサンプリングし、内蔵されているＡ／Ｄコンバータで
ディジタル量に変換してＡＣサーボモータの電流フィー
ドバック値としてＳＶ−ＣＰＵ１２へ送っている。
【００２２】１１はｉ／ｆゲートアレイでｉ／ｆＣＰＵ
８とＳＶ−ＣＰＵ１２との通信用ｉ／ｆ部でＦＩＦＯス
タックであり、またＳ／Ｈ回路へのホールド信号を作っ
ている。１２はＳＶ−ＣＰＵであり、本実施例では３２
ビットＲＩＳＣシングルチップを用い、制御演算はＲＩ
ＳＣコアと内蔵積和回路により高速演算を行っている。
加えて、ＳＶ−ＣＰＵ１２に内蔵されている５チャンネ
ルの多機能タイマカウンタでインクリメンタルエンコー
ダ信号の４逓倍とエンコーダパルスのカウントタイマの
カウントによる位置フィードバック値、速度フィードバ
ック値の算出とＰＷＭ信号の出力等を行っている。
【００２３】尚、ハイブリッドＩＣ１０、ｉ／ｆゲート
アレイ１１、ＳＶ−ＣＰＵ１２はマニュピュレータ各軸
ごとに存在する。
【００２４】位置ループは指令パルスとフィードバック
パルスの差分を保持する偏差カウンタによるＰ制御で構
成し、位置割込みにより処理を行っている。速度ループ
はＰＩ制御で構成し速度フィードバック信号は３２ビッ
ト演算することで、十分な精度を確保している。ＳＶ−
ＣＰＵ１２での速度フィードバック値はエンコーダパル
スの入力エッジに同期して、パルスカウント値とタイマ
カウント値を各レジスタに保持した上、同時にＳＶ−Ｃ
ＰＵ１２に取り込み、前回値との差分により算出してい
る。このため、ＳＶ−ＣＰＵ１２に取り込む直前の平均
速度を得る事ができ、かつ低速から高速領域まで連続し
た精度の高いフィードバック値を得る事ができる。
【００２５】次に、図２は本発明の一実施例における産
業用ロボットのアブソリュートエンコーダデータの通信
プロトコルを示す図であるが、アブソリュートエンコー
ダ信号は図２に示す様にボーレイト１Ｍｂｐｓで周期５
１マイクロ秒でモータの回転量とモーター回転内量デー
タとをエンコーダ電源が供給された後は常時、各軸のハ
イブリッドＩＣ１０を経由してゲートアレイ９ヘシリア
ルデータとして送信する。
【００２６】ゲートアレイ９では各軸のアブソデータを
チャンネルを切り替えて受信している。アブソデータは
モータの回転量とモータ一回転内量のデータをバイナリ
ーデータとして送ってくる。ゲートアレイ９は常時、各
軸のチャンネルを順番に切り替えて各軸のモータ回転量
と一回転内データを所定のＤＰ−ＲＡＭ６に書いてい
る。全６軸のアブソデータ処理をゲートアレイ９が実施
するのに最大１ミリ秒を要する。
【００２７】Ｍ−ＣＰＵ４はサーボ投入された後は２５
ミリ秒ごとにＤＰ−ＲＡＭ６に記入されている各軸のモ
ータの回転量とモーター回転内量データを入手し、Ｍ−
ＲＡＭ２へ書き込まれている前回の該値との差分をとっ
て速度を算出し、今回のデータをＭ−ＲＡＭ２の前回値
のアドレスの箇所へ上書きする。
【００２８】次に、Ｍ−ＣＰＵ４はこの前記算出された
各軸の速度とＭ−ＣＰＵ４が各軸のＳＶ−ＣＰＵ１２へ
指令した速度との差分をとり許容値に収まっているか否
か判断する。
【００２９】ここで、もし許容値をこえていたらＳＶ−
ＣＰＵ１２の異常や位置検出器やその間の配線の不具合
が発生したと判断して、非常停止処理を即ち、ＡＣサー
ボモータのサーボ電源を遮断しティーチングペンダント
２０の液晶表示部２０ａに「速度監視異常」と表示しか
つ外部出力信号を出して外部へ通知する。
【００３０】以上のように、本実施例においては速度指
令手段であるメインＣＰＵ部２２内にあるＭ−ＣＰＵ４
を比較手段としても使用している。
【００３１】なお、上記実施例では、Ｍ−ＣＰＵ４で速
度監視したが他のＣＰＵで監視してもよいし速度監視を
ハード的に構成してもよい。また、速度監視にアブソリ
ュートエンコーダのシリアルデータを用いたがＳＶ−Ｃ
ＰＵ１２の速度フィードバック処理データを用いてもよ
い。さらに、速度監視異常時に非常停止処理としたが一
時停止処理とし各軸ごとにＳＶ−ＣＰＵ１２をリセット
しロボットの現在位置をアブソリュートデータを使用し
再設定した後、最起動可能とすることもできる。
【００３２】このように、位置検出器を用いてロボット
の運動や位置決め制御を行う方式の産業用ロボットにお
いて、ロボットの動作指令を行うＣＰＵ（Ｍ−ＣＰＵ
４）とロボットの動作制御を行うＣＰＵ（ＳＶ−ＣＰＵ
１２）とを有し、予め設定してある周期毎に位置検出器
のデータ処理を行って算出した実速度と指令した速度と
を比較する手段としてロボットの動作制御を行うＳＶ−
ＣＰＵ１２以外の別のＣＰＵ(本実施例ではこのＣＰＵ
として再びＭ−ＣＰＵ４を用いている）を備え、この比
較結果が予め認定してある許容値を越えた時に異常発生
処理を実行するように構成することにより、本実施例で
はロボットの動作指令を行うＭ−ＣＰＵ４自身がリアル
タイムでマニュピュレータ各軸の実速度が指令速度と一
致するか否か監視することにより、結果的に２つのＣＰ
Ｕ（Ｍ−ＣＰＵ４とＳＶ−ＣＰＵ１２）で実速度の監視
を行うことができ、より安全なロボットを提供できる。
【００３３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
産業用ロボットおよびその制御装置によれば、実速度と
指令速度とを比較する比較手段をサーボＣＰＵ部とメイ
ンＣＰＵ部のそれぞれに設け、それぞれの比較手段によ
って監視するので、結果的に２種類のＣＰＵで実速度の
監視を行うことができ、偶発的な異常を抑制できてロボ
ットの信頼性を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における産業用ロボットの制
御装置の一部のブロック図
【図２】本発明の一実施例における産業用ロボットのア
ブソリュートエンコーダデータの通信プロトコルを示す
図
【図３】本発明の一実施例における産業用ロボットを用
いたアーク溶接ロボットシステムのシステム構成図
【符号の説明】
１ Ｍ−ＲＯＭ ２ Ｍ−ＲＡＭ ３ タイマー ４ Ｍ−ＣＰＵ ５ 通信ｉ／ｆ ６ ＤＰ−ＲＡＭ ７ シーケンサ ８ ｉ／ｆＣＰＵ ９ ゲートアレイ １０ ハイブリッドＩＣ １１ ｉ／ｆゲートアレイ １２ ＳＶ−ＣＰＵ １３、１４ データバス １５ ロボット本体（マニュピレータ） １６ アーク溶接用トーチ １７ アーク溶接用電源 １８ ロボット制御装置 １９ 溶接ｉ／ｆケーブル ２０ ティーチングペンダント ２０ａ 液晶表示部 ２１ ワイヤ送給装置 ２２ メインＣＰＵ部 ２３ サーボＣＰＵ部 ２４ 溶接ワイヤ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−167003（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−263214（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−231317（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−20989（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B25J 19/06 B25J 9/10

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ロボットの速度指令信号を出力する速度指
    令手段としてのメインＣＰＵ部と、前記速度指令信号を
    受けて対応する電流を前記ロボットの各軸のサーボモー
    タに出力するとともに前記ロボットの各軸のエンコーダ
    からの信号を受けてフィードバック制御を行い前記速度
    指令信号の指示する速度にて前記各軸のサーボモータを
    動作させるサーボ制御手段としてのサーボＣＰＵ部と、
    前記エンコーダから帰還する信号のパルス列から算出さ
    れた実速度と前記速度指令手段が指令する指令速度を比
    較する比較手段を前記サーボＣＰＵ部とメインＣＰＵ部
    のそれぞれに設け、前記比較手段の比較結果がある許容
    値を超えたときに異常発生処理を前記サーボＣＰＵ部と
    メインＣＰＵ部のそれぞれで実行する産業用ロボットの
    制御装置。
  2. 【請求項２】エンコーダとして、アブソリュートエンコ
    ーダもしくはインクリメンタルエンコーダを用い、比較
    手段の比較結果がある許容値を超えたときに異常発生処
    理をメインＣＰＵ部で行う請求項１記載の産業用ロボッ
    トの制御装置。
  3. 【請求項３】異常発生処理として、ロボットの一時停止
    処理もしくは非常停止処理を行うとともに、異常発生の
    表示もしくは異常発生の外部への出力信号の出力を行う
    請求項１記載の産業用ロボットの制御装置。
  4. 【請求項４】ロボット本体部と、教示装置と、制御装置
    とを備え、前記制御装置はロボットの速度指令信号を出
    力する速度指令手段としてのメインＣＰＵ部と、前記速
    度指令信号を受けて対応する電流を前記ロボットの各軸
    のサーボモータに出力するとともに前記ロボットの各軸
    のエンコーダからの信号を受けてフィードバック制御を
    行い前記速度指令信号の指示する速度にて前記各軸のサ
    ーボモータを動作させるサーボ制御手段としてのサーボ
    ＣＰＵ部と、前記エンコーダから帰還する信号のパルス
    列から算出された実速度と前記速度指令手段の指令する
    指令速度とを比較する比較手段を前記サーボＣＰＵ部と
    メインＣＰＵ部のそれぞれに設け、前記比較手段の比較
    結果がある許容値を超えたときに異常発生処理を前記サ
    ーボＣＰＵ部とメインＣＰＵ部のそれぞれで実行する産
    業用ロボット。
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