JP3962961B2

JP3962961B2 - Painting robot

Info

Publication number: JP3962961B2
Application number: JP23858097A
Authority: JP
Inventors: 忠信菊池; 佳子入山
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1997-09-03
Filing date: 1997-09-03
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2017-09-03
Also published as: JPH1176887A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は塗装用ロボット装置に係り、特にワークに塗料を吹き付ける塗装工程で塗装膜の膜厚が均一となるように塗装ガンへの塗料供給圧を調整するよう構成した塗装用ロボット装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば塗装用ロボット装置においては、予め教示されたティーチングデータに基づいてマニピュレータの各モータが駆動されてワーク表面を塗装する。また、ワークの種類が異なると、ワーク形状に応じたティーチングデータが必要であるので、各ワーク毎に教示操作を行う。
【０００３】
マニピュレータの動きを制御するロボットコントローラでは、教示操作により入力されたワーク形状に対する塗装ガンの角度及び手首部やアームの姿勢がＰＴＰ（Point to Point) 教示法によりティーチングデータが入力される。そして、ロボットコントローラは入力された各点間を補完してマニピュレータのアーム及び手首部の動作制御を行う。
【０００４】
また、マニピュレータのアーム先端に装着された塗装ガンには、塗料供給ユニットから吐出された塗料が供給される。この塗料供給ユニットを制御する塗料制御装置は、上記ロボットコントローラと別体に設けられている。そして、ロボットコントローラは、外部入出力部を介して塗料制御装置と制御信号の授受を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の塗装用ロボット装置では、塗料制御装置とロボットコントローラが別個に設けられており、ロボットコントローラの外部入出力部と塗料制御装置の入出力部とを電気的に接続して塗料のオン・オフ信号、流量目標値を指令信号として出力している。
【０００６】
このため、塗装ガンから噴射される塗料の塗装精度をより高めるためには、塗料情報をより多く入力し、制御信号をきめ細かく出力する必要がある。ところが、このように塗料制御装置に入出力される情報量が増大すると、ロボットコントローラの外部入出力部の接続数を増加するか、あるいは他の外部入出力部の使用数を削減する必要があった。
【０００７】
通常、塗料制御装置は、マニピュレータ及びロボットコントローラから離れた位置に設置されるため、塗料制御装置とロボットコントローラとを接続するケーブルが床面等に敷設されることが多い。しかしながら、このケーブルが比較的長く延在しているので、ケーブルを介して送信される制御信号に雑音（ノイズ）が入りやすく、良好な制御性を得ることができなかった。
【０００８】
さらに、塗料制御装置とロボットコントローラとの間をケーブルで接続するための配線作業、点検作業等が余計にかかり、設置時の設備構築及び設置後の保守に多大な労力を要していた。
また、互いに離間した塗料制御装置とロボットコントローラとの間で入出力信号を送受信するには、入力信号を物理量に変換し、制御演算を行った後、塗料制御装置の出力信号に変換して出力処理を行っているため、演算処理に多くの時間がかかるといった問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は上記課題を解決した塗装用ロボット装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有する。
上記請求項１の発明は、アーム先端に塗装ガンが装着されるマニピュレータと、該マニピュレータの動作を制御するロボット駆動用ドライバを有するロボットコントローラと、該塗装ガンに塗料を供給する塗料供給ユニットと、を備えてなる塗装用ロボット装置において、前記塗料供給ユニットから供給された塗料を前記塗装ガンに給送する塗料供給系路にポンプ及び流量計を設け、該ポンプを駆動するポンプ駆動用ドライバを前記ロボットコントローラに設けて前記ポンプ駆動用ドライバの入出力信号を前記ロボット駆動用ドライバの入出力信号と等しい形態とし、前記ポンプの制御量を演算し、該制御量を前記ポンプ駆動用ドライバに出力するポンプ制御量演算手段を前記ロボットコントローラに設け、前記ポンプ制御量演算手段が、所定時間前と現在の前記アーム先端の位置から前記塗装ガンの現在の実速度を算出し、該実速度に係数を乗じて前記マニピュレータの位置姿勢による補償量Ｕｍ（ｋ）を算出し、予め設定された目標流量と、前記流量計による現在の流量との誤差に比例ゲインを乗じて比例制御量Ｕｐ（ｋ）を算出し、演算処理開始時刻からの前記誤差の累積を算出し、該誤差の累積に積分ゲインを乗じて積分による制御量Ｕｉ（ｋ）を算出し、現在、前回及び前々回の演算処理時における流量から流量変化量を算出し、該流量変化量に微分ゲインを乗じて微分による制御量Ｕｄ（ｋ）を算出し、Ｕ（ｋ）＝Ｕｐ（ｋ）＋Ｕｉ（ｋ）−Ｕｄ（ｋ）＋Ｕｍ（ｋ）を算出し、前記Ｕ（ｋ）を所定時間毎に前記ポンプ駆動用ドライバに出力すること、を特徴とするものである。
【００１１】
従って、本発明によれば、ポンプ駆動用ドライバをロボットコントローラに設け、ポンプ制御量演算手段をロボットコントローラに設けると共にポンプ駆動用ドライバの入出力信号をロボット駆動用ドライバの入出力信号と等しい形態としたため、ロボットコントローラの外部入出力部の占有点数を減少させることができ、外部とケーブルで接続する必要がないので、雑音（ノイズ）による制御信号の乱れを低減し、制御性を向上させることができる。また、入出力の変換演算がなくなり、演算処理時間が短縮できると共に、単位時間当たりのサンプリング回数を増やすことにより塗装品質を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明によれば、マニピュレータの実動作速度に応じた制御量をポンプの制御量に加える演算を行うため、塗装ガンの動作速度に応じた流量で塗料が供給されるため、塗装ムラが発生しにくくなり、塗装速度を上げても均一な塗装膜となるように塗装でき、塗装作業の効率を高めることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明になる塗装用ロボット装置の一実施例の構成を示す斜視図である。
図１に示すように、塗装用ロボットのマニピュレータ１は、塗装作業を行う塗装エリア内に設置されており、塗装エリア２には、被塗装物がコンベヤ（共に図示せず）により一定の速度で供給される。
【００１６】
マニピュレータ１は、被塗装物が搬送されると、予めティーチングされた塗装動作を行うプレイバック形の多関節ロボットである。マニピュレータ１は、大略、基台３と、基台３上でθ₁方向に旋回する旋回ベース４と、旋回ベース４上でθ₂方向に揺動する第１アーム５と、第１アーム５の上端から水平方向に延在してθ₃方向に回動する第２アーム６と、第２アーム６の先端に設けられた手首部７とよりなる。
【００１７】
手首部７は、アーム側スイベル機構７ａと塗装ガン側スイベル機構７ｂとの間に回動部材７ｃが回動自在に連結されており、塗装ガン側スイベル機構７ｂの先端にはブラケット９を介して塗装ガン８が取り付けられている。塗装ガン８は、第１アーム５及び第２アーム６の揺動により所定の塗装高さ位置に移動し、手首部７により塗料噴射方向が変更される。
【００１８】
マニピュレータ１は、各可動部がモータ（図示せず）により駆動されて塗装ガン８の位置や塗装方向を調整するようになっており、各モータはロボットコントローラ１０からの制御信号により旋回ベース４、第１アーム５、第２アーム６、手首部７を駆動するように制御される。また、マニピュレータ１の各関節部分には、各可動部の角度を検出するためのエンコーダ（図示せず）が組み込まれており、各可動部の回動位置検出信号がロボットコントローラ１０にフィードバックされる。
【００１９】
第２アーム６の上面には、色替バルブユニット１１が取り付けられており、この色替バルブユニット１１には後述するように各色毎のエア駆動式の切替弁が配設されている。そして、色替バルブユニット１１の接続部には、塗料供給装置（図示せず）から各色の塗料を供給する複数の塗料供給チューブ１２ａ〜１２ｅと、塗料を塗料供給装置に還流させる塗料還流チューブ１２ｆ〜１２ｊと、圧縮空気を供給するエア供給チューブ１６と、洗浄液としてのシンナを供給するシンナ供給チューブ１７とが個別に接続されている。
【００２０】
また、色替バルブユニット１１には、ロボットコントローラ１０からの制御信号としての空気信号を各切替弁に供給するための信号用チューブ１８ａ〜１８ｇが接続されている。
また、色替バルブユニット１１からは、塗料、洗浄用エア、シンナを供給する塗料系供給チューブ１９と、塗装ガン８を空気圧でオン・オフ制御するガン制御用エア供給チューブ２０と、塗料を霧化するためのエアを供給する霧化用エア供給チューブ２１が引き出されている。そして、色替バルブユニット１１から引き出された各チューブ１９〜２１は、手首部７のアーム側スイベル機構７ａに接続されている。また、アーム側スイベル機構７ａから引き出された塗料系供給チューブ２２、ガン制御用エア供給チューブ２３、霧化用エア供給チューブ２４は、塗装ガン側スイベル機構７ｂに接続されている。また、塗装ガン側スイベル機構７ｂから引き出された塗料系供給チューブ２５、ガン制御用エア供給チューブ２６、霧化用エア供給チューブ２７が塗装ガン８に接続されている。
【００２１】
さらに、第２アーム６の上面に装架された塗料系供給チューブ１９には、圧力制御弁２８と、ギヤポンプからなる塗料ポンプ２９とが配設されている。また、圧力制御弁２８は、色替バルブユニット１１から塗装ガン８に供給される塗料圧力を所定圧力に制御する弁装置である。また、塗料ポンプ２９は、色替バルブユニット１１から供給される塗料を加圧して塗装ガン８に吐出させる。
【００２２】
このように本実施例では、圧力制御弁２８及び塗料ポンプ２９が第２アーム６の上面に配設されているため、コンパクトな構成とすることができると共に圧力制御弁２８及び塗料ポンプ２９に連通された塗料系供給チューブ１９が第２アーム６の動作を妨げないように装架されている。
ロボットコントローラ１０には、ティーティングデータを入力するための手元入力装置３１が接続されている。この手元入力装置３１は、アクチュエータ１の各関節の動作をティーチングデータとして入力できると共に、塗装ガン８に塗料を供給する塗料ポンプ２９の制御量を各関節の軸を駆動するモータの制御量と同様にティーチングすることができる。
【００２３】
図２は手首部７の内部構造を示す縦断面図である。
図２に示すように、手首部７は、アーム６の基端部に取り付けられたモータ（図示せず）の回転駆動力が伝達されてθ₄、θ₅、θ₆の各方向に回動する。そのため、アーム６の内部には、第１〜第３の回転軸４１〜４３が同心円状に配設されている。第１の回転軸４１は、θ₆方向駆動用であり、筒状の第２の回転軸４２内に挿通され、回転軸４２内の軸受４４により軸承されている。
【００２４】
第２の回転軸４２は、θ₄方向駆動用であり、筒状の第３の回転軸４３内に挿通され、軸受４４と回転軸４３内の軸受４５により軸承されている。第３の回転軸４３は、θ₅方向駆動用であり、アーム６内に挿通され、軸受４５とアーム６内の軸受４６により軸承されている。
第３の回転軸４３外周とアーム６先端との間には、アーム側スイベル機構７ａが嵌合している。このアーム側スイベル機構７ａは、第３の回転軸４３の外周に嵌合する筒状の回動体４８と、アーム６先端にボルト４９により固定されたチューブ接続部５０とよりなる。回動体４８は、内部に塗料が流れる通路４８ａと、エアが流れる通路４８ｂと、シンナが流れる通路４８ｃとが軸方向に延在して設けられている。但し、通路４８ｂ，４８ｃは、図２中通路４８ａに隠れて見えない。
【００２５】
また、チューブ接続部５０は、回動体４８の外周に回動自在に嵌合しており、回動体４８の通路４８ａ〜４８ｃに連通する環状通路５０ａ〜５０ｃが設けられている。そして、チューブ接続部５０の外周には、各環状通路５０ａ〜５０ｃに連通するように色替バルブユニット１１からの塗料系供給チューブ１９、ガン制御用エア供給チューブ２０、霧化用エア供給チューブ２１が接続されている。また、環状通路５０ａ〜５０ｃの内周には、回動体４８の外周との間をシールするシール部材５１ａ〜５１ｃが配設されている。
【００２６】
アーム６先端と塗装ガン８との間には、中空状のケース５２，５３，５４が介在している。ケース５２は、第３の回転軸４３の端部に固着され、第３の回転軸４３と一体に回動する。ケース５２の傾斜部５２ａは、軸受５５によりケース５３の一方の傾斜部５３ａを回動自在に支持し、ケース５３の他方の傾斜部５３ｂには軸受５６によりケース５４の傾斜部５４ａが回動自在に支持されている。
【００２７】
各ケース５２，５３，５４の傾斜部５２ａ，５３ａ，５３ｂ，５４ａは、それぞれアーム６の軸線に対して４５度の角度で傾斜している。そのため、各ケース５２，５３，５４の回動の組合せにより塗装ガン８の向きを自在に変更することができる。
ケース５２，５３の連結部内には、軸受５７に軸承された軸５８が挿通され、ケース５３，５４の連結部内には、軸受５９に軸承された軸６０が挿通されている。そして、ケース５４の内部には、ブラケット９に連結された軸６１が軸承されている。
【００２８】
第１の回転軸４１の端部に設けられたベベルギヤ４１ａは、軸５８のベベルギヤ５８ａに噛合しており、軸５８のベベルギヤ５８ｂは軸６０のベベルギヤ６０ａに噛合している。また、軸６０のベベルギヤ６０ｂは軸６１のベベルギヤ６１ａに噛合している。そのため、第１の回転軸４１の回転は、各軸５８，６０，６１を介してブラケット９に伝達され、塗装ガン８をθ₆方向に回動させる。
【００２９】
また、第２の回転軸４２の端部に設けられたベベルギヤ４２ａは、ケース５３の傾斜部５３ａに設けられたベベルギヤ５３ａに噛合している。従って、第２の回転軸４２の回転は、ケース５３に伝達され、塗装ガン８をθ₄方向に回動させる。
また、第３の回転軸４３の端部に結合されたケース５２の端部には、ベベルギヤ５２ａが設けられている。このベベルギヤ５２ａは、ケース５４の端部に設けられたベベルギヤ５４ａに噛合している。従って、第３の回転軸４３の回転は、ケース５４に伝達され、塗装ガン８をθ₅方向に回動させる。
【００３０】
ケース５４の端部には、軸６１とブラケット９との間を結合するための軸６２が介在している。この軸６２外周とケース５４との間には、塗装ガン側スイベル機構７ｂが嵌合している。この塗装ガン側スイベル機構７ｂは、軸６２の外周に嵌合する筒状の回動体６３と、ケース５４先端にボルト６４により固定されたチューブ接続部６５とよりなる。回動体６３は、内部に塗料が流れる通路６３ａと、エアが流れる通路６３ｂと、シンナが流れる通路６３ｃとが軸方向に延在して設けられている。但し、通路６３ｂ，６３ｃは、図２中通路６３ａに隠れて見えない。
【００３１】
また、チューブ接続部６５は、回動体６３の外周に回動自在に嵌合しており、回動体６３の通路６３ａ〜６３ｃに連通する環状通路６５ａ〜６５ｃが設けられている。そして、チューブ接続部６５の外周には、各環状通路６５ａ〜６５ｃに連通するようにアーム側スイベル機構７ａから引き出された各チューブ２２〜２４が接続されている。また、環状通路６５ａ〜６５ｃの内周には、回動体６３の外周との間をシールするシール部材６６ａ〜６６ｃが配設されている。
【００３２】
図３はマニピュレータ１を動作制御する制御系の構成を示すブロック図である。
図３に示すように、塗料供給系路には、色替バルブユニット１１と、圧力制御弁２８と、塗料ポンプ２９と、塗装ガン８とが配設されている。塗料ポンプ２９から吐出された塗料は、塗装ガン８に供給される。
【００３３】
色替バルブユニット１１には、エア信号の供給により開弁されるエアオペレーションバルブ７０ａ〜７０ｈが各塗装色毎に設けられている。そして、ロボットコントローラ１０には、色替バルブユニット１１及び塗装ガン８にエア信号及び霧化用エアを供給するエア制御装置７１と、マニピュレータ１及び塗装動作に対応した塗料の供給圧力及び流量及びマニピュレータ１の位置姿勢を制御する演算を行うＣＰＵ７２が設けられている。ＣＰＵ７２は、メモリ７３に記憶された各制御プログラム及びティーチングデータに基づいて塗料供給量の制御処理を実行する。
【００３４】
すなわち、ＣＰＵ７２は、後述するように、塗装ガン８の向き又は動作方向に応じて塗料ポンプ２９を駆動するポンプ駆動モータ７６の制御量を算出する。また、ＣＰＵ７２で演算された塗料ポンプ２９の制御量は、インタフェース７４、アンプ７５を介してポンプ駆動モータ７６に出力される。
ロボットコントローラ１０は、上記構成とされたマニピュレータ１の各関節部分を駆動すると共に、塗料ポンプ２９を駆動制御するポンプ駆動装置としても機能する。
【００３５】
そのため、塗料ポンプ２９を駆動制御する制御信号は、ロボットコントローラ１０から出力される。そして、塗装ガン８の動作速度、位置、ポンプ駆動モータ７６のトルク等の情報がロボットコントローラ１０に入力されるようになっている。また、エア制御装置７１は、マニピュレータ１が内圧防爆方式であれば内圧の供給の他に霧化用エアを塗装ガン８に供給している。また、これ以外にも塗装ガン８に塗装オン・オフ用エア、及び色替バルブユニット１１のエアオペレーションバルブ７０ａ〜７０ｈにコントロール用エアを供給する。
【００３６】
ロボットコントローラ１０では、塗料コントロール及びロボットコントロールを行っているので、塗料コントロール用の制御装置が不要になっている。
図４はマニピュレータ１を動作制御する制御系の構成を示すブロック図である。
図４に示すように、マニピュレータ１の各軸回りθ₁〜θ₆のモータ８１〜８６は、ティーチングデータに基づいてロボット駆動用モータドライバ８７〜９２から出力される制御信号により回転駆動される。そして、ロボット駆動用モータドライバ８７〜９２は、インタフェース７４を介して得られるＣＰＵ７２からの指令に応じた制御信号を出力する。
【００３７】
また、ポンプ用モータドライバ９４もインタフェース７４を介して得られるＣＰＵ７２からの指令に応じた制御信号を塗料ポンプ２９に出力する。このように、ポンプ駆動用ドライバ９４は、ロボット駆動用ドライバ８７〜９２と同等に設けられている。
すなわち、ロボットコントローラ１０は、塗料ポンプ２９を制御するポンプ制御量演算手段を有すると共に、ポンプ駆動用ドライバ９４の入出力信号をロボット駆動用ドライバの入出力信号と等しい形態としたため、ロボットコントローラ１０の外部入出力部の占有点数を減少させることができる。さらに、従来のようにロボットコントローラ１０と外部のポンプ駆動ユニットとをケーブルで接続する必要がないので、雑音（ノイズ）による制御信号の乱れを低減し、制御性を向上させることができる。
【００３８】
また、塗料ポンプ２９を制御するポンプ制御量演算手段をロボットコントローラ１０と別体に設ける従来の構成に比べて入出力の変換演算がなくなり、演算処理時間が短縮できると共に、単位時間当たりのサンプリング回数を増やすことにより塗装品質を向上させることができる。
また、塗装ガン８の塗料吹き付けを制御するためのエアバルブ９５は、インタフェース７４を介して供給されるＣＰＵ７２からの指令に応じてオン・オフ制御される。
【００３９】
図５はマニピュレータ１を動作制御する制御系の構成を示すブロック図である。尚、図５に示す処理は、５ｍｓｅｃ毎に繰り返し実行される。
図５に示すように、ステップＳ１（以下「ステップ」を省略する）で、まず、マニピュレータ１の各関節部に設けられたロボット軸及びポンプ回転数を読み込む。次のＳ２では、Ｓ１で読み込んだマニピュレータ１の各軸のフィードバック値より塗装ガン８の位置姿勢を算出する。
【００４０】
次に、Ｓ３で塗装ガン８の先端目標位置を読み込む。続いて、Ｓ４では、目標位置と現在の位置姿勢からロボット軸制御量としての速度指令を算出する。そして、Ｓ５に進み、ポンプ目標回転数に実回転数と目標回転数の補償値を加えた実目標回転速度を算出する。
次のＳ６では、速度指令を各ロボット駆動用モータドライバ８７〜９２及びポンプ用モータドライバ９４へ出力する。そして、Ｓ７で塗装ガン８のオン・オフ制御信号を出力する。
【００４１】
このように、ロボットコントローラ１０のＣＰＵ７２は、マニピュレータ１の実動作速度に応じた制御量を塗料ポンプ２９の制御量に加える演算を行うため、塗装ガン８の動作速度に応じた流量で塗料が供給されるため、塗装ムラが発生しにくくなり、塗装速度を上げても均一な塗装膜となるように塗装でき、塗装作業の効率を高めることができる。また、塗料ポンプ２９の制御量をマニピュレータ１の各可動部を駆動するモータと同等に制御することができるので、ロボットコントローラ１０により各ロボット駆動用モータを制御すると共に塗料ポンプ２９の回転数を容易に制御することができる。
【００４２】
図６は本発明の変形例の塗料供給系路の構成を示すブロック図である。
図６に示すように、塗料供給系路には、色替バルブユニット１１と、圧力制御弁２８と、塗料ポンプ２９と、流量計３０と、塗装ガン８とが配設されている。また、流量計３０は、塗料供給チューブ１９を介して塗装ガン８に供給される塗料の流量を計測する。
【００４３】
ＣＰＵ７２は、後述するように、流量計３０により計測された流量がインタフェース７４を介して入力されると、流量計測値と予め設定された目標流量との差を求め、この演算結果に応じて目詰まりの有無を判定して塗料ポンプ２９を駆動するポンプ駆動モータ７６の制御量を算出する。
図７はＣＰＵ７２が実行するロボット制御演算処理を説明するためのＰＡＤである。尚、図７に示す処理は、５ｍｓｅｃ毎に繰り返し実行される。
【００４４】
図７に示すように、ＣＰＵ７２はステップＳ１１（以下「ステップ」を省略する）でマニピュレータ１の各軸の姿勢（動作位置）、塗料ポンプ２９の角速度フィードバック信号を読み込む。また、Ｓ１２では、流量計３０により計測された塗料の流量を読み込む。
次のＳ１３では、メモリ７３に記憶されたティーチングデータに基づいて塗装ガン８の目標位置・姿勢を算出する。同様にＳ１４でメモリ７３から目標流量を読み込む。続いて、Ｓ１５では、上記Ｓ１１で読み込んだ各軸角度フィードバック信号からマニピュレータ１及び塗装ガン８の位置姿勢を算出する。
【００４５】
次のＳ１６では、目標ガン先位置姿勢、及び現在のガン先位置姿勢よりマニピュレータ１の各軸のサーボアンプ（図示せず）への速度指令又はトルク指令を算出する。同様に、Ｓ１７では、ガン先位置姿勢、目標流量、目標位置姿勢、現在の流量、現在のポンプ駆動軸の角速度フィードバック信号によりポンプサーボモータへの指令信号を算出する。
【００４６】
次のＳ１８では、角速度指令がマニピュレータ１の各軸回りθ₁〜θ₆のモータ８１〜８６を駆動制御するモータドライバ８７〜９２に出力される。これと共に、塗料ポンプ２９を駆動するポンプ用モータドライバ９４に塗料供給圧力等のコントロール信号を出力する。これで、一連の処理が終了する。
このように、ＣＰＵ７２は、目標ガン先位置姿勢、及び現在のガン先位置姿勢よりマニピュレータ１の各軸のサーボアンプ（図示せず）への速度指令又はトルク指令を算出するのと同様に、ガン先位置姿勢、目標流量、目標位置姿勢、現在の流量、現在のポンプ駆動軸の角速度フィードバック信号によりポンプサーボモータへの指令信号を算出するため、ロボットコントローラの外部入出力部の接続数を増加させずに塗料の供給圧を制御できる。
【００４７】
図８は上記Ｓ１７で実行される塗料ポンプ２９の駆動軸の制御ループのブロック図である。
図８に示すように、流量計３０により計測された流量を基に通常のＰＩＤ制御ループにより軸目標角速度指令を出力する。また、このＰＩＤ制御ループでは、マニピュレータ１の位置姿勢による補償が加算されるようになっている。
【００４８】
ここでは、目標流量ｆ_rから現在の流量ｆ_fを減算した誤差に比例ゲインＫ_Pを乗じたもの（またこれには制限値をリミッタ（１０６）により設ける）に前記誤差の積分（１／（Ｚ−１）１０２により累積を求める）にある制限値（リミッタ１０３により設けたもの）に積分ゲインＫ_i（１０４）を乗じたものを加える。また、過剰な応答を避けるため、誤差の差（１０９）に微分ゲインＫ_dを乗じたものを減算する。これにロボット動作により発生する外乱の補償（１０１）を加える。これに制限値（１１０）を設けたものをポンプへの速度指令としてポンプＧ_(S)に出力する。
【００４９】
図９及び図１０は塗料の流量制御演算の手順について説明するためのＰＡＤである。
図９に示すように、Ｓ２１において、マニピュレータ１の位置姿勢による補償演算を行う。すなわち、塗装ガン８の実速度を１サンプリング前の先端位置ｘ（ｋ−１）と現在の先端位置より求める。
【００５０】
次のＳ２２では、塗装ガン８の実速度に係数Ｋｐｕｍｐを乗じて補償量Ｕｍ（ｋ）を算出する。この補償量Ｕｍ（ｋ）をマニピュレータ１の位置姿勢による補償量とする。
次のＳ２３では、目標流量ｆｒ（ｋ）と現在の流量ｆｒ（ｋ）との誤差ｅ（ｋ）を算出する。続いて、Ｓ２４で、比例ゲインＫｐを乗じて比例制御量Ｕｐ（ｋ）を算出する。もし、Ｓ２５で、比例制御による制御量が上限値を超えているときは、Ｓ２６で比例制御量Ｕｐ（ｋ）を上限値とする。また、Ｓ２７で、比例制御による制御量が下限値を下回ったときは、Ｓ２８で比例制御量Ｕｐ（ｋ）を下限値とする。
【００５１】
次のＳ３０では、積分動作による制御量を算出する。そして、誤差の累積ｅｉ（ｋ）を算出する。これは、時刻０より誤差を加算し続けることによって求める。Ｓ３１において、この値が上限値を超えた場合、Ｓ３２で上限値をセットする。また、Ｓ３３において、この値が下限値を下回った場合、Ｓ３４で下限値をセットする。
【００５２】
次のＳ３６では、誤差の累積に積分ゲインＫｉを乗じて積分による制御量Ｕｉ（ｋ）を算出する。続いて、流量変化量による制御量を算出する。図１０に示すように、Ｓ３７では、まず、流量の変化量を算出する。そして、Ｓ３８で微分ゲインＫｄを乗じて微分による制御量Ｕｄ（ｋ）を算出する。
次のＳ３９では、制御量Ｕｄ（ｋ）と上限値とを比較し、制御量Ｕｄ（ｋ）が上限値を超えるときは、Ｓ４０で上限値以下となるように制限値をセットする。また、Ｓ４１で制御量Ｕｄ（ｋ）と下限値とを比較し、制御量Ｕｄ（ｋ）が下限値を下回るときは、Ｓ４２で下限値以上となるように制限値をセットする。
【００５３】
次のＳ４４では、目標指令Ｕ（ｋ）をＵ（ｋ）＝Ｕｐ（ｋ）＋Ｕｉ（ｋ）−Ｕｄ（ｋ）＋Ｕｍ（ｋ）とする。また、上記Ｓ３９〜Ｓ４２と同様に、Ｓ４５では、目標指令Ｕ（ｋ）と上限値とを比較し、目標指令Ｕ（ｋ）が上限値を超えるときは、Ｓ４６で上限値以下となるように制限値をセットする。また、Ｓ４７で目標指令Ｕ（ｋ）と下限値とを比較し、目標指令Ｕ（ｋ）が下限値を下回るときは、Ｓ４８で下限値以上となるように制限値をセットする。
【００５４】
ここで、上記Ｓ２１〜２３では、マニピュレータ１の目標速度と実速度の誤差にゲインを乗じて補償値を算出しても良い。
このように、ＣＰＵ７２は、塗装ガン８の動作速度に応じた流量で塗料が供給されるように塗料ポンプ２９を駆動するポンプ用モータドライバ９４への制御量を演算するため、塗装ガン８の速度に拘わらず塗装面に吹き付けられる塗料の流量を一定にして膜厚を均一にできる。
【００５５】
図１１は目詰まり検知の演算手順を説明するためのＰＡＤである。
図１１において、Ｓ５１〜Ｓ５７の処理は、前述した図７のＳ１１〜Ｓ１７と同じ処理であるので、ここではその説明を省略する。
Ｓ５８では、目標流量ｆｒ（ｋ）から現行流量ｆｒ（ｋ）を除算し流量誤差を算出する。次のＳ５９では、Ｓ５８で求められた流量誤差と予め設定された所定量とを比較する。Ｓ５９において、流量誤差が比較された所定量より大きいときは、Ｓ６０でタイムカウンタの値を１インクリメントする。そして、Ｓ６１でカウント値が６０秒を超えた場合には、Ｓ６２でマニピュレータ１の動作速度を目標速度Ｖｒの０．８倍とする。そして、Ｓ６３で目詰まりフラグを立てる。
【００５６】
また、Ｓ５９において、流量誤差が比較された所定量より小さいときは、Ｓ６４でカウンタをゼロにクリアする。続いて、Ｓ６５でマニピュレータ１の動作速度を目標値に戻し、Ｓ６６で目詰まりフラグをオフにして警告を解除する。
そして、Ｓ６７で指令値を出力する。このように塗装ガン８で目詰まりが生じて塗料供給量が減少した場合、マニピュレータ１の動作速度を減速させて塗装むらを防止することができる。
【００５７】
このように、塗装ガン８に供給される塗料の流量と目標流量とを比較し、目標流量に対して塗料の流量が所定以下の状態が予め定めた時間以上継続した場合には、流量を増大させる制御信号を出力するため、例えば塗装ガン８の塗料供給路が異物等により目詰まりしても塗装ガン８から吹き付けられる流量を確保することができる。
【００５８】
図１２は軌道生成演算の手順を及び目詰まり時の処理を説明するためのＰＡＤである。
図１２に示すように、まず、Ｓ７１において、補間用カウンタｔ＿ｃｏｕｎｔを１インクリメントする。次のＳ７２では、カウンタの値を１軌道の補間時間と比較し、補間軌道の終点にきたかどうかをチェックする。
【００５９】
Ｓ７２において、補間軌道の終点にきたときは、Ｓ７３に進み、教示点の番号ｐｔ＿ｎｕｍを１インクリメントする。次のＳ７４で、教示点の最終点に着た場合には、Ｓ７５に進み、目詰まり警告のフラグがオンになっているかどうかをチェックする。
Ｓ７５において、目詰まり警告のフラグがオンになっているときは、Ｓ７６に進み、目詰まり用プログラムが１度実行されたかどうかをチェックする。Ｓ７６において、目詰まり用プログラムが実行された場合は、Ｓ７７で目詰まり発生を表示すると共に、Ｓ７８で目詰まり警告を出力する。
【００６０】
ここで、目詰まりプログラムとは、塗装ガン８を捨て吹き位置に移動させ、塗料を噴射させるための制御プログラムである。目詰まりが軽度であれば、塗料を噴射させることにより目詰まりの原因となる異物を吹き飛ばして除去できる。
また、塗装ガン８がエアレスガンである場合、吐出量を上げて吹いたり、シンナで洗浄することにより目詰まりを解消できる。
【００６１】
また、上記Ｓ７６において、目詰まり用プログラムが実行されていない場合は、Ｓ７９に進み、目詰まりプログラムをロードし、Ｓ８０でカウンタの値を目詰まりプログラムの終点とする。
Ｓ７５において、警告フラグがオンになっていない場合には、上記目詰まりプログラムの処理を行わない。この場合、Ｓ８１で始点ｘ_oをｐｔ＿ｃｏｕｎｔとし、Ｓ８２で終点ｘ₁をプログラムの初期点ｌとする。
【００６２】
また、上記Ｓ７４において、最終点でない場合には、Ｓ８３に以降する。そして、Ｓ８３で教示点番号が教示点数を超える場合には、教示点カウンタを１とし、教示点カウンタの示す位置姿勢を始点とする。続いて、Ｓ８４で軌道の終点を教示点カウンタの次のポイントとする。
次のＳ８５では、始点終点情報が決定された後に、この軌道の補間式を時間の多項式として決定する。また、上記Ｓ７２において、補間軌道の中間点である場台には、上記補間式を決定する処理は行わない。
【００６３】
Ｓ８６では、補間用のカウンタが示す時刻を算出する。続いてＳ８７では、これを補間式に代入し、塗装ガン８の位置姿勢を決定する。そして、Ｓ８８では、この塗装ガン８の位置姿勢のデータを塗装ガン８の目標値とする。
尚、目詰まりプログラムでは、プログラムがｌ回再生された後、目詰まり状態を流量計の検出値によりチェックする。そして、流量計の検出値が所定の値を超える場合には、目詰まりプログラムが終了したときに目詰まり警告を消去し、この直前に稼動していたプログラムをロードしておくようにする。
【００６４】
このように、教示点の最終点に着たときに塗装ガン８で目詰まりが発生したときは、目詰まりプログラムを実行して塗装ガン８を捨て吹き位置に移動させ、塗料を噴射させることにより目詰まりを解消することができる。
尚、上記実施例では、多関節型の塗装用ロボットを一例として挙げたが、これに限らず、例えばレシプロケータに塗装ガンが装着された塗装用ロボットや塗装ガンをＸ−Ｙ方向に移動させるＸ−Ｙ座標ロボット等にも適用できる。
【００６５】
また、上記実施例では、圧力制御弁２８及び塗料ポンプ２９が第２アーム６の上面に設けた構成を一例として説明したが、圧力制御弁２８及び塗料ポンプ２９を第２アーム６以外の場所に設置することはできる。
また、上記実施例では、塗装ガン８がスイベル機構を有する手首部７に支持された構成のものを一例として挙げたが、これに限らず、本発明は、スイベル機構を用いない手首機構を有するもの、例えば特開平５−９２１５５号に記載された塗装用ロボット等にも適用することができる。
【００６６】
また、本発明は、手首部の回動軸内部に塗料を供給する流路を形成するように構成された塗装用ロボット等にも適用することができる。
【００６７】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、ポンプ駆動用ドライバをロボット駆動用コントローラに設け、ポンプ制御量演算手段をロボットコントローラに設けると共にポンプ駆動用ドライバの入出力信号をロボット駆動用ドライバの入出力信号と等しい形態としたため、ロボットコントローラの外部入出力部の占有点数を減少させることができ、外部とケーブルで接続する必要がないので、雑音（ノイズ）による制御信号の乱れを低減し、制御性を向上させることができる。また、入出力の変換演算がなくなり、演算処理時間が短縮できると共に、単位時間当たりのサンプリング回数を増やすことにより塗装品質を向上させることができる。
【００６８】
また、本発明によれば、マニピュレータの実動作速度に応じた制御量をポンプの制御量に加える演算を行うため、塗装ガンの動作速度に応じた流量で塗料が供給されるため、塗装ムラが発生しにくくなり、塗装速度を上げても均一な塗装膜となるように塗装でき、塗装作業の効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる塗装用ロボットの一実施例を示す斜視図である。
【図２】手首部の構成を示す縦断面図である。
【図３】マニピュレータを動作制御する制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】マニピュレータを動作制御する制御系の構成を示すブロック図である。
【図５】マニピュレータを動作制御する制御系の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の変形例の塗料供給系路の構成を示すブロック図である。
【図７】ＣＰＵが実行するロボット制御演算処理を説明するためのＰＡＤである。
【図８】Ｓ１７で実行される塗料ポンプの駆動軸の制御ループのブロック図である。
【図９】塗料の流量制御演算の手順について説明するためのＰＡＤである。
【図１０】図９の処理に続いて実行される塗料の流量制御演算の手順のＰＡＤである。
【図１１】目詰まり検知の演算手順を説明するためのＰＡＤである。
【図１２】軌道生成演算の手順を及び目詰まり時の処理を説明するためのＰＡＤである。
【符号の説明】
１マニピュレータ
４旋回ベース
５第１アーム
６第２アーム
７手首部
８塗装ガン
１０ロボットコントローラ
１１色替バルブユニット
１９塗料供給チューブ
２８圧力制御弁
２９塗料ポンプ
３０流量計
７１エア制御装置
７２ＣＰＵ
７６ポンプ駆動モータ
８１〜８６モータ
８７〜９２ロボット駆動用モータドライバ
９４ポンプ用モータドライバ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a painting robot apparatus, and more particularly, to a painting robot apparatus configured to adjust a paint supply pressure to a painting gun so that a film thickness of a coating film is uniform in a painting process in which paint is sprayed onto a workpiece.
[0002]
[Prior art]
For example, in a painting robot apparatus, each motor of a manipulator is driven based on teaching data taught in advance to paint a workpiece surface. Further, if the type of workpiece is different, teaching data corresponding to the workpiece shape is required, so a teaching operation is performed for each workpiece.
[0003]
In the robot controller that controls the movement of the manipulator, the teaching data is input by the PTP (Point to Point) teaching method for the angle of the painting gun and the posture of the wrist or arm with respect to the workpiece shape input by the teaching operation. The robot controller complements the input points and controls the operation of the arm and wrist of the manipulator.
[0004]
In addition, the paint gun attached to the tip of the arm of the manipulator is supplied with the paint discharged from the paint supply unit. The paint control device for controlling the paint supply unit is provided separately from the robot controller. The robot controller exchanges control signals with the paint control device via the external input / output unit.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the above conventional painting robot apparatus, the paint control device and the robot controller are provided separately. The external input / output unit of the robot controller and the input / output unit of the paint control device are electrically connected to turn on / off the paint. The off signal and flow rate target value are output as command signals.
[0006]
For this reason, in order to further improve the coating accuracy of the paint sprayed from the paint gun, it is necessary to input more paint information and to output the control signal in detail. However, when the amount of information input / output to / from the paint controller increases in this way, it is necessary to increase the number of connections of external input / output units of the robot controller or reduce the number of other external input / output units used. It was.
[0007]
Usually, since the paint control apparatus is installed at a position away from the manipulator and the robot controller, a cable connecting the paint control apparatus and the robot controller is often laid on the floor surface or the like. However, since this cable extends for a relatively long time, noise (noise) easily enters the control signal transmitted through the cable, and good controllability cannot be obtained.
[0008]
Furthermore, extra wiring work and inspection work for connecting the paint control device and the robot controller with a cable are required, and much labor is required for constructing the equipment at the time of installation and for maintenance after the installation.
Also, in order to send and receive input / output signals between the paint controller and robot controller that are separated from each other, the input signal is converted into a physical quantity, a control operation is performed, and then converted into an output signal of the paint controller. Since the processing is performed, there is a problem that it takes a lot of time for the arithmetic processing.
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to provide a painting robot apparatus that solves the above-described problems.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, the present invention has the following features.
  The invention of claim 1 includes a manipulator in which a coating gun is attached to the tip of an arm, a robot controller having a robot driving driver for controlling the operation of the manipulator, a paint supply unit for supplying paint to the coating gun, In the painting robot apparatus comprising: a paint pump for feeding a paint supplied from the paint supply unit to the paint gunAnd flow meterA pump driving driver for driving the pumpcontrollerProvided inThe input / output signal of the pump driving driver is equal to the input / output signal of the robot driving driver,The robot controller is provided with pump control amount calculation means for calculating the control amount of the pump and outputting the control amount to the pump driving driver,The pump control amount calculation means calculates a current actual speed of the coating gun from a predetermined time before and a current position of the tip of the arm, and multiplies the actual speed by a coefficient to obtain a compensation amount Um ( k), a proportional control amount Up (k) is calculated by multiplying the error between the preset target flow rate and the current flow rate by the flow meter by a proportional gain, and the error from the calculation processing start time is calculated. The accumulation is calculated, the accumulation of the error is multiplied by the integral gain, the control amount Ui (k) by integration is calculated, the flow rate change amount is calculated from the flow rate at the current and previous calculation processing, and the flow rate change amount is calculated. Is multiplied by a differential gain to calculate a control amount Ud (k) by differentiation, U (k) = Up (k) + Ui (k) −Ud (k) + Um (k) is calculated, and U (k) is calculated. To the pump drive driver every predetermined time Be a force,It is characterized by.
[0011]
  Therefore,BookAccording to the invention, the driver for driving the pump is a robot.controllerIn addition, the pump control amount calculation means is provided in the robot controller, and the input / output signals of the pump drive driver are made equal to the input / output signals of the robot drive driver, so the number of occupied points of the external input / output unit of the robot controller is reduced. In addition, since it is not necessary to connect to the outside with a cable, disturbance of the control signal due to noise can be reduced, and controllability can be improved. In addition, the input / output conversion calculation is eliminated, the calculation processing time can be shortened, and the coating quality can be improved by increasing the number of samplings per unit time.
[0012]
  MaThe main departureAccording to Ming, since the calculation is performed to add the control amount corresponding to the actual operation speed of the manipulator to the control amount of the pump, the paint is supplied at a flow rate corresponding to the operation speed of the paint gun, so that coating unevenness is unlikely to occur. Thus, even if the coating speed is increased, the coating can be performed so as to form a uniform coating film, and the efficiency of the painting work can be increased.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of an embodiment of a painting robot apparatus according to the present invention.
As shown in FIG. 1, a manipulator 1 for a painting robot is installed in a painting area where a painting operation is performed. In the painting area 2, an object to be coated is conveyed at a constant speed by a conveyor (both not shown). Supplied.
[0016]
The manipulator 1 is a playback-type multi-joint robot that performs a painting operation taught in advance when an object to be coated is conveyed. In general, the manipulator 1 includes a base 3 and a θ on the base 3.₁In the directionThe turning base 4 that turns, and θ on the turning base 4₂The first arm 5 swinging in the direction, and extending horizontally from the upper end of the first arm 5 to θ_ThreeIt consists of a second arm 6 that pivots in the direction and a wrist portion 7 provided at the tip of the second arm 6.
[0017]
The wrist 7 has a rotating member 7c rotatably connected between the arm-side swivel mechanism 7a and the paint gun-side swivel mechanism 7b. A painting gun 8 is attached. The coating gun 8 is moved to a predetermined coating height position by the swing of the first arm 5 and the second arm 6, and the paint spraying direction is changed by the wrist portion 7.
[0018]
The manipulator 1 is configured such that each movable part is driven by a motor (not shown) to adjust the position and the painting direction of the painting gun 8. The first arm 5, the second arm 6, and the wrist portion 7 are controlled to be driven. Each joint portion of the manipulator 1 incorporates an encoder (not shown) for detecting the angle of each movable part, and a rotation position detection signal for each movable part is fed back to the robot controller 10. .
[0019]
A color change valve unit 11 is attached to the upper surface of the second arm 6, and the color change valve unit 11 is provided with an air-driven change valve for each color, as will be described later. A connecting portion of the color change valve unit 11 includes a plurality of paint supply tubes 12a to 12e that supply paint of each color from a paint supply device (not shown), and a paint reflux tube 12f that returns the paint to the paint supply device. To 12j, an air supply tube 16 for supplying compressed air, and a thinner supply tube 17 for supplying thinner as a cleaning liquid are individually connected.
[0020]
The color change valve unit 11 is connected to signal tubes 18 a to 18 g for supplying an air signal as a control signal from the robot controller 10 to each switching valve.
Further, from the color change valve unit 11, a paint supply tube 19 for supplying paint, cleaning air, and thinner, a gun control air supply tube 20 for controlling the paint gun 8 on and off with air pressure, and a paint mist An atomizing air supply tube 21 for supplying air for converting the air is drawn out. And each tube 19-21 pulled out from the color change valve unit 11 is connected to the arm side swivel mechanism 7a of the wrist part 7. FIG. Further, the paint system supply tube 22, the gun control air supply tube 23, and the atomization air supply tube 24 drawn from the arm side swivel mechanism 7a are connected to the coating gun side swivel mechanism 7b. Further, a paint system supply tube 25, a gun control air supply tube 26, and an atomization air supply tube 27 drawn from the coating gun side swivel mechanism 7 b are connected to the coating gun 8.
[0021]
Further, a pressure control valve 28 and a paint pump 29 including a gear pump are arranged in the paint system supply tube 19 mounted on the upper surface of the second arm 6. The pressure control valve 28 is a valve device that controls the paint pressure supplied from the color change valve unit 11 to the coating gun 8 to a predetermined pressure. The paint pump 29 pressurizes the paint supplied from the color change valve unit 11 and discharges it to the paint gun 8.
[0022]
Thus, in the present embodiment, the pressure control valve 28 and the paint pump 29 are disposed on the upper surface of the second arm 6, so that a compact configuration can be achieved and the pressure control valve 28 and the paint pump 29 are communicated. The coated paint supply tube 19 is mounted so as not to hinder the operation of the second arm 6.
A hand input device 31 for inputting teaching data is connected to the robot controller 10. The hand input device 31 can input the operation of each joint of the actuator 1 as teaching data, and the control amount of the paint pump 29 that supplies the paint to the paint gun 8 is the same as the control amount of the motor that drives the shaft of each joint. Can be taught.
[0023]
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the internal structure of the wrist portion 7.
As shown in FIG. 2, the wrist portion 7 is transmitted with the rotational driving force of a motor (not shown) attached to the proximal end portion of the arm 6._Four, Θ_Five, Θ₆It rotates in each direction. Therefore, the first to third rotating shafts 41 to 43 are arranged concentrically inside the arm 6. The first rotating shaft 41 is θ₆It is for direction driving, is inserted into the cylindrical second rotating shaft 42, and is supported by a bearing 44 in the rotating shaft 42.
[0024]
The second rotating shaft 42 is θ_FourIt is for direction driving, is inserted into a cylindrical third rotating shaft 43, and is supported by a bearing 44 and a bearing 45 in the rotating shaft 43. The third rotating shaft 43 is θ_FiveIt is for direction driving, is inserted into the arm 6, and is supported by a bearing 45 and a bearing 46 in the arm 6.
An arm-side swivel mechanism 7a is fitted between the outer periphery of the third rotating shaft 43 and the tip of the arm 6. The arm-side swivel mechanism 7 a includes a cylindrical rotating body 48 that fits on the outer periphery of the third rotating shaft 43 and a tube connecting portion 50 that is fixed to the tip of the arm 6 with a bolt 49. The rotating body 48 is provided with a passage 48a through which the paint flows, a passage 48b through which air flows, and a passage 48c through which thinner flows in the axial direction. However, the passages 48b and 48c are hidden behind the passage 48a in FIG. 2 and cannot be seen.
[0025]
Further, the tube connecting portion 50 is rotatably fitted to the outer periphery of the rotating body 48, and annular passages 50a to 50c communicating with the passages 48a to 48c of the rotating body 48 are provided. Further, on the outer periphery of the tube connecting portion 50, the paint system supply tube 19, the gun control air supply tube 20, and the atomization air supply tube 21 from the color changing valve unit 11 are communicated with the annular passages 50 a to 50 c. Is connected. In addition, seal members 51a to 51c are provided on the inner periphery of the annular passages 50a to 50c to seal the space between the outer periphery of the rotating body 48.
[0026]
Hollow cases 52, 53, 54 are interposed between the tip of the arm 6 and the coating gun 8. The case 52 is fixed to the end of the third rotating shaft 43 and rotates integrally with the third rotating shaft 43. The inclined portion 52 a of the case 52 supports one inclined portion 53 a of the case 53 by a bearing 55 so as to be rotatable, and the inclined portion 54 a of the case 54 is rotatable by a bearing 56 on the other inclined portion 53 b of the case 53. It is supported by.
[0027]
The inclined portions 52 a, 53 a, 53 b, 54 a of the cases 52, 53, 54 are inclined at an angle of 45 degrees with respect to the axis of the arm 6. Therefore, the direction of the coating gun 8 can be freely changed by the combination of the rotation of the cases 52, 53, 54.
A shaft 58 supported by the bearing 57 is inserted into the connecting portion of the cases 52 and 53, and a shaft 60 supported by the bearing 59 is inserted into the connecting portion of the cases 53 and 54. A shaft 61 connected to the bracket 9 is supported in the case 54.
[0028]
The bevel gear 41 a provided at the end of the first rotating shaft 41 is engaged with the bevel gear 58 a of the shaft 58, and the bevel gear 58 b of the shaft 58 is engaged with the bevel gear 60 a of the shaft 60. Further, the bevel gear 60 b of the shaft 60 meshes with the bevel gear 61 a of the shaft 61. Therefore, the rotation of the first rotating shaft 41 is transmitted to the bracket 9 via the respective shafts 58, 60, 61, and the coating gun 8 is moved to θ.₆Rotate in the direction.
[0029]
Further, the bevel gear 42 a provided at the end of the second rotating shaft 42 meshes with the bevel gear 53 a provided at the inclined portion 53 a of the case 53. Accordingly, the rotation of the second rotating shaft 42 is transmitted to the case 53, and the coating gun 8 is moved to θ._FourRotate in the direction.
A bevel gear 52 a is provided at the end of the case 52 coupled to the end of the third rotating shaft 43. The bevel gear 52 a meshes with a bevel gear 54 a provided at the end of the case 54. Accordingly, the rotation of the third rotating shaft 43 is transmitted to the case 54, and the coating gun 8 is moved to θ._FiveRotate in the direction.
[0030]
A shaft 62 for coupling the shaft 61 and the bracket 9 is interposed at the end of the case 54. The paint gun side swivel mechanism 7 b is fitted between the outer periphery of the shaft 62 and the case 54. The coating gun-side swivel mechanism 7 b includes a cylindrical rotating body 63 that fits on the outer periphery of a shaft 62, and a tube connecting portion 65 that is fixed to the end of the case 54 with a bolt 64. The rotating body 63 is provided with a passage 63a through which paint flows, a passage 63b through which air flows, and a passage 63c through which thinner flows in the axial direction. However, the passages 63b and 63c are hidden behind the passage 63a in FIG. 2 and cannot be seen.
[0031]
Further, the tube connecting portion 65 is rotatably fitted to the outer periphery of the rotating body 63, and annular passages 65a to 65c communicating with the passages 63a to 63c of the rotating body 63 are provided. And each tube 22-24 pulled out from the arm side swivel mechanism 7a is connected to the outer periphery of the tube connection part 65 so that it may communicate with each cyclic | annular channel | path 65a-65c. In addition, seal members 66a to 66c for sealing the space between the outer periphery of the rotating body 63 are disposed on the inner periphery of the annular passages 65a to 65c.
[0032]
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a control system for controlling the operation of the manipulator 1.
As shown in FIG. 3, a color changing valve unit 11, a pressure control valve 28, a paint pump 29, and a paint gun 8 are disposed in the paint supply system path. The paint discharged from the paint pump 29 is supplied to the paint gun 8.
[0033]
The color change valve unit 11 is provided with air operation valves 70a to 70h that are opened by supplying an air signal for each paint color. The robot controller 10 includes an air control device 71 for supplying an air signal and atomizing air to the color change valve unit 11 and the coating gun 8, a manipulator 1, a supply pressure and a flow rate of paint corresponding to the coating operation, and a manipulator. A CPU 72 is provided for performing calculations for controlling the position and orientation of the first position. The CPU 72 executes paint supply amount control processing based on each control program and teaching data stored in the memory 73.
[0034]
That is, as will be described later, the CPU 72 calculates the control amount of the pump drive motor 76 that drives the paint pump 29 in accordance with the direction or the operation direction of the coating gun 8. Further, the control amount of the paint pump 29 calculated by the CPU 72 is output to the pump drive motor 76 via the interface 74 and the amplifier 75.
The robot controller 10 functions as a pump drive device that drives each joint portion of the manipulator 1 configured as described above and drives and controls the paint pump 29.
[0035]
Therefore, a control signal for driving and controlling the paint pump 29 is output from the robot controller 10. Information such as the operating speed and position of the coating gun 8 and the torque of the pump drive motor 76 is input to the robot controller 10. Further, if the manipulator 1 is an internal pressure explosion-proof system, the air control device 71 supplies atomizing air to the coating gun 8 in addition to supplying the internal pressure. In addition to this, paint on / off air is supplied to the paint gun 8, and control air is supplied to the air operation valves 70 a to 70 h of the color change valve unit 11.
[0036]
Since the robot controller 10 performs paint control and robot control, a control device for paint control is not required.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a control system for controlling the operation of the manipulator 1.
As shown in FIG. 4, each axis around the manipulator 1₁~ Θ₆The motors 81 to 86 are rotationally driven by control signals output from the robot drive motor drivers 87 to 92 based on the teaching data. Then, the robot drive motor drivers 87 to 92 output control signals according to commands from the CPU 72 obtained via the interface 74.
[0037]
The pump motor driver 94 also outputs a control signal corresponding to a command from the CPU 72 obtained via the interface 74 to the paint pump 29. Thus, the pump driving driver 94 is provided in the same manner as the robot driving drivers 87 to 92.
That is, the robot controller 10 has a pump control amount calculation means for controlling the paint pump 29, and the input / output signal of the pump driving driver 94 is equal to the input / output signal of the robot driving driver. The number of points occupied by the external input / output unit can be reduced. Furthermore, since it is not necessary to connect the robot controller 10 and an external pump drive unit with a cable as in the prior art, the disturbance of the control signal due to noise can be reduced and the controllability can be improved.
[0038]
Further, compared to the conventional configuration in which the pump control amount calculating means for controlling the paint pump 29 is provided separately from the robot controller 10, the input / output conversion calculation is eliminated, the calculation processing time can be shortened, and the number of samplings per unit time is reduced. The coating quality can be improved by increasing.
The air valve 95 for controlling the spraying of the paint on the paint gun 8 is on / off controlled in accordance with a command from the CPU 72 supplied via the interface 74.
[0039]
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a control system for controlling the operation of the manipulator 1. The process shown in FIG. 5 is repeatedly executed every 5 msec.
As shown in FIG. 5, in step S <b> 1 (hereinafter, “step” is omitted), first, robot axes and pump rotation speeds provided in each joint portion of the manipulator 1 are read. In the next S2, the position and orientation of the coating gun 8 are calculated from the feedback values of the respective axes of the manipulator 1 read in S1.
[0040]
Next, the tip target position of the coating gun 8 is read in S3. Subsequently, in S4, a speed command as a robot axis control amount is calculated from the target position and the current position and orientation. Then, the process proceeds to S5, where an actual target rotational speed is calculated by adding the actual rotational speed and the compensation value of the target rotational speed to the pump target rotational speed.
In the next S6, the speed command is output to each of the robot drive motor drivers 87 to 92 and the pump motor driver 94. In step S7, an on / off control signal for the coating gun 8 is output.
[0041]
As described above, the CPU 72 of the robot controller 10 performs calculation to add the control amount corresponding to the actual operation speed of the manipulator 1 to the control amount of the paint pump 29, so that the paint is supplied at a flow rate corresponding to the operation speed of the paint gun 8. Therefore, uneven coating is less likely to occur, and even if the coating speed is increased, the coating can be performed so as to form a uniform coating film, and the efficiency of the painting work can be increased. In addition, since the control amount of the paint pump 29 can be controlled in the same way as the motor that drives each movable part of the manipulator 1, the robot controller 10 controls each robot drive motor and easily rotates the paint pump 29. Can be controlled.
[0042]
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a paint supply system path according to a modification of the present invention.
As shown in FIG. 6, the color changing valve unit 11, the pressure control valve 28, the paint pump 29, the flow meter 30, and the coating gun 8 are disposed in the paint supply system path. Further, the flow meter 30 measures the flow rate of the paint supplied to the paint gun 8 through the paint supply tube 19.
[0043]
As will be described later, when the flow rate measured by the flow meter 30 is input via the interface 74, the CPU 72 obtains a difference between the flow rate measurement value and a preset target flow rate, and determines the difference according to the calculation result. The control amount of the pump drive motor 76 that drives the paint pump 29 is calculated by determining the presence or absence of clogging.
FIG. 7 is a PAD for explaining the robot control calculation process executed by the CPU 72. The process shown in FIG. 7 is repeatedly executed every 5 msec.
[0044]
As shown in FIG. 7, the CPU 72 reads the posture (operation position) of each axis of the manipulator 1 and the angular velocity feedback signal of the paint pump 29 in step S <b> 11 (hereinafter, “step” is omitted). In S12, the flow rate of the paint measured by the flow meter 30 is read.
In the next S13, the target position / posture of the coating gun 8 is calculated based on the teaching data stored in the memory 73. Similarly, the target flow rate is read from the memory 73 in S14. Subsequently, in S15, the positions and orientations of the manipulator 1 and the coating gun 8 are calculated from the respective axis angle feedback signals read in S11.
[0045]
In next S16, a speed command or a torque command to a servo amplifier (not shown) of each axis of the manipulator 1 is calculated from the target gun tip position / posture and the current gun tip position / posture. Similarly, in S17, a command signal to the pump servomotor is calculated from the gun tip position / posture, target flow rate, target position / posture, current flow rate, and current pump drive shaft angular velocity feedback signal.
[0046]
In next S18, the angular velocity command is transmitted around each axis of the manipulator 1 θ.₁~ Θ₆Are output to motor drivers 87 to 92 that drive and control the motors 81 to 86. At the same time, a control signal such as paint supply pressure is output to a pump motor driver 94 that drives the paint pump 29. This completes a series of processing.
As described above, the CPU 72 calculates the speed command or the torque command to the servo amplifier (not shown) of each axis of the manipulator 1 from the target gun tip position / posture and the current gun tip position / posture. In order to calculate the command signal to the pump servomotor based on the previous position / posture, target flow rate, target position / posture, current flow rate, and current pump drive shaft angular velocity feedback signal, increase the number of external I / O units of the robot controller. Without having to control the supply pressure of the paint.
[0047]
FIG. 8 is a block diagram of a control loop of the drive shaft of the paint pump 29 executed in S17.
As shown in FIG. 8, an axial target angular velocity command is output by a normal PID control loop based on the flow rate measured by the flow meter 30. In this PID control loop, compensation based on the position and orientation of the manipulator 1 is added.
[0048]
Here, the target flow rate f_rTo current flow f_fIs proportional to the error obtained by subtracting_PMultiplied by (and a limit value is provided by a limiter (106)) and a limit value (provided by the limiter 103) in the integral of the error (accumulation is obtained by 1 / (Z-1) 102) Integral gain K_iAdd the product of (104). In order to avoid an excessive response, the differential gain K is added to the error difference (109)._dSubtract the product of. Compensation (101) for disturbance generated by robot operation is added to this. Pump G with a limit value (110) provided as a speed command to the pump_(S)Output to.
[0049]
9 and 10 are PADs for explaining the procedure of the paint flow control calculation.
As shown in FIG. 9, in S <b> 21, compensation calculation based on the position and orientation of the manipulator 1 is performed. That is, the actual speed of the coating gun 8 is obtained from the tip position x (k−1) one sampling before and the current tip position.
[0050]
In the next S22, the compensation amount Um (k) is calculated by multiplying the actual speed of the coating gun 8 by the coefficient Kpump. This compensation amount Um (k) is taken as a compensation amount based on the position and orientation of the manipulator 1.
In the next S23, an error e (k) between the target flow rate fr (k) and the current flow rate fr (k) is calculated. Subsequently, in S24, the proportional control amount Up (k) is calculated by multiplying by the proportional gain Kp. If the control amount by proportional control exceeds the upper limit value in S25, the proportional control amount Up (k) is set as the upper limit value in S26. If the control amount by proportional control falls below the lower limit value in S27, the proportional control amount Up (k) is set to the lower limit value in S28.
[0051]
In next S30, a control amount by the integral operation is calculated. Then, an error accumulation ei (k) is calculated. This is obtained by continuing to add errors from time 0. If this value exceeds the upper limit value in S31, the upper limit value is set in S32. If this value falls below the lower limit in S33, the lower limit is set in S34.
[0052]
In the next S36, the control amount Ui (k) by integration is calculated by multiplying the accumulated error by the integration gain Ki. Subsequently, a control amount based on the flow rate change amount is calculated. As shown in FIG. 10, in S37, first, the amount of change in flow rate is calculated. In S38, the control gain Ud (k) by differentiation is calculated by multiplying by the differential gain Kd.
In next S39, the control amount Ud (k) is compared with the upper limit value, and when the control amount Ud (k) exceeds the upper limit value, the limit value is set so as to be equal to or less than the upper limit value in S40. Further, the control amount Ud (k) is compared with the lower limit value in S41, and when the control amount Ud (k) falls below the lower limit value, the limit value is set so as to be equal to or higher than the lower limit value in S42.
[0053]
In next S44, the target command U (k) is set to U (k) = Up (k) + Ui (k) −Ud (k) + Um (k). Similarly to S39 to S42, in S45, the target command U (k) is compared with the upper limit value, and when the target command U (k) exceeds the upper limit value, the target command U (k) is less than the upper limit value in S46. Set the limit value. Further, the target command U (k) is compared with the lower limit value in S47, and when the target command U (k) falls below the lower limit value, the limit value is set so as to be equal to or higher than the lower limit value in S48.
[0054]
Here, in S21-23, the compensation value may be calculated by multiplying the error between the target speed and the actual speed of the manipulator 1 by a gain.
In this way, the CPU 72 calculates the control amount to the pump motor driver 94 that drives the paint pump 29 so that the paint is supplied at a flow rate corresponding to the operation speed of the paint gun 8. Regardless of this, the film thickness can be made uniform by keeping the flow rate of the paint sprayed onto the painted surface constant.
[0055]
FIG. 11 is a PAD for explaining the calculation procedure for clogging detection.
In FIG. 11, the processing of S51 to S57 is the same as S11 to S17 of FIG. 7 described above, and thus the description thereof is omitted here.
In S58, the flow rate error is calculated by dividing the current flow rate fr (k) from the target flow rate fr (k). In the next S59, the flow rate error obtained in S58 is compared with a predetermined amount set in advance. In S59, when the flow rate error is larger than the compared predetermined amount, the value of the time counter is incremented by 1 in S60. If the count value exceeds 60 seconds in S61, the operation speed of the manipulator 1 is set to 0.8 times the target speed Vr in S62. In step S63, a clogging flag is set.
[0056]
In S59, if the flow rate error is smaller than the compared amount, the counter is cleared to zero in S64. Subsequently, the operation speed of the manipulator 1 is returned to the target value in S65, and the clogging flag is turned off in S66 to cancel the warning.
In step S67, the command value is output. Thus, when clogging occurs in the coating gun 8 and the coating material supply amount decreases, the operating speed of the manipulator 1 can be reduced to prevent uneven coating.
[0057]
In this way, the flow rate of the paint supplied to the coating gun 8 is compared with the target flow rate, and the flow rate is increased if the flow rate of the paint is below a predetermined value for the target flow rate for a predetermined time or longer. For example, even if the paint supply path of the paint gun 8 is clogged with foreign matter or the like, the flow rate sprayed from the paint gun 8 can be secured.
[0058]
FIG. 12 is a PAD for explaining the procedure of the trajectory generation calculation and the processing at the time of clogging.
As shown in FIG. 12, first, in S71, the interpolation counter t_count is incremented by one. In the next S72, the counter value is compared with the interpolation time of one trajectory, and it is checked whether or not the end point of the interpolation trajectory has been reached.
[0059]
In S72, when the end point of the interpolation trajectory is reached, the process proceeds to S73, and the teaching point number pt_num is incremented by one. In the next S74, if the final point of the teaching point is reached, the process proceeds to S75, and it is checked whether or not the clogging warning flag is turned on.
If the clogging warning flag is on in S75, the process proceeds to S76 to check whether the clogging program has been executed once. If the clogging program is executed in S76, the occurrence of clogging is displayed in S77, and a clogging warning is output in S78.
[0060]
Here, the clogging program is a control program for moving the coating gun 8 to the disposal position and spraying the paint. If the clogging is mild, the foreign matter causing the clogging can be blown away by spraying the paint.
Further, when the coating gun 8 is an airless gun, clogging can be eliminated by increasing the discharge amount and blowing or cleaning with thinner.
[0061]
If the clogging program is not executed in S76, the process proceeds to S79, the clogging program is loaded, and the counter value is set as the end point of the clogging program in S80.
If the warning flag is not turned on in S75, the clogging program is not processed. In this case, the starting point x in S81_oPt_count, and end point x in S82₁Is the initial point l of the program.
[0062]
In S74, if it is not the final point, the process proceeds to S83. If the teaching point number exceeds the teaching point number in S83, the teaching point counter is set to 1, and the position and orientation indicated by the teaching point counter is set as the starting point. Subsequently, in S84, the end point of the trajectory is set as the next point of the teaching point counter.
In the next S85, after the start point / end point information is determined, the interpolation formula of this trajectory is determined as a time polynomial. In S72, the process of determining the interpolation formula is not performed on the platform that is the intermediate point of the interpolation trajectory.
[0063]
In S86, the time indicated by the interpolation counter is calculated. Subsequently, in S87, this is substituted into the interpolation formula, and the position and orientation of the coating gun 8 are determined. In S88, the position and orientation data of the painting gun 8 is set as the target value of the painting gun 8.
In the clogging program, after the program is reproduced once, the clogging state is checked by the detected value of the flow meter. If the detected value of the flow meter exceeds a predetermined value, the clogging warning is erased when the clogging program ends, and the program that was operating immediately before this is loaded.
[0064]
As described above, when clogging occurs in the painting gun 8 when the final point of the teaching point is reached, the clogging program is executed to move the painting gun 8 to the throwing-off position and spray the paint. Clogging can be eliminated.
In the above embodiment, an articulated type painting robot is taken as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, a painting robot having a painting gun mounted on a reciprocator or a painting gun is moved in the XY direction. It can also be applied to an XY coordinate robot.
[0065]
In the above-described embodiment, the configuration in which the pressure control valve 28 and the paint pump 29 are provided on the upper surface of the second arm 6 has been described as an example. However, the pressure control valve 28 and the paint pump 29 are placed in places other than the second arm 6. It can be installed.
Moreover, in the said Example, although the thing of the structure by which the coating gun 8 was supported by the wrist part 7 which has a swivel mechanism was mentioned as an example, not only this but this invention has a wrist mechanism which does not use a swivel mechanism. The present invention can also be applied to a painting robot described in JP-A-5-92155.
[0066]
The present invention can also be applied to a painting robot or the like configured to form a flow path for supplying paint inside the rotation shaft of the wrist.
[0067]
【The invention's effect】
  As described aboveThe main departureAccording to Ming, the driver for pump drive is for robot drivecontrollerIn addition, the pump control amount calculation means is provided in the robot controller, and the input / output signals of the pump drive driver are made equal to the input / output signals of the robot drive driver, so the number of occupied points of the external input / output unit of the robot controller is reduced. In addition, since it is not necessary to connect to the outside with a cable, disturbance of the control signal due to noise can be reduced, and controllability can be improved. In addition, the input / output conversion calculation is eliminated, the calculation processing time can be shortened, and the coating quality can be improved by increasing the number of samplings per unit time.
[0068]
  MaBookAccording to the invention, since the calculation that adds the control amount corresponding to the actual operation speed of the manipulator to the control amount of the pump is performed, the paint is supplied at a flow rate corresponding to the operation speed of the coating gun, so that uneven coating is less likely to occur. Therefore, even if the coating speed is increased, it can be applied so that a uniform coating film is obtained, and the efficiency of the painting work can be improved.The
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a painting robot according to the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a wrist part.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a control system for controlling the operation of the manipulator.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a control system for controlling the operation of the manipulator.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a control system for controlling the operation of the manipulator.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a paint supply system path according to a modification of the present invention.
FIG. 7 is a PAD for explaining robot control calculation processing executed by a CPU.
FIG. 8 is a block diagram of a control loop of a drive shaft of the paint pump executed in S17.
FIG. 9 is a PAD for explaining a procedure of calculation of paint flow control.
FIG. 10 is a PAD of a paint flow control calculation procedure executed following the process of FIG. 9;
FIG. 11 is a PAD for explaining a calculation procedure for clogging detection.
FIG. 12 is a PAD for explaining a procedure of a trajectory generation calculation and processing at the time of clogging.
[Explanation of symbols]
1 Manipulator
4 swivel base
5 First arm
6 Second arm
7 Wrist
8 Paint gun
10 Robot controller
11 Color change valve unit
19 Paint supply tube
28 Pressure control valve
29 Paint pump
30 Flow meter
71 Air control device
72 CPU
76 Pump drive motor
81-86 motor
87-92 Robot driver motor driver
94 Motor driver for pump

Claims

A painting robot apparatus comprising: a manipulator having a coating gun attached to the tip of an arm; a robot controller having a robot driving driver for controlling the operation of the manipulator; and a paint supply unit for supplying paint to the painting gun. In
A pump and a flow meter are provided in a paint supply system for feeding the paint supplied from the paint supply unit to the paint gun;
A pump driving driver for driving the pump is provided in the robot controller, and the input / output signal of the pump driving driver is equal to the input / output signal of the robot driving driver,
The robot controller is provided with pump control amount calculation means for calculating the control amount of the pump and outputting the control amount to the pump driving driver,
The pump control amount calculation means is
Calculate the current actual speed of the coating gun from a predetermined time before and the current position of the arm tip, multiply the actual speed by a coefficient to calculate a compensation amount Um (k) based on the position and orientation of the manipulator,
A proportional control amount Up (k) is calculated by multiplying an error between a preset target flow rate and a current flow rate by the flow meter by a proportional gain;
The accumulation of the error from the calculation processing start time is calculated, the accumulation of the error is multiplied by an integral gain, and a control amount Ui (k) by integration is calculated,
Currently, the flow rate change amount is calculated from the flow rate at the time of the previous and previous calculation processing, and the control amount Ud (k) by differentiation is calculated by multiplying the flow rate change amount by a differential gain,
U (k) = Up (k) + Ui (k) −Ud (k) + Um (k) is calculated,
The painting robot apparatus, wherein the U (k) is output to the pump driving driver every predetermined time .