JP4258718B2

JP4258718B2 - ロボット制御装置

Info

Publication number: JP4258718B2
Application number: JP2003337076A
Authority: JP
Inventors: 礼子真島; 義明松隈
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2003-09-29
Filing date: 2003-09-29
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2023-09-29
Also published as: JP2005103674A

Description

本発明は、産業ロボットの衝突を検出する機能を有するロボット制御装置に関する。

従来のロボット制御装置では、ロボット本体に予期せぬ外乱力がロボットに作用した場合に、ロボットアームがロボット周辺に配置されている設備、あるいは他のロボットへの干渉や衝突、またロボットの教示中では教示作業者への干渉や衝突をまねく場合がある。この様な場合にはロボットを停止させて、操作者の安全確保や設備の損傷を最小限にとどめる機能が内蔵されている。
衝突の検出手段としては、モータの加速トルクと速度維持トルクを加算して求めたモータの運動に必要な仮想トルク指令と、実際のトルク指令との差を求め、これが予め設定した値を超えると、あるいは、制御系の位置ループ及び速度ループの特性を模擬してモータの速度を予測する制御モデルと、モータの検出器より得られた速度信号との差が基準値を超えたときに速度異常として衝突が発生したと判断していた（特許文献１）。
特開平１１−７７５８０（図１）

ところが、従来技術では、手動操作時誤って干渉物に衝突させたり設定操作のミス等により衝突を誤検出したりした場合、干渉物を除去して、衝突していない状態にしなければならず、簡単にロボットを再起動することができなかった。
また、複数ロボット動作時にあるロボットの動作軌道変更により他ロボットとの干渉が発生した場合も簡単にロボットを再起動することができなかった。
上記の問題に鑑みて、本発明は、衝突の誤検出発生時、軌道修正後の干渉発生時などでは、干渉や衝突検出を無効とし、それ以外の時は、衝突検出機能を有効にできる安全性の高いロボット制御装置を提供することを目的するものである。

上記問題を解決するため、本発明の請求項１記載のロボット制御装置は、位置指令に基づいて速度指令を算出する位置制御部(１０)と、前記速度指令に基づいてトルク指令を算出する速度制御部(１１)と、前記トルク指令に基づいて駆動されるモータ(１２)によってロボット（２）を制御し、前記ロボットに所望の動作を教示する教示装置（４）と、前記トルク指令と前記モータの位置に基づいて外乱を推定するモデル制御部(１４)と、前記外乱と予め設定した基準値とを比較して衝突を検出する衝突検出部(１６)とを備えたロボット制御装置（５）において、前記ロボット制御装置（５）に接続された外部出力装置（６）からの信号により前記衝突検出部(１６)による衝突検出を有効または無効に設定する衝突検出選択部(１５)を備え、前記ロボット（２）が干渉物（１）と衝突した場合、前記ロボット制御装置（５）は、前記衝突検出部(１６)によって衝突を検出すると前記ロボット（２）の動作を停止させるとともに前記教示装置（４）に衝突が発生したことを表示する第１ステップと、前記外部出力装置（６）からの信号により前記衝突検出選択部(１５)が前記衝突検出部(１６)による衝突検出を無効にする第２ステップと、前記衝突検出部(１６)による衝突検出を無効にしたことを前記教示装置（４）に表示する第３ステップと、前記ロボット（２）を移動させ前記干渉物（１）との干渉状態を回避する第４ステップと、前記外部出力装置（６）からの信号により前記衝突検出選択部(１５)が前記衝突検出部(１６)による衝突検出を有効にする第５ステップと、前記第３ステップでの前記教示装置（４）の表示を消去する第６ステップと、前記ロボット（２）の通常動作を再開させる第７ステップとによって前記ロボット（２）を衝突状態から復帰させることを特徴とするものである。

本発明によれば、衝突を検出する機能の無効、または有効の選択を容易に切り替える事ができるので、教示装置による一連の複数の操作によって行う選択に比較して手間が省けるという効果がある。また選択の状態が教示装置に表示されるため作業者の勘違いによる誤操作を防ぐことができるという効果もある。

以下、本発明を具体的実施例に基づいて説明する。

図２は本発明に係る干渉あるいは衝突を検出する機能を無効、または有効にするための装置の構成を示すものであり、１は干渉物、２は産業用ロボット、３はアーム、４は教示装置、５はロボット制御装置、６は外部出力装置である。産業用ロボット２が干渉物１に干渉あるいは衝突した場合、衝突したことを検出しロボットの動作を停止させてアラームを発生する。また外部出力装置６はロボット制御装置５と接続されておりロボット制御装置５は外部出力装置６の信号を受信することができるものとする。そして、産業用ロボット２が動作する場合、ロボット制御装置５によって、各軸のモータの位置指令が算出される。産業用ロボット２の１つの関節について、以下に本発明を説明する。
図１に本発明の構成図を示す。モータ１２は、ロボットの関節を駆動する。エンコーダ１３は、モータ１２の位置を検出する。モータ１２への位置指令とエンコーダ１３の位置フィードバックとの差分が、位置制御部１０に入力される。位置制御部１０では、速度指令が出力される。またエンコーダ１３の位置の差分に基づいて速度算出部２０にて速度フィードバックが算出される。位置制御部１０から出力された速度指令と速度フィードバックに基づいて速度制御部１１は、モータ１２に対してトルク指令を出力する。

モデル制御部１４は、速度制御部１１の出力であるトルク指令とエンコーダ１３の検出位置を入力として、外乱を推定する。衝突検出部１６は、予め衝突と判断するための基準値を格納しており、モデル制御部の出力である外乱が基準値を超えていれば、ロボットが衝突したと判断する。
衝突検出選択部１５は、ロボット制御装置５に接続されている教示装置や外部からの入力信号により、衝突検出部１６の有効または無効を選択する。衝突検出選択部１５において、無効が設定された場合には、衝突検出部１６の処理は実行されない。つまり、ロボット制御装置５内のＣＰＵは、衝突検出部１６の処理へ実行ステップを移行しない。

図３は本発明に係る衝突を検出する機能を無効、または有効にする手順を示すフローチャートであり、手順に沿って、上記装置の動作も含めて説明する。
(ステップ２１)
産業用ロボット２が干渉物１に衝突する。
(ステップ２２)
衝突したことを検出しロボット２の動作を停止させて教示装置４にアラームが発生したことを通知する。教示装置には衝突発生の表示を行う。
(ステップ２３)
外部出力装置６からの信号により衝突を検出する機能を無効とする。
(ステップ２４)
衝突を検出する機能を無効としたことを教示装置４に通知する。
(ステップ２５)
ロボット２を手動で動作させ干渉物１との干渉を回避する。

(ステップ２６)
外部出力装置６からの信号により衝突を検出する機能を有効とする。
(ステップ２７)
(ステップ２４)で通知した表示を消去する。
(ステップ２８)
通常の動作を再開する。

この例では、どのロボットを対象とするか指定するステップがないが、１コントローラでロボットを複数台制御できるシステムにおいては教示装置４にてどのロボットを対象とするかをユーザが指定することができる。

図４は本発明に係るロボットアーム同士の干渉を検出する機能において、干渉検出後、ロボットの移動を許可、または不許可とする手順を示すフローチャートであり、手順に沿って、上記装置の動作も含めて説明する。
(ステップ３１)
あらかじめ複数の産業用ロボット２の優先順位を教示装置４に設定する。
(ステップ３２)
複数の産業用ロボット２のロボットアーム同士が干渉する。
(ステップ３３)
干渉したことを検出すると（ステップ３１）に設定した優先順位の低いロボットの動作を停止させる。干渉したロボットが協調同期運転を行っている場合は協調同期運転を行っている全てのロボットを停止する。

(ステップ３４)
停止後、教示装置４にアラームが発生したことを通知する。教示装置には干渉発生と干渉したロボットの番号、停止したロボットの番号の表示を行う。
(ステップ３５)
外部出力装置６からの信号、または命令実行により停止したロボットの移動を許可する。
(ステップ３６)
干渉アラーム発生中、かつロボット移動許可中であることを教示装置に通知する。
(ステップ３７)
ロボット２を手動で動作させロボットアーム同士の干渉を回避する。
(ステップ３８)
外部出力装置６からの信号または命令実行によりロボットの移動を不許可とする。
(ステップ３９)
(ステップ３４)で通知した表示を消去する。
(ステップ４０)
通常の動作を再開する。

産業ロボットの衝突を検出する機能を有するロボット制御装置に有用である。

本発明のシステム構成図本発明を使用した装置の構成図本発明の実施例２のフローチャート本発明の実施例３のフローチャート

符号の説明

１：干渉物
２：産業用ロボット
３：アーム
４：プログラミングペンダント
５：ロボット制御装置
６：外部出力装置
１０：位置制御部
１１：速度制御部
１２：モータ
１３：エンコーダ
１４：モデル制御部
１５：衝突検出選択部
１６：衝突検出部

Claims

位置指令に基づいて速度指令を算出する位置制御部(１０)と、前記速度指令に基づいてトルク指令を算出する速度制御部(１１)と、前記トルク指令に基づいて駆動されるモータ(１２)によってロボット（２）を制御し、
前記ロボットに所望の動作を教示する教示装置（４）と、
前記トルク指令と前記モータの位置に基づいて外乱を推定するモデル制御部(１４)と、
前記外乱と予め設定した基準値とを比較して衝突を検出する衝突検出部(１６)とを備えたロボット制御装置（５）において、
前記ロボット制御装置（５）に接続された外部出力装置（６）からの信号により前記衝突検出部(１６)による衝突検出を有効または無効に設定する衝突検出選択部(１５)を備え、
前記ロボット（２）が干渉物（１）と衝突した場合、前記ロボット制御装置（５）は、
前記衝突検出部(１６)によって衝突を検出すると前記ロボット（２）の動作を停止させるとともに前記教示装置（４）に衝突が発生したことを表示する第１ステップと、
前記外部出力装置（６）からの信号により前記衝突検出選択部(１５)が前記衝突検出部(１６)による衝突検出を無効にする第２ステップと、
前記衝突検出部(１６)による衝突検出を無効にしたことを前記教示装置（４）に表示する第３ステップと、
前記ロボット（２）を移動させ前記干渉物（１）との干渉状態を回避する第４ステップと、
前記外部出力装置（６）からの信号により前記衝突検出選択部(１５)が前記衝突検出部(１６)による衝突検出を有効にする第５ステップと、
前記第３ステップでの前記教示装置（４）の表示を消去する第６ステップと、
前記ロボット（２）の通常動作を再開させる第７ステップ
とによって前記ロボット（２）を衝突状態から復帰させることを特徴とするロボット制御装置。