JP4289555B2

JP4289555B2 - 多関節ロボットの制御装置

Info

Publication number: JP4289555B2
Application number: JP2004192876A
Authority: JP
Inventors: 真次加藤
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2024-06-30
Also published as: JP2006015420A

Description

本発明は、複数の異なる出力のサーボモータに駆動される駆動軸を有するロボット本体を制御する多関節ロボットの制御装置に関し、特に、特定の駆動軸のサーボモータへの入出力データを識別してロボット本体が具備する複数の駆動軸のサーボモータのデータを受けて手首先端に取り付けたツール先端の少なくとも位置および姿勢角度を算出するロボット機構計算部と、ロボット本体の複数の特定の駆動軸の異なる出力のサーボモータに対応して該サーボモータのフイードバック制御を行うサーボ制御部と、異なる出力のサーボモータの電流容量に従がった該サーボモータの駆動装置と、を有する多関節ロボットの制御装置に関する。

図３は一般的な６軸の垂直多関節ロボットを示した斜視図である。この垂直多関節ロボットは、旋回フレームは本体ベースに対してＪ１回りに旋回し、下腕は旋回フレームに対してＪ２回りに回転し、上腕は下腕に対してＪ３回りに回転するようにされている。また、上腕の先端に設けられたリスト（手首）は、３つの回転軸を有し、図３に示したＪ４、Ｊ５、およびＪ６回りに回転可能にされている。ここで、前述したＪ１〜Ｊ６回りに回転させるための各駆動軸をそれぞれＪＴ１〜ＪＴ６軸とする。これらの駆動軸のアクチュエータとしてはサーボモータが用いられている。

図３に示した６軸の垂直多関節ロボットにおいては、一般に、本体ベース側にある３つの駆動軸（ＪＴ１〜ＪＴ３軸）には相対的に出力の大きなサーボモータを使用する一方、本体ベースとは反対側すなわちリスト側にある３つの駆動軸（ＪＴ４〜ＪＴ６軸）には相対的に出力の小さなサーボモータを使用している。そのため、６つの駆動軸の各サーボモータをそれぞれ駆動するサーボアンプ等の駆動装置においては、前述したサーボモータの出力に対応すべく、ＪＴ１〜ＪＴ３軸のそれぞれを駆動する駆動装置は電流容量が相対的に大きく、その一方、ＪＴ４〜ＪＴ６軸のそれぞれを駆動する駆動装置は電流容量が相対的に小さいものを使用している。

前述のものはＪＴ２軸には出力の大きなサーボモータを使用する一方、ＪＴ４軸には出力の小さなサーボモータを使用する形態であったが、軸構成の変更等により、前述の形態とは逆に、ＪＴ４軸に出力の大きなサーボモータを使用し、ＪＴ２軸に出力の小さなサーボモータを使用するロボット本体が新しく開発された場合は、前述の形態とは別の駆動装置を新規に設計、製作する必要があった。なお、特許文献１には、ロボット本体の軸数よりも少ない制御軸数を有する駆動装置により、ロボット本体の駆動軸の制御を行う技術が開示されている。しかしながら、係る技術では、当然のことながら、ロボット本体の全ての駆動軸を同期駆動させるような使用形態には適用できないというデメリットがある。
特開平５−２９３６５１号公報

このように、前述した従来技術では、制御装置が具備する駆動装置の各軸ごとの電流容量に従い、駆動できるロボット本体のサーボモータが決定されることになる。そのため、例えば、ＪＴ１〜ＪＴ３軸に相対的に大きな電流容量を有し、ＪＴ４〜ＪＴ６軸に相対的に小さな電流容量を有する駆動装置を考えた場合、ロボット本体においてＪＴ１〜ＪＴ３軸が大きな出力のサーボモータであるとともにＪＴ４〜ＪＴ６軸が出力の小さなサーボモータであるならば問題はない。しかし、この駆動装置においてフイードバック制御部への入出力を入れ替えてロボット本体における軸順序を入れ替えたような場合、例えばロボット本体におけるＪＴ２軸とＪＴ４軸とを入れ替えた場合は問題になる。すなわち、この場合は、ＪＴ４軸に出力の大きなサーボモータを使用する一方、ＪＴ２軸に出力の小さなサーボモータを使用することになるので、ＪＴ４軸に関しては電流容量の小さな駆動装置にて出力の大きいサーボモータを駆動するという不都合が生じることになる。

本発明は、前述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、多関節ロボットの制御装置においてフイードバック制御部への入出力を入れ替えてロボット本体における軸順序を入れ替えロボット本体における軸順序と駆動装置における軸順序とを容易に入れ替え可能な、多関節ロボットの制御装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために、本発明では、複数の異なる出力のサーボモータに駆動される駆動軸を具備するロボット本体を制御する多関節ロボットの制御装置において、特定の駆動軸のサーボモータへの入出力データを識別してロボット本体が具備する複数の駆動軸のサーボモータのデータを受けて手首先端に取り付けたツール先端の少なくとも位置および姿勢角度を算出するロボット機構計算部と、ロボット本体が具備する複数の特定の駆動軸への入出力を入れ替え可能な軸入れ替え部と、複数の特定の駆動軸の異なる出力のサーボモータの駆動装置に対応して該サーボモータのフイードバック制御を行うサーボ制御部と、異なる出力のサーボモータの電流容量に従がった該サーボモータの駆動装置と、を有し、前記軸入れ替え部を介してフイードバック制御部への入出力を入れ替えて前記ロボット機構計算部によりロボット本体が具備する複数の異なる出力のサーボモータに駆動される駆動軸を制御するようにしたことを特徴とする多関節ロボットの制御装置を提供した。

係る構成としたことにより、ロボット本体が具備する複数の駆動軸の軸順序を入れ替えるような場合、例えば駆動軸間で駆動軸のアクチュエータとしてのサーボモータを入れ替えるような場合は、駆動軸の軸順序を入れ替え可能にした軸入れ替え部を介してフイードバック制御部への入出力を入れ替えて、容易に対処できる。これにより、入れ替えた電流容量の大きい駆動装置は出力の大きいサーボモータを駆動することになるとともに、代わりに入れ替えた電流容量の小さい駆動装置は出力の小さいサーボモータを駆動することになり、駆動装置の電流容量とサーボモータの出力との対応関係がうまくとれることになる。

本発明によれば、従来使用していた駆動装置を用いながらも、軸入れ替え部を介してフイードバック制御部への入出力を入れ替えて、ロボット本体における駆動軸間のサーボモータの入れ替えに容易に対処できるものとなった。このように、ロボット本体における軸順序と駆動装置における軸順序とが容易に入れ替え可能になったことにより、メーカにおいては駆動軸間によるサーボモータの配置の相違に応じて駆動装置を設計、製作する手間が省けるとともに、ユーザにおいては何種類もの駆動装置を予備品として持つ必要がなくなった。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態における多関節ロボットの制御装置１１の構成を示すブロック図である。この図１において、５は６つの駆動軸を有する多関節構造のロボット本体である。ロボット本体５の構造を図３に示す。ロボット５は、旋回フレームは本体ベースに対してＪ１回りに旋回し、下腕は旋回フレームに対してＪ２回りに回転し、上腕は下腕に対してＪ３回りに回転するようにされている。また、上腕の先端に設けられたリストは、図３に示したＪ４、Ｊ５、およびＪ６回りに回転可能にされている。

ここで、前述したＪ１〜Ｊ６回りに回転させるための各駆動軸をそれぞれＪＴ１〜ＪＴ６軸とする。これらの駆動軸のアクチュエータとしてはサーボモータが用いられている。なお、サーボモータの出力の大きさに関しては、本体ベース側にある３つの駆動軸（ＪＴ１〜ＪＴ３軸）には相対的に出力の大きなサーボモータを使用する一方、本体ベースとは反対側すなわちリスト側にある３つの駆動軸（ＪＴ４〜ＪＴ６軸）には相対的に出力の小さなサーボモータを使用している。

また、図１において、１は複数の異なる出力の図示しないサーボモータに駆動される駆動軸を具備するロボット本体５を制御する多関節ロボットの制御装置において、特定の駆動軸のサーボモータへの入出力データを識別してロボット本体が具備する複数の駆動軸のサーボモータのデータを受けて図示しない手首先端に取り付けたツール先端の少なくとも位置および姿勢角度を算出するロボット機構計算部で、一般的にはロボット本体５のキネマティクスを算出する。２はロボット本体が具備する複数の特定の駆動軸への入出力を入れ替えを行う軸入れ替え部であり、あらかじめ設定された順序に駆動軸の入れ替えを行う。３は複数の特定の駆動軸の異なる出力のサーボモータの駆動装置に対応して該サーボモータのフィードバック制御等を行うサーボ制御部であり、４はロボット本体５が具備する各駆動軸を駆動するためのサーボモータに対して指令電流を供給する駆動装置であり、サーボモータのサーボ制御部４の軸順序とは一対一に対応している。この駆動装置４はＪＴ１〜ＪＴ３軸については電流容量が大きく、ＪＴ４〜ＪＴ６軸については電流容量が小さいものとなっている。

また、図１において、１はロボット本体５が具備する各駆動軸における少なくとも位置および角度を算出するロボット機構計算部であり、一般的にはロボット本体５のキネマティクスを算出する。２は軸入れ替え部であり、あらかじめ設定された順序に駆動軸の入れ替えを行う。３はフィードバック制御等を行うサーボ制御部であり、駆動装置４の軸順序とは一対一に対応している。４はロボット本体５が具備する各駆動軸を駆動するためのサーボモータに対して指令電流を供給する駆動装置であり、この駆動装置４はＪＴ１〜ＪＴ３軸については電流容量が大きく、ＪＴ４〜ＪＴ６軸については電流容量が小さいものとなっている。

なお、図１において、駆動装置４内の表記○の大きさは、各軸の電流容量の大きさを相対的に表している。また、ロボット本体５内の表記○の大きさは、各駆動軸のサーボモータの出力の大きさを相対的に表している。また、ロボット機構計算部１、軸入れ替え部２，およびサーボ制御部３の各ブロックはソフトウェアであり、駆動装置４およびロボット本体５の各ブロックはハードウェアである。

次に、図２に示したフローチャートを参照して、前述した軸入れ替え部２にて行われる処理の流れについて説明する。ここでは、ロボット本体５において、ＪＴ２軸のサーボモータとＪＴ４軸のサーボモータとを入れ替えることにより、ＪＴ４軸に出力の大きなサーボモータを使用し、ＪＴ２軸に出力の小さなサーボモータを使用する場合を想定する。軸入れ替え部２内では、サーボ制御部３へ指令値を送信する毎に、以下の処理が行われる。

まず、ステップ１００において、あらかじめ設定された軸入れ替えの設定値を配列データＳ［］に読み込む。ここで、軸入れ替えの設定値については、これはメーカ側がロボット本体ごとに決めても良いし、ユーザ側が任意に変更しても構わない。また、配列データＳ［］には、サーボ制御部３へデータを転送する順序を配列要素ゼロから順に軸番号として格納するようにしている。ＪＴ１、ＪＴ２、ＪＴ３、ＪＴ４、ＪＴ５、ＪＴ６の順序でサーボ制御部３へデータを転送する場合の配列の値は、要素ゼロから順に、通常は、Ｓ［０］＝１、Ｓ［１］＝２、Ｓ［２］＝３、Ｓ［３］＝４、Ｓ［４］＝５、Ｓ［５］＝６となる。しかし、前述したように、本想定ではロボット本体５においてＪＴ２軸のサーボモータとＪＴ４軸のサーボモータとを入れ替えているので、本想定におけるサーボ制御部３へデータを転送する場合の配列の値は、要素ゼロから順に、Ｓ［０］＝１、Ｓ［１］＝４、Ｓ［２］＝３、Ｓ［３］＝２、Ｓ［４］＝５、Ｓ［５］＝６となる。

次に、ステップ１０１において、軸番号ｉを１軸目（ｉ＝０）に初期化する。ステップ１０２において、全ての駆動軸について処理が終了していれば一連の処理を終了するが（ステップ１０２ＹＥＳ）、全ての駆動軸について処理が終了していなければ（ステップ１０２ＮＯ）ステップ１０３へ移行する。ステップ１０３では、配列Ｓ［ｉ］軸目の軸パラメータをサーボ制御部３へ転送する。同様に、ステップ１０４では、配列Ｓ［ｉ］軸目の軸コマンドおよび軸データをサーボ制御部３へ転送する。これらのデータの転送方法には、通信による方法や共有メモリを介して転送する方法などがあるが、その詳細については本発明の要旨ではないのでここでは説明しない。

これらの処理を行った後、ステップ１０５において軸番号ｉを１だけ増加させ、全軸終了するまでステップ１０３および１０４の処理を繰り返す。

以上の処理によれば、図１に示すように、電流容量の大きいＪＴ２駆動装置は出力の大きいＪＴ４サーボモータを駆動することになるとともに、電流容量の小さいＪＴ４駆動装置は出力の小さいＪＴ２サーボモータを駆動することになり、駆動装置の電流容量とサーボモータの出力との対応関係がうまくとれることになる。なお、本実施形態はＪＴ２軸とＪＴ４軸についてこれらの軸順序の入れ替えを想定したものであったが、本発明はこれに限定されず、任意の軸についてその軸順序を入れ替えることが可能である。

以上述べたように、本実施形態の制御装置によれば、ロボット機構計算部１およびサーボ制御部３の構成については従来同様としながらも、軸入れ替え部を介してフイードバック制御部への入出力を入れ替えて、任意の軸順序に入れ替えることを可能とした。したがって、従来使用していた駆動装置４を用いながらも、ロボット本体５における駆動軸間のサーボモータの入れ替えに容易に対処できるものとなる。このように、ロボット本体における軸順序と駆動装置における軸順序とが容易に入れ替え可能になることにより、メーカにおいては駆動軸間によるサーボモータの配置の相違に応じて駆動装置を設計、製作する手間が省けるとともに、ユーザにおいては何種類もの駆動装置を予備品として持つ必要がなくなる。

なお、前述した実施形態においては処理される軸数はロボット本体５の駆動軸のみとしているが、これに限定されず、例えば多関節ロボットが溶接ロボットの場合はロボット本体の駆動軸に溶接ガンを駆動する付加軸を合わせた軸数としてもよい。

本発明の一実施形態における多関節ロボットの制御装置１１の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態における軸入れ替え部２にて行われる処理の流れを示すフローチャートである。本発明に係る多関節ロボットの制御装置により制御される垂直多関節ロボットを示した斜視図である。

符号の説明

１ロボット機構計算部
２軸入れ替え部
３サーボ制御部
４駆動装置
５ロボット本体
１１制御装置

Claims

複数の異なる出力のサーボモータに駆動される駆動軸を具備するロボット本体を制御する多関節ロボットの制御装置において、特定の駆動軸のサーボモータへの入出力データを識別してロボット本体が具備する複数の駆動軸のサーボモータのデータを受けて手首先端に取り付けたツール先端の少なくとも位置および姿勢角度を算出するロボット機構計算部と、ロボット本体が具備する複数の特定の駆動軸への入出力を入れ替え可能な軸入れ替え部と、複数の特定の駆動軸の異なる出力のサーボモータの駆動装置に対応して該サーボモータのフイードバック制御を行うサーボ制御部と、異なる出力のサーボモータの電流容量に従がった該サーボモータの駆動装置と、を有し、前記軸入れ替え部を介してフイードバック制御部への入出力を入れ替えて前記ロボット機構計算部によりロボット本体が具備する複数の異なる出力のサーボモータに駆動される駆動軸を制御するようにしたことを特徴とする多関節ロボットの制御装置。