JP4291385B2 - ロボット手先部の速度に基づいてロボットを停止させるロボット制御装置 - Google Patents

Description

本発明は産業用ロボット（以下、「ロボット」と称す。）を制御するためのロボット制御装置に関する。さらに特別には、本発明は、ロボット手先部の速度に基づいてロボットを停止させるロボット制御装置に関する。

工場等において使用されるロボットは、ハードウェアまたはソフトウェアの異常により異常動作を行う場合がある。ロボットが異常動作をした場合には、従来より、ロボットを緊急停止させることが行われている。

特許文献１においては、ロボットアームの先端部の加速度および速度のいずれかが所定値よりも大きくなった場合にロボットに異常があるものと判断している。また、特許文献２においては、ロボットのツール先端点の移動速度などの異常を検出するために周期的に作成された指標を基準値と比較することにより、ロボットが異常動作したか否かを判定している。そして、特許文献１および特許文献２のいずれにおいても、ロボットの異常動作が検出された場合には、ロボットを停止させるようにしている。
特開平６−９１５８７号公報 特開平１０−２６４０８０号公報

ところで、トップマウントローダタイプのロボットは、支柱に支持されていて水平方向に延びる走行レールと、この走行レール上を摺動するスライダに取付けられたロボット本体とを含んでいる。ロボット本体は、その先端にロボット手先部を備えている。このようなトップマウントローダタイプのロボットにおいては、ロボット本体は走行レールに沿って高速で移動する必要があるが、ロボット本体は走行レールに対して垂直な方向には必ずしも高速で移動する必要がない場合がある。

しかしながら、安全性を考慮すると、ロボット本体が走行レールに対して垂直な方向に動作する可能性を排除することはできない。従って、走行レールを支持する支柱は、ロボット本体の最大速度に耐えるのに十分な強度を有することが必要とされる。しかしながら、ロボット本体の最大速度に耐えられるように支柱を製造する場合には、支柱およびロボット全体の製造コストが増加するという問題が生じる。

一方、ロボットがその動作能力を最大限発揮できないのように予め調節し、それにより、支柱に対して要求される強度を小さくすることも可能である。しかしながら、そのような場合には、トップマウントローダタイプのロボットに対して最も重要な走行レールに沿って移動する移動速度も低下する。このため、ロボットの動作能力を予め制限した場合には、工場等の現場で実際に要求される動作をロボットが実施できない事態が生じうる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ロボットの動作能力を制限することなしに、支柱の要求強度を低下させられるロボット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１番目の発明によれば、ロボット手先部を備えたロボットを制御するロボット制御装置において、該ロボット制御装置において設定された直交座標系の座標軸のそれぞれにおける前記ロボット手先部の移動速度を算出する速度算出手段と、該速度算出手段により算出された座標軸のそれぞれにおける前記移動速度と、前記直交座標系の座標軸のそれぞれにおける閾値とを比較する比較手段と、前記移動速度のうちの少なくとも一つが、対応する閾値よりも大きい場合には、前記ロボットを停止させる停止手段と、を具備するロボット制御装置が提供される。

すなわち１番目の発明においては、直交座標系の各座標軸毎に閾値を定めるようにしている。このため、各座標軸において閾値を適切に設定すれば移動速度が対応する閾値を越えたときにロボットを停止させられるので、ロボットの動作能力を予め制限する必要はない。このため、現場で要求される動作をロボットが実施できないという事態を避けることができる。

２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記ロボットは、支柱により支持される走行レールと、該走行レール上を摺動するスライダに取付けられたロボット本体とを含んでおり、前記直交座標系の一つの座標軸が前記走行レールに対して平行であり、前記停止手段は、前記直交座標系の残りの座標軸における前記移動速度のうちの少なくとも一つが対応する閾値よりも大きい場合に前記ロボットを停止させるようにした。
すなわち２番目の発明においては、走行レールに対して平行な方向におけるロボット手先部の移動速度は閾値と比較していない。そして、走行レールに対して垂直な方向における移動速度が閾値よりも大きい場合においてのみロボットを停止させるようにしている。つまり、走行レールに対して平行な方向にはロボット手先部を最大速度で移動可能にしつつ、走行レールに対して垂直な方向にはロボット手先部の移動を制限できる。それゆえ、走行レールを支持する支柱の要求強度を低下させられる。

３番目の発明によれば、２番目の発明において、前記直交座標系において前記走行レールに対して平行な前記一つの座標軸における閾値は、前記残りの座標軸における閾値よりも大きいようにした。
すなわち３番目の発明においては、走行レールに対して垂直な方向におけるロボットの動作を、走行レールに対して平行な方向における動作よりも抑えることができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づくロボット制御装置を備えたロボットシステムの略図である。図１にはトップマウントローダタイプのロボットが示されている。図示されるように、水平方向に延びる走行レール１２の両端部が支柱１１によって支持されている。そして、走行レール１２の側面には、スライダ１３が摺動可能に設けられている。

図１に示されるように、多関節アームからなるロボット本体２０がスライダ１３に取付けられている。ロボット本体２０は、その先端にロボット手先部２１を備えている。図１から分かるように、ロボット本体２０は走行レール１２の側面に沿って摺動することができる。

また、スライダ１３には、ロボット本体２０などの制御を行うロボット制御装置３０が接続されている。ロボット制御装置３０によって三次元の直交座標系Σ０が設定されている。図示されるように、直交座標系Σ０のＹ軸は走行レール１２に対して平行であり、Ｚ軸は鉛直方向であり、Ｘ軸はこれらＹ軸およびＺ軸に対して垂直である。

ロボット制御装置３０には、ＬＣＤ４１とキーボード４２とを備えた教示制御盤４０が接続されている。操作者は、ＬＣＤ４１を通じてロボット制御装置３０内部の情報を閲覧できる。さらに、操作者は、教示制御盤４０のキーボード４２を通じてロボット制御装置３０の各種プログラムおよびデータの入力および変更を行うことができる。

図２は図１に示されるロボットシステムの略図である。図２に示されるように、ロボット制御装置３０はＣＰＵ３２と記憶部３３とを備えた制御部３１、例えばデジタルコンピュータを有している。ＣＰＵ３２は、ロボット手先部２１の移動速度を直交座標系Σ０の座標軸毎に算出する速度算出手段３６と、座標軸毎の移動速度を所定の閾値とそれぞれ比較する比較手段３８としての役目を果たす。なお、制限速度としての役目を果たす座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）毎の閾値Ｖ０ｘ、Ｖ０ｙ、Ｖ０ｚは、教示制御盤４０を通じて操作者が適宜設定できる。

設定された閾値はロボット制御装置３０の記憶部３３に記憶される。記憶部３３は、各種のシステムプログラムが格納されたＲＯＭと、ＣＰＵ３２がデータを一時的に記憶するのに使用されるＲＡＭと、ロボットの動作内容に関する各種プログラム、関連設定値および前述した閾値が格納される不揮発性メモリとを含んでいる。

ロボット本体２０のアームに備えられたサーボモータ２５は位置検出器２６、例えばエンコーダを備えている。位置検出器２６はサーボモータ２５の回転軸の位置を検出し、その位置情報をサーボアンプ３５を通じて制御部３１に伝達する。サーボアンプ３５はロボット本体２０のサーボモータ２５に動力供給を行う。さらに、図２に示されるように、ロボット制御装置３０は、制御部３１からの指令によりサーボアンプ３５への通電を遮断する非常停止手段３４を含んでいる。

図３は本発明に基づくロボット制御装置の動作を示すフローチャートである。以下、図３を参照して、本発明に基づくロボット制御装置３０の動作について説明する。図３に示されるプログラム１００のステップ１０１において、ロボット手先部２１の速度を算出する。

このとき、速度算出手段３６が、位置検出器２６により検出された位置情報に基づいてロボット手先部２１の速度Ｖを周期的に算出する。図４はロボット本体などの側面図である。図４から分かるように、速度算出手段３６は算出された速度Ｖを直交座標系Σ０の座標軸毎に分解し、それにより、Ｘ軸方向における速度Ｖｘ、Ｙ軸方向における速度ＶｙおよびＺ軸方向における速度Ｖｚが周期的に算出される。なお、Ｙ軸は走行レール１２に対して平行であるので、Ｙ軸方向における速度Ｖｙは図４に示されていない。

再び図３を参照すると、ステップ１０２において、Ｘ軸方向における速度ＶｘがＸ軸に関する閾値Ｖ０ｘよりも大きいか否かが判定される。速度Ｖｘが閾値Ｖ０ｘよりも大きい場合には、ステップ１０５に進んで、非常停止手段３４によりサーボアンプ３５への通電を遮断する。これにより、サーボモータ２５は電力を受けなくなるので、ロボット本体２０は停止する。

一方、速度Ｖｘが閾値Ｖ０ｘよりも大きくない場合には、ステップ１０３に進む。ステップ１０３においては、Ｙ軸方向における速度ＶｙがＹ軸に関する閾値Ｖ０ｙよりも大きいか否かを判定する。そして、速度Ｖｙが閾値Ｖ０ｙよりも大きい場合には、ステップ１０５に進んで、非常停止手段３４によりロボット本体２０を同様に停止させる。

次いで、速度Ｖｙが閾値Ｖ０ｙよりも大きくない場合には、ステップ１０４に進む。ステップ１０４においては、Ｚ軸方向における速度ＶｚがＺ軸に関する閾値Ｖ０ｚよりも大きいか否かを判定する。そして、速度Ｖｚが閾値Ｖ０ｚよりも大きい場合には、ステップ１０５に進んで、非常停止手段３４によりロボット本体２０を同様に停止させる。

本発明においては、直交座標系Σ０の座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）毎に閾値Ｖ０ｘ、Ｖ０ｙ、Ｖ０ｚが定められている。従って、これら座標軸方向における移動速度Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚのうちの少なくとも一つが、対応する閾値Ｖ０ｘ、Ｖ０ｙ、Ｖ０ｚよりも大きくなった場合に、ロボットを停止させることが可能である。それゆえ、各座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）において適切な閾値Ｖ０ｘ、Ｖ０ｙ、Ｖ０ｚをそれぞれ設定した場合には、ロボットの動作能力を予め制限する必要はない。このため、本発明においては、工場等の現場で実際に要求される動作をロボットが実施できないという事態を避けることができる。

また、図１に示される実施形態においては、直交座標系Σ０のＹ軸は走行レール１２に対して平行に設定されている。このため、ロボット本体２０はＹ軸方向に最大速度で移動可能である必要がある。従って、速度Ｖｙについての閾値Ｖ０ｙは、支柱１１がロボット本体２０の最大速度に耐えるのに十分な値である必要がある。

これに対し、走行レール１２に対して垂直なＸ軸およびＺ軸についての閾値Ｖ０ｘ、Ｖ０ｚは、支柱１１がロボット本体２０の最大速度に耐えるのに十分な値である必要はない。このため、速度Ｖ０ｘおよび速度Ｖ０ｚについての閾値Ｖ０ｘ、Ｖ０ｚは、速度Ｖｙについての閾値Ｖ０ｙよりも通常は小さく設定されている。

これにより、走行レール１２に対して垂直な方向におけるロボットの動作を、走行レール１２に対して平行な方向における動作よりも抑えることが可能である。それゆえ、走行レール１２を支持する支柱１１の要求強度を低下させられる。また、このような場合には、支柱１１およびロボット全体に要する製造コストを抑えることも可能である。

さらに、前述したようにトップマウントローダタイプのロボット本体２０はその最大速度においてＹ軸方向に移動可能である必要がある。言い換えれば、Ｙ軸方向における速度Ｖｙを閾値Ｖ０ｙと比較する必要はない。このため、直交座標系Σ０がＸ軸およびＺ軸からなる二次元の直交座標系Σ０であると共に、図３に示されるステップ１０３の工程を省略するようにしてもよい。そのような場合であっても、本発明の範囲に含まれることは明らかであろう。

本発明に基づくロボット制御装置を備えたロボットシステムの略図である。 図１に示されるロボットシステムの略図である。 本発明に基づくロボット制御装置の動作を示すフローチャートである。 ロボット本体および支柱などの側面図である。

符号の説明

１１ 支柱
１２ 走行レール
１３ スライダ
２０ ロボット本体
２１ ロボット手先部
２５ サーボモータ
２６ 位置検出器
３０ ロボット制御装置
３１ 制御部
３２ ＣＰＵ
３３ 記憶部
３４ 非常停止手段
３５ サーボアンプ
３６ 速度算出手段
３８ 比較手段
４０ 教示制御盤
４１ ＬＣＤ
４２ キーボード

Claims (2)

1. ロボット手先部が先端に備えられた多関節アームからなるロボット本体が支柱で支持された走行レールに沿って摺動するスライダに取付けられている、ロボットを制御するロボット制御装置において、
   前記ロボット手先部の移動速度を算出すると共に、前記移動速度を前記ロボット制御装置において設定された直交座標系の座標軸のそれぞれにおける前記ロボット手先部の移動速度に変換する速度算出手段、を具備し、前記直交座標系の座標軸のうちの一つの座標軸が前記走行レールに対して平行であり、
   さらに、
   該速度算出手段により算出された座標軸のそれぞれにおける前記移動速度と、前記直交座標系の座標軸のそれぞれにおける閾値とを比較する比較手段と、
   前記直交座標系の残りの座標軸における前記移動速度のうちの少なくとも一つが、対応する閾値よりも大きい場合には、前記ロボットを停止させる停止手段と、を具備するロボット制御装置。
2. 前記直交座標系において前記走行レールに対して平行な前記一つの座標軸における閾値は、前記残りの座標軸における閾値よりも大きいようにした請求項１に記載のロボット制御装置。

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