JP4606256B2

JP4606256B2 - Industrial robot controller

Info

Publication number: JP4606256B2
Application number: JP2005174755A
Authority: JP
Inventors: 学永田; 芳英井上; 武小池
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2005-06-15
Filing date: 2005-06-15
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2025-06-15
Also published as: JP2006346797A

Description

本発明は、溶接ロボット等の産業用ロボットの異常を検知する手段を備えた産業用ロボットの制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an industrial robot provided with means for detecting an abnormality of an industrial robot such as a welding robot.

従来、ロボットの速度の監視は、速度指令値と速度のフィードバック値とを比較し、その差が許容値を超える場合に、異常を検知し、ロボットの動作を停止させるようにしている。例えば、特許文献１においては、溶接ロボットの動作中に、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により、位置検出器自体によりロボットの暴走及び位置ずれの発生を防止するようにしている。また、特許文献２においては、エンコーダ信号伝送系又はエンコーダ自体の不具合が発生した場合は、ハード的にこれを即時検出できるロボット制御装置が提案されており、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及び確実性において有利であることが開示されている。更に、特許文献３には、ロボットの速度指令に対する実速度の比較手段を、２つのＣＰＵで行うことにより、より安全性を向上させるようにした技術が開示されている。 Conventionally, the speed of a robot is monitored by comparing a speed command value with a feedback value of the speed, and if the difference exceeds an allowable value, an abnormality is detected and the operation of the robot is stopped. For example, in Patent Document 1, by comparing the current position calculation result based on the absolute encoder data with the current position calculation result based on the incremental encoder data at all times in real time during the operation of the welding robot, It prevents the runaway and misalignment of the robot. Further, in Patent Document 2, a robot control device that can immediately detect hardware problems when a problem occurs in the encoder signal transmission system or the encoder itself has been proposed. Abnormal detection of the absolute position detection means in real time is proposed. Discloses that hardware abnormality detection is advantageous in immediacy and certainty. Further, Patent Document 3 discloses a technique for further improving safety by performing a means for comparing an actual speed with respect to a speed command of a robot by two CPUs.

特開平４−２３５６１０号公報JP-A-4-235610 実開平２−１３３７０４号公報Japanese Utility Model Publication No. 2-133704 特開平９−６６４９０号公報JP-A-9-66490

しかしながら、上述の各文献に記載の従来技術は、速度指令値に対するフィードバック値の追従性を監視するものであり、指令値自体が間違っていたり、伝送経路の故障により間違って伝わってしまった場合には、ロボットの駆動部は、その受け取った間違った指令値に追従して動作してしまうことになり、安全性が十分であるとはいえない。 However, the prior art described in each of the above-mentioned documents monitors the followability of the feedback value with respect to the speed command value, and when the command value itself is wrong or is erroneously transmitted due to a failure in the transmission path. In this case, the robot drive section operates following the received wrong command value, and it cannot be said that the safety is sufficient.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、指令自体が安全であるか、又は指令が伝送系で正しく伝送されたかを、監視することができ、より安全性が優れた産業用ロボットの制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and it is possible to monitor whether the command itself is safe or whether the command is correctly transmitted in the transmission system, and the industrial use has higher safety. An object of the present invention is to provide a robot control device.

本発明に係る産業用ロボットの制御装置は、ロボットの各軸目標位置算出部と、この各軸目標位置算出部からの目標位置を基にロボットの各軸を移動させるための速度指令信号を算出する速度指令生成部と、この速度指令生成部からの速度指令値とロボットのエンコーダから求まる速度フィードバック値とからロボットの各軸の移動のフィードバック制御を行う速度制御系と、前記速度指令値と前記速度フィードバック値とを比較して両者の差が許容値を超えたときに異常信号を出力する第１速度監視部と、前記目標位置算出部からの各軸目標位置を合成してロボットの姿勢を算出する各軸合成部と、この各軸合成部の姿勢算出値からロボットの各軸のアーム先端速度を算出し、このアーム先端速度が所定の安全速度を超える場合に異常信号を出力し、前記アームの先端速度が所定の安全速度以下である場合に、所定の制御サンプリング期間における前記各軸目標位置の変化分に基づいて各軸の速度を算出し、この各軸の速度に所定の余裕分を加算した安全速度異常検出値を求め、この安全速度異常検出値を出力する安全速度異常検出値算出部と、前記安全速度異常検出値と前記速度指令値とを比較して、前記速度指令値が前記安全速度異常検出値より大きい場合に異常信号を出力する第２速度監視部と、前記安全速度異常検出値と前記速度フィードバック値とを比較して、前記速度フィードバック値が前記安全速度異常検出値より大きい場合に異常信号を出力する第３速度監視部と、前記異常信号を受けて異常処理を行う異常処理部と、を有することを特徴とする。 The industrial robot control apparatus according to the present invention calculates each axis target position calculation unit of the robot and a speed command signal for moving each axis of the robot based on the target position from each axis target position calculation unit. A speed command generation unit, a speed control system for performing feedback control of movement of each axis of the robot from a speed command value from the speed command generation unit and a speed feedback value obtained from the encoder of the robot, the speed command value, A first speed monitoring unit that compares the speed feedback value and outputs an abnormal signal when the difference between the two exceeds an allowable value, and combines the target position of each axis from the target position calculation unit to determine the posture of the robot. Calculate the arm tip speed of each axis of the robot from each axis composition unit to be calculated and the calculated posture value of each axis composition unit, and if this arm tip speed exceeds the predetermined safe speed, an abnormal signal Outputs, when the tip speed of the arm is below a predetermined safe speed to calculate the speed of each axis on the basis of the on variation of each axis target position in a predetermined control sampling time, the speed of the respective axes A safety speed abnormality detection value obtained by adding a predetermined margin, a safety speed abnormality detection value calculation unit that outputs the safety speed abnormality detection value, and the safety speed abnormality detection value and the speed command value are compared, A second speed monitoring unit that outputs an abnormality signal when the speed command value is larger than the safe speed abnormality detection value, and comparing the safe speed abnormality detection value and the speed feedback value, the speed feedback value is A third speed monitoring unit that outputs an abnormality signal when the safety speed abnormality detection value is larger than the detected value, and an abnormality processing unit that performs abnormality processing in response to the abnormality signal.

また、前記異常処理部は、前記異常信号を入力して、ロボットの一次停止又は非常停止処理を行うと共に、異常発生の表示、外部への異常信号の出力及び警報のうちの少なくとも１つの処理を行うことが好ましい。 Also, the abnormality processing unit inputs the abnormal signal, performs a pause or emergency stop process of the robot, the abnormality display, at least one of the output及beauty alarm of abnormal signal to the outside It is preferable to perform one process .

更に、前記目標位置算出部からの目標位置は、正論理とそれを反転した負論理の信号として、前記速度指令生成部に伝送され、前記速度指令生成部に入力される前に、第１値比較部で正論理のデータと負論理のデータとが一致しているか否かを検出し、一致している場合に、前記速度指令生成部に入力されることが好ましい。更に、前記安全速度異常検出値算出部からの安全速度異常検出値は、正論理とそれを反転した負論理の信号として、前記第２及び第３速度監視部に伝送され、前記第２及び第３速度監視部に入力される前に、夫々第２値比較部で正論理のデータと負論理のデータとが一致しているか否かを検出し、一致している場合に、夫々前記第２及び第３速度監視部に入力されることが好ましい。 Further , the target position from the target position calculation unit is transmitted to the speed command generation unit as a positive logic and a negative logic signal obtained by inverting the positive logic, and before being input to the speed command generation unit, the first value It is preferable that the comparison unit detects whether the positive logic data and the negative logic data match, and if they match, the data is preferably input to the speed command generation unit. Further, the safety speed abnormality detection value from the safety speed abnormality detection value calculation unit is transmitted to the second and third speed monitoring units as a positive logic and a negative logic signal obtained by inverting the positive logic, and the second and third speed monitoring units. Before being input to the three- speed monitoring unit, the second value comparison unit detects whether the positive logic data and the negative logic data match each other. And input to the third speed monitoring unit.

本発明によれば、ロボットの目標位置算出部により算出される目標位置が正しい指令値であるか否かを、各軸合成部により算出されたロボットの目標姿勢からロボットのアーム先端の速度を計算し、これが所定の安全速度以下である場合に正しい目標位置指令値であると判断し、そうでない場合に異常処理をするので、目標位置指令値自体の誤りを検知し、ロボットが誤った指令値に従って動作する危険を回避することができる。 According to the present invention, whether the target position calculated by the target position calculation unit of the robot is a correct command value, the speed of the arm tip of the robot is calculated from the target posture of the robot calculated by each axis synthesis unit. If this is less than the predetermined safe speed, it is determined that the target position command value is correct, and if not, abnormal processing is performed. Therefore, the robot detects an error in the target position command value itself and the robot The risk of operating according to can be avoided.

また、この目標位置の指令値が正しい場合に、安全速度異常検出値算出部が、目標位置の指令値に関連させて安全速度異常検出値を求め、この安全速度異常検出値を、速度指令生成部からの速度指令値及びモータからの速度フィードバック値と比較して、速度指令値又は速度フィードバック値が、安全速度異常検出値を超えた場合に、速度指令生成部で生成した速度指令値が異常であり、また、モータの回転から求まる速度フィードバック値が異常であると判断し、異常処理するので、速度のフィードバック値に加えて、速度の指令値もそれが正しいものか否かが監視され、速度指令値自体の誤りも検知することができる。これにより、速度指令値自体の誤りを検知し、ロボットが誤った速度指令値に従って動作する危険を回避することができる。 Further, when the command value of the target position this is correct, safe speed abnormality detecting value calculating unit, in connection with the instruction value of the target position determine the safe speed abnormality detection value, the safety velocity anomaly detection value, a speed command Compared with the speed command value from the generator and the speed feedback value from the motor, when the speed command value or speed feedback value exceeds the safe speed abnormality detection value, the speed command value generated by the speed command generator is Since it is abnormal and the speed feedback value obtained from the rotation of the motor is determined to be abnormal and abnormal processing is performed, in addition to the speed feedback value, the speed command value is also monitored to determine whether it is correct. An error in the speed command value itself can also be detected. Thereby, the error of the speed command value itself can be detected, and the danger that the robot operates according to the incorrect speed command value can be avoided.

更に、請求項３及び４によれば、目標位置及び安全速度異常検出値の信号が正しく伝送されたか否かを検知することができ、伝送系における故障により、信号が正しく伝送されないことによるロボットの誤動作を回避することができる。 Furthermore, according to the third and fourth aspects, it is possible to detect whether or not the signal of the target position and the safe speed abnormality detection value is correctly transmitted. Malfunctions can be avoided.

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は産業用ロボットとしてのアーク溶接用ロボットを示す模式図である。ロボット本体１２は例えば６軸構成の垂直多関節型ロボットである。ロボット本体１２の手首部分には、アーク溶接トーチ１７が取り付けられている。このトーチ１７から溶接ワイヤ１８が被溶接部に向けて送り出され、溶接ワイヤと被溶接部との間にアークが形成されて、溶接が行われる。ロボット制御装置１１には、溶接インタフェースケーブル１４を介して溶接電源１５が接続されており、ロボット制御装置１１からからの溶接指令信号が、インタフェースケーブル１４により溶接電源１５に伝送され、溶接電源１５からの給電によりワイヤ送給装置１６が駆動されて、溶接ワイヤ１８がトーチ１７に送給される。教示ペンダント１３はロボットの教示作業の際に使用する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing an arc welding robot as an industrial robot. The robot body 12 is, for example, a 6-axis vertical articulated robot. An arc welding torch 17 is attached to the wrist portion of the robot body 12. The welding wire 18 is sent out from the torch 17 toward the welded portion, an arc is formed between the welding wire and the welded portion, and welding is performed. A welding power source 15 is connected to the robot control device 11 via a welding interface cable 14, and a welding command signal from the robot control device 11 is transmitted to the welding power source 15 via the interface cable 14. The wire feeding device 16 is driven by the power supply, and the welding wire 18 is fed to the torch 17. The teaching pendant 13 is used when teaching the robot.

図２及び図３は本発明の実施形態に係る産業用ロボットの制御装置を示すブロック図であり、図２に示す上位ＣＰＵ（中央演算処理装置）ボード２０及び通信ＣＰＵ３０と、図３に示すサーボ制御部（ＣＰＵ）４０及び信号／電力変換部５０とは、本実施形態の制御装置１００を構成し、一の制御ボックス内に収納されている。この通信ＣＰＵ３０と、サーボ制御部４０とはシリアル通信伝送部３９により接続されている。制御装置１００の信号／電力変換部５０は、サーボ制御部４０の出力部及び入力部側に設けられている。一方、ロボット本体６０には、６軸用の交流サーボモータ６１が設けられており、各モータ６１には、エンコーダ６２が設けられていて、サーボモータ６１の回転を検出するようになっている。この溶接ロボット本体６０の近傍には、ロボットに対する教示プログラムを実行するための教示ペンダント１３が設けられており、この教示ペンダント１３によりロボットのアームをリモート誘導したり、教示データを基にロボットを前送り操作又は後ろ送り操作するようになっている。 2 and 3 are block diagrams showing the control apparatus for the industrial robot according to the embodiment of the present invention. The host CPU (central processing unit) board 20 and the communication CPU 30 shown in FIG. 2 and the servo shown in FIG. The control unit (CPU) 40 and the signal / power conversion unit 50 constitute the control device 100 of the present embodiment and are accommodated in one control box. The communication CPU 30 and the servo control unit 40 are connected by a serial communication transmission unit 39. The signal / power conversion unit 50 of the control device 100 is provided on the output unit and input unit side of the servo control unit 40. On the other hand, the robot body 60 is provided with an AC servomotor 61 for six axes, and each motor 61 is provided with an encoder 62 so as to detect the rotation of the servomotor 61. A teaching pendant 13 for executing a teaching program for the robot is provided in the vicinity of the welding robot main body 60. The teaching pendant 13 can be used to remotely guide the arm of the robot or to move the robot forward based on the teaching data. Feeding operation or backward feeding operation is performed.

上位ＣＰＵボード２０においては、ロボットの各軸の目標位置算出部２２、各軸合成部（目標姿勢計算）２３及び安全速度異常検出値算出部２４の各プログラムをＣＰＵの別タスクのソフトウエアにより実行する。教示ペンダント１３等を利用して作られたロボットの動作軌跡データである教示データ２１が教示ペンダント１３からの信号と共に、目標位置算出部２２に入力されている。この目標位置算出部２２は、教示ペンダント１３によるリモート誘導操作、教示データの前送り操作及び後ろ送り操作指令を基に、制御周期（数ｍｓｅｃ）毎にロボットが移動する各軸の位置を計算する。各軸の目標位置の計算値は、例えば、３２ｂｉｔのデータ幅を有し、目標位置算出部２２は、正論理とそれをｂｉｔ反転した負論理のデータとを出力する。この目標位置の正論理信号及び反転信号は、ＤＰＲＡＭ（デュアルポートランダムアクセスメモリ）２９を介して、通信ＣＰＵ３０に受け渡され、この通信ＣＰＵ３０からシリアル通信伝送部３９を介して、サーボ制御部４０に入力され、更に、値比較部４１を介して速度指令生成部４３に入力される。 In the host CPU board 20, each program of the target position calculation unit 22, each axis synthesis unit (target posture calculation) 23 and safe speed abnormality detection value calculation unit 24 of each axis of the robot is executed by software of another task of the CPU. To do. Teaching data 21, which is robot movement trajectory data created using the teaching pendant 13 and the like, is input to the target position calculation unit 22 together with a signal from the teaching pendant 13. The target position calculation unit 22 calculates the position of each axis on which the robot moves every control cycle (several msec) based on the remote guidance operation by the teaching pendant 13, the teaching data forward feed operation, and the backward feed operation command. . The calculated value of the target position of each axis has, for example, a 32-bit data width, and the target position calculation unit 22 outputs positive logic and negative logic data obtained by inverting it. The positive logic signal and the inverted signal of the target position are transferred to the communication CPU 30 via the DPRAM (Dual Port Random Access Memory) 29, and from the communication CPU 30 to the servo control unit 40 via the serial communication transmission unit 39. Further, it is input to the speed command generation unit 43 via the value comparison unit 41.

また、目標位置算出部２２で算出された各軸の目標位置は、各軸合成部２３にも入力される。各軸合成部２３においては、これらの各軸の目標位置を合成し、ロボットの姿勢を計算する。各軸合成部２３で計算された目標位置のロボット姿勢は、安全速度異常検出値算出部２４に入力され、この安全速度異常検出値算出部２４はこのロボット姿勢について、前回計算値と、今回計算値との差分から、ロボットのＴＣＰ（Tool Center Point）、即ち、ロボットの先端に取り付けられたツール（アーク溶接用ロボットの場合には、トーチのワイヤ先端）の移動速度を計算する。このＴＣＰはロボットが制御する点である。そして、この移動速度が安全速度（２５０ｍｍ／ｓｅｃ）以下の場合には、安全速度異常検出値＝各軸目標位置−前回各軸目標値＋余裕として、安全速度異常検出値を出力する。この安全速度異常検出値は、ＤＰＲＡＭ（Dual Port Random Access Memory）２９を介してサーボ制御部４０に入力され、更に、値比較部４２を介して速度監視部４５，４６に入力される。この安全速度異常検出値も、３２ｂｉｔのデータ幅を有し、正論理とｂｉｔ反転した負論理データからなる。一方、移動速度が安全速度を超えていた場合は、安全速度異常検出値算出部２４は異常信号を異常処理部２５に出力する。異常処理部２５は、この異常信号を入力した場合に、これを論理ゲート５１に入力し、論理ゲート５１を介して信号電力変換部５０と一次側電源との間のスイッチ５２を切り、信号電力変換部５０に供給される一次側電源を遮断し、モータの動力源を断つ。なお、ＤＰＲＡＭ２９は、ランダムにアクセスできるポート（アドレスバス及びデータバス等）が２つ用意されたＲＡＭであり、上位ＣＰＵボード２０及びサーボ制御部４０という２つのＣＰＵ間でデータの受け渡しのための共用メモリとなるものである。このＤＰＲＡＭを使用すれば、バスを共用する共用メモリ方式に比べて互いのバスの調停回路等が不要であり、回路構成が簡素化される。 The target position of each axis calculated by the target position calculation unit 22 is also input to each axis synthesis unit 23. Each axis synthesizing unit 23 synthesizes the target positions of these axes and calculates the posture of the robot. The robot posture at the target position calculated by each axis synthesizing unit 23 is input to the safety speed abnormality detection value calculation unit 24. The safety speed abnormality detection value calculation unit 24 calculates the previous calculation value and the current calculation for this robot posture. From the difference from the value, the moving speed of the tool (TCP Center Point) of the robot, that is, the tool attached to the tip of the robot (in the case of an arc welding robot, the tip of the wire of the torch) is calculated. This TCP is a point controlled by the robot. When the moving speed is equal to or lower than the safe speed (250 mm / sec), the safe speed abnormality detection value is output as the safety speed abnormality detection value = the target position of each axis−the previous target value of each axis + the margin. The safe speed abnormality detection value is input to the servo control unit 40 via a DPRAM (Dual Port Random Access Memory) 29 and further input to the speed monitoring units 45 and 46 via the value comparison unit 42. This safe speed abnormality detection value also has a data width of 32 bits, and is composed of negative logic data obtained by inverting bits with positive logic. On the other hand, when the moving speed exceeds the safe speed, the safe speed abnormality detection value calculation unit 24 outputs an abnormality signal to the abnormality processing unit 25. When the abnormality processing unit 25 receives this abnormality signal, the abnormality processing unit 25 inputs the abnormality signal to the logic gate 51, and turns off the switch 52 between the signal power conversion unit 50 and the primary power supply via the logic gate 51. The primary power supplied to the converter 50 is cut off, and the motor power source is cut off. The DPRAM 29 is a RAM in which two ports (address bus, data bus, etc.) that can be accessed at random are prepared, and are shared for data transfer between the two CPUs, the upper CPU board 20 and the servo control unit 40. It will be memory. If this DPRAM is used, a circuit for arbitrating each other's buses or the like is not required as compared with the shared memory system sharing the bus, and the circuit configuration is simplified.

サーボ制御部４０においては、速度指令生成部４３及び速度監視部４４，４５，４６の各プログラムをＣＰＵのソフトウエアにより処理する。値比較部４１は目標位置算出部２２から受け取った目標位置の正論理データとｂｉｔ反転した負論理データとを比較し、正常に通信されたか否かを検知する。値比較部４１は、比較した結果、正論理データと反転データとが一致しなかった場合には、通信の過程で異常が発生したものとし、つまり、データが正確に伝送されなかったと判断し、異常信号を異常処理部４９に出力する。値比較部４１が目標位置の正論理データとｂｉｔ反転した負論理データとを比較して両者が一致した場合は、正常にデータ伝送が行われたとして、この目標位置のデータを位置制御系の速度指令生成部４３に出力する。一方、値比較部４２においても、安全速度異常検出値算出部２４から受け取った安全速度異常検出値の正論理データとｂｉｔ反転した負論理データとを比較し、正常通信されたか否かを検知する。値比較部４２は、正論理データとｂｉｔ反転した負論理データとを比較して両者が一致した場合は、正常にデータ伝送が行われたとして、この安全速度異常検出値のデータを速度監視部４５，４６に出力する。値比較部４２が、比較した結果、正論理データと反転データとが一致しなかった場合には、通信の過程で異常が発生し、データが正常に伝送されなかったと判断し、異常信号を異常処理部４９に出力する。異常処理部４９は異常処理部２５と同様に異常信号を論理ゲート５１に出力し、この論理ゲート５１を介してスイッチ５２を切り、信号電力変換部５０に供給される一次側電源を遮断し、モータの動力源を断つ。 In the servo control unit 40, each program of the speed command generation unit 43 and the speed monitoring units 44, 45, and 46 is processed by CPU software. The value comparison unit 41 compares the positive logic data of the target position received from the target position calculation unit 22 with the negative logic data obtained by inverting the bit, and detects whether or not the communication is normally performed. When the comparison result shows that the positive logic data and the inverted data do not match, the value comparison unit 41 determines that an abnormality has occurred in the communication process, that is, the data has not been transmitted correctly, An abnormal signal is output to the abnormality processing unit 49. When the value comparison unit 41 compares the positive logic data at the target position with the negative logic data obtained by inverting the bit, and the two match, the data at the target position is stored in the position control system assuming that data transmission has been performed normally. Output to the speed command generator 43. On the other hand, the value comparison unit 42 also compares the positive logic data of the safety speed abnormality detection value received from the safety speed abnormality detection value calculation unit 24 with the negative logic data obtained by inverting the bit, and detects whether normal communication has been performed. . The value comparison unit 42 compares the positive logic data with the bit-inverted negative logic data, and if the two match, the value comparison unit 42 determines that data transmission has been performed normally, and uses the data of the safety speed abnormality detection value as a speed monitoring unit. 45 and 46. As a result of the comparison, if the positive logic data and the inverted data do not match, the value comparison unit 42 determines that an error has occurred in the communication process and the data has not been transmitted normally, and the error signal is abnormal. The data is output to the processing unit 49. Similar to the abnormality processing unit 25, the abnormality processing unit 49 outputs an abnormality signal to the logic gate 51, turns off the switch 52 via the logic gate 51, and cuts off the primary power supply supplied to the signal power conversion unit 50, Turn off the motor power source.

速度指令生成部４３は、目標位置のデータを基に、後述する信号／電力変換部５０のサーボアンプの制御周期（１２５μｓｅｃ）毎にモータの位置を指令することにより、この経時的に変化するモータ位置としての速度指令信号を生成して出力する。この速度指令生成部４３から出力された速度指令信号は、速度監視部４４，４５に入力される。速度監視部４４は、速度指令生成部４３で生成された速度指令値と、後述する位置速度変換部４８で求められた速度のフィードバック値とを比較し、両者間の偏差が大きい場合には、異常処理部４９に異常を通知する。速度監視部４５は、速度指令生成部４３で生成された速度指令値と、値比較部４２を介して安全速度異常検出値算出部２４から入力された安全速度異常検出値とを比較し、速度指令値の方が安全速度異常検出値よりも大きい場合は、異常と判断し、異常信号を異常処理部４９に出力する。速度監視部４６は後述する位置速度変換部４８で算出された速度のフィードバック値と、安全速度異常検出値算出部２４から入力された安全速度異常検出値とを比較し、速度フィードバック値の方が安全速度異常検出値よりも大きい場合に、異常と判断し、異常信号を異常処理部４９に出力する。異常処理部４９はいずれの場合も異常信号を入力したときに、論理回路５１を介してスイッチ５２を切り、信号電力変換部５０に供給される一次側電源を遮断し、モータ６１を停止させる。 Based on the target position data, the speed command generation unit 43 commands the motor position at each servo amplifier control period (125 μsec) of the signal / power conversion unit 50 described later, thereby changing the motor that changes over time. A speed command signal as a position is generated and output. The speed command signal output from the speed command generation unit 43 is input to the speed monitoring units 44 and 45. The speed monitoring unit 44 compares the speed command value generated by the speed command generation unit 43 with the speed feedback value obtained by the position / speed conversion unit 48 described later, and when the deviation between the two is large, The abnormality processing unit 49 is notified of the abnormality. The speed monitoring unit 45 compares the speed command value generated by the speed command generation unit 43 with the safe speed abnormality detection value input from the safe speed abnormality detection value calculation unit 24 via the value comparison unit 42, If the command value is greater than the safe speed abnormality detection value, it is determined that there is an abnormality and an abnormality signal is output to the abnormality processing unit 49. The speed monitoring unit 46 compares the speed feedback value calculated by the position / speed converting unit 48, which will be described later, with the safety speed abnormality detection value input from the safety speed abnormality detection value calculation unit 24, and the speed feedback value is more suitable. When the detected value is larger than the safe speed abnormality detection value, it is determined as abnormal and an abnormal signal is output to the abnormality processing unit 49. In any case, when an abnormal signal is input, the abnormality processing unit 49 turns off the switch 52 via the logic circuit 51, cuts off the primary power supplied to the signal power conversion unit 50, and stops the motor 61.

速度制御系４７は、速度指令生成部４３から入力した速度指令値と、後述する位置速度変換部４８から入力した速度のフィードバック値とから、速度フィードバック値が速度指令値に一致するように制御する速度制御信号を出力する。この速度制御信号は、信号／電力変換部５０に入力され、この信号／電力変換部５０にてモータを駆動するのに見合うトルク電流に増幅され、ロボット本体６０の６軸のＡＣサーボモータ６１に駆動電流として出力される。ＡＣサーボモータ６１は、ロボットの各軸を動作させる駆動部であり、１台のマニピュレータについて６軸のモータがある。各サーボモータ６１には、アブソリュートエンコーダ６２が設けられており、このエンコーダ６２により、モータのロータ位置（モータ回転内の位置）の検出と、ロボットのアームの位置（モータ多回転分の位置）の検出とを行うようになっている。そして、エンコーダ６２からアームの位置（各軸の位置）情報に関する信号が出力され、この位置情報信号は位置速度変換部４８にフィードバックされる。 The speed control system 47 controls the speed feedback value so as to match the speed command value from the speed command value input from the speed command generation unit 43 and the speed feedback value input from the position / speed conversion unit 48 described later. Output speed control signal. This speed control signal is input to the signal / power conversion unit 50, amplified to a torque current suitable for driving the motor by the signal / power conversion unit 50, and transmitted to the 6-axis AC servo motor 61 of the robot body 60. Output as drive current. The AC servo motor 61 is a drive unit that operates each axis of the robot, and there is a 6-axis motor for one manipulator. Each servo motor 61 is provided with an absolute encoder 62. The encoder 62 detects the rotor position of the motor (position within the motor rotation) and detects the position of the robot arm (position for multiple motor rotations). Detection is performed. Then, a signal related to arm position (position of each axis) information is output from the encoder 62, and this position information signal is fed back to the position / velocity conversion unit 48.

この各軸の位置のフィードバック信号は、位置速度変換部４８に入力され、位置速度変換部４８にて、各軸の位置情報が各軸の速度に変換され、各軸の速度フィードバック値が求められる。つまり、位置速度変換部４８は、エンコーダ６２からの位置情報フィードバック信号を高速にサンプリングし、サンプリング周期毎の位置の差分として、速度を計算し、速度フィードバック値を求める。この速度フィードバック値は速度制御系４７に入力されて前述の如くフィードバック制御に使用される。また、位置速度変換部４８の速度フィードバック値は速度監視部４６にも入力され、前述の如く、速度フィードバック値の安全速度異常検出値を超えて異常が発生していないか否かが判定される。更に、エンコーダ６２からの各軸の位置情報フィードバック信号は速度指令生成部４３にも入力される。速度指令生成部４３は、位置を基に速度を生成するため、指令位置（目標位置）とフィードバック位置（現在位置）との差分から位置の偏差を計算する。そして、この偏差は、時々刻々と変化する目標位置の差分（今回目標位置と前回目標位置との差分）に加味される。 The position feedback signal of each axis is input to the position / velocity conversion unit 48. The position / velocity conversion unit 48 converts the position information of each axis into the speed of each axis, and the speed feedback value of each axis is obtained. . That is, the position / velocity conversion unit 48 samples the position information feedback signal from the encoder 62 at a high speed, calculates the speed as a position difference for each sampling period, and obtains a speed feedback value. This speed feedback value is input to the speed control system 47 and used for feedback control as described above. Further, the speed feedback value of the position / speed converter 48 is also input to the speed monitor 46, and as described above, it is determined whether or not an abnormality has occurred beyond the safe speed abnormality detection value of the speed feedback value. . Further, the position information feedback signal of each axis from the encoder 62 is also input to the speed command generation unit 43. The speed command generation unit 43 calculates a position deviation from the difference between the command position (target position) and the feedback position (current position) in order to generate a speed based on the position. This deviation is added to the difference of the target position that changes every moment (difference between the current target position and the previous target position).

次に、上述の如く構成された産業用ロボットの制御装置の動作について説明する。教示ペンダント１３からのリモート誘導操作、教示データの前送り／後ろ送り操作指令信号を基に、目標位置算出部２２は所定の制御周期（数ｍｓｅｃ）毎に垂直多関節ロボットの６軸アームが移動する位置を６軸毎に計算する。目標位置算出部２２はこの目標位置をサーボ制御部４０に出力する。一方、各軸合成部２３はこの目標位置情報からロボットの姿勢計算を行い、安全速度異常検出値算出部２４は、今回の制御周期における各軸合成されたロボットの姿勢と、前回の制御周期におけるロボットの姿勢から、ロボットのアーム先端の速度を計算し、この速度算出値が所定の設定された安全速度（２５０ｍｍ／ｓｅｃ）を超えている場合は、教示ペンダント１３から指示され目標位置算出部２２で算出された目標位置の時間経過が異常であるため、安全速度異常検出値算出部２４は異常信号を異常処理部２５に出力する。速度算出値が安全速度以下である場合は、安全速度異常検出値算出部２４は、今回の制御周期におけるロボット姿勢と、前回の制御周期におけるロボット姿勢からロボットの各軸の速度を計算し、この速度算出値に若干の余裕を持たせた値（つまり、速度算出値よりも若干大きい値）を安全速度異常検出値としてサーボ制御部４０に出力する。この安全速度異常検出値は、ロボットの各軸速度がこの速度を超えた場合に、それを異常と検出する基準となるものであり、教示ペンダント１３から指示された速度（実際は位置の経時変化）よりも若干速い速度までは異常とせず、それを超えた場合に異常と判断する基準となるものである。 Next, the operation of the industrial robot controller configured as described above will be described. Based on the remote guidance operation from the teaching pendant 13 and the teaching data forward / reverse operation command signal, the target position calculation unit 22 moves the 6-axis arm of the vertical articulated robot every predetermined control period (several msec). The position to perform is calculated every 6 axes. The target position calculation unit 22 outputs this target position to the servo control unit 40. On the other hand, each axis synthesizing unit 23 calculates the posture of the robot from this target position information, and the safe speed abnormality detection value calculating unit 24 calculates the posture of each axis synthesized robot in the current control cycle and the previous control cycle. The speed of the robot arm tip is calculated from the posture of the robot, and when this speed calculation value exceeds a predetermined safe speed (250 mm / sec), the instruction position is instructed from the teaching pendant 13 and the target position calculation unit 22. Since the time lapse of the target position calculated in step 1 is abnormal, the safe speed abnormality detection value calculation unit 24 outputs an abnormality signal to the abnormality processing unit 25. When the speed calculation value is equal to or lower than the safe speed, the safe speed abnormality detection value calculation unit 24 calculates the speed of each axis of the robot from the robot posture in the current control cycle and the robot posture in the previous control cycle. A value obtained by giving a slight margin to the speed calculation value (that is, a value slightly larger than the speed calculation value) is output to the servo control unit 40 as a safe speed abnormality detection value. This safety speed abnormality detection value serves as a reference for detecting an abnormality when the speed of each axis of the robot exceeds this speed, and is the speed instructed from the teaching pendant 13 (actually a change in position over time). A speed slightly higher than that is not regarded as abnormal, and if it is exceeded, it becomes a standard for determining abnormal.

このとき、目標位置及び安全速度異常検出値は、夫々二重化され、一つは計算結果そのものであり（正論理値）、他方はその補数（反転した負論理値）である。サーボ制御部４０においては、値比較部４１，４２が、その受け取った正論理の信号と、ｂｉｔ反転された負論理の信号とを比較し、一致している場合に、サーボ制御部までは正しく伝送されたことを認識する。一致していない場合には、伝送の過程で異常が生じたことを認識し、値比較部４１，４２は異常信号を異常処理部４９に出力する。このように、目標位置及び安全速度異常検出値の各信号は、二重化により正しく伝送されたことを確認した後、速度制御と速度監視に使用されるので、ロボット制御の安全性が著しく高まる。この信号二重化により、ハードウエアのランダムな故障の検出も可能となり、信頼性が高い指令を上位ＣＰＵ２０からサーボ制御部４０に送ることができる。 At this time, the target position and the safety speed abnormality detection value are each duplicated, one being the calculation result itself (positive logic value) and the other being its complement (inverted negative logic value). In the servo control unit 40, the value comparison units 41 and 42 compare the received positive logic signal with the bit-inverted negative logic signal. Recognize that it was transmitted. If they do not match, it is recognized that an abnormality has occurred in the transmission process, and the value comparison units 41 and 42 output an abnormal signal to the abnormality processing unit 49. Thus, each signal of the target position and the safe speed abnormality detection value is used for speed control and speed monitoring after confirming that it has been correctly transmitted by duplication, so that the safety of the robot control is remarkably enhanced. By this signal duplication, it becomes possible to detect a random failure of the hardware, and a highly reliable command can be sent from the host CPU 20 to the servo control unit 40.

サーボ制御部４０においては、速度指令生成部４３が目標位置から速度指令信号を生成して出力し、速度制御系４７はこの速度指令値とエンコーダ６２からフィードバックされた速度フィードバック値とから、フィードバック値が速度指令値に一致するようにフィードバック制御するための制御信号を出力する。また、速度監視部４４は速度の指令値とフィードバック値とを比較して、フィードバック値と指令値との偏差が所定範囲を超えていないか否かを監視し、偏差が所定範囲を超えて大きい場合に異常処理部４９に異常信号を出力する。速度監視部４５は速度指令値と安全速度異常検出値とを比較し、速度指令値が安全速度異常検出値を超えている場合に異常信号を異常処理部４９に出力する。更に、速度監視部４６は速度のフィードバック値と安全速度異常検出値とを比較し、速度のフィードバック値が安全速度異常検出値を超えている場合に異常信号を異常処理部４９に出力する。このように、速度監視部４４，４５，４６において、速度の指令値とフィードバック値との相対的な関係の異常と、速度の指令値及びフィードバック値の安全速度異常検出値を超えるような異常が、常に監視され、このような異常が生じた場合に、異常信号が異常処理部４９に入力され、論理ゲート５１を介して、スイッチ５２が切られ、信号電力変換部５０への一次側電源が遮断され、モータ駆動が停止され、ロボットが停止する。 In the servo control unit 40, the speed command generation unit 43 generates and outputs a speed command signal from the target position, and the speed control system 47 calculates a feedback value from the speed command value and the speed feedback value fed back from the encoder 62. A control signal for feedback control is output so as to match the speed command value. The speed monitoring unit 44 compares the speed command value with the feedback value to monitor whether or not the deviation between the feedback value and the command value exceeds a predetermined range, and the deviation exceeds the predetermined range. In this case, an abnormality signal is output to the abnormality processing unit 49. The speed monitoring unit 45 compares the speed command value with the safe speed abnormality detection value, and outputs an abnormality signal to the abnormality processing unit 49 when the speed command value exceeds the safe speed abnormality detection value. Further, the speed monitoring unit 46 compares the speed feedback value with the safe speed abnormality detection value, and outputs an abnormality signal to the abnormality processing unit 49 when the speed feedback value exceeds the safe speed abnormality detection value. As described above, in the speed monitoring units 44, 45, and 46, there is an abnormality in the relative relationship between the speed command value and the feedback value, and an abnormality that exceeds the speed command value and the feedback speed safe speed abnormality detection value. When such an abnormality occurs, an abnormal signal is input to the abnormality processing unit 49, the switch 52 is turned off via the logic gate 51, and the primary power supply to the signal power conversion unit 50 is turned on. It is shut off, the motor drive is stopped, and the robot stops.

このように、教示データ（アーム先端位置データ及び先端の移動速度）は、目標位置算出部２２で各軸の目標位置に分解され、その後、各軸合成部２３を経由することによりアーム先端位置が改めて合成され、安全速度異常検出値算出部２４はアーム先端位置の速度に所定の余裕分を加味して、安全速度異常検出値を算出する。そして、安全速度異常検出値算出部２４はこの安全速度異常検出値を各軸の速度に分解し、後段のサーボ制御部４０が各軸の目標位置を基に生成する指令速度と、前記安全速度異常検出値とを比較して、異常信号を出力するか否かが監視される。本件発明においては、ロボットの各軸目標位置指令による速度指令を２個のＣＰＵ（上位ＣＰＵボード２０及びサーボ制御部４０）により別の方式で計算し比較することにより、速度指令の信頼性を高めることができ、正しい安全な速度でロボットを動作させることができる。 In this way, the teaching data (arm tip position data and tip moving speed) is decomposed into target positions of the respective axes by the target position calculating unit 22, and then the arm tip position is determined by passing through the respective axis synthesizing units 23. The safety speed abnormality detection value calculation unit 24 calculates the safety speed abnormality detection value by adding a predetermined margin to the speed of the arm tip position. Then, the safety speed abnormality detection value calculation unit 24 decomposes the safety speed abnormality detection value into the speed of each axis, the command speed generated by the subsequent servo control unit 40 based on the target position of each axis, and the safety speed It is monitored whether or not an abnormality signal is output by comparing the abnormality detection value. In the present invention, the speed command based on each axis target position command of the robot is calculated by two CPUs (the host CPU board 20 and the servo control unit 40) by another method and compared, thereby improving the reliability of the speed command. And can operate the robot at the correct safe speed.

本発明の実施形態のロボットを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the robot of embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る産業用ロボットの制御装置の一部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows a part of control apparatus of the industrial robot which concerns on embodiment of this invention. 同じく、本発明の実施形態に係る産業用ロボットの制御装置を示し、図２の残りの部分を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing the remaining part of FIG. 2, similarly showing the industrial robot control apparatus according to the embodiment of the present invention.

Explanation of symbols

１３：教示ペンダント
２０：上位ＣＰＵボード
２１：教示データ
２２：目標位置算出部
２３：各軸合成部
２４：安全速度異常検出値算出部
２５、４９：異常処理部
２９：ＤＰＲＡＭ
３０：通信ＣＰＵ
３９：シリアル通信伝送部
４０：サーボ制御部
４１，４２：値比較部
４３：速度指令生成部
４４、４５，４６：速度監視部
４７：速度制御系
４８：位置速度変換部
５０：信号電力変換部
５１：論理ゲート
５２：スイッチ
６０：ロボット本体
６１：サーボモータ
６２：エンコーダ 13: Teaching pendant 20: Upper CPU board 21: Teaching data 22: Target position calculation unit 23: Axis combining unit 24: Safe speed abnormality detection value calculation unit 25, 49: Abnormal processing unit 29: DPRAM
30: Communication CPU
39: Serial communication transmitting unit 40: the servo control unit 41 and 42: The value comparison section 43: the speed command generating section 44, 45, 46: speed monitoring unit 47: speed control system 48: position 置速 degree conversion unit 50: signal power Conversion unit 51: Logic gate 52: Switch 60: Robot main body 61: Servo motor 62: Encoder

Claims

Each axis target position calculation unit of the robot, a speed command generation unit that calculates a speed command signal for moving each axis of the robot based on the target position from each axis target position calculation unit, and this speed command generation unit The speed control system that performs feedback control of the movement of each axis of the robot from the speed command value obtained from the robot and the speed feedback value obtained from the encoder of the robot is compared with the speed command value and the speed feedback value. A first speed monitoring unit that outputs an abnormal signal when an allowable value is exceeded, each axis combining unit that calculates a posture of the robot by combining each axis target position from the target position calculating unit, and each axis combining calculates the arm tip speeds of the respective axes from the orientation calculation value of the robot parts, Ahn the arm tip speed outputs an abnormality signal when it exceeds a predetermined safe speed, the tip speed of the arm is in a predetermined When the speed is equal to or lower than the speed, the speed of each axis is calculated based on the change in the target position of each axis during a predetermined control sampling period, and a safety speed abnormality detection value obtained by adding a predetermined margin to the speed of each axis The safety speed abnormality detection value calculation unit that outputs the safety speed abnormality detection value is compared with the safety speed abnormality detection value and the speed command value, and the speed command value is compared with the safety speed abnormality detection value. A second speed monitoring unit that outputs an abnormal signal when the speed is larger, the safety speed abnormality detection value and the speed feedback value are compared, and if the speed feedback value is larger than the safety speed abnormality detection value, an abnormality signal is output. A control apparatus for an industrial robot , comprising: a third speed monitoring unit for outputting; and an abnormality processing unit for receiving an abnormality signal and performing abnormality processing.

The abnormality processing unit inputs the abnormal signal, performs a pause or emergency stop process of the robot, the display of the abnormality, at least one processing of the output及beauty alarm of abnormal signal to the outside The industrial robot control device according to claim 1 , wherein the control device is an industrial robot control device.

The target position from the target position calculation unit is transmitted to the speed command generation unit as a positive logic signal and a negative logic signal obtained by inverting it, and before being input to the speed command generation unit, a first value comparison unit 3. It is detected whether or not the positive logic data and the negative logic data match, and if they match, the data is input to the speed command generation unit. Industrial robot control device.

Safe speed abnormality detection value from the safe speed abnormality detecting value calculation unit, as the positive logic and negative logic signal obtained by inverting it, is transmitted to the second and third speed monitoring unit, the second and third speed Before being input to the monitoring unit, the second value comparison unit detects whether or not the positive logic data and the negative logic data match, and if they match, the second and second logics respectively 3 speed control device of an industrial robot according to any one of claims 1 to 3, wherein the input to the monitoring unit.