JP6923581B2 - 産業用ロボットの制御システム - Google Patents

Description

本発明は、産業用ロボットの制御システムに関する。

通常、産業用ロボットの制御では、ユーザが教示プログラムにおいて、行ごとに目標位置、動作形式、運転速度等を指定し、ロボットが教示プログラムの各行を解釈し、要求された条件を満たすように現在位置から目標位置までの制御周期毎の位置を自動的に補間しながら、その運動を制御する。

一方、通常はロボットが自動的に生成する制御周期毎の補間位置を、ユーザ側で生成して指定し、この指令によってロボットの運動を制御するケースもある。

このとき、ユーザが生成する制御周期毎の指令がロボットの制御軸などの機構部に対して過大な負荷をかけるような指令であると、機構部に損傷、破損が生じるおそれがある。
このため、予め、制御軸毎の加速度や躍度(加加速度)などに許容上限値を設定するとともに、指令を監視し、制御軸毎の加速度や躍度などが許容上限値を超過する指令である場合には、アラームを出してロボットを緊急停止させる制御を行い、ロボットの機構部を保護することがある（例えば、特許文献１参照）。

特表２０１３−５２８１２１号公報

しかしながら、上記従来の産業用ロボットの制御システムにおいては、ユーザから許容上限値を超過する指令を受けたとき、一定以上の速度で運転中のロボットを即時に停止させることになる。このとき、この緊急停止の制御自体がロボットへの過大な負荷を生じさせることになり、例えば、このような制御を長期的に繰り返し行うことによって、ロボットの早期破損を招くおそれがある。

一方、ロボットを滑らかに停止させるために、停止位置までの軌道を自動的に生成することも考えられるが、加速度や躍度の制約の範囲内で自動的に生成したロボットの軌道が、ユーザの指定する軌道を外れる場合、周辺環境に干渉し、物損事故等に繋がるおそれもある。

このため、ロボットの機構部に過大な負荷をかける指令を受けたとき、機構部への負荷を可能な限り軽減しつつ、ロボットを安全に停止させることを可能にする手法、手段が強く望まれていた。

本開示の一態様は、予め、第一の閾値、及び前記第一の閾値よりも小さい第二の閾値、並びに猶予時間を設定する設定部と、ロボットを制御するための指令信号が前記第一の閾値又は前記第二の閾値を超過しているか否かを判定する判定部と、前記判定部によって前記指令信号が前記第二の閾値を超過していると判定された場合に、前記第二の閾値を超過してから猶予時間が経過するまでの間で、前記ロボットの運転速度が予め決められた所定の運転速度以下になったタイミングで前記ロボットを停止させる制御部とを備える。

本開示の一態様によれば、指令に基づいたロボットの加速度、躍度等の指令信号が第二の閾値を超過したとき、猶予時間が経過するまでの間は、ユーザの指令に基づく運動制御を継続し、その間に所定の運転速度まで減速した時に、そのタイミングでロボットを停止させる。これにより、ロボットの制御軸などの機構部に過大な負荷をかける指令を受けたとき、機構部への負荷はなるべく抑えつつ、周辺環境の干渉させる事無くロボットを安全に停止させることを可能になる。

一実施形態に係る産業用ロボットの制御システムを示す図である。 一実施形態に係る産業用ロボットの制御フローを示す図である。 一実施形態に係る産業用ロボットの制御システムによるロボットの運転制御の説明に用いた図であり、ロボットの運転速度と時間の関係を示す図である。

以下、図１から図３を参照し、一実施形態に係る産業用ロボットの制御システムについて説明する。

本実施形態の産業用ロボットの制御システムは、ロボット（産業用ロボット）の制御軸などの機構部へ過大な負荷がかかる位置指令を検出したときに、ユーザからの指令が加速度や躍度などの許容上限値を超過したタイミングと、実際にロボットを停止させるタイミングを意図的にずらす制御を行って、機構部への過大な負荷を防止しつつ、ロボットを安全に停止させるためのものである。

具体的に、本実施形態の産業用ロボットの制御システムＡは、図１に示すように、ロボット１の運動（駆動）を制御するロボット制御装置２を備えている。

例えば、ロボット制御装置２は、外部のコンピュータ３と通信ネットワークで接続され、ユーザ操作などによって、外部のコンピュータ３から指令を受けるとともに、外部のコンピュータ３に対してロボット１の現在位置、速度、加速度、躍度（加加速度）などの許容上限値、アラーム情報などを外部のコンピュータ３に送信する。

また、外部のコンピュータ３は、受信したロボット１の現在位置、速度、加速度、躍度などの許容上限値の情報に基づいて動作指令を生成し、ロボット制御装置２へ送信し、ロボット制御装置２は、この動作指令の情報に基づいてロボット１の運動制御を行う。

一方、本実施形態の産業用ロボットの制御システムＡにおいては、ロボット制御装置２、予め、第一の閾値、及び第一の閾値よりも小さい第二の閾値、並びに猶予時間を設定する設定部４と、ロボット１を制御するための指令信号が第一の閾値又は第二の閾値を超過しているか否かを判定する判定部５と、判定部５によって、指令信号が第二の閾値を超過している判定された場合には猶予時間が経過するまでの間で、ロボット１のツール先端１ａの空間速度である運転速度が予め決められた所定の運転速度以下になったタイミングでロボット１を停止させ、指令信号が第一の閾値を超過していると判定された場合にはロボット１を即時に緊急停止させる制御部６とを備えている。

ここで、ロボット１は、一般的な用途の動作の範囲内において、例えばワークを取る、ワークを置くなどの動作を行う。このため、第二の閾値を超過してから猶予時間が経過するまでの間に、ロボット１のツール先端１ａの空間速度である運転速度は、ロボット１を停止制御する際に複数の制御軸などの機構部に過大な負荷がかかることがなく、安全にロボット１を停止させることが可能な所定の運転速度となる事が望まれる。
すなわち、猶予時間は、ロボット１がいつまでも所定の運転速度以下に減速せず長時間運転し続けるような、あくまで例外的なケースの時間で設定すればよい。言い換えれば、猶予時間は、ロボット１が所定の運転速度以上で動き続ける時間としてやや長いと考えられる値（時間）で適当に設定すればく、例えば５秒程度である。

ロボット１のツール先端１ａの空間速度である運転速度は、基本的に指令値から算出して求められるものであるが、ロボット１に設置するなどしたセンサによって取得しても構わない。ちなみに、図３に示すように、ロボット１の最大運転速度は例えば４０００ｍ／ｓ程度であり、滑らかで安全にロボット１を停止させることが可能な運転速度は例えば１５０ｍ／ｓ程度（例えば最高速度の５％程度の速度）としてもよい。

また、本実施形態の産業用ロボットの制御システムＡでは、ロボット１の機構部の制御軸毎に第一の閾値と第二の閾値が設定され、判定部５は、判定部５の判定によってロボット１を停止制御した際に第二の閾値を超過した制御軸を通知するように構成されている。

制御部６は、判定部５によって指令信号が第一の閾値を超過していると判定された場合に、また、第二の閾値を超過してから猶予時間が経過した場合に、ロボット１を緊急停止させる。すなわち、本実施形態では、ロボット１の機構部に過大な負荷が作用することよりも優先してロボット１を即時に緊急停止させる時間となっている。

そして、本実施形態の産業用ロボットの制御システムＡにおいては、通常はロボットが自動的に生成する制御周期毎の補間位置を、ユーザ側で生成して指定し、この指令によってロボットの運動を制御する場合において、図２（及び図３）に示すように、判定部５が、制御周期毎に、指令値と前回の指令値から各制御軸の加速度等を算出し、第二の閾値を超過しているか否かを判定する（Ｓｔｅｐ１）。

判定部５は、第二の閾値を超過している場合に第一の閾値を超過しているか否かを判定する（Ｓｔｅｐ２）。

判定部５によって第一の閾値の超過が検出された場合には、制御部６が、停止処理を実行し（Ｓｔｅｐ３）、ロボット１の機構部に過大な負荷が作用することよりも優先してロボット１を即時に緊急停止させる。また、アラームを発生させる。

さらに、本実施形態では、判定部５によって第二の閾値の超過が検出され、かつ第一の閾値の超過が検出されなかった場合に、予め設定した猶予時間が計測され始める。そして、制御部６は、猶予時間が経過するまでの間、ロボット１の運転速度の情報を受け、ロボット１の機構部に過大な負荷が作用することがない停止に適した所定の運転速度であるか否かを数ミリ秒毎に確認し（Ｓｔｅｐ４、Ｓｔｅｐ５、Ｓｔｅｐ６）、停止に適した所定の運転速度となったタイミングで、ロボット１の停止処理を実行する（Ｓｔｅｐ３）。

ここで、万一、猶予時間が経過するまでの間で所定の運転速度にならなかった場合（Ｓｔｅｐ５）には、即時に停止処理を実行する（Ｓｔｅｐ３）。

上記の運転制御を行うことで、図３に示すように、閾値超過を検出したタイミングと、実際の停止処理が実行されるまでの間に、一定の遅れが発生するが、即時停止処理を実行した場合に比べて低い運転速度で停止することができ、ロボット１への負荷を軽減することが可能になる。

したがって、本実施形態の産業用ロボットの制御システムＡにおいては、指令に基づいたロボット１の加速度や躍度等の指令信号が予め設定した第二の閾値を超過したとき、猶予時間が経過するまでの間の所定の運転速度に低下したタイミングでロボット１を停止させる。これにより、ロボット１の機構部に過大な負荷がかかる指令を受けたとき、機構部への過大な負荷を軽減しつつ、ロボット１を安全に停止させることが可能になる。

よって、本実施形態の産業用ロボットの制御システムＡによれば、異常検出時の即時停止処理によるロボット１の機構部への負荷と、それによる早期破損のリスクを低減することが可能になる。

特に、産業用ロボット１の代表的なアプリケーションの一つであるピックアンドプレースは、特定の位置にあるワークを把持し、特定の位置まで搬送し、ワークを下ろすという一連の動作の性質上、ロボット１の運転速度が極小となるタイミングが一定時間毎に存在する。このようなピックアンドプレースに、本実施形態の運転制御（本実施形態の産業用ロボットの制御システムＡ）を適用すれば、好適にロボット１への負荷を軽減することが可能になる。

さらに、本実施形態の産業用ロボットの制御システムＡにおいては、ロボット１の機構部の制御軸毎に第一の閾値と第二の閾値が設定され、判定部５の判定に従ってロボット１を停止制御した際に第二の閾値を超過した制御軸を通知することにより、どの制御軸に負荷がかかって停止制御を行ったかを明確に捉え、把握することが可能になる。これにより、例えば、各制御軸の耐久性の低下度（消耗度）等を把握することも可能になる。

さらに、本実施形態の産業用ロボットの制御システムＡにおいては、指令信号が第一の閾値を超過していると判定された場合にロボット１を緊急停止させることにより、ロボット１の機構部に過大な負荷が作用することよりも優先してロボット１を緊急停止させる必要がある場合に対応することが可能になる。

以上、本発明に係る産業用ロボットの制御システムの一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ ロボット（産業用ロボット）
１ａ ツール先端
２ ロボット制御装置
３ 外部のコンピュータ
４ 設定部
５ 判定部
６ 制御部
Ａ 産業用ロボットの制御システム

Claims (4)

1. 予め、第一の閾値、及び前記第一の閾値よりも小さい第二の閾値、並びに猶予時間を設定する設定部と、
   ロボットを制御するための指令信号が前記第一の閾値又は前記第二の閾値を超過しているか否かを判定する判定部と、
   前記判定部によって前記指令信号が前記第二の閾値を超過していると判定された場合に、前記第二の閾値を超過してから猶予時間が経過するまでの間で、前記ロボットの運転速度が予め決められた所定の運転速度以下になったタイミングで前記ロボットを停止させる制御部とを備える、産業用ロボットの制御システム。
2. 前記ロボットの機構部の制御軸毎に前記第一の閾値と前記第二の閾値が設定され、
   前記判定部は、前記判定部の判定によって前記ロボットを停止制御した際に前記第二の閾値を超過した前記制御軸を通知する、請求項１に記載の産業用ロボットの制御システム。
3. 前記制御部は、前記判定部によって前記指令信号が前記第一の閾値を超過していると判定された場合に前記ロボットを緊急停止させる、請求項１または請求項２に記載の産業用ロボットの制御システム。
4. 第一の閾値、及び前記第一の閾値よりも小さい第二の閾値、並びに猶予時間を設定する設定部と、
   ロボットを制御するための指令信号又は前記指令信号を処理した情報が、前記第一の閾値又は前記第二の閾値を超過しているか否かを判定する判定部と、
   前記指令信号又は前記情報が前記第二の閾値を超過していると判定された場合に、前記猶予時間が経過するまでの間で、前記ロボットの運転速度が所定の運転速度以下になったタイミングで前記ロボットを停止させる制御を行う制御部とを備える、産業用ロボットの制御システム。

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