JP7349805B2 - ロボット及びその制御プログラム - Google Patents
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Description
卓上型ロボットは、作業テーブル上にX軸方向へ移動するスライドテーブルと、このスライドテーブルに対して独立に作業テーブル上に立設された支柱を介してY軸方向へ延設された水平状アームを移動するY方向移動体とを備えている。Y方向移動体にはZ軸ユニットが装着され、Z軸ユニットはZ軸方向へ移動する構成とされている。スライドテーブル上にはワークが保持され、Z軸ユニットには塗布等の各種作業を行うツールが装着される。
Z軸方向を回転軸方向としてツールを回転させるワーク作業を実施する場合には、Z軸ユニットに回転ユニット(回転機構)が装着され、この回転ユニットにツールが装着される。回転ユニットが装着された卓上型ロボットでは、回転軸(R軸)が含まれるので、4軸座標系においてワーク作業が実施される。
さらに、卓上型ロボットでは、ツールに傾きを与える傾斜ユニットが装着可能とされ、傾斜軸(P軸)を備えると、5軸座標系においてワーク作業を実施することができる。
このように構成される卓上型ロボットにおいては、ツール及びZ軸ユニット、更には回転ユニットや傾斜ユニットを含めたY方向移動体の実質的な質量が増加し、Y方向移動体の慣性モーメントが増大する。このため、速い速度条件において水平状アームに沿ってY方向移動体を移動させると、振動の発生原因となるので、改善の余地があった。
以下、図1~図21を用いて、本発明の第1実施の形態に係るロボット及びその制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムについて説明する。
ここで、図中、適宜示されている矢印Xは三次元座標のX軸方向を示し、矢印YはY軸方向を示し、矢印ZはZ軸方向を示している。Y軸方向は水平面においてX軸方向に対して直交し、Z軸方向はX軸方向及びY軸方向に対して直交している。なお、これらの各方向は、実施の形態を説明するために便宜的に使用される方向であって、本発明における方向を限定するものではない。
図1に示されるように、本実施の形態に係るロボット1は、4軸仕様の卓上ロボットとして構成されている。つまり、ロボット1は、第1軸方向としてのX軸方向へ移動する第1移動機構3と、第2軸方向としてのY軸方向へ移動する第2移動機構4と、第3軸方向としてのZ軸方向へ移動する第3移動機構5と、R軸方向を回転軸方向とする回転機構6とを備えている。第1移動機構3、第2移動機構4、第3移動機構5及び回転機構6はベース本体2に配設されている。
以下、各構成要素について詳述する。
図1に示されるように、ロボット1のベース本体2は、平面視において、X軸方向の長さに対してY軸方向の長さを同一か、或いは略同一に設定し、Z軸方向を厚さ(ここでは高さ)方向とする矩形直方体状の筐体21により構成されている。筐体21の上面は平坦な水平面を有するベース面21Aとして形成されている。
ここで、ベース本体2の図1に示される左側は、操作者がワーク作業を実施するために操作等を行う、ロボット1の正面側とされる。一方、ベース本体2の右側は、ロボット1の背面側とされる。
操作面21Bには、右側に操作部22Aが配設され、操作部22Aに隣接した左側に表示部23Aが配設されている。後述するが、ロボット1のベース本体2内には図3に示される制御部10が配設され、操作部22Aは制御部10を含む制御システム11を構築する操作装置22に接続されている。表示部23Aは、同様に、制御システム11を構築する表示装置23に接続されている。操作部22Aは、ロボット1の制御を開始する、具体的にはワーク作業を開始するスタートスイッチである。表示部23Aは、ロボット1の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムの種類等を表示する液晶ディスプレイである。
なお、筐体21の図示省略の背面側にも信号ポート面が配設され、この信号ポート面にはCOMポート、I/Oポート等の各種の接続ポートが配設されている。
第1移動機構3はベース本体2のベース面21A上に配設されている。第1移動機構3は、スライドレール31と、スライダ(X軸移動体)32とを含んで構成されている。
スライドレール31は、ベース面21AのY軸方向中間部において、ベース面21A上にベース面21Aから突出して配設され、X軸方向を長手方向として延設されている。スライドレール31のY軸方向における幅寸法はX軸方向に沿って同一寸法に設定されている。つまり、スライドレール31は平面視において長方形状に形成されている。このスライドレール31はベース面21Aに固定された構造体として形成されている。
第2移動機構4は、ベース本体2のベース面21Aの上方であって、第1移動機構3の上方に配設されている。詳しく説明すると、第2移動機構4は、一対の支持部41及び支持部42と、スライドレール(水平アーム)43と、スライダ(Y軸移動体)44とを含んで構成されている。
スライドレール43は、Y軸方向を長手方向として延設された矩形柱形状に形成され、一対の一方の支持部41から他方の支持部42へ架設されている。つまり、スライドレール43の一端部は支持部41の上端部に接続され、スライドレール43の他端部は支持部42の上端部に接続されている。
このように構成される第2移動機構4では、スライドレール43が、ベース本体2に一対の支持部41及び支持部42を介して両端支持梁構造により支持されている。さらに、第2移動機構4は、第1移動機構3とは独立に、かつ、分離してベース本体2に配設されている。
第3移動機構5は、第2移動機構4のスライダ44の内部に配設されている。第3移動機構5は、図示省略のスライダ44の内部に配設されたスライドレールと、スライダ(Z軸移動体)51とを含んで構成されている。スライダ51は、スライドレールに沿って摺動自在に配設され、矢印Cに示されるようにZ軸方向を正方向及び逆方向へ往復移動する構成とされている。つまり、スライダ51は、上下方向へ昇降する構成とされている。
第3移動機構5にはワーク作業を実施するツール7が装着されている。ツール7はスライダ51の下部に配設されたツール保持部71を介して装着されている。ツール7にはワーク作業に必要な供給体をツール7に供給する連結部72が連結されている。
ここで、一例として、ツール7には、接着剤を塗布するシリンジが使用されている。ツール7としてシリンジが使用される場合、連結部72には、供給体としての接着剤をツール7に連続的に供給する供給チューブが使用されている。また、ツール7がねじ締めを行う電動ドライバとされる場合には、連結部72は電源配線、信号配線等である。さらに、ツール7が半田付け工具とされる場合には、連結部72は半田を供給する供給管、電力を供給する電源配線等である。
図1及び図2に示されるように、回転機構6は、第3移動機構5への配設に代えて、第1移動機構3に配設されている。詳しく説明すると、図2に示されるように、回転機構6は、X軸方向及びY軸方向に対して直交するZ軸方向をR軸方向とする回転軸63と、回転伝達機構64と、電動モータ65とを含んで構成されている。さらに、回転機構6は、第1移動機構3のスライダ32上に配設された無底矩形箱状の筐体61と、この筐体61内の上下方向中間部に水平に支持された板状の架台62とを備えている。
また、第1プーリ641の上側において、筐体61に回転軸63を回転自在に支持するベアリング66が装着されている。さらに、第1プーリ641の下側において、架台62に回転軸63を回転自在に支持する、図示省略のベアリングが装着されている。
図1に示されるように、ワーク保持部8の上面にはワーク作業が実施されるワーク9が保持される。基本的に、ワーク9の構造、形状、材料等は、ワーク作業毎に異なるので、限定されるものではない。図1には、一例として、スマートフォンの筐体の一部となる金属製又は樹脂製の箱形形状のワーク9が示されている。ここでは、ワーク9は、その周囲に沿って接着剤を塗布するワーク作業の開始間近の状態とされている。
図3に示されるように、ロボット1は、ベース本体2内に制御部10及びこの制御部10を含んで構築される制御システム11を備えている。制御部10は、中央演算処理ユニット(CPU)101と、ロボット制御プログラム記憶装置102と、一時記憶装置103と、ポイント列記憶装置104と、信号入出力装置24と、モータ駆動制御装置105~108とを備えている。制御部10の中央演算処理ユニット101等の各構成要素は共通バス109を通して相互に接続されている。
そして、制御システム11は、制御部10に加えて、操作装置22と、表示装置23と、電動モータ35、45、55及び65とを備えて構築されている。
なお、本実施の形態では、ロボット1は、4軸仕様の卓上ロボットとされているので、4つのモータ駆動制御装置105~108と、4つの電動モータ35、45、55及び65とを備えている。5軸仕様の卓上ロボットとされる場合には、駆動軸数の増加に伴い、モータ駆動制御装置並びに電動モータが増加される。
ロボット制御プログラム記憶装置102には、ロボット1の動作を制御するロボット制御プログラムが格納される。このロボット制御プログラムに従って情報の入力、表示、記憶、信号の入出力が実行され、そしてロボット制御プログラムはモータ駆動制御装置105~108を通して電動モータ35、45、55、65の駆動を制御する。
ポイント列記憶装置104には、位置座標値及びポイント(ワーク作業位置)種別からなるポイント情報の並びが実行するプログラムが格納される。ポイント列記憶装置104に格納されたプログラムはロボット制御プログラムにより順次読み出され、ロボット制御プログラムは第1移動機構3等の各ユニットの移動を制御する。
(1)軌跡制御方法の導入
上記の通り、本実施の形態に係るロボット1では、第1移動機構3に回転機構6が配設されている。このため、ロボット1では、制御部10及び制御システム11により、X軸方向とY軸方向とのXY座標系において、回転機構6の回転軸63の軸中心位置とワーク作業位置との距離の変化に反比例させて回転軸63の回転速度を制御する、軌跡制御が実施される。以下に、詳しく説明する。
図4(B)を用いて、4軸仕様のロボット1における軌跡制御方法について説明する。説明を解り易くするために、軸中心位置CPに向かって線分を描く例を用いて、軌跡制御方法を説明する。
Y軸上において、距離L2よりも距離L1が大きい(L2<L1)とき、ツール7はワーク保持部8の周辺側から軸中心位置CPへ向かって移動する軌跡を描く。開始位置WP1における回転軸63の回転角度がR1とされ、終点位置WP2における回転軸63の回転角度がR2とされている。ツール7は、Y軸上の移動と共に、回転角度R2から回転角度R1を差し引いた回転角度分、ワーク9に対して回転する。ここで、軸中心位置CPの座標は、X軸=0[mm]、Y軸=0[mm]である(X=0,Y=0)である。
つまり、軸中心位置CPからの距離Lが大きくなる、すなわち軸中心位置CPからワーク作業位置が離れると、打ち消しに必要とされるX軸方向、Y軸方向へのワーク9及びツール7の移動量が大きくなる。これでは、ワーク作業における分解能が低下し、ワーク作業における軌跡精度が低下する。
そこで、本実施の形態に係る第1軌跡制御方法では、回転機構6の回転軸63は一定の回転速度にはせずに、軸中心位置CPからワーク作業位置までの距離Lに基づいて、X軸方向、Y軸方向へのツール7に対するワーク9の移動量が制御される。つまり、第1軌跡制御方法は、回転軸63の回転に伴うワーク9の移動量を打ち消す移動量「L*Δθ」を一定に保つ軌跡制御方法である。
表現を代えれば、第1軌跡制御方法では、第1移動機構3のX軸方向への移動速度、第2移動機構4のY軸方向への移動速度、回転機構6の回転軸63の回転速度のそれぞれを制御し、ワーク9におけるツール7の移動速度が一定に制御されている。
ワーク作業の開始位置WP1と終了位置WP2との間の距離(この例ではY軸方向の距離)の2分の1の位置(Y=(L1-L2)/2)が中間位置WP12に設定される。回転軸63を回転速度ωにより回転させると、中間位置WP12における回転角度R12は、開始位置WP1の回転角度R1と終了位置WP2の回転角度R2との半分ではなく、回転角度R1に近い回転角度となる。開始位置WP1が軸中心位置CPから離れているので、回転速度ωの時間tの関数ω(t)は、最初遅く、徐々に速くなる。中間位置WP12では、回転軸63の回転角度R12が半分にならない。
すなわち、開始位置WP1から終了位置WP2までのワーク作業において設定される全体の定数Kを用いて、軌跡が制御されていない。第1軌跡制御方法では、定数Kに代えて、開始位置WP1から中間位置WP12までのワーク作業において設定される定数K1と、中間位置WP12から終了位置WP2までのワーク作業において設定される定数K2との2つの定数を用いて、軌跡が制御される。
前述の第1軌跡制御方法では、移動量「L*Δθ」を一定に保つべく、回転軸63の回転速度ωが厳密に算出されている。第2軌跡制御方法では、移動量「L*Δθ」がある程度の値(判定値又は閾値)を超えない制限が設定されている。
具体的に例示すると、第2軌跡制御方法では、まず、ワーク9に対するツール7のX軸方向、Y軸方向への移動速度に応じて、一定の速度と仮定して、回転軸63の回転速度ωが算出される。そして、最大の距離Lでの移動量「LMAX*Δθ」が判定値を超えないとき、軌跡制御がそのまま継続される。一方、判定値を超えたときには、判定値を超えた状況を示す、例えば「運転エラー(ERROR)」表示がなされ、又併せてティーチング(ロボット1の制御プログラム)の見直しが促される。
また、第2軌跡制御方法は、単に「運転エラー」表示だけではなく、判定値を超えるワーク作業位置を表示してもよく、加えて該当するワーク作業位置において移動量「L*Δθ」の減少を促してもよい。
第3軌跡制御方法は、第1軌跡制御方法と第2軌跡制御方法とを組み合わせた方法である。具体的に説明する。第3軌跡制御方法は、第2軌跡制御方法において移動量「LMAX*Δθ」が判定値を超えて「運転エラー」となるワーク作業位置の近傍に、第1軌跡制御方法における中間位置WP12(図4(B)参照)を自動的に設定する方法である。
このような第3軌跡制御方法が採用されると、自動的に設定された中間位置WP12において、移動量「L*Δθ」を判定値以下に調整し、軌跡制御を実行することができる。
回転軸63の回転を含む、ツール7が同一の軌跡を描く軌跡制御であっても、軸中心位置CPに対して、何処のワーク作業位置において軌跡を描くかにより、移動量「L*Δθ」が変化する。つまり、軸中心位置CPに対して、ワーク9を何処に配置し保持するかによって、軌跡制御の難易度並びに移動量「LMAX*Δθ」が変化する。ワーク作業において、ツール7の軌跡が決定されていても、ワーク9の配置位置に関して任意性があるので、第4軌跡制御方法では、軸中心位置CPに対して適切なワーク作業位置にワーク9を配置することが促される。
ここで、軸中心位置CPに対してワーク9の円形状の中心位置がずれると、距離Lよりも軸中心位置CPから離れたワーク作業位置が発生する。このような場合、第4軌跡制御方法では、ワーク9を配置する位置に従って変化する移動量「LMAX*Δθ」が算出され、この移動量「LMAX*Δθ」が最小となるワーク保持部8上での最適な位置を求め、求められた最適な位置にワーク9が保持される。
本実施の形態に係るロボット1の制御方法において、軸中心位置CPからワーク作業位置までの距離Lの変化に応じて、回転機構6の回転軸63の回転角度Rを変化させてツール7の軌跡制御を行う具体的な例について説明する。
軌跡制御方法の第1実施例は、上記式<3>に示す、距離Lの時間tの関数L(t)と回転速度ωの時間tの関数ω(t)との積「L(t)*ω(t)」を一定に保つ軌跡制御方法の具体例である。
ツール7の移動速度は、X軸方向、Y軸方向のそれぞれにおいて一定の線速度に設定される。
一定の回転速度ωcに対して、本実施例に係る軌跡制御方法では、距離Lの時間tの関数L(t)と回転速度ωの時間tの関数ω(t)との積「L(t)*ω(t)」が一定となる回転速度ωに制御される。回転速度ωは実線を用いて示されている。
軌跡制御方法の後半では、作業位置WP5から作業位置WP6、WP7、WP8を経て、WP9に戻る。回転軸63の軸中心位置CPから最も近い(距離Lが最小の)作業位置WP7(X軸=0[mm]、Y軸=20[mm])において、回転速度ωは最大の約160[度/sec]に制御される。作業位置WP7から終了位置WP9までは、距離Lの増加に伴い、回転速度ωは減少していく。
図7と同様に、図8において、回転軸63を一定の回転速度ωcに設定された比較例が破線を用いて示されている。比較例の場合、移動量は「L(t)*ωc」になり、この移動量「L(t)*ωc」のグラフは、図6に示される距離Lの時間tの関数L(t)のグラフに対して相似形状になる。
これに対して、本実施例に係る軌跡制御方法によれば、移動量「L*Δθ」が一定に調整された回転速度ωであれば、移動速度を160[mm/sec]に抑制することができる。
軌跡制御方法の第2実施例は、回転機構6の回転軸63の軸中心位置CPとワーク作業位置との関係を変えた例を説明するものである。
図9に示されるように、本実施例に係る軌跡制御方法では、ワーク9は第1実施例に係るワーク9と同一であり、回転軸63の軸中心位置CPとワーク9の中心位置とが一致されている。
詳しく説明する。ワーク作業の開始位置WP1並びに終了位置WP9の座標位置はX軸=25[mm]、Y軸=0[mm]である。このとき、ツール7の角度は90[度]である。作業位置WP2の座標位置はX軸=25[mm]、Y軸=50[mm]である。作業位置WP3の座標位置はX軸=0[mm]、Y軸=50[mm]である。このとき、ツール7の角度は180[度]である。作業位置WP4の座標位置はX軸=-25[mm]、Y軸=50[mm]である。作業位置WP5の座標位置はX軸=-25[mm]、Y軸=0[mm]である。このとき、ツール7の角度は270[度]である。作業位置WP6の座標位置はX軸=-25[mm]、Y軸=-50[mm]である。作業位置WP7の座標位置はX軸=0[mm]、Y軸=-50[mm]である。このとき、ツール7の角度は360[度]である。作業位置WP8の座標位置はX軸=25[mm]、Y軸=-50[mm]である。作業位置WP2、作業位置WP4、作業位置WP6、作業位置WP8のそれぞれにおいて、ツール7の角度は指定されていない。
図10に示されるように、軸中心位置CPから開始位置WP1、作業位置WP5、終了位置WP9までの距離Lは小さくなる。作業位置WP2、作業位置WP4、作業位置WP6、作業位置WP8のそれぞれでは、軸中心位置CPからの距離Lは最大となる。このときの距離Lは約55[mm]である。
図11に示されるように、ツール7の移動に伴う回転軸63の回転速度ωは減少する。開始位置WP1、作業位置WP5、終了位置WP9のそれぞれにおいて、最大の回転速度ωとなる。このときの回転速度ωは約140[度/sec]である。
図12に示されるように、本実施例に係る軌跡制御方法では、回転軸63の回転による必要な移動量「L*Δθ」を小さくすることができる。本実施例に係る軌跡制御方法では、移動量が一定に調整された回転速度ωであれば、開始位置WP1~終了位置WP9のそれぞれのワーク作業位置において、移動速度Vを約60[mm/sec]に抑制することができる。比較例に係る移動速度Vに対して、本実施例に係る軌跡制御方法では、約3分の2の移動速度Vまで下げることができる。
なお、平面視において、長方形形状のワーク9内に軸中心位置CPが配置されれば、移動速度Vが小さくなるが、ワーク9の中心位置に軸中心位置CPが一致されたとき、移動速度Vは最小値となる。
軌跡制御方法の第3実施例は、第1実施例において、回転機構6の回転軸63の軸中心位置CPとワーク作業位置の開始位置WP1並びに終了位置WP9との関係を変えた例を説明するものである。
本実施例に係る軌跡制御方法では、開始位置WP1から作業位置WP2までの距離並びに作業位置WP4から作業位置WP5までの距離が長くなる。逆に、作業位置WP5から作業位置WP6までの距離並びに作業位置WP8から終了位置WP9までの距離は短くなる。
図15に示されるように、ワーク作業の開始位置WP1から作業位置WP2までの距離並びに作業位置WP4から作業位置WP5までの距離が長くなっているので、ワーク9に対するツール7の移動時間が長くなる。このため、開始位置WP1から作業位置WP5までのワーク作業位置において、回転軸63の回転速度ωは減少する。
図16に示されるように、本実施例に係る軌跡制御方法では、回転軸63の回転による必要な移動量「L*Δθ」を小さくすることができる。ワーク9に対してツール7が一定の線速度、例えば前例の通り、75[mm/sec]により移動されていると仮定すれば、実線を用いて示されるように、開始位置WP1~作業位置WP5までの移動速度Vを約100[mm/sec]以内に抑えることができる。前述の図8に示される比較例における移動速度Vは約180[mm/sec]、第1実施例における移動速度Vは約160[mm/sec]であるので、第3実施例では、移動速度Vをかなり減少させることができる。
また、図16に破線を用いて示される比較例では、一定の回転速度ωcでの移動速度Vは作業位置WP3付近において130[mm/sec]に達する。
次に、ロボット1の制御方法を説明する制御フロー、並びに併せて制御方法をコンピュータに実行させるプログラムについて説明する。
まず、図17に示される第1制御フローについて説明する。第1制御フローは、回転機構6の回転軸63の回転によるツール7の移動量「L(t)*ω(t)」を一定に保つプランニングを行い、ロボット1の制御動作を実行させる。この制御動作の実行において、定数Kが上限値(判定値又は閾値)となる限界定数値「KMAX」を超えたとき、「運転エラー」として、制御動作を停止させる。以下、詳しく説明する。
最初に、図3に示されるロボット1の制御部10において、ポイント列記憶装置104にワーク作業の作業位置情報が取得され、かつ、記憶される(ステップS1)。この作業位置情報はロボット制御プログラム記憶装置102に格納されたロボット制御プログラムにより順次読み出され、ロボット制御プログラムは第1移動機構3等の各ユニットの移動の制御を開始する。
ここでは、理解し易くするために、ワーク作業の開始位置WP1から作業位置WP2まで、設定された線速度において、連続結路制御(CPC:Continuous Path Control)により、ワーク9の回転並びにツール7の移動を制御する例を説明する(図5参照)。後述する第2制御フロー並びに第3制御フローについても、同様の例を用いて説明する。開始位置WP1は、三次元座標において、X軸=X1、Y軸=Y1、Z軸=Z1の座標位置に設定される。このときのツール7の先端の角度RはR1(例えば90度)に設定される。一方、作業位置WP2はX軸=X2、Y軸=Y2、Z軸=Z2の座標位置に設定される。このときのツール7の先端の角度RはR2(例えば150度)に設定される。
定数Kが限界定数値「KMAX」を超えていないと判定された場合には、開始位置WP1から作業位置WP2まで、回転軸63の回転速度ωの時間tの関数ω(t)を算出しながら、算出毎にワーク9に対してツール7を移動させる制御が実行される(ステップS4)。関数ω(t)は上記式<4>を用いて求められる。ツール7の移動の制御が終了すると、この第1制御フローが終了する。
図18に示される第2制御フローについて説明する。第2制御フローでは、ツール7を実際に移動させる合成移動量が算出され、この移動量が限界定数値「KMAX」に対して判定され、判定結果に基づいてツール7の移動が制御される。詳しく説明する。
まず、第1制御フローのステップS1と同様に、ワーク作業の作業位置情報が取得され(ステップS11)、ロボット制御プログラムは第1移動機構3等の各ユニットの移動の制御を開始する。引き続き、第1制御フローのステップS2と同様に、定数Kが算出される(ステップS12)。
合成移動量が限界定数値「KMAX」を超えていないと判定された場合には、回転軸63を回転速度ωにおいて回転させ、開始位置WP1から作業位置WP2へ向かって、合成移動量だけツール7が移動する(ステップS16)。ツール7が移動すると、作業位置WP2に到達したか否かが判定される(ステップS17)。
ツール7が作業位置WP2に到達していないと判定されたときには、ステップS14に処理が戻る。ツール7が作業位置WP2に到達していると判定されたときには、ツール7の移動の制御が終了し、この第2制御フローが終了する。
図19に示される第3制御フローについて説明する。
前述の図17及び図18に示される第1制御フロー及び第2制御フローでは、ロボット1において、ロボット制御プログラムが実行されると、この実行に伴ってツール7の移動が実際に制御される。
第3制御フローでは、ロボット制御プログラムを実行させてツール7を仮想的に移動させるシミュレーションを実現することができる。つまり、第3制御フローでは、ポイントティーチングがなされた時点において、実際のツール7の移動を伴わずに「運転エラー」が発生するか否かのシミュレーションを実現することができる。ポイントティーチングがなされた時点とは、ワーク作業の作業位置情報が取得され、更にツール7の移動速度が取得された時点である。詳しく説明する。
まず、第1制御フローのステップS1と同様に、ワーク作業の作業位置情報が取得され(ステップS21)、ロボット制御プログラムは第1移動機構3等の各ユニットの仮想的な移動の制御を開始する。
次に、ワーク9に対するツール7の移動速度Vが設定される(ステップS22)。第3制御フローでは、移動速度Vが微小移動速度ΔVだけ繰り返し調整され、「運転エラー」が回避されるまで、シミュレーションが実行される。
合成移動量が限界定数値「KMAX」を超えていないと判定された場合には、この判定されたワーク作業位置のXY座標において、ツール7の仮想的な移動が進められる(ステップS27)。
引き続き、作業位置WP2に到達したか否かが判定される(ステップS28)。ツール7が作業位置WP2に到達していないと判定されたときには、ステップS25に処理が戻る。
第4制御フローは、第3制御フローに準じて、第1制御フローを用いてシミュレーションを実現する制御フローである。
前述の図17に示される第1制御フローでは、ステップS2において算出された定数KがステップS3において限界定数値「KMAX」に対して比較可能とされている。ステップS4において、関数ω(t)を算出しながら、ツール7を実際に移動させずに、ツール7を仮想的に移動させることにより、第4制御フローでは第1制御フローに基づいてシミュレーションを実現することができる。
第5制御フローは、第4制御フローと同様に、第3制御フローに準じて、第2制御フローを用いてシミュレーションを実現する制御フローである。
前述の図18に示される第2制御フローでは、ステップS14において算出された合成移動量がステップS15において限界定数値「KMAX」に対して比較可能とされている。ステップS16において、ツール7を実際に移動させずに、合成移動量だけツール7を仮想的に移動させる(計算上の座標だけを更新させる)ことにより、第5制御フローでは第2制御フローに基づいてシミュレーションを実現することができる。
ここで、第1制御フロー~第5制御フローにおいて、「運転エラー」を発生させない方法について説明する。「運転エラー」を発生させない方法として、下記第1方法~第4方法が有効である。
第1方法:移動速度Vを下げる方法
第2方法:ワーク作業位置を変更し、軸中心位置CPからの距離Lを小さくする方法
第3方法:回転軸63の角度指定を緩和する方法
第4方法:軌跡を指定するワーク作業位置を変更する方法
以下、第1方法~第4方法について説明する。
図17に示される第1制御フローでは、ステップS3において、定数Kが限界定数値「KMAX」に対して比較されている。定数Kが限界定数値「KMAX」を超えると、ステップS5へ移行し、「運転エラー」が発生する。
そこで、第1方法は、定数K/限界定数値「KMAX」の比率において、移動速度Vを下げる。定数Kは移動速度Vに比例する関係にある(例えば上記式<3>参照)。第1方法によれば、「運転エラー」の発生を効果的に抑制又は防止することが、ロボット1の制御方法において実現可能となる。
そこで、第2制御フローにおいて、第1方法は、移動速度Vを微小移動速度ΔVだけ下げながら、「運転エラー」が発生しなくなる移動速度Vに到達するまで、処理を繰り返し行う。
第2方法では、1つのワーク作業位置が、複数のワーク作業のいずれかに属するかが判定され、属するワーク作業に従って、補正される。ワーク作業位置が変更され、ワーク作業位置が並行移動及び回転移動したときに、同一のワーク作業では、並行移動及び回転移動したワーク作業位置が同一となるので、ワーク作業位置のすべてにおいて「運転エラー」の発生を回避させることができる。詳しく説明する。
第2方法では、最初に、ワーク作業にあるワーク9のワーク作業位置が検出される(ステップS31)。ワーク作業位置の検出には例えばカメラ等の撮像デバイスが使用され、ワーク作業位置は画像情報として検出される。
探索の次の対象点があるかどうかが判定される(ステップS34)。次に探索される対象点が無くなれば、探索は終了したとして、補正フローは終了する。
対象点に付いているワーク補正番号が同じかどうかが判定される(ステップS36)。ワーク補正番号が同じでないとき、その対象点は見送られ、ステップS34へ処理が戻る。
補正フローのステップS33及びステップS36では、ワーク作業位置に明示的に「ワーク補正番号」が設定されているが、内部的なリンク等により複数のワーク作業位置を纏めてグループ化した情報を生成し、この情報が制御部10の記憶装置に予め格納されてもよい。
ワーク作業位置を補正し、このワーク作業位置が属するワーク作業において、ワーク作業位置が並行移動及び回転移動される。この移動に応じて属するワーク作業内において、複数のワーク作業位置のそれぞれの定数Kが算出される。算出された定数Kは、限界定数値「KMAX」を超えたか否かの判定を含めて表示装置23(図3参照)に表示される。
表示例では、更に限界定数値「KMAX」が棒グラフに重複させて示されている。限界定数値「KMAX」が「130」であれば、定数K1及び定数K4が限界定数値「KMAX」を超えていることが、一目瞭然において、ワーク作業者は判定可能である。
第3方法では、回転軸63の角度指定をワーク作業者が実施し、角度を指定した後にワーク作業位置における定数Kが算出され、かつ、算出された定数Kが表示され、定数Kが限界定数値「KMAX」を超えない調整をワーク作業者が行う。定数Kの表示例は例えば図21に示される通りである。
第4方法では、軌跡を指定するワーク作業位置をワーク作業者が変更し、変更した後にワーク作業位置における定数Kが算出され、かつ、算出された定数Kが表示され、定数Kが限界定数値「KMAX」を超えない調整をワーク作業者が行う。定数Kの表示例は例えば図21に示される通りである。
本実施の形態に係るロボット1は、図1に示されるように、第1移動機構3と、第2移動機構4とを備える。第1移動機構3は、ベース本体2に配設され、ワーク9を回転させる図2に示される回転軸63を第1軸方向(X軸方向)へ移動する。第2移動機構4は、図1に示されるように、ベース本体2に支持部41及び支持部42を介して支持され、第1軸方向に対して直交する第2軸方向(Y軸方向)へツール7を移動させる。回転軸63の軸方向(R軸方向)は、第1軸方向及び第2軸方向に対して直交する第3軸方向(Z軸方向)である。
このように構成されるロボット1では、回転軸63が、第1移動機構3に配設され、第2移動機構4に配設されないので、第2移動機構4の質量を減少させることができる。質量の減少は第2移動機構4の慣性モーメントの減少となるので、第2移動機構4の移動に伴い、第2移動機構4に発生する振動を効果的に抑制又は防止することができ、ツール7の軌跡制御性能を向上させることができる。
本実施の形態では、ツール7は接着剤を塗布するシリンジとされ、連結部72は供給体として接着剤を供給する供給チューブとされる。
このように構成されるロボット1では、回転軸63が、第1移動機構3に配設され、第3移動機構5に配設されていないので、ツール7は第3移動機構5、更には第2移動機構4を中心として回転しない。このため、連結部72の第3移動機構5や第2移動機構4への巻き付き、絡まり等の不具合を根本的に無くすことができる。
ここで得られる作用効果は、連結部7が供給チューブとされる場合に限定されず、連結部7が配線等であってもよい。
このように構成されるロボット1では、回転軸63の軸中心位置CPからワーク作業位置WPまでの距離Lが変化しても、ワーク作業位置WPにおいてワーク9に対するツール7の移動速度Vが一定に制御される。このため、ワーク作業におけるワーク作業条件が距離Lに関係無く一定となるので、ワーク作業の精度を一定に保持することができる。
このように構成されるロボット1では、ワーク作業におけるワーク作業条件が常に一定なるので、ワーク作業の精度を一定に保持することができる。
このように構成されるロボット1では、スライドレール31を第1軸方向へ移動するスライダ32上に回転軸63が配設されているので、スライダ32の第1軸方向への移動と共に回転軸63を第1軸方向へ移動させることができる。そして、回転軸63には電動モータ65が連結されているので、第1軸方向へ移動された回転軸63によりワーク9を回転させることができる。
加えて、回転軸63及び電動モータ65の重量はスライダ32及びスライドレール31を介してベース本体2により受け止める構造としているので、回転軸63を含む回転機構6の重量は第2移動機構4から取り除くことができる。
このように構成されるロボット1では、第3軸方向において回転軸63と電動モータ65とを直結した場合に比較し、回転機構6の第3軸方向の寸法(ロボット1における高さ寸法)を小さくすることができる。電動モータ65はベース本体2上の空きスペースに配設される。このため、ロボット1の小型化を図ることができる。
このように構成されるプログラムでは、第2移動機構4に発生する振動を効果的に抑制又は防止しつつ、ワーク作業におけるワーク作業条件が距離Lに関係無く一定となるので、ワーク作業の精度を一定に保持することができる。
図22を用いて、本発明の第2実施の形態に係るロボット及びその制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムについて説明する。本実施の形態に係るロボット1は、5軸仕様の卓上ロボットとして構成されている。
なお、本実施の形態並びに後述する第3実施の形態において、第1実施の形態に係るロボット1の構成要素と同一又は実施的に同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
傾斜機構12は、ここでは、第1軸方向であるX軸方向を回転軸方向(P軸方向)としてツール7を回転させ、傾斜させる構成とされている。なお、回転軸方向は第2軸方向であるY軸方向であってもよい。
図23を用いて、本発明の第3実施の形態に係るロボット及びその制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムについて説明する。本実施の形態に係るロボット1は、第1実施の形態に係るロボット1と同様に、4軸仕様の卓上ロボットとして構成されている。
また、本実施の形態に係るロボット1の制御方法並びに制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムは、第1実施の形態に係るロボット1の制御方法並びにプログラムと同一である。
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、上記実施の形態では、主に卓上ロボットに本発明を適用した例を説明しているが、卓上ロボットに限らず、本発明は、広く産業用ロボットに適用可能である。
2 ベース本体
21 筐体
21A ベース面
22 操作装置
23 表示装置
24 信号入出力装置
3 第1移動機構
31、43 スライドレール
32 スライダ
35、45、55、65 電動モータ
4 第2移動機構
41、42 支持部
5 第3移動機構
6 回転機構
63 回転軸
64 回転伝達機構
7 ツール
71 ツール保持部
72 連結部
8 ワーク保持部
9 ワーク
10 制御部
101 中央演算処理ユニット
102 ロボット制御プログラム記憶装置
103 一時記憶装置
104 ポイント列記憶装置
105~108 モータ駆動制御装置
11 制御システム
12 傾斜機構
Claims (5)
- ベース本体に配設され、ワークを回転させる回転軸を第1軸方向へ移動する第1移動機構と、
前記ベース本体に支持部を介して支持され、前記第1軸方向に対して直交する第2軸方向へツールを移動させる第2移動機構と、
前記第1軸方向と前記第2軸方向との座標系において、前記回転軸の軸中心位置と前記ワークの作業位置との距離の変化に反比例させて前記回転軸の回転速度を制御する制御部と、
を備え、
前記回転軸の軸方向は、第1軸方向及び第2軸方向に対して直交する第3軸方向であるロボット。 - 前記第2移動機構に配設され、第3軸方向へ移動する第3移動機構と、
前記第3移動機構に配設され、前記ツールを保持するツール保持部と、
前記ツールに連結され、ワーク作業に必要な供給体を前記ツールに供給する連結部と、
を更に備えた請求項1に記載のロボット。 - 前記制御部は、前記第1移動機構の第1軸方向への移動速度、前記第2移動機構の第2軸方向への移動速度、前記回転軸の回転速度のそれぞれを制御し、前記ワークにおける前記ツールの移動速度を一定に制御する
請求項1又は請求項2に記載のロボット。 - 前記第1移動機構は、
前記ベース本体上に配設され、第1軸方向を長手方向として延設されたスライドレールと、
前記スライドレールに摺動自在に配設され、第1軸方向へ移動するスライダと、
前記スライダ上において回転自在に配設された前記回転軸と、
前記回転軸に連結され、前記回転軸を回転させる電動モータと、を含んで構成されている
請求項1~請求項3のいずれか1項に記載のロボット。 - 第1移動機構と、第2移動機構と、制御部とを備えたロボットの制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記第1移動機構が、ベース本体上においてワークを回転させる回転軸を第1軸方向へ移動する工程と、
前記第2移動機構が、第1軸方向に対して直交する第2軸方向へツールを移動させる工程と、
前記回転軸が、第1軸方向及び第2軸方向に対して直交する第3軸方向を軸方向として前記ワークを回転させる工程と、
前記制御部が、第1軸方向と第2軸方向との座標系において、前記回転軸の軸中心位置と前記ワークの作業位置との距離の変化に反比例させて前記回転軸の回転速度を制御する工程と、
を備えたプログラム。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2019048087A JP7349805B2 (ja) | 2019-03-15 | 2019-03-15 | ロボット及びその制御プログラム |
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-
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- 2019-03-15 JP JP2019048087A patent/JP7349805B2/ja active Active
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