JP7388870B2

JP7388870B2 - ロボットシステムおよび制御装置

Info

Publication number: JP7388870B2
Application number: JP2019190767A
Authority: JP
Inventors: 慎太郎堀
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-10-18
Filing date: 2019-10-18
Publication date: 2023-11-29
Anticipated expiration: 2039-10-18
Also published as: US11806874B2; US20210114210A1; CN112677135A; DE102020126205A1; JP2021065943A

Description

本発明は、ロボットシステムおよび制御装置に関するものである。

ロボットの教示方法として、作業者がロボットを直接手で押して操作しながら教示を行うリードスルー教示（直接教示）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１のロボットは、モータ電流に基づいて作業者がロボットに加えた外力トルクを算出し、算出された外力トルクに基づいて外力トルクが零となるようにモータを制御する。

特開昭６１－２７３６１０号公報

リードスルー教示において、作業者の負担を軽減するには、作業者がロボットに加える外力を小さくすることが望ましい。しかしながら、作業者がロボットに加える外力トルクが同じでも、作業者がロボットに加える外力はロボットの姿勢によって相違する。すなわち、回転させようとする軸に近接した位置において外力を加える場合には、軸から離れた位置において外力を加える場合よりも大きな外力を加えなければ、同じ外力トルクが得られない。したがって、作業者が、回転させようとする軸に近接した位置においてロボットに外力を加えなければならない場合においても大きな外力を加えずにリードスルー教示を行うことができることが望ましい。

本発明の一態様は、モータにより軸線回りに回転駆動される１以上の回転関節を備えるロボットと、各該回転関節に作用する前記軸線回りの外力トルクに基づいて、前記モータを制御する制御装置とを備え、前記ロボットに、外力を加える力点が設定され、前記制御装置は、前記ロボットの前記回転関節の角度に基づいて、１以上の前記回転関節の前記軸線からの前記力点までの距離を算出し、算出された前記距離が短いほど前記モータに対する操作量を大きく調節するロボットシステムである。

本発明の一実施形態に係るロボットシステムを示す全体構成図である。図１のロボットシステムに備えられる制御装置を示すブロック図である。図２の制御装置のモータ制御部により調節される操作量と距離との関係を示すグラフである。図１のロボットシステムのロボットが折り畳まれて第１軸線および第２軸線と外力の力点との距離が小さくなった状態を示すロボットの側面図である。図１のロボットシステムのロボットが伸長されて第１軸線および第２軸線と外力の力点との距離が大きくなった状態を示すロボットの側面図である。図３のグラフの他の例を示すグラフである。

本発明の一実施形態に係るロボットシステム１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボットシステム１は、図１に示されるように、ロボット２と制御装置３とを備えている。

ロボット２は、例えば、６個の回転関節を備える垂直多関節型ロボットであり、鉛直な第１軸線（鉛直軸線、軸線）Ａ回りに床面Ｆに設置されるベース４に対して回転可能に支持された旋回胴５を備える第１回転関節（回転関節、第１軸）６を備えている。また、ロボット２は、水平な第２軸線（水平軸線、軸線）Ｂ回りに旋回胴５に対して回転可能に支持された第１アーム（アーム）７を備える第２回転関節（回転関節、第２軸）８を備えている。

また、ロボット２は、水平な第３軸線（軸線）Ｃ回りに第１アーム７に対して回転可能に支持された第２アーム９を備える第３回転関節（回転関節）１０を備えている。さらに、ロボット２は、第２アーム９の先端に手首ユニット１１を備えている。手首ユニット１１は３つの回転関節１２，１３，１４を備えている。

ロボット２は、例えば、第１回転関節６のベース４と旋回胴５との間、第２回転関節８の旋回胴５と第１アーム７との間および第１アーム７と第２アーム８との間に、両者間に加わる外力トルクを検出するトルクセンサ１５，１６，１７をそれぞれ備えている。
また、ロボット２には、手首ユニット１１の先端近傍に作業者が把持して外力を加えるハンドル（力点）１８を備えるツールＳが装着されている。

制御装置３は、図２に示されるように、作業者がツールＳのハンドル１８に外力を加えることによりトルクセンサ１５，１６，１７により外力トルクが検出されると、検出された外力トルクに応じて、各回転関節６，８，１０，１２，１３，１４のモータ（図示略）を制御するモータ制御部２２を備えている。
具体的には、制御装置３は、外力トルクが作用すると、トルクセンサ１５，１６，１７により検出される外力トルクを低減する方向に各回転関節６，８，１０，１２，１３，１４のモータを駆動する。

本実施形態においては、制御装置３は、ロボット２の手首ユニット１１の先端に装着するツールＳの形状を記憶する記憶部１９を備えている。また、制御装置３は、各回転関節６，８，１０，１２，１３，１４のモータに備えられたエンコーダ２０からの角度情報および記憶部１９に記憶されているツールＳの形状の情報を受信して、第１軸線Ａおよび第２軸線Ｂからハンドル１８までの距離を逐次算出する距離算出部２１を備えている。

そして、モータ制御部２２は、例えば、図３に示されるように、算出された距離が大きくなるほどモータに対する操作量を小さくする。
例えば、図４に示されるように、第１アーム７および第２アーム９が折り畳まれる場合には、ツールＳのハンドル１８と第１軸線Ａおよび第２軸線Ｂとの距離Ｄ１，Ｄ２は小さくなる。一方、図５に示されるように、第１アーム７および第２アーム９が伸長する場合には、ツールＳのハンドル１８が第１軸線Ａおよび第２軸線Ｂから離れた位置に配置される。

これらの場合にハンドル１８に加える外力とトルクとの関係は、ハンドル１８が軸線Ａ，Ｂに近いほどトルクセンサ１５，１６により検出される外力トルクは小さくなる。したがって、モータにより発生するトルクを外力トルクのみに基づいて発生させる場合には、ハンドル１８が軸線Ａ，Ｂに近いほど作業者が大きな外力を加えない限り必要なトルクをモータに発生させることができず、作業者にかかる負担が大きい。

本実施形態に係るロボットシステム１によれば、トルクセンサ１５，１６により検出されるトルクの大きさに基づいてモータの操作量を設定することに加え、ハンドル１８の軸線Ａ，Ｂからの距離Ｄ１，Ｄ２が小さいほどモータに指令する操作量を増大させる。これにより、ハンドル１８の軸線Ａ，Ｂからの距離Ｄ１，Ｄ２に関わらず、必要なトルクをモータに発生させるために作業者がハンドル１８に加える外力を略同等にすることができる。

その結果、ハンドル１８が軸線Ａ，Ｂに近い位置に配置されている場合に、作業者が大きな外力を加えなくてもロボット２を動作させることができ、リードスルー教示を行う際に作業者にかかる負担を軽減することができるという利点がある。また、リードスルー教示を行う上で、ハンドル１８の位置に関わらず、作業者が加える外力がほぼ同等であれば、リードスルー教示の操作性を向上することができる。

なお、本実施形態においては、制御装置３が、ハンドル１８と軸線Ａ，Ｂとの距離Ｄ１，Ｄ２に応じてモータの操作量を増大させることとした。これに代えて、制御装置３は、ロボット２の各部の形状および重量、および、手首ユニット１１の先端に装着されたツールＳの形状および重量に基づいてロボット２およびツールＳの実際の慣性量を算出し、算出された慣性量が小さいほどモータの操作量を大きくしてもよい。

また、本実施形態においては、ツールＳに備えられたハンドル１８に力点を設定し、距離算出部２１が、第１軸線Ａおよび第２軸線Ｂからハンドル１８までの距離Ｄ１，Ｄ２を算出したが、これに限定されるものではない。距離算出部２１は、作業者が物理的に外力を加えることができる軸線Ａ，Ｂから最も離れた点までの距離を算出してもよいし、例えば、手首ユニット１１の先端点、あるいは、手首ユニット１１の中心を力点として想定し、それらの位置までの距離を算出してもよい。

また、本実施形態においては、ハンドル１８から第１軸線Ａおよび第２軸線Ｂまでの距離Ｄ１，Ｄ２を算出したが、これに代えて、他の回転関節１０，１２，１３，１４の軸線までの距離を算出し、距離が小さいほど各回転関節１０，１２，１３，１４のモータへの操作量を大きくする制御を行ってもよい。

また、本実施形態においては、各軸線Ａ，Ｂからハンドル１８までの距離Ｄ１，Ｄ２が大きくなるほど、モータの操作量をリニアに小さくすることとしたが、これに代えて、図６に示されるように、任意の曲線に沿って小さくすることにしてもよい。
また、６軸多関節型ロボットを例示して説明したが、ロボット２の形態はこれに限定されるものではない。

１ロボットシステム
２ロボット
３制御装置
４ベース
５旋回胴
６第１回転関節（回転関節、第１軸）
７第１アーム（アーム）
８第２回転関節（回転関節、第２軸）
１０第３回転関節（回転関節）
１２，１３，１４回転関節
１８ハンドル（力点）
Ａ第１軸線（鉛直軸線、軸線）
Ｂ第２軸線（水平軸線、軸線）
Ｃ第３軸線（軸線）
Ｆ床面

Claims

モータにより軸線回りに回転駆動される１以上の回転関節を備えるロボットと、
各該回転関節に作用する前記軸線回りの外力トルクに基づいて、前記モータを制御する制御装置とを備え、
前記ロボットに、外力を加える力点が設定され、
前記制御装置は、前記ロボットの前記回転関節の角度に基づいて、１以上の前記回転関節の前記軸線からの前記力点までの距離を算出し、算出された前記距離が短いほど前記モータに対する操作量を大きく調節するロボットシステム。
モータにより軸線回りに回転駆動される１以上の回転関節を備えるロボットと、
各該回転関節に作用する前記軸線回りの外力トルクに基づいて、前記モータを制御する制御装置とを備え、
前記ロボットに、外力を加える力点が設定され、
前記制御装置は、前記ロボットの前記回転関節の角度に基づいて、前記ロボットの慣性量を算出し、算出された前記慣性量が小さいほど前記モータに対する操作量を大きく調節するロボットシステム。
前記ロボットが、床面に設置されるベースと、鉛直軸線回りに前記ベースに対して回転駆動される旋回胴を備える第１軸と、水平軸線回りに前記旋回胴に対して回転駆動されるアームを備える第２軸とを備え、
該制御装置は、前記ロボットの前記回転関節の角度に基づいて、前記第１軸および／または前記第２軸を回転駆動する前記モータに対する前記操作量を調節する請求項１または請求項２に記載のロボットシステム。
モータにより回転駆動される１以上の回転関節を備えるロボットに設定された力点に作用する外力による外力トルクに基づいて、前記ロボットを制御する制御装置であって、
前記回転関節の角度に基づいて、前記力点から１以上の前記回転関節の軸線までの距離を算出し、
算出された前記距離が短いほど前記モータに対する操作量を大きく調整する制御装置。
モータにより回転駆動される１以上の回転関節を備えるロボットに設定された力点に作用する外力トルクに基づいて、前記ロボットを制御する制御装置であって、
前記回転関節の角度に基づいて、前記ロボットの慣性量を算出し、
算出された前記慣性量が小さいほど前記モータに対する操作量を大きく調整する制御装置。