JP7502135B2 - ロボットプログラム調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットの動作プログラムを調整するロボットプログラム調整装置に関する。

複数台のロボットが作業領域を共有して稼働するシステムでは、ロボット同士が干渉・衝突しないように、ロボットの動作を制御するロボットプログラム等を用いてインターロックを設定する場合がある（例えば特許文献１を参照）。

また複数台のロボットを含む生産システムにおいて、システム全体のタクトタイムに悪影響を与えている原因を分析し、その分析結果に基づいてロボットの動作プログラムを自動的に修正して、生産システムの高速化を図る技術が知られている（例えば特許文献２を参照）。

さらに、複数の軸を有するロボットの動作プログラムを調整して、特定の軸の負荷の軽減を図る技術が知られている（例えば特許文献３を参照）。

特開平１１－３４７９８４号公報 特開２０１７－１９９０７７号公報 特開２００９－０４３１６５号公報

従来、複数台のロボットが作業領域を共有して稼働するシステムにおいて、ロボット同士のインターロックが設定されている場合、サイクルタイムの短縮と、ロボットの負荷低減との双方を実現するようにロボットの動作プログラムを調整することは困難であった。

本開示の一態様は、第１ロボット及び第２ロボットの動作を規定するとともに、前記第１ロボットと前記第２ロボットとの間のインターロックに関する設定を含むロボットプログラムを調整するロボットプログラム調整装置であって、前記ロボットプログラムの前記インターロックを分析するインターロック分析部と、前記インターロックが原因で前記第２ロボットが減速又は待機するか否かを判断する減速・待機判断部と、前記減速・待機判断部が、前記インターロックが原因で前記第２ロボットが減速又は待機すると判断した場合に、前記インターロックに関連する前記第１ロボットの動作を特定する動作特定部と、前記動作特定部によって特定された前記第１ロボットの動作を高速化するように前記ロボットプログラムを調整する高速化部と、前記第１ロボット及び前記第２ロボットが行う一連の動作のサイクルタイムの目標値を設定するサイクルタイム設定部と、前記高速化部による高速化により、前記目標値から前記サイクルタイムを差し引いた値が所定の許容値より大きくなった場合は、各ロボットの状態量に基づいて各ロボットの時系列毎の負荷を計算する負荷計算部と、前記負荷計算部が計算した各ロボットの時系列毎の負荷のうち、予め定めた閾値を超える負荷に関連するロボットの動作であって、該動作を低速化すれば負荷が前記閾値以下となる動作を特定し、該動作を低速化するように前記ロボットプログラムを調整する低速化部と、を備えるロボットプログラム調整装置である。

本開示によれば、複数台のロボット同士のインターロックが設定されているロボットプログラムを適切に調整して、サイクルタイムを目標値に合わせることと、ロボットの負荷を低減することの双方を実現することができる。

一実施形態に係るロボットプログラム調整装置及び複数台のロボットを含むロボットシステムの一構成例を示す図である。 図１のロボットシステムにおける処理の一例を示すフローチャートである。 図２の変形例を示すフローチャートである。

図１は、好適な実施形態に係るロボットプログラム調整装置、及び複数台のロボットを含むロボットシステム１０の一構成例を示す。ここでは、ロボットシステム１０は、２台の産業用ロボットとしての第１ロボット１２及び第２ロボット１４を有し、第１ロボット１２の動作は、第１ロボット１２に接続された第１ロボット制御装置１６によって制御される。同様に第２ロボット１４の動作は、第２ロボット１４に接続された第２ロボット制御装置１８によって制御される。

第１ロボット１２及び第２ロボット１４をそれぞれ制御するためのロボットプログラム（動作プログラムとも称する）は、第１ロボット１２及び第２ロボット１４の間のインターロックに関する設定を含み、ロボットプログラム作成装置２０によってオフラインで作成される。ロボットプログラム作成装置２０及びロボットプログラム調整装置２２は例えば、プロセッサ、メモリ、キーボード等の入力部、及びモニタ等の表示部を備えるパーソナルコンピュータ（ＰＣ）である。

プログラム作成装置２０が作成したロボットプログラムは、プログラム調整装置２２がオフラインで調整することができる。プログラム調整装置２２は例えば、プロセッサ、メモリ、キーボード等の入力部、及びモニタ等の表示部を備えるパーソナルコンピュータ（ＰＣ）であり、ロボットプログラムのインターロックを分析するインターロック分析部と、インターロックが原因で第２ロボット１４が減速又は待機するか否かを判断する減速・待機判断部と、減速・待機判断部が、インターロックが原因で第２ロボット１４が減速又は待機すると判断した場合に、インターロックに関連する第１ロボット１２の動作を特定する動作特定部と、動作特定部によって特定された第１ロボット１２の動作を高速化するようにロボットプログラムを調整する高速化部と、第１ロボット１２及び第２ロボット１４が行う一連の動作のサイクルタイムの目標値を設定するサイクルタイム設定部と、高速化部による高速化により、目標値からサイクルタイムを差し引いた値が所定の許容値より大きくなった場合は、各ロボットの状態量に基づいて各ロボットの時系列毎の負荷を計算する負荷計算部と、負荷計算部が計算した各ロボットの時系列毎の負荷のうち、予め定めた閾値を超える負荷に関連するロボットの動作であって、該動作を低速化すれば負荷が前記閾値以下となる動作を特定し、該動作を低速化するようにロボットプログラムを調整する低速化部と、を備える。またプログラム調整装置２２は、負荷計算部が計算した各ロボットの時系列毎の負荷のうち、予め定めた閾値未満の負荷に関連するロボットの動作であって、該動作を高速化しても負荷が閾値以下となる動作を特定し、該動作を高速化するようにロボットプログラムを調整する第２高速化部と、第２ロボット１４が、第１ロボット１２との共有作業領域の境界で停止することなく共有作業領域内に進入するように第２ロボット１４の動作を低速化すべくロボットプログラムを調整する第２低速化部とをさらに有することができる。上述したプログラム調整装置２２の各部の機能は、プログラム調整装置２２のプロセッサやメモリが担うことができる。

本実施形態では、同一のＰＣがプログラム作成装置２０及びプログラム調整装置２２の双方の機能を具備するものとする。但し、プログラム作成装置２０及びプログラム調整装置２２を、別個のＰＣ等の装置とすることもできる。プログラム調整装置２２が調整したロボットプログラムは、第１ロボット制御装置１６及び第２ロボット制御装置１８にそれぞれ送信可能であり、第１ロボット１２及び第２ロボット１４はそれぞれ、調整されたロボットプログラムによって制御され、後述するような所定の動作を行う。

或いは、ＰＣ等のプログラム作成装置２０が作成した第１ロボット１２及び第２ロボット１４のための動作プログラムを、それぞれ第１ロボット制御装置１６及び第２ロボット制御装置１８に送った後に、第１ロボット制御装置１６及び第２ロボット制御装置１８がそれぞれの動作プログラムを調整し、調整した動作プログラムを用いて第１ロボット１２及び第２ロボット１４をそれぞれ制御することもできる。この場合は、第１ロボット制御装置１６及び第２ロボット制御装置１８（のプロセッサ等）がプログラム調整装置として機能する。

本実施形態では、第１ロボット１２（のロボットアーム２４）は、第１作業領域２６及び第２作業領域２８のいずれにも進入することができ、第１作業領域２６内の第１テーブル（作業台）３０上に載置されたワーク３２をアーム２４の先端に取り付けたロボットハンド３４等で把持して、第２作業領域２８内の第２テーブル（作業台）３６上に移動する動作、又は第２テーブル３６上に載置されたワークを把持して、第１テーブル３０上に移動する動作等を行うことができる。

一方、第２ロボット１４（のロボットアーム３８）は、第２作業領域２８及び第３作業領域４０のいずれにも進入することができ、第２作業領域２８内の第２テーブル３６上に載置されたワーク３２をアーム３８の先端に取り付けたロボットハンド４２等で把持して、第３作業領域４０内の第３テーブル（作業台）４４上に移動する動作、又は第３テーブル４４に載置されたワークを把持して、第２テーブル３６上に移動する動作等を行うことができる。

図１に例示するように、作業領域２６、２８及び４０は、それぞれ破線で示すような、仮想的に画定された空間とすることができ、ここでは各テーブルの上面の上方投影空間（上方掃引空間）として予め設定可能である。また各作業領域内にロボットが存在しているか否かは、各領域の境界をロボットが通過したことを光電センサ４６、４８及び５０等のセンサを用いて検知することで判断することができる。

上述のように、第２作業領域２８は、第１ロボット１２及び第２ロボット１４の双方が進入し得る共有作業領域である。そこで第１ロボット１２及び第２ロボット１４のそれぞれの動作プログラムでは、両ロボットが衝突又は干渉しないようにインターロックが設定されており、第２作業領域２８内は同時に２台のロボットが進入又は存在することはできない。なお第１作業領域２６も、第１ロボット１２と図示しない他のロボットとの共有作業領域とすることができるが、第２作業領域２８と同様の考え方が適用できるので詳細な説明は省略する。第３作業領域４０についても同様である。

具体的には、第２作業領域２８内には、同時に複数台のロボットが存在することはできず、例えば第１ロボット１２が第２作業領域２８内に進入すべきときは、先ずＩ／Ｏ信号等を用いて第２ロボット１４が第２作業領域２８内に存在しているか否かを確認し、第２ロボット１４が第２作業領域２８内に存在していなければ第１ロボット１２は第２作業領域２８内に進入できる。また第１ロボット１２が第２作業領域２８内に存在している間、第２ロボット１４は、第２作業領域２８外で行う動作がなければ、第２作業領域２８の境界上（後述する位置Ｐ５）に待機する。

なお本実施形態における各ロボットの「動作」又は「移動」とは、各ロボットの基部は固定されているが、ロボットアーム等の可動部の作業領域間での移動や、作業領域内での移動又はワークの把持等を意味する。但し複数の作業領域の位置関係等によっては、自走式の台車等を用いて第１ロボット１２の基部５２を可動とすることもできる。同様に、自走式の台車等を用いて第２ロボット１４の基部５４を可動とすることもできる。

次に図２を参照して、プログラム調整装置２２における処理の一例を説明する。先ず、プログラム作成装置２０が各ロボット用に作成した動作プログラムを、プログラム調整装置２２が解析して、第１ロボット１２と第２ロボット１４との間のインターロックの内容を分析する（ステップＳ１）。次にプログラム調整装置２２は、動作プログラムを解析して、第１ロボット１２及び第２ロボット１４の少なくとも一方がインターロックが原因で減速又は待機するか否かを判断する（ステップＳ２）。

ここでは、第１ロボット１２において、第１テーブル３０上の位置Ｐ１にあるワーク３２を把持して、第１作業領域２６の境界上の位置Ｐ２及び第２作業領域２８の境界上の位置Ｐ３を経由して、第２テーブル３６上の位置Ｐ４にワーク３２を載置し、その後、位置Ｐ３を経由して第２作業領域２８から退避する、という動作プログラムが作成されているものとする。つまり第１ロボット１２は、位置Ｐ１からＰ４までの軌跡に沿って反復的に動作する。同様に、第２ロボット１４は、位置Ｐ４からＰ７までの軌跡に沿って反復的に動作する。

この場合、第１ロボット１２が第２作業領域２８内に存在している間、より具体的には第１ロボット１２（のツール先端点等の代表点）が位置Ｐ３→Ｐ４→Ｐ３の順に移動している間は、第２ロボット１４の動作プログラムでは、第２作業領域２８内に進入できないとするインターロックが設定されるので、第２ロボット１４は第２作業領域２８の境界上の位置Ｐ５で待機するか、第３作業領域４０の境界上の位置Ｐ６又は第３テーブル４４上の位置Ｐ７から位置Ｐ５に移動する過程において減速することになる。従って処理はステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、第２ロボット１４の減速又は待機の原因となっている、インターロックに関連する第１ロボット１２の動作を特定し、特定した動作をプログラム調整によって高速化する。ここでは、第１ロボット１２の移動（Ｐ３→Ｐ４→Ｐ３）に要する時間が、第２ロボット１４の待機又は減速の原因となっていると特定されるので、この移動に関する第１ロボット１２（のロボットアーム２４）の動作を高速化するようなプログラム調整が行われる。ここでの高速化は例えば、第１ロボット１２の各軸のモータの速度や加速度の変更によって実現できる。

このように、共有作業領域内には同時に１台のロボットのみ存在できるというインターロックが設定されている場合、共有領域内での１台のロボットの動作を高速化（つまり動作時間を短縮）することにより、他のロボットの待機又は減速を回避することができ、システム１０のサイクルタイムを短縮することができる。ここでサイクルタイムとは、ロボットシステム１０において、各ロボットの動作プログラムにより規定された、第１ロボット１２及び第２ロボット１４の一連の処理（例えば１つのワーク３２を、位置Ｐ１からＰ４を経由してＰ７に移動する処理）に要する時間を意味する。

ここで、第１ロボット１２が位置Ｐ４にあるときに第２ロボット１４が位置Ｐ５に到達する動作プログラムが作成されている場合、第２作業領域２８内での第１ロボット１２の高速化は、位置Ｐ４からＰ３までの移動についてのみ行うことが考えられるが、その場合は急激な加速により、第１ロボット１２のモータ等に大きな負荷がかかる恐れもある。そのような場合、第２作業領域２８内での動作全体、すなわち位置Ｐ３→Ｐ４→Ｐ３の移動を高速化するようなプログラム調整を行うことにより、第１ロボット１２にかかる負荷を抑制することができる。

また、第２作業領域２８内での第１ロボット１２の動作を高速化しても、第２ロボット１４の位置Ｐ５での待機が避けられない動作プログラムが作成されている場合は、第２ロボット１４の作業領域外での動作、すなわち位置Ｐ６からＰ５への移動における速度や加速度を敢えて低くするプログラム調整を行うことができる。このようにすれば、第１ロボット１２が第２作業領域２８から出るとき（位置Ｐ４からＰ３に到達したとき）の直後に、第２ロボット１４が位置Ｐ５で停止することなく（ゼロでない速度で位置Ｐ５を通過して）第２作業領域２８内に進入することができ、第２ロボット１４の位置Ｐ５での停止及び再加速が回避できるとともに、第２ロボット１４の第２作業領域２８内での動作時間を短縮することもできる。

次にステップＳ４において、特定された動作の高速化後のサイクルタイムが、予め定めた目標値よりも有意に短いか否か、具体的には目標値から高速化後のサイクルタイムを差し引いた値が所定の許容値より大きいか否かを判定する。このステップＳ４の判定に使用する許容値は、サイクルタイムの長さにもよるが、例えば１秒から１０秒までの値、或いはサイクルタイムの５％から２０％までの値に設定可能である。

ステップＳ４でサイクルタイムが目標値より有意に短いと判定された場合は、ステップＳ５において、各ロボットの状態量に基づいて各ロボットの時系列毎の負荷を計算する。具体的には、各ロボットの各軸に搭載されたモータの速度、加速度、加加速度、トルク、電流、温度、及びモータ速度指令からの追従誤差のうちの少なくとも１つのパラメータから、各ロボットの時系列毎の負荷、特にモータにかかる負荷を計算する。なお負荷の単位は、モータの速度やトルク等、どのパラメータを用いるかによって異なる。よって同時刻において、（単位が異なる）複数の負荷を計算しておくこともできる。

次にステップＳ６において、比較的大きな負荷の原因となっているロボットの動作（例えば高速での移動や急激な加減速）を特定し、特定した動作をプログラム調整によって低速化する。具体的には、ステップＳ５で計算した時系列毎の負荷のうち、予め定めた閾値を超える負荷に関連するロボットの動作であって、該動作を低速化すれば負荷が該閾値以下となる動作を特定し、該動作を低速化するプログラム調整を行う。この閾値は例えば、モータの寿命や交換頻度等を考慮して経験的に定めることができる。このようにすれば、ロボットのモータ等に大きな負荷がかかることを防止し、モータ等の寿命や交換サイクルを延長することができる。

ステップＳ６で低速化可能なロボットの動作としては、例えば第１ロボット１２の位置Ｐ２からＰ３への移動、第２ロボット１４の位置Ｐ５からＰ６への移動等、共有作業領域である第２作業領域２８の外部でのロボット動作が挙げられる。但し共有作業領域内の動作であっても、その動作を行うロボットに高負荷がかかる場合等は、その共有作業領域内の動作を低速化の対象としてもよい。

なお図２のステップＳ６における、特定された動作の低速化は、サイクルタイムが目標値を超えない範囲で行われる。従ってステップＳ４～Ｓ６を１回以上実行すれば、サイクルタイムは目標値に実質等しくなるので、プログラム調整処理を終了することができる。

つまり図２に示す処理例では、サイクルタイムを目標値より大幅に減らす必要はないので、ステップＳ４でサイクルタイムが目標値より有意に短いと判定された場合は、ロボットの負荷低減を目的として、特定された動作を低速化するとともに、サイクルタイムを目標値に近付けるようなプログラム調整を行う。このようにして、サイクルタイムを実質的に目標値に等しくするとともに、ロボットの負荷低減も図られたプログラム調整を行うことができる。

図３は、プログラム調整装置２２における処理の他の例を示す。なおステップＳ１～Ｓ５は図２と同様でよいので、詳細な説明は省略する。

ロボットの負荷を所定の閾値以下に低減することが必要とされている場合、ステップＳ６においてロボット動作を低速化した結果、サイクルタイムが目標値より有意に長くなってしまうこともあり得る。そこで図３に示す例では、ステップＳ４においてサイクルタイムが目標値以上と判定された場合、ステップＳ７において、サイクルタイムと目標値が実質等しいか否か（両者の差が許容値未満であるか否か）を先ず判定する。ここでサイクルタイムと目標値が実質等しければプログラム調整は終了するが、サイクルタイムが目標値より有意に長い場合（サイクルタイムから目標値を差し引いた値が許容値以上である場合）は、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、ステップＳ５で計算された各ロボットの時系列毎の負荷を用いて、比較的低負荷であり、かつ高速化可能な動作を特定し、特定した動作をプログラム調整によって高速化する。具体的には、ステップＳ５が計算した時系列毎の負荷のうち、予め定めた閾値未満の負荷に関連するロボットの動作であって、該動作を高速化しても該閾値以下となる動作を特定し、これを高速化するプログラム調整を行う。この閾値も例えば、モータの寿命や交換までの期間を考慮して経験的に定めることができる。このようにすれば、ロボットのモータ等に大きな負荷をかけることなく、サイクルタイムを目標値に近付けることができる。

ステップＳ８で高速化可能なロボットの動作としては、例えば第１ロボット１２の位置Ｐ２からＰ３への移動、第２ロボット１４の位置Ｐ５からＰ６への移動等、共有作業領域である第２作業領域２８の外部でのロボット動作が挙げられる。但し共有作業領域内の動作であって、インターロックに関連しない（ステップＳ１～Ｓ３の処理の対象にならない）動作を、高速化の対象とすることもできる。

上述のようにロボットの動作を高速化又は低速化した場合、ロボットの（代表点の）軌跡が変化する場合がある。よって高速化又は低速化の条件として、高速化又は低速化の前後での軌跡の変化量の範囲や、ロボット以外の周辺機器とのクリアランスの下限値を予め設定してもよい。このようにすれば、ロボットと周辺機器との干渉を効率的に回避することができる。例えば、高速化後又は低速化後のクリアランスが下限値を下回っていれば、干渉の恐れがあると判断し、その高速化又は低速化の内容を見直す（再計算する）等の処理を行うことができる。

本開示に係るプログラム調整装置２２は、インターロックが原因で第２ロボット１４が減速又は待機すると判断された場合に、インターロックに関連する第１ロボット１２の動作を特定し、特定した第１ロボット１２の動作を高速化するようにロボットプログラムを調整する機能と、高速化によってサイクルタイムが目標値より有意に短くなった場合は、各ロボットの状態量に基づいて各ロボットの時系列毎の負荷を計算し、該負荷のうち、予め定めた閾値を超える負荷に関連するロボットの動作であって、該動作を低速化すれば負荷が閾値以下となる動作を特定し、該動作を低速化するようにロボットプログラムを調整する機能とを有する。よって本開示によれば、サイクルタイムを目標値に実質的に等しくすることと、ロボットの負荷を低減することの双方を実現するプログラム調整を行うことができる。

なお上述の実施形態では、ロボットプログラム調整装置は、オフラインでプログラムの調整を行うものとして説明されたが、本開示に係るロボットプログラム調整装置は、製造現場等、オンラインでロボットプログラムを調整する用途に使用することもできる。

１０ ロボットシステム
１２ 第１ロボット
１４ 第２ロボット
１６ 第１ロボット制御装置
１８ 第２ロボット制御装置
２０ プログラム作成装置
２２ プログラム調整装置
２６ 第１作業領域
２８ 第２作業領域
３２ ワーク
４０ 第３作業領域
４６、４８、５０ センサ

Claims (5)

1. 第１ロボット及び第２ロボットの動作を規定するとともに、前記第１ロボットと前記第２ロボットとの間のインターロックに関する設定を含むロボットプログラムを調整するロボットプログラム調整装置であって、
   前記ロボットプログラムの前記インターロックを分析するインターロック分析部と、
   前記インターロックが原因で前記第２ロボットが減速又は待機するか否かを判断する減速・待機判断部と、
   前記減速・待機判断部が、前記インターロックが原因で前記第２ロボットが減速又は待機すると判断した場合に、前記インターロックに関連する前記第１ロボットの動作を特定する動作特定部と、
   前記動作特定部によって特定された前記第１ロボットの動作を高速化するように前記ロボットプログラムを調整する高速化部と、
   前記第１ロボット及び前記第２ロボットが行う一連の動作のサイクルタイムの目標値を設定するサイクルタイム設定部と、
   前記高速化部による高速化により、前記目標値から前記サイクルタイムを差し引いた値が所定の許容値より大きくなった場合は、各ロボットの状態量に基づいて各ロボットの時系列毎の負荷を計算する負荷計算部と、
   前記負荷計算部が計算した各ロボットの時系列毎の負荷のうち、予め定めた閾値を超える負荷に関連するロボットの動作であって、該動作を低速化すれば負荷が前記閾値以下となる動作を特定し、該動作を低速化するように前記ロボットプログラムを調整する低速化部と、
   を備えるロボットプログラム調整装置。
2. 前記低速化部は、低速化すべきと特定された前記動作を、前記サイクルタイムが前記目標値を超えない範囲で低速化するように前記ロボットプログラムを調整する、請求項１に記載のロボットプログラム調整装置。
3. 前記負荷計算部が計算した各ロボットの時系列毎の負荷のうち、予め定めた閾値未満の負荷に関連するロボットの動作であって、該動作を高速化しても負荷が前記閾値以下となる動作を特定し、該動作を高速化するように前記ロボットプログラムを調整する第２高速化部をさらに有する、請求項１に記載のロボットプログラム調整装置。
4. 前記第２ロボットが、前記第１ロボットとの共有作業領域の境界で停止することなく前記共有作業領域内に進入するように前記第２ロボットの動作を低速化すべく前記ロボットプログラムを調整する第２低速化部をさらに有する、請求項１～３のいずれか１項に記載のロボットプログラム調整装置。
5. 各ロボットの前記状態量は、各ロボットに搭載されたモータの速度、加速度、加加速度、トルク、電流、温度、及びモータ速度指令からの追従誤差のうちいずれか１つ、又は複数の組み合わせからなる、請求項１～４のいずれか１項に記載のロボットプログラム調整装置。

Images