JPH01156804A - 産業用関接型ロボットにおける教示・再生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、産業用ロボットの操作教示と再生の方法に関
し、特に産業用関節型ロボットの教示・再生方法に関す
る。

〔従来技術〕

産業用関節型ロボットは、モータの駆動によって関節回
りに動作するロボットアームと、そのロボットアームの
先に設けられたロボット手首が同じくモータ駆動により
旋回、上下動等の動作を行うことにより、所望のロボッ
ト動作を行うものであり、通常は２以上のロボットアー
ムの先にロボット手首を有し、そのロボット手首の先端
にグリッパ、作業工具等のエンドエフェクタを備えてい
る。そして、このような産業用関節型ロボットの操作は
、ロボット制御装置に接続された教示操作盤を用いてロ
ボットを手動で動作させて動作点の位置情報やそこでの
作業内容をロボット制御装置の記憶部に格納させる教示
過程と、教示操作盤のデイスプレィ装置等を用いて上記
記憶部に格納された教示データを呼出して変更等を加え
る編集過程と、教示・格納された作業内容や変更された
作業内容を再生してロボットを自動運転させる再生過程
とからなる。

このような産業用関節型ロボットの自動運転時に番ネ、
モータ駆動によりロボットアームやロボット手首が自動
的に教示内容に従って、先端を目的位置に位置決めし、
所望の作業を遂行するが、ロボットに掛かる負荷重量、
負荷イナーシャが大きいと、加速度条件や速度条件に依
っては、動作時におけるモータの負荷が、その定格出力
を逸脱することがあり、このために、負荷条件の最悪状
態を考慮してモータの速度、加速度条件を設定すること
により、安全の確保を図るようにしていた。

〔発明が解決すべき問題点〕

然しなから、上述の方法では、モータ能力を有効に利用
していないロボット動作が生じて、ロボット作業の効率
が悪く、動作タイムサイクルの短縮が不可能であると言
う不都合がある。このような不都合を解消すべく、関節
駆動モータの動作領域を幾つかに分割し、動作に対応し
て移動時間を最短にする加速度、速度をテーブル化して
予め準備し、このときに、負荷重量や負荷イナーシャを
考慮して一定の演算式により、最適の加速度、速度を選
択・設定する演算手段を内蔵させたロボット制御装置も
提供されているが、負荷重量や負荷イナーシャ等の条件
をプログラムの教示段階、編集段階、再生段階の各々の
過程で作業者が確実に設定または、設定の確認を行える
ようにして、安全性の一層の向上を図れるようにするこ
とが要請され、また、手首モータに掛かる実際の負荷イ
ナーシャを作業者が意識的に設定し、確認することによ
り、最適のサーボゲインの設定とその確認が行えること
が要請されている。依って、本発明はこのような要請に
応えることのできる産業用関節型ロボットにおける教示
・再生方法を提供せんとするものである。

〔解決手段と作用〕

上述の問題点に鑑みて、本発明は、関節駆動モータによ
り夫々のロボットアームを駆動してロボット先端を所望
の目的位置に移動、位置決めし、手首モータによりロボ
ット手首部を駆動して該ロボット先端によるロボット作
業を行う産業用関節型ロボットの操作教示・再生方法に
おいて、前記関節駆動モータに就いて、動作領域に対応
した速度値、加速度値を定めるテーブルを、負荷ｖＬ量
の大小に応じて予め複数準備し、また、前記手首モータ
に就いて、予め定めた最大負荷イナーシャと対応したサ
ーボゲイン値を予め記憶し、始点、終点間の一連のロボ
ット動作を教示する教示プログラムの登録時に負荷重量
と負荷イナーシアとを目視・設定する工程を設け、その
設定された負荷重量に対応した前記関節駆動モータの速
度値、加速度値を前記テーブルから自動選択・設定され
るようにすると共に設定された負荷イナーシャに対応し
た前記手首モータのサーボゲイン値が自動設定されるよ
うにしたことを特徴とする産業用関節型ロボットにおけ
る教示・再生方法を提供し、作業者が意識的にプログラ
ムの教示過程、プログラムの編集過程、プログラムの再
生過程で、負荷条件の確実な設定と、その設定の確認を
も行えるようにしたものである。以下、本発明を添付図
面に示す実施例に基づいて、更に詳細に説明する。

〔実施例〕

第１図は、本発明による産業用関節型ロボットにおける
教示・再生方法が有効に適用される１例としての水平関
節型ロボットの全体構成を示したブロック図である。同
第１図に示す水平関節型ロボットは、基台１０の頂部に
おいて軸線θの回りに旋回可能に設けられた第１の水平
腕１２と、この第１の水平腕１２の先端において軸線Ｕ
の回りに旋回可能な第２の水平腕１４とを有し、この第
２の水平腕１４の先端には縦軸線αの回りに旋回可能に
、かつ、上下方向Ｚに移動・変位可能なロボット手首１
６が備えられている。第１、第２の水平腕１２．１４の
旋回を駆動する関節駆動モータＭθ、ＭＵは、例えば周
知のダイレクトドライブモータにより形成されて基台１
０の底部と第１水平腕１２の先端に設けられており、第
１の水平腕１２は、軸線θの回りに、例えば旋回範囲３
００゜（±１５０’）を有し、他方、第２の水平腕１４
は、軸線Ｕの回りに２７０’　　（±１３・５°）の旋
回範囲を有している。

他方、ロボット手首１６は、周知の交流サーボモータに
より形成された手首駆動モータＭα、ＭＺにより駆動さ
れる構成を有している。ロボット手首１６の先端には、
ハンド等のエンドエフェクタが装着される。

さて、この水平関節型ロボットの動作を制御するロボッ
ト制御装置２０は、中央制御処理手段を成すＣＰＵ２２
を有し、二〇ＣＰＵ２２にバス２３で結合されたＲＯＭ
２４、ＲＡＭ２６、液晶デイスプレィ等の目視表示部を
有した教示操作盤２８、操作盤３０、入出力回路３２、
軸制御ユニット３４等が具備されている。ＲＯＭ２４に
はＣＰＵ２２が実行する処理作用に必要な各種のプログ
ラムが格納され、叉、本発明に係る後述の速度値や加速
度値のテーブル化したデータ、負荷イナーシャに応じた
サーボゲインの値等が予め格納されている。また、ＲＡ
Ｍ２６には教示操作盤２８や操作盤３０から入力される
教示データ、操作盤３０から入力される各種設定データ
、ＣＰＵ２２が行った演算結果等の制御処理データを格
納されるように成っている。教示操作盤２８は、ロボッ
トに対する教示、編集、確認等の諸操作に必要な数値表
示用の上記目視表示部、ランプ、操作ボタン、ファンク
ションキー等を備えている。操作盤３０は、所望のロボ
ット操作を制御し、実行させるための操作ボタン等を有
している。入出力回路３２はロボットに設けられた各種
センサ等と制御信号の授受を行う回路である。軸制御ユ
ニット３４は、前述した関ｉｔｙ駆動モータＭθ、ＭＵ
、手首駆動モータＭα、ＭＺの駆動作用をサーボ制御す
るサーボシステム、特に、ディジタルサーボシステムを
有した装置である。この軸制御ユニット３４は教示され
たプログラムに従って各軸θ、Ｕ、α、Ｚの位置指令デ
ータを入力されると、その入力に対応したモータ駆動ト
ルクを発生させる電気出力を各サーボアンプ３６から対
応の各駆動モータＭθ等に送出するものである。このと
き、関節駆動モータＭθ、ＭＵにおいては、ロボット先
端に掛かる負荷重量と負荷イナーシャとの変化に対応し
た加速度、最高速度により関節軸θ、Ｕの回りの旋回駆
動を実現する時定数が、それぞれのモータのサーボシス
テムに設定される必要があり、また、手首駆動モータＭ
α、ＭＺにおいては、ロボット先端に掛かる負荷イナー
シャの変化に対応して、動作の安定性と、動作サイクル
の短縮による効率の向上と言う互いに相反する２条件を
満たす軸動作が遂行される必要があり、従って、負荷イ
ナーシャの変化に応じたサーボゲインの設定が重要とな
る。

このような必要を満たすべく、本発明の教示・再生方法
によると、先ず、ＲＯＭ２４内には、予め関節駆動モー
タＭｅ、ＭＵに関して加速度、最高速度に関するテーブ
ルが、負荷重量の幾つかのレンジ毎に、かつ、両モータ
の動作範囲に対応させて格納される。即ち、前述のよう
に関節駆動モータＭθ、ＭＵが、前者は（±１５０°）
の動作範囲を有し、後者が（±１３５°）の動作範囲を
１例として持つものとすると、第１、第２の水平腕１２
．１４が教示プログラムに従って、ロボット先端を成る
始点から終点へ移動・位置決めするためには、第１の水
平腕１２が所要の旋回動作を行い、第２の水平腕１４が
、その第１の水平腕１２が行った所要旋回動作量に対し
て始点から終点まで旋回変位をし、両者の重畳により達
成されることになるから、第１の水平腕１２の旋回動作
量ないし動作領域Δθを数分割して、例えばＯ〜３０″
、３０＠〜６０＠、６０″′〜９０″′、９０″〜１２
０°、１２０°〜１５００に対する第２の水平腕１４の
旋回変位量（旋回開始位置から旋回終了位置まで）に応
じて加速度値と最高速度値とのテーブルが予め準備され
、しかも負荷重量に応じて、複数種類のテーブルが準備
されて、ＲＯＭ２４に格納される。また、同ＲＯＭ２４
には負荷イナーシャに応じて適正に予め選定されたサー
ボゲインが格納される。そして、これらのテーブル内の
加速度値、最高速度値、サーボゲインは、本発明による
と、教示操作盤２８を用いて作業者が各操作プログラム
を登録したり、編集したり、確認したりする過程におい
て負荷重量、負荷イナーシャを同時に選択・設定すると
、その設定負荷重量、設定負荷イナーシャは一旦、ＲＡ
Ｍ２６に記録されるから、その記録された設定負荷重量
、設定負荷イナーシャに応じてＣＰＵ２２の制御の下に
テーブルから選択され、また格納されたサーボ−ゲイン
から選択されてバス２３を介して軸制御ユニット３４へ
設定されるようになっている。

第２図は、ＲＯＭ２４内に上記テーブルとサーボゲイン
データが格納されている様子を示した図である。また、
第３図は、上記テーブルの一部を拡大図示したものであ
り、負荷重量が例えば、０〜２Ｋｇの場合に就き、Δθ
の複数の動作領域に対応して複数のテーブルが準備され
ている様子が理解できよう。同じく、負荷重量が２〜４
Ｋｇの場合、４〜６Ｋｇの場合等に就き、夫々テーブル
が準備される。勿論、これらの負荷重量に関する数値デ
ータは単なる１例であり、関節駆動モータの容量等に応
じて種々、適正な負荷重量レンジが選定されることは言
うまでもない。同じく、負荷イナーシ＋０．００〜０．
２０Ｋｇ−Ｃｍ−５ｅＣ”の数値に就いても、単に１例
を示したに過ぎない。

さて、次に本発明により、負荷重量、負荷イナーシャを
ロボット動作のプログラムの教示過程、編集過程、再生
前の準備過程において、設定する方法に就いて説明する
。

負荷重量、負荷イナーシャは、教示操作盤２日（第１図
）において、プログラムの教示、編集、確認等の諸操作
と共に作業者による確実な設定操作を経て設定されるよ
うに構成されている。そのために、教示操作盤２８のデ
イスプレィ画面には位置データに関する設定画面に先行
して例えば、第１頁目に負荷条件の設定を実行する画面
が表示され、作業者はこれを目視しながら、各プログラ
ムについて、そのプログラムの実行過程で予想される最
大荷重条件を考慮した負荷条件の設定を行うことができ
るのである。

第４図は、教示操作盤２８のデイスプレィの画面に表示
された第１頁、第２頁を示しており、第１頁目が上述の
うよに負荷条件の設定を実行する画面である。

ここで、負荷条件、つまり、負荷重量と負荷イナーシャ
とは、教示過程におけるロボット操作用プログラムの登
録時、登録されたプログラムを呼出して編集を行う編集
時、登録又は編集後のプログラムに従って再生（プレイ
バック）を行うスタート前の時点にプログラムを呼出し
て確認するときの各時点において、設定操作を作業者が
遂行し得るようになっており、負荷条件の数値の設定は
教示操作盤２８上のソフトウェアキーにおける該当の数
値に対応したキーを押動することにより、設定可能にな
っている。

第５図は、登録時における第４図の第１頁目の画面を示
したもので、ソフトウェアキーＦ１〜Ｆ５（１例であり
、設定負荷重量値の分類数やサーボゲイン値の数に応じ
てキー数は増減する。）を操作すると、点滅している設
定欄に負荷重量値と負荷イナーシャ値とを設定、書き込
み可能に成っている。なお、登録時に過って設定が行わ
れることなく、通過したときは、再生前に設定がなされ
た否かの確認画面が表示されるが、その時にも見過ごさ
れたときには、再生開始時に負荷重量値は予測される最
大値が予め自動設定される。

編集時には、既に設定された負荷条件があれば、その設
定値でプログラムが実行されて良いか否かを確認する確
認画面が呼び出され、確認されたときは、確認画面が表
示され（第７図）、既に設定されていた負荷条件がその
まま用いられる。叉、確認されないままに通過したとき
は、再生過程に入って確認のための呼出しが行われたと
きに未確認のアラーム画面が表示される（第８図）。

また、編集時にプログラムを呼び出したとき、そのプロ
グラムに関する負荷条件が未設定となっていたときは、
画面の負荷条件欄に点滅がなされており、その時点でソ
フトウェアキーにより設定を行うことができる。ここで
も、設定操作が徒過されたときは、再生過程の開始時点
に負荷条件は最大値に自動設定される。

再生過程の開始に先立って確認のための呼出しがおこな
われると、教示操作盤２８のデイスプレィ上には「負荷
条件を確認して下さい１のメツセージと共に設定値が点
滅してその値が適正値か、否かの確認を行うことができ
る。この確認画面が第６図にしめされている。この時点
で確認操作を徒過すると、再生開始時に、そのプログラ
ムに就いて、負荷条件の未確認を警告するアラーム画面
が表示される（第８図）。

また、未設定のときには、その時点で負荷条件の設定を
行うことが可能であり、それをも、徒過したときは、再
生過程の開始時に自動的に最大負荷条件が設定されてロ
ボット操作のプログラムが実行されることになる。

なお、ロボット操作のプログラムを教示過程や再生過程
で、教示操作盤２８に始めて電源を投入した時点では、
負荷条件の最大値が自動設定されることにより、ロボッ
トの急激な作動による事故等の発生防止されるようにし
ている。

以上、本発明を特定の水平関節型ロボットを例にして説
明したが、本発明による教示・再生方法は、負荷条件に
より、ロボット可動部の駆動モータに許容値以上の負荷
が掛かる危惧の有る種々の関節型ロボットに等しく適用
可能であり、ロボットアームが水平面内で移動するロボ
ットばかりでなく、３次元自由空間内で移動自由度を有
した多段式関節型ロボットに就いても、本発明の技術思
想の範囲内で当業者が、適正に改変、変更することで、
本発明の教示・再生方法を適用することができる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明に係る産業用関
節型ロボットにおける教示・再生方法によれば、ロボッ
トの操作に必要なプログラムの教示、編集、再生確認の
時点に関節駆動モータ、手首駆動モータに係る負荷条件
を、一連のロボット操作を含んだ各プログラム毎に、そ
のプログラム中における負荷条件の変化を考慮して、そ
の中から最大の負荷条件を設定し、ロボット動作の最高
速度、加速度、サーボゲインを予め実験的に定めたテー
ブルや記憶値から選定し、その条件下が動作するように
したから、ロボット操作における安全性が一段と向上す
ると共にプログラムの実行サイクルタイムを可及的に短
縮して能率の良いロボット動作を遂行せしめ得ることが
できると言う効果を奏するのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による産業用関節型ロボットにおける
教示・再生方法が有効に適用される１例としての水平関
節型ロボットの全体構成を示したブロック図、第２図は
、ロボット制御装置、のＲＯＭ内に速度・加速度テーブ
ルとサーボゲインデータが格納されている様子を示した
図、第３図は、上記テーブルの一部を拡大した説明図、
第４図は教示操作盤のデイスプレィに目視可能に表示さ
れる設定画面の第１、第２頁目の図、第５図は、負荷条
件設定画面を示した図、第６図は負荷条件の確認画面を
示した図、第７図は確認画面の図、第８図は、負荷条件
未確認を警告するアラーム表示画面の図。 １２・・・第１の水平腕、 １４・・・第２の水平腕、 １６・・・ロボット手首、 ２０・・・ロボット制御装置、 ２２・・・ＣＰＵ。 ２４・・・ＲＯＭ、 ２６・・・ＲＡＭ、 ２８・・・教示操作盤、 Ｍθ、ＭＵ・・・関節駆動モータ、 ＭＵ、ＭＺ・・・手首駆動モータ。 第２図 ζ０ へ音−ノ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、関節駆動モータにより夫々のロボットアームを駆動
   してロボット先端を所望の目的位置に移動、位置決めし
   、手首モータによりロボット手首部を駆動して該ロボッ
   ト先端によるロボット作業を行う産業用関節型ロボット
   の操作教示・再生方法において、前記関節駆動モータに
   ついて、動作領域に対応した速度値、加速度値を定める
   テーブルを負荷重量の大小に応じて予め複数準備し、ま
   た、前記手首モータについて、予め定めた最大負荷イナ
   ーシャと対応したサーボゲイン値を予め記憶し、始点、
   終点間の一連のロボット動作を教示する教示プログラム
   の登録時に負荷重量と負荷イナーシャとを設定する工程
   を設け、その設定された負荷重量に対応した前記関節駆
   動モータの速度値、加速度値を前記テーブルから自動選
   択・設定されるようにすると共に設定された負荷イナー
   シャに対応した前記手首モータのサーボゲイン値が自動
   設定されるようにしたことを特徴とする産業用関節型ロ
   ボットにおける教示・再生方法。 ２、前記一連のロボット動作を含んだ教示プログラムの
   編集呼出し又は再生呼出し時に少なくとも前記負荷重量
   の設定を確認する工程を具備した特許請求の範囲１、に
   記載の産業用関節型ロボットにおける教示・再生方法。 ３、前記教示プログラムの編集呼出し又は再生呼出し時
   に前記の確認工程が徒過されたときは、該教示プログラ
   ムの再生開始時に前記テーブル内の最大負荷重量、最大
   負荷イナーシャに対応した速度、加速度値が設定される
   ようにした特許請求の範囲２、に記載の産業用関節型ロ
   ボットにおける教示・再生方法。 ４、前記教示プログラムの登録時、編集呼出し又は再生
   呼出し時に前記負荷重量と負荷イナーシャとが未設定の
   ときは、設定を促す表示が行われるようにした特許請求
   の範囲１、または２、に記載の産業用関節型ロボットに
   おける教示・再生方法。