JPH02205490A - 多関節型ロボットの制御方法 - 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、ロボットのアーム先端の保持物の質量の違い
に合わせて自動的に最適な加減速値あるいは動作最高速
度を設定することのできるロボットの制御装置に関する
ものである。

Ｃ従来の技術］ 第６図は従来のロボットの制御装置を示す構成口である
。図において、（１）は水平多関節型のロボット、（２
）はロボット（１）のアーム（３）先端に着脱可能に取
り付けられたハンド、（４）はハンド（２）によって把
持移送されるワーク、（５）はロボット（１）を制御す
るための制御装置、（６）は制御装置（５）に接続され
てロボット（１）のプログラムを行うためのプログラミ
ングユニットである。

次に、上述した従来装置の動作について第７図乃至第９
図を参照しながら説明する。速度ｖＯで動作しているロ
ボット（１）をδを秒後に速度■１にするためには、加
速度ａ。で加速移動させなければならない。逆に、速度
ｖ１で動作しているロボット（１）をδを秒後に速度Ｖ
Ｑにするためには、加速度−ａｏで減速移動させる必要
がある（第７図）。この時に発生する慣性力に比べてモ
ータトルクが小さいと、ロボット本体やロボットのサ−
ボ系に及ぼす負荷が大きすぎて精度の問題や故障の原因
となる。

通常、ロボット（１）で作業を行うときの加減速値は、
ロボット（１）のアーム（３）先端にハンド（２）が取
り付けられているだけの状態と、ハンド（２）でさらに
ワーク（４）を保持している状態での慣性力を考慮した
上で決定される。（一般にアームのイナーシャはその最
大値を考慮して決定されている）即ち加減速値は、ハン
ド（２）とワーク（４）の許容最大質量を予め想定し、
その最大質量に合わせて決められている。

しかしながら、上述のようにして加速値、または減速値
を決めたのでは、軽質量の作業時においても重質量の作
業時と同等の加減速で制御されるために無駄が多く、タ
クトを優先される場合などには問題となってくる。そこ
で従来は、アーム（３）先端の負荷に応じて加減速値を
設定できるようになっており、質量に応じて、オペレー
タがプログラミング（第８図）によって、第９図に示す
如く、軽質量の作業時は短い加減速時間δ１０（軽負荷
）で、重質量の作業時は長い加減速時間δ１．（重負荷
）に設定を行うようにしている。

そして、実際の作業において、マニュアル操作で人が設
定した値を基にロボット（１）の加減速制御が行われる
ようになっている。

ところで、通常、負荷と加減速値の標準値ａｔ＋−ａ１
　（第９図）が設定されており、その範囲内で人による
加減速値の設定が行われるが、軽質量でタクトタイムの
短縮が要求される作業や、重量物を扱う作業においては
、予め決められたいくつかの加減速パターンの中から、
マニュアル操作でハンド（２）およびワーク（３）に合
せて加減速を任意に選択し、プログラム（第８図）中に
書き込むことにより実現されるようになっている。

また、ロボット（１）を動作させるときの最高速度も、
上述した加減速値と同様にロボット（１）の慣性力を考
慮した上で決定される。しかしこの最高速度の場合は、
ハンド（２）とワーク（４）の許容最大質量を予め想定
し、その最大質量に合わせて決められており、軽質量の
作業時においても依然として重質量の作業時と同等の最
高速度で制御されるようになっている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のロボットの制御装置は、以上のように、ロボット
（１）のアーム（３）先端にハンド（２）が取り付けら
れているだけの状態と、ハンド（２）でさらにワーク（
３）を保持している状態の各質量を人が予め計測し、そ
の質量に合わせて、いくつかの加減速パターンの中から
マニュアル操作で加速、減速値を決定しなければならず
、その作業が煩わしいものとなっていた。しかも、予め
設定された質量に対する加減速パターンは、軽負荷ａ２
＋−ａ　・標準負荷ａ　、−ａｌ・重負荷ａ３８ｇの３
パターンとなっているため、それぞれの質量に対する適
切な加減速値が得られないという難点があり、逆に加減
速パターンを増やすとその選択作業がより煩わしいもの
となるという問題があった。また各パターンの加減速値
は、人が任意に設定するため、ロボット自体に過大な負
荷を与え兼ねず、このような場合ロボットの破損事故を
招く虞れがあった。

更に、動作最高速度も、軽質量、重質量物を扱う時、軽
質量物の場合の最高速度を重質量物に従わせなければな
らず、ロボットの能力とタクトタイムでの間で無駄を生
じていた。

なお、ロボットのアーム駆動側基部およびアーム先端側
にそれぞれ加速度センサを取り付けるとともに、アーム
先端部に重錘を設け、この重錘を、アームの運動方向の
加速度の急変時に慣性を相殺する方向に移動することに
より、アームの減衰特性を小さく抑えるようにしたもの
は既に提案されている（特開昭８２−２４９８９号公報
）。

本発明は以上の点に鑑み、ロボットのアーム先端の保持
物の質量を認識して、自動的に最適な加減速値あるいは
動作最高速度値を算出することのできるロボットの制御
装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係るロボットの制御装置は、ロボットアームの
フランジ部とその先端に保持される保持物との中間部位
に設置され、該アーム先端に保持される保持物の力の方
向及び大きさを検出する力センサと、この力センサから
の信号を受けて該力センサ部におけるＸ、Ｙ、Ｚ成分の
力とｘ、ｙ。

２成分のそれぞれを基準とする回転トルクに変換すると
ともに、この力センサの座標系に変換された各成分の力
及びトルクを更にロボットの慣性座標系に座標変換する
演算手段と、この慣性座標系における力の重力成分から
加減速値あるいは動作最高速度値を算出する制御量算出
手段とを備えたものである。

［作用］ 本発明においては、ロボットのアーム先端の保持物の質
量を認識して、自動的に最適な加減速値あるいは動作最
高速度値を算出できるようにしたので、加減速パターン
の設定等の煩わしい作業を行わなくて済むとともに、過
負荷によるロボットの破損事故を未然に防ぐことができ
る。

［実施例］ 以下、従来に、相当する部分には同一符号を付して示す
第１図乃至第５図の一実施例について本発明を説明する
。本実施例のロボットの制御装置はロボット（１）のア
ーム（３）先端、すなわちハンド（２）が取り付けられ
るアタッチメントのフランジ（７）面に、複数の歪ゲー
ジ（本実施例では８個）を用いた力センサ（８）が固定
されており、ハンド（２）は力センサ（８）を介し装着
されるようになっている。力センサ（８）は、ロボット
（１）のアーム（３）先端にハンド（２）が取り付けら
れているだけの状態と、ハンド（２）でさらにワーク（
４）を保持している状態での質量を自動計測し、制御装
置（５）に出力する。制御装置（５）は、力センサ（８
）で計測した値を基にアーム先端に取り付けである負荷
の質量を演算した後、ロボット（１）を動かすための加
減速値を算出する。

これを１３図のブロック図、及び第４図フローチャート
を参照しながら更に詳述すると、ロボット（１）のアー
ム（３）先端に取り付けられた力センサ（８）は、その
内部に８枚の歪ゲージが張り付けられており、その歪ゲ
ージの出力電流をブリッジ回路を組むことにより測定で
きる。測定された歪ゲージの出力値は増幅器（９）で増
幅され、Ａ／Ｄ変換器（ｌＯ）でアナログ出力をデジタ
ル出力に変換後、シリアルインタフェースを通じてロボ
ットコントローラ（１１）内の演算手段すなわちセンサ
処理用プロセッサ（１２）に取り込まれ、センサ処理用
プロセッサ（１２）ではその値を基に力センサ座標系に
おいてのｘ、ｙ、ｚ並進およびｘ、ｙ、ｚ軸回転成分の
力・トルク値に変換する。

この変換式は、 Ｒ１＝ＣＤ・・　　拳＠　　　ΦΦ会・（１）で表され
、 ここで、ＲをＸ、Ｙ、Ｚの力及び回転トルク値（ＩＸ６
行列） （６Ｘ８行列） Ｄを歪ゲージ出力値（８×１行列） Ｒ”　（ｆ’ｘ　、ｆｙ　、ｆｚ　、ｔｘ　、ｔｙ　、
ｔｚ　）Ｃを歪ゲージ出力値から力・トルク変 換を行うための構成行列であるところ のキャリブレーションφマトリックス とすると、上記（１）式は 座標系をＧ′とし、 標系の姿勢１′Ｒを 慣性座標系で表したセンサ座 とすると、 となる。

以上のように、力センサ（８）の歪ゲージ出力値より、
力センサ座標系における力・トルク値を求めることがで
きる。なお、キャリブレーション争マトリックスＣは予
め専用測定器を用いて計測し求めておく。

ここで、負荷重心位置を原点とし、慣性座標系Ｗと平行
な座標系Ｇを考える。重心に働く重力０Ｆｇ＝　（０，
Ｏ，−１ｇ、０．０．０）’　　　　となり、また力セ
ンサ（８）に固定された座標系をＳとし、原点が重心に
一致しかつセンサ座標系Ｓと平行なとなる。

次に、センサ座標系Ｓで表した座標系Ｇ′の位置Ｐを センサ座標系Ｓと座標系Ｇ′の姿勢は一致しているので
、座標系Ｇ′から見たセンサ座標系Ｓの位置　　Ｐ８　
は となる。

よって、 計測された力・ トルクと上記関係より となる。

となる。

これにより、負荷質１１ｍの解が求まるようにロボット
の姿勢を変化させ、力センサ（８）の姿勢を決定し、そ
の時の力センサ出力値より得られる力トルク値（ｆ’ｘ
　、「ｙ　、ｆ’ｚ、ｔｘ　、Ｌｙ　、ｔｚ　）と、慣
性座標系で表したセンサ座標系の姿勢（ｎ、ｏ。

ｚ ａ　）より、上記計算式を用いて重心位置ｌｘ　。

１．１　　を算出して決定し、これによって負荷ｚ 質量ｍを求める。

そして、この負荷質ｊ１ｍとして求められた値を基にロ
ボットコントローラ（１１）内の制御量算出手段（１３
）では加減速値を演算し、最適な加減速値を算出する。

また、動作の最高速度値も上述したと同様に、ロボット
（１）のアーム（３）先端に取り付けられているハンド
（２）、及びワーク（４）の質量を求め、それにより最
適最高速度を算出する。

このようにして求められた加減速値、最高速度値の自動
設定は、第５図の如く、プログラムで記述することで行
われ、記述しないときは加減速値、最高速度値の自動設
定は行われない。

なお、上述の実施例では本発明を水平多関節型ロボット
の制御に用いたものを示したが、これに限らず、他の型
式のロボットやオートツールチェンジャを有した工作機
械の加減速制御装置、物を保持し、移動する加速度制御
装置等にも本発明を適用できることは言うまでもない。

［発明の効果コ 以上述べたように、本発明によれば、ロボットのアーム
先端の保持物の質量を認識して、自動的に最適な加減速
値あるいは動作最高速度値を算出できるようにしたので
、加減速パターンの設定等の煩わしい作業を行わなくて
済むとともに、過負荷によるロボットの破損事故を未然
に防ぐことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るロボットの制御装置の一実施例を
示す全体構成図、第２図は力センサ座標系と慣性座標系
の関係を説明するためのハンド装着部の斜視図、第３図
は第１図のロボット制御部のブロック図、第４図はその
動作を示すフローチャート、第５図はその動作を説明す
るためのプログラム例を示す図、第６図は従来のロボッ
トの制御装置を示す第１図相当図、第７図はその加減速
動作の説明図、第８図はその動作を説明するためのプロ
グラム例を示す図、第９図は加減速パターンの説明図で
ある。 図において、（１）はロボット、（２）はノーンド（保
持物）（３）はアーム（保持物）　、（４）はワーク、
（８）力センサ、（１１）はロボットコントローラ、（
１２）はセンサ処理用プロセッサ（演算手段）　、（１
３）は制御量算出手段である。 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 錦１図 １：口旅ソト ２：ハンド（禅ＨＪ） ３：７−ム（イ呆特１）８：力乞ンサ ４：ワーク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ロボットアームのフランジ部とその先端に保持される保
   持物との中間部位に設置され、該アーム先端に保持され
   る保持物の力の方向及び大きさを検出する力センサと、
   この力センサからの信号を受けて該力センサ部における
   Ｘ，Ｙ，Ｚ成分の力とＸ，Ｙ，Ｚ成分のそれぞれを基準
   とする回転トルクに変換するとともに、この力センサの
   座標系に変換された各成分の力及びトルクを更にロボッ
   トの慣性座標系に座標変換する演算手段と、この慣性座
   標系における力の重力成分から加減速値あるいは動作最
   高速度値を算出する制御量算出手段とを備えることを特
   徴とするロボットの制御装置。