JPH02274486A - 共用外部軸を有するロボットシステム - 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、大型ワークを複数台のロボットで同期して作
業させる場合の、特に連続軌跡が要求されるアーク溶接
ロボットに関するものである。

（従来の技術） 大型ワークを溶接する場合、ワーク上方からロボットア
ームを吊り下げた構造とするが、ワーク表面を大きく覆
うことができて有利である。この門型構造物にロボット
アームが１台吊り下がっている場合は何等問題ない１が
、システムとしての施工効率を向上しようとすると、複
数台吊り下げなければならない。

門型構造物に単に吊り下げるだけでなく、ロボットアー
ム１台の施工可能範囲を向上する意味で。

門型構造物に直交移動軸を固定し、その移動軸にロボッ
トアームを吊り下げる構造が一般的である。

このようにすると、門型構造物にロボットを２台吊り下
げた場合、例えば第１図に示す例では全体で１７軸とな
る。同図において、１は移動装置（Ｉ）の移動軸、２，
３は移動軸１に取り付けられている移動軸で、４は共用
外部軸を有するロボットシステムのアームである。２’
、３’、４’は２，３゜４と同一のものである。

移動軸がない場合でも、門型構造物を１軸として１３軸
となる。ところで、軸数の多いことはここでは直接的な
問題ではない。２台のロボットが１つの共通な移動可能
な軸に吊り下がっていることが問題である。

さて、このようなシステムの制御方法であるが。

（イ）全体を１つの制御装置で同時制御する。

（ロ）　アームと個々の移動軸を含むロボットを２台の
制御装置で制御し、門型移動軸は別制御装置とする。

（ハ）　アームは各々異なる２つの制御装置で制御し、
門型移動軸を含むその他の軸はまとめて１つの制御装置
とする。

（ニ）移動軸とアームを一緒に制御する２つの制御装置
からなり、門型移動軸の制御はどちらかの制御装置に含
める。

ものが考えられる。全１７軸制御のような特殊な場合を
除けば、ロボットアームの制御装置は一般的なものが既
に存在しているのであるから、それを利用する（口）ま
たは（ハ）が従来採用されていた。

（発明が解決しようとする課題） 一ヒ記３台の制御装置を用いる方法は、費用的に高くつ
くのに対して制御面では利点がない。すなわち、システ
ムを全体として動作させようとする時、各々の制御装置
間の同期が困難である。マスタークロックを用いて３台
の制御装置を動作させると可能であるが、これでは（イ
）の方法と何ら変わることがない。この場合、１台のロ
ボットの動作を修正するともう一方の動作にも影響する
。

ところで、１台のロボットの施工結果は問題ないが、も
う１台のロボットはワークの都合上で修正したい場合が
考えられる。これは極めてよく起こり得る問題であり、
これに柔軟に対処するには、ロボット毎に独立した制御
となっているのが望ましい。すなわち、（イ）では汎用
性に欠け、しかも柔軟性に欠ける。ここで考えているロ
ボットシステムは、全体で１つの動作を行う面と、個々
に動作したい場合とが実使用上混在するものである。

（ニ）は（ロ）、（ハ）に比べて制御装置が１台少ない
分だけ優れているが、２つの制御装置が非対称である。

すなわち、第２図に示すように、一方の制御装置５は門
型移動軸１を制御するのでサーボアンプ６を９個もって
いるが、もう一方の制御装置５′はサーボアンプ６′を
８個しかもっていない。

全体として相互に関連した動作をさせる場合、ロボット
アームにとっては、門型移動装置で自身が運ばれるのに
、それが判らないのは極めて都合が悪い欠点があった。

本発明の目的は、従来の欠点を解消し、ロボットアーム
を動作させる制御装置も門型移動装置の位置データをも
つようにするロボットシステムを提供することである。

（課題を解決するための手段） 本発明の共用外部軸を有するロボットシステムについて
は、門型の移動装置（１）と、この移動装置（１）に付
随し、移動装置（１）の移動方向と直交する水平な移動
方向をもつ２つの移動装置ｔ（ＩＩ）と、この移動装置
（ＩＩ）の各々に付随し、移動装置（１）と移動装置Ｉ
（ＩＩ）の２つに直交する垂直な移動方向をもつ２つの
移動装置（ＩＩＩ）と、この移動装ｆｆ（ｍ）　’の各
々に付随する多関節型ロボットアーム（ＩＶ）とからな
るロボット機械部分と、移動装置（りと移動装［（Ｉｆ
）と移動装置（Ｉｎ）と多関節型ロボットアーム（ＩＶ
）を同時に制御する制御装置（Ａ）と、移動装置（ｒｌ
）と移動装置（［）と多関節型ロボットアーム（ＴＶ）
を同時に制御する制御装置ｔ（Ｂ）とからなるものであ
り、制御装！ＩＣＢ）は、門型の移動装置（１）の位置
データを有し、位置計算とパルス分配を行い、フィード
バックパルスを疑似的に生成させるが、サーボ駆動部を
有しないものである。

（作　用） ロボットアーム４′と制御装置も移動軸のデータをもち
、全体で９軸の位置計算を行うのであるから、全体のど
の辺りに位置するのかは判断できる。フィードバック遅
れも充分シミュレーション可能であるから、ロボットア
ーム４と４′との差は両制御装置のクロックの差による
ものだけであり、事実上問題は解消される。

（実施例） 本発明の実施例を、第１図ないし第７図に基づいて説明
する。

本発明のロボットシステムは従来の技術において説明し
た第１図に示すものを、制御装置は発明が解決しようと
する課題において説明した第２図のものを考える。２つ
の制御装置は非対称の形をしている。第３図は、サーボ
モータの制御の仕方を説明するものである。同図におい
て、「位置計算」は、全体として動くべき軌跡から各軸
のモータの動くべき量を求めるものである。ここで求め
られた各軸あたりの移動量は、ｒパルス分配Ｊにより各
モータのパルス量として分配される。

位置と速度を同時に制御する手段として、二二では偏差
カウンタ方式を採用する。次の説明で明らかとなるが、
偏差カウンタ方式であることは本質的ではなく、位置の
フィードバックがあって、そのシミュレーションを行う
ことが要点である。

第３図において１分配されたパルスは偏差カウンタ３１
に送られる。分配パルスが蓄積されると。

その量に比例した指示がサーボアンプ３２へ与えられて
、モータＭは回転する。モータＭが回転すれば、回転量
に応じたパルスがパルス発生部ＲＥで発生され、これは
偏差カウンタ３１に接続され、その内容を減らす、偏差
カウンタ３１．サーボアンプ３２、モータＭ、パルス発
生部ＲＥは軸の数だけ必要であるが、第３図では省略し
である。

第４図でダミー処理について説明する。第３図との違い
はシミュレータ３３である。シミュレータ３３には分配
されたパルスが入力され、その出力は第３図に示したパ
ルス発生部ＲＥの出力と同一の機能を有する。すなわち
、シミュレータ３３は、移動に指示が与えられてからモ
ータが実際に回転しても、その回転量を帰すまでを計算
機上で模擬的に実現するものである。具体的には、負荷
付きのサーボモータの伝達函数をサンプリング時間毎に
処理すればよく、この技術は公知で広く知られているも
のである。

以上のことから、サーボアンプ、サーボモータをもたな
くても、位置とパルスの計算は全く同様に処理して問題
ないことがわかった６次に、このようにダミーの位置デ
ータをもつことによる有効さの例として、「基準３点に
よるワークの立体的回転平行移動」を考える。これは、
ワークの設置のずれを補正するものである。すなわち、
予め与えられているワークの形状は変化しないが、空間
的に平行または回転させられているとする。立体的物体
は適当に定められる３点により、その物体に固定の座標
系が定義できる。予め定められているワークの３点を実
際に設置されているワークから求めることで、その場合
のワークに固定の座標系が定まる。互いの座標系を比較
することでワークの平行移動量２回転移動量が求められ
るから、予め与えられていたワークのデータを平行１回
転移動によって実際に設置されているワークのものに変
換できる。このようなワークのデータの補正は、単独の
ロボットアームにとっては公知の手段である。

以上のような［基準３点によるワークの立体的回転平行
・移動」を本実施例のロボットシステムに適用すること
を検討する。典形的なワークとして、単純化された形状
の２つの長方形を考える。すなわち、第５図（Ａ）であ
る。同図において、ワーク７は第１図で示すロボットア
ーム４が施工して、ワーク８はロボットアーム４′が施
工するとする。

長いワークであるから、移動装置（１）の移動軸１も動
作する。移動軸１の動きを除けば、ワークは第５図（Ｂ
）に示すように圧縮されたものとなる。

９は移動軸１の移動方向を示す、ワーク７がワーク１０
、ワーク８がワーク１１のようになる。以下は長方形の
１つ、ワーク１１だけを取り出して、ロボットアームは
４′を、制御装置は第２図に示した５′を考える。

第６図は、ワークの設置誤差と必要なデータの形を示す
ものである。同図において、１２は正規の位置に設置さ
れているワークである。制御装置５′は移動装置（１）
のデータをもたないとすれば、第６図のワーク１３のイ
メージのワークデータをもつ。これに移動装置（１）の
移動が加算されて、結果としてワーク１２の形ができあ
がる。ところが、ワークはワーク１４のように設置され
たとする。この時、移動袋ｆｉ！（１）の動作と合成さ
れ、結果としてワーク１４となるためにはワーク１５の
ような形状データが必要であるが、明らかにワーク１２
を平行回転移動させてワーク１４を得ることができても
。

ワーク１３を平行回転移動させてワーク１５を得ること
はできない。これは、制御装置５′が移動装置（１）の
データをもたないとしたからである。

第７図は１本発明により物理的に軸をもたない場合でも
ワークの平行回転移動が実現されることを示すものであ
る。物理的にサーボアンプ、サーボモータがなくても、
移動装置（１）のデータをもつとする。この時、ワーク
１３から移動装置（１）のデータによりワーク１４が得
られ、点１６．１７．１８を変換の基準点とすれば、こ
れらが点１９．２０．２１に対応することからワーク１
４が得られる。ワーク１４から移動装置（１）のデータ
を除くと、第６図で求めたかったワーク１５が得られる
０以上のことから、座標変換によるワークの設置誤差の
補正が可能なことがわかった。実際は、ワークの位置を
定める制御装置の移動軸は、第２図かられかるように９
軸であり、３次元形状からは一意には定められない。移
動装置Ｆ（１）の方向のデータは一意に定まるので、残
りの移動軸についての問題である。これは、補正をアー
ムで行うのか、あるいは第１図で示した移動軸２，３で
示される外部の移動軸で行うのか、予め選択して定めて
おけばよく、実用上全く問題はない。

（発明の効果） 本発明によれば、１つの門型構造物に複数台のロボット
が吊り下がる構造は、大型ワークの施工にとって望まし
い構成である。また、そのロボットシステムの制御には
、補助的外部軸を制御できるロボットアーム制御装置が
個々のロボットアームを制御するのが望ましい、このよ
うに構成した場合、門型の移動軸の制御には、上記のロ
ボットアーム制御装置の内の一つで行うのが原価からも
システムの簡潔さからも望ましい。

ところが、データが非対称となるような場合。

物理的に存在しない軸のデータをもって、サーボアンプ
とサーボモータをシミュレータで計算機上に構成するこ
とで１次のことが可能になる。

（１）制御装置間の基準クロックのばらつきの範囲内で
動作の同期をとることができる。

（２）２つのロボットアームが連動して施工する必要の
ある大型ワークの設置誤差を吸収することができる。

これらにより、その実用上の効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が対象とするロボットシステムの斜視図
、第２図は制御装置とロボットと移動装置の軸の関係を
模式的に示す図、第３図は通常のサーボモータの制御を
概念的に示す図、第４図は本発明で与えられるダミーの
パルス処理を示す図。 第５図は本発明で解決される問題点を示す図、第６図は
ワークの設置誤差と必要なデータの形を示す図５第７図
は本発明により物理的に軸をもたない場合でもワークの
平行回転移動が実現されることを示す図である。 １．２．２’、３．３’・・・移動軸、　４゜４′・・
・ロボットアーム、　５，５′・・・制御装置、６．６
’・・・サーボアンプ、　　７，８゜１０、１１．１２
．１３．１４．１５・・・ワーク、　　９・・・移動方
向、　１６．１７．１８．１９．２０．２１・・・基準
点。 特許出願人　松下電器産業株式会社 代　理　人　　　星　　野　　恒　　司　　　；第１図 １．２．２’、３．３″−移◆７１軸 ４．４°−−一ロ木、ゾトアー人 第３図 第４図 第２図 ５．５’−−一制シ式ｉｆｌ呆Ｌ１−１６ローーーリー
ホ゛ア、ア 第５図 ７、　８−一−ワーク ９−　移動３旬 １０．１１−−−ワーク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）門型の移動装置（ I ）と、前記移動装置（ I ）
   に付随し、前記移動装置（ I ）の移動方向と直交する
   水平な移動方向をもつ２つの移動装置（II）と、前記移
   動装置（II）の各々に付随し、前記移動装置（ I ）と
   移動装置（II）の２つに直交する垂直な移動方向をもつ
   ２つの移動装置（III）と、前記移動装置（III）の各々
   に付随する多関節型ロボットアーム（IV）とからなるロ
   ボット機械部分と、前記移動装置（ I ）と前記移動装
   置（II）と前記移動装置（III）と前記多関節型ロボッ
   トアーム（IV）を同時に制御する制御装置（Ａ）と、前
   記移動装置（II）と前記移動装置（III）と前記多関節
   型ロボットアーム（IV）を同時に制御する制御装置（Ｂ
   ）とからなることを特徴とする共用外部軸を有するロボ
   ットシステム。
2. （２）制御装置（Ｂ）は、門型の移動装置（ I ）の位
   置データを有し、位置計算とパルス分配を行い、フィー
   ドバックパルスを疑似的に生成させるが、サーボ駆動部
   を有しない請求項（１）記載の共用外部軸を有するロボ
   ットシステム。