JPH0241880A - 産業用ロボットの位置決め精度補償方法と装置 - 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、産業用ロボットの位置決め精度における温度
の影響を補償して高位置決め精度を得るようにする産業
用ロボットの位置決めにおける温度補償方法と装置とに
関する。

〔従来の技術〕

一般に産業用ロボットは、ロボットの動作プログラムを
格納すると共にその動作プログラムに従って指令を発す
るロボット制御装置と、そのロボット制御装置の指令に
従って作動する駆動源の駆動により、動作プログラムに
従う所望のロボット動作を遂行するロボット可動機構部
とを有し、肖該ロボット可動機構部は、ロボットの旋回
胴、ロボット腕、ロボット手首、及びエンドエフェクタ
としてのロボットハンド等から構成されている。

産業用ロボットの駆動源は多くは駆動モータ、特に電動
モータから形成されることが一般であり、電動モータの
場合は、作動に応じて熱を発生する。

そして、このようなモータ発生熱は、ロボットの可動機
構部に伝達することにより、ロボットの作業現場におけ
る温度変化と共にロボット可動機構部の伸び等の熱変形
の原因となり、ロボット最先端、つまり、エンドエフェ
クタの最先端における位置決め精度に影響を与える。特
に、最近の直接駆動型モータを駆動源としてロボットの
可動機構部、特に多関節ロボット腕を駆動して所望のロ
ボット動作を得る型の産業用ロボットでは、直接駆動モ
ータ（以下、ＤＤモータ）の発生熱に対し、ロボット腕
の熱容量が比較的小さいためにモータ発生熱の影響が大
きく成って問題となっている。

〔発明が解決すべき課題〕

このような状況に対応すべく、ロボット使用現場の温度
安定を図る等の外的対策は既に講じられているが、ロボ
ット可動機構部を迅速に熱平衡状態に到達させて熱変形
の静定状態を迅速に形成し、それによりロボット最先端
における高位置決め精度を確保するようにした積極的な
位置決め精度の補償対策を講じたものは未だ提供されて
いない。

依って、本発明の目的は、産業用ロボットにおける位置
決め精度を積極的に高度に維持することができる補償方
法と装置とを提供せんとするものである。

〔解決手段〕

本発明によれば、ロボット制御装置の指令に従って可動
機構部が所望のロボット動作を行う産業用［７ボツトに
おける位置決必精度の補償方法において、前記ロボット
制御装置に前記可動機構の温度変化と加熱パラメータの
変化との間で定まる一定の熱平衡曲線データを予め測定
、記憶し、前記可動機構部の作動プログラムにおける前
記加熱パラメータを計測、計算して前記熱平衡曲線デー
タから該可動機構部の作動プログラムにおける温度上昇
値を予測し、前記予測した温度上昇値まで迅速に昇温せ
しめると共に前記可動機構部の温度実測値と前記予測温
度上昇値とを比較し、その後に、前記可動機構部が前記
予測温度上昇値まで昇温したことが検出されたときに、
該可動機構部を流動する冷却空気流を形成して核部の熱
平衡状態を維持させ、ロボット位置決めにおける温度影
響を補償するようにした産業用ロボットの位置決め精度
補償方法が提供され、また、ロボット制御装置からの指
令に従って作動する駆動モータの駆動によリ、プログラ
ムに応じた所望のロボット動作を行う可動機構部を有す
る産業用ロボットにおいて、前記ロボット制御装置の記
憶手段に前記可動機構の温度変化と前記駆動モータの出
力トルク値又は駆動電流値との間で定まる一定の熱平衡
曲線データを予め測定、記憶せしめると共に、前記可動
機構部の動作プログラムに従って駆動モータの出力トル
ク値または駆動電流値を測定するモータ出力測定手段と
、前記可動機構部の実際の温度値を測定、送信する温度
測定手段と、前記可動機構部の内部から外部に流出する
冷却空気流形成手段とを具備し、前記モータ出力測定手
段の実測出力トルク値を前記記憶手段の記憶した前記熱
平衡曲線データに対比、演算して熱平衡温度値を予測し
、前記温度測定手段による実測温度値が前記熱平衡温度
値に達するまで、前記冷却空気流形成手段の作動を遅延
させることを特徴とする産業用ロボットの位置決め精度
補償装置が提供される。

〔作　用〕

上述の本発明によれば、ロボット可動機構部はその動作
プログラム毎に加熱源のパラメータ、つまり、駆動モー
タの出力トルクを検出し、その出力トルクを予めロボッ
ト制御装置に記憶させた熱平衡曲線に当てはめてロボッ
ト可動機構部の温度の略平衡点を予測し、そのまま可動
機構部の温度が加熱源からの熱で予測点に達するまで冷
却空気流による冷却作用の開始を遅延させ、迅速に予測
平衡点まで到達させてから、熱平衡状態を維持して熱変
形の静定状態を維持させるから、ロボットの可動機構部
は、どのような動作プログラムを課せられたときも、迅
速に上記静定状態を実現して位置決め精度に対する熱変
形の影響を低減させ、高位置決め精度を維持するもので
ある。以下、本発明を添付実施例に従って詳細に説明す
る。

〔実施例〕

第１図は、本発明による位置決め精度補償装置を具備し
た産業用ロボットの１実施例を示す全体機構図、第２図
は予め測定されたデータに基づいてロボット制御装置に
記憶される当該ロボットの熱平衡曲線のグラフ図、第３
図はロボット制御装置で遂行される温度補償制御作用を
説明するフローチャート、第４Ａ図、第４Ｂ図は冷却空
気流形成手段を具備した本発明に係る産業用ロボットと
従来のロボットとにおける熱平衡状態の達成状態を比較
図示したグラフ図、第５Ａ図、第５Ｂ図は同じく冷却空
気流形成手段を具備した本発明に係る産業用ロボットと
従来のロボットとにおける熱変形の静定状態を比較図示
したグラフ図である。

さて、第１図を参照すると、同図に図示された実施例の
産業用ロボットはＤＤモータを駆動源にした水平多関節
ロボットとそのロボット制御装置であり、同ロボット１
０は、機台１２を有し、この機台１２から立設されたコ
ラト１４は回転動作可能に形成されている。このコラム
１４の頂端には第１のロボット腕１６が縦方向のθ軸線
回りに旋回可能に枢着され、また、この第１０ボツト腕
１６の先端部に第２０ボツト腕１８が縦方向のＵ、軸線
回りに旋回可能に枢着されている。また、第２０ボツト
腕１８の先端には上下動可能なロボット手首２０が設け
られ、このロボット手首２０の先端にエンドエフェクタ
（図示なし）が装着される構成になっている。さて、第
１のロボット腕１６は、その後端部の内部にｅ軸線と同
軸配置で該第１０ボツト腕１６を駆動するＤＤモータが
格納され、また、第２のロボット腕１８の後端には同第
２のロボット腕１８を駆動するＤＤモータが格納されて
いる。第２のロボット腕１８の後端のケーシング１８ａ
内にはＤＤモータに結合した角度検出器が格納されてい
る。更に、第２０ボツト腕１８の先端のケーシング１８
ｂ内には上下動可能なロボット手首２０の上下動作動機
構が格納されている。

さて、本実施例による産業用ロボットは、ロボット可動
機構部を形成する第１、第２０ボツト腕１６．１８、コ
ラム１４において、第２０ボツト腕１８の先端から第１
０ボツト腕１６及びコラム１４を貫通、経由して機台１
２の適宜側部位置に設けた開口２２に連通した冷却空気
通路２８が形成されている。この冷却空気通路２８は、
開口２２から空気流Ａをロボット機体外へ流出させるよ
うに配設され、上記開口２２の近くに空気流を形成する
ファン２４が設けられている。また、この産業用ロボッ
ト１０の第１、第２のロボ、、ト腕１６．１８の外面ま
たは内部の適宜位置には夫々の腕１６及び１８の温度を
検出して電気的信号として後述するロボット制御装置へ
検出値を送信する温度測定器２６ａ、２６ｂが設けられ
いる。

他方、上記ロボット１０に信号回路、動力回路等を介し
て接続されたロボット制御装置３０が設けられている。

このロボット制御装置３０は、°周知のロボット制御装
置と同様にＲＯＭ３２、ＲＡＭ３４から成る記憶手段と
、ＣＰＵ３６から成る演算制御手段とを具備している。

また、図示されていない前記ロボット１０の夫々の駆動
モータのサーボ機構が具備され、これらのサーボ機構に
対してプログラムに従い指令を送出すると共に夫々のサ
ーボ機構からロボット先端の位置情報がフィードバック
される構成を有している。更に、同制御装置３０には、
ロボット１０の可動機構部における各駆動モータの駆動
電流値を計測するためにロボット１０自体に或いはロボ
ット制御装置３０内等の適宜位置に設けられたモータ電
流検出器５０が検出した電流値を積分してモータ電流２
乗トルク値を算出する積分器３８が設けられ、この積分
器３８はＣＰＯ３６に接続されて、積分データを該ＣＰ
Ｕ３６へ供給する。また、ＣＰＵ３６は図示されていな
いインターフェース回路を介して前記ロボット１０に設
けられたファン２４の作動回路内のスイッチ４０をオン
・オフ制御する構成に成っている。

上述したロボット制御装置３０において、本発明によれ
ば、記憶手段におけるＲＯＭ３２にはロボット作用の基
本プログラムと共に予め本ロボット１０の可動機構部の
駆動源を成す夫々のＤＤモータに関する出力トルク値を
加熱パラメータとして、種々の出力トルク状態で該ＤＤ
モータが作動した場合に、モータ発生熱により第１０ボ
ツト腕１６、第２０ボツト腕１８等の可動機構部におい
て生ずる温度上昇が熱平衡点に達する温度値を予め測定
して両者の関係を熱平衡曲線（第２図参照）として記憶
されている。また、ロボット制御装置３０のＲＡＭ３４
にはロボット１０に作業者が教示するプログラムが記憶
されると共にＣＰＵ３６が実行する演算結果が、随時記
憶可能になっている。

つぎに、上述の構成からなる本発明に係る産業用ロボッ
トの位置決狛精度補償作用に就いて説明する。

ロボット１０は所望のロボット動作に応じて予めプログ
ラムがロボット制御装置３０に教示、記憶される。そし
て、本発明によれば、これらの教示プログラムに従って
遂行されるロボット可動機構部の各動作サイクル（例え
ば、ロボット先端が成る１位置からワークを把持して他
の目的位置へそのワークを搬送し、その目的位置上へ位
置決めされるまでの行程）毎に駆動源である各ＤＤモー
タの駆動電流をモータ電流検出器５０によって実測・検
出することにより、動作サイクルにおけるＤＤモータの
出力トルクを積分器３８で計算する。

こうして得られたＤＤモータの出力トルク値は積分器３
８からＣＰＵ３６に人力される。ＣＰＵ３６はこのとき
、その実測計算されたＤＤモータの出力トルク値をＲＯ
Ｍ３２に保管された熱平衡曲線（第２図）にあて嵌めて
ロボット可！ＩＪ機構部における温度上昇値を予測、推
定する（第３図におけるステップ２）。他方、ロボット
１０においては、第１０ボツト腕１６、第２０ボツト腕
１８等の可動機構部に設けた温度測定器（本実施例では
、上記第１０ボツト腕１６、第２０ボツト腕１８に設け
た温度測定器２６ａ、２６ｂ）からの測定データを常時
、ロボット制御装置３０へ送出しているので各動作サイ
クルにおける第１、第２０ボツト腕１６．１８の実際の
温度をロボット制御装置３０においてわかる。故に、次
に、ＣＰＵ３６は、上述のようにして予測、推定した温
度上昇値に対して実際のロボット可動機構部の温度を比
較し、比較結果から、両者が一致する時点を検出する。

ここで、本発明によれば、この予測温度値に実測温度値
が到達するまで、冷却空気流路における冷却空気流を形
成させることなく、待機するのである。つまり、ファン
２４の作動による冷却空気流の流動を開始させることな
く、冷却作用の開始を遅延させるのである。このように
冷却作用の開始を遅延させれば、ロボット可動機構部は
ＤＤモータの発生熱の伝達により、迅速に温度上昇し、
予測、推定される熱平衡点の温度値へ迅速に到達する。

次いで、熱平衡点の温度値まで昇温、到達したときロボ
ット制御装置３０のＣＰＵ３６は、冷却空気流の流動を
開始させるために、ファン２４の作動回路内のスイッチ
４０をオンにする指令を発する（第３図のステップ３）
。こうして、熱平衡点の温度に到達後は冷却空気流によ
り、ロボット可動機構部が更に昇温することはなく、そ
の動作サイクル中は、熱平衡点に維持されるのである。

斯くして、可動機構部、つまり、第１、第２のロボット
腕１６．１８を迅速に熱平衡状態に到達させれば、当然
にこれら第１、第２のロボット腕１６．１８の温度上昇
による熱変形も静定状態に到達し、静定状態に到達後は
、その静定状態をファン２４の作動で維持されるから、
可動機構部は熱変形量を補償されてロボット先端の位置
決めが行われることになる。従って、ロボット先端の位
置決めが高精度に維持されるのである。

また、ロボット１０が１動作サイクルを終了して、教示
プログラムに従い、次の動作サイクルに入ると、再び、
上述と同様の位置決め補償が繰り返されるのである。

ここで、第４図、第４Ｂ図を参照すると、前者は、第１
図に示した水平多関節ロボット１０に対して本発明に基
づく、温度補償装置を作動させて温度補償を遂行し、可
動機構部をＤＤモータで駆動してロボット動作を実行さ
せた場合に就き、第１、第２のロボット腕１６．１８に
おける時間と温度上昇との関係を図示したグラフであり
、第１、第２のロボット腕１６．１８は共に約６℃の熱
平衡点温度に約１．５時間で到達し、遅延時間後に冷却
空気流の冷却作用を開始させて、その温度を維持すると
温度平衡点が継続し、従って、可動機構部は熱変形が静
定状態で維持されることを示している。

他方、後者の第４Ｂ図のグラフは、同ロボット１０に対
し、冷却空気流による冷却作用を全く作用させなかった
ときには、第１、第２のロボット腕１６．１８は温度が
漸増し続け、熱平衡点の温度約２０℃に約７時間経過し
て到達することを示している。従って、熱平衡点の実現
が極めて遅く成り、熱変形の影響がロボット動作に影響
を与えることが推定ささるのである。

第５Ａ図、第５Ｂ図を参照すると、前者は、第１図に示
したロボット１０において、第１、第２のロボット腕１
６．１８に関し、本発明の温度補償方法を実施した場合
に、両腕１６．１８の水平面内における直交２軸（Ｘ軸
とＹ軸との２軸）方向における合成された熱変形量（伸
び）を示したものである。この第４Ａ図の図示から、本
発明による温度補償を実施した場合には、第１、第２の
ロボット腕１６．１８における熱変形量はＸ軸方向、Ｙ
軸方向の両方向共に約２０ミクロンの伸びの状態で略静
定状態に達していることが判り、しかも、約１．５時間
で、その静定状態に到達していることが判る。

他方、同ロボット１０の第１、第２のロボット腕１６．
１８に対して本発明による温度補償を実施しなかった場
合には、第５Ｂ図から明らかなように、熱変形の静定状
態は、Ｘ軸、Ｙ軸の両方向共に、約６０ミクロンの伸び
の状態でようやく静定状態に達し、しかも、その静定状
態に達するためには、約３時間強の時間を要したことが
判る。

以上に説明した第４Ａ図〜第５Ｂ図のグラフ表示の結果
からも明らかなように、本発明による補償装置を備え、
それを作用させて温度補償を行うことにより、産業用ロ
ボットの可動機構部は、その可動機構部の駆動源を加熱
源とした場合に、ロボット動作過程で、熱平衡点に迅速
に到達し、しかも、その熱平衡点温度をその後には、継
続的に維持されるから、熱変形量は素早く静定状態に到
達し、その静定状態を保持されることになり、従って、
可動機構部の熱変形を原因とした位置決め精度の劣化は
防止され、常時、高精度を維持することができるのであ
る。

なお、以上の記載においては、本発明を最も適用価値の
高いＤＤモータを駆動源とした水平多関節型ロボットに
就いて、説明したが、この実施例に限定するものではな
く、例えば、通常のサーボ電動モータと減速機とを組み
合わせた駆動源を使用する多関節ロボット等でも、ロボ
ット腕等の可動機構部の熱容量が比較的に小さい場合に
は、本発明を適用して温度補償を行えば、位置決め精度
の高レベルを保持できることは言うまでもない。

しかも、ロボットが高位置決め精度を要求される用途に
用いられるときは、かかる温度補償の効果は極めて重要
になる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ロボット制御装置の指令に従って可動
機構部が所望のロボット動作を行う産業用ロボットにい
て、ロボット制御装置に可動機構の温度変化と加熱パラ
メータの変化との間で定まる一定の熱平衡曲線データを
予め測定、記憶し、前記可動機構部の作動プログラムに
おける加熱パラメータを計測、計算して熱平衡曲線デー
タから猿回り機構部の作動プログラドにおける温度上昇
値を予測し、その予測した温度上昇値まで迅速に昇温せ
しめると共に前記可動機構部の温度実測値と前記予測温
度上昇値とを比較し、その後に、前記可動機構部が前記
予測温度上昇値まで昇温したことが検出されたときまで
遅延させて該可動Ｒ構部を流動する冷却空気流を形成し
て核部の熱平衡状態を維持させ、ロボット位置決めにお
ける温度影響を補償するようにしたから、ロボット可動
部は素早くその熱変形が静定状態に達し、変動すること
がないから、ロボット先端の位置決め精度が高精度に維
持された状態でロボットの動作が遂行されることになる
。故に、産業用ロボットが精密部品の組み立て等の高精
度を要求される用途に適用される場合にも、その高精度
要求を充分に満足させたることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による位置決め精度補償装置を具備し
た産業用ロボットの１実施例を示す全体機構図、第２図
は予め測定されたデータに基づいてロボット制御装置に
記憶される当該ロボットの熱平衡曲線のグラフ図、第３
図はロボット制御装置で遂行される温度補償制御作用を
説明するフローチャート、第４Ａ図、第４Ｂ図は冷却空
気流形成手段を具備した本発明に係る産業用ロボットと
従来のロボットとにおける熱平衡状態の達成状態を比較
図示したグラフ図、第５Ａ図、第５Ｂ図は同じく冷却空
気流形成手段を具備した本発明に係る産業用ロボットと
従来のロボットとにおける熱変形の静定状態を比較図示
したグラフ図。 １０・・・ロボット、 １６・・・第１０ボツト腕、 １８・・・第２０ポツト腕、　　２４・・・ファン、２
６ａ、２６ｂ・・・温度検出器、 ２８・・・冷却空気通路、 ３０・・・ロボット制御装置、 ３８・・・積分器、 ４０・・・スイッチ、 ５０・・・モータ電流検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ロボット制御装置の指令に従って可動機構部が所望
   のロボット動作を行う産業用ロボットにおける位置決め
   精度の補償方法において、前記ロボット制御装置に前記
   可動機構の温度変化と加熱パラメータの変化との間で定
   まる一定の熱平衡曲線データを予め測定、記憶し、前記
   可動機構部の作動プログラムにおける前記加熱パラメー
   タを計測、計算して前記熱平衡曲線データから該可動機
   構部の作動プログラムにおける温度上昇値を予測し、前
   記予測した温度上昇値まで迅速に昇温せしめると共に前
   記可動機構部の温度実測値と前記予測温度上昇値とを比
   較し、その後に、前記可動機構部が前記予測温度上昇値
   まで昇温したことが検出されたときに、該可動機構部を
   流動する冷却空気流を形成して該部の熱平衡状態を維持
   させ、ロボット位置決めにおける温度影響を補償するよ
   うにしたことを特徴とする産業用ロボットの位置決め精
   度補償方法。 ２、前記加熱パラメータは、前記可動機構部の駆動モー
   タのトルク又は駆動電流であると共に該可動機構部は、
   前記駆動モータで駆動される前記ロボット腕である特許
   請求の範囲１．項に記載の産業用ロボットの位置決め精
   度補償方法。 ３、ロボット制御装置からの指令に従って作動する駆動
   モータの駆動により、プログラムに応じた所望のロボッ
   ト動作を行う可動機構部を有する産業用ロボットにおい
   て、前記ロボット制御装置の記憶手段に前記可動機構部
   の温度変化と前記駆動モータの出力トルク値又は駆動電
   流値との間で定まる一定の熱平衡曲線データを予め測定
   、記憶せしめると共に、前記可動機構部の動作プログラ
   ムに従って駆動モータの出力トルク値または駆動電流値
   を測定するモータ出力測定手段と、前記可動機構部の実
   際の温度値を測定、送信する温度測定手段と、前記可動
   機構部の内部から外部に流出する冷却空気流形成手段と
   を具備し、前記モータ出力測定手段の実測出力トルク値
   を前記記憶手段の記憶した前記熱平衡曲線データに対比
   、演算して熱平衡温度値を予測し、前記温度測定手段に
   よる実測温度値が前記熱平衡温度値に達するまで、前記
   冷却空気流形成手段の作動を遅延させることを特徴とす
   る産業用ロボットの位置決め精度補償装置。 ４、前記冷却空気流形成手段は前記可動機構部内に形成
   された空気流路と、該空気流路を介して前記可動機構部
   からロボット機体外へ流出する空気流を発生させる冷却
   ファンとから構成された特許請求の範囲３．項に記載の
   産業用ロボットの位置決めにおける温度補償装置。