JPH03256684A - ロボット制御装置 - 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、モータにより駆動されるアームを備えたロボ
ット本体と、該ロボット本体の中の前記モータへ所定の
加減速パターンに従って作成された加減速指令を供給す
るロボット制御装置と、から成る産業用ロボットにおけ
る前記ロボット制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

産業用ロボットは、その動作内容や速度は、その適用ケ
ースによって大きく異なり、その使用環境もクリーンル
ームのような良好なものから人間の作業できない劣悪な
ものまで存在する。従ってその仕様として表記した最悪
の状態でも良好に動作する様な安全設計を行っている。

そのためには産業用ロボットを構成するモータやモータ
ドライバ、電源等の能力に余裕をとり、大きなものを装
備することが必要となり、機器の大形化及びコストアッ
プが生じていた。

これらの欠点を改善するために、ロボットは、そのアー
ム姿勢によって、該アームを駆動するモータの負荷が重
くなったり軽くなったりすることを利用して、負荷が軽
いときは速く、重いときは遅くなるように動作速度を変
化させてモータ及びモータドライバを効率的に利用する
方式が実用されている。

また特開昭６４−２０９９０号公報「産業用ロボットの
制御装置」に見られるように、ロボットを構成するモー
タの負荷は、モータの温度上昇の度合によって判定でき
ることを利用して、モータに温度センサを取りつけ、モ
ータ温度が低くて負荷が軽いと判断されるときにはロボ
ットの動作速度を速め、モータ温度が高くて負荷が重い
と判断されるときには動作速度を遅くして、ロボットの
効率化を図るようにした制御装置も提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記の２つの従来技術においては次の様な問題点が存在
した。

すなわち第１の従来技術においては、ロボットのそのと
きのアーム姿勢によって動作速度を変化させるわけであ
るが、アームを駆動するモータやモータドライバ等の限
界負荷は、通常周囲温度によって大きく変化する。すな
わち周囲温度２０　’Ｃで動作する場合と、４０°Ｃで
動作する場合では、モータやモータドライバの温度上昇
限界までのマージンが２０°も異なるのに、かかる周囲
温度の差を考慮せず、最高許容温度で安全に動作するよ
うに設計していたので、周囲温度が低いと能力的な余裕
が生まれ、必ずしも効率はよくないという問題があった
。

また第２の従来技術においては、ロボ・７トを構成する
モータの温度を検出して、それが基準値を超えたか否か
により、単純にロボットの動作速度を自動的に増減する
だけのものであったから、場合によっては、かえって目
的にそわない結果をまねくこともあるという問題がある
。

即ち、モータ温度が低いというので動作速度を上げるわ
けであるが、極端な話、モータ温度が氷点下の場合、モ
ータ温度が低いからといって動作速度を上げようとする
と、潤滑油が低温のため硬化していてメカ的な摩擦力が
増大しているところから、思うように動作速度が上がら
ず、モータ電流がいたずらに増大してモータの焼損を招
くようなことも起こり得る。つまり第２の従来技術は、
きめこまかな配慮に欠けていると言える。

本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を改善し、
周囲温度を考慮に入れてロボ・７ト能力の効率化を図り
、しかも温度の高い場合、低い場合について、動作速度
にきめこまかな配慮を配って不合理な結果を招くことの
ないようにした、高効率で信頼性にも冨んだロボット制
御装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段〕 上記目的達成のため、本発明では、モータにより駆動さ
れるアームを備えたロボット本体の中の前記モータへ、
所定の加減速パターンに従って作成された加減速指令を
供給するロボット制御装置において、 周囲温度を検出する温度センサと、周囲温度とそれに応
じた前記モータの速度係数との関係を予め定めて記憶す
る記憶手段と、前記温度センサにより検出された周囲温
度に基づき、それに対応する速度係数を前記記憶装置か
ら読み出し、所定の加減速パターンに従って作成された
前記加減速指令との間で所定の演算を行って、実際に前
記モータへ供給すべき修正された加減速指令を作成する
修正加減速指令作成手段と、を具備した。

〔作用〕

周囲温度とそれに応じた前記モータの速度係数との関係
というのは、その周囲温度（外気温度）においてロボッ
トを＃Ｉ或する各要素が安全に動作し得る範囲内でモー
タが最大速度となるように定めであるので、ロボットが
過負荷で損傷するなどの不合理なことは発生しない。即
ち、ロボットの動作の効率化を図ると共に信頼性の向上
も可能にしている。

〔実施例〕

次に図を参照して本発明の詳細な説明する。

第２図は、本発明の実施対象の一例である４自由度の水
平多関節ロボットの概略構成を示す概念図である。

同ロボットは、第２図に見られるように、ロボット制御
装置１．ロボット本体９．ロボット操作ボックス１０よ
り構成され、ロボット操作ボックス１０より入力された
教示データや起動指令によってロボット制御装置１は、
その指示データに基づき、ロボット本体９の中のモータ
駆動を開始する。

その際、ロボット制御装置１とロボット本体９は２本の
信号線すなわち信号ケーブル１１及びモータケーブル１
２で接続されており、信号ケーブル１１によってロボッ
ト本体９の側から伝達されるモータの状態信号を制御装
置１は受け、該モータが指令した所定の状態となる様、
モータケーブル１２を介して本体側に供給するモータ駆
動電力を制御する。

ここでロボット本体９は、３つの動作部分すなわち第１
７−ム１３．第２７−ム１４．リスト軸１５から成り立
っている。リスト軸１５は上・下及び時計・反時計方向
に動作するので合計動作は４自由度持つ。それぞれの動
作自由度は図示せざるサーボモータ及び減速器１機構部
品によって構成され、ロボット制御装置Ｉ内の駆動手段
によって制御駆動が独立に行われる。以上、概略構成を
説明した上で、以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。

なお、前述した様にロボット本体９の自由度は４である
が、その駆動手段は同一のものを用いているので、簡略
化のため自由度１の時の図を第１図は示している。４自
由度の場合は、ロボット動作速度増減手段５及びモータ
ドライバ６がそれぞれ並列に設けられ、ロボット動作指
令手段２からの速度指令及び温度値入力手段４からの温
度値を並列に受けとりそれぞれのモータを駆動すること
となる。

第１図において、温度センサ３は、ロボット制御装置内
の冷却（放熱）のための外気流入口の近傍に設置される
。またこの温度センサ３は、放熱量の大きい要素たとえ
ば、モータドライバや電源回路の近くに設置されている
。

温度センサ３の出力は電気的信号として温度値入力手段
４に伝達され、温度値入力手段４ではこの信号が増幅５
変換されて温度に比例した電圧の信号となる。この信号
がロボット動作速度増減手段５に伝達されてロボットの
動作速度が外気温度に応して増減される。

次にこのロボットの動作速度増減の方法について説明す
る。

第１図において、ロボット動作指令手段２はロボット操
作ボックス１０からの指令によって動作する。ロボット
動作指令手段２は、ロボット本体９の側におけるモータ
７の速度や位置情報を、エンコーダ８を介し、モータド
ライバ６を介して受信し、それを見ながら所要の速度指
令を作成してモータ側へ出力する。

第３図は、ロボット動作指令手段２に格納されているモ
ータの予め定められた加減速パターンの一例を示す特性
図である。

この加減速パターンは、横軸に時間をとり、縦軸にモー
タへの速度指令値ＶＯをとっている。即ちスタートして
から後の時刻Ｔａにおいては、速度指令値Ｖａを出力し
、時刻Ｔｂにおいては、速度指令値ｖｂを出力し、とい
う具合に、一定周期毎に速度指令値を出力するように、
ロボットを通用される対象等に応して予め定められた特
性パターンである。従って、この加減速パターンは、加
減速カーブｆｖ（ｔ）　　という時間ｔの関数として定
義される。

本発明では、このようにしてロボット動作指令手段２に
おいて、第３図に見られる如き加減速パターンに従って
作成された速度指令値を、そのままモータドライバ６に
加えてモータ７を制御しようというのではなく、かかる
速度指令値を、ロボット動作速度増減手段５に入力して
、ここで、温度センサ３から温度値入力手段４を介して
与えられる外気温度信号に応じて修正を施し、この修正
後の速度指令値をモータドライバ６に加えてモータ７を
制御しようとするものである。

第４図は、ロボット動作速度増減手段５において、かか
る修正のために用いられる温度対速度係数の特性図を示
している。

第４図において、横軸は温度値を縦軸は速度係数Ｆｔを
示しており、温度値２６３（−１０’Ｃ）以下と、３２
３　（５０″Ｃ）以上では速度係数ＦＴは零、その中間
の温度範囲では、速度係数ＦＴは最高で２という値で色
々な値をとるようになっている。従って速度係数Ｆ、は
、温度値下の関数ｆア（Ｔ）　　として表すことができ
る。

第１図におけるロボット動作速度増減手段５では、かか
る温度値Ｔの間数ｆｔ（Ｔ）と、ロボ・７駆動作指令手
段２から与えられる速度指令値と、から次の（１〉弐で
示す演算を行って、修正された速度指令値を得てモータ
ドライバ６へ出力するわけである。

Ｖ＝ｆア　（Ｔ）・■０ ＝　　ｆ　Ｔ　　（Ｔ）　・ｆ　ｖ（ｔ　）　　　　　
−−（１）但し　ｖｏ　：ロボット動作指令手段２から
の速度指令値 ｔ：時刻 Ｔ：現在の外気温 ここで■は、演算により求められたモータドライバ６へ
の速度指令値、ｆＴ（Ｔ）は外気温Ｔの時の、０゛ｃ時
を１とする速度係数（第４図参照）、ｆｖ（ｔ）は時間
ｔの時のロボット動作指令手段２より出力されるモータ
速度指令（第３図参照）である。

ここでｆ、（Ｔ）＝１の時は、ロボット動作指令手段２
からの出力であるモータ速度指令値がそのままモータド
ライバ６へ伝達されることを意味している。

次にこの速度係数について第４図を再び参照して説明す
る。ロボットが動作した時に、該ロボットにかかる負荷
は、一般にＯ″ＣＣ以下温で増大し、０°Ｃ〜４０°Ｃ
の範囲では負荷は軽くなり、それ以上では、再び負荷は
増加するという傾向をとるのが一般的である。

これは低温では、ロボットを構成する減速器等の可動部
がかたくなることによる駆動トルクの増大、高温では構
成要素の温度上昇による焼損が主因と考えられる。

そこで第４図に示す様な温度Ｔに対する速度係数カーブ
ｒア（Ｔ）を、第１図における動作速度増減手段５内に
格納しておき、温度値入力手段４からの温度値Ｔによっ
て速度係数を選択するようにしている。ここではその第
４図を参照してその速度係数カーブｆＴ（Ｔ）の決定法
についてさらに詳しく説明する。

ロボットの動作速度を表わすものとして速度係数と温度
との関係を、第４図番こ示す様に、ＡからＧまでの領域
に分けて考える。ここで領域Ａは１０°Ｃ以下であり、
ロボットの使用最低温度０“Ｃよりはるかに低い。この
状態では潤滑系が固化したりして、モータや減速器等に
大きな負担を与えるので速度係数をＯとして、ロボット
は動作させないことにする。

次に領域Ｂでは、ひき続きモータや減速器に大きなトル
ク負担を与えるので、速度係数を一１０°Ｃの時０で、
０゛ｃの時１となる様に、立ち上げる。

そして領域Ｃでは、モータや減速器のトルク負荷はさら
に減少し、しかもモータやモータドライバの温度上昇は
外気温が低いため充分余裕があるので、速度係数を１か
ら２まで上昇させる。この上昇限度はモータや減速器の
最高回転数によって決定される。

次の領域りは、速度係数が最大の２である領域で、この
領域の最高温度は、速度係数が２でこれ以上、外気温が
高いとモータやモータ１−ライハの温度上昇が許容最高
温度を越えることになるような温度点とする。

ここでＥｆ７）領域となると、モータやモータドライバ
の温度上昇が問題となるので、速度係数を低下させ、ロ
ボットの許容最高温度である４０°Ｃで１とする。

また４０°Ｃ以上の領域Ｆでは、さらに温度負荷が大き
いため速度係数を低下させ、５０°Ｃ以上の領域Ｇでは
０としてロボット動作をさせない様にする。

この様に外気温によってそれぞれモータやモータドライ
バ等、ロボットｍ戒要素の負荷を許容される最大限で使
用し、かつ構成要素が破壊するような危険領域に入らな
い様保護することが可能となる。

なお本例で速度係数が２程度の大きい値となった時は、
モータ等の限界回転数を越えてしまう可能性があるが、
モータドライバで回転数のりミンクをかけて、それ以上
回転しない様にしている。

しかしながら同し回転数になるまでの立ち上げ時間、す
なわち加減速が短くなるので、その分だけロボットの動
作に要する時間は短縮できる。

前記速度係数カーブ（第４図）は−例にすぎず、各動作
自由度によって最適のものを選択すべきである。またそ
のカーブの数値、傾向についても第４図に示した特性例
の限りではない。

第５図は、第１図において、ロボット動作指令手段２か
らロボット動作速度増減手段５を経てモータドライバ６
へ至る構成の具体的な回路例を示すブロック図である。

第５図を参照する。

ロボット動作指令手段２では、そこに格納されている加
減速パターン（第３図）に基いて、一定周期ごとに速度
指令値Ｖｏを出力する。一方外気温は温度センサ３によ
って検知され、温度値入力手段４によってデジタル化さ
れ、ロボット動作速度増減手段５に入力される。そして
そこで、該温度値をキーとして、第４図の特性をデータ
として記憶するメモリから、該温度値に対応じたｆア（
Ｔ）（速度係数）を探し出す。

この時、速度係数は、第４図を参照してすでに説明した
ように、メモリ内に温度の順に一定則みで格納されてい
る。通常は１°刻み程度で充分であろう。

探し出した速度係数は、ロボット動作指令手段２から入
力された速度指令値ＶＯと乗算され、結果がデジタルか
らアナログ変換されてモータドライバ６へ出力されるも
のである。

ここで探し出された速度係数は、ロボット動作指令手段
２へも伝達され、その加減速パターンを合理的に修正し
ロボットが所期の正しい動作をできるようにすることは
言うまでもない。

また本機能と同等のものを、ロボット動作指令手段２内
に設けたＣＰＵにて温度値人力手段４よりの信号を読み
とり、動作速度を増減するようにして実現することも可
能であろう。

以上のように本実施例によれば、外気温がいかなる温度
範囲にあっても、その状態において許容される最大かつ
安全な負荷状態のもとてロボットは動作するので、ロボ
ットを構成するモータ、モータドライバ等はとんどの重
要構成要素の能力の有効活用が計れ、ロボットを破損す
ることなくタクトタイム向上の効果を得られる。

またそのための手段はロボット制御装置内に収納し、ロ
ボット本体には何らの部品増加もないので、機器の構成
の簡略化や小形低価格化にも効果がある。また温度が使
用温度条件以下や以上になった時や、ロボット制御装置
の放熱や空気流入口が塞がれた場合、制御装置内の温度
が異常に上昇した時にも、温度センサが発熱部品の近傍
に有り、温度上昇を検知して速度係数を零にするのでロ
ボットを停止することができ、それ故、故障を未然に防
止することに大きな効果が有る。

（発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、外気温が如何な
る温度範囲にあろうとも、それに応して、ロボットを構
成するモータの能力を最大限に利用して効率の向上を図
ることが可能となり、結果としてロボットのタクトタイ
ムの縮少が図れる。しかもロボットを構成するモータや
モータドライバ等の要素に過大負荷のかかる高温では、
速度係数を小さくしてそれらへの負荷を低減したり、ま
たロボット制御装置の異常な温度上昇を検知したような
場合には、やはり速度係数を零にして、すみやかに負荷
を低減するので、ロボットの損傷を招く恐れはなく、信
頼性確保にも大きな効果が有る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としてのロボット制御装置を
示すブロック図、第２図は本発明適用対象例としてのロ
ボットの全体構成図、第３図はロボット本体へ供給する
モータ速度指令の予め定められたパターン例を示すパタ
ーン図、第４図は本発明で用いる周囲温度と速度係数の
関係例を示す特性図、第５図は本発明の一実施例の要部
の具体的回路例を示すプロ・ツク図、である。 符号の説明

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、モータにより駆動されるアームを備えたロボット本
   体の中の前記モータへ、所定の加減速パターンに従って
   作成された加減速指令を供給するロボット制御装置にお
   いて、 周囲温度を検出する温度センサと、周囲温度とそれに応
   じた前記モータの速度係数との関係を予め定めて記憶す
   る記憶手段と、前記温度センサにより検出された周囲温
   度に基づき、それに対応する速度係数を前記記憶装置か
   ら読み出し、所定の加減速パターンに従って作成された
   前記加減速指令との間で所定の演算を行って、実際に前
   記モータへ供給すべき修正された加減速指令を作成する
   修正加減速指令作成手段と、を具備したことを特徴とす
   るロボット制御装置。