JPH042488A - ロボットの異常空間動作検知方法 - 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゛ットその他空間を移動する動作をなす
自動制御機器においてその動作を自動的に監視する技術
に関するものである。

（従来技術） 従来、汎用を目的とするロボットの多くは、その運動は
所定の動きを三次元的に最初に定義し、其の通りを繰り
返し実行させる使い方が普通である。また、この動きは
仕事の種類に応じて運搬する物の形状、種類、運搬の始
まりから終りまでの経路、運搬物の姿勢等を容易に変更
できるような自由度の高い機能を要求される。

この三次元的な運動のすべてを正しく実行しているか常
に監視していなければならない要求は、安全操業の点で
極めて重要である。

通常、ロボットその他の二次元的な或は三次元的な空間
を移動する自動制御機器においては、その自動動作を確
実にするために、自動作動する部位（関節、操作点）を
駆動させるアクチエータ（モータ、直動機構、振動機構
など）ごとに操作制御量を決定する操作信号を制御機器
から発信し、それぞれの部位が作動する移動点、移動量
、角度、移動速度などを確認できるセンサーを設け、そ
のセンサーの出力信号を自動制御機に帰還せしめて、各
部位の作動状況が当初の通りに作動していたかを確認す
る。いわゆる閉ループ自動制御を実施し、定値制御、追
従制御を実行し確実な作動を目的として自動化している
。

（発明が解決しようとする課題） これらの従来の自動制御の技術にあっては、コンピュー
タ等の自動制御プログラムによってロボット動作の自動
制御を実行している場合に。

そのコンピュータのプログラムが制御を実行するとき、
外部ノイズ、予期しない運搬物の姿勢の狂い或は周囲の
突然に起こった物理的な周囲条件の変化等が発生したと
き、ロボットが異常な動作をしたり、極端な場合に暴走
する事がある。

これらの予期せざる異常動作に対して、あらかじめその
防止のために多くの動作確認センサーの装着、フェール
セーフ機構の実施、プログラム上での多くの安全配慮を
必要とされているとし、ハード、ソフトの両面の設計段
階で複雑な対策を講じているのが現状であるが、しかし
、三次元的な空間を運動する汎用ロボットの場合、定ま
った機械的構造で決定される運動範囲を繰り返す自動機
と異なり、暴走を検知できるリミットスイッチを設ける
事も甚だ困難であり、上記の諸々の異常はいつ発生する
か、またどの様な種類の異常が発生するか不定であり、
また発生したときに、そもそも自動制御を実行している
制御機が不正動作でないにも関らず、結果として外部か
らの外乱で異常な現象を引き起こすのであるから、自動
制御系のなかでそれを防止するのは極めて困難である。

また、三次元的な運動のすべてを客観的に正しく実行し
ているか常に監視していなければならない要求は、安全
操業の点で極めて重要であるにもかかわらず、三次元空
間的な運動の汎用的な監視は複雑な動作、運動軌跡であ
ればあるほど困難である。

（課題を解決するための手段） 本発明は、以上のようにロボットが繰り返し作動を実行
しているときに起こる突発的な異常を検知する目的の手
段として、ロボットの運動の激しい部位に複数個の加速
度検知センサーを取り付け、監視回路にロボットの１回
の作動サイクル分標準加速度データを学習過程で記憶さ
せ、ロボットの実動作中の加速度データを前記監視回路
に入力し、前記標準加速度データと高速に比較し、その
差が許容限度をこえたら警報信号を発生する如くしたこ
とを特徴とする。

（作　用） 第２図に示す如く、監視回路Ｂは、□作動時間内の運動
加速度データを時系列的に取り込み、ロボットの作動で
発生する標準加速度データを１回の作動時間サイクル分
全部を最初の学習過程で記憶させる。次に２回目からの
繰り返し作動を実行中にはリアルタイムに加速度データ
を取り込み、最初に記憶された対応経過時刻ごとの記憶
された標準加速度データと高速に比較し、その差が許容
限度をこえたら警報信号を発生する動作機能を有する様
にする。

第１図はＸ軸方向加速度検知センサーＡｌ。

Ｙ軸方向加速度検知センサーＡ２．およびＺ軸方向加速
度検知センサーＡ３を装着し、直交座標系三次元空間の
各方向の加速度をすべて検知できるようにしである。

（実施例） この発明の一実施例を第１図乃至第３図に基づいて詳細
に説明する。加速度検知センサーＡ１、加速度検知セン
サーＡ２、加速度検知センサーＡ３をロボット１の手首
部２に直交座標系三次元空間の各方向に発生する加速度
を検知できるように装着する。

第２図は３チャンネル監視回路Ｂの詳細実施例である。

加速度検知センサーＡ１、加速度検知センサーＡ２、加
速度検知センサーＡ３の出力はアナログ信号として監視
回路Ｂに入力される。

第３図において、増幅器Ｂ１、増幅器Ｂ２、増幅器Ｂ３
、Ａ／ＤコンバータＣ１、Ａ／ＤコンバータＣ２、Ａ／
ＤコンバータＣ３、学習・監視切替スイッチＳＷＩ、学
習・監視切替スイッチＳＷ２、学習・監視切替スイッチ
ＳＷ３、標準加速度データメモリＤ１、標準加速度デ−
タメモリＤ２、標準加速度データメモリＤ３、メモリア
ドレスコーダＦ、パルスカウンタＨ、スタートストップ
ゲートＧ、クロック水晶発信器Ｋ、スタートトリガ回路
Ｊ、リスタート外部信号Ｓ、デジタル引算器Ｌ１、デジ
タル引算器Ｌ２．デジタル引算器Ｌ３、Ｄ／Ａコンバー
タＭ１、Ｄ／ＡコンバータＭ２、Ｄ／ＡコンバータＭ３
、アナログコンパレータＱ１、アナログコンパレータＱ
２、アナログコンパレータＱ３、下限しきい値設定器Ｌ
Ｌ１．下限しきい値設定器ＬＬ２、下限しきい値設定器
ＬＬ３．上限しきい値設定器ＵＬＩ、上限しきい値設定
器ＵＬ２、上限しきい値設定器ＵＬ３、ＯＲ回路Ｔ、異
常信号出力整形回路０．Ａ／Ｄ変換コマンド信号Ｃ８１
、Ａ／Ｄ変換コマンド信号Ｃ８２、そしてＡ／Ｄ変換コ
マンド信号Ｃ８３である。

監視回路Ｂの動作を以下に詳細に説明する。

加速度検知センサーＡ１、加速度検知センサーＡ２、加
速度検知センサーＡ３の出力の３組のアナログ信号はそ
れぞれ増幅器Ｂ１、増幅器Ｂ２、増幅器Ｂ３によって増
幅され、Ａ／ＤコンバータＣ１、Ａ／ＤコンバータＣ２
、Ａ／ＤコンバータＣ３によってそれぞれデジタル信号
値に変換される。Ａ／ＤコンバータＣ１、Ａ／Ｄコンバ
ータＣ２、Ａ／ＤコンバータＣ３はそれぞれＡ／Ｄ変換
コマンド信号Ｃ８１、Ａ／Ｄ変換コマンド信号Ｃ８２、
Ａ／Ｄ変換コマンド信号ＣＳ３によって入力アナログ信
号をデジタル値に変換し、それぞれ内部のレジスターに
次のＡ／Ｄ変換コマンド信号が来るまで保有される。

学習・監視切替スイッチＳＷ１、学習・監視切替スイッ
チＳＷ２．学習・監視切替スイッチＳＷ３は、それぞれ
最初の運転時にロボットの運動を記憶させる（学習モー
ド）と実際の繰り返し運転時の監視を行う（監視モード
）を切り替えるリレー回路接点であり、リレードライバ
回路ＳＤによって駆動される。

標準加速度データメモリＤ１、標準加速度データメモリ
Ｄ２、標準加速度データメモリＤ３はリードライトメモ
リであって、それぞれ学習モードの時に得られる加速度
センサーのアナログ８力がＡ／Ｄ変換された時１時系列
データをロボットの運動の１回のサイクル分に必要とす
るメモリ容量を持っている。それぞれのメモリはメモリ
外部からの書き込み状態指令コマンドＷによって書き込
み状態となり、読み出し状態指令コマンドによって読み
出すことができる。

書き込み状態指令Ｗはモード設定スイッチＳＬを学習側
に倒すとコマンドとして書き込み状態を指定する様に印
加される。読み比し状態指令Ｒはモード設定スイッチＳ
Ｌを監視側に倒すことによって読み出し状態を指定する
ように印加される。

標準加速度データメモリＤ１．標準加速度データメモリ
Ｄ２、そして標準加速度データメモリＤ３のそれぞれの
書き込み・読み出しの番地は、メモリアドレスデコーダ
Ｆ出力によって指定される。

本発明では、番地の指定は書き込み／読み出しいずれの
場合でも番地Ｏから順次的に（シーケンシャル）実行さ
れればよい。このシーケンシャル番地指定を順次実行す
るには、パルスカウンタＨ、スタートストップゲートＧ
、クロック水晶発信器Ｋ、周波数低減器ＦＤ、そしてス
タートトリガ回路Ｊの関連動作で行う。即ち、クロック
水晶発信器Ｋによって時間的に正確なりロック原周パル
スを発信し、周波数低減器ＦＤによって所定の時間間隔
を有するクロックパルスを得る。このクロックパルスは
スタートストップゲートＧを通過させて、パルスカウン
タＨの歩進をスタート／ストップさせる。パルスカウン
タＨはバイナリカウンタであって、最初、スタート信号
Ｓがスタートトリガ回路Ｊに外部から与えられたとき、
先ずスタートトリガ回路Ｊから発生するクリヤ信号ＣＬ
によってクリヤ、リセットし、内容がａｔ　Ｏ”になる
。一方、スタートトリガ回路Ｊからはスタートストップ
ゲートＧをオープンするスタート信号ＳＴを送って、パ
ルスカウンタＨの歩進を開始させる。パルスカウンタＨ
の内容はメモリアドレスデコーダＦによってメモリ番地
を、標準加速度データメモリＤ１．標準加速度データメ
モリＤ２、そして標準加速度データメモリＤ３に対して
指定する。

周波数低減器ＦＤの出力は、Ａ／Ｄ変換コマンド信号Ｃ
８１、Ａ／Ｄ変換コマンド信号Ｃ８２、Ａ／Ｄ変換コマ
ンド信号Ｃ５３、Ｄ／Ａ変換コマンド信号ＣＤＩ、Ｄ／
Ａ変換コマンド信号ＣＤ２そしてＤ／Ａ変換コマンド信
号ＣＤ３として利用される。

標準加速度データを記憶させる（学習モード）動作は、
先ず、モード選択スイッチＳＬを（学習）側に倒す。学
習・監視切替スイッチＳＷＩ、学習・監視切替スイッチ
ＳＷ２、そして学習・監視切替スイッチＳＷ３はすべて
学習側りに切替えられる。

マニュアルスタートボタンＰＢを押し学習動作を開始さ
せる。図示の通り、マニュアルスタートボタンＰＢを押
すことは、外部からスタート信号Ｓが到来したことと同
じであるから、先述の通り加速度検知センサーＡ１、加
速度検知センサーＡ２．加速度検知センサーＡ３の出力
の３組のアナログ信号は、それぞれ増幅器Ｂ１、増幅器
Ｂ２、増幅器Ｂ３によって増幅され、Ａ／Ｄコンバータ
Ｃ１、Ａ／ＤコンバータＣ２、そしてＡ／Ｄコンバータ
Ｃ３によってそれぞれデジタル信号値に変換される。Ａ
／ＤコンバータＣ１，Ａ／ＤコンバータＣ２、Ａ／Ｄコ
ンバータＣ３はそれぞれＡ／Ｄ変換コマンド信号Ｃ８１
，Ａ／Ｄ変換コマンド信号Ｃ８２，Ａ／Ｄ変換コマンド
信号Ｃ８３によって入力アナログ信号をデジタル値に変
換し、内部のレジスターを経由して、標準加速度データ
メモリＤ１、標準加速度データメモリＤ２．標準加速度
データメモリＤ３の該当する番地に順次時系列的に。

３チヤネル独立に加速度データをモード設定スイッチＳ
Ｌが学習側になっているので、書き込み状態になってロ
ボットの運動の１回のサイクル分だけ記憶する。３組の
標準加速度データメモリＤＩ、Ｄ２．Ｄ３がすべての番
地にデータを記憶終了すると、メモリアドレスデコーダ
Ｆからストップ信号ＳＴＰを発信し、スタートストップ
ゲートＧをクローズして１回の学習動作を終了する。

監視モードの動作は、モード設定スイッチＳＬを監視側
に倒すことによって設定できる。学習・監視切替スイッ
チＳＷＩ、学習・監視切替スイッチＳＷ２、学習・監視
切替スイッチＳＷ３はすべて監視側りに切替られる。ス
タート信号Ｓを外部から受けると、加速度検知センサー
Ａ１、加速度検知センサーＡ２、加速度検知センサーＡ
３の出力の３組のアナログ信号は、それぞれ増幅器Ｂ１
、増幅器Ｂ２、増幅器Ｂ３によって増幅され、Ａ／Ｄコ
ンバータＣ１，Ａ／ＤコンバータＣ２、そしてＡ／Ｄコ
ンバータＣ３によってそれぞれデジタル信号値に変換さ
れる。Ａ／ＤコンバータＣ１、Ａ／ＤコンバータＣ２、
Ａ／ＤコンバータＣ３はそれぞれＡ／Ｄ変換コマンド信
号Ｃ５Ｉ、Ａ／Ｄ変換コマンド信号Ｃ８２、Ａ／Ｄ変換
コマンド信号Ｃ８３によって入力アナログ信号をデジタ
ル値に変換し、内部のレジスタに其の都度−旦スドアす
る。

ところで学習モードと異なり学習・監視切替スイッチＳ
ＷＩ、学習・監視切替スイッチＳＷ２、そして学習・監
視切替スイッチＳＷ３はすべて監視側りに切替られてい
るので、それぞれのＡ／Ｄコンバータの内部レジスタの
内容は、デジタル引算器Ｌ１、デジタル引算器Ｌ２、及
びデジタル引算器Ｌ３の未知データ入力バスに引き渡さ
れる。一方、学習モードで得られた標準データは、標準
加速度データメモリＤ１、標準加速度データメモリＤ２
、そして標準加速度データメモリＤ３に貯蔵されている
ので読み出しの番地をメモリアドレスデコーダＦ出力に
よって指定し、該当する繰り返し時刻に対応するデータ
を逐次読み呂し、標準データ入力バスに引き渡す、読み
呂しの具体的な動作は、先述の通り番地Ｏから順次（シ
ーケンシャル）に実行させればよい。パルスカウンタＨ
、スタートストップゲートＧ、クロック水晶発信器Ｋ、
周波数低減器ＦＤ、そしてスタートトリガ回路Ｊの関連
動作で行う。

デジタル引算器Ｌ１、デジタル引算器Ｌ２、デジタル引
算器Ｌ３はそれぞれ未知データと標準データとの差を計
算し、差分データを出力し、それぞれＤ／Ａコンバータ
Ｍ１、Ｄ／ＡコンバータＭ２、及びＤ／ＡコンバータＭ
３によってアナログ値に変換する。それぞれのＤ／Ａ変
換の動作は、周波数低減器ＦＤの出力をＤ／Ａ変換コマ
ンド信号ＤＳＬ、Ｄ／Ａ変換コマンド信号ＤＳ２、そし
てＤ／Ａ変換コマンド信号ＤＳ３として利用する。変換
されたアナログ値は。

更にアナログコンパレータＱ１、アナログコンパレータ
Ｑ２．そしてアナログコンパレータＱ３にアナログレベ
ル信号として入力する。それぞれのアナログコンパレー
タはアナログレベル値をあらかじめ設定した上下限値以
内にあるか否かをレベル弁別判定する。上下限値の設定
はアナログコンパレータＱ１に対応する値は、上下限し
きい値設定器ＵＬＩと下限しきい値設定器ＬＬＩで設定
する。アナログコンパレータＱ２に対応する値は、上限
しきい値設定器ＵＬ２と下限しきい値設定器ＬＬ２で設
定する。

アナログコンパレータＱ３に対応する値は、上限しきい
値設定器ＵＬ３と下限しきい値設定器ＬＬ３で設定する
。それぞれのコンパレータレベル入力が許容される上下
限値をこえた時には、異常信号を発信し、ＯＲ回路Ｔに
よって集約し異常信号出力整形回路○を経て、外部に異
常信号として出力する。最後の番地の読み出しの終了で
１回の監視動作が完了する。

以上が第１図乃至第２図に示した実施例の具体的な動作
である。

（効　果） 本発明によると、ロボットの運動の激しい部位に複数個
の加速度検知センサーを取り付け、監視回路にロボット
の１回の作動サイクル分標準加速度データを学習過程で
記憶させ、ロボットの実動作中の加速度データを前記監
視回路に入力し、前記標準加速度データと高速に比較し
、その差が許容限度をこえたら警報信号を発生する如く
しであるので、ロボットが繰り返し動作をしている時、
予期せざる異常空間動作を確実に検出して警報を発し事
故の発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するロボットの一実施例要部
正面図、第２図は本発明方法の原理図、第３図は第２図
の詳細図である。 １・・・ロボット ２・・・手首部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ロボットの運動の激しい部位に複数個の加速度検知セン
   サーを取り付け、監視回路にロボットの１回の作動サイ
   クル分標準加速度データを学習過程で記憶させ、ロボッ
   トの実動作中の加速度データを前記監視回路に入力し、
   前記標準加速度データと高速に比較し、その差が許容限
   度をこえたら警報信号を発生する如くしたロボットの異
   常空間動作検知方法。