JPH0463402B2

JPH0463402B2 -

Info

Publication number: JPH0463402B2
Application number: JP18317684A
Authority: JP
Inventors: Hajime Amano; Yoshito Kato; Masao Kawase; Yasuo Ishiguro; Makoto Asada
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1984-08-31
Filing date: 1984-08-31
Publication date: 1992-10-09
Also published as: JPS6160102A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、ワークハンドリングや組立作業等に
使用されるロボツトの制御装置に関する。

［従来の技術］工作機械などと組合せてワークのハンドリング
や組立作業などに使用される多軸多関節ロボツト
を自動制御する場合、ロボツトの動作経路が複雑
なためと各種状態の作業範囲でロボツトを作動さ
せなければならないため、基本的には次のような
問題がある。

(1) 一般にロボツトは、どの位置にあつてもプロ
グラムの実行を開始すると、先ず、プログラム
における最初の位置へ移動するが、プログラム
実行開始前にロボツトが停止している位置が必
ずしも特定されていない場合には、ロボツトが
どのような経路を通つて最初の位置へ復帰する
かが予想できず、周囲の物体にロボツトが衝突
する危険性がある。すなわち、第６図に示すよ
うに、ロボツト５０が移動する位置が最初の位
置P₁を含めP₂、P₃、P₄にあり、プログラム開
始前にロボツト５０が停止している位置が不特
定のＡ，ＢあるいはＣ（第７図）である場合、
ロボツト５０はプログラムされていない経路
AP→₁、BP→あるいはCD→₁を通つてP₁に復帰する
ことになり、第６図に示すように、その何れか
の経路に障害物Ｇがあつた場合、ロボツト５０
がその障害物Ｇに衝突してしまう。

(2) 通常ロボツトはプログラムを切換えることに
より複数の種類の作業を行なうが、プログラム
を切換えて他の作業範囲に移る際、その経路に
障害物があると、第８図に示すように、ロボツ
トがこれに衝突する危険性が生ずる。

(3) また、従来ではロボツトが動作中、何らかの
異常が発生しロボツトが停止した場合、点検す
るためにロボツトを作業範囲から安全な位置へ
手動操作により退避させているが、多軸多関節
の複雑な構造のロボツトでは手動操作によりこ
れを安全な特定の位置へ移動させることは比較
的難しく、誤操作によりロボツトを衝突させて
しまう危険性がある。

そこで、従来では上記のような危険性を回避す
るために、第９図に示す如く、全ての作業プログ
ラムが同一点で始まり同一点で終了するように、
また、作業後は必ず原位置へ戻るようにロボツト
の制御プログラムが作られた。

［発明が決しようとする問題点］しかしながら、このような原位置は、どの作業
領域へも安全にロボツトが移動可能な位置で、か
つ各作業領域へ作業者が点検修理のために立入り
する場合に障害とならないよう、充分に離れた位
置に決められる。そして、例えば、第９図に示す
ように、１台のロボツトの制御プログラムがプロ
グラム１，２，３と作られ、それぞれのプログラ
ムが異なつた作業範囲で実行される場合、通常は
それぞれの作業時間も異なることから、プログラ
ム１→１→２→２→３→１→１のような一部のプ
ログラムを繰返すように動作する。よつて同じ作
業を繰返す場合にもロボツトはプログラムの終了
毎に離れた原位置へ戻ることになり、このような
無駄な動作によつてサイクル時間が長くなる問題
があつた。また、上記(3)項と同様に、ロボツトが
何らかの異常で停止した場合、原位置へ手動操作
で戻さなければならない不具合は依然として解消
されていない。

本発明は、上記の点にかんがみなされ、サイク
ル時間の短縮を図ると共に異常停止時に原位置へ
自動復帰できるようにすることを目的とする。

［問題点を決するための手段］このため本発明は、第１図に示すように、各種操作用の操作スイツチを有しスイツチ信号
を出力する操作盤４とロボツトを手動操作で動かすことにより少なく
とも移動位置、移動速度を教示してロボツトの作
業プログラムを作成し、かつロボツトが動作を開
始する動作開始点及び動作開始点復帰可能範囲を
設定するテイーチングボツクス３と、外部機器からのインターロツク信号および操作
盤４からのスイツチ信号を入力し、予め記憶部に
記憶されたシーケンス制御プログラムに基づき、
動作開始時、ロボツトが予め設定した動作開始点
復帰可能範囲内にあるか否かを判定し、当該範囲
内にロボツトが位置すると判定すると動作開始点
復帰信号を出力するプログラマブルコントローラ
２と、マイクロプロセツサ、記憶装置および入出力装
置を有し、上記テイーチングボツクス３から作業
プログラムデータを入力し、上記プログラマブル
コントローラ２から送られる上記動作開始点復帰
信号に基づきロボツトのアクチユエータ６の駆動
回路５に動作指令信号を出力してロボツトを上記
動作開始点に自動復帰させるロボツトコントロー
ラ１とからロボツト制御装置を構成した。

［作用］かかる構成により作業開始時、ロボツトが動作
開始点に位置するか否かを判定し、さらに動作開
始点にロボツトが位置しない時、動作開始点復帰
可能範位内にロボツトが位置するか否かを判定
し、当該範囲内に位置する時、動作開始点復帰信
号をロボツトコントローラ１に送り、ロボツトコ
ントローラ１から動作指令信号をロボツトのアク
チユエータ６の駆動回路５に送つてロボツトを自
動的にかつ安全に動作開始点に復帰させることが
できる。

［実施例］以下、本発明の実施例を第２図〜第５図に基づ
いて説明する。

第２図は４軸多関節のロボツト１２に適用され
るロボツト制御装置のブロツク図を示し、このロ
ボツト１２は４系統の自由度を持つように１軸か
ら４軸の各軸を回転する４個のアクチユエータ１
３ａ〜１３ｄを備え、アームの先端に設けた把持
部をＸ，Ｙ、Ｚ軸の座標上で動作させる。４個の
各アクチユエータ１３ａ〜１３ｄは４個の各駆動
回路１１ａ〜１１ｄから駆動信号を入力して動作
し、各駆動回路１１ａ〜１１ｄは後述のロボツト
コントローラ（以下RC７と言う）から送られる
速度指令等を含む動作指令信号を入力するように
接続される。９はロボツト１２の作業プログラム
を作成・編集し、かつロボツトが動作を開始する
動作開始点および動作開始点にロボツトが安全に
復帰可能な動作開始点復帰可能範囲内（以下復帰
可能範囲という）を設定するテイーチングボツク
スであり、ロボツト１２を手動操作により動かす
ことにより移動位置を教示し、同時に移動速度、
補間方法、補助機能等を教示して複数の作業プロ
グラムが作成される。テイーチングボツクス９で
作成された作業プログラムおよび設定された動作
開始点、復帰可能範囲はそれぞれRC７に入力さ
れ、テイーチングボツクス９にはロボツト１２と
RC７の動作状態を表示する表示器が設けられる。
１０は連続起動、復帰、停止等の各種操作用の操
作スイツチを有しこれらのスイツチ信号を後述の
プログラマブルコントローラ８（以下PC８と言
う）に印加する操作盤である。PC８は例えば、
入出力部、演算制御部、記憶部等からなる公知の
プログラマブルのシーケンスコントローラで、入
力装置を通して論理演算、順序制御、タイマ、カ
ウンタなどを所定の命令語で記憶部にプログラム
する。また、PC８には工作機械等の外部機器１
４から各種作業要求等のインターロツク信号が入
力され、PC８は予め記憶部に記憶した制御プロ
グラムに基づきプログラム選択信号、起動信号、
動作開始点復帰信号をRC７に出力するように接
続される。一方RC７はマイクロプロセツサ、記
憶装置、入出力装置等から構成される制御回路
で、テイーチングボツクス９から作業プログラ
ム、動作開始点、復帰可能範囲の各データを取り
込み、PC８からプログラム選択信号、動作開始
点復帰信号、起動信号等を入力し、これらの各信
号に応じてロボツト１２の作業プログラムを選
択・実行し、その出力部より各アクチユエータ１
３ａ〜１３ｄの駆動回路１１ａ〜１１ｄに速度指
令等を含む動作指令信号を出力する。

次に、テイーチングボツクス９によつて行なわ
れるロボツト１２の作業プログラム入力を説明す
る。例えば作業１〜作業３の３つの作業をプログ
ラムする場合、先ず、作業１をプログラム番号１
として入力し、テイーチングボツクス９の操作ス
イツチを使用して手動操作により、最初、ロボツ
ト１２を動作開始点P₁₁（第３図）へ移動させ、プ
ログラム１（作業１）の動作開始点P₁₁を教示す
る。このような動作開始点はロボツト１２が障害
物と干渉せずに安全に作業を開始できる位置に座
標で設定され、同時に、他の位置から動作開始点
P₁₁に移動する移動速度、補間方法、補助機能も
教示する。次に、ロボツト１２を点P₁₂へ同様な
手動操作で移動させてこの点P₁₂を教示し、また
同様に移動速度等も教示する。このような手法に
より点P₁₂〜点P₁₉をそれぞれ教示し、最後に点
P₁₉から動作開始点P₁₁に戻りその作業１のプログ
ラムを終了する。そして、周辺機器等の障害物に
ロボツト１２が干渉せず、直線動作で動作開始点
へ移動可能な範囲を復帰可能範囲としてテイーチ
ングボツクス９に座標とアーム先端の回転で設定
する。すなわち、第３図、第４図に示すように、
復帰可能範囲A₁は動作開始点P₁₁を含む直方体で
構成され、この範囲がＸ、Ｙ、Ｚの座標とアーム
先端の回転角Ｔにより（X₁Y₁Z₁T₁）、
（X₂Y₂Z₂T₂）のように設定される。また、同様
にプログラム２、プログラム３についても、手動
操作によりロボツト１２を動かすことによつて動
作開始点P₂₁、P₃₁が教示され、順次各点にロボツ
トを移動させながら各点P₂₂〜P₂₁₂、P₃₂〜P₃₁₃を
教示すると共に、移動時の移動速度等も教示し、
さらに、動作開始点P₂₁又はP₃₁を含む上記と同様
な復帰可能範囲A₂、A₃がＸ、Ｙ、Ｚ座標とアー
ム先端の回転角Ｔにより設定される。一方、第３
図に示すように、作業１〜３の作業領域間に障害
物が存在する場合、プログラム１〜３の切り換え
時にロボツトが各作業領域間を直線的に移動して
障害物に衝突する危険性があるため、プログラム
４として各動作開始点P₁₁、P₂₁、P₃₁を含む復帰
可能範囲A₄を設定し、各動作開始点に安全に移
動できる位置の復帰可能範囲A₄内に退避点P₄₁を
設定する。この退避点P₄₁はロボツト１２の点検、
部品交換、段取り作業等の際、ロボツト１２を作
業領域外へ安全に退避させる位置となる。

次に、第５図のフローチヤートを参照して上記
構成の制御装置の動作を説明する。

PC８は、操作盤１０からの連続起動信号、復
帰信号、および外部機器１４から送られる作業要
求信号に応じて予め決められたシーケンス制御プ
ログラムを実行し、以下のようにプログラム選択
信号、プログラムNo.信号、起動信号、動作開始点
復帰信号をRC７に送り、ロボツト１２は制御さ
れる。

先ず、ステツプ１００で、作業要求信号が外部
機器１４からPC８に入力された場合、次のステ
ツプ１１０でプログラム１が選択され、ステツプ
１２０で、ロボツト１２が動作開始点P₁₁に位置
するか否かを判定する。ここで、RC７から動作
開始点復帰完了信号が入力されている時にはロボ
ツト１２が動作開始点P₁₁に位置し安全に起動で
きるものとしてステツプ１３０に進み、起動信号
をRC７へ出力する。これによつてRC７はプログ
ラム１の実行を開始し、ロボツト１２はこのプロ
グラムに基づき作業１を行なう。一方、ステツプ
１２０で、動作開始点復帰完了信号がなく動作開
始点P₁₁に位置しないと判定された場合には、次
に、ステツプ１５０を実行し、ロボツトが復帰可
能範囲A₁内に位置するか否かを、RC７から送ら
れるＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向およびＴ方向の復帰
可能信号をみることによつて判定する。そして、
４種の復帰可能信号がPC８に入力されている時、
ロボツトが復帰可能範囲A₁内に位置すると判定
してステツプ１６０に進み、動作開始点復帰信号
をRC７に出力し、ロボツトを復帰動作させる。
さらにステツプ１７０にてロボツト１２が動作開
始点に復帰したか否かをRC７から送られる復帰
完了信号をみることにより判定し、動作開始点
P₁₁に復帰した時、ステツプ１３０に進んで起動
信号をRC７に出力する。そして、ロボツト１２
は開始点P₁₁からP₁₉を経て再びP₁₁に戻り、作業
１を完了すると、RC７よりプログラム終了信号
がPC８に送られ、ステツプ１４０でこれを確認
し、この回の制御を終了する。

一方、ステツプ１５０にて、ロボツト１２が復
帰可能範囲に位置しないと判定された時、次に、
ステツプ１８０に進み、プログラム４を選択す
る。そして、ステツプ１９０にてロボツト１２が
退避点P₄₁に位置するか否かを判定し、この退避
点P₄₁に位置すれば、動作開始点P₁₁に安全に復帰
できるため、ステツプ１６０に進んでロボツトを
動作開始点P₁₁に復帰させる。しかし、退避点P₄₁
に位置しない場合には次にステツプ２００に進
み、ロボツト１２が復帰可能範囲A₄内に位置す
るか否かを判定し、復帰可能範囲A₄内に位置す
れば、退避点P₄₁への経路は安全であり、また、
退避点P₄₁から動作開始点P₁₁への安全は保証され
ているため、退避点復帰信号がステツプ２１０で
出力され、ステツプ２２０にて退避点P₄₁への復
帰が完了したか否かを判定し、退避点P₄₁へ復帰
した時、次にステツプ１６０からステツプ１７０
へ進み、プログラム１の動作開始点P₁₁へ復帰し
た後、上記と同様に起動信号がRC７へ出力され
作業１が安全に開始される。

一方、ロボツト１２が作業２の動作開始点P₂₁、
もしくは復帰可能範囲A₂内に位置する場合には、
ステツプ２００からステツプ２３０に進み、ステ
ツプ２４０にてロボツト１２が復帰可能範囲A₂
内に位置するか否かを判定した後、ステツプ２５
０に進み動作開始点P₂₁に復帰すべく復帰信号が
出力される。そして、ロボツト１２が復帰可能範
囲A₄内の動作開始点P₂₁に復帰したところで、再
びステツプ１８０〜２２０を実行して退避点P₄₁
に移り、ここからプログラム１の動作開始点P₁₁
に安全に復帰し、作業１が開始される。また、ロ
ボツト１２が作業３の動作開始点P₃₁もしくは復
帰可能範囲A₃内に位置する場合にも、上記同様
にステツプ２７０〜３００が実行され、その後ス
テツプ１８０に進み、退避点P₄₁を経て安全に動
作開始点P₁₁に復帰することができる。

なお、ロボツト１２の位置が復帰可能範囲A₁、
A₂、A₃、A₄の全ての領域にない場合にはステツ
プ３１０を実行し、テイーチングボツクス９を使
用した手動操作によりロボツト１２を上記何れか
の復帰可能範囲に移動させ、再びステツプ１１０
からの処理が行なわれる。

第５図のフローチヤートは作業１（プログラム
１）を行なうものであつたが、作業２（プログラ
ム２）又は作業３（プログラム３）を行なう場合
も上記と同様に、ロボツト１２が何れに位置して
いても安全にその動作開始点P₂₁又はP₃₁に復帰さ
せることができ、安全にロボツトを起動させるこ
とができる。

また、同じ作業を繰返す場合には動作開始点か
ら直ちに再動作を行なうことができ、さらに、保
守や段取り作業時にはプログラム４によつて自動
的に各動作開始点から退避点P₄₁にロボツトを安
全に移動させることができる。

［効果］以上説明したように、本発明のロボツト制御装
置によれば、ロボツトの動作開始時、障害物等に
衝突することなく安全に所定の動作開始点にロボ
ツトを自動的に復帰させることができ、また、ロ
ボツトの起動も安全に行なうことができる。特
に、ロボツトが他の作業領域内に位置する場合に
も安全に所定の動作開始点に自動的に復帰させる
ことができる。さらに同じ作業を繰返す場合、従
来のようにかなり離れた共通の原位置に毎回復帰
させず、その作業領域内の動作開始点に復帰させ
るのみでよいため、ロボツトに無駄な動きがな
く、繰返し作業のサイクル時間を短縮し効率のよ
い作業を行なうことができる。また、ロボツトの
点検や段取り作業時にはロボツトを安全な退避点
に自動的に退避させることができ、作業性が向上
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を明示するための構成図、第２
図ないし第５図は本発明の実施例を示し、第２図
はロボツト制御装置のブロツク図、第３図は各作
業の動作開始点と復帰可能範囲を示す説明図、第
４図は動作開始点と復帰可能範囲を設定する座標
等の説明図、第５図は動作を示すフローチヤー
ト、第６図、第７図、第８図はそれぞれ従来のロ
ボツトの安全上の問題点を示す説明図、第９図は
従来の安全対策上の経路図である。１……ロボツトコントローラ、２……プログラ
マブルコントローラ、３……テイーチングボツク
ス、４……操作盤、５……駆動回路、６……アク
チユエータ、１２……ロボツト。

Claims

【特許請求の範囲】１各種操作用の操作スイツチを有しスイツチ信
号を出力する操作盤と、ロボツトを手動操作で動かすことにより少なく
とも移動位置、移動速度を教示してロボツトの作
業プログラムを作成し、かつロボツトが動作を開
始する動作開始点及び動作開始点復帰可能範囲を
設定するテイーチングボツクスと、外部機器からのインターロツク信号および操作
盤からのスイツチ信号を入力し、予め記憶部に記
憶されたシーケンス制御プログラムに基づき、動
作開始時、ロボツトが予め設定した動作開始点復
帰可能範囲内にあるか否かを判定し、当該範囲内
にロボツトが位置すると判定すると動作開始点復
帰信号を出力するプログラマブルコントローラ
と、マイクロプロセツサ、記憶装置および入出力装
置を有し、上記テイーチングボツクスから作業プ
ログラムデータを入力し、上記プログラマブルコ
ントローラから送られる上記動作開始点復帰信号
に基づきロボツトのアクチユエータの駆動回路に
動作指令信号を出力してロボツトを上記動作開始
点に自動復帰させるロボツトコントローラと、を備えることを特徴とするロボツト制御装置。