JPH048484A - 複数ロボットの協調動作制御方法および制御装置 - 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〕 本発明は可動領域が干渉する複数台のロボットを協調動
作させるための制御を行う複数ロボットの協調動作制御
方法および制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の複数ロボットの協調動作制御方法は、特開昭６３
−２６８１号公報に記載のようにロボットを制御するプ
ログラム上で互いに同期を取りながら動作することによ
り干渉が起こらないようにするのが一般的であった。

〔発明が解決しよとする課題〕

上記従来技術は個々のロボットが視覚センサ等で未知の
外界を認知しながら動作方法を自体で練って作業を行う
場合などには通用が困難であり、また一般の複数ロボッ
トの定形作業においても制御プログラムや制御装置が複
雑になり、さらにロボットのティーチングが困難になる
などの問題があった。

本発明の目的は予め同期を取るなどの方策がなされてい
ない複数台のロボットシステムにおける各ロボットの協
調動作を可能にする複数のロボットの協調動作制御方法
および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〕

上記目的を達成するために、本発明の複数ロボットの協
調動作制御方法は複数台のロボットを優先順に主要動作
ロボットと従属動作ロボットに分け、従属動作ロボット
に物理的作用検出手段を持たせることにより、この検出
手段が干渉によって生じた物理的作用を検出したことを
要因として従属動作ロボットに協調動作をとらせるよう
にしたものである。

この一つの協調動作を行うために、従属動作ロボットが
主要動作ロボットの動作範囲に待避して、定められた復
帰条件が成立したらもとに復帰するようにしたものであ
る。

上記の一つの復帰条件は一定時間が経過したら待避から
復帰するようにしたものである。

上記の他の復帰条件はロボットシステム全゛体の統轄コ
ンピュータからの復帰可能信号としたのものである。

また他の協調動作を行うために、従属動作ロボットが物
理的作用の検出値を用いて主要動作ロボットの動作に倣
うようにしたものである。

上記の一つの物理的作用検出手段はロボットの手先等に
設けた力検出器によって外力を検出するようにしたもの
である。

上記の他の物理的作用検出手段はロボットの各関節の駆
動軸に設けた関節トルク検出器によって外力を検出する
ようにしたものである。

上記のさらに他の物理的作用検出手段はロボットの各関
節を駆動するサーボモータの電流や速度等から演算によ
って関節トルクを求めるようにしたものである。

また協調動作制御方法におて各ロボットの担当する作業
を同じ効率で実行するためには、各ロボットに対する主
要動作ロボットと従属動作ロボ・ノドの割り付けを適宜
に入れ換えるようにしたものである。

さらに協調動作制御方法において移動物体がロボットの
動作範囲内に侵入した場合の協調動作のためには、移動
物体との干渉を検出したら従属動作ロボットのモードで
協調動作するようにしたものである。

本発明の複数ロボットの協調動作制御装置は、各関節の
モータのサーボ制御を行うＣＰＵと動作指令を出すＣＰ
Ｕとの間に双方向性メモリを設け、主要動作モードと従
属動作モードの割り付けの入れ換えや物理的作用検出手
段の検出を要因にした通常の動作から協調動作への移行
に際して、サーボプログラムやサーボパラメータの転送
を双方向メモリを介して随時高速に行えるようにしたも
のである。

〔作用〕

上記の複数ロボットの協調動作制御方法は、相互に干渉
し合う動作領域を有する複数台のロボ・ノドを干渉が生
じたときに優先順に優先的に動作する主要動作ロボット
と該主要動作ロボットに準じて動作する従属動作ロボッ
トとに分け、各ロボットの少なくとも従属動作ロボット
に他のロボットからの物理的作用を検出する検出手段を
持たせたことにより、該物理的作用検出手段が主要動作
ロボットとの干渉による物理的作用を検出したことを要
因にして従属動作ロボットの動作制御をそれまでの作業
動作制御から主要動作ロボットの動作を阻害しない協調
動作制御に切り換えるので、複数台のロボットを制御す
るコンピュータのプログラム上で同期をとることなく複
数台のロボットを協調動作させることができる。

干渉が生じたときの協調動作の一つの方法として、協調
動作に切り換わったら従属動作ロボットを主要動作ロボ
ットの動作範囲外に待避させ、定められた復帰条件が成
立したのちもとの場所に復帰させることにより、主要動
作ロボットが作業を終えて移動していれば従属動作ロボ
ットを中断した作業に戻し、もしまた干渉を起こし物理
的作用を検出するようであれば再度待避・復帰行動を繰
り返すようにする。

上記の協調動作の一つの復帰条件として、待避してから
一定時間経過したらもとの場所に復帰させ、もしまた干
渉を起こしているようであれば再度待避・復帰行動を繰
り返すようにする。

上記の協調動作の他の復帰条件として、ロボットシステ
ム全体を統轄するコンピュータが干渉の生じた知らせを
受けると主要動作ロボットの位置の監視を始め、主要動
作ロボットが作業を終えて干渉を起こした場所から移動
したら従属動作ロボットに復帰可能信号を出ようにする
。

また干渉が生じたときの協調動作の他の方法として、協
調動作制御に切り換わったら、干渉による物理的作用の
検出値をある値に保つように従属動作ロボットを制御す
ることにより、従属動作ロボットはある復元力を保ちな
がら主要動作ロボットの動作に倣って動作することにな
り、もしまた主要動作ロボットが作業を終えて干渉が生
じた場所から移動すれば従属動作ロボットは復元力によ
って作業を中断した場所に戻って作業を再開する。

上記の物理的作用を主要動作ロボットと従属動作ロボッ
トの干渉力であるとし、その一つの物理的作用検出手段
としてロボットの手先等に設けた力検出器を用いてこの
干渉力を検出することにより、ロボットのその部位に生
じた干渉力を検出することができる。

上記の他の物理的作用検出手段として、ロボットの各関
節に設置した軸トルク検出器を用いてこの干渉力を検出
することにより、ロボットのどの部位に干渉が生じても
干渉力を検出することができる。

上記のさらに他の物理的作用検出手段として、ロボット
の各関節を駆動するサーボモータの電流や速度等からサ
ーボ用ＣＰＵによる演算によって各関節にかかる外力を
求めることにより、ロボットが動作しているときに外力
が加わると速度が急変するので外力が加わったことを知
ることができ、また位置決め制御されているときに外力
が加わるとサーボ制御によりモータの電流値が増えるの
で外力が加わったことを知ることができる。

また各ロボットに対する主要動作ロボットと従属動作の
割り付けについては、これを固定とせずにロボットシス
テム全体を管理する統轄コンピュータからの指令等によ
って、一定時間の経過や一回の作業の終了などの適宜な
割り付け条件によりロボット相互間で入れ換えるように
することにより、主要動作ロボットに割り付けられたロ
ボットの作業のみが一方的に進むようなことがない。

さらに何らかの予期しない移動物体がロボットの動作範
囲内に侵入した場合の協調動作については、その移動物
体とロボットの干渉をロボットの物理的作用検出手段が
検出したら従属動作ロボットモードとなって移動物体と
協調して動作することにより、移動物体を破壊したり進
路を妨害したりしないようにすることができるうえ、ま
た移動物体として移動台車に乗ったロボット等の移動ロ
ボットや作業者を想定できるから、作業者がロボットの
動作範囲内で作業をする場合に作業者ととロボットとの
干渉を検出したら従属動作モードで作業者と協調して作
業を行うようにすることも可能である。

上記の複数ロボットの協調動作制御装置は、各関節のモ
ータのサーボ制御を高速に行うＣＰＵと座標変換等を計
算して動作指令を出すＣＰＵとの間に双方向メモリを設
けることにより、ロボットに対する主要動作モードと従
属動作モードの割り付けの入れ換えや物理的作用検出を
要因とした通常の作業動作から協調動作の移行に際して
、サーボプログラムやサーボパラメータ等の転送を双方
向メモリを介して随時高速に行うことができる。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を第１図から第１１図により説明
する。

第１図は本発明による複数ロボットの協調動作制御方法
および制御装置の一実施例を示す主要動作ロボットと従
属動作ロボットとコントローラと統轄コンピュータから
成るシステム構成図である。

第１図の実施例はそれぞれ３つの自由度を持つ２台のロ
ボットによって所定の場所にブロックを積み上げる作業
を行う場合のシステムの構成を示しており、この３自由
度の２台のロボットの協調動作に限定して説明しても本
発明による協調動作の一般性を失うものではない。

第１図において、１．２はそれぞれ主要動作ロボット従
属動作ロボット、Ｉａ、Ｉｂ、１ｃ２ａ、２ｂ、２ｃは
各ロボット１．２の第１．第２、第３関節、３．１５は
各ロボット１，２を制御するコントローラ、４はサーボ
モジュール、５はサーボ用ＣＰＵ、６は双方向モジュー
ル、７はローカルメモリ、８はインタフェースであり、
サーボモジュール４はサーボ用ＣＰＬ１５ないしインタ
フェース８から構成され、各コントローラ３．１５にロ
ボット１．２の軸数ぷん用意される。９は各コントロー
ラ３．Ｉ５の指令用ＣＰＵ、１０は指令用ＣＰＵＱ用の
メインメモリであり、１１は各コントローラ３．１５を
管理する統轄コンピュータ、１２゜１３、１４はロボッ
ト１，２が作業として積み上げるブロックである。第１
図は２台のロボット１，２がブロック１３．１４を積み
上げる所定の位置（ブロック１２の上方位置）に同時に
到着し、ロポ・７ト１２はそれぞれの動作方向１６．１
７に移動しようとして干渉が生じた場面を表している。

コントローラ１５，３のサーボ用ＣＰＵ５はロボットが
主要動作ロボット１の場合には各軸の位置または速度等
のサーボ制御演算を行い、またロボットが従属動作ロボ
ット２の場合には例えば倣い動作を行うときには力また
はコンプライアンス等のサーボ制御演算を行い、協調動
作の指令用ＣＰＵ９はロボットに対する主要動作ロボッ
ト１または従属動作ロボット２の場合に応じて座標変換
等の演算の結果で得られる位置や速度や力等の指令をサ
ーボ用ＣＰＵ５に与える。双方向性メモリ６は指令用Ｃ
ＰＵ９とサーボ用ＣＰＵ５の間で主要動作ロボフトエと
従属動作ロボット２０割り付けに応じたサーボ演算プロ
グラムの転送と力制御やコンプライアンス制御において
復元力の大きさ等を場合に応じて変えるためのサーボ用
パラメータの転送と座標変換や倣い動作の開始・終了検
出のための各検出器の検出値の転送等を司る。統轄コン
ピュータ１１は複数台のロボット全体に対して主要動作
ロボット１と従属動作ロボット２の割り付け等の管理を
行う。

上記の構成で、相互に干渉し合う動作領域を有しうる複
数台のロボットのシステムにおいて、複数台の各ロボッ
トまたは一部のロボットに他のロボットからの干渉に伴
う物理的作用を検出する手段（図示せず）を具備すると
ともに、複数台のロボットが優先順に主要動作ロボット
１と従属動作ロボット２に割り付けられており、その従
属動作ロボット２の物理的作用検出手段が主要動作ロボ
ット１からの物理的作用を検出したことを要因にして、
従属動作ロボット２の動作制御を主要動作ロボット１の
動作を阻害しない協調動作に切り換えることにより、複
数台のロボットを制御するコンピュータのプログラム上
で同期をとることなく複数台のロボットを協調動作させ
ることが可能である。

第２図（ａ）、　（ｂ）は第１図のシステムにおける複
数ロボットの協調動作制御方法の一実施例を示す協調動
作時のロボットの動きを表わす説明図である。

第２図（ａ）、　（ｂｌの実施例は第１図に示したよう
な干渉が生じた場合に２台のロボットが協調動作を行う
時のロボットの動きの一例を示しており、第２図（ａ）
は従属動作ロボット２が作業を中断して主要動作ロボソ
）ｌの可動範囲１８の外へ待避した時の状態、第２図中
）は主要動作ロボット１の作業が終了して従属動作ロボ
ット２が中断した作業に復帰した状態を表している。

第３図は同じく第１図のシステムの複数ロボットの協調
動作制御方法の一実施例を示す協調動作のアルゴリズム
のフロー図である。第３図において、前もって統轄コン
ピュータ１１によってロボット１は主要動作ロボット、
ロボット２は従属動作ロボットに割り付けておく。ここ
で第１図に示すような干渉が生じた場合には、まず従属
動作ロボット２の物理的作用検出手段（図示せず）が主
要動作ロボット１との干渉によってし生じた物理的作用
を検出したことを判断しく１９）、コントローラ３のサ
ーボモジュール４のインタフェース８の機能により自動
的に指令用ＣＰＵ９のプログラムに割り込みをかける。

この物理的作用としては主要動作ロボット１が従属ロボ
ット２に接触して及ぼす外力が一般的に考えられるが、
その他にも主要動作ロボット１の従属動作ロボット２へ
の接近に際して変化する物理的作用であれば光の強度や
電磁波の強度等のあらゆる物理的作用を利用することが
できる。ここで上記の物理的作業を検出すると指令用。

ＣＰＵ９のプログラムによって従属動作ロボット２の作
業を中断させ（２０）、第２図ｆａ）に示すように予め
分っている主要動作ロボット１の動作範囲（可動範囲）
１８の外へ待避させる（２１）。

これより一定時間経過を判断しく２２）、一定時間経過
後には従属動作ロボット２を中断した位置に復帰させる
（２３）。このとき主要動作ロボット１が作業をｍ続し
ていて再び従属動作ロボット２の物理的作用検出手段が
物理的作用を検出するかどうかを調べ（２４）、検出す
れば主要動作ロボット１の動作範囲外への待避を繰り返
しく２１）、検出しなければ第２図ｆｂ）に示すように
主要動作ロボット１の作業が終了したとして従属動作ロ
ボット２を中断した作業に復帰させる（２５）。

本実施例の協調動作制御方法によれば、従属動作ロボッ
ト２はロボット１，２間で干渉が生じて物理的作用検出
手段が物理的作用を検出したことを要因にして自動的に
待避するので、ロボット１２を駆動するコントローラ３
．１５間で干渉防止のために同期をとる必要がなく、ロ
ボットのティーチングやロボットを駆動するプログラム
の開発が容易になるなどの効果がある。

上記実施例では従属動作ロボット２の待避から復帰への
条件は一定時間経過判断（２２）による一定時間の経過
であるとしているが、この代りに従属動作ロボット２の
待避動作と同時に統轄コンピュータ１１がコントローラ
３を通して主要動作ロボント１の位置の監視を始め、主
要動作ロボット１が干渉位置から移動したと判断したら
従属動作ロボット２に対して復帰可能信号を送る方法も
ある。

この協調動作制御方法によれば、干渉位置での主要動作
ロボット１の作業が長剣いた際に従属動作ロボット２の
待避・復帰行動を繰り返さなくてもすむ効果がある。

第４図（ａ）、　（ｂ）、　ｆｃ）、　ｆｄｌは第１図
のシステムにおける複数ロボットの協調動作制御方法の
他の実施例を示す協調動作時のロボットの動きを表わす
説明図である。第４図ｆａｌ〜（ｄｌの実施例は第１図
に示したような干渉が生じた場合に２台のロボットが協
調動作を行う時のロボットの動きの他の例を表わしてお
り、第４図（ａ）は主要動作ロボット１の物理的作用が
力の場合に従属動作ロボット２が押されて復元力２６を
保ちながら後退する時の状態、第４図（ｂ）は主要動作
ロボット１が作業位置でブロックを積み上げる時の状態
、第４図（Ｃ）は主要動作ロボット１が作業領域から離
脱して従属動作ロボット２が作業中断位置に戻った状態
、第４図（ｄ）は従属動作ロボット２が中断したブロッ
クを積み上げる状態をそれぞれ表わしている。

第５図は同じく第１図のシステムの複数ロボットの協調
動作制御方法の他の実施例を示す協調動作のアルゴリズ
ムのフロー図である。第５図において、前もって統轄コ
ンピュータ１１によってロボット１は主要動作ロボット
、ロボット２は従属動作ロボットに割り付けておく。こ
こで第１図に示すような干渉が生じた場合には、まず従
属動作ロボット２の物理作用検出手段（図示せず）が主
要動作ロボット１との干渉によって生じた物理的作用を
検出したことを判断しく２７）、コントローラ３のサー
ボモジュール４のインタフェース８の機能により自動的
に指令用ＣＰＵ９のプログラムに割り込みをかける。こ
の物理的作用としては第３図の実施例と同じく主要動作
ロボット１が従属動作ロボット２に接触して及ぼす外力
が一般的に考えられるが、その他にも主要動作ロボット
ｌの従属動作ロボット２への接近に際して変化する物理
的作用であれば光の強度や電磁波の強度等を利用できる
。ここで上記の物理的作用を検出したことを要因として
指令用ＣＰＵ９のプログラムによって従属動作ロボット
２の作業を中断させ（２８）、従属動作ロボット２の制
御モードを作業用制御モードから協調動作のための倣い
制御モードに切り換える（２９）。この倣い制御モード
では従属動作ロボット２は主要動作ロボット１から受け
る物理的作用の検出値をある値に保つように動作する。

ここで例えば上記の物理的作用が接触による力である場
合には、第４図（ａ）に示すように従属動作ロボット２
は主要動作ロボット１に押されると一定の復元力２６を
保ちながら後退することになり、ついで主要動作ロボッ
ト１は作業位置を確保して第４図（ｂ）に示すようにブ
ロック１３をブロック１２の上に積み上げ、つぎに第４
図（Ｃ）に示すように主要動作ロボット１は作業領域か
ら離脱して従属動作ロボット２は復元力２６により作業
中断位置に戻ることになる。ここで従属動作ロボット２
が作業中断位置に戻ったことを判断しく３０）、従属動
作ロボット２の物理的作用検出手段が物理的作用である
干渉力を検出しなくなったことを判断する（３１）、従
属動作ロボット２の制御モードを倣い制御モードから通
常の作業用制御モードへ戻して（３２）、従属動作ロボ
ット２を中断した動作に復帰させ（３３）、ここで従属
動作ロボット２はブロック１４をブロック１３の上に積
み上げる。

本実施例の協調動作制御方法によれば、従属動作ロボッ
ト２はロボット１．２間で干渉が生じて物理的作用検出
手段が物理的作用たとえば力を検出したことを要因とし
て自動的に倣い制御による協調動作を行うので、ロボッ
ト１．２を駆動するコントローラ３，１５間で干渉防止
のために同期をとる必要がなく、ロボットのティーチン
グやロボットを駆動するプログラムの開発が容易になる
などの効果があるうえ、さらに従属動作ロボット２が作
業を中断しているのは主要動作ロボット１と作業領域が
干渉している最短の時間に限られて従属動作ロボット２
の動きも最小ですむため、従来のプログラムで同期をと
る方法や上記の第３図の主要動作ロボット２の動作範囲
外へ待避する方法に比較して作業効率がよいという効果
がある。

第６図は第１図のシステムの複数ロボットへの主要動作
ロボットと従属動作ロボットの動作モードの割り付けを
変更する方法の一実施例を示す説明図である。上記の協
調動作制御方法ではロボット１は優先順に主要動作ロボ
ットのモードでロボット２は従属動作ロボットのモード
に割り付けて説明したが、第６図の実施例は各ロボット
への動作モードの割り付けを変更する方法について説明
する。第６図において、対応する各ロボットｌ。

２への主要動作ロボットのモード３４と従属動作ロボッ
トのモード３５の切り換え動作による割り付け３６、３
７を画定したままでは主要動作ロボットモード３４が割
り付けられたロボット１の作業が干渉時に優先されるた
め従属動作ロボットモード３５が割り付けられたロボッ
ト２の作業が阻害される可能性があるから、そこでこれ
を解決するため一定時間経過や一回の作業終了などの適
宜な条件によって各ロボット１．２への主要動作ロボッ
トモード３４と従属動作モード３５の切り換え動作によ
る割り付け３６．３７を統括コンピュータ１１によって
切り換えるようにする。

第７図は第６図の複数ロボットへの動作モードの割り付
け変更時に実際にコントローラ内でプログラムやパラメ
ータを変更する手順を示す説明図である。第７図におい
て、第６図と統轄コンピュータ１１による対応するロボ
ット１．２への主要動作ロボットモード３４と従属動作
ロボットモード３５の切り換え動作による割り付け３６
．３７の変更時には、実際には第７図に示すように統轄
コンピュータエ１からの指示によってロボット１．２の
コントローラ３．１５の指令用ＣＰＵ９がメインメモリ
１０に記憶されている各モード３４．３５用のサーボプ
ログラムもしくはサーボパラメータ３８を転送経路３９
に示すようにサーボモジュール４の双方向メモリ６に転
送し、これよりサーボモジュール４内のサーボ用ＣＰＵ
５が双方向メモリ６の内容をローカルメモリ７に転送す
る。この新たな各モード３４゜３５用のプログラムもし
くはパラメータ３８に基づいてロボット１．２が制御さ
れ、ロボットｌ、２は新たに切り換えられたモードで動
作するようになる。

本実施例の主要動作ロボットと従属動作ロボットの動作
モードの割り付けを変更する方法によれば、主要動作ロ
ボットに割り付けられたロボットの作業のみが優先され
て従属動作ロボットに割り付けられたロボットの作業が
阻害されることがなくなるので作業効率が向上する効果
がある。

第８図は第１図のシステムの物理的作用検出手段として
ロボットの手先に装着した力センサで干渉力を検出する
方法の一実施例を示す説明図である。第８図において、
主要動作ロボット１が従属動作ロボット２に及ぼす物理
的作用として力を想定すると、物理的作用検出手段とし
て従属動作ロボット２の手先に装着した力センサ４０を
用いることができる。この方センサ４０の出力を力セン
サアンプ４１で増幅して各自由度の成分ごとにコントロ
ーラ３のサーボモジュール４にインターフェース８を介
して取り込み、サーボ用ＣＰＵ５によって双方向メモリ
６に転送して指令用ＣＰＵに取り込む。指令用ＣＰＵ９
では取り込んだ力検出値に座標変換等の処理をして外力
を求め、これにより従属動作ロボット２に倣い動作を行
わせるための指令値を演算してサーボモジュール４に送
る。

本実施例の物理的作用検出手段によれば、ロボットの手
先に装着した力センサ４０では手先の干渉にのみ対応す
ることができる。もしロボットの全身に圧力センサを取
り付ければ、ロボットのどの部位で力の干渉が起こって
も協調動作させることができるという効果があるが、こ
れには多数のセンサが必要となる。

第９図は第１図のシステムの物理的作用検出手段として
各関節軸に装着したトルクセンサで干渉力を検出する方
法の他の実施例を示す説明図である。第９図において第
８図の力センサ４０の代りに従属動作ロボット２の各第
１．第２．第３関節２ａ、２ｂ、２ｃ軸に軸トルクセン
サ４２．４３．４４を設け、この第１．第２．第３関節
軸トルクセンサ４２４３、４４の出力を軸トルクセンサ
アンプ４５．４６．４７で増幅して各自由度の成分ごと
にコントローラ３のサーボモジュール４にインターフェ
ース８を介して取り込み、これよりサーボ用ＣＰＵ９に
よって双方向メモリ６に転送して指令用ＣＰＵ９に取り
込む。指令用ＣＰＵ９では取り込んだ力検出値に座標変
換等の処理をして外力を求め、これより従属動作ロボッ
ト２に倣い動作を行わせるための指令値を演算してサー
ボモジュール４に送る。

本実施例の物理的作用検出手段によれば、従属動作ロボ
ット２の各関節２ａ、２ｂ、２ｃ軸に軸トルクセンサ４
２．４３．４４を設けることにより、ロボット２のどの
部位に干渉力が生じても各関節軸に設けた軸トルクセン
サ４２．４３．４４だけで外力を検出できる効果がある
。

第１０図は第１図のシステムの物理的作用検出手段とし
て関節のモータのサーボ制御のために検出している速度
や電流の値を利用して外力によって加えられるトルクの
値を演算によって求める方法のさらに他の実施例を示す
説明図である。第１０図において、第９図の軸トルクセ
ンサ４２．４３．４４を設置する代りに各第１．第２．
第３関節２ａ、２ｂ。

２ｃ軸を駆動するモータをサーボ制御するために検出し
ている電流や速度や位置などの検出値から演算によって
軸トルクを得る方法を示す。例えば従属動作ロボット２
の関節２ａ軸を駆動するモータ４８は電流センサ５０の
モータ電流検出値およびエンコーダ４９のパルス値を基
にコントローラ３のサーボモジュール４のサーボ用ＣＰ
Ｕ５でサーボ演算５２を行い、その演算結果をパワーア
ンプ５１に送ってその出力により制御される。このとき
電流センサ５０の電流検出値およびエンコーダ４９のパ
ルス値を基にサーボ用ＣＰＵ５で軸トルク演算５３を行
い、各軸の軸トルクを指令用ＣＰＵ９に送って座標演算
等を行って外力を求める。

第１１図は第１０図のサーボ用ＣＰＬ１５の軸トルク演
算５３の内容と方法を示す説明図である。第１１図にお
いて、５４はモータ４８のダイナミックス、５５はサー
ボ用ＣＰＵ５での軸トルク（干渉トルク）演算５５　（
５３）では電流センサ５０の電流検出値（１，）５６に
モータ４８のトルク定数（Ｋア）５７を乗じて発生トル
クをシュミレートし、この値から速度値（Ｗ、）５８に
慣性系のダイナミックス（モータ慣性系）５９の逆ダイ
ナミックス（慣性逆システム）６０を乗じた値を引いた
ものをフィルタ６１を通して外力による軸トルク（干渉
トルク）　　（Ｔ）６２の推定ｈＸである軸トルク（干
渉トルク）推定値（Ｔ’）　６３を得る。

上記の演算内容を式で表すと次のようになる。

このフィルタ６１は微分演算を避けるためのものである
。

本実施例の物理的作用検出手段によれば、軸トルクセン
サ４２，４３．４４を設置する代りに各関節２ａ２ｂ、
２ｃ軸を駆動するモータをサーボ制御するために検出し
ているモータ電流や速度等の検出値から演算によって外
力による軸トルク（干渉トルク）推定（＋！！６３など
を得ているための、第９図の軸トルクセンサ４２，４３
．４４を設置したことによる関節２ａ、２ｂ、２ｃ軸の
剛性の低下を防くことができる効果がある。

第１図のシステムにおける複数ロボットの協調動作制御
方法のさらに他の実施例について説明する。第１図のシ
ステムにおいて他のロボット１の代りに何らかの予期し
ない移動物体（図示せず）がロボット２の動作範囲内に
侵入した場合には、その移動物体とロボット２の干渉を
ロボット２の物理的作用検出手段（図示せず）が検出す
ると、ロボット２は従属動作ロボットのモードとなって
移動物体と協調して動作するように制御することにより
、移動物体を破壊したり進路を妨害したりしないように
することができる。また移動物体として例えば移動台車
に乗ったロボットおよび移動ロボットや作業者をも想定
できるから、例えば作業者がロボットの動作範囲内で作
業をする場合には作業者とロボット２の干渉を検出した
らロボット２が従属動作ロボットのモードとなって作業
者と協調して作業を行うようにすることも可能である。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明したように構成されているので以下に
記載されるような効果を奏する。

従属動作ロボットの物理的作用検出手段が主要動作ロボ
ットとの干渉による物理的作用を検出したことを要因に
して従属動作ロボットの動作制御をそれまでの作業動作
制御から主要動作ロボットの動作を阻害しない協調動作
制御に切り換えることにより、複数台のロボットを制御
するコンピュータのプログラム上で同期をとる必要がな
くて複数ロボットシステムのティーチングや制御プログ
ラムの開発を容易にすることができる。

この干渉が生じたときの協調動作の一つの方法として、
従属動作ロボットを主要動作ロボットの動作範囲外に待
避させ、定められた復帰条件が成立したらもとの場所に
復帰させるようにすることにより、従属動作ロボットの
コントローラが他のロボットのコントローラと通信等を
行う必要がないのでロボットの制御プログラムの開発を
容易にすることができる。

上記の一つの復帰条件として、一定時間経過したらもと
の場所に復帰させるようにし、もしまた主要動作ロボッ
トが一回の作業を終えないで干渉しているようであれば
再度に待避・復帰行動を繰り返えさせるようにすること
ができる。

上記の他の復帰条件として、ロボットシステム全体を統
轄するコンピュータにより、主要動作ロボットが一回の
作業を終えて干渉を起こした場所から移動したかどうか
を監視して、従属ロボットに復帰可能信号を出すように
することにより、主要動作ロボットの作業が長剣いても
従属動作ロボットがむやみに待避・復帰動作を繰り返さ
ずにすむようにできる。

また干渉が生じたときの協調動作の他の方法として、干
渉による物理的作用の検出値をある値に保つように従属
動作ロボットを制御することにより、従属動作ロボット
を主要動作ロボットの動作に倣わせることができるので
、従属動作ロボットの作業の中断を干渉が生じている最
短の時間に限ることができ、従属動作ロボットの動作も
最小にすることができる。

上記の物理的作用を主要動作ロボットと従属動作ロボッ
トの間の干渉力であるとし、この一つの干渉力検出手段
としてロボットの手先等の部位に設けた力検出器を用い
て干渉力を検出することにより、主要動作ロボットがそ
の部位に与える外力を検出することができる。

上記の他の干渉力検出手段として、ロボット各関節に設
置した軸トルク検出器を用いて干渉力を検出することに
より、主要動作ロボットが従属動作ロボットのどの部位
に干渉してもその干渉力を検出することができる。

上記のさらに他の干渉力検出手段として、ロボットの各
関節を駆動するサーボモータの電流や速度等から演算に
よって各関節にかかる外力を求めることにより、軸トル
ク検出器を特別に設ける必要がなくなって関節軸の剛性
の低下を防ぐことができる。

また、各ロボットに対るす主要動作ロボットと従属動作
ロボットの割り付け方法については、これを優先順に固
定すると代りにロボットシステム全体を管理する統轄コ
ンピュータからの指令によって、一定時間経過や一回の
作業終了等の適宜な条件によりロボット相互間で入り換
えることにより、主要動作ロボットに割り付けられたロ
ボットの作業のみが一方的に進んで従属動作ロボットに
割り付けられたロボットの作業が遅延する事態を防ぐこ
とができる。

さらに移動物体がロボットの動作範囲内に侵入した場合
に移動物体とロボットが干渉してもロボ７）が協調動作
するので移動物体を破壊したりすることがなく、また移
動物体には移動ロボットや作業者が想定できるから、作
業者がロボットの動作範囲内で作業を行う場合に作業者
とロボ−／　）が干渉してもロボットが協調動作するの
で作業者を傷付けることがない。

また干渉が生じたときの協調動作制御装置は、各関節の
モータのサーボ制御を高速に行うサーボ用ＣＰＵと座標
変換等を計算して動作指令を出す動作指令用ＣＰＵ０間
に双方向メモリを設けることにより、ロボットに対する
主要動作モードと従属動作モードの割り付けの入れ換え
や通常の作業動作から協調動作への移行に際して、サー
ボプログラムやサーボパラメータの転送を双方向メモリ
を介して随時高速に行うことができて転送時に特にシス
テムを待機状態にする必要もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による複数ロボットの協調動作制御方法
および制御装置の一実施例を示すシステム構成図、第２
図（ａ）、　（ｂｌは第１図の協調動作制御方法の一実
施例を示すロボットの動きの説明図、第３図は同じく協
調動作のアルゴリズムのフロー図、第４図ｆ８）〜（ｄ
）は第１図の協調動作制御方法の他の実施例を示すロボ
ットの動きの説明図、第５図は同じく協調動作のアルゴ
リズムのフロー図、第６図は第１図の協調動作制御方法
の動作モードの割り付けを変更する方法の一実施例を示
す説明図、第７図は第６図のコントローラ内でのプログ
ラムやパラメータを変更する手順を示す説明図、第８図
は第１図の物理的作用検出手段として力センサで干渉力
を検出する方法の一実施例を示す説明図、第９図は第１
図の物理的作用検出手段として関節軸トルクセンサで干
渉力を検出する方法の他の実施例を示す説明図、第１０
図は第１図の物理的作用検出手段として関節のサーボモ
ータの速度や電流の値を用いて外力のトルクを演算によ
り求める方法のさらに他の実施例を示す説明図、第１１
図は第１０図の演算の内容と方法を示す説明図である。 １・・・主要動作ロボット、１ａ〜ＩＣ・・・第１〜第
３関節、２・・・従属動作ロボ７）、２ａ〜２Ｃ・・・
第１〜第３関節、３・・・コントローラ、４・・・サー
ボモジュール、５・・・サーボ用ＣＰＵ、６・・・双方
向メモリ、７・・・ローカルメモリ、８・・・インター
フェース、９・・・指令用ＣＰＵ、１０・・・メインメ
モリ、１１・・・統轄コンピュータ、１２〜１４・・・
ブロック、１５・・・コントローラ、１６．１７・・・
ロボット動作方向、１８・・・ロボット可動範囲、１９
・・・物理的作用検出判断、２０・・・ロボットの作業
中断、２１・・・待避、２２・・・一定時間経過判断、
２３・・・復帰、２４・・・物理的作用検出判断、２５
・・・復帰、２６・・・復元力、２７・・・物理的作用
検出判断、２８・・・ロボットの作業中断、２９・・・
倣い制御モードへの切り換え、３０・・・復帰判断、３
１・・・物理的作用検出判断、３２・・・通常作業制御
モードへの復帰、３３・・・中断作業へ復帰、３４・・
・主要動作ロボットモード、３５・・・従属動作ロボッ
トモード、３６．３７・・・切り換え動作、３８・・・
サーボプログラム、３９・・・転送経路、４０・・・力
センサ、４１・・・アンプ、４２〜４４・・・第１〜第
３関節トルクセンサ、４５〜４７・・・第１〜第３トル
クセンサ、４８・・・モータ、４９・・・エンコーダ、
５０・・・電流センサ、５１・・・パワーアンプ、５２
・・・サーボ演算、５３・・・軸トルク演算、５４・・
・モータダイナミックス、５５・・・干渉トルク演算、
５６・・・電流値、５７・・・モータトルク定数、５８
・・・速度値、５９・・・モータ慣性系、６０・・・慣
性逆システム、６１・・・フィルタ、６２・・・干渉ト
ルク、６３・・・干渉トルク推定値。 第１図 代理人　弁理士　　秋　本　正　実 第 図 （ａ） 第 図 第 図 （ｂ） 第 図 （ａ） 第 図 （ｂ） 第 図 （ｄ） 第 図 （Ｃ） 第 図 第 Ｇ 図 第 図 第 図 第 図 第 １０図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、相互に干渉し合う動作領域を有しうる複数台のロボ
   ットの動作制御方法において、複数台のロボットのうち
   少なくとも一部のロボットに他のロボットからの干渉に
   伴う物理的作用を検出する物理的作用検出手段を具備す
   るとともに、複数台のロボットを主要動作ロボットと従
   属動作ロボットに優先順に割り付けたうえ、従属動作ロ
   ボットの具備する物理的作用検出手段が主要動作ロボッ
   トからの物理的作用を検出したことを要因にして、従属
   動作ロボットの動作制御を主要動作ロボットの動作を阻
   害しないようにする協調動作制御に切り換えることによ
   り、複数台のロボットを制御するコンピュータのプログ
   ラム上で同期をとることなく複数台のロボットを協調動
   作させることを特徴とする複数ロボットの協調動作制御
   方法。 ２、複数台のロボットのうち少なくとも一部のロボット
   に他のロボットからの干渉に伴う物理的作用を検出する
   物理的作用検出手段を具備するとともに、優先順位をも
   つ主要動作ロボットと従属動作ロボットとから成り相互
   に干渉し合う動作領域を有しうる複数台のロボットの動
   作制御方法において、従属動作ロボットの具備する物理
   的作用検出手段が主要動作ロボットからの物理的作用を
   検出したことを要因にして、従属動作ロボットがそれま
   での動作を中断して主要動作ロボットの動作領域外に待
   避し、定められている中断した動作への復帰条件が成立
   した後に中断した動作に復帰するように協調動作制御し
   て、従属動作ロボットが主要動作ロボットの動作を阻害
   しないようにすることにより、複数台のロボットを制御
   するコンピュータのプログラム上で同期をとることなく
   複数台のロボットを協調動作させることを特徴とする複
   数ロボットの協調動作制御方法。 ３、上記の中断した動作への復帰条件は予め定められた
   一定時間の経過とし、従属動作ロボットは一定時間の経
   過後に中断した動作に復帰するが、その際に従属動作ロ
   ボットの具備する物理的作用検出手段が再び主要動作ロ
   ボットからの物理的作用を検出すれば、再び主要動作ロ
   ボットの動作領域外への待避を繰り返すように制御する
   ことを特徴とする請求項２記載の複数ロボットの協調動
   作制御方法。 ４、上記の中断した動作への復帰条件は従属動作ロボッ
   トの具備する物理的作用検出手段が主要動作ロボットの
   物理的作用を検出した時に起動される複数台のロボット
   全体を管理する統轄コンピュータのプログラムからの復
   帰可能信号としたことを特徴とする請求項２記載の複数
   ロボットの協調動作制御方法。 ５、複数台のロボットのうち少なくとも一部のロボット
   に他のロボットからの干渉に伴う物理的作用を検出する
   物理的作用検出手段を具備するとともに、優先順位をも
   つ主要動作ロボットと従属動作ロボットとから成り相互
   に干渉し合う動作領域を有しうる複数台のロボットの動
   作制御方法において、従属動作ロボットの具備する物理
   的作用検出手段が主要動作ロボットからの物理的作用を
   検出したことを要因にして、従属動作ロボットがそれま
   での動作を中断して主要動作ロボットから受ける物理的
   作用の検出値をある値に保ちながら主要動作ロボットの
   動作に倣って待避動作することにより主要動作ロボット
   の動作を従属動作ロボットが阻害しないように、さらに
   主要動作ロボットからの物理的作用を従属動作ロボット
   の具備する物理的作用検出手段が検出しなくなったら中
   断した動作に復帰するように制御して、複数台のロボッ
   トを制御するコンピュータのプログラム上で同期をとる
   ことなく複数台のロボットを協調動作させることを特徴
   とする複数ロボットの協調動作制御方法。 ６、上記の物理的作用は従属動作ロボットが主要動作ロ
   ボットから受ける外力であるとして、上記の物理的作用
   検出手段は従属動作ロボットの少なくとも１つ以上の手
   先等の部位に設置した力検出器としたことを特徴とする
   請求項２または請求項５記載の複数ロボットの協調動作
   制御方法。 ７、上記の物理的作用検出手段は従属動作ロボットの少
   なくとも１つ以上の手先等の部位に設置した力検出器の
   代りに、従属動作ロボットに設置した各関節トルク検出
   器としたことを特徴とする請求項６記載の複数ロボット
   の協調動作制御方法。 ８、上記の物理的作用検出手段は各関節トルク検出器の
   代りに、関節を駆動するモータ等のアクチュエータをサ
   ーボ制御するために検出する電流の検出値や回転角度の
   検出値等の他の検出値から演算によって関節トルクを求
   める関節トルク検出手段とすることを特徴とする請求項
   ７記載の複数ロボットの協調動作制御方法。 ９、上記の複数台のロボットの主要動作ロボットと従属
   動作ロボットの割り付けを一定時間の経過または一回の
   作業終了または上位の統轄コンピュータからの指令また
   はその他の条件のうち少なくとも１つの適宜な割り付け
   条件に応じて対応しうるロボット間で相互に入れ控える
   ようにしたことを特徴とする請求項１から請求項８のい
   ずれかに記載の複数ロボットの協調動作制御方法。 １０、上記の複数台のロボットの代りに移動ロボット等
   の移動体がロボットの動作範囲に侵入した場合には、上
   記の複数台ロボットの割り付けを上記の割り付け条件に
   応じて対応しうるロボット間で相互に入れ控える代りに
   、移動体とロボットとの干渉をロボットの具備する物理
   的作用検出手段が検出したことを要因にしてロボットを
   従属動作ロボットのモードにすることにより、移動物体
   と協調動作して移動物体を破壊したり進路を妨害したり
   しないようにしたことを特徴とする請求項９記載の複数
   ロボットの協調動作制御方法。 １１、複数台のロボットのうち少なくとも一部のロボッ
   トに他のロボットからの干渉に伴う物理的作用を検出す
   る物理的作用検出手段を具備するとともに、優先順位を
   もつ主要動作ロボットと従属動作ロボットとから成り相
   互に干渉し合う動作領域を有しうる複数台のロボットの
   動作制御装置において、ロボットが主要動作ロボットに
   割り付けられたときには各軸の位置または速度等のサー
   ボ制御演算を行うとともにロボットが従属動作ロボット
   に割り付けられて倣い動作を行うときには力またはコン
   プライアンス等のサーボ制御演算を行うサーボ用ＣＰＵ
   と、ロボットに対する主要動作ロボットまたは従属動作
   ロボットの割り付けに応じた座標変換等の演算の結果え
   られる位置や速度や力等の指令をサーボ用ＣＰＵに対し
   て与える協調動作指令用ＣＰＵと、サーボ用ＣＰＵと協
   調動作指令用ＣＰＵとの間であるロボットに対する主要
   動作ロボットと従属動作ロボットの割り付けの入れ換え
   に応じたサーボ演算プログラムの転送および力制御やコ
   ンプライアンス制御において復元力の大きさ等を場合に
   応じて変えるためのサーボ用パラメータの転送および座
   標変換や倣い動作の開始・終了検出のための各検出器の
   検出値の伝送等を司る双方向性メモリと、複数台のロボ
   ット全体に対して主要動作ロボットと従属動作ロボット
   の割り付け等の管理を行う統轄コンピュータとを具備し
   たことを特徴とする複数ロボットの協調動作制御装置。