JPH05318359A

JPH05318359A - 工業用ロボット

Info

Publication number: JPH05318359A
Application number: JP12721292A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kumagai; 信治熊谷
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1992-05-20
Filing date: 1992-05-20
Publication date: 1993-12-03

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明はダレクト教示を能率良く且つ正確に
行えるよう構成した工業用ロボットを提供することを目
的とする。【構成】塗装用ロボット本体１はアーム３先端に教示
用グリップ６を有し、教示者はこの教示用グリップ６を
把持してアーム３を動作させながらワーク８に対する動
作の教示点を制御装置２に記憶させる。制御装置２は教
示操作時にアーム３の軸角加速度を演算し、軸角加速度
の大きさによってアーム駆動用のモータを発電機として
アーム３を制動するダイナミックブレーキ回路を動作さ
せる制御手段を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は工業用ロボットに係り、
特に教示操作時の可動部の制動、停止を確実に行えるよ
う構成した工業用ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、多関節型のプレイバックロボッ
トが適用された工業用ロボットにおいては、ダイレクト
教示方式と呼ばれる教示操作により作業動作が教示され
るようになっている。このダイレクト教示方式とは、教
示者が工業用ロボットの可動部（例えばアーム先端）の
教示グリップを把持して動かしワークに対するアーム先
端の動作の変更点（教示点）を記憶させるＰＴＰ方式で
ある。工業用ロボットは再生時（プレイバック時）に予
め入力された教示点に沿って各可動部を動作させて所定
の作業を行う。

【０００３】この種の工業用ロボットでは各可動部が電
動機により駆動されるため、可動部を停止させるとき、
あるいは可動部の動きを減速する際は、摩擦力により制
動する機械ブレーキ、又は電動機を発電機として可動部
に制動力を付与するダイナミックブレーキ（抵抗ブレー
キ、発電ブレーキとも言う）により可動部を制動するよ
う構成されている。しかし、従来はサーボオフによる制
御停止時、あるいは非常停止時にブレーキを作動させて
いた。そのため、教示操作時に上記ダイレクト教示方式
で教示する場合、ブレーキが作動せずアームの慣性によ
りアーム先端を思いどおりの位置に停止させることが難
しかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記ダイレクト教示方
式の工業用ロボットにあっては、教示時にアームを動か
す操作力の低減を図るために、電動機の出力軸に取り付
けられた減速機の出力軸と工業用ロボットの関節部の軸
（以下関節軸と言う）との間にクラッチを設けている。

【０００５】又、上記クラッチを省いたものとして、回
転駆動時の抵抗を小さくするため減速機の減速比を極端
に小さくしたものや、電動機を関節軸に直結するダイレ
クトドライブ方式のものもある。

【０００６】どちらの方式とも操作力の低減を図ること
が出来る反面、回転時の抵抗が小さいためアームの自重
が大きくなって慣性負荷が大きくなると、アームを容易
に停止させることができなくなり、教示が困難になると
いった課題がある。

【０００７】そこで、ダイレクト教示時に工業用ロボッ
トの可動部を減速させるため、例えば教示グリップにダ
イナミックブレーキをオン又はオフに切り換えるブレー
キスイッチを設けて、教示者が手動でブレーキオン又は
ブレーキオフの操作を行うことが考えられている。

【０００８】しかるに、この構成では、手動でブレーキ
オン又はブレーキオフの操作を行う必要があるため、ブ
レーキスイッチの操作が遅れるとアーム先端が教示点を
行き過ぎてしまったり、ワークにアーム先端が当接した
り、あるいはブレーキスイッチの操作が早すぎるとアー
ム先端が希望する教示点の手前で停止することになり思
い通り制動することができなかった。

【０００９】そこで、本発明は上記課題を解決した工業
用ロボットを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記請求項１の発明は、
可動部を駆動する電動機と、該可動部を制動する制動手
段と、を有する工業用ロボットにおいて、教示操作時、
前記可動部の角加速度を演算する演算手段と、該演算手
段により求められた前記可動部の角加速度の大きさに基
づいて前記制動手段を制動動作させる制御手段と、を備
えてなることを特徴とする。

【００１１】又、請求項２の発明は、前記制動手段が、
前記可動部の回動に伴う前記電動機の発電電力を消費す
る抵抗を前記電動機の各相間に接続した発電制動回路に
より構成されたことを特徴とする。

【００１２】

【作用】可動部の角加速度を監視して角加速度の大きさ
に基づいて制動手段を自動的に作動させることにより、
教示操作時可動部を的確に停止させて教示操作を能率良
く行うことが可能となる。

【００１３】

【実施例】図１乃至図３に本発明になる工業用ロボット
の一実施例を示す。

【００１４】各図中、工業用ロボットは塗装用ロボット
本体（以下ロボット本体という）１と、ロボット本体１
の動作を制御する制御装置２とより構成されている。

【００１５】ロボット本体１はアーム３先端の手首部４
に塗装ガン５を有する塗装用ロボットであり、６軸を有
する多関節型のプレイバックロボットよりなる。

【００１６】制御装置２で、後述するように予め塗装作
業の教示データが記憶され、そのデータに基づいてロボ
ット本体１の各可動部（アーム２、手首部３等）を駆動
制御する。

【００１７】又、手首部３の下部には教示用グリップ６
が突出しており、教示者７は教示操作時にこの教示用グ
リップ６を把持してワーク８に対する塗装動作を教示す
る。即ち、教示者７がアーム３先端の教示用グリップ６
を持ってロボット本体１のダイレクト教示する際は、ア
ーム３先端の塗装ガン５を教示点に移動させる毎に教示
スイッチ（図示せず）をオン状態にしてその時の教示点
を制御装置２内の記憶部に記憶させる。

【００１８】ここで、ロボット本体１の構成について説
明する。

【００１９】ワーク８がコンベヤ装置９によりＸ方向に
搬送される塗装工程においては、コンベヤ装置９の近傍
にロボット本体１が設置されている。ロボット本体１は
各可動部が制御装置２により駆動制御され、ワーク８が
塗装作業位置を通過する間に予め教示された所定の塗装
作業を実行する。

【００２０】図２において、ベース１０の上には、旋回
駆動部１１が設けられている。旋回駆動部１１の上に
は、ベース１０に固定された軸線Ａを中心として回動す
る旋回ベース１３が設けられている。旋回ベース１３上
のブラケット１３ａには、旋回ベース１３の軸線Ａと直
交する軸線Ｂを中心として回動する第１アーム１４が設
けられている。又、旋回ベース１３のブラケット１３ａ
には、第１アーム駆動部１５が設けられている。

【００２１】そして、第１アーム１４の上端部には、第
１アーム１４の軸線Ｂと直交する軸線Ｃを中心として回
動する第２アーム３が回動自在に設けられている。この
第１アーム１４と第２アーム３との連結部には、第２ア
ーム駆動部１７が設けられている。また、第２アーム３
の後部には、手首駆動部１８が設けられている。

【００２２】更に、第２アーム３の先端には、ケース１
９、２０及び取付軸２１を有する手首部４が設けられて
いる。ケース１９は第２アーム３の軸線Ｃに平行な軸線
Ｄを中心として回動するようになっている。ケース２０
はケース１９の軸線Ｄに直交する軸線Ｅを中心として回
動するようになっている。取付軸２１は塗装ガン５の取
り付け部であり、ケース２０の軸線Ｅに直交する軸線Ｆ
を中心として回動するようになっている。

【００２３】塗装ガン５は上記のような機構により、予
め入力された教示データにしたがって自在に移動しなが
ら塗料を噴霧し、ワーク８に塗料を吹き付ける。

【００２４】図３中、制御装置２には、大略、ロボット
本体１の各可動部の動作を制御するロボット動作制御回
路（以下、制御回路と言う）２２と、位置制御回路２３
と、速度制御回路２４と、角加速度演算回路２６と、制
動制限値設定回路２７とが設けられている。

【００２５】上記ロボット本体１の各駆動部１１、１
５、１７、１８（但し、各駆動部が同一構成であるの
で、図３では一の駆動部のみが示してある）は、三相誘
導電動機よりなるモータ２８と、モータ２８の出力軸の
回転角度を検出する回転位置検出器（例えばポテンショ
メータ、又はレゾルバ）２９と、モータ２８を発電機と
して可動部を制動するダイナミックブレーキ回路（発電
制動回路）３０とよりなる。

【００２６】制御回路２２にはロボット本体１の動作を
制御するプログラムが記憶されており、制御回路２２は
上記プログラムの指示によりダイナミックブレーキ３０
へブレーキオン・オフ信号を出力するとともに、速度制
御回路２４にサーボオン・オフ信号を出力する。また、
制御回路２２は各可動部の軸の回転角を指示する位置指
令信号θｒを位置制御回路２３に出力しており、位置制
御回路２３は位置指令信号θｒと回転位置検出器２９か
らの位置フィードバック信号θｆとより演算を行い速度
指令信号Ｖｒを出力する。

【００２７】速度制御回路２４は位置制御回路２３から
の速度指令信号と位置フィードバック信号とより演算を
行いモータ２８へ駆動電流を供給する。

【００２８】又、角加速度演算回路２６は回転位置検出
器２９から出力された軸角度信号より角加速度を演算
し、その演算値を制御回路２２に出力する。

【００２９】制動制限値設定回路２７はダイナミックブ
レーキ回路３０を制動動作させる際の角加速度の制限値
を設定し、制御回路２２に記憶させる。そして、制御回
路２２は角加速度演算回路２６から演算値が制動制限値
設定回路２７により設定された制限値以上になると自動
的に制動するようにダイナミックブレーキ回路３０へブ
レーキ信号を出力する。

【００３０】尚、図３に示していないが、位置制御回路
２３、速度制御回路２４、角加速度演算回路２６、制動
制限値設定回路２７は各可動部を駆動するモータ数に対
応する数が設けられている。

【００３１】又、ロボット本体１を動作させる際は、制
御回路２２は位置指令信号を出力し、次にブレーキオフ
信号とサーボオン信号を出力する。このようにサーボオ
ン信号が出力されることによりモータ２８へ電流が供給
されると、各可動部はモータ２８の回転駆動力により所
定角度回動する。

【００３２】又、通常動作時ロボット本体１の可動部を
停止させるには、位置指令信号が一定値に保持されたま
ま、速度指令信号を略ゼロにしてサーボオフ信号を出力
する。次に、動作モードが終了し、ロボット本体１を停
止させるときは、制御回路２２よりブレーキオン信号が
出力され、ダイナミックブレーキ回路３０が制動動作す
る。

【００３３】尚、緊急的に停止させる必要があるとき
は、制御回路２２はブレーキオン信号とサーボオフ信号
とを同時に出力する。

【００３４】この場合、位置指令信号は一定値に保持さ
れない。従って、緊急停止の場合駆動中のモータ２８は
ダイナミックブレーキ回路３０の制動動作により停止す
る。

【００３５】モータ２８は界磁に永久磁石を使用した電
動機であり、その出力軸が各可動部に関節軸に直接ない
しは低減速比の減速機（図示せず）を介し接続されてい
る。ダイナミックブレーキ回路３０は、その出力端Ｂ_O1
〜Ｂ_O3と上記モータ２８の電気子巻き線Ｕ相、Ｖ相、Ｗ
相が夫々接続されている。このダイナミックブレーキ回
路３０は制御装置２の制御回路２２からのブレーキオン
信号によってモータ２８の発電制動を行う。

【００３６】ここで、ダイナミックブレーキ回路３０は
図５に示すような電気的構成である。この図５におい
て、３１はリレー回路であり、リレー接点３１ａ〜３１
ｅ及びリレーコイル３１ｆから構成されている。リレー
接点３１ａ、３１ｃ及び３１ｅが入力端Ｂｉ₁〜Ｂｉ₃
と出力端Ｂｏ₁〜Ｂｏ₃との間に夫々介挿されている。
又、リレー接点３１ｂが抵抗３２ａを介して出力端Ｂｏ
₁とＢｏ₂との間に介挿され、リレー接点３１ｄが抵抗
３２ｂを介して出力端Ｂｏ₂とＢｏ₃との間に介挿され
ている。

【００３７】又、前記リレー接点３１ａ、３１ｃ及び３
１ｅは常時閉状態（ノーマルクローズ）となっており、
リレー接点３１ｂ，３１ｄは常時開状態（ノーマルオー
プン）となっている。又、これらのリレー接点３１ａ〜
３１ｅは連動して切り換わるようになっている。リレー
コイル３１ｆは制御装置２内の制御回路２２からのブレ
ーキ信号によって励磁される。

【００３８】上述したダイナミックブレーキ回路３０の
入力端Ｂｉ₁〜Ｂｉ₃は速度制御回路２４の出力端Ｄｏ
₁〜Ｄｏ₃に接続されている。

【００３９】次に、上記構成になる塗装用ロボットの動
作について説明する。尚、教示時においては、速度制御
回路２４からダイナミックブレーキ回路３０に電圧が印
加されないようになっている。

【００４０】教示開始時、教示者７がアーム３の先端の
教示用グリップ６を持ってワーク８に対する第１の教示
点にアーム３先端を移動させる。このとき、教示者７が
アーム３の先端を所望とする第１の教示点のやや手前に
移動させて、停止させようとアーム３の移動速度を減速
したときに、制振装置２の制御回路２２にて図６に示す
シーケンスで判別し、制御信号（ブレーキオン・オフ信
号）を出力させる。これによって、ダイナミックブレー
キ回路３０内のリレーコイル３１ｆが励磁されてリレー
接点３１ｂ，３１ｄが夫々閉成状態となる。

【００４１】その結果、モータ２８の電気子巻き線のＵ
相とＶ相及びＶ相とＷ相との間に抵抗３２ａ，３２ｂが
夫々介挿される。これにより、モータ２８の各電気子巻
き線間に発生する起電力が抵抗３２ａ，３２ｂによって
消費され、その負荷によりモータ２８に制動がかかり、
アーム３及び他の可動部が停止する。そして、アーム３
が停止、又は一定速度になると図６に示すシーケンスに
よりブレーキオフ信号が出力される。

【００４２】従って、ダイナミックブレーキ回路３０内
のリレー接点３１ｂ，３１ｄが開成状態になるととも
に、モータ２８の電気子巻き線のＵ相とＶ相及びＶ相と
Ｗ相との間から抵抗３２ａ，３２ｂが開放される。これ
により、モータ２８の各電気子巻き線間に発生する起電
力が抵抗３２ａ，３２ｂによって消費されないので、モ
ータ２８の出力軸がスムーズに回転する。

【００４３】従って、教示者７は教示用グリップ６の操
作力を加減することにより自動的にブレーキがオン・オ
フされるため、容易にアーム３を動かすことができるよ
うになり、アーム３の先端を所望とする教示点に正確に
移動させられる。そして、教示者７は教示スイッチ（図
示せず）を一旦押して第１の教示点を制御装置２の記憶
部（図示せず）に記憶させる。

【００４４】第２の教示点以降も同様な手順により記憶
部に記憶させる。上記操作を繰り返して全ての教示点を
記憶させた後、再生スイッチ（図示せず）を操作するこ
とによりプレイバックモードとなり、各可動部は記憶部
に記憶された教示データに基づいて指示した教示点に沿
って動作する。

【００４５】次に、図６に示す制御処理について説明す
る。制御装置２では、一定周期毎にサンプリング制御を
実施している。

【００４６】図６中、ステップＳ１（以下ステップを省
略する）において、制御装置２はサンプリングを開始す
る。通常、サンプリングはタイマ等により、一定時間毎
（例えば５ｍｓｅｃ毎）の割込みにより起動される。

【００４７】次のＳ２では、制御する各駆動部の軸番号
を初期化（この場合”０”に設定する）を行う。そし
て、Ｓ３で制御する軸番号を増加させる（１軸、２軸、
─）。

【００４８】続いて、Ｓ４では制御する各軸番号の位置
データを読み込む。そして、Ｓ５において、サーボ制御
中かどうか判断し、サーボ制御中ならばＳ６へ移り、サ
ーボ制御中でなければＳ１０を実行する。

【００４９】ここで、教示モードの処理を説明する前
に、サーボ制御中の制御処理について説明する。

【００５０】Ｓ６では、サーボ制御中（即ち、モータ駆
動中）であるのでダイナミックブレーキ回路３０を作動
させず、ブレーキオフ信号を出力する。そして、Ｓ７で
制御する軸番号のサーボ制御を行い、前述したように各
可動部を駆動させる。

【００５１】Ｓ８おいて、制御軸が制御する最終軸であ
ればＳ９へ移り、そうでなければＳ３を実行する。Ｓ９
では、サンプリング処理を終了する。

【００５２】次に、サーボ制御中でない場合について説
明する。

【００５３】Ｓ５において、サーボ制御中でないときは
Ｓ１０に移り、現サンプリング時における制御軸の角速
度を次式（１）に基づいて算出する。

【００５４】Ｖ_in＝θ_in-1−θ_in … （１）（Ｖ_in：軸角度偏差の差分値）そして、現サンプリング時における制御軸の角加速度を
次式（２）に基づいて算出する。

【００５５】α_in＝Ｖ_in-1−Ｖ_in … （２）（α_in：軸角速度偏差の差分値）次のＳ１２では、過去Ｊ回（例えば１０回程度）のサン
プリング間の角加速度の平均値を算出する。更に、現サ
ンプリング時における制御軸の軸角度のデータを記憶部
に格納し（Ｓ１３）、現サンプリング時における制御軸
の軸角速度のデータを記憶部に格納する（Ｓ１４）。

【００５６】続いて、現サンプリングから過去Ｊ回の制
御軸の軸角加速度のデータを読みだし（Ｓ１５）、ダイ
レクト教示モードかどうかチェックを行う（Ｓ１６）。

【００５７】Ｓ１６において、ダイクト教示モードなら
Ｓ１７へ移り、ダイクト教示モードでないならＳ２０を
実行する。Ｓ１７では、過去Ｊサンプリング間の軸角加
速度の平均値が予め設定されている制動制限値（軸角速
度が減速した時のリミット値を設定）を越えたかどうか
のチェックを行う。しかし、教示者７が操作力をゆるめ
てアーム３を減速させて過去Ｊサンプリング間の軸角加
速度の平均値が予め設定されている制動制限値を越えた
（減速した）場合は、Ｓ２１へ移り、越えない場合はＳ
１８を実行する。

【００５８】Ｓ１８では、過去（Ｊ−１）サンプリング
間の軸角加速度の平均値が、０以上（軸角速度一定か軸
角速度が増速）になったかどうかをチェックする。Ｓ１
８において過去（Ｊ−１）サンプリング間の軸角加速度
の平均値が、０以上ならばＳ１９へ移り、そうでないな
らばＳ８を実行する。

【００５９】Ｓ１９ではダイナミックブレーキ回路３０
の作動を停止する。

【００６０】又、Ｓ１６においてダイクト教示モードで
ないときは、Ｓ２０に移り手動によりアーム３を移動さ
せたいかどうかをチェックする。手動によりアーム３を
移動させる場合は、Ｓ１９へ移り、そうでない場合はＳ
２１を実行する。

【００６１】Ｓ２１ではダイナミックブレーキ回路３０
へブレーキオン信号を出力して各可動部を停止させる。

【００６２】このように、ダイクト教示時の軸角速度の
減速の割合に応じてダイナミックブレーキ回路３０を自
動的にオンまたはオフに制御出来るので、教示者７がア
ーム３を教示動作させるときにはダイナミックブレーキ
回路３０を停止（ブレーキオフ）させて教示の操作力を
軽減し、アーム先端を任意の教示点で停止させるときに
は減速の割合に応じてダイナミックブレーキ回路３０を
作動（ブレーキオン）させてスムーズな減速が得られ
る。

【００６３】尚、本実施例では、角加速度の制限値を軸
毎に一定の値としているが、これをロボット本体の姿勢
によって可変するようにしても良い。例えば、アームが
伸びた状態で慣性モーメントが大きくなった場合、制限
値を小さくし、アームが縮んで慣性モーメントが小さく
なった場合、制限値を大きくするようにしても良い。
又、教示者の体力に応じて制動制限値を任意に設定でき
るようにしてもよい。例えば、操作力の小さい教示者は
制動制限値を小さくし、操作力の大きい教示者は制動制
限値を大きくする。

【００６４】又、上記実施例では塗装用ロボットを例に
挙げたが、これ以外のロボット、例えば溶接ロボット、
シーリングロボット等にも適用できるのは勿論である。

【００６５】又、上記実施例では電動機を発電機とする
ダイナミックブレーキを一例として説明したが、これに
限らず、これ以外の機械ブレーキ等を制動手段として用
いても良いのは言うまでもない。

【００６６】

【発明の効果】上述の如く、本発明になる工業用ロボッ
トは、可動部の角加速度を監視して角加速度の大きさに
基づいて制動手段を自動的に作動させることにより、操
作力を加減するだけで教示操作時可動部を適確に停止さ
せて教示操作を能率良く行うことができ、例えばロボッ
トの可動部の重量が大きくなっても可動部を停止させる
際には自動的に制動手段が可動部を制動するため、アー
ム先端が教示点を行き過ぎたり、ワークに衝突してしま
うことを防止することができる等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる工業用ロボットの一実施例のダイ
レクト教示操作を説明するための構成図である。

【図２】塗装用ロボット本体の構成を示す斜視図であ
る。

【図３】制御回路及び各駆動部の回路構成を示すブロッ
ク図である。

【図４】モータ、ダイナミックブレーキ回路、速度制御
回路のブロック図である。

【図５】ダイナミックブレーキ回路の回路図である。

【図６】制御装置が実行する処理を説明するためのフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１塗装用ロボット本体２制御装置３アーム５塗装ガン６教示用グリップ７教示者８ワーク２２ロボット動作制御回路２３位置制御回路２４速度制御回路２６角加速度演算回路２７制動制限値設定回路２８モータ２９回転位置検出器３０ダイナミックブレーキ回路３１リレー回路３２ａ，３２ｂ抵抗

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可動部を駆動する電動機と、該可動部を
制動する制動手段と、を有する工業用ロボットにおい
て、教示操作時、前記可動部の角加速度を演算する演算手段
と、該演算手段により求められた前記可動部の角加速度の大
きさに基づいて前記制動手段を制動動作させる制御手段
と、を備えてなることを特徴とする工業用ロボット。
【請求項２】前記制動手段は、前記可動部の回動に伴
う前記電動機の発電電力を消費する抵抗を前記電動機の
各相間に接続した発電制動回路により構成されたことを
特徴とする工業用ロボット。