JPH05333909A - ロボット制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロボットと周辺機械を同一の制御装置にて制
御できるようにすると共に、両者の協調制御が容易に行
えるロボット制御装置を提供すること。 【構成】 複数の軸を有するロボットと、このロボット
に附従して設けられた周辺機械とを独立に制御し、若し
くは協調して制御するモードとを切り換えるロボット制
御装置であって、各軸の移動距離、軌道パラメータから
各軸の軌跡パラメータを計算する軌道計算器２０と、協
調制御の対象となる各軸の軌道を発生する協調軌道発生
器４０と、独立制御の対象となる軸の軌道を発生する独
立軌道発生器５０と、この協調軌道発生器の発生する軌
道を協調制御される各軸に送り、この独立軌道発生器の
発生する軌道を独立制御される各軸に送ると共に、この
軌道に従って各軸に設けられたモータを制御するサーボ
制御器７０を具備している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は多関節ロボットを制御す
る装置に係り、特に軌道制御における自由度を増大させ
て柔軟な動作を行う改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は特開昭６２−２９２３７２号
公報や特開昭６３−５４１０号公報等でロボット制御装
置を提案している。このような装置では、予め指定され
た目標位置までの軌道は関節補間、直線補間、円弧補間
などの補間演算により求めている。図８は従来のロボッ
ト制御装置の構成ブロック図である。制御対象となるロ
ボットは６軸のもので、各関節毎にモータが設けられて
いる。軌道発生器は軌道パラメータに従い現在位置から
目標位置への軌道を実現するための各軸の移動距離（各
関節の回転角度）を求めるもので、ここでは関節補間に
よる軌道の例を示している。ここで、軌道パラメータと
は加速時間ＴＳ、減速時間ＴＥ、並びに最大速度Ｖであ
り、外部より予め設定してある。サーボ制御器は各モー
タと一対一に設けられており、軌道計算発生器から送ら
れた各関節の回転運動を円滑に実行している。

【０００３】図９は各軸の移動速度の説明図である。軌
道計算発生器は全軸が同時に移動を開始して同時に終了
する協調制御を行っている。そこで、各軸はそれぞれの
移動量に応じて加速運動、等速運動並びに減速運動を行
っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、物体を
把持するハンド、ロボットの動作エリアにワークを運ぶ
ローダ／アンローダ、並びに自走式ロボットの走行用電
動機等のロボットの周辺機械に関する制御は、前述のロ
ボット制御装置では実行できなかったため、周辺機械を
使用する場合には、従来はロボット用の制御装置と周辺
機械制御装置とが独立に設置されている。そのため、制
御装置が複数必要になりコストが掛かると共に、複数の
制御装置からの操作が必要であるため操作手法の習得に
時間がかかるという第１の課題があった。また作業の開
始／終了時などロボットと周辺機械の協調が必要な場合
にも、制御装置が別れているためプログラミングが複雑
になるという第２の課題があった。なお、周辺機械は一
般に１軸若しくは２軸の独立した動作を行うモータを有
することから、この周辺機械のモータを独立軸と呼び、
他方ロボットは４〜６軸の関節を協調して運転すること
で手先位置を目標位置に移動させる点から、ロボットの
関節を協調軸と呼んで概念の区別をしている。

【０００５】本発明はこのような課題を解決したもの
で、ロボットと周辺機械を同一の制御装置にて制御でき
るようにすると共に、両者の協調制御が容易に行えるロ
ボット制御装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明は、複数の軸を有するロボットと、このロボッ
トに附従して設けられた周辺機械とを互いに独立に制御
し、若しくは協調して制御するモードとを切り換えるロ
ボット制御装置であって、次の構成としたものである。

【０００７】即ち、各軸の移動距離、独立制御される軸
用の軌道パラメータ並びに協調制御される軸用の軌道パ
ラメータを保持する制御パラメータ保持部１０と、この
制御パラメータ保持部から送られる移動距離並びに軌道
パラメータから各軸の軌跡パラメータを計算する軌道計
算器２０と、この軌道計算器から出力される軌跡パラメ
ータを独立制御される軸に対しては独立軌道発生器に送
り、協調制御される軸に対しては協調軌道発生器に送る
第１の切替え手段３０と、この第１の切替え手段をかい
して送られる軌跡パラメータにより協調制御の対象とな
る各軸の軌道を発生する協調軌道発生器４０と、この第
１の切替え手段をかいして送られる軌跡パラメータによ
り独立制御の対象となる軸の軌道を発生する独立軌道発
生器５０と、この協調軌道発生器の発生する軌道を協調
制御される各軸に送り、この独立軌道発生器の発生する
軌道を独立制御される各軸に送る第２の切替え手段６０
と、この第２の切替え手段を介して送られる軌道に従っ
て、この軸に設けられたモータを制御するサーボ制御器
７０とを具備している。

【０００８】

【作用】ロボットと周辺機械は独立制御される場合と協
調制御される場合とがあり、また周辺機械同士だけでも
独立制御される場合と協調制御される場合とがあり、状
況に応じて切り換えられている。そこで軌道計算器は制
御パラメータ保持部に記憶された移動距離と軌道パラメ
ータを用いて各軸の軌跡パラメータを演算する。第１及
び第２の切替え手段によって、ロボットと周辺機械が協
調制御される場合には協調軌道発生器でロボットと周辺
機械を共通に制御し、独立制御される場合には協調軌道
発生器でロボットを制御し、独立軌道発生器で周辺機械
を制御する。ロボットと周辺機械は軸毎にモータが設け
られており、協調・独立軌道発生器からの軌道指令を受
けてサーボ制御器が各モータを制御している。

【０００９】また周辺機械同士を独立制御する場合は、
請求項２に記載された独立軸用切替え部と軌道パラメー
タ切替え部によって独立の軌道を発生させることで独立
制御し、協調制御する場合には独立軸代表軸選択器で協
調制御する。

【００１０】

【実施例】以下、図面を用いて本発明を詳細に説明す
る。図１は本発明の一実施例を示す構成ブロック図であ
る。ここでは６軸を制御対象とするものを示しており、
全ての軸が周辺機械に接続しうる構造になっている。図
において、制御パラメータ保持部１０はレジスタ１〜３
を有している。レジスタ１には各軸の移動距離が設定さ
れており、レジスタ２には独立軸用の軌道パラメータが
設定されており、レジスタ３には協調軸用の軌道パラメ
ータが与えられており、対象となる協調軸に対して同一
の値が使用されている。レジスタ１〜３の値は外部より
予め設定されるもので、例えばレジスタ１はロボットの
教示等により、レジスタ２，３はロボット設置時の調整
により行われる。軌道計算器２０は制御パラメータ保持
部１０から送られる移動距離や軌道パラメータから各軸
の軌跡パラメータを計算する。

【００１１】図２は等速区間のある軌道指令に対する速
度パターン、図３は等速区間のない軌道指令に対する速
度パターンを表している。軌道パラメータとしては、前
述したように加速時間ＴＳ、減速時間ＴＥ、並びに最大
速度Ｖがある。十分な移動距離が有る場合には、加速し
て最大速度に達したあとで等速運動される区間が存在し
ている。しかし移動距離の短い場合には、加速されるも
のの設定された最大速度Ｖより遅い軌跡最大速度Ｖｓに
達したのち、等速運動をすることなく減速にはいる。そ
こで、実際に各軸の動作はこの速度パターンに応じた軌
跡パラメータで記述される。軌跡パラメータは等速運動
の継続時間、等速運動の存在しない場合には軌跡最大速
度Ｖｓなどの情報が含まれている。加減速動作にあって
は、その動作の前後で滑らかな動作となることが望まし
いから、加減速曲線は速度に対する３次式を用いている
が、他の多項式でも差し支えない。

【００１２】第１の切替え手段３０はレジスタ４とスイ
ッチＳＷ１１〜１６よりなるもので、軌道計算器２０か
ら出力される軌跡パラメータを独立制御される軸に対し
ては独立軌道発生器５０に送り、協調制御される軸に対
しては協調軌道発生器４０に送る。ここでは各軸に対応
して６個のレジスタよりなるレジスタ４と、各レジスタ
と一対一に設けられたスイッチを有している。そして、
担当する軸が独立制御されるときは独立軌道発生器５０
とレジスタとを接続し、協調制御するときは協調軌道発
生器４０とレジスタとを接続する。このスイッチは、プ
ログラム言語ではｉｆ文などの条件文が用いられる。協
調軌道発生器４０は第１の切替え手段３０を介して軌道
計算器２０から送られる軌跡パラメータに従って、各軸
の軌道を発生するもので例えば特開昭６２−２３２００
６号公報に開示された技術が使用されている。独立軌道
発生器５０は第１の切替え手段３０を介して軌道計算器
２０から送られる軌跡パラメータに従って、一対一対応
している軸の軌道を発生するもので、独立軸となりうる
軸に応じて設置されている。第２の切替え手段６０は６
個のスイッチＳＷ２１〜２６と６個のレジスタ１１〜１
６よりなるものである。スイッチＳＷ２１〜２６は独立
制御が指定されている軸に対しては独立軌道発生器５０
と接続し、協調制御が指定されている軸に対しては協調
軌道発生器４０と接続するもので、この軌道指令を一旦
各レジスタに記憶する。サーボ制御器７０は各モータと
一対一に設けられたもので、対応するレジスタ１１〜１
６に一時蓄えられているサーボ目標データの軌道を実現
するようにモータをサーボ制御して、目標値の追従制御
をしている。独立・協調軸指定部８０はいずれのモータ
が協調制御の対象となり、いずれのモータが独立制御の
対象になるか指定するもので、この情報は軌道計算器２
０、第１及び第２の切替え手段３０，６０に送られてお
り、内部に設けられたスイッチＳＷがこれに応じて開閉
する。

【００１３】図４は軌道計算器２０の一例を説明する構
成ブロック図である。独立軸代表軸選択器２１は独立軸
間を協調制御するとき用いるもので、独立軌道発生器５
０に送る軌跡パラメータを調整する。即ち、レジスタ２
の独立軸用軌道パラメータから協調制御の対象となる軸
のものをレジスタ１の各軸移動距離と共に入手して、各
軸の軌道に対する動作時間を演算して比較し、動作時間
が最長となる軸を代表軸として選定する。そして、代表
軸と同一時間となるような軌跡パラメータに修正してい
る。

【００１４】協調軸代表軸選択器２２は協調軸を制御す
るとき用いるもので、レジスタ３の協調軸用軌道パラメ
ータとレジスタ１の各軸移動距離から代表軸を選定する
と共に、代表軸と同一動作時間となるような軌跡パラメ
ータを計算して軌跡パラメータ切替え部２４に送ってい
る。独立軸用切替え部２３はレジスタ２を独立軸代表軸
選択器２１と軌跡パラメータ切替え部２４に切り替える
ために設けられたスイッチＳＷ３１〜３６よりなるもの
で、独立軸間のうち協調制御の対象となる独立軸につい
ては独立軸代表軸選択器２１と繋がり、独立制御の対象
となる独立軸は軌跡パラメータ切替え部２４に繋がる。
軌跡パラメータ切替え部２４はレジスタ２の独立軸用軌
道パラメータ、独立軸代表軸選択器２１で演算した軌跡
パラメータ、並びに協調軸代表軸選択器２２の演算した
軌跡パラメータのうち、何れのパラメータをレジスタ４
に送るか定めるスイッチＳＷ４１〜４６よりなるもの
で、独立軸が独立制御されるか、独立軸が協調制御され
るか、或いは協調軸が協調制御されるかに応じて開閉す
る。

【００１５】次に、独立軸の独立制御、独立軸の協調制
御、及び協調軸が協調制御される場合について各軸の軌
道を用いて説明する。図５は協調軸の協調制御の説明図
で、軸１〜３について説明する。なお、この例では関節
補間になっている。協調軸代表軸選択器２２はレジスタ
３の協調軸用軌道パラメータとレジスタ１の各軸移動距
離から、各軸の軌道に対する動作時間を演算して比較
し、動作時間が最長となる軸１を代表軸として選定す
る。そして、代表軸と同一時間となるように軸２，３の
軌跡パラメータを修正する。尚、図中軸２，３の破線は
当初の軌道パラメータによる軌道を示し、実線は修正後
の軌跡パラメータを表している。

【００１６】図６は独立軸を独立に制御する場合の説明
図である。軸１〜３はレジスタ２の独立軸用軌道パラメ
ータに従って、独自に動作を開始し動作停止時刻もまち
まちになっている。この場合、軌道パラメータは独立軸
用切替え部２３により独立軸代表軸選択器２１をバイパ
スし、軌跡パラメータ切替え部２４を介してレジスタ４
に送られている。

【００１７】図７は独立軸を協調制御する場合の説明図
である。軸１〜３はレジスタ２の独立軸用軌道パラメー
タに従うと破線のように動作するが、協調動作のため実
線のように動作開始時刻と停止時刻とが一致している。
この場合、独立軸用切替え部２３は独立軸代表軸選択器
２１を選択して代表軸１を選び、これにより軸２，３の
軌跡パラメータを修正している。この結果は、軌跡パラ
メータ切替え部２４を介してレジスタ４に送られてい
る。

【００１８】このように構成された装置の動作を再び図
１に戻って説明する。ここでは、独立・協調軸指定部８
０により軸１〜３が協調軸制御、軸４が独立軸の独立制
御，軸５，６が独立軸の協調制御をするように指定して
いるものとして説明する。軌道計算器２０は軸１〜３に
ついてはレジスタ３の協調軸用パラメータとレジスタ１
の移動距離から軌跡パラメータを計算してレジスタ４に
出力する。軸４についてはレジスタ２の独立軸用パラメ
ータがそのままレジスタ４に出力される。軸５，６につ
いてはレジスタ２の独立軸用パラメータが協調制御用に
調整されて軌跡パラメータとなり、レジスタ４に送られ
る。

【００１９】第１の切替え手段３０において、スイッチ
ＳＷ１１〜１３は協調軸側の接点に倒れ、スイッチＳＷ
１４〜１６は独立軸側の接点に倒れている。同様にし
て、第２の切替え手段６０では、スイッチＳＷ２１〜２
３は協調軸側の接点に倒れ、スイッチＳＷ２４〜２６は
独立軸側の接点に倒れている。これにより、協調軌道発
生器４０はサンプル時間毎の軌道データをレジスタ１１
〜１３に書き込む。同様にして、独立軌道発生器５０は
サンプル時間毎の軌道データをレジスタ１４〜１６に書
き込んでいる。サーボ制御器７１〜７６はレジスタ１１
〜１６で指令された値に追従するように各モータを駆動
して各軸１〜６を制御している。

【００２０】次に、軌道計算器に図４の装置を用いてい
る場合の動作を説明する。独立軸用切替え部２３の各ス
イッチにおいて、スイッチＳＷ３１〜３３は協調軸に対
応するのでスイッチ位置は不定で差し支えなく、スイッ
チＳＷ３４は独立軸代表軸選択器２１をバイパスする位
置とし、スイッチＳＷ３５，３６は独立軸代表軸選択器
２１を経由させる位置とする。独立軸代表軸選択器２１
はスイッチＳＷ３５，３６により入力される軌道パラメ
ータとレジスタ１の移動距離から、図７にしめすような
代表軸を基準とした軌跡パラメータを計算してスイッチ
ＳＷ４５，４６に出力する。協調軸代表軸選択器２２は
レジスタ３の軌道パラメータとレジスタ１の移動距離か
ら、図５に示すような代表軸を基準とした軌跡パラメー
タを計算してスイッチＳＷ４１〜４３に出力する。軌跡
パラメータ切替え部２４において、スイッチＳＷ４１〜
４３は協調軸用なので、協調軸代表軸選択器２２で計算
された軌跡パラメータをレジスタ４に出力する。スイッ
チＳＷ４４は独立軸の独立制御用なので、レジスタ２の
独立軸用パラメータがそのままレジスタ４に出力され
る。スイッチＳＷ４５，４６は独立軸の協調制御用なの
で、独立軸代表軸選択器２１で計算された軌跡パラメー
タがレジスタ４に送られる。

【００２１】なお、上記実施例においては協調軸はロボ
ットであり独立軸は周辺機械に相当するものとして説明
しているが、独立・協調軸指定部８０の指定を活用し
て、周辺機械をロボットと独立に動作させる場合には独
立軸と指定し、協調動作させる場合には協調軸と指定す
ればよい。また周辺機械のみを協調制御するときは独立
軸代表軸選択器２１を活用すればよい。更に周辺機械が
一軸のみ接続される構造であれば構造はかなり単純化さ
れる。即ち、図４において、軌道計算器２０は独立軸用
切替え部２３と独立軸代表軸選択器２１を省略すると共
に、軌跡パラメータ切替え部２４のスイッチは周辺機械
用の一個で足りる。また、図１のレジスタ２、独立軌道
発生器５０並びに第１及び第２の切り替え手段３０，６
０のスイッチの個数も一個で足りる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、ロボットと周辺機
械が単一の制御装置で制御されるため、複数の制御装置
を用いる必要がないから設備コストが低減されると共に
操作も容易になる。また、ロボットと周辺機械の協調制
御が必要なときも、軌道計算器２０により協調のとれた
軌跡パラメータを発生しているので、両者の同期を意識
することなく容易なプログラミングが可能になるという
特有の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成ブロック図であ
る。

【図２】等速区間のある軌道指令に対する速度パターン
を表す図である。

【図３】等速区間のない軌道指令に対する速度パターン
を表す図である。

【図４】軌道計算器２０の一例を説明する構成ブロック
図である。

【図５】協調軸の協調制御の説明図である。

【図６】独立軸を独立に制御する場合の説明図である。

【図７】独立軸を協調制御する場合の説明図である。

【図８】従来装置の構成ブロック図である。

【図９】各軸の移動速度の説明図である。

【符号の説明】

１０ 制御パラメータ保持部 ２０ 軌道計算部 ３０ 第１の切替え手段 ４０ 協調軌道発生器 ５０ 独立軌道発生器 ６０ 第２の切替え手段 ７０ サーボ制御器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小田桐尚彦 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の軸を有するロボットと、このロボッ
   トに附従して設けられた周辺機械とを互いに独立に制御
   し、若しくは協調して制御するモードとを切り換えるロ
   ボット制御装置であって、 各軸の移動距離、独立制御される軸用の軌道パラメータ
   並びに協調制御される軸用の軌道パラメータを保持する
   制御パラメータ保持部１０と、 この制御パラメータ保持部から送られる移動距離並びに
   軌道パラメータから各軸の軌跡パラメータを計算する軌
   道計算器２０と、 この軌道計算器から出力される軌跡パラメータを独立制
   御される軸に対しては独立軌道発生器に送り、協調制御
   される軸に対しては協調軌道発生器に送る第１の切替え
   手段３０と、 この第１の切替え手段をかいして送られる軌跡パラメー
   タにより協調制御の対象となる各軸の軌道を発生する協
   調軌道発生器４０と、 この第１の切替え手段をかいして送られる軌跡パラメー
   タにより独立制御の対象となる軸の軌道を発生する独立
   軌道発生器５０と、 この協調軌道発生器の発生する軌道を協調制御される各
   軸に送り、この独立軌道発生器の発生する軌道を独立制
   御される各軸に送る第２の切替え手段６０と、 この第２の切替え手段を介して送られる軌道に従って、
   この軸に設けられたモータを制御するサーボ制御器７０
   と、 を具備することを特徴とするロボット制御装置。
2. 【請求項２】前記軌道計算器は、独立軸間で協調制御の
   対象となる独立軸の軌道パラメータと当該独立軸の各移
   動距離から動作時間が最長となる軸を代表軸として選定
   し、各独立軸の軌道パラメータをこの代表軸と同一時間
   となる軌跡パラメータに修正する独立軸代表軸選択器２
   １と、協調軸の軌道パラメータと当該協調軸の各移動距
   離から動作時間が最長となる軸を代表軸として選定し、
   各協調軸の軌道パラメータをこの代表軸と同一時間とな
   る軌跡パラメータに修正する協調軸代表軸選択器２２
   と、独立軸の独立制御の場合は当該独立軸の軌道パラメ
   ータをそのまま軌跡パラメータとし、独立軸の協調制御
   の場合は当該独立軸の軌道パラメータを独立軸代表軸選
   択器で修正して軌跡パラメータとし、協調軸の協調制御
   の場合は当該協調軸の軌道パラメータを協調軸代表軸選
   択器で修正して軌跡パラメータとして前記第１の切替え
   手段に送る切替え部（２３，２４）を有することを特徴
   とする請求項１記載のロボット制御装置。