JPH0724763A

JPH0724763A - ロボット制御装置

Info

Publication number: JPH0724763A
Application number: JP18898493A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Komuro; 克弘小室; 洋二 ▲吉▼田; Yoji Yoshida
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1993-06-30
Publication date: 1995-01-27

Abstract

(57)【要約】【目的】ロボットの作業性と安全性とを同時に確保する
こと。【構成】ロボットの先端部の加工中動作可能範囲と非加
工中動作可能範囲とを設定する設定手段と、工具の動作
状態か非動作状態かを判定する動作状態判定手段２０４
と、ロボットの位置及び姿勢の制御時に、その位置決め
制御目標位置が、工具が動作状態である場合には加工中
動作可能範囲に、工具が非動作状態である場合には非加
工中動作可能範囲に、それぞれ、存在するか否かを判定
する第１判定手段２０８と、第２判定手段２０６と、第
１判定手段、第２判定手段により制御目標位置が、それ
ぞれ、加工中動作可能範囲、非加工動作範囲内に存在し
ないと判定された場合には、その制御目標位置への位置
決め制御を禁止する動作禁止手段２１４とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットの位置及び姿
勢を制御するロボット制御装置に関する。特に、ロボッ
トの先端部分の動作範囲を工具が動作中の加工状態と工
具が非動作中の非加工状態とに分けて異なる範囲に設定
して、先端部分の移動をこの範囲に制限するようにして
作業の安全性を図った装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、特開昭60-44293号公報に記載のよう
に、ロボットの先端位置の動作許可範囲を予め設定する
装置が知られている。その装置では、空間座標系におけ
る直方体の角の点の座標を直接に入力する方法と、空間
座標系において、現実にロボットの先端点を直方体の角
の点に位置決めして、その位置の座標を記憶する方法と
が採用されている。そして、ティーチング時及びプレイ
バック時にロボットの先端点の目標位置がその動作許可
範囲に存在する場合には、その範囲内における目標点へ
の位置決めができ、その範囲外に目標位置がある場合に
は、その目標位置への位置決めを禁止することが行われ
ている。

【０００３】一方、特開平3-19789 号公報には、レーザ
ロボットにおいて、レーザノズルの水平面に対する角度
を検出して、この検出角度が所定値以下の時にレーザ発
振を停止させて安全性を確保する装置が開示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような動作許可範
囲の設定により、ロボットの位置決め制御における安全
性が確保されているが、いずれの技術も、加工中，非加
工中にかかわらず動作許可範囲によって動作を規制され
る。しかし，レ−ザ−ロボットのような場合には，加工
中にロボットが広範囲に動作するとレ−ザ−光のため危
険であるが，非加工中ならばロボットが衝突する危険が
なければ，作業範囲を広くとっても問題ない。従って、
安全性を厳しくすれば、作業性が悪くなり、作業性を良
くすれば安全性が低下するという問題がある。本発明は
上記の課題を解決するために成されたものであり、その
目的は、作業性及び安全性を同時に確保することであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の請求項１の発明の構成は、ロボットの位置及び姿勢を
制御するロボット制御装置において、工具の動作状態で
ある加工中におけるロボットの先端部の３次元の加工中
動作可能範囲と、工具の非動作状態である非加工中にお
けるロボットの先端部の３次元の非加工中動作可能範囲
とを設定する設定手段と、工具の動作状態か非動作状態
かを判定する動作状態判定手段と、ロボットの位置及び
姿勢の制御時に、動作状態判定手段により工具が動作状
態であると判定された場合には、その位置決め制御目標
位置が加工中動作可能範囲に存在するか否かを判定する
第１判定手段と、ロボットの位置及び姿勢の制御時に、
動作状態判定手段により工具が非動作状態であると判定
された場合には、その位置決め制御目標位置が非加工中
動作可能範囲に存在するか否かを判定する第２判定手段
と、第１判定手段により制御目標位置が加工中動作可能
範囲内に存在しないと判定された場合、又は、第２判定
手段により制御目標位置が非加工中動作可能範囲内に存
在しないと判定された場合には、その制御目標位置への
位置決め制御を禁止する動作禁止手段とを設けたことを
特徴とする。

【０００６】又、請求項２の発明は、設定手段は、動作
可能範囲の形状、位置、大きさに関する値を指定入力す
る手段であり、指定入力された形状、位置、大きさに関
する値に基づいて、空間座標系における現実の３次元の
加工中動作可能範囲及び非加工中動作可能範囲を特定す
るデータを演算する演算手段を、さらに、有することを
特徴とする。

【０００７】又、設定手段は、ロボットの先端部を空間
座標系の所定位置に移動させて、その点の座標値を読取
る手段であることを特徴とする。

【０００８】

【作用】請求項１の発明では、ロボットの先端の３次元
動作可能範囲を空間座標系において設定する場合に、工
具が動作中である場合の動作可能範囲と工具が非動作中
である場合の動作可能範囲とを分離して設定することが
できる。現実にロボットの先端部分の位置決め動作が実
行される場合には、工具が動作中か否かが判定され、そ
れぞれの状態に応じた動作可能範囲にロボットの先端部
分の制御目標位置が存在するか否かが判定される。そし
て、制御目標位置がその範囲に存在する場合にのみ、先
端部は制御目標位置へ位置決め制御される。

【０００９】又、請求項２の発明では、設定手段によ
り、動作可能範囲の形状、位置、大きさに関する値が指
定入力される。そして、指定入力された形状、位置、大
きさに関する値に基づいて、空間座標系における現実の
３次元の加工中動作可能範囲及び非加工中動作可能範囲
が演算される。

【００１０】又、制御項３の発明では、設定手段により
値の入力は、ロボットの先端部を空間座標系の所定位置
に移動させて、その点の座標値を読取ることで行われ
る。

【００１１】

【発明の効果】本発明は、このようにして、３次元動作
可能範囲を工具の動作中と非動作中とに分けて異なる範
囲として設定するようにしている。従って、非動作中で
は動作可能範囲を広く設定でき、加工動作中では動作可
能範囲をより狭く設定することができるため、作業性と
安全性の２つの要求を同時に満たすことができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図１は６軸多関節ロボットの機構を示した機構
図である。１０がロボット本体であり、フロアに本体１
０を固定するベース１２が配設され、ベース１２上には
コラム１３が固設されており、コラム１３はボディ１４
を回転自在に配設している。ボディ１４はアッパーアー
ム１５を回動自在に軸支し、アッパーアーム１５は、フ
ォアアーム１６を回動自在に軸支している。ボディ１
４、アッパーアーム１５、フォアアーム１６は、それぞ
れ、サーボモータＭ１，Ｍ２，Ｍ３（図２参照）によっ
て、軸ａ，ｂ，ｃの回りに回転駆動される。この回転角
はエンコーダＥ１，Ｅ２，Ｅ３によって検出される。フ
ォアアーム１６の先端部にはリスト１７がｄ軸の周りに
回転可能に軸支され、リスト１７にはハンド１８がｅ軸
の周りに回動自在に軸支されている。

【００１３】さらに、ハンド１８はｆ軸の周りに回転可
能に軸支されており、このハンド１８にレーザ溶接トー
チＴが取り付けられている。そして、この溶接トーチＴ
により工作物Ｗが加工される。尚、ｄ軸、ｅ軸、ｆ軸は
サーボモータＭ４、Ｍ５、Ｍ６によって駆動される。

【００１４】図２はロボットの姿勢制御装置の電気的構
成を示したブロックダイヤグラムである。２０はマイク
ロコンピュータ等から成る中央処理装置である。この中
央処理装置２０には、メモリ２５、サーボモータを駆動
するためのサーボＣＰＵ２２ａ〜２２ｆ、ジョグ運転の
指令、教示点の指示等を行う操作盤２６、溶接のための
レーザ発振器２３が接続されている。その操作盤２６に
は各種のデータを表示するＣＲＴ２７が配設されてい
る。又、そのレーザ発振器２３には溶接トーチＴが接続
されている。ロボットに取付けられた各軸ａ〜ｆ駆動用
のサーボモータＭ１〜Ｍ６は、それぞれサーボＣＰＵ２
２ａ〜２２ｆによって駆動される。

【００１５】サーボＣＰＵ２２ａ〜２２ｆのそれぞれ
は、中央処理装置２０から出力される出力角度データθ
₁〜θ₆と、サーボモータＭ１〜Ｍ６に連結されたエン
コーダＥ１〜Ｅ６の出力α₁〜α₆との間の偏差を演算
し、この演算された偏差の大きさに応じた速度で各サー
ボモータＭ１〜Ｍ６を回転させるように作動する。

【００１６】メモリ２５にはロボットを教示点データに
従って動作させるためのプログラムが記憶されたＰＡ領
域とロボットの位置及び姿勢を表す教示点データを記憶
するＰＤＡ領域と３次元動作可能範囲を特定するデータ
を形状毎に記憶するＦＤＡ領域と現実の３次元動作可能
範囲を設定するために必要な形状の指定データ、位置の
指定データ、大きさの指定データ及び演算して得られた
加工中動作可能範囲と非加工中動作可能範囲を特定する
データを記憶するＤＤＡ領域とが形成されている。

【００１７】次に、その作用について説明する。図３は
同実施例装置において使用されているＣＰＵ２０の教示
に関する処理手順を示したフローチャートである。ステ
ップ100 〜116 において、溶接トーチＴの非動作中にお
ける非加工中動作可能範囲が設定される。ステップ100
で、操作盤２６のＣＲＴ２７に動作可能範囲の形状の選
択メニューが表示され、作業者のキー入力により形状が
選択される。動作可能範囲の形状としては、直方体、
球、円柱等である。選択された形状指定データはメモリ
２５のＤＤＡ領域に記憶される。作業者は工作物の加工
の種類により、ロボットの先端部の動作可能範囲の形状
を決定する。次に、ステップ102 において、図５に示す
ように、メモリ２５のＦＤＡ領域に記憶された形状デー
タに基づいて、ＣＲＴ２７に位置及び大きさに関するデ
ータの入力点が表示される。例えば、動作可能範囲の形
状に直方体が選択された場合には、図４に示すように、
直方体の形状及び位置のデータ入力点Ａと大きさのデー
タ入力点Ｂとが表示される。入力点Ｂと入力点Ａとは対
角線上に存在する。

【００１８】次に、作業者は現実の空間において、選択
された形状の３次元動作可能範囲を想定する。そして、
ステップ104 において、ＣＲＴ２７に表示された位置の
データ入力点Ａに相当する空間座標系上の位置にロボッ
トの先端部が移動される。これは、作業者が操作盤２６
を操作することによるジョグ運転により行われる。次
に、ステップ106 において、操作盤２６のデータセット
キーが押下されたか否かが判定され、データセットキー
が押下された場合には、ステップ108 において、位置の
データ入力点Ａの空間座標系における座標値（Ａ_x,Ａ_y,
Ａ_z）がメモリ２５のＤＤＡ領域に記憶される。尚、ロ
ボットの先端部の座標値はロボットの各軸の現在の角度
を座標変換することにより求めることができる。又、デ
ータセットキーが押下されない場合には、ステップ104
のジョグ運転による位置決め動作が繰り返し実行され
る。

【００１９】次に、ステップ110 において、同様に、現
実の空間において、選択された形状の３次元動作可能範
囲を想定する共に、ＣＲＴ２７に表示された図４に示す
大きさのデータ入力点Ｂに相当する空間座標系上の位置
にロボットの先端部がジョグ運転により移動される。次
に、ステップ112 において、操作盤２６のデータセット
キーが押下されたか否かが判定され、データセットキー
が押下された場合には、ステップ114 において、大きさ
のデータ入力点Ｂの空間座標系における座標値（Ｂ_x,Ｂ
_y,Ｂ_z）がメモリ２５のＤＤＡ領域に記憶される。又、
データセットキーが押下されない場合には、ステップ11
0 のジョグ運転による位置決め動作が繰り返し実行され
る。

【００２０】次に、ステップ116 において、ステップ10
8 で入力された位置のデータ入力点Ａの座標とステップ
114 で入力された大きさのデータ入力点Ｂの座標とから
現実の３次元動作可能範囲を特定するデータが演算され
る。図４に示す直方体の例では、位置のデータ入力点Ａ
と大きさのデータ入力点Ｂとは対角線上にある。従っ
て、大きさのデータ入力点Ｂの位置のデータ入力点Ａに
対する変位（Ｅ_x,Ｅ_y,Ｅ_z）＝（Ｂ_x−Ａ_x,Ｂ_y−Ａ_y,
Ｂ_z−Ａ_z）が演算される。この変位（Ｅ_x,Ｅ_y,Ｅ_z）
と位置のデータ入力点Ａの座標値（Ａ_x,Ａ_y,Ａ_z）とか
ら、現実の３次元の非加工中動作可能範囲が決定され
る。そして、それらの形状、位置及び変位に関するデー
タはメモリ２５のＤＤＡ領域に記憶される。

【００２１】次に、ステップ118 において、ステップ10
0 〜116 と同様にして、位置のデータ入力点Ａ^', 大き
さのデータ入力点Ｂ^'が指定され、大きさのデータ入力
点Ｂ^'の位置のデータ入力点Ａに対する変位（Ｅ_x ^' _,
Ｅ_y ^' _,Ｅ_z ^'）＝（Ｂ_x ^'−Ａ_x ^' _,Ｂ_y ^'−Ａ_y ^' _,Ｂ_z
^'−Ａ_z ^'）が演算される。この変位（Ｅ_x ^' _,Ｅ_y ^' _,Ｅ
_z ^'）と位置のデータ入力点Ａの座標値（Ａ_x ^' _,Ａ_y ^'
_,Ａ_z ^'）とから、現実の３次元の加工中動作可能範囲
が決定される。そして、それらの形状、位置及び変位に
関するデータはメモリ２５のＤＤＡ領域に記憶される。

【００２２】ロボットの位置決め及び姿勢制御について
説明する。ＣＰＵ２０は図６に示す手順を実行する。ス
テップ200 では、メモリ２５のＰＤＡ領域に記憶された
教示点データが読み出され、次に、ステップ202 では、
隣接する教示点間を補間する点の位置座標（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）が補間演算される。そして、ステップ204 では、溶
接トーチＴが動作中か否かが判定される。この判定は、
メモリ２５のＰＡ領域に記憶されている現在の解読ステ
ップの移動命令語に溶接トーチの作動命令語が含まれて
いるか否かで判定される。溶接トーチＴが非動作中（レ
ーザ発振が停止された状態）では、ステップ206 の処理
が実行される。即ち、ロボットの先端部の補間点（Ｘ，
Ｙ，Ｚ）が現実に設定された３次元非加工中動作可能範
囲に存在することの演算が行われる。即ち、図４に示す
３次元非加工中動作可能範囲Ｄ１内に補間点が存在する
か否かが判定される。

【００２３】そして、ステップ210 で補間点が３次元非
加工中動作可能範囲内に存在すると判定された場合に
は、ステップ212 において、ロボットの先端部はステッ
プ202で演算された補間点に位置決め制御される。一
方、ステップ210 において、補間点が３次元非加工中動
作可能範囲Ｄ１に存在しないと判定された場合には、ス
テップ214 において、補間点への位置決め動作が停止さ
れる。

【００２４】又、ステップ204 で溶接トーチＴが動作中
（レーザ発振中）の場合には、ステップ208 において、
ロボットの先端部の補間点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が現実に設定
された３次元加工中動作可能範囲に存在することの演算
が行われる。即ち、図４に示す３次元加工中動作可能範
囲Ｄ２内に補間点が存在するか否かが判定される。

【００２５】そして、ステップ210 で補間点が３次元加
工中動作可能範囲内に存在すると判定された場合には、
ステップ212 において、ロボットの先端部はステップ20
2 で演算された補間点に位置決め制御される。一方、ス
テップ210 において、補間点が３次元加工中動作可能範
囲Ｄ２に存在しないと判定された場合には、ステップ21
4 において、補間点への位置決め動作が停止される。

【００２６】以上のようにして、空間座標系において、
ロボットの先端部の３次元動作可能範囲を溶接トーチＴ
の動作中と非動作中とに分けて異なる範囲に設定するこ
とができ、位置決め目標点が溶接トーチＴの非動作中に
はその３次元の非加工中動作可能範囲に存在しない場合
に、又、溶接トーチＴが動作中には３次元の加工中動作
可能範囲に存在しない場合には位置決め動作を禁止する
ことができる。よって、加工中動作範囲を非加工中動作
範囲に比べて狭く設定することが可能となり、作業性と
安全性との２つを同時に満足させることができる。

【００２７】尚、上記実施例では、ＣＲＴ２７上の動作
可能範囲の形状の表示に従って、空間座標系の指定点に
現実にロボットの先端部を移動させて、その点の座標値
を記憶するようにしている。しかし、操作盤２６から、
直接に、図４に示す位置のデータ入力点Ａの座標値及び
大きさのデータ入力点Ｂの座標値を数値として入力する
ようにしても良い。

【００２８】さらに、３次元動作可能範囲を球体で指定
した場合には、図７に示すように、球の中心を位置のデ
ータ入力点Ａとし、球面上の任意の点Ｂを大きさのデー
タ入力点Ｂとしてもよい。この球体の場合には球面上の
任意の点Ｂと中心点Ａとから球の半径ｒが大きさのデー
タとして演算される。又、球の場合には、球面上の３点
を指示するようにしても良い。

【００２９】又、円柱の場合には、図８に示すように、
底面の中心点Ａを位置のデータ入力点Ａとし、底面の円
周上の任意の点Ｂ及び高さ方向（ｚ軸方向）の任意の点
Ｃを大きさのデータ入力点Ｂ，Ｃとすることができる。
また、これ以外の点であっても、円柱を定義できる点で
あれば位置のデータ入力点と大きさのデータ入力点とは
任意に指定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例装置で駆動されるロボットの構成を示し
た説明図。

【図２】実施例装置の電気的構成を示したブロックダイ
ヤグラム。

【図３】動作可能範囲を設定するためのＣＰＵによる処
理手順を示したフローチャート。

【図４】動作可能範囲の設定方法を示した説明図。

【図５】動作可能範囲を特定するデータを示した説明
図。

【図６】位置決め制御時のＣＰＵの処理手順を示したフ
ローチャート。

【図７】他の動作可能範囲の設定方法を示した説明図。

【図８】他の動作可能範囲の設定方法を示した説明図。

【符号の説明】

１０…ロボット本体１８…ハンド２０…中央処理装置２５…メモリＴ…工具（溶接トーチ）Ｗ…工作物ステップ100 〜118 …設定手段ステップ204 …動作状態判定手段ステップ206 …第２判定手段ステップ208 …第１判定手段ステップ212 …動作禁止手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロボットの位置及び姿勢を制御するロボッ
ト制御装置において、工具の動作状態である加工中におけるロボットの先端部
の３次元の加工中動作可能範囲と、工具の非動作状態で
ある非加工中におけるロボットの先端部の３次元の非加
工中動作可能範囲とを設定する設定手段と、前記工具の動作状態か非動作状態かを判定する動作状態
判定手段と、ロボットの位置及び姿勢の制御時に、前記動作状態判定
手段により前記工具が動作状態であると判定された場合
には、その位置決め制御目標位置が前記加工中動作可能
範囲に存在するか否かを判定する第１判定手段と、ロボットの位置及び姿勢の制御時に、前記動作状態判定
手段により前記工具が非動作状態であると判定された場
合には、その位置決め制御目標位置が前記非加工中動作
可能範囲に存在するか否かを判定する第２判定手段と、前記第１判定手段により前記制御目標位置が前記加工中
動作可能範囲内に存在しないと判定された場合、又は、
前記第２判定手段により前記制御目標位置が前記非加工
中動作可能範囲内に存在しないと判定された場合には、
その制御目標位置への位置決め制御を禁止する動作禁止
手段とを設けたことを特徴とするロボット制御装置。
【請求項２】前記設定手段は、動作可能範囲の形状、位
置、大きさに関する値を指定入力する手段であり、指定
入力された形状、位置、大きさに関する値に基づいて、
空間座標系における現実の３次元の加工中動作可能範囲
及び非加工中動作可能範囲を特定するデータを演算する
演算手段を、さらに、有することを特徴とする請求項１
に記載のロボット制御装置。
【請求項３】前記設定手段は、ロボットの先端部を空間
座標系の所定位置に移動させて、その点の座標値を読取
る手段であることを特徴とする請求項１に記載のロボッ
ト制御装置。