JPH07256577A

JPH07256577A - 産業ロボットの制御方法

Info

Publication number: JPH07256577A
Application number: JP5161494A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Kimura; 勝巳木村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-03-23
Filing date: 1994-03-23
Publication date: 1995-10-09
Anticipated expiration: 2016-04-03
Also published as: JP3152056B2

Abstract

(57)【要約】【目的】定格可搬重量等が標準外の条件で産業ロボッ
トが動作する場合の作動能力を自動検証できる産業ロボ
ットの制御方法を得る。【構成】算式により作動アーム先端部に外部から作用
する力も考慮したリンクｉとリンクｉ＋１の接続部分の
締結部に作用する力とモーメントを演算する。これによ
り、定格可搬重量等が標準外の条件で産業ロボットが動
作したときのリンクの締結部に作用する締結部力・モー
メントを自動的に算出して、産業ロボットの能力を検証
する。【効果】定格可搬重量等が標準外の条件で産業ロボッ
トを使用するときに、それぞれの使用条件によってその
都度、産業ロボット能力を検討する手数を省くことがで
き、標準外条件での産業ロボット使用を容易化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、複数の駆動軸を有す
る産業ロボットの各駆動軸における位置、速度、作動電
流等の検出を介して制御を行う産業ロボットの制御方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、産業ロボットを概念的に示す正
面図である。図において、(1)は基台、(2)は基台(1)に
立設された胴部からなる第１リンク、(3)は第１リンク
(2)の上端に枢持された第１腕からなる第２リンク、(4)
は第１リンク(2)の上端に設けられて第２リンク(3)を駆
動する第１電動機、(5)は第２リンク(3)の先端に枢持さ
れた第２腕からなる第３リンク、(6)は第２リンク(3)の
先端に設けられて第３リンク(5)を駆動する第２電動機
である。

【０００３】(7)は第３リンク(5)の先端部にボルトによ
って締結されて構成された締結部(8)を介して装着され
た第３電動機、(9)は第３電動機(7)によって駆動される
第３腕からなる第４リンク、(10)は産業ロボットの制御
装置である。なお、図示が省略してあるが第４リンク
(9)にはエンドエフェクターと呼ばれる把手等が装着さ
れている。

【０００４】従来の産業ロボットは上記のように構成さ
れ、制御装置(10)によって第１電動機(4)、第２電動機
(6)、第３電動機(7)が付勢され、第２リンク(3)、第３
リンク(5)、第４リンク(9)が動作して把手等によって所
要のロボット作業が行われる。また、産業ロボットにお
いては、第１電動機(4)等の各電動機の作動電流値によ
って各軸の減速機（図示しない）に作用するトルクが検
出されて、減速機の滑りを未然に防ぐようになってい
る。しかし、締結部(8)に作用する力やモーメントを直
接に検出する手段がないため、締結部(8)における離
間、滑りの発生を防ぐことは困難である。

【０００５】このため、産業ロボットにおいては標準的
な定格可搬重量とその重心位置を設定して、その定格負
荷を標準加減速度で運転する場合に締結部(8)において
離間、滑り等の不具合が発生しないように余裕を考慮し
て産業ロボットの各機器が設計される。したがって産業
ロボットの使用者に対して、産業ロボット運転時の加減
速度の選択等の運転要領の選定については、基本的には
動作の加減速度を下げることのみが許容されている。

【０００６】このために、産業ロボットによって扱う物
品が標準可搬重量よりも軽い場合であっても、使用者が
産業ロボット運転時の加減速度を上げて使用してはなら
ないようになっている。また、定格可搬重量以上の物品
を扱ってはならないし、可搬重量における重心位置が把
持位置から大きく偏った物品には使用できないことにな
っている。そして、これらのような標準外ロボット作業
についての産業ロボットの運転には、それぞれの場合に
ついて、かなりの手数をかけて産業ロボットの能力の検
討が行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の産
業ロボットの運転においては、産業ロボットの動作の標
準加減速度、標準的な可搬重量の重心位置、定格可搬重
量が定められている。すなわち、標準的な可搬重量の重
心位置に定格可搬重量が配置される標準作業を想定して
標準加減速度を設定して、それ以上のトルクやモーメン
トが作用しないようにすることにより減速機、締結部
(8)が保護されている。

【０００８】また、定格可搬重量や可搬重量の重心位置
は標準を示すだけであって、実際にその条件で産業ロボ
ットが使用されているかどうか検証する手段がなく、特
に可搬重量の重心位置を制限することは困難である。例
えば、この定格可搬重量等の標準を超えて使用した場合
に各減速機に作用するトルクは電動機の電流によって検
出できるが、締結部(8)に作用するモーメントは検出不
能であるために、締結部(8)の離間や滑りが発生する恐
れがある。

【０００９】このため、産業ロボットの使用者が独自の
判断によって定格可搬重量等の標準を超えて使用するこ
とが制約されている。そして、標準状態を超えて産業ロ
ボットを使用するときには、それぞれの使用条件によっ
てその都度、産業ロボット能力の検討を行うようになっ
ている。

【００１０】また、逆に定格可搬重量等が標準よりも低
い条件で産業ロボットを使用する場合、すなわち、より
重い物品の搬送が可能であったり、動作の加減速度を上
げたりすることができる場合でも、定格可搬重量等の標
準によって設定された制限を受けることになる。そし
て、このようなときにもそれぞれの使用条件によってそ
の都度、可搬重量を増すことができるかどうか、また動
作の加減速度を上げることができるかどうかの産業ロボ
ット能力の検討を行うことになる。

【００１１】要するに、定格可搬重量等が標準外の条件
で産業ロボットを使用する場合に、それぞれの使用条件
によってその都度、産業ロボット能力の検討を行うこと
となって、産業ロボットの能力の検討のために煩雑な手
数が掛かるという問題点があった。

【００１２】この発明は、かかる問題点を解消するため
になされたものであり、定格可搬重量等が標準外の条件
で産業ロボットが動作する場合のリンクを駆動する電動
機の作動状況及び駆動されるリンク作動状況から産業ロ
ボットの能力を検証することができる産業ロボットの制
御方法を得ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明に係る産業ロボ
ットの制御方法は、産業ロボットの各リンクをそれぞれ
駆動する電動機の動作時の電流値、上記リンクの基準線
に対する角度、上記リンクの角速度及び上記リンクの角
加速度からなるリンク値を検出する電流検出工程と、検
出された電流値及び上記リンク値に基づいて産業ロボッ
トの作動アーム先端部における力とモーメントを、上記
リンクの質量及び重心位置に基づいた演算により算出す
る力・モーメント算出工程と、この力・モーメント算出
工程によって得られた演算値により上記リンクの締結部
に作用する締結部力・モーメントを算出する締結部力・
モーメント算出工程とを有するものである。

【００１４】また、この発明の産業ロボットの制御方法
は、産業ロボットの作動アーム先端部に設けられた６軸
センサーの検出値に基づいて産業ロボットの各リンクの
締結部に作用する締結部力・モーメントを算出する締結
部力・モーメント算出工程が設定される。

【００１５】また、この発明の産業ロボットの制御方法
は、産業ロボットの制御方法の締結部力・モーメント算
出工程における算出値が許容値を超えた場合に産業ロボ
ットに異常時制御を施すものである。

【００１６】また、この発明の産業ロボットの制御方法
は、異常時制御を警報発令及び産業ロボットの異常時停
止制御によって組成したものである。

【００１７】

【作用】上記のように構成されたこの発明のでは、定格
可搬重量等が標準外の条件で産業ロボットが動作したと
きのリンクの締結部に作用する締結部力・モーメントを
自動的に算出し、産業ロボットの能力が検証される。

【００１８】また、このように構成されたこの発明で
は、定格可搬重量等が標準外の条件で産業ロボットが動
作したときのリンクの締結部に作用する締結部力・モー
メントを６軸センサーの検出値に基づいて自動的に算出
し、産業ロボットの能力が検証される。

【００１９】また、このように構成されたこの発明で
は、産業ロボットの制御方法の締結部力・モーメント算
出工程で、許容値を超える値が算出されたときには産業
ロボットが異常時制御される。

【００２０】また、このように構成されたこの発明で
は、締結部力・モーメント算出工程で、許容値を超える
値が算出されたときには警報発令及び産業ロボットの異
常時停止制御が行われる。

【００２１】

【実施例】

実施例１．図１〜図３は、この発明の一実施例を示す図
で、図１は産業ロボットの構成を骨格的に示す説明図、
図２は図１の産業ロボットの制御方法を説明したフロー
チャート、図３は図１の産業ロボットによって構成され
た装置の全体構成を示す図である。図において、(1)は
基台、(2)は基台(1)に立設された胴部からなる第１リン
ク、(3)は第１リンク(2)の上端に鉛直軸線(11)を介して
枢持された第１腕からなる第２リンク、(5)は第２リン
ク(3)の上端に水平軸線(12)を介して枢持された第２腕
からなる第３リンク、(13)は第３リンク(5)の上端に水
平軸線(14)を介して枢持された第３腕からなる第４リン
クである。

【００２２】(15)は第４リンク(13)の上端に水平軸線(1
6)を介して枢持された第４腕からなる第５リンク、(17)
は第５リンク(15)の先端に鉛直軸線(18)を介して枢持さ
れた第５腕からなる第６リンク、(19)は第６リンク(17)
の先端に水平軸線(20)を介して枢持された把手からなる
エンドエフェクターである。

【００２３】(4)は第１リンク(2)の上端に設けられて第
２リンク(3)を駆動する第１電動機、(6)は第２リンク
(3)の上端に設けられて第３リンク(5)を駆動する第２電
動機、(7)は第３リンク(5)の先端に設けられて第４リン
ク(13)を駆動する第３電動機、(21)は第４リンク(13)の
先端に設けられて第５リンク(15)を駆動する第４電動
機、(22)は第５リンク(15)の先端に設けられて第６リン
ク(17)を駆動する第５電動機、(23)は第６リンク(17)の
先端に設けられてエンドエフェクター(19)を変位させる
第６電動機である。

【００２４】また、第６リンク(17)とエンドエフェクタ
ー(19)は、図６に示した従来のものと同様にボルトによ
り締結された締結部(35)を介して装着されている。(24)
は上記各リンク及び各電動機を主要部材として構成され
た産業ロボット、(10)は産業ロボット(24)の制御装置で
あり制御装置(10)には、第１演算部(25)、第２演算部(2
6)、第３演算部(27)、第４演算部(28)及び判定部(29)が
設けられている。(30)は制御装置(10)に接続された教示
操作盤である。

【００２５】上記のように構成された産業ロボット(24)
は教示操作盤(30)を介してロボット作業が制御装置(10)
に入力される。そして、産業ロボット(24)は教示された
ロボット作業内容に従って制御装置(10)により各電動機
(4)(6)(7)(21)(22)(23)が付勢されて各リンクが動作す
ると共に、制御装置(10)によってエンドエフェクター(1
9)が付勢されて所要のロボット作業が行われる。そし
て、定格可搬重量等が標準外の条件で産業ロボット(24)
を動作させるときには、次に述べるようにしてリンクの
締結部に作用する締結部力・モーメントが自動的に算出
され、産業ロボットの能力が検証される。

【００２６】すなわち、産業ロボット(24)においては第
６リンク(17)から先に設けられるエンドエフェクター(1
9)及びエンドエフェクター(19)によって取り扱われる物
品（図示しない）は未知である。そして、この未知事項
による力やモーメントによって、締結部(35)における滑
りや離間の不具合が発生する。これに対して、上記未知
事項による力やモーメントを検出して締結部(35)に作用
する締結部力・モーメントが自動的に算出される。以
下、数式によって上記未知事項により発生する力とモー
メントを計算する手段を説明する。まず、算式の記号を
次の表１のように設定する。

【００２７】

【表１】

【００２８】そして、各検出値からリンク先端部の力と
モーメントの算出方法について、数式１〜数式１０に従
って説明する。各電動機から発生するトルクによってリ
ンクｉに発生するｆ_mi，ｎ_miはリンクｉが回転の場合
は、

【００２９】

【数１】となり、リンクｉが並進の場合は、

【００３０】

【数２】

【００３１】となる。ただし、ベクトルｑ_iは座標系(ｘ
_i-1，ｙ_i-1，ｚ_i-1)に関するリンクｉの回転速度の大き
さ、ｂ_iはリンクｉの粘性係数である。また、図２に示
すフローチャートのステップ(101)の計算、すなわち、
外部からリンクｉの重心に及ぼす力とモーメントは、

【００３２】

【数３】

【００３３】よって、リンクｉに作用する全ての力とモ
ーメントを考えると、

【００３４】

【数４】

【００３５】となる。これらの数式は漸化式表現となっ
ているため順次(ｆ_m，ｎ_m)が求められて、最終的に求め
られる(ｆ_n+1，ｎ_n+1)が外部から作動アーム先端部に作
用する力とモーメントになる。

【００３６】次に、作動アーム先端部に作用する力とモ
ーメントから、図２に示すフローチャートのステップ(1
02)の計算、すなわち、締結部(35)に作用する力、モー
メントを求める方法について説明する。すなわち、リン
クｉに作用する全ての力とモーメントを考えると、全外
力Ｆ_iとモーメントＮ_iは、重力と隣接するリンクｉ−
１、リンクｉ＋１によってリンクｉに及ぼされる力とモ
ーメントに等しい。すなわち、

【００３７】

【数５】

【００３８】となり、上式を用いて数式７及び８による
(ｆ_n+1，ｎ_n+1)から作動アーム先端部に外部から作用す
る力も考慮したリンクｉとリンクｉ＋１の接続部分の締
結部(35)に作用する力とモーメント(ｆ_m，ｎ_m)が求めら
れる。そして、図２に示すフローチャートのステップ(1
03)により判定部(29)において締結部(35)に作用する力
とモーメントが、締結部力・モーメントの許容値を超え
ていれば、ステップ(104)へ進んで警報発令、産業ロボ
ット(24)の異常時減速、産業ロボット(24)の異常時制
動、産業ロボット(24)の異常時停止等の異常時制御が行
われる。

【００３９】このようにして、定格可搬重量等が標準外
の条件で産業ロボットが動作する場合の締結部(35)に作
用する力とモーメントが自動的に算出されて、その算出
値が締結部力・モーメントの許容値を超えたときには、
自動的に産業ロボット(24)が警報発令等の異常時制御さ
れて、締結部(35)の滑りや離間等の不具合の発生を防ぐ
ことができる。

【００４０】これによって、定格可搬重量等が標準外の
条件で産業ロボットを使用するときに、それぞれの使用
条件によってその都度、産業ロボット能力を検討する手
数を省くことができる。したがって、産業ロボットの使
用を容易化することができ、また産業ロボットの能力を
有効に使用することができロボット作業効率を向上する
ことができる。

【００４１】なお、産業ロボット(24)の動作時に使用し
得る加減速度は、エンドエフェクター(19)とそれによっ
て取り扱われる物品の質量、慣性モーメントにより大き
く相違する。従来では使用されるであろうエンドエフェ
クター(19)とそれによって取り扱われる物品の条件の中
で、最も厳しい条件に合わせて加減速度が設定されてい
た。しかし、図１〜図３の実施例では加減速度を大きく
したときに締結部力・モーメントが大きくなることによ
り、締結部(35)の滑りや離間等の不具合が発生する前に
産業ロボット(24)が異常停止等の異常時制御される。

【００４２】このため、定格可搬重量等が標準外の条件
で産業ロボットを使用するときに、締結部(35)の滑りや
離間等による部材の変形、損傷の発生を未然に防止する
ことができる。また、産業ロボット(24)の使用者は産業
ロボット(24)の異常時制御が発生する寸前まで動作加減
速度を増すことができる。

【００４３】また、エンドエフェクター(19)が大きくオ
ーバーハングしているような場合は、産業ロボット(24)
への負荷が増大するため、どの程度動作加減速度を低く
すればよいかをその都度検討する必要があった。しか
し、図１〜図３の実施例では警報等の異常時制御が発生
しないところまで動作加減速度を低くすることで済み、
産業ロボットの使用を容易化することができる。

【００４４】実施例２．図４及び図５は、この発明の他
の実施例を示す図で、図４は産業ロボットによって構成
された装置の概念的全体構成図、図５は図４の作動アー
ム先端部とエンドエフェクターの間に設けられた６軸セ
ンサーの斜視図及び６軸センサーのたわみ体の説明図で
あり、図４及び図５の他は図１〜図３の実施例とほぼ同
様に産業ロボット装置が構成されている。図において、
図１〜図３と同符号は相当部分を示し、(31)は歪みゲー
ジを主要部として構成されて腕体先端部とエンドエフェ
クター(19)の間に設けられた周知の６軸センサーであ
る。

【００４５】上記のように構成された産業ロボット(24)
は制御装置(10)によって各電動機が付勢されて各リンク
が動作すると共に、制御装置(10)によってエンドエフェ
クター(19)が付勢されて所要のロボット作業が行われ
る。そして、定格可搬重量等が標準外の条件で産業ロボ
ット(24)を動作させるときには、次に述べるようにして
リンクの締結部に作用する締結部力・モーメントが自動
的に算出され、産業ロボットの能力が検証される。

【００４６】すなわち、６軸センサー(31)から数式７及
び８による(ｆ_n+1，ｎ_n+1)が直接に制御装置(10)の演算
部３(27)に入力される。そして、腕体先端部に外部から
作用する力も考慮したリンクｉとリンクｉ＋１の接続部
分の締結部(8)に作用する力とモーメント(ｆ_m，ｎ_m)が
演算される。したがって、詳細な説明を省略するが図４
及び図５の実施例においても図１〜図３の実施例と同様
な効果が得られることが確認されている。

【００４７】

【発明の効果】この発明は以上説明したように、産業ロ
ボットの各リンクをそれぞれ駆動する電動機の動作時の
電流値、リンクの基準線に対する角度、リンクの角速度
及びリンクの角加速度からなるリンク値を検出する電流
検出工程と、検出された電流値及びリンク値に基づいて
産業ロボットの作動アーム先端部における力とモーメン
トを、リンクの質量及び重心位置に基づいた演算により
算出する力・モーメント算出工程と、この力・モーメン
ト算出工程によって得られた演算値によりリンクの締結
部に作用する締結部力・モーメントを算出する締結部力
・モーメント算出工程とが設定されてそれぞれ演算され
る。

【００４８】これによって、定格可搬重量等が標準外の
条件で産業ロボットが動作したときのリンクの締結部に
作用する締結部力・モーメントが自動的に算出され、産
業ロボットの能力が検証される。したがって、定格可搬
重量等が標準外の条件で産業ロボットを使用するとき
に、それぞれの使用条件によってその都度、産業ロボッ
ト能力を検討する手数を省くことができ、産業ロボット
の使用を容易化する効果がある。

【００４９】また、この発明は以上説明したように、産
業ロボットの作動アーム先端部に設けられた６軸センサ
ーの検出値に基づいて産業ロボットのリンクの締結部に
作用する締結部力・モーメントを算出する締結部力・モ
ーメント算出工程が設定されて演算される。

【００５０】これによって、定格可搬重量等が標準外の
条件で産業ロボットが動作したときのリンクの締結部に
作用する締結部力・モーメントを６軸センサーの検出値
に基づいて自動的に算出し、産業ロボットの能力が検証
される。したがって、定格可搬重量等が標準外の条件で
産業ロボットを使用するときに、それぞれの使用条件に
よってその都度、産業ロボット能力を検討する手数を省
くことができ、産業ロボットの使用を容易にすることが
できる。

【００５１】また、この発明は以上説明したように、締
結部力・モーメント算出工程における算出値が許容値を
超えた場合に産業ロボットの異常時制御が設定される。

【００５２】これによって、締結部力・モーメント算出
工程で、許容値を超える値が算出されたときには産業ロ
ボットが異常時制御される。したがって、定格可搬重量
等が標準外の条件で産業ロボットを使用するときに、そ
れぞれの使用条件によってその都度、産業ロボット能力
を検討する手数を省くことができ、産業ロボットの使用
を容易にすることができる。

【００５３】さらに、定格可搬重量等が標準外の条件で
産業ロボットを使用するときに、許容値を超える締結部
力・モーメントが作用したときには、締結部の滑りや離
間等の不具合が発生する前に、産業ロボットが異常時制
御される。このため、産業ロボット部材の変形、損傷の
発生を未然に防止する効果がある。

【００５４】また、この発明は以上説明したように、異
常時制御を警報発令及び産業ロボットの異常時停止制御
によって組成したものである。

【００５５】これによって、締結部力・モーメント算出
工程で、許容値を超える値が算出されたときには警報発
令及び産業ロボットの異常時停止制御が行われる。した
がって、定格可搬重量等が標準外の条件で産業ロボット
を使用するときに、それぞれの使用条件によってその都
度、産業ロボット能力を検討する手数を省くことがで
き、産業ロボットの使用を容易にすることができる。

【００５６】さらに、定格可搬重量等が標準外の条件で
産業ロボットを使用するときに、許容値を超える締結部
力・モーメントが作用したときには、締結部の滑りや離
間等の不具合が発生する前に、警報発令及び産業ロボッ
トの異常時停止制御が行われる。このため、産業ロボッ
ト部材の変形、損傷の発生を未然に防止する効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１の産業ロボットの構成を骨
格的に示す説明図。

【図２】図１の産業ロボットの制御方法を説明したフロ
ーチャート。

【図３】図１の産業ロボットによって構成された装置の
全体構成を示す説明図。

【図４】この発明の実施例２を示す図で、産業ロボット
によって構成された装置の概念的全体構成図。

【図５】図４の腕体先端部とエンドエフェクターの間に
設けられた６軸センサーの斜視図及び６軸センサーのた
わみ体の説明図。

【図６】従来の産業ロボットの制御方法を説明するため
の産業ロボットの説明面。

【符号の説明】

２第１リンク３第２リンク４第１電動機５第３リンク６第２電動機７第３電動機１３第４リンク１５第５リンク１７第６リンク２１第４電動機２２第５電動機２３第６電動機２４産業ロボット３１６軸センサー３５締結部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも６軸の作動自由度を有する産
業ロボットに設けられて上記産業ロボットの各リンクを
それぞれ駆動する電動機の動作時の電流値、上記リンク
の基準線に対する角度、上記リンクの角速度及び上記リ
ンクの角加速度からなるリンク値を検出する電流検出工
程と、検出された上記電流値及び上記リンク値に基づい
て上記産業ロボットの作動アーム先端部における力とモ
ーメントを各上記リンクの質量及び重心位置に基づいた
演算により算出する力・モーメント算出工程と、この力
・モーメント算出工程によって得られた演算値により上
記リンクの締結部に作用する締結部力・モーメントを算
出する締結部力・モーメント算出工程とを備えたことを
特徴とする産業ロボットの制御方法。
【請求項２】産業ロボットの作動アーム先端部に設け
られた６軸センサーの検出値に基づいて上記産業ロボッ
トの各リンクの締結部に作用する締結部力・モーメント
を算出する締結部力・モーメント算出工程を備えたこと
を特徴とする産業ロボットの制御方法。
【請求項３】締結部力・モーメント算出工程における
算出値が許容値を超えた場合に産業ロボットに異常時制
御を施すものである請求項１又は請求項２のいずれかに
記載の産業ロボットの制御方法。
【請求項４】異常時制御は警報発令及び産業ロボット
の異常時停止からなるものである請求項３記載の産業ロ
ボットの制御方法。