JPH08161015A

JPH08161015A - 多関節型ロボットの駆動制御方法

Info

Publication number: JPH08161015A
Application number: JP29921494A
Authority: JP
Inventors: Yasunari Kawashima; 康成川島
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1994-12-02
Filing date: 1994-12-02
Publication date: 1996-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】精度の異なる各種組立対象物に対してアーム
動作速度を低下させることなくスムーズに、かつ高速に
組立作業を行って、タクトタイムの短縮化及び生産効率
の向上化を達成することができるとともに、複雑な制御
系にすることなく制御系を簡略化して、低コスト化を達
成することができる。【構成】複数のリンクが複数の関節軸で接続されて構
成され、該関節軸の最先端にハンドを有する多関節型ロ
ボットの駆動制御方法において、各関節軸を独立に制御
し、各関節軸を独立に制御する際の制御パラメータを動
作に合わせてリアルタイムで変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多関節型ロボットの駆
動制御方法に係り、詳しくは、自動化された組立用ロボ
ットに適用することができ、特に、精度の異なる各種組
立対象物に対してアーム動作速度を低下させることなく
スムーズに、かつ高速に組立作業を行って、タクトタイ
ムの短縮化及び生産効率の向上化を達成することができ
るとともに、複雑な制御系にすることなく制御系を簡略
化して、低コスト化を達成することができる多関節型ロ
ボットの駆動制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ロボットの導入により各種作業の
自動化が図られる一方で、より一層の高精度化とともに
低価格化を図ることも要求されている。ところで、この
ようなロボット、特に組み付けを行うロボットでは、如
何にスムーズな部品装着等の組み付けを行うことができ
るかが重要となっている。

【０００３】仮に、ロボットの手先を高精度に構成して
も、組み立て側の対象物や対象部品の寸法等の精度が悪
く構成されていると、組み付けを容易に行うことができ
ない。一方、組み立て側の対象物や対象部品の精度を良
くして構成すると、精度を上げなければならない分、組
立対象物や組立対象部品のコストが増加してしまう。そ
こで、組立対象物や組立対象部品の精度を上げてコスト
を上げるようなことを行うことなく、ある程度の組み付
けの位置ずれをカバーして組み付けを行うことができる
ロボットが要求されている。

【０００４】一般に水平多関節ロボットは、所謂スカラ
型ロボット（ＳＣＡＲＡ型；ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣｏ
ｍｐｌｉａｎｃｅＡｓｓｅｍｂｌｙＲｏｂｏｔＡ
ｒｍ）と呼ばれ、このスカラ型ロボットは、柔軟性を選
択した方向に設けたロボットアームで水平方向に柔軟性
を持たせた場合、上組み付け作業に優れている。水平多
関節ロボットにより上組み付け作業を行う場合、ハンド
で持った組立対象部品を作業台上に載置した組立対象物
に上方向から組み付けるのだが、寸法等の部品の精度、
ロボットと作業台の相対位置精度により、ハンドで持っ
た組立対象部品を作業台上の組立対象物に上方向に組み
付けする際の組み付け位置がずれてしまう。

【０００５】しかしながら、水平多関節ロボットでは、
ロボットの構成上、水平方向に設けた複数の回転関節に
より柔軟性を持たせることができるため、組立対象物に
ならって組み付けを行うことができる。また、水平多関
節ロボットは、挿入する垂直方向に直動関節を設けてい
るため、この挿入する垂直方向側の剛性を高くすること
ができる。なお、回転関節は、直動関節に比べて前述の
如く、柔軟性を持たせることができるため、高速に動作
させることができる。

【０００６】次に、ロボットの関節の剛性は、軸受けや
減速機等からなる機構系とモータとモータコントローラ
とから構成される制御系で決まる。なお、直列に結合し
た機構系の剛性と制御系の剛性は、バネの直列結合と同
じであるので剛性の低い方が支配的になる。機構系の剛
性は、弾性変形等を考慮すると、できるだけ高く設計
し、制御系の剛性は、機構系の剛性、組立対象部品の質
量及び動作速度等を考慮して設定する。

【０００７】次に、組立ロボットの場合は、通常、様々
な部品を様々な速度で組み付けて行う構成を取ってい
る。組立ロボットの制御系の剛性を決める制御パラメー
タの設定は、安定な制御を行うため、一番負荷のかかる
状態で行われている。例えば、一番重い組立対象部品で
かつ、動作速度の速いときに制御パラメータを設定す
る。このため、複数の組立対象部品を１つのロボットで
組み付けを行う場合、組立対象部品の品種によっては、
アームの柔軟性が不十分であることから、組立対象部品
を壊してしまうことがあった。

【０００８】そこで、複数の組立対象部品を１つのロボ
ットで組み付けをスムーズに行うために、従来のロボッ
トでは、ロボットの手先にコンプライアンス機構（ＲＣ
Ｃ：ＲｅｍｏｔｅＣｅｎｔｅｒＣｏｍｐｌｉａｎｃ
ｅ）を設けて構成することにより、組立対象部品の品種
が変わっても、組立対象部品を壊すことなく複数の組立
対象部品に対応することができるように柔軟性を与えて
いる。これにより、ロボットの手先が目標とする位置か
らずれても組立対象物にならって挿入等の組み付けをス
ムーズに行うことができる。

【０００９】また、従来、複数の組立対象部品を１つの
ロボットで組み付けをスムーズに行うためには、前述の
如く、ロボットの手先にコンプライアンス機構を設けて
構成するのではなく、ロボットアーム全体に柔軟性を持
たせて構成したロボットも挙げられる。この従来のロボ
ットでは、ロボットアーム全体に柔軟性を持たせるよう
にコンプライアンス制御方法を採用している。このコン
プライアンス制御方法は、手先に仮想質量、仮想バネ、
仮想ダンパがあるものとして制御する方法であり、位置
ずれの生じ易い組み付け作業や力作業に適した制御方法
である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記したアーム手先に
コンプライアンス機構を設けて、柔軟性を与えた構成の
従来のロボットでは、アーム手先に、組立対象物と組立
対象部品の精度に合わせて、バネ、ダンパを設定し、ハ
ンド根元に装着して構成するため、構成自体を簡略化す
ることができるという利点を有する。しかしながら、こ
の従来のロボットでは、１つのアームに１つのハンドを
設けて構成する場合よりも、組立性を向上させるために
１つのアームに複数のハンドを設けて構成した場合、柔
軟性を持たせるためのコンプライアンス機構を１ハンド
毎に１個設けて構成するため、手先側が重くなり、アー
ムのスピードを上げることができず、組立動作を速く行
い難くなり、タクトタイムの短縮化及び生産効率の点で
問題があった。また、コンプライアンス機構を１ハンド
毎に１個設けて構成するため、コスト面でも問題があっ
た。

【００１１】次に、上記したロボットアーム全体で柔軟
性を持たせた構成の従来のロボットでは、前述したロボ
ットのようなアーム手先にＲＣＣ機構等の付属部品を設
けないで済ませることができるため、より一層シンプル
な構成にすることができ、組立性を向上させるために１
つのアームに複数のハンドを設けて構成しても、組立動
作を速くすることができるという利点を有する。しかし
ながら、この従来のロボットでは、ロボットアーム全体
に柔軟性を持たせるためにコンプライアンス制御を行う
場合、ハンド先端に仮想質量、仮想バネ、仮想ダンパを
含めた制御系を新たに追加して構成しなければならない
ため、制御系が非常に複雑になるとともに、高価なＣＰ
Ｕ等が必要になるうえ、手先の力をフィードバックする
ために力センサーを新たに設けなければならない等、低
コスト化が困難であるという問題があった。

【００１２】そこで、本発明は、精度の異なる各種組立
対象物に対してアーム動作速度を低下させることなくス
ムーズに、かつ高速に組立作業を行って、タクトタイム
の短縮化及び生産効率の向上化を達成することができる
とともに、複雑な制御系にすることなく制御系を簡略化
して、低コスト化を達成することができる多関節型ロボ
ットの駆動制御方法を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
複数のリンクが複数の関節軸で接続されて構成され、該
関節軸の最先端にハンドを有する多関節型ロボットの駆
動制御方法において、各関節軸を独立に制御し、各関節
軸を独立に制御する際の制御パラメータを動作に合わせ
てリアルタイムで変更することを特徴とするものであ
る。

【００１４】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
の発明において、前記制御パラメータの変更を、モニタ
ーした各関節毎に設けたモータの角速度に基づいて各関
節毎に設けたモータコントローラにより行うことを特徴
とするものである。請求項３記載の発明は、上記請求項
１記載の発明において、前記制御パラメータの変更を、
モニターしたアーム手先の位置及び速度に基づいてアー
ム全体を管理するロボットコントローラで行うことを特
徴とするものである。

【００１５】請求項４記載の発明は、上記請求項１記載
の発明において、前記制御パラメータの変更を、モニタ
ーした組立対象物とアーム手先位置の相対距離に基づい
て組立セル全体を管理するセルコントローラで行うこと
を特徴とするものである。請求項５記載の発明は、上記
請求項１記載の発明において、前記制御パラメータの変
更を、アームの姿勢、組立対象物及び組立対象部品の精
度に基づいて関節毎に行うことを特徴とするものであ
る。

【００１６】請求項６記載の発明は、上記請求項１記載
の発明において、前記制御パラメータの変更を、動作開
始時の加速時と動作終了時の減速時における組立対象物
及び組立対象部品の精度に合わせて行うことを特徴とす
るものである。請求項７記載の発明は、上記請求項１記
載の発明において、前記制御パラメータの変更を、双腕
アームの片腕毎に組立作業に応じて設定することを特徴
とするものである。

【００１７】請求項８記載の発明は、上記請求項１記載
の発明において、前記制御パラメータの変更を、手先側
の関節で行うことを特徴とするものである。

【００１８】

【作用】請求項１記載の発明では、各関節軸を独立に制
御し、各関節軸を独立に制御する際の制御パラメータを
動作に合わせてリアルタイムで変更するように構成す
る。このため、各関節軸を独立に制御する際の制御パラ
メータを各関節軸の動作に合わせてリアルタイムで変更
しながら各関節軸を独立に制御することができるので、
精度の異なる様々な組立対象物に対してアーム動作速度
等を低下させることなくスムーズに、かつ高速に組立作
業を行って、タクトタイムの短縮化及び生産効率の向上
化を達成することができる。しかも、複雑な制御系にす
ることなく、制御系を簡略化することができるため、低
コスト化を達成することができる。

【００１９】請求項２記載の発明では、制御パラメータ
の変更を、モニターした各関節毎に設けたモータの角速
度に基づいて各関節毎に設けたモータコントローラによ
り行うように構成する。このため、各関節毎に設けたモ
ータコントローラ内でモニターしたモータ各速度に応じ
て制御パラメータを適宜変更することができるので、制
御アルゴリズムを簡略化して安価な制御システムを構成
することができる。

【００２０】請求項３記載の発明では、制御パラメータ
の変更を、モニターしたアーム手先の位置及び速度に基
づいてアーム全体を管理するロボットコントローラで行
うように構成する。このため、アーム全体を管理してい
るロボットコントローラでモニターしたアーム手先の位
置及び速度に応じた制御パラメータを適宜変更すること
ができるので、高速動作時（組立対象部品の移載時）の
軌道ずれを小さくすることができる。

【００２１】請求項４記載の発明では、制御パラメータ
の変更を、モニターした組立対象物とアーム手先位置の
相対距離に基づいて、組立セル全体を管理するセルコン
トローラで行うように構成する。このため、組立セル全
体を管理しているセルコントローラでモニターした組立
対象物とアーム手先位置の相対距離に応じた制御パラメ
ータを適宜変更することができるので、移動中の組立対
象物に対してもスムーズな組み付けを行うことができ
る。

【００２２】請求項５記載の発明では、制御パラメータ
の変更を、アームの姿勢、組立対象物及び組立対象部品
の精度に基づいて関節毎に行うように構成する。このた
め、アーム手先の姿勢、組立対象物及び組立対象部品の
精度により関節毎に適宜制御パラメータを変更すること
ができるので、組立対象物や組立対象部品の精度の方向
に合わせてアーム手先の剛性の方向を変えることができ
るので、様々な組み付け方向に対して、より効率の良い
組み付けを行うことができる。

【００２３】請求項６記載の発明では、制御パラメータ
の変更を、動作開始時の加速時と動作終了時の減速時に
おける組立対象物及び組立対象部品の精度に合わせて行
うように構成する。このため、ロボットアームの動作開
始時及び終了時に組立対象物及び組立対象部品の精度に
合わせて制御パラメータを適宜変更することができるの
で、残留振動の大きさをコントロールすることができ、
組み付け時間を短縮して効率の良い作業を行うことがで
きる。

【００２４】請求項７記載の発明では、制御パラメータ
の変更を、双腕アームの片腕毎に組立作業に応じて設定
するように構成する。このため、双腕アームの片腕毎に
組立作業に応じて制御パラメータを適宜変更することが
できるので、協調作業で片方のアームに大きな外力が加
わった時に逃げるならい機構を持たせることができ、ア
ーム同士の衝突組立対象部品の破壊を防ぐことができ
る。

【００２５】請求項８記載の発明では、制御パラメータ
の変更を、アーム手先側の関節で行うように構成する。
このため、アーム手先側の関節で制御パラメータを適宜
変更することができるので、組立対象物へのならいをス
ムーズに行うことができ、組立時間の短縮化を実現する
ことができる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明に係る一実施例の水平多関節型ロボ
ットの構成を示す図、図２は図１に示すロボットアーム
の動作可能領域部分Ｒの構成を示す図である。図示例の
多関節型ロボットは、複数のリンクが複数の関節軸で接
続されて構成され、その関節軸の最先端にハンドを有す
る多関節のスカラ型ロボットに適用する場合である。

【００２７】図１，２に示す如く、水平多関節型ロボッ
トは、架台１に取り付けられ、回転可能な第１関節２
と、第１関節２に固定された第１アーム３と、第１アー
ム３の先端部に回転自在に設けられた第２関節４と、第
２関節４に取り付けられた第２アーム５と、第２アーム
５の先端部に取り付けられ、先端部にハンド（手先）６
を有する回転可能な第３関節７とを備えている。各第
１、第２、第３関節２，４，７は、肩、肘、手首を構成
しており、各々に設けられた図示しないサーボモータに
よって駆動されることにより、第１、第２アーム３，５
を旋回させたり、ハンド６を回転させたりするようにな
っている。また、架台１内には、シリンダが設けられて
おり、第１関節２は、シリンダによって上下動するよう
になっている。

【００２８】コントローラ８は、メモリを内蔵してお
り、このコントローラ８に内蔵されたメモリには、多関
節型ロボットの基本動作を行う動作プログラムが格納さ
れており、コントローラ８は、このメモリに格納された
多関節型ロボットの動作プログラムに基づいて所定の目
標値になるように、各第１、第２、第３関節２，４，７
のサーボモータを駆動することにより、第１、第２アー
ム３，５及びハンド６を図２に示す動作可能領域Ｒ内で
上下駆動及び旋回駆動して、ハンド６によって、作業台
上の組立対象物９にハンド６の組立対象部品１０を組み
付けたり、あるいはハンド６の組立対象部品１０を移載
する。

【００２９】また、各サーボモータには、エンコーダが
取り付けられており、この各サーボモータに取り付けら
れたエンコーダによって現在の回転角が検出されるよう
になっているため、コントローラ８は、このエンコーダ
からの検出情報に基づいてハンド６を目標値になるよう
に動作制御する。水平多関節ロボットは、水平面を動作
するため、重力の影響が少なく、また減速機を用いてい
るので、姿勢によるイナーシャ変化が小さくなり、各第
１、第２、第３関節２，４，７を独立した線形制御構成
にすることで、安価な制御システムで構成することがで
きる。ここで、ハンド６（アーム手先）をＡ点からＢ点
へ移動する際の動作フローを図３のフローチャートを用
いて以下に説明する。

【００３０】まず、ロボットコントローラにＡ点からＢ
点への動作命令がくると（ステップＳ１）、Ｂ点のＸ，
Ｙ，Ｚ座標を各第１、第２、第３関節２，４，７の各々
の関節座標上の最終目標値θ₁，θ₂，θ₃に変換する
（ステップＳ２、逆運動学解析、座標変換）。その後、
各第１、第２、第３関節２，４，７は、各々の最終目標
値に向けて動作するのだが、動作を滑らかに行うため、
始点と最終目標値の間を補間して動作させている（ステ
ップＳ３，Ｓ４）。次に、補間した情報を各々のモータ
コントローラに送りモータを動作させ、各第１、第２、
第３関節２，４，７を駆動している（ステップＳ５，Ｓ
６）。

【００３１】次に、図４は図１に示すロボットの制御系
剛性のモデルを示す図である。本実施例では、図４に示
す如く、バネが直列に結合され構成されているため、制
御パラメータであるフィードバックゲインを調整するこ
とによってロボット全体の剛性（柔らかさ）を変化（調
整）することができる。各バネの特徴として、機構系
は、減衰比が小さく残留振動の原因となっている。制御
系は、減衰比が大きく、また、その強さ（剛性値）の調
整は、ゲインを変えるだけで簡単に行うことができる。

【００３２】ここで、請求項１の発明に係る実施例を説
明する。請求項１の発明に係る実施例では、各第１、第
２、第３関節２，４，７毎に制御しているモータコント
ローラで、この中で使用しているフィードバックゲイン
等の制御パラメータをリアルタイムで変更するように構
成する。組み付けを行う時は、目標位置に停止した後、
組立対象物９にならって動作させたいので、制御系の剛
性を落とすため、制御パラメータを変更する。

【００３３】このようにすることで、組立対象部品１０
を把持した第３関節７は、ならい易くなり、組立作業を
スムーズに行うことができる。また、移載する時は、組
立対象部品１０の質量によってアーム全体の固有振動数
が変化する。従来では、負荷の一番かかる状態（重い組
立対象部品：固有振動数が一番低くなる状態）で制御パ
ラメータを設定しており、このような従来構成にする
と、負荷が小さい状態（軽い組立対象部品）では、制御
系の剛性が高くなり、残留振動も大きくなってしまうの
で、ロボットは、その制御パラメータを合わせた専用の
部品の組み付けのみしか行うことができない。これに対
し、この実施例によれば、その状態に合わせて制御パラ
メータを変更することにより、複数のハンドを持ち、複
数の作業をするロボットにおいていつでも最適な状態で
アームを制御することができる。

【００３４】このように、請求項１の実施例では、各第
１、第２、第３関節２，４，７軸を独立に制御し、各第
１、第２、第３関節２，４，７軸を独立に制御する際の
制御パラメータを動作に合わせてリアルタイムで変更す
るように構成する。このため、各第１、第２、第３関節
２，４，７軸を独立に制御する際の制御パラメータを各
第１、第２、第３関節２，４，７軸の動作に合わせてリ
アルタイムで変更しながら各第１、第２、第３関節２，
４，７軸を独立に制御することができるので、精度の異
なる様々な組立対象物９に対してアーム動作速度等を低
下させることなくスムーズに、かつ高速に組立作業を行
って、タクトタイムの短縮化及び生産効率の向上化を達
成することができる。しかも、複雑な制御系にすること
なく、制御系を簡略化することができるため、低コスト
化を達成することができる。

【００３５】また、図５に示す如く、動作中と組立中の
サーボ剛性を変化させることにより、各々の要求（動作
中、追従性、組立中、柔軟性）を満たすことができる。
次に、請求項２の発明に係る実施例を説明する。請求項
２の発明に係る実施例では、制御パラメータの変更を、
モータをコントロールするモータコントローラで、モー
タの角速度をモニターしながら行うように構成する。組
立を行うロボットの大半は、ＰＴＰ（ＰｏｉｎｔＴｏ
Ｐｏｉｎｔ）動作のある点からある点への移動であ
る。この中で重要なものは、部品を把持するポイントと
組み付けを行うポイントである。この時、アーム姿勢
は、固定されアーム全体を上下に動作させたり、ハンド
の動作を行ったりする。

【００３６】そこで、各第１、第２、第３関節２，４，
７の角速度は、ゼロになっているので、各第１、第２、
第３関節２，４，７の角速度をモニターし、速度がゼロ
になる把持ポイントや組み付けポイントで制御パラメー
タを変更して、制御系の剛性を落としておけば、組立対
象物９にならった動作を行うことができる。そして、再
び移動し始めると、各第１、第２、第３関節２，４，７
の角速度が高くなるので、制御パラメータもそれに合わ
せて高くする。この方法は、モータコントローラの中だ
けで構成することができるので、非常に簡単な構成にし
て、安価な制御システムで行うことができる。

【００３７】このように、請求項２の実施例では、制御
パラメータの変更を、モニターした各第１、第２、第３
関節２，４，７毎に設けたモータの角速度に基づいて各
第１、第２、第３関節２，４，７毎に設けたモータコン
トローラにより行うように構成する。このため、各第
１、第２、第３関節２，４，７毎に設けたモータコント
ローラ内でモニターしたモータ各速度に応じて制御パラ
メータを適宜変更することができるので、制御アルゴリ
ズムを簡略化して安価な制御システムを構成することが
できる。

【００３８】また、図６に示す如く、フィードバックグ
ループで使用している速度検出信号に応じてフィードバ
ックゲインＫｖを決めることができる。但し、θが０で
ある時は、フィードバックゲインＫｖは小さく、θが０
でない時は、フィードバックゲインＫｖは大きくなる。
次に、請求項３の発明に係る実施例を説明する。

【００３９】図７は請求項３の発明に係る実施例のロボ
ットセルを示す図である。上記した請求項２の発明に係
る実施例では、各モータが独立で制御パラメータを変更
させる場合を説明したが、ここでは、ロボットコントロ
ーラが手先の位置速度等を基準に判断して変更する。以
下、具体的に説明する。請求項３の発明に係る実施例で
は、ロボットアーム全体を管理しているロボットコント
ローラから指令が出される。ロボットコントローラは、
各第１、第２、第３関節２，４，７を駆動しているモー
タの角度信号より、手先の位置を把握することができる
ので、この位置に応じてモータコントローラに指令を与
えて制御パラメータの変更を行うことができる。

【００４０】例えばアームを高速で狭い空間を通るよう
に動作させた場合、遠心力で目標の経路を大きく外れ、
回りの障害物に衝突する可能性がある。このような時
は、テーチングポイントを細かく設定したり、動作速度
を低く設定したりして対応していたが、この実施例によ
り、高速動作状態でも、この時だけ制御パラメータを高
く設定し、制御系の剛性を上げて遠心力で目標の軌道を
外れないようにすることができる。

【００４１】また、アームの姿勢で固有振動数が変化す
るが、これに応じて制御系の剛性も設定することができ
る。アームが伸びた状態では、機構系の剛性が低くなっ
ているので、制御系の剛性を低く設定し、縮んだ状態で
は、機構系の剛性も高くなっているので、制御系の剛性
も高くする。一般に、ロボットアーム全体の固有振動数
は、機構系の剛性と制御系の剛性の組み合わせたものに
なるが、制御系の剛性は、機構系の剛性の半分以下にな
るように設定すると、動作終了時に機構系が引き起こす
残留振動を押さえることができる。残留振動は、アーム
の速度が変化した時の起動時や停止時に発生するが、そ
れ以外（定常速度）では、発生しないので、ここで制御
系の剛性を高めてもよい。

【００４２】また、質量の異なった複数の組立対象物９
に対しても各々に合わせて、制御系の剛性を設定するこ
とにより、組立動作を俊敏に行うことができる。このよ
うに、請求項３の実施例では、制御パラメータの変更
を、モニターしたアーム手先の位置及び速度に基づいて
アーム全体を管理するロボットコントローラで行うよう
に構成する。

【００４３】このため、アーム全体を管理しているロボ
ットコントローラでモニターしたアーム手先の位置及び
速度に応じた制御パラメータを適宜変更することができ
るので、高速動作時（組立対象部品の移載時）の軌道ず
れを小さくできる。次に、請求項４の発明に係る実施例
を説明する。ここでも、図７を用いて説明する。ここで
のロボットセルでは、ロボット以外の装置も含めて管理
しているので、相対位置等を基準に判断して変更する。
以下、具体的に説明する。

【００４４】請求項４の発明に係る実施例では、ロボッ
トセル（組立セル）全体を管理しているセルコントロー
ラから指令を出す。ロボットセルコントローラは、組立
ロボットの他に、周辺装置（組立対象物のある作業台、
組立対象部品の供給装置、組み付けたものを運ぶコンベ
アライン等）も管理している。ロボットの動作だけでな
く、これらとともに移動して作業する場合等、アーム先
端の位置と周辺装置の状態をモニター（相対位置、相対
速度等）できるセルコントローラで各第１、第２、第３
関節２，４，７に指令を与えて制御パラメータの変更を
行う。このようにすることにより、移動している組立対
象物９にも組み付けを行うことができ、完全な流れ作業
を行ってタクトタイムの短縮化を図ることができる。

【００４５】このように、請求項４の実施例では、制御
パラメータの変更を、モニターした組立対象物９とアー
ム手先位置の相対距離に基づいて組立セル全体を管理す
るセルコントローラで行うように構成する。このため、
組立セル全体を管理しているセルコントローラでモニタ
ーした組立対象物９とアーム手先位置の相対距離に応じ
た制御パラメータを適宜変更することができるので、移
動中の組立対象物に対してもスムーズな組み付けを行う
ことができる。

【００４６】次に、請求項５の発明に係る実施例を説明
する。図８〜１０は請求項５の発明に係る実施例の制御
パラメータの変更方法を示す図である。図８に示す如
く、姿勢Ａの時は、肩関節θ１は、ｘ方向に影響を及ぼ
し易くなり、肘関節θ２は、ｙ方向に影響を及ぼし易く
なる。また、図９に示す如く、同様に姿勢がＢのように
なった場合も、各々ｘ，ｙ方向に影響を及ぼし易くな
る。そこで、ここでは、組み付ける方向をこれらの方向
に合わせ、柔軟性を持たせる方向と、そうでない方向に
分け、柔軟性を持たせる方向の関節の制御パラメータを
変更することにより、組み付け作業のスムーズ化を図
る。なお、図１０に示す部品構成の場合は、ｙ方向に柔
軟性を持たせる。以下、具体的に説明する。

【００４７】請求項５の発明に係る実施例では、ロボッ
トアーム手先位置（姿勢）と組立対象物９の精度と向き
により各第１、第２、第３関節２，４，７の制御パラメ
ータを変更する。ロボットアームの姿勢により各第１、
第２、第３関節２，４，７が何の方向に影響を及ぼし易
いかが決まる（特異姿勢を除く）。そこで、組立対象物
９の精度及び組み付け方向により、何の関節に柔軟さを
与えるかを決め、制御パラメータを変更する。このよう
にすることにより、コンプライアンスを持たせたい方向
に任意に与えることができるので、組み付け作業をスム
ーズに行うことができる。

【００４８】このように、請求項５の実施例では、制御
パラメータの変更を、アームの姿勢と組立対象物９、組
立対象部品１０の精度に基づいて関節毎に行うように構
成する。このため、アーム手先の姿勢と組立対象物９、
組立対象部品１０の精度により関節毎に適宜制御パラメ
ータを変更することができるので、組立対象物９や組立
対象部品１０の精度の方向に合わせてアーム手先の剛性
の方向を変えることができ、様々な組み付け方向に対し
て、より効率の良い組み付けを行うことができる。

【００４９】次に、請求項６の発明に係る実施例を説明
する。請求項６の発明に係る実施例では、アームの動作
開始時（加速時）、動作終了時（減速時）に制御パラメ
ータを変更する。前述したように、この時に残留振動が
発生するので、この時に制御パラメータを変化させ、制
御系の剛性を落とす。剛性が低くなった分、目標動作に
対して追従性は悪くなるが、残留振動を削減することが
できるので、トータルで見ると作業待ち時間を減らし
て、タクトタイムの短縮化を図ることができる。

【００５０】また、従来では、残留振動をできるだけ小
さくするために、加速度の変化が滑らかにする起動生成
が考えられていた（スプライン関数や三角関数、指数関
数）。このため、このように構成すると滑らかになり、
残留振動が減少するが、起動生成の計算が大変で時間が
かかるとともに、安価なシステムを構成するのが困難で
あった。

【００５１】これに対し、本請求項６の実施例では、起
動生成で急激な速度変化が出てきても、制御系の剛性を
落とした分、鈍って動作するので、大きな残留振動の恐
れを生じないようにすることができる。また、その逆に
振動しながら組み付けた方がよい場合（振幅により位置
決め誤差の許容範囲が広がる、静摩擦係数よりも動摩擦
係数の方が低いので摩擦抵抗が減りスムーズな挿入にな
る等）には、反対に制御系の剛性を高く設定しておけば
よい。

【００５２】このように、請求項６の実施例では、制御
パラメータの変更を、動作開始時の加速時と動作終了時
の減速時における組立対象物９及び組立対象部品１０の
精度に合わせて行うように構成する。このため、ロボッ
トアームの動作開始時及び終了時に組立対象物９及び組
立対象部品１０の精度に合わせて制御パラメータを適宜
変更することができるので、残留振動の大きさをコント
ロールすることができ、組み付け時間を短縮して効率の
良い作業を行うことができる。

【００５３】また、図１１に示す如く、振動の原因とな
る加減速時に制御パラメータを変更し、剛性を弱くする
ことにより、緩やかにアームを動作させることができ
る。また、これと反対にすることにより、残留振動を大
きくすることもでき、組立の要求に合わせて設定を行う
ことができる。次に、請求項７の発明に係る実施例を説
明する。請求項７の発明に係る実施例では、双腕アーム
において片腕毎に制御パラメータを設定する。双腕アー
ムで協調して組み付けを行う際、双方共剛性が高いと、
組み付け位置がちょっとでもずれた時、組み付け部品を
破壊してしまう場合がある。また、双方のアーム共剛性
が非常に高い時には、アーム同士が衝突してしまう場合
もある。そこで、片方のアーム（組立対象物を持ってい
ない軽い方のアーム）に逃げるならい機構として、制御
系の剛性を低くしておけば、スムーズな協調組立を行う
ことができる。また、同形状のアームの場合、制御系の
剛性も同じにすると、各アームの固有振動数が等しくな
り、片方のアームの振動が他方に伝わり易くなるが、こ
のような不具合も防ぐことができる。

【００５４】このように、請求項７の実施例では、制御
パラメータの変更を、双腕アームの片腕毎に組立作業に
応じて設定するように構成する。このため、双腕アーム
の片腕毎に組立作業に応じて制御パラメータを適宜変更
することができるので、協調作業で片方のアームに大き
な外力が加わった時に逃げる、ならい機構を持たせるこ
とができ、アーム同士の衝突組立対象部品１０の破壊を
防ぐことができる。

【００５５】また、図１２に示す如く、左アームに持っ
た組立対象物９と右アームに持った組立対象部品１０を
組み付ける際、質量の軽い組立対象部品１０の右アーム
のサーボパラメータを変更し、剛性を弱めることによ
り、左アームの組立対象物９にならって組み付けをスム
ーズに行うことができる。次に、請求項８の発明に係る
実施例を説明する。

【００５６】図１３，１４は請求項８の発明に係る実施
例の制御パラメータの変更方法を示す図である。請求項
８の発明に係る実施例では、手先側の関節の制御パラメ
ータを変更する。図１３，１４に示す如く、根元側に比
べ手先側の方が動き易い（その関節からみた慣性モーメ
ントが小さい）ので、効率良く組立対象物９にならって
作業を行うことができる。

【００５７】物を持って組み付けを行う際、位置調整す
るには、図１３に示す如く、根元側を動かすより、図１
４に示す如く、先端側を動かした方が作業がし易いが、
これは、動かす関節からみて、負荷（慣性モーメント）
の大きさが違うからである。このように、請求項８の実
施例では、制御パラメータの変更を、アーム手先側の関
節で行うように構成する。

【００５８】このため、アーム手先側の関節で制御パラ
メータを適宜変更することができるので、組立対象物９
へのならいをスムーズに行うことができ、組立時間の短
縮化を実現することができる。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば、精度の異なる各種組立
対象物に対してアーム動作速度を低下させることなくス
ムーズに、かつ高速に組立作業を行って、タクトタイム
の短縮化及び生産効率の向上化を達成することができる
とともに、複雑な制御系にすることなく制御系を簡略化
して、低コスト化を達成することができるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の水平多関節型ロボット
の構成を示す図である。

【図２】図１に示すロボットアームの動作可能領域部分
の構成を示す図である。

【図３】図１に示すアームのハンドをＡ点からＢ点へ移
動する際の動作フローを示すフローチャートである。

【図４】図１に示すロボットの制御系剛性のモデルを示
す図である。

【図５】請求項１の発明に係る実施例の動作中と組立中
のサーボ剛性を変化させる様子を示す図である。

【図６】請求項２の発明に係る実施例のフィードバック
グループで使用している速度検出信号に応じてフィード
バックゲインを決める様子を示す図である。

【図７】請求項３の発明に係る実施例のロボットセルを
示す図である。

【図８】請求項５の発明に係る実施例の制御パラメータ
の変更方法を示す図である。

【図９】請求項５の発明に係る実施例の制御パラメータ
の変更方法を示す図である。

【図１０】請求項５の発明に係る実施例の制御パラメー
タの変更方法を示す図である。

【図１１】請求項６の発明に係る実施例の制御パラメー
タの変更方法を示す図である。

【図１２】請求項７の発明に係る実施例の制御パラメー
タの変更方法を示す図である。

【図１３】請求項８の発明に係る実施例の制御パラメー
タの変更方法を示す図である。

【図１４】請求項８の発明に係る実施例の制御パラメー
タの変更方法を示す図である。

【符号の説明】

１架台２第１関節３第１アーム４第２関節５第２アーム６ハンド７第３関節８コントローラ９組立対象物１０組立対象部品

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のリンクが複数の関節軸で接続されて
構成され、該関節軸の最先端にハンドを有する多関節型
ロボットの駆動制御方法において、各関節軸を独立に制
御し、各関節軸を独立に制御する際の制御パラメータを
動作に合わせてリアルタイムで変更することを特徴とす
る多関節型ロボットの駆動制御方法。
【請求項２】前記制御パラメータの変更を、モニターし
た各関節毎に設けたモータの角速度に基づいて各関節毎
に設けたモータコントローラにより行うことを特徴とす
る請求項１記載の多関節型ロボットの駆動制御方法。
【請求項３】前記制御パラメータの変更を、モニターし
たアーム手先の位置及び速度に基づいてアーム全体を管
理するロボットコントローラで行うことを特徴とする請
求項１記載の多関節型ロボットの駆動制御方法。
【請求項４】前記制御パラメータの変更を、モニターし
た組立対象物とアーム手先位置の相対距離に基づいて組
立セル全体を管理するセルコントローラで行うことを特
徴とする請求項１記載の多関節型ロボットの駆動制御方
法。
【請求項５】前記制御パラメータの変更を、アームの姿
勢、組立対象物及び組立対象部品の精度に基づいて関節
毎に行うことを特徴とする請求項１記載の多関節型ロボ
ットの駆動制御方法。
【請求項６】前記制御パラメータの変更を、動作開始時
の加速時と動作終了時の減速時における組立対象物及び
組立対象部品の精度に合わせて行うことを特徴とする請
求項１記載の多関節型ロボットの駆動制御方法。
【請求項７】前記制御パラメータの変更を、双腕アーム
の片腕毎に組立作業に応じて設定することを特徴とする
請求項１記載の多関節型ロボットの駆動制御方法。
【請求項８】前記制御パラメータの変更を、手先側の関
節で行うことを特徴とする請求項１記載の多関節型ロボ
ットの駆動制御方法。