JPH09229009A - エア圧過不足検出方法，エア圧調整指示方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 重力によって所定方向に変位可能な制御対象
物をエアシリンダのエア圧にて所定位置にバランスさせ
る装置において、エアシリンダのエア圧調整を、簡単且
つ正確に行うことができるようにする。 【解決手段】 アームに重力方向に変位可能に指示され
た上下軸の位置をモータにて制御すると共に、上下軸に
加わる重力によりモータに多大な負荷が加わるのを防止
するために、上下軸を所定位置にバランスさせるエアシ
リンダを備えたロボット装置において、エアシリンダの
エア圧調整時には、モータを通電制御して上下軸を所定
位置に保持させ、その電流指令値又は実電流から、エア
圧の過不足分を要求エア圧Ｐａとして算出する(110,12
0)。そして、この算出結果に基づき、調整作業者に対し
て、エア圧の調整方法（増減方向，調整完了）を指示す
る(130〜150)。この結果、エア圧を簡単且つ正確に調整
することが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば重力方向に
変位可能な制御対象物をエアシリンダを用いて所定位置
にバランスさせる装置において、エアシリンダの圧力調
整を行うのに好適な、エア圧の過不足検出方法，調整指
示方法及びその方法を実現するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば、重力方向に変位可能
な上下軸を備えたロボット装置では、上下軸を上下に変
位させてその位置を制御するのにサーボモータが使用さ
れている。また、上下軸をサーボモータだけで位置制御
するように構成すると、サーボモータには、上下軸の重
量によって、常に重力方向の力が加わることになり、モ
ータの消費電力が大きくなるとか、モータに過電流が流
れて、モータが加熱・焼損するといった問題があるの
で、こうしたロボット装置には、上下軸を所定位置にバ
ランスさせるバランス装置が設けられているものが多
く、このバランス装置としてはエアシリンダが用いられ
ることが多い。つまり、エアシリンダのエア圧にて、上
下軸，延いてはサーボモータに加わる重力方向の力を相
殺させるのである。そして、このようにエアシリンダを
用いて上下軸をバランスさせる場合、エアシリンダのエ
ア圧が上下軸に加わる重力方向の力と釣り合っていれ
ば、サーボモータに殆ど電流を流すことなく上下軸を停
止させることができ、サーボモータの消費電力を抑え、
且つモータの加熱・焼損といった問題も防止できる。

【０００３】ところで、ロボットにはワークを加工或い
は移動させるためのツールが取り付けられるため、上下
軸には、自身の重量に加えて、このツールの重量も加わ
ることになる。そして、ロボットに取り付けられるツー
ルは、ワークの種類や作業工程等に応じて変更されるの
で、上下軸に加わる重力方向の力も、ツールの種類に応
じて変化することになる。従って、上記のようにエアシ
リンダを用いて上下軸を所定位置にバランスさせるに
は、ツールを変更する度に、エアシリンダのエア圧が上
下軸に加わる重力方向の力と釣り合うように、エアシリ
ンダのエア圧を調整する必要がある。

【０００４】そして、従来、こうしたエア圧調整（一般
にエアバランス調整ともいわれる）は、ツールを変更す
る度に、使用者が、上下軸の状態を手で確かめながら手
動で行っていた。つまり、使用者は、ツール変更後、サ
ーボモータや上下軸の移動を阻止するブレーキ装置の電
源を遮断した状態（つまり上下軸の移動を自由にした状
態）で、上下軸に加わる重力方向の力を手で確かめなが
ら、エアシリンダのエア圧を調整するためのエアレギュ
レータを手動で操作することにより、エア圧を最適エア
圧に調整するのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た従来のエア圧調整は、使用者の触感によるものである
ので、エア圧が最適エア圧に調整されるとは限らず、調
整後のエア圧にばらつきが生じるといった問題があっ
た。そして、このようにエア圧がばらつくと、サーボモ
ータに加わる負荷も変動するので、上下軸を所定位置に
制御する際の制御性（応答性等）が低下するとか、サー
ボモータの消費電力を必要最小限に抑えることができな
くなるといった問題もある。

【０００６】本発明は、こうした問題に鑑みなされたも
ので、ロボットの上下軸等，重力によって所定方向に変
位可能な制御対象物をエアシリンダのエア圧にて所定位
置にバランスさせる装置において、エアシリンダのエア
圧調整を、簡単且つ正確に行うことができるようにする
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めになされた請求項１及び請求項２に記載のエア圧過不
足検出方法及び装置は、制御対象物を、支持部材にて、
制御対象物に加わる重力によって所定方向に変位可能に
支持すると共に、その制御対象物を、エアシリンダのエ
ア圧にて所定位置にバランスさせ、更に、モータ制御手
段の通電制御によって、制御対象物をサーボモータの回
転により所定位置に制御するように構成された制御対象
物の位置制御装置において、サーボモータの非通電時に
エアシリンダにて制御対象物を所定位置にバランスさせ
るのに必要な最適エア圧に対する実エア圧の過不足を検
出するためのものである。

【０００８】そして、請求項１に記載のエア圧過不足検
出方法では、モータ制御手段が制御対象物を所定位置に
保持する通電制御を実行しているときに、モータ制御手
段にて演算された電流指令値又はサーボモータに実際に
流れた実電流値を検出して、その検出した電流指令値又
は実電流値に基づき、サーボモータの発生トルクを求
め、そのトルクをエア圧の過不足分に換算することによ
り、エア圧の最適エア圧に対する過不足を検出する。

【０００９】つまり、モータ制御手段が制御対象物を所
定位置に保持する通電制御を実行している際には、サー
ボモータに制御対象物を所定位置に保持する（換言すれ
ばバランスさせる）のに必要なトルクが発生する。そし
て、このトルクは、電流指令値又は実電流値から算出す
ることができ、またこのトルクが分かれば、制御対象物
を所定位置にバランスさせるためのエア圧の過不足分も
算出できる。そこで、本発明では、上記のように、電流
指令値又は実電流値に基づきサーボモータの発生トルク
を求め、このトルクをエア圧の過不足分に換算すること
により、エア圧の最適エア圧に対する過不足を検出する
のである。

【００１０】従って、本発明方法によれば、エアシリン
ダにて制御対象物を所定位置にバランスさせるのに必要
な最適エア圧に対するエア圧の過不足を検出することが
でき、エアシリンダのエア圧をその検出結果に応じて自
動調整するようにすることもできるし、エア圧を手動で
調整する際には、その検出結果を調整作業者に報知し
て、エア圧の調整指示を行うこともできる。

【００１１】そして、このようにエア圧を調整するよう
にした場合、エア圧を最適エア圧に正確に調整でき、従
来のように、調整後のエア圧がばらつき、サーボモータ
に加わる負荷が変動して、サーボモータにより制御対象
物を所定位置に制御する際の制御性が低下するといった
問題を防止できる。またサーボモータを通電して制御対
象物を所定位置に停止させる際には、サーボモータに殆
ど電流が流れないので、サーボモータの消費電力を必要
最小限に抑えることもできる。

【００１２】一方、請求項２に記載のエア圧過不足検出
装置では、モータ制御手段が前記制御対象物を所定位置
に保持する通電制御を実行しているときに、電流検出手
段が、モータ制御手段にて演算された電流指令値又はサ
ーボモータに実際に流れた実電流値を検出し、演算手段
が、その検出された電流指令値又は実電流値に基づきサ
ーボモータの発生トルクを求め、そのトルクをエア圧の
過不足分に換算する。

【００１３】つまり、本発明のエア圧過不足検出装置
は、請求項１に記載の発明方法を実現する装置であり、
演算手段によって、エアシリンダにて制御対象物を所定
位置にバランスさせるのに必要な最適エア圧に対するエ
ア圧の過不足分を求めることができる。従って、演算手
段の演算結果を用いることにより、エアシリンダのエア
圧を、自動或は手動で、最適エア圧に正確に調整するこ
とができるようになる。

【００１４】次に、請求項３及び請求項４に記載のエア
圧調整指示方法及び装置は、上述の支持部材，エアシリ
ンダ，サーボモータ及びモータ制御手段に加えて、更
に、外部操作に従いエアシリンダ内のエア圧を増・減さ
せるエア圧調整手段を備えた位置制御装置において、使
用者がエア圧調整手段を操作して、エアシリンダ内のエ
ア圧を手動調整する際に、エア圧の調整方法を指示する
ためのものである。

【００１５】そして、請求項３に記載のエア圧調整指示
方法では、使用者（つまり調整作業者）がエア圧を手動
調整する際に、モータ制御手段に制御対象物を所定位置
に保持する通電制御を実行させて、そのときモータ制御
手段にて演算された電流指令値又はサーボモータに実際
に流れた実電流値を検出する検出動作と、その検出した
電流指令値又は実電流値に基づき、記サーボモータの発
生トルクを求めると共に、そのトルクをエア圧の過不足
分に換算する演算動作と、その演算したエア圧の過不足
分が予め設定された許容値以上であれば、エア圧の過不
足分に応じて、エア圧の増・減方向を映像又は音声にて
報知し、エア圧の過不足分が許容値未満であれば、エア
圧調整の完了を映像又は音声にて報知する報知動作と
を、順次繰返し行なう。

【００１６】従って、本発明方法によれば、請求項１に
記載のエア圧過不足検出方法と同様、エアシリンダのエ
ア圧の過不足を、サーボモータ通電時の電流指令値又は
実電流値から正確に検出することができると共に、その
検出結果に従い、エア圧の調整作業者に対して、エア圧
の調整方法（増・減方向，調整完了）を正確に指示する
ことができる。

【００１７】このため、本発明方法によれば、エア圧の
調整作業者は、映像又は音声にて報知される指示に従
い、エア圧の調整作業を行なえばよく、調整作業を簡単
且つ短時間で行なうことができるようになる。また、指
示内容に従い調整作業を進めれば、エア圧を最適エア圧
に調整することができるので、調整後のエア圧がばらつ
くのを防止でき、延いては、エア圧のばらつきによって
生じるサーボモータの負荷変動を防止して、制御対象物
を制御性を向上できると共に、サーボモータの消費電力
を必要最小限に抑えることもできる。

【００１８】一方、請求項４に記載のエア圧調整指示装
置では、調整作業者がエアシリンダのエア圧を手動調整
する際に、電流検出手段が、モータ制御手段に制御対象
物を所定位置に保持する通電制御を実行させて、そのと
きモータ制御手段にて演算された電流指令値又は前記サ
ーボモータに実際に流れた実電流値を検出し、演算手段
が、その検出された電流指令値又は実電流値に基づき、
サーボモータの発生トルクを求めて、そのトルクをエア
圧の過不足分に換算し、判定手段が、その算出されたエ
ア圧の過不足分が予め設定された許容値以上であるか否
かを判定する。そして、報知手段が、判定手段にてエア
圧の過不足分が許容値以上であると判断された場合に
は、その過不足分に応じてエア圧の増・減方向を映像又
は音声にて報知し、判定手段にてエア圧の過不足分が許
容値未満であると判断された場合には、エア圧調整の完
了を映像又は音声にて報知する。

【００１９】つまり、本発明のエア圧調整指示装置は、
請求項３に記載の発明方法を実現する装置であり、電流
検出手段及び演算手段によって、エアシリンダのエア圧
の最適エア圧に対する過不足分を、サーボモータ通電時
の電流指令値又は実電流値から正確に求めることができ
ると共に、判定手段及び報知手段によって、そのエア圧
の過不足分に従い、エア圧の調整作業者に対して、エア
圧の調整方法（増・減方向，調整完了）を正確に指示す
ることができる。従って、本発明のエア圧調整指示装置
によれば、調整作業者に対して、エア圧の調整作業を、
簡単且つ正確に行なわせることができ、エア圧の最適エ
ア圧からのずれによって生じる上記問題を解決できる。

【００２０】次に、請求項５及び請求項６に記載のエア
圧調整指示方法及び装置は、上述の支持部材，エアシリ
ンダ，エア圧調整手段，サーボモータ及びモータ制御手
段に加えて、更に、モータ制御手段に位置指令又は速度
指定を入力して、制御対象物を予め記憶された目標位置
に変位させる位置制御手段、及び、位置制御装置がダイ
レクトティーチングモードに入ったときに、サーボモー
タへの電源供給を遮断させ、その後、使用者の手動操作
によって変位する制御対象物の位置を検出すると共に、
その検出位置の記憶指令が入力される度に、検出した制
御対象物位置を目標位置として記憶する目標位置受付手
段を備えたロボット装置において、調整作業者に対して
エア圧の調整方法を指示するためのものである。

【００２１】そして、請求項５に記載のエア圧調整指示
方法では、請求項３に記載のように、調整作業者がエア
圧を調整する際に、エア圧の過不足分を検出して、その
検出結果に従い調整方法を指示するだけでなく、外部か
らダイレクトティーチングモードが指令されたときに
も、エア圧調整指示を行ない、エア圧調整指示の結果、
エア圧の過不足分が許容値未満に調整された場合に、目
標位置受付手段の動作を許可する。

【００２２】つまり、ダイレクトティーチングは、使用
者自らが制御対象物を移動させて、制御対象物の位置を
ロボット装置に記憶させるためのものであり、従来のロ
ボット装置では、ダイレクトティーチングモードが指令
されると、上記目標位置受付手段が、使用者に対してサ
ーボモータへの電源供給を遮断させる案内を報知する
か、或は自らがサーボモータへの電源供給を遮断するこ
とにより、サーボモータの発生トルクを零にし、更に、
ブレーキ装置が別途設けられている場合には、ブレーキ
装置の電源も遮断することにより、使用者が制御対象物
を自由に動かすことができるようにする。

【００２３】しかし、この場合、エアシリンダのエア圧
が最適エア圧になっていれば、問題はないものの、エア
圧が最適エア圧よりも低くその差が大きいと、制御対象
物が重力により急激に下降し、逆にエア圧が最適エア圧
よりも高くその差が大きいと、制御対象物がエア圧によ
って急激に上昇することになり、危険である。

【００２４】そこで、本発明のエア圧調整指示方法で
は、ロボット装置がダイレクトティーチングモードに入
ったときには、必ずエア圧の調整指示を行ない、エア圧
が許容値未満となっている場合にのみ、目標位置受付手
段の動作を許可して、ダイレクトティーチングを行なう
ことができるようにするのである。

【００２５】この結果、本発明方法によれば、制御対象
物の位置を自動制御するための目標位置をダイレクトテ
ィーチング可能なロボット装置において、使用者がダイ
レクトティーチングを行なう際には、使用者に対してエ
ア圧調整を必ず実行させることができ、位置制御装置が
ダイレクトティーチングモードに入ったときに、エアシ
リンダのエア圧の過不足によって制御対象物が急激に下
降或は上昇するのを確実に防止し、ダイレクトティーチ
ング時の安全性を高めることができる。

【００２６】一方、請求項６に記載のエア圧調整指示装
置では、外部からダイレクトティーチングモードが指令
されると、電流検出手段、演算手段、判定手段、及び報
知手段が起動して、使用者に対するエア圧調整指示を行
なう。そして、このエア圧調整指示によりエア圧の過不
足分が許容値未満に調整されて、判定手段にてその旨が
判定されると、ティーチング許可手段が、目標位置受付
手段の動作を許可する。

【００２７】つまり、本発明のエア圧調整指示装置は、
請求項５に記載の発明方法を実現する装置であり、ロボ
ット装置に対して使用者がダイレクトティーチングを行
なう際には、使用者に対してエア圧調整を必ず実行させ
ることができ、ダイレクトティーチング時の安全性を高
めることができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面と共
に説明する。図１は、本発明が適用されたロボット装置
の外観を表わす説明図である。図１に示す如く、本実施
例のロボット装置１は、ロボット装置１全体を支持する
基台３と、基台３に立設された支柱５と、支柱５の上端
に連結され、支柱５を中心に水平方向に揺動可能な第１
アーム７と、第１アーム７の先端に連結され、第１アー
ム７の先端部を中心に水平方向に揺動可能な第２アーム
９と、第２アームの先端部分に上下方向（鉛直方向）に
貫通され、自らの中心軸に沿って上下に変位可能な上下
軸１１と、から構成されている。

【００２９】また、ロボット装置１の支柱５には、第１
アーム７を水平方向に揺動させてその位置を制御する第
１アーム駆動用モータ１３が設けられ、第１アーム７に
は、第２アーム９を水平方向に揺動させてその位置を制
御する第２アーム駆動用モータ１５が設けられ、第２ア
ーム９には、上下軸１１をその中心軸（Ｔ軸）を中心に
回転させるＴ軸用モータ１７が設けられている。

【００３０】また更に、第２アーム９内には、本発明の
制御対象物移動用のサーボモータとして、モータ軸が上
下軸１１にラックアンドピニオン式，ボールネジ式等の
連結機構を介して連結され、モータ軸の回転によって制
御対象物としての上下軸１１を上下動させてその位置を
制御する、上下軸用モータ２１（図２参照）が設けられ
ている。

【００３１】一方、上下軸１１の下端部には、各種ツー
ルを着脱自在に固定するためのツール固定部１９が形成
され、このツール固定部１９の上方には、エアシリンダ
２３のロッド２３ａの先端が連結されている。またエア
シリンダ２３のシリンダ本体２３ｂは、上下軸１１の支
持部材である第２アーム９の先端部に固定されている。
そして、このシリンダ本体２３ｂには、内部のエア室に
連通するエア給排口２３ｃが突設されている。

【００３２】また、このエア給排口２３ｃは、図示しな
いエアホースを介して、基台３側に設けられたエア圧調
整用のエアレギュレータ２５（図２参照）に連通され、
エアレギュレータ２５に設けられたエア圧調整用の摘み
２５ａ（図２参照）を操作することにより、エアシリン
ダ２３内のエア圧を増・減できるようにされている。

【００３３】次に、ロボット装置１を制御する制御装置
３０は、図２に示す如く、ツール固定部１９に固定され
たツールを予め設定された目標位置に順次変位させるた
めの各モータ１３，１５，１７，２１の電流指令値を演
算して、その電流指令値としてＰＷＭ信号を出力する制
御部５０と、この制御部５０から出力されるＰＷＭ信号
を受けて、各モータ１３〜２１を通電する駆動回路（以
下単にアンプという）５２，５４，５６，５８とから構
成されている。なお、これら各アンプ５２〜５８は、制
御部５０からのＰＷＭ信号によりパワートランジスタを
ＯＮ・ＯＦＦさせてモータ電流を制御する周知の駆動回
路であり、各モータ１３〜２１に流れた実電流を検出し
て制御部５０側に戻す電流検出回路も内蔵している。

【００３４】また、制御部５０は、電流指令値の演算等
を行なうＣＰＵ３２，制御プログラムや各種データが予
め格納されたＲＯＭ３４，ＣＰＵ３２が演算動作を行な
う際にデータを一時格納したり、ユーザプログラムを格
納するためのＲＡＭ３６，上記各モータ１３〜２１に設
けられた回転位置検出用のセンサ（ロータリエンコーダ
等）からの出力信号に基づき各モータ１３〜２１の回転
位置や回転速度を算出する位置検出回路３８，ＣＰＵ３
２で演算された電流指令値に応じて各モータを通電する
ためのＰＷＭ信号を生成し、上記各アンプ５２〜５８に
出力する電流制御回路４０，外部のモニタ付操作パネル
６０と制御部５０との間で信号を入出力するための入出
力インタフェース（Ｉ／Ｏ）４２，他の外部装置との間
で信号を入出力するための各種の入出力インタフェース
（Ｉ／Ｏ）４４，これら各部を接続するバスライン４６
等から構成されている。なお、モニタ付操作パネル６０
は、使用者が制御装置３０に対して各種指令を入力した
り、制御装置３０側から使用者に対して各種メッセージ
を報知（モニタに表示）するためのである。

【００３５】次に、制御装置３０が、ツール固定部１９
に固定されたツールを予め設定された目標位置に順次変
位させるために、上記各モータ１３〜２１を駆動する際
の動作を、図３に示す制御系のブロック線図を用いて説
明する。なお、図３において、符号Ｐ１〜Ｐ８を付した
各ブロックは、制御装置３０側の動作を表わし、それ以
外のブロックは、モータ側の動作を表わす。

【００３６】図３に示す如く、制御装置３０において
は、まずＣＰＵ３２が、ＲＡＭ３６に格納されたツール
の目標位置（具体的には、各モータ１３〜２１の回転位
置）を位置指令として読み込み、この位置指令と、位置
検出回路３８にて求めた各モータ１３〜２１の実位置と
の偏差を算出する（Ｐ１）。そして、この算出した位置
偏差に所定の位置ゲインＫｐを乗じて、モータの目標速
度（速度指令）を算出し（Ｐ２）、更にこの速度指令
と、位置検出回路３８にて求めた（Ｐ３）各モータ１３
〜２１の実速度との偏差を算出する（Ｐ４）。そして更
に、この算出した速度偏差に所定の速度ゲインＫｖを乗
じて、各モータ１３〜２１に対する電流指令値を算出し
（Ｐ５）、この電流指令値を電流制御回路４０に出力す
る。

【００３７】次に、電流制御回路４０は、上記各アンプ
５２〜５８内の電流検出回路にて検出された各モータ１
３〜２１の実電流をＡ／Ｄ変換して取り込み（Ｐ６）、
この実電流が電流指令値となるように、ＰＷＭ信号を生
成する。具体的には、電流指令値と実電流との偏差を求
め（Ｐ７）、その電流偏差に所定の電流ゲインＫｉを乗
じる（Ｐ８）ことにより、ＰＷＭ信号を生成する。そし
て、この生成したＰＷＭ信号を各アンプ５２〜５８に出
力し、各モータ１３〜２１の通電電流を制御する。な
お、図３において、実電流をＡ／Ｄ変換にて取り込む手
順を表わすブロックＰ６に記載のＫA/D は、実電流をデ
ジタル値に変換する際の変換定数を表わす。

【００３８】この結果、各モータ１３〜２１のモータ巻
線には、各アンプ５２〜５８から、ＰＷＭ信号に応じて
駆動電圧が印加され、モータ巻線の端子電圧は、この駆
動電圧と、モータの回転角速度に逆起電力定数Ｋｅを乗
じて得られる逆起電圧とを合成した電圧となる。そし
て、各モータ巻線には、この端子電圧に、モータインダ
クタンスＬ及びモータ抵抗Ｒをパラメータとする係数
｛１／（Ｌｓ＋Ｒ）｝を乗じた電流（つまり実電流）が
流れる。

【００３９】またこのようにモータ巻線に電流が流れる
と、各モータ１３〜２１においては、回転子に、実電流
とトルク定数Ｋｔとにより決定されるモータトルクＴM
が発生し、モータ軸のイナーシャＪによる遅れ（１／Ｊ
ｓ）を伴って回転角速度が発生し、その回転角速度を積
分（１／Ｓ）した回転位置に制御される。そして、この
回転位置が、各モータ１３〜２１に設けられたロータリ
エンコーダ等のセンサにて検出され、その検出信号が制
御装置３０内の位置検出回路３８にフィードバックされ
る。つまり、本実施例の制御装置３０は、各モータ１３
〜２１の回転位置，速度をフィードバック制御するサー
ボ系の制御装置として構成され、各モータ１３〜２１の
回転位置，延いてはツール固定部１９に固定されたツー
ルの位置を高精度に制御することができる。

【００４０】本実施例のロボット装置１は、制御装置３
０の動作モードとして、ツールの位置を予め設定された
目標位置に順次制御する制御モードが設定されている場
合には、上記のように各モータ１３〜２１を通電制御し
て、各モータ１３〜２１の位置を制御する、モータ制御
手段，位置制御手段としての処理を実行するのである
が、所望の制御動作を実行させるために、ツール固定部
１９にツールを固定したり、固定したツールを変更した
場合には、上下軸１１の重量変化によって上下軸用モー
タ２１に大きな負荷が加わらないよう、エアシリンダ２
３のエア圧を調整する必要がある。

【００４１】そこで、本実施例のロボット装置１は、そ
の使用方法として、ツール固定部１９のツールを変更し
た場合等には、モニタ付操作パネル６０を操作して、制
御装置３０の動作モードをエアバランス調整モードに切
り換え、このときモニタ付操作パネル６０に表示される
指示内容に従って、エアレギュレータ２５の摘み２５ａ
を操作することにより、エアシリンダ２３内のエア圧を
調整することが規定されている。

【００４２】以下、このエア圧の調整時にＣＰＵ３２に
おいて実行されるエアバランス調整指示処理について説
明する。なお、本実施例の制御装置３０は、制御モード
が設定されていなければ、各モータ１３〜２１への電源
供給を遮断し、上下軸１１については、別途設けられた
電磁式のブレーキ装置を作動させることにより、上下軸
１１が上下動するのを防止するが、動作モードがエアバ
ランス調整モード又は後述のダイレクトティーチングモ
ードに切り換えられたときには、以下に説明するエアバ
ランス調整指示処理或はダイレクトティーチング処理と
は別に、上下軸用モータ２１を通電して、上下軸１１を
所定の停止位置に保持するサーボ制御を行ない、ブレー
キ装置の動作を解除する。

【００４３】図４に示す如く、エアバランス調整指示処
理では、まずＳ１１０（Ｓはステップを表わす）にて、
サーボ制御実行のために算出された上下軸用モータ２１
に対する電流指令値ｉref を読み込む電流検出手段とし
ての処理を実行する。そして、続くＳ１２０では、この
読み込んだ電流指令値ｉref をパラメータとする次式
(1) を用いて、エアシリンダ２３にて上下軸１１を停止
位置にバランスさせるのに必要なエア圧の過不足分であ
る要求エア圧Ｐａを算出する、演算手段としての処理を
実行する。

【００４４】 Ｐａ＝−ｉref ×｛Ｋｉ・Ｋｔ／（Ｒ＋Ｋｉ・ＫA/D ）｝×Ｋａ …(1) つまり、Ｓ１１０にて読み込んだ上下軸用モータ２１に
対する電流指令値ｉref は、上下軸１１を所定の停止位
置に保持するための値、換言すれば上下軸用モータ２１
に、エアシリンダ２３のエア圧の過不足分を補うための
トルクを発生させるための値である。従って、この電流
指令値ｉref から、現在上下軸用モータ２１が発生して
いるトルクを求め、このトルクをエア圧に換算すれば、
エアシリンダ２３にて上下軸１１を所定の停止位置に保
持するためのエア圧の過不足分（つまり要求エア圧Ｐ
ａ）を求めることができる。そして、この電流指令値ｉ
refから、上下軸用モータ２１の発生トルクを求めるに
は、図３に示した電流指令からモータトルクＴM までの
系の定数を用いればよく、また、このとき、上下軸用モ
ータ２１は停止しているので、モータの回転によって生
じる逆起電圧や、モータインダクタンスＬを考慮する必
要はない。

【００４５】そこで本実施例では、上記(1) 式から明ら
かなように、図３に示した電流指令からモータトルクＴ
M までの系の定数のうち、電流ゲインＫｉ，トルク定数
Ｋｔ，モータ抵抗Ｒと、電流指令値ｉref とから上下軸
用モータ２１の発生トルク（モータトルクＴM ）を求
め、これにエア圧換算定数Ｋａを乗じることにより、ト
ルクを要求エア圧Ｐａに換算するのである。

【００４６】なお、この要求エア圧Ｐａの算出には、ア
ンプ５８内に設けられた電流検出回路にて検出した実電
流ｉを用いることもできる。そして、この場合には、図
３に示す実電流からモータトルクＴM に至る系の定数，
つまりトルク定数Ｋｔと、エア圧換算定数Ｋａとを用い
て、次式(2) のように要求エア圧Ｐａを算出することが
できるので、要求エア圧Ｐａをより簡単な演算で求める
ことがでる。

【００４７】Ｐａ＝−ｉ×Ｋｔ×Ｋａ …(2) こうして、Ｓ１２０にて要求エア圧Ｐａが算出される
と、この要求エア圧Ｐａの絶対値が予め設定された許容
値Ｐａｏ未満であり、要求エア圧Ｐａが略零であるか否
かを判定する、判定手段としての処理を実行する。そし
て、要求エア圧Ｐａの絶対値が許容値Ｐａｏ以上であれ
ば、エアシリンダ２３のエア圧に過不足が生じていると
判断して、続くＳ１４０に移行し、上記算出した要求エ
ア圧Ｐａに基づき、要求エア圧Ｐａの絶対値を許容値Ｐ
ａｏ未満にするための調整方法（換言すれば、エアシリ
ンダ２３のエア圧を最適エア圧にするための調整方法）
を指示するメッセージを、モニタ付操作パネル６０のモ
ニタ部分に表示する。

【００４８】なお、このメッセージは、例えば、エア圧
が過剰である場合には、図５（ａ）に示す如く、「エア
ヲサゲテクダサイ」という文字と、エア圧がどの程度過
剰であるのかを表わす棒状グラフとからなる画像情報に
て構成され、エア圧が不足している場合には、図５
（ｂ）に示す如く、「エアヲアゲテクダサイ」という文
字と、エア圧がどの程度不足しているのかを表わす棒状
グラフとからなる画像情報にて構成される。

【００４９】一方、Ｓ１３０にて要求エア圧の絶対値が
許容値Ｐａｏ未満であると判断された場合には、上下軸
用モータ２１は殆どトルクを発生しておらず、エアシリ
ンダ２３のエア圧にて上下軸１１を所定の停止位置にバ
ランスさせることができる（つまりエア圧「ＯＫ」）と
判断して、Ｓ１５０に移行し、その旨を表わすメッセー
ジを、モニタ付操作パネル６０のモニタ部分に表示す
る。なお、このメッセージは、例えば、図５（ａ）に示
す如く、「ＯＫ」という文字と、エア圧が最適エア圧で
ある旨を表わす棒状グラフとからなる画像情報にて構成
される。

【００５０】このように、報知手段としてのＳ１４０又
はＳ１５０にて、エア圧の調整指示或は調整完了を示す
メッセージを表示すると、今度は、Ｓ１６０に移行し
て、エア圧の調整作業者が、モニタ付操作パネル６０を
操作して、エア圧調整の終了指令を入力したか否かを判
断する。そして、終了指令が入力されていなければ、再
度Ｓ１１０に移行して、上記一連の処理を実行し、終了
指令が入力されていれば、Ｓ１７０にて、エア圧の調整
結果を表わすメッセージを、モニタ付操作パネル６０の
モニタ部分に表示した後、当該処理を終了する。

【００５１】なお、Ｓ１７０にて表示するメッセージ
は、Ｓ１５０の処理によりエア圧の調整完了を表わすメ
ッセージを表示した状態で終了指令が入力された場合に
は、エア圧の調整を正常に実行できた旨を表わすメッセ
ージ（例えば「シュウリョウシマシタ」という文字から
構成されるメッセージ）となり、Ｓ１４０の処理により
エア圧の調整方法を指示するメッセージを表示した状態
で終了指令が入力された場合には、エア圧の調整はまだ
完了していない旨を表わすメッセージ（例えば「シュウ
リョウシテイマセン」という文字から構成されるメッセ
ージ）となる。

【００５２】以上のように、エアバランス調整指示処理
では、上下軸用モータ２１を通電制御（サーボ制御）す
ることにより、上下軸１１を所定の停止位置に保持させ
た状態で、上下軸用モータ２１に対する電流指令値ｉre
f を読み込み、その読み込んだ電流指令値ｉref （又は
電流値ｉ）に基づき、エアシリンダ２３のエア圧の最適
エア圧に対する過不足分である要求エア圧Ｐａを算出
し、この要求エア圧Ｐａに応じて、エア圧が「ＯＫ」か
どうかを判定して、「ＯＫ」であれば、調整完了を表わ
すメッセージを表示し、エア圧に過不足が生じていれ
ば、エア圧を最適エア圧にするための調整方法を表わす
メッセージを表示する。

【００５３】このため、本実施例のロボット装置１によ
れば、エア圧の調整作業者は、モニタ付操作パネル６０
に表示されたメッセージを見ながら、エア圧を調整する
ことができ、その調整作業を簡単に行なうことができ
る。また、エア圧調整の結果、「ＯＫ」が表示されてい
れば、エア圧は最適エア圧に調整されていることになる
ので、調整作業者が表示したメッセージに従い調整作業
を実行しさえすれば、調整後のエア圧がばらつくような
ことはない。従って、エア圧のばらつきによって生じる
上下軸用モータ２１の負荷変動を防止することができ、
上下軸用モータ２１による上下軸１１の制御性を向上す
ることができる。また、上下軸用モータ２１の消費電力
を必要最小限に抑えることもできる。次に、本実施例の
ロボット装置１は、使用者がモニタ付操作パネル６０を
操作して、制御装置３０の動作モードを、ダイレクトテ
ィーチングモードに設定することにより、ツール固定部
１９に固定したツールを手動で移動させて、制御装置３
０が各モータ１３〜２１を通電制御する際のツールの目
標位置（換言すれば各モータ１３〜２１の回転位置）と
して、所望の位置を指定できるようにされている。そし
て、こうしたダイレクトティーチングを行なう際には、
使用者がロボット装置１を自由に動かすことができるよ
うに、ロボット装置１の駆動系の電源を全て遮断し、上
下軸１１の位置保持用のブレーキ装置の動作を解除する
必要があるが、制御装置３０がダイレクトティーチング
モードに入ったときに、駆動系の電源を遮断できるよう
にすると、エアシリンダ２３のエア圧が最適エア圧に調
整できていない場合には、駆動系の電源を遮断した途端
に上下軸１１が上昇或は下降することになり、大変危険
である。

【００５４】そこで本実施例では、制御装置３０がダイ
レクトティーチングモードに入った場合には、図６に示
すダイレクトティーチング処理を実行して、エアシリン
ダ２３のエア圧が最適エア圧に調整できていなければ、
ダイレクトティーチングを行なうことができないように
されている。

【００５５】即ち、このダイレクトティーチング処理で
は、まず、Ｓ２００にて前述のエアバランス調整指示処
理に入ることにより、使用者に対してエア圧の調整作業
を実行させる。そして、使用者が終了指令を入力するこ
とにより、エアバランス調整指示処理から抜けると、Ｓ
２１０にて、エア圧が最適エア圧に調整できているか否
かを判断し、エア圧が最適エア圧に調整できていなけれ
ば、そのまま当該処理を終了して、Ｓ２２０移行のダイ
レクトティーチングのための処理を禁止する。

【００５６】一方、エア圧が最適エア圧に調整できてい
れば、使用者に対して、上下軸用モータ２１の電源をＯ
ＦＦする指示を与えるために、Ｓ２２０にて、その旨を
表わすメッセージ（例えば「モータノデンゲンヲキッテ
クダサイ」というメッセージ）をモニタ付操作パネル６
０のモニタ部に表示し、Ｓ２３０にて、モータ電源がＯ
ＦＦされたか否かを判断することにより、モータ電源が
ＯＦＦされるのを待ち、モータ電源がＯＦＦされると、
Ｓ２４０にて、使用者がロボット装置１を動かし目標位
置の記憶指令を入力するのを受け付けるティーチング受
付処理を実行する。つまり、このティーチング受付処理
では、使用者がロボット装置１を動かすことにより変位
する各モータ１３〜２１の位置を検出し、使用者が位置
の記憶指令を入力（つまりティーチング）すると、現在
の位置を各モータ１３〜２１を通電制御する際の目標位
置として記憶する。そして、続くＳ２５０にて、ダイレ
クトティーチングの終了指令が入力されたか否かを判断
し、終了指令が入力されていなければ、再度Ｓ２４０に
移行することにより、終了指令が入力されるまで、ティ
ーチング処理を繰返し実行し、終了指令が入力される
と、当該処理を終了する。

【００５７】このように、本実施例のロボット装置１に
おいては、制御装置３０がエアバランス調整モードに入
ったときだけでなく、ダイレクトティーチングモードに
入ったときにも、エアバランス調整指示処理を実行する
ことにより、使用者に対してエア圧の調整作業を実行さ
せ、この処理の結果、エア圧が最適エア圧に調整できて
いる場合にのみ、ダイレクトティーチングを行なうこと
ができるようにされている。

【００５８】従って、本実施例のロボット装置１によれ
ば、ダイレクトティーチングを行なうために上下軸用モ
ータ２１の電源をＯＦＦした際に、上下軸１１が上昇或
は下降するのを防止でき、ダイレクトティーチング時の
安全性を高めることができる。

【００５９】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明は上記実施例のロボット装置１に限定される
ものではなく、種々の態様をとることができる。例え
ば、上記実施例では、制御対象物として、第２アーム９
の先端に重力方向に変位可能に支持された上下軸１１
を、エアシリンダを用いて所定位置にバランスさせるロ
ボット装置１について説明したが、本発明は、制御対象
物が重力の影響を受けて変位し、その変位を防止するた
めにエアシリンダを用いた位置制御装置であれば、上記
実施例と同様に適用して、同様の効果を得ることができ
る。つまり、本発明は、例えば、棒状の制御対象物が重
力方向に対して斜めに配設され、それが軸方向に変位可
能に支持されたシステムであっても、また、棒状の制御
対象物の先端が軸支され、制御対象物が上下に揺動する
システムであっても、上記実施例と同様に適用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例のロボット装置の外観を表わす説明図
である。

【図２】 ロボット装置を制御する制御装置の構成を表
わすブロック図である。

【図３】 ロボット装置のモータを含む制御系全体の動
作を説明するブロック線図である。

【図４】 エアバランス調整指示処理を表わすフローチ
ャートである。

【図５】 エアバランス調整指示処理の実行時にモニタ
付操作パネルに表示されるメッセージの一例を表わす説
明図である。

【図６】 ダイレクトティーチング処理を表わすフロー
チャートである。

【符号の説明】

１…ロボット装置 ３…基台 ５…支柱 ７…第
１アーム ９…第２アーム １１…上下軸 １９…ツール固定
部 ２１…上下軸用モータ ２３…エアシリンダ ２５
…エアレギュレータ ３０…制御装置 ５０…制御部 ５８…駆動回路
（アンプ） ３２…ＣＰＵ ３４…ＲＯＭ ３６…ＲＡＭ ３
８…位置検出回路 ４０…電流制御回路 ６０…モニタ付操作パネル

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御対象物を、該制御対象物に加わる重
   力によって所定方向に変位可能に支持する支持部材と、
   前記制御対象物に連結され、内部のエア圧にて前記制御
   対象物を所定位置にバランスさせるエアシリンダと、モ
   ータ軸が所定の連結部材を介して前記制御対象物に連結
   され、該モータ軸の回転により前記制御対象物を変位さ
   せるサーボモータと、前記制御対象物の実位置又は実速
   度と位置指令又は速度指令との差分値に基づき前記サー
   ボモータの電流指令値を演算し、該電流指令値に従い前
   記サーボモータを通電制御するモータ制御手段とを備え
   た位置制御装置において、前記サーボモータの非通電時
   に前記エアシリンダにて制御対象物を所定位置にバラン
   スさせるのに必要な最適エア圧に対する実エア圧の過不
   足を検出するエア圧過不足検出方法であって、 前記モータ制御手段が前記制御対象物を所定位置に保持
   する通電制御を実行しているときに、前記モータ制御手
   段にて演算された電流指令値又は前記サーボモータに実
   際に流れた実電流値を検出し、 該検出した電流指令値又は実電流値に基づき、前記サー
   ボモータの発生トルクを求め、該トルクを前記エア圧の
   過不足分に換算することを特徴とするエア圧過不足検出
   方法。
2. 【請求項２】 制御対象物を、該制御対象物に加わる重
   力によって所定方向に変位可能に支持する支持部材と、
   前記制御対象物に連結され、内部のエア圧にて前記制御
   対象物を所定位置にバランスさせるエアシリンダと、モ
   ータ軸が所定の連結部材を介して前記制御対象物に連結
   され、該モータ軸の回転により前記制御対象物を変位さ
   せるサーボモータと、前記制御対象物の実位置又は実速
   度と位置指令又は速度指令との差分値に基づき前記サー
   ボモータの電流指令値を演算し、該電流指令値に従い前
   記サーボモータを通電制御するモータ制御手段とを備え
   た位置制御装置に設けられ、前記サーボモータの非通電
   時に前記エアシリンダにて制御対象物を所定位置にバラ
   ンスさせるのに必要な最適エア圧に対する実エア圧の過
   不足を検出するエア圧過不足検出装置であって、 前記モータ制御手段が前記制御対象物を所定位置に保持
   する通電制御を実行しているときに、前記モータ制御手
   段にて演算された電流指令値又は前記サーボモータに実
   際に流れた実電流値を検出する電流検出手段と、 該電流検出手段にて検出された電流指令値又は実電流値
   に基づき、前記サーボモータの発生トルクを求め、該ト
   ルクを前記エア圧の過不足分に換算する演算手段と、 を備えたことを特徴とするエア圧過不足検出装置。
3. 【請求項３】 制御対象物を、該制御対象物に加わる重
   力によって所定方向に変位可能に支持する支持部材と、
   前記制御対象物に連結され、内部のエア圧にて前記制御
   対象物を所定位置にバランスさせるエアシリンダと、外
   部操作に従い該エアシリンダ内のエア圧を増・減させる
   エア圧調整手段と、モータ軸が所定の連結部材を介して
   前記制御対象物に連結され、該モータ軸の回転により前
   記制御対象物を変位させるサーボモータと、前記制御対
   象物の実位置又は実速度と位置指令又は速度指令との差
   分値に基づき前記サーボモータの電流指令値を演算し、
   該電流指令値に従い前記サーボモータを通電制御するモ
   ータ制御手段とを備えた位置制御装置において、使用者
   が前記エア圧調整手段を操作して、前記エアシリンダ内
   のエア圧を、前記制御対象物を所定位置にバランスさせ
   るのに必要な最適エア圧に調整する際に、該エア圧の調
   整方法を指示するエア圧調整指示方法であって、 前記モータ制御手段に前記制御対象物を所定位置に保持
   する通電制御を実行させて、そのとき前記モータ制御手
   段にて演算された電流指令値又は前記サーボモータに実
   際に流れた実電流値を検出する検出動作、 該検出した電流指令値又は実電流値に基づき、前記サー
   ボモータの発生トルクを求めると共に、該トルクを前記
   エア圧の過不足分に換算する演算動作、 該エア圧の過不足分が予め設定された許容値以上であれ
   ば、該エア圧の過不足分に応じて、前記エア圧の増・減
   方向を映像又は音声にて報知し、前記エア圧の過不足分
   が許容値未満であれば、エア圧調整の完了を映像又は音
   声にて報知する報知動作、 を順次繰返し行なうことを特徴とするエア圧調整指示方
   法。
4. 【請求項４】 制御対象物を、該制御対象物に加わる重
   力によって所定方向に変位可能に支持する支持部材と、
   前記制御対象物に連結され、内部のエア圧にて前記制御
   対象物を所定位置にバランスさせるエアシリンダと、外
   部操作に従い該エアシリンダ内のエア圧を増・減させる
   エア圧調整手段と、モータ軸が所定の連結部材を介して
   前記制御対象物に連結され、該モータ軸の回転により前
   記制御対象物を変位させるサーボモータと、前記制御対
   象物の実位置又は実速度と位置指令又は速度指令との差
   分値に基づき前記サーボモータの電流指令値を演算し、
   該電流指令値に従い前記サーボモータを通電制御するモ
   ータ制御手段とを備えた位置制御装置に設けられ、使用
   者が前記エア圧調整手段を操作して、前記エアシリンダ
   内のエア圧を、前記制御対象物を所定位置にバランスさ
   せるのに必要な最適エア圧に調整する際に、該エア圧の
   調整方法を指示するエア圧調整指示装置であって、 前記モータ制御手段に前記制御対象物を所定位置に保持
   する通電制御を実行させて、そのとき前記モータ制御手
   段にて演算された電流指令値又は前記サーボモータに実
   際に流れた実電流値を検出する電流検出手段と、 該電流検出手段にて検出された電流指令値又は実電流値
   に基づき、前記サーボモータの発生トルクを求め、該ト
   ルクを前記エア圧の過不足分に換算する演算手段と、 該演算手段にて算出されたエア圧の過不足分が予め設定
   された許容値以上であるか否かを判定する判定手段と、 該判定手段にて前記エア圧の過不足分が前記許容値以上
   であると判断された場合には、該エア圧の過不足分に応
   じて、前記エア圧の増・減方向を映像又は音声にて報知
   し、前記判定手段にて前記エア圧の過不足分が許容値未
   満であると判断された場合には、エア圧調整の完了を映
   像又は音声にて報知する報知手段と、 を備えたことを特徴とするエア圧調整指示装置。
5. 【請求項５】 請求項３に記載のエア圧調整指示方法に
   おいて、 前記位置制御装置は、前記モータ制御手段に位置指令又
   は速度指定を入力して、前記制御対象物を予め記憶され
   た目標位置に変位させる位置制御手段と、当該位置制御
   装置がダイレクトティーチングモードに入ると、前記サ
   ーボモータへの電源供給を遮断させ、その後、使用者の
   手動操作によって変位する前記制御対象物の位置を検出
   すると共に、該検出位置の記憶指令が入力される度に該
   検出結果を前記目標位置として記憶する目標位置受付手
   段とを備えたロボット装置であり、 外部から前記ダイレクトティーチングモードが指令され
   ると、前記一連の検出・演算・報知動作からなるエア圧
   調整指示を行ない、該エア圧調整指示の結果、使用者に
   より前記エア圧の過不足分が前記許容値未満に調整され
   た場合に、前記目標位置受付手段の動作を許可すること
   を特徴とするエア圧調整指示方法。
6. 【請求項６】 請求項４に記載のエア圧調整指示装置に
   おいて、 前記位置制御装置は、前記モータ制御手段に位置指令又
   は速度指定を入力して、前記制御対象物を予め記憶され
   た目標位置に変位させる位置制御手段と、当該位置制御
   装置がダイレクトティーチングモードに入ると、前記サ
   ーボモータへの電源供給を遮断させ、その後、使用者の
   手動操作によって変位する前記制御対象物の位置を検出
   すると共に、該検出位置の記憶指令が入力される度に該
   検出結果を前記目標位置として記憶する目標位置受付手
   段とを備えたロボット装置であり、 前記電流検出手段、演算手段、判定手段、及び報知手段
   は、外部から前記ダイレクトティーチングモードが指令
   されると起動して、使用者に対するエア圧調整指示を行
   ない、 更に、該エア圧調整指示により前記エア圧の過不足分が
   前記許容値未満に調整されて、前記判定手段にてその旨
   が判定されると、前記目標位置受付手段の動作を許可す
   るティーチング許可手段を備えたことを特徴とするエア
   圧調整指示装置。