JPH1176887A

JPH1176887A - 塗装用ロボット装置

Info

Publication number: JPH1176887A
Application number: JP23858097A
Authority: JP
Inventors: Tadanobu Kikuchi; 忠信菊池; Yoshiko Iriyama; 佳子入山
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1997-09-03
Filing date: 1997-09-03
Publication date: 1999-03-23
Anticipated expiration: 2017-09-03
Also published as: JP3962961B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は塗装ガンから吹き付けられる塗料を
安定化して塗装膜の均一化を図るを課題とする。【解決手段】マニピュレータ１の手首部７の先端に
は、塗装ガン８が装着されている。第２アーム６の上面
に装架された塗料供給チューブ１９には、圧力制御弁２
８と、ギヤポンプからなる塗料ポンプ２９とが配設され
ている。ロボットコントローラ１０は、塗装ガン８の向
き又は動作方向に応じて塗料ポンプ２９を駆動するポン
プ駆動モータ７６の制御量を算出する。ロボットコント
ローラ１０では、ポンプ駆動用ドライバ９４の入出力信
号をロボット駆動用ドライバの入出力信号と等しい形態
とし設定されている。そのため、ロボットコントローラ
１０と外部のポンプ駆動ユニットとをケーブルで接続す
る必要がないので、雑音（ノイズ）による制御信号の乱
れを低減し、制御性を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は塗装用ロボット装置
に係り、特にワークに塗料を吹き付ける塗装工程で塗装
膜の膜厚が均一となるように塗装ガンへの塗料供給圧を
調整するよう構成した塗装用ロボット装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば塗装用ロボット装置においては、
予め教示されたティーチングデータに基づいてマニピュ
レータの各モータが駆動されてワーク表面を塗装する。
また、ワークの種類が異なると、ワーク形状に応じたテ
ィーチングデータが必要であるので、各ワーク毎に教示
操作を行う。

【０００３】マニピュレータの動きを制御するロボット
コントローラでは、教示操作により入力されたワーク形
状に対する塗装ガンの角度及び手首部やアームの姿勢が
ＰＴＰ（Point to Point) 教示法によりティーチングデ
ータが入力される。そして、ロボットコントローラは入
力された各点間を補完してマニピュレータのアーム及び
手首部の動作制御を行う。

【０００４】また、マニピュレータのアーム先端に装着
された塗装ガンには、塗料供給ユニットから吐出された
塗料が供給される。この塗料供給ユニットを制御する塗
料制御装置は、上記ロボットコントローラと別体に設け
られている。そして、ロボットコントローラは、外部入
出力部を介して塗料制御装置と制御信号の授受を行って
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の塗装用ロボ
ット装置では、塗料制御装置とロボットコントローラが
別個に設けられており、ロボットコントローラの外部入
出力部と塗料制御装置の入出力部とを電気的に接続して
塗料のオン・オフ信号、流量目標値を指令信号として出
力している。

【０００６】このため、塗装ガンから噴射される塗料の
塗装精度をより高めるためには、塗料情報をより多く入
力し、制御信号をきめ細かく出力する必要がある。とこ
ろが、このように塗料制御装置に入出力される情報量が
増大すると、ロボットコントローラの外部入出力部の接
続数を増加するか、あるいは他の外部入出力部の使用数
を削減する必要があった。

【０００７】通常、塗料制御装置は、マニピュレータ及
びロボットコントローラから離れた位置に設置されるた
め、塗料制御装置とロボットコントローラとを接続する
ケーブルが床面等に敷設されることが多い。しかしなが
ら、このケーブルが比較的長く延在しているので、ケー
ブルを介して送信される制御信号に雑音（ノイズ）が入
りやすく、良好な制御性を得ることができなかった。

【０００８】さらに、塗料制御装置とロボットコントロ
ーラとの間をケーブルで接続するための配線作業、点検
作業等が余計にかかり、設置時の設備構築及び設置後の
保守に多大な労力を要していた。また、互いに離間した
塗料制御装置とロボットコントローラとの間で入出力信
号を送受信するには、入力信号を物理量に変換し、制御
演算を行った後、塗料制御装置の出力信号に変換して出
力処理を行っているため、演算処理に多くの時間がかか
るといった問題がある。

【０００９】そこで、本発明は上記課題を解決した塗装
用ロボット装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は以下のような特徴を有する。上記請求項１
の発明は、アーム先端に塗装ガンが装着されるマニピュ
レータと、該マニピュレータの動作を制御するロボット
駆動用ドライバを有するロボットコントローラと、該塗
装ガンに塗料を供給する塗料供給ユニットとを備えてな
る塗装用ロボット装置において、前記塗料供給ユニット
から供給された塗料を前記塗装ガンに給送する塗料供給
系路に流量制御用ポンプを設け、該ポンプを駆動するポ
ンプ駆動用ドライバを前記ロボット駆動用ドライバに設
け、前記ポンプの制御量を演算し、該制御量を前記ポン
プ駆動用ドライバに出力するポンプ制御量演算手段を前
記ロボットコントローラに設け、前記ポンプ駆動用ドラ
イバの入出力信号を前記ロボット駆動用ドライバの入出
力信号と等しい形態としたことを特徴とするものであ
る。

【００１１】従って、請求項１記載の発明によれば、ポ
ンプ駆動用ドライバをロボット駆動用ドライバに設け、
ポンプ制御量演算手段をロボットコントローラに設ける
と共にポンプ駆動用ドライバの入出力信号をロボット駆
動用ドライバの入出力信号と等しい形態としたため、ロ
ボットコントローラの外部入出力部の占有点数を減少さ
せることができ、外部とケーブルで接続する必要がない
ので、雑音（ノイズ）による制御信号の乱れを低減し、
制御性を向上させることができる。また、入出力の変換
演算がなくなり、演算処理時間が短縮できると共に、単
位時間当たりのサンプリング回数を増やすことにより塗
装品質を向上させることができる。

【００１２】また、請求項２の発明は、上記請求項１記
載の工業用ロボットであって、前記ポンプ制御量演算手
段は、前記マニピュレータの実動作速度に応じた制御量
を前記ポンプの制御量に加える演算を行う演算手段を有
することを特徴とするものである。従って、請求項２記
載の発明によれば、マニピュレータの実動作速度に応じ
た制御量をポンプの制御量に加える演算を行うため、塗
装ガンの動作速度に応じた流量で塗料が供給されるた
め、塗装ムラが発生しにくくなり、塗装速度を上げても
均一な塗装膜となるように塗装でき、塗装作業の効率を
高めることができる。

【００１３】また、請求項３の発明は、上記請求項１又
は請求項２又は請求項３記載の塗装用ロボット装置であ
って、前記ポンプ制御量演算手段は、前記塗装ガンに供
給される塗料の流量と目標流量とを比較し、目標流量に
対して塗料の流量が所定以下の状態が予め定めた時間以
上継続した場合には、流量を増大させる制御信号を出力
する手段を有することを特徴とするものである。

【００１４】従って、請求項３記載の発明によれば、塗
装ガンに供給される塗料の流量と目標流量とを比較し、
目標流量に対して塗料の流量が所定以下の状態が予め定
めた時間以上継続した場合には、流量を増大させる制御
信号を出力するため、例えば塗装ガンの塗料供給路が異
物等により目詰まりしても塗装ガンから吹き付けられる
流量を確保することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明の実施の
形態について説明する。図１は本発明になる塗装用ロボ
ット装置の一実施例の構成を示す斜視図である。図１に
示すように、塗装用ロボットのマニピュレータ１は、塗
装作業を行う塗装エリア内に設置されており、塗装エリ
ア２には、被塗装物がコンベヤ（共に図示せず）により
一定の速度で供給される。

【００１６】マニピュレータ１は、被塗装物が搬送され
ると、予めティーチングされた塗装動作を行うプレイバ
ック形の多関節ロボットである。マニピュレータ１は、
大略、基台３と、基台３上でθ₁方向に旋回する旋回
ベース４と、旋回ベース４上でθ₂方向に揺動する第１
アーム５と、第１アーム５の上端から水平方向に延在し
てθ₃方向に回動する第２アーム６と、第２アーム６の
先端に設けられた手首部７とよりなる。

【００１７】手首部７は、アーム側スイベル機構７ａと
塗装ガン側スイベル機構７ｂとの間に回動部材７ｃが回
動自在に連結されており、塗装ガン側スイベル機構７ｂ
の先端にはブラケット９を介して塗装ガン８が取り付け
られている。塗装ガン８は、第１アーム５及び第２アー
ム６の揺動により所定の塗装高さ位置に移動し、手首部
７により塗料噴射方向が変更される。

【００１８】マニピュレータ１は、各可動部がモータ
（図示せず）により駆動されて塗装ガン８の位置や塗装
方向を調整するようになっており、各モータはロボット
コントローラ１０からの制御信号により旋回ベース４、
第１アーム５、第２アーム６、手首部７を駆動するよう
に制御される。また、マニピュレータ１の各関節部分に
は、各可動部の角度を検出するためのエンコーダ（図示
せず）が組み込まれており、各可動部の回動位置検出信
号がロボットコントローラ１０にフィードバックされ
る。

【００１９】第２アーム６の上面には、色替バルブユニ
ット１１が取り付けられており、この色替バルブユニッ
ト１１には後述するように各色毎のエア駆動式の切替弁
が配設されている。そして、色替バルブユニット１１の
接続部には、塗料供給装置（図示せず）から各色の塗料
を供給する複数の塗料供給チューブ１２ａ〜１２ｅと、
塗料を塗料供給装置に還流させる塗料還流チューブ１２
ｆ〜１２ｊと、圧縮空気を供給するエア供給チューブ１
６と、洗浄液としてのシンナを供給するシンナ供給チュ
ーブ１７とが個別に接続されている。

【００２０】また、色替バルブユニット１１には、ロボ
ットコントローラ１０からの制御信号としての空気信号
を各切替弁に供給するための信号用チューブ１８ａ〜１
８ｇが接続されている。また、色替バルブユニット１１
からは、塗料、洗浄用エア、シンナを供給する塗料系供
給チューブ１９と、塗装ガン８を空気圧でオン・オフ制
御するガン制御用エア供給チューブ２０と、塗料を霧化
するためのエアを供給する霧化用エア供給チューブ２１
が引き出されている。そして、色替バルブユニット１１
から引き出された各チューブ１９〜２１は、手首部７の
アーム側スイベル機構７ａに接続されている。また、ア
ーム側スイベル機構７ａから引き出された塗料系供給チ
ューブ２２、ガン制御用エア供給チューブ２３、霧化用
エア供給チューブ２４は、塗装ガン側スイベル機構７ｂ
に接続されている。また、塗装ガン側スイベル機構７ｂ
から引き出された塗料系供給チューブ２５、ガン制御用
エア供給チューブ２６、霧化用エア供給チューブ２７が
塗装ガン８に接続されている。

【００２１】さらに、第２アーム６の上面に装架された
塗料系供給チューブ１９には、圧力制御弁２８と、ギヤ
ポンプからなる塗料ポンプ２９とが配設されている。ま
た、圧力制御弁２８は、色替バルブユニット１１から塗
装ガン８に供給される塗料圧力を所定圧力に制御する弁
装置である。また、塗料ポンプ２９は、色替バルブユニ
ット１１から供給される塗料を加圧して塗装ガン８に吐
出させる。

【００２２】このように本実施例では、圧力制御弁２８
及び塗料ポンプ２９が第２アーム６の上面に配設されて
いるため、コンパクトな構成とすることができると共に
圧力制御弁２８及び塗料ポンプ２９に連通された塗料系
供給チューブ１９が第２アーム６の動作を妨げないよう
に装架されている。ロボットコントローラ１０には、テ
ィーティングデータを入力するための手元入力装置３１
が接続されている。この手元入力装置３１は、アクチュ
エータ１の各関節の動作をティーチングデータとして入
力できると共に、塗装ガン８に塗料を供給する塗料ポン
プ２９の制御量を各関節の軸を駆動するモータの制御量
と同様にティーチングすることができる。

【００２３】図２は手首部７の内部構造を示す縦断面図
である。図２に示すように、手首部７は、アーム６の基
端部に取り付けられたモータ（図示せず）の回転駆動力
が伝達されてθ₄、θ₅、θ₆の各方向に回動する。そ
のため、アーム６の内部には、第１〜第３の回転軸４１
〜４３が同心円状に配設されている。第１の回転軸４１
は、θ₆方向駆動用であり、筒状の第２の回転軸４２内
に挿通され、回転軸４２内の軸受４４により軸承されて
いる。

【００２４】第２の回転軸４２は、θ₄方向駆動用であ
り、筒状の第３の回転軸４３内に挿通され、軸受４４と
回転軸４３内の軸受４５により軸承されている。第３の
回転軸４３は、θ₅方向駆動用であり、アーム６内に挿
通され、軸受４５とアーム６内の軸受４６により軸承さ
れている。第３の回転軸４３外周とアーム６先端との間
には、アーム側スイベル機構７ａが嵌合している。この
アーム側スイベル機構７ａは、第３の回転軸４３の外周
に嵌合する筒状の回動体４８と、アーム６先端にボルト
４９により固定されたチューブ接続部５０とよりなる。
回動体４８は、内部に塗料が流れる通路４８ａと、エア
が流れる通路４８ｂと、シンナが流れる通路４８ｃとが
軸方向に延在して設けられている。但し、通路４８ｂ，
４８ｃは、図２中通路４８ａに隠れて見えない。

【００２５】また、チューブ接続部５０は、回動体４８
の外周に回動自在に嵌合しており、回動体４８の通路４
８ａ〜４８ｃに連通する環状通路５０ａ〜５０ｃが設け
られている。そして、チューブ接続部５０の外周には、
各環状通路５０ａ〜５０ｃに連通するように色替バルブ
ユニット１１からの塗料系供給チューブ１９、ガン制御
用エア供給チューブ２０、霧化用エア供給チューブ２１
が接続されている。また、環状通路５０ａ〜５０ｃの内
周には、回動体４８の外周との間をシールするシール部
材５１ａ〜５１ｃが配設されている。

【００２６】アーム６先端と塗装ガン８との間には、中
空状のケース５２，５３，５４が介在している。ケース
５２は、第３の回転軸４３の端部に固着され、第３の回
転軸４３と一体に回動する。ケース５２の傾斜部５２ａ
は、軸受５５によりケース５３の一方の傾斜部５３ａを
回動自在に支持し、ケース５３の他方の傾斜部５３ｂに
は軸受５６によりケース５４の傾斜部５４ａが回動自在
に支持されている。

【００２７】各ケース５２，５３，５４の傾斜部５２
ａ，５３ａ，５３ｂ，５４ａは、それぞれアーム６の軸
線に対して４５度の角度で傾斜している。そのため、各
ケース５２，５３，５４の回動の組合せにより塗装ガン
８の向きを自在に変更することができる。ケース５２，
５３の連結部内には、軸受５７に軸承された軸５８が挿
通され、ケース５３，５４の連結部内には、軸受５９に
軸承された軸６０が挿通されている。そして、ケース５
４の内部には、ブラケット９に連結された軸６１が軸承
されている。

【００２８】第１の回転軸４１の端部に設けられたベベ
ルギヤ４１ａは、軸５８のベベルギヤ５８ａに噛合して
おり、軸５８のベベルギヤ５８ｂは軸６０のベベルギヤ
６０ａに噛合している。また、軸６０のベベルギヤ６０
ｂは軸６１のベベルギヤ６１ａに噛合している。そのた
め、第１の回転軸４１の回転は、各軸５８，６０，６１
を介してブラケット９に伝達され、塗装ガン８をθ₆方
向に回動させる。

【００２９】また、第２の回転軸４２の端部に設けられ
たベベルギヤ４２ａは、ケース５３の傾斜部５３ａに設
けられたベベルギヤ５３ａに噛合している。従って、第
２の回転軸４２の回転は、ケース５３に伝達され、塗装
ガン８をθ₄方向に回動させる。また、第３の回転軸４
３の端部に結合されたケース５２の端部には、ベベルギ
ヤ５２ａが設けられている。このベベルギヤ５２ａは、
ケース５４の端部に設けられたベベルギヤ５４ａに噛合
している。従って、第３の回転軸４３の回転は、ケース
５４に伝達され、塗装ガン８をθ₅方向に回動させる。

【００３０】ケース５４の端部には、軸６１とブラケッ
ト９との間を結合するための軸６２が介在している。こ
の軸６２外周とケース５４との間には、塗装ガン側スイ
ベル機構７ｂが嵌合している。この塗装ガン側スイベル
機構７ｂは、軸６２の外周に嵌合する筒状の回動体６３
と、ケース５４先端にボルト６４により固定されたチュ
ーブ接続部６５とよりなる。回動体６３は、内部に塗料
が流れる通路６３ａと、エアが流れる通路６３ｂと、シ
ンナが流れる通路６３ｃとが軸方向に延在して設けられ
ている。但し、通路６３ｂ，６３ｃは、図２中通路６３
ａに隠れて見えない。

【００３１】また、チューブ接続部６５は、回動体６３
の外周に回動自在に嵌合しており、回動体６３の通路６
３ａ〜６３ｃに連通する環状通路６５ａ〜６５ｃが設け
られている。そして、チューブ接続部６５の外周には、
各環状通路６５ａ〜６５ｃに連通するようにアーム側ス
イベル機構７ａから引き出された各チューブ２２〜２４
が接続されている。また、環状通路６５ａ〜６５ｃの内
周には、回動体６３の外周との間をシールするシール部
材６６ａ〜６６ｃが配設されている。

【００３２】図３はマニピュレータ１を動作制御する制
御系の構成を示すブロック図である。図３に示すよう
に、塗料供給系路には、色替バルブユニット１１と、圧
力制御弁２８と、塗料ポンプ２９と、塗装ガン８とが配
設されている。塗料ポンプ２９から吐出された塗料は、
塗装ガン８に供給される。

【００３３】色替バルブユニット１１には、エア信号の
供給により開弁されるエアオペレーションバルブ７０ａ
〜７０ｈが各塗装色毎に設けられている。そして、ロボ
ットコントローラ１０には、色替バルブユニット１１及
び塗装ガン８にエア信号及び霧化用エアを供給するエア
制御装置７１と、マニピュレータ１及び塗装動作に対応
した塗料の供給圧力及び流量及びマニピュレータ１の位
置姿勢を制御する演算を行うＣＰＵ７２が設けられてい
る。ＣＰＵ７２は、メモリ７３に記憶された各制御プロ
グラム及びティーチングデータに基づいて塗料供給量の
制御処理を実行する。

【００３４】すなわち、ＣＰＵ７２は、後述するよう
に、塗装ガン８の向き又は動作方向に応じて塗料ポンプ
２９を駆動するポンプ駆動モータ７６の制御量を算出す
る。また、ＣＰＵ７２で演算された塗料ポンプ２９の制
御量は、インタフェース７４、アンプ７５を介してポン
プ駆動モータ７６に出力される。ロボットコントローラ
１０は、上記構成とされたマニピュレータ１の各関節部
分を駆動すると共に、塗料ポンプ２９を駆動制御するポ
ンプ駆動装置としても機能する。

【００３５】そのため、塗料ポンプ２９を駆動制御する
制御信号は、ロボットコントローラ１０から出力され
る。そして、塗装ガン８の動作速度、位置、ポンプ駆動
モータ７６のトルク等の情報がロボットコントローラ１
０に入力されるようになっている。また、エア制御装置
７１は、マニピュレータ１が内圧防爆方式であれば内圧
の供給の他に霧化用エアを塗装ガン８に供給している。
また、これ以外にも塗装ガン８に塗装オン・オフ用エ
ア、及び色替バルブユニット１１のエアオペレーション
バルブ７０ａ〜７０ｈにコントロール用エアを供給す
る。

【００３６】ロボットコントローラ１０では、塗料コン
トロール及びロボットコントロールを行っているので、
塗料コントロール用の制御装置が不要になっている。図
４はマニピュレータ１を動作制御する制御系の構成を示
すブロック図である。図４に示すように、マニピュレー
タ１の各軸回りθ₁〜θ₆のモータ８１〜８６は、ティ
ーチングデータに基づいてロボット駆動用モータドライ
バ８７〜９２から出力される制御信号により回転駆動さ
れる。そして、ロボット駆動用モータドライバ８７〜９
２は、インタフェース７４を介して得られるＣＰＵ７２
からの指令に応じた制御信号を出力する。

【００３７】また、ポンプ用モータドライバ９４もイン
タフェース７４を介して得られるＣＰＵ７２からの指令
に応じた制御信号を塗料ポンプ２９に出力する。このよ
うに、ポンプ駆動用ドライバ９４は、ロボット駆動用ド
ライバ８７〜９２と同等に設けられている。すなわち、
ロボットコントローラ１０は、塗料ポンプ２９を制御す
るポンプ制御量演算手段を有すると共に、ポンプ駆動用
ドライバ９４の入出力信号をロボット駆動用ドライバの
入出力信号と等しい形態としたため、ロボットコントロ
ーラ１０の外部入出力部の占有点数を減少させることが
できる。さらに、従来のようにロボットコントローラ１
０と外部のポンプ駆動ユニットとをケーブルで接続する
必要がないので、雑音（ノイズ）による制御信号の乱れ
を低減し、制御性を向上させることができる。

【００３８】また、塗料ポンプ２９を制御するポンプ制
御量演算手段をロボットコントローラ１０と別体に設け
る従来の構成に比べて入出力の変換演算がなくなり、演
算処理時間が短縮できると共に、単位時間当たりのサン
プリング回数を増やすことにより塗装品質を向上させる
ことができる。また、塗装ガン８の塗料吹き付けを制御
するためのエアバルブ９５は、インタフェース７４を介
して供給されるＣＰＵ７２からの指令に応じてオン・オ
フ制御される。

【００３９】図５はマニピュレータ１を動作制御する制
御系の構成を示すブロック図である。尚、図５に示す処
理は、５ｍｓｅｃ毎に繰り返し実行される。図５に示す
ように、ステップＳ１（以下「ステップ」を省略する）
で、まず、マニピュレータ１の各関節部に設けられたロ
ボット軸及びポンプ回転数を読み込む。次のＳ２では、
Ｓ１で読み込んだマニピュレータ１の各軸のフィードバ
ック値より塗装ガン８の位置姿勢を算出する。

【００４０】次に、Ｓ３で塗装ガン８の先端目標位置を
読み込む。続いて、Ｓ４では、目標位置と現在の位置姿
勢からロボット軸制御量としての速度指令を算出する。
そして、Ｓ５に進み、ポンプ目標回転数に実回転数と目
標回転数の補償値を加えた実目標回転速度を算出する。
次のＳ６では、速度指令を各ロボット駆動用モータドラ
イバ８７〜９２及びポンプ用モータドライバ９４へ出力
する。そして、Ｓ７で塗装ガン８のオン・オフ制御信号
を出力する。

【００４１】このように、ロボットコントローラ１０の
ＣＰＵ７２は、マニピュレータ１の実動作速度に応じた
制御量を塗料ポンプ２９の制御量に加える演算を行うた
め、塗装ガン８の動作速度に応じた流量で塗料が供給さ
れるため、塗装ムラが発生しにくくなり、塗装速度を上
げても均一な塗装膜となるように塗装でき、塗装作業の
効率を高めることができる。また、塗料ポンプ２９の制
御量をマニピュレータ１の各可動部を駆動するモータと
同等に制御することができるので、ロボットコントロー
ラ１０により各ロボット駆動用モータを制御すると共に
塗料ポンプ２９の回転数を容易に制御することができ
る。

【００４２】図６は本発明の変形例の塗料供給系路の構
成を示すブロック図である。図６に示すように、塗料供
給系路には、色替バルブユニット１１と、圧力制御弁２
８と、塗料ポンプ２９と、流量計３０と、塗装ガン８と
が配設されている。また、流量計３０は、塗料供給チュ
ーブ１９を介して塗装ガン８に供給される塗料の流量を
計測する。

【００４３】ＣＰＵ７２は、後述するように、流量計３
０により計測された流量がインタフェース７４を介して
入力されると、流量計測値と予め設定された目標流量と
の差を求め、この演算結果に応じて目詰まりの有無を判
定して塗料ポンプ２９を駆動するポンプ駆動モータ７６
の制御量を算出する。図７はＣＰＵ７２が実行するロボ
ット制御演算処理を説明するためのＰＡＤである。尚、
図７に示す処理は、５ｍｓｅｃ毎に繰り返し実行され
る。

【００４４】図７に示すように、ＣＰＵ７２はステップ
Ｓ１１（以下「ステップ」を省略する）でマニピュレー
タ１の各軸の姿勢（動作位置）、塗料ポンプ２９の角速
度フィードバック信号を読み込む。また、Ｓ１２では、
流量計３０により計測された塗料の流量を読み込む。次
のＳ１３では、メモリ７３に記憶されたティーチングデ
ータに基づいて塗装ガン８の目標位置・姿勢を算出す
る。同様にＳ１４でメモリ７３から目標流量を読み込
む。続いて、Ｓ１５では、上記Ｓ１１で読み込んだ各軸
角度フィードバック信号からマニピュレータ１及び塗装
ガン８の位置姿勢を算出する。

【００４５】次のＳ１６では、目標ガン先位置姿勢、及
び現在のガン先位置姿勢よりマニピュレータ１の各軸の
サーボアンプ（図示せず）への速度指令又はトルク指令
を算出する。同様に、Ｓ１７では、ガン先位置姿勢、目
標流量、目標位置姿勢、現在の流量、現在のポンプ駆動
軸の角速度フィードバック信号によりポンプサーボモー
タへの指令信号を算出する。

【００４６】次のＳ１８では、角速度指令がマニピュレ
ータ１の各軸回りθ₁〜θ₆のモータ８１〜８６を駆動
制御するモータドライバ８７〜９２に出力される。これ
と共に、塗料ポンプ２９を駆動するポンプ用モータドラ
イバ９４に塗料供給圧力等のコントロール信号を出力す
る。これで、一連の処理が終了する。このように、ＣＰ
Ｕ７２は、目標ガン先位置姿勢、及び現在のガン先位置
姿勢よりマニピュレータ１の各軸のサーボアンプ（図示
せず）への速度指令又はトルク指令を算出するのと同様
に、ガン先位置姿勢、目標流量、目標位置姿勢、現在の
流量、現在のポンプ駆動軸の角速度フィードバック信号
によりポンプサーボモータへの指令信号を算出するた
め、ロボットコントローラの外部入出力部の接続数を増
加させずに塗料の供給圧を制御できる。

【００４７】図８は上記Ｓ１７で実行される塗料ポンプ
２９の駆動軸の制御ループのブロック図である。図８に
示すように、流量計３０により計測された流量を基に通
常のＰＩＤ制御ループにより軸目標角速度指令を出力す
る。また、このＰＩＤ制御ループでは、マニピュレータ
１の位置姿勢による補償が加算されるようになってい
る。

【００４８】ここでは、目標流量ｆ_rから現在の流量ｆ
_fを減算した誤差に比例ゲインＫ_Pを乗じたもの（また
これには制限値をリミッタ（１０６）により設ける）に
前記誤差の積分（１／（Ｚ−１）１０２により累積を求
める）にある制限値（リミッタ１０３により設けたも
の）に積分ゲインＫ_i（１０４）を乗じたものを加え
る。また、過剰な応答を避けるため、誤差の差（１０
９）に微分ゲインＫ_dを乗じたものを減算する。これに
ロボット動作により発生する外乱の補償（１０１）を加
える。これに制限値（１１０）を設けたものをポンプへ
の速度指令としてポンプＧ_(S)に出力する。

【００４９】図９及び図１０は塗料の流量制御演算の手
順について説明するためのＰＡＤである。図９に示すよ
うに、Ｓ２１において、マニピュレータ１の位置姿勢に
よる補償演算を行う。すなわち、塗装ガン８の実速度を
１サンプリング前の先端位置ｘ（ｋ−１）と現在の先端
位置より求める。

【００５０】次のＳ２２では、塗装ガン８の実速度に係
数Ｋｐｕｍｐを乗じて補償量Ｕｍ（ｋ）を算出する。こ
の補償量Ｕｍ（ｋ）をマニピュレータ１の位置姿勢によ
る補償量とする。次のＳ２３では、目標流量ｆｒ（ｋ）
と現在の流量ｆｒ（ｋ）との誤差ｅ（ｋ）を算出する。
続いて、Ｓ２４で、比例ゲインＫｐを乗じて比例制御量
Ｕｐ（ｋ）を算出する。もし、Ｓ２５で、比例制御によ
る制御量が上限値を超えているときは、Ｓ２６で比例制
御量Ｕｐ（ｋ）を上限値とする。また、Ｓ２７で、比例
制御による制御量が下限値を下回ったときは、Ｓ２８で
比例制御量Ｕｐ（ｋ）を下限値とする。

【００５１】次のＳ３０では、積分動作による制御量を
算出する。そして、誤差の累積ｅｉ（ｋ）を算出する。
これは、時刻０より誤差を加算し続けることによって求
める。Ｓ３１において、この値が上限値を超えた場合、
Ｓ３２で上限値をセットする。また、Ｓ３３において、
この値が下限値を下回った場合、Ｓ３４で下限値をセッ
トする。

【００５２】次のＳ３６では、誤差の累積に積分ゲイン
Ｋｉを乗じて積分による制御量Ｕｉ（ｋ）を算出する。
続いて、流量変化量による制御量を算出する。図１０に
示すように、Ｓ３７では、まず、流量の変化量を算出す
る。そして、Ｓ３８で微分ゲインＫｄを乗じて微分によ
る制御量Ｕｄ（ｋ）を算出する。次のＳ３９では、制御
量Ｕｄ（ｋ）と上限値とを比較し、制御量Ｕｄ（ｋ）が
上限値を超えるときは、Ｓ４０で上限値以下となるよう
に制限値をセットする。また、Ｓ４１で制御量Ｕｄ
（ｋ）と下限値とを比較し、制御量Ｕｄ（ｋ）が下限値
を下回るときは、Ｓ４２で下限値以上となるように制限
値をセットする。

【００５３】次のＳ４４では、目標指令Ｕ（ｋ）をＵ
（ｋ）＝Ｕｐ（ｋ）＋Ｕｉ（ｋ）−Ｕｄ（ｋ）＋Ｕｍ
（ｋ）とする。また、上記Ｓ３９〜Ｓ４２と同様に、Ｓ
４５では、目標指令Ｕ（ｋ）と上限値とを比較し、目標
指令Ｕ（ｋ）が上限値を超えるときは、Ｓ４６で上限値
以下となるように制限値をセットする。また、Ｓ４７で
目標指令Ｕ（ｋ）と下限値とを比較し、目標指令Ｕ
（ｋ）が下限値を下回るときは、Ｓ４８で下限値以上と
なるように制限値をセットする。

【００５４】ここで、上記Ｓ２１〜２３では、マニピュ
レータ１の目標速度と実速度の誤差にゲインを乗じて補
償値を算出しても良い。このように、ＣＰＵ７２は、塗
装ガン８の動作速度に応じた流量で塗料が供給されるよ
うに塗料ポンプ２９を駆動するポンプ用モータドライバ
９４への制御量を演算するため、塗装ガン８の速度に拘
わらず塗装面に吹き付けられる塗料の流量を一定にして
膜厚を均一にできる。

【００５５】図１１は目詰まり検知の演算手順を説明す
るためのＰＡＤである。図１１において、Ｓ５１〜Ｓ５
７の処理は、前述した図７のＳ１１〜Ｓ１７と同じ処理
であるので、ここではその説明を省略する。Ｓ５８で
は、目標流量ｆｒ（ｋ）から現行流量ｆｒ（ｋ）を除算
し流量誤差を算出する。次のＳ５９では、Ｓ５８で求め
られた流量誤差と予め設定された所定量とを比較する。
Ｓ５９において、流量誤差が比較された所定量より大き
いときは、Ｓ６０でタイムカウンタの値を１インクリメ
ントする。そして、Ｓ６１でカウント値が６０秒を超え
た場合には、Ｓ６２でマニピュレータ１の動作速度を目
標速度Ｖｒの０．８倍とする。そして、Ｓ６３で目詰ま
りフラグを立てる。

【００５６】また、Ｓ５９において、流量誤差が比較さ
れた所定量より小さいときは、Ｓ６４でカウンタをゼロ
にクリアする。続いて、Ｓ６５でマニピュレータ１の動
作速度を目標値に戻し、Ｓ６６で目詰まりフラグをオフ
にして警告を解除する。そして、Ｓ６７で指令値を出力
する。このように塗装ガン８で目詰まりが生じて塗料供
給量が減少した場合、マニピュレータ１の動作速度を減
速させて塗装むらを防止することができる。

【００５７】このように、塗装ガン８に供給される塗料
の流量と目標流量とを比較し、目標流量に対して塗料の
流量が所定以下の状態が予め定めた時間以上継続した場
合には、流量を増大させる制御信号を出力するため、例
えば塗装ガン８の塗料供給路が異物等により目詰まりし
ても塗装ガン８から吹き付けられる流量を確保すること
ができる。

【００５８】図１２は軌道生成演算の手順を及び目詰ま
り時の処理を説明するためのＰＡＤである。図１２に示
すように、まず、Ｓ７１において、補間用カウンタｔ＿
ｃｏｕｎｔを１インクリメントする。次のＳ７２では、
カウンタの値を１軌道の補間時間と比較し、補間軌道の
終点にきたかどうかをチェックする。

【００５９】Ｓ７２において、補間軌道の終点にきたと
きは、Ｓ７３に進み、教示点の番号ｐｔ＿ｎｕｍを１イ
ンクリメントする。次のＳ７４で、教示点の最終点に着
た場合には、Ｓ７５に進み、目詰まり警告のフラグがオ
ンになっているかどうかをチェックする。Ｓ７５におい
て、目詰まり警告のフラグがオンになっているときは、
Ｓ７６に進み、目詰まり用プログラムが１度実行された
かどうかをチェックする。Ｓ７６において、目詰まり用
プログラムが実行された場合は、Ｓ７７で目詰まり発生
を表示すると共に、Ｓ７８で目詰まり警告を出力する。

【００６０】ここで、目詰まりプログラムとは、塗装ガ
ン８を捨て吹き位置に移動させ、塗料を噴射させるため
の制御プログラムである。目詰まりが軽度であれば、塗
料を噴射させることにより目詰まりの原因となる異物を
吹き飛ばして除去できる。また、塗装ガン８がエアレス
ガンである場合、吐出量を上げて吹いたり、シンナで洗
浄することにより目詰まりを解消できる。

【００６１】また、上記Ｓ７６において、目詰まり用プ
ログラムが実行されていない場合は、Ｓ７９に進み、目
詰まりプログラムをロードし、Ｓ８０でカウンタの値を
目詰まりプログラムの終点とする。Ｓ７５において、警
告フラグがオンになっていない場合には、上記目詰まり
プログラムの処理を行わない。この場合、Ｓ８１で始点
ｘ_oをｐｔ＿ｃｏｕｎｔとし、Ｓ８２で終点ｘ₁をプロ
グラムの初期点ｌとする。

【００６２】また、上記Ｓ７４において、最終点でない
場合には、Ｓ８３に以降する。そして、Ｓ８３で教示点
番号が教示点数を超える場合には、教示点カウンタを１
とし、教示点カウンタの示す位置姿勢を始点とする。続
いて、Ｓ８４で軌道の終点を教示点カウンタの次のポイ
ントとする。次のＳ８５では、始点終点情報が決定され
た後に、この軌道の補間式を時間の多項式として決定す
る。また、上記Ｓ７２において、補間軌道の中間点であ
る場台には、上記補間式を決定する処理は行わない。

【００６３】Ｓ８６では、補間用のカウンタが示す時刻
を算出する。続いてＳ８７では、これを補間式に代入
し、塗装ガン８の位置姿勢を決定する。そして、Ｓ８８
では、この塗装ガン８の位置姿勢のデータを塗装ガン８
の目標値とする。尚、目詰まりプログラムでは、プログ
ラムがｌ回再生された後、目詰まり状態を流量計の検出
値によりチェックする。そして、流量計の検出値が所定
の値を超える場合には、目詰まりプログラムが終了した
ときに目詰まり警告を消去し、この直前に稼動していた
プログラムをロードしておくようにする。

【００６４】このように、教示点の最終点に着たときに
塗装ガン８で目詰まりが発生したときは、目詰まりプロ
グラムを実行して塗装ガン８を捨て吹き位置に移動さ
せ、塗料を噴射させることにより目詰まりを解消するこ
とができる。尚、上記実施例では、多関節型の塗装用ロ
ボットを一例として挙げたが、これに限らず、例えばレ
シプロケータに塗装ガンが装着された塗装用ロボットや
塗装ガンをＸ−Ｙ方向に移動させるＸ−Ｙ座標ロボット
等にも適用できる。

【００６５】また、上記実施例では、圧力制御弁２８及
び塗料ポンプ２９が第２アーム６の上面に設けた構成を
一例として説明したが、圧力制御弁２８及び塗料ポンプ
２９を第２アーム６以外の場所に設置することはでき
る。また、上記実施例では、塗装ガン８がスイベル機構
を有する手首部７に支持された構成のものを一例として
挙げたが、これに限らず、本発明は、スイベル機構を用
いない手首機構を有するもの、例えば特開平５−９２１
５５号に記載された塗装用ロボット等にも適用すること
ができる。

【００６６】また、本発明は、手首部の回動軸内部に塗
料を供給する流路を形成するように構成された塗装用ロ
ボット等にも適用することができる。

【００６７】

【発明の効果】上述の如く、請求項１記載の発明によれ
ば、ポンプ駆動用ドライバをロボット駆動用ドライバに
設け、ポンプ制御量演算手段をロボットコントローラに
設けると共にポンプ駆動用ドライバの入出力信号をロボ
ット駆動用ドライバの入出力信号と等しい形態としたた
め、ロボットコントローラの外部入出力部の占有点数を
減少させることができ、外部とケーブルで接続する必要
がないので、雑音（ノイズ）による制御信号の乱れを低
減し、制御性を向上させることができる。また、入出力
の変換演算がなくなり、演算処理時間が短縮できると共
に、単位時間当たりのサンプリング回数を増やすことに
より塗装品質を向上させることができる。

【００６８】また、請求項２記載の発明によれば、マニ
ピュレータの実動作速度に応じた制御量をポンプの制御
量に加える演算を行うため、塗装ガンの動作速度に応じ
た流量で塗料が供給されるため、塗装ムラが発生しにく
くなり、塗装速度を上げても均一な塗装膜となるように
塗装でき、塗装作業の効率を高めることができる。ま
た、請求項３記載の発明によれば、塗装ガンに供給され
る塗料の流量と目標流量とを比較し、目標流量に対して
塗料の流量が所定以下の状態が予め定めた時間以上継続
した場合には、流量を増大させる制御信号を出力するた
め、例えば塗料供給系路が異物等により絞られても塗装
ガンから吹き付けられる流量を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる塗装用ロボットの一実施例を示す
斜視図である。

【図２】手首部の構成を示す縦断面図である。

【図３】マニピュレータを動作制御する制御系の構成を
示すブロック図である。

【図４】マニピュレータを動作制御する制御系の構成を
示すブロック図である。

【図５】マニピュレータを動作制御する制御系の構成を
示すブロック図である。

【図６】本発明の変形例の塗料供給系路の構成を示すブ
ロック図である。

【図７】ＣＰＵが実行するロボット制御演算処理を説明
するためのＰＡＤである。

【図８】Ｓ１７で実行される塗料ポンプの駆動軸の制御
ループのブロック図である。

【図９】塗料の流量制御演算の手順について説明するた
めのＰＡＤである。

【図１０】図９の処理に続いて実行される塗料の流量制
御演算の手順のＰＡＤである。

【図１１】目詰まり検知の演算手順を説明するためのＰ
ＡＤである。

【図１２】軌道生成演算の手順を及び目詰まり時の処理
を説明するためのＰＡＤである。

【符号の説明】

１マニピュレータ４旋回ベース５第１アーム６第２アーム７手首部８塗装ガン１０ロボットコントローラ１１色替バルブユニット１９塗料供給チューブ２８圧力制御弁２９塗料ポンプ３０流量計７１エア制御装置７２ＣＰＵ７６ポンプ駆動モータ８１〜８６モータ８７〜９２ロボット駆動用モータドライバ９４ポンプ用モータドライバ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アーム先端に塗装ガンが装着されるマニ
ピュレータと、該マニピュレータの動作を制御するロボ
ット駆動用ドライバを有するロボットコントローラと、
該塗装ガンに塗料を供給する塗料供給ユニットとを備え
てなる塗装用ロボット装置において、前記塗料供給ユニットから供給された塗料を前記塗装ガ
ンに給送する塗料供給系路にポンプを設け、該ポンプを駆動するポンプ駆動用ドライバを前記ロボッ
ト駆動用ドライバに設け、前記ポンプの制御量を演算し、該制御量を前記ポンプ駆
動用ドライバに出力するポンプ制御量演算手段を前記ロ
ボットコントローラに設け、前記ポンプ駆動用ドライバの入出力信号を前記ロボット
駆動用ドライバの入出力信号と等しい形態としたことを
特徴とする塗装用ロボット装置。
【請求項２】上記請求項１記載の塗装用ロボット装置
であって、前記ポンプ制御量演算手段は、前記マニピュレータの実
動作速度に応じた制御量を前記ポンプの制御量に加える
演算を行う演算手段を有することを特徴とする塗装用ロ
ボット装置。
【請求項３】上記請求項１又は請求項２記載の塗装用
ロボット装置であって、前記ポンプ制御量演算手段は、前記塗装ガンに供給され
る塗料の流量と目標流量とを比較し、目標流量に対して
塗料の流量が所定以下の状態が予め定めた時間以上継続
した場合には、流量を増大させる制御信号を出力する手
段を有することを特徴とする塗装用ロボット装置。