JPS5845886A - 産業用ロボツト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、コンピュータを附属し、これによって制御
されるべくした産業用ロボットにおいて、２ 数置された速度制御装置を含むものに関する。

コンビ・二一夕で制御される産業用ロボットは周知であ
る。そして、各制御軸の制御特性は、その・エンドエフ
ェクタの移動経路を正確となしうるように制御されるの
が望ましい。

それ故にこの発明においては、各制御軸毎の分速度に対
応した加減速を制御しうるようにして。

前述要望に対応しうる産業用ロボットを提供しようとす
るものである。

以下この発明の一実施例につき詳述する０この実施例で
は、産業用ロボットとして、多関節ロボットを例とした
が、この発明をこの実施の形態に限定するものでは々い
。

第１図は多関節ロボッ）Ｒを示す。

ロボッ）Ｒは基台ｌに旋回勾自在に軸支Ｊ、された垂直
回転軸２を備える。軸２端部には水平方向の軸Ｊ２によ
って第一の腕８を俯仰α２自在に関着する０さらに腕８
端部には軸Ｊ２と平行表軸Ｊ３によって第二の腕４を俯
仰α３自在に関着する。腕４先端は手首として構成され
、すなわち回転機構Ｊ４を介Ａ８ して、軸Ｊ３と直角方向の回転軸５が回転角α４自在に
支承される。さらにこの軸５先端にはこの軸５と直角方
向の軸Ｊ５によって、振り角α５自在にエンドエフェク
タ６を支承する。エンドエフェクタ６はこの実施例では
溶接トーチであり、その先端Ｐはその溶接点である。か
くして溶接点Ｐの位置、およびトーチ６の垂直軸まわり
の旋回角φおよび水平面に対する姿勢角ψが制御されう
る。なお腕８、腕４、およびトーチ６は、その支承軸ま
わシの動力モーメントは公知の手段によって平衡が保た
れているものとする。

第２図はロボットＲを制御する装置のノ・−ドウエアを
示す。

ＣＯはコンピュータであり、公知のＣＰＵ％ＲＯＭおよ
びＲＡＭを含む。

Ｓ　Ｅ、は軸２の旋回角α１を制御するサーボ手段であ
る。手段Ｓ　Ｅｌは旋回角α１を強制する電動モータＭ
１、このモータＭｌの回転軸に連接されるタフゼネレー
タ０１ｓ　およびインクレメンタルシャフトエンコーダ
Ｅ１を含む。またＤＩはＤ／Ａコンバータであ特開昭５
８−４５８８Ｇ（２） す、コンピュータＣＯからのディジタル指令値を入力し
てアナログ化して出力する。ＡＩはこのアナログ出力値
とタコゼネレータＧ１の出力値との差を入力するべくし
た。サーボアンプである。そしてアンプＡＩは電流制限
手段を含まないものであるとし、かつその出力でモー゛
りＭｌの回転が制御されるべく接続されている。Ｃ１は
カウンタであり、エンコーダＥ１からの出力をカウント
し、出力するべく接続される。

迂Ｅ２は角α２を、Ｓ　Ｅ３は角α３を、Ｓ　Ｅ４は角
α４を、Ｓ　Ｆ、５は角α５をそれぞれ制御するサーボ
手段であり、その内容はいずれもサーボ手段Ｓ　Ｅｌと
同様であると理解されたい。

またこの実施例では、操作パネル１００が設けられる。

この操作パネル１００には、ロボッ）Ｒをどの動作モー
ドで動かすかを指示するモード切換スイッチ１０１が設
けられる。このそ−ド切換スイッチ１０１は、マニュア
ルモード−１テストモード■およびオートモード囚のい
ずれかのモードを選択的に切換えて設定できる。操作パ
ネルｌ５ ００には、さらに、押ボタンスイッチ１０８が設けられ
る。押ボタンスイッチ１０８は、オートモードのスター
ト指令を与えると共に、ティーチングモードにおけるテ
ィーチング指令を与えるために操作される。第２のモー
ド切換スイッチ１０６は、直線補間動作υ、円弧補間動
作（ｃ）もしくはウィービング動作Ｗのいずれかを選択
的に設定するためのものである。さらに、速度設定器１
１１が設けられる。この速度設定器１１１は、溶接トー
チ６かりしたがって溶接点Ｐの移動すべき速度を指令す
るためのものである。操作パネル１００には、２つのグ
ループのマニュアルスイッチ１１９゜１２１％　１２８
．１２５および１２７ならびに１２９．１８１，１８８
．１８５および１８７が設けられる。スイッチ１１９な
いし１２７は、ロポッ）Ｒを直角座標系すなわちＸＹｚ
系で位置制御する次めに操作される。一方、スイッチ１
２９ないし１８７Ｆｉ、各回動角αｌないしＣ５を直接
に制御するために用いられる。そのために、この操作パ
ネル１００にはスイッチ１１９ないし１２７のグ／Ｉ６
６ ループかまたはスイッチ１２９ないし１８７のグループ
のいずれを有効にするかを選択する。系切換スイッチ１
１７が設けられる。したがって、この系切換スイッチ１
１７を左方（第２図において）に切換えれば、マニュア
ルスイッチ１１９ないし１２７のグループが有効化され
、スイッチ１１７を右方に切換えることによってマニュ
アルスイッチ１２９ないし１８７のグループが有効化さ
れる０ これらマニュアルスイッチ１１９ないし１２７および１
２９ないし１８７は、それぞれ８つの位置をとることが
でき、この第２図において実線で示す位置がニュートラ
ル位置である。そして、スイッチ１１９．１２１％　１
２８社、それぞれＸ軸、Ｙ軸および２軸を制御するため
に用いられ、その直角座標の原点から遠ざかる方向がア
ップ方向Ｉとして、その原点に近づく方向がダウン方向
（６）として、規定されている。また、スイッチ１２５
は溶接トーチ６の旋回角φを制御するために用いられ、
スイッチ１２７は溶接トーチ６の姿勢角ψをＡ７ 制御するために用いられる。そして、これらスイッチ１
２５．１２７は、溶接トーチに関連する角度φおよびψ
を、それぞれ、時計方向（Ｃ）または反時計方向（ＣＣ
）に制御することができる。同様に、α系のマニュアル
スイッチ１２９ないし１８７も、６腕ないし軸の回動角
α１ないしα５を、それぞれ、時計方向（Ｑまたは反時
計方向（ＣＣ）に制御することができる。

そして、サーボ手段Ｓ　Ｅ、％Ｓ　Ｅ２、Ｓ　Ｅａ、Ｓ
　Ｅ４、ならびにＳ　ＥＳ％およびパネル１００は、コ
シピニータＣＯのパスラインＢに図示しないインタフェ
ースを介して接続されているものとする。

以下前述実施例の作用を、フローチャートを参照しつつ
説明する。

まず、オペレータは、スイッチ１０１を操作してマニュ
アルモートニスル。

そうすると、コンピュータＣＯ内のＣＰＵは、その内部
に設けられたクロックソースからのクロックを受けるタ
イマを有し、そのタイマはクロックに応じて成る一定時
間ごとに出力を発生する〇そしてＣＰＵでは、そのタイ
マの出力があれば、それによってインタラブドがかかる
（ステップ−８ｌ）。次にステップＳ２では、操作ノ（
ネル１００）各軸のマニュアルスイッチ１１９，１２１
．１２Ｂ、１２５および１２７さらに１２９．１３１１
ｔａａ、１８５および１８７が、すべて、ニュートラル
位置に保たれているかどうかを判断する０換言すれば、
このステップＳ２では、これらマニュアルスイッチ１１
９表いし１８７のいずれｉ−７５Ｅ操作されているかど
うかを検出する。続くステップＳ８では、系切換えスイ
ッチ１１７（第２図）がα系に切換え６−れているか否
かを判断する０すなわち、この発明では、マニュアル操
作は、α系とｘｙｚ系とのいずれでも操作しうるもので
あるが、通常Ｆｉ、ｘｙｚ系で操作するべく、系切換え
スイッチ１１７はｘｙｚ系に切換えておく。なぜなら、
直角座標系で指令した方がワーク、ピース（図示せず）
の溶接線が相互に直角方向に延長されている場合が多く
、シたがってオペレータにとってもトーチ６（第１図）
をこの溶接線に沿って移動９ させやすく、また補間演算等を行ないやすいからである
。

したがって、このステップＳ８において系切換えスイッ
チ１１７がｘｙｚ系に切換えられていると判断した場合
、続くステップＳ４において、ＸＹＺ系で操作されたス
イッチの操作方向に対応して指令値を増減する０すなわ
ち、このステップＳ４においては、操作パネル１００か
らの信号に基Ｕもしくはり、ＣもしくはＣＣ）と速度決
定器１１１で設定された速度とに基づいて、上述のタイ
マ時間に対応した指令値（基本量）を増減する。

そして、このようにｘｙｚ系で指令値を与えた場合には
、続くステップＳ５において、ｘｙｚ系からα系への座
標変換を行う。このような座標変′換は、従来周知であ
り、かつこの発明の要旨に直接関係ないので、詳述しな
い。

このようにして、系切換えスイッチ１１７がｘｙｚ系に
切換えられている場合には、ステップＳ扁１０ ４で与えられるｘｙｚ系の指令値をステップＳ５におい
てα系に変換し、続くステップＳ６で出力し、それぞれ
の関節角を駆動制御する。

もし、何かの理由でα系で制御を行う場合には、系切換
えスイッチ１１７をα系に切換える。そして、ステップ
Ｓ７において、α系で操作されたスイッチ１２９，１８
１％１８８，１８５または１８７の操作方向と速度設定
器１１１で設定された速度とに基づいて、上述のタイマ
時間に対応した指令値を増減する。このように、α系で
指令値を与えた場合には、後述の補間演算のために、続
くステップＳ８において、α系からｘｙｚ系への座標変
換を行う。この座標変換についても前述同様の理由で詳
述しない。そして、ステップＳ７で与えられたα系の指
令値に応じて出力し、駆動する（ステップ８６）。

ティーチングする場合には、操作パネル１００のスター
トボタン１０８を押す。すなわち、モード選択スイッチ
１０１をマニュアルモードＭにしてスタートボタン１０
８を押すことによって％ＣＡ１１ ＰＵにティーチングのインタラブドがかかる。ＣＰＵで
は、そのようなインタラブドがかがると、そのときの位
置情報ならびにその他の情報をＲＡＭの所定の記憶エリ
アに記憶させる。このように。

ティーチングに際しては、ｘｙｚ系で記憶させる。

これは、前述のように補間演算に都合がよいからである
。

つぎに、この実施例のオートモードの動作について説明
する。オートモードの場合には、操作パネル１００にお
けるモード選択スイッチ１０１をオートモード（４）に
設定する。そして、スタートボタン１０８を押す。応じ
て、ＣＰＵは、ステップＳ９において、ＲＡＭの適宜の
記憶位置に形成されるステップカウンタ（図示せず）を
リセットし、ステップ８１０においてそのステップカウ
ンタをインクリメントする。そして、ステップ８１１に
おいて、ＣＰＵは、ＲＡＭから、先にティーチングされ
ている各ステップの指令情報のうち、ステップ８１０で
インクリメントされたステップＭの教示指令情報を読み
出してロードする。続くステ特１ｍＢ：５８−４５８８
６（４） ツブ８１２において、そのロードされたステップＭの指
令情報に直線補間指令が含まれるが否かをチェックする
。これは、指令位置情報とともに直線補間を表す識別情
報が、ロードされたか否かによって判断することができ
る。

直線補間であれば、続くステップＳ１８において目標位
置をステップＭの教示指令位置としたのち、ステップＳ
１４において直線補間を行う。

ここで、第５図を参照して直線補間のサブルーチンにつ
いて説明する。直線補間のサプルーチ／では、その最初
のステップ８１５において、現在位置と目標位置をｘｙ
ｚ系で、内分計算する。すなわち、内分ΔＳ＝指令速度
ｖ×内分時間Ｔ（例えり０．２秒）とし、そのΔＳごと
に直線補間点を計算する。続くステップＳ１６において
、そのような内分計算が終了したか否かを判断する。そ
うでなければ、ステップ８１７において、先のステップ
Ｓ５（第８図）のように、ｘｙｚ系からα系への座標変
換を行う。続くステップ８１８においては、α系での補
間演算を行う。すなわち、ステム１８ ツブＳ１５において、時間Ｔ（例えば０．２秒）ごとに
直線補間点を計算して内分ΔＳを求めるが、このΔＳの
間はさらに平滑に結ぶために、その間をα系で補間する
。すなわち、ΔＳをへたてた２点間の角度差をαｌない
しα５までの各軸についてｎ等分（例えば１０等分）に
補間する。そしてステップＳ１９においてとの各自を指
令値として出力し、各軸を駆動する。これによって、い
っそう滑らかな制御を可能にする。続くステップ８２０
においては、ステップ８１８におけるα系による内分が
終了したか否かを判断する。そうであれば先のステップ
８１５に戻り、そうでなければステップ８１８に戻る。

なお、先のステップ８１６において、内分終了を判断し
たときには、現在位置情報を目標位置情報で更新してメ
インルーチンに戻る（ステップ５２１）。

ステップ８１２において、直線補間でなく１例えば円弧
補間の場合も、直線補間に準じて８点を通る円弧上のΔ
Ｓをへだてた点を求めて補間する。

その詳細についてはこの発明の直接の要旨でもな１４ いので詳述しない。

ここで前述ステップ８１８におけるα系での補間は、こ
の発明の要旨を含むもの数取下さらに詳述する。

すなわち、ΔＳをへだてた２点間における、各軸αｌな
いしα５の角度変化分Δαを、ｎ等分してその各角度を
求める（ステップ５２２）。

そして、このようにして求めた各角度情報を位置指令値
として出力するに際し、各軸の回転速度も決定されなけ
ればならない（ステップ８２３）。

この速度決定の詳細を以下さらに説明する（第７図およ
び第８図参照）。

すなわち、まず、ＲＯＭには各制御軸毎のモータＭｌな
いしＭｓ（Ｍｔを除き図示せず）の最大加減速常数ａｌ
ないしａＳ（第９図における最大加減速傾斜角の圧切）
がテーブルとして記憶されているものとし、これらの定
数を読み出す（ステップ８２４）。

次にΔＳの間における各軸の、すなわちαｌ軸に対応す
る教示指令速度Ｖ１（ｎ）、ないし、α５軸に対応４１
５ する教示指令速度Ｖｓ（ｎ）を演算し、その値をＲＡＭ
に取り込む（ステップ５２５）。教示指令速度ｖｌ（ｈ
）ないしＶｓ（ｎ）の演算は、前述したΔＳをへたてた
２点間の各座標角の変位ΔＳを時間Ｔで除した値として
計算する。

次にこの取り込んだ教示指令速度Ｖ１（ｎ）ないしｖ５
（ｎ）と、一つ前の教示指令速度Ｖ１（ｎ−１）ないし
Ｖ５（ｎ　−１）との差から、各制御軸毎の最小加速減
速時間ｔ１ないしｔ５を演算する（ステップ８２６）０ すなわち今の場合、Ｖｎ（ｎ−１）Ｆｉいずれも零、各
軸の加減速常数はステップＳ２４におけるａｌないしａ
５を用いて、 ｔ１＝− ａｌ 但し２回目以降においてはｈ　ＶＨ（ｎ　　１　）は前
回における値とする。

さらにこのようにして求めた時間ｔ１ないしｔ５のうち
、最大の時間ｍａｘ［：ｔα〕を判断してＲＡＭに取り
込む（ステップ５２７）。第９図においては、ｍａｘ（
ｔα〕はいずれもｔｌである０そしてこの取り込んだ時
間ｍａｘ［ｔα〕を共通とするような各軸の加減速定数
ａｏｎを求める（ステップ８２８）。すなわち 次にＲＡＭの「ν」の値を１とする（ステップ８２９）
ｏここでνは、サーボループ実行回数をあられす符号と
する。

そのうえで各軸に対するサーボループを実行する（ステ
ップ５８０）。

扁１７ 次にνとＮとを比較する。ここでＮはループの設定回数
とする（ステップ５８１）。

Ｎがνより大なれば、νに１を加える（ステップ８Ｂ２
）。

そうでなければ、ステップ８２５に戻る０次にサーボル
ープ°のサブルーチンの内容を第８図を参照しつ＼詳述
する。

まず、各軸毎にその教示指令速度Ｖ（ｎ）と、そのとき
の計算速度ｙ（ν）＝Ｖ　（ｎ　−１）　＋　ａｏνｔ
とを比較する。ここでａＯはステップ８２８で定め次加
減速定数であり、ｔはサイクルタイム（例えば時間Ｔの
１イ。のさらに１／１ｏ）である（ステップ８８８）０ そしてＶ　（ｎ）の方が大であれば、加減速常数ａは１
ａｏｌとして実行指令速度？（ν）＝　ａνｔ＋　Ｖ　
（ｎ　−１）を演算する（ステップＳ８４および５８５
）。

反対にＶ　（ｎ）が小であれば、加減速常数ａは一１ａ
ｏｌとして、実行指令速度Ｖ（ν）を演算する（ステッ
プ８８６および８８７）。

もしＶ（ｎ）と憂（ν）とが等しければ、指令速度Ｖ（
ν）１８ をＶａｎ）と等しくする（ステップ８８８）。

そしていずれの場合もＶ（ν）を実行指令値として出力
する。

かくしてこの作用をくり返して、ステップ８１９におけ
るα系での駆動により、各内分点間の各制御軸の駆動が
実行される。そしてこのとき、ステップ８２７において
、最も時間のかかる軸の加減速時間を選定し、ステップ
８２８でこの時間を各軸共通として各軸の加減速定数ａ
Ｏを定めるものであるから、各制御軸が指令速度Ｖ　（
ｎ）に到達する時間は一致し、また、各モータの加減速
時の電機子電流もある限度以下におさえうるものである
（第１Ｏ図参照）。特にこの実施例のように多関節ロボ
ットで直線補間をする場合のように、各回動角に加速度
が作用するものについては、その効果をより発揮しうる
ものである０ ま九前述実施例においては、腕３．４およびトーチ６に
ついては、重力モーメントを常に平衡させるものとして
説明した。実際はいくらか不平衡が存在する場合もある
が、もしこの不平衡をも考扁１９ 慮したいならば、この不平衡を検出しつる何らかの公知
のセンサを設け、この不平衡を考慮した各動力の加減速
時間のテーブルをあらかじめメモリに記憶させておき、
前記不平衡検出出力によってこのテーブルから該当する
加減速時間金読み出し、これによって前述の各制御を実
行するようにしてもよい。

またさらに、このような多関節ロボットにあっては、各
関節部分における慣性モーメントは一定ではなく、それ
より先端部分の関節角によって異なってくる。この慣性
モーメントをその都度演算して、またはあらかじめテー
ブルとして記憶させたうえで、それらの慣性モーメント
に対応する各動力の加減速時間を例えば別のテーブルか
ら読み出し、これによって同様の制御を実行するように
してもよい。

この発明は前述実施例にかぎることはないのであって、
例えば各制御軸の動力は電気モータのはか、油圧動力で
あってもよく、この場合はサーボ弁を同様に制御すれば
よい。またロボット本体は′ｖｔ開昭５８−４５８８６
（６） 他の座標系例えば直角座標系の構成とし、座標変換操作
の伴なわない場合であっても、同様に実施して有効なも
のである。その他この発明の技術的思想の範囲内におけ
る、各構成の均等物との置換も、またこの発明の技術的
範囲に含まれる。

この発明は前述したとおりであるから、簡単な構成で産
業用ロボットのエンドエフェクタの移動経路を正確とな
すと共に、それぞれの制御軸駆動動力を小形となしうる
など、効果顕著な発明である０

【図面の簡単な説明】

図面はいずれも仁の発明一実施例を示し、第１図はロボ
ットの全体機能図、第２図は制御装置のブロック図、第
８図ないし第８図は制御装置におけるフローチャート、
第９図および第１０図は作用説明曲線図である。 Ｒ−°・産業用ロボット、Ｓ２５およびＳ２６・・・（
イ）手段、Ｓ２７・・・（ロ）手段、８２８・・・（ハ
）手段、８８８代理人　弁上　正（はか１名）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　コンピュータによって制御されるべくした産
   業用ロボットにおいて、各制御軸に対する速度制御装置
   には下記する手段を含む。 （イ）各軸の教示指令速度の変化から、各軸の最小加減
   速時間を演算する手段。 （ロ）（イ）で演算した最小加減速時間のうちの最も時
   間のかかる軸の前記加減速時間を取り込む手段。 （／→　（ロ）で取り込んだ前記加減速時間を各軸共通
   とするように各軸の加減速定数を定める手段。 に）（ハ）で定めた加減速定数によって、各軸の実行指
   令速度を求める手段。
2. （２）前記産業用ロボット社多関節ロボットである。 特許請求の範囲第１項記載の産業用ロボット。