JPS6026679B2 - 安全装置を備えた工業用ロボツト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は工業用ロボットに係り、特にロボットの動作時
間があらかじめ定められた時間から外れた場合にロボッ
トを停止せしめる安全装置を備えた工業用ロボットに関
する。

工業用ロボットはあらかじめ動作を教示し、その教示内
容に従って動作する方法が一般的である。

教示内容通りロボットが動作すれば問題ないが、ロボッ
トが暴走すると周囲の作業者や機器などに及ぼす影響が
大であり、このような場合にはその異常を検知してロボ
ットの動作を停止させるとか、何らかの保護を考える必
要がある。従来これらの異常、故障検出は、｛１１教示
されたデータを記憶装置に書き込む時、パリティビット
を付し、そのデータの講出し時にパリティチェックを行
ない、エラーがあった時に故障とみなす。

‘２１ ロボットの各動作軸の機械的な動作範囲の上下
限にリミットスイッチをもうけ、ロボットがそれに接触
した時故障とみなす。

【３｝ 油圧を使用する場合に、油圧が低下した時故障
とみなす。

などの方法で故障の検知を行なっていた。

‘１｝の場合はデータ書込時に異常を検知しようという
もので、実際の作動時における故障は必ずしも検知でき
ない欠点がある。｛２’の場合は機械的動作範囲の上、
下限に設けたりミットスイッチの作動によるもので、そ
れ以前に故障を検知しなければならない場合が少なくな
い。

‘３１‘ま油圧の低下を検知する方法であるが、間接的
な故障検知であって油圧が正常な場合の故障は検知出来
ない欠点がある。これ以外の、たとえば、ロボットが予
定外の何らかの機器に衝突し、動作できなくなった。

などの故障については、ほとんど人の監視に頼っていた
。しかし、省力化、自動化がすすむと、人による監視は
ほとんど期待できなくなり、安全性に高いロボットが要
求されるようになってきた。またコンテニュアンス・パ
ス制御方式による工業用ロボットでは教示された内容を
通常磁気テープに記憶し、該記憶内容によってロボット
を動作せしめ、ロボットの異常検知をロボットの可動部
動作時の加速度を検出し、所定の加速度からの偏差があ
らかじめ定めた値を越えた場合に異常とし、直ちにロボ
ットの動作を停止せしめる方法も試みられているようで
ある。しかしこの方法では、加速度検出回路のノイズに
対してもロボットを停止させてしまうこと、動作開始時
あるいは停止時、可動部の作動時における瞬時動作のの
速度変化によっても頻繁にロボットを停止させるので、
必ずさも実用的方法ではなかった。それに加速度検出器
は高価であるという欠点をも合わせて持つている。本発
明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、より実
用的で効果的な故障検出方式を備えた工業用ロボットを
提供することにある。

本発明の特徴はロボットの各動作軸につき、前以つて位
置移動量と位置決め所要時間の関係を求めておき、位置
決め開始時に各動作軸の位置決め所要時間を予測する。

該予測した各動作軸の位置決め所要時間を中心とした上
、下限時間を定め、該上、下限時間の範囲内でロボット
の各動作軸の位置決め完了が行なわれなかった場合に、
ロボットが故障したものとすることにある。以下、実施
例により具体的に説明する。

第１図は本発明の一実施例である工業用ロボット制御装
置の構成図であり、教示装置１、統括制御装置２、位置
決め制御御装置３、ロボット４、位置検出器５、記憶装
置６、故障検出装置７から構成される。

また第２図は、故障検出装置７について、一動作軸の詳
細を示したもので、減算回路１０、関数発生器１ １、
上下限値設定器１２、カウンタ１３、比較回路１４、Ｏ
Ｒ回路１５から構成される。まず、ロボットの動作モー
ドが「教示」の時は、動作モード設定信号３０により設
定され一般のロボット制御装置と何ら変るところはなく
、第１図において、スイッチＳ，〜ＳＮが川の側にあり
、操作者は教示装置１を操作してロボットを所望の位置
へ移動させ、記憶指令ボタン３１を押す。

これにより２から６に書込み読出し指令信号４０が与え
られ、５より与えられる各動作軸の現在位鷹Ａ，〜ＡＮ
なる信号５０が記憶装置６に記憶される。ここで、Ａｎ
・・・・・・位置検出器が与える番号ｎの動作軸の現在
位置ｎ・・・・・・・・・動作軸の番号（１，２、・・
・…Ｎ）Ｎ・・・・・・・・・最大動作軸数Ｂｉｎ・・
・記憶装置に記憶された番号ｎの動作軸の位置指令値１
・・・・・・・・・動作データの番号 第３図は記憶装置内の構成の１例で、Ａ．〜ＡＮが位置
指令値Ｂｉ，〜ＢＩＮなる信号６０として記憶される場
合を示している。

以上を繰返して作業の教示が完了する。

次に動作モード設定信号３０１こより「実行」とするこ
とによりプレイバック動作を開始する。（スイッチＳ，
〜ＳＮ）は‘ｏ｝側となる）まず第１図の統括制御装置
２は、第２図のカウンタ１３を信号４１によりリセット
し、記憶装贋６に対して読み出し指令信号４０を与え、
ｉ＝１に関するデータＢｉ，〜ＢＩＮが読出され、位置
決め制御装置３および第２図の減算回路１０に供給され
る。

次に統括制御装置２は減算回路１川こ減算指令４２を与
え、減算回路１０では、番号ｎの動作軸のＡｍなる現在
値５０と、前記Ｂｉｎとにより、番号ｉに関する位置移
動量△Ｂｎを求める。▲Ｂｎ＝Ｂｉｎ−Ａｎ （ｎ＝１
、．．．．．．、Ｎ）．．．．．．・‐‐【１１△Ｂｎ
は関数発生器１１に供給され、番号ｎの動作軸の位置決
めめ所要時間血を求めるが、これについてさらに詳しく
説明する。

第４図は、ロボットの速度一時間特性であり、‘ィ｝は
位置移動量△Ｂｎが小さく、最高速度に達する前に減速
する場合、【叩ま△Ｂｎが大きく最高速度による定速運
転が行なわれた後減速される場合で、速度を時間で積分
したものが位置移動量となる。したがって、△Ｂｎとｔ
ｎとの間には第５図に示すような関係があり、同図の○
からＰ【ィ）は第４図のイの運転、ＱからＰ【ローは第
４図口の運転の場合の特性である。同図ａは最高速度が
ＶＴの場合でｔｎ＝ｔｎａ、同図ｂはａと加速度は同じ
で最高速度がＶ，′とした場合でもｔｎ＝ｔｎｂ、同図
ｃは最高速度はａと同じであるが、加速度が大きい場合
でｔｎ＝ｔｎｃなどとなる。第２図の関数発生器１１は
第５図の関係をもとに、△Ｂｎを入力することによりｍ
を出力する関数発生器である。第２図上下限値設定装置
１２は与えられたｔｎから、位置決め所要時間の上下限
を決定する。

これは、たとえば、次式のごとく定める。下限位置決め
所要時間ｍｍｉｎ＝ｔｎＸ空局二上限 ″ ｍｍ似
＝ｔｎＸ１０害毒８■ Ｑ，８：％（通常はＱ＝８） すなわち、ｔｎｍｉｎ〜ｔｎｍはｘの間で位置決めが完
了すればロボットの動作が正常とする位置決めの上下限
時間を定める。

以上によってｔｎｍｌｎ、加ｍａｘが定まると、信号４
３が第１図統括制御装置２に入力され、第１図の２から
、位置決め制御装置３に対して位置決め開始指令４５を
、第２図のカウンタ１３に対してプリセット＆スタート
指令５５が出され、ｔｎｍａｘがカウンタ１３にプリセ
ットされるとともにカウンタ１３はクロツクの計数開始
する。すなわちここで下限値を設定して下限値よりも位
置決め所要時間が小さいときも異常と判断している。ロ
ボットの安全上からは、予測された所要時間に対し所定
の範囲内で位置決めがおこなわれていることが重要であ
る。カウンタ１３ではカウントされた値ｔｎ′がｔｎ′
２ｔｎｍ松のときはオーバフロー信号ｙを出力し、ｔｎ
′＞ｔｎｍ枇のときは信号ｔｎ′として比較回路１４に
出力する。

比較回路１４ではｔｎｍｉｎとの比較がおこなわれｔｎ
′ミｔｎｍｉｎのときは出力し、ｘ＝１とする。そして
ｔｎ′＞ｔｎｍｉｎのときは出力しない。すなわち上限
をカウンタ１３で、下限に対しては比較器１４でで監視
するようにした回路構成をとっている。ただし信号６５
はカリン夕１３、比較器１４に対する演算タイミング信
号である。

次に故障の検出原理について説明する。

第１図の位置決め制御装置３による番号ｎの動作軸の実
際の位魔決め時間をｒｎとすると、（ｉ）ｒｎ≦ｔｎｍ
ｉｎの時 位置決め制御装置３が出力した動作軸ｎに関する位置決
め完了信号５川こよるカウンター停止信号５５によりカ
ウンタ１３がストップされ、カウンタの示す仇′とｔｎ
ｍｉｎが１４にて比較され、ｔ′ｎミｔｎｍｉｎである
から出力ｘ＝１とする。

この信号はＯＲ回路１５を通じて故障検出信号１７とな
り、非常停止回路１６へ送られてロボットを停止すると
ともに、どの動作軸が故障したかを表示器１７にて表示
する。なお、カウンタ１３は仇ｍａｘまで計数していな
いのでオーバーフロー信号ｙ＝Ｕである。

また信号５０′は信号位置決め完了信号であると同時に
、次の教示点を記憶装置６から議出した時点では現在位
置信号として利用され、目標位置までの偏差信号（位置
移動量）の演算に利用される。（ｉｉ）ｍｍｉｎ＜ｔ′
ｎ＜ｔｎｍａｘの時（ｉ｝と同様に比較回路１４にてｔ
ｎｍｉｎとｍ′が比較され、ｍｍｉｎ≦ｔ′ｎであるか
ら比較回路１４の出力ｘ＝０である。

また、カウンタ１３もｍ′くｔｎｍａｘであるからｙ＝
０であり、ロボットは正常である。（ｉｉｉ） ｍ′Ｚ
ｔｍｍａｘの時 比較回路１４の出力ｘ＝０であるが、カウンタ１３はオ
ーバーフローしｙ＝１となり、ＯＲ回路１５を通じてロ
ボットを非常停止する。

すなわち、ｔｎｍｉｎ〜ｔｍｍａｘの間で位置決めが完
了しない場合、ロボット故障とし、非常停止回路を作動
させてロボットを停止させるとともにその故障表示を行
なうものである。

本発明の効果は、位置決め完了信号が所定の時間の範囲
内で発生しないような故障に対し、ロボットを一動作に
要する時間からの一定偏差以内で停止できるため、ロボ
ットの暴走などによるロボット自体の損傷、外部機器あ
るいは人との衝突の危険性を最小限に押えることが可能
で、ロボットの安全性が大きく向上する。

また、本発明により、多数の動作軸のうちいずれが故障
したかが明らかとなり、故障個所の発見に要する時間が
少くて済む効果をも有する。

第５図の特性は、ロボットが搬送するワ−クの重量によ
って変化する。また、加速度、あるいは、第４図の最高
速度ＵＴが可変のものは、これらによっても第５図の特
性が変化する。

例えばａは最高速度Ｖ，、ワーク重量Ｗ、ｂはＶＴ，Ｗ
′でＷ′＜Ｗの場合、ａはａと同一のＷでＶＴのみを変
えＶＴ′＞ＶＴの関係にある場合の例示である。一般に
は例えば最高速度をあらかじめ定め、ワーク重量は量産
品のようなものを扱う場合にはほぼ同じ重量のワークを
扱うごとになる。また加速度についても頻繁に設定変更
するものでもない。したがって最高速度、加速度、ワー
ク重量があらかじめ定められた条件のもとに、例えば第
５図ａのような関数により△Ｂｎとｔｎとの関係がさま
る。例えば、ワーク仕様の異なるものが混在している場
合には、速度、加速度を一定とし、ワーク重量をパラメ
ー外こした関数例えばａ，ｂのようなものが用意される
。この場合第６図に示すように、それらをパラメータと
して関数発生器１１に与え、パラメータに従った１，ｎ
を出力するようにすることもできる。この関数発生器は
加速度、最高速度、ワーク重量のひとつあるいはこれら
の組合せを変えてあらかじめ基準となる動作時間を実測
あるいは計算などによって求めてあらかじめ記憶してお
く、そしてその動作条件によって該当するデータを読出
すようにして構成することができる。例えば最高速度が
一定で、加速度をパラメータにした場合の第５図に示す
特性は第７図のようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明になる工業用ロボットの制御装置の構
成図、第２図は１動作軸についての故障検出装置の構成
図、第３図は記憶装置に記憶されるデ−夕の構成例、第
４図は速度一時間特性、第５図は位置移動量一位置決め
所要時間特性、第６図はパラメータを用いる関数発生器
の説明図、第７図は第６図の１例をそれぞぞれ示す。 符号の説明、１…教示装置、２…統括制御装置、３…位
置決め制御装置、４・・・ロボット、５・・・位置検出
器、６・・・記憶装置、７・・・故障検出装置、１０・
・・減算回路、１１・・・関数発生器、１２・・・上下
限値設定値、１３・・・カウンタ、１４・・・比較回路
、１６…非常停止回路、１７・・・故障表示器。 デー図弟Ｚ菌第３図 第５図 繁ワ図 劣〆函 弟夕顔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ あらかじめ教示された位置データにしたがつて順次
   複数作動軸の位置決めをおこなうロボツトであつて現在
   位置から次の教示位置に位置決めをおこなうときの軸の
   作動時間を監視するロボツトにおいて、該複数の作動軸
   の各々の現在位置と次の教示位置とから該次の教示位置
   までの位置移動量を演算する位置移動量演算手段と、該
   演算で求められた位置移動量（ΔＢ＿ｎ）を入力信号と
   し、ワーク重量または移動最高速度または移動加速度を
   パラメータとして該位置移動量に対応してあらかじめ定
   められた位置決め所要時間（ｔ＿ｎ）を出力信号とする
   関数発生器と、該位置決め所要時間に対してその上下限
   値を演算設定する上下限値演算設定器と、該上限値をプ
   リセツト実際の位置決めに要した時間が該プリセツト値
   を越えたときにオーバーフロー出力信号を発生するカウ
   ンタと、該実際に位置決めに要した時間が該設定された
   下限値よりも小さいときに出力信号を発生する比較器と
   、該カウンタのオーバーフロー出力信号あるいは該比較
   器の出力信号により非常停止をおこなう非常停止回路と
   、該出力信号に対応する複数作動軸のどの軸が故障した
   かを表示する表示器とから成る安全装置を備えたことを
   特徴とする安全装置を備えた工業用ロボツト。