JPS6044293A

JPS6044293A - 産業用ロボットの制御装置

Info

Publication number: JPS6044293A
Application number: JP58149627A
Authority: JP
Inventors: 霜村　来爾
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-08-18
Filing date: 1983-08-18
Publication date: 1985-03-09
Also published as: EP0137962B1; JPH0248400B2; US4612487A; EP0137962A1; DE3482415D1

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】〔発明の利用分野〕本発明は、産業用ロボットの制御方式に係り、特に関節
形、極座標形、或いは円筒座標形など、いわゆる駆動節
が回転運動をするように構成された産業用ロボットに適
用して作業者の安全とロボットの保護とが充分に得られ
るようにした制御方式に関する。

〔発明の背景〕

ｏ　ホｙトの動゛作形態としては種々のものが知られて
いるが、その中で駆動節が回転運動からなる関節形、極
座標形、円筒座標形などのロボットにおいては、その作
動領域が各作動軸の最大と最小の作動角度間で定義され
、それらが組合わされた結果、このようなロボットの作
動可能領域は極めて複雑な形状の空間となり１作業者に
とって直感的には理解し難いものとなっている場合が多
い。

関節形のロボットを例にとってみると、この関節形のも
のにおいては、一般に主軸３軸と複数軸の手先から構成
されており、例えば、第１図ｔｉ）、（１１）に示す関
節形ロボットでは３つの主軸Ａ３、Ａ２、Ａ３のそれぞ
れによる角度変化範囲θ１、θ２、θ３と手首の２軸の
それぞれによる角度変化範囲θ４、θ、とを有し、これ
らのうち主軸Ａ　３、Ａ２、Ａ３の３軸の作動による手
首の先端Ｐの可動可能領域は、これらの図の中で二点鎖
線で示した範囲Ｍとなり、空間的に極めて複雑な領域と
なってしまう。なお、この第１図において、（ｉ）は上
面からみた図、（１υは側面からみた図である。

実際には、このような主軸３軸による領域に対して更に
手首の２軸による可動範囲θ４、θ５が重畳されるため
、手首の先端Ｐ点の動きは更に複雑なものとなり、単純
な二次元上での表現は不可能に近いものとなる。

従って、このような関節形ロボットなど、いわゆる駆動
節が回転運動する形式のロボットの可動領域は、作業者
がみて直ちに理解し得るものとはなっておらず、実際に
操作した場合にその手首先端部Ｐ点がどこからどこまで
動い℃しま５のかを子じめ予想することは極めて困難で
、この為、従来のロボットの制御方式では、ティーチン
グ時などロボットの操作中に、手首先晧部を思いがけな
い位置にまで動かしてしまい、動作速度にもよるが、作
業者に危険を与えたり、ロボットの破損を生じたりして
しまうという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除き、作業
者−によるロボットの可動可能領域の予想が容易で、テ
ィーチング時などでの作業者の安全とロボットの保護が
充分に保たれるようにした産業用ロボットの制御方式を
提供するにある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するため、本発明は、そのロボットが本
来もっている可動可能な領域に対して、その中に任意の
形状と大きさの三次元空間を設定し得るようにし、ティ
ーチングなど所定の動作時におけるロボットの動きを上
記三次元空間内に限定するようにした点を特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明による産業用ロボットの制御方式の実施例
について１図面を参照して説明する。

まず、本発明の一実施例によれば、ティーチング操作な
どに入る前に、作業対象となるワークを考慮してそれを
包含する直方体形の三次元空間を予じめ想定する。そｌ
−て、との予じめ想定した直方形の三次元空間内でだけ
ロボットが動けるように設定する。

ところで、上記した関節形ロボットにおいては、その手
首の先端部を直線軌道に沿って容易に動かすことができ
るようにするため、いわゆる直線補間機能を備えている
のが一般的であり、このようなロボットに於ては、ロボ
ットの各軸を動かすために必要な関節角度と共に、手先
先端の直角座作系での位置（ｘ、ｙ、ｚ座標）も常に計
算し、それをメモリ上に格納してゆくようになっている
。

このため、手先先端位置の可動領域を直角座標系上で設
定しておけば、動作目標点位置が、直角座標系上の可動
領域内に存在するか否かをチェックすることは、極めて
簡卑である。

一方、作業者にとっても、ロボット手先先端位置の可動
領域が直交座標系上の領域で設定できれば、対象ワーク
を包含する作業エリアを直方体の空間として想定できる
為、ロボットの動作エリアの推定が容易であり、安全性
が増すことになる。

たとえば、ロボットの対象作業とするワークが、第２図
の斜）腺Ｌ　Ｐｑにセットできるものであれば、これに
応じてロボットの手先先端も、この斜線り内を動作する
だけとすればよく、作業者は、通常ではこの範囲の注意
をしておけばよい。なお、第２図（ｉ）では、ロボット
上方から見た一平面を示しているが、第２図（ｉ幻に示
すように、側面から見ても同様な長方形の可動領域りを
設定することにより、直方体の可動領域となり、作業者
にとって判り易い可動空間となる。

本発明は、このような認識のもとに′Ｗｔ成されたもの
で、第３図はその一実施例であり、この第３図において
、１はロボット制御装置、２は操作キー、３はディスプ
レイ装置の表示面、４はティーチングコンソール、５は
ロボット本体である。

ロボット制御装置１は操作キー２やティーチングコンソ
ール４などによって入力される信号の取込みと、それに
基づいてロボット本体５の動作を行なわせる働きをし、
その際、必要な操作指令やデータを表示面３に表示させ
る働きもする。また、この制御装置１の中には可動領域
設定用の機能モジュールが装備されており、この機能モ
ジュールを呼び出すキーが操作キー２の中の１つに割合
てられていて、それが可動領域設定キーとなっている。

なお、この可動領域設定モジュールや可動領域設定キー
を除き、その他の機能や動作は、ティーチングコンソー
ル４も含めて周知のロボット制御装置と同じであるから
、その詳しい説明は省略する。

次に、この実施例の動作について説明する。

まず、制御装量１の操作キー２の中に設ゆられている可
動領域設定キーを押すと、ディスプレイ装置の表示面３
に第４図に示すような可動領域設定画面が表示される。

ついで、この画面上でカーソルＣを用い、可動領域を直
交座標系上で表わしたデータＸ、Ｙ、Ｚを操作キー２に
よって制御装置１に順次入力する。

このときのデータＸ、Ｙ、Ｚは第２図（ｉ）、ｔｉｉ＋
の可動領域りをそれぞれの座標軸における最小値と最大
値で表わしたデータＸＸＹＭ工ＮｊＭＡＸｔＭ工ＮＩＺＭＡＸ、ＭＩＮ　Ｉ　ＺＭＡＸとなる。なお、このとき
、データを入力しなかった座標軸については、そのロボ
ットにおいて設定可能な数値の最小値と最大値、つまり
、その設定しなかった座標軸が第２図（ｉ）、００の二
点鎖線と交わる点のデータが自動的に設定されるように
なっており、従って、三次元空間にわたって可動領域を
設定しなくても、二次元についてだけ、例えばＸ軸とＹ
軸だけについて設定しただゆでも動作し、設定操作を簡
単にすることができる。

こうして、６種のデータが設定されると、それらは制御
装置１の中のメモリに格納される。

さて、次に、この実施例によるロボット制御装置１は、
ロボットのティーチング操作時、プレイバンク動作時な
ど、次々と移動目標位置データが与えられ、ロボット本
体５を成る目標位置から次の目標位置に動かそうとする
ととに第５図のフローチャートにしたがった処理が実行
されるように淘成しである。

この第５図の処理に入ると、まず、ステップ■では、そ
のとき与えられた次の目標位置データを直交座標軸デー
タＸ。＋　’ｌ　Ｇ　ｐ　”　ｏに変換するための計算
が行なわれる。

ステップ■では、上記したようにして制御装置１のメモ
リに格納しである、可動領域を設定するタメノ直交座標
軸データＤ（ＸＭＩＮ　Ｉ　ＸＭＡＩ　？Ｙ　Ｙ　Ｚ　
Ｚ）を読出しておＭＩＮ　ア　ＭＡＸ　Ｉ　ＭＩＮ　ｊ　ＭＡＸき、これ
らと上記ステップのでめたデータＸ。、Ｙ　Ｇ　、ｚＧ
との比較を行ない、比較結果に応じてフラグをＯ又は１
にセットする。

ステップ■での結果がＹ　Ｅ　Ｓになったときにはステ
ップ■に進み、次の目標位置に対応した各関節の角度θ
１をデータＸ。、ｙｏ、ｚｏの関数としてめる。従って
、ロボットの関節、つまり回動軸が第１図に示すロボッ
トのように、主軸３軸、手直２　ｆｔ’１ｌｌＯ場介に
は、に５となる。

ステップ■では、ロボット本体５のそれぞれの関節に対
して、それぞれに許されるものとして予じめ定めである
最小回動角Ｏｉ　ＭＩＮと最大回動角θ・　（これを可
動可能角度データという）と　ＭＡＩをＲＯＭなどから読出しておき、ステップ■でめた角度
データθｉがθｉ　ＭＩＩＪとθＩ　ＭＡＸの間に収ま
っているか否かのチェックを行なう。なお、この場合で
は（ｉ＝１〜５）となっていること上述のとおりである
。

ステップ■で゛はステップ■の処理による結果を判断し
、それがＹＥＳとなったらステップのに進み、角度デー
タθｉをロボット本体５の各関節のアクチュエータに指
令する。

一方、ステップ■又は■での結果がＮＯとなった場合に
は、それぞれステップ■、■、又はステップ［株］、■
に進み、所定のエラー表示とエラー処理を行なう。

なお、このようなロボットの制御処理においては、第５
図の処理に入る前と、この処理を終った後に、それぞれ
所定の前処理と後処理が必要であるが、この前処理や後
処理に関しては、本発明の実施例でも従来例と同じであ
り、周知のものであるから、その詳しい説明については
省略する。

さて、このようにして第５図に示した処理が実行される
と、ティーチングコンソール４を使用してロボット本体
５を動かそうとしたとぎ、或いは制御装置１によりプレ
イバック制御が行なわれたときなどに与えられる目標位
置データがどのようなものであったとしても、ロボット
本体５の動きは第６図＋ｉ＋、（ｉ９で斜線で囲った範
囲内に制限され、この範囲を超えた位置に移動すること
は決してない。なお、これら第６図（ｉ）、（ｉｌ）で
、Ｗはワークを表わす。

即し、ロボット本体５の動きは、まず第５図のステップ
■、■の処理によって第６図（ｔ＋、（ｉすの範囲り内
に限定され、さらに第５図の処理■、■により第６図（
ｉ）、（ｉ９の範囲Ｍ内に限定されることになり、結局
、ロボット本体５の動きはこれらの範囲り、Ｍが重畳し
た部分、つまり斜線で囲った範囲内に制限されてしまう
のである。なお、このときの範囲Ｍをロボット本体５の
可動可能領域と呼び、ロボットの形式などに応じて予じ
めロボット作製時などに決められるものであることは前
述のとおりである。

従って、この実施例によれば、ロボットのティーチング
操作やプレイバック動作に先立って、予じめ作業者が任
意にロボットの可動範囲を所定の範囲内に限定すること
ができ、しかもそのときの限定可動範囲をワークを囲む
直方形の空間領域など、作業者が直感的にしかも容易に
想定し認識することができる任意の形状に設定できるた
め、ロボットの動きの予想が極めて容易で、操作の誤り
やノイズなどによりロボットが誤動作したときでも、ロ
ボットの動きは常に作業者の予想範囲内に保たれ、作業
者に危険をおよぼしたり、ロボットが他の物体に接触し
たりする虞れをなくすことができる。なお、このために
は、ロボットのティーチングやプレイバックに先立って
、作業者が必ず可動領域データＤの入力を行なう必要が
あるが、このためには、制御装置１による制御動作の中
に、可動領域データＤの入力を完了しないうちはティー
チングやプレイバックに進めないようなプログラムを組
込んでおくようにしてやればよい。

ところで、以上の実施例では、対象ワークに必要な可動
領域データＤが予じめ判っているものとしていた。そし
て、この場合には、可動領域データＤの入力は操作キー
３の操作など、単なる数値情報の処理として行なえるた
め、ロボットの操作が簡単で作業上極めて有効な実施例
といえる。

しかし、このためには、対象ワークごとにその形状や大
きさ、或いはそれのレイアウト状況などに応じて予じめ
データＤを用意しておく必要がある。

ところが、一般には、対象ワークの形状や大きさは慣１
つていても、周辺装置との関係まで含めて考えないと上
記した可動領域の設定ができない場合も多い。つまり、
実際にロボットが設置された環境で、他の装置の状況も
考慮しなければ可動領域の設定は困難である。

従って、このようなときには、ロボットを使用するとき
に、その都度、上記した可動領域データＤをそのときの
状況に合わせて決定し、現物合わせで入力してやらなけ
ればならない。

そこで、以下に、このような場合に有効な本発明の一実
施例について説明する。なお、以下の実施例では、説明
を簡単にするため、可動領域を二次元平面、つまり直交
座標系のＸ軸とＹ軸についてだ１行なう場合について説
明する。なお、この場合、Ｚ軸については、例えば第６
図（ｉｌ）の可動可能領域Ｍによつそ制限されるため、
動作上管に問題を生じるものではないことは既に設定し
たとおりであり、或いはＺ軸については予じめ所定の一
定値を入力しておくようにしてもよい。

いま、第７図に示すように、設定しようとする直交座標
系での可動領域りがロボット本体５の水平面内での可動
可能領域Ｍの中に全て包含されていたとする。

そこで、まず、制御装置１の操作キー３の中の可動領域
設定キーを押し、可動領域設定機能モジュールを呼び出
して能動化する。

次に、設定しようとしている可動領域りの各コーナをそ
れぞれ点ＰＡ、ＰＢ、Ｐ　、ＰＤとし、ティーチングコ
ンソール４によってロボット本体５をＰＡ点に誘導し、
ティーチングコンソール４上の記憶キーを押すとＰＡ点
の位置座標が制御装置１内部のメモリ上に格納される。

以下、同様に、ＰＢ、Ｐｏ、ＰＤ点へ順次ロボット本体
５を誘導し、それぞれ記憶キーを押すと各点の位置車種
が記憶される。

その後、この４点を記憶させたことにより、制御装置１
の内部では、下記の処理が実行されて、直交座標系上で
の可動領域が法定される。

Ｘ　ＭＩＮ　−ＭＩ　Ｎ　Ｉ　Ｘ　Ａ、　Ｘ　Ｂ　、　
Ｘ　ｃ　、　Ｘ　Ｄ　＋ｙＭＩヨーＭ　Ｉ　Ｎ　Ｉ　ｙ
Ａ、ｙＢ、ｙＯ，”’Ｄ　ＩＸ　１．ＬＡＸ−Ｍ　Ａ　
Ｘ　Ｉ　Ｘ　ｔ、　、　Ｘ　Ｂ　、　Ｘ　ｃ　、　Ｘ　
Ｄ１￥ＭＡＸ：ｈｉＡＸ　Ｉ　ＹＡ、ｙ９．ＹＣ，ｙＤ
１上記処理で決定された可動領域データＤが、制御装置
１のメモリに格納されて、第５図の処理部■で取込まれ
る。なお、上記処理から判るように記憶の順序は任意で
よい。また、通常の動作点を教示する場合と同様に４個
以上の点を教示できるように構成した場合でも、可動領
域設定用データの点であることを示す条件を付加してお
けば、特殊な教示操作も不要となる。

なお、以上の説明では、４点のティーチ例で示したが、
原理的には、点ＰＡと点Ｐ。、ある（・（よ点ＰＢと点
ＰＤの対向する２点だけでも可動領域を設定できるよう
に構成することもできる。すなわち、この場合には下記
処理となる。

Ｘ　ＭＩＮ＝ＭＩ’Ｎ　ｒ　ｘＡ、　ｘｏ＋Ｙ、ＩＮ＝
、ＭＩＮ　Ｉ　ＹＡ・ｙＯｌｘ　＝ＭＡＸ＋ｘＡ、ｘｏ
ＩＭＡＸＹ　ＭＡＸ＝ＭＡＸ　ｌ　”Ａ　ｔ　ｙ。＋又はＸ　＝Ｍ　Ｉ　Ｎ　ｌ　ｘ　Ｂｙ　Ｘ　Ｄ　＋Ｍ工Ｎ７Ｍ球−ＭＩＮ　ｌ　）’ＢｔＶＤＩＸ　＝ＭＡ　Ｘ　Ｉ　Ｘ　Ｂ　ｔ　Ｘ　Ｄ　＋ＡＸＹ　＝　ＭＡＸ　Ｉ　Ｙ　Ｂ　ｔ　Ｙ　１）　ＩＡＸ上記の説明から判るように、２点以上であれば任意の点
数に於て、各座標値の最小値と最大値を算出する処理が
実行可能であり、該当する座標値が可動領域データＤと
してメモリに格納される。

一方、第８図に示すように、設定しようとしている直交
座標系上での可動領域りの一部が、ロボット本体５の可
動可能領域Ｍを超えていたときには、この可動領域りの
コーナの各点ｐ！、ｐＢＩ。

Ｐｏ／、ＰＤ！のうち、ＰＢ１１Ｐｏ！点にはロボット
を誘導することができない。

そこで、この場合には、方形の可動領域りの点ＰＢ１１
Ｐｏ／の中間の任意の位置に点ＰＩを設定し、この２８
２点と残りの点ＰＡ′、ＰＤ′の座標から可動領域りの
算定ができるようにしておき、ロボット本体５をこの点
ＰＩｉ、／に専いて、その位置データを取込むようにす
ればよい。

ところで、以上は、可動領域りの設定を二次元平面の指
定だけで行なうように説明したが、三次元空間の指定て
よっても可能なことは既に説明したとおりであり、併せ
て、三次元空間による場合にも、最低３点の指定で可動
領域の設定が可能なことはいうまでもない。

なお、ロボット本体５の誘導により可動領域りの設定に
必要な可動領域データＤを入力させる場合には、ロボッ
ト本体５の可動範囲についての本発明における限定がま
だなされていないことになり、ロボット本体５の動きに
対する安全性やロボット保Ｊ）の面で欠けることになる
が、このときに必要なロボットの位置決めについては、
それ程、精度が要求されず、加えて、僅か数個所の点に
ついてだけで済むことなので、ロボット本体５から充分
に離れたところからティーチングコンソール４を操作す
るだげで作業を行なうことができ、これによれば、少く
とも安全性について問題が生じることはなくすことがで
きる。

な８、第５図の実施例では、ステップ■、■による処理
を先に行ない、これにより、まず可動領域りの設定を行
ない、ついでステッ゛プ■、■の処理を行なって可動可
能領域Ｍの設定を行なうようにし、その間でステップ■
の処理を行なうようになっているが、ステップ■、■の
処理もステップ■の処理の後で行なうようにすれば、角
度計算の処理にノイズなどによる誤動作を生じた場合で
も、ロボットの動きを可動領域り内に限定することがで
き、さらに安全性などを高めることができる。

また、以上の実施例では、関節形のロボットについて説
明したが、本発明はこれに限らず、極座標形、円筒座標
形などのロボットにも適用でき、同等の作用効果が期待
できるものであることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、ロボットの使用
に際して、対象ワークに応じた数値情報の入力、或いは
ロボットを誘導しての現物合わせにより、ロボットが本
来有する可動可能領域とは異なって、それよりは小さな
可動領域を任意に設定することができ、従って、この可
動領域をロボット本来の動作座標系とは別の直交座枠系
などに設定すれば、作業者にとって判り易いロボット動
作空間が定義できることになり、ロボットの動きの予想
が容易になって作業者の安全性とロボットの保護の面で
大きな効果を拳げることかでき、従来技術の欠点を除い
て信頼性の高い産業用ロボットの制御装置を提供するこ
とができる。

また、本発明によれば、従来のロボットシステムに通常
装備されている機能をほとんどそのまま利用し、それに
僅かの機能を付加するのみで何ら特別な装置を必要とす
ることな〈実施可能であり、従って、安全性・信頼性に
富み、しかもローコストの産業用ロボットの制御装置を
容易に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

ｍ１図（ｉ）、　（ｉｌ）は関節形ロボットのｎ」動可
能領域のための説明図、第２図（０、（１０は同じく可
動領域の説明図、第３図は本発明による産業用ロボット
の制御装置の一実施例を示すシステム宿成図、第４図は
その表示面の説明図、第５図は本発明の一実施例の動作
を説明するためのフローチャート、第６図（ｉ）、（ｉ
ｌ）は本発明の一実施例の動作を示す説明図、第７図及
び第８図は不発明の他の一実施例の動作を示す説明図で
ある。ｌ・・・・・・ロボットの制御装置、２・・・・・・操
作キー、３・・・・・・表示面、４・・・・・・ティー
チングコンソール、５・・・・・・ロボット本体。第１図第２図第３図／第４図第５図第７図＼　ら　＼ＰＢ１−−−−−−１＼、

Claims

【特許請求の範囲】１、三次元空間にわたる可動可能領域を備えた産業用ロ
ボットにおいて、上記可動可能領域の中に任意の形状と
大きさを有する三次元空間領域を設定する手段と、ロボ
ットの可動範囲を上記三次元空間領域内に限定する制御
手段とを設け、ティーチング時およびプレイバック時の
少（とも一方において上記制御手段を能動化させるよう
に構成したことを特徴とする産業用ロボットの制御方式
。２、特許請求の範囲第１項において、上記三次元空間領
域の垂直投影面での形状が方形であることを特徴とする
産業用ロボットの制御方式。