JPS61201305A - 自動動作条件決定形工業用ロボツト - 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】 〔技術分野〕 本発明は工業用ロボットに関し、特に手首先端に取付け
られる負荷に対するロボット動作条件を自動的に決定す
ると共に実際の負荷に対する適正動作条件を、自動決定
したロボット動作条件に比較して自立決定することが可
能な機能を具備させた工業用ロデットに関する。

〔従来技術〕

工業用ロゲットはロボット本体ないし足、ロゼツト腕、
ロボット手首等のロボット動作部を備え、これらの間Ｖ
Ｃ５軸ないし６軸の制御軸を有することによって３次元
空間内でワークの把持搬送や溶接、塗装等の作業を作業
ラインに泪って遂行する用途に多用されている。これら
の用途において、ロボット手首の先端で把持するワーク
や作業工具は各制御軸における駆動源に対して負荷とし
て作用し、従来の上記工業用ロボットにおいては、予め
定められた口ぜット設置方法、例えば床面直立設置方式
で、予め設計条件から計算設定された許容負荷の範囲内
で一定の加減速を伴う動作を遂行することが許容されて
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

依って、ロゲット設置面が変ったり、扱う負荷が許容負
荷範囲を逸脱するものである場合には、設計計算に立ち
帰って新たな動作条件全規定しなければならないために
ロゲットの利用者サイドでは容易に動作条件を知り得な
いという困難があり、効率的な工業用ロボットの利用を
阻害する場合がある。従って、本発明は実際の負荷に対
する適正動作条件を自立的に決定する機能全具備した工
業用ロゲットヲ提供せんとするものである。

〔解決手段〕

本発明は上述の目的に鑑みて、ロボット本体、ロゲット
腕、ロボット手首を具備すると共にこれらの間に複数の
制御軸を有した工業用ロボットにおいて、上記ロボット
手首の先端に負荷を取付け、上記各制御軸のまわりに試
行動作させたとき、該各制御軸の駆動手段に掛る負荷モ
ーメントを実測検出する手段と、前記実測検出手段が検
出した負荷モーメントが該各制御軸の駆動手段に予め許
容されたトルク上限値に相当したとき、その試行動作の
動作条件を許容動作条件としてロゲット制御部に記憶さ
せる動作条件決定手段と、前記ロゲット制御部に記憶さ
れた前記許容動作条件と前記ロボット手首の先端に実際
のワーク負荷を取付けたときの動作条件とを前記各制御
軸毎に比較する手段とを前記ロボット本体、ロゲット腕
、ロボット手首を該ワーク負荷に適した動作条件で適正
動作させ得るようにしたこと全特徴とした動作条件自動
決定形の工業用ロボット’を提供するものであり、特に
負荷が重量で定まるものと異り、負荷が各制御軸に掛る
モーメントとイナーシャとによって定まる関節形ロゲッ
トに適用すれば、口ざット自体でワークに関する動作条
件、つまり静的動作による角度変位量の最大値、加減速
動回転による最大角加速度値と、最大角速度値とを自動
的に決定し、この決定した動作条件から実際のワークに
対して適正な動作条件を自立的に決定してロボット動作
を効率良く遂行し、かつ各制御軸における駆動源の異常
診断を行うこともできる。以下、本発明を添付図面に示
す実施例に基いて更に詳細に説明する。

〔実施例〕

第１図を参照する゛と、同図は６つの制御軸（θ軸、Ｗ
軸、Ｕ軸、ｒ軸、β軸、α軸）全有した関節形ロゲット
の模式図であり、ロボット本体１０は設置面１８に対し
てθ軸のまわりに旋回可能であり、上腕１２はＷ軸のま
わりにまた前腕１４はＵ軸のまわりに回転可能に構成さ
れ、前腕１４に取付けられたロボット手首１６はγ軸、
α軸のまわり忙旋回可能に、またβ軸のまわりに回転可
能に構成されている。そして、これらロボット本体１０
、上Ｍ１２、前腕１４、ロボット手首１６のそれぞれの
制御軸１わりの回転または旋回動作はそれぞれ対応した
駆動源（図示なし）、すなわち駆動用の電動モータと減
速機との組合せからなる動力供給源から供給される作動
力を受けて動作し、しかもｉｌ＋モータは通常、ロゲッ
ト制御装置に結合されたサーブモータから構成されてい
るから、上述のロゲット本体１０等のロボット動作要素
はサーボモータからの駆動力を受けて制御動作する。

この場合に駆動源を構成する各サーボモータや各減速機
には定格トルクに対する割合で予め選定された許容トル
クがあり、上記制御動作はこの許容トルクの範囲内で遂
行されなげればならない。しかも、ロデット手首１６の
先端に取付けられた負荷２０と上述したロボット動作要
素自体との両者による総合イナーシャによって各制御軸
に作用するモーメントがその各駆動源の許容トルクにあ
る動作条件が決定されなければならない。

さて、動作条件の決定方法の原理を次に説明する。先ず
第１の動作条件として、ロゲットが取扱うワークに相当
した適宜の負荷２０をロゲット手首１６に取付けた状態
において各制御軸、例えばＷ軸のまわりに無加速状態で
定速回転させ、この定速回転によりＷ軸まわりに回転角
度変位に伴って発生するモーメントの変化から回転角度
変位の限界値を決定する。つまり、静的限界動作範囲又
は静的限界角度変位範囲を決定する。この場合における
静的限界動作範囲又は静的限界角度変位範囲はＷ軸まわ
りの発生モーメントが最小値（ゼロの場合もある）とな
る角度位置からモーメントが増加する方向における限界
角度位置全意味する。

さて、上述の決定に当っては、Ｗ軸の駆動モータの実際
の電流値を検出し、Ｗｌｌｌまわりに発生するモーメン
ト値の増加に従って、駆動モータの許容トルク値に換算
された許容電流値に上記実際の電流値が達した時点にお
けるＷ軸着わりの限界角度位置を決定し、その位ｆｊｔ
を記憶すればよい。なお、駆動モータの出力トルクと駆
動電流値との間には一定のトルク定数によってリニヤ−
な関係があることは周知であり、従って許容トルク値か
ら許容電流値を換算することは容易である。

上述はＷ軸に就いて記載したが、他の制御軸、すなわち
θ軸、Ｕ軸、γ軸、β軸、α軸に就いても同様にして適
宜の負荷２０をロゲット手首１６に取付げた状態におい
て試行的に動作させて静的動作範囲を決定することがで
きる。なお、駆動モータの許容電流は例えばモータ定格
電流の約８０チの値又は駆動モータに結合された減速機
の連続定格トルクに対応した駆動モータの換算電流に選
定すればよい。

次に、第２の動作条件として、同じくロデット手首１６
の先端に負荷２０を取付けた状態において、例えばＷ軸
のまわりに加減速動作させ、このときにＷ軸まわりに発
生するモーメント（動的モーメント、すなわちダイナミ
ックモーメント）から加減速度の限界値を決定する。従
ってＷ軸捷わりの動作は回転動作であることから限界角
加減速度が動的限界動作条件として決定されるのである
。

なお、実際にはダイナミックモーメ７　ト（Ｍｄ）は上
述した第１の動作条件で決定される静的限界モーメント
（Ｍｓ）と加減速度に伴うモーメント成分（ＭＡ）との
和、つまりＭｄ　＝　Ｍｓ　＋ＭＡ　　　−（１）であ
り、また ＭＡ＝Ｊ−ふ・・・（２）である。

Ｊ：負荷２０を取付けた状態におけるイナーシャ、ふ：
Ｗ軸まわりの加減速度。

従って、実際にはふを加速度として増加させればＭＡが
増加し、故にダイナミックモーメント（Ｍｄ）が増加す
る。そして、このダイナミックモーメント（Ｍｄ）が増
加すると、駆動手段を形成する駆動モータの駆動電流が
増加方向に変化する。依って、この駆動モータの電流値
を検出すると共にダイナミックモーメント（Ｍｄ）が動
的条件下で駆動手段の駆動モータ又は減速機に許容され
るトルク値から換算される電流値に達した際の角加速度
を動的限界動作条件として記憶する。

第３の動作条件として、ロデソト手首１６の先端に負荷
２０を取付けて加減速動作を行う動的条件下において、
非常停止や周辺機器への衝突の防止を想定して最大動作
速度条件が決定される。すなわち、非常停止や機器への
衝突防止に当っては各制御軸の駆動手段を形成する駆動
モータを急速停止させて動作中の各制御軸まわりの運動
を急停止させなければならないが、必然的に惰走運動が
伴う。この惰走運動による惰走距離は予め許容される値
がロボットの機械的構造、設置条件等から定筐るので、
必然的に各制御軸まわりの動作における最大運動エネル
ギーに最大値が決定されなければならない。

さて、非常停止時の惰走距離ｔはＤＣＣサーブモータ動
の場合次式で表わされる。

ｔ＝ｋ・ω・Ｊ　　　　　　・・・（３）ここで、ｋは
サーボモータのトルク定数、逆起電力定数、モータ抵抗
値等の値で決まる定数、Ｊは負荷２０、ロボット作業、
モータ等の各制御軸に関するイナーシャ、ωはイナーシ
ャＪによる惰走開始時の角速度。

従って　ω＝ｔ／ｋＪ　　　・・・（４）惰走距離ｔの
許容値が定められると、既述した第２の動作条件におけ
る（１）、（２）式からイナーシャは既知値であるから
、（４）式よシ最大許容角速度が定まるのである。

上述した決定原理によって求まる各制御軸における静的
最大角変位量、及び動的最大角速度と最大角加速度をロ
ボット制御装置に記憶させておけば、上述した試行動作
における負荷２０と同じワークに対してロボットが所望
のロボット動作を行う際の限界動作条件をロボット自身
が知ったことになる。依ってロボットの再生運転時、つ
まり実際のワークを負荷にしてロボット制御装置の教示
データによって所望のロボット作業を遂行する過程では
、これらの記憶した動作条件の値と実際のワーク負荷を
取付けてロボット動作する間の実際の動作条件の値とを
比較すれば、各制御軸の駆動手段、つまり駆動モータや
減速機に異常が発生していないか否かを迅速に検知する
ことができる。

また、実際のワークの負荷が試行動作における負荷２０
よりもモーメント、イナーシャが大きいことが予想され
た場合には、最大角加速度や最高角速度を予め適宜低減
させた動作条件に選定してロボットを作動させることに
より、各制御軸の駆動系に異常発生を生せしめること無
く、教示データに従って所望のロボット運転を遂行する
こともできるのである。

次に上述した動作条件の決定原理゛に従って静的最大角
変位量、動的最大加速度及び最高速度を決定する手段に
就いて説明する。

上述した原理の説明からも理解できるように、本発明に
おいては各制御軸における駆動手段を構成する駆動モー
タ（通常は丈−ざモータによって構成され、このサーボ
モータの出力が減速機を経てロボットの対応動作部を駆
動する。）の駆動電流を検出することによって駆動モー
タや減速機の定格出力に対する実際の負荷出力を検出す
る方法が採られる。第２図は工業用ロボットの各制御軸
における駆動モータの制御回路であり、本発明忙係る動
作条件の自動決定を遂行すべく、駆動モータの駆動電流
をロボット制御装置の制御部にフィードバックして上述
の駆動電流の検出を実施し得るようにした点を特徴とし
ている。

第２図に示す駆動モータの制御回路は従来の工業用ロボ
ットにおける各駆動モータの制御回路と同じに基本的に
はロボット制御装置の主制御部（ＣＰＵ）３２に接続さ
れた位置制御回路３６とこの位置制御回路３６に接続し
た速度制御回路３８とを具備して構成され、後者の速度
制御回路３８から供給される駆動電流によって駆動モー
タ３０が駆動され、従って制御軸４０を作動させる構成
が採られている。制御軸４０を所望量作動させるには主
制御部３２が教示データに従って位置指令信号を位置制
御回路３６に入力すると、該位置制御回路３６で現在の
位置と指令ばれた位置との偏差忙基いて速度指令が形成
され、速度制御回路３８に入力される。このとき速度制
御回路３８は位置指令信号による位置まで駆動モータ３
０を適正な速度で駆動するための駆動信号を形成し、増
幅回路を経て駆動モータ３０に駆動電流を供給する。

駆動モ〜り３０には例えばエンコーダからなる回転検出
器３４が具備され、駆動モータ３０の回転量が位置制御
回路３６と速度制御回路３８との両者にフィードバック
されて指令された目標位置に向けて安定に回転制御が行
われる。丈に速度制御回路３８には、駆動モータ３０へ
の駆動電流をフイードパックして過電流を検出するモー
タ電流帰還回路４２が通常設けられている。不発Ｆ！Ａ
においては、このモータ電流帰還回路４２における駆動
電流の帰還信号を電圧信号に変換して取り出し、主制御
部３２へＡ／Ｄ　　コンバータ４６を介して取り込む駆
動電流検出回路４４を設けたものである。

そして、このようにして駆動電流検出回路４４から取り
込んだ駆動モータ３０の駆動電流から前述した原理に基
いて静的及び動的動作の限界条件を主制御部３２におい
て定格条件との比較により自動決定するものである。

上述した主１１ｆｌＪ御部３２における自動決定作用は
第３図に示す静的動作条件決定回路５０と動的動作条件
決定回路５２とによって実現することも可能である。な
お、第３図における４４は第２図における駆動電流検出
回路４４で帰還される駆動電流検出アナログ値である。

さて、第３図において、リレーＲＬＩは主制御部３２０
指令信号に従って接点ｒＬ１を切替えることにより、静
的動作条件決定回路５０と動的動作条件決定回路５２と
を切替えるために設けられている。

静的動作条件決定回路５０には位置レジスタ５４と、位
置限界レジスタ５６と、オペレーションアンｆ５８、コ
ンｔ４レータ６０等を有したに勺変換回路６２とを有し
、位置レジスタ５４には試行動作過程における漸時増加
する位置変位信号又は角度変位信号が主制御部３２から
順次に入力され、Ａ／Ｄ　変換回路６２から入力きれる
駆動電流信号が静的最大変位に対応する位置に達したと
きに位置レジスタ５６に記録するものである。

動的動作条件回路５２には動的時定数レジスタ６４、動
的限界レジスタ６６及び上記Ａ／Ｄ　変換回路６２と同
構成のＡ／Ｄ　変換回路６８が設けられ、主制御部３２
から動的時定数レジスタ６４へ漸時に入力される動作条
件の時定数に対し、〜勺変換回路６８から人力される駆
動電流信号が動的限界値に達したとき、動的限界レジス
タ６６にその限界値を記録するものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、工業用ロボットにおいて、各制御軸に
おける静的及び動的動作条件がロボット自身で自動的に
決定することができるから、工業用ロボットの作用対象
となるワーク等の負荷条件やロボットの設置面の条件等
使用条件の変化に対応してロボットの動作条件を都度、
自動的に決定し、この自動決定した動作条件に従って口
？ットを自立的に運転させることができる。故ＶＣＩ：
Ｉ〆ットユーデが使用現場でワーク条件に適した動作条
件を決定することが可能であり、また決定された動作条
件を記憶してロボットの運転中に各制御軸圧おける実際
の動作条件をモニターして該制御軸における異常発生を
すばやく検知することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る自動動作条件決定形工業用ロゲッ
トの実施例における略示機能図、第２図は同ロボットの
各制御軸における駆動モータの制御回路、第３図は動作
条件を決定する回路手段の１実施例を示す回路図。 ｌＯ・・・ロボット本体、１２・・・上腕、１４・・・
前腕。 １６・・・ロボット手首、１８・・・設置面、３０・・
・駆動モータ、３２・・・主制御部、３４・・・回転検
出器、３６・・・位置制御回路、３８・・・速度制御回
路、４２・・・モータ電流帰還回路、４４・・・駆動電
流検出回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ロボット本体、ロボット腕、ロボット手首を具備す
   ると共にこれらの間に複数の制御軸を有した工業用ロボ
   ットにおいて、前記ロボット手首の先端に負荷を取付け
   、前記各制御軸まわりに試行動作させたとき、該各制御
   軸の駆動手段に掛る負荷モーメントを実測検出する手段
   と、前記実測検出手段が検出した負荷モーメントが該各
   制御軸の駆動手段に予め許容されたトルク上限値に相当
   したとき、その試行動作の動作条件を許容動作条件とし
   てロボット制御部に記憶させる動作条件決定手段と、前
   記ロボット制御部に記憶された前記許容動作条件と前記
   ロボット手首の先端に実際のワーク負荷を取付けたとき
   の動作条件とを前記各制御軸毎に比較する手段とを備え
   て前記ロボット本体、ロボット腕、ロボット手首を該ワ
   ーク負荷に適した動作条件で適正動作させ得るようにし
   たことを特徴とする動作条件自動決定形工業用ロボット
   。 ２、前記実測検出手段は、前記各制御軸の駆動手段を形
   成する駆動モータの出力電流値を実測検出する手段であ
   る特許請求の範囲第１項記載の工業用ロボット。 ３、前記動作条件決定手段は、前記実測検出手段が検出
   した負荷モーメントから算出した動作速度が、前記各制
   御軸の駆動手段に予め定めた惰走距離から定まる運動エ
   ネルギーに対応した速度値に相当したとき、その試行動
   作の動作速度を最大許容動作速度として前記ロボット制
   御部に記憶させ得るように構成されている特許請求の範
   囲第１項に記載の工業用ロボット。 ４、前記許容動作条件は、前記各制御軸に関する静的最
   大角変位量と、加減速動的回転による最大角加速度値と
   最大角速度とで決定される特許請求の範囲第１項又は第
   ２項に記載の工業用ロボット。