JPS63123682A - 産業用ロボツトの動作領域制御装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、生産現場等に設備されるプログラマブルな
コントローラを有する産業用ロボットに関連し、殊にこ
の発明は、ロボットの動作領域を制限して作業現場の安
全性を確保するための産業用ロボットの動作領域制御装
置に関する。

〈従来の技術〉 従来の産業用ロボットにおいて、ロボットの動作領域を
制限するのに、各関節部にロボットアーム（以下、単に
「アーム」という）の正負回転方向の各終端位置に対応
してメカニカルストッパを配設する方法や、各アームの
動作許容−範囲の両端角度位置を予めＲＯＭなどのメモ
リに記憶させておくソフトウェアリミットによる方法が
採用されている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところがいずれの方法も、各関節部においてアームの回
動角度（関節角）を制御する方式であるため、ロボット
の動作範囲が３次元空間的に把握し難いという欠点があ
る。このため生産現場等でライン設計を行う際、ロボッ
ト設置のためのスペース配分をロボットの最大動作範囲
を想定して行うことになり、多くの無駄なスペースを生
じさせる結果を招いている。またもし前記のスペース配
分を誤った場合、ロボットが作業員や他の機械類と衝突
する可能性が生じ、作業の安全性が確保されない。

この発明は、上記問題を一挙に解消するためのものであ
って、ロボットの動作領域を直角座標系で制御する機能
を付与して、ロボット動作領域を感覚的に把握できる構
成とすることにより、ロボット設置の省スペース化と安
全性の向上とを実現できる産業用ロボットの動作領域制
御装置を提供することを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、この発明では、複数のアーム
が関節部を介して連接された産業用ロボットにおいて、 ロボット動作許容領域を直角座標系で設定するための設
定手段と、 この設定手段により設定されたロボット動作許容領域に
関する情報を記憶させるための記憶手段と１ 、各アームにつきアーム先端の座標位置を求めて前記記
憶手段に記憶されたロボット動作許容領域に関する情報
と照合してロボット動作の適否を判定する判定手段とを
具備させることにした。

〈作用〉 設定手段によりロボット動作許容領域を直角座標系で設
定すると、この設定情報は記憶手段に記憶される。つい
でロボットを動作させるとき、判定手段は各アームにつ
きアーム先端の座標位置を求めて前記記憶情報と照合し
、ロボット動作の適否、すなわち各アームがロボット動
作許容領域内に位置するか否かを判定する。

よってこの発明の装置が組み込まれた産業用ロボットで
は、ロボット動作領域を感覚的に把握できることになり
、ロボットの安全性等を向上し得る。

〈実施例〉 第１図は、この発明の動作領域制御装置が組み込まれた
産業用ロボットの一実施例を示す。

図示例の産業用ロボットは、ロボット本体１と、ロボッ
ト本体ｌの動作を制御するコントローラ２と、コントロ
ーラ２に対する入出力が行われる入出力装置３とから構
成され、この入出力装置３にはロボット操作員が操作す
るキーボード４の他、入出力にかかる文字等が表示され
る表示部５等が設けられている。

図示例のロボット本体１は、４自由度を存するスカラ型
ロボットであって、第１〜第３の各アーム６．７．８が
各関節部の回転軸９．１０゜１１を中心に正逆回動する
と共に、第３アーム８はＺ方向の１自由度を有して往復
直線動作する。前記回転軸９，１０．１１は、駆動機構
としてのサーボモータＭ、〜Ｍ、（第２図に示す）によ
ってそれぞれ独立駆動される。

第２図は、上記産業用ロボットの制御装置の概略構成を
示すもので、図中、鎖線部１２で示す回路構成は、第１
図のコントローラ２内に組み込んである。

図示例において、ＣＰＵ１３はＲＯＭ１４やＲＡＭ１５
と共にマイクロコンピュータを構成しており、命令解析
、指令値計算１位置制御演算等の各種演算や処理を実行
する。またＲＯＭ１４にはロボット制御用のプログラム
等が格納され、ＲＡＭ１５には演算結果その他のデータ
が記憶される。

ＣＰＵ１３の出力はサーボアンプＡ　Ｉ−Ａ　ｓに与え
られており、これらのサーボアンプＡ。

〜Ａ、はＣＰＵ１３からの出力値（電流指令値）を増幅
して、前記の各サーボモータＭ、〜Ｍ３へ与える。エン
コーダＥ１〜Ｅ、は各サーボモータＭ　Ｉ”　Ｍ　ｓに
取り付けられたインクリメンタル型のロータリエンコー
ダであって、各モータの回転角度を検出してＣＰＵ１３
に与える。

第３図は前記ロボット本体１の動作許容領域を平面的（
Ｘ−Ｙ座標平面）に示したものである。図中、１６．１
７は回転軸９を中心として第１．第２の両アーム６．７
を回転軸９の動作許容角度だけ一体回動させたときの各
回転軸１０．１１の移動軌跡であり、また１８．１９は
第１．第２の両アーム６．７が前記動作許容角度の両端
位置にあって第２のアーム７を正または負の方向へ動作
許容角度だけ回動させたときの回転軸１１の移動軌跡で
ある。従って移動軌跡１７．１８．１９で囲まれる内側
の領域Ｓがロボット本体１の動作が許容される領域に相
当することになる。

この発明は、ロボット本体１の動作領域を直角座標系で
前記動作許容領域Ｓ内に制御するための装置を提供する
もので、第４図にその装置の機能ブロック図が示しであ
る。

同図中、設定手段２１はロボット動作許容領域を直角座
ｉ系で設定するためのもので、第１゜２図に示す装置例
ではキーボード４を含む入出力装置３がこれに相当する
。記憶手段２２は前記設定手段２１により設定されたロ
ボット動作許容領域に関する情報を記憶させるためのも
ので、第１．２図の装置例ではコントローラ２内のＲＡ
Ｍ１５がこれに相当する０判定手段２３は各アームにつ
きアーム先端の座標位置を求めて前記記憶手段２１に記
憶されたロボ７）動作許容領域に関する情報と照合して
ロボット動作の適否を判定するためのもので、第１，２
図の装置例ではコントローラ２内のＣＰＵ１３がこれに
相当する。制御手段２４は判定手段２３の判定結果に応
じて各アームを動作させ或いは動作を停止させるための
もので、第１．２図の装置例ではコントローラ２内のＣ
ＰＵＩ　３やサーボアンプＡ１〜Ａ、がこれに相当する
。

第５図は、上記動作領域制御装置による制御動作の流れ
を示しており、以下、同図のフローチャートに基づき第
１．２図に示す産業用ロボットにつき動作領域の制御手
順を具体的に説明する。

なお以下の説明では、Ｘ−Ｙ座標面についての動作領域
の制御のみを考えているが、Ｚ軸方向についての動作領
域の制御も可能であることは勿論である。

まず第５図のステップ１　（同図中ｒｓＴ　Ｉ　Ｊで示
す）において、直角座標系でのロボット動作許容領域を
定めて、その制限データをキーボード４を操作してコン
トローラ２へ入力する。

この制限データはＣＰＵ１３により取り込まれた後、Ｒ
ＡＭ１５に書き込まれる。

つぎにＣＰＵ１３はサーボアンプＡ１〜Ａ２を介して各
サーボモータＭ、〜Ｍ３に電流指令値を与えてこれを駆
動し、各アーム６．７．８に所定の動作を行わせる。こ
のときＣＰＵ１３はエンコーダＥ、、Ｅオの出力に基づ
き各回転軸９，１０の回動角度θ１．θ２を取り込むと
共に（ステップ２）、第１．第２の各アーム６゜７の長
さｌ、、Ｉｔ！を用いてつぎの各式の演算を実行し、直
角座標系のＸ−Ｙ座標面上に投影した第１アーム６の先
端位置（この場合回転軸１０の位置）の座標（ｘｔ、ｙ
ｔ）と第２アーム７の先端位置（この場合回転軸１１の
位置）の座標（ｘｚ、ｙｚ）とを算出する（ステップ３
）。

ｘ、＝−ｚ、ｓｉｎθ。

ｙｔ＝ＬＣＯ３０重 ｘｚ＝−ＩＩｓｉｎ　θ１−Ｊ！ｚｓｉｎ　θ２７ｚ＝
ｊｌｔＣＯ３θ、＋１ｚｃｏｓ　θ２つぎのステップ４
でＣＰＵ１３は、上記の算出座標値（Ｘ＋　、　　ｙｔ
　）（Ｘｔ＋　　３’ｔ）とステップ１で設定された制
限データとを大小比較して、ロボット動作の適否、すな
わち第１．第２の各アーム６．７の先端が動作許容領域
内に位置しているか否かを判定する。

もし全ての算出値が制限データ以下であるときは、ステ
ップ４がＹＥＳ”であり、ＣＰＵ１３はステップ５で各
アーム６．７の動作を継続させ、続くステップ６で動作
終了かどうかを確認して、同様の手順を繰り返すことに
なる。

一方いずれか算出値が制限データを越えるときは、ステ
ップ４が“ＮＯ”となり、この場合はステップ７へ進み
、ＣＰＵ１３は各アーム６゜７の動作を停止させる。

なおこの発明は、上記実施例以外の産業用ロボット、例
えば第６図に示すような６自由度を有する垂直多関節型
の産業用ロボットについても適用できることは勿論であ
る。

〈発明の効果〉 この発明は上記の如く、ロボットの動作領域を直角座標
系で制御する構成としたから、ロボット動作領域を感覚
的に容易かつ確実に把握することが可能となった。この
ため生産現場等でライン設計を行う際、ロボット設置の
ためのスペース配分を効率的に行うことができ、無駄な
スペースを減少させることが可能となった。またロボッ
ト設置に関する設計が容易となるから、スペース配分を
誤る虞れが減少し、作業の安全性の向上に貢献する等、
発明目的を達成した顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の装置が積み込まれた産業用ロボット
の一実施例を示す斜面図、第２図は産業用ロボットの制
御装置の概略構成を示すブロック図、第３図はロボット
の動作許容領域を示す平面図、第４図はこの発明の構成
例を示す機能ブロック図、第５図は装置動作の手順を示
すフローチャート、第６図は他のタイプの産業用ロボッ
トを示す斜面図である。 １・・・・ロボット本体　２−−−−コントローラ３・
・・・入出力装置　　４・・・・キーボード６．７．８
・・・・アーム １３・・・・ｃ　ｐ　ｕ　　　　　ｉｓ・・・・ＲＡＭ
２１・・・・設定手段　　　２２・・・・記憶手段２３
・・・・判定手段 特許　出願人　　立石電機株式会社 −ζ０ ／　　・−ロオ；ット本林　　　　　　　　　ノ３−・
−ｃｐｖ２−・−コントローラ　　　　　ノσ−−−に
４間３−・−大火ｎ値ＩＬ　　　　２ｔ　−−−ｒＬ＠
ｆｓＸム・・−キーホ”−）−”　　　　２２−・−紅
４息手メ＾４、７．　＃−−−アー人　　　　２３−・
−２・ｌｊＬ’ｒ　ｈｔ＋ｈ＞ｚ　　　二の勇２Ｂ＞’
ｌの講入移・１１元寸機・禽覧フ・ロア２εａ甘５）呂

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のアームが関節部を介して連接された産業用
   ロボットにおいて、 ロボット動作許容領域を直角座標系で設定するための設
   定手段と、 この設定手段により設定されたロボット動作許容領域に
   関する情報を記憶させるための記憶手段と、 各アームにつきアーム先端の座標位置を求めて前記記憶
   手段に記憶されたロボット動作許容領域に関する情報と
   照合してロボット動作の適否を判定する判定手段とを具
   備して成る産業用ロボットの動作領域制御装置。
2. （２）前記設定手段は、キーボードである特許請求の範
   囲第１項記載の産業用ロボット動作領域制御装置。
3. （３）前記記憶手段は、ＲＡＭである特許請求の範囲第
   １項記載の産業用ロボットの動作領域制御装置。
4. （４）前記判定手段は、ＣＰＵである特許請求の範囲第
   １項記載の産業用ロボットの動作領域制御装置。
5. （５）前記判定手段には、判定結果に応じてロボットを
   動作または停止させる制御手段が接続されている特許請
   求の範囲第１項または第４項記載の産業用ロボットの動
   作領域制御装置。