JPS63260786A - 産業用ロボツトの作業範囲規制方法 - 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） 本発明は、産業用ロボットの作業範囲を規制することに
より、ロボットが作業対象物以外の周辺機器等と干渉し
、ロボット及び周辺機器に損傷を与えることを防止する
産業用ロボットの作業ｉｓＰＭ制方法制量法る。

（従来の技術） 従来、産業用ロボットの作業範囲規制方法としては、ロ
ボットの各軸に取り付けられた位置検出器の上限計数値
と下限計数値を予め設定しておき、ロボットがそれらの
設定値を越えて動作しようとしたときに異常検知をし、
ロボットの動作を停止させる方法がとられてきた。

また特開昭６１−５１２０５号公報及び特開昭６１−５
１２０４号公報には、ロボットを構成するアームの先端
が特定空間内にあるがどうがを識別し、ロボットの作業
範囲を規制するロボットの動作空間識別システムが提案
されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら前者の方法においては、ロボットの各軸の
位置検出値が各々の上限計数値と下限計数値との間の値
であれば、異常検知はなされない。

したがって２つの作業対象物の間に作業対象物以外の周
辺機器や治具等がある場合には、周辺機器や治具等の設
置されている位置はロボットの作業′範囲内であるため
、ロボットの操作者の操作ミスや教示ミス等により、ロ
ボットが周辺機器や治具等と干渉し、ロボット及び周辺
機器や治具等に損傷を与える可能性があった。この場合
作業対象物以外のものが操作者である場合には、人命に
係わる大問題となる。

また後者のシステムにおいては、アームの先端以外の部
分、例えばアームの中間点が特定空間内にあるかどうか
は識別できない。したがってやはりロボットの操作者の
様作ミスや教示ミスによりこれら中間点が特定空間内に
入り込み、同様にロボット及び周辺機器や治具等に損傷
を４えたり、操作者に危害を及ぼしたりる可能性がある
。

したがって本発明の目的は、ロボットのいかなる部位も
作業対象物以外のものと干渉することを防止し、ロボッ
ト及び周辺機器や治具等に損傷を与えることがないと共
に、安全性の極めて高い産業用ロボットの作業範囲規制
方法を提供することである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の産業用ロボットの作業範囲規制方法は、上記目
的を達成するため、ロボットの各軸に位置検出手段を取
り付け、ロボットの作業規制範囲及びロボット上の任意
の複数の測定点を予め入力して設定し、位置検出手段の
検出値と測定点の設定値とから作業規制範囲の設定値の
座標系における測定点の座標値を演算し、この演算値と
作業規制範囲の設定値とを比穀して、測定点が作業規制
範囲内にあるかどうかを判断し、測定点が作業用Ｉ１１
範囲内にあると判断されたときにロボットの停止を指示
することを特徴としている。

（実施例） 以下図面を参照して本発明の好適実施例を説明すると、
第１図において符号１は本発明の作業範囲規制方法が実
施される産業用ロボットであり、このロボット１は、作
業対象物２及び作業対象物３に対して作業を行うもので
ある０作業対象物２と作業対象物３との間には周辺機器
４が設置されており、この周辺機器４はロボット１の動
作範囲内に位置している。

図示実施例ではロボット１は、ベース５及び第１乃至第
５のアーム６〜１０からなり、第２図に模式的に示すよ
うに、第１のアーム６はベース５に第１軸１１を介して
ベース５の軸線の周りを枢動自在に連結され、第２のア
ーム７は第１のアーム６に第２軸１２を介して第１のア
ームの軸線に直角な軸線の周りを枢動自在に連結され、
第３のアーム８は第２のアーム７に第３軸１３を介して
第２のアームの軸線に直角な軸線の周りを枢動自在に連
結され、第４のアーム９は第３のアーム８に第４軸１４
を介して第３のアームの軸線に直角な軸線の周りを枢動
自在に連結され、第５のアーム１０は第４のアーム９に
第５軸１５を介して第４のアームの軸線の周りを枢動自
在に連結されている。第１乃至第５軸１１〜１５には、
第１乃至第５のアーム６〜１０の位置すなわち回転角度
をそれ・ぞれ検出する第１乃至第５の位置検出器１６〜
２０が取り付けられている。ロボット１の第５のアーム
１０の手首にはツール２１が取り付けられている。

周辺機器４の外側にはロボット１のアーム上及びツール
上の任意の複数の測定点、例えば第２図に示す第３のア
ーム８上の測定点Ｐ１及び第５のアーム１０上の測定点
Ｐ２が侵入することを禁止する作業規制範囲Ｓが設けら
れている。

ロボット１には第３図に示すような制御装置が設けられ
ている。すなわちこの制御装置は、ＣＰＵ２２と、第１
乃至第５の位置検出器１６〜２０に接続され、それらの
検出値をＣＰＵ２２に読み取らせることを可能にする位
置検出器入力インタフェース２３と、作業規制範囲を予
め入力して設定しておく作業規制範囲格納メモリ２４と
、ロボッｌ−１上の任意の複数の測定点を予め入力して
設定しておく測定点格納メモリ２５と、後述する制御プ
ログラムが記憶されている主記憶部２６と、興常出力回
路２７と、ロボット１の駆動装置であるサーボ回ＷＲ２
８とからなり、ＣＰＵ２２は主記憶部２６に格納されて
いるｉ’！（１１１１プログラムに従い、ＣＰＵ２２に
読み取られた位置検出手段の検出値とメモリ２４から読
み出した測定点の設定値とから作業規制範囲の設定値の
座標系における測定点の座標値を演算し、この演算値と
メモリ２５から読み出した作業規制範囲の設定値とを比
較して、測定点が作業規制範囲内にあるかどうかを判断
し、測定点が作業規制範囲内にあると判断されたときに
サーボ回路２８にロボットの停止を指示すると共に、異
常出力回路２７に異常信号を出力し、異常の賢告を発す
るようになっている。

作業規制範囲格納メモリ２４の内部構成は、第４図に示
すように、複数の作業規制範囲の各々につき、ロボット
１の直交座標系例えば第２軸１２の中心Ｏを原点とする
ＸＹＺ座標系（第６図参照）におけるＸ方向の上限値と
下限値、Ｘ方向の上限値と下限値及びＺ方向の上限値と
下限値を設定するようになっており、測定点格納メモリ
２５の内部構成は、第５図に示すように、第１乃至第５
のアーム５〜１０の各々につき、各アームが枢動する軸
の軸番号、及び軸番号が指定する軸の中心を原点Ｏｉ　
　（ｉは軸番号）とし、そのアームの軸線に直角な水平
方向にＸＩＦＩｌｌを取り、アームの軸線方向にＹ軸を
取り、これら両方向に直角な方向に２軸を取ったｘｙｚ
座標系（第８図参照）における、そのアーム上の測定点
の軸中心（原点）からのＸ方向変位量、ｙ方向変位量及
び２方内変位量を設定するようになっている。

このような作業規制範囲格納メモリ２４及び測定点格納
メモリ２５による作業規制範囲及び測定点の設定の仕方
を、第１図に示す作業規制範囲Ｓ及び第２図に示す測定
点Ｐｉ　、Ｐ２の場合について説明すると、まず作業規
制範囲Ｓの設定につき、第６図（ａ）及び（ｂ）に示す
よう・に、操作者はＸＹＺ座標系における作業規制範囲
ＳのＸ　ｌ１ａＸとｘｎｉｎ　、　ｙｒｅａｘとｙ　１
１ｉｎ及びｚ　ｒｉａｘとｚ　ｍｉｎを計測し、その値
をキーボード等の入力手段により入力する。これによっ
て作業規制■範囲格納メモリ２４には第７図に示すよう
に、作業規制範囲Ｓのｘ　ｍａｘとｘ＋ｇｉｎ　、　ｙ
ｌｌｌａｘとｙ　ｎ＋ｉｎ及びＺ　ｌａＸとｚ　ｌ１ｉ
ｎが格納される。

測定点Ｐ１．Ｐ２の設定の場合は、第８図（ａ）及び（
ｂ）に示すように、操作者は第３軸１３の中心０３を原
点とするｘｙｚ座標系における測定点Ｐ１の変位量（ｘ
ｌ　、　ｙｌ　、　ｚｌ　）及び第５軸１５の中心０５
を原点とするＸ３／Ｚ座標系における測定点Ｐ２の変位
ｎ　（ｘ２　、ｙ２　、ｚ２）を計測し、測定点Ｐ１が
位置する第３のアーム８の軸番号「３」と変位量（ｘｌ
　、　ｙｌ　、　ｚｌ　）及び測定点Ｐ２が位置する第
５のアーム１０の軸番号「５」と変位量（ｘ２　、　ｙ
２　、　ｚ２）をキーボード等の入力手段により入力す
る。これにより測定点格納メモリ２５には第９図に示す
ように、対応する軸番号及び変位量が格納される。

主記憶部２６には第１０図及び第１１図に示すフローチ
ャートによって表わされる処理手順を実行する制御プロ
グラムが格納されている。

次にこのように構成されたロボット１の作業範囲規制動
作を第１０図及び第１１図に示すフローチャートに基づ
いて説明する。

まず手順Ｓ１でロボット１の第１乃至第５軸１１〜１５
の各々に取り付けられた位置検出器１６〜２０の検出値
０１〜θ５を読み込む０次いで手［Ｓ２で、測定点格納
メモリ２５に設定した全測定点のチェックが終了したか
どうかが判断され、終了しない場合には手順Ｓ３に移る
０手順Ｓ３では、測定点格納メモリ２５から該当する測
定点の軸番号ｉ及び変位ｉ（ｘ、ｙ、°ｚ）を読み出し
、手順Ｓ４において、検出値０１〜θ５とそれら測定点
のデータとから手順Ｓ４に示す式に基づきロボット１の
ＸＹｚ座標系における測定点のＭ標値（ｘ’　、ｙ’　
＋　ｚ’　）を計算する。なおこの式においてＦは、軸
角度と測定点のＸ方向、Ｘ方向及び２方向変位量とから
ロボット１のＸＹｚ座標系における測定点の座標値を計
算するための、軸番号ごとに定められている関数である
。

次いで手順Ｓ５に移り、ここで全作業規制範囲のチェッ
クが終了したかどうかが判断され、終了しない場合には
手順＄６に進み、終了した場合には手順Ｓ２に戻り、こ
こで再び全測定点のチェックが終了したかどうかが判断
され、終了しない場合には手順Ｓ３　、Ｓ４において次
の軸番号の測定点につき上述したのと同様な動作がなさ
れ、終了した場合にはこのフローチャートの動作手順を
終了する。

手順Ｓ６においては、作業用ｉｌｌ範囲格納メモリ２４
から１つの作業規制範囲のＸ方向上限値Ｘ１ａｘ、ｘ方
向下限値ｘｎｉｎ　、　ｙ方向上限値３／　ｌａＸ、ｙ
方向下限値ｙｌｉｎ、ｚ方向上限値ＺｌａＸ、Ｚ方向下
限値ｚ　ｌ１ｌｉｎが読み出され、手順Ｓ７　、　Ｓ８
　。

Ｓ９において、手順Ｓ４で演算された座標値（ｘ’　、
ｙ’　、ｚ’　）の各々につき、これら上限値及び下限
値との大小関係、ｘｎｉｎ≦Ｘ゛≦ｘｆｌｌａＸ　、　
ｙｌｉｉｎ≦ｙ°≦ｙｌａｘ　、ｚｎｉｎ≦２゛≦ｘ　
ｍａｘが判断される。すなわちチェックされている測定
点がその作業規制範囲内に入っているかどうかが判断さ
れる。これら手順においてそれらのいずれか１つがＮｏ
である場合、すなわち測定点が作業規制範囲内に入って
いない場合は手順ｓ５に戻り、ここで再び全作業規制節
Ｕｔ１のチェックが終了したかどうかが判断され、終了
しない場合には手順８６〜Ｓ９において次の作業規制範
囲につき−Ｌ述したのと同様な動作がなされる。全てが
ＹＥＳである場合、すなわち測定点が作業規制範囲内に
入っている場合は手順Ｓ１０に移り、サーボ回路２８に
ロボット１の停止を指示し、次いで手順Ｓ１１に移り、
ここで異常出力回路２７へ異常信号を出力する。これに
よりロボッ１−１の測定点が例えば周辺機器４や治具等
と干渉し、ロボット及び周辺機器や治具等に損傷を与え
ることが避けられ、また操作者の周囲に作業規制範囲を
設定した場合には、ロボットが操作者に危害を及ぼずこ
とが未然に防止される。

以上の実施例において、測定点格納メモリに入力、設定
される測定点は任意に選択することができ、したがって
その測定点を適宜選択することによりロボットのいかな
る部位の干渉をも排除することができることは容易に理
解されよう。

（発明の効果） 以上明らかなように本発明の産業用ロボットの作業範囲
規制方法においては、ロボットのいかなる部位も作業対
象物以外のものと干渉することが防止され、したがって
ロボットがロボット自身及び周辺機器や治具等に損傷を
与えることが避けられると共に、ロボットが操作者に危
害を及びすことも避けられるので安全性も極めて高いも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の作業範囲規制方法が適用される産業用
ロボット及びその作業状況の一例を示す概略図であり、
第２図は第１図に示すロボットの軸構造をスケルトンに
て示す説明図であり、第３図は本発明の作業範囲規制方
法を実施する制御装置の概略図であり、第４図は第３図
に示す制御装置の作業規制範囲格納メモリの内部構成を
示す概略図であり、第５図は同測定点格納メモリの内部
構成を示す概略図であり、第６図（ａ）及び（ｂ）は、
それぞれ、第１図に示す周辺機器に対する作業規制範囲
の設定の仕方を説明するための、関連ＸＹＺ座標系のＹ
−Ｚ平面及びＸ−Ｙ平面で見たその周辺機器及び作業規
制範囲の概略図であり、第７図はそのようにして作業規
制範囲が設定された作業規制範囲格納メモリの内部構成
を示す概略図であり、第８図（ａ＞及び（ｂ）は、それ
ぞれ、第２図に示す２つの測定点の設定の仕方を説明す
るための、関連座標系で見た測定点の概略図であり、第
９図はそのようにして測定点が設定された測定点格納メ
モリの内部構成を示す概略図であり、第１０図及び第１
１図は、第３図に示す主記憶部に格納されている制御プ
ログラムによるロボットの動作手順を示すフローチャー
トである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ロボットの各軸に位置検出手段を取り付け、ロボットの
   作業規制範囲及びロボット上の任意の複数の測定点を予
   め入力して設定し、位置検出手段の検出値と測定点の設
   定値とから作業規制範囲の設定値の座標系における測定
   点の座標値を演算し、この演算値と作業規制範囲の設定
   値とを比較して、測定点が作業規制範囲内にあるかどう
   かを判断し、測定点が作業規制範囲内にあると判断され
   たときにロボットの停止を指示することを特徴とする産
   業用ロボットの作業範囲規制方法。