JPS63308607A - 産業用ロボットの制御装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は安全性の向上を図り得るようにした産業用ロボ
ットの制御装置に関する。

（従来の技術） 産業用ロボットで組立や搬送の作業を行なう場合、ロボ
ットは予め作成されたプログラムに従って、教示等によ
り定められた経路をたどり、同じく教示等により定めら
れた点への位置決め動作を繰返す。ところが、もしロボ
ットで搬送しているワークの大きさや形状が異なってい
たり、教示された位置と作業を行なう上での位置決めす
べき位置とが、ロボットの周辺機器の不具合等によって
相対的にずれると、ワークとロボットのツールが衝突し
たり、ワークを位置決めする時に衝突やこじりが発生す
ることがある。すると、ロボットの目標動作に対する位
置偏差や速度偏差が、ロボット駆動用のモータのサーボ
ループ内で増大し、それに伴ってモータの出力トルクが
増大する。さらに、モータのトルクと時間との積である
モータの仕事も増大する。

そこで一般に、上述の位置偏差やモータの仕事には上限
が設定されており、ロボット動作中において衝突やこじ
りが起こると、これらの上限に至る状態が検出されてロ
ボットの動作を停止させることができるようになってい
る。また、ロボットのツールの組付部に力やトルクのセ
ンサを設けることも試みられており、ハンドが外界から
受ける力を検出できるので、これを衝突の検出にも利用
できる。

ところで、ロボットの正常な動作においては、ロボット
に所定の荷重を取付けてロボットを所定の最大加速度、
最大速度で動作させる場合でも、上述の位置偏差やモー
タの仕事は上限値には至らない。また、ロボットが低加
速度や低速度で動作している時には、ロボットアームや
モータのロータのイナーシャの加速に要するトルクが少
ないため、モータの所要トルクは少なくなり、相対的に
上述の上限値までの余裕が大きくなっている。従って、
ロボットが低加速度や低速度で動作している時に、衝突
やこじりが発生してモータのトルクが増大すると、上述
の加速に要するトクが少ないため、過大なトルクがアー
ムに伝達されることになる。さらに、上述の位置偏差や
モータの仕事の限界値に至るまでの時間も長くなるため
、限界値に至ったことを検出してロボットの動作を停止
させても、ワークやツール、あるいはロボットの機構の
破損を防止できない恐れがある。そして、ワークやツー
ルの強度が弱い場合には、衝突の検出もできないまま破
損することも懸念される。さらにまた、ロボットのツー
ルの組付部に力やトルクのセンサを設けることは経済的
でないばかりでなく、センサからの信号の処理や制御が
複雑となり、ツールの機構やツールへの配線も複雑にな
る。

（発明が解決しようとする問題点） 以上のように従来では、ロボットが搬送しているワーク
やツールが外界と衝突やこじりを起こした場合に、これ
を感度よく検出することができないことから、ロボット
の関節に衝突後に過大な駆動力が発生し、ワークやツー
ル、ロボットの機構が破損してしまうという問題があっ
た。

本発明の目的は、ロボットが搬送しているワークやツー
ルが外界と衝突やこじりを起こした場合に、これを感度
よく検出してロボットの関節における衝突後−の過大な
駆動力の発生を防止すると共に、ワークやツール、ロボ
ットの機構の破損を軽減することが可能な産業用ロボッ
トの制御装置を提供することにある。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明による産業用ロボッ
トの制御装置は、ロボットの目標動作の状態から関節駆
動用のモータにおける所要トルクを演算する所要トルク
演算手段と、この所要トルク演算手段で求められた所要
トルクの値に基づいて任意に許容トルクを設定してモー
タの出力トルクを当該許容トルク内に拘束する許容トル
ク設定手段と、この許容トルク設定手段で設定された許
容トルクと駆動時のモータの出力トルクとを比較するト
ルク比較演算手段と、このトルク比較演算手段での比較
結果に基づいてロボットの動作を停止させる信号を発生
するロボット停止信号発生手段とを備えたことを特徴と
する。

（作用） 上述の産業用ロボットの制御装置においては、ロボット
の目標動作の状態すなわちアームの速度。

加速度、アームの姿勢等から、関節駆動用のモータにお
ける所要トルクが所要トルク演算手段により求められ、
許容トルク設定手段により所要トルクと所定の関数関係
になるような許容トルクを設定することによって、モー
タの出力トルクが当該許容トルク内に拘束され、ロボッ
トの実際の動作時のトルクが許容トルクと等しくなるよ
うに拘束される状態が所定時間継続しているか否かをト
ルク比較演算手段により検出し、その比較結果に応じて
ロボット停止信号発生手段によりロボットの動作が停止
せられる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は、本発明による産業用ロボットの制御装置の構
成例を示すブロック図である。すなわち、本実施例によ
る産業用ロボットの制御装置は第１図に示すように、ロ
ボットアーム１０が目標動作を行なうために図示しない
上位コントローラから入力される目標位置入力と、ロボ
ットの関節駆動用のサーボモータ４からの位置フィード
バックとに基づいて速度指令を出力する位置制御手１段
１と、この位置制御手段１からの速度指令とサーボモー
タ４からの速度フィードバックとに基づいてトルク指令
を演算して出力する速度制御手段２と、ロボットの目標
動作の状態からサーボモータ４における所要トルクを演
算する所要トルク演算手段３と、この所要トルク演算手
段３で求められた所要トルクの値と、外部から任意に入
力される設定入力とに基づいて許容トルクを設定して、
サーボモータ４の出力トルクを当該許容トルクの範囲内
に拘束する許容トルク設定手段５と、この許容トルク設
定手段５からの許容トルクによるサーボモータ４のトル
クの拘束を示すリミッタ５ａと、上記速度制御手段２か
らのトルク指令と、上記許容トルク設定手段５からの許
容トルクの設定値とに基づいてサーボモータ４のトルク
すなわち電流を制御する電流制御手段６と、上記許容ト
ルク設定手段５からの許容トルクの設定値と、駆動時の
サーボモータ４の出力トルクを示す速度制御手段２から
のトルク指令入力とを比較するトルク比較演算手段７と
、このトルク比較演算手段７での比較結果に応じてロボ
ットの動作、すなわちサーボモータ４の回転を停止させ
る信号を発生するロボット停止信号発生手段８と、サー
ボモータ４の出力トルクを増幅する減速機９とから構成
している。

以上のような構成において、ロボットアーム１０がプロ
グラムされた所望の目標動作を行なうための目標位置入
力が、位置制御手段１に入力される。また、所要トルク
演算手段３において、ロボットの目標動作状態からサー
ボモータ４の所要トルクが求められる。すなわち、ロボ
ットの自由度をｎとすると、ロボットのｉ番目のサーボ
モータ４の所要トルクτ鱈は、以下のような式から求め
られる。

ｒ　ｍｉ＝　Ｊ　ｍｉ’＃　ｍｉ＋　Ｄ　ａ＋ｉθｍ１
＋　ｒｅｉ／Ｎｉ　−＝　（１）但し、Ｊｍｉは高速回
転部（モータ）慣性モーメント、１９ｍ１．’＆ｓｌは
モータ回転角速度、角加速度、１／Ｎ１は減速機９の減
速比、Ｄａｌは高速回転部（モータおよび伝達機構など
）の粘性摩擦係数、ｒｅ１は関節駆動トルクである。

ここで、τｅｉはロボットの関節の駆動トルクベクトル
ｒｅ　　（ｎ次元）の第ｉ成分であり、ｒｅは以下の式
で表わされる。

＋Ｇ（ｅｅ）　　　　　　　　　・・・・・・（２）但
し、θｅ、＆ｅ、ｅｅはロボットの関節の回転角、角速
度、角加速度のベクトル（ｎ次元）、Ｍ（ｅｅ）は慣性
行列、Ｈ（θθｒ　ｅ　ｅ　）は遠心力、コリオリカ、
摩擦力、Ｇ（ｅｅ）は重力、その他外力である。

次に、以上のようにして演算された所要トルクτ１１と
設定人力τｏ１とを、許容トルク設定手段５において次
のように加算することによって許容トルクτｅｓ　１を
設定し、サーボモータ４の出力トルクがこの許容トルク
τｅｔａ　１の上下限内に拘束される。

ｔｅａ　１−　ｒｓｉ＋　ｒｏｔ　（上限）τ１−τｏ
ｉ　（下限）　・・・・・・（３）さらに、ロボットの
実際の動作時のトルクが上記許容トルクの上下限と等し
くなるように拘束される状態が、所定の時間継続してい
るか否かをトルク比較演算手段７によって検出し、所定
の時間継続している場合には衝突またはこじり等によっ
てロボットに外力が加わっていると判定し、ロボット停
止信号発生手段８によりロボット停止信号を、電流制御
手段６および図示しない上位コントローラに出力してロ
ボットの停止動作が行なわれる。

第２図は、上述したモータの所要トルクと許容トルクと
の関係の一例を示したものである。第２図において、横
軸は時間軸になっており、ａは目標動作の位置入力、実
線すは所要トルク演算手段３により演算されたサーボモ
ータ４の所要トルク、Ｃは許容トルク設定手段５により
設定された許容トルク、破線ｄは実際のサーボモータの
駆動トルクを夫々示している。すなわち、第２図中Ｐの
時点でロボットが外界と衝突したとすると、駆動トルク
はｄ′のように増大してＱの時点で許容トルクの上限に
達し、許容トルクＣと等しくなるように拘束された状態
になり、所定の時間経過後のＲの時点でロボット停止信
号が出力されるものである。

本実施例による産業用ロボットの制御装置は以上のよう
に構成しているので、次のような作用効果が得られるも
のである。

（ａ）ロボット動作中の所要トルクを演算し、それに基
づいて許容トルクを設定できる構成としたので、駆動ト
ルクが小さい時にロボットが外界と衝突した場合にも、
特別なセンサを使用することなくそれを感度よく検出で
きるだけでなく、ロボットの関節が過大なトルクを発生
する状態になるのを防止することができ、ロボットの機
構やワークの破損を軽減することが可能となる。

（ｂ）駆動トルクが許容トルクの上限に所定の時間達し
た時にロボットの動作を停止させる構成としたので、衝
突状態からの速やかな復帰が図れると共に、ロボットの
機構やワークの破損を軽減することが可能となる。

（Ｃ）許容トルクの設定が任意に外部から行なえる構成
としたので、任意の動作に対して任意の許容トルクを設
定することが可能となる。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく
、次のようにしても実施することができるものである。

上記実施例においては、所要トルクを演算する時に関節
の駆動トルクベクトルｒｅ（（２）式）を演算したが、
衝突を検出しようとするロボットの動作が比較的低速、
低加速度の場合には、遠心力やコリオリカは小さくなり
、ロボットの関節角の加速によって生じる慣性力も小さ
くなることから、（１）式の中の関節駆動トルクτｅ１
の中の遠心力やコリオリカ、他の関節の駆動による慣性
力等を省略して演算するようにしてもよい。これにより
、許容トルク設定のための演算の簡素化が図れることに
なる。

また上記実施例においては、許容トルクτθ■１を（３
）式のように設定したが、これは他の任意の関数として
も同様の効果を持ち得ることは勿論である。例えば、所
要トルクの演算値の絶対値がある値以下の場合には、許
容トルクを一定値とするようにしてもよい。これによっ
ても、許容トルク設定のための演算の簡素化が図れるも
のである。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、ロボットの目標動
作の状態から関節駆動用のモータにおける所要トルクを
演算する所要トルク演算手段と、この所要トルク演算手
段で求められた所要トルクの値に基づいて任意に許容ト
ルクを設定してモータの出力トルクを当該許容トルク内
に拘束する許容トルク設定手段と、この許容トルク設定
手段で設定された許容トルクと駆動時のモータの出力ト
ルクとを比較するトルク比較演算手段と、このトルク比
較演算手段での比較結果に基づいてロボットの動作を停
止させる信号を発生するロボット停止信号発生手段とを
備えるようにしたので、ロボットが搬送しているワーク
やツールが外界と衝突やこじりを起こした場合に、これ
を感度よく検出してロボットの関節における衝突後の過
大な駆動力の発生を防止すると共に、ワークやツール、
ロボットの機構の破損を軽減することが可能な産業用ロ
ボットの制御装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による産業用ロボットの制御装置の一実
施例を示すブロック図、第２図は同実施例における所要
トルクと許容トルクとの関係を説明するための図である
。 １・・・位置制御手段、２・・・速度制御手段、３・・
・所要トルク演算手段、４・・・サーボモータ、５・・
・許容トルク設定手段、６・・・電流制御手段、７・・
・トルク比較演算手段、８・・・ロボット停止信号発生
手段、ａ・・・目標位置入力、ｂ・・・モータの所要ト
ルク、Ｃ・・・許容トルク、ｄ、ｄ−・・・駆動トルク
。 出願人代理人　　弁理士　鈴江武彦 第２１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ロボットアームが目標動作を行なうために与えられる目
   標位置入力と、ロボットの関節駆動用のモータからの位
   置フィードバックとに基づいて速度指令を得、この速度
   指令と前記モータからの速度フィードバックとに基づい
   てトルク指令を得、さらにこのトルク指令に基づいて前
   記モータの電流を制御するように構成された産業用ロボ
   ットの制御装置において、ロボットの目標動作の状態か
   ら前記関節駆動用のモータにおける所要トルクを演算す
   る所要トルク演算手段と、この所要トルク演算手段で求
   められた所要トルクの値に基づいて任意に許容トルクを
   設定してモータの出力トルクを当該許容トルク内に拘束
   する許容トルク設定手段と、この許容トルク設定手段で
   設定された許容トルクと駆動時のモータの出力トルクと
   を比較するトルク比較演算手段と、このトルク比較演算
   手段での比較結果に基づいてロボットの動作を停止させ
   る信号を発生するロボット停止信号発生手段とを備えて
   成ることを特徴とする産業用ロボットの制御装置。