JPS6377692A - 作動範囲可変装置付き産業用ロボツト - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、ロボットアームの作動範囲を可変設定でき
る機能を備えた作動範囲可変装置付き産業用ロボットに
関する。

〈従来の技術〉 従来の産業用ロボットにおいて、各関節部での作動角度
範囲を規定するのに、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
メカニカルストツバ（以下、「メカストッパ」と称する
）が配設しである。またこのメカストッパの内側位置に
はマイクロスイッチや光電スイッチなどのアーム検出器
が配備してあり、このアーム検出器がアームを検出した
ときロボット駆動用アクチュエータ（例えばサーボモー
タ）を停止させて、アームとメカストッパとの衝突を防
止したり、或いは衝突時の衝撃を緩和するようになって
いる。

さらにこのアーム検出器の内側位置には「ソフトウェア
リミット」と呼ばれるソフトウェアによるストッパが設
けてあり、これにより教示作業中にアームが前記アーム
検出器で検出されないような構成となっている。このソ
フトウェアリミットは、アームの有効作動角度範囲の両
端位置データを予めＲＯＭなどのメモリに記憶させてお
き、アームの動作時に、アクチュエータの位置検出器の
出力を前記メモリに格納された位置データと比較し、前
記検出出力が位置データを越えたときにアームの動作を
停止させるものである。

上記のメカストッパやアーム検出器は、ロボット自体の
保護に有効であるだけでなく、その周辺の人間（例えば
作業者）や周辺機器に対する保護にもきわめて有効に機
能する。近年ロボットシステムが多くの生産現場等に導
入されてきており、人間や周辺機器に対する安全性が特
に重要視されている。その結果、ロボットシステムの導
入現場ではアームの作動範囲をフルに使うような作業は
むしろ稀であることが！されるに至り、このため安全性
やスペースの有効利用の点からアームの作動範囲を必要
最小限に狭くして使用する要請が強くなっている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記の要請に対処するため、メカストッパの設置位置を
変更できる構成とすることも可能であるが、これだとソ
フトウェアリミットがメカストッパの位置より外側に位
置することになって、ソフトウェアリミットの存在意義
が消失し、使い勝手が悪くなる。またこのメカストッパ
を利用して関節部のキャリブレーションを実施する方式
の産業用ロボットの場合、上記のようにメカストッパを
移動すると、キャリブレーションの実施に支障をきたす
こととなり、実際上、安全性の向上やスペースの有効利
用をはかることが困難であった。

この発明は、上記問題を解消するためのものであって、
メカストッパの設置位置を可変となし且つそれに伴って
ソフトウェアリミットの位置を自動設定可能とすること
により、アームの作動範囲を必要最小限に狭くすること
を可能とし、もって安全性の向上やスペースの有効利用
をはかることのできる作動範囲可変装置付き産業用ロボ
ットを提供することを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、この発明の産業用ロボットで
は、 アームの作動範囲を規制するためのロボット関節部に配
設される設置位置可変のメカストッパと、 前記アームの作動範囲内の所定位置から前記メカストッ
パの設置位置までのアームの回動角度を計測するための
角度計測手段と、 この角度計測手段による計測値に基づきソフトウェアリ
ミットの位置データを算定してこれを保持するデータ設
定保持手段とを具備させることにした。

く作用〉 メカストッパの位置を変更するとき、角度計測手段によ
りアームの作動範囲内の所定位置から前記メカニカルス
トッパの位置までのアームの回動角度が計測された後、
データ設定保持手段によりこの計測値に基づきソフトウ
ェアリミットの位置データが自動的に算定されてこれが
保持される。よってこの発明によれば、ソフトウェアリ
ミットがメカストッパより外側に位置してその存在意義
が消失したり、或いはキャリブレーションの実施に支障
をきたす等の虞れがなく、アームの作動範囲を必要最小
限に狭くできる。

〈実施例〉 第１図はこの発明の一実施例にかかる多関節型の作動範
囲可変装置付き産業用ロボットの全体構成例を示す。

図示例のロボット本体ＲＢは、３個の関節部１〜３にお
いてθ、〜θ、の回転自由度を有し、第１〜第３の各ア
ーム４，５．６がそれぞれ回転軸７，８．９を中心に正
逆回動する。前記各アーム４，５．６は駆動機構として
の直流サーボモータＭ、〜Ｍ、３（第２図に示す；以下
、単に「モータ」という）によってそれぞれ独立駆動さ
れるもので、前記各関節部１〜３には各アーム４．５．
６の回動角度範囲を規定するためのメカストッパ１１〜
１９が配設されている。

すなわち第１関節部１においては、第１アーム４の正負
回転方向の各終端位置にメカストッパ１１．１２が配置
されると共に、ベース部１０に第１アーム４が正逆回動
したとき前記メカストッパ１１．１２と当接する相手の
メカストッパ１７が配設されている。同様に第２関節部
２では第２アーム５側にメカストッパ１３．１４が、第
１アーム４側にその相手のメカストッパ１８が、それぞ
れ配設され、さらに同様に第３関節部３では第３アーム
６側にメカストッパ１５．１６が、第２アーム５側にそ
の相手のメカストッパ１９が、それぞれ配設されている
。

前記メカストッパ１３〜１６は、その設置位置の変更が
可能であるように、対応する各アーム４，５．６に取り
付けられている。この実施例ではそれぞれアームの正負
回転方向に複数個のネジ穴（図示せず）を所定角度毎に
予め設けておき、このうちいずれかネジ穴を選択して前
記各メカストッパ１１〜１６をネジ込み固定することに
より、各アームの作動角度範囲が大小設定できるよう構
成されている。

第２図は、上記産業用ロボットの制御装置２０の回路構
成例を示す。

図示例において、ＣＰＵ２１はＲＯＭ２２やバッテリバ
ックアップされたＲＡＭ２３．２４、さらにはキーボー
ド２５やＣＲＴ２６ととも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、位置制御演算等の
各種演算や処理を実行する。ＲＯＭ２２はロボット制御
用のシステムプログラム等を格納し、一方のＲＡＭ２３
は演算結果、ユーザプログラムその他データを、また他
方のＲＡＭ２４は後述するメカストッパ１１〜１Ｇの位
置に関する情報を、それぞれ記憶する。またキーボード
２５はＣＰＵＩ　７に対する入力用であり、ＣＲＴ２６
は演算結果や案内文字等を出力表示する。

ＣＰＵ２１の出力はサーボアンプＡ　ｔ　””　Ａ　３
に与えられており、これらのサーボアンプＡ。

〜Ａ３はＣＰＵ２１からのそれぞれの出力値〈電流指令
値）を増幅して、第１〜第３関節部１〜３の各モータＭ
１〜Ｍ−Ｊへ与える。エンコーダＥ、〜Ｅ、は、モータ
Ｍ、〜Ｍ３にそれぞれ取り付けられたインクリメンタル
形のロータリーエンコーダであって、それぞれエンコー
ダＥ　＋　”　Ｅ　３は、Ａ相およびＢ相出力として回
転角度に応じた出力パルス（例えば１回転につき１００
０ハルス）　をＣＰＵ２１へ出力すると共に、Ｚ相出力
として回転の基準位置を与える基準信号（例えば、１回
転につきｌパルス）を基準信号積知知回路２６へ出力す
る。この基準信号検知回路２６は、いずれかエンコーダ
Ｅ、〜Ｅ３より基準信号出力を受ける毎にＣＰＵ２１へ
割込み信号を与えるものであり、この実施例の場合、Ｃ
ＰＵ２１の側ではこの割込みを許可または不許可とする
だめのマスク設定やマスク解除を行うようになっている
。

第３図は、−例として第１関節部１についての回転軸７
の回動角度範囲α、と、その両端に位置するメカストッ
パ１ｉ、１２と、相手メカストッパ１７との当接位置Ｓ
、、Ｓ２とを例示したものである。同図の各メカストッ
パ１１゜１２は第１アーム４に最大作動範囲を与える最
も外側のネジ穴にセットされており、また図示例の場合
、前記回動角度範囲α、の中間位置に原点Ｐ、が設定さ
れている（他の関節部も同様）。

なお図中Ｚ、〜Ｚ、は、回転軸７の回動時に工ンコーダ
Ｅ１がＺ相出力（基準信号）を出力する角度位置を示し
ている。

上記原点Ｐ、　　（ただしｉ　＝１．２．３　）の位置
合わせ（キャリプレーシラン）はエンコーダＥ１〜Ｅ、
の基準信号（Ｚ相出力）を利用して、電源投入後に実施
されるもので、その具体的手順を第５図に示す。

なおこのキャリプレーシランにおいては、前記ＣＰＵ２
１は、各関節部１〜３においてメカストッパの当接を検
知する検知手段として機能する他、キャリプレーシラン
に関連する各種演算や処理を実行し、またＲＯＭ２２は
、キャリプレーシランを実行するためのプログラムを格
納するのに用いられる。

第５図のスタート時点で、ＣＰＵ２１はキーボード２５
よりキャリプレーシランの実行命令があると、ステップ
ｌ　（図中、ｒｓＴＩＪで示す）において基準信号検知
回路２６からの割込みを不許可するためにマスク設定を
行う、つぎにＣＰＵ２１は全モータＭ、〜Ｍ、を一斉駆
動して回転軸７〜９を正方向へ回転させる（ステップ２
）、かくして回転軸７〜９がそれぞれ適当角度回転し、
いずれか関節部においてメカストッパに当接すると、Ｃ
ＰＵ２１はこれを検知してステップ３の判定がＹＥＳ”
となる、この判定は、第６図に示す如く、アームがメカ
ストッパに当接したときモータ電流が図中ＡからＢへ急
激に増加することに着目し、モータ電流の値が予め設定
しである基準値ＩＡに達することを検出することによっ
て行うものである。なおメカストッパの当接検出後は、
モータ電流は一定値！、を保持させておく　（ステップ
５）。

全ての関節部１〜３においてメカストッパに当接して、
ＣＰＵ２１がこれを次々に検出すると、ステップ４の判
定が“ＹＰＳ”となってステップ６へ進み、ＣＰＵ２１
はまず基準信号検知回路２６からの割込みを許可すべく
前記マスクを解除する。ついでＣＰＵ２１はモータを逆
転させて各回転軸を順次負方向（前記と反対方向）へ低
速で回転させ、対応するエンコーダＥ１〜Ｅ、から最初
の基準信号を検知すべく待機する。

そして各関節部１〜３においてＣＰＵ２１がこの基準信
号を検知すると、これと同時に予めＲＯＭ２２からＲＡ
Ｍ２４にセントしである原点Ｐ、からの角度を現在位置
としてＲＡＭ２３に設定する。この現在位置は、その後
アームが回動するに従って順次更新されてゆくデータで
ある。

第４図は、第３図の正方向角度範囲（同図の右側半分）
を直線上に展開して示したものであり、同図中α２は最
初の基準信号検知時にＲＡＭ２３に設定される原点Ｐ１
からの角度である。

第７図は、メカストッパの当接位置を変更する手順を示
しており、以下、第４図に示す第１関節部１につきメカ
ストッパ１１の当接位置をＳ、からＳ、へ変更する場合
を例に挙げて具体的に説明する。

第７図おいて、そのスタート時点では前記したキャリプ
レーシランが終了しており、まず同図のステップ１１で
第１アーム４を回動して原点Ｐ、の位置へ移動させる。

つぎにステップ１２でメカストッパ１１の設置位置をＳ
ｌからＳ□へ変更した後、つぎのステ７ブ１３でＣＰＵ
２１は基準信号検知回路２６からの割込みを不許可する
ためにマスク設定を行う。つぎにステップ１４でＣＰＵ
２１はモータＭ１を駆動して回転軸７を正方向へ回転さ
せ、第１アーム４がＳ、の位置でメカストッパ１１に当
接したかどうかを検知する（ステップ１５）。

ＣＰＵ２１がメカストッパ１１との当接を検知すると、
ステップ１５の判定が“ＹＦＳ”となり、つぎのステッ
プ１６でそのときの原点Ｐ、からの角度β２をエンコー
ダＥ、の計数出力を読み取ることにより測定する。つぎ
にＣＰＵ２１はステップ１７で基準信号検知回路２６か
らの割込みを許可すべく前記マスクを解除した後、ステ
ップ１８でモータＭ１を逆転させアーム４を負方向へ回
転させて、エンコーダＥ、から最初の基準信号を第４図
中、ｚ２の位置で検知する。

そしてこの信号検知と同時にこのときの原点Ｐ、からの
角度α４が測定され、この角度α。

が前記の角度α２に代わってＲＡＭ２４に記憶せられ（
ステップ１９）、以後のキャリブレーションにおける初
期設定値として使用されることになる。さらに続くステ
ップ２０で、この角度α４または前記角度β２からある
一定角度（例えば１　’）　Ｍじた値β、が従前の角度
β１に代わってソフトウェアリミットの位置データとし
てＲＡＭ２３に設定される。

かくしてロボットの教示時や自動動作時において、ＣＰ
Ｕ２１は各関節部１〜３における回転軸７〜９の回転角
度の指令値および測定値をＲＡＭ２３に設定されたソフ
トウェアリミットの位置データβ、と常に比較し、この
値を越えたときその旨をＣＲＴ２６に表示すると共に、
対応するモータを停止させる。

また新たなメカストッパ位置でのキャリブレーションに
ついては、従来の初期設定値がα２からα４に置き代わ
っているので、前記第５図に示す手順を同様に実行する
ことでその目的は達せられる。

なお上記では、一方のメカストッパ１１の位置を変更す
る場合についてのみ説明したが、同様のアルゴリズムに
より他方のメカストッパ１２についての位置変更、さら
にはソフトウェアリミットの位置変更が可能であること
は勿論である。

〈発明の効果〉 この発明は上記の如く、メカストッパの設置位置を可変
となし且つそれに伴ってソフトウェアリミットの位置を
自動設定可能としたから、使い勝手の悪化を招かずかつ
キャリブレーションの実施に支障をきたすことなく、ロ
ボットアームの作動範囲を必要最小限に狭くすることが
でき、ロボット周辺の人間や機器に対する安全性を向上
でき、また周囲のスペースの有効利用をはかることがで
きる等、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図はこの発明の一実施例にかかる産業用ロボットの
全体概略構成を示す正面図、第２図は産業用ロボット制
御装置の回路構成例を示すブロック図、第３図は第１関
節部における回転軸の回動角度範囲の一例を示す図、第
４図は第３図の一部を直線上に展開した図、第５図はキ
ャリブレーション動作の手順を示すフローチャート、第
６図はキャリブレーション時におけるモータ電流の変化
を示す図、第７図はメカストッパの当接位置を変更する
手順委示すフローチャートである。 １〜３・・・・関節部　　　４〜６・・・・アーム１１
〜１９・・・・メカストッパ ２１・・・・ＣＰ　Ｕ　　　　　　２２・・・・ＲＯＭ
２３、２４・・・・ＲＡＭ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロボット関節部を正逆回動してロボットアームを
   駆動する産業用ロボットにおいて、 前記ロボットアームの作動範囲を規制するためのロボッ
   ト関節部に配設される設置位置可変のメカニカルストッ
   パと、 前記ロボットアームの作動範囲内の所定位置から前記メ
   カニカルストッパの設置位置までのロボットアームの回
   動角度を計測するための角度計測手段と、 この角度計測手段による計測値に基づきソフトウェアリ
   ミットの位置データを算出してこれを保持するデータ設
   定保持手段とを具備して成る作動範囲可変装置付き産業
   用ロボット。
2. （２）前記ロボット関節部は、サーボモータで駆動され
   る特許請求の範囲第１項記載の作動範囲可変装置付き産
   業用ロボット。
3. （３）前記角度計測手段は、アクチュエータに接続され
   るロータリエンコーダを構成として含む特許請求の範囲
   第１項記載の作動範囲可変装置付き産業用ロボット。
4. （４）前記データ設定保持手段は、角度計測手段による
   計測値に基づきソフトウェアリミットの位置データを演
   算するＣＰＵと、この位置データを記憶するメモリとか
   ら成る特許請求の範囲第１項記載の作動範囲可変装置付
   き産業用ロボット。