JPS6380303A - 産業用ロボツトの速度制御方法 - 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］ この発明は、教示（ティーチング）点間をプレイバック
動作する溶接ロボットやハンドリングロボットのような
複数関節型産業用ロボットの速度制御方法に関するもの
である。

［従来の技術］ 第９図はアーク溶接ロボットによる溶接工程を示した模
式図である。この第９図において、ギザギザで表したＰ
２−Ｐ３問およびＰ５−Ｐ６間は、アーク溶接する区間
であり、これらの区間では脚長や溶接電流等により限界
速度は予め決まっているため（例えば１００ｃｍ／ｍ１
ｎ）、これをティーチング時に入力すれば良い、これに
対して、ＰＬ−Ｐ２．Ｐ３−Ｐ４−Ｐ５．Ｐ６−Ｐ７間
は溶接区間Ｐ２−Ｐ３．Ｐ５−Ｐ６にロボットを移動さ
せる目的で動かす区間［従ってこれらの区間ＰＬ−Ｐ２
．Ｐ３−Ｐ４−Ｐ５．Ｐ６−Ｐ７を空送区間（エアカッ
ト区間）と呼ぶコであるから、この空送区間での速度は
溶接施工上の制限はなく、ロボットの各軸のモータ等の
事情、すなわちロボット自身が持つ性能により速度は決
定されるものである。

［発明が解決しようとする問題点］ 一方最近の産業用ロボットは、その実用性から、多関節
型のものが多く、その最高速度は、その姿勢によって各
アームの最高速度が異なり、どの位の速度を入力したら
、特定のアームの最高速度になるものか非常にわかりづ
らい。

そこで、入力される速度は、後からのエラー修正の煩わ
しさを除くために各アームの実際の限界速度より低く設
定される場合が多い。

また、ロボットの性能以上の速度を設定し実行するのを
防止する目的で、偏差を監視し、過大な偏差が生じた時
にはロボットを非常停止させる「偏差異常」チェック機
能が良く用いられるが、限界すれすれのティーチングで
は、この異常にひっかかることが多く、ティチングやテ
ストモードにおいて、エラーが発生すれば、その都度速
度設定をやり直す手間がかかり、このため自動的にどの
ようなアームの姿勢においても、エアカット区間を移動
できるための最高速度を設定できる機能が望まれていた
。

本発明は、このような状況下において創案されたもので
、空送時間を短くできるようにして、全体のタクトタイ
ムの短縮化をはかった、産業用ロボットの速度制御方法
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］ このため、本発明の産業用ロボットの速度制御方法は、
教示点間をプレイバック動作する複数関節型産業用ロボ
ットであって、上記教示点間を複数の区間に分割する分
割点を目標位置として位置制御するためのタイミングを
決めるトリガ信号を出力するように構成したものにおい
て、ロボット関節駆動用モータ軸毎に生じている実偏差
と上記ロボット関節駆動用モータ軸毎に予め設定された
許容偏差とを比較し、上記トリガ信号を出力すべきタイ
ミングがきた時点において、すべてのモータ軸について
の上記実偏差が上記許容偏差と等しくなるまでは上記ト
リガ信号を出力するのを禁止することを特徴としている
。

また、本発明の産業用ロボットの速度制御方法は、教示
点間をプレイバック動作する複数関節型産業用ロボット
であって、上記教示点間を複数の区間に分割する分割点
を目標位置として位置制御するためのタイミングを決め
るトリガ信号を出力するように構成したものにおいて、
ロボット関節駆動用モータ軸毎に生じている実速度と上
記ロボット関節駆動用モータ軸毎に予め設定された許容
速度とを比較し、上記トリガ信号を出力すべきタイミン
グがきた時点において、すべてのモータ軸についての上
記実速度が上記許容速度と等しくなるまでは上記トリガ
信号を出力するのを禁止することを特徴としている。

［作　用コ 上述の第１番目の発明の産業用ロボットの速度制御方法
では、ロボット関節駆動用モータ軸毎に生じている実偏
差とロボット関節駆動用モータ軸毎に予め設定された許
容偏差とが比較され、上記トリガ信号を出力すべきタイ
ミングがきた時点において、すべてのモータ軸について
の実偏差が許容偏差と等しくなるまではトリガ信号を出
力するのを禁止し、その後すべてのモータ軸についての
実偏差が許容偏差と等しくなったときにトリガ信号を出
力する。

また、第２番目の発明の産業用ロボットの速度制御方法
では、ロボット関節駆動用モータ軸毎に生じている実速
度とロボット関節駆動用モータ軸毎に予め設定された許
容速度とが比較され、上記トリガ信号を出力すべきタイ
ミングがきた時点において、すべてのモータ軸について
の実速度が許容速度と等しくなるまではトリガ信号を出
力するのを禁止し、その後すべてのモータ軸についての
実速度が許容速度と等しくなったときにトリガ信号を出
力する。

［発明の実施例コ 以下、本発明の実施例について説明すると、第１〜５図
は本発明の第１実施例としての産業用ロボットの速度制
御方法を示すもので、第１図は本方法を実施するための
装置を示すブロック図、第２図は本方法を適用される溶
接ロボットの概略構成図、第３図は旋回中心と作業点と
の間の距離が教示点間で変化している様子を示す模式図
、第４図は教示点間を複数の区間に分割するための要領
を説明するための模式図、第５図はモータ回転数と定常
状態での位置偏差との関係を示すグラフである。

さて、この方法を例えば５軸の関節型溶接ロボットの速
度制御に適用した場合を考えると、本方法を実施するた
めには、第１図に示すような装置が使用される。この第
１図において、１はロボット関節駆動用の各モータ２の
ための基準速度信号（この信号は教示点間の複数の目標
位置に対応するロボット位置指令信号である）を出力す
る演算装置、３はモータ２の実速度を検出するエンコー
ダ、４は演算装置１からの基準速度とエンコーダ３から
の実速度との偏差を計数する偏差カウンタ、５はＤ／Ａ
変換器、６はドライバ、７は各モータ軸ごとの許容偏差
を予め設定する許容偏差設定器、８は偏差カウンタ４か
らの実偏差と許容偏差設定器７からの許容偏差とを比較
して実偏差が許容偏差よりも大きい場合にｒＮＯＪ信号
を出しそれ以外で「ＯＫ」信号を出す比較器であり、９
は所要のタイミングでロボット位置制御のためのトリガ
信号を演算袋＠１へ出力するトリガ信号源であるが、こ
のトリガ信号源９は比較器８からの「ＯＫ」信号あるい
は「Ｎｏ」信号を受けるようになっている。ここで、ト
リガ信号源９はいずれかの比較器８からｒＮＯＪ信号を
受けるとトリガ信号は出力しない。

次にこの第１実施例の方法を実施するに際しての要領を
詳細に説明する。まず、第２図にような多関節型の溶接
ロボットの場合、作業点であるに点と旋回中心との間の
距離をａとする。もし、仮に旋回の軸が最も利用され速
度を決めるネックがこの軸であるとすると、回転数の最
大値はＱに無関係とすれば、このＱによって旋回軸の出
しうるに点の最高速度ｖ　ｌａｘは決まる０例えばｖｍ
ａｘ＝　２７Ｃ１ｎ　Ｘ　（Ｎｗ＋ａｘ／　ｋ　）とな
る。ここで、Ｎｍａｘはモータ回転数の最高値、ｋは減
速比である。

ところが、第３図からもわかるように教示点ＰＬ−Ｐ２
の間でもΩの値がＱよ、Ω２．Ω３というように変化し
、仮にＰｌの時（２＝Ｑよ）にＶが５０ｍ／ｗｉｎまで
引き出せたとしても、その中間点（Ｑ＝２２）では３０
ｍ／ｗｉｎまでしか動かないといったケースがある。こ
の場合、教示データとしては３０　ｍ　／　ｗｉｎを入
力するのが最も速く即ち最短時間で、教示点間ＰＬ−Ｐ
２を結ぶ速度を設定したことになる。しかしこの実施例
のように自由度が５軸のものについては、ネックによる
軸が教示点間に複数存在する場合、速度の設定はさらに
複雑になる。

また教示点間はたとえ一部速く動かすことが可能な所（
前例では５０　ｍ　／　ｍ１ｎ）があっても、最も小さ
な値（同３０　ｍ　／　ｗｉｎ）によって制限されるの
も最大のスピードを引き出す上で問題となる。

そこで、本方法では第３図の例を再度用いると、まず教
示点ＰＬ、Ｐ２を教えた時に例えば１００ｍ／Ｂｉｎを
入力（設定）する。ここで、教示点間ＰＩ。

Ｐ２を入力（設定）速度に応じて複数の分割点（補間点
）に分割する。即ち補間計算を行ないプレイバック時の
再生時間きざみである制御周期位置決めのトリガ信号の
発生する時間（通常２０〜Ｌｏｏｍｓ位が多い）で分割
する（第４図参照）。

今、教示点ＰＬ−Ｐ２間の途中の点Ｐ１２（ｍ）。

Ｐｌ２（＋ｍ＋１）について考えると、ロボットの作業
点Ｋが点Ｐ１２（ｍ）を仮に４０　ｍ　／　ｗｉｎで通
過しようとしたとする。しかし前記したようにＰｌ２（
ｍ）あたりではロボットの性能が３０　ｍ　／　ｗｉｎ
であったとする。そして、この３０ｍ／１ｌＩｉｎに対
応する許容偏差が３０００パルスであるとすると、第５
図からもねるように、４０ｍ／ｍｉｎで通過しようとす
るロボットの旋回軸には４０００パルスの実偏差が生じ
ることになる。この４００ｏパルス（実偏差）は３００
０パルス（許容偏差）より大きいので、これを比較して
いる比較器８がｒＯＫＪ信号を出力せず、したがって次
のＰＩ３（ｍ＋１）の目標位置の指令を出すのを待ち（
禁止し）、実偏差が３０００となった時点で、ＰＩ３　
（ｍ＋１）の位置指令を出すようにする。

このように実偏差がモータ軸毎に決めた許容偏差をオー
バーした場合に次の位置制御指令を出さずに待つ方法を
とると、結果的にはネックとなる軸の許容偏差にみあう
速度すなわち許容最高回転数で補間点間を移動すること
になる。第４図の例では教示点Ｐ１に近い補間点間は偏
差が許容の３０００パルスで制限されても念が長いので
、５０ｍ／＠ｉｎで通過し、ＰＩ３（＋）付近では同じ
＜　３０００パルスで３０　ｍ　／　＋ｍｉｎというよ
うにロボットの移動速度は変化するが、旋回軸の偏差は
一定に保たれる。即ち回転数が一定に保たれる。

また、教示点ＰＬ−Ｐ２に旋回以外の軸が一時点にネッ
クになる場合は、その軸によって速度が定まり、旋回軸
のその偏差は３０００パルスより小さい値となる。

なお、すべての比較器８がｒＯＫｌ信号を出した場合に
はトリガ信号源９は演算装置１ヘロボット位置制御のた
めのトリガ信号を出す。

このように偏差を各軸の回転数のファクタとしてチェッ
クし、実偏差が許容偏差を上回る場合には次の制御のタ
イミングを遅らせるという方法をとると、多数の軸によ
って構成されるロボットから最高の速度をリアルタイム
で引き出すことができる。

もちろん他の空送区間Ｐ３−Ｐ４−Ｐ５．Ｐ６−Ｐ７に
ついても同様の手法が用いられる。

なお、入力された速度より実際に出しうる速度が下回る
場合には、トリガ信号が出されず待たされているから、
トリガ信号が持されている場合に表示するインジケータ
を設けると、オペレータ（作業者）にわかりやすい。

また、通常の速度設定の他に例えば「最高速」キーを設
けて、教示時にこれを押すことにより予め決められた速
度（例えば１００　ｍ／＋ｍ１ｎ）にして、これまで述
べた工程に従って最高速を得るようにすることもできる
。

このようにして、この第１実施例によれば、作業者が考
えなくとも、ロボットの持つ最大の速度性能が得られる
ほか、補間演算をやりなおさなくても、速度を変化させ
ることができるので、リアルタイムでの処理が可能とな
る。

第６〜８図は本発明の第２実施例としての産業用ロボッ
トの速度制御方法を示すもので、第６図は本方法を実施
するための装置を示すブロック図。

第７図はモータ回転数とタコジェネレータ電圧との関係
を示すグラフ、第８図は本方法を実施するための装置の
変形例を示すブロック図である。

この第２実施例の場合も、例えば５軸の関節型溶接ロボ
ットの速度制御に本方法を適用した場合を考えると、こ
の方法を実施するために第６図に示すような装置が使用
される。この第６図において、１′はロボット関節駆動
用の各モータ２のための基準速度信号（この信号は教示
点間の複数の目標位置に対応するロボット位置指令信号
である）を出力する演算装置、１０はモータ２の実速度
をアナログ値で検出するタコジェネレータ、３はエンコ
ーダ、５はＤ／Ａ変換器、６はドライバ、７′は各モー
タ軸ごとの許容速度を予め設定する許容速度設定器、８
′はタコジェネレータ１０からの実速度と許容速度設定
器７′からの許容速度とを比較して実速度が許容速度よ
りも大きい場合にｒＮＯＪ信号を出しそれ以外でｒｏＫ
Ｊ信号を出す比較器であり、９′は所要のタイミングで
ロボット位置制御のためのトリガ信号を演算装置１′へ
出力するトリガ信号源であるが、このトリガ信号源９′
は比較器８′からのｒＯＫＪ信号あるいはｒＮＯＪ信号
を受けるようになっている。ここで、トリガ信号源９′
はいずれかの比較器８′からｒ　Ｎ　ＯＪ信号を受ける
とトリガ信号は出力しない。

次にこの第２実施例の方法を実施するに際しての要領を
説明する。

今、第１実施例と同様に、第３図の例を用いると、まず
教示点ＰＬ、Ｐ２を教えた時に例えば１００　ｍ　／ｗ
ｉｎを入力（設定）する。そして、前述の第１実施例と
同様、教示点間ＰＬ、Ｐ２を入力（設定）速度に応じて
複数の分割点（補間点）に分割する。即ち補間計算を行
ないプレイバック時の再生時間きざみである制御周期位
置決めのトリガ信号の発生する時間（通常２０〜１００
ｎ＋ｓ位が多い）で分割する（第４図参照）。

さらに、前述の第１実施例と同様にして、教示点ＰＬ　
−Ｐ２間の途中の点Ｐ　１２（ｍ）　、　Ｐ　１２　（
ｍ＋　１）について考えると、ロボットの作業点Ｋが点
Ｐ１２（ｍ）を仮に４０ｍ／ｗｉｎで通過しようとした
とする。

そしてＰＩ３（ｍ）あたりではロボットの性能が３０ｍ
／ｍｉｎであったとする。そして、この３０ｍ／ｗｉｎ
に対応するモータ回転数が３００Ｏｒｐｍであるとする
と、第７図からもねるように、４０　ｍ　／　ｌｌｌ１
ｎで通過しようとするロボットの旋回軸には４０００ｒ
ｐｍの速度が生じることになる。

なお、タコジェネレータ１０の電圧はモータ２の回転数
と１対１の関係にある。

この４０００ｒｐｍ　（実速度）は３０００ｒｐｍ（許
容速度）より大きいので、これを比較している比較器８
′が「ＯＫ」信号を出力せず、したがって次のＰＩ３　
（ｎ＋＋１）の目標位置の指令を出すのを待ち（禁止し
）、実速度が３０００となった時点で、ＰＩ３（ｍ＋１
）の位置指令を出すようにする。

このように実速度がモータ軸毎に決めた許容速度をオー
バーした場合に次の位置制御指令を出さずに待つ方法を
とると、結果的にはネックとなる軸の許容速度にみあう
速度すなわち許容最高回転数で補間点間を移動すること
になる。そして、この第２実施例の場合も、前述の第１
実施例と同様にして、第４図の例では教示点Ｐ１に近い
補間点間は速度が許容の３００Ｏｒｐｍで制限されても
Ωが長いので、５０ｍ／ｗｉｎで通過し、Ｐ　１２（ｍ
）付近では同じ＜３００Ｏｒｐｍで３０ｍ／ｍｉｎとい
うようにロボットの移動速度は変化するが、旋回軸のモ
ータ回転数は最高値を示し一定に保たれる。

また、教示点ＰＩ−Ｐ２に旋回以外の軸が一時点にネッ
クになる場合は、その軸によって速度が定まり、旋回軸
のモータ回転数は３０００ｐｐｍより小さい値となる。

なお、すべての比較器８′がｒＯＫＪ信号を出した場合
にはトリガ信号源９′は演算装置１′へロボット位置制
御のためのトリガ信号を出す。

以上のような方法をとると、あるわずかな時点で許容速
度を超える可能性があるものの、平均的には許容速度以
内に納めることができ、更にモータ応答速度の半分以下
の周期で制御する等、モータの応答性と制御周期との関
係をうまくとれば、許容速度を少し上回ったり再生速度
のムラが生じたりするというおそれを解消することがで
きる。

このように各モータ軸毎に許容速度と実速度とをチェッ
クし、実速度が許容速度を上回る場合には次の制御のタ
イミングを遅らせるという方法をとると、多数の軸によ
って構成されるロボットから最高の速度をリアルタイム
で引き出すことができる。

もちろん他の空送区間Ｐ３−Ｐ４−Ｐ５．Ｐ６−Ｐ７に
ついても同様の手法が用いられる。

なお、入力された速度より実際に出しうる速度が下回る
場合には、トリガ信号が出されず待たされているから、
この第２実施例の場合も、トリガ信号が待されている場
合に表示するインジケータを設けると、オペレータ（作
業者）にわかりやすい。　また、この第２実施例におい
ても、通常の速度設定の他に例えば「最高速」キーを設
けて、教示時にこれを押すことにより予め決められた速
度（例えば１００　ｍ／ｍ１ｎ）にして、これまで述べ
た工程に従って最高速を得るようにすることもできる。

このようにして、この第２実施例の場合も、作業者が考
えなくとも、ロボットの持つ最大の速度性能が得られる
ほか、補間演算をやりなおさなくても、速度を変化させ
ることができるので、リアルタイムでの処理が可能とな
る。

なお、第８図に示すごとく、タコジェネレータ１０を省
略し、その代わりにＦ／Ｖ変換器１１によってモータ軸
毎の実速度情報を得るようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように、第１番目の発明によれば、各モー
タ軸毎に許容偏差と実偏差とを比較し、実偏差が許容偏
差を上回る場合には次の制御タイミングを遅らせること
が行なわれるので、複数の軸によって構成される産業用
ロボットから可能な限りの最高速度をリアルタイムで引
き出すことができ、これにより空送時間を短くすること
ができるのであって、その結果全体のタクトタイムの短
縮化におおいに寄与する利点がある。

また、第２番目の発明では、各モータ軸毎に許容速度と
実速度とを比較し、実速度が許容速度を上回る場合には
次の制御タイミングを遅らせることが行なわれるので、
第１番目の発明と同様、複数の軸によって構成される産
業用ロボットから可能な限りの最高速度をリアルタイム
で引き出すことができ、これにより空送時間を短くする
ことができるのであって、その結果全体のタクトタイム
の短縮化におおいに寄与する利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１〜５図は本発明の第１実施例としての産業用ロボッ
トの速度制御方法を示すもので、第１図は本方法を実施
するための装置を示すブロック図、第２図は本方法を適
用される溶接ロボットの概略構成図、第３図は旋回中心
と作業点との間の距離が教示点間で変化している様子を
示す模式図、第４図は教示点間を複数の区間に分割する
ための要領を説明するための模式図、第５図はモータ回
転数と定常状態での位置偏差との関係を示すグラフであ
り、第６〜８図は本発明の第２実施例としての産業用ロ
ボットの速度制御方法を示すもので、第６図は本方法を
実施するための装置を示すブロック図、第７図はモータ
回転数とタコジェネレータ電圧との関係を示すグラフ、
第８図は本方法を実施するための装置の変形例を示すブ
ロック図であり、第９図はアーク溶接ロボットによる溶
接工程を示した模式図である。 図において、１，１′−演算装置、２−モータ、３−エ
ンコーダ、４−偏差カウンタ、５−Ｄ／Ａ変換器、６−
ドライバ、７−許容偏差設定器、７′−許容速度設定器
、８，８′−比較器、９，９’−゛トリガ信号源、１０
−タコジェネレータ、１１−Ｆ／Ｖ変換器、Ｐｌ、　Ｐ
２−教示点、Ｐｌ２（ｍ）　、Ｐｌ２（ｍ＋１）−分割
点。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）教示点間をプレイバック動作する複数関節型産業
   用ロボットであつて、上記教示点間を複数の区間に分割
   する分割点を目標位置として位置制御するためのタイミ
   ングを決めるトリガ信号を出力するように構成したもの
   において、ロボット関節駆動用モータ軸毎に生じている
   実偏差と上記ロボット関節駆動用モータ軸毎に予め設定
   された許容偏差とを比較し、上記トリガ信号を出力すべ
   きタイミングがきた時点において、すべてのモータ軸に
   ついての上記実偏差が上記許容偏差と等しくなるまでは
   上記トリガ信号を出力するのを禁止することを特徴とす
   る産業用ロボットの速度制御方法。
2. （２）教示点間をプレイバック動作する複数関節型産業
   用ロボットであつて、上記教示点間を複数の区間に分割
   する分割点を目標位置として位置制御するためのタイミ
   ングを決めるトリガ信号を出力するように構成したもの
   において、ロボット関節駆動用モータ軸毎に生じている
   実速度と上記ロボット関節駆動用モータ軸毎に予め設定
   された許容速度とを比較し、上記トリガ信号を出力すべ
   きタイミングがきた時点において、すべてのモータ軸に
   ついての上記実速度が上記許容速度と等しくなるまでは
   上記トリガ信号を出力するのを禁止することを特徴とす
   る産業用ロボットの速度制御方法。