KR20180114837A

KR20180114837A - 로봇의 이동 속도 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20180114837A
Application number: KR1020180032973A
Authority: KR
Inventors: 미노루 가네코
Original assignee: 니혼 덴산 산쿄 가부시키가이샤
Priority date: 2017-04-11
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2018-10-19
Also published as: JP2018176341A; CN108687758B; JP6904759B2; KR102033241B1; CN108687758A

Abstract

로봇의 선단보다 빠르게 이동하는 부분(예를 들어 관절부)이 존재하는 경우에 있어서, 로봇의 티칭 시의 안전성을 보다 높인다.
수평 다관절 로봇인 로봇을 직교 좌표계에서 제어하여 티칭을 행할 때, 직교 좌표계에서의 로봇의 선단의 좌표에 기초하여 정해지는 상이한 제한값을 사용하여, 이동 속도에 대한 입력 지시값이 제한값을 상회할 때, 그 제한값으로 입력 지시값을 제한한 이동 속도에 의해 로봇을 이동시킨다.

Description

로봇의 이동 속도 제어 장치 및 방법 {DEVICE AND METHOD CONTROLLING A MOVEMENT SPEED OF ROBOT}

본 발명은 산업용 로봇을 티칭(교시)할 때 로봇의 이동 속도를 제한하는 이동 속도 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

티칭 플레이백형의 로봇에서는, 로봇에 실행시킬 동작을 미리 로봇에 티칭할 필요가 있다. 수평 다관절 로봇에 관하여 작업 위치의 티칭을 행하는 경우에는, 직교 좌표계(XYZ 좌표계)에서 조작을 행하여, 로봇의 이동 속도는 작업점(티칭의 대상이 되는 점이며 일반적으로 아암의 선단)의 선속도로 지정한다. 통상의 동작 시라면 로봇의 동작 공간에 사람이 출입하는 일은 없어, 작업자에게 위해가 미치는 일도 없지만, 로봇에 대하여 티칭을 행하고 있을 때에는 티칭을 행하는 작업자(교시자라고도 함)가 로봇에 접근하게 되어, 로봇의 움직임에 의해 교시자에 위해가 미칠 우려가 있다. 특히, 챔버 등이라고 불리는 좁은 공간 내에서 물품을 반송하는 소위 반송 로봇의 티칭에서는, 교시자가 그 챔버 내에 들어가 티칭을 행하므로, 로봇이 교시자에 충돌할 우려가 높아진다. 이러한 위해의 우려를 없애기 위해, 티칭 시의 로봇의 선단의 이동 속도를 소정의 상한 속도(예를 들어 250mm/초) 이하로 할 것이 요구되고 있다.

특허문헌 1은, 교시자의 위치를 검출하는 검지 장치를 설치하고, 로봇에 교시자가 접근하였을 때 로봇의 동작 속도를 자동적으로 저하시키는 것을 개시하고 있다. 특허문헌 2는, 로봇 아암의 선단부의 가속도 및 속도를 검출하고, 그 어느 것이 소정값보다 커진 경우에 로봇을 비상 정지시키는 것을 개시하고 있다. 특허문헌 3은, 티칭 시에 로봇의 선단의 이동 속도를 소정의 상한 속도 이하로 제한하면서 티칭 장치로부터의 조작 명령으로 명령된 속도에 가능한 한 가까운 속도로 이동시키도록, 각 축을 구동하기 위한 명령 속도를 계산하는 방법을 개시하고 있다. 특허문헌 4는, 티칭 시의 안전 확보에 관한 것은 아니지만, 로봇의 각 축에 대하여 정격 속도가 정해져 있을 때, 티칭으로 부여된 로봇 선단의 속도 데이터에 기초하여 각 축의 속도를 계산하고, 어느 축의 정격 속도를 초과할 때 속도 데이터를 수정하는 것을 개시하고 있다.

국제 공개 제2004/009303호 일본 특허 공개 평6-91587호 공보 일본 특허 공개 평9-193060호 공보 일본 특허 공개 평5-233052호 공보

특허문헌 1에 기재되는 바와 같이 교시자의 위치를 검출하는 방법은, 검지 장치를 필요로 하므로 대규모가 되기 쉽고, 또한 비용도 상승하기 쉽다. 교시자의 위치를 검출하는 검지 장치를 설치하지 않고 교시자의 안전을 확보하려고 하는 방법은, 기본적으로는, 로봇의 선단의 속도를 소정의 상한 속도 이하로 하는 것이다. 그러나, 예를 들어 2개의 아암을 연결하여 이들 아암이 모두 수평면(XY 평면) 내에서 이동할 수 있도록 한 수평 다관절 로봇을 생각하면, 로봇의 선단보다 아암 간의 연결 위치(즉 관절) 쪽이 고속으로 이동하는 경우가 있다. 관절의 속도를 축차 계산하여 로봇의 이동 속도를 제한하는 것도 가능하지만, 연산 처리의 부담이 크다. 따라서, 고속으로 이동할 가능성이 있을는 것이 요망된다.

본 발명의 목적은, 로봇의 선단보다 빠르게 이동하는 부분이 존재하는 경우에 있어서, 간단한 기구로 그 로봇의 티칭 시의 안전성을 보다 높일 수 있는 이동 속도 제어 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 이동 속도 제어 장치는, 본체부와, 일단부측이 본체부에 접속하는 제1 아암과, 본체부에 대하여 제1 아암을 회동시키는 제1 모터와, 일단부측이 제1 아암의 타단부측에 접속하는 제2 아암과, 제1 아암에 대하여 제2 아암을 회동시키는 제2 모터를 적어도 구비하는 수평 다관절 로봇인 로봇을 제어하는 이동 속도 제어 장치이며, 직교 좌표계에서 로봇을 제어하고, 수평 다관절 로봇의 티칭 시에, 직교 좌표계에서의 로봇의 제2 아암측의 선단의 좌표에 기초하여 정해지는 상이한 제한값을 사용하여, 이동 속도에 대한 입력 지시값이 제한값을 상회할 때, 그 제한값으로 입력 지시값을 제한한 이동 속도에 의해 로봇을 이동시키는 제어부를 구비한다.

본 발명의 방법은, 본체부와, 일단부측이 본체부에 접속하는 제1 아암과, 본체부에 대하여 제1 아암을 회동시키는 제1 모터와, 일단부측이 제1 아암의 타단부측에 접속하는 제2 아암과, 제1 아암에 대하여 제2 아암을 회동시키는 제2 모터를 적어도 구비하는 수평 다관절 로봇인 로봇을 제어하는 방법이며, 직교 좌표계에서 수평 다관절 로봇을 제어하여 수평 다관절 로봇의 티칭을 행할 때, 직교 좌표계에서의 로봇의 제2 아암측의 선단의 좌표에 기초하여 정해지는 상이한 제한값을 사용하여, 이동 속도에 대한 입력 지시값이 제한값을 상회할 때, 그 제한값으로 입력 지시값을 제한한 이동 속도에 의해 로봇을 이동시킨다.

직교 좌표계에 의한 제어로 수평 다관절 로봇의 선단을 이동시킨 경우, 2개의 아암의 연결부의 이동 궤적이 커져 이 연결부(로봇의 관절부 또는 팔꿈치)가 고속으로 움직이는 경우가 있다. 이 움직임은 교시자에게 있어서는 예기치 않은 움직임이며, 교시자가 피하지 못할 우려가 있지만, 직교 좌표계에서의 선단의 좌표에 기초하여 정해지는 제한값에 의해 이동 속도를 제한함으로써, 로봇에 근접하는 교시자에 대한 안전성을 높일 수 있다. 제한값은, 예를 들어 선단과 직교 좌표계의 원점의 거리가 짧을수록 작아지도록 정할 수 있다. 혹은, 예를 들어 선단의 좌표를 (x, y)로 하여, |x|와 |y| 중 큰 쪽이 작을수록 제한값이 작아지도록 정할 수 있다.

본 발명에서는 제1 아암의 일단부측을 원점으로 하고, 원점을 포함하여 선단의 이동 가능 범위에 평행인 평면을 복수의 영역으로 분할하고, 영역마다 단일의 제한값을 정하도록 할 수 있다. 이와 같이 제한값을 정함으로써, 각 관절별 각속도를 연산하여 이동 속도의 제한을 행하는 경우와 비교하여, 연산 부하를 작게 할 수 있다. 영역의 구획 방법으로서는, 원점을 포함하여 선단의 이동 가능 범위에 평행인 평면에 있어서의 원점을 중심으로 하는 정사각형에 의해 획정되는 영역으로 할 수 있다. 이와 같이 영역을 설정한 경우에는, 선단의 위치의 XY 좌표가 (x, y)인 것으로 하여, x 및 y에 대한 비교식 혹은 x 및 y의 절댓값의 합을 구하는 식을 적용하기만 하여 제한값을 결정할 수 있고, 연산 부하가 가벼워도 충분하다. 영역의 다른 구획 방법으로서, 원점을 중심으로 하는 동심원에 의해 획정되는 영역으로 할 수도 있다. 이 경우에는, 2승 연산을 필요로 하지만, 과도하게 이동 속도를 제한하는 일이 없어진다.

본 발명에서는, 로봇의 이동 중에 있어서 현재의 이동 속도가 선단의 현재의 위치에 기초하는 제한값을 상회할 때, 선단의 현재의 위치에 기초하는 제한값에 의해 로봇의 이동 속도를 갱신하도록 해도 된다. 이와 같이 구성함으로써, 예를 들어 로봇의 선단이 원점에 근접하도록 이동하는 경우에, 안전성을 더 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 로봇의 이동을 지시하는 조작이 계속되는 기간 동안, 이 기간의 개시 시에 제한한 이동 속도에 의해 로봇을 이동시키고, 조작의 종료 후 조작이 재개된 경우에, 재개일 때의 선단의 좌표에 기초하여, 이동 속도를 제한하도록 해도 된다. 이 구성에서는, 이동을 지시하는 조작의 재개마다 그때의 선단의 위치에 따라 이동 속도가 제한되므로, 선단 위치를 축차 취득하는 경우에 비하여 연산 부하를 작게 하면서, 실질적으로 안전성을 더 향상시킬 수 있다. 여기서 로봇의 이동을 지시하는 조작은, 예를 들어 티칭 펜던트에 설치된 누름 버튼을 누르는 조작이며, 누름 버튼의 누름 중에는 로봇이 이동을 계속하고, 누름 버튼에서 손가락이 떼어지면 로봇의 이동을 정지시키는 것이다.

본 발명에서는, 로봇의 로봇 컨트롤러에 대하여 접속되는 티칭 펜던트로서 이동 속도 제어 장치를 구성하고, 선단의 좌표에 따른 제한값을 기술하는 파라미터 테이블을 저장하는 보조 기억부를 티칭 펜던트에 설치하고, 파라미터 테이블을 참조하여 얻어지는 제한값을 사용하여 입력 지시값을 제한하도록 해도 된다. 이와 같이 구성함으로써, 로봇 컨트롤러에는 처리 부하를 주지 않고 처리 부하의 분산을 도모할 수 있다. 또한, 로봇 컨트롤러에 티칭 펜던트가 접속될 때, 로봇 컨트롤러로부터 보조 기억부에 파라미터 테이블이 읽어들여지도록 해도 된다. 티칭 펜던트는 소형 장치이며 타 로봇과의 공통화가 가능하므로, 로봇 컨트롤러로부터 티칭 펜던트에 파라미터 테이블이 읽어들여지도록 함으로써, 단일의 티칭 펜던트를 사용하여 다기종의 로봇의 티칭을 보다 안전성을 높여 실시하는 것이 가능하게 된다.

본 발명에 따르면, 로봇의 선단보다 빠르게 이동하는 부분이 존재하는 경우에 있어서, 간단한 기구에 의해 그 로봇을 티칭할 때의 안전성이 보다 높아진다.

도 1은, 본 발명의 이동 속도 제한 방법이 적용되는 로봇의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는, 로봇 컨트롤러 및 티칭 펜던트의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 3은, 로봇의 이동 속도를 제한하는 처리를 설명하는 흐름도이다.
도 4는, 파라미터 테이블의 내용의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5는, 선단의 위치와 제한 후의 이동 속도의 관계를 설명하는 도면이다.
도 6은, 로봇의 이동 속도를 제한하는 처리의 다른 예를 설명하는 흐름도이다.
도 7은, 로봇의 이동 동작의 일례를 설명하는 도면이다.
도 8은, 로봇의 이동 동작의 다른 예를 설명하는 도면이다.

이어서, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명에서는, 직교 좌표계(XYZ 좌표계)에서 조작하여 수평 다관절 로봇의 티칭을 행할 때, 로봇의 선단과 로봇에 미리 설정된 원점 O의 위치 관계에 기초하여, 로봇의 선단이 원점 O에 가까울 때에는 로봇을 저속으로 동작시키고, 선단이 원점 O로부터 떨어져 있을 때에는 로봇이 고속으로 동작할 수 있도록, 로봇의 선단의 위치(XY 좌표)에 의해 티칭 시의 로봇의 속도를 제한한다.

도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 본 발명에 기초하는 이동 속도 제어 방법이 적용되는 로봇의 일례를 도시하는 것이며, (a)는 로봇(10)의 가동 부분을 도시하는 사시도이고, (b)는 로봇(10)의 기구도이다. 여기서는, 도면에 있어서 화살표로 나타내는 바와 같이 직교 좌표계(XYZ 좌표계)가 정해져 있는 것으로 한다. 이 로봇(10)은 수평 다관절 로봇이며, 연결부(14)를 통하여 서로 접속한 제1 아암(13) 및 제2 아암(15)을 포함하는 아암부를 구비하고 있다. 제1 아암(13)의 기단부측이 연결부(12)를 통하여 본체부(11)에 설치되어 있고, 제1 아암(13)은, 연결부(12)를 중심으로 하여 XY 평면 내에서 회동 가능하다. 또한, 제2 아암(15)은, 그 기단부측이 연결부(14)를 통하여 제1 아암의 선단측에 접속되어 있고, 연결부(14)를 중심으로 하여 XY 평면 내에서 회동 가능하다. 또한, 제2 아암(15)의 선단측에는, 연결부(16)를 통하여 핸드(17)가 설치되어 있다. 연결부(12, 14, 16)는, 모두 예를 들어 원통 조인트, 모터 및 감속기 등을 포함하고 있다. 로봇(10)은, 물품의 반송 등에 사용되는 것이며, 핸드(17)는, 링크 등에 의해, 혹은 모터 제어에 의해, XY 평면 내에서 항상 동일한 방향을 향하도록 되어 있다. 즉 핸드(17)는, XY 평면 내에서는 평행 이동만을 행한다. 핸드(17)의 이동 가능 범위는 XY 평면이거나, XY 평면에 평행인 평면이다. 이하의 설명에서는, 제1 아암(13)이나 제2 아암(15)의 Z 방향에서의 두께를 무시하고, 핸드(17)의 이동 가능 범위는 XY 평면인 것으로 한다.

로봇(10)에는, 추가로, 로봇(10) 내에 설치되어 있는 모터(22, 24, 26, …)를 구동함으로써 로봇에 소정의 움직임을 행하게 하는 로봇 컨트롤러(30)가 설치되어 있다. 여기서 모터(22, 24, 26)는, 각각 예를 들어 연결부(12, 14, 16)에 내장되어 아암(13, 15)이나 핸드(17)의 회동을 위해 사용되는 모터이다.

로봇 컨트롤러(30)에는, 로봇(10)의 티칭을 행할 때 교시자에 의해 조작되는 티칭 펜던트(40)가, 케이블(50)을 통하여 접속되어 있다. 로봇 컨트롤러(30)는, 모터(22, 24, 26, …)를 구동하는 드라이버 등을 구비하는 로봇 구동부(31)와, 로봇(10)에 소정의 움직임을 실행시키기 위해 필요한 계산을 행하는 연산부(32)와, 플래시 메모리 등을 포함하는 보조 기억부(33)와, 케이블(50)을 통한 티칭 펜던트(40)와의 통신을 행하는 통신부(34)를 갖고 있다. 보조 기억부(33)는, 로봇(10)의 동작 파라미터 등을 파라미터 파일로서 저장하고, 또한 티칭 결과 등을 저장한다.

티칭 펜던트(40)는, 터치 패널, 버튼, 스위치 등을 포함하고 교시자로부터의 명령의 입력이 행해지는 입력부(41)와, 액정 디스플레이 등을 포함하고 교시자에 대하여 정보의 표시를 행하는 표시부(42)와, 티칭에 필요한 연산과 티칭 시에 로봇의 제어를 행하는 제어부(43)와, 플래시 메모리 등을 포함하는 보조 기억부(44)와, 케이블(50)을 통한 로봇 컨트롤러(30)와의 통신을 행하는 통신부(34)를 갖고 있다. 보조 기억부(44)는, 로봇(10)의 사양이나 동작 조건에 관한 파라미터 파일을 저장하는 것이다. 티칭 펜던트(40) 자체는, 상이한 종류의 로봇에 공통으로 사용할 수 있는 것이며, 티칭 대상의 로봇에 접속되었을 때 그 로봇에 관한 상술한 파라미터 파일을 그 로봇으로부터 읽어들여, 보조 기억부(44)에 저장한다. 본 실시 형태에서는, 로봇(10)의 선단의 위치에 기초하여 티칭 실행 시의 로봇의 이동 속도의 제한을 행하지만, 어떻게 이동 속도를 제한할지는 로봇의 사양 등에 따라 상이하다. 그래서, 이동 속도의 제한을 위한 파라미터 파일에 대해서도, 미리 로봇마다 그 로봇의 로봇 컨트롤러(30)의 보조 기억부(33)에 저장해 두고, 티칭 펜던트(40)를 접속하였을 때 로봇 컨트롤러(30)의 보조 기억부(33)로부터 티칭 펜던트(40)의 보조 기억부(44)에 저장되도록 할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 이동 속도의 제한의 처리 자체는 티칭 펜던트(40)에서 실행하고, 제한 후의 이동 속도 명령이 티칭 펜던트(40)로부터 로봇 컨트롤러(30)로 보내지므로, 티칭 펜던트(40)가 본 발명에 기초하는 이동 속도 제한 장치에 해당하게 된다.

이 로봇(10)의 티칭에서는, 핸드(17)를 티칭의 대상으로 하여 핸드(17)를 목표 위치로 이동시킨다. 상술한 바와 같이 XY 평면 내에서는 핸드(17)는 평행 이동할 뿐이기 때문에, 직교 좌표계에서의 이동 속도는, 핸드(17)의 전체를 통하여 동일하다. 그래서, 이하의 설명에서는, 핸드(17)와 제2 아암(15)의 사이의 연결부(14)의 위치를 로봇(10)의 제2 아암(15)의 선단, 즉 아암부의 선단으로서 취급하고, 이 선단을 작업점으로 함과 함께, 직교 좌표계에서의 이 선단의 위치 즉 선단의 좌표값에 기초하여 티칭 시의 로봇(10)의 이동 속도를 제한한다. 도 1에 도시한 로봇(10)에서는, 로봇(10)의 작업점의 위치는, 제1 아암(13) 및 제2 아암(15)의 2축의 회전에 의해 결정된다. 여기서 직교 좌표계에 기초하여 XY 평면 내인 일정 거리만큼 작업점을 이동시켰다고 하면, 각 아암(13, 15)의 회전 각도는, 작업점이 로봇(10)의 작업 에어리어의 외주 부근에 있는지 중심 부근에 있는지에 따라 크게 상이하다. 제1 아암(13)과 제2 아암(15)의 사이의 연결부(14)를 아암부에 있어서의 팔꿈치 혹은 관절부라고 생각하면, 팔꿈치 부분의 움직임은, 작업 에어리어의 중심 부근에서는, 선단 부분의 이동 거리가 짧고, 또한 그의 이동 속도는 늦어도, 교시자의 예상 이상으로 크고 또한 빠르게 회전하는 경우가 있다. 팔꿈치 부분의 회전은 본체부(11)와 제1 아암(13)의 연결부(12)를 중심으로 하는 것이기 때문에, 이하의 설명에서는 XY 평면에서의 이 연결부(12)의 위치를 원점 O로 한다.

티칭 펜던트(40)의 제어부(43)는, 입력부(41)로의 입력에 기초하여 직교 좌표계에 의해 작업점인 제2 아암(15)의 선단의 위치의 제어를 행한다. 이때 제어부(43)는, 티칭 시에 있어서 이와 같이 팔꿈치가 크고 또한 빠르게 회전하는 것을 방지하기 위해, XY 좌표계에서의 제2 아암(15)의 선단의 좌표에 기초하여 정해지는 상이한 상한값으로 로봇(10)을 제어한다. 이 상한값을 제한값이라고 칭한다. 도 3은, 이러한 처리의 구체예의 수순을 도시하고 있다. 우선, 스텝 101에 있어서, 입력부(41)에 대하여 교시자에 의해 로봇의 이동 속도를 설정하기 위해, 이동 속도의 입력이 이루어진다. 예를 들어 250mm/초를 100％로 하여, 1 내지 100％의 범위에서 교시자가 수치를 입력함으로써, 이동 속도의 입력이 행해진다. 교시자에 의해 입력된 이동 속도를 입력 지시값 Vin으로 한다. 제어부(43)는, 스텝 102에 의해, 제2 아암(15)의 선단의 위치의 좌표값을 취득하고, 스텝 103에 있어서, 취득한 위치에 대응하는 이동 속도의 제한값 Vlim을 취득한다. 제한값 Vlim은, 예를 들어 로봇 컨트롤러(30)로부터 티칭 펜던트(40)의 보조 기억부(44)에 사전에 읽어들여진 파라미터 테이블에 기초하여 결정해도 되고, 혹은 연산에 의해 구해도 된다. 제2 아암(15)의 선단의 위치에 대응한 제한값 Vlim의 구체예에 대해서는 후술하지만, 요는, 제2 아암의 선단이 원점 O에 가까운 경우에는, 제한값 Vlim이 작아지도록 한다고 하는 것이다.

제어부(43)는, 다음에 스텝 104에 있어서, 입력 지시값 Vin이 제한값 Vlim보다 큰지 여부를 판정한다. 입력 지시값 Vin이 제한값 Vlim을 상회하는 (Vin>Vlim)인 경우에는, 스텝 105에 있어서, 제한값 Vlim을 속도 명령값 Vcmd로 하고, 그 이외인 경우에는, 스텝 106에 있어서, 입력 지시값 Vin을 그대로 속도 명령값 Vcmd로 한다. 스텝 105 또는 106에 의해 속도 명령값 Vcmd가 결정되면, 제어부(43)는, 스텝 110에 있어서, 이 속도 명령값 Vcmd에 의해 로봇을 구동하도록, 로봇 컨트롤러(30)에 대하여 속도 명령을 보낸다. 이와 같이 하여, 로봇(10)은, 입력 지시값 Vin이 입력된 시점에서의 제2 아암(15)의 선단의 위치에 따라 정해지는 제한값 Vlim보다 이동 속도에 대한 입력 지시값 Vin이 큰 경우에는, 이동 속도가 제한값 Vlim에 제한되어 동작하게 된다.

티칭 시에 있어서 동작 버튼 등의 특정한 스위치로의 조작이 이루어지고 있는 기간 중에만 로봇(10)이 이동하는 티칭 펜던트(40)를 사용하는 경우에는, 상술한 처리를 실행하면, 동작 버튼이 조작되었을 때 그 시점에서의 제한값에 기초하여 이동을 개시하고, 동작 버튼이 조작되는 동안에는 그 속도를 유지한다. 여기서 동작 버튼으로부터 손가락을 떼면 비동작 상태로 되기 때문에, 비동작 상태로 된 후에, 다시, 동작 버튼이 조작된 경우에는, 재조작 시의 선단의 위치에 따른 제한값으로 제한된 이동 속도로 로봇이 이동을 개시하도록 할 수 있다. 이러한 조작 형태로 함으로써, 로봇(10)의 선단의 위치에 따른 이동 속도로 할 수 있으므로, 티칭 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 로봇(10)의 선단이 원점 O에 근접하는 방향으로 이동할 때에는, 이와 같이 간헐 동작을 행함으로써, 원점에 접근할수록 이동 속도가 보다 제한되므로, 안전성이 보다 높아진다. 여기서는, 재조작 시의 선단의 위치에 따른 제한값으로 되지만, 후술하는 바와 같이, 동작 버튼이 조작되는 동안에는 선단의 현재의 위치를 실시간으로 취득하고, 취득한 위치에 따라 이동 속도를 제한하도록 해도 된다.

이어서, 제2 아암(15)의 선단의 위치에 대응한 제한값 Vlim을 정하는 방법에 대하여 설명한다. 도 4는, 제한값 Vlim을 결정하기 위해 사용되는 파라미터 테이블의 내용의 일례를 도시하고 있다. 여기서, 제2 아암(15)의 선단이 원점 O로부터 얼마만큼 멀어져 있는지를 나타내는 지표 L을 도입한다. 지표 L은, 제2 아암(15)의 선단이 원점 O의 근처에 있기 때문에 예상 외로 빠르게 움직이는 것을 방지하기 위해 도입되는 것이며, 전체로서는 선단이 원점 O의 근처에 있을 때에는 작은 값으로 되도록 정해진다. 단, 반드시 실제의 거리(유클리드 거리)에서의 대소가 그대로 지표 L의 대소로 되어 있지 않아도 된다. 도 4에 도시하는 바와 같은 파라미터 테이블은, XY 평면을 복수의 영역으로 분할하고, 영역별로, 그 영역이 원점으로부터 얼마만큼 멀어져 있는지에 따른 단일의 제한값 Vlim을 규정하는 경우에 사용되는 것이다. 여기에 나타낸 예에서는, 지표 L을, 0 이상 D1 미만, D1 이상 D2 미만, D2 이상 D3 미만, D3 이상 D4 미만, 및 D4 이상의 5단계로 구분하고, 이들 단계에 대하여 각각 제한값 V1, V2, V3, V4 및 V5를 할당하고 있다. 여기서는, V1<V2<V3<V4<V5로서, 지표 L이 작을수록 제한값 Vlim이 작아지도록 하고 있다. 그리고, 지표 L에 기초하여 이 파라미터 테이블을 검색함으로써, 제한값 Vlim을 얻을 수 있다.

도 5는, 입력 지시값 Vin의 입력 시점에서의 선단의 위치와, 제한값 Vlim에 의해 제한된 이동 속도의 상한(즉 제한값 Vlim)의 관계를 도시하는 도면이다. XY 평면에서의 제2 아암(15)의 선단의 위치의 좌표를 (x, y)로 한다. 도 5의 (a)에서는, XY 평면에 있어서의 제2 아암(15)의 선단의 위치의 X 좌표의 절댓값 |x| 및 Y 좌표의 절댓값 |y| 중 큰 것을 지표 L로 한 경우를 도시하고 있다. 제한값 Vlim별 영역은, 원점을 중심으로 하여, X축 및 Y축의 각각에 평행인 변을 갖는 정사각형에 의해 획정되어 있다. 도시된 것에서는, 선단의 위치가 P1이면 제한값은 V3으로 되고, 선단의 위치가 P2이면 제한값은 V4로 된다. 도 5의 (a)에 도시한 것은, 선단 위치의 XY 좌표를 구하여 수회의 비교 연산만을 행하면 지표 L이 도출되므로, 지표 L을 구하기 위한 연산량이 작고, 고속으로 연산을 행할 수 있다고 하는 이점이 있다. 한편, 도 5의 (b)에 도시한 것은, XY 평면에 있어서의 제2 아암(15)의 선단 위치와 원점 O의 통상의 거리(유클리드 거리)를 지표 L(즉 L²=x²+y²)로 하여, 이 지표 L별로 존을 나누고 있다. 바꿔 말하면, XY 평면에 있어서의 동심원에 의해 획정되는 영역이, 제한값 Vlim별 영역의 영역으로 되어 있다. 도 5의 (b)에 있어서의 P1, P2는, 도 5의 (a)에서의 P1, P2와 XY 평면에 있어서 각각 동일한 위치에 있지만, 도 5의 (b)에 도시하는 경우에서는, 선단의 위치가 P1이면 도 5의 (a)의 경우와 동일하게 제한값은 V3으로 되고, 선단의 위치가 P2이면 도 5의 (a)의 경우보다 제한값이 커져 V5로 된다. 거리를 지표 L로 하는 경우에는, 선단 위치의 X 좌표 및 Y 좌표의 각각에 대한 제곱 연산과 그들의 합을 구하는 연산이 비교 연산 외에 필요하게 되어, 연산량이 커지지만, 실제의 거리에 기초하고 있으므로, 위치 P2에 관하여 여기서 나타낸 바와 같이, 과도하게 이동 속도를 제한하는 일이 없다고 하는 이점이 있다. 도 5의 (a)에 도시한 것의 변형예로서, L=|x|+|y|로 하는 것이 있다. 이 경우, 지표 L별 영역은, X축 및 Y축을 대각선으로 하는 정사각형에 의해 획정되는 영역이 된다.

도 5에 도시한 것은, XY 평면을 몇 가지 영역으로 분할하고, 제2 아암(15)의 선단의 위치가 어느 영역에 따라 존재하는지에 기초하여 제한값 Vlim을 정하고 있지만, 지표 L에 따른 제한값 Vlim을 정하는 방법은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 지표 L에 따라 단조롭게 증가하는 함수(일례로서 지표 L에 비례하는 1차 함수)에 의해 제한값 Vlim을 정해도 된다. 여기서의 지표 L은, 통상의 거리여도 되고, 선단 위치의 X 좌표의 절댓값 또는 Y 좌표의 절댓값 중 큰 쪽이어도 된다.

도 3에 흐름도를 도시한 처리에서는, 입력 지시값 Vin이 입력된 시점에서의 제2 아암(15)의 선단이 원점 O로부터 얼마만큼 멀어져 있는지의 지표 L에 기초하여 로봇(10)의 이동 속도를 제한하고 있다. 여기서, 도 5의 (a)에서의 위치 P3으로부터 위치 P4로의 이동과 같이, 아암부의 선단이 원점 O로부터 멀어지는 방향으로 로봇(10)을 이동시키는 경우를 생각한다. 이때, 이동 속도는 위치 P3에서의 제한값인 V3에 의해 제한되고 있으며, 로봇(10)은 제한값 V3 이하의 속도로 이동하게 된다. 그러나, 원점 O로부터 멀어짐에 따라 제한값 Vlim은 크게 되어 있으므로, 입력 지시값 Vin의 범위 내에 있어서 로봇(10)의 이동 속도를 크게 하여 안전상의 문제는 발생하기 어렵다. 또한, 도 5의 (b)에서의 위치 P5로부터 위치 P6으로의 이동과 같이 원점 O에 가까워지는 이동인 경우에는, 위치 P5에 대응하는 제한값 V4로 이동시킨 경우에, 위치 P6의 근방에서는 팔꿈치의 이동 속도가 과대한 것이 될 가능성이 있다. 그래서, 제2 아암(15)의 선단의 현재의 위치에 따라 로봇(10)의 이동 속도를 제한하는 제어를 시시각각 변화시킬 것이 고려된다. 도 6은, 선단의 현재 위치에 따라 이동 속도의 제한의 제어를 수시로 변화시키는 경우의 처리를 도시하고 있다.

도 6에 도시하는 처리에서는, 도 3에 도시하는 것과 마찬가지로, 스텝 101 내지 106, 110의 처리가 행해진다. 스텝 110의 실행 후, 제어부(43)는, 스텝 111에 있어서 선단의 현재 위치를 취득하고, 스텝 112에 있어서 취득한 현재 위치에 대응하는 제한값 Vlim을 취득한다. 현재 위치란, 입력 지시값 Vin의 입력 시점이 아니라, 로봇(10)의 이동 중에 있어서의 현시점에서의 선단의 위치를 의미한다. 제한값 Vlim의 취득 방법은 도 3을 사용하여 설명한 것과 마찬가지이다. 다음으로 스텝 113에 있어서, 제어부(43)는, 입력 지시값 Vin이 그 시점에서의 속도 명령값 Vcmd보다 크고, 또한 현재 위치에 대응하는 제한값 Vlim 이하인지(즉 Vlim≥Vin>Vcmd인지) 여부를 판정한다. Vlim≥Vin>Vcmd인 경우에는, 이동 속도를 입력 지시값 Vin까지 상승시키는 것이 가능한 경우이기 때문에, 제어부(43)는, 스텝 114에 있어서, 교시자에 대하여 표시부(42)를 통하여 속도를 상승시킬지 여부의 문의를 행하고, 스텝 115에 있어서, 교시자로부터 속도 상승의 지시가 있었는지 여부를 판정한다. 속도 상승의 지시는, 교시자가 티칭 펜던트(40)에 설치된 예를 들어 버튼을 조작함으로써 입력된다. 스텝 115에 있어서 속도 상승의 지시가 있었다고 판단하였을 때에는, 제어부(43)는, 스텝 116에 있어서, 스텝 101에서 이미 입력되어 있는 입력 지시값 Vin을 속도 명령값 Vcmd로 하고, 그 후, 처리는 스텝 119로 진행한다. 이에 비해, 스텝 115에 있어서 속도 상승의 지시가 없었을 때에는, 속도 명령값 Vcmd를 변경하지 않고 처리는 스텝 119로 진행한다.

스텝 113에 있어서 Vlim≥Vin>Vcmd가 성립되지 않은 경우에는, 제어부(43)는, 스텝 117에 있어서, 속도 명령값 Vcmd가 제한값 Vlim을 상회하는지를 판정하고, 상회한 경우에는, 스텝 118에 있어서, 제한값 Vlim을 속도 명령값 Vcmd로 함으로써 이동 속도를 제한하고, 이동 속도의 제한 후, 처리는 스텝 119로 이행한다. 스텝 117에 있어서 Vcmd>Vlim이 아닌 경우에는, 속도 명령값 Vcmd를 변경하지 않고 처리는 스텝 119로 이행한다. 스텝 119에서는, 제어부(43)는, 미리 정한 종료 조건, 예를 들어 로봇(10)이 지정된 위치로 이동한 등의 조건이 만족되었는지 여부를 판정하고, 종료 조건이 만족되지 않은 경우에는 스텝 110으로 복귀되어 그 시점에서의 속도 명령값 Vcmd에 의해 로봇(10)을 구동하고, 종료 조건이 만족된 경우에는, 스텝 120에 있어서 로봇의 구동을 종료시킨다. 스텝 110으로 복귀되었을 때, 그때까지의 속도 명령값 Vcmd와 스텝 116 또는 스텝 118에서 정한 속도 명령값 Vcmd가 크게 상이한 경우가 있다. 그 경우에는, 이동 속도가 완만하게 변화하도록 제어를 행해도 된다. 도 6에 도시하는 처리에 있어서도, 로봇(10)의 이동 속도는, 로봇(10)의 선단의 위치에 의해 정해지는 지표 L에 기초하여 정해지는 제한값 Vlim에 의해 제한되지만, 특히 선단의 현재 위치에 따라 수시로 변화하는 제한값 Vlim에 의해 제한된다.

도 7 및 도 8은 모두, 도 1에 도시한 로봇을 상정하여 로봇(10)의 선단을 -Y 방향으로 400mm만큼 움직였을 때의 각 아암(13, 15) 및 핸드(17)의 움직임을 시뮬레이션한 결과를 도시하고 있다. 이들 도면에서는, Y축 방향을 기준으로 하여 반시계 방향을 향하는 각도를 정으로 하여 원점에서 본 아암부의 선단의 방위각을 θ1이라 하고, 제1 아암(13) 및 제2 아암(15)이 이루는 각의 절반을 θ2라 하고 있다. 도 7은, 로봇(10)의 팔꿈치가 어느 정도 폐쇄된 상태(바꿔 말하면, 선단이 원점 O에 가까운 상태)이며, 초기 위치에 있어서 아암부(10)의 선단의 XY 좌표가 (470, 200)인 경우의 움직임을 도시하고 있다. 도 7의 (a)는 초기 위치에서의 상태를 도시하고, 도 7의 (b)는 Y축 방향으로 -200mm만큼 이동시킨 도중의 상태를 도시하고, 도 7의 (c)는 종료 상태, 즉 선단의 XY 좌표가 (470, -200)으로 된 상태를 도시하고 있다. 이에 비해, 도 8은, 로봇(10)의 팔꿈치가 어느 정도 개방된 상태(선단이 원점 O로부터 먼 상태)이며, 선단의 초기 위치의 XY 좌표가 (1800, 200)인 경우의 움직임을 도시하고 있다. 도 8의 (a)는 초기 위치에서의 상태를 도시하고, 도 8의 (b)는 Y축 방향으로 -200mm만큼 이동시킨 도중의 상태를 도시하고, 도 8의 (c)는 종료 상태, 즉 선단의 XY 좌표가 (1800, -200)으로 된 상태를 도시하고 있다. 도 7에 도시한 것에서는, 로봇(10)의 선단의 이동보다 팔꿈치(제1 아암(13)과 제2 아암(15)의 결합부(13))의 이동 쪽이 크고, 이것은, 선단의 속도를 규제하는 것만으로는 팔꿈치부의 움직임의 속도를 충분히 억제할 수 없게 된다. 이에 비해, 도 8에 도시한 것에서는, 선단의 움직임에 비하여 팔꿈치의 움직임은 작다. 도 7 및 도 8로부터, 티칭을 행할 때, 로봇의 선단이 원점 O에 가까울 때에는 로봇을 저속으로 동작시키고, 선단이 원점 O로부터 떨어져 있을 때에는 로봇이 고속으로 동작할 수 있도록 이동 속도를 제한함으로써, 교시자에게 있어서 예상 외의 속도로 로봇의 팔꿈치 부분이 움직이는 것을 방지할 수 있음을 알 수 있다.

이상 설명한 실시 형태에서는, 티칭 펜던트(40)를 이동 속도 제한 장치로서 기능시킴으로써, 제한값에 기초하여 이동 속도를 제한하기 위한 처리를 로봇 컨트롤러에 실행시킬 필요가 없어지므로, 로봇 컨트롤러에 연산 부하를 가할 우려가 없다. 또한, 이 이동 속도 제한은 티칭 시에만 필요로 되는 것이므로, 이동 속도 제한을 위한 기능을 로봇 컨트롤러에 내장할 필요도 없다. 이동 속도 제한에 필요한 파라미터 테이블 자체는 로봇 컨트롤러에 미리 저장하고, 티칭 펜던트(40)의 접속 시에 그 파라미터 테이블이 티칭 펜던트에 읽어들여지도록 함으로써, 본 발명에 기초하는 이동 속도의 제한을, 다종의 로봇에 대하여 동일한 티칭 펜던트(40)를 사용하여 실행하는 것이 가능하게 된다. 혹은, 로봇의 기종별 파라미터 테이블을 미리 티칭 펜던트(40)에 저장해 두고, 교시를 행할 때 기종에 따라 파라미터 테이블을 선택하도록 해도 된다.

본 발명을 적용할 수 있는 로봇은, 도 1에 도시한 제1 아암(13) 및 제2 아암(15)을 갖는 수평 다관절 로봇에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본체부(11)와 연결부(12)의 사이에 신축 조인트를 설치하여 제1 아암(13)으로부터 핸드(17)에 이르기까지의 부분을 그 자세 그대로 Z축 방향으로 상하 이동할 수 있도록 한 로봇이나, XY 평면 내에서 회동하는 제3 아암을 추가로 제2 아암(15)의 선단에 설치한 로봇, 핸드(17)에 있어서 Z축 방향으로 이동하는 공구를 구비한 로봇 등에도 본 발명을 적용할 수 있다. Z 방향에서의 움직임이 있는 로봇에 본 발명을 적용하는 경우에는, 예를 들어 XYZ 공간을 몇 가지의 소공간으로 분할하고, 로봇의 선단이 어느 소공간에 있는지에 따라 이동 속도를 제한하도록 해도 된다.

10: 로봇
11: 본체부
12, 14, 16: 연결부
13, 15: 아암
17: 핸드
22, 24, 26: 모터
30: 로봇 컨트롤러
31: 로봇 구동부
32: 연산부
33, 44: 보조 기억부
40: 티칭 펜던트
43: 제어부
50: 케이블

Claims

본체부와, 일단부측이 상기 본체부에 접속하는 제1 아암과, 상기 본체부에 대하여 상기 제1 아암을 회동시키는 제1 모터와, 일단부측이 상기 제1 아암의 타단부측에 접속하는 제2 아암과, 상기 제1 아암에 대하여 상기 제2 아암을 회동시키는 제2 모터를 적어도 구비하는, 수평 다관절 로봇인 로봇을 제어하는 이동 속도 제어 장치이며,
직교 좌표계에서 상기 로봇을 제어하고, 상기 로봇의 티칭 시에, 상기 직교 좌표계에서의 상기 로봇의 상기 제2 아암측의 선단의 좌표에 기초하여 정해지는 상이한 제한값을 사용하여, 상기 이동 속도에 대한 입력 지시값이 상기 제한값을 상회할 때, 당해 제한값으로 상기 입력 지시값을 제한한 이동 속도에 의해 상기 로봇을 이동시키는 제어부를 구비하는, 이동 속도 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 아암의 상기 일단부측을 상기 원점으로 하고, 상기 원점을 포함하고 상기 선단의 이동 가능 범위에 평행인 평면이, 복수의 영역으로 분할되고, 상기 영역별로 단일의 상기 제한값이 정해져 있는, 이동 속도 제어 장치.
제2항에 있어서, 상기 영역은, 상기 원점을 중심으로 하는 정사각형에 의해 획정되는 영역인, 이동 속도 제어 장치.
제2항에 있어서, 상기 영역은, 상기 원점을 중심으로 하는 동심원에 의해 획정되는 영역인, 이동 속도 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 로봇의 이동 중에 있어서 현재의 이동 속도가 상기 선단의 현재의 위치에 기초하는 제한값을 상회할 때, 상기 선단의 현재의 위치에 기초하는 제한값에 의해 상기 로봇의 이동 속도를 갱신하는, 이동 속도 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 로봇의 이동을 지시하는 조작이 계속되는 기간 동안, 상기 기간의 개시 시에 제한한 상기 이동 속도에 의해 상기 로봇을 이동시키고, 상기 조작의 종료 후 상기 조작이 재개된 경우에, 상기 재개 시의 상기 선단의 상기 좌표에 기초하여, 상기 이동 속도를 제한하는, 이동 속도 제어 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이동 속도 제어 장치는, 상기 로봇의 로봇 컨트롤러에 대하여 접속되는 티칭 펜던트로서 구성되고,
상기 티칭 펜던트는, 상기 좌표에 따른 상기 제한값을 기술하는 파라미터 테이블을 저장하는 보조 기억부를 갖고,
상기 제어부는, 상기 파라미터 테이블을 참조하여 얻어지는 상기 제한값을 사용하여 상기 입력 지시값을 제한하는, 이동 속도 제어 장치.
제7항에 있어서, 상기 파라미터 테이블은, 상기 로봇 컨트롤러에 상기 티칭 펜던트가 접속될 때 상기 로봇 컨트롤러로부터 상기 보조 기억부에 읽어들여지는, 이동 속도 제어 장치.
본체부와, 일단부측이 상기 본체부에 접속하는 제1 아암과, 상기 본체부에 대하여 상기 제1 아암을 회동시키는 제1 모터와, 일단부측이 상기 제1 아암의 타단부측에 접속하는 제2 아암과, 상기 제1 아암에 대하여 상기 제2 아암을 회동시키는 제2 모터를 적어도 구비하는, 수평 다관절 로봇인 로봇을 제어하는 방법이며,
직교 좌표계에서 상기 로봇을 제어하여 상기 로봇의 티칭을 행할 때, 상기 직교 좌표계에서의 상기 로봇의 상기 제2 아암측의 선단의 좌표에 기초하여 정해지는 상이한 제한값을 사용하여, 상기 이동 속도에 대한 입력 지시값이 상기 제한값을 상회할 때, 당해 제한값으로 상기 입력 지시값을 제한한 이동 속도에 의해 상기 로봇을 이동시키는, 방법.
제9항에 있어서, 상기 제1 아암의 상기 일단부측을 상기 원점으로 하고, 상기 원점을 포함하고 상기 선단의 이동 가능 범위에 평행인 평면이 복수의 영역으로 분할되고, 상기 영역별로 단일의 상기 제한값을 정하는, 방법.
제10항에 있어서, 상기 영역은, 상기 원점을 중심으로 하는 정사각형에 의해 획정되는 영역인, 방법.
제10항에 있어서, 상기 영역은, 상기 원점을 중심으로 하는 동심원에 의해 획정되는 영역인, 방법.
제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로봇의 이동 중에 있어서 현재의 이동 속도가 상기 선단의 현재의 위치에 기초하는 제한값을 상회할 때, 상기 선단의 현재의 위치에 기초하는 제한값에 의해 상기 로봇의 이동 속도를 갱신하는, 방법.
제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로봇의 이동을 지시하는 조작이 계속되는 기간 동안, 상기 기간의 개시 시에 제한한 상기 이동 속도에 의해 상기 로봇을 이동시키고, 상기 조작의 종료 후 상기 조작이 재개된 경우에, 상기 재개 시의 상기 선단의 상기 좌표에 기초하여, 상기 이동 속도를 제한하는, 방법.