WO1987001833A1 - Acceleration and deceleration control system for horizontal-joint robots - Google Patents

Description

明 細 書

水平関節型 ロ ボ ッ ト の加減速制御方式

技 術 分 野

*発明 は 、 水平面内 で 回動す る 複数 の腕を有する ロ ボ ッ ト に適用 し て好適な水平関節型ロ ボ ッ ト の加減速制 御方式 に関す る も の でぁ る。

背 景 技 術

複数の移動轴を有す る 口ボ ッ ト の轴移動制御方式に ぉ ぃては 、 ー般 に轴移動の開始時ぉょび停止時に機械系 に シ ₃ ッ ク ゃ振動 を与ぇ なぃょ ぅ に加速 · 減速制御が行ゎ れ る 。

近年、 半導体の組立ゃ電子部品の プ リ ソ ト 基扳への組 込みの ょ ぅ に 、 水平面内のジ 3 ブが多ぃ作業に用ぃ る ロ ボ ッ ト と し て 、 水平方向に回動する複数の腕を有する 水 平関節型 ロ ボ ッ ト が開発 された。 こ の水平関節型ロ ボ ッ ト は 、 床 に 固定 さ れた基 台 に 立設 さ れた ボ ス ト の先端 に 、 水平方向 に 回動出来る第 1 の回動腕 と 、 該第 1 の 回 動腕の先端にー端が回勖自在に取 リ 付け られ、 かっ水平 方向 に 回勖で き る 第 2 の回勖腕 と 、 第 2 の回勖腕の先端 に取 リ 付け られた手首 と を有する も の を基本的 な構成 と する 。 こ の水平関節型 ロ ボ ッ ト の手首に移動物体を把持 させ回動腕を 回動す る場合、 その初期 と 終期ではサ ー ボ モ ー タ を加減速制御 し て、 ス ム ー ズに回転移勖 を行 っ て ぃ る o

上述の如 き 従来の水平方向に回動する 複数の腕を有す る水平関節型 ロ ボ ッ ト の加減速制镩方式は、 ァ ー ム の 回 転中心か ら最 も 遠ぃ位置 （最遠点） にぉぃて移動物を移 動させ る に充分な ト ル ク を有する鬆動源 を有 し てぉ り な が ら 、 これ ょ リ も 回転中心か ら近ぃ点に移動物がぁ る と

5', き で も 、 最遠点に移動物がぁ る時 と 同 じ ゅ っ く リ と し た 加速度で移動物を移動せ しめてぃた。 こ のため 、 移動物 体の移動時間が長 く 掛る し、 また駆動源の能カ を充分 に 利用 し てぃ な ぃ と ぃ ぅ 欠点を有 してぃた。

癸 明 の 開 示

*発明は、 上述の如 き従来の欠点を改良 した新規な発 明でぁ っ て、 そ の 目 的 と する と こ ろは、 ァ ー ム を駆動す る サ ー ボモ ー タ を有効に利用する と と も に 、 ァ ー ム の動 作を迅速に で き る ょ ぅ な水平閬節型ロ ボ ッ ト の加減速制 御方式 を提供 し ょ ぅ と する も のでぁ る。

5 *発明 に ょれば、 水平面内で回動する 複数の腕を有す る 水平関節型 ロ ボ ッ ト の加減速制御方式 に ぉぃ て、 前記 腕の回転中心か ら腕の先端の基準点位置 ま での距離を計 算する 演箕手段 と 、 演算された距肇に応 じ て ロ ポ ッ ト の 腕の先端勖作の加速度を設定する加減速手段 と を具備 し0 て な る こ と を特徵 と す る水平関節型ロ ボ ッ ト の加減速制 御方式 を提供す る こ と ができ る 。

*癸明の加減速制御方式は、 手首に把持 された移動物 体を移動す る ための指今が癸せ られる と 、 直ち に腕の 回 転中心か ら 、 移動物体の初期位置と到達位置ま での钜蕙5 を それぞれ演算 し 、 これ らの演算結果か ら加速時 と減速 時の加速度を演箕 し 、 睐の回転中心か ら の距離 に応 じ て ロ ボ ッ ト の加速度ぉ ょび減速開始点を変化 させ る も の で ぁ る。

図面の簡単な説明

第 1 図は本発明 に係る水平閬節型ロ ボ ッ ト の構成を 示 す構成図、 第 2 図は ァ - ム の構成を示す概略図、 第 3 図 は加速度の説明図、 第 4 図は加速度テ - ブルの説明図、 第 5 図はァ - ム の移動を説明する説明図、 第 6 図は加減 速特性図、 第 7 図は動作の フ ロ ー 図でぁ る 。

発明 を実施するための最良の形態 以下本発明 の実施例 を 、 図面 を 用 ぃ て詳細 に説钥 す る 。 . * 第 1 図は床上 に設置 された基台に回動可動 な ポ ス ト を 設けた水平関節型ェ業用 ロボ ッ ト のー例 を示す構成図 で ぁ る 。 同図に ぉぃて 、 A部分は αボ ッ ト 機構部でぁ り 、 該機構部の ぅ ち 、 1 は基台 2 に載置され 、 所定回転範 囲 内 （ 0 ) で回動可能 なポス ト でぁ リ 、 該 ボ ス ト 1 を回動 さ せ る 回動 機 構 2 1 が基 台 2 の 内 部 に 設 け ら れ て ぃ る 。

. 3 は ボ ス ト 1 に挿通 された支轴 4 にて水平方向 に支持 される 第 1 の ァ 一 ム でぁ リ 、 該第 1 のァ ー ム 3 の先端 に は水平方向 に 回動 自 在な第 2 のァ一 ム 5 が設け られ、 さ ら に 、 第 2 の ァ ー ム 5 の先端には手首 5 1 が設け られ て ぃ る 。 基台 2 の内部 に は、 支轴 4 を所定の範囲 （ Ζ ) 内 で上下移動 し て第 1 の ァ ー ム 3 の高さ を制御す る駆勖機 構 2 2 が設け られ、 支轴 4 を上下に駆動 し て第 1 のァ ー ム （作動ァ ー ム ） の高さ を制御 してぃる 。 また、 第 1 の ァ ー ム 3 の中 に は第 2 のァー ム を回勖す る ため の駆動機 構が、 第 2 の ァ ー ム 5 の中には手首 5 1 を駆動する騷動 機構が設け られてぃ る 。 なぉ、 第 1 図に は示 されては ぃ なぃが、 手首 5 1 に は通常物を把持する ための フ ィ ン ガ が設け られて ぉ 、 ェ具ゃ移勖物体を把持する こ と がで さ る 。

第 1 図に ぉぃて 、 B 部分はロ ボ ツ ト 制御部で ぁ る。 ロ ボ ッ ト 制御部 B はコ ン ピュ - タ構成の数値制御装置か ら 構成 されてぃ る 。 そ し て ロボ ッ ト 機構部 A に設け られて ぃ る各種サ - ボ モ - タ な ど強電機器を制御する'プ ロ ラ マ ブル • シ ー ケ ン ス コ ン ト ロ ー ラ B 1 と 、 教示操作盤 B 2 を有する 。

と こ ろ で、 第 1 図 に示 した水平関節型 ロ ポ ッ ト では 、 第 2 図 に示す ょ ラ に 、 第 1 と 第 2 のァ ー ム 3 、 5 は、 ポ ス ト 1 の回転中心点 O を回転中心と して所定の水平面内 で回動する 。 こ の場合、 手首 5 1 の先端で把持 される 移 動物侓 Mは、 重カに影響されなぃ軌¾に沿 っ て移動 さ せ る こ と がで き る か ら 、 該移動物体 Mが回転中心点 O に 関 し て 0 度回転する場合には、 回動機構 2 1 を構成する サ ー ボモ ー タ に掛る ト ル ク Tが、

T = I X ( α ω ) · · · C I ) と な る 。 こ こ で、 I は移動物体 Mの慣性カ、 （ ct co ) は 角加速度でぁ る 。 す なゎち、 第 2 図で示す ょ ぅ に第 1 ， 第 2 の ァ ー ム 3 、 5 がー直線に廷びた状態で移動物体 Μ を移動する と き に は 、 （ 1 ) 式で示され る ボ ス ト 1 に掛 る ト ル ク T は最大 と な り 、 反対 に 第 1 ， 第 2 の ァ ー ム 3 、 5 が折 リ たた まれて回転中心 0か ら移動物体 Μ ま で の距戆が最小の と き に最小 ト ル ク と なる 。 そ し て 、 こ の 種 ロ ボ ッ ト で は 、 動作の安定性を保っ ぅ ぇで、 上記最大 ト ル ク に 対応 し て サ ー ボ モ ー タ の 出 カが块定 されて ぃ る 。

第 3 図は、 指今速度 F が与ぇ られた ロ ボ ッ ト で、 移動 開始時か ら の 回転角速度の変化を示 して ぃ る 。 太発明 に ぉぃて は、 移動物体 Mが最遠地点に ぁ る 場合は 、 移動物 体 Mに加ぇ られ る 最大の角加速度 （ α ω i ) を 、

( ω 1 ) / て i • · · C 2 ) で設定 し 、 反対に 、 移動物体 Μが最近地点に ぁ る 場合、 移 動 物 体 Μ に 加 ぇ ら れ る 最大 の 角 加 速 度 （ oc ω 2 ) を 、

α ο> 2 リ = F / r 2 • · · C 3 ) で設定す る 。 こ れ ら の角加速度 （ <¾ 0> 2 ) 、 ( cc ω 1 ) は 、 時定 数 て 1 , て 2 ( て 1 > T 2 ) で規疋 さ れ、 し も最近地点で の 角加速度 α ω 2 を、 同ー サ ー ボ モ ー タ に ょ リ そ の 出カ を フ ル に使 ぅ と き に得 られ る値 と す る こ と に ょ っ て、 許容範囲内で最大値に まで高 め る も の と し て ぃ る 。

第 4 図は、 回転中心 Ο か ら移動物体 Μ ま での 距離を横 轴に 、 加速度 を縱轴 に と っ た加速度テー ブルで ぁ り 、 上 記 （ 2 ) , ( 3 ) 式か ら求め られる指令速度 F に応 じ た 加速度の計箕結果を使用すれば、 こ の加速度テ ー ブルが 作成で き る 。 し たが っ て、 回転中心 0か ら移動物体 M ま での距難が分れば、 こ の距鎗に対応 し て移動物体 Mに 印 加で き る 加速度 も 分 る 。

次に 、 ァ ー ム を第 5 図に示すょ ぅ に 0 度の回転 し て 、 A地点か ら B 地点 に移動物体 Mを移動 さ せ る場合の加減 速動作にっぃ て、 第 7 図のフ ロ ー チャ ー ト を用 ぃ て説明 する 。 なぉ、 第 6 図は指令速度 F に対応す る加減速特性 を示す図でぁ る 。

まず、 数値制御装置は、 ステ ツ プ a で移動物体 Mの移 動指今が発せ られたか ど ぅかを判断する 。 移動物体 Mの 移動指今が発せ られたな らば、 ステ ッ プ b に ぉぃて、 回 転中心 O と 移動物体 Mの現在位置 A ま での距離 を 計 測する 。 これは、 手首の基準点の現在位置を示す現在位 置カ ゥ ン タ を見ればす ぐ計測でき る。 そ し て こ の計測値 D 1 を 数値制御装置のー時記憶装置に記憶せ し め る （ ス テ ッ プ c ) 。 次に 回転中心 O と移動物体 Mの次の移動位 置 B ま で の距雜 D ₂ を 計測 す る （ ス テ ッ プ d ) 。 こ れ は、 指 ^ された次プ ロ ッ クデー タ の移動指今位置を見れ ば計測で き る 。 そ し て こ の計測値 D 2 を数値制街装置の ー時記億装置 に記億せ しめる （ステ ッ プ e ) 。

次ぃ で、 ス テ ッ プ f に ぉぃて、 記億装置の 中 に記憶 さ れた計測値 を基 に 、 加速度テ - ブルか ら加速度 o i を見出 し 、 ス テ ッ プ g にぉぃて、 記億装置の中 に記憶 さ れた計測値 D 2 を基 に、 加速度テ - ブルか ら減速度 - c 2 を見出す。 ス テ ッ ブ h にぉぃて加速度 丄 、 減速度 ー α 2 を 数値制御装置か ら プロ グ ラマブル * コ ン ト ロ — ラ Β 1 か 口 ボ ッ ト 機構部 Α 内 に ぁ る 加減速回路 に通知す る 。 該加減速回路は ステ ッ プ 〖 において 、 通知 された加 速度 cc i に て第 6 図 に示すょ ぅ な加速特性を有する パル ス を 回動機構 2 1 内の サ - ボモー タ に印加 し 、 加速制御 を実行する 。 加速領域を過ぎる と ステ ッ プ j で加速制御 を終了 させ、 ス テ ッ プ k にぉぃてー定速度でサ ー ボモ ー タ を定速運転す る 。 移動物体 Mが目標地点 B に近ず き 、 減速領域に突入する と （ ステ ッ プ 1 ) 、 加減速回路は ス テ ッ プ m に ぉぃて、 通知 された減速度ー es s に て第 6 図 に示す ょ ラ な減速特性を有する パルス を 回動機構 2 1 内 のサ - ボモ - タ に印加 し 、 減速制御を実行する 。 減速制 御が終了 する と （ ス テ ッ プ n ) 、 サ ー ボ モ ー タ を停止す る （ ス テ ッ プ 0 ) 。

上記実施例では、 加減速回路に周知の時定数可変型の 直線型加減速回路を使用 したが、 *癸明 は上記ー実施例 のみに 限定 される も のではな く 、 指数関数型の加減速制 御回路 を用ぃ、 加速度、 減速度を上記実施例の ょ ぅ に決 定 し て加減速動作を実行 して も ょぃ。 ま た、 上記実旛例 は、 加速度、 減速度 を块定する 際、 加速度テ - ブルを使 用 したが、 移動物体 Mの始点、 終点か ら 回転中心ま での 距離か ら該加減速度 を ぃちぃち計算 し 、 こ の計算結果 を 用ぃて加減速制御を実行 しても ょぃ。 産業上の利用可能性

*発明 に係 る水平関節型ロ ボ ツ ト の加減速制御方式 に ょれば、 ロ ボ ッ ト の ァ — ム先端の基準点の位置か ら水平 に 回動す る ァ ー ム の 回転中心までの钜離 に応 じ て ロ ボ ッ ト のァ - ム先端の基準点の動作加減速度 を変化 させる ょ ぅ に構成 した の で、 ァ ー ムを回転する サ ー ポモ - タ を 有 効に利用で き る ばか リ か、 ァ — ムを迅速かっ ス ム ー ズ に 移動で き る 。

Claims

請 求 の 範 囲

( 1 ) 水平面内で回勖する複数の腌を有する水平闋節型 ロ ボ ッ ト の加減速制樺方式は、 次の手段 を含む ；

前記腕の回転中心か ら腕の先端の基準点位置 ま での距 雜を計算する 演算手段 ：

演算 された距建に応 じて口 ボ ッ ト の腕の先端動作の加 速度を設定す る 加減速手段。

( 2 ) 前記基準点位置は、 腕の手首取付部でぁ る こ と を 特徵 と する 前記請求の範囲第 （ 1 ) 項に記載の水平閧節 型 ロ ボ ッ ト の加減速制御方式。

( 3 ) 前記加減速手段は、 演箕された距離に反比例す る 加速度の絶対値を記憶する加速度テー ブルを備 ぇて ぃ る こ と を特徵 と する前記請求の範囲第 （ 1 ) 項に記載の水 平関節型 σボ 、 y ト の加減速制御方式。

( 4 ) 前記加減速手段は、 時定数可変型の直線型加減速 回路に ょ り 加速時ぉ ょび減速時の加速度 を設定する ょ ぅ に した こ と を特徴 と する前記請求の範囲第 （ 3 ) 項に記 載の水平関節型 σボ ッ ト の加減速制铟方式。