WO1993011477A1

WO1993011477A1 - Robot controller

Info

Publication number: WO1993011477A1
Application number: PCT/JP1992/001539
Authority: WO
Inventors: Toru Kurenuma; Kunio Kashiwagi; Kazuyoshi Yamada
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co., Ltd.
Priority date: 1991-11-26
Filing date: 1992-11-25
Publication date: 1993-06-10
Also published as: EP0573657B1; EP0573657A1; DE69221851D1; KR930703635A; EP0573657A4

Description

明細書ロボット制御装置技術分野

本発明はロボット制御装置に関し、特に、力制御を含む制御系に基づき動作し力を伴う作業を行うロボッ卜に適用される制御装置に関するものである。背景技術

グラインダがけ等の力作業を行うロボットでは、位置に関する制御に加えて力に関する制御が要求される。そのためその制御装置では力と位置の制御を同時に実行する手段を含む必要がある。従来の力作業を行うロボットの制御装置の例として、例えば特開昭 6 1 — 7 9 0 5号に記載された「仮想コンプライアンス制御」が知られる。

力と位置の制御を実行するロボット制御装置は、制御パラメータを教示 · 設定するための部分（以下「教示，設定部」という）と、或る制御方程式の下で制御パラメータを使用し制御を実行する部分（以下「制御実行部」という）から構成される。教示 ' 設定部は、ユーザのオペレータが教示装置を操作してロボット機構部に試し動作を行わせ、力や位置の制御に関する制御パラメータやその他の制御パラメータを与えるとき、これらの制御パラメータを記憶装置に格納する。制御実行部は、ロボット機構部が実際に作業を開始するとき、. 教示 ·設定部の記憶装置に格納された複数の制御パラメータを、所定の手順で読出し、制御指令量を算出し、フィ一ドバック制御を行いながら作業に必要な動作をロボット機構部に行わせる。

力と位置の制御を実行する πボット制御装置の従来文献に関し、教示装置や教示 ·設定部を利用した制御パラメ一タ教示 ·設定方法等を開示する特許文献は特に見出せない。また学術的文献としては「ロボット ' マニピュレータ」（R . P . ポール著、吉川恒夫訳、コロナ社）が存在する。この文献に開示される制御パラメ一夕の設定方法では、作業動作を規定するプログラムを作成するとき、当該プログラムの中に直接に力目標値のみを具体的数値で与えている。

ところで、力と位置の制御を実行するロボット制御装置に基づいて動作する作業ロボットでは、力制御を含んでいるので、その作業工程が全体的に複雑になる。作業工程が複雑になれば、作業全体を構成する複数の区間のそれぞれの作業条件等を考慮して、ロボット制御装置で使用される複数の制御パラメ一夕の数が比較的多くなる。すなわち作業条件が多く複雑になると、これに対応する制御条件の設定も複雑になり、作業条件が簡単な場合に比較して制御パラメ一夕の数が多くなる。制御パラメ一夕が多くなると、制御パラメ一夕の教示 •設定に要する時間が長くなる。それ故、多くの制御パラメ —夕の教示 ·設定を迅速かつ簡単に行えることが望まれる。また、多くの制御パラメ一夕がロボット制御装置における教示 ·設定部の記憶装置に格納された後において、作業を実際に開始する場合、当該記憶装置から必要とされる多くの制御パラメータを取り出して制御実行部にセットしなければならない。このときにも、多くの制御パラメータを迅速にセッ卜できることが望まれる。

上記の如く、複雑な力作業を行うロボットの制御装置では、制御パラメータの取扱いに関し、特に、教示 · 設定部へ多くの制御パラメータを迅速に教示 · 設定すること、および教示 •設定部の記憶装置から多くの制御パラメータを迅速に読出し制御実行部に迅速にセッ卜することが要求される。この要求を満たせば、ワークの作業対象部に力作業を行うとき、各部の状況に応じた制御パラメータを迅速に準備できる。このため力作業を行うロボットは、ワークの作業対象部の各部に必要とされる力作業を行うことができ、力作業をきめ細かく行える。

そこで、かかる観点から、ワークにきめ細かい力作業を行うためには、教示 · 設定部における制御パラメ一夕の教示 · 設定と、教示 ·設定部から制御実行部への制御パラメ一夕の読出し . セッ卜において、多くの制御パラメータをいかに扱えばよいかという課題が存在する。

さらに他の観点で説明を加えると、制御実行部が、教示 · 設定部の記憶装置に格納された多くの制御パラメ一夕を読出して使用し、作業を実際に実行する再生処理を行う場合に、多くの制御パラメ一夕を制御実行部にセットしなければならないとき、従来の如く、多くの制御パラメータの設定値を一つずつ制御実行部のパラメータ入力部に設定する構成では、 - 時間がかかり、ロボット機構部の動作が遅くなる。特に、作業全体を形成する複数の区間のそれぞれで制御条件を変更して作業を行うように構成したロボット制御装置では、各区間ごとに多数の制御パラメ一夕のセットを逐一行わなければならず、ロボット機構部の動作の遅さが顕著になる。

本発明の目的は、制御パラメ一夕の教示 ·設定や制御パラメータの読出しおよびセッ卜において、力と位置の制御に必要とされる比較的多くの制御パラメ一夕を各作業区間に応じて組として一括して取り扱い、迅速に教示 · 設定を行いかつ教示設定部から制御実行部への読出し ' セットを行うと共に、ユーザのプログラミング処理上の利便性に配慮して一組の多くの制御パラメ一夕の設定作業をできる限り簡単にしたロボット制御装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、上記ロボット制御装置において、ュ一ザにおける取扱い易さを向上し、ユーザが多くの制御パラメータを用いてプログラムを作成する過程で、制御パラメ一夕の内容を簡単に表示してこれを視認できるようにし、また当該内容を視認しながら内容を簡単に変更できるようにし、プログラム作成を容易にしたロボット制御装置を提供すること ί Ο 発明の開示

本発明に係るロボット制御装置は、前提として、力作業に必要な制御条件を決定する比較的に数の多い複数の制御パラメータを準備するための教示 ·設定部と、準備された複数の制御パラメータを使用して予め定められた制御原理に基づき力制御を実行する制御実行部を有し、もってロボット機構部に力作業を行わせるものであり、教示 · 設定部は、教示動作時に、力作業における異なる作業状況のそれぞれに応じた各制御条件ごとに、複数の制御パラメ一夕を一括して教示、設定する構成を有している。

教示 ·設定部は、好ましくは、制御条件のそれぞれに対応する複数の制御パラメータを一括して一つの力制御パターンとして格納する力制御パターン格納部を有する。また制御実行部は、好ましくは、力作業全体を構成する複数の作業状況のそれぞれに応じた作業を行う時、当該作業に対応する力制御パターンを力制御パターン格納部から選択することにより、複数の制御パラメ一夕を一括して各制御パラメータ入力部にセットするように構成される。

さらに好ましくは、教示 ·設定部を動作させてロボッ卜に対し教示動作を行い、複数の制御パラメータを入力するとき、各作業状況に応じて複数の制御パラメ一夕を一括して設定するための教示操作器を備える。この教示操作器は本体に着脱自在とし、携帯用の装置とすることができる。

また具体的な構成を述べると、複数の関節部を備えるロボット機構部と、このロボット機構部に取り付けた作業ツールと、ロボッ卜機構部に設けられた複数の関節部のそれぞれに配置され、ロボット機構部を動作させる駆動手段とを含む口ボットに適用され、駆動装置の各々の動作を制御してロボット機構部を動作させ、作業ツールを任意の位置に移動してヮークに対し所定の力作業を行わせるロボット制御装置であり、力制御を実行するための力制御演算部を有し、この力制御演算部は、作業ツールの位置を検出する位置検出手段と作業ッ —ルに加わる力を検出する力検出手段のそれぞれの検出信号を入力し、これらの検出値と、予め設定された位置および力の目標値との偏差を求め、これらの偏差がゼロになるように力制御のための制御指令値を出力する前記口ボット制御装置であり、力制御演算部にセットされる各種の制御パラメータを、一括して教示、設定することが可能な教示 · ^定部を備えるように構成される。

上記の構成において、教示 ·設定部は、好ましくは、ユーザプログラムを格納するユーザプログラム格納部と、作業状況ごとの複数の制御パラメ一夕をそれぞれ力制御パターンとして一括して格納する力制御パターン格納部を含む。また、教示 · 設定部と力制御演算部との間に、ユーザプログラム格納部からパターン選択命令を取り出すユーザプログラム解析部と、パターン選択命令に従って、力制御パターン格納部に格納される複数の力制御パターンのうちのいずれかを選択し、力制御演算部の側に送るパターン選択部を設けている。

上記ロボット制御装置では、ティ一チングプレイバック方式でのロボット動作を可能にし、教示 ·設定部と制御実行部を含み、前段に位置する教示 ·設定部において、力作業における異なる作業状況に応じて別々に設定される複数の制御パラメータを一括して教示し、設定できる構成を有する。教示

•設定部のデータ格納部としては、少なくとも、ユーザプ！？グラム格納部と力制御に関する複数の制御パラメータを格納する部分を含む。この力制御に関する複数の制御パラメ一夕を格納する力制御パターン格納部では、各作業状況に対応する複数の制御パラメータを、一かたまりとして別々に格納する。一かたまりの制御パラメータは一つの力制御パターンを構成する。各力制御パターンは、一連の作業の各状況を配慮してそれぞれに対応して事前に決められる。そして、決められた複数の力制御パターンのそれぞれには、番号が付される。従って、ユーザがロボットに教示動作を行わせ、教示操作器を用いてユーザプログラムを作成するとき、各作業区間ごとに複数の力制御パターンのいずれかを選択して指定して、ュ一ザプログラムを作成することができる。作業区間に応じた力制御パターンの指定は、具体的にはパターン選択命令としてユーザプログラムの中に含まれる。このパターン選択命令では、前述の力制御パターンに付した番号を指定するだけで、プログラムを作ることができる。

一方、教示，設定部に設定された複数の制御パラメータを、制御実行部が取り出して、実際の制御を行う再生動作のときには、パターン選択部が、与えられたパターン選択命令に従つて力制御パターンを取出し、その後、力制御演算前処理部を経由して力制御演算部にセットする。

以上のように、ユーザが所望する力制御に用いられる複数の制御パラメータを力制御パターンとして一括して教示、設定することができるので、制御パラメ一夕を個々に教示、設定する煩わしさを回避することができ、教示操作の時間を短縮することが可能となる。またその後、制御パラメ一夕の制御実行部へのセッティングもカ制御バタ一ンごと一括して行うことができるので、制御に要する時間の短縮化も達成できる

さらに本発明に係るロボッ卜制御装置は、ユーザプログラムおよびデータを入力するための入力装置と、入力されたュ一ザプログラムを表示する表示装置と、力作業に必要な制御条件を決定する複数の制御パラメータを、入力装置を介して取り入れ、内部に準備するための教示 '設定部と、準備された複数の制御パラメータを使用して所定の制御原理に基づき力制御をワークに対し実行する制御実行部とを有すると共に、教示 ·設定部は、ユーザプログラムを格納するユーザプログラム格納部と、作業状況ごとの複数の制御パラメ一夕をそれぞれ一つの力制御パターンとして一括して格納する力制御パターン格納部を有し、さらに、入力装置を操作し、表示装置の画面に表示されたユーザプログラムを編集するときにおいて、必要な力制御パターンを選択して画面に表示し、または表示された力制御パターンを必要なものに変更する表示制御手段を備える。

さらに、好ましくは、表示制御手段による表示 ·変更は、ユーザプログラムが表示されている表示装置の画面上で、ュ一ザプログラムに含まれる力制御パターン選択命令を指.定する入力手段によって行われる。この入力手段の例としては、ポイントデバイス、その他マウスやキーボードを用いることができる。また、表示制御手段は、ユーザプログラムが表示されている表示装置に画面上に力制御パターンを表示するための操作手段を、前記画面上に設けるように構成した。表示制御手段は、さらに、表示装置の画面上で、既に表示されたものの上に重ね書きを行う表示機能を有する。

上記のロボット制御装置では、教示操作器の入力装置を用いてプログラムを入力し、および必要な力制御パターンを定してユーザプログラムを作成するとき、表示装置の画面にユーザプログラムを表示させると共に、指定した力制御パ夕ーンの具体的な内容を表示する。これによりユーザプロダラムの作成が簡便となる。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明に係るロボット制御装置の要部構成と、ロボット機構部と、センサ部を示すブロック図である。

第 2図は、力制御演算部の具体的構成を示すプロック図である。

第 3図は、力作業の一例を示し、その力作業における各作業区間の制御条件とユーザプログラムとの対応関係を明らかにした斜視図である。

第 4図は、ユーザプログラムの記述の一例を示す図である, 第 5図は、力制御パターンの内容を示す図である。

第 6図は、力制御パターンに含まれる各種制御パラメ一夕を解説するための模式図である。

第 7図は、力制御パターンナンパ Ν 0 . 1 の内容を示す図である。第 8図は、教示操作器の入力部および表示部と、ロボット制御装置との接続構造を詳細に示した部分構成図である。

第 9図は、教示操作器の表示部の画面における表示例を示す図である。

第 1 0図は、表示部の画面における他の表示例を示す図での。

第 1 1図は、表示部の画面における他の表示例を示す図でめ o

第 1 2図は、ロボット制御装置を実現するコンピュータシステムの構成を示すプロック図である。発明を実施するための最良の形態以下に、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて説明する。

第 1図において、ロボット本体であるロボット機構 1は、機械的構成部と、この機械的構成部の各可動部（関節部）に取り付けられた駆動装置と、当該機械的構成部のアーム先部に取り付けられた作業ツール等から構成される。ロボット機構 1 は、その各駆動装置で、力制御演算部 3から与えられるロボット機構 1の姿勢および動作を決定するための各種制御信号をサーボ回路 2を通して受取り、この制御信号に従って動作し、作業ツールを用いてワークの作業対象部に対し必要な作業を実行する。この作業ツールによる作業動作の中には、力制御による動作が含まれる。従って、作業ツールがワークに対して力作業を実行するとき、作業ツールは当該ワークから反作用としての力を受ける。作業ツールは、その取付け構造上、力センサ 4に固定される。従って作業ツールに加わる力は、力センサ 4によって検出される。力センサ 4で検出されたカデータは力制御演算部 3に送られ、その後の力制御の実際の状態に関するデータとして使用される。また同様にして、ロボット機構 1 の各可動部には動作量を検出するためのセンサを備えており、駆動装置の駆動により可動部が動作したとき、各センサはその動作量を測定し、サ一ボ回路 2を介して力制御演算部 3に測定データを送給する。これらの動作量に関するデータは、実際の位置データとしてその後の力制御および位置制御に使用される。以上の如く、力制御演算部 3では力制御と位置制御が実行されるが、この実施例では力制御を主題として説明する。

—点鎖線で示されたプロック 5はロボット制御装置である。本発明に係るロボット制御装置が適用されるロボットでは、ティーチングプレイバック方式が採用される。ロボット制御装置 5は、複数の制御パラメータの教示 ·設定に関係する構成部分すなわち教示 · 設定部と、設定された複数の制御パラメータを取り出して制御動作を実行する構成部分すなわち制御実行部から構成される。ロボット制御装置 5で取り扱われる複数の制御パラメータの数は比較的に多い数である。

ロボット制御装置 5において、教示プログラムおよびデー夕の流れに関し、第 1図中の左側の前段部に教示 · 設定部が位置し、右側の後段部に制御実行部が位置する。すなわち、教示 ·設定部は力制御パターン格納部 6、ユーザプログラム格納部 7、位置パラメ一夕格納部 8から構成され、これに対し制御実行部はユーザプログラム解析部 1 0、パターン選択部 1 1、位置パラメ一夕転送部 1 2、力制御演算前処理部 1 3、前記の力制御演算部 3から構成される。

力制御パターン格納部 6、ユーザプログラム格納部 7、位置パラメータ格納部 8のそれぞれには、ユーザのオペレータがロボット制御装置 5を備えるロボット機構 1に対して力と位置の制御に基づく作業を行わせる場合に、その前に教示装置を操作して試し作業を行うことにより、当該作業の制御に必要な力と位置の制御の各制御パラメ一タに関するデータおよび必要なユーザプログラムが格納される。オペレータは教示操作器 9を使用して教示を行う。この教示操作器 9は、プ口グラム言語を用いて制御指令とデータを入力するための入力部 9 aと、所定の表示面積を有しかつオペレータが入力された制御指令等の内容をオペレータに視覚で確認させるための表示部 9 bを有している。この教示操作器 9を用いることにより、本来の作業の前に、当該作業を倣うようにロボット機構 1に試し動作を行わせるとき、複数の制御パラメ一夕に関し作業中のそれぞれの区間で必要とされるデータ値等が、前記の力制御パターン格納部 6、ユーザプログラム格納部 7、位置パラメ一夕格納部 8のそれぞれに与えられる。力制御パターン格納部 6では、図示例で明らかなように、作業の各区間の状況に対応して決定される複数の制御パラメ一夕のデー夕を一つの組みとして一括して格納している。一括して格納された一組のデータを「力制御パターン」という。従って力制御パターン格納部 6には、それぞれ複数の制御パラメータを含む複数の力制御パターンが別々に格納されている。また位置パラメ一夕格納部 8は、作業中の作業ツールのすべての移動位置を位置データとして格納する。教示作動時における教示操作器 9の操作の仕方（例えばデータ入力方法）および教示操作器 9の動作（例えば入力データの表示方法）の各態様、さらに力制御パターン格納部 6、ユーザプログラム格納部 7、位置パラメータ格納部 8のそれぞれのデ一夕格納態様については、後で説明する。

なお上記の構成において、教示操作器 9 は、携帯用として構成し、ロボット制御装置 5に対して着脱自在にすることができる。

また、力制御パターン格納部 6に格納された複数の力制御パターンのいずれかを選択し、力制御演算前処理部 1 3 に送給するパターン選択部 1 1 と、位置パラメータ格納部 8に格納される位置パラメ一夕を力制御演算前処理部 1 3に転送する位置パラメータ転送部 1 2 と、力制御演算前処理部 1 3 と、前述の力制御演算部 3は、制御実行時に、ユーザプログラム格納部 7からユーザプログラムを取出して解析するユーザプログラム解析部 1 0に基づいて得られたユーザプログラムに基づいて起動される。

次に、教示 ·設定部の各部の構成および機能について詳述する。

力制御パターン格納部 6に格納される複数の力制御パターンのそれぞれには、例えば第 5図に示すように、複数の制御パラメ一夕の設定値が一つの組または一かたまりとして一括して格納されている。これらの制御パラメ一夕は、例えば力制御座標系指定、送り速度、力目標値、仮想ばね定数、仮想粘性係数、力の不感帯である。送り速度、力目標値、仮想ばね定数、仮想粘性係数、力の不感帯には、それぞれ設定値 a， b , c， d , eが与えられている。これらの制御パラメ一夕は、力制御の方式として、前述した仮想コンプライアンス制御を実行した場合の例を示している。送り速度、力目標値、仮想ばね定数、仮想粘性係数の各制御パラメータと、制御状態のイメージとの関係を図示すると第 6図のようになる。第 6図において 2 0は被加工対象であるワーク、 2 1は作業ッ —ル、 2 2はロボット機構 1のアーム先端部であるロボット手首である。第 6図において、仮想粘性係数、仮想ばね定数、送り速度、力目標値のそれぞれが概念的要素として示ざれている。

第 5図に示す一組の制御パラメータ、すなわち一つの力制御パターンについて説明する。第 5図において「力制御座標系指定」とは、力制御を行うにあたって基準となる座標を指定するものである。送り速度、力目標値、仮想ばね定数、仮想粘性係数、力の不感帯の各制御パラメータは、基準座標系の軸方向ごとに設定される。力制御座標系としては、ロボット機構 1を設置するベースに設定されるべ一ス座標系、.作業ツールに設定されるツール座標系、予め任意の箇所に対応して設定することができる任意座標系のうちいずれかが適宜に選択される。「送り速度」は、作業ツール 2 1を、予め教示した方向に移動させる速度である。この場合、「教示した方向」は、位置パラメータ格納部 8に格納された位置データによって決定される移動方向である。「力目標値」は作業ツール 2 1をワーク 2 0に押し付けるための目標値である。また「仮想ばね定数」と「仮想粘性係数」は、仮想コンプライアンス制御における特徵的なパラメータであり、第 6図に示される如く、それぞれソフトウェア技術で実現されるばね要素およびダンバ要素である。「力の不感帯」は、動作の安定性を確保するために、力センサ 4から与えられる検出された力データに対して不感帯を設定するためのものである。

一つの力制御パターンに含まれる複数の制御パラメ一夕のそれぞれは、一つの組として、ワークまたは作業ツールの交換に応じて、またはワークの形状に応じて、またはグラインダ等による仕上げ具合に応じて、時間の経過に伴って刻々と変化させる必要がある。従って、作業の各状況または各区間に応じて複数の力制御パターンが用意される。複数の力制御パターンのそれぞれは、作業の工程を分析することにより、作業開始前に決定される。各力制御パターンは、番号を付して区別できるようにしている。力制御パターン格納部 6では、複数の力制御パターンが、それぞれに対して前述の番号、例えば N o . 1， N o . 2， …を付した状態で、所定の順序に従って格納されている。第 7図に、番号が N o . 1である力制御バタ一ンの内容を示す。

ユーザプログラム格納部 7 は、オペレータがロボット機構 1 に作業動作の手順を教示したときに、この手順に関する教示プログラムを格納する。ユーザプロダラム格納部 7に格納される教示プログラムの記述例を第 4図に示す。第 4図において、破線 3 0の左側領域に記述された一連の命令メッセージが教示プログラムの内容である。プログラムにおける各指令は、例えば Ρβ01〜Ρβ25の番号に対応して記述される。これらの番号は、教示プログラムのステップ番号を表し、それぞれ教示した位置データに対応している。これらのステツプ番号は、教示動作の時の作業ツールの動作状態を示した第 3図中に記載されたステップ番号に対応している。

第 4図に示される「チカラセィギヨ O N [ 0 1 ] .」、「チカラセィギヨ O N [ 0 2 ] 」、「チカラセィギヨ O F F丄等の指令は、ユーザプログラム格納部 7に格納されるパターン選択命令 7 aに相当するものである。パターン選択命令 Ί a は第 1図に示される。「チカラセィギヨ O N [ 0 1 ] 」の命令は、力制御パターン格納部 6の力制御パターンナンパ 0 1 (N o . 1 ) に格納されている一組の力制御パラメータを使用することを宣言する命令である。この場合、最初の「チカラセィギヨ O N [ 0 1 ] 」の命令で指定される力制御は、第 3図に示すように、ワークの作業領域のステツプ番号 P 2〜 P005で特定される区間において実施される。こうして「チカラセィギヨ O N [ 0 1 ] 」の命令で力制御が開始され、第 4 図の破線 3 0の右側領域に記述された制御パラメ一夕の内容に基づく力制御が、上記区間で実行される。次にステップ番 - 号 P005で示される位置にて「チカラセィギヨ O N [0 2] 」の命令が実行される。この命令は、力制御パターン格納部 6 の力制御パターンナンパ 0 2に格納されている一組の力制御パラメータを使用することを宣言する命令である。この命令によって、力制御条件の変更が実行され、第 3図に示すステップ番号 P 5〜P 0 1 0で特定される区間において新しい力制御パターンを用いて力制御が実行される。このように [ ] の内部の番号に基づき、ワークの作業区間に応じて使用する力制御パターンが決定される。「チカラセィギヨ O F F J は、力制御を終了し、通常の位置制御の状態で動作することを宣言する命令である。なお第 4図中の破線 3 0 に関し右側領域は、各命令の内容を解説するために設けられた欄である。

また第 4図に関連して、前述の教示操作器 9の教示に関する操作方法を説明する。第 4図に示したユーザプログラム等の教示内容は、教示操作器 9の入力部 9 aを操作することによりロボット制御装置 5の教示 · 設定部に入力される。このとき、教示操作器 9に設けられた表示部 9 bの画面に入力された教示内容が表示される。表示部 9 bに表示される内容は、第 4図に示された教示プログラムの一部または全部である。表示部 9 bの表示量は画面の面積で決定される。従って、ハンディタイプの教示操作器では、通常大きな表示部を備えることができないので、力制御の内容を、予め設定された力制御の命令を特定するための番号（ [ * ] ) を指定するだけで、ユーザプログラムを入力することができるのは、操作上極めて便利である。各番号「*」で特定される「チカラセィギヨ O N [ * ] 」の内容（一組の制御パラメータの各設定値）は、前述の如く、事前に別途に入力されている。教示操作器 9の入力部 9 aを使用して教示プログラムを入力するときには、各「チカラセィギヨ O N [ * ] 」をそのまま番号を指定して入力するが、その制御内容を具体的に知りたいときには、所定の操作ボタンを操作することにより、表示部 9 に制御内容を表示させるように構成することもできる。表示部 9 bに制御内容を表示させる具体的な構成については、他の実施例で詳述する。

第 3図および第 4図を参照した上記説明は、既に教示 ·設定されたユーザプログラムおよび制御パラメータに基づく力制御の実行の仕方の説明であつた。後で、第 3図および第 4 図を参照して、ユーザプログラムおよび各種制御パラメータの教示 ·設定方法が説明される。

位置パラメ一夕格納部 8は、作業中にロボット機構 1の動作に必要とされる当該ロボット機構の各部および作業ツール 2 1の位置または姿勢等のデータを格納する部分である。この位置パラメータ格納部 8は、従来の位置制御ロボットに備えられた教示位置データ格納部と同じ構成を有するものであり、既知のものである。本発明に係るロボット制御装置は、力作業を行うロボットに適用されるものであるが、力制御と併せて位置制御も必要であるため、この位置パラメ一タ格納部 8を当然のことながら備えている。

次いで、制御実行部の各部の構成および機能について詳述する。制御実行部は、教示操作器 9および教示 ·設定部を利用して教示されかつその記憶装置に格納された作業に関するプログラムと制御パラメータを用いて、制御を再生し、作業を実際に行う機能を有する部分である。

ユーザプログラム解析部 1 0は、ユーザプログラム格納部 7に格納されたユーザプログラムを読出し、これを解読し、必要な処理を起動する。例えば、解読したユーザプログラムに位置に関する記述が含まれているときには、位置パラメ一夕転送部 1 2を起動し、必要な位置データを位置パラメ一夕格納部 8から取出し、力制御演算前処理部 1 3 に転送する。また解読したユーザプログラムにパターン選択命令に関する記述が含まれているときには、パターン選択部 1 1を起動し、パ夕一ン選択命令で指定された力制御パターンを、力制御パターン格納部 6から取出し、力制御演算前処理部 1 3 に送給する。力制御演算前処理部 1 3は、与えられた位置パラメ一夕および力制御を実行するための力制御パターンに含まれる制御パラメ一夕を、力制御演算部 3で使用可能なフォーマツトに変換するための処理を実行する。ここで、力制御を実行するために教示 · 設定された比較的に多くの制御パラメータは、各力制御パターンごと一つの組としてまとめて選択され、力制御演算前処理部 1 3に送られる。従って、制御の実行に必要とされる多くの制御パラメータを同時に短時間にて力制御演算部 3にセッティングすることができる。このため、本実施例に係るロボット制御装置によれば、ロボット機構 1 の動作を速く制御することができ、かつその動きを滑らかにすることができるという利点を有する。

上記の力制御演算部 3は、仮想コンプライアンス制御を行うことができ、具体的には例えば第 2図に示すような構成を有している。力制御演算前処理部 1 3で所定のフォーマツトに変換された複数の制御パラメ一タは、それぞれ、力制御演算部 3に設けられたそれぞれのパラメータ入力部にセットされる。パラメータ入力部としては、第 2図に示されるように、力制御パターンに含まれる複数の制御パラメータのそれぞれに対応した力目標値入力部 4 0、力の不感帯入力部 4 1、仮想粘性係数入力部 4 2、仮想ばね定数入力部 4 3、座標系入力部 4 4と、さらに位置パラメータに対応する位置目標値入力部 4 5 とが設けられている。座標系入力部 4 4にセットされたカ制御座標系指定の制御パラメ一タは、座標変換処理部 4 6 , 4 7， 4 8のそれぞれに処理パラメータとして与えられ

ここで、力制御演算部 3の構成と動作を概略的に説明する。力目標値入力部 4 0の力目標値は減算器 4 9に与えられ、ここでカセンサ 4から出力される実際の力データと力目標値との間で差が求められる。ただし、減算器 4 9に至る前の段階で、力センサ 4で検出された力データは、力演算部 5 0で重力捕償され、座標変換処理部 4 8で力制御座標系に変換される。減算器 4 9で求められた差信号は、不感帯入力部 4 1にセットされた不感帯幅に基づいて動作条件が設定された不感帯処理部 5 1で処理された後、減算器 5 2に入力される。

位置目標値入力部 4 5にセットされた位置パラメ一夕は減算器 5 3に与えられ、ここで位置演算部 5 4で算出された作業ツールの現在位置と位置目標値との差が求められる。位置演算部 5 4には、ロボット機構 1の各可動部すなわち各関節部に装着されたエンコーダ 5 5からの動作量信号をカウン夕 6 1で積算した角度データが位置信号として与えられ、ここでキネマティックス演算により、現在位置を算出する。減算器 5 3で求められた差のデータは、座標変換処理部 4 6によつて力制御座標系に変換される。この位置の差データに基づき、仮想ばね定数入力部 4 3にセットされた仮想ばね定数 K を用いる仮想ばね力演算部 5 6で、ばね力が算出される。得られたばね力は、減算器 5 2に入力される。減算器 5 2で得られた差の出力は、仮想粘性係数入力部 4 2にセットされた仮想粘性係数 K e に基づき仮想粘性演算部 5 7で処理される。仮想粘性演算部 5 7の出力は、座標変換処理部 4 7で基準となる座標系に変換され、さらにモータ速度演算部 5 8で、各関節部に配置される駆動装置であるモータ 5 9の回転速度が演算される。演算されたモータ回転速度の制御指令値は、サーボアンプ 6 0を介してロボット機構 1の各モータ 5 9に与えられ、その回転動作が制御される。

以上のロボット制御装置 5の制御実行部の構成は、予め定められた仮想コンプライアンス制御を規定する制御方程式を満足する解を求めるように構成されている。この構成で得られた解を、各制御パラメ一夕入力部にセッ卜された複数の制御パラメ一夕で決められた制御条件を満たすための制御指令として、ロボット機構 1 のモータ 5 9に与え、ロボット機構 1 に動作を与える。こうして、ユーザの教示 ·設定操作によつて指定された複数の制御パラメータに基づき、ロボット機構 1を動作させることができる。第 2図の構成では、前述の如く、ロボット機構 1の各可動部（関節部）に配置された駆動装置としてのモータ 5 9、および可動部の移動量を検出するエンコーダ 5 5およびカウン夕 6 1を明示している。第 1図で示したサ一ボ回路 2は、サ —ボアンプ 6 0 とカウンタ 6 1を含む。

以上に説明した構成を有するロボット制御装置 5が適用されるロボットで、当該ロボッ卜に特定の力作業を行わせる場合の例を、第 3図を参照して説明する。

第 3図は、作業を実際に行う前に、ロボット制御装置 5に作業に必要な多数の各種制御パラメータをセッティングするため、ロボット機構 1に取り付けられた作業ツール 2 1に教示のための試し動作を行わせている状態を示す。この場合、作業ツール 2 1はグラインダであるとする。作業ツール 2 1 は、ワーク 2 0に形成された孔 2 0 aの周囲を研磨する力作業を実行する。

第 3図に示される如く、力作業の一例として、プログラム開始点（P001) 、力制御開始点（P 002) 、ワーク 2 0の披加ェ部の特徵に応じて決定される制御条件変更点（ 05, P010 , P015, P 020) 、力制御終了点（P 025 ) が定義されている。

ワーク 2 0の各箇所の力作業の内容は、制御パラメ一夕の教示，設定作業において、前記の教示 ·設定部の動作に基づき、各区間に対応させて一かたまりの力制御パターンとして準備される。すなわち、力制御開始点（P 002) から力制御変更点 - (P 005) 、力制御変更点（P010) から力制御変更点（P015) 、力制御変更点（P02G) から力制御終了点（P 025) の各区間は、作業ツール 2 1 をワーク 2 0に 3 0 0 g ί の力で押し付けながら送り速度 3 mmZ s で移動するように、力制御パターンナンパ 0 1を設定する。また力制御変更点（P 5) から力制御変更点（PO ) 、力制御変更点（P015) から力制御変更点

(Ρ 020 ) の区間は、押し付け力を 4 0 0 g f に高め、送り速度を 7 mm/ s に上げて移動するように、力制御パターンナンバ 0 2を設定する。その後、プログラム開始点（P 001)から力制御終了点（P 025 ) に至るまで作業ツール 2 1 を移動させる。以上の如く、各点（P001〜P 025 ) の位置データを教示すると共に、力制御の開始点、変更点、終了点のそれぞれでは、

「チカラセィギヨ O N」の命令や、「チカラセィギヨ O F F」の命令を与える。こうして、作業ツール 2 1 の教示ための動作によって、教示プログラムを容易に作成することができる。また各制御条件を規定する複数の制御パラメータを一かたまりで取り扱えるため、教示プログラムを簡単に記述することができる。すなわち、力制御条件の異なる各作業区間における複数の制御パラメータを、前述の如く、教示操作器 9を用いて一かたまりの制御パターンとして教示し、また力制御パ夕一ン格納部 6に各制御パターンごとにまとめて設定できるように構成したので、教示プログラムの記述の簡単化を達成でき、教示 · 設定作業の迅速化を達成できる。

次に、第 8図に従って、教示操作器 9の入力部 9 aおよび表示部 9 b と、ロボット制御装置 5の入力端との接続部の具体的構成について詳述する。この実施例は、教示 · 設定の作業において、その入力部 9 aの入力技術および表示部 9 bにおける表示技術に関する。なお、第 8図では、説明の便宜上ロボット制御装置 5の一部のみが示される。

第 8図では、説明の簡単化と一般化のため、教示操作器 9 の入力部 9 aは入力装置 7 1 として、表示部 9 bは表示装置 7 2 として示している。ロボッ卜制御装置 5の入力側には、入力装置 7 1に対応して入力切換手段 7 3が設けられ、表示装置 7 2に対応してマルチウインド手段 7 4が設けられる。入力装置 Ί 1へ与えられた指令は、入力切換手段 7 3とマルチウインド手段 7 4のうちいずれかに送給される。入力装置 7 1 とマルチウィンド手段 7 4は、連動可能である。入力装置 7 1を介して入力されたユーザプログラムや力制御パ夕一ンは、それぞれ、入力切換手段 7 3で適宜に切り換えられ、対応するユーザプログラム格納部 7または力制御パターン格納部 6に格納される。

入力装置 7 1 に、表示装置 7 2で表示を行うことが必要な指令が入力されると、この表示指令は、マルチウィンド手段 7 4に与えられる。マルチウインド手段 7 4は、表示装置 7 2において、基本的な表示を行う機能と、或る格納部のデー夕を表示している状態で他の格納部のデータを画面上に同時に表示する機能と、画面上に表示された或る格納部のデータを他の格納部のデータで置き換える機能とを有する。マルチウィンド手段 7 4は、入力切換手段 7 3 と共に動作し、表示装置 7 2の画面における表示内容を制御する表示制御手段として機能する。

入力切換手段 7 3は、マルチウインド手段 7 4を用いて表示される複数の格納部のデータに対して、入力装置 7 1 から追加および変更の指令が与えられたとき、入力装置 7 1 からの指令供給を各格納部に割り当てる機能を有する。表示装置 7 2にはマルチウインド手段 7 4を介して出力されたデータが表示される。表示装置 7 2 として、一般的に C R Tや液晶ディスプレイが使用される。

表示装置 7 2の表示動作について第 9図〜第 1 1図を参照して説明する。第 9図は、第 4図で説明したユーザプログラムを、表示装置 7 2の画面に表示したイメージを示す。画面中には、カーソル 8 1が表示される。同様に第 1 0図に示す如く、前述した第 7図の力制御パターン N 0 . 1の例を、表示装置 7 2の画面に表示することもできる。力制御パターン N o . 1 は、力制御パターン格納部 6の格納部（ 1 ) に格納される力制御パターンである。複数の力制御パターンはそれぞれ番号によって管理される。入力装置 7 1 を用いて番号を指定することにより、対応する力制御パターンが力制御バタ —ン格納部 6から呼び出される。

第 9図に示されるユーザプログラムの画面中で、カーソル 8 1を用いて「チカラセィギヨ O N [ 0 1 ] 」を指定すると、マルチウインド手段 7 4の機能によって、この画面中に力制御パターンの画面を上書きすることができる。この状態を第

1 0図に示す。 9 1 はユーザプログラムを表示する画面であり、 9 2は力制御パターン N 0 . 1 の内容を表示する画面である。表示装置 9 2の画面における表示の開始および終了は、入力装置 9 1 に設けられた開始キーおよび終了キーを操作することで行われる。

データの追加または変更は、カーソル 8 1の存在する画面の中で行われる。カーソル 8 1の移動は、入力装置 7 1 に'設けられた特定のキーか、またはマウス等のポイントデバイスを用いて行われる。カーソル 8 1の存在する画面を変更するときには、入力装置 Ί 1のキーを操作し、入力切換手段 7 3 を動作させることによって行う。これによれば、第 1 0図で力制御パターンを示す画面 9 2内にあるカーソル 8 1をユーザプロダラムを示す画面 9 1内に移し、力制御パタ一ンの画面 9 2を表示したままユーザプログラムの追加、変更を行うことができる。ユーザプロダラムゃデータに関して画面をォーバした部分については、通常のスクロール機能によって表示できる。

第 1 1図は、力制御パターンを示す画面 9 2をユーザプログラムの画面 9 1上に表示させる他の実施例を示している。この実施例の構成では、力制御パターンの画面を表示させるためのパターン画面表示のファンクションキー 1 0 1、および当該画面を消去するパターン画面消去のファンクションキ - 1 0 2を画面上に設けている。

次に、第 1 2図を参照して、教示操作器 9 とロボット制御装置 5からなるコンピュータシステムの構成およびその動作を説明する。

力センサ 4が出力した検出値は力入力装置 1 1 1 に入力される。力入力装置 1 1 1 は、力センサ 4の出力がアナログ信号であるときには A Z D変換器で構成され、前記出力がシリアル通信（R S 4 2 2 , R S 2 3 2 — C等）であるときには、通信に適したレシーバで構成される。力入力装置 1 1 1 に取り込まれたデータは、バス 1 1 2を通して R A M I 1 3に蓄えられる。各関節部に対応して配置されたエンコーダ 5 5の発生する各軸の角度データは、カウンタ 6 1で積算され、バス 1 1 2を介して R A M I 1 3に蓄えられる。入力装置 7 1 は、前述の通り教示操作器 9の入力部 9 a に相当し、力制御に関する制御パラメータ、位置パラメータ、ユーザプロダラム等を入力する装置である。入力装置 7 1 によって入力された制御パラメータ等は、バス 1 1 2を通して R A M 1 1 3 に蓄えられる。位置パラメータについては、指示した時の位置を R AM I 1 3に蓄える。こうして R A M I 1 3 は位置パラメータ格納部 8、ユーザプログラム格納部 7、力制御パターン格納部 6の機能を有する。 R A M I 1 3には、さらに C P U 1 1 4での演算処理に必要な中間パラメータが蓄えられる。 C P U 1 1 4で実行される各種の処理プログラムは、 R O M 1 1 5に格納される。マルチウィンド手段 7 4 と入力切換手段 7 3の各機能は、 C P U 1 1 4力《、 R O M 1 1 5内のマルチウインド処理プログラムや入力切換処理プログラムを読出し、実行することにより実現される。

教示 ·設定された複数の制御パラメータを用いて、力制御による作業をロボット機構 1 に行わせるとき、 C P U 1 1 4 は、ユーザプログラム、各作業区間に対応して決められた一組の力制御パターンによる制御パラメータ、位置制御パラメ一夕を読み出して制御実行部にセットし、力センサ 4およびエンコーダ 5 5の検出信号を取り込み、取り込んだ力データを捕償し、設定された制御目標値と比較しながら動作指令値を算出する。動作指令値は、動作指令値出力装置 1 1 6から出力され、サーボアンプ 6 0を介して、ロボット機構 1の各関節部に配置されたモータ 5 9に供給される。こうして、 C P U 1 1 4はロボット制御装置 5 としての機能を実現する。また C P U 1 1 4は、前述の通り、マルチウインド手段 7 4 と入力切換手段 7 3を含み、それぞれの機能を実現する。以上の説明で明らかなように、制御パラメータを教示 ·設定し、設定された制御パラメ一夕を用いて制御を実行する口ボット制御装置を備えた力制御を行うためのロボットにおいて、力制御に必要な複数の制御パラメータを、力制御パ夕一ンとして一括して取り扱えるように構成した。このため、教示 ·設定の動作では、教示 ·設定のための操作が簡易となり、ユーザプログラムの作成が容易となり、操作性を向上することができる。また制御実行の再生処理では、制御実行部における複数の制御パラメータのセッティングが早くなり、ロボットの制御動作を早くすることができる。

既に教示 ·設定した制御パラメ一夕は、他のユーザプログラムでも利用できるので、教示の重複を防止でき、教示作業が楽になる。

多くの制御パラメータを一括して設定し、その後一つの組みとして制御パラメ一タを取り扱うので、制御パラメ一夕の —部を設定し忘れることを防ぎ、これに起因するロボットの暴走を防止することができる。 - 教示するユーザプログラム中に現われる制御パラメータに関する記述の数が少なくなるため、ユーザプログラムの全体構造がつかみやすく、プログラムのつながりの理解が向上すさらに、力制御に必要な複数の制御パラメ一タをカ制御パターンとして一括して取り扱える構成において、ユーザプログラム作成中に力制御パターンの各パラメータを表示装置の画面で参照できるので、ユーザプログラムの作成効率が向上し、プログラムの作成ミスを防止でき、ロボット運用の安全性が向上する。またユーザプログラムを参照しながら、力制御パラメータの追加，変更を行うことができるため、パラメ一夕の設定ミスが防止でき、ロボット運用の安全性が向上すると共に、プログラムに対応させて力制御パターンの設定を容易に行うことができる。産業上の利用可能性

ティーチングプレイバック式のロボットで、力制御が必要なグラインダがけ等の力作業を行うロボットの制御装置として利用される。特に、力制御に使用される制御パラメータの数が相対的に多い場合に好適である。

Claims

請求の範囲

1 . 力作業に必要な制御条件を決定する複数の制御パラメ —タを準備するための教示 · 設定手段と、準備された複数の前記制御パラメ一夕を使用して所定の制御方式に基づきロボット機構部（1) に対し前記力制御を実行し、前記ロボット機構部に前記力作業を行なわせるための制御実行手段を有するロボット制御装置において、

前記教示 ·設定手段は、教示および設定において、前記力作業における異なる作業状況のそれぞれに応じた各制御条件ごとに、複数の前記制御パラメ一夕を一括して取り扱うように構成されることを特徴とするロボット制御装置。

2 . 請求の範囲第 1項に記載のロボット制御装置において、前記教示 ·設定手段は、複数の前記制御条件のそれぞれに対応する複数の前記制御パラメータを一括して一つの力制御パターンとして格納し、これにより複数の前記力制御パターンを格納する力制御パターン格納手段（6) を有することを特徴とするロボット制御装置。

3 . 請求の範囲第 2項に記載のロボット制御装置において、前記制御実行手段は、複数の力制御パターンを格納する前記力制御パターン格納手段（6) から必要な一つの力制御パ夕一ンを選択して取出すパターン選択手段（1 1)を含み、前記力作業における前記各作業状況に応じた作業を行う時、前記パ夕一ン選択手段（1 1)は、前記作業状況のそれぞれに対応する力制御パターンを前記力制御パターン格納手段（6) から取出し、複数の制御パラメータを一括して前記制御実行手段の各力制御パラメータ入力手段（40， 41, 42, 43, 44, 45) にセットすることを特徴とするロボット制御装置。

4. 請求の範囲第 1項に記載のロボット制御装置において、前記教示 · 設定手段を用いて前記ロボット機構部（1) に対し教示動作を行わせ、複数の前記制御パラメータを入力するとき、各作業状況に応じて複数の前記制御パラメ一タを一括して設定するための教示操作手段（9) を備えることを特徴とするロボット制御装置。

5. 請求の範囲第 4項に記載のロボット制御装置において、前記教示操作手段（9) は、本体部から分離した状態にある携帯用装置であることを特徴とするロボッ卜制御装置。

6. 複数の関節部を備えるロボット機構部（1) と、この口ボット機構部（1) に取り付けた作業ツール（21)と、前記ロボット機構部（1) に設けられた複数の関節部のそれぞれに配置され、前記ロボット機構部（1) を動作させる駆動手段（59)とを含むロボットに適用され、前記駆動手段（59)の各々の動作を制御して前記ロボット機構部（1) を動作させ、前記作業ッール（Π)を任意の位置に移動させ前記作業ツール（21)に所定の力作業を行わせるロボット制御装置であり、前記力制御を行うのに必要な演算を行う力制御演算手段（3) を有し、この力制御演算手段（3) は、前記作業ツール（Π)の位置を検出する位置検出手段（55, 61) と前記作業ツール（21)に加わる力を検出する力検出手段（4) のそれぞれの検出信号を入力し、これらの検出値と、予め設定された位置および力の目標値との偏差を求め、これらの偏差がゼロになるように位置制御と力制御のための制御指令値を出力する前記口ボット制御装置において、

前記力制御演算手段（3) の複数の力制御パラメータ入力手 ^ 段（40- 45) のそれぞれにセッ卜される各種の制御パラメータを、一括して教示、設定することが可能な教示，設定手段を備えることを特徵とするロボット制御装置。

7. 請求の範囲第 6項に記載のロボット制御装置において、前記教示 ·設定手段は、ユーザプログラムを格納するユーザプログラム格納手段（7) と、作業状況ごとの複数の制御パラメ一タをそれぞれ力制御パターンとして一括して格納する力制御パターン格納手段（6) を含むことを特徵とするロボット制御装置。 -

8. 請求の範囲第 7項に記載のロボット制御装置において、前記教示，設定手段と前記力制御演算手段（3) との間に、前記ユーザプログラム格納手段（7) からパターン選択命令（7a) を取り出すユーザプログラム解析手段（10)と、前記パターン選択命令（7a)に従って、前記力制御パターン格納手段（δ) に格納される複数の力制御パターンのうちのいずれか一つを選択し、前記力制御演算手段（3) へ送るパターン選択手段（11) を設けたことを特徴とするロボヅト制御装置。

9. ユーザプログラムおよびデー夕を入力するための入力装置（9a, 71) と、入力されたユーザプログラムを表示する表示装置（9b, Π) と、力作業に必要な制御条件を決定する複数の制御パラメータを、前記入力装置を介して取り入れ、準備するための教示 · 設定手段と、前記教示 · 設定手段に準備された複数の前記制御パラメータを使用して所定の制御方式に基づきロボット機構部（1 ) に対し前記力制御を実行し、前記ロボット機構部（1 ) に前記力作業を行なわせるための制御実行手段を有するロボット制御装置において、

前記教示 · 設定手段は、ユーザプログラムを格納するユーザプログラム格納手段（7) と、作業状況ごとの複数の制御パラメータをそれぞれ一つの力制御パターンとして一括して格納する力制御パターン格納手段（6) を有し、

前記入力装置（9 a， Π ) を操作してユーザプログラムを入力し、前記表示装置（ , Π) の画面（9 1 )に前記ユーザプロダラムを表示させて前記ユーザプログラムを編集するときに、対応する符号を指定することで、必要な前記力制御パターンを選択して前記画面（9 1 )に表示し、または表示された前記力制御パターンを変更する表示制御手段（7 3, Π) を備えることを特徴とするロボット制御装置。

1 0 . 請求の範囲第 9項に記載のロボット制御装置において、前記表示制御手段（7 3， 7 4) による表示 · 変更は、前記ュ一ザプログラムが表示された前記表示装置（9 b， Π) の画面（9 1 )上で、前記ユーザプログラムに含まれる力制御パターン選択命令を指定する入力手段（9 a , ) によって行われることを特徴とするロボット制御装置。

1 1 . 請求の範囲第 9項に記載のロボット制御装置において、前記表示制御手段（73， 74) は、前記ユーザプログラムが表示された前記表示装置に画面上に力制御バタ一ンを表示させるための操作手段（101, 102) を、前記画面上に設けたことを特徴とするロボット制御装置。

12. 請求の範囲第 9項に記載のロボット制御装置において、前記表示制御手段（ , ?4) は、前記表示装置の画面上で、既に表示されたものの上に重ね書きを行う表示機能を有するこを特徵とするロボッ卜制御装置。