WO1997000760A1 - Systeme de commande du fonctionnement d'un robot - Google Patents

Description

明 細 書

ロボッ 卜の動作制御方式

技 術 分 野

本発明は、 ワーク を加工したり搬送した りするための 口ポッ トの動作制御方式に関 し、 特に手動によ り動作の 指令を行う ロボッ 卜の動作制御方式に関する。

技 1^

従来、 ロボッ トを手動で動作させる方法と して、 （1 ) ロボッ トの各関節軸毎の各軸手動送り、 （2 ) ロボッ ト作 業空間に設定されている X Y Z直交座標系における多軸 方向の手動直線送り、 （3 ) ロボッ トアーム先端の手首に 設定されている直交ツール座標系における各軸方向への 手動直線送り、 さ ら には、 （4 ) 直交座標系におけるハン ド傾き制御、 ツール座標系におけるハン ド傾き制御にお ける手動送り等がある。 これら手動送り を行う座標系を 選択し、 手動送り を行う軸、 及び送る方向 （十， 一 ） を 選択して手動送り を行なわなければならない。 そのため、 ロボッ トの動作を開始させる場合、 オペレー夕はその動 作の方向について現在の姿勢や座標系に基づいて確認す る必要がある。 この確認作業はオペレー夕の勘に頼って 行われる。 そこで、 たとえば、 オペレータは、 まずロボ ッ ト を少 しだけ動かしてみて、 その動作方向を確認した 上でその後の動作指令を行う よう に している。

しか し、 このような動作制御方式では、 ロボヅ トはォ ペレ一夕の予想外の方向に動作するこ とが多い。 この場 合、 従来は、 ォペレ一夕の手動操作によ り、 ロボッ トの 位置や姿勢を動作前の初期状態に戻してから、 動作を再 開させるよう に していた。 しかし、 初期状態の記憶は、 ロボッ ト を一度動作させた時点で失われるため、 正確に 初期状態に戻すこ とは困難であった。 このため、 作業に 手間がかかっていた。

また、 ロボッ トは、 動作開始と ともにそのとき設定さ れているオーバライ ド値に基づく速度によって動作する ので、 この速度がォペレ一夕の意識している動作速度よ り も高速度の場合には、 作業ミスの起きる危険性があつ た。

さ らに、 設定すべきオーバライ ドの速度が速すぎて動 作開始時に動作方向の確認がし難いような場合には、 動 作開始時には一端オーバライ ドの設定値を下げて動作方 向の確認を行い、 その後オーバライ ドの速度を設定値に 戻してから作業を行う必要があった。 このため、 作業効 率が悪かつた。

発 明 の 開 示

本発明の目的は、 ロボッ トをジョグボタンなどによる 手動動作指令に したがって動作開始させる場合、 その口 ボッ 卜の動作方向が予想外の場合でも安全を確保できる よう に した り、 また、 その動作方向を正しい方向に戻す こ とのできるような、 ロボッ トの動作制御方式を提供す る し と にあ 。

上記目的を達成するため、 本発明の第 1態様では、 手 動動作指令に従ってロボッ トの動作制御を行う場合、 口 ボッ トの動作の初期状態を記憶しておき、 復帰指令がな される と、 ロボッ ト を記憶された初期状態に復帰させる よ う に している。 その結果、 ロボッ トの位置や姿勢を確 実に元に戻すこ とができ、 小刻みにロボッ トの動作方向 を確認するこ とができる。 したがって、 ロボッ トの目標 方向への移動を手動送り によって簡単に行う こ とができ， 作業効率が向上する。

また、 本発明の第 2の態様では、 手動動作指令に従つ てロボッ トの動作制御を行う場合、 動作の開始から所定 時間は、 予め設定された安全速度でロボッ トを動作制御 するよ う に している。 そのため、 オペレータの予想外の 方向にロボッ トが動作しても、 安全が確保される。

図 面 の 簡 単 な 説 明

図 1 は本発明の 1実施例によるロボッ トの動作制御方 式を構成する諸手段を示したブロ ック図、

図 2 は図 1 のロボッ トの動作制御方式の全体構成図、 図 3 は図 2のロボッ 卜の動作制御方式に含まれるロボ ッ ト制御装置のハ一 ド ウエアの構成を示すブロ ック図、 図 4 はロボッ 卜が初期状態にあるこ とを説明するため の図、 及び、

図 5 はロボッ トの動作制御を行うためのプロセ ヅサ側 の処理手順を示すフ ローチヤ一トである

発明 を実施す る た めの最良の形態

まず、 図 1 を参照 して本発明の 1実施例の概要につい て説明する。 ロボッ ト 1 0の手動動作指令は、 教示操作 盤 4 0の手動動作指令手段 l aのボタン （図示せず） を 押すこ と によ り実行される。 この手動動作指令に従って 動作制御手段 2 はロボッ ト 1 0の動作制御を行う。 この とき、 速度制御手段 4 は、 動作の開始から所定時間経過 までは予め設定された低い速度 （安全速度） でロボッ 卜 1 0 を動作制御する。

また、 初期状態記憶手段 5 は、 口ポヅ ト 1 0の動作の 初期状態を記憶する。 そ して、 教示操作盤 4 0の復帰指 令手段 l bのボタン （図示せず） を操作して復帰指令を すれば、 復帰制御手段 6 はロボッ ト 1 0 を記憶された初 期状態に復帰させる。

上記動作制御手段 2、 速度制御手段 4、 初期状態記憶 手段 5及び復帰制御手段 6 は図 2のロボッ ト制御装置 3 0 に含まれる。 そこで、 図 2 を参照して、 本実施例の全 体構成を以下に説明する。

ロボヅ ト 1 0のアーム 1 1 の先端には工具 1 2が取り 付けられている。 このロボッ ト 1 0は口ポッ ト制御装置 3 0 によって動作制御され、 ワーク ピース 2 0 を加工ま たは搬送する。 ロボヅ ト 1 0の動作の指示は、 ロボヅ 卜 制御装置 3 0 に接続された教示操作盤 4 0 によって行わ れる。 この教示操作盤 4 0 は、 オペレータ によって持ち 運びできる程度の大きさであ り、 液晶表示パネルや各種 のキ一を備えている。

次に、 口ポッ ト制御装置 3 0のハー ドウェアの構成を 図 3 を参照 して説明する。 ロ ボッ ト制御装置 3 0 にはブ 口セヅサボー ド 3 1 が設け られてお り、 このプロセヅサ ボー ド 3 1 には、 プロセ ッサ 3 1 a、 R O M 3 1 b、 R A M 3 1 cが設けられて いる。 プロセッサ 3 l aは、 R 0 M 3 1 b に格納されたシ ス テムプログラムに従って、 ロ ボッ ト制御装置 3 0全体を制御する。

R A M 3 1 C には、 各種のデータが格納され、 ロボヅ ト 1 0の動作プロ グラム、 後述の初期状態データ、 目標 速度データおよび所定加速時間データ も格納される。 R A M 3 1 cの一部は不揮発性メ モ リ と して構成されてお り、 動作プロ グラムや速度データ、 所定加速時間データ は、 不揮発性メ モ リ 部分に格納されている。 このよう な プロセ ヅサボ一 ド 3 1 はバス 3 9 に結合されている。

ディ ジタルサ一ボ制御回路 3 2は上記のバス 3 9 に結 合されてお り、 プロセ ヅサボー ド 3 1からの指令によつ て、 サーボアンプ 3 3 を経由 して、 サ一ボモー夕 5 1、 5 2、 5 3、 5 4、 5 5及び 5 6 を駆動する。 これらの サーボモー夕 はロボ ヅ ト 1 0 に内蔵され、 ロボヅ ト 1 0 の各軸を動作させる。

シ リ アルポー ト 3 4 は上記バス 3 9 に結合されてお り. 表示器付きの教示操作盤 4 0、 その他の R S 2 3 2 C機 器 5 8 と接続されて い る。 教示操作盤 4 0 は、 前述した よ う にオペレータ によ り持ち運びできる程度の大きさで あ り、 そのパネル上にはジ ョ グボタ ンや復帰指令ポタ ン 等 （図示せず） が設け られて いる。 また、 シ リ アルポー ト 3 4 には、 オプシ ョ ンで C R T 3 6 aが接続でき、 C R T 3 6 aの位置か ら作業状態等が確認できる。

ディ ジタル I / O 3 5 には操作パネル 3 6 bが接続さ れてお り、 ロ ボッ ト制御装置 3 0の位置でロボッ ト 1 0 の動作指令を行う こ とができる。 また、 ディ ジタル 1 0 3 5 及びアナログ I / 0 3 7 を経由 して、 図示されて いない他の機器とのデ一夕の授受が行われる。 また、 大 容量メ モ リ 3 8 には、 ティ ーチングデータ等が格納され る。 これらディ ジタル I Z 0 3 5、 アナログ I Z 0 3 7 及び大容量メ モ リ 3 8 はバス 3 9 に結合されている。

次に、 本実施例のロ ボッ トの動作制御方式の具体的な 処理内容について説明する。

まず、 ロボ ッ ト 1 0 の手動動作開始時点では、 ロボッ ト 1 0 の初期状態デ一夕が R A M 3 1 c の特定領域に記 憶される。 この初期状態データ と しては、 工具 1 2の位 置と傾き （姿勢） が含まれる。

図 4の実線はロボッ ト 1 0が初期状態にある こ とを示 す図である。 こ こでは、 口 ポッ ト 1 0 に取り付けられる 工具 1 2 と して 2つの指をもつハン ドが使用される例を 示 して いる。 そ こで、 ロボヅ ト （工具 1 2 ) の基準点は， 例えば、 各指の先端同士を結ぶ線 L 2 と工具 1 2の軸 L 1 との交点 P 1 が決め られる。 動作開始時には、 この基 準点 P 1 の位置が初期状態データ と しとて記憶される。 ま た、 軸 L 1 の設定座標系における傾きも初期状態デ一 夕 と と して記憶される。 教示操作盤 4 0のジョグボタン （図示せず） によ り 口 ボヅ ト 1 0の手動動作指令が行われると、 アーム 1 1 は 予め設定された一定速度 （安全速度） で動作を開始する, ジョグボタンを押し続けたま までいると、 動作開始時点 から所定時間を経過するまではこの一定速度が維持され るが、 それをすぎる と、 予め設定された時間かけて加速 される。 そ して、 オーバライ ドのかけられた目標速度に まで到達すると、 以後はその速度を維持してアーム 1 1 は動作する。 なお、 加速の方法と しては、 前述の予め設 定した時間 （加速時間） 内での加速に代えて、 予め設定 された値の加速度に従うよう に してもよい。

このよ うなロボヅ ト 1 0の動作制御の初期において、 ロボヅ ト 1 0 ( アー ム 1 1 ) の動作方向がオペレータの 希望する方向と異なるような場合には、 オペレータは、 教示操作盤 4 0の復帰指令ポタン （図示せず） を押すこ と によ り、 ロボヅ ト 1 0 を初期状態に復帰させる。 すな わち、 工具 1 2の基準点 P 1 を現在の位置である移動点 P 1 aから最初の位置まで戻す。 また、 軸 L 1 の姿勢に ついても、 現在の軸 L l aの姿勢から最初の姿勢に戻す < このよう に、 初期状態への復帰が完了 したら、 再び動作 指令を行う こ とができる。

以上のようなロボヅ ト 1 0の動作制御を行うプロセ ヅ サ 3 1 aの処理手順を図 5 のフローチヤ一 トを参照して 説明する。

まず、 教示操作盤 4 0のジョグボタンをオペレータが 押すこ とで本動作が開始され.る。

ジ ョ グボタ ンがおされたこ とを感知したプロセヅサ 3 1 aはロ ボッ ト 1 0 の初期状態データを初期状態記憶手 段 5 と しての R A M 3 1 c に記憶する （ステップ S 1 ) すると と も に、 安全速度によ るロボヅ 卜 1 0の動作制御 を開始する （ ステップ S 2 ) 。

ロボヅ ト 1 0 を安全速度で制御 している間、 プロセヅ サ 3 1 aは教示操作版 4 0 の復帰指令ボタ ンが押された か否かを判断する （ ステップ S 3 ) 。 復帰指令ボタ ンが 押された と判断すれば、 ロ ボ ッ ト 1 0 を初期状態に復帰 させて （ ステ ップ S 4 ) この処理を終了する。 一方、 ま だ復帰指令ポタ ンが押されてない状態では、 動作開始か ら所定時間が経過したか否かを判断し （ステップ S 5 ) 、 所定時間経過 してなければステップ S 2 に戻 り、 安全速 度によ る動作を続行する。

ロボッ 卜 1 0が動作開始 してから所定時間を経過する と、 これを確認 したプロセ ヅサ 3 1 aはそれまでのロボ ッ 卜 1 0 の動作速度 （安全速度） を徐々 に増加させる ( ステ ップ S 6 ) 。 すなわち、 加速動作の実行に移る。 そ して、 ロ ボ ッ ト 1 0 を加速させてついに設定目標速度 に達した こ と を確認する と （ステップ S 7 ) 、 それから は、 設定された 目標速度でも ってロボヅ ト 1 0 を、 ジ ョ グボタ ン によ る指令の解除が行われるまで、 動作制御す る （ステ ップ S 8 ) 。 そ して、 ジ ョ グボタ ンによる指令 の解除が行われる と （ ステ ップ S 9 ) 、 これを確認した プロセッサ 3 1 aはロ ボッ ト 1 0の動作を停止する （ス テツブ S 1 0 ) 。

このよ う に、 本実施例では、 ロボヅ ト 1 0の初期状態 を記憶しておき、 動作開始後、 復帰指令がなされると、 直ちに初期状態へ復帰するよう に したので、 ロボッ ト 1 0の位置や姿勢を確実に元に戻すこ とができる。 したが つて、 小刻みにロボッ ト 1 0の動作方法を確認するこ と ができ、 手動送り によっても、 ロボヅ ト 1 0の目標方向 への移動を簡単に行う こ とができる。 このため、 作業効 率が向上する。

また、 本実施例では、 動作開始から一定時間は安全速 度で動作するよう に したので、 オペレータの予想外の方 向にロボッ ト 1 0が動作しても、 安全が確保される。

さ ら に、 本実施例では、 安全速度で所定時間動作して からは、 設定された目標速度に自動的に切り替えるよう に したので、 従来のよ う に手動による速度の切替えを行 わな く ても、 希望の速度で作業を行う こ とができる。 し たがって、 作業効率が向上する。

また、 本実施例では、 安全速度から目標速度に切り替 える場合、 例えば所定加速時間かけて加速するよう に し たので、 ロボッ ト 1 0の動作の急激な変化を防止するこ とができる。

なお、 本実施例では、 工具 1 2 と してハン ドを用いる 例を示したが、 他の工具でも本発明を適用するこ とがで ぎる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 口 ポ ゾ ト の動作を手動で制御するためのロボッ トの 動作制御方式にお いて、

前記ロボ ッ 卜の動作の初期状態を記憶する初期状態 記憶手段と、

前記ロボ ッ 卜の動作指令を行う動作指令手段と、 前記動作指令に従って前記口ポ ゾ トの動作制御を行 う動作制御手段と、

前記初期状態への復帰を指令する復帰指令手段と、 前記復帰指令がな される と前記ロボッ ト を前記記憶 された初期状態に復帰させる復帰制御手段と、 を有する こ と を特徴とする ロボッ トの動作制御方式。

2 . 前記初期状態は、 設定座標系における前記口ポッ ト の基準点の位置に基づいて決定される こ とを特徴とす る請求の範囲第 1 項記載の口ポ トの動作制御方式。

3 . 前記初期状態は、 設定座標系における前記ロボッ ト の基準点の位置及び姿勢に基づいて決定される こ と を 特徴と する請求の範囲第 1 項記載のロボッ トの動作制 御方式。

4 . ロ ボッ ト の動作を手動で制御するための口ポッ トの 動作制御方式において、

前記ロ ボ ッ トの動作指令を行う動作指令手段と、 前記動作指令に従って前記ロ ボッ 卜の動作制御を行 う動作制御手段と、

前記動作の開始か ら所定時間経過するまでは、 前記 せる速度制御手段と

を有するこ とを特徴とする口ポゾ トの動作制御方式。

8. (a) ロボッ トの動作開始前に、 初期状態データを記 憶手段に記憶し、

(b) ロボッ ト を予め定めた低い速度で動作開始し、

(c) ロボッ トが上記の低速度で動作を している間に、 復帰指令が発せられたかどうかを判断し、

(d) 復帰指令が発せられると、 ステップ（a) で記憶 した初期状態データで規定される姿勢、 位置にロボッ ト を復帰させ、 一方、

(e) ロボッ トの動作開始から予め定めた時間を経過 するまで復帰指令が発せられないと、 ロボヅ ト の速度 を上記低速度から徐々に増加させて行って予め定めて おいた目標速度にまで到達させ、

(f ) 以後は手動でロボッ トを一定速度で動作制御す る、

こ とからなる、 ロボッ トの動作制御方法。

9. 上記ステップ（ e ) での口ポッ トの動作速度の増加は， 予め定めた時間をかけて前記低速度から前記目標速度 にまで徐々 に増加させるよう に した、 請求の範囲第 8 項記載のロボッ 卜の動作制御方法。

1 0. 上記ステップ（ e ) での口ポッ トの動作速度の増加 は、 単位時間あた り の速度増加量を予め定めた一定量 と したうえで、 前記低速度から前記目標速度にまで徐 々 に増加させるよ う に した、 請求の範囲第 8項記載の - 11 - 予め設定された安全速度で前記ロボッ ト を動作制御さ せる速度制御手段と、

を有するこ とを特徴とするロボッ 卜の動作制御方式。. 前記速度制御手段は、 前記所定時間の絰過からは、 予め設定された所定加速時間かけて前記ロボッ トの動 作速度が目標速度となるまで加速するよう に構成され ているこ とを特徴とする請求の範囲第 4項記載のロボ V 卜の動作制御方式。

. 前記速度制御手段は、 前記所定時間の経過からは、 予め設定された所定加速度で前記口ポ ゾ 卜の動作速度 が目標速度となるまで加速するよう に構成されている こ と を特徴とする請求項 4記載のロボッ トの動作制御 力式。

. ロボッ 卜の動作を手動で制御するためのロボヅ トの 動作制御方式において、

前記ロボッ トの動作の初期状態を記憶する初期状態 記憶手段と、

前記ロボッ トの動作指令を行う動作指令手段と、 前記動作指令に従って前記ロボッ トの動作制御を行 う動作制御手段と、

前記初期状態への復帰を指令する復帰指令手段と、 前記復帰指令がなされる と前記ロボッ ト を前記記憶 された初期状態に復帰させる復帰制御手段と、

前記動作の開始から所定時間経過するまでは、 前記 予め設定された安全速度で前記ロボッ ト を動作制御さ ロボッ 卜の動作制御方法。