WO1982002437A1 - Robot control system - Google Patents

Description

明 細 睿

口 ボ ッ ト 制御方式

技 術 分 野

本発明は _Π ボ ッ ト 制御方式に係 、 特に ワ ー ク位置が 若干ずれて て も 確実に該ワ ーク を把持し、 又 ワ ーク置 台上での ワ ークの把持、 積下ろ しの教示が簡単で、 且つ ヮ ーク に接近 した らハ ン ドをス ム ーズに停止でき る ロ ボ ッ ト の制御方式に関する も のである。

背 景 技 術

人件費の高腾に と も ¾ う省力化、 作業の合理化等の要 求のためにブ レ イ パ ッ ク式工業用 c ボッ ト が実用化され、 大 にその効力を発揮して き て る。 特に多数の工作機 械が設置されて る機械工場に ては、 各工作機械に 対する ワ ー ク の交換、 工具交換等の単純 ¾サー ビスをブ レ イ パッ ク式工業用 ロ ボ ッ ト に行 2：わせる こ と に よ 著 し 効杲を挙げて D 、 その需要は年々増大して る。

こ の よ う な ブ レ イ パ ッ ク式工業甩ロ ボッ ト では、 あ ら か じめ、 サー ビ ス動作を教示操作盤よ 1? 教示 し、 その教 示内容 （^下 n ボッ ト 指令デー タ と う） を制御部内の メ モ リ に記憶さ せてお き 、 機械側 よ サー ビ ス要求があ る度に一違の π ボ ッ ト 指令デー タを逐次読出 して該檨械 に繰返し反復サー ビスする。

こ の ロ ボ ッ ト 指令デー タ は、 サ ー ビスすべ き ポ イ ン ト 情報、 動作速度、 ポ イ ン ト におけ る ハ ン ド の ^街や工作 核^ ^と の信号のや と 等を指示するサー ビ ス コ ー ド

, OV.PI 等よ 成って る。 又、 上記教示は一般的に、 （1) ロ ボプ ト 指令デー タ を格納すべき メ モ リ ア ド レス の設定、 ②ジ ョ グ送 （手動送 ） によ る位置決め、 （3)ボイ ン ト の位 置情報及び速度指令値の設定、 （⁴)ロ ボッ トサー ピ ス コ一 ドの設定と う煩序で行われ、 上記（1)乃至（4) の シ ー ケ ン スを橾返し行 う こ と に よ 工作機械に対する一連の ボ y ト動作が教示される。

従って、 口 ポ ジ ト の制御系、 機構部に何等の障害が存 在し 限 、 該ロ ボッ ト はサー ビス要求の都度、 ロ ボ ッ ト 指令デー タ に応じて、 所定の動作速度によ る位置決 め完了後、 正し く ワ ーク交換、 切粉除去、 工具交換、 ハ ン ド制铤等のサー ビスを次々 と実行する。

と ころで、 ワ ークが所定の 目標位置から若干ずれて置 かれて る よ う ¾:場合には、 ハ ン ドを教示通 ]? 目標位置 に移動させて も 、 ハ ン ドは該ワ ークを確実に粑持する こ とがで き ¾い。 又、 ワ ーク置台の上に多数の未加エワ一 クか'積み重ね られて る よ う 場合には、 これ ら未加工 ワ ークを把持する位置が各未加工ワ ーク によ 異¾るた め、 未加工ワ ーク毎にそのボイ ン ト を教示し ¾ く ては らず教示操作が非常に面倒に ¾ る。 尚、 加工済みワ ーク を積上げる場合に も 、 該加ェ済みワ ークを離す位置が異

るため、 積み上げポ イ ン ト をその都度教示し く ては f らす教示操作が非常に面倒と ¾ る。

癸 明 の 開 示

本発明は、 ワ ーク位量が若干ずれて ても確実に該ヮ

0-VP1 WiPO" ークを把持する こ とができ 、 又ワ ーク置台上でのワ ーク の把持、 積下ろ しの教示が簡単 'ッ ト 制御方式を提 供する こ とを第 1 の 目的とする。 又、 本発明は ワ ーク に 接近した ら 自動的に滅速をかけハ ン ドをス ム ーズに停止 させる ロ ボ ッ ト 制御方式を提供する こ と を第 2 の目的と する も のであ 、 具体的には、 ロ ボ ッ ト 制御装置のデー タ メ モ リ に π ボ ッ ト動作を予め教示 しておき 、 教示デー タ に従って教示通 ]? の ロ ボッ ト 動作を実行させる ロ ボッ ト 制御にお て、 現在位置 か ら第 ¹ の 目標位置 Ρ₂に口 ボ ッ ト のハ ン ドを移動させそこ に存在する ロ ボ ッ ト 動作 の対象物 （例えばワ ーク） に作業を実行し、 更に第 ² の 目標位置 Ρ₃へハ ン ド を移動させる場合、 現在位置 か ら 第 1 の目標位置 Ρ₂へのハ ン ドの移動中に ロ ボッ ト動作を 規定する所定の信号が発生したこ と を検出セ ン サ に よ 1? 検出 し、 該信号の発生がある と直ちにハ ン ドを減速動作 に移行させ、 所定距離の間の減速動作後、 該ハ ン ドを停 止させるか、 ある は前記信号の発生後、 ハ ン ドが所定 蹈雔移動してか らハ ン ドを減速動作に移行させ、 所定距 離の間の減速動作後、 該ハ ン ドを停止させる も のである。 そ してハ ン ドの停止位置で教示通 のロ ボ ッ ト 動作を実 行させ、 該停止位置か ら第 1 の 目標位量 ρ₂迄の残存移動 量を無視 して次の第 2 の 目標位置 P_sへ π ボ ッ ト のハ ン ド を移動させる も のであ ]? 、 ロ ボ ッ ト 動作の対象物へハ ン ドを接近させゆつ く と ス ム ーズに停止する こ とができ 、 且つ α ボ ッ ト 動作が終了後、 速やかに次の動作を可能と

_ oy.Pi

、ィ . W.PO

、 ' "Π し、 また一速のロ ボプ ト 動作の教示が箇単と る も ので ある。

図面の 簡単 説 明

第 1 図、 第 2 図は本発 に保る π ポ ク ト制街方式を説 明する説明図、 第 5 図は π ボ ッ ト 指令デー タ例の説明図、 第 ⁴ 図、 第 ⁵ 図、 第 ό 図は多数の未加工ワ ークがワ ー ク 置台上に積み重ね られて る場合に て本発明を適用 する説明図、 第 7 図は同口 ボ ッ ト 指令データの説明図、 第 8 図、 第 9 図は本発明の実施例ブロ ッ ク図である。

発明を実施するための最良の形態

本発明を よ ！）詳細に説述するために、 以下本発明の実 施例を図面に従って説明する。

第 1 図、 第 2 図は本発明に係る 口 ボッ ト制銜方式を説 明する説明図、 第 3 図は π ホ' ッ ト 指令デー タ例を示す説 明図である。

今、 第 1 図或 は第 2 図に示すよ う に π ホ'ッ ト ハ ン ド を現在位 * から第 1 の 目標位置 Ρ₂へ移動させ、 この第 1 の 目標位置 Ρ₂にお て未加工ワ ー クを把持し、 つ で 第 2 の 目標位量 ρ₃へ ハ ン ドを移動する よ う にロ ボ グ ト 指 令データが作成されて る も のとする。 尚、 ロ ホ，ッ トは 円筒座標系 （ R軸、 Z軸、 ί? 軸） で動作し、 P,， P₂ , P₃ の座標をそれぞれ （ , Z】 ， ） 、 （¾ , Ζ₂ , 6₂) 、 (¾ , Z₃ , ）、 図示 し ¾ ポ イ ン ト Poか ら現在位置 への動作速度 を V, , 1 か ら p₂への動作速度を V₂ ， P₂から P_sへの動作速 度を V₃、 ワ ーク把持の ロ ボ ッ ト サー ビ スコ ー ド^ SOOと する。 又、 ハ ン ドには検出器が取付け られ、 該検出器は ワ ーク と接触する と検出信号を出力する も の とする。

さて、 ロ ボ ッ ト 指令デー タは第 3 図に示すよ う に各ボ

イ ン ト Pi , P₂ , Pa …に けるボイ ン ト データ PI¾， Ρ1¾ .

PI¾ …か ら成っている。 そ して、 現在位置 から第 ¹ の 目標位置 P₂への移動に際してはポイ ン ト デー タ PDs がデ

一タ メ モ リ か ら読出され-、 該ポ イ ン ト デー タ PDz の う ち 動作速度データ、 位置データ ₂に基づ てハ

ン ドは第 1 の 目標位量 P₂へ移動せしめ られる。 ハ ン ドが 第 1 の 目標位置 P₂へ到達すればボ イ ン ト デー タ PDa の口

ボ ッ ト 指令デー タ S〇〇に よ ？ ワ ークを把持する。 ハ ン ド

によ る ワ ーク の把持が完了すれば、 つ でポ イ ン ト デ— タ Ρ¾ の う ち位置データ V₃ , , Z₃ が読出されハ ン ド

は第 2 の 目標位置 P_sへ移動を開始する。

と ころで、 本発明にお ては上述の か ら P₂への移動 途中 （第 1 図、 第 2 図のポ イ ン ト Ρ χ) に お て 、 検出器 がワーク に接触する と ロ ボ ッ ト 制御装置は直ちに自動^ 速をかけて減速跽離 L d 移動後ハ ン ドを停止させ （第 1

図） 、 或いは一定钜離 Loだけ移動した後自動涙速をかけ て滅速钜蘑 L d 動 たあ とで停止させ （第 2 図） 、 つ

でポ イ ン ト デー タ P¾ の ロ ボ ジ ト 指令デー タ S〇〇をデ一

タ メ モ リ か ら読出 し、 ハン ドに ワ ークを把持せしめる。

そ して、 ワ ー ク の把持が完了すれば、 停止位置か ら第 1

の目標位量 迄の残移動量を無視 して箅 2 の 目標位 S P_S へハ ン ドを移動させる。 即ち、 本発明に いては、 未加

OMP1 WiPO 、 ェワ ー ク の位置が若干移動開始位置 （PJ 側へずれたよ う

¾場合、 検出器がワ ー ク を検出した ら直ちに滅速後移動 を停止させ、 或 は検出器の配設位置に応 じてワ ークを 完全に把持でき る迄 （距離 Lo ) 移動後自動滅速をかけて 停止させて る。

第 4 図、 第 5 図、 第 ό 図、 第 7 図は本発明の具体的な 応用例の説明図であ 、 ワ ーク置台 W T (第 ⁴ 図） 上に 積み重ね られた未加エワ ーク "^〜"¾¾ ¾躀次把持してボイ ン ト Ρ₃へ運ぶ例である。 この例に ては未加工ワ ーク

(Wi , W_{2 f} W_a ) の Z軸方向位置を深めに教示して る。 即 ち、 未加工ワ ー ク W! , W₂ , W₃ の Z軸方向の位置はそれぞ れ異 ¾るが、 本発明に ては一番下の未加工ワーク w_s の Z軸方向位置 （それよ 下の位置でも よ ） をボイ ン ト データ PDt の Z軸方向位置データ と して る （第 7 図）。 そして、 第 1 の未加工ワ ー ク をポ イ ン ト P_aへ運ぶ作業 に際しては、 ハ ン ドに取付けた検出器が未加工ワ ーク に接触すれば、 直ちに 自動滅速をかけて镔速蹈齄 L d 移 動後に該ハ ン ド の移動を停止させ （第 5 図） 、 或 は接 触後完全に未加工ワーク Wを把持でき る位置迄移動させ、 即ち ¾餱 Loだけ移動させ、 自動滅速をかけて停止させ

(第 ⁶ 図） 、 しかる後口 ボ ッ ト サー ビ ス コ ー ド S〇〇を読 出 し、 未加工ワ ーク を把持させ、 つ でポ イ ン ト デ一 タ P D_S に よ ハ ン ドを第 2 の 目標位置 P_sへ移動させて

る。 尚、 距鹺 Loは渎速蹈難 L d を考慮して、 検出器のハ ン ドへの取付位置に応じて完全に各未加工ワ ーク Wi〜 W₃

じ: 仁 ひ O.V.PI を把持で き る よ う に決定される。

又、 未加工ワ ー ク "^ , W₃の ポイ ン ト Paへ連ぶ作業も未 加工ワ ーク " Wiの場合と 同一のボイ ン ト デー タ PDj 〜 PD₃ を用 て全く 同様に行われる。 即ち、 ロ ボ ッ ト 指令デ— タ と しては深め教示された一連のデータ を用意して け ば該データ を用 て各未加エワ 一ク ¹^〜^の把持が可能 と な る _β

第 8 図は本発明の実施例プロ ッ ク図である。

図中、 HBCはコ ン ピュ ータ構成の ロ ボッ ト 制弒装置で あ ！） 、 データ メ モ リ DTMを内蔵して る。 このデー タ メ モ リ DTMには第 5 図或 は第 7 図に示す π ボ ッ ト 指令デ 一タが記億されている。 PDCはパ ルス分配器であ 、 位 置指令デー タ Z c に基づ てバル ス分配演箕を実行し、 分配パ ル ス Zp を出力する。 SVCは Z軸のサーボ回路で ある。 尚、 図には 2；軸のパ ル ス分配器 PDC、サー ボ回路 SVCのみを示し、 R軸、 0 軸のパルス分配器、 サ一ボ回 路は省略 して る。 ERRはエラ ー レジス タ であ 、 分配 パ ル ス 及び Z軸駆動用のモー タが所定量回転する毎 に発生する フ ィ ー ドパ ッ クパ ル ス Fp を移動方向に応じ て カ ウ ン ト ア ツ ブ ダ ウ ン し _¾ 指令パ ル ス数と フ ィ ー ド パッ クパ ル ス数の差、 換言すれば位置偏差を記億する。 即ち、 エ ラ 一 レ ジス タ ： EEBは指令移動方向が正方向 ¾ ら ば該指令パ ル ス が発生する毎にその内容を カ ウ ン ト ア ッ プし、 ヌ負方向 らば指令パ ル ス Zp を カ ウ ン ト タ， ゥ ン し、 一方フ ィ ー ドパ ッ ク ノく ル ス Fp につ て移動方

OV.Pl· Wi O 向が正方向る らばカ ウ ン ト ダ ウ ン し、 負方向 らばカ ウ ン ト ア ッ プする。 DACはディ ジタル ' 了ナ ロ グ変換器

(DA変換器と う） であ 、 位置偏差に比例したアナ口 グの位置儒差電圧 Ve を出力する。 S Mはロ ボッ ト ¾ Z

韜方向に移動させるサ ー ボモータであ 、 たとえば D C モータ によ ！？ 構成されて る。 R Eは ロ ータ リ エン コ ー

ダ、 レゾルバ どの位置検出器であ ]? 、 サーボモータ

S Mが所定量回転する毎に 1 個のブ イ 一 ド パ ク ク バル ス

Fp を発生する。 T Mはモータ速度に比例した実速度電 圧 Vs を出力する タ コ メ ータ、 ADDは位置偏差電圧 Ve

と実速度電圧 Vs との差電圧 Vi を演算する滇箕部、

VCCは差電 £Vi が零と ¾る よ う にサーボモータ S Mの 回転速度を制御する速度制御回路、 ： BBTは口ボッ トであ

、 可動部たとえばハ ン ドの 端に検 セ ン サ TSSが装 着されて る。

次に各部の動作を第 4 図の場合につ て説 §¾する _β

ます、 ロ ボッ ト 制御装置 BCは内蔵のデータ メ モ リ

DTMからポ イ ン トデータ Ρ¾ (第 7 図） の勳作速度デー タ、 位量データ ^を読出 し、 各軸のイ ンク リ

メ ン タ ル値 H , Z , eを演算する。 尚、 第 4 図の例で は Ri- ^e!- 0である。 そして演算されたィ ン ク リ メ ン タ ル篚 を位置指令 Z e と してパ ルス分配器 PDCに入力 する。 これによ ！？ パ ルス分配器 PDCはパ ル ス分配滇算を 行 ¾ 分 パ ル ス Zp を出力する。 この分 1Eパ ル ス Zp

はエラ ー レジスタ ERHに移動方向に応じて正又は負方向

O Pl ん- -v.iro ^ に累計される。 尚、 第 ⁴ 図の例では移動方向が一 z方向 であるためエ ラ ー レ ジス タ ERRの内容は分配パ ル ス Zp が発生する毎に ¹ つ'っ滅少する。 エ ラ ー レ ジス タ ： EHR の内容は D A変換器 DACによ 位置偏差電圧 Ve に変換 され、 演算部 ADDにて実速度電圧 V s との差を と られ、 該差に応 じてサ―ボモー タ S Mを回転駆動する。 これに よ 、 ロ ボ ッ ト ϋΒΤの図示し ¾: ハ ン ドは一 Z軸方向に 換言すれば未加工 ワ ーク 方向に移動する。 サー ホ 'モ ー タ S Mが画転すれば所定回転角毎に位置検出器 E Eか ら 1 侮のフ ィ ー ド グ ク パ ル ス FP T^発生し、 このフ ィ ー ドパ ッ ク パ ル ス Fp はエ ラ ー レ ジ ス タ EURに入力されそ の内容を カ ウ ン ト ア ッ プする。 以後、 各部は前述の通 動作し、 ハ ン ドは未加工ワ ーク への接近をつつ'ける。 そ して、 ハ ン ド先端に装着した検出器 TS Sが未加エ ワ一 ク に接触する と 、 該検出器 TS Sから ワーク接触信号 WTSが発生する。 こ の ワ ー ク接触信号 WTSはパルス分配 器 PDC に印加されパルス分配演算を停止させる。 これに よ 、 エ ラ ー レ ジス タ EREにはもはや指令パ ル ス Zp は 印加され ¾ か ら該エ ラ一 レ ジス タ ERBの内容は躀次狻 小する。 又、 位置偏差電圧 Ve も 小 し、 当然差電圧 Vi も滅小 し、 サ ー ボモ ー タ S Mの回転速度は滅速ナる。 そ して、 エ ラ ー レ ジス タ ERRにたま って た位置偏差に相 当する数のフ ィ ― ド ハ' ッ クパ ル ス Fp が発生する と エ ラ 一レ ジス タ ： ERRの内容が零になっ てハ ン ドは停止する。 換言する ¾ らば、 ワ ーク接触信号 WTS発生時のエ ラ ー レ ジスタ EHRにたまって たパ ル ス数に稆当する蹈鹺 Ld だけハ ン ドは滅速し ¾が ら移動して停止する。 さて、 ェ ラ ー レ ジス タ ERRの内容が零に ¾ればゼ ロ信号 ZRS が ロ ボッ ト制御装置 RBCに印加される。 ロ ボッ ト 制街装置 はゼロ信号 ZRSが入力されるとあたかも ボイ ン ト P₂への 位置决め完了信号が入力されたとみ ¾ して、 データ メ モ リ DTMからワーク把持の ロ ボ ッ ト サー ビスコー ド SOOを 読み出 し、 これを線 n を介して πボ - ト ] RBTに出力す る。 これによ-！) 、 πボ タ ト RBTは未加工ワーク を把持 する。 未加工ワ ーク を把持すれば、 ロ ボッ ト動作完了 信号がロ ボ プ ト制御装置に返され、 これによ ！？ データ メ モ リ DTMからポイ ン トデー タ PD_S (第 7図） の動作速度 デー タ 、 位置データ V3 , E3, Z_S， ^ が読出され、 このデ ータ に よ ]? 各軸のパ ル ス分配演算が行われ、 ハ ン ドは停 止位置 Px' か らポ イ ン ト P,に向かって移動する （第 5 図) _e 即ち、 停止位置 Px' か ら第 1 の目標位置 P₂迄の残移動量 は焦視される。

第 ⁹ 図は本発明の別の実施例ブ n ッ ク図であ 、 ヮー ク接鲑信号 WTSが発生後、 所定钜餱 Loだけ動かし、 しか る後自動镔速をかけて停止させる場合の例である。 尚、 第 ⁸ 図と同一部分には同一符号を付し、 その詳細 ¾説明 は省略する。

苐 9 図に て、 第 ⁸ 図 と異 る点はワ ーク接鲑信号 WTSが発生後、 所定数の ブ イ 一 ドパッ クパ ル ス ： Fp が発 生した ら把持位 ft到達信号 GPRを出力し、 この把持位量 い…

Λ. V " 0 到達信号 GPRによ 、 パル ス分配演箕を停止せしめて る点 乙 る o

図中、 GPRCは把持位置到達信号 GPRを出力する把持 位置到達確認回路であ 、 可逆カ ウ ン タ CNT、 ア ン ドゲ ー ト G R、 フ リ ッ プ ' フ ロ ッ ブ F Fを有して る。 可逆 カ ウ ン タ CNTは距離 Loに相当十るパ ル ス数 Nを ブ リ セ ッ ト され、 ワ ーク接触信号 WTS発生後フ ィ ー ドパ ッ クバ ル ス FP が発生する毎にその内容を減算され零に ¾つたと き 把持位量到達信号 GPRを出力する。 フ リ ッ ブ ' フ ッ ブ F Fは ワ ーク接触信号 WTSによ ]? セ ッ ト され、 把持位 置到達信号 GPRによ リセッ ト される。 又、 ア ン ドゲー ト G IIはフ リ タ ブ · フ ロ ッ ブ F Fがセ ッ ト されて る時の みフ ィ ー ドパ ッ クパ ル ス Fp を可逆カ ウ ン タ CNTに導 く _c 以上、 本発明をハ ン ドに検出器を装着 し、 該検出器か ら ワーク接触信号 WTSが発生した場合につ て説明 した が、 本癸明はこれに限る も のではな く その他ロ ボッ ト動 作を規定する信号が発生した場合に も適用でき る。 又、 以上の説明では、 停止後 ワ ークを把持し、 しかる後残移 動を カ ツ ト して次の 目標位置へ移動する も のと して説明 したが、 該停止位置に て何もせす、 ある は別の口 ボ ッ ト サー ビスある は前記信号に基づく 特定の動作ブ

グラ ムを実行した後次の目標位置に移動する よ う にし ても よ 。 更に、 検出器をハ ン ド等可動部に装着した場 合につ て説明 したが、 ハ ン ドの動作経路近傍に設けて も よ 。

_ 0.V PI . 、 wipo ~Ττ- 産業上の利用可能性

以上説明したよ う に、 本発明はブ レ イ パ ッ ク式工業用 ボッ ト が機械に対して搡 ]?返し反復サー ビ スを行な う 場合、 サー ビ ス対象物 （例えばワ ーク） の位 ftが若干ず れて ても確実に ワ ークに接近.し、 しかも滅速動作によ

1? ゆつ く とス ム ーズにハ ン ドを停止する こ とができ る ので、 ハ ン ド の重量が大き く ても 、 ハ ン ド自侓にも 、 又 ワークに対しても運動量によ る損傷を与えず確実に π ボ ッ ト動作 （サー ビス動作） を行 ¾： う こ とができ 、 且つ口 ボ ジ ト動作終了後は直ちにその位置か ら次の目 標位置で の π ボ ッ ト 動作に移行でき る。 そして α ボ タ ト 制御装置 への教示が箇単と ¾ る。 その結果、 多数の工作機械に対 する人手によ るサー ビ スを ロ ボッ ト によ 代眷する こと ができ、 省力化と作業の合理化を杲すことができ る。

., _ OVPI

Claims

請 求 の 範 囲

1. ロ ボ ッ ト 動作を予め教示 して き 、 教示デー タ に従 つて前記教示通 ！？ の ロ ボ ッ ト 動作を実行させる ロ ボッ ト 制御方式に て、 現在位量 か ら苐 ¹ の目標位置 P₂を 経て第 2 の 目標位置 P₃へ ハ ン ドを移動させる位置指令を 前記教示データ に含ませて き 、 現在位置 か ら第 ¹ の 目標位置 P₂への移動中に π ホ' ッ ト 動作を規定する所定の 信号が発生 した こ と を検出 して、 直ちに滅速動作に移！？ 、 所定 K離の滅速後に停止させ、 ある は所定跽離移動後 に滅速動作に移 ！）所定距雔の减速後に停止させ、 該停止 位置から第 1 の 目標位置 P₂迄の残移動量を無視 して第 ² の目標位置 P_aへロ ボッ ト のハ ン ドを移動させる こ とを特 徵とする o ボ プ ト 制御方式。

2. 前記停止位置に て第 1 の 目標位置で行 う べき

作業を実行させてか ら第 2 の 目標位置へハ ン ドを移動さ せる こ と を特徵とする請求の範囲第 1 項記載の c ボ ッ ト 制御方式。

Aひ、

(. O'.'FI