JP4134897B2 - ロボットの制御方法、制御装置およびロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、産業用ロボットを用いて作業を行う場合、当該産業用ロボットと他の外部機器（または、他のロボット）との干渉回避方法に関するものである。

産業用ロボットと他の外部機器（あるいは他の産業用ロボット）と協同して作業を行う場合、当該産業用ロボットと前記外部機器との干渉を回避するため、一定の干渉領域（一般に立方体で領域を定義するので、キューブと呼ばれる）を設定し、前記干渉領域内に当該産業用ロボットの制御点が存在する時は、前記外部機器の前記干渉領域への侵入を禁止し、逆に前記外部機器が前記干渉領域にある時は、当該産業用ロボットの前記干渉用領域への侵入を禁止していた（例えば、特許文献１）。
特開平１０−３３０８号公報

しかしながら、従来の干渉回避方法では、産業用ロボットの制御点の位置として、指令位置を用いて、前記制御点が前記制御領域の内部にあるか否かを判断していた。しかし、指令位置と実際の位置（ロボットの各関節軸のエンコーダからフィードバックされる回転角度から得られる位置なので、フィードバック位置と呼ばれる）は、０．３秒以上のタイムラグがあり、１０００ｍｍ／ｓで制御点が移動している場合には、速度を乗じたものを位置ループゲイン（一般的には１０〜１５）で除した値が指令位置とフィードバック位置の間にずれとして生じるので、７０〜１００ｍｍ程度のずれが生じる。
そのため、実際には既に前記制御点が前記干渉領域に侵入しているにも関わらず、侵入していないと誤認して、産業用ロボットと外部機器の干渉が発生するという問題があった。また、この問題を解決するために、前記干渉領域を大きく設定すると、前記干渉領域から離脱するための移動距離が大きくなるので、無駄時間が生じ、能率が低下するという問題があった。
本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、最小限の干渉領域で、産業用ロボットと外部機器等の干渉を確実に回避するとともに、干渉回避のために生じる無駄時間を最小に留め、作業能率の高い産業用ロボットの干渉回避方法を提供することを目的とするものである。

上記問題を解決するために、本発明は次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、位置検出手段が出力する位置情報をフィードバックしてロボットの制御点（２）の現在位置を求め、前記制御点（２）の現在位置に応じて前記制御点（２）の位置指令を出力することにより、前記制御点（２）を所望の位置に制御するフィードバック制御手段と、予め設定された干渉領域（４）にロボットの制御点（２）が存在することを判別して、外部機器または他のロボット（３）の前記干渉領域への侵入を禁止する禁止手段と、を備えたロボットの制御装置において、前記禁止手段は、前記制御点（２）が前記干渉領域（４）に侵入するときは、前記制御点（２）の指令位置が前記干渉領域（４）内に入った時をもって「侵入」と判断し、前記制御点（２）が前記干渉領域（４）を離脱するときは、前記制御点（２）の現在位置が前記干渉領域（４）を出た時をもって「離脱」と判断することを特徴とするものである。
また、請求項２に記載の発明は、位置検出手段が出力する位置情報をフィードバックしてロボットの制御点（２）の現在位置を求め、前記制御点（２）の現在位置に応じて前記制御点（２）の位置指令を出力することにより、前記制御点（２）を所望の位置に制御するフィードバック制御手段と、予め設定された干渉領域（４）にロボットの制御点（２）が存在することを判別して、外部機器または他のロボット（３）の前記干渉領域への侵入を禁止する手段と、を備えたロボットの制御装置において、前記制御点（２）が前記干渉領域（４）に侵入するときは、前記制御点（２）の指令位置が前記干渉領域（４）内に入った時をもって「侵入」と判断し、前記制御点（２）が前記干渉領域（４）を離脱するときは、前記制御点（２）の現在位置が前記干渉領域（４）を出た時をもって「離脱」と判断する判断手段を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項２記載のロボットの制御装置と、前記制御装置によって制御されるロボットと、を備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、干渉領域に侵入するときは制御点の指令位置で「侵入」を判断し、干渉領域から離脱するときは制御点のフィードバック位置で「離脱」を判断するので、指令位置と現実の位置にずれがあっても、確実かつ安全に干渉を回避できる効果がある。また、干渉領域の大きさを小さく出来るので、干渉回避のために生じる無駄時間を最小に留め、作業能率を高める効果がある。

以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施例を示す産業用ロボットと外部機器の協同作業の説明図である。図において、１はいわゆる垂直多関節型の産業用ロボットであり、２は産業用ロボット１の制御点である。制御点２は産業用ロボット１の先端に設定された基準点であり、図示しないロボット制御装置は制御点２を所定の位置に位置決めし、所定の軌跡をトレースし、あるいは所定の速度で移動するように制御する。３は外部機器であり、図の左右方向に移動位置決めして所定の作業を行う機器である。４はキューブである。キューブ４は、産業用ロボット１と外部機器３の間に設定した仮想の立方体であり、この立方体の内部に産業用ロボット１と外部機器３が同時に侵入すると、両者が干渉する恐れのある領域つまり干渉領域である。

図１（ａ）の状態にあっては、産業用ロボット１および外部機器３はいずれもキューブ４の外にあるので、互いに干渉しない。図１（ｂ）に示すように、産業用ロボット１の制御点２がキューブ4の中に侵入すると、外部機器３がキューブ４の中に侵入することが禁止される。また、図１（ｃ）に示すように、産業用ロボット１の制御点２がキューブ4のから離脱すると、外部機器３がキューブ４の中に侵入することが許可されるので、外部機器３は右に移動してキューブ４の中に侵入する。また、外部機器３がキューブ4の中にある間は、産業用ロボット１の制御点２はキューブ4の中に侵入することを禁止される。

図２は本発明の実施例を示す産業用ロボットの制御系のブロック図である。図において、５は産業用ロボットの作業プログラム６を作成編集するマンマシンインターフェイス（ＭＭＩ）である。マンマシンインターフェイス１５で作成された作業プログラム６はインタプリタ７に読み込まれる。インタプリタ７にて読み取った作業プログラム６の中の動作命令に基づいて、補間演算部８にて補間処理・座標変換を行い、各軸移動指令量を算出する。そして、キューブチェック処理部９にてキューブ内外のチェックを行い、各軸を駆動するサーボドライバ１０に指令を送る。

図３は本発明の実施例を示すキューブチェック処理のアルゴリズムを示すフローチャートであり、図１（ａ）の状態から図１（ｂ）の状態へ動作する（初期状態から産業用ロボット１がキューブ４内へ動作する）時にキューブチェック処理部９が移動指令の分配周期ごとに実施する処理として本アルゴリズムを実施する。但し、実装に当たっては各周期毎に呼び出されるため時間計測処理状態を実現するための考慮が必要となる。以下、図に付したステップ番号を引用して説明する。
（ステップＳ１）まず、産業用ロボット１の作業プログラム６をインタプリタ７にて読み、読み取った作業プログラムの移動指令より補間演算部８にて移動指令量を算出する。そして移動位置指令が出されると、キューブチェック処理部９ではまず、産業用ロボット１の現在の指令位置がキューブ４内であるかどうかをチェックする。キューブ４内ではないと判断されたとき、キューブ内に入るまでキューブ内４に入ったかどうかのチェックを行う。
（ステップＳ２）ステップＳ１にて、キューブ４内であると判断されたとき計時を開始する（例えば０．５ｓ）。
（ステップＳ３）産業用ロボット１の制御位置がキューブ内に入ったため、「侵入」と判断して、外部機器３に対して動作禁止を指令する信号をオンとして、外部機器３の動作を禁止する。
（ステップＳ４）指定された時間になるまで、計時を行う。
（ステップＳ５）ステップＳ４にて計時タイムアップと判断されたとき、産業用ロボット１の現在の指令位置がキューブ４内であるかどうかをチェックする。
（ステップＳ６）ステップＳ５にてキューブ４内であると判断されたとき、産業用ロボット１のフィードバック位置がキューブ４内であるかチェックする。
（ステップＳ７）ステップＳ６にて産業用ロボット１のフィードバック位置がキューブ４に入っていないと判断されたとき、もう一度計時を開始する。

（ステップＳ８）ステップＳ５にてキューブ４内に産業用ロボット１の指令位置が入っていないと判断されたとき、産業用ロボット１の指令位置は１度キューブ４内に侵入しているため、フィードバック位置がキューブ４内であるかどうかチェックする。この場合は計時している短い間に、産業用ロボット１の指令位置がキューブ４に侵入し離脱しているので、産業用ロボット１がキューブ４をかすめた状態となる。
（ステップＳ９）ステップＳ８にてフィードバック位置がキューブ４内に入っていないと判断されたとき、指令位置、フィードバック位置の両方がキューブ４に入っていないため「離脱」と判断され、外部機器３に対して動作禁止を指令する信号をオフとして、外部機器３の動作を許可する。
（ステップＳ１０）ステップＳ６、ステップＳ８にて産業用ロボット１のフィードバック位置がキューブ４内に入っていると判断されたとき、産業用ロボット１のキューブ４からの離脱をフィードバック位置にてチェックする。
（ステップＳ１１）そして、産業用ロボット１の制御点がキューブ４から出たかどうかを前記フィードバック位置を基準に判断する。
（ステップＳ１２）ステップＳ１１にてキューブ４から産業用ロボット１の制御点のフィードバック位置が出たと判断されたときは「離脱」と判断され、外部機器３に対して動作禁止を指令する信号をオフとして、外部機器３の動作を許可する。
以上の処理によって、産業用ロボット１の制御点がキューブ４の中にないときは指令位置にてチェックし（ステップＳ１）、キューブ４の中にあるときはフィードバック位置にてチェックする（ステップＳ６、Ｓ８、Ｓ１０）。

本発明は、産業用ロボットを用いて作業を行う場合の当該産業用ロボットと他の外部機器（または、他のロボット）との干渉回避方法として有用である。

本発明の実施例を示す産業用ロボットと外部機器の協同作業の説明図である。 本発明の実施例を示す産業用ロボットの制御系のブロック図である。 本発明の実施例を示すキューブチェック処理のフローチャートである。

符号の説明

１ 産業用ロボット
２ 制御点
３ 外部機器
４ キューブ
５ マンマシンインターフェイス
６ 作業プログラム
７ インタプリタ
８ 補間演算部
９ キューブチェック処理部
１０ サーボドライバ

Claims (3)

1. 位置検出手段が出力する位置情報をフィードバックしてロボットの制御点（２）の現在位置を求め、前記制御点（２）の現在位置に応じて前記制御点（２）の位置指令を出力することにより、前記制御点（２）を所望の位置に制御するフィードバック制御手段と、
   予め設定された干渉領域（４）にロボットの制御点（２）が存在することを判別して、外部機器または他のロボット（３）の前記干渉領域への侵入を禁止する禁止手段と、を備えたロボットの制御装置において、
   前記禁止手段は、前記制御点（２）が前記干渉領域（４）に侵入するときは、前記制御点（２）の指令位置が前記干渉領域（４）内に入った時をもって「侵入」と判断し、
   前記制御点（２）が前記干渉領域（４）を離脱するときは、前記制御点（２）の現在位置が前記干渉領域（４）を出た時をもって「離脱」と判断することを特徴とするロボットの制御方法。
2. 位置検出手段が出力する位置情報をフィードバックしてロボットの制御点（２）の現在位置を求め、前記制御点（２）の現在位置に応じて前記制御点（２）の位置指令を出力することにより、前記制御点（２）を所望の位置に制御するフィードバック制御手段と、
   予め設定された干渉領域（４）にロボットの制御点（２）が存在することを判別して、外部機器または他のロボット（３）の前記干渉領域への侵入を禁止する手段と、を備えたロボットの制御装置において、
   前記制御点（２）が前記干渉領域（４）に侵入するときは、前記制御点（２）の指令位置が前記干渉領域（４）内に入った時をもって「侵入」と判断し、
   前記制御点（２）が前記干渉領域（４）を離脱するときは、前記制御点（２）の現在位置が前記干渉領域（４）を出た時をもって「離脱」と判断する判断手段を備えたことを特徴とするロボットの制御装置。
3. 請求項２記載のロボットの制御装置と、
   前記制御装置によって制御されるロボットと、を備えたことを特徴とするロボットシステム。

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