JPH01310889A - 産業用ロボットの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は安全性の向上を図った産業用ロホ・ントの制御
装置に関する。

（従来の技術） 産業用ロボット（以下ロボットという。）で組立や搬送
をするとき、ロボットは予め作られたプログラムに従っ
て教示経路をたどり、教示点への位置決め動作を繰返す
。ところが、もしロボットで搬送しているワークの大き
さや形か違っていたり、教示位置と実物の作業位置とが
ロボットの周辺機器の不具合等でずれると、ワークにツ
ールか当ったり、こじりが発生する。すると、ロボツ１
〜の目標動作に対する位置偏差や速度面差が駆動用モー
タのザーポルーブ内て増え、その結果モータの出力トル
クが増える。さらに、トルクと時間との積である仕事も
増える。

そこて一般に、上記位置偏差やモータの仕事には上限が
設定されており、ロボット動作中に衝突やこじりが起き
ると、この上限になる状態が検出されて動作を停めるよ
うになっている６まな、ロポッＩ−のツールの取付部に
力やトルクのセンサを設けてハンドの衝突を検出する方
法もある。

ところで、ロポッｌ−の正常な動作においては、所定の
荷重を取付けてロボットを所定の最大加速度、最大速度
で動作させても、上述の位置偏差やモータの仕事は状現
値に至らない。また、低加速度や低速度で動作している
時には、アームやモータを加速するトルクが少ないため
、所要トルクは少なくなり、相対的に上述の上限値まで
の余裕が大きくなっている。従って、低加速度や低速度
で動作している時に、衝突やこじりが発生してモータの
トルクか増えると、過大なトルクがアームに伝達される
。さらに、上述の位置偏差やモータの仕事の限界値に至
るまての時間も長くなるため、限界値となったことを検
出してロボッ）〜の動作を停めても、ワークやツール、
又はロポッＩ〜が破損する。そして、ワークやツールの
強度が低いと衝突の検出もできないで破損する。また、
ロホッ１〜のツールの組付部に力や１へルタのセンサを
設けるのは経済的でないたげでなく、センサからの信号
の処理や制御か複雑となり、ツールの機構や配線も要る
。

（発明か解決しようとする課題） このように従来は、四ポンドが搬送しているワークやツ
ールが外界と衝突やこじりを起こるとロボッｌ−の関節
に衝突後過大な駆動力が発生し、ワーク、ツールやロボ
ットの機構が破損する。

本発明の目的は、搬送しているワークやツールが外界と
衝突やこじりを起こすと、感度よく検出し、関節におけ
る衝突後の過大な駆動力の発生を防いでワークやツール
、ロポッｌ−の機構の破損を減らすことができる産業用
ロボットの制御装置を得ることである。

［発明の構成］ （課Ｕを解決するための手段〉 本発明の産業用ロボットの制御装置は、ロボットを所定
の位置に保持している時の関節の駆動用モータのトルク
を記憶する保持トルク記憶手段と、この記憶した保持ｊ
・ルタと、ロボットの目標動作の状態とから関節駆動用
のモータの所要トルクを演算する所要１〜ルク演算手段
と、この所要トルク演算手段で求められた所要トルクの
値に基づいて任意に許容１〜ルクを設定してモータの出
力トルクを当該許容トルク内に拘束する許容トルク設定
手段と、この許容トルク設定手段で設定された許容トル
クと駆動時のモータの出力トルクとを比べるトルク比較
演算手段と、このトルク比較演算手段での比較結果でロ
ボットの動作を停める信号を出力するロホッ１へ停止信
号発生手段とを備えたことを特徴とする。

（作用） この産業用ロポッ）への制御装置は、ロボットを所定の
位置に保持している時の関節の傑持ｌ〜ルクとロポッｌ
−の目標動作の状態すなわちアームの速度、加速度等と
からロボットの所定の動作での関節駆動用モータにおけ
る所要１〜ルクか求められ、この所要トルクと所定の関
数関係になるような許容１〜ルクを設定することで、モ
ータの出力トルクか当該許容トルク内に拘束され、四ボ
ッ）・の実際の動作時のトルクか許容トルクと等しくな
るように拘束される状態が所定時間継続しているか否か
か検出され、その比較結果に応じてロボット停止信号が
ロボットに与えられるので、許容）−ルクを精度よく、
かつ簡単に設定できるとともに、ロボットか搬送してい
るワーク等が外界と衝突した後の関節の過大な駆動力の
発生を防止できる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例の一実施例を図面を参照して説
明する。

第１図は、本発明による産業用ロボットの制御装置の構
成例を示すブロック図である。位置制御手段１は、ロボ
ットアーｌ＼２が目標動作を行なうために図示しない上
位コントローラから入力される目標位置入力と、ロボｙ
ｌ〜の関節駆動用のサーボモータ３からの位置フィード
バック信号とに基づいて速度指令を出力するものである
。速度制御手段４は、位置制御手段１がらの速度指令と
サーボモータ３がらの速度フィードパｙり信号とに基づ
いてトルク指令を演算して出方するものである。

保持トルク記憶手段５は、ロボットを所定の位置に保持
している時の上記トルク指令を図示しない上位コンｌ−
ローラの図示しない記憶装置に書き込むものである。所
要トルク演算手段６は、保持トルク記憶手段５に記憶し
た保持トルクと四ボッ）〜の目標動作の状態とから、サ
ーボモータ３の所要トルクを演算するものである。許容
１〜ルク設定手段７は、所要トルク演算手段６て求めな
所要トルクの値と、外部から任意に入力さり、る設定入
力とに基ついて許容トルクを設定して、サーボモータ３
の出力トルクを当該許容トルクの範囲内に拘束するもの
である。リミッタ８は、許容トルク設定手段７からの許
容１〜ルクによるサーボモータ３のトルクの拘束を示す
ものである。電流制御手段９は、速度制御手段４からの
トルク指令と許容トルク設定手段７からの許容トルクの
設定値に基づいてサーボモータ３のトルク（すなわち電
流）を制御するものである。トルク比較演算手段１０は
、許容トルク設定手段７からの許容トルクの設定値と、
駆動時のサーボモータ３の出力トルクを示す速度制御手
段４からのトルク指令入力を比べるものである。ロボッ
ト停止信号発生手段１１は、トルク比較演算手段１０の
比較結果でロボットの動作（すなわちサーボモータ３の
回転）を停める信号を出力するものである。減速機１２
は、サーボモータ３の出力トルクを増幅するものである
。

以下、このような構成のロボットの制御装置の動作につ
いて述べる。ロホッＩ〜でティーチンクプレイバックを
するときには、あらがじめロボットアーム２の動作の教
示の際に、ロボットアーム２を教示点に保持している時
のトルク指令を保持トルク記憶手段５で図示しない上位
コントローラの図示しない記憶装置に書き込んでおく。

グレイバック時には、ロボットアーム２がプログラムさ
れた所望の目標動作を行なうための目標位置入力か、位
置制御手段１に入力される。

次に所要トルク演算手段６の作用について説明する。一
般にロボットの自由度をｎとすると、ロポッＩ−の１番
目のサーボモータ３の所要トルクで旧は、次の式がち求
められる。

τｍｉ”　Ｊｍｉら、＋Ｄ□１ｂ□ｉ＋τｊｉ／Ｎｉ・
・・・・・　（１） 但し、Ｊ□１は高速回転部（モータ）慣性モーメント、
δｍｉ、”Ｂｉはモータ回転角速度、角加速度、ｉ　／
　Ｎ　ｉは減速７１！１２の減速比、Ｄ　・は高速回転
部（モータおよび伝達機構など）の粘性摩擦係数、τ濁
、は関節駆動トルクである。

ここでτ１１はロボットの関節の駆動トルクベクトルτ
ｆＪ　＜ｎ次元）の第ｉ成分で、τｊは以下の式で表わ
される。

十ｃ　＜ｅｊ、）　　　　　　　　−＝−−−−（２）
但し、のｊ　”　ｆｆｌ　、’ｊはロボットの関節のロ
転角、角速度、角加速度のベクトル（ｎ次元）、Ｍ　（
ｅ、　）は慣性行列、Ｈ（ｅ、、ｍ、＞は遠心力、コリ
オリカ、摩擦力、Ｇ　ｌ、　）は重力、その面外力であ
る。

ところで、（２）式の係数行列はロボットの機械で決ま
るもので、同定によって得られるものである。同定は複
雑な計算や測定が要り、しがもがなりの誤差を含みやす
い６特にＧ（ｏ、Ｉりは、機械の摩擦力の影響を受ける
たけでなく、ばねなどの機械的な重力補償機構が使われ
ているときなどははね定数のばらつきや、非線形要因で
誤差は大きくなる。本実施例では、サーボモータ３の所
要トルクτ′、：を次のように求める。

”　ｍｉ””　ｍｉθｍｉ＋Ｄｍｉ”ｎｌｉ＋７：Ｍ　
ｄ　　ｉ＋τ′Ｊｌ　ｉ／　Ｎ　ｉ　　　　　・・・・
・・　（３）但し、τｈｊｄｉは上記の記憶された保持
トルクでロボットの位置が教示点と他の教示点との間に
ある場合には、それぞれの教示点の保持！・ルクから図
示しない補間手段で補間して求めたものとなる。ここで
τ′ｐ１は次式のように表わされるロボットの駆動トル
クベクトルｃ１の第ｉ成分である。

・・・・・・　（４） 次に、以上のようにして演算された所要トルクτ　・と
設定人力τ。ｌとを、許容トルク設定手段７Ｉｌ＋ で次のように加算することで許容トルクτｐ□１を設定
し、サーボモータ３の出力トルクがこの許容トルクτΩ
ｌ１ｌｉの上下限内に拘束される。

τ、ＱＩＩｌｉ−τ′１Ｉｌｉ＋τｏｉ（上限）τ′　
−τ　（下限）　　・・・・・・（５）ｌ′ｌｌｌ　　
　　　０１ さらに、ロボットの実際の動作時のトルクが上記許容ト
ルクの上下服と等しくなるように拘束される状態が所定
の時間続いているか否かをトルク比較演算手段１０で検
出し、続いているときには衝突やこじり等でロボットに
外力か加わっていると判定し、ロボット停止信号発生手
段１１で停廿信号を電流制御手段つと図示しない上位コ
ントローラに出してロボットを停める。

一方、ティーチング時の動作について説明する。

ティーチング時には、ロボットを所定の位置に保持して
いる時の保持トルクは、保持トルク記憶手段５で記憶さ
れると同時に、次の保持１〜ルクが記憶されるまでの間
は所要トルク演算手段６にそのまま入力される。所要ト
ルク演算手段６におＧフる作用は以上に述べたものと同
じである。

第２図は、以上述べたモータの所要１〜ルクと許容トル
クとの関係の一例を示し、ａは目標動作の位置入力、ｂ
は所要トルク演算手段６で演算されたサーボモータ３の
所要トルク、Ｃは許容トルク設定手段７で設定された許
容トルク、ｄは実際のサーボモータ３の駆動ｌ・ルクを
示す。すなわち、第２図中Ｐの時点でロボッ１〜か外界
と衝突すると、駆動トルクはｄ′のように増大してＱの
時点で許容トルクの上限に達し、許容トルクＣと等しく
なるように拘束された状態になり、所定の時間経過後の
Ｒの時点でロボット停止信号が出される。

この結果、本実施例の産業用ロポッ１〜の制御装置は次
のような作用効果か得られる。

（ａ）ロボットを所定の位置に保持している時の保持ト
ルクを保持トルク記憶手段５で記憶し、これを用いてロ
ボットの動作中の所要トルクを演算するので、所要トル
クを精度よくかつ簡単に求めることができる。

（ｂ）上記所要トルクに基づいて、許容トルを設定でき
るので、駆動トルクか小さい時にロボットが外界と衝突
しても、特別なセンサを使うことなく感度よく検出して
ロボットの関節に過大なトルクを発生するのを防ぐこと
ができ、ロボットの機構やワークの破損を減らすことが
できる。

（Ｃ）駆動トルクが許容トルクの上限に所定の時間達し
た時にロボットの動作を停めるのて、衝突状態から速く
復帰てき、ロボットやワークの破損を減らすことかでき
る。

（ｄ）許容トルクの設定が任意に外部から行なえる構成
とじんので、任意の動作に対して任意の許容トルクを設
定することができる。

尚、上記実施例では、所要トルクを演算する時に関節の
駆動トルクベクトルτ′、（（４）式）を演算したか、
衝突を検出しようとするロボットの動作か比較的低速、
低加速度のときには、遠心力やコリオリカは小さくなり
、ロホ・ｙトの関節角の加速で生じる慣性力も小さくな
ることから、（３）式の中の関節駆動トルクで１、の中
の遠心力やコリオリカ、他の関節の駆動による慣性力等
を簡略化して演算すれば許容トルク設定のための演算か
簡単になる。

また上記実施例では、許容トルクτ、ＱＩＩｉを（５）
式のように設定したか、これは他の任意の関数としても
同じ効果がある。例えば、所要トルクの演算値の絶対値
かある値以下のときには、許容トルクを一定値としても
許容トルク設定のための演算が簡単になる。

［発明の効果］ 本発明によれは、ロボットを所定の位置に保持している
時の関節の駆動用モータの保持トルクと、ロボットの目
標動作の状態とから関節駆動用モータにおける所要トル
クを演算し、この所要トルクの値に基づいて任意に許容
トルクを設定してモータの出力トルクを当該許容トルク
内に拘束し、この許容１〜ルクと駆動時のモータの出力
トルクとを比較し、この比較結果に基づいてロボットの
動作を停める信号をロボットに与えるようにしだのので
、許容トルクを精度よく、かつ簡単に設定できると共に
、ロボットか搬送しているワークやツールか外界と衝突
したときに、感度よく検出してロボットの関節の衝突後
の過大な駆動力の発生を防き′、ワークやツール、ロボ
ットの破損を減らすことがてきる産業用ロボットの制御
装置を得ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の産業用ロボットの制御装置の一実施例
を示すブロック図、第２図は同実施例の所要トルクと許
容トルクとの関係を示す説明図である。 １・・・位置制御手段、３・・・サーボモータ、４・・
・速度制御手段、５・・・保持トルク記憶手段、６・・
・所要トルク演算手段、７・・・許容トルク設定手段、
９・・・電流制御手段、１０・・・トルク比較演算手段
、１１・・・ロボッｌ〜停止信号発生手段、ａ・・・目
標動作の位買入力、ｂ・・・モータの所要トルク、Ｃ・
・・許容Ｉ・ルク、ｄ、ｄ′・・・駆動トルク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ロボットアームが目標動作を行なうために与えられる目
   標位置入力と、ロボットの関節駆動用のモータからの位
   置フィードバック信号とに基づいて速度指令を得、この
   速度指令と前記モータからの速度フィードバック信号と
   に基づいてトルク指令を得、さらにこのトルク指令に基
   づいて前記モータの電流を制御する構成の産業用ロボッ
   トの制御装置において、前記ロボットを所定の位置に保
   持している時の関節の駆動用モータの保持トルクを記憶
   する保持トルク記憶手段と、この記憶した保持トルクと
   、ロボットの目標動作の状態とから前記関節駆動用のモ
   ータにおける所要トルクを演算する所要トルク演算手段
   と、この所要トルク演算手段で求められた所要トルクに
   基づいて任意に許容トルクを設定してモータの出力トル
   クを当該許容トルク内に拘束する許容トルク設定手段と
   、この許容トルク設定手段で設定された許容トルクと駆
   動時のモータの出力トルクとを比較するトルク比較演算
   手段と、このトルク比較演算手段での比較結果に基づい
   てロボットの動作を停める信号を出力するロボット停止
   信号発生手段とを備えたことを特徴とする産業用ロボッ
   トの制御装置。