JPH0546563B2

JPH0546563B2 -

Info

Publication number: JPH0546563B2
Application number: JP60063005A
Authority: JP
Inventors: Kinichi Tamura; Teruo Asae; Yasunori Horie; Takeshi Enokida
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1985-03-27
Filing date: 1985-03-27
Publication date: 1993-07-14
Also published as: JPS61221803A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明はロボツトの制御装置に関し、特に垂
直多関節型ロボツトの可動部を外力によつて自由
に動かし得る状態にする、所謂力抜き制御とも云
うべき制御を行ない得るロボツトの制御装置に関
する。

〔従来の技術〕

近年、各種の産業用ロボツトが工場の製造ライ
ンで使用されるようになり、組立（アツセンブ
リ）ロボツトも実用化されつつある。

しかし、従来から組立作業ラインに多く用いら
れているコンテイニアスラインにロボツトを配置
して、コンベア上を連続して流れる物品（ワー
ク）の組付け作業を行なわせるには、コンベアと
ロボツトとの間で動きの同期をとる必要があり、
ロボツト自体の作業に係わる制御とコンベアとの
間の同期をとる制御とを同時に行なうのは非常に
難かしい。

そこで、ロボツトがある作業を行なう間、アー
ム等の可動部を外力によつて自由に動かし得る
「力抜き状態」にすれば、特に同期制御を行なわ
なくてもコンベア上のワークの移動に追従させる
ことができる。

このような力抜き制御が可能なロボツトの制御
装置としては、従来例えば特開昭58−206389号公
報に記載されているようなものがある。

この装置は、多軸ロボツトにおける複数の可動
部のうちの予め指定した可動部を駆動するアクチ
ユエータ、例えばモータへの駆動電流を遮断する
ことによつて、その可動部を外力によつて自由に
動かし得るようにしたものである。

しかしながら、このような従来の力抜き制御可
能なロボツトの制御装置にあつては、ロボツトを
駆動する例えばモータへの駆動電流（パワー）を
遮断するようにしていたため、その遮断手段とし
て大電流用の接点容量の大きい大型で高価なマグ
ネツトスイツチを用いなければならないばかり
か、それを用いることによつて接点のオン・オフ
時にモータに流れる突入電流を防止する対策を施
したり、接点のメンテナンスを頻繁に行なう必要
があるなどの問題点があつた。

そこで、ロボツトにおけるアーム等の可動部の
制御は、一般に速度指令値と可動部の速度検出系
からの速度フイードバツク値との偏差に基づく指
令値に応じて可動部を駆動するモータの駆動電流
を制御するようになつているので、この速度指令
値と速度フイードバツク値との偏差に基づく指令
値を実際の速度指令値と速度フイードバツク値の
値に拘らず零（ゼロ）にすることによつて、可動
部を外力により自由に動かし得るようにするロボ
ツトの制御装置を、本出願人が先に特許出願して
いる（特願昭59−265353号）。

このようにすれば、偏差に基づく指令値を零に
するための切換制御手段としては、接点容量が小
さく小型で安価なリレースイツチ等を使用するこ
とができ、接点の切換時にモータに突入電流が流
れることがないためその防止対策を施さなくて済
み、接点のメンテナンス回数も少なくて済むの
で、前述の問題点を解決することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このようなロボツトの制御装置
においても、結果としてはロボツトの可動部の各
軸を駆動するモータの駆動電流を零にして力抜き
状態にするため、そのようにしても姿勢が崩れな
い可動部のみを有する水平多関節型のロボツトに
しか適用できず、可動部を垂直面内で回動させる
垂直関節を有する垂直多間接型ロボツトでは、力
抜き時に可動部の自重によつて姿勢が崩れてしま
うため適用できないという問題点があつた。

この発明は、この問題点を解決して、垂直多関
節型ロボツトに対しても力抜き制御を可能にする
ことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そのため、この発明による垂直多関節型ロボツ
トの制御装置は、速度指令系から出力される速度
指令値と速度検出系から出力される速度フイード
バツク値との偏差に基づく指令値に応じて、各可
動部のモータの駆動電流を制御する垂直多関節型
ロボツトの制御装置において、前記各可動部の姿
勢に応じて、該各可動部の垂直関節軸に加わる重
力モーメントを算出し、算出された重力モーメン
トに抗し得る軸トルクを発生させるための補償指
令値を出力する重力バランス補償回路と、前記指
令値が零となるような前記速度指令値に対応する
速度疑似値と速度フイードバツク値に対応するフ
イードバツク疑似値とをそれぞれ出力する疑似値
出力手段と、前記指令値または前記補償指令値に
基づいて前記各可動部のモータに駆動電流が供給
する電流供給回路と、作動信号が出力されている
場合には、前記速度指令系と速度検出系とを切り
離して、前記疑似値出力手段に接続するとともに
前記重力バランス補償回路を前記電流供給回路に
接続し、前記速度疑似値と前記フイードバツク疑
似値との偏差に基づく零の指令値と補償指令値と
を前記電流供給回路に与える一方、不作動信号が
出力されている場合には、前記疑似値出力手段を
切り離して、前記速度指令系と速度検出系とに接
続するとともに前記重力バランス補償回路を前記
電流供給回路から切り離し、前記速度指令値と前
記フイードバツク値との偏差に基づく指令値を前
記電流供給回路に与える指令値制御回路と、前記
指令値制御回路に作動信号または不作動信号を選
択的に出力する切換回路とをとを有することを特
徴とする。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を添付図面を参照しな
がら説明する。

先ず、第２図を参照してこの実施例に使用する
ロボツトの構成及びその作業について説明する。

図中、１は垂直多関節型ロボツトであり、図示
しない台座上に固定された基部２に垂直に立設し
た腰軸３と、この腰軸に対して直角に固定された
肩軸を兼ねたモータ４に連結された第１アーム
（上腕）５と、この第１アームの先端部に肘軸６
によつて回動自在に連結された第２アーム（下
腕）７と、この第２アーム７の先端部に手首軸８
によつて回動自在に連結されたハンド９等から成
る。これを模式的に示すと第３図のようになる。

腰軸３は、モータ１０によつて水平面内で矢示
Ａ方向に回転される水平関節軸である。

第１アーム５は、モータ４によつて矢示Ｂ方向
に、第２アーム７はモータ１１によつて矢示Ｃ方
向に、ハンド９は第２アーム７に内蔵された図示
しないモータによつて矢示Ｄ方向にそれぞれ垂直
面内で回動し、これらを連結する肩軸と肘軸６及
び手首軸８が垂直関節軸である。

なお、モータ４，１０，１１及びハンド９を回
動させる図示しない手首軸駆動モータは、いずれ
もDCサーボモータを使用する。そして、これら
の各モータの駆動力を伝達する減速機としては、
逆伝達効率の比較的高いものを使用する。

また、これらの各モータの出力軸には、その回
転速度を検出するためのタコジエネレータ及び回
転角度を検出するためのポテンシヨメータがそれ
ぞれ取付けられている。

ハンド９は、手首軸８に連結されたホルダ１２
に固定したエアシリンダ１３の回り止めを施こし
たピストンロツドに、先端にボルトを銜えて締め
付けるソケツト１４ａを備えたナツトランナ１４
を取付けて構成し、さらに、ホルダ１２に一対の
リミツトスイツチ１５，１６を取付けて、ナツト
ランナ１４に付設したドツグ１４ｂによつて作動
されるようにして、ナツトランナ１４の上昇限位
置と下降限位置を検出できるようにしている。

一方、１７はコンテイニユアスコンベア（以下
単に「コンベア」と云う）であり、所要位置に所
定の姿勢で位置決め固定した例えばエンジンブロ
ツク等のワーク１８を載せて、ロボツト１のワー
クエリア内を矢印Ｅ方向に所定の速度で搬送する
ようになつている。

そして、このコンベア１７によつて搬送される
ワーク１８には、作業対象であるボルト１９（例
えばシリンダヘツドにヘツドカバーを固定するた
めのボルト）をセツトしてあり、このボルト１９
を締め付ける作業を、ハンド９にナツトランナ１
４を取付けたロボツト１に行なわせようとするも
のである。

さらに、２０はフロアに立設したステー２１の
上端部に固定したボルト通過検知器であり、ロボ
ツト１が予め定めた図示のような位置で待機して
いる時に、コンベア１７によつて搬送されるワー
ク１８上のボルト１９が通過した時にそれを検知
する。

なお、このボルト通過検知器２０としては、例
えば反射型の光電スイツチなどを用いる。

また、このボルト通過検知器２０のボルト１９
を検知する位置とナツトランナ１４との位置関係
は、ボルト通過検知器２０がボルト１９の通過を
検知した時点で、ナツトランナ１４を下降限まで
下降させた時に頂度ソケツト１４ａがボルト１９
を銜え込むような関係にする。

ボルト通過検知器２０の代りに、ボルト１９に
対応するコンベア１７の所要位置にドツグを設け
ておき、そのドツグによつてコンベア１７に沿う
所要位置の固定部に取り付けたリミツトスイツチ
を叩くようにして、このリミツトスイツチのオン
によつてボルト１９の通過を検知するようにして
も良い。

次に、第１図を参照して第２図に示したロボツ
ト１の制御装置の実施例を説明する。

第１図において、２３はマイクロコンピユータ
等を用いた中央処理部であり、ロボツト１の全般
的な制御を司つている。

すなわち、位置指令レジスタ２４、位置制御部
２５、速度制御部２６、及び電流制御部２７等に
よつて構成された第１アーム５を回動させる肩軸
を駆動するモータ４用のサーボ制御部と、このサ
ーボ制御部と全く同様に、位置指令レジスタ３
４、位置制御部３５、速度制御部３６、及び電流
制御部３７等によつて構成された第２アーム７を
回動させる肘軸６を駆動するモータ１１用のサー
ボ制御部と、図示を省略したが、やはりこれらの
サーボ制御部と同様に構成された腰軸駆動モータ
１０用のサーボ制御部及び手首軸駆動モータ用の
サーボ制御部をそれぞれ制御すると共に、第２図
に示したハンド９に取付たエアシリンダ１３及び
ナツトランナ１４の制御、すなわちエアシリンダ
１３によるナツトランナ１４の昇降制御及びその
内蔵モータによるソケツト１４ａの回転・停止の
制御も行なう。

次に、モータ４用のサーボ制御部において、位
置指令レジスタ２４には、中央処理部２３からの
第１アーム５の目標位置指令値が逐次更新されな
がら書き込まれる。

位置制御部２５は、位置指令レジスタ２４に書
き込まれている第１アーム５の目標位置指令値
と、モータ４の出力軸に取付けられているポテン
シヨメータ３０からの位置フイードバツク信号
（電圧）をＡ／Ｄ変換器３１によつてデジタル値
に変換した値、すなわち第１アーム５の現在位置
値（第３図の角度θ₁に相当する）との偏差に基づ
く速度指令値Saを出力すると共に、目標位置指
令値と現在位置値とが一致して位置決めが完了す
る毎にそれを中央処理部２３に知らせ、中央処理
部２３はそれによつて次に目標位置指令値を出力
するタイミングを測つている。なお、中央処理部
２３、位置指令レジスタ２４及び位置制御部２５
は、速度指令系を構成している。

速度制御部２６は、後述する指令値制御回路４
５を介して入力される位置制御部２５からの速度
指令値Saと、モータ４の出力軸に取付けられた
タコジエネレータ２９からの速度フイードバツク
値との偏差に基づく電流指令値S₁を出力する。こ
のタコジエネレータ２９は速度検出系を構成して
いる。

電流制御部２７は、速度制御部２６からの電流
指令値S₁を加算回路３２を介して入力し、モータ
４に流れる駆動電流を検出する電流検出器２８か
らの電流フイードバツク値との偏差に基づく駆動
電流をモータ４に流す。

したがつて、位置指令レジスタ２４、位置制御
部２５、速度制御部２６、及び電流制御部２７等
からなるモータ４用のサーボ制御部は、後述する
指令値制御回路４５が位置制御部２５からの速度
指令値とタコジエネレータ２９からの速度フイー
ドバツク値とをそのまま速度制御部２６に出力し
ている限りにおいては、中央処理部２３からの目
標位置指令値に基づいてモータ４を駆動して、第
１アーム５をプレイバツク制御（位置決め制御）
することができる。

第２アーム７を駆動するモータ１１用のサーボ
制御部を構成する各部３４〜４２も、上述したモ
ータ４用のサーボ制御部を構成する各部２４〜３
２と全く同様に機能し、やはり後述する指令値制
御回路４５が位置制御部３５から出力される速度
指令Sbとモータ１１の出力軸に取付けられたタ
コジエネレータ３９から出力される速度フイード
バツク値とをそのまま速度制御部３６に出力して
いる限りにおいては、中央処理部２３からの目標
位置指令値に基づいてモータ１１を駆動して第２
アーム７をプレイバツク制御（位置決め制御）す
ることができる。

さらに、腰軸３を回転駆動するモータ１０用及
び手首軸駆動モータ用の各サーボ制御部も、同様
に機能して夫々各モータを駆動し、腰軸３及びハ
ンド９をプレイバツク制御することができる。

第２図のエアシリンダ１３を制御させるエアシ
リンダ用の駆動回路は、公知のシリンダ操作回路
からなり、その電磁式方向切換弁を中央処理部２
３からの指令で切換え、エアの供給方向を切換え
て昇降させる。ソケツト１４ａの回転・停止は、
中央処理部２３からの指令によりナツトランナ１
４に内蔵するモータへの給電を制御することによ
り行なう。

指令値制御回路４５は、リレーコイルＬの励
磁・非励磁によつて切換わる10個の切換スイツチ
SW₁〜SW₁₀（モータ１０用及び手首軸駆動モータ
用サーボ制御部に介挿する４個の切換スイツチ
SW₅〜SW₈は図示していない）を有する電磁リレ
ーからなる。

この指令値制御回路４５の切換スイツチSW₁，
SW₂の可動接片ｃは夫々速度制御部２６の入力側
に接続され、各固定接点ａは夫々アースに、各固
定接点ｂは位置制御部２５の出力側及びタコジエ
ネレータ２９に夫々接続されている。

また、切換スイツチSW₃，SW₄の可動接片ｃは
夫々速度制御部３６の入力側に接続され、各固定
接点ａはアースに、各固定接点ｂは位置検出部３
５の出力側及びタコジエネレータ３９に夫々接続
されている。

上記のSW１〜SW４が固定接点ｂ側に接続さ
れているときには、速度制御部２６，３６には速
度指令系及び速度検出系がそれぞれ接続されるこ
ととなり、これらが固定接点ａ側に接続されてい
るときには、速度制御部２６，３６からの指令値
が零となるような速度指令値に対応する速度疑似
値と速度フイードバツク値に対応するフイードバ
ツク疑似値とをそれぞれ出力する疑似値出力手段
が接続されることになる。

図示しない切換スイツチSW₅，SW₆及びSW₇，
SW₈も、夫々モータ１０用のサーボ制御部及び手
首軸駆動モータ用サーボ制御部において、全く同
様に接続されている。

切換スイツチSW₉，SW₁₀は、後述する重力バ
ランス補償回路５０から出力される補償指令値
CS₁，CS₂をそれぞれ加算回路３２，４２に入力
するラインに介挿して、開閉スイツチとして用い
ている。

なお、リレーコイルＬの両端に接続したダイオ
ードＤはフライホイールダイオードである。

この指令値制御回路４５は、リレーコイルＬの
非励磁時には、各切換スイツチSW₁〜SW₁₀の可
動接片ｃが固定接点ｂ側に夫々切換わつていて、
実際の速度指令値と速度フイードバツク値をその
まま通過させて、各モータ用のサーボ制御部を本
来どおり位置決め動作させるが、リレーコイルＬ
が励磁されると、各切換スイツチSW₁〜SW₁₀の
可動接片ｃが図示のように固定接点ａ側に切換わ
り、各モータ用のサーボ制御部における速度制御
部２６，３６，…に入力する速度指令値と速度フ
イードバツク値をいずれも零（アース値）にし
て、その偏差に基づく電流指令値S₁，S₂，…を実
際の速度指令値と速度フイードバツク値の偏差に
かかわらず、換言するとモータ４，１１等の動き
に関係なくゼロにする。

このように、電流指令値を実際の速度指令値と
速度フイードバツク値にかかわらずゼロにする
と、位置及び速度フイードバツク制御が効かなく
なるため、各モータ４，１０，１１等はフリーの
状態になり、それによつて第２図のロボツト１の
腰軸３、第１アーム５、第２アーム７、及びハン
ド９は外力によつて自由に動かせるようになる。

しかしながら、この場合各モータの駆動電流を
完全にゼロしてしまうと、第１、第２アーム５，
７及びハンド９の自重により、各垂直関節軸が回
動され、これらの可動部の姿勢が崩れてしまつて
作業ができなくなるため、重力バランス補償回路
５０を設けており、それによつて重力バランスを
保つて姿勢が崩れないようにしているが、その詳
細は後述する。

なお、指令値制御回路４５の各切換スイツチ
SW₁〜SW₁₀の可動接片ｃが固定接点ｂ側に切り
換わつている時でも、位置決め完了時には速度指
令値と速度フイードバツク値の偏差が零になる
が、この時には位置及び速度フイードバツク制御
が効いているため、第１、第２アーム５，７等に
外力が加わつてモータ４，１１等が停止位置から
回転されると、直ちにそれを元に戻そうとする回
転力が発生する。

また、この指令値制御回路４５においては、電
流指令値S₁，S₂，…を零にするように機能してい
る時（この実施例ではリレーコイルＬが励磁され
ている時）を以て作動状態という。

４６は切換回路であり、電源V_CCの給電回路に
介挿した切換スイツチ４７，４８とロボツト１の
ハンド９に取付けた上昇限リミツトスイツチ１５
によつて構成されている。なお、リミツトスイツ
チ１５は常閉型で、ナツトランナ１４が上昇限に
達してドツグ１４ｂによつて叩かれた時にオフに
なる。

この切換回路４６は、図示のように切換スイツ
チ４８の可動接片ｉを固定接点ｇ側に切換えてお
くと、リミツトスイツチ１５がオフの時（ナツト
ランナ１４が上昇位置にある時）に指令値制御回
路４５のリレーコイルＬを非励磁にし、リミツト
スイツチ１５がオンの時はリレーコイルＬを励磁
する。

また、切換スイツチ４８の可動接片ｉを固定接
点ｈ側に切換えておくと、リミツトスイツチ１５
のオン・オフにかかわらず、切換スイツチ４７に
よつて指令値制御回路４５の作動・不作動を切換
えることができる。

なお、この実施例においては、リレーコイルＬ
の励磁と指令値制御回路４５の作動とが対応して
いるが、切換スイツチSW₁〜SW₁₀の固定接点ａ
とｂの接続を逆にすれば、リレーコイルの非励磁
と指令値制御回路４５の動作とを対応させるよう
にすることも可能である。

次に、重力バランス補償回路５０の詳細例を第
４図によつて説明する。

この重力バランス補償回路５０は、CPU（中央
処理地）５１と、プログラムメモリとしての
ROM及びデータメモリとしてのRAMを含むメ
モリ５２と、１対ずつのＡ／Ｄ変換器５３，５４
及びＤ／Ａ変換器５５，５６とからなるマイクロ
コンピユータによつて構成されている。

そして、この重力バランス補償回路５０は、モ
ータ４の出力軸に取付けられたポテンシヨメータ
３０から出力される第１アーム５の水平位置から
の回動角度θ₁（第３図参照）に相当する電圧信号
をＡ／Ｄ変換器５３によつてデジタル値に変換し
てCPU５１に読込み、同様にモータ１１の出力
軸に取付けられたポテンシヨメータ４０から出力
される第１アーム５に対する第２アーム７の回動
角度θ₂（第３図参照）に相当する電圧信号をＡ／
Ｄ変換器５４によつてデジタル値に変換して
CPU５１に読込む。

そして、メモリ５２に予めロボツト１の第１ア
ーム５の片軸４ａから重心までの長さl₁及び全長
l₂、第２アーム７の肘軸６から重心までの長さl₃
及び全長l₄、第１アーム５、第２アーム７、及び
ハンド９の各重量W₁，W₂，W₃（第３図参照）、
及びsinθ、cosθのテーブルを記憶させておき、垂
直関節軸である肩軸４ａ及び肘軸６における重力
のモーメントＭ(A)，Ｍ(B)をCPU５１が下記の演
算を行なつて算出し、それに抗し得る軸トルクを
発生させるための補償指令値CS₁，CS₂をＤ／Ａ
変換器５５，５６を介してアナログ信号に変換し
て出力する。

Ｍ(A)＝K₁cosθ₁＋K₂sin（θ₁＋θ₂−90°）Ｍ(B)＝K₂sin（θ₁＋θ₂−90°）但し、 K₁＝l₁W₁＋l₂（W₂＋W₃） K₂＝l₃W₂＋l₄W₃ で与えられる。このK₁，K₂は定数であるから、
これを予めメモリ５２に格納しておくとよい。

この重力バランス補償回路５０におけるCPU
５１の動作フローを第５図に示す。

このようにして、重力バランス補償回路５０か
ら出力される補償指令値CS₁，CS₂を、力抜き制
御時に指令値制御回路４５の切換スイツチSW₉，
SW₁₀を介して加算回路３２，４２に入力させ、
速度制御部２６，３６から出力される電流指令値
S₁，S₂がゼロであつても、電流制御部２７，３７
によつて重力補償用の駆動電流をモータ４及び１
１に流し、第１、第２アーム５，７を及びハンド
９の自重に抗し得る軸トルクを発生させるので、
第１、第２アーム５，７が重力バランスを保つて
姿勢を保持することができる。

なお、この実施例では、ハンド９のエアシリン
ダ１３及びナツトランナ１４は、力抜き状態では
常に垂直（鉛直）に保持され、手首軸８に加わる
ハンド９の自重は常に鉛直方向に作用するためモ
ーメントは発生せず、その自重はワーク１８によ
つて支持されるため重力補償を行なつていない。

また、この重力バランス補償回路５０の機能を
第１図の中央処理部２３に持たせて、共通の
CPUによつて時分割処理させるようにしてもよ
い。

さらに、この重力バランス補償回路５０を常時
動作させ、出力される補償指令値CS₁，CS₂を常
時加算回路３２，４２に入力させて重力バランス
をとるようにすれば、速度制御部２６，３６から
の電流指令値S₁，S₂がそれだけ小さくて済み、ハ
ンチング等を起こしにくくなると共に、可動部を
下方へも上方へも同じ速度で容易に移動させるこ
とができる。

次に、前述のようにプレイバツク制御と力抜き
制御の切換えが可能な第１図の制御装置を用い
て、第２図のロボツト１に、コンベア１７に載つ
て一定の速度で移動するワーク１８のボルト１９
を締め付ける作業を行なわせる場合の動作につい
て、第６図のフローチヤートも参照しながら説明
する。

なお、ロボツト１に以下に述べる締め付け作業
を行なわせるために必要なテイーチング作業は予
めしてあるものとする。

また、ロボツト１のハンド９に取付けられたナ
ツトランナ１４は、通常は上昇限位置にあり、リ
ミツトスイツチ１５はドツグ１４ｂに叩かれてオ
フになつている。そして、以下の説明では、第１
図の切換回路４６における切換スイツチ４８は接
点ｇ側に切換えてあるものとする。

この状態では、切換回路４６により指令値制御
回路４５のリレーコイルＬへの通電を断つている
ので、各切換スイツチSW₁〜SW₁₀の可動接片ｃ
は全て固定接点ｂ側に切換わつており、腰軸３、
第１、第２アーム５，７、ハンド９を夫々回動さ
せる各モータ４，１０，１１等のプレイバツク制
御が可能である。

そこで、第６図のステツプ１で先ずモータ４，
１１等をプレイバツク制御して、第１、第２アー
ム５，７等を原位置（待避位置であればどこでも
よい）へ移動させる。

次に、ハンド９に取り付けたナツトランナ１４
のソケツト１４ａが、コンベア１７によつて搬送
されるワーク１８上のボルト１９の移動軌跡上の
予め定めた待機位置である作業ポイントに位置す
るように、ステツプ２で再びモータ４，１１等を
プレイバツク制御して、第２図に示すような所定
の待機姿勢にする。

この状態で、ボルト通過検知器２０がワーク１
８上のボルト１９の通過を検知するのを待ち、ボ
ルト通過検知器２０がボルト１９の通過を検知す
ると、その検知信号が第１図の中央処理部２３に
入力し、それによつてステツプ３の判断がYES
になり、ステツプ４でエアシリンダ１３を駆動し
てナツトランナ１４を下降させる。

ナツトランナ１４が下降し始めると、上昇限リ
ミツトスイツチ１５が直ちにオンになるため、切
換回路４６により指令値制御回路４５のリレーコ
イルＬに通電され、その各切換スイツチSW₁〜
SW₁₀が第１図に示すように切換わるので、各軸
の駆動用モータ４，１０，１１等は全てフリーに
なり、第１、第２アーム５，７等の可動部は外力
を受ければ自由に動く力抜き状態となるが、重力
バランス補償回路５０からの補償指令値によつて
モータ４，１１には自重によるモーメントに抗す
る軸トルクを発生するための駆動電流が流がされ
るため、重力バランスが保たれて第１、第２アー
ム５，７の姿勢が崩れることはない。

そして、ナツトランナ１４が下降限まで下降す
ると、コンベア１７によつて搬送されてきたワー
ク１８上のボルト１９をソケツト１４ａが頂度銜
え込むようになり、同時に下降限リミツトスイツ
チ１６ドツグ１４ｂに叩かれて作動し、その信号
によりステツプ５の判断がYESになり、ステツ
プ６でナツトランナ１４を駆動してソケツト１４
ａを回転させ、ボルト１９を締め付ける。

このように、ナツトランナ１４のソケツト１４
ａがボルト１９を銜え込んだ状態で締め付け作業
を行なつている間もコンベア１７はワーク１８を
移動させているが、ロボツト１の腰軸３及び第
１、第２アーム５，７等の各可動部は外力によつ
て自由に動かせる状態にあるので、ボルト１９を
締め付けながらその移動に追従してハンド９が水
平方向に動くことができる。

そして、締め付けを開始してからの時間又は締
付トルクを計測することによつて、ステツプ７で
ボルト１９の締め付けを終了したか否かを判定
し、締め付けを終了したらステツプ８でナツトラ
ンナ１４の駆動を停止すると共に、エアシリンダ
１３を駆動してナツトランナ１４を上昇させる。

ナツトランナ１４が上昇限まで上昇すると、上
昇限リミツトスイツチ１５がオフになるため、指
令値制御回路４５のレリーコイルＬが非励磁にな
り、各切換スイツチSW₁〜SW₁₀は全て接点ｂ側
に切換わるので、各軸の駆動用モータ４，１１等
は全てプレイバツク制御が可能な状態に戻る。

このプレイバツク制御が可能な状態に戻つた時
点では、ロボツト１の可動部は待機位置での状態
から動いてしまつているので、各モータ用の位置
制御部には、その動いた分の位置偏差が溜つてい
る。したがつて、プレイバツク制御が可能な状態
になると、各可動部は直ちに動く前の作業ポイン
トに戻り始めるが、上昇限リミツトスイツチ１５
がオフになると、ステツプ９からステツプ１へ戻
り、再び最初の原位置へ移動させる処理が行なわ
れるため、第１、第２のアーム５，７等の各可動
部は作業ポイントに戻りながら結果的には原位置
に復帰し、再び上記の動作を繰り返す。

このようにして、ナツトランナ１４がワーク１
８のボルト１９を締め付けている間は、ロボツト
１の各可動部は力を抜いてワーク１８の移動に追
従し、それによつて従来非常に煩雑な制御を行な
わなければならなかつた追従作業を非常に簡単に
実現できる。

また、コンベア１７を止めて、静止しているワ
ーク１８上のボルト１９の締め付け作業を行なう
場合は、切換回路４６における切換スイツチ４８
を接点ｈ側に切換えると共に、切換スイツチ４７
を接点ｅ側に切換えて、ボルト１９の静止位置と
前述の作業ポイントとを一致させておけば、第６
図のステツプ３のボルト通過の判断を省略するこ
とによつて、そのの静止したボルト１９の締め付
け作業を行なうことができる。

さらに、切換スイツチ４８を接点ｈ側に切換え
てあれば、切換スイツチ４７の方を必要に応じて
接点ｄ側に切換えることによつて、何時でも第
１、第２のアーム５，７等を外力によつて自由に
動かし得る力抜き状態にすることができる。

なお、上記実施例では、実際の速度指令値と速
度フイードバツク値を共に位置決め制御とは無関
係な零値に切り換えることによつて電流指令値を
零にするようにした例について述べたが、この他
に両値を他に位置決め制御とは無関係な互いに等
しい所定値に切換えることによつても電流指令値
を零にすることができる。あるいは、電流指令値
を直接零値に切換えるようにしてもよい。

また、前述の実施例における重力バランス補償
回路５０では、ポテンシヨメータ３０，４０から
の第３図の角度θ₁，θ₂に相当するデータに応じ
て、重力補償値を演算して算出するようにしてい
たが、予かじめ各角度θ₁，θ₂に応じた各垂直関節
軸に対する最適な重力補償値を第４図のメモリ５
２にテーブルとして格納しておいて、入力角度デ
ータに応じてCPU５１がそのテーブルから重力
補償値を読み出すようにしてもよい。

いずれの場合にも、特に肘軸６の第２アーム７
から先の自重によるモーメントに対する重力補償
値を完全にバランスする値より若干小さくして、
ハンド９に自重による若干の押付力を残した方
が、ナツトランナ１４等の工具がワークの作業対
象（この実施例ではボルト１９）から離脱してし
まうことを防止できて好ましい場合がある。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、この発明によれば、
速度指令系から出力される速度指令値と速度検出
系から出力される速度フイードバツク値との偏差
に基づく指令値に応じて、各可動部のモータの駆
動電流を制御する垂直多関節型ロボツトの制御装
置において、前記各可動部の姿勢に応じて、該各
可動部の垂直関節軸に加わる重力モーメントを算
出し、算出された重力モーメントに抗し得る軸ト
ルクを発生させるための補償指令値を出力する重
力バランス補償回路と、前記指令値が零となるよ
うな前記速度指令値に対応する速度疑似値と速度
フイードバツク値に対応するフイードバツク疑似
値とをそれぞれ出力する疑似値出力手段と、前記
指令値または前記補償指令値に基づいて前記各可
動部のモータに駆動電流を供給する電流供給回路
と、作動信号が出力されている場合には、前記速
度指令系と速度検出系とを切り離して、前記疑似
値出力手段に接続するとともに前記重力バランス
補償回路を前記電流供給回路に接続し、前記速度
疑似値と前記フイードバツク疑似値との偏差に基
づく零の指令値と補償指令値とを前記電流供給回
路に与える一方、不作動信号が出力されている場
合には、前記疑似値出力手段を切り離して、前記
速度指令系と速度検出系とに接続するとともに前
記重力バランス補償回路を前記電流供給回路から
切り離し、前記速度指令値と前記フイードバツク
値との偏差に基づく指令値を前記電流供給回路に
与える指令値制御回路と、前記指令値制御回路に
作動信号または不作動信号を選択的に出力する切
換回路とを設けてあるので、切換回路から動作信
号が出力されている場合には、重力バランス補償
回路から出力される補償指令値に応じた軸トルク
が各可動部のモータから出力されることになる。

したがつて、この軸トルクが、算出された垂直
関節軸の重力モーメントと釣り合うように補償指
令値を設定しておけば垂直関節軸は静止を保ち、
一方、これが故意に釣り合わないように補償指令
値を設定しておけば自重による若干の押し付け力
をワークに与えるようなことができることにな
り、コンテイニユアスラインにおいて各種の作業
をコンベアの移動に追従させながら行なわせるこ
とが容易に実現できる。

さらに、指令値制御手段として接点容量が小さ
く小型で安価な電磁リレー等を用いることがで
き、それによつて接点のメンテナンス回数を少な
くできるばかりか、接点の切換時に突入電流がモ
ータに流れることがないため、その防止対策を施
さずに済む。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す制御装置の
ブロツク構成図、第２図はこの発明を適用する垂
直多関節型ロボツトの構成及びその作業の説明に
供するロボツトまわりの外観図、第３図は同じく
そのロボツトの垂直関節軸に加わる重力のモーメ
ントを説明するための模式図、第４図は第１図に
おける重力バランス補償回路５０の具体例を示す
ブロツク回路図、第５図は第４図におけるCPU
５１の動作例を示すフロー図、第６図は第１図に
おける中央処理装置２３の動作例を示すフロー図
である。１……垂直多関節型ロボツト、３……腰軸、
４，１０，１１……DCサーボモータ、５……第
１アーム、６……肘軸、７……第２アーム、８…
…手首軸、９……ハンド、１３……エアシリン
ダ、１４……ナツトランナ、１５，１６……リミ
ツトスイツチ、１７……コンテイニユアスコンベ
ア、１８……ワーク、１９……ボルト、２０……
ボルト通過検知器、２３……中央処理部、２９，
３９……タコジエネレータ、３０，４０……ポテ
ンシヨメータ、４５……指令値制御回路、４６…
…切換回路、５０……重力バランス補償回路。

Claims

【特許請求の範囲】１速度指令系から出力される速度指令値と速度
検出系から出力される速度フイードバツク値との
偏差に基づく指令値に応じて、各可動部のモータ
の駆動電流を制御する垂直多関節型ロボツトの制
御装置において、前記各可動部の姿勢に応じて、該各可動部の垂
直関節軸に加わる重力モーメントを算出し、算出
された重力モーメントに抗し得る軸トルクを発生
させるための補償指令値を出力する重力バランス
補償回路と、前記指令値が零となるような前記速度指令値に
対応する速度疑似値と速度フイードバツク値に対
応するフイードバツク疑似値とをそれぞれ出力す
る疑似値出力手段と、前記指令値または前記補償指令値に基づいて前
記各可動部のモータに駆動電流を供給する電流供
給回路と、作動信号が出力されている場合には、前記速度
指令系と速度検出系とを切り離して、前記疑似値
出力手段に接続するとともに前記重力バランス補
償回路を前記電流供給回路に接続し、前記速度疑
似値と前記フイードバツク疑似値との偏差に基づ
く零の指令値と補償指令値とを前記電流供給回路
に与える一方、不作動信号が出力されている場合
には、前記疑似値出力手段を切り離して、前記速
度指令系と速度検出系とに接続するとともに前記
重力バランス補償回路を前記電流供給回路から切
り離し、前記速度指令値と前記フイードバツク値
との偏差に基づく指令値を前記電流供給回路に与
える指令値制御回路と、前記指令値制御回路に作動信号または不作動信
号を選択的に出力する切換回路とを有することを
特徴とする垂直多関節型ロボツトの制御装置。