JPH07200016A - 産業用ロボットの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 予め定められる許容作動範囲の限界を示す領
域が重複していても、軸要素が衝突する前にロボットを
停止させることができ、これにより軸要素の衝突を回避
することができる産業用ロボットの制御方法を提供す
る。 【構成】 作動領域が重複している軸要素を有し、所定
の制御周期毎に制御信号を出力して軸要素の作動を制御
する場合に、今回の制御周期に動作させようとする軸要
素の動作位置に対応する位置データＸ１、Ｘ２を基に相
互間の距離Ｄを求め（Ｓ３）、前記軸要素間の距離Ｄが
許容距離Ｌより大きい場合にはその動作を許容し、小さ
い場合には今回の指令位置を前回の動作位置Ｘ１′、Ｘ
２′で置き換えることによりその動作を禁止する（Ｓ
６）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、所定の制御周期毎に制
御信号を出力して軸要素の作動を制御する産業用ロボッ
トの制御方法に関し、特に複数の軸要素の作動領域が重
複していて衝突する虞れがある場合の産業用ロボットの
制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に産業用ロボットにおいては、例え
ば軸要素自体に動き得る機械的な限界がある場合と、使
用上の理由により外部から軸要素の作動範囲を限定する
必要がある場合等には、ロボットを駆動制御する際に、
各軸要素の位置がその動作範囲の限界を超えないように
制御する必要がある。

【０００３】そして、この場合の制御としては、例えば
以下に示すようなシステムが知られている（特開平５−
６１５１４号）。図４は従来のロボットの制御方法を示
すブロック図、図５は同じくその許容限界判定回路１２
の処理手順を示すフローチャート図である。即ち、図４
に示すように、動作指令回路１１から指令位置信号が出
力されると、許容限界判定回路１２がその動作位置が許
容されるものか否かを判定し、許容限界範囲内である場
合は、許可された指令位置を出力する。サーボ制御回路
１３はこの指令位置信号を入力し、駆動指令信号を駆動
手段１４に出力する。駆動手段１４はその駆動の結果得
られた動作位置をサーボ制御回路１３にフィードバック
する。

【０００４】許容限界判定回路１２においては、図５に
示すように、先ず、動作指令回路１１からの指令位置Ｘ
ｃを読み込む（ステップ１）。次いで、動作位置の所定
の限界値＋Ｍ，−Ｍを読み込む（ステップ２）。そし
て、−Ｍ≧Ｘｃ≧＋Ｍか、否かを判定し、ＹＥＳであれ
ば、指令位置Ｘｃをそのままサーボ回路１３に送出する
（ステップ４）。一方、ステップ１３における判定結果
がＮＯである場合は、指令位置Ｘｃに替えて＋Ｍ（Ｘｃ
＞＋Ｍの場合）又は−Ｍ（Ｘｃ＜−Ｍの場合）をサーボ
回路１３に出力する。

【０００５】このように構成された図４及び図５に示す
システムでは、ロボットの動作中たえず各軸要素の動作
指令値をチェックし、予め定められた許容作動範囲限界
値と比較してその限界値を超えようとするか否か、また
超えた場合は、その動作指令値を限界値に置き換えてそ
の限界値と対応する位置にてロボットを停止させるよう
に制御している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来の制御システムでは、例えば、産業用ロボッ
トが複数の軸要素を有していてその作動領域が重複して
おり、相互に衝突する虞れがある場合、各軸要素に対し
て夫々の許容作動範囲の全域にわたって動作させようと
すれば、作動範囲が重複している部分で軸要素が衝突す
る虞れがある。

【０００７】また、軸要素の衝突を虞れて、軸要素が衝
突する虞れのある範囲を避けて許容作動範囲の限界を設
定すれば、ロボットの持つ作動領域を有効に活用できな
くなるという難点がある。

【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、その第１の目的は、予め定められる許容作
動範囲の限界を示す領域が重複していても、軸要素が衝
突する前にロボットを停止させることができ、これによ
り軸要素の衝突を回避することができる産業用ロボット
の制御方法を提供することにある。

【０００９】また、本発明の第２の目的は、軸要素が衝
突しないように指令位置信号を生成したとしても、暴走
等の原因によって軸要素が衝突する方向に動作する虞れ
がある場合は、軸要素のフィードバック位置に基づいて
実際の相互間距離を計算し、前記軸要素が衝突する前に
ロボットを停止させることができ、これにより軸要素の
衝突を回避することができる産業用ロボットの制御方法
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の産業
用ロボットの制御方法は、作動領域が重複している複数
の軸要素を有し、所定の制御周期毎に制御信号を出力し
て前記軸要素の作動を制御する産業用ロボットの制御方
法において、今回の制御周期に動作させようとする前記
軸要素の動作位置に対応する位置データを基に相互間の
距離を求め、前記軸要素間の距離が許容距離より大きい
場合にはその動作を許容し、小さい場合にはその動作を
禁止するようにしたことを特徴とする。

【００１１】本発明に係る第２の産業用ロボットの制御
方法は、作動領域が重複している複数の軸要素を有し、
所定の制御周期毎に制御信号を出力して前記軸要素の作
動を制御する産業用ロボットの制御方法において、今回
の制御周期における前記軸要素のフィードバック位置の
間の距離を求め、前記軸要素間の距離が許容距離より大
きい場合にはその動作を許容し、小さい場合にはその動
作を禁止するようにしたことを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明においては、所定の制御周期毎に制御信
号を出力して軸要素を作動制御する産業用ロボットにお
いて、特に複数の軸要素の作動領域が重複していて、相
互に衝突する虞れがある場合に、制御周期毎に、衝突す
る虞れがある軸要素の動作指令値による距離を求め、そ
の距離が予め設定した許容最小距離より小さくならない
ように、この許容最小距離に一致した時、又は許容最小
距離より小さくなった時に、許容作動範囲限界内であっ
てもロボットを停止させるようにした。

【００１３】また、軸要素が衝突しないように指令位置
信号を生成したとしても、暴走等の原因によって軸要素
が衝突する方向に動作する虞れがある場合は、制御周期
毎に衝突する虞れがある軸要素のフィードバック位置に
よる距離を求め、その距離が予め設定した許容最小距離
より小さくならないように、この許容最小距離に一致し
た時、又は許容最小距離より小さくなった時に、許容作
動範囲限界内であってもロボットを停止させるようにし
た。

【００１４】このように、本発明によれば、所定の制御
周期毎に制御信号を出力して軸要素を作動制御する直交
型産業用ロボット、特に複数軸の作動領域が重複してい
て衝突する虞れのある軸要素を持つ産業用ロボットの制
御に、上述の制御方法を適用することにより、各軸要素
に対して夫々の許容作動範囲全域に亘って動作させた場
合でも、その軸要素の衝突を未然に回避することができ
る。

【００１５】

【実施例】以下、添付の図面を参照して、本発明の実施
例について具体的に説明する。図１は本発明の実施例に
係る産業用ロボットの制御方法を示す直交型産業用ロボ
ットの要部の概略構成ブロック図、図２はその制御方法
における処理手順を示すフローチャート図である。

【００１６】この実施例に係る直交型産業用ロボットの
構造は、図１に示すように、従来の直交型産業用ロボッ
トとほぼ同様である。即ち、例えば、スライド軸１とス
ライド軸２が基台３に対してスライド可能に支持されて
いる。そして、スライド軸１はサーボモータ５により駆
動され、このサーボモータ５にはその回転量によりスラ
イド軸１の位置を検出するエンコーダ４が装着されてい
る。

【００１７】また、同様に、スライド軸２もサーボモー
タ８により駆動されるようになっており、このサーボモ
ータ８にもその回転量によりスライド軸２の位置を検出
するエンコーダ７が装着されている。

【００１８】各エンコーダ４及びエンコーダ７は、各種
のメモリ、ＣＰＵ及びインターフェイス等を備えた制御
回路１０に接続されており、サーボモータ５はドライバ
６を介して、またサーボモータ８はドライバ９を介し
て、いずれも制御回路１０に接続されている。そして、
制御回路１０は所定の周期毎にドライバ６、９に駆動信
号を出力し、この駆動信号に基づいてドライバ６、９は
夫々サーボモータ５、８を所定の方向に所定量回転駆動
する。これにより、スライド軸１及びスライド軸２は、
この所定の制御周期毎に出力される制御信号に基づいて
作動制御される。

【００１９】次に、上述の如く構成される直交型産業用
ロボットにおいて、そのスライド軸１及びスライド軸２
の間の許容距離限界に対する許容限界判定を行う際の制
御回路１０の動作手順について、図１の他に図２のフロ
ーチャートも参照して説明する。

【００２０】但し、前回の制御周期で動作させられたス
ライド軸１の動作位置に対応する位置データをＸ１′、
前回の制御周期で動作させられたスライド軸２の動作位
置に対応する位置データをＸ２′、今回の制御周期で動
作させようとするスライド軸１の指令位置に対応する位
置データをＸ１、今回の制御周期で動作させようとする
スライド軸２の指令位置に対応する位置データをＸ２、
今回の制御周期で動作させようとするスライド軸１及び
スライド軸２の指令位置間の距離をＤ、指令位置間の距
離を考慮して最終的に指令位置として出力するスライド
軸１及びスライド軸２の動作位置に関する許容最小距離
をＬとする。

【００２１】この場合に、許容最小距離Ｌは例えば次の
ように定める。即ち、 （１）ツール寸法等を考慮して定めたスライド軸１とス
ライド軸２との間の物理的な衝突距離と、スライド軸１
とスライド軸２の双方が許容された最高速度で接近し、
そこから減速停止するまでに要する距離とを加えた距離
をＬとする。

【００２２】（２）例えば、ツールとして塗装用の高圧
霧化静電ガンを使用した場合は、スライド軸１とスライ
ド軸２に夫々取り付けたガンが接近しすぎると、高圧異
常を起こすため、この高圧異常を起こさない限界距離を
Ｌとする。

【００２３】先ず、ステップＳ１において、今回の指令
位置に対応する位置データＸ１及びＸ２が読み込まれる
と共に、ステップＳ２において、所定の距離限界値とし
て動作位置間の許容最小距離Ｌが読み込まれる。

【００２４】そして、ステップＳ３において、位置デー
タＸ１及びＸ２の間の距離Ｄが求められ、ステップＳ４
において、距離Ｄと許容最小距離Ｌとの比較がなされ
る。そして、上記ステップＳ４において、距離Ｄが許容
最小距離Ｌよりも小さいと判断された場合（ＹＥＳ）、
距離が小さすぎるものとして、ステップＳ５において前
回制御周期の位置データＸ１′及びＸ２′が読み込ま
れ、ステップＳ６において、今回指令位置として出力す
べき位置データＸ１及びＸ２が前回制御周期の位置デー
タＸ１′及びＸ２′で置き換えられる。これにより、現
在位置におけるスライド軸１、２の間の距離が許容最小
距離よりも小さくなる方向への動作が禁止される。ま
た、この場合、ステップＳ７において、外部に対してエ
ラーメッセージを出力することにより、距離Ｄが許容最
小距離Ｌより小さくなる方向へ動作しようとしたことを
通知する。

【００２５】他方、上記ステップＳ４において、距離Ｄ
が許容最小距離Ｌよりも大きいと判断された場合（Ｎ
Ｏ）には、スライド軸１及びスライド軸２の間の距離Ｄ
が十分大きいものとして、位置データＸ１及びＸ２は今
回の指令位置に対応する位置データとして許容される。

【００２６】上述のようにして新たな位置データＸ１及
びＸ２が設定されると、ステップＳ７において、この位
置データＸ１及びＸ２は次回の制御周期時における位置
データＸ１′及びＸ２′として使用するために一時記憶
される。

【００２７】以上の処理によって、制御周期毎の指令位
置間の距離Ｄが最小許容距離Ｌより小さくなることを防
止することはできる。しかし、暴走等の原因によって、
軸要素が指令位置より更に距離Ｄが小さくなる位置へ動
作してしまった場合、軸要素のフィードバック位置に基
づいて実際の距離を計算し、上記現象を認識した結果、
これを異常としてロボットの動作を禁止する必要があ
る。その処理を図３のフローチャート図に基づいて説明
する。

【００２８】但し、前回の制御周期におけるスライド軸
１のフィードバック位置をＦ１′、前回の制御周期にお
けるスライド軸２のフィードバック位置をＦ２′、今回
の制御周囲におけるスライド軸１のフィードバック位置
をＦ１、今回の制御周期におけるスライド軸２のフィー
ドバック位置をＦ２、今回の制御周期におけるスライド
軸１及び軸２のフィードバック位置間の距離をＤ′、フ
ィードバック位置間の距離に対する許容最小距離Ｌ′と
する。

【００２９】先ず、ステップＳ１において、今回の制御
周期におけるフィードバック位置Ｆ１及びＦ２が読み込
まれると共に、ステップＳ２において、所定の距離限界
値としてフィードバック位置間の許容最小距離Ｌ′が読
み込まれる。

【００３０】そして、ステップＳ３において、フィード
バック位置Ｆ１及びＦ２の間の距離Ｄ′が求められ、ス
テップＳ４において、上記距離Ｄ′と許容最小距離Ｌ′
とが比較される。そして、上記ステップＳ４において、
距離Ｄ′が許容最小距離Ｌ′よりも小さいと判断された
場合（ＹＥＳ）、距離が小さすぎるものとして異常とし
て扱い、ステップＳ５において、強制的にサーボ電源を
ＯＦＦにする。即ち、フィードバック位置に基づくスラ
イド軸１、２の間の距離が許容最小距離Ｌ′よりも小さ
くなる方向への動作が禁止される。また、この場合、ス
テップＳ６において外部に対してエラーメッセージを出
力することにより、距離Ｄ′が許容最小距離Ｌ′より小
さくなる方向へ動作しようとしたことを通知する。

【００３１】他方、上記ステップＳ４において、距離
Ｄ′が許容最小距離Ｌ′よりも大きいと判断された場合
（ＮＯ）には、スライド軸１及びスライド軸２の間の距
離Ｄ′が十分大きいものとして、上述の異常処理を行わ
ない。

【００３２】本実施例に係る産業用ロボットの制御方法
は上述の如く構成されているため、例えばスライド軸１
及びスライド軸２の許容作動範囲が重複していても、衝
突を回避しながら安全に許容作動範囲の全域を動作する
ことができる。

【００３３】なお、本実施例においては、スライド軸１
及びスライド軸２に対して制御を行う場合を例に説明し
たが、このシステムは、上述のようなスライド軸１及び
スライド軸２のみならず、許容作動範囲が重複する他の
軸要素に対しても適用し得ることはいうまでもない。

【００３４】また、以上の説明は、複数軸の作動領域が
重複していて衝突する虞れがある軸要素を有する直交型
産業用ロボットに関するものであるが、許容作動範囲が
重複する軸要素を有する関節型産業用ロボットに対して
も適応し得ることはいうまでもない。

【００３５】

【発明の効果】本発明に係る産業用ロボットの制御方法
は、上述したように構成されているため、許容作動範囲
が重複している軸要素が存在しても、衝突を回避しなが
ら安全に許容作動範囲の全域を動作することができる。
また、軸要素が衝突しないように指令位置信号を生成し
たとしても、暴走等の原因によって軸要素が衝突する方
向に動作する虞れがある場合は、軸要素のフィードバッ
ク位置に基づいて実際の相互間距離を計算することによ
り、前記軸要素が衝突する前にロボットを停止させるこ
とができ、これにより軸要素の衝突を回避することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る産業用ロボットの制御方
法を実施することができる直交型産業用ロボットの要部
を示す概略構成ブロック図である。

【図２】本実施例方法として、指令位置による制御を行
う場合の処理手順を示すフローチャート図である。

【図３】本発明の他の実施例方法として、フィードバッ
ク位置による制御を行う場合の処理手順を示すフローチ
ャート図である。

【図４】従来の産業用ロボットの制御システムを示す概
略構成ブロック図である。

【図５】同じくこの従来の産業用ロボットにおける許容
限界判定回路の処理手順を示すフローチャート図であ
る。

【符号の説明】

１、２；スライダ軸 ３；基台 ４、７；エンコーダ ５、８；サーボモータ ６、９；ドライバ １０；制御回路 Ｓ１〜Ｓ７；処理ステップ １１；動作指令回路 １２；許容限界判定回路 １３；サーボ制御回路 １４；駆動手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村田 剛彦 愛知県豊橋市三弥町字中原１−２ 株式会 社神戸製鋼所豊橋ＦＡ・ロボットセンター 内 (72)発明者 四方田 正彦 愛知県豊橋市三弥町字中原１−２ 株式会 社神戸製鋼所豊橋ＦＡ・ロボットセンター 内 (72)発明者 石黒 恭生 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作動領域が重複している軸要素を有し、
   所定の制御周期毎に制御信号を出力して前記軸要素の作
   動を制御する産業用ロボットの制御方法において、今回
   の制御周期に動作させようとする前記軸要素の動作位置
   に対応する位置データを基に相互間の距離を求め、前記
   軸要素間の距離が許容距離より大きい場合にはその動作
   を許容し、小さい場合にはその動作を禁止するようにし
   たことを特徴とする産業用ロボットの制御方法。
2. 【請求項２】 作動領域が重複している複数の軸要素を
   有し、所定の制御周期毎に制御信号を出力して前記軸要
   素の作動を制御する産業用ロボットの制御方法におい
   て、今回の制御周期における前記軸要素のフィードバッ
   ク位置の間の距離を求め、前記軸要素間の距離が許容距
   離より大きい場合にはその動作を許容し、小さい場合に
   はその動作を禁止するようにしたことを特徴とする産業
   用ロボットの制御方法。