JPH0825260A - 産業用ロボットの撓み補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特にアームの先端に大きな荷重がかかるバリ
取り作業等に使用する産業用ロボットのアームの撓みを
補正する。 【構成】 制御装置により制御される産業用ロボットの
複数の関節のそれぞれについて、関節を駆動するモータ
に流れる電流値と（２１）、アームの動作状態により予
め設定された補正係数より、ロボットの各動作状態にお
けるモータに接続された減速機にかかるトルクを算出す
る手段と（２８）、この算出された減速機のトルクと減
速機のバネ定数よりアームの各関節の撓み量を算出する
手段と（２）、を備え、この算出されたアームの各関節
の撓み量より、制御装置により指令される各関節の指令
角度を補正する（３０）。さらに、ティーチングプレイ
バック方式により各関節の指令角度を設定する場合は、
算出されたアームの各関節の撓み量を補正した関節角度
を指令角度として制御装置のメモリーに記録するように
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボット（以下
「ロボット」と記す）を用いてバリ取り等の作業を行う
場合の、ロボットアームの撓み補正方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】一般に、複数の工作機械より構成された
生産ラインではバリ取り専用機を切削加工機の後ろに配
設したり、トランスファマシンでは切削ユニットの後に
バリ取りユニットを設けたりしている。これらの生産設
備のほとんどは少品種大量生産用のものであるため、こ
れに使用されるバリ取り専用機やバリ取りユニットも比
較的単純な機構の装置で対応できる。しかし、近年、生
産ラインのフレキシブル化の推進による多品種生産に対
応するため、ロボットにバリ取り工具を持たせてバリ取
り作業を行う方法が導入され始めている。

【０００３】ロボットにバリ取り作業を行わせる利点
は、プログラミング手段により多品種生産への対応が容
易なこと、工作機械と比較してロボット本体の大きさに
対する可動範囲が大きいため本体の設置面積が小さくて
済むこと、バリ取り専用機と比較して一般に安価である
こと等がある。しかし、一般にロボットは関節の駆動部
に使用される減速機（以下「減速機」と記す）の剛性が
低いので、バリ取り工具を被加工物に対して強い力で押
し付けると、反力によりロボットのアームの関節が撓ん
でしまい（以下、このロボットのアームの関節の撓みを
「アームの撓み」と記す）、またアーム先端に取り付け
られているバリ取り工具やこれを把持するチャックの重
量によっても同様にアームが撓んでしまう。このためバ
リ取り工具の位置決め精度が悪くなり、高精度が要求さ
れる加工では使用できず、精度が比較的ラフな使用に用
途が限定されていた。

【０００４】アームの剛性を上げるためには、アームの
機構を関節型ではなく直交座標型とすることが考えられ
るが、これでは可動範囲が小さくなり工作機械のバリ取
り専用機と大差がなくなる。また、高剛性の減速機の使
用はロボット本体の大型化とコストの上昇を招くことに
なる。

【０００５】そこで、アームの撓みを補正する方法とし
て、特開平４−２３３６０２号公報では、アームの先端
位置（工具先端位置）の指令値に対応するロボットの姿
勢からロボットの各軸にかかる関節トルクを求め、この
関節トルクより各軸の撓み量として撓み角を求め、この
各軸の撓み角より各軸に対する指令値の補正量を求める
方法が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法は、
ロボットの姿勢から関節トルクを求めているため、アー
ムが静止している状態即ち静的状態における重力の影響
によるアームの撓みしか考慮されておらず、アームが動
いている状態や被加工物にアームを押し付けている状
態、即ち動的状態でのアームの撓みを考慮したものでは
ない。したがって、この方法は、アームの重量が軽く、
かつ、アームの移動速度が遅く、しかもアーム先端にか
かる荷重が小さい、例えばスポット溶接等の用途におい
ては有効であるが、バリ取り作業のように長時間アーム
の先端に荷重がかかり、かつ、高精度が要求される作業
には適用できないという問題があった。

【０００７】本発明の目的は、特にアームの先端に大き
な荷重がかかるバリ取り作業等に使用する産業用ロボッ
トの位置決めを高精度に行わせることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、上述
した従来技術の課題を解決するために、アームの先端に
取り付けられた工具により被加工物に対して所定の加工
を行う多関節型の産業用ロボットのアームの撓みを補正
する方法において、制御装置により制御される産業用ロ
ボットの複数の関節のそれぞれについて、関節を駆動す
るモータに流れる電流値と、アームの動作状態により予
め設定された補正係数より、ロボットの各動作状態にお
けるモータに接続された減速機にかかるトルクを算出す
る手段と、この算出された減速機のトルクと減速機のバ
ネ定数よりアームの各関節の撓み量を算出する手段と、
を備え、この算出されたアームの各関節の撓み量より、
制御装置により指令される各関節の指令角度を補正する
ことを特徴とする産業用ロボットの撓み補正方法を提供
するものである。

【０００９】また、前記のアームの各動作状態による各
モータ毎の補正係数はそれぞれ、アームの動作中は１．
００、アームを下から上へ上げて停止保持した場合はア
ームの動作中のモータ電流値を１．００としたときのア
ームを下から上へ上げて停止保持した場合の電流値の
比、アームを上から下へ降ろして停止保持した場合はア
ームの動作中のモータ電流値を１．００としたときのア
ームを上から下へ降ろして停止保持した場合の電流値の
比、とした。

【００１０】さらに、ティーチングプレイバック方式に
より各関節の指令角度を設定する場合は、算出されたア
ームの各関節の撓み量を補正した関節角度を制御装置の
メモリーに記録するようにした。

【００１１】

【作用】本発明における産業用ロボットの撓み補正方法
によれば、一般の産業用ロボットを使用し高精度の加工
を行う場合でも、ロボットの各関節を駆動するモータに
流れる電流値をそれぞれ検出し、その電流値から各減速
機にかかるトルクを計算する際に、ロボットの動作状態
によってトルクの計算値を補正し、この補正されたトル
クの計算値と減速機のバネ定数からアームの撓み量が求
められるので、アームの撓み量を補正した工具先端位置
をロボットへ指令することが可能となる。

【００１２】また、予め各モータ毎に実際のアーム動作
により算出した補正係数を検出された各モータの電流値
に乗じるようにしたので、アームの動作状態により異な
る各減速機にかかるトルクを正確に算出することが可能
となる。

【００１３】さらに、ティーチングプレイバック方式に
より各関節の指令角度を設定する場合は、算出されたア
ームの各関節の撓み量を補正した関節角度を制御装置の
メモリーに記録するようにしたので、ティーチングされ
たプログラムの再現時の位置決め精度の向上を図ること
もできる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は、制御装置４により制御されるロボット
のアーム１の先端にバリ取り工具（以下「工具」と記
す）２を取り付けて、被加工物３に対してバリ取りを行
うシステムの概略を示している。

【００１５】図２は本発明の構成を示すブロック図であ
る。ロボット制御装置４はＣＰＵ５によって制御され、
ＣＰＵ５はメモリー６からプログラムデータや撓み補正
に必要な各種データを読みとり位置制御部７へ指令す
る。位置制御部７は、モータ１０に接続されたエンコー
ダ１１により検出されたロボットの現在の関節角度とし
ての位置フィードバックと、電流検出器９により検出さ
れたモータ１０に流れる電流値としての電流フィードバ
ックと、ＣＰＵ５からの位置指令より、アーム１の撓み
量を算出し、撓み補正を行った後の速度指令を速度・電
流制御部８へ指令する。速度・電流制御部８は位置制御
部７から伝達された速度指令とエンコーダ１１からの位
置フィードバックと電流検出器９からの電流フィードバ
ックよりモータ１０に流す駆動電流を算出し、モータ１
０へ指令する。モータ１０は速度・電流制御部８から伝
達された駆動電流に基づき駆動され、減速機１２を介し
てアーム１を駆動する。

【００１６】なお、図２はロボット制御装置４により制
御される関節が１つの場合を示しているが、制御される
関節が複数の場合はモータ、エンコーダ、及び減速機の
数も関節の数だけ増えることになる。

【００１７】さて、撓み補正を行わない従来技術では図
８及び図９に示すように、位置制御部７では、エンコー
ダ１１により検出された位置フィードバックとＣＰＵ５
からの位置指令より算出された速度指令が速度・電流制
御部８へ指令するようにされている。しかし、本発明で
は図３に示すように、補正量計算部１３が電流検出器９
からの電流フィードバックよりアームの撓み角を補正量
として算出し、この補正量がＣＰＵ５からの位置指令に
加算され、この値とエンコーダ１１からの位置フィード
バックとの差が速度指令として速度・電流制御部８へ出
力するようにされている。よって、電流検出器９からの
電流フィードバックより算出されたアームの撓み角が速
度・電流制御部８へ指令する速度指令に補正量として加
算されるようになるので、速度・電流制御部８はアーム
の撓みを考慮した駆動電流をモータ１０へ指令できるよ
うになる。

【００１８】次に、補正量計算部１３において行われる
本発明の撓み補正量の算出方法について述べる。被加工
物３をバリ取りする座標位置が座標値を直接入力して設
定される場合、その座標値にロボットの位置を実現する
ための関節角度をＨｎとし、関節角度Ｈｎに関節を移動
するように指令すると、重力と被加工物３からの加工反
力が減速機１２にかかり、ΔＨｎの角度だけアーム１が
撓んでしまう。この時のモータ１０に流れる電流値を検
出すれば減速機１２にかかるトルクを近似的に計算でき
るが、機械系の摩擦の影響により、モータ１０に流れる
電流値は図６に示すように、アーム１を上から下へ降ろ
して停止保持した場合と、図７に示すようにアーム１を
下から上へ上げて停止保持した場合とでは、保持電流が
大きく異なり、一般にはアーム１を下から上へ上げて停
止保持した場合の方が保持電流が大きくなる。

【００１９】そこで、式（１）に示すように電流検出器
９により検出された電流値Ｉに補正係数Ｋａを掛け、モ
ータ電流Ｉａを算出する。補正係数Ｋａの値はアーム１
の動作中は１．００とするが、アーム１を下から上へ上
げて停止保持した場合はＫｂとし、アーム１を上から下
へ降ろして停止保持した場合はＫｃとする。このＫｂ、
Ｋｃはそれぞれアーム１の動作中のモータ電流値を１．
００としたときの、アーム１を下から上へ上げて停止保
持した場合の電流値の比、アーム１を上から下へ降ろし
て停止保持した場合の電流値の比であり、また、各関節
により固有の数値であるため、予め実際のアーム動作に
より求めておく必要がある。

【００２０】

【数１】

【００２１】このとき減速機１２にかかるトルクＴは式
（１）より求められたモータ電流Ｉａと、モータ１０の
トルク定数Ｋｔ、減速機１２の減速比Ｒ、及び減速機１
２の効率ηから、式（２）に示すようになる。

【００２２】

【数２】

【００２３】したがって、アーム１の撓み量としての撓
み角ΔＨｎは減速機１２のバネ定数をＫとすると式
（３）に示すようになる。

【００２４】

【数３】

【００２５】よって、図４及び式（４）に示すように、
ＣＰＵ５から指令される関節角度Ｈｎに式（３）より求
められた撓み角ΔＨｎだけ補正した関節角度Ｈｎ′を位
置制御部７から指令することにより、ＣＰＵ５から指令
される関節角度Ｈｎを実際のアーム動作において実現す
ることができるようになる。

【００２６】

【数４】

【００２７】次に、ロボットの位置を実際にロボットを
動かして教示するティーチングプレイバック方式におけ
る撓み補正方法について説明する。図５に示すように、
ロボットを教示位置として関節角度Ｈａまで動かした場
合、実際にはアームの撓みがあるので、モータ１０は関
節角度Ｈａ′で保持していることになる。エンコーダ１
１からは関節角度Ｈａ′が位置制御部４に出力されてい
るので、このままではメモリー６には関節角度Ｈａ′が
記録されてしまう。そこで前述と同様に、式（１）乃至
式（３）を用いて撓み角ΔＨａを算出し、式（５）に示
すように、エンコーダ１１で検出された関節角度Ｈａ′
と算出された撓み角ΔＨａの差より求められた関節角度
Ｈａを教示位置としてメモリー６に記録するようにす
る。

【００２８】

【数５】

【００２９】これによって、メモリー６にはアーム１の
撓みに影響されない関節角度が記録されるので、アーム
動作の再生時には再び式（１）乃至式（４）を用いた同
様の補正を行うことにより、ティーチングした位置を再
現することができるようになる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、ロボットの各関節を駆
動するモータに流れる電流値をそれぞれ検出し、その電
流値から各減速機にかかるトルクを計算する際に、ロボ
ットの動作状態によってトルクの計算値を補正し、この
補正されたトルクの計算値と減速機のバネ定数からアー
ムの撓み量を求め、アームの撓み量を補正した工具先端
位置をロボットへ指令することが可能となったので、バ
リ取り等の大きな荷重がかかる作業にロボットを使用す
る場合でも、減速機の剛性を特に高めることなく高精度
の位置決めを行わせることができるようになった。

【００３１】また、ティーチングプレイバック方式によ
り各関節の指令角度を設定する場合は、算出されたアー
ムの各関節の撓み量を補正した関節角度を制御装置のメ
モリーに記録するようにしたので、ティーチングされた
プログラムの再現時の位置決め精度も向上することにな
った。

【００３２】さらに、本発明の構成では本発明の目的を
達成するための新たな外部機器は付加されていないの
で、コストアップすることなしに、現状の制御装置のわ
ずかな改良のみでアームの撓み補正が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるバリ取りを行うシステ
ムの概略を示す図である。

【図２】本発明の制御装置の構成を示すブロック図であ
る。

【図３】本発明の制御装置内の位置制御部の構成を示す
ブロック図である。

【図４】ＣＰＵ５から指令された関節角度Ｈｎ、算出さ
れた撓み角ΔＨｎ、及び補正された関節角度Ｈｎ′の関
係を表す図である。

【図５】エンコーダ１１において検出された関節角度Ｈ
ａ′、算出された撓み角ΔＨａ、及び教示位置として記
録された関節角度Ｈａの関係を表す図である。

【図６】アーム１を上から下へ降ろして停止保持した状
態を示す図である。

【図７】アーム１を下から上へ上げて停止保持した状態
を示す図である。

【図８】従来の制御装置の構成を示すブロック図であ
る。

【図９】従来の制御装置内の位置制御部の構成を示すブ
ロック図である。

【図１０】本発明のアームの撓み量の算出方法を示すフ
ローチャートである。

【符号の説明】

１ ロボットのアーム ２ 工具 ３ 被加工物 ４ 制御装置 ６ メモリー 11 モータ 12 減速機

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アームの先端に取り付けられた工具により
   被加工物に対して所定の加工を行う多関節型の産業用ロ
   ボットのアームの撓みを補正する方法において、制御装
   置により制御される前記産業用ロボットの複数の関節の
   それぞれについて、該関節を駆動するモータに流れる電
   流値とアームの動作状態により予め設定された補正係数
   よりロボットの各動作状態における前記モータに接続さ
   れた減速機にかかるトルクを算出する手段と、該算出さ
   れた減速機にかかるトルクと該減速機のバネ定数よりア
   ームの各関節の撓み量を算出する手段と、を備え、該算
   出されたアームの各関節の撓み量より前記制御装置によ
   り指令される各関節の指令角度を補正することを特徴と
   する産業用ロボットの撓み補正方法。
2. 【請求項２】前記アームの動作状態により予め設定され
   た補正係数はそれぞれ、前記アームの動作中は１．０
   ０、前記アームを下から上へ上げて停止保持した場合は
   アームの動作中のモータ電流値を１．００としたときの
   アームを下から上へ上げて停止保持した場合の電流値の
   比、前記アームを上から下へ降ろして停止保持した場合
   はアームの動作中のモータ電流値を１．００としたとき
   のアームを上から下へ降ろして停止保持した場合の電流
   値の比、とすることを特徴とする請求項１記載の産業用
   ロボットの撓み補正方法。
3. 【請求項３】ティーチングプレイバック方式により前記
   各関節の指令角度を設定する場合は、前記算出されたア
   ームの各関節の撓み量を補正した関節角度が前記制御装
   置のメモリーに記録されることを特徴とする請求項１記
   載の産業用ロボットの撓み補正方法。