JPH09114509A

JPH09114509A - ロボットの制御方法

Info

Publication number: JPH09114509A
Application number: JP27316195A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Takahashi; 真義高橋
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1995-10-20
Publication date: 1997-05-02

Abstract

(57)【要約】【課題】マニピュレータ等の内部機構に発生する異常
を早急に検出することができるロボットの制御方法を提
供する。【解決手段】所定時間毎に、モータが回転駆動する伝
達手段の駆動量に基づいて先端部Ｃと外界位置検出器３
とのずれを検出し、ずれが所定値を越えた場合にこれを
携帯型教示装置２ａに表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、教示データに従
って動作するロボットの制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現行のロボットにあっては、マニピュレ
ータ等の内部機構の異常を動作範囲、各軸の応答遅れに
よって検出し、また信号検出状態の異常をモータの位置
検出値（内界センサ）を基に検出している。一方、マニ
ピュレータ本体の異常は目視により検出している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記技術では、再生中
にマニピュレータの伝達機構、歯車の慣れ、あるいはベ
ルトの緩みや伸び等による歯飛びにより位置ずれを起こ
しても、これを検出できなかった。このため、ロボット
の歯車の歯こぼれやベルトの損傷を防ぐ手段はなく、事
故を未然に防ぐことはできなかった。

【０００４】この発明は、このような背景の下になされ
たもので、マニピュレータ等の内部機構に発生する異常
を早急に検出することができるロボットの制御方法を提
供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１に記載の発明にあっては、マニピュレ
ータと前記マニピュレータの動きを制御するとともに表
示手段と有する制御手段と前記マニピュレータの所定の
位置に設けられた基準点と前記基準点を検出する位置検
出手段とからなり教示データを繰り返し再生するロボッ
トの制御方法であって、所定時間毎に前記基準点と前記
位置検出手段とのずれを検出し、前記ずれが所定値を越
えた場合に、これを前記表示手段に表示することを特徴
とする。

【０００６】また請求項２に記載の発明にあっては、請
求項１に記載のロボットの制御方法では、前記マニピュ
レータは、１つあるいは複数のモータと、歯車等から構
成され前記モータの各々の回転駆動力を伝達する前記モ
ータと同数の伝達手段と、前記各モータが対応する伝達
手段を駆動した駆動量を検出する検出手段とからなり、
前記駆動量に基づいて前記伝達手段の歯飛びを検出する
ことを特徴とする。

【０００７】

【作用】この発明によれば所定時間毎に、モータが回転
駆動する伝達手段の駆動量に基づいて基準点と位置検出
手段とのずれを検出し、ずれが所定値を越えた場合にこ
れを表示手段に表示する。

【０００８】

【発明の実施の形態】

Ａ．構成以下、図面を参照して本発明の一実施の形態を説明す
る。図１は本発明の実施の形態にかかるロボットの制御
方法が適用されるロボットの構成図を示す構成図であ
る。

【０００９】図１において１は、Ａ軸およびＢ軸（とも
に後述）が回動可能に構成されたマニピュレータであ
り、２はこれを制御する制御装置である。また２ａは、
制御装置２に接続された携帯型教示装置である。この携
帯型教示装置２ａについて、以下に簡単に補足説明す
る。

【００１０】図１に示すようなマニピュレータ１は、例
えば塗装等の用途に用いられ、制御装置２とは一般に大
きく離間しており、これらの間は制御ケーブル等によっ
て接続される。

【００１１】このような構成の場合、例えば作業員等が
マニピュレータ１の動作手順を制御装置２に教示する際
に、作業員等はマニピュレータ１の近傍において、マニ
ピュレータ１の動作を確認しながら教示する必要があ
る。

【００１２】このため、制御装置２外に教示装置を設
け、この教示装置によって制御装置２に動作手順を教示
することになるが、既に述べたようにマニピュレータ１
を塗装等の用途に用いる場合、マニピュレータ１に近傍
に教示装置を取り付けることはできない。

【００１３】そこで、作業員等が携帯してマニピュレー
タ１のできる得る限り近傍に接近できるように携帯型教
示装置２ａを設け、この携帯型教示装置２ａと制御装置
２との間を、例えば制御ケーブルで接続する。

【００１４】携帯型教示装置２ａは、上述のような用途
に共するため、例えばＡ４大位の大きさの筐体に、液晶
やＬＥＤ等の表示装置（図示省略）とキーボード、なら
びにレバースイッチ（例えば、いわゆるジョイスティッ
ク）等の入力装置（図示省略）を設けて構成されてい
る。

【００１５】３は、例えばＣＣＤカメラ等を用いて外界
より位置を検出する外界位置検出器である。４は位置ず
れ検出装置であり、この位置ずれ検出装置４は記憶部５
と演算部６とから構成されている。

【００１６】図２は、マニピュレータ１の詳細な構成を
示す側断面図である。同図において７ａおよび７ｂは、
マニピュレータ１を形成するアームであり、アーム７ｂ
はアーム７ａの一端の下面部に回動自在に取り付けられ
ているが、これについては後述する。

【００１７】このアーム７ａの上面部には、モータ８ａ
とモータ８ｂとが取り付けられている。これらモータ８
ａおよび８ｂは、各々モータカバー９ａあるいは９ｂで
覆われている。モータ８ａのシャフトは、アーム７ａの
底部内面に取り付けられている減速器１０ａを回転駆動
する。この減速器１０ａ回転出力は、歯車１１ａを介し
て取り出される。

【００１８】アーム７ａの底部と支持部材１２ａとの間
に挟持されているベアリング１３によって回動自在に支
持されたシャフト１４ａ（Ａ軸）の上端には歯車１１ｂ
が取り付けられており、この歯車１１ｂは上述の歯車１
１ａと噛合している。なお、本実施の形態における歯車
１１ａと歯車１１ｂとの伝達比は、１：１である。上述
シャフト１４ａの他端（下端）は、ベース部材１５の上
端面に取り付けられており、これによってアーム７ａは
Ａ軸まわりに回動する。

【００１９】モータ８ｂのシャフトは、アーム７ｂの上
部内面に取り付けられている減速器１０ｂを回転駆動す
る。この減速器１０ｂの回転出力は、プーリ１６ａを介
して取り出される。

【００２０】アーム７ａの底部と支持部材１２ｂとの間
に挟持されているベアリング１３ａによって回動自在に
支持されたシャフト１４ｂ（Ｂ軸）の上端にはプーリ１
６ｂが取り付けられており、このプーリ１６ｂと上述の
プーリ１６ａとにはベルト１７が掛けられている。なお
本図においては省略したが、プーリ１６ａならびにプー
リ１６ｂは歯付きプーリであり、ベルト１７もこれに対
応して歯付きベルトである。

【００２１】なお、本実施の形態におけるモータ８ｂの
シャフトと、シャフト１４ｂのとの間の伝達比は、１：
１である。このシャフト１４ｂの他端（下端）は、アー
ム７ｂの上端面に取り付けられており、これによってア
ーム７ｂはＢ軸回りに回動する。

【００２２】図３は上述したマニピュレータ１の座標系
を示すモデル図であり、この図に基づいた数学モデルを
以下に述べる。マニピュレータ１のアーム７ｂの先端部
Ｃの座標Ｃ（ｘ,ｙ）は、次のように表される。ｘ＝ｌ1・cosθ1＋ｌ2・cos（θ1＋θ2）・・・（１）ｙ＝ｌ1・sinθ1＋ｌ2・sin（θ1＋θ2）・・・（２）また、θ1およびθ2に関して、 θ1＝θ1m／ｎ1 ・・・（３） θ2＝θ2m／ｎ2 ・・・（４）である。なおここでθ1mおよびθ2mは、各々モータ８ａ
あるいはモータ８ｂの回転位置、またｎ1およびｎ2は、
各々モータ８ａのシャフトからシャフト１４ａまでの減
速比あるいはモータ８ｂのシャフトからシャフト１４ｂ
までの減速比である。

【００２３】Ｂ．動作図４は、上述の実施の形態の動作を説明するフローチャ
ートである。以下に図４を参照して、同実施の形態にか
かる位置ずれ検出方法について説明する。まず制御装置
２は、携帯型教示装置２ａの図示しない入力装置から教
示データを読み込み、図示しないタイマカウンタを０に
する（ステップＳｔ１）。

【００２４】次に制御装置２は、携帯型教示装置２ａの
図示しない入力装置から検出用データを読み込み、マニ
ピュレータ１のアーム７ｂの先端部Ｃを位置ずれ検出位
置に移動する（ステップＳｔ２）。また、このときの先
端部Ｃの位置を外界位置検出器３により測定し、位置ず
れ検出部４の記憶部５に記憶する（ステップＳｔ３）。

【００２５】ここで制御装置２は、携帯型教示装置２ａ
の図示しない入力装置からスタート信号が入力されるま
で待機し（ステップＳｔ４）、スタート信号が入力され
たならば教示データの再生を開始する（即ち、マニピュ
レータ１を作動する：ステップＳｔ５）。以下は、教示
データの通常の再生動作であるので、簡単に説明する。

【００２６】制御装置２は、Ａ軸ならびにＢ軸のフィー
ドバック量を読み込み（ステップＳｔ６）、このフィー
ドバック量に基づいて、各アーム７ａ、７ｂの動作目標
位置を定める（ステップＳｔ７）。次に制御装置２は、
目標位置とフィードバック値を用いて制御量を求め（ス
テップＳｔ８）、図示しないモータアンプにこの制御量
を出力（ステップＳｔ９）した後、図示しないタイマカ
ウンタの値を１だけインクリメントする（ステップＳｔ
１０）。

【００２７】次に制御装置２は、上述のタイマカウンタ
の指示値に基づいて、マニピュレータ１が作動してから
所定時間（例えば５時間）が経過したか否かを判断する
（ステップＳｔ１１）。ここで、所定時間が経過してい
なければステップＳｔ６の処理に戻る（即ち、教示デー
タの再生を継続する）。

【００２８】ステップＳｔ１１において、制御装置２は
マニピュレータ１が作動してから所定時間が経過したと
判断した場合には、マニピュレータ１のアーム７ｂの先
端部Ｃを位置ずれ検出位置に移動する（ステップＳｔ１
２）。また、このときの先端部Ｃの位置を外界位置検出
器３により測定し、記憶部５に記憶する（ステップＳｔ
１３）。

【００２９】ここで制御装置２は、初回に取り込んだ先
端部Ｃの位置データと、今回のデータとを比較する（ス
テップＳｔ１４）。このとき、前回取り込んだ位置デー
タと今回のデータとが一致している場合、制御装置２は
タイマカウンタを０に戻し（ステップＳｔ１５）、ステ
ップＳｔ６からの処理を繰り返す。

【００３０】またステップＳｔ１４において、前回取り
込んだ位置データと今回のデータとが異なる場合、制御
装置２は携帯型教示装置２ａの図示しない表示装置にメ
ッセージ（詳細は後述）を表示し（ステップＳｔ１
６）、タイマカウンタを０に戻し（ステップＳｔ１
７）、ステップＳｔ６からの処理を繰り返す。

【００３１】ここで、ステップＳｔ１６におけるメッセ
ージについて説明する。本実施の形態のマニピュレータ
１は、前述の通りＡ軸周りの回転駆動力伝達は歯車１１
ａおよび１１ｂによっている。また、Ｂ軸周りの回転駆
動力伝達はプーリ１６ａ、１６ｂおよびベルト１７によ
っている。図５は、これらマニピュレータ１の駆動系の
モデル図である。

【００３２】図５において、Ａ軸周りの誤差をδθ1、
Ｂ軸周りの誤差をδθ2とすると、 δθ1＝（Ｚ1／２π）・・・（５） δθ2＝（Ｚ2／２π）・・・（６）と表される。なおここで、Ｚ1は歯車１１ａおよび１１
ｂの歯数、Ｚ2はプーリ１６ａおよび１６ｂの歯数であ
る。

【００３３】図６は、マニピュレータ１を上から見た場
合の幾何学的モデル図である。本図を基に、前述の式
（１）および式（２）を用いて先端部Ｃの座標Ｃ（ｘ,
ｙ）からθ'1およびθ'2を求めると、 θ'1＝（π／２）−（α＋β）・・・（７） θ'2＝β'＋β ・・・（８）となる。なおここでα、βおよびβ'は、

【数１】

【数２】

【数３】として求めることができる。

【００３４】以上より、Ａ軸およびＢ軸の各々の誤差δ
θ'1とδθ'2は、 δθ'1＝θ'1−θ1 ・・・（１２） δθ'2＝θ'2−θ2 ・・・（１３）と、計算することができる。

【００３５】このようにして算出した値の各々を比較
し、δθ'1≧δθ1のときは、歯車１１ａと１１ｂとに歯
飛びが発生していると判断することができる。そこで制
御装置２は、携帯型教示装置２ａの図示しない表示装置
に、図７（ａ）に示すように、『Ａ軸周りの伝達機構が
歯飛びしています。メンテナンスして下さい。』という
メッセージを表示する。

【００３６】また、δθ'2≧δθ2のときには、ベルト１
７に歯飛びが発生していると判断することができる。そ
こで制御装置２は、携帯型教示装置２ａの図示しない表
示装置に、図７（ｂ）に示すように、『Ｂ軸周りの伝達
機構が歯飛びしています。メンテナンスして下さい。』
というメッセージを表示する。

【００３７】また、δθ'1≧δθ1且つδθ'2≧δθ2の
ときには、歯車１１ａと１１ｂとの歯飛びと、ベルト１
７の歯飛びが発生していると判断することができる。そ
こで制御装置２は、携帯型教示装置２ａの図示しない表
示装置に、図７（ｃ）に示すように、『Ａ、Ｂ軸周りの
伝達機構が歯飛びしています。メンテナンスして下さ
い。』というメッセージを表示する。

【００３８】比較結果がこれ以外である場合には、マニ
ピュレータ１の先端部Ｃの位置がずれているのと判断す
ることができる。そこで制御装置２は、携帯型教示装置
２ａの図示しない表示装置に、図７（ｄ）に示すよう
に、『位置ずれが発生しています。原点姿勢を取り直し
て下さい。』というメッセージを表示する。

【００３９】以上説明したように本実施の形態では、マ
ニピュレータ１が動作中の位置ずれを検出することがで
き、マニピュレータ１と障害物との接触を防ぎ、安全性
を向上させることができる。また同時に作業品質の低下
や、不良の発生を防止することができる。さらに、マニ
ピュレータ１内部の駆動伝達部品の不具合を検出できる
のでメンテナンス性が向上する。

【００４０】なお本実施の形態においては、外界位置検
出器３にＣＣＤを用いた構成を挙げて説明したが、本発
明の外界位置検出器には、これ以外の素子を用いたもの
でも適用可能であるとともに、視覚認識以外の手段によ
るものであってもよい。

【００４１】また本実施の形態において、図示しないタ
イマカウンタは時間を計数する構成の例を示して説明し
たが、例えば教示データの繰り返し再生回数を計数し、
この値が所定の値に達した場合に位置検出（図４に示す
ステップＳｔ１２以降）を実行する構成であってもよ
い。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
所定時間毎に、モータが回転駆動する伝達手段の駆動量
に基づいて基準点と位置検出手段とのずれを検出し、ず
れが所定値を越えた場合にこれを表示手段に表示するの
で、マニピュレータ等の内部機構に発生する異常を早急
に検出することができるロボットの制御方法が実現可能
であるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態にかかるロボットの制御
方法が適用されるロボットの構成図を示す構成図であ
る。

【図２】図１に示すマニピュレータ１の詳細な構成を示
す側断面図である。

【図３】図１に示すマニピュレータ１の座標系を示すモ
デル図である。

【図４】同実施の形態の動作を説明するフローチャート
である。

【図５】図１に示すマニピュレータ１の駆動系のモデル
図である。

【図６】図１に示すマニピュレータ１を上から見た場合
の幾何学的モデル図である。

【図７】同実施の形態において、携帯型教示装置２ａの
表示装置に表示されるメッセージの例を示す図である。

【符号の説明】

１マニピュレータ２制御装置２ａ携帯型教示装置３外界位置検出器Ｃ先端部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マニピュレータと前記マニピュレータの
動きを制御するとともに表示手段と有する制御手段と前
記マニピュレータの所定の位置に設けられた基準点と前
記基準点を検出する位置検出手段とからなり教示データ
を繰り返し再生するロボットの制御方法であって、所定時間毎に前記基準点と前記位置検出手段とのずれを
検出し、前記ずれが所定値を越えた場合に、これを前記表示手段
に表示することを特徴とするロボットの制御方法。
【請求項２】前記マニピュレータは、１つあるいは複数のモータと、歯車等から構成され前記モータの各々の回転駆動力を伝
達する前記モータと同数の伝達手段と、前記各モータが対応する伝達手段を駆動した駆動量を検
出する検出手段とからなり、前記駆動量に基づいて前記伝達手段の歯飛びを検出する
ことを特徴とする請求項１に記載のロボットの制御方
法。