JPS646909B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は軸移動量の検出のみが可能であつて、
負荷変動に関しては検出機能も教示機能も有しな
くて、しかも可動領域内での任意位置において発
進、停止が要求される軸を有する簡易構造の産業
用ロボツトに係り、特に、負荷変動、油温変動、
重力モーメントの変化等変動要因に影響されるこ
となく、円滑な動きならび確実な位置決めをオ
ン・オフ方式で可能ならしめる制御方法に関す
る。

ワークをワークテーブルと加工機との間に移送
し授受させるハンドリング装置などの産業用ロボ
ツトにおいて、ワーク移送過程でハンド先端の位
置を検出することはもとより、ハンドの軸に及ぼ
す負荷の軽重、重力モーメントの加わり方などを
知ることは円滑な動きおよび正確な位置決めを行
う上で重要である。

殊に軸が垂直面内で俯仰動する形態のもので
は、垂直方向からの移動と、水平方向からの移動
とでは重力モーメントが違つていて明らかに後者
の移動の場合の方が大きく、軸が長いとこの差は
非常に大きくなる。

また、ワークの大きさ、材質が変ることで軸に
与える負荷も当然異つてくるものであつて、これ
等の変動要因を無視したのでは、精密な制御を行
つても、行き過ぎあるいは目標手前での未到達が
生じて動作が不確実となるきらいを生じるもので
ある。

その点、それ等の諸変動要素を検出する機能を
持つと共に、訂正動作を行わせるフイードバツク
制御によるものでは、上記の問題点は解決可能と
なるが、これは制御系が非常に複雑となつて操作
が面倒であるし、またコスト高となる不利は免れ
得なく、さらに目標点に到達した時点でもサーボ
機構を依然として作動させたままにしておかなけ
ればならなくて、油圧駆動方式ではより複雑な構
造となり、従つて汎用品として不適当とされてい
る。

このような高価な装置とは別にオン・オフ操作
による簡易構造のロボツトでは、オン・オフ切り
換えの間を時定数（例えばCRによる）によつて
連続的に変化させるなどの手段を採りながら、負
荷の程度によつて油圧ラインの流量、圧力を制御
するようにすることで円滑な動きを行わせるよう
にしたものがあるが、これでも円滑な加減速がで
きなくて、目標点に対してオーバランしたり、未
達になつたりすることは避け得なく、従つて頑丈
なストツパー機構を設けて、これで位置決めさせ
るなどの手段に依存せざるを得なく、ワークに強
い衝撃が加わつたり、また、不体裁な反跳作用が
あつたりして根本的な解決には程遠いものがあつ
た。

本発明はかかる従来の諸問題点に対処して案出
されたものであつて、油圧駆動方式で、かつ、オ
ン・オフ方式を採用した簡易構造の産業用ロボツ
トを基本としながら、負荷、重力モーメントの変
化による条件は予め設定し記憶させておくこと
で、実際の操作に当つては発進位置と停止位置の
教示をするだけでよくて、フイードバツク制御方
式に比肩し得る程の円滑な動きならびに確実な位
置決めを保証せしめることを本発明は目的として
いる。

しかして本発明は特に電流比例流量制御弁によ
る速度制御ならびに電磁切換弁による方向制御に
よる速度制御ならびに電磁切換弁による方向制御
が成される油圧アクチユエータに連結し、かつ、
移動量のみを検出可能となした軸に対して、可動
領域内の任意位置での発進、停止が要求される簡
易構造の産業用ロボツトにおいて、所定速度で移
動中の前記軸を停止指令によつて減速しつつ停止
せしめるまでの間の移動量に相当する最小移動変
位を基準変位情報としてメモリーに格納するとと
もに、前記軸の可動領域を予め適宜数ｎに区分し
て得たサブ領域の各両端位置の値を当該各サブ領
域に対応する領域情報としてメモリーに格納し、
さらに前記サブ領域を行単位および列単位とし作
成してなるマトリツクスのn²個の各区画に対応し
たメモリー番地を設けて、任意の発進位置および
停止位置が夫々属する前記サブ領域の組合わせに
より予め決定されてなる各運動パターン情報を、
前記マトリツクス上から求めた各区画に対応する
前記各メモリー番地に夫々格納し、たゞし、前記
運動パターン情報としては、電流比例流量制御弁
の開度、電磁切換弁の開閉タイミング、油圧ライ
ンの圧力指令、停止位置に対して前記最小移動変
位に近似の量の減速幅だけ手前となるトリガー設
定位置を要素となして、それ等を順序的に読み出
し可能となしており、所望の発進位置および停止
位置を指令した後に発進指令を発すると、まず、
発進位置と停止位置の差の絶対値と、前記最小移
動変位との比較算を行わせて、前記絶対値の方が
小さいときは、前記運動パターン情報には関係な
く、別に設定した最低速運動パターン情報により
一定流量、一定圧力の下での最低速で前記軸を動
作せしめて、所定の停止位置で停止せしめる一
方、前記絶対値の方が大きいときは前記発進位置
および前記停止位置が夫々属する各サブ領域を判
定して、それらサブ領域の組みに対応するメモリ
ー番地の運動パターン情報を読み出し、前記トリ
ガー設定位置に至るまでは、電流比例流量制御弁
の初期開度、電磁切換弁の開放タイミングならび
に油圧ラインの初期圧力を指定することにより、
前記軸に対し所定高速度下の位置制御を行わせ、
前記トリガー設定位置に達した時点から電流比例
流量制御弁を極小時間幅のステツプ状に順次絞ら
せることにより、前記軸に対しステツプ状の減速
作動による時間制御を行わしめ、前記停止位置に
達したところで電磁切換弁を閉弁し、前記軸を停
止せしめる制御方法を特徴とするものであつて、
目標点近くのトリガー設定位置までは高速下の位
置制御を、トリガー設定位置から目標点までは減
速度をステツプ状にかけながら時間制御を夫々行
わせて、オーバーラン、反跳を未然に防止可能と
なし、かくして所期の目的を達成し得るに至つた
のである。

以下、本発明の１実施例について添付図面を参
照しつつ詳細に説明する。

本発明方法の実施に係る産業用ロボツトは図示
しないが多軸を有する多次元運動が可能な従来周
知の構造であつて、油圧駆動方式であり、しかも
本発明方法の実施に係る軸１（第１図参照）は他
軸とは同時に作動しなく、単独に作動が成される
ものであり、そして前記軸１は、電流比例流量制
御弁６および圧力補償弁７を備えたリザーバライ
ン５とポンプ（図示せず）に連絡したポンプライ
ン４とからなる油圧回路に対し、パイロツト付減
圧弁９、電磁切換弁８および逆止弁１２を介し接
続してなる油圧アクチユエータ３に連結させて垂
直面での仰・俯動が可能となつており、先端にワ
ークを把持するためのハンド２が取りつけられて
いる。

油圧アクチユエータ３は片ロツドシリンダ３
ａ，３ｂを有していて、各シリンダのロツドを軸
１の基部に設けた回動用チエーンスプロケツト１
３に係架されてあるチエーンの両端に夫々連絡す
ると共に、ロツド側シリンダ室を４ポート３位置
形の前記電磁切換弁８に夫々接続し、かつ、反ロ
ツド側シリンダ室相互を連絡せしめて、押し引き
方式のアクチユエータを形成し、圧油の流れを電
磁切換弁８で切り換えた場合、油圧作用面積が流
れ方向に関係なく一定に保たれて、定圧下におい
て同じストロークの動きが成されるようになつて
いる。

一方、パイロツト付減圧弁９はポンプライン４
と電磁切換弁８とを結ぶ配管中に設けた圧力調節
用制御弁であつて、そのリザーバラインには電流
比例圧賄制御弁１０を有しており、該圧力制御弁
１０の電流調節によつて油圧アクチユエータ３に
加える油圧を制御し得るよう形成している。

しかして前記軸１は電流比例流量制御弁６によ
る速度制御ならびに電磁切換弁８による方向制御
が成されると共に、移動量（この場合は回転角）
がエンコーダのカウント数などにより正確に検出
可能であつて、しかも可動領域内の任意位置での
発進、停止が要求されると共に、負荷変動に関し
てこれを検出する系ならびにパラメータとして教
示する機能をともに有しない構造であり、電磁切
換弁８をソレノイド８s₁の励磁によつて中立位置
から作動させると、パイロツト付減圧弁９の設定
している圧力ならびに電流比例流量制御弁６が設
定した流量（速度）によつて、前記軸１は俯動方
向（第１図上で時計方向）に回動させられ、逆に
ソレノイド８s₂の励磁によつて仰動方向（同じく
反時計方向）に逆回動させられる。

なお、油圧アクチユエータ３と電磁切換弁８と
を接続する油圧回路は周知の補強芯入りホースに
よつて形成されるのが普通であつて、流通する油
の圧力変動によつて、当然ホースの径が僅かに大
小変化することは避けられないものであり、これ
が軸１の制御に些少ではあるが影響を及ぼすこと
となるのである。

叙上の構造になるロボツトを制御するための方
法について次に設明すると、この制御方法は後述
する発進位置と停止位置との教示ならびに発進指
令を与えると、後はマイクロコンピユータの演算
および指令によつて自動的に行われるものであ
り、このマイクロコンピユータの記憶部は基準変
位情報と、領域情報m_iと、運動パターン情報Pn
とが書き込まれて、それら各情報を必要に応じ随
時読み出し可能となしている。

上記各情報について以下分説する。

(イ) 基準変位情報、 前記軸１を最高速度に近い所定速度で移動せ
しめている際、停止指令によつて減速しながら
完全停止に至らせるまでの間の停止に要する移
動量に相当する最小移動変位Ｈであつて、軸１
の回動位置および負荷の荷重によつて変化する
値であるが、例えば実験的に求めた各数値の安
全側の値をとればよく、このようにして得た変
位情報を専用のメモリーに格納するものであ
る。

(ロ) 領域情報m_i、 軸１（この例ではアームである）の変位Ｘ
は、 e₀≦Ｘ≦e₁ の値をとり、ｅ、Ｘは例えばエンコーダのカウ
ント数で表現が可能である。e₀、e₁は機械的な
エンドに対応するものであつて、軸１の可動領
域ＭはＭ＝〔e₀、e₁〕と表示するとして、これ
を適宜数（ｎ個）のサブ領域m₁〜m_i〜m_oに区
分し、m₁＝〔e₀、X₁）、m₂＝〔X₁、X₂）、…m_i
＝〔X_i-1、X_i）、…m_o＝〔X_o-1、e₁〕で示した各
サブ領域は、各両端位置の値（e₀）、（X₁）、
（X₂）、…（X_o-1）、（e₁）をデータとしてメモ
リーに格納せしめる。

第２図に示した例は軸１が原点Ａ即ちハンド
部がワークテーブルのワーク位置に合心した状
態から、旋盤のチヤツクＣに合心した状態まで
の間の回動範囲が可動領域Ｍであつて、回転角
では約120゜、エンコーダのカウント数では785
となる。この可動領域Ｍを、原点Ａから時計方
向に20゜（カウント数130）のサブ領域「０」、次
の20゜〜30゜（230）のサブ領域「」、37゜〜57゜
（370）のサブ領域「」（この領域内に垂直状
態が含まれる）、57゜〜80゜（530）のサブ領域
「」、81゜〜87゜（570）のサブ領域「」ならび
に87゜〜120゜（785）のサブ領域「」の５つの
サブ領域に区分して、サブ領域「０」は「０、
129」、サブ領域「」は「130、229」、サブ領
域「」は「230、369」、サブ領域「」は
「370、529」、サブ領域「」は「530、569」、
サブ領域「」は「570、785」のデイジタル情
報としてメモリーに格納すればよい。

(ハ) 運動パターン情報Pn、 発進位置S₁と停止位置S₂の変位の値は、軸
（アーム）１に付したエンコーダのカウント値
あるいは操作者がキーボードによつて入力する
デイジタル値で表現されるが、この両位置S₁，
S₂が夫々前記サブ領域「０」〜「」のいずれ
に属するかを判定して、該当する２つのサブ領
域の組合わせにより予め決定した各運動パター
ン情報Pnを所定のメモリー番地に夫々格納す
るものである。

この情報格納の手段としては次のように行う
ことが特徴とするところである。

前記サブ領域「０」〜「」を行単位および
列単位として第３図に示す如くマトリツクスＸ
を作成し、このマトリツクスＸ上の6²＝36個の
各区画に対応するメモリー番地を設けて、例え
ば発進位置S₁がサブ領域「」、停止位置S₂が
サブ領域「」に夫々属しているときには、対
応する区画（第３図において四角枠で示した区
画）によつて決まるメモリー番地に運動パター
ン情報P₁を格納する如く、各メモリー番地に
対して予め決定されてなる運動パターン情報
Pnを夫々格納するのである。

この場合の運動パターン情報Pnとしては、
電流比例流量制御弁６の開度、電磁切換弁８の
開閉タイミング、油圧ラインの圧力指令すなわ
ち電流比例圧力制御弁１０の開度、停止位置S₂
に対して前記最小移動変位Ｈに近似した量の減
速幅ｈこれは運動パターン情報Pnの種別によ
つて異るものである）だけ手前の位置となるト
リガー設定位置Ｔを要素となしていて、読み出
しの指令によつてそれ等各要素を予め定められ
た順序にしたがつて順次読み出されるようにな
つている。

この運動パターン情報の一例の第３図、第２
図によつて示すと、発進位置S₁がサブ領域
「」に属しており、停止位置S₂がチヤツクＣ
にハンドを合心させる最終位置となつてサブ領
域「」に属するとした教示を行つたときは第
３図のマトリツクスＸから明らかなように丸枠
で示した区画に各納された運動パターン情報
Poが読み出されて、これが油圧アクチユエー
タ３に対する指令情報となる。

このときの運動パターン情報Poは、はじめ
に停止位置（カウント数785）から減速幅ｈと
して予め決定した値（カウント数85）を減算し
て785−85＝700を記憶しておき、次いで前記電
流量制御弁６のソレノイドに例えば3.2V相当
の開度指令を与えた後、圧力制御弁１０のソレ
ノイドに最高圧相当の開度指令を与える。

そして軸１がトリガー設定点Ｔすなわち700
のカウント数に達すると、前記流量制御弁６の
ソレノイドに対して2.8V50mm秒、2.45V100mm
秒、2.15V100mm秒、1.85V150mm秒の開度指令
を順次与えて最終に1.45Vの開度指令を与え、
これを目標位置785カウントに達するまで保持
せしめる指令を与えるようにするものである。

以上によりマイクロコンピユータに格納させる
情報の内容を説明したが、次にそれ等情報にもと
づいて前記軸１を作動させる制御方法について以
下説明する。

発進位置S₁と停止位置S₂とが指定されて後、発
進指令を発すると、前記マイクロコンピユータに
発進位置S₁と停止位置S₂の差の絶対値Ｓと、前記
最小移動変位Ｈとの比較算を行わせる。

この演算結果がＳ≦Ｈであると、第３図のマト
リツクスＸ上に示した各運動パターン情報Pmに
は関係なく、別に設定した最低速運動パターン情
報P_Lで軸１を作動させる。

この場合の運動パターン情報P_Lは各制御弁６，
８，１０の作動タイミング、流量制御弁６および
圧力制御弁１０の各ソレノイドに対する指令のみ
がデータとして含まれており、かくして一定流
量、一定圧力の下で最低速の軸１を作動させるこ
とが可能であり、この場合は発進位置S₁が停止位
置S₂に接近した状態であるので、衝撃が殆どなく
緩やかに作動してオーバランが生じない動きがな
される。一方、演算結果がＳ＞Ｈであると、発進
位置S₁が属するサブ領域m_iおよび停止位置S₂が
属するサブ領域m_jを判定して、それら両サブ領
域m_i，m_jの組によつて前記マトリツクスＸ上の
区画を選んで、該区画に相当するメモリー番地の
運動パターン情報P_iを選択する。

この運動パターン情報P_iによつて決められた減
速幅ｈと前記絶対値Ｓとを比較して、Ｓ＜ｈの場
合には、前記最低速運動パターン情報P_Lに選択
しなおして、該情報P_Lの指令で軸１を作動せし
める。

反応にＳ＞ｈの場合は、発進位置S₁から停止位
置S₂の手前の前記トリガー設定位置Ｔに達するま
では前記運動パターン情報P_i中に記入されている
初期弁開度、初期圧力のデータυo、Po対応する
流量、圧力指令にもとづいて流量制御６および圧
力制御弁１０のコントローラに出力する。この間
は位置監視による制御が成されるものである。

そして、トリガー設定位置Ｔに達したところ
で、前記情報P_iから次いで出されるデータにより
時間にしたがつた流力、圧力の制御にはいる。

この場合の情報P_iは前述した如く、開度、圧力
に関する指令値をmm秒単位の時間によつてて保持
するが、普通は50mm秒〜100mm秒の間隔でステツ
プ状に減速度をかけて行くようにし、漸減速させ
るのである。

そしてステツプ状に減速し終つた状態では開度
および圧力を最低に保持し、軸１が停止位置S₂に
至つたことを確認すると、次のトリガー信号が出
されて各制御弁６，８の開閉ならびに圧力制御弁
１０の圧力設定を行う。これ等の指令信号は前記
運動パターンに含まれている。

なお、情報P_iの要素中、圧力に関しては、弁開
度の変化と共に変化しない場合があるが、この場
合には、データとして書き込みが成されていない
限り、前に設定したデータがそのままラツツチさ
れるようにしておくこともできる。

上述のトリガー設定位置Ｔ到達以後の制御は位
置監視でなく時間制御であつて、停止位置S₂に達
したことをエンコーダで位置検出して目標位置に
正しく停止させる。

ところで制御弁の開閉タイミングデータは主に
流量、圧力を上昇させる前、つまり運動の開始時
点で流路切換えの時間稼ぎとアクチユエータに加
わる圧力の均衡化を目的とするものである。この
データは制御弁のソレノイドの番号、オン・オフ
の動作の選択、その間の時間を組みとして構成さ
れる。一方、トリガー設定位置Ｔは、停止位置S₁
の値と最小移動変位ＨとからS₁±Ｈの演算を行つ
て求める。このときの記号±は運動の向きに応じ
て決まるものであり、最小移動変位Ｈは当然運動
パターン情報P_i中に含まれている。

第４図イ，ロは制御態様のうち、Ｓ＞Ｈ、か
つ、Ｓ＞Ｈのときの電流比例流量制御弁６に対す
る指令電圧の加え方（第４図イ参照）と、軸１の
変位とを示したものであつて、流量制御弁６に対
しては、目標値、減速幅で決定されるトリガー設
定位置Ｔに軸１が達するとソレノイドに与える指
令電流をステツプ状に低減してゆき、一方、エン
コーダカウントが目標の停止位置S₂のカウントと
一致すると、電磁切換弁８を閉じそ停止させる。
但し、途中の位置でなく、エント位置のときは低
圧力の下で押えつけるようにする。

以上述べた制御を行うことによつて、シヨツク
が殆どなく、かつオーバランや反跳のない動きを
軸１に与えることができる。

本発明方法の態様は叙上の通りであるが、次に
効果について述べる。

(イ) 負荷変動、油温変動、重力モーメントの変化
等変動要因に影響される軸１であつても、移動
量さえ検出し得る構造であれば、本発明の実施
によつて予め設定しておいた運動パターン情報
通りに軸１を動かすことで円滑な動きと確実な
位置決めを行わせることが可能である。

(ロ) 切換弁８、流量制御弁６などの制御弁をオ
ン・オフ制御することで目標位置への確実な動
きが可能となり、簡易構造の産業用ロボツトの
信頼性向上に寄与するところ大である。

(ハ) 最初に運動パターン情報Pnを書き込ませて
置けば、実際の操作は発進位置S₁、と停止位置
S₂の指令と発進操作を行うだけでよいので、取
扱いは至つて簡便である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施に係るロボツトの油
圧回路要部展開図、第２図は第１図々示ロボツト
の軸の運動領域区分図、第３図は本発明に係る運
動パターン情報の格納態様を説明するためのマト
リツクスの１例を示す図表、第４図イは本発明方
法の実施に係る第１図々示ロボツトの電流比例流
量制御弁の指令電圧推移線図、第４図ロは同じく
軸の変位推移線図である。 １……軸、３……油圧アクチユエータ、６……
電流比例流量制御弁、８……電磁切換弁、ｈ……
減速幅、Ｈ……最小移動変位、m₁〜m_i〜m_o……
サブ領域、Ｍ……可動領域、Pn……運動パター
ン情報、Ｓ……絶対値、S₁……発進位置、S₂……
停止位置、Ｔ……トリガー設定位置、Ｘ……マト
リツクス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電流比例流量制御弁６による速度制御ならび
   に電磁切換弁８による方向制御が成される油圧ア
   クチユエータ３に連結し、かつ、移動量を検出可
   能となした軸１に対して、可動領域Ｍ内の任意位
   置での発進、停止が要求されるとともに、負荷変
   動に関しこれを検出する系ならびにパラメータと
   して教示する機能をともに有しない簡易構造と成
   した産業用ロボツトにおいて、所定速度で移動中
   の前記軸１を停止指令によつて減速しつつ停止せ
   しめるまでの間の移動量に相当する最小移動変位
   Ｈを基準変位情報としてメモリーに格納するとと
   もに、前記軸１の可動領域Ｍを予め適宜数ｎに区
   分して得たサブ領域m₁〜m_i〜m_oの各両端位置の
   値を当該各サブ領域に対応する領域情報としてメ
   モリーに格納し、さらに前記サブ領域m₁〜m_i〜
   m_oを行単位および列単位とし作成してなるマト
   リツクスＸのn²個の各区画に対応したメモリー番
   地を設けて、任意の発進位置S₁および停止位置S₂
   が夫々属する前記サブ領域の組合わせにより予め
   決定されてなる各運動パターン情報Pnを、前記
   マトリツクスＸ上から求めた各区画に対応する前
   記各メモリー番地に夫々格納し、たゞし、前記運
   動パターン情報Pnとしては、電流比例流量制御
   弁６の開度、電磁切換弁８の開閉タイミング、油
   圧ラインの圧力指令停止位置S₂に対して前記最小
   移動変位Ｈに近似の量の減速幅ｈだけ手前となる
   トリガー設定位置Ｔを要素となして、それ等を順
   序的に読み出し可能となしており、所望の発進位
   置S₁および停止位置S₂を指定した後に発進指令を
   発すると、まず、発進位置S₁と停止位置S₂の差の
   絶対値Ｓと、前記最小移動変位Ｈとの比較算を行
   わせて、前記絶対値Ｓの方が小さいときは、前記
   運動パターン情報Pnには関係なく、別に設定し
   た最低速運動パターン情報P_Lにより、一定流量、
   一定圧力の下での最低速で前記軸１を動作せしめ
   て、所定の停止位置S₂で停止せしめる一方、前記
   絶対値Ｓの方が大きいときは前記発進位置S₁およ
   び前記停止位置S₂が夫々属する各サブ領域を判定
   して、それらサブ領域の組みに対応するメモリー
   番地の運動パターン情報Piを読み出し、前記トリ
   ガー設定位置Ｔに至るまでは、電流比例流量制御
   弁６の初期開度、電磁切換弁８の開放タイミング
   ならびに油圧ラインの初期圧力を指定することに
   より、前記軸１に対し所定高速度下の位置制御を
   行わせ、前記トリガー設定位置Ｔに達した時点か
   ら電流比例流量制御弁６を極小時間幅のステツプ
   状に順次絞らせることにより、前記軸１に対しス
   テツプ状の減速作動による時間制御を行わしめ、
   前記停止位置S₁に達したところで電磁切換弁８を
   閉弁し、前記軸１を停止せしめることを特徴とす
   る産業用ロボツトの制御方法。