JP6592053B2 - 作業ツールの移動方向を監視する制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、作業ツールの移動方向を監視する制御装置に関する。

ロボット装置は、ロボットと、ロボットに取り付けられた作業ツールと、ロボットを制御する制御装置とを備える。制御装置は、予め作成された動作プログラムに基づいてロボットおよび作業ツールを駆動する。また、制御装置は、ロボットの動作を監視する監視機能を備えることができる。すなわち、制御装置は、ロボットが所望の動作にて駆動しているか否かを監視する機能を備えることができる。例えば、ロボットが所望の動作以外の動作を実施した場合に、制御装置はロボットの動作を制限することができる（例えば、特開２０１７−９４４３０号公報）。

特開２０１７−９４４３０号公報 特開２０１３−４１４７８号公報 特開２０１５−１２３５１７号公報

ロボット装置にて行う作業では、作業ツールを所望の方向に移動させる場合がある。換言すると、作業ツールを所望の方向以外の方向に移動させたくない場合がある。制御装置は、動作プログラムに基づいて駆動しているロボットの動作を、監視機能にて監視することができる。

ところで、ロボットの動作の監視を行う場合に、作業者は様々な座標系を設定して制御を行うことができる。作業者は、ロボット装置において、ロボットが動作しても動かない点を設定し、この点を原点にした基準座標系を設定することができる。基準座標系は、例えば、ロボットのベースに設定されている。また、作業者は、作業を行うワーク上に任意の座標系を設定することができる。このような座標系は、ユーザ座標系とも称されている。ユーザ座標系は、基準座標系を変換することにより設定することができる。

作業者は、作業ツールを移動させたくない制限方向を設定する場合に、作業台に固定されたワークの表面にユーザ座標系を設定することができる。作業者は、ユーザ座標系の座標軸にて、制限方向を定めることができる。ロボットが動作する時に、制限方向以外の方向への作業ツールの移動が許可される。制御装置は、作業ツールの制限方向に平行な移動が検出された場合に、ロボットを停止させる制御を実施することができる。

制御装置は、ワークに対する複数の作業に関して動作の監視を行う場合がある。ワークの表面にユーザ座標系を設定する方法では、制御装置は、作業ごとにユーザ座標系を切り替えて監視を行う。作業者は、複数の作業に対応した複数のユーザ座標系を設定する必要がある。作業者は、ワーク上の複数の点について移動方向を制限する場合に、複数の点ごとにユーザ座標系を設定する必要がある。このために、設定ファイルの作成に時間がかかるという問題があった。

本開示の一態様は、ロボットを制御する制御装置である。ロボットの基準座標系と、作業ツールが取り付けられるロボットの先端のフランジの表面に原点が設定され、基準座標系を変換したフランジ座標系と、フランジ座標系を変換したツール座標系とが予め定められている。制御装置は、作業ツールの移動を制限する制限方向に延びる座標軸を含むツール座標系が定められた設定ファイルを記憶する記憶部を備える。制御装置は、設定ファイルに定められたツール座標系と、ロボットの位置および姿勢とに基づいてツール座標系の原点の移動方向を算出する方向計算部を備える。制御装置は、ツール座標系の原点が制限方向に延びる座標軸の方向に移動するか否かを判定する判定部を備える。制御装置は、動作プログラムに基づくロボットの動作の速度を制限する速度制限部を備える。速度制限部は、ツール座標系の原点が制限方向に延びる座標軸の方向に移動する場合に、作業ツールの移動速度を低下させる速度低下制御またはロボットを停止させる停止制御を実施する。

本開示の他の態様は、ロボットを制御する制御装置である。ロボットの基準座標系と、作業ツールが取り付けられるロボットの先端のフランジの表面に原点が設定され、基準座標系を変換したフランジ座標系と、フランジ座標系を変換したツール座標系とが予め定められている。制御装置は、作業ツールの移動を許可する許可方向に延びる座標軸を含むツール座標系が定められた設定ファイルを記憶する記憶部を備える。制御装置は、設定ファイルに定められたツール座標系と、ロボットの位置および姿勢に基づいてツール座標系の原点の移動方向を算出する方向計算部を備える。制御装置は、ツール座標系の原点が許可方向に延びる座標軸以外の座標軸の方向に移動するか否かを判定する判定部を備える。制御装置は、動作プログラムに基づくロボットの動作の速度を制限する速度制限部を備える。速度制限部は、ツール座標系の原点が許可方向に延びる座標軸以外の座標軸の方向に移動する場合に、作業ツールの移動速度を低下させる速度低下制御またはロボットを停止させる停止制御を実施する。

本開示の一態様によれば、作業ツールの移動方向を監視するための設定ファイルの作成が容易なロボットの制御装置を提供することができる。

実施の形態におけるロボット装置の概略斜視図である。 実施の形態におけるロボット装置のブロック図である。 作業台に固定されたワークの斜視図である。 実施の形態におけるロボットのリストの斜視図である。 実施の形態におけるロボットのリストおよびハンドの斜視図である。 実施の形態における第１の監視制御のフローチャートである。 比較例におけるワークに設定されるユーザ座標系の説明図である。 実施の形態における第２の監視制御の第１のフローチャートである。 実施の形態における第２の監視制御の第２のフローチャートである。 実施の形態における第３の監視制御を説明するハンドおよびワークの概略図である。 実施の形態における第３の監視制御のフローチャートである。 実施の形態におけるロボットのリストの側面図である。 実施の形態におけるロボットのリストおよびハンドの側面図である。 実施の形態におけるロボットのリストおよびハンドの斜視図である。 実施の形態における他のハンドおよび接触棒の第１の斜視図である。 実施の形態における他のハンドおよび接触棒の第２の斜視図である。 実施の形態における他のハンドの斜視図である。

図１から図１７を参照して、実施の形態におけるロボットの制御装置について説明する。本実施の形態の制御装置は、動作プログラムに基づいてロボットが駆動している期間中に作業ツールの移動を監視する。

図１は、本実施の形態におけるロボット装置の概略斜視図である。ロボット装置５は、ロボット１およびハンド２を備える。ロボット装置５は、ロボット１およびハンド２を制御する制御装置４を備える。本実施の形態のロボット１は、複数の関節部を含む多関節ロボットである。多関節ロボットでは、関節部においてアームおよびリストの向きが変化する。

ハンド２は、ワーク７０を把持したり解放したりする作業ツールである。作業ツールは、エンドエフェクタとも称される。ハンド２は爪部２ａが開いたり閉じたりするように形成されている。作業ツールとしてはハンド２に限られず、ロボット装置５が行う作業に応じた任意の装置を採用することができる。例えば、アーク溶接を実施する作業ツールまたはシール材をワークの表面に配置する作業ツール等を採用することができる。

本実施の形態のロボット１は、複数のアームを備える。ロボット１は、上部アーム１１と下部アーム１２とを含む。下部アーム１２は、旋回ベース１３に支持されている。旋回ベース１３は、ベース１４に支持されている。ロボット１は、上部アーム１１の端部に連結されているリスト１５を含む。リスト１５は、ハンド２を固定するフランジ１６を含む。フランジ１６は、ロボット１の先端に配置されている。これらの構成部材は、予め定められた回転軸の周りに回転するように形成される。

図２に、本実施の形態におけるロボット装置のブロック図を示す。図１および図２を参照して、ロボット１は、ロボット１の位置および姿勢を変化させるロボット駆動装置を含む。ロボット駆動装置は、ロボットの構成部材を駆動する。ロボット駆動装置は、アームおよびリスト等の構成部材を駆動するロボット駆動モータ２２を含む。本実施の形態では、１つの駆動軸に対応して１つのロボット駆動モータ２２が配置されている。ロボット駆動モータ２２が駆動することにより、それぞれの構成部材の向きが変化する。

ロボット装置５は、ハンド２を駆動するハンド駆動装置を備える。ハンド駆動装置は、ハンド２の爪部２ａを駆動するハンド駆動モータ２１を含む。ハンド駆動モータ２１が駆動することによりハンド２の爪部２ａが開いたり閉じたりする。なお、ハンドは、空気圧により駆動するように形成されていても構わない。この場合に、ハンド駆動装置は、ハンドに圧縮空気を供給するための空気ポンプ等を含むことができる。

本実施の形態のロボット装置５は、動作プログラム４１に基づいてワーク７０を搬送する。ロボット１は、動作プログラム４１に基づいて、自動的に初期の位置から目標の位置までワーク７０を搬送することができる。

制御装置４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵにバスを介して接続されたＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）等を有する演算処理装置（コンピュータ）を含む。制御装置４には、ロボット１の動作を行うために予め作成された動作プログラム４１が入力される。動作プログラム４１は、記憶部４２に記憶される。動作制御部４３は、動作プログラム４１に基づいてロボット１を駆動するための動作指令をロボット駆動部４５に送出する。ロボット駆動部４５は、ロボット駆動モータ２２を駆動する電気回路を含む。ロボット駆動部４５は、動作指令に基づいてロボット駆動モータ２２に電気を供給する。ロボット駆動モータ２２が駆動することにより、ロボット１の位置および姿勢が変化して、ハンド２が移動する。

また、動作制御部４３は、動作プログラム４１に基づいてハンド２を駆動する動作指令をハンド駆動部４４に送出する。ハンド駆動部４４は、ハンド駆動モータ２１を駆動する電気回路を含む。ハンド駆動部４４は、動作指令に基づいてハンド駆動モータ２１に電気を供給する。ハンド駆動モータ２１が駆動することにより、ハンド２の爪部２ａが駆動する。ハンド２は、ワーク７０を把持したり解放したりすることができる。

ロボット１は、ロボット１の位置および姿勢を検出するための状態検出器を含む。本実施の形態における状態検出器は、アーム等の構成部材の駆動軸に対応するロボット駆動モータ２２に取り付けられた位置検出器１８を含む。位置検出器１８の出力により、それぞれの駆動軸における構成部材の向きを取得することができる。例えば、位置検出器１８は、ロボット駆動モータ２２が駆動するときの回転角を検出する。また、位置検出器１８は、ロボット駆動モータ２２の回転角に基づいて、ロボット駆動モータ２２の回転速度を算出することができる。

ロボット装置５が行う作業において、作業ツールが移動する方向である移動方向を予め定められた方向に制御したい場合がある。特に、作業ツールを所望の方向に厳密に移動させたい場合がある。制御装置４は、ロボット１の動作を監視する監視部５２を含む。本実施の形態の監視部５２は、ハンド２の移動方向を監視する。すなわち、ハンド２が移動するときに、ロボット１の位置および姿勢が所望の通りに変化しているか否かを監視する。

図３に、本実施の形態における作業台に固定されたワークの拡大斜視図を示す。図１および図３を参照して、作業台８に固定されたワーク７１は、円環状に形成されている。ワーク７１の周方向の表面には、複数の穴部７１ａ〜７１ｆが形成されている。ハンド２により把持されるワーク７０には棒状部７０ａが形成されている。ロボット装置５は、矢印９１，９２に示すように、ワーク７０の棒状部７０ａをワーク７１の穴部７１ａ〜７１ｆに挿入する。このように、本実施の形態のロボット装置５は、それぞれの穴部７１ａ〜７１ｆに対して、ワーク７０を取りつける作業を実施する。

穴部７１ａ〜７１ｆは、ワーク７１を平面視したときの外縁の円の中心に向かって延びている。このため、ワーク７０の挿入方向は、それぞれの穴部７１ａ〜７１ｆに対して異なっている。ロボット装置５は、複数の穴部７１ａ〜７１ｆに対して、複数の方向にワーク７０を移動する必要がある。制御装置４の監視部５２は、それぞれの穴部７１ａ〜７１ｆの延びる方向に沿ってハンド２が移動するか否かを監視する。

図１を参照して、ロボット装置５には、ロボット１の位置および姿勢が変化した時に不動の基準座標系３７が設定される。図１の例では、ロボット１のベース１４に、基準座標系３７の原点が配置される。基準座標系３７はワールド座標系とも称される。基準座標系３７は、ロボットの位置および姿勢が変化しても不動の座標系である。基準座標系３７は、座標軸として、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸が設定される。また、Ｘ軸の周りの座標軸としてＷ軸が設定される。Ｙ軸の周りの座標軸としてＰ軸が設定される。Ｚ軸の周りの座標軸としてＲ軸が設定される。基準座標系３７の座標値（ｘ_b，ｙ_b，ｚ_b，ｗ_b，ｐ_b，ｒ_b）を設定することができる。

図４に、本実施の形態におけるロボットのリストの拡大斜視図を示す。リスト１５の先端には、フランジ１６が配置されている。フランジ１６は、回転軸８１の周りに回転するように形成されている。フランジ１６に固定されるハンド２は、回転軸８１の周りに回転する。フランジ１６の表面のうちハンド２を固定する面において、フランジ座標系３３が設定されている。フランジ座標系３３の原点３１は、回転軸８１上およびハンド２を固定する面に設定されている。フランジ座標系３３は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を有する。図４に示す例では、フランジ座標系３３は、回転軸８１の延びる方向がＺ軸の延びる方向になるように配置されている。また、フランジ座標系３３は、Ｘ軸の周りのＷ軸、Ｙ軸の周りのＰ軸、およびＺ軸の周りのＲ軸を有する。フランジ座標系３３の座標値（ｘ_f，ｙ_f，ｚ_f，ｗ_f，ｐ_f，ｒ_f）を設定することができる。このように、フランジ座標系３３は、複数の座標軸を有する。

フランジ座標系３３は、基準座標系３７を変換することにより算出することができる。例えば、原点３１の位置は、基準座標系３７のＸ軸の座標値、Ｙ軸の座標値、およびＺ軸の座標値にて設定される。またフランジ座標系３３の向きは、基準座標系３７のＷ軸の座標値、Ｐ軸の座標値、およびＲ軸の座標値にて設定することができる。フランジ座標系３３は、ロボット１の位置および姿勢が変化すると、原点３１の位置およびフランジ座標系３３の向きが変化する座標系である。フランジ座標系３３は、ロボット１の動作に従って移動する。

図５に、本実施の形態のロボット装置のリストおよびハンドの拡大斜視図を示す。本実施の形態では、ハンド２上の任意の位置に原点３２を配置したツール座標系３４を設定する。図５に示す例では、原点３２は、ツール先端点に設定されている。原点３２は、２本の爪部２ａが閉じたときに爪部２ａが接触する部分に設定されている。

ツール座標系３４は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を有する。図５に示す例では、ツール座標系３４は、Ｚ軸の延びる方向が爪部２ａの延びる方向と平行になるように設定されている。また、ツール座標系３４は、Ｘ軸の周りのＷ軸、Ｙ軸の周りのＰ軸、およびＺ軸の周りのＲ軸の座標軸を有する。ツール座標系３４の座標値（ｘ_t，ｙ_t，ｚ_t，ｗ_t，ｐ_t，ｒ_t）を設定することができる。このように、フランジ座標系３３は、複数の座標軸を有する。

ツール座標系３４は、フランジ座標系３３を変換することにより算出される。このような座標系の変換は、座標変換とも称される。例えば、ツール座標系３４の原点３２の位置は、フランジ座標系３３におけるＸ軸の座標値、Ｙ軸の座標値、およびＺ軸の座標値にて定めることができる。また、ツール座標系３４の向きは、フランジ座標系３３のＷ軸の座標値、Ｐ軸の座標値、およびＲ軸の座標値にて設定することができる。ツール座標系３４は、ハンド２と共に移動する座標系である。また、本実施の形態におけるツール座標系３４は、フランジ座標系３３と共に移動する。ロボット１の位置および姿勢が変化すると、ツール座標系３４はフランジ座標系３３と共に移動する。本実施の形態の監視部５２は、ツール座標系３４を用いて、ハンド２の移動を監視する。換言すると、監視部５２は、ツール座標系３４を用いて、ロボット１の動作を監視する。

図２、図３および図５を参照して、制御装置４には、ロボット１の動作を監視するための設定ファイル５１が入力される。設定ファイル５１には、ツール座標系３４が予め設定されている。設定ファイル５１には、特定の作業を行うときに、ハンド２の移動が制限される制限方向としてツール座標系３４の座標軸が設定されている。本実施の形態では、Ｘ軸およびＹ軸がハンド２の移動を制限する制限方向に設定されている。Ｘ軸およびＹ軸は、制限方向に延びている座標軸である。設定ファイル５１は、記憶部４２に記憶されている。

監視部５２は、ワーク７０の棒状部７０ａをワーク７１の穴部７１ａ〜７１ｆに挿入する時に、ハンド２が移動する方向を監視する。本実施のツール座標系３４では、棒状部７０ａを穴部７１ａ〜７１ｆに挿入する時に、ハンド２はツール座標系３４のＺ軸の方向に移動する。

例えば、動作制御部４３は、動作プログラム４１に基づいて、棒状部７０ａが穴部７１ａに対向するようにロボット１の位置および姿勢を制御する。監視部５２は、ハンド２の移動を監視する監視制御を開始する。動作制御部４３は、動作プログラム４１に基づいてハンド２を矢印９１に示す方向に移動する。棒状部７０ａが穴部７１ａに挿入される。監視部５２は、ツール座標系３４において、Ｘ軸の方向およびＹ軸の方向へのハンド２の移動を制限する。ハンド２がＸ軸の方向またはＹ軸の方向に移動している場合には、所望の方向と異なる方向に移動していると判別することができる。換言すると、監視部５２は、ツール座標系３４におけるＺ軸の方向へのハンド２の移動を許容している。

ハンド２がＸ軸の方向またはＹ軸の方向に移動している場合には、監視部５２は、ハンド２の移動速度を低下させたり、ロボット１を停止したりする。このような監視制御は、特定の作業が終了するまで継続される。本実施の形態では、監視制御は、棒状部７０ａが予め定められた深さまで穴部７１ａに挿入されるまで継続される。

本実施の形態においては、制御装置４の外部から設定ファイル５１が入力されているが、この形態に限られない。制御装置４に配置されたキーボード等により設定ファイル５１を作成し、作成された設定ファイルを記憶部４２が記憶しても構わない。

本実施の形態の監視部５２は、ロボット１の位置および姿勢に基づいて、ツール座標系３４の原点３２の移動方向を算出する方向計算部５３を含む。監視部５２は、ツール座標系３４の原点３２が制限方向に延びる座標軸の方向に移動するか否かを判定する判定部５４を含む。監視部５２は、動作プログラム４１に基づくロボット１の動作の速度を制限する速度制限部５５を含む。速度制限部５５は、ツール座標系３４の原点３２が制限方向に延びる座標軸の方向に移動する場合に、ハンド２の移動速度を低下させる速度低下制御またはロボット１を停止させる停止制御を実施する。

図６に、本実施の形態における第１の監視制御のフローチャートを示す。図６に示す監視制御は、予め定められた時間間隔ことに繰り返して実施することができる。監視制御は、ロボット１の位置および姿勢が、監視を開始する状態に到達した時に開始することができる。また、監視制御は、監視を実施するハンド２の移動が終了するまで実施することができる。ここでの例では、図３に示すように、棒状部７０ａを穴部７１ａに挿入するために、ツール座標系３４のＺ軸の方向にハンド２を移動させる制御を開始した時に監視制御を開始することができる。また、ハンド２のＺ軸の方向への移動が終了するまで監視制御を継続することができる。

図２および図６を参照して、ステップ１１１において、方向計算部５３は、現在のロボット１の位置および姿勢を取得する。方向計算部５３は、ロボット１の位置および姿勢として、フランジ座標系３３の原点３１の位置および向きを算出することができる。ロボット１の位置および姿勢は、それぞれのロボット駆動モータ２２に取り付けられた位置検出器１８の出力に基づいて算出することができる。

ステップ１１２において、方向計算部５３は、前回の制御におけるフランジ座標系３３の原点３１の位置を取得する。ステップ１１３において、方向計算部５３は、ロボット１の移動方向を算出する。ここでのロボット１の移動方向としては、フランジ座標系３３の原点３１の移動方向を算出することができる。移動方向はベクトルであり、方向計算部５３は、過去の位置から現在の位置に向かう方向を算出することができる。

次に、ステップ１１４においては、方向計算部５３は、作業ツールとしてのハンド２の移動方向を算出する。方向計算部５３は、設定ファイル５１からツール座標系の設定値を取得する。方向計算部５３は、フランジ座標系３３の原点３１の移動方向に基づいて、ツール座標系３４の原点３２の移動方向を算出する。ツール座標系３４の原点３２の移動方向は、ハンド２の移動方向に相当する。このように、方向計算部５３は、微小の区間における作業ツールの移動方向を算出する。

次に、ステップ１１５において、判定部５４は、ツール座標系３４の原点３２が制限方向に延びる座標軸の方向に移動するか否かを判定する。すなわち、判定部５４は、作業ツールの移動方向が制限される方向の成分を含むか否かを判別する。判定部５４は、設定ファイル５１を記憶部４２から取得する。本実施の形態における判別では、判定される方向は、ツール座標系３４のＸ軸の方向、Ｙ軸の方向、およびＺ軸の方向である。設定ファイル５１には、制限方向としてＸ軸の方向およびＹ軸の方向が設定されている。

判定部５４は、ステップ１１４にて算出した移動方向が、Ｘ軸の成分およびＹ軸の成分のうち少なくとも一方の成分を含んでいるか否かを判別する。ステップ１１４にて算出した移動方向が、Ｘ軸の成分およびＹ軸の成分のうち少なくとも一方の成分を含んでいる場合には、判定部５４は、Ｚ軸の方向以外の方向にハンド２が移動していると判定することができる。判定部５４は、ハンド２が制限方向に進んでいると判定することができる。この場合に、制御はステップ１１６に移行する。

ステップ１１６において、判定部５４は、ハンド２の移動速度を算出する。ハンド２の移動速度は、前回の制御のツール座標系３４の原点３２の位置、現在の制御のツール座標系３４の原点３２の位置、および制御を行う時間間隔に基づいて算出することができる。ツール座標系３４の原点３２の移動距離を制御周期で除算することによりハンド２の移動速度を算出することができる。

次に、ステップ１１７において、判定部５４は、ハンド２の移動速度が速度判定値よりも大きいか否かを判別する。速度判定値は、ロボット装置５が行う作業に応じて予め設定することができる。例えば、穴部７１ａの大きさが棒状部７０ａの大きさに近い場合には、低い速度にて作業を行うことが好ましい。この場合には、速度判定値を低く設定することができる。作業ツールの速度判定値は、設定ファイル５１に予め設定しておくことができる。

ステップ１１７において、ハンド２の移動速度が速度判定値以下である場合には、動作プログラム４１に基づくハンド２の移動速度が十分に小さいと判定することができる。この場合には、制御は、ステップ１１９に移行する。ステップ１１９においては、現在のロボット１の位置および姿勢を記憶部４２に保存する。

ステップ１１７において、ハンド２の移動速度が速度判定値よりも大きい場合には、制御は、ステップ１１８に移行する。ステップ１１８において、速度制限部５５は、ハンド２の移動速度が速度判定値以下になるように、ロボット１の動作速度を低下させる指令を動作制御部４３に送出する。動作制御部４３は、ハンド２の移動速度が速度判定値以下になるように、ロボット駆動モータ２２を制御する。このような速度を低下させる速度低下制御を実施することにより、ロボット１の動作の誤差が小さくなる。この結果、ハンド２の移動方向が所望の方向から僅かにずれていても所望の作業を達成することができる。この後に、制御はステップ１１９に移行して、現在のロボット１の位置および姿勢を保存する。

このように、本実施の形態における監視制御では、ツール座標系に基づいて、ロボットの動作を監視することができる。作業者は、設定ファイルにツール座標系における移動を制限する制限方向（座標軸）を入力すればよく、監視を行うための設定を容易に行うことができる。

図７に、比較例におけるユーザ座標系を説明するワークの斜視図を示す。比較例においては、それぞれの穴部７１ａ〜７１ｆに対して、ハンド２の移動方向を監視するためにユーザ座標系３８を設定する。例えば、穴部７１ａ〜７１ｆの延びる方向がＺ軸の方向になるように、ユーザ座標系を個別に設定する。ユーザ座標系３８は、基準座標系に基づいて設定することができる。制御装置は、ユーザ座標系３８に基づいて作業ツールの移動方向を監視する。

図７に示す例においては、６個の穴部７１ａ〜７１ｆが形成されているために、作業者は、６個のユーザ座標系３８を設定ファイルに設定する必要がある。そして、それぞれのユーザ座標系３８に対して制限を行う方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）を設定する必要がある。このため、設定ファイルの作成に長い時間がかかってしまう。

これに対して、本実施の形態における監視制御では、ツール座標系３４を用いて監視を行うために、設定ファイル５１に設定する座標系は１つのツール座標系で良い。また、移動の制限を行う方向も１つのツール座標系の座標軸を設定すれば良い。このために、作業者は、設定ファイルを容易に作成することができる。または、設定ファイルを作成するときの設定の誤りを抑制することができる。

図６を参照して、本実施の形態の第１の監視制御では、ステップ１１６およびステップ１１７において、作業ツールの移動速度が速度判定値よりも大きい場合に、作業ツールの移動速度を低下する制御を実施している。この制御を実施することにより、動作プログラム４１に基づく作業ツールの移動速度が遅い場合に、更に作業ツールの移動速度が遅くなることを回避することができる。作業ツールの動作速度が遅くなりすぎて、作業に時間がかかることを抑制することができる。

なお、作業ツールの移動速度の判定を行わずに、作業ツールの移動速度を低下させる速度低下制御を実施しても構わない。すなわち、ステップ１１５において、作業ツールの移動方向が制限方向に延びる座標軸の成分を含む場合には、作業ツールの移動速度を低下させる制御を実施しても構わない。この場合には、例えば、作業ツールの移動速度の減少幅を予め定めておくことができる。速度制限部５５は、現在の速度から予め定められた減少幅にて速度を低下させることができる。

または、速度制限部５５は、速度低下制御の代わりに、作業ツールの移動速度をゼロにする制御を実施しても構わない。すなわち、速度制限部５５は、ロボット１を停止する停止制御を実施しても構わない。

本実施の形態においては、制限方向をＸ軸の方向およびＹ軸の方向に設定しているが、この形態に限られず、制限方向は、任意の方向を設定することができる。たとえば、１つの座標軸に制限方向を設定することができる。

本実施の形態においては、作業台８に固定されたワーク７１に、他のワーク７０を嵌める制御を例示しているが、この形態に限られない。作業ツールを所望の方向の移動させる時の監視に本発明を適用することができる。例えば、１つワークの細い空間の内部に他のワークを配置する作業、シール材を線状に配置する作業、またはアーク溶接等を監視する制御に本発明を適用することができる。

図８に、本実施の形態における第２の監視制御の第１のフローチャートを示す。監視制御にて速度低下制御を実施する場合には、速度の低下方法が望ましくない場合がある。例えば、アーク溶接にて２つのワークを接合する際には、アーク溶接を実施しながら作業ツールが移動する。この時に、急激に作業ツールの速度を低下させると、溶接の品質が悪化する場合がある。

例えば、溶接痕が肥大する場合がある。または、線状にシーリング材を塗布する作業を実施している場合に、急激に作業ツールの移動速度を低下させると、シーリング材の塊が生成される虞がある。または、ロボットを停止させる停止制御を実施する場合にも、瞬時にロボット駆動モータに供給する電流を遮断してロボットを停止させる。このために、監視制御による速度の低下または停止では、ロボット装置が行う作業に悪影響を及ぼす場合がある。

図２および図８を参照して、本実施の形態の第２の監視制御では、判定部５４がツール座標系３４の原点３２が制限方向に延びる座標軸の方向に移動すると判定した場合、すなわち、作業ツールの移動速度を制限すべきと判定した場合に、速度制限部５５は、予め定められた設定時間の間は、現在の動作を継続する。そして、速度制限部５５は、設定時間の経過後に、速度低下制御または停止制御を実施する。

図８に示す制御は、予め定められた時間間隔ごとに繰り返して実施することができる。図８において、ステップ１１１からステップ１１７までのステップと、ステップ１１９とは、図６に示す第１の監視制御と同様である。ステップ１１７において、作業ツールの移動速度が速度判定値よりも大きい場合に、制御は、ステップ１２１に移行する。速度制限部５５は、予め定められた時からの経過時間を計測する機能を有する。すなわち、速度制限部５５は、速度制限のためのタイマーとして機能する。

ステップ１２１において、速度制限部５５は、タイマーが駆動しているか否かを判別する。ステップ１２１において、タイマーが駆動していない場合には、制御はステップ１２２に移行する。ステップ１２２において、速度制限部５５は、他の装置に警報を発信する。例えば、速度制限部５５は、制御装置４に配置されている表示部に警報を発信する。表示部は、作業ツールの方向が所望の方向から逸脱している警告を表示することができる。または、後述するように、速度制限部５５は、動作制御部４３に警報を発信する。

ステップ１２３においては、速度制限部５５は、タイマーを起動する。そして、制御はステップ１１９に移行する。また、ステップ１２１においてタイマーが既に起動している場合に、制御はステップ１１９に移行する。ステップ１１９において、記憶部４２は、現在のロボット１の位置および姿勢を記憶する。

ステップ１１５において、作業ツールが制限方向に移動していない場合には、制御はステップ１２５に移行する。または、ステップ１１７において、作業ツールの移動速度が速度判定値以下の場合には、制御はステップ１２４に移行する。ステップ１２４，１２５において、速度制限部５５は、タイマーを停止する。タイマーが起動していない場合には、速度制限部５５は、タイマーが停止している状態を維持する。

図９に、本実施の形態の第２の監視制御における第２のフローチャートを示す。図９に示す制御は、図８に示す制御と同時に実施することができる。または、図９に示す制御は、図８に示す制御の後に続いて実施することができる。図２および図９を参照して、ステップ１２７において、判定部５４は、タイマーが駆動中であるか否かを判定する。ステップ１２７において、タイマーが駆動していない場合には、この制御を終了する。ステップ１２７において、タイマーが駆動中である場合に、制御はステップ１２８に移行する。

ステップ１２８において、判定部５４は、タイマーが始動してからの経過時間を算出する。すなわち、判定部５４は、ハンド２の移動速度を制限すべきと判定した時からの経過時間を算出する。判定部５４は、タイマーが始動してからの経過時間が予め定められた時間判定値よりも大きいか否かを判別する。ステップ１２８において、タイマーが始動してからの経過時間が時間判定値以下である場合には、この制御を終了する。ステップ１２８において、タイマーが始動してからの経過時間が時間判定値よりも大きい場合に、速度を制限すべき時から所望の時間が経過している。この場合に、制御はステップ１２９に移行する。

ステップ１２９において、速度制限部５５は、作業ツールの移動速度が速度判定値以下になるように指令を動作制御部４３に送出する。このように、監視部５２は、速度の制限を実施すべき信号が発信されてからの経過時間を測定する。そして、速度制限部５５は、予め定められた設定時間の経過後に、速度の制限を実施する。

第２の監視制御においては、作業ツールの移動速度を速度判定値以下に低減させる場合に、予め定められた猶予時間を設けている。この猶予時間の間に、制御装置４は任意の制御を実施することができる。

例えば、動作プログラム４１には、ハンド２の移動速度を低下させたり、ロボット１を停止したりする信号を受信したときのために、ロボット１の動作速度の低下方法、またはロボット１の停止方法を予め設定しておくことができる。動作プログラム４１には、徐々にロボット１を停止させたり、ロボット１の動作速度を徐々に低下させたりするように設定しておくことができる。

図８のステップ１１７において、判定部５４が作業ツールの移動速度が速度判定値よりも大きいと判定した場合に、ステップ１２２において、監視部５２は、速度を制限する状態である信号を動作制御部４３に送信することができる。動作制御部４３は、動作プログラム４１に基づいてハンド２の移動速度を徐々に低下させることができる。または、動作制御部４３は、ロボット１の速度を徐々に低下させて停止させることができる。この結果、ロボット１が瞬時に停止したり、急激に速度を低下させたりして、ロボット装置５が行う作業の品質が低下することを抑制できる。その他の制御は、第１の監視制御と同様である。

次に、本実施の形態における第３の監視制御を説明する。図１０に、本実施の形態における第３の監視制御を説明するハンドおよびワークの斜視図を示す。前述のように、本実施の形態の監視制御では、ツール座標系３４のＺ軸の方向にハンド２が移動しているか否かを監視する。すなわち、制限方向としてのＸ軸の方向またはＹ軸の方向に速度の成分がある場合には、ハンド２の移動速度を制限している。

ところで、本実施の形態におけるロボット１は、多関節ロボットである。ハンド２をツール座標系３４のＺ軸の方向に移動させるためには、複数の駆動軸が同時に駆動する場合がある。すなわち複数の関節部において、アームおよびリストの向きが変化することにより、ハンド２が直線的に移動する場合がある。複数の駆動軸を同時に駆動するために、ハンド２は、矢印９３に示すように、ツール座標系３４のＺ軸の方向以外の方向にも僅かに揺らぐ場合がある。このような僅かな揺らぎであっても、Ｘ軸方向またはＹ軸方向への移動が検出されると、速度制限部５５は、ハンド２の移動速度を制限する。そこで、第３の監視制御では、ハンド２の制限方向への移動が検出された場合であっても、微小の移動距離である場合には、ハンド２の移動速度の制限を実施しない制御を実施する。

図１１に、本実施の形態における第３の制御のフローチャートを示す。図１１に示す制御は予め定められた時間間隔ごとに繰り返して実施することができる。図２、図１０、および図１１を参照して、ステップ１３１において、判定部５４は、ロボット１の位置および姿勢が作業ツールの移動の監視を実施する状態か否かを判定する。図３を参照して、例えば、判定部５４は、ロボット１の位置および姿勢が変化して、ハンド２がツール座標系３４のＺ軸の方向に移動する初期の状態（棒状部７０ａの先端が穴部７１ａ〜７１ｆに対向する状態）になっているか否かを判定する。ハンド２の移動の監視を行う状態でない場合には、制御はステップ１３２に移行する。ステップ１３２において、方向計算部５３は、現在のロボット１の位置および姿勢に基づいて、ツール座標系３４の原点３２の位置およびツール座標系３４の向きを取得する。ステップ１３３において、記憶部４２は、ツール座標系３４の原点３２の位置およびツール座標系３４の向きを初期位置および初期の向きとして記憶する。

ステップ１３１からステップ１３３は、作業ツールの移動の監視を実施する状態になるまで継続される。作業ツールの移動の監視を実施していない期間では、ステップ１３１からステップ１３３を繰り返すことにより、ツール座標系３４の初期位置は上書きされる。このツール座標系３４の初期位置は、後のステップにおいて制限方向への移動距離を算出する時に使用される。また、ツール座標系３４の初期位置は、作業ツールの移動の監視を実施する前のツール座標系３４の原点３２の基準の位置になる。

ステップ１３１において、作業ツールの移動の監視を実施する状態である場合には、制御はステップ１１１に移行する。ステップ１１１からステップ１１７は、本実施の形態における第１の監視制御と同様である（図６参照）。ステップ１１７において、作業ツールの移動速度が速度判定値よりも大きい場合に、制御はステップ１３４に移行する。

本実施の形態における監視部５２は、制限方向に延びる座標軸における移動距離を算出する距離算出部５６を含む。ステップ１３４において、距離算出部５６は、作業ツールの監視を開始する前のツール座標系３４の原点３２の初期位置を取得する。距離算出部５６は、ステップ１３３にて記憶された初期位置を取得する。そして、距離算出部５６は、制限方向に延びる座標軸における移動距離を算出する。

例えば、距離算出部５６は、Ｘ軸方向における移動距離ＤＸおよびＹ軸方向における移動距離ＤＹを算出する。移動距離ＤＸは、初期位置におけるＸ軸の座標値と、現在の位置におけるＸ軸の座標値との差により算出することができる。同様に、Ｙ軸方向の移動距離ＤＹも、同様の方法にて算出することができる。

次に、ステップ１３５において、判定部５４は、監視を行う座標軸における移動距離が予め定められた距離判定値よりも大きいか否かを判定する。距離判定値は、作業者が予め定めて、設定ファイル５１に設定しておくことができる。距離判定値は、監視を行う座標軸ごとに設定することができる。図１０に示す例では、判定部５４は、Ｘ軸方向への移動距離ＤＸが距離判定値ＬＸよりも大きいか否かを判別する。また、判定部５４は、Ｙ軸方向への移動距離ＤＹが距離判定値ＬＹよりも大きいか否かを判別する。複数の制限方向が設定されている場合には、判定部５４は、少なくとも１つの座標軸について移動距離が距離判定値を超えた場合に、ステップ１３５において移動距離が距離判定値を超えていると判定することができる。

ステップ１３５において、移動距離が距離判定値以下である場合には、制御はステップ１１９に移行する。この場合には、制限方向への移動距離が微小であり、速度を制限する制御は実施しない。速度制限部５５は、現在のロボット１の動作を継続する。ステップ１３５において、移動距離が距離判定値を超えている場合には、制御は、ステップ１３６に移行する。ステップ１３６において、速度制限部５５は、作業ツールの移動速度を速度判定値以下に低下する制御を実施する。

第３の監視制御を実施することにより、制限方向への移動が僅かである場合に、作業ツールの移動速度が制限されることを回避できる。複数の駆動軸が駆動するために生じる僅かな揺らぎが生じた場合に、作業ツールの移動速度が低下したり作業ツールを停止したりすることを回避できる。その他の制御は、本実施の形態の第１の監視制御と同様である。

次に、本実施の形態におけるツール座標系を設定する方法について説明する。前述の通り、本実施の形態では、作業者が設定ファイル５１にツール座標系３４を設定することができる。そして、作業者は、ツール座標系３４において制限方向に対応する座標軸を設定することができる。本実施の形態の制御装置４は、ツール座標系および制限方向を容易に設定する機能を有する。

図２を参照して、本実施の形態における監視部５２は、ツール座標系３４を設定ファイルに設定する座標設定部５７を含む。座標設定部５７は、作業ツールにおける２点の測定点の座標値に基づいて、作業ツールの移動を制限する制限方向を設定する。座標設定部５７は、制限方向に基づいて座標軸の方向を設定し、座標軸の方向に基づいてツール座標系を設定する。

図１２に、本実施の形態におけるロボットのリストの側面図を示す。リスト１５のフランジ１６の表面上には、原点３１を有するフランジ座標系３３が設定されている。図１３に、本実施の形態におけるロボットのリストおよびハンドの側面図を示す。図１３に示す例では、作業ツールとしてハンド６が配置されている。ハンド６は、爪部６ａの延びる方向が、フランジ１６の回転軸の方向からずれるように形成されている。このようなハンド６においても、ハンド６に原点３２を有するツール座標系３４を設定することができる。

図１４に、本実施の形態におけるリストとハンドとの他の斜視図を示す。図１４に示す例では、ハンド６を、フランジ座標系３３のＸ軸の周り（Ｗ軸の方向）に３０°回転させた状態でフランジ１６に固定したときの斜視図である。図１３と図１４とを比較すると、Ｙ軸の方向のおよびＺ軸の方向は変化しているものの、Ｘ軸の方向は変化していない。このように、制限方向を定める場合には、ツール座標系の座標軸の方向が特定できればよい。本実施の形態のツール座標系は、６個の自由度を有するが、これらのうち２個の座標軸の方向を設定すれば良い。更に、ツール座標系３４の原点３２の位置（フランジ座標系におけるＸ軸の座標値、Ｙ軸の座標値、およびＺ軸の座標値）は任意に設定することができる。

図１５に、ハンドの移動を制限する制限方向を設定するときの制御を説明するハンドの第１の斜視図を示す。図１５に示すハンド９では、吸着によりワークを把持する。接触棒７３は、例えば地面などに固定されている。接触棒７３は、ロボット１の位置および姿勢が変化しても不動である。

作業者は、ハンドの移動を制限する方向を設定するために、教示操作盤を用いてロボットの位置および姿勢を変更する。すなわち、手動により、ロボット１の位置および姿勢を調整する。作業者は、接触棒７３をハンド９上の測定点に接触させる。座標設定部５７は、この時のロボット１の位置および姿勢を取得する。例えば、座標設定部５７は、フランジ座標系３３の原点３１の位置およびフランジ座標系３３の向きを取得する。記憶部４２は、ロボット１の位置および姿勢を記憶する。

図１６に、ハンドの移動を制限する方向を設定するときの制御を説明するハンドの第２の斜視図を示す。次に、作業者は、ハンド９において他の測定点に接触棒７３を接触させるように、ロボット１の位置および姿勢を制御する。座標設定部５７は、この時のロボット１の位置および姿勢を取得する。記憶部４２は、ロボット１の位置および姿勢を記憶する。

図１７に、ハンドの移動を制限する方向を設定するときの制御を説明するハンドの第３の斜視図を示す。１回目の測定された測定点３５と２回目に測定された測定点３６とを結ぶ方向がハンド９の移動の制限方向になる。座標設定部５７は、接触棒７３を２つの測定点に接触させた時のロボット１の位置および姿勢に基づいて、矢印９５に示す制限方向を算出することができる。制限方向は、フランジ座標系のＷ軸、Ｐ軸、およびＲ軸のうち２つの回転方向の座標値によって示すことができる。フランジ座標系の回転方向の３個の座標値のうち任意の２個の座標値にて定めることができる。座標設定部５７は、矢印９５に示す制限方向がツール座標系の１つの座標軸に平行になるように、座標軸を設定することができる。例えば、座標設定部５７は、制限方向がツール座標系のＸ軸の方向になるようにツール座標系を設定することができる。

また、作業ツールの制限方向ごとに測定点の測定を実施する。例えば、Ｘ軸方向に垂直な方向に制限方向を設定する場合には、作業者は、別の２点に接触棒７３を接触させることにより、２つの測定点を測定する。座標設定部５７は、この測定点に基づいて制限方向を設定することができる。座標設定部５７は、算出した方向がＹ軸の方向になるようにツール座標系を設定することができる。

更に、前述の通り、本実施の形態の監視制御では、ツール座標系の原点の位置を任意に設定することができる。ツール座標系の原点の位置を示すフランジ座標系のＸ軸の座標値、Ｙ軸の座標値、およびＺ軸の座標値は、任意の座標値を設定することができる。例えば、ツール座標系の原点の位置は、作業ツール上の任意の位置に設定することができる。座標設定部５７は、作成したツール座標系の情報を設定ファイルに書き込むことができる。

このように、本実施の形態の制御装置は、作業者が作業ツール上の複数の測定点を特定することにより、制限方向を設定し、制限方向に基づいてツール座標系を設定することができる。作業ツールの移動について制限方向が存在するときに、監視のためのツール座標系を容易に設定ファイルに設定することができる。

上記の制御においては、設定ファイルに作業ツールの移動を制限する制限方向に延びる座標軸が設定されている。すなわち、設定ファイルには、作業ツールの移動を制限する方向が設定されているが、この形態に限られない。設定ファイルには、作業ツールの動作を許可する許可方向に延びる座標軸を設定しても構わない。この場合には、許可方向に延びる座標軸以外の座標軸に速度の制限が実施される。判定部は、ツール座標系の原点が許可方向に延びる座標軸以外の座標軸の方向に移動するか否かを判定する。速度制限部は、ツール座標系の原点が許可方向に延びる座標軸以外の座標軸の方向に移動する場合に、作業ツールの移動速度を低下させる速度低下制御またはロボットを停止させる停止制御を実施することができる。

上述のそれぞれの制御においては、機能および作用が変更されない範囲において適宜ステップの順序を変更することができる。

上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される実施の形態の変更が含まれている。

１ ロボット
２，６，９ ハンド
４ 制御装置
１６ フランジ
１８ 位置検出器
３１，３２ 原点
３３ フランジ座標系
３４ ツール座標系
３５，３６ 測定点
３７ 基準座標系
４１ 動作プログラム
５１ 設定ファイル
５３ 方向計算部
５４ 判定部
５５ 速度制限部
５６ 距離算出部
５７ 座標設定部
７０，７１ ワーク
７３ 接触棒

Claims (6)

1. ロボットを制御する制御装置であって、
   ロボットの基準座標系と、作業ツールが取り付けられるロボットの先端のフランジの表面に原点が設定され、基準座標系を変換したフランジ座標系と、フランジ座標系を変換したツール座標系とが予め定められており、
   作業ツールの移動を制限する制限方向に延びる座標軸を含むツール座標系が定められた設定ファイルを記憶する記憶部と、
   設定ファイルに定められたツール座標系と、ロボットの位置および姿勢とに基づいてツール座標系の原点の移動方向を算出する方向計算部と、
   ツール座標系の原点が制限方向に延びる座標軸の方向に移動するか否かを判定する判定部と、
   動作プログラムに基づくロボットの動作の速度を制限する速度制限部とを備え、
   前記速度制限部は、ツール座標系の原点が制限方向に延びる座標軸の方向に移動する場合に、作業ツールの移動速度を低下させる速度低下制御またはロボットを停止させる停止制御を実施する、制御装置。
2. 前記判定部は、作業ツールの移動速度を算出し、作業ツールの移動速度が予め定められた速度判定値よりも大きいか否かを判定し、
   前記速度制限部は、作業ツールの移動速度が前記速度判定値よりも大きい場合に、作業ツールの移動速度を速度判定値以下に制御する、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記速度制限部は、ツール座標系の原点が制限方向に延びる座標軸の方向に移動する場合に、予め定められた設定時間の間にて現在の動作を継続し、前記設定時間の経過後に速度低下制御または停止制御を実施する、請求項１または２に記載の制御装置。
4. 作業ツールの移動の監視を実施する前のツール座標系の原点の位置を基準にして、制限方向に延びる座標軸における移動距離を算出する距離算出部を備え、
   前記判定部は、ツール座標系の原点が制限方向に延びる座標軸の方向に移動する場合に、前記移動距離が予め定められた距離判定値以内か否かを判定し、
   前記速度制限部は、前記移動距離が前記距離判定値以内の場合に現在のロボットの動作を継続し、前記移動距離が前記距離判定値を超える場合に前記速度低下制御または前記停止制御を実施する、請求項１から３のいずれか一項に記載の制御装置。
5. 前記ツール座標系を設定ファイルに設定する座標設定部を含み、
   前記座標設定部は、作業ツールにおける２個の測定点の座標値に基づいて作業ツールの移動を制限する制限方向を算出し、制限方向に基づいて座標軸の方向を設定し、前記座標軸の方向に基づいてツール座標系を設定する、請求項１から４のいずれか一項に記載の制御装置。
6. ロボットを制御する制御装置であって、
   ロボットの基準座標系と、作業ツールが取り付けられるロボットの先端のフランジの表面に原点が設定され、基準座標系を変換したフランジ座標系と、フランジ座標系を変換したツール座標系とが予め定められており、
   作業ツールの移動を許可する許可方向に延びる座標軸を含むツール座標系が定められた設定ファイルを記憶する記憶部と、
   設定ファイルに定められたツール座標系と、ロボットの位置および姿勢に基づいてツール座標系の原点の移動方向を算出する方向計算部と、
   ツール座標系の原点が許可方向に延びる座標軸以外の座標軸の方向に移動するか否かを判定する判定部と、
   動作プログラムに基づくロボットの動作の速度を制限する速度制限部とを備え、
   前記速度制限部は、ツール座標系の原点が許可方向に延びる座標軸以外の座標軸の方向に移動する場合に、作業ツールの移動速度を低下させる速度低下制御またはロボットを停止させる停止制御を実施する、制御装置。

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