JPH0639068B2

JPH0639068B2 - ロボット制御装置

Info

Publication number: JPH0639068B2
Application number: JP59094630A
Authority: JP
Inventors: 雅之長谷川
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1984-05-14
Filing date: 1984-05-14
Publication date: 1994-05-25
Anticipated expiration: 2009-05-25
Also published as: JPS60238290A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の技術分野］この発明は、物体位置そのものを教示することなく、前
記物体位置を正確に自己確認させ、次いで所定の動作に
移行させることのできるロボット制御装置に関する。

［従来技術の説明］従来よりの、例えば産業用ロボットの動作方式は、予め
与えられた位置データに基いて、その位置を忠実に復元
しながら所定の動作を行ってゆくものである。従って、
正確な位置動作を希望する場合には正確な位置データを
与えてやらねばならない。ここに、上記位置データの教
示方式には、位置データを数値で与える間接教示方式
と、ロボットを実際に移動させ、移動後の位置を位置検
出装置で補え、この検出装置の検出位置を位置データと
して直接記憶させるようにした直接教示方式とがある。

しかしながら、上記いずれの方式によろうとも位置デー
タの教示作業には多くの時間と細心の注意を要し、労の
多い作業であった。特に積層材料を順次取出し、又は順
次載置してゆくような場合には、その積層数に比例して
教示数も多くなり、位置教示作業は極めて労の多い作業
となっていた。

即ち、直接教示では、実際の材料位置にロボットを移動
させてやらねばならないのであるが、作業精度を向上さ
せるため、或いは、ロボットと材料との間の衝突を避け
るためには、相当正確に位置決め（例えば、＋方向に
０．０５mm，一方向に０．３mmの精度）しなければなら
ず、上記したように細心の注意と多大の時間、及び労力
を要していたのである。又、このようにして定めた位置
データは、教示時正確であったとしても、材料寸法のバ
ラツキには必ずしも適合できず、材料寸法のバラツキに
よりトラブルを生ずる恐れもあった。

一方、間接教示の場合、材料位置を数値データとしてプ
ログラムしなければならないのであるが、この数値デー
タを作成するために、例えば３次元測定器等用いて位置
を測定しなければならず、これがため多くの労を要して
いたのである。なお、間接教示においても、直接教示の
場合と同様、材料寸法のバラつきに適合できなかった。

［発明の目的］この発明の目的とするところは、正確な物体位置をロボ
ット自身に判断させ、自動的に次の所定の作業に移行さ
せることのできるロボット制御装置を提供することを目
的とする。

又、他の目的は、上記物体の材質、形状を問わず、各種
の物体の位置を判断し、自動的に次の所定の作業に移行
させることのできるロボット制御装置を提供することを
目的とする。

［発明の要約］前述のごとき目的を達成するために、本発明は、Ｘ，
Ｙ，Ｚ方向へ移動自在なアームの先端部に取付けた基台
に装着した取付板を、Ｘ方向およびＺ方向へ移動可能か
つＸ方向およびＺ方向の中間位置へ付勢保持して設ける
と共に、前記基台に対する前記取付板のＸ方向、Ｚ方向
の移動を検出するセンサを設け、材料を把持自在のフィ
ンガを備えたグリッパを前記取付板に装着してなり、前
記各センサの各検出値と設定部において設定された複数
の設定値とを比較する比較部と、この比較部の比較結果
を記憶する状態記憶部と、ロボットの各制御軸をフィー
ドバック制御する軸制御部と、状態管理部から連絡され
る状態に応じて前記軸制御部に軸制御信号を送る運転状
態制御部と、前記状態記憶部の状態を管理する前記状態
管理部と、を備えてなるものである。

［実施例の説明］第１図に直交座標系ロボットの作業状態を示した。ロボ
ット１はテーブル３に沿ってＸ方向に移動できると共
に、その支柱５を上下方向（Ｚ）に伸ばすることができ
る。又、前記支柱５に対して固定的に設けたモータＭの
回動により、図示しないラック・ピニオン機構を介して
アーム７を前後方向（Ｙ方向）に移動させることができ
る。従って、ピッチング軸Ｐを介したハンド部９はテー
ブル３上で３次元座標を自由に移動することが可能であ
る。これらの移動は数値制御装置ＮＣによって指令さ
れ、サーボモータを介して行われる。

なお、前記ハンド部９にはピッチング軸Ｐとグリッパ１
１との間に後で詳述する圧力検出装置ＦＳを設けてい
る。グリッパ１１はロボット１の前方から見て左回り
（Ｒ＋）及び右回り（Ｒ−）に回動されると共に掴み動
作を行うことのできる一対のフィンガ１３，１３を有し
ている。従ってグリッパ１１はテーブル３上の所定高さ
位置（Ｚ＝Ｚ_１）に載置された材料Ｗ_４，Ｗ_５，…を把
持すると共に、例えば他の所定高さ位置Ｚ＝Ｚ_２に移動
して把持材料を離すこと等の作業が可能である。

第２図〜第６図に圧力検出装置ＦＳの詳細図及びその説
明図を示した。第２図は圧力検出装置ＦＳを第１図に示
したグリッパ１１側から見た平面図、第３図は第２図の
III−III視野断面図、第４図は第２図のIV−IV矢視断面
図である。圧力検出装置ＦＳはＸ方向からの圧力を検出
する圧力検出部ＦＳＸと、Ｚ方向からの圧力を検出する
圧力検出部ＦＳＺを有し、グリッパ１１が移動中に受け
たＸ及びＺ方向からの外力をそれぞれ検出できる構成で
ある。但しピッチング軸Ｐを上下９０゜に移動させたと
きはＸ軸，Ｙ軸方向の外力を検出することは勿論でき
る。

第２図〜第４図において、取付板１５はタップ１７，１
７にグリッパ１１側からの図示しないネジ部材を螺入さ
れてグリッパ１１側に取付けられている。中間部材１９
はボルト２１，２１を介して前記取付板１５に固定され
ている。基台２５は図示しないボルトを介して前記ピッ
チング軸Ｐ側に取付けられる。そして、該基台２５と前
記中間部材１９の間には摺動板２７を設け、前記基台２
５との間にはＸ方向の移動を可能とする複数の球体２
９，２９を、前記中間部材１９との間にはＺ方向の移動
を可能とする複数の球体３１，３１を設けている。

一方、前記基台２５に、前記中間部材１９の外周外部に
位置してフレーム３３を固定的に設けている。そして該
フレーム３３に設けた孔部にピン３５を嵌挿し、該ピン
３５をハウジング３７内のバネ３９で中心方向に向けて
押圧し、前記中間部材を四方から所定圧で押圧し常時は
図示位置に位置させるようにしている。バネ３７の押圧
力はボルト４１に螺入されたナットを回動して調整する
ことができる。

２つの圧力検出部ＦＳＸ、及び、ＦＳＺは前記取付板１
５の背面に発磁体ＭｇＸ、ＭｇＺをそれぞれ設けると共
に、該発磁体ＭｇＸ、ＭｇＺに対向して前記フレーム３
３側に磁力センサＳＸ、ＳＺをそれぞれ設けて構成され
ている。圧力検出部ＦＳＸの発磁体ＭｇＸは取付板１５
のＸ方向の移動をセンサＳＸに感知させるもので、セン
サＳＸにはＺ方向の移動を感知させることのないよう、
発磁体ＭｇＸの幅をＺ方向に長く構成している。同様の
理由で、圧力検出部ＦＳＺの発磁体ＭｇＺはＸ方向の移
動を感知させることのないようその幅をＸ方向に長くす
るようにしている。

上記構成により、固定基台２５に対して取付板１５がＸ
方向に移動すると、中間部材１９、及び、摺動板２７が
共に移動し、第２図において右側の又は左側のハウジン
グ３７内のバネ３９を押圧する状態となる。移動する距
離は押圧力とバネ３９とが釣合うことで定められる。最
大移動距離は第４図に示すＸ方向に、例えば±３mm程度
に、又、その最大移動位置でのバネの押圧力は数Ｋgw程
度になるよう設計される。

一方、取付板１５にＺ方向の力が作用した場合には、摺
動板２７は基台２５に対して対して固定的であり、中間
部材１９がピン３５を介して第２図上下方向のバネ３９
を押圧する。この場合には、前記同様、Ｚ方向に±３mm
の範囲内で数Ｋgw以内の圧力と釣合って作動させること
ができる。

第５図にセンサＳＸ（ＳＺ）と、発磁体ＭｇＸ（Ｍｇ
Ｚ）の相互関係を拡大して示している。発磁体ＭｇＸ
（ＭｇＺ）に対し、センサＳＸ（ＳＺ）の中心軸が図に
おいて左右方向にずらされることにより、そのずらされ
た距離に略比例する電圧をセンサＳＸ、ＳＺから得られ
る。

第６図はその際の距離−電圧特性図である。横軸には移
動距離（mm）を縦軸には発生電圧（ボルト）を示してい
る。第１図においてグリッパ１１が外力を受けたとする
と第３図に示した取付板１５がその外力を受けた方向に
移動し、センサＳＸ、ＳＺよりその移動量に見合っただ
けの電圧がそれぞれ得られることになる。例えばＸ方向
へ＋２mm移動した場合、センサＳＸから＋２．５ボルト
が出力されるが如くである。

第７図、第８図に、ロボットを移動させ圧力検出装置Ｆ
Ｓを作動させる場合の説明図を示した。両図はいずれも
第１図の右側図面に相当し、ロボット１のアーム及びハ
ンド部分のみを示している。

今、第７図に示すようにロボットのフィンガ１３，１３
を積層材料Ｗ_４…の真上に位置させ（Ｚ＝Ｚ_１）、それ
から、最上の材料Ｗ_４（Ｚ＝Ｚ_２）を把持させたいとす
る。先ず、材料Ｗ_４の真上のＺ＝Ｚ_１の位置に到達させ
るまでの操作は、直接教示、又は間接教示いずれの方式
で教示しておいても良い。そして、Ｚ＝Ｚ_１の位置から
は所定の機能を使用する。この所定の機能は、例えばＺ
＝Ｚ_１の位置Ｐ_１から、把持させたい材料Ｗ_４の位置を
通過させることができるものであれば良い。本例では、
材料Ｗ_４の真下に仮想目標位置Ｐ_０（Ｚ＝Ｚ_０）を標準
し、前記Ｚ＝Ｚ_１の位置Ｐ_１から該仮想目標位置Ｐ_０に
向って直線補間するようにしている。

この際第７図に示したように、フィンガ１３が吸着パッ
トで形成されている例を示している。吸着パット１３を
材料Ｗ_４に対向させ、そのまま進行させれば前記吸着パ
ット１３が材料上面に突当るようにしておく。これは、
圧力検出部ＦＳＺで、下方から吸着パット１３を介して
押圧する力を検出させるためである。しかる後、ロボッ
トハンド部９を材料Ｗ_４に向って所定の速度で降下させ
る。

第８図は、吸着パット１３が材料Ｗ_４に接触した状態を
示している。このような状態においてセンサＳＺが圧力
値を検出するので、この検出圧力が所定値であることを
確認してロボットの移動を停止させる。この際、ハンド
部９のピッチング軸Ｐ側と吸着パット取付部１１とは、
Δｌmm（３mm以内）だけずれた状態となっている。

第９図はロボット制御装置のブロック図である。複数の
センサ１，２…（圧力検出部ＳＸ，ＳＺ…）からの電圧
信号をマルチプレクサ４３を介してＡ／Ｄコンバータ４
５に受け、該Ａ／Ｄコンバータ４５から得られるデジタ
ル値を比較部４７に送る。

一方、圧力設定部４９には、前記センサ１，２…に対応
して予めの設定値を定めておく。一例を掲げれば、０．
２ボルト、０．４ボルト………３．０ボルトの如く０．
２ボルト単位で多数の設定値を設ける。この様に多数の
設定値を設ける理由は例えば、０．８ボルトから２．０
ボルトまでの間の電圧が感知された場合には材料位置を
確認すると同時に、その際の検出電圧値を解析すること
により、現在、何mmオーバランしているか（第８図Δｌ
参照）を知ることができるからである。又、他の理由
は、例えば、センサから２．２ボルト以上の電圧が感知
された場合にはアラーム処理を併せて行うことができる
からである。

このような多数の設定値は、各センサに対応してそれぞ
れ設けられる。ここに、複数のセンサ１，２…として
は、前記センサＳＸ，ＳＺの他、ロボットの適宜の位置
に適宜に設けられ、適宜の作業（位置確認或いは追突防
止等）に利用され得ることが理解されよう。

前記比較部４７は前記圧力設定部４９の設定値と、前記
Ａ／Ｄコンバータ４５からの電圧値とを比較する。この
比較期間は、少なくともロボットが第７図、第８図に示
した仮想目標位置Ｐ_０へ向って移動している間行われ、
そして、例えば１秒間に１０回程度繰り返し行われる。
比較部４７で比較された結果は状態記憶部５１に記憶さ
れる。

前記状態記憶部５１は、各センサ毎に複数の状態を一時
的に記憶することができる。複数の状態とは、現在圧力
検出器がどの程度の電圧を出力しているかを複数段に検
出する意味である。第１０図は状態記憶部５１のｉ番目
のセンサに対応するメモリマップである。０．２ボルト
毎にＮｉ_１，Ｎｉ_２，…Ｎinのフラグを設け、検出電圧
に応じたフラグを立てるようにしている。

第９図に示した状態管理部５３、運転状態制御部５５、
軸制御部５７はオペレーティングシステム下における制
御部分であり、通常のオペレーティングシステムに用い
られているものと変るところがない。即ち、軸制御部５
７はロボットの各制御軸をフィードバック制御してい
る。運転状態制御部５５は状態管理部５３から連絡され
る状態に応じて、前記軸制御部に適宜の軸制御信号を送
っている。そこで、前記状態管理部５３に、前記５１の
状態を管理させることができる。この際演算部５９にお
いてフラグがどの位置で立っているかを知ることができ
るので、移動停止、次の処理への移行、又、アラームの
発生等の処理を行うことができる。その他、第８図に示
したΔｌを知り、次の処理に関する適正の位置補正を行
うこともできる。

第１１図は、第７図及び第８図に示したロボットの動作
状況を説明するフローチャートである。ステップ１１１
で予め設定した仮想目標位置Ｐ_０に向って移動する。こ
の移動はステップ１１３で圧力検出装置ＦＳから所定の
電圧（例えば０．６ボルト以上）が出されるようになる
まで行われる。ステップ１１４に示されるセンストロー
エンド信号は、圧力検出装置が前記最大許容範囲３mmを
オーバして機器破損等生じないようにするため、例えば
２．６ボルトの検出電圧があった場合ステップ１１５で
ロボット停止並びに警報発生する等のアラーム処理を行
うための信号である。ステップ１１３で所定の電圧値が
検出された場合にはステップ１１６へ移る。ステップ１
１６でロボットを直ちに停止させる。

ステップ１１７以下の処理は、次の処理へ移行させるた
めのものである。ステップ１１７で、停止位置を目標位
置、即ち、次の作業のための基準位置として定め、ステ
ップ１１８で前記目標位置到達までの追従処理を終了す
る。この際、基準位置は前記状態記憶部のフラグ位置よ
り補正し得ることに注意を要する。

ステップ１１９は次の作業を示す。次の作業は、例え
ば、第８図の状態で図示しない真空装置を起動しワーク
を吸着させる等の把持動作を行う。

このようにして、第１図に示した材料Ｗ_４を把持したロ
ボットは、所定の位置（例えば第７図に示したＺ＝Ｚ_１
の位置）へ返り、次いで、所定の加工作業を行わせた
後、材料Ｗ_４を所定の場所に置く。第１図にはその置き
場所を便宜上同一テーブル上に示し、既に材料Ｗ_１，Ｗ
_２，Ｗ_３が載置されている状態を示している。把持材料
の離し方については前記把持方式と同様の処理により行
うことができることは明白である。

なお、本例では材料直下の仮想目標位置Ｐ_０をプログラ
ミング等により入力し直線補間するようにしたが、必ず
しも現実にその場所を指定する必要はない。例えば第１
図においてＰ_１点からＰ_０方向に向って無限距離を所定
量づつ進行させる方式、円弧補間を用うる方式、その他
の方式であって良く、要するに、材料Ｗ_４に向って進行
させれば良いものである。その際の公差はＷ_４の面積、
及び材料Ｗ_４と接触する部材（本例では吸着パット１
３）の面積との間に交差する部分があれば良いのである
から、極めて大きな公差が許容されることになり、教示
作業もそれだけ容易となるのである。

なお、上記実施例では直交座標型のロボットを示したけ
れども、これに限定されるものではなく、極座標型、多
関節型、その他の型式のロボットであっても本発明は適
用できるものである。又、なお、上記実施例では物体の
位置確認手段として圧力検出装置を用いているのである
が、この場合近接センサ（例えば磁気、或いは光学式の
もの）を用いたのに比べ、実際の物体の位置を正確に直
接検出できると共に、アルミ、鉄等の材料に影響される
ことがなく、又、検出材料の表面状態、その他形状等に
影響されることがなく、正確にその位置を検出すること
ができるので有利である。

［発明の効果］以上のごとき実施例の説明より理解されるように、要す
るに本発明は、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向へ移動自在なアーム７の
先端部に取付けた基台２５に装着した取付板１５を、Ｘ
方向およびＺ方向へ移動可能かつＸ方向およびＺ方向の
中間位置へ付勢保持して設けると共に、前記基台２５に
対する前記取付板１５のＸ方向、Ｚ方向の移動を検出す
るセンサＳＸ，ＳＺを設け、材料を把持自在のフィンガ
１３を備えたグリッパ１１を前記取付板１５に装着して
なり、前記各センサＳＸ，ＳＺの各検出値と設定部４９
において設定された複数の設定値とを比較する比較部４
７と、この比較部４７の比較結果を記憶する状態記憶部
５１と、ロボットの各制御軸をフィードバック制御する
軸制御部５７と、状態管理部５３から連絡される状態に
応じて前記軸制御部５７に軸制御信号を送る運転状態制
御部５５と、前記状態記憶部５１の状態を管理する前記
状態管理部５３と、を備えてなるものである。

上記構成より明らかなように、本発明においては、アー
ム７の先端部に取付けた基台２５に装着した取付板１５
にフィンガ１３を備えたグリッパが装着してある。そし
て、上記基台２５に対する取付板１５のＸ，Ｚ方向への
移動はセンサＳＸ，ＳＺによって検出されるものであ
り、各センサＳＸ，ＳＺの検出値は設定部４９において
予め設定された複数の設定値と比較部４７において比較
される構成である。

したがって、例えば、Ｚ方向への移動時に、ワークにフ
ィンガ１３が当接した場合にはＺ方向のセンサＳＺによ
って検出されて移動が停止されるものであり、その停止
位置は、センサＳＺの検出値が設定値と比較されること
により、ワークの当接位置を基準にして容易に知ること
ができるものである。

したがって、前記ワークとの当接位置を基準としての動
作を容易に行うことができるものである。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれも実施例を示し、第１図はロボットの作業
状態を示す斜視説明図。第２図は圧力検出装置の平面図、第３図は第２図のIII
−III矢視断面図、第４図は第２図のIV−IV矢視断面
図。第５図は発磁体とセンサとの相互関係を示す説明図、第
６図はセンサの移動距離と発生電圧との関係特性図。第７図と第８図はロボットの移動状態を示し、アーム及
びハンド部分を拡大して示す説明図。第９図はロボット制御装置のブロック図を示し、第１０図は状態記憶部のメモリマップの説明図、第１１図は追従制御を示す処理フローチャートである。１……ロボット、３……テーブル５……支柱、７……アーム９……ハンド部、１１……グリッパ１３……フィンガ（吸着パット）ＦＳ……圧力検出装置ＦＳＸ，ＦＳＺ……圧力検出部ＭｇＸ，ＭｇＺ……発磁体ＳＸ，ＳＺ……センサＰ_０……仮想目標位置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｘ，Ｙ，Ｚ方向へ移動自在なアーム（７）
の先端部に取付けた基台（２５）に装着した取付板（１
５）を、Ｘ方向およびＺ方向へ移動可能かつＸ方向およ
びＺ方向の中間位置へ付勢保持して設けると共に、前記
基台（２５）に対する前記取付板（１５）のＸ方向、Ｚ
方向の移動を検出するセンサ（ＳＸ，ＳＺ）を設け、材
料を把持自在のフィンガ（１３）を備えたグリッパ（１
１）を前記取付板（１５）に装着してなり、前記各セン
サ（ＳＸ，ＳＺ）の各検出値と設定部（４９）において
設定された複数の設定値とを比較する比較部（４７）
と、この比較部（４７）の比較結果を記憶する状態記憶
部（５１）と、ロボットの各制御軸をフィードバック制
御する軸制御部（５７）と、状態管理部（５３）から連
絡される状態に応じて前記軸制御部（５７）に軸制御信
号を送る運転状態制御部（５５）と、前記状態記憶部
（５１）の状態を管理する前記状態管理部（５３）と、
を備えてなることを特徴とするロボット制御装置。