(57)【要約】【課題】ロボットの動作速度が一律に制限されることを防止して、ロボットの作業効率を向上する。【解決手段】動作プログラムに従って動作するロボット２の少なくとも１つの着目部位の速度を、動作プログラムに記載された速度指令値に基づいて算出する速度算出部１１と、着目部位の速度を制限する方向を設定する制限方向設定部１２と、速度算出部１１により算出された着目部位の速度の内、制限方向設定部１２により設定された方向の速度成分を算出する制限速度成分算出部１３と、制限速度成分算出部１３により算出された速度成分が、予め設定された制限速度を超える動作についてのみ、制限速度以下となるように、ロボット２の動作速度を制限する速度制限部１４とを備えるロボット２の制御装置１を提供する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作プログラムに従って動作するロボットの少なくとも１つの着目部位の速度を、前記動作プログラムに記載された速度指令値に基づいて算出する速度算出部と、
前記着目部位の速度を制限する方向を設定する制限方向設定部と、
前記速度算出部により算出された前記着目部位の速度の内、前記制限方向設定部により設定された方向の速度成分を算出する制限速度成分算出部と、
該制限速度成分算出部により算出された速度成分が、予め設定された制限速度を超える動作についてのみ、前記制限速度以下となるように、前記ロボットの動作速度を制限する速度制限部とを備えるロボットの制御装置。
【請求項２】
前記ロボットの動作速度を制限する制限領域を設定する制限領域設定部と、
前記ロボットの前記着目部位が前記制限領域内に位置するか否かを判定する位置判定部とを備え、
前記速度制限部は、前記位置判定部により前記制限領域内に前記ロボットの前記着目部位が位置すると判定された場合に、前記ロボットの動作速度を制限する請求項１に記載のロボットの制御装置。
【請求項３】
前記制限方向設定部が、予め設定された座標系に基づいて、前記速度を制限する方向を設定する請求項１または請求項２に記載のロボットの制御装置。
【請求項４】
前記制限方向設定部により前記速度を制限する方向が設定されているか否かを判定する設定有無判定部を備え、
前記速度制限部は、前記設定有無判定部により前記速度を制限する方向が設定されていないと判定された場合には、前記ロボットの全ての動作について、予め設定された前記制限速度以下となるように、前記ロボットの動作速度を制限する請求項１から請求項３のいずれかに記載のロボットの制御装置。
【請求項５】
前記着目部位が、前記ロボットの動作の制御点である請求項１から請求項４のいずれかに記載のロボットの制御装置。
【請求項６】
教示された動作プログラムに従って動作するロボットの少なくとも１つの着目部位の速度を、前記動作プログラムに記載された速度指令値に基づいて算出する速度算出ステップと、
前記着目部位の速度を制限する方向を設定する制限方向設定ステップと、
前記速度算出ステップにより算出された前記着目部位の速度の内、前記制限方向設定ステップにより設定された方向の速度成分を算出する制限速度成分算出ステップと、
該制限速度成分算出ステップにより算出された速度成分が、予め設定された制限速度を超える動作についてのみ、前記制限速度以下となるように、前記ロボットの動作速度を制限する速度制限ステップとを含むロボットの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットの制御装置および制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、作業者の体重により作業者の位置を検知する検知装置を備え、作業者がロボットを教示するモードにおいて、検知装置によって検知された作業者の位置に応じて制限速度を選択してロボットを制御するロボットの制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、ロボットと人との協調動作領域を設定しておき、ロボットが協調動作領域に入っているときには、協調動作領域外に位置する場合の最高速度よりも低速となるように動作速度を制限する生産システムが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４５１３５６８号公報
【特許文献２】特許第４６４８４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のロボットの制御装置および特許文献２の生産システムでは、人またはロボットが所定の領域内に存在することが検知されると、必ずロボットの動作速度が制限されてしまうという不都合がある。すなわち、ロボットの動作速度を制限する必要のない場合にまで動作速度が制限されてしまい、ロボットの作業効率が低下するという不都合がある。
【０００５】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、ロボットの動作速度が一律に制限されることを防止して、ロボットの作業効率を向上することができるロボットの制御装置および制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、動作プログラムに従って動作するロボットの少なくとも１つの着目部位の速度を、前記動作プログラムに記載された速度指令値に基づいて算出する速度算出部と、前記着目部位の速度を制限する方向を設定する制限方向設定部と、前記速度算出部により算出された前記着目部位の速度の内、前記制限方向設定部により設定された方向の速度成分を算出する制限速度成分算出部と、該制限速度成分算出部により算出された速度成分が、予め設定された制限速度を超える動作についてのみ、前記制限速度以下となるように、前記ロボットの動作速度を制限する速度制限部とを備えるロボットの制御装置を提供する。
【０００７】
本態様によれば、制限方向設定部により速度を制限する方向が設定され、動作プログラムに記載された動作指令毎に、動作指令値に基づいて速度算出部によりロボットの少なくとも１つの着目部位の速度が算出され、算出された速度の内、制限方向設定部により設定された方向の速度成分が制限速度成分算出部により算出される。そして、速度制限部において、算出された速度成分が予め設定された制限速度を超える動作であるか否かが判定され、制限速度を超えている場合には、その動作についてのみ制限速度以下となるようにロボットの動作速度が制限される。
【０００８】
すなわち、ロボットと人とが近接する領域にロボットが位置していたとしても、ロボットの動作速度が一律に制限されるのではなく、制限方向設定部により設定された方向の速度成分が制限速度を超えている動作についてのみ制限されるので、ロボットの動作速度が必要以上に制限されることを抑えて、ロボットの作業効率を向上することができる。
【０００９】
上記態様においては、前記ロボットの動作速度を制限する制限領域を設定する制限領域設定部と、前記ロボットの前記着目部位が前記制限領域内に位置するか否かを判定する位置判定部とを備え、前記速度制限部は、前記位置判定部により前記制限領域内に前記ロボットの前記着目部位が位置すると判定された場合に、前記ロボットの動作速度を制限してもよい。
【００１０】
このようにすることで、位置判定部によって、制限領域設定部により設定された制限領域内に、ロボットの着目部位が位置すると判定された場合に、ロボットの動作速度が制限される。すなわち、ロボットの着目部位が制限領域外に位置する場合には動作速度の制限を行わないこととして、ロボットの動作速度が制限される場合をさらに限定して、ロボットの作業効率を向上することができる。
【００１１】
また、上記態様においては、前記制限方向設定部が、予め設定された座標系に基づいて、前記速度を制限する方向を設定してもよい。
このようにすることで、ロボットの動作の座標系や作業者が定義した座標系等の任意の座標系、および直交座標系あるいは円筒座標系等の任意の形態の座標系に基づいて、速度を制限する方向が設定される。速度を制限したい領域やロボットの軸構成に合わせた座標系に基づいて速度を制限することで、速度を制限したい方向を容易に設定することができる。
【００１２】
また、上記態様においては、前記制限方向設定部により前記速度を制限する方向が設定されているか否かを判定する設定有無判定部を備え、前記速度制限部は、前記設定有無判定部により前記速度を制限する方向が設定されていないと判定された場合には、前記ロボットの全ての動作について、予め設定された前記制限速度以下となるように、前記ロボットの動作速度を制限してもよい。
【００１３】
このようにすることで、設定有無判定部により速度を制限する方向が設定されていないと判定された場合には、ロボットの全ての動作について動作速度が制限速度以下に制限される。これにより、ロボットと人とが近接して作業する場合において、動作を制限する方向が設定されていない場合におけるロボットと人との接触をより確実に回避することができる。
【００１４】
また、上記態様においては、前記着目部位が、前記ロボットの動作の制御点であってもよい。
このようにすることで、通常、制御点を基準として生成される動作プログラムに基づいて、速度算出部による着目部位の速度の算出を容易に行うことができる。
【００１５】
また、本発明の他の態様は、教示された動作プログラムに従って動作するロボットの少なくとも１つの着目部位の速度を、前記動作プログラムに記載された速度指令値に基づいて算出する速度算出ステップと、前記着目部位の速度を制限する方向を設定する制限方向設定ステップと、前記速度算出ステップにより算出された前記着目部位の速度の内、前記制限方向設定ステップにより設定された方向の速度成分を算出する制限速度成分算出ステップと、該制限速度成分算出ステップにより算出された速度成分が、予め設定された制限速度を超える動作についてのみ、前記制限速度以下となるように、前記ロボットの動作速度を制限する速度制限ステップとを含むロボットの制御方法を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ロボットの動作速度が一律に制限されることを防止して、ロボットの作業効率を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るロボットの制御装置を備えるロボットシステムを示す全体構成図である。
【図２】図１のロボットシステムにおいてロボットの制御装置におけるハードウェア構成を説明する図である。
【図３】図１のロボットシステムにおいてロボットの制御装置を機能ブロックにより示すブロック図である。
【図４】図１のロボットシステムにおける座標系および着目部位の速度の一例を示す図である。
【図５】図１のロボットの制御装置による本発明の一実施形態に係るロボットの制御方法を説明するフローチャートである。
【図６】図３のロボットの制御装置の第１の変形例を示すブロック図である。
【図７】図５のロボットの制御方法の第１の変形例を説明するフローチャートである。
【図８】図３のロボットの制御装置の第２の変形例を示すブロック図である。
【図９】図５のロボットの制御方法の第２の変形例を説明するフローチャートである。
【図１０】ロボットに設定される着目部位の変形例を示す図である。
【図１１】動作速度の制限方向を設定するために設定される直交座標系の変形例を示す平面図である。
【図１２】動作速度の制限方向を設定するために設定される円筒座標系の一例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の一実施形態に係るロボット２の制御装置１および制御方法について、図面を参照しながら以下に説明する。
本実施形態に係る制御装置１は、図１に示されるロボットシステム１００のように、例えば、垂直多関節ロボット等のロボット２に接続されて、動作プログラムに従ってロボット２の動作を制御する装置であって、図２に示されるように、ＣＰＵ３と、該ＣＰＵ３に接続されたバス４に並列に接続された、教示操作盤Ｉ／Ｆ５、ＲＯＭ６、ＲＡＭ７、不揮発性メモリ８および軸制御回路９を備えている。
【００１９】
教示操作盤Ｉ／Ｆ５には、教示操作盤１０が接続されている。教示操作盤１０は、ディスプレイ機能付のものであり、作業者は、この教示操作盤１０をマニュアル操作して、ロボット２の動作プログラムの作成、修正、登録、あるいは各種パラメータの設定の他、教示された動作プログラムの再生運転、ジョグ送り等を実行するようになっている。
【００２０】
ロボット２および制御装置１の基本機能を支えるシステムプログラムは、ＲＯＭ６に格納されている。また、アプリケーションに応じて教示されるロボット２の動作プログラムおよび関連する設定データは、不揮発性メモリ８に格納されるようになっている。ＲＡＭ７は、ＣＰＵ３が行う各種演算処理におけるデータの一時記憶の記憶領域に使用される。
【００２１】
軸制御回路９は、ロボット制御のための演算処理（軌道計画作成とそれに基づく補間、逆変換など）によって作成された移動指令および、各軸に付属したパルスコーダ（図示略）から受け取るフィードバック信号を受けて、ロボット２の各軸を動作させるサーボアンプ（図示略）にトルク指令を出力するようになっている。
【００２２】
また、本実施形態に係る制御装置１においては、上述したハードウェア構成によって、図３に示される機能ブロックを実現している。
すなわち、制御装置１は、ロボット２の少なくとも１つの着目部位Ｐ１の速度を算出する速度算出部１１と、着目部位Ｐ１の速度を制限する方向を設定する制限方向設定部１２と、速度算出部１１により算出された速度の、制限方向設定部１２により設定された方向の速度成分を算出する制限速度成分算出部１３と、ロボット２の動作速度を制限する速度制限部１４と、軸制御回路９とを備えている。
【００２３】
速度算出部１１は、ＣＰＵ３により構成され、不揮発性メモリ８に格納されている動作プログラムにおける動作指令毎に設定されている速度指令値に基づいて、ロボット２の着目部位Ｐ１の速度を算出するようになっている。ロボット２の着目部位Ｐ１としては、例えば、動作プログラムにおいて設定されているＴＣＰ（Ｔｏｏｌ  Ｃｅｎｔｅｒ  Ｐｏｉｎｔ）のようなロボット２の制御点を挙げることができる。
【００２４】
制限方向設定部１２は、教示操作盤１０、教示操作盤Ｉ／Ｆ５および不揮発性メモリ８により構成され、作業者が教示操作盤１０を操作して、同様に設定した任意の座標系とともに、速度を制限する方向を設定し、不揮発性メモリ８に記憶するようになっている。座標系としては、例えば、図４に示す例では、ロボット２の基準座標系を用いればよい。図中、ＶはＴＣＰの速度成分、ＶｘはＴＣＰのＸ方向の速度成分、ＶＺはＴＣＰのＺ方向の速度成分である。
【００２５】
制限速度成分算出部１３は、ＣＰＵ３により構成され、速度算出部１１により算出された注目部位の速度の内、制限方向設定部１２により設定された方向の速度成分を算出するようになっている。
また、速度制限部１４も、ＣＰＵ３により構成され、制限速度成分算出部１３により算出された速度成分が、予め設定されている制限速度を超えるか否かを判定し、制限速度を超える動作についてのみ、速度成分が制限速度以下となるようにロボット２の動作速度を制限した新たな速度指令値を軸制御回路９に送るようになっている。
【００２６】
このように構成された本実施形態に係るロボット２の制御装置１によるロボット２の制御方法について以下に説明する。
本実施形態に係るロボット２の制御方法は、図５に示されるように、ＴＣＰを設定し（ステップＳ１）、速度制限を行う制限方向を設定し（制限方向設定ステップＳ２）、動作プログラムから動作指令毎に速度指令値を読み込み（ステップＳ３）、ＴＣＰの速度を算出する（速度算出ステップＳ４）。
【００２７】
次いで、制限方向設定ステップＳ２において設定された制限方向のＴＣＰの速度成分を算出し（制限速度成分算出ステップＳ５）、算出された速度成分が所定の制限速度より大きいか否かが判定される（ステップＳ６）。速度成分が制限速度より大きい場合には、速度制限が行われて新たな速度指令値が算出され（速度制限ステップＳ７）、速度成分が制限速度以下の場合には、動作プログラムに設定されている速度指令値のままで動作指令が行われる（ステップＳ８）。
【００２８】
速度制限ステップＳ７においては、下式により新たな速度指令値が算出される。
Ｖｎｅｗ＝Ｖｏｌｄ×ＶＬｉｍ／Ｖｘ
ここで、Ｖｎｅｗは新たな速度指令値、Ｖｏｌｄは動作プログラムに設定されている速度指令値、ＶＬｉｍは制限速度である。
【００２９】
そして、全ての動作指令が終了したか否かが判定され（ステップＳ９）、終了していない場合にはステップＳ３からの工程が繰り返される。
このように、本実施形態に係るロボット２の制御装置１およびロボット２の制御方法によれば、作業者により予め設定された方向におけるロボット２のＴＣＰの速度成分が制限速度を超えている動作に限ってロボット２の動作速度が制限されるので、所定の領域に入った場合に一律に動作速度が制限される従来のロボットの制御装置等とは異なり、速度制限される場合を限定して、ロボット２の作業効率を向上することができるという利点がある。
【００３０】
なお、本実施形態においては、全ての領域において、設定された方向のロボット２の動作速度成分を制限することとしたが、これに代えて、予め設定された所定の領域内についてのみ、設定された方向の動作速度成分を制限することにしてもよい。
例えば、図６に示されるように、動作速度の制限を行う制限領域を設定する制限領域設定部１５と、ロボット２の着目部位Ｐ１の位置情報に基づいて、着目部位Ｐ１が制限領域内に位置しているか否かを判定する位置判定部１６とを備えていてもよい。
【００３１】
これにより、図７に示されるように、位置判定部１６によって着目部位Ｐ１が制限領域内に位置していると判定された場合には（ステップＳ１０）、速度算出部１１による着目部位Ｐ１の速度の算出（速度算出ステップＳ４）、制限速度成分算出部１３による制限方向の速度成分の算出（制限速度成分算出ステップＳ５）および速度制限部１４による動作速度の制限（ステップＳ６）が実施される。一方、位置判定部１６によって着目部位Ｐ１が制限領域外に位置していると判定された場合には（ステップＳ１０）、ステップＳ４からステップＳ７による動作制限を実施することなく、動作プログラムの速度指令値による速度指令が出力される（ステップＳ９）。
【００３２】
このようにすることで、作業者により設定された制限領域内に着目部位Ｐ１が位置する場合にのみ、制限方向の速度成分が制限速度以下となるように動作速度が制限されるので、動作速度が制限される場合をさらに限定して、ロボット２の作業効率を向上することができるという利点がある。
着目部位Ｐ１の位置情報は、図示しないセンサによって検出してもよいし、動作プログラムから算出することにしてもよい。
【００３３】
また、図８に示されるように、制限方向設定部１２により動作速度の制限方向が設定されているか否かを判定する設定有無判定部１７を備えていてもよい。そして、図９に示されるように、制限方向が設定されている場合には、速度制限部１４により制限方向の動作速度を制限し、設定されていない場合には全ての方向の動作速度を制限することにすればよい（ステップＳ１１）。
このようにすることで、ロボット２と人とが近接して作業する場合において、動作を制限する方向が設定されていない場合においてもロボット２と人との接触をより確実に回避することができる。
【００３４】
また、本実施形態においては、着目部位Ｐ１として、ロボット２の制御点であるＴＣＰを例示したが、これに限定されるものではなく、任意の点を着目部位Ｐ１として設定することができる。また、図１０に示されるように、２以上の着目部位Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５を設定し、各着目部位Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５について制限方向の動作速度が制限速度以下となるように速度制限することにしてもよい。
【００３５】
また、速度制限を行う制限方向については、ロボット２の基準座標系に限られるものではなく、図１１に示されるように、作業者によって任意に設定された座標系であってもよい。制限領域の形状や向きに合わせて、座標系を設定することにより、制限方向を設定しやすくすることもできる。図中、Ｖは任意に設定された座標系の速度成分、Ｖｘは任意に設定された座標系のＸ方向の速度成分、Ｖｙは任意に設定された座標系のＹ方向の速度成分である。
また、座標系としては直交座標系に限定されるものでもなく、図１２に示されるように、円筒座標系によって制限方向を設定することにしてもよい。図中、Ｖは円筒座標系の速度成分、Ｖｒは円筒座標系の半径方向ｒの速度成分、Ｖθは円筒座標系の接線方向θの速度成分である。
【００３６】
また、速度制限を行う動作モードと、速度制限を行わない動作モードを備えていて、作業者の設定により、あるいは、安全柵におけるセンサ等によって動作モードを切り替えることにしてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１  制御装置
１１  速度算出部
１２  制限方向設定部
１３  制限速度成分算出部
１４  速度制限部
１５  制限領域設定部
１６  位置判定部
１７  設定有無判定部
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５  着目部位
Ｓ２  制限方向設定ステップ
Ｓ４  速度算出ステップ
Ｓ５  制限速度成分算出ステップ
Ｓ７  速度制限ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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