(57)【要約】【課題】１台のロボットに２つ以上のハンドを搭載し、一部の軸を共有することにより、軸数を削減し、ロボットを軽量化し、製作コストを低減し、作業効率の向上を図ることが出来る多関節ロボットおよびその制御装置を提供する。【解決手段】一部の軸（第１軸、第２軸）を共有し、軸（第１軸、第２軸）に独立して接続された複数の軸（４Ａ軸、４Ｂ軸）の先にそれぞれハンドを取り付けることが出来る１台で複数のハンドを備えた多関節ロボットであって、指定されたハンドをＣＰ制御し、指定されていないハンドをＰＴＰ制御に切り替える制御装置を備えた多関節ロボット。【選択図】　　図１
2004009172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一部の軸を共有し、前記軸に独立して接続された複数の軸の先にそれぞれツールを取り付けることが出来る１台で複数のツールを備えた多関節ロボットであって、
指定されたツールを位置制御または位置および姿勢制御しながら補間制御し、指定されていないツールを目標位置の軸角度へ指令を均等払い出し制御する制御装置を備えたことを特徴とする多関節ロボット。
【請求項２】
請求項１記載の多関節ロボットの制御装置であって、
各軸の角度に相当する情報を目標位置として取得する手段と、
複数のツールのうち一つを、位置制御または位置および姿勢制御しながらの補間制御の対象として選択する手段と、
前記選択されたツールの順次移動すべき通過点を前記補間制御にて決定する手段と、
前記決定された通過点へ前記選択されたツールの制御点を移動させるための各軸位置を逆変換演算によって決定する手段と、
前記選択されたツールの制御点移動に関係しない軸については、目標位置の軸角度へ指令を均等払い出し制御する手段とを有することを特徴とする多関節ロボットの制御装置。
【請求項３】
前記選択されたツールの制御点移動に関係しない軸については、動作指令を生成しないようにする手段を有することを特徴とする請求項２記載の多関節ロボットの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、１台で複数のツールを装備する多関節ロボットおよびその制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常の多関節ロボットは、ツールを一つだけ持っているのが普通である。図７は、従来のハンドリングロボットの一般的な軸構成を示す概略図である。３次元上の位置と、一平面内でのツールの姿勢を任意に決定するには、このように第１軸〜第４軸の最低４軸を必要とする。このロボットは、１つのツールを第４軸に搭載することが出来る。
【０００３】
図８は、搬入ステーション、加工ステーション、搬出ステーション、ハンドリングロボットからなる、あるワーク加工システムの概略図である。搬入ステーション１には未加工ワークが搬入される。加工ステーション２は投入されたワークに対して加工を行なう。搬出ステーション３は加工済みワークを搬出する。ハンドリングロボット４のツール５は、各ステーション間でワークをハンドリングして受け渡す役割をする。
【０００４】
図９は、図８のワーク加工システムにおいて、図７のような１台のロボットが一つのツールをもっている場合の、１サイクルでのロボットの動作例の説明図である。この場合、まず、▲１▼加工ステーション２から加工済みワーク６を取り出し、▲２▼搬出ステーション３へ加工済みワーク６を搬出してから、▲３▼搬入ステーション１より未加工ワーク７を取り出し、▲４▼それを加工ステーション２へ投入する、というサイクルで実現することになる。
【０００５】
従来の多関節ロボットは、ツールを一つだけ持っているのが普通であるが、一台のロボットに二つ以上のツールを搭載して独立して制御させれば、作業効率が向上する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、１台のロボットで二つのツールの位置と一平面内の姿勢をそれぞれ制御しようとすると、単純に考えると４軸×２＝計８軸が必要となる。しかしそれでは、ロボットが大きく重くなってしまい、製作コストも高くなる。
【０００７】
そこで、本発明は、１台のロボットに２つ以上のツールを搭載し、一部の軸を共有することにより、軸数を削減し、ロボットを軽量化し、製作コストを低減し、作業効率の向上を図ることが出来る多関節ロボットおよびその制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の多関節ロボットは、一部の軸を共有し、前記軸に独立して接続された複数の軸の先にそれぞれツールを取り付けることが出来る１台で複数のツールを備えた多関節ロボットであって、指定されたツールを位置制御または位置および姿勢制御しながら補間制御し、指定されていないツールを目標位置の軸角度へ指令を均等払い出し制御する制御装置を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の前記多関節ロボットの制御装置は、前記多関節ロボットの制御装置であって、各軸の角度に相当する情報を目標位置として取得する手段と、複数のツールのうち一つを、位置制御または位置および姿勢制御しながらの補間制御の対象として選択する手段と、前記選択されたツールの順次移動すべき通過点を前記補間制御にて決定する手段と、前記決定された通過点へ前記選択されたツールの制御点を移動させるための各軸位置を逆変換演算によって決定する手段と、前記選択されたツールの制御点移動に関係しない軸については、目標位置の軸角度へ指令を均等払い出し制御する手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
前記多関節ロボットの制御装置は、前記選択されたツールの制御点移動に関係しない軸については、動作指令を生成しないようにする手段を備えることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の１台で２つのツールを装備することが出来る多関節ロボットの軸構成の一例を示す図である。図７に示す従来のロボットを２台用意すると、軸数は４×２の８軸となってしまうが、図１に示す本発明の多関節ロボットでは、このように第１軸と第２軸を共有することによって、全体を６軸で構成することが出来る。ツールを装備するフランジを、それぞれ第１フランジ、第２フランジとする。３Ａ軸および３Ｂ軸は図７に示す従来のロボットの第３軸に、４Ａ軸および４Ｂ軸は第４軸にそれぞれ相当する。
【００１２】
第１フランジ側は、第１軸、第２軸、３Ａ軸および４Ａ軸からなり、図７に示す従来の４軸ロボットによって等価に制御されると考えることができ、第２フランジ側も、同様に、第１軸、第２軸、３Ｂ軸および４Ｂ軸によって制御されると考えることが出来る。このように図１に示すロボットを使用することによって、１台に２つのツールを持たせたロボットによるハンドリングシステムを構築することが出来る。
【００１３】
図２は、図８のワーク加工システムにおいて、図１のような１台のロボットに２つのツールを持たせ、それぞれを独立に制御できる場合の、１サイクルでのロボットの動作を示す図で、図８と同一の部材には同一の符号を付している。
【００１４】
図２において、一方のツール８に未加工ワーク７を把持した状態で、加工ステーション２へ向かい、▲１▼加工済みワーク６を他方のツール９で取り出してから、▲２▼続けて未加工ワーク７を一方のツール８で加工ステーション２に投入し、▲３▼搬出ステーション３へ加工済みワーク６を搬出する、というサイクルを実現することが出来る。▲４▼次のサイクルで一方のツール８で未加工ワーク７を把持し、▲１▼の動作に戻る。
【００１５】
図２の本発明のシステムでは、図９の従来のシステムが▲４▼のステップからワークの加工が行なわれるのに比べ、▲２▼のステップからワークの加工が開始でき、ワーク加工中に加工済みワークの搬出と次のワークの搬入準備を行なえるため、サイクルタイムを短縮することが出来る。
【００１６】
ところで、このようなハンドリングシステムにおいて、ワークの正確な搬入／搬出のためには、直線補間などの、ツールの位置・姿勢を制御する、いわゆるＣＰ制御が必要となる。ところが、図１のように軸を構成した場合、第１軸と第２軸を共有していることから、２つのツールの両方を同時にＣＰ制御することは出来ない。したがって、このようなロボットの補間制御をロボットの各軸を目標角度へ均等に払い出すという、いわゆるＰＴＰ制御で動作させる場合、ロボットとステーションの据付位置が制約されてしまう。
【００１７】
そこで、本発明は、複数のツールを制御するロボットにおいて、選択したツールのみをＣＰ制御の対象とするので、補間制御が必要な作業を行なう側のツールを状況に応じて選択することにより、最小限の軸構成のロボットで、複数のツールを有効に活用することが出来る。
【００１８】
例えば、前記のような、ワークの搬入／搬出を繰り返すシステムにおいて、図１のロボットに２つのツールを持たせ、ワークをステーションに搬入または搬出する方のツールでＣＰ制御を行うように制御を切り替えることにより、６軸のロボットで、４軸ロボット×２台と同等の作業を実現することが出来る。
【００１９】
以下に、本発明の制御の一実施例を図に基づいて説明する。
【００２０】
図３は、本発明のロボットの制御を実施するためのシステムの一実施例を示すブロック図である。図３において、１１は教示部、１２は教示データ格納エリア、１３はパラメータ格納エリア、１４は補間演算部、１５は駆動部である。
【００２１】
教示データ格納エリア１２に格納されている教示データの一例を下記に示す。
【００２２】
ＳＴＡＲＴ
ＭＯＶＪＣ０００
ＭＯＶＬＣ００１ＦＲＧ＝１ＴＯＯＬ＝３
ＭＯＶＬＣ００２ＦＲＧ＝１ＴＯＯＬ＝３
ＭＯＶＪＣ００３
ＭＯＶＬＣ００４ＦＲＧ＝２ＴＯＯＬ＝４
ＭＯＶＬＣ００５ＦＲＧ＝２ＴＯＯＬ＝４
ＭＯＶＪＣ００６
ＥＮＤ
ここで、ＭＯＶＪとは、ＰＴＰ制御で目標点へ動作することを示す移動命令であり、ＭＯＶＬとは、ＣＰ制御で目標点へ動作することを示す移動命令である。Ｃ０００〜Ｃ００６は、各移動命令における目標点での各軸角度情報を示すインデックスであり、これによって各移動命令の目標点の各軸角度を得ることが出来る。ＦＲＧで指定された番号は、補間制御の対象とするフランジ番号を表している。ＴＯＯＬで指定された番号は、ツールファイル番号を表しており、フランジから各ツール制御点までの位置と、ツール座標の姿勢を表したツールファイルへのインデックスとなっている。
【００２３】
別の例として、ＦＲＧの指定は教示データに対して行なわず、ＴＯＯＬで指定されたツールファイル番号に、各フランジ番号を関連付けておくという方法もある。
【００２４】
図４および図５は、図３に示す補間演算部１４における本発明の補間制御方法の処理に関するフローチャートの一例を示すもので、１０１〜１０６、２０１〜２０７の数値はステップ番号を示す。
【００２５】
処理は大きく２つの処理に分かれている。図４に示した「先読み処理」と図５に示した「カレント処理」である。
【００２６】
先読み処理は、実際にロボットを動作させるより前に処理され、移動に必要な情報を、図示されない内部格納エリアに格納しておく。
【００２７】
カレント処理は、実際にロボットを補間制御しながら動作させるための指令を生成する処理であり、演算周期毎に処理される。
【００２８】
＜先読み処理＞
ステップ１０１：教示データ格納エリア１２から移動命令情報を読み取り、必要な移動時間や加減速時間を求めておく。移動時間は、加減速を行わない場合の演算周期の回数として求め、分割数Ｎへセットする。
【００２９】
ステップ１０２：移動命令がＭＯＶＪであるかどうかを判定し、ＭＯＶＪならば、処理を終了する。そうでない（ＭＯＶＬなどの補間命令）であれば、ステップ１０３へ、処理を移行する。
【００３０】
ステップ１０３：補間制御の対象とするフランジを確認する。選択されるフランジは、教示データ格納エリア１２に格納されている教示データより読み取る。
【００３１】
ステップ１０４：ステップ１０３で選択された制御対象フランジが、第１フランジであれば、ステップ１０５へ実行を移す。第２フランジであれば、ステップ１０６へ実行を移す。
【００３２】
ステップ１０５：第３軸として、３Ａ軸を、第４軸として、４Ａ軸を対応させ、３Ｂ軸、４Ｂ軸は、それぞれｆ１軸、ｆ２軸（均等払い出し制御軸）として対応させ、制御フランジ番号＝１として、終了する。
【００３３】
ステップ１０６：第３軸として、３Ｂ軸を、第４軸として、４Ｂ軸を対応させ、３Ａ軸、４Ａ軸は、それぞれｆ１軸、ｆ２軸として対応させ、制御フランジ番号＝２として、終了する。
【００３４】
＜カレント処理＞
ステップ２０１：補間パス上の進行度を表すパラメータ（Ｋ）を０クリアする。
【００３５】
ステップ２０２：Ｋを更新する。このＫの更新の仕方により、速度や加減速が制御される。例えば、１ずつ増加する場合、指令速度での等速運動となる。Ｋを、０．２、０．４、０．６、・・・と増加させていくと、等加速度運動となる。
【００３６】
ステップ２０３：移動命令がＭＯＶＪであるかどうかを判定し、ＭＯＶＪならば、ステップ２０４へ、そうでない（ＭＯＶＬなどの補間命令）であれば、ステップ２０５へ、処理を移行する。
【００３７】
ステップ２０４：θ＝θｓ＋Ｋ／Ｎ（θｅ−θｓ）の、θに対応する軸角度へ全軸を動作させる。ここで、θｓ：始点での軸角度、θｅ：終点での軸角度である。その後、ステップ２０７へ移行する。
【００３８】
ステップ２０５：Ｐ＝Ｐｓ＋Ｋ／Ｎ（Ｐｅ−Ｐｓ）の、Ｐ（今回演算周期での目標位置）に対応する直交位置を求め、その位置に対して、制御フランジ番号の示すフランジの制御点がＰに来るような、第１軸〜第４軸の各軸角度を、逆変換して求める。ここで、Ｐｓ：始点位置、Ｐｅ：終点位置である。その後、ステップ２０６へ移行する。
【００３９】
ステップ２０６：θ＝θｓ＋Ｋ／Ｎ（θｅ−θｓ）の、θに対応する軸角度へｆ１軸、ｆ２軸を動作させる。その後、ステップ２０７へ移行する。
【００４０】
ステップ２０５：移動時間：Ｎと、Ｋを比較する。Ｎ＞Ｋであれば、ステップＳ２０２へジャンプする。Ｎ≦Ｋならば、終了する。
【００４１】
このようにして、選択されているフランジに応じて、補間制御の対象とする軸を置き換えることにより、第１フランジ、第２フランジの何れかについて、補間制御を行なうことが出来る。
【００４２】
図６は、この処理を用いて図１のロボットを制御した場合の、ロボットの動作の様子を示すものである。
【００４３】
ここでは、ワークを真っ直ぐに加工ステーションへ投入するために、第１フランジ側について直線補間制御が必要である。
【００４４】
教示データ「ＭＯＶＬＣ００１ＦＲＧ＝１」は、インデックスＣ００１に示された各軸角度を目標姿勢として、第１フランジ側（ＦＲＧ＝１）を補間制御対象として、直線補間（ＭＯＶＬ）させることを示している。この場合、第１軸、第２軸、３Ａ軸、４Ａ軸の計４軸にて、第１フランジ側を直線補間制御し、指定されていない第２フランジ側の３Ｂ軸、４Ｂ軸は、目標角度へのＰＴＰ制御を行う。
【００４５】
こうすることにより、図１のようなロボットを用いて、ワークを取り出したり投入したりする側のフランジに対してＣＰ制御を行うことにより、ワークを正確に搬送することが出来るため、４軸ロボット×２台分と同等の作業を、６軸のロボットによって行なわせることが可能となる。
【００４６】
ここでは、この発明をある程度詳細にその最も好ましい実施態様について説明したが、その好ましい実施態様の説明は、構成の詳細な部分についての変形、特許請求の範囲に記載された本発明の精神に反しない限りでの様々な変形、あるいはそれらを組み合わせた物に変更することが出来ることは明らかである。
【００４７】
例えば、ここでは、２つのフランジを持つロボットを示したが、さらに軸を追加して３つ以上のフランジを搭載したロボットの場合でも、その中の一つのフランジを選択してＣＰ制御し、それ以外はＰＴＰ制御することによって、同じ効果が得られる。
【００４８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、複数のツールを制御する１台のロボットを用いて、任意のツールをＣＰ制御することが出来る。よって、１台のロボットで、複数のロボットを同時に使用するのと同じような効果が得られるため、サイクルタイムを短縮でき、作業効率を向上させることができる。
【００４９】
また、本発明によれば、１台のロボットに２つ以上のツールを搭載し、一部の軸を共有することにより、軸数を削減し最小限の軸構成でロボットを構築すればよいので、ロボットを小型化、軽量化することが出来、より低コストなシステムを構築することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のハンドリングロボットの軸構成の一例を示したものである。
【図２】本発明の２つのツールを装備したハンドリングロボットの１サイクルでの動作を示す図である。
【図３】本発明のロボットの制御を実施するためのシステムの一実施例を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施例における補間制御方法の処理の先読み処理に関するフローチャートの一例を示したものである。
【図５】本発明の一実施例における補間制御方法の処理のカレント処理に関するフローチャートの一例を示したものである。
【図６】ロボットが２つのツールを搭載している場合の、図８のワーク加工システムにおける、１サイクルでのロボットの動作例を示したものである。
【図７】従来のハンドリングロボットの一般的な軸構成を示す概略図である。
【図８】搬入ステーション、加工ステーション、搬出ステーション、ハンドリングロボットからなるワーク加工システムの一例を示す概略図である
【図９】図８のワーク加工システムにおける図７に示すロボットの１サイクルでの動作例の説明図である。
【符号の説明】
１　搬入ステーション
２　加工ステーション
３　搬出ステーション
４　ハンドリングロボット
５　ツール
６　加工済みワーク
７　未加工ワーク
８　一方のツール
９　他方のツール
１１教示部
１２　教示データ格納エリア
１３　パラメータ格納エリア
１４　補間演算部
１５　駆動部
【図１】
2004009172.tif 000003
【図２】
2004009172.tif 000004
【図３】
2004009172.tif 000005
【図４】
2004009172.tif 000006
【図５】
2004009172.tif 000007
【図６】
2004009172.tif 000008
【図７】
2004009172.tif 000009
【図８】
2004009172.tif 000010
【図９】
2004009172.tif 000011