(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動塗装ラインにおけるワークの搬送方向へ走行台車を移動させる走行装置と、該走行装置の走行台車上に搭載され且つワークに対して先端部に設けられた塗装ガンにより所定の塗装作業を実施するマニピュレータと、前記走行装置及びマニピュレータの動作を制御する１台のコントローラとを備え、該１台のコントローラに、記憶される教示点の各位置データに基づいてマニピュレータの先端部の動作軌道を演算する演算部と、演算した動作軌道に沿ってマニピュレータの先端部を動かすべくマニピュレータ及び走行装置を駆動制御する制御部と、を備えている塗装用ロボットにおいて、
前記演算部として、前記走行装置の軌道を演算する走行装置軌道演算部と、前記マニピュレータの軌道を演算するマニピュレータ軌道演算部とを、それぞれ独立して設け、
前記走行装置軌道演算部を、前記マニピュレータ軌道演算部が演算する前記マニピュレータの軌道に関係なく前記走行台車が前記教示点毎の前後で必ず加減速を行う精制御軌道を算出するよう構成し、
前記マニピュレータ軌道演算部を、前記走行装置軌道演算部が演算する前記走行装置の軌道に関係なく、前記先端部が前記教示点のうち予め決められた始点と終点とでのみ加減速を行い、その間の前記教示点付近を等速で通過する粗制御軌道を算出するか、或いは前記先端部が前記教示点毎の前後で必ず加減速を行う精制御軌道を算出するか、を選択可能に構成し、
前記コントローラが、前記走行装置を前記走行装置軌道演算部が算出した前記精制御軌道に沿って動作させ、前記マニピュレータの先端部を前記マニピュレータ軌道演算部が算出した前記粗制御軌道或いは前記精制御軌道に沿って動作させることを特徴とする塗装用ロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークに対して所定の作業を行う工業用ロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動塗装ラインにおいては、走行装置の走行台車上に６軸のマニピュレータを搭載した構成の塗装ロボットが設置され、ワーク搬送方向に塗装用マニピュレータを走行させることができるようになっている。そして、塗装用マニピュレータは、ワークが塗装エリアを通過する間に走行装置によりワーク搬送方向へ走行しながら塗装作業を行う。
【０００３】
走行装置の走行台車上に載置された塗装用マニピュレータは、走行台車とともにガイドレールに沿って移動する。例えば、自動車の車体を塗装する塗装ラインにおいては、車体の搬送速度に合わせて動作する塗装ロボットを採用して、塗装工程の合理化を図っている。
ここで、従来、マニピュレータのみの制御方法には２種類の方法があり、一方はティーチングポイント（教示点）毎に課減速を行う制御（以下、精制御という）であり、他方はティーチングポイント（教示点）のうち始点と終点とを決めておき、当該始点と終点とでのみ加減速を行い、その間の教示点付近を等速で通過する制御（以下、粗制御という）である。
粗制御は、精制御に比して塗装時のタイムタクトの短縮と塗装品質の向上を図ることができるメリットがある。
【０００４】
ところで、走行装置上にマニピュレータを搭載したタイプの従来の塗装ロボットでは、走行装置とマニピュレータとを７軸としてとらえての軌道演算を１つの演算部で行っていた。この場合、重量のあるマニピュレータを動かすために、剛性及び強度の面から、走行装置を各教示位置毎に減速する精制御で動作させる必要があるため、塗装ロボット全体を精制御で動作させていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の塗装ロボットでは、走行装置を精制御で動作させる関係上、軌道演算を行う演算部が精制御のための軌道演算を行い、精制御のみで塗装ロボットを動作させるため、塗装時のタクトタイムの短縮に関する要望に応えることができなかった。
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮し、タクトタイムを短縮して、生産性の向上を図ることのできる工業用ロボットを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、自動塗装ラインにおけるワークの搬送方向へ走行台車を移動させる走行装置と、該走行装置の走行台車上に搭載され且つワークに対して先端部に設けられた塗装ガンにより所定の塗装作業を実施するマニピュレータと、前記走行装置及びマニピュレータの動作を制御する１台のコントローラとを備え、該１台のコントローラに、記憶される教示点の各位置データに基づいてマニピュレータの先端部の動作軌道を演算する演算部と、演算した動作軌道に沿ってマニピュレータの先端部を動かすべくマニピュレータ及び走行装置を駆動制御する制御部と、を備えている塗装用ロボットにおいて、前記演算部として、前記走行装置の軌道を演算する走行装置軌道演算部と、前記マニピュレータの軌道を演算するマニピュレータ軌道演算部とを、それぞれ独立して設け、前記走行装置軌道演算部を、前記マニピュレータ軌道演算部が演算する前記マニピュレータの軌道に関係なく前記走行台車が前記教示点毎の前後で必ず加減速を行う精制御軌道を算出するよう構成し、前記マニピュレータ軌道演算部を、前記走行装置軌道演算部が演算する前記走行装置の軌道に関係なく、前記先端部が前記教示点のうち予め決められた始点と終点とでのみ加減速を行い、その間の前記教示点付近を等速で通過する粗制御軌道を算出するか、或いは前記先端部が前記教示点毎の前後で必ず加減速を行う精制御軌道を算出するか、を選択可能に構成し、前記コントローラが、前記走行装置を前記走行装置軌道演算部が算出した前記精制御軌道に沿って動作させ、前記マニピュレータの先端部を前記マニピュレータ軌道演算部が算出した前記粗制御軌道或いは前記精制御軌道に沿って動作させることを特徴とする。
【０００８】
この発明では、走行装置の軌道演算とマニピュレータの軌道演算を別に行うことができるので、走行装置は精制御で動作させ、マニピュレータは粗制御で動作させることができる。即ち、マニピュレータの動作において、ティーチングポイント毎の加減速制御を無くせるので、タクトタイムの短縮を図ることができると共に、途中のティーチングポイントを通過する際に、均一な速度で動作させることが、例えば均一な塗装を行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は実施形態の塗装ロボットの構成を示す図である。図において、１はロボット本体、２はロボットコントローラであり、ロボットコントローラ２は、図示しない教示入力装置から指示データを受けて、ロボット本体１の各可動部へ動作指令信号を供給する。同時に、ロボット本体１との間で各種信号の授受を行い、これによりロボット本体１の状態を監視し、且つ、その動作を制御する。
【００１０】
ロボット本体１は、特定の軸（ここでは、この軸を「補軸」という）方向（矢印Ａ方向）へ走行台車４ａを移動させる走行装置４と、該走行装置４の走行台車４ａ上に搭載され且つワークに対して所定の塗装作業を実施するための塗装用マニピュレータ５とからなる。走行装置４は、図示略の走行駆動機構を備えており、ロボットコントローラ２からの動作指令信号に基づいて駆動される。
【００１１】
塗装用マニピュレータ５は、本塗装用ロボットにおける主要部であって、走行台車４ａの上面に固定ベース６を介して固定されており、図中の符合７〜１６で示す旋回ベース、モータ、アーム等の構成要素によって構成されている。以下にこれらの各構成要素について説明する。
【００１２】
７は、固定ベース６の上面に取り付けられた旋回ベースである。この旋回ベース７の内部には第１軸可動部用モータ（図示略）が設けられており、これがロボットコントローラ２から供給される動作指令信号に基づいて駆動され、その駆動力によって旋回ベース７が固定ベース６に対して図中の矢印Ｂ方向に回動するようになっている。
【００１３】
また、旋回ベース７の図中左上部分には第２可動部用モータ８が取り付けられており、その出力軸側に第１アーム９の一端（後方端）が連結されている。そして、ロボットコントローラ２から供給される動作指令信号に基づいて第２可動部用モータ８が駆動され、これにより、第１アーム９が図中の矢印Ｃ方向に回動するようになっている。
【００１４】
一方、第１アーム９の他端側（先方端側）には第３可動部用モータ１０が取り付けられ、その出力軸側に第２アーム１１の一端が連結されている。そして、上記同様、動作指令信号に基づいて第３可動部用モータ１０が駆動され、第２アーム１１が図中の矢印Ｄ方向に回動移動するようになっている。
【００１５】
第２アーム１１には、第３可動部用モータ１０との連結部側（後方端側）に手首用モータケース１２が取り付けられ、先方端側に第１手首ユニット１３、第２手首ユニット１４及び第３手首ユニット１５が取り付けられている。
【００１６】
ここで、手首用モータケース１２内には、第４、第５及び第６可動部用モータが収納されている（図示略）。また、第１手首ユニット１３、第２手首ユニット１４、第３手首ユニット１５は、それぞれ、図中の矢印Ｅ、Ｆ、Ｇ方向に回動自在な連結軸を介して順次取り付けられている。更に、第２アーム１１内には、第４可動部用モータの駆動力をＥ方向の回転力として第１手首ユニット１３へ伝達する伝達機構と、第５可動部用モータの駆動力をＦ方向の回転力として第２手首ユニット１４へ伝達する伝達機構と、第６可動部用モータの駆動力をＧ方向の回転力として第３手首ユニット１５へ伝達する伝達機構とが設けられている。
【００１７】
そして、上述したような手首部分の構成において、上記同様、第４、第５、第６可動部用モータがロボットコントローラ２から供給される動作指令信号に基づいて駆動され、第１手首ユニット１３、第２手首ユニット１４、第３手首ユニット１５がそれぞれＥ、Ｆ、Ｇ方向に回動する。
【００１８】
１６は、第３手首ユニット１５の先端に取り付けられたブラケットであり、このブラケット１６を介して塗料を噴射する塗装ガン（図示略）がマニピュレータ５の手首部分の先端に取り付けられるようになっている。マニピュレータ５は、この塗装ガンを用い、上記各可動部の回転角度Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ及びＧによって決定される位置にてガン先から塗料を噴射させ、ワーク（図示略）の塗装を行う。
【００１９】
一方、ロボットコントローラ２は、走行装置４及びマニピュレータ５の制御プログラム、教示データ（複数のティーチングポイントの位置データを含む）、各種制御パラメータ等を記憶するメモリ２１と、それらプログラム等と前記指示データ及び走行装置４やマニピュレータ５から受けた信号とに基づいて各種演算処理を行う演算部２２と、演算したデータに基づいて走行装置４やマニピュレータ５を動作制御する制御部２３とを有する。
【００２０】
具体的には、前記演算部２２は、記憶されたティーチングポイントの各位置データに基づいてマニピュレータ５の先端部の動作軌道を演算し、前記制御部２３は、演算した動作軌道に沿ってマニピュレータ５の先端部を動かすべくマニピュレータ５及び走行装置４を駆動制御する。
【００２１】
この場合、演算部２２には、走行装置４の軌道を演算する補軸軌道演算部（走行装置軌道演算部）２２Ａと、マニピュレータ５の軌道を演算するマニピュレータ軌道演算部２２Ｂとが、それぞれ独立して設けられており、走行装置４とマニピュレータ５を独立して演算した軌道に沿って動作させることができるようになっている。ここでは、走行装置４は、精制御で動作させ、マニピュレータ５は、精制御または粗制御で動作させることができるようになっている。
【００２２】
即ち、補軸軌道演算部２２Ａでは、マニピュレータ５の軌道に関係なく、ティーチングポイント間を加減速制御で動作する軌道（精制御での軌道）を算出することができるし、マニピュレータ軌道演算部２２Ｂでは、走行装置４の軌道に関係なく、途中のティーチングポイントを通過する軌道（粗制御での軌道）を算出することができる。
【００２３】
図５は、精制御で動作させる場合、つまり加減速制御を実施して、途中のティーチングポイントＰ２で止まる設定を行った場合の速度変化を示す特性図である。この場合は、Ｐ１→Ｐ２→Ｐ３で移動する際に、各ティーチングポイントの前後で必ず加減速制御を行う。
【００２４】
また、図６は、粗制御で動作させる場合、つまり途中のティーチングポイントＰ２は通過して止まらない設定を行った場合の速度変化を示す特性図である。この場合は、Ｐ１→Ｐ２→Ｐ３で移動する際に、ティーチングポイントＰ２では止まらず、Ｐ２付近を通過するので、その前後の加減速制御は実施されない。従って、加減速制御を行わない分だけ、タクトタイムを短縮することができる。
【００２５】
次に図３、図４のフローチャートを用いて処理の流れを説明する。
図３はメインルーチンを示す。このフローでは、スタートすると、ステップＳ１で教示データの読み込みを行い、次のステップＳ２で軌道演算を行う。
【００２６】
次いで、ステップＳ３で再生動作するかどうかを確認し、再生動作する場合はステップＳ４で演算した軌道を実現するべく再生動作を実施する。再度動作を行わない場合は、最初のステップＳ１に戻る。
【００２７】
ステップＳ４で再生動作を実施したら、次のステップＳ５で再生動作の終了を確認し、終了の信号が出るまで再生動作を続ける。終了の信号が出たら、ステップＳ６でプログラムの終了を確認し、終了の信号が出たら、処理を終了する。プログラムの終了の信号が出ない場合は、最初のステップＳ１に戻る。
【００２８】
ここで、軌道演算のステップＳ２として、図４のサブルーチンが用意されている。このルーチンに入ると、ステップＳ２１で補軸の軌道演算を開始し、ステップＳ２２でティーチングポイント間の加減速データを演算する。また、次のステップＳ２３でマニピュレータの軌道演算を開始し、ステップＳ２４でマニピュレータの加減速制御を行うか否かをチェックする。マニピュレータの加減速制御を実施する場合は、ステップＳ２５でティーチングポイント間の加減速を演算した後、メインルーチンへ戻る。マニピュレータの加減速制御を実施しない場合は、ステップＳ２６でティーチングポイント間を通過するための演算を行った後、メインルーチンへ戻る。
【００２９】
このように、マニピュレータ５の動作制御は精制御を行うか、粗制御を行うかを選択することができる。マニピュレータ５を粗制御する場合、ティーチングポイント間の移動速度を速くすることができ、タクトタイムを短縮することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、走行装置軌道演算部とマニピュレータ演算部とを独立して設けたので、マニピュレータと走行装置の制御を切り離し、マニピュレータを粗制御で動作させることができるため、ワークに対する所定作業時のタクトタイムを短縮することができ、生産性を向上させることができるとともに、均一な塗装を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態の塗装ロボットの全体構成を示す側面図である。
【図２】  前記塗装ロボットのコントローラの構成を示すブロック図である。
【図３】  前記コントローラの実施する制御内容を示すフローチャートである。
【図４】  図３の中の軌道演算のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図５】  中間のティーチングポイント通過時に加減速制御を実施した場合の速度変化を示す特性図である。
【図６】  中間のティーチングポイント通過時に加減速制御を実施しない場合の速度変化を示す特性図である。
【符号の説明】
１  ロボット本体
２  ロボットコントローラ
４  走行装置
５  マニピュレータ
２１  メモリ
２２  演算部
２２Ａ  補軸軌道演算部（走行装置軌道演算部）
２２Ｂ  マニピュレータ軌道演算部
２３  制御部
【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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