JP6677694B2 - ロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、処理ツールを処理対象物に接触させ、処理対象物に所定の処理を施すロボットシステムに関する。

特許文献１〜４には、スポット溶接ガン（処理ツール）をワーク（処理対象物）に接触させ、ワークにスポット溶接（所定の処理）を施すスポット溶接システム（ロボットシステム）が記載されている。
このスポット溶接システムは、ガン軸用モータによって駆動される可動電極とこれと対向して配置される対向電極とを有するスポット溶接ガンと、スポット溶接ガンをアーム先端部に保持し複数のロボット軸用モータによって駆動される多関節型のロボットとを備える。このスポット溶接システムは、ロボットを用いてワークとスポット溶接ガンとを相対移動させた後、ワークの打点位置へ向かってスポット溶接ガンの可動電極と対向電極とを閉じて可動電極と対向電極との間にワークを挟み、両電極間に電圧を印加することによってスポット溶接を行う。

このようなスポット溶接システムでは、教示位置、又はロボット又はスポット溶接ガンの動作プログラム（作業プログラム）のワーク位置（スポット溶接打点位置）が実際のワーク位置からずれていると、ワークに過負荷が作用してワークを変形させることになり、溶接品質の低下を招くことがある。
このような状況を避けるため、特許文献１〜４に記載のスポット溶接システムは、ワークとスポット溶接ガンの電極との接触を検知して、スポット溶接ガンの目標位置（動作プログラムのワーク位置）を補正する。

スポット溶接ガンを閉じる動作を行っている際に電極とワークが接触すると、ガン軸用モータのトルク特性の変化傾向（傾き、単位時間当たりのトルクの変化量）が変化（増加）する。
この性質に着目し、特許文献１及び２に記載のスポット溶接システムは、スポット溶接ガンを閉じる動作を行っている際にガン軸用モータのトルクを監視し、トルク特性の変化傾向の変化から電極とワークとの接触位置を推定し、推定した接触位置に基づいてスポット溶接ガンの目標位置（動作プログラムのワーク位置）を補正する。

また、スポット溶接ガンを閉じる動作を行っている際に電極とワークが接触すると、ロボット軸用モータのトルクも変化（増加又は減少）する。
この性質に着目し、特許文献３及び４に記載のスポット溶接システムは、スポット溶接ガンを閉じる動作を行っている際にロボット軸用モータのトルクを監視し、トルクが閾値に達したときの時刻又は位置に基づいてスポット溶接ガンの目標位置（動作プログラムのワーク位置）を補正する。

特開２０１１−８８１７５号公報 特開２０１１−１５２５８２号公報 特開２００１−１５０１５０号公報 特開２０１２−１１４０３号公報

特許文献１及び２に記載のスポット溶接システムでは、ガン軸のトルク情報を用いて溶接電極とワークの接触を検出している。このようにガン軸のトルク情報を用いる方法では、必ず可動電極とワークを接触させる必要があり、対向電極とワークが接触した場合は接触を検出できない。また、ロボット軸を制御するコントローラとガン軸を制御するコントローラを個別に備えるようなスポット溶接システムでは、ロボットコントローラからガン軸のトルク情報を参照する際に遅延が生じる。

また、特許文献３又は４に記載のスポット溶接システムでは、モータトルクが閾値に達したか否かを監視しており、特許文献１及び２に記載のスポット溶接システムのようにモータトルク特性の変化傾向の変化、すなわち電極とワークとの接触の瞬間を監視しているわけではないため、特許文献１及び２に記載のスポット溶接システムよりも接触位置の検出精度が低い。

本発明は、ロボット軸のトルク情報を用いて処理ツールと処理対象物との接触位置を精度よく検出するロボットシステムを提供することを目的とする。

（１） 本発明に係るロボットシステム（例えば、後述のスポット溶接システム１）は、処理ツール（例えば、後述のスポット溶接ガン２０）を処理対象物（例えば、後述のワークＷ）に接触させ、前記処理対象物に所定の処理（例えば、後述のスポット溶接）を施すロボットシステムであって、前記処理対象物又は前記処理ツールをアーム先端部（例えば、後述のアーム先端部１４）に保持し、複数の駆動軸（例えば、後述のロボット軸Ｊ１〜Ｊ６）を駆動する複数の駆動部（例えば、後述のロボット軸用モータ１５）を備える多関節型のロボット（例えば、後述のロボット１０）と、前記ロボットの目標位置に基づいて、前記ロボットの前記複数の駆動部を制御し、前記処理対象物と前記処理ツールとの相対位置を制御するロボット制御装置（例えば、後述のロボット制御装置３０）とを備え、前記ロボット制御装置は、前記ロボットの前記複数の駆動部のトルクに関するトルク情報を検出するトルク情報検出部（例えば、後述のトルク情報検出部３３）と、前記トルク情報検出部で検出された前記複数の駆動部の少なくとも１つのトルク情報の変化傾向の変化に基づいて、前記処理対象物と前記処理ツールとが接触する接触位置を推定する接触位置推定部（例えば、後述の接触位置推定部３４）と、前記接触位置推定部で推定された接触位置に基づいて、前記ロボットの目標位置を補正する位置補正部（例えば、後述の位置補正部３５）とを備える。

（２） （１）に記載のロボットシステムにおいて、前記ロボットの前記複数の駆動軸は、前記アーム先端部側の手首軸（例えば、後述の手首軸Ｊ４〜Ｊ６）と、前記アーム先端部と反対側の基本軸（例えば、後述の基本軸Ｊ１〜Ｊ３）とを含み、前記ロボット制御装置は、前記複数の駆動部の少なくとも１つのトルクを制限するトルク制限部（例えば、後述するトルク制限部３６）と、前記ロボットの目標位置における姿勢に基づいて、前記処理対象物と前記処理ツールとが接触するときに前記複数の駆動軸が受けるモーメントＳと、前記複数の駆動軸に生じるゆらぎＮとのＳ／Ｎ比を推定し、推定したＳ／Ｎ比に基づいて制御方式を切り換える制御方式切換部（例えば、後述の制御方式切換部３７）とを更に備え、前記制御方式切換部は、推定したＳ／Ｎ比が第１切換閾値以上である駆動軸がある場合には、前記接触位置推定部により前記処理対象物と前記処理ツールとの接触位置を推定して、前記位置補正部により前記ロボットの目標位置を補正し、推定したＳ／Ｎ比が第１切換閾値以上である駆動軸がない場合には、前記トルク制限部により基本軸のトルクを制限してもよい。

（３） （２）に記載のロボットシステムにおいて、前記制御方式切換部は、推定したＳ／Ｎ比が第１切換閾値以上である駆動軸がない場合、推定したＳ／Ｎ比が第２切換閾値以上である基本軸がある場合には、前記トルク制限部により基本軸のトルクを制限してもよい。

（４） （３）に記載のロボットシステムにおいて、アラーム通知を行う通知部（例えば、後述の通知部３８）を更に備え、前記制御方式切換部は、推定したＳ／Ｎ比が第１切換閾値以上である駆動軸がなく、かつ、推定したＳ／Ｎ比が第２切換閾値以上である基本軸もない場合には、前記通知部にアラーム通知を行わせてもよい。

（５） （１）から（４）のいずれかに記載のロボットシステムにおいて、前記トルク情報の変化傾向の変化は、前記トルク情報の単位時間あたりの変化量の変化であってもよい。

（６） （１）から（５）のいずれかに記載のロボットシステムにおいて、前記トルク情報は、前記複数の駆動部のトルク又は駆動電流であってもよい。

（７） （１）から（６）のいずれかに記載のロボットシステムは、前記処理ツールとしてスポット溶接ガンを備え、前記処理対象物としてのワークにスポット溶接を行うスポット溶接システムであってもよい。

本発明によれば、ロボット軸のトルク情報を用いて処理ツールと処理対象物との接触位置を精度よく検出するロボットシステムを提供することができる。

本実施形態に係るスポット溶接システムの構成を示す図である。 図１に示すロボット制御装置であって、第１実施形態に係るロボット制御装置の構成を示す図である。 第１実施形態に係るロボット制御装置による接触位置推定動作のフローチャートである。 ロボット制御装置により、ワークの打点位置にスポット溶接ガンを配置するようにロボットを位置決めした状態を示す図である。 溶接ガン制御装置により、ワークの打点位置にスポット溶接ガンの電極を接触させた状態を示す図である。 ロボット軸用モータのトルク特性を示す概略図である。 図１に示すロボット制御装置であって、第２実施形態に係るロボット制御装置の構成を示す図である。 第２実施形態に係るロボット制御装置による制御方式切換動作のフローチャートである。 本実施形態の変形例に係るスポット溶接システムの構成を示す図である。 本実施形態の他の変形例に係るスポット溶接システムの構成を示す図である。

以下、添付の図面を参照して本発明に係るロボットシステムの実施形態の一例としてスポット溶接システムについて説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

（スポット溶接システム：ロボットシステム）
図１は、本実施形態に係るスポット溶接システムの構成を示す図である。図１に示すスポット溶接システム１は、ロボット１０を用いてスポット溶接ガン２０とワークＷとを相対移動させてスポット溶接ガン２０をワークＷに接触させ、ワークＷにスポット溶接を施す。スポット溶接システム１は、ロボット１０と、スポット溶接ガン２０と、ロボット１０の動作を制御するロボット制御装置３０と、スポット溶接ガン２０の動作を制御する溶接ガン制御装置４０とを備える。

ロボット１０は、例えば６軸垂直多関節型のロボットであり、基台（ベース）１１と、下アーム１２と、上アーム１３と、アーム先端部１４とを有する。基台１１は、床上に設置されている。下アーム１２の一端側は、基台１１上に、第１軸（垂直軸）Ｊ１まわりに回転可能に、かつ、第２軸（水平軸）Ｊ２まわりに回転可能に連結されている。下アーム１２の他端側には、上アーム１３の一端側が第３軸（水平軸）Ｊ３まわりに回転可能に連結されている。上アーム１３の他端側には、アーム先端部１４が第３軸Ｊ３に垂直な第４軸Ｊ４まわりに回転可能に、かつ、第４軸Ｊ４に垂直な第５軸Ｊ５まわりに回転可能に連結されている。アーム先端部１４には、スポット溶接ガン２０が第５軸Ｊ５に垂直な第６軸Ｊ６まわりに回転可能に取り付けられている。
なお、ロボット１０は、６軸垂直多関節型に限定されず、スポット溶接ガン２０とワークＷとを相対移動させることができれば、４軸垂直多関節型ロボットなど他のタイプの多関節型ロボットであってもよい。

ロボット１０は、第１〜第６軸Ｊ１〜Ｊ６の複数の駆動軸をそれぞれ駆動する複数のサーボモータ１５を内蔵する（便宜上１つのみ図示）。サーボモータ１５はロボット制御装置３０からの制御信号により駆動され、サーボモータ１５の駆動によりスポット溶接ガン２０の位置及び姿勢が変更される。

以下では、ロボット１０の第１〜第６軸Ｊ１〜Ｊ６をロボット軸ということもあり、これらのロボット軸を駆動するサーボモータ１５をロボット軸用モータということもある。
また、垂直軸又は水平軸である第１軸Ｊ１、第２軸Ｊ２及び第３軸Ｊ３を基本軸ということもあり、第４軸Ｊ４、第５軸Ｊ５及び第６軸Ｊ６を手首軸ということもある。垂直軸又は水平軸である基本軸Ｊ１〜Ｊ３は、主に、ロボット１０のアーム先端部１４の位置決めに寄与する。一方、手首軸Ｊ４〜Ｊ６は、主に、ロボット１０のアーム先端部１４の姿勢決めに寄与する。

スポット溶接ガン２０は、いわゆるＣ型スポット溶接ガンである。スポット溶接ガン２０は、アーム先端部１４に連結されたＣ字状のガンアーム２３と、ワーク挟持用のサーボモータ２４とを有する。ガンアーム２３は、Ｌ字状のフレーム２３ａの端部から突設された棒状の対向電極２２と、対向電極２２に対向して突設された棒状の可動電極２１とを有する。可動電極２１と対向電極２２は同軸上に配置されている。対向電極２２はフレーム２３ａに固定されているのに対し、可動電極２１は対向電極２２と同軸上をフレーム２３ａに対し相対移動可能である。

サーボモータ２４は溶接ガン制御装置４からの制御信号により駆動され、サーボモータ２４の駆動により、可動電極２１は対向電極２２に接近及び対向電極２２から離間する。可動電極２１と対向電極２２の間には、ワークＷが板厚方向で挟持され、ワークＷのスポット溶接が行われる。ワークＷは、図示しないワーク支持装置により支持されている。

以下では、スポット溶接ガン２０の可動電極２１と対向電極２２との相対移動の軸をガン軸ということもあり、このガン軸を駆動するサーボモータ２４をガン軸用モータということもある。

ロボット軸用の各サーボモータ１５にはエンコーダ１５ａが設けられ、エンコーダ１５ａによりサーボモータ１５の軸回りの回転角度が検出される。検出された回転角度はロボット制御装置３０にフィードバックされ、ロボット制御装置３０でのフィードバック制御により、アーム先端部１４のスポット溶接ガン２０の位置及び姿勢が制御される。これによりフレーム２３ａに一体化された対向電極２２を、ワークＷの板厚方向の教示位置に位置決めできるとともに、エンコーダ１５ａからの信号により対向電極２２の位置及び姿勢を検出できる。

また、ガン軸用のサーボモータ２４にはエンコーダ２４ａが設けられ、エンコーダ２４ａによりサーボモータ２４の軸回りの回転角度が検出される。検出された回転角度は溶接ガン制御装置４０にフィードバックされ、溶接ガン制御装置４０でのフィードバック制御により、対向電極２２に対して可動電極２１を位置決めできる。電極２１，２２間の開放量はサーボモータ２４の回転角度に応じて変化するが、本実施形態では可動電極２１を対向電極２２に接触させたとき、すなわち開放量が０のときのサーボモータ２４の回転角度を予め基準値として設定している。これによりエンコーダ２４ａからの信号によって、基準値からの回転角度を検出でき、電極２１，２２間の開放量を検出できる。

ロボット制御装置３０及び溶接ガン制御装置４０は、それぞれＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。ロボット制御装置３０と溶接ガン制御装置４０とは接続されており、互いに信号の送受信（通信）を行う。

ロボット制御装置３０は、ロボット１０及びスポット溶接ガン２０の動作プログラム（作業プログラム）及び教示データ等を格納している。教示データには、ワークＷを多数の溶接箇所でスポット溶接するときのロボット１０及びスポット溶接ガン２０の位置及び姿勢である溶接打点データが含まれる。この教示データに基づき、自動運転のための作業プログラムが作成されている。

自動運転時には、ロボット制御装置３０は、作業プログラムに従いロボット１０を動作させ、ワークＷに対するスポット溶接ガン２０の位置と姿勢を制御して、電極２１，２２間にワークＷを配置する。また、溶接ガン制御装置４０は、作業プログラムに従い可動電極２１を動作させ、ワークＷに負荷される電極２１，２２による加圧力を制御するとともに、作業プログラムに従い電極２１，２２に供給する電流を制御し、予め定められた溶接打点位置でスポット溶接を実行する。

自動運転前には、ロボット制御装置３０は、スポット溶接ガン２０を閉じる動作を行う際に、電極２１，２２とワークＷとの接触位置を検知する。この接触位置に基づいて、ロボット制御装置３０は、作業プログラムにおける目標位置（打点位置）を補正する。
以下、ロボット制御装置３０について詳細に説明する。

（第１実施形態に係るロボット制御装置）
図２は、第１実施形態に係るロボット制御装置の構成を示す図である。図２に示すロボット制御装置３０Ａは、図１に示すスポット溶接システム１におけるロボット制御装置３０に適用される。ロボット制御装置３０Ａは、記憶部３１と、動作制御部３２と、トルク情報検出部３３と、接触位置推定部３４と、位置補正部３５とを備える。

記憶部３１は、例えばＥＥＰＲＯＭ等の書き換え可能なメモリである。記憶部３１は、上述したように、ロボット１０及びスポット溶接ガン２０の動作プログラム（作業プログラム）及び教示データ等を記憶する。教示データには、ワークＷを多数の溶接箇所でスポット溶接するときのロボット１０及びスポット溶接ガン２０の位置及び姿勢である溶接打点データが含まれる。教示データは、例えば、教示操作盤（図示せず）等を用いて教示者により入力される。この教示データに基づき、自動運転のための作業プログラムが作成される。
また、記憶部３１は、後述するトルク情報検出部３３で検出されたロボット軸用モータ１５のトルクの時系列データと、ロボット１０の位置の時系列データ及びガン軸の位置の時系列データとを関連付けて記憶する。

動作制御部３２は、自動運転時及び自動運転前、記憶部３１に記憶された作業プログラムに従いロボット１０を動作させる。具体的には、動作制御部３２は、目標位置（打点位置）と、ロボット軸用モータ１５のエンコーダ１５ａからのフィードバックとに基づいて、動作指令を生成し、ロボット軸用モータ１５を駆動制御する。これにより、動作制御部３２は、ワークＷに対するスポット溶接ガン２０の位置及び姿勢を制御し、電極２１，２２間にワークＷを配置する。

トルク情報検出部３３は、自動運転前、溶接ガン制御装置４０により作業プログラムに従ってスポット溶接ガン２０を閉じる動作を行う際に、複数のロボット軸用モータ１５のトルクを検出する。具体的には、トルク情報検出部３３は、複数のロボット軸用モータ１５のトルクの時系列データを取得する。このとき、トルク情報検出部３３は、複数のロボット軸用モータ１５のエンコーダ１５ａ及びガン軸用モータ２４のエンコーダ２４ａからフィードバックの時系列データを取得する。すなわち、トルク情報検出部３３は、ロボット１０の位置の時系列データ及びガン軸の位置の時系列データを取得する。トルク情報検出部３３は、ロボット軸用モータ１５のトルクの時系列データと、ロボット１０の位置の時系列データ及びガン軸の位置の時系列データとを関連付けて、記憶部３１に一旦記憶させる。
なお、トルク情報検出部３３は、ロボット軸用モータ１５のトルクに代えて駆動電流を検出してもよい。

接触位置推定部３４は、自動運転前、トルク情報検出部３３で検出され記憶部３１に一旦記憶された複数のロボット軸用モータ１５のトルクの時系列データに基づくトルク特性の変化傾向（傾き、単位時間あたりの変化量）の変化に基づいて、ワークＷとスポット溶接ガン２０とが接触する接触位置を推定する。具体的には、接触位置推定部３４は、トルク特性の変化傾向の変化に基づいて接触時刻を推定する。接触位置推定部３４は、トルク情報検出部３３で検出され記憶部３１に一旦記憶されたロボット１０の位置の時系列データ及びガン軸の位置の時系列データから、推定した接触時刻に対応するロボット１０の位置及びガン軸の位置を接触位置として推定する。

位置補正部３５は、接触位置推定部３４で推定された接触位置に基づいて、作業プログラムにおける目標位置（打点位置）を補正する。例えば、位置補正部３５は、自動運転前に、記憶部３１に記憶された作業プログラムにおける目標位置（打点位置）補正してもよい。或いは、位置補正部３５は、自動運転時に、作業プログラムの目標位置（打点位置）を補正し、動作制御部３２で生成される動作指令を補正してもよい。

次に、図３〜図５を参照して、第１実施形態に係るロボット制御装置３０Ａによる自動運転前の接触位置推定動作について説明する。図３は、第１実施形態に係るロボット制御装置３０Ａによる接触位置推定動作を示すフローチャートである。図４Ａは、ロボット制御装置３０により、ワークＷの打点位置にスポット溶接ガン２０を配置するようにロボット１０を位置決めした状態を示す図である。図４Ｂは、溶接ガン制御装置４０により、ワークＷの打点位置にスポット溶接ガン２０の電極２１，２２を接触させた状態を示す図である。図５は、ロボット軸用モータ１５のトルク特性を示す概略図である。

まず、動作制御部３２は、作業プログラムに従いロボット１０を動作させてワークＷとスポット溶接ガン２０とを相対移動させ、図４Ａに示すように、ワークＷの打点位置（目標位置）にスポット溶接ガン２０を配置させるようにロボット１０を位置決めする（Ｓ１）。このとき、スポット溶接ガン２０は開いた状態である。

次に、ロボット制御装置３０は、溶接ガン制御装置４０を制御して作業プログラムに従いスポット溶接ガン２０を閉じる動作を開始する。その際、トルク情報検出部３３は、ロボット軸用モータ１５のトルクを時系列データとして検出する。このとき、トルク情報検出部３３は、ロボット軸用モータ１５のエンコーダ１５ａ及びガン軸用モータ２４のエンコーダ２４ａからのフィードバック、すなわちロボット１０の位置及びガン軸の位置を時系列データとして検出する。トルク情報検出部３３は、検出したロボット軸用モータ１５のエンコーダ１５ａのトルクの時系列データと、ロボット１０の位置の時系列データ及びガン軸の位置の時系列データとを関連付けて、記憶部３１に一旦記憶する（Ｓ２）。

次に、接触位置推定部３４は、記憶部３１に一旦記憶されたロボット軸用モータ１５のトルクの時系列データに基づいて、何れかのロボット軸用モータ１５のトルクが検出閾値以上になったか否かを判定する（Ｓ３）。全てのロボット軸用モータ１５のトルクが検出閾値未満である場合、接触位置推定部３４は、電極２１，２２とワークＷとがまだ接触していないと判断し、ステップＳ２に戻る。

図５に示すように何れかのロボット軸用モータ１５のトルクが検出閾値以上になった場合、接触位置推定部３４は、図４Ｂに示すように電極２１，２２とワークＷとが接触したと判断し、ロボット軸用モータ１５のトルク特性の変化傾向（傾き、単位時間あたりの変化量）の変化に基づいて、接触時刻を推定する（Ｓ４）。例えば、接触位置推定部３４は、図５に示すように、トルク特性において傾きが異なる２つの近似直線Ｌ１，Ｌ２を求め、これらの交点を接触時刻と推定する。

次に、接触位置推定部３４は、記憶部３１に記憶されたロボット１０の位置の時系列データ及びガン軸の位置の時系列データに基づいて、推定した接触時刻に対応するロボット１０の位置及びガン軸の位置を、電極２１，２２とワークＷの接触位置として推定する（Ｓ５）。

位置補正部３５は、接触位置推定部３４で推定された接触位置に基づいて、作業プログラムにおける打点位置（目標位置）を補正する（Ｓ６）。例えば、位置補正部３５は、自動運転前に、記憶部３１に記憶された作業プログラムにおける打点位置（目標位置）補正してもよい。
このとき、溶接ガン制御装置４０も、接触位置推定部３４で推定された接触位置に基づいて、作業プログラムにおける打点位置（目標位置）を補正してもよい。

或いは、位置補正部３５は、自動運転時に、作業プログラムの打点位置（目標位置）を補正し、動作制御部３２で生成される動作指令を補正してもよい。
このとき、溶接ガン制御装置４０も、接触位置推定部３４で推定された接触位置に基づいて、作業プログラムの打点位置（目標位置）を補正し、動作指令を補正してもよい。

以上説明したように、第１実施形態のロボット制御装置３０Ａ及びスポット溶接システム１によれば、ロボット軸用モータ１５のトルク特性の変化傾向（傾き、単位時間あたりのトルクの変化量）の変化に基づいてスポット溶接ガン２０の電極２１，２２とワークＷとの接触位置を推定し、推定した接触位置に基づいてロボット１０の目標位置（打点位置）を補正する。
このように、ガン軸モータのトルク情報ではなくロボット軸用モータ１５のトルク情報を用いるので、ロボット制御装置３０と溶接ガン制御装置４０を個別に備えるスポット溶接システムにも適用できる（特許文献１及び２に対する優位性）。
また、ロボット軸用モータ１５のトルク特性の変化傾向（傾き、単位時間あたりのトルクの変化量）の変化に基づいてスポット溶接ガン２０の電極２１，２２とワークＷとの接触の瞬間を監視しているので、接触位置を精度よく検出できる（特許文献３及び４に対する優位性）。

（第２実施形態に係るロボット制御装置）
スポット溶接ガン２０を閉じる動作を行う際、図５に示すように、サーボモータの電流及びトルクにゆらぎ（変動）が発生する。ロボット軸用モータのトルクに生じるゆらぎは、ガン軸モータのトルクに生じるゆらぎよりも大きくなる傾向があるが、ロボット軸用モータの中でも、手首軸モータのトルクに生じるゆらぎは、基本軸モータのトルクに生じるゆらぎよりも小さい傾向がある。そのため、上述した接触位置推定部３４では、手首軸モータのトルクを用いると接触位置の推定の精度が上がる。
一方、接触位置推定部３４では、基本軸モータのトルクを用いると、ロボット軸用モータのトルクの変化傾向の変化がゆらぎに埋もれてしまい、接触位置の推定の精度が上がらず、更には接触を誤検出する恐れもある。

この点に関し、ワークの変形に大きく寄与するロボット軸用モータのトルク（すなわち駆動電流）を制限する手法がある。これによれば、電極とワークとの接触時に、ロボット軸用モータのトルクの上昇を制限でき、ワークの変形を和らげることができる。このトルク制限手法は、上述した問題を有する基本軸モータに対して有効である。
一方、トルク制限手法は、以下の理由により、手首軸モータに対しては有効でない場合が多い。すなわち、ロボットの姿勢によっては、手首軸モータのトルクを制限しても逆効果になり、電極とワークとの接触時に停止どころか加速してしまうことがある。

更には、電極とワークとの接触時に各ロボット軸がワークから受ける反力の影響の大きさ、すなわちトルクの変化傾向（傾き）の変化の大きさは、ロボットの姿勢によって変動する。更には、６つのロボット軸のうち、反力の影響を大きく受ける軸は、ロボットの姿勢によって変化する。

そこで、本実施形態では、電極とワークとの接触時にワークからの反力の影響を大きく受ける軸が手首軸にある場合には、上述した接触位置推定部３４により、手首軸モータのトルクを用いて接触位置の推定の精度を上げる。一方、ロボットの姿勢によって、電極とワークとの接触時にワークからの反力の影響を大きく受ける軸が手首軸にない場合、ワークからの反力の影響を大きく受ける基本軸があれば、この基本軸モータのトルクを制限する。

図６は、第２実施形態に係るロボット制御装置の構成を示す図である。図６に示すロボット制御装置３０Ｂは、図１に示すスポット溶接システム１におけるロボット制御装置３０に適用される。
ロボット制御装置３０Ｂは、図２に示すロボット制御装置３０Ａにおいて、更にトルク制限部３６と、制御方式切換部３７と、通知部３８とを備える構成でロボット制御装置３０Ａと異なる。

トルク制限部３６は、ロボット１０の複数のロボット軸用モータ１５のトルクを制限する。トルク制限部３６は、複数のロボット軸用モータ１５ごとに複数設けられてもよい。

制御方式切換部３７は、作業プログラムに従い打点位置（目標位置）に位置決めされたロボット１０の姿勢に基づいて、スポット溶接ガン２０を閉じて電極２１，２２とワークＷとが接触するときのロボット軸が受けるモーメントＳと、ロボット軸用モータ１５に生じるゆらぎＮとのＳ／Ｎ比を推定する。制御方式切換部３７は、推定したＳ／Ｎ比に基づいて制御方式を切り換える。

具体的には、推定したＳ／Ｎ比が第１切換閾値以上であるロボット軸（駆動軸、例えば手首軸）がある場合には、制御方式切換部３７は、接触位置推定部３４により、当該ロボット軸のトルク特性の変化傾向の変化に基づいてワークＷと電極２１，２２との接触位置を推定し、位置補正部３５によりロボット１０の目標位置（打点位置）を補正する（接触検知方式）。
一方、推定したＳ／Ｎ比が第１切換閾値以上であるロボット軸がなく、かつ、推定したＳ／Ｎ比が第２切換閾値以上である基本軸がある場合には、制御方式切換部３７は、トルク制限部３６により当該基本軸のトルクを制限する（トルクリミット方式）。

また、推定したＳ／Ｎ比が第１切換閾値以上であるロボット軸がなく、かつ、推定したＳ／Ｎ比が第２切換閾値以上である基本軸もない場合には、制御方式切換部３７は、通知部３８にアラーム通知を行わせる。

通知部３８は、例えば通信インタフェースであり、教示操作盤等にアラーム通知を行う。

次に、図７を参照して、第２実施形態に係るロボット制御装置３０Ｂによる自動運転前の制御方式切換動作について説明する。図７は、第２実施形態に係るロボット制御装置３０Ｂによる制御方式切換動作を示すフローチャートである。

まず、上述した図３のステップＳ１と同様に、動作制御部３２は、作業プログラムに従いロボット１０を動作させてワークＷとスポット溶接ガン２０とを相対移動させ、ワークＷの打点位置（目標位置）にスポット溶接ガン２０を配置させるようにロボット１０を位置決めする（Ｓ１１）。このとき、スポット溶接ガン２０は開いた状態である。

次に、制御方式切換部３７は、電極２１，２２とワークＷとの接触に起因してワークＷから電極２１，２２に単位反力がかかると仮定した場合に、位置決めされたロボット１０の姿勢において各ロボット軸が受けるモーメントＳを計算する。また、制御方式切換部３７は、位置決めされたロボット１０の姿勢において各ロボット軸に生じるゆらぎＮを推定する。制御方式切換部３７は、求めたモーメントＳとゆらぎＮとのＳ／Ｎ比（以下、感度ともいう。）を推定する（Ｓ１２）。

次に、制御方式切換部３７は、何れかのロボット軸（例えば手首軸）のＳ／Ｎ比が第１切換閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ１３）。何れかのロボット軸のＳ／Ｎ比が第１切換閾値以上である場合、制御方式切換部３７は、接触検知方式を選択し、上述した図３のステップＳ２〜Ｓ６の接触位置推定動作が行われる（Ｓ１４）。
なお、Ｓ／Ｎ比が第１切換閾値以上であるロボット軸が２以上ある場合、最も大きいＳ／Ｎ比のロボット軸で接触位置推定が行われてもよい。或いは、各ロボット軸で接触位置推定が行われてもよい。

全てのロボット軸のＳ／Ｎ比が第１切換閾値未満である場合、制御方式切換部３７は、何れかの基本軸のＳ／Ｎ比が第２切換閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ１５）。何れかの基本軸のＳ／Ｎ比が閾値以上である場合、制御方式切換部３７は、トルクリミット方式を選択する（Ｓ１５）。これにより、自動運転時、トルク制限部３６は、動作制御部３２で生成されるトルクを制限する。
なお、Ｓ／Ｎ比が第２切換閾値以上である基本軸が２以上ある場合、最も大きいＳ／Ｎ比の基本軸でトルク制限が行われればよい。

全ての基本軸のＳ／Ｎ比も第２切換閾値未満である場合、制御方式切換部３７は、現在の姿勢では接触検知方式もトルクリミット方式も適切でないと判断し、通知部３８に警告メッセージを通知させ、ユーザにロボット１０の姿勢の変更を促す。例えば、通知部３８は教示操作盤に通知し、教示操作盤の表示部に警告メッセージを表示させるてもよい。

この第２実施形態のロボット制御装置３０Ｂ及びスポット溶接システム１でも、第１実施形態のロボット制御装置３０Ｂ及びスポット溶接システム１と同様の利点を得ることができる。

更に、第２実施形態のロボット制御装置３０Ｂ及びスポット溶接システム１によれば、推定したＳ／Ｎ比が第１切換閾値以上であるロボット軸（駆動軸、例えば手首軸）がある場合には、当該ロボット軸を用いて接触位置推定部３４による接触検知方式を採用して接触位置の推定精度を上げる。一方、推定したＳ／Ｎ比が第１切換閾値以上であるロボット軸はないが、推定したＳ／Ｎ比が第２切換閾値以上である基本軸がある場合には、基本軸を用いてトルクリミット方式を採用する。
このように、ロボット１０の姿勢応じて、接触検知方式とトルクリミット方式とを使い分けることで、ロボット１０のより多くの姿勢に対応することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

例えば、上述した実施形態では、Ｃ型スポット溶接ガン２０を備えるスポット溶接システム１を例示した。しかし、本発明の特徴はこれに限定されず、種々のスポット溶接ガンを備えるスポット溶接システムに適用可能である。例えば、図８に示すように、開閉可能な一対のガンアーム２６ａ，２６ｂと、各ガンアーム２６ａ，２６ｂの先端部に取り付けられた可動電極２１及び対向電極２２とを有する、いわゆるＸ型のスポット溶接ガンを備えるスポット溶接システムにも適用可能である。

また、上述した実施形態では、ワークＷを固定設置し、スポット溶接ガン２０をロボット１０のアーム先端部１４に取り付けることにより、ワークＷに対してスポット溶接ガン２０を相対移動させた。しかし、スポット溶接ガン２０を固定設置し、ワークＷをロボット１０のアーム先端部１４に保持することにより、ワークＷに対してスポット溶接ガン２０を相対移動させてもよい。例えば、図９に示すように、所定位置に設置されたガンスタンド２５によりスポット溶接ガン２０を支持するとともに、ロボット１０のアーム先端部でロボットハンド１９を介してワークＷを保持することにより、ロボット１０の駆動によりスポット溶接ガン２０に対しワークＷを相対移動させて、電極２１，２２間にワークＷを配置してもよい。

また、上述した実施形態では、スポット溶接システムを例示したが、これに限定されない。本実施形態の特徴は、処理ツールを処理対象物に接触させ、処理対象物に所定の処理を施す種々のロボットシステムにおけるロボット制御に適用可能である。

１ スポット溶接システム（ロボットシステム）
１０ ロボット
１１ 基台
１２ 下アーム
１３ 上アーム
１４ アーム先端部
１５ サーボモータ（駆動部）
１５ａ エンコーダ
２０ スポット溶接ガン（処理ツール）
２１ 可動電極
２２ 対向電極
２３ ガンアーム
２３ａ フレーム
２４ サーボモータ
２４ａ エンコーダ
３０，３０Ａ，３０Ｂ ロボット制御装置
３１ 記憶部
３２ 動作制御部
３３ トルク情報検出部
３４ 接触位置推定部
３５ 位置補正部
３６ トルク制限部
３７ 制御方式切換部
３８ 通知部
４０ 溶接ガン制御装置
Ｊ１ 第１軸（駆動軸、基本軸）
Ｊ２ 第２軸（駆動軸、基本軸）
Ｊ３ 第３軸（駆動軸、基本軸）
Ｊ４ 第４軸（駆動軸、手首軸）
Ｊ５ 第５軸（駆動軸、手首軸）
Ｊ６ 第６軸（駆動軸、手首軸）
Ｗ ワーク（処理対象物）

Claims (7)

1. 処理ツールを処理対象物に接触させ、前記処理対象物に所定の処理を施すロボットシステムであって、
   前記処理対象物又は前記処理ツールをアーム先端部に保持し、複数の駆動軸を駆動する複数の駆動部を備える多関節型のロボットと、
   前記ロボットの目標位置に基づいて、前記ロボットの前記複数の駆動部を制御し、前記処理対象物と前記処理ツールとの相対位置を制御するロボット制御装置と、
   を備え、
   前記ロボットの前記複数の駆動軸は、前記アーム先端部側の手首軸と、前記アーム先端部と反対側の基本軸とを含み、
   前記ロボット制御装置は、
   前記ロボットの前記複数の駆動部のトルクに関するトルク情報を検出するトルク情報検出部と、
   前記トルク情報検出部で検出された前記複数の駆動部の少なくとも１つのトルク情報の変化傾向の変化に基づいて、前記処理対象物と前記処理ツールとが接触する接触位置を推定する接触位置推定部と、
   前記接触位置推定部で推定された接触位置に基づいて、前記ロボットの目標位置を補正する位置補正部と、
   前記複数の駆動部の少なくとも１つのトルクを制限するトルク制限部と、
   前記ロボットの目標位置における姿勢に基づいて、前記処理対象物と前記処理ツールとが接触するときに前記複数の駆動軸が受けるモーメントＳと、前記複数の駆動軸に生じるゆらぎＮとのＳ／Ｎ比を推定し、推定したＳ／Ｎ比に基づいて、前記位置補正部により前記ロボットの目標位置を補正する制御方式と、前記トルク制限部により基本軸のトルクを制限する制御方式とを切り換える制御方式切換部と、
   を備える、ロボットシステム。
2. 前記制御方式切換部は、
   推定したＳ／Ｎ比が第１切換閾値以上である駆動軸がある場合には、前記接触位置推定部により前記処理対象物と前記処理ツールとの接触位置を推定して、前記位置補正部により前記ロボットの目標位置を補正し、
   推定したＳ／Ｎ比が第１切換閾値以上である駆動軸がない場合には、前記トルク制限部により基本軸のトルクを制限する、
   請求項１に記載のロボットシステム。
3. 前記制御方式切換部は、推定したＳ／Ｎ比が第１切換閾値以上である駆動軸がない場合、
   推定したＳ／Ｎ比が第２切換閾値以上である基本軸がある場合には、前記トルク制限部により基本軸のトルクを制限する、
   請求項２に記載のロボットシステム。
4. アラーム通知を行う通知部を更に備え、
   前記制御方式切換部は、推定したＳ／Ｎ比が第１切換閾値以上である駆動軸がなく、かつ、推定したＳ／Ｎ比が第２切換閾値以上である基本軸もない場合には、前記通知部にアラーム通知を行わせる、
   請求項３に記載のロボットシステム。
5. 前記トルク情報の変化傾向の変化は、前記トルク情報の単位時間あたりの変化量の変化である、請求項１〜４の何れか１項に記載のロボットシステム。
6. 前記トルク情報は、前記複数の駆動部のトルク又は駆動電流である、請求項１〜５の何れか１項に記載のロボットシステム。
7. 前記処理ツールとしてスポット溶接ガンを備え、前記処理対象物としてのワークにスポット溶接を行うスポット溶接システムである、請求項１〜６の何れか１項に記載のロボットシステム。

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