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JPWO2005035205A1 - Robot control device - Google Patents

Robot control device Download PDF

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Publication number
JPWO2005035205A1
JPWO2005035205A1 JP2005509460A JP2005509460A JPWO2005035205A1 JP WO2005035205 A1 JPWO2005035205 A1 JP WO2005035205A1 JP 2005509460 A JP2005509460 A JP 2005509460A JP 2005509460 A JP2005509460 A JP 2005509460A JP WO2005035205 A1 JPWO2005035205 A1 JP WO2005035205A1
Authority
JP
Japan
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brake
arm
motor
releasing
restraining
Prior art date
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Pending
Application number
JP2005509460A
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Japanese (ja)
Inventor
浩喜 高橋
浩喜 高橋
篤史 北村
篤史 北村
朋治 水谷
朋治 水谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • G—PHYSICS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
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    • G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

回転可能なアーム１５と、アーム１５を駆動するモータ１１と、モータ１１の回転位置を検出して位置検出信号を発生する位置検出器１２と、アーム１５の回転を規制するストッパー２３と、モータ１１の回転を拘束及び開放するブレーキ１３と、モータ１１を駆動するサーボ制御部３３と、サーボ制御部３３を無効にする共に、ブレーキ１３を開放する解除操作スイッチ４２と、解除操作スイッチ４２の動作によりストッパー２３とアーム１５との角度に応じてブレーキ１３を拘束又は開放の時間を変更するブレーキ制御部３７と、を備えたものである。A rotatable arm 15, a motor 11 that drives the arm 15, a position detector 12 that detects a rotational position of the motor 11 and generates a position detection signal, a stopper 23 that restricts the rotation of the arm 15, and the motor 11 The brake 13 that restrains and releases the rotation of the motor, the servo control unit 33 that drives the motor 11, the servo control unit 33 is invalidated, and the release operation switch 42 that releases the brake 13 and the release operation switch 42 are operated. And a brake control unit 37 that changes the time for restraining or releasing the brake 13 in accordance with the angle between the stopper 23 and the arm 15.

Description

本発明は保守時等おいて、ロボットのアームがストッパー等に接触しないようにする技術の改良に関するものである。  The present invention relates to an improvement in technology for preventing a robot arm from contacting a stopper or the like during maintenance.

従来のロボットの制御装置を日本国特開平１１−１７９６９１号公報によって説明する。かかる公報によれば、サーボ制御部の動作によりロボットのアームの位置を制御するとともに、サーボ制御部の非動作時にアームを制動するブレーキを備えたロボットの制御装置において、ブレーキを所定時間ロックするロック時間設定部と、ブレーキを所定時間解除する解除時間設定部とを備え、操作部からのブレーキ解除指令があった場合、ロック時間設定部と解除時間設定部の設定時間に応じてブレーキのロックと解除とを交互に行うブレーキ制御部を備えたものが記載されている。
かかるロボットの制御装置によれば、作業者がブレーキ解除を指令したときに、ブレーキの解除時間設定部とロック時間設定部の設定値により、ブレーキの解除とロック動作を断続的に行うことができるので、ロボットのアームの自重による過大な移動を抑えるとともに、該アームの微調整やスムーズな移動ができるものである。
しかしながら、上記のように構成されたロボットの制御装置は、アームの重量と姿勢および負荷条件などにより、ブレーキを解除した場合の移動速度が急激に変化するため、ブレーキのロックと解除との時間の設定を作業者がアームの移動を監視しながら調整する必要があるという問題点があった。
さらに、サーボ制御部を停止すると共に、アーム等の作業点がストッパー、ロボット本体、周辺機器などに接触するおそれがあるという問題点があった。A conventional robot controller will be described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-179691. According to this publication, the position of the robot arm is controlled by the operation of the servo control unit, and in the robot control device including the brake that brakes the arm when the servo control unit is not operating, the lock that locks the brake for a predetermined time. It has a time setting unit and a release time setting unit that releases the brake for a predetermined time, and when there is a brake release command from the operation unit, the brake is locked and The thing provided with the brake control part which performs cancellation | release alternately is described.
According to such a robot control device, when the operator gives a command to release the brake, the brake release and the lock operation can be intermittently performed by the set values of the brake release time setting unit and the lock time setting unit. Therefore, it is possible to suppress an excessive movement due to the weight of the robot arm and to finely adjust the arm and smoothly move the arm.
However, in the robot control apparatus configured as described above, the movement speed when the brake is released changes rapidly depending on the weight, posture, and load conditions of the arm. There was a problem that the operator had to adjust the setting while monitoring the movement of the arm.
Furthermore, there is a problem that the servo control unit is stopped and the work point such as the arm may come into contact with the stopper, the robot body, peripheral devices, and the like.

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、保守時において、アーム等の作業点とストッパー、本体とが接触しにくいロボットの制御装置を提供することを目的とするものである。
第１の発明に係るロボットの制御装置は、移動可能な移動部材と、該移動部材を駆動するモータと、該モータの位置を検出して位置検出信号を発生する位置検出手段と、前記移動部材の移動を規制するストッパー部材と、前記モータの回転を拘束及び開放するブレーキと、前記モータを駆動する制御部と、該制御部を無効にする共に、前記ブレーキを開放する指令手段と、該指令手段の動作により前記ストッパー部材と前記移動部材との距離に応じて前記ブレーキを拘束又は開放の時間を変更する第１のブレーキ制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
第２の発明に係るロボットの制御装置は、回転可能なアームと、該アームを駆動するモータと、該モータの回転位置を検出して位置検出信号を発生する位置検出手段と、前記アームの回転を規制するストッパー部材と、前記モータの回転を拘束及び開放するブレーキと、前記モータを駆動する制御部と、該制御部を無効にする共に、前記ブレーキを開放する指令手段と、該指令手段の動作により前記ストッパー部材と前記アームとの角度に応じて前記ブレーキを拘束又は開放の時間を変更する第１のブレーキ制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
第３の発明に係るロボットの制御装置は、作業点に連結されると共に、第１の関節部に設けられた回転可能な第１のアームと、第２の関節部を介して第１のアームに連結固定された第２のアームと、該第１、第２のアームをそれぞれ駆動する第１、第２のモータと、前記第１、第２のアームに連結されると共に、前記作業点が接触し得る本体部と、前記第１、第２のモータの回転位置を、それぞれ検出して第１、第２の位置検出信号を発生する第１、第２の位置検出手段と、前記第１、第２のモータの回転をそれぞれ拘束及び開放する第１、第２のブレーキと、前記第１、第２のモータを駆動する制御部と、前記本体部の本体位置を教示して認識する位置認識手段と、該制御部を無効にする共に、前記第１、第２のブレーキを開放する指令手段と、該指令手段の動作により前記制御部を無効にする共に、前記第１、第２の位置検出信号に基づいて前記作業点と前記本体位置との距離を求め、該距離に応じて前記第１、第２のブレーキを拘束又は開放の時間を変更する第２のブレーキ制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
第４の発明に係るロボットの制御装置は、第３の発明の位置認識手段の代わりに、第２のアームが移動可能な範囲内に、Ｘ，Ｙ，Ｚ値によって三次元空間を設定する設定手段と、第３の発明における第２のブレーキ制御手段の代わりに、指令手段の動作により該制御部を無効にする共に、第１、第２の位置検出信号に基づいて作業点と前記三次元空間との距離を求め、該距離に応じて第１、第２のブレーキを拘束又は開放の時間を変更する第３のブレーキ制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
第５の発明に係るロボットの制御装置は、位置検出信号に基づいてアームの動作速度をモータの回転速度に基づいて検出する動作速度演算手段と、予め定められた最高動作速度と前記動作速度を比較して、前記動作速度が前記最高動作速度を超えると、ブレーキを拘束する拘束手段と、を備えたことを特徴とするものである。
第６の発明に係るロボットの制御装置は、拘束手段を実行後に所定時間後にブレーキを開放する開放手段を、備えたことを特徴とするものである。
第１の発明によれば、作業者が例えば保守の際に指令手段を動作させることにより、作業点とストッパー部材との距離に応じてブレーキの拘束又は開放時間を変更したので、作業点がストッパー部材に衝突することを未然に防止できるという効果がある。
第２の発明によれば、作業者が例えば保守の際に指令手段を動作させることにより、アームとストッパー部材との角度に応じてブレーキの拘束又は開放時間を変更したので、アームがストッパー部材に衝突することを未然に防止できるという効果がある。
第３の発明によれば、作業者が例えば保守の際に指令手段を動作させることにより、作業点と本体部との距離に応じてブレーキの拘束又は開放時間を変更したので、作業点が本体部に衝突することを未然に防止できるという効果がある。
第４の発明によれば、作業者が例えば保守の際に指令手段を動作させることにより、作業点と、例えば周辺機器の近傍に設定した設定された三次元空間との距離に応じてブレーキの拘束又は開放時間を変更したので、作業点が上記三次元空間内に進入することを未然に防止できるという効果がある。
第５の発明によれば、予め定められた最高動作速度と前記動作速度を比較して、拘束手段によりブレーキを拘束するようにしたので、より一層、アームが本体等に接触しにくくなるという効果がある。
第６の発明によれば、アームが停止後、状況に応じてアームを移動できるという効果がある。The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a robot control device in which a work point such as an arm, a stopper, and a main body are difficult to contact at the time of maintenance. It is.
According to a first aspect of the present invention, there is provided a robot control apparatus comprising: a movable member that is movable; a motor that drives the movable member; position detection means that detects a position of the motor and generates a position detection signal; and the movable member A stopper member that restricts movement of the motor, a brake that restrains and releases the rotation of the motor, a control unit that drives the motor, a command unit that disables the control unit and releases the brake, and the command And a first brake control means for restricting or releasing the brake according to the distance between the stopper member and the moving member by the operation of the means.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a robot control apparatus comprising: a rotatable arm; a motor for driving the arm; position detecting means for detecting a rotation position of the motor to generate a position detection signal; and rotation of the arm. A stopper member that restricts and releases the rotation of the motor, a control unit that drives the motor, a command unit that disables the control unit, and releases the brake, and And a first brake control unit that changes a time for restraining or releasing the brake according to an angle between the stopper member and the arm by an operation.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a control apparatus for a robot, wherein the first arm is connected to a work point, and is provided with a rotatable first arm provided at the first joint and the first arm via the second joint. A second arm connected and fixed to the first arm, first and second motors for driving the first and second arms, respectively, and the working point connected to the first and second arms. A main body that can be contacted, first and second position detecting means for detecting first and second rotational detection positions and generating first and second position detection signals, respectively; , First and second brakes for restraining and releasing rotation of the second motor, a control unit for driving the first and second motors, and a position for teaching and recognizing the main body position of the main body unit A command means for disabling the recognition means and the control unit and releasing the first and second brakes. And invalidating the control unit by the operation of the command means, and obtaining a distance between the work point and the main body position based on the first and second position detection signals, and depending on the distance, And a second brake control means for changing a time for restraining or releasing the second brake.
The robot control apparatus according to the fourth invention is a setting for setting a three-dimensional space by X, Y, Z values within a range in which the second arm can move instead of the position recognition means of the third invention. And the second brake control means in the third invention, the control unit is invalidated by the operation of the command means, and the work point and the three-dimensional are determined based on the first and second position detection signals. And a third brake control means for obtaining a distance from the space and changing the time for restraining or releasing the first and second brakes according to the distance.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a control apparatus for a robot, comprising: an operation speed calculation means for detecting an operation speed of an arm based on a rotation speed of a motor based on a position detection signal; a predetermined maximum operation speed; In comparison, when the operating speed exceeds the maximum operating speed, there is provided a restraining means for restraining a brake.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a robot control apparatus comprising: an opening unit that releases the brake after a predetermined time after executing the restraint unit.
According to the first invention, since the operator operates the command means during maintenance, for example, the brake restraint or the release time is changed according to the distance between the work point and the stopper member. There is an effect that collision with the member can be prevented in advance.
According to the second invention, the operator operates the command means during maintenance, for example, so that the brake restraint or release time is changed according to the angle between the arm and the stopper member. There is an effect that collision can be prevented in advance.
According to the third invention, since the operator operates the command means at the time of maintenance, for example, the brake restraint or the release time is changed according to the distance between the work point and the main body, so that the work point is the main body. There is an effect that it is possible to prevent a collision with the part.
According to the fourth aspect of the invention, the operator operates the command means during maintenance, for example, so that the brake is operated according to the distance between the work point and the set three-dimensional space set near the peripheral device, for example. Since the restraint or release time is changed, there is an effect that the work point can be prevented from entering the three-dimensional space.
According to the fifth aspect of the present invention, the braking speed is restrained by the restraining means by comparing the above-mentioned working speed with the predetermined maximum speed, so that the arm is more difficult to contact the main body or the like. There is.
According to the sixth invention, after the arm stops, there is an effect that the arm can be moved according to the situation.

図１は一実施例を示すロボットシステムの全体構成図である。
図２は図１に示すロボットシステムの電気系統のブロック図である。
図３は図１に示すロボットの関節のモデル図である。
図４は図１によるロボットのアームとストッパーとの角度差とアームの引っ張りトルクとの関係を示すテーブル図である。
図５は図１に示すロボットの動作を示すフローチャートである。
図６は図１のブレーキの動作を示すタイムチャートである。
図７は他の実施例によるロボットの動作を示すフローチャートである。
図８は他の実施例によるブレーキの動作を示すタイムチャートである。
図９は他の実施例によるロボットの電気系統のブロック図である。
図１０は他の実施例によるロボットの第２のアームの先端位置を示すＸ，Ｙ曲線図である。
図１１は他の実施例によるロボットの動作を示すフローチャートである。FIG. 1 is an overall configuration diagram of a robot system showing an embodiment.
FIG. 2 is a block diagram of an electric system of the robot system shown in FIG.
FIG. 3 is a model diagram of the joint of the robot shown in FIG.
FIG. 4 is a table showing the relationship between the angle difference between the arm and the stopper of the robot shown in FIG. 1 and the pulling torque of the arm.
FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the robot shown in FIG.
FIG. 6 is a time chart showing the operation of the brake of FIG.
FIG. 7 is a flowchart showing the operation of a robot according to another embodiment.
FIG. 8 is a time chart showing the operation of the brake according to another embodiment.
FIG. 9 is a block diagram of an electric system of a robot according to another embodiment.
FIG. 10 is an X, Y curve diagram showing the tip position of the second arm of the robot according to another embodiment.
FIG. 11 is a flowchart showing the operation of a robot according to another embodiment.

本発明の一実施の形態を図１乃至図４によって説明する。図１は、一実例を示すロボットシステムの全体構成図、図２は図１に示すロボットシステムの電気系統を示すブロック図、図３はアームとモータから成る関節のモデル図、図４はアームの負荷トルクと角度との対応図である。
図１において、ロボットシステム１は、ロボット３を制御するサーボ制御部３３と共に、ロボット３の先端Ｔｓ（作業点）を教示する位置認識手段としての教示機能を有する制御装置３０と、ロボット３の操作を実行すると共に、サーボ制御部３３をオン・オフさせる指令手段としての解除操作スイッチ４３を有する手動操作装置４０とを備えている。
ロボット３には、立設された本体５と、本体５に連結されると友に、第１の関節部１０を介して第１のアーム１５と、第２の関節部２０を介して先端Ｔｓを有するツール１９が連結固定された第２のアーム１７と、第１のアーム１５の回転移動を規制すると共に、関節部１０に設けられたストッパー部材としてのストッパー２３とを備えている。なお、アーム１５，１７は移動部材を成しており、アーム１７には、先端Ａｓを有している。
図２において、関節部１０には、アーム１５を駆動する第１のモータ１１と、モータ１１の回転位置を検出して第１の位置検出信号θｓ１を発生する第１の位置検出手段としての位置検出器１２と、モータ１１の軸に設けられると共に、電源が遮断された場合にアーム１５の移動を阻止する第１のブレーキ１３とを備えている。制御装置３０には、ロボット３を動作させる動作プログラムを解析して処理して第１のアーム１５等の姿勢制御、ブレーキ１３のオン・オフ制御等を実行する中央処理部３１と、アーム１５とストッパー２３との角度差などを記憶する記憶部３２と、モータ１１を制御する制御部としてのサーボ制御部３３と、モータ１１をサーボ制御部３３からの駆動指令により駆動するサーボアンプ部３５と、モータ１１を制御する第１のブレーキ制御手段としてのブレーキ制御部３７と、ブレーキ１３を駆動するブレーキ駆動部３９とを備えている。
なお、図２には、第２の関節部関係の電気系統図が省略されている。
関節部１０はモータ１１の軸の回転を、歯車を介してアーム１５を駆動する図３に示すモデルとすると、ブレーキ１３が発生するブレーキトルクＴｂ、モータ１１の角速度ωとすると下記の運動方程式が成立する。
ＴＬ−Ｔｂ＝（Ｊｍ＋Ｊａ／ｎ２）（ｄω／ｄｔ） ・・・・（１）
ここに、Ｊｍ：モータの慣性モーメント
Ｊａ：アームの慣性モーメント、 ｎ：減速比、 ＴＬ：負荷トルク
上記（１）式はブレーキトルクＴｂがゼロ、すなわちブレーキ１３が開放している時に、アーム１５が有する負荷トルクＴＬに引っ張られてアーム１５が回転することを示している。上記（１）式を整理すると、下式となる。
Ｊ０ｄω＝（ＴＬ−Ｔｂ）ｄｔ ・・・・（２）
ここに、Ｊ０：Ｊｍ＋Ｊａ／ｎ２
ω＝｛（ＴＬ−Ｔｂ）／Ｊ０｝ｔ＋Ａ ・・・・（３）
ｔ＝０にてω＝０となるので、積分定数Ａ＝０となる。
ＴＬ−Ｔｂ＝２πＮ・Ｊ０・ｔ ・・・・（４）
ここで、ブレーキ１３をオン・オフ制御するとは、ブレーキトルクＴｂの平均が下式のように変化する。
Ｔ ｂｃ＝Ｔｂ・｛ｔ ｏｎ／（ｔ ｏｎ＋ｔ ｏｆｆ）｝ ・・・・（５）
ここに、ｔ ｏｎ：ブレーキのオン時間、ｔ ｏｆｆ：ブレーキのオフ時間
一方、アーム１５とストッパー２３との角度θとすると、回転角度中心とストッパー２３までの距離をｒｓ、周方向への移動距離Ｌｓとすると、下式となる。
θ＝Ｌｓ・ｒｓ ・・・・（６）
上記（４）式より、ブレーキ１３によりモータ１１を拘束してアーム１５を停止するには負荷トルクＴＬよりも大きいブレーキトルクＴｂを発生しなければならない。
しかも、ブレーキ１３によるアーム１５の停止時間を一定とすれば、アーム１５とストッパー２３との角度差に比例してブレーキトルクＴｂを発生すればよい。すなわち、ブレーキ１３のオン・オフのデューテイをアーム１５とストッパー２３との角度差に比例すれば良い。
上記よりブレーキ１３によりモータ１１を拘束するには負荷トルクＴＬよりも大きいトルクＴｂを発生しなければならないので、予め実測においてアーム１５とストッパー２３との角度差毎の負荷トルクＴＬを測定して角度差に応じて図４に示すテーブルを記憶部３２に記憶させる。
上記のように構成されたロボットの制御装置の動作を図１乃至図６によって説明する。図５はロボットの制御装置の動作を示すフローチャート、図６はブレーキ関係の動作を示すタイムチャートである。
予め、作業者は、上記角度差毎の負荷トルクＴＬを測定して角度差に応じて図４に示すテーブルを記憶部３２に記憶させる。さらに、作業者は作業点としてのアーム１５とストッパー２３とを接触して基準位置θｒを記憶部３２に記憶する。
中央処理部３１はサーボ制御部３３のオフ指令が発生したか否かを判断する（ステップＳ１０１）。該オフ指令は、保守時などにおいて作業者が手動操作装置４０から解除操作スイッチ４２をオンしたか否かを判断する。中央処理部３１は、該オフ指令が発生すると、サーボ制御部３３をオフにし（ステップＳ１０３）、ブレーキ制御部３７はサーボ制御部３３を介して位置検出器１２から位置検出信号θｓ１を取り込み（ステップＳ１０５）、アーム１５とストッパー２３との角度差θｅを演算し（ステップＳ１０７）、距離としての角度差θｅに応じてブレーキ１３のオン・オフ時間を決定して、ブレーキ信号をブレーキ駆動部３９に入力する。ブレーキ駆動部３９は、時間ｔａでブレーキ１３を所定時間開放（解除）し、所定時間ロック（拘束）してアーム１５の移動速度を制御する（ステップＳ１０９）。
中央処理部３１は、角度差θＬが予め定められた値に達するか否かを判断し、達していなければ、上記ステップＳ１０５，Ｓ１０７，Ｓ１０９を実行して角度差θＬが予め定められた値に達すると（ステップＳ１２１）、ブレーキ１３を拘束して終了する。
以上のように、手動操作時において、アーム１５とストッパー２３との角度差に応じてブレーキ１３のオン・オフ制御時間を変更したので、アーム１５がストッパー２３に衝突することを未然に防止できるものである。
なお、上記実施例において、モータ１１が回転型の例について説明したが、リニアモータでも良い。リニアモータの場合には、位置検出器１２がリニアモータの移動子の直進位置を検出し、中央処理部３１が該直進位置とストッパー２３との距離を求め、求めた距離に応じてブレーキ制御部３７からのブレーキ信号によってブレーキ１３を駆動しても良い。An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is an overall configuration diagram of a robot system showing an example, FIG. 2 is a block diagram showing an electrical system of the robot system shown in FIG. 1, FIG. 3 is a model diagram of a joint composed of an arm and a motor, and FIG. It is a correspondence diagram of load torque and angle.
1, the robot system 1 includes a servo control unit 33 that controls the robot 3, a control device 30 having a teaching function as a position recognition unit that teaches the tip Ts (work point) of the robot 3, and an operation of the robot 3. And a manual operation device 40 having a release operation switch 43 as command means for turning the servo control unit 33 on and off.
The robot 3 has a main body 5 that is erected, and a friend when connected to the main body 5, the first arm 15 via the first joint portion 10, and the tip Ts via the second joint portion 20. And a second arm 17 to which the tool 19 having the above is connected and fixed, and a rotation 23 of the first arm 15, and a stopper 23 as a stopper member provided in the joint portion 10. The arms 15 and 17 constitute a moving member, and the arm 17 has a tip As.
In FIG. 2, the joint unit 10 includes a first motor 11 that drives the arm 15, and a position as a first position detection unit that detects the rotational position of the motor 11 and generates a first position detection signal θs <b> 1. The detector 12 is provided on the shaft of the motor 11 and includes a first brake 13 that prevents the movement of the arm 15 when the power is cut off. The control device 30 includes a central processing unit 31 that analyzes and processes an operation program for operating the robot 3 and executes posture control of the first arm 15 and the like, on / off control of the brake 13, and the like. A storage unit 32 for storing an angle difference with the stopper 23, a servo control unit 33 as a control unit for controlling the motor 11, a servo amplifier unit 35 for driving the motor 11 according to a drive command from the servo control unit 33, A brake control unit 37 as a first brake control unit that controls the motor 11 and a brake drive unit 39 that drives the brake 13 are provided.
In FIG. 2, the electrical system diagram relating to the second joint portion is omitted.
When the joint 10 is a model shown in FIG. 3 in which the rotation of the shaft of the motor 11 is driven by a gear, the brake torque Tb generated by the brake 13 and the angular velocity ω of the motor 11 are as follows. To establish.
TL−Tb = (Jm + Ja / n 2 ) (dω / dt) (1)
Here, Jm: inertia moment of motor Ja: inertia moment of arm, n: reduction ratio, TL: load torque In the above equation (1), when the brake torque Tb is zero, that is, when the brake 13 is released, the arm 15 It shows that the arm 15 is rotated by being pulled by the load torque TL. When the above equation (1) is arranged, the following equation is obtained.
J 0 dω = (TL−Tb) dt (2)
Here, J 0 : Jm + Ja / n 2
ω = {(TL−Tb) / J 0 } t + A (3)
Since ω = 0 at t = 0, the integral constant A = 0.
TL−Tb = 2πN · J 0 · t (4)
Here, the on / off control of the brake 13 means that the average of the brake torque Tb changes as in the following equation.
Tbc = Tb. {Ton / (ton + tonoff)} (5)
Here, t on: brake on time, t off: brake off time On the other hand, when the angle θ between the arm 15 and the stopper 23 is assumed, the distance between the rotation angle center and the stopper 23 is rs, and the movement distance in the circumferential direction Assuming Ls, the following equation is obtained.
θ = Ls · rs (6)
From the above formula (4), in order to restrain the motor 11 by the brake 13 and stop the arm 15, it is necessary to generate a brake torque Tb larger than the load torque TL.
Moreover, if the stop time of the arm 15 by the brake 13 is constant, the brake torque Tb may be generated in proportion to the angular difference between the arm 15 and the stopper 23. That is, the on / off duty of the brake 13 may be proportional to the angle difference between the arm 15 and the stopper 23.
Since the torque Tb larger than the load torque TL must be generated in order to restrain the motor 11 by the brake 13 as described above, the load torque TL for each angle difference between the arm 15 and the stopper 23 is measured in advance in an actual measurement to determine the angle. The table shown in FIG. 4 is stored in the storage unit 32 according to the difference.
The operation of the robot control apparatus configured as described above will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the robot control device, and FIG. 6 is a time chart showing the brake-related operation.
The operator measures the load torque TL for each angle difference in advance and stores the table shown in FIG. 4 in the storage unit 32 according to the angle difference. Further, the operator contacts the arm 15 as a work point with the stopper 23 and stores the reference position θr in the storage unit 32.
The central processing unit 31 determines whether or not an off command from the servo control unit 33 is generated (step S101). The off command determines whether or not the operator has turned on the release operation switch 42 from the manual operation device 40 during maintenance or the like. When the off command is generated, the central processing unit 31 turns off the servo control unit 33 (step S103), and the brake control unit 37 takes in the position detection signal θs1 from the position detector 12 via the servo control unit 33 (step S103). S105), the angle difference θe between the arm 15 and the stopper 23 is calculated (step S107), the on / off time of the brake 13 is determined according to the angle difference θe as the distance, and the brake signal is sent to the brake drive unit 39. input. The brake drive unit 39 releases (releases) the brake 13 for a predetermined time at time ta and locks (restrains) the predetermined time for controlling the moving speed of the arm 15 (step S109).
The central processing unit 31 determines whether or not the angle difference θL reaches a predetermined value. If not, the central processing unit 31 executes steps S105, S107, and S109 to set the angle difference θL to a predetermined value. When it reaches (step S121), the brake 13 is restrained and the process ends.
As described above, since the on / off control time of the brake 13 is changed according to the angle difference between the arm 15 and the stopper 23 during manual operation, the arm 15 can be prevented from colliding with the stopper 23 in advance. It is.
In the above embodiment, an example in which the motor 11 is a rotary type has been described. However, a linear motor may be used. In the case of a linear motor, the position detector 12 detects the linear position of the linear motor moving element, the central processing unit 31 determines the distance between the linear position and the stopper 23, and the brake control unit according to the calculated distance. The brake 13 may be driven by a brake signal from 37.

上記実施例は、アーム１５とストッパー１７との角度差に基づいてブレーキ１３のオン・オフのデューテイを変化するようにしたが、アーム１５の速度も考慮してブレーキ１３のオン・オフのデューテイを変化させる例を以下に説明する。
上記（３）式を再掲すると、下記となる。
ω＝ｄθ／ｄｔ＝［（ＴＬ−Ｔｂ）／Ｊ０］ｔ
かかる式の両辺を積分すると下式となる。
θ＝（ＴＬ−Ｔｂ）ｔ２／（２Ｊ０）＋Ｂ ・・・・（７）
ｔ＝０でθ＝０であるから、積分定数Ｂ＝０となる。
θ＝（ＴＬ−Ｔｂ）ｔ２／（２Ｊ０） ・・・・（８）
上記（８）式において、負荷トルクＴＬを上記角度差にかかわらず一定と仮定すると、アーム１５が最高回転速度ωｍａｘを超えたら、ブレーキ１３を拘束することによりアーム１５の減速度が一定となる。減速度が一定であるから、角度差に減速時間が比例する。角度差に比例してアーム１５の最高回転速度ωｍａｘを設定することが好ましい。
上記のように構成されたロボットの制御装置の動作を図７及び図８によって説明する。図７はロボットの制御装置の動作を示すフローチャート、図８はブレーキ関係の動作を示すタイムチャートである。図７中、図５と同一符号は、同一又は相当部分を示し説明を省略する。
実施例１のようにステップＳ１０１〜Ｓ１０９を実行し、中央処理部３１は動作速度演算手段として機能し、位置検出信号θｓ１からアーム１５の角速度ωｓを求め、予め設定された角速度ωｍａｘと比較し、（ステップＳ１１１）、角速度ωｓが最高角速度ωｍａｘよりも大きければ、拘束手段としてのサーボ制御部３３は時間ｔｃで、ブレーキ信号をオフ（ロック）にしてブレーキ１３をオフし、モータ１１を拘束してアーム１５を停止する（ステップＳ１１３）。
一方、ステップＳ１１１において、角速度ωｓが角速度ωｍａｘよりも小さければ、実施例１に示すようにステップＳ１２１を実行する。
また、ステップＳ１１３において開放手段としてのサーボ制御部３３はモータ１１を拘束してアーム１５を停止した後、ブレーキ１３を開放してアーム１５を自由に動作させるようにしても良い。
以上のように、手動操作時において、アーム１５とストッパー１７との角度差に応じてブレーキ１３のオン・オフ制御時間を変更すると共に、角度差に応じてアーム１５の移動速度を制限したので、アーム１５がストッパー１７に衝突することをより一層未然に防止できるものである。In the above embodiment, the on / off duty of the brake 13 is changed based on the angle difference between the arm 15 and the stopper 17. However, the on / off duty of the brake 13 is also changed in consideration of the speed of the arm 15. An example of changing will be described below.
The above formula (3) is re-displayed as follows.
ω = dθ / dt = [(TL−Tb) / J 0 ] t
Integrating both sides of this formula gives the following formula.
θ = (TL−Tb) t 2 / (2J 0 ) + B (7)
Since t = 0 and θ = 0, the integral constant B = 0.
θ = (TL−Tb) t 2 / (2J 0 ) (8)
In the above equation (8), assuming that the load torque TL is constant regardless of the angle difference, when the arm 15 exceeds the maximum rotational speed ωmax, the brake 13 is restrained to make the deceleration of the arm 15 constant. Since the deceleration is constant, the deceleration time is proportional to the angle difference. It is preferable to set the maximum rotation speed ωmax of the arm 15 in proportion to the angle difference.
The operation of the robot control apparatus configured as described above will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the robot control apparatus, and FIG. 8 is a time chart showing the brake-related operation. In FIG. 7, the same reference numerals as those in FIG.
Steps S101 to S109 are executed as in the first embodiment, and the central processing unit 31 functions as an operation speed calculation unit, obtains the angular speed ωs of the arm 15 from the position detection signal θs1, and compares it with a preset angular speed ωmax. (Step S111) If the angular velocity ωs is larger than the maximum angular velocity ωmax, the servo control unit 33 as the restraining means turns off the brake signal (locks) at time tc, turns off the brake 13, and restrains the motor 11. The arm 15 is stopped (step S113).
On the other hand, if the angular velocity ωs is smaller than the angular velocity ωmax in step S111, step S121 is executed as shown in the first embodiment.
In step S113, the servo control unit 33 serving as an opening means may restrain the motor 11 and stop the arm 15, and then release the brake 13 to freely operate the arm 15.
As described above, during manual operation, the on / off control time of the brake 13 is changed according to the angle difference between the arm 15 and the stopper 17, and the moving speed of the arm 15 is limited according to the angle difference. It is possible to further prevent the arm 15 from colliding with the stopper 17.

上記実施例１はアーム１５の回転を規制するストッパー２３を設けたが、本実施例では、本体５と作業点としての第２のアーム１７との先端Ａｓが接触し得るロボット３において、アーム１７の先端Ａｓと本体５との接触を回避するブレーキ１３の制御について説明する。
本実施例のロボットシステムは、図１に示したものと同一で、第２の関節部２０を含めて図９に示す電気系統に成っている。図９中、図２と同一符号は同一部分を示し説明を省略する。図１及び図９において、ロボット３は、二つの関節１０，２０を有し、第１の関節１０を第１のモータ１１により駆動し、第２の関節２０には、アーム１７を駆動する第２のモータ１１１と、モータ１１１の回転位置を検出して位置検出信号θｓ２を発生する第２の位置検出手段としての第２の位置検出器１１２と、モータ１１１の軸に設けられると共に、電源が遮断された場合にアーム１７の移動を阻止する第２のブレーキ１１３とを備えている。
モータ１１１を制御するサーボ制御部１３３と、モータ１１１をサーボ制御部１３３からの駆動指令により駆動するサーボアンプ部１２４と、モータ１１１を制御する第２のブレーキ制御手段としてのブレーキ制御部１３７と、ブレーキ１１１を駆動するブレーキ駆動部１３５とを備えている。なお、ブレーキ制御部３７，１３７により第２、第３のブレーキ制御手段を成している。
ここで、図６に示すようにツール１９の先端Ｔｓとアーム１７の先端Ａｓの位置を等しいとして先端Ａｓの位置Ｐ（ｘ，ｙ）として、第１、第２のアーム１５，１７長さをＬ１、Ｌ２とし、第１のアーム１５とＸ軸との角度θ１、第２のアーム１７と第１のアーム１５との角度θ２とすると、アーム１７の先端Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚは下式となる。
Ｐｘ＝Ｌ１・ｃｏｓθ１＋Ｌ２・ｃｏｓ（θ１＋θ２） ・・・・（９）
Ｐｙ＝Ｌ１・ｓｉｎθ１＋Ｌ２・ｓｉｎ（θ１＋θ２） ・・・・（１０）
Ｐｚ＝（Ｐｘ２＋Ｐｙ２）１／２ ・・・・（１１）
したがって、上記式より位置検出器１２，１１２の位置検出信号θｓ１，θｓ２を検出することによりアーム１７の先端の位置Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚを求めることができる。
上記のように構成されたロボットの制御装置の動作を図１、図４、図９、図１１によって説明する。図１１はロボットの制御装置の動作を示すフローチャートである。
予め、作業者は、上記角度差毎の負荷トルクＴＬを測定して角度差に応じて図４に示すテーブルを記憶部３２に記憶させる。さらに、作業者は制御装置３０によりアーム１７の先端Ａｓと本体５とを接触して教示して教示位置を設定して、教示位置を記憶部３２に記憶する。
中央処理部３１は、実施例１のステップＳ１０１と同様に、手動操作装置４０からサーボ制御部２３，１３３のオフ指令が発生するか否かを判断する（ステップＳ２０１）。中央処理部３１は、オフ指令が発生すると、サーボ制御部２３，１３３をオフにし（ステップＳ２０３）、位置検出器１２，１１２から位置検出信号θｓ１，θｓ２を取り込み（ステップＳ２０５）、アーム１７の先端位置Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚを求め、アーム１７の先端と本体５との距離Ｌｅを演算し（ステップＳ２０７）、該距離Ｌｅに応じてブレーキ１３，１１３のオン・オフ時間を決定して、ブレーキ１３，１１３を制御する（ステップＳ２０９）。
中央処理部３１は、距離Ｌｅが予め定められた値に達するか否かを判断し（ステップＳ２１１）、達していなければ、ステップＳ２０５，Ｓ２０７，Ｓ２０９を実行して角度差θＬが予め定められた値に達するとブレーキ１３，１１３を拘束して終了する。
以上のように、手動操作時において、アーム１７と本体５との距離に応じてブレーキ１３，１１３のオン・オフ制御時間を変更したので、アーム１７が本体５に衝突することを未然に防止できるものである。
なお、上記実施例では、制御装置３０によりアーム１７の先端Ａｓを本体５に接触したが、アーム１７が移動可能な範囲にＸ，Ｙ，Ｚ値によって三次元空間を設定する設定手段を有しており、上記ステップＳ１０７の代わりに、位置検出信号θｓ１，θｓ２に基づいてアーム１７と仮想平面との距離を求め（第２の距離演算手段）、該距離Ｌｅに応じてブレーキ１３，１１３のオン・オフ時間を決定して、ブレーキ１３，１１３を制御しても良い。
また、上記実施例において、作業点をアーム１７の先端としたが、アーム１７の適当な位置でも良い。さらに、作業点は第２のアーム１７に連結されると共に、第３の関節部を有する第３のアームの先端等でも良いIn the first embodiment, the stopper 23 for restricting the rotation of the arm 15 is provided. However, in the present embodiment, in the robot 3 in which the tip As of the main body 5 and the second arm 17 as a work point can contact, the arm 17 The control of the brake 13 that avoids contact between the tip As of the main body 5 and the main body 5 will be described.
The robot system of the present embodiment is the same as that shown in FIG. 1, and includes the second joint portion 20 and the electric system shown in FIG. In FIG. 9, the same reference numerals as those in FIG. 1 and 9, the robot 3 has two joints 10 and 20, the first joint 10 is driven by the first motor 11, and the second joint 20 is driven by an arm 17. 2, a second position detector 112 as a second position detecting means for detecting the rotational position of the motor 111 and generating a position detection signal θs 2, and a shaft of the motor 111, and a power source And a second brake 113 that prevents the movement of the arm 17 when it is shut off.
A servo control unit 133 that controls the motor 111, a servo amplifier unit 124 that drives the motor 111 according to a drive command from the servo control unit 133, a brake control unit 137 as a second brake control unit that controls the motor 111, And a brake drive unit 135 for driving the brake 111. The brake control units 37 and 137 constitute second and third brake control means.
Here, as shown in FIG. 6, assuming that the tip Ts of the tool 19 and the tip As of the arm 17 are equal, the length of the first and second arms 15 and 17 is set as the position P (x, y) of the tip As. Assuming that L1 and L2 are the angle θ1 between the first arm 15 and the X axis, and the angle θ2 between the second arm 17 and the first arm 15, the tips Px, Py, and Pz of the arm 17 are represented by the following equations. .
Px = L1 · cos θ1 + L2 · cos (θ1 + θ2) (9)
Py = L1 · sin θ1 + L2 · sin (θ1 + θ2) (10)
Pz = (Px 2 + Py 2 ) 1/2 (11)
Therefore, the position Px, Py, Pz of the tip of the arm 17 can be obtained by detecting the position detection signals θs1, θs2 of the position detectors 12, 112 from the above formula.
The operation of the robot control apparatus configured as described above will be described with reference to FIGS. 1, 4, 9, and 11. FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the robot controller.
The operator measures the load torque TL for each angle difference in advance and stores the table shown in FIG. 4 in the storage unit 32 according to the angle difference. Further, the operator uses the control device 30 to contact the tip As of the arm 17 and the main body 5 to teach and set the teaching position, and stores the teaching position in the storage unit 32.
The central processing unit 31 determines whether or not an off command for the servo control units 23 and 133 is generated from the manual operation device 40 as in step S101 of the first embodiment (step S201). When the off command is issued, the central processing unit 31 turns off the servo control units 23 and 133 (step S203), takes in the position detection signals θs1 and θs2 from the position detectors 12 and 112 (step S205), and the tip of the arm 17 The positions Px, Py, Pz are obtained, the distance Le between the tip of the arm 17 and the main body 5 is calculated (step S207), the on / off times of the brakes 13, 113 are determined according to the distance Le, and the brake 13 , 113 are controlled (step S209).
The central processing unit 31 determines whether or not the distance Le reaches a predetermined value (step S211). If not, the central processing unit 31 executes steps S205, S207, and S209 to determine the angle difference θL. When the value is reached, the brakes 13 and 113 are restrained and the process ends.
As described above, since the on / off control time of the brakes 13 and 113 is changed according to the distance between the arm 17 and the main body 5 during manual operation, the arm 17 can be prevented from colliding with the main body 5 in advance. Is.
In the above-described embodiment, the tip As of the arm 17 is brought into contact with the main body 5 by the control device 30, but setting means for setting a three-dimensional space by X, Y, and Z values within a range in which the arm 17 can be moved Instead of step S107, the distance between the arm 17 and the virtual plane is obtained based on the position detection signals θs1 and θs2 (second distance calculation means), and the brakes 13 and 113 are turned on according to the distance Le. The brakes 13 and 113 may be controlled by determining the off time.
In the above embodiment, the working point is the tip of the arm 17, but an appropriate position of the arm 17 may be used. Further, the work point is connected to the second arm 17 and may be the tip of the third arm having the third joint portion or the like.

以上のように、本発明に係るロボットの制御装置は、手動時のロボットのアームを移動する用途に適している。  As described above, the robot control device according to the present invention is suitable for use in moving the robot arm during manual operation.

Claims (6)

移動可能な移動部材と、
該移動部材を駆動するモータと、
該モータの位置を検出して位置検出信号を発生する位置検出手段と、
前記移動部材の移動を規制するストッパー部材と、
前記モータの回転を拘束及び開放するブレーキと、
前記モータを駆動する制御部と、
該制御部を無効にする共に、前記ブレーキを開放する指令手段と、
該指令手段の動作により前記ストッパー部材と前記移動部材との距離に応じて前記ブレーキを拘束又は開放の時間を変更する第１のブレーキ制御手段と、
を備えたことを特徴とするロボットの制御装置。A movable moving member;
A motor for driving the moving member;
Position detecting means for detecting the position of the motor and generating a position detection signal;
A stopper member for restricting movement of the moving member;
A brake for restraining and releasing the rotation of the motor;
A controller for driving the motor;
Command means for disabling the control unit and releasing the brake;
First brake control means for restraining or releasing the brake according to the distance between the stopper member and the moving member by the operation of the command means;
A robot control device comprising: 回転可能なアームと、
該アームを駆動するモータと、
該モータの回転位置を検出して位置検出信号を発生する位置検出手段と、
前記アームの回転を規制するストッパー部材と、
前記モータの回転を拘束及び開放するブレーキと、
前記モータを駆動する制御部と、
該制御部を無効にする共に、前記ブレーキを開放する指令手段と、
該指令手段の動作により前記ストッパー部材と前記アームとの角度に応じて前記ブレーキを拘束又は開放の時間を変更する第１のブレーキ制御手段と、
を備えたことを特徴とするロボットの制御装置。A rotatable arm;
A motor for driving the arm;
Position detecting means for detecting a rotational position of the motor and generating a position detection signal;
A stopper member for restricting rotation of the arm;
A brake for restraining and releasing the rotation of the motor;
A controller for driving the motor;
Command means for disabling the control unit and releasing the brake;
First brake control means for restraining or releasing the brake according to the angle between the stopper member and the arm by the operation of the command means;
A robot control device comprising: 作業点に連結されると共に、第１の関節部に設けられた回転可能な第１のアームと、
第２の関節部を介して第１のアームに連結固定された第２のアームと、
該第１、第２のアームをそれぞれ駆動する第１、第２のモータと、
前記第１、第２のアームに連結されると共に、前記作業点が接触し得る本体部と、
前記第１、第２のモータの回転位置を、それぞれ検出して第１、第２の位置検出信号を発生する第１、第２の位置検出手段と、
前記第１、第２のモータの回転をそれぞれ拘束及び開放する第１、第２のブレーキと、
前記第１、第２のモータを駆動する制御部と、
前記本体部の本体位置を教示して認識する位置認識手段と、
該制御部を無効にする共に、前記第１、第２のブレーキを開放する指令手段と、
該指令手段の動作により前記制御部を無効にする共に、前記第１、第２の位置検出信号に基づいて前記作業点と前記本体位置との距離を求め、該距離に応じて前記第１、第２のブレーキを拘束又は開放の時間を変更する第２のブレーキ制御手段と、
を備えたことを特徴とするロボットの制御装置。A rotatable first arm coupled to the working point and provided at the first joint;
A second arm connected and fixed to the first arm via a second joint;
First and second motors for driving the first and second arms, respectively;
A main body connected to the first and second arms and capable of contacting the working point;
First and second position detecting means for detecting the rotational positions of the first and second motors and generating first and second position detection signals, respectively;
First and second brakes for restraining and releasing rotation of the first and second motors, respectively;
A controller for driving the first and second motors;
Position recognition means for teaching and recognizing the body position of the body part;
Command means for disabling the control unit and releasing the first and second brakes;
While invalidating the control unit by the operation of the command means, the distance between the work point and the main body position is obtained based on the first and second position detection signals, and the first, Second brake control means for changing the time for restraining or releasing the second brake;
A robot control device comprising: 請求の範囲３の位置認識手段の代わりに、
前記第２のアームが移動可能な範囲内に、Ｘ，Ｙ，Ｚ値によって三次元空間を設定する設定手段と、
請求の範囲３における第２のブレーキ制御手段の代わりに、指令手段の動作により該制御部を無効にする共に、前記第１、第２の位置検出信号に基づいて前記作業点と前記三次元空間との距離を求め、該距離に応じて前記第１、第２のブレーキを拘束又は開放の時間を変更する第３のブレーキ制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求の範囲３に記載のロボットの制御装置。Instead of the position recognition means of claim 3,
Setting means for setting a three-dimensional space by X, Y, Z values within a range in which the second arm is movable;
In place of the second brake control means in claim 3, the control unit is disabled by the operation of the command means, and the work point and the three-dimensional space are based on the first and second position detection signals. And a third brake control means for changing the time for restraining or releasing the first and second brakes according to the distance,
The robot control device according to claim 3, further comprising: 前記位置検出信号に基づいて前記アームの動作速度を前記モータの回転速度に基づいて検出する動作速度演算手段と、
予め定められた最高動作速度と前記動作速度を比較して、前記動作速度が前記最高動作速度を超えると、前記ブレーキを拘束する拘束手段と、
を備えたことを特徴とする請求の範囲２又は３に記載のロボットの制御装置。An operation speed calculation means for detecting the operation speed of the arm based on the rotational speed of the motor based on the position detection signal;
A restraining means for restraining the brake when the operation speed exceeds the maximum operation speed by comparing the operation speed with a predetermined maximum operation speed;
The robot control device according to claim 2, further comprising: 前記拘束手段を実行後に所定時間後に前記ブレーキを開放する開放手段を、
備えたことを特徴とする請求の範囲５に記載のロボットの制御装置。An opening means for releasing the brake after a predetermined time after executing the restraining means,
The robot control device according to claim 5, further comprising:
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