特許 6126152 曲線部を有する軌道を生成するロボットの軌道生成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6126152

(24)【登録日】2017年4月14日

(45)【発行日】2017年5月10日

(54)【発明の名称】曲線部を有する軌道を生成するロボットの軌道生成装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/10 20060101AFI20170424BHJP

   G05B 19/42 20060101ALI20170424BHJP

【ＦＩ】

   B25J9/10 A

   G05B19/42 P

【請求項の数】6

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-52524(P2015-52524)

(22)【出願日】2015年3月16日

(65)【公開番号】特開2016-172293(P2016-172293A)

(43)【公開日】2016年9月29日

【審査請求日】2016年6月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】390008235

【氏名又は名称】ファナック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100102819

【弁理士】

【氏名又は名称】島田 哲郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100130133

【弁理士】

【氏名又は名称】曽根 太樹

(74)【代理人】

【識別番号】100112357

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 繁樹

(74)【代理人】

【識別番号】100159684

【弁理士】

【氏名又は名称】田原 正宏

(72)【発明者】

【氏名】杉生 憲司

【審査官】 木原 裕二

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−０６９３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−３３９２２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１８０１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３２９０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０１４８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１４１９５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／００３７０２１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２５Ｊ １／００ − ２１／０２

Ｇ０５Ｂ １９／１８ − １９／４１６

Ｇ０５Ｂ １９／４２ − １９／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の基準教示点に基づいて、曲線部を有する基準軌道を生成する基準軌道生成部と、
前記基準軌道にてロボットを動作した場合に予め定められたロボットの構成部品に加わる負荷を算出し、前記負荷を予め定められた負荷判定値と比較する負荷判定部と、
前記負荷が前記負荷判定値よりも大きい場合に、前記負荷が前記負荷判定値以下になる速度までロボットの速度を低減する速度低減部と、
前記速度低減部にて速度が低減された場合に、前記基準教示点の位置を変更した比較教示点を設定し、前記比較教示点に基づいて比較軌道を生成する比較軌道生成部と、
前記比較軌道の通過時間と前記基準軌道の通過時間とを比較して、通過時間の短い軌道を選択する軌道選択部とを備える、ロボットの軌道生成装置。

【請求項2】

前記比較軌道生成部は、前記曲線部において前記基準軌道よりも前記比較軌道の方が曲率半径が大きくなるように前記比較教示点を設定する、請求項１に記載のロボットの軌道生成装置。

【請求項3】

前記比較軌道生成部は、予め定められた軌道の許容条件に基づいて前記比較軌道を生成し、
前記軌道の許容条件は、前記基準教示点から前記比較軌道までの距離が予め定められた判定値未満である、請求項１または２に記載のロボットの軌道生成装置。

【請求項4】

前記比較軌道生成部は、予め定められた軌道の許容条件に基づいて前記比較軌道を生成し、
前記軌道の許容条件は、前記基準軌道と前記比較軌道との距離が予め定められた判定値未満である、請求項１または２に記載のロボットの軌道生成装置。

【請求項5】

前記負荷は、前記構成部品に加わるトルクであり、
前記負荷判定部は、前記トルクをロボットの各軸の加速度から算出する、請求項１から４のいずれか一項に記載のロボットの軌道生成装置。

【請求項6】

前記負荷は、前記構成部品に加わるトルクの変化率であり、
前記負荷判定部は、前記トルクの変化率をロボットの各軸のジャークから算出する、請求項１から４のいずれか一項に記載のロボットの軌道生成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットの軌道を生成する軌道生成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ロボットは、予め生成された軌道に沿って移動するように制御される。ロボットの軌道は、軌道生成装置にて生成することができる。軌道生成装置は、作業者が指定した教示点および速度に基づいて軌道を生成する。例えば、作業者は、予め生成した教示点を軌道生成装置に入力する。そして、軌道生成装置は、教示点または教示点の近傍を通るように軌道を生成する。

【0003】

ところで、軌道生成装置にて生成された軌道に沿って指定された速度にてロボットを駆動すると、ロボットに加わる負荷が大きくなる場合がある。従来の技術においては、ロボットに加わる負荷が大きくなった場合には、ロボットの速度を低下させることが知られている。

【0004】

特開平１０−６９３１０号公報には、ロボット先端部が教示点の内側を通過する際に実現可能な移動速度を求めて、教示点データに記録された移動速度に対する減速率を計算するロボットの軌道生成装置が開示されている。ロボットの動作時には、内回り部の減速率に従って、ロボットを減速させて動作させることが開示されている。

【0005】

特開２０１４−１４８７６号公報には、ロボットアームの可動範囲を複数の空間に分けておき、それぞれの空間での負荷トルクが許容範囲となるように加加速度の制約値を設定するロボット制御装置が開示されている。そして、演算部が、指定された軌跡を通るように電動モータの指令値を生成することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平１０−６９３１０号公報

【特許文献2】特開２０１４−１４８７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ロボットには、加速および減速する場合や方向が変化する場合等に負荷が加わる。例えば、ロボットの関節部を駆動する駆動装置の変速機に大きな力が加わる。特に、ロボットには、軌道が直線状の部分を駆動する場合よりも軌道が曲線状の部分を駆動する場合の方が大きな負荷が加わる。ロボットに過大な負荷が加わった状態にて動作を継続すると、ロボットの寿命が短くなってしまうという問題がある。

【0008】

上記の特許文献に記載のように、負荷が大きい場合には、ロボットを減速させて負荷を軽減することができる。特に、軌道が曲線状の部分では、ロボットを減速させて負荷を低減することができる。ところが、ロボットの速度を低下させるとロボットのサイクルタイムが長くなってしまうという問題がある。すなわち、ロボットの作業時間が長くなるという問題がある。

【0009】

一方で、作業者にとっては軌道の精度よりもロボットの速度を速くしたい場合がある。すなわち、所望の教示点から多少離れていても速度をなるべく落とさずにロボットを駆動することが好ましい場合がある。特に、ロボットに加わる負荷が大きくなる軌道が曲線状になる部分では減速率が大きくなるために、軌道が曲線状になる部分でロボットの動作を速くすることが好ましい。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明のロボットの軌道生成装置は、複数の基準教示点に基づいて、曲線部を有する基準軌道を生成する基準軌道生成部と、基準軌道にてロボットを動作した場合に予め定められたロボットの構成部品に加わる負荷を算出し、負荷を予め定められた負荷判定値と比較する負荷判定部とを備える。ロボットの軌道生成装置は、負荷が負荷判定値よりも大きい場合に、負荷が負荷判定値以下になる速度までロボットの速度を低減する速度低減部と、速度低減部にて速度が低減された場合に、基準教示点の位置を変更した比較教示点を設定し、比較教示点に基づいて比較軌道を生成する比較軌道生成部と、比較軌道の通過時間と基準軌道の通過時間とを比較して、通過時間の短い軌道を選択する軌道選択部とを備える。

【0011】

上記発明においては、比較軌道生成部は、曲線部において基準軌道よりも比較軌道の方が曲率半径が大きくなるように比較教示点を設定することができる。

【0012】

上記発明においては、比較軌道生成部は、予め定められた軌道の許容条件に基づいて比較軌道を生成し、軌道の許容条件は、基準教示点から比較軌道までの距離が予め定められた判定値未満であることができる。

【0013】

上記発明においては、比較軌道生成部は、予め定められた軌道の許容条件に基づいて比較軌道を生成し、軌道の許容条件は、基準軌道と比較軌道との距離が予め定められた判定値未満であることができる。

【0014】

上記発明においては、負荷は、構成部品に加わるトルクであり、負荷判定部は、トルクをロボットの各軸の加速度から算出することができる。

【0015】

上記発明においては、負荷は、構成部品に加わるトルクの変化率であり、負荷判定部は、トルクの変化率をロボットの各軸のジャークから算出することができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、ロボットに加わる負荷が大きい場合に、ロボットの減速を抑制しながら自動的に軌道を生成するロボットの軌道生成装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施の形態におけるロボットシステムのブロック図である。

【図2】実施の形態における第１の基準軌道を説明する概略図である。

【図3】実施の形態における第１の比較軌道を説明する概略図である。

【図4】比較教示点を設定するときの第１の移動方向を説明する概略図である。

【図5】比較教示点を設定するときの第２の移動方向を説明する概略図である。

【図6】比較軌道を生成するときの第１の軌道の許容条件を説明する概略図である。

【図7】比較軌道を生成するときの第２の軌道の許容条件を説明する概略図である。

【図8】実施の形態におけるロボットの軌道を生成する第１の制御のフローチャートである。

【図9】実施の形態におけるロボットの軌道を生成する第２の制御のフローチャートである。

【図10】実施の形態における第２の基準軌道を説明する概略図である。

【図11】実施の形態における第２の比較軌道を説明する概略図である。

【図12】実施の形態における第３の基準軌道および第３の比較軌道を説明する概略図である。

【図13】実施の形態における第４の基準軌道および第４の比較軌道を説明する概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１から図１３を参照して、実施の形態におけるロボットの軌道生成装置について説明する。本実施の形態のロボットシステムは、軌道生成装置にて生成された軌道に基づいてロボットを駆動する。ロボットは、ツール先端点が生成された軌道を通るように制御される。

【0019】

図１は、本実施の形態におけるロボットシステムの概略図である。本実施の形態のロボットシステム１は、ワークの搬送を行うロボット１３と、ロボット１３を制御する制御装置１２とを備える。本実施の形態のロボット１３は、複数の関節部１３ａを有する多関節ロボットである。ロボット１３のアーム１３ｂの先端には、ワークを把持するハンド１７が配置されている。ロボット１３は、それぞれの関節部１３ａを駆動するアーム駆動装置を含む。アーム駆動装置は、関節部１３ａの内部に配置されているアーム駆動モータと減速機とを含む。アーム駆動モータが駆動することにより、アーム１３ｂを関節部１３ａにて所望の角度に曲げることができる。

【0020】

ロボットシステム１は、ロボット１３の軌道を生成する軌道生成装置１１を備える。軌道生成装置１１は、例えば、バスを介して互いに接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、およびＲＯＭ（Read Only Memory）等を有する演算処理装置により構成されている。また、軌道生成装置１１は、種々の情報を記憶する記憶部を有する。

【0021】

軌道生成装置１１には、予め定められた教示点情報１０が入力される。教示点情報１０は、教示点の位置の情報を含む。教示点情報１０には、例えば教示点の三次元の座標値が含まれている。教示点情報１０は、例えば、作業者が教示点を設定する操作盤を操作することにより軌道生成装置１１に入力することができる。または、軌道生成装置１１は、教示点情報１０としてのロボットの動作プログラムから教示点の位置を取得しても構わない。

【0022】

軌道生成装置１１は、教示点情報１０に基づいてロボット１３の軌道を生成する。軌道生成装置１１は、生成された軌道上をロボット１３のツール先端点が通るようにロボットの各軸の動作指令を生成する。ロボット１３の動作指令は、制御装置１２の動作制御部１５に送出される。動作制御部１５は、動作指令に基づいてアーム駆動装置等を駆動する。

【0023】

本実施の形態の軌道生成装置１１は、教示点情報１０に基づいて基準軌道を生成する基準軌道生成部２１を備える。本発明においては、軌道生成装置１１に入力される教示点を基準教示点と称する。そして、基準教示点に基づいて基準軌道生成部２１が生成する軌道を基準軌道と称する。

【0024】

図２に、本実施の形態における第１の基準軌道を説明する概略図を示す。基準軌道生成部２１は、複数の基準教示点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に基づいて基準軌道４１を生成する。軌道には、直線状に延びる直線部と曲がって延びる曲線部とが含まれる。本実施の形態では曲線部について説明する。図２に例示する基準軌道４１では、矢印６１に示す向きにツール先端点が移動する。

【0025】

本実施の形態の第１の基準軌道４１は、基準教示点Ｐ１〜Ｐ３からずれることが許容されている。基準教示点Ｐ２から基準軌道４１までの距離Ｌｂの上限値が判定値として予め定められている。基準教示点Ｐ２と基準軌道４１との最も短い距離が、基準教示点Ｐ２から基準軌道４１までの距離Ｌｂになる。基準軌道生成部２１は、距離Ｌｂが判定値未満になるように基準軌道４１を生成する。

【0026】

基準軌道は、例えば、連続する３個の基準教示点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３と予め指定された速度とに基づいて、次の方程式を解くことにより生成することができる。基準軌道４１は、時間の関数として得ることができる。

【数1】

【0027】

ここで、曲線部の開始点は、基準教示点Ｐ１と基準教示点Ｐ２とを結ぶ線上の点を選択することができる。曲線部の終了点は、基準教示点Ｐ２と基準教示点Ｐ３とを結ぶ線上の点を選択することができる。また、曲線部の中点とは、開始点における時刻と終了点における時刻との中間の時刻における軌道上の点を示す。ロボット１３の姿勢は、各軸の回転角度によって定められ、任意の方法により設定することができる。例えば、ロボット１３の姿勢は、曲線部の開始点における姿勢から曲線部の終了点における姿勢まで連続的に変化するように設定することができる。

【0028】

指定された教示点に基づいて軌道を生成する方法としては、この形態に限られず、任意の方法を採用することができる。例えば、基準教示点Ｐ１から基準教示点Ｐ２への動作の減速部分と、基準教示点Ｐ２から基準教示点Ｐ３への動作の加速部分を重ね合わせることにより、曲線状の軌道を形成することができる。そして、重ね合わせる時期を変更することにより、基準教示点から基準軌道までの距離を判定値未満に調節することができる。

【0029】

軌道生成装置１１は、所定の軌道にてロボットを動作した場合に、ロボットの構成部品に加わる負荷を算出する負荷判定部２２を有する。負荷判定部２２は、更に、算出された負荷を予め定められた負荷判定値と比較する。

【0030】

負荷としては、トルクを例示することができる。ロボットの構成部品は、予め定めておくことができる。例えば、構成部品として、ロボット１３の関節部１３ａに配置された減速機を例示することができる。または、関節部１３ａにおける軸受け等を例示することができる。ここでは、関節部１３ａに配置されている減速機を取り上げて説明する。

【0031】

減速機に加わるトルクは、ロボットの各軸の周りのトルクに対応する。このために、本実施の形態では、減速機に加わる負荷として各軸周りのトルクを採用している。負荷判定値としては、トルク判定値を予め定めている。減速機に加えることができるトルクの最大値に対応する各軸の周りのトルクの値をトルク判定値に設定している。

【0032】

各軸の周りのトルクは、軌道上の所定の点の３次元の座標値と所定の点の前後の点の座標値とに基づいて算出することができる。３次元の座標値をロボットの逆運動学を用いて各軸の回転角度に変換することができる。各軸の回転角度は各軸の位置に相当する。そして、所定の点の各軸の位置および時刻と、所定の点の前後の点の各軸の位置および時刻とを算出することができる。これらの点の時刻の差および角度の差に基づいて、各軸の速度および各軸の加速度を算出することができる。算出した各軸の位置、速度、および加速度に基づいて、ロボットの動力学の方程式を用いて、各軸の周りのトルクを算出することができる。各軸の周りのトルクは次式にて表すことができる。

【数2】

【0033】

このように、予め定められた軌道に沿ってロボットが動作したときのそれぞれの時刻における各軸のトルクを算出することができる。負荷判定部２２は、算出されたトルクと予め定められたトルク判定値とを比較する。算出されたトルクがトルク判定値以下の場合には、ロボットの軌道として基準軌道を採用する。

【0034】

軌道生成装置１１は、速度低減部２３を有する。速度低減部２３は、算出された構成部品に加わるトルクがトルク判定値よりも大きい場合に速度を低減する。速度低減部２３は、構成部品に加わるトルクがトルク判定値以下になる速度までロボットの速度を低減する。

【0035】

本実施の形態では、複数の関節部１３ａに配置されている全ての減速機に関して、算出される各軸の周りのトルクがトルク判定値以下になるまで速度を低下させる。そして、全ての軸の周りのトルクがトルク判定値以下になった時の速度を、基準軌道に関する基準速度として設定する。

【0036】

このように、本実施の形態では、ロボットの構成部品に加わる負荷が負荷判定値以下になるように、基準軌道に対して速度を調整する。

【0037】

軌道生成装置１１は、速度低減部２３にて速度が低減された場合に、基準軌道に基づいて比較軌道を生成する比較軌道生成部２４を含む。比較軌道生成部２４は、基準教示点の位置を変更した比較教示点を設定する。比較軌道生成部２４は、比較教示点に基づいて比較軌道を生成する。この時に、比較軌道生成部２４は、曲線部において基準軌道の曲率半径よりも比較軌道の曲率半径が大きくなるように比較軌道を生成する。軌道の曲率を小さくすることにより、曲線部における加速度や加加速度を抑制することができて、ロボットの構成部品に加わる負荷を軽減することができる。

【0038】

図３に、比較軌道を説明する概略図を示す。基準軌道４１は、基準教示点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に基づいて曲線部が生成されている。基準教示点Ｐ２が基準軌道４１の曲線部の頂部に対応する教示点になる。そして、比較軌道生成部２４は、基準教示点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に基づいて比較教示点Ｐ２ａを設定する。比較軌道生成部２４は、曲線状の基準軌道４１の内側に比較教示点２ａを設定する。本実施の形態では、基準教示点Ｐ２に対して移動方向と移動長さを設定する。そして、設定した移動方向と移動長さに基づいて、基準教示点Ｐ２を移動して比較教示点Ｐ２ａを設定する。

【0039】

図４に、比較教示点を設定するときの教示点の第１の移動方向を説明する概略図を示す。基準教示点Ｐ１と基準教示点Ｐ２とを結ぶ直線と、基準教示点Ｐ２と基準教示点Ｐ３とを結ぶ直線とを生成する。そして、基準教示点Ｐ２における角度の二等分線の方向（矢印６２に示す方向）を教示点の移動方向に設定することができる。

【0040】

図５に、比較教示点を設定するときの教示点の第２の移動方向を説明する概略図を示す。基準教示点Ｐ１と基準教示点Ｐ３との中点Ｐｃを算出する。そして、矢印６３に示すように、基準教示点Ｐ２から中点Ｐｃに向かう方向を教示点の移動方向に設定することができる。

【0041】

教示点の移動方向としては、上記の第１の移動方向または第２の移動方向に限られず、軌道の曲率半径が大きくなるような任意の方向に移動することができる。例えば、基準教示点Ｐ２を基準教示点Ｐ１に向かう方向に移動させても構わない。または、基準教示点Ｐ２を基準教示点Ｐ３に向かう方向に移動させても構わない。

【0042】

次に、教示点の移動長さについて説明する。比較軌道生成部２４は、予め定められた軌道の許容条件に基づいて比較軌道４２を生成する。

【0043】

図６に、比較軌道を生成するときの第１の軌道の許容条件を説明する概略図を示す。第１の軌道の許容条件としては、基準教示点Ｐ２から比較軌道４２までの距離が予め定められた判定値未満であることが定められている。すなわち、比較軌道４２が基準教示点Ｐ２から離れすぎないように距離の上限値が予め設定されている。基準教示点Ｐ２から比較軌道４２上の点までの距離のうち、最短距離を基準教示点Ｐ２から比較軌道４２までの距離Ｌ１にすることができる。図６に示す例では、基準教示点Ｐ２から比較軌道４２上の点Ｐｓまでの距離が、基準教示点Ｐ２から比較軌道４２までの距離Ｌ１に相当する。

【0044】

比較軌道生成部２４は、設定された移動方向に基準教示点Ｐ２を移動して比較教示点Ｐ２ａを生成する。このときに予め定められた移動長さにて移動させることができる。そして、比較軌道生成部２４は、基準軌道４１の生成方法と同様の方法により、基準教示点Ｐ１，Ｐ３および比較教示点Ｐ２ａに基づいて比較軌道４２を生成する。

【0045】

次に、比較軌道生成部２４は、基準教示点Ｐ２から比較軌道４２までの距離Ｌ１が、予め定められた判定値未満であるか否かを判別する。距離Ｌ１が、予め定められた判定値未満である場合には、更に基準教示点Ｐ２の移動長さを長くすることができる。このように、徐々に移動長さを長くして、距離Ｌ１が許容される最大の長さになるように比較軌道４２を形成している。なお、距離Ｌ１が予め定められた判定値以上である場合には、基準教示点Ｐ２の移動長さを短くする制御を行っても構わない。

【0046】

基準教示点Ｐ２の移動長さが長くするほど、比較軌道４２の曲線部の曲率半径を大きくすることができる。本実施の形態では、軌道の許容条件を満たす範囲内で基準教示点Ｐ２の移動長さが最も大きくなるように比較教示点Ｐ２ａを設定している。この制御により、比較軌道４２の曲線部の曲率半径を大きくすることができる。

【0047】

このように、基準教示点Ｐ２を移動した比較教示点Ｐ２ａに基づいて比較軌道４２を生成することができる。次に、生成された比較軌道４２に基づいて、ロボット１３が比較軌道４２に沿って動作するときの速度を算出する。基準軌道４１における基準速度と同様の方法により、構成部品に加わるトルクがトルク判定値以下になるまで速度を低減する。この時の速度を、比較軌道における比較速度として設定することができる。比較軌道４２は基準軌道４１よりも曲率半径が大きくなっているために、比較速度が基準速度よりも大きくなる場合がある。

【0048】

なお、予め定められた軌道の許容条件については、上記の基準教示点と比較軌道との距離に限られず、基準教示点から離れすぎないように比較軌道を生成する任意の条件を採用することができる。

【0049】

図７に、比較軌道を生成するときの第２の軌道の許容条件を説明する概略図を示す。第２の軌道の許容条件としては、比較軌道４２と基準軌道４１との距離Ｌ２が予め定められた判定値未満であることを採用することができる。基準軌道４１における曲線部の開始点の時刻と終了点の時刻との中間の時刻における中点Ｐｃ１を算出する。比較軌道４２における曲線部の開始点の時刻と終了点の時刻との中間の時刻における中点Ｐｃ２を算出する。比較軌道４２と基準軌道４１との距離Ｌ２として、中点Ｐｃ１と中点Ｐｃ２との距離を採用することができる。この許容条件によっても、基準教示点Ｐ２から離れすぎないように比較軌道４２を生成することができる。

【0050】

本実施の形態の軌道生成装置１１は、基準軌道の通過時間と比較軌道の通過時間とを比較して、通過時間の短い軌道を選択する軌道選択部２５を備える。軌道選択部２５は、基準軌道４１と基準速度とに基づいて通過時間を算出する。例えば、１つの曲線部を対象にして、基準教示点Ｐ１から基準教示点Ｐ２の近傍を通って基準教示点Ｐ３に到達するまでの通過時間を算出する。軌道選択部２５は、比較軌道４２と比較速度とに基づいて通過時間を算出する。例えば、基準教示点Ｐ１から比較教示点Ｐ２ａの近傍を通って基準教示点Ｐ３に到達するまでの通過時間を算出する。そして、軌道選択部２５は、通過時間の短い軌道を実際にロボットを駆動する軌道として選択する。なお、基準軌道４１の通過時間と比較軌道４２の通過時間とが同じ場合には、いずれの軌道を採用しても構わない。本実施の形態では、基準軌道４１を採用している。

【0051】

軌道生成装置１１は、選択した軌道に基づいて制御装置１２の動作指令を生成する動作指令生成部２６を備える。動作指令生成部２６にて生成された動作指令は、制御装置１２の動作制御部１５に送出される。

【0052】

図８に、本実施の形態における軌道生成装置の第１の制御のフローチャートを示す。ステップ８１において、基準軌道生成部２１は、取得した教示点情報１０に基づいて基準軌道４１を生成する。

【0053】

次に、ステップ８２において、負荷判定部２２は、基準軌道と予め設定された速度とに基づいて、予め設定された構成部品に加わるトルクを算出する。基準軌道の初期の速度は予め指定されている。ステップ８３において、負荷判定部２２は、算出されたトルクがトルク判定値を超えているか否かを判別する。この判別において、複数の構成部品が指定されている場合には、全ての構成部品について判定する。本実施の形態では、少なくとも１個の構成部品に加わるトルクがトルク判定値を超えている場合には、ステップ８４に移行する。

【0054】

ステップ８４において、速度低減部２３は、基準軌道４１における速度を低減する。本実施の形態では、予め定められた減少幅にて速度を低減する。そして、ステップ８２に戻り、構成部品に加わるトルクを計算する。このように、速度低減部２３は、算出されるトルクがトルク判定値以下になるまで速度を低減することにより基準速度を設定する。

【0055】

ステップ８３において、全ての構成部品について、算出されたトルクがトルク判定値以下になる場合には、ステップ９２に移行する。ステップ９２においては、ロボットの速度を低減したか否かを判別する。すなわち、初期の速度にてロボットを駆動すると構成部品に過度のトルクが加わるか否かを判別する。速度を低減しなかった場合には、この制御を終了する。すなわち、基準軌道と初期の速度とを採用する。速度を低減した場合には、ステップ８５に移行する。

【0056】

ステップ８５において、比較軌道生成部２４は、比較軌道４２を生成する。比較軌道４２における初期の速度は予め設定しておくことができる。ここでは、比較軌道のための初期の速度は、基準軌道のための初期の速度と同一の速度を設定している。

【0057】

次に、ステップ８６において、負荷判定部２２は、比較軌道に関して構成部品に加わるトルクを算出する。ステップ８６からステップ８８までの制御は、ステップ８２からステップ８４までの制御と同様である。ステップ８７において、負荷判定部２２は、比較軌道に関して算出されたトルクがトルク判定値よりも大きいか否かを判別する。算出されたトルクがトルク判定値よりも大きい場合には、ステップ８８に移行する。

【0058】

ステップ８８において、速度低減部２３は、速度を低減する。ここでは、予め定められた速度幅にて速度を減少させる。そして、ステップ８６に戻り、構成部品に加わるトルクを算出する。速度低減部２３は、構成部品に加わるトルクがトルク判定値以下になるまで速度を低減することにより比較速度を設定する。ステップ８７において、算出されたトルクがトルク判定値以下の場合にはステップ８９に移行する。

【0059】

次に、ステップ８９において、軌道選択部２５は、基準軌道における通過時間と、比較軌道における通過時間とを算出する。そして、基準軌道の通過時間が比較軌道の通過時間以下である場合には、ステップ９０に移行する。ステップ９０において、軌道選択部２５は、ロボット１３を駆動する軌道として基準軌道４１を選択する。

【0060】

ステップ８９において、基準軌道の通過時間が比較軌道の通過時間よりも大きい場合には、ステップ９１に移行する。ステップ９１において、軌道選択部２５は、ロボット１３を駆動する軌道として比較軌道４２を選択する。このように、通過時間が短い軌道を選択することができる。

【0061】

本実施の形態の軌道生成装置は、基準軌道にて速度の低減が必要な場合には、比較軌道を生成する。そして、基準軌道における作業時間と比較軌道における作業時間を比較して、作業時間が短い軌道を選択する。このために、ロボットの減速を抑制しながら自動的に軌道を生成することができる。また、ロボットの作業時間の短縮を図ることができる。

【0062】

特に、図３を参照して、新たに生成された比較軌道４２は、基準軌道４１よりも曲率半径が大きくなる。このために、比較軌道４２における比較速度は、基準軌道４１における基準速度よりも高くできる場合がある。また、比較軌道４２は、基準軌道４１よりも軌道の長さが短くなる。このために、比較軌道４２では、短時間で基準教示点Ｐ１から基準教示点Ｐ３まで移動できる場合がある。本実施の形態の軌道生成装置では、短時間で移動できる軌道を自動的に生成することができる。

【0063】

また、本実施の形態の軌道生成装置１１の比較軌道生成部２４は、予め定められた軌道の許容条件に基づいて比較軌道４２を生成している。この制御により、所望の条件を満たす比較軌道４２を自動的に生成することができる。

【0064】

上記の実施の形態においては、ロボットの構成部品に加わる負荷としてトルクを採用したが、この形態に限られず、構成部品に加わる任意の負荷を選定することができる。たとえば、負荷としてはトルクの変化率を採用することができる。トルクの変化率は、軌道上の所定の点におけるトルクとその点の前後のいずれか一方の点におけるトルクとの差に基づいて算出することができる。

【0065】

負荷としてトルクの変化率を採用する場合には、負荷判定値としてはトルクの変化率の判定値を採用する。そして、負荷判定部２２は、トルクの変化率をロボットの各軸のジャーク（加加速度）から算出することができる。または、負荷判定部２２は、トルクの変化率をロボットの各軸に加わるトルク（加速度）から算出しても構わない。そして、負荷判定部２２は、算出されたトルクの変化率と判定値とを比較することができる。

【0066】

なお、負荷の判定においては、複数の変数を採用しても構わない。例えば、負荷としてトルクおよびトルクの変化率の両方を採用することができる。例えば、両方の変数が判定値以下の場合に、負荷が負荷判定値以下であると判別することができる。

【0067】

ところで、基準教示点を移動して比較教示点を設定する場合には、複数の移動方法および複数の移動長さが考えられる（図４から図７を参照）。このために、複数の移動方向および複数の移動長さに基づいて、複数の比較軌道を生成することができる。そして、通過時間が最も短い軌道を選定することができる。次に、複数の比較軌道を生成する制御について説明する。

【0068】

図９に、本実施の形態における軌道生成装置の第２の制御のフローチャートを示す。ステップ８１からステップ８４は、本実施の形態の第１の制御（図８参照）と同様である。また、ステップ９２についても第１の制御と同様である。第２の制御においては、基準軌道における速度を低減した場合に、複数の比較軌道を生成する。生成する比較軌道の種類は、予め定めておくことができる。この例では、１番目からｎ番目までのｎ個の比較軌道を生成する。例えば、基準教示点を２つの移動方向および２つの移動長さにより移動する場合には、生成する比較軌道の個数ｎは４になる。

【0069】

ステップ９３において、比較軌道生成部２４は、変数ｋを１に設定する。ステップ９４において、比較軌道生成部２４は、第ｋ番目の比較軌道を生成する。比較軌道における初期の速度は、基準軌道における初期の速度と同一の速度を採用することができる。ステップ９５からステップ９７までの制御により、第ｋ番目の比較軌道の比較速度を設定する。ステップ９５からステップ９７の制御は、第１の制御のステップ８６からステップ８８の制御と同様である（図８参照）。

【0070】

ステップ９８において、比較軌道生成部２４は、変数ｋが予め定められた比較軌道の個数ｎであるか否かを判別する。ステップ９８において、変数ｋが所定の比較軌道の個数に到達していない場合には、ステップ９９に移行する。

【0071】

ステップ９９において、比較軌道生成部２４は、変数ｋに１を加算する。そして、ステップ９４において、次の比較軌道を生成する。ステップ９８において、変数ｋが所定の比較軌道の個数ｎに到達している場合には、全ての比較軌道の生成が終了している。この場合には、ステップ１００に移行する。

【0072】

ステップ１００において、軌道選択部２５は、基準軌道の通過時間を算出する。また軌道選択部２５は、ｎ個の比較軌道の通過時間を算出する。そして、軌道選択部２５は、基準軌道およびｎ個の比較軌道のうち、最も通過時間が短い軌道を選択する。

【0073】

第２の制御を実施することにより、複数の比較軌道を生成し、作業時間が最短の軌道を選択することができる。複数の比較軌道の生成方法については、任意の方法を採用することができる。このように、複数個の比較軌道を生成する場合も本発明を適用することができる。

【0074】

上記の基準軌道および比較軌道の生成方法では、教示点に基づいて生成される軌道が教示点から離れることが許容されている。軌道の生成方法は、この形態に限られず、予め指定された教示点を通るように軌道を生成しても構わない。

【0075】

図１０に、本実施の形態における第２の基準軌道の概略図を示す。図１１に、本実施の形態における第２の比較軌道の概略図を示す。図１０および図１１を参照して、基準軌道４１は、予め指定された基準教示点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を通るように形成されている。このような基準軌道４１としては、それぞれの基準教示点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を通るようにスプライン曲線を生成することができる。また、比較軌道４２についても、同様に、比較教示点Ｐ２ａを通るように生成することができる。

【0076】

また、上記の説明においては、教示点が３個の場合について例示しているが、この形態に限られず、教示点が４個以上の場合についても、連続する３個の教示点を選択して、上記と同様の方法により軌道を生成することができる。

【0077】

図１２に、本実施の形態における第３の基準軌道と第３の比較軌道とを説明する概略図を示す。図１２に示す例では、生成される軌道が元の教示点からずれることが許容されている。教示点が４個以上の場合にも連続する３個の教示点Ｐｎ−１，Ｐｎ，Ｐｎ＋１を選択することができる。教示点Ｐｎ−１，Ｐｎ，Ｐｎ＋１に基づいて軌道を生成することができる。そして、３個の教示点にて生成された複数の軌道を互いに接続して、全体の軌道を生成することができる。

【0078】

例えば、基準教示点Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を選択して、基準教示点Ｐ２から基準教示点Ｐ４までの基準軌道４１の曲線部を生成することができる。そして、前述の制御を実施することにより、比較教示点Ｐ３ａを設定することができる。この後に、基準教示点Ｐ２，Ｐ４および比較教示点Ｐ３ａに基づいて、基準教示点Ｐ２から基準教示点Ｐ４までの比較軌道４２の曲線部を生成することができる。この例では、基準教示点Ｐ２，Ｐ３，Ｐ５に対して比較教示点Ｐ２ａ，Ｐ３ａ，Ｐ５ａが設定されている。

【0079】

図１３に、本実施の形態における第４の基準軌道と第４の比較軌道を説明する概略図を示す。図１３に示す例では、生成される軌道が元の教示点を通るように生成されている。そして、図１２の場合と同様に、基準教示点が４個以上の場合も連続する３個の基準教示点を選定して、基準軌道および比較軌道を生成することができる。この例では、基準教示点Ｐ２，Ｐ３，Ｐ５に対して比較教示点Ｐ２ａ，Ｐ３ａ，Ｐ５ａが設定されている。

【0080】

上述のそれぞれの制御においては、機能および作用が変更されない範囲において適宜ステップの順序を変更することができる。上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される実施の形態の変更が含まれている。

【符号の説明】

【0081】

１１ 軌道生成装置
１３ ロボット
１３ａ 関節部
２１ 基準軌道生成部
２２ 負荷判定部
２３ 速度低減部
２４ 比較軌道生成部
２５ 軌道選択部
４１ 基準軌道
４２ 比較軌道
Ｐ１〜Ｐ６ 基準教示点
Ｐ２ａ，Ｐ３ａ，Ｐ５ａ 比較教示点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】