特許 7439322 ロボットの動作制御方法、及び制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-16

(45)【発行日】2024-02-27

(54)【発明の名称】ロボットの動作制御方法、及び制御装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/08 20060101AFI20240219BHJP

【ＦＩ】

B25J13/08 Z

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2023075525

(22)【出願日】2023-05-01

【審査請求日】2023-05-02

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000146847

【氏名又は名称】ＤＭＧ森精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001531

【氏名又は名称】弁理士法人タス・マイスター

(74)【代理人】

【識別番号】100104662

【弁理士】

【氏名又は名称】村上 智司

(72)【発明者】

【氏名】依田 伴昭

【審査官】稲垣 浩司

(56)【参考文献】

【文献】特開平２－１８０５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平６－２８５７７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第６８８４１０９（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】国際公開第２０２２／１８５３７５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２２／２３００３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２２－２４５２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００ － ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

開閉するハンドをエンドエフェクタとして備え、該ハンドにより被保持物を把持して、該ハンドを三次元空間内で移動させるロボットの動作を、制御装置を用いて制御する方法であって、
前記ハンドを移動させる際に、前記被保持物が前記ハンドから抜け出る方向であって、前記ハンドが開閉する方向を含む平面と直交する方向の力が前記被保持物に作用する移動のときには、前記被保持物に前記抜け出る方向の力が作用しない前記ハンドが開閉する方向への移動のときに比べて、その移動速度を低速にするようにしたことを特徴とするロボットの動作制御方法。

【請求項2】

前記ロボットは、前記制御装置によって実行される動作プログラムに従ってその動作が制御され、
前記動作プログラム中に指定される前記ハンドの移動速度は、前記被保持物に前記ハンドから抜け出る方向の力が作用する移動のときの方が、前記被保持物に前記抜け出る方向の力が作用しない移動のときに比べて、低速に設定されていることを特徴とする請求項１記載のロボットの動作制御方法。

【請求項3】

前記ロボットは力覚センサを介在させた状態で前記ハンドを備え、
前記制御装置は、前記ハンドを移動させる際に、前記力覚センサによって検出される負荷であって、前記被保持物が前記ハンドから抜け出る方向の負荷を監視し、該負荷が予め定めた基準負荷を超えたとき、前記被保持物に前記抜け出る方向の力が作用する移動であると判断して、該移動について指定された動作速度を減速することを特徴とする請求項１記載のロボットの動作制御方法。

【請求項4】

前記制御装置は、前記力覚センサによって検出される前記抜け出る方向の負荷に応じた割合で、前記指定された動作速度を減速することを特徴とする請求項３記載のロボットの動作制御方法。

【請求項5】

前記ロボットを空運転状態で動作させて、該空運転中に該ロボットを構成するモータに供給される電力を基準電力として予め取得し、
前記制御装置は、前記ロボットを実動作させる際に、前記モータに供給される電力を実電力として監視し、実電力が前記基準電力に基づいて設定された限界電力を超えると、前記被保持物に前記抜け出る方向の力が作用する移動であると判断して、該移動について指定された動作速度を減速することを特徴とする請求項１記載のロボットの動作制御方法。

【請求項6】

前記制御装置は、前記実電力に応じた割合で、前記指定された動作速度を減速することを特徴とする請求項５記載のロボットの動作制御方法。

【請求項7】

開閉するハンドをエンドエフェクタとして備え、該ハンドにより被保持物を把持して、該ハンドを三次元空間内で移動させるロボットを制御する制御装置であって、
前記制御装置は、前記ハンドを移動させる際に、前記被保持物が前記ハンドから抜け出る方向であって、前記ハンドが開閉する方向を含む平面と直交する方向の力が前記被保持物に作用する移動のときの移動速度を、前記被保持物に前記抜け出る方向の力が作用しない前記ハンドが開閉する方向への移動のときの移動速度に比べて、低速にするように構成されていることを特徴とするロボットの制御装置。

【請求項8】

前記制御装置は動作プログラムに従って前記ロボットの動作を制御するように構成され、
前記動作プログラム中に指定される前記ハンドの移動速度は、前記被保持物に前記ハンドから抜け出る方向の力が作用する移動のときの方が、前記被保持物に前記抜け出る方向の力が作用しない移動のときに比べて、低速に設定されていることを特徴とする請求項７記載のロボットの制御装置。

【請求項9】

前記ロボットは力覚センサを介在させた状態で前記ハンドを備え、
前記制御装置は、前記ハンドを移動させる際に、前記力覚センサによって検出される負荷であって、前記被保持物が前記ハンドから抜け出る方向の負荷を監視し、該負荷が予め定めた基準負荷を超えたとき、前記被保持物に前記抜け出る方向の力が作用する移動であると判断して、該移動について指定された動作速度を減速するように構成されていることを特徴とする請求項７記載のロボットの制御装置。

【請求項10】

前記制御装置は、前記力覚センサによって検出される前記抜け出る方向の負荷に応じた割合で、前記指定された動作速度を減速するように構成されていることを特徴とする請求項９記載のロボットの制御装置。

【請求項11】

前記制御装置は、前記ロボットを実動作させた際に、該ロボットを構成するモータに供給される電力を実電力として監視し、該実電力が、前記ロボットを空運転状態で動作させたときに前記モータに供給される電力を基準電力として設定された限界電力を超えたとき、前記抜け出る方向の力が前記被保持物に作用する移動であると判断して、該移動について指定された動作速度を減速するように構成されていることを特徴とする請求項７記載のロボットの制御装置。

【請求項12】

前記制御装置は、前記実電力に応じた割合で、前記指定された動作速度を減速するように構成されていることを特徴とする請求項１１記載のロボットの制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンドエフェクタとしてハンドを備え、このハンドに直接又は間接的に被保持物を保持して、該ハンドを三次元空間内で移動させるロボットの動作速度、言い換えればハンドの移動速度を制御する方法、及び制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

産業用のロボットは、例えば、エンドエフェクタとしてのハンドを備え、このハンドに直接又は間接的に被保持物を保持して、当該ハンドを三次元空間内で移動させるように構成されている。そして、このようなロボットは、制御プログラムに従って制御する数値制御装置によりその動作が制御され、その動作速度は制御プログラム中に含まれる速度コードによって指令され、一般的に、動作中に他の構造物との干渉の虞がないときに指令される早送り速度と、他の構造物との干渉の恐れがあるときに指令される低速送り速度とが用いられる。

【0003】

ところで、前記ハンドによって被保持物を保持する保持力には一定の限界があり、当該被保持物の重量が重い場合には、安定して当該被保持物を保持することができない可能性があり、前記ハンドの移動中に当該被把持物が離脱することが懸念される。

【0004】

そこで、従来、ロボットではないが、工作機械の自動工具交換装置において、工具の重量を判別する手段を設け、交換工具の重量に応じて交換速度を制御する、即ち、判別された交換工具の重量が所定重量以上であれば、交換速度を低速にするようにした自動工具交換装置が提案されている（下記特開昭６４－５８４４４号公報（特許文献１）参照）。

【0005】

斯くして、この特許文献１に開示された発明を上記従来のロボットの動作制御に適用すると、被保持物の重量を判別する手段を設けて、当該被保持物の重量を判別し、判別された被保持物の重量が所定重量以上であれば、ハンドの移動速度を低速にするといった態様を採ることができ、このような態様を採ることで、前記ハンドの移動中に当該被保持物が離脱するのを防止することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開昭６４－５８４４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところが、上述した従来例のように、被保持物の重量が重い場合に、ハンドの動作全体についてその移動速度を低速にすると、ロボットの全体的な動作速度が遅くなるため、安全性は確保されるものの、効率的な作業を実現することができないという別の問題を生じる。安全性と効率性とは、言わば二律背反的な問題であるが、それ故に、安全性を確保しながらも効率性をある程度維持できるような対策が求められている。

【0008】

また、上述したロボットの動作は一定ではなく、求められる作業に応じて様々な移動経路や姿勢が取られるため、ハンドに保持された被保持物には、ロボットの動作によって、様々な方向及び大きさの力が作用する。そして、被保持物にハンドから抜け出るような力が作用する場合には、被保持物の保持状態が不安定となって、被保持物がハンドから離脱する虞を生じる。

【0009】

本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、安全性を確保しながらも効率性をある程度維持することができるロボットの動作制御方法、及び制御装置の提供を、その目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するための本発明は、エンドエフェクタとしてハンドを備え、該ハンドに直接又は間接的に被保持物を保持して、該ハンドを三次元空間内で移動させるロボットの動作を、制御装置を用いて制御する方法であって、
前記ハンドを移動させる際に、前記被保持物に前記ハンドから抜け出る方向の力が作用する移動のときには、前記被保持物に前記抜け出る方向の力が作用しない移動のときに比べて、その移動速度を低速にするようにしたロボットの動作制御方法に係る。

【0011】

また、本発明は、エンドエフェクタとしてハンドを備え、該ハンドに直接又は間接的に被保持物を保持して、該ハンドを三次元空間内で移動させるロボットを制御する制御装置であって、
前記制御装置は、前記ハンドを移動させる際に、前記被保持物に前記ハンドから抜け出る方向の力が作用する移動のときの移動速度を、前記被保持物に前記抜け出る方向の力が作用しない移動のときの移動速度に比べて、低速にするように構成されたロボットの制御装置に係る。

【0012】

本発明に係る動作制御方法及び制御装置によれば、ロボットのハンドを移動させる際に、被保持物にハンドから抜け出る方向の力が作用する移動のときには、被保持物に抜け出る方向の力が作用しない移動のときに比べて、その移動速度が低速に設定される。被保持物にハンドから抜け出るような力が作用する場合には、ハンドによる被保持物の保持状態が不安定となり、ハンドの移動中に被保持物が当該ハンドから離脱する虞があるが、被保持物にハンドから抜け出る方向の力が作用する移動時の移動速度を、そうでない移動のときに比べて低速にすることで、被保持物が当該ハンドから離脱するのを防止することができる。また、被保持物にハンドから抜け出る力が作用する移動のときにのみ、その移動速度を低速にするようにしているので、一律に移動速度を低速にする場合に比べて、ロボットの作業効率を不必要に損なうことなく、ロボットの動作の安全性を確保することができる。

【0013】

尚、上記の動作制御方法及び制御装置において、ハンドの移動速度は制御装置によって実行される動作プログラムで設定することができ、被保持物にハンドから抜け出る方向の力が作用する移動の時には、被保持物に抜け出る方向の力が作用しない移動の時の移動速度に比べて、その移動速度を低速に設定する。

【0014】

或いは、前記ロボットに、力覚センサを介在させた状態で前記ハンドを備えさせ、前記制御装置による制御の下で前記ハンドを移動させる際に、前記力覚センサによって検出される負荷であって、前記被保持物が前記ハンドから抜け出る方向の負荷を監視し、該負荷が予め定めた基準負荷を超えたとき、前記被保持物に前記抜け出る方向の力が作用する移動であると判断して、該移動について指定された動作速度を減速させるようにしても良い。その際、前記制御装置は、前記力覚センサによって検出される前記抜け出る方向の負荷に応じた割合で、指定された動作速度を減速するようにしても良い。このようにすれば、ロボットの作業効率が低下するのを可及的に防止することができ、且つ被保持物がハンドから離脱するのを確実に防止することができる。

【0015】

或いは、前記制御装置による制御の下で、前記ロボットを空運転状態で動作させて、該空運転中に該ロボットを構成するモータに供給される電力を基準電力として予め取得した後、前記制御装置により、前記ロボットを実動作させる際に、前記モータに供給される電力を実電力として監視し、実電力が前記基準電力に基づいて設定された限界電力を超えると、前記被保持物に前記抜け出る方向の力が作用する移動であると判断して、該移動について指定された動作速度を減速させるようにしても良い。その際、前記制御装置は、前記実電力に応じた割合で、前記指定された動作速度を減速するようにしても良い。このようにしても、ロボットの作業効率が低下するのを可及的に防止することができ、且つ被保持物がハンドから離脱するのを確実に防止することができる。

【発明の効果】

【0016】

以上のように、本発明によれば、被保持物にハンドから抜け出る方向の力が作用する移動時の移動速度を、そうでない移動のときに比べて低速にしているので、被保持物が当該ハンドから離脱するのを防止することができる。また、被保持物にハンドから抜け出る力が作用する移動のときにのみ、その移動速度を低速にするようにしているので、一律に移動速度を低速にする場合に比べて、ロボットの作業効率を不必要に損なうことなく、ロボットの動作の安全性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態に係る加工システムの斜視図であって、その工具搬送装置を主要部として示した斜視図である。

【図2】本実施形態に係る加工システムの斜視図であって、その工具収容装置を主要部として示した斜視図である。

【図3】本実施形態に係る工具着脱ロボットの動作を説明するための説明図である。

【図4】本実施形態に係る工具着脱ロボットの動作を説明するための説明図である。

【図5】本実施形態に係る工具着脱ロボットの動作を説明するための説明図である。

【図6】本実施形態に係る工具体を示した正面図である。

【図7】本実施形態に係る工具体を示した図であって、図６における左側面図である。

【図8】本実施形態に係る工具体に作用する力を説明するための説明図である。

【図9】本実施形態に係る制御装置の概略構成を示したブロック図である。

【図10】本発明の他の実施形態に係る制御装置の概略構成を示したブロック図である。

【図11】本実施形態に係る動作プログラムを示した説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

【0019】

図１及び図２に示すように、本例の加工システム１は、矢示Ａ－Ｂ方向に沿って一列に整列して配設された複数の工作機械Ｍ、この工作機械Ｍ列と対向するように、前記Ａ－Ｂ方向に沿って一列に整列して配設された複数の工具収容ラック６を有する工具収容装置５、並びに工作機械Ｍ列と工具収容ラック６列との間に配設され、各工作機械Ｍと各工具収容ラック６との間で工具体ＴＢを搬送する工具搬送装置１０などを備えている。尚、図１に示した加工システム１は、矢示Ｂ方向に延設されており、その延長上に、図２に示した工作機械Ｍ列及び工具収容ラック６列が配設され、当然のことながら、矢示Ｂ方向において、配列の端部が存在する。

【0020】

前記工具体ＴＢは、図６及び図７に示すように、工具Ｔと、この工具Ｔを保持する工具ホルダＴＨとから構成される。工具ホルダＴＨは、筒状の部材からなり、その一方の端面、即ち、図示右側の端面に開口する収納穴ＴＨ_６、及びこの収納穴ＴＨ_６内に設けられたボールロック機構（図示せず）などを備えており、工具Ｔは、その被保持軸Ｔ_１が収納穴ＴＨ_６に挿入された状態で、ボールロック機構（図示せず）により挟持されて、当該工具ホルダＴＨに保持される。この工具ホルダＴＨへの工具Ｔの着脱は人力によって行うことができる。

【0021】

また、工具ホルダＴＨは、その軸線を挟んで形成される二面幅であって、法線が相互に直交する方向に形成された２つの二面幅ＴＨ_１、ＴＨ_２を、軸線方向において、前記開口とは反対側の外周に備えるとともに、同じく前記軸線を挟んで形成される二面幅であって、前記二面幅ＴＨ_１、ＴＨ_２よりも幅の広い二面幅ＴＨ_３を、軸線方向において、前記開口側の外周に備えている。

【0022】

前記二面幅ＴＨ_３は、その法線が前記二面幅ＴＨ_２の法線と平行になるように形成されており、その各面には、前記軸線方向に沿ったＶ字溝ＴＨ_４，ＴＨ_４がそれぞれ形成されている。また、前記二面幅ＴＨ_２の各面には、前記軸線と直交する方向に沿って係合溝ＴＨ_５，ＴＨ_５がそれぞれ形成されている。

【0023】

前記工作機械Ｍは、それぞれ複数の工具体ＴＢを格納する工具マガジンＴＭを備えており、当該工具マガジンＴＭに格納された工具体ＴＢを用いて、所定の加工を行うように構成されている。また、各工作機械Ｍは数値制御装置（図示せず）を備えており、この数値制御装置（図示せず）によって運動機構部が数値制御されるとともに、工具マガジンＴＭの動作が制御される。尚、工具マガジンＴＭに設けられる各保持部には、それぞればね体から構成された一対の把持爪が設けられており、前記工具体ＴＢは、前記Ｖ字溝ＴＨ_４，ＴＨ_４にこの把持爪が嵌り込むことにより、当該把持爪により挟持された状態で各保持部に保持される。

【0024】

前記工具収容ラック６は、前記Ａ－Ｂ方向に沿って、所定間隔で立設された複数の保持フレーム８と、この保持フレーム８を支持する枠状の支持フレーム７とから構成される。保持フレーム８は、その両側部にそれぞれ所定ピッチで設けられ、且つ外方に向けて開口するように形成された切り欠き部（保持部）を備えており、前記工具体ＴＢは、前記係合溝ＴＨ_５，ＴＨ_５が切り欠き部に係合することによって、各切り欠き部に保持される。

【0025】

前記工具搬送装置１０は、前記Ａ－Ｂ方向に沿って配設された移動装置１１、この移動装置１１によって移送される移動台１５、この移動台１５上に設けられた工具保持装置２０、工具着脱ロボット３０及びエアブロー装置４０、並びに移動装置１１、工具着脱ロボット３０及びエアブロー装置４０の動作を制御する制御装置５０などを備えている。

【0026】

前記移動装置１１は、前記Ａ－Ｂ方向に沿って平行に配設され、前記移動台１５の移動を案内する二本一対のガイドレール１４と、このガイドレール１４を支持する支持基台１２と、移動台１５を移動させる駆動装置１３とから構成される。

【0027】

駆動装置１３は、例えば、前記Ａ－Ｂ方向に沿って前記支持基台１２に配設されたラック（図示せず）と、前記移動台１５に設けられたピニオンギア（図示せず）及びこのピニオンギア（図示せず）を駆動するモータ（図示せず）とから構成される。前記ピニオンギア（図示せず）は前記ラック（図示せず）に噛合しており、前記モータ（図示せず）によりピニオンギア（図示せず）を回転させることで、ピニオンギア（図示せず）とラック（図示せず）との噛合関係によって、移動台１５が前記ガイドレール１４に案内されてＡ－Ｂ方向に沿って移動する。

【0028】

尚、移動台１５の前記Ａ－Ｂ方向における位置は、例えば、前記Ａ－Ｂ方向に沿って前記支持基台１２に配設されたスケール（図示せず）、及び移動台１５に設けられて前記スケール（図示せず）の位置を読み取る読取器（図示せず）から構成される位置検出装置（図示せず）によって検出することができる。そして、移動台１５は、前記制御装置５０による制御の下で、この位置検出装置（図示せず）によって検出される位置情報を基に、前記駆動装置１３によって駆動され、各工作機械Ｍに対して設定された作業位置、及び各工具収容ラック６に対して設定された作業位置に移動する。また、本例では、図１に示す位置（矢示Ａ方向端位置）が移動台１５のホームポジションであり、矢示Ａ方向端に配設された工作機械Ｍの工具マガジンＴＭに対する作業位置でもある。また、この位置の前記支持基台１２には、工具マガジンＴＭに対応する部分にメンテナンス用の踊り場１２ａが形成されている。この踊り場１２ａは、必要に応じて各工具マガジンＴＭに対応する部分に設けることができる。

【0029】

前記工具着脱ロボット３０は、６軸の多関節型ロボットであり、前記移動台１５上に固設された基台３１、この基台３１に設けられた第１アーム３２、第１アーム３２に接続する第２アーム３３、第２アーム３３に接続する第３アーム３４、並びに第３アーム３４の先端部に設けられたエンドエフェクタとしてのハンド３５を備えている。また、基台３１と第１アーム３２との接続部（関節部）、第１アーム３２と第２アーム３３との接続部（関節部）、第２アーム３３と第３アーム３４との接続部（関節部）、並びに第３アーム３４とハンド３５との接続部（関節部）にはそれぞれ２つの駆動モータ（図示せず）が設けられており、６軸に対応する各駆動モータ（図示せず）を前記制御装置５０によって駆動制御することにより、前記ハンド３５を３次元空間内の任意の位置に移動させることができ、また、任意の姿勢をとらせることができるようになっている。

【0030】

また、ハンド３５は、所謂グリッパであり、工具体ＴＢを構成する工具ホルダＴＨの二面幅ＴＨ_２を把持することができるようになっている。そして、前記第３アーム３４とハンド３５との間には力覚センサ３７が設けられており、本例では、ハンド３５に作用する力、具体的には、前記ハンド３５が開閉する第１軸方向（図６における矢示ａ－ｂ方向）の力、第３アーム３４の軸方向であって前記第１軸と直交する第２軸方向（図８における矢示ｃ－ｄ）の力、並びに前記第１軸及び第２軸と直交する第３軸方向（図８における矢示ｅ－ｆ）の力を前記力覚センサ３７によって検出することができるようになっている。

【0031】

図３及び図４に示すように、前記工具保持装置２０は、前記工具着脱ロボット３０の動作領域内に、当該工具着脱ロボット３０に対向して設けられるもので、所定の間隔を空けて平行に設けられた長尺のプレート状の工具保持部材２１、２３、並びに前記移動台１５上に設けられて、前記工具保持部材２１、２３を立てた状態（立設状態）で支持するフレーム２５などから構成される。

【0032】

前記工具保持部材２１、２３は、前記工具着脱ロボット３０から見て、その右側部に、それぞれ上下方向に所定ピッチで、且つ相互に重なり合うように配列されるとともに、外方に向けて開口するように形成された複数の切り欠き部２２、２４を備えており、対応する一組の切り欠き部２２、２４が、前記工具体ＴＢが装着される保持部を形成する。工具体ＴＢは、その工具ホルダＴＨの係合溝ＴＨ_５，ＴＨ_５に係る部分が切り欠き部２２、２４に挿入されることで、当該切り欠き部２２、２４に保持される。

【0033】

前記エアブロー装置４０は、図１及び図４に示すように、前記工具着脱ロボット３０の動作領域内において、当該工具着脱ロボット３０から見て前記工具保持装置２０の左隣に設けられるもので、上面に開口４２を有する筐体状のエアブローボックス４１と、このエアブローボックス４１内に設けられて、加圧空気を吐出する複数のノズル（図示せず）と、適宜配管（図示せず）を介して前記ノズル（図示せず）に加圧空気を供給する加圧空気供給源（図示せず）と、配管（図示せず）の途中に設けられた制御弁などを備えている。

【0034】

前記制御装置５０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを含むコンピュータから構成され、上述したように、前記移動装置１１、工具着脱ロボット３０及びエアブロー装置４０などの作動を制御する。具体的には、制御装置５０は、所定の動作プログラムに従って工具搬送装置１０を動作させて、指令された工具マガジンＴＭから指令された工具体ＴＢを取出した後、取り出した工具体ＴＢを搬送して、指令された工具収容ラック６に格納する。また、制御装置５０は、逆に、指令された工具収容ラック６から指令された工具体ＴＢを取出した後、取り出した工具体ＴＢを搬送して、指令された工具マガジンＴＭに格納する。

【0035】

以下、特に、制御装置５０による制御の下で、前記工具搬送装置１０により、指定された工具マガジンＴＭから指定された工具体ＴＢを取り出した後、指定された工具収容ラック６に格納するその具体的な動作について説明する。尚、対象の工具マガジンＴＭ、工具収容ラック６、及び工具収容ラック６への格納位置について情報、並びに動作指令（取出指令及び格納指令）は、上位の管理装置（図示せず）から制御装置５０に送信されるものとする。また、対象の工具マガジンＴＭを備えた工作機械Ｍの数値制御装置（図示せず）にも、取り出し対象の工具体ＴＢについての情報、及び取出し指令が、上位の管理装置（図示せず）から送信され、この指令及び情報を受信した数値制御装置（図示せず）は、指令された工具体ＴＢを工具マガジンＴＭから設定された入出位置ＴＭａに移動させた後、制御装置５０に取出準備完了信号を送信するものとする。

【0036】

上記のようにして、対象の工具マガジンＴＭ、工具収容ラック６、及び工具収容ラック６への格納位置についての情報、並びに動作指令（取り出し及び格納指令）を前記管理装置（図示せず）から受信すると、制御装置５０は、まず、前記移動装置１１の駆動装置１３を駆動して、指令された工具マガジンＴＭ、この例では、図１に示した工具マガジンＴＭの作業位置に移動台１５を移動させる（移動動作）。尚、この移動台１５の位置はホームポジションに該当する。一方、対象の工具マガジンＴＭを備えた工作機械Ｍの数値制御装置（図示せず）は、前記上位の管理装置（図示せず）から取り出し対象の工具体ＴＢについての情報、及び取出し指令を受信した後、工具マガジンＴＭを駆動して、指令された工具体ＴＢを図１に示した入出位置ＴＭａに移動させた後、制御装置５０に取出準備完了信号を送信する。

【0037】

前記移動動作を完了し、且つ対象の数値制御装置（図示せず）から取出準備完了信号を受信すると、次に、前記制御装置５０は、前記工具着脱ロボット３０を駆動して、工具マガジンＴＭの入出位置ＴＭａに移動された工具体ＴＢを、その工具ホルダＴＨの端部であって、二面幅ＴＨ_２，ＴＨ_２に係る外面をハンド３５により把持して、当該工具マガジンＴＭから取り出した後（取出動作）、取出完了信号を数値制御装置（図示せず）に送信する。尚、上位の管理装置（図示せず）から指令された取り出すべき工具体ＴＢが複数ある場合には、制御装置５０から取出完了信号を受信した後、数値制御装置（図示せず）は次に取り出す工具体ＴＢを入出位置ＴＭａに移動させた後、制御装置５０に取出準備完了信号を送信する処理を繰り返して実行する。

【0038】

次に、制御装置５０は、工具着脱ロボット３０を駆動して、図５に示すように、ハンド３５により把持した工具体ＴＢを、エアブローボックス４１の上部開口４２から当該エアブローボックス４１内に搬入するとともに（搬入動作）、前記制御弁（図示せず）を所定時間開いて、ノズル（図示せず）からそれぞれ加圧空気を吐出させる（吐出動作）。これにより、工具体ＴＢの工具Ｔに付着した切屑及びクーラント液が吐出された空気流により吹き飛ばされて、当該工具Ｔが清浄にされる。

【0039】

以上のようにして、所定時間だけノズル（図示せず）から加圧空気を吐出させた後、制御装置５０は、工具着脱ロボット３０を駆動してエアブローボックス４１から工具体ＴＢを搬出し（搬出動作）、ついで、図３及び図４に示すように、搬出した工具体ＴＢを工具保持装置２０の空の切り欠き部２２、２４に挿入、即ち、工具ホルダＴＨの係合溝（被係合面）ＴＨ_５，ＴＨ_５に係る部分を切り欠き部２２、２４に挿入して工具体ＴＢを工具保持装置２０に保持させるとともに（仮置動作）、前記制御弁（図示せず）を閉じてノズル（図示せず）からの加圧空気の吐出を停止させる（停止動作）。

【0040】

尚、上位の管理装置（図示せず）から指令された取り出し工具体ＴＢが複数ある場合には、制御装置５０は数値制御装置（図示せず）から取出準備完了信号を受信した後、取り出し対象の各工具体ＴＢについて、前記取出動作、搬入動作、吐出動作、搬出動作、仮置動作及び停止動作を繰り返して実行させる。

【0041】

以上のようにして、指令された工具体ＴＢを工具マガジンＴＭから取り出す処理を完了すると、制御装置５０は、次に、前記移動装置１１の駆動装置１３を駆動して、指令された工具収容ラック６の作業位置に移動台１５を移動させた後（搬送動作）、工具着脱ロボット３０を駆動して、工具保持装置２０に保持された工具体ＴＢを、指令された工具収容ラック６の指令された格納位置に格納する（格納動作）。尚、この格納動作は、格納する工具体ＴＢが複数ある場合には、各工具体ＴＢについて実行される。

【0042】

次に、制御装置５０は、指令された工具マガジンＴＭから指令された工具体ＴＢを取り出した後、指令された工具収容ラック６に格納する。また、制御装置５０は、逆の動作により、指令された工具収容ラック６から指令された工具体ＴＢを取り出した後、指令された工具マガジンＴＭに格納する処理を実行することができる。その際、工具収容ラック６内の工具体ＴＢは清浄に保たれていると想定されるため、当該工具体ＴＢを清浄にするための前記搬入動作、吐出動作、搬出動作、及び停止動作の実行は、これを省略することができる。

【0043】

以上のような制御を行う前記制御装置５０は、前記工具着脱ロボット３０の動作を制御する制御部として、特に、図９に示すようなロボット制御部５５を備えている。具体的には、このロボット制御部５５は、同図９に示すように、動作プログラム記憶部５６，プログラム解析部５７，軸制御部５８，軸駆動部５９，パラメータ記憶部６０及び速度調整部６１などから構成される。

【0044】

前記動作プログラム記憶部５６は、工具着脱ロボット３０の動作を指令したプログラムを記憶する機能部であり、例えば、移動や停止などを定義する動作指令、前記ハンド３５の位置及び向き（姿勢）を定義する位置指令、直線移動や円弧移動などの移動経路を定義する経路指令、並びに移動速度を定義する速度指令などから構成され、予め作成された動作プログラムが、ロボット制御部５５に接続される入出力装置６５を介して入力され、当該動作プログラム記憶部５６に格納される。この動作プログラムの一例を図１１に示す。この動作プログラムはＳＬＩＭと言われる言語で記述されており、「ＭＯＶＥ」は移動を意味する指令、「Ｐ００４」、「Ｐ００５」及び「Ｐ００６」はそれぞれ位置指令、「Ｌ」は直線移動を意味する指令、「Ｃ」は円弧移動を意味する指令、「ＳＰＥＥＤ１」及び「ＳＰＥＥＤ２」はそれぞれ移動速度を意味する指令である。

【0045】

そして、動作プログラム中の各位置指令の具体的な位置及び姿勢は、工具着脱ロボット３０をティーチング操作と呼ばれる手動操作により動作させることによって得られるもので、ティーチング操作によって工具着脱ロボット３０を動作させたときの各関節部に設けられた各駆動モータの回転角度位置がパラメータとして取得され、各位置指令について得られるパラメータが前記入出力装置６５を介して前記パラメータ記憶部６０に格納される。

【0046】

前記プログラム解析部５７は、前記動作プログラム記憶部５６に格納された動作プログラムであって、実行する動作プログラムを読みだして、その指令を解析して移動に関する指令、例えば、上述した移動指令「ＭＯＶＥ」、位置指令「Ｐ００４」，「Ｐ００５」，「Ｐ００６」、経路指令「Ｌ」，「Ｃ」、速度指令「ＳＰＥＥＤ１」，「ＳＰＥＥＤ２」などを抽出し、移動に関する指令が抽出された場合には、当該移動に関する指令を軸制御部５８に送信する。

【0047】

前記軸制御部５８は、前記プログラム解析部５７から送信される指令に応じて、前記軸駆動部５９を介して工具着脱ロボット３０の各駆動モータを駆動する。具体的には、各位置指令、例えば「Ｐ００４」に応じたパラメータを前記パラメータ記憶部６０から読み出し、各駆動モータの回転角度位置が読み出した回転角度位置となり、且つハンド３５の移動経路が指令された移動経路（直線移動又は円弧移動）を取り、更に指令された速度で移動するように、各駆動モータに対する回転指令（制御信号）を生成して前記軸駆動部５９に送信する。そして、軸駆動部５９は、軸制御部５８から受信した回転指令に応じた駆動電流を工具着脱ロボット３０の前記各駆動モータに供給して、ハンド３５を指令された位置に移動させる。尚、軸制御部５８は、各駆動モータに設けられたエンコーダから送信されるフィードバック信号に基づいて、各駆動モータをフィードバック制御するように構成されている。

【0048】

前記速度調整部６１は、工具着脱ロボット３０に設けられた力覚センサ３７によって検出される負荷の内、前記工具体ＴＢが前記ハンド３５から抜け出る方向の負荷、例えば、前記矢示ｆ方向の負荷を監視し、この矢示ｆ方向の負荷が予め定めた基準負荷を超えたとき、ハンド３５の移動速度、言い換えれば、各駆動モータの回転速度を減速させる制御信号を前記軸制御部５８に送信する処理を行う。この減速制御信号は、現在の速度指令に対して１００％未満の比率（例えば、７０％）となるような制御信号であり、一定の比率にすることができる他、基準値を超える負荷の大きさに応じた比率に設定することもでき、例えば、負荷が大きいほど、小さい比率に設定することができる。斯くして、この減速制御信号が前記軸制御部５８に入力されることにより、ハンド３５の移動速度が指令速度に対して減速される。

【0049】

尚、前記基準負荷は、前記工具体ＴＢが前記ハンド３５から抜け出ると想定される負荷であり、理論的に設定することができ、或いは、経験的に設定することができる。また、工具体ＴＢが前記ハンド３５から抜け出る方向の力は、矢示ｆ方向の力が最も大きくなると思われるが、監視する方向の力は、このｆ方向の力に限定されるものではなく、他の方向の力を監視するようにしても良い。

【0050】

以上のように構成された本例の工具搬送装置１０によれば、前記制御装置５０による制御の下で、前記工具搬送装置１０により、指定された工具マガジンＴＭから指定された工具体ＴＢを取り出した後、指定された工具収容ラック６に格納される。そして、その際、工具着脱ロボット３０は、前記ロボット制御部５５によってその動作が制御され、その動作中、速度調整部６１によって、前記工具体ＴＢが前記ハンド３５から抜け出る方向の負荷が監視され、この負荷が予め定めた基準負荷を超えたとき、ハンド３５の移動速度が指令速度に対して減速される。

【0051】

斯くして、本例の工具搬送装置１０によれば、工具着脱ロボット３０の動作中に前記工具体ＴＢが前記ハンド３５から抜け出る方向の負荷が監視され、この負荷が予め定めた基準負荷を超えたとき、ハンド３５の移動速度が減速されるので、ハンド３５の移動中に工具体ＴＢが当該ハンド３５から離脱するのを防止することができる。また、工具体ＴＢがハンド３５から抜け出る方向の力が基準負荷を超えたときにのみ、その移動速度を減速するようにしているので、一律に移動速度を低速にする場合に比べて、工具着脱ロボット３０の作業効率を不必要に損なうことなく、当該工具着脱ロボット３０の動作の安全性を確保することができる。

【0052】

また、基準値を超える負荷が大きいほど、ハンド３５の移動速度を低速にするようにすれば、工具着脱ロボット３０の作業効率が低下するのを可及的に防止することができ、且つ工具体ＴＢがハンド３５から離脱するのを確実に防止することができる。

【0053】

以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明が採り得る態様は、何ら上例のものに限定されるものではない。

【0054】

例えば、前記制御装置５０は、前記工具着脱ロボット３０の動作を制御する制御部として、図１０に示すようなロボット制御部５５’を備えた構成であっても良い。このロボット制御部５５’は、前記速度調整部６１に代えて、これとは機能の異なる速度調整部６１’を備えるもので、その他の構成については、上例のものと同じである。したがって、上例のロボット制御部５５と同じ構成については同じ符号を付して、その詳しい説明を省略する。尚、この場合、前記力覚センサ３７は、備えられていなくても良い。

【0055】

前記速度調整部６１’は、予め、ロボット制御部５５’による制御の下で、工具着脱ロボット３０を空運転、即ち、ハンド３５が工具体ＴＢを保持していない状態で動作させた時に、工具着脱ロボット３０を構成する各駆動モータに供給される駆動電力をそれぞれ基準電力として、軸駆動部５９から取得して記憶する。

【0056】

そして、前記速度調整部６１’は、ロボット制御部５５’による制御の下で、工具着脱ロボット３０が実動作、即ち、ハンド３５が工具体ＴＢを保持した状態で動作するときに工具着脱ロボット３０の各駆動モータに供給される駆動電力を実電力として前記軸駆動部５９から取得して監視し、実電力が予め所得した基準電力に基づいて設定される限界電力を超えると、前記工具体ＴＢがハンド３５から抜け出る方向の力が作用する移動であると判断して、ハンド３５の移動速度、言い換えれば、各駆動モータの回転速度を減速させる制御信号を前記軸制御部５８に送信する処理を行う。

【0057】

上述したように、前記軸制御部５８は、各駆動モータに設けられたエンコーダから送信されるフィードバック信号に基づいて、当該各駆動モータをフィードバック制御するように構成されており、各駆動モータに大きな負荷が作用すると、これに応じて各駆動モータにおける回転の追随遅れが生じ、この追随遅れに応じて軸駆動部５９から各駆動モータに供給される駆動電流が増大されることになる。そして、各駆動モータに作用する負荷は、工具体ＴＢがハンド３５から抜け出る方向の力が作用する移動であるときに最も大きくなると考えられるため、前記実電力が前記限界電力を超えたとき、工具体ＴＢがハンド３５から抜け出る可能性が生じると判断することができる。そこで、前記速度調整部６１’は、実電力が予め所得した基準電力に基づいて設定される限界電力を超えると、各駆動モータの回転速度を減速させる制御信号（減速制御信号）を前記軸制御部５８に送信して、ハンド３５の移動速度を減速させる。

【0058】

尚、前記減速制御信号は、上例と同様に、現在の速度指令に対して１００％未満の比率（例えば、７０％）となるような制御信号とすることができ、一定の比率にすることができる他、限界電力を超えるその大きさに応じた比率に設定することもでき、例えば、限界電力を超える大きさが大きいほど、小さい比率に設定することができる。斯くして、この減速制御信号が前記軸制御部５８に入力されることにより、ハンド３５の移動速度が指令速度に対して減速される。尚、限界電力は、工具体ＴＢがハンド３５から抜け出る可能性が生じると判断されるときの各駆動モータに供給される電力であり、理論的に設定することができ、或いは、経験的に設定することができる。

【0059】

斯くして、このような態様によれば、工具着脱ロボット３０の実動作中に各駆動モータに供給される実電力を監視し、実電力が予め設定された限界電力を超えると、ハンド３５の移動速度が減速されるので、ハンド３５の移動中に工具体ＴＢが当該ハンド３５から離脱するのを防止することができる。また、各駆動モータに供給される実電力が限界電力を超えたときにのみ、ハンド３５の移動速度を減速するようにしているので、一律に移動速度を低速にする場合に比べて、工具着脱ロボット３０の作業効率を不必要に損なうことなく、当該工具着脱ロボット３０の動作の安全性を確保することができる。

【0060】

また、前記速度調整部６１’が、前記実電力が前記限界電力を超えるその大きさに応じた割合で、ハンド３５の移動速度を低速にするように構成されている場合には、工具着脱ロボット３０の作業効率が低下するのを可及的に防止することができ、且つ工具体ＴＢがハンド３５から離脱するのを確実に防止することができる。

【0061】

また、本発明は、上述した速度調整部６１及び６１’によって、ハンド３５の移動速度を減速する態様に限られるものではなく、工具着脱ロボット３０を動作させるための前記動作プログラム（前記動作プログラム記憶部５６に格納された動作プログラム）において、前記ハンド３５を移動させる移動速度を、前記工具体ＴＢが前記ハンド３５から抜け出る方向の力が作用する移動のときの方が、前記工具体ＴＢが前記ハンド３５から抜け出る方向の力が作用しない移動のときに比べて、低速に設定された態様を採ることができる。

【0062】

例えば、図８において、ハンド３５を矢示ｆ方向に直線移動させる場合に、工具体ＴＢがハンド３５から抜け出る方向の最も大きな力が作用し、矢示ｇ－ｈ方向に円弧移動させる場合に次に大きな力が作用し、矢示ｃ－ｄ方向に直線移動させる場合に次に大きな力が作用すると考えられる。一方、ハンド３５を矢示ｅ方向に直線移動させる場合に、工具体ＴＢがハンド３５から抜け出る方向の力は作用しないものと考えられる。

【0063】

そこで、ハンド３５を矢示ｆ方向に直線移動させるときの移動速度を最も低速に設定し、ハンド３５を矢示ｇ－ｈ方向に円弧移動させるときの移動速度を次に低速に設定し、ハンド３５を矢示ｃ－ｄ方向に直線移動させるときの移動速度を次に低速に設定し、ハンド３５を矢示ｅ方向に直線移動させるときの移動速度を最も高速に設定するといった態様を採ることができる。

【0064】

このような態様によっても、工具着脱ロボット３０のハンド３５を移動させる際に、工具体ＴＢがハンド３５から抜け出る方向の力が作用する移動のときには、工具体ＴＢが抜け出る方向の力が作用しない移動のときに比べて、その移動速度が低速に設定されているので、ハンド３５の移動速度を一律に低速にする場合に比べて、工具着脱ロボット３０の作業効率を不必要に損なうことなく、当該工具着脱ロボット３０の動作の安全性を確保することができる。

【0065】

繰返しになるが、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。

【符号の説明】

【0066】

１ 加工システム
５ 工具収容装置
６ 工具収容ラック
７ 支持フレーム
８ 保持フレーム
１０ 工具搬送装置
１１ 移動装置
１２ 支持基台
１３ 駆動装置
１４ ガイドレール
１５ 移動台
２０ 工具保持装置
２１，２３ 工具保持部材
２２，２４ 切り欠き部
２５ フレーム
３０ 工具着脱ロボット
３５ ハンド
３７ 力覚センサ
４０ エアブロー装置
４１ エアブローボックス
４２ 開口
５０ 制御装置
５５ ロボット制御部
５６ 動作プログラム記憶部
５７ プログラム解析部
５８ 軸制御部
５９ 軸駆動部
６０ パラメータ記憶部
６１ 速度調整部
６５ 入出力装置
Ｍ 工作機械
ＴＭ 工具マガジン
Ｔ 工具
ＴＨ 工具ホルダ
ＴＢ 工具体

【要約】

【課題】安全性を確保しながらも効率性をある程度維持することができるロボットの動作制御方法及び制御装置を提供する。
【解決手段】制御装置５５は、エンドエフェクタとしてのハンドを備え、該ハンドに直接又は間接的に被保持物を保持して、該ハンドを三次元空間内で移動させるロボット３０を制御する。制御装置５５は、ハンドを移動させる際に、被保持物にハンドから抜け出る方向の力が作用する移動のときの移動速度を、被保持物に抜け出る方向の力が作用しない移動のときの移動速度に比べて、低速にするように構成される。具体的な一態様としての制御装置５５は、ハンドを移動させる際に、ロボット３０に設けた力覚センサ３７によって検出される負荷の内、被保持物がハンドから抜け出る方向の負荷を監視し、この負荷が予め定めた基準負荷を超えたとき、この移動について指定された動作速度を減速する。
【選択図】図９

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】