特許 7443013 ロボット制御装置

(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】

(24)【登録日】2024-02-26

(45)【発行日】2024-03-05

(54)【発明の名称】ロボット制御装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/10 20060101AFI20240227BHJP

【ＦＩ】

B25J9/10 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019183611

(22)【出願日】2019-10-04

(65)【公開番号】P2021058953

(43)【公開日】2021-04-15

【審査請求日】2022-04-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100108213

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 豊隆

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 雄矢

【審査官】稲垣 浩司

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－５９３８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－９１５７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１１９３４２（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】

複数の軸を有するロボットを制御するロボット制御装置であって、
前記軸を支持する機械要素における許容モーメントと、速度によって該機械要素に発生する速度モーメントと、重力によって該機械要素に発生する重力モーメントとに基づいて、前記軸が所定の速度で動作する区間である該軸の動作区間における速度低下係数であって、前記機械要素に加わるモーメントを前記許容モーメント以下にする速度低下係数を算出する速度低下係数算出部と、
前記軸の前記動作区間における最小の前記速度低下係数と、前記軸の駆動源における許容トルクに基づく速度とに基づいて、前記許容モーメントを満たす前記所定の速度を算出する速度算出部と、を備える、
ロボット制御装置。

【請求項2】

前記最小の速度低下係数は、前記動作区間の複数の位置のそれぞれにおいて算出された複数の前記速度低下係数のうちの最小のものである、
請求項１に記載のロボット制御装置。

【請求項3】

前記速度低下係数算出部は、前記軸の機械要素における前記許容モーメントと、前記複数の軸の速度によって該機械要素に発生する速度モーメントと、前記複数の軸の位置によって該機械要素に発生する重力モーメントとに基づいて、前記速度低下係数を算出する、
請求項１又は２に記載のロボット制御装置。

【請求項4】

前記速度算出部は、前記許容トルクに基づく速度に、前記最小の前記速度低下係数の平方根を乗じて前記所定の速度を算出する、
請求項１から３のいずれか一項に記載のロボット制御装置。

【請求項5】

前記軸は、前記動作区間にわたって前記所定の速度で動作する、
請求項１から４のいずれか一項に記載のロボット制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボット制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、複数の関節を有するロボットシステムの制御方法であって、開始位置及び目標位置と速度予測値とロボットダイナミクスベースパラメータに基づいて、慣性行列と粘性行列と重力行列とを含む開始位置及び目標位置におけるロボットダイナミクスモデルを計算し、計算されたロボットダイナミクスモデルに基づいて、加速度予測値の各関節間の比例関係と各関節の許容ピークトルクの条件を満足する最適な加速度及び減速度を演算した後、すべての関節で動作時間を一致させる同期処理を実行するものが知られている（特許文献１参照）。この制御方法では、ロボットシステムの各関節の許容ピークトルク（許容値）を越えず、かつ、最短時間で動作が終了できる最適な各関節の加減速度を求めることができ、動作時間を短縮できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００２－９１５７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の制御対象である複数の軸を有するロボットでは、他の軸の動作の影響によって、動作中の軸のベアリング等の機械要素にモーメントが加わることがある。

【0005】

この場合、特許文献１の方法では、各軸のトルクが許容値を越えないように制御されているが、他の軸の動作によってベアリングに発生するモーメントを考慮していなかった。そのため、例えば複数の軸を同時に高速動作させた場合に、ベアリングに加わるモーメントが許容値（以下、「許容モーメント」という）を超え、ベアリングの故障や寿命短縮といった問題が発生するおそれがあった。

【0006】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、各軸の機械要素の故障及び寿命短縮を防ぐことのできるロボット制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様に係るロボット制御装置は、複数の軸を有するロボットを制御するロボット制御装置であって、軸を支持する機械要素における許容モーメントと、速度によって該機械要素に発生する速度モーメントと、重力によって該機械要素に発生する重力モーメントとに基づいて、速度低下係数を算出する速度低下係数算出部と、軸の動作区間における最小の速度低下係数に基づいて、該軸の動作区間における速度を算出する速度算出部と、を備える。

【0008】

この態様によれば、軸の動作区間における最小の速度低下係数に基づいて、当該軸の動作区間における速度が算出される。これにより、速度によって発生する速度モーメントを低下させ、機械要素に加わるモーメントを当該機械要素の許容モーメント以下にすることができる。従って、ロボットにおける各軸の機械要素の故障及び寿命短縮を防ぐことができる。

【0009】

上記した態様において、最小の速度低下係数は、動作区間の複数の位置のそれぞれにおいて算出された複数の速度低下係数のうちの最小のものであってもよい。

【0010】

この態様によれば、最小の速度変化係数が、動作区間の複数の位置のそれぞれにおいて算出された複数の速度低下係数のうちの最小のものである。これにより、例えば、動作区間において機械要素に加わるモーメントが急激に変化する場合でも、当該機械要素の許容モーメント以下にすることができる。

【0011】

上記した態様において、速度低下係数算出部は、軸の機械要素における許容モーメントと、複数の軸の速度によって該機械要素に発生する速度モーメントと、複数の軸の位置によって該機械要素に発生する重力モーメントとに基づいて、速度低下係数を算出してもよい。

【0012】

この態様によれば、軸の機械要素における許容モーメントと、全ての軸の速度によって当該軸のベアリングに発生する速度モーメントと、全ての軸の位置によって発生する重力モーメントとに基づいて、速度低下係数が算出される。これにより、軸ごとに速度低下係数を算出する場合と比較して、簡易に最小の速度低下係数を求めることができる。

【0013】

上記した態様において、速度算出部は、軸の駆動源における許容トルクに基づく速度に、最小の速度低下係数の平方根を乗じて該軸の動作区間における速度を算出してもよい。

【0014】

この態様によれば、軸の駆動源における許容トルクに基づく速度に、最小の速度低下係数の平方根を乗じて当該軸の動作区間における速度が算出される。これにより、当該軸の機械要素の許容モーメントを満たす速度を容易に求めることができる。

【0015】

上記した態様において、軸は、動作区間にわたって算出された速度で動作してもよい。

【0016】

この態様によれば、軸が、動作区間にわたって算出された速度で動作する。これにより、加速度モーメントを考慮する必要がなくなり、速度低下係数を簡易に算出することができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、各軸の機械要素の故障及び寿命短縮を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、一実施形態におけるロボット制御システムの構成を概略的に示す構成図である。

【図2】図２は、一実施形態におけるロボット制御装置の構成を概略的に示す構成図である。

【図3】図３は、従来の方法に従う仮想的なロボット制御装置によって制御されるロボットの軸の速度及びモーメントの一例を示すグラフである。

【図4】図４は、図３に示された平行二線ユニットを一部分解して示す平面図である。

【図5】図５は、一実施形態におけるロボット制御装置によって制御されるロボットの軸のベアリングに加わるモーメントの一例を示すグラフである。

【図6】図６は、一実施形態におけるロボット制御装置が等速区間の速度指令を生成する概略動作を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法などは以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。さらに、本発明の技術的範囲は、当該実施形態に限定して解するべきではない。

【0020】

まず、図１及び図２を参照しつつ、本発明の一実施形態に従うロボット制御システムの構成について説明する。図１は、一実施形態におけるロボット制御システム１００の構成を概略的に示す構成図である。図２は、第１実施形態におけるロボット制御装置５０の構成を概略的に示す構成図である。

【0021】

図１に示すように、ロボット制御システム１００は、複数の軸を有する多関節ロボット（以下、単に「ロボット」という）Ｒと、ロボット制御装置５０と、を備える。

【0022】

ロボットＲは、例えば、７軸の垂直多関節型マニピュレータと呼ばれる産業用ロボットである。ロボットＲは、各軸が関節のように回動自在に駆動される、アーム形状を有している。具体的には、ロボットＲの基台Ｃ１の上部に、第１回転軸Ｊ１を中心として旋回可能に旋回台Ｃ２が設けられている。旋回台Ｃ２の上部に、第２回転軸Ｊ２を中心として旋回可能に第１アームＣ３が設けられている。第１アームＣ３の先端部に、第２回転軸Ｊ２と直交する第３回転軸Ｊ３を中心として旋回可能に第２アームＣ４が設けられている。第２アームＣ４の先端部に、第３回転軸Ｊ３と直交する第４回転軸Ｊ４を中心として旋回可能に第３アームＣ５が設けられている。第３アームＣ５の先端部に、第５回転軸Ｊ５を中心として旋回可能に第４アームＣ６が設けられている。第４アームＣ６の先端部に、第５回転軸Ｊ５と直交する第６回転軸Ｊ６を中心として旋回可能に第５アームＣ７が設けられている。第５アームＣ７の先端に、第６回転軸Ｊ６と直交する第７回転軸Ｊ７を中心として旋回可能にツール固定部材Ｃ８が設けられている。ツール固定部材Ｃ８には、作業ツールとして溶接トーチＣ９が固定されており、この溶接トーチＣ９はツール固定部材Ｃ８と一体的に旋回する。なお、以下の説明では、第１回転軸Ｊ１から第７回転軸Ｊ７を単に「軸」ということもある。

【0023】

図２に示すように、ロボットＲには、旋回台Ｃ２を旋回させるための駆動源としてサーボモータ１０が内蔵されている。サーボモータ１０の出力軸１０ａは、減速機１１に連結されている。第１回転軸Ｊ１は、ベルト１１ｂによって減速機１１の出力軸１１ａに連動するように構成されており、旋回台Ｃ２に固定されている。また、第１回転軸Ｊ１は、機械要素、例えばベアリング１５に支持されている。よって、サーボモータ１０の出力軸１０ａが回転すると、減速機１１において所定の減速比で減速されて減速機１１の出力軸１１ａが回転するとともに、第１回転軸Ｊ１も回転する。そして、第１回転軸Ｊ１の回転に応じて旋回台Ｃ２が旋回する。

【0024】

また、ロボットＲには、サーボモータ１０の出力軸１０ａの回転角度を検出するためのモータエンコーダ１２が内蔵されている。モータエンコーダ１２は、例えば、インクリメントエンコーダであり、サーボモータ１０の出力軸１０ａの回転角度に応じたパルス数のパルス信号を出力する。同様に、ロボットＲには、減速機１１の出力軸１１ａの回転角度を検出するための減速機エンコーダ１３が内蔵されている。減速機エンコーダ １３は、例えば、インクリメントエンコーダであり、減速機１１の出力軸１１ａの回転角度に応じたパルス数のパルス信号を出力する。

【0025】

さらに、ロボットＲには、第１アームＣ３から第５アームＣ７、及びツール固定部材Ｃ８のそれぞれに対応して、サーボモータ、減速機、ベアリング、回転軸、モータエンコーダ、及び減速機エンコーダが設けられている。これらの構成は、旋回台Ｃ２のための、上述したサーボモータ１０、減速機１１、ベアリング１５、第１回転軸Ｊ１、モータエンコーダ１２、及び減速機エンコーダ１３と同様であるため、図示及びその説明を省略する。

【0026】

本実施形態において、旋回台Ｃ２、第１アームＣ３から第５アームＣ７、及びツール固定部材Ｃ８は、いずれも軸の回転に応じて駆動する可動部材に相当する。また、以下の説明では、これらの旋回台Ｃ２、第１アームＣ３から第５アームＣ７、及びツール固定部材Ｃ８を「可動部材」ということもある。

【0027】

ロボットＲの基台Ｃ１には、図１において破線で示す通信ケーブルを介して、ロボット制御装置５０が接続されている。

【0028】

ロボット制御装置５０は、ロボットＲの動作を制御するためのものである。図２に示すように、ロボット制御装置５０は、入力インターフェース５１と、記憶部６０と、サーボ制御部７０と、主制御部８０と、を備える。また、ロボット制御装置５０は、ロボット制御装置５０の各部の間で信号やデータを伝送するように構成されたバス５２をさらに備える。

【0029】

入力インターフェース５１は、ロボット制御装置５０の外部の機器からの入力インターフェースである。入力インターフェース５１は、外部の機器との間でデータや信号を受け取るように構成されている。入力インターフェース５１は、ロボットＲのモータエンコーダ１２及び減速機エンコーダ１３に接続されている。

【0030】

記憶部６０は、プログラムやデータ等を記憶するように構成されている。記憶部６０は、例えば、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ等を含んで構成される。記憶部６０は、主制御部８０が実行する各種プログラムやプログラムの実行に必要なデータ等をあらかじめ記憶している。

【0031】

また、記憶部６０は、各可動部材Ｃ２～Ｃ８の旋回動作を制御するためのアーム制御シークエンスが記憶されている。例えば、第１アームＣ３を旋回動作させる場合には、主制御部８０は、このアーム制御シークエンスに従って各種の演算を行い、サーボモータ１０の出力軸１０ａを目標回転角度に回転させるための速度指令Ｓｎを生成する。このアーム制御シークエンスは、後述する速度指令生成部８５によって生成される。

【0032】

サーボ制御部７０は、ロボットＲに内蔵されている各サーボモータに電力を供給するように構成されている。例えば、サーボモータ１０を制御する場合、サーボ制御部７０は、主制御部８０から入力される速度指令Ｓ１に応じて、パルス周波数及びパルス幅等を調整したモータ制御電圧Ｖｘを、サーボモータ１０に出力する。他のサーボモータに対しても同様に、サーボ制御部７０は、速度指令Ｓｎに応じて調整したモータ制御電圧Ｖｘを出力する。

【0033】

主制御部８０は、各可動部材Ｃ２～Ｃ８の旋回動作を制御するように構成されている。また、主制御部８０は、記憶部６０に記憶されたプログラムを実行する等によって、後述する各機能を実現するように構成されている。主制御部８０は、例えば、ＣＰＵ(Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ)、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等のプロセッサ、ＲＯＭ(Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ)、ＲＡＭ(Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ)等のメモリ、及びバッファ等の緩衝記憶装置を含んで構成される。

【0034】

また、主制御部８０は、その機能構成として、例えば、速度低下係数算出部８１と、速度算出部８２と、速度指令生成部８５と、を備える。

【0035】

速度低下係数算出部８１は、軸Ｊ１～Ｊ７を支持する機械要素、例えばベアリングにおける許容モーメントと、速度によって当該ベアリングに発生する速度モーメントと、重力によって当該ベアリングに発生する重力モーメントとに基づいて、速度低下係数αｖを算出するように構成されている。

【0036】

速度低下係数αｖは、例えば、以下の方法で算出される。各可動部材Ｃ２～Ｃ８の軸Ｊ１～Ｊ７を支持するベアリングに加わるモーメントは、以下の３つに分類される。
加速度モーメントＭａ：加速度によって発生するモーメント
速度モーメントＭｖ：速度によって発生するモーメント
重力モーメントＭｇ：重力によって発生するモーメント

【0037】

本発明の発明者は、これらのモーメントのうち、速度モーメントＭｖを低下させ、機械要素に加わるモーメントを許容モーメント以下にすることに想到した。また、本発明の発明者は、速度モーメントＭｖを低下させるための速度低下係数αｖに基づいて、機械要素の許容モーメントを満たす速度を算出することができることを見出した。

【0038】

なお、以下の説明では、各可動部材Ｃ２～Ｃ８の各軸Ｊ１～Ｊ７を支持する機械要素の例として、図１に示したベアリング１５を用い、各可動部材Ｃ２～Ｃ８の各軸Ｊ１～Ｊ７における駆動源の例として、図１に示したサーボモータ１０及び減速機１１を用いる。

【0039】

加速度モーメントＭａ、速度モーメントＭｖ、重力モーメントＭｇのそれぞれは、一般に、異なる向きのベクトルであるが、簡略化のために同一の向きのベクトルであるとすると、ベアリング１５に加わる全モーメントＭａｌｌは、以下の式（１）で表される。
Ｍａｌｌ＝Ｍａ＋Ｍｖ＋Ｍｇ …（１）

【0040】

ベアリング１５に加わるモーメントがベアリング１５の許容モーメントＭｓを満たすためには、全モーメントＭａｌｌが許容モーメントＭｓ以下である必要がある。よって、以下の式（２）が成立する。
Ｍａｌｌ≦Ｍｓ …（２）

【0041】

式（２）は、上記した式（１）を用いて以下の式（３）に変形することができる。
Ｍａ＋Ｍｖ≦Ｍｓ－Ｍｇ …（３）

【0042】

ここで、加速度低下係数αａ、速度低下係数αｖを用いると、式（３）は以下の式（４）で表される。
αａ・Ｍａ＋αｖ・Ｍｖ≦Ｍｓ－Ｍｇ …（４）

【0043】

また、速度低下係数αｖを求める区間の動作が等速、つまり、加速度ゼロである場合に、加速度モーメントＭａはゼロである。この結果、等速動作の区間において、上記した式（１）は簡略化した以下の式（５）で表される。
Ｍａｌｌ＝Ｍｖ＋Ｍｇ …（５）

【0044】

よって、式（４）及び式（５）から、等速動作の区間における速度低下係数αｖは、以下の式（６）で求めることができる。
αｖ＝（Ｍｓ－Ｍｇ）／Ｍｖ …（６）

【0045】

式（６）中、重力モーメントＭｇは、各軸Ｊ１～Ｊ７の位置、具体的には、各軸Ｊ１～Ｊ７の回転角度θの関数である。速度モーメントＭｖは、各軸Ｊ１～Ｊ７の速度の二乗に比例する値である。また、ベアリング１５は軸ごとに要求される仕様が異なるため、許容モーメントＭｓは、一般に、ベアリング１５ごとに異なる値である。

【0046】

速度低下係数算出部８１は、式（６）において、ある軸のベアリング１５における許容モーメントＭｓと、７軸全ての速度によって当該軸のベアリング１５に発生する速度モーメントＭｖと、７軸全ての位置、つまり、回転角度θ１～θ７によって発生する重力モーメントＭｇと、を用いて速度低下係数αｖを算出することが好ましい。これにより、軸Ｊ１～Ｊ７ごとに速度低下係数αｖを算出する場合と比較して、簡易に最小の速度低下係数αｖを求めることができる。

【0047】

速度算出部８２は、軸Ｊ１～Ｊ７の動作区間における最小の速度低下係数αｖに基づいて、当該軸Ｊ１～Ｊ７の動作区間における速度を算出するように構成されている。

【0048】

より詳細には、速度算出部８２は、軸Ｊ１～Ｊ７の駆動源、例えば、サーボモータ１０及び減速機１１における許容トルクに基づく速度に、最小の速度低下係数αｖの平方根を乗じて当該軸Ｊ１～Ｊ７の動作区間における速度を算出するように構成されている。

【0049】

ここで、速度モーメントＭｖは、速度の２乗に比例することが知られている。言い換えれば、速度モーメントＭｖの平方根は速度に比例する。一方、上記したように、速度モーメントＭｖは、速度低下係数αｖに比例する。よって、ベアリング１５の許容モーメントを満たす速度Ｖｎｅｗは、速度低下係数αｖと、サーボモータ１０及び減速機１１の許容トルクを満たす（最大）速度Ｖｏｌｄとを用いて、以下の式（７）で表される。
Ｖｎｅｗ＝αｖ^1/2・Ｖｏｌｄ …（７）

【0050】

本実施形態では、速度算出部８２は、式（７）における速度低下係数αｖとして、ある動作区間における最小のものを用いる。

【0051】

このように、軸Ｊ１～Ｊ７の動作区間における最小の速度低下係数αｖに基づいて、当該軸の動作区間における速度を算出することにより、速度によって発生する速度モーメントＭｖを低下させ、ベアリング１５に加わるモーメントを当該ベアリングの許容モーメントＭｓ以下にすることができる。従って、ロボットＲにおける各軸Ｊ１～Ｊ７のベアリング１５の故障及び寿命短縮を防ぐことができる。

【0052】

また、軸Ｊ１～Ｊ７のサーボモータ１０及び減速機１１における許容トルクに基づく速度に、最小の速度低下係数αｖの平方根を乗じて当該軸Ｊ１～Ｊ７の動作区間における速度Ｖｎｅｗを算出することにより、上記した式（７）からベアリング１５の許容モーメントを満たす速度Ｖｎｅｗを容易に求めることができる。

【0053】

なお、各軸Ｊ１～Ｊ７は、動作区間にわたり、算出された速度Ｖｎｅｗで動作することが好ましい。これにより、上記式（５）及び式（６）において説明したように、加速度モーメントＭａを考慮する必要がなくなり、速度低下係数αｖを簡易に算出することができる。

【0054】

速度指令生成部８５は、算出された軸Ｊ１～Ｊ７の速度Ｖｎｅｗに基づいて、速度指令Ｓｎ（ｎは１から７の整数）を生成するように構成されている。速度指令Ｓｎは、軸Ｊ１～Ｊ７ごと、つまり、可動部材Ｃ２～Ｃ８ごとに生成され、それぞれのサーボモータに出力される。

【0055】

主制御部８０の各機能は、コンピュータ（マイクロプロセッサ）で実行されるプログラムによって実現することが可能である。したがって、主制御部８０が備える各機能は、ハードウェア、ソフトウェア、若しくはハードウェア及びソフトウェアの組み合わせによって実現可能であり、いずれかの場合に限定されるものではない。

【0056】

また、主制御部８０の各機能が、ソフトウェア、若しくはハードウェア及びソフトウェアの組み合わせによって実現される場合、その処理は、マルチタスク、マルチスレッド、若しくはマルチタスク及びマルチスレッドの両方で実行可能であり、いずれかの場合に限定されるものではない。

【0057】

次に、図３を参照しつつ、従来の方法に従う仮想的なロボット制御装置５０’が生成する速度指令について説明する。なお、ロボット制御装置５０’の構成は、上記したロボット制御装置５０と略同一であるため、図示及びその説明を省略する。図３は、従来の方法に従う仮想的なロボット制御装置５０’によって制御されるロボットＲの軸Ｊ１～Ｊ７の速度及びモーメントの一例を示すグラフである。図３において、横軸は時間であり、左端の縦軸は速度、右端の縦軸はモーメントである。また、図３において、実線は第１回転軸Ｊ１の速度を、点線は第４回転軸Ｊ４のベアリング１５に加わるモーメントを、破線は第４回転軸Ｊ４のベアリング１５の許容モーメントＭｓを、それぞれ表している。

【0058】

図３に示すように、ロボット制御装置５０’は、動作区間Ｔ１’において第１回転軸Ｊ１の速度の同一、つまり、等速になるように、ロボットＲの動作を制御する。ロボット制御装置５０’は、サーボモータ１０及び減速機１１の許容トルクを満たす最大速度Ｖｏｌｄを算出し、動作区間Ｔ１’における第１回転軸Ｊ１の速度として速度指令Ｓ１’を生成する。

【0059】

しかしながら、ロボットＲの複数の軸Ｊ１～Ｊ７を同時に高速動作させた場合等に、他の軸の動作によって、当該軸にベアリング１５の許容モーメントを超えることがある。例えば、図３に示すように、第１回転軸Ｊ１の動作区間Ｔ１’において、第４回転軸Ｊ４のベアリング１５に加わるモーメントは、区間Ｔｂ’及び区間Ｔｄ’の２カ所で、当該ベアリング１５の許容モーメントＭｓを超えている。

【0060】

次に、図４及び図５を参照しつつ、第１実施形態に従うロボット制御装置５０が生成する速度指令について説明する。図４は、第１実施形態におけるロボット制御装置５０によって制御されるロボットＲの軸Ｊ１～Ｊ７の速度の一例を示すグラフである。図５は、第１実施形態におけるロボット制御装置５０によって制御されるロボットＲの軸のベアリング１５に加わるモーメントの一例を示すグラフである。図４において、横軸は時間であり、縦軸は速度である。図５において、横軸は時間であり、縦軸はモーメントである。また、図４において、実線は第１回転軸Ｊ１の速度を表し、参考のために、ロボット制御装置５０’が制御する第１回転軸Ｊ１の速度を点線で表している。図５において、実線は第４回転軸Ｊ４のベアリング１５に加わるモーメントを、破線は第４回転軸Ｊ４のベアリング１５の許容モーメントを、それぞれ表し、参考のために、ロボット制御装置５０’が制御する第４回転軸Ｊ４のベアリングに加わるモーメントを点線で表している。

【0061】

図４に示すように、動作区間における最小の速度変化係数αｖに基づいて算出された第１回転軸Ｊ１の速度Ｖｎｅｗは、１．５［ｒａｄ／ｓ］程度に低下する。その結果、動作区間Ｔ１は、図３に示した動作区間Ｔ１’よりも長くなる。

【0062】

一方、図５に示すように、第１回転軸Ｊ１の速度Ｖｎｅｗを低下させたことにより、ベアリング１５に加わるモーメントは、許容モーメントＭｓである２０００［Ｎｍ］以下になる。

【0063】

速度Ｖｎｅｗを算出する際の最小の速度変化係数αｖは、例えば、動作区間Ｔ１の複数の位置（時点）のそれぞれにおいて計算された複数の速度低下係数αｖのうちの最小のものであることが好ましい。これにより、例えば、図５において破線で示すように、動作区間Ｔ１においてベアリング１５に加わるモーメントが急激に変化する場合でも、図５において実線で示すように、当該ベアリング１５の許容モーメントＭｓ以下にすることができる。

【0064】

なお、図４及び図５では、最小の速度変化係数αｖに基づいて、第１回転軸Ｊ１の速度Ｖｎｅｗを算出する例を示したが、これに限定されるものではない。第１回転軸Ｊ１は、代表例であり、他の軸Ｊ２～Ｊ７についても、それぞれ、最小の速度変化係数αｖに基づいて、速度Ｖｎｅｗを算出してもよい。

【0065】

また、図３から図５では、ロボットＲの複数の軸を同時に高速動作させた結果、第４回転軸Ｊ４のベアリング１５に加わるモーメントが許容モーメントＭｓを超える例を示したが、これに限定されるものではない。第４回転軸Ｊ４以外の軸Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ５、Ｊ６、Ｊ７において、ベアリング１５に加わるモーメントが許容モーメントＭｓを超える場合もあり得るし、７つの軸Ｊ１～Ｊ７のうちの２以上の軸において、ベアリングに加わるモーメントが許容モーメントＭｓを超える場合もあり得る。

【0066】

次に、図６を参照しつつ、一実施形態に従うロボット制御装置５０の動作について説明する。図６は、一実施形態におけるロボット制御装置５０が等速区間の速度指令を生成する概略動作を示すフローチャートである。

【0067】

例えば、図４に示した加速度区間Ｔ＋αの速度指令が生成された後、主制御部８０は、図６に示す等速区間速度指令処理Ｓ２００を実行する。

【0068】

最初に、速度低下係数算出部８１は、例えば図４に示した動作区間Ｔ１における複数の位置のそれぞれにおいて、速度低下係数αｖ１、αｖ２、…、αｖｍ（ｍは２以上の整数）を算出する（Ｓ２０１）。

【0069】

次に、速度指令生成部８５は、速度指令Ｓの添字ｎに初期値、例えば「１」を設定する（Ｓ２０２）。

【0070】

次に、速度算出部８２は、ステップＳ２０１で算出した複数の速度低下係数αｖｍのうちの最小のものに基づいて、軸Ｊ１～Ｊ７の動作区間Ｔ１における速度Ｖｎｅｗを算出する（Ｓ２０３）。なお、速度Ｖｎｅｗが算出される軸は、速度指令Ｓの添字ｎに対応している。

【0071】

次に、速度指令生成部８５は、ステップＳ２０３で算出された速度Ｖｎｅｗに基づいて、速度指令Ｓｎを生成する（Ｓ２０４）。

【0072】

次に、速度指令生成部８５は、添字ｎに例えば「１」を加算して更新する（Ｓ２０５）。

【0073】

次に、速度指令生成部８５は、添字ｎが最大値以下、本実施形態では「７」以下であるか否かを判定する（Ｓ２０６）。

【0074】

ステップＳ２０６の判定の結果、添字ｎが「７」以下である場合、速度算出部８２及び速度指令生成部８５は、添字ｎが「７」より大きくなるまで、ステップＳ２０３からステップＳ２０６を繰り返す。

【0075】

ステップＳ２０６の判定の結果、添字ｎが「７」以下でない、つまり、添字ｎが「７」より大きい場合、主制御部８０は、等速区間速度指令処理Ｓ２００を終了する。

【0076】

このようにして、各軸Ｊ１～Ｊ７において、最小の速度低下係数αｖｍに基づいて、当該軸の動作区間Ｔ１における速度Ｖｎｅｗが算出され、速度指令Ｓｎが生成される。

【0077】

以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。一実施形態に従うロボット制御装置５０によれば、軸Ｊ１～Ｊ７の動作区間における最小の速度低下係数αｖに基づいて、当該軸Ｊ１～Ｊ７の動作区間における速度が算出される。これにより、速度によって発生する速度モーメントＭｖを低下させ、ベアリング１５に加わるモーメントを当該ベアリング１５の許容モーメントＭｓ以下にすることができる。従って、ロボットＲにおける各軸Ｊ１～Ｊ７のベアリング１５の故障及び寿命短縮を防ぐことができる。

【0078】

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

【符号の説明】

【0079】

１０…サーボモータ、１０ａ…出力軸、１１…減速機、１１ａ…出力軸、１１ｂ…ベルト、１２…モータエンコーダ、１３…減速機エンコーダ、１５…ベアリング、５０，５０’…ロボット制御装置、５１…入力インターフェース、５２…バス、６０…記憶部、７０…サーボ制御部、８０…主制御部、８１…速度低下係数算出部、８２…速度算出部、８５…速度指令生成部、１００…ロボット制御システム、Ｃ１…基台、Ｃ２…旋回台、Ｃ３…第１アーム、Ｃ４…第２アーム、Ｃ５…第３アーム、Ｃ６…第４アーム、Ｃ７…第５アーム、Ｃ８…ツール固定部材、Ｃ９…溶接トーチ、Ｊ１…第１回転軸、Ｊ２…第２回転軸、Ｊ３…第３回転軸、Ｊ４…第４回転軸、Ｊ５…第５回転軸、Ｊ６…第６回転軸、Ｊ７…第７回転軸、Ｒ…ロボット、Ｓｎ…速度指令、Ｓ２００…等速区間速度指令処理。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】