JP6881361B2

JP6881361B2 - ロボットの制御装置、ロボットのおよび制御方法

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Publication number: JP6881361B2
Application number: JP2018047230A
Authority: JP
Inventors: 洋介岩井; 正大村井; 滝沢　一博; 一博滝沢
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2018-03-14
Filing date: 2018-03-14
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2038-03-14
Also published as: US11400591B2; CN110270996B; EP3539729B1; JP2019155552A; CN110270996A; US20190283250A1; EP3539729A1

Description

この発明は、ロボットの制御装置、およびロボットの制御方法に関する。

特許文献１には、嵌合作業を行なうロボットの制御方法が開示されている。この方法では、所定作業が所定時間に達成しないときに、他の制御である修正動作を行っている。ここで、修正動作とは、挿入または圧入等の動作が正常終了しない場合の修正動作である。

特開２０１５−１５７３４０号公報

しかしながら、特許文献１の方法で行われている判断は、修正動作を行うための判断であり、場合によっては、全体の動作時間である許容サイクルタイムが長くなってしまう。

そこで、この発明の課題は、修正動作を行う場合であっても、全体の動作時間である許容サイクルタイムを短くすることのできるロボットの制御装置、および制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、この開示のロボットの制御装置は、
挿入または圧入動作を行うロボットの制御装置であって、
挿入または圧入動作が正常終了しない場合の修正動作を開始した時点からの経過時間を計測する計測部と、
予め設定された前記修正動作全体の許容時間から、前記修正動作の開始から終了までの時間を差し引いて、前記修正動作全体の残り時間を算出する算出部と、
前記残り時間と、前記修正動作の開始から終了までの経過時間である動作必要時間とを比較する比較部と、
前記残り時間が前記動作必要時間よりも小さい場合に、前記許容時間が経過する前に、前記修正動作を中断する制御部と、を備える、
ことを特徴とする。

上述のロボットの制御装置では、計測部により、挿入または圧入動作が正常終了しない場合の修正動作を開始した時点からの経過時間が計測される。また、算出部により、予め設定された前記修正動作全体の許容時間から、前記修正動作の開始から終了までの時間を差し引いて、前記修正動作全体の残り時間が算出される。そして、比較部により、前記残り時間と、前記修正動作の開始から終了までの経過時間である動作必要時間とが比較される。制御部は、前記残り時間が前記動作必要時間よりも小さい場合に、前記許容時間が経過する前に、前記修正動作を中断する。

したがって、上述の制御装置によれば、修正動作を行う場合であっても、挿入または圧入動作の全体の許容サイクルタイムを短くすることができる。

一実施形態の制御装置は、
力覚センサを備え、
前記修正動作の開始および終了は、力覚センサにより検出された値に基づいて判断されることを特徴とする。

この一実施形態の制御装置では、前記修正動作の開始および終了は、力覚センサにより検出された値に基づいて判断されるので、的確に、前記経過時間、前記残り時間、および前記動作必要時間を求めることができる。

一実施形態の制御装置は、
前記修正動作は、挿入位置または圧入位置を探る探り動作と、挿入中または圧入中のワークの噛み付きを解消する噛み付き解消動作とを含む、
ことを特徴とする。

この一実施形態の制御装置では、挿入位置または圧入位置を探る探り動作と、挿入中または圧入中のワークの噛み付きを解消する噛み付き解消動作を含む修正動作を行う場合であっても、挿入または圧入動作の全体の許容サイクルタイムを短くすることができる。

上記課題を解決するため、この開示のロボットの制御方法は、
挿入または圧入動作を行うロボットの制御方法であって、
挿入または圧入動作が正常終了しない場合の修正動作を開始した時点からの経過時間を計測するステップと、
予め設定された前記修正動作全体の許容時間から、前記修正動作の開始から終了までの時間を差し引いて、前記修正動作全体の残り時間を算出するステップと、
前記残り時間と、前記修正動作の開始から終了までの経過時間である動作必要時間とを比較するステップと、
前記残り時間が前記動作必要時間よりも小さい場合に、前記許容時間が経過する前に、前記修正動作を中断するステップと、を備える、
ことを特徴とする。

この開示の制御方法によれば、修正動作を行う場合であっても、挿入または圧入動作の全体の許容サイクルタイムを短くすることができる。

以上より明らかなように、この開示のロボットの制御装置、および制御方法によれば、修正動作を行う場合であっても、挿入または圧入動作の全体の許容サイクルタイムを短くすることができる。

一実施形態におけるロボットの制御装置ハードウエア構成を示す図である。制御装置の機能ブロック図である。ハードウエア構成を示す図である。ワークの圧入動作を行う工程を説明する図である。（Ａ）〜（Ｃ）は、修正動作の中断処理について説明する図である。（Ａ）、（Ｂ）は、力覚センサの出力値から得られる力の波形イメージを示す図である。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本開示の一実施形態におけるロボットの制御装置５０の概略構成を示すブロック図である。本実施形態の制御装置５０は、例えば、ワークを挿入または圧入するアーム型ロボットの制御装置である。アーム型ロボットとしては、例えば、６軸の垂直多関節ロボットが用いられる。アーム型ロボットは、サーボモータ等の動力源を備えており、ロボット制御プログラムに基づいて制御装置５０から出力される制御信号によりサーボモータを駆動し、各関節軸を動作させる。

アーム型ロボットの先端部には、エンドエフェクタが取り付けられており、ワークを把持する機構等を備えている。エンドエフェクタには、力覚センサが取り付けられており、挿入または圧入の際に、ワークに与えられる圧力を力覚センサにより検出し、制御装置５０において検出した値を入力する。エンドエフェクタは、エンドエフェクタコントローラを介して、制御装置５０と通信可能に接続されている。エンドエフェクタコントローラは、制御装置５０の制御に基づいて制御信号を出力し、エンドエフェクタは、エンドエフェクタコントローラから出力される制御信号に基づいて、エンドエフェクタ内のサーボモータを駆動し、ワークの把持等の動作を行う。

本実施形態の制御装置５０は、図１に示すように、入力装置５１と、表示装置５２と、中央演算装置５３と、記憶装置５４と、通信Ｉ／Ｆ５５とを備えている。入力装置５１は、一例として、キーボード等から構成される。表示装置５２は、一例として、ディスプレイから構成される。中央演算装置１３は、一例として、ＣＰＵから構成される。記憶装置１４は、不揮発性記憶装置と揮発性記憶装置とを備えており、不揮発性記憶装置は、ロボット制御プログラムおよびシーケンス制御プログラム等を記憶する。また中央演算装置１３の実行時のワークメモリとして揮発性記憶装置が適宜使用される。通信Ｉ／Ｆ５５は、例えば、ＲＳ２３２Ｃ等のシリアル回線のインタフェースであり、アーム型ロボットおよびエンドエフェクタコントローラとの通信を行う。通信Ｉ／Ｆ５５他の通信回線のインタフェースでもよい。

図２は、本実施形態における制御装置５０の機能ブロック図である。制御装置５０は、入力処理部７１、表示処理部７２、演算部７３、記憶部７４、および通信処理部７５として機能する。入力処理部７１は、入力装置５１からの入力を処理する。表示処理部７２は、表示装置５２に出力する表示データを作成する。演算部７３は、計測部７３ａ、算出部７３ｂ、比較部７３ｃ、および制御部７３ｄを含む。演算部７３のこれらの機能の詳細については後述する。記憶部７４は、ロボット制御プログラムおよびシーケンス制御プログラム等を記憶する。

図３は、本実施形態におけるワークの圧入動作を行う工程を説明する図である。図４は、本実施形態における修正動作の中断処理について説明する図である。図５は、本実施形態における力覚センサの出力値から得られる力の波形イメージを示す図である。本実施形態では、一例として、エンジン等の鋳造品２０の穴部２０ａに、ノックピン等の位置決め用のピンをワーク１０として圧入する場合について説明する。

制御装置５０は、ワーク１０を、ロボット型アームのエンドエフェクタに把持させ、図３の（Ａ）に示すように、開始位置まで搬送する。次に、制御装置５０は、ワーク１０を、Ｚ方向に移動させ、ワーク１０の底面を鋳造品２０の上面に突き当てる突き当て動作を行わせる。制御装置５０は、力覚センサからの出力値を入力し、図５（Ｂ）に示すように、Ｘ方向およびＹ方向のモーメントが最大になった時に、突き当て動作が完了したと判断する。図４（Ａ），（Ｂ）において、ＦｘはＸ方向の力、ＦｙはＹ方向の力、およびＦｚはＺ方向の力を表している。

突き当て動作が完了すると、制御装置５０は、図３（Ｃ）に示すように、ワーク１０を鋳造品２０の穴部２０ａに押し込む押し込み動作を開始するが、この際、ワーク１０のＸ，Ｙ方向の位置が、穴部２０ａに対応する圧入位置に来ていないと判断した場合には、図３（Ｅ）に示す探り動作を開始する。探り動作は、ワーク１０のＸ，Ｙ方向の位置を、穴部２０ａに対応する圧入位置に来るように、ワーク１０をＸ，Ｙ方向に移動させる動作であり、修正動作の１つである。

制御装置５０は、図５（Ａ）に示すように、力覚センサに基づいて検出した押し込み力が、予め設定した探り完了判定値に達した時に、探り動作が完了したと判断する。探り動作が完了すると、制御装置５０は、図３（Ｃ）に示す押し込み動作を開始する。押し込み動作が完了すると、図３（Ｄ）に示すように、圧入動作が成功する。

しかしながら、実際には、ワーク１０のサイズと穴部２０ａのサイズはほぼ同じ大きさであり、余裕がないため、ワーク１０の傾き等により、ワーク１０が穴部２０ａに真っ直ぐに押し込まれず、いわゆる噛み付きという現象が発生する。制御装置５０は、図５（Ａ）に示すように、力覚センサに基づいて検出した押し込み力が、予め設定した噛み付き判定値に達した時に、噛み付きが発生したと判断する。この噛み付きが発生すると、図３（Ｇ）に示すように、圧入動作は失敗となる。

そこで、制御装置５０は、図３（Ｆ）に示すように、ワーク１０を、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に揺らす等して、噛み付きを解消する動作を行う。噛み付きを解消する動作も、修正動作の１つである。制御装置５０は、図５（Ａ）に示すように、力覚センサに基づいて検出した押し込み力が、予め設定した噛み付き解消判定値に達した時に、噛み付きが解消したと判断する。制御装置５０は、噛み付きが解消したと判断した場合には、図３（Ｆ）に示すように、再び押し込み動作を行う。このようにして、図３（Ｃ）に示す押し込み動作と、図３（Ｆ）に示す噛み付き解消動作は、繰り返し行われる場合がある。

制御装置５０は、噛み付きが解消され、力覚センサに基づいて検出した押し込み力が、予め設定した噛み付き完了判定値に達した時に、全ての圧入動作が完了したと判断する。

しかしながら、上述した探り動作と、噛み付きが解消動作は、どのくらいの時間を要するか不定であり、仮にこれらの動作に長い時間を要してしまうと、圧入動作の開始から完了までのサイクル期間が長くなってしまう。

そこで、本実施形態では、以下のような修正動作の中断処理を行う。本実施形態では、修正動作全体の許容時間を設定し、この許容時間から、少なくとも１つの修正動作の開始から終了までの時間を差し引いた残り時間が、未終了の修正動作に必要な時間よりも小さくなった場合に、修正動作を中断する。

図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に本実施形態における修正動作の中断処理の例を示す。いずれの場合も、圧入動作の全体が完了する時間である許容サイクルタイムは、一例として、３０秒に設定されている。また、突き当て動作の標準作業時間は、一例として５秒、押し込み動作の標準作業時間は、一例として５秒に設定されている。また、探り動作と噛み付き解消動作を含む修正動作全体の許容時間は、一例として１５秒に設定されている。

図４（Ａ）に示す例では、突き当て動作が、標準時間通りに５秒で完了し、次に探り動作が開始された場合である。制御装置５０の計測部７３ａは、探り動作を開始した時点からの経過時間を計測する。

仮に、図４（Ａ）に示すように、探り動作が１５秒で完了したとすると、制御装置５０の算出部７３ｂは、予め設定された修正動作全体の許容時間である１５秒から、探り動作の開始から終了までの経過時間である動作必要時間を差し引いて、修正動作全体の残り時間を算出する。この場合には、残り時間は０秒となる。

そして、制御装置５０の比較部７３ｃは、前記残り時間と、突き当て動作の動作必要時間とを比較する。制御装置５０の制御部７３ｄは、残り時間が動作必要時間よりも小さいので、図４（Ａ）に示すタイミングＴ１においてエラーを検出し、探り動作を中断する。その結果、許容サイクルタイムが長くなることを防止することができる。

図４（Ｂ）に示す例では、突き当て動作が、標準時間通りに５秒で完了し、次の探り動作も５秒で完了した場合である。この場合には、制御装置５０の算出部７３ｂは、予め設定された修正動作全体の許容時間である１５秒から、探り動作の開始から終了までの経過時間である動作必要時間の５秒を差し引いて、修正動作全体の残り時間を算出する。この場合には、残り時間は１０秒となる。

そして、制御装置５０の比較部７３ｃは、前記残り時間の１０秒と、探り動作の動作必要時間である５秒とを比較する。その結果、制御装置５０の制御部７３ｄは、残り時間が動作必要時間よりも大きいと判断し、圧入動作継続する。

その後、押し込み動作が５秒で完了し、修正動作である噛み付き解消動作が１０秒を要したとする。この場合には、制御装置５０の算出部７３ｂは、予め設定された修正動作全体の許容時間である１５秒から、探り動作と噛み付き解消動作の動作必要時間である１５５秒を差し引いて、修正動作全体の残り時間を算出する。この場合には、残り時間は０秒となる。

そして、制御装置５０の比較部７３ｃは、前記残り時間と、探り動作と噛み付き解消動作の動作必要時間とを比較する。制御装置５０の制御部７３ｄは、残り時間が動作必要時間よりも小さいので、図４（Ｂ）に示すタイミングＴ２においてエラーを検出し、探り動作を中断する。その結果、許容サイクルタイムが長くなることを防止することができる。

実際には、図４（Ｃ）に示すように、微小な噛み付きが頻発するため、短周期で上述した処理が行われる。図４（Ｃ）の場合には、許容サイクルタイム前のタイミングＴ３においてエラーを検出し、探り動作を中断する。その結果、許容サイクルタイムが長くなることを防止することができる。

以上のように、本実施形態によれば、一定のタイムアウト時間ではなく、許容サイクルタイムの未達が見込まれた時点で、エラーと判定し、修正動作を中断するので、サイクルタイムを短縮することができる。

上述した例では、ワークとしてのレックピンを、鋳造品に圧入する場合について説明したが、ワークを他の部品に挿入する場合にも本開示は適用できる。また、ギヤ同士の歯が噛み合うようにギヤを押し込む場合にも本開示は適用できる。

以上の実施形態は例示であり、この発明の範囲から離れることなく様々な変形が可能である。上述した複数の実施の形態は、それぞれ単独で成立し得るものであるが、実施の形態同士の組みあわせも可能である。また、異なる実施の形態の中の種々の特徴も、それぞれ単独で成立し得るものであるが、異なる実施の形態の中の特徴同士の組みあわせも可能である。

５０制御装置
７３ａ計測部
７３ｂ算出部
７３ｃ比較部
７３ｄ制御部

Claims

挿入または圧入動作を行うロボットの制御装置であって、
挿入または圧入動作が正常終了しない場合の修正動作を開始した時点からの経過時間を計測する計測部と、
探り動作と噛み付き解消動作とを含む修正動作全体についての予め設定された許容時間から、前記修正動作の開始から終了までの時間を差し引いて、前記修正動作全体の残り時間を算出する算出部と、
前記残り時間と、前記修正動作の開始から終了までの経過時間である動作必要時間とを比較する比較部と、
前記残り時間が前記動作必要時間よりも小さい場合に、前記許容時間が経過する前に、前記修正動作を中断する制御部と、を備える、
ロボットの制御装置。
力覚センサを備え、
前記修正動作の開始および終了は、力覚センサにより検出された値に基づいて判断される、
請求項１に記載のロボットの制御装置。
前記修正動作は、挿入位置または圧入位置を探る探り動作と、挿入中または圧入中のワークの噛み付きを解消する噛み付き解消動作とを含む、
請求項１または請求項２に記載のロボットの制御装置。
挿入または圧入動作を行うロボットの制御方法であって、
挿入または圧入動作が正常終了しない場合の修正動作を開始した時点からの経過時間を計測するステップと、
探り動作と噛み付き解消動作とを含む修正動作全体についての予め設定された許容時間から、前記修正動作の開始から終了までの時間を差し引いて、前記修正動作全体の残り時間を算出するステップと、
前記残り時間と、前記修正動作の開始から終了までの経過時間である動作必要時間とを比較するステップと、
前記残り時間が前記動作必要時間よりも小さい場合に、前記許容時間が経過する前に、前記修正動作を中断するステップと、を備える、
ロボットの制御方法。