CN1397412A

CN1397412A - 机械手控制装置

Info

Publication number: CN1397412A
Application number: CN02126864A
Authority: CN
Inventors: 矢泽隆之; 田中慎浩
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2003-02-19
Anticipated expiration: 2022-07-16
Also published as: CN100389938C; TW559586B; JP2003025271A; KR100499717B1; KR20030007182A

Abstract

一种机械手控制装置，具有在要求非常停止时通过伺服控制机械手而进行制动的伺服系统非常停止控制装置和向阻碍机械手动作的方向施加负荷的机械系统非常停止装置，在利用伺服系统非常停止控制装置使机械手降低至能确保必要制动距离的安全速度Vs后，使该伺服系统非常停止控制装置停止，然后利用机械系统非常停止装置产生负荷而使机械手在必要制动距离内进行非常停止。采用本发明，不会对机械手施加过度的负荷，能可靠地进行非常停止。

Description

机械手控制装置

技术领域

本发明涉及机械手控制装置。更详细地说，本发明涉及作为控制支臂型等机械手的动作、尤其控制要求非常停止时的机械手的非常停止动作的装置所应用的机械手控制装置的改进。

背景技术

作为在要求非常停止时使支臂型等的机械手进行非常停止的机械手控制装置，以往使用瞬间切断一次电源并利用伺服电动机产生的再生电流的制动器和利用机械阻力、或进一步利用机械制动器进行停止的装置。又，近年来，随着支臂型机械手的大型化和高速化，采用通过伺服控制机械手以短时间和短制动距离使其平稳地进行停止的方法也多起来。

以往的伺服控制，例如可如图8那样地进行。也就是说，在支臂型机械手的动作中在紧急停止事态等要求非常停止的场合，在该时刻切断伺服电源(一次电源) (图8(C))、利用残留电荷而继续伺服控制电动机对机械手进行制动(图8(D))。这时，机械手以一定的加速度减速，然后停止(图8(A))。与此同时，停止速度指令(图8(B))、结束伺服控制(图8(D))，并使机械制动器起作用而保持机械手的停止状态(图8(E))。

采用进行这样的伺服控制的以往的机械手控制装置，在从要求非常停止时至停止结束时使制动力积极地起作用，能使机械手如图8(A)所示在短时间内进行非常停止。

但是，在今后更进一步推进机械手大型化和高速化的场合，存在着与以往同样地仅利用伺服控制来控制机械手的问题。

也就是说，当利用伺服控制进行制动时尽管对机械手施加大的负荷，但若要维持大型化、高速化的机械手的非常停止时间或使其变得更短，则相应地需要延长伺服控制时间或增加制动力，会给予过度的负荷及冲击，根据情况往往给机械手本体带来破坏。因此，对于大型化、高速化的机械手来说，要进行以往的伺服控制缩短减速时间是有限的。此外，还存在着在伺服系统中切断一次电流的场合不能那么长地进行控制的问题。

另外，若不整个地进行与此相反的伺服控制，由于需要长的制动时间而产生不能足以达到伺服停止而使危险性增加的问题，故完全不进行伺服控制在目前是很难的。

因此，本发明的目的在于，提供能不对机械手施加过度的负荷而可靠地进行非常停止的机械手控制装置。

发明的概要

本发明者们进行了各种的研究，其结果，终于了解到在大型化、高速化的机械手中，能缓和伺服控制时对机械手的负荷、冲击、并能同时达到确保非常停止必需的制动力的相反的问题的控制装置。

本发明是根据这样的见解作成的，技术方案1所述的发明是，在控制机械手的机械手控制装置中，具有在要求非常停止时通过伺服控制机械手进行制动的伺服系统非常停止控制装置和向阻碍机械手动作的方向施加负荷的机械系统非常停止装置，作成在利用伺服系统非常停止控制装置将机械手降低至能确保必要制动距离的安全速度后，使该伺服系统非常停止控制装置停止，然后利用机械系统非常停止装置使负荷作用而使机械手在必要制动距离内进行非常停止。

在该机械手控制装置中，要求非常停止时，如图1(C)所示，与非常停止信号同时切断伺服电动机的伺服电源(一次电源)，然后利用残留电荷对机械手进行伺服控制并施加制动(图1(D))。这时，机械手受到一定的制动负荷而进行减速(图1(A))。

但是，在机械手的速度达到安全速度Vs的时刻，使以上的伺服控制(图1(A))结束、解除速度指令并停止对机械手的积极的制动处理(图1(B))，相应使利用机械系统非常停止装置的机械制动器起作用(图1(E))。这里，所谓安全速度Vs，指的是在该时刻即使伺服控制结束也仅以以后的机械系统非常停止装置产生的负荷而作用在必要制动距离内使机械手停止的范围内的速度。又，所谓机械系统非常停止装置，是机械阻力、由线圈与螺线管构成的电磁制动器和利用驱动机械手的伺服电动机产生的再生电流的制动器的任一种或它们的组合，还可包含零件间的摩擦阻力、润滑剂等的粘性阻力等。

在伺服控制结束以后，机械手的制动主体由伺服系统非常停止控制装置代替机械系统非常停止装置的部分的减速变得缓和，然后仅受到机械制动器作用而以恒定比例减速(图1(A))。其结果，在原来的速度指令结束时刻(图1(B))机械手还未停止，从该时至停止还需要Ts的时间(图1(A)、(B))，从紧急停止事态发生至完全停止所需的制动距离处于必要制动距离内。而且，由机械手控制装置产生的减速曲线如图1(A)所示是平滑的，且由于机械手停止时的速度比以往技术缓和，故机械手平稳地减速并停止。停止后，由于机械制动器的作用，机械手被保持于停止位置(图1(E))。

如上所述，采用本发明的机械手控制装置的场合，虽从发生非常停止信号的时刻使利用伺服控制的制动开始，但在降低至安全速度Vs的时刻结束伺服控制，机械手不进行至完全停止，故进行伺服控制的时间变短。因此，不会对机械手施加过度的负荷及冲击，并由于伺服控制时间也缩短，故能确保在机械手动作中的安全性。

又，利用机械手控制装置的控制，即使在一次电源切断时也能同样地进行。

附图的简单说明

图1是表示本发明的机械手控制装置的一实施形态的图，(A)表示实际速度、(B)为速度指令、(C)为伺服电源、(D)为伺服控制范围、(E)为机械制动器(机械系统非常停止装置)的各动作的定时。

图2是表示可应用本发明的支臂型机械手的一实施形态的中央纵剖视图。

图3是表示支臂型机械手的立体图。

图4是表示第1支臂的同步皮带轮和同步皮带的侧视图。

图5是表示支臂型机械手的基座和第1支臂的关节部的详细中央纵剖视图。

图6是表示支臂型机械手的第1支臂和第2支臂的关节部的详细中央纵剖视图。

图7是表示第1支臂的同步皮带中皮带宽度与张力的关系的图。

图8是表示以往的利用机械手控制装置的控制动作的一例子的图，(A)表示实际速度、(B)为速度指令、(C)为伺服电源、(D)为伺服控制范围、(E)为机械制动器(机械系统非常停止装置)的定时。

发明的实施形态

以下，根据附图所示的一例详细说明本发明的一实施形态。

图2-图6表示可应用本发明的机械手的支臂型机械手1。该支臂型机械手1是，利用关节部2、3、4连接多个连接成可旋转的支臂5、6、并向支臂5、6传递由作为旋转驱动源的电动机7产生的旋转力而进行所需的动作。在本实施形态中，将该支臂型机械手1作成例如使半导体的极板等大型的工件8在盒及带膜装置等的加工装置之间进行移动的多关节机械手。

该支臂型机械手1如图2和图3所示，具有互相连接成可旋转的基座9和第1支臂5、第2支臂6、手10。而且，该支臂型机械手1作成始终使载置工件8的手10朝向一定方向在直线上进行移动的结构。

第1支臂5和第2支臂6为相同长度，在各自的两端部设有同步皮带轮11、12、13、14。第1支臂5的基座侧皮带轮11与手侧皮带轮12的直径(齿数)之比作成2∶1。并且，第2支臂6的基座侧皮带轮13与手侧皮带轮14的直径(齿数之比作成1∶2。

如图2和图4所示，在第1支臂5的2个同步皮带轮11、12之间带张力地挂设着2条同步皮带15、16，该2条同步皮带15、16为了旋转连接2个同步皮带轮11、12而与形成在它们上面的共用的齿部(未图示)啮合并在轴向并排地挂设。因此，由于能使各同步皮带15、16的皮带宽度变狭，故即使同步皮带轮11、12如图4所示将中心轴11a、12a倾斜成例如使上侧比平行时扩张的状态时，也能如图7所示地使同步皮带15、16的宽度方向的张力分布均匀化。

又，2条同步皮带15、16是作成使1条同步皮带沿轴向分割而成的形态。因此，2条同步皮带15、16能制成相同的皮带长度并具有形状、大小和节距为相同的齿部。又，该2条同步皮带15、16，在分割前作成使相同的齿错开地挂设在同步皮带轮11、12上。由此，2条同步皮带15、16能作成使齿部的节距错开地挂设在2个同步皮带轮11、12上的结构。

又，如图5所示，在基座9与第1支臂5的关节部2处，利用连接筒17将第1支臂5的基座侧皮带轮11固定在基座9上。又，在该连接筒17的内部可旋转地设置着固定于第1支臂5上的驱动轴18。而且第1支臂5可旋转地支承在基座9上。驱动轴18通过同步皮带轮19、20和同步皮带21而与内藏在基座9中的电动机7连接着。因此，利用电动机7的驱动，使驱动轴18旋转，并使第1支臂5相对基座9进行旋转。

又，如图6所示，在第1支臂5与第2支臂6的关节部3处，第1支臂5的手侧皮带轮12利用连接筒22与第2支臂6固定地连接着。又，第1支臂5利用连接轴23与第2支臂6的基座侧皮带轮13固定地连接着。而且，在连接筒22的内部可旋转地容纳着连接轴23。因此，当第1支臂5的手侧皮带轮12旋转时，第2支臂6相对第1支臂5进行旋转。

这里，由于第1支臂5的基座侧皮带轮11与手侧皮带轮12的直径(齿数)之比为2∶1，且第2支臂6的基座侧皮带轮13与手侧皮带轮14的直径(齿轮)之比为1∶2，故第1支臂5的基座侧皮带轮11与手侧皮带轮12(即，第2支臂6的基座侧皮带轮13)与第2支臂6的手侧皮带轮14的旋转角度比成为1∶2∶1。

又，如图2所示，在第2支臂6的基座侧皮带轮13和手侧皮带轮14上挂设有同步皮带24。又，在第2支臂6的手侧皮带轮14上安装着手10。手10的结构不特别地限制，例如可作成具有2根平行的支承框10a的能支承工件8的手。

该支臂型机械手1通过基座9可升降和旋转地设置在机械手本体25上而被支承。由此，利用支臂5、6的屈伸可使手10进行直线运动的高度及方向变更。

又，本实施形态的支臂型机械手1，具有机械手控制装置，其包括通过在要求非常停止时对支臂等进行伺服控制进行制动的伺服系统非常停止控制装置和向阻碍支臂型机械手1动作的方向施加负荷的机械系统非常停止装置。又，一并设有对伺服系统非常停止控制装置进行伺服控制的控制装置和对机械系统非常停止装置的全部或一部分进行驱动控制的其他控制装置。在本实施形态的场合，虽然电动机7起到伺服系统非常停止控制装置的功能，但是也能例如将该电动机7以外的伺服电动机单独地配置在支臂驱动系统中，起到伺服系统非常停止控制装置的功能。

机械系统非常停止装置虽未特别详细地图示，但是，是支臂驱动系统中的机械阻力、由线圈与螺线管构成的电磁制动器和利用对支臂型机械手1驱动的伺服电动机(电动机7)的再生电流产生的的制动器中的任一种或它们的组合。又，在该机械系统非常停止装置中也可以含有零件间的摩擦阻力、润滑剂等的粘性阻力等。

如上所述，本实施形态中的机械手控制装置能用伺服电动机及电磁制动器等公知的部件和控制这些部件的动作的控制装置构成，但至少在要求非常停止中，构成使在伺服控制时能向支臂型机械手1施加的负荷、冲击得到缓和并在必要制动距离内能进行非常停止的控制。

现对上述的支臂型机械手1的动作说明如下。在使支臂5、6屈伸并使手10相对基座9进行移动时，通过驱动电动机7使第1支臂5相对基座9进行旋转。而且，由于第1支臂5相对基座9和基座侧皮带轮11进行旋转，故手侧皮带轮12相对第1支臂5进行旋转。利用该手侧皮带轮12相对第1支臂5的旋转而使第2支臂6相对第1支臂5进行旋转，并使基座侧皮带轮13相对第2支臂6进行旋转。通过基座侧皮带轮13相对第2支臂6进行旋转，从而使手侧皮带轮14相对第2支臂6旋转并使手10旋转。

而且，由于第1支臂5和第2支臂6为相同长度，并且第1支臂5的基座侧皮带轮11与手侧皮带轮12(即，第2支臂6的基座侧皮带轮13)与第2支臂6的手侧皮带轮14的旋转角度比为1∶2∶1，故通过使第1支臂5旋转，第1支臂5与第2支臂6的角度产生变化，使手10在第1支臂5的基座侧皮带轮11的中心与第2支臂6的手侧皮带轮14的中心所连接的直线上方向一定地进行移动。

这里，由于在本实施形态中使用大型的极板作为工件8，故将支臂型机械手的支臂5、6和手10做得既长又大。因此，在第1支臂6的前端施加着向下方的较大转矩，如图4所示，使第15的各同步皮带轮11、12的各中心轴11a、12a的上侧往往比平行时扩展成倾斜状态。而且，由于支臂5、6及手10的长大化使各关节部2、3、4的轴承等的阻力及支臂5、6等的惯性力变大，故用于驱动的支臂5、6的动力就变大。

在该支臂型机械手1中由于将2条同步皮带15、16沿轴向并排地挂设在同步皮带轮11、12上，故与使用1条同步皮带的以往技术的支臂型机械手相比，能使各同步皮带15、16的皮带宽度变狭，能如图7所示那样地使在同步皮带轮11、12倾斜时的皮带的宽度方向的张力分布均匀化。

又，由于2条同步皮带15、16为相同的皮带长度，并具有形状和大小与节距为相同的齿部且使节距错开，故使各同步皮带15、16的齿部的节距误差相抵消而能吸收各同步皮带轮11、12中的齿隙。

又，上述实施形态是本发明较佳实施的一例子，但不限于此，只要在不脱离本发明宗范围内可作各种变形。例如，虽然在本实施形态中对使半导体的极板等大型的工件8予以移动的多关节机械手作了说明，并表示将该机械手控制装置应用于该机械手中的形态，但本发明的机械手控制装置是可使大的重物以高速移动的机械手，故也能应用于在伺服控制的机械手中任何的机械手中。

从以上说明可知，若采用技术方案1所述的机械手控制装置，可确保使大型化、高速化的机械手非常停止用的制动力，并能通过使伺服控制的制动时间变得极短而缓和物对机械手的负荷、冲击并同时解决相反的问题。而且，由于通过伺服控制，至少使机械手速度减小至安全速度Vs而能确保必需制动距离，故能确保要求非常停止时的机械手的安全性。

又，由于由机械手控制装置产生的减速曲线变得平滑，且机械手停止时的速度比以往技术缓和，故机械手能平衡地减速、停止。

又，由于消除了将适当转矩的制动器安装在整个轴上时那样的不利点、例如消除了因产生停止后夹住而卡死不动的危险而需要改造等的不利点，故能简单地应用于不需要进行硬件改造的低成本的以往设备中。

又，若采用技术方案2所述的机械手控制装置，由于能将机械阻力、由线圈与螺线管构成的电磁制动器和利用驱动机械手的伺服电动机的再生电流的制动器中的任一种或它们的组合而构成机械系统非常停止装置，故很简便。

Claims

1.一种机械手控制装置，对机械手进行控制，其特征在于，具有在要求非常停止时通过伺服控制上述机械手而进行制动的伺服系统非常停止控制装置和向阻碍上述机械手的动作的方向施加负荷的机械系统非常停止装置，在利用上述伺服系统非常停止控制装置使上述机械手降低至能确保必要制动距离的安全速度后，将该伺服系统非常停止控制装置停止，然后利用上述机械系统非常停止装置产生负荷而使上述机械手在必要制动距离内进行非常停止。

2.如权利要求1所述的机械手控制装置，其特征在于，上述机械系统非常停止装置是机械阻力、由线圈与螺线管构成的电磁制动器、利用驱动上述机械手的伺服电动机的再生电流的制动器的任一种或它们的组合。