JP2000198091A - 複数腕協調ロボットシステム - Google Patents
複数腕協調ロボットシステムInfo
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- JP2000198091A JP2000198091A JP11002778A JP277899A JP2000198091A JP 2000198091 A JP2000198091 A JP 2000198091A JP 11002778 A JP11002778 A JP 11002778A JP 277899 A JP277899 A JP 277899A JP 2000198091 A JP2000198091 A JP 2000198091A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 作業対象であるワークの寸法や重量が変化し
ても、ロボットの仕様を変更する必要がない複数腕協調
ロボットシステムを提供する。 【解決手段】 夫々のアーム１ａが同調駆動される複数
のロボット１と、これら複数のロボット１の中央部に設
置され、ロボット１のアーム１ａの前後左右方向の移動
範囲を移動可能なワーク自重補償装置８を備えた構成で
ある。 【効果】 ワークの重量を自重補償装置で支え、ロボッ
トにはほとんど負荷が作用しないので、より高精度な位
置・姿勢の制御が行えることになる。また、ワークの寸
法や重量が変化しても、自重補償装置の変更だけで良
く、ロボットの仕様を変更する必要がない。
ても、ロボットの仕様を変更する必要がない複数腕協調
ロボットシステムを提供する。 【解決手段】 夫々のアーム１ａが同調駆動される複数
のロボット１と、これら複数のロボット１の中央部に設
置され、ロボット１のアーム１ａの前後左右方向の移動
範囲を移動可能なワーク自重補償装置８を備えた構成で
ある。 【効果】 ワークの重量を自重補償装置で支え、ロボッ
トにはほとんど負荷が作用しないので、より高精度な位
置・姿勢の制御が行えることになる。また、ワークの寸
法や重量が変化しても、自重補償装置の変更だけで良
く、ロボットの仕様を変更する必要がない。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、構造部材の搬送や
組立を行うための複数腕協調ロボットシステムに関する
ものである。
組立を行うための複数腕協調ロボットシステムに関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、双腕ロボットを用いた作業ロボッ
ト等は実用化され、各種工場で採用されているが、構造
部材の搬送用や組立用の複数腕協調ロボットはほとんど
実用化されていない。特にワークの自重を補償する装置
と組合せた複数腕協調ロボットは、ワークをロボット自
体が掴むことで搬送や組立を行う方式のものを除いて、
ほとんど実用化されていなかった。
ト等は実用化され、各種工場で採用されているが、構造
部材の搬送用や組立用の複数腕協調ロボットはほとんど
実用化されていない。特にワークの自重を補償する装置
と組合せた複数腕協調ロボットは、ワークをロボット自
体が掴むことで搬送や組立を行う方式のものを除いて、
ほとんど実用化されていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記したワークをロボ
ット自体が掴むことで搬送や組立を行う方式の双腕協調
型のロボットでは、作業対象であるワークの寸法や重量
が変化した場合には、ロボットの仕様を変更する必要が
あり、また、ワークによっては対応できない場合もあっ
た。
ット自体が掴むことで搬送や組立を行う方式の双腕協調
型のロボットでは、作業対象であるワークの寸法や重量
が変化した場合には、ロボットの仕様を変更する必要が
あり、また、ワークによっては対応できない場合もあっ
た。
【０００４】本発明は、上記した従来の問題点に鑑みて
なされたものであり、作業対象であるワークの寸法や重
量が変化しても、ロボットの仕様を変更する必要がない
複数腕協調ロボットシステムを提供することを目的とし
ている。
なされたものであり、作業対象であるワークの寸法や重
量が変化しても、ロボットの仕様を変更する必要がない
複数腕協調ロボットシステムを提供することを目的とし
ている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明の複数腕協調ロボットシステムは、夫々
のアームが同調駆動される複数のロボットの他に、これ
ら複数のロボットのアームが把持するワークの重心（中
心部）の移動範囲内を自由に移動可能なワーク自重補償
装置を備えさせることとしている。そして、このように
することで、ワーク自重補償装置でワークの自重を支え
ることから、ロボットに作用する負荷が大幅に軽減され
ることになる。
ために、本発明の複数腕協調ロボットシステムは、夫々
のアームが同調駆動される複数のロボットの他に、これ
ら複数のロボットのアームが把持するワークの重心（中
心部）の移動範囲内を自由に移動可能なワーク自重補償
装置を備えさせることとしている。そして、このように
することで、ワーク自重補償装置でワークの自重を支え
ることから、ロボットに作用する負荷が大幅に軽減され
ることになる。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の複数腕協調ロボットシス
テムは、夫々のロボットのアームが同調駆動される複数
のロボットと、これら複数のロボットの中央部に設置さ
れ、ロボットのアームが把持するワークの重心（中心
部）の移動範囲内を自由に移動可能なワーク自重補償装
置を備えたものである。
テムは、夫々のロボットのアームが同調駆動される複数
のロボットと、これら複数のロボットの中央部に設置さ
れ、ロボットのアームが把持するワークの重心（中心
部）の移動範囲内を自由に移動可能なワーク自重補償装
置を備えたものである。
【０００７】本発明の複数腕協調ロボットシステムによ
れば、ワークの自重はワーク自重補償装置で支えること
になるので、ロボットにワークの自重が作用することが
ない。従って、ロボットは、より高精度な位置・姿勢の
制御が行えることになる。このロボットの位置・姿勢を
制御する際、ロボットのハンド部の駆動源を、全体の駆
動トルクを小さくするようロボットの根元付近に設けた
場合にはさらなる高精度化が図れる。また、作業対象で
あるワークの寸法や重量が変化しても、ロボットの仕様
を変更する必要がない。
れば、ワークの自重はワーク自重補償装置で支えること
になるので、ロボットにワークの自重が作用することが
ない。従って、ロボットは、より高精度な位置・姿勢の
制御が行えることになる。このロボットの位置・姿勢を
制御する際、ロボットのハンド部の駆動源を、全体の駆
動トルクを小さくするようロボットの根元付近に設けた
場合にはさらなる高精度化が図れる。また、作業対象で
あるワークの寸法や重量が変化しても、ロボットの仕様
を変更する必要がない。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の複数腕協調ロボットシステム
を図１〜図６に示す一実施例に基づいて説明する。図１
は双腕協調ロボットを備えた本発明の複数腕協調ロボッ
トシステムの全体側面図、図２は図１を平面方向から見
た図、図３は図１の正面図、図４は本発明の複数腕協調
ロボットシステムに使用するロボットの一例を示す側面
図、図５は本発明の複数腕協調ロボットシステムを構成
する双腕協調ロボットのフレーム配置を示す説明図、図
６は本発明の複数腕協調ロボットシステムが採用する逆
ヤコビアン制御装置の概略構成図である。
を図１〜図６に示す一実施例に基づいて説明する。図１
は双腕協調ロボットを備えた本発明の複数腕協調ロボッ
トシステムの全体側面図、図２は図１を平面方向から見
た図、図３は図１の正面図、図４は本発明の複数腕協調
ロボットシステムに使用するロボットの一例を示す側面
図、図５は本発明の複数腕協調ロボットシステムを構成
する双腕協調ロボットのフレーム配置を示す説明図、図
６は本発明の複数腕協調ロボットシステムが採用する逆
ヤコビアン制御装置の概略構成図である。
【０００９】図１〜図４において、１は例えば移動台車
２上に所定の間隔を存して取り付けられた２個のロボッ
トであり、例えば以下のような機構によって、平行リン
ク機構で構成されたアーム１ａの先端側に設置された掴
み部１ｂを移動させるようになっている。
２上に所定の間隔を存して取り付けられた２個のロボッ
トであり、例えば以下のような機構によって、平行リン
ク機構で構成されたアーム１ａの先端側に設置された掴
み部１ｂを移動させるようになっている。
【００１０】３は移動台車２の床面裏側に設置された水
平回動用のモータであり、このモータ３の出力軸の正逆
回動によって、傘歯車４ａ，４ｂを介して基台１ｃを正
逆回動させ、基台１ｃにピン１ｄを介して枢支立設した
垂直フレーム１ｅの上端に一端を枢支した前記アーム１
ａ、すなわち、掴み部１ｂを、同一水平面内で正逆回動
させるようになっている。
平回動用のモータであり、このモータ３の出力軸の正逆
回動によって、傘歯車４ａ，４ｂを介して基台１ｃを正
逆回動させ、基台１ｃにピン１ｄを介して枢支立設した
垂直フレーム１ｅの上端に一端を枢支した前記アーム１
ａ、すなわち、掴み部１ｂを、同一水平面内で正逆回動
させるようになっている。
【００１１】５は前記基台１ｃに取り付けられた前後移
動用のモータであり、このモータ５の出力軸の正逆回動
によって、ピン１ｄを中心として垂直フレーム１ｅの先
端側を所定角度揺動させるものである。この垂直フレー
ム１ｅの先端側の揺動によって、前記アーム１ａの先端
側に設置された掴み部１ｂは前後方向に移動する。
動用のモータであり、このモータ５の出力軸の正逆回動
によって、ピン１ｄを中心として垂直フレーム１ｅの先
端側を所定角度揺動させるものである。この垂直フレー
ム１ｅの先端側の揺動によって、前記アーム１ａの先端
側に設置された掴み部１ｂは前後方向に移動する。
【００１２】６は同じく基台１ｃの、前記モータ５と対
向する位置に取り付けられた上下移動用のモータであ
り、このモータ６の出力軸の正逆回動によって、ピン１
ｄを中心としてリンク１ｆの先端側が所定角度上下方向
に揺動し、リンク１ｆの先端に枢支した上下移動用レバ
ー１ｇを上下移動させる。
向する位置に取り付けられた上下移動用のモータであ
り、このモータ６の出力軸の正逆回動によって、ピン１
ｄを中心としてリンク１ｆの先端側が所定角度上下方向
に揺動し、リンク１ｆの先端に枢支した上下移動用レバ
ー１ｇを上下移動させる。
【００１３】レバー１ｇの上端は、前記したアーム１ａ
を構成する下側のリンク１ａｂの途中に枢支されている
ので、レバー１ｇの上下移動によってアーム１ａは垂直
フレーム１ｅとの枢支部１ｋを中心として上下揺動し、
アーム１ａの先端側に設置された掴み部１ｂは上下方向
に移動する。
を構成する下側のリンク１ａｂの途中に枢支されている
ので、レバー１ｇの上下移動によってアーム１ａは垂直
フレーム１ｅとの枢支部１ｋを中心として上下揺動し、
アーム１ａの先端側に設置された掴み部１ｂは上下方向
に移動する。
【００１４】７は垂直フレーム１ｅに取り付けられた垂
直揺動用のモータであり、このモータ７の出力軸の正逆
回動によって、基端側を枢支されたリンク１ｈの先端側
が所定角度上下方向に揺動し、リンク１ｈの先端に枢支
した上下移動用レバー１ｉを上下移動させる。
直揺動用のモータであり、このモータ７の出力軸の正逆
回動によって、基端側を枢支されたリンク１ｈの先端側
が所定角度上下方向に揺動し、リンク１ｈの先端に枢支
した上下移動用レバー１ｉを上下移動させる。
【００１５】レバー１ｉの上端は、リンク１ｊを介して
前記した平行リンク構成したアーム１ａの後端側の２つ
の枢支部１ｋ，１ｍに枢支されているので、レバー１ｉ
の上下移動によって、アーム１ａを構成する平行リンク
機構は、上側のリンク１ａａのみが前方に押され、アー
ム１ａの先端側に設置された掴み部１ｂは、下側のリン
ク１ａｂの前方の枢支部１ｎを中心として垂直方向に揺
動する。
前記した平行リンク構成したアーム１ａの後端側の２つ
の枢支部１ｋ，１ｍに枢支されているので、レバー１ｉ
の上下移動によって、アーム１ａを構成する平行リンク
機構は、上側のリンク１ａａのみが前方に押され、アー
ム１ａの先端側に設置された掴み部１ｂは、下側のリン
ク１ａｂの前方の枢支部１ｎを中心として垂直方向に揺
動する。
【００１６】上記した構成のロボット１のフレーム配置
を図５に基づいて説明すると、図５に示す座標系１〜４
のリンクパラメータは、ロボットの座標系を設定するの
によく使用されるＤＨパラメータを使用すると、下記表
１のように表すことができる。なお、図５における座標
系１〜３の原点は一致している。
を図５に基づいて説明すると、図５に示す座標系１〜４
のリンクパラメータは、ロボットの座標系を設定するの
によく使用されるＤＨパラメータを使用すると、下記表
１のように表すことができる。なお、図５における座標
系１〜３の原点は一致している。
【００１７】
【表１】
【００１８】そして、上記した構成のロボット１の座標
変換 0Ｔ 1 〜 3Ｔ 4 及び 0Ｔ 4 は下記の数式１〜
５のように表すことができる。
変換 0Ｔ 1 〜 3Ｔ 4 及び 0Ｔ 4 は下記の数式１〜
５のように表すことができる。
【００１９】
【数１】
【００２０】
【数２】
【００２１】
【数３】
【００２２】
【数４】
【００２３】
【数５】
【００２４】以上より、ロボット１の先端すなわち掴み
部１ｂの位置・姿勢ベクトルｒ〔Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ〕の
Ｘ，Ｙ，Ｚ，θは、 Ｘ＝ C 1(a 2C 2＋a 3C 23) Ｙ＝ S 1(a 2C 2＋a 3C 23) Ｚ＝−a 2S 2−a 3S 23 θ＝θ 2 ＋θ 3 ＋θ 4 で表すことができる。
部１ｂの位置・姿勢ベクトルｒ〔Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ〕の
Ｘ，Ｙ，Ｚ，θは、 Ｘ＝ C 1(a 2C 2＋a 3C 23) Ｙ＝ S 1(a 2C 2＋a 3C 23) Ｚ＝−a 2S 2−a 3S 23 θ＝θ 2 ＋θ 3 ＋θ 4 で表すことができる。
【００２５】従って、図６に示す構成の逆ヤコビアン制
御装置を用いて座標系１〜４の揺動角速度を求めること
によって掴み部１ｂの位置を制御することができる。す
なわち、掴み部１ｂの位置をＸからＸｄに移動させるの
に必要な各座標系１〜４の回動及び揺動角速度、つま
り、モータ３による基台１ｃ（座標系１）の水平回動角
速度θ 1 、モータ５による垂直フレーム１ｅ（座標系
２）の揺動角速度θ 2 、モータ６によるアーム１（座
標系３）の揺動角速度θ 3 、モータ７による掴み部１
ｂ（座標系４）の揺動角速度θ 4 は、制御後の掴み部
１ｂの位置をＸｄ、現在の掴み部１ｂの位置をＸとする
と、図６に示すように、ＸｄからＸを減算した後、これ
に下記の数式６で示すヤコビアンＪ（前記数式４をθ
1 〜θ 4 について偏微分したもの）の逆行列Ｊ -1を掛
けることによって求めることができるのである。なお、
フィードバック成分のＸは、上記で計算した各関節角速
度にゲインを掛けた速度指令により、ロボットアームが
動作した時の各関節角を順変換したものである。
御装置を用いて座標系１〜４の揺動角速度を求めること
によって掴み部１ｂの位置を制御することができる。す
なわち、掴み部１ｂの位置をＸからＸｄに移動させるの
に必要な各座標系１〜４の回動及び揺動角速度、つま
り、モータ３による基台１ｃ（座標系１）の水平回動角
速度θ 1 、モータ５による垂直フレーム１ｅ（座標系
２）の揺動角速度θ 2 、モータ６によるアーム１（座
標系３）の揺動角速度θ 3 、モータ７による掴み部１
ｂ（座標系４）の揺動角速度θ 4 は、制御後の掴み部
１ｂの位置をＸｄ、現在の掴み部１ｂの位置をＸとする
と、図６に示すように、ＸｄからＸを減算した後、これ
に下記の数式６で示すヤコビアンＪ（前記数式４をθ
1 〜θ 4 について偏微分したもの）の逆行列Ｊ -1を掛
けることによって求めることができるのである。なお、
フィードバック成分のＸは、上記で計算した各関節角速
度にゲインを掛けた速度指令により、ロボットアームが
動作した時の各関節角を順変換したものである。
【００２６】
【数６】
【００２７】上記したようにして掴み部１ｂを位置制御
するロボット１は、夫々のアーム１ａが同調して駆動す
るように制御される。８は移動台車２上における上記し
た２つのロボット１の中央部に設置される自重補償装置
であり、ロボット１のアーム１ａの前後方向の移動範囲
を移動可能なように、例えばロボット１の上方にレール
８ａを片持ち支持し、このレール８ａに沿って、ホイス
ト８ｂが移動するようになっている。加えて、自重補償
装置８のレール８ａは、旋回が可能なように、図示省略
したが、軸受けにより柱部材８ｃに支持されている。こ
れにより、ワーク９を３自由座標間のいたるところに移
動できるようにしている。
するロボット１は、夫々のアーム１ａが同調して駆動す
るように制御される。８は移動台車２上における上記し
た２つのロボット１の中央部に設置される自重補償装置
であり、ロボット１のアーム１ａの前後方向の移動範囲
を移動可能なように、例えばロボット１の上方にレール
８ａを片持ち支持し、このレール８ａに沿って、ホイス
ト８ｂが移動するようになっている。加えて、自重補償
装置８のレール８ａは、旋回が可能なように、図示省略
したが、軸受けにより柱部材８ｃに支持されている。こ
れにより、ワーク９を３自由座標間のいたるところに移
動できるようにしている。
【００２８】この自重補償装置８は、ロボット１による
作業時、ワーク９の重量を支えるものであるため、ロボ
ット１による作業時、ロボット１にワーク９の自重が作
用することはない。
作業時、ワーク９の重量を支えるものであるため、ロボ
ット１による作業時、ロボット１にワーク９の自重が作
用することはない。
【００２９】本発明の複数腕協調ロボットシステムは上
記した構成であり、ワーク９を搬送したり、ワーク９に
作業を施す際には、自重補償装置８によるワーク９の支
持制御と、先に説明したロボット１の協調駆動制御を同
時に行う。従って、ロボット１による作業時、ワーク９
の重量は自重補償装置８で支えられており、ロボット１
にはほとんど負荷が作用しないので、ロボット１はより
高精度な位置及び姿勢制御が可能となる。加えて、本実
施例のように、ロボットのハンド部すなわち掴み部１ｂ
の駆動源（モータ３，５〜７）を、ロボット１の根本付
近すなわち移動台車２やこの移動台車２に直接設置する
垂直フレーム１ｅに設けた場合には、アーム１ａに駆動
源の重量が作用しないので、さらなる高精度化が図れ
る。
記した構成であり、ワーク９を搬送したり、ワーク９に
作業を施す際には、自重補償装置８によるワーク９の支
持制御と、先に説明したロボット１の協調駆動制御を同
時に行う。従って、ロボット１による作業時、ワーク９
の重量は自重補償装置８で支えられており、ロボット１
にはほとんど負荷が作用しないので、ロボット１はより
高精度な位置及び姿勢制御が可能となる。加えて、本実
施例のように、ロボットのハンド部すなわち掴み部１ｂ
の駆動源（モータ３，５〜７）を、ロボット１の根本付
近すなわち移動台車２やこの移動台車２に直接設置する
垂直フレーム１ｅに設けた場合には、アーム１ａに駆動
源の重量が作用しないので、さらなる高精度化が図れ
る。
【００３０】本実施例では、自重補償装置８として、レ
ール８ａに案内されて移動するホイスト８ｂを示した
が、ロボット１のアーム１ａの前後左右方向の移動範囲
を移動可能で、かつ、ワーク９の重量を支持できるもの
であればその構成は問わない。
ール８ａに案内されて移動するホイスト８ｂを示した
が、ロボット１のアーム１ａの前後左右方向の移動範囲
を移動可能で、かつ、ワーク９の重量を支持できるもの
であればその構成は問わない。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の複数腕協
調ロボットシステムによれば、搬送、組立の対象となる
ワークの重量を自重補償装置で支え、ロボットにはほと
んど負荷が作用しない。従って、本発明の複数腕協調ロ
ボットシステムでは、より高精度な位置・姿勢の制御が
行えることになる。このロボットの位置・姿勢を制御す
る際、ロボットのハンド部の駆動源を、ロボットの根本
付近に設けた場合にはさらなる高精度化が図れる。
調ロボットシステムによれば、搬送、組立の対象となる
ワークの重量を自重補償装置で支え、ロボットにはほと
んど負荷が作用しない。従って、本発明の複数腕協調ロ
ボットシステムでは、より高精度な位置・姿勢の制御が
行えることになる。このロボットの位置・姿勢を制御す
る際、ロボットのハンド部の駆動源を、ロボットの根本
付近に設けた場合にはさらなる高精度化が図れる。
【００３２】また、本発明の複数腕協調ロボットシステ
ムによれば、作業対象であるワークの寸法や重量が変化
しても、自重補償装置の変更だけで良く、ロボットの仕
様を変更する必要がない。これにより、比較的大きなワ
ークを、コンパクトなロボットシステムで、ハンドリン
グすることが可能となり、コスト的にも有利である。
ムによれば、作業対象であるワークの寸法や重量が変化
しても、自重補償装置の変更だけで良く、ロボットの仕
様を変更する必要がない。これにより、比較的大きなワ
ークを、コンパクトなロボットシステムで、ハンドリン
グすることが可能となり、コスト的にも有利である。
【図１】双腕協調ロボットを備えた本発明の複数腕協調
ロボットシステムの全体側面図である。
ロボットシステムの全体側面図である。
【図２】図１を平面方向から見た図である。
【図３】図１の正面図である。
【図４】本発明の複数腕協調ロボットシステムに使用す
るロボットの一例を示す側面図である。
るロボットの一例を示す側面図である。
【図５】本発明の複数腕協調ロボットシステムを構成す
る双腕協調ロボットのフレーム配置を示す説明図であ
る。
る双腕協調ロボットのフレーム配置を示す説明図であ
る。
【図６】本発明の複数腕協調ロボットシステムが採用す
る逆ヤコビアン制御装置の概略構成図である。
る逆ヤコビアン制御装置の概略構成図である。
１ ロボット １ａ アーム ３ モータ ５ モータ ６ モータ ７ モータ ８ 自重補償装置 ９ ワーク
フロントページの続き (72)発明者 砂山 和之 大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番89 号 日立造船株式会社内 Ｆターム(参考） 3F059 AA01 AA03 BA03 FC01 3F060 AA01 AA03 BA06 CA12 DA10 EA01 EB13 EC13 FA02 GA13 GB12 GB24 HA21
Claims (2)
- 【請求項１】 夫々のロボットのアームが同調駆動され
る複数のロボットと、これら複数のロボットの中央部に
設置され、ロボットのアームが把持するワークの重心
（中心部）の移動範囲内を自由に移動可能なワーク自重
補償装置を備えたことを特徴とする複数腕協調ロボット
システム。 - 【請求項２】 ロボットのハンド部の駆動源を、全体の
駆動トルクを小さくするようロボットの根元付近に設け
たことを特徴とする請求項１記載の複数腕協調ロボット
システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11002778A JP2000198091A (ja) | 1999-01-08 | 1999-01-08 | 複数腕協調ロボットシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11002778A JP2000198091A (ja) | 1999-01-08 | 1999-01-08 | 複数腕協調ロボットシステム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000198091A true JP2000198091A (ja) | 2000-07-18 |
Family
ID=11538812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11002778A Pending JP2000198091A (ja) | 1999-01-08 | 1999-01-08 | 複数腕協調ロボットシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000198091A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2011051048A (ja) * | 2009-08-31 | 2011-03-17 | Yaskawa Electric Corp | 搬送システム，ロボット装置及び搬送方法 |
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