JP2017007065A - Articulated robot positioning method - Google Patents
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Description
本発明は、垂直多関節ロボットのエンドエフェクタの位置決め方法に関する。 The present invention relates to a method for positioning an end effector of a vertical articulated robot.
産業用の多関節ロボットとして、水平多関節ロボット(例えば、特許文献1参照)や、垂直多関節ロボット(例えば、特許文献2参照)が知られている。水平多関節ロボットは、垂直方向の剛性が高く、エンドエフェクタの高精度な位置決めが可能であるが、可動範囲が狭いため動作が制限される。一方、垂直多関節ロボットは、可動範囲が広く、様々な動作を行うことができるが、垂直方向の剛性が低いため、エンドエフェクタの高精度な位置決めが難しい。 As an articulated robot for industrial use, a horizontal articulated robot (for example, refer to Patent Document 1) and a vertical articulated robot (for example, refer to Patent Document 2) are known. The horizontal articulated robot has a high vertical rigidity and can position the end effector with high accuracy, but its movement is limited because of its narrow movable range. On the other hand, the vertical articulated robot has a wide movable range and can perform various operations. However, since the vertical rigidity is low, it is difficult to position the end effector with high accuracy.
水平多関節ロボットと垂直多関節ロボットは、それぞれ上記のようなメリット・デメリットを有するため、例えば多様な動作が必要な工程には垂直多関節ロボットを設け、エンドエフェクタの高精度な位置決めが必要な工程には水平多関節ロボットを設けることが理想的である。しかし、上記のように、各工程の作業に応じて異なるロボットを設けると、設備コストが高騰する。 Horizontal articulated robots and vertical articulated robots each have the advantages and disadvantages described above. For example, a vertical articulated robot is provided in a process that requires various operations, and the end effector must be positioned with high accuracy. Ideally, a horizontal articulated robot is provided in the process. However, as described above, if different robots are provided according to the work of each process, the equipment cost increases.
例えば、垂直多関節ロボットのリンクやジョイントを構成する各部品を高精度に加工すれば、エンドエフェクタの位置決め精度を高めることができる。しかし、各部品を高精度に加工すると、加工コストが高騰する。 For example, the positioning accuracy of the end effector can be improved by processing each component constituting the link or joint of the vertical articulated robot with high accuracy. However, if each part is processed with high accuracy, the processing cost increases.
以上のような事情から、本発明の解決すべき技術的課題は、コスト高を招くことなく、垂直多関節ロボットのエンドエフェクタの位置決め精度を向上させることにある。 From the above circumstances, the technical problem to be solved by the present invention is to improve the positioning accuracy of the end effector of the vertical articulated robot without incurring high costs.
前記課題を解決するために、本発明は、複数の回転ジョイント、及び、直進ジョイントを有する多関節アームと、前記多関節アームの先端に設けられたエンドエフェクタとを備えた垂直多関節ロボットの位置決め方法であって、回転軸が鉛直方向と交差する方向となるように配された回転ジョイントを固定した状態で、回転軸が鉛直方向となるように配された他の回転ジョイント、及び、直進軸が水平方向と交差する方向となるように配された直進ジョイントを駆動することにより、前記エンドエフェクタの三次元位置を調整する垂直多関節ロボットの位置決め方法を提供する。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a positioning of a vertical articulated robot including a multi-joint arm having a plurality of rotary joints and a rectilinear joint, and an end effector provided at a tip of the multi-joint arm. In another method, the rotary joint arranged so that the rotation axis is in a direction intersecting the vertical direction is fixed, and the other rotary joint arranged so that the rotation axis is in the vertical direction, and the straight axis A vertical articulated robot positioning method is provided that adjusts the three-dimensional position of the end effector by driving a rectilinear joint disposed so as to be in a direction intersecting the horizontal direction.
多関節アームに設けられた複数の回転ジョイントのうち、回転軸が鉛直方向と交差する方向に配された回転ジョイント(非鉛直軸回転ジョイント)は、エンドエフェクタを鉛直方向に変位させながら回転するため、回転精度が重力の影響を受けやすい。一方、回転軸が鉛直方向に配された回転ジョイント(鉛直軸回転ジョイント)は、エンドエフェクタを鉛直方向で変位させずに水平面内で移動させるため、回転精度が重力の影響を受けにくい。本発明者らは、この点に着目し、重力の影響を受けやすい非鉛直軸回転ジョイントを固定した状態で、重力の影響を受けにくい鉛直軸回転ジョイントと、直進軸が水平方向と交差する方向(例えば鉛直方向)となるように配された直進ジョイントとを駆動することにより、垂直多関節ロボットを疑似的に水平多関節ロボットとして駆動するようにした。垂直多関節ロボットは、複数の回転ジョイントを駆動することでエンドエフェクタを自在に動かすことができることを特徴とするものであるが、本発明では、敢えて一部の回転ジョイントを固定して垂直多関節ロボットの動作を制限することで、重力の影響による回転ジョイントの回転精度の低下を防止して、エンドエフェクタの位置決め精度を高めることができる。 Among a plurality of rotary joints provided on the multi-joint arm, a rotary joint (non-vertical axis rotary joint) arranged in a direction where the rotation axis intersects the vertical direction rotates while displacing the end effector in the vertical direction. , Rotation accuracy is susceptible to gravity. On the other hand, the rotation joint (vertical axis rotation joint) in which the rotation axis is arranged in the vertical direction moves the end effector in the horizontal plane without displacing the end effector in the vertical direction, so that the rotation accuracy is not easily affected by gravity. The present inventors pay attention to this point, and in a state where a non-vertical axis rotary joint that is easily affected by gravity is fixed, a vertical axis rotary joint that is not easily affected by gravity and a direction in which the straight axis intersects the horizontal direction The vertical articulated robot is pseudo-driven as a horizontal articulated robot by driving a rectilinear joint arranged in a vertical direction (for example, in the vertical direction). The vertical articulated robot is characterized in that the end effector can be moved freely by driving a plurality of rotary joints. In the present invention, however, a part of the rotary joints are fixed and the vertical articulated robot is fixed. By restricting the operation of the robot, it is possible to prevent a decrease in the rotation accuracy of the rotary joint due to the influence of gravity and to increase the positioning accuracy of the end effector.
以上のように、垂直多関節ロボットを、疑似的に水平多関節ロボットとして使用することで、コスト高を招くことなく、エンドエフェクタを高精度に位置決めすることができる。 As described above, by using the vertical articulated robot as a horizontal articulated robot in a pseudo manner, the end effector can be positioned with high accuracy without incurring high costs.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態の垂直多関節ロボット1は、図1に示すように、基端(図中下端)が固定された多関節アーム2と、多関節アーム2の先端(図中上端)に取り付けられたエンドエフェクタ3とを備える。エンドエフェクタ3としては、例えば、ワークを保持するハンド部、ワークに当接してワークの位置を微調整する位置決め部材、ワークに溶接を施す溶接部、あるいはボルトを締結するナットランナ等が設けられる。
As shown in FIG. 1, the vertical articulated robot 1 of the present embodiment is attached to the articulated
多関節アーム2は、複数のリンク4と、隣接する二つのリンク4の間に設けられた複数のジョイントとを有する。本実施形態の多関節アーム2には、ジョイントとして、二つのリンク4を回転軸周りに互いに回転させる回転ジョイントと、鉛直方向の昇降軸を有する直進ジョイント30が設けられる。図示例では、多関節アーム2に、7個の回転ジョイント及び1個の直進ジョイント30の、合計8個のジョイントが設けられる(すなわち、8軸の自由度を有する)。
The
回転ジョイントとしては、二つのリンク4を屈曲させる屈曲ジョイント11〜13と、同軸上に配された二つのリンク4をねじるように相対回転させるねじりジョイント21〜24とが設けられる。本実施形態では、回転ジョイントとして、多関節アーム2の基端側から順に、第1ねじりジョイント21、第1屈曲ジョイント11、第2ねじりジョイント22、第2屈曲ジョイント12、第3ねじりジョイント23、第3屈曲ジョイント13、及び第4ねじりジョイント24が設けられる。
As the rotary joints, bending
直進ジョイント30は、例えばボールねじ機構やラックピニオン機構により、その両側に設けられたリンク4を直線的に互いに平行移動させるものである。図示例の直進ジョイントは、同軸上に配された両側のリンク4を、両リンク4と平行な直進軸方向に相対移動させるものである。本実施形態の直進ジョイント30は、多関節アーム2に設けられた複数のジョイントのうち、最も基端側のジョイントとして設けられ、直進ジョイント30の基端側は、固定されたリンク4に連結されている。このため、直進ジョイント30の直進軸は、水平方向と交差する方向、具体的には鉛直方向で固定されている。直進ジョイント30を駆動すると、多関節アーム2のうち、直進ジョイント30よりも先端側の部分全体が、固定された基端側のリンク4に対して直進軸方向(図示例では鉛直方向)に平行移動する。
The
以下、上記の垂直多関節ロボット1のエンドエフェクタ3を所定の位置に位置決めする方法を説明する。
Hereinafter, a method of positioning the
まず、垂直多関節ロボット1の各回転ジョイントを回転させて、図2に示すように、第2屈曲ジョイント12の回転軸が鉛直方向となるようにする。図示例では、第1屈曲ジョイント11及び第3屈曲ジョイント13の両側のリンク4を90°屈曲させた状態で、第2ねじりジョイント22及び第3ねじりジョイント23を回転させることにより、第2屈曲ジョイント12及び第4ねじりジョイント24の回転軸を鉛直方向とする。これにより、第1屈曲ジョイント11、第2ねじりジョイント22、第3ねじりジョイント23、第3屈曲ジョイント13は、回転軸が鉛直方向と交差する方向(本実施形態では水平方向)となるように配される(これらの回転ジョイントを、水平軸回転ジョイントと言う)。一方、第1ねじりジョイント21、第2屈曲ジョイント12、第4ねじりジョイント24は、回転軸が鉛直方向となるように配される(これらの回転ジョイントを、鉛直軸回転ジョイントと言う)。
First, each rotary joint of the vertical articulated robot 1 is rotated so that the rotation axis of the
この状態で、水平軸回転ジョイント11、22、23、13を固定する(図2では、固定された回転ジョイントの符号には(F)を付している)。水平軸回転ジョイント11、22、23、13を固定する方法としては、例えば各ジョイントにもともと設けられているブレーキで回転を規制する方法や、各ジョイントに回転方向で係合するピン等の係止部材を差し込んで回転を規制する方法等を採用することができる。
In this state, the horizontal
こうして水平軸回転ジョイント11、22、23、13を固定した状態で、鉛直軸回転ジョイント21、12、24及び直進ジョイント30のみを駆動することにより、エンドエフェクタ3を所定の位置まで移動させる。このとき、垂直多関節ロボット1は、疑似的に、図3に示すような第1水平リンク41及び第2水平リンク42を備えた水平多関節ロボット1’として駆動される。この水平多関節ロボット1’において、第1水平リンク41の基端は、垂直リンク43を介して第1ねじりジョイント21に連結され、第1水平リンク41の先端は第2屈曲ジョイント12に連結される。第2水平リンク42の基端は第2屈曲ジョイント12に連結され、第2水平リンク42の先端は、垂直リンク44を介して第4ねじりジョイント24に連結される。第1ねじりジョイント21を駆動すると、第1ねじりジョイント21の回転軸を中心に第1水平リンク41が水平面内で回転する。第2屈曲ジョイント12を駆動すると、第1水平リンク41と第2水平リンク42とが水平面内で屈曲する。従って、第1ねじりジョイント21及び第2屈曲ジョイント12により、エンドエフェクタ3を、両水平リンク41,42の可動範囲内で任意の水平方向位置に配置することができる。
The
また、直進ジョイント30を駆動することで、エンドエフェクタ3を鉛直方向に変位させることができる。従って、第1ねじりジョイント21、第2屈曲ジョイント12、及び直進ジョイント30を駆動することで、エンドエフェクタ3を所定の三次元位置に配置することができる。
Further, the
また、本実施形態では、第4ねじりジョイント24が、回転軸が鉛直方向となるように配され、この回転軸の延長線上にエンドエフェクタ3が配されている。この第4ねじりジョイント24を駆動することで、第4ねじりジョイント24の回転軸周りにエンドエフェクタ3をその場で回転させることができる。
In the present embodiment, the
水平軸回転ジョイント11、22、23、13は、エンドエフェクタ3を鉛直方向で変位させるものであるため、エンドエフェクタ3の自重等により回転角が変位する恐れがある。従って、上記のように水平軸回転ジョイント11、22、23、13を固定することで、重力の影響でこれらの回転ジョイントの回転角が変位する事態を防止できる。
Since the horizontal axis
一方、鉛直軸回転ジョイント21、12、24は、エンドエフェクタ3を水平面内で回転させるものであるため、エンドエフェクタ3の自重等により回転角が変位することはほとんどない。また、直進ジョイント30は、回転ジョイントと比べて重力の影響を受けにくく、特に、ボールねじ機構やラックピニオン機構のような倍力機構を有する場合、エンドエフェクタ3の自重等により直進軸方向に変位することはほとんどない。このように、重力の影響を受けにくい鉛直軸回転ジョイント21、12、24及び直進ジョイント30を駆動し、垂直多関節ロボット1を疑似的に水平多関節ロボット1’として駆動することで、エンドエフェクタ3の自重等による位置ずれを防止できる。すなわち、多様な動作が可能な垂直多関節ロボット1において、敢えて一部の回転ジョイントを固定して動作を制限することで、重力による回転ジョイントの回転を防止して、エンドエフェクタ3の位置決め精度を高めることができる。
On the other hand, since the vertical axis rotary joints 21, 12, and 24 rotate the
上記のような垂直多関節ロボット1のエンドエフェクタ3の位置決め方法は、以下のようなワークWの位置補正に適用することができる。
The positioning method of the
まず、他の垂直多関節ロボットでピックアップしたワークWを所定位置に配置する。このワークWに対して、上記の垂直多関節ロボット1を駆動してエンドエフェクタ3(位置決め部材)を所定の位置に配置し、エンドエフェクタ3をワークWに当接させる。そして、エンドエフェクタ3が、予め設定された所定位置に正確に配置されているか否かを確認する。例えば、図示しない座標取得手段により、所定位置に移動させたエンドエフェクタ3の座標(三次元位置及び姿勢)を取得する。こうして取得したエンドエフェクタ3の実際の座標と、予め設定されたエンドエフェクタ3の正規の位置の座標(基準座標)とを比較する。
First, the workpiece W picked up by another vertical articulated robot is arranged at a predetermined position. The vertical articulated robot 1 is driven with respect to the workpiece W, the end effector 3 (positioning member) is arranged at a predetermined position, and the
そして、エンドエフェクタ3の実際の座標と基準座標との差が許容範囲内であれば、エンドエフェクタ3が所定位置に正確に配置されており、ワークWが正しく配置されていると判定される。一方、エンドエフェクタ3の実際の座標と基準座標との差が許容範囲を超えていれば、エンドエフェクタ3が所定位置に正確に配置されていないと判定され、エンドエフェクタ3の位置が補正される。具体的には、エンドエフェクタ3の基準座標に対する実際の座標のずれの大きさや方向が算出され、この算出値に基づいて垂直多関節ロボット1が駆動され、エンドエフェクタ3の三次元位置が補正される。
If the difference between the actual coordinates of the
このとき、補正のためのエンドエフェクタ3の移動量はわずかであることが多いが、垂直多関節ロボット1でこのような微小な位置補正を行うことは容易ではない。本実施形態では、上記のように、多関節アーム2のジョイントのうち、水平軸回転ジョイント11、22、23、13を固定し、鉛直軸回転ジョイント21、12、24及び直進ジョイント30のみを駆動することで、エンドエフェクタ3を高精度に移動させることができる。これにより、エンドエフェクタ3の微小な位置修正が可能となり、ワークWを正規の位置に高精度に配置することができる。
At this time, the amount of movement of the
上記のような垂直多関節ロボット1の位置決め方法は、複数のワークを接合する組立工程(例えば自動車のパネル部品(サイドパネル、ルーフパネル、ドアパネル等)の組立工程)に適用することができる。 The positioning method of the vertical articulated robot 1 as described above can be applied to an assembly process for joining a plurality of workpieces (for example, an assembly process of an automobile panel component (side panel, roof panel, door panel, etc.)).
自動車のパネル部品のような比較的大型の部品を組み立てる場合、所定の位置に正確に配置した大型のワークに対して他のワークを接合する必要があるが、大型のワークを所定の位置に正確に配置することは容易ではない。このため、通常、自動車のパネル部品の組立工程では、複数のワークを組み合わせた状態で相互に位置決めする専用の治具が用いられることが多い。これに対し、上記のような垂直多関節ロボット1を用いた位置決め方法によれば、大型のワークを正規の組み付け位置に正確に配置することができるため、位置決め用の治具を用いることなく両ワークを正確に組み合わせることができる。こうして治具が不要となることで、コストが低減されると共に、組立設備の汎用性が向上する。 When assembling relatively large parts such as automobile panel parts, it is necessary to join other workpieces to large workpieces that are accurately placed in the specified position. It is not easy to place in. For this reason, usually, in the assembly process of the panel part of an automobile, a dedicated jig for positioning each other in a state where a plurality of workpieces are combined is often used. On the other hand, according to the positioning method using the vertical articulated robot 1 as described above, since a large workpiece can be accurately placed at a regular assembly position, both of them can be used without using a positioning jig. Work pieces can be combined accurately. This eliminates the need for a jig, thereby reducing costs and improving the versatility of the assembly equipment.
本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記の実施形態では、回転軸が水平方向となるように配された回転ジョイントを固定した場合を示したが、これに限らず、一部の回転ジョイントを、回転軸が水平方向及び鉛直方向に対して傾斜するように配し、この状態で当該回転ジョイントを固定してもよい。具体的には、例えば第3ねじりジョイント23を駆動することにより、第3屈曲ジョイント13の回転軸を水平方向及び鉛直方向に対して傾斜した方向とし、この状態で両回転ジョイント23,13を固定してもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, the case where the rotation joint arranged so that the rotation axis is in the horizontal direction is fixed is shown. However, the rotation axis is not limited to this, and the rotation axis is in the horizontal direction and the vertical direction. You may arrange | position so that it may incline with respect to a direction, and may fix the said rotation joint in this state. Specifically, for example, by driving the third torsion joint 23, the rotation axis of the third bending joint 13 is inclined with respect to the horizontal direction and the vertical direction, and the both
また、エンドエフェクタ3の種類は上記に限らず、例えばエンドエフェクタ3に回転軸やカム機構を設けることで、エンドエフェクタ3を傾斜可能(すなわち、鉛直方向と交差する方向の回転軸周りに回転可能)としてもよい。
The type of the
また、垂直多関節ロボット1の構成は上記に限らず、多関節アーム2に設けられるジョイントの数、種類、配置等を適宜変更してもよい。例えば、上記の実施形態では、直進ジョイント30が、複数のジョイントのうち、最も基端側のジョイントとして設けられた場合を示したが、これに限らず、例えば、複数の回転ジョイントの間に直進ジョイント30を設けてもよい。この場合、直進ジョイント30を、直進軸が鉛直方向となるように配された状態で駆動する他、直進軸が水平方向及び鉛直方向に対して傾斜した方向となるように配された状態で駆動してもよい。
The configuration of the vertical articulated robot 1 is not limited to the above, and the number, type, arrangement, and the like of joints provided in the articulated
また、垂直多関節ロボット1に設けられるジョイントの数は8個に限らず、9個以上、あるいは7個以下としてもよい。また、回転ジョイントの数は7個に限らず、8個以上、あるいは6個以下としてもよい。また、直進ジョイントの数は1個に限らず、2個以上としてもよい。 Further, the number of joints provided in the vertical articulated robot 1 is not limited to eight, and may be nine or more or seven or less. Further, the number of rotary joints is not limited to 7, and may be 8 or more, or 6 or less. Further, the number of rectilinear joints is not limited to one and may be two or more.
1 垂直多関節ロボット
1’ 水平多関節ロボット
2 多関節アーム
3 エンドエフェクタ
4 リンク
11〜13 屈曲ジョイント(回転ジョイント)
21〜24 ねじりジョイント(回転ジョイント)
30 直進ジョイント
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vertical articulated robot 1 'Horizontal articulated
21-24 Torsional joint (rotary joint)
30 Straight joint
Claims (1)
回転軸が鉛直方向と交差する方向となるように配された回転ジョイントを固定した状態で、回転軸が鉛直方向となるように配された他の回転ジョイント、及び、直進軸が水平方向と交差する方向となるように配された直進ジョイントを駆動することにより、前記エンドエフェクタの三次元位置を調整する垂直多関節ロボットの位置決め方法。 A vertical articulated robot positioning method comprising a plurality of rotary joints, an articulated arm having a rectilinear joint, and an end effector provided at a tip of the articulated arm,
With the rotary joint arranged so that the rotation axis intersects the vertical direction fixed, the other rotation joint arranged so that the rotation axis becomes vertical, and the rectilinear axis intersects the horizontal direction A method for positioning a vertical articulated robot that adjusts the three-dimensional position of the end effector by driving a rectilinear joint that is arranged so as to be in a direction to move.
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JP2015127790A JP2017007065A (en) | 2015-06-25 | 2015-06-25 | Articulated robot positioning method |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018135581A1 (en) | 2017-01-18 | 2018-07-26 | 日産化学工業株式会社 | Ink composition containing sulfonated conjugated polymer |
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2015
- 2015-06-25 JP JP2015127790A patent/JP2017007065A/en active Pending
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WO2018135581A1 (en) | 2017-01-18 | 2018-07-26 | 日産化学工業株式会社 | Ink composition containing sulfonated conjugated polymer |
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