JP2649187B2 - manipulator - Google Patents

manipulator

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JP2649187B2
JP2649187B2 JP2301307A JP30130790A JP2649187B2 JP 2649187 B2 JP2649187 B2 JP 2649187B2 JP 2301307 A JP2301307 A JP 2301307A JP 30130790 A JP30130790 A JP 30130790A JP 2649187 B2 JP2649187 B2 JP 2649187B2
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多加夫 和田
勝己 中嶋
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Kawasaki Motors Ltd
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Kawasaki Jukogyo KK
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、外装品を把持して航空機等の機体に取付け
るのに用いられるマニピュレータに係り、特に把持され
た外装品に過度が力が加わらないように改善されたマニ
ピュレータに関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a manipulator used for gripping an exterior component and attaching it to an airframe such as an aircraft, and in particular, an excessive force is applied to the gripped exterior component. No manipulators so improved.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第2図は従来の外装品搭載用のマニピュレータの構造
を示す斜視図である。搬送用台車1上に設置されたマニ
ピュレータ2のロボットアーム3に外装品4(この例で
はミサイル)を把持して、外装品4を取付けるべき航空
機(この例では戦闘機)の機体位置まで搬送し、マニピ
ュレータ2を操作して搭載を行っていた。
FIG. 2 is a perspective view showing the structure of a conventional manipulator for mounting an exterior component. The armored product 4 (in this example, a missile) is gripped by the robot arm 3 of the manipulator 2 installed on the transporting trolley 1 and transported to the aircraft position of an aircraft (fighter in this example) to which the exterior device 4 is to be mounted. , The manipulator 2 was operated for mounting.

このような従来のマニピュレータを用いて航空機の機
体に機外外装品を搭載するにあたっては、一般に次に示
す(1)〜(4)の手順に従って主に人手により行って
いた。
In mounting an exterior component on an airframe of an aircraft using such a conventional manipulator, it is generally performed manually mainly according to the following procedures (1) to (4).

(1) まず外装品倉庫から外装品を取出し、これを搬
送用の台車にのせる。
(1) First, take out the exterior product from the exterior product warehouse and place it on the transport trolley.

(2) 次にこの搬送台車を操作しながら地表面を走行
し、機体の格納庫である航空機格納庫内に設置されてい
る航空機の近傍まで搬送する。
(2) Next, the vehicle travels on the ground surface while operating the transport trolley, and is transported to the vicinity of the aircraft installed in the aircraft hangar, which is the hangar of the aircraft.

(3) 台車に設置されているマニピュレータを操作し
て、外装品を持ち上げ、さらに台車およびマニピュレー
タを操作して外装品を機体の嵌合位置まで移動させ、搭
載物三次元位置を微調整し、位置決めを行う。
(3) Operate the manipulator installed on the trolley to lift the exterior components, and further operate the trolley and the manipulator to move the exterior components to the fitting position of the fuselage, and fine-tune the three-dimensional position of the mounted object; Perform positioning.

(4) 最後に外装品を機体の懸下機構に装着し搭載を
完了する。
(4) Finally, the exterior component is mounted on the suspension mechanism of the fuselage to complete the mounting.

〔発明を解決しようとする課題〕[Problem to solve the invention]

以上説明した従来の外装品搭載用のマニピュレータで
は、肉眼で外装品の装着位置を確認しながらマニピュレ
ータを操作していた。そこで高価な機体や外装品の損傷
を招かないように大きな力が加わることを防止するため
には、外装品の装着位置からずれないように、正確に機
体と外装品との嵌合位置合わせをしなければならないた
め、多人数でしかも時間のかかる作業を必要とした。
In the conventional manipulator for mounting an external component described above, the manipulator is operated while visually confirming the mounting position of the external component. Therefore, in order to prevent a large force from being applied so as not to damage the expensive body and exterior parts, the fitting position of the body and exterior parts must be accurately aligned so that they do not shift from the mounting position of the exterior parts. This requires a large number of people and time-consuming work.

本発明は上述した問題点を解消するためになされたも
ので、人手によることなくしかも動作が確実で迅速な外
装品装着用のマニピュレータを提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a manipulator for mounting an external component which can be operated quickly without manual operation.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明は、基部がロボットフランジに装着され、頭部
に外装品を把持するロボットハンドを有するマニピュレ
ータにおいて、前記ロボットフランジに装着され、前記
ロボットハンドに加わる力を検出する力覚センサと、前
記ロボットフランジと前記ロボットハンドとの間に介在
し、前記ロボットハンドに加わる力が所定の大きさにな
るまでは前記ロボットハンドの回動を禁止し、所定の大
きさを超えると回動自在となって前記力を解放する機構
を有するコンプライアンス装置とを設けたものである。
The present invention relates to a manipulator having a robot hand having a base mounted on a robot flange and holding an exterior component on a head, wherein the force sensor mounted on the robot flange and detecting a force applied to the robot hand; Interposed between the flange and the robot hand, prohibits the rotation of the robot hand until the force applied to the robot hand reaches a predetermined magnitude, and becomes rotatable when the force exceeds a predetermined magnitude. A compliance device having a mechanism for releasing the force.

なお前記コンプライアンス装置は前記ロボットハンド
に加わる力から前記所定の大きさの力だけを差し引いた
力を前記力覚センサに加える手段を設けるのがよい。さ
らに前記力覚センサを6軸センサとするのが望ましい。
Preferably, the compliance device is provided with a means for applying to the force sensor a force obtained by subtracting only the force of the predetermined magnitude from the force applied to the robot hand. Further, it is desirable that the force sensor be a six-axis sensor.

〔作 用〕(Operation)

本発明ではマニピュレータを上記のように構成したた
め、コンプライアンス装置は外装品を装着した時にロボ
ットハンドに加わる力が所定の値より大きくなると回動
自在となる。従って外装品に過大な力が加わることなく
逃げの動きができる。また外装品が取外されて荷重がな
くなればロボットハンドの回動は禁止される。このよう
に高価な外装品を破損することなく安全な作業が可能と
なる。
In the present invention, since the manipulator is configured as described above, the compliance device becomes rotatable when a force applied to the robot hand when the external component is attached becomes larger than a predetermined value. Therefore, the escape movement can be performed without applying excessive force to the exterior component. In addition, if the exterior component is removed and the load is removed, the rotation of the robot hand is prohibited. Thus, safe work can be performed without damaging the expensive exterior parts.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の一実施例を示すマニピュレータの要
部断面図を示したものである。本図においてはマニピュ
レータの先端のロボットハンドの部分を取出して示して
いる。ロボットハンド3は外装品4を把持するために利
用されるもので、図示しない制御機構により図に示すよ
うに左右から外装品4を把持するような構成となってい
る。マニピュレータの基部はロボットフランジ30に装着
されており、頭部にこのロボットハンド3が設けられて
いる。またロボットハンド3の近傍には距離センサ40が
取付けられており、外装品4の機体への取付け時にロボ
ットハンド3が機体へ異常接近をするのを検知して、ロ
ボットハンド3の操作を停止させるために用いられる。
FIG. 1 is a sectional view of a main part of a manipulator showing an embodiment of the present invention. In this drawing, a portion of the robot hand at the tip of the manipulator is taken out and shown. The robot hand 3 is used for gripping the exterior component 4 and has a configuration in which a control mechanism (not shown) grips the exterior component 4 from the left and right as shown in the drawing. The base of the manipulator is mounted on a robot flange 30, and the robot hand 3 is provided on the head. A distance sensor 40 is mounted near the robot hand 3, and detects that the robot hand 3 abnormally approaches the body when the exterior component 4 is mounted on the body, and stops the operation of the robot hand 3. Used for

なお距離センサ40の形式は限定されるものではなく超
音波式、光学式あるいは接触式のいずれの形式でも必要
に応じて採用することができる。
The type of the distance sensor 40 is not limited, and any of an ultrasonic type, an optical type, and a contact type can be adopted as necessary.

一方ロボットフランジ30の上には力覚センサ20が取付
けられている。この力覚センサ20は後述するようにロボ
ットハンド3が把持する外装品4の重さを検出するため
に使用される。なお力覚センサ20としては、6軸力覚セ
ンサを用い、すべての方向からの力を検出できるように
するのがよい。
On the other hand, the force sensor 20 is mounted on the robot flange 30. This force sensor 20 is used to detect the weight of the exterior component 4 held by the robot hand 3 as described later. It is preferable that a six-axis force sensor be used as the force sensor 20 so that forces from all directions can be detected.

ロボットフランジ30とロボットハンド3との間にはコ
ンプライアンス装置10が設けられている。このコンプラ
イアンス装置10はロボットフランジ30の表面に一端が支
持され他端が支持台11に取付けられたバネ12を有してい
る。このバネ12は通常はそのスプリング力によって支持
台11を上方へ所定の力で押し上げるように構成されてお
り、これによって上蓋13と下蓋14の係合部15が密着状態
となり、ロボットハンド3の回動を禁止するような構造
となっている。したがってロボットハンド3が所定の力
以上の外力を受けた場合、上蓋13のほぼ中央部に設けら
れた押圧部16が支持台11を押し下げバネ12を下方へスプ
リング力に抗して押し下げるため係合部15の係合がはず
れロボットハンド3の回動が自在となる。
The compliance device 10 is provided between the robot flange 30 and the robot hand 3. The compliance device 10 has a spring 12 having one end supported on the surface of the robot flange 30 and the other end attached to a support base 11. The spring 12 is normally configured so as to push the support base 11 upward by a predetermined force by the spring force, whereby the engaging portion 15 of the upper lid 13 and the lower lid 14 comes into close contact with each other, and the robot hand 3 The structure is such that rotation is prohibited. Therefore, when the robot hand 3 receives an external force of a predetermined force or more, the pressing portion 16 provided substantially at the center of the upper lid 13 pushes down the support base 11 and pushes down the spring 12 downward against the spring force. The engagement of the portion 15 is released, and the robot hand 3 can rotate freely.

次に第1図に示すマニピュレータの動作について説明
する。いま、ロボットハンド3と、これに把持される外
装品4との合計重量が200kgであったと仮定する。ここ
でコンプライアンス装置10が存在していなければ、力覚
センサ20には総重量200kg重の力が加わる。さらに外装
品4の機体への取付け時この外装品4に1kg重の力が加
われば、力覚センサ20で検出される力は201kg重とな
り、201−200=1(kg)で1kg重の力が加わったことが
検出される。そこでコンプライアンス装置10を用いない
場合には力覚センサ20として大きな力がはかれるものを
用いる必要があり、この場合微小な力の変化を検出する
ことができなくなる。
Next, the operation of the manipulator shown in FIG. 1 will be described. Now, it is assumed that the total weight of the robot hand 3 and the exterior component 4 held by the robot hand 3 is 200 kg. Here, if the compliance device 10 does not exist, a force having a total weight of 200 kg is applied to the force sensor 20. Furthermore, when a 1 kg weight is applied to the exterior component 4 when attaching the exterior component 4 to the body, the force detected by the force sensor 20 is 201 kg weight, and a force of 1 kg weight is obtained by 201-200 = 1 (kg). Is detected. Therefore, when the compliance device 10 is not used, it is necessary to use a force sensor 20 capable of applying a large force, and in this case, it becomes impossible to detect a small change in force.

そこで本発明のようにコンプライアンス装置10を組み
込み、バネ12により220kg重の力を上向きに加えたとす
る。これによりバネ力は外装品4と、ハンド3との合計
重量100kgを支えるとともに、力覚センサ20に上向きに2
0kg重の引っ張り力を加えることになる。この状態で外
装品4に1kg重の力が加われば力覚センサ20への引っ張
り力は19kg面に減り、1kg重の力が加わったことが検出
される。
Therefore, it is assumed that the compliance device 10 is incorporated as in the present invention, and a force of 220 kg weight is applied upward by the spring 12. As a result, the spring force supports the total weight of the exterior component 4 and the hand 3 of 100 kg, and the force sensor 20
It will add a pulling force of 0kg weight. If a force of 1 kg weight is applied to the exterior component 4 in this state, the pulling force to the force sensor 20 is reduced to a 19 kg surface, and it is detected that a force of 1 kg weight is applied.

このようにコンプライアンス装置10を用いることによ
り力覚センサ20として小さな力を測定できる構造のもの
を使用することができ、かつ微小な力の変化を検出する
ことができる。
By using the compliance device 10 as described above, a force sensor having a structure capable of measuring a small force can be used as the force sensor 20, and a minute change in force can be detected.

ハンド3が外装品4を把持していないときには、ハン
ド3だけの重量の力が力覚センサ20に加わる。かりにハ
ンド3の重量を20kgとすれば、バネ力220kg重からハン
ドの重量圧20kg重を差し引いた200kg重の引っ張り力が
力覚センサ20に加わることになる。この状態では力覚セ
ンサ20のレンジをオーバーすることになるが、この場合
にはマニピュレータは外装品4を搭載していないのであ
るから、力を測る必要はない。さらに力覚センサ20には
レンジを超えた力が加わっているが、力は測定できない
もののセンサそのものが壊れてしまうことはない。
When the hand 3 is not gripping the exterior component 4, the force of the weight of the hand 3 alone is applied to the force sensor 20. Assuming that the weight of the hand 3 is 20 kg, a pulling force of 200 kg, which is obtained by subtracting the weight pressure of the hand of 20 kg from the spring force of 220 kg, is applied to the force sensor 20. In this state, the range of the force sensor 20 is exceeded. In this case, since the manipulator does not have the exterior component 4, it is not necessary to measure the force. Further, a force exceeding the range is applied to the force sensor 20, but the force cannot be measured, but the sensor itself is not broken.

次にコンプライアンス装置10の動作を説明する。上述
したような構造では、外装品4に加わる力が20kgを超え
ると、すべての力がバネ12に加わりバネをスプリング力
に抗して撓ませることになる。バネ12が下方に撓むと、
このバネ12に連動して下蓋14が下方に下がり、支持台11
との係合部15から係合状態を解かれ、それまで支持台11
で拘束されていた外装品4とハンド3の動きがフリーと
なり、このハンド3は回動自在となる。したがって仮に
外装品4に機体からの過大な力が加わっていたとして
も、この力が加わらないように逃げの動きができること
になる。したがって、外装品4や機体を傷める事無く装
着ができるのである。そして外装品4に加わる力が抜け
ると、バネ12は再び上昇し、下蓋14も上昇するため、再
び係合部15で係合が行われハンド3の回動は禁止され
る。
Next, the operation of the compliance device 10 will be described. In the above-described structure, when the force applied to the exterior component 4 exceeds 20 kg, all the forces are applied to the spring 12 and the spring is deflected against the spring force. When the spring 12 bends downward,
The lower lid 14 is lowered downward in conjunction with the spring 12, and the support base 11
The engagement state is released from the engagement portion 15 with the support base 11 until then.
The movement of the exterior component 4 and the hand 3, which have been restricted by the above, becomes free, and the hand 3 becomes rotatable. Therefore, even if an excessive force from the body is applied to the exterior component 4, the escape movement can be performed so as not to apply this force. Therefore, it can be mounted without damaging the exterior component 4 and the body. Then, when the force applied to the exterior component 4 is released, the spring 12 rises again and the lower lid 14 also rises.

以上説明したように本発明では外装品に加わる微小な
力の変化を検出することのできる力覚センサを用いるこ
とができるため、このセンサの出力信号をロボット操作
レバーの間接回転軸に結合されたアクチュエータにフィ
ードバックし、マニピュレータが外装品4から受ける反
力を操縦レバー経由で操作者に知らせ、外装品4に過度
な力が加わらないように制御することができる。
As described above, in the present invention, since a force sensor capable of detecting a small change in force applied to the exterior component can be used, the output signal of this sensor is coupled to the indirect rotation axis of the robot operation lever. By feeding back to the actuator, the manipulator notifies the operator of the reaction force received from the exterior component 4 via the control lever, and control can be performed so that excessive force is not applied to the exterior component 4.

また外装品4が機体に接触する直前のロボット姿勢に
おける力覚センサ20の6軸出力を記憶しておき、この値
を0点として、接触後の変動分を検出するようにするこ
ともできる。また上述した実施例では外装品4に加わる
力が所定の大きさを超えるとロボットハンド3の回動を
自在となるようにしたが、それと同時に瞬時にロボット
を停止させ、メカニカルブレーキを作動させるようにす
ることもできる。
Alternatively, the six-axis output of the force sensor 20 in the robot posture immediately before the exterior component 4 comes into contact with the machine body may be stored, and this value may be set to 0 to detect a variation after the contact. In the above-described embodiment, when the force applied to the exterior component 4 exceeds a predetermined magnitude, the robot hand 3 can freely rotate. At the same time, the robot is instantaneously stopped and the mechanical brake is operated. You can also

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上実施例に基づいて詳細に説明したように、本発明
では力覚センサとコンプライアンス装置とを組合せて用
いているため、肉眼によって確認して操作する従来のマ
ニピュレータに比べ動作が確実で迅速な操作が可能とな
る。また外装品に加わる力を制限することができるた
め、外装品や機体を破損することなく、安全に操作する
ことができる。
As described in detail based on the above embodiments, the present invention uses a combination of a force sensor and a compliance device, so that the operation is more reliable and quicker than a conventional manipulator that is operated by checking with the naked eye. Becomes possible. Further, since the force applied to the exterior component can be limited, the operation can be performed safely without damaging the exterior component or the body.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例を示すマニピュレータの要部
断面図、第2図は従来のマニピュレータを示す斜視図で
ある。 3……ロボットハンド、4……外装品、10……コンプラ
イアンス装置、11……支持台、12……バネ、13……上
蓋、14……下蓋、15……係合部、16……押圧部、30……
ロボットフランジ、40……距離センサ。
FIG. 1 is a sectional view of a main part of a manipulator showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing a conventional manipulator. 3 ... robot hand, 4 ... exterior parts, 10 ... compliance device, 11 ... support base, 12 ... spring, 13 ... upper cover, 14 ... lower cover, 15 ... engagement part, 16 ... Pressing part, 30 ……
Robot flange, 40 Distance sensor.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基部がロボットフランジに装着され、頭部
に外装品を把持するロボットハンドを有するマニピュレ
ータにおいて、 前記ロボットフランジに装着され、前記ロボットハンド
に加わる力を検出する力覚センサと、 前記ロボットフランジと前記ロボットハンドとの間に介
在し、前記ロボットハンドに加わる力が所定の大きさに
なるまでは前記ロボットハンドの回動を禁止し、所定の
大きさを超えたときには回動自在となって前記力を解放
する機構を有するコンプライアンス装置とを設けたこと
を特徴とするマニピュレータ。
1. A manipulator having a base mounted on a robot flange and having a robot hand on a head for gripping an exterior component, a force sensor mounted on the robot flange and detecting a force applied to the robot hand; Interposed between the robot flange and the robot hand, the rotation of the robot hand is prohibited until the force applied to the robot hand reaches a predetermined magnitude, and when the force exceeds a predetermined magnitude, the robot hand is freely rotatable. And a compliance device having a mechanism for releasing the force.
【請求項2】前記コンプライアンス装置は、前記ロボッ
トハンドに加わる力から前記所定の大きさの力だけ差し
引いた力を前記力覚センサに加える手段を有することを
特徴とする請求項1記載のマニピュレータ。
2. The manipulator according to claim 1, wherein the compliance device includes a means for applying to the force sensor a force obtained by subtracting the predetermined magnitude of force from the force applied to the robot hand.
【請求項3】前記力覚センサを6軸センサとした事を特
徴とする請求項1または2記載のマニピュレータ。
3. The manipulator according to claim 1, wherein said force sensor is a six-axis sensor.
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