JP2773210B2 - 球面作業ロボット装置及びその作業方法 - Google Patents

球面作業ロボット装置及びその作業方法

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JP2773210B2
JP2773210B2 JP1082992A JP8299289A JP2773210B2 JP 2773210 B2 JP2773210 B2 JP 2773210B2 JP 1082992 A JP1082992 A JP 1082992A JP 8299289 A JP8299289 A JP 8299289A JP 2773210 B2 JP2773210 B2 JP 2773210B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は球面もしくは曲面上の作業に適した球面作業
ロボットに関する。
(従来の技術) 従来、球面もしくは曲面上の作業に適したロボットと
して本出願人は特開昭60−71178号なるものを提案し
た。これはベースに設置した回転自在の第1回転軸に第
1腕を取り付け、第1腕に回転自在で、かつその軸線が
前記第1回転軸の軸線と直交するよう第2回転軸を取り
付け、該第2回転軸に取り付けた第2腕の先端部にその
軸線が第2腕の軸線と直交し、かつ第1回転軸の軸線と
交わるようにツール軸を接地するとともに、ツール軸の
先端部に作業工具を装着し、前記第1回転軸および第2
回転軸には夫々回転駆動機構を連結したことを特徴とし
たもので、ワークである球の曲率中心を上記第1回転軸
と第2回転軸の交点と一致させることによりツール軸の
軸線が曲面の法線と一致するので、ロボットのコンプラ
イアンスが曲面(円周)方向に大きくツール軸方向に小
さくなり、締付作業時にはワークの挿入穴の挿入軸との
ズレが生じてもワーク先端が穴面取り等をガイドとして
こじれを生じることなく受動的に位置修正され、かつ球
面全体をカバーする広い作業域が得られる等の特長をも
っている。
また、組立作業ばかりでなく曲面上の研磨等の加工作
業を行うのにも適している。
(発明が解決しようとする課題) 前述の特開昭60−71178号によるロボットでワークの
表面に対して連続して作業を行わせる場合、第6図に概
念図を示す如くアームの特異姿勢付近での作業が考えら
れる。
第6図のように、ツール軸4が第1腕2の軸線と同
軸になる位置にきた場合が特異姿勢となる。この場合、
ワーク5は球でその中心Oは軸線と軸線の交点O′
と一致しているものとする。この特異姿勢付近での作
業、例えばワーク5の表面上に、ワーク5と軸線との
交点を中心としてある半径rをもつ円をツール軸4先端
に設けた作業工具7でなぞらせる場合を考えると以下の
様な作業順序となる。
作業工具7をワーク5より離脱する。
第4図の状態を各回転軸θ,θの原点とすると
(以下、同様)θを−90°,θを半径rに対応した
角、−Δだけ回転する(第7図)。
作業工具7をワーク5に当接させる。すると、その
交点Cはワークを軸線と同軸であるZ方向から見た場
合(Z矢視)第8図の様になる。
次にθをCからC′までこの位置より+180°回
転させると、その軌跡はZ矢視の第9図に示すように、
半径rの半円となり、その時のロボットは第10図に示す
状態となる。
次に作業工具7をワーク5から離脱させる。
θを−180°,θを+Δ回転させる(第11
図)。
作業工具7をワーク5に当接させる(作業工具7先
端は第9図でC′の位置にくる)。
θを+180°回転させる(第12図)。すると作業
工具先端は、Z矢視の第13図のC′からCまでの向って
右回りの軌跡を描く(終了)。
以上の如く、ロボットの特異姿勢付近ではワーク5の
表面に円をえがくという単純な作業において、作業工具
の軸方向移動が4回のほか、θが合計で450°(原点
よりの累計)も回転せねばならないため、作業に要する
時間が大きくなり過ぎるという欠点があった。
(課題を解決するための手段) 本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、ベ
ースに設置した水平回転する第1回転軸に第1腕を取り
付け、第1腕に回転自在で、かつその軸線が前記第1回
転軸の軸線と直交するよう垂直回転する第2回転軸を取
り付け、該第2回転軸に取り付けた第2腕の先端部に、
その軸線が第2腕の軸線と直交し、かつ第1回転軸の軸
線と交わるようツール軸を設置するとともに、ツール軸
の先端部に作業工具を装着し、前記第1回転軸および第
2回転軸には夫々回転駆動機構を連結するようにし、ベ
ースを載置固定した架台上に球面作業ロボットと別の位
置に、前記第1回転軸の軸線と直角な軸により回転する
ワーク保持部材を前記作業工具の作業範囲内に位置する
ように設け、回転するワーク保持部材をその回転軸がX,
Y,Zの各基軸のうちどれか一軸と平行になるように直角
座標型ロボットの最終軸に取り付けるとともに、ワーク
保持部材の先端部が前記作業工具の作業域と共通部分を
有するように直角座標型ロボットを設けたことを特徴と
する球面作業ロボット装置。ベースに設置した水平回
転する第1回転軸に第1腕を取り付け、第1腕に回転自
在で、かつその軸線が前記第1回転軸の軸線と直交する
よう垂直回転する第2回転軸を取り付け、該第2回転軸
に取り付けた第2腕の先端部に、その軸線が第2腕の軸
線と直交し、かつ第1回転軸の軸線と交わるようツール
軸を設置するとともに、ツール軸の先端部に作業工具を
装着し、前記第1回転軸および第2回転軸には夫々回転
駆動機構を連結するようにした球面作業ロボットと別の
位置に、前記第1回転軸の軸線と直角な軸により回転す
るワーク保持部材の先端にワークを取り付けた球面作業
ロボット装置において、ワークに対する作業が前記ツー
ル軸の向きが前記第1回転軸の軸線と直角付近を中心と
した方向になるようにワーク保持部材の回転軸を回転さ
せることにより、ワークの作業面を選択するようにした
ことを特徴する球面作業ロボット装置の作業方法を特徴
とする。
以下、図示した実施例に基づいて具体的に説明する。
第1図で架台1にベース2が固定されている。該ベース
2にはサーボモーター3が設けられており、サーボモー
ター3の図示省略の出力軸は図示省略の第1回転軸θ
に連結している。
さらに、該第1回転軸θは第1腕4の基部4aと結合
している。第1腕はL字型をしていて第1回転軸の軸線
5に沿って伸びている。第1腕の先端4bでは第2回転軸
θ(図示省略)がその軸線6を前記第1回転軸の軸線
5と直交させて軸支されている。第2回転軸は第1腕4
先端4bに設けられたサーボモーター7と連結するととも
に、第2腕8の基部8bとも結合している。第2腕8はL
字型をしていて、その先端8bではその軸線9が第2回転
軸の軸線6と直交し、かつ第1回転軸の軸線5と交わる
ような摺動軸10が摺動自在に軸支されている。該摺動軸
10は第2腕8に設けられた図示省略の駆動装置によって
駆動される。
摺動軸10には軸線9に沿って作業工具11が設けられて
いる。11aは作業工具11先端の作業部(例えば、カッタ
ーなど)でその中心は軸線9と一致している。
一方、前記架台1にはX,Y,Zの3軸で駆動される直角
座標ロボット12がその最終軸(この例の場合はZ軸)が
前記の第1回転軸θの軸線5と直角になるように設け
られている。13はZ軸方向に伸縮するアームで、その先
端にはサーボモーター等のロータリーアクチュエーター
14がその出力軸WがZ軸と同軸になるように設けられて
いる。15はワークで、ロータリーアクチュエーター14の
出力軸Wに設けられた把持装置16によって固定されてい
る。
また、直角座標型ロボット12は把持したワーク15の作
業範囲と前記作業工具11の作業範囲に共通部分があるよ
うに設けられている。
次に作用について説明する。第2図〜第5図の概念図
で示す。第2図の状態をロボット原位置(原点)とする
今、原位置上でワーク15の作業工具側15′において第1
回転軸θの軸線5とワーク15との交点を中心とした半
径上の円を描く作業を考える。
まず、ロータリーアクチュエーター14を作動させ、W
軸を−90°回転させる(第3図)。
次に、第2回転軸θを+90°回転させる(第4
図)。
その後、第1回転軸θを−Δだけ回転させ描こうと
する円の円周上における法線と摺動軸10を一致させる
(第5図)。
摺動軸10を作動させて、作業工具先端11aをワーク15
に当接させた後、第1回転軸θ,第2回転軸θを共
調して動作させ円の円周上をなぞらせる。
このとき、第1回転軸θ,第2回転軸θの最大振
り角θは球の半径r1、円の半径r2とすると となる。
なお、上記実施例ではワークを直角座標ロボットの最
終軸に取り付けた回転軸の出力軸に取り付けるようにし
たが、ワークが球でその中心が第1回転軸θと第2回
転軸θの交点と一致するようであれば、ワークを直角
座標ロボットの代りに固定部に配置したワーク保持部材
に設けられた回転軸Wに設けても良い。
ただしその場合は、前記実施例と同様に回転軸Wの軸
線は第1回転軸の軸線と直角もしくは平行な軸になるよ
うに作業工具の作業範囲内に設ける必要がある。
また、直角座標型ロボットを用いればワークである球
の中心が第1回転軸θと第2回転軸θの交点と一致
しない時でも、ロボット移動によりこれを一致させるこ
とができる。
その他に、複雑な作業が可能となる。
(効果) 以上述べてきたように、本発明によるとベースに設
置した水平回転する第1回転軸に第1腕を取り付け、第
1腕に回転自在で、かつその軸線が前記第1回転軸の軸
線と直交するよう垂直回転する第2回転軸を取り付け、
該第2回転軸に取り付けた第2腕の先端部に、その軸線
が第2腕の軸線と直交し、かつ第1回転軸の軸線と交わ
るようツール軸を設置するとともに、ツール軸の先端部
に作業工具を装着し、前記第1回転軸および第2回転軸
には夫々回転駆動機構を連結するようにし、ベースを載
置固定した架台上に球面作業ロボットと別の位置に、前
記第1回転軸の軸線と直角な軸により回転するワーク保
持部材を前記作業工具の作業範囲内に位置するように設
け、回転するワーク保持部材をその回転軸がX,Y,Zの各
基軸のうちどれか一軸と平行になるように直角座標型ロ
ボットの最終軸に取り付けるとともに、ワーク保持部材
の先端部が前記作業工具の作業域と共通部分を有するよ
うに直角座標型ロボットを設けたことを特徴とする球面
作業ロボット装置。ベースに設置した水平回転する第
1回転軸に第1腕を取り付け、第1腕に回転自在で、か
つその軸線が前記第1回転軸の軸線と直交するよう垂直
回転する第2回転軸を取り付け、該第2回転軸に取り付
けた第2腕の先端部に、その軸線が第2腕の軸線と直交
し、かつ第1回転軸の軸線と交わるようツール軸を設置
するとともに、ツール軸の先端部に作業工具を装着し、
前記第1回転軸および第2回転軸には夫々回転駆動機構
を連結するようにした球面作業ロボットと別の位置に、
前記第1回転軸の軸線と直角な軸により回転するワーク
保持部材の先端にワークを取り付けた球面作業ロボット
装置において、ワークに対する作業が前記ツール軸の向
きが前記第1回転軸の軸線と直角付近を中心とした方向
になるようにワーク保持部材の回転軸を回転させること
により、ワークの作業面を選択するようにしたことを特
徴する球面作業ロボット装置の作業方法としたので、球
面作業ロボットの特異点付近における作業の作業時間を
かなり短縮することができ、その割合は(450°回転す
るのに要する時間+作業工具の摺動):(最大で180°
回転するのに要する時間)=1:0.4以下と大きい(上記
実施例では説明をわかり易くするために、円を描く場合
で説明したが、それ以外の作業においても同様の効果が
ある。)。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例全体斜視図、第2図乃至第5
図は本発明の作動を順次示す概念説明図、6図〜13図は
従来装置の作動を順次示す概念説明図である。 1……架台、2……ベース 3……サーボモーター、4……第1腕 4a……第1腕基部、4b……第1腕先端 5……第1回転軸の軸線 6……第2回転軸の軸線 7……サーボモーター、8……第2腕 9……軸線、10……摺動軸 11……作業工具 12……直角座標ロボット 14……ロータリーアクチュエーター 15……ワーク、16……把持装置

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ベースに設置した水平回転する第1回転軸
    に第1腕を取り付け、第1腕に回転自在で、かつその軸
    線が前記第1回転軸の軸線と直交するよう垂直回転する
    第2回転軸を取り付け、該第2回転軸に取り付けた第2
    腕の先端部に、その軸線が第2腕の軸線と直交し、かつ
    第1回転軸の軸線と交わるようツール軸を設置するとと
    もに、ツール軸の先端部に作業工具を装着し、前記第1
    回転軸および第2回転軸には夫々回転駆動機構を連結す
    るようにし、ベースを載置固定した架台上に球面作業ロ
    ボットと別の位置に、前記第1回転軸の軸線と直角な軸
    により回転するワーク保持部材を前記作業工具の作業範
    囲内に位置するように設け、回転するワーク保持部材を
    その回転軸がX,Y,Zの各基軸のうちどれか一軸と平行に
    なるように直角座標型ロボットの最終軸に取り付けると
    ともに、ワーク保持部材の先端部が前記作業工具の作業
    域と共通部分を有するように直角座標型ロボットを設け
    たことを特徴とする球面作業ロボット装置。
  2. 【請求項2】ベースに設置した水平回転する第1回転軸
    に第1腕を取り付け、第1腕に回転自在で、かつその軸
    線が前記第1回転軸の軸線と直交するよう垂直回転する
    第2回転軸を取り付け、該第2回転軸に取り付けた第2
    腕の先端部に、その軸線が第2腕の軸線と直交し、かつ
    第1回転軸の軸線と交わるようツール軸を設置するとと
    もに、ツール軸の先端部に作業工具を装着し、前記第1
    回転軸および第2回転軸には夫々回転駆動機構を連結す
    るようにした球面作業ロボットと別の位置に、前記第1
    回転軸の軸線と直角な軸により回転するワーク保持部材
    の先端にワークを取り付けた球面作業ロボット装置にお
    いて、ワークに対する作業が前記ツール軸の向きが前記
    第1回転軸の軸線と直角付近を中心とした方向になるよ
    うにワーク保持部材の回転軸を回転させることにより、
    ワークの作業面を選択するようにしたことを特徴する球
    面作業ロボット装置の作業方法。
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JPH02262979A JPH02262979A (ja) 1990-10-25
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JPS5462943A (en) * 1977-10-28 1979-05-21 Shin Meiwa Ind Co Ltd Welding robot
JPH07115311B2 (ja) * 1987-01-30 1995-12-13 ぺんてる株式会社 球面作業ロボツト装置

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