JP2799952B2 - Manipulator safe operation system - Google Patents

Manipulator safe operation system

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JP2799952B2
JP2799952B2 JP6080721A JP8072194A JP2799952B2 JP 2799952 B2 JP2799952 B2 JP 2799952B2 JP 6080721 A JP6080721 A JP 6080721A JP 8072194 A JP8072194 A JP 8072194A JP 2799952 B2 JP2799952 B2 JP 2799952B2
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moving
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボットに係
り、特に産業用ロボットの動作中に、産業用ロボットの
動作領域に作業者が誤って入ってしまった場合に産業用
ロボットの不意な作動があっても危険性を生じさせるこ
とのないマニピュレータの安全操作システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an industrial robot, and more particularly, to an industrial robot when an operator accidentally enters an operation area of the industrial robot during operation of the industrial robot. The present invention relates to a safe operation system of a manipulator that does not cause danger even if actuated.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、産業用ロボットは三次元空間で
多様な動作を行うことができる機能を有し、主として生
産活動における物体の任意の移動を司どるものである。
そして、現状では、人間の上肢(腕や手)の動作機能に
類似した自由度の高い動作機能を有するか、または感覚
機能および認識機能によって自律的に行動できるもので
ある。この産業用ロボットは、腕を動かすに何の障害も
なく、正常に作業を遂行できる作業空間である作業域を
有しているが、一般機械と異なり、その腕の行動範囲は
広く、運動には高速性および運動経路、停止位置の精度
が要求される反面、産業用ロボットの腕を含むシステム
全体は剛性が大きいため、ロボットの動きに対する安全
対策が必要となる。
2. Description of the Related Art Generally, an industrial robot has a function of performing various operations in a three-dimensional space, and mainly controls an arbitrary movement of an object in a production activity.
At present, it has a movement function with a high degree of freedom similar to the movement function of a human upper limb (arm or hand), or can act autonomously by a sensory function and a recognition function. This industrial robot has a work area that is a work space that can perform work normally without any obstacles in moving the arm, but unlike general machines, the range of action of the arm is wide, and Although high speed, motion paths, and accuracy of the stop position are required, the entire system including the arms of the industrial robot has high rigidity, so that safety measures against the movement of the robot are required.

【0003】産業用ロボットを設置し利用する場合、産
業用ロボットの動作領域内に作業者が立ち入って作業を
する場合においては、ロボットの不意の作動による危険
や、オペレータの誤動作による危険が指摘されている。
このため、一般に産業用ロボットが動作中には、その産
業用ロボットの動作領域に作業者が立ち入ることは労働
安全衛生規則により厳しく制限されており、万一、その
動作領域に立入った場合でも、ロボットの不意の作動
や、オペレータの誤動作が生じても作業者に危害が加わ
らないように多くの安全措置を講じることが産業用ロボ
ットを接地し利用する側に義務付けられている。したが
って、安全措置が採られていない状態で、産業用ロボッ
トの動作中にその動作領域内で作業を行うことは、わが
国においてはないと思われる。しかし、宇宙空間におい
ては、例えば米国NASAのスペースシャトルのマニピ
ュレータの動作領域内で宇宙飛行士が人工衛星の回収作
業をマニピュレータと協調して行っている等実際に行わ
れている。
[0003] When an industrial robot is installed and used, when a worker enters the operation area of the industrial robot to perform work, danger due to unexpected operation of the robot and danger due to malfunction of an operator are pointed out. ing.
For this reason, in general, when an industrial robot is operating, it is strictly restricted by occupational safety and health regulations that workers enter the operating area of the industrial robot. In addition, it is mandatory for a person who grounds and uses an industrial robot to take many safety measures so as not to cause harm to an operator even if an unexpected operation of the robot or a malfunction of an operator occurs. Therefore, it is unlikely in Japan that working in the operation area of an industrial robot while the industrial robot is in operation without taking safety measures. However, in the outer space, for example, an astronaut performs an artificial satellite recovery operation in cooperation with the manipulator in the operation area of the manipulator of the NASA space shuttle in the United States.

【0004】このように宇宙空間においては、宇宙飛行
士がマニピュレータの動作領域内で作業をしても、宇宙
空間は無重力であるため10tを越える重さの荷物を移
動させる場合でもマニピュレータの各関節の原動機は6
0W以下の出力のもので十分である。このように宇宙空
間においては、荷物を移動させるのに使用する動作原動
機が小さいため、マニピュレータが不意に作動してもそ
の加速度が小さく、不意に作動による危険がないとされ
ている。また、無重力状態を保つ産業用ロボットの従来
技術として特公昭59−351号がある。これは、無重
力状態を保つための上下動機構の駆動用サーボアクチュ
エータが空気圧で駆動され、かつ位置決め制度を高める
ため、サーボアクチュエータのピストンを別の駆動モー
タにより制御する機構になっている。
As described above, in cosmic space, even when an astronaut works in the operation area of the manipulator, even when moving a luggage weighing more than 10 tons because the space is zero gravity, each joint of the manipulator can be moved. The prime mover is 6
An output of 0 W or less is sufficient. As described above, in the outer space, since the operation motor used to move the luggage is small, even if the manipulator operates unexpectedly, the acceleration is small, and there is no danger due to the unexpected operation. Japanese Patent Publication No. Sho 59-351 discloses a conventional industrial robot for maintaining a zero gravity state. In this mechanism, a servo actuator for driving a vertical movement mechanism for maintaining a zero gravity state is driven by pneumatic pressure, and a piston of the servo actuator is controlled by another drive motor in order to enhance positioning accuracy.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】一方、地上において
は、宇宙と異なり産業用ロボット及びその移載物の重力
は無重力状態でないため、産業用ロボットには、それぞ
れの動作点で、その位置や姿勢を保持するためだけでも
大きな出力の原動機が必要になってくる。このため、産
業用ロボットがその移載物を持たず動作する場合や産業
用ロボットの自重がその動作を助ける方向に動くときに
は、誤動作によって、その原動機が強大な力を出す恐れ
があり、産業用ロボットの動作領域内に立ち入って作業
している作業者に危険を及ぼすことがあるという問題点
を有している。また、先の従来の産業用ロボット(特公
昭59−351号)の場合には、その出力が通常の産業
用ロボットの出力とほぼ同等のものとなり、安全なロボ
ットにはなり得ないという問題点を有している。さら
に、従来の産業用ロボットにあっては、前後動機構が、
上下動機構と同じ構造であるが、その駆動用サーボアク
チュエータは前後のバランスを保つ機能をもたず、別の
垂直方向のバランス機構により行われており、この方法
では前後バランスは不完全となるという問題点を有して
いる。
On the other hand, on the ground, unlike the universe, the gravity of the industrial robot and its transferred object is not in a zero-gravity state. A prime mover with a large output is needed just to maintain the power. For this reason, when the industrial robot operates without the transferred object or when the weight of the industrial robot moves in a direction that assists the operation, the prime mover may exert a large force due to malfunction, and There is a problem that a worker who enters the operation area of the robot and works may pose a danger. Further, in the case of the above-mentioned conventional industrial robot (Japanese Patent Publication No. 59-351), the output is almost the same as that of a normal industrial robot, and it cannot be a safe robot. have. Further, in the conventional industrial robot, the longitudinal movement mechanism is
It has the same structure as the vertical movement mechanism, but its drive servo actuator does not have the function of maintaining the front and rear balance, it is performed by another vertical balance mechanism, and the front and rear balance is incomplete with this method There is a problem that.

【0006】本発明の目的は、産業用ロボットの自重や
移載物の重量を産業用ロボットが作動するための動力で
保持するのではなく別の手段で保持しておき、産業用ロ
ボットが作動するためにの動力を得る原動機を最小の出
力にしたバランス装置により産業用ロボット自身の重量
や移載物の重量を無重力化して、産業用ロボット動作中
に産業用ロボットの動作領域に作業者が入って作業した
場合でもロボットの不意の作動やオペレータの誤動作が
あっても作業者に対する危険を回避しようとするもので
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to maintain the weight of an industrial robot or the weight of a transferred object by another means, instead of using the power for operating the industrial robot. The weight of the industrial robot itself and the weight of the transferred object is reduced to zero gravity by a balance device that minimizes the output of the prime mover that obtains the power to perform the operation, and the operator enters the operating area of the industrial robot during the operation of the industrial robot. Even if a worker enters and works, even if there is a sudden operation of the robot or a malfunction of the operator, it is intended to avoid danger to the operator.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のマニピュレータの安全操作システムにおい
ては、先端に荷重を吊り下げる第1アームと,該第1ア
ームの末端にその一端が回動自在に軸支される第2アー
ムと,前記第1アームにその一端が回動自在に軸支され
前記第2アームに平行になるように配置される第1平行
リンクと,前記第1平行リンクの末端に回動自在に軸支
され他端が前記第2アームの適宜箇所に回動自在に軸支
され前記第1アームと平行になるように配置される第2
平行リンクと,前記第1平行リンクと前記第2平行リン
クに懸架され前記荷重の前後方向のバランスを制御する
前後シリンダと,前記第2アームの末端に取り付けられ
該第2アームの末端を上下動させる上下用シリンダと,
前記第2アームを前後に傾ける第1の電動サーボモータ
と,前記第2アームに対して前記荷重を上下に移動させ
る第2の電動サーボモータと,前記第1アームを旋回す
る駆動機構とを備え,アーム機構の自重及び前記荷重の
重量を、前記第1アームの先端aと、第1アームと第2
アームとの軸支点cと、第2アームの末端の移動支点B
とによって形成される△acBと、第1平行リンクの末
端と第2平行リンクの一端が連結軸支される移動軸支点
Aと、第2平行リンクと第2アームとの軸支点bと、第
2アームの末端の移動支点Bとによって形成される△A
bBとが常に相似三角形を形成するように前記前後シリ
ンダと上下用シリンダとによってバランスせしめ前記荷
重が任意の位置に停留するようにすると共に、前記荷重
の上下・前後・旋回を前記第1の電動サーボモータと、
前記第2の電動サーボモータと、前記駆動機構によって
行うようにしたものである。
In order to achieve the above object, in a manipulator safe operation system according to the present invention, a first arm for suspending a load at a tip thereof, and one end thereof being turned at a distal end of the first arm. A second arm movably supported on the first arm, a first parallel link having one end rotatably supported on the first arm and arranged parallel to the second arm, and a first parallel link; A second end is rotatably supported at the end of the link and the other end is rotatably supported at an appropriate position of the second arm and is disposed so as to be parallel to the first arm.
A parallel link, a front-rear cylinder suspended between the first parallel link and the second parallel link for controlling the balance in the front-rear direction of the load, and mounted on a distal end of the second arm to vertically move the distal end of the second arm Up and down cylinders
A first electric servomotor for tilting the second arm back and forth; a second electric servomotor for moving the load up and down with respect to the second arm; and a drive mechanism for turning the first arm. , The weight of the arm and the weight of the load, the tip a of the first arm, the first arm and the second
A pivot fulcrum c with the arm and a movement fulcrum B at the end of the second arm
△ acB, a moving shaft fulcrum A where the end of the first parallel link and one end of the second parallel link are connected and supported, a shaft fulcrum b between the second parallel link and the second arm, ΔA formed by the moving fulcrum B at the end of the two arms
bB is always balanced by the front and rear cylinders and the vertical cylinder so as to form a similar triangle so that the load stays at an arbitrary position, and the vertical and vertical rotation of the load is controlled by the first electric motor. A servo motor,
This is performed by the second electric servomotor and the drive mechanism.

【0008】[0008]

【作用】荷重を把持して三次元空間を移動するマニピュ
レータにおいて、上記荷重と上記マニピュレータの重力
とを検出して力制御する2軸以上の保持装置と独立した
位置制御装置により上記保持装置と独立した2つ以上の
駆動装置を制御するようにしてあるため、産業用ロボッ
トの自重や移載物の重量は作動するために動力で保持す
ることなく別の手段で保持し、作動のために原動機を最
小の出力にして、産業用ロボット動作中に産業用ロボッ
トの動作領域に作業者が入っても産業用ロボット自身の
重量や移動物の重量をバランスすることにより無重力化
して、作業者に対する危険を回避する。
In a manipulator that moves in a three-dimensional space by gripping a load, the holding device is independent of the holding device by a position control device that is independent of a holding device of two or more axes that detects the load and the gravity of the manipulator and controls the force. Control of the two or more driving devices described above, the weight of the industrial robot's own weight and the weight of the transferred object are not held by power to operate but are held by another means, and the prime mover is used for operation. To the minimum output, and even if an operator enters the operating area of the industrial robot during the operation of the industrial robot, the weight of the industrial robot itself and the weight of the moving object are balanced to make it zero-gravity. Work around.

【0009】[0009]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
1には、本発明に係るマニピュレータの安全操作システ
ムの一実施例が示されている。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 shows an embodiment of a safe operation system for a manipulator according to the present invention.

【0010】図において、1はアーム機構で荷重3を任
意の位置に停止して保持し、自由に任意の場所に移動で
きるものである。2はアーム支持部で、アーム機構1を
旋回軸によって回動自在に支持している。3は荷重、4
は上下用シリンダで、アーム機構1を上下動させるもの
である。5は第1アーム、6は第2アームである。この
第1アーム5は、先端に荷重3が吊り下げられ、末端が
第2アーム6の一端に軸支されており、アーム機構1の
一部を構成している。また、第2アーム6は、末端が上
下用シリンダ4のシリンダロッドに回動自在に軸支され
ており、この上下用シリンダ4によって上下にアーム支
持部2に形成されるスリット内を摺動するようになって
いる。7は第1平行リンクであり、この第1平行リンク
7は、その一端が第2アーム6の適宜箇所に回動自在に
軸支されており、末端は第2平行リンク13の一端に回
動自在に軸支されている。そして、この第1平行リンク
7は、第2アーム6と常に平行に保つように配置されて
いる。8はアーム機構1の前後方向のバランスを取るた
めに第1平行リンク7と第2平行リンク13とに懸架さ
れた前後シリンダである。9は上下用シリンダ4の圧力
を制御するパイロット式減圧弁であり、10は前後シリ
ンダ8の圧力を制御するパイロット式減圧弁である。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an arm mechanism which stops and holds a load 3 at an arbitrary position and can freely move to an arbitrary position. Reference numeral 2 denotes an arm supporting portion that rotatably supports the arm mechanism 1 around a pivot shaft. 3 is load, 4
Is a vertical cylinder for moving the arm mechanism 1 up and down. 5 is a first arm and 6 is a second arm. The first arm 5 has a load 3 suspended from the distal end, and the distal end is pivotally supported at one end of the second arm 6, and forms a part of the arm mechanism 1. The end of the second arm 6 is rotatably supported by the cylinder rod of the vertical cylinder 4 so that the second arm 6 slides vertically in the slit formed in the arm support 2 by the vertical cylinder 4. It has become. Reference numeral 7 denotes a first parallel link. One end of the first parallel link 7 is rotatably supported at an appropriate position of the second arm 6, and the end of the first parallel link 7 is rotated by one end of a second parallel link 13. It is freely supported. The first parallel link 7 is disposed so as to be always kept parallel to the second arm 6. Reference numeral 8 denotes a front-rear cylinder suspended between the first parallel link 7 and the second parallel link 13 to balance the arm mechanism 1 in the front-rear direction. Reference numeral 9 denotes a pilot pressure reducing valve that controls the pressure of the vertical cylinder 4, and reference numeral 10 denotes a pilot pressure reducing valve that controls the pressure of the front and rear cylinders 8.

【0011】上下用シリンダ4は、荷重3の重量を線分
aB(例えば、3)と線分AB(例えば、1)との比に
比例した重量(荷重3の1/3)を、支えるのに等しい
力を出力して荷重3を任意の位置で保持されるようにバ
ランスさせる機能を有している。パイロット式減圧弁9
は、第1アーム5の先端に吊り下げられた荷重3を任意
の位置に保持させるため必要な上下用シリンダ4の出力
を上下用シリンダ4のシリンダ内の圧力に換算して検出
し、上下用シリンダ4内の圧力を制御している。
The vertical cylinder 4 supports the weight of the load 3 (1/3 of the load 3) in proportion to the ratio of the line segment aB (for example, 3) to the line segment AB (for example, 1). Has the function of balancing the load 3 so that the load 3 is held at an arbitrary position. Pilot type pressure reducing valve 9
Detects the output of the vertical cylinder 4 required to hold the load 3 suspended at the tip of the first arm 5 at an arbitrary position, by converting the output into the pressure in the vertical cylinder 4 and detecting the output. The pressure in the cylinder 4 is controlled.

【0012】前後シリンダ8は、第2平行リンク13に
取り付けられており、この前後シリンダ8のシリンダロ
ッドが第1平行リンク7に取り付けられている。そし
て、この前後シリンダ8は、アーム機構1が前後方向力
に移動しようとする力に反発する力を出力してアーム機
構1が任意の位置に保持されるようにバランスしてお
り、パイロット式減圧弁10は、この前後シリンダ8の
シリンダ内の圧力をパイロット圧力としてアーム機構1
が前後方向へ流れるのを防止する制御を行っている。
The front and rear cylinders 8 are attached to the second parallel link 13, and the cylinder rod of the front and rear cylinders 8 is attached to the first parallel link 7. The front and rear cylinders 8 are balanced so that the arm mechanism 1 outputs a force repelling the force of the arm mechanism 1 to move in the front and rear direction so that the arm mechanism 1 is held at an arbitrary position. The valve 10 uses the pressure in the cylinders of the front and rear cylinders 8 as a pilot pressure as the arm mechanism 1.
Is controlled to prevent the air from flowing in the front-rear direction.

【0013】11は第1の電動サーボモータであり、第
2アーム6を前後に傾けるためのものである。12は第
2の電動サーボモータであり、第2アーム6に対して荷
重3を上下に移動させるためのものである。13はアー
ム機構1を構成する第2平行リンクで、一端が前記第1
平行リンク7の末端に回動自在に軸支されている。この
第2平行リンク13の端末は、第2アーム6の適宜箇所
に回動自在に軸支されており、この第2平行リンク13
の端末は、第2平行リンク13が第1アーム5と平行に
なる第2アーム6の適宜箇所に回動自在に軸支されてい
る。また、第2平行リンク13の長さは、第1平行リン
ク7が第2アーム6と平行になるような長さである。
Reference numeral 11 denotes a first electric servo motor for tilting the second arm 6 back and forth. Reference numeral 12 denotes a second electric servomotor for moving the load 3 up and down with respect to the second arm 6. Reference numeral 13 denotes a second parallel link that constitutes the arm mechanism 1, and one end of the second parallel link is the first parallel link.
The end of the parallel link 7 is rotatably supported by a shaft. The terminal of the second parallel link 13 is rotatably supported at an appropriate position on the second arm 6.
Is rotatably supported at an appropriate position on the second arm 6 where the second parallel link 13 is parallel to the first arm 5. The length of the second parallel link 13 is such that the first parallel link 7 is parallel to the second arm 6.

【0014】アーム機構1は、第1アーム5と、第2ア
ーム6と、第1平行リンク7と、第2平行リンク13と
によって平行四辺形リンクが構成されている。Aは、移
動軸支点で、アーム機構1を支持して前後に移動するも
のである。また、Bは、第2アーム6の先端の移動支点
で、荷重3を支持して上下に摺動するものである。さら
に、bは、第2平行リンク13が第2アーム6に回動自
在に軸支される軸支点で、第2平行リンク13が第1ア
ーム5と平行にかる位置に設けられている。そして、第
1アーム5の先端aと、第1平行リンク7の末端と第2
平行リンク13の一端が連結軸支される移動軸支点A
と、第2アーム6の末端の移動支点Bは、荷重3の位置
に拘らず常に一直線上にくるように構成されている。ま
た、第1アーム5の先端aと、第1アーム5と第2アー
ム6との軸支点cと、第2アーム6の末端の移動支点B
とによって形成される△acBと、第1平行リンク7の
末端と第2平行リンク13の一端が連結軸支される移動
軸支点Aと、第2平行リンク13と第2アーム6との軸
支点bと、第2アーム6の末端の移動支点Bとによって
形成される△AbBとは常に相似三角形を形成してい
る。
In the arm mechanism 1, the first arm 5, the second arm 6, the first parallel link 7, and the second parallel link 13 form a parallelogram link. A is a moving shaft fulcrum that supports the arm mechanism 1 and moves back and forth. B is a fulcrum at the tip of the second arm 6, which supports the load 3 and slides up and down. Further, b is a pivot point at which the second parallel link 13 is rotatably supported by the second arm 6, and is provided at a position where the second parallel link 13 extends parallel to the first arm 5. Then, the distal end a of the first arm 5, the distal end of the first parallel link 7, and the second
Moving shaft fulcrum A at which one end of the parallel link 13 is connected and supported.
And the moving fulcrum B at the end of the second arm 6 is configured to always be on a straight line regardless of the position of the load 3. Further, the tip a of the first arm 5, the pivot fulcrum c between the first arm 5 and the second arm 6, and the movement fulcrum B at the end of the second arm 6
△ acB, a moving shaft fulcrum A where the end of the first parallel link 7 and one end of the second parallel link 13 are connected and supported, and a shaft fulcrum between the second parallel link 13 and the second arm 6. b and ΔAbB formed by the moving fulcrum B at the end of the second arm 6 always form a similar triangle.

【0015】14は空圧源で、パイロット式減圧弁9、
10にその動力を供給する。15は制御装置で、第1、
第2の電動サーボモータ11、12を制御するものであ
る。16は制御装置15の制御回路で、計算機17、テ
ィーチング装置18、電源19がそれぞれ接続されてい
る。20、21、22はそれぞれサーボ増幅器で、サー
ボ増幅器20は第1の電動サーボモータ11を、サーボ
増幅器21は第2の電動サーボモータ12を、サーボ増
幅器22はアーム支持部2に内臓された旋回用の駆動機
構をそれぞれ駆動するためのものである。23、24、
25はそれぞれフィードバック回路で、フィードバック
回路23は一端が第1の電動サーボモータ11に他端が
位置検出器に接続されており、フィードバック回路24
は一端が第2の電動サーボモータ12に他端が位置検出
器に接続されており、フィードバック回路25は一端が
アーム支持部2に他端が位置検出器に接続されており、
それぞれその位置の検出が行われる。
Reference numeral 14 denotes a pneumatic pressure source, which is a pilot pressure reducing valve 9,
Supply 10 its power. Reference numeral 15 denotes a control device.
The second electric servomotors 11 and 12 are controlled. Reference numeral 16 denotes a control circuit of the control device 15, to which a computer 17, a teaching device 18, and a power supply 19 are connected. Reference numerals 20, 21, and 22 denote servo amplifiers, respectively. The servo amplifier 20 includes the first electric servomotor 11, the servo amplifier 21 includes the second electric servomotor 12, and the servo amplifier 22 includes a swing incorporated in the arm support 2. For driving the respective driving mechanisms. 23, 24,
25 is a feedback circuit. One end of the feedback circuit 23 is connected to the first electric servomotor 11 and the other end is connected to the position detector.
Has one end connected to the second electric servomotor 12 and the other end connected to the position detector, the feedback circuit 25 has one end connected to the arm support 2 and the other end connected to the position detector,
Each of the positions is detected.

【0016】次に本実施例の動作について説明する。Next, the operation of this embodiment will be described.

【0017】まず、空圧源14を投入すると、上下用シ
リンダ4が荷重3に比例した力を出してその位置でバラ
ンスする。続いて前後シリンダ8が与えられた位置でバ
ランスする。もし、作業者がアーム機構1をもって先端
を動かすと荷重3の重量を感ずることなく移動させるこ
とができる。次に制御装置15の電源19を投入しティ
ーチング装置18によって第1、第2の電動サーボモー
タ11、12等に動作指令を与えると、与えられた指令
に応じてアーム機構1は上下、前後、旋回の動作を行
う。
First, when the pneumatic pressure source 14 is turned on, the vertical cylinder 4 generates a force proportional to the load 3 and balances at that position. Subsequently, the front and rear cylinders 8 balance at a given position. If the operator moves the tip with the arm mechanism 1, it can be moved without feeling the weight of the load 3. Next, when the power supply 19 of the control device 15 is turned on and operation commands are given to the first and second electric servomotors 11 and 12 by the teaching device 18, the arm mechanism 1 moves up and down, back and forth, Perform the turning operation.

【0018】上記指令に基づいて移動した位置でティー
チング指令を与えると、その位置は位置検出器につなが
れたフィードバック回路23、24、25を介して制御
回路16に入力され計算機17の記憶装置に記憶され
る。このようにして記憶されたアーム機構1の動作手順
及び位置は一連のプログラムとなる。このようなプログ
ラムを再生することにより、アーム機構1は自動的に動
作される。したがって、本実施例によれば、アーム機構
1は上下用シリンダ4及び前後シリンダ8によって完全
にバランスされた後で上下用シリンダ4及び前後シリン
ダ8と異なる3つの駆動装置(第1の電動サーボモータ
11、第2の電動サーボモータ12、アーム支持部2内
臓の駆動機構)によってアーム機構1の先端を三次元空
間に移動させることができる。
When a teaching command is given at the position moved based on the above command, the position is input to the control circuit 16 via feedback circuits 23, 24 and 25 connected to the position detector and stored in the storage device of the computer 17. Is done. The operation procedure and the position of the arm mechanism 1 stored in this manner constitute a series of programs. By playing back such a program, the arm mechanism 1 is automatically operated. Therefore, according to the present embodiment, the arm mechanism 1 is completely balanced by the vertical cylinders 4 and the front and rear cylinders 8 and then is different from the three driving devices (the first electric servomotor). 11, the second electric servomotor 12, and the drive mechanism built into the arm support section 2) can move the tip of the arm mechanism 1 to the three-dimensional space.

【0019】また、図1における駆動装置は、アーム機
構1を完全にバランスさせた後で駆動させるよう構成さ
せてあるので、荷重3の自重やアーム機構1の自重を保
持する必要がなく、ちょうど宇宙におけるスペースシャ
トルのマニピュレータのように小さな動力で移動させる
ことができる。さらに、3つの駆動装置がいずれもスペ
ースシャトルのマニピュレータのように60W程度であ
れば人と接触しても危険ではなく、また、動力が小さい
ため、人が予想できないような急激な変化をすることも
ない。
Further, since the driving device shown in FIG. 1 is configured to drive the arm mechanism 1 after it is completely balanced, it is not necessary to hold the weight of the load 3 or the weight of the arm mechanism 1, and It can be moved with small power like a space shuttle manipulator in space. Furthermore, if all three driving devices are about 60W like the manipulator of the Space Shuttle, there is no danger even if they come into contact with humans, and because of the small power, sudden changes that humans can not predict. Nor.

【0020】またさらに、上下用シリンダ4、さらに3
つの駆動装置群のそれぞれの力制御及び位置制御は独立
した制御装置となっているため、3つの独立した制御装
置のうち少なくとも2つが同時に誤動作をしない限り、
人が予想できないような複雑な動作をしかも急激に行う
ことはない。このようにして本発明ではアーム機構1の
動作領域内に人が入っても安全性を確保することができ
る。また、このような安全性の確保によって労働者がア
ーム機構1と協調して作業ができ、労働者の臨機応変の
作業とアーム機構1の力持ちとしての能力を合せ持つチ
ームとして効果を上げることができる。
Further, the vertical cylinders 4 and 3
Since the force control and the position control of each of the three drive units are independent control devices, unless at least two of the three independent control devices malfunction at the same time,
It does not perform complicated movements that can be expected by humans, and does not suddenly. As described above, according to the present invention, safety can be ensured even when a person enters the operation area of the arm mechanism 1. Further, by ensuring such safety, the worker can work in cooperation with the arm mechanism 1, and the effect can be improved as a team having both the flexible work of the worker and the ability of the arm mechanism 1 as a strong man. it can.

【0021】さらに、一時的な身体障害の機能回復のた
め、患者の体重の90%〜30%をアーム機構1に保持
してもらい、しかもプログラム通りに移動させることに
より歩行訓練を一人で行うこともできる。またさらに、
災害地における人命救助活動、警備のための人との接
触、サービス業等、人間と共存して動作する各種ロボッ
トとして効果を発揮することができる。
Further, in order to temporarily recover the function of the physical disability, the gait training is performed by having the arm mechanism 1 hold 90% to 30% of the weight of the patient and moving the patient according to the program. Can also. In addition,
It can be effective as various robots that coexist with humans, such as rescue activities in disaster areas, contact with humans for security, and service businesses.

【0022】[0022]

【発明の効果】本発明によれば、荷重を把持して三次元
空間を移動するマニピュレータにおいて、上記荷重と上
記マニピュレータの重力とを検出して力制御する2軸以
上の保持装置と独立した位置制御装置により上記保持装
置と独立した2つ以上の駆動装置を制御するようにして
あるため、産業用ロボットの自重や移載物の重量は作動
するために動力(前後シリンダと上下用シリンダ)で保
持することなく別の手段(第1の電動サーボモータと第
2の電動サーボモータと駆動機構)で保持し、作動のた
めに原動機を最小の出力にして、産業用ロボット動作中
に産業用ロボットの動作領域に作業者が入って産業用ロ
ボット自身の重量や移動物の重量をバランスすることに
より無重力化して、作業者に対する危険を回避すること
ができる。
According to the present invention, in a manipulator that moves in a three-dimensional space while gripping a load, a position independent of a holding device having two or more axes that controls the force by detecting the load and the gravity of the manipulator. Since the control device controls two or more driving devices independent of the holding device, the self-weight of the industrial robot and the weight of the transferred object are controlled by power (front and rear cylinders and vertical cylinders) to operate. Without the holding, it is held by another means (the first electric servomotor, the second electric servomotor, and the driving mechanism), and the prime mover is set to the minimum output for the operation. When the worker enters the operation area, the weight of the industrial robot itself and the weight of the moving object are balanced to reduce the weight of the robot, thereby avoiding the danger to the worker.

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

【図1】本発明に係るマニピュレータの安全操作システ
ムの実施例を示すシステム構成図である。
FIG. 1 is a system configuration diagram showing an embodiment of a manipulator safe operation system according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1………………………………………………………アーム
機構 2………………………………………………………アーム
支持部 3………………………………………………………荷重 4………………………………………………………上下用
シリンダ 5………………………………………………………第1ア
ーム 6………………………………………………………第2ア
ーム 7………………………………………………………第1平
行リンク 8………………………………………………………前後シ
リンダ 9,10………………………………………………パイロ
ット減圧弁 11……………………………………………………第1の
電動サーボモータ 11……………………………………………………第2の
電動サーボモータ 13……………………………………………………第2平
行リンク 14……………………………………………………空圧源 15……………………………………………………制御装
置 16……………………………………………………制御回
路 17……………………………………………………計算機 18……………………………………………………ティー
チング装置 19……………………………………………………電源 20,21,22……………………………………サーボ
増幅器 23,24,25……………………………………フィー
ドバック回路 A………………………………………………………移動軸
支点 B………………………………………………………移動支
点 c………………………………………………………軸支点
1 ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………… Second arm 7… ………………………… First parallel link 8 ………………………………………………………………………………………………… 9 ………………………… Pilot pressure reducing valve 11 ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ··························································································································· | ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 13 ……………………………………………………………………………………………………………………………… pneumatic source 15 ………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Control circuit 17 ………………………………………… ...... Calculator 18 .................. Teaching device 19 ...... Power supply 20, Power supply 20, 21, 22 …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… A …………………………………………………………………………………………………………………………… Movement points c …………………… ……………………… Axial fulcrum

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 先端に荷重を吊り下げる第1アームと, 該第1アームの末端にその一端が回動自在に軸支される
第2アームと, 前記第1アームにその一端が回動自在に軸支され前記第
2アームに平行になるように配置される第1平行リンク
と, 前記第1平行リンクの末端に回動自在に軸支され他端が
前記第2アームの適宜箇所に回動自在に軸支され前記第
1アームと平行になるように配置される第2平行リンク
と, 前記第1平行リンクと前記第2平行リンクに懸架され前
記荷重の前後方向のバランスを制御する前後シリンダ
と, 前記第2アームの末端に取り付けられ該第2アームの末
端を上下動させる上下用シリンダと, 前記第2アームを前後に傾ける第1の電動サーボモータ
と, 前記第2アームに対して前記荷重を上下に移動させる第
2の電動サーボモータと, 前記第1アームを旋回する駆動機構とを備え, アーム機構の自重及び前記荷重の重量を、前記第1アー
ムの先端aと、第1アームと第2アームとの軸支点c
と、第2アームの末端の移動支点Bとによって形成され
る△acBと、第1平行リンクの末端と第2平行リンク
の一端が連結軸支される移動軸支点Aと、第2平行リン
クと第2アームとの軸支点bと、第2アームの末端の移
動支点Bとによって形成される△AbBとが常に相似三
角形を形成するように前記前後シリンダと上下用シリン
ダとによってバランスせしめ前記荷重が任意の位置に停
留するようにすると共に、前記荷重の上下・前後・旋回
を前記第1の電動サーボモータと、前記第2の電動サー
ボモータと、前記駆動機構によって行うようにしたこと
を特徴とするマニピュレータの安全操作システム。
1. A first arm for suspending a load at a tip, a second arm having one end rotatably supported at a distal end of the first arm, and one end rotatably supported by the first arm. A first parallel link that is pivotally supported on the second arm and that is rotatably supported at an end of the first parallel link and that has the other end pivoted at an appropriate position on the second arm; A second parallel link movably supported to be parallel to the first arm, before and after the first parallel link and the second parallel link are suspended from the first and second parallel links to control the balance of the load in the front and rear direction; A cylinder, a vertical cylinder attached to a distal end of the second arm for vertically moving the distal end of the second arm, a first electric servomotor for tilting the second arm back and forth, Moving the load up and down And a drive mechanism for rotating the first arm, the weight of the arm mechanism's own weight and the load being measured by the tip a of the first arm and the fulcrum of the first arm and the second arm. c
△ acB formed by a moving fulcrum B at the end of the second arm, a moving shaft fulcrum A where the end of the first parallel link and one end of the second parallel link are connected and supported, and a second parallel link. The front and rear cylinders and the vertical cylinder are balanced so that the △ AbB formed by the pivot fulcrum b with the second arm and the movement fulcrum B at the end of the second arm always forms a similar triangle. The first and second electric servomotors, the second electric servomotor, and the drive mechanism are configured to stop at an arbitrary position and to perform up / down, forward / backward, and turning of the load by the driving mechanism. Manipulator safe operation system.
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