JP4531943B2 - ロボットのエンドエフェクタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットの先端に装着されるエンドエフェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロボットの先端アームにはロボットの作業内容に応じて所定のエンドエフェクタを装着するようにしている。
ところで、ロボットコントローラによるロボットに対する制御によりエンドエフェクタの位置及び姿勢を正しく制御するには、ロボットの先端位置に対するエンドエフェクタの座標ずれ量をロボットコントローラに予め入力するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ロボットの先端位置に対するエンドエフェクタの座標ずれ量はエンドエフェクタの種別毎に異なっているので、エンドエフェクタの種別を変更する毎に、エンドエフェクタの座標ずれ量をロボットコントローラに入力する必要があり、その作業が極めて面倒である。しかも、斯様な座標ずれ量は、エンドエフェクタが同一種別であっても異なることがあり、結局、エンドエフェクタを交換する毎に座標ずれ量を入力しているのが実情である。
【０００４】
一方、ロボットの命令においてエンドエフェクタに対する命令を実行したときは、ロボットコントローラのＩ／Ｏポートから信号を出力することによりエンドエフェクタを動作させるようにしているが、エンドエフェクタによってはＩ／Ｏポートに対する出力により動作が異なることがある。このため、エンドエフェクタ毎にＩ／Ｏポートに対する出力命令を変更する必要があり、使い勝手が極めて悪い。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ロボットの先端との座標ずれを容易に設定することができるロボットのエンドエフェクタを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、エンドエフェクタの記憶手段にはロボットの先端に対する当該エンドエフェクタの位置ずれ量と回転ずれ量からなる座標ずれ量が行列式で記憶されており、出力手段は、エンドエフェクタがロボットの先端に装着された状態では記憶手段に記憶されているデータをロボットコントローラに出力する。これにより、ロボットコントローラは、エンドエフェクタから取得したロボットの先端座標に対するエンドエフェクタ毎の座標ずれ量に基づいてエンドエフェクタを所望の位置及び姿勢に正しく制御することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
図２はロボット装置の斜視図である。この図２において、ロボット装置１は、ロボット２と、このロボット２を制御するロボットコントローラ３と、ティーチングペンダント４とから構成されている。このロボット２は、例えば垂直多関節型のロボットとして構成されている。つまり、ロボット２は、ベース５と、このベース５に水平方向に旋回可能に設けられたショルダ部６と、このショルダ部６に垂直方向に旋回可能に設けられた下アーム７と、この下アーム７に垂直方向に旋回可能に且つ捻り回転可能に設けられた上アーム８と、この上アーム８に垂直方向に旋回可能に設けられた手首９とを備え、手首９は先端部に捻り回転可能なフランジ１０を備えている。
【００１０】
上記フランジ１０はロボット２の先端とされ、当該フランジ１０にワークを把持するエンドエフェクタ１１（図４参照）などが取付けられるようになっている。
【００１１】
ここで、ショルダ部６の水平方向の旋回動作、下アーム７、上アーム８、手首９の垂直方向の各旋回動作は、それぞれの関節１２が、駆動源である例えば直流サーボモータ１３（何れも図３参照）により図示しない適宜の伝達機構を介して回転駆動されることにより行われる。
【００１２】
図３はロボットコントローラ３の構成を概略的に示している。この図３において、ロボットコントローラ３は、主制御部１４、動作プログラム記憶部１５、ティーチングポイント記憶部１６、経路生成部１７、動作ポイント記憶部１８、ロボット２の関節１２を駆動するための駆動部１９、位置検出部２０などを備えている。
主制御部１４は、ロボット２の動作プログラムが与えられたときは、その動作プログラムを動作プログラム記憶部１５に格納する。
【００１３】
位置検出部２０は、各関節１２の現在の回転角度を検出するためのもので、各関節１２を駆動するサーボモータ１３に設けられた位置センサとしてのロータリエンコーダ２１が接続されている。このロータリエンコーダ２１は、各サーボモータ１３の回転角度に応じたパルス信号を出力し、そのパルス信号は位置検出部２０に与えられる。位置検出部２０は、各ロータリエンコーダ２１からのパルス信号に基づいて各サーボモータ１３ひいては各関節１２の現在位置を検出し、その位置情報は、各サーボモータ１３の駆動部１９及び主制御部１４に与えられるようになっている。
【００１４】
各駆動部１９は、主制御部１４から与えられる位置指令値と位置検出部２０から与えられる現在位置とを比較し、その偏差に応じた電流を各サーボモータ１３に供給してそれらを駆動する。これにより、ロボット２の先端であるフランジ１０の中心部が動作プログラムにより定められた位置を通過することにより、組立作業などが行われるものである。
【００１５】
ここで、ロボットコントローラ３にはデータ通信部２２が設けられており、ロボット２の先端としてのフランジ１０にエンドエフェクタ１１が接続された状態で主制御部１４とエンドエフェクタ１１とがコネクタにより接続されたり、または磁気或いは光を媒体として接続されるようになっている。
【００１６】
図４はエンドエフェクタ１１を概略的に示している。この図４において、エンドエフェクタ１１は、データ格納・処理部２３、アクチュエータ部２４及び把持部２５から構成されており、データ格納・処理部２３はロボット２の先端のフランジ１０に極めて正確な位置決め状態で装着可能な形状に形成されている。
【００１７】
アクチュエータ部２４は、パイプ２６（図１参照）を通じて圧縮空気が供給される給入口２７を有しており、データ格納・処理部２３による制御に応じて把持部２５が開閉するようになっている。
【００１８】
図１はエンドエフェクタ１１の構成を示すブロック図である。この図１において、エンドエフェクタ１１のデータ格納・処理部２３は、データ処理部（制御手段に相当）２８、データ通信部（出力手段に相当）２９、データ格納部（記憶手段に相当）３０から構成されており、データ処理部２８は、データ通信部２９を通じてロボットコントローラ３とデータ通信を行うようになっている。
【００１９】
図５はエンドエフェクタ１１のデータ格納部３０に格納されているデータを示している。この図５において、格納データとしては、エンドエフェクタ名称、エンドエフェクタ先端座標特性値、エンドエフェクタ物理特性値及びエンドエフェクタ動作手段が記憶されている。これらのデータのうち、エンドエフェクタ先端座標特性値、エンドエフェクタ物理特性値及びエンドエフェクタ動作特性値はエンドエフェクタ１１からロボットコントローラ３に与えられるデータである。尚、エンドエフェクタ動作特性値は、エンドエフェクタ１１が多軸の場合にロボットコントローラ３がエンドエフェクタ１１を適切に稼働するために必要なデータであり、本実施の形態のエンドエフェクタ１１には設定されていない。
【００２０】
ここで、エンドエフェクタセンタ座標特性値としてはエンドエフェクタ１１の座標とロボット２の先端座標との座標ずれ量（位置ずれ量及び回転ずれ量）が記憶されている。これらの位置ずれ量及び回転ずれ量は行列式（Ｘ，Ｙ，Ｚ，ＲＸ，ＲＹ，ＲＺ）で与えられており、ロボット２の先端座標に座標ずれ量を示す行列式を乗算することによりエンドエフェクタ１１の位置及び姿勢を求めることができる。また、エンドエフェクタ物理特性値としてはエンドエフェクタ１１の質量及び最大外形寸法が記憶されており、ロボットコントローラ３はこれらのデータに基づいて必要に応じてロボット２を制御することができる。また、エンドエフェクタ動作特性値としては稼働軸特性及び最大出力が記憶されている。
【００２１】
一方、エンドエフェクタ動作手段は、ロボットコントローラ３から与えられる命令に基づいてエンドエフェクタ１１自身が動作するために必要なデータであり、内蔵プログラム名称及び内蔵プログラム特性が記憶されている。
【００２２】
次に上記構成の作用について説明する。
図６はエンドエフェクタ１１の位置制御に関するエンドエフェクタ１１とロボットコントローラ３との間の通信手順を示している。この図６において、ロボット３の先端としてのフランジ１０に所定のエンドエフェクタ１１を正確に位置合わせした状態で装着する。これにより、ロボットコントローラ３の主制御部１４とエンドエフェクタ１１のデータ処理部２８とが通信可能な状態となる。
【００２３】
エンドエフェクタ１１は、ロボット２に対する装着を確認したときは（Ｓ１０１）、通信開始処理を実行してから（Ｓ１０２）、ロボットコントローラ３にデータ格納部３０に記憶されている所定のデータを送信する（Ｓ１０３）。これにより、図６に示したエンドエフェクタ先端座標特性値及びエンドエフェクタ物理特性値がエンドエフェクタ１１からロボットコントローラ３に送信される。
ロボットコントローラ３においては、エンドエフェクタ１１からデータを受信したときは（Ｓ１０４）、当該データを記憶する（Ｓ１０５）。
【００２４】
そして、ロボットコントローラ３がエンドエフェクタ１１に対する命令を実行したときは（Ｓ１０６）、ロボット２の先端の軌道演算を開始し（Ｓ１０７）、ロボット２の先端座標（座標の回転も含む）に座標ずれ情報を乗算することによりエンドエフェクタ１１の中心座標位置及び座標の傾きを求め（Ｓ１０８）、その座標情報に基づいてサーボモータ１３を駆動することによりエンドエフェクタ１１の位置及び姿勢を制御する（Ｓ１０９）。
【００２５】
以上のような動作により、ロボット２の先端に装着するエンドエフェクタ１１の中心の座標（位置及び傾き）がロボット２の先端座標からずれているにしても、その座標ずれ量を考慮しながらロボット２の先端を駆動するようにしたので、エンドエフェクタ１１の種別にかかわらずエンドエフェクタ１１を正しい位置に制御することができる。
【００２６】
一方、図７はエンドエフェクタ１１の動作に関するロボットコントローラ３とエンドエフェクタ１１との間の通信手順を示している。この図７において、ロボットコントローラ３は、エンドエフェクタ１１を駆動する命令を実行すると（Ｓ２０１）、その命令をエンドエフェクタ１１に送信する（Ｓ２０２）。つまり、例えば、ロボットコントローラ３は、例えば把持部を閉じる命令であるＨＡＮＤＣＬＯＳＥを実行すると、その動作命令をエンドエフェクタ１１にデータ送信する。
【００２７】
エンドエフェクタ１１は、ロボットコントローラ３からエンドエフェクタ１１に対する命令を受信したときは（Ｓ２０３）、エンドエフェクタ動作手段として記憶している内蔵プログラム特性に基づいて自己の動作特性を判断し（Ｓ２０４）、把持処理をしてから（Ｓ２０５）、その把持処理をアクチュエータ部２４に伝達する（Ｓ２０６）。これにより、アクチュエータ部２４が駆動して把持部２５が動作する。
【００２８】
以上のような動作により、エンドエフェクタ１１はロボットコントローラ３から与えられた命令を解析してアクチュエータ部２４を駆動するので、エンドエフェクタ１１に対する命令として一般的な表現の命令をエンドエフェクタ１１の種別にかかわらず共通に用いることができる。
【００２９】
このような実施の形態によれば、エンドエフェクタ１１にロボット２の先端座標との座標ずれ量を記憶しておき、エンドエフェクタ１１がロボット２の先端に装着された状態で、エンドエフェクタ１１に記憶されている座標ずれ量をロボットコントローラ３に送信することにより、ロボットコントローラ３においてエンドエフェクタ１１の中心座標を求めるようにしたので、エンドエフェクタ１１を交換した場合であっても、面倒な作業を伴うことなくロボットコントローラ３はエンドエフェクタ１１を正確に制御することができる。
【００３０】
また、ロボットコントローラ３がエンドエフェクタ１１に対する命令を実行したときは、その命令をエンドエフェクタ１１に送信し、エンドエフェクタ１１において命令を解読してアクチュエータ部２４を駆動するようにしたので、エンドエフェクタ１１を交換した場合であっても、ロボットコントローラ３においてエンドエフェクタ１１に対する命令を変更することなくエンドエフェクタ１１を適切に駆動することができる。従って、エンドエフェクタ１１を交換するにしても、ロボットコントローラ３におけるエンドエフェクタ１１に対する動作を考慮するする必要がなく、使い勝手を大幅に高めることができる。
【００３１】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、エンドエフェクタとして多軸のものに適用したり、把持動作以外のエンドエフェクタに適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるエンドエフェクタの構成を示す概略図
【図２】ロボット装置の斜視図
【図３】ロボットコントローラの構成を示すブロック図
【図４】エンドエフェクタの斜視図
【図５】エンドエフェクタの記憶データを示す図
【図６】エンドエフェクタからロボットコントローラへの通信動作を示すフローチャート
【図７】ロボットコントローラからエンドエフェクタへの通信動作を示すフローチャート
【符号の説明】
２はロボット、３はロボットコントローラ、１１はエンドエフェクタ、２８はデータ処理部（制御手段）、２９はデータ通信部（出力手段）、３０はデータ格納部（記憶手段）である。

Claims (1)

1. ロボットの先端に装着されるエンドエフェクタにおいて、
   ロボットの先端座標に対する同一種別のエンドエフェクタ個体毎の位置ずれ量と回転ずれ量からなる座標ずれ量を行列式で記憶した記憶手段を備え、
   ロボットの先端に装着された状態で前記記憶手段が記憶している座標ずれ量を出力手段によりロボットコントローラに出力することを特徴とするロボットのエンドエフェクタ。

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