JP5228784B2 - Manipulator system - Google Patents

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Description

本発明は、自動生産システム等において使用可能なマニピュレータシステムに係り、詳しくは、ワークの搬送やワークの加工等のために、所定のアクセス位置に移動したり、複数のアクセス位置間を移動する等の動作を行うマニピュレータシステムに関するものである。   The present invention relates to a manipulator system that can be used in an automatic production system or the like, and more specifically, moves to a predetermined access position, moves between a plurality of access positions, etc. for transferring a workpiece or processing a workpiece. It is related with the manipulator system which performs operation | movement of.

自動生産システム等においてマニピュレータがワークにアクセスする場合は、マニピュレータの先端のハンドやツールが届く範囲に、ワークや組立装置、部品供給装置、ラック等の周辺装置が配置される(例えば、特許文献1,2)。   When a manipulator accesses a workpiece in an automatic production system or the like, peripheral devices such as a workpiece, an assembly device, a component supply device, and a rack are disposed within the reach of the hand and tool at the tip of the manipulator (for example, Patent Document 1). , 2).

この場合、マニピュレータのハンドやツールが届く範囲は、マニピュレータのリーチによって制約されるので、多くの周辺装置を必要とする作業や、大きなサイズのワークの広範囲な場所にアクセスする必要がある作業では、リーチを大きく取る必要がある。このため、マニピュレータのサイズが大型化し、システム全体のコンパクト化を図りにくくなる。   In this case, the reach of the manipulator's hand and tool is limited by the reach of the manipulator, so in work that requires many peripheral devices or work that requires access to a wide range of large-sized workpieces, It is necessary to take a large reach. For this reason, the size of the manipulator is increased, and it is difficult to make the entire system compact.

一般的にマニピュレータサイズが大型化するほどマニピュレータの可搬重量は大きくなり、可搬重量の増加に対してコストも増加する。そこで、マニピュレータとして適正な可搬重量のものを選定し、そのマニピュレータを周辺装置に対して移動可能とした移動式のマニピュレータを用いることで、上述したような点を解消することができる。最も単純な移動式のマニピュレータは、1軸の精密テーブルによる直線方向移動形のものであり(例えば、特許文献3)、XY平面での移動を要する場合は直交2軸の精密テーブルやガントリが用いられる(例えば、特許文献4)。   In general, the larger the manipulator size, the larger the manipulator's transportable weight, and the cost increases as the transportable weight increases. Therefore, the above-mentioned points can be solved by selecting a manipulator having an appropriate portable weight and using a movable manipulator that can move the manipulator with respect to the peripheral device. The simplest moving manipulator is of a linear movement type using a single-axis precision table (for example, Patent Document 3). When movement on the XY plane is required, an orthogonal two-axis precision table or gantry is used. (For example, Patent Document 4).

上述した精密テーブルやガントリは、マニピュレータを広範囲で作業させる場合に、マニピュレータを無用に長リーチ化する必要が無い利点がある。   The precision table and gantry described above have the advantage that it is not necessary to unnecessarily lengthen the manipulator when working the manipulator over a wide range.

その一方で、搬送するワークの変更や周辺装置のレイアウト変更等により、マニピュレータのアクセス範囲が変わると、その範囲をさらにカバーするように精密テーブルやガントリを追加敷設して既存の部分と接続しなければならない。この場合、マニピュレータのアクセス範囲がわずかに変化しただけでもそれを上回るスペースを精密テーブルやガントリの追加敷設のために確保しなければならないので、システム全体のコンパクト化の面で弱点がある。   On the other hand, if the access range of the manipulator changes due to changes in the work to be transported or layout changes of peripheral devices, an additional precision table or gantry must be laid to connect to the existing part to further cover that range. I must. In this case, even if the access range of the manipulator is slightly changed, a space exceeding it must be secured for additional installation of a precision table and a gantry, which is a weak point in terms of downsizing the entire system.

また、精密テーブルやガントリにおいては、ラックピニオン機構やスクリューシャフトによるスライダ機構等の精密位置決め機構が用いられるが、これらの機構は広い占有面積を持ち、しかも、その精度を損なわないように慎重かつ精密に敷設する必要がある。そのため、非常に工数と手間がかかる敷設作業となってしまう。上述の変更に伴い、精密テーブルやガントリを追加敷設する場合の作業に至っては、既存の部分と精度良く接続しなければならないので、その作業にかかる工数と手間は、新規の敷設作業にも増して大きなものとなる。   In precision tables and gantry, precision positioning mechanisms such as a rack and pinion mechanism and a slider mechanism using a screw shaft are used, but these mechanisms have a large occupation area and are carefully and precisely controlled so as not to impair their accuracy. Need to be laid. For this reason, it is a laying operation that requires much man-hours and labor. As a result of the above-mentioned changes, the work for additional laying of precision tables and gantry must be connected to the existing parts with high accuracy, so the man-hours and labor required for the work also increase for new laying work. And big.

そこで、上述した精密テーブルやガントリのような軌道方式の移動手段によりマニピュレータを周辺装置に対して移動可能とする代わりに、無軌道方式の自走台車上にマニピュレータを搭載して移動可能とすることが、注目されるに至った(例えば、特許文献5,6)。   Therefore, instead of making the manipulator moveable with respect to the peripheral device by the track-type moving means such as the precision table or gantry described above, the manipulator can be mounted on the trackless self-propelled carriage to be movable. Attention has been focused on (for example, Patent Documents 5 and 6).

自走台車は、障害物がない限り移動範囲に制約がなく広範囲に移動でき、しかも、無軌道方式であることから精密テーブルやガントリのような大型の固定設備も必要ない。そのため、自走台車にマニピュレータを搭載する上記の方式は、マニピュレータのアクセス範囲の自由度を高め、かつ、システム全体のコンパクト化を図る上で、一つの理想型と言ってもよい方式である。   As long as there are no obstacles, the self-propelled carriage can move over a wide range without any restrictions, and since it is a trackless system, it does not require a large fixed facility such as a precision table or a gantry. Therefore, the above-described method of mounting a manipulator on a self-propelled carriage is a method that can be called one ideal type in order to increase the degree of freedom of the access range of the manipulator and to make the entire system compact.

しかし、自走台車の位置制御は、車輪等の走行機構部分の動作量を検出しそれに基づいて行うため、自走台車が走行面に対してスリップした場合等にはその精度が著しく悪化してしまう。そのような事態を招かないようにするためには、スリップ等を防止するため低速走行する必要があるが、そうすると、ワーク搬送やアクセス位置への移動のタクトタイムに制約が生じ、作業の迅速性を要求される場面での使用が困難になってしまう。   However, since the position control of the self-propelled carriage is performed based on the amount of movement of the running mechanism such as the wheels, the accuracy of the self-propelled carriage is significantly deteriorated when the self-propelled carriage slips on the running surface. End up. In order to prevent such a situation from occurring, it is necessary to travel at a low speed to prevent slipping, etc., but doing so restricts the tact time of the work transfer and movement to the access position, and speeds up the work. This makes it difficult to use the camera in situations where it is required.

また、走行機構部分の動作量に基づく自走台車の位置制御は、通常、制御量として指示した走行機構部分の動作量を累積することによって行うものであるため、制御量と実際の動作量との間に誤差がある場合はその誤差が累積されることになる。この誤差が累積すると、制御量を累積した制御上の動作量と実際の動作量との間に大きな開きが生じることになる。   In addition, since the position control of the self-propelled carriage based on the operation amount of the traveling mechanism portion is usually performed by accumulating the operation amount of the traveling mechanism portion instructed as the control amount, the control amount and the actual operation amount If there is an error between the two, the error is accumulated. When this error is accumulated, a large gap is generated between the control operation amount obtained by accumulating the control amount and the actual operation amount.

自走台車にマニピュレータを搭載してワークの搬送やアクセス位置への移動等を行う場合、マニピュレータをワークに対して常に正確にアプローチさせるためには、上述した誤差の累積への対策が必要になる。具体的には、例えば、自走台車の移動エリアのような位置座標が固定のものに対するハンドの相対位置をセンシングにより検出し、その結果により自走台車の正確な位置を把握して、以後の自走台車の位置制御に用いる制御量に補正をかける等の処理が必要になる。   When a manipulator is mounted on a self-propelled carriage and the workpiece is transported or moved to an access position, etc., it is necessary to take measures against the accumulation of errors described above in order for the manipulator to always approach the workpiece accurately. . Specifically, for example, the relative position of the hand with respect to a fixed position coordinate such as the moving area of the self-propelled carriage is detected by sensing, and the accurate position of the self-propelled carriage is grasped based on the result, and the following Processing such as correcting the control amount used for position control of the self-propelled carriage is required.

また、場合によっては、ワークに対するハンドの相対位置をセンシングにより検出して、その結果に基づいて、以後の自走台車の位置制御に用いる制御量に補正をかける等の処理を併用する必要もある。このような処理は非常に複雑であり、それを実現する制御系のハードウェアにハイスペックなものを用いなければならない。   Further, in some cases, it is necessary to detect the relative position of the hand with respect to the workpiece and to use a process for correcting the control amount used for the position control of the self-propelled carriage based on the result. . Such processing is extremely complicated, and high-spec hardware must be used for the control system hardware for realizing it.

自走台車を用いずに無軌道方式でワーク搬送やアクセス位置への移動等を実現する方策としては、宇宙用作業機や高所作業機の分野で利用されているマクロ−マイクロシステムを採用することが考えられる。マクロ−マイクロシステムは、可動エリアの広いマクロ(大型)マニピュレータの先端に、可動エリアの狭いマイクロ(小型)マニピュレータを取り付けたものである(例えば、特許文献7,8)。   Use macro-micro systems used in the field of space work machines and aerial work machines as a means of realizing work transfer and movement to access positions in a trackless manner without using a self-propelled carriage. Can be considered. The macro-micro system is obtained by attaching a micro (small) manipulator with a narrow movable area to the tip of a macro (large) manipulator with a wide movable area (for example, Patent Documents 7 and 8).

このマクロ−マイクロシステムでは、マクロマニピュレータによって大まかな位置制御を行い、マクロマニピュレータで発生した誤差の補償をマイクロマニピュレータにおいて行うことで、自走台車にマニピュレータを搭載してワークの搬送を行う場合よりも、制御系のハードウェアをロースペックなもので済ませることができる。   In this macro-micro system, rough position control is performed by a macro manipulator, and compensation of errors generated by the macro manipulator is performed by the micro manipulator, so that the manipulator is mounted on the self-propelled carriage and the work is transported. The control system hardware can be done with low-spec hardware.

また、マクロ−マイクロシステムは無軌道方式であることから、マニピュレータの移動手段を軌道方式とする場合に比べて、設置作業の工数や手間を抑制し、かつ、システム全体のコンパクト化を図ることができる。
特開2004−299053号公報 特開2006−43844号公報 特開平6−106487号公報 特許第2569297号公報 特開2001−252883号公報 特開2006−159399号公報 特許第3302797号公報 特許第4005639号公報
In addition, since the macro-micro system is a trackless system, the number of man-hours and labor required for the installation work can be reduced and the entire system can be made compact compared to the case where the moving means of the manipulator is a track system. .
JP 2004-299053 A JP 2006-43844 A JP-A-6-106487 Japanese Patent No. 2569297 JP 2001-252883 A JP 2006-159399 A Japanese Patent No. 3302797 Japanese Patent No. 4005639

但し、マクロマニピュレータの先端にマイクロマニピュレータを取り付けるマクロ−マイクロシステムでは、一連のマニピュレータを構成するマクロマニピュレータとマイクロマニピュレータの全荷重が、マクロマニピュレータの基端に集中してかかる。そのため、重力の影響を基本的に無視できる宇宙用作業機の分野ではともかく、それ以外の分野では、マクロマニピュレータとマイクロマニピュレータの全荷重に対応できる高出力の駆動源によってマクロマニピュレータの基端を回転させる必要がある。   However, in a macro-micro system in which a micromanipulator is attached to the tip of a macromanipulator, the total load of the macromanipulator and the micromanipulator constituting a series of manipulators is concentrated on the base end of the macromanipulator. Therefore, regardless of the field of spacecraft, where the influence of gravity can be basically ignored, in other fields, the base end of the macromanipulator is rotated by a high-power drive source that can handle the full load of the macromanipulator and micromanipulator. It is necessary to let

この場合、作業エリアが地上から離れている高所作業機のような特殊分野では、作業を可能にすることが先決であるため問題にされないとしても、自動生産システム等の分野においては、ワーク搬送やアクセス位置への移動のタクトタイムを速くする上で、マクロマニピュレータを高速駆動させる要求は無視できない。   In this case, in a special field such as an aerial work machine where the work area is far from the ground, even if it is not a problem because it is a prior decision to enable work, in the field of an automatic production system etc. In order to speed up the tact time for moving to the access position, the demand to drive the macro manipulator at high speed cannot be ignored.

即ち、自動生産システム等の分野においてマクロ−マイクロシステムを採用するには、荷重に対応するための駆動源の高出力化に加えて、高速駆動に対応するためのさらなる駆動源の高出力化を実現しなければならない。しかし、その実現は実際には非常に困難である。   In other words, in order to adopt a macro-micro system in fields such as automatic production systems, in addition to increasing the output of the drive source to handle loads, further increasing the output of the drive source to support high-speed driving. Must be realized. However, its realization is very difficult in practice.

結局、宇宙用作業機の分野や高所作業機のような特殊分野で提案されているマクロ−マイクロシステムを、自動組立システムや自動搬入搬出システム等の分野にそのまま応用するのは、ワークの高速搬送という元来の要求を満たす上で現実的ではない。   In the end, the macro-micro system proposed in the field of space work machines and special fields such as aerial work machines can be applied directly to the fields of automatic assembly systems and automatic loading / unloading systems. It is not practical to meet the original requirement of transport.

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、コンパクト化に適した無軌道方式でありながら、自走台車のようなワーク搬送やアクセス位置への移動のタクトタイムの問題や位置制御の煩雑性の問題を回避し、マニピュレータ単独では実現できない広範囲で正確性と迅速性の高いワーク搬送やアクセス位置への移動、アクセス位置間の移動等を、ロースペックで実現することができるマニピュレータシステムを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object of the present invention is to solve the problem of the tact time and the position of the work transport and access position such as a self-propelled carriage while being a trackless system suitable for downsizing. A manipulator that can avoid problems of control complexity and achieves a wide range of accurate and quick work transfer, movement to access positions, movement between access positions, etc. with low specifications that cannot be achieved with a manipulator alone. To provide a system.

上記目的を達成するため、請求項1に記載した本発明のマニピュレータシステムは、ワークや所定のアクセス位置が周辺に配置されたエリアにおいて、前記ワークの搬送や前記アクセス位置への移動、前記アクセス位置間の移動等を行うマニピュレータシステムであって、前記エリアの周辺に固定して配置されたベースと、前記エリアに配置され、外力の付加により前記エリア内の床面上を走行移動可能な従動台車と、前記ベースと前記従動台車との間に架設され、前記ベースを起点として動作することで前記従動台車を前記床面上で走行移動させるマクロマニピュレータと、前記従動台車に設置され、該従動台車を起点とする所定の作業範囲内で前記ワークの搬送動作を行うマイクロマニピュレータとを備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the manipulator system according to the first aspect of the present invention is configured such that the work is transported, moved to the access position, and the access position in an area where a work and a predetermined access position are arranged in the periphery. A manipulator system that moves between the base and a base that is fixedly arranged around the area, and a driven carriage that is arranged in the area and can be moved and moved on the floor in the area by applying an external force. And a macro manipulator that is installed between the base and the driven carriage and that moves the driven carriage on the floor surface by operating with the base as a starting point, and is installed on the driven carriage, the driven carriage And a micromanipulator that performs a transfer operation of the workpiece within a predetermined work range starting from.

請求項1に記載した本発明のマニピュレータシステムによれば、ベースを起点とするマクロマニピュレータの動作によって、エリアの床面上で従動台車を走行移動させ、この従動台車に搭載されたマイクロマニピュレータの動作によって、ワークや所定のアクセス位置へのアクセス、アクセス位置間の移動等を行うことになる。   According to the manipulator system of the present invention described in claim 1, the operation of the micromanipulator mounted on the driven carriage is caused by moving the driven carriage on the floor surface of the area by the operation of the macromanipulator starting from the base. Thus, access to a workpiece, a predetermined access position, movement between access positions, and the like are performed.

このため、マクロマニピュレータとマイクロマニピュレータとによるマクロ−マイクロシステムを構築して、無軌道方式の移動手段によるマニピュレータの移動を実現し、精密テーブルやガントリのような軌道方式の移動手段によりマニピュレータを移動させる場合に比べて、システム全体のコンパクト化を図ることができる。   For this reason, a macro-micro system consisting of a macro manipulator and a micro manipulator is constructed, the manipulator is moved by a trackless moving means, and the manipulator is moved by a tracked moving means such as a precision table or a gantry. As a result, the entire system can be made compact.

また、マイクロマニピュレータを搭載した従動台車の位置制御の制御対象が、従動台車自身ではなく、固定されたベースを起点として動作するマクロマニピュレータであることから、従動台車が床面上でスリップ等を起こしたとしても、制御対象であるマクロマニピュレータの制御量と実際の動作量との間に大きな誤差が生じない。   In addition, since the controlled object of the position control of a driven carriage equipped with a micromanipulator is not a driven carriage itself but a macromanipulator that operates from a fixed base, the driven carriage causes a slip or the like on the floor surface. Even if this is the case, a large error does not occur between the control amount of the macro manipulator to be controlled and the actual operation amount.

このため、従動台車の正確な位置制御のために従動台車を低速走行させる必要がなく、従動台車の走行速度に起因してワーク搬送やアクセス位置への移動、アクセス位置間の移動等のタクトタイムに制約が生じないので、従動台車の位置制御の正確性を保ったまま従動台車の高速移動を可能として、ワーク搬送やアクセス位置への移動、アクセス位置間の移動等を迅速に行えるようにすることができる。   For this reason, it is not necessary to drive the driven carriage at a low speed for accurate position control of the driven carriage, and the tact time such as movement of the workpiece, movement to the access position, movement between the access positions, etc. due to the traveling speed of the driven carriage. Since there is no restriction on the position, the driven carriage can be moved at high speed while maintaining the accuracy of the position control of the driven carriage, so that the workpiece can be transferred, moved to the access position, moved between the access positions, etc. quickly. be able to.

しかも、制御量と実際の動作量との間に大きな誤差が生じないマクロマニピュレータを従動台車の位置制御における制御対象とすることから、位置座標が固定のものに対する相対位置のセンシングに基づく複雑な処理による補正を、従動台車の位置制御において行う必要がない。このため、制御系のハードウェアをロースペックなもので済ませることができる。   In addition, since a macro manipulator that does not cause a large error between the control amount and the actual operation amount is to be controlled in the position control of the driven carriage, complicated processing based on sensing relative position with respect to a fixed position coordinate It is not necessary to perform the correction according to the position control of the driven carriage. For this reason, it is possible to use low-spec hardware for the control system.

さらに、マクロマニピュレータに連結される従動台車やそれに搭載されたマイクロマニピュレータの荷重が、従動台車が走行移動するエリアの床面とマクロマニピュレータとに分散してかかるので、従動台車とマイクロマニピュレータの全荷重に見合った駆動源をマクロマニピュレータで用いる必要がない。このため、マクロマニピュレータの高速動作を、現実的な駆動源の高出力化の範疇で実現させることができる。   Furthermore, since the load of the driven carriage connected to the macromanipulator and the micromanipulator mounted on it is distributed to the floor of the area where the driven carriage travels and the macromanipulator, the total load of the driven carriage and the micromanipulator It is not necessary to use a drive source suitable for the macro manipulator. Therefore, high-speed operation of the macro manipulator can be realized in the category of high output of a realistic drive source.

以上の点を総合すると、請求項1に記載した本発明のマニピュレータシステムによれば、コンパクト化に適した無軌道方式でありながら、自走台車のような、車輪移動等での高速化の問題や位置制御の煩雑性の問題を回避し、マニピュレータ単独では実現できない広範囲で正確性と迅速性の高いワーク搬送やアクセス位置への移動、アクセス位置間の移動等を、ロースペックで実現することができる。   In summary of the above points, according to the manipulator system of the present invention described in claim 1, although it is a trackless system suitable for compactness, there is a problem of speeding up in wheel movement or the like such as a self-propelled carriage. It avoids the problems of position control complexity, and can realize a wide range of accurate and quick work transfer, movement to access positions, movement between access positions, etc. with low specifications that cannot be achieved with a manipulator alone. .

また、請求項1に記載した本発明のマニピュレータシステムは、前記マクロマニピュレータが、前記従動台車を走行移動させる方向を、前記床面に沿った直交2方向を少なくとも含む所定方向に制限することを特徴とする。 Further, the manipulator system of the present invention according to claim 1, before Symbol macro manipulator, the direction in which travel and move the driven carriage, to limit the orthogonal two directions along the floor surface including at least a predetermined direction Features.

請求項1に記載した本発明のマニピュレータシステムによれば、エリアの床面上における従動台車の走行移動方向が、マクロマニピュレータの動作によって、エリアの床面に沿った直交2方向を少なくとも含む所定方向に制限されることになる。 According to the manipulator system of the present invention as set forth in claim 1, the traveling direction of movement of the driven carriage on the floor of the d rear is, by the operation of the macro manipulators, given that at least two orthogonal directions along the floor of the area Will be limited in direction.

このため、マイクロマニピュレータをワークや所定のアクセス位置にアクセスさせるために従動台車をエリアの床面上で走行移動させるマクロマニピュレータの構成を、一般的なマニピュレータのような5〜6軸(又は方向)に自由度を有する複雑な構成ではなく、少なくとも床面に沿った直交2方向に移動させるための機構さえ有していれば事足りる簡略なものとすることができる。よって、マクロマニピュレータ、ひいては、マニピュレータシステム全体の低コスト化を図ることができる。   For this reason, the structure of the macro manipulator that moves the driven carriage on the floor surface of the area in order to allow the micro manipulator to access a work or a predetermined access position is set to 5 to 6 axes (or directions) like a general manipulator. It is not necessary to have a complicated structure having a degree of freedom, and it is sufficient to have a mechanism for moving in at least two orthogonal directions along the floor surface. Therefore, it is possible to reduce the cost of the macro manipulator and, consequently, the entire manipulator system.

さらに、請求項1に記載した本発明のマニピュレータシステムは、前記マクロマニピュレータがパラレルリンク機構を有しており、前記パラレルリンク機構が、前記従動台車と前記ベースとの間に並列接続された第1乃至第3リンクを有しており、前記第1及び第3リンクがそれぞれ、一端が前記従動台車に対して、他端が前記ベースに対して、前記床面に対する鉛直軸を中心に回転可能に各々枢支され、前記一端及び前記他端の間隔が変化するように駆動されるものであり、前記第2リンクが、一端が前記従動台車に対して、他端が前記ベースに対して、前記床面に対する鉛直軸を中心に回転可能に各々枢支され、前記ベースに対する前記他端の回転角度が変化するように駆動されると共に、前記第1及び第3リンクの駆動に従動して前記第2リンクの前記一端及び前記他端の間隔が変化することで、同一平面内の並進2軸の位置及び回転1軸の姿勢を変化させるものであることを特徴とする。 Furthermore, the manipulator system of the present invention according to claim 1, before SL and macro manipulator has a parallel link mechanism, the parallel link mechanism, connected in parallel between the base and the driven carriage 1st to 3rd links, each of the first and third links being rotatable about a vertical axis with respect to the floor surface, one end with respect to the driven carriage and the other end with respect to the base And the second link is driven at one end with respect to the driven carriage and the other end with respect to the base. It is pivotally supported about a vertical axis with respect to the floor surface, and is driven so that the rotation angle of the other end with respect to the base changes, and is driven by the driving of the first and third links. By spacing the end and the other end of the second link is changed, and characterized in that for changing the orientation of the position and rotation uniaxial translation biaxially in the same plane.

請求項1に記載した本発明のマニピュレータシステムによれば、第1リンク、第2リンク、及び、第3リンクをそれぞれ独立に駆動させることにより、従動台車の位置及び姿勢を平面3自由度(エリアの床面に沿った直交2方向、及び、床面に直交する鉛直軸を中心とする回転方向)で制御することができるので、従動台車の位置をエリア内で自由に変化させることができる。 According to the manipulator system of the present invention described in claim 1 , the first link, the second link, and the third link are independently driven, so that the position and posture of the driven carriage can be adjusted to three degrees of freedom (area). Therefore, the position of the driven carriage can be freely changed within the area.

なお、第1リンク及び第3リンクを駆動させるためには、それぞれに、一端と他端との間隔を変化させるためのモータやシリンダ等を設け、また、第2リンクを駆動させるためには、第2リンクをベースに対して回転させるためのモータを設ければよい。したがって、パラレルリンク機構を用いれば、エリアの床面に沿った直交2方向の駆動用に、別々の駆動源を設ける必要がない。   In order to drive the first link and the third link, a motor, a cylinder or the like for changing the distance between the one end and the other end is provided, and in order to drive the second link, A motor for rotating the second link relative to the base may be provided. Therefore, if a parallel link mechanism is used, it is not necessary to provide separate drive sources for driving in two orthogonal directions along the floor surface of the area.

また、パラレルリンク機構を用いれば、第1乃至第3リンクの駆動状態によって、床面に直交する鉛直軸を中心とする回転方向における従動台車の姿勢(回転角度)を、独立した機構を用いることなく制御することができる。   Further, if the parallel link mechanism is used, an independent mechanism is used for the attitude (rotation angle) of the driven carriage in the rotation direction around the vertical axis perpendicular to the floor surface, depending on the driving state of the first to third links. Can be controlled.

このため、パラレルリンク機構を用いることで、平面3自由度を実現するマクロマニピュレータの機構を小型軽量化することができ、その結果、ワークの高速搬送を実現することができる。   For this reason, the use of the parallel link mechanism makes it possible to reduce the size and weight of the macromanipulator mechanism that realizes three degrees of freedom in the plane, and as a result, it is possible to realize high-speed conveyance of the workpiece.

また、請求項2に記載した本発明のマニピュレータシステムは、請求項1に記載した本発明のマニピュレータシステムにおいて、前記マクロマニピュレータと前記従動台車とが、前記マクロマニピュレータの動作による前記従動台車の前記ベースに対する相対移動が可能な方向以外の方向において、所定の従動自由度を有して連結されていることを特徴とする。 A manipulator system according to a second aspect of the present invention is the manipulator system according to the first aspect of the present invention, wherein the macro manipulator and the driven carriage are configured so that the base of the driven carriage is operated by the macro manipulator. It is characterized by being connected with a predetermined degree of freedom in a direction other than the direction in which relative movement is possible.

請求項2に記載した本発明のマニピュレータシステムによれば、請求項1に記載した本発明のマニピュレータシステムにおいて、マクロマニピュレータによりベースに対して従動台車を相対移動させた際に、マクロマニピュレータの動作によって従動台車を走行移動させることができる仮想平面に対して、実際のエリアの床面が精密な平行面でない場合であっても、それによって生じる従動台車のマクロマニピュレータに対する位置や姿勢のずれを、両者の連結部分において吸収することができる。 According to the manipulator system of the present invention described in claim 2 , in the manipulator system of the present invention described in claim 1 , when the driven carriage is moved relative to the base by the macro manipulator, the macro manipulator operates. Even if the floor surface of the actual area is not a precise parallel plane with respect to the virtual plane on which the driven carriage can be moved and moved, the position and posture deviation of the driven carriage relative to the macro manipulator caused by both of them will be reduced. Can be absorbed at the connecting portion.

本発明のマニピュレータシステムによれば、コンパクト化に適した無軌道方式でありながら、自走台車のような、車輪移動等での高速化の問題や位置制御の煩雑性の問題を回避し、マニピュレータ単独では実現できない広範囲で正確性と迅速性の高いワーク搬送やアクセス位置への移動、アクセス位置間の移動等を、ロースペックで実現することができる。   According to the manipulator system of the present invention, while it is a trackless system suitable for downsizing, it avoids the problem of speeding up in wheel movement and the like and the trouble of position control, such as a self-propelled carriage, and the manipulator alone Can achieve a wide range of accurate and quick work transfer, movement to access positions, movement between access positions, etc. with low specifications, which cannot be realized with.

具体的な例を交えて詳説すると、例えば、本発明のマニピュレータシステムを適用して組立セルを構成すると、人用の組立セルと完全に同じ、もしくは非常に近い形態で構成できるようになる。つまり、組立セルがそのように構成できるようになると、従動台車をマクロマニピュレータとの連結部分から外して作業員が押すことで、組立セルのエリアから外に従動台車を撤去できるようになる。   When described in detail with specific examples, for example, when the assembly cell is configured by applying the manipulator system of the present invention, it can be configured in a form that is completely the same as or very close to that of a human assembly cell. That is, when the assembly cell can be configured as such, the driven cart can be removed from the area of the assembly cell by removing the driven cart from the connecting portion with the macro manipulator and pushing by the worker.

したがって、マニピュレータが重大な異常・故障等で停止してしまった場合や、品種変更等により必要となったマニピュレータへの再教示等を、通常通り生産を継続したい昼間を避けて夜間等に行いたい場合等に、エリアが平面空間であることから従動台車を組立セルから楽に撤去できる。また、撤去後のエリアをそのまま人用セルとして利用し、生産計画等に対してフレキシブルに対応できるというメリットもある。   Therefore, if the manipulator stops due to a serious abnormality or failure, etc., or re-teaching to the manipulator that is necessary due to product change etc. is performed at night, etc. In some cases, since the area is a planar space, the driven carriage can be easily removed from the assembly cell. In addition, there is an advantage that the area after removal can be used as a human cell as it is, and the production plan can be flexibly handled.

以上は、本発明を組立セルに適用した場合の具体例であり、本発明を組立セル以外のマニピュレータシステムに適用した場合にも、当然に同様の効果が得られる。   The above is a specific example when the present invention is applied to an assembly cell, and the same effect can be naturally obtained when the present invention is applied to a manipulator system other than the assembly cell.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の一実施形態に係るマニピュレータシステムの概略構成を示す平面図である。また、図2は図1のA−A線断面図である。   FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a manipulator system according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.

図1中引用符号1で示す本実施形態のマニピュレータシステムは、エリア3において仕掛品5(請求項中のワークに相当)の組み立てを行う組立セルに適用されたものである。この組立セルは、作業用のエリア3を有している。エリア3の床面3A上で走行移動する従動台車11と、この従動台車11をエリア3の床面3A上で走行移動させるマクロマニピュレータ13と、従動台車11に設置されたマイクロマニピュレータ15とを備えている。   The manipulator system of the present embodiment indicated by reference numeral 1 in FIG. 1 is applied to an assembly cell for assembling work-in-progress 5 (corresponding to a workpiece in claims) in area 3. This assembly cell has a work area 3. A driven carriage 11 that travels and moves on the floor surface 3A of the area 3, a macro manipulator 13 that travels and moves the driven carriage 11 on the floor surface 3A of the area 3, and a micromanipulator 15 that is installed on the driven carriage 11 are provided. ing.

エリア3の床面3Aの周辺部分には、5つの自動装置7A〜7Eが順次配置されており、自動装置7C,7Dの間に、ツール変更台7Fと作業台7Gとが配置されている。   Five automatic devices 7A to 7E are sequentially arranged in the peripheral portion of the floor surface 3A of the area 3, and a tool changing table 7F and a work table 7G are arranged between the automatic devices 7C and 7D.

ツール変更台7Fには、マイクロマニピュレータ15の先端に着脱されるツールの交換用アタッチメントが収納されている。作業台7Gは、マイクロマニピュレータ15のツールの変更作業を行うための台である。この作業台7Gは、ツールの交換作業をマイクロマニピュレータ15が行う間、搬送中の仕掛品5を仮置きする仮置台を兼ねている。   The tool changing table 7F stores a tool replacement attachment that is attached to and detached from the tip of the micromanipulator 15. The work table 7G is a table for performing the work of changing the tool of the micromanipulator 15. The work table 7G also serves as a temporary placement table for temporarily placing the work-in-progress 5 being transferred while the micromanipulator 15 performs a tool replacement operation.

また、自動装置7A,7B,7Dの横には、それらの自動装置7A,7B,7Dにおいて仕掛品5に組み付ける部品をマイクロマニピュレータ15に供給する部品供給台7H〜7Jがそれぞれ配置されている。さらに、エリア3の周辺部分には、仕掛品5を搬入するための仕掛品搬入部8Aと、各自動装置7A〜7Eにおける仕掛品5への部品の組み付けや加工等を終えた完成品を搬出するための完成品搬出部8Bとがそれぞれ配置されている。   Next to the automatic devices 7A, 7B, and 7D, component supply bases 7H to 7J that supply components to be assembled to the work-in-process 5 in the automatic devices 7A, 7B, and 7D to the micromanipulator 15 are arranged. Furthermore, in the peripheral part of area 3, a work-in-process carrying-in unit 8A for carrying in work-in-process 5 and a finished product after assembling and processing of parts to work-in-process 5 in each of the automatic devices 7A to 7E are carried out. A finished product unloading section 8B for performing the above is disposed.

なお、上述した自動装置7A〜7Eや作業台7G、部品供給台7H〜7J、仕掛品搬入部8A、及び、完成品搬出部8Bは、請求項中の所定のアクセス位置に相当する。そして、これらに対する相対位置が固定となるように、エリア3の周辺部分にベース9が設けられている。   The automatic devices 7A to 7E, the work table 7G, the component supply tables 7H to 7J, the work-in-product carry-in unit 8A, and the finished product carry-out unit 8B described above correspond to predetermined access positions in the claims. And the base 9 is provided in the peripheral part of the area 3 so that the relative position with respect to these may be fixed.

前記従動台車11は、基台11Aと、基台11Aを支持してエリア3の床面3Aに接地する3つの全方向車輪11Bとを備えている。基台11Aは円柱状に形成されており、3つの全方向車輪11Bは、基台11Aの周面の周方向に120度ずつ位相をずらした箇所にそれぞれ設けられている。図2に示すように、各全方向車輪11Bは、車輪の回転による移動方向だけでなく、それと直交する方向にも移動できるように構成されている。   The driven carriage 11 includes a base 11 </ b> A and three omnidirectional wheels 11 </ b> B that support the base 11 </ b> A and come into contact with the floor 3 </ b> A of the area 3. The base 11A is formed in a columnar shape, and the three omnidirectional wheels 11B are respectively provided at locations shifted in phase by 120 degrees in the circumferential direction of the peripheral surface of the base 11A. As shown in FIG. 2, each omnidirectional wheel 11 </ b> B is configured to be able to move not only in the moving direction due to the rotation of the wheel, but also in the direction orthogonal thereto.

図1に示すように、前記マクロマニピュレータ13は、従動台車11の基台11Aとベース9との間に架設されている。図3は、図1のマニピュレータシステムの拡大平面図である。   As shown in FIG. 1, the macro manipulator 13 is installed between a base 11 </ b> A and a base 9 of the driven carriage 11. FIG. 3 is an enlarged plan view of the manipulator system of FIG.

図3に示すように、前記マクロマニピュレータ13は、水平方向に並列に配列された第1乃至第3リンク13A〜13Cを有している。これらの第1乃至第3リンク13A〜13Cの一端は従動台車11の基台11Aの周面に取り付けてこれと一体化した出力部材13Dに対して、また、第1乃至第3リンク13A〜13Cの他端はベース9の側面に対して、それぞれ、床面3A(XY平面)に対する鉛直軸(Z軸)を介して回転可能に各々枢支されている。出力部材13Dやベース9による第1乃至第3リンク13A〜13Cの他端の枢支箇所は、エリア3の床面3Aの延在方向に等間隔をおいて配置されている。   As shown in FIG. 3, the macro manipulator 13 has first to third links 13A to 13C arranged in parallel in the horizontal direction. One end of the first to third links 13A to 13C is attached to the peripheral surface of the base 11A of the driven carriage 11 and integrated with the output member 13D, and the first to third links 13A to 13C. The other end of each is pivotally supported with respect to the side surface of the base 9 via a vertical axis (Z axis) with respect to the floor surface 3A (XY plane). The pivot portions at the other ends of the first to third links 13A to 13C by the output member 13D and the base 9 are arranged at equal intervals in the extending direction of the floor surface 3A of the area 3.

前記第1及び第3リンク13A,13Cは、後述する第1及び第3アクチュエータ13F,13H(図4参照)によって伸縮駆動され、伸縮用の駆動源を持たない第2リンク13Bは、第1及び第3リンク13A,13Cの伸縮駆動に従動して伸縮される。また、第2リンク13Bの他端は、後述する第2アクチュエータ13G(図4参照)によってベース9に対して回転駆動され、回転用の駆動源を持たない第1及び第3リンク13A,13Cの両端と第2リンク13Bの一端は、第2リンク13Bの回転に従動して、基台11Aやベース9に対して回転する。   The first and third links 13A and 13C are expanded and contracted by first and third actuators 13F and 13H (see FIG. 4), which will be described later, and the second link 13B having no expansion and contraction drive source is the first and third links 13A and 13C. The third link 13A, 13C is expanded / contracted following the expansion / contraction drive. The other end of the second link 13B is rotationally driven with respect to the base 9 by a second actuator 13G (see FIG. 4), which will be described later, and does not have a drive source for rotation. Both ends and one end of the second link 13B are rotated with respect to the base 11A and the base 9 following the rotation of the second link 13B.

このように構成されたマクロマニピュレータ13においては、前記第2リンク13Bの他端を第2アクチュエータ13Gによりベース9に対して回転させる角度と、前記第1及び第3リンク13A,13Cを第1及び第3アクチュエータ13F,13Hにより伸縮させる伸縮長さとを、適切な組み合わせの値に設定する。   In the macro manipulator 13 configured as described above, the angle at which the other end of the second link 13B is rotated with respect to the base 9 by the second actuator 13G, and the first and third links 13A, 13C are the first and third links. The expansion / contraction length that is expanded and contracted by the third actuators 13F and 13H is set to an appropriate combination of values.

これにより、目的の自動装置7A〜7E、作業台7G、部品供給台7H〜7J、仕掛品搬入部8A、又は、完成品搬出部8Bにマイクロマニピュレータ15が相対するように、従動台車11を床面3A上で走行移動させ、かつ、従動台車11をマクロマニピュレータ13に対して回転させることができる。   Accordingly, the driven cart 11 is placed on the floor so that the micromanipulator 15 faces the target automatic devices 7A to 7E, the work table 7G, the parts supply tables 7H to 7J, the work-in-product carry-in unit 8A, or the finished product carry-out unit 8B. The driven carriage 11 can be rotated with respect to the macro manipulator 13 while traveling on the surface 3A.

なお、第1乃至第3リンク13A〜13Cの一端と出力部材13Dとは、両者の枢支軸である鉛直軸(Z軸)の軸方向において、若干の相対移動が可能な所定の従動自由度を有して連結されている。   It should be noted that one end of the first to third links 13A to 13C and the output member 13D have a predetermined degree of freedom of freedom that allows a slight relative movement in the axial direction of the vertical axis (Z axis) that is the pivotal support shaft of both. Are connected.

また、第1乃至第3リンク13A〜13Cの一端と出力部材13Dとは、エリア3の床面3Aに沿った第1乃至第3リンク13A〜13Cの伸縮方向の中心軸(X軸)と、これと直交してエリア3の床面3Aに沿うY軸とのそれぞれの周りに、若干の相対回転可能に連結されている。つまり、両者は、X軸の周方向及びY軸の周方向にもそれぞれ所定の従動自由度を有して連結されている。   Further, one end of the first to third links 13A to 13C and the output member 13D are a central axis (X axis) in the expansion / contraction direction of the first to third links 13A to 13C along the floor surface 3A of the area 3, and It is connected to the Y axis along the floor surface 3A of the area 3 so as to be slightly rotatable relative to the Y axis along the floor 3A. That is, both are connected with a predetermined degree of freedom in the circumferential direction of the X axis and the circumferential direction of the Y axis.

このように、Z軸方向とX軸及びY軸の各周方向とにそれぞれ所定の従動自由度を有する第1乃至第3リンク13A〜13Cの一端と出力部材13Dとの連結部分は、マクロマニピュレータ13によって従動台車11が移動される方向(床面3Aに沿った従動台車11の走行移動方向=X軸及びY軸、及び、マクロマニピュレータ13に対する姿勢の変化方向=Z軸の周方向)を除く、他の方向(X軸の周方向、Y軸の周方向、Z軸方向)について、マクロマニピュレータ13と従動台車11との位置誤差を吸収する誤差吸収機構13Eを構成している。   As described above, the connection portion between the output member 13D and the one end of the first to third links 13A to 13C having a predetermined degree of freedom of freedom in each of the Z-axis direction and the X-axis and Y-axis circumferential directions is a macromanipulator. 13 excludes the direction in which the driven carriage 11 is moved by 13 (traveling movement direction of the driven carriage 11 along the floor surface 3A = X-axis and Y-axis, and change direction of the posture with respect to the macro manipulator 13 = the circumferential direction of the Z-axis). An error absorbing mechanism 13E that absorbs a position error between the macro manipulator 13 and the driven carriage 11 in the other directions (the X axis circumferential direction, the Y axis circumferential direction, and the Z axis direction) is configured.

なお、マクロマニピュレータ13のシリンダ部分とベース9は、敷板23によって覆われている。この敷板23は、図2に示すように、床面3Aよりも一段高いエリア3の周辺部分と同じ高さに配置される。敷板23の上面は、任意の物品の配置スペースとして活用することができる。   The cylinder portion of the macro manipulator 13 and the base 9 are covered with a floor plate 23. As shown in FIG. 2, the floor plate 23 is disposed at the same height as the peripheral portion of the area 3 that is one step higher than the floor surface 3A. The upper surface of the floor plate 23 can be used as an arrangement space for arbitrary articles.

前記マイクロマニピュレータ15は、従動台車11の基台11Aに設置されている。このマイクロマニピュレータ15は、多関節型アーム15Aの先端にフランジ15Cを有している。このフランジ15Cには、仕掛品5の搬送用のツールアタッチメント15Bが着脱される。このツールアタッチメント15Bは、必要に応じて、ツール変更台7Fの他のツールアタッチメント(図示せず)と交換することができる。   The micromanipulator 15 is installed on the base 11 </ b> A of the driven carriage 11. This micromanipulator 15 has a flange 15C at the tip of an articulated arm 15A. A tool attachment 15B for transporting the work in process 5 is attached to and detached from the flange 15C. The tool attachment 15B can be exchanged with another tool attachment (not shown) of the tool changing table 7F as necessary.

このように構成されたマイクロマニピュレータ15においては、多関節型アーム15Aに内蔵した不図示のロータリアクチュエータに、適切な制御値を与えることで、基台11Aに対して多関節型アーム15Aを適切な姿勢とする。   In the micromanipulator 15 configured as described above, an appropriate control value is given to a rotary actuator (not shown) built in the multi-joint arm 15A, so that the multi-joint arm 15A is appropriately attached to the base 11A. The posture.

これにより、フランジ15Cに取り付けた搬送用のツールアタッチメント15Bが、目的の自動装置7A〜7E、作業台7G、部品供給台7H〜7J、仕掛品搬入部8A、又は、完成品搬出部8Bに相対するように、従動台車11上でマイクロマニピュレータ15を動作させることができる。   Thereby, the tool attachment 15B for conveyance attached to the flange 15C is relative to the target automatic devices 7A to 7E, the work table 7G, the component supply tables 7H to 7J, the work-in-product carry-in part 8A, or the finished product carry-out part 8B. As described above, the micromanipulator 15 can be operated on the driven carriage 11.

以上に説明した従動台車11、マクロマニピュレータ13、及び、マイクロマニピュレータ15を有する本実施形態のマニピュレータシステム1は、図1に示すように、仕掛品5を、仕掛品搬入部8Aから自動装置7A、自動装置7B、自動装置7C、作業台7G、自動装置7D、及び、自動装置7Eに順次搬送する。そして、それぞれにおいて仕掛品5に対する部品の組み付けや加工等が行われて完成品となった後に、その完成品を完成品搬出部8Bに搬出する。   As shown in FIG. 1, the manipulator system 1 of the present embodiment having the follower carriage 11, the macro manipulator 13, and the micro manipulator 15 described above transfers the work-in-process 5 from the work-in-product carrying-in part 8A to the automatic device 7A. It is sequentially conveyed to the automatic device 7B, the automatic device 7C, the work table 7G, the automatic device 7D, and the automatic device 7E. Then, after the parts are assembled and processed with respect to the work-in-progress 5 in each case to become a finished product, the finished product is carried out to the finished product unloading section 8B.

そのために、マクロマニピュレータ13は、仕掛品搬入部8A、自動装置7A、自動装置7B、自動装置7C、作業台7G、自動装置7D、自動装置7E、完成品搬出部8Bの順に従動台車11を移動させる。また、マイクロマニピュレータ15は、従動台車11の各移動先との間で仕掛品5の受け渡しを行う(但し、仕掛品搬入部8Aでは仕掛品5の受け取りのみ、完成品搬出部8Bでは完成品の引き渡しのみ)。   Therefore, the macro manipulator 13 moves the driven cart 11 in the order of the work-in-product carry-in part 8A, the automatic device 7A, the automatic device 7B, the automatic device 7C, the work table 7G, the automatic device 7D, the automatic device 7E, and the finished product carry-out unit 8B. Let The micromanipulator 15 delivers the work-in-progress 5 to and from each destination of the driven carriage 11 (however, the work-in-product carrying-in part 8A receives only the work-in-process 5 and the finished product unloading part 8B receives the finished product. Delivery only).

このような動作を可能とするために、本実施形態のマニピュレータシステム1では、マクロマニピュレータ13及びマイクロマニピュレータ15の現在の位置及び姿勢を示す座標値を管理する。そして、この座標値に基づいて、マクロマニピュレータ13及びマイクロマニピュレータ15の次の位置及び姿勢を示す目標座標値を決定する。決定した目標座標値にマクロマニピュレータ13及びマイクロマニピュレータ15が実際に移動すると、以後はその目標座標値が、マクロマニピュレータ13及びマイクロマニピュレータ15の現在の座標値となる。   In order to enable such an operation, the manipulator system 1 of the present embodiment manages coordinate values indicating the current positions and orientations of the macro manipulator 13 and the micro manipulator 15. And based on this coordinate value, the target coordinate value which shows the next position and attitude | position of the macromanipulator 13 and the micromanipulator 15 is determined. When the macro manipulator 13 and the micro manipulator 15 actually move to the determined target coordinate values, the target coordinate values thereafter become the current coordinate values of the macro manipulator 13 and the micro manipulator 15.

図4は、図1のマニピュレータシステムの電気的な概略構成を示すブロック図である。図1に示すマニピュレータシステム1の動作制御には、図4に示すコントローラ17、マクロマニピュレータ制御ユニット19、及び、マイクロマニピュレータ制御ユニット21が用いられる。   FIG. 4 is a block diagram showing a schematic electrical configuration of the manipulator system of FIG. For the operation control of the manipulator system 1 shown in FIG. 1, the controller 17, the macro manipulator control unit 19, and the micromanipulator control unit 21 shown in FIG. 4 are used.

前記コントローラ17は、マニピュレータシステム1の位置と姿勢に関する全体制御を行う。そのために、コントローラ17は、マニピュレータシステム1の4つのポイントの座標値を管理する。この4つのポイントは、図3に示すマクロマニピュレータ原点O1、誤差吸収機構原点O2、マイクロマニピュレータ原点O3、及び、図2に示すツールセンターポイントTCPである。   The controller 17 performs overall control regarding the position and posture of the manipulator system 1. For this purpose, the controller 17 manages the coordinate values of the four points of the manipulator system 1. These four points are the macro manipulator origin O1, the error absorbing mechanism origin O2, the micro manipulator origin O3 shown in FIG. 3, and the tool center point TCP shown in FIG.

このうち、マクロマニピュレータ原点O1は、図3に示すように、第2リンク13Bの他端及びベース9の枢支軸(Z軸)と、第2リンク13Bのシリンダロッドの中心軸(X軸)との交点である。また、誤差吸収機構原点O2は、第2リンク13Bのシリンダロッドの中心軸(X軸)と、第2リンク13Bの一端及び出力部材13Dの枢支軸(Z軸)との交点である。さらに、マイクロマニピュレータ原点O3は、従動台車11の基台11Aの中心軸(Z軸)と基台11Aの上面との交点である。最後に、ツールセンターポイントTCPは、図2に示すように、マイクロマニピュレータ15のフランジ15Cに装着されたツールアタッチメント15Bの代表点である。このツールセンターポイントTCPは、フランジ15Cに装着されるツールアタッチメントが変わると、そのツールアタッチメントに依存して位置が変わる場合がある。   Among these, as shown in FIG. 3, the macro manipulator origin O1 includes the other end of the second link 13B and the pivot shaft (Z axis) of the base 9, and the central axis (X axis) of the cylinder rod of the second link 13B. Is the intersection of The error absorbing mechanism origin O2 is an intersection of the center axis (X axis) of the cylinder rod of the second link 13B and one end of the second link 13B and the pivot shaft (Z axis) of the output member 13D. Further, the micromanipulator origin O3 is an intersection of the central axis (Z axis) of the base 11A of the driven carriage 11 and the upper surface of the base 11A. Finally, the tool center point TCP is a representative point of the tool attachment 15B attached to the flange 15C of the micromanipulator 15, as shown in FIG. When the tool attachment attached to the flange 15C changes, the position of the tool center point TCP may change depending on the tool attachment.

また、コントローラ17は、上述した4つのポイントの座標値に基づいて、マクロマニピュレータ制御ユニット19やマイクロマニピュレータ制御ユニット21に対して、マクロマニピュレータ13やマイクロマニピュレータ15の制御上の目標値を供給する。マクロマニピュレータ13の目標値は、マクロマニピュレータ13の代表点である誤差吸収機構原点O2と、その前提となるマクロマニピュレータ原点O1との各目標座標値である。また、マイクロマニピュレータ15の目標値は、マイクロマニピュレータ15の代表点であるツールセンターポイントTCPと、その前提となるマイクロマニピュレータ原点O3との各目標座標値である。   The controller 17 supplies target values for controlling the macro manipulator 13 and the micro manipulator 15 to the macro manipulator control unit 19 and the micro manipulator control unit 21 based on the coordinate values of the four points described above. The target values of the macro manipulator 13 are the respective target coordinate values of the error absorbing mechanism origin O2, which is a representative point of the macro manipulator 13, and the macro manipulator origin O1 which is the prerequisite. The target value of the micromanipulator 15 is a target coordinate value between the tool center point TCP that is a representative point of the micromanipulator 15 and the micromanipulator origin O3 that is the premise thereof.

そして、上述した管理や供給を行うために、図4に示すコントローラ17は、CPUやRAM及びROMを有するコンピュータによって構成される。このコントローラ17には、マクロマニピュレータ制御ユニット19やマイクロマニピュレータ制御ユニット21が接続される。   And in order to perform management and supply mentioned above, the controller 17 shown in FIG. 4 is comprised by the computer which has CPU, RAM, and ROM. A macro manipulator control unit 19 and a micro manipulator control unit 21 are connected to the controller 17.

したがって、本実施形態では、コントローラ17が、仕掛品5の仕掛品搬入部8Aから自動装置7Aへの搬送、自動装置7Aから自動装置7Bへの搬送、自動装置7Bから自動装置7Cへの搬送、自動装置7Cから作業台7Gへの搬送、作業台7Gから自動装置7Dへの搬送、自動装置7Dから自動装置7Eへの搬送、そして、自動装置7Eから完成品搬出部8Bへの搬送のそれぞれを1つの動作単位として、マニピュレータシステム1の動作を単位毎に区切って制御する。   Therefore, in the present embodiment, the controller 17 transfers the work-in-process 5 from the work-in-product carrying-in part 8A to the automatic device 7A, from the automatic device 7A to the automatic device 7B, and from the automatic device 7B to the automatic device 7C. Transfer from the automatic device 7C to the work table 7G, transfer from the work table 7G to the automatic device 7D, transfer from the automatic device 7D to the automatic device 7E, and transfer from the automatic device 7E to the finished product unloading section 8B. As one operation unit, the operation of the manipulator system 1 is divided and controlled for each unit.

前記マクロマニピュレータ制御ユニット19は、マニピュレータシステム1のうちマクロマニピュレータ13の動作を制御する。そのために、マクロマニピュレータ制御ユニット19は、マクロマニピュレータ13の代表点である誤差吸収機構原点O2の座標値と、その前提となるマクロマニピュレータ原点O1の座標値とを管理する。   The macro manipulator control unit 19 controls the operation of the macro manipulator 13 in the manipulator system 1. For this purpose, the macro manipulator control unit 19 manages the coordinate value of the error absorbing mechanism origin O2, which is a representative point of the macro manipulator 13, and the coordinate value of the macro manipulator origin O1, which is the premise thereof.

また、マクロマニピュレータ制御ユニット19は、コントローラ17からマクロマニピュレータ13の制御上の目標値として供給される誤差吸収機構原点O2と、その前提となるマクロマニピュレータ原点O1との各目標座標値に基づいて、マクロマニピュレータ13を駆動させる。そして、マクロマニピュレータ制御ユニット19は、マクロマニピュレータ13を駆動させた後のマクロマニピュレータ原点O1と誤差吸収機構原点O2との実座標値を管理する。   Further, the macro manipulator control unit 19 is based on the target coordinate values of the error absorbing mechanism origin O2 supplied as a target value on the control of the macro manipulator 13 from the controller 17 and the macro manipulator origin O1 which is the premise thereof. The macro manipulator 13 is driven. The macro manipulator control unit 19 manages the actual coordinate values of the macro manipulator origin O1 and the error absorbing mechanism origin O2 after driving the macro manipulator 13.

さらに、マクロマニピュレータ制御ユニット19は、マイクロマニピュレータ制御ユニット21から後述するようにして供給される、マイクロマニピュレータ15を駆動させた後のマイクロマニピュレータ原点O3とツールセンターポイントTCPとの実座標値や、自身が管理するマクロマニピュレータ原点O1と誤差吸収機構原点O2との実座標値を、マニピュレータシステム1の位置と姿勢に関する実測値として、コントローラ17に供給する。マイクロマニピュレータ原点O3とツールセンターポイントTCPとの実座標値は、マイクロマニピュレータ制御ユニット21からコントローラ17に直接供給するようにしてもよい。   Furthermore, the macro manipulator control unit 19 supplies the actual coordinate values of the micromanipulator origin O3 and the tool center point TCP after driving the micromanipulator 15 supplied from the micromanipulator control unit 21 as described later, The actual coordinate values of the macro manipulator origin O1 and the error absorbing mechanism origin O2 managed by are supplied to the controller 17 as actual measurement values regarding the position and orientation of the manipulator system 1. The actual coordinate values of the micromanipulator origin O3 and the tool center point TCP may be directly supplied from the micromanipulator control unit 21 to the controller 17.

そして、上述した管理や供給を行うために、マクロマニピュレータ制御ユニット19は、CPUやRAM及びROMを有するコンピュータによって構成される。このマクロマニピュレータ制御ユニット19には、コントローラ17やマイクロマニピュレータ制御ユニット21が接続される。   In order to perform the management and supply described above, the macro manipulator control unit 19 is configured by a computer having a CPU, a RAM, and a ROM. A controller 17 and a micromanipulator control unit 21 are connected to the macro manipulator control unit 19.

また、マクロマニピュレータ制御ユニット19には、マクロマニピュレータ13のストロークタイプの第1乃至第3アクチュエータ13F〜13Hのドライブ回路13I〜13Kと、第1及び第3アクチュエータ13F,13Hによる第1及び第3リンク13A,13Cの伸縮長さを検出するストロークセンサ13L,13Nと、ロータリタイプの第2アクチュエータ13Gによる第2リンク13Bのベース9に対する回転角度を検出するロータリセンサ13Mとが接続される。   The macro manipulator control unit 19 includes first and third links by the drive circuits 13I to 13K of the stroke type first to third actuators 13F to 13H of the macro manipulator 13, and the first and third actuators 13F and 13H. Stroke sensors 13L and 13N that detect the expansion / contraction lengths of 13A and 13C are connected to a rotary sensor 13M that detects a rotation angle of the second link 13B with respect to the base 9 by the rotary type second actuator 13G.

さらに、マクロマニピュレータ制御ユニット19には、誤差吸収機構13Eにおいて吸収されたマクロマニピュレータ13と従動台車11との位置誤差を、X軸の周方向、Y軸の周方向、Z軸方向についてそれぞれ検出するための、誤差吸収機構13Eに設けられた2つのロータリセンサ13O,13Pと1つのストロークセンサ13Qとが接続される。   Further, the macro manipulator control unit 19 detects the position error between the macro manipulator 13 and the driven carriage 11 absorbed by the error absorbing mechanism 13E in the X axis circumferential direction, the Y axis circumferential direction, and the Z axis direction. Therefore, the two rotary sensors 13O and 13P provided in the error absorbing mechanism 13E and one stroke sensor 13Q are connected.

前記ストロークセンサ13L,13Nは、第1及び第3リンク13A,13Cのシリンダ側とロッド側とに発光側と受光側とをそれぞれ設けた光学的測距手段や、第1及び第3アクチュエータ13F,13Hにそれぞれ設けたエンコーダ等によって構成することができる。また、前記ロータリセンサ13Mは、第2アクチュエータ13Gに設けたロータリエンコーダ等によって構成することができる。また、誤差吸収機構13Eに設けられた2つのロータリセンサ13O,13Pと1つのストロークセンサ13Qも、それぞれ、ストロークセンサ13L,13Nやロータリセンサ13Mと同様の構成とすることができる。   The stroke sensors 13L and 13N include optical distance measuring means provided with a light emitting side and a light receiving side on the cylinder side and rod side of the first and third links 13A and 13C, respectively, and the first and third actuators 13F, It can be configured by an encoder or the like provided in 13H. The rotary sensor 13M can be configured by a rotary encoder or the like provided in the second actuator 13G. The two rotary sensors 13O and 13P and one stroke sensor 13Q provided in the error absorbing mechanism 13E can also have the same configuration as the stroke sensors 13L and 13N and the rotary sensor 13M, respectively.

前記マイクロマニピュレータ制御ユニット21は、マニピュレータシステム1のうちマイクロマニピュレータ15の動作を制御する。そのために、マイクロマニピュレータ制御ユニット21は、マイクロマニピュレータ15の代表点であるツールセンターポイントTCPの座標値と、その前提となるマイクロマニピュレータ原点O3の座標値とを管理する。   The micromanipulator control unit 21 controls the operation of the micromanipulator 15 in the manipulator system 1. For this purpose, the micromanipulator control unit 21 manages the coordinate value of the tool center point TCP, which is a representative point of the micromanipulator 15, and the coordinate value of the micromanipulator origin O3 that is the premise thereof.

また、マイクロマニピュレータ制御ユニット21は、コントローラ17からマイクロマニピュレータ15の制御上の目標値として供給されるツールセンターポイントTCPと、その前提となるマイクロマニピュレータ原点O3との各目標座標値に基づいて、マイクロマニピュレータ15を駆動させる。そして、マイクロマニピュレータ制御ユニット21は、マイクロマニピュレータ15を駆動させた後のマイクロマニピュレータ原点O3とツールセンターポイントTCPとの実座標値を管理する。   In addition, the micromanipulator control unit 21 performs micro-manipulator control based on the target coordinate values of the tool center point TCP supplied from the controller 17 as a target value for control of the micromanipulator 15 and the micromanipulator origin O3 as a premise thereof. The manipulator 15 is driven. The micromanipulator control unit 21 manages the actual coordinate values of the micromanipulator origin O3 and the tool center point TCP after the micromanipulator 15 is driven.

さらに、マイクロマニピュレータ制御ユニット21は、自身が管理するマイクロマニピュレータ原点O3とツールセンターポイントTCPとの実座標値を、マイクロマニピュレータ15の位置と姿勢に関する実測値として、マクロマニピュレータ制御ユニット19に供給する。マクロマニピュレータ制御ユニット19に供給する代わりにコントローラ17に供給するようにしてもよい。   Furthermore, the micromanipulator control unit 21 supplies the actual coordinate values of the micromanipulator origin O3 and the tool center point TCP managed by the micromanipulator control unit 19 to the macromanipulator control unit 19 as measured values regarding the position and orientation of the micromanipulator 15. Instead of being supplied to the macro manipulator control unit 19, it may be supplied to the controller 17.

そして、上述した管理や供給を行うために、マイクロマニピュレータ制御ユニット21は、CPUやRAM及びROMを有するコンピュータによって構成される。このマイクロマニピュレータ制御ユニット21には、コントローラ17やマクロマニピュレータ制御ユニット19が接続される。   And in order to perform management and supply mentioned above, the micromanipulator control unit 21 is comprised by the computer which has CPU, RAM, and ROM. A controller 17 and a macro manipulator control unit 19 are connected to the micromanipulator control unit 21.

また、マイクロマニピュレータ制御ユニット21には、マイクロマニピュレータ15の多関節型アーム15Aを駆動するための第1乃至第6ロータリアクチュエータ15D〜15Iのドライブ回路15J〜15Oと、第1乃至第6ロータリアクチュエータ15D〜15Iにより駆動された多関節型アーム15Aやフランジ15Cの基台11Aに対する姿勢を検出するロータリセンサ15P〜15Uとが接続される。   The micromanipulator control unit 21 includes drive circuits 15J to 15O of the first to sixth rotary actuators 15D to 15I for driving the articulated arm 15A of the micromanipulator 15, and the first to sixth rotary actuators 15D. Are connected to rotary sensors 15P to 15U that detect the posture of the articulated arm 15A and flange 15C driven by -15I with respect to the base 11A.

図5は、本実施形態のマニピュレータシステム1において実行される処理の内容を示す機能ブロック図である。なお、図5中引用符号17の一点鎖線の枠内に記載されたブロックは、コントローラ17において実行される処理を示す。また、引用符号19の一点鎖線の枠内に記載されたブロックは、マクロマニピュレータ制御ユニット19において実行される処理を示す。さらに、引用符号21の一点鎖線の枠内に記載されたブロックは、マイクロマニピュレータ制御ユニット21において実行される処理を示す。   FIG. 5 is a functional block diagram showing the contents of processing executed in the manipulator system 1 of the present embodiment. In addition, the block described in the dashed-dotted line frame of the reference numeral 17 in FIG. 5 indicates processing executed in the controller 17. Further, the block described in the frame of the alternate long and short dash line of the reference numeral 19 indicates processing executed in the macro manipulator control unit 19. Further, a block described within a dashed-dotted line frame of the reference numeral 21 indicates processing executed in the micromanipulator control unit 21.

まず、マクロマニピュレータ13の制御上の目標値(目標位置・姿勢)としてコントローラ17からマクロマニピュレータ制御ユニット19に、マクロマニピュレータ原点O1と誤差吸収機構原点O2との各目標座標値が供給されると、逆運動学計算aによって、マクロマニピュレータ13の第1及び第3リンク13A,13Cの各伸縮駆動量と、第2リンク13Bの他端のベース9に対する回転駆動量とが、それぞれ計算される。   First, when the target coordinate values of the macro manipulator origin O1 and the error absorbing mechanism origin O2 are supplied from the controller 17 to the macro manipulator control unit 19 as target values (target positions / postures) for controlling the macro manipulator 13, By the inverse kinematics calculation a, the expansion / contraction driving amounts of the first and third links 13A and 13C of the macro manipulator 13 and the rotational driving amount with respect to the base 9 at the other end of the second link 13B are respectively calculated.

そして、マクロマニピュレータ駆動bにおいて、計算された伸縮駆動量で第1及び第3リンク13A,13を伸縮駆動させ、また、計算された回転駆動量で第2リンク13Bを回転駆動させるための駆動信号が、マクロマニピュレータ制御ユニット19から対応するドライブ回路13I〜13Kに出力され、対応する第1乃至第3アクチュエータ13F〜13Hが、計算された伸縮駆動量や回転駆動量に応じて駆動される。これにより、マクロマニピュレータ13が目標座標値に応じた位置、姿勢に変位するように駆動される。   Then, in the macro manipulator drive b, a drive signal for driving the first and third links 13A and 13 to expand and contract with the calculated extension drive amount and to rotate the second link 13B with the calculated rotation drive amount. Is output from the macro manipulator control unit 19 to the corresponding drive circuits 13I to 13K, and the corresponding first to third actuators 13F to 13H are driven in accordance with the calculated extension drive amount and rotation drive amount. Thereby, the macro manipulator 13 is driven so as to be displaced to a position and posture corresponding to the target coordinate value.

さらに、マクロマニピュレータ13が目標座標値に応じた位置、姿勢に変位するように駆動される間、ストロークセンサ13L,13Nとロータリセンサ13Mからマクロマニピュレータ制御ユニット19への入力信号に基づいて、順運動学計算cによって、第1及び第3リンク13A,13Cの実際の伸縮量と、第2リンク13Bのベース9に対する実際の回転量とが、それぞれ計算される。また、計算された伸縮量及び回転量と、マクロマニピュレータ制御ユニット19において管理されているマクロマニピュレータ13の駆動前の座標値とに基づいて、マクロマニピュレータ原点O1と誤差吸収機構原点O2との各実座標値が、それぞれ計算される。   Further, while the macro manipulator 13 is driven so as to be displaced to the position and posture corresponding to the target coordinate value, forward motion is performed based on the input signals from the stroke sensors 13L and 13N and the rotary sensor 13M to the macro manipulator control unit 19. The actual amount of expansion / contraction of the first and third links 13A and 13C and the actual amount of rotation of the second link 13B with respect to the base 9 are respectively calculated by the mathematical calculation c. Further, based on the calculated expansion / contraction amount and rotation amount and the coordinate value before driving of the macro manipulator 13 managed in the macro manipulator control unit 19, each of the actual values of the macro manipulator origin O1 and the error absorbing mechanism origin O2 is shown. Each coordinate value is calculated.

そして、差分計算dにおいて、計算されたマクロマニピュレータ原点O1及び誤差吸収機構原点O2の各実座標値と、コントローラ17から供給されたマクロマニピュレータ原点O1及び誤差吸収機構原点O2の各目標座標値との差分が、マクロマニピュレータ13の位置・姿勢誤差として計算される。   Then, in the difference calculation d, the calculated actual coordinate values of the macro manipulator origin O1 and the error absorbing mechanism origin O2 and the target coordinate values of the macro manipulator origin O1 and the error absorbing mechanism origin O2 supplied from the controller 17 are calculated. The difference is calculated as a position / posture error of the macro manipulator 13.

これらの処理と並行して、マクロ・マイクロマニピュレータ相対位置取得eにおいて、マクロマニピュレータ13とマイクロマニピュレータ15との相対位置として、マクロマニピュレータ制御ユニット19において管理されている誤差吸収機構原点O2とマイクロマニピュレータ原点O3との相対位置座標が取得される。   In parallel with these processes, in the macro / manipulator relative position acquisition e, as the relative positions of the macro manipulator 13 and the micro manipulator 15, the error absorbing mechanism origin O2 and the micro manipulator origin managed in the macro manipulator control unit 19 are used. The relative position coordinate with O3 is acquired.

また、取得された相対位置座標から、順運動学計算fにおいて、誤差吸収機構原点O2とマイクロマニピュレータ原点O3との座標値の差が計算される。   Further, in the forward kinematics calculation f, the difference between the coordinate values of the error absorbing mechanism origin O2 and the micromanipulator origin O3 is calculated from the acquired relative position coordinates.

そして、マイクロマニピュレータ原点位置・姿勢誤差計算gにおいて、順運動学計算fにおいて計算された誤差吸収機構原点O2とマイクロマニピュレータ原点O3との座標値の差を、差分計算dにおいて計算されたマクロマニピュレータ13の位置・姿勢誤差に応じて増減した値が、マイクロマニピュレータ原点O3の座標値の補正量として計算される。   Then, in the micromanipulator origin position / posture error calculation g, the difference between the coordinate values of the error absorbing mechanism origin O2 and the micromanipulator origin O3 calculated in the forward kinematics calculation f is calculated by the macro manipulator 13 calculated in the difference calculation d. The value increased or decreased according to the position / posture error is calculated as the correction amount of the coordinate value of the micromanipulator origin O3.

以上に説明した逆運動学計算a、マクロマニピュレータ駆動b、順運動学計算c、差分計算d、マクロ・マイクロマニピュレータ相対位置取得e、順運動学計算f、及び、マイクロマニピュレータ原点位置・姿勢誤差計算gの各処理は、マクロマニピュレータ制御ユニット19によって実行される。   Inverse kinematic calculation a, macromanipulator drive b, forward kinematic calculation c, difference calculation d, macro / micromanipulator relative position acquisition e, forward kinematic calculation f, and micromanipulator origin position / posture error calculation described above Each process of g is executed by the macro manipulator control unit 19.

また、マイクロマニピュレータ15の制御上の目標値(目標位置・姿勢)としてコントローラ17からマイクロマニピュレータ制御ユニット21に、マイクロマニピュレータ原点O3とツールセンターポイントTCPとの各目標座標値が供給されると、マイクロマニピュレータ修正目標位置・姿勢計算hにおいて、マイクロマニピュレータ原点位置・姿勢誤差計算gにおいて計算された補正量に応じて、マイクロマニピュレータ原点O3とツールセンターポイントTCPとの各目標座標値の修正値が計算される。   Further, when the target coordinate values of the micromanipulator origin O3 and the tool center point TCP are supplied from the controller 17 to the micromanipulator control unit 21 as target values (target positions / orientations) for controlling the micromanipulator 15, the micromanipulator 15 In the manipulator correction target position / posture calculation h, correction values of the target coordinate values of the micromanipulator origin O3 and the tool center point TCP are calculated according to the correction amount calculated in the micromanipulator origin position / posture error calculation g. The

このマイクロマニピュレータ原点位置・姿勢誤差計算gにおいては、誤差吸収機構13Eに設けたロータリセンサ13O,13Pとストロークセンサ13Qからマクロマニピュレータ制御ユニット19への入力信号に基づいて、誤差吸収機構13Eにおいて吸収されたマクロマニピュレータ13と従動台車11との位置誤差が、X軸の周方向、Y軸の周方向、Z軸方向についてそれぞれ計算される。そして、計算された誤差吸収機構13Eによるマクロマニピュレータ13と従動台車11との位置誤差の吸収量の分だけ、マイクロマニピュレータ原点位置・姿勢誤差計算gにおいて計算された補正量が補正される。   This micromanipulator origin position / posture error calculation g is absorbed by the error absorbing mechanism 13E based on the input signals to the macro manipulator control unit 19 from the rotary sensors 13O, 13P and the stroke sensor 13Q provided in the error absorbing mechanism 13E. Position errors between the macro manipulator 13 and the follower carriage 11 are calculated for the X-axis circumferential direction, the Y-axis circumferential direction, and the Z-axis direction, respectively. Then, the correction amount calculated in the micromanipulator origin position / posture error calculation g is corrected by the calculated amount of absorption of the position error between the macro manipulator 13 and the driven carriage 11 by the error absorption mechanism 13E.

したがって、マイクロマニピュレータ原点位置・姿勢誤差計算gにおいては、再吸収機構13Eによる位置誤差吸収量の分だけ補正された後の、マイクロマニピュレータ原点位置・姿勢誤差計算gにおいて計算された補正量を用いて、マイクロマニピュレータ原点O3とツールセンターポイントTCPとの各目標座標値の修正値が計算される。   Therefore, in the micromanipulator origin position / posture error calculation g, the correction amount calculated in the micromanipulator origin position / posture error calculation g after being corrected by the position error absorption amount by the reabsorption mechanism 13E is used. A correction value of each target coordinate value between the micromanipulator origin O3 and the tool center point TCP is calculated.

また、逆運動学計算iによって、マイクロマニピュレータ15の第1及び第2アームエレメント15A,15Bとフランジ15Cの各回転駆動量がそれぞれ計算される。   In addition, the rotational drive amounts of the first and second arm elements 15A and 15B and the flange 15C of the micromanipulator 15 are calculated by inverse kinematics calculation i.

そして、マイクロマニピュレータ駆動jにおいて、計算された回転駆動量で第1及び第2アームエレメント15A,15Bとフランジ15Cを回転駆動させるための駆動信号が、マイクロマニピュレータ制御ユニット21から対応するドライブ回路15J〜15Oに出力され、対応する第1乃至第6ロータリアクチュエータ15D〜15Iが、計算された回転駆動量に応じて駆動される。これにより、マイクロマニピュレータ15が目標座標値に応じた位置、姿勢に変位するように駆動される。   Then, in the micromanipulator drive j, a drive signal for rotating the first and second arm elements 15A, 15B and the flange 15C with the calculated rotational drive amount is supplied from the micromanipulator control unit 21 to the corresponding drive circuit 15J. The corresponding first to sixth rotary actuators 15D to 15I are driven according to the calculated rotational drive amount. Thereby, the micromanipulator 15 is driven so as to be displaced to a position and posture corresponding to the target coordinate value.

さらに、マイクロマニピュレータ15が目標座標値に応じた位置、姿勢に変位するように駆動される間、ロータリセンサ15K,15L,15Mからマイクロマニピュレータ制御ユニット21への入力信号に基づいて、順運動学計算kによって、第1及び第2アームエレメント15A,15Bとフランジ15Cの実際の回転量がそれぞれ計算される。また、計算された回転量と、マイクロマニピュレータ制御ユニット21において管理されているマイクロマニピュレータ15の駆動前の座標値とに基づいて、マイクロマニピュレータ原点O3とツールセンターポイントTCPとの各実座標値が、それぞれ計算される。   Further, while the micromanipulator 15 is driven so as to be displaced to the position and posture corresponding to the target coordinate value, the forward kinematics calculation is performed based on the input signals from the rotary sensors 15K, 15L, 15M to the micromanipulator control unit 21. The actual rotation amounts of the first and second arm elements 15A and 15B and the flange 15C are calculated by k. Further, based on the calculated rotation amount and the coordinate value before driving the micromanipulator 15 managed in the micromanipulator control unit 21, the actual coordinate values of the micromanipulator origin O3 and the tool center point TCP are as follows: Each is calculated.

以上に説明したマイクロマニピュレータ修正目標位置・姿勢計算h、逆運動学計算i、マイクロマニピュレータ駆動j、及び、順運動学計算kの各処理は、マイクロマニピュレータ制御ユニット21によって実行される。   The micromanipulator correction target position / posture calculation h, inverse kinematics calculation i, micromanipulator drive j, and forward kinematics calculation k described above are executed by the micromanipulator control unit 21.

そして、マクロ・マイクロマニピュレータ目標位置・姿勢計算lにおいて、順運動学計算cにおいて計算されたマクロマニピュレータ原点O1及び誤差吸収機構原点O2の各実座標値と、順運動学計算kにおいて計算されたマイクロマニピュレータ原点O3とツールセンターポイントTCPとの各実座標値とに基づいて、次のマクロマニピュレータ13やマイクロマニピュレータ15の制御上の目標値(目標位置・姿勢)として、マクロマニピュレータ原点O1と誤差吸収機構原点O2との各目標座標値や、マイクロマニピュレータ原点O3とツールセンターポイントTCPとの各目標座標値が、それぞれ計算される。このマクロ・マイクロマニピュレータ目標位置・姿勢計算lの処理は、コントローラ17によって実行される。   Then, in the macro / micromanipulator target position / orientation calculation l, the actual coordinate values of the macromanipulator origin O1 and the error absorbing mechanism origin O2 calculated in the forward kinematics calculation c, and the microcoordinates calculated in the forward kinematics calculation k. Based on the actual coordinate values of the manipulator origin O3 and the tool center point TCP, the macro manipulator origin O1 and the error absorbing mechanism are used as target values (target positions / postures) for the next macro manipulator 13 and micromanipulator 15 in control. Each target coordinate value with the origin O2 and each target coordinate value with the micromanipulator origin O3 and the tool center point TCP are calculated. The processing of the macro / micromanipulator target position / orientation calculation 1 is executed by the controller 17.

上述のように構成された本実施形態のマニピュレータシステム1では、ベース9を起点とするマクロマニピュレータ13の動作によってエリア3の床面3A上で従動台車11を走行移動させ、この従動台車11に搭載されたマイクロマニピュレータ15の動作によって、仕掛品搬入部8A、自動装置7A、自動装置7B、自動装置7C、作業台7G、自動装置7D、自動装置7E、完成品搬出部8Bの順に従動台車11を移動させる。そして、従動台車11の各移動先との間でマイクロマニピュレータ15が、仕掛品5の受け渡しを行う。   In the manipulator system 1 of the present embodiment configured as described above, the driven carriage 11 is caused to travel on the floor surface 3 </ b> A of the area 3 by the operation of the macro manipulator 13 starting from the base 9, and is mounted on the driven carriage 11. By the operation of the micromanipulator 15 thus made, the driven cart 11 is moved in the order of the work-in-product carrying-in part 8A, the automatic device 7A, the automatic device 7B, the automatic device 7C, the work table 7G, the automatic device 7D, the automatic device 7E, and the finished product carry-out unit 8B Move. Then, the micromanipulator 15 delivers the work-in-process 5 to / from each destination of the driven carriage 11.

したがって、マクロマニピュレータ13とマイクロマニピュレータ15とによるマクロ−マイクロシステムを構築して、仕掛品5の無軌道方式による搬送を実現し、精密テーブルやガントリのような軌道方式の移動手段によりマニピュレータを移動させる場合に比べて、マニピュレータシステム1の全体のコンパクト化を図ることができる。   Therefore, when a macro-micro system is constructed by the macro manipulator 13 and the micro manipulator 15, the work-in-process 5 is transported by the track-free method, and the manipulator is moved by a track-type moving means such as a precision table or a gantry. Compared to the above, the entire manipulator system 1 can be made compact.

また、マイクロマニピュレータ15を搭載した従動台車11の位置制御の制御対象が、従動台車11自身ではなく、自動装置7A〜7E、作業台7G、仕掛品搬入部8A、及び、完成品搬出部8Bに対する相対位置が固定されたベース9を起点として動作するマクロマニピュレータ13であることから、従動台車11がエリア3の床面3A上でスリップ等を起こしたとしても、制御対象であるマクロマニピュレータ13の制御量と実際の動作量との間に大きな誤差が生じない。   In addition, the control target of the position control of the driven carriage 11 on which the micromanipulator 15 is mounted is not the driven carriage 11 itself but the automatic devices 7A to 7E, the work table 7G, the work-in-product carry-in section 8A, and the finished product carry-out section 8B. Since the macro manipulator 13 operates with the base 9 having a fixed relative position as a starting point, even if the driven carriage 11 causes a slip or the like on the floor surface 3A of the area 3, the control of the macro manipulator 13 to be controlled is performed. There is no significant error between the quantity and the actual movement quantity.

このため、従動台車11の正確な位置制御のために従動台車11を低速走行させる必要がなく、従動台車11の走行速度に起因して仕掛品5の搬送のタクトタイムに制約が生じないので、従動台車11の位置制御の正確性を保ったまま従動台車11の高速移動を可能として、仕掛品5の搬送を迅速に行えるようにすることができる。   For this reason, it is not necessary to drive the driven carriage 11 at a low speed for accurate position control of the driven carriage 11, and there is no restriction on the tact time of the work in process 5 due to the traveling speed of the driven carriage 11. The driven carriage 11 can be moved at high speed while maintaining the accuracy of position control of the driven carriage 11, and the work-in-progress 5 can be conveyed quickly.

しかも、制御量と実際の動作量との間に大きな誤差が生じないマクロマニピュレータ13を従動台車11の位置制御における制御対象とすることから、位置座標が固定であるベース9に対する、マクロマニピュレータ原点O1、誤差吸収機構原点O2、マイクロマニピュレータ原点O3、及び、ツールセンターポイントTCPの相対位置の、各種センサ13L〜13N,15K〜15Mによる検出結果に基づく複雑な処理による補正を、従動台車11の位置制御において行う必要がない。   In addition, since the macro manipulator 13 that does not cause a large error between the control amount and the actual operation amount is set as a control target in the position control of the driven carriage 11, the macro manipulator origin O1 with respect to the base 9 whose position coordinates are fixed. The position control of the driven carriage 11 is performed by correcting the relative positions of the error absorbing mechanism origin O2, the micromanipulator origin O3, and the tool center point TCP by complicated processing based on the detection results of the various sensors 13L to 13N and 15K to 15M. There is no need to do this.

このため、制御系のハードウェアであるコントローラ17、マクロマニピュレータ制御ユニット19、及び、マイクロマニピュレータ制御ユニット21を、ロースペックなもので済ませることができる。   For this reason, the controller 17, the macro manipulator control unit 19, and the micro manipulator control unit 21 which are the hardware of the control system can be completed with low specifications.

さらに、マクロマニピュレータ13に連結される従動台車11やそれに搭載されたマイクロマニピュレータ15の荷重が、従動台車11が走行移動するエリア3の床面3Aとマクロマニピュレータ13とに分散してかかるので、従動台車11とマイクロマニピュレータ15の全荷重に見合った駆動源を、マクロマニピュレータ13の第1乃至第3アクチュエータ13F〜13Hに用いる必要がない。このため、マクロマニピュレータ13の高速動作による仕掛品5の高速搬送を、現実的な第1乃至第3アクチュエータ13F〜13Hの高出力化の範疇で実現させることができる。   Further, since the load of the follower carriage 11 connected to the macro manipulator 13 and the micromanipulator 15 mounted on the follower 11 is distributed and applied to the floor 3A of the area 3 where the follower carriage 11 travels and the macro manipulator 13, the follower is driven. It is not necessary to use a drive source corresponding to the total load of the carriage 11 and the micromanipulator 15 for the first to third actuators 13F to 13H of the macromanipulator 13. For this reason, the high-speed conveyance of the work-in-progress 5 by the high-speed operation of the macro manipulator 13 can be realized in the category of high output of the practical first to third actuators 13F to 13H.

即ち、本実施形態のマニピュレータシステム1によれば、コンパクト化に適した無軌道方式でありながら、自走台車のような仕掛品5の搬送のタクトタイムの問題やマニピュレータの位置制御の煩雑性の問題を回避し、ロースペックで正確性と迅速性の高い仕掛品5の搬送を実現することができる。   That is, according to the manipulator system 1 of the present embodiment, although it is a trackless system suitable for downsizing, the problem of the tact time of the transfer of the work in process 5 such as a self-propelled carriage and the problem of the complexity of the position control of the manipulator This makes it possible to achieve the conveyance of the work-in-progress 5 with low specifications and high accuracy and speed.

なお、従動台車11をエリア3の床面3A上で走行移動させるだけでなく、従動台車11をマクロマニピュレータ13に対して回転させるための構成は、省略してもよい。   The configuration for rotating the driven carriage 11 relative to the macro manipulator 13 as well as moving the driven carriage 11 on the floor surface 3A of the area 3 may be omitted.

しかし、この構成を設ければ、マクロマニピュレータ13に対して従動台車11を回転させて、自動装置7A〜7E、作業台7G、仕掛品搬入部8A、及び、完成品搬出部8Bに対するマイクロマニピュレータ15の姿勢を変化させて、その分だけマイクロマニピュレータ15の移動範囲を広げ、マイクロマニピュレータ15による仕掛品5の搬送可能範囲を広げることができるので、有利である。   However, if this structure is provided, the driven carriage 11 is rotated with respect to the macro manipulator 13, and the micromanipulator 15 for the automatic devices 7A to 7E, the work table 7G, the work-in-product carry-in part 8A, and the finished product carry-out part 8B. This is advantageous because the movement range of the micromanipulator 15 can be expanded by that amount, and the movable range of the work-in-process 5 by the micromanipulator 15 can be expanded accordingly.

また、本実施形態では、マクロマニピュレータ13を、第1乃至第3リンク13A〜13Cによるパラレルリンク機構によって構成した。このため、第1乃至第3リンク13A〜13Cに対応する第1乃至第3アクチュエータ13F〜13Hによって、エリア3の床面3Aに沿った直交2方向(X軸方向、Y軸方向)と、床面3A(XY平面)に対する鉛直軸(Z軸)の周方向との各方向に、従動台車11及びマイクロマニピュレータ15を移動及び回転させることができる。   In the present embodiment, the macro manipulator 13 is configured by a parallel link mechanism including first to third links 13A to 13C. For this reason, by the first to third actuators 13F to 13H corresponding to the first to third links 13A to 13C, two orthogonal directions (X-axis direction and Y-axis direction) along the floor surface 3A of the area 3 and the floor The driven carriage 11 and the micromanipulator 15 can be moved and rotated in each direction with the circumferential direction of the vertical axis (Z axis) with respect to the surface 3A (XY plane).

したがって、少ない駆動源によって従動台車11及びマイクロマニピュレータ15を平面3自由度のある移動体として構成することができ、マニピュレータシステム1の小型軽量化と、それによる従動台車11及びマイクロマニピュレータ15の高速移動を可能として、仕掛品5の高速搬送を実現することができる。   Therefore, the driven carriage 11 and the micromanipulator 15 can be configured as a moving body having three degrees of freedom in a plane with a small number of driving sources, and the manipulator system 1 can be reduced in size and weight, and the driven carriage 11 and the micromanipulator 15 can be moved at high speed. Therefore, high-speed conveyance of the work-in-process 5 can be realized.

なお、本発明の参考例として、パラレルリンク機構でなくシリアルリンク機構によってマクロマニピュレータ13を構成する場合について、以下に説明する。 As a reference example of the present invention, the case where the macro manipulator 13 is configured not by a parallel link mechanism but by a serial link mechanism will be described below.

例えば、図6に示す参考例では、各節の一方の関節にロータリアクチュエータを設けた平行リンク機構13aを採用し、図7に示す参考例では、各関節にロータリアクチュエータを設けた多関節のスカラ型リンク機構13bを採用し、図8に示す参考例では、第1乃至第3リンク13A〜13Cと同様の伸縮シリンダとその両端のロータリアクチュエータをそれぞれ備えた関節とによる極座標型リンク機構13cを採用して、マクロマニピュレータ13を構成している。 For example, in the reference example shown in FIG. 6, a parallel link mechanism 13a having a rotary actuator provided at one joint of each node is employed, and in the reference example shown in FIG. 7, a multi-joint scalar having a rotary actuator provided at each joint. In the reference example shown in FIG. 8, a polar coordinate link mechanism 13c is used which is similar to the first to third links 13A to 13C and joints each having a rotary actuator at both ends thereof. Thus , the macro manipulator 13 is configured .

このように、平行リンク機構13aやスカラ型リンク機構13b、あるいは、極座標型リンク機構13cによって、平面3自由度(X軸方向、Y軸方向、z軸の周方向)を有するマクロマニピュレータ13を用いた参考例によっても、マクロマニピュレータ13の構成を、一般的なマニピュレータのような5〜6軸(又は方向)に自由度を有する複雑な構成ではなく、平面3自由度を実現するための機構さえ有していれば事足りる簡略なものとすることができる。よって、マクロマニピュレータ13、ひいては、マニピュレータシステム1全体の低コスト化を図ることができる。 Thus, the macro manipulator 13 having three degrees of freedom in the plane (X-axis direction, Y-axis direction, z-axis circumferential direction) is used by the parallel link mechanism 13a, the scalar-type link mechanism 13b, or the polar-coordinate type link mechanism 13c. Even according to the reference example, the configuration of the macro manipulator 13 is not a complicated configuration having degrees of freedom in 5 to 6 axes (or directions) like a general manipulator, but a mechanism for realizing three degrees of freedom in a plane. If it has, it can be made simple enough. Therefore, the cost of the macro manipulator 13 and by extension, the entire manipulator system 1 can be reduced.

また、マイクロマニピュレータ15についても、本実施形態のような多関節型のマニピュレータでなく、例えば図9に示すような、直交座標型のマニピュレータ15aをマイクロマニピュレータ15として用いる構成としてもよい。   Also, the micromanipulator 15 may be configured to use an orthogonal coordinate type manipulator 15 a as the micromanipulator 15, for example, as shown in FIG. 9 instead of the articulated manipulator as in the present embodiment.

さらに、本実施形態では、マクロマニピュレータ13と従動台車11との連結部分である第1乃至第3リンク13A〜13Cの一端と出力部材13Dとの連結部分に、誤差吸収機構13Eを設ける構成とした。そして、この誤差吸収機構13Eにより、マクロマニピュレータ13によって従動台車11が移動される方向(床面3Aに沿った従動台車11の走行移動方向=X軸及びY軸、及び、マクロマニピュレータ13に対する姿勢の変化方向=Z軸の周方向)を除く、他の方向(X軸の周方向、Y軸の周方向、Z軸方向)について、マクロマニピュレータ13と従動台車11との位置誤差を吸収する構成とした。   Further, in the present embodiment, an error absorbing mechanism 13E is provided at a connecting portion between the output member 13D and one end of the first to third links 13A to 13C, which is a connecting portion between the macro manipulator 13 and the driven carriage 11. . Then, by this error absorbing mechanism 13E, the direction in which the follower carriage 11 is moved by the macromanipulator 13 (the travel movement direction of the follower carriage 11 along the floor surface 3A = the X axis and the Y axis, and the attitude of the macromanipulator 13) A configuration that absorbs position errors between the macro manipulator 13 and the driven carriage 11 in other directions (circumferential direction of the X axis, circumferential direction of the Y axis, and Z axis direction) except for the change direction = the circumferential direction of the Z axis) did.

上述した誤差吸収機構13Eは必ずしも設ける必要はないが、本実施形態のようにこの構成を設ければ、マクロマニピュレータ13によりベース9に対して従動台車11を相対移動させた際に、マクロマニピュレータ13の動作によって従動台車11を走行移動させることができる仮想平面に対して、現実のエリア3の床面3Aが精密な平行面でない場合であっても、それによって生じる従動台車11のマクロマニピュレータ13に対する位置や姿勢のずれを、両者の連結部分において吸収することができるので、有利である。   The error absorbing mechanism 13E described above is not necessarily provided, but if this configuration is provided as in the present embodiment, the macro manipulator 13 is moved when the driven carriage 11 is moved relative to the base 9 by the macro manipulator 13. Even if the floor surface 3A of the actual area 3 is not a precise parallel surface with respect to a virtual plane on which the driven carriage 11 can be moved and moved by the above operation, the macromanipulator 13 of the driven carriage 11 generated thereby This is advantageous because a shift in position and posture can be absorbed at the connecting portion between the two.

また、従動台車11の全方向車輪11Bは、従動台車11の走行移動において支障がない限り、自在キャスタ等の他の構成によるフリーホイールに置き換えることができる。   Further, the omnidirectional wheel 11B of the driven carriage 11 can be replaced with a free wheel having another configuration such as a free caster as long as there is no problem in traveling movement of the driven carriage 11.

本発明の第1実施形態に係るマニピュレータシステムの概略構成を示す平面図である。It is a top view showing a schematic structure of a manipulator system concerning a 1st embodiment of the present invention. 図1のA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG. 図1のマニピュレータシステムの拡大平面図である。It is an enlarged plan view of the manipulator system of FIG. 図1のマニピュレータシステムの電気的な概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electrical schematic structure of the manipulator system of FIG. 図1のマニピュレータシステムにおいて実行される処理の内容を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the content of the process performed in the manipulator system of FIG. 本発明の参考例に係るマニピュレータシステムにおけるマクロマニピュレータの構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of the macro manipulator in the manipulator system which concerns on the reference example of this invention . 本発明の参考例に係るマニピュレータシステムにおけるマクロマニピュレータの構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of the macro manipulator in the manipulator system which concerns on the reference example of this invention . 本発明の参考例に係るマニピュレータシステムにおけるマクロマニピュレータの構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of the macro manipulator in the manipulator system which concerns on the reference example of this invention . 図1のマニピュレータシステムにおけるマイクロマニピュレータの変形例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the modification of the micromanipulator in the manipulator system of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 マニピュレータシステム
3 エリア
3A 床面
5 仕掛品
7A〜7E 自動装置
7F ツール変更台
7G 作業台
7H〜7J 部品供給台
8A 仕掛品搬入部
8B 完成品搬出部
9 ベース
11 従動台車
11A 基台
11B 全方向車輪
13 マクロマニピュレータ
13A 第1リンク
13B 第2リンク
13C 第3リンク
13D 出力部材
13E 誤差吸収機構
13F 第1アクチュエータ
13G 第2アクチュエータ
13H 第3アクチュエータ
13I〜13K ドライブ回路
13L,13N,13Q ストロークセンサ
13M,13O,13P ロータリセンサ
13a 平行リンク機構
13b スカラ型リンク機構
13c 極座標型リンク機構
15 マイクロマニピュレータ
15A〜15 多関節型アーム
15B ツールアタッチメント
15C フランジ
15D 第1ロータリアクチュエータ
15E 第2ロータリアクチュエータ
15F 第3ロータリアクチュエータ
15G 第4ロータリアクチュエータ
15H 第5ロータリアクチュエータ
15I 第6ロータリアクチュエータ
15J〜15O ドライブ回路
15P〜15U ロータリセンサ
15a マニピュレータ
17 コントローラ
19 マクロマニピュレータ制御ユニット
21 マイクロマニピュレータ制御ユニット
23 敷板
O1 マクロマニピュレータ原点
O2 誤差吸収機構原点
O3 マイクロマニピュレータ原点
TCP ツールセンターポイント
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Manipulator system 3 Area 3A Floor surface 5 Work-in-progress 7A-7E Automatic device 7F Tool change stand 7G Worktable 7H-7J Parts supply stand 8A Work-in-product carry-in part 8B Completed product take-out part 9 Base 11 Driven carriage 11A Base 11B All directions Wheel 13 Macro manipulator 13A First link 13B Second link 13C Third link 13D Output member 13E Error absorbing mechanism 13F First actuator 13G Second actuator 13H Third actuator 13I-13K Drive circuit 13L, 13N, 13Q Stroke sensor 13M, 13O , 13P Rotary sensor 13a Parallel link mechanism 13b Scalar link mechanism 13c Polar coordinate link mechanism 15 Micromanipulator 15A-15 Articulated arm 15B Tool attachment 15C Hula 15D 1st rotary actuator 15E 2nd rotary actuator 15F 3rd rotary actuator 15G 4th rotary actuator 15H 5th rotary actuator 15I 6th rotary actuator 15J-15O Drive circuit 15P-15U Rotary sensor 15a Manipulator 17 Controller 19 Macromanipulator control unit 21 Micromanipulator control unit 23 Base plate O1 Macromanipulator origin O2 Error absorption mechanism origin O3 Micromanipulator origin TCP Tool center point

Claims (2)

所定のアクセス位置が周辺に配置されたエリアにおいて、前記アクセス位置への移動や該アクセス位置間の移動を行うマニピュレータシステムであって、
前記エリアの周辺に固定して配置されたベースと、
前記エリアに配置され、外力の付加により前記エリア内の床面上を走行移動可能な従動台車と、
前記ベースと前記従動台車との間に架設され、前記ベースを起点として動作することで前記従動台車を前記床面上で走行移動させるマクロマニピュレータと、
前記従動台車に設置され、該従動台車を起点とする所定の作業範囲内で前記ワークの搬送動作を行うマイクロマニピュレータとを備え、
前記マクロマニピュレータは、前記従動台車を走行移動させる方向を、前記床面に沿った直交2方向を少なくとも含む所定方向に制限するものであって、パラレルリンク機構を有しており、
前記パラレルリンク機構は、前記従動台車と前記ベースとの間に並列接続された第1乃至第3リンクを有しており、
前記第1及び第3リンクはそれぞれ、一端が前記従動台車に対して、他端が前記ベースに対して、前記床面に対する鉛直軸を中心に回転可能に各々枢支され、前記一端及び前記他端の間隔が変化するように駆動されるものであり、
前記第2リンクは、一端が前記従動台車に対して、他端が前記ベースに対して、前記床面に対する鉛直軸を中心に回転可能に各々枢支され、前記ベースに対する前記他端の回転角度が変化するように駆動されると共に、前記第1及び第3リンクの駆動に従動して前記第2リンクの前記一端及び前記他端の間隔が変化することで、同一平面内の並進2軸の位置及び回転1軸の姿勢を変化させるものである、
ことを特徴とするマニピュレータシステム。
A manipulator system that moves to and between the access positions in an area where predetermined access positions are arranged in the periphery,
A base arranged fixed around the area;
A follower truck arranged in the area and capable of traveling on the floor in the area by applying external force;
A macro manipulator that is installed between the base and the driven carriage and moves the driven carriage on the floor surface by operating with the base as a starting point;
A micromanipulator that is installed in the driven carriage and that carries the workpiece in a predetermined working range starting from the driven carriage ;
The macro manipulator restricts the direction in which the driven carriage travels to a predetermined direction including at least two orthogonal directions along the floor surface, and has a parallel link mechanism,
The parallel link mechanism has first to third links connected in parallel between the driven carriage and the base;
Each of the first and third links is pivotally supported around a vertical axis with respect to the floor surface with one end relative to the driven carriage and the other end relative to the base. It is driven so that the distance between the ends changes,
Each of the second links is pivotally supported around a vertical axis with respect to the floor surface with one end relative to the driven carriage and the other end relative to the base, and a rotation angle of the other end relative to the base. And the distance between the one end and the other end of the second link is changed in accordance with the driving of the first and third links. The position and the posture of the rotation 1 axis are changed.
A manipulator system characterized by this.
前記マクロマニピュレータと前記従動台車とは、前記マクロマニピュレータの動作による前記従動台車の前記ベースに対する相対移動が可能な方向以外の方向において、所定の従動自由度を有して連結されていることを特徴とする請求項1記載のマニピュレータシステム。 The macro manipulator and the driven carriage are coupled with a predetermined degree of freedom in a direction other than a direction in which the driven carriage can move relative to the base by the operation of the macro manipulator. The manipulator system according to claim 1.
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