JPH01188289A - 工業用ロボツト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、作業具の被作業物上の被作業部からの位置
ずれを検出してこれを補正する機能を有する工業用ロボ
ットに係わり、特に、そのアーム先端の軽量化、小型化
が可能な工業用ロボットに関する。

「従来の技術」 一般に、自動車の車体等の被作業物（ワーク）に、工業
用ロボットを用いて作業を行う際には、被作業物及びロ
ボットの相対位置を確実に固定しておく必要がある。し
かしながら、ロボット作業時においては、教示時におけ
るロボットの作業具の位置と、再生時、すなわち作業時
におけるロボットの作業具の位置との誤差、あるいは被
作業物位置決め時の誤差、被作業物自体の形状の誤差等
により、前記作業具と被作業物との間に相対的位置のず
れが生じろ恐れがある。従って、前述のような工業用ロ
ボットには、前記ずれを検出してこれをｈｌｉ正するよ
うな手段が付設される必要が生じる。

第９図ないし第１θ図は、ロボットの作業具と被作業物
との相対的位置ずれを検出してこれを補正する手段が付
設された、従来のシーリング作業用の工業用ロボットを
示す図である（特開昭５７−８９５８３参照）。これら
図において、符号１はロボット本体であり、このロボッ
ト本体ｌは、基台２とこれの上に載置された可動アーム
３とから概略構成されている。

この可動アーム３は、前記基台２に対して水平方向（図
中矢印Ａ方向）に回動自在なディスク部４と、このディ
スク部４に対して図中矢印Ｂ方向に回動自在な第１アー
ム部５と、この第１アーム部５に対して図中矢印Ｃ方向
に回動自在な第２アーム部６と、この第２アーム部６に
対して三方向に回動自在な、いわゆるエレファントノー
ズタイプの手首部７とから構成されている。すなわち、
このロボット本体１は、６自由度を有する構成とされて
いる。

前記手首部７の先端部にはシール剤供給用のノズル（作
業具）８が設けられていると共に、車体（被作業物）２
０のシール部（被作業部）２１とロボット本体１（具体
的にはノズル８先端）との相対的位置ずれを検出する検
出手段１ｏが設けられている。この検出手段１０は、そ
の先軸が前記ノズル８先端に向けられたスリット光源Ｉ
■と、このスリット光源１！による車体２０の被作業部
２０ａからのスリット像（投影像）２２を撮影するテレ
ビカメラ１２と、これらスリット光源１１、テレビカメ
ラ１２及び前記ノズル８を回転軸１３の回りで一体に回
動させるモータ１４とから概略構成されている。

以上のような構成の工業用ロボットにおいては、教示時
においてモータ１４の駆動により、スリット光源Ｉｆ、
テレビカメラＩ２及びノズル８が初期位置に設定された
状態で、そのロボット本体１の各部の位置が教示されて
、ティーヂングデータとして記憶装置（図示路）に継目
のパターンが記憶される。また、ティーチングデータ再
生時、すなわちロボット作業時においても、同様にテレ
ビカメラ１２によりスリット光源１１による車体２０か
らのスリット像２２が撮影され、このスリット像２２が
教示時における前記スリット像と比較され、これにより
車体（被作業物）２０とノズル８先端との相対的位置ず
れが検出される。そして、これらスリット像２２間のず
れを小さくするように前記モータ１４を駆動することで
、ノズル８を適正位置にまで移動させ、シール部２１と
ノズル８先端との相対的位置ずれを補正するのである。

［発明が解決しようとする課題Ｊ しかしながら、前記従来の工業用ロボットにおいては、
その作業具たるノズル８先端と車体（被作業物）２０上
のシール部２１との相対的位置ずれを補正するために、
手首部７の自由度と別に位置補正専用の自由度を司る回
転軸１３が設けられているので、手首部７先端の重量が
著しく大きいものとなると共に、手首部７先端の構成が
大型化する、という解決すべき課題を抱えていた。

この発明は前記課題に鑑みてなされたもので、作業具の
被作業物上の被作業部からの位置ずれを検出してこれを
補正する機能を有する工業用ロボットにおいて、そのア
ーム先端の軽量化、小型化か可能な工業用ロボットを如
何にして実現するかを問題にしている。

「課題を解決するための手段」 前記問題点を解決するためにこの発明は、作業具と、こ
の作業具の被作業物上の被作業部からの位置ずれを検出
する検出手段とがアームの先端に設けられた工業用〔１
ボツトにおいて、前記作業具と検出手段とを前記アーム
の先端に回動自在に一体に設け、かつ、前記作業具の作
業部位と検出手段の検出部位とを前記アームの回動軸か
ら所定距離離間させたような工業用ロボットを構成して
いる。

「作用」 この発明では、作業具と検出手段とをアームの先端に回
動自在に一体に設け、かっ、前記作業具の作業部位と検
出手段の検出部位とを前記アームの回動軸から所定距離
離間させたような工業用ロボットを構成しているので、
前記アーム先端の回動によって作業具及び検出手段を一
体に回動させることで、この作業具と前記被作業部との
相対的位置ずれの補正を行うことができる。

「実施例」 以下、この発明である工業用ロボットをシーリングロボ
ットに適用した実施例について図面を参照して説明する
。

第１図ないし第２図は、この発明の一実施例である工業
用ロボットを示す図である。なお、以下の説明において
、前記従来と同様の構成要素については同一の符号を付
し、その説明を省略する。

図中、符号Ｒは工業用ロボット全体を示し、この工業用
ロボットＲは、車体（被作業物）２０に作業を行うロボ
ット本体ｌと、このロボット本体１のアーム３先端に設
けられ、作業具たるノズル８、及びこのノズル８と車体
２０上のシール部（被作業部）２１との相対的位置ずれ
を検出するセンサ（検出手段）１０が一体化された位置
センナユニット９と、この位置センサユニット９を制御
する位置センサ制御装置３０と、前記ロボット本体１を
制御するロボット制御装置３１とから概略構成されてい
る。なお、前記ロボット本体ｌの構成は１）η記従来の
ロボット本体の構成と路間−であるため、前述の如くそ
の説明を省略する。

前記センサｌＯは、第２図に示すように、その先軸４１
が車体２０に向けられたスリット光源！！と、このスリ
ット光源１１による車体２０の披作業面２０ａからのス
リット像（投影像）２２を撮影するテレビカメラ１２と
から構成され、このセンサｌＯは、前記ノズル８と共に
連結部材１５に一直線上に取り付けられることで位置セ
ンサユニット９として一体化されて、前記ロボット本体
１の手首部７先端に取り付けられている。従って、位置
センサユニット９を構成する各構成要素（ノズル８、ス
リット光源１１、テレビカメラ１２）は、手首部７の回
動に基づいて一体に回動されることとなる。

前記スリット光源１１は、第２図ないし第３図に示すよ
うに、そのスリット像２２の延在する方向が前記シール
部２１の延在する方向に略直交し、かつ、その先軸４Ｉ
が前記手首部７の１つの回動軸４０と所定距離Ｑ、隔て
て略平行となるように配置されている。また、前記テレ
ビカメラＩ２は、この手首部７の回動軸４０上に略配置
されると共に、前記スリット像２２をその撮像範囲内と
するために、その受光光軸（すなわち中心軸線）４２が
前記スリット光源１１の光軸４１に対して斜交するよう
に配置されている。さらに、前記ノズル８は、その先端
部が前記シール部２１に略接触した状態で、その中心軸
４３が前記スリット光源１１の光軸４１に対して所定距
離りだけ離間されるように配置されている。なお、第１
図中、符号１６は前記テレビカメラ１２用のアンプであ
る。

次に、第３図ないし第５図を参照して、この発明の一実
施例である工業用ロボットＲの動作について説明する。

まず、教示時においては、車体２０をロボット本体１而
方の教示し易い位置に配置し、この状態で車体２０のシ
ール部２１をなぞるようにこのノズル８を移動させる。

この時のロボット本体ｌの各部の位置は、ティーチング
データとして前記ロボット制御装置３１内に記憶される
。この際、ロボット本体１手首部７の回動軸４０、スリ
ット光源＋１の光軸４１及びノズル８の中心軸４３を全
て結ぶ軸線４４（すなわち前記連結部材Ｉ５の延在する
方向に沿う軸線）を、前記シール部２■の延在する方向
に沿わせるようにこの手首部７の回動位置を調節するこ
とで、これら回動軸４０、光軸４！及び中心軸４３を前
記シール部２！上に一直線に並べておく。

そして、この状態で前記テレビカメラ１２により車体２
０の被作業面２Ｏａ上に投影されたスリット像２２を撮
影する。このようにして撮影されたスリット像２２周辺
の画像は前記位置ユニット制御装置３１内の画像処理部
３２（第７図、第８図参照）に入力される。この画像は
、例えばシール部２１断面が図示例の如く上重ねの場合
は、第４図に示すような画像５０となる。この画像５０
は、後述するノズル８先端とシール部２１との相対的位
置ずれを検出するための基檗画像となり、スリット８．
２２の映像５１の屈曲部５２がシール部２１中心に略相
当する。そして、画像５０中心からの屈曲部５２のずれ
が前記画像処理部３２により検出され、このずれは数値
として画像処理部３２内の記憶領域内に記憶される。な
お、この実施例では、前記画像５０の横方向が前記軸線
４４に平行な方向に、また縦方向が軸線４４に直交する
方向に一致されているので、前述の教示時において前記
屈曲部５２は画像５０の縦方向中心に位置し、従ってこ
の中心が基準位置となるので前記記憶領域は不必要とな
る。

次に、ティーチングデータ再生時、すなわちロボット作
業時においては、ロボット制御装置３！は、車体（被作
業物）２０が教示時における相対的位置に至ったことを
検知した段階で、ロボット本体Ｉの各部をティーチング
データに基づいて駆動（回動）させることで、その手首
部７を車体２０のシール部２１に近接させる。これと同
時に、テレビカメラ１２によるスリット像２２撮影が開
始され、このテレビカメラＩ２により撮影された画像５
０は、位置センサ制御装置３０内の画像処理＋１＜　３
２により処理され、屈曲部５２の画像５０中心からのず
れか求められる。そして、このずれが教示時におけるず
れと比較されることでノズル８とシール部２１との相対
的位置ずれが検出され、この検出された相対的位置ずれ
に基づいてノズル８の位置が補正される。

具体的には、第３図に示すように最初にシール部２１と
スリット像２２中心（すなわち光軸４１）とが上下方向
にΔＸｏだけずれて位置していた場合、テレビカメラ１
２により撮影された画像５０は第４図に示すようなもの
となる。そこで、第５図に示すように手首部７の回動軸
４０をΔθ。だけ回転さＵ“ることで、ノズル８の中心
軸４３が車体２０と交わる点をシール部２Ｉに一致させ
る。

この補正角度Δθ。は、面述の如く回動軸４０と光軸４
１との間の距離をＱ、、光軸４１と中心軸４３との間の
距離をρ、とすれば、 で与えられる。

光軸４１とノズル中心軸４３とが一致している場合（ぐ
、＃０）はΔθ７は で与えられる。

また、ノズル８の中心軸４３が前記軸線４４上になく、
第６図に示すようにこれから上下方向に距離Ｑ３だけ離
れて位置している場合は、前記ずれΔＸＱは次式で与え
られる。

次に、補正制御機構について、第７図ないし第８図を参
照して説明する。

第７図ないし第８図に示す補正制御ＪａＮＩｔは２つの
フィードバックループＬｌ、Ｌ２を有している。

一方はロボット本体！の手首部回動軸４０の回動位置を
検出するボテンンヨメータ３３によるものであり、他方
は前記テレビカメラ１２によるものである。この補正制
御機構では、基本的にティ−チングデータである手首部
位置指令値θ。に基づくポテンショメータ３３のフィー
ドバックループＬ１でノズル８の位置制御を行い、テレ
ビカメラ１２のフィードバックループＬ２において、補
正信号Δθ０によって前記位置指令値θ。を補正する。

なお、ティーチングデータ再生時始時においては、手首
部回動軸４０を除くロボット本体１の各部の回転角θ１
′〜θｎ−１′と回転軸４０の回転角０、、′がロボッ
ト本体機構３７に人力されることで、ノズル８の位置Ｘ
ｎ′が決定される。このとき、ノズル８の位置Ｘ、、′
と作業位置Ｘヨ′のずれ量をΔＸ′　とする。

第７図に示す位置補正機構は、Ｃ７＝　Ｏｌすなイつち
ノズル８先端部がスリット光源ＩＩの光軸４１上に位置
する場合であり、テレビカメラＩ２によってスリット像
２２周辺の画像５０が撮影され、このスリット像２２周
辺の画像５０は画像処理部３２によって処理されて、ス
リット像２２中心（光軸４１．この場合はノズル８の中
心軸４３に一致する）とシール部２１との位置ずれΔＸ
が求められる。このΔＸは第１演算器３４に人力されて
、前記信号Δθ０が算出される。さらに、この信号Δθ
０は、第１の偏差検出点３６において、ティーチングデ
ータたる位置指令値θ１に加算されると共に、この偏差
検出点３６においてポテンショメータ３３からの回転角
データθ、＋が減算されて入力され、これによりアンプ
１７への入力値θ。＊が求められる。このθ。＊はアン
プ１７を介して手首部７先端４０を回動させるモータ１
８に入力される。そして、モータＩ８の駆動により、ノ
ズル８がスリット光源ＩＩ、テレビカメラ１２と一体に
回動され、これとシール部２Ｉとの相対的位置ずれが補
正される。この位置補正は、ΔＸ＝Ｏとなるまで繰り返
される。ΔＸ＝Ｏのとき第１演算器３４からの出力Δθ
。は（２）式から求められるΔθ、に一致する。

次に、第８図に示す補正制御機構はａ、≠０の場合であ
る。この場合も、前記第７図の例と同様に、テレビカメ
ラＩ２が撮影した画像５０に基づいて画像処理部３２に
より位置ずれΔＸが算出され、この位置ずれに基づいて
第１の演算器３４により補正角度Δθ０が算出される。

しかしながら、この例においては、第５図に示すように
ノズル８の中心軸４３の位置とシール部２１の位置が完
全に一致したとき、第７図の如くΔｘ＝０とならずにΔ
ｘ　＝１２ｔＬａｎ（θ。−〇。′）（θｎ：位置指令
値、θ。′：回動軸回転角）となる。そこで、フィード
バックループＬ２の第１演算器３４の後に第２の演算器
３５を設け、補正値Δθ０′を算出する。そして第１の
偏差検出点３６にこの補正値Δθ０′が加算されて入力
されると共に回動軸回転角θ。′が減算されて人力され
て、アンプＩ７への入力値θ。が求められる。この場合
にも、ノズル８の位置補正は、位置ずれΔＸが目標値Δ
ｘ　＝　７７＊ｊａｎ　（θ、−〇。′）となるまで繰
り返される。このとき第２演算器３５からの出力ΔＯｃ
′は（１）式から求められるΔθ。に一致する。

従って、この実施例においては、作業具たるノズル８と
、ノズル８とシール部（被作業部）２１との相対的位置
ずれの検出を行うセンサ１０（スリット光源１１、テレ
ビカメラ１２）とが連結部材１５を介して一体化されて
いると共に、これらノズル８及びセンサ１０がロボット
本体１の手首部７の１つの回動軸４０を中心として回動
自在となるようにこの手首部７先端に取り付けられてい
るので、この回動軸４０の回動によってノズル８及びセ
ンサｌＯを一体に回動させることで、ノズル８とシール
部２１との相対的位置ずれの補正を行うことができる。

しかも、この補正作業を司る回転軸は、手首部７の回動
軸４０と共通となるので、前記従来の如く位置補正用の
回転軸を設ける必要がなくなる。よって、この実施例の
工業用ロボットＲによれば、位置補正用の回転軸が省略
できるので、ロボット本体■の手首部７先端の軽量化及
び小型化が可能となる。

なお、この発明の工業用ロボットＲは、その形状、寸法
等が前記実施例に限定されず、種々の変形例が可能であ
る。例えば、前記実施例では手首部７の回動軸４０上に
テレビカメラ１２が位置していたような構成であるが、
これを逆にスリット光源１１を回動軸４０上に位置させ
るような構成であっても良く、一体に回動されるように
構成されればこれらの位置は任意である。さらに、前記
実施例ではセンサ１０をスリット光源１１及びテレビカ
メラ１２で構成したが、シール部２Ｉの段差を検出しう
る手段であればこれに限定されず、接触センサ等周知の
手段が好適に用いられる。同様に、この工業用ロボット
Ｒはシール作業のみにその適用範囲が限定されず、手首
部７先端に設けられた作業具を変更することで、他の作
業にも適用可能であることは勿論である。

「発明の効果」 以上詳細に説明したように、この発明によれば、作業具
と検出手段とをアームの先端に回動自在に一体に設け、
かつ、前記作業具の作業部位と検出手段の検出部位とを
前記アームの回動軸から所定距離離間させたような工業
用ロボットを構成したので、前記アーム先端の回動によ
って作業具及び検出手段を一体に回動させることで、こ
の作業具と前記被作業部との相対的位置ずれの補正を行
うことができ、従来の如く位置補正用の回転軸を設ける
必要がなくなる。よって、この発明によれば、位置補正
用の回転軸を省略することで、ロボット本体のアーム先
端の軽竜化及び小型化が可能な工業用ロボットを実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第２図はこの発明の一実施例である工業用
ロボットを示す図であって、第１図はその全体を示すブ
ロック図、第２図は手首部付近を拡大視して示した斜視
図、第３図は作業具と被作業部との相対的位置関係の一
例を示す図、第４図は検出手段により検出された被作業
部の画像の一例を示す図、第５図は萌記実施例たる工業
用ロボットにおける作業具と被作業部との相対的位置ず
れを補正する方法の一例を説明するための図、第６図は
同他の例を示す図、第７図は補正制御機構の一例を示す
ブロック図、第８図は同他の例を示すブロック図、第９
図ないし第１Ｏ図は従来の工業用ロボットを示す図であ
って、第９図はその全体を示す正面図、第１Ｏ図は手首
部付近を拡大視して示した斜視図である。 Ｒ・・・・・・工業用ロボット、３・・・・・・可動ア
ーム、８・・・・・・ノズル（作業具）、ｌＯ・・・・
・・センサ（検出手段）、２０・・・・・・車体（被作
業物）、２Ｉ・・・・・・シール部（被作業部）、４０
・・・・・・回動軸。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　作業具と、この作業具の被作業物上の被作業部からの
   位置ずれを検出する検出手段とがアームの先端に設けら
   れた工業用ロボットにおいて、前記作業具と検出手段と
   は前記アームの先端に回動自在に一体に設けられており
   、かつ、前記作業具の作業部位と検出手段の検出部位と
   が前記アームの回動軸から所定距離離間されていること
   を特徴とする工業用ロボット。