JPH02262979A

JPH02262979A - 球面作業ロボット装置及びその作業方法

Info

Publication number: JPH02262979A
Application number: JP8299289A
Authority: JP
Inventors: Kazumitsu Takai; 一光高井; Akira Shimizu; 晃清水
Original assignee: Pentel Co Ltd
Current assignee: Pentel Co Ltd
Priority date: 1989-03-31
Filing date: 1989-03-31
Publication date: 1990-10-25
Anticipated expiration: 2013-07-09
Also published as: JP2773210B2

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）本発明は球面もしくは曲面上の作業に適した球面作業ロ
ボットに関する。

（従来の技術）従来、球面もしくは曲面上の作業に適したロボットとし
て本出頴人は特開昭６０−７１１７８号なるものを提案
した。これはベースに設置した回転自在の第１回転軸に
第１腕を取り付け、第１腕に回転自在で、かつその軸線
が前記第１回転軸の軸線と直交するよう第２回転軸を取
り付け、該第２回転軸に取り付けた第２腕の先端部にそ
の軸線が第２腕の軸線と直交し、かつ第１回転軸の軸線
と交わるようにツール軸を接地するとともに、ツール軸
の先端部に作業工具を装着し、前記第１回転軸および第
２回転軸には夫々回転杯動機構を連結したことを特徴と
したもので、ワークである球の曲率中心を上記第１回転
軸と第２回転軸の交点と一致させることによりツール軸
の軸線が曲面の法線と一致するので、ロボットのコンプ
ライアンスが曲面（円周）方向に大きくツール軸方向に
小さくなり、締付作業時にはワークの挿入穴の挿入軸と
のズレが生じてもワーク先端が六回取り等をガイドとし
てこじれを生じることなく受動的に位置修正され、がつ
球面全体をカバーする広い作業域が得られる等の特長を
もっている。

また、組立作業ばかりでなく曲面上の研磨等の加工作業
を行うのにも適している。

（発明が解決しようとする課題）前述の特開昭６０−７１１７８号によるロボットでワー
クの表面に対して連続して作業を行わせる場合、第Ａ図
に概念図を示す如くアームの特異姿勢付近での作業が考
えられる。

第Ａ図のように、ツール軸４が第１腕２の軸線■と同軸
になる位置にきた場合が特異姿勢となる。この場合、ワ
ーク５は球でその中心○は軸線■と軸線■の交点Ｏ′と
一致しているものとする。この特異姿勢付近での作業、
例えばワーク５の表面上に、ワーク５と軸線のとの交点
を中心としである半径ｒをもつ円をツール軸４先端に設
けた作業工具７でなぞらせる場合を考えると以下の様な
作業順序となる。

■　作業工具７をワーク５より離脱する。

■　第４図の状態を各回転軸０□ｔ　（’２の原点とす
ると（以下、同様）θ、を−９０°、０□を半径ｒに対
応した角、−Δだけ回転する（第８図）。

■　作業工具７をワーク５に当接させる。すると、その
交点Ｃはワークを軸線■と同軸であるＺ方向から見た場
合（Ｚ矢視）第Ｃ図の様になる。

■　次にＯ□をＣからＣ′までこの位置より＋１８０°
回転させると、その軌跡は２矢視の第り図に示すように
、半径ｒの半円となり、その時のロボットは第Ｅ図に示
す状態となる。

■　次に作業工具７をワーク５から離脱させる。

■　θ、を−１８０”、　　θ２を＋Δ回転させる（第
１図）。

■　作業工具７をワーク５に当接させる（作業工具７先
端は第り図でＣ′の位置にくる）。

（の　０１を＋１８０°回転させる（第６図）。すると
作業工具先端は、Ｚ矢視の第Ｈ図のＣ′からＣまでの向
って右回りの軌跡を描く（終了）。

以上の如く、ロボットの特異姿勢付近ではワーク５の表
面に円をえかくという単純な作業において１作業工具の
軸方向移動が４回のほか、θ□が合計で４５０°　（原
点よりの累計）も回転せねばならないため、作業に要す
る時間が大きくなり過ぎるという欠点があった。

（課題を解決するための手段）本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、■ベー
スに設置した回転自在の第１回転軸に第１腕を取り付け
第１腕に回転自在で、かつその軸線が前記第１回転軸の
軸線と直交するよう第２回転軸を取り付け、該第２回転
軸に取り付けた第２腕の先端部に、その軸線が第２腕の
軸線と直交し、かつ第１回転軸の軸線と交わるようツー
ル軸を設置するとともに、ツール軸の先端部に作業工具
を装着し、前記第１回転軸および第２回転軸には夫々回
転駆動機構を連結するようにした球面作業ロボットに於
て、架台上に球面作業ロボットと、前記第１回転軸の軸
線と直角な軸により回転するワーク保持部材を前記作業
工具の作業範囲内に位置するように設けたことを特徴と
する球面作業ロボット装置。■回転するワーク保持部材
をその回転軸がＸ、Ｙ。

Ｚの各基軸のうちどれか一軸と平行になるように直角座
標型ロボットの最終軸に取り付けるとともに、ワーク保
持部材の先端部が前記作業工具の作業域と共通部分を有
するように直角座標型ロボットを設けたことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の球面作業ロボット装置。

■ベースに設置した回転自在の第１回転軸に第１腕を取
り付け第１腕に回転自在で、かつその軸線が前記第１回
転軸の軸線と直交するよう第２回転軸を取り付け、該第
２回転軸に取り付けた第２腕の先端部に、その軸線が第
２腕の軸線と直交し、かつ第１回転軸の軸線と交わるよ
うツール軸を設置するとともに、ツール軸の先端部に作
業工具を装着し、前記第１回転軸および第２回転軸には
夫々回転駆動機構を連結するようにした球面作業ロボッ
トと、前記第１回転軸の軸線と直角な軸により回転する
ワーク保持部材の先端にワークを取り付けた球面作業ロ
ボット装置において、ワークに対する作業が前記ツール
軸の向きが前記第１回転軸の軸線と直角付近を中心とし
た方向になるようにワーク保持部材の回転軸を回転させ
ることにより、ワークの作業面を選択するようにしたこ
とを特徴する球面作業ロボット装置の作業方法を特徴と
する。

以下、図示した実施例に基づいて具体的に説明する。第
１図で架台１にベース２が固定されている。該ベース２
にはサーボモーター３が設けられており、サーボモータ
ー３の図示省略の出力軸は図示省略の第１回転軸θ、に
連結している。

さらに、該第１回転軸θ□は第１腕４の基部４ａと結合
している。第１腕はＬ字型をしていて第１回転軸の軸線
５に沿って伸びている。第１腕の先端４ｂでは第２回転
軸θ２（図示省略）がその軸＃！６を前記第１回転軸の
軸線５と直交させて軸支されている。第２回転軸は第１
腕４先端４ｂに設けられたサーボモーター７と連結する
とともに、第２腕８の基部８ｂとも結合している。第２
腕８はＬ字型をしていて、その先端８ｂではその軸線９
が第２回転軸の軸線６と直交し、かつ第１回転軸の軸線
５と交わるような慴動軸１０が摺動自在に軸支されてい
る。該摺動軸１０は第２腕８に設けられた図示省略の駆
動装置によって駆動される。

摺動軸１０には軸線９に沿って作業工具１１が設けられ
ている。ｌｌａは作業工具１１先端の作業部（例えば、
カッターなど）でその中心は軸線９と一致している。

一方、前記架台１にはｘ、ｙ、ｚの３軸で駆動される直
角座標ロボット１２がその最終軸（この例の場合はＺ軸
）が前記の第１回転軸θ、の軸線５と直角になるように
設けられている。

１３はＺ軸方向に伸縮するアームで、その先端にはサー
ボモーター等のロータリーアクチュエーター１４がその
出力軸Ｗが２軸と同軸になるように設けられている。１
５はワークで、ロータリーアクチュエーター１４の出力
軸Ｗに設けられた把持装置１６によって固定されている
。

また、直角座標型ロボット１２は把持したワーク１５の
作業範囲と前記作業工具１１の作業範囲に共通部分があ
るように設けられている。

次に作用について説明する。第２図〜第５図の概念図で
示す。第２図の状態をロボット原位置（原点）とする今
、原位置上でワーク１５の作業工具側１５′において第
１回転軸θ１の軸１ｊＡ５とワーク１５との交点を中心
とした半径上の円を描く作業を考える。

まず、ロータリーアクチュエーター１４を作動させ、Ｗ
軸を一９０°回転させる（第３図）。

次に、第２回転軸θ２を＋９０°回転させる（第４図）
。

その後、第１回転軸θ１を一Δだけ回転させ描こうとす
る円の円周上における法線と摺動軸１ｏを一致させる（
第５図）。

摺動軸１０を作動させて、作業工具先端１１ａをワーク
１５に当接させた後、第１回転軸θ１゜第２回転軸０２
を共調して動作させ円の円周上をなぞらせる。

このとき、第１回転軸θ８．第２回転軸０２の最大振り
角Ｏは球の半径ｒ１、円の半径ｒ２とすると θ＝ｓｉｎ−’（二２）×２≦１８０゜となる。

なお、上記実施例ではワークを直角座標ロボットの最終
軸に取り付けた回転軸の出力軸に取り付けるようにした
が、ワークが球でその中心が第１回転軸θ、と第２回転
軸θ２の交点と一致するようであれば、ワークを直角座
標ロボットの代りに固定部に配置したワーク保持部材に
設けられた回転軸Ｗに設けても良い。

ただしその場合は、前記実施例と同様に回転軸Ｗの軸線
は第１回転軸の軸線と直角もしくは平行な軸になるよう
に作業工具の作業範囲内に設ける必要がある。

また、直角座標型ロボットを用いればワークである球の
中心が第１回転軸θ、と第２回転軸θ２の交点と一致し
ない時でも、ロボット移動によりこれを一致させること
ができる。

その他に、複雑な作業が可能となる。

（効　果）以上述べてきたように、本発明によると■ベースに設置
した回転自在の第１回転軸に第１腕を取り付け第１腕に
回転自在で、かつその軸線が前記第１回転軸の軸線と直
交するよう第２回転軸を取り付け、該第２回転軸に取り
付けた第２腕の先端部に、その軸線が第２腕の軸線と直
交し、かつ第１回転軸の軸線と交わるようツール軸を設
置するとともに、ツール軸の先端部に作業工具を装着し
、前記第１回転軸および第２回転軸には夫々回転駆動機
構を連結するようにした球面作業ロボットに於て、架台
上に球面作業ロボットと、前記第１回転軸の軸線と直角
な軸により回転するワーク保持部材を前記作業工具の作
業範囲内に位置するように設けたことを特徴とする球面
作業ロボット装置。■回転するワーク保持部材をその回
転軸がＸ、Ｙ、Ｚの各基軸のうちどれか一軸と平行にな
るように直角座標型ロボットの最終軸に取り付けるとと
もに、ワーク保持部材の先端部が前記作業工具の作業域
と共通部分を有するように直角座標型ロボットを設けた
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の球面作業
ロボット装置。■ベースに設置した回転自在の第１回転
軸に第１腕を取り付け第１腕に回転自在で、かつその軸
線が前記第１回転軸の軸線と直交するよう第２回転軸を
取り付け、該第２回転軸に取り付けた第２腕の先端部に
、その軸線が第２腕の軸線と直交し、かつ第１回転軸の
軸線と交わるようツール軸を設置するとともに、ツール
軸の先端部に作業工具を装着し、前記第１回転軸および
第２回転軸には夫々回転駆動機構を連結するようにした
球面作業ロボットと、前記第１回転軸の軸線と直角な軸
により回転するワーク保持部材の先端にワークを取り付
けた球面作業ロボット装置において、ワークに対する作
業が前記ツール軸の向きが前記第１回転軸の軸線と直角
付近を中心とした方向になるようにワーク保持部材の回
転軸を回転させることにより、ワークの作業面を選択す
るようにしたことを特徴する球面作業ロボット装置の作
業方法としたので、球面作業ロボットの特異点付近にお
ける作業の作業時間をかなり短縮することができ、その
割合は（４５０゜回転するのに要する時間十作業工具の
摺動）＝（最大で１８０’回転するのに要する時間）＝
１：０．４以下と大きい（上記実施例では説明をわかり
易くするために１円を描く場合で説明したが、それ以外
の作業においても同様の効果がある。）。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例全体斜視図、第２図乃至第５
図は本発明の作動を順次示す概念説明図、Ａ図〜Ｈ図は
従来装置の作動を順次示す概念説明図である。１・・・架台　　　　　　　　２・・・ベース３・・・
サーボモーター　　　４・・・第１腕４ａ・・・第１腕
基部　　　　４ｂ・・・第１腕先端５・・・第１回転軸
の軸線６・・・第２回転軸の軸線７・・・サーボモーター　　　８・・・第２腕９・・・
軸線　　　　　　　１０・・・摺動軸１１・・・作業工
具１２・・・直角座標ロボット１４・・・ロータリーアクチュエーター１５・・・ワー
ク　　　　　　１６・・・把持装置特許出願人　　　ぺ
んてる株式会社第２図み第４第４図第８図第５図第Ｆ図第Ｃ図第り図第６図第Ｈ図手続補正書（方式）平成１年７月７日特許庁長官　吉　１）文　毅　殿１、事件の表示平成１年　特　許　願　第８２９９２号２、発明の名称球面作業ロボット装置及びその作業方法３、補正をする
者事件との関係　　特許出願人住所　　東京都中央区日本橋小絹町７番２号名称　　（
５５１）　　ぺんてる株式会社４、代理人住所　　東京都港区新橋２丁目２番５号７、補正の内容別紙記載の通り７、補正の内容（１）明細書第４頁第１６行、第１８行目の［第八図」
を「第６図」と補正する。（２）同第５頁第１０〜１１行目目の「第８図」を「第７図」と補正する。（３）同第５頁第１４行目の「第Ｃ図」を「第８図」と補正する。（４）同第５頁第１９行目の「第８図」を「第１０図」と補正する。（５）同第６頁第２行目目の「第１図」を「第１１図」と補正する。（６）同第６頁第４行目の「第り図」をｒ第９図」と補正する。（７）同第６頁第５行目の「第０図」を「第１２図」と補正する。（８）同第６頁第６行目の［第Ｈ図」を「第１３図」と補正する。（９）同第１５頁第３行目の「Ａ図〜Ｈ図」を「第６図〜第１３図」と補正する。（ｌＯ）図面Ａ図を第６図、Ｂ図を第７図、０図を第８
図、Ｄ図を第９図、Ｅ図を第１０図、Ｆ図を第１１図、
Ｇ図を第１２図、Ｈ図を第１３図と補正する。第６図第７図第８図第９図第１０図第１１図

Claims

【特許請求の範囲】［１］ベースに設置した回転自在の第１回転軸に第１腕
を取り付け第１腕に回転自在で、かつその軸線が前記第
１回転軸の軸線と直交するよう第２回転軸を取り付け、
該第２回転軸に取り付けた第２腕の先端部に、その軸線
が第２腕の軸線と直交し、かつ第１回転軸の軸線と交わ
るようツール軸を設置するとともに、ツール軸の先端部
に作業工具を装着し、前記第１回転軸および第２回転軸
には夫々回転駆動機構を連結するようにした球面作業ロ
ボットに於て、架台上に球面作業ロボットと、前記第１
回転軸の軸線と直角な軸により回転するワーク保持部材
を前記作業工具の作業範囲内に位置するように設けたこ
とを特徴とする球面作業ロボット装置。［２］回転するワーク保持部材をその回転軸がＸ、Ｙ、
Ｚの各基軸のうちどれか一軸と平行になるように直角座
標型ロボットの最終軸に取り付けるとともに、ワーク保
持部材の先端部が前記作業工具の作業域と共通部分を有
するように直角座標型ロボットを設けたことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の球面作業ロボット装置。［３］ベースに設置した回転自在の第１回転軸に第１腕
を取り付け第１腕に回転自在で、かつその軸線が前記第
１回転軸の軸線と直交するよう第２回転軸を取り付け、
該第２回転軸に取り付けた第２腕の先端部に、その軸線
が第２腕の軸線と直交し、かつ第１回転軸の軸線と交わ
るようツール軸を設置するとともに、ツール軸の先端部
に作業工具を装着し、前記第１回転軸および第２回転軸
には夫々回転騒動機構を連結するようにした球面作業ロ
ボットと、前記第１回転軸の軸線と直角な軸により回転
するワーク保持部材の先端にワークを取り付けた球面作
業ロボット装置において、ワークに対する作業が前記ツ
ール軸の向きが前記第１回転軸の軸線と直角付近を中心
とした方向になるようにワーク保持部材の回転軸を回転
させることにより、ワークの作業面を選択するようにし
たことを特徴する球面作業ロボット装置の作業方法。