JPH025557B2 - - Google Patents

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JPH025557B2
JPH025557B2 JP56173016A JP17301681A JPH025557B2 JP H025557 B2 JPH025557 B2 JP H025557B2 JP 56173016 A JP56173016 A JP 56173016A JP 17301681 A JP17301681 A JP 17301681A JP H025557 B2 JPH025557 B2 JP H025557B2
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JP
Japan
Prior art keywords
balancer
robot
tip
command value
speed command
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP56173016A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5877466A (en
Inventor
Yoshio Matsumoto
Tatsuya Araya
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Priority to DE8181109715T priority patent/DE3169292D1/en
Priority to EP81109715A priority patent/EP0052367B1/en
Publication of JPS5877466A publication Critical patent/JPS5877466A/en
Priority to US06/552,795 priority patent/US4541770A/en
Publication of JPH025557B2 publication Critical patent/JPH025557B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、軽荷重用ロボツトを用いた重量物ハ
ンドリングシステム制御装置関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a heavy object handling system control device using a light load robot.

多品種生産工程の自動化のニーズは年々増加し
ており、多種作業、作業変更等に対処するため
に、フレキシビリテイを有するロボツトによる自
動化が行なわれつつある。
The need for automation of multi-product production processes is increasing year by year, and automation using robots with flexibility is being carried out in order to deal with various types of work, work changes, etc.

しかしながら、重量部品の加工または組立工程
におけるロボツトによる自動化は、その重量部品
に見合つた可搬能力をもつロボツトが必要であ
り、このためロボツトの価格と比へ省人効果が小
さい欠点を有しており、自動化がおくれていた。
However, automation using robots in the processing or assembly process of heavy parts requires a robot with a transport capacity commensurate with the heavy parts, and therefore has the drawback that the labor-saving effect is small compared to the price of robots. Due to this, automation was delayed.

一方、従来技術として、特開昭54−6271号公報
が知られていた。この従来技術では、鉛直方向の
移動はバランサ自身の駆動で行ない、水平方向の
移動はサブロボツトで行なうものである。また、
バランサにおいては、重量物を昇降できるように
設計されており、鉛直方向の位置決め精度につい
てはそれ程要求されていなかつた。そのため、鉛
直方向についても、高精度に位置決めが要求され
る組付作業や加工作業に上記従来技術を適用する
ことが難しいという問題点を有していた。
On the other hand, as a prior art, Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-6271 was known. In this prior art, vertical movement is performed by the drive of the balancer itself, and horizontal movement is performed by a sub-robot. Also,
Balancers are designed to be able to lift and lower heavy objects, and are not required to have high positioning accuracy in the vertical direction. Therefore, there has been a problem in that it is difficult to apply the above-described conventional technology to assembly work or processing work that requires highly accurate positioning in the vertical direction as well.

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決
すべく、水平方向及び鉛直方向について高精度の
位置決めができる軽荷重用ロボツトと重量部品を
ハンドリングできるバランサとをセンサを介して
結合し、軽荷重用ロボツトの移動に従つて水平方
向及び鉛直方向についてバランサを追従制御し
て、重量物をハンドリングして高精度の位置決め
が必要とされる組付作業や加工作業を行なうこと
ができるようにした重量部品ハンドリングシステ
ム制御装置を提供するにある。
An object of the present invention is to solve the problems of the prior art described above by combining a light load robot capable of highly accurate positioning in the horizontal and vertical directions and a balancer capable of handling heavy parts through a sensor. The balancer is controlled horizontally and vertically to follow the movement of the loading robot, making it possible to handle heavy objects and perform assembly and processing operations that require highly accurate positioning. The present invention provides a heavy parts handling system control device.

ところでロボツトの可搬能力は、そのロボツト
が持ち上げられる荷重によつて定まる。よつて、
重量部品をバランサで釣り下げ、このバランサを
ロボツトが操作する方式を用いれば、ロボツトと
しては、重量部品の重量以下の可搬能力を有する
ロボツトで可搬重量以上の重量部品のハンドリン
グが可能である。ここで、一般に、バランサは水
平面内は機構的に加えた力の方向に自由に動かす
事ができ、垂直方向はバランサの操縦装置に所定
の信号を加えることにより、アクチユエータが働
き動作する。よつて、ロボツトとバランサの先端
同志を結合し、水平面内はロボツトの発生する力
でバランサの先端を動かし、一方、鉛直方向は、
ロボツトが鉛直方向に移動し且バランサの操縦装
置にロボツトの制御装置から動作指令を与えてバ
ランサのアクチユエータを動かすことにより、ロ
ボツトは、バランサに釣り下げられた重量部品の
位置を制御し、ハンドリングを行なうことができ
る。ここで鉛直方向の移動においては、ロボツ
ト,バランサ共、両者のアクチユエータを動かす
為、この両者のアクチユエータの応答特性の差を
補償し、ロボツトとバランサの先端同志の位置の
差により、ロボツト先端とバランサ先端の結合部
に生ずる力を許容値内に収める制御が必要であ
る。このような制御は、ロボツト先端とバランサ
先端の位置の差を何らかのセンサにより検出し
て、この差が小さくなるように、バランサの操縦
装置に加える操作量を時々刻々修正する事により
実行できる。即ち、本発明は、少なくとも3つの
駆動源と少なくとも3つのエンコーダとを有し、
エンコーダから検出される位置が目標位置に一致
する如く制御され、アーム先端が、上記駆動源の
動力により水平面内及び鉛直面内で動きうる少な
くとも3自由度を有する位置決め用ロボツトと、
部品を把持するチヤツクを備え付けた先端を、鉛
直方向には駆動源の動力によつて移動され、且つ
水平方向には移動自在に形成された重量物を可搬
し得るバランサと、上記ロボツトとバランサとの
結合部分に設けられ、上記ロボツトの先端と上記
バランサの先端との鉛直方向の偏差を検出するセ
ンサと、上記ロボツトの先端を水平方向について
移動目標点へ移動させるべく指令信号に基いて上
記ロボツト用駆動源を駆動制御してこのロボツト
の先端に結合しているバランサの先端のチヤツク
の水平方向の位置決めを行ない、上記ロボツトの
先端を鉛直方向について移動目標点へ移動させる
べく指令信号に基いて上記ロボツト用駆動源を駆
動制御してロボツトの制御手段より与えられる鉛
直方向の移動速度指令値と上記センサより検出さ
れる偏差とから上記バランサの速度指令値を演算
し、この速度指令値に基いて上記バランサの駆動
源を駆動制御し、上記ロボツトに追従させて上記
バランサを移動させ、チヤツクの鉛直方向の位置
決めを行なう制御装置とを備え付けたことを特徴
とする重量物ハンドリングシステム制御装置であ
る。
By the way, the carrying capacity of a robot is determined by the load that the robot can lift. Afterwards,
By using a method in which heavy parts are suspended by a balancer and the balancer is operated by a robot, it is possible for a robot that has a payload capacity less than the weight of the heavy part to handle a heavy part that exceeds the weight capacity. . Generally, the balancer can be mechanically moved freely in the direction of the applied force in the horizontal plane, and the actuator is operated in the vertical direction by applying a predetermined signal to the balancer's control device. Therefore, the tip of the robot and the balancer are connected, and in the horizontal plane, the force generated by the robot moves the tip of the balancer, while in the vertical direction,
The robot moves in the vertical direction, and the control device of the balancer gives operation commands to the control device of the balancer to move the actuator of the balancer, thereby controlling the position and handling of the heavy parts suspended from the balancer. can be done. When moving in the vertical direction, both the robot and the balancer move their actuators, so the difference in response characteristics between the two actuators is compensated for, and the difference in position between the tips of the robot and the balancer causes the tip of the robot and the balancer to move. Control is required to keep the force generated at the joint at the tip within tolerance. Such control can be carried out by detecting the difference in position between the robot tip and the balancer tip using some kind of sensor, and by constantly adjusting the amount of operation applied to the balancer control device so that this difference becomes smaller. That is, the present invention has at least three drive sources and at least three encoders,
A positioning robot that is controlled so that the position detected by the encoder matches the target position, and has at least three degrees of freedom in which the tip of the arm can move in a horizontal plane and a vertical plane by the power of the drive source;
A balancer capable of transporting a heavy object, the tip of which is equipped with a chuck for gripping parts, is movable in the vertical direction by the power of a drive source and is movable in the horizontal direction; and the robot and the balancer. A sensor is provided at the connection part with the robot and detects a deviation in the vertical direction between the tip of the robot and the tip of the balancer, and a sensor is provided at the connection part of the robot to detect the deviation in the vertical direction between the tip of the robot and the tip of the balancer. The drive source for the robot is driven and controlled to horizontally position the chuck at the tip of the balancer connected to the tip of the robot, and the tip of the robot is moved vertically to the target point based on the command signal. A speed command value for the balancer is calculated from a vertical movement speed command value given by the robot control means and a deviation detected by the sensor by driving and controlling the drive source for the robot. A control device for a heavy object handling system, comprising: a control device for driving and controlling a driving source of the balancer based on the robot, moving the balancer to follow the robot, and positioning the chuck in the vertical direction. be.

以下、本発明を図に示す実施例にもとづいて具
体的に説明する。本発明の対象となる重量部品ハ
ンドリングシステムを第1図に示す。即ち、本シ
ステムは、重量部品を把持するハンド2と、この
ハンド2および重量部品を釣り下げるバランサ3
と、このバランサを操作する小形関節形ロボツト
1と、この小形関節形ロボツト1の先端に位置し
バランサ3の先端を把持するチヤツク6と、この
チヤツク6と小形関節形ロボツト1との間に位置
し、小形関節形ロボツト1の先端とバランサ3の
先端との鉛直方向の位置の差を検出するサンサ5
と、小形関節形ロボツト1およびバランサ3を制
御する制御装置7とからなる。
Hereinafter, the present invention will be specifically explained based on embodiments shown in the drawings. FIG. 1 shows a heavy parts handling system to which the present invention is applied. That is, this system includes a hand 2 that grips a heavy component, and a balancer 3 that suspends the hand 2 and the heavy component.
, a small articulated robot 1 that operates this balancer, a chuck 6 located at the tip of this small articulated robot 1 and grips the tip of the balancer 3, and a chuck 6 located between this chuck 6 and the small articulated robot 1. A sensor 5 detects the vertical position difference between the tip of the small articulated robot 1 and the tip of the balancer 3.
and a control device 7 that controls the small articulated robot 1 and the balancer 3.

まず、小形関節形ロボツト1について第2図乃
至第5図にもとづいて説明する。この小形関節形
ロボツト1は5自由度を有し且あらかじめ設定さ
れた順序に従つて動作する可変シーケンスロボツ
トである。21はベース20に取付けられた基台
である。22は基台21に垂直軸を中心に旋回自
在に支持された旋回台で、基台21に設けられた
駆動モータ23により減速機を介して旋回駆動さ
れ、関節形ロボツトの1自由度を構成している。
24は旋回台22の上部22aに軸心Oを中心に
回転自在に支持された第1の上腕で、駆動モータ
25の出力軸に減速機を介して連結されている。
26は上記第1の上腕24と平行に配置された第
2の上腕である。27は上記旋回台22の上部2
2aに軸心Oを中心に回転自在に支持されたクラ
ンクレバーで駆動モータ28の出力軸に減速機を
介して連結されている。29は上記クランクレバ
ー27と平行になるように、第1の上腕24と第
2の上腕26の揺動端24a,26aに回転自在
に連結された前腕である。従つて駆動モータ25
によつて回転駆動される第1の上腕24の軸心O
を中心とした回動は関節形ロボツトの1自由度で
あり、また駆動モータ28によつて回転駆動され
る前腕29の傾動も関節形ロボツトの1自由度で
ある。
First, the small articulated robot 1 will be explained based on FIGS. 2 to 5. This small articulated robot 1 is a variable sequence robot that has five degrees of freedom and operates according to a preset order. 21 is a base attached to the base 20. Reference numeral 22 denotes a swivel table which is supported by the base 21 so as to be freely rotatable around a vertical axis, and is driven to rotate via a reduction gear by a drive motor 23 provided on the base 21, and constitutes one degree of freedom of the articulated robot. are doing.
A first upper arm 24 is rotatably supported on the upper part 22a of the swivel base 22 about an axis O, and is connected to the output shaft of a drive motor 25 via a speed reducer.
26 is a second upper arm arranged parallel to the first upper arm 24. 27 is the upper part 2 of the swivel base 22
A crank lever 2a is rotatably supported around an axis O, and is connected to the output shaft of a drive motor 28 via a speed reducer. A forearm 29 is rotatably connected to the swinging ends 24a and 26a of the first upper arm 24 and the second upper arm 26 so as to be parallel to the crank lever 27. Therefore, the drive motor 25
The axis O of the first upper arm 24 rotationally driven by
Rotation about the center is one degree of freedom of the articulated robot, and tilting of the forearm 29, which is rotationally driven by the drive motor 28, is also one degree of freedom of the articulated robot.

次に手首30を駆動させる機構について説明す
る。31a,31b各々手首駆動モータで、クラ
ンクレバー27と第2の上腕26との回転自在に
連結した連結点において、クランクレバー27の
揺動端に回転自在に支持された部材32a,32
bに固定されている。33は一端を旋回台22の
A点と回転自在に連結し、他端を部材32a,3
2bの揺動端Bと回転自在に連結したリンクであ
る。これらクランクレバー27とリンク33とを
平行に配置し、旋回台22のと部材32a,
32bを平行に配置し、平行リンク機構を構成し
ている。34a,34bは各々手首駆動モータ3
1a,31bに減速機を介して連結されたスプロ
ケツトホイールで、クランクレバー27の揺動端
に回転自在に支持されている。35a,35bは
各々第2の上腕26と前腕29との回転自在に連
結した部分に回転自在に支持されたスプロケツト
ホイールである。36a,36bは各々前腕29
と手首30との回転自在に連結された部分に回転
自在に支持されたスプロケツトホイールである。
37a,37bは各々スプロケツトホイール34
a,34bとスプロケツトホイール35a,35
bとを平行リンク機構で連結したチエーン等の柔
軟リンク、また38a,38bは各々スプロケツ
トホイール35a,35bとスプロケツトホイー
ル36a,36bとを平行リンク機構で連結した
チエーン等の柔難リンクである。これらは、手首
30を第4図に示す矢印方向に揺動させ、並びに
手首30を軸心に中心に回転させるために上記
a,bなるサフイツクスで示す2系列設けられて
いる。然るに、手首駆動モータ31a,31bの
出力軸の各々の回転は、減速機を介してスプロケ
ツトホイール34a,34bの回転となり、リン
ク37a,37bを駆動する。リンク37a,3
7bの運動はスプロケツトホイール35a,35
bの回転となり、リンク38a,38bを駆動さ
せ、手首30を上下方向(矢印方向)に揺動させ
たり、手首30を軸心を中心に回転させる。一方
手首駆動モータ31a,31bの固定側部材32
a,32bはクランクレバー27の揺動端Cの回
りに軸受を介して回転自在に取付けられ、この部
材32a,32bの揺動端Bはリンク33を介し
て旋回台22の上部Aに揺動自在に取付けられて
いる。ここで旋回台22上の点Oと点A,点B,
点Cは平行四辺形の関係にあり、,,
BC,はを静止節とする4節平行四辺形リ
ンク機構を構成する。またスプロケツトホイール
34a,34b,35a,35bとリンク37
a,37bは各々4節平行リンク機構を構成し、
スプロケツトホイール35a,35b,36a,
36bとリンク38a,38bは各々4節平行リ
ンク機構を構成する。このように構成したことに
より、前腕29の傾きを変化させるために第2の
上腕26を移動させて、手首駆動モータ31a,
31bの位置が移動しても、この手首駆動モータ
31a,31bを駆動しない限り、静止節に
対するスプロケツトホイール34a,34b,3
5a,35b,36a,36bの回転方向位置は
一定に保たれ、手首30の姿勢は一定に保たれ
る。即ち特別な制御をせずに第1の上腕24、前
腕29の姿勢にかかわらず、手首30の姿勢は一
定に保たれる。
Next, a mechanism for driving the wrist 30 will be explained. Members 32a and 32 are rotatably supported at the swinging end of the crank lever 27 at the connection point where the crank lever 27 and the second upper arm 26 are rotatably connected by wrist drive motors 31a and 31b, respectively.
It is fixed at b. 33 has one end rotatably connected to point A of the swivel base 22, and the other end connected to the members 32a, 3
This is a link rotatably connected to the swinging end B of 2b. These crank levers 27 and links 33 are arranged in parallel, and the members 32a and 32a of the swivel base 22,
32b are arranged in parallel to form a parallel link mechanism. 34a and 34b are wrist drive motors 3, respectively.
A sprocket wheel is connected to 1a and 31b via a speed reducer, and is rotatably supported by the swinging end of the crank lever 27. Sprocket wheels 35a and 35b are rotatably supported by rotatably connected portions of the second upper arm 26 and forearm 29, respectively. 36a and 36b are each forearm 29
The sprocket wheel is rotatably supported at a portion rotatably connected to the wrist 30 and the wrist 30.
37a and 37b are sprocket wheels 34, respectively.
a, 34b and sprocket wheels 35a, 35
38a and 38b are flexible links such as chains that connect sprocket wheels 35a and 35b and sprocket wheels 36a and 36b, respectively, with a parallel link mechanism. . These are provided in two series, indicated by the suffixes a and b, in order to swing the wrist 30 in the direction of the arrow shown in FIG. 4 and to rotate the wrist 30 around the axis. However, each rotation of the output shaft of the wrist drive motors 31a, 31b becomes the rotation of the sprocket wheels 34a, 34b via a reduction gear, thereby driving the links 37a, 37b. Link 37a, 3
The movement of 7b is caused by sprocket wheels 35a, 35.
b, the links 38a and 38b are driven, and the wrist 30 is swung vertically (in the direction of the arrow) or rotated about the axis. On the other hand, the fixed side member 32 of the wrist drive motors 31a and 31b
a and 32b are rotatably mounted around the swinging end C of the crank lever 27 via bearings, and the swinging end B of these members 32a and 32b swings to the upper part A of the swivel base 22 via a link 33. It can be installed freely. Here, point O, point A, point B on the swivel base 22,
Point C is in a parallelogram relationship, ,,
A four-bar parallelogram link mechanism is constructed with BC and as stationary nodes. Also, the sprocket wheels 34a, 34b, 35a, 35b and the link 37
a and 37b each constitute a four-bar parallel link mechanism,
Sprocket wheels 35a, 35b, 36a,
36b and links 38a and 38b each constitute a four-bar parallel link mechanism. With this configuration, the second upper arm 26 can be moved to change the inclination of the forearm 29, and the wrist drive motor 31a,
Even if the position of the sprocket wheels 31b moves, unless the wrist drive motors 31a, 31b are driven, the sprocket wheels 34a, 34b, 3
The rotational positions of 5a, 35b, 36a, and 36b are kept constant, and the posture of the wrist 30 is kept constant. That is, the posture of the wrist 30 is kept constant regardless of the postures of the first upper arm 24 and forearm 29 without any special control.

手首30は、スプロケツトホイール36bと一
体となり且つ軸受39により回転自在に支持され
たシリンダ40と、このシリンダ40に軸心方向
に軸受41によつて回転自在に支持され且つスプ
ロケツトホイール36aの後端に固定された傘歯
車42と噛合う傘歯車43を固定した部材44と
によつて構成されている。よつて手首駆動モータ
31aだけを回転駆動させれば、それだけ手首3
0が軸心まわりにひねられ、また手首駆動モータ
31bだけを回転駆動させれば、それだけシリン
ダ40が回転して手首30が曲げられる。
The wrist 30 includes a cylinder 40 that is integral with the sprocket wheel 36b and rotatably supported by a bearing 39, and a cylinder 40 that is rotatably supported by a bearing 41 in the axial direction of the cylinder 40 and is attached to the rear of the sprocket wheel 36a. It is constituted by a bevel gear 42 fixed to an end and a member 44 to which a bevel gear 43 that meshes with is fixed. Therefore, if only the wrist drive motor 31a is rotationally driven, the wrist 3
0 is twisted around the axis and only the wrist drive motor 31b is rotationally driven, the cylinder 40 rotates by that much and the wrist 30 is bent.

一方バランサ3は具体的には第5図に示すよう
に構成されている。即ち51は下端にハンドホル
ダ4を取付けたアームである。52は上アームで
あり、一端を上記アーム51の上端に回転自在に
連結し、他端をフレーム53上に形成されたガイ
ド溝54に沿つて上下摺動自在に支持された移動
駒55に回転自在に連結している。56は下アー
ムであり、一端を上記アーム51の上端付近に回
転自在に連結し、他端をフレーム53上に形成さ
れたガイド溝57に沿つて左右に摺動自在に支持
されたローラ58に回転自在に連結している。そ
して、この上アーム52と下アーム56は平行な
るように形成されている。59はアームであり、
上端を上アーム52に回転自在に連結し、下端を
上記ローラ58に回転自在に連結している。そし
てアーム51とアーム59とは平行になるように
形成されている。上記移動駒55の右端には、ラ
ツク60が形成され、このラツク60に噛合うピ
ニオン61が設けられ、このピニオン61は駆動
モータ64に歯車62,63を介して連結されて
いる。そしてハンドホルダ4の姿勢を一定に保持
するように、ハンドホルダ4を固定し且つアーム
51の下端に回転自在に支持されたリンク65
と、上記移動駒55との間を平行リンク機構66
で連結している。またローラ58が中立点に位置
するようにスプリング69が設けられている。ま
たフレーム53は支柱67の上端に旋回自在に支
持されている。またハンドホルダ4には、回転式
可変抵抗器70が取付けられ、この回転式可変抵
抗器70には、これを回転させるための入力軸7
1を設けている。
On the other hand, the balancer 3 is specifically constructed as shown in FIG. That is, 51 is an arm with the hand holder 4 attached to its lower end. Reference numeral 52 designates an upper arm, one end of which is rotatably connected to the upper end of the arm 51, and the other end of which is rotatably supported by a movable piece 55 that is vertically slidably supported along a guide groove 54 formed on the frame 53. They are freely connected. 56 is a lower arm, one end of which is rotatably connected to the vicinity of the upper end of the arm 51, and the other end of which is connected to a roller 58 that is supported so as to be slidable left and right along a guide groove 57 formed on the frame 53. They are rotatably connected. The upper arm 52 and the lower arm 56 are formed parallel to each other. 59 is an arm;
The upper end is rotatably connected to the upper arm 52, and the lower end is rotatably connected to the roller 58. Arm 51 and arm 59 are formed parallel to each other. A rack 60 is formed at the right end of the moving piece 55, and a pinion 61 that meshes with the rack 60 is provided, and the pinion 61 is connected to a drive motor 64 via gears 62 and 63. A link 65 fixes the hand holder 4 and is rotatably supported at the lower end of the arm 51 so as to keep the posture of the hand holder 4 constant.
A parallel link mechanism 66 is connected between the moving piece 55 and the moving piece 55.
It is connected with. Further, a spring 69 is provided so that the roller 58 is located at a neutral point. Further, the frame 53 is rotatably supported at the upper end of a support column 67. Further, a rotary variable resistor 70 is attached to the hand holder 4, and an input shaft 7 for rotating the rotary variable resistor 70 is attached to the hand holder 4.
1 is provided.

従つて、このバランサ3は、ハンドホルダ4を
水平方向に移動させれば、ハンド2に重量部品を
把持した状態で自由に動き得ることができるとと
もに、回転式可変抵抗器70の入力軸71を例え
ば時計方向に回転させれば、その回転方向及び回
転量に応じた出力が駆動制御装置72に入力さ
れ、駆動モータ64が回転駆動して移動駒55を
降下させてハンドホルダ4を上昇させ、逆に入力
軸71を反時計方向に回転させれば、その回転方
向及び回転量に応じた出力が駆動制御装置72に
入力されて、駆動モータ64が回転駆動してハン
ドホルダ4を降下させることができる。このよう
にバランサ3は、水平方向に自由に動き得、上下
方向については、回転式可変抵抗器70の入力軸
71で指令することにより重量部品を上下に移動
させることができる。
Therefore, by moving the hand holder 4 in the horizontal direction, the balancer 3 can move freely while holding a heavy component in the hand 2, and can also move the input shaft 71 of the rotary variable resistor 70. For example, if it is rotated clockwise, an output corresponding to the direction and amount of rotation is input to the drive control device 72, and the drive motor 64 is rotationally driven to lower the movable piece 55 and raise the hand holder 4. Conversely, when the input shaft 71 is rotated counterclockwise, an output corresponding to the direction and amount of rotation is input to the drive control device 72, and the drive motor 64 is rotationally driven to lower the hand holder 4. Can be done. In this way, the balancer 3 can freely move in the horizontal direction, and in the vertical direction, the heavy component can be moved up and down by commands from the input shaft 71 of the rotary variable resistor 70.

それゆえ、このバランサ3の上下方向の操作を
自動化する方法として、小形関節形ロボツト1の
手首30のひねり動作によりバランサ3の入力軸
71を回転する方法と、回転式可変抵抗器70を
回転させた時に生じる速度指令値と等価な速度指
令値を直接、バランサ3の駆動制御装置72に入
力してバランサを操作する方法とがある。小形関
節形ロボツト1の自由度として、前者の方法で
は、手首30の位置の3自由度とひねりの1自由
度の計4自由度が最低必要であり、後者の方法で
は、手首30の位置の3自由度のみが最低必要で
ある。
Therefore, as a method for automating the vertical operation of the balancer 3, there are two methods: rotating the input shaft 71 of the balancer 3 by twisting the wrist 30 of the small articulated robot 1, and rotating the rotary variable resistor 70. There is a method of operating the balancer by directly inputting a speed command value equivalent to the speed command value generated when the balancer 3 is turned into the drive control device 72 of the balancer 3. The former method requires a total of 4 degrees of freedom for the small articulated robot 1, including 3 degrees of freedom for the position of the wrist 30 and 1 degree of freedom for twisting, while the latter method requires 4 degrees of freedom for the position of the wrist 30. Only three degrees of freedom are required as a minimum.

次に小形関節形ロボツト1とバランサ3との鉛
直方向の相対的な位置偏差を検出するセンサ5の
原理について第7図をもとに述べる。まず手首3
0の部材44とバランサ3の入力軸71とに両端
を固定された梁80を仮想する。この梁80に
は、部材44側の固定端の、基準面81からの高
さZRと入力軸71側の固定端の、基準面81から
の高さZBとの差△Zにより、たわみを生じる。梁
80の固定端からl1離れた位置D点の表面に生じ
る応力σは、梁80の長さをl、縦弾性係数を
E、板厚をhとおけば、式(1)に示すように、△Z
との間に比例関係がある。
Next, the principle of the sensor 5 for detecting the relative positional deviation in the vertical direction between the small articulated robot 1 and the balancer 3 will be described with reference to FIG. First wrist 3
A beam 80 whose both ends are fixed to the member 44 of No. 0 and the input shaft 71 of the balancer 3 is assumed. This beam 80 is deflected due to the difference △Z between the height Z R of the fixed end on the member 44 side from the reference plane 81 and the height Z B of the fixed end on the input shaft 71 side from the reference plane 81. occurs. If the length of the beam 80 is l, the modulus of longitudinal elasticity is E, and the plate thickness is h, the stress σ generated on the surface of point D, which is l 1 away from the fixed end of the beam 80, is as shown in equation (1). To, △Z
There is a proportional relationship between

σ=3E(2l1−l)h/l3△Z ……(1) よつて、D点に歪ゲージを貼り、この応力σに
よつて生ずる歪を測定することにより、小形関節
形ロボツト1とバランサ3との鉛直方向の相対的
な位置偏差を検出できる。また、このセンサ5の
取付方法として、小形関節形ロボツト1の手首部
材44に固定する方法と、バランサ3の入力軸7
1に固定する方法とがある。一方このセンサ5の
取付方法および上記したバランサ3の操作方法に
よつて異なる。2通りの取付方法および2通りの
操作方法により、下記4通りの場合がある。
σ=3E(2l 1 -l)h/l 3 △Z...(1) Therefore, by attaching a strain gauge to point D and measuring the strain caused by this stress σ, we can construct the small articulated robot 1. The relative positional deviation between the balancer 3 and the balancer 3 in the vertical direction can be detected. In addition, the sensor 5 can be attached by fixing it to the wrist member 44 of the small articulated robot 1, or by fixing it to the input shaft 7 of the balancer 3.
There is a method of fixing it to 1. On the other hand, it differs depending on the method of mounting the sensor 5 and the method of operating the balancer 3 described above. Depending on the two mounting methods and the two operating methods, there are the following four cases.

1 センサ5を手首部材44に固定し、手首30
のひねり動作によりバランサ3を操作する場
合。
1. The sensor 5 is fixed to the wrist member 44, and the wrist 30
When operating balancer 3 by twisting motion.

2 センサ5を手首部材44に固定し、速度指令
値を直接、駆動制御装置72に入力しバランサ
3を操作する場合。
2. When the sensor 5 is fixed to the wrist member 44 and the speed command value is input directly to the drive control device 72 to operate the balancer 3.

3 センサ5を入力軸71に固定し、手首30の
ひねり動作によりバランサ3を操作する場合。
3. When the sensor 5 is fixed to the input shaft 71 and the balancer 3 is operated by twisting the wrist 30.

4 センサ5を入力軸71に固定し、速度指令値
を直接、駆動制御装置72に入力し、バランサ
3を操作する場合。
4. When the sensor 5 is fixed to the input shaft 71 and the speed command value is directly input to the drive control device 72 to operate the balancer 3.

まず、第1の場合は、手首30のひねり動作に
よりセンサ5も回転されるので、センサ5として
は、この回転による影響を補正できる構造をとら
ねばならず、構造が複雑になる。第2の場合は、
手首30を動作させることがない故に、また第
3,第4の場合には手首30の回転の影響を受け
ない故に、共に第1の場合のような手首30の回
転の影響の補正を行なえる構造をとらなくてもよ
く、上記した原理をそのまま用いることができ
る。第2の場合の実施例を第8図に、また第3,
第4の場合の実施例を第9図にそれぞれ示す。
First, in the first case, since the sensor 5 is also rotated by the twisting motion of the wrist 30, the sensor 5 must have a structure that can compensate for the influence of this rotation, making the structure complicated. In the second case,
Since the wrist 30 is not moved, and since the third and fourth cases are not affected by the rotation of the wrist 30, it is possible to correct the effect of the rotation of the wrist 30 as in the first case. No particular structure is required, and the above-mentioned principle can be used as is. An example of the second case is shown in FIG.
Examples of the fourth case are shown in FIG. 9, respectively.

まず、第8図をもとに説明する。センサ5は、
梁80および歪ゲージ82a,82bより構成さ
れる。ここで歪ゲージは、温度補償等を考慮して
梁80の上下に1枚ずつ貼りつけたほうがよい。
また梁80の一端は、小形関節形ロボツト1の部
材44に固定され、他の一端は、チヤツク6に固
定される。チヤツク6はバランサ3の入力軸71
に固定された結合部材83を把持し、小形関節形
ロボツト1とバランサ3とを結合する。チヤツク
6を経ずに梁80の一端を直接バランサ3と結合
する事は可能であるが、安全性の面および小形関
節形ロボツト1での単独動作の機能を生かす事を
考慮すれば、チヤツク6を経てバランサ3と結合
する事が望ましい。また、結合部材83は直接、
ハンドホルダ4に固定する事もできる。
First, explanation will be given based on FIG. The sensor 5 is
It is composed of a beam 80 and strain gauges 82a and 82b. Here, it is better to attach one strain gauge to the upper and lower sides of the beam 80 in consideration of temperature compensation and the like.
Also, one end of the beam 80 is fixed to the member 44 of the small articulated robot 1, and the other end is fixed to the chuck 6. The chuck 6 is the input shaft 71 of the balancer 3.
The small articulated robot 1 and the balancer 3 are connected by grasping the connecting member 83 fixed to the robot. It is possible to directly connect one end of the beam 80 to the balancer 3 without going through the chuck 6, but considering safety and making use of the independent movement function of the small articulated robot 1, it is possible to connect the end of the beam 80 directly to the balancer 3 without going through the chuck 6. It is desirable to connect it to the balancer 3 through the. Further, the connecting member 83 is directly connected to the
It can also be fixed to the hand holder 4.

次に、第9図においては、センサ5は梁80
a,80bおよび歪ゲージ82a,82bより構
成される。梁80a,80bの一端はハンドホル
ダ4aに固定し、他の一端はハンドホルダ4bに
固定する。この場合には、ハンドホルダ4に若干
の改造が必要になる。また、小形関節形ロボツト
1とバランサ3とは、部材44に固定されたチヤ
ツク6と入力軸71に固定された結合部材83と
により結合される。ここで、上記した第3の場
合、即ち、入力軸71を操作してバランサ3を動
作させる場合には、第9図に示したように、結合
部材83を入力軸71に固定する必要があるが、
第4の場合、即ち、速度指令値を直接、駆動制御
装置72に入力する場合には、第10図に示すよ
うに結合部材83を直接、梁80に固定する事も
できる。
Next, in FIG. 9, the sensor 5 is connected to the beam 80.
a, 80b and strain gauges 82a, 82b. One end of the beams 80a, 80b is fixed to the hand holder 4a, and the other end is fixed to the hand holder 4b. In this case, the hand holder 4 requires some modification. Further, the small articulated robot 1 and the balancer 3 are coupled by a chuck 6 fixed to the member 44 and a coupling member 83 fixed to the input shaft 71. Here, in the third case described above, that is, when operating the input shaft 71 to operate the balancer 3, it is necessary to fix the coupling member 83 to the input shaft 71 as shown in FIG. but,
In the fourth case, that is, when the speed command value is directly input to the drive control device 72, the coupling member 83 can be directly fixed to the beam 80 as shown in FIG.

次に、上記した小形関節形ロボツト1と、バラ
ンサ3と、位置偏差検出センサ5とから成るシス
テムの制御手段を述べる。
Next, the control means for the system comprising the above-mentioned small articulated robot 1, balancer 3, and position deviation detection sensor 5 will be described.

まず、速度指令値を直接、駆動制御装置72に
入力してバランサ3を動作させる場合の制御手段
を第11図をもとに述べる。オペレータが手動動
作を行なう場合、オペレータは手動装置101か
ら直交座標上での各軸方向の速度指令値を与え
る。小形関節形ロボツト1とバランサ3を制御す
る制御装置7においては、一定周期ごとにパルス
を発生するクロツクパルス発生器102からのパ
ルスにより目標位置演算器103が動作する。こ
の目標位置演算器103は上記、手動装置101
より送られる速度指令値を積分して小形関節形ロ
ボツト1の手首30の位置目標値を算出する。次
に、この位置目標値は座標変換器104により、
旋回台22を駆動するモータ23の回転角の目標
値θ1iと上腕26を駆動するモータ25の回転角
の目標値θ2iと前腕29を駆動するモータ28の
回転角の目標値θ3iとに変換される。105は上
記目標値と、各モータに直結されたエンコーダ1
09より発生するパルスをカウントするカウンタ
110より得られる各モータの実際の回転角とか
ら、D/Aコンバータ106を介しモータ駆動ア
ンプ107へ入力する速度指令値を算出する速度
指令値演算器である。なお、手首駆動モータ31
a,31bの回転角の目標値θ4i,θ5iは、手首姿
勢を一定にするため常に一定値である。モータ2
3,25,28,31a,31bへ入力する速度
指令値V1,V2,V3,V4,V5は、各々のモータの
実際の回転角をθ10,θ20,θ30,θ40,θ50とおけば
式(2)より算出される。
First, a control means for operating the balancer 3 by directly inputting a speed command value to the drive control device 72 will be described with reference to FIG. When the operator performs manual operation, the operator gives speed command values in each axis direction on the orthogonal coordinates from the manual device 101. In the control device 7 that controls the small articulated robot 1 and the balancer 3, a target position calculator 103 is operated by pulses from a clock pulse generator 102 that generates pulses at regular intervals. This target position calculator 103 is connected to the manual device 101 described above.
The target position value of the wrist 30 of the small articulated robot 1 is calculated by integrating the speed command value sent from the controller. Next, this position target value is converted by the coordinate converter 104,
The target value θ 1i of the rotation angle of the motor 23 that drives the swivel base 22, the target value θ 2i of the rotation angle of the motor 25 that drives the upper arm 26, and the target value θ 3i of the rotation angle of the motor 28 that drives the forearm 29 . converted. 105 is the encoder 1 directly connected to the above target value and each motor.
This is a speed command value calculator that calculates a speed command value to be input to the motor drive amplifier 107 via the D/A converter 106 from the actual rotation angle of each motor obtained from the counter 110 that counts the pulses generated by the motor. . In addition, the wrist drive motor 31
The target values θ 4i and θ 5i of the rotation angles a and 31b are always constant values in order to keep the wrist posture constant. motor 2
The speed command values V 1 , V 2 , V 3 , V 4 , V 5 input to 3, 25, 28, 31a, 31b are the actual rotation angles of the respective motors θ 10 , θ 20 , θ 30 , θ 40 and θ 50 , it is calculated from equation (2).

Vj=K1j(θji−θjp) ……(2) (j=1,2,3,4,5)K1jは定数 この速度指令値はD/Aコンバータ106を介
し、モータ駆動アンプ107へ入力され、モータ
駆動アンプ107では各モータに直結されたタコ
ジエネレータ109より得られる速度をフイード
バツクして、各モータを制御し、これにより小形
関節形ロボツト1が動作する。また、目標位置演
算器103で算出される位置目標値は、オペレー
タの、教示装置111からの位置記憶指令によつ
て、データ記憶装置112に記憶され、自動で動
作を再生する際の移動目標地点の直交座標値とな
る。
V j = K 1jji - θ jp ) ...(2) (j = 1, 2, 3, 4, 5) K 1j is a constant This speed command value is sent to the motor drive amplifier via the D/A converter 106. 107, and the motor drive amplifier 107 feeds back the speed obtained from the tachometer generator 109 directly connected to each motor to control each motor, thereby causing the small articulated robot 1 to operate. Further, the position target value calculated by the target position calculator 103 is stored in the data storage device 112 in response to a position storage command from the teaching device 111 from the operator, and is used as the movement target point when automatically reproducing the motion. The orthogonal coordinate values of

バランサ速度指令値演算器115は、クロツク
パルス発生器102からのパルスにより動作す
る。このバランサ速度指令値演算器115は、手
動装置101より送られてくる。鉛直方向の移動
速度指令値VZと、センサ5の歪ゲージ82に生
ずる歪の、ストレインアンプ117およびA/D
コンバータ118を介して得られる値△Zとから
式(3)によつて、バランサ速度指令値VBを演算す
る。
Balancer speed command value calculator 115 is operated by pulses from clock pulse generator 102. This balancer speed command value calculator 115 is sent from the manual device 101. Strain amplifier 117 and A/D for vertical movement speed command value V Z and strain generated in strain gauge 82 of sensor 5
A balancer speed command value V B is calculated from the value ΔZ obtained via the converter 118 using equation (3).

VB=K2VZ+K3△Z+K4d/dt△Z+K5∫△Zdt ……(3) 但しK2,K3,K4,K5は比例定数である。 V B =K 2 V Z +K 3 △Z+K 4 d/dt△Z+K 5 ∫△Zdt ...(3) However, K 2 , K 3 , K 4 , and K 5 are proportionality constants.

ここで、移動速度指令値VZは小形関節形ロボ
ツト1とバランサ3とに共通に与えられる指令値
であるので、小形関節形ロボツト1の速度応答特
性と、バランサ3の速度応答特性とが等しく、且
つ小形関節形ロボツト1の内部モデル、即ち座標
変換器104で仮想している水平面とバランサ3
の水平面とが一致している。即ち小形関節形ロボ
ツト1を水平面で動かした時にバランサ3と小形
関節形ロボツト1との間に鉛直方向の位置偏差を
生じない時には、K2VZの項のみで制御が可能で
ある。しかし、実用上、小形関節形ロボツト1の
速度応答特性とバランサ3の速度応答特性とを完
全に一致させることは困難である。また、実際
上、小形関節形ロボツト1の内部モデルの水平面
をバランサ3の水平面と完全に一致させることは
困難である。よつて、一般的には、VB=K2VZ
バランサ速度指令値VBを演算すると、小形関節
形ロボツト1の実際の上向き速度をvR、バランサ
3の実際の上向き速度をvBとすると、 vR>vBまたはvB>vB となる。例え、動作開始前に小形関節形ロボツト
1の先端とバランサ3の先端との位置が同じで
も、vRとvBとが異なるため、小形関節形ロボツト
1の先端とバランサ3の先端との位置の差ΔZは
増加する(定常偏差は無限大となる)。即ち、
K2VZの項のみでは、両者の先端間の位置の定常
偏差は無限大となる。この場合、両者の結合部が
破壊する。
Here, since the movement speed command value V Z is a command value commonly given to the small articulated robot 1 and the balancer 3, the speed response characteristics of the small articulated robot 1 and the speed response characteristics of the balancer 3 are equal. , and the internal model of the small articulated robot 1, that is, the horizontal plane virtualized by the coordinate converter 104 and the balancer 3.
coincides with the horizontal plane. That is, if no vertical positional deviation occurs between the balancer 3 and the small articulated robot 1 when the small articulated robot 1 is moved in a horizontal plane, control is possible using only the term K 2 V Z. However, in practice, it is difficult to completely match the speed response characteristics of the small articulated robot 1 and the speed response characteristics of the balancer 3. Furthermore, in practice, it is difficult to make the horizontal plane of the internal model of the small articulated robot 1 completely coincide with the horizontal plane of the balancer 3. Therefore, in general, when the balancer speed command value V B is calculated by V B = K 2 V Z , the actual upward speed of the small articulated robot 1 is v R and the actual upward speed of the balancer 3 is v B Then, v R > v B or v B > v B. Even if the positions of the tip of the small articulated robot 1 and the tip of the balancer 3 are the same before the start of operation, v R and v B are different, so the positions of the tip of the small articulated robot 1 and the tip of the balancer 3 are different. The difference ΔZ increases (the steady-state deviation becomes infinite). That is,
With only the term K 2 V Z , the steady deviation of the position between the two tips becomes infinite. In this case, the joint between the two will break.

そこで、この定常偏差を有限の値とする為に、
ΔZのフイードバツクによるK3ΔZの修正項が必要
である。ここで、小形関節形ロボツト1の上下方
向の位置をXR、バランサ3の上下方向の位置を
XBとすると、ΔZ=XR−XBである。例えば、ΔZ
が正のとき、XR>XBであるから、バランサの速
度vBを増やす必要がある。これには、バランサの
速度指令値VBのK3ΔZの修正項が必要である。
Therefore, in order to make this steady deviation a finite value,
A correction term for K 3 ΔZ due to the feedback of ΔZ is required. Here, the vertical position of the small articulated robot 1 is X R , and the vertical position of the balancer 3 is
If X B , then ΔZ=X R −X B. For example, ΔZ
When is positive, since X R > X B , it is necessary to increase the balancer speed v B. This requires a correction term for K 3 ΔZ of the balancer speed command value V B.

更にK4d/dtΔZの項はK3ΔZの修正項によるバラ ンサ3の応答を早める効果がある。 Furthermore, the term K 4 d/dtΔZ has the effect of speeding up the response of the balancer 3 due to the correction term K 3 ΔZ.

d/dtΔZは、位置偏差ΔZの時間変化である。ΔZ が増加するときには、d/dtΔZは正であり、この場 合、K4d/dtΔZの修正項により、バランサ3の速 度指令値VBが大きくなり、バランサ3の応答を
早める効果がある。
d/dtΔZ is a change in positional deviation ΔZ over time. When ΔZ increases, d/dtΔZ is positive, and in this case, the correction term of K 4 d/dtΔZ increases the speed command value V B of the balancer 3, which has the effect of speeding up the response of the balancer 3.

また、∫ΔZdtの項は、定常偏差を零にする効果
がある。例えば、停止させる場合を考えるとVZ
=0であるから(説明を簡略化するため、d/dtΔZ にかかるK4=0とおくと)、VB=K3ΔZである。
通常、上下方向には、重力負荷が加わるから、こ
のバランサの速度指令値VBによるモータ出力ト
ルクが、この重力負荷とバランスするところで、
バランサ3は停止する。このとき、位置誤差ΔZ
は零にならない。そこで、∫ΔZdtなる積分項を加
えれば、位置誤差ΔZがあるかぎり、VBは増加若
しくは減少し、これが重力負荷とバランスする。
例えば、組立を行なう場合には、上下方向の誤差
ΔZ、即ち位置決め誤差は、零乃至極力小さい方
が望ましい。このような場合、∫ΔZdtの項が有効
である。よつてバランサ3は、このバランサ速度
指令値VBをD/Aコンバータ116を介し、バ
ランサ駆動制御装置72に入力することによりバ
ランサ3の駆動モータ64が動作し、バランサ3
は小形関節形ロボツト1に追従して動作する。一
方、以上の手動動作を通じ、教示装置111の指
令によりデータ記憶装置112に記憶された移動
目標地点に対して自動で動作を再生する手段を次
に述べる。まず、データ記憶装置112より移動
終了目標地点の直交座標値を取り出し、この直交
座標値と移動開始地点との間で、小形関節形ロボ
ツト1が直線上を動作するために、直線補間を行
ない時々刻々の移動目標値を求める演算を、クロ
ツクパルス発生器102からのパルスにより、直
線補間器113が行なう。この移動目標値を座標
変換器104により各動作軸の角度目標値とし、
速度指令値演算器105により速度指令値を算出
し、これにより小形関節形ロボツト1を制御す
る。一方、直線補間器113によりもとめられた
移動目標値は、速度目標値演算器114により、
1クロツク前の移動目標値との間で差分が行なわ
れ、鉛直方向の移動速度指令値VZが算出される。
この移動速度指令値VZと、センサ5の歪ゲージ
82に生ずる歪の、ストレインアンプ117およ
びA/Dコンバータ118を介して得られる値
ΔZとからバランサ速度指令値VBがバランサ速度
指令値演算器115によつて算出され、このバラ
ンサ速度指令値VBをD/Aコンバータ116を
介し、バランサ駆動制御装置72に入力すること
により、バランサ3の駆動モータ64が動作し、
バランサ3は小形関節形ロボツト1に追従して動
作する。
Furthermore, the term ∫ΔZdt has the effect of making the steady-state error zero. For example, if you want to stop VZ
= 0 (to simplify the explanation, K 4 applied to d/dtΔZ is assumed to be 0), so V B =K 3 ΔZ.
Normally, a gravitational load is applied in the vertical direction, so when the motor output torque due to the balancer's speed command value V B balances this gravitational load,
Balancer 3 stops. At this time, position error ΔZ
does not become zero. Therefore, by adding an integral term ∫ΔZdt, as long as there is a position error ΔZ, V B increases or decreases, and this balances with the gravitational load.
For example, when assembling, it is desirable that the vertical error ΔZ, that is, the positioning error, be zero or as small as possible. In such cases, the term ∫ΔZdt is effective. Therefore, in the balancer 3, the drive motor 64 of the balancer 3 is operated by inputting this balancer speed command value V B to the balancer drive control device 72 via the D/A converter 116, and the balancer 3 is operated.
follows the small articulated robot 1 and moves. On the other hand, a means for automatically reproducing the movement to the moving target point stored in the data storage device 112 in accordance with the instruction from the teaching device 111 through the above-mentioned manual movement will be described below. First, the orthogonal coordinate values of the movement end target point are retrieved from the data storage device 112, and linear interpolation is sometimes performed between these orthogonal coordinate values and the movement start point in order for the small articulated robot 1 to move on a straight line. A linear interpolator 113 performs calculations to obtain the moving target value every moment using pulses from the clock pulse generator 102. This movement target value is made into the angle target value of each motion axis by the coordinate converter 104,
A speed command value is calculated by a speed command value calculator 105, and the small articulated robot 1 is controlled using the speed command value. On the other hand, the movement target value determined by the linear interpolator 113 is calculated by the speed target value calculator 114.
A difference is made between the movement target value and the movement target value one clock ago, and a vertical movement speed command value V Z is calculated.
The balancer speed command value V B is calculated from this movement speed command value V Z and the value ΔZ of the strain generated in the strain gauge 82 of the sensor 5 obtained via the strain amplifier 117 and the A/D converter 118. By inputting this balancer speed command value V B to the balancer drive control device 72 via the D/A converter 116, the drive motor 64 of the balancer 3 is operated.
The balancer 3 operates following the small articulated robot 1.

次に、手首30のひねり動作によりバランサ3
を操作する場合の制御手段を第12図をもとに述
べる。オペレータが手動動作を行なう場合、目標
位置演算器103がクロツクパルス発生器102
からのパルスにより動作し、手動装置101より
送られる速度指令値を積分して、手首30の位置
目標値を算出する。この位置目標値は座標変換器
104により旋回台22を駆動するモータ23の
回転角の目標値θ1iと上腕26を駆動するモータ
25の回転角の目標値θ2iと前腕29を駆動する
モータ28の回転角の目標値θ3iとに変換される。
また位置目標値は、オペレータの、教示装置11
1からの位置記憶指令によつて、データ記憶装置
112に記憶される。一方、バランサ速度指令値
演算器115がクロツクパルス発生器102から
のパルスにより動作し、手動装置101より送ら
れてくる鉛直方向の移動速度指令値VZと、セン
サ5の歪ゲージ82に生ずる歪の、ストレインア
ンプ117およびA/Dコンバータ118を介し
て得られる値ΔZとからバランサ速度指令値VB
演算する。ひねり軸動作目標値演算器119は、
このバランサ速度指令値VBから手首30のひね
り動作を行なうモータ31aの回転角の目標値
θ4iを式(4)より算出する。但しK6は比例定数であ
る。
Next, by twisting the wrist 30, the balancer 3
The control means for operating the will be described based on FIG. When the operator performs manual operation, the target position calculator 103 uses the clock pulse generator 102.
The position target value of the wrist 30 is calculated by integrating the speed command value sent from the manual device 101. This position target value is determined by the coordinate converter 104 as a target value θ 1i of the rotation angle of the motor 23 that drives the swivel base 22 , a target value θ 2i of the rotation angle of the motor 25 that drives the upper arm 26 , and a target value θ 2i of the rotation angle of the motor 28 that drives the forearm 29 . is converted into the target value θ 3i of the rotation angle.
Further, the position target value is determined by the operator's teaching device 11.
According to the position storage command from 1, the position is stored in the data storage device 112. On the other hand, the balancer speed command value calculator 115 is operated by the pulse from the clock pulse generator 102, and calculates the vertical movement speed command value V Z sent from the manual device 101 and the strain generated in the strain gauge 82 of the sensor 5. , the balancer speed command value V B is calculated from the value ΔZ obtained via the strain amplifier 117 and the A/D converter 118. The twist axis operation target value calculator 119 is
From this balancer speed command value V B , a target value θ 4i of the rotation angle of the motor 31a that performs the twisting motion of the wrist 30 is calculated using equation (4). However, K 6 is a proportionality constant.

θ4i=K6VB ……(4) 速度指令値演算器105は上記目標値θ1i,θ2i
θ3i,θ4iと各モータに直結されたエンコーダ10
9より発生するパルスをカウントするカウンタ1
10より得られる各モータの実際の回転角とか
ら、D/Aコンバータ106を介しモータ駆動ア
ンプ107へ入力する速度指令値を算出する。な
お手首駆動モータ31bの回転角の目標値は手首
のふりの姿勢を一定にするため、常に一定値であ
る。モータ23,25,28,31a,31bへ
入力する速度指令値は式(2)より算出される。この
速度指令値はD/Aコンバータを介し、モータ駆
動アンプ107へ入力され、各モータが動作し、
小形関節形ロボツト1が動作するとともに、手首
30のひねり動作によりバランサ3の入力軸71
が操作されて、バランサ3が小形関節形ロボツト
1に追従して動作する。一方、以上の手動動作を
通じ、データ記憶装置112に記憶された移動目
標地点に対して動作を再生する手段を次に述べ
る。まず、クロツクパルス発生器102からのパ
ルスにより直線補間器113が動作し、データ記
憶装置112より得られる移動終了目標地点と移
動開始地点との間で直線補間を行ない、時々刻々
の移動目標値を算出する。この移動目標値は、座
標変換器104により旋回台22,上腕26,前
腕29の各駆動モータの回転角度目標値に変換さ
れる一方、速度目標値演算器114により鉛直方
向の移動速度指令値VZが算出される。この移動
速度指令値VZと、センサ5の歪ゲージ82に生
ずる歪のストレインアンプ117およびA/Dコ
ンバータ118を介して得られる値ΔZとからバ
ランサ速度指令値VBがバランサ速度指令値演算
器115によつて算出され、このバランサ速度指
令値VBはひねり軸動作目標値演算器119によ
り、手首30のひねり動作を行なうモータ31a
の回転角の目標値θ4iに変換される。速度指令値
演算器105は、上記目標値に対してサーボを行
ない、小形関節形ロボツト1の各動作軸のモータ
を制御する。さらに、手首30のひねり動作によ
りバランサ3の入力軸71が操作されて、バラン
サ3が小形関節形ロボツト1に追従して動作す
る。
θ 4i = K 6 V B ...(4) The speed command value calculator 105 calculates the above target values θ 1i , θ 2i ,
Encoder 10 directly connected to θ 3i , θ 4i and each motor
Counter 1 that counts the pulses generated from 9
A speed command value to be input to the motor drive amplifier 107 via the D/A converter 106 is calculated from the actual rotation angle of each motor obtained from 10. Note that the target value of the rotation angle of the wrist drive motor 31b is always a constant value in order to keep the posture of the wrist constant. The speed command values input to the motors 23, 25, 28, 31a, and 31b are calculated using equation (2). This speed command value is input to the motor drive amplifier 107 via the D/A converter, and each motor operates.
As the small articulated robot 1 moves, the input shaft 71 of the balancer 3 is rotated by twisting the wrist 30.
is operated, and the balancer 3 follows the small articulated robot 1 and moves. On the other hand, the means for reproducing the movement to the movement target point stored in the data storage device 112 through the above manual movement will be described below. First, the linear interpolator 113 is operated by a pulse from the clock pulse generator 102, and performs linear interpolation between the movement end target point and the movement start point obtained from the data storage device 112, and calculates the movement target value from moment to moment. do. This movement target value is converted by a coordinate converter 104 into a rotation angle target value of each drive motor for the swivel base 22, upper arm 26, and forearm 29, while a speed target value calculator 114 converts the movement speed command value V in the vertical direction. Z is calculated. A balancer speed command value V B is calculated from this movement speed command value V Z and a value ΔZ obtained via the strain amplifier 117 and A/D converter 118 of the strain generated in the strain gauge 82 of the sensor 5. 115, and this balancer speed command value VB is calculated by the twist axis operation target value calculator 119, and the balancer speed command value VB is calculated by the twist axis operation target value calculator 119.
is converted into the target value θ 4i of the rotation angle. The speed command value calculator 105 performs servo operation on the target value, and controls the motors of each operating axis of the small articulated robot 1. Furthermore, the input shaft 71 of the balancer 3 is operated by a twisting motion of the wrist 30, and the balancer 3 follows the small articulated robot 1 and moves.

なお、本実施例では、ロボツトの手首のひねり
動作によりバランサの入力軸71を回転させる例
について述べたが、市販のバランサで、回転式可
変抵抗器70の入力軸71の回転を行う操作レバ
ーが回転式可変抵抗器70の回転軸に対して円周
方向に揺動させる方式のものに対しては、ロボツ
トの手首の上下曲げ動作にて、実施例で述べたの
と同様の効果を出すことができることは言うまで
もない。
In this embodiment, an example has been described in which the input shaft 71 of the balancer is rotated by a twisting motion of the robot's wrist. For a type of rotary variable resistor 70 that is swung in the circumferential direction with respect to the rotation axis, the same effect as described in the embodiment can be produced by vertical bending motion of the robot's wrist. Needless to say, it can be done.

又、本実施例はモータ駆動方式のバランサにつ
いて述べたが、油空圧アクチユエータにより駆動
されるバランサについても、第2の実施例で述べ
た制御方式を用いて、ロボツトと組み合せたシス
テムを構成し、制御することは可能である。
Furthermore, although this embodiment has described a motor-driven balancer, the control method described in the second embodiment can also be used for a balancer driven by a hydraulic pneumatic actuator to configure a system in combination with a robot. , it is possible to control.

以上述べたように、本発明によれば、軽荷重用
ロボツトとバランサを組合わせ、軽荷重用ロボツ
トでバランサの位置決めを行ない、且つ、軽荷重
用ロボツトとバランサの中間に設けたセンサから
の位置偏差信号をもとにバランサの動作速度を修
正することにより、軽荷重用ロボツトでバランサ
の先端に取り付けられたチヤツクの移動目標点へ
の位置決めが鉛直方向及び水平方向について高精
度に行なうことができ、重量物をハンドリングし
て、高精度の位置決めが必要とする組付作業や加
工作業を自動的に行なうことができる作用効果を
奏する。また、軽荷重用ロボツトとバランサを組
合わせたシステムは、バランサが非常に安価に製
造できることにより、複難な動作の制御が可能で
且つ重量部品を取扱えるロボツトと比較して半分
以下の価格で製造でき、しかも既存の設備とし
て、重量部品の組立あるいは加工のラインにバラ
ンサがあれば、軽荷重用ロボツトと制御装置を導
入するだけで、高精度の位置決めが必要とする作
業の自動化が実現できるという経済的効果があ
る。
As described above, according to the present invention, a light load robot and a balancer are combined, the light load robot positions the balancer, and the position is determined from a sensor provided between the light load robot and the balancer. By correcting the operating speed of the balancer based on the deviation signal, the chuck attached to the tip of the balancer can be positioned with high precision in the vertical and horizontal directions to the moving target point in a light-load robot. , it is possible to handle heavy objects and automatically perform assembly work and processing work that require high-precision positioning. Additionally, since the balancer can be manufactured at a very low cost, a system that combines a light-load robot and a balancer can control complex movements and is less than half the price of a robot that can handle heavy parts. If there is a balancer that can be manufactured and is already available on the assembly or processing line for heavy parts, automation of work that requires high-precision positioning can be achieved simply by introducing a light-load robot and control device. There is an economic effect.

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

第1図は軽荷重用ロボツトとバランサを組合わ
せた一実施例を示す概略正面図、第2図は第1図
に示す小形関節形ロボツトを示す斜視図、第3図
は第2図の正面図、第4図は第2に示すロボツト
の手首駆動系を示した図、第5図は第2図に示す
ロボツトの前腕先端に取付けられた手首を具体的
に示した断面図、第6図は第1図に示すバランサ
を具体的に示した構成図、第7図はセンサの原理
図、第8図と第9図と第10図はそれぞれセンサ
を第1図に示すロボツトとバランサの中間に取付
けた一実施例を示す図、第11図と第12図は、
それぞれ本発明による制御装置の一実施例を示す
図である。 2……ハンド、3……バランサ、4……ハンド
ホルダ、5……位置偏差検出センサ、6……チヤ
ツク、7……制御装置。
Fig. 1 is a schematic front view showing an embodiment of a combination of a light load robot and a balancer, Fig. 2 is a perspective view showing the small articulated robot shown in Fig. 1, and Fig. 3 is a front view of Fig. 2. Figure 4 is a diagram showing the wrist drive system of the robot shown in Figure 2, Figure 5 is a sectional view specifically showing the wrist attached to the tip of the forearm of the robot shown in Figure 2, and Figure 6 is a diagram showing the wrist drive system of the robot shown in Figure 2. is a block diagram specifically showing the balancer shown in Fig. 1, Fig. 7 is a principle diagram of the sensor, and Figs. 8, 9, and 10 respectively show the sensor between the robot and balancer shown in Fig. 1. Figures 11 and 12 are diagrams showing one embodiment installed on the
FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of a control device according to the present invention. 2...Hand, 3...Balancer, 4...Hand holder, 5...Position deviation detection sensor, 6...Chuck, 7...Control device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 少なくとも3つの駆動源と少なくとも3つの
エンコーダとを有し、エンコーダから検出される
位置が目標位置に一致する如く制御され、アーム
先端が、上記駆動源の動力により水平面内及び鉛
直面内で動きうる少なくとも3自由度を有する位
置決め用ロボツトと、部品を把持するチヤツクを
備え付けた先端を、鉛直方向には駆動源の動力に
よつて移動され、且つ水平方向には移動自在に形
成された重量物を可搬し得るバランサと、上記ロ
ボツトとバランサとの結合部分に設けられ、上記
ロボツトの先端と上記バランサの先端との鉛直方
向の偏差を検出するセンサと、上記ロボツトの先
端を水平方向について移動目標点へ移動させるべ
く指令信号に基いて上記ロボツト用駆動源を駆動
制御してこのロボツトの先端に結合しているバラ
ンサの先端のチヤツ7の水平方向の位置決めを行
ない、上記ロボツトの先端を鉛直方向について移
動目標点へ移動させるべく指令信号に基いて上記
ロボツト用駆動源を駆動制御してロボツトの制御
手段より与えられる鉛直方向の移動速度指令値と
上記センサより検出される偏差とから上記バラン
サの速度指令値を演算し、この速度指令値に基い
て上記バランサの駆動源を駆動制御し、上記ロボ
ツトに追従させて上記バランサを移動させ、チヤ
ツクの鉛直方向の位置決めを行なう制御装置とを
備え付けたことを特徴とする重量物ハンドリング
システム制御装置。 2 少なくとも4つの駆動源と少なくとも3つの
エンコーダとを有し、エンコーダから検出される
位置が目標位置に一致する如く制御され、アーム
先端が、上記駆動源の動力により水平面内及び鉛
直面内で動きうる少なくとも3自由度を有し、更
にこのアームの先端に上記駆動源の動力により回
動できる手首を備えた位置決め用ロボツトと、部
品を把持するチヤツクを備え付けた先端を、鉛直
方向には該先端に設けられた可変抵抗器からの速
度指令値に基いて駆動源の動力によつて移動さ
れ、且つ水平方向には移動自在に形成された重量
物を可搬し得るバランサと、上記ロボツトの手首
と上記バランサの可変抵抗器との結合部分に設け
られ、上記ロボツトの先端と上記バランサの可変
抵抗器との鉛直方向の偏差を検出するセンサと、
上記ロボツトの先端を水平方向について移動目標
点へ移動させるべく指令信号に基いて上記ロボツ
ト用駆動源を駆動制御してこのロボツトの先端に
結合しているバランサの先端のチヤツクの水平方
向の位置決めを行ない、上記ロボツトの先端を鉛
直方向について移動目標点へ移動させるべく指令
信号に基いて上記ロボツト用駆動源を駆動制御し
てロボツトの制御手段より与えられる鉛直方向の
移動速度指令値と上記センサより検出される偏差
とから上記バランサの速度指令値を演算し、この
速度指令値に基いてロボツトの手首用駆動源を駆
動して手首を回動させて可変抵抗器を可変し、上
記バランサの駆動源を駆動制御し、上記ロボツト
に追従させて上記バランサを移動させ、チヤツク
の鉛直方向の位置決めを行なう制御装置とを備え
付けたことを特徴とする重量物ハンドリングシス
テム制御装置。
[Scope of Claims] 1 It has at least three drive sources and at least three encoders, and is controlled so that the position detected by the encoder matches the target position, and the tip of the arm is moved within a horizontal plane by the power of the drive sources. and a positioning robot having at least three degrees of freedom capable of moving in a vertical plane, and a tip equipped with a chuck for gripping parts, which is moved in the vertical direction by the power of a drive source and is movable in the horizontal direction. a balancer capable of transporting a heavy object formed in the robot; a sensor provided at a connecting portion of the robot and the balancer to detect a deviation in the vertical direction between the tip of the robot and the tip of the balancer; Controlling the drive source for the robot based on a command signal to move the tip in the horizontal direction to a target point, and horizontally positioning the chuck 7 at the tip of the balancer connected to the tip of the robot; In order to move the tip of the robot in the vertical direction to the movement target point, the drive source for the robot is driven and controlled based on a command signal, and the movement speed command value in the vertical direction given by the robot control means and detected by the sensor are detected. A speed command value for the balancer is calculated from the deviation, a drive source for the balancer is controlled based on the speed command value, the balancer is moved by the robot, and the chuck is positioned in the vertical direction. 1. A heavy object handling system control device, characterized in that it is equipped with a control device for controlling a heavy object. 2 It has at least four drive sources and at least three encoders, is controlled so that the position detected by the encoder matches the target position, and the tip of the arm moves in a horizontal plane and a vertical plane by the power of the drive sources. The positioning robot has at least three degrees of freedom, and has a wrist at the tip of the arm that can be rotated by the power of the drive source, and a tip equipped with a chuck for gripping parts. a balancer capable of transporting a heavy object, which is moved by the power of a drive source based on a speed command value from a variable resistor provided in the robot, and is movable in a horizontal direction; and a wrist of the robot. and a sensor installed at a connecting portion between the variable resistor of the balancer and the variable resistor of the balancer, the sensor detecting a vertical deviation between the tip of the robot and the variable resistor of the balancer;
In order to move the tip of the robot in the horizontal direction to a target point, the drive source for the robot is controlled based on a command signal to horizontally position the chuck at the tip of the balancer connected to the tip of the robot. In order to move the tip of the robot in the vertical direction to the movement target point, the drive source for the robot is driven and controlled based on the command signal, and the movement speed command value in the vertical direction given by the robot control means and the sensor are A speed command value for the balancer is calculated from the detected deviation, and based on this speed command value, the wrist drive source of the robot is driven to rotate the wrist and vary the variable resistor, thereby driving the balancer. 1. A heavy object handling system control device, comprising: a control device for driving and controlling a source, moving the balancer to follow the robot, and positioning the chuck in the vertical direction.
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