JPH0460798B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、アームの先端に、ふり軸とひねり軸
を有するロボツト手首が取付けられ、該ボツト手
首にツールとカメラが取付けられている視覚機器
付産業用ロボツトに関する。

［従来の技術］ 産業用ロボツトによる作業の自動化手段とし
て、溶接トーチ、のり付けガン、バリ取り工具、
ネジ締め工具、把みハンド等の作業工員とともに
カメラをロボツト手首に装着した視覚機器付産業
用ロボツトが実用化されつつある。

なお、特開昭57−109576号公報には、溶接銃と
カメラと投影器が先端に一体的に取付けられたハ
ンド装置がロボツトのマニピユレータの先端に取
付けられている。

［発明が解決しようとする問題］ そこで問題になるのが、複雑な形状をした作業
対象物への接近性についてである。具体的にいえ
ば、作業対象物とカメラ光学系の干渉問題であ
る。カメラ光学系の大きさが邪魔になり、作業対
象物の狭あいな箇所へ接近できず、その箇所が死
角となり視覚機能が阻止されることになる。その
ため、カメラ光学系を小型にしようとフアイバス
コープをロボツト手首に装着し、フアイバスコー
プ先端の撮像信号を遠隔に（例えばロボツト上腕
部上に設置した）カメラにフアイバスコープ経由
で伝送する視覚装置が考えられる。その際には、
数万本の光フアイバで構成されているフアイバス
コープの対物側の撮像部、カメラ側の撮像部及び
その中間の光フアイバ束がボツト手首運動により
ねじれ、曲りを生じ、光フアイバ線が断線すると
いう問題が発生する。フアイバスコープの許容ね
じれ、許容曲り以内になるようにロボツト手首軸
の運動を規制するとロボツト手首の運動範囲が小
さくなり過ぎロボツトとしての機能を充分発揮で
きなくなる。

本発明の目的は、ロボツト手首の動作範囲内で
フアイバスコープのねじれがなく、かつロボツト
手首の動作範囲のどの点においても曲りはフアイ
バスコープ許容曲り以下の一定曲りに保つことが
でき、作業対象物と光学系の干渉が著しく改善さ
れた、冒頭に述べた種類の視覚機器付産業用ロボ
ツトを提供することである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明の視覚機器
付産業用ロボツトは、 撮像された画像を取り込むためのフアイバスコ
ープが接続されているカメラを保持するカメラ保
持具と、 前記フアイバスコープが挿入され、一端が前記
カメラ保持具に固定されている剛性の高い管と、 ふり軸の回転中心を回転中心として前記ロボツ
ト手首とともに回転運動し、前記ロボツト手首に
関して前記ツールとは反対方向に延びる第１の取
付け座と、 前記カメラ保持具を支持する第２の取付け座
と、 第２の取付け座の軸心がひねり軸回転中心上に
あり、第２の取付け座が第１の取付け座と一体に
なつて前記ふり軸の回転中心を回転中心として回
転運動をし、かつひねり軸回転中心を回転中心と
して回転運動をするように第１の取付け座と第２
の取付け座を、ふり軸回転中心に関して前記ロボ
ツト手首とは反対側において連結する連結部材
と、 前記フアイバスコープを、前記カメラとは反対
側の端部において支持フアイバスコープ支持具
と、 出力軸が前記ひねり軸回転中心と一致するよう
に前記ロボツト手首に装着され、前記出力軸に前
記フアイバスコープ支持具が取付けられ、前記フ
アイバスコープ支持具のひねり軸回りの回転角を
制御する回転角制御モータとを有している。

［作用］ 第５図は本発明の模式図である。

フアイバスコープが挿入されていいる剛性の高
い管はフアイバスコープ支持具とカメラ保持具と
に剛体としてクランプされているため、カメラ保
持具と管とフアイバスコープは一体となつてふり
軸およびひねり軸の方向に回転運動をする。した
がつて、管に挿入されているフアイバスコープに
はふり軸およびひねり軸方向の回転運動により何
らの外力も加わらず、フアイバスコープの曲げ角
度は管の曲げ角度に保たれ、ねじれは全く生じな
い。また、フアイバースコープのひねり軸回りの
保持位置を任意に制御できるので、障害物等が存
在する場合も有利である。

［実施例］ 次に、本発明の実施例について図面を参照して
説明する。

以下、作業用工具として溶接トーチの例をあげ
詳細説明を行なうが、溶接トーチの代りにのり付
けガン、バリとり工具、ネジ締め工具、把みハン
ド等本発明の視覚機器付産業用ロボツトに使用す
ることができるので、本発明は溶接用にとまらな
いことをここで強調しておきたい。

第１図ａは本発明の一実施例で、溶接ロボツト
の要部正面図、第１図ｂは第１図ａのＡ矢視図で
ある。

ロボツトの上腕部１の先端に、ふり軸２（以
後、Ｂ軸と称す）とひねり軸２′（以後、Ｔ軸と
称す）を有するロボツト手首４が取付けられてい
る。３はＢ軸の回転中心、３′はＢ軸回転中心３
を通り、かつＢ軸回転中心３と直交するＴ軸の回
転中心である。ロボツト手首４の下端には溶接ト
ーチ６を支持する溶接トーチ支持棒５が連結され
れている。ロボツト手首４の下端には筒形ケース
１５が取付けられ、筒形ケース１５内には回転角
制御モータ１１と、回転角制御モータ１１の回転
角を検出するエンコーダ１２と、回転角制御モー
タ１１の回転数を減速する減速機１３が、減速機
１３の出力軸１４（Ｒ軸）がＴ軸回転中心３′と
一致するように収容されている。出力軸１４には
フアイバスコープ支持具１６が固定されている。
フアイバスコープ支持具１６には出力軸１４を原
点に位置決めするための原点検出リミツトスイツ
チ１７と、出力軸１４の反原点側の限界位置を決
めるオーバランリミツトスイツチ１８が取付けら
れている。一方、筒形ケース１５上には、フアイ
バスコープ支持具１６が回転したときにそれぞれ
原点検出リミツトスイツチ１７、オーバランリミ
ツトスイツチ１８と対向するように２個のドツグ
１９が取付けられている。ロボツト手首４の上方
には、Ｂ軸回転中心３を回転中心としてロボツト
手首４とともに回転運動をする取付け座２０（第
１の取付け座）が、その上方部分の軸心がＴ軸回
転中心３′と一致するように上腕部１に固定され
ている。取付け座２０の上端は円筒状になつてお
り、この円筒状部には、インンナレースの回転中
心がＴ軸回転中心３′と一致し、アウタレースが
筒状部に固定されたボールベアリング２１が収容
されている。このボールベアリング２１のインナ
レースには、上端がカメラを収容しているカメラ
収容箱２３（カメラ保持具）の重心調整用溝２
３′に嵌合している棒状の取付け座２２（第２の
取付け座）の下端が嵌合している。なお、カメラ
収容箱２３の重心がＴ軸回転中心３′と一致する
ように、取付け座２２のカメラ収容箱２３の支持
位置が重心調整用溝２３′により調整される。カ
メラと連結されたフアイバスコープ２４は、一端
がカメラ収容箱２３に固定され、他端が取付け金
具２９によりフアイバスコープ支持具１６にフア
イバスコープ取付部３１において取付けられた剛
性の高い管３０に、その先端（対物側）が母材１
０上の溶融池９およびワイヤ電極７の先端の方を
向くように、挿入されている。フアイバスコープ
２４の対物側の先端には対物レンズ２７、撮像部
２５、ピント調整用ネジ２８が取付けられてい
る。フアイバスコープ２４のカメラ側の端部にも
撮像部２６が取付けられている。カメラには、撮
像信号をイメージプロセツサ（図示せず）に伝送
するケーブル３２が取付けられている。

第２図はカメラ収納箱２３の内部の構成を示す
斜視図である。カメラ収納箱２３内には、カメラ
撮像部３３（例えばCCD撮像チツプ部）、カメラ
レンズ３４、フアイバスコープ２４の取付け用ネ
ジ３５、複数の光学フイルタ３６、ロータリソレ
ノイド３７、ロータリソレノイド３７のオン／オ
フ駆動電線３８、ロータリソレノイド３７の回転
軸に連動して矢印４０の方向に動作する支柱３
９、光学フイルタ３６を支柱３９に固定する取付
け部品４１、比重の小さい素材（例えばカーボン
フアイバ）で製作された肉厚小なる円筒形光軸遮
断用シヤツタ１００、シヤツタ用モータ１０１、
シヤツタ用モータ１０１の出力軸１０２、フイル
タ３６のオン／オフを可能ならしめるためとシヤ
ツタ用モータ１０１を取付けるために円筒体の一
部が切割り加工されたカメラアダプタ４２が設け
られている。溶接状態に応じカメラ映像信号をオ
ン／オフするための制御信号が図示しないシヤツ
タ用モータ制御回路からシヤツタ用モータ１０１
に与えられ、シヤツタ用モータ出力軸１０２があ
らかじめ決められた角度だけ回転し、シヤツタ１
００がカメラ映像信号をオン／オフする。

第３図ａはフアイバスコープ取付部３１の詳細
図、第３図ｂは第３図ａのＢ矢視線である。フア
イバスコープ支持具１６には外径の異なる管３０
と取付け金具２９とをそれぞれ個別にフアイバス
コープ支持具１６に取付けるための切り割り４３
が形成され、管３０は取付けネジ４４によりフア
イバスコープ支持具１６に固定され、管３０より
外径の小さいフアイバスコープ取付け金具２９は
固定用２つ割りカラー４５と取付けネジ４６によ
りフアイバスコープ支持具１６に固定されてい
る。

第４図はＲ軸位置サーボ制御回路のブロツク図
である。このＲ軸位置サーボ制御回路は、Ｒ軸位
置指令パルス５０とエンコーダ１のフイードバツ
クパルス５１を入力する偏差カウンタとＤ／Ａ変
換器で構成される公知の位置制御回路５２と、速
度フイードバツク信号５４を発生する公知のＦ／
Ｖ変換器５３と、速度フイードバツク信号５４と
アナログ速度指令５５を入力し、回転角制御モー
タ１１を駆動する公知のサーボ増幅器５６で構成
されている。

次に、本実施例の動作を説明する。

溶接アーク８および溶融池９を観察する際に
は、ロータリソレノイド３７を電線３８経由で励
磁し（オン状態）、複数の光学フイルタ３６をカ
メラ光軸Ｘ−X′上にセツトする。対物レンズ２
７、撮像部２５、フアイバスコープ２４、撮像部
２６、カメラレンズ３４を通過した溶接アーク８
および溶接池９の情報は光学フイルタ３６で減光
フイルタリングされ、カメラ撮像部３３に結像
し、その情報がケーブル３２経由で図示しないイ
メージプロセツサに伝送され画像処理される。画
像処理後の信号によりロボツト構成軸が制御され
るが、画像処理法およびロボツト制御法は本発明
と直接関係がないため、その説明はここでは省略
する。溶接アーク８を消弧させた状態で母材１０
の形状を観察する際には、ロータリソレノイド３
７はオフされ、支柱３９が回転移動し、フイルタ
３６がカメラ光軸Ｘ−X′から完全にはずされる
こと以外の視覚情報の流れは上記と同じである。

溶接アーク８および溶融池９の観察または母材
形状観察時には、所望情報を得るためにロボツト
基本３軸（図示せず）、Ｔ軸、Ｂ軸、Ｒ軸が適宜
回転駆動される。ロボツト基本３軸はロボツト手
首４、従つてワイヤ電極７を三次元に移動させる
ためのものであり、フアイバスコープ２４の曲
げ、ねじれとは直接関係しないのでその動きにつ
いてはここでは触れない。Ｂ軸、Ｔ軸は溶接トー
チ６の溶接線（図示せず）に対するトーチ角、前
進後退角を溶接上適当に保つように回転制御され
る。一方、Ｒ軸は、Ｂ軸、Ｔ軸制御が決められた
溶接トーチ６の姿勢、即ちワイヤ電極７の方向と
溶接線との相対位置を対物レンズ２７で正しく視
覚できるように回転制御される。その回転制御サ
ーボ動作は第４図に示した公知のサーボ制御回路
により実行される。

第１図で説明したように、剛性の高い管３０は
フアイバスコープ支持具１６とカメラ収納箱２３
とに剛体としてクランプされているため、(1)Ｂ軸
駆動ではカメラ収納箱２３，取付け座２２，取付
け座２０，ロボツト手首４，筒形ケース１５，フ
アイバスコープ支持具１６、管３０が一体物とし
て回転し、(2)Ｔ軸駆動ではロボツト手首４，筒形
ケース１５，フアイバスコープ支持具１６，管３
０，カメラ収納箱２３，取付け座２２，取付け座
２０が一体物として回転し、(3)Ｒ軸駆動ではフア
イバスコープ支持具１６，管３０，カメラ収納箱
２３，取付け座２２，ボールベアリング２１のイ
ンナーレースが一体物として回転する。したがつ
て、管３０に挿入されているフアイバスコープ２
４にはＴ軸、Ｂ軸、Ｒ軸駆動により何らの外力も
加わらず、フアイバスコープ２４の曲げ角度は管
３０の曲げ（フアイバスコープ２４の曲げ角以下
に設定されている）角度に保たれ、ねじれは全く
生じない。また、第１図で説明したように、カメ
ラ収納箱２３，管３０の合計重心を調整する溝２
３′を有しているため、回転角制御モータ１１の
負荷は減速機１３の減速比の２乗分の１に低減さ
れた慣性負荷だけとなり、重量負荷がなく、回転
角制御モータ１１は小型、小容量モータでよいこ
とになる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明は、フアイバスコー
プを剛性の高い管に挿入し、この管をフアイバス
コープ支持具とカメラ保持具とに剛体としてクラ
ンプし、カメラ保持具と管がロボツト手首と一体
に回転運動するようにしたことにより、ロボツト
手首の動作範囲内でフアイバスコープのねじれが
なく、かつロボツト手首の動作範囲のどの点にお
いても曲りはフアイバスコープ許容曲り以下の一
定曲りに保つことができ、作業対象物と光学系の
干渉が著しく改善された視覚機器付産業用ロボツ
トを実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明の一実施例で、溶接ロボツト
の要部正面図、第１図ｂは第１図ａのＡ矢視図、
第２図はカメラ収納箱２３の内部の構成を示す斜
視図、第３図ａはフアイバスコープ取付け部３１
の詳細図、第３図ｂは第３図ａのＢ矢視図、第４
図はＲ軸位置サーボ制御回路のブロツク図、第５
図は本発明の模式図である。 １……ロボツトの上腕部、２……ふり軸、２′
……ひねり軸、３……ふり軸回転中心、３′……
ひねり軸回転中心、４……ロボツト手首、５……
溶接トーチ支持棒、６……溶接トーチ、７……ワ
イヤ電極、８………溶接アーク、９……溶融池、
１０……母村、１１……回転角制御モータ、１２
……エンコーダ、１３……減速機、１４……減速
機１３の出力軸、１５……筒形ケース、１６……
フアイバスコープ支持具、１７……原点検出リミ
ツトスイツチ、１８……オーバランリミツトスイ
ツチ、１９……ドツグ、２０……取付け座、２１
……ボールベアリング、２２……取付け座、２３
……カメラ収納箱、２３′……重心調整用溝、２
４……フアイバスコープ、２５，２６……撮像
部、２７……対物レンズ、２８……ピント調整用
ネジ、２９……取付け金具、３０……管、３１…
…フアイバスコープ取付け部、３２……ケーブ
ル、３３……カメラ撮像部、３４……カメラレン
ズ、３５……取付け用ネジ、３６……光学フイル
タ、３７……ロータリソレノイド、３８……オ
ン／オフ駆動電線、３９…支柱、４０……矢印、
４１……取付け部品、４２……カメラアダプタ、
４３……切り割り、４４，４６……取付けネジ、
４５……２つ割りカラー、５０……Ｒ軸位置指
令、５１……フイードバツクパルス、５２……位
置制御回路、５３……Ｆ／Ｖ変換器、５４……速
度フイードバツク信号、５５……アナログ速度信
号、５６……サーボ増幅器、１００……光軸遮断
用シヤツタ、１０１……シヤツタ用モータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アーム１の先端に、ふり軸２とひねり軸２′
   を有するロボツト手首４が取付けられ、該ロボツ
   ト手首４にツール５，６とカメラが取付けられて
   いる視覚機器付産業用ロボツトにおいて、 撮像された画像を取り込むためのフアイバスコ
   ープ２４が接続されているカメラを保持するカメ
   ラ保持具２３と、 前記フアイバスコープ２４が挿入され、一端が
   前記カメラ保持具２３に固定されている剛性の高
   い管３０と、 前記ふり軸２の回転中心３を回転中心として前
   記ロボツト手首４とともに回転運動し、前記ロボ
   ツト手首４に関して前記ツール５，６とは反対方
   向に延びる第１の取付け座２０と、 前記カメラ保持具２３を支持する第２の取付け
   座２２と、 第２の取付け座２２の軸心がひねり軸回転中心
   ３′上にあり、第２の取付け座２２が第１の取付
   け座２０と一体となつて前記ふり軸２の回転中心
   ３を回転中心として回転運動をし、かつひねり軸
   回転中心３′を回転中心として回転運動するよう
   に第１の取付け座２０と第２の取付け座２２を、
   ふり軸回転中心３に関して前記ロボツト手首４と
   は反対側において連結する連結部材２１と、 前記フアイバスコープ２４を、前記カメラとは
   反対側の端部において支持するフアイバスコープ
   支持具１６と、 出力軸が前記ひねり軸回転中心３′と一致する
   ように前記ロボツト手首４に装着され、前記出力
   軸に前記フアイバスコープ支持具１６が取付けら
   れ、前記フアイバスコープ支持具１６の前記ひね
   り軸２′回りの回転角を制御する回転角制御モー
   タ１１とを有することを特徴とする、視覚機器付
   産業用ロボツト。 ２ 前記カメラ保持具２３が重心調整用溝２３′
   を有する特許請求の範囲第１項記載の視覚機器付
   産業用ロボツト。 ３ 前記連結部材２１が、アウタレースが第１の
   取付け座２０に固定され、インナレースの回転中
   心がひねり軸回転中心３′と一致するように第１
   の取付け座２０の端部に収容されたベアリングで
   あり、前記インナレースに第２の取付け座２２の
   軸部が嵌合している特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の視覚機器付産業用ボツト。