JPH066273B2 - Swing prevention device for industrial robots - Google Patents

Swing prevention device for industrial robots

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JPH066273B2
JPH066273B2 JP16082485A JP16082485A JPH066273B2 JP H066273 B2 JPH066273 B2 JP H066273B2 JP 16082485 A JP16082485 A JP 16082485A JP 16082485 A JP16082485 A JP 16082485A JP H066273 B2 JPH066273 B2 JP H066273B2
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arm
acceleration
robot
end portion
tip
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外志夫 長原
政彦 金子
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Nippei Toyama Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、工業用ロボットに関し、特にそのアームの振
動を抑えるための手段に係る。
Description: TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an industrial robot, and more particularly to means for suppressing vibration of its arm.

発明の背景 一般に、片持式のアームをその長手方向に直角の方向へ
移動させるとき、運動力学的に面倒な現象が起きる。そ
の現象は、基部の発進停止、その他の運動で加速度の急
変時に、アームそれ自体、およびそれらに取り付けられ
たロボットヘッドなどの重量および慣性によるアーム先
端部分の運動の遅れである。
BACKGROUND OF THE INVENTION Generally, when a cantilevered arm is moved in a direction perpendicular to its longitudinal direction, a kinematically troublesome phenomenon occurs. The phenomenon is a delay in the movement of the arm tip portion due to the weight and inertia of the arms themselves and the robot head attached to them when the acceleration of the base suddenly changes due to start-stop or other movements.

この遅れ現象は、アームの加速度の急変時に、そのアー
ムの基部を中心とした慣性的な回転力に基づいている。
この回転力に対抗してアームを支える部材は、架台に取
り付いたガイドレールや、それに摺動状態で嵌りあって
いる案内体のほか、架台、およびアームの基部自体と各
部分を連結するための部材である。さらに、ガイドレー
ルと摺動体の間には、通常、有限のすきまが形成されて
おり、またそれらが剛性に限界のある転動体で構成され
ている。
This delay phenomenon is based on an inertial rotational force centered on the base of the arm when the acceleration of the arm suddenly changes.
The members that support the arm against this rotational force are the guide rails attached to the gantry, the guides that are slidably fitted to the gantry, and the pedestal and the arm base itself to connect the various parts. It is a member. Further, a finite clearance is usually formed between the guide rail and the sliding body, and they are composed of rolling elements having limited rigidity.

そして、この部分は、アームの回転力を支える部材の中
で、剛性的に最も弱い部分である。しかも、ロボットの
構成部材は、材料を問わず、必ず有限の弾性を有する材
料で構成されているので、アームの速度が急変するとき
には、必ずアームの先端部分に振動が発生する。
This portion is the weakest portion in terms of rigidity among the members that support the rotational force of the arm. Moreover, since the constituent members of the robot are always made of a material having a finite elasticity, regardless of the material, when the speed of the arm suddenly changes, vibration always occurs at the tip portion of the arm.

アームの加速度の変化が小さいときには、この振動は、
材料の減衰特性によって吸収されるため、実用上問題と
されない。
When the change in the acceleration of the arm is small, this vibration
Since it is absorbed by the damping property of the material, it is not a practical problem.

しかし、加速度の変化が大きいときには、機械系全体の
共振周波数によって、振動が発生し、機械系全体の減衰
能力に応じた共振的な減衰振動となる。
However, when the change in acceleration is large, vibration occurs due to the resonance frequency of the entire mechanical system, resulting in resonant damped vibration according to the damping capacity of the entire mechanical system.

一方、この種の工業用ロボットで所定の作業をさせる場
合に、点から点への位置決めによる作業では、早送り運
動によって所定の位置に案内させるが、その場合の発進
および停止時に、加速度を充分に小さくして、いわゆる
スローアップ、スローダウンの状態で移動させれば、運
動力学的振動が最小限度度に抑えられる。
On the other hand, in the case of performing a predetermined work with this type of industrial robot, in the work of positioning from point to point, it is guided to a predetermined position by a fast-forward motion, but in that case, acceleration at the time of starting and stopping is sufficient. If it is made small and moved in a so-called slow-up or slow-down state, kinematic vibration can be suppressed to the minimum limit.

しかし、プラズマジェットやレーザ光線などを用いて高
速で種々の曲線を切断させるときには、必然的に曲線の
沿った等速運動をさせることになり、小さな円弧や角立
ったコーナーの切断領域では、アームの曲線に沿った等
速運動にも関わらず、アームの加速度は、大きくなっ
て、振動発生の限界を越えることになる。その結果、期
待した切断形状とはかけ離れた切断線が現れ、工業用ロ
ボットの高い位置決め精度に拘わらず、加工精度が低下
する結果となる。
However, when cutting various curves at high speed using a plasma jet or a laser beam, it is inevitably made to move at a constant velocity along the curves, and in the cutting area of a small arc or an angled corner, the arm In spite of the constant velocity motion along the curve, the acceleration of the arm becomes large and exceeds the limit of vibration generation. As a result, a cutting line that is far from the expected cutting shape appears, resulting in a decrease in processing accuracy regardless of the high positioning accuracy of the industrial robot.

プラズマジェットやレーザ光線による切断加工では、加
工方法それ自体非接触加工であり、加工速度が早く、今
日では毎分速度10メートルも珍しいことではない。そ
して、片持ち支持形式のアームの支持部分の幅と、アー
ムの長さの比率が大きくなると、アームの固有振動数
は、毎秒3〜7回にも達する。このため、振動が減衰す
るまでに、1秒を要するほどの振動も起きているため、
実用上の加工精度は、とうてい期待できないことにな
る。
In the cutting processing using a plasma jet or a laser beam, the processing method itself is non-contact processing, the processing speed is fast, and today a speed of 10 meters per minute is not uncommon. When the ratio of the width of the supporting portion of the cantilever type arm to the length of the arm increases, the natural frequency of the arm reaches 3 to 7 times per second. For this reason, there is a vibration that takes 1 second before the vibration attenuates.
Practical processing accuracy cannot be expected at all.

従来技術 従来から、このような振動の防止手段がすでに提案され
ている。
2. Description of the Related Art Conventionally, such vibration prevention means have already been proposed.

まず、その第1は、工業用ロボットを構成する機械的な
部材の剛性を高め、かつ、アームを軽量化して、振動変
位を少なくし、同時に固有振動数を高めて、共振現象を
防止することである。これの寸法的な対策としては、片
持ち状態のアームの摺動部分の幅を大きく取り、そのア
ームの長さを小さくし、それらの寸法の割合を増加させ
ることである。このような対策によると、必然的に摺動
部分やアームの基台、ガイドレール、および架台などの
重量が増加して、工業用ロボットの製作コストが高価と
なり、経済的な問題が大きい。また、アーム自体、およ
びロボットヘッドの重量を減らそうとすれば、軽合金や
樹脂などの軽い材料を使用しなければならず、これもま
たコスト高をまねく原因となっている。
First of all, the rigidity of mechanical members constituting the industrial robot is increased, the weight of the arm is reduced, the vibration displacement is reduced, and the natural frequency is increased at the same time to prevent the resonance phenomenon. Is. A dimensional measure against this is to increase the width of the sliding portion of the cantilevered arm, reduce the length of the arm, and increase the proportion of those dimensions. Such measures inevitably increase the weight of the sliding parts, the base of the arm, the guide rails, the pedestal, and the like, which increases the manufacturing cost of the industrial robot and causes a large economic problem. Further, in order to reduce the weight of the arm itself and the robot head, a light material such as a light alloy or a resin has to be used, which also causes a high cost.

つぎに、第2の振動防止対策は、長いロボットアームを
片側でなく、両持ち状態とし、その両端部分で駆動しな
がら移動させることであった。この対策によれば、反対
側にも架台を設けて、駆動装置、およびその運動機構が
2組以上必要となるため、使用状態において変化する速
度に対応して、2つの駆動部分を速度、加速度、変位量
のすべてにおいて、完全に同期した状態で運転しなけれ
ばならないので、制御的にも高度な技術が必要となり、
制御装置のコスト高をまねいていた。また、悪いこと
に、このようにすればアームの両端側にガイドレールや
架台を設ける必要があるため、工業用ロボットの作業域
に近づくためには、残された2方向から遠まわりする他
はなく、加工物の交換や、取り付け用のジグを交換する
などの作業性の点で著しく不利となる。したがって、こ
の工業用ロボットを使用する側において、作業性が悪い
という結果になる。
Next, the second measure for preventing vibration was to move the long robot arm in a two-sided holding state instead of one side, while driving it at both ends thereof. According to this measure, a pedestal is provided on the opposite side, and two or more sets of drive units and their movement mechanisms are required. Since all of the displacements must be driven in perfect synchronization, a high level of control technology is required,
The cost of the control device was high. In addition, if this is done, it is necessary to provide guide rails and pedestals on both ends of the arm, so in order to approach the work area of the industrial robot, it is necessary to detour from the remaining two directions. However, there is a significant disadvantage in terms of workability such as replacement of a work piece or a jig for mounting. Therefore, workability is poor on the side of using this industrial robot.

発明の目的 したがって、本発明は、従来の解決手段に代わって、運
動力学的な観点から、片持ち状態のアームの加速度の急
変時に、その加速度の急変方向と逆向きの重錘運動を与
えることによって、アーム先端部分の共振的な振動を抑
え、運動の遅れを防止することである。
Therefore, the present invention provides, instead of the conventional solution, from the viewpoint of kinematics, when a sudden change in the acceleration of a cantilevered arm is given a weight motion in the opposite direction to the sudden change in the acceleration. This is to suppress the resonant vibration of the arm tip portion and prevent the motion from being delayed.

発明の概要 そこで、本発明は、工業用ロボットのアームの駆動側の
基部、およびそのアームの先端側に第1加速度センサー
および第2加速度センサーをそれぞれ取り付けている。
これらの加速度センサーは、アームの長手方向と交返す
る運動方向の加速度を検出しており、それを加速度信号
として、制御装置に送り込む。さらに、本発明は、最も
特徴的な部分として、上記アームの先端部にアームの運
動方向に移動可能で、かつサーボモータによって駆動さ
れる重錘を取り付けている。この重錘は、アームの運動
方向の加速度の急変時に、アームの慣性による運動を相
殺する方向に移動することによって、アームの減衰特性
を運動力学的に小さく抑える方向に作用する。このよう
なサーボモータの制御は、上記の制御装置によって行わ
れる。すなわちこの制御装置は、上記第1の加速度セン
サー、および第2の加速度センサーから加速度信号を入
力とし、それらの差が常に最小となるように、重錘の移
動方向、および所要の加速度で、上記サーボモータを回
転させる。このような制御では、ロボットヘッドの運動
の方向が変化しても、あるいはアームの固有振動数に製
品や部品の材料力学的な変化が起きても、それらの変化
に常に追従していくため、安定な制御が実現できる。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, according to the present invention, a first acceleration sensor and a second acceleration sensor are attached to a drive-side base portion of an arm of an industrial robot and a tip end side of the arm, respectively.
These acceleration sensors detect acceleration in the movement direction alternating with the longitudinal direction of the arm and send it as an acceleration signal to the control device. Furthermore, in the present invention, as the most characteristic part, a weight that is movable in the movement direction of the arm and is driven by a servomotor is attached to the tip of the arm. This weight acts in a direction in which the damping characteristic of the arm is kept kinematically small by moving in a direction that cancels the movement due to the inertia of the arm when the acceleration in the movement direction of the arm suddenly changes. Such control of the servomotor is performed by the above control device. That is, the control device receives the acceleration signals from the first acceleration sensor and the second acceleration sensor as input, and in the moving direction of the weight and the required acceleration so that the difference between them is always minimized. Rotate the servo motor. In such control, even if the direction of movement of the robot head changes, or even if the natural frequency of the arm changes due to material dynamics of products or parts, it always follows these changes. Stable control can be realized.

実施例の構成 第1図および第2図は、本発明の工業用ロボットの揺動
防止装置1を直交座標型の工業用ロボット2に組み込ん
だ例を示している。
Configuration of Embodiments FIGS. 1 and 2 show an example in which a rocking prevention device 1 for an industrial robot of the present invention is incorporated in a rectangular coordinate type industrial robot 2.

この工業用ロボット2は、全体として、X軸方向の一対
のガイドレール3、このガイドレール3によって基端部
分でいわゆる片持ちの状態で支持されるロボットアーム
4、このロボットアーム4にY軸方向に移動可能な状態
で支持されるロボットヘッド5によって構成されてい
る。
The industrial robot 2 as a whole has a pair of guide rails 3 in the X-axis direction, a robot arm 4 supported by the guide rails 3 in a so-called cantilever state at a base end portion thereof, and a Y-axis direction in the robot arm 4. The robot head 5 is movably supported by the robot head 5.

上記一対のガイドレール3は、工業用ロボット2の設置
位置に据え付けられた架台6の上にX軸方向に平行な状
態で取り付けられており、ロボットアーム4の基端部分
に取り付けられたアーム基台7のあり状の案内溝8に対
しすべり対偶の状態で嵌りあっている。このアーム基台
7の上面にX軸方向駆動用減速機付の駆動モータ9が取
り付けられており、その出力側のギヤ10は、上記架台
6の上面でX軸方向に取り付けられたラックギヤ11と
噛み合っている。
The pair of guide rails 3 are attached in parallel to the X-axis direction on a pedestal 6 installed at the installation position of the industrial robot 2, and an arm base attached to the base end portion of the robot arm 4. It is fitted in the dovetail-shaped guide groove 8 of the table 7 in a sliding pair state. A drive motor 9 with a reducer for driving in the X-axis direction is attached to the upper surface of the arm base 7, and a gear 10 on the output side thereof is a rack gear 11 attached in the X-axis direction on the upper surface of the pedestal 6. It is in mesh.

また、上記ロボットアーム4は、その基端部分で、アー
ム基台7の上面に対し、ガイドレール3と直交する状態
で、いわゆる片持ちの状態で取り付けられており、基端
部および、先端部の軸受け13によって、Y軸方向の送
りねじ12を回転自在に支持している。なお、この送り
ねじ12は、ロボットアーム4の基端部分に取り付けら
れたY軸方向の減速機付の駆動モータ14によって駆動
される関係にある。
The robot arm 4 is attached at its base end portion to the upper surface of the arm base 7 in a so-called cantilever state in a state orthogonal to the guide rail 3, and has a base end portion and a tip end portion. The bearing 13 rotatably supports the feed screw 12 in the Y-axis direction. The feed screw 12 is driven by a drive motor 14 with a speed reducer attached to the base end portion of the robot arm 4 in the Y-axis direction.

また、上記ロボットヘッド5は、その背面側の案内溝1
9の部分で、ロボットアーム4のY軸方向の案内面18
に対し摺動自在に取り付けられており、背面側の送りナ
ット17によって、上記送りねじ12にねじ対偶のもと
に嵌りあっている。また、このロボットヘッド5は、垂
直方向、すなわちZ軸方向の上下動軸15を上下動自在
に支持しており、その駆動モータ16によって適当な高
さの位置に設定できるようになっている。また、この上
下動軸15の先端部分は、同じ方向のA軸20および交
差方向のB軸によって、ロボットリスト22に連結され
ている。上記のロボットヘッド5は、上記A軸20を駆
動するために、駆動モータ23aを備えており、また上
記上下軸15は、その内部にロボットリスト22のB軸
21を回転させるための駆動モータ23bを備えてい
る。
The robot head 5 has a guide groove 1 on the back side thereof.
The guide surface 18 of the robot arm 4 in the Y-axis direction at the portion 9
It is slidably attached to the feed screw 12 by means of the feed nut 17 on the rear side and is fitted to the feed screw 12 under a screw pair. Further, the robot head 5 supports a vertically moving shaft 15 in the vertical direction, that is, the Z-axis direction so as to be vertically movable, and can be set at a position of an appropriate height by a drive motor 16 thereof. Further, the tip portion of the vertical movement shaft 15 is connected to the robot wrist 22 by an A axis 20 in the same direction and a B axis in the intersecting direction. The robot head 5 includes a drive motor 23a for driving the A-axis 20, and the vertical shaft 15 has a drive motor 23b for rotating the B-axis 21 of the robot wrist 22 therein. Is equipped with.

さて、本発明の揺動防止装置1は、上記工業用ロボット
2の部分に組み込まれるものとして、第1加速度センサ
ー24、第2加速度センサー25、重錘26、およびこ
れを駆動するためのサーボモータ27を備えている。
By the way, the rocking prevention device 1 of the present invention is incorporated in the part of the industrial robot 2 as a first acceleration sensor 24, a second acceleration sensor 25, a weight 26, and a servo motor for driving the same. It is equipped with 27.

上記第1加速度センサー24は、ロボットアーム4の基
端部分、例えばアーム基台7の側面に取り付けられてお
り、ロボットアーム4の基端部分で、X軸方向の加速度
α1を検出し、それを電気的な信号に変換し、後述の制
御装置30に送り込む。また、第2加速度センサー25
は、ロボットアーム4の先端部分に取り付けられてお
り、ロボットアーム4のX軸方向の加速度α2を検出
し、前記と同様に、電気的な信号として制御装置30に
送り込む。
The first acceleration sensor 24 is attached to the base end portion of the robot arm 4, for example, the side surface of the arm base 7, detects the acceleration α1 in the X-axis direction at the base end portion of the robot arm 4, and detects it. It is converted into an electrical signal and sent to the control device 30 described later. In addition, the second acceleration sensor 25
Is attached to the tip of the robot arm 4, detects the acceleration α2 of the robot arm 4 in the X-axis direction, and sends it to the control device 30 as an electrical signal in the same manner as described above.

また、重錘26は、ロボットアーム4の運動方向、すな
わちX軸方向に移動可能となるように、例えばY軸方向
の連結軸28の先端部分に揺動可能な状態で取り付けら
れている。この連結軸28の先端部分は、ロボットアー
ム4の先端に取り付けられた支持板29に対し、回転自
在に支持されており、また基端部分で前記サーボモータ
27に連結されている。このサーボモータ27は、上記
制御装置30によって制御され、その回転量は、エンコ
ーダ31によって電気的に検出され、制御装置30の速
度系フィードバック信号となる。
Further, the weight 26 is swingably attached to, for example, the tip end portion of the connecting shaft 28 in the Y-axis direction so as to be movable in the movement direction of the robot arm 4, that is, the X-axis direction. The tip end portion of the connecting shaft 28 is rotatably supported by a support plate 29 attached to the tip end of the robot arm 4, and the base end portion is connected to the servo motor 27. The servo motor 27 is controlled by the control device 30, and the rotation amount thereof is electrically detected by the encoder 31 and becomes a speed system feedback signal of the control device 30.

つぎに、第4図は制御系の構成を示している。すでに述
べたように、制御装置30は、例えばデジタルサーボ系
を構成しており、その2つの入力側で、第1加速度セン
サー24、第2加速度センサー25に接続されており、
また出力側で、サーボドライバ32を介し、サーボモー
タ27に接続されている。また、このサーボモータ27
に連結されたエンコーダ31は、すでに述べたように、
制御装置30の他の入力端にも接続されている。
Next, FIG. 4 shows the configuration of the control system. As described above, the control device 30 constitutes, for example, a digital servo system, and is connected to the first acceleration sensor 24 and the second acceleration sensor 25 at its two input sides,
The output side is connected to the servo motor 27 via the servo driver 32. In addition, this servo motor 27
The encoder 31 connected to the
It is also connected to the other input terminal of the control device 30.

実施例の作用 工業用ロボット2には、位置決め制御によって、所望の
運動が与えられる。この運動中に、ロボットアーム4が
X軸方向に移動するとき、それが基端部分でいわゆる片
持ち状態で支持されているため、加速度のα1急変時
に、ロボットアーム4の先端部分の変位が基端部分のそ
れと正確に一致せず、またロボットアーム4の材料的な
弾性力によって、振動が起き易い状態となっている。
Operation of the Embodiment The desired movement is given to the industrial robot 2 by the positioning control. During this movement, when the robot arm 4 moves in the X-axis direction, it is supported in a so-called cantilever state at the base end portion. Therefore, when the acceleration α1 suddenly changes, the displacement of the tip end portion of the robot arm 4 is The robot arm 4 is not exactly aligned with that of the end portion, and the material elastic force of the robot arm 4 makes the vibration easily occur.

第5図は本発明の揺動防止装置1を作用させないときの
ロボットアーム4の運動の状態を示している。ロボット
アーム4がX軸方向に等速度運動をしているとき、その
基端部の変位S1、先端部の変位S2は、時間Tと正比
例の関係で変化する。しかも、その等速度運動では、加
速度が0であるから、ロボットアーム4の基端部および
先端部分にX軸方向の変位的なずれは、現れていない。
しかし、ロボットアーム4が目標の位置に近づき、その
速度が減速されると、ロボットアーム4の基端部分は、
その駆動源すなわち駆動モータ9の減速時の速度V1に
正確に追従していくが、その先端部分に慣性力が作用す
るため、先端部分の速度V2Hは、ロボットアーム4の
基端部分よりもゆるやかな勾配で、しかも時間遅れの下
に減少していくことになる。この間に、ロボットアーム
4の基端部分の加速度α1は、ほぼ逆台形状に変化する
が、その先端部分の加速度α2は、慣性力と、ロボット
アーム4の復帰方向の材料的な弾力とによって、減衰振
動を起こしながら、ある時間の経過後にはじめて0の状
態となる。この間に、ロボットアーム4の先端部分は、
同様に減衰振動を起こしている。
FIG. 5 shows a state of motion of the robot arm 4 when the rocking preventive device 1 of the present invention is not operated. When the robot arm 4 is moving at a constant velocity in the X-axis direction, the displacement S1 of the base end portion and the displacement S2 of the tip end portion thereof change in direct proportion to the time T. Moreover, in the constant velocity motion, the acceleration is 0, so that the base end portion and the tip end portion of the robot arm 4 do not show a displacement shift in the X-axis direction.
However, when the robot arm 4 approaches the target position and its speed is reduced, the base end portion of the robot arm 4 becomes
Although the drive source, that is, the speed V1 of the drive motor 9 during deceleration is accurately followed, the inertial force acts on the tip portion thereof, so that the speed V2H of the tip portion is slower than that of the base end portion of the robot arm 4. It will decrease with a slow slope and with a time delay. During this period, the acceleration α1 of the base end portion of the robot arm 4 changes into an approximately trapezoidal shape, but the acceleration α2 of the tip end portion of the robot arm 4 depends on the inertia force and the material elastic force in the returning direction of the robot arm 4. The state becomes 0 only after a certain time elapses while causing damping vibration. During this period, the tip of the robot arm 4
Similarly, damping vibration is occurring.

一方、第6図は、本発明の揺動防止装置1により運動特
性を示している。ロボットアーム4がX軸方向に移動し
ている過程で、減速領域に入ると、その先端部分は、す
でに述べたように、慣性力によって、引き続き変位方向
に移動しようとする。このときのロボットアーム4の基
端部の加速度α1および先端部の加速度α2は、それぞ
れの第1加速度センサー24、および第2加速度センサ
ー25によって検出され、電気的な加速度の信号とし
て、制御装置30に入力される。そこで、この制御装置
30は、それらの両加速度α1、α2の差を検出し、そ
の差の値、および正負の符号を判別し、その値および符
号に基づいて、サーボモータ27を駆動し、重錘26に
加速度の信号の差が常に最小となる方向に駆動する。
On the other hand, FIG. 6 shows the motion characteristics of the rocking preventive device 1 of the present invention. When the robot arm 4 enters the deceleration region while the robot arm 4 is moving in the X-axis direction, the tip portion thereof continues to move in the displacement direction due to the inertial force, as described above. The acceleration α1 at the base end portion and the acceleration α2 at the tip end portion of the robot arm 4 at this time are detected by the respective first acceleration sensor 24 and second acceleration sensor 25, and as a signal of electrical acceleration, the control device 30 Entered in. Therefore, the control device 30 detects the difference between the two accelerations α1 and α2, discriminates the value of the difference and the positive / negative sign, drives the servomotor 27 based on the value and the sign, and determines The weight 26 is driven in a direction in which the difference in acceleration signals is always the minimum.

例えばロボットアーム4の基端部分の加速度α1が先端
部分の加速度α2よりも小さいとき、それらの差を解消
する方向、すなわち重錘26に第7図で反時計方向の回
転力として与えられる。このとき、重錘26の反作用に
よって、ロボットアーム4の先端部分に慣性力と逆方向
の反力により加速度α3が作用する。この結果、ロボッ
トアーム4の減衰時における先端部分の慣性力がその反
力の加速度α3によって相殺される。このようにして、
ロボットアーム4の先端部分は、減速領域でも、その基
端部分に対しほとんど変位的なずれのない状態で、目標
の位置に停止することになる。また、先端部分の加速度
α1は、減速領域で、基端部分の加速度α2に対して、
時間的な遅れを示しているものの、ロボットアーム4の
X軸方向の停止領域では、低い周波数で、しかも小さな
波高値で短い整定時間のもとに0の状態に落ち着く。
For example, when the acceleration α1 at the base end portion of the robot arm 4 is smaller than the acceleration α2 at the tip end portion, it is given to the weight 26 as a rotational force in the counterclockwise direction in FIG. At this time, the reaction of the weight 26 causes the acceleration α3 to act on the tip portion of the robot arm 4 by the reaction force in the direction opposite to the inertial force. As a result, the inertial force of the tip portion when the robot arm 4 is damped is canceled by the acceleration α3 of the reaction force. In this way
Even in the deceleration area, the tip portion of the robot arm 4 stops at the target position with almost no displacement from the base end portion. Further, the acceleration α1 at the tip end portion is in the deceleration region, and the acceleration α2 at the base end portion is
Although the time delay is shown, in the stop region of the robot arm 4 in the X-axis direction, it is settled to be 0 at a low frequency and a small peak value and a short settling time.

以上の動作説明は、ともに減速領域との関係で運動特性
を示しているが、このような運動特性は、ロボットアー
ム4の加速領域でも同様に発生している。第8図は、そ
の加速領域での加速度α1、α2のベクトルを示してい
る。加速領域では、ロボットアーム4の基端部分の加速
度α1がその先端部分の加速度α2よりも大きくなって
いる。そこで、制御装置30は、前記の減速領域の場合
と逆にサーボモータ27によって、重錘26に時計方向
の回転力を与えている。
Although the above description of the operation shows the motion characteristics in relation to the deceleration area, such motion characteristics similarly occur in the acceleration area of the robot arm 4. FIG. 8 shows vectors of accelerations α1 and α2 in the acceleration region. In the acceleration region, the acceleration α1 at the base end portion of the robot arm 4 is larger than the acceleration α2 at the tip end portion thereof. Therefore, the control device 30 applies the rotational force in the clockwise direction to the weight 26 by the servo motor 27, contrary to the case of the deceleration region.

このようにして、ロボットアーム4の加減速領域で、ロ
ボットアーム4の片持ち状態で支持され、かつその基端
部分でのみ駆動されるにもかかわらず、ロボットアーム
4の先端部分は、その基端部分の運動に正確に追従し、
従来のような大きな減衰振動を起こさないで、短時間の
内に目標の位置に到達する。
Thus, although the robot arm 4 is supported in the cantilever state in the acceleration / deceleration area of the robot arm 4 and is driven only by the base end portion thereof, the tip end portion of the robot arm 4 is Accurately follows the movement of the end part,
The target position is reached within a short time without causing a large damping vibration as in the conventional case.

発明の変形例 上記実施例は、本発明の直交座標型の工業用ロボット2
に組み込んだ例を示しているが、対象となる工業用ロボ
ット2は、それに限らず、例えば円筒座標型、あるいは
多関節型ロボットのように、片持ち状態のロボットアー
ムについて共通に利用できる。
Modified Example of the Invention The above-described embodiment is the Cartesian coordinate type industrial robot 2 of the present invention.
However, the target industrial robot 2 is not limited thereto, and can be commonly used for cantilevered robot arms such as a cylindrical coordinate type robot or an articulated robot.

また、上記制御装置30は、デジタルサーボ、あるいは
アナログサーボのいずれでもよく、また、実用的には、
マイクロコンピュータのソフオウェアの分野においても
実現される。
Further, the control device 30 may be either a digital servo or an analog servo, and practically,
It is also realized in the field of software for microcomputers.

また上記実施例は、重錘26に回転運動を与えることに
よって、反力を発生させているが、この重錘26の運動
は、当然、直線方向であってもよい。
Further, in the above-described embodiment, the reaction force is generated by applying the rotational movement to the weight 26, but the movement of the weight 26 may of course be linear.

発明の効果 本発明では、ロボットアームの加減速運動時に、ロボッ
トアームの先端部分で運動方向に変位可能な重錘に対
し、ロボットアームの慣性力や材料的な復元力を相殺す
る方向の変位が与えられるため、ロボットアームがいわ
ゆる片持ち状態であっても、その駆動側の基端部分と、
従動側の先端部分との間に変位量の差がなくなり、また
加減速時の振動的な減衰波が従来のものに比較して、小
さな範囲に納められる。その結果、ロボットアームやそ
れに関係する各部分の剛性が従来のものよりも小さくて
もよく、したがって工業用ロボットの機械的な構成が軽
量かつ簡略化でき、またその駆動源が小さな容量で足
り、さらに位置決め精度も従来のものに比較して高めら
れる。
Advantageous Effects of Invention According to the present invention, during acceleration / deceleration motion of a robot arm, a displacement in a direction that cancels an inertial force or a material restoring force of the robot arm with respect to a weight that can be displaced in a motion direction at a tip end portion of the robot arm. Since it is given, even if the robot arm is in a so-called cantilever state, with the base end part on the drive side,
There is no difference in the amount of displacement from the tip end on the driven side, and the vibrationally damped wave during acceleration / deceleration is contained in a smaller range than the conventional one. As a result, the rigidity of the robot arm and the parts related to it may be smaller than the conventional ones, and therefore the mechanical structure of the industrial robot can be lightweight and simplified, and its drive source can have a small capacity. Further, the positioning accuracy is also improved as compared with the conventional one.

しかも、これらの作用効果が運動の変化に追従して得ら
れ、部品のばらつきの下でも安定に期待できるから、工
業用ロボットの位置決め制御が容易となる。
Moreover, these effects can be obtained by following changes in motion, and can be expected to be stable even with variations in parts. Therefore, positioning control of the industrial robot becomes easy.

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

第1図は本発明の工業用ロボットの揺動防止装置の平面
図、第2図はその正面図、第3図は重錘部分の一部の正
面図、第4図は制御系のブロック線図、第5図は従来の
工業用ロボットの運動の特性図、第6図は本発明による
運動の特性図、第7図および第8図は加速度の大きさお
よび方向と重錘の運動方向との関係を示す説明図であ
る。 1・・工業用ロボットの揺動防止装置、2・・工業用ロ
ボット、3・・ガイドレール、4・・ロボットアーム、
5・・ロボットヘッド、7・・アーム基台、24・・第
1加速度センサー、25・・第2加速度センサー、26
・・重錘、27・・サーボモータ、28・・連結軸、2
9・・支持板、30・・制御装置、31・・エンコー
ダ、32・・サーボドライバ。
FIG. 1 is a plan view of a swing prevention device for an industrial robot according to the present invention, FIG. 2 is a front view thereof, FIG. 3 is a front view of a part of a weight portion, and FIG. 4 is a block line of a control system. FIG. 5 is a characteristic diagram of the motion of a conventional industrial robot, FIG. 6 is a characteristic diagram of the motion of the present invention, and FIGS. 7 and 8 are the magnitude and direction of acceleration and the motion direction of a weight. It is explanatory drawing which shows the relationship of. 1. ・ Rotation prevention device for industrial robots, 2 ・ ・ Industrial robots, 3 ・ ・ Guide rails, 4 ・ ・ Robot arms,
5 ... Robot head, 7 ... Arm base, 24 ... First acceleration sensor, 25 ... Second acceleration sensor, 26
..Weights, 27 ... Servo motors, 28..Connection shafts, 2
9 ... Support plate, 30 ... Control device, 31 ... Encoder, 32 ... Servo driver

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】駆動源によって所定の方向に運動するアー
ムを備えた工業用ロボットにおいて、上記アームの先端
部にアームの運動方向に移動可能でサーボモータによっ
て駆動される重錘を取り付け、前記アームの基部加速度
と先端部加速度との差が常に最小となるような重錘の移
動方向、および所要の加速度で上記サーボモータを回転
させる制御装置を設置してなることを特徴とする工業用
ロボットの揺動防止装置。
1. An industrial robot provided with an arm that moves in a predetermined direction by a drive source, wherein a weight which is movable in the movement direction of the arm and is driven by a servomotor is attached to the tip of the arm, and the arm is attached. Of the industrial robot, wherein a control device for rotating the servo motor at a moving direction of the weight so that the difference between the base acceleration and the tip acceleration is always minimized and the required acceleration is installed. Rocking prevention device.
【請求項2】基部加速度と先端部加速度との差を常に最
小とする手段として、上記アームの駆動側の基部にアー
ムの運動方向の第1加速度センサーを固定し、また、上
記アームの先端部にアームの運動方向の第2加速度セン
サーを固定するとともに、前記制御装置に上記第1の加
速度センサーおよび第2の加速度センサーを接続して、
上記第1加速度センサーと第2加速度センサーとの加速
度信号の差が常に最小となるように制御することを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の工業用ロボットの揺
動防止装置。
2. As a means for always minimizing the difference between the base acceleration and the tip acceleration, a first acceleration sensor in the movement direction of the arm is fixed to the base on the drive side of the arm, and the tip of the arm is fixed. The second acceleration sensor for the movement direction of the arm is fixed to, and the first acceleration sensor and the second acceleration sensor are connected to the control device,
The rocking prevention device for an industrial robot according to claim 1, wherein control is performed so that a difference between acceleration signals of the first acceleration sensor and the second acceleration sensor is always minimized.
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