JPH07115313B2 - ロボツト装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はロボツト装置に係り、特に取り扱う対象物の位
置や姿勢が正確に計測できない作業に好適なロボツト装
置に関する。

〔従来の技術〕

従来のロボツト装置は主として取り扱う対象物の位置や
姿勢を正確に計測し、手先を精度良く位置決めして対象
物を取り扱う方式により、関節の位置決め剛性の高い伝
導機構あるいは制御機構が用いられてきた。しかし、こ
の種のロボツト装置では関節の柔軟性について配慮され
ていなかつた。なお、この種の装置に関連するものに
は、例えば、ロボツトマニピユレータ，吉川恒夫訳,Ric
hard P,Pavl著（コロナ社）において論じられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、関節の柔軟性について配慮されていな
いため、例えば取り扱う対象物に対し位置決めをしてハ
ンドリング作業あるいは組み立て作業をする場合、対象
物の位置や姿勢が正確に計測できない時、特に対象物が
常に動いている場合などにロボツト手先を精度良く位置
決めして対象物を取り扱うことができないばかりか対象
物に無理な力を及ぼすという問題があつた。

本発明の目的は、ロボットアームの駆動機構を構成する
弾性管状構造体のばね定数に基づくロボットアーム駆動
機構のばね定数を低減することにより、対象物に無理な
力を与えず、ロボツト手先を精度良く位置決めすること
ができるロボツト装置を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の上記の目的は、ロボットアームと、前記ロボッ
トアームの駆動機構と、前記ロボットアームの先端に設
けられ、移動する対象物に案内される案内手段と、前記
案内手段に設けられ、前記対象物との距離を検出する距
離センサと、前記案内手段の位置を検出する位置検出器
と、前記ロボットアームの先端に第２の駆動機構を介し
て設けられるつかみ機構と、前記位置検出器の出力を負
帰還して前記案内手段の位置決めを行う位置制御手段と
から構成されるロボット装置において、前記ロボットア
ームの駆動機構をばね定数を有する一対の弾性管状構造
体を用いて構成すると共に、前記位置制御手段に前記位
置検出器の出力を正帰還して、前記一対の弾性管状構造
体で構成されたロボットアームの駆動機構のばね定数を
低減する手段を設けることによって達成される。

〔作用〕

位置決め剛性の低い関節を持つロボツトアームはその先
端に配置した案内手段を取り扱う対象物に対し沿わせ、
その案内手段に連動して動く位置決め機構を動作させ
る。それにより、案内手段は対象物に対する基準点とな
り、位置決め機構はその基準点に対する相対位置の位置
決るを行うので、対象物の位置や姿勢が正確に計測でき
ない時でも、手先を精度良く位置決めできるばかりか対
象物に無理な力を及ぼすことがない。

本発明では、内圧の上昇と共に半径方向に膨脹し、軸方
向に収縮力を発生するように機能する一対の弾性管状構
造体を用いて、ロボットアームの駆動機構を構成する。
このとき、ロボットアームの駆動機構は、前記弾性管状
構造体固有のばね定数によって、ばね定数を有する。

前記ロボットアームの先端に設けられた案内機構に対象
物が接触すると、前記駆動機構はそのばね定数に基づい
て、前記対象物に対して反力を発生する。このとき、前
記ロボットアーム（前記案内手段）の位置信号を負帰還
して前記案内手段の位置決めを行う位置制御手段では、
前記弾性管状構造体の内圧を調整して目標位置を維持し
ようとする。従って、前記負帰還による位置制御手段
は、前記ロボットアーム駆動機構のばね定数を高めるよ
うに作用し、前記対象物に対して大きな反力を発生する
ようになる。

本発明では、前記ロボットアームの位置信号を前記位置
制御手段に正帰還することにより、弾性管状構造体のば
ね定数に基づく前記ロボットアーム駆動機構のばね定数
を低減する。これによって、前記ロボットアームは移動
する対象物に対して発生する反力を弱め、前記対象物の
移動に倣う位置決め剛性の低い制御が行われるようにな
る。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を参照して説明する。

第１図は本発明のロボツト装置の一実施例を示すもの
で、この図において、１はロボット本体、３はロボット
本体１の第１の軸２を中心に回転する第１のアーム、５
は第１のアーム３上の第２の軸４を中心に回転する第２
のアーム、10は第２のアーム５上の第３の軸９に直角に
配置され、第３の軸９を中心に回転する第１の直動アク
チユエータ、11は第１の直動アクチユエータ10の出力
軸、12は第１の直動アクチユエータ10の出力軸11に直角
に配置された第２の直動アクチユエータ、13は第２の直
動アクチユエータ12の出力軸、14は第２の直動アクチユ
エータ12の出力軸13の先端に配置された掴み機構、６は
第３の軸９と同軸上に配置され自由に回転する第４の
軸、７は案内手段で、この案内手段７は距離センサ73A,
73Bが配置された案内面71、およびセンサ74が配置され
た案内面72を持ち、第４の軸６に配置されている。８は
第４の軸６の回転角度を検出する回転角度検出器であ
る。また、15はベルトコンベア、16は例えば穴17のあい
た組み込み部品、18は組み付け部品、19は組み付け部品
18を整列配置して供給するパーツフイーダである。

次に、本発明のロボット装置における制御系の例を第２
図に示す。この図において、第１図と同符号のものは同
一部分である。30はロボツト制御手段を示す。信号S1,
信号S2,信号S3はそれぞれ案内手段７に取り付けられた
距離センサ73A,73B,74の出力信号であり、ロボツト制御
手段30に入力される。信号θ_S3は第３の軸９と同軸上に
配置され自由に回転する第４の軸６の回転角度を検出す
る回転角検出器８の出力信号であり、同じくロボツト制
御手段30に入力される。また、31,32,33は後述する第１
の軸2,第２の軸4,第３の軸９を駆動するサーボ機構をブ
ロツクとして表わしたものであり、34は第１の直動アク
チユエータ10の駆動機構を、また35は第２の直動アクチ
ユエータ13の駆動機構をブロツクとして表わしたもので
あり、36は掴み機構14の開閉駆動機構をブロツクとして
表わしたものである。信号θ_r1，M₁，F_r1はロボツト制
御手段30から出力されサーボ機構31に入力される。信号
θ_r2，M₂，F_r2はロボツト制御手段30から出力されサー
ボ機構32に入力される。信号θ_r3，M₃，F_r3はロボット
制御手段30から出力されサーボ機構33に入力される。前
述した信号θ_r1〜θ_r3はそれぞれ目標関節角度信号を、
また信号M₁〜M₃は目標モード信号を、さらに信号F_r1〜F
_r3は目標関節力信号を示す。信号θ_O1，θ_O2，θ_O3はそ
れぞれサーボ機構31,32,33から制御手段30にフイードバ
ツクされる関節角度信号である。信号R_rはロボツト制御
手段30から出力された第１の直動アクチユエータ10の駆
動機構34に入力される目標値信号、信号Z_rはロボツト制
御手段30から出力され第２の直動アクチユエータ13の駆
動機構35に入力される目標値信号、信号U_rはロボツト制
御手段30から出力され掴み機構14の開閉駆動機構36に入
力される目標値信号である。

前述したサーボ機構31,32,33の具体的構成の例を第３図
に示す。この図において、1001はベース、1002A,1002B
はそれぞれ一端をベース1001に固定された弾性管状構造
体で、この弾性管状構成体1002A,1002Bは伸縮性に富む
ゴムチユーブの外周に繊維コードの編組を被覆した構造
となつており、その内部に圧縮流体を供給すると半径方
向への膨張を伴いながら長手方向に収縮する。1003はベ
ース1001に固定されたプーリ保持体、1004はこのプーリ
保持体1003に回転可能に設けられたプーリ、1005はプー
リ1004と同軸上でプーリ保持体1003に回転可能に設けら
れた可動体、1010は可動体1005の同軸上に結合された回
転角検出器、1006A、1006Bはその一端をそれぞれ弾性管
状構造体1002A、1002Bに結合したワイヤロープで、その
他端はプーリ1004にほぼ一周巻き付けたのち、可動体10
05の先端に固定されている。弾性管状構造体1002A,1002
Bはそれぞれ管路1007A,1007Bを介し圧力制御手段1008A,
1008Bにより圧縮流体を供給されその内部の圧力を制御
される。図中において、一点鎖線で示した、これらベー
ス1001、弾性管状構造体1002A,1002B、プーリ保持体100
3、プーリ1004、可動体1005、ワイヤロープ1006A,1006B
からなる機構系を以下、負荷機構系1050と称す。なお、
可動体1005は第１図における第１のアーム３、第２のア
ーム５、第１の直動アクチユエータ10に対応する。

これらのサーボ機構に対しロボツト制御手段30から関節
角度目標値θ_r、目標関節力信号値F_r、目標モードＭが
入力され、可動体1005の回転軸に連結した回転角検出器
1010から出力される実際の可動体1005の動作角θ_oがフ
イードバツクされる。

1012は駆動機構の位置決め制御と力制御の比率を設定す
る制御モード設定手段で、この制御モード設定手段1012
は目標モード信号Ｍに対し力制御モード調整信号C_S、変
位制御モード調整信号C_Pおよび積分補償手段時定数調整
信号C₁を出力する。1028は上記変位制御モード調整信号
C_Pにより操作される変位制御モード調整手段であり、目
標関節角度信号θ_rを入力し、後述する第２の加算器103
0に出力する。1031は第３の加算器であり、目標関節力
信号F_rと可動体1005の回転軸に連結した回転角検出器10
10から出力される実際の可動体1005の動作角θ_oの加算
演算を行い、その結果を力制御モード調整手段1029に出
力する。1029は上記力制御モード調整信号C_Sにより操作
される力制御モード調整手段であり、上記第３の加算器
1031の出力信号を入力し、上記第２の加算器1030に出力
する。1013は変位目標値調整手段であり、上記第２の加
算器1030の出力信号を後述するゲインの値で増幅し後述
する第１の加算器1016に出力する。1014は第１の比較器
で、この第１の比較器1014は動作角設定手段1011から出
力される目標関節角度信号θ_rと、可動体1005の回転軸
に連結した回転角検出器1010から出力される実際の可動
体1005の動作角θ_oとの誤差を演算する。1015は上記積
分補償手段時定数調整信号C_Iにより操作される積分補償
手段で、この積分補償手段1015は第１の比較器1014から
の誤差信号を積分補償し第１の比較器1016に出力する。
第１の加算器1016は、積分補償手段1015の出力信号と変
位目標値調整手段1013の出力信号を加算し第２の比較器
1017に出力する。1018は変位フイードバツク信号増幅器
であり、回転角検出器1010から出力される実際の可動体
５の動作角θ_oの信号を増幅し、第２の比較器1017に出
力する。第２の比較器1017は第１の加算器1016の出力に
対する変位フイードバツク信号増幅器1018の出力の差を
演算し第１のループゲイン補償手段1019を通してその出
力を補償し第３の比較器1020に出力する。1021は速度フ
イードバツク信号発生器であり、回転角検出器1010から
出力される可動体1005の実際の動作角θ_oの信号を微分
あるいは差分演算し、可動体1005の実際の動作角速度に
対応する速度フイードバツク信号を発生し、第３の比較
器1020に出力する。第３の比較器1020は第１のループゲ
イン補償手段1019の出力に対する速度フイードバツク信
号発生器1021の出力の差を演算し、その出力を第２のル
ープゲイン補償手段1022に出力する。第２のループゲイ
ン補償手段1022は、第３の比較器1020の出力を補償し第
４の比較器1023A,1023Bに差動的な圧力偏差目標信号ΔP
_rとして出力する。1025はバイアス圧力目標信号発生器
で、このバイアス圧力目標信号発生器1025は予め設定し
たバイアス圧力目標信号Pb_A，Pb_Bを第４の比較器1023A,
1023Bに出力する。これらの第４の比較器1023A,1023Bは
第２のループゲイン補償手段1022の出力する圧力偏差目
標信号ΔP_rと、バイアス圧力目標信号発生器1025が出力
するバイアス圧力目標信号Pb_A，Pb_Bから前述した弾性管
状構造体1002A,1002Bの内圧に対する圧力目標値信号P
r_A，Pr_Bを後述する圧力制御手段1008A,1008Bに出力す
る。

次に、前述した負荷機構系1050の動作特性を説明する。

前述した弾性管状構造体1002A,1002Bの収縮量ΔＬと発
生する収縮力Ｆとの関係の一例を、その内圧Ｐをパラメ
ータとして、第４図に示す。すなわち、内圧Ｐが一定な
ら、弾性管状構造体1002A,1002Bの収縮量ΔＬが増える
と収縮力Ｆが低下する。また、内圧Ｐが上昇すると、弾
性管状構造体1002A,1002Bの収縮力Ｆが増加すると共
に、曲線の傾きすなわち弾性管状構造体1002A,1002Bの
ばね定数も増加する。第５図は第３図の負荷機構系1050
の部分を示したものであるが、このような特性を有する
弾性管状構造体1002A,1002Bを図に示すように差動的に
動作するように構成した場合、次に述べる差圧変位特性
と外力変位特性の二つの特性が駆動機構の特性として重
要となる。

まず、差圧変位特性は弾性管状構造体1002A,1002Bの相
互の内圧の差と変動体1005の動作角の関係である。すな
わち、第５図に示すように初期状態においては弾性管状
構造体1002A,1002Bの双方の内圧は等しくバイアス圧力P
b＝P_A＝P_Bになつており、弾性管状構造体1002A,1002Bの
長さは等しく、可動体1005は中立の位置すなわち保持体
1003の軸線とほぼ一致する位置に有るとする。第６図
は、一例として弾性管状構造体1002Aの内圧がΔＰ増加
し、弾性管状構造体1002Bの内圧がΔＰ低下した場合を
示したものであり、前述した内圧と収縮力の関係により
内圧がΔＰ増加した弾性管状構造体1002Aは収縮力を増
し、内圧がΔＰ低下した弾性管状構造体1002Bは収縮力
が低下し、力の釣り合いから可動体1005は反時計方向に
回転を始め、それに伴い内圧がΔＰ増加した弾性管状構
造体1002Aは収縮し、内圧がΔＰ低下した弾性管状構造
体1002Bは伸展するが、第４図に示したように、弾性管
状構造体1002A,1002Bは内圧が一定のとき、収縮すると
収縮力は低下し、伸展すると収縮力は増加する特性を持
つているので、可動体1005が回転するに従い内圧がΔＰ
増加し収縮を始めた弾性管状構造体1002Aの収縮力は低
下し、内圧がΔＰ低下し伸展し始めた弾性管状構造体10
02Bの収縮力は増加し、双方の収縮力が等しくなつた角
度で可動体1005の回転は止まる。すなわち可動体1005の
動作角度θは弾性管状構造体1002A,1002Bのバイアス圧
力Pbからの偏差ΔＰの大きさにほぼ比例する。次に、外
力変位特性は可動体1005に作用する外力と可動体1005の
回転角の関係である。すなわち、第５図に示すように初
期状態においては弾性管状構造体1002A,1002Bの双方の
内圧は等しくバイアス圧力Pb＝P_A，P_Bになつており、弾
性管状構造体1002A,1002Bの長さは等しく、可動体1005
は中立の位置すなわち保持体1003の軸線とほぼ一致する
位置に有るとする。第７図は、一例として可動体1005に
反時計方向の力Fdが加わつた場合を示したものであり、
弾性管状構造体1002Aは収縮し、弾性管状構造体1002Bは
伸展するが前述した収縮量ΔＬと収縮力Ｆの関係によ
り、その長さが収縮した弾性管状構造体1002Aは収縮力
が低下し、その長さが伸展した弾性管状構造体1002Bは
収縮力が増し、外力により発生する反時計方向のトルク
と、弾性管状構造体1002A,1002Bの収縮量の変化により
発生する時計方向のトルクＴとが釣り合う角度で可動体
1005の回転は止まる。

次に前述した圧力制御手段1008A,1008Bの構成および動
作の一例を第８図を用いて説明する。この図において、
1201は管状弾性構造体、1202は先端が分岐した管路、12
03は管路1202配置された圧力検出器、1204A,1204Bは分
岐した管路1202の先端に配置された圧力制御弁で、これ
らの圧力制御弁1204A,1204Bは圧力源1205から圧力流体
を供給され、排出口1206に圧力流体を排出する。1207A,
1207Bはそれぞれ圧力制御弁1204A,1204Bを駆動するパワ
アンプ、1208A,1208Bは非線形関数発生器、1209は圧力
目標値信号Prと圧力検出器1203の出力である圧力信号Ｐ
との差である圧力偏差信号Peを演算し、非線形関数発生
器1208A,1208Bに出力する比較器である。ここで、圧力
目標値信号Prは第３図ではPr_A，Pr_Bに相当するものであ
る。

いま、圧力目標値信号Prに対し、圧力検出器203の出力
である圧力信号Ｐが低いと、圧力偏差信号Peはプラスと
なり、非線形関数発生器1208Bの出力はゼロ、非線形関
数発生器1208Aは圧力偏差信号Peに比例した信号をパワ
アンプ1207Aに出力し、圧力制御弁1204Aはその信号に比
例して弁の弁開度を設定し、圧力源1205から流体が圧力
制御弁1204A,管路1202を通つて管状弾性体構造体1201に
流入し、管状弾性構造体1201の内圧を上げる。逆に、圧
力目標信号Prに対し、圧力検出器203の出力である圧力
信号Ｐが高いと、圧力偏差信号Peはマイナスとなり、非
線形関数発生器1208Aの出力はゼロ、非線形関数発生器1
208Bは圧力偏差信号Peに比例した信号をパワアンプ1207
Bに出力し、圧力制御弁1204Bはその信号に比例して弁の
開度を設定し、管状弾性構造体1201内部の流体は管路12
02、圧力制御体1204Aを通つて排出口1206から流出し、
管状弾性構造体1201の内圧は下がる。つまり、上記の機
構は圧力目標値信号Prに追従して管状弾性構造体1201内
の圧力が変化する圧力サーボ機構を構成する。

次に第３図で示したサーボ機構の全体の動作を説明す
る。

まず、第３の比較器1023A,1023Bの出力する圧力目標値
信号Pr_A，Pr_Bは、第２のループゲイン補償手段1022が差
動的に出力する圧力偏差目標信号ΔPrと、上記バイアス
圧力目標信号発生器1205が出力するバイアス圧力目標信
号Pb_A，Pb_Bから演算される。すなわちそれぞれ圧力制御
手段の圧力目標値は Pr_A＝Pb_A＋ΔPr Pr_B＝Pb_B−ΔPr となる。すると上述した圧力サーボ機構の働きで、それ
ぞれの弾性管状構造体の内圧P_A，P_Bは P_APr_A P_BPr_B となり、バイアス圧力Pb_A，Pb_Bを中心として差動的に変
化し、前述した差圧変位特性に従い可動体1005が回転
し、第２のループゲイン補償手段1022の出力する圧力偏
差目標信号ΔPrと可動体1005の回転角θ₀はほぼ比例す
る。

次に上述した圧力サーボ機構1008A,1008B、負荷機構系1
050、回転角検出器1010および第２の比較器1017、第１
のループゲイン補償手段1019、第３の比較器1020、第２
のループゲイン補償手段1022、変位フイードバツク信号
増幅器1018、速度フイードバツク信号発生器1021は変位
サーボ機構として動作する。すなわち、第２の比較器10
17には、第１の加算器1016の出力と、変位フイードバツ
ク信号増幅器1018を通して入力される回転角検出器1010
から出力される実際の可動体1005の動作角度θ₀に対応
する信号が入力されるが、前者を変位目標値、後者を変
位フイードバツク信号として変位誤差信号を演算し、第
１のループゲイン補償手段1019、第２のループゲイン補
償手段1022を介して圧力偏差目標信号ΔPrを上述した圧
力サーボ機構に入力する。すると変位誤差信号に応じた
差圧が相互の弾性管状構造体に発生し、変位誤差信号が
小さくなる方向に可動体は回転する。また速度フイード
バツク信号発生器1021は、可動体1005の回転角速度に対
応する速度フイードバツク信号を発生し速度マイナーフ
イードバツク系を構成し、変位サーボ機構の安定性向上
に作用する。

すなわち、第１のループゲイン補償手段1019のゲイン
K_N、第２のループゲイン補償手段1022のゲインK_A、変位
フイードバツク信号増幅器1018のゲインK_D、速度フイー
ドバツク信号発生器1021のゲインK_Vの調節により、系の
適応性と安定度は負荷系の等価イナーシヤと粘性係数が
決れば任意に設定できる。

また、変位目標値調整手段1013のゲインK_Dを調整するこ
とにより第２の加算器1030の出力信号に対する可動体10
05の動作角θ₀の直流ゲインは、ほぼ１となる。つま
り、変位制御モード調整信号Cpにより操作される変位制
御モード調整手段1028のゲインK_DAが１、力制御モード
調整信号C_Sにより操作される力制御モード調整手段1029
のゲインK_FAが０の場合、目標調節角度信号θ_rに対する
可動体1005の動作角θ₀の直流ゲインは、ほぼ１とな
り、定着状態で両者は一致する。

また、目標調節角度信号θ_rに対応する変位目標値と、
可動体1005の回転軸に連結した回転角検出器1010から出
力される実際の可動体1005の動作角θ₀に対応する変位
フイードバツク信号との誤差信号を積分補償手段時定数
調整信号C_Iにより操作される積分補償手段1015を介して
第１の加算器1016に並列に加えることにより可動体1005
に作用する外部的力や電気的ノイズあるいは回路要素の
ドリフトなどいわゆる外乱により生じる、可動体1005の
動作角θ₀の目標関節角度信号θ_rに対する定常偏差を低
減することができる。

一方、変位制御モード調整信号Cpにより操作される変位
制御モード調整手段1028のゲインK_DAが０、力制御モー
ド調整信号Csにより操作される力制御モード調整手段10
29のゲインK_FAが１の場合、可動体1005の動作角度θ₀の
信号は、第３の加算器1031、力制御モード調整信号Csに
より操作される力制御モード調整手段1029、第２の加算
器1030を経て、変位目標値調整手段1013にボジテイブフ
イードバツクされる。つまり、可動体1005の動きが拘束
されているとき、目標関節力信号Frに比例した駆動力が
可動体1005に発生することを示している。

以上より、上記変位制御モード調整信号Cpにより操作さ
れる変位制御モード調整手段1028のゲインK_DAと、力制
御モード調整信号Csにより操作される力制御モード調整
手段1029のゲインK_FAの値により、可動体1005の変位制
御と力制御モードが切り換えられる事がわかる。ここ
で、制御モード設定手段1012は目標モード信号Ｍに対し
力制御モード調整信号Csおよび変位制御モード調整信号
Cpを Cp＝１−Ｍ Cs＝Ｍ ０≦Ｍ≦１ K_DA＝Cp K_FA＝Cs なる関係で連動して出力し、変位制御モード調整手段10
28のゲインK_DAと、力制御モード調整手段1029のゲインK
_FAをそれぞれ力制御モード調整信号Csおよび変位制御モ
ード調整信号Cpに比例するように設定することにより、
目標モードー信号Ｍを０から１に連続的に変えることに
より、可動体５の制御モードは変位制御から力制御へと
連続的にかわる。また、同時に制御モード設定手段1012
は積分補償手段時定数調整信号C_Iを積分補償手段1015に
出力する。積分補償手段1015の積分定数K_Iを積分補償手
段時定数調整信号C_Iに比例するように設定することによ
り、任意の速度で可動体1005の動作角θ₀の目標関節角
度信号θ_rに対する偏差を無くすことが可能となる。

以上述べたように、上記のサーボ機構によれば、ロボツ
トアームの関節の位置決め制御と力制御とのモード切り
換えが目標モード信号Ｍにより自由におこなえる。な
お、上述の実施例は、加算器，比較器，補償手段などを
個々のハードウエアとした述べたが、マイクロコンピユ
ータによつても可能である。また、負荷機構系のの構成
は実施例に示す以外の構成にすることも可能である。

次に、上述したロボツト装置の動作の一例を説明する。
第９図はロボツト制御手段30のシーケンスの１例を示し
たものである。まず、シーケンス502ではロボツト本体
１の第１の軸２、第１のアーム３上の第２の軸４、第２
のアーム５上の第３の軸９の角度を位置決めモードで位
置決めし第２の直動アクチユエータ12の出力軸13につい
ている掴み機構14をパーツフイーダ19に整列配置して供
給されている組み付け部品18をハンドリングする位置の
真上に位置決めする。即ちロボツト制御手段30は、目標
関節角度信号θ_r1、目標モード信号M₁をサーボ機構31に
出力し、目標関節角度信号θ_r2、目標モード信号M₂をサ
ーボ機構32に出力し、目標関節角度信号θ_r3、目標モー
ド信号M₃をサーボ機構33に出力するとともにそれぞれの
サーボ機構31,32,33から制御手段30にフイードバツクさ
れる関節角度信号θ₀₁，θ₀₂，θ₀₃を監視し、それぞれ
の信号が目標関節角度信号θ_r1，θ_r2，θ_r3に対し一定
の許容値以下になったら位置決めシーケンス502終了と
する。目標関節角度信号θ_r1，θ_r2，θ_r3の値は予めロ
ボツト本体１とパーツフイーダ19の位置関係および第１
のアーム３、第２のアーム５、第１の直動アクチユエー
タ10の出力軸11の位置から計算により求めることができ
る。

シーケンス503では組み付け部品18のハンドリングを行
う。すなわち、ロボツト制御手段30は目標値信号Z_rを第
２の直動アクチユエータ12の駆動機構35に出力し第２の
直動アクチユエータ12の出力軸13を降下させるととも
に、目標値信号U_rを掴み機構14の開閉駆動機構36に出力
し掴み機構14により組み付け部品18を掴み、その後ふた
たび第２の直動アクチユエータ12の出力軸13を所定の位
置まで上昇させる。シーケンス504では第２のアーム３
を駆動する第１の軸２、第２のアーム５を駆動する第２
の軸４の位置決めを行い、第４の軸６に配置された案内
手段７を後述するようにベルトコンベア15の上に乗つて
移動してくる組み込み部品16に接触できるように設定し
た位置に位置決めする。シーケンス505,506は第４の軸
６に配置された案内手段７に配置された距離センサ73A,
73B,74の出力パターンおよびその出力値が一定の値にな
るまで待つセンサ判別シーケンスであり、センサ73A,73
B,74の出力パターンおよびその出力値が一定の値になる
と次の507シーケンスに進み、第１のアーム３を駆動す
る第１の軸2,第２のアーム５を駆動する第２の軸４の制
御を倣いモードに切り換える。それと同時にシーケンス
508において案内手段７を組み込み部品16に力Ｆで押し
付ける動作を行う。即ちロボツト制御手段30はシーケン
ス507において目標モード信号M₁をサーボ機構31に出力
し、目標モード信号M₂をサーボ機構32に出力し、第１の
アーム３を駆動する第１の軸２、第２のアーム５を駆動
する第２の軸４の各サーボ機構を位置決め制御モードか
ら力制御モードに切り換えるとともに、シーケンス508
において目標関節力信号F_r1をサーボ機構31に出力し、
目標関節力信号F_r2をサーボ機構32に出力し第１のアー
ム３を駆動する第１の軸２、第２のアーム５を駆動する
第２の軸４に一定のトルクを発生させ、案内手段７を組
み込み部品16に押し付ける力Ｆを発生させる。シーケン
ス505,506におけるロボツト装置と組み込み部品16との
相対位置関係の一例を第10図にスケルトンモデルで示
す。今、組み込み部品16がベルトコンベア15に乗つてＸ
方向に移動し、第１のアーム３を駆動する第１の軸２、
第２のアーム５を駆動する第２の軸４の関節角度はそれ
ぞれθ₀₁，θ₀₂にシーケンス504にて位置決めされてい
るとする。案内手段７の位置は組み込み部品16のＹ方向
の位置ずれもしくは姿勢のずれの許容値を考慮され決め
られる。センサ73A,73B,74の内すくなくとも１つが設定
された距離に組み込み部品16が近づいたことを検出する
とシーケンスは507に進む。第10図ではセンサ73Bが応答
した様子を示している。シーケンス508でロボツト制御
手段30は目標関節力信号F_r1をサーボ機構31に出力し、
目標関節力信号F_r2をサーボ機構32に出力し第１のアー
ム３を駆動する第１の軸２、第２のアーム５を駆動する
第２の軸４に一定のトルクを発生させ、ＸおよびＹ方向
にFx,Fyの力で案内手段７を組み込み部品16に押し付け
る力Ｆを発生させる。予め設定した押し付け分力Fx,Fy
の値と目標関節力信号F_r1およびF_r2の関係は第11図にス
ケルトンモデルで示したように次式で与えられる。

シーケンス509,510はシーケンス505,506と同様に第４の
軸６に配置された案内手段７に配置された距離センサ73
A,73B,74の出力パターンおよびその出力値が一定の値に
なるまで待つセンサ判別シーケンスであり、ここでは距
離センサ73A,73Bは案内手段７の案内面71と込み部品16
の距離を計測し、距離センサ74は案内手段７の案内面72
と組み込み部品16の距離を計測し、それらの出力全てが
距離０の値を示し案内手段７が組み込み部品16に接触し
たと判断されると次の511シーケンスに進む。シーケン
ス511は第１の直動アクチユエータ10を駆動する第３の
軸９、および第１の直動アクチユエータ10による第２の
直動アクチユエータ12の出力軸13の先端に配置された掴
み機構14の位置決めであり、ロボツト制御手段30はサー
ボ機構33に位置決めモードで目標関節角度信号θ_r3、目
標モード信号M₃を出力し、第１の直動アクチユエータ10
の駆動機構34に目標値信号R_rを出力し、掴み機構14によ
り掴まれた組み付け部品18は組み込み部品16にあいた穴
17の直上に位置決めされる。第12図にスケルトンモデル
で示すように、案内手段７は組み込み部品16に押し付け
られており、第４の軸７と組み込み部品16の相対的位置
関係は一定である。すなわち第４の軸７と同軸上に配置
された第３の軸９は組み込み部品16に対する基準点とな
つている。しかるに、第12図から明らかなように組み込
み部品16のあな17の基準点に対する距離関係X_P，Y_Pがあ
らかじめ明らかならば第３の軸９の目標関節角度信号θ
_rsおよび第１の直動アクチユエータ10の目標値信号R_rは
次式で与えられる。

θ_rs＝180°−ton^-1（X_P／Y_P）＋θ_s3 ……（３） シーケンス512はシーケンス503と丁度逆に組み付け部品
18の組み込み部品16に対する組み付けを行う。すなわ
ち、ロボツト制御手段30は目標値信号Z_rを第２の直動ア
クチユエータ13の駆動機構35に出力し第２の直動アクチ
ユエータ12の出力軸13を降下させ組み付け部品18を組み
込み部品16に挿入または押し込むとともに、目標値信号
U_rを掴み機構14の開閉駆動機構36に出力し掴み機構14に
より組み付け部品18を放し、その後ふたたび第２の直動
アクチユエータ12の出力軸13を所定の位置まで上昇させ
る。組込みが完了するとシーケンス513において第１の
アーム３を駆動する第１の軸２、第２のアーム５を駆動
する第２の軸４の制御を倣いモードから位置決めモード
に切り換え、それと同時にシーケンス514において上記
２軸の位置決めを行う。即ちロボツト制御手段30はシー
ケンス513において目標モード信号M₁をサーボ機構31に
出力し、目標モード信号M₂をサーボ機構32に出力し、第
１のアーム３を駆動する第１の軸２、第２のアーム５を
駆動する第２の軸４の各サーボ機構を力制御モードから
位置決め制御モードに切り換えるとともに、シーケンス
514において第１のアーム３を駆動する第１の軸２、第
２のアーム５を駆動する第２の軸４の位置決めを行い、
第４の軸６に配置されて案内手段７をベルトコンベア15
の上に乗つて移動して行く組み込込み部品16に接触しな
い位置に位置決めする。

以上で一連の組立動作を終了するが、もし第13図に示す
ように、組み込み部品16の姿勢がずれていてもシーケン
ス503で案内手段７が組み込み部品16に押し付けられる
ので第４の軸６と組み込み部品16の相対的位置関係は一
定であり、前述したように第４の軸６と同軸上に配置さ
れた第３の軸９は組み込み部品16に対する基準点とな
り、第３の軸９の目標調節角度信号θ_r3および直動アク
チユエータ10の目標値信号R_rは前述した例と同じく式
（３）および式（４）で与えられる。なお、第３の軸９
と第４の軸６は必ずしも同軸上に配置される必要なない
が、同軸上に配置したほうが式（３）および式（４）の
ように第３の軸９の目標調節角度信号θ_r3および直動ア
クチユエータ10の目標値信号R_rの演算ははるかに簡単で
ある。

すなわち以上に述べた装置によればベルトコンベア15の
上に乗つて移動する組み込み部品16の位置、速度および
姿勢を正確に計測し組み込み部品16の位置、速度および
姿勢に同期させて第１のアーム３を駆動する第１の軸
２、第２のアーム５を駆動する第２の軸４を角度を正確
に制御する必要はなく、組み込み部品16上の穴17の基準
点に対する距離関係X_P，Y_Pのみ明らかにすれば第１図の
直動アクチユエータ10を駆動する第３の軸９の角度、お
よび第１のアクチユエータ10の出力軸11の位置の制御だ
けで第２の直動アクチユエータ12の出力軸13の先端に配
置された掴み機構14の位置決めができ、組付け部品18と
組み込み部品16の正確な位置決めが可能となる。

一般に寸法の大きな第１のアーム３や第２のアーム５の
先端を精度良く位置決めするよりも寸法の小さな第１の
直動アクチユエータ10の方向とその出力軸11の位置を位
置決めするほうがはるかに精度は高いのでその点でも以
上に延べた装置は精度の良い位置決めが可能である。

第14図は本発明のロボツト装置の他の実施例を示すもの
で、この図において、第１図と同一の部分は同一符号で
示している。第１図と異なるのは第４の軸６に配置され
た案内手段７に距離センサ76A,76Bを配置した案内面7
5、第４の軸６に軸方向にコンプライアンスのある押し
付け手段20たとえばエアシンリダなどを配置したことで
ある。

第15図は第14図に示す本発明のロボツト装置の他の実施
例における制御系の一例を示すもので、この図において
第２図と同一の部分は同一符号で示している。第２図と
異なるのは距離センサ76A,76B,ブロツク37が付加されて
いることである。この距離センサ76A,76Bは出力信号S4,
S5を出力し、ロボツト制御手段30に入力される。また、
ブロツク37は押し付け手段20の駆動機構をブロツクとし
て表わしたものであり、信号V_rはロボツト制御手段30か
ら出力され押し付け手段20の駆動機構37に入力される目
標値信号、信号Lvは駆動機構27からロボツト制御手段30
にフイードバツクされる押し付け手段20の押出し量信号
である。第16図はそのロボツト制御手段30のシーケンス
の一例を示すもので、この図において第９図と同一の部
分は同一符号で示している。第９図と異なるのはシーケ
ンス551,552,553および555であり、ロボツト制御手段30
はシーケンス507において目標モード信号M₁をサーボ機
構31に出力し、目標モード信号M₂をサーボ機構32に出力
し、第１のアーム３を駆動する第１の軸２、第２のアー
ム５を駆動する第２の軸４の各サーボ機構を位置決め制
御モードから力制御モードに切り換えるとともに、シー
ケンス508において目標関節力信号F_r1をサーボ機構31に
出力し、目標関節力信号F_r2をサーボ機構32に出力し第
１のアーム３を駆動する第１の軸２、第２のアーム５を
駆動する第２の軸４に一定のトルクを発生させ、案内手
段７を組み込み部品16に押し付ける力Ｆを発生させる。
シーケンス509,510のセンサ判別シーケンスで、第４の
軸６に配置された案内手段７に配置された距離センサ73
A,73B,74の出力パターンおよびその出力値が一定の値に
なるまで待つ。すなわちここでは距離センサ73A,73Bは
案内手段７の案内面71と組み込み部品16の距離を計測
し、距離センサ74は案内手段７の案内面72と組み込み部
品16の距離を計測し、それらの出力全てが距離０の値を
示し案内手段７が組み込み部品16に接触したと判断され
ると次の551シーケンスに進む。シーケンス551ではロボ
ツト制御手段30は押し付け手段20の駆動機構37に目標値
信号を出力し、押し付け手段20は案内手段７を下降す
る。シーケンス552のセンサ判別シーケンスで、案内手
段７の案内面75に配置された距離センサ76A,76Bの出力
パターンおよびその出力値が一定の値になるまで押し付
け手段20は案内手段７を下降する。すなわちここでは距
離センサ76A,76Bは案内手段７の案内面75と組み込み部
品16の距離を計測し、それらの出力全てが距離０の値を
示し案内手段７が組み込み部品16に接触したと判断され
ると次の553シーケンスに進む。シーケンス553では駆動
機構37は押し付け手段20の案内手段７の下降を停止し、
押し付け手段20の押出し量信号Lv372をロボツト制御手
段30にフイードバツクする。シーケンス555はシーケン
ス512とほぼ同じく、組み付け部品18の組み込み部品16
に対する組み付けを行う。すなわち、ロボツト制御手段
30はシーケンス553でフイードバツクされた押し付け手
段20の押出し量信号Lvから第２の直動アクチユエータ12
の出力軸13の降下量を演算し、目標値信号Z_rを第２の直
動アクチユエータ13の駆動機構35に出力し第２の直動ア
クチユエータ12の出力軸13を降下させ、組み付け部品18
を組み込み部品16に挿入または押し込むとともに、目標
値信号U_rを掴み機構14の開閉駆動機構36に出力し掴み機
構14により組み付け部品18を放し、その後ふたたび第２
の直動アクチユエータ12の出力軸13を所定の位置まで上
昇させる。

すなわち、この実施例においては案内面75を利用するこ
とにより組み込み部品16に対する組み付け部品18の高さ
方向の組み付け位置は予め設定する必要がない。

第17図は本発明のロボツト装置のさらに他の実施例を示
すもので、この図において第１図と同一の部分は同一符
号で示している。第１図と異なるのは第４の軸６に配置
された案内手段たとえばプラスドライバのチツプ状のノ
ツチ付ガイドピン22、第４の軸６に軸方向にコンプライ
アンスのある押し付け手段21たとえばエアシンリダなど
を配置し、組み込み部品16上に上記案内手段のガイドピ
ン22に勘合するノツチ付ガイド穴23を配置し、また距離
センサ77を配置したことである。

第18図はその制御系の一例を示すもので、この図におい
て第２図と同一の部分は同一符号で示している。第２図
と異なるのは距離センサ73A,73B,74がなく、距離センサ
77、ブロツク38が付加されていることである。この距離
センサ77は出力信号S67377を出力し、ロボツト制御手段
30に入力される。ブロツク38は押し付け手段21の駆動機
構をブロツクとして表わしたものであり、信号V_rはロボ
ツト制御手段30から出力され押し付け手段21の駆動機構
38に入力される目標値信号、Lvは駆動機構38からロボツ
ト制御手段30にフイードバツクされる押し付け手段21の
押出し量信号である。

第19図はそのロボツト制御手段30のシーケンスの一例を
示すもので、この図において第16図と同一の部分は同一
符号で示している。第９図と異なるのはシーケンス561,
562,563,564および555であり、ロボツト制御手段30はシ
ーケンス504において第１のアーム３を駆動する第１の
軸２、第２のアーム５を駆動する第２の軸４の位置決め
を行い、第４の軸６に配置された案内手段のノツチ付ガ
イドピン22を後述するようにベルトコンベア15の上に乗
つて移動してくる組み込み部品16のノツチ付ガイド穴23
に勘合できるように設定した位置に位置決めする。すな
わち、第４の軸６に配置された案内手段のノツチ付きガ
イドピン22のＹ方向すなわちベルトボンベア15の進行方
向と垂直の方向の位置をベルトコンベア15の上に乗つて
移動してくる組み込み部品16のノツチ付きガイド穴23の
Ｙ方向の位置にほぼ一致させる。シーケンス561,562は
距離センサ77の出力パターンあるいはその出力値が一定
の値になるまで待つセンサ判別シーケンスであり、セン
サ77の出力パターンあるいはその出力値が一定の値にな
ると、すなわちベルトコンベア15の上に乗つた組み込み
部品16が設定した位置にくると、次の563シーケンスに
進む。

シーケンス563においてはロボツト制御手段30は目標モ
ード信号M₁をサーボ機構31に出力し、目標モード信号M₂
をサーボ機構32に出力し、第１のアーム３を駆動する第
１の軸２、第２のアーム５を駆動する第２の軸４の各サ
ーボ機構を位置決め制御モードから力制御モードに切り
換えるシーケンス564ではロボツト制御手段30は押し付
け手段21の駆動機構38に目標値信号を出力し、押し付け
手段21は案内手段のガイドピン22を下降する。ガイドピ
ン22の先端はテーパが付いているので、Ｘ方向即ちベル
トコンベア15の進行方向、Ｙ方向すなわちベルトボンベ
ア15の進行方向と垂直の方向ともに許容範囲の位置誤差
があつても第４の軸６に配置された案内手段のノツチ付
ガイドピン22とベルトコンベア15の上に乗つて移動して
くる組み込み部品16のノツチ付ガイド穴23は勘合し、双
方のノツチが噛み合うので第４の軸６の回転角度を検出
する回転角度検出器８により組み込み部品16の姿勢を検
出することができる。このとき第４の軸６に配置された
案内手段のノツチ付ガイドピン22の先端形状がたとえば
プラスドライバのチツプ状のように90度ごとに付いてい
るならば、少なくとも±45度程度の組み込み部品16の姿
勢のずれは正確に検出できる。また、押し付け手段21に
はコンプライアンスの高いたとえばエアシリンダなどを
用いれば、ほぼ一定の力で組み込み部品16を押し付ける
ので組み込み部品16に無理な力を加えることもない。ま
た。前述したように、第１のアーム３および第２のアー
ム５は倣いモードになつているため水平方向に対しても
無理な力が加わらない。また、シーケンス564では押し
付け手段20の押出し量信号Lvをロボツト制御手段20にフ
イードバツクする。シーケンス511は第１の直動アクチ
ユエータ10を駆動する第３の軸９、および第１の直動ア
クチユエータ10による第２の直動アクチユエータ12の出
力軸13の先端に配置された掴み機構14の位置決めであ
り、シーケンス555はシーケンス512とほぼ同じく、組み
付け部品18の組み込み部品16に対する組み付けを行う。
すなわち、ロボツト制御手段30はシーケンス554でフイ
ードバツクされた押し付け手段20の押出し量信号Lvから
第２の直動アクチユエータ13の出力軸13の降下量を演算
し、目標値信号Z_rを第２の直動アクチユエータ13の駆動
機構35に出力し第２の直動アクチユエータ12の出力軸13
を降下させ組み付け部品18を組み込み部品16に挿入また
は押し込むとともに、目標値信号U_rを掴み機構14の開閉
駆動機構36に出力し掴み機構14により組み付け部品18を
放し、その後ふたたび第２の直動アクチユエータ12の出
力軸13を所定の位置まで上昇させる。

すなわち、この実施例においては組み込み部品16に対す
る組み付け部品18の高さ方向の組み付け位置は予め設定
する必要がないばかりか案内手段のセンサも不要で装置
が簡単になる。

第20図は本発明のロボツト装置の他の実施例を示すもの
で、この図において第１図と同一の部分は同一符号で示
している。１はロボツト本体、３はロポツト本体の第１
の軸を中心に回転する第１のアーム、10は第１のアーム
３上の第２の軸４に直角に配置され、第２の軸４を中心
に回転する第１の直動アクチユエータ、11は第１の直動
アクチユエータの出力軸、12は第１の直動アクチユエー
タの出力軸11に直角に配置された第２の直動アクチユエ
ータ、13は第２の直動アクチユエータの出力軸、14は第
２の直動アクチユエータ12の出力軸13の先端に配置され
た掴み機構、６は第２の軸９と同軸上に配置され自由に
回転する第３の軸、７は距離センサ73A,73Bが配置され
た案内面71を持ち、第３の軸６に配置された案内手段、
８は第３の軸６の回転角度を検出する回転角度検出器で
ある。また、15はロボツト本体１から一定の距離に配置
されたベルトコンベア、16は例えば穴17のあいた組み込
み部品、18は組み付け部品、19は組み付け部品18を整列
配置して供給するパーツフイーダである。

次に、前述した本発明の装置の制御系の例を第21図に示
す。この図において、30はロボツト制御手段である。信
号S1,信号S2はそれぞれ案内手段７に取り付けられた距
離センサ73A,73Bの出力信号であり、ロボツト制御手段3
0に入力される。信号θ_S3は第３の軸９と同軸上に配置
され自由に回転する第４の軸６の回転角度を検出する回
転角度検出器８の出力信号であり、同じくロボツト制御
手段30に入力される。また、31,32は後述する第１の軸
２、第２の軸４を駆動するサーボ機構をブロツクとして
表わしたものであり、34は第１の直動アクチユエータ10
の駆動機構を、35は第２の直動アクチユエータ13の駆動
機構をブロツクとして表わしたものであり、36は掴み機
構14の開閉駆動機構をブロツクとして表わしたものであ
る。信号θ_r1，M₁，F_r1はロボツト制御手段30から出力
されサーボ機構31に入力される、信号θ_r2，M₂，F_r2は
ロボツト制御手段30から出力されサーボ機構32に入力さ
れるそれぞれ目標関節角度信号、目標モード信号、目標
関節力信号であり、信号θ₀₁，θ₀₂はそれぞれサーボ機
構31,32から制御手段30のフイードバツクされる関節角
度信号である。信号R_rはロボツト制御手段30から出力さ
れ第１の直動アクチユエータ10の駆動機構34に入力され
る目標値信号、Z_rはロボツト制御手段30から出力され第
２の直動アクチユエータ12の駆動機構35に入力される目
標値信号、U_rはロボツト制御手段30から出力され掴み機
構14の開閉駆動機構36に入力される目標値信号である。
サーボ機構31,32の具体的構成の例は第３図に示したも
のと同様である。

次に、上述した本発明のロボツト装置の動作の一例を説
明する。

第22図はロボツト制御手段30のシーケンスの１例を示し
たものである。まず、シーケンス572ではロボツト本体
の第１の軸２、第１のアーム３上の第２の軸４の角度を
位置決めモードで位置決めし第２の直動アクチユエータ
12の出力軸13についている掴み機構14をパーツフイーダ
19に整列配置して供給されている組み付け部品18をハン
ドリングする位置の真上に位置決めする。即ちロボツト
制御手段30は目標関節角度信号θ_r1、目標モード信号M₁
をサーボ機構31に出力し、目標関節角度信号θ_r2、目標
モード信号M₂をサーボ機構32に出力するとともにそれぞ
れのサーボ機構31,32から制御手段30にフイードバツク
される関節角度信号θ_o1，θ_o2を監視し、それぞれの信
号が目標関節角度信号θ_r1，θ_r2に対し一定の許容値以
下になつたら位置決めシーケンス572終了とする。目標
関節角度信号θ_r1，θ_r2の値は、予めロボツト本体１と
パーツフイーダ19の位置関係および第１のアーム3,第１
の直動アクチユエータ10の出力軸11の位置から計算によ
り求めることができる。

シーケンス573では組み付け部品18のハンドリングを行
う。すなわち、ロボツト制御手段30は目標値信号Z_rを第
２の直動アクチユエータ12の駆動機構35に出力し第２の
直動アクチユエータ12の出力軸13を降下させるととも
に、目標値信号U_rを掴み機構14の調節駆動機構36に出力
し掴み機構14により組み付け部品18を掴み、その後ふた
たび第２の直動アクチユエータ12の出力軸13を所定の位
置まで上昇させる。

シーケンス574では第１のアーム３を駆動する第１の軸
２、第３の軸６に配置された案内手段段７を後述するよ
うにベルトコンベア15の上に乗つて移動してくる組み込
み部品16に接触できるように設定した位置に位置決めす
る。シーケンス575,576は第３の軸６に配置された案内
手段７に配置された距離センサ73A,73Bの出力パターン
およびその出力値が一定の値になるまで待つセンサ判別
シーケンスであり、センサ73A,73Bの出力パターンおよ
びその出力値が一定の値になると次の577シーケンスに
進み、第１のアーム３を駆動する第１の軸２の制御を倣
いモードに切り換える。それと同時にシーケンス578に
おいて案内手段７を組み込み部品16に力Ｆで押し付ける
動作を行う。即ちロボツト制御手段30はシーケンス577
において目標モード信号M₁をサーボ機構31に出力し第１
のアーム３を駆動する第１の軸２のサーボ機構を位置決
め制御モードから力制御モードの切り換えるとともに、
シーケンス578において目標関節力信号F_r1をサーボ機構
31に出力し第１のアーム３を駆動する第１の軸２に一定
のトルクを発生させ、案内手段７を組み込み部品16に押
し付ける力Ｆを発生させる。

シーケンス578でロボツト制御手段30は目標関節力信号F
_r1をサーボ機構31に出力し第１のアーム３を駆動する第
１の軸２に一定のトルクを発生させ、ベルトコンベア15
の進行方向をＸ方向とすると、ほぼ負のＸ方向に案内手
段７を組み込み部品16に押し付ける力Ｆを発生させる。
シーケンス579,580はシーケンス575,576と同様に第３の
軸６に配置された案内手段７に配置された距離センサ73
A,73Bの出力パターンおよびその出力値が一定の値にな
るまで待つセンサ判別シーケンスであり、ここでは距離
センサ73A,73Bは案内手段７の案内面71と組み込み部品1
6の距離を計算し、それらの出力全てが距離０の値を示
し案内手段７が組み込み部品16に接触したと判断される
と次の581シーケンスに進む。

シーケンス581は第１の直動アクチユエータ10を駆動す
る第２の軸４、および第１の直動アクチユエータ10によ
る第２の直動アクチユエータ12の出力軸13の先端に配置
された掴み機構14の位置決めであり、ロボツト制御手段
30はサーボ機構32に位置決めモードで目標関節角度信号
θ_r2、目標モード信号M₂を出力し、第１の直動アクチユ
エータ10の駆動機構34に目標値信号R_rを出力し、第１の
アーム３を駆動する第１の軸２の回転角度がある一定の
値になると掴み機構14により掴まれた組み付け部品18が
組み込み部品16にあいた穴17の直上にくるような第１の
アーム３と掴み機構14の相対位置に位置決めされる。

上記の第１のアーム２と掴み機構14の相対位置の関係の
例を第23図のスケルトンモデルで示す。組み込み部品の
形状は直方体の例であり案内手段７は組み込み部品16に
押し付けられており、ロボツト本体１とベルトコンベア
15の位置関係は一定で、組み込み部品16はベルトコンベ
ア15の上で姿勢を拘束されているので、第３の軸６と組
み込み部品16の相対的位置関係は、第１の軸２とベルト
コンベア15上の組み込み部品16までの距離L_B、第１の軸
２と第２の軸４の距離L_A、第１のアーム３を駆動する第
１の軸２の回転角度に対応しサーボ機構31からのフイー
ドバツクされる関節角度信号θ₀₁の関数となる。すなわ
ち第３の軸６と同軸上に配置された第２の軸４は組み込
み部品16に対する相対運動する基準点となり、第23図か
ら明らかなように組み込み部品16上のあな17の基準点に
対する距離関係X_P，Y_Pがあらかじめ明らかならば第２の
軸４の目標関節角度信号θ_r2および第１の直動アクチユ
エータ10の目標値信号R_rを （X_P＋L_G）cosθ_S3＝R_rsin｛（θ₁−90°）＋（180°−
θ_r2）｝ L_B＋Y_Pcosθ_S3＝L_Acos（θ₁−90°）R_rcos｛（θ₁−90
°）＋（180°−θ_r2）｝ を満足する値としたとき、関節角度信号θ₀₁がθ₀₁＝θ
₁となると、掴み機構14により掴まれた組み付け部品18
は組み込み部六16にあいた穴17の直上を通過する。シー
ケンス582,583は第１のアーム３を駆動する第１の軸２
の回転角度に対応しサーボ機構31からのフイードハツク
される関節角度信号θ₀₁を監視し、その値が設定した値
になるまで待つシーケンスである。すなわち、関節角度
信号θ₀₁が設定された値になると掴み機構14により掴ま
れた組み付け部品18は組み込み部品16にあいた穴17の直
上に位置し次のシーケンス584に進む。シーケンス584は
シーケンス573と丁度逆に組み付け部品18の組み込み部
品16に対する組み付けを行う。すなわち、ロボツト制御
手段30は目標値信号Z_rを第２の直動アクチユエータ12の
駆動機構35に出力し第２の直動アクチユエータ12の出力
軸13を降下させ組み付け部品18を組み込み部品16に挿入
または押し込むとともに、目標値信号U_rを掴み機構14の
関節駆動機構36に出力し掴み機構14により組み付け部品
18を放し、その後ふたたび第２の直動アクチユエータ12
の出力軸13を所定の位置まで上昇させる。組込みが完了
するとシーケンス585において第１のアーム３を駆動す
る第１の軸２の制御を倣いモードから位置決めモードに
切り換え、それと同時にシーケンス586において第１の
アーム３を駆動する第１の軸２の位置決めを行い、第３
の軸６に配置された案内手段７をベルトコンベア15の上
に乗つて移動して行く組み込み部品16に接触しない位置
に位置決めする。

以上で一連の組立動作を終了するが、もし組み込み部品
16の姿勢がずれていてもシーケンス578で案内手段７が
組み込み部品16に押し付けられるので第３の組み込み部
品16の相対的位置関係はサーボ機構31から制御手段30に
フイードバツクされる関節角度信号θ₀₁および回転角度
検出器８からフイードバツクされる出力信号θ_S3から簡
単に演算でき、前述したように第３の軸６と同軸上に配
置された第２の軸４を組み込み部品16に対する基準点と
して、第２の軸４の目標関節角度信号θ_r2および直動ア
クチユエータ10の目標値信号R_rを計算できる。

なお、第２の軸４と第３の軸６は必ずしも同軸上に配置
される必要はないが、同軸上に配置したほうが第２の軸
９の目標関節角度信号θ_r2および直動アクチユエータ10
の目標値信号R_rの演算ははるかに簡単になる。

すなわち以上に述べた実施例によればベルトコンベア15
の上に乗つた移動する組み込み部品16のロボツト本体に
対する相対位置関係が明らかであれば、一本のアーム
で、組み付け部品18と組み込み部品16の正確な位置決め
が可能となる。

第24図は本発明のロボツトのさらに他の実施例を示すも
ので、この図において第20図と同一の部分は同一符号で
示している。この実施例において第20図と異なるのは第
１の直動アクチユエータ10が第１のアーム３上に配置さ
れ自由に回転する第２の軸25に直角に配置されているこ
とであり、第２の軸25の先端に配置された案内手段７と
上記第１の直動アクチユエータ10の相対位置は調節機構
26により半固定で調節出来ることである。また、パーツ
フイーダ19の近傍には固定案内手段27が配置され、組み
込み部品16の姿勢はベルトコンベア15により拘束されて
いる。

次に、この制御系の一例を第25図に示す。この図におい
て第21図と同一の部分は同一符号で示している。30はロ
ボツト制御手段である。信号S1,信号S2はそれぞれ案内
手段７に取り付けられた距離センサ73A,73Bの出力信号
であり、ロボツト制御手段30に入力される。また、31は
後述する第１の軸２を駆動するサーボ機構をブロツクと
して表わしたものであり、34は第１の直動アクチユエー
タ10の駆動機構を、35は第２の直動アクチユエータ13の
駆動機構をブロツクとして表わしたものであり、36は掴
み機構14の開閉駆動機構をブロツクとして表わしたもの
である。信号θ_r1，M₁，F_r1はロボツト制御手段30から
出力されサーボ機構31に入力される目標関節角度信号、
目標モード信号、目標関節力信号であり、信号θ₀₁はサ
ーボ機構31から制御手段30にフイードバツクされる関節
角度信号である。信号R_rはロボツト制御手段30から出力
される第１の直動アクチユエータ10の駆動機構34に入力
される目標値信号、Z_rはロボツト制御手段30から出力さ
れ第２の直動アクチユエータ12の駆動機構35に入力され
る目標値信号、U_rはロボツト制御手段30から出力され掴
み機構14の開閉駆動機構36に入力される目標値信号であ
る。サーボ機構31の具体的構成の例は第３図に示したも
のと同様である。

次に、上述した本発明のロボツト装置の動作の一例を説
明する。

第26図はそのロボツト制御手段30のシーケンスの１例を
示したものである。

まず、シーケンス592ではロボツト本体の第１の軸２の
角度を位置決めモードで案内手段７を固定案内手段27の
付近に位置決めする。シーケンス593では第１のアーム
３を駆動する第１の軸２の制御を倣いモードに切り換え
る。それと同時にシーケンス594において案内手段７を
固定案内手段27に力Ｆで押し付け、第２の直動アクチユ
エータ12の出力軸13についている掴み機構14をパーツフ
イーダ19に整列配置して供給されている組み付け部品18
をハンドリングする位置の真上に位置決めする。即ちロ
ボツト制御手段30はシーケンス592では目標関節角度信
号θ_r1、目標モード信号M₁をサーボ機構31に出力すると
ともにサーボ機構31から制御手段30にフイードバツクさ
れる関節角度信号θ₀₁を監視し、それぞれの信号が目標
関節角度信号θ_r1に対し一定の許容値以下になつたら位
置決めシーケンス572終了とする。また、シーケンス593
においては目標モード信号M₁をサーボ機構31に出力し第
１のアーム３を駆動する第１の軸２のサーボ機構を位置
決め制御モードから力制御モードに切り換えるととも
に、シーケンス594において目標関節力信号F_r1をサーボ
機構31に出力し第１のアーム３を駆動する第１の軸２に
一定のトルクを発生させ、案内手段７を固定案内手段27
に押し付ける力Ｆを発生させる。なお、シーケンス594
において掴み機構14がパーツフイーダ19に整列配置して
供給されている組み付け部品18はハンドリングする位置
の真上に位置決めされるように、案内手段７、掴み機構
14、固定案内手段27、パーツフイーダ19の位置関係は予
め上記の条件が満足されるように配置されているとす
る。シーケンス595では組み付け部品18のハンドリング
を行う。すなわち、ロボツト制御手段30は目標値信号Z_r
を第２の直動アクチユエータ12の駆動機構35に出力し第
２の直動アクチユエータ12の出力軸13を降下させるとと
もに、目標値信号U_rを掴み機構14の開閉駆動機構36に出
力し掴み機構14により組み付け部品18を掴み、その後ふ
たたび第２の直動アクチユエータ12の出力軸13を所定の
位置まで上昇させる。シーケンス596では第１のアーム
３を駆動する第１の軸２の制御を倣いモードに切り換
え、シーケンス597でロボツト本体の第１の軸２の角度
を位置決めモードで案内手段７を後述するようにベルト
コンベア15の上に乗つて移動してくる組み込み部品16に
接触できるように設定した位置に位置決めする。シーケ
ンス598,599は第２の軸６に配置された案内手段７に配
置された距離センサ73A,73Bの出力パターンおよびその
出力値が一定の値になるまで待つセンサ判別シーケンス
であり、センサ73A、73Bの出力パターンおよびその出力
値が一定の値になると次の600シーケンスに進み、第１
のアーム３を駆動する第１の軸２の制御を倣いモードに
切り換える。それと同時にシーケンス601において案内
手段７を組み込み部品16に力Ｆで押し付ける動作を行
う。シーケンス600,601におけるロボツト制御手段30の
動作はシーケンス593,594におけるものと全く同じであ
る。シーケンス602,603はシーケンス598,599と同様に第
２の軸４に配置された案内手段７に配置された距離セン
サ73A,73Bの出力パターンおよびその出力値が一定の値
になるまで待つセンサ判別シーケンスであり、ここでは
距離センサ73A,73Bは案内手段７の案内面71と組み込み
部品16の距離を計測し、それらの出力全てが距離０の値
を示し案内手段７が組み込み部品16に接触したと判断さ
れると次の604シーケンスに進む。

ここで、案内手段７と上記第１の直動アクチユエータ10
は機械的に連結されており、ロボツト本体１とベルトコ
ンベア15の位置関係は一定であり、組み込み部品16はベ
ルトコンベア15の上で姿勢を固定されており、案内手段
７は組み込み部品16に押し付けられているので第27図に
示すように、第２の軸４と組み込み部品16の相対的位置
関係は、第１の軸２とベルトコンベア15までの距離L_B、
第１の軸２と第２の軸４の距離L_A、第１のアーム３を駆
動する第１の軸２の回転角度に対応しサーボ機構31から
のフイードバツクされる関節角度信号θ₀₁の関数とな
る。すなわち第２の軸４は組み込み部品16に対する相対
運動する基準点となり、第27図から明らかなように組み
込み部品16の形状を直方体とすると組み込み部品16上の
あな17の基準点に対する距離関係X_P，Y_Pがあらかじめ明
らかならば案内手段７の案内面71と第１の直動アクチユ
エータとの相対角度θ_Aおよび第１の直動アクチユエー
タ10の目標値信号R_rを （X_P＋L_Gcosθ_P＝R_rsin｛（θ₁−90°）＋（180°−θ_P
−θ_A）｝ L_B＋Y_Pcosθ_P＝L_Acos（θ₁−90°）＋R_rcos｛（θ₁−90
°）＋（180°−θ_P−θ_A）｝ ただし、θ_P：組み込み部品16のX,Y座標に対する傾き を満足するようにしたとき、関節角度信号θ₀₁がθ₀₁＝
θ₁となると、掴み機構14により掴まれた組み付け部品1
8は組み込み部品16にあいた穴17の直上を通過する。シ
ーケンス604,605は第１のアーム３を駆動する第１の軸
２の回転角度に対応しサーボ機構31からのフイードバツ
クされる関節角度信号θ₀₁を監視し、その値が設定した
値になるまで待つシーケンスである。すなわち、関節角
度信号θ₀₁が設定された値になると掴み機構14により掴
まれた組み付け部品18は組み込み部品16にあいた穴17の
直上に位置し次のシーケンス606に進む、シーケンス606
はシーケンス595と丁度逆に組み付け部品18の組み込み
部品16に対する組み付けを行う。すなわち、ロボツト制
御手段30は目標値信号Z_rを第２の直動アクチユエータ12
の駆動機構35に出力し第２の直動アクチユエータ12の出
力軸13を降下させ組み付け部品18を組み込み部品16に挿
入または押し込むとともに、目標値信号U_rを掴み機構14
の開閉駆動機構36に出力し掴み機構14により組み付け部
品18を放し、その後ふたたび第２の直動アクチユエータ
12の出力軸13を所定の位置まで上昇させる。組み込みが
完了するとシーケンス607において第１のアーム３を駆
動する第１の軸２の制御を倣いモードから位置決めモー
ドに切り換え、それと同時にシーケンス608において第
１のアーム３を駆動する第１の軸２の位置決めを行い、
第３の軸６に配置された案内手段７をベルトコンベア15
の上に乗つて移動して行く組み込み部品16に接触しない
位置に位置決めする。

すなわち以上に述べた実施例によればベルトコンベア15
の上に乗つて移動する組み込み部品16の姿勢がベルトコ
ンベア15に対し拘束されており、ロボツト本体に対する
相対位置関係が明らかであれば、一本のアームと、自由
に回転する案内手段とそれら機械的に連結された位置決
め手段により、組み付け部品18と組み込み部品16の正確
な位置決めが可能となる。

なお、以上に述べた実施例全てに関し、案内手段は自由
に回転する軸に配置されているとしたが、この軸をアー
ム駆動と同様に位置決めモードと倣いモードとの切り換
え自由の駆動軸とし、押し付け力ゼロの倣いモードにて
対象物に倣つて位置および姿勢を検出するとともに位置
決めモードにて対象物の姿勢を拘束または強制する機能
を付加することも出来る。

また、同様に以上に述べた実施例全てに関し、駆動軸は
位置決めモードと倣いモードとの切り換え自由の駆動軸
としたが、前述したように管状弾性構造体にて駆動機構
を構成すれば、関節の剛性は低いので対象物が重い、或
いは多少の外力の影響は受けないときは位置決めモード
のみで倣うこともでき、この場合、制御装置は簡単な構
成とすることが出来る。

また、ここでは水平単関節および水平多関節型のロボツ
トアームを例に説明したが、他の構造のロボツトアー
ム、案内手段または位置決め手段を用いたも同様にでき
ることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、弾性管状構造体のばね定数に基づくロ
ボットアーム駆動機構のばね定数を低減することができ
るので、ロボットアームが対象物に対して発生する反力
を弱めることができ、前記対象物の移動に倣う位置決め
剛性の低い制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のロボツト装置の一実施例の構成を示す
図、第２図は第１図に示す本発明の装置の制御系の一例
を示す図、第３図は第１図に示す本発明のロボツト装置
のサーボ機構の一例を示す図、第４図は本発明に用いら
れる弾性管状構造体の収縮量と収縮力の関係を示す図、
第５図〜第７図はそれぞれ本発明のロボツト装置に適用
する負荷機構系の動作例を示す図、第８図は第１図に示
す本発明の装置の一実施例に適用する圧力制御手段の構
成を示す図、第９図は第１図に示す本発明の装置の一実
施例の制御シーケンスを示す図、第10図〜第13図はそれ
ぞれ第１図に示す本発明の装置の一実施例の動作例を示
す図、第14図〜第27図はそれぞれ本発明の装置の他の実
施例を示す図である。 １……ロボツト本体、３……第１のアーム、５……第２
のアーム、７……案内手段、８……回転角度検出器、10
……第１の直動アクチユエータ、12……第２の直動アク
チユエータ、14……掴み機構、16……組み込み機構、18
……組み付け機構、30……ロボツト制御手段、31,32,33
……サーボ機構、34,35,36,37,38……駆動機構、1002A,
1002B……弾性管状構造体、1004……プーリ、1005……
可動体、1008A,1008B……圧力制御手段、1010……回転
角検出器、1025……バイアス圧力目標信号発生器、1012
……モード設定手段、1204A,1204B……圧力制御弁、120
3……圧力検出器、1208A,1208B……非線形関数発生器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北畠 正一 栃木県下都賀郡大平町富田800番地 株式 会社日立製作所栃木工場内 (56)参考文献 特開 昭59−209790（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−20103（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−108183（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−167787（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−124587（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−77491（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−18376（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロボットアームと、前記ロボットアームの
   駆動機構と、前記ロボットアームの先端に設けられ、移
   動する対象物に案内される案内手段と、前記案内手段に
   設けられ、前記対象物との距離を検出する距離センサ
   と、前記案内手段の位置を検出する位置検出器と、前記
   ロボットアームの先端に第２の駆動機構を介して設けら
   れるつかみ機構と、前記位置検出器の出力を負帰還して
   前記案内手段の位置決めを行う位置制御手段とから構成
   されるロボット装置において、 前記ロボットアームの駆動機構をばね定数を有する一対
   の弾性管状構造体を用いて構成すると共に、前記位置制
   御手段に前記位置検出器の出力を正帰還して、前記一対
   の弾性管状構造体で構成されたロボットアームの駆動機
   構のばね定数を低減する手段を設けたことを特徴とする
   ロボット装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載のロボット装
   置において、 前記ロボットアームの駆動機構は前記一対の弾性管状構
   造体の差動動作によって前記ロボットアームを回転駆動
   し、前記位置検出器は前記ロボットアームの動作角度を
   検出する回転角検出器であり、前記ばね定数低減手段は
   変位制御モード調整信号と力制御モード調整信号とを出
   力する制御モード調整手段と、前記変位制御モード調整
   信号によって目標関節角信号のゲインを調整する変位制
   御モード調整手段と、前記力制御モード調整信号によっ
   て前記回転角検出器の出力である動作角度信号のゲイン
   を調整して変位制御モード調整手段に正帰還する力制御
   モード調整手段とを備え、前記動作角度の正帰還によっ
   て前記ロボットアームの駆動機構のばね定数を低減し、
   目標関節力信号に比例した駆動力によって、前記ロボッ
   トアームの制御を行うようにしたことを特徴とするロボ
   ット装置。