JPH08294881A - 力制御ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 力覚センサが加工用対象物から受ける反力に
高精度に検出できるようにした力制御ロボットを提供す
る。 【構成】 ロボット本体（１）から延伸した手首部
（７）の先端に取り付けられたエンドエフェクタ（１
２）が加工用対象物から受ける反力をこのエンドエフェ
クタに隣接する力覚センサ（１０）で検出し、エンドエ
フェクタを加工用対象物に目標押し付け力で押し付ける
ように手首部を移動制御し、手首部の外部を通りその基
端部とエンドエフェクタとの間に信号等を伝達するため
の可撓性の伝達部材（１５）を有する力制御ロボットに
おいて、手首部の基端部からエンドエフェクタへ至る前
に伝達部材（１５）をエンドエフェクタの近傍において
中継留めする中継部材（２０）を手首部に取り付けたこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、力覚センサを有し手首
部の先端にあるエンドエフェクタを加工用対象物に目標
押し付け力で押し付け、面取り、バリ取りあるいは研削
等の作業を行う力制御ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、力制御ロボットの一例の概略構
成を示す。ロボット本体１は、６自由度の円筒座標型の
ロボットであり、力制御機能を有する。ロボット本体１
において、フロアに固定したベースプレート２の上に旋
回ユニット３が固着されている。旋回ユニット３には回
転自在にコラム４が軸支され、Θ軸が構成されている。
コラム４にはサドル５が上下に摺動自在に設置され、Ｚ
軸が構成されている。サドル５には水平方向に摺動自在
にアーム６が配置され、Ｒ軸が構成されている。アーム
６の先端には手首部７が配置され、α軸、β軸、γ軸の
各軸の姿勢制御軸が構成されている。

【０００３】手首部７の先端には６軸の力覚センサ１０
が配置され、力覚センサ１０の先端にはエンドエフェク
タとしてバリ取り工具等のエンドエフェクタ１２が取り
付けられている。力覚センサ１０は、エンドエフェクタ
１２が加工用対象物から受ける反力を検出する。

【０００４】図３に、手首部７等を拡大して示す。手首
部７の先端に力覚センサ１０を介して取り付けられたエ
ンドエフェクタ１２は作業工具本体１２ａと例えばこの
本体１２ａに回転可能に取り付けられた砥石等の作業工
具１２ｂとからなる。作業工具本体１２ａは手首部７を
含む上記ロボットにより６自由度の動きを与えられ、作
業工具１２ｂにより所定の作業を行う。

【０００５】作業工具本体１２ａは、作業工具１２ｂが
加工対象物から受ける反力を力覚センサ１０へ伝達させ
る。手首部７の基端部には手首曲げ部材１３がアーム６
に接続されており、手首曲げ部材１３には手首捻り部材
１４が接続されている。手首捻り部材１４の端部には結
合部材１６が装着されており、この結合部材１６と作業
工具本体１２ａとの間には力覚センサ１０が配設されて
いる。手首部７の外部には、手首部７の基端部と作業工
具本体１２ａとの間に、信号等を伝達するための可撓性
のケーブル等の伝達手段１５が配設されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】アーム６や手首曲げ部
材１３や手首捻り部材１４が運動すると、伝達部材１５
が手首部に巻き付いたりすることがある。伝達部材１５
が手首部７に巻き付いたりすると、伝達部材１５により
手首部７の先端にあるエンドエフェクタ１２の作業工具
本体１２ａへ種々の方向の抵抗力が加えられる。この結
果、力覚センサ１０は加工用対象物から受ける反力に加
えて、作業工具本体１２ａを介してこのような抵抗力を
検出することになり、加工用対象物から受ける反力を高
精度に検出できないという問題点があった。

【０００７】そこで、本発明の目的は上記従来技術の有
する問題を解消し、力覚センサが加工用対象物から受け
る反力を高精度に検出できるようにした力制御ロボット
を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による力制御ロボットは、ロボット本体から
延伸した手首部の先端に取り付けられたエンドエフェク
タが加工用対象物から受ける反力をこのエンドエフェク
タに隣接する力覚センサで検出し、前記エンドエフェク
タを前記加工用対象物に目標押し付け力で押し付けるよ
うに前記手首部を移動制御し、前記手首部の外部を通り
その基端部と前記エンドエフェクタとの間に信号等を伝
達するための可撓性の伝達部材を有する力制御ロボット
において、前記手首部の基端部から前記エンドエフェク
タへ至る前に前記伝達部材を前記エンドエフェクタの近
傍において中継留めする中継部材を前記手首部に取り付
けたことを特徴とする。

【０００９】好適には、前記中継部材は、前記手首部の
外側を包囲するように設けられている。好適には、前記
手首部は先端部に前記エンドエフェクタとの間に前記力
覚センサを装着する結合部材を有し、前記中継部材はこ
の結合部材に固着されている。好適には、前記中継部材
を囲うように配設され、前記手首部の基端部から前記中
継部材へ至る前に前記伝達部材を通過させた保護部材を
備える。好適には、前記伝達部材は、信号伝達用ケーブ
ルまたは配管である。

【００１０】

【作用】手首部の基端部からエンドエフェクタへ至る伝
達部材は、エンドエフェクタへ至る前にエンドエフェク
タの近傍において中継部材によって中継留めされ、この
中継部材からエンドエフェクタへ接続されている。手首
部の運動により伝達部材が手首部に巻き付いたりした場
合でも、伝達部材が力を加えるのは中継部材に対してで
あり、手首部の先端にあるエンドエフェクタには力が印
加されず、したがって、力覚センサはエンドエフェクタ
が加工用対象物から受ける反力の他に力を検出しないよ
うにすることができる。

【００１１】中継部材が手首部の外側を包囲するように
設けられている場合には、伝達部材が手首部に直接接触
することを回避することができ、伝達部材が手首部に力
を印加しないようにすることができる。

【００１２】中継部材が手首部の外側を包囲するように
設け伝達部材が手首部に直接接触することを回避する場
合でも、伝達部材が中継部材に巻き付き中継部材を変形
させることが有り得る。この場合、中継部材が変形する
と、中継部材に中継留めされエンドエフェクタに至る伝
達部材が、引き延ばされたりし、力覚センサに上記反力
以外の力を検出させてしまうことが有り得る。しかしな
がら、中継部材を囲うように保護部材を配設し、伝達部
材が中継部材へ至る前に保護部材を通過させる場合に
は、伝達部材が中継部材に巻き付くことを回避でき、力
覚センサに上記反力以外の力を検出させないように確実
にすることができる。

【００１３】

【実施例】以下に図面を参照して本発明の力制御ロボッ
トの実施例を説明する。本実施例の力制御ロボットの概
略構成を図２に示す。図４に示すものと略同一であるの
で説明を省略する。図１は図２における手首部７の拡大
図であり、本実施例における手首部７等（ａ）と、一部
拡大断面図（ｂ）を示す。図１において、手首部７の先
端に力覚センサ１０を介して取り付けられたエンドエフ
ェクタ１２は直方体状の作業工具本体１２ａと、面取
り、バリ取りあるいは研削等用の円盤状の作業工具１２
ｂとからなる。

【００１４】手首部７の基端部には図１の紙面に垂直な
軸の回りに旋回する手首曲げ部材１３がアーム６に接続
されている。手首曲げ部材１３には円柱状の手首捻り部
材１４が接続されており、手首捻り部材１４は手首曲げ
部材１３の旋回軸と垂直で図１の紙面上にある軸の回り
に旋回できるようになっている。手首捻り部材１４の先
端部には円盤状の結合部材１６が装着されている。結合
部材１６と作業工具本体１２ａとの間には力覚センサ１
０が配設されている。

【００１５】手首部７の基端部やアーム６等と作業工具
本体１２ａとの間には、信号等を伝達するケーブルや空
気等を送る配管等の可撓性の螺旋状の伝達手段１５が配
設されている。

【００１６】手首捻り部材１４、結合部材１６および力
覚センサ１０の外側には、それらを囲うように円筒状の
中継部材２０が配設されている。中継部材２０は中央部
で結合部材１６の外周面に固着され、力覚センサ１０や
エンドエフェクタ１２に直接接触しないように配設され
ている。力覚センサ１０の近傍の中継部材２０の下方部
には、伝達部材１５を挟み固定する固定部材２０ａが配
設されている。

【００１７】中継部材２０の外側の下方部には、段付き
円筒状の保護部材２１が取り付けられている。保護部材
２１には、伝達部材１５が貫通するための通過孔２１ａ
が形成されており、通過孔２１ａの外側にはＬ字状管部
材２２が取り付けられている。Ｌ字状管部材２２は伝達
部材１５を円滑に保護部材２１へ導くものである。

【００１８】手首部７の基端部等から出た伝達部材１５
は、Ｌ字状管部材２２を通った後、通過孔２１ａと通
り、中継部材２０を貫通するとともに固定部材２０ａに
よって挟み固定されて中継留めされ、図１において中継
部材の手前側を迂回しエンドエフェクタ１２へ至る。

【００１９】次に、本実施例の作用について説明する。
手首部７が運動し伝達部材１５が手首部７に巻き付こう
とすると、伝達部材１５は中継部材２０に巻き付き、手
首部７には直接巻き付くことはない。したがって、伝達
部材１５が力を加えるのは中継部材２０に対してであ
る。中継部材２０に加えられた力は結合部材１６に力を
伝達するのみであり、手首部７の先端に取り付けられた
エンドエフェクタ１２の作業工具本体１２ａには力を伝
達しない。この結果、力覚センサ１０は加工用対象物か
ら受ける反力の他に力を検出しないようにすることがで
きる。

【００２０】また、中継部材２０により伝達部材１５が
手首部７に直接接触することを回避できる場合でも、伝
達部材１５が中継部材２０に巻き付き中継部材２０を変
形させ、この変形により、固定部材２０ａに中継留めさ
れエンドエフェクタ１２に至る伝達部材１５が、引き延
ばされたりして力覚センサ１０に反力以外の力を検出さ
せてしまうことが有り得る。しかしながら、中継部材２
０を囲うように保護部材２１を配設し、さらにＬ字状管
部材２２を設けたので、伝達部材１５が中継部材２０に
巻き付くことを回避できる。

【００２１】本実施例の構成によれば、中継部材２０を
設けたので、力覚センサ１０が加工用対象物から受ける
反力の他に力を検出することを防止することができる。
この結果、エンドエフェクタ１２を加工用対象物に目標
押し付け力で押し付けるように手首部７を高信頼性で移
動制御することができる。

【００２２】また、保護部材２１を設けたので、伝達部
材１５が力覚センサ１０に与える影響を確実に遮断する
ことができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成によ
れば、中継部材を設けたので、力覚センサが加工用対象
物から受ける反力の他に力を検出することを防止するこ
とができる。

【００２４】また、保護部材を設けたので、伝達部材が
力覚センサが与える影響を確実に遮断することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による力制御ロボットの実施例における
手首部等を示す図（ａ）と、その部分拡大一部断面図。

【図２】力制御ロボットの概略構成を示す斜視図。

【図３】従来の力制御ロボットにおける手首部等を示す
斜視図。

【図４】従来の力制御ロボットの概略構成を示す斜視
図。

【符号の説明】

１ ロボット本体 ４ コラム ５ サドル ６ アーム １２ エンドエフェクタ １２ａ 作業工具本体 １２ｂ 作業工具 １３ 手首曲げ部材 １４ 手首捻り部材 １５ 伝達部材 １６ 結合部材 ２０中継部材 ２０ａ 固定部材 ２１ 保護部材 ２１ａ 通過孔 ２２ Ｌ字状管部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永 滝 真太郎 静岡県沼津市大岡2068の３ 東芝機械株式 会社沼津事業所内 (72)発明者 神 野 誠 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝研究開発センター内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロボット本体から延伸した手首部の先端に
   取りつけられたエンドエフェクタが加工用対象物から受
   ける反力をこのエンドエフェクタに隣接する力覚センサ
   で検出し、前記エンドエフェクタを前記加工用対象物に
   目標押し付け力で押し付けるように前記手首部を移動制
   御し、前記手首部の外部を通りその基端部と前記エンド
   エフェクタとの間に信号等を伝達するための可撓性の伝
   達部材を有する力制御ロボットにおいて、 前記手首部の基端部から前記エンドエフェクタへ至る前
   に前記伝達部材を前記エンドエフェクタの近傍において
   中継留めする中継部材を前記手首部に取り付けたことを
   特徴とする力制御ロボット。
2. 【請求項２】前記中継部材は、前記手首部の外側を包囲
   するように設けられていることを特徴とする請求項１に
   記載の力制御ロボット。
3. 【請求項３】前記手首部は先端部に前記エンドエフェク
   タとの間に前記力覚センサを装着する結合部材を有し、
   前記中継部材はこの結合部材に固着されていることを特
   徴とする請求項１に記載の力制御ロボット。
4. 【請求項４】前記中継部材を囲うように配設され、前記
   手首部の基端部から前記中継部材へ至る前に前記伝達部
   材を通過させる保護部材を備えることを特徴とする請求
   項１に記載の力制御ロボット。
5. 【請求項５】前記伝達部材は、信号伝達用ケーブルまた
   は配管であることを特徴とする請求項１に記載の力制御
   ロボット。