JPH10118974A - 多関節ロボットにおけるハンドの回転位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ハンドとなる把持器の回転軸と第二アームと
の間に、オーバートラベルセンサと、センサに対面する
検出ドッグを配置し、把持器の旋回角を検出する装置を
提供する。 【解決手段】 第一アーム１２の基端部に備えたモータ
Ｍにより第一アームを揺動すると、これに関節する第二
アーム１３を相反する方向へ揺動し、更に２つのアーム
の関節部に旋回モータＨＭを配置し、基端部のモータに
より把持器が２点間を姿勢を変えることなく水平な直線
軌跡で移動する多関節ロボット１００にして、旋回モー
タにより旋回される把持器Ｈの回転軸１９と第二アーム
との間に、オーバートラベルセンサＬＳ１，ＬＳ２と、
このオーバートラベルセンサに対面する検出ドッグＤと
を適宜配置し、把持器の旋回角θを検出するハンドの回
転位置検出装置２００である。これにより、１８０°以
上に大きく旋回する把持器の回転位置が簡便に感知でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多関節ロボットの
アームの先端に備えるハンドである把持器の旋回角を検
出する検出装置に係わり、特に、把持器の回転に対する
オーバートラベルや原点位置を検出する構成に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、多関節ロボットのアームの先端に
備えるハンドである把持器の旋回角を検出する検出装置
には、旋回角を直接検出するべく、この関節部に高価な
アブソリユートエンコーダを取付けたり、ハンド旋回モ
ータの回転軸にアブソリユートエンコーダを取付けたも
のが、一般的に知られている。上記アブソリユートエン
コーダによると、高価であることからコストアップ要因
になるとともに、アブソリユートエンコーダとこの制御
装置との通信が必要になり、ロボットの制御系及びその
ティーチングを煩雑にする。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、ローコストを
狙ったインクリメンタルエンコーダを採用する方法があ
るが、原点設定機能を必要とするところがアブソリユー
トエンコーダとの相違点である。例えば、特開平６ー１
４３１８３号に示す多関節ロボットにおいて、アーム先
端のハンドを１８０°以上回転させる場合は、該多関節
ロボットの構成上から、減速比が１／２になるように、
ハンドを旋回駆動させるから、モータ軸に取付けた旋回
角検出用の回転円板やインクリメンタルエンコーダは、
２倍の３６０°以上回転することになる。つまり、１回
転目か、２回転目なのか判別出来ないため、モータ軸に
取付けた旋回角検出用の回転円板やインクリメンタルエ
ンコーダの適用が不可能になるという問題が生じてしま
う。

【０００４】従って、モータ軸上に旋回角検出用の円板
を設け、これを検出することで原点設定機能を得る場合
は、ハンドの旋回角は１８０°未満に制限されてしま
う。このため、１８０°対向のダブルハンドの使用は不
可能となる。

【０００５】他方、特開平６ー１４３１８３号に示すよ
うに、第一アームと第二アームとを関節した２つのアー
ムと、上記第二アームの先端に旋回する手首部と、この
手首部先端にハンドとなる把持器とを備え、上記第一ア
ームの基端部に備えたモータにより第一アームを揺動す
ると、これに関節する第二アームを相反する方向へ揺動
し、更に上記２つのアームの関節部に旋回モータを配置
し、上記基端部のモータにより把持器が２点間を姿勢を
変えることなく水平な直線軌跡で移動する多関節ロボッ
トは、ローコストを目的に開発されたものであるから、
高価なアブソリユートエンコーダの採用は難しい。これ
がために、ローコストなインクリメンタルエンコーダの
採用を前提とし、且つ、ハンドである把持器のオーバー
トラベル等の旋回角を安価に検出する手段が要求されて
いる。

【０００６】本発明は、上記問題点と要求に鑑みてなさ
れたもので、請求項１はハンドとなる把持器の回転軸と
第二アームとの間に、オーバートラベルセンサと、上記
センサに対面する検出ドッグを配置し、把持器の旋回角
を検出する検出装置を提供することを目的とする。

【０００７】また、本発明の請求項２は、モータ軸の回
転を適宜減速させた回転円板を検出ドッグとなし、これ
をオーバートラベルセンサにより検出する検出装置を提
供することを目的とする。

【０００８】更に、本発明の請求項３は、把持器の原点
位置を検出することを可能とした検出装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１は、第
一アームと第二アームとを関節した２つのアームと、上
記第二アームの先端に旋回する手首部と、この手首部先
端にハンドとなる把持器とを備え、上記第一アームの基
端部に備えたモータにより第一アームを揺動すると、こ
れに関節する第二アームを相反する方向へ揺動し、更に
上記２つのアームの関節部に旋回モータを配置し、上記
基端部のモータにより把持器が２点間を姿勢を変えるこ
となく水平な直線軌跡で移動する多関節ロボットにおい
て、上記旋回モータにより旋回される把持器の回転軸と
第二アームとの間に、オーバートラベルセンサと、この
オーバートラベルセンサに対面する検出ドッグとを適宜
配置し、把持器の旋回角を検出することを特徴とする多
関節ロボットにおけるハンドの回転位置検出装置であ
る。

【００１０】本発明の請求項１によると、旋回モータに
より旋回される把持器の回転軸に配置したオーバートラ
ベルセンサが、第二アーム上に配置した検出ドッグを感
知することで、把持器の旋回角を簡便に検出することが
できる。従って、１８０°以上に大きく旋回する把持器
のオーバートラベルも簡便に感知可能となる。

【００１１】本発明の請求項２は、第一アームと第二ア
ームとを関節した２つのアームと、上記第二アームの先
端に旋回する手首部と、この手首部先端にハンドとなる
把持器とを備え、上記第一アームの基端部に備えたモー
タにより第一アームを揺動すると、これに関節する第二
アームを相反する方向へ揺動し、更に上記２つのアーム
の関節部に旋回モータを配置し、上記基端部のモータに
より把持器が２点間を姿勢を変えることなく水平な直線
軌跡で移動する多関節ロボットにおいて、上記旋回モー
タの回転軸の回転を適宜減速させた回転円板を第一アー
ム上に配置して検出ドッグとなし、上記回転円板の検出
ドッグを第一アーム上に配置したオーバートラベルセン
サにより、把持器の旋回角を検出することを特徴とする
多関節ロボットにおけるハンドの回転位置検出装置であ
る。

【００１２】本発明の請求項２によると、旋回モータの
回転軸の回転を適宜減速させた回転円板の回転位置を第
一アーム上に配置したオーバートラベルセンサにより検
出することで、１８０°以上に大きく旋回する把持器の
オーバートラベルを簡便に感知できる。

【００１３】本発明の請求項３は、請求項１，２記載の
多関節ロボットにおけるハンドのオーバートラベル検出
装置において、オーバートラベルセンサに隣接して原点
センサを付加配置し、把持器の原点位置を検出すること
を特徴とする多関節ロボットにおけるハンドの回転位置
検出装置である。

【００１４】本発明の請求項３によると、ハンドのオー
バートラベル検出の他、把持器の原点位置付近を検出す
ることが簡易に実施できる。これにより、ローコストな
原点センサからの原点信号を受ける制御系は、把持器の
原点位置を高精度に位置決め制御出来る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の請求項に記載する
技術を図面に示す実施形態で説明する。図１，２，３，
４は、本発明の多関節ロボット１００の外観及びそのハ
ンドの回転位置検出装置２００を示している。

【００１６】上記多関節ロボット１００は、２つのアー
ム１２，１３からなり、この手首部１４の先端には、図
２，８に示すように、１つ又は２つのハンドである把持
器Ｈを備え、これが、位置（ａ）と位置（ｓ）間をＸ軸
方向である水平な直線軌跡Ｋで移動させる。即ち、多関
節ロボット１００の第一アーム１２の基端部に備えたモ
ータＭにより第一アーム１２を揺動すると、これに関節
する第二アーム１３を相反する方向へ揺動し、手首部１
４に備える把持器Ｈは水平姿勢で位置（ｓ）に対面さ
せ、ここでの把持器Ｈのθ軸旋回をさせるとともにワー
ク搬送を行なう。また、位置（ａ）では、垂直姿勢に把
持器をθ軸旋回させるとともに、多関節ロボット１００
全体のＺ軸昇降動を行なうものである。

【００１７】上記多関節ロボット１００の内部構成は、
図２，３のようになっている。基台１５には第一アーム
１２の基端部１２Ａが支持されており、また、第一アー
ム１２の基端部１２Ａに回転不能な第一輪体１６を備え
るほか、第一アーム１２の自由端１２Ｂにも該アームと
一体に支軸１２Ｃを介して第三輪体１７が固設されてい
る。上記第一アーム１２の自由端１２Ｂ側の第三輪体１
７の支軸１２Ｃと関節する第二アーム１３の枢支部１３
Ａに該第二アーム１３と一体の第二輪体１８を備えてい
る。更に、上記第二アームの自由端１３Ｂの回転軸１９
に関節する手首部１４の枢支部１４Ａに該手首部１４と
一体の第四輪体２０を備えている。

【００１８】そして、上記第一アーム１２の基端部１２
Ａ側の第一輪体１６と、第二アーム１３の第二輪体１８
間に、確動帯２１が巻き掛けられている。更に、第一ア
ーム１２の自由端側１２Ｂの第三輪体１７と、手首部１
４の第四輪体２０間に、確動帯２２が巻き掛けられてい
る。上記各輪体１６，１７，１８，２０は、スプロケッ
ト又はタイミングプーリであり、確動帯２１，２２はチ
ェン又はタイミングベルトである。そして、上記各輪体
１６，１７，１８，２０は、歯数比が２：１（１６と１
８）及び１：２（１７と２０）に選定されている。

【００１９】上記各輪体１６，１７，１８，２０は、歯
数比が２：１（１６と１８）及び１：２（１７と２０）
の関係の元に、第一アーム１２の基端部１２Ａに備えた
旋回用のモータＭにて第一アーム１２を旋回すると、第
二アーム１３は２倍の旋回角度で逆方向へ旋回し、手首
部１４は、第一アーム１２と同じ旋回角で同じ方向へ旋
回する。しかして、図３に示すように、各アーム１２，
１３の旋回角θは同じ関係で増減し、把持器Ｈを備えた
手首部１４の先端をＸ軸方向である水平な直線軌跡Ｋで
左右に移動する。

【００２０】上記多関節ロボット１００は、図２，３，
８に示すように、第一アーム１２の自由端側１２Ｂに手
首部１４の旋回モータＨＭを付設し、この旋回モータＨ
Ｍにて手首部１４を単独旋回させるようにしている。即
ち、上記第一アーム１２の自由端側１２Ｂ側の第三輪体
１７の支軸１２Ｃに対して、第一アーム１２の自由端に
付設した旋回モータＨＭにて単独旋回できるようにな
し、この第三輪体１７に確動帯２２で巻き掛けた手首部
１４の第四輪体２０を旋回させることで、手首部１４を
自由姿勢に旋回する構成としている。

【００２１】上記多関節ロボット１００において、旋回
モータＨＭにより駆動されるハンドとなる把持器Ｈのオ
ーバートラベル旋回角やその原点位置を検出する回転位
置検出装置２００の第一実施形態を図４，５，６，７で
説明する。上記旋回モータＨＭにより旋回される把持器
Ｈの回転軸１９に、２つのオーバートラベルセンサＬＳ
１，ＬＳ２と原点センサＬＳ３とを円弧板１９Ａを介し
て配置する。また、上記各センサと対面する検出ドッグ
Ｄを、第二アーム１３上に配置し、把持器の旋回角θを
検出するように構成されている。上記２つのオーバート
ラベルセンサＬＳ１，ＬＳ２は、把持器Ｈの回転方向性
を検出可能とするため、例えば、約４５°だけ離れた位
置に配置されている。

【００２２】上記構成からなる回転位置検出装置２００
は、図５，６，７のように作用する。先ず、図５におい
て、上記第二アーム１３が図示の右方向へ移動した４５
°の傾斜角姿勢時に、原点センサＬＳ３と検出ドッグＤ
とが対面接近し、原点センサＬＳ３から感知信号を制御
装置（図示なし）に発する。この信号を受けて上記第二
アーム１３の原点位置付近と定義され、絶対原点位置が
制御装置（図示なし）内で処理される。勿論、上記第二
アーム１３の原点位置は、４５°の傾斜角姿勢に限定さ
れず、適宜位置に選択される。

【００２３】次に、図６に示すように、上記第二アーム
１３が図示の右方向へ移動した水平姿勢時には、この移
動に関係なく同一姿勢を保持する把持器Ｈの回転軸１９
のオーバートラベルセンサＬＳ１に対し、第二アーム１
３上に配置した検出ドッグＤが対面接近する。この状態
の時、オーバートラベルセンサＬＳ２が検出ドッグＤを
感知して感知信号を制御装置（図示なし）に発し、オー
バートラベルであることを報知する。

【００２４】又、上記状態から把持器Ｈの回転軸１９
は、反時計方向ＣＣＷに３１５°旋回した所で、検出ド
ッグＤがオーバートラベルセンサＬＳ２に接近してオー
バートラベルセンサＬＳ２から感知信号を制御装置（図
示なし）に発し、オーバートラベルであることを報知す
る。しかして、上記第二アーム１３が図示の右方向へ移
動した水平姿勢時には、把持器Ｈは、先ず反時計方向Ｃ
ＣＷに３１５°まで旋回可能にさせた使用条件のもとに
運転制御される。その後、時計方向ＣＷに戻る旋回を可
能にすること当然である。

【００２５】他方、図７に示すように、上記第二アーム
１３が図示の左方向へ水平姿勢になるまで移動する時に
は、この移動に関係なく同一姿勢を保持する把持器Ｈの
もとに第二アーム１３が停止する。この状態から把持器
Ｈの回転軸１９は、時計方向ＣＷに１８０°旋回した所
で、検出ドッグＤがオーバートラベルセンサＬＳ１に接
近してオーバートラベルセンサＬＳ１から感知信号を制
御装置（図示なし）に発し、オーバートラベルであるこ
とを報知する。

【００２６】又、上記状態から把持器Ｈの回転軸１９
は、反時計方向ＣＣＷに１３５°旋回した所で、検出ド
ッグＤがオーバートラベルセンサＬＳ２に接近してオー
バートラベルセンサＬＳ２から感知信号を制御装置（図
示なし）に発し、オーバートラベルであることを報知す
る。しかして、上記第二アーム１３が図示の左方向へ移
動した水平姿勢時には、把持器Ｈは、先ず時計方向ＣＷ
に１８０°まで旋回できる使用条件のもとに運転制御さ
れる。その後、反時計方向ＣＣＷに３１５°まで戻る旋
回を可能にする。

【００２７】上記第一実施形態の回転位置検出装置２０
０において、２つのセンサＬＳ１，ＬＳ２の配置角度を
４５°以下に狭め、把持器Ｈの許容旋回角度を広くした
いならば、２つのセンサＬＳ１，ＬＳ２の配置を旋回方
向に対して直交する回転軸１９の軸心方向に配置するの
が望ましい。又、検出ドッグＤの先端を細くすること
で、２つのセンサＬＳ１，ＬＳ２の感知角度を狭め、旋
回角度変化に対して敏感にしても良い。このようにして
実施するときは、制御装置内に回転軸１９の回転方向を
判別する機能を持たせる事となる。

【００２８】また、本発明は、上記第一実施形態に限定
されず、発明の要旨内での設計変更が自由に出来ること
勿論である。検出ドッグＤと各センサＬＳ１，ＬＳ２，
ＬＳ３の取付位置を相互に入れ替えても良い。この場合
も相対的に動作するので、同様の機能が得られる。

【００２９】更に、本発明は、上記第一実施形態の他、
図８，９，１０に示すように、第二実施形態のハンドの
回転位置検出装置３００としても良い。この回転位置検
出装置３００は、上記旋回モータＨＭの回転軸１２Ｃの
回転を例えば、１／２に減速させた回転円板３０を第一
アーム１２上に配置して検出ドッグＤ１となし、上記検
出ドッグＤ１に対して、第一アーム１２上に配置した原
点センサＬＳとオーバートラベルセンサＬＳ１，ＬＳ２
により、把持器Ｈの旋回角θを検出する。

【００３０】即ち、回転円板３０は旋回モータＨＭの支
軸である回転軸１２Ｃの回転を１／２に減速するプーリ
Ｐ１，Ｐ２の関係でベルト３１が巻き掛けられ、これで
第二アーム１３先端の把持器Ｈの旋回角θと同一角度で
同一方向へ旋回する。上記回転円板３０の外周に、図１
０に示すように、例えば、４０°の扇状の検出ドッグＤ
１を形成する。又、２つのオーバートラベルセンサＬＳ
１，ＬＳ２を３０°の角度で配置して第一アーム１２に
取付ている。図示においては、原点センサＬＳ３も取付
けられており、３０°離れた位置に配置されている。

【００３１】上記構成からなるハンドの回転位置検出装
置３００は、図９，１０のように作用する。第二アーム
１３先端の２つの把持器Ｈは、第二アーム１３の旋回運
動に関係なく垂直に絶対角度を維持する。まず、図示の
ように、２つの把持器Ｈが上下に配置した状態におい
て、原点センサＬＳ３が検出ドッグＤ１に接近してお
り、原点付近の信号を発信する。

【００３２】次に、把持器Ｈを時計方向ＣＷへ旋回すべ
く、回転を始めると約２８５°（＋ＯＴ）でオーバート
ラベルセンサＬＳ１に検出ドッグＤ１が接近して感知さ
れる。又、把持器Ｈを反時計方向ＣＣＷへ旋回すべく、
回転を始めると約５°（−ＯＴ）でオーバートラベルセ
ンサＬＳ２に検出ドッグＤ１が接近して感知される。し
かして、上記４０°の扇状の検出ドッグＤ１と、２つの
オーバートラベルセンサＬＳ１，ＬＳ２の配置角度３０
°の関係においては、把持器Ｈが２９０°旋回までの使
用に対応するものとなる。因に、把持器Ｈの旋回角度
は、扇状の検出ドッグＤ１の開き角度と、オーバートラ
ベルセンサＬＳ１，ＬＳ２の配置角で決定される。

【００３３】上記第二実施形態のハンドの回転位置検出
装置３００において、上記第二実施形態に限定されず、
発明の要旨内での設計変更が自由にできること勿論であ
る。例えば、上記旋回モータＨＭの支軸である回転軸１
２Ｃの回転角に対して回転円板３０の回転角が少なくと
も大きくなれば、把持器Ｈの旋回角１８０°以上を検出
可能とするから、その減速比を１／２に限定されず、例
えば１／１．１でも可能となる。

【００３４】更に、上記第一実施形態と同様に、把持器
Ｈの許容旋回角度を広くしたいならば、２つのセンサＬ
Ｓ１，ＬＳ２の配置を旋回方向に対して直交する回転軸
１２Ｃの軸心方向に配置するのが望ましい。

【００３５】

【発明の効果】本発明の請求項１によると、上記旋回モ
ータにより旋回される把持器の回転軸と第二アームとの
間に、オーバートラベルセンサと検出ドッグを配置させ
て、把持器の旋回角を検出するから、旋回モータにより
旋回される把持器の旋回角を簡便に検出することができ
る。従って、１８０°以上に大きく旋回する把持器のオ
ーバートラベルも簡便に感知できる効果が発揮される。

【００３６】本発明の請求項２によると、上記旋回モー
タの回転軸の回転を適宜減速させた回転円板を第一アー
ム上に配置して検出ドッグとなし、上記回転円板の検出
ドッグを第一アーム上に配置したオーバートラベルセン
サにより、把持器の旋回角を検出するから、旋回モータ
の回転軸の回転を適宜減速させた回転円板の回転位置を
第一アーム上に配置したオーバートラベルセンサにより
検出することで、１８０°以上に大きく旋回する把持器
のオーバートラベルをアームの旋回に影響されず簡便に
感知できる効果が発揮される。

【００３７】本発明の請求項３によると、オーバートラ
ベルセンサに隣接して原点センサを付加配置し、把持器
の原点位置を検出するから、ハンドのオーバートラベル
検出の他、把持器の原点位置付近を検出することが簡易
に実施できる。これにより、ローコストな原点センサか
らの原点信号を受ける制御系は、把持器の原点位置を高
精度に位置決め制御出来る効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多関節ロボットの斜視図である。

【図２】本発明の多関節ロボットの原理を示す平断面図
である。

【図３】本発明の多関節ロボットの原理を示す正面図で
ある。

【図４】本発明の第一実施形態の回転位置検出装置を示
すロボット手首部の断面図である。

【図５】本発明の第一実施形態の回転位置検出装置を示
すロボット手首部の側面図である。

【図６】本発明の第一実施形態の回転位置検出装置の作
用図である。

【図７】本発明の第一実施形態の回転位置検出装置の作
用図である。

【図８】本発明の第二実施形態の回転位置検出装置を示
す平断面図である。

【図９】本発明の第二実施形態の回転位置検出装置を示
す側面図である。

【図１０】本発明の第二実施形態の回転位置検出装置の
作用図である。

【符号の説明】

１２ 第一アーム １３ 第二アーム １２Ａ 基端部 １２Ｂ 自由端 １２Ｃ 支軸 １３Ａ 枢支部 １３Ｂ 自由端 １４ 手首部 １９ 回転軸 １９Ａ 円弧板 ３０ 回転円板 Ｋ 直線軌跡 Ｌ 第一アームの中
心線 Ｍ モータ Ｏ 旋回中心線 Ｈ 把持器 ＨＭ 手首旋回モータ １００ 多関節ロボット ２００，３００ 回転位置検出装
置 Ｄ，Ｄ１ 検出ドッグ ＬＳ３ 原点センサ ＬＳ１，ＬＳ２ オーバートラベ
ルセンサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第一アームと第二アームとを関節した２
   つのアームと、上記第二アームの先端に旋回する手首部
   と、この手首部先端にハンドとなる把持器とを備え、上
   記第一アームの基端部に備えたモータにより第一アーム
   を揺動すると、これに関節する第二アームを相反する方
   向へ揺動し、更に上記２つのアームの関節部に旋回モー
   タを配置し、上記基端部のモータにより把持器が２点間
   を姿勢を変えることなく水平な直線軌跡で移動する多関
   節ロボットにおいて、上記旋回モータにより旋回される
   把持器の回転軸と第二アームとの間に、オーバートラベ
   ルセンサと、このオーバートラベルセンサに対面する検
   出ドッグとを適宜配置し、把持器の旋回角を検出するこ
   とを特徴とする多関節ロボットにおけるハンドの回転位
   置検出装置。
2. 【請求項２】 第一アームと第二アームとを関節した２
   つのアームと、上記第二アームの先端に旋回する手首部
   と、この手首部先端にハンドとなる把持器とを備え、上
   記第一アームの基端部に備えたモータにより第一アーム
   を揺動すると、これに関節する第二アームを相反する方
   向へ揺動し、更に上記２つのアームの関節部に旋回モー
   タを配置し、上記基端部のモータにより把持器が２点間
   を姿勢を変えることなく水平な直線軌跡で移動する多関
   節ロボットにおいて、上記旋回モータの回転軸の回転を
   適宜減速させた回転円板を第一アーム上に配置して検出
   ドッグとなし、上記回転円板の検出ドッグを第一アーム
   上に配置したオーバートラベルセンサにより、把持器の
   旋回角を検出することを特徴とする多関節ロボットにお
   けるハンドの回転位置検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１，２記載の多関節ロボットにお
   けるハンドの回転位置検出装置において、オーバートラ
   ベルセンサに隣接して原点センサを付加配置し、把持器
   の原点位置を検出することを特徴とする多関節ロボット
   におけるハンドの回転位置検出装置。