JPS5833071B2 - 流体圧を用いたつり合せ装置 - Google Patents

流体圧を用いたつり合せ装置

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JPS5833071B2
JPS5833071B2 JP55027469A JP2746980A JPS5833071B2 JP S5833071 B2 JPS5833071 B2 JP S5833071B2 JP 55027469 A JP55027469 A JP 55027469A JP 2746980 A JP2746980 A JP 2746980A JP S5833071 B2 JPS5833071 B2 JP S5833071B2
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arm
manipulator
balancing
axis
joint
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JP55027469A
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ヒユーゴ・アンソニー・パニシデイ
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0008—Balancing devices
    • B25J19/0012—Balancing devices using fluidic devices

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔本発明の技術分野〕 本発明はマニピュレータ・システムに関し、更に具体的
にはマニピュレータ腕及びそれに関連する駆動モーフの
ための平衡装置を有するマニピュレータに関する。
〔背景の技術〕
リニア流体圧駆動システムは米国特許第 ４００１１５６号に説明されているようなプログラム可
能マニピュレータにおいて３つの直交運動を与える。
そのような駆動システムは、把持組立体を所定の領域内
の所望のロケーションに位置付ける。
概略的に言えば、Ｘ１Ｙ１Ｚのリニヤ腕は継手によって
接続され、その各々は個々のＸ、Ｙ。
Ｚモータによって相互に関して駆動される。
Ｘ１Ｙ１Ｚモークはそれぞれの継手のところに載置され
ている。
そのようなＸ１Ｙ１Ｚ直交形マニピユレータ・システム
において、システムが動作している間、及び腕１駆動モ
ータがオンになっている間、Ｚ軸に関連したロボット継
手に働く重力が常に存在している。
更に、Ｚ軸モータがオフ条件にある時、重力は腕を下方
へ引き下げる傾向がある。
先行技術において、マニピュレータへ平衡力を与えるシ
ステムは、米国特許第３６６１２７６号に示されるよう
につりあいおもりを使用する。
しかし、おもり及び対抗質量を使用すると、実質的にシ
ステムへ余分の質量が導入されるという点で不利点を生
じる。
つりあいおもりはやっかいであるばかりでなく、質量を
加速するための余分の駆動エネルギーを必要とする。
更に、つりあいおもりは余分の空間を占めると共に、負
荷の変更に対処するためにしばしば実質的なシステムの
設計変更を必要とする。
マニピュレータ形システム中で使用される他の形式のつ
りあわせ手段は、米国特許第３６０８７４３号に開示さ
れる材料処理装置で使用されるようなばねつりあわせで
ある。
ばねの使用は、一定のつりあわせ力が必要とされる応用
例において不利点を有する。
ばねは一定の力を与えないからである。
マニピュレータの腕システムの降下を防止する他の手段
は、モータ駆動力が除去された時、腕を所定位置に保持
するために使用されるブレーキ又は駆動クランプの如き
ロッキング装置である。
しかし、腕駆動モータが動作中である時つりあわせ力は
与えられず、ブレーキ装置をターン・オンする時に伴う
タイム・ラグはシステム動作中に補償乃至処理されねば
ならない。
マニピュレータ・システムにおいて、各種の工具、例え
ば動力式ねじドライバ、リベツタ、はんだごて、溶接ト
ーチ等の重さはマニピュレータの指及び腕に種々の実質
的負荷を与える。
これらの負荷は相当のものであり、モータ駆動サーボ・
システムへ誤差を導入する。
例えば、負荷のない腕に対して２７ｋｇの力の補償が設
定され、組立動作を行なうために１３．５ｋｇの工具が
指によって掴まれるようにプログラム化された場合、機
械的駆動システムの安定性を実質的にもたらすために、
サーボ・オフセット零が十分な大きざとなろう。
かくて、指によって掴まれる各種の工具の重さに対処す
るためには、成る自動的補償力が所望されることとなろ
う。
本発明の目的は、ロボット・マニピュレータのｔコめに
、重力に対して一定のつりあわせ力を与えるつりあわせ
システムを提供することである。
本発明の他の目的は、ＸＹＺ直交形マニピュレークに対
して、２重力方向で一定のつりあわせ力を与えるつりあ
わせシステムを提供することである。
本発明の他の目的は、ロボット・マニピュレータのため
に、簡単でありかつマニピュレータへ最小の質量を加え
るつりあわせシステムを提供することである。
本発明の他の目的は、ロボット・マニピュレータのため
に、各種の工具の重さ及びロボット把持器によって処理
される物体を自動的に補整するつりあわせシステムを提
供することである。
〔本発明の要約〕
本発明に従って、ＸＹＺ直交形マニピュレータにおいて
、流体圧が流体圧原動機へ加えられている間及び原動力
が一時停止されている時の双方において、マニピュレー
タ腕の継手に加えられる重力効果がつりあわせられる空
気圧つりあわせシステムが提供される。
空気圧つりあわせ力は、マニピュレータの手がＺ軸駆動
モータの付勢によって上昇又は下降されるにつれて、空
気シリンダ中で動作するピストンにより重力軸のＺ方向
に発生される。
選択された空気圧は、空気圧調整システムを介してつり
あわせシリンダへ与えられる。
１つの実施例において、ピストン棒がＺ軸腕継手へ剛性
的に取付けられ、Ｚ継手上に置かれたモータによって腕
継手が上昇及び下降されるにつれて、上記ピストン棒は
Ｚ継手と一致して上下に動く。
ここで継手は静止したＺ軸腕に沿ってまたがっており、
Ｚ軸腕はピストンが内部で動くシリンダへ固定的に取付
けられている。
実施例において、つりあわせシステムはプログラム制御
され、プログラムの実行中にマニピュレータの指によっ
て掴まれるべき各種の工具の重さは、中央処理ユニット
のメモリに記憶されている。
組立て動作中の適当な時点で、マニピュレータ・プログ
ラムは所定の工具の重さ及びマニピュレータ腕の重さの
双方を補償するようにつりあわせ力を選択し、それに従
って空気圧調整器を調節する。
〔実施例の説明〕
第１図は中央処理ユニット１０によって制御されるマニ
ピュレータを示する。
このマニピュレータは３つの相互に垂直なＸ、Ｙ、Ｚ腕
１２．１４．１６を有し、把握指１８へＸ１Ｙ、Ｚ方向
の移動を与える。
腕１２．１３．１６は保持具（即ち継手）２０．２２．
２４によって相互に滑動自在に連結され、米国特許第４
００１５５６号に示されるのと同様な直交形マニピュレ
ータ腕となる。
マニピュレータの手及び指のための位置づけ機構は、Ｙ
軸駆動カム２６によって腕１４を駆動する継手２２上の
Ｙ軸モータ駆動器、駆動カム２８によってＸ線腕１２を
駆動する継手２０上のＸ軸モータ駆動器１９、駆動カム
３０によりＺ軸腕１６に沿って継手２４を駆動するＺ軸
モータ駆動器２３（継手２４上にある）を含む。
Ｚ軸カム３０は垂直の腕１６上に載せられ、腕１６はそ
の下端を回転台３２上に載せられている。
モータ駆動器１９．２１．２３によって変位されたＸ、
Ｙ、Ｚの腕及び継手の変位量を示す位置づけ信号は、そ
れぞれのマニピュレータ腕に沿って伸長されるポテンシ
ョメータ・ギア・ラック３４．３６．３８によって与え
られる。
ポテンショメータ４０．４２．４４はそれらのシフト・
ギアがそれぞれのポテンショメータ・ギア・ラックと係
合するように載置されている。
動作において、マニピュレータ腕及び継手及びそれぞれ
のポテンショメータ・ギア・ラックはそのポテンショメ
ータ・シャフトの角度位置を変化させ、よってその電気
出力を直接に変化させる。
モータ駆動器及びカム・システムを含むＸＹＺ直交マニ
ピュレータは米国特許第３８４８５１５号に説明されて
いる。
この特許において、リニヤ流体圧原動機は各マニピュレ
ータ腕上に載置された循環リニヤ放物カム駆動ラックを
含み、それは複数個のモータ・ピストンがカム・ラック
に対して動かされる時に腕のリニヤな変位を発生する。
再び第１図を参照すると、マニピュレータ・システムは
Ｚ軸継手２４へ１端を固定されたピストン棒５０、及び
ピストン棒５０と協動する空気シリンダ５２を含む。
ピストン棒５０及び空気シリンダ５２は空気シリンダ組
立体４８を形成する。
空気シリンダ５２はＺ軸腕１６へ固定される。
空気圧供給源５４は空気圧調整器５６及び圧力管５８を
介して空気シリンダ組立体４８へ空気圧を送り、ピスト
ン棒５０上に上昇力を与える。
調整器５６はＤ／Ａ変換器９８及びサーボ駆動システム
１０２を介して中央処理ユニット１０によりプログラム
制御される。
サーボ駆動システム１０２の詳細は第４図に示される。
空気シリンダ組立体４８の詳細は第２Ａ図、第２Ｂ図、
第３Ａ図、第３Ｂ図を参照して説明される。
第２Ａ図を参照すると、そこにはＺ軸腕１６及び空気シ
リンダ５２が示されるが、Ｚ軸継手２４はその最下位の
位置にある。
第２Ｂ図は継手２４が上昇した場合の空気シリンダ組立
体４８を示す。
圧力管５８は空気シリンダ５２中の門６４（第３Ａ図参
照）へ連結され、ピストン棒５０へ固定されたピストン
６６に対して定圧を与える。
第３Ａ図から分るように、ピストン６６はカップ・シー
ル７０を支持する周辺グループ６８を有し、カップ・シ
ール７０はピストン６６と空気シリンダ５２の内壁７２
との間で密封機能を営む。
カップ・シール７０は通常のＵ形カップ・シールであっ
てよいＯ 再び第２Ａ図及び第２Ｂ図を参照すると、ピストン棒５
０はその下端を腕ブラケット７４によってＺ軸継手２４
へ取付けられ、ピストン棒５０が継手２４と共に垂直に
移動するようになっている。
上記の構成において、Ｚ軸腕１６が固定している間、継
手２４は移動手段によって垂直方向に移動される。
ここで理解すべきは、第５図に示されるように、Ｚ軸腕
を移動可能にし、Ｚ軸継手を固定するように、マニピュ
レータを設計してもよいことである。
第５図の構成において、空気シリンダ５２′はブラケッ
ト７６′によってＺ軸継手２４′へ固定され、ピストン
棒５０′がＺ軸腕１６′と一致して移動するようになっ
ている。
この構成では、ピストン棒５０′はその下端をブラケッ
ト７４′により移動可能なＺ軸腕１６′へ固定される。
Ｚ軸継手２４′は、関連するモータ駆動器が動かされる
時、腕１６′に関して静止している。
何故ならば、腕１６′は第１図の回転台３２のような静
止物体へ固定されないからである。
第４図を参照すると、そこには中央処理ユニット１０中
に設けられたプログラム制御システムとサーボ駆動シス
テム１０２の機能的ブロック図が示される。
これらのシステムはつりあわせ用空気シリンダ組立体４
８のために空気圧調整器５６を制御する。
具体的に言えば、中央処理ユニット１０は調整器５６を
セットしかつ制御する電圧を与える。
この圧力設定電圧は中央処理ユニット１０中に示された
構成要素によって決定される。
中央処理ユニット１０はメモリ９０を含む。
メモリ９０は作業（例えば、組立て）工程中把持され操
作される工具及び物体の重さを記憶する。
組立てプログラム９２は位置づけデータ、圧力感知デー
タ、動作選択データ、位置データ、速度制御データ、モ
ータ駆動データ等を含む。
更にプログラム９２は、組立て工程中の１つ又はそれ以
上の時点で選択される工具を把持するための指令を含む
。
特定の物体又は工具が掴まれる時点に先立って、プログ
ラム９２は線９４を介して工具選択信号をメモリへ送る
。
メモリ９０は、選択された工具又は物体の所定の重さを
表わすディジタル出力を線９１へ与える。
線９１上の１ｃ号は加算器９７へ印加される。
更に、加算器９７はレジスタ９３から来る出力線９５上
の信号を受取る。
レジスタ９３は、マニピュレータ腕組立体の重さを補償
するために必要な腕組立体つりあわせ圧力の所定値を記
憶している。
かくて、加算器９７の出力線９６は、工具の所定の重さ
及びマニピュレータ腕組立体の重さを補整する適当なつ
りあわせ力を示す。
出力線９６上のディジタル信号はディジタルアナログ（
Ｄ／Ａ）変換器９８によってアナログ形式へ変換される
。
Ｄ／Ａ変換器９８の出力線１００はサーボ駆動システム
１０２へ接続される。
サーボ駆動システム１０２は加算装置１０３、増幅器１
０４、サーボ・モータ１０８、通常のサーボ構成として
接続されたフィードバック・ポテンショメータ１０６を
含む。
加算装置１０３への線１００上の電圧は、増幅器１０４
を介してサーボ・モータ１０８を１駆動させ、フィード
・バック・ポテンショメータ１０６によって監視される
空気圧調整器５６の圧力設定を制御する。
フィード・バック・ポテンショメータ１０６の電圧がＤ
／Ａ変換器９８からの線１００上にある電圧とつり合う
時、サーボ・モータ１０８は停止し、つりあわせ用空気
シリンダ組立体４８へ印加される適当な空気圧が設定さ
れる。
本発明の精神を逸脱しない限り、多くの変更例が考えら
れてよい。
例えば、ＸＹＺ直交形マニピュレータへ所定のつりあわ
せ力を与えるプログラム制御は、非直交形又は分節形マ
ニピュレータへ応用することができる。
この場合、重力軸へ角度的に関連している腕上の重力効
果は、腕の角運動によって惹起される重力の大きさの変
化を補整するようにプログラム化されてよい。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に従うプログラム可能空気圧つりあわせ
システムを使用したコンピュータ制御マニピュレータの
斜視図、第２Ａ図及び第２Ｂ図は空気圧つりあわせシス
テム及びＺ軸マニピュレータ腕を示す図であってＺ軸腕
に沿った２つの異った位置に腕継手が置かれている状態
を示す図、第３Ａ図及び第３Ｂ図はそれぞれつりあわせ
空気シリンダ組立体の側面図及び端面図であって１部を
断面図で示したもの、第４図はつりあわせ空気シリンダ
組立体のためにＣＰＵ中にあるプログラム制御システム
及び空気圧調整器を制御するサーボ駆動システムの機能
的ブロック図、第５図はマニピュレータ腕及び空気シリ
ンダ組立体のための代替的構成を示す図である。 １０・・・・・・中央処理ユニット、１２．１４．１６
・・・・・・腕、１９．２１．２３・・・・・・モータ
駆動器、２０．２２．２４・・・・・・継手（保持具）
、２６．２８．３０・・・・・・駆動カム、３２・・・
・・・回転台、３４．３６．３８・・・・・・ポテンシ
ョメータ・ギア・ラック、４０．４２．４４・・・・・
・ポテンショメータ、４８・・・・・・空気シリンダ組
立体、５０・・・・・・ピストン棒、５２・・・・・・
空気シリンダ、５４・・・・・・空気圧供給源、５６・
・・・・・空気圧調整器、５８・・・・・・圧力管、９
８・・・・・・ディジタル−アナログ変換器、１０２・
・・・・・サーボ駆動システム。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ マニピュレータのための流体圧を用いたプログラム
    可能なつり合せ装置において、 物体を掴むための腕と、 操作プログラムの実行中に上記腕により掴まれるべき物
    体の重力及び上記腕の自重による重力の効果を補償する
    のに必要なつり合せ力を表わす情報を予め保持している
    貯蔵手段と、 上記操作プログラムに従って上記物体が上記腕により掴
    まれる時にそれに対応するつり合せ力情報を上記貯蔵手
    段から読出す読出し手段と、上記読出し手段により読出
    されたつり合せ力情報を受取る流体圧調整手段と、 上記腕に動作的に結合され、且つ上記流体圧調整手段に
    つながれ上記腕と上記腕により掴まれた物体の重力を補
    償するためのつり合せ力を発生するための流体圧つり合
    せシリンダー及びピストンと よりなる流体圧を用いたつり合せ装置。
JP55027469A 1979-03-19 1980-03-06 流体圧を用いたつり合せ装置 Expired JPS5833071B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/021,647 US4229136A (en) 1979-03-19 1979-03-19 Programmable air pressure counterbalance system for a manipulator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS55125991A JPS55125991A (en) 1980-09-29
JPS5833071B2 true JPS5833071B2 (ja) 1983-07-16

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ID=21805371

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US (1) US4229136A (ja)
EP (1) EP0016330B1 (ja)
JP (1) JPS5833071B2 (ja)
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