JPS5890486A

JPS5890486A - 工業用ロボツト

Info

Publication number: JPS5890486A
Application number: JP18528881A
Authority: JP
Inventors: 芳夫谷口
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-11-20
Filing date: 1981-11-20
Publication date: 1983-05-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、重量物を位置決め制御することができる工業
用ロボットに関する。

工業用ロボットにおいては、所期の仕上げ寸法の製品を
得るために、加工物その他の重量物を精度良く位置決め
制御する必要がおる。ところが、この位置決め制御が行
なわれる場合、重量物の重量により重量物の位置決め位
置にズレが生じ、所期の設定位置との間に誤差が生ずる
。このようなことが生ずるのは、ロボットに弾性、ガタ
があるためであり、上記誤差の量は重量物の重量の変化
、ロボットの経年変化などに応じて変化し、従来ではこ
の重量物の重量による誤差に対して特別の対策が施され
ていなかった。

したがって従来の工業用ロボットには、位置決めの対象
となる重量物の重量によって位置決め誤差が生ずるとい
う問題があり、高度の精度にて製品を加工することがで
きないという欠点があった。

本発明は上記従来の課゛題に鑑みて為されたものであり
、その目的は、位置決めの対象となる重量物の重量によ
って位置決め誤差が生ずることがない工業用ロボットを
提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、重量物を位置決
めするためのアームと、該アームを位置決め目標値に応
じて駆動制御する位置決め制御部と、を含む工業用ロボ
ットにおいて、位置決め制御部は、重量物の重量とアー
ムの姿勢とに対応したアームのたわみ量が格納されたメ
モリを含み、重量物の重量値及びアームの姿勢に適合し
たたわみ量を読み出し該たわみ量により前記位置決め目
標値を補正する、ことを特徴とする。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する
。

前述のように本発明に係る工業用ロボットは、重量物を
位置決めするためのアームと、該アームを駆動制御する
位置決め制御部とを有しており、第１図、第２図及び第
３図にはこのアームが、そして第４図には位置決め制御
部が示されている。

第１図に示されるように、本実施例におけるアーム１０
は６個の関節を有し、−軸アーム１０ａ。

２軸アーム１０ｂ、３軸７−ムＩＯＣ，４軸アーム１０
ｄ、５軸７−ム１０ｅ、６軸７−ム１０ｆを備えている
。

また、図示されてはいないがアーム１ｏの各関節にはモ
ータが設けられており、したがってこれらモータが駆動
されることによりアーム１ｏは位置決めの対象とされる
重量物１２を任意の姿勢にて保持することができる。す
なわち、アーム１゜には６個の関節が設けられているの
で、アーム１０は任意の姿勢をとることができ、重量物
１２を任意の位置でまた任意の姿勢で位置決めすること
ができる。

第２図には第１図アーム１ｏの先端部分が示されている
。

本実施例においてはアーム１０の先端にはチャック１４
が設けられており、重量物１２はこのチャック１４によ
り把持される。すなわち、アーム１０の先端は中空とさ
れて穴１０ｇが形成され、この穴１０ｇにチャックｉ４
のペース部１４ａから伸長する軸１４ｂが嵌挿され、軸
１４ｂの先端にチャックハンガ１４Ｃが形成され、チャ
ック１４がアーム１０の先端に架吊されるので、ベース
部１４ａに設けられた把持部１４ｄ、１４ｅに重量物１
２が把持される。

以上のようにアーム１０は重量物１２を任意位置、任意
姿勢にて保持することができる。

また、本実施例では、重量物１２の重量を検出する重量
検出器１６がアーム１０の先端に設けられており、この
重量検出器１６を第２図及び第３図により説明する。

第３図は第２図の■−■断面を示すものでら９、両図に
示されるように、上記重量検出器１６は、アーム１０の
先端内壁であってチャックハンガ１４Ｃが押圧される部
分に軸１４ｂを中心として９００間隔で配置貼着された
４枚のストレンゲージ１６ａ、１６ｂ、１６Ｃ，１６ｄ
から構成されている。これらストレンゲージ１６ａ、１
６ｂｔ１６Ｃ，１６ｄはチャックハンガ１．４　Ｃの押
圧力、すなわち重量物１２の重量、に応じた電圧を発生
することができ、本実施例ではこれらの出力電圧が重量
検出値として利用されている。

さらに、第１図には示されてはいないが、アーム１０の
各関節にはそれらの回動角度を検出する角度検出器が設
けられておシ、本実施例ではこれら角度検出器の検出値
によりアーム１０の姿勢が検出されている。

次に第４図の位置決め制御部についての説明を行なう。

上記重量物１２はモータ駆動装置１８により位置決め制
御される。すなわち、モータ駆動装置１８には位置決め
目標値が与えられておシ、モータ駆動装置１８はこの目
標値に応じてアーム１０の各関節に設けられたモータを
駆動してアーム１０の姿勢を制御し、これによりアーム
１０の先端に把持された重量物１２の位置決めを行なう
ことができる。

ここで本発明では、この位置決め制御部に重量物１２の
重量とアーム１０の姿勢とに対応したアーム１０のたわ
み量が格納されたメモリ２０が設けられている。

また、本発明では、このメモリ２０に格納されたたわみ
量を選択して読み出し、読み出されたたわみ量によって
前記位置決め目標値を補正することが特徴とされ、この
ため、本実施例の位置決め制御部にたわみ量参照装置２
２が設けられている。

上記たわみ量参照装置２２には前記重量検出器１６の重
量検出値とアーム１０の各関節に設けられた角度検出器
の角度検出値がアーム１０の姿勢情報として供給されて
いる。このたわみ量参照装置２２は、これら重量検出値
と姿勢情報とにより、重量物１２の重量とアーム１０の
姿勢に応じたアーム１０のたわみ量をメモリ２０から読
み出すことができる。

上記たわみ量参照装置２２によって読み出されたアーム
１０のたわみ量はモータ駆動装置１８に供給され、モー
タ駆動装置１８はこのたわみ量によって前記目標値を補
正して新たな目標値を得、これによりアーム１０の姿勢
制御を行なうことができる。

同、重量物１２の重量、アーム１０の姿勢に正確に対応
したたわみ量がメモリ２０内に格納されていないときに
は、たわみ童参照装置２２はこれらに適合するたわみ量
に最も近似するメモリ２０に格納系れたたわみ量を選択
することができる。

本発明の好適な実施例は以上の構成から成り、以下、そ
の作用を説明する。

アーム１０の先端に重量物１２が把持されると、アーム
１０は重量物１２の重量及びアーム１０自体の姿勢に応
じた量だけたわむ。このとき、アーム１０の姿勢及び重
量物１２の重量に関する情報がたわみ量参照装置２２に
供給されるので、たわみ量参照装置２２はアーム１０の
姿勢及び重量物１２の重量に適合したたわみ量をメモリ
２０から読み出し、あるいは最適なたわみ量に最も近似
したたわみ量を読み出し、モータ駆動装置１８に出力す
る。

モータ駆動装置１８はたわみ量参照装置２２から供給さ
れたたわみ量によってその位置決め目標値を補正し、補
正された新たな目標値によジアーム１０の姿勢制御を行
ない、こｎにより重量物１２の位置決め制御を行なう。

なお、本実施例においてはアーム１０の各関節に設けら
れたモータについての目標値のうち、アーム１０のたわ
み量補正を行なうために必要とされる最小の数の目標値
のみが補正され、こうすることによりアーム１０の駆動
スピードの高速化が図られている。

以上説明したように、本発明によれば、位置決めの対象
となる重量物の重量により生ずるアームのたわみ量を打
ち消すことができるので、重量物の重量によって影響さ
れない位置決めを行なうことができ、したがって、重量
物の正確な位置決めを行なって加工精度が高い製品を得
ることができる。

また、前記メモリ２０に記憶されたたわみ量にロボット
の経年変化を考慮したものを用いれば、ロボットの経年
変化によって影響されない重量物の位置決めを行なうこ
ともできる。

さらに、ロボット自体が予め与えられた位置決め目標値
を自動的に修正するので、改めて新たな目標値をロボッ
トにティーチする必要がなく、シたがって、このための
操作が必要でなく、総体的にみてロボットによる工程に
要する時間を短縮することができる。

なお、本実施例においては重量検出器が設けられたが、
重量物の重量が予め判明している場合にはこれは必要で
なく、重量情報をロボットに予めティーチするように構
成することが好ましい。

また、メモリに格納されるたわみ量は、アームのたわみ
量を予め実験してこれを用いることが、位置決め位置補
正を正確に行なうためには最も望ましい。しかしながら
、このように実験を繰り返して行なうことは煩に耐えな
いので、純理論的にあるいは経験的に述められた計算式
を用いてたわみ量を得、これをメモリに書き込むことが
更に好適である。次にこの点に関して配慮が為された他
の実施例を説明する。

第５図には本発明の好適な実施例の位置制御部が示され
、前述実施例に対して、たわみ量計算装置２４が追加さ
れている点が異なる。

上記たわみ量計算装置２４は、重量検出値とアーム１０
の姿勢情報とに基づいてアーム１０のたわみ量を算出し
てこれらをメモＩＪ　２０に書き込むことができる。な
お、メモリ２０からのたわみ量の読み出しは、本実施例
においては、たわみ量計算装置２４を介して行なわれて
いる。

以下、本実施例の作用を第６図、第７図に基づいて説明
する。

第６図はたわみ量計算装置２４で行なわれる演算を説明
するためのものであり、アーム１０の各関節から重量物
１２の重心への位置ベクトルが、Ｌｌ、Ｌｚ　、Ｌａ、
Ｌａ、Ｌａｔ、Ｌａにて、重量物１２の重量ベクトルが
Ｗにて示されている。

この場合、各軸１０ａ、１０ｂ、ＩＯＣ。

１０ｄ、１″Ｏｅ、１０ｆについての重量ベクトルをＷ
Ｉ　、Ｗ２　、Ｗａ　−Ｗ４　、Ｗ５．Ｗａにて、それ
らの各たわみ係数ベクトルをＫＩ、に２　、ＫａＫ４−
　ＫＩｌ、Ｋａにて嚢わすものとすると、重量物１２の
重心の位置におけるたわみ量に相当するたわみ量ベクト
ルσは次式にて示される。

σ＝　Σ（Ｋｌ）・（Ｌａ　）・（ＷＩ＋Ｗ）　　・・
・第（１）式上記第（１）式により前記たわみ量計算装
置２４が計算を行なってたわみ量を得るが、この演算ア
ルコリズムが第７図に示されている。

第７図に示されるように、たわみ量計算装置２４は、最
初のステップで重量物（物体）１２の重量ベクトルＷ（
重量に比例した長さを有する鉛直方向のベクトル）を計
算し、次のステップで重心の位置ベクトルＬＷを求める
。そして次のステップで各軸１０ａ、１０ｂ、ＩＯＣ，
１０ｄ。

１０ｅ、１０ｆについての位置ベクトルＬ１を求め、そ
の次のステップで各軸１０ａ、１０ｂ。

１０Ｃ，１０ｄ、１０ｅ、１０ｆについての重量ベクト
ルにＷＩを求める。さらに次のステップで各軸１０ａ、
１０ｂ、ｌ０ＣＩ　１ｏｃｌ、１０ｅ１１Ｏｆが重心Ｇ
への位置ベクトルＬ＋を求め、最後のステップで前記第
（１）式によりたわみ量σの計算を行なう。

なお、各軸１０ａ、１０ｂ、ＩＯＣ，１０ｄ。

１０ｅ、１０ｆについての位置ベクトルＬ＋　　（第３
ステツプ）はそれらの長さに対応した長さを有し、また
、それぞれ方向性を有し、周知のようにこの方向性は基
準となる座標系の原点からの位置ベクトルから容易に求
められる。

例えば、位置ベクトルＬ＋は、前起第３ステップのベク
トルＬＯＩ　と位置ベクトルＬＷとから、次のようにし
て求めることができる。

Ｌ＋＝ＬＷ　　Ｉ、ｏｔ　　　　　、　　・・・・・・
・・・第（２）式％式％）ここで、本実施例においても前述の第２図、第３図の重
量検出器１６が用いられるが、本実施例においてはこの
検出値を用いることにより重量物１２の重量ベクトルＷ
が求められている。

例えば、ゲージ１６ａ、１６ｂの出力電圧の差εは、重
心Ｇと第２図の中心ａ１００との距離ｔ。

に対応しており、したがって、重量に対応して変化する
定数をＫ　（Ｗ）とすると１．両者−間には次の関係が
成立する。　　　　　。

ｔ＝Ｋ　（Ｗ）　　・ε　　　　　　・・・・・・・・
・第（３）式そして軸１０ｆと中心線１００とは予め明
らかな位置関係にあり、したがって位置ベクトルＬＯ０
が判明しているので、前記距離ｔを用いることにより重
心Ｇにおける位置ベクトルＬＷは容易に求められる。

以上のように、ストレンゲージ１６ａ、１６ｂ。

１６Ｃ，１６ｄを設けることにより容易に重心ベクトル
Ｗ１さらに位置ベクトルＬＷを求めることができるが、
ゲージの数をさらに増加して設けるとすれば、重心Ｇの
位置をさらに正確に検出することができる。

以上説明したように、本実施例によれば、メモリ２０へ
自動的にたわみ量を記憶することができるので、予め該
たわみ量を実測する必要がなく、ロボット操作上極めて
好適である。

また、重量物の荷重中心が移動した場合でも、これに応
じて直ちにたわみ量補正を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な第１実施例のアームの構成図、
第２図は第１図アームの先端部構成図、第３図は第２図
アーム先端の■−■断面図、第４図は第１実施例におけ
る位置決め制御部のブロック構成図、第５図は本発明の
好適な第２実施例における位置決め制御部のブロック構
成図、第６図は第２実施例におけるベクトル計算説明図
、第７図はたわみ量ベクトル計算のアルゴリズム図であ
る。１０・・・アーム、１２・・・重量物、１６・・・重量
検出器、１８・・・モータ駆動装置、２０・・・メモリ
、２２・−・た第４図第５図第６Ｍ第７図

Claims

【特許請求の範囲】１、重量物を位置決めするためのアームと、該アームを
位置決め目標値に応じて駆動制御する位置決め制御部と
、を含む工業用ロボットにおいて１、位置決め制御部は
、重量物の重量とアームの姿勢とに対応したアームのた
わみ量が格納されたメモＩＪ　ｅ含み、重量物の重量値
及びアームの姿勢に適合したたわみ量を読み出し該たわ
み量により前記位置決め目標値を補正する、ことを特徴
とする工業用ロボット。２、特許請求の範囲１記載のロボットにおいて、重量物
の重量を検出して重量検出値を位置決め制御部に与える
重量検出器が設けられたことを特徴とする工業用ロボッ
ト。３、特許請求の範囲１又は２記載のロボットにおいて１
位置決め制御部は１重量物の重量とアームの姿勢とに基
づいて前記たわみ量を算出して該たわみ量を前記メモリ
に格納するたわみ量計算装置を含むことを特徴とする工
業用ロボット。