JPS59175972A - 産業用ロボツト - Google Patents

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】 この発明は産業用ロボットの改良に係り、特に制御軸と
して回動軸を含み、かつこの部分にダイレクトドライブ
モーターを使用したものに関する。

メカ構成の少なくとも一部に回動軸を含む産業用ロボッ
トは、多関節ロボット、円筒座標ロボット、極座標ロボ
ットおよびその他の形態のロボットとして周知である。

しかしながらこのような回動軸の回動角をサーボ系で制
御する電動動力としては、電動リニアアクチュエーター
や、減速機を介在させたＤＣもしくはＡＣのサーボモー
ターを使用するのが従来の技術であ−た。そのため、こ
れらのサーボ系を切って、ロボットの先端に外力を加え
て動かそうとしても、全熱動かし得ないかもしくは動か
し得たとしても前記減速機などによる摩擦力によって、
その可逆性の乏しいものであ−た。

ｊ５近時低速高トルクのダイレクトドライブモーターが
開発され、これの産業用ロボットへの応用が計られつつ
ある。そこでこの発明においては、回動軸を制御するの
にこのようなダイレクトドライブモーターを使用し、外
力でこの回動角を強制する場合の制御を容易とした、産
業用ロボットを提供することをその目的とする。

以下図面を参照しつつこの発明一実施例を詳述する。こ
の実施例はコンベアで送られてくる荷物を停止させ、こ
れを他へ移送するトランスファーロボットとして構成さ
せているが、この発明をこの実施の形態に限定するもの
ではない。

１はこの産業用ロボットの基台である。

２は基台１に垂直軸ｖ１まわりに回動α、自在に枢支さ
れた、旋回腕である６そしてこの回動角α、を強制する
動力として、公知のダイレクトドライブモーターＭ□を
設ける。モーターＭ、は高磁力永久磁石のローター（こ
の実施例では固定側）Ｒ１と、ステーター（この実施例
では回動側）Ｓｌとよりなる。ステーターＳ、にはコイ
７＋ｚＣＬを３相Ｙ結線に巻回され、後述する制御装置
によりそれぞれのコイルＣＬに流れる直流電流を制御し
うるようブラシレスに構成される。さらにモーターＭ、
には回動角α、を検出してその情報を出力するべき手段
（例えば公知のシャフトエンコーダ）Ａ、を具備する。

腕２先端にはエンドエフェクタとしての公知の吸着盤３
を支承する。吸着盤３は詳細は図示しないが、垂直軸ｖ
ｔＫＪ’ｊ−て上下移動位置Ｚ自在に支承され、公知の
リニアアクチュエータＭ２によって上下位置Ｚが制御さ
れる。またこの吸着盤３を作動させる動力Ｍｉ（詳細は
図示せず）が設けられる。まだこの上下移動位置Ｚ情報
を検出する図示しない公知のエンコーダＡ２が設けられ
る。

かくして２自由度を有する産業用ロボットｋＯが構成さ
れる。

さらに次段コンベア６が延設される。Ｍ４はコンベア４
の動力である。

次にこのようにして構成されたロボッ１ｌｔＯを制御す
る制御装置ＣＯにつき第３図を参照しつつ説明する。こ
の第３図では動力Ｍ１の制御につき詳細を図示したが、
動力Ｍ２ないしＭ３の制御については、この発明の要旨
とは直接関係なく、シかも周知なる故詳細には図示しな
か−たことを理解されたい。

ＲＯＭは公知のリードオンリーメモリーである。

一方モーターＭ□のステーターコイルＣＩ−ｔｄ前述し
たように３ｍの巻線をＹ結線に接続され、それぞれの巻
線に流れる電流の比率によってその磁力線の方向が定ま
るものである。そしてメモリーＲＯＭには、回動角検出
手段Ａ、からの出力情報（数値化された値）に対応して
その回動角と同一位相に前述磁力線が発生するだめの各
コイルに流すべき電流比の数値化されたテーブルを記憶
しであるものとする。

ＤＡは乗算式のＤ／Ａコンバータである。一方コンピュ
ータの要部をなす処理装置ＣＰＵからモーターＭｌの回
動角指令情報（数値化されたもの）が出力され、これと
手段Ａｌからの出力情報とが第１減算器ＡＤ、に入力し
、両者の差を出力する。そして前述したように手段Ａ１
の出力情報に対応する電流比情報と減算器ＡＤｌからの
出力情報とがコンバータＤＡに入力し、乗算され、アナ
ログ値とな−て、出力されるべく構成される。手段Ａ、
の出力情報はまた処理装置ＣＰＵにも入力されるべく接
続される。

ＰＡはパワーアンプである。そしてＤ／ＡコンバータＤ
Ａの前述出力が入力して増幅されるべく接続される。ま
た処理装置ＣＩ）　Ｕからのトルク制御信号が、第２減
算器ＡＤ、に入力し、またこの減算器ＡＤ２には各コイ
ルの電流検出手段Ｃからの情報がトルク算出回路ＴＳを
介して入力するべく接続される。そして減算器ＡＤ、の
出力信号はパワーアンプＰ、Ａに入力し、そのゲインを
制御するべく構成される。かくして、符号Ｃ１ＰＡ、”
ｒＳおよびＡＤ２の各構成によって、出力トルク制御手
段”ｒｃが構成される。

前述者コイルＣＬＫはさらに切換スイッチＳＷｌを介設
する。スイッチＳＷ１は図示のように、通常の状態にお
いて各コイルＣＬにアンプＰＡからの電圧が印加される
が、これを図示破線のように切り換えると、供給電圧が
しゃ断され、しかも各コイル相互が可変抵抗体ｋを介し
て接続されるように構成される。またスイッチＳＷ１の
前述切り換えは処理装置ＣＰＵからの指令により実行さ
れるべくなされる。このようにしてモーターＭ工Ｖｌ。

スイッチＳＷユによってサーボ系と切り離されると共に
コイルＣＬが短絡されるように構成されている。

処理装置ＣＩ’Ｕにはさらに遠隔操作盤ＲＥを接続する
。操作盤ＲＥＫは少なくともモード切換スイッチＳＷ、
、スタートスイッチＳＷ、および吸着盤作動スイッチＳ
Ｗ４を設ける。スイッチＳＷ。

は、マニュアルモードＭ１テストモードＴおよびオート
モードＡの３種に機能を切り換えるスイッチであり、ス
イッチｓｗ、Ｈその操作によりマニュアルモードにおい
てそのときの各指令情報をユーザプログラムの１ステツ
プの情報としてメモリに取り込み、テストモードにおい
てこのニーサブログラムを１ステツプずつ実行し、オー
トモードにおいてこのユーザプログラムを連続実行する
ようＫなされている。またスイッチＳＷ４はマニュアル
モードにおいて操作することにより吸着盤３が作動する
べく機能する自己保持形のスイッチに構成されるものと
する。さらに操作盤ＲＥには、オートモードにおいて腕
２を外力で動かすべき指令をするスイッチＳＷ５を設け
る。

かくして、ロボッ）ＲＯをプレイバック方式テかっＰＴ
Ｐ方式で制御するべき制御装置ＣＯが構成される。

以下前述実施例につき、その作用を述べる。

捷ずオペレータはスイッチｓｗ２を図示のようにマニュ
アルモードとし、ユーザプログラムをステップ毎に記憶
させる。このユーザプログラムはコンベア４上を送られ
てくる荷物Ｗを腕２先端に当ててこれをコンベア５上で
停止させ、次にこの荷物Ｗを吸着盤３で持ち上げて腕２
を旋回させコア６７６上に移送するだめのものとする。

前述マニュアルモードの設定により、各制御軸ａ８およ
びＺは手動で動かしうるものとし、オペレータは荷物Ｗ
がコンベア４がらコンベア５に移る近辺において、吸着
盤３と当接するような位置（すなわち図示実線位置）に
腕２の回動角α１および吸着盤３の上下位置Ｚを定める
。そしてスイッチＳＷ、を操作すればこのときのα□お
よびＺの位置情報すなわちエンコーダＡ１およびＡ２が
ら出力される情報がユーザプログラムの最初のステップ
の位置指令情報として、処理装置ＣＰＵ内の図示しない
主メモリに記憶される。

次にオペレータは、荷物Ｗがコンベア５上で適宜減速さ
れ停止させるべき位置（図示２点鎖線位置）に対応して
、吸着盤３が押されて停止する位置に、ロボットＲＯを
前述同様操作によって位置させ、さらにスイッチＳＷ、
を操作したうえで、スイッチＳＷ３を操作する。制御装
置ＣＯはこのときの位置情報およびその位置迄外力によ
−て移動させるべき情報を前述同様にして２番目のステ
ップの情報としてメモリに記憶させる。

さらにオペレータは同様にして吸着盤３を荷物Ｗの直上
に位置させて３番目のステップの情報を、次に吸着盤を
荷物Ｗの上面に押し付けて４番目のステップの情報を、
次にスイッチＳＷ４を操作して吸着盤３を作動させるべ
き指令情報を５番目のステップの情報として、次に吸着
した荷物Ｗをコンベア６直上に位置させて６番目のステ
ップの情報を、さらに次にスイッチＳＷ、の自己保持を
解除して、吸着盤３を非作動とするべき指令情報を７番
目のステップの情報として、次に１番目のステッフニ戻
ルべき指令情報を最後のステップトシて、それぞれティ
ーチングする。

次にオペレータはスイッチｓＷ、を操作して、テストモ
ードとし、スイッチｓｗ、を操作すれば、装置ＣＯは前
記したユーザプログラムの各ステップを１ステツプずつ
実行する。オペレータハソレを確認し、誤りがあれば修
正する。

そのうえで、オペレータはスイッチｓＷ、を操作してオ
ートモードとし、スイッチｓｗ３を操作すれば、ロボッ
）ＲＯは処理装置ＣＰＵ内のメモリにあらかじめ記憶し
てあったシステムプログラムによって、前述ユーザプロ
グラムを各ステップに従って実行される。以下この作用
を説明する。

第４図も参照されたい。

制御装置ＣＯはまずメモリに記憶されたユーザプログラ
ムの最初のステップからその内容を読み取る（処理ＰＲ
，）。

次にその内容の中に、指令位置迄外力にょって移動させ
るべき指令があるが否が判断する（処理ＰＲ，）。

第１のステップ中には無いから、動力Ｍ１およびＭ、を
作動して図示実線の位置にロボッ）ＲＯを位置制御する
（処理ＰＲ，）。このときの移動速さはあらかじめ定め
られた速さであるものとする。

この位置制御についてさらに以下詳述する。手段Ａ１か
らの現在位置情報はメモリＲＯＭに入力し、それに相当
する動力Ｍ、の各コイルＣＬに流すべき電流の比率がコ
ンバータＤＡに入力する。

一方処理装置ＣＰＵから指令位置情報が出力され前述現
在位置情報と減算器ＡＤ１で引算され、コンバータＤＡ
に入力する。そしてコンバータＤＡの出力はアンプＰｋ
に入力し電力増幅される。このとき、ユーザプログラム
の指令情報中、特にトルク指令情報が含まれていなけれ
ば、負荷に応じて動力Ｍ工の出しうるトルクを出力する
こと従来のモーターと同様である。このようにして、吸
着盤３は図示実線の位置に位置制御される。

次にこの目標位置に到着したことを検知（減算器ＡＤｌ
の出力が零となることを検知）したうえで（処理ＰＲ，
’）、ユーザプログラムを次のステップに進める（処理
ＰＲＡ　）。

そしてこの次のステップのユーザプログラムの内容を読
み取り（処理ＰＲ１）、その中に外力によ−て移動すべ
き指令の有無を判断する（処理Ｐｋ＊）ｏこのステップ
にはその指令が含捷れている故に、処理装置ＣＰＵはス
イッチｓｗ工を図示破線位置に切り換える。

一方コンベア４によって移送されて来た荷物Ｗは、吸着
盤３に当接し、なおコンベア４の動力Ｍ４によってこれ
を押す。従って腕２は第１図において時計回りに回動す
るが、このとき動力Ｍ、のコイルはスイッチＳｗ１の切
り換えにより抵抗体Ｒを介して短絡される故に、前述回
動に伴なう逆起電力により発生した電圧により各コイル
ＣＬには電流が流れ、前述腕２の回動速さに対応して抵
抗を与える。

それ故に、荷物Ｗがコンベア５に移乗すると共にその動
きに制動力が作用し、その移動速さが逐次低下しつつ、
このときのユーザプログラムにょ−て指示された位置（
第１図図示２点鎖線位置）に至り、これを手段Ａｌの出
力情報により装置Ｃｐｕは判断して、スイッチＳ−Ｗ、
を戻し、指令位置をこの位置として、腕２すなわち荷物
Ｗをコンベア５上に停止させる。

そしてさらにユーザプログラムの次のステップの指令に
より、吸着盤３を荷物Ｗの直上に位置させる。

さらに次のステップの指令により、吸着盤３を荷物Ｗ上
面に押し付ける。

さらに次のステップの指令により、吸着盤３を作動させ
る。

さらに次のステップの指令により、荷物Ｗをコンヘア６
直上に位置させる。

さらに次のステップの指令により、吸着盤３の吸着を解
除して荷物Ｗをコンベア６上に載置する。

そして第１番目のステップに戻り、この作用を繰り返す
。

かくして遂次コンベア４上を送られて来る荷物Ｗは、ロ
ボットＲＯの吸着盤３に当接し、腕２の回動による動力
Ｍｌの回動抵抗により、減速され、無理なくコンベア５
上に停止し、さらにロボットＲＯによって次段のコンベ
ア６上に移送されるものである。

そして前述コイルＣＬに介装された抵抗体には可変に構
成されているから、この抵抗体にの抵抗値を小とすれば
する程腕２を回動したときの抵抗が犬となり、犬なる減
速を、また抵抗値を犬とすれば小なる減速を、期待しう
るものであるから、コンベア４の速さや、荷物Ｗの重量
に従−て適宜調整しうるものである。

前述実施例では、腕２すなわち移動中の荷物Ｗをコンベ
ア５上に停止させるのに、指令位置において実行するよ
うにしたが、コイルＣＬの短絡を第４図の実施例でなく
、アンプＰＡと電流検出手段Ｃとの間において行ない、
手段Ｃからの出力によるトルク算出回路′ｒＳの出力に
よりて、発生トルクを知り、この発生トルクのあらかじ
め定められ、た値において、前述停止を実行しうるよう
にしてもよい。

この発明は前述実施例にかぎることはないのであ−て、
この発明の技術的思想の範囲内における各構成の均等物
との置換えも、またこの発明の技術的範囲に含まれるも
のである。

また別の方式として、コイルＣＬを短絡させないへで、
腕２を第１図実線位置から荷物Ｗによ−て押すようにし
、このときの発生トルクを検出して、ある値にな−だ所
で、吸着盤３によつて荷物Ｗを持ち上げるようにしても
よい。

この発明は、メカ構成の少なくとも１個所の軸が回動軸
でありかつこの動力としてダイレクトドライブモーター
を使用し、サーボ系で制御するのでなく外力によ・て回
動軸を回動する際にこのモーターのコイルを短絡させる
ようにしたから、前記外力によって回動させるときの回
動速度に対する抵抗を発生させうるだめ、産業用ロボッ
トの回動腕を使用して移動体に制動力を与えるなどの応
用上利用価値が太きい。壕だモーターにダイレクトドラ
イブ方式のものを使用したため、減速装置などの抵抗が
なく、前記発生させる抵抗を精密に制御しうるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれもこの発明一実施例を示し、第１図は全体
斜面図、第２図は第１図のｒｒ−ｎ断面矢視図、第３図
はブロック図、第４図はフローチャ・−トである。 ■！・・・垂直（回動）軸、Ｍｌ・・・ダイレクトドラ
イブモーター、ＣＬ・・・コイル、ＳＷ、・・・切換ス
イッチ、α、・・・回動角、１シ・・抵抗体、ＲＱ・・
・産業用ロボット。 出願人　新明和工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）メカ構成の少なくとも１個所の軸が回動軸であり
   、この回動の角度をサーボ系で制御する動力としてダイ
   レクトドライブモーターが具備すれ、前記サーボ系を切
   −て外力によ−て前記回動角度を強制する際前記ダイレ
   クトドライブモーターのフィールドコイルの短絡回路を
   形成させるべくしてなる、産業用ロボット。 （り前記フィールドコイルの短絡回路中に、抵抗体が介
   設されている、特許請求の範囲第１項記載の産業用ロボ
   ット。