JPS59175987A

JPS59175987A - 多関節ロボツト装置

Info

Publication number: JPS59175987A
Application number: JP58050711A
Authority: JP
Inventors: 有村　芳昭; 政夫小浜; 人見　豊
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-03-26
Filing date: 1983-03-26
Publication date: 1984-10-05
Also published as: DE3464020D1; EP0120677A1; US4631689A; EP0120677B1

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】〔発明の技術分野〕本発明は改良された多関節ロボット装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

原子炉、核融合炉或いは核燃料再処理設備にあっては、
その環境が人間にとって有害であることから、一般にマ
ニピュレータによる作業が行われている。そして最近で
は、より複雑な勉きを可能とするマニピュレータへの袈
求が高まり、運動の自由度の高い多関節口がット装置が
開発されている。

この多関節ロボット装置は第１図にその概略構成を示す
ように、複数の関節装置１（１ａｔ１ｂ、１ｃ・　）を
介して順に複数のアーム体２（２ａ、２ｂ、２ｃ・・・
）を連結した構成を肩する。

ところが、このように構成された動きの自由度の犬さい
関節装置を用いて構成された多関節ロボット装置の効き
は非常に複雑なものとなり、例えば障害物を避は乍らロ
ボット装置のアーム先端を目標物に近付けるには、複雑
な制御を要することになる。

そこで、多関節ロボット装置の谷関節装置１に、例えに
［第１図に示すように関節の回転角検出器５や障害物検
出器６等を用け、これらの各検出器５，６で検出された
信号を制御装置本体に与えて、その動きを制御する工夫
がなされている。

然し乍ら、このようにして検出される関節の回転角信号
１回転角制限信号や、障害物検出信号を各関節毎にアー
ム体内に配設された信号線を介して個々に伝送し、制御
装置本体に導びくようにしているので、多関節ロン２ッ
ト装置本体の各アーム体２内に布設される信号線数が非
常に多くなった。そしてアーム先端側からアーム終端側
に行く程上記信号線数が増え、アーム体２および関節装
置１内に広い配線空間が必要となった。しかも、これら
の多くの信号線を結束するので、その曲げ抵抗が大きく
なり、各関節装置１に大きな駆動力を必要とする等の不
具合が生じた。これ故、自由度の大きいロボット装置を
構成する場合、その大型化と複雑化を招来したＯ〔発明の目的〕本発明はこのような事情を考照してなされたもので、そ
の目的とするところは、複数の関節装置を介して複数の
アーム体を順に連結してなる多関節ロボット装置におい
て、上記各関節装置の駆動力を大きくすることなしにそ
の自由度の高い運動を可能とする簡易で小型化を容易に
図り得る実用性の高い多関節ロボット装置を提供するこ
とにある。

〔発明の概要〕

本発明は、各関節装置の動作を制御する駆動制御信号、
および上記各関節装置の動作に関して検出される動作検
知信号を各関節装置間で時分割に伝送するようにし、各
関節装置およびアーム体内を通して配設される信号線数
を少なくするようにしたものである。

〔発明の効果〕

かくして本発明によれば、装置本体の動作に必要な各種
信号が各関節装置間で時分割に伝送されるので、その信
号伝送に必要な信号線数が少なくてよい。従って、各関
節装置およびアーム体内で必要とする信号線配線空間が
少なくてよく、その小型化を図９得る。しかも上記のよ
うに信号線数が少ないので、その曲げ抵抗が大きくなる
ことがなく、各関節の駆動力を大きくすることかで芦、
更にはその動作の円滑化、自由度の高い運動を可能とす
る。また信号処理回路もさほど複雑化することがないの
で、装置全体の構成の簡素化を図り得、実用上絶大なる
効果が奏せられる。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の一実施例につき説明する
。

本装置は基本的には複数の関節装置１を介して複数のア
ーム体２を順に連結して構成されたものに適用でき、例
えば第２図に示すように、ｘ　−ｘ’方向に軸を有する
第１の主歯車１１に噛合してモータ１２により回転駆動
される第１の駆動歯車１３と、Ｙ−Ｙ’力方向軸を有す
る第２の主歯車１４に噛合してモータ１５により回転駆
動される第２の駆動歯車１６とを備え、上記第１および
第２の主歯車１１．１４を相互に連結固定した構造を有
する。そして、上記第１の駆動歯車１２およびモータ１
３は、前記ｘ　−ｘ’軸を支点として回動自在に設けら
れた第１のアーム体１７に一体的に取付けられ、また第
２の駆動歯車１５およびモータ１６は、前記Ｙ　−Ｙ’
軸を支点として回動自在に設けられた第２のアーム体１
８に一体的に取付けられたものとなっている。従って今
、モータ１３を付勢して第１の駆動歯車１２を回転させ
ると第２のアーム体１８は第１のアーム体１７に対して
ｘ　−ｘ’方向を軸として回動し、まだモータ１６を付
勢して第１の駆動歯車１５を回転させることによって、
上記第２のアーム体１８は前記第１のアーム体１７に対
してＹ　−Ｙ’力方向軸として回動することになる。し
かして、上記ｘ　−ｘ’方向、およびＹ　−Ｙ’力方向
回動をそれぞれ制御することにより、第１のアーム体１
７に対して第２のアーム体１８は、成る立体角の範囲内
において自由に運動することになる。第３図はこのよう
に構成された装置本体の動作を制御する制御系の概略構
成図で、２１はＣＰＵを主体とする処理装置本体、２２
　（２２ａ　、　２２　ｂ　、　２２　ｃ　−）は前記
各関節装置１に設けられた信号処理部である。

そして、上記処理装置本体２１と各信号処理部２２とは
、関節装置１およびアーム体２内に配線された数本の信
号線２３によって結合され、これらの信号線２３を介し
て所定の制御信号および各種検出信号を時分割に送受す
るものとなっている。

信号処理部２２は関節の前記ｘ　−ｘ’力方向軸とする
動き、つまりその回転角を検出する第１のポテンショメ
ータ２４、上記関節の前記Ｙ−Ｙ′方向を軸とする回転
角を検出する第２のポテンショメータ２５を備えると共
に、４個のリミットスイッチ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、
２６ｄおよび４個の障害物検出器２７　ａ　、　２７　
ｂ　＋２７ｃ、２７ｄを備えて構成される。上記リミッ
トスイッチ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄＨ１ｘ−ｘ
’力方向よびＹ　−Ｙ’力方向それぞれ軸とする関節の
動きの回転限界をその向きに応じてそれぞれ検出するも
のである。祉た障害物検出器２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、
２７ｄは例えば関節によって回動移動されるアーム体２
に設けられ、そのアーム体２と障害物との接近を検出す
るものであり、例えば近接スイッチ等によって構成され
る。しかしてマルチプレクサ２８は、前記処理装置本体
２１からの制御信号を受けて、上記第１のポテンショメ
ータ２４による回転角検出信号（Ｘ信号）、第２のポテ
ンショメータ２５による回転角検出信号（Ｙ信号）、リ
ミットスイッチ２６ａ、’２６ｂ、２６ｃ、２６ｄによ
る回転限界信号或いは障害物検出器２７ａ。

２７ｂ、２７ｃ、２７ｄによる障害物検出信号を択一的
に抽出して前記処理装置本体２１に送出するものとなっ
ている。尚、上記リミットスイッチ２６ａ、２６ｂ、２
６ｃ、２６ｄおよび障害物検出器２７ａ、２７ｂ、２７
ｃ、２７ｄは、前記処理装置本体２１からの制御信号を
受けて動作するデコーダ２９によって、検出４方向別に
それぞれ択一的に動作制御されるものとなっている。

一方、前記処理装置本体２ノは、ＣＰＵ　３１を主体と
し、複数のインターフェース３２　、３３　。

３４．３５．３６を介して前記信号線２３との間で信号
の送受を行う如く構成されている。伝送番号設定用のイ
ンターフェース３２は、前述した回転角検出信号２回転
限界信号、障害物検出信号のうちのいずれを入力するか
の伝送番号を出力するもので、この伝送番号を示す第１
の制御信号は信号線２３のうちの１つを介して前記各関
節装置１毎に設けられた信号処理部２２ａ２２ｂ、２２
ｃ・・・の各マルチプレクサ２８に共通に与えられる。

またデコーダ設定用のインターフェース３３は、前記各
デコーダ２９に対してどの方向の情報を検出するかの第
２の制御信号を前記信号線２３中の１つを介して共通に
与えている。これらの各制御信号によって各関節装置１
に設けられた信号処理部２２は、後述するようにそれぞ
れ所定の動作を行うことになる。

そして、これらの制御の下で各信号処理部２２のマルチ
プレクサ２８から信号線２３中のデータ線を介して伝送
される信号は、アナログ信号用インターフェース３４を
介シテｃＰＵ３１に取込まれ、或いはインターフェース
３５によって制御される処理回路３７を経て、ｒイノタ
ル信号用インターフェース３６を介して前記ＣＰＵ　３
　Ｚに取込まれる。尚、処理装置本体２１に信号線２３
を介して共通に接続された各関節装置１の信号処理部２
２の動作タイミングは、予め各信号処理部２２にそれぞ
れ割当てられたタイムスロットにより規定され、時分割
動作するものとなっている。この時分割動作の各タイム
スロットの同期確立は、例えば処理装置本体２１より与
えられるクロック信号と同期信号とに基づいて行われる
。そして、この時分割設定されたタイムスロットと複数
の関節装置１とは、１対１に対応付けられていることは
云うまでもない。

かくして今、このように構成された装置において、今、
前記第１の制御信号として（０，０）が与えられると、
各マルチプレクサ２８はこれをｘ　−ｘ’方向を軸とす
る関節の回転角検出と認識して、第１のポテンショメー
タ２４の検出信号（Ｘ信号）を選択入力する。そして、
この検出信号を自己に割当てられたタイムスロットで前
記データ線に送出する。この検出信号は、例えはポテン
ショメータ２４のアナログ検出電圧として与えられるも
ので、データ線を介してアナログ信号用インターフェー
ス３４に入力され。

る。ＣＰＵ　３１では、このようにしてインターフェー
ス３４に入力される回転角検出信号が、予め割当てられ
たタイムスロ、）に対応して各関節装置１からそれぞれ
与えられたものである力・ら、これを各タイムスロツ）
に対応してそれぞれＡ／Ｉ）変換して入力する。従って
、各関節装置１からの回転角検出信号（Ｘ信号）が時分
割に伝送されて、それぞれＣＰＵ　３１に入力されるこ
とになる。

一方、第１の制御信号として（０，１）を設定すると、
各マルチプレクサ２８はこれをＹ−Ｙ′方向を軸とする
関節の回転角検出と・して認識する。そして、この信号
を受けて第２のポテンショメータ２５による回転角検出
信号を選択し、これを割当てられたタイムスロットに送
出する。

従ってＣＰＵ　３１は各タイムスロットに従って、各関
節装置１からの回転角検出信号（Ｙ信号）をそれぞれ時
分割に検出し、入力することになる。

また第１の制御信号として（１，０）が設定されたｔｊ
Ｍ合、マルチプレクサ２８は回転限界の検出モードとし
て、リミットスイッチ２６ａ。

２６ｂ、２６ｃ、２６ｄの信号ラインを入力選択する。

このとき第２の制御信号は、各関節装置１毎に割当てら
れたタイムスロット内に（０，０）、（０，１）、（１
，０）、（１，１）と順に変化し、これによって検出方
向を上、下、左、右と順に切換え設定する。従って、マ
ルチプレクサ２８は、自己に割当てられたタイムスロッ
ト内に、上記第２の制御信号によるデコーダ２９の時分
割作用によって、リミットスイッチ２６ａ、２６ｂ、２
６ｃ、２６ｄの状態信号を順に出力することになる。こ
の状態信号は、リ　ミ　ッ　ト　ス　イ　ッ　チ　２６
　　ａ　　、２６ｂ、２６ｃ。

２６ｄがオン状態であるか、或いはオフ状態であるかを
示す２値侶号、つまりディジタル信号である。ぞして、
これらのリミットスイッチ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２
６ｄの状態信号は、前記処理回路３７にて直並列変換さ
れ、そのタイムスロットに検出される関節装置１からの
回転限界検出信号としてＣＰＵ　３　Ｊに取込壕れる。

更にまた第１の制御信号が（１，１）で示されるとき、
各マルチプレクサ２８は障害物検出器２７ａ、２７ｂ、
２７ｃ、２７ｄの出力を選択する。このときにも、各関
節装置１に対して割当てられたタイムスロット内に第２
の制御信号が（０，０）、（０，１）、（１，０）、（
１，１）と変化し、上記回転限界検出イｉ号の場合と同
様に障害物検出信号がＣＰＵ　３１に入力されることに
なる。

このような時分割制御による各種検出信号の伝送が所定
のタイムスロット毎に行われ、また第１の制御信号の切
換が適当な周期で行われることになる。従って、各関節
装置１においてそれぞれ検出された信号が、少ない信号
線２３を介して時分割に効果的に処理装置本体２１に集
められ、これらの検出信号に基づいて各関節装置１の動
きが制御されることになる。

かくしてこのように各関節装置１において検出される各
種信号を各関節装置１に対して割当てられたタイムスロ
ット毎に時分割して伝送して処理装置本体２１に果状す
る本装置によれば、関節装置１およびアーム体２を通し
て配線する信号線２３の本数を非常に少なくすることが
できる。従ってこれらの信月線２３によって各関節装置
１の動きが妨げられる虞れがなく、マたその配線空間を
小さくすること〃・可能となる。

これ故、関節装置ｌに大きな駆動トルクを与える必要も
ないので、その小型化および関節機構　　　□の簡素化
を図ることが可能となる。ちなみに、従来のものにあっ
ては、各関節毎に１０本の検出信号線を準備することが
必要であり、８段関節のものにあってはそのアーム終端
で８０本もの信号線を束ねることが必要となる。従って
、この結束された８０本の信号線を曲げるには相当大き
な力を必要とする。これに対して本装置では、データ線
として１本、第１および第２の制御信号伝送用としてそ
れぞれ２本、更に各関節に対する時分割タイミング制御
用のクロック伝送用としての１本の信号線と、高々６本
の信七線を準備すればよい。また上記データ線として、
ポテンショメータの出力を予めＡ／１）変換して伝送す
るものとしても８本程度用いれば十分にその目的を達成
する。従って、信号線数の大幅な低減を図ることができ
、その効果は絶大である。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではない
。例えば信号伝送を光を媒体として行うようにしてもよ
い。この場合、電気光信号変換器として半畳体レーデ素
子、光電気信号変換器として７オトトランノスタを用い
、信号線として光フアイバケーブルを用いるようにすれ
はよい。またこのとき、各方向別に検出される回転限界
検出信号や障害物検出信号を波長多重化するようにすれ
は、第２の制御信号による面分割制御が不要となる。そ
の他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形し
て実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は多関節ロボット装置の概略構成図、第２図は本
発明の適用される関節装置の構成を示す斜視図、第３図
は本発明の一実施例装置に係る制御系の概略構成図であ
る。１・・関節装置、２・・・アーム体、２１・・・処理装
置本体、２２・・・信号処理部、２３・・・信号線、２
４・・・第１のポテンショメータ、２５・・・第２のポ
テンショメータ、２１５　ａ　＋　２６ｂ　＋　２６ｃ
　＋２　６　　ｄ　　−リ　ミ　ッ　　ト　ス　イ　ッ
　チ　、　　２７　　ａ　　、２７ｂ。２７ｃ、２７ｄ・・・障害物検出器、２８・・・マルチ
プレクサ、２９・・・デコーダ。

Claims

【特許請求の範囲】

複数の関節装置を介してｊ■に連結された複数のアーム
体からなる装置本体と、この装置本体の上記各関節装置
に設けられた関節駆動部および関節運動検知器と、前記
各関節装置の上記関節駆動部に対する制御信号および前
記各関節連動検知器で検知された信号を前記アーム内に
設けられた信号伝送路を介して時分割に伝送する手段と
を具備したことを特徴とする多関節ロボット装置。