JPS59192491A - 組立用治具と力センサとを兼ねる組込形直接教示装置 - Google Patents
組立用治具と力センサとを兼ねる組込形直接教示装置Info
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- JPS59192491A JPS59192491A JP6565583A JP6565583A JPS59192491A JP S59192491 A JPS59192491 A JP S59192491A JP 6565583 A JP6565583 A JP 6565583A JP 6565583 A JP6565583 A JP 6565583A JP S59192491 A JPS59192491 A JP S59192491A
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- robot
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- force
- translational
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、ロボットの動作の直接教示に係り、組立用治
具と力センサとを兼ねる組込形直接教示装置に関する。
具と力センサとを兼ねる組込形直接教示装置に関する。
第1図fa)にロボット、特に産業用の関節形ロボット
を示し、第1図(b)にロボットの位置および姿勢を表
わす6個の変数を示し、第2図(a)にOyt”ットの
基準点を示し、第2図(b)に教示装置の基準点を示す
。
を示し、第1図(b)にロボットの位置および姿勢を表
わす6個の変数を示し、第2図(a)にOyt”ットの
基準点を示し、第2図(b)に教示装置の基準点を示す
。
一般に1剛体は6自由度を持つ1.例えば1.第1図の
ような直交座標で示すと、位置を示す変数X。
ような直交座標で示すと、位置を示す変数X。
y、zと、姿勢を示す変数θX、θy、θ2の6個に相
当させることができる。oypットのハンド部も剛体で
あるから、6個の変数によって定めることができる。
当させることができる。oypットのハンド部も剛体で
あるから、6個の変数によって定めることができる。
なお、第1図fa)において1はロボット、2はロボッ
トの腕部、3は同・・ンド部、4は同手首関節、5は同
ハンド、11〜16は関節部分の回転方向を示3
バ す。また、第2図(a)においてA、Bは選択的に決め
られるロボットの基準点第2図(b)においてP′は教
示装置の基準点を示す。
トの腕部、3は同・・ンド部、4は同手首関節、5は同
ハンド、11〜16は関節部分の回転方向を示3
バ す。また、第2図(a)においてA、Bは選択的に決め
られるロボットの基準点第2図(b)においてP′は教
示装置の基準点を示す。
ところで、ロボットの教示とは一般にロボットの先端部
、つまりハンド部の教示である。
、つまりハンド部の教示である。
ロボットの教示方式には、従来より第3図に示すような
間接教示方式があった。この間接教示方式は、スイッチ
が−ドの上に複数個のボタンが設置されているようなも
ので、任意の個数のボタンを押し、またモードの切換ボ
タンも押すことによって、単に関節を回転させたシ、さ
らにハンドを、姿勢を保持したままで直進させる等のこ
とを行っていた。しかし、とのボタン形のものはモード
の切換動作が多いときや、複合度の多い動作には不適切
な欠点がある。
間接教示方式があった。この間接教示方式は、スイッチ
が−ドの上に複数個のボタンが設置されているようなも
ので、任意の個数のボタンを押し、またモードの切換ボ
タンも押すことによって、単に関節を回転させたシ、さ
らにハンドを、姿勢を保持したままで直進させる等のこ
とを行っていた。しかし、とのボタン形のものはモード
の切換動作が多いときや、複合度の多い動作には不適切
な欠点がある。
その点をさらに詳しく説明する。すなわち、こ\
のがタン形のものには長所もあるが、短所としては、あ
くまでロボット外の所でボタン等の操作を行って教示す
るようにしているため、操作者の意図する、その時点の
ロボットのハンドの姿勢に即した微妙な動作や姿勢を直
観的に行わせることに難がある。もちろん、ボタンによ
って直線運動または回転運動あるいはこれらの両運動を
同時に行わせることは可能であり、これによって十分な
、簡単なティーチングも多く存在する。また、このボタ
ン形のもので複合動作、例えば直交座標モードでX座標
とy座標の両方を同時に変化させること、またはモード
を切り換えて関節座標e−ドで複数の関節角度を同時に
変化させることも可能である。しかし、あくまで原則と
して1つのボタンで1つの動作に対応しているので、複
数の動作をさせるには複数のボタンを同時に押し、しか
も適宜押し変える必要がある。また、1つのボタンで1
つの動作に対応しているため、複合動作は可能ではある
ものの、微妙な変化に対応することに難がある。例えば
、x−y平面上の2直線、y = 2 x ・・
・・・・・・・(2)に沿ったそれぞれの動作をさせる
とき、これらの5頁 2直線の傾きの違いを作るのは、ボタンの押し方の微妙
な操作である。もちろん、これに対応できるように、傾
き角度に対応できるよう切換がタンを設けることも考え
られないことはない。しかし、これがx−y平面上の動
作からx −y −zの3次元空間動作にまで拡、張さ
れ、さらに直交系と回転系の両方にまで拡張できるよう
な切換ボタンを設けることは、繁雑になるだけで、適切
ではない。
のがタン形のものには長所もあるが、短所としては、あ
くまでロボット外の所でボタン等の操作を行って教示す
るようにしているため、操作者の意図する、その時点の
ロボットのハンドの姿勢に即した微妙な動作や姿勢を直
観的に行わせることに難がある。もちろん、ボタンによ
って直線運動または回転運動あるいはこれらの両運動を
同時に行わせることは可能であり、これによって十分な
、簡単なティーチングも多く存在する。また、このボタ
ン形のもので複合動作、例えば直交座標モードでX座標
とy座標の両方を同時に変化させること、またはモード
を切り換えて関節座標e−ドで複数の関節角度を同時に
変化させることも可能である。しかし、あくまで原則と
して1つのボタンで1つの動作に対応しているので、複
数の動作をさせるには複数のボタンを同時に押し、しか
も適宜押し変える必要がある。また、1つのボタンで1
つの動作に対応しているため、複合動作は可能ではある
ものの、微妙な変化に対応することに難がある。例えば
、x−y平面上の2直線、y = 2 x ・・
・・・・・・・(2)に沿ったそれぞれの動作をさせる
とき、これらの5頁 2直線の傾きの違いを作るのは、ボタンの押し方の微妙
な操作である。もちろん、これに対応できるように、傾
き角度に対応できるよう切換がタンを設けることも考え
られないことはない。しかし、これがx−y平面上の動
作からx −y −zの3次元空間動作にまで拡、張さ
れ、さらに直交系と回転系の両方にまで拡張できるよう
な切換ボタンを設けることは、繁雑になるだけで、適切
ではない。
つまり、ボタン形のものはモードの切換動作が多いとき
や、複合度の多い動作には、その原理上、不適切と言わ
ざるを得ない。
や、複合度の多い動作には、その原理上、不適切と言わ
ざるを得ない。
前記ボタン形の他に、第4図に示すようなジョイスティ
ック形の間接教示方式もある。このジョイスティック形
のものは、ボタン形よりやや直観的な所もあるが、原理
上、1台で3自由度程度しか操作できない欠点がある。
ック形の間接教示方式もある。このジョイスティック形
のものは、ボタン形よりやや直観的な所もあるが、原理
上、1台で3自由度程度しか操作できない欠点がある。
なお、第4図中ΔθX、Δθy、Δθ2は直角座標系に
おいて回転方向の変位量、Sx、Sy、Szは同じく並
進方向の変位量を示す。
おいて回転方向の変位量、Sx、Sy、Szは同じく並
進方向の変位量を示す。
そこで、直接教示方式が開発されている。これ6
ら1− ば、例えば第5図のハンドル形で示せば、ハンドル加は
部材21〜27で構成され、部材21を介してペース路
に連結されている。そのベースあに相当する部分は、例
えばロボットの手首やハンド等のような、口がットの一
部である。つまり、この方式では一般に直接教示すると
きに、教示ツールとしてのハンドル加をロボットに固定
する。これによって、一応当初の目的は達成できる。し
かし、この従来方式では操作者が直接子に触れてカを加
える作用点と教示装置の基準点とを一致させることが難
しく、したがって操作が複雑になる欠点がある。ざらに
、前記作用点と教示装置の基準点とを一致させるため、
座標変換を1回増加させると、4算処理が繁雑になる欠
点がある。また、仮りに教示装置の基準点と、操作者が
手に触れてカを加える作用点とを一致させても、教示装
置の基準点と1口がットの基準点とが一致しないので、
回転運動に対して教示装置の基準点を安定的に操作しに
くい欠点がある。
ら1− ば、例えば第5図のハンドル形で示せば、ハンドル加は
部材21〜27で構成され、部材21を介してペース路
に連結されている。そのベースあに相当する部分は、例
えばロボットの手首やハンド等のような、口がットの一
部である。つまり、この方式では一般に直接教示すると
きに、教示ツールとしてのハンドル加をロボットに固定
する。これによって、一応当初の目的は達成できる。し
かし、この従来方式では操作者が直接子に触れてカを加
える作用点と教示装置の基準点とを一致させることが難
しく、したがって操作が複雑になる欠点がある。ざらに
、前記作用点と教示装置の基準点とを一致させるため、
座標変換を1回増加させると、4算処理が繁雑になる欠
点がある。また、仮りに教示装置の基準点と、操作者が
手に触れてカを加える作用点とを一致させても、教示装
置の基準点と1口がットの基準点とが一致しないので、
回転運動に対して教示装置の基準点を安定的に操作しに
くい欠点がある。
これらの点につき、さらに詳しく説明する。
7 バ
ロボットを直観的に動かしたいという意味の1つは、操
作者が加えた力の通りにロボットを動かすことである。
作者が加えた力の通りにロボットを動かすことである。
より正確に言えば、押した方向に動かし、回転させたい
点でしかも回転させたい方向に回転させることである。
点でしかも回転させたい方向に回転させることである。
一方、力とモーメントは基準となる点を明確にして始め
て定まる。言い換えると、OyNットの基準点と教示装
置の基準点とを定める必要がある。
て定まる。言い換えると、OyNットの基準点と教示装
置の基準点とを定める必要がある。
ロボットの基準点とは、第2図について言うと、ハンド
の中心点Aで回転、並進させたいのか、または根元の点
Bあるいは他の点で回転1M進させたいのかを明確にす
ることが必要である。しかし、このロボットの基準点は
、定めれば済むことであり、定義するのに支障はない。
の中心点Aで回転、並進させたいのか、または根元の点
Bあるいは他の点で回転1M進させたいのかを明確にす
ることが必要である。しかし、このロボットの基準点は
、定めれば済むことであり、定義するのに支障はない。
問題は教示ツールを操作するとき、例えば第5図に示す
ようなノ・ンドル形のときは% p1+P! +P3の
どの点をハンドルに加えられた力およびモーメントを算
出するための基準点、すなわち教示装置の基準点と考え
るかを決める必要がある。しかし、教示装置の基準点は
、ロボットの基準点のように、単に決めるだけでは不十
分である。なぜなら、ある点を教示装置の基準点と決め
たならば、それを基準としての力なりモーメントを加え
る必要があり、これは難しい。
ようなノ・ンドル形のときは% p1+P! +P3の
どの点をハンドルに加えられた力およびモーメントを算
出するための基準点、すなわち教示装置の基準点と考え
るかを決める必要がある。しかし、教示装置の基準点は
、ロボットの基準点のように、単に決めるだけでは不十
分である。なぜなら、ある点を教示装置の基準点と決め
たならば、それを基準としての力なりモーメントを加え
る必要があり、これは難しい。
ところで、第5図に示すようなハンP形のものにおいて
、操作者が直接手にするのは部材があたりであり、部材
部の中心部あたりに教示装置の基準点があれば問題は少
ない。しかし、これから離れた所、例えばPl 点の所
に教示装置の基準点がある。教示装置の基準点が、この
ように操作者が触れる点と離れるのはこのハンドル加の
形状、歪ゲージを貼り付ける関係等からやむを得ないこ
とである。さらに、意識してPl 点を教示装置の基準
点としてモーメントや並進力はかけにくい。例えばbP
1点に並進力のみをかけようとすると、部材かに並進力
と回転力の両方をかける必要がある。また、部材部に並
進力だけをかけると、Pl点には並進力と回転力がかか
る。このように複雑な関係になるので、操作が難しくな
る。
、操作者が直接手にするのは部材があたりであり、部材
部の中心部あたりに教示装置の基準点があれば問題は少
ない。しかし、これから離れた所、例えばPl 点の所
に教示装置の基準点がある。教示装置の基準点が、この
ように操作者が触れる点と離れるのはこのハンドル加の
形状、歪ゲージを貼り付ける関係等からやむを得ないこ
とである。さらに、意識してPl 点を教示装置の基準
点としてモーメントや並進力はかけにくい。例えばbP
1点に並進力のみをかけようとすると、部材かに並進力
と回転力の両方をかける必要がある。また、部材部に並
進力だけをかけると、Pl点には並進力と回転力がかか
る。このように複雑な関係になるので、操作が難しくな
る。
もちろん、操作者が実際に触れて力を加える作9頁
川魚と、教示装置の基準点とが異なることによって生じ
る難しい操作を避けるために、座標変換を1回増加させ
て、この2点を一致させる方法もある。この方法により
確かに2点を一致させることができるが、その結果でき
た新たな座標変換マトリックスは、0の項が少なく、ま
た多種類の項があり、引算処理が繁雑となる。これは教
示装置の基準点で、力とモーメントの検出精度や計算処
理が効率よくできるよう、教示装置の機構が作られてい
るためである。
る難しい操作を避けるために、座標変換を1回増加させ
て、この2点を一致させる方法もある。この方法により
確かに2点を一致させることができるが、その結果でき
た新たな座標変換マトリックスは、0の項が少なく、ま
た多種類の項があり、引算処理が繁雑となる。これは教
示装置の基準点で、力とモーメントの検出精度や計算処
理が効率よくできるよう、教示装置の機構が作られてい
るためである。
さらに、このハンドル形のものは並進または回転に関す
る各方向(直交座標で言うX + 3’ + zの方向
)のばね強さく剛性)が異なるので、並進力または回転
力をかけた方向と、並進したまたは回転した方向(ベク
トルで表示する)とは異なり、一層操作が複雑となる。
る各方向(直交座標で言うX + 3’ + zの方向
)のばね強さく剛性)が異なるので、並進力または回転
力をかけた方向と、並進したまたは回転した方向(ベク
トルで表示する)とは異なり、一層操作が複雑となる。
仮りに、教示装置の基準点と、操作者が実際に触れて力
を加える作用点とが一致し、あるいはほぼ一致したとし
ても、教示装置の基準点が異なっていることに変わりは
ない。もし、教示装置の基10 釘 単点と、操作者が実際に触れて力を加える作用点とが一
致したとしても、教示装置の基準点と、ロボットの基準
点が異なっていると、次のような不都合がある。すなわ
ち、並進運動に対しては教示装置の基準点を安定的に操
作できるが、回転運動に対しては必ずしも安定的に操作
できるとは言い難い。
を加える作用点とが一致し、あるいはほぼ一致したとし
ても、教示装置の基準点が異なっていることに変わりは
ない。もし、教示装置の基10 釘 単点と、操作者が実際に触れて力を加える作用点とが一
致したとしても、教示装置の基準点と、ロボットの基準
点が異なっていると、次のような不都合がある。すなわ
ち、並進運動に対しては教示装置の基準点を安定的に操
作できるが、回転運動に対しては必ずしも安定的に操作
できるとは言い難い。
このように、教示装置の基準点と、ロボットの基準点を
一致させることは、ロボットの教示の効率を高める観点
から重要な意味を持つ。
一致させることは、ロボットの教示の効率を高める観点
から重要な意味を持つ。
教示装置の基準点と、ロボットの基準点を一致させる手
段として、教示装置をロボットの手首部に組み込むこと
が考えられる。
段として、教示装置をロボットの手首部に組み込むこと
が考えられる。
しかし、一般に直接教示装置は、重量、体積共に大きく
、したがってロボットに組み込むと、他の部分とのバラ
ンス上、不均衡をきたす。
、したがってロボットに組み込むと、他の部分とのバラ
ンス上、不均衡をきたす。
また、今後、産業用ロボットの手首付近には力センサに
代表されるセンサが組み込まれることが予測できる。こ
の手首部はハンPに近く、直接教示装置を組み込むのに
適切な場所であるが、手首11頁 部に力センサがあり、さらに直接教示装置を組み込むと
、たとえコン・セクトな教示装置であっても機構が繁雑
になる。さらに、力センサと教示装置は、ともに力の検
出が主体であるため、検出の際、相互に悪影響を及ぼし
かねない。
代表されるセンサが組み込まれることが予測できる。こ
の手首部はハンPに近く、直接教示装置を組み込むのに
適切な場所であるが、手首11頁 部に力センサがあり、さらに直接教示装置を組み込むと
、たとえコン・セクトな教示装置であっても機構が繁雑
になる。さらに、力センサと教示装置は、ともに力の検
出が主体であるため、検出の際、相互に悪影響を及ぼし
かねない。
また、教示装置と力センサの両方を兼ねるような機構を
開発することも難しい。
開発することも難しい。
本発明の目的は、前記従来技術の欠点をなくし、ロボッ
トに組み込まれていて操作者が操作しやすく、しかも座
標変換マトリックスの]算処理を簡単にでき、かつ組立
用治具と力センサとを兼ねる組込形直接教示装置を提供
することにある。
トに組み込まれていて操作者が操作しやすく、しかも座
標変換マトリックスの]算処理を簡単にでき、かつ組立
用治具と力センサとを兼ねる組込形直接教示装置を提供
することにある。
本発明は、次の方針のもとに構成することによって、従
来の直接教示装置の欠点を除去することができ、かつ前
記目的を達成することができたものである。
来の直接教示装置の欠点を除去することができ、かつ前
記目的を達成することができたものである。
(1) ロボットの基準点と教示装置の基準点を一致
させることとし、その手段として教示装置を口?ットに
組み込む。その組込場所は、手首関節とハンドの間が適
切と考えられるが、これ以外の場所でも原理的には差し
支えない。
させることとし、その手段として教示装置を口?ットに
組み込む。その組込場所は、手首関節とハンドの間が適
切と考えられるが、これ以外の場所でも原理的には差し
支えない。
(a) ロボットに組み込めるよう、教示装置をコン
パクトにする。
パクトにする。
(b)asノット組み込んだとき、教示装置が力センサ
としても使用できるようにすることによって、教示装置
と力センサの2つのものがロボットに組み込まれる無駄
を避ける。その結果、ロボットがコンパクトになる。
としても使用できるようにすることによって、教示装置
と力センサの2つのものがロボットに組み込まれる無駄
を避ける。その結果、ロボットがコンパクトになる。
(e) 口?ットに組み込んだとき、教示装置が組立
用治具としても使えるようにすることによって、教示装
置と組立用治具の2つのものがロボットに組み込まれる
無駄を避ける。したがって、ロボットとしてコン・セク
トになる。
用治具としても使えるようにすることによって、教示装
置と組立用治具の2つのものがロボットに組み込まれる
無駄を避ける。したがって、ロボットとしてコン・セク
トになる。
言い換えると、この教示装置は、結果として組立用治具
(主に、はめあいのための治具)としても使えるという
ことである。
(主に、はめあいのための治具)としても使えるという
ことである。
(2)操作性を向上させるために、教示装置の基準点(
この点はロボットの基準点と一致)に与え13頁 だ力の方向と、並進運動の方向を一致させ、また与えた
モーメントの方向と回転運動の方向を一致させる。
この点はロボットの基準点と一致)に与え13頁 だ力の方向と、並進運動の方向を一致させ、また与えた
モーメントの方向と回転運動の方向を一致させる。
これによって、操作者が押した方向に教示装置は変位し
、その方向に並進運動をすることが可能となる。また、
操作者が回転した向きに教示装置は回転し、その同じ向
きに回転運動をさせることが可能となる。
、その方向に並進運動をすることが可能となる。また、
操作者が回転した向きに教示装置は回転し、その同じ向
きに回転運動をさせることが可能となる。
これらのことが可能になれば、操作者はより直観的に、
つまシ思うままに操作できることになり、操作性の向上
に寄与する。
つまシ思うままに操作できることになり、操作性の向上
に寄与する。
(h) この力およびモーメントの方向と、並進およ
び回転の変位方向を一致させるために、並進のための独
立した3方向(例えば直交するx* ’I r Z軸方
向)の並進ばね係数を一致させ、かつ回転のだめの独立
した3方向(例えば直交するx+ 3’ + Z軸方向
)の回転ばね係数を一致きせる。
び回転の変位方向を一致させるために、並進のための独
立した3方向(例えば直交するx* ’I r Z軸方
向)の並進ばね係数を一致させ、かつ回転のだめの独立
した3方向(例えば直交するx+ 3’ + Z軸方向
)の回転ばね係数を一致きせる。
(3)前記(1) 、 (2)を実現するため、薄板の
組み合わせによって教示装置を構成する。
組み合わせによって教示装置を構成する。
14 灯
以上述べた(1) 、 (2) 、 (3)の方針を具
体化するため、本発明は次のように構成している。
体化するため、本発明は次のように構成している。
5(1)の(a)に関して、
まず、教示装置に適切な剛性を待たせ、次に加えられる
力およびモーメントを、それぞれできるだけ各要素毎に
検出できるような構造とし、また必要最小限に近い歪量
で、歪ゲージ等の検出器がその歪量を検出できるように
、検出器を選択した。
力およびモーメントを、それぞれできるだけ各要素毎に
検出できるような構造とし、また必要最小限に近い歪量
で、歪ゲージ等の検出器がその歪量を検出できるように
、検出器を選択した。
これらの条件の下にコン・やクトになるよう解析した結
果、十分にロボットの手首に組み込めるだけコンノセク
トにした。
果、十分にロボットの手首に組み込めるだけコンノセク
トにした。
5(1)の(b)に関して、
教示装置の剛性と検出器の取付場所と感度を適切に選択
し、教示装置と力センサとに兼用できるような検出器配
置とした。
し、教示装置と力センサとに兼用できるような検出器配
置とした。
5(1)の(c)に関して、
はめあいの際には、回転はできるだけしないよう、回転
のだめの剛性は上げ、また並進はある程度するよう、並
進のための剛性はある程度15 頁 下げて構成することによって、はめあいのための良い組
立用治具を得ることが知られている。
のだめの剛性は上げ、また並進はある程度するよう、並
進のための剛性はある程度15 頁 下げて構成することによって、はめあいのための良い組
立用治具を得ることが知られている。
これに基づき、最も好ましい実施例では回転のだめの剛
性は上げ、並進の剛性は下げるようにした。
性は上げ、並進の剛性は下げるようにした。
5(2)の(a)に関して、
並進のだめの3方向の並進ばね係数をそれぞれ等しくす
ることにより、力を与えた方向と並進の変位の方向が一
致するようにし、また回転のための3方向の回転ばね係
数をそれぞれ等しくすることにより、モーメントを与え
た方向と回転の変位の方向が一致するようにした。
ることにより、力を与えた方向と並進の変位の方向が一
致するようにし、また回転のための3方向の回転ばね係
数をそれぞれ等しくすることにより、モーメントを与え
た方向と回転の変位の方向が一致するようにした。
5(3)に関しては、
教示装置を薄板の組み合わせによる構造とし、力の3要
素とモーメントの3要素をそれぞれ各別に検出できるよ
うにし、かつ薄板の適切な場所に歪r−ノ等の検出器を
取り付けることにした。
素とモーメントの3要素をそれぞれ各別に検出できるよ
うにし、かつ薄板の適切な場所に歪r−ノ等の検出器を
取り付けることにした。
以下、第6図ないし第15図に示す一実施例に基づき、
本発明を説明する。
本発明を説明する。
第6図に回転機構を示し、第7図に回転機構の回転方向
と、加えたモーメントの方向を示す。
と、加えたモーメントの方向を示す。
l自由度の回転機構に回転するばねを加えた機構を第6
図(a)のように表示すれば、3自由度の場合は、第6
図(b)のように表わすことができる。
図(a)のように表示すれば、3自由度の場合は、第6
図(b)のように表わすことができる。
ここで、左側の支持部門に対して右側の支持郷関は、第
6図(c)に示すように、回転ベクトルθで表わされる
回転変位を生じる。
6図(c)に示すように、回転ベクトルθで表わされる
回転変位を生じる。
また、ここで回転ばね係数にθ を
にθ1=にθ2=にθ3
とすれば、第7図(a) 、 (b)に示すように、加
えたモ致する。
えたモ致する。
す々わち、
となる。
ついで、第8図に並進機構を示し、第9図に並進機構の
並進機構の並進方向と、加えた力の方向を示す。
並進機構の並進方向と、加えた力の方向を示す。
17 頁
1自由度の並進機構に並進ばねを加えた機構を第8図(
a)のように表示すれば、3自由度の並進ばねを持つ機
構は第8図(b)のようになる。
a)のように表示すれば、3自由度の並進ばねを持つ機
構は第8図(b)のようになる。
ここで、左側の支持部31に対して右側の支持部32は
、第8図(e)に示すように、空間的にある方向Sなる
ベクトルで表わされた並進変位を生じる。
、第8図(e)に示すように、空間的にある方向Sなる
ベクトルで表わされた並進変位を生じる。
また、ここで並進ばね強さKiに関してに8!:K11
2°K113 とすれば、第9図(a) 、 (b)に示すように、加
えた力Fの方向と、並進の変位Sの方向が一致する。
2°K113 とすれば、第9図(a) 、 (b)に示すように、加
えた力Fの方向と、並進の変位Sの方向が一致する。
すなわち、
となる。
次に、第10図に前記第7図と第9図に表示された機能
を合わせ持つ機構に、検出器を付けた教示装置としての
センサ部を示す。
を合わせ持つ機構に、検出器を付けた教示装置としての
センサ部を示す。
ここで、検出器とは、例えば歪ゲージのようなものであ
る。
る。
そして、センサ部39は一方の端部が上ペース37に結
合され、他方の端部は支持棒40を介して下ぺ18
−t〔 一ス38に結合されている。
合され、他方の端部は支持棒40を介して下ぺ18
−t〔 一ス38に結合されている。
ついで、第11図に前記センサ部をロボットに組み込ん
だ状態を示す。
だ状態を示す。
前記第10図に示す十ペース37は第11図(a)に示
す口がット1の手首関節4のようなものであり、また第
1O図に示す下ベース:(8は第11図fa)に示すC
1yt’ツトlのハンド5のようなものである。
す口がット1の手首関節4のようなものであり、また第
1O図に示す下ベース:(8は第11図fa)に示すC
1yt’ツトlのハンド5のようなものである。
前記センサ部39をロボット1の手首関節4とハンド5
間のごとく、操作者が把持する部分に組み込むことによ
り、ロボットの基準点と教示装置の基準点とが一致する
。
間のごとく、操作者が把持する部分に組み込むことによ
り、ロボットの基準点と教示装置の基準点とが一致する
。
さらに、前述のごとく、回転ばね係数にθと、並進ばね
係数に8を、 Kθ、=にθ2=にθ3 K Ill =K [12=K 83 としたことにより、センサ部39に並進力を加えた方向
と変位する方向が一致し、またモーメントを加えた方向
と回転する方向とが一致、するので、操作性が向上する
。
係数に8を、 Kθ、=にθ2=にθ3 K Ill =K [12=K 83 としたことにより、センサ部39に並進力を加えた方向
と変位する方向が一致し、またモーメントを加えた方向
と回転する方向とが一致、するので、操作性が向上する
。
また、センサ部39でロボットの基準点と教示装19
頁 置の基準点とを一致させ、しかもセンサ部39に与えた
力の方向と並進運動の方向とを一致させ、与えたモーメ
ントの方向と回転運動の方向とを一致させているので、
直接教示の際、並進および回転の指示の際の安定性が増
す。
頁 置の基準点とを一致させ、しかもセンサ部39に与えた
力の方向と並進運動の方向とを一致させ、与えたモーメ
ントの方向と回転運動の方向とを一致させているので、
直接教示の際、並進および回転の指示の際の安定性が増
す。
これらを第11図(b)の拡大図で示せば次のようにな
る。
る。
すなわち、ロボットのハンド部に指f1+f2で教示し
ている際に、矢印gl のように力を加えると、矢印g
l のようにハンド5が動き、それによって一方の指f
2 に当たり、矢印g2 のような力を受け、矢印g2
のようにハンド5が動き、また矢印gx のように
力を受け、矢印gt のようにハンド5が動き、これが
繰り返されてハンド5の動きが減衰し、止まるようにす
ることが可能となる。
ている際に、矢印gl のように力を加えると、矢印g
l のようにハンド5が動き、それによって一方の指f
2 に当たり、矢印g2 のような力を受け、矢印g2
のようにハンド5が動き、また矢印gx のように
力を受け、矢印gt のようにハンド5が動き、これが
繰り返されてハンド5の動きが減衰し、止まるようにす
ることが可能となる。
この安定性は操作する者にとって、極めて便利であり、
一般と操作し易くなる。なお、ここでは並進運動につい
て説明したが、回転運動についても同様である。
一般と操作し易くなる。なお、ここでは並進運動につい
て説明したが、回転運動についても同様である。
これらをまとめると、センサ部39に直接並進力を与え
れば並進し、回転力を与えればその点で回転するので、
あたかも操作者の意思の通りにロボットを直接操作する
ことができる。さらに、前述のごとく、指f!と指f2
とではさむことによって、並進運動も回転運動も共にそ
の範囲内に動作が限られるような安定性もあるので、操
作性に優れている。
れば並進し、回転力を与えればその点で回転するので、
あたかも操作者の意思の通りにロボットを直接操作する
ことができる。さらに、前述のごとく、指f!と指f2
とではさむことによって、並進運動も回転運動も共にそ
の範囲内に動作が限られるような安定性もあるので、操
作性に優れている。
次に、第12図にセンサ部を組立用治具として使用した
状態を示すもので、品物Mに設けられた穴あに、軸Iを
ハンド5で把持してはめ込むようにしている。
状態を示すもので、品物Mに設けられた穴あに、軸Iを
ハンド5で把持してはめ込むようにしている。
前記センサ部39の並進の剛性を低くし、回転の剛性を
高めたことにより、第12図(a)に示すように、ハン
ド5に対して横方向のはめあいも、第12図(b)に示
すように、縦方向のはめあいも同じように行うことがで
き、もちろん斜め方向のはめあいも同様に行うことがで
きる。特に、直交方向と同様に斜め方向のはめおいが可
能となったことは、センサ部39に与える力、モーメン
トの並進1回転の変位方向とを一致させるために、並進
のための独立111 した3方向の並進ばね係数Kgを一致させ、かつ回転の
ための独立した3方向の回転ばね係数にθを一致させた
構成に負う所が大きい。
高めたことにより、第12図(a)に示すように、ハン
ド5に対して横方向のはめあいも、第12図(b)に示
すように、縦方向のはめあいも同じように行うことがで
き、もちろん斜め方向のはめあいも同様に行うことがで
きる。特に、直交方向と同様に斜め方向のはめおいが可
能となったことは、センサ部39に与える力、モーメン
トの並進1回転の変位方向とを一致させるために、並進
のための独立111 した3方向の並進ばね係数Kgを一致させ、かつ回転の
ための独立した3方向の回転ばね係数にθを一致させた
構成に負う所が大きい。
ついで、第13図および第14図にセンサ部の部分構造
を示し、第15図に同センサ部の一実施例の全体構造を
示す。
を示し、第15図に同センサ部の一実施例の全体構造を
示す。
センサ部39の構造は、後述する変換式の簡便さを考慮
して、支持棒40の中心軸に沿う面に対して対称に構成
されている。また、変換式中のクロストークを少なくし
、かつ設計、解析の簡便さを図るため、薄板の組み合わ
せによる構造とされている。
して、支持棒40の中心軸に沿う面に対して対称に構成
されている。また、変換式中のクロストークを少なくし
、かつ設計、解析の簡便さを図るため、薄板の組み合わ
せによる構造とされている。
まず、第13図に示す構造において、座標系X。
y、zを定め、薄板41〜44で
力F= (Fx 、Fy 、Fz )
モーメントM = (Mx 、 My 、 Mz )の
うち、支持棒40からのFz、Mx、Myを検出できる
ようにしている。
うち、支持棒40からのFz、Mx、Myを検出できる
ようにしている。
なお、第13図中、57〜60は支持部を示し、またt
、b 、hおよびEは薄板の長さ1幅、板厚およ22頁 びヤング率を示し、Pはセンサ部の基準点であってロボ
ットの基準点を示す。
、b 、hおよびEは薄板の長さ1幅、板厚およ22頁 びヤング率を示し、Pはセンサ部の基準点であってロボ
ットの基準点を示す。
また、第13図に示す構造を積み上げ、第13図に示す
構造とすることによって、薄板45〜48でMzを検出
できるようにしている。
構造とすることによって、薄板45〜48でMzを検出
できるようにしている。
なお、第14図中、61は支持部を示す。
さらに、これを積み上げて第15図に示す構造とするこ
とにより、薄板49〜52でFxを、薄板53〜霜でF
yをそれぞれ検出できるようにしている。
とにより、薄板49〜52でFxを、薄板53〜霜でF
yをそれぞれ検出できるようにしている。
前記薄板41〜56には、適切な場所に歪量の検出器と
しての歪ダーツ(図示せず)が貼り付けられている この歪ゲージからの出力をvI””V16で表わすと、
231f となる。
しての歪ダーツ(図示せず)が貼り付けられている この歪ゲージからの出力をvI””V16で表わすと、
231f となる。
ここで、マトリックスの係数A、B、Cはそれぞれ第1
3図に示すt、b、hの各寸法およびヤング率Eならび
に歪ゲージの貼り付は位置dの関係である。
3図に示すt、b、hの各寸法およびヤング率Eならび
に歪ゲージの貼り付は位置dの関係である。
そして、薄板の数が16であるからノ母うメータとして
は t[* b i + hi 、Ei + d i r
1 =1〜16で構成されているが、前述のように
マトリックス中にある係数ばA、B、Cのわずか3種類
である。
は t[* b i + hi 、Ei + d i r
1 =1〜16で構成されているが、前述のように
マトリックス中にある係数ばA、B、Cのわずか3種類
である。
これは並進のための独立した3方向の並進ばね係数に8
を一致させ、回転のだめの独立した3方向の回転ばね係
数にθを一致させていることによる。また、マトリック
ス中に0の項が多いことも引算上有利である。
を一致させ、回転のだめの独立した3方向の回転ばね係
数にθを一致させていることによる。また、マトリック
ス中に0の項が多いことも引算上有利である。
なお、第15図に示した実施例では構造的に十字ばね形
状を含むように、4対で構成されているが、理論的には
3対で十分である。しかし、4対、5対と増加してもよ
く、増加きせると機構は複雑になるが、精度が向上する
。
状を含むように、4対で構成されているが、理論的には
3対で十分である。しかし、4対、5対と増加してもよ
く、増加きせると機構は複雑になるが、精度が向上する
。
以上のように、教示装置としてのセンサ部39を薄板構
造とした理由は、発明の概要で述べた多くの条件、すな
わち(1)のfa) 、 (b) 、 (c)および(
2)を満たす構造にまとめ易い点にある。薄板構造であ
ると、ます力およびモーメントの各要素を分離し易く、
またI?ラメータは前述のごとく、 tt + bl + hl * Ei + dl +
1 ”” 1〜16のみで容易に決まるからである
。
造とした理由は、発明の概要で述べた多くの条件、すな
わち(1)のfa) 、 (b) 、 (c)および(
2)を満たす構造にまとめ易い点にある。薄板構造であ
ると、ます力およびモーメントの各要素を分離し易く、
またI?ラメータは前述のごとく、 tt + bl + hl * Ei + dl +
1 ”” 1〜16のみで容易に決まるからである
。
その・母うメータも、ヤング率Eの同じ材料を用いたり
、薄板の幅すや長さt等を外部条件から決められるとき
は、定めるべき値は板厚hiおよび歪r−ノの貼り付は
位置1位になり、ばね係数も容易に決めることができる
。
、薄板の幅すや長さt等を外部条件から決められるとき
は、定めるべき値は板厚hiおよび歪r−ノの貼り付は
位置1位になり、ばね係数も容易に決めることができる
。
これにより、例えば各並進ばね係数を一致させることや
、各回転ばね係数を一致させることを容易に行うことが
でき、また並進方向の剛性を下げ、回転方向の剛性を上
げることも容易に行うことができる。
、各回転ばね係数を一致させることを容易に行うことが
でき、また並進方向の剛性を下げ、回転方向の剛性を上
げることも容易に行うことができる。
以上説明した本発明によれば、教示装置をロゲ5
百 ットのうちの、操作者が把持する部分に直接組み込んで
おり、これによってロボットの基準点と教示装置の基準
点とを一致させることができるので、ロボットをより直
観的に操作し得る効果がある。
百 ットのうちの、操作者が把持する部分に直接組み込んで
おり、これによってロボットの基準点と教示装置の基準
点とを一致させることができるので、ロボットをより直
観的に操作し得る効果がある。
また、本発明によれば少なくとも6自由度の機構を持ち
かつ操作者から与えられた力の3要素とモーメントの3
要素の合唱6要素をそれぞれ各別に検出し得るように、
薄板を組み合わせて構成し、その適所に歪量の検出器を
取シ付けているので、力センサとして機能し、しかも並
進方向の力に対する並進ばね係数を直交座標系で等しく
、またモーメントに対する回転ばね係数を直交座標系の
3方向で等しくなるように構成しているので、主にはめ
あいの組立用治具としても機能するので、組立用治具と
力センサとに兼用できる効果がある。
かつ操作者から与えられた力の3要素とモーメントの3
要素の合唱6要素をそれぞれ各別に検出し得るように、
薄板を組み合わせて構成し、その適所に歪量の検出器を
取シ付けているので、力センサとして機能し、しかも並
進方向の力に対する並進ばね係数を直交座標系で等しく
、またモーメントに対する回転ばね係数を直交座標系の
3方向で等しくなるように構成しているので、主にはめ
あいの組立用治具としても機能するので、組立用治具と
力センサとに兼用できる効果がある。
しかも、本発明によれば薄板構造としているので、座標
変換マトリックスの内容が簡単になり、引算処理量を減
少できるので、引算処理を簡単に行い得る効果もある。
変換マトリックスの内容が簡単になり、引算処理量を減
少できるので、引算処理を簡単に行い得る効果もある。
あ頁
第1図(a)はロボットの概略を示す斜視図5第1図(
b)は口がットの位置および姿勢を表わす変数の説明図
、第2図(a) 、 (b)はロボットのハンドとロボ
ットの基準点と教示装置の基準点の説明図、第3図、第
4図および第5図は従来技術であるボタン形教示装置、
ジョイスティック形教示装置およびハンドル形教示装置
を示す図、第6図(a)は1自由度の回転機構の説明図
、第6図(b) 、 (c)は3自由度の回転機構の説
明図、第7図(a) 、 (b)は回転機構の回転する
方向と加えたモーメントの方向の関係を示す説明図、第
8図(a)は1自由度の並進機構の説明図、第8図(b
) 、 (e)は3自由度の並進機構の説明図、第9図
(a) 、 (b)は並進機構の並進する方向と加えた
力の方向の関係を示す説明図、第10図は回転方向と並
進方向に3自由度ずつ合唱6自由度の機構に検出器を取
り付けた本発明教示装置としてのセンサ部の説明図、第
11図(a)は本発明教示装置を取り付けたロボットの
斜視図、第11図(b)はその一部の拡大図、第12図
La)T (b)は第11図に示すロボットの組立用治
具としての使用状態を示す斜視図、第13図および第1
4図はセンサ部の一部分を拡大して示した斜視図、第1
5図はセンサ部の全体の斜視図である。 1・・・ロボット、4・・・ロボットの手首関節、5・
・・同ハンド、39・・・教示装置としてのセンサ部、
40・・・支持棒、41〜56・・・センサ部を構成し
ている薄板、57〜61・・・センサ部の支持部、P・
・・ロボットの基準点であって教示装置の基準点。 代理人 弁理士 秋 本 正 実 第1図 (Oン (b) 3 第2図 (a) (b) 第3図 第5図 第6図 第7図 第9図 32 了 (b)4 2 第to図 (b) 第13図 第14図
b)は口がットの位置および姿勢を表わす変数の説明図
、第2図(a) 、 (b)はロボットのハンドとロボ
ットの基準点と教示装置の基準点の説明図、第3図、第
4図および第5図は従来技術であるボタン形教示装置、
ジョイスティック形教示装置およびハンドル形教示装置
を示す図、第6図(a)は1自由度の回転機構の説明図
、第6図(b) 、 (c)は3自由度の回転機構の説
明図、第7図(a) 、 (b)は回転機構の回転する
方向と加えたモーメントの方向の関係を示す説明図、第
8図(a)は1自由度の並進機構の説明図、第8図(b
) 、 (e)は3自由度の並進機構の説明図、第9図
(a) 、 (b)は並進機構の並進する方向と加えた
力の方向の関係を示す説明図、第10図は回転方向と並
進方向に3自由度ずつ合唱6自由度の機構に検出器を取
り付けた本発明教示装置としてのセンサ部の説明図、第
11図(a)は本発明教示装置を取り付けたロボットの
斜視図、第11図(b)はその一部の拡大図、第12図
La)T (b)は第11図に示すロボットの組立用治
具としての使用状態を示す斜視図、第13図および第1
4図はセンサ部の一部分を拡大して示した斜視図、第1
5図はセンサ部の全体の斜視図である。 1・・・ロボット、4・・・ロボットの手首関節、5・
・・同ハンド、39・・・教示装置としてのセンサ部、
40・・・支持棒、41〜56・・・センサ部を構成し
ている薄板、57〜61・・・センサ部の支持部、P・
・・ロボットの基準点であって教示装置の基準点。 代理人 弁理士 秋 本 正 実 第1図 (Oン (b) 3 第2図 (a) (b) 第3図 第5図 第6図 第7図 第9図 32 了 (b)4 2 第to図 (b) 第13図 第14図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、 ロボットのうちの、操作者が把持する部分に教示
装置を直接組み込み、該教示装置を、少なくとも6自由
度の機構を持ちかつ操作者から与えられた力の3要素と
モーメントの3要素の合耐6要素をそれぞれ各別に検出
し得るように薄板を組み合わせて構成するとともに、こ
の薄板構造の教示装置の適所に歪量の検出器を取り付け
、しかも教示装置を、並進方向の力に対する並進ばね係
数が直交座標系の3方向で等しく、またモーメントに対
する回転ばね係数も直交座標系の3方向で等、シくなる
ように構成したことを特徴とする組立用治具と力センサ
とを兼ねる組込形直接教示装置。 2、 前記薄板構造の教示装置における並進の剛性を低
くし、回転の剛性を高くしたことを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載の組立用治具と力力センサとを兼ねる
組込形直接教示装置。 2 自
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6565583A JPS59192491A (ja) | 1983-04-15 | 1983-04-15 | 組立用治具と力センサとを兼ねる組込形直接教示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6565583A JPS59192491A (ja) | 1983-04-15 | 1983-04-15 | 組立用治具と力センサとを兼ねる組込形直接教示装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59192491A true JPS59192491A (ja) | 1984-10-31 |
Family
ID=13293234
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6565583A Pending JPS59192491A (ja) | 1983-04-15 | 1983-04-15 | 組立用治具と力センサとを兼ねる組込形直接教示装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59192491A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61142087A (ja) * | 1984-12-11 | 1986-06-28 | 富士通株式会社 | 物体の運搬制御方式 |
JPS63162180A (ja) * | 1986-12-23 | 1988-07-05 | キヤノン株式会社 | ロボツトの教示方法 |
JP2015520041A (ja) * | 2012-06-21 | 2015-07-16 | リシンク ロボティクス インコーポレイテッド | ロボット訓練のためのユーザインターフェース |
-
1983
- 1983-04-15 JP JP6565583A patent/JPS59192491A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61142087A (ja) * | 1984-12-11 | 1986-06-28 | 富士通株式会社 | 物体の運搬制御方式 |
JPH0426992B2 (ja) * | 1984-12-11 | 1992-05-08 | Fujitsu Ltd | |
JPS63162180A (ja) * | 1986-12-23 | 1988-07-05 | キヤノン株式会社 | ロボツトの教示方法 |
JP2015520041A (ja) * | 2012-06-21 | 2015-07-16 | リシンク ロボティクス インコーポレイテッド | ロボット訓練のためのユーザインターフェース |
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