JPS59227373A - 工業用ロボツト - 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】 本発明は台車に乗って走行することのできる工業用ロボ
ットに係り、特に作業対象に対して自動的に位置決めを
可能とした工業用ロボットに関するものである。

耐熱材料（例えばロックウール）やセメント等の吹付用
ロボットや、塗装用ロボソ１−等のうち、走行台車を用
いて自ら移動し得る形式の工業用ロボットを壁面や梁等
の作業対象に対して位置決めする場合には、従来地面や
床面（以下床面と称す）に敷設した誘導線を案内として
誘導無線による位置決め方法が一般的に用いられている
。

しかしながら、かかる誘導無線による位置決め方法では
、位置決めの精度が悪く作業対象物の位置の変化に対応
して木目細かな位置の補正を行うことができず、また累
積された誤差を補正する平段にも欠けると共に、誘導用
電線を床面に敷設する必要がありコストを上昇させる。

とりわけ最近の建築物では、耐火性を＋ｉ＋−＋−，さ
せるため鉄骨梁等にロックウール等の耐火材を吹き付け
る場合が多く、これらの作業を行うための吹付ロボット
等では、高精度の吹付作業を行う必要があり、従来の誘
導無線型の位置決め方法では十分ではない。

従って本発明の目的とする処は、走行台車によって自刃
で走行する工業用ロボットの位置決め精度を向−１−さ
せる点にあり、とりわけロボットの現在位置を自動的に
計測して目標位置との偏差を演算し、これに基づいてロ
ボット自弁の位置を自動的にイ１に正する自動位置補正
機能を発揮することのできる工業用ロボットを提供する
ことであり、その要旨とする処が、床面を走行するだめ
の車輪を有する台車と、垂直軸芯を中心として上記台車
に対して旋回自在に支承された旋回テーブルと、−Ｆ記
旋回テーブルに取り付けられ、該旋回テーブルを昇降自
在に床面上で支承可能のアウトリガ装置と、十記旋回テ
ーブル上に設けられた複数の自由度を有する腕機構と、
上記腕機構に取り付けられ、該ロボットと作業対象との
間の距離を検出する位置検出器と、上記旋回テーブルの
台車に対する旋回角度を検出する角度検出器とを有して
なる点にある工業用ロボットを提供するものである。

続いて、添付した図面を参照して本発明を具体化した実
施例につき説明し、本発明の理解に供する。

ここに第１図は本発明をロックウールの吹付用ロボット
に適用した一実施例に係る工業用ロボ・ノドの正面図、
第２図及び第３図は同工業用ロボ・ソトの平面図及び側
面図、第４図は同工業用ロボ・ノドの制御回路図、第５
図は同制御手順を示すフローチャート、第６図は台車と
旋回テーブルとの移動状態を示す平面図、第７図は作業
対象に対するロボットの傾きや変位の状態を示す平面図
である。

第１図乃至第３図において、台車１はその下部に４個の
車輪２を回転自在に有し、これらの車輪の内１又は２個
の駆動車輪２ａはチェーン３によって走行モータ４と連
結され、走行モータ４の回転により台車ｌが第２図に示
す台車１の軸芯５の方向に走行する。

台車１は、その上面に設けた旋回ヘアリング６を介して
略平板状の旋回テーブル７に連結されており、旋回テー
ブル７は１に回ベアリング６の中心である台車１の垂直
軸芯８を中心として旋回自在であり、この旋回テーブル
７は、旋回テーブル７上に固定された旋回モータ９によ
って台車１に対して水平面内において旋回駆動される。

前記走行モータ４及び旋回モータ９には、それぞれパル
スエンコーダＰＥ、及び１〕Ｅ２が接続され、各モータ
の回転角度が検出される。

上記旋回テーブル７は、その四隅に上下方向に伸縮自在
のアウトリガ装置１０を有しており、このアウトリガ装
置１０は旋回テーブル７上のアウトリガ装置駆動用のモ
ータ１０ｍにより伸縮駆動され、その伸縮量はポテンシ
ョメータＰＭ、にょって検出される。

第１図及び第３図に実線で示した状態は、アウトリガ装
置１０が縮んだ状態で、このアウトリガ装置ｖ１ｏが伸
びることにより旋回テーブル７及びこれに旋回ベアリン
グ６を介して取り付けた台車１が上方へ持ち上げられ、
車輪２を床面１１から切り離す（地切りする）ことがで
きる。

上記旋回テーブル７−ヒには、前記垂直軸芯８を含む垂
直面内において揺動駆動される垂直アーム１２と、この
垂直アーム１２の先端に取り付けられ、垂直アーム１２
と同じ揺動面内で揺動駆動される水平アーム１３が取り
付けられており、更に水平アーム１３の先端には複数の
自由度を有する手首部１４を介して位置検出用のポテン
ショメータＰＭ、が取り付けられている。尚、上記垂直
アーム１２及び水平アーム１３の揺動角度は、各アーム
を駆動するアーム駆動用モータＭａ及びＭ。

に取り付けたパルスエンコーダＰＥａ及びＰＥｔ。

によって検出される。

上記のように構成した吹付用ロボットの制御回路の一例
は第４図に示す如く、パルスエンコーダＰＥｌ、ＰＥ２
の出力線Ａ、Ｃ，及びＰＥ、、、ＰＥトの出力線Ｅ、Ｄ
、更には、ポテンショメータＰＭ、の出力線Ｂ１及びポ
テンショメータＰＭ２がそれぞれマイクロコンピュータ
１５を構成する入力インターフェイス回路１６に接続さ
れている。

上記マイクロコンピュータ１５は、周知のものを使用す
ることができ、種々の検出器からの信号を入力する前記
入力インターフェイス回路１６と、入力インターフェイ
ス回路１６からの信号を読み出し専用メモリＲＯＭ１７
に格納されたフ゛ロク゛ラムに従って演算処理し、必要
に応じて一時言己１意回路ＲＡＭ１８に種々のデータを
記憶、又しま取り出しつつ各種駆動装置や表示装置等に
接続された出力インターフェイス回路１９に出力信号を
送＋１３するｃｐｕ　＜中央処理ユニ・ント）２０等し
こよって構成されており、出力インターフエイス回Ｉｄ
Ｐｒ１９には前記旋回モータ９、走行モータ４、アウト
１ツガ装置駆動用モータ１０ｍ及び各アーム駆動用のモ
ータＭ、及びＭ＋、がそれぞれの自動制御系を介して接
続されている。

各モータやアウトリガ装置に対する自動制御系はほぼ同
様の構造をしているため旋回モータ９Ｇこついて代表的
に説明し、他は省略する。即ち出力インターフェイス回
路１９から送出される旋回テーブル７の目標位置信号は
、Ｄ／Ａ変換器２１（こよってアナログ量に変換された
後、増幅器２２を経て比較器２３に伝達され、更に走行
モータ９Ｇこ伝えられると共に、走行モータ９の回転角
度（よ〕くルススエンコーダＰＥにより検出され、この
検出量が上記比較器２３にＤ／Ａ変換器２４を経て伝達
され、パルスエンコーダＰＥ、による検出量と目標位置
信号との差がＯとなる方向に旋回モータ９が回転駆動さ
れ、ノ症回テーブル７に対する台車１の回転位置が決定
される。

又教示状態においては上記［）／Ａ変換器２４から発せ
られたパルスエンコーダＰＥ、の検出量は、入力インタ
ーフェイス回１１Ｐｔ１６を経てＣＩ）　Ｕ　２０に伝
達され、教示位置データとしてＲＡＭ１８に記憶される
。

続いて第５図以下の添付図面を参照して上記吹付用ロボ
ットの位置決め作業手順について説明する。

以下は吹付用ロボットを鉄骨梁２５に沿って位置決めす
る手順であり、第５図におけるａ、ｂ、Ｃ・・・はロボ
ットの各機能に対応するステップ番号を示す。まずステ
ップａにおいて車輪２が走行モータ４に駆動され台車１
が走行している状態から説明する。

台車１の走行距離はパルスエンコーダＰＥ、によって検
出され、パルスエンコーダＰＥ、からの出力値が設定さ
れた作業位置に相当する値に達したか否かをステップｂ
で判定し、達していない場合にはステップａにら戻って
更に走行を続けると共に、作業位置に達したと判定され
た場合にはステップＣにおいて走行用モータ４を停止さ
せ台車１を停止させる。

この状態における台車１を第６図に実線で示し、その上
部に載置された旋回テーブル７を二点鎖線で示す。又旋
回ヘアリング６の中心Ｉ’ｌｌち垂直軸芯８の位置をＯ
で表す。今、台車１の車輪２の方向の軸芯５が、鉄骨梁
２５に平行で且つ前記中心Ｏを通る線分２６に対して角
度θ分仲斜していると共に、」−記台車ｌの中心Ｏを通
る線分２Ｇが、本来台車１が鉄骨梁２５に平行に移動す
べき軌跡位置を示す基準軌跡２７に対して！の距離だけ
ずれた位置に存在する場合を考える。図では（頃斜角度
θの方向は時計方向である。

以下の作業ではます台車１及び旋回テーブル７を反時計
方向に点Ｏを中心として旋回させることにより、台車の
軸芯５を鉄骨梁２５に平行に配置すると共に、中心点０
を鉄骨梁２５の方向にｅの分だけ移動せしめ、台車１及
び旋回テーブルマを鉄骨梁２５に対して平行で且つ鉄骨
梁２５から設計」−の一定距離（Ｌ）離れた位置に位置
決めすることにより、以後の教示動作や再生動作におけ
る測定及び吹付位置の精度を向上させんとするものであ
る。

上記のように台車１がステップＣにおいて停止トすると
、続いてＣＰＵはアウトリガ駆動用モーフ１０、、、に
人力インターフェイス回路１９、Ｄ／Ａ変換器２８、増
幅器２９、比較器３０を経てプラスの方向の信号、即ち
アウトリガ装置１０が伸びる方向の信号を送出する。ア
ウトリガ装置１０の伸量は前記のようにポテンショメー
タＰＭ、によって８１σすされ、その検出値が所定の値
になった位置でアウトリガ装置１０の伸長作業を停止す
る。

この時アウトリガ装置１０は当初の床面ＩＩとの距離ｄ
よりも長く伸びるため、台車１の車輪２は全て床面１１
から持ち上げられ床面から切り離され（地切り）（ステ
ップｄ）、こうして旋回テーブル７が４本のアウトリガ
装置１０によって床面１１上に固定された時点で、旋回
テーブル７を旋回させるための旋回モータ９及び垂直ア
ームＩ２、水平アーム１３を駆動するモータＭａＭ、を
駆動して水平アーム１３の先端に取り付けた手首部１４
を鉄骨梁２５の方向へ移動させ、該手首部１４に取り付
けた位置検出器の一種であるポテンショメータＰＭ、の
先端を鉄骨梁２５に押し付け、台車１の軸芯５から鉄骨
梁２５までの距離を中心０から軸芯５の方向へ左右に同
じ距離（Ｗ／　２　）だけ離れた２個の位置Ｐ１及びＰ
２について測定する。−１＝記点ｐ、とＰ２の軸線５の
方向の距離Ｗ（一定）とし、各測定点Ｐ１及びＰ２から
軸芯０までの測定距離をｐ、及びβ２とする（第７図参
照）。

−１−記のような距離β１及びβ２の計測は、水平アー
ム１３、垂直アーム１２の各長さ及び旋回テーブル７の
各測定点Ｐ１及びＰ２に対応する旋回角度α１及びα２
　（これらはパルスエンコーダＰＥ２によって検出され
る）、垂直アーム１２の揺動角度β、水平アーム１３の
揺動角度γ　（それぞれ第１図に示され各関節部分に取
り付けたパルスエンコーダＰＥ、及びＰＥｂを用いて検
出される）を用いて周知の座標変換演算を行うことによ
り求められる。これらの座標変換手順は周知であるので
ここではその説明を省略する。

こうしてステップｅにおいて旋回テーブル７及び各アー
ム１２．１３を揺動し、ステップｆにおいて距離ｘ、　
、　７！、を演算し終わると、次のステップｇにおいて θ−ｊａｎ＝　（Δ＃／Ｗ） ６＝（β＋＋４２）／２−Ｌ の演算式を用いて台車１の鉄骨梁２５に対する傾き角度
θ及び距離！、即ち現在の中心点Ｏの基準軌跡２７から
の変位量を演算する。

ここにΔβは距離１２Ｉとｉ２との差で正負の符号を考
慮して演算する。尚βの演算式はθの値が大きくなると
」二記の式では誤差が増大するが、通常θは余り大きな
値ではないので」二記の式を採用しても差支えない。

但し傾斜角度θの影響を考ル：することも可能であるが
、ここではその説明を省略する。

こうしてステップｇにおいて台車１の傾斜角度θと基準
軌跡２７からのずれ量ｌを演算し終わると、続いて前記
ポテンショメータＰＭ２の方向を手首部１４の屈折、及
び各アームの揺動運動、更には旋回テーブル７の旋回に
よって垂直方向に変化させると共に、測定点ＰＩ及び■
）２の中間の点Ｐｏにおける鉄骨梁２５の高さを測定し
、基準高さからの偏差Δｈを測定する。これにより鉄骨
梁２５の１え量が検出される。（ステップｈ）続いてＣ
ＰＵ２０は旋回モータ９に駆動信号を送出し、旋回テー
ブル７に対して台車１をθ＋９０度分、反時計方向に回
転させる。この回転によって台車１の軸芯５が鉄骨梁２
５に対して直角の方向を指向する。（ステップｉ） こうして台車の方向の決定を完了すると、続いてステッ
プｊにおいてアウトリガ駆動用モータ１０ｍにアウトリ
ガ装置１０が縮む方向の駆動信号を送出し、台車１の車
輪２を接地させる。これによりアウトリガ装置１０が地
切りされるため、続くステップｋにおいて再び旋回モー
タ９に駆動信号を送出し、旋回テーブル７を角度θ分だ
け台車１に対して反時計方向に回転させる。

以上の手順によって旋回テーブル７が鉄骨梁２５に平行
の状態となる。

続いてＣＰＵ２０は走行モータ４に駆動信号を送出し、
台車１をその上部の旋回テーブル７及びアーム１２．１
３等と共にβの分だけ移動させる。この時点で車輪２は
全て軸芯５と同じ方向、即ち鉄骨梁２５に直角の方向を
向いているので、上記θ分の移動によって台車ｌば鉄骨
梁２５に対してｒの距離の分だけ接近又は離れ、台車１
の中心０が基準軌跡２７上に移動する。（ステ・ノブｍ
）続いてＣＰＵ２０はアウトリガ駆動用モータ１０、、
、に伸長方向の信号を送出して、アウトリガ装置 （ステップｎ）、再度旋回モータ９に駆動信号を送出し
て地切りされた台車１を９０度時計方向に旋回させ（ス
テップＯ）た後、アウトリガ装置１０を縮め（ステップ
ｐ）、車輪２を床面１１に接地させ、アウトリガ装置１
０を宙に浮かせる。

こうして台車１及び旋回テーブル７が共に鉄骨梁２５に
平行となると共に、その中心０が基準線２７上に来るこ
とにより旋回テーブル７の鉄骨梁２５に対する完全な位
置決めが完了するため、続くステップｑに示す様に基！
１へ軌跡２７に対する鉄骨梁２５の正ＵＩ［な位置をロ
ボットに教え込むための教示動作や、手首部１４の先端
にポテンショメータＰＭ、に換えて取り付けた吹付ガン
を用いた１生作業を実行可能となる 上記第５図に示した手順は本発明に係る工業用ロボット
の一つの使用例に過ぎず、本発明に係る工業用ロボット
は作業対象物に沿って走行しつつ作業を行うあらゆるロ
ボット、例えばコンクリート吹付用ロボットや塗装ロボ
ット、長物の検査用ロボット等種々の用途に用いること
ができると共に、その作業手順の順番を適宜変更したり
、別の作業手順を付加挿入する等種々のバリエーション
が考えられ、例えばステップｅにおいて距離ｐ１と１２
を検出することにより傾き角度θの演算を行った後、台
車をθプラス９０度回転させ、鉄刊梁２５に直角に保持
し、且つ旋回テーブル７を角度θだけ回転させ、旋回テ
ーブル７を鉄骨梁２５に直角に維持した状態で再度鉄骨
梁２５上の一測定点Ｐ。までの距離を測定してβを検出
するようになすことにより、ｌの演算における傾斜角度
θの影響を除去する如くなしてもよい。

又ステップｈにおいて得られた鉄骨梁２５の撓量Δｈは
そのままＲＡＭ１Ｂに記憶しておき、続く再生動作時に
呼び出して吹付ガン等の高さ方向の位置の調整に用いる
。

本発明は以上述べた如く、床面を走行するため１車輪を
有する台車と、垂直軸芯を中心とし−Ｃ上記台車に対し
て旋回自在に支承された旋回テーブルと、上記旋回テー
ブルに取り付けられ、該旋回テーブルを昇降自在に床面
」−で支承可能のアウトリガ装置と、上記旋回テーブル
」−に設けられた複数の自由度を有する腕機構と、−１
−記腕機構に取り付けられ、該ロボットと作業対象との
間の距離を検出する位置検出器と、上記旋回テーブルの
台車に対する旋回角度を検出する角度検出器とを有して
なることを特徴とする工業用ロボットであるから、従来
の誘導無線による走行形ロボットの位置決め方法と比べ
て著しく位置決め精度が向上し、且つ誘導レール等を敷
設する必要も又作業対象物の位置が変化する毎に誘導レ
ール等の位置を変化させる手間も必要で無く、作業対象
物の位置の変化に速やかに対応して位置決めできる工業
用ロボットを提供するもので、ロックウールの吹伺作業
等の精度を要求される工業用ロボットに′ｌｌ応して極
めて好適である。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明をロックウールの吹付用ロボットに適用
した一実施例に係る工業用ロボットの正面図、第２図及
び第３図は同工業用ロボットの平面図及び側面図、第４
図は同工業用ロボットの制御回路図、第５図は同制御手
順を示すフローチャート、第６図は台車と旋回テーブル
との移動状態を示す平面図、第７図は作業対象に対する
ロボソ１〜の傾きや変位の状態を示す平面ＩＲＩである
。 （符号の説明） １・・・台車　　　　　　２・・・車輪４・・・走行モ
ータ　　　５・・・軸芯６・・・旋回ベアリング　７・
・・ｊＱ回子テーブル９・・旋回モータ　　ＰＥ・・・
パルスエンコーダ１０・・・アウトリガ装置 ＰＭ・・・ポテンショメーク １２・・・垂直アーム　　１３・・・水平アーム１４・
・・手首部 １５・・・マイクロコンピュータ ２０・・・ＣＰＵ　　　　　　θ・・・傾斜角度Ｐ＋　
、Ｐ２・・・測定点。 出願人　　株式会社　神戸製鋼所 代理人　　弁理士　本庄　武男

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）床面を走行するための車輪を有する台車と、（２
   ）垂直軸芯を中心として上記台車に対して旋回自在に支
   承された旋回テーブルと、 （３）」−記旋回テーブルに取り付けられ、該旋回テー
   ブルを昇降自在に床面上で支承可能のアウトリガ装置と
   、 （４）上記旋回テーブル十に設けられた複数の自由度を
   有する腕機構と、 （５）上記腕機構に取り付けられ、該ロボットと作業対
   象との間の距離を検出する位置検出器と、（６）上記旋
   回テーブルの台車に対する旋回角度を検出する角度検出
   器と、 を有してなることを特徴とする工業用ロボット。