JPS60150981A - ロボツト装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は位置決め装置に関し、特に］二作物もしくは基
準に関してマニピュレータ（操作器）を正確に位置決め
する必要があるプログラム内蔵ロボット装置に関する。

さらに具体的には本発明は通常のロボットの操作器に取
付けられ、運搬される可動段に関し、工作物保持器を大
きな距離変位するのに必要とされる相対的に重い機械に
固有な位置の不正確さを克服して、全体的な組合せ動作
を増強するものである。

〔従来技術〕

製造工場で工業用ロボットがより多く使用されるにつれ
、２つの大きな欠点は、多くの場合に速度が遅い事と位
置決めが不正確な事である。ロボットの知能及び電子回
路部分に対しては大きな進歩がなされたが、正確さの改
良はほとんどなされていない。

ロボットは汎用性と運動の範囲が広い点では優れている
が、精度及び速度の点ではオートメーション装置にはか
なわない。精度を増すためにロボットをより強固に、重
く製造すると、通常は速度が犠牲にされ、文通の事も云
える。多くのロボット製造業者はその再現性が高い事を
誇っているが、精度を示した仕様書を開示する事はめっ
たにない。

云う迄もなく精度は極めて正確というわけではない。多
くのロボットは０．２５４ｃｍ以内で正確な程度である
。

再現性と精度は次の様に区別される。もしロボットが空
間の成る点に物理的に移動されなければならないとして
、その点が教えられると、再現性の仕様として知られた
所定の公差内で同じ点に復帰される事は常に可能である
。一方、ロボットが座標系内の計算された目的地迄移動
する様にプログラムされている場合に、指令された位置
からの偏差が精度である。

多くの市販の操作器は各節点に置かれた符号器もしくは
ポテンショメータから位置のフィードバックを受取って
いる。この様にして種々の節点かちの変位から絶対的な
目標点が得られている。仮りに符号器に関連する測定誤
差が僅かだとしても、各リンクの長さ全体では誤差が増
大１〜、目標点の誤差は大きくなる。

位置決め誤差の他の原因ははりの屈曲によるものである
。リンクは外部負荷もしくは慣性力を受けると、通常屈
曲し、目標点は予定の値からずれる事になる。はりの屈
曲は静止誤差及び動的な振動誤差を生ずる。

工業上の操作の成功がロボットの再現性に依存している
例は多い。いくつかの臨界点が教えられると、システム
及び操作器はタスクを何回となく繰返す。しかしながら
、この動作は共通の軸上に部品を積重ねるといつだ、ロ
ボットが移動しなければならない点が２．６である場合
にだけ実際的である。それにも拘らずジョブを達成する
のに高精度が心安とされる応用の数は多い。穿孔とりベ
ット締めの応用においては、成る基準線から計られた点
に多くの孔を有する図面に従って部品が製造されている
。効果的に少量生産を行う事を意図した柔軟性のある製
造システムでは、部品が変る１ｕに多くの点を繰返し教
える事は非実際的である。これ等の孔の位置は計算機に
プログラムされ、ロボットはわずかな公差内でこれ等の
点に移動する様に指令される。従って、高い精度が要求
される。

リンクの屈曲を少なくする一つの方法は、断面積の慣性
能率を増大する事である。これを実施する最も簡単な方
法は、単に断面積を増大する事、換言すればより厚いリ
ンクを使用する事である。

不幸にして、この方法では質量が大きくなり、速度が大
きく犠牲になる事を意味している。大きな曲げモーメン
トが発生され、大きな範囲の運動がｒｉＪ能な様に設計
さｉまたロボットの精度を増大する一つの方法はタスク
の位置の近くに局所的な支持体を与える事である。動作
の開始前に、ロボットはそれ自体支持体に接触され、作
業位置に近く基準位置が定められている。しかしながら
支持体の使用にも欠点がある。即ち、動作が行れる各点
に対して局所的支持体が与えられなくてはならない点で
ある。もしこれ等の点が多くなると、この動作モードの
実施が困難になる。さらに異なる製造工程には異なる支
持体が与えられなくてはなら々い。

〔発明が解決しようとする問題〕

本発明の目的は比較的大きな重い物体もしくは工具を長
い距離移動出来、しかも物体もしくは工具の正確な最終
位置決めを与えるロボットの組合せ体を与える事にある
。

本発明に従えば、主ロボットと組合せられる副ロボット
が加工物保持器もしくは工具の正確な最終位置決めを与
える自動化ロボット装置が与えられる。

〔問題点を解決するだめの手段〕 本発明に従って、保持器もしくは工具を支持し、移動さ
せるだめのマニピュレータ即ち操作器を有する主ロボッ
ト、保持器及び工具の相対位置もしくは絶対位置を検出
するだめの位置感知器、さらに改良として保持器もしく
は工具を支持するため、操作器上に取付けられた副ロボ
ットより成るロボット装置が与えら九る。副ロボットは
位置感知器の出力に応答して少なく共自由度５の運動が
出来る様に適合されている。副ロボットは取付は板、数
例は板上に可動的に支持された第１段の台、数例は板の
並進軸Ｘのまわりに第１段の台を支持して回転させ、又
Ｘ方向に沿って移動させる第１の装置、第１段の台上に
支持された第２段の台、並進軸ＹＫ＠接する第１段の台
に関連して第２段の台を支持して回転させ、Ｙ方向に移
動させる第２の装置、第２段の台」二に支持された第６
段の台及び第２段の台に関連して第６段の台を支持し、
Ｚ方向に移動させる第６の装置を含む。副ロボットはＸ
、Ｙ及びＺ方向に関して、自由度５で工作物保持器もし
くは工具を移動させ、又互に直交する２軸のまわりに回
転運動させる事が可能である。

〔作　用〕

本発明によると、コンパクトで丈夫な高精度のロボット
用位置決め装置が与えられるので、累積誤差が減少され
、はりの屈曲による静止誤差、振動誤差を減少するため
の多数の支持体が不用になる。

〔実施例〕

図面、特に第４図を参照するに、本発明の総括的なロボ
ット組合せ体が示されている。第４図は概略的に主ロボ
ット即ちマクロ操作器１０、これに支持された副ロボッ
ト即ちマイクロ操作器１２及びこれに支持された工具も
しくは工作物保持器１６を示している。副ロボット１２
については以下詳細に説明される。感知器１４は概略的
に示されているが、工作物もしくは工具１３の正確な位
置を感知する。主ロボット１０は工作物保持器１ろを移
動させ、操作出来る任意の適切な型のものである。ロボ
ットの移動を示すのに使用される座標系は４つの基本的
幾何学座標系、即ち各腕の部分を厳密にＸ、Ｙもしくは
Ｚ方向に平面内で移動させる直交座標系、直交座標系を
成る軸のまわりに回転させる円柱座標系、成る軸のまわ
りに腕を回転させ、該軸に沿って腕の長さを調節出来る
極座標系及び成る軸のまわりに多重節点腕を回転出来る
回転座標系のうちの任意の一つでよい。主ロボットは通
常ｚ軸のまわりに回転運動を与える副ロボット１２のだ
めの支持体を含んでいる。この工夫された支持体は第４
図には示されていないが、この分野で通常使用されてい
る。感知器１４は概略的に示されているが、］二作物も
しくは工具の基準に対する相対位置を検出出来る任意の
適切な感知器が本発明の実施に際し使用されるに適して
いる。感知器は第４図に示されている如くペース上に搭
載出来るがもしくは副ロボット１２上の工作もしくは繰
作される工作物が見える位置に搭載出来る。感知器は自
由度５の運動に関する位置を検出出来る単一感知器であ
る事が好ましく、感知器の組合せでもよい。感知器１４
は工作物保持器１６の位置を感知し、適切なソフトウェ
ア及び副ロボット１２の動作によって工作物１６の位置
を正確な所望の位置に調節出来る。

第１図及びその線４−４から児だ断面図である第２図を
参照するに、本発明の副ロボット１２の好ましい特定の
実施例の詳細が示されている。副ロボット１２は取付は
板１５を有し、その上に通常工作物保持器もしくは工具
が図示されていない手段によって固定されている。第２
図に示された如く、軸方向に対向する位置に整列された
ピストン１６が数例は板１５上に固定さ′Ｊしている。

通路１８が各ピストン１６に与えられ、油もしくは他の
型の流体をピストンに導入している。通路１８は適切な
固定具によってホース２０に接続され、ホース２０は適
切な制御手段によってポンプに接続されている。第１段
の台２２が取付は板１４上に支持されていて、この台は
以下詳細に説明される様に長手方向に移動及びピストン
のまわりに回転出来る様になっている。第１段の台２２
には２つの軸方向に整列された外方向に面するシリンダ
２４が与えられていて、第２図に最も明瞭に示された如
くピストン１６を滑行及び回転可能に受入れている。第
１段の台２２はホース２０によってシリンダ２４に導入
される流体の量を制御する事によってＸ方向に移動され
る。ビス、トン１６には適当な封ＩＪ一体が均えられて
いるが図示されていない。第１段の台２２はこの様にし
てシリンダの一方に選択的に流体を導入し、対向するシ
リンダからは流体を排除する事によって横方向にシフト
される。この様にしてピストン１６及びシリンダ２４は
台２２の支持体をなし、台２２はＸ方向の長手方向運動
が可能になり、又ピストン１６がシリンダ２４内で自由
に回転出来るためにＹ軸のまわりに回転運動が可能にな
る。台２２上には又第１図に最も良く示された如く２つ
の、下方に向うシリンダ２６が与えられている。シリン
ダ２６の長手軸はシリンダ２４の長手軸に垂直であり、
／リンダ２６は互いに対向して配置されている。台２２
中の通路２８はホース３０に接続され流体をシリンダ２
６の内部に導入する手段を与えている。

ピストンろ２はシリンダ２６中に滑行可能に受入れられ
ていて、台２２をピストン６２の長手方向のＹ軸のまわ
りに回転させるだめの動力源となっている。明らかにピ
ストン３２の相対位置はシリンダ２６内に流体を選択的
に導入し、排去する事によって制御される。例えば、球
の様な、・凹み６６中に存在する軸受３４がピストン６
２のだめの比較的摩擦の少い耐摩耗性の表面を与えてい
る。

第２段の台３８は第１段の台２２上に適切な手段で支持
されていてその長手のＹ方向にソフト出来る様に、又Ｙ
軸のまわりに回転出来る様になっている。第１図により
明瞭に示されている如く台２２にはピストン１６と極め
て似た２つの軸方向に対向して整列されたピストン４０
が与えられている。ただしこれ等はピストン１６の軸に
直交するＹ軸に沿っている。ピストン４０にはホース４
２に接続された通路（図示されず）が与えられている。

第２段の台３８には下方に面するシリンジ゛４４が与え
られていて、ピストン４０を受入れている。シリンダ４
４は台２２上に支持されている。

ピストン４０及びシリンダ４４の組合せ体は第２段の袷
ろ８に対する支持体を与え、Ｙ軸のまわりに台３８を回
転させ、又Ｙ軸に沿って長手方向にシフト可能にしてい
る。明らかに、第２段の第６８を軸に沿ってＹ方向にシ
フトする動力源は、下の台及び取付は板中のピストン−
シリンダ装置１６及び２４と類似のピストン−シリンダ
装置に導入される流体を選択的に制御する事によって与
えられる。第２図により明瞭に示された如く、台３８上
には２つの］：方に面しているシリンダ４６が与えられ
ている。各シリンダ４６の長手軸はピストン４０の長手
軸と直交していて、両側にずらされている。シリンダ４
６中にはピストン４８が受入れられていて、各ピストン
４８には耐摩耗性で又摩擦を減少するだめの軸受が与え
られている。この軸受けは凹み５２中に受入れられた硬
鋼球５０より成る事が好ましい。球は下の段の台２２の
平担な表面と支承関係にあり第２図に明瞭に示されてい
る。適切な通路５４が第２段の台３８中に与えられてい
て、適切な固定具によってホース５６に接続されている
。通路５４は流体をシリンダ４６内に導入する手段を与
え、従って第２段の台６８をピストン４０の長手軸と定
められたＹ軸のまわ夕に回転させる手段を与えている。

第３段の台６０は第２段の台６８上に支持されていて、
以下詳細に説明される様に２方向に沿って自由に移動出
来る様になっている。第６段の台は適切な手段（図示さ
れず）によって主ロボットの腕もしくは他の操作器の端
に取付けられる小が好ましい。通常主ロボットはＺ軸の
まわりに回転可能な取付は台が与えられている。しかし
ながら、この回転機構が主ロボットに与えられていない
場合には、副ロボットを回転させるだめの適切な支持体
及び手段が与えられる。第６段の台６０はその上に一対
の対向するシリンダ６２及び６６が与えられている。ピ
ストンの詳細はより詳細に第６図に示されている。下の
シリンダ６６は上のノリンダ６２にボルト６５及び６６
によって固定されている。／リンダ６２及び６６間の間
隔は第２段の台３８中の開孔６８中に受入れられている
スペーサ６４によって保持されている。この構造によっ
て、第６段の台６Ｄは第２段の台３８に関連してＺ方向
に沿って移動可能になる。対向するピストン７０は第２
段の台６８に固定され、ピストン６２及び６ろ中に配置
されている。使用に当って第３段の台６０は主ロボット
の操作器の端に取付けられる。

第６図を参照するに本発明の副ロボットによって達成さ
れる色々な運動の自由度が示されている。

Ｘ方向の矢印は第１段の台２２をピストン１６上で長手
方向に滑行させるｒＪによって達成される運動を示して
いる。矢印８２は第１段の台２２をピストン１６の１わ
りに回転させる事によって達成される回転運動を示して
いる。この運動を与える動力源はピストン６２である。

矢印８４はピストン４０に接する第１段の台２２に関連
して第２段の台３８′ｆ：滑行させる事によって達成さ
れる運動を示している。曲線の矢印８６は第２段の台３
２をピストン４０の軸のまわりに回転さぜる小によって
達成される回転運動を示している。この回転運動を達成
する力は第１段の台２２に接するピストン４８から得ら
れる。矢印８８はＺ方向に第６段の台６０を移動する事
によって達成される運動を示している。この運動を達成
する動力は第ろ段の台６０上に搭載されたピストン７０
から得られる。

第５図を参照するに、ピストン装置９０に従って自由度
のうちの一方向に運動を遂行するための代表的制御シス
テムは、対向する１対のピストンのうちの任意のものに
よって与えられる運動を示す２方向アクチユエータであ
る。基準９１はピストン装置９０中の台の一つを表わし
ている。台は所望の位置に移動する様に指令Ｃがｌ−ｊ
えられている。制御装置９２は所望の位置と感知器１４
によって与えられている実際の位置とを比較し適切な信
号をサーボ弁９３に与え、サーボ弁９３は流体供給源Ｓ
及び流体排出装置りによって与えられる流体の流れを対
向するピストン９０のいずれかに指向する。

本発明の副ロボット１２の上述の説明から明らかな様に
本発明の装置は極めてコンパクトで、丈夫であり、極め
て正確な運動を行う小が出来る。

もし必要で、望まれるならば種々の素子を移動させるだ
めの流体／ステムは例えば流される電流の相対量を変化
させる事によって動作するリニア・コイルの如き適切な
電動力装置によって置換えてよい１゜ 本発明の副ロボットの他の応用例としては方向の変化が
められ、正確な位置に繰返し位置伺けられる事がめられ
ている工作物もしくは工具を丈長する台があげられる。

〔発明の効果〕

本発明に従い、累積誤差が減少され、はりの屈ｄｆｔ　
？ｃよる静止誤差、振動誤差を減少させるための多くの
支持体を必要としない、コンパクトで丈夫で高精１埃の
ロボットが与エル。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の副ロボットの立断面図である。 第２図は本発明の副ロボットの内部構造を示した、第１
図の線４−４に沿って見た断面図である。第６図は副ロ
ボットの第６段の台をＺ方向に移動させるための動力装
置の詳細な断面図である。第４図は主ロボット、副ロボ
ット及び位置感知器を含む本発明の全体的な組合せを示
した概略図である。 第５図の本発明の種々の素子を付勢するのに使用される
代表的な制御装置の概略図である。第６図は本発明の副
ロボットによって達成される運動の自由度を示した透視
図である。 １０　・・主ロボット、１２　・・副ロホソト、１３・
・・工具もしくは工作物保持ｚ：；、１４・・・位ｉＲ
感知器、工具もしくは工作物保持器、１５・　・取付は
板、１６・・・ピストン、１８　・流体通路、２０・・
・ホース、２２・・第１段の台、２４・・・シリンダ、
２６・・・・シリンダ、６０　・ホース、３２・・・・
ピストン、６４・・・・軸受、６８・・・第２段の台、
４０・・・・ピストン、４２・・・ホース、４４・・・
シリンダ、４６・・・・シリンダ、４８・・・ピストン
、５６　・・ホース、６０　・・・第６段の台、６２．
６ろ　・・・シリンダ、７０・・・・ピストン。 出　Ｈ人　インターナ７ョナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション第ｌ因 １２ 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 上記保持器の相対位置を検出する位置感知器が与えられ
   た主ロボットと、 上記マニュピレータに取付けられ、上記保持器を支持し
   、上記位置感知器からの出力に応答して少なく共自由度
   ５の運動を与える様に適合された副ロボットとを含み、 −」二記副ロボットは、 取付は板」ニに可動に支持された第１段の台と、」−記
   第１段の台を支持し、これを並進軸Ｘの捷わりに上記数
   句は板に対して回転させ、又Ｘ方向に長手方向に移動さ
   せる第１の装置と、」−記第１段の台上に支持された第
   ２段の台と、」二記第２段の台を支持し、上記第１段の
   台に関連してこれを並進軸Ｙのまわりに回転させ、又Ｙ
   方向に長手方向に移動させる第２の装置と、上記第２段
   の台上に支持された第３段の台と、上記築６段の台を支
   持し、上記第２段の台に関連して２方向に移動させる第
   ６の装置とより成る事を特徴とするロボット装置。