JPS61274886A - 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】 産業上の利用分野 本発明は、立体空間内で精密に移載組立作業等を行なう
産業用ロボットに関するものである。

従来の技術 近年、産業用ロボットはティーチングプレイバック方式
を採用しているか、または入力された数値データどおり
に動作するようになっているものが多い。ところがティ
ーチング作業や数値データ入力作業は多くの労力を資す
作業になっているのが実態である。そこで、計算機で作
業データを創成してロボットコントローラに入力するい
わゆるオフラインティーチングの必要性が高まってきて
いる。また一方、何かのトラブルで自動運転中にロボッ
トが停止した場合に、生産ライン全体の停止時間を少な
くするために他のロボットと交換して、古いロボットで
使用していたプログラムを新しいロボットでも使用でき
るようにすることが求められてきている。

このようなオフラインティーチングや、ロボット交換時
の旧プログラムの再利用可能化を実現するためには、周
辺機器やワークとロボット本体との位置合わせと、ロボ
ット本体どうしの互換性が必要となる。

以下図面を参照しながら、上述した従来の産業用ロボッ
トの周辺機器やワークとの位置合わせの一例について説
明する。

第７図は従来の産業用ロボットの周辺機器やワークとの
位置合わせを行なう方法の一例を示すものである。

第７図において１はロボット本体である。２は作業対象
のワーク、３は作業対象のワーク２を位置決めするブロ
ック、４はワークと一定の位置関係で固着されている治
具Ｃである。５はロボットの手首部６に固定された治具
りである。７はロボット本体１の駆動用コントローラ、
８は操作パネル、９はティーチングパネルである。１ｏ
はロボット本体ペース、１１は取付台である。

以上のように構成された産業用ロボッ）Ｋついて以下そ
の動作について説明する。

まず、ロボット本体１を取付台１１に設置した際に、テ
ィーチングパネル９を用いてロボットを駆動し、ロボッ
トの手首部６に固定された治具Ｄ５が床に固着された治
具Ｃ４に対し一定の位置関係になるように教示・登録し
ておく。次にロボット本体１を取付台１１からはずして
交換した場合には、まず新しいロボットの手首部６に固
定された治具Ｄ５が床に固着された治具Ｃ４に対して、
前記同様の位置関係になるように教示し、登録すること
によシ、古いロボットの座標系と新しいロボットの座標
系とのズレを認識し、古いロボットの動作プログラムに
新たに入力した座標系のズレ量をたしこんで新しいロボ
ットの動作データとする。従って１点のティーチングに
よってすべての点のティーチングを省略できるという方
法である（文献’８３　Ｉ　ＣＡＲ（国際先端ロボット
技術会議　論文予稿集　Ｐ３７９）。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、ロボット本体のす
べての動作軸に対して更正が行なわれるものではなく、
ロボット本体どうしの互換性が他の手段で十分保証され
ているときのみ有効である。

従ってロボット本体の手首関節を保守した場合は更正が
不能となる。

またティーチングパネルを用いて治具どうしを位置決め
するため、ティーチング作業に多くの労力を要する。

さらには、従来のロボットは各関節の駆動機構に減速機
構を有していたため、ガタ・バックラッシュの影響が大
きく、治具Ｃ，Ｄどうしの微妙な位置合わせができない
。また一般には治具Ｃ，Ｄをある一定の接触圧に保つこ
とによって位置決め精度は非常に良くなるのであるが、
上記関節の負荷と回転角度との間に大きなヒステリシス
が存在するために、微妙な接触圧管理もで、きないし、
また位置決め精度も十分に良くならないという問題があ
る。

従って、従来の産業用ロボットでは、組立作業等で一般
に要求される精度（０，１＋ｏ＋以下）をロボット本体
相互の互換性という点で満足することは困難である。

本発明は上記欠点に鑑み、簡単な治具を用いて、全駆動
軸を高精度に位置決めすることによシ、ロボット本体相
互間の互換性を保証し、かつワークに対してロボットを
交換しても古い作業データを活用できて、教示作業にか
かる大きな労力を省略できるものである。

問題点を解決するための手段 上記問題を解決するために本発明の産業用ロボットは直
接駆動関節と、ロボット本体のアーム姿勢を１つの形に
抱束固定する着脱可能な治具を備えたものである。また
本発明の産業用ロボットはアーム姿勢を１つの形に高精
度に拘束固定するための力制御機能部を備えたものであ
る。

作　　用 本発明は上記した構成によって、ロボット本体どうしの
互換性を精度よくはかれるとともに、ロボット本体と周
辺機器との位置補正もでき、ロボット本体を交換設置し
た場合でも、位置補正値により古いロボットの動作デー
タを利用できることとなシ、特に組立作業等で一般に要
求される高精度な位置決め動作を、ロボット本体相互の
互換性という点で満足することができる。

実施例 以下本発明の一実施例の産業用ロボットについて、図を
参照しながら説明する。

第１図、第２図は本発明の第１の実施例における産業用
ロボットのロボット本体外観図、第３図。

第４図はロボット本体関節機構図、第５図は直接駆動関
節の力制御機能部の構成図、第６図は治具の斜視図であ
る。

第１図〜第４図において、１２は全体をささえるベース
、１３は回転運動する第１直接駆動関節（以下第１関節
と称す）、１４は第１関節の出力軸、１６は出力軸より
直接取付けた第１アームである。１６は第１アーム１５
の他端で回転可能に結合された第２アーム、１７は第２
アーム１６の他端で回転可能に結合された第３アーム、
１８は第４アームである。第４アーム１８は第３アーム
１７の中間で回転可能に結合されている。１９は回転運
動する第２直接駆動関節（以下第２関節と称す）、２ｏ
は第２関節の出力軸で、第４アーム１８の他端と結合さ
れている。以上の第１〜第４リンク１５，１６，１７，
１８で４角形リンクアームを構成する。２１はベース１
２に固定された支柱である。

２２はリニアモータからなり上下方向に直線運動する第
３直接駆動関節（以下第３関節と称す）、２３は回転運
動する第４直接駆動関節（以下第４関節と称す）である
。

２４はロボット本体ベース１２に位置決め固定可能なブ
ラケット、２６は前記ブラケット２４を介してベース１
２に位置決め固定可能な治具Ａであシ後述する基準面を
有するブロック２５ａを備えている。２６はロボット本
体先端の第４関節２３の出力側に位置決め固定可能な治
具Ｂであり、接触子２６ａを有している。２７はロボッ
ト本体設置部付近に位置決め固定可能なブラケットであ
り、前記治具Ａ２６を位置決め固定できる。

２８は第１関節１３に配設されたステーター、２９は第
１関節の出力軸１４に固着されたローター、３０．３１
は第１関節の出力軸１４の回転角度を検出する検出器で
ある。

３２は第２関節１９に配設されたステーター、３３は第
２関節の出力軸２ｏに固着されたローター、３４．３５
は第２関節の出力軸２０の回転角度を検出する検出器で
ある。

３６は第３関節２２に配設され第３アーム１７の・先端
に固定されたマグネットヨーク、３７．　３８はマグネ
ット、３９はコイルボビン、４０はコイル（図示せず）
、４１．４２は上下移動を検出する検出器、４３は第３
関節２２の上下運動をする出力アングルである。

第６図は直接駆動関節の力制御機能部の構成図である。

第５図において４４は直接駆動関節の力制御機能部、４
５は力制御用の電流指令値発生部、４６は加算器、４７
は電流増幅器、４８は直接駆動関節のモータ、４９は電
流フィードバックの位相・利得調節器である。

第６図は治具Ａ２５と治具Ｂ２６の斜視図である。

５０ａ、ｓｏｂ、Ｂｏａは治具Ａ２５のブロック２５ａ
に設けられ、それぞれ垂直な３つの基準面、２６ａは治
具Ｂ２６に設けられた球状の接触子である。

上記のように構成された産業用ロボットについて以下そ
の動作を説明する。

第１関節１３はステータ２日とロータ２９とのいわゆる
モータ部の回転が減速機等の介在なしに直接出力軸を駆
動し、その回転角度は検出器３０゜３１で検出されコン
トローラに送信される。

第２関節１９も同様である。

従って第１関節１３．第２関節１９の運動と第１゜第２
．第３．第４アーム１５．１６．１７．１８によジアー
ム先端を水平面内の任意の位置に位置決めすることがで
きる。また、先端の第３僕節２２はマグネット３７．３
Ｂ、　マグネットヨーク３６゜コイルボビン３９．コイ
ル４ｏによシリニアモータを形成し、減速機を介すこと
なく直接出力アングル４３を上下方向に駆動する。

また、先端の第４関節２３は第１関節１３と同様の構成
で、減速機を介さずに直接回転運動をする。

本実施例の産業用ロボットにおいては、第１〜第４リン
ク１５，１６，１７，１８を動かす第１関節１３．第２
関節１９と、上下方向に運動する第３関節２２と、手首
旋回運動をする第３関節とによっ、て、ロボット本体先
端を任意の位置にもっていくことができる。

次に力制御機能について説明する。ロボット本体の先端
をある方向へある力で押しつける場合を考える。先端の
押しつけ力Ｆをコントローラに入力すると、コントロー
ラ内で力Ｆを満足するために第１関節〜第４関節にどれ
だけの力を発生したらよいかを、座標変換式を用いて計
算する。そして各関節の力（トルク）指令値をモータの
電流指令値に変換して、電流指令値発生部４６で指令値
を出力する。その指令値に応じて電流増幅器４７を介し
てモータ４８に電流を流す。そしてその電流値をフィー
ドバックの位相・利得調節器４９゜加算器４６を介して
指令値から引き算をし、モータ４８の電流が指令値と一
致するようにモータ４８に電流を流す。直接駆動関節内
のモータ部に一定電流を流すことにより、減速機の介在
に起因する損失やヒステリシスの影響を受けないので、
アーム先端を要求された方向へ要求された力で精度よく
加圧することができる。

次にロボット本体相互間の互換性をとる方法について説
明する。第１図示す４ように、治具Ａ２５をブラケット
２４を介してベース１２に位置決め固定する。ベース１
２のブラケット２４取付面及び位置は、ベース１２をロ
ボット取付台（図示せず）に取付ける取付面に対して、
加工上で精度出しを行ない、互換性を保証しておく。ベ
ース１２とブラケット２４、およびブラケット２４と治
具Ａ２５とは基準面と位置決めピン（図示せず）により
ずれることなく位置決め固定する。ロボット先端部には
治具Ｂ２６を位置決めピン（図示せず）を介してずれる
ことなく位置決め固定する。治具Ｂ２６の接触子２６ａ
が治具Ａ２５の基準面６０ａ。

ｃｓｏｂ、５０ａの近くにくるように、ロボット本体の
アームを動かす。第１ステツプとして接触子２６ａを基
準面５０　ａ　、　　５０　ｂ　、　　５０　ａに、前
記力制御機能部４４を用いてそれぞれ６０ｑの力で押し
つける。次に第３関節２３と力制御機能部４４とで接触
子６２を基準面ｓｏｂに６０ｇの力で押しつける。この
ときの各関節の位置を各関節に配設された検出器で読み
とり、そのデータを元にして各関節の原点位置を補正す
る。こうすることにより、ロボット本体相互間で各関節
の原点位置を同じにすることができ、ロボットを入れか
えても、取付位置が前のロボットとずれ脣ければ全くの
互換性を保証することができる。

次にロボットを入れかえた場合に生じる取付位置のずれ
を補正する方法について説明する。ロボット本体を設置
して教示する際に、第２図に示すように、治具Ａ２５を
ブラケット２７を介して、位置決めピン（図示せず）を
用いてずれなく取付台に固定する。次にロボット本体相
互間の互換性をとる手順と同様にして治具Ｂ２６の接触
子２６ａを、治具Ａ２ｓの基準面５０＆、５０ｂ、５０
０に押しつけて、そのときの各関節の位置をコントロー
ラに教示しておく。次にロボット本体を交換した場合、
前記と同様に第２図の如く治具Ａ２５をブラケット２７
を介して取付台に位置決め固定し、治具Ｂ２６の接触子
２６ａを治具Ａ２５の基準面５０　ａ　、　　５０　ｂ
　、　　５０　ｃに、他の接触子２６ａを基準面ｓｏｂ
に押しつけて、そのときの各関節の位置をコントローラ
に教示する。そうすることにより、治具に対する旧ロボ
ットの教示データと新ロボットの教示データとから、旧
ロボットの座標系と新ロボットの座標系のずれを計算で
きるので、旧ロボットで教示した作業データに前記座標
系のずれを補正することにより、全作業データを教示し
なおすことなく新ロボットは旧ロボットのデータを利用
して作業をすることができる。

なお本実施例においてはリンク機構を採用しだ４自由度
水平多関節ロボットとしたが、多自由度のロボットにお
いても同様である。

また本実施例においては直接駆動関節のモータ電流を一
定値になるように力制御機能部を構成したが、治具Ａ又
は治具Ｂに力検出センサーを設置して、その力検出セン
サーの出力値が一定になるように力制御機能部を構成し
てもよい。

発明の効果 以上のように本発明は、直接駆動関節とロボット本体の
アーム姿勢を１つの形に抱束固定する着えたものであり
、ロボット本体相互間の互換性を保証し、かつワークに
対してロボット本体を交換しても全作業データを教示し
なおすことなく、古いデータを利用でき、組立用ロボッ
トにおける教示作業の大きな労力を省略することができ
、その効果は犬なるものがある。また上記構成にするこ
とにより、計算機で作業データを創成してロボットコン
トローラに入力するいわゆるオフラインティーティング
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の一実施例における産業用ロボ
ットのロボット本体外観図、第３図、第４図は第１図の
ロボット本体関節機構の断面図、第５図は第１図のロボ
ットの直接駆動関節の力制御機能部の構成図、第６図は
第１図の治具の詳細斜視図である。第７図は従来の産業
用ロボットの外観図である。 １３．１９，２２，２３・・・・・・直接駆動関節、２
５．２６・・・・・・治具、２５ａ・・・・・・ブロッ
ク、１６゜１６・・・・・・アーム、２６ａ・・・・・
・接触子、４４・・・・・・直接駆動関節の力制御機能
部。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名πｎ 第２図 第　３　図 第４図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アームと減速機構を用いないで電気駆動アクチュ
   エータの運動をそのまま関節の回転または直線運動とす
   る前記アームに連結された直接駆動関節と、前記アーム
   の姿勢を所定の形に抱束固定する治具とを備え、前記治
   具は固定側にあって前記アームの基準位置を設定するた
   めの基準面を有するブロックと、このブロックに当接す
   るアーム側に設けた接触子とから構成される産業用ロボ
   ット。
2. （２）アームと減速機構を用いないで電気駆動アクチュ
   エータの運動をそのまま関節の回転または直線運動とす
   る前記アームに連結された直接駆動関節と、前記アーム
   の姿勢を所定の形に抱束固定する治具とを備え、前記治
   具は固定側にあって前記アームの基準位置を設定するた
   めの基準面を有するブロックと、このブロックに当接す
   るアーム側に設けた接触子とから構成され、さらに、前
   記接触子を前記ブロックに所定の力で押しつける力制御
   機能部を備えた産業用ロボット。