JPS61279491A - 視覚機器付産業用ロボット - Google Patents

視覚機器付産業用ロボット

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JPS61279491A
JPS61279491A JP60116560A JP11656085A JPS61279491A JP S61279491 A JPS61279491 A JP S61279491A JP 60116560 A JP60116560 A JP 60116560A JP 11656085 A JP11656085 A JP 11656085A JP S61279491 A JPS61279491 A JP S61279491A
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rotation
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仁尾　理
肇 藤井
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02—Sensing devices
    • B25J19/021—Optical sensing devices
    • B25J19/025—Optical sensing devices including optical fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/095—Monitoring or automatic control of welding parameters
    • B23K9/0956—Monitoring or automatic control of welding parameters using sensing means, e.g. optical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0025—Means for supplying energy to the end effector

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、ふり軸とひねり軸を有するロボット手首にカ
メラを内蔵したカメラ保持具とファイバスコープを装着
、保持する視覚機器保持装置に関する。
〔従来の技術〕
産業用ロボットによる作業の自動化手段として、溶接ト
ーチ、のり付はガン、パリ取り工具、ネジ締め工具、把
みハンド等の作業工具とともにカメラをロボット手首に
装着した視覚機器付き産業用ロボットが実用化されつつ
ある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
そこで問題になるのが、複雑な形状をした作業対象物へ
の接近性についてである。具体的にいえば、作業対象物
とカメラ光学系の干渉問題である。カメラ光学系の大き
さが邪魔になり１作業対象物の狭あいな箇所へ接近でき
ず、その箇所が死角となり視覚機能が阻止されることに
なる。そのため、カメラ光学系を小型にしようとフィバ
スコープをロボット手首に装着し、ファイバスコープ先
端の撮像信号を遠隔に（例えばロボット上腕部上に設置
）したカメラにファイバスコープ経由で伝送する視覚装
置が考えられる。その際には、数万本の光フ゛アイバで
構成されているファイバスコープの対物側の撮像部、カ
メラ側の撮像部及びその中間の光ファイバ束がロボット
手首運動によりねじれ、曲りを生じ、光ファイバ線が断
線するという問題が発生する。ファイバスコープの許容
ねじれ、許容向り以内になるようにロボット手首軸の運
動を規制するとロボット手首の運動範囲が小さくなり過
ぎロボットとしての機能が充分発揮できなくなる。
本発明の目的は、ロボット手首動作範囲内でファイバス
コープのねじれかなく、かつロボット手首軸動作範囲の
どの点においても曲りはファイバスコープ許容面り以下
の一定面りに保つことができ、作業対象物と光学系の干
渉が著しく改善された視覚機器保持装置を提供すること
である。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の視覚機器保持装置は、ファイバスコープが内部
へ挿入され、カメラ保持具とロボット手Ｉ￥ｆの間を連
結する剛性の高い管と、カメラ保持具がふり軸の回転中
心を回転中心としてふり軸方向にふり軸と同一運動をす
るための第１の同一運動部材と、カメラ保持具の回転中
心がひねり軸の回転中心上に位置して、カメラ保持具が
ひねり軸と同一連動をするための第２の同一運動部材を
有する。
本発明の他の視覚機器保持装置は、出力軸がひねり軸の
回転軸と一致するようにロボット手首に装着されて、フ
ァイバスコープの回転角を制御する回転角制御モータと
、回転角制御モータの出力軸に連結された減速機の出力
軸に取付けられたファイバスコープ支持具と、ファイバ
スコープが内部に挿入され、カメラ保持具とファイバス
コープ支持具の間と連結する、剛性の高い管と、カメラ
保持具が、ふり軸の回転中心を回転中心としてふり軸方
向にふり軸と同一運動をするための第１の同一運動部材
と、カメラ保持具の回転中心がひねり軸の回転中心上に
位置して、カメラ保持具がひねり軸と同一運動をするた
めの第２の同一運動部材を有する。
剛性の高い管はロボット手首（またはファイバスコープ
支持具）とカメラ保持具とに剛体としてクランプされて
いるため、ふり軸、ひねり軸のいずれの駆動の場合にも
カメラ保持具と管とファイバスコープ支持具はロボット
手首と一体になって運動し、またファイバスコープの回
転角制御ではカメラ保持具と管とファイバスコープは一
体となってロボット手首のまわりを回転する。したがっ
て、管に挿入されているファイパスフープにはふり軸、
ひねり軸、ファイバスコープの回転駆動により何らの外
力も加わらず、ファイバスコープの曲げ角度は管の曲げ
角度に保たれ、ねじれは全くない。
〔実施例〕
本発明の実施例について図面を参照して説明する。
以下、作業用工具として溶接トーチを例にあげ詳細説明
を行なうが、溶接トーチの代りにのり付はガン、パリと
り工具、ネジ締め工具、把みハンド等も本発明の視覚機
器保持装置に使用することができるので１本発明は溶接
用にとまらないことをここで強調しておきたい。
第１図（ａ）は本発明の一実施例で、溶接ロボットの要
部正面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＡ矢視図であ
る。１は手首軸２軸を有するロボットの上腕部、２は図
示しないモータより回転駆動される手首ふり軸方向（以
後、Ｂ軸と称す）、３はＢ軸回転中心０．．２’は図示
しないモータにより回転駆動される手首ひねり軸方向（
以後、Ｔ軸と称す）、３“はＢ軸回転中心３を通り、か
つＢ軸回転中心３に直交するＴ軸回転中心０２．４はＢ
軸２．Ｔ輔２′の動きが伝送されるロボット手首、５は
ロボット手首４に連結された溶接トーチ支持棒、６は溶
接トーチ、７はワイヤ電極、８は溶接アーク、９は溶接
アーク８の直下の溶融地。
１０は母材、１１は後述のファイバスコープ２４の回転
角（以後、Ｒ軸と称す）を制御する回転角制御モータ、
１２は回転制御モータ１１の回転角を検出するエンコー
ダ、１３は減速機、１４は減速機１３の出力軸、即ちＢ
軸１１の出力軸、１５はＲ軸（出力軸）の回転中心がＴ
軸回転中心と一致するように減速機１３ヲロボット手首
４に固定するための筒形ケース、１８はＲ軸（出力軸）
１４に固定されたファイバスコープ支持具、１７はＲ軸
原点を位置決めするためにファイバスコープ支持具１Ｂ
に取付けられた原点検出リミットスイッチ、１８はＲＮ
ＩＩＩの反原点側の限界位置を決めるオーバランリミッ
トスイッチ、１９は原点検出リミットスイッチ１７、オ
ーバランリミットスイッチ１８用に筒形ケース１５上に
固定されたドッグ、２０はＢ軸２が回転したとき後述の
カメラ収納箱２３がＢ軸２の回転中心３を中心としてＢ
軸２と同期回転するようにするためにＢ軸回転中心３に
垂直に取付けられた取付は座Ａ、２１はアウタレースが
取付は座Ａに固定され、インナレースがＴ軸２°の回転
に同期して回転するようにインナレースの回転中心をＴ
軸２゛の回転中心及びＲ軸回転中心３°と一致させたベ
アリング、２２はカメラ収納箱２３がＴ軸回転中心及び
Ｒ軸回転中心３゛を回転中心としてＴ軸２゛、Ｂ軸１１
と同期回転させるために一端がベアリング２１のインナ
レースのインローに、他端がカメラ収納箱２３に固定さ
れた取付は座Ｂ、２３は重心がベアリング２１のインナ
レース回転中心、Ｔ軸回転中心３°、Ｂ軸１１の回転中
心上にあるように取付は座Ｂ２２の上に固定された第２
図で説明するカメラ収納ｎ、２ｉはファイバスコープ、
２５はファイバスコープ２４の対物側の撮像部、２６は
ファイバスコープ２４のカメラ側の撮像部、２７は対物
レンズ、２８はピント調整用ネジ、２９はファイバスコ
ープ２４の取付は金具、３０はファイバスコープ支持具
１Ｂとカメラ収納箱２３とを剛体として連結する剛性の
高い管（例えば鋼管）、３１は第３図で説明するファイ
バスコープ取付は部、３２はイメージプロセッサ（図示
せず）への映像信号を伝送するケーブルである。
第２図はカメラ収納箱２３の内部構成を示す斜視図であ
る。３３はカメラ撮像部（例えばＣＣＤ撮像チップ部）
、３４はカメラレンズ、３５はファイバスコープ２４の
取付は用ネジ、３６は複数の光学フィルタ、３７はロー
タリンレノイド、３８はロータリンレノイドのオン／オ
フ駆動電線、３８はロータリンレノイド３７の回転軸に
連動して動作する支柱、４０は支柱３９の移動方向、４
１はフィルタ３８を支柱３８に固定する取付は部品、ｘ
−ｘ’はカメラ光軸、１０Ｇは比重の小さい素材（例え
ばカーボンファイバ）で製作された肉厚小なる円筒形光
軸遮断用シャッタ、１０１はシャッタ用モータ、１０２
はシャッタモータ１０１の出力軸、４２はフィルタ３Ｂ
のオン／オフを可能ならしめるためとシャッタモータ１
０１を取り付けるために円筒体の一部を切り割り加工し
たカメラアダプタである。溶接状態に応じカメラ映像信
号をオン／オフするための制御信号が図示しないシャッ
タモータ制御回路からシャッタモータ１０１に与えられ
、シャッタモータ出力軸１０２があらかじめ決められた
角度だけ回転し、シャッタ１００がカメラ映像信号をオ
ン／オフする。
第３図（ａ）はファイバスコープ取付は部３１の詳細図
、第３図（ｂ）は第３図（ａ）のＢ矢視図である。４３
は外径の異なる管３０と取付は金具２９とをそれぞれ個
別にファイバスコープ支持具１Ｂに取付けるための切り
割り、４４は管３０の取付はネジ、４５は管３０より外
径の小さいファイバスコープ取付は金具２９の固定用２
つ割りカラ、　４Ｂはその取付はネジである。
第４図はＲ軸位置サーボ制御ブロック図である。５０は
Ｒ軸位置指令パルス、５１はエンコーダ１２のフィード
バックパルス、４２は偏差カウンタとＤ／Ａ変換器で構
成される公知の位置制御回路、５３はＲ軸モータ１１の
回転速度信号を発生させる公知のＦ／Ｖ変換器、５４は
速度フィードバック信号、５５はアナログ速度指令、５
６は公知のサーボ増巾器である。
次に１本実施例の動作を説明する。
溶接アーク８及び溶融池９を観察する際には、ロータリ
ンレノイド３７を電線３８経由で励磁しくオン状態）、
複数のフィルタ３６をカメラ光軸ｘ−ｘ’上にセットす
る。対物レンズ２７．撮像面２５、ファイバスコープ２
４．撮像面２６、カメラレンズ３４を通過した溶接アー
ク８及び溶融池９の情報はフィルタ３６で減光フィルタ
リングされ、カメラ撮像部３３に結像し、その情報がケ
ーブル３２経由で図示しないイメージプロセッサに伝送
され画像処理される１画像処理後の信号によりロボット
構成軸が制御されるが、画像処理法及びロボット制御法
は本願の主張と直接関係がないためここでは省略する。
溶接アーク８を消弧させた状態で母材の形状を観察する
際には、ロータリンレノイド３７はオフされ、支柱３９
が回転移動し、フィルタ３６が完全にカメラ光軸ｘ−ｘ
’からはずされること以外の視覚情報の流れは上記と同
じである。
溶接アーク８及び溶融池９の観察、または母材形状観察
時には、所望情報を得るためにロボット基本３軸（図示
せず）、Ｔ軸２′、Ｂ軸２、Ｒ軸１１が適宜回転駆動さ
れる。ロボット基本３軸にロボット手首４、従ってワイ
ヤ電極７を三次元に移動させるためのものであり、本願
の主旨であるファイバスコープ２４の曲げ、ねじれとは
直接関係しないがその動きについてはここでは触れない
。
Ｂ軸２、Ｔ軸２°は溶接トーチ６の溶接線（図示せず）
に対するトーチ角、前進検線角を溶接上適当に保つよう
に回転制御される。一方、Ｒ軸１１は、Ｂ軸２、Ｔ軸２
゛制御が決められた溶接トーチ６の姿勢、即ちワイヤ電
極７の方向と溶接線との相対位置を対物レンズ２７で正
しく視覚できるように回転制御される。その回転制御サ
ーボ動作は第４図に示した公知のサーボループにより実
行される。
第１図で説明したように、剛性の高い管３０はファイバ
スコープ支持具１６とカメラ収納箱２３とに剛体として
クランプされているのため、（１）Ｂ軸駆動では取付は
座Ａ２０、取付は座Ｂ２２．カメラ収網筒２３．ロボッ
ト手首４、筒形ケース１５．　ファイバスコープ１６と
一体物として動き、　（２）　Ｔ軸駆動ではロボット手
首４、筒形ケース１５、ファイバスコープ支持具１６．
カメラ収納箱２３、取付は座Ｂ２２、ベアリング２１の
インナレース回転中心と一体物として動き、（３）Ｒ軸
駆動ではファイバスコープ支持具１８、カメラ収納箱２
３、取付は座Ｂ２２、ベアリング２１のインナレース回
転中心と一体物として動く、従って、その内部に挿入さ
れているファイバスコープ２４にはＴ軸、Ｂ軸、Ｒ軸駆
動により何らの外力も加わらず、ファイバスコープ２４
の曲げ角度は管３０の曲げ（ファイバスコープ２４の許
容曲げ角以下に設定されている）角度に保たれ、ねじれ
は全く生じない、また、第１図で説明したように、カメ
ラ収納箱２３、管３０の合計重心を調整する溝２３′を
有しているため、Ｒ軸モータ１１の負荷は減速機１３の
減速比の２乗分の１に低減された慣性負荷だけとなり、
重量負荷がなく、Ｒ軸モータ１１は小形、小容量モータ
でよいことになる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、ファイバスコープを剛性
の高い管に挿入し、この管をロボット手首（またはファ
イバスコープ支持具）とカメラ保持具とに剛体としてク
ランプし、カメラ保持具と管がロボット手首と一体とし
て運動するようにしたことにより、ロボット手首軸動作
範囲内でファイバスコープのねじれかなく、かつロボッ
ト手首軸動作範囲のどの点においても曲りはファイバス
コープ許容曲り以下の一定曲りに保つことができ、作業
対象物と光学系の干渉が著しく改善された視覚機器を実
現できる。
【図面の簡単な説明】
第１図（ａ）は本発明の一実施例で、溶接ロボットの要
部正面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＡ矢視図、第
２図はカメラ収納箱２３の内部構成を示す斜視図、第３
図（ａ）はファイバスコープ取付は部３１の詳細図、第
３図（ｂ）は第３図（ａ）のＢ矢視図、第４図はＲ軸位
置サーボ制御ブロック図である。 ｌ：ロボット上腕部、　　２：ふり軸方向、３：ふり軸
中心、　　　　４：ロボット手首。 ５：溶接トーチ支持棒、　　６：溶接トーチ、７：ワイ
ヤ電極、 １１：回転角制御モータ、　１２：エンコーダ、１３：
減速機、 １４：減速機１３の出力軸、１５：筒形ケース、１６：
ファイバスコープ支持具、 １７；原点検出リミットスイッチ、 １８ニオ−バランリミットスイッチ、 １９：　ドッグ、　　　　　　　２０：取付は座Ａ、２
１：ベアリング、　　　　２２：取付は座Ｂ、２３ニ力
メラ収納箱、 ２４：ファイバスコープ、２５，２ｅ：撮像部、２７：
対物レンズ ２８−ビット調整用ネジ、２９；取付は金具、３０：管 ３１：ファイバスコープ取付部。 ３２：ケーブル。 ３３：カメラ撮像部、３４：カメラレンズ、３５：取付
は用レンズ　　　３８：光学フィルタ。 ３７：ロータリソレノイド　４２：カメラフダプタ４０
：光軸遮断用シャッター、 １０１：シャッタ用モータ。 特許出願人　　株式会社安川電機製作所代　　理　　人
　　　若　　　林　　　　　　　忠（ｂ） 第１図 第２図 第４図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、ふり軸とひねり軸を有するロボット手首にカメラを
    内蔵したカメラ保持具とファイバスコープを装着、保持
    する視覚機器保持装置において、 ファイバスコープが内部に挿入され、カメラ保持具とロ
    ボット手首の間を連結する剛性の高い管と、 カメラ保持具がふり軸の回転中心を回転中心としてふり
    軸方向にふり軸と同一運動をするための第１の同一運動
    部材と、 カメラ保持具の回転中心がひねり軸の回転中心上に位置
    して、カメラ保持具がひねり軸と同一運動をするための
    第２の同一運動部材を有することを特徴とする視覚機器
    保持装置。２、カメラ保持具が重心調整用溝を有する特
    許請求の範囲第１項記載の視覚機器保持装置。 ３、第２の同一運動部材としてベアリングを有する特許
    請求の範囲第１項または第２項記載の視覚機器保持装置
    。 ４、ベアリングのアウタレースがふり軸回転中心に垂直
    な取付け座に連結されている特許請求の範囲第３項記載
    の視覚機器保持装置。 ５、カメラ保持具内にフィルタ自動切替装置を有する特
    許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項記載の
    視覚機器保持装置。 ６、カメラ収納箱内にシャッタ切替装置を有する特許請
    求の範囲第５項記載の視覚機器保持装置。 ７、ふり軸とひねり軸を有するロボット手首にカメラを
    内蔵したカメラ保持具とファイバスコープを装着、保持
    する視覚機器保持装置において、 出力軸がひねり軸の回転軸と一致するようにロボット手
    首に装着されて、ファイバスコープの回転角を制御する
    回転角制御モータと、 回転角制御モータの出力軸に連結された減速機の出力軸
    に取付けられたファイバスコープ支持具と、 ファイバスコープが内部に挿入され、カメラ保持具とフ
    ァイバスコープ支持具の間を連結する、剛性の高い管と
    、 カメラ保持具がふり軸の回転中心を回転中心としてふり
    軸方向にふり軸と同一運動をするための第１の同一運動
    部材と、 カメラ保持具の回転中心がひねり軸の回転中心上に位置
    して、カメラ保持具がひねり軸と同一運動をするための
    第２の同一運動部材を有することを特徴とする視覚機器
    保持装置。 ８、カメラ保持具が重心調整用溝を有する特許請求の範
    囲第７項記載の視覚機器保持装置。 ９、第２の同一運動部材としてベアリングを有する特許
    請求の範囲第７項または第８項記載の視覚機器保持装置
    。 １０、ベアリングのアウタレースがふり軸回転中心に垂
    直な取付け座に連結されている特許請求の範囲第９項記
    載の視覚装置。 １１、カメラ保持具内にフィルタ自動切替装置を有する
    特許請求の範囲第７項ないし第１０項のいずれか１項の
    視覚機器保持装置。 １２、カメラ収納箱内にシャッタ切替装置を有する特許
    請求の範囲第１１項記載の視覚機器保持装置。
JP60116560A 1985-05-31 1985-05-31 視覚機器付産業用ロボット Granted JPS61279491A (ja)

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JP60116560A JPS61279491A (ja) 1985-05-31 1985-05-31 視覚機器付産業用ロボット

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