JPS63144982A - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明はモータにより回転駆動されるねじ機構によって
アームを動作させるロボットに関する。

（従来の技術） ′　ロボットのアームを動作させるＰＲｔＭのうちには
、ねじ棒とナツトとから成るねじ機構をモータ等の駆動
機構により駆動して動作させるようにしたものがある。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、上記のねし機１１＋４によりアームを動作さ
せるようにしたものでは、ねじ棒とナツトとの（Ｖ擦に
よる熱やモータの発熱等の影響を受けてねじ棒の温度が
上昇し、このためにねじ棒が膨張してその長さが長くな
る。このようになると、ねじ棒が一定の回転数たけ回転
したときのアームの動作量が変化するため、アームの先
端に設けられているハンドの位置繰返し精度が悪くなり
、設定した位置に対してハンドの実際の移動位置がずれ
るという問題を生じる。

そこで、本発明の目的は、ねじ機構の温度が変化しても
、ハンドを設定した位置に精度良く移動させることがで
き、位置繰返し精度の向上を図ることかできるロボット
を提ｌ共するにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明のロボットは、ねじ機構の温度を検出する温度で
ンサーを設けると共に、この温度センサーの検出温度値
からねじ機＄７．ｉの温度変化値を演算し且つこの温度
変化値に応じてねじ機構の駆動用モータの回転角度を加
減する制御装置を設けたことを特徴とするものである。

（作用） 上記手段の本発明によれば、温度変化により例えばねじ
機構が膨張すると、その膨張によるアームの動作量増加
分に相当する分だけモ＝りの回転角度が少なくなる。従
って、温度変化によりねじ機構の長さが長短変化しても
、これとは無関係にハンドの実際の移動位置を設定位置
に精度良く一致させることができ、位置繰返し精度に優
れる。

（実施例） 以下本発明を多関節形ロボ′ットに適用したー実帷例に
つき第１図乃至第５図を参照して説明する。

先ずロボットの全体構成を示す第２図において、１はベ
ースであり、このベース１には図示しないモータにより
回転駆動される旋回胴２が設けられている。３は旋回胴
２の上部前側に設けられた支軸で、これには第１の縦ア
ーム４及びベルクランク５を回動可能に支持し、ベルク
ランク５の上アーム５ａには第２の縦アーム６を軸７を
介して回動可能に連結している。そして、先端の手首部
８ａにハンド９を取付けた横アーム８の基部を上記第１
の縦アーム４及び第２の縦アーム６の上端部に夫々軸１
０及び１１を介して回動可能に連結し、第１の縦アーム
４の矢印１２方向の回動により横アーム８を前゛後方向
（第２図で左右方向）に平行移動させると共に、ベルク
ランク５の矢印１３方向の回動（′−より横アーム８を
軸１０を中心に上下方向に回動させるように構成してい
る。

上記第１の縦アーム４及びベルクランク５を回動動作さ
せる駆動装置は第３図に示されている。

この第３図において、１３は旋回胴２の内部の前側に設
けられた支軸で、これの両端部にはブラケット１４．１
４が上下方向に回動可能に支持されている。これら両ブ
ラケット１４．１４には夫々支持枠１５．１５が取付け
・られており、各ブラケット１４．１４と支持枠１５．
１５との間には夫々ボールねじ機構から成る第１のねじ
機構１６のねじ捧１７及び同じくボールねじ機構から成
る第２のねじｍ　ｔｆ■１８のねじ棒１９が回転可能に
支持されていると共に、各ブラケット１４．１４には夫
々第１のサーボモータ２０及び第２のサーボモータ２１
が取付けられている。そして、第１のねじ機構１６のね
じ棒１７と第１のサーボモータ２０との間及び第２のね
じ機構１８のねじ棒１９と第２のサーボモータ２１との
間は夫々図示しないギヤトレーンにより連結されており
、各サーボモータ２０．２１が起動すると、その回転が
ギヤトレーンにより減速されて各ねじ棒１７，１９に伝
達されるようになっている。２２及び２３は夫々第１の
ねじ機＋（４１Ｂ及び第２のねじ機構１８のナツトで、
これらナツト２２及び２３は夫々ね仁棒１７及び１９に
螺合されており、ねじ棒１７及び１９の回転に伴って軸
方向たる矢印２４及び２５方向に移動する。そして、第
１．のねじ機構１６のナツト２２は第１の縦アーム４の
下端部に回動可能に連結され、第２のねじ機構１８のナ
ツト２３はベルクランク５の下アーム５ｂに回動可能に
連結されており、ねじ棒１７及び１９の回転に伴うナツ
ト２２及び２３の移動により夫々第１の縦アーム４及び
ベルクランク５が矢印１２方向及び矢印１３方向に回動
し、これにより横アーム８が前後方向に往復移動し及び
軸１０を中心に上下方向に往復回動する。

前記各ねじ棒１７及び１９は第４図に示すように中空状
をなし、これらの内部には支持枠１５に取付板２６を介
して固定された中空状・の支持棒２７が挿入配置されて
いる。尚、この支持棒２７の先端部はボールベアリング
２８を介してねじ棒１７．１９に支持されている。そし
て、この各支持棒２７の先端部には温度センサー２９が
、各ねじ棒１７．１９に近接するように取付けられてお
り、この１６温度センサー２９により各ねじ捧１７，１
９の温度を検出するようにしている。

第１図は以上のように’ｒ：ｌ成されたロボットの制御
のためのブロック図で、この第１図において、３０は制
御装置とルての演算回路で、この演算回路３０には前記
ハンド９の移動位置を教示した時に、ハンド９をその設
定動作位置まで動かすのに必要な第１の縦アーム４及び
ベルクランク５の回動角度情報α１及びβ１が図示しな
い記憶装置から入力されると共に、各ねじ棒１７，１９
用の温度センサー２９．２９からの検出温度値が入力さ
れる。演算回路３０は、教示時点での各ねじ棒１７．１
９の温度値ｔｏ１．ｔ０２と現時点の各ねじ棒１７．１
９の温度値ｔｌ、ｔ２との差（ｔｌ−ｔｏｔ）、（ｔ２
−ｔｏ２）を演算し、且つその温度差と記憶装置からの
回動角度情報とからハンド９を設定位置に移動させるに
必要な第１及び第２のサーボモータ２０及び２１の回転
角度θ１１．０ｍ２を後述する演算式により演算し、こ
れをアナログ量として出力する。この回転角度信号は、
Ａ／Ｄ変換器３１．３１によりデジタル信号に変換され
て比較器３２．３２に入力される。この比較器３２．３
２では、第１及び第２のサーボモータ２０．２１の回転
角度を検出するパルスジェネレータ３３，３３の出力を
位置フィードバック信号として、この位置フィードバッ
ク信号とＡ／Ｄ変換器３１．３１からのデジタル信号と
を比較し、その差に応じた信号を出力する。この位置フ
ィードバック信号との差に応じた出力信号は、Ｄ／Ａ変
換器３４によりアナログ信号に変換され、加算器３５に
おいて、第１及び第２のサーボモータ２０．２１の回転
速度を検出するタコジェネレータ３６，３６の出力を速
度フィードバック信号としてこの速度フィードバック信
号と加算された後、ドライブ回路３７．３７に入力され
る。斯くして第１及び第２のサーボモータ２０及び２１
は、回転速度を制御された状態のもとて、回転角度がθ
ｍｌ、　　０ｍ２となるまで回転するように制御され、
これによりハンド９が教示された位置に移動される。

ここで前記演算回路３０による回転角度θｍｌ＋θｍ２
の演算式について説明する。尚、ここでは理解し易くす
るために、第１のねじ樺１７を回転させて、第１の縦ア
ーム４を回動させる場合について説明する。

即ち、第５図はねじ棒１７．ナッｈ２２．第１の縦アー
ム４．構アーム８及びハンド９をモデル化したもので、
この第５図において実線は夫々の原点位置を示す。さて
、今、ねじ棒１７の温度がｚ）１’Ｃにあるとき、ハン
ド９の動作位置を２１点に教示したものとし、ハンド９
をこの２１点に移動させるための第１のサーボモータ２
０の回転角度が０Ｍ１であるとする。この教示後、ロボ
ットを自動運転させると、ねじ棒１７の温度がｔ。

１°Ｃのとき、第１のサーボモータ２０が０．４１だけ
回転することによって、ナツト２２が原点ＡからＢ点に
移動し、その結果、第１の縦アーム４が二点鎖線で示す
位置に回動することによって、ハンド９が原点Ｐｏから
教示点Ｐ１に移動する。

ところで、自動運転の継続により、ねじ棒１７の温度が
ｔ１℃に−ｌユ昇したとする。すると、ねじ棒１７はそ
の温度」−昇により膨張するが、これを無視して第１の
サーボモータ２０をθ４．またけ回転させたとすると、
ナツト２２はねじ棒１７の膨張によりＢ点を通過して０
点まで移動し、その結果、第１の縦アーム４は二点鎖線
で示す位置を通過して破線で示す位置まで回動し、ハン
ド９か教示点Ｐ１からずれた２２点にまで移動してしま
う。

ここで、第５図において、支１１ｈ１３の位置をＤ、支
軸３の位置をＥ、このＤとＥとの距離を０１第１の縦ア
ーム４の支軸３及び軸１０間の長さをｒ、第１の縦アー
ム４の支軸３及びナツト２２間の長さをａ１支１１ｈ１
３とナフト２２の原点位置との間の距離（Ｄ及びＡ間の
距離）をす。、ハンド９を原点Ｐｏから教示点Ｐ１まで
移動させるためのナツト２２の移動距離（Ａ及び８間の
距離）をＸ、ねじ棒１７の熱膨張によるナツト２２の移
動距離増加分（Ｂ及び０間の距離）をΔｘ、ＺＤＥＡ−
α。、／ＡＥＢ−α！　（ハンド９をＰ。からＰｌまで
移動させるための第１の縦アーム４の回動角り一１ＺＢ
ＥＣ＝Δα１　（ねじ棒１７の熱部［ｊによる第１の縦
アーム４の回動角度増ＩＪＯ分）、ねじ棒１７のねじピ
ッチをｐ、第１のサーボモータ２０とねじ棒１７との間
の図示しないギヤトレーンの減速比をＲとして、ハンド
９の位置ずれ＝（ｐｔ及び２２間の距離）εを求める。

まず、三角形ＤＥＢに関する第２余弦定理に基づいてα
ｌを求めると次式となる。

また、三角形ＤＥＣに関する第２余弦定理に基づいてα
１ｆΔα１を求めると次式となる。

・・・・・・（２） 一方、ΔＸはねじ棒１７の線膨張率をλとすると、次式
となる。

Δｘ　―（１）　ｇ　＋　Ｘ　）　　”λ”　　（ｔｌ
−ｔｏ　り・・・・・・（３） また、第１のサーボモータ２０が角度θＭ１だけ回転す
ることによってナツト２２が移動する距離ｘは次式で求
めることができる。

ｘ＝　（ｐ／３６０）ａ　　（θ、、／Ｒ）・・・・・
・（４） 前記（２）式から（１）式を減算してΔαｌを求め、こ
れに（３）、（４）式を代入すると、次式となる。

従って、ハンド９の位置ずれ量εは次式となる。

この（６）式から明らかなように、ずれ量εはねじ棒１
７の温度変化値（ｔｏ　　ｔＱ　１　）の関数として表
わすことができる。

さて、ねじ捧１７の温度が変化した場合でも、ハンド９
を教示点Ｐ１にずれを生ずることなく移動させるために
は、第１のサーボモータ２０の回転角度をナツト２２が
８点で停止するような回転角度、即ち０Ｍ１からナツト
２２をΔＸ移動させるに要する第１のサーボモータ２０
の回転角度だけ減じた値に設定すれば良い□。そのため
に、演算回路３０に入力される第１の縦アーム４の回動
角度情報からθＭｌを求め、次にナツト２２をΔＸたけ
回動させるに要する第１のサーボモータ２０の回転角度
ΔθＭ１を求める。

まず・、０Ｍ１を求めるために、前記（１）式に（４）
式を代入してα１とθＭｌとの関係を求めると、 ・・・・・・（７） となる。この（７）式からθ、１１を求めると、次式と
なる。

・・・・・・（８） 次に前記移動距離増加分ΔＸたけナツト２２を移動させ
るに要する第１のサーボモータ２０の回転角ΔθＭ１を
求めると、 Δｘ−（ｐ／３６０）　　・　（ΔθＭｌ／Ｒ）・・・
・・・（９） となる。この（９）式から ΔθＭ１膳３６０−Ｒ−Δｘ／ｐ ・・・・・・（１０） となる。この（１０）式に前記（３）式を代入して、 Δθ、１−３６０・Ｒ・　（ｂｏ＋ｘ）・λ・　（ｔｌ
−ｔｏ　ｔ　）／ｐ　　　−−（１１）ここで三角形Ｄ
ＥＢについての第２余弦定理から、 ・・・・・・（１２） となる。この（１２）式を（１１）に代入してΔθ、、
！求める。

６０Ｍ１雪（３６０・Ｒ／ｐ） ・　　　　　ａ　　　　　＋ｃ’　　　−２ａｃ　　拳
　ｅｏｓ　　　　（α　１　　　＋ａ（４）・　λ　・
　（ｔ　　ｏ　　−ｔｏ　　ｌ）　　　　　　　　−−
（１３）従って、ねじ棒１７の温度変化にもかかわらず
、ハンド９を教示点Ｐ１に移動させるたるの第１のサー
ボモ〜り２０の回転角度θｍｌは前記（３）式から（１
３）式を減じた次式で表わされる。

・（１−λ轡（ｔｌ　−ｔｏ　１　）１−α０　　・・
・・・・（１４）尚、第２のねじ機構１８のねじ棒１９
の温度がｔｏ２からｔ２に上昇した場合にも、第２のサ
ーボモータ２１の回転角度は、上述したと同様にして求
めた（１４）式相当の演算式により求められる。

上記構成によれば、ねじ棒１７，１９か；１１度上昇に
より膨張しても、第１及び第２のサーボモータ２０及び
２１の回転角度を、教示時の回転角度よりもねじ棒１７
，１９の膨張によるナツト２２の移動距離増加分に相当
する回転角だけ少なくなるように補正するので、ハンド
９を教示点Ｐ１に高い精度をもって移動させることがで
き、いわゆる繰返し精度の向上を図ることができる。

第６図はＢ度センサー２９の配設（、４成の他の実施例
を示すもので、これは温度センサー２９をナツト２２．
２３に取付、このナツト２２．２３の温度を検出するこ
とによってねじ棒１７，１９の温度を測定するようにし
たものである。このようにしても前記一実施例と同様の
効果を得ることかできる。

尚、上記の実強例では多関節形ロボットに適用して説明
したが、直交座漂形ロボットに適用しても良く、要はモ
ータとねじ機（１Ｍによってアームを動作させるロボッ
トに広く適用して実施することができるものである。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明のロボットによれば、ねじ機
（ｉがの温度変化値に応じて前記モータの回転角度を加
減する制御装置を設けたので、ｊＲ１文変化によりねじ
機構の長さが長短変化しても、これとは無関係にアーム
の動作位置を設定位置に精度良く一致させることができ
、位置繰返し精度が向上するという優れた効果を奏する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明の一実施例を示すもので・第
１図６よ？　−；、−ＴＩ−一夕０１・゛制御ｉシ成を
示すブロック図、第２図は）請・ノドの側面図、第３図
はねじ機構部分を示す拡大横断面図、第４図は温度セン
サーの取付構成を示す拡大縦断側面図、第５図はねじ機
構によるアームの動作説明用の概略図であり、第６図は
本発明の他の実砲例を示す第４図１・Ｄ５図である。 図中、１はベース、２は旋回胴、４は第１の縦アーム、
５はベルクランク、６は第２の縦アーム、８は構アーム
、９はノ１ンド、１６：よ第１のねし磯（１′４．１７
はねし棒、１３は第２のねじ機１１．；、１９はねし棒
、２０．２１は第１．第２のサーボモータ（モータ）、
２２．２３はナノＩ・、２９は温度センサー、３０は演
算回路（刊郭装：１ｔ）である。 Ａ　函 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、モータにより回転駆動されるねじ機構によってアー
   ムを動作させるロボットにおいて、前記ねじ機構の温度
   を検出する温度センサーを設けると共に、この温度セン
   サーの検出温度値からねじ機構の温度変化値を演算し且
   つこの温度変化値に応じて前記モータの回転角度を加減
   する制御装置を設けたことを特徴とするロボット。