JPS63260776A

JPS63260776A - 可撓腕ロボツトの制御装置

Info

Publication number: JPS63260776A
Application number: JP62093371A
Authority: JP
Inventors: 裕一山元; 昇平野; 白栄　隆司
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1987-04-17
Filing date: 1987-04-17
Publication date: 1988-10-27
Also published as: KR890700434A; WO1988007917A1; EP0312602A1; EP0312602A4

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、凸に湾曲した接触面をもつ多数個のディスク
を互いに接触して直列に積重ね配置し、この各ディスク
をワイヤ等の作動具にて上記各接触面がずれる方向に作
動することにより湾曲されるようにした可撓腕ロボット
の制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

上記可撓腕ロボットは特公昭５９−２１７５６号に示さ
れているが、この従来の可撓腕ロボットは、作動具であ
るワイヤを個々に巻き掛けた巻掛はドラムをサーボモー
タにて制御するようになっていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

可撓腕ロボットの特徴はいかなる障害物でも自由に乗り
越えて目的とする位置に必要な器具を移動することがで
きる点にある。そしてこのことを具体的に達成するには
、目的とする位置にスプレーガン等必要な機器を設定す
るまでの間、必要な経路（道程）に従った精密な制御、
例えば、油圧制御、計測精度の制御等が必要であるが、
上記従来の公知例では可撓腕ロボットとしての具体的な
制御を行なうことができなかった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記のことにかんがみなされたもので、可撓腕
ロボットの先端部を、必要な経路（道程）に従って精密
に制御する際の位置精度が向上できると共に、繰り返し
精度が向上できる可撓腕ロボットの制御装置を提供しよ
うとするもので、その構成は、凸に湾曲した接触面をも
つ多数個のディスクを互いに接触して直列に積重ね配置
し、この各ディスクをワイヤ等の作動具にて上記各接触
面がずれる方向に作動することにより湾曲されるように
した可撓腕ロボットにおいて、操作パネル、ティーチン
グボックス等を存する操作部と、操作部からの操作信号
を受けて座標変換、補間演算等の演算を行なって可撓腕
の各自由度に対する動作指令信号を出力する主演算部と
、主演算部からの動作指令信号に基づいて上記作動具を
作動する各アクチェータへ制御信号を出力するサーボ制
御部と、作動具の作動力を検出する力検出手段と、作動
具の動きを検出する位置検出手段と、この両検出手段か
らのそれぞれの検出信号によりアクチェータの現在位置
を演算してサーボ制御部の演算部へ入力するフィードバ
ック手段とからなっている。

〔作　　用〕

操作部から操作信号が主演算部に人力されると、ここで
座標変換、補間演算、特異点処理、ロボットプログラム
編集、その他の演算が行なわれてその結果が動作指令と
してサーボ制御部に出力される。サーボ制御部では上記
動作指令信号とフィードバック手段からの信号を受けて
演算して各アクチェータへ制御信号を出力する。

〔実　施　例〕

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１１図は可撓腕ロボットを示すもので、図中１は直立
ベース、２はロアーアーム、３はアームジヨイント、４
はアッパアーム、５はリストジヨイント、６はリスト、
７はブラケット、８はスプレーガンであり、上記ロアー
アーム２及びアッパアーム４が可撓腕構造となっている
。

すなわち、上記両アーム２．４は第１２図に示すように
なっていて、凸に湾曲した接触面をもつ多数個のディス
ク９が直列に積重ね配置され、この各ディスク９の外側
部の円周方向の等間隔４個所にワイヤ１０１、〜１０４
が貫通してあり、先端側のディスク９ａにその先端が固
着されている。

そして上記各ワイヤ１０１、〜１０４のうちの１本また
は多くを引張ることにより可撓腕は第１３図に示すよう
に、上記引張られた方向に湾曲される。

上記各ワイヤ１０１、〜１０４のそれぞれは油圧シリン
ダ装置にて個別に作動されるようになっており、これら
の油圧シリンダ装置は、ロアーアーム２の場合は直立ベ
ース１内に、アッパアーム４の場合はアームジヨイント
３内に収納されている。またアームジヨイント３の基端
部はロアーアーム２の先端側のディスク９ａに結合され
ている。

上記リスト６、は３軸方向に、すなわち、軸心に対して
直角２方向及び回転方向に作動するようになっていて、
それぞれへの駆動はそれぞれ油圧モータにて駆動される
ようになっており、これらのアクチェータはリストジヨ
イント５内に収納されている。そしてこのリストジヨイ
ントはアッパアーム４を構成するディスク９の先端のデ
ィスク９ａに結合されている。

上記したように、上記実施例における可撓腕ロボットは
ロアーアーム２とアッパアーム４はそれぞれ４個づつの
油圧シリンダ装置にてそれぞれ４本ずつのワイヤ１０１
〜１０４．１０５〜１０８にて制御され、リスト６は３
個の油圧モータにて制御され、結局１１個の油圧アクチ
ェータにて制御されることになる。

以下この各油圧アクチェータを説明の便宜上ロアーアー
ム２用を第１、〜第４の油圧アクチェータ、アッパアー
ム４用を第５、〜第８の油圧アクチェータ、リスト６用
を第９、〜第１１の油圧アクチェータと呼ぶことにする
。

第１図は上記各アクチェータ第１、〜第１１のアクチェ
ータを作動して可撓腕ロボットを制御するためのブロッ
ク線図であり、以下この図に基づいて上記可撓腕ロボッ
トの制御を説明する。

第１図において、１２は操作パネル、１１３はティーチ
ングボックス、１４は表示装置、１５は主演算装置１６
と主記憶装置１７とからなる主演算部、１８はサーボ制
御部、１９１、〜１９ガはＤ／Ａ変換器、２０１、〜２
０ガはサーボ弁、２１１、〜２１ηは第１、〜第１１の
油圧アクチェータ、２２１、〜２２ｔ＋は張力センサ、
２３１、〜２３ガは位置検出器である。

第１図において、操作パネル１２及びティーチングボッ
クス１３より操作信号が主演算部１５の主演算装置１６
に入力されると、この主演算装置１６では、主記憶装置
１７からのロボットプログラム位置データ等の信号を得
て座標変換、補間演算、特異点処理、ロボットプログラ
ム編集、その他の演算が繰り返し実施される。そしてこ
の主演算部１５からサーボ制御部１８へ動作指令信号が
出力される。この動作指令信号はロアーアーム２の２自
由度、アッパアーム４の２自由度、リスト６の３自由度
の計７自由度の操作指令信号が出力される。

サーボ制御部１８では上記７自由度制御の操作指令信号
を受けて、各自由度に対して制御信号１１＋〜Ｉｎを出
力し、例えばロアーアーム２の２自由度に対してロアー
アーム２を制御する４本のワイヤをそれぞれ作動する第
１、〜第４の油圧アクチェータ２１１、〜２１４の各サ
ーボ弁２０１、〜２０４にＤ／Ａ変換器１９．。

〜１９４を介して制御信号１１、〜Ｉ４を出力する。

この制御出力により、具体的には、ロアーアーム２への
動作指令の１自由度で第２図に示す４個の油圧アクチェ
ータ２１１、〜２１４のうち、対角線上の第１、第３の
油圧アクチェータ２１、．２１．の制御信号１１＋　　
１３を出す。

この制御信号１．．１３に基づき、第１、第３のサーボ
弁２０１．　２ｏｓ及び油圧アクチェータ２１．．２１
３を作動させ、ロアーアーム２の対角線上の２本のワイ
ヤ１０１，１０３を操作する。このとき両ワイヤ１０１
，１０３に作用する張力は両ワイヤ１０１．１０ｓに設
けた張力検出センサ２２．．２２．にて検出され、この
検出値Ｆ、、Ｆ３はサーボ制御部１８にフィードバック
される。上記ワイヤ１０１，１０３の操作によりロアー
アーム２が１自由度にわたって湾曲される。また上記操
作によりロアーアーム２が作動されたときの油圧アクチ
ェータ２１、．２１．の作動位置はそれぞれの位置を検
出する位置検出器２３．．２３ｓにて検出され、この検
出値Ｐ　１　ｒ　　Ｐ　３はサーボ制御部１８にフィー
ドバックされる。上記位置検出器２３１゜２３ｇは第２
図に示すように、油圧アクチェータ２１１〜２１４の円
周方向間にワイヤと同様に各ディスクの縁部を貫通し、
先端に結合して設けた計測ワイヤ（ピアノ線）２４１、
〜２４４に、この計測ワイヤの張力を検出するようにし
て設ける。

サーボ制御部１８では上記各検出値Ｆ１、〜Ｆ、、Ｐ、
、〜Ｐ７　（現在値）と指令値とを比較してさらに新し
い制御出力信号１１＋　〜１１１を出力する。

上記動作はロアーアーム２の第２の自由度、アッパアー
ム４、リスト６の各自由度について同時、あるいは順次
に実施し、可撓腕ロボットの現在位置と目標位置とを比
較し、リスト６の先端が目標位置に設定されるまで繰り
返される。

上記ロアーアーム２の２自由度の作用において、ワイヤ
１０１〜１０４を作動する油圧アクチェータ２１１、〜
２１４と、計測用ワイヤ２４１、〜２４４との相対位置
について第３図、第４図を参照してさらに詳述すると次
のようになる。

ロアーアーム２の例についていえば、ロアーアーム２の
４本のワイヤ１０１、〜１０４を作動する４個の油圧ア
クチェータ２１１、〜２１４と、ワイヤ１０１、〜１０
４の配置とそれぞれ４５°位相がずれた位置に配設した
計測用ワイヤ２４１、〜２４４との関係、またロアーア
ーム２の２自由度（α１．β１）、さらには２自由度を
支配する傾角（Ｊｌ、Ｊｌ）、ワイヤ１０１、〜１０４
の張力Ｆ１、〜Ｆ４との複雑な幾何学的関係から油圧ア
クチェータ２１．。

〜２１４のそれぞれに付加すべき油圧を算出するために
主演算部１５、サーボ制御部１８では可撓腕特有の制御
を実施することになる。上記ワイヤ１０１、〜１０４の
張力Ｆ１、〜Ｆ４はそれぞれ基準張力Ｆ　ｒｅｒを含む
ものとする。なおこの基準張力Ｆ　ｒｅｆ’はアームの
剛性を保つために必要な張力である。

まず、ロアーアーム２の２自由度（α１゜β、）は、そ
れぞれ第３図に示すように定義された値であり、これを
第２図に示すアーム駆動軸上に座標変換した角度（Ｊｌ
、Ｊｌ）を利用する。アッパアームも同様である。なお
第３図において、αはＸ−Ｙ平面に対する湾曲した角度
、βはＺ軸を中心とするＸ軸からの回動した角度を示す
。（α１．β１）なる自由度を（Ｊｌ、Ｊｌ）なる自由
度に変換されると、角度Ｊ＋　　（第１）の自由度を位
置ずけるのを第１、第３の油圧アクチェータ２１．．２
１３とすれば角度Ｊ２　　（第２）の自由度は第２、第
４の油圧アクチェー、夕２１２．２１４となる。

第１、第３の油圧アクチェータ２１．．２１゜のストロ
ーク差から発生する角度（実際の傾角）Ｊ′、は計測用
ワイヤ２４１、〜２４□の変化分より第１の油圧アクチ
ェータ２１．のストロークを算出し、その対角線上の油
圧アクチェータ２１３のストロークはその変化分に符号
を反転した値であるから、第１、第３の油圧アクチェー
タ２１１，２１３のストローク差が求まり、実際の傾角
Ｊ′が求められる。

（α１．β１）−（Ｊｌ、Ｊｌ）なる傾角に対するワイ
ヤ１０．．１０３への張力Ｆ　、＋Ｆ３は、張力と傾角
とが基準張力Ｆ　ｒｃｆ’に対して第４図に示す関係が
あるから、すなわち、Ｊ　＋　ｃＸ−ｆ　（ＦＩ　　β
３　）なる関係により、基準張力Ｆ　ｒｅｆ’をベース
として設定すべき張力Ｆ。

とβ３を設定して油圧に変換する。

油圧変換され、動作した第１、第３の油圧アクチェータ
２１１，２１ｇでは、ワイヤ１０１゜１０３に付加され
た張力Ｆ１．Ｆ３及びそのストロークＳ、、Ｓ、、第１
の油圧アクチェータ２１、の周縁の計測用ワイヤ２４１
，２４２（または第３の油圧アクチェータ２１３の周縁
の計測用ワイヤ２４３，２４４）とで計測し、上述のよ
うな考えで実際の傾角Ｊ′を算出し、１自由度設定角度
Ｊ１とＪ′１　（実測値）とを比較しつつ可撓腕をコン
トロールしていく。

以下同様にＪｌの自由度、アッパアーム４の各自由度を
設定器りに設定し、さらにリスト６を回転することで可
撓腕の先端を意図する位置に配置できる。

以上のような一連の考えに基づいて可撓腕を動作するが
、このときの具体的な制御動作におけるサーボ制御部の
ブロック線図を示すと第５図に示すようになる。なおこ
の図はロアーアーム２の第１の自由度の動作指令におけ
るもののアナログサーボの実施例を示すが、ロアーアー
ム２の第２の自由度及びアッパアーム４の各自由度の場
合も同様である。

第５図において、第１の自由度の動作指令Ｊ、がサーボ
制御部１８に入力されると、角度ずれによる張力補正器
２５と角度張力変換器２６にて演算されそれぞれの結果
は加算器２７にて加算されて張力として出力される。一
方サーボ制御部１８内には第１及び第３の張力基準設定
器２８１．２８３があり、それぞれの設定値は張力検出
センサ２２１．２２．からの張力Ｆ、。

β３と比較され、それぞれの比較値と上記加算器２７か
らの張力信号とが加算及び減算されてそれぞれ第１及び
第３の制御信号１１＋　　Ｉ３として出力される。また
上記制御において、動作指令は角度ずれによる張力補正
器２°５に入力される前に位置検出器２３１．２３ａか
らフィードバックされた検出信号Ｐ１、〜Ｐ４が演算式
２９にて演算されて現在値Ｊ’ｚとして比較器３０を介
して入力される。

上記第５図に示したブロック線図を具体的な装置系とし
て示すと第６図に示すようになる。

なお第５図、第６図ともにロアーアーム２の制御系の１
自由度についてのみ示したが、これは他の制御系におい
ても同様である。

また上記制御系をデジタル制御で示すと第７図に示すよ
うになる。

゛　以上詳述した実施例以外に次のような実施例でもよ
い。

すなわち、第４図に示す実施例では基準張力Ｆ　ｒｅｆ
を一定とした例を示したが、これを第８図に示すように
、Ｆ　ｒｅｆ　　（０）　＞　Ｆ　ｒｅｆ’　　（ａ　
１　。

β、）としてＦ　ｒｅｆ’が可変でもよい。これにより
、ｆ（α１．β、）における張力Ｆ、、Ｆ３は第４図に
示す実施例の場合の張力Ｆ１＋　　Ｆ３より下げること
ができ、精度や耐久性を向上することができる。

また可撓腕を制御する作動具であるワイヤ１０１、〜１
０１はそれぞれ４本ずつにかぎるものではなく、少なく
とも３本あればよく、他の１本は予備である。

すなわち第９図に示すように、円周方向等分３個所に油
圧アクチェータ２１１、〜２１３を配設し、これらにて
ワイヤ１０１、〜１０３を操作し、またその間に３本の
計測ワイヤ２４１゜〜２４ｓを配設する。

この実施例では、第１のアクチェータ２１゜に相対する
対角線の位置に第３の計測ワイヤ２４３が配置してあり
、この第３の計測ワイヤ２４３の移動量を知れば対角線
にある第１のアクチェータ２１．の移動量がその符号を
逆にした数量で知ることができ、この場合でも制御可能
である。

またワイヤ１０１、〜１０３を３本にした場合には、主
演算部から角度指令（Ｊｌ、Ｊ２）に対して、例えば、
第１０図に示すような制御装置の構成が考えられる。

すなわち、傾角（Ｊｌ、Ｊ２）の２つの角度指令値から
計算された張力指令値Ｆゎ、Ｆ２２から各油圧アクチェ
ータ２１１、〜２１３への張力指令Ｆｎの計算を下式の
ように行なう。

Ｆｔ＝Ｆｒｅｆ＋Ｆ１１〔発明の効果〕本発明によれば、可撓腕ロボットの先端部を、必要な経
路（道程）に従って精密に制御する際の位置精度が向上
できると共に、繰り返し精度が向上できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は制御装置
全体を示すブロック線図、第２図、第９図はロアーアー
ムの各要素の配置図、第３図はロアーアームの２自由度
の傾角を示す説明図、第４図、第８図は傾角に対する張
力の関係を示す説明図、第５図はサーボ制御部の一部を
示すブロック線図、第６図は本発明の装置系を示すブロ
ック線図、第７図はフローチャート、第１０図はアクチ
ェータを３個にした場合のブロック線図、第１１図は本
発明を適用しようとする可撓腕ロボットの正面図、第１
２図は可撓腕の概略的な構成説明図、第１３図はその作
用説明図であるら２はロアーアーム、４はアッパアーム、９はディスク、
１０１、〜１０８はワイヤ、１２は操作パネル、１３は
ティーチングボックス、２１１、〜２１ガはアクチェー
タ。第２図第３図第４図Ｆ第５図第１１因第１２凶

Claims

【特許請求の範囲】

凸に湾曲した接触面をもつ多数個のディスク９を互いに
接触して直列に積み重ね配置し、この各ディスク９をワ
イヤ１０＿１、〜１０＿８等の作動具にて上記各接触面
がずれる方向に作動することにより湾曲されるようにし
た可撓腕ロボットにおいて、操作パネル１２、ティーチ
ングボックス１３等を有する操作部と、操作部からの操
作信号を受けて座標変換、補間演算等の演算を行なって
可撓腕の各自由度に対する動作指令信号を出力する主演
算部１５と、主演算部１５からの動作指令信号に基づい
て上記作動具を作動する各アクチエータ２１＿１、〜２
１＿ｎへ制御信号Ｉ＿１、〜Ｉ＿ｎを出力するサーボ制
御部１８と、作動具の作動力を検出する作動力検出手段
と、作動具の動きを検出する位置検出手段と、この両検
出手段からのそれぞれの検出信号により作動具の現在位
置を演算してサーボ制御部の演算部に入力するフィード
バック手段とからなることを特徴とする可撓腕ロボット
の制御装置。