JPS6411430B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、手で操作されるハンドルおよびデー
タプロデユーサを用いて、手動ハンドルの操作に
より働く力を電気信号に変換し、その信号でロボ
ツトのアームを誘導する駆動モーターを制御する
工業用ロボツトの誘導装置に関する。

最近の工業用ロボツトは、通常、複数の部材か
ら成るアーム端に一つのハンド部を有し、このハ
ンド部が操作を行なう。例えば、このハンド部に
溶接器具が取り付けられ、車体部分の総合溶接に
使用される。この場合、このハンド部は、空間の
中で特定の軌跡に沿つて走行する。

公知のロボツトでは、第一の垂直回転軸が設け
られている。複数の部材により成るアームは、水
平および垂直運動を可能とし、これ等の運動の合
成により生ずる揺動運動を実施可能とする。アー
ム端部に配置したハンド部は第一回転軸の回りに
回転可能であり、この第一回転軸はアームの軸方
向に沿つて延びている。このハンド部には第一回
転軸に直角方向のもう一つの回転軸を備え、最終
的に更に回転軸を直交する別の回転軸を備えてい
る。

工業用ロボツトの種々の運動を駆動モーターで
希望する軌跡を描くよう制御することは非常に難
しい。この軌跡は、直線的な短い区間に分割さ
れ、この短い直線区間の連続により軌跡が描かれ
る。このような方法では、軌道モーターをプログ
ラム制御するためのプログラムの作成費用は莫大
である。

本発明の目的は、所望の軌跡曲線にそう、あそ
びの少ない誘導が可能な誘導装置を提供すること
にある。

工業用ロボツトのハンド部によつて実施すべき
運動は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸で表わされるカーテシアン
（Cartesian）座標の中で進行し、更にＸ，Ｚ軸の
回りの回転運動から成る。下記の説明は、カーテ
シアン座標系による運動に関するものであるが、
極座標で表わされるような運動にも適用できる。

本発明の実施例を下記の図面に基づいてより詳
細に説明する。

本発明の実施例では、誘導装置２３はロボツト
のハンド部２７の末端に配置されている。しかし
この誘導装置２３をハンド部の最後より一つ前あ
るいは二つ前の部材に設けることもできる。その
場合は、ハンド部の最後あるいは最後より一つ前
の部材の回転運動は切り離して誘導されなければ
ならない。

ハンド部組立体２７は、操作器２２のアーム２
６に配置される。アーム２６の運動は、x′，y′，
z′方向の運動およびＹ軸の回りの回転運動dy′に
分けられる。ハンド部の第一部材２７は、第１図
にdx′₁で示した如く、x′軸の回りの回転運動を行
なう。第二部材は、回転運動dz′で示された如く
z′軸の回りの回転運動を行なう。最後にハンドル
部の第三部材が設けられ、この部材はdx′₂で示さ
れるx′軸と平行な一つの軸の回りに回転運動を行
なう。誘導装置２３はこれらすべての運動つまり
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の直線運動と、これ等の軸を回る回
転運動dx，dy，dzが可能である。従つてここで
本発明の目的は、ハンド部２７が把握している工
具２５の先端Ｐが任意の立体曲線２４を描くよう
に、誘導装置を用いてプログラムすることであ
る。

第２図〜第４図に、本誘導装置の詳細を示す。
第２図において左半分は中心部材１３とハンドル
２３の円筒状ケース１４の断面図を示し、第２図
の右半分には円筒状ケース１４の断面のみが示さ
れ、したがつて中心部材１３も参考のため図示さ
れている。

上記の例では、ハンドル２３の中心部材１３は
ハンド部の最終部材２７と固定的に結合してい
る。この中心部材１３は円筒状ケース１４に包ま
れている。円筒状ケース１４の両端部範囲内の中
心部材１３には、それぞれ四つの舌片１５，１６
が備えられている。この四つの舌片１５及び四つ
の舌片１６は、中心部材１３の軸の回りに互いに
９0゜角度をへだてて配置され、この舌片端が円筒
状ケース１４を支持している。その際この支持部
は、舌片端が円筒状ケース１４に対し相対的に動
き得るようそれぞれ工夫されている。それぞれの
舌片１５，１６上には、関連数字１〜８で示され
た伸び測定片が取り付けられている。舌片１５，
１６および伸び測定片１〜８は、ハンドル２３の
長手方向に延びている。

左右下部の舌片１５，１５″は伸び測定片７，
８を持ち、下部後方の舌片１５′，１５は伸び
測定片２，１を持つ。また上方では、左右の舌片
１６，１６″は伸び測定片６，５を持ち、一方、
前後舌片は伸び測定片４，３を持つ。第３図括弧
内の数字３〜６は上部伸び測定片の位置を示す。

中心部材１３の中心部には更に２つの舌片１
７，１７′が配置されており、その舌片の自由端
は向き合つており、舌片は中心部材１３の軸方向
へ延びている。この舌片１７，１７′も同じよう
に測定片９，１０を持つている。この両方の舌片
１７，１７′の自由端に対面して、円筒状ケース
１４のネジ１８があそびなしにぴつたり付いてい
る。

最後に２舌片２０，２０′が、中心部材１３の
周囲に沿う方向であつてかつ中心部材の軸に直角
な方向に配置されている。舌片２０，２０′は互
に向き合つており、伸び測定片１１，１２を持つ
ている。舌片２０，２０′の自由端に対面して円
筒１４のネジ１９があそびなしにぴつたり付いて
いる。

伸び測定片の導線はパイプ２１のなかを通つて
おり、そのパイプは中心部材１３の内部を通つて
下方外側へ導かれている。

ハンド部２７がＸ軸方向へ動く必要のある場合
は、円筒状ケース１４は手動により矢印の方向Ｘ
へ動かされる、これにより伸び測定片６，７が延
ばされるが、それは測定片に関係する舌片に力が
作用し、その結果舌片が曲がるからである。伸び
測定片６，７の信号は従つてＸ一方向の運動をし
めす。正確な反対方向の運動を行なう必要がある
場合は、円筒状ケース１４に手動で圧力が矢印Ｘ
と反対の方向へ加えられる。すると伸び測定片
５，８が一つの信号を発する。

Ｙ方向への運動を行なう必要がある場合は、円
筒状ケース１４はその方向へ押される。それによ
り伸び測定片２，４が信号を発する。この矢印Ｙ
と反対方向の運動を行なう必要のある場合は、円
筒状ケース１４は矢印と反対方向へ押すと、伸び
測定片１，３に信号が発生する。

Ｚ方向の運動を行なうには、円筒状ケース１４
は上方へ押される。これによつてネジ１８が舌片
１７を曲げ伸び測定片９に一つの信号が発生す
る。矢印Ｚと反対方向の運動を行なうには、円筒
状ケース１４は下方へ引かれる。するとセツトネ
ジ１８が舌片１７′を曲げ、伸び測定片１０が信
号を発する。

このようにしてＸ，Ｙ，Ｚ軸方向のすべての直
線運動を誘導することができる。勿論、これらの
運動を合成したような運動を行なうこともでき
る。例えば、矢印２８の方向では、伸び測定片
１，３，６，７に信号が生ずる。

Ｙ軸を中心にdyの回転運動を行なう必要のあ
る場合は、円筒状ケース１４は、この軸の回りに
回転される。すると舌片１６，１５″が曲げられ、
伸び測定片６，８に信号が発生する。矢印dyと
反対方向の回転運動により伸び測定片５，７の信
号が生ずる。Ｘ軸の回りの円筒状ケース１４に与
えられた回転運動dxにより、伸び測定片１，４
は動かされて信号が生ずる。一方、反対方向の運
動では伸び測定片２，３に信号が生ずる。

Ｚ軸の回りにdzの回転運動を行なうときは、
ネジ１９が舌片２０′に突き当り、伸び測定片１
２に信号が生ずる。反対方向の回転運動の場合に
は、伸び測定片１１に信号が励起される。

勿論、この場合も回転、直線運動を合成したよ
うな運動も可能である。

伸び測定片１〜１２の代りに、誘導あるいは容
量検知素子を使用することもできる。それぞれ一
対で働く検知素子（例えば５と６）は、素子に圧
力を加えたとき一つの信号を発生し、引張りの力
が働いたときその信号と異なる他の信号を発する
一つの素子で代用することもできる。

伸び測定片１〜１２の代りに＋，−の信号を発
するスイツチを配置してもよい。しかし、円筒状
ケース１４と中心部材１３の間の力の大きさを測
定する検知素子は、測定した力の大きさを電気信
号に変換してロボツトの速度を調節できるのでス
イツチよりも伸び測定片の方が好ましい。

下記の表は、どの運動の場合に１〜１２のどの
検知素子に信号が生ずるかを示したものである。

運 動 発生信号 直 線 ＋Ｘ ６と７ −Ｘ ５と８ ＋Ｙ ２と４ −Ｙ １と３ ＋Ｚ ９ −Ｚ 10 回 転 ＋dx １と４ −dx ２と３ ＋dy ６と８ −dy ７と５ ＋dz 12 −dz 11 誘導検知素子を有する他の実施例を第５図に示
す。これにも円筒状ケース１４があり、この円筒
は中心部材１３と相対的に動くことができ、この
中心部材はハンド部の最終部材に固定されてい
る。

円筒状ケース１４には、二つの第一ストツパー
２８と二つの第二ストツパー２９が配置されてい
る。このストツパーはそれぞれ球体３０，３１に
あそびなくぴつたりと付いている。球体３０は第
一バネ３２により支持され、このバネは３４の処
で中心部材１３に止められている。球体３１は、
第２バネ３３によつて支持され、このバネは３５
の処で中心部材１３に止められている。バネ３
２，３３の球体端部は反対方向を向いている。バ
ネ３２の両側には２個の誘導検知素子４０，４１
およびバネ３３の両側には素子４２，４３が配置
されている。

円筒状ケース１４にＸ軸方向の力が掛けられる
場合は、バネ３２，３３は曲げられ、素子４０，
４２は一つの方向へ同じ値だけ、素子４１，４３
は他の方向へ同じ値だけ離調される。円筒状ケー
ス１４にＸ軸方向と逆の力が掛けられる場合は、
素子４１，４３は一つの方向へ同じ値だけ、素子
４１，４２は他の方向へ同じ値だけ離調される。

Ｙ軸の回りにdy方向へ回転力が掛けられる場
合は、素子４１，４２は一つの方向へ同じ値だ
け、一方では素子４０，４３は他の方向へ同じ値
だけ離調される。回転方向dyと逆の回転力が加
えられる場合は、素子４０，４３は一つの方向へ
同じ値だけ、４１，４２は他の方向へ同じ値だけ
離調される。

円筒状ケース１４と中心部材１３との間には、
前記の２８〜４３に対応する図示されない更に別
の系列の部材（下記の前述の部品３８，３９を除
く）が配置され、これらの系列の部材は前述の部
品２８〜４３の系列の部材とは90゜角度をへだて
て配置され、これらの系列の部材は円筒状ケース
１４に作用する力（Ｙ軸上）および回転方向dx
の力を測定する。

円筒状ケース１４には３９の処に１本のバネ３
８が固定され、そのバネは同じように１個の球体
を支持する。この球体は、中心部材１３の切り欠
き部３７の中へ食い込んでおり、そのバネには二
つの誘導検知素子４４，４５が設けられている。
円筒状ケース１４にＺ方向の力が加えられるなら
ば、素子４５は一方向へ、素子４４は他の方向へ
離調される。Ｚ方向と逆の力が作用する場合は、
素子は正確に他の方向へ離調される。

Ｚ方向に一つの回転棒４９が設けられ、この軸
は一方の側では中心部材１３につながれ、他方の
側では誘導検知素子４８を有する。検知素子４８
と円筒状ケース１４の間には、ベロー式カツプリ
ング４７が配置され、これは回転力のみを伝える
ことができる。

Ｚ軸の回りに円筒状ケース１４が回転させられ
る場合には、つまりdzと正あるいは逆方向へ回
転されられると、素子４８は一方向あるいは他の
方向へ離調される。そのわけは、素子４８は回転
棒の捩れの結果、中心部材１３と相対的にその位
置が変るからである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明により実用化した工業用ロボ
ツトの原理図、第２図は、本発明の長手方向断面
図、第３図は、第２図のＣ−Ｄ線に沿う断面図、
第４図は、第２図のＡ−Ｂ線に沿う断面図、第５
図は、本発明の別の実施例の断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 相互に直交する軸にそつて移動可能なモータ
   駆動の操作アームを誘導するための次の構成を有
   する工業用ロボツトの誘導装置であつて、 ａ 前記アームに固定され中心部材１３と該中心
   部材を包む円筒ケース１４をふくむハンドル、 ｂ 前記円筒ケース１４を前記中心部材１３に結
   合するため、円筒ケース１４の長手軸にそつて
   配置される第１の１対のフレキシブルな結合手
   段１５，１６、 ｃ 前記円筒ケースを前記中心部材に結合するた
   めの、前記第１の対のフレキシブル結合手段に
   対して90゜オフセツトされて前記長手軸にそつ
   て配置される第２の対のフレキシブルな結合手
   段１５′，１６′、 ｄ 前記ハンドルに実装され、第１及び第２の対
   のフレキシブル結合手段に関連して、前記第１
   及び第２の軸の軸方向及び軸まわりの、前記円
   筒ケースに加わる力を検出し、力の大きさと方
   向を示す出力信号を発生するデータ変換手段
   ２，４，６，７を備え、 前記第１の１対のフレキシブルな結合手段１
   ５，１６が、中心部材１３と円筒ケース１４の間
   の、第１の軸Ｘにそう相対移動及び第２の軸Ｙの
   まわりの相対移動を可能とし、 前記第２の対のフレキシブルな結合手段１５′，
   １６′が、前記第２の軸にそう相対移動及び前記
   第１の軸のまわりの相対移動を可能とすることを
   特徴とする工業用ロボツトの誘導装置。 ２ 第３の対のフレキシブル結合手段１７，２０
   が前記中心部材と前記円筒ケースの間にもうけら
   れ、前記長手軸の方向及びその回りの移動を可能
   とし、別のデータ変換手段９，１１が前記ハンド
   ルに前記第３の対のフレキシブル結合手段に関連
   してもうけられ、前記長手軸の方向及びまわりの
   前記円筒ケースに働く力を検出し、 第３の対のフレキシブル結合手段のひとつ１７
   が、長手軸にそう移動の誘導のために長手軸にそ
   つてもうけられ、別のひとつ２０が、長手軸のま
   わりの移動の誘導のために中心部材の周囲の表面
   にそつてもうけられることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の工業用ロボツトの誘導装置。 ３ 別の第１の１対のフレキシブル結合手段１
   ５″，１６″が、第１の対のフレキシブル結合手段
   １５，１６に対し平行で180゜オフセツトしてもう
   けられ、別の第２の１対のフレキシブル結合手段
   １５，１６が、第２の対のフレキシブル結合
   手段１５′，１６′に対し平行で180゜オフセツトし
   てもうけられ、別のデータ変換手段１，３，５，
   ８が前記ハンドルに前記別の第１の対及び別の第
   ２の対のフレキシブル結合手段１５″，１６″，１
   ５，１６に関連してもうけられることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の工業用ロボツ
   トの誘導装置。 ４ 前記第３の対のフレキシブル結合手段の一方
   （１７、第２図）のハンドルの中心軸に直交する
   面に関して反対側に別の結合手段１７′がもうけ
   られ、他方（２０、第４図）に向き合つて中心軸
   に同心な別の結合手段２０′がもうけられること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の工業用
   ロボツトの誘導装置。 ５ フレキシブル結合手段が弾性を有する舌片形
   状であり、前記データ変換手段が該舌片の上に実
   装されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   〜第４項のいずれか１項に記載の工業用ロボツト
   の誘導装置。 ６ データ変換手段が前記舌片に実装されるスト
   レンゲージを有する特許請求の範囲第１項〜第５
   項のいずれか１項に記載の工業用ロボツトの誘導
   装置。 ７ 前記データ変換手段の各々が、関連するフレ
   キシブル結合手段が圧縮力をうけたときの第１信
   号および引張力をうけたときの第２信号を発生す
   る単一のデータ変換手段から成る特許請求の範囲
   第１項〜第５項のいずれか１項に記載の工業用ロ
   ボツトの誘導装置。 ８ 前記第１の対のフレキシブル結合手段が、中
   心部材に結合する第１のバネ３２，３３であり、
   その端部が円筒ケースに固定される２つの第１の
   ストツパー（第５図の２８と２９）の間にあり、
   前記第２の対のフレキシブル結合手段が中心部材
   に結合する第２のバネであり、その端部が第２の
   ストツパーの間にあり、バネは前記長手軸に平行
   であり、第２のバネは第１のバネに対して90゜オ
   フセツトし、第２のストツパーは第１のストツパ
   ーに対して90゜オフセツトする特許請求の範囲第
   １項に記載の工業用ロボツトの誘導装置。 ９ 第３の対のフレキシブル結合手段の一方が、
   前記長手軸に直交して円筒ケースに結合する第３
   のバネであり、その端部は前記中心部材に形成さ
   れるスロツトに結合し、第３の対のフレキシブル
   結合手段の他方が端部を前記中心部材に結合する
   ねじれ棒であり、別のハンドルの長手方向の軸の
   まわりに回転可能な結合手段（第５図の４７）が
   前記円筒ケースに連結し、該結合手段と前記棒の
   間にデータ変換手段がもうけられることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の工業用ロボツト
   の誘導装置。 １０ 各舌片の両面にデータ変換手段がもうけら
   れる特許請求の範囲第８項又は第９項に記載の工
   業用ロボツトの誘導装置。