JPH0129669B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はマスタロボツトにおいて、テイーチン
グ操作時、作動範囲を好ましく認識し得る操作範
囲制限装置に関する。

いわゆるマスタスレーブ型ロボツトにおいて
は、作業者がマスタロボツトを用いてスレーブロ
ボツトに、スレーブロボツトの作動範囲を越える
命令を与えると、駆動部に過大な力が負荷される
こととなるので、これを防止するために、従来次
のような対策がとられていた。

すなわち： (イ) マスタロボツトにストツパを設けることによ
り、機械的にマスタロボツトの作動範囲をスレ
ーブロボツトの作動範囲内に制限する。

(ロ) マスタロボツトからの命令を制御装置によつ
て電気的に制御し、スレーブロボツトの作動範
囲を越える命令をスレーブロボツトに与えない
ようにする。

ところが前者では、マスタロボツトの作動限界
付近で急激な命令信号の変化をスレーブロボツト
に与えることとなり、スレーブロボツトの円滑な
動作を妨げてしまい、また後者では、マスタロボ
ツトの作動範囲内に、マスタロボツトからの信号
にスレーブロボツトの動作が対応しない、いわゆ
るスレーブロボツトの不感領域が存在し、テイー
チング作業に支障をきたしてしまう。しかも、両
者共、作業者がスレーブロボツトの作動範囲を感
覚的に知り得ないため、作業予想をしにくいとい
つた欠点をも併せ有する。

本発明は前記した従来装置の欠点を解消し得
て、マスタロボツトにおいてテイーチング操作時
の作動範囲を好ましく認識し得る操作範囲制限装
置を提供することを目的とする。

前記目的は、本発明によれば、マスタロボツト
のアーム部材に設けられたテイーチングハンドル
の操作時、当該アーム部材と基台上に取り付けら
れてアーム部材が設けられた支柱部材との各々の
作動域から作動限界付近までは零又はほぼ一定の
小さい第１の操作抵抗力を発生し、前記各部材の
作動限界付近から作動限界までは前記第１の操作
抵抗力よりも大であつて、作動限界付近から作動
限界に近づくに従つて急激に増大する第２の操作
抵抗力を発生するべく前記部材間に設けられた操
作抵抗力発生手段を有してなるマスタロボツトの
操作範囲制限装置によつて達成される。

以下具体例に基づいて説明する。

第１図において、ボツクス１は柱８，９の水平
方向の回転軸２を受ける軸受、同回転軸２の回転
角検出器および支柱部材としての柱８，９の水平
方向の回転を停止するストツパを含んでおり、こ
のボツクス１に回転軸２に介して旋回ベース３が
装着されている。

旋回ベース３には、柱８，９の前後回転用軸
４，５を固定すると共に、柱用ばね６を２本、柱
９をはさんで両側に設けてある。このばね６を圧
縮ばねの形態で、座巻を設けて先端は平面となつ
ている。この旋回ベース３の軸４，５に軸受を介
して柱８，９がそれぞれ回転自在に装着されてお
り、旋回ベース３に固定された歯車と柱９に固定
されたポテンシヨメータとから柱回転角検出器７
が形成されている。

柱８，９には軸１０，１１を介してアーム回転
角検出器１２が取り付けられている。この軸１０
は柱８，９を前後させるもので、回転角検出器１
２に固定され、柱８をその回りに自在に回転させ
るようになつており、他方、軸１１はアーム１５
を上下させるもので、回転角検出器１２に固定さ
れ、柱９およびアーム１５をその回りに自在に回
転させるようになつている。回転角検出器１２か
ら上下斜め方向へばね取付板１３，１３を延設
し、この取付板１３，１３にそれぞれアーム１５
用のばね１４，１４を取り付けてある。このばね
１４には先端に座巻を設け、平面状となつてい
る。

前記軸１０，１１および取付板１３を含む歯車
と、アーム１５に固定されたポテンシヨメータと
によりアーム回転角検出器が構成される。

アーム１５は前記軸１１回りを自在に回転する
もので、先端には手首部Ｈを有する。この手首部
Ｈは軸１８回りを回転して上下すると共に、ハン
ドル２０に固定された軸１９回りを水平方向に自
在に回転する。そして、手首部Ｈの水平回転角
は、軸１９に固定された歯車と、手首部Ｈに固定
されたポテンシヨメータとからなる水平回転角検
出器１６によつて検出され、上下の回転角は、軸
１８に固定された歯車とアーム１５に固定された
ポテンシヨメータとからなる上下回転角検出器１
７によつて検出される。

以上の構成において、ばね６，１４を設ける以
外は従来の構成と同じであつて、マスタスレーブ
ロボツトは、５本の回転軸２，４，１１，１８お
よび１９による柱９の水平方向の回転、同柱の前
後方向の回転、アーム１５の上下方向の回転、手
首部Ｈの上下方向の回転および手首部Ｈの水平方
向の回転の５自由度を有し、各回転角はボツクス
１内の回転角検出器と７，１２，１７，１６の回
転角検出器との合計５つの回転角検出器によつて
検出される。しかして前記ばね６，１４および以
下に述べるばねによつて、スレーブロボツトの作
動限界を認識させる手段、すなわちテイーチング
ハンドル２０の操作時、各部材の作動域から作動
限界付近までは零の第１の操作抵抗力を発生し、
各部材の作動限界付近から作動限界までは第１の
操作抵抗力よりも大であつて、作動限界付近から
作動限界に近づくに従つて急激に増大する第２の
操作抵抗力を発生する操作抵抗力発生手段を構成
する。

ばね６は第２図に詳細に示すように、柱９前後
用ストツパとして、前記のごとく旋回ベース３に
取り付けたものである。第４図に示すように、柱
９が作動範囲の限界α₁よりかなり離れた位置αに
あるときには、ばね６と柱９とは接触することな
く、従つてばね６は零の操作抵抗力を発生し柱前
後の作動には所定の操作力F₀のみが必要である
が、柱９が作動範囲の限界付近、つまり同図のα
＝α₀に至ると、ばね６と柱９とは接触し、それ以
上に作動限界α＝α₁に近づけるには、さらにばね
６の反力に等しい操作力が必要となり、この操作
力の大きさは作動限界α＝α₁最大F₁となる。

このようにマスタロボツトを操作する作業者
は、ばね６の反力によつて作動限界を感覚的に認
識することとなり、作動限界点におけるマスタロ
ボツトの急激な動作の変化を妨ぎ得る。ばね１４
はアーム１５の作動限界範囲を認識させるもの
で、その動作はばね６と同じである。

第３図に示すのは、支柱部材を実質的に構成す
る旋回ベース３の作動回転角の範囲を認識させる
ばね２７，２７である。すなわち、ボツクス１か
ら旋回ベース３の両側にばね取付板２６，２６を
突設し、このばね取付板２６にばね２７を取り付
けたものである。

このばね２７も前記ばね６と同様に作用し、旋
回ベース３の回転の作動限界を認識させる。

同様な構成を、他の自由度の作動範囲の制限に
対して用いれば、マスタロボツトの５自由度に対
し、その作動限界は抵抗力の変化として充分に認
識が可能である。

この際の作動範囲の変更は、ストツパばねの密
着高さを変えることにより、その反力の強さの変
更もばね定数を変えることにより簡単に得られ
る。

第５図ないし第７図は作動限界を認識させる別
の手段、すなわちテイーチングハンドル２０の操
作時、各部材の作動域から作動限界付近まではほ
ぼ一定の小さい第１の操作抵抗力を発生し、各部
材の作動限界付近から作動限界までは第１の操作
抵抗力よりも大であつて、作動限界付近から作動
限界に近づくに従つて急激に増大する第２の操作
抵抗力を発生する操作抵抗力発生手段の例であ
る。すなわち、柱９に溝形状のばね受け板２２を
固着し、中央に軸２８を有するばね２１の一端を
柱９に、他端を旋回ベース２５に取り付ける。ア
ーム１５に設けるばね受け板２３、軸２９、ばね
２４も同様であり、このばね２４の一端はアーム
１５に、他端は回転角検出器１２にそれぞれ固定
する。その他は前記例と同じ構成である。たとえ
ば柱９が前後動作すると、ばね２１と柱９との位
置関係は変化するので、その変化を柱９に取り付
けたばね受け板２２で拘束することにより、その
回転角が増すほどばね２１による反力が増し、マ
スタロボツトの抵抗力が増加する第４図と同様な
関係が得られる。すなわちばね２１と柱９との位
置変化で、この位置変化がばね受け板２２で拘束
されない間は、ばね２１はほぼ一定の小さい操作
抵抗力を発生し、位置変化がばね受け板２２で拘
束されはじめると、急激に増大する操作抵抗力を
発生する。この際の作動範囲の変化は、ばね受け
板２２の取付位置や第６図に示す幅Ｂを変えるこ
とにより得られる。

本具体例によれば、 (i) スレーブロボツトに急激な命令の変化を与え
ることがなく、スレーブロボツトの円滑な作動
が可能となる。

(ii) 作業者が感覚的なスレーブロボツトの作動範
囲をばねのばね反力、つまり抵抗力によつて認
識できる。

(iii) ばねを異なるばね定数や長さを有する別のば
ねと交換することにより、簡単に作動範囲を変
更できる。

(iv) 電気的な制御等に比べ、安価に目的を達成で
きる。

(v) マスタロボツトへの適用において各部材の作
動域内でのテイーチングハンドルの操作中には
操作抵抗力発生手段からは零又はほぼ一定の小
さな第１の操作抵抗力しか受けないため、作動
域内の各テイーチング位置への設定においてテ
イーチングハンドルに加える力を種々加減しな
ければならないような事態を低減し得、所定の
位置に対するテイーチングを円滑に行い得、テ
イーチング作業を困難なしに短時間で行い得る
のみならず、スレーブロボツトに急激な命令の
変化を与えることをなくし得、スレーブロボツ
トの円滑な作動を可能とし得る。

以上から、本発明のマスタロボツトの操作範囲
制限装置によると、前述のように構成された操作
抵抗力発生手段が各部材間に設けられているが故
に、各部材間の作動限界付近でのテイーチングの
操作では前述の第１の操作抵抗力よりも大であつ
て、作動限界付近から作動限界に近づくに従つて
急激に増大する第２の操作抵抗力を受けるため、
工業用ロボツトの作動範囲を感覚的に作業者によ
つて確実に認識し得る。更に加えて、第２の操作
抵抗力を調節することにより、即ち前記一具体例
の如く、第２の操作抵抗力を得るのにばねを用い
るときには、異なるばね定数や長さを有する別の
ばねと交換することにより、簡単に作動範囲を変
更できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はマスタロボツトの正面図、第２図は要
部の詳細図、第３図は別の部位における作動限界
を認識させる手段の平面図、第４図は作動範囲と
抵抗力との相関図、第５図は作動限界を認識させ
る別の手段を設けたマスタロボツトの正面図、第
６図は要部の作動状態図、第７図は要部の正面図
である。 ３，２５…旋回ベース、７，８…柱、１５…ア
ーム、６，１４，２１，２４，２７…ばね。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ マスタロボツトのアーム部材に設けられたテ
   イーチングハンドルの操作時、当該アーム部材と
   基台上に取り付けられてアーム部材が設けられた
   支柱部材との各々の作動域から作動限界付近まで
   は零又はほぼ一定の小さい第１の操作抵抗力を発
   生し、前記各部材の作動限界付近から作動限界ま
   では前記第１の操作抵抗力よりも大であつて、作
   動限界付近から作動限界に近づくに従つて急激に
   増大する第２の操作抵抗力を発生するべく前記部
   材間に設けられた操作抵抗力発生手段を有してな
   るマスタロボツトの操作範囲制限装置。