JPH0314591B2

JPH0314591B2 -

Info

Publication number: JPH0314591B2
Application number: JP61140210A
Authority: JP
Inventors: Toshio Oogake; Mitsuyoshi Obata
Original assignee: Toshiba Corp; Kobe Steel Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Kobe Steel Ltd
Priority date: 1986-06-18
Filing date: 1986-06-18
Publication date: 1991-02-27
Also published as: JPS61293785A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は組立用ロボツト、特に多関節作動アー
ム部及び垂直軸を備えた記憶・再生型組立用ロボ
ツトに関する。

（従来の技術）現在、工場生産の自動化に伴なつて組立用ロボ
ツトが採用されるようになつてきた。この組立用
ロボツトは自動組立作業の基本作業の一つである
軸と穴との嵌合作業に用いられている。このよう
な組立用ロボツトの従来例として特開昭49−
113366号公報に開示された反力検知装置が知られ
ている。

そこで、先ず上記従来の反力検知装置の構成を
第３図を参照して簡単に説明する。

同図において、位置決め機構部２３は駆動軸２
３ａをそれぞれＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に駆動
するためのステツプモータ２３Ｘ，２３Ｙ，２３
Ｚを含んでいる。これらのステツプモータ２３
Ｘ，２３Ｙ，２３Ｚはそれぞれの制御回路２５
Ｘ，２５Ｙ，２５Ｚからの出力により制御され
る。この例では、駆動軸２３ａがＸ，Ｙ，Ｚの直
交座標系に従つて駆動される。保持機構部２２は
嵌合物体２１をつかむ指２２ｂと、この指２２ｂ
を固定する平板２２ａとから構成されている。ま
た、この平板２２ａと駆動軸２３ａとは十文字形
状の板ばね２４により結合され、この板ばね２４
の表面には歪計素子２６が装着されている。駆動
軸２３ａに固定された平板２９の四隅には棒状の
部材２８が丁度平板２２ａの四隅に設けられた貫
通孔２２ｃに挿入されるように設けられている。
また、棒状部材２８にはその周囲を取りまくよう
にスプリング２７が設けられている。平板２２ａ
の下面の各貫通孔２２ｃの位置にマイクロスイツ
チ３０が取り付けられ、棒状部材２８の先端部に
より動作せしめられる。

嵌合物体２１と対象物体２０とが接触していな
い状態においては、保持機構部２２は位置決め機
構部２３の駆動軸２３ａから４枚の板ばね２４に
より吊るされたようになつているが、Ｚ軸のサー
ボモータ２３Ｚにより次第に物体２１を下降させ
物体２０と接触させるとばね２４及び２７が収縮
し始める。この状態で歪計素子２６から信号を生
じ位置決め機構部２３と保持機構部２２との相対
的な位置関係及びたわみを知ることができる。さ
らにＺ軸のステツプモータ２３Ｚを駆動して駆動
軸２３ａを更に下降すると棒状部材２８の先端が
マイクロスイツチ３０に接触し、これを動作させ
る。従つて、このマイクロスイツチ３０の出力信
号によりＺ軸のステツプモータ２３Ｚの駆動を制
御すれば物体２０，２１との間に過大な押し付け
力が加わるのを防止することができる。

次に、上記反力検知装置による組立作業につい
て説明する。

保持機構部２２によつて嵌合物体２１をつかん
だ後、あらかじめ予想される穴２０ａの中心位置
のバラツキの範囲外の特定の位置に置く。そし
て、次のステツプではこの状態で嵌合物体２１に
（−Ｚ）方向にある程度の押しつけ力を加えなが
ら穴２０ａの中心位置の方向に駆動軸２３ａを移
動させる。位置決め機構部２３と保持機構部２２
とは弾性支持体２４を介して結合されているの
で、駆動軸２３ａを図のＸ方向に移動すると、嵌
合物体２１は傾斜した姿勢で押しつけられながら
引きづられる。そして穴２０ａの中心位置付近に
嵌合物体２１がきたとき、その先端部分が弾性支
持体２４のバネ力で穴２０ａの中に引きずり込ま
れ、嵌合物体２１と穴２０ａとの概略位置合わせ
が行われる。

さらに、次のステツプでは、位置決め機構部２
３における駆動軸２３ａと、嵌合物体２１の軸心
とが一致するように該駆動軸２３ａのＸ方向及び
Ｙ方向の修正動作が行われる。しかる後、さらに
嵌合物体２１に下方（−Ｚ方向）に徐々に力を加
え、必要に応じて上記修正動作を繰り返しながら
対象物体２０の穴２０ａに徐々に挿入していく。
この挿入の途中で不完全な状態のまま必要以上に
嵌合物体２１に力を加えると、固着状態になつた
り或いは挿入不可能になつたりする。また、嵌合
物体２１又は対象物体２０のいずれかが傷付くか
破壊される恐れがあつた。これを防ぐため、例え
ば弾性支持体２４で、対象物体２０からの反力を
検出し、この反力が一定値以上になつた時には下
方への押しつけ力を弱め、再び駆動軸２３ａと嵌
合物体２１との軸心を一致せしめるための修正動
作が行われる。このような動作を繰り返しながら
嵌合物体２１は対象物２０ａに挿入される。

以上の説明から分かるように、組立作業に用い
られる従来の反力検知装置は、物体の保持機能と
駆動軸との間のＸ，Ｙ，Ｚ方向の３軸方向の反力
を検出するセンサー機構を設けており、これらセ
ンサーの出力信号で駆動軸を制御してこじれが生
じないようにして軸を穴へ装入する作業を行わせ
ている。したがつて、この反力検知装置を用いる
とミクロン単位の精度で装入を行うことが可能で
あるが、工具が穴に一致するようにするための特
殊なセンサーを必要としており、これにより反力
検出装置自体の構造も複雑となるとともに組立作
業速度が遅いという問題があつた。

また、従来の関節型ロボツトの多くは、ロボツ
ト本体部分の多関節アーム部でＸ，Ｙ，Ｚ軸の３
軸方向の３自由度を備え、ロボツト本体の先端部
に装着された治工具装置からなる手首部分で、さ
らに、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の３軸方向の３自由度を備え
ており、合せて６自由度からなつている。このた
め、従来の関節型ロボツトは倣い方式のテイーチ
ングは可能であるが、数値制御方式によるテイー
チングは６元６次方程式という複雑な演算式に対
処するためその記憶容量が大きくなり、数値制御
によるテイーチングは不可能である。

（発明が解決しようとする問題点）以上説明したように、従来の組立用ロボツトは
物体同士の位置を制御する機構が複雑であり、か
つ作業速度が遅く、さらに数値制御方式によるテ
イーチングでは厖大な記憶容量を有する制御装置
を必要とするという問題があつた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的は、比較的融通性のある作業が可能な多関
節作動アーム部を持ち、倣いテイーチング方式お
よび数値制御方式によるテイーチングが容易にで
き、しかも構成が簡単でかつ作業速度が速く動作
範囲も広い小型の記憶・再生型組立用ロボツトを
提供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明による記
憶・再生型組立用ロボツトは、支持体と、この支
持体に水平方向旋回可能に順次取り付けられた複
数個のアームにより構成するとともに前記支持体
に取り付けられたアームより下方に位置するよう
にその他のアームを配置した多関節作動アーム部
と、前記多関節作動アーム部の先端部に取り付け
られた垂直軸と、前記垂直軸の下端部にこの垂直
軸を介して昇降および回転または水平旋回制御可
能に取り付けられた把持装置とを備え、前記把持
装置に加わる外力に対して前記多関節作動アーム
部及び垂直軸の水平方向の柔らかさが垂直方向の
柔らかさより大きくなるように構成されたことを
特徴とするものである。

（作用）前記したように構成された本発明の記憶・再生
型組立用ロボツトによると、多関節作動アーム部
及び垂直軸は垂直方向には強く、水平方向には柔
かく動くという選択的な柔かさを持つているため
組立作業における位置決めが容易となるので、物
体の穴への部品挿入、圧入等に使用して物体及び
穴を痛めることがなく、また垂直軸方向の軸線に
関して回転可能な治工具装置と相俟つてねじ締め
作業を行なうこともできる。しかも、水平方向に
旋回可能であり、さらに支持体に取付けられたア
ームより下方の位置にその他のアームを配置した
多関節作動アーム部を有するので、懐の深い動作
範囲がえられる。さらに簡単な計算ですむので、
数値制御方式によるテイーチングが可能となりか
つその演算速度を向上させることができる。

（実施例）本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例の概略平面図であ
り、同図に示すように、組立用ロボツトは支持体
であり架台１のターニングデイスク２にアクチユ
エータ（図示せず）で第１水平アーム３が水平方
向旋回自在に基端部を枢着されており、この第１
水平アーム３の先端部には同じくアクチユエータ
（図示せず）によつて水平方向旋回自在になつた
第２水平アーム４が第１水平アーム３の下側に枢
着されている。これによつて第１，第２水平アー
ム３，４は、それぞれの旋回により屈折した形い
なる。さらに前記第２水平アーム４の先端部には
正面向きアーム５が枢着されている。この正面向
きアーム５は第１，第２水平アーム３，４がどの
ように旋回屈折した場合においても水平旋回して
ロボツト正面方向、即ちＹ軸線と平行を保持する
ように第１，第２水平アーム３，４にはリンク機
構７，８が取付けてある。また、前記第２水平ア
ーム４および正面向きアーム５は、前記第１水平
アーム３より下方に位置するように配置されてい
る。

このようにして第１，第２水平アーム３，４お
よび正面向きアーム５の連結によつて水平方向に
のみ旋回する多関節作動アーム部６が構成されて
いる。

また、第２図の側面図に示すように多関節作動
アーム部６の先端には把持具１１が垂直軸である
垂直シリンダ９に吊持されている。この把持具１
１は水平ターニングモータ１２により水平旋回さ
れまた捩り用ターニングモータ１３により把持具
１１先端の向きを変えるように構成されている。
しかして、この把持具１１を吊持する垂直シリン
ダ９は伸縮作動によつてＺ軸線と平行して上下方
向に動作させるためのものである。なお、１０は
重量バランス用バネである。

ロボツトのＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸方向動作として
Ｘ軸（横方向）およびＹ軸（前後方向）について
は、第１，第２水平アーム３，４のそれぞれの基
点O₁，O₂を支点とした水平旋回動作および把持
具１１の基点O₄を支点とした水平旋回動作によ
つて行なわれ、Ｚ軸（上下方向）については把持
具１１を吊持した垂直シリンダ９の昇降動作によ
つて行なわれる。このＺ軸方向の変位は組立作業
においてはストローク範囲は大きくないので、普
通のシリンダで充分であるが、必要に応じて当初
の概略位置決め時および組立作業時にはターニン
グデイスク２に第１水平アーム３を上下動させる
昇降装置を内装して、より広範囲なＺ軸方向の動
作を行なわせることが可能である。

次に、本実施例の記憶・再生型組立用ロボツト
による組立作業について説明する。

水平方向にのみ旋回する多関節作動アーム部６
は第１水平アーム３と第２水平アーム４と正面向
きアーム５とから構成される。この多関節アーム
部６の先端には把持具１１を装着した昇降可能な
垂直シリンダ９が取付けられている。さらに、把
持具１１を水平旋回させるための水平ターニング
モータ１２が設けられている。

本実施例においては、第１水平アーム３及び第
２水平アーム４が旋回した場合でも、正面向きア
ーム５により把持具１１により把持した部品の
（図示せず）姿勢を一定に保持し、その結果どの
ような位置に対しても部品に回転を与えることな
く平行移動させることができる。また把持具１１
を水平ターニングモータ１２で所定の角度だけ回
転させれば、把持具１１をＺ軸のまわりに任意の
角度回転させて部品の姿勢を制御することもでき
る。

また、部品の姿勢を一定に保持する必要のない
穴への部品挿入、又はねじ締め等を行なう場合に
は、把持具１１を装着した垂直シリンダ９を第２
水平アーム４の先端に取付けても良い。

本実施例の組立ロボツトにおいては、Ｚ軸方向
に力が加わつた場合には外力に対して強いので、
把持具１１の先端にはほとんど変位しないのに対
して、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に外力が加わると柔
らかく動くという選択的な柔らかさを持つている
ため、比較的小さな力でも横方向に変位する。し
たがつて、例えば穴に部品を挿入するとき物品の
位置が正確に穴に一致せず位置ずれを生じていて
も、部品が穴の面取部に当たることにより外力を
受けると、多関節作動アーム部６はその外力の水
平方向分力により水平方向にのみ変位して部品と
穴が一致して部品を穴の中へ正確かつ迅速に挿入
することができる。モーメントに対しても同様で
あり、その結果穴への部品挿入、圧入等に使用し
てもこじれの少ない作業となるので、部品あるい
は穴を傷付けることもなくなり、組立作業の能率
を非常に高めることができる。

また、Ｚ軸を重力の方向にとると、この方向は
外力に対して強いから取り扱う部品の重量による
多関節作動アーム部６の変形はほとんど問題とな
らない位小さい。この結果、多関節作動アーム部
６の変形を考慮した制御を行なう必要がなくな
り、組立用ロボツトの制御方法をさらに簡単にす
ることができる。

次に、本実施例の組立用ロボツトの数値制御に
よるテイーチングについて説明する。

第１水平アーム３の長さをR₁、第２水平アー
ム４の長さをR₂、正面向きアーム５の長さをR₃、
把持具１１の長さをR₄とした場合におけるそれ
ぞれのアームおよび把持具のＸ軸方向の距離を
A₁，A₂，A₄とし（正面向きアーム５はＹ軸と平
行であるのでＸ軸方向距離は０となる）、Ｙ軸方
向の距離をB₁，B₂，B₃，B₄とすると、これら
Ｘ，Ｙ軸方向距離のうちA₄，B₃，B₄は把持具１
１の旋回角度γおよび正面向きアーム５に基くも
のであるから、変位するA₁，A₂，B₁，B₂のみを
計算すればよく、簡単な演算式でロボツトの基点
O₁から把持具１１の先端までＸ軸方向の距離ｘ
およびＹ軸方向の距離ｙを下記の式にてそれぞれ
求めるこができる。

即ちｘ＝R₁cosα−R₂cosβ＋X₁ ｙ＝R₁sinα＋R₂sinβ＋Y₁ 但し、X₁＝A₄，Y₁＝B₃＋B₄である。

上記のｘ，ｙに関する式より第１、第２水平ア
ーム３，４のなす旋回角度（α）、（β）は計算に
より求めることができる。

したがつて、Ｘ軸，Ｙ軸方向の変位設定は、極
めて簡単な方程式によつて表現できるので、数値
制御も容易に行なえる。すなわち、テイーチング
に当つては演算によつてＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の変位
設定を行なつたうえ、（x₁，y₁，z₁）、（x₂，y₂，
z₂），…（x_o，y_o，z_o）の指令を順次記憶させる
ことにより行なわれる。熱歪、組立誤差に対して
は必要に応じてセンサの取付によつて（α）、
（β）角度および垂直シリンダ９の上下動を修正
することにより行なわれる。

勿論、手動による倣いテイーチングによる場合
は、テイーチングローラ式により所定の対象物の
軌跡を手動により回転移動することにより行なう
ことができる。

また、倣いテイーチングの一形態であるマスタ
ースレイプ式テイーチングも可能であつて、把持
具の先端にセンサーを取付けると共に、マスター
とロボツト本体との間に遅れ装置を取付け、マス
ターの垂直シリンダを上げた状態で製図版などの
上面で所定の位置まで前記シリンダを下げてＸ，
Ｙ軸の始点を定めて図面上をテイーチングするこ
とによつて行ない、一方、センサー信号をフイー
ドバツクしながら所定のおくれ速度で現物の倣い
動作をロボツト本体に行なわせる。

上述したように、本実施例の記憶・再生型組立
用ロボツトは、多関節作動アーム部による変位設
定は水平面であるＸ成分とＹ成分を用いて簡単な
計算式で表現できるので数値制御方式によるテイ
ーチングを可能とし、かつロボツトの制御並びに
それに伴なう構成が簡素化され、さらにその演算
速度も著しく向上するとともに記憶容量の低減に
役立つものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の記憶・再生型組
立用ロボツトによると、把持装置の保持機構部
を、この該把持装置に加わる外力に対して柔らか
さに方向性のある多関節作動アーム部及び垂直軸
により構成したので、簡単な構成にしてこじれの
少ない組立作業を受動的かつ迅速に修正すること
ができる。また、水平方向に旋回可能であり、か
つ支持体に取付けられたアームより下方の位置に
その他のアームを配置した多関節作動アーム部を
有するので、従来の直交座標形のロボツトに比べ
て作業域を広くすることができる。さらに、ロボ
ツトの制御並びにそれに伴なう構成を簡素化し、
数値制御方式によるテイーチングを可能としかつ
演算速度を向上させるとともに記憶容量の低減に
役立つ等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である組立用ロボツ
トの概略平面図、第２図は同側面図、第３図は従
来の組立用ロボツトの斜視図である。２…ターニングデイスク、３…第１水平アー
ム、４…第２水平アーム、５…正面向きアーム、
６…多関節作動アーム、９…垂直シリンダ、１１
…把持具、１２…水平ターニングモータ、１３…
捩り用ターニングモータ。

Claims

【特許請求の範囲】

１支持体と、この支持体に水平方向旋回可能に
順次取り付けられた複数個のアームにより構成す
るとともに前記支持体に取り付けられたアームよ
り下方に位置するようにその他のアームを配置し
た多関節作動アーム部と、前記多関節作動アーム
部の先端部に取り付けられた垂直軸と、前記垂直
軸の下端部にこの垂直軸を介して昇降および回転
または水平旋回制御可能に取り付けられた把持装
置とを備え、前記把持装置に加わる外力に対して
前記多関節作動アーム部及び垂直軸の水平方向の
柔らかさが垂直方向の柔らかさより大きくなるよ
うに構成されたことを特徴とする記憶・再生型組
立用ロボツト。