JPH06210586A - 各軸基準位置設定手段を備えた産業用ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 関節型ロボットの各関節軸に関する一軸マス
タリングを簡単に、しかも空間的な制約を受けることな
く遂行可能な幾何学的基準位置設定手段を備えた産業用
ロボットを提供すること。 【構成】 ロボット機体１０の夫々の関節部１６等に２
つの係合部２２、２４から成る幾何学的基準位置設定手
段を設け、関節駆動源の駆動モータや減速機の交換前後
に２つの係合部２２、２４の係合により幾何学的基準位
置を設定し、設定後にその位置データを入力することで
簡単に一軸マスタリングを遂行できる構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボットの改良
に関し、特に、多関節型産業用ロボットの各関節軸の関
節駆動源を成す駆動モータや減速機等を交換した場合の
交換前後における原位置を簡単に復元可能にするための
幾何学的基準位置設定手段を各関節軸毎に備えた多関節
型産業用ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に多関節型産業用ロボットは、各関
節毎に駆動モータと減速機とを備えた関節駆動源を備
え、それらの関節駆動源がロボット制御装置から入力さ
れる教示プログラムに従って作動することより、夫々の
関節軸回りに２つのロボット可動要素間における相対変
位が遂行され、該相対変位の集積によって最先端可動要
素を成すロボット手首に装着されたエンドエフェクタに
よる所望のロボット動作が遂行される構成を有してい
る。

【０００３】このような産業用ロボットにおいて、各関
節軸動源を構成する駆動モータやそれに結合された減速
機が使用現場で故障により交換を必要とされることは多
々あり、このような場合には、故障を発生した何れかの
関節軸の関節駆動源における故障した作動要素、つまり
駆動モータまたは減速機をロボット機体から取外し、新
しい駆動モータまたは減速機を代わりに同ロボット機体
に装着して駆動源の機能回復が行われる。

【０００４】このとき、交換後においても、産業用ロボ
ットが従前の教示プログラムに従って正しく所望のロボ
ット運動を遂行するためには、駆動モータや減速機が交
換された関節軸において、同関節軸の回りに相対変位を
行う２つのロボット可動要素、例えば、ロボット胴とロ
ボット上腕、ロボット上腕とロボット前腕、ロボット前
腕とロボット手首、ロボット手首の異なる動作軸の間等
で交換前後における幾何学的位置が不変に維持され、そ
の幾何学的位置を駆動モータに正しく認識させなければ
成らない。つまり、交換前の位置（原位置）を交換後
に、エンコーダ等の位置検出手段を備えた駆動モータに
正しく復元認識させなければならない。

【０００５】このために、原位置合わせ、所謂、一軸マ
スタリングが従来から遂行されていた。従来の一軸マス
タリングの方法では、一例として図２に示す如く、例え
ば、ロボット基台１と、同ロボット基台１に対して関節
軸（Ｊ１）の回りに相対的に旋回可能なロボット胴２
と、同ロボット胴２に対して関節軸（Ｊ２）の回りに相
対的に回動が可能なロボット上腕３と、同ロボット上腕
３に対して先端の関節軸（Ｊ３）の回りに回動が可能な
ロボット前腕４と、３つの関節軸（Ｊ４〜Ｊ６）を有す
ることにより３つの相対的な動作自由度を有したロボッ
ト手首５とを備えた多関節型産業用ロボットの場合にお
いて、いま、ロボット前腕４を関節軸Ｊ３の回りに駆動
する駆動源の駆動モータＭｕが故障して交換を要する時
には、先ず、ロボット前腕４を関節軸Ｊ３の回りに、ロ
ボット上腕３に対して相対的に回動させ、同ロボット前
腕４の適宜に選定した原位置設定用の基準位置Ｐを測定
台８上に磁気スタンド等を介して固定したダイヤルゲー
ジ９に当接させ、このとき、同ダイヤルゲージ９の目盛
り値を記録、保管すると共に関節軸Ｊ３回りの幾何学的
位置データＵを交換前の駆動モータＭｕの位置検出器か
ら読み出して記録する。

【０００６】次いで、ダイヤルゲージ９を静置させたま
まで、ロボット前腕４を関節軸Ｊ３の回りにロボット上
腕３に対して相対的に回動、後退させ、故障した駆動モ
ータＭｕを正常な駆動モータＭｕに交換する。その後、
ロボット前腕４の所定位置Ｐを測定台８上のダイヤルゲ
ージ９に当接させ、交換前と同じ目盛り位置に到来させ
る。これによって、ロボット前腕４の幾何学的位置はダ
イヤルゲージ９の目盛り値を介して保証されるから、教
示操作盤またはロボット制御装置の操作パネル等から従
前に記録した幾何学的位置データＵを交換後の駆動モー
タＭｕの位置検出器（エンコーダ）に教示することによ
り、関節軸Ｊ３に関する一軸マスタリングが終了して、
交換前と全く同一機能を回復し、所望のロボット動作を
遂行することができるようになる。

【０００７】同様に、関節軸Ｊ２の場合には、同関節軸
Ｊ２の関節駆動源を構成する駆動モータまたは減速機が
故障で交換されるとき、その故障要素の交換時にダイヤ
ルゲージ９を用いて図示の幾何学的位置データＷに関し
て一軸マスタリングを上述と同様に実行するのである。

【０００８】他方、他の従来の実施例として、上述した
測定台８およびダイヤルゲージ９を用いる方法とは別
に、予め、各関節軸回りに相対変位を行う２つの部材の
両者に図３で示すような位置合わせマークＱ１、Ｑ２を
分離、付与しておき、これらの位置合わせマークＱ１、
Ｑ２が一致した位置を幾何学的基準位置として用い、何
れかの駆動源の駆動モータまたは減速機が故障を起こし
て交換を行うときには、交換前に位置合わせマークＱ
１、Ｑ２が一致した状態における基準位置のデータを駆
動モータから読出して記録し、交換後に、再び作業者が
目視で位置合わせマークＱ１とＱ２との位置合わせを行
って幾何学的基準位置の位置決めを行ってから前述のダ
イヤルゲージ９の場合と同様に、教示操作盤やロボット
制御装置の制御パネルを介して基準位置のデータを入力
するものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、上述した
前者の図２に示すダイヤルゲージ９を用いた一軸マスタ
リング方法では、駆動源の故障要素を交換するとき、交
換前後の幾何学的基準位置を確立するために用いるダイ
ヤルゲージは交換作業が行われる間に絶対的に不動状態
に維持させる必要があり、駆動モータ等の交換中に誤っ
てダイヤルゲージを動かしてしまった場合には、幾何学
的基準位置が失われて１軸マスタリングを遂行すること
が不可能になる。そして、結果的には、ロボット機体が
教示されている所望のプログラムを実行する機能を回復
するためには全関節軸に就いてマスタリングを行うこと
が必要になり、多大の時間を要すると言う問題点があ
る。しかも、ダイヤルゲージ９を固定、設置するための
測定台を静置する場所が産業用ロボットの使用現場の周
辺に確保できない場合も多々あり、ダイヤルゲージ９を
使用した一軸マスタリングの実行が不可能である場合も
有る。

【００１０】他方、図３に示した位置合わせマークＱ
１、Ｑ２を用いて一軸マスタリングを行う原位置合わせ
方法では、作業者の目視で一方のマークＱ１に対して他
方のマークＱ２を位置合わせするために、何れかの関節
駆動源の故障駆動モータまたは故障減速機を交換したと
き、交換の前後におけるマークを用いた幾何学的位置の
位置決めには微妙なズレが発生する場合が多い。このた
め、交換後には結局、教示プログラムの修正のためのテ
ィーチング操作を行わなければならないと言う煩瑣があ
る等の問題点がある。

【００１１】依って、本発明の目的は、産業用ロボット
の製造現場のみならず、特に、産業用ロボットの使用現
場で、簡単に、しかも空間的な余裕を要することなく、
一軸マスタリングを遂行可能にする各軸基準位置設定手
段を備えた産業用ロボットを提供せんとするものであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、各関節
軸における基準位置設定手段を備え、各軸の関節駆動源
の交換前後における原位置の復元を遂行可能にした産業
用ロボットにおいて、前記基準位置設定手段は、各関節
軸回りに相対変位が可能な二部材間の該相対変位のスト
ローク範囲の内外において、前記一方の部材に設けた第
１の位置決め係合部と他方の部材に設けられ、前記第１
の位置決め係合部に該二部材間の相対変位に応じて当接
可能な第２の位置決め係合部とから構成されることを特
徴とする各軸位置決め手段を備えた産業用ロボットが提
供される。

【００１３】ここで、好ましくは、上記の各関節軸毎に
設けられる基準位置設定手段を形成する第１、第２の位
置決め係合部における片方の位置決め係合部は、一方の
ロボット可動部材に形成した機械的な突起部で形成さ
れ、他の位置決め係合部は他方のロボット可動部材に着
脱自在に装着される位置決めピンで形成される。なお、
関節軸回りに相対変位可能な２つのロボット可動部材が
所望のロボット動作時に動作する範囲、つまり、上記の
ストローク範囲の外部位置に上述した基準位置設定手段
を設ける場合には、第１、第２の位置決め係合部は、相
互に当接可能な突起によって形成しても良い。

【００１４】

【作用】上述した構成を具備した産業用ロボットによれ
ば、各関節軸における何れかの関節軸に関する関節駆動
源を成す駆動モータまたは減速機か故障をして交換の必
要が生じたときには、交換前に予め基準位置設定手段を
形成する第１、第２の位置係合部を相互に当接させる幾
何学的位置状態に設定して駆動モータの位置検出器から
同幾何学的位置の位置データ、例えば、角度位置データ
を読取り、次いで適当な待避位置で故障した駆動モータ
または減速機の交換作業を遂行し、交換後に再度、第
１、第２位置決め係合部を当接させる位置へロボット可
動部材を手動または教示操作盤を介して移動させて幾何
学的位置を設定し、設定完了後に教示操作盤またはロボ
ット制御装置の制御パネルを介して従前に記録した幾何
学的位置のデータを交換後の駆動モータの位置検出器に
設定すれば、一軸マスタリングを終了させることができ
る。

【００１５】このように、本発明によれば、一軸マスタ
リングの遂行に際して作業者の目視による誤差が介入し
たり、一軸マスタリングのためにダイヤルゲージや測定
台等の外部機器を必要としないため、簡単にかつ、ロボ
ットの使用現場が狭小な場合にも容易に一軸マスタリン
グを遂行することができる。以下、本発明を添付図面に
示す実施例に基づいて更に、詳細に説明する。

【００１６】

【実施例】図１は、本発明に係る各軸基準位置設定手段
を備えた産業用ロボット、特に、多関節型産業用ロボッ
トにおける一つの関節軸周囲に設けられた基準位置設定
手段の実施例を示した部分拡大図である。

【００１７】図１を参照すると、多関節型産業用ロボッ
ト１０の第１のアームを成すロボット上腕１２と第２の
アームを成すロボット前腕１４との間の枢着部分が図示
されており、この枢着部分には関節部１６が設けられ、
関節軸Ｊ３を中心にしてロボット前腕１４はロボット上
腕１２に対して相対的に変位可能に構成されており、例
えば、水平軸線Ｈに対して上下に俯仰運動状に回動が可
能で、図示例では、ロボット前腕１４が水平軸線Ｈに平
行な点線位置から下方の実線位置まで回動角Ｕだけ回動
した状態を図示している。

【００１８】ここで、ロボット上腕１２とロボット前腕
１４は、ティーチングにより図示されていないロボット
制御装置に記憶された教示プログラムに従って所望のロ
ボット機能を実行する際に必要な俯仰運動方向の所定量
の運動範囲（ストローク範囲）が設定されているが、勿
論、駆動モータのブレーキ手段が解除された時には、ス
トローク範囲外へも回動可能に予め余裕が与えられてい
る。

【００１９】さて、ロボット上腕１２とロボット前腕１
４との間の相対的な回動を駆動する関節駆動源を成す駆
動モータと減速機とは、ロボット前腕１４の後端の格納
部１８内に格納されており、上述した俯仰方向の回動々
作は、これらの駆動モータと減速機とから成る関節駆動
源の出力によって駆動される。

【００２０】本発明の一実施例によれば、ロボット前腕
１４の後端領域に、こぶ状の突起２２が、膨出、形成さ
れ、他方、ロボット上腕１２の上端領域の所定位置に、
ロボット前腕１４の突起２２と係合可能に位置決めピン
２４を着脱自在に受容するように、高精度のピン孔２６
が形成されている。図示例では、位置決めピン２４が装
着された状態にあり、ロボット前腕１４が実線位置まで
回動した状態で突起２２と係合している。

【００２１】上記の突起２２と位置決めピン２４は、関
節軸Ｊ３に関する一軸マスタリング用の幾何学的基準位
置を設定する基準位置設定手段として設けられており、
上述のように、ロボット前腕１４の突起２２がロボット
上腕１２の位置決めピン２４に係合したとき、幾何学的
基準位置が設定されるものである。このように、突起２
２と位置決めピン２４とから成る基準位置設定手段が設
けられていることにより、関節駆動源を成す駆動モータ
又は減速機に故障が生じて交換の必要に迫られたとき、
先ず、交換前にロボット上腕１２のピン孔２６に位置決
めピン２４を装填する。次いで、ロボット前腕１４をロ
ボット上腕１２に対して相対的にゆっくり移動させて突
起２２を位置決めピン２４に軽く当接させて両腕１２、
１４の幾何学的基準位置を設定する。次に、その幾何学
的位置におけるロボット前腕１４の位置データを駆動モ
ータに具備された位置検出器を介して読取り、記録す
る。

【００２２】次に、ロボット前腕１４を、故障した駆動
モータまたは減速機の交換を行い易い位置へ一旦、待避
させ、そこで、交換を行う。交換作業の完了後に、再
度、ロボット前腕１４をロボット上腕１２に対して回動
させ、再び、同ロボット前腕１４の突起２２がロボット
上腕１２の位置決めピン２４に当接させ、幾何学的基準
位置を設定する。斯くして幾何学的基準位置が設定した
段階に、教示操作盤またはロボット制御装置の制御パネ
ルを操作することにより、ロボット制御装置を介して交
換後の関節駆動源の駆動モータに備えられた位置検出器
に、同幾何学的基準位置の位置データを入力して教える
ことができるのである。

【００２３】なお、上述した一軸マスタリング過程で
は、交換前に駆動モータの位置検出器から幾何学的基準
位置の位置データを読取り、記録するように説明した
が、産業用ロボットの製造過程で工場を出荷する段階に
予め、各関節軸（例えば、６軸産業用ロボットの場合に
は、関節軸Ｊ１〜Ｊ６）に就いて、一軸マスタリングを
遂行し、各関節軸に関する幾何学的基準位置の位置デー
タを予め出荷データとして記録しておけば、ロボット使
用現場で上述のような位置データの読取り、記録を行う
必要はなく、交換後に突起２２と位置決めピン２４とに
よる幾何学的位置の設定を行い、設定終了後に教示操作
盤等を介して出荷データに記録された位置データを入力
することにより、ロボット制御装置を介してモータまた
は減速機の交換後の各関節駆動源の駆動モータに位置デ
ータを教え込むことができる。

【００２４】なお、上述した実施例では、関節軸Ｊ３の
回りにロボット上腕１２に対して相対変位可能なロボッ
ト前腕１４に就いて一軸マスタリングの遂行に必要な幾
何学的基準位置設定手段に就いて説明したが、多関節型
産業用ロボットにおいては、夫々の関節軸に対して同様
な幾何学的基準位置設定手段が具備され、どの関節軸の
関節駆動源における駆動モータや減速機が故障しても、
一軸マスタリングを等しく遂行して原位置合わせを行
い、ロボットの元の動作機能を回復することが可能なこ
とは言うまでもない。

【００２５】更に、上述した実施例では幾何学的基準位
置設定手段の構成に当たり、一方のロボット上腕１２に
位置決めピン２４を着脱自在に装着し、ロボット前腕１
４の後端領域に突起２２を設けた構成としたが、逆に、
ロボット前腕１４側に位置決めピン２４を着脱自在に装
着可能とし、ロボット上腕１２の上端領域に同位置決め
ピン２４と係合可能な突起２２を設けるようにしても良
い。

【００２６】他方、上述した位置決めピンを用いた構成
では、ロボット上腕１２、ロボット前腕１４のストロー
ク範囲内に位置決めピン２４のピン孔２６を設けても、
一軸マスタリングの終了後に同位置決めピン２４を取外
しておけば、その後のロボット動作に何らの支障にはな
らない。然しながら、２つのロボット部材の相対変位運
動のストローク範囲外に幾何学的基準位置設定手段を設
ける構成とした場合には、例えば、ロボット上腕１２、
ロボット前腕１４の両者に相互に係合する突起を設け、
これらがストローク範囲外で当接したとき、一軸マスタ
リングの基準位置が設定されるような実施例に構成する
ことも可能である。勿論、２つのロボット部材の両者に
着脱自在に位置決めピンを装着可能に形成し、一軸マス
タリングの遂行時には両部材に位置決めピンを装着し、
それらが当接、係合したとき、幾何学的基準位置が設定
されるように構成することもできる。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ロボット機体の各関節軸の一軸マスタリング
を遂行するに当たり、夫々の関節軸に関して相対変位す
る２つのロボット可動部材に分離、配置した幾何学的基
準位置を設定する突起と位置決めピンまたは突起と突
起、位置決めピンと位置決めピン等から構成される基準
位置設定手段を設けたので、ロボット使用現場で、関節
駆動源の駆動モータや減速機に異常や故障が発生して交
換を行う場合にも、従来のように、ダイヤルゲージ等の
補助工具を使用することなく、簡単に一軸マスタリング
を遂行することが可能となる効果を奏するのである。

【００２８】しかも、従来の位置合わせマークを用い
て、目視で幾何学的基準位置を設定する場合に比較し
て、２つの機械部品の当接により幾何学的基準位置の設
定を行う構成としたので、目視による誤差要因を排除で
き、高精度の一軸マスタリングの遂行が可能となる。

【００２９】更に、本発明によれば、ロボット使用現場
が狭小な空間の場合でも、ロボット機体に備えられた幾
何学的基準位置設定手段を用いて一軸マスタリングを遂
行することができるため、空間的な制約を何ら受けるこ
となく、どのような場所でも簡単に故障した関節駆動源
の構成要素の交換と、交換に伴う一軸マスタリングを実
行し、ロボット機能の回復を図り得ると言う極めて有効
な効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る各軸基準位置設定手段を備えた産
業用ロボット、特に、多関節型産業用ロボットにおける
一つの関節軸周囲に設けられた基準位置設定手段の実施
例を示した部分拡大図である。

【図２】多関節型産業用ロボットの全体的な構造例と従
来の一軸マスタリングの実行方法の一例を説明するため
にロボットの側面から見た側面図である。

【図３】従来の一軸マスタリングに用いられる位置合わ
せマークの構成を示した略示説明図である。

【符号の説明】

１０…多関節型産業用ロボット １２…ロボット上腕 １４…ロボット前腕 １６…関節部 ２２…突起 ２４…位置決めピン ２６…ピン孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩崎 恭士 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番 地 ファナック株式会社内 (72)発明者 山城 光 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番 地 ファナック株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各関節軸における基準位置設定手段を備
   え、各軸の関節駆動源の交換前後における原位置の復元
   を遂行可能にした産業用ロボットにおいて、 前記基準位置設定手段は、各関節軸回りに相対変位が可
   能な二つの部材間の該相対変位のストローク範囲の内外
   において、前記一方の部材に設けた第１の位置決め係合
   部と、他方の部材に設けられ、前記第１の位置決め係合
   部に該二部材間の相対変位に応じて当接可能な第２の位
   置決め係合部とから構成されることを特徴とする各軸位
   置決め設定手段を備えた産業用ロボット。