JPH07100781A - 多関節型ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 各関節の減速機に力が加わった時に生じる減
速機の弾性変形による角度変位誤差をなくすように位置
補正して、多関節ロボットの如何なる方向の力作業も効
率良く行うことができる。 【構成】 ロボットのハンドに加わる力に対する各関節
の減速機の変位角度式に基づいて、該ロボットの行う作
業の各作業力に応じた各関節の減速機の角度変位誤差の
位置補正量を演算する角度変位誤差位置補正量演算手段
と、該角度変位誤差位置補正量演算手段で求めた位置補
正量に基づいて、各関節の減速機の角度変位誤差を位置
補正する角度変位誤差位置補正手段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多関節型ロボットに係
り、詳しくは、多関節ロボットアームの位置補正技術に
適用することができ、特に、各関節の減速機に力が加わ
った時に生じる減速機の弾性変形による角度変位誤差を
なくすように位置補正して、如何なる方向の力作業も効
率良く行うことができる多関節型ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、多関節ロボットは、一般に、関節
を駆動させるのにサーボモータを用い、このサーボモー
タのモータ軸に減速機を取り付け、回転自在に支持した
アームを複数繋ぎ合わせることにより、多関節を構成し
ている。そして、この多関節ロボットは、各関節のモー
タ角度位置を目標値として各関節を位置決め制御して多
自由度を得る構造になっている。このため、この多関節
ロボットは、各関節の回転方向に直行する法線方向の剛
性を高くすることができるので、力がアームに加わって
も大きな位置ずれを発生し難くすることができるという
利点を有する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の多関節型ロボットでは、各関節のモータ角度位置を目
標値として各関節を位置決め制御して多自由度を得る構
造にしているため、各関節の回転方向に直行する法線方
向の剛性を高くして、力がアームに加わっても大きな位
置ずれを生じ難くすることができるという利点を有する
が、各関節の回転方向に力が加わった場合は、減速機の
バックラッシュ、弾性変形によって回転方向の捻れが生
じ、仮にモータ角度位置の目標位置決めを正確に行っ
て、減速機によって支持されたアームは、弾性変形の角
度変位分の誤差を生じて、アーム先端座標の位置誤差を
生じてしまう。例えば、力を要する作業の場合は、アー
ムの軸剛性、即ち関節の減速機の剛性が高いと、アーム
は、図１６（ａ）に示す如く、Ａ点→Ｂ点にロボットの
位置決め精度で動き、どんなに作業反力がアームに生じ
ても確実に力作業を行うことができる。

【０００４】しかしながら、実際に用いられる減速機の
剛性は低く、図１６（ｂ）に示す如く、弾性変形して軸
に捻れが生じる。この場合は、アーム制御でＡ点→Ｂ点
の移動動作を実行し、サーボモータのエンコーダの位置
パルス値が一致しても、アームの位置は、関節軸が捻れ
変形するため、その角度変位分の位置誤差が発生する。
この誤差は、アームの姿勢や作業力によって異なるた
め、単純な補正制御で補うことはできない。従って、従
来の構造の多関節ロボットでは、部品の圧入組立、螺子
締め等組立力が必要な作業の場合、各関節の回転方向の
ない方向の組立しか実施することができないという不具
合があった。

【０００５】そこで、本発明は、各関節の減速機に力が
加わった時に生じる減速機の弾性変形による角度変位誤
差をなくすように位置補正して、如何なる方向の力作業
も効率良く行うことができる多関節型ロボットを提供す
ることを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
複数の関節を駆動するサーボモータと、該サーボモータ
のモータ軸に取り付けた減速機と、各関節に該減速機に
よって回転自在に支持したアームとを有し、該アームを
複数繋ぎ合わせて多関節を構成し、かつ各関節のモータ
角度位置を目標値として各関節を駆動して多自由度を得
る多関節型ロボットにおいて、該ロボットのハンドに加
わる力に対する各関節の減速機の変位角度式に基づい
て、該ロボットの行う作業の各作業力に応じた各関節の
減速機の角度変位誤差の位置補正量を演算する角度変位
誤差位置補正量演算手段と、該角度変位誤差位置補正量
演算手段で求めた位置補正量に基づいて、各関節の減速
機の角度変位誤差を位置補正する角度変位誤差位置補正
手段とを有することを特徴とするものである。

【０００７】請求項２記載の発明は、複数の関節を駆動
するサーボモータと、該サーボモータのモータ軸に取り
付けた減速機と、各関節に該減速機によって回転自在に
支持したアームとを有し、該アームを複数繋ぎ合わせて
多関節を構成し、かつ各関節のモータ角度位置を目標値
として各関節を駆動して多自由度を得る多関節型ロボッ
トにおいて、該ロボットのハンド又は該ハンドが装着さ
れるタレット部に設けた圧力センサーと、該圧力センサ
ーの圧力値信号を該ロボットのハンドに加わる力に対す
る各関節の減速機の変位角度式に代入して、各関節の減
速機の角度変位誤差の位置補正量を演算する角度変位誤
差位置補正量演算手段と、該角度変位誤差位置補正量演
算手段で求めた位置補正量に基づいて、各関節の減速機
の角度変位誤差を位置補正する角度変位誤差位置補正手
段とを有することを特徴とするものである。

【０００８】請求項３記載の発明は、複数の関節を駆動
するサーボモータと、該サーボモータのモータ軸に取り
付けた減速機と、各関節に該減速機によって回転自在に
支持したアームとを有し、該アームを複数繋ぎ合わせて
多関節を構成し、かつ各関節のモータ角度位置を目標値
として各関節を駆動して多自由度を得る多関節型ロボッ
トにおいて、該ロボットが力作業を行う作業台又は組立
部品が装着される治工具に設けた圧力センサーと、該セ
ンサーの圧力値信号を該ロボットのハンドに加わる力に
対する各関節の減速機の変位角度式に代入して、各関節
の減速機の角度変位誤差の位置補正量を演算する角度変
位誤差位置補正量演算手段と、該角度変位誤差位置補正
量演算手段で求めた位置補正量に基づいて、各関節の減
速機の角度変位誤差を位置補正する角度変位誤差位置補
正手段とを有することを特徴とするものである。

【０００９】請求項４記載の発明は、複数の関節を駆動
するサーボモータと、該サーボモータのモータ軸に取り
付けた減速機と、各関節に該減速機によって回転自在に
支持したアームとを有し、該アームを複数繋ぎ合わせて
多関節を構成し、かつ各関節のモータ角度位置を目標値
として各関節を駆動して多自由度を得る多関節型ロボッ
トにおいて、該サーボモータの出力軸に設けたトルクセ
ンサーと、該トルクセンサーのトルク信号を該ロボット
のハンドに加わる力に対する各関節の減速機の変位角度
式に代入して、各関節の減速機の角度変位誤差の位置補
正量を演算する角度変位誤差位置補正量演算手段と、該
角度変位誤差位置補正量演算手段で求めた位置補正量に
基づいて、各関節の減速機の角度変位誤差を位置補正す
る角度変位誤差位置補正手段とを有することを特徴とす
るものである。

【００１０】請求項５記載の発明は、複数の関節を駆動
するサーボモータと、該サーボモータのモータ軸に取り
付けた減速機と、各関節に該減速機によって回転自在に
支持したアームとを有し、該アームを複数繋ぎ合わせて
多関節を構成し、かつ各関節のモータ角度位置を目標値
として各関節を駆動して多自由度を得る多関節型ロボッ
トにおいて、該サーボモータに設けられたエンコーダと
は別に各関節のリンク部内に設けた関節変位角度を計測
する関節変位角度計測用エンコーダと、該関節変位角度
計測用エンコーダの位置パルスを計測するエンコーダ位
置パルス測定手段と、予め決めた各関節のモータ角度位
置の目標値と該エンコーダ位置パルス測定手段で測定し
た値との差を演算して該関節変位角度計測用エンコーダ
が移動した移動量を求め、該移動量に基づいて各関節の
減速機の角度変位誤差の位置補正量を求める角度変位誤
差位置補正量演算手段と、該角度変位誤差位置補正量演
算手段で求めた位置補正量に基づいて、各関節の減速機
の角度変位誤差を位置補正する角度変位誤差位置補正手
段とを有することを特徴とするものである。

【００１１】請求項６記載の発明は、複数の関節を駆動
するサーボモータと、該サーボモータのモータ軸に取り
付けた減速機と、各関節に該減速機によって回転自在に
支持したアームとを有し、該アームを複数繋ぎ合わせて
多関節を構成し、かつ各関節のモータ角度位置を目標値
として各関節を駆動して多自由度を得る多関節型ロボッ
トにおいて、該サーボモータに設けられたエンコーダと
は別に各関節の該減速機入力側に、エンコーダの軸にロ
ーラを装着した回転型エンコーダと、該減速機出力側に
該ローラが滑らず転がるように設けたレールと、該回転
型エンコーダの位置パルスを計測する回転型エンコーダ
位置パルス測定手段と、予め決めた各関節のモータ角度
位置の目標値と該回転型エンコーダ位置パルス測定手段
で測定した値をの差を演算して該回転型エンコーダが移
動した移動量を求め、該移動量に基づいて各関節の減速
機の角度変位誤差の位置補正量を求める角度変位誤差位
置補正量演算手段と、該角度変位誤差位置補正量演算手
段で求めた位置補正量に基づいて、各関節の角度変位誤
差を位置補正する角度変位誤差位置補正手段とを有する
ことを特徴とするものである。

【００１２】請求項７記載の発明は、複数の関節を駆動
するサーボモータと、該サーボモータのモータ軸に取り
付けた減速機と、各関節に該減速機によって回転自在に
支持したアームとを有し、該アームを複数繋ぎ合わせて
多関節を構成し、かつ各関節のモータ角度位置を目標値
として各関節を駆動して多自由度を得る多関節型ロボッ
トにおいて、各関節のリンク部に設けた関節変位角度を
計測するワイヤケーブルと、該ワイヤケーブルの移動量
を測定するワイヤケーブル移動量測定手段と、予め決め
た各関節のモータ角度位置の目標値と該ワイヤケーブル
移動量測定手段で測定した値との差を演算して各関節の
減速機の角度変位誤差の位置補正量を求める角度変位誤
差位置補正量演算手段と、該角度変位誤差位置補正量演
算手段で求めた位置補正量に基づいて、各関節の減速機
の角度変位誤差を位置補正する角度変位誤差位置補正手
段とを有することを特徴とするものである。

【００１３】

【作用】請求項１記載の発明では、ロボットのハンドに
加わる力に対する各関節の減速機の変位角度式に基づい
て、該ロボットの行う作業の各作業力に応じた該各関節
の減速機の角度変位誤差の位置補正量を角度変位誤差位
置補正量演算手段により演算し、該角度変位誤差位置補
正量演算手段で求めた位置補正量に基づいて、各関節の
減速機の角度変位誤差を角度変位誤差位置補正手段によ
り位置補正できるように構成する。

【００１４】このため、ロボットのハンドに加わる力に
対する各関節の減速機の変位角度式により求めたロボッ
トの行う作業の各作業力に応じた各関節の減速機の角度
変位誤差の位置補正量に基づいて、各関節の減速機の角
度変位誤差の位置補正を行うことができる。即ち、、ロ
ボットで予め決められた組立作業を繰返し実行する際、
力作業が発生する各々の作業の作業力を予め測定し、こ
の予め測定した作業の各作業力の結果を作業プログラム
中に設定し、自動的にその設定値に応じた各関節の減速
機の角度変位誤差の位置補正量をロボットのハンドに加
わる力に対する各関節の減速機の変位角度式に基づいて
演算した後、この位置補正量に基づいて各関節の減速機
の角度変位誤差を位置補正することができるので、減速
機の弾性変形による角度変位誤差を生じないようにする
ことができ、多関節ロボットの如何なる方向の力作業も
効率良く行うことができる。

【００１５】請求項２記載の発明では、ロボットのハン
ド又は該ハンドが装着されるタレット部に設けた圧力セ
ンサーと、該圧力センサーの圧力値信号を該ロボットの
ハンドに加わる力に対する各関節の減速機の変位角度式
に代入して該各関節の減速機の角度変位誤差の位置補正
量を角度変位誤差位置補正演算手段により演算し、該角
度変位誤差位置補正量演算手段で求めた位置補正量に基
づいて、各関節の減速機の角度変位誤差を角度変位誤差
位置補正手段により位置補正できるように構成する。

【００１６】このため、圧力センサーの圧力値信号を変
位角度式に代入して求めた各関節の減速機の角度変位誤
差の位置補正量に基づいて、各関節の減速機の角度変位
誤差を位置補正することができるので、減速機の弾性変
形による角度変位誤差を生じないようにして、ロボット
の如何なる方向の力作業も効率良く行うことができると
ともに、請求項１での予め力作業が発生する各々の作業
の作業力を測定する手間をなくすことができるうえ、あ
らゆる作業をリアルタイムで減速機の角度変位誤差を位
置補正することができる。しかも、組立作業で、力作業
のばらつきが大きく発生する圧力や、ねじ締め等の作業
を正確に行うことができる。

【００１７】請求項３記載の発明では、ロボットが力作
業を行う作業台又は組立部品が装着される治工具に設け
た圧力センサーの圧力値信号を該ロボットのハンドに加
わる力に対する各関節の減速機の変位角度式に代入し
て、各関節の減速機の角度変位誤差の位置補正量を角度
変位誤差位置補正量演算手段により演算し、該角度変位
誤差位置補正量演算手段で求めた位置補正量に基づい
て、各関節の減速機の角度変位誤差を角度変位誤差位置
補正手段により位置補正できるように構成する。

【００１８】このため、請求項２記載の発明と同様、圧
力センサーの圧力値信号を変位角度式に代入して求めた
各関節の減速機の角度変位誤差の位置補正量に基づい
て、各関節の減速機の角度変位誤差を位置補正すること
ができるので、減速機の弾性変形による角度変位誤差を
生じないようにして、ロボットの如何なる方向の力作業
も効率良く行うことができるとともに、作業台又は治具
にセンサーを設けるため、請求項２のロボットハンド若
しくはタレットに圧力センサを設ける場合よりもロボッ
トアーム内の配線を容易にすることができるとともに、
断線等に対するメンテナンスを容易にすることができ
る。しかも、組立部品形状、作業力に合った専用の圧力
センサを組立治工具上に設置すれば、高精度な位置補正
制御を行うことができる。

【００１９】請求項４記載の発明では、サーボモータの
出力軸に設けたトルクセンサーのトルク信号をロボット
のハンドに加わる力に対する各関節の減速機の変位角度
式に代入して、各関節の減速機の角度変位誤差の位置補
正量を角度変位誤差位置補正量演算手段により演算し、
角度変位誤差位置補正量演算手段で求めた位置補正量に
基づいて、各関節の減速機の角度変位誤差を角度変位誤
差位置補正手段により位置補正できるように構成する。

【００２０】このため、トルクセンサーのトルク信号を
変位角度式に代入して求めた各関節の減速機の角度変位
誤差の位置補正量に基づいて、各関節の減速機の角度変
位誤差を位置補正することができるので、角度変位誤差
を生じないようにして、ロボットの如何なる方向の力作
業も効率良く行うことができるとともに、直接減速機に
加わるサーボモータのトルクを測定するため、請求項
２，３の発明の圧力サンサーの場合よりも信頼性を高く
することができ、しかも、アーム長の誤差等の演算誤差
を少なくすることができるため、請求項１〜３の発明の
場合よりも高精度な位置補正制御を行うことができる。

【００２１】請求項５記載の発明では、サーボモータに
設けられたエンコーダとは別に各関節のリンク部内に設
けた関節変位角度を計測する関節変位角度計測用エンコ
ーダと、該関節変位角度計測用エンコーダの位置パルス
をエンコーダ位置パルス測定手段により計測し、予め決
めた各関節のモータ角度位置の目標値と該エンコーダ位
置パルス測定手段で測定した値との差を演算して関節変
位角度計測用エンコーダが移動した移動量を求め、該移
動量に基づいて各関節の減速機の角度変位誤差の位置補
正量を角度変位誤差位置補正量演算手段により求め、該
角度変位誤差位置補正量演算手段で求めた位置補正量に
基づいて、各関節の減速機の角度変位誤差を角度変位誤
差位置補正手段により位置補正できるように構成する。

【００２２】このため、各関節のモータ角度位置の目標
値とエンコーダ位置パルス測定手段で測定した値との差
を演算することによって求めた減速機の角度変位誤差の
位置補正量に基づいて、各関節の減速機の角度変位誤差
を位置補正することができるので、角度変位誤差を生じ
ないようにして、ロボットの如何なる方向の力作業も効
率良く行うことができるうえ、関節内蔵のエンコーダに
よって直接関節変位角度を計測することができるため、
正確にモータ角度位置目標値と関節移動角度の差を得る
ことができるため、最も高精度な位置補正制御を行うこ
とができる。

【００２３】請求項６記載の発明では、サーボモータに
設けられたエンコーダとは別に各関節の該減速機入力側
にエンコーダの軸にローラを装着した回転型エンコーダ
と、該減速機出力側に該ローラが滑らず転がるように設
けたレールとを有し、回転型エンコーダの位置パルスを
エンコーダ位置パルス測定手段により計測し、予め決め
た各関節のモータ角度位置の目標値と回転型エンコーダ
位置パルス測定手段で測定した値との差を演算して、こ
の値に基づいて該各関節の減速機の角度変位誤差の位置
補正量を角度変位誤差位置補正演算手段により位置補正
量を求め、この位置補正量に基づいて、各関節の角度変
位誤差を角度変位誤差位置補正手段により位置補正でき
るように構成する。

【００２４】このため、予め決めた各関節のモータ角度
位置の目標値と回転型エンコーダ位置パルス測定手段で
測定した値との差を演算することによって求めた減速機
の角度変位誤差の位置補正量に基づいて、各関節の減速
機の角度変位誤差を位置補正することができるので、角
度変位誤差を生じないようにして、ロボットの如何なる
方向の力作業も効率良く行うことができるうえ、特に、
ローラの径を小さくすることで、関節変位角度に対して
高分解能なエンコーダパルスを得ることができる他、汎
用回転型エンコーダを用いることで、低コストなシステ
ムを構成することができる。

【００２５】請求項７記載の発明では、各関節のリンク
部に設けた関節変位角度をワイヤケーブルにより計測
し、ワイヤケーブルの移動量をワイヤケーブル移動量測
定手段により計測し、予め決めた各関節のモータ角度位
置の目標値と該ワイヤケーブル移動量測定手段で測定し
た値との差を演算して、各関節の減速機の角度変位誤差
の位置補正量を角度変位誤差位置補正量演算手段により
求め、該角度変位誤差位置補正量演算手段で求めた位置
補正量に基づいて、各関節の減速機の角度変位誤差を角
度変位誤差位置補正手段により位置補正できるように構
成する。

【００２６】このため、予め決めた各関節のモータ角度
位置の目標値とワイヤケーブル移動量測定手段で測定し
た値との差を演算することによって求めた各関節の減速
機の角度変位誤差の位置補正量に基づいて、各関節の減
速機の角度変位誤差を位置補正することができるので、
角度変位誤差を生じないようにして、ロボットの如何な
る方向の力作業も行うことができるうえ、特に、アーム
直線部に測定機構を設けることで、請求項５，６の発明
のような複雑な機構を関節部減速機周辺に設けない場合
でも実現することができる他、請求項５，６の発明の場
合よりもロボットアームの慣性モーメントを低くしてシ
ステム構成することができる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例を従来例と対比しつつ
説明する。まず、従来の多関節型ロボットを説明する。
図１は従来の代表的な多関節型ロボットの構成を示す図
であり、図２は従来の関節軸の方向を示す図である。従
来の多関節型ロボットでは、胴体部１上部に第１軸２を
有し、この第１軸２は、関節を駆動する第１サーボモー
タ２ａ及び第１減速機２ｂで構成している。次いで、第
１減速機２ｂは、回転自在に第１アーム３を支持し、そ
の第１アーム３の先端には、第１軸２と同じ法線方向に
回転する第２軸４を設けている。この第２軸４も第１軸
２と同様に第２サーボモータ４ａ及び第２減速機４ｂで
構成しており、第２減速機４ｂは、回転自在に第２アー
ム５を支持している。次いで、その第２アーム５先端に
は、第１軸２、第２軸４と同じ法線方向に回転する第３
軸６を設けており、この第３軸６も第１軸２及び第２軸
４と同様に第３サーボモータ６ａ及び第３減速機６ｂで
構成している。そして、その第３軸６の先には、タレッ
ト７を介してハンド８を設けている。

【００２８】この図１の多関節ロボットは、一般にスカ
ラ型ロボットと呼ばれるもので、アーム先端が２次元平
面内を任意に動ける自由度構成を採ることで、垂直方向
の剛性を高く、水平面内の剛性を低くし、コンプライア
ンス特性を持たせた特徴を有している。このため、２次
元平面上の動作を容易に実現することができ、縦方向の
組立が行い易い構造になっている。

【００２９】しかしながら、上記したように、この従来
の多関節型ロボットでは、垂直方向の剛性が高いため、
縦方向の組立には適しているが、水平面内の剛性が低い
構成になっているため、横方向の組立作業、特に力が必
要な作業を行うことができないという不具合がある。こ
の横方向の組立作業（特に力が必要な作業）を行えない
という不具合が生じるのは、モータのサーボ剛性を高く
しても、第１軸２及び第２軸４の減速機２ｂ，４ｂが弾
性変形を生じるため、アーム先端に大きな位置ずれが発
生してしまうためである。従って、このスカラ型の多関
節ロボットでは、横方向の組立作業を行うことができな
い。

【００３０】次に、図３は従来の一般的な多関節ロボッ
トに用いられる減速機の剛性を示す図である。ここで、
減速機の弾性変形のバネ定数をＫとし、バックラッシュ
をＢとし、バックラッシュＢに相当する負荷トルクをＴ
₀ とする。この減速機に負荷トルクＴが加わった時の減
速機の角度変位Δθ₀ は、次の式（１）で示すことがで
きる。

【００３１】

【数１】

【００３２】次に、図４に示す如く、Ｙ軸方向の姿勢角
度をθとして、長さＬのアーム先端に横方向（Ｘ方向）
からＦの作用力が働いた時の減速機の角度変位Δθは、
次の式（２）で示すことができる。

【００３３】

【数２】

【００３４】次に、図５に示す如く、スカラ型の多関節
ロボットに横方向（Ｘ方向）からＦの作用力（作業反
力）が生じた場合、第１アームの長さをＬ₁ 、第２アー
ムの長さＬ₂ とし、第１軸の減速機の弾性変形のバネ定
数をＫ₁ とし、バックラッシュをＢ₁ とし、バックラッ
シュＢ₁ に相当する負荷トルクをＴ₁ とし、同様に第２
軸の減速機の弾性変形のバネ定数をＫ₂ とし、バックラ
ッシュをＢ₂ とし、バックラッシュＢ₂ に相当する負荷
トルクをＴ₂ とする一般的な特性とする。また、この時
のスカラ型の多関節ロボットの姿勢を図４とし、Ｙ軸に
対して第１アームがθ₁ 、第２アームがθ₂ の角度を有
する姿勢とする。この場合、第１、第２軸の減速機の各
々の角度変位Δθ₁ 、Δθ₂ は、以下に示す式（３）、
式（４）で表すことができる。

【００３５】

【数３】

【００３６】

【数４】

【００３７】以下、本発明の各実施例の多関節型ロボッ
トについて具体的に説明する。 （実施例１）本実施例の多関節型ロボットにおいては、
各関節のモータ角度位置を位置決め制御する図６の一般
的なシステムに、図７に示す如く、上記式（３）、式
（４）のロボットのハンドに加わる力に対する各関節の
減速機の変位角度を求める式を設け、ロボットの行う作
業の各作業力を予め作業プログラム中に設定し、その設
定値に応じた各関節の減速機の角度変位誤差を位置補正
制御する角度変位誤差補正部９を従来システムに追加し
た多関節型ロボットを構成する。

【００３８】このため、ロボットのハンドに加わる力に
対する各関節の変速機の変位角度により求めたロボット
の行う作業の各作業に応じた各関節の減速機の角度変位
誤差の位置補正量に基づいて、各関節の減速機の角度変
位誤差の位置補正を行うことができる、即ち、ロボット
で予め決められた組立作業を繰返し実行する際、力作業
が発生する各々の作業の作業力を予め測定し、この予め
測定した作業の各作業力の結果を作業プログラム中に設
定し、自動的にその設定値に応じた各関節の減速機の角
度変位誤差の位置補正量をロボットのハンドに加わる力
に対する各関節の減速機の変位角度式に基づいて演算し
た後、この位置補正量に基づいて各関節の減速機の角度
変位誤差を位置補正することができるので、角度変位誤
差を生じないようにして、多関節ロボットの如何なる方
向の力作業も行うことができる。

【００３９】なお、実施例１においては、ロボットの行
う作業ポイントの各々の作業力を予め決められたメモリ
マップ上に記憶し、作業時にメモリマップ上の数値を呼
び各関節角度の角度位置誤差を上記式（３）、式（４）
のロボットのハンドに加わる力に対する各関節の減速機
の変位角度式より計算して、角度位置誤差を位置補正制
御する角度変位誤差補正部を従来システムに追加して多
関節型ロボットを構成してもよいし、ロボットの行う作
業ポイントの各々の作業力より、上記式（３）、式
（４）のロボットのハンドに加わる力に対する各関節の
減速機の変位角度式より計算し、得られた角度位置誤差
を予め決められたメモリマップ上に記憶し、作業時にメ
モリマップ上の数値を呼び、各関節の角度位置誤差を位
置補正制御する角度変位誤差補正部を従来システムに追
加して多関節型ロボットを構成してもよく、これらの場
合も上記実施例１と同様の効果を得ることができる。 （実施例２）本実施例の多関節型ロボットでは、図８に
示す如く、図６の一般的な多関節型ロボットのハンド８
に圧力センサー９を設け、圧力センサー１０の圧力値の
電気信号をＡ／Ｄ変換機１１でデジタル信号に変換し、
ロボットを制御するコントローラに取り込み、コントロ
ーラ内の上記式（３）、式（４）の力に対する各関節の
減速機の変位角度式に代入して、各関節の減速機の角度
変位誤差の位置補正量を演算し、ロボットの作業力に応
じた位置補正制御をリアルタイムに行うようにした多関
節型ロボットを構成する。

【００４０】このため、圧力センサーの圧力値信号を変
位角度式に代入して求めた各関節の減速機の角度変位誤
差の位置補正量に基づいて、各関節の減速機の角度変位
誤差を位置補正することができるので、角度変位誤差を
生じないようにして、ロボットの如何なる方向の力作業
も効率良く行うことができるとともに、実施例１での予
め力作業が発生する各々の作業の作業力を測定する手間
をなくすことができるうえ、あらゆる作業をリアルタイ
ムで減速機の角度変位誤差を位置補正することができ
る。しかも、組立作業で、力作業のばらつきが大きく発
生する圧力や、ねじ締め等の作業を正確に行うことがで
きる。 （実施例３）実施例２では、図６の多関節型ロボットの
ハンド８に角度変位誤差補正部９を設けたが、本実施例
の多関節型ロボットでは、図９に示す如く、図６の多関
節型ロボットのハンド８が装着されるタレット部７に圧
力センサー１２を設け、この圧力センサー１２の圧力値
の電気信号をＡ／Ｄ変換機１１でデジタル信号に変換
し、ロボットを制御するコントローラに取り込み、コン
トローラ内の上記式（３）、式（４）の力に対する各関
節の減速機の変位角度の式に代入して、各関節の減速機
の角度変位誤差の位置補正量を演算し、ロボットの作業
力に応じた位置補正制御をリアルタイムに行うように多
関節型ロボットを構成する。このため、本実施例も実施
例２と同様の効果を得ることができる。 （実施例４）本実施例の多関節型ロボットでは、図１０
に示す如く、図６の多関節型ロボットが力作業を行う作
業台１３に圧力センサー１４を設け、この圧力センサー
１４の圧力値の電気信号をＡ／Ｄ変換機１１でデジタル
信号に変換し、上記実施例２，３と同様に各関節の減速
機の角度変位誤差の位置補正量を演算して、ロボットの
作業力に応じた位置補正制御をリアルタイムに行うよう
に多関節型ロボットを構成する。

【００４１】このため、実施例２，３と同様、圧力セン
サーの圧力値信号を変位角度式に代入して求めた各関節
の減速機の角度変位誤差の位置補正量に基づいて、各関
節の減速機の角度変位誤差を位置補正することができる
ので、角度変位誤差を生じないようにして、ロボットの
如何なる方向の力作業も効率良く行うことができるとと
もに、作業台にセンサーを設けるため、実施例２，３の
ロボットハンド若しくはタレットに圧力センサを設ける
場合よりもロボットアーム内の配線を容易にすることが
できるとともに、断線等に対するメンテナンスを容易に
することができる。 （実施例５）実施例４では、図６の多関節型ロボットが
力作業を行う作業台１３に圧力センサー１４を設けた
が、本実施例の多関節型ロボットでは、図１１に示す如
く、図６の多関節型ロボットが力作業を行う作業台１３
の組立部品が装着される治工具１５ａ，１５ｂに圧力セ
ンサー１６ａ，１６ｂを設け、この圧力センサー１６
ａ，１６ｂの圧力値の電気信号をＡ／Ｄ変換機１１でデ
ジタル信号に変換し、上記実施例２，３と同様に各関節
の減速機の角度変位誤差の位置補正量を演算して、ロボ
ットの作業力に応じた位置補正制御をリアルタイムに行
うように多関節型ロボットを構成する。このため、本実
施例も実施例４と同様の効果を得ることができる。 （実施例６）本実施例の多関節型ロボットでは、図１２
に示す如く、図６の多関節型ロボットの各関節に用いる
サーボモータ１７ａ，１７ｂ，１７ｃの出力軸にトルク
センサー１８ａ，１８ｂ，１８ｃを設け、トルク値の電
気信号をＡ／Ｄ変換機１１でデジタル信号に変換し、ロ
ボットを制御するコントローラに取り込み、コントロー
ラ内の上記式（１）の各関節の軸トルクに対する減速機
の変位角度式に代入して各関節の減速機の角度変位誤差
の位置補正量を演算して、ロボットの作業力に応じた位
置補正制御をリアルタイムに行うように多関節型ロボッ
トを構成する。

【００４２】このため、トルクセンサーのトルク信号を
変位角度式に代入して求めた各関節の減速機の角度変位
誤差の位置補正量に基づいて、各関節の減速機の角度変
位誤差を位置補正することができるので、角度変位誤差
を生じないようにして、ロボットの如何なる方向の力作
業も効率良く行うことができるとともに、直接減速機に
加わるサーボモータのトルクを測定するため、実施例２
〜５の発明の圧力サンサーの場合よりも信頼性を高くす
ることができる。しかも、アーム長の誤差等の演算誤差
を少なくすることができるため、請求項１〜３の発明の
場合よりも高精度な位置補正制御を行うことができる。 （実施例７）本実施例の多関節型ロボットでは、図１３
（ａ）〜（ｃ）に示す如く、図６の多関節型ロボットの
各関節にサーボモータ１９に設けられたエンコーダ２０
とは別に各関節のリンク部に関節変位角度を計測するエ
ンコーダ２１を設け、このエンコーダ２１の位置パルス
をカウントすることで、各関節のモータ角度位置の目標
値と実際に移動した角度差を演算して直接減速機の変位
角度を求め、減速機の角度変位誤差の位置補正制御をリ
アルタイムに行うように多関節型ロボットを構成する。
ここでのエンコーダ２１は、発光素子２２ａ、受光素子
２２ｂで構成したエンコーダ検出部２２とエンコーダ用
反射版２３や、光ファイバーを用いたエンコーダ検出部
２４とファイバー用反射版２５や、磁気ＭＲ素子２６と
パルス着磁された磁気テープ２７等で構成する。

【００４３】このため、予め決めた各関節のモータ角度
位置の目標値と実際に計測した関節変位角度計測用エン
コーダの位置パルスとの差を演算することによって求め
た減速機の角度変位誤差の位置補正量に基づいて、各関
節の減速機の角度変位誤差を位置補正することができる
ので、角度変位誤差を生じないようにして、ロボットの
如何なる方向の力作業も効率良く行うことができるう
え、関節内蔵のエンコーダによって直接関節変位角度を
計測することができるため、正確にモータ角度位置目標
値と関節移動角度の差を得ることができ、最も高精度な
位置補正制御を行うことができる。 （実施例８）本実施例の多関節型ロボットでは、図１４
に示す如く、図６の多関節型ロボットの各関節の減速機
入力側に汎用回転型エンコーダ２８と、そのエンコーダ
２８の軸にローラ２９を装着したものを設置し、減速機
出力側にローラ２９が滑らず転がる専用レール３０を設
け、エンコーダ２８の位置パルスをカウントすること
で、各関節のモータ角度位置の目標値と実際に移動した
角度差を演算して直接減速機の変位角度を求め、減速機
の角度変位誤差の位置補正制御をリアルタイムに行うよ
うに多関節型ロボットを構成する。

【００４４】このため、予め決めた各関節のモータ角度
位置の目標値と実際に計測した回転型エンコーダの位置
パルスとの差を演算することによって求めた減速機の角
度変位誤差の位置補正量に基づいて、各関節の減速機の
角度変位誤差を位置補正することができるので、角度変
位誤差を生じないようにして、ロボットの如何なる方向
の力作業も効率良く行うことができるうえ、特に、ロー
ラの径を小さくすることで、関節変位角度に対して高分
解能なエンコーダパルスを得ることができる他、汎用回
転型エンコーダを用いることで、低コストなシステムを
構成することができる。 （実施例９）本実施例の多関節型ロボットでは、図１５
に示す如く、図６の多関節型ロボットにおいて、各関節
の減速機出力側のアームのリンク部にワイヤケーブル止
め３１よりワイヤケーブル３２を設け、減速機入力側の
アームに設けたプーリ３３を経由してポテンションメー
タ若しくはエンコーダ３４の軸に設けた巻取りプーリ３
５と巻取りバネ機構３６でワイヤケーブル３２を巻取
る。そして、ポテンションメータ若しくはエンコーダ３
４によってワイヤケーブル３２の移動量を測定し、各関
節のモータ角度位置の目標値と実際に移動した角度差を
演算して直接減速機の変位角度を求め、減速機の角度変
位誤差の位置補正制御をリアルタイムに行うように多関
節型ロボットを構成する。

【００４５】このため、予め決めた各関節のモータ角度
位置の目標値と実際に測定したワイヤケーブルが移動し
た移動量との差を演算することによって求めた各関節の
減速機の角度変位誤差の位置補正量に基づいて、各関節
の減速機の角度変位誤差を位置補正することができるの
で、角度変位誤差を生じないようにして、多関節ロボッ
トの如何なる方向の力作業も行うことができるうえ、特
に、アーム直線部に測定機構が設けることで、実施例
７，８のような複雑な機構を関節部減速機周辺に設けな
い場合でも実現することができる他、実施例７，８の場
合よりもロボットアームの慣性モーメントを低くしてシ
ステム構成することができる。

【００４６】なお、上記各実施例では、特に組立作業を
行う産業用ロボットとして多く用いられているスカラ型
ロボットを例示して説明したが、本発明はこれのみに限
定されるものではなく、他の多関節ロボットに対して
も、演算式をその多関節ロボットの構造から求めて同様
に実施すれば、同じ効果を得ることができるのは言うま
でもない。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、各関節の減速機に力が
加わった時に生じる減速機の弾性変形による角度変位誤
差をなくすように位置補正して、多関節ロボットの如何
なる方向の力作業も行うことができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例の多関節型ロボットの構成を示す図であ
る。

【図２】従来例の関節軸の方向を示す図である。

【図３】従来例の多関節型ロボットに用いられる減速機
の剛性を示す図である。

【図４】Ｙ軸方向の姿勢角度をθとして長さＬのアーム
の先端に横方向からＦの作用力が働いている様子を示す
図である。

【図５】スカラ型の多関節型ロボットに横方向からＦの
作用力が生じた場合の第１のアームの長さＬ₁ 、第２ア
ームの長さＬ₂ 、Ｙ軸に対する第１アームの角度θ₁ 及
びＹ軸に対する第２アームの角度θ₂ を示す図である。

【図６】従来例の多関節型ロボットにおける各関節のモ
ータ角度位置を位置決め制御するシステム構成を示す図
である。

【図７】本発明の実施例１に則した多関節型ロボットに
おける各関節の減速機の角度変位誤差を位置補正制御す
るシステム構成を示す図である。

【図８】本発明の実施例２に則した多関節型ロボットに
おけるハンドに圧力センサーを設けた場合の各関節の減
速機の角度変位誤差を位置補正制御するシステム構成を
示す図である。

【図９】本発明の実施例３に則した多関節型ロボットに
おけるタレット部に圧力センサーを設けた場合の各関節
の減速機の角度変位誤差を位置補正制御するシステム構
成を示す図である。

【図１０】本発明の実施例４に則した多関節型ロボット
における作業台に圧力センサーを設けた場合の各関節の
減速機の角度変位誤差を位置補正制御するシステム構成
を示す図である。

【図１１】本発明の実施例５に則した多関節型ロボット
における治工具に圧力センサーを設けた場合の各関節の
減速機の角度変位誤差を位置補正制御するシステム構成
を示す図である。

【図１２】本発明の実施例６に則した多関節型ロボット
におけるサーボモータの出力軸にトルクセンサーを設け
た場合の各関節の減速機の角度変位誤差を位置補正制御
するシステム構成を示す図である。

【図１３】本発明の実施例７に則した多関節型ロボット
の構成を示す図である。

【図１４】本発明の実施例８に則した多関節型ロボット
の構成を示す図である。

【図１５】本発明の実施例９に則した多関節型ロボット
の構成を示す図である。

【図１６】従来例の課題を示す図である。

【符号の説明】

１ 胴体部 ２ 第１軸 ２ａ 第１サーボモータ ２ｂ 第１減速機 ３ 第１アーム ４ 第２軸 ４ａ 第２サーボモータ ４ｂ 第２減速機 ５ 第２アーム ６ 第３軸 ６ａ 第３サーボモータ ６ｂ 第３減速機 ７ タレット部 ８ ハンド ９ 角度変位誤差補正部 １０，１２，１４，１６ａ，１６ｂ 圧力センサー １１ Ａ／Ｄ変換器 １３ 作業台 １５ａ，１５ｂ 治工具 １７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１９ サーボモータ １８ａ，１８ｂ，１８ｃ トルクセンサー ２０，２１ エンコーダ ２２，２４ エンコーダ検出部 ２２ａ 発光素子 ２２ｂ 受光素子 ２３ エンコーダ用反射版 ２５ ファイバー用反射版 ２６ 磁気ＭＲ素子 ２７ 磁気テープ ２８ 回転型エンコーダ ２９ ローラ ３０ 専用レール ３１ ワイヤケーブル止め ３２ ワイヤケーブル ３３ プーリ ３４ ポテンショメータ若しくはエンコーダ ３５ 巻取りプーリ ３６ 巻取りバネ機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 茂 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の関節を駆動するサーボモータと、該
   サーボモータのモータ軸に取り付けた減速機と、各関節
   に該減速機によって回転自在に支持したアームとを有
   し、該アームを複数繋ぎ合わせて多関節を構成し、かつ
   各関節のモータ角度位置を目標値として各関節を駆動し
   て多自由度を得る多関節型ロボットにおいて、該ロボッ
   トのハンドに加わる力に対する各関節の減速機の変位角
   度式に基づいて、該ロボットの行う作業の各作業力に応
   じた各関節の減速機の角度変位誤差の位置補正量を演算
   する角度変位誤差位置補正量演算手段と、該角度変位誤
   差位置補正量演算手段で求めた位置補正量に基づいて、
   各関節の減速機の角度変位誤差を位置補正する角度変位
   誤差位置補正手段とを有することを特徴とする多関節型
   ロボット。
2. 【請求項２】複数の関節を駆動するサーボモータと、該
   サーボモータのモータ軸に取り付けた減速機と、各関節
   に該減速機によって回転自在に支持したアームとを有
   し、該アームを複数繋ぎ合わせて多関節を構成し、かつ
   各関節のモータ角度位置を目標値として各関節を駆動し
   て多自由度を得る多関節型ロボットにおいて、該ロボッ
   トのハンド又は該ハンドが装着されるタレット部に設け
   た圧力センサーと、該圧力センサーの圧力値信号を該ロ
   ボットのハンドに加わる力に対する各関節の減速機の変
   位角度式に代入して、各関節の減速機の角度変位誤差の
   位置補正量を演算する角度変位誤差位置補正量演算手段
   と、該角度変位誤差位置補正量演算手段で求めた位置補
   正量に基づいて、各関節の減速機の角度変位誤差を位置
   補正する角度変位誤差位置補正手段とを有することを特
   徴とする多関節型ロボット。
3. 【請求項３】複数の関節を駆動するサーボモータと、該
   サーボモータのモータ軸に取り付けた減速機と、各関節
   に該減速機によって回転自在に支持したアームとを有
   し、該アームを複数繋ぎ合わせて多関節を構成し、かつ
   各関節のモータ角度位置を目標値として各関節を駆動し
   て多自由度を得る多関節型ロボットにおいて、該ロボッ
   トが力作業を行う作業台又は組立部品が装着される治工
   具に設けた圧力センサーと、該センサーの圧力値信号を
   該ロボットのハンドに加わる力に対する各関節の減速機
   の変位角度式に代入して、各関節の減速機の角度変位誤
   差の位置補正量を演算する角度変位誤差位置補正量演算
   手段と、該角度変位誤差位置補正量演算手段で求めた位
   置補正量に基づいて、各関節の減速機の角度変位誤差を
   位置補正する角度変位誤差位置補正手段とを有すること
   を特徴とする多関節型ロボット。
4. 【請求項４】複数の関節を駆動するサーボモータと、該
   サーボモータのモータ軸に取り付けた減速機と、各関節
   に該減速機によって回転自在に支持したアームとを有
   し、該アームを複数繋ぎ合わせて多関節を構成し、かつ
   各関節のモータ角度位置を目標値として各関節を駆動し
   て多自由度を得る多関節型ロボットにおいて、該サーボ
   モータの出力軸に設けたトルクセンサーと、該トルクセ
   ンサーのトルク信号を該ロボットのハンドに加わる力に
   対する各関節の減速機の変位角度式に代入して、各関節
   の減速機の角度変位誤差の位置補正量を演算する角度変
   位誤差位置補正量演算手段と、該角度変位誤差位置補正
   量演算手段で求めた位置補正量に基づいて、各関節の減
   速機の角度変位誤差を位置補正する角度変位誤差位置補
   正手段とを有することを特徴とする多関節型ロボット。
5. 【請求項５】複数の関節を駆動するサーボモータと、該
   サーボモータのモータ軸に取り付けた減速機と、各関節
   に該減速機によって回転自在に支持したアームとを有
   し、該アームを複数繋ぎ合わせて多関節を構成し、かつ
   各関節のモータ角度位置を目標値として各関節を駆動し
   て多自由度を得る多関節型ロボットにおいて、該サーボ
   モータに設けられたエンコーダとは別に各関節のリンク
   部内に設けた関節変位角度を計測する関節変位角度計測
   用エンコーダと、該関節変位角度計測用エンコーダの位
   置パルスを計測するエンコーダ位置パルス測定手段と、
   予め決めた各関節のモータ角度位置の目標値と該エンコ
   ーダ位置パルス測定手段で測定した値との差を演算して
   該関節変位角度計測用エンコーダが移動した移動量を求
   め、該移動量に基づいて各関節の減速機の角度変位誤差
   の位置補正量を求める角度変位誤差位置補正量演算手段
   と、該角度変位誤差位置補正量演算手段で求めた位置補
   正量に基づいて、各関節の減速機の角度変位誤差を位置
   補正する角度変位誤差位置補正手段とを有することを特
   徴とする多関節型ロボット。
6. 【請求項６】複数の関節を駆動するサーボモータと、該
   サーボモータのモータ軸に取り付けた減速機と、各関節
   に該減速機によって回転自在に支持したアームとを有
   し、該アームを複数繋ぎ合わせて多関節を構成し、かつ
   各関節のモータ角度位置を目標値として各関節を駆動し
   て多自由度を得る多関節型ロボットにおいて、該サーボ
   モータに設けられたエンコーダとは別に各関節の該減速
   機入力側に、エンコーダの軸にローラを装着した回転型
   エンコーダと、該減速機出力側に該ローラが滑らず転が
   るように設けたレールと、該回転型エンコーダの位置パ
   ルスを計測する回転型エンコーダ位置パルス測定手段
   と、予め決めた各関節のモータ角度位置の目標値と該回
   転型エンコーダ位置パルス測定手段で測定した値との差
   を演算して該回転型エンコーダが移動した移動量を求
   め、該移動量に基づいて各関節の減速機の角度変位誤差
   の位置補正量を求める角度変位誤差位置補正量演算手段
   と、該角度変位誤差位置補正量演算手段で求めた位置補
   正量に基づいて、各関節の角度変位誤差を位置補正する
   角度変位誤差位置補正手段とを有することを特徴とする
   多関節型ロボット。
7. 【請求項７】複数の関節を駆動するサーボモータと、該
   サーボモータのモータ軸に取り付けた減速機と、各関節
   に該減速機によって回転自在に支持したアームとを有
   し、該アームを複数繋ぎ合わせて多関節を構成し、かつ
   各関節のモータ角度位置を目標値として各関節を駆動し
   て多自由度を得る多関節型ロボットにおいて、各関節の
   リンク部に設けた関節変位角度を計測するワイヤケーブ
   ルと、該ワイヤケーブルの移動量を測定するワイヤケー
   ブル移動量測定手段と、予め決めた各関節のモータ角度
   位置の目標値と該ワイヤケーブル移動量測定手段で測定
   した値との差を演算して各関節の減速機の角度変位誤差
   の位置補正量を求める角度変位誤差位置補正量演算手段
   と、該角度変位誤差位置補正量演算手段で求めた位置補
   正量に基づいて、各関節の減速機の角度変位誤差を位置
   補正する角度変位誤差位置補正手段とを有することを特
   徴とする多関節型ロボット。