JPH079372A - 協調作業ロボットとその操作制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一の装置を、従来のバランサ−や小型ア−ム
クレ−ン等のような手動操作タイプの補力装置として作
動させることができることは勿論、手動操作型の補力装
置としての使い勝手を向上させ、しかも、必要に応じ汎
用乃至は専用の自動ロボットとしても作動させることが
できるように形成することにより、手動操作型の補力装
置から汎用ロボット乃至は専用ロボットとして使用でき
るのみならず、これらの協調作動をさせることができる
ようにした協調作業ロボットを提供すること。 【構成】 荷重を把持，吊下，吸着，載置等の支持手段
によって垂直軸方向に関して移動可能に支持すると共
に、支持した前記荷重を、駆動力によって水平面内で移
動させることができるようにした荷重取扱機構におい
て、前記支持手段を水平面内で移動させるための駆動源
を、手動操作指令及び自動操作指令のいずれかによって
作動制御するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、手動操作によって作動
させる補力装置や増力装置（以下、補力装置という）と
して使用できると共に、手動操作から自動操作に切替え
て自動ロボットとして作動させることにより、前記手動
操作による作動と、自動ロボットとしての作動とを、自
動的又は手動的に切替えたり、或は、併用して、協調的
に作動ができるようにした協調作業ロボット及びその操
作制御法に関する。

【０００２】具体的には、本来手動操作タイプとして形
成された補力装置を、本来的な手動操作による補力装置
として使用できると共に、自動操作によって、例えばパ
レタイジング，ピッキング，ハンドリング，平面自動倉
庫におけるピッカ−などとして使用でき、しかも、上記
手動操作と自動操作とによる作動を協調して行うことが
できるようにした作業ロボットとその操作方法に関する
ものである。

【０００３】

【従来の技術】これまで、荷重取扱装置などと称される
補力装置は、バランサ−や小型ア−ムクレ−ン等と呼ば
れる手動操作タイプの補力装置か、或は、溶接ロボット
や組立ロボット等に見られるように予め教示入力された
プログラム内容に従って自動的に作動するいわゆる自動
ロボットのいずれかに区分されて製造，提供されてお
り、種々の産業分野におけるロボットや補力装置の使用
箇所においても、いずれか一方の装置を選択，設置して
使用している。

【０００４】上記従来の装置のうち、補力装置として設
計されたものは、駆動力やア−ム構造によって荷重を重
力に対して吊下げ等により空中に持上げて支持し、この
支持位置での水平方向での移動は、人手による押出し
力、又は、引込み力を作用させる移動であったため、重
量の大きな荷物や大型で大重量の荷物の水平移動は容易
でない面があった。また、水平方向の移動が駆動力によ
って行われるように構成されたものであっても、その水
平移動を操作ボックスのスイッチ等を操作して行うた
め、高い精度での水平方向の位置決めや、水平方向での
微細な移動（例えば、インチング動作）には不向きであ
った。

【０００５】一方、自動ロボットは、一旦作動プログラ
ムを教示入力すれば、同じ作動を自動的に繰返し行うた
め、上記補力装置の難点はない反面、基本的には手動操
作が出来るように構成されていないこと、或は、動作パ
タ−ンを変えるには上記プログラムを変更をしなければ
ならないこと等のため、専用機としては有用であるが汎
用性に劣るという面があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
点に鑑み、一の装置を、従来のバランサ−や小型ア−ム
クレ−ン等のような手動操作タイプの補力装置として作
動させることができることは勿論、手動操作型の補力装
置としての使い勝手を向上させ、しかも、必要に応じ汎
用乃至は専用の自動ロボットとしても作動させることが
できるように形成することにより、手動操作型の補力装
置から汎用ロボット乃至は専用ロボットとして使用でき
るのみならず、これらの協調作動をさせることができる
ようにした協調作業ロボットとその操作制御方法を提供
することをその課題とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
を目的としてなされた本発明ロボットの構成は、荷重を
把持，吊下，吸着，載置等の支持手段によって垂直軸方
向に関して移動可能に支持すると共に、支持した前記荷
重を、駆動力によって水平面内で移動させることができ
るようにした荷重取扱機構において、前記支持手段を水
平面内で移動させるための駆動源を、手動操作指令及び
自動操作指令のいずれかによって作動制御するようにし
たことを特徴とするものである。

【０００８】また、上記協調作業ロボットの操作制御法
の構成は、把持，吊下，吸着，載置等の支持手段によっ
て保持した荷重を垂直軸方向に関して上下動自在に支持
すると共に、支持した前記荷重を、駆動力によって水平
面内で移動させることができるようにした荷重取扱機構
の作動において、前記支持手段を上下方向又は水平方向
に移動させるための駆動源に、手動操作指令と自動操作
指令とを、時系列上で適宜順序で並べて供給するように
し、前記駆動源の作動を制御することを特徴とするもの
である。

【０００９】

【作用】本発明装置は補力装置として手動操作によって
荷重を水平方向又は垂直方向に移動させ、この移動に引
きつづき、人が入ることができない場所や空間、例えば
液体内や有害環境空間内に荷物を移動させる作業を、自
動ロボットとして実行させることができる。また、本発
明装置では、手動操作による補力装置と自動操作による
自動ロボットとを、個々に独立して作動させることがで
きると共に、両機能を適宜組合せた形で協調した作業を
行わせることができる。

【００１０】

【実施例】次に本発明の実施例を図に拠り説明する。図
１は本発明を適用する公知の補力装置の第一例の側断面
図、図２は同じく第二例の斜視図、図３は同じく第三例
の斜視図、図４は同じく第四例の側面骨組図、図５は同
じく第五例の斜視図、図６は図１のＱ−Ｑ線矢視拡大
図、図７は図６のＲ−Ｒ線矢視図、図８は図１の装置に
おける支持部10の水平移動のための制御系の一例を示す
機能ブロック図、図９は図１の装置の自動ロボット作動
のための制御系の一例の機能ブロック図、図10は図２の
装置の平面図、図11は図10の装置の要部の拡大平面図、
図12は図２の装置の支持部10を水平移動させるための制
御系の一例の機能ブロック図、図13は図２の補力装置を
自動ロボットとして作動させるための制御系統を示す一
例の機能ブロック図である。

【００１１】図１において、１は第１ア−ム、２は第１
ア−ム１の先端にその後端を枢着1Pした第２ア−ム、1'
は第１ア−ム１に平行な第３ア−ム、2'は第２ア−ム２
に平行な第４ア−ムで、第３，第４ア−ム1'，2'は、夫
々の先端が第２ア−ム，第１ア−ム１に枢着1'P，2'Pさ
れると共に、当該両ア−ム1'，2'の後端がブラケット状
の機筺３に定位置で枢着3Pされており、かつ、上記の各
枢着点1P，1'P，2'P，3Pは平行四辺形をなすように形成
され、ア−ム機構A'に形成されている。

【００１２】上記ア−ム機構A'において、第１，第２ア
−ム１，２に対しては、それらに平行な副ア−ム1'a，
2'aが配設され、第２ア−ム２とその副ア−ム2'aの先端
には、垂直スライドガイド７が縦向きの姿勢で枢着2P，
2Pされている。一方、第１ア−ム１とその副ア−ム1'a
の後端は、ここでは一例として逆Ｔ字状をなすと共に、
その下部構成部分が機筺３に水平方向に設けた水平スラ
イドガイド51に摺動自在に支持された水平スライダ61に
枢着61P，61Pされている。なお、1nは２本の副ア−ム1'
aと2'aとを第１ア−ム，第２ア−ム２の枢着点1P，1'P
に結合するための結合リンクである。

【００１３】上記構成により、ア−ム機構A'は、水平ス
ライダ61がそのガイド51に沿って前後動することによ
り、当該ア−ム機構A'が伸縮するので、ア−ム２，2'の
先端に枢着2P，2Pした垂直スライドガイド７を水平方向
で進退させることができる。本発明では、前記水平スラ
イダ61の前後動をモ−タ6'の駆動力によって行うため、
機筺３の水平スライドガイド51を囲むように配設したガ
イドスプロケット6'aを介してチェ−ン6'bを掛け回すと
共に、このチェ−ン6'bの両端に上記スライダ61が挿入
連結されている。ガイドスプロケット6aの１つにはモ−
タ6'の駆動力が伝導されるように形成されている。

【００１４】一方、上記ア−ム２，2'aの先端に枢着2
P，2Pされた垂直スライドガイド７には平断面横向き凹
状をなす垂直スライド部材８が上下動自在に保持されて
いると共に、該スライド部材８の内部に、巻上機構12の
巻胴から繰出されるべルト等の索体11が挿通され、該索
体11の下端に、モ−タ９を介して荷重の支持部10が設け
られている。従って、索体11の繰出し，巻取りによって
支持部10と一体のスライド部材８がそのガイド７の中で
上，下動させられるように形成されている。

【００１５】図１において、12aは巻上機構の巻胴、12b
は支持部に設けた巻上機構の操作レバ−、12cは巻上機
構のモ−タ、10aは支持部10に設けたフックである。こ
こで、前記機筺３は、支柱４の上端において旋回自在に
搭載されていると共に、モ−タ５の回転力によって左右
に自在に回転できるようになっている。以上により、ア
−ム機構A'を利用した補力装置の一例を構成する。

【００１６】上記図１の補力装置において、荷重の昇
降、つまり、Ｚ軸上での移動は、モ−タ12cの正，逆回
転により支持部10を下端に有するスライド部材８を上下
させて行い、平面内での移動はモ−タ6'及びモ−タ５の
正，逆回転によりア−ム機構A'に伸縮と旋回をさせて行
うが、従来の使い方は、上記各モ−タ12c，6'，５の回
転を、操作ボックス等に設けたボタン操作等により行っ
ていた。この点、本発明では、特に水平方向での移動
を、支持部10に手をかけて移動させたい方向に押すこと
により、モ−タ５又は6'を起動させて行うようにした。
以下、この例について説明する。

【００１７】まず、図６，図７に示すように、垂直スラ
イド部材８の下端に固着されたモ−タ９と、このモ−タ
９によってＺ軸回りに回転自在に支持された支持部10と
の接合部に、Ｘ，Ｙ軸の＋，−側に関して、夫々圧力セ
ンサYP1，YP2、XP1，XP2を配置し、支持部10に人手によ
り加えられる押し力又は引き力を検出するようにした。

【００１８】上記４つのセンサYP1〜XP2は、その出力が
図８に一例として示す制御系によって処理され、支持部
10をＹ軸の＋，−方向又はＸ軸の＋，−方向に水平行動
させるためのモ−タ５，6'の制御信号を形成するように
した。この一例を以下に説明する。

【００１９】図８において、上記センサYP1〜XP2のいず
れかの出力は、まず軸判別部71に供給され、Ｘ，Ｙ両軸
に関するいずれの軸のセンサYP1〜XP2が作動しているか
が判別される。例えば、Ｙ軸側の圧力センサYP1又はYP2
のいずれかが作動していると、その旨の信号が前記判別
部71から出力され、この出力を受けたＹ軸の方向判別部
72Yが作動してＹ軸のいずれのセンサYP1又はYP2から出
力があるのかを判別して、モ−タ6'の回転すべき方向を
判別する。

【００２０】方向判別部72Yにおける前記判別信号は、
モ−タ6'の回転方向の判別信号として次のＹ軸の演算部
73Yに供給されると共に、この演算部73Yでは前記センサ
YP1又はYP2の出力に比例した大きさの信号を演算形成す
る。この演算はコントロ−ル部76の指令によって所定の
サンプリング周期においてなされ、逐次、前記センサ出
力に比例した信号を形成する。

【００２１】上記演算部73Yの出力信号は、モ−タ指令
信号形成部74Yに上記のサンプリング周期において逐次
供給されてモ−タ6'の指令信号に形成され、次のサ−ボ
アンプ75Yに供給される。モ−タ6'はサ−ボアンプ75Yの
出力によって、前記センサYP1又はYP2の出力に比例した
出力で正方向又は逆方向に回転させられるのである。

【００２２】モ−タ6'の正転、又は、逆転は、図１のア
−ム機構A'におけるスライダ61をそのガイド51に沿って
前，後動させるから、ア−ム１，２等により形成された
ア−ム機構A'を介して当該スライダ61に連結された支持
部10は、図１の左，右方向に独り手に水平移動する。し
かも、上記スライダ61のスライド動作の速度、つまり、
モ−タ6'の回転数又は速度は、上記センサYP1又はYP2の
出力に比例するように制御されているので、センサ出力
が大きくなれば、移動速度が高まり、センサ出力がなく
なれば、モ−タ6'の回転が止まって移動も停止する。

【００２３】上記説明は、圧力センサYP1，YP2のいずれ
かの出力によるＹ軸に関する支持部10の水平移動につい
てであるが、図１の補力装置では、Ｘ軸方向に関する水
平移動は、Ｘ軸センサXP1，XP2の出力により、モ−タ５
が時計方向、又は、反時計方向に回転させられることに
よってなされる。ここで、Ｘ軸に関するモ−タ５は、ブ
ラケット状の機筺３を支柱４上で旋回させるだけである
から、この作動のみによっては、支持部10はＸ軸方向に
直線運動は行えない。しかし、この機筺３の支柱４上で
の旋回に上記Ｙ軸に関するスライド移動を加えてやれ
ば、支持部10をＸ軸上で直線的に水平移動させることが
可能になる。

【００２４】次に、本発明では、図１の補力装置を自動
ロボットとして作動させるため、一例として図９に示す
制御系を図１の補力装置に搭載したので、次にこの制御
系について説明する。

【００２５】図１に示した補力装置は、これを手動操作
する場合には、少なくとも巻上機構12のモ−タ12cをハ
ンドル12bの手動操作により駆動制御する一方、他のモ
−タ５，6'，９は電源を投入しないか、又ははクラッチ
を切って、自由に旋回できる状態におかれている。この
場合において、他の各モ−タ５，6'，９を手動操作で駆
動制御できるようにしておくことは任意であるが、いず
れにしても、図１に示した補力装置は手動操作タイプの
補力装置として用いることができる。

【００２６】一方、図１の補力装置を自動ロボットとし
て作動させるため、本発明ではア−ム機構A'の旋回軸V1
のモ−タ５、及び、水平スライダ61と垂直スライド部材
８に対し、夫々に、エンコ−ダ等の角度検出器による角
度センサ13と距離検出器による距離センサ14'，15を設
け、巻上機構12のモ−タ12cと水平スライダ61のモ−タ
6'、及び、モ−タ５に対する駆動制御のための制御系を
構成する。なお、16は支持部10の旋回角検出用のセンサ
である。

【００２７】図９において、センサ13，14'，15は、一
例として、図１に示した第１，第２ア−ム１，２が図１
に示す姿勢にあり、かつ、支持部10が図１，図７に示す
向きにあるときを夫々の軸の原点とし、各可動部分をそ
れらの原点位置から旋回、又は、移動をさせるとき、そ
の旋回角又は移動量を、常時、例えば、パルス信号によ
り検出できるように設けられている。

【００２８】上記の各センサ13，14'，15，16の検出信
号は、ア−ム機構A'，水平スライダ61，垂直スライド部
材８，支持部10に対する旋回方向，旋回角度、及び、ス
ライド方向、スライド量の指令値を形成するために、或
は、指令値に対するフィ−ドバック信号を形成するため
に使用する。以下にセンサ13，14'，15，16の信号の利
用態様について図９の制御系統図により説明する。例え
ば、モ−タ５，6'，９と、このモ−タ５，6'，９により
旋回又はスライドさせられるア−ム機構A'とスライダ61
及び支持部10の旋回角を、夫々検出するための各センサ
13，14'，16、並びに、垂直スライド部材８の移動をさ
せるモ−タ12cとその移動量を検出する距離センサ15と
の関係は、図９の制御系において一例として次のように
構成されている。

【００２９】即ち、センサ15の出力信号は切換部15aを
経由して、指令値設定部17a又は現在値検出部17bに供給
されるように形成されている。一方、前記設定部17aと
検出部17bの数値デ−タは、まず設定部17aのデ−タが演
算部18に一旦記憶されると同時にそこを経由して制御部
19に供給され、例えば、サ−ボアンプ20によりモ−タ12
cを駆動させる。このモ−タ12cの駆動時、センサ15によ
り検出された検出部17bの数値デ−タが演算部18におい
て前記設定部17aからのデ−タと比較演算され、その演
算値によって前記制御部19の出力がコントロ−ルされサ
−ボアンプ20を経てモ−タ12cが停止制御される。

【００３０】上記以外の各モ−タ５，6'，９、及び、各
センサ13，14，16についても、上記と同様の構成であ
る。13a，14a，16aは切換回路、21a，25a，29aは指令値
設定部、21b，25b，29bは現在値検出部、22，26，30は
演算部、23，27，31は制御部、24，28，32はサ−ボアン
プである。なお、33は各制御部19，23，27，31に対し
て、その作動順序を設定する作動順序切換シ−ケンス制
御部である。各モ−タ５，6'，９，12cに対する作動順
序は予め任意に設定することができ、後からの変更も可
能である。また、各指令設定部17a，21a，25a，29aへの
設定値の入力は、デジスイッチ等の入力手段34により移
動又は旋回方向と数値デ−タを直接入力できるようにし
てもよい。

【００３１】上記の各モ−タ５，6'，９，12cに対し、
一例として図９に示す駆動制御系を具備した本発明の協
調作業ロボットは、手動操作と自動操作を任意に選択的
に行うことができるので、次にこの点について説明す
る。

【００３２】手動操作においては、例えば、モ−タ５，
6'，９を起動させず、又は、前記モ−タ５，6'，９の停
止状態または起動状態でクラッチ（図示せず）を切り、
ア−ム機構A'の姿勢変形、つまりスライダ61のスライド
と旋回、及び、荷重の支持部10の旋回は人手により自由
に実行できるようにしておき、モ−タ12cに対する作動
指令のみを、操作ハンドル12b、又は、図示しない手許
の操作スイッチ等により行うことができるようにする。

【００３３】この構成により、ア−ム機構A'は従来公知
の手動操作型の補力装置と同様に、支持部10のフック10
aに吊下支持した荷重を、モ−タ12cの正方向又は逆方向
回転によって所望の高さに上下移動させて吊下保持し、
この高さの状態において、ア−ム機構A'を支柱４の上で
人手により旋回させたり、支持部10をその場で旋回させ
て、荷重を所望の水平面上の位置に人手によって位置付
けることができる。なお、この手動操作において、上記
ア−ム機構A'を旋回させるためモ−タ５、或は、スライ
ダ61のモ−タ6'を手動スイッチ（図示せず）等により作
動させるように構成したり、先に図１，図６，図７，図
８により説明した実施例の態様のように構成することは
任意である。

【００３４】他方、上記ア−ム機構A'を自動ロボットと
して作動させるには、一例として次のようにすることが
できる。まず、各センサ13〜16を始めとして各モ−タ
５，6'，９，12cに対する制御系を作動可能の状態にす
る。ここで、上記各モ−タ５，6'，９，12cのクラッチ
を切った状態か、又は、クラッチをつないで手動スイッ
チ等による各モ−タの作動により、夫々の可動部分であ
るア−ム機構A'，スライダ61，支持部10を、夫々の原点
から実際にスライド又は旋回させ、これにより各センサ
13〜16によって検出されるスライド距離や旋回角度を指
令値として、夫々の設定部17a，21a，25a，29aに設定し
記憶させる。

【００３５】上記のようにして水平スライダ61'，水平
スライド部材８、ア−ム機構A'，支持部10に対するスラ
イド量又は旋回角の設定が終れば、各モ−タ12c，５，
6'，９の作動順序をそのシ−ケンス制御部33に設定する
ことにより、各モ−タ12c，５，6'，９の夫々の制御部1
9，23，27，31に作動指令信号が供給され、これらの各
モ−タ12c，５，6'，９が前記で設定された作動順序並
びに夫々の指令値によって、夫々に駆動されるのであ
る。各モ−タ12c，５，6'，９が、順に又は同時に、駆
動されることによる前記の水平スライダ61，垂直スライ
ド部材８、ア−ム機構A'、支持部10の現在移動位置や現
在旋回角は、各センサ13，14'，15，16により夫々に検
出されて各演算部18，22，26，30に供給されて先の指令
値と比較され、例えば夫々の指令値がゼロになることに
より、夫々のモ−タ５，6'，９，12cが順に停止させら
れ、支持部10を所望位置に所望の向きで自動位置決めす
るのである。このような自動位置決めのあと、例えば所
定時間の経過、又は、次の指令値などによって、各可動
部分を当初の原点に戻したり、支持部10の次の位置決め
のための動作を前記可動部分に行わせる。

【００３６】上記の自動ロボットとしての作動の一例
は、ア−ム機構A'，支持部10，スライダ61，スライド部
材８の各駆動源となる各モ−タ５，6'，９，12cに対す
る制御指令となる指令値の設定を、手動操作による動作
時に各センサ13〜16に検出される旋回角，スライド量の
検出値によって行ったが、本発明ではこれらの数値を入
力手段34から各指令値の設定部17a，21a，25a，29aに、
夫々数値デ−タで入力することもできるので、そのよう
にしてもよい。

【００３７】このような指令値の設定方法をとると、モ
−タ12cを除く各モ−タ５，6'，９を停止させたり、或
は、駆動状態のままクラッチ等の作用で駆動対象から切
離した状態において、本発明ロボットを手動操作によっ
て補力装置として作動させ、この手動操作に引きつづ
き、所定のスライド地点乃至は旋回角以降のスライドや
旋回動作を、予め設定した指令値によって駆動させるよ
うにすることができる。つまり、手動操作の補力装置と
設定された指令値によって自動的に作動するロボットと
しての動作を、時系列上又は各軸における全移動距離の
上において適宜順序で組合せ協調させた形で行わせるこ
とができることとなる。

【００３８】つまり、上記の手動操作による各モ−タ
５，6'，９，12cに対する操作制御によって支持部10を
上下方向と、水平方向に移動，旋回させるとき、その移
動量や旋回角と、自動操作による前記支持部10の移動量
や旋回角とを、前記移動量や旋回角の設定部に予め設定
しておき、手動操作による移動，旋回と自動操作による
移動，旋回とを、前記設定した全移動量，全旋回角の中
で、連続して実行できるようにすることができる。

【００３９】本発明の協調作業ロボットでは、各モ−タ
５，6'，９，12cに対する回転，停止のための制御操作
を、手許の操作スイッチなどによって有線制御により行
うか、或は、電波等を利用した無線制御によって行うよ
うにすることは、任意である。

【００４０】上記実施例で説明したように、本発明装置
は手動操作して用いる補力装置機能と、支持部10を各移
動軸に関して予め移動方向，移動量を設定して移動させ
るようにした自動ロボット機能とを、夫々独立して機能
させることができるほか、上記の２つの機能を、時系列
上で、或は、各軸の移動距離の中で適宜組合せて機能さ
せることも可能であるから、次のような態様において使
用することができる。

【００４１】即ち、支持部10の全可動範囲において、例
えば各軸の移動距離終端とその近傍を、いわばセ−フテ
ィ−ゾ−ンとして予め設定し、このセ−フティ−ゾ−ン
を除いた可動範囲において自動操作のための各軸移動距
離に関する設定値を設定して、上記荷重取扱装置を自動
操作により作動させるのである。この場合において、前
記自動操作により作動に入る前、及び、自動操作による
作動が終了したあとは、荷重取扱装置の支持部10は、上
記セ−フティ−ゾ−ンに位置し、及び、該ゾ−ンに戻る
ようにして設定するように、上記指令値の設定を行う。
そして、支持部10がセ−フティ−ゾ−ンに位置している
ときは、手動操作によって全可動範囲における支持部10
の移動を行わせることができるように設定するのであ
る。

【００４２】支持部10に上記のような作動態様をとらせ
ることができる本発明装置は、一つの装置により、自動
操作によるパレタイジングマシン，ピッキングマシン，
ハンドリングマシン，平面自動倉庫のピッカ−などとし
て作動する自動ロボットとして機能させることができる
一方、そのような自動ロボットとして機能させていない
ときは、手動操作による補力装置として使用することが
できるようになる。

【００４３】次に、上述した本発明を図２のア−ム機構
Ａによる補力装置に適用した例を、図２，図10〜図13に
より説明する。図２において、第１ア−ム部材１と第２
ア−ム部材２とは垂直軸V1を介して水平面内で折畳，伸
長可能に接続されている。第１ア−ム部材１の後端は、
短筒状の機筺３に固着され、該機筺３ごと垂直軸V2を介
して支柱４に旋回自在にマウントされている。各軸V1，
V2にはア−ム旋回用のモ−タ５，６がクラッチ等を介し
て離接自在に結合されている。

【００４４】第２ア−ム部材２の先端には、荷重支持部
10の上下移動を案内する垂直スライドガイド７が設けら
れ、該ガイド７に、断面が横向き凹形状をなす棒状の垂
直スライド部材８が上下スライド自在に装着されている
と共に、該部材８の下端に旋回用モ−タ９を介して荷重
の支持部10がフック10aを具えて設けられている。

【００４５】上記スライド部材８の上，下動のための構
造は、一例として、次のように構成されている。即ち、
スライド部材８の下端に、先端を固着したテ−プ状又は
紐状の索部材11が第２ア−ム部材２の先端を経由して第
２ア−ム部材２の後端に設けた巻上機構12の巻胴12aに
巻取られており、従って、前記索部材11が巻上機構12の
巻胴12aに巻上げられたり、繰出されたりすることによ
り、上記スライド部材８は荷重の支持部10と一体に垂直
軸、つまりＺ軸上で上，下動するのである。なお、12b
は索部材11の巻上げ，繰出し指令用の操作ハンドル、12
cは前記ハンドル12bの操作によって正，逆転する巻上胴
12aのモ−タである。

【００４６】本発明を適用する図２に示した補力装置
は、これを手動操作する場合には、少なくとも巻上機構
12のモ−タ12cをハンドル12b手動操作により駆動制御す
る一方、他のモ−タ５，６、９は電源を投入しないか、
又は起動状態でクラッチを切って、自由に旋回できるよ
うにしておく。この場合、他の各モ−タ５，６，９を手
動操作で駆動制御できるようにしておいてもよい。いず
れにしても、図１に示した補力装置は手動操作タイプの
補力装置として用いられるものである。

【００４７】一方、図２の本発明を適用する補力装置を
自動ロボットとして作動させるため、本発明では各旋回
軸V1，V2のモ−タ５，６とスライド部材８に対し、夫々
に、角度センサ13，14と距離センサ15を設け、巻上機構
12のモ−タ12c、及び、各モ−タ５，６に対する駆動制
御のための制御系を構成する。なお、16は支持部10の旋
回角検出用のセンサである。この制御系の一例を図６に
より説明する。

【００４８】図６において、センサ13，14，15は、一例
として、図１に示した第１，第２ア−ム１，２が図７に
示すように直角状をなした姿勢にあり、かつ、支持部10
が図示の向き，位置にあるときを夫々の軸の原点とし、
各可動部分をそれらの原点位置から旋回、又は、上下移
動をさせるとき、その旋回角又は移動量を、例えば、パ
ルス信号により検出できるようにしている。

【００４９】上記の各センサ13，14，15，16の検出信号
は、第１，第２ア−ム１，２，スライド部材８，支持部
10に対する旋回方向，旋回角、及び、スライド方向、ス
ライド量の指令値を形成するため、或は、指令値に対す
るフィ−ドバック信号を形成するために使用する。以下
にセンサ13，14，15，16の信号の利用態様について図13
の制御系統図により説明する。例えば、モ−タ５，６，
９と、このモ−タ５，６，９により旋回させられる第１
ア−ム１，第２ア−ム２，支持部10の旋回角を検出する
ための各センサ13，14，16、及び、スライド部材８の
上，下移動をさせるモ−タ12cとその移動量を検出する
距離センサ15との関係は、図13の制御系においては一例
として次のように構成されている。

【００５０】即ち、センサ15の出力信号は切換部15aを
経由して、指令値設定部17a又は現在値検出部17bに供給
されるように形成されている。一方、前記設定部17aと
検出部17bの数値デ−タは、まず設定部17aのデ−タが演
算部18に一旦記憶されると同時にそこを経由して制御部
19に供給され、例えば、サ−ボアンプ20によりモ−タ12
cを駆動させる。このモ−タ12cの駆動時、センサ15によ
り検出された検出部17bの数値デ−タが演算部18におい
て前記設定部17aからのデ−タと比較演算され、その演
算値によって前記制御部19の出力がコントロ−ルされサ
−ボアンプ20を経てモ−タ12cが停止制御される。

【００５１】上記以外の各モ−タ５，６，９、及び、各
センサ13，14，16についても、上記と同様の構成であ
る。図13において、13a，14a，16aは切換回路、21a，25
a，29aは指令値設定部、21b，25b，29bは現在値検出
部、22，26，30は演算部、23，27，31は制御部、24，2
8，32はサ−ボアンプである。なお、33は各制御部19，2
3，27，31に対して、その作動順序を設定する作動順序
切換シ−ケンス制御部である。各モ−タ５，６，９，12
cに対する作動順序は予め任意に設定することができ、
後からの変更も可能である。また、各指令設定部17a，2
1a，25a，29aへの設定値の入力は、デジスイッチ等の入
力手段34により移動又は旋回方向と数値デ−タを直接入
力できるようにしてもよい。

【００５２】上記の各モ−タ５，６，９，12cに対し、
図13に示す駆動制御系を具備した本発明の協調作業ロボ
ットは、手動操作と自動操作を任意に選択的に行うこと
ができるので、次にこの点について説明する。

【００５３】手動操作においては、例えば、モ−タ５，
６，９を起動させず、又は、前記モ−タ５，６，９の起
動状態または停止状態でクラッチ（図示せず）を切り、
第１ア−ム１，第２ア−ム２，荷重の支持部10の旋回は
入手により自由に実行できるようにしておき、モ−タ12
cに対する作動指令のみを、操作ハンドル12b、又は、図
示しない手許の操作スイッチ等により行うことができる
ようにする。

【００５４】この構成により、ア−ム機構Ａは従来公知
の手動操作型の補力装置と同様に、支持部10に吊下支持
した荷重を、モ−タ12cの正方向又は逆方向回転によっ
て所望の高さに上下でスライドさせて吊下保持し、この
高さの状態において、第１ア−ム１と第２ア−ム２とを
人手により旋回させたり、支持部10をその場で旋回させ
て、荷重を所望の水平面上の位置に人手によって位置付
けることができる。なお、この手動操作において、上記
ア−ム機構Ａにおける第１ア−ム１，第２ア−ム２を旋
回させるためモ−タ５，６を手動スイッチ（図示せず）
等により作動させるよう構成することは任意である。

【００５５】他方、上記ア−ム機構Ａを自動ロボットと
して作動させるには、一例として次のようにすることが
できる。まず、各センサ13〜16を始めとして各モ−タ
５，６，９，12cに対する制御系を作動可能の状態にす
る。ここで、上記各モ−タ５，６，９，12cのクラッチ
を切った状態か、又は、クラッチをつないで手動スイッ
チ等による各モ−タの作動により、夫々の可動部分であ
る第１ア−ム１，第２ア−ム２，支持部10を、夫々の原
点から実際にスライド又は旋回させたい量又は角度だけ
作動させ、これによりセンサ13〜16によって検出される
スライド距離や旋回角度を指令値として、夫々の設定部
17a，21a，25a，29aに設定し記憶させる。

【００５６】上記のようにしてスライド部材８、ア−ム
１，２、支持部10に対するスライド量又は旋回角の設定
が終れば、各モ−タ12c，５，６，９の作動順序をその
シ−ケンス制御部33に設定することにより、各モ−タ12
c，５，６，９の夫々の制御部19，23，27，31に作動指
令信号が供給され、これらの各モ−タ12c，５，６，９
が前記で設定された作動順序並びに夫々の指令値によっ
て、夫々に駆動されるのである。各モ−タ12c，５，
６，９が、順に又は同時に、駆動されることによる前記
各スライド部材８、ア−ム１，２、支持部10の現在移動
量や現在旋回角は、各センサ13，14，15，16により夫々
に検出されて各演算部18，22，26，30に供給されて先の
指令値と比較され、例えば夫々の指令値がゼロになるこ
とにより、夫々のモ−タ５，６，９，12cが順に停止さ
せられ、支持部10を所望位置に所望の向きで自動位置決
めするのである。このような自動位置決めのあと、例え
ば所定時間の経過、又は、次の指令値などによって、各
可動部分を上記原点に戻したり、支持部10の次の位置決
めのための動作を前記可動部分に行わせる。

【００５７】上記の自動ロボットとしての作動は、第
１，第２ア−ム１，２、支持部10、スライド部材８の各
駆動源となる各モ−タ５，６，９，12cに対する制御指
令となる指令値の設定を、手動操作による動作時に各セ
ンサ13〜16に検出される旋回角，スライド量の検出値に
よって行ったが、本発明ではこれらの数値を入力手段34
から各指令設定部17a，21a，25a，29aに、夫々数値デ−
タで入力することもできるので、そのようにしてもよ
い。

【００５８】このような指令値の設定方法をとると、モ
−タ12cを除く各モ−タ５，６，９を停止させたり、或
は、駆動状態のままクラッチ等の作用で駆動対象から切
離した状態において、本発明ロボットを手動操作によっ
て補力装置として作動させ、この手動操作に引きつづ
き、所定のスライド地点乃至は旋回角以降のスライドや
旋回動作を、予め設定した指令値によって駆動させるよ
うにすることができる。つまり、手動操作の補力装置と
指令値によって自動的に作動するのロボットとしての動
作を、連続的に併用して協調させた形で行わせることが
できることとなる。

【００５９】本発明の協調作業ロボットでは、各モ−タ
５，６，９，12cに対する回転，停止の制御を、手許の
操作スイッチなどによって有線制御により行うようにし
たり、或は、電波等を利用した無線制御によって行うよ
うにすることは、任意である。

【００６０】次に、本発明では、図２の補力装置に対す
る実施例における荷重の支持部10を水平方向に移動させ
るとき、前記支持部10に人手により加える水平方向の付
勢力を歪ゲ−ジや圧力センサ等のセンサで検出するよう
にし、この検出信号により、水平方向の移動の駆動源と
なるモ−タ５又は６を駆動制御する。この点について図
10，図11，図12により説明する。

【００６１】例えば、図10，図11に示すように、第２ア
−ム部材２の先端と荷重の支持部10の接続部に、ア−ム
機構Ａを平面からみて、仮想線ＬをＸ軸とする直交座標
を設定し、この座標上の原点、即ち、支持部10の中心軸
（Ｚ軸）を原点としてＹ軸の＋，−の側、Ｘ軸の＋，−
の側に夫々圧力センサYP1，YP2、XP1，XP2を設ける。そ
して、一例として、荷重の支持部10がＹ軸の＋側に付勢
されると、圧力センサYP1がこれを検出し、図７におけ
るモ−タ５を時計方向、モ−タ６を反時計方向に、互に
逆転させて支持部10をＹ軸の＋側に移動させる。また、
前記による移動後の位置において、前とは逆にＹ軸の−
側に付勢させると、センサYP2がその検出信号を出力す
るので、前記モ−タ５，６は前記とは逆方向で互に逆転
させて支持部10をＹ軸の一側に水平移動させるようにで
きるのである。

【００６２】同様に、荷重の支持部10にＸ軸の＋方向又
は一方向に向う付勢される力が加えられると、Ｘ軸上の
圧力センサXP1又はXP2が上記の力が付勢された方向を検
出してモ−タ５を正転又は逆転させると共にモ−タ６を
逆転又は正転させ、支持部10をＸ軸の＋側又は−側に水
平移動させるのである。上記の支持部10の水平移動にお
いて、モ−タ５又は６の回転を止める、つまり、支持部
10の水平方向での移動を止めるには、一例として支持部
10に加えている力を取除けば、いずれのセンサにも検出
信号が生じないので、モ−タ５，６の回転は止まる。

【００６３】次に、上記の水平移動の指令信号を形成す
るための４個のセンサYP1，YP2，XP1，XP2における検出
信号とモ−タ５，６の回転速度，回転方向，回転角との
関係について、図12の制御系により説明する。

【００６４】各センサYP1，YP2，XP1，XP2のいずれかに
信号が形成されたかは、Ｘ，Ｙ各軸の判別部51，52によ
り検出される。各軸の判別部51，52からの信号はモ−タ
の回転方向判別と回転方向指令の信号を形成する方向判
別指令部53に供給される。

【００６５】一方、上記の判別指令部53には、角度セン
サ13，14からモ−タ５，６により旋回させられる第１ア
−ム１と第２ア−ム２の現在角度（原点からの角度）を
示す信号が供給されるように形成されているので、上記
の方向判別指令部53では、各モ−タ５，６について、夫
々にその回転方向とその方向での回転速度指令の信号
が、原点からみた上記現在角度と速度基準値を基準にし
て形成される。54，55は、そのための演算部、56，57は
各モ−タ５，６に関しての現在角度検出部である。

【００６６】58，59は回転指令信号の形成部で、この実
施例では各ア−ム１，２に予め旋回限度角が設定されて
いるので、その限度角を基準にして、前記演算部54，55
から出力される旋回角度と回転速度の指令信号を、各モ
−タ５，６の回転指令信号に形成する。各モ−タ５，６
は、回転指令信号形成部58，59に前記いずれかのセンサ
YP1〜YP2から検出出力が入力されている限り、上記回転
指令（旋回角と速度）信号を基にした制御信号により、
ア−ム１，２の旋回限度まで回転する。センサYP1〜XP2
のいずれからも出力がなければ停止する。従って、ア−
ム１，２の旋回限度の手前でモ−タ５，６を停めるに
は、支持部10に対し平行移動させたい方向に付勢してい
る力を加えるのを止めればよい。

【００６７】上記の図12の制御系において、ア−ム１，
２の旋回限度角を設定しないでモ−タ５，６を制御する
ようにしてもよい。このようにすると、支持部10におい
ていずれかのセンサYP1〜XP2に検出信号がなくなるまで
モ−タ５又は６は、上記の制御アルゴリズムにより、い
ずれかのセンサYP1〜XP2に検出される信号によって回転
をつづけることとなる。

【００６８】本発明は、上述の図１及び図２に示した補
力装置に適用した夫々の制御内容を、図３〜図５に示し
た補力装置にも、ほとんどそのまま適用することができ
る。以下、図３〜図５の補力装置の構造の概略について
説明する。以下の説明において、図１，図２と同一符号
は同一部材を指すものとする。

【００６９】まず、図３の補力装置は、支柱４の上に筒
状ブラケットによる機筺３を回転自在に載架し、この機
筺３がモ−タ５により回転自在である点は、先の実施例
と同様である。前記機筺３には、平面内で平行な２本の
ア−ム1'がそれらの基端部において水平な姿勢で取付け
られている。上記２本のア−ム1'，1'の上面はラック等
によるガイド面6'g，6'gに形成されており、このガイド
面6'gに、転輪6'fを下面側に設け、当該転輪6'fが前記
ガイド面6'gに支持案内される台車状のスライダ61'が載
架されている。

【００７０】上記スライダ61'には、そのほぼ央部に垂
直スライドガイド７が貫通して設けられていると共に、
このガイド７に垂直スライド部材８が挿装されている。
また、上記スライダ61'には巻上機構12が取付けられ、
その索体11が前記スライド部材８を経由して、このスラ
イド部材８の下端に設けられた支持部10（図３には表わ
れず）に結合されている。従って、垂直スライド部材８
が巻上機構12のモ−タ12cの作動によって索体11を介し
てガイド７に沿って上下移動し、この結果、支持部10が
上下移動可能である点は、上記２つの例と同様である。

【００７１】上記スライダ61aは、ア−ム1'のガイド面
6'g上を前後動するため、モ−タ6'，減速機（図示せ
ず）などによる駆動機構がこのスライダ61'の転輪6'fに
連結されて設けられている。これによって、前記スライ
ダ61'はア−ム1'の長さ方向に前後移動可能になる。

【００７２】従って、図３の補力装置でも、その支持部
10は、３個のモ−タ５，6'，12cによって、上下動及び
水平面内での移動が可能であり、また、それゆえ、図
１，図２の補力装置により説明した制御アルゴリズムの
適用ができるのである。

【００７３】図４の補力装置は、ア−ム１，２を主体と
してア−ム機構A"が形成される点で、図１の補力装置の
ア−ム機構に類似する。しかし、図４の装置では、第３
ア−ム1'と第４ア−ム2'との枢着部3Pが水平ガイド51に
支持案内され、第１ア−ム１後端が垂直ガイド7'に支持
案内されるように構成されている点で、図１の装置と異
なっている。

【００７４】図４の装置では、ア−ム機構A"が上記２つ
のガイド7'，51に支持案内されて姿勢を変形することに
より、支持部10が上下移動及び横方向移動することがで
きるので、これまでの例のように、垂直スライド部材８
は不要である。

【００７５】図５の補力装置は、図２に示した補力装置
におけるア−ム1'，1'を、ガントリ−型のフレ−ム4Fの
上に移動可能に載架したものと等価である。従って、図
５において図２と同一符号は同一部材を示す。

【００７６】フレ−ム4Fの横桁4hに載架されるア−ム
1'，1'と実質上同じである走行台車1Bには転輪1rを設
け、この転輪1rにモ−タ5'，減速機（図５に表われず）
を連結して、前記台車1Bがフレ−ム4Fの横桁4hに沿って
水平移動できるように構成されている。この結果、図４
の装置における支持部10は、前記モ−タ5'，6'の作動に
よってＸ，Ｙ軸平面上で移動可能であり、また、巻上機
構12のモ−タ12cの作用でＺ軸上で上下移動可能であ
り、加えて、モ−タ９の作用でＺ軸回りにおいて旋回自
在である。そして、支持部10がこのような作動範囲で作
動できる補力装置は、上記各実施例と同様に手動操作及
び自動操作において操作制御の適用ができる。

【００７７】以上の実施例において、支持部10の移動
は、主としてチェ−ンやベルトをモ−タによって駆動す
ることにより行う構造であったが、本発明における駆動
力の出力並びにその伝達媒体には、上記チェ−ンやベル
トのほか、モ−タに駆動される送りねじ（スクリュ
−）、或は、ラック，ピニオン、若しくは、油圧又は空
圧シリンダを用いるようにしてもよい。

【００７８】

【発明の効果】本発明は以上の通りであって、手動操作
タイプの補力装置として形成されている補力装置を、自
動ロボットとしても作動できるように構成すると共に、
手動操作ロボットと自動ロボットとの作動を様々な態様
で協調作動できるようにしたので、これまでの補力装置
としての単能機、或は、自動ロボットとしての単能機
を、それらの長所を活かした形で連繋して作動させるこ
とができるようになり、多くの産業分野においてきわめ
て有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明を適用する公知の補力装置の第一
例の側断面図。

【図２】公知補力装置の第二例の斜視図。

【図３】公知補力装置の第三例の斜視図。

【図４】公知補力装置の第四例の側面骨組図。

【図５】公知補力装置の第五例の斜視図。

【図６】図１のＱ−Ｑ線矢視拡大図。

【図７】図６のＲ−Ｒ線矢視図。

【図８】図１の装置における支持部10の水平移動のため
の制御系の一例を示す機能ブロック図。

【図９】図１の装置の自動ロボット作動のための制御系
の一例の機能ブロック図。

【図10】図２の装置の平面図。

【図11】図10の装置の要部の拡大平面図。

【図12】図２の装置の支持部10を水平移動させるための
制御系の一例の機能ブロック図。

【図13】図２の補力装置を自動ロボットとして作動させ
るための制御系統を示す一例の機能ブロック図。

【符号の説明】

１ 第１ア−ム ２ 第２ア−ム ３ 機筺 ４ 支柱 ５ モ−タ ６ モ−タ ７ 垂直スライドガイド ８ 垂直スライド部材 ９ モ−タ 10 支持部 11 索部材 12 巻上機構 13，14，15，16 センサ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷重を把持，吊下，吸着，載置等の支持
   手段によって垂直軸方向に関して移動可能に支持すると
   共に、支持した前記荷重を、駆動力によって水平面内で
   移動させることができるようにした荷重取扱機構におい
   て、前記支持手段を水平面内で移動させるための駆動源
   を、手動操作指令及び自動操作指令のいずれかによって
   作動制御するようにしたことを特徴とする協調作業ロボ
   ット。
2. 【請求項２】 支持手段の水平面内での移動は、該支持
   手段の垂直軸を原点とする平面座標上において前記支持
   手段に加わる圧力又は該支持手段の微小変位を検出する
   センサを配し、前記支持手段に人手により加えられる水
   平方向での移動を示すベクトルを前記センサにより検出
   し、該センサの検出出力に比例させて、水平移動のため
   の駆動源の出力を制御するようにした請求項１の協調作
   業ロボット。
3. 【請求項３】 荷重の支持手段は、垂直軸方向におい
   て、駆動力により上下移動させるようにした請求項１又
   は２のいずれかの協調作業ロボット。
4. 【請求項４】 荷重の支持手段の移動は、チェ−ン，ベ
   ルト，スクリュ−，ラック，シリンダロッド等の前記支
   持手段をその移動軸に沿って変位させる変位部材と、該
   変位部材に変位駆動力を入力する駆動源とにより形成し
   た請求項１〜３のいずれかの協調作業ロボット。
5. 【請求項５】 支持手段の移動は、距離検出器又は角度
   検出器によって、常時、その現在位置を検出するように
   した請求項１〜４のいずれかの協調作業ロボット。
6. 【請求項６】 把持，吊下，吸着，載置等の支持手段に
   よって保持した荷重を垂直軸方向に関して上下動自在に
   支持すると共に、支持した前記荷重を、駆動力によって
   水平面内で移動させることができるようにした荷重取扱
   機構の作動において、前記支持手段を上下方向又は水平
   方向に移動させるための駆動源に、手動操作指令と自動
   操作指令とを、時系列上で適宜順序で並べて供給するよ
   うにし、前記駆動源の作動を制御することを特徴とする
   協調作業ロボットの操作制御方法。
7. 【請求項７】 手動操作指令と自動操作指令は、荷重の
   支持手段の移動軸に関し、その移動軸での全移動距離の
   中で組合せて供給する請求項６の協調作業ロボットの操
   作制御方法。
8. 【請求項８】 把持，吊下，吸着，載置等の支持手段に
   よって保持した荷重を垂直軸方向に関して上下動自在に
   支持すると共に、支持した前記荷重を、駆動力によって
   水平面内で移動させることができるようにした荷重取扱
   機構の作動において、前記支持手段の全可動範囲の中
   に、当該支持手段が自動操作指令によって作動する可動
   範囲であって前記全可動範囲より狭い自動操作範囲を設
   定し、前記荷重取扱機構の自動操作は設定した上記自動
   操作範囲の中において行わせるようにすると共に、この
   自動操作の開始時と終了したあと、前記荷重取扱機構を
   前記全可動範囲の中で自動操作範囲の外側に位置付ける
   ことを特徴とする協調作業ロボットの操作制御方法。