JPS5935754B2 - 産業ロボツトにおける手の位置・姿勢制御方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、産業用ロボットにおける手の位置および姿
勢を、それぞれ互に独立して制御し得るようにした、産
業用ロボットにおける手の位置。

姿勢制御方法およびその装置に関する。一般に、産業ロ
ボットにおける、肩、上腕、ひじ、前腕、手首を備えた
腕と、手のひら、指を備えた手のうち、この手を、任意
の位置および任意の姿勢に設定するには、少なくとも６
自由度の上記腕が必要である。

このため、電子計算機によつて、この腕および上記手の
運動を制御するには、上記腕の変数から上記手の位置と
姿勢を求めること、および上記手の位置と姿勢とが指定
された時、それを実現する上記腕の変数を求める必要が
あり、これら計算には、上記手の位置と姿勢の６変数に
ついての６元の非線形連立方程式を解かなければならな
い。

この場合に、上記腕の変数から腕の姿勢および上記手の
位置と姿勢を求めることは容易であるが、上記手の設定
から腕の変数を求めるには、実際問題として、遂次近似
法を用いなければならず、くりかえし計算を必要とし、
解の計算に時間がかかるとともに、上記手の位置および
姿勢制御変数の高い精度の解を求めることが難しい問題
があつた。そこで、上記問題を解決するために、すなわ
ち上記腕の６つの自由度についての連立方程式を解析的
に解法できる機構として、従来、シヤインマン・アーム
（ＳｈｅｉｎｍａｎＡｒｍ）と呼ばれる機構が提案され
ている。このシヤインマン・アームの特徴である手首機
構を応用した関節型ロボットを考えれば、その機構は第
１図に示す如く、０，上を垂直軸回りに回転するととも
に、水平軸回りに回転する腕Ｉの肩に相当するリンク１
と、このリンク１に腕Ｉの上腕に相当するリンク２を介
して連結され、かつ、０２上を回転する腕Ｉのひじに相
当するリンク３と、このリンク３に連結され、かつ、０
，上を中心に回転する腕Ｉの前腕に相当するリンク４と
、このリンク４と連結され、かつ、０４上を回転する腕
Ｉの手くびに相当するリンク５と、このリンク５と連結
され、かつ、０４上および０，上を回転する手の手のひ
らに相当するリンク６と、このリンク６に連結され、リ
ンク６と一体に移動する手の指に相当するリンク７とで
構成されていて、リンク４、リンク５、リンク６の回転
軸がそれぞれ、１点０４を通つて回転するようになつて
いる。

このため、この構成によると、手の位置および姿勢を設
定すれば、それを実現する腕Ｉの変数の値を求めるには
、３つの変数をもつ２組の連立方程式に分離することが
できるので、６元連立方程式から３変数づつ解を解析的
に求めることができる。しかし、この分離は上記腕Ｉの
姿勢制御、手の位置制御および手の姿勢制御を機能面か
らは分離しておらず、すなわち、手Ｉの位置制御に必要
な変数は、リンク１、リンク３、リンクロリンク５にお
けるθ，，θ２，θ３，θ４，θ，の５個、手の姿勢制
御に必要な変数は、リンク１、りンク３、リンク５、リ
ンク６、リンク７におけるθ，，θ２，θ３，θ４，θ
５，θ６の６個で、６自由度のうち、θ１，θ２，θ３
，θ４，θ，の５つの変数は、位置と姿勢の両方の制御
に影響するため、手Ｉの位置設定にともなつて腕Ｉおよ
び手の姿勢が限定されなければ、解を得ることが困難で
ある。したがつて、手の位置設定後、手の位置を変更せ
ずに手の姿勢を変更すること、あるいは、手の姿勢設定
の後、手の姿勢を変更せずに手の位置を変更するのが困
難である。

しかも、手の位置決めを行なう機構が、６自由度のうち
、基準座標系から、すなわち、リンク１から離れた段階
つまり、第５番の自由度までに影響するため、位置制御
を高くすることが困難な問題があつた。この発明は、上
記問題点を考慮してなされたものであつて、その目的は
、一端を基本座標系におけるＸ軸成分、Ｙ軸成分および
Ｚ軸成分上において変位可能に支持してある腕の他端を
移動せしめて、この腕の他端に手首機構を介して一端を
連結してある手の他端を設定位置に変位させるとともに
、上記手首機構によつて、上記手の一端を上記手の他端
を中心とする球面上を変位せしめ、上記手の姿勢を変え
るようにすることにより、上記手を任意の位置で、かつ
、任意の姿勢に制御する場合において、位置制御におけ
る変数および姿勢制御における変数の２組の連立方程式
に分離し、手の位置および姿ツを各方程式毎に、迅速、
かつ、確実に計算できるようにした産業ロボツトにおけ
る手の位置・姿勢制御方法を提供しようともるものであ
る。さらに、この発明の他の目的は、上記手首機構を、
上記手の他端を上記腕の他端の延長線上の一定位置上に
位置させた状態で、上記手の一端を上記一定位置を含む
第１平面の円周上に回転させる第１駆動機構と、上記手
の他端を上記一定位置上に位置させた状態で、上記手の
一端を上記一定位置を含み、かつ、上記第１平面と直交
する第２平面の円周上に回転させる第２駆動機構と、上
記手の他端を上記一定位置上に位置させた状態で、上記
手を上記一定位置を通過する線上を回転させる第３駆動
機構とで構成し、上記手の位置制御を上記腕の基本座標
系で行ない、また、手の姿勢制御を、上記手首機構にお
ける第１駆動機構、第２駆動機構、第３駆動機構を選択
駆動して、上記手の他端の位置を基準にした座標系で行
なうようにすることにより、位置制御における変数と、
姿勢制御における変数とを機能面からも独立させ、これ
ら変数の解を２組の連立方程式からそれぞれ独立して得
るようにして、手の位置および姿勢制御を簡単な装置で
、かつ、高い精度で行なうことができる産業ロボツトに
おける手の位置・姿勢制御装置を提供しようとするもの
である。

以下、この発明を図面に示す実施例で詳細に説明する。

第２図は、この発明にかかる産業ロボツトにおける手の
位置・姿勢制御方法を実現するための原理的な構成の一
例を示すものであつて、第１図のものと同一構成および
作用のものについては同一符号を付してある。

図において、手における手首１０は、腕Ｉにおける前腕
４の一端４ａに、中心点φがこの前腕４の一端４ａの延
長線上に位置し、かつ、前腕４の移動に応じて一体に移
動するように外表面１１ａに支持されている球殼１１に
より構成されている。

また、この手首１０における球殼１１は、第１駆動機構
（図示せず。

）によつて、中心点Ψを中心にして水平線軸Ａの回りを
回転駆動されるとともに、第２駆動機構（図示せず。）
によつて、中心点φを中心にして垂直線軸Ｂの回りを回
転駆動される。手における、手のひら１２の一端１２ａ
には、大略コの字型に屈曲してある指１３を形成してお
り、上記手首１０の球殼１１内において、球殼１１の中
心点φと球殻１１の内表面Ｉｌｂの任意の点ωとを結ぶ
軸線Ｃ上に、指１３における作用点１３ａを、球殼１１
の中心点ψに位置させ、かつ、手のひら１２の他端１２
ｂを球殼１１の内表面１１ｂに支持してある。

そして、手のひら１２は、第３駆動機構（図示せず。

）により、上記中心点φと上記球殼１１の任意の点ωと
を結ぶ軸線Ｃ上の回りを回転駆動される。この構成によ
り、いま、手の位置が設定された場合において、腕Ｉに
おける前腕４の延長線上における手首１０の球殼１１の
中心ψに、手の指１３の作用点１３ａが位置するので、
球殼１１の中心点Ψが、すなわち、前腕４の長さと、球
殼１１の半径とを加えた長さの、仮想の前腕４’の一端
４ａ’が、設定位置に移動するように制御すればよい。

したがつて、手の指１３の作用点１３ａを設定位置に移
動させるための制御対象は、腕Ｉの肩に相当するリンク
１と、ひじに相当するリンク３となり、リンク１を中心
０，上において水平線軸回りに一定角度θ１回動させる
とともに、水平線軸回りに一定角度θ２回動させ、さら
に、リンク３を中心０２上において一定角度θ３回動さ
せるだけで、指１３における作用点１３ａを設定位置に
移動させることができる。よつて、手の位置決め制御に
関与する変数は、手の姿勢制御における変数とはまつた
く無関係に、リンク１の回動量θ，，θ２およびリンク
３の回動量θ３の３つのみとなり、これら変数の解を連
立方程式で直接求めることができる。

また、手の位置が設定位置に制御され、次に手の姿勢を
設定する場合には、手首１０に相当する球殼１１を、手
の設定された姿勢に応じて、垂直線軸Ｂ回りに一定角度
θ４回動させるとともに、水平線軸Ａ回りに一定角度θ
５回動させ、さらに、手のひら１２および指１３を軸線
Ｃ上に一定角度θ６回動させるだけで、指１３における
作用点１３ａを設定位置に保持したままで、手の姿勢を
制御することができる。

したがつて、この場合においても、手の姿勢制御に関与
する変数は、手の位置決め制御に関与する変数とは無関
係に、θ４、θ５、θ６の３つのみとなり、これら変数
の解を連立方程式で求めることができる。

第３図、第４図は、この発明にかかる産業用ロボツトに
おける手の位置・姿勢制御方法を実現するための、具体
的なリンク機構および、このリンク機構をさらに具体化
した装置を示すもので、第１図のものと同一構成および
作用のものについては同一符号を付してある。

第３図、第４図において、腕Ｉにおける前腕４は、手の
指１３における作用点１３ａを通過する線上に位置して
いるとともに、回転軸２２ａは前腕４上に来てもよい。

この時一定角度はｏ度といえる。クランクに曲げて描い
たのは必ずしもθ４の回転軸と腕４とが一致しなくても
よいからである。この前腕４の一端４ｂには、第１駆動
機構２０における第１支持軸２１の一端２１ａを固着し
ていて、第１支持軸２１の他端２１ｂが上記指１３にお
ける作用点１３ａを通過する線上に、作用点１３ａ側向
きに位置している。また、この第１支持軸２１の他端２
１ｂには、第１駆動機構２０における第１駆動モータ２
２を、回転軸２２ａが上記第１支持軸２１の他端２１ｂ
と同一軸心上で、すなわち、上記指１３における作用点
１３ａを通過する線上で、かつ、作用点１３ａ側向きと
なるように固着してある。第２駆動機構２３における第
２支持軸２４は、一端２４ａと他端２４ｂとが、互いに
大略直交した大略Ｌ字型をなしており、この第２支持軸
２４の一端２４ａは、上記第１駆動機構２０の第１駆動
モータ２２の回転軸２２ａに、この回転軸２２ａに対し
て直交し、かつ、他端２４ｂが回転軸２２ａに対して、
上記指１３の作用点１３ａ側の前方において平行となる
ように固着してある。

また、この第２支持軸２４の他端２４ｂには、第２駆動
機構２３における第２駆動モータ２５を、回転軸２５ａ
が上記指１３における作用点１３ａを通過する線上で、
上記第１駆動モータ２２の回転軸２２ａと直交するよう
に、すなわち、上記第２支持軸２４の一端２４ａと平行
となり、かつ、作用点１３ａ側向きとなるように固着し
ている。そして、上記第１駆動機構２０における第１駆
動モータ２２の回転軸２２ａが回転駆動されると、第２
駆動機構２３における第２駆動モータ２５は、第２支持
軸２４を介して仮想の球殼Ｇの中心ｇを通つた図４にお
ける水平面上の円周ｇｌを、回転軸２５ａが常に球殼Ｇ
の中心ｇに向つた状態で回転するようになつている。第
３駆動機構２６における第３支持軸２７も、一端２Ｔａ
と他端２Ｔｂとが、互いに大略直交した大略Ｌ字形をな
しており、この一端２Ｔａは上記第２支持軸２４の他端
２４ｂよりも短く、他端２Ｔｂは第２支持軸２４の一端
２４ａよりも短くしてある。

第３支持軸２Ｔの一端２Ｔａは、上記第２駆動機構２３
における第２駆動モータ２５の回転軸２５ａに対して直
交し、かつ、他端２Ｔｂが上記第２支持軸２４の一端２
４ａと平行となるように固着している。第３支持軸２７
の他端２７ｂには、第３駆動機構２６の第３駆動モータ
２８を、回転軸２８ａが上記指１３における作用点１３
ａを通過する線上に、作用点１３ａ側に向くように固着
しているとともに、この回転軸２８ａには手における手
のひら１２の他端１２ｂを固着している。そして、上記
第２駆動機構２３における第２駆動モータ２５の回転軸
２５ａが回転駆動されると、第３駆動機構２６における
第３駆動モータ２８は、第３支持軸２Ｔを介して上記球
殼Ｇの中心ｇを通つた図４における垂直面上の円周Ｇ２
を、回転軸２８ａが、すなわち、手の手のひら１２およ
び指１３が、作用点１３ａを中心にして図４における垂
直面内を回転するようになつている。

また、第３駆動機構２６における第３駆動モータ２８が
回転駆動されると、手における手のひら１２および指１
３が一体に、球殼Ｇの中心ｇと第３駆動モータ２８の回
転軸２８ａを結ぶ線上を中心にして回転する。，上記構
成において、いま、手の位置が設定されると、上記の実
施例と同様に、腕Ｉにおける前腕４の一端４ｂの延長線
上に、手の指１３における作用点１３ａが位！崖するの
で、前腕４の長さと・この前腕４の一端４ｂから指１３
の作用点１３ａまでの長さを加えた、仮想の前腕オ′の
一端４ｂ’が、設定位置に移動するように制御すればよ
い。

したがつて、手の指１３の作用点１３ａを設定位置に移
動させるための制御対象は、この場合においても、腕１
の肩に相当するリンク１と、ひじに相当するリンク３と
なる。よつて、手の位置決め制御に関与する変数は、手
の姿勢制御における変数とは全く無関係に、リンク１の
回動量θ，、θ２およびリンク３の回動量θ３の３つの
みとなり、これら変数の解を連立方程式で直接求めるこ
とができる。次に、上記のようにして、設定位置に制御
された手の姿勢を設定する場合には、第４図において、
まず、第１駆動機構２０における第１駆動モータ２２が
駆動され、回転軸２２ａが一定角度θ４回動させられる
と、これにより、第２駆動機構２３における第２駆動モ
ータ２５が、球殼Ｇの中心ｇを通過した図４における水
平面の円周ｇｌ上を回動する。

この回動により、駆動モータ２５の回転軸２５ａに、第
３駆動機構２６を介して、上記水平面に対して一定角度
をなして支持してある手における手のひら１２および指
１３を、このままの状態すなわち球殼Ｇの中心ｇを中心
として円錐Ｇ３を描くように、一定角度θ４回動する。
この状態から、第２駆動機構２３における第２駆動モー
タ２５が駆動され、回転軸２５ａが一定角度θ，回動さ
せられると、これにより、第３駆動機構２６における第
３駆動モータ２８が、第２駆動モータ２５の回転軸２５
ａの移動位置を中心にして、すなわち、手における手の
ひら１２および指１３が、上記球殼Ｇの中心ｇを通つた
図４における垂直面の円周Ｇ２を回動する。この回動に
より、手における手のひら１２および指１３は、駆動モ
ータ２５の回動角度θ，に対応して図４における水平面
に対して傾く。さらに、この状態から、第３駆動機構２
６における第３駆動モータ２８が駆動され、回転軸２８
ａが一定角度θ，回動させられると、手における手のひ
ら１２および指１３が、第３駆動モータ２８の回転軸２
８ａと、球殼Ｇの中心ｇとを結ぶ線上を回動して、指１
３の作用点１３ａに一定角度θ６のひねりを加える。

以上のようにして、手の姿勢が制御されるが、この手の
姿勢制御に関与する変数は、各駆動機構２０，２３，２
６における各駆動モータ２２，２５，２８の各回転軸２
２ａ，２５ａ，２８ａの回動角度θ４，θ５，θ６の３
つのみとなり、これら変数の解を手の位置決め制御にお
ける変数とは、全く独立した連立方程式で直接求めるこ
とができる。

第５図はこの発明の他の実施例を示すもので、第４図の
ものと同一構成のものについては同一符号を付してある
。

図において、第１支持軸２１の他端２１ｂには、連結リ
ンク３０の一端３０ａを固着しているとともに、この連
結リンク３０の他端３０ｂには、第１支持軸２１の他端
２１ｂと、手における指１３の作用点１３ａとを結ぶ線
上Ｅで、かつ、この支持軸２１の他端２１ｂと上記指１
３との間に位置する一定長さの第２支持軸３１を固着し
ている。

第２支持軸３１は、上記第１支持軸２１の他端２１ｂが
上記線上Ｅにおいて、第１駆動モータ（図示せず。

）により回転されると、上記第２支持軸３１も連結リン
ク３０を介して、上記線上Ｅを回転する。また、この第
２支持軸３１の上端３１ａおよび下端３１ｂには、第３
支持軸３２の平行リンクを構成する一対のリンク３３，
３４の一端３３ａ，３４ａを、リンク３３，３４が互い
に平行となるように取り付けており、これらリンク３３
，３４はそれぞれ一対の第２駆動モータ（図示せ゜札）
によつて、第２支持軸３１に対して、第２支持軸３１を
含む、すなわち、上記指１３の作用点１３ａを含む垂直
面内を、一体に同一角度、同一方向に回動する。第３支
持軸３２の平行リンクを構成するもう一対のリンク３５
，３６のうち、リンク３５の一端３５ａは、上記リンク
３３の他端３３ｂにピン（図示せず。

）により、回転自在に取り付け、かつ、このリンク３５
の上記リンク３４と交差点３５ｂを、リンク３４にピン
（図示せず。）により、回転自在に取付付けているとと
もに、上記リンク３６の一端３６ａは、上記リンク３４
の他端３４ｂにピン（図示せず。）により、回転自在に
取り付けている。第３支持軸３２におけるリンク３５，
３６のうち、リンク３６の他端３６ｂは、上記リンク３
４とほぼ同一長さに形成してある、手における手のひら
１２の他端１２ｂに、リンク３４と平行となるように、
ピン（図示せず。

））により、回転自在に取り付けているとともに、リン
ク３５の他端３５ｃを、このリンク３５を上記リンク３
６と平行に位置させた場合における、手のひら１２上の
位置に、ピン（図示せず。）により、回転自在に取り付
けている。そして、上記構成により、上記実施例におけ
る上記した作動により、第５図に示す位置に、手の位置
決めがなされた状態で、姿勢制御を行なう場合は、まず
、第１駆動モータ（図示せず。

）を駆動して、第２支持軸３１を連結リンク３０を介し
て、線上Ｅにおいて一定角度θ４回動する。これにより
、第３支持機構３２におけるリンク３３，３４は、第２
支持軸３１と角度をなしたままで、線上Ｅを中心にして
回転する。したがつて、このリンク３３，３４と平行に
位置する手の手のひら１２および指１３は、リンク３５
，３６を介して、作用点１３ａを通過する水平面に対し
て、リンク３３，３４が第２支持軸３１に対してなす角
度と同一角度をなして、作用点１３ａを中心に円錐を描
く面内を回転する。この場合、リンク３３およびリンク
３４が、それぞれ第２支持軸３１に対して直交している
場合は、手における手のひら１２および指１３は、作用
点１３ａを通過する水平面内の円周上を回転する。この
状態から、第２駆動モータ（図示せず。

）が駆動されると、リンク３３，３４が一端３３ａ，３
４ａを中心にして一定角度θ，回動させられ、指１３の
作用点１３ａを含む垂直面内の円周上を一定角度θ５回
動する。さらに、第３駆動モータ（図示せず。

）が駆動され、手のひら１２が一定角度θ６回動させら
れると、指１３の作用点１３ａに、一定角度θ６のひね
りを加える。したがつて、この実施例においても、手の
姿勢制御に関与する変数は、手の位置決め制御に関与す
る変数とは無関係にθ４，θ，，θ６の６つとなるとと
もに、この実施例においては、上記指１３の作用点１３
ａを通過する水平面内を回転するリンクと、作用点１３
ａを通過する垂直面で回転するリンクとを平行リンク３
２で構成してあり、上記実施例の如く、作用点１３ａの
位置で交差していないため、作業領域に制約を受けない
利点がある。

第６図は、さらにこの発明の他の実施例を示すもので、
第３図のものと同一構成および作用のものについては同
一符号を付してある。

図において、腕Ｉにおける前腕４の一端４ｂには、一定
半径の仮想の球殼Ｇの中心ｇを通過する面の円周上を一
定長さに つて延在するレール４０の一端４０ａを、連
結リンク４１を介して固着してある。

このレール４０は、球殼Ｇの円周上の全周に亘つて設け
てもよく、また、一部に設けるようにしてもよい。レー
ル４０には、このレール４０が中心部を貫通し、内部に
設けた第４駆動モータ（図示せず。

）によつて、上記球殼Ｇの表面をレール４０に沿つて往
復走行する移動機構４２を装備している。移動機構４２
の下部には、上記レール４０と直交するように中心部を
貫通した、一定長さのレール４３を、上記移動機構４２
の移動位置を中心にして、内部に設けてある第５駆動モ
ータ（図示せず。）により、上記球殼Ｇの中心ｇを通過
する面の円周上を出入りさせる搬送機構４４を取り付け
ている。レール４３の一端４３ａには、指１３の作用点
１３ａが球殼Ｇの中心ｇに位置するように、手における
手のひら１２の他端１２ｂを支持しており、この手にお
ける手のひら１２および指１３・は、第６駆動モータ（
図示せず。

）により、レール４３の一端４３ａと、球殼Ｇの中心ｇ
とを結ぶ線上を回転する。そして、この構成により、手
の位置決め制御がなされた後、手の姿勢が設定され、こ
れに基 ．づいて、手を制御する場合は、まず、レール
４０上の図示の位置にある搬送機構４４における第５駆
動モータ（図示せず。

）を駆動して、レール４３を一定長さ搬送機構４４から
出入りさせる。これにより、このレール４３の一端４３
ａに支持して ・ある手における手のひら１２および指
１３は、球殼Ｇの中心ｇを中心にして、レール４３と中
心ｇとを含む面Ｇ。内で、上記レール４３の上記搬送機
構４４から出入りした長さに対応した一定角度θ４回動
する。次に、上記移動機構４２における第４駆動モータ
（図示せず。

）を駆動して、移動機構４２をレール４０上を一定長さ
レール４０の一端４０ａ側に、あるいは他端４０ｂ側に
移動させると、上記の状態にある上記手のひら１２およ
び指１３が、上記レール４３と上記中心ｇを含む面Ｇ４
に対して、上記移動機構４２の移動量に応じて一定角度
θ，回動する。この状態から、第６駆動モータ（図示せ
ず。

）が駆動されると、手のひら１２および指１３は、上記
球殼Ｇの中心ｇとレール４３の他端４３ａとを結ぶ線上
を回転して、指１３の作用点１３ａに一定角度θ６のひ
ねりを加える。以上のように、この実施例による構成に
おいては、手の姿勢制御に関与する変数を、θ４，θ，
，θ６の３つとすることのできる手首機構を、レール４
０，４３および移動・搬送機構４２，４４の極めて簡単
な機構で実現することができる。

第７図は、さらに、この発明の他の実施例を示すもので
、第３図のものと同一構成および作用のものについては
同一符号を付してある。図において、腕Ｉにおける前腕
４の一端４ｂには、球殼Ｇの中心ｇを通過する面Ｇ，の
円周上を一定長さに亘つて延在するレール５０を、中心
部に貫通させるとともに、内部に設けてある第７駆動モ
ータ（図示せず。

）により、出入りさせる第１搬送機構５１の上面５１ａ
を固着している。レール５０の一端５０ａには、上記面
Ｇ５−とほぼ直交した球殼Ｇの中心ｇを通過する面Ｇ６
の円周上を一定長さに亘つて延在するレール５２が、中
心部を貫通し、このレール５２を内部に設けてある第８
駆動モータ（図示せず。）により、出入りさせる第２搬
送機構５３を固着している。この第２搬送機構５３は、
上記第１搬送機構５１によるレール５０の移動に応じて
、上記面Ｇ５の円周上を一体に移動するようになつてい
る。レール５２の一端５２ａには、指１３の作用点１３
ａが球殻Ｇの中心ｇに位置するように、手における手の
ひら１２の他端１２ｂを支持しており、この手における
手のひら１２および指１３は、第９駆動モータ（図示せ
ず。

）により、レール５２の一端５２ａと、球殼Ｇの中心ｇ
とを結ぶ線上を回転する。そして、この構成により、手
の姿勢が設定され、これに基づいて、手を制御する場合
は、まず、レール５２上の図示の位置にある第２搬送機
構５３における第８駆動モータ（図示せず。

）を駆動して、レール５２を一定長さ、第２搬送機構
Ｊ５３から出入りさせる。これにより、このレール５２
の一端５２ａに支持してある手における手のひら１２お
よび指１３は、球殻Ｇの中心ｇを中心にして、レール５
２と中心ｇとを含む面Ｇ６内で、上記レール５２の上
Ｊ記搬送機構５３から出入りした長さに対応した一定角
度θ４回動する。

次に、上記第１搬送機構５１における第７駆動モータ（
図示せず。

）を駆動して、レール５０を上記第１搬送機構５１から
一定長さ出入りさせると、上記の状態にある上記手のひ
ら１２および指１３が、上記レール５２と上記中心ｇを
含む面Ｇ６に対して、上記レール５０の移動量に応じて
一定角度θ５回動する。この状態から、第９，駆動モー
タ（図示せず。

）が駆動されると、手のひら１２および指１３は、上記
球殼Ｇの中心ｇとレール５２の他端５２ａとを結ぶ線上
を回転して、指１３の作用点１３ａに一定角度θ６のひ
ねりを加える。以上のように、この実施例による構成に
おいても、手の姿勢制御に関与する変数を、θ４、θ，
、θ６の３つとすることのできる手首機構を、レール５
０，５２および第１、第２搬送機構５１，５３の極めて
簡単な機構で実現することができる。

第８図は、さらに、この発明の他の実施例を示すもので
、第３図のものと同一構成および作用のものについては
同一符号を付してある。図において、腕Ｉにおける前腕
４の一端４ｂに、一端２１ａを固着してある第１支持軸
２１の他端２１ｂには、回転軸６０ａが球殻Ｇの中心ｇ
を向くように、第１０駆動モータ６０を固着していると
ともに、この第１０駆動モータ６０の回転軸６０ａは、
リンク６１を介して、搬送機構６２の上面６２ａに取り
付けている。

この搬送機構６２には、球殻Ｇの中心ｇを通過する面Ｇ
７の円周上を一定長さに亘つて延在するレール６３を、
中心部に貫通させており、このレール６３を内部に設け
てある第１１駆動モータ（図示せず。

）により、面Ｇ，の円周上を出入りさせるようになつて
いる。レール６３の一端６３ａには、指１３の作用点１
３ａが球殼Ｇの中心ｇに位置するように、手…における
手のひら１２の他端１２ｂを支持しており、この手にお
ける手のひら１２および指１３は、第１２駆動脅−タ（
図示せず。

）により、レール６３の一端６３ａと球殼Ｇの中心ｇと
を結ぶ線上を回転する。そして、この構成により、手の
位置決め制御がなされた後、手の姿勢が設定され、これ
に基づいて、手を制御する場合は、まず、第１０駆動モ
ータ６０を駆動して、搬送機構６２を球殼Ｇの中心ｇを
中心にして回動する。

これにより、レール６３およびこのレール６３の一端６
３ａに固着してある手のひら１２および指１３が、レー
ル６３と中心ｇとを含む面Ｇ７に対して一定角度θ４回
動する。次に、上記搬送機構６２における第１１駆動モ
ータ（図示せず。

）を駆動して、レール６３を搬送機構６２から一定長さ
出入りさせると、上記の状態にある上記の手のひら１２
および指１３がレール６３の移動量に応じて上記レール
６３と上記中心ｇを含む面Ｇ７内を、中心ｇを中心にし
て一定角度θ５回動する。この状態から、第１２駆動モ
ータ（図示せず。

）が駆動されると、手のひら１２および指１３は、上記
球殼Ｇの中心ｇとレール６３の他端６３ａとを結ぶ線上
を回転して、指１３の作用点１３ａに一定角度θ６のひ
ねりを加える。以上のように、この実施例による構成に
おいては、手の姿勢制御に関与する変数を、θ４、θ５
、θ６の３つとすることができる手首機構を、搬送機構
６２およびレール６３のみで実現できる極めて簡単な機
構を提供できる。

５ なお、上記各実施例において、腕Ｉの機構として、
直交座標形式、円筒座標形式、球座標形式その他、いず
れの形式であつても、３自由度を有し、かつ、位置決め
可能なものであれば、どの形式のものであつてもよい。

０ 以上、詳述したように、この発明にかかる方法によ
れば、腕の他端を移動せしめて、この腕の他端に手首機
構を介して一端を連結してある手の他端を設定位置に変
位させるとともに、上記手首機構によつて、上記手の一
端を上記腕の他端を中心とする球面上を変位せしめて、
上記手の姿勢を変えるようにしてあるので、位置制御に
おける変数および姿勢制御における変数を機能的な面か
らも完全に分離でき、独立した２組の連立方程式で、各
変数の解をもとめることができ、迅速に、高い精度で手
の位置および姿勢を制御することができる。

さらに、この発明にかかる装置によれば、手首機構を、
上記手の他端を上記腕の他端の延長線上の一定位置上に
位置させた状態で、上記手の一端を上記一定位置を含み
、かつ、上記第１平面と直交する第２平面の円周上に回
転させる第２駆動機構と、上記手の他端を上記一定位置
上に位置させた状態で、上記手を上記一定位置を通過す
る線上を回転させる第３駆動機構とで構成してあるので
上記手の位置制御は上記腕の基本座標系で行なうことが
でき、また、手の姿勢制御は上記第１、第２、第３駆動
機構により、上記腕の延長上の一定位置を基準とした座
標系で行なうことができ、したがつて、きわめて簡単な
装置で、位置制御における変数と、姿勢制御における変
数とを機能面からも完全に独立させることができ、この
変数の解を互いに独立した２組の連立方程式で独自にも
とめることができる。

また、この装置によれば、変数の解を迅速にもとめるこ
とができるので、手の位置制御および姿勢制御を迅速、
かつ、確実に高い精度で行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の産業ロボツトの腕と手のリンク機構を示
す概略斜視図、第２図はこの発明にかかる方法を実現す
るための基本的なリンク機構の一例を示す概略斜視図、
第３図は第２図の実施例で示したリンク機構をさらに具
体化したリンク機構の概略斜視図、第４図は第３図のリ
ンク機構を具体的な装置で構成した場合における概略斜
視図、第５図はこの発明の他の実施例の構成を示す概略
斜視図、第６図はこの発明のさらに他の実施例の構成を
示す概略斜視図、第７図はこの発明のさらに他の実施例
の構成を示す概略斜視図、第８図はこの発明のさらに他
の実施例の構成を示す概略斜視図である。 Ｉ ・・・・・・腕、・・・・・・手、１２・・・・・
・手のひら、１３・・・・・・指、１３ａ・・・・・・
作用点、２０・・・・・・第１駆動機構、２３・・・・
・・第２駆動機構、１旦・・・・・・第３駆動機構、Ｇ
・・・・・・球殼、ｇ・・・・・・中心。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一端を基本座標系におけるＸ軸成分、Ｙ軸成分およ
   びＺ軸成分上において変位可能に支持してある腕の他端
   を移動せしめて、この他端に手首機構を介して一端を連
   結してある手の他端を設定位置に変位させるとともに、
   上記手首機構によつて、上記手の一端を上記手の他端あ
   るいは設定位置を中心とする球面上を変位せしめて、上
   記手の姿勢を変えるようにしたことを特徴とする産業ロ
   ボットにおける手の位置・姿勢制御方法。 ２ 一端を基本座標系におけるＸ軸成分、Ｙ軸成分およ
   びＺ軸成分上において変位可能に支持してある腕の他端
   に、手首機構を介して手の一端を連結したものであつて
   、この手首機構を、上記手の他端を上記腕の他端の延長
   線上の一定位置上に位置させた状態で、上記手の一端を
   上記一定位置を含む第１平面の円周上に回転させる第１
   駆動機構と、上記手の他端を上記一定位置上に位置させ
   た状態で、上記手の一端を上記一定位置を含み、かつ、
   上記第１平面と直交する第２平面の円周上に回転させる
   第２駆動機構と、上記手の他端を上記一定位置上に位置
   させた状態で、上記手を上記一定位置を通過する線上を
   回転させる第３駆動機構とで構成し、上記腕の変位によ
   り上記手の他端の位置制御を行ない、上記手首機構にお
   ける第１駆動機構、第２駆動機構、第３駆動機構を選択
   駆動して上記手の姿勢制御を行なうようにしたことを特
   徴とする産業ロボットにおける手の位置・姿勢制御装置
   。