JPS6099582A - シミユレーター用の手首アツセンブリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 用の手首アツセンフリに係シ、特に、手首アッセンブリ
がイ黄転１咄のまわシに回１１云するにつれて、逆向き
の力を増大させる手段を含む上記手首°アツセンブリに
関する。

作業ロボット、即ちマニピュレーターは、一般に複数の
リンクを有し、これらのリンクは、三の自由度で相対的
に運動できるように相互に連結されている。各リンクに
は、信号で制御されるリンク駆動用アクチュエーターと
、ロボットリンクの実際の位置に関する実時間信号を作
る位置トランスジューサ、即ち位置変換器とが設けられ
ている。アクチュエーターの制御信号は次のように作ら
れる。即ち、各リンクに対する一連の指令位置を適当な
メモリ装置に記憶し、との指令位置を周期的に読み出し
、この読み出した指令位置０と、上記リンク位置変換器
からの実際のリンク位置信号とを比較する。この比較結
果に応じて、谷リンク′ｆｌＪにリンク位置誤差信号を
作り出し、これらの誤差信号をイ重々のリンクアクチュ
エーターに入力する。こうして、閉ループサーボ技術を
使用して、種々のリンクアクチュエーターを駆動し、リ
ンクを所望の指令位置へ移動させる。

作業ロボットは、例えば溶接や、種々の塗装分野など、
多くの分野において使用されている。−例を挙げると、
作業口ホットは吹伺塗装において使用でさる。このロボ
ットを動かして、物品に塗料を吹イ」ける為に、一連の
指令位置を言んだプログラムを作製する。

予め記憶される運動シーフェンスの指令位置を作製する
作業は、ロボットの訓練又は教育として知られており、
いくつかの方法が存在する。そのうちの一方法は、’ｌ
忙ｊｊｊ　（１）シ１１練ロホット即ちシミュレーター
を用いるもので、この−１１練ロホツトは大きさが小も
い点及び、リンクのアクチュエーターがひ在しない点を
除いて、プログラムすべき実際の大きな作業口ホットと
全く同一である。プログラムのシーフェンスを作製する
には、プログラムを作製する操作者が、シミュレーター
の出力部材即ち、吹イ」ガンを手で握り、これを作業ロ
ボットが実行すべき一連の運動に従って移動させる。訓
練用ロボットは、＠嵐であシ、かつシミュレーター腕は
、一般に重量が釣合継でバランスされている即ち、カウ
ンタバランスされているので、操作者は、はとんどの運
動に対してｍｌｌ練用腕を容易に手動で動かすことがで
きる。シミュレーターロボットを所望の運動シーフェン
スに従って動かすにつれて、リンクの結合部の位置交換
器が、電気的なリンク位置信号を発生する。これらの位
置信号は、その後に作業ロボットをサーボループ制御す
る為に記憶される。

ロボットシミュレーターは一般に関部式腕を多数有し、
これらの腕のうちの最終腕の外端には手首アッセンブリ
が支持きれ、この手錠アッセンブリライ４成するｊ九片
にＱま一以」二の回転軸が存在する。この千市アツセン
フリには適宜の工具、吹付塗装の例では、スプレカンが
取りイづけられる。

最も外側のシミュレーター腕とカンとがほぼ小平となり
、被塗装物品即ち′ノークの方に向くように、シミュレ
ーターの方向を定めると、そのカンと手首アッセンブリ
は、シミュレーター腕とほぼ平行な横１献軸の回りに自
由に回転できる。この助１練中、ガンが自由に動けるよ
−うにするために、手首アッセンブリの重要部分とガン
とは上記横転軸から横方向にオフセットされている。

最外の腕及び手首アッセンブリ紮召−めで、シミュレー
ターの各腕は、一般に事実上°゛無重量″となるように
カウンタバランスされている。しかしながら、ガンの止
；ｉ：：はカウンタバランスされていない。従って、ガ
ンに作用する車力によって、＋１旨の１黄転１咄の１わ
りにトルクが生ずる。この１−ルクの大きさは、ｖ／ｌ
ｌえは５ボンドを越えるガンの重量と、最外のシミュレ
ーター腕からカンの横方向オフセット距離と、によって
決定される。

通常、シミュレーターの操作者は、吹伺塗装プログラム
を記録するのに必要な種々の運動に従ってカンを容易に
操作できるが、しかしながら、もしガンと手首アッセン
ブリとが横転軸の丑わりに上方へ回動して「中心超過」
位置を越えたならば、「フロップオーバー（ｆｌｏｐ−
ｏｖｅｒ　）　Ｊ効果が生ずる。これをカンが、水平に
配置された最外のシミュレーター腕の右にオフセットさ
れているようなカンとシミュレーターとの関係で見ると
、カンと手首アッセンブリが、横転軸のまわシに上方か
つ左方へ、カンが９０°を越えた位置まで回動され、そ
して横転軸を通る鉛直面を過ぎた後、左方かつ下方へ移
動している時に、上記「フロップオーバー」効果が生ず
る。

シミュレーター腕バ、カウンタバランスされているので
、はば静止状態の′ままである。

従って操作者は、カンと手首アッセンブリとを「中心超
過」位置から動かず為に、ガンを横転軸のまわりに上方
かつ右方へ移動させなければならない。このＡ多動の為
には、カンが重くかつ、モーメントが横転軸からのカン
のオフセットによって生ずるので、操作者はかなシの力
を必要とする。このため、連続的かつ効果的な塗料吹伺
プログラムの作製は、困難になってしまう。極端７ｉ：
場合には、操作者はこの中心超過位置からガンを移動す
るのに、両手でガンを握らなければならない。

この問題を解決するには、カンに対して横転軸のまわり
に釣合力金刊与すればよい。し〃・シながら、とのノＱ
！４決法を実施すると、多数の不都合が生ずる。即ち、
もし釣合錘即ち、シリンダ等金、手錠アッセンブリに尋
人すると、ガンはワークのまわりの操作性ないし運動性
が低下してしまう。また、釣合錘即ち釣合機構を用いる
と、錘がシミュレーター腕の端部に付加されるため、腕
の強度を増大しなければならず、腕の強度を光分大きく
するには、腕の質量を太きくしなければならない。

更に、腕の重量が増大すると、それに応じてシミュレー
ター腕をカウンタバランスさせなければならない。シミ
ュレーターの他の腕も、強度を増大する必要があり、こ
れに伴い、質量と寸法も大きくする必要が生ずる。

上述のカウンタバランスによる解決法を採用すると、「
フロップオーバー」効果を緩和することによってシミュ
レーターとカンを操作し易すくしようとしても、実際に
は、シミュレーターの種々の部材の質量が増大するため
、操作性が低下してしまう結果となる。このため、手首
の「フロップオーバー」問題に対する解決策として、従
来のシミュレーターカウンタバランス法を考慮したとし
ても、これは満足のいく解決策とはなり得ない。

そこで、本発明の目的は、スプレカンのようなシミュレ
ーター工具を操作する際に生する上述の「フロップオー
バーＪ効果を緩和することである。この目的は、千名ア
ッセンブリと、これに取り付けられた工具とがシミュレ
ーター手錠の横転軸のまわりに中心超過状態まで回転さ
れたとき、上記横転軸の才わりに上記回転に伴い増大す
る逆方向力を発生させることによって達成される。本発
明の英力也例では、この逆方向力は、ねじりハネによっ
て発生し、このバネは一端が、アクチュエーター腕に対
して固定され、他端が購転軸のまわりに回転する手首部
材に連結されている。

本発明の種々の利点や作用は、図ハＩ」を参照した以下
の実施例の説明から明らかになるであろう。

本発明は、種々の変形例や、別の形態をとり得るもので
りるが、ここでは、図示しだ一実施例に基づき詳＋ＮＩ
Ｉに説明する。しかし本発明は、図示の実施例に限定さ
れるものではなく、特許請求の範囲１／９で、変形例や
変更例などすべてを含むものである。

図において、手１盲アッセンブリ１１はシミュレーター
腕１２の端部と、スプレガン１３との間に連結されてい
る。この腕１２とガン１３は、第１図と第２図では、基
準位置即ち、「涼」位置にあり、この位置では、腕１２
とカンの胴部１４とが、それぞれほぼ水平外平行面に配
置され、〃・つ同方向、例えば塗装すべきワークの方向
に向けられている。腕１２ば、はぼ鉛直方向に作用する
力Ｆとして示された釣合力によってカウンタバランスさ
れている。この釣合力は腕と手首アッセンブリとを、任
意の静止位置に保つ働ｖ−ｔする。カン１３は、操作者
が、ガンのハンドル１Ｇを握ることによって第１図と第
２図の位置に保持されている。

ガン１３は、手錠アッセンブリ１１によって腕１２に対
して三直交軸のまわりに回転できる。この直交軸は、三
個の手首リンク本体に収容された３個の回転可能手首リ
ンクシャフト１７．１８．１９から構成される。第１リ
ンクシヤフト１７ば、第１リンク本体２１内の適宜の１
紬受アツセンブリ内に回転町ｉ走に収容保持されており
、このリンク本体２１は、ネジ２２によってシミュレー
ターノ九１２の端部に固有されている。第２リンクシヤ
フト１８は第２リンク本体２３内の・軸受アッセンブリ
に回転可能に収容保持されておシ、この本体２３はネジ
２４によってシャフト１７に固７１５されている。第一
３リンクシャフト１９ｉ、Ｊ：、第３リンク本体２６の
軸受アッセンブリ内に回転ａＪ能に収容保持されておシ
、この本体２６はネジ−２１によってシャフト１８に固
ソｔ１されている。ガン１３Ｖ′ｉフ゛ラケツト２８を
′１方み、このブラケット２８は、第３手１桶゛リンク
シヤフト１９に固着され、シャフト１９のキー溝２９に
よってシャフト１９に対する数句方向が厘められている
。

手首アッセンブリが第１図及び第２図に示した基準方向
にある場合には、第１リンクシヤフト１７は第１リンク
本体２１内で回転可能で、手首゛の「横転」軸が形成さ
れている。

第２リンクシヤフト１８は本体２３内で回転可能で、「
ピッチ」軸が形成され、−第３リンク軸１９は、本体２
６内で回転可能で、［偏揺れコｌｌｌ１ｌｌが形成され
る。

シミュレーター操作者は、ガン１３のハンドル１Ｇを握
シ、ワークに吹付塗装してワーク上に適当な塗料被膜を
形成することによって、塗装マニピュレーター即ち、作
業ロボット用の塗装プログラム即ち、一連の指令位置を
作製する。操作者は、ガン１３を操作するときカン・ト
リガー３１を押下げ、Ｊ：記手首アツセンフリの三軸を
含めて、シミュレーターの（重々の軸を動かす。このン
フントリカー３１の作動及び不作動は、種々のシミュレ
ーター軸に対する一連の位置と同様に吹付塗装プログラ
ムの一部として、メモリー装置に記録される。

この訓練中の手首アッセンブリの軸位１ｇは、三個の手
首リンクに連結された３　１１ｉ！ｉｔのレゾルバ−に
よって検出される。第ルゾルバー３２１は、その外側ハ
ウジングがリンク本体２１に取り伺けられ、図示なき、
レゾルバ−シャフトがリンクシャフト１７に取り１′−
」けられている。同様にレゾルバ−３３は、リンク本体
２３に取シ付けられ、そのレゾルバ−シャフトがリンク
シャフト１８に、ヤ吉合され、またレソルバ−３４は、
リンク本体２６に取り付けられ、そのレゾルバ−シャフ
トが、リンクシャフト１９に結合されている。谷しソル
バー出力は、リンク本体に対するリンクシャフトの角度
散層を表−わしており、図示なき適宜の導体によってプ
ログラム記録装置に接続される。

カン１３を、操作して塗刺吹イτ」プログラムを記録し
ている間、ガンの操作者はリンクシャフト１Ｔを含む横
転軸の１わりにガン１３と手首アッセンブリ１１紫回転
できる。他の手首軸のまわシのガンの回転を無視すると
、ガンと手首アッセンブリは、第２図に示した位置から
第３′図の位置まで横転軸のまわシに上方へ回転する。

横転軸の１わりに９０６回転すると、リンクシャフト１
８は、はぼ鉛直となシ、第３図に示した横転軸を通る鉛
直面３６と一致する。第２図及び第３図で横転軸のまわ
シに更に反時計方向に回転させると、カンと手錠アラセ
ンフリは、下方かつ左方へ動く。カンと手首アラセンフ
リは、第２図の基準位置から第３図に示した弧Ｒに沿っ
て、例えば１３５°まで回転され得る。

横転軸のまわりのカンど手首アッセンブリの回転量は、
第２図に示した、シャフト７７上に設けられた突起３７
とリンク本体２１上の一対の制限ストッパー３８の一方
との保合によって制限される。同様に、適宜の突起と係
合可能な制限ストッパー３９．４１が、他の軸に対して
も設けられている。

シミュレーター腕１２は位置が釣合力によって保たれて
いるので、ガン１３を時計方向に回動して第３図の′中
心超過位置から動かすには、ガン１３を持ち上げなけれ
ばならない。

前述したように、この中心超過位置では、ガンが多少操
作しにくくなり、かつカンが車だいため、操作者は、カ
ン勿中心超過位１ｆｆｆｉから’ｔｊＩ　Ｉ伝１咄の１
わシに回転するのにかなりの努力を必要としていた。

本発明によると、ねじりハネが第１リンクシヤフト１７
と第１リンク本体との間に設置されており、ガン１３と
手首アツレンフリ１１とが横転軸の１わりに第３図の中
心超過位置から容易に回転できるように構成されている
。

第４図に最もよく明示するように、ねじりハネ４２は、
一端４３が、リンク本体２１の開口内に保持され、他端
４４が、リンクシャフト１７に取シ伺けられ／こ第２リ
ンク本体２３の開口内に保持されている。第２リンク本
体２３は、バネ４２を取シ囲む伸長スリーブ部４６を含
み、このスリーブ部４６にはハネ４２の端４４が入る開
口が穿設ブれＣいる。ハネ４２の巻き方向は次のように
定められている。

即ち、横転軸の１わりの十市゛アッセンブリとカンとの
回転に抗するねしりバネ力が、第２図と第３図において
、ガンと手首アッセンブリとを、反時計方向に回転する
につれて、増大し、かつガンと手首アッセンブリが第３
図の中心超過位置にある時にハネ力が最大となるように
、ねじシハネ４２は巻かれている。

従ってカン１３の操作者が、カンと手首とを時計方向に
回転させて、それらを、中心超過位置から動かす時、か
なりのねじりバネ力が作用し、このカンと手首の回動を
助ける。

以上説明したように、ねじりバネ４２を用いると、ガン
１３の操作性ないし運動性が向上し、カンを第３図の中
心超過位置へ及び、そこから外へ従来よりも自由に操作
できる。

もちろん、この操作性の向上は、操作性を低下させる、
手首アッセンブリや、シミュレーター、カンへの実質的
な錘を付与することなく達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による手首アッセンブリの斜視図で、
アクチュエーター腕の一部と、これに取り伺けられた＋
鹸アッセンブリとこれに取り（τＪＶ′ｙられたスプレ
カンとの関係を示す。 第２図は、第１図の手−一アツーセンブリとカンとの正
面図で、基準位置の手薄を示す。 第３図は、第２図と同様の正面図で手首アッセンブリと
ガンとが中心超過位置なで回転された状態を示す。 第４図は、手誼アッセンブリの一部を示す部分断面拡大
図である。 １１・・・・・・手首アッセンブリ。 １２・・・・・・シミュレーター腕。 １３・・・・・・工具（スプレガン）。 １７・・・・・・ｇ１リンクシャフト。 １８・・・・・第２リンクシヤフト。 １９・・・・・第３リンクシヤフト。 ２１・・・・・第１リンク本体。 ２３・・・・・第２リンク本体。 ２６・・・・・第３リンク本体。 ４２・・・・・・ねじりバネ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　ロボットシミュレーター用の手首アッセンブリに
   おいて、 第１リンクと、 シミュレーター腕が水平に延在しているとき、上記第１
   リンクが、横転軸のまわりに上記腕に対して回転可能で
   ある。ように、上記第１リンクを上記腕に取り伺ける手
   段と、 第２リンクと、 上記第２リンクが上記第１リンクの横転軸を横切る方向
   に延在するように、上記第２リンクを上記第１リンクへ
   連結する手段と、 上記第１リンクから離れた位置において、工具を上記第
   ２リンクに取り伺ける手段と、第１リンクが上記横転軸
   のまわりに成る方向に回転されて上記第２リンクが上記
   第１リンクの上まで移動するにつれて、逆方向力を増大
   させる手段と、 を具備することを特徴とする手首アッセンブリ。 ２、上記第２リンクを上記第１リンクに連結する上記手
   段は、上記腕と上記第１リンクとがほぼ水平な面内にあ
   るときに上記第２リンクが、ピッチ軸のまわりに上記第
   １リンクに対して回転可能であるように、上記第２リン
   クを上記第１リンクに取り付ける手段を具備することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の手首アッセン
   ブリ。 ３、上記第２リンクに工具を取り付ける上記手段は、上
   記工具に対し、着脱可能な第３リンクと、該第３リンク
   を上記第２リンゲに取り付ける手段とを具備し、上記第
   １及び第２リンクがほぼ水平な面内にあり、かつ第２及
   び第３リンクが上記水平な面にす１ぼ垂直なほぼ鉛直な
   面内にあるとき、上記第３リンクは、偏揺れ軸の“まわ
   りに」二記第２リンクに対して回転可能であることｔｌ
   侍徴とする特許請求の範囲第２項に記載の手直アッセン
   ブリ。 ４　上記第２リンクに工具ケ取り付ける」二記手段は、
   上記工具に対し７１ｑ脱＋、＋Ｊ能な第３リンクと、該
   第３リンクを上記第２リンクに取り付ける手段とを具備
   し、上記第１及び第２リンクがほぼ水平なｌ１１１内に
   あり、かつ第２及び第３リンクが、上記水平な而に１１
   ぼ垂−直なほぼ鉛直なげｉ内にあるとき、上記第３リン
   クは偏揺れ軸のまわりに上記第２リンクに対して回］伝
   可能であることケ特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の手首アッセンブリ。 ５、　ロボットシミュレーター用の十−アッセンブリに
   おいて、 第１リンクシヤフトと、 該第１リンクシヤフトを回転「コ」−非に収容する第１
   リンク本体と、 シミュレーター腕が水平に延在しているとき上記第１リ
   ンクシヤフトが横転軸のまわシに上記第１リンク本体に
   対して回転可能となるように、上記第１リンク本体を上
   記シミュレーター腕に取り付ける手段と、第２リンクシ
   ヤフトと、 該第２リンクシヤフトが上記第１リンクの上記横転軸を
   横切る方向に延在するように、上記第１リンクシヤフト
   に取り付けられ、かつ上記第２リンクシヤフトに回転可
   能に収容される第２リンク本体と、 上記第１リンクから離れだ位置において、上記第２リン
   クに工具を取り付ける手段と、上記第１リンクシヤフト
   のまわりに配置され、第１端が上記第１リンク本体に取
   り付けられ、第２端が、上記第１リンクシヤフトに対し
   て固定されたねじりハネと、を具備すると共に、 該ねじシバネは、第１リンクシヤフトが」二記横転軸の
   まわりに成る方向に上記第１リンク本体に対して回転さ
   れて、第２リンクが上記第１リンクの上１で移動するに
   つれて、逆方向の力が増大することを特徴とする手首ア
   ッセンブリ。 ６、　上記第２リンクに工具を取り刊ける上記手段は、
   上記第２リンクシヤフトに取１）　１”ｔけられた第３
   リンク本体と該第３リンク本体に回転可能に収容された
   第；３リンクシヤフトとを具備し、該第３リンクシヤフ
   トに工具が、着脱自在であることを特徴とする特許請求
   の範囲第５項に記載の手首アッセンブリ。 ７　上記第１及び第２リンクシヤフトの方向が水平面内
   にあるとき、上記第２及び第３リンクシヤフトの方向が
   ほぼ鉛直面内となることができ上記第３リンクシヤフト
   が偏揺れ軸の寸わりに上Ｅｉ己第２リンクシャフトに対
   して回転可能であるように、上記第３リンクシヤフトｔ
   ま、上記第３リンク本体に収容されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第６項に記載の手首アッセンブリ。