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    • 专利摘要:

    公开号:WO1987000478A1
    申请号:PCT/JP1986/000363
    申请日:1986-07-16
    公开日:1987-01-29
    发明作者:Makoto Doi；Akiyoshi Nakada；Toshitsugu Inoue；Mikio Hasegawa；Kenji Sogawa；Toshihiro Ide
    申请人:Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.；
    IPC主号:G05B19-00
    专利说明:
    [0001] • 明 細 書
    [0002] 発明の名称
    [0003] 産業用ロ ボッ 卜
    [0004] 技術分野
    [0005] 5 本発明は、 ロ ボ ッ ト 自身で対象物の位置検出を行なうことの できる産業用ロ ボッ トに関する。
    [0006] 背景技術
    [0007] ' 近年、 産業用ロボッ 卜における作業において、 作業対象物の 位置決めが不充分な場合、 ロボッ ト との相対位置の変化する場0 合、 対象物の大きさ等が変化する場合、 位置決めを行な うとそ のための設備が高価になる場合など、 教示で教えられた位置決 めを繰] 返すだけでは不充分で、 対象物の位置を検出し、 その 位置検出値に従ってロボッ トに教示点との位置補正を行なわせ 作業をさせる要望が強く なつてきている。
    [0008] 5 このための手段と して、 例えば、 視覚認識装置や超音波検出 器等を用い、 対象物の位置を検出し、 そのデータをロボッ トに 送 ]9 、 ロ ボ ッ トは、 そのデータに基づき位置を補正する方式が 提案されているが、 そのために専用の視覚認識装置や超音波検 出器等が各ロボッ トごとに必要で、 コ ス ト的に不利であること、 0 3次元の位置認識が困難であることなどの欠点があつた。
    [0009] 発明の開示
    [0010] そこで本発明の主たる目的は、 視覚認識装置や超音波検出器 等を用いず、 ロ ボ ッ ト 自身で対象物の位置を検出することので きる産業用ロ ボ ッ トを提供することにある。
    [0011] 5 また、 本発明の他の目的は、 対象物の位置ずれ等が 2次元又 • は 3次元的にある場合や、 作業点が直接検出できない場合にも、 ロボッ ト 自身で、 対象物の位置， 作業点の位置を検出できる産 業用ロボッ トを提供することにある。
    [0012] 上記本発明の目的は以下の構成によ 達成される。 すなわち 5 本発明は、 複数の自由度を有するアー ム部と、 前記アー ム部を 駆動する複数の駆動部と、 前記アー ム部の移動量を検出する少 なぐ とも 1個の位置検出器と、 前記アー ム部の動作を制御する ' 制卸装置とを備えた産業用ロボッ トにおいて、 前記制御装置は、 位置制御モー ド ，速度制御モー ド及び電流制御モー ドの各モ—0 ドで制御可能に構成され、 かつ位脣制輝モー ドと電流制御モー ドとを切替える切替え手段と、 前記位置検出器の出力値の変化 を検出することによ 前記ァー ム部の停止を検出する検出手段 とを偏えたことを特徴とする。
    [0013] また本発明は、 上記構成に、 上記検出手段によ アーム部の5 停止が検出された際の前記位置検出器の出力値とあらかじめ記 憶しておいた標準値とを比較することによ i9、 对象物の位置又 は姿勢を算出する演算手 ¾を加えたものをも含む。
    [0014] 更に本発明は、 上記目的を比較的容易に実現し得るロボッ ト として、 アー ム部を、 4つのアームからな ]9第 1 アー ム と第 30 アーム ，第 2 アーム と第 4 ァ一 ムが平行に配されたパンタグラ フ機構で構成すると共に前記第 1 アー ムの一端に設けられた回 転支点 ，前記第4アー ムの一端に設けられた回転支点及び前記 第 2 アー ムの自由端を一直線上に配置し、 また駆動部を、 前記 第 1 アームの回転支点に接続され、 それぞれ垂直及び水平方向5 に移動可能な第 1 ，第 2 リニアモータと、 前記第 4アー ムの回 転支点に接続され、 前記第1及び第2 リニァモータの移動方向 と直交する方向に移動可能な第 3 リ ニァモータで構成したもの を含む。
    [0015] 図面の簡単な説明
    [0016] 5 第 1 図は本発明の一実施例における産業用ロ ボ ッ トの骨格構 成を示す説明図、 第 2図は同ロ ボッ ト の斜視図、 第 3図は同口 ボッ トの制御装置のプロ ック図、 第 4図は 1点測定の動作手順 を示すフ ロ ーチ ャ ー ト 、 第 5図は平面 2次元測定の説明図、 第 6図は同動作手順を示すフ ロ ーチ ャ ー トである。
    [0017] i o 発明を実施するための最良の形態
    [0018] 第 1 図は、 本発明の一実施例における産業用ロボッ トの骨格 構成を示したものである。 アー ム 1 , 2 , 3 , 4はそれぞれの 交点で回転可能に結合され、 アー ム 1 と 3 , 2と 4は平行で、 - アー ム 1 ~ 4で平行四辺形を形成している。 支点 5及び 6は、
    [0019] 1 5 同一点で回転及び旋回可能に構成されてお！）、 アー ム先端 7と 支点 5 ，支点 6は一直線上に配置されている。 以上のよ うに構 成されたアー ムを支点 6を図中 X方向に、 支点 5を図中 Υ , Z 方向に駆動を行なうと、 先端 7は、 Χ , Υ , Ζ方向に移動する。 ここで支点 6を X方向に直線的に動作させると、 先端 7は同じ 0 く X方向に直線的にア ー ムの長さの比で定まる一定比率倍した 量だけ移動し、 支点 5を Υ方向に直線的に動作させると、 先端 7は直線的に Υ方向へ、 また支点 5を Ζ方向に直線的に動作さ せると Ζ方向に直線的に、 それぞれ一定比率倍した量だけ移動 する。 そのため先端ァは駆動側と同じ直交座標で動作し、 且つ
    [0020] 25 その動作比率は一定となる。 ^ 第 2図は、 第 1 図の骨格構成で作られた産業用ロボッ トの具 体的構成を示す斜視図である。 8 , 9 , 1 Oはそれぞれリ -ァ サーボモータ、 1 1 ， 1 2 ， 1 3は各モータの位置を検出する 検出器（ リ -ァエ ンコーダ ）であ 、 それぞれ支点 6を X方向 に、 支点5を Υ , Z方向に移動させる。 各リニアモータはボイ ス コ イ ル型であ j 、 電流 i (A)と出力 F (kgt)の関係が
    [0021] F = k i lc ：比例定数
    [0022] であ 、 電流を制卸することによ モータの出力を制御するこ とができる。
    [0023] 第 3図は第 2図の産業用ロボッ トの制御装置の構成を示すブ ロ ック図である。 第3図において、 1 4はモータ 1 3を制阏す る制御部、 1 ァは制御部 1 4よ ] 出力された位置指令信号 P と、 位置検出器 1 5より得られる位置検出量を位置計数器 1 6で検 知した値との差を取 増幅する位置ア ンプ、 1 9は位置ア ンプ 1 7の出力と速度検出器 1 8よ ]9の速度検出量の差を取！）増幅 する速度ア ンプ、 2 0は速度検出器 1 8の検出量と制御部 1 4 からの力指令値 Lの差を取った信号と速度ア ンプ 1 9の出力と を制御部 1 4からの指令によ 切 替える切替部、 2 2は切替 部 2 0の出力とパ ワ ーアンプ 2 "! での電流検出値 If との差を 取 増幅する電流アンプ、 2 3は電流アンプ 2 2 の出力をパル ス幅変調 （ P W M変調 ）する P W M変調回路、 2 4は位置検出 器 1 5 ，位置計数器 1 6の値を制御部 1 4を介して読み取] か つ記憶し、 記憶した複数の値をあらかじめ与えてある式にもと づき演算を行ない、 その結果を制御部 1 4に入力する演算部で ある。 切替部 2 0が aの位置にある時は位置制御モー ドと して動作 し、 制御部 1 4からの位置指令値 Pによ D、 位置フ ィ ー ドパッ ク ，速度フ ィ一 ドバック ， 電流フ ィ ー ドバックを介し、 P W M 変調器 2 3 ， パ ワ ーア ンプ 2 1 によ ] モー タ 1 3を位置指令値
    [0024] 5 に合った点まで駆動し位置決めを行なう。 切替部 2 Oが bの位 置にある時は、 制御部 1 4からの力指令値 Lによ 、 速度フ ィ 一 ドバック値との差を取 j9、 その後電流フ ィ ー ドパック値との 差を取 ]9、 電流アンプ 2 2 , P W M変調器 2 3 ， パ ワ ーアンプ 2 1 によ j モータ 1 3を駆動する。 この時、 モータ 1 3によ ] i o 動作するロ ボッ トァ—ムが対象物と接触せず移動している時は、 速度フ ィ ー ドバックによ 一定速度で移動し、 アー ムが対象物 と接触すると速度は Oとなるため、 モータ 1 3には、 電流フ ィ 一 ドバックによ ])荷重指令値 Lに見合つた電流が流れることに なる。
    [0025] 1 5 モータ 1 3にサーボモータを用いると、 モータの特性によ ] 、 電流値と発生力 （ IOJ転力又は直進力 ） が比例するため、 一定の 力 を発生 させることができ、 カ制阏モー ドと して動作する。 この時に、 モータ 1 3の位置は、 位置検出器 1 5 ，位置計数器 1 6によ 常に読み取ることができ、 アー ムが対象物に接触し、 0 停止したことを位置が変化しな く な つたことによ 検知でき る。
    [0026] 従ってその時の位置を読み取ることで、 対象物の位置を測定す ることができる。
    [0027] 第 2図においては、 リ ニアモータ 8 , 9 ， 1 Oを前記位置制 御モー ドで動作することによ ロボッ ト ァー ム先端 7の位置決 5 めが行なえるとともに、 3軸中 2軸を位置決めしたまま、 例え ぱ Y軸リ ニアモータ 1 2の制御を力制御モー ドにすると、 ロボ ッ ト アームの先端 7は一定速度で Y方向に移動し、 対象物に接 觫すると停止し、 その位置は、 Y軸位置検出器 1 2で検出でき る。 X軸 ， Z軸についても同様の動作が可能である。
    [0028] 5 第 4図は、 一点測定時の動作手順を示すフ ロ ーチャ ー トであ る。 まず位置制御モー ドであらかじめ教示し測定対象物の近く のアブロ ーチ点へ移動する （ ステッ プ 1 )。 次にアブロ ーチ点 よ ])対象物に接近する方向に、 1 つの軸を力制御モー ドにし、 荷重制脚モー ドで対象物に接近移動させる （ ステッ プ 2 ) 。 こ l O の時、 力指令値は、 対象物が変形 ，移動しない大きさに設定す る。 その後上述したよ うに、 位置検出器の値が変化しないこと でロ ボッ ト ァー厶が停止したことを判断し （ ステッ プ 3 ) 、 そ のデータを読み取 、 測定値と した後、 位置制御モー ドに切 ]9 替え、 再び前記アプロ ーチ点にも どる （ ステッ プ 5 ) 0 このよ
    [0029] 1 5 うに力制御モー ドを用いることによ 位置の測定ができる。
    [0030] 第 5図 ， 第 6図は、 2次元の位置測定の例である。 第 5図に おいて、 実線が対象物 3 Οの平面の標準位置 ，破線が実際の位 置とすると、 矢印 A ， B , Gの方向から各々測定を行ない、 各 々の測定値の標準位置での値の差を求めることによ 、 対象物 0 3 Oの平面の位置と傾きを求めることができ、 更に平面上での 作業点の場所をも求めることができる。 この手順をま とめたの が第 6図のステッ プ 1 〜 5である。 各点での測定値よ 、 第3 図の演算部 2 4にて、 あらかじめ与えた演算式にも とづき、 対 象物の平面上の位置と傾き、 平面上での作業点の位置を求める 5 ことができる。 以上のよ うに本実施例によれば、 速度制御モー ドと電流制御 モ ー ドを組み合せて力制阏を行ない、 力制御時のアー ム停止を 判断すると共に、 位置検出器によ ア一ム停止点の位置を検出 して読み込む動作を複数ケ所で行ない、 得られたデータを標準
    [0031] 5 データと比較し、 演算部において対象物の標準位置との変化分 の位置 ， 姿勢を演算することによ 、 ロボッ ト 自身によ って 2 次元又は 3次元の位置 ，姿勢の検出を行な うことができる。
    [0032] なお、 本実施例においては、 リ ニァモータ駆動のパ ンタグラ フ機構のアー ム部を採用したロボッ ト について説明したが、 こ i o の形式の口ボッ トは、 ァーム先端が駆動側のリ ニアモータ駆動 と対応した直交動作を行ない、 且つその比率が一定のため、 力 制卸動作の時、 アー ム先端の移動方向、 又力の大きさが変化し ないという特徴がある。 しかし、 力制御によ 位置を測定する のは回転型のモータを使用した場合でも同様であ j 、 アー ム部
    [0033] 1 5 の構成も本実施例のものに限るものではない。 また、 ロ ボッ ト 関節には種々の構造を採用しうるが、 摩擦が少なく力制御の精 度が出 しやすいこと、 ガタ ， タ ヮ ミが少な く位置検出精度の良 いことから減速機等を介せず関節を直接モ ータで駆動するダイ レク ト駆動方式が特に適している。
    [0034] 0 また本実施例においては 2次元平面での位置検出を説明した が、 測定点を増すことによ 3次元の場合にも対応できること は言うまでもない。 なお、 演算部の計算式は、 測定点等の関係 で対象物に合つたものを定める必要がある。
    [0035] 産業上の利用可能性
    [0036] 25 以上のよ うに本発明は、 速度制御モ ー ドと電流制御モー ドを 組み合せた力制御によ ]}アー ム部を駆動すると共に、 アー ム部 が対象物に接触して停止したことを検知し、 位置検出器によ その時の位置を読み込み、 複数ケ所での読み込み値を演算部で 演算することによ ] 対象物の位置 ，姿勢を求めることができる
    [0037] 5 ため、 専用の視覚認識装置や超音波検出器等を用いずにロボッ ト 自身によ ] 対象物の 2次元、 更には 3次元の位置、 姿勢の検 出を行なうことができ、 その実用上の価値は大なるものがある。
    [0038] i o
    [0039] 1 5
    [0040] 0
    [0041] 5
    权利要求:
    Claims • 請 求 の 範 囲
    1 . 複数の自由度を有するアー ム部と、 前記アー ム部を駆動す る複数の駆動部と、 前記ァーム部の移動量を検出する少なく と も 1個の位置検出器と、 前記アー ム部の動作を制御する制御装 5 置とを備えた産業用ロボッ トにおいて、 前記制御装置は、 位置 制脚モー ド ，速度制御モ — ド及び電流制御モ ー ドの各モー ドで 制御可能に構成され、 かつ位置制御モ ー ドと電流制御モ— ドと を切替える切替え手段と、 前記位置検出器の出力値の変化を検 出することによ ]9前記アー ム部の対象物との接触及び停止を検 i o 出する検出手段とを備えたことを特徵とする産業用ロボッ ト。
    2 . 請求の範囲第1 項において、 位置検出器をェンコ一ダで構 成し、 前記エ ン コ ーダの出力値を読み取る位置計数器の出力値 の変化を検出してアー ム部の停止を検出する産業用ロ ボ ッ ト 。'
    3 . 請求の範囲第 1 項において、 アー ム部を、 4つのアー ムか 15 らな 第 1 アー ム と第 3アー ム、 第 2 アー ム と第 4 ァー ムが平 行に配されたパ ンタグラフ機構で構成すると共に前記第 1 ァ一 ムの一端に設けられた回転支点 ， 前記第 4 ア ー ムの一端に設け られた回転支点及び前記第 2 アー ムの自由端を一直線上に配置 し、 また駆動部を、 前記第 1 ァームの回転支点に接続され、 そ 0 れぞれ垂直及び水平方向に移動可能な第 1 ，第 2 リニアモ -タ と、 前記第 4アー ムの回転支点に接続され、 前記第 1 及び第 2 リニアモー タの移動方向と直交する方向に移動可能な第 3 リ 二 ァモータで構成した産業用ロボッ ト。
    4 . 複数の自由度を有するアー ム部と、 前記アー ム部を駆動す 5 る複数の駆動部と、 前記アー ム部の移動量を検出する少 く と も 1個の位置検出器と、 前記アー ム部の動作を制御する制御装 置とを備えた産業用ロボッ トにおいて、 前記制御装置は、 位置 制御モー ド，速度制御モー ド及び電流制御モー ドの各モー ドで 制御可能に構成され、 かつ位置制御モー ドと電流制御モー ドと
    5 を切替える切替え手段と、 前記位置検出器の出力値の変化を検 出することによ ])前記ァ— ム部の対象物との接触及び停止を検 出する検出手段と、 前記検出手段によ ]9アー ム部の停止が検出 された際の前記位置検出器の出力値と、 あらかじめ記憶してお いた標準値とを比較することによ 、 対象物の位置又は姿勢を i o 算出する演算手段とを備えたことを特徵とする産業用口ボッ 卜 o
    5 . 請求の範囲第4項において、 位置検出器をエ ンコーダで構 成し、 前記エ ン コーダの出力値を読み取る位置計数器の出力 i の変化を検出してアー ム部の停止を検出する産業用ロボッ ト。
    15 6 , 請求の範囲第4項において、 アー ム部と対象物との複数ケ 所での接触及び停止に対応した位置検出器の出力値を得、 この 複数の出力値を演算部に入力させる産業用ロボッ ト。
    了 . 請求の範囲第4項において、 アー ム部を、 4つのアー ムか ら 第 1 アームと第 3アーム ，第 2アームと第 4アームが平 0 行に配されたパンタグラフ機構で構成すると共に前記第1 ァ— ムの一端に設けられた回転支点と前記第 4 ァ ー ムの一端に設け られた回転支点と前記第 2ァームの自由端を一直線上に配置し、 また駆動部を、 前記第 1 アー ムの回転支点に接続され、 それぞ れ垂直及び水平方向に移動可能な第 1 ，第2 リ -ァモータと、 5 前記第 4 アー ムの回転支点に接続され、 前記第 1及び第2 リ二 ァモータの移動方向と直交する方向に移動可能な第 3 リニアモ 一タで構成した産業用ロボッ ト。
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1987-01-29| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): KR US |
    1987-01-29| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1987-03-25| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1986904380 Country of ref document: EP |
    1987-08-19| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1986904380 Country of ref document: EP |
    1993-09-29| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1986904380 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP60/165133||1985-07-26||
    JP60165133A|JPH0351557B2|1985-07-26|1985-07-26||KR8770257A| KR900006498B1|1985-07-26|1986-07-16|산업용 로보트|
    DE19863689116| DE3689116D1|1985-07-26|1986-07-16|Industrieller roboter.|
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