JP2001054889A - 組立用垂直多関節型ロボット - Google Patents

組立用垂直多関節型ロボット

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JP2001054889A
JP2001054889A JP11234005A JP23400599A JP2001054889A JP 2001054889 A JP2001054889 A JP 2001054889A JP 11234005 A JP11234005 A JP 11234005A JP 23400599 A JP23400599 A JP 23400599A JP 2001054889 A JP2001054889 A JP 2001054889A
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arm
hand
joint
axis
articulated robot
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JP11234005A
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Masatoshi Kojima
正年 小島
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハンドを直線的に動作させるにあたっての制
御を容易としながらも軌跡精度を高め、特異点の回避を
容易に行なえるようにする。 【解決手段】 ベース12上に多関節型アーム13を設
け、その多関節型アーム13の先端に部品把持用のハン
ド14を取付けてロボット本体11を構成する。多関節
型アーム13を、旋回軸又は回転軸からなる6軸の関節
(第1〜第6関節J1〜J6)を連結してなるアーム主
部15と、そのアーム主部15の先端に直動軸からなる
第7関節J7を介して連結されハンド14が取付けられ
る先端アーム部16とから構成する。第7関節J7のア
クチュエータとしてリニアモータを採用する。ハンド1
4による直線的な組付け動作等を、第7関節J7の動作
のみにより行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、多関節型アームの
先端に取付けられたハンドにより、多方向の組立作業を
可能とした組立用垂直多関節型ロボットに関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】例えば自動車用部品等
の組立作業を行なう組立用垂直多関節型ロボットとして
は、図4に示すような構成のものがある。即ち、このロ
ボットの本体1は、ベース2上に、多関節(6軸)型の
アーム3を備え、そのアーム3の先端にハンド4(想像
線で示す)を取付けて構成されている。前記アーム3
は、前記ベース2上に第1〜第6の6個のアーム5〜1
0を、旋回軸又は回転(同軸回転)軸からなる第1〜第
6関節J1〜J6を介して連結して構成されている。ま
た、図示はしないが、それら第1〜第6関節J1〜J6
は、夫々サーボモータ等のアクチュエータにより駆動さ
れ、それらアクチュエータ及び前記ハンド4はロボット
コントローラにより制御されるようになっている。
【0003】そして、図示はしないが、このロボット本
体1の近傍には、組付けるべき部品を供給する部品供給
部や、前記部品が組付けられるワークが搬送されるコン
ベア機構等が配置されるようになっている。これにて、
例えば、ロボット本体1は、前記ハンド4を下向きとし
た状態で部品供給部の上方に移動させ、該ハンド4を下
降させて部品を取得(把持)したのち上昇させ、ハンド
4をコンベア機構によって搬送されてきたワークの上方
まで水平に移動させ、ハンド4を下降させてワークに対
して組付けるといった作業を繰返し行なうようになって
いる。
【0004】ところで、上記したロボット本体1におい
ては、上述のようにハンド4を一定の姿勢(下向き)を
保った状態で直線的(上下)に動作させて部品を組付け
るといった作業が多くなるが、旋回軸あるいは回転軸か
らなる関節J1〜J6を制御してハンド4を直線的に動
作(CP動作)させるには、各関節J1〜J6の制御が
複雑となり軌跡精度に劣る事情があった。
【0005】また、この種の多関節型ロボットにおいて
は、2軸が同軸上に位置する姿勢で、その中間に位置す
る軸が不正則な動作を行なう特異点の問題がある。上記
ロボット本体1では、第4関節J4と第6関節J6とが
同軸上に位置する姿勢で特異点が存在し、例えばハンド
4の下向きの状態では、図にS0 で示す特異点ラインが
生ずる。このため、その特異点ラインS0 近傍を通過す
るようなCP動作が不可能となったり、あるいは動作速
度が遅くなったりする不具合を招いてしまう。
【0006】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、ハンドを直線的に動作させるにあたっ
ての制御を容易としながらも軌跡精度を高めることがで
き、しかも、特異点の回避を容易に行なうことができる
組立用垂直多関節型ロボットを提供するにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、ハンドによ
り多方向からの組立作業を可能とした組立用垂直多関節
型ロボットにあって、実際に部品を組付ける際の作業
は、ハンドを同一姿勢とした状態で直線的に動作させる
ことが多いことに着目し、多関節型アームの先端に直動
軸を設ければ直線的な動作での組付作業を容易に行なう
ことができ、しかも、その直動軸によりアームに対する
ハンドの相対的な位置を変更することにより、容易に特
異点の位置をずらせることができることを確認し、本発
明を成し遂げたのである。
【0008】即ち、本発明の請求項1の組立用垂直多関
節型ロボットは、多関節型アームを、旋回軸又は回転軸
からなる5軸又は6軸の関節を連結してなるアーム主部
の先端に、ハンドが取付けられる先端アーム部を直動軸
を介して連結することにより構成したものである。これ
によれば、直動軸によりハンドを直線的に動作させるこ
とができるので、直線的な動作で組付作業を行なう場合
の制御を容易としながらも軌跡精度を高めることがで
き、これと共に、特異点の回避を容易に行なうことがで
きるようになる。
【0009】ところで、上記直動軸のアクチュエータと
しては、モータを駆動源としたボールねじ機構やラック
&ピニオン機構等を採用すること考えられ、更にはスト
ロークが一定で良い場合には、空圧や油圧式のシリンダ
等も採用することが可能となるが、逆伝達効率の良いリ
ニアモータを採用すれば(請求項2の発明)、きめ細か
な力制御が可能となり、より効果的となる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例につい
て、図1ないし図3を参照しながら説明する。図1は、
本実施例に係る組立用垂直多関節型ロボットの本体11
の外観構成を示している。ここで、ロボット本体11
は、ベース12上に多関節型(この場合全体で7軸)ア
ーム13を備えると共に、その多関節型アーム13の先
端に、部品把持用のハンド14を取付けて構成される。
尚、図示はしないが、このロボット本体11には、マイ
コンを主体として構成されたコントローラや、ティーチ
ングペンダント等が接続されるようになっている。
【0011】このとき、前記多関節型アーム13は、旋
回軸又は回転軸からなるこの場合6軸の関節を連結して
なるアーム主部15と、そのアーム主部15の先端に直
動軸を介して連結され前記ハンド14が取付けられる先
端アーム部16とから構成されている。以下、この多関
節型アーム13について、図2及び図3も参照して詳述
する。
【0012】即ち、図1及び図2に示すように、前記ア
ーム主部15は、より具体的には、前記ベース12に回
転軸からなる第1関節J1を介して連結された第1アー
ム17、この第1アーム17に旋回軸からなる第2関節
J2を介して連結された第2アーム18、この第2アー
ム18に旋回軸からなる第3関節J3を介して連結され
た第3アーム19、この第3アーム19に回転軸からな
る第4関節J4を介して連結された第4アーム20、こ
の第4アーム20に旋回軸からなる第5関節J5を介し
て連結された第5アーム21、この第5アーム21に回
転軸からなる第6関節J6を介して連結された第6アー
ム22から構成されている。
【0013】そして、前記第6アーム22に、直動軸
(伸縮軸)からなる第7関節J7を介して前記先端アー
ム部16が接続されているのである。このとき、図3に
示すように、前記第6アーム22のフレーム内には、第
7関節J7のアクチュエータとなるリニアモータ23が
配設されており、このリニアモータ23によってシャフ
ト24が出没方向(図3で上下方向)に移動し、もって
先端アーム部16が直線方向に駆動されるようになって
いる。また、前記ハンド14は、この先端アーム部16
の先端面に設けられたフランジ部16aに着脱可能に取
付けられるようになっている。
【0014】尚、図示はしないが、前記各関節J1〜J
6は、夫々サーボモータ等のアクチュエータにより駆動
されるようになっており、それらアクチュエータは前記
コントローラにより制御されるようになっている。ま
た、前記リニアモータ23も、前記コントローラにより
制御されるようになっているのであるが、このとき、リ
ニアモータ23の逆伝達効率が良いので、ハンド14
(先端アーム部16)に作用する力がリニアモータ23
で検出でき、この検出に基づいて前記リニアモータ23
が制御され、ハンド14の力制御がなされるようになっ
ている。さらに、前記ハンド14の開閉動作も、やはり
コントローラにより制御されるようになっている。
【0015】次に、上記構成の作用について述べる。上
記した組立用垂直多関節型ロボット(ロボット本体1)
は、例えば自動車用部品の組立ラインに設けられて、部
品組立作業を行なう。この場合、このロボット本体11
は、多関節型アーム13(アーム主部15)の複雑な動
作が可能であり、ハンド14は3次元空間内の比較的大
きな作業範囲内で、様々な位置及び姿勢をとり得るよう
になり、多方向の組立作業が可能となっている。
【0016】例えば本実施例では、ロボット本体11の
近傍には、組付けるべき部品を供給する部品供給部、及
び、前記部品が組付けられるワークが搬送されるコンベ
ア機構等が配置されている。そして、ロボット本体11
は、前記ハンド14を下向きとした状態で部品供給部の
上方に移動させ、該ハンド14を下降させて部品を取得
(把持)したのち上昇させ、ハンド14をコンベア機構
によって搬送されてきたワークの上方まで水平に移動さ
せ、ハンド14を下降させてワークに対して組付け、そ
の後上昇するといった作業を繰返し行なうようになって
いる。
【0017】この場合、ハンド14により部品を取得す
るとき、及び、部品を組付けるときには、ハンド14の
下向きの状態を保ったまま上下方向への直線的な動作が
行なわれることになる。そこで、本実施例では、その動
作(あるいは動作の一部)を、アーム主部15(第1〜
第6関節J1〜J6)の動作によらずに、第7関節J7
の動作つまりアーム主部15に対する先端アーム部16
の直線動作のみにより行なわれるようになっている。
【0018】これにて、多関節型アーム13によりハン
ド14を直線的に動作させるにあたっての、多関節型ア
ーム13(関節J1〜J7)の制御が、第7関節J7の
みの制御で済んで、極めて容易となり、これと共に、軌
跡精度を高めることができるできるようになるのであ
る。さらに、本実施例では、第7関節J7のアクチュエ
ータとして、逆伝達効率の良いリニアモータ23を採用
したので、ハンド14による組付け時等のきめ細かな力
制御を可能とすることができたのである。
【0019】ところで、この種の多関節型アーム13
(アーム主部15)にあっては、従来技術(図4参照)
で述べたように、第4関節J4と第6関節J6とが同軸
上に位置する姿勢では、特異点の問題があり、ハンド1
4の同一姿勢を保った状態で、特異点の近傍を通過する
ようなCP動作が不可能となったり、あるいは動作速度
が遅くなったりする不具合を招いてしまう。
【0020】これに対し、本実施例では、第7関節J7
の動作によりアーム主部15に対するハンド14の相対
的な位置を容易に変更することができ、例えばハンド1
4(先端アーム部16)が第6アーム22に近くにある
位置(シャフト24が没入した位置)で、第5関節J5
が特異点近傍を通る虞がある場合には、第7関節J7の
動作によりシャフト24を突出させた状態とすることに
より、容易に特異点の位置をずらせることができる。従
って、特異点の回避を容易に行なうことができるように
なるのである。
【0021】このように本実施例によれば、ハンド14
により多方向からの組立作業を可能とした組立用垂直多
関節型ロボットにあって、実際に最終的に部品を組付け
る作業は、ハンド14を同一姿勢で直線的に動作させる
ことが多いことに着目し、6軸のアーム主部13の先端
に直動軸からなる第7関節J7を介して先端アーム部1
6を設ける構成とし、第7関節J7の駆動のみによりハ
ンド14を直線的に動作させることができるようにし
た。
【0022】これにより、ハンド14の直線的な動作で
組付作業を行なう場合の制御を容易とすると共に、軌跡
精度を高めることができ、しかも、特異点の回避を容易
に行なうことができるという優れた効果を得ることがで
きる。また、特に本実施例では、直動軸である第7関節
J7のアクチュエータとして、リニアモータ23を採用
したので、ハンド14による組付作業時などにおける、
きめ細かな力制御が可能となるといった利点も得ること
ができるものである。
【0023】尚、上記実施例では、第7関節J7のアク
チュエータとしてリニアモータ23を採用したが、特に
きめ細かい力制御を行なわなくても良い場合には、モー
タを駆動源としたボールねじ機構やラック&ピニオン機
構等を採用することもでき、更には直線動作のストロー
クが一定で良い場合には、空圧や油圧式のシリンダ等も
採用することが可能となる。また、上記実施例では、ア
ーム主部15を6軸型に構成したが、5軸型に構成し、
直動軸と併せて6軸とするようにしても良い。その他、
本発明は要旨を逸脱しない範囲内で、適宜変更して実施
し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すもので、ロボット本体
の外観を示す側面図
【図2】ロボット本体の関節の連結構造を示す図
【図3】先端アーム部部分の構成を概略的に示す図
【図4】従来例を示す図1相当図
【符号の説明】
図面中、11はロボット本体、12はベース、13は多
関節型アーム、14はハンド、15はアーム主部、16
は先端アーム部、23はリニアモータ、J1〜J6は関
節、J7は第7関節(直動軸)を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多関節型アームの先端に取付けられたハ
    ンドにより、多方向の組立作業を可能とした組立用垂直
    多関節型ロボットであって、 前記多関節型アームは、旋回軸又は回転軸からなる5軸
    又は6軸の関節を連結してなるアーム主部と、このアー
    ム主部の先端に直動軸を介して連結され前記ハンドが取
    付けられる先端アーム部とから構成されることを特徴と
    する組立用垂直多関節型ロボット。
  2. 【請求項2】 前記直動軸のアクチュエータは、リニア
    モータからなることを特徴とする請求項1記載の組立用
    垂直多関節型ロボット。
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