JPH025557B2

JPH025557B2 -

Info

Publication number: JPH025557B2
Application number: JP56173016A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Matsumoto; Tatsuya Araya
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-10-30
Filing date: 1981-10-30
Publication date: 1990-02-02
Also published as: JPS5877466A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、軽荷重用ロボツトを用いた重量物ハ
ンドリングシステム制御装置関するものである。

多品種生産工程の自動化のニーズは年々増加し
ており、多種作業、作業変更等に対処するため
に、フレキシビリテイを有するロボツトによる自
動化が行なわれつつある。

しかしながら、重量部品の加工または組立工程
におけるロボツトによる自動化は、その重量部品
に見合つた可搬能力をもつロボツトが必要であ
り、このためロボツトの価格と比へ省人効果が小
さい欠点を有しており、自動化がおくれていた。

一方、従来技術として、特開昭54−6271号公報
が知られていた。この従来技術では、鉛直方向の
移動はバランサ自身の駆動で行ない、水平方向の
移動はサブロボツトで行なうものである。また、
バランサにおいては、重量物を昇降できるように
設計されており、鉛直方向の位置決め精度につい
てはそれ程要求されていなかつた。そのため、鉛
直方向についても、高精度に位置決めが要求され
る組付作業や加工作業に上記従来技術を適用する
ことが難しいという問題点を有していた。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決
すべく、水平方向及び鉛直方向について高精度の
位置決めができる軽荷重用ロボツトと重量部品を
ハンドリングできるバランサとをセンサを介して
結合し、軽荷重用ロボツトの移動に従つて水平方
向及び鉛直方向についてバランサを追従制御し
て、重量物をハンドリングして高精度の位置決め
が必要とされる組付作業や加工作業を行なうこと
ができるようにした重量部品ハンドリングシステ
ム制御装置を提供するにある。

ところでロボツトの可搬能力は、そのロボツト
が持ち上げられる荷重によつて定まる。よつて、
重量部品をバランサで釣り下げ、このバランサを
ロボツトが操作する方式を用いれば、ロボツトと
しては、重量部品の重量以下の可搬能力を有する
ロボツトで可搬重量以上の重量部品のハンドリン
グが可能である。ここで、一般に、バランサは水
平面内は機構的に加えた力の方向に自由に動かす
事ができ、垂直方向はバランサの操縦装置に所定
の信号を加えることにより、アクチユエータが働
き動作する。よつて、ロボツトとバランサの先端
同志を結合し、水平面内はロボツトの発生する力
でバランサの先端を動かし、一方、鉛直方向は、
ロボツトが鉛直方向に移動し且バランサの操縦装
置にロボツトの制御装置から動作指令を与えてバ
ランサのアクチユエータを動かすことにより、ロ
ボツトは、バランサに釣り下げられた重量部品の
位置を制御し、ハンドリングを行なうことができ
る。ここで鉛直方向の移動においては、ロボツ
ト，バランサ共、両者のアクチユエータを動かす
為、この両者のアクチユエータの応答特性の差を
補償し、ロボツトとバランサの先端同志の位置の
差により、ロボツト先端とバランサ先端の結合部
に生ずる力を許容値内に収める制御が必要であ
る。このような制御は、ロボツト先端とバランサ
先端の位置の差を何らかのセンサにより検出し
て、この差が小さくなるように、バランサの操縦
装置に加える操作量を時々刻々修正する事により
実行できる。即ち、本発明は、少なくとも３つの
駆動源と少なくとも３つのエンコーダとを有し、
エンコーダから検出される位置が目標位置に一致
する如く制御され、アーム先端が、上記駆動源の
動力により水平面内及び鉛直面内で動きうる少な
くとも３自由度を有する位置決め用ロボツトと、
部品を把持するチヤツクを備え付けた先端を、鉛
直方向には駆動源の動力によつて移動され、且つ
水平方向には移動自在に形成された重量物を可搬
し得るバランサと、上記ロボツトとバランサとの
結合部分に設けられ、上記ロボツトの先端と上記
バランサの先端との鉛直方向の偏差を検出するセ
ンサと、上記ロボツトの先端を水平方向について
移動目標点へ移動させるべく指令信号に基いて上
記ロボツト用駆動源を駆動制御してこのロボツト
の先端に結合しているバランサの先端のチヤツク
の水平方向の位置決めを行ない、上記ロボツトの
先端を鉛直方向について移動目標点へ移動させる
べく指令信号に基いて上記ロボツト用駆動源を駆
動制御してロボツトの制御手段より与えられる鉛
直方向の移動速度指令値と上記センサより検出さ
れる偏差とから上記バランサの速度指令値を演算
し、この速度指令値に基いて上記バランサの駆動
源を駆動制御し、上記ロボツトに追従させて上記
バランサを移動させ、チヤツクの鉛直方向の位置
決めを行なう制御装置とを備え付けたことを特徴
とする重量物ハンドリングシステム制御装置であ
る。

以下、本発明を図に示す実施例にもとづいて具
体的に説明する。本発明の対象となる重量部品ハ
ンドリングシステムを第１図に示す。即ち、本シ
ステムは、重量部品を把持するハンド２と、この
ハンド２および重量部品を釣り下げるバランサ３
と、このバランサを操作する小形関節形ロボツト
１と、この小形関節形ロボツト１の先端に位置し
バランサ３の先端を把持するチヤツク６と、この
チヤツク６と小形関節形ロボツト１との間に位置
し、小形関節形ロボツト１の先端とバランサ３の
先端との鉛直方向の位置の差を検出するサンサ５
と、小形関節形ロボツト１およびバランサ３を制
御する制御装置７とからなる。

まず、小形関節形ロボツト１について第２図乃
至第５図にもとづいて説明する。この小形関節形
ロボツト１は５自由度を有し且あらかじめ設定さ
れた順序に従つて動作する可変シーケンスロボツ
トである。２１はベース２０に取付けられた基台
である。２２は基台２１に垂直軸を中心に旋回自
在に支持された旋回台で、基台２１に設けられた
駆動モータ２３により減速機を介して旋回駆動さ
れ、関節形ロボツトの１自由度を構成している。
２４は旋回台２２の上部２２ａに軸心Ｏを中心に
回転自在に支持された第１の上腕で、駆動モータ
２５の出力軸に減速機を介して連結されている。
２６は上記第１の上腕２４と平行に配置された第
２の上腕である。２７は上記旋回台２２の上部２
２ａに軸心Ｏを中心に回転自在に支持されたクラ
ンクレバーで駆動モータ２８の出力軸に減速機を
介して連結されている。２９は上記クランクレバ
ー２７と平行になるように、第１の上腕２４と第
２の上腕２６の揺動端２４ａ，２６ａに回転自在
に連結された前腕である。従つて駆動モータ２５
によつて回転駆動される第１の上腕２４の軸心Ｏ
を中心とした回動は関節形ロボツトの１自由度で
あり、また駆動モータ２８によつて回転駆動され
る前腕２９の傾動も関節形ロボツトの１自由度で
ある。

次に手首３０を駆動させる機構について説明す
る。３１ａ，３１ｂ各々手首駆動モータで、クラ
ンクレバー２７と第２の上腕２６との回転自在に
連結した連結点において、クランクレバー２７の
揺動端に回転自在に支持された部材３２ａ，３２
ｂに固定されている。３３は一端を旋回台２２の
Ａ点と回転自在に連結し、他端を部材３２ａ，３
２ｂの揺動端Ｂと回転自在に連結したリンクであ
る。これらクランクレバー２７とリンク３３とを
平行に配置し、旋回台２２のと部材３２ａ，
３２ｂを平行に配置し、平行リンク機構を構成し
ている。３４ａ，３４ｂは各々手首駆動モータ３
１ａ，３１ｂに減速機を介して連結されたスプロ
ケツトホイールで、クランクレバー２７の揺動端
に回転自在に支持されている。３５ａ，３５ｂは
各々第２の上腕２６と前腕２９との回転自在に連
結した部分に回転自在に支持されたスプロケツト
ホイールである。３６ａ，３６ｂは各々前腕２９
と手首３０との回転自在に連結された部分に回転
自在に支持されたスプロケツトホイールである。
３７ａ，３７ｂは各々スプロケツトホイール３４
ａ，３４ｂとスプロケツトホイール３５ａ，３５
ｂとを平行リンク機構で連結したチエーン等の柔
軟リンク、また３８ａ，３８ｂは各々スプロケツ
トホイール３５ａ，３５ｂとスプロケツトホイー
ル３６ａ，３６ｂとを平行リンク機構で連結した
チエーン等の柔難リンクである。これらは、手首
３０を第４図に示す矢印方向に揺動させ、並びに
手首３０を軸心に中心に回転させるために上記
ａ，ｂなるサフイツクスで示す２系列設けられて
いる。然るに、手首駆動モータ３１ａ，３１ｂの
出力軸の各々の回転は、減速機を介してスプロケ
ツトホイール３４ａ，３４ｂの回転となり、リン
ク３７ａ，３７ｂを駆動する。リンク３７ａ，３
７ｂの運動はスプロケツトホイール３５ａ，３５
ｂの回転となり、リンク３８ａ，３８ｂを駆動さ
せ、手首３０を上下方向（矢印方向）に揺動させ
たり、手首３０を軸心を中心に回転させる。一方
手首駆動モータ３１ａ，３１ｂの固定側部材３２
ａ，３２ｂはクランクレバー２７の揺動端Ｃの回
りに軸受を介して回転自在に取付けられ、この部
材３２ａ，３２ｂの揺動端Ｂはリンク３３を介し
て旋回台２２の上部Ａに揺動自在に取付けられて
いる。ここで旋回台２２上の点Ｏと点Ａ，点Ｂ，
点Ｃは平行四辺形の関係にあり、，，
BC，はを静止節とする４節平行四辺形リ
ンク機構を構成する。またスプロケツトホイール
３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂとリンク３７
ａ，３７ｂは各々４節平行リンク機構を構成し、
スプロケツトホイール３５ａ，３５ｂ，３６ａ，
３６ｂとリンク３８ａ，３８ｂは各々４節平行リ
ンク機構を構成する。このように構成したことに
より、前腕２９の傾きを変化させるために第２の
上腕２６を移動させて、手首駆動モータ３１ａ，
３１ｂの位置が移動しても、この手首駆動モータ
３１ａ，３１ｂを駆動しない限り、静止節に
対するスプロケツトホイール３４ａ，３４ｂ，３
５ａ，３５ｂ，３６ａ，３６ｂの回転方向位置は
一定に保たれ、手首３０の姿勢は一定に保たれ
る。即ち特別な制御をせずに第１の上腕２４、前
腕２９の姿勢にかかわらず、手首３０の姿勢は一
定に保たれる。

手首３０は、スプロケツトホイール３６ｂと一
体となり且つ軸受３９により回転自在に支持され
たシリンダ４０と、このシリンダ４０に軸心方向
に軸受４１によつて回転自在に支持され且つスプ
ロケツトホイール３６ａの後端に固定された傘歯
車４２と噛合う傘歯車４３を固定した部材４４と
によつて構成されている。よつて手首駆動モータ
３１ａだけを回転駆動させれば、それだけ手首３
０が軸心まわりにひねられ、また手首駆動モータ
３１ｂだけを回転駆動させれば、それだけシリン
ダ４０が回転して手首３０が曲げられる。

一方バランサ３は具体的には第５図に示すよう
に構成されている。即ち５１は下端にハンドホル
ダ４を取付けたアームである。５２は上アームで
あり、一端を上記アーム５１の上端に回転自在に
連結し、他端をフレーム５３上に形成されたガイ
ド溝５４に沿つて上下摺動自在に支持された移動
駒５５に回転自在に連結している。５６は下アー
ムであり、一端を上記アーム５１の上端付近に回
転自在に連結し、他端をフレーム５３上に形成さ
れたガイド溝５７に沿つて左右に摺動自在に支持
されたローラ５８に回転自在に連結している。そ
して、この上アーム５２と下アーム５６は平行な
るように形成されている。５９はアームであり、
上端を上アーム５２に回転自在に連結し、下端を
上記ローラ５８に回転自在に連結している。そし
てアーム５１とアーム５９とは平行になるように
形成されている。上記移動駒５５の右端には、ラ
ツク６０が形成され、このラツク６０に噛合うピ
ニオン６１が設けられ、このピニオン６１は駆動
モータ６４に歯車６２，６３を介して連結されて
いる。そしてハンドホルダ４の姿勢を一定に保持
するように、ハンドホルダ４を固定し且つアーム
５１の下端に回転自在に支持されたリンク６５
と、上記移動駒５５との間を平行リンク機構６６
で連結している。またローラ５８が中立点に位置
するようにスプリング６９が設けられている。ま
たフレーム５３は支柱６７の上端に旋回自在に支
持されている。またハンドホルダ４には、回転式
可変抵抗器７０が取付けられ、この回転式可変抵
抗器７０には、これを回転させるための入力軸７
１を設けている。

従つて、このバランサ３は、ハンドホルダ４を
水平方向に移動させれば、ハンド２に重量部品を
把持した状態で自由に動き得ることができるとと
もに、回転式可変抵抗器７０の入力軸７１を例え
ば時計方向に回転させれば、その回転方向及び回
転量に応じた出力が駆動制御装置７２に入力さ
れ、駆動モータ６４が回転駆動して移動駒５５を
降下させてハンドホルダ４を上昇させ、逆に入力
軸７１を反時計方向に回転させれば、その回転方
向及び回転量に応じた出力が駆動制御装置７２に
入力されて、駆動モータ６４が回転駆動してハン
ドホルダ４を降下させることができる。このよう
にバランサ３は、水平方向に自由に動き得、上下
方向については、回転式可変抵抗器７０の入力軸
７１で指令することにより重量部品を上下に移動
させることができる。

それゆえ、このバランサ３の上下方向の操作を
自動化する方法として、小形関節形ロボツト１の
手首３０のひねり動作によりバランサ３の入力軸
７１を回転する方法と、回転式可変抵抗器７０を
回転させた時に生じる速度指令値と等価な速度指
令値を直接、バランサ３の駆動制御装置７２に入
力してバランサを操作する方法とがある。小形関
節形ロボツト１の自由度として、前者の方法で
は、手首３０の位置の３自由度とひねりの１自由
度の計４自由度が最低必要であり、後者の方法で
は、手首３０の位置の３自由度のみが最低必要で
ある。

次に小形関節形ロボツト１とバランサ３との鉛
直方向の相対的な位置偏差を検出するセンサ５の
原理について第７図をもとに述べる。まず手首３
０の部材４４とバランサ３の入力軸７１とに両端
を固定された梁８０を仮想する。この梁８０に
は、部材４４側の固定端の、基準面８１からの高
さZ_Rと入力軸７１側の固定端の、基準面８１から
の高さZ_Bとの差△Ｚにより、たわみを生じる。梁
８０の固定端からl₁離れた位置Ｄ点の表面に生じ
る応力σは、梁８０の長さをｌ、縦弾性係数を
Ｅ、板厚をｈとおけば、式(1)に示すように、△Ｚ
との間に比例関係がある。

σ＝3E（2l₁−ｌ）ｈ／l³△Ｚ ……(1) よつて、Ｄ点に歪ゲージを貼り、この応力σに
よつて生ずる歪を測定することにより、小形関節
形ロボツト１とバランサ３との鉛直方向の相対的
な位置偏差を検出できる。また、このセンサ５の
取付方法として、小形関節形ロボツト１の手首部
材４４に固定する方法と、バランサ３の入力軸７
１に固定する方法とがある。一方このセンサ５の
取付方法および上記したバランサ３の操作方法に
よつて異なる。２通りの取付方法および２通りの
操作方法により、下記４通りの場合がある。

１センサ５を手首部材４４に固定し、手首３０
のひねり動作によりバランサ３を操作する場
合。

２センサ５を手首部材４４に固定し、速度指令
値を直接、駆動制御装置７２に入力しバランサ
３を操作する場合。

３センサ５を入力軸７１に固定し、手首３０の
ひねり動作によりバランサ３を操作する場合。

４センサ５を入力軸７１に固定し、速度指令値
を直接、駆動制御装置７２に入力し、バランサ
３を操作する場合。

まず、第１の場合は、手首３０のひねり動作に
よりセンサ５も回転されるので、センサ５として
は、この回転による影響を補正できる構造をとら
ねばならず、構造が複雑になる。第２の場合は、
手首３０を動作させることがない故に、また第
３，第４の場合には手首３０の回転の影響を受け
ない故に、共に第１の場合のような手首３０の回
転の影響の補正を行なえる構造をとらなくてもよ
く、上記した原理をそのまま用いることができ
る。第２の場合の実施例を第８図に、また第３，
第４の場合の実施例を第９図にそれぞれ示す。

まず、第８図をもとに説明する。センサ５は、
梁８０および歪ゲージ８２ａ，８２ｂより構成さ
れる。ここで歪ゲージは、温度補償等を考慮して
梁８０の上下に１枚ずつ貼りつけたほうがよい。
また梁８０の一端は、小形関節形ロボツト１の部
材４４に固定され、他の一端は、チヤツク６に固
定される。チヤツク６はバランサ３の入力軸７１
に固定された結合部材８３を把持し、小形関節形
ロボツト１とバランサ３とを結合する。チヤツク
６を経ずに梁８０の一端を直接バランサ３と結合
する事は可能であるが、安全性の面および小形関
節形ロボツト１での単独動作の機能を生かす事を
考慮すれば、チヤツク６を経てバランサ３と結合
する事が望ましい。また、結合部材８３は直接、
ハンドホルダ４に固定する事もできる。

次に、第９図においては、センサ５は梁８０
ａ，８０ｂおよび歪ゲージ８２ａ，８２ｂより構
成される。梁８０ａ，８０ｂの一端はハンドホル
ダ４ａに固定し、他の一端はハンドホルダ４ｂに
固定する。この場合には、ハンドホルダ４に若干
の改造が必要になる。また、小形関節形ロボツト
１とバランサ３とは、部材４４に固定されたチヤ
ツク６と入力軸７１に固定された結合部材８３と
により結合される。ここで、上記した第３の場
合、即ち、入力軸７１を操作してバランサ３を動
作させる場合には、第９図に示したように、結合
部材８３を入力軸７１に固定する必要があるが、
第４の場合、即ち、速度指令値を直接、駆動制御
装置７２に入力する場合には、第１０図に示すよ
うに結合部材８３を直接、梁８０に固定する事も
できる。

次に、上記した小形関節形ロボツト１と、バラ
ンサ３と、位置偏差検出センサ５とから成るシス
テムの制御手段を述べる。

まず、速度指令値を直接、駆動制御装置７２に
入力してバランサ３を動作させる場合の制御手段
を第１１図をもとに述べる。オペレータが手動動
作を行なう場合、オペレータは手動装置１０１か
ら直交座標上での各軸方向の速度指令値を与え
る。小形関節形ロボツト１とバランサ３を制御す
る制御装置７においては、一定周期ごとにパルス
を発生するクロツクパルス発生器１０２からのパ
ルスにより目標位置演算器１０３が動作する。こ
の目標位置演算器１０３は上記、手動装置１０１
より送られる速度指令値を積分して小形関節形ロ
ボツト１の手首３０の位置目標値を算出する。次
に、この位置目標値は座標変換器１０４により、
旋回台２２を駆動するモータ２３の回転角の目標
値θ_1iと上腕２６を駆動するモータ２５の回転角
の目標値θ_2iと前腕２９を駆動するモータ２８の
回転角の目標値θ_3iとに変換される。１０５は上
記目標値と、各モータに直結されたエンコーダ１
０９より発生するパルスをカウントするカウンタ
１１０より得られる各モータの実際の回転角とか
ら、Ｄ／Ａコンバータ１０６を介しモータ駆動ア
ンプ１０７へ入力する速度指令値を算出する速度
指令値演算器である。なお、手首駆動モータ３１
ａ，３１ｂの回転角の目標値θ_4i，θ_5iは、手首姿
勢を一定にするため常に一定値である。モータ２
３，２５，２８，３１ａ，３１ｂへ入力する速度
指令値V₁，V₂，V₃，V₄，V₅は、各々のモータの
実際の回転角をθ₁₀，θ₂₀，θ₃₀，θ₄₀，θ₅₀とおけば
式(2)より算出される。

V_j＝K_1j（θ_ji−θ_jp） ……(2) （ｊ＝１，２，３，４，５）K_1jは定数この速度指令値はＤ／Ａコンバータ１０６を介
し、モータ駆動アンプ１０７へ入力され、モータ
駆動アンプ１０７では各モータに直結されたタコ
ジエネレータ１０９より得られる速度をフイード
バツクして、各モータを制御し、これにより小形
関節形ロボツト１が動作する。また、目標位置演
算器１０３で算出される位置目標値は、オペレー
タの、教示装置１１１からの位置記憶指令によつ
て、データ記憶装置１１２に記憶され、自動で動
作を再生する際の移動目標地点の直交座標値とな
る。

バランサ速度指令値演算器１１５は、クロツク
パルス発生器１０２からのパルスにより動作す
る。このバランサ速度指令値演算器１１５は、手
動装置１０１より送られてくる。鉛直方向の移動
速度指令値V_Zと、センサ５の歪ゲージ８２に生
ずる歪の、ストレインアンプ１１７およびＡ／Ｄ
コンバータ１１８を介して得られる値△Ｚとから
式(3)によつて、バランサ速度指令値V_Bを演算す
る。

V_B＝K₂V_Z＋K₃△Ｚ＋K₄ｄ／dt△Ｚ＋K₅∫△Zdt ……(3) 但しK₂，K₃，K₄，K₅は比例定数である。

ここで、移動速度指令値V_Zは小形関節形ロボ
ツト１とバランサ３とに共通に与えられる指令値
であるので、小形関節形ロボツト１の速度応答特
性と、バランサ３の速度応答特性とが等しく、且
つ小形関節形ロボツト１の内部モデル、即ち座標
変換器１０４で仮想している水平面とバランサ３
の水平面とが一致している。即ち小形関節形ロボ
ツト１を水平面で動かした時にバランサ３と小形
関節形ロボツト１との間に鉛直方向の位置偏差を
生じない時には、K₂V_Zの項のみで制御が可能で
ある。しかし、実用上、小形関節形ロボツト１の
速度応答特性とバランサ３の速度応答特性とを完
全に一致させることは困難である。また、実際
上、小形関節形ロボツト１の内部モデルの水平面
をバランサ３の水平面と完全に一致させることは
困難である。よつて、一般的には、V_B＝K₂V_Zで
バランサ速度指令値V_Bを演算すると、小形関節
形ロボツト１の実際の上向き速度をv_R、バランサ
３の実際の上向き速度をv_Bとすると、 v_R＞v_Bまたはv_B＞v_B となる。例え、動作開始前に小形関節形ロボツト
１の先端とバランサ３の先端との位置が同じで
も、v_Rとv_Bとが異なるため、小形関節形ロボツト
１の先端とバランサ３の先端との位置の差ΔZは
増加する（定常偏差は無限大となる）。即ち、
K₂V_Zの項のみでは、両者の先端間の位置の定常
偏差は無限大となる。この場合、両者の結合部が
破壊する。

そこで、この定常偏差を有限の値とする為に、
ΔZのフイードバツクによるK₃ΔZの修正項が必要
である。ここで、小形関節形ロボツト１の上下方
向の位置をX_R、バランサ３の上下方向の位置を
X_Bとすると、ΔZ＝X_R−X_Bである。例えば、ΔZ
が正のとき、X_R＞X_Bであるから、バランサの速
度v_Bを増やす必要がある。これには、バランサの
速度指令値V_BのK₃ΔZの修正項が必要である。

更にK₄ｄ／dtΔZの項はK₃ΔZの修正項によるバランサ３の応答を早める効果がある。

ｄ／dtΔZは、位置偏差ΔZの時間変化である。ΔZ が増加するときには、ｄ／dtΔZは正であり、この場合、K₄ｄ／dtΔZの修正項により、バランサ３の速度指令値V_Bが大きくなり、バランサ３の応答を
早める効果がある。

また、∫ΔZdtの項は、定常偏差を零にする効果
がある。例えば、停止させる場合を考えるとVZ
＝０であるから（説明を簡略化するため、ｄ／dtΔZ にかかるK₄＝０とおくと）、V_B＝K₃ΔZである。
通常、上下方向には、重力負荷が加わるから、こ
のバランサの速度指令値V_Bによるモータ出力ト
ルクが、この重力負荷とバランスするところで、
バランサ３は停止する。このとき、位置誤差ΔZ
は零にならない。そこで、∫ΔZdtなる積分項を加
えれば、位置誤差ΔZがあるかぎり、V_Bは増加若
しくは減少し、これが重力負荷とバランスする。
例えば、組立を行なう場合には、上下方向の誤差
ΔZ、即ち位置決め誤差は、零乃至極力小さい方
が望ましい。このような場合、∫ΔZdtの項が有効
である。よつてバランサ３は、このバランサ速度
指令値V_BをＤ／Ａコンバータ１１６を介し、バ
ランサ駆動制御装置７２に入力することによりバ
ランサ３の駆動モータ６４が動作し、バランサ３
は小形関節形ロボツト１に追従して動作する。一
方、以上の手動動作を通じ、教示装置１１１の指
令によりデータ記憶装置１１２に記憶された移動
目標地点に対して自動で動作を再生する手段を次
に述べる。まず、データ記憶装置１１２より移動
終了目標地点の直交座標値を取り出し、この直交
座標値と移動開始地点との間で、小形関節形ロボ
ツト１が直線上を動作するために、直線補間を行
ない時々刻々の移動目標値を求める演算を、クロ
ツクパルス発生器１０２からのパルスにより、直
線補間器１１３が行なう。この移動目標値を座標
変換器１０４により各動作軸の角度目標値とし、
速度指令値演算器１０５により速度指令値を算出
し、これにより小形関節形ロボツト１を制御す
る。一方、直線補間器１１３によりもとめられた
移動目標値は、速度目標値演算器１１４により、
１クロツク前の移動目標値との間で差分が行なわ
れ、鉛直方向の移動速度指令値V_Zが算出される。
この移動速度指令値V_Zと、センサ５の歪ゲージ
８２に生ずる歪の、ストレインアンプ１１７およ
びＡ／Ｄコンバータ１１８を介して得られる値
ΔZとからバランサ速度指令値V_Bがバランサ速度
指令値演算器１１５によつて算出され、このバラ
ンサ速度指令値V_BをＤ／Ａコンバータ１１６を
介し、バランサ駆動制御装置７２に入力すること
により、バランサ３の駆動モータ６４が動作し、
バランサ３は小形関節形ロボツト１に追従して動
作する。

次に、手首３０のひねり動作によりバランサ３
を操作する場合の制御手段を第１２図をもとに述
べる。オペレータが手動動作を行なう場合、目標
位置演算器１０３がクロツクパルス発生器１０２
からのパルスにより動作し、手動装置１０１より
送られる速度指令値を積分して、手首３０の位置
目標値を算出する。この位置目標値は座標変換器
１０４により旋回台２２を駆動するモータ２３の
回転角の目標値θ_1iと上腕２６を駆動するモータ
２５の回転角の目標値θ_2iと前腕２９を駆動する
モータ２８の回転角の目標値θ_3iとに変換される。
また位置目標値は、オペレータの、教示装置１１
１からの位置記憶指令によつて、データ記憶装置
１１２に記憶される。一方、バランサ速度指令値
演算器１１５がクロツクパルス発生器１０２から
のパルスにより動作し、手動装置１０１より送ら
れてくる鉛直方向の移動速度指令値V_Zと、セン
サ５の歪ゲージ８２に生ずる歪の、ストレインア
ンプ１１７およびＡ／Ｄコンバータ１１８を介し
て得られる値ΔZとからバランサ速度指令値V_Bを
演算する。ひねり軸動作目標値演算器１１９は、
このバランサ速度指令値V_Bから手首３０のひね
り動作を行なうモータ３１ａの回転角の目標値
θ_4iを式(4)より算出する。但しK₆は比例定数であ
る。

θ_4i＝K₆V_B ……(4) 速度指令値演算器１０５は上記目標値θ_1i，θ_2i，
θ_3i，θ_4iと各モータに直結されたエンコーダ１０
９より発生するパルスをカウントするカウンタ１
１０より得られる各モータの実際の回転角とか
ら、Ｄ／Ａコンバータ１０６を介しモータ駆動ア
ンプ１０７へ入力する速度指令値を算出する。な
お手首駆動モータ３１ｂの回転角の目標値は手首
のふりの姿勢を一定にするため、常に一定値であ
る。モータ２３，２５，２８，３１ａ，３１ｂへ
入力する速度指令値は式(2)より算出される。この
速度指令値はＤ／Ａコンバータを介し、モータ駆
動アンプ１０７へ入力され、各モータが動作し、
小形関節形ロボツト１が動作するとともに、手首
３０のひねり動作によりバランサ３の入力軸７１
が操作されて、バランサ３が小形関節形ロボツト
１に追従して動作する。一方、以上の手動動作を
通じ、データ記憶装置１１２に記憶された移動目
標地点に対して動作を再生する手段を次に述べ
る。まず、クロツクパルス発生器１０２からのパ
ルスにより直線補間器１１３が動作し、データ記
憶装置１１２より得られる移動終了目標地点と移
動開始地点との間で直線補間を行ない、時々刻々
の移動目標値を算出する。この移動目標値は、座
標変換器１０４により旋回台２２，上腕２６，前
腕２９の各駆動モータの回転角度目標値に変換さ
れる一方、速度目標値演算器１１４により鉛直方
向の移動速度指令値V_Zが算出される。この移動
速度指令値V_Zと、センサ５の歪ゲージ８２に生
ずる歪のストレインアンプ１１７およびＡ／Ｄコ
ンバータ１１８を介して得られる値ΔZとからバ
ランサ速度指令値V_Bがバランサ速度指令値演算
器１１５によつて算出され、このバランサ速度指
令値V_Bはひねり軸動作目標値演算器１１９によ
り、手首３０のひねり動作を行なうモータ３１ａ
の回転角の目標値θ_4iに変換される。速度指令値
演算器１０５は、上記目標値に対してサーボを行
ない、小形関節形ロボツト１の各動作軸のモータ
を制御する。さらに、手首３０のひねり動作によ
りバランサ３の入力軸７１が操作されて、バラン
サ３が小形関節形ロボツト１に追従して動作す
る。

なお、本実施例では、ロボツトの手首のひねり
動作によりバランサの入力軸７１を回転させる例
について述べたが、市販のバランサで、回転式可
変抵抗器７０の入力軸７１の回転を行う操作レバ
ーが回転式可変抵抗器７０の回転軸に対して円周
方向に揺動させる方式のものに対しては、ロボツ
トの手首の上下曲げ動作にて、実施例で述べたの
と同様の効果を出すことができることは言うまで
もない。

又、本実施例はモータ駆動方式のバランサにつ
いて述べたが、油空圧アクチユエータにより駆動
されるバランサについても、第２の実施例で述べ
た制御方式を用いて、ロボツトと組み合せたシス
テムを構成し、制御することは可能である。

以上述べたように、本発明によれば、軽荷重用
ロボツトとバランサを組合わせ、軽荷重用ロボツ
トでバランサの位置決めを行ない、且つ、軽荷重
用ロボツトとバランサの中間に設けたセンサから
の位置偏差信号をもとにバランサの動作速度を修
正することにより、軽荷重用ロボツトでバランサ
の先端に取り付けられたチヤツクの移動目標点へ
の位置決めが鉛直方向及び水平方向について高精
度に行なうことができ、重量物をハンドリングし
て、高精度の位置決めが必要とする組付作業や加
工作業を自動的に行なうことができる作用効果を
奏する。また、軽荷重用ロボツトとバランサを組
合わせたシステムは、バランサが非常に安価に製
造できることにより、複難な動作の制御が可能で
且つ重量部品を取扱えるロボツトと比較して半分
以下の価格で製造でき、しかも既存の設備とし
て、重量部品の組立あるいは加工のラインにバラ
ンサがあれば、軽荷重用ロボツトと制御装置を導
入するだけで、高精度の位置決めが必要とする作
業の自動化が実現できるという経済的効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は軽荷重用ロボツトとバランサを組合わ
せた一実施例を示す概略正面図、第２図は第１図
に示す小形関節形ロボツトを示す斜視図、第３図
は第２図の正面図、第４図は第２に示すロボツト
の手首駆動系を示した図、第５図は第２図に示す
ロボツトの前腕先端に取付けられた手首を具体的
に示した断面図、第６図は第１図に示すバランサ
を具体的に示した構成図、第７図はセンサの原理
図、第８図と第９図と第１０図はそれぞれセンサ
を第１図に示すロボツトとバランサの中間に取付
けた一実施例を示す図、第１１図と第１２図は、
それぞれ本発明による制御装置の一実施例を示す
図である。２……ハンド、３……バランサ、４……ハンド
ホルダ、５……位置偏差検出センサ、６……チヤ
ツク、７……制御装置。

Claims

【特許請求の範囲】１少なくとも３つの駆動源と少なくとも３つの
エンコーダとを有し、エンコーダから検出される
位置が目標位置に一致する如く制御され、アーム
先端が、上記駆動源の動力により水平面内及び鉛
直面内で動きうる少なくとも３自由度を有する位
置決め用ロボツトと、部品を把持するチヤツクを
備え付けた先端を、鉛直方向には駆動源の動力に
よつて移動され、且つ水平方向には移動自在に形
成された重量物を可搬し得るバランサと、上記ロ
ボツトとバランサとの結合部分に設けられ、上記
ロボツトの先端と上記バランサの先端との鉛直方
向の偏差を検出するセンサと、上記ロボツトの先
端を水平方向について移動目標点へ移動させるべ
く指令信号に基いて上記ロボツト用駆動源を駆動
制御してこのロボツトの先端に結合しているバラ
ンサの先端のチヤツ７の水平方向の位置決めを行
ない、上記ロボツトの先端を鉛直方向について移
動目標点へ移動させるべく指令信号に基いて上記
ロボツト用駆動源を駆動制御してロボツトの制御
手段より与えられる鉛直方向の移動速度指令値と
上記センサより検出される偏差とから上記バラン
サの速度指令値を演算し、この速度指令値に基い
て上記バランサの駆動源を駆動制御し、上記ロボ
ツトに追従させて上記バランサを移動させ、チヤ
ツクの鉛直方向の位置決めを行なう制御装置とを
備え付けたことを特徴とする重量物ハンドリング
システム制御装置。２少なくとも４つの駆動源と少なくとも３つの
エンコーダとを有し、エンコーダから検出される
位置が目標位置に一致する如く制御され、アーム
先端が、上記駆動源の動力により水平面内及び鉛
直面内で動きうる少なくとも３自由度を有し、更
にこのアームの先端に上記駆動源の動力により回
動できる手首を備えた位置決め用ロボツトと、部
品を把持するチヤツクを備え付けた先端を、鉛直
方向には該先端に設けられた可変抵抗器からの速
度指令値に基いて駆動源の動力によつて移動さ
れ、且つ水平方向には移動自在に形成された重量
物を可搬し得るバランサと、上記ロボツトの手首
と上記バランサの可変抵抗器との結合部分に設け
られ、上記ロボツトの先端と上記バランサの可変
抵抗器との鉛直方向の偏差を検出するセンサと、
上記ロボツトの先端を水平方向について移動目標
点へ移動させるべく指令信号に基いて上記ロボツ
ト用駆動源を駆動制御してこのロボツトの先端に
結合しているバランサの先端のチヤツクの水平方
向の位置決めを行ない、上記ロボツトの先端を鉛
直方向について移動目標点へ移動させるべく指令
信号に基いて上記ロボツト用駆動源を駆動制御し
てロボツトの制御手段より与えられる鉛直方向の
移動速度指令値と上記センサより検出される偏差
とから上記バランサの速度指令値を演算し、この
速度指令値に基いてロボツトの手首用駆動源を駆
動して手首を回動させて可変抵抗器を可変し、上
記バランサの駆動源を駆動制御し、上記ロボツト
に追従させて上記バランサを移動させ、チヤツク
の鉛直方向の位置決めを行なう制御装置とを備え
付けたことを特徴とする重量物ハンドリングシス
テム制御装置。