JPH09309089A - 組立ロボットの手首機構 - Google Patents
組立ロボットの手首機構Info
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- JPH09309089A JPH09309089A JP12938996A JP12938996A JPH09309089A JP H09309089 A JPH09309089 A JP H09309089A JP 12938996 A JP12938996 A JP 12938996A JP 12938996 A JP12938996 A JP 12938996A JP H09309089 A JPH09309089 A JP H09309089A
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- wrist mechanism
- rotary
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、コンプライアンス機構に発生する
力を検出し、検出された力に基づいてフィードバック制
御を行うことで、より柔軟な組立作業を行うことができ
るロボットの手首機構を提供することを目的としてい
る。 【解決手段】 シリンダ部材15とロッド部材16とか
らなり、1自由度の直動機構を構成するとともに、シリ
ンダ部材15の端部が回転モータ14の回転軸14aと
一体的に回動するよう連結され、ロッド部材16の端部
が可動体12に可動体12対して回動自在に連結された
3組のリンク13を有する手首機構において、回転モー
タ14のトルクを検出するトルクセンサ22を設け、検
出されたトルクに基づいてフィードバック制御を行うよ
うに構成する。
力を検出し、検出された力に基づいてフィードバック制
御を行うことで、より柔軟な組立作業を行うことができ
るロボットの手首機構を提供することを目的としてい
る。 【解決手段】 シリンダ部材15とロッド部材16とか
らなり、1自由度の直動機構を構成するとともに、シリ
ンダ部材15の端部が回転モータ14の回転軸14aと
一体的に回動するよう連結され、ロッド部材16の端部
が可動体12に可動体12対して回動自在に連結された
3組のリンク13を有する手首機構において、回転モー
タ14のトルクを検出するトルクセンサ22を設け、検
出されたトルクに基づいてフィードバック制御を行うよ
うに構成する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットの手首機
構に係り、特に、組立部材間の位置ずれを吸収するコン
プライアンス機構を有するロボットの手首機構に関す
る。
構に係り、特に、組立部材間の位置ずれを吸収するコン
プライアンス機構を有するロボットの手首機構に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、ロボットによるはめ合い作業を円
滑に行うために、アームに対してハンドを変位自在に連
結し、組立部品間の中心軸線の位置ずれを吸収するコン
プライアンス機構を有する組立ロボットの手首機構が知
られている。この種のロボットの手首機構としては、例
えば特公平4−20755号公報に記載されたものが報
告されている。この機構は、X方向制御用の互いに対向
する一対の平行板ばね23Aに、継鉄30A、コイルプ
レート33A、永久磁石34A、継鉄31Aを重ねたリ
ニアモータを設けるとともに、平行板ばね23Aに対し
て90゜位相をずらしたY方向制御用の互いに対向する
一対の平行板ばね23Bに、継鉄30B、コイルプレー
ト33B、永久磁石34B、継鉄31Bを重ねたリニア
モータを設け、平行ばね組体2を構成することで、組立
部品Aを相手部品Bに挿入する際の挿入圧力に応じてX
方向およびY方向に変形するコンプライアンス機構の小
型化および軽量化を図っている。
滑に行うために、アームに対してハンドを変位自在に連
結し、組立部品間の中心軸線の位置ずれを吸収するコン
プライアンス機構を有する組立ロボットの手首機構が知
られている。この種のロボットの手首機構としては、例
えば特公平4−20755号公報に記載されたものが報
告されている。この機構は、X方向制御用の互いに対向
する一対の平行板ばね23Aに、継鉄30A、コイルプ
レート33A、永久磁石34A、継鉄31Aを重ねたリ
ニアモータを設けるとともに、平行板ばね23Aに対し
て90゜位相をずらしたY方向制御用の互いに対向する
一対の平行板ばね23Bに、継鉄30B、コイルプレー
ト33B、永久磁石34B、継鉄31Bを重ねたリニア
モータを設け、平行ばね組体2を構成することで、組立
部品Aを相手部品Bに挿入する際の挿入圧力に応じてX
方向およびY方向に変形するコンプライアンス機構の小
型化および軽量化を図っている。
【0003】このように、従来のロボットの手首機構
は、一般に、X方向に変位可能なステージとY方向に移
動可能なステージとを積層ゴムやコイル等を用いて多段
に構成したコンプライアンス機構を採用しており、また
移動時のハンドのぶれを抑制するためにコンプライアン
スを可変としている。しかしながら、従来の手首機構に
あっては、X方向に変位可能なステージとY方向に変位
可能なステージとを多段に構成しているので、機構の厚
さ(XY平面に直交する方向)が大きくなってしまうと
ういった問題を残していた。
は、一般に、X方向に変位可能なステージとY方向に移
動可能なステージとを積層ゴムやコイル等を用いて多段
に構成したコンプライアンス機構を採用しており、また
移動時のハンドのぶれを抑制するためにコンプライアン
スを可変としている。しかしながら、従来の手首機構に
あっては、X方向に変位可能なステージとY方向に変位
可能なステージとを多段に構成しているので、機構の厚
さ(XY平面に直交する方向)が大きくなってしまうと
ういった問題を残していた。
【0004】また、従来の手首機構にあっては、X−Y
方向の挿入圧力に対しては、優れたコンプライアンス性
が得られたものの、XY平面に直交する方向を中心軸と
する回転方向(以下、θ方向ともいう)の位置ずれには
対応することができないといった問題を残していた。そ
こで、本願出願人は、上記問題を解決すべく、先に特願
平7−196386号公報記載の組立ロボットの手首機
構を提案した。この手首機構は、一端部がベース部材1
2に連結されるとともに、他端部が可動体13に連結さ
れた2つの1自由度回転関節および1自由度の直動機構
を有する3組のリンク12を設け、各リンク12をサー
ボ制御が可能な回転モータ14により駆動することで、
部品のはめ合い作業の際にX方向、Y方向あるいはθ方
向に位置ずれが生じた場合、可動体13の位置ずれ方向
に応じてリンク32が伸縮ないし回転させて位置ずれを
吸収するようにしている。また、サーボ制御回路9内の
PDゲイン回路28のPゲインおよびDゲインを変化さ
せて可動体13のコンプライアンス特性を変化させると
ともに、重力補償回路29によって重力補償値をPDゲ
インに加算してロボットの姿勢に拘らずコンプライアン
ス特性を維持している。このため、より円滑な挿入作業
を行うことができるロボットの手首機構を提供してい
る。
方向の挿入圧力に対しては、優れたコンプライアンス性
が得られたものの、XY平面に直交する方向を中心軸と
する回転方向(以下、θ方向ともいう)の位置ずれには
対応することができないといった問題を残していた。そ
こで、本願出願人は、上記問題を解決すべく、先に特願
平7−196386号公報記載の組立ロボットの手首機
構を提案した。この手首機構は、一端部がベース部材1
2に連結されるとともに、他端部が可動体13に連結さ
れた2つの1自由度回転関節および1自由度の直動機構
を有する3組のリンク12を設け、各リンク12をサー
ボ制御が可能な回転モータ14により駆動することで、
部品のはめ合い作業の際にX方向、Y方向あるいはθ方
向に位置ずれが生じた場合、可動体13の位置ずれ方向
に応じてリンク32が伸縮ないし回転させて位置ずれを
吸収するようにしている。また、サーボ制御回路9内の
PDゲイン回路28のPゲインおよびDゲインを変化さ
せて可動体13のコンプライアンス特性を変化させると
ともに、重力補償回路29によって重力補償値をPDゲ
インに加算してロボットの姿勢に拘らずコンプライアン
ス特性を維持している。このため、より円滑な挿入作業
を行うことができるロボットの手首機構を提供してい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
願平7−196386号公報記載の組立ロボットの手首
機構にあっては、各リンク12の関節毎にPD制御を行
っているため、回転モータ14とリンク12との間に減
速機を介材させると、減速機の摩擦損失や粘性抵抗のた
め、正確なコンプライアンスの設定が困難となるといっ
た問題があった。
願平7−196386号公報記載の組立ロボットの手首
機構にあっては、各リンク12の関節毎にPD制御を行
っているため、回転モータ14とリンク12との間に減
速機を介材させると、減速機の摩擦損失や粘性抵抗のた
め、正確なコンプライアンスの設定が困難となるといっ
た問題があった。
【0006】また、コンプライアンス機構はその変位に
応じたフィードバック制御を行っているので、例えば変
位に拘らず一定力に保持したり、コンプライアンス機構
に所定の力を超える力が加わったときに作業を停止す
る、あるいは組立作業の終了とみなすといった能動的な
制御には至らなかった。そこで、本発明は、コンプライ
アンス機構に発生する力を検出し、検出された力に基づ
いてフィードバック制御を行うことで、より柔軟な組立
作業を行うことができるロボットの手首機構を提供する
ことを目的としている。
応じたフィードバック制御を行っているので、例えば変
位に拘らず一定力に保持したり、コンプライアンス機構
に所定の力を超える力が加わったときに作業を停止す
る、あるいは組立作業の終了とみなすといった能動的な
制御には至らなかった。そこで、本発明は、コンプライ
アンス機構に発生する力を検出し、検出された力に基づ
いてフィードバック制御を行うことで、より柔軟な組立
作業を行うことができるロボットの手首機構を提供する
ことを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の発明は、ロボットアームの先端部に
連結されたベース部材と、ロボットハンドを取付け可能
な可動部材と、前記ベース部材の一面側に回動可能に連
結された第1回動関節と前記可動部材の一面側に回動可
能に連結された第2回動関節と該第1および第2回動関
節間の距離を可変自在な直動機構とを有する少なくとも
3つ以上の複数のリンク手段と、前記リンク手段の第1
回動関節、第2回動関節および直動機構のうち何れか一
つを駆動するアクチュエータと、該アクチュエータに制
御信号を出力する制御手段と、を備えたロボットの手首
機構において、前記アクチュエータの駆動力を検出する
検出手段を設け、前記制御手段が、該検出手段の検出信
号に基づいて前記アクチュエータのフィッドバック制御
を行うことを特徴とする。
め、請求項1記載の発明は、ロボットアームの先端部に
連結されたベース部材と、ロボットハンドを取付け可能
な可動部材と、前記ベース部材の一面側に回動可能に連
結された第1回動関節と前記可動部材の一面側に回動可
能に連結された第2回動関節と該第1および第2回動関
節間の距離を可変自在な直動機構とを有する少なくとも
3つ以上の複数のリンク手段と、前記リンク手段の第1
回動関節、第2回動関節および直動機構のうち何れか一
つを駆動するアクチュエータと、該アクチュエータに制
御信号を出力する制御手段と、を備えたロボットの手首
機構において、前記アクチュエータの駆動力を検出する
検出手段を設け、前記制御手段が、該検出手段の検出信
号に基づいて前記アクチュエータのフィッドバック制御
を行うことを特徴とする。
【0008】請求項1記載の発明では、検出手段により
検出されたアクチュエータの駆動力に基づいて制御手段
によりアクチュエータのフィッドバック制御が行なわれ
る。このため、検出手段により検出されたアクチュエー
タの駆動力に基づいてコンプライアンス機構に発生する
力を観測し、アクチュエータのフィードバック制御を行
うことができるので、コンプライアンスを適度な値に設
定しつつ組立作業を行うことができる。このため、例え
ば、部品間に無理な力をかけることなく、かじりの発生
を防止したり、コンプライアンス機構に発生する力を一
定に保持したり、コンプライアンス機構に所定の力を超
える力が加わったときに作業を停止する、あるいは組立
作業の終了とみなすといった能動的な制御が可能とな
る。したがって、より柔軟な組立作業を行うことができ
るロボットの手首機構を提供することができる。
検出されたアクチュエータの駆動力に基づいて制御手段
によりアクチュエータのフィッドバック制御が行なわれ
る。このため、検出手段により検出されたアクチュエー
タの駆動力に基づいてコンプライアンス機構に発生する
力を観測し、アクチュエータのフィードバック制御を行
うことができるので、コンプライアンスを適度な値に設
定しつつ組立作業を行うことができる。このため、例え
ば、部品間に無理な力をかけることなく、かじりの発生
を防止したり、コンプライアンス機構に発生する力を一
定に保持したり、コンプライアンス機構に所定の力を超
える力が加わったときに作業を停止する、あるいは組立
作業の終了とみなすといった能動的な制御が可能とな
る。したがって、より柔軟な組立作業を行うことができ
るロボットの手首機構を提供することができる。
【0009】請求項2記載の発明は、ロボットアームの
先端部に連結されたベース部材と、ロボットハンドを取
付け可能な可動部材と、前記ベース部材の一面側に回動
可能に連結された第1回動関節と、前記可動部材の一面
側に回動可能に連結された第2回動関節と、該第1およ
び第2回動関節間の距離を可変自在な直動機構とを有す
る少なくとも3つ以上の複数のリンク手段と、前記リン
ク手段の第1回動関節、第2回動関節および直動機構の
うち何れか一つを駆動するアクチュエータと、該アクチ
ュエータに制御信号を出力する制御手段と、を備えたロ
ボットの手首機構において、前記可動部材に、前記ロボ
ットハンドを介して該可動部材に作用する力を検出する
検出手段を設け、前記制御手段が、該検出手段の検出信
号に基づいて前記アクチュエータのフィッドバック制御
を行うことを特徴とする。
先端部に連結されたベース部材と、ロボットハンドを取
付け可能な可動部材と、前記ベース部材の一面側に回動
可能に連結された第1回動関節と、前記可動部材の一面
側に回動可能に連結された第2回動関節と、該第1およ
び第2回動関節間の距離を可変自在な直動機構とを有す
る少なくとも3つ以上の複数のリンク手段と、前記リン
ク手段の第1回動関節、第2回動関節および直動機構の
うち何れか一つを駆動するアクチュエータと、該アクチ
ュエータに制御信号を出力する制御手段と、を備えたロ
ボットの手首機構において、前記可動部材に、前記ロボ
ットハンドを介して該可動部材に作用する力を検出する
検出手段を設け、前記制御手段が、該検出手段の検出信
号に基づいて前記アクチュエータのフィッドバック制御
を行うことを特徴とする。
【0010】請求項2記載の発明では、可動部材にロボ
ットハンドとリンク手段との間に作用する力を検出する
検出手段を設け、この検出手段の検出信号に基づいて制
御手段によりアクチュエータのフィッドバック制御が行
なわれる。このため、検出手段によりコンプライアンス
機構に発生する力を観測し、アクチュエータのフィード
バック制御を行うことができるので、コンプライアンス
を適度な値に設定しつつ組立作業を行うことができる。
このため、例えば、部品間に無理な力をかけることな
く、かじりの発生を防止したり、コンプライアンス機構
に発生する力を一定に保持したり、コンプライアンス機
構に所定の力を超える力が加わったときに作業を停止す
る、あるいは組立作業の終了とみなすといった能動的な
制御が可能となる。したがって、より柔軟な組立作業を
行うことができるロボットの手首機構を提供することが
できる。
ットハンドとリンク手段との間に作用する力を検出する
検出手段を設け、この検出手段の検出信号に基づいて制
御手段によりアクチュエータのフィッドバック制御が行
なわれる。このため、検出手段によりコンプライアンス
機構に発生する力を観測し、アクチュエータのフィード
バック制御を行うことができるので、コンプライアンス
を適度な値に設定しつつ組立作業を行うことができる。
このため、例えば、部品間に無理な力をかけることな
く、かじりの発生を防止したり、コンプライアンス機構
に発生する力を一定に保持したり、コンプライアンス機
構に所定の力を超える力が加わったときに作業を停止す
る、あるいは組立作業の終了とみなすといった能動的な
制御が可能となる。したがって、より柔軟な組立作業を
行うことができるロボットの手首機構を提供することが
できる。
【0011】請求項3記載の発明は、請求項1または2
記載の発明において、前記アクチュエータが、回転モー
タからなることを特徴とする。請求項3記載の発明で
は、アクチュエータを回転モータにより構成しているの
で、制御手段とともにフィードバック制御回路を有する
サーボ機構を容易に構成することができる。
記載の発明において、前記アクチュエータが、回転モー
タからなることを特徴とする。請求項3記載の発明で
は、アクチュエータを回転モータにより構成しているの
で、制御手段とともにフィードバック制御回路を有する
サーボ機構を容易に構成することができる。
【0012】請求項4記載の発明は、請求項1記載の発
明において、前記アクチュエータが、回転モータからな
り、前記検出手段が、前記回転モータのトルクを検出す
るトルクセンサからなることを特徴とする。請求項4記
載の発明では、アクチュエータを回転モータにより構成
し、そのトルクをトルクセンサにより検出するように構
成しているので、制御手段とともにフィードバック制御
回路を有するサーボ機構を容易に構成することができ
る。
明において、前記アクチュエータが、回転モータからな
り、前記検出手段が、前記回転モータのトルクを検出す
るトルクセンサからなることを特徴とする。請求項4記
載の発明では、アクチュエータを回転モータにより構成
し、そのトルクをトルクセンサにより検出するように構
成しているので、制御手段とともにフィードバック制御
回路を有するサーボ機構を容易に構成することができ
る。
【0013】請求項5記載の発明は、請求項2記載の発
明において、前記検出手段が、互いに直交するX軸、Y
軸、Z軸のうち、少なくとも2軸方向のそれぞれの力お
よび残りの1軸を中心軸とする回転力を検出することを
特徴とする。請求項5記載の発明では、検出手段を、互
いに直交するX軸、Y軸、Z軸のうち、少なくとも2軸
方向のそれぞれの力および残りの1軸を中心軸とする回
転力が検出されるように構成しているので、例えば部品
のはめ合い作業の際にX方向、Y方向あるいはθ方向に
挿入圧力が生じた場合、可動体の位置ずれ方向の圧力に
応じてアクチュエータによりリンク手段を駆動して位置
ずれ方向の圧力を吸収することができる。このため、よ
り円滑な挿入作業を行うことができる。
明において、前記検出手段が、互いに直交するX軸、Y
軸、Z軸のうち、少なくとも2軸方向のそれぞれの力お
よび残りの1軸を中心軸とする回転力を検出することを
特徴とする。請求項5記載の発明では、検出手段を、互
いに直交するX軸、Y軸、Z軸のうち、少なくとも2軸
方向のそれぞれの力および残りの1軸を中心軸とする回
転力が検出されるように構成しているので、例えば部品
のはめ合い作業の際にX方向、Y方向あるいはθ方向に
挿入圧力が生じた場合、可動体の位置ずれ方向の圧力に
応じてアクチュエータによりリンク手段を駆動して位置
ずれ方向の圧力を吸収することができる。このため、よ
り円滑な挿入作業を行うことができる。
【0014】請求項6記載の発明は、請求項3または4
記載の発明において、前記回転モータの回転量を検出す
るエンコーダを設け、前記制御手段が、エンコーダによ
り検出された回転量に基づいて前記アクチュエータのフ
ィードバック制御を行うことを特徴とする。請求項6記
載の発明では、エンコーダにより検出された回転モータ
の回転量に基づいて制御手段によりアクチュエータのフ
ィードバック制御が行なわれる。このため、エンコーダ
により検出された回転モータの回転量に基づいてフィー
ドバック制御系を構成することができるので、リンク手
段の回動による可動部材の位置ずれ空間におけるコンプ
ライアンス効果を確実に生じさせることができる。
記載の発明において、前記回転モータの回転量を検出す
るエンコーダを設け、前記制御手段が、エンコーダによ
り検出された回転量に基づいて前記アクチュエータのフ
ィードバック制御を行うことを特徴とする。請求項6記
載の発明では、エンコーダにより検出された回転モータ
の回転量に基づいて制御手段によりアクチュエータのフ
ィードバック制御が行なわれる。このため、エンコーダ
により検出された回転モータの回転量に基づいてフィー
ドバック制御系を構成することができるので、リンク手
段の回動による可動部材の位置ずれ空間におけるコンプ
ライアンス効果を確実に生じさせることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。 (第1の実施の形態)図1〜図5は本発明に係るロボッ
トの手首機構の好ましい実施の形態を示す図であり、図
1はその手首機構を適用したロボットの全体構成を示す
図である。図1に示すように、ロボット1は、胴体2、
アーム3、アーム4、アーム5、手首機構6、ハンド7
およびコントローラ8を備えている。
を参照して説明する。 (第1の実施の形態)図1〜図5は本発明に係るロボッ
トの手首機構の好ましい実施の形態を示す図であり、図
1はその手首機構を適用したロボットの全体構成を示す
図である。図1に示すように、ロボット1は、胴体2、
アーム3、アーム4、アーム5、手首機構6、ハンド7
およびコントローラ8を備えている。
【0016】胴体2は設置面に固定された固定部2aと
アーム3を水平方向に旋回する旋回部2bとからなって
いる。アーム3は回動軸3aを支点として胴体2に対し
て垂直方向に回動するように設けられ、アーム3の先端
部にはアーム4が回転軸4aを支点として垂直方向に回
動するように設けられ、アーム4の先端部にはアーム5
が回動軸5aを支点として垂直方向に回動可能に設けら
れ、それぞれ回転関節を構成している。なお、アーム
3、アーム4およびアーム5のそれぞれ中心軸は略同一
の平面内を回動するようになっている。アーム5の先端
部には手首機構6を介してハンド7が設けられている。
アーム3を水平方向に旋回する旋回部2bとからなって
いる。アーム3は回動軸3aを支点として胴体2に対し
て垂直方向に回動するように設けられ、アーム3の先端
部にはアーム4が回転軸4aを支点として垂直方向に回
動するように設けられ、アーム4の先端部にはアーム5
が回動軸5aを支点として垂直方向に回動可能に設けら
れ、それぞれ回転関節を構成している。なお、アーム
3、アーム4およびアーム5のそれぞれ中心軸は略同一
の平面内を回動するようになっている。アーム5の先端
部には手首機構6を介してハンド7が設けられている。
【0017】図2〜図4に示すように、手首機構6は、
アーム5のフランジ状の先端部5bに複数のねじ10に
より固定されたベース体11と、ハンド7が取付けられ
た可動体12と、ベース体11の一面側に設けられ、一
端がベース体11と連結され、他端が可動体12と連結
された3組のリンク13と、ベース体11の他面側に設
けられ、各リンク13をそれぞれ駆動する回転モータ1
4とを備えている。
アーム5のフランジ状の先端部5bに複数のねじ10に
より固定されたベース体11と、ハンド7が取付けられ
た可動体12と、ベース体11の一面側に設けられ、一
端がベース体11と連結され、他端が可動体12と連結
された3組のリンク13と、ベース体11の他面側に設
けられ、各リンク13をそれぞれ駆動する回転モータ1
4とを備えている。
【0018】リンク13は、シリンダ部材15とシリン
ダ部材15に進退自在に嵌装されたロッド部材16とか
らなり、1自由度の直動機構を構成する。また、シリン
ダ部材15の端部は、回転モータ14の回転軸14aと
一体的に連結された軸17を中心に軸17と一体的に回
動するよう連結され、1自由度の回転関節を構成してい
る。また、ロッド部材16の端部は、可動体12に設け
られた軸18を中心に可動体12対して回動自在に連結
され、1自由度の回転関節を構成している。
ダ部材15に進退自在に嵌装されたロッド部材16とか
らなり、1自由度の直動機構を構成する。また、シリン
ダ部材15の端部は、回転モータ14の回転軸14aと
一体的に連結された軸17を中心に軸17と一体的に回
動するよう連結され、1自由度の回転関節を構成してい
る。また、ロッド部材16の端部は、可動体12に設け
られた軸18を中心に可動体12対して回動自在に連結
され、1自由度の回転関節を構成している。
【0019】回転モータ14は、例えばサーボモータか
ら構成されており、回転モータ14の回転量を検出する
ロータリエンコーダ19とともに支持台20を介してベ
ース体11の他面側に固定されている。軸17は回転モ
ータ14の回転軸14aと連結されるとともに、ベース
体11に挿設されたベアリング21に軸支され、回転軸
14aと一体的に回動するようになっている。また、回
転軸14aには回転モータ14のトルクを検出するトル
クセンサ22が設けられ、検出されたトルクは後述する
サーボ制御回路9に出力される。トルクセンサ22とし
ては、例えばストレーンゲージを用いたものが小型かつ
軽量で使用しやすいが、これに限るものではない。な
お、シリンダ部材15の端部はスペーサ23を介して軸
17と嵌合され、ナット24により規定されている。
ら構成されており、回転モータ14の回転量を検出する
ロータリエンコーダ19とともに支持台20を介してベ
ース体11の他面側に固定されている。軸17は回転モ
ータ14の回転軸14aと連結されるとともに、ベース
体11に挿設されたベアリング21に軸支され、回転軸
14aと一体的に回動するようになっている。また、回
転軸14aには回転モータ14のトルクを検出するトル
クセンサ22が設けられ、検出されたトルクは後述する
サーボ制御回路9に出力される。トルクセンサ22とし
ては、例えばストレーンゲージを用いたものが小型かつ
軽量で使用しやすいが、これに限るものではない。な
お、シリンダ部材15の端部はスペーサ23を介して軸
17と嵌合され、ナット24により規定されている。
【0020】各リンク13は、図2および図4に示すよ
うに、初期状態において可動体12の中心とベース体1
1の中心とZ軸方向に一致するとともに、直動機構の進
退方向がベース体11の中心に向かうように互いに等角
度で配設されている。図1に戻り、コントローラ8はロ
ボット1の各駆動部の制御を行うものであり、内部に手
首機構6のコンプライアンスを制御するサーボ制御回路
9を有している。図5に示すように、サーボ制御回路9
は、各トルクセンサ22により検出されたそれぞれの回
転モータ14のトルクT1、T2、T3をフィードバック
するトルク制御系を構成している。
うに、初期状態において可動体12の中心とベース体1
1の中心とZ軸方向に一致するとともに、直動機構の進
退方向がベース体11の中心に向かうように互いに等角
度で配設されている。図1に戻り、コントローラ8はロ
ボット1の各駆動部の制御を行うものであり、内部に手
首機構6のコンプライアンスを制御するサーボ制御回路
9を有している。図5に示すように、サーボ制御回路9
は、各トルクセンサ22により検出されたそれぞれの回
転モータ14のトルクT1、T2、T3をフィードバック
するトルク制御系を構成している。
【0021】また、サーボ制御回路9は、各エンコーダ
19により検出された回転モータ14の回転角度Δ
θ1、Δθ2、Δθ3に基づいて Tr=KTΔθ ・・・(1) ただし、Tr=[Tr1 Tr2 Tr3]t 、Δθ=[Δθ1 Δθ2 Δθ3]t 、KT :3行3列の対角行列 で表される目標値(トルク)Trを演算する目標値演算
回路31を有しており、位置のフィードバック制御系を
構成している。
19により検出された回転モータ14の回転角度Δ
θ1、Δθ2、Δθ3に基づいて Tr=KTΔθ ・・・(1) ただし、Tr=[Tr1 Tr2 Tr3]t 、Δθ=[Δθ1 Δθ2 Δθ3]t 、KT :3行3列の対角行列 で表される目標値(トルク)Trを演算する目標値演算
回路31を有しており、位置のフィードバック制御系を
構成している。
【0022】KTは以下のようにして求められる。ここ
で、図4に示すように、初期状態におけるベース体11
の中心を原点とし、可動体12が位置ずれを発生する互
いに直交するX軸およびY軸方向からなるXY空間にお
いて、可動体12のX軸方向の変位をΔx、Y軸方向の
変位をΔy、可動体12の回転角度をΔθ0で表し、可
動体12に作用する力のX軸成分をfx、Y軸成分をf
y、可動体12に作用するモーメントをMで表すとする
と、Δθ=Jー1ΔX ・・・(2) Tr=JtF ・・・(3) ただし、J:ヤコビアン行列 、ΔX=[Δx Δy Δθ0]t 、F=[fx fy M]t という関係が成り立つことが知られている。なお、ヤコ
ビアン行列は3つのリンクからなる手首機構幾何学的性
質を表す。そして、式(1)〜(3)から F=(Jt)ー1KTJー1ΔX ・・・(4) が成り立つ。ここで、 F=KFΔX ・・・(5) ただし、KF:3行3列の対角行列と定義すると、式
(4)および(5)により、 KT=JtKFJ ・・・(6) となり、XY空間におけるコンプライアンス効果をもた
せることができる。
で、図4に示すように、初期状態におけるベース体11
の中心を原点とし、可動体12が位置ずれを発生する互
いに直交するX軸およびY軸方向からなるXY空間にお
いて、可動体12のX軸方向の変位をΔx、Y軸方向の
変位をΔy、可動体12の回転角度をΔθ0で表し、可
動体12に作用する力のX軸成分をfx、Y軸成分をf
y、可動体12に作用するモーメントをMで表すとする
と、Δθ=Jー1ΔX ・・・(2) Tr=JtF ・・・(3) ただし、J:ヤコビアン行列 、ΔX=[Δx Δy Δθ0]t 、F=[fx fy M]t という関係が成り立つことが知られている。なお、ヤコ
ビアン行列は3つのリンクからなる手首機構幾何学的性
質を表す。そして、式(1)〜(3)から F=(Jt)ー1KTJー1ΔX ・・・(4) が成り立つ。ここで、 F=KFΔX ・・・(5) ただし、KF:3行3列の対角行列と定義すると、式
(4)および(5)により、 KT=JtKFJ ・・・(6) となり、XY空間におけるコンプライアンス効果をもた
せることができる。
【0023】また、32は目標値Trとトルクセンサ2
2により検出されたトルクTとを加減算して誤差ΔT=
Tr−Tを演算する演算回路であり、33はこの演算回
路32の演算結果に応じて比例−積分制御(PI制御)
を行うPIゲイン回路である。Pゲインは演算回路32
で得られた誤差ΔTのフィードバックを行い、Iゲイン
はΔTの定常偏差を低減するものである。回転モータ1
4はこのPIゲイン回路33の出力を制御信号として駆
動され、手首機構6が作動されるようになっている。
2により検出されたトルクTとを加減算して誤差ΔT=
Tr−Tを演算する演算回路であり、33はこの演算回
路32の演算結果に応じて比例−積分制御(PI制御)
を行うPIゲイン回路である。Pゲインは演算回路32
で得られた誤差ΔTのフィードバックを行い、Iゲイン
はΔTの定常偏差を低減するものである。回転モータ1
4はこのPIゲイン回路33の出力を制御信号として駆
動され、手首機構6が作動されるようになっている。
【0024】次に、作用を説明する。本ロボットの手首
機構の動作を2つの部品間の挿入作業を例に説明する。
初期状態では、各リンク13は、ハンド7が一方の部品
を保持した状態で可動体12の中心とベース体11の中
心とがZ軸方向に一致するとともに、直動機構の進退方
向がベース体11の中心に向かうように互いに等角度に
配設されている。このとき、Δθ1=Δθ2=Δθ3=0
である。
機構の動作を2つの部品間の挿入作業を例に説明する。
初期状態では、各リンク13は、ハンド7が一方の部品
を保持した状態で可動体12の中心とベース体11の中
心とがZ軸方向に一致するとともに、直動機構の進退方
向がベース体11の中心に向かうように互いに等角度に
配設されている。このとき、Δθ1=Δθ2=Δθ3=0
である。
【0025】挿入作業の際には、トルクセンサ22によ
り各回転モータのトルクT1、T2、T3が検出されると
ともに、エンコーダ19により各回転モータ14の回転
角度Δθ1、Δθ2、Δθ3が検出され、目標値演算回路
31により上記式(1)に基づいて目標値Trが演算さ
れ、演算回路32により誤差ΔTが演算され、PIゲイ
ン回路33によりPI制御が行われて回転モータ14が
作動される。これら各回転モータ14の作動により、そ
れぞれのリンク13が軸17を中心に回動するととも
に、ロッド部材16がシリンダ部材15に進退し、可動
体12が位置ずれ方向に変位して、コンプライアンスを
発生する。
り各回転モータのトルクT1、T2、T3が検出されると
ともに、エンコーダ19により各回転モータ14の回転
角度Δθ1、Δθ2、Δθ3が検出され、目標値演算回路
31により上記式(1)に基づいて目標値Trが演算さ
れ、演算回路32により誤差ΔTが演算され、PIゲイ
ン回路33によりPI制御が行われて回転モータ14が
作動される。これら各回転モータ14の作動により、そ
れぞれのリンク13が軸17を中心に回動するととも
に、ロッド部材16がシリンダ部材15に進退し、可動
体12が位置ずれ方向に変位して、コンプライアンスを
発生する。
【0026】従来の技術の欄で説明した特願平7−19
6386号公報記載の組立ロボットの手首機構にあって
は、各リンク12の関節毎にPD制御を行っているた
め、モータの電圧−トルク特性等のモデルにより間接的
に制御するようになっており、例えば減速機の摩擦等を
モデルに取り込まない限りその影響を排除することがで
きず、正確なコンプライアンスの設定を困難なものとし
ていた。
6386号公報記載の組立ロボットの手首機構にあって
は、各リンク12の関節毎にPD制御を行っているた
め、モータの電圧−トルク特性等のモデルにより間接的
に制御するようになっており、例えば減速機の摩擦等を
モデルに取り込まない限りその影響を排除することがで
きず、正確なコンプライアンスの設定を困難なものとし
ていた。
【0027】これに対して、本実施の形態のロボットの
手首機構においては、モータのトルクをフィードバック
することにより、上記の影響を外乱として捉え、フィー
ドバック制御系の外乱抑制動作によりその影響を抑制す
ることができる。したがって、正確なコンプライアンス
の設定が容易となる。このように、本実施の形態では、
トルクセンサ22により検出された回転モータ14の駆
動力に基づいてサーボ制御回路9により回転モータ14
のフィッドバック制御が行なわれる。このため、トルク
センサ22により検出された回転モータ14の駆動力に
基づいてコンプライアンス機構に発生する力を観測し、
回転モータ14のフィードバック制御を行うことができ
るので、コンプライアンスを適度な値に設定しつつ組立
作業を行うことができる。このため、例えば、部品間に
無理な力をかけることなく、かじりの発生を防止した
り、コンプライアンス機構に発生する力を一定に保持し
たり、コンプライアンス機構に所定の力を超える力が加
わったときに作業を停止する、あるいは組立作業の終了
とみなすといった能動的な制御が可能となる。したがっ
て、より柔軟な組立作業を行うことができるロボットの
手首機構を提供することができる。
手首機構においては、モータのトルクをフィードバック
することにより、上記の影響を外乱として捉え、フィー
ドバック制御系の外乱抑制動作によりその影響を抑制す
ることができる。したがって、正確なコンプライアンス
の設定が容易となる。このように、本実施の形態では、
トルクセンサ22により検出された回転モータ14の駆
動力に基づいてサーボ制御回路9により回転モータ14
のフィッドバック制御が行なわれる。このため、トルク
センサ22により検出された回転モータ14の駆動力に
基づいてコンプライアンス機構に発生する力を観測し、
回転モータ14のフィードバック制御を行うことができ
るので、コンプライアンスを適度な値に設定しつつ組立
作業を行うことができる。このため、例えば、部品間に
無理な力をかけることなく、かじりの発生を防止した
り、コンプライアンス機構に発生する力を一定に保持し
たり、コンプライアンス機構に所定の力を超える力が加
わったときに作業を停止する、あるいは組立作業の終了
とみなすといった能動的な制御が可能となる。したがっ
て、より柔軟な組立作業を行うことができるロボットの
手首機構を提供することができる。
【0028】また、アクチュエータを回転モータ14に
より構成し、そのトルクをトルクセンサ22により検出
するように構成しているので、サーボ制御回路9ととも
にフィードバック制御回路を有するサーボ機構を容易に
構成することができる。さらに、エンコーダ19により
検出された回転モータ14の回転量に基づいてサーボ制
御回路9によりアクチュエータのフィードバック制御が
行なわれる。このため、エンコーダ19により検出され
た回転モータ14の回転量に基づいてフィードバック制
御系を構成することができるので、リンク13の回動に
よる可動部材の位置ずれ空間(XY空間)におけるコン
プライアンス効果を確実に生じさせることができる。
より構成し、そのトルクをトルクセンサ22により検出
するように構成しているので、サーボ制御回路9ととも
にフィードバック制御回路を有するサーボ機構を容易に
構成することができる。さらに、エンコーダ19により
検出された回転モータ14の回転量に基づいてサーボ制
御回路9によりアクチュエータのフィードバック制御が
行なわれる。このため、エンコーダ19により検出され
た回転モータ14の回転量に基づいてフィードバック制
御系を構成することができるので、リンク13の回動に
よる可動部材の位置ずれ空間(XY空間)におけるコン
プライアンス効果を確実に生じさせることができる。
【0029】(第2の実施の形態)図6〜図7は本発明
に係るロボットの手首機構の好ましい実施の形態を示す
図であり、図6はその手首機構を示す図である。なお、
図2〜図4に示された手首機構と同様の構成には同一符
号を付してその説明を省略する。図6に示すように、手
首機構は可動体40をリンク13のロッド部材が連結さ
れた板状体30aとハンド7が取付けられた30bとか
ら構成し、板状体12aと板状体12bとの間に力セン
サ31を介装したものである。
に係るロボットの手首機構の好ましい実施の形態を示す
図であり、図6はその手首機構を示す図である。なお、
図2〜図4に示された手首機構と同様の構成には同一符
号を付してその説明を省略する。図6に示すように、手
首機構は可動体40をリンク13のロッド部材が連結さ
れた板状体30aとハンド7が取付けられた30bとか
ら構成し、板状体12aと板状体12bとの間に力セン
サ31を介装したものである。
【0030】力センサ31は、内部にストレーンゲージ
を有しており、互いに略直交するX軸、Y軸およびZ軸
のそれぞれの軸方向に作用する力および各軸方向を中心
軸とするモーメントを検出するものである。力センサ3
1はこれら6成分のうち3成分が利用され、図6に示さ
れたX軸およびY軸方向のそれぞれの軸方向に作用する
力fx、fyおよびθ方向のモーメントMを検出するよ
うに設けられている。
を有しており、互いに略直交するX軸、Y軸およびZ軸
のそれぞれの軸方向に作用する力および各軸方向を中心
軸とするモーメントを検出するものである。力センサ3
1はこれら6成分のうち3成分が利用され、図6に示さ
れたX軸およびY軸方向のそれぞれの軸方向に作用する
力fx、fyおよびθ方向のモーメントMを検出するよ
うに設けられている。
【0031】すなわち、力センサ31はトルクセンサ2
2の代わりに設けられているが、この場合、前述の変換
式(6)を用いることなく可動体40に作用する力を観
測することができるので、力の制御が容易となってい
る。なお、32はカップリングであり、回転モータ14
の回転軸14aと一体的に連結している。図7は回転モ
ータ14の動作を制御するサーボ制御回路の構成を示す
図である。図7に示すように、サーボ制御回路は力セン
サ22により検出されたfx、fy、Mをフィードバッ
クする制御系を構成している。
2の代わりに設けられているが、この場合、前述の変換
式(6)を用いることなく可動体40に作用する力を観
測することができるので、力の制御が容易となってい
る。なお、32はカップリングであり、回転モータ14
の回転軸14aと一体的に連結している。図7は回転モ
ータ14の動作を制御するサーボ制御回路の構成を示す
図である。図7に示すように、サーボ制御回路は力セン
サ22により検出されたfx、fy、Mをフィードバッ
クする制御系を構成している。
【0032】また、サーボ制御回路は各エンコーダ19
により検出された回転モータ14の回転角度Δθ1、Δ
θ2、Δθ3に基づいて Fr=KFΔX ・・・(7) ただし、ΔX=JΔθで表される目標値Frを演算する
目標値演算回路51、52を有しており、フィードバッ
ク制御系を構成している。目標値演算回路52は、回転
モータ14の回転角度 Δθ=[Δθ1 Δθ2 Δθ3]t に基づいて ΔX=[Δx Δy Δθ0]t を演算する回路であり、目標値演算回路51は式(7)
を実行する回路である。演算回路51はゲインKFを所
望のコンプライアンスに設定することで目標値 Fr=[fxr fyr Mr]t を演算する回路である。
により検出された回転モータ14の回転角度Δθ1、Δ
θ2、Δθ3に基づいて Fr=KFΔX ・・・(7) ただし、ΔX=JΔθで表される目標値Frを演算する
目標値演算回路51、52を有しており、フィードバッ
ク制御系を構成している。目標値演算回路52は、回転
モータ14の回転角度 Δθ=[Δθ1 Δθ2 Δθ3]t に基づいて ΔX=[Δx Δy Δθ0]t を演算する回路であり、目標値演算回路51は式(7)
を実行する回路である。演算回路51はゲインKFを所
望のコンプライアンスに設定することで目標値 Fr=[fxr fyr Mr]t を演算する回路である。
【0033】また、53は目標値Frと力センサ41に
より検出された力Fとを加減算してΔF=Fr−Fを演
算する演算回路であり、54はJtΔFを演算する回路
であり、55はこの演算結果に応じて比例−積分制御
(PI制御)を行うPIゲイン回路である。回転モータ
14はこのPIゲイン回路55の出力を制御信号として
駆動され、手首機構6が作動されるようになっている。
より検出された力Fとを加減算してΔF=Fr−Fを演
算する演算回路であり、54はJtΔFを演算する回路
であり、55はこの演算結果に応じて比例−積分制御
(PI制御)を行うPIゲイン回路である。回転モータ
14はこのPIゲイン回路55の出力を制御信号として
駆動され、手首機構6が作動されるようになっている。
【0034】次に、作用を説明する。本ロボットの手首
機構においても、第1の実施の形態の手首機構と同様、
2つの部品間の挿入作業の際に、力センサ41によりハ
ンド7を介して可動体40に作用する力fx、fy、M
が検出されるとともに、エンコーダ19により各回転モ
ータ14の回転角度Δθ1、Δθ2、Δθ3が検出され、
目標値演算回路52、51により上記式(7)に基づい
て目標値Frが演算され、演算回路53により誤差ΔF
が演算され、Jt回路54、PIゲイン回路55により
PI制御が行われて回転モータ14が作動される。これ
ら各回転モータ14の作動により、それぞれのリンク1
3が軸17を中心に回動するとともに、ロッド部材16
がシリンダ部材15に進退し、可動体40が位置ずれ方
向に変位して、コンプライアンスを発生する。
機構においても、第1の実施の形態の手首機構と同様、
2つの部品間の挿入作業の際に、力センサ41によりハ
ンド7を介して可動体40に作用する力fx、fy、M
が検出されるとともに、エンコーダ19により各回転モ
ータ14の回転角度Δθ1、Δθ2、Δθ3が検出され、
目標値演算回路52、51により上記式(7)に基づい
て目標値Frが演算され、演算回路53により誤差ΔF
が演算され、Jt回路54、PIゲイン回路55により
PI制御が行われて回転モータ14が作動される。これ
ら各回転モータ14の作動により、それぞれのリンク1
3が軸17を中心に回動するとともに、ロッド部材16
がシリンダ部材15に進退し、可動体40が位置ずれ方
向に変位して、コンプライアンスを発生する。
【0035】このように、本実施の形態では、可動体4
0にハンド7を介してリンク13に作用する力を検出す
る力センサ41を設け、この力センサ41の検出信号に
基づいてサーボ制御回路により回転モータ14のフィッ
ドバック制御が行なわれる。このため、力センサにより
コンプライアンス機構に発生する力が直接検出され、回
転モータ14のフィードバック制御が行われるので、コ
ンプライアンスを適度な値に設定しつつ組立作業を行う
ことができる。このため、例えば、部品間に無理な力を
かけることなく、かじりの発生を防止したり、コンプラ
イアンス機構に発生する力を一定に保持したり、コンプ
ライアンス機構に所定の力を超える力が加わったときに
作業を停止する、あるいは組立作業の終了とみなすとい
った能動的な制御が可能となる。したがって、より柔軟
な組立作業を行うことができるロボットの手首機構を提
供することができる。
0にハンド7を介してリンク13に作用する力を検出す
る力センサ41を設け、この力センサ41の検出信号に
基づいてサーボ制御回路により回転モータ14のフィッ
ドバック制御が行なわれる。このため、力センサにより
コンプライアンス機構に発生する力が直接検出され、回
転モータ14のフィードバック制御が行われるので、コ
ンプライアンスを適度な値に設定しつつ組立作業を行う
ことができる。このため、例えば、部品間に無理な力を
かけることなく、かじりの発生を防止したり、コンプラ
イアンス機構に発生する力を一定に保持したり、コンプ
ライアンス機構に所定の力を超える力が加わったときに
作業を停止する、あるいは組立作業の終了とみなすとい
った能動的な制御が可能となる。したがって、より柔軟
な組立作業を行うことができるロボットの手首機構を提
供することができる。
【0036】また、アクチュエータを回転モータ14に
より構成しているので、サーボ制御回路とともにフィー
ドバック制御回路を有するサーボ機構を容易に構成する
ことができる。また、力センサ41を、互いに直交する
X軸、Y軸、Z軸のうち、少なくとも2軸方向のそれぞ
れの力および残りの1軸を中心軸とする回転力が検出さ
れるように構成しているので、部品のはめ合い作業の際
にX方向、Y方向あるいはθ方向に挿入圧力が生じた場
合、可動体40の位置ずれ方向の圧力に応じて回転モ−
タ14によりリンク13を駆動して位置ずれ方向の圧力
を吸収することができる。このため、より円滑な挿入作
業を行うことができる。
より構成しているので、サーボ制御回路とともにフィー
ドバック制御回路を有するサーボ機構を容易に構成する
ことができる。また、力センサ41を、互いに直交する
X軸、Y軸、Z軸のうち、少なくとも2軸方向のそれぞ
れの力および残りの1軸を中心軸とする回転力が検出さ
れるように構成しているので、部品のはめ合い作業の際
にX方向、Y方向あるいはθ方向に挿入圧力が生じた場
合、可動体40の位置ずれ方向の圧力に応じて回転モ−
タ14によりリンク13を駆動して位置ずれ方向の圧力
を吸収することができる。このため、より円滑な挿入作
業を行うことができる。
【0037】さらに、エンコーダ19により検出された
回転モータ14の回転量に基づいて制御手段により回転
モータ14のフィードバック制御が行なわれる。このた
め、エンコーダ19により検出された回転モータ14の
回転量に基づいてフィードバック制御系を構成すること
ができるので、リンク13の回動による可動部材の位置
ずれ空間(XY空間)におけるコンプライアンス効果を
確実に生じさせることができる。
回転モータ14の回転量に基づいて制御手段により回転
モータ14のフィードバック制御が行なわれる。このた
め、エンコーダ19により検出された回転モータ14の
回転量に基づいてフィードバック制御系を構成すること
ができるので、リンク13の回動による可動部材の位置
ずれ空間(XY空間)におけるコンプライアンス効果を
確実に生じさせることができる。
【0038】なお、本実施の形態では、力センサ41の
検出信号とエンコーダ19の検出信号とをそれぞれフィ
ードバックするようにサーボ制御回路を構成している
が、例えば図8に示すように、力センサ41の検出信号
のみをフィードバックすることもできる。この場合、X
Y空間におけるコンプライアンス効果を発生させること
ができない。図8に示された制御系はハンド7を介して
可動体40に作用する力Fを目標値Frに一致させるも
のであり、例えばグラインダ作業のように一定の力でワ
ーク表面をなぞるような作業に好適である。なお、エン
コーダ19による位置のフィードバックを行うか否かは
ロボットの作業内容に応じて、例えばソフト的な切換手
段で容易に切り換えることができることは勿論である。
検出信号とエンコーダ19の検出信号とをそれぞれフィ
ードバックするようにサーボ制御回路を構成している
が、例えば図8に示すように、力センサ41の検出信号
のみをフィードバックすることもできる。この場合、X
Y空間におけるコンプライアンス効果を発生させること
ができない。図8に示された制御系はハンド7を介して
可動体40に作用する力Fを目標値Frに一致させるも
のであり、例えばグラインダ作業のように一定の力でワ
ーク表面をなぞるような作業に好適である。なお、エン
コーダ19による位置のフィードバックを行うか否かは
ロボットの作業内容に応じて、例えばソフト的な切換手
段で容易に切り換えることができることは勿論である。
【0039】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、検出手段
により検出されたアクチュエータの駆動力に基づいて制
御手段によりアクチュエータのフィッドバック制御を行
う。このため、検出手段により検出されたアクチュエー
タの駆動力に基づいてコンプライアンス機構に発生する
力を観測し、アクチュエータのフィードバック制御を行
うことができるので、コンプライアンスを適度な値に設
定しつつ組立作業を行うことができる。このため、例え
ば、部品間に無理な力をかけることなく、かじりの発生
を防止したり、コンプライアンス機構に発生する力を一
定に保持したり、コンプライアンス機構に所定の力を超
える力が加わったときに作業を停止する、あるいは組立
作業の終了とみなすといった能動的な制御が可能とな
る。したがって、より柔軟な組立作業を行うことができ
るロボットの手首機構を提供することができる。
により検出されたアクチュエータの駆動力に基づいて制
御手段によりアクチュエータのフィッドバック制御を行
う。このため、検出手段により検出されたアクチュエー
タの駆動力に基づいてコンプライアンス機構に発生する
力を観測し、アクチュエータのフィードバック制御を行
うことができるので、コンプライアンスを適度な値に設
定しつつ組立作業を行うことができる。このため、例え
ば、部品間に無理な力をかけることなく、かじりの発生
を防止したり、コンプライアンス機構に発生する力を一
定に保持したり、コンプライアンス機構に所定の力を超
える力が加わったときに作業を停止する、あるいは組立
作業の終了とみなすといった能動的な制御が可能とな
る。したがって、より柔軟な組立作業を行うことができ
るロボットの手首機構を提供することができる。
【0040】請求項2記載の発明によれば、可動部材に
ロボットハンドを介して可動部材に作用する力を検出す
る検出手段を設け、この検出手段の検出信号に基づいて
制御手段によりアクチュエータのフィッドバック制御を
行う。このため、検出手段によりコンプライアンス機構
に発生する力を観測し、アクチュエータのフィードバッ
ク制御を行うことができるので、コンプライアンスを適
度な値に設定しつつ組立作業を行うことができる。この
ため、例えば、部品間に無理な力をかけることなく、か
じりの発生を防止したり、コンプライアンス機構に発生
する力を一定に保持したり、コンプライアンス機構に所
定の力を超える力が加わったときに作業を停止する、あ
るいは組立作業の終了とみなすといった能動的な制御が
可能となる。したがって、より柔軟な組立作業を行うこ
とができるロボットの手首機構を提供することができ
る。
ロボットハンドを介して可動部材に作用する力を検出す
る検出手段を設け、この検出手段の検出信号に基づいて
制御手段によりアクチュエータのフィッドバック制御を
行う。このため、検出手段によりコンプライアンス機構
に発生する力を観測し、アクチュエータのフィードバッ
ク制御を行うことができるので、コンプライアンスを適
度な値に設定しつつ組立作業を行うことができる。この
ため、例えば、部品間に無理な力をかけることなく、か
じりの発生を防止したり、コンプライアンス機構に発生
する力を一定に保持したり、コンプライアンス機構に所
定の力を超える力が加わったときに作業を停止する、あ
るいは組立作業の終了とみなすといった能動的な制御が
可能となる。したがって、より柔軟な組立作業を行うこ
とができるロボットの手首機構を提供することができ
る。
【0041】請求項3記載の発明によれば、アクチュエ
ータを回転モータにより構成しているので、制御手段と
ともにフィードバック制御回路を有するサーボ機構を容
易に構成することができる。請求項4記載の発明によれ
ば、アクチュエータを回転モータにより構成し、そのト
ルクをトルクセンサにより検出するように構成している
ので、制御手段とともにフィードバック制御回路を有す
るサーボ機構を容易に構成することができる。
ータを回転モータにより構成しているので、制御手段と
ともにフィードバック制御回路を有するサーボ機構を容
易に構成することができる。請求項4記載の発明によれ
ば、アクチュエータを回転モータにより構成し、そのト
ルクをトルクセンサにより検出するように構成している
ので、制御手段とともにフィードバック制御回路を有す
るサーボ機構を容易に構成することができる。
【0042】請求項5記載の発明によれば、検出手段
を、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸のうち、少なくと
も2軸方向のそれぞれの力および残りの1軸を中心軸と
する回転力が検出されるように構成しているので、部品
のはめ合い作業の際にX方向、Y方向あるいはθ方向に
挿入圧力が生じた場合、可動体の位置ずれ方向の圧力に
応じてアクチュエータによりリンク手段を駆動して位置
ずれ方向の圧力を吸収することができる。このため、よ
り円滑な挿入作業を行うことができる。
を、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸のうち、少なくと
も2軸方向のそれぞれの力および残りの1軸を中心軸と
する回転力が検出されるように構成しているので、部品
のはめ合い作業の際にX方向、Y方向あるいはθ方向に
挿入圧力が生じた場合、可動体の位置ずれ方向の圧力に
応じてアクチュエータによりリンク手段を駆動して位置
ずれ方向の圧力を吸収することができる。このため、よ
り円滑な挿入作業を行うことができる。
【0043】請求項6記載の発明によれば、エンコーダ
により検出された回転モータの回転量に基づいて制御手
段によりアクチュエータのフィードバック制御を行う。
このため、エンコーダにより検出された回転モータの回
転量に基づいてフィードバック制御系を構成することが
できるので、リンク手段の回動による可動部材の位置ず
れ空間におけるコンプライアンス効果を確実に生じさせ
ることができる。
により検出された回転モータの回転量に基づいて制御手
段によりアクチュエータのフィードバック制御を行う。
このため、エンコーダにより検出された回転モータの回
転量に基づいてフィードバック制御系を構成することが
できるので、リンク手段の回動による可動部材の位置ず
れ空間におけるコンプライアンス効果を確実に生じさせ
ることができる。
【図1】本発明に係る手首機構を適用したロボットの構
成を示す図である。
成を示す図である。
【図2】本発明に係る第1の実施の形態のロボットの手
首機構を示す正面図である。
首機構を示す正面図である。
【図3】図2に示された手首機構を下から見た底面図で
ある。
ある。
【図4】図2に示された手首機構の要部を示す拡大図で
ある。
ある。
【図5】図1に示されたコントローラ8内のサーボ制御
回路の構成を示すブロック図である。
回路の構成を示すブロック図である。
【図6】本発明に係る第2の実施の形態のロボットの手
首機構を示す正面図である。
首機構を示す正面図である。
【図7】図6に示された手首機構のコントローラ内のサ
ーボ制御回路の構成を示すブロック図である。
ーボ制御回路の構成を示すブロック図である。
【図8】図7にに示されたサーボ制御回路の変形例であ
り、力センサの検出信号のみをフィードバックした制御
回路の構成を示すブロック図である。
り、力センサの検出信号のみをフィードバックした制御
回路の構成を示すブロック図である。
1 ロボット 2 胴体 3、4、5 アーム 6 手首機構 7 ハンド 8 コントローラ 9 サーボ制御回路(制御手段) 11 ベース体(ベース部材) 12 可動体(可動部材) 13 リンク(リンク手段) 14 回転モータ 14a 回転軸 15 シリンダ部材 16 ロッド部材 17、18 軸 19 ロータリエンコーダ 20 支持台 21 ベアリング 22 トルクセンサ(検出手段) 31、51、52 目標値演算回路 32、53、54 演算回路 33、55 PIゲイン回路 40 可動体 41 力センサ(検出手段) 42 カップリング
Claims (6)
- 【請求項1】ロボットアームの先端部に連結されたベー
ス部材と、 ロボットハンドを取付け可能な可動部材と、 前記ベース部材の一面側に回動可能に連結された第1回
動関節と、前記可動部材の一面側に回動可能に連結され
た第2回動関節と、該第1および第2回動関節間の距離
を可変自在な直動機構とを有する少なくとも3つ以上の
複数のリンク手段と、 前記リンク手段の第1回動関節、第2回動関節および直
動機構のうち何れか一つを駆動するアクチュエータと、 該アクチュエータに制御信号を出力する制御手段と、を
備えたロボットの手首機構において、 前記アクチュエータの駆動力を検出する検出手段を設
け、 前記制御手段が、該検出手段の検出信号に基づいて前記
アクチュエータのフィッドバック制御を行うことを特徴
とするロボットの手首機構。 - 【請求項2】ロボットアームの先端部に連結されたベー
ス部材と、 ロボットハンドを取付け可能な可動部材と、 前記ベース部材の一面側に回動可能に連結された第1回
動関節と、前記可動部材の一面側に回動可能に連結され
た第2回動関節と、該第1および第2回動関節間の距離
を可変自在な直動機構とを有する少なくとも3つ以上の
複数のリンク手段と、 前記リンク手段の第1回動関節、第2回動関節および直
動機構のうち何れか一つを駆動するアクチュエータと、 該アクチュエータに制御信号を出力する制御手段と、を
備えたロボットの手首機構において、 前記可動部材に、前記ロボットハンドを介して該可動部
材に作用する力を検出する検出手段を設け、 前記制御手段が、該検出手段の検出信号に基づいて前記
アクチュエータのフィッドバック制御を行うことを特徴
とするロボットの手首機構。 - 【請求項3】前記アクチュエータが、回転モータからな
ることを特徴とする請求項1または2記載の組立ロボッ
トの手首機構。 - 【請求項4】前記アクチュエータが、回転モータからな
り、 前記検出手段が、該回転モータのトルクを検出するトル
クセンサからなることを特徴とする請求項1記載の組立
ロボットの手首機構。 - 【請求項5】前記検出手段が、互いに略直交するX軸、
Y軸、Z軸のうち、少なくとも2軸方向のそれぞれの力
および残りの1軸を中心軸とする回転力を検出すること
を特徴とする請求項2記載の組立ロボットの手首機構。 - 【請求項6】前記回転モータの回転量を検出するエンコ
ーダを設け、 前記制御手段が、エンコーダにより検出された回転量に
基づいて前記アクチュエータのフィードバック制御を行
うことを特徴とする請求項3または4記載の組立ロボッ
トの手首機構。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12938996A JPH09309089A (ja) | 1996-05-24 | 1996-05-24 | 組立ロボットの手首機構 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12938996A JPH09309089A (ja) | 1996-05-24 | 1996-05-24 | 組立ロボットの手首機構 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09309089A true JPH09309089A (ja) | 1997-12-02 |
Family
ID=15008377
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12938996A Pending JPH09309089A (ja) | 1996-05-24 | 1996-05-24 | 組立ロボットの手首機構 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09309089A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100624217B1 (ko) * | 2005-06-27 | 2006-09-15 | (주)스맥 | 로봇의 관절부 구동을 위한 3차원 복합 폐 링크장치 |
CN102029614A (zh) * | 2011-01-24 | 2011-04-27 | 哈尔滨工业大学 | 三自由度球型空间机器人手腕 |
CN102128213A (zh) * | 2011-02-24 | 2011-07-20 | 哈尔滨工业大学 | 皮带传动十字整轴式两自由度万向节机构 |
JP2015003361A (ja) * | 2013-06-20 | 2015-01-08 | アズビル株式会社 | コンプライアンス装置 |
JP2015003362A (ja) * | 2013-06-20 | 2015-01-08 | アズビル株式会社 | コンプライアンス装置 |
-
1996
- 1996-05-24 JP JP12938996A patent/JPH09309089A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100624217B1 (ko) * | 2005-06-27 | 2006-09-15 | (주)스맥 | 로봇의 관절부 구동을 위한 3차원 복합 폐 링크장치 |
CN102029614A (zh) * | 2011-01-24 | 2011-04-27 | 哈尔滨工业大学 | 三自由度球型空间机器人手腕 |
CN102128213A (zh) * | 2011-02-24 | 2011-07-20 | 哈尔滨工业大学 | 皮带传动十字整轴式两自由度万向节机构 |
JP2015003361A (ja) * | 2013-06-20 | 2015-01-08 | アズビル株式会社 | コンプライアンス装置 |
JP2015003362A (ja) * | 2013-06-20 | 2015-01-08 | アズビル株式会社 | コンプライアンス装置 |
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