JP3211456B2 - 産業用マニプレータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は産業用マニプレータに関
し、特に各関節等の被駆動部に駆動力を伝達する駆動力
伝達系の途中にトルクリミッタを介在させた場合に適用
して有用なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、鋳物工場で行なう鋳ばらし作業
は、手作業で行なっている。この鋳ばらし作業の工程中
では、ベルトコンベアで搬送されてくる鋳型及び鋳物製
品を下記のように処理する。

【０００３】（１）荒仕分け作業−Ｉ からみ合った湯口製品の仕分け。

【０００４】（２）荒仕分け作業−II 前工程で既に分解している製品と湯口の整列、及びセキ
折りの作業のために前工程で仕分けた湯口付き製品の仕
分け。

【０００５】（３）セキ折り作業 ゲートベッカーで湯道と製品を分離。

【０００６】（４）整列作業 セキ折り後の製品と湯道を分離して整列。

【０００７】（５）ハンガー掛け作業 ショットブラストへの投入作業。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来、上述の如き鋳ば
らし作業は、作業員が全て手作業で行なっているので、
能率が悪く、また重労働である。このため、省力化とと
もに機械化を図り得るマニプレータの出現が待望されて
いる。

【０００９】かかる用途に供するマニプレータとして、
スレーブアームの各関節等の被駆動部の位置を検出する
ポテンショメータ等の位置検出手段の出力信号と、オペ
レータが操作するマスターアームから供給する指令値と
を比較して両者の偏差が零になるように前記被駆動部の
駆動源であるモータを制御するように構成するものが考
えられる。

【００１０】上述の如く、駆動源としてモータを用いた
ものでは、アーム部等が何処かに衝突する等して過負荷
が作用した場合に備え、各関節及びアーム部等の駆動力
を伝達する駆動力伝達系の途中に、過負荷を吸収するト
ルクリミッタを設けるのが望ましい。

【００１１】このトルクリミッタは、モータの駆動力を
被駆動部に伝達する減速機の入力軸に介装する場合と、
出力軸に介装する場合とが考えられるが、トルクリミッ
タを入力軸に介装すると同時に、被駆動部の位置に基づ
きモータの回転数を制御する方式を採用する場合には、
トルクリミッタが滑ることにより不都合が生じる。

【００１２】すなわち、位置検出手段は、減速機の出力
軸側（被駆動部側）に設ける必要があるので、被駆動部
に作用する過負荷によりトルクリミッタが滑った場合、
位置検出手段の出力信号とマスターアームからの指令値
との偏差はどんどん大きくなり、これに伴ないモータの
回転数が上昇するような制御を行なった場合には、モー
タの最高回転速度を越えるような事態も考えられ、この
場合にはモータを損傷する虞がある。

【００１３】本発明は、上記従来技術に鑑み、駆動力伝
達系において減速機の入力軸側にトルクリミッタを介装
した場合でも良好な被駆動部の位置の制御と駆動源であ
るモータの回転数制御とを良好に行ない得る産業用マニ
プレータを提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は、スレーブアームの各関節等の被駆動部の位
置を検出する位置検出手段の出力信号と、マスターアー
ムから供給する指令値とを比較して両者の偏差が零にな
るように前記被駆動部の駆動源であるモータを制御する
ように構成した産業用マニプレータにおいて、前記モー
タの出力軸と、減速機の入力軸との間に介装したトルク
リミッタと、前記モータの回転数を検出するようこのモ
ータに配設した回転数検出手段と、前記減速機の出力側
に配設した前記位置検出手段と、前記指令値との偏差に
応じた回転速度でモータが回転するよう、この偏差に応
じた他の指令値と前記回転数検出手段が検出する回転数
との偏差に基づき前記モータを制御するとともに、この
回転数検出手段が検出する回転数が上限値を越えないよ
うにモータを制御する制御部とを有することを特徴とす
る。

【００１５】

【作用】上記構成の本発明によれば、被駆動部に作用す
る過負荷はトルクリミッタが動作することにより吸収さ
れるばかりでなく、トルクリミッタの動作、すなわち滑
りによるマスターアームの指令値と被駆動部の位置との
偏差の拡大によるモータの回転数上昇は上限値に達する
ことなく制御される。

【００１６】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づき詳細に説
明する。

【００１７】図１は本実施例に係る垂直多関節の産業用
マニプレータのうちスレーブアームを抽出してその基本
構成を示す説明図である。同図に示すように、旋回台１
は、床面２に設置してある基台３に対し１軸モータ（図
示せず）により水平面内を回動可能に構成してある。

【００１８】垂直アーム４は、その基端部を、旋回台１
で支持して２軸モータ（図示せず）により回動する回動
軸５に固定するとともに、その先端部を、上部ユニット
７で支持して３軸モータ（図示せず）により回動する回
動軸６に固定してある。垂直レバー８は、その基端部
を、軸９を介して旋回台１に、またその先端部を、軸１
０を介して上部ユニット７にそれぞれ回動可能に取付け
てある。すなわち、旋回台１、上部ユニット７、垂直ア
ーム４、垂直レバー８、回動軸５，６及び軸９，１０に
より４節の平行リンク機構を形成している。

【００１９】水平アーム１１は、その途中を、前記回動
軸６に固定し、上部ユニット７に対して回動可能に構成
してある。カウンタウェイト１２は水平アーム１１の基
端部に固定してある。また、水平アーム１１の先端部に
は、Ｌ字状の手首部１３が軸１４を介して回動可能に取
付けてある。水平レバー１５はその両端部を軸１６，１
７にそれぞれ回動可能に取付けてある。このとき、軸１
６は、基端部を上部ユニット７に垂直に固着してあるブ
ラケット１８の先端部に、また軸１７は、手首部１３の
ブラケット１３ａの先端部にそれぞれ回動可能に取付け
てある。すなわち、回動軸６、軸１４，１６，１７、ブ
ラケット１３ａ，１８、水平アーム１１及び水平レバー
１５により４節の平行リンク機構を形成している。

【００２０】ハンド部１９は、その上端部を回動軸２０
を介して４軸モータ（図示せず）により回動可能に手首
部１３に取付けて垂下するとともに、先端部である把持
部１９ａと基端部１９ｂとからなり、把持部１９ａが５
軸モータ（図示せず）により図示の状態で水平面内を回
動可能に構成してある。

【００２１】かかるスレーブアームは、オペレータによ
るマスターアーム（図示せず）の操作に対応して動作す
ることにより把持部１９ａで搬送部を把んで所定位置迄
搬送するものであるが、このときの動作は次の通りであ
る。

【００２２】１軸モータの駆動により旋回台１が基台３
に対し水平面内を回動する。

【００２３】２軸モータの駆動により回動軸５が回動
し、垂直アーム４を含む平行リンク機構が動作して垂直
アーム４及び垂直レバー８が垂直面内を回動する結果、
上部ユニット７が垂直面内を移動する。

【００２４】３軸モータの駆動により回動軸６が回動
し、水平アーム１１を含む平行リンク機構が動作して水
平アーム１１及び水平レバー１５が垂直面内を回動する
結果、手首部１３及びハンド部１９が垂直面内を移動す
る。このとき、ブラケット１３ａ，１８は平行であり、
しかもブラケット１８は垂直であるため、ブラケット１
３ａも同様に常に垂直となる。すなわち、手首部１３の
姿勢は常に一定に保持される（図１の状態から回動軸
５，６が回動した状態である図２参照）。

【００２５】４軸モータの駆動により回動軸２０が回動
し、ハンド部１９が垂直面内を回動する。また、５軸モ
ータの駆動により把持部１９ａが水平面内を回動する。

【００２６】かかる１軸〜５軸モータの駆動による各部
の移動により把持部１９ａを所定位置から所定位置へ移
動させる。

【００２７】図３は、図１に示すスレーブアームを有す
る本実施例に係る産業用マニプレータを有する右側面
図、図４はその背面図、図５はその平面図である。これ
ら図３〜図５中、図１及び図２と同一部分には同一番号
を付し重複する説明は省略する。

【００２８】図３〜図５に示すように、旋回台１には運
転席２１、マスターアーム２２及びジョイステックレバ
ー２３が配設してある。旋回台１を回動する１軸モータ
は、基台３内に収納してある。垂直アーム４を回動する
２軸モータ２４は、支持部２５を介して旋回台１に配設
してある。水平アーム１１を回動する３軸モータ２６は
上部ユニット７に配設してある。ハンド部１９を垂直面
内で回動する４軸モータ２７は、手首部１３に水平に突
出して配設してある。把持部１９ａを水平面内で回動す
る５軸モータ２８は、手首部１３に垂直に突出して配設
してある。

【００２９】上述の１軸〜５軸モータで回動する旋回台
１、垂直アーム４、水平アーム１１、ハンド部１９及び
把持部１９ａの回動中心を図３〜図５中にそれぞれ
Ｏ₁ ，Ｏ ₂ ，Ｏ₃ ，Ｏ₄ ，Ｏ₅ で示す。

【００３０】マスターアーム２２は、スレーブアームと
相似形に形成してあり、このマスターアーム２２をオペ
レータが操作することによりスレーブアームがマスター
アームと相似形となるように制御される。ジョイステッ
クレバー２３は、これをオペレータが前後に倒すことに
より旋回台１を大きく、高速度で左右方向に回動するた
めのものである。マスターアーム２２は運転席２１のオ
ペレータが右手で操作するように運転席２１の右側に、
ジョイステックレバー２３は前記オペレータが左手で操
作するように運転席２１の左側にそれぞれ配設してあ
る。

【００３１】図６は、図３に示す産業用マニプレータの
マスターアーム２２を抽出・拡大して示す右側面図、図
７はその背面図、図８はその平面図である。

【００３２】図６〜図８に示すように、マスターアーム
２２は、スレーブアームの各構成部品に対応する各部品
をスレーブアームと同様の結合関係を保ちながら相似形
に構成したものである。すなわち、アーム及びレバーの
長さはスレーブアームに相似で、関節回動範囲はスレー
ブアームと等しく構成してある。

【００３３】図６〜図８中、３３は旋回台１に対応する
旋回部、３４は垂直アーム４に対応する垂直アーム、３
５，３６，３９，４０，４４，４６，４７，５０は回動
軸５，６，２０及び軸９，１０，１４，１６，１７にそ
れぞれ対応する軸、３７は上部ユニット７に対応する上
部ユニット、３８は垂直レバー８に対応する垂直レバ
ー、４１は水平アーム１１に対応する水平アーム、４２
はカウンタウエイト１２に対応するカウンタウエイト、
４３は手首部１３に対応する手首部、４３ａはブラケッ
ト１３ａに対応するブラケット、４５は水平レバー１５
に対応する水平レバー、４８はブラケット１８に対応す
るブラケットである。

【００３４】操作部５１は軸５０を介して手首部４３
に、垂直面内を回動可能に取付けてある。また、この操
作部５１の頂部には、水平面内を回動するハンド操作部
５１ａが設けてあり、このハンド操作部５１ａを回動す
ることにより５軸モータ２８（図３参照）でハンド部１
９を回動させる。操作部５１に配設してあるハンド開閉
スイッチ５２、操作スイッチ５３は、その操作によりハ
ンド部１９（図３参照）の把持部１９ａの開閉を行なう
とともに、スレーブアームの制御操作を起動することが
できる。

【００３５】このとき、旋回部３３は、旋回台１に、水
平面内を回動可能に配設してある。垂直アーム３４、垂
直レバー３８、水平アーム４１、水平レバー４５及び操
作部５１は、軸３５，３９，３６，４６，５０を回動中
心として垂直面内を回動し得るように構成してある。こ
のときの各回動中心を図６中にＯ₆ ，Ｏ₇ ，Ｏ₈ ，
Ｏ ₉ ，Ｏ₁₀の符号を付して示す。また、軸４０，４４，
４７の各中心を図６中にＯ ₁₁，Ｏ₁₂，Ｏ₁₃の符号を付し
て示す。

【００３６】マスターアーム２２における各部の回動量
は、各軸毎に設けたポテンショメータ５４，５５，５
６，５７，５８により検出する。かくして、これら１〜
５軸ポテンショメータ５４〜５８の検出信号に基づき制
御部を介してスレーブアームの１軸モータ、２軸モータ
２４、３軸モータ２６、４軸モータ２７及び５軸モータ
２８（図３参照）を駆動するように構成してある。

【００３７】引張りバネ５９は、その両端部を旋回部３
３と上部ユニット３７とに係止してあり、通常時（非操
作時）には垂直アーム３４及び垂直レバー３８を、垂直
状態に保持するように構成してある。カウンタウエイト
４２は、水平アーム４１の基端部に固着してあり、通常
時には水平アーム４１を基本姿勢である水平状態に保持
するように構成してある。さらに旋回部３３及び操作部
５１には、それぞれ捩りバネ（図示せず）が介装してあ
り、各部の操作力に抗して旋回部３３、ハンド操作部５
１ａが原点位置に復帰するように旋回部３３及びハンド
操作部５１ａをその回動軸回りに水平面内で回動すると
ともに、操作部５１が原点位置に復帰するように操作部
５１をその回動軸回りに垂直面内で回動するように構成
してある。

【００３８】かくして、マスターアーム２２の操作部５
１を手６０で把持して所定の操作を行なった後、この手
６０を離すことにより各部は原点位置に復帰し、基本姿
勢を保持するように構成してある。

【００３９】図９は、図３に示す産業用マニプレータの
ジョイステックレバー部分を抽出・拡大して示す右側面
図である。同図に示すように、ジョイステックレバー２
３は、旋回台１に立設した支柱６１の上端に固着してあ
り、そのレバー部２３ａを前後に倒して所定の操作を行
なうように構成してある。

【００４０】上記実施例において、オペレータは運転席
２１に着席してマスターアーム２２若しくはジョイステ
ックレバー２３を操作する。すなわち、マスターアーム
２２の操作スイッチ５３を押した状態でジョイステック
レバー２３を前後に倒すことにより制御部（図示せず）
を介して１軸モータが駆動される結果、旋回台１は大き
く、迅速に水平面内を回動する。

【００４１】一方、オペレータがマスターアーム２２の
操作部５１を把持して旋回部３３を回動することによ
り、このときの回動量を１軸ポテンショメータ５４で検
出する結果、前記制御部を介して１軸モータが駆動さ
れ、旋回部３３の回動量に応じて旋回台１を旋回する。

【００４２】以下、同様にオペレータの操作により垂直
アーム３４、水平アーム４１、操作部５１及びハンド操
作部５１ａを回動・操作することにより、このときの回
動量を２軸〜５軸ポテンショメータ５５，５６，５７，
５８で検出する結果、前記制御部を介して２軸〜５軸モ
ータ２４，２６，２７，２８が駆動され、垂直アーム３
４、水平アーム４１、操作部５１及びハンド操作部５１
ａの回動量に応じて垂直アーム４、水平アーム１１、ハ
ンド部１９及び把持部１９ａをそれぞれ回動する。

【００４３】このとき、ブラケット１３ａは常に垂直な
ブラケット１８と平行になり水平アーム１１及び水平レ
バー１５の姿勢の如何にかかわらず常に一定の姿勢を保
持する。また、搬送物を把持するときにはオペレータが
ハンド開閉スイッチ５２を押すことによりこれを行な
う。

【００４４】図１０は、上記産業用マニプレータの被駆
動部、すなわち旋回台１、垂直アーム４、水平アーム１
１、ハンド部１９及び把持部１９ａ等に駆動力を伝達す
る駆動力伝達系を抽出して概念的に示す説明図である。

【００４５】同図に示すように、駆動源であるモータ６
０の駆動力は、タイミングベルト６１を介して減速機６
２に伝達し、さらに減速機６２を介して被駆動部６３に
伝達するように構成してある。このとき、減速機６２の
入力軸６２ａにはトルクリミッタ６４が介装してあり、
被駆動部６３に過負荷が作用したときには、このトルク
リミッタ６４が滑って過負荷を吸収するように構成して
ある。また、タイミングベルト６１は、モータ６０の回
転軸６０ａ及び減速機６２の入力軸６２ａにそれぞれ装
着したプーリ６５，６６間に懸架してある。

【００４６】回転数検出手段であるエンコーダ６５は、
モータ６０の回転数を検出するようモータ６０に配設し
てあり、前記回転数を表わす出力信号Ｓ₁ を制御部６７
に送出する。位置検出手段であるポテンショメータ６６
は、被駆動部６３の位置を検出するよう減速機６２の出
力軸６２ｂ側に配設してあり、前記位置を表わす出力信
号Ｓ₂ を制御部６７に送出する。

【００４７】制御部６７は、ポテンショメータ６６の出
力信号と、マスターアーム（図１０には図示せず）から
供給する指令値とを比較して両者の偏差が零になるよう
にモータ６０を回転制御する。すなわち、マスターアー
ムにスレーブアームの被駆動部６３を追従せしむべく、
前記指令値との偏差に応じた回転速度でモータ６０が回
転するよう、前記指令値との偏差に応じた他の指令値
と、エンコーダ６５が検出する回転数との偏差に基づき
モータ６０を制御する。同時に、制御部６７は、エンコ
ーダ６５が検出する回転数が上限値を越えないようにモ
ータ６０の回転を制御する。

【００４８】かかる駆動力伝達系において、通常時に
は、マスターアームからの指令値に追従するよう、被駆
動部６３の駆動を行なうが、被駆動部６３が何処かに当
接して動くことができなくなった場合等には、このとき
の過負荷に対しトルクリミッタ６４が滑る。この場合、
マスターアームからの指令値とポテンショメータ６６の
出力信号Ｓ₂ との偏差が小さくなることはないので、制
御部６７はモータ６０の回転速度を上昇させる制御を行
なうが、エンコーダ６５の出力信号Ｓ₁ に基づき検出す
るモータ６０の回転速度が上限値に達すると、これ以上
モータ６０の回転速度が上昇することのないように制御
する。したがって、被駆動部６３に過負荷が作用してト
ルクリミッタ６４が滑ってもモータ６０の回転が無制限
に上昇することはない。

【００４９】なお、被駆動部への過負荷の作用は、オペ
レータが気付いた時点で、この過負荷状態を解除するよ
うにマスターアームを操作すれば良い。

【００５０】

【発明の効果】以上実施例とともに具体的に説明したよ
うに、本発明によれば、産業用マニプレータの被駆動部
に過負荷が作用し、トルクリミッタが滑るような事態が
生起されてもモータの回転数が無限に上昇することはな
く、安全に制御し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る垂直多関節の産業用マニ
プレータのうちスレーブアームを抽出してその基本構成
を示す説明図である。

【図２】図１に示すスレーブアームを駆動した場合の１
つの姿勢を示す説明図である。

【図３】図１に示すスレーブアームを有する本実施例に
係る産業用マニプレータを示す右側面図である。

【図４】図３の背面図である。

【図５】図３の平面図である。

【図６】図３に示す産業用マニプレータのマスターアー
ムを抽出・拡大して示す右側面図である。

【図７】図６の背面図である。

【図８】図６の平面図である。

【図９】図３に示す産業用マニプレータのジョイステッ
クレバー部分を抽出・拡大して示す右側面図である。

【図１０】前記実施例に係る駆動力伝達系を抽出して概
念的に示す説明図である。

【符号の説明】

２２ マスターアーム ６０ モータ ６２ 減速機 ６２ａ 入力軸 ６２ｂ 出力軸 ６３ 被駆動部 ６４ トルクリミッタ ６５ エンコーダ ６６ ポテンショメータ ６７ 制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−108008（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−341827（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−170754（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−79978（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−172581（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 3/00 - 3/10 B25J 9/10 - 9/22 B25J 13/00 - 13/08 B25J 19/02 - 19/06 G05B 19/18 - 19/46

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スレーブアームの各関節等の被駆動部の
   位置を検出する位置検出手段の出力信号と、マスターア
   ームから供給する指令値とを比較して両者の偏差が零に
   なるように前記被駆動部の駆動源であるモータを制御す
   るように構成した産業用マニプレータにおいて、 前記モータの出力軸と、減速機の入力軸との間に介装し
   たトルクリミッタと、 前記モータの回転数を検出するようこのモータに配設し
   た回転数検出手段と、 前記減速機の出力側に配設した前記位置検出手段と、 前記指令値との偏差に応じた回転速度でモータが回転す
   るよう、この偏差に応じた他の指令値と前記回転数検出
   手段が検出する回転数との偏差に基づき前記モータを制
   御するとともに、この回転数検出手段が検出する回転数
   が上限値を越えないようにモータを制御する制御部とを
   有することを特徴とする産業用マニプレータ。