JPH09248778A

JPH09248778A - ロボット装置

Info

Publication number: JPH09248778A
Application number: JP5712896A
Authority: JP
Inventors: Yasunari Kawashima; 康成川島
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-03-14
Filing date: 1996-03-14
Publication date: 1997-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、作業台上の対象物に部品を組み付
けるなど接触して作業をするロボット装置に関し、作業
時に発生する負荷を１つのセンサで検出できるようにす
ることにより、構成を簡易にして、低コスト化、軽量
化、および作業性能の向上を図ることを目的とする。【解決手段】関節13、14を介して胴体16に支持された
回動アーム11、12と、回動アーム11の先端に手首関節17
を介して取り付けられたハンド18と、ハンド18が部品Ｐ
を組み付けるワークＷを支持固定する作業台20と、作業
台20の下方に設けられ作業台20に加えられる負荷を検出
する力センサ23と、力センサ23の検出情報に基づいて回
動アーム11、12やハンド18などの動作を制御するコント
ローラ100と、を具備している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、接触作業を行なう
ロボット装置に関し、例えば、作業台上の対象物に部品
を取り付けるなど接触して作業をするロボット装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、アームの先端に取り付けたハ
ンドが作業台上の対象物に接触して作業するロボット装
置が知られており、このようなロボット装置は、例え
ば、部品をアーム先端のハンドが把持してワーク（組付
対象物）に順次組み付ける。なお、ハンドに工具を取り
付けることにより対象物の表面加工処理などもすること
ができる。

【０００３】この種のロボット装置としては、例えば、
１組みあるいは２組み以上の水平多関節アームを備える
スカラ型ロボット装置がある。このロボット装置の水平
多関節アームは、肘関節および肩関節により第１、第２
の回動アームを水平方向に回動させるとともに胴体の直
動関節により肩関節を鉛直方向に移動させることによっ
て第１の回動アーム先端の手首関節に取り付けたハンド
をｘ・ｙ・ｚ方向に自在に移動させるようになってお
り、入力指示された作業する位置データ（ｘ，ｙ，ｚ）
に基づいて移動させたハンドにより把持する部品を作業
台上のワークに組み付ける組立作業を行なうことができ
る。また、複数のハンドを具備する場合には手首関節が
作業内容に応じてハンドを切り換えて異種部品をワーク
に組み付けることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のロボット装置にあっては、第１、第２の回転
アームや作業台などはある程度の剛性を有するので、ハ
ンドが把持する部品と作業台上のワークとに位置ずれが
生じた場合には、それらに過大な負荷を掛けても目標の
位置に部品を位置決めしようする。このため、ワークな
どに歪み等の損傷を与えてしまったり、緊急停止が掛か
って作業を継続することができなくなることもある。こ
の位置ずれは、ワークなどの形状のばらつきやロボット
装置の動作のばらつきなどによる程度のものなので、装
置側のアームなどの剛性を低くしワークあるいは部品の
テーパ部や面とり等で接触位置をスライドさせ第１、第
２の回動アームなどを撓ませることによって作業を行な
わせることも可能である。

【０００５】しかし、近年のロボット装置には高速動作
および高精度な位置決めが要求されるが、第１、第２の
回転アームの剛性を低くすると位置決め時の残留振動が
増大するので、作業スピードおよびハンドの位置決め精
度が低下するという問題がある。なお、バネ部材などは
部品自体が弾性を有するので作業する位置座標だけでも
ワークに組み付けできる場合もあり、また、テーパ部や
面取りのある部品では完全に挿入などしなくても自重等
によって所定位置に組み付けできる場合もあるが、何れ
にしてもある程度の位置までは挿入等して位置決めする
必要があるので、その目標位置以上に過大な力が加わる
方向に位置ずれが生じている場合には同様な問題が発生
する。

【０００６】このため、ロボット装置には作業に対する
柔軟性および適応性が要求されており、この問題を解消
するために作業時に生じる負荷を検知しその検知情報を
活用することが提案されている。例えば、特開平４−３
１４１１０号公報には、位置ずれにより加わえられる負
荷を検出する力センサを手首関節に配設し、そのアーム
先端のハンドに仮想のバネや粘性があるものとして制御
系を構成することによって、力センサの検出情報から各
関節に入力するトルクを求めアームおよびハンドの駆動
を制御するロボット装置が提案されている。

【０００７】また、各ハンドにコンプライアンス機構を
持たせることも提案されており、例えば、各ハンドに弾
性力を有するバネやゴム材料などによる弾性機構を設け
位置ずれを吸収できるように工夫したロボット装置があ
る。しかしながら、前者のロボット装置にあっては、ア
ームの先端に力センサを取り付けるため、コード類のと
り回しが複雑になり、特に複数ハンドを備える場合には
ハンド毎のハーネスが配線されているため問題となる。
また、複数組みのアームを備える場合には各アーム毎に
力センサを取り付けるため装置自体が高価になってしま
うという問題があった。

【０００８】また、後者のロボット装置にあっては、ア
ーム毎に１つのハンドを取り付けている場合には問題な
いが、複数のハンドを取り付ける場合には、各ハンド毎
にコンプライアンス機構を取り付けるためコスト高にな
ってしまう、アームの先端が非常に重くなって高速動作
が困難となるとともに残留振動も増大する、アームの先
端側が大きくなってしまうという問題がある。さらに、
バネ部材の組付には部品の弾性とコンプライアンスの弾
性とによりうまく機能しないという問題も発生する。

【０００９】そこで、本発明は、作業時に発生する負荷
を１つのセンサで検出できるようにすることにより、構
成を簡易にして、低コスト化を図ることを目的とすると
共に、簡易な構成にすることにより、軽量化するととも
に作業性能の向上を図ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、請
求項１記載の発明は、先端を作業台近傍まで移動可能な
アームを備え、該アームの先端に取り付けたハンドが作
業台上の対象物に接触して作業するロボット装置であっ
て、前記作業台の下方に該作業台に加えられた負荷を検
出する力センサを設け、該力センサの検出情報に基づい
てアームやハンドの駆動を制御することを特徴とするも
のである。

【００１１】この請求項１記載の発明では、作業台に加
えられる負荷が力センサにより検出されアームやハンド
の駆動（動作）が制御される。したがって、１つの力セ
ンサで作業時に生じる対象物およびアームなど装置側へ
の負荷が検出され、その作業時に作業内容や作業状態に
応じて変化する負荷（作業する上で生じる負荷および異
常発生により生じる過負荷など）に基づいてアームやハ
ンドの動作が調整されたり停止される。

【００１２】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明の構成に加え、同一の作業を繰り返して行なう際に、
装置の剛性を考慮しつつ前記力センサの検出情報に基づ
いて作業台上の対象物に対する作業位置の位置ずれを算
出し、指示された位置データを補正することを特徴とす
るものである。なお、ここでいう装置の剛性とは、少な
くともアームの剛性のことをいい、これにハンドや作業
台の剛性を、また材料の剛性を含めて考慮してもよいこ
とはいうまでもない。

【００１３】この請求項２記載の発明では、作業台に加
えられる負荷が力センサにより検出され、その検出情報
および装置の剛性から算出された作業位置の位置ずれに
よりその作業位置を指示する位置データが補正される。
したがって、対象物や組付部品のばらつきの位置ずれの
みにより位置データが適正に補正される。請求項３記載
の発明は、請求項１または２に記載の発明の構成に加
え、同時に作業可能な前記アームを複数備え、これらア
ームが同時に作業する際の作業台上の対象物に加えられ
た負荷の差異を前記力センサが作業台に加えられた傾斜
のある負荷として検出し、該傾き情報に基づいて各々の
アームやハンドの駆動を制御することを特徴とするもの
である。

【００１４】この請求項３記載の発明では、同様な負荷
を対象物に加える作業を複数のアームにより行なってい
る場合でも、その作業位置毎の加える負荷に差異がある
と、傾斜のある負荷が作業台に加えられるが、その負荷
は力センサにより傾き情報として検出される。この傾斜
のある負荷は、作業位置によって負荷が異なるため力セ
ンサはモーメント力として検出する。そして、各々のア
ームやハンドの駆動はこのモーメント力（傾き情報）に
基づいて制御される。したがって、同一の作業を行なっ
ている際に作業台に加えられる負荷が均一になるように
その傾き情報に基づいて各々のアームやハンドの動作が
調整される。

【００１５】請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何
れかに記載の発明の構成に加え、前記作業台をアームや
ハンドに協調して動作させる駆動手段を設け、前記力セ
ンサの検出情報に基づいて駆動手段の駆動を制御するこ
とを特徴とするものである。この請求項４記載の発明で
は、作業台がアームやハンドに協調しつつ力センサの検
出情報に基づき駆動される。したがって、作業台を協調
動作させることによりハンド側の動作を分担することが
でき、この際に生じる負荷に基づいて作業台の動作もア
ームやハンドと同様に調整・停止される。

【００１６】請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何
れかに記載の発明の構成に加え、前記アームやハンドに
よる作業台への負荷の検出情報が力センサから出力され
るまでアームやハンドを高速に動作させ、該検出情報が
出力された後にはアームやハンドを低速に動作させるこ
とを特徴とするものである。この請求項５記載の発明で
は、アームやハンドにより作業台に負荷が加えられたこ
とを検出した検出情報が力センサから出力されるまでは
高速に、出力後には低速にアームやハンドが動作され
る。したがって、アームやハンドは作業台上の対象物に
接触するまで高速に、接触後には低速に動作される。

【００１７】請求項６記載の発明は、請求項１〜５の何
れかに記載の発明の構成に加え、通常動作時に生じる負
荷に応じて前記力センサが検出する情報の範囲を設定す
る設定手段を設け、力センサの検出情報が設定手段内の
範囲を超えたときに作業を緊急停止することを特徴とす
るものである。この請求項６記載の発明では、通常動作
時の負荷の範囲が力センサの検出する情報の範囲（許容
範囲）として、例えば作業の種別毎に予め、または作業
中に（適正動作中の検出情報に所定範囲を加えて）設定
され、作業時に力センサが検出する検出情報がその作業
における許容範囲を超えたときには作業（動作）が緊急
停止される。したがって、対象物の異常（異種混入、形
状異常、位置ずれなど）、作業指示ミス、装置の誤動作
などがあって作業中に発生する負荷に過不足がある場合
には装置側（アームや作業台など）の動作が緊急停止さ
れる。

【００１８】請求項７記載の発明は、請求項１〜６の何
れかに記載の発明の構成に加え、前記力センサの検出情
報に基づいて作業台上の対象物の種別を検知することを
特徴とするものである。この請求項７記載の発明では、
力センサの検出情報に基づいて作業台上の対象物の種別
が検知される。したがって、対象物の種別を検知する手
段を特別に設ける必要がない。

【００１９】請求項８記載の発明は、請求項１〜７の何
れかに記載の発明の構成に加え、前記作業台を力センサ
と共に、あるいは力センサと切り離し、着脱可能に構成
したことを特徴とするものである。なお、作業台上の機
構や力センサの配線の接断は、脱着可能なコネクタによ
り行なえばよい。この請求項８記載の発明では、作業台
が力センサと一緒に、あるいは切り離され着脱される。
したがって、対象物に応じて作業台を交換することがで
き、処理する対象物の重さが異なり力センサの感度を変
更する必要がある場合には一緒に交換することができ
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて説
明する。図１〜図６は本発明に係るロボット装置の第１
実施形態を示す図であり、本実施形態は請求項１、７、
８に記載の発明に対応する。図１および図２において、
10はスカラ型の水平多関節ロボット装置であり、ロボッ
ト装置10は、１組みの腕を構成する回動アーム11、12が
肘関節13および肩関節14を介して胴体16に支持されてお
り、回動アーム11の先端には手首関節17を介して４組み
のハンド18が取り付けられている。回動アーム11は他端
側を肘関節13が回動アーム12の一端に回動自在に支持し
て水平面内を回動させ、回動アーム12は他端を肩関節14
が胴体16の上部に回動自在に支持して水平面内を回動さ
せるようになっており、回動アーム11、12は肩関節14を
構成する胴体16の回転軸16ａが上下方向に駆動し鉛直方
向に移動する。すなわち、胴体16が直動関節を構成して
いる。なお、胴体16はベース15に固設されている。

【００２１】回動アーム11、12は、入力された作業指示
の位置データ（ｘ，ｙ，ｚ）に基づいてロボットコント
ローラ100（以下、単にコントローラ100ともいう）が、
その（ｘ，ｙ）座標を関節座標に変換（逆運動学解析に
よる変換）して肘関節13および肩関節14のトルクおよび
回転量などの駆動を制御し回動されることによってｘ・
ｙ方向（水平方向）に手首関節17を移動させるようにな
っており、胴体16もコントローラ100がｚ座標をそのま
ま目標として回転軸16ａを駆動制御することによってｚ
方向（鉛直方向）に手首関節17を移動させ、ハンド18を
作業台20付近に位置決めする。また、ハンド18は、異種
または同一種の部品Ｐを把持できるようになっており、
コントローラ100が作業指示に従って手首関節17を回転
させることにより切り換えられ作業台20上に支持固定さ
れたワークＷにその部品Ｐを組み付ける組立作業を行
う。なお、手首関節17としては、不図示の直動関節によ
りハンド18をｚ方向に移動させ位置決めできるようにし
てもよい。また、コントローラ100は入力された作業指
示をメモリ内に保持し駆動をその位置データなどに基づ
いて関節13、14などを制御することは云うまでもない。

【００２２】作業台20は、ベース15に固設された基台21
に支持されており、その上面側にはワークＷを支持する
支持機構22や作業を補助する機構など必要に応じて取り
付けられている。この作業台20は、基台21との間に力セ
ンサ23が介装されており、この力センサ23は作業台20を
介して加えられる負荷（大きさおよびその方向）を検出
し、コントローラ100はこの検出情報に基づいて作業台2
0上のワークＷの種別を判別し、その種別毎に予め設定
されている作業内容に従って上記各関節13、14、16、17
およびハンド18の駆動を制御する。この作業台20およぶ
力センサ23は、電気的な接続をコネクタを介してコント
ローラ100に接断して交換することができるようになっ
ており、作業内容やワークＷ（形状・重さ）に応じて力
センサ23は感度や検出機能（検出方向や大きさ）を切り
換えることができ、作業台20もワークＷの支持機構や補
助機構を切り換えることができる。なお、力センサ23が
検出する負荷の方向としては、ｘ・ｙ・ｚ方向およびこ
れら方向を軸とする１〜６方向が考えられる。

【００２３】そして、組立作業時に部品ＰがワークＷに
位置Ａで接触することにより加えられた負荷は、図３に
示すように、回動アーム11、12、ハンド18、部品Ｐ、ワ
ークＷ、作業台20、およびベース15は連続した１つのサ
ークルになってそれぞれの弾性力により釣り合うことに
なるので、何れの位置に力センサを介装しても組立作業
時に生じる負荷を検出することができ、本実施形態では
作業台20とベース15との間の位置Ｂに力センサ23を介装
してその負荷を検出している。なお、上述した従来例で
は回動アーム11とハンド18との間の位置Ｃに力センサを
介装していた。

【００２４】つまり、このロボット装置10は、図４に装
置各部の関係を概念的に示すが、作業内容に応じて関節
13、14、16、17やハンド18を動作させるために目標とす
るデータ（位置データなど）をそれぞれに振り分け必要
な場合には座標変換して、例えば、回動アーム11、12の
駆動（肘関節13、肩関節14および胴体16の駆動）を制御
し手首関節17に取り付けたハンド18をｘ・ｙ・ｚ方向に
移動させ位置決めした後に作業に応じたハンド18により
把持する部品ＰをワークＷに組み付ける。このときに、
ワークＷには部品Ｐが接触することによって負荷が加え
られ、例えば回動アーム11、12にはその負荷に応じた自
己の剛性（スティフネス）による反力（負荷）が加えら
れる。このときの負荷は作業台20を介して力センサ23が
検出しているので、その検出情報（負荷の大きさおよび
方向）は座標変換して位置ずれのない適正動作時に検出
されるべき情報（後述する）と比較したり、その検出情
報の変化に応じて修正データを作成し（フィードバック
処理）目標とするデータに反映（加減）させることによ
り、肘関節13、肩関節14および胴体16の駆動を適正に制
御する。

【００２５】例えば、図５に示すバネ部材（Ｅリング
等）ｐ１を上方からワークＷのシャフトｗ１に組み付け
るときに互いの相対的な位置関係にずれが生じていない
場合には、挿入開始からバネ部材ｐ１のバネ定数に応じ
た反力で緩やかに抵抗力（負荷）Ｆｚは上昇するが（図
６に示す領域ａ）、図５に示す（ａ）の状態から（ｂ）
の状態に移行した後には丁度、バネ部材ｐ１が適正位置
にセットされた状態なので抵抗力Ｆｚは急激に減少し
（図６に示す領域ｂ）、このときにハンド18は目標位置
に達しているので組立作業を終了する。

【００２６】そして、例えばバネ部品ｐ１の姿勢（把持
位置）やシャフトｗ１の姿勢（固定位置）などのばらつ
きによって、互いの相対的な高さの関係にずれが生じて
いるときには、力センサを具備しないものではハンド18
を目標の位置まで移動させるのでワークＷなどに歪みが
残ったりすることがあった。これに対して、本実施形態
ではｚ方向の検出情報をコントローラ100のＺ軸コント
ローラにフィードバックし制御することによって、図５
（ｃ）に示す挿入しすぎの状態となると、バネ部材ｐ１
の弾性力ではなくワークＷや回動アーム11、12の弾性力
による急激に上昇する抵抗力Ｆｚを力センサ23は検出す
ることになるので（図６に示す領域ｃ）、位置ずれ発生
と判断し胴体16の駆動を停止あるいは逆転駆動を開始す
ることができる。なお、挿入位置に対して検出情報が図
７に示す範囲内に達しないときには、バネ部材ｐ１の把
持不良やワークＷの脱落などが発生している可能性もあ
るので駆動を停止させる。また、組み付け作業以外で、
例えば表面加工処理する場合には必要な負荷でワークに
工具などが接触するようにすることもできる。

【００２７】このフィードバック処理時に使用する比較
情報は、図７に示すように、適正に位置決めしたシャフ
トｗ１にバネ部品ｐ１を組み付ける際の検出情報をばら
つきを考慮した範囲としてコントローラ（設定手段）10
0に予め設定しておき（あるいは作業開始後に適正動作
と判断した検出情報を設定するとともにその検出情報に
許容される位置ずれによる負荷情報を加減して設定
し）、作業時にハンド18の位置から得られる挿入位置に
対応する検出情報がその範囲を大／小何れの方向へも超
えたときに緊急停止するように用いればよい。ここで、
従来では異品種や形状不良などの混入による停止を防止
するために全数検査したり、異常な負荷が加わったとき
には緊急停止させるためにその都度設定値を調整するス
トッパを各ハンド18に設けていたため、コストが掛かる
とともに回動アーム11の先端が重くなり、また異常な負
荷でなければ停止させることはできないという問題があ
った。これに対して、本実施形態では、ワークＷ異常、
作業指示ミス、装置の誤動作などによって作業中の力セ
ンサ23の検出情報に過不足がある場合には緊急停止する
ことができ、バネ部材ｐ１を適正位置にセットした後に
さらに挿入を継続しようとする場合にも緊急停止してそ
の作業を終了させることができる。

【００２８】このように本実施形態においては、作業台
20を介してワークＷに加えられる負荷をその作業台20の
下方に配設した力センサ23により検出し、その検出情報
に基づいて回動アーム11、12やハンド18などの駆動を制
御するので、ワークＷと部品Ｐとの相対的な位置ずれに
より過大な負荷が生じたときにはワークＷや回動アーム
11、12などの装置側に損傷を与える前に停止させること
ができる。

【００２９】また、作業によっては、力センサ23が検出
する負荷が一定範囲内に入るように、回動アーム11、12
やハンド18などの駆動を制御することもでき、ワークＷ
などに異常があり力センサ23が検出する負荷に過不足が
ある場合には緊急停止するので、ワークＷや回動アーム
11、12などの損傷を未然に防止することができる。さら
に、力センサ23は、作業台20の下方に１つ配設するだけ
で十分であるので、安価で、かつ簡易な構成でワークＷ
等に加わる負荷を検出することができ、また、作業台20
は固定され、また駆動したとしても可動範囲は少ないの
で簡単に配線もすることができる。また、回動アーム11
は、先端が重くなったり大きくなったりすることもない
ので、駆動源を大きなものに変更することなく、高速に
動作させ位置決めすることができる。

【００３０】また、力センサ23によって作業台20上のワ
ークＷの種別を判別（検知）しその種別に応じた作業内
容で回動アーム11、12やハンド18を動作させることがで
き、従来のように例えばバーコードを表示したプレート
を取り付けるとともにその読取装置を付加したり、その
都度入力したりしていたが、このような手間を掛けるこ
となく、多品種を混合して処理することができる。さら
に、作業台20および力センサ23もコネクタを着脱するだ
けで容易に交換することができるので、ワークＷの重さ
や形状が異なる場合にも容易に切り換えることができ、
段取り時間を短縮することができる。

【００３１】次に、図８は本発明に係るロボット装置の
第２実施形態を示す図であり、本実施形態は請求項２に
記載の発明に対応する。なお、本実施形態は、上述実施
形態と略同様に構成されているので、同様な構成には同
一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態のロ
ボット装置10は、組立作業時に上述実施形態と同様に力
センサ23の検出情報に基づいて肘関節13、肩関節14およ
び胴体16などの駆動を適正に制御するとともに、コント
ローラ100は、作業時の力センサ23の検出情報に基づい
て回動アーム11、12などの剛性（負荷方向に対する反力
など）を考慮しつつワークＷと部品Ｐとの位置ずれを算
出し指示された位置データ（ｘ，ｙ，ｚ）を補正して使
用するように構成されている。また、その補正を一定間
隔で行なうようにして位置ずれが最も少なく安定して作
業を継続できた補正データを位置データとして使用する
ようにしてもよい。

【００３２】例えば、図８に示すように、ピン（部品）
ｐ２を上方からリング（ワーク）ｗ２に挿入する組立作
業をするときに、ピンｐ２の把持位置やリングｗ２の固
定位置などのばらつきによってｘ・ｙ方向に位置ずれを
生じている場合には、これらの面取りやテーパに倣うよ
うに回動アーム11、12などが撓むので、力センサ23はそ
の回動アーム11、12や作業台20などの位置ずれに対する
反力（負荷）を検出することができ、その大きさと方向
から位置ずれの方向および程度を算出することができ
る。なお、図８に示す状態である場合には、ピンｐ２が
ワークｗ２に接触するまではｘ・ｙ方向の負荷を力セン
サ23が検出することはないが、接触した後には作業台20
（力センサ23）には図中右方向の負荷が加わる。

【００３３】具体的には、コントローラ100は、力セン
サ23の検出情報から得られた負荷情報（Ｆｘ，Ｆｙ）
と、装置側（回動アーム11、12、ハンド18や作業台20な
どの装置本体側、および、ピンｐ２やリングｗ２の材料
側）の剛性情報（Ｋｘ，Ｋｙ）とを用いての演算（Ｘ＝
Ｆｘ／Ｋｘ，Ｙ＝Ｆｙ／Ｋｙ）により位置ずれデータ
（Ｘ，Ｙ）を算出し位置データ（ｘ，ｙ）を補正する。
また、「位置ずれ」対「負荷」の関係を予め試験によっ
て取得しデータベース化しておくことにより、作業時に
検出された力センサ23の検出情報から直接、位置ずれデ
ータ（Ｘ，Ｙ）を得られるようにしてもよい。

【００３４】このため、ピンｐ２およびリングｗ２の位
置ずれは、目標位置に対して均等（目標位置がばらつき
の中心）であるとは限らず、組立作業中、常に一定方向
に位置ずれが生じている場合もあるため、コントローラ
100が目標とする位置データを補正することによって、
回動アーム11、12などを撓ませる状態で組立作業を繰り
返すのではなく、ピンｐ２およびリングｗ２の中心をほ
ぼ一致させ力センサ23が検出する負荷が小さくなる状態
で作業を継続することができ、その位置からの位置ずれ
による停止を防止することができる。また、作業指示時
にはピンｐ２およびリングｗ２の面取りやテーパにより
組付できる位置を適当に、例えば回動アーム11、12など
の作業時の撓みなどを考慮することなく指示しておき、
作業中にその位置データを適正に補正して作業を継続さ
せることもできる。

【００３５】このように本実施形態においては、上述実
施形態の作用効果に加え、力センサ23の検出情報および
回動アーム11、12やワークＷなどの装置側の剛性から部
品ＰとワークＷの位置ずれを算出し作業時に目標とする
位置データを補正するので、高精度に位置データを補正
することができる。また、作業中に位置データを補正し
ているので、部品ＰやワークＷの形状のばらつきによる
位置ずれや装置側の経時的な変化（ハンド18や作業台20
の接触部の摩耗などによる座標変化）にも対応して補正
することができる。

【００３６】次に、図９は本発明に係るロボット装置の
第３実施形態を示す図であり、本実施形態は請求項３に
記載の発明に対応する。なお、本実施形態は、上述実施
形態と略同様に構成されているので、同様な構成には同
一の符号を付してその説明を省略する。同図において、
ロボット装置10は、２組みの腕Ｌ、Ｒを備える双腕多関
節ロボット装置に構成されており、腕Ｌ、Ｒを協調動作
させて各々の回動アーム11先端のハンド18により作業台
20上のワークＷに同一あるいは異なる作業を、例えば部
品Ｐを同時に組み付けることができる。そして、腕Ｌ、
Ｒにより異なる負荷がワークＷに加えられたとき、力セ
ンサ23は作業台20に加えられる面方向に傾斜する負荷
（作業位置により異なる負荷）、すなわちモーメント力
（傾き情報）を検出するので、コントローラ100はその
検出情報に基づいて各関節13、14、16やハンド18の駆動
を制御し腕Ｌ、Ｒの動作を調整する。

【００３７】例えば、ワークＷ両端のシャフトｗ１にバ
ネ部材ｐ１を装着する作業を同時に行なう際に、力セン
サ23による検出情報から作業台20が予め設定されている
設定値を超えるモーメント力を受けていると判断した場
合には、モーメント力の方向および大きさにより相対的
に小さな負荷となっているのが腕ＬまたはＲ側であるか
を判別し、該当する側によるバネ部材ｐ１の挿入圧力を
大きくして作業台20に加えられる負荷が均等になるよう
に（モーメント力が小さくなるように）各関節13、14、
16やハンド18の駆動トルクを制御する。

【００３８】ここで、上述した従来例のようにワークＷ
に加えられる負荷を検出することができない機構では作
業時に腕Ｒ、Ｌの負荷の差異によってワークＷが傾くな
どしないように作業台20に確実に固定しなければならな
かった。これに対して、本実施形態では、作業台20にモ
ーメント力が加わらないように腕Ｒ、Ｌを動作させるの
で、ワークＷの姿勢を安定させた状態で作業を継続する
ことができ、作業台20上のワークＷを支持する支持機構
32を単に載せるだけのような簡易な構成にすることもで
きる。また、ワークＷの自重によるモーメント力を考慮
して、例えば、支持機構32の一端側の支持位置より外方
を作業位置とする場合には、その支持位置を支点として
ワークＷの他端側により生じるモーメント力を超えない
程度の負荷で作業するように制御することによっても簡
易な支持機構32を使用することができる。

【００３９】このように本実施形態においては、上述実
施形態の作用効果に加え、ワークＷに加えられる負荷の
作業位置によって異なる差異を、作業台20に加えられる
傾き情報（モーメント力）を検出し、このモーメント力
が小さくなるように各関節13、14、16やハンド18の駆動
トルクを制御して腕Ｌ、Ｒを動作させるので、ワークＷ
に加えられる負荷を均等にしてその姿勢を安定させた状
態で作業を継続することができ、ワークＷを簡易な構成
で安価な支持機構32により作業台20上に支持させること
ができる。

【００４０】次に、図10は本発明に係るロボット装置の
第４実施形態を示す図であり、本実施形態は請求項４に
記載の発明に対応する。なお、本実施形態は、上述実施
形態と略同様に構成されているので、同様な構成には同
一の符号を付してその説明を省略する。同図において、
101は作業台コントローラであり、作業台コントローラ1
01は、ロボットコントローラ100が各関節13、14、16、1
7およびハンド18の駆動を制御するのに対して、基台21
と力センサ23の間に介装した回転機構（駆動手段）42の
モータを正逆転して作業台20を回転させることによって
ワークＷを回転させたりワークＷのハンド18に対する姿
勢を作業内容に応じて調整し、回動アーム11、12の腕側
と協調動作させるようになっている。

【００４１】作業台コントローラ101は、ロボットコン
トローラ100と同様に力センサ23の検出情報を分配器43
を介して受け取って回転機構42の駆動を制御するように
なっており、作業台20によりワークＷを回転させること
により、例えば、回動アーム11、12を軽量化するために
把持部を回転させることのできないハンド18を用いてネ
ジ部材Ｐを組み付ける作業を行なえるようになってい
る。このとき、ロボットコントローラ100が力センサ23
のｚ方向の検出情報が予め設定されている一定範囲内と
なるように腕側を制御するのに対して、作業台コントロ
ーラ20は力センサ23の捻り方向の検出情報が同様に一定
範囲内となるように回転機構42の駆動を制御する。ま
た、作業台コントローラ20は、このときに力センサ23の
捻り方向の検出情報が一定範囲内から外れた場合に緊急
停止させることによって、ワークＷに過負荷が掛かるこ
とやワークＷが外れて支持機構22などを破損してしまう
ことを防止することもできる。また、ハンド18が回転し
て作業を行なう場合には、作業台20を同一方向に回転さ
せワークＷに過負荷が掛かることを防止することもでき
る。

【００４２】このように本実施形態においては、作業台
20と基台21との間に回転機構42を設けているので、作業
台20を腕側のハンド18に協調させて作業を行なうことが
でき、作業を作業台20およびハンド18とで分担すること
ができる。この作業台20は、一定の位置では簡易に回転
させることができるので、ハンド18がすべての作業（回
転および上下動）を行なう場合よりも作業内容自体を簡
易にすることができ、ハンド18を軽量化して高速動作お
よび高精度な位置決めを実現することができる。

【００４３】また、作業台20の駆動はハンド18側と同様
に力センサ23の検出情報に基づいて制御しているので、
ワークＷなどに過大な負荷が加わって破損してしまうこ
とを１つの力センサ23の検出情報により防止することが
できる。さらに、力センサ23の検出情報から接触圧力な
どを検知することによりハンド18側および作業台20側の
駆動を関連付けして動作させることもできる。

【００４４】次に、図11は本発明に係るロボット装置の
第５実施形態を示す図であり、本実施形態は請求項５に
記載の発明に対応する。なお、本実施形態は、上述実施
形態と略同様に構成されているので、同様な構成には同
一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態のコ
ントローラ100は、作業台20上にワークＷを支持させた
状態での力センサ23の検出情報を基準としてその検出情
報が変化するまで回動アーム11、12およびハンド18を高
速に動作させ力センサ23の検出情報が変化した後に回動
アーム11、12およびハンド18を低速に動作させる。な
お、このときに力センサ23の検出情報は、ワークＷを作
業台20に押し付ける方向の負荷を加える作業のときには
増加し、離隔させる方向の負荷を加える作業のときには
減少する。

【００４５】具体的には、例えば図11（ｂ）に示すよう
に、従来ではワークＷの位置ずれや形状のばらつき、お
よび、ハンド18によるバネ部材ｐ１の把持位置やその形
状のばらつきを考慮してバネ部材ｐ１などのハンド18側
がワークＷなどの作業台20側に接触したまま高速動作を
継続し過負荷を与えないように接触する位置の十分手前
まででは高速動作させ、接触するまでに余裕があるにも
拘らずこの後には低速動作させていた。これに対して、
本実施形態では、図11（ａ）に示すように、現実に接触
した接触圧力を力センサ23の検出情報の変化から検知し
て高速動作から低速動作に切り換える。したがって、高
速動作から低速動作に切り換えるタイミングを遅らせ実
際に組付作業を行なうときのみ低速動作させるようにす
ることができ、接触した後に高速動作することによる過
負荷をワークＷ等に掛かることがない。また、フリーの
ときはすべて高速動作させることができるので、回動ア
ーム11、12やハンド18の移動時間を短縮することができ
る。

【００４６】このように本実施形態においては、回動ア
ーム11、12やハンド18の高速動作から低速動作への切り
換えを力センサ23が検出する検出情報の変化に基づいて
行なっているので、作業台20上のワークＷに実際に接触
した後にも高速動作を継続してしまうことがなく、ばら
つきを考慮して手前から低速動作させる必要もない。し
たがって、ワークＷ等の形状や位置などのばらつきに関
係なく、効率よく作業を行なうことができる。

【００４７】なお、上述台１〜５実施形態においては、
スカラ型の水平多関節ロボット装置を一例として説明し
ているが、これに限らず、１つのアームを水平、鉛直、
あるいは斜め方向に移動させその先端のハンドにより作
業をさせるものや、多関節アームを斜行させてその先端
のハンドの位置を移動させ作業するものなど、作業台に
負荷を加えるロボット装置であれば適用することができ
ることはいうまでもない。

【００４８】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、加えられ
る負荷を検出する力センサを作業台下方に設け、この力
センサの検出情報に基づいてアームやハンドの駆動を制
御するので、アームやハンドの動作を調整・停止するた
めに必要な対象物や装置側への負荷をアームやハンドの
数に拘らず１つの力センサで検出することができる。し
たがって、コストを削減することができる。また、力セ
ンサは作業台下方に１つ設けるだけなので、配線が容易
になるとともに、アーム先端を軽量化することができ、
高速に動作および位置決めすることができる。

【００４９】請求項２記載の発明によれば、同一作業を
繰り返して行なう際に、作業台に加えられる負荷を検出
する力センサの検出情報に基づき装置の剛性を考慮して
作業位置の位置ずれを算出しその作業位置を指示する位
置データを補正するので、指示された位置データを対象
物や組付部品のばらつきに対応する位置に高精度に補正
することができる。したがって、対象物や組付部品のば
らつきによる位置ずれや装置側の経時的な変化（ハンド
や作業台の接触部の摩耗など）による座標変化に起因す
る停止を低減することができる。

【００５０】請求項３記載の発明によれば、複数のアー
ムが作業台に同様な負荷を加える作業を行なっている際
に、対象物に異なる負荷が加えられることにより生じる
作業台への負荷の傾斜を力センサは傾き情報として検出
する。この傾き情報は対象物に加えられるモーメント力
であり、各々のアームやハンドの駆動はこの傾き情報に
基づいて制御するので、モーメント力を小さくするよう
にアームやハンドの動作を調整し対象物に加える負荷を
均等にすることができる。したがって、作業台上の対象
物を加える負荷によって姿勢を安定させることができ、
作業台上に対象物を固定する機構を簡易にしてコストを
低減することができる。請求項４記載の発明によれば、
作業台をアームやハンドに協調して動作させ作業を行な
うとともに、作業台をも力センサの検出情報に基づき駆
動制御し動作させるので、複雑な作業を適宜分担してそ
れぞれの簡易な動作により行なうことができ、この際に
作業台およびアームに過大な負荷が加えられないように
動作させることができる。したがって、対象物が破損し
たり、作業台やアームに不必要に負荷が加えられること
をなくすことができ、疲労破壊も防止・延長することが
できる。

【００５１】請求項５記載の発明によれば、作業による
作業台への負荷の検出情報が力センサから出力されるま
では高速に、出力後には低速にアームやハンドを動作さ
せるので、作業台上の対象物に接触したまま高速に動作
してしまうことを防止するために十分手前から低速に動
作させる必要がなく、アームやハンドを対象物に接触す
るまで高速に動作させることができる。したがって、ア
ームやハンドの移動時間を短縮することができ、作業効
率を向上させることができる。

【００５２】請求項６記載の発明によれば、通常動作時
に力センサが検出する情報の許容範囲を設定しておき、
作業時の検出情報がその許容範囲から、例えば対象物の
異常、作業指示ミス、装置の誤動作などによって超える
場合には、その作業（動作）を緊急停止するので、対象
物や装置側（作業台やアームなど）を損傷してしまうこ
とを未然に防止することができる。したがって、特別な
装置を設置することなく、対象物や装置側の安全性およ
び作業の信頼性を向上させることができる。

【００５３】請求項７記載の発明によれば、力センサが
作業台への負荷（対象物による静的荷重）を検出して作
業台上の対象物の種別を検知するので、特別な装置を設
置することなく、例えば、対象物に応じた作業を選択実
行したり、異種混入による損傷を未然に防止することが
できる。したがって、自動運転可能に構築する場合など
に、コストを低減することができる。

【００５４】請求項８記載の発明によれば、作業台を力
センサと一緒に、あるいは切り離して着脱することがで
きるので、対象物に応じて作業台を容易に交換すること
ができ、また力センサの感度を変更する必要がある場合
には力センサも一緒に容易に交換することができる。し
たがって、作業の切り換えを容易に行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るロボット装置の第１実施形態を示
す図であり、その概略全体構成を示す立面図である。

【図２】その要部構成を示す立面図である。

【図３】その作業時に生じる負荷を説明する概念図であ
る。

【図４】その作業時における処理および負荷を説明する
関係図である。

【図５】その作業の一例を示す説明図であり、（ａ）〜
（ｃ）は対象物および部品の組付を説明する状態図であ
る。

【図６】その図５に示す部品を対象物に組み付ける際に
生じる負荷を説明するグラフである。

【図７】その図６に示す負荷の許容範囲を説明するグラ
フである。

【図８】本発明に係るロボット装置の第２実施形態を示
す図であり、（ａ）はその組付を説明する作業時におけ
る対象物および部品の状態平面図、（ｂ）はその状態側
面図である。

【図９】本発明に係るロボット装置の第３実施形態を示
す図であり、その要部構成を示す立面図である。

【図10】本発明に係るロボット装置の第４実施形態を示
す図であり、その概略全体構成を示す立面図である。

【図11】本発明に係るロボット装置の第５実施形態を示
す図であり、（ａ）はその組付作業時における動作を説
明する対象物および部品の状態図、（ｂ）は従来の組付
作業時における動作を説明する対象物および部品の状態
図である。

【符号の説明】

10 ロボット装置 11、12 回動アーム 13 肘関節 14 肩関節 16 胴体（直動関節） 17 手首関節 18 ハンド 20 作業台 22、32 支持機構 23 力センサ 42 回転機構（駆動手段） 100 ロボットコントローラ（設定手段） 101 作業台コントローラＰ部品Ｌ、Ｒ腕Ｗワーク（対象物）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】先端を作業台近傍まで移動可能なアームを
備え、該アームの先端に取り付けたハンドが作業台上の
対象物に接触して作業するロボット装置であって、前記作業台の下方に該作業台に加えられた負荷を検出す
る力センサを設け、該力センサの検出情報に基づいてア
ームやハンドの駆動を制御することを特徴とするロボッ
ト装置。
【請求項２】同一の作業を繰り返して行なう際に、装置
の剛性を考慮しつつ前記力センサの検出情報に基づいて
作業台上の対象物に対する作業位置の位置ずれを算出
し、指示された位置データを補正することを特徴とする
請求項１記載のロボット装置。
【請求項３】同時に作業可能な前記アームを複数備え、
これらアームが同時に作業する際の作業台上の対象物に
加えられた負荷の差異を前記力センサが作業台に加えら
れた傾斜のある負荷として検出し、該傾き情報に基づい
て各々のアームやハンドの駆動を制御することを特徴と
する請求項１または２に記載のロボット装置。
【請求項４】前記作業台をアームやハンドに協調して動
作させる駆動手段を設け、前記力センサの検出情報に基
づいて駆動手段の駆動を制御することを特徴とする請求
項１〜３の何れかに記載のロボット装置。
【請求項５】前記アームやハンドによる作業台への負荷
の検出情報が力センサから出力されるまでアームやハン
ドを高速に動作させ、該検出情報が出力された後にはア
ームやハンドを低速に動作させることを特徴とする請求
項１〜４の何れかに記載のロボット装置。
【請求項６】通常動作時に生じる負荷に応じて前記力セ
ンサが検出する情報の範囲を設定する設定手段を設け、
力センサの検出情報が設定手段内の範囲を超えたときに
作業を緊急停止することを特徴とする請求項１〜５の何
れかに記載のロボット装置。
【請求項７】前記力センサの検出情報に基づいて作業台
上の対象物の種別を検知することを特徴とする請求項１
〜６の何れかに記載のロボット装置。
【請求項８】前記作業台を力センサと共に、あるいは力
センサと切り離し、着脱可能に構成したことを特徴とす
る請求項１〜７の何れかに記載のロボット装置。