![]() Method and apparatus for directly teaching horizontal arm-type multi-articulated robot
专利摘要:
公开号:WO1988010178A1 申请号:PCT/JP1988/000610 申请日:1988-06-20 公开日:1988-12-29 发明作者:Kenichi Toyoda;Nobutoshi Torii;Ryo Nihei;Akihiro Terada 申请人:Fanuc Ltd; IPC主号:B25J9-00
专利说明:
[0001] 明 細 書 [0002] 水平アーム形多関節ロボッ トの直接教示方法と装置 [0003] 技術分野 [0004] 本発明は、 産業用ロボッ ト、 特に、 関節結合された水平ァ ームを備えた水平アーム ¾多関節ロボフ トに関し、 更に、 特 に水平アームの最先端に設けられたモータ駆動の上下方向移 動轴の下端に、 予めプログラム教示されたロボッ ト作用を達 成するハン ドゃグリ ツバ等のェン ドエフエクタを有した水平 アーム^多関節ロボッ トの上記上下方向移動軸に関するロボ ッ ト動作を、 作業者 (オペレータ) が直接、 ロボッ トに対し て教示を行う場合に、 その教示作業を軽快かつ簡便に遂行で きるよう に改善した産業用ロボッ トの直接教示方法と装置と に関する。 背景技術 [0005] 産業用ロボッ トにおいては、 ロボッ トの適用々途に応じて. ロボッ トの夫々の可動部、 例えば、 手首、 アーム、 旎回胴等 に関して予め所望のロボッ ト動作を教え込み、 ロボッ ト制御 部に、 その所望のロボッ ト動作をプログラムとして記憶させ るティ ーチングが行われる。 このティ ーチングは、 一般には ロボッ トを使用する人間によつて行われ、 このティ ーチング を入が直接行う ときには、 各ロボッ ト可動部の駆勤源である 夫々のモータを停止伏態、 つまり、 モータ電源からの電気ラ ィ ンを断の状態にして行う。 即ち、 人が各可動部毎にそれら を直接所望の最適動作順序に従って手動で動作させ、 記憶す べき位置や動作経路をロボッ ト制御部に記憶させて行ぐ方式 が採られる。 このために、 氷平アーム形多闋節ロボフ トのァ ーム最先嫱に設けられて上下に移動可能な上下方向移動轴を 備え、 その上下方向移動翰の下嬢にハン ド、 グ リ フパ等のェ ンドエフ -クタを有してワークの搬送等を行う形式の水平ァ —ム形多関節ロボッ トにおいては、 上記の上下方向移動翰に 関す 動作、 位置のティーチングに際して、 上下方向移動輯 の駆動モータを断 (オフ) にし、 上下方向移動铀自体やハン ド又はグリ ッパ、 ワーク等の夫々の重量は、 人が下方から支 え上げるようにしてティーチングのための動作を上下軸に付 与しなければならない。 [0006] 従って、 重量支持がティ一チング作業者には重荷となり、 作業性を阻害すると共に上下方向移勖軸を支持しながら所望 の動作や位置を教示して行く ことに困難が生じて、 目標とす るティ ーチングが簡便、 軽快に達成し得ないと言う不都合が あるが、 このような不都合に直接的に取り組んだ藓決提案は 未だ提拱されていない。 発明の開示 [0007] 依って、 本発明は、 上述の従来の水平アーム形多関節ロボ ッ トが遭遇した不都合を jg消することにある。 [0008] また、 本発明の他の目的は、 産業用ロボッ ト、 特に、 水平 ァ一ム形多関節口ボッ トにおけるァーム最先端に設けられた 上下方向移勤軸のティ一チングを簡便、 容易に遂行し得るよ うな方法と装置とを提供せんとするものである。 [0009] 即ち、 本発明によれば、 ロボッ ト制御部からのプログラム 指令で作動され、 かつ、 関節結合された水平アームを備えた 多関節形産業用ロボッ トにおける前記水平アームの最先端に 具備され、 モータにより駆動される上下方向移勤軸に、 オペ レータが直接、 動作指令の教示を行う方法であって、 ォペレ ータによる直接教示の開始時に、 前記ロボ -ノ ト制御部から上 下方向移動铀用モータ制御部の電流制御回路への信号路を切 断するステップと、 前記上下方向移動軸の重量と該上下方向 移動軸の下端に掛かる可変重量との和に見合う負荷 トルクを 決定する トルク計算回路から前記上下方向移動軸用モータ制 御部の前記電淀制御回路への信号路を接続して前記上下方向 移勤轴に掛かる負荷 トルクを予め前記モータの駆動 トルクに より補償するステップと、 次に作業者が前記上下方向移動軸 を上下に手動で動作させるステップとを具備し、 以て所望の 動作を略無負荷で直接教示できるようにした水平アームを備 えた多関節ロボッ トの直接教示方法が提供される。 [0010] また、 本発明の他のァスぺク トによると、 ロボッ ト制御部 からのプログラム指令で作動され、 かつ、 関節結合された水 平アーム (複数) と、 その水平アームの最先端に上下に移動 可能に設けられ、 軸下端にエン ドエフヱクタを有した上下方 向移動軸と、 その上下方向移動翰の駆動モータとを備えた産 業用多関節ロボッ トであって、 前記上下方向移動軸の铀重量 記憶手段と、 前記上下方向移動轴の轴下端に掛かる可変重量 を記憶する可変重量記憶手段と、 前記 ¾重量記憶手段及び前 記可変重量記憶手段に接続した重量一トルク変換計算手段と を具備して軸食荷トルクの決定を行うための手段と、 前記口 ボッ ト制御部に接続された上下方向移動軸の ¾動モータ用制 御部に內蔵された電流制御,手段と前記軸食荷トルク決定のた めの手段との間に設けられる常開形の第 1 のスィ ッチ手段と、 前記 ¾動モータ用制御部へ前記ロボッ ト制御部からの位置指 令と速度指令とを供辁する指令路と前記電流制御部との間に 設けられた常閉形の第 2 のスィ ツチ手段と、 前記上下方向移 動軸にオペレータが斷作指令の教示を直接行う とき、 前記第 1のス ィ フチ手段を閉に、 又前記第 2 のスィ フチ手段を開に 切り換えるための手段とを具備し、 前記上下方向移動軸の負 荷を前記モータにより軽滅させながら、 略無食荷で前記上下 方向移動輪に対して直接、 動作指令を教示できるようにした 産業用多闋節形ロボッ トを提供して、 ティ一チングを負担無 く簡便、 軽快に遂行できるようにするものである。 図面の筒単な説明 [0011] 本発明の上記及びその他の目的、 特徵、 利点を添付図面に 示した実施例に基づいて、 より一雇明らかにするが、 同図面 において、 [0012] 第 1図は、 本発明の実施伊 Jによる水平アームを有した産業 用多関節ロボッ トの直接教示を遂行する装置を示したプロツ ク図、 第 2図は、 水平アームを有した産業用多関節ロボツ ト の一例の全体的構造を示した外観斜視図、 第 3 ®は、 同第 2 図の産業用多関節ロボフ トの上下軸の動作に関連するロボッ トの詳細な機構の部分的な拡大図。 発明を実施するための最良の態様 [0013] 先ず、 第 2図、 第 3図を参照すると、 関節結合された水平 アームを備えた産業用多関節ロボッ トの典型的な構造外観と 上下方向移動軸の作勤機構が詳示されており、 同ロボッ ト 1 0 は、 ベース部 1 2を有し、 このべ一ス部 1 2上に回転性 又は非回転性のロボッ ト胴部 1 4が立設されている。 この口 ボッ ト胴都 1 4の頂部には水平方向に延びた第 1水平アーム 1 6が、 上記ロボッ ト胴部 1 4に対して縦軸 (Θ軸〉 回りに 旋回可能に取付けられている。 また、 同第 1水平ァーム 1 6 の先嬙には第 2の水平ァーム 1 8が、 該第 1水平アーム 1 6 に対して前記縦軸 (. e ) と平行な他の縦 ¾ ( U軸) 回りに 旋回可能に取付られている。 'そして、 この第 2水平アーム 1 8の最先端には、 該第 2水平アームに対して上下の縦軸方 向に移動可能に設けられた上下方向移動轴 (以下、 簡明のた めに単に上下軸と言う) 2 0が、 具備されている。 この上下 軸 2 0の下方部分には、 エン ドエフヱクタを成すロボッ トハ ン ド又は口ボッ トグリ ッパ 0が前記 U軸に平行な縦軸 ( a 軸) の回りの旋回が可能に装着され、 ワーク Wを把持し得る ようになっている。 [0014] ここで、 上記の上下軸 2 0に着目すると、 この上下軸 2 0 は、 ボールねじ轴 2 2 として形成されており、 その上方部分 は第 2水平ァーム 1 8の内部において、 上下動作のガイ ド 2 6により、 上下動を円滑に行い得るように案内され、 また 上下の荷重を支持し得るボールナッ ト 2 4に噴合している。 このボールナフ ト 2 4はブーリ 3 2 と一体に回転可能であり、 該ブーリ 3 2は歯付きベルト 3 3を介して上下翰駆動用のモ ータ 3 0 の出力翰に取付けられた小ブーリ 3 4と接続され、 モータ 3 0の回転駆動に従ってボールナッ ト 2 4を回転 動 する。 モータ 3 0は上下轴 2 0の位置決めが可能なように、 周知の回転検出器 (エンコーダ) 3 0 aを有したモータとし て構成されている。 このようなモータ 3 0が第 2水平アーム 1 8內に設けられることにより、 ボールねじ ¾ 2 2がボール ナッ ト 2 4 とのねじ係合を介して上下方向の移動力と位置決 め制御とを受けるものである。 なお、 上述は、 主に上下軸 2 0の上下移動の駆動系に就いて説明したが、 第 1水平ァー ム 1 6、 第 2水平アーム 1 8 の Θ轴および u軸面り の淀回運 動の駆動機構も周知のように同じようにモータ (図示なし) の ¾動、 制御に依って達成されることは言うまでもない。 上述の構成から成る水平アームを有した産業用多関節型口 ポ -ノ トにおいて、 ハン ドまたはグリ ツバ 4 0によって遂行さ れるロボッ ト動作を予め人がプログラムする方法では無く、 人が直接的に各可勤部を作動させてティ一チングするときに は、 一般に従来技術では各可動部の駆動用モータの駆動電淀 系を断 (オフ) にしてダリ 7パ 4 0部分を人が手で把持し、 所望の経路に沿って移動させることにより、 その動きを記憶 させる方法が採られている。 このとき、 上記第 1、 第 2水平 アーム 1 6、 1 8の Θ轴ぉよび U雜回りの度回運動を伴う教 示、 グリ ッパ 4 0 の or轴回りの旋回を伴う教示は、 水平面内 における旋回であるこ とから、 各轴における ¾回時の摩擦抵 抗をせいぜい克服するだけの作用力を人が加えれば良く、 何 ら困難はない。 然しながら、 上下铀 2 0を上下させて行う教 示動作においては、 上下軸 2 0の重量、 グリ ッパ 4 0の重量 ワーク Wの重量等が人に対して負荷として作用し、 グリ ツバ 4 0の重量はグリ ッバ 4 0を交換したときの重量の違い、 ヮ ーク Wの重量はワーク毎に異なる重量となり、 可変重量とし て人に作用する。 このために、 これらの重量負荷を克服しつ つ上下轴 2 0を上下移動させて行う教示作用は、 必然的に困 難となり、 目標位置に正確に停止させ得ない等の不都合が生 じる。 .そこで、 本実; ϋ例によれば、 この上下軸 2 0に関す教 示作用を人が直接実行する際の負荷を、 上下軸駆動用のモー タ 3 0を利用して軽減し、 筒便かつ正確な教示を行い得るよ うにせんとするものである。 [0015] ここで、. 更に、 第 1図を参照すると、 同第 3図において、 上下轴 2 0 の駆動用のモータは第 3図と同様に参照番号 3 0 で示してあり、 回 検出器が同じく 3 0 aで示してある。 [0016] さて、 上下軸駆動用のモータ 3 0の制御系は、 ロボッ ト制 御部 R Cから教示された指令内容とプログラム指令とを受け る上下軸のモータ制御部 5 0を有し、 このモータ制御部 5 0 には、 位置制御部 5 2、 速度制御部 5 、 電流制御部 5 6を 具備し、 ロボッ ト制御部 R Cからの指令は加算点 5 8を介し て先ず、 位置制御部 5 2に入力されるようになっている。 こ の加算点 5 8 には、 モータ 3 0 の回転検出器 3 0 aからフィ 一 ドバックされた位置検出信号も入力されている。 また、 位 置制御部 5 2 と速度制御部 5 4 との間にも加算点 6 0が設け られ、 この加算点 6 0におき、 ロボッ ト制御部からの速度指 令と回転検出器 3 0 aからのフィー ドバフク位置信号が加算 され、 速度制御都 5 4に印加される構成となっている。 又、 速度制御部 5 4と電流制御部 5 &との間には後述の加算点 [0017] 6 2が設けられ、 位置制颧部 5 2、 速度制御部 5 4の制御信 号に対応したモータ ¾動トルク指令値が、 この加算点 6 2を 経由して電流制御部 5 6に印加されるように成っている。 ま た、 前記加算点 5 8からは、 置の偏差信号が現在位置を報 知する信号としてロボッ ト制御部にフィ一ドバ クされてい る。 上述した構成は、 従来から、 ロボツ トの各モータ駆動系 に設けられていた構成と同様であるが、 本実施例によれば、 加算点 6 0の地点に常閉スィ フチ 6 4、 6 6の 2つのスイ ツ チが設けられ、 前者は位置制御部 5 2 と加算点 6 0 との間に 後者はモ:"タ 3 0の回転検出器 3 0 aからの速度フィ一ドバ ックライ ンに設げられている。 [0018] 更に、 教示制御部 7 0が設けられている。 この教示制御部 [0019] 7 0は、 上下雜 2 0の既知重量を記憶する軸重量記憶部 7 2 - ハン Fまたはグリ ツバの可交換要素の重量を予め測定、 計量 して記億するダリ ツバ重量記憶部 7 4、 随意に変わるワーク 重量を予め計算、 測定して記憶する第 1のワーク重量記億部 7 6 との 3つの記億手段を少なく とも有し、 後二者が可変重 量記憶部として設けられるが夫々釦押下やツマミ操作により 実際の重量に応じて適宜の重量設定を行う ことができる。 或 いは、 多数のワークの重量を予め測定して、 第 2のワーク重 量記憶部 7 7 に記憶させ、 教示操作過程で、 ワークを変更し たときは、 その第 2のワーク重量記憶 7 7に記憶された多数 の設定値から選択設定を行うようにしても良い。 また、 教示 制御部 7 0 は、 上記軸重量記憶部 7 2、 ダリ ツバ重量記憶部 7 4 、 ワー ク重量記憶部 7 6の各設定重量値が決定したとき . 轴負荷として掛かる重量に見合うモータ 3 0の出力 トルク値 を上下軸 ¾動系の減速比等を勘案して計算、 算出して出力す る重量一 ト ルク変換計算部 7 8を備えている。 即ち、 重量一 トルク変換計算部 7 8には上述の軸負荷にみあう トルク計算 を実行するための機能が予め具備されており、 ダリ ツバ重量 記憶部 7 4、 ワーク重量記憶部 7 6の変動値に応じた トルク 値計算結果を算出して電気信号として送出する機能を有して いる。 重量一トルク変換計算部 7 8 は、 簡単な演算回路の組 み合わせに依って構成しても良く、 又、 ポテンシ ョ メ ータ等 に予め関数計算機能を持たせたもので構成しても良い。 なお- 算出機能としては、 上下轴のボールねじ轴 2 2の重量を W 1 , グリ パ重量を W 2、 ワーク重量を W 3、 ボールねじ轴 2 2 のねじリ一ドを L c mノ回転、 ベル ト · プーリ機構の減速比 を I とすると、 ボールねじ軸 2 2、 グリ ツバ 4 0、 ワーク W の重量に見合う トルク値 T M ( k g / c ) は、 次式で表さ れる。 [0020] T M = (W 1 + W 2 + W 3 ) ( L / 2 π ) χ ( 1 / I ) • —— · ( 1 ) o [0021] 従って、 上記の W l、 W 2、 W 3 の値を教示作用の開始に 際して人が上記記憶手段に設定すると、 重量一トルク変換計 算部 7 8から ( 1 ) 式に従って対応の トルク値に応じた電気 信号が発つせられるのである。 [0022] 重量一トルダ変換計算部 7 8 は、 常開スィ ツチ接点 8 0を 介して加算点 6 2に接続されており、 故に上述の計算、 演算 結果によるモータ駆動トルク値が、 速度制御部 5 4からのモ ータ駆動トルク指令値の印加される加箕点 6 2を痊由して電 流制御部 5 6に入力し得るようになつている。 [0023] 上述のような翰負荷決定機能を有した教示制御部 7 0にお いて、 上下軸 2 0に関する教示作用を遂行するときには、 先 ず、 モータ制御部 5 0の常閉スィ ツチ 6 4、 6 6を関にして 指令系の信号径路を遮断し、 他方、 常関スィ ツチ接点 8 0を 閉じ、 教示制御部 7 0をモータ制御部 5 0の電浼制攤部 5 6 に接镜する。 このよう にすると、 電淀制御部 5 6は、 教示制 御部 7 0からだけの駆勤トルク指令値を加算点 6 2を経由し て得るから、 その トルク.指令に ¾応した励磁電淀をモータ [0024] 3 0に供拾し、 該モータ 3 0は上記の各重量貪荷に見合った トルク値を克服するための トルクを発生する。 このよう な、 モータ トルクをモータ 3 0から得た状態で、 人 (オペレータ) が上下軸 2 0に教示作用のための動作を与えても、 重量によ る食荷はモータ 3 0が肩代わり して負荷軽減を図っているの で、 教示作用を遂行する人の負荷は、 単に上下軸 2 0の動作 時の摩擦力を僅かに上 11る作業力を付与するたげで自在に上 下翰 2 0を可動させることができることとなる。 つまり、 上 下軸 2 0の重量 W 1、 グリ ッパ重量 W 2、 ワーク重量 W 3を 補う人力は不用となり、 作業の簡便、 軽快性を得ることがで きるようになる。 なお、 上下軸 2 0を動作させる場合、 モー タ 3 0が回転し、 逆起電圧を生じ、 モータ電流を変化させよ う とするが、 電流制御部 5 6に対する電流フィ一ドバフ ク回 路 5 6 aを介した電流フィ ー ドバック制御により、 常に トル ク値に対応する電淀をモータ 3 0に供給することができる。 更に、 教示作用時には、 ロボッ ト制御部 R Cからの指令は 切断されているから、 教示動作時のモータ 3 0からの位置検 出値を回転検出器 3 0 aから位置制御部 5 2へフィ ー ドバッ クすることにより、 モータ 3 0の位置儡差を介して教示作用 の終了時におけるロボッ トの上下轴 2 0の位置を、 ロボフ ト 制御部 R Cが把握することができるのである。 [0025] 上述の最良の実施例に関する記載から明らかなように、 本 発明によれば、 人 (オペ レータ) が直接的に水平アームを有 した産業用多関節ロボッ トのアーム最先端に設けられた上下 轴の動作指令の教示を行う ときに、 上下軸、 その上下軸の下 纗に具備されるハン ドやダリ ツバ等のエン ドェフエクタ、 こ れらハン ドまたはグリ ツバに把持されるワークの夫々の重量 を上下轴駆動用モータが発生する トルクで克服し、 人は上下 軸の上下動作に伴う摩擦力を克服する程度の僅かな作業力を 発揮すれば良く、 故に、 上下轴を筒便、 軽快に動作させ、 し かも目標とする位置、 経路を正確に迪らせることができ、 教 示作業の正確を期することができる。 つまり、 微妙な位置の 教示等も遂行し得ることとなる。 又、 本発明によって付加さ れる装置、 要素を比較的に少数かつ安価な要素、 部品で達成 でき、 低価格による機能向上を望むことができる。
权利要求:
Claims 請求の範囲 1 . ロボッ ト制御部からのプログラム指令で作動され、 か つ、 関節結合された水平アームを備えた多関節形産業甩ロボ ッ トにおける前記水平アームの最先嬝に具備され、 モータに より羝動される上下方向移動糠に、 オペレータが直接、 動作 指令の教示を行う方法であって、 オペレータによる直接教示 の開始時に、 前記ロボッ ト制御部から上下方向移勖贛用モー タ制御部の電流制御回路への信号路を切断するステツプと、 1 前記上下方向移動翰の重量と該上 2下方向移動軸の下 ¾に掛か る可変重量との和に見合う食荷トルクを決定する トルク計算 回路から前記上下方向移動軸用モータ制御部の前記電淀制御 回路への信号路を接続して前記上下方向移動 »に掛かる食荷 トルクを予め前記モータの ¾動トルクにより補償するステッ プと、 次に作業者が前記上下方向移動軸を上下に手動で動作 させるステップとを具備し、 以て所望の動作を略無复荷で直 接教示できるようにした水平アームを備えた多関節ロボッ ト の直接教示方法。 2 . ロボッ ト制御部からのプログラム指令で作動され、 か つ、 関節結合された水平アーム (複数) と、 その水平アーム の最先孃に上下に移動可铑に設けられ、 ¾下¾にェン ドエフ ェクタを有した上下方向移動 ¾と、 その上下方向移動翰の駆 動モータとを備えた産業用多関節ロボッ トであって、 前記上 下方向移動軸の軸重量記億手段と、 前記上下方向移動 ¾の 下端に掛かる可変重量を記憶する可変重量記憶手段と、 前記 軸重量記憶手段及び前記可変重量記憶手段に接続した重暈一 トルク変換計箅手段とを具備して軸負荷 トルク の決定を行う ための手段と、 前記ロボッ ト制御部に接続された上下方向移 動軸の駆動モータ用制御部に內蔵された電流制御手段と前記 铀負荷 トルク決定のための手段との間に設けられる常関形の 第 1 のスィ ッチ手段と、 前記 ¾動モータ用制御部へ前記ロボ ト制御部からの位置指令と速度指令とを供袷する指令路と 前記.電流制御部との間に設けられた常閉形の第 2のスィ ッチ 手段と、 前記上下方向移動軸にオペレータが動作指令の教示 を直接行う とき、 前記第 1 のスィ ッチ手段を閉に、 又前記第 2 のスィ ツチ手段を関に切り換えるための手段とを具備し、 前記上下方向移動軸の負荷を前記モータにより軽減させなが ら、 無負荷で前記上下方向移動軸に対して直接、 動作指令 を教示できるようにした産業用多関節形ロボッ ト。 3 . 請求の範囲 2 . に記載の産業用多関節ロボッ トにおい て、 前記可変重量記憶手段は、 前記エ ン ドェフユ ク タの自重 を記憶する第 1 の記憶手段と、 該エ ン ドヱフユクタが保持す る可変重量のヮークの重量を記憶する第 2の記憶手段とを具 備していることを特徴とする産業用多関節ロボッ ト。 4 . 請求の範囲 2 . に記載の産業用多闋節ロボッ トにおい て、 前記軸負荷トルク決定のための手段は、 重量を トルク植 に変換する演算回路から成ることを特徴とした産業用多関節 ロボッ 卜《 5 . 請求の範囲 2 . に記載の産業用多関節ロボッ トにおい て、 前記上下方向移動軸の駆動モータ用制御部の前記電流制 御手段は、 前記上下方向移動軸の駆動モータに対する出力路 から S動電流值をフィ一ドバフクする電淀フィ一ドバフ ク路 を有していることを特散とする産業用多関節ロボッ ト。
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同族专利:
公开号 | 公开日 JPS63318277A|1988-12-27| EP0328650A1|1989-08-23| EP0328650A4|1991-04-24| US4984175A|1991-01-08| KR890701291A|1989-12-20|
引用文献:
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法律状态:
1988-12-29| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): KR US | 1988-12-29| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE FR GB IT | 1989-02-14| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1988905451 Country of ref document: EP | 1989-08-23| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1988905451 Country of ref document: EP | 1993-08-19| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1988905451 Country of ref document: EP |
优先权:
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申请号 | 申请日 | 专利标题 JP62151421A|JPS63318277A|1987-06-19|1987-06-19|Vertical shaft direct teaching method and device for horizontal arm type multi-joint robot| JP62/151421||1987-06-19||KR1019890700283A| KR890701291A|1987-06-19|1988-06-20|수평 아암형 다관절 로보트 직접 지시방법 및 장치| 相关专利
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