CN102328314B - 机器人的工具矢量的导出中使用的夹具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人的工具矢量的导出中使用的夹具，其简便地在短时间内且高精度地导出机器人的工具参数(T_x，T_y，T_z，α，β，γ)，尤其是导出工具参数中的平移分量(T_x，T_y，T_z)即“工具矢量”。本发明的夹具(10)具有：三个位移计(11)，其在前端部具备平面接触件(14)，并且能够计测沿计测轴的距离位移且通过平面接触件(14)计测工具前端的位置偏移量而作为实际位置偏移量，其中，该计测轴朝向与平面接触件(14)垂直的方向；配备机构(15)，其以使三个位移计的各计测轴在一点彼此正交并使各计测轴的交点成为空间上的规定点的方式配备三个位移计(11)。

Description

机器人的工具矢量的导出中使用的夹具

技术领域

本发明涉及安装在焊接机器人等的前端上的工具，涉及简便且在短时间内能够高精度地导出、校正工具矢量的技术，尤其是涉及工具矢量的导出时使用的夹具(计测器)。

背景技术

例如，在对工件自动进行焊接的焊接机器人中，在焊接机器人的前端部分(腕部)安装有具备焊炬等的焊接工具。

在该焊接工具的前端部设定工具坐标系，该工具坐标系通过使用变换矩阵能够从凸缘坐标系进行坐标变换，且该变换矩阵使用了工具参数(工具参数与工具矢量的差别在后面进行叙述)。凸缘坐标系是设定在焊接机器人的前端部形成的凸缘部上的坐标系，该凸缘坐标系能够根据焊接机器人的各轴的数据，利用控制装置进行计算。

从以上情况可知，为了在控制装置中准确地把握工具前端的位置而需要预先准确地导出坐标变换中不可或缺的工具参数。工具参数的导出作业在更换焊接机器人的工具后进行，但也可以在工具与作业工件等碰撞时等产生工具参数的变更时等情况下进行。

作为与工具参数的导出、校正相关的技术，例如有专利文献1公开的技术。

专利文献1公开有一种机器人的工具参数导出方法，其导出工具参数，该工具参数决定在机器人的臂前端上安装的工具的位置姿势，所述机器人的工具矢量的导出方法中，基于将上述工具至少以不同的三个姿势定位在空间上的一点时的各定位数据，运算上述工具的安装部的坐标系，求出至少两根包含从由使用工具参数表现的上述安装部的坐标系的任意两个观察到的工具位置候补的直线，基于上述直线相互的交点和安装部的坐标系而导出上述工具参数。

专利文献1：日本专利第2774939号公报

通过使用专利文献1公开的技术，虽然能够导出工具参数，但从实际的作业现场多次传出希望改良的声音。

即，在专利文献1公开的技术中，在焊接机器人的前端部安装有针状的尖的夹具(专用夹具(1))，另一方面，同样地准备前端成为针状的夹具(专用夹具(2))，进行使机器人的姿势发生各种变化并使专用夹具(1)的针尖与专用夹具(2)的针尖合并的定位示教，根据其结果，进行工具参数的推定。

根据该技术，虽然工具参数的导出计算成为简单的式子，但是由于需要进行经由操作员进行的“针尖对合”的定位，因此根据熟练度或目视的方向等，难以进行准确的定位。由于校正后的结果的验证也通过目视进行，因此难以定量地把握。换言之，操作者的熟练度或技能等会影响工具的定位精度或工具最前端的导出精度。

因而，为了提高工具参数的导出精度，需要增加计测点数而使误差平均化，但计测点数的增加会导致操作员的作业时间的增加。

因此，本发明者们开发出一种机器人的工具矢量的导出方法，其导出工具参数，该工具参数决定在机器人的臂前端上安装的工具的前端位置，所述机器人的工具矢量的导出方法中，以使所述机器人的工具前端位于空间上的规定点附近的方式对于所述机器人取三种以上的姿势，计测各姿势中的工具前端的位置偏移量作为实际位置偏移量，基于计测出的实际位置偏移量而算出工具矢量。

通过该工具矢量导出方法，能够简便地在短时间内且高精度地导出机器人的工具参数中的平移分量(T_x，T_y，T_z)即“工具矢量”。尽管如此，但为了不受操作员的熟练度或技能等影响地进行该技术，而需要开发出最适合该导出方法的夹具(导出时使用的专用计测器)。

发明内容

因此，本发明鉴于上述问题点，其目的在于提供一种与操作者的熟练度或技能等无关，更简便地在短时间内且高精度地导出机器人的工具参数(T_x，T_y，T_z，α，β，γ)，尤其是导出工具参数中的平移分量(T_x，T_y，T_z)即“工具矢量”的方法中最适合的夹具、即机器人的工具矢量的导出时使用的夹具。

为了实现上述目的，在本发明中采用以下的技术方案。

本发明的机器人的工具参数的导出时使用的夹具是在如下的机器人的工具矢量的导出方法中使用的夹具，该导出方法为：将决定安装在机器人的臂前端上的工具的前端位置的工具矢量导出时，以使所述机器人的工具前端位于空间上的规定点附近的方式使所述机器人取三种以上的姿势，计测各姿势中的工具前端的位置偏移量作为实际位置偏移量，基于计测出的实际位置偏移量而算出工具矢量。该夹具包括：三个位移计，在前端部具备平面接触件，且能够计测沿计测轴的距离位移，其中，该计测轴朝向与所述平面接触件具备的计测面垂直的方向；配备机构，其以使所述三个位移计的各计测轴在一点彼此正交并使各计测轴的交点成为所述空间上的规定点的方式配备三个位移计。

优选，具备在前端侧设有球体的计测用探测器，所述计测用探测器的基端侧安装在所述机器人的臂前端，并且所述机器人的姿势被设定成使所述球体与所述三个位移计的各平面接触件的计测面接触。

若使用具有以上的结构的夹具，则相对于机器人取三种以上的姿势时，各姿势中的工具前端的位置偏移成为计测探测器的前端的球体的位置偏移。由于计测探测器的球体与三个位移计的各平面接触件的计测面相接，因此球体的位置偏移量即机器人的各姿势中的工具前端的位置偏移量由夹具所具备的三个位移计而计测为实际位置偏移量。

将实际位置偏移量适用于本发明者们开发出的机器人的工具矢量的导出方法，从而算出决定安装在机器人的臂前端上的工具的前端位置的工具矢量。

上述的工具矢量是指将机器人的工具坐标系和凸缘坐标系建立联系的参数即工具参数(T_x，T_y，T_z，α，β，γ)中，仅取出平移分量(T_x，T_y，T_z)的矢量。

此外，优选，所述配备机构具有：相互的前端部或相互的轴心向前端侧的延长线在一点正交的三个支柱；以使所述计测轴与所述支柱的轴心方向平行并使所述平面接触件的计测面朝向支柱的前端侧的方式，在三个支柱上分别安装所述位移计的夹紧部件。

若为具有该结构的夹具，则支柱相对于载置面向斜上方立起，比三个支柱的交点靠上方的空间成为开放空间。因而，即使具有从上方接近的姿势的机器人采用三种以上的各种姿势，与夹具接触、干涉的可能性也非常低。

更优选，以使由所述三个位移计设定的计测坐标系的原点与各位移计的原点位置一致的方式，在各支柱上安装位移计。

另外，优选，设置在所述计测用探测器的前端侧的球体的直径与所述平面接触件的计测面的特征长度相等或大于特征长度。

[发明效果]

使用本发明的夹具时，能够与操作者的熟练度或技能等无关地更简便地在短时间内且高精度地导出机器人的工具矢量。

附图说明

图1是本发明的实施方式的机器人系统的整体结构图。

图2是表示工具坐标系与凸缘坐标系的关系的概念图。

图3是本发明的实施方式的导出夹具的立体图。

图4是本发明的实施方式的导出夹具的俯视图。

图5是本发明的实施方式的导出夹具的侧视图。

图6是支柱保持部件的放大侧视图。

图7(a)是调整位移计的原点的原点调整用具的侧视图，(b)是安装于机器人的计测用探测器的侧视图。

图8是本发明的实施方式的导出夹具的使用状态图。

图9是表示本发明的实施方式的导出夹具的设置步骤的流程图。

图10是表示工具矢量的导出步骤的流程图。

符号说明：

1   机器人系统

2   焊接机器人

3   示教盒

4   控制装置

5   计算机

6   焊接工具

7   凸缘面

10  导出夹具(计测器)

11  位移计

12  计测用探测器

13  球体(计测用探测器)

14  平面接触件

15  配备机构

20  支柱

21  支柱保持部件

22  插入孔

23  切断平面

24  原点调整用具

25  穿设孔

26  棒体(原点调整用具)

27  球体(原点调整用具)

28  指示器主体

29  计测针

30  夹紧部件

31  棒体(调整用探测器)

32  贯通孔

33  螺纹部

34  支柱插入面

F   载置面

具体实施方式

基于附图说明本发明的机器人的工具矢量的导出中使用的夹具的实施方式。

需要说明的是，工具矢量的导出时使用的夹具(以下称为导出夹具10)是进行本发明者们经过仔细研究而想到的“机器人的工具矢量的导出方法及校正方法”时最适合的专用的计测器。

因此，首先叙述本发明的机器人系统1的概要，接下来，进行本发明的导出夹具10的说明。然后，叙述使用了导出夹具10的工具矢量的导出方法及校正方法。

需要说明的是，在以下的说明中，对同一部件附加同一符号。它们的名称及功能也相同。因此，不重复进行它们的详细说明。

首先，说明本实施方式的机器人系统1的整体结构。

如图1所示，机器人系统1包括：焊接机器人2、具备示教盒3的控制装置4、计算机5(个人计算机)。焊接机器人2是垂直多关节型的六轴工业用机器人，在其前端设有由焊炬等构成的焊接工具6(也有简称为工具6的情况)。该焊接机器人2也可以搭载于使其自身移动的滑动件(未图示)。

控制装置4根据预先示教的程序来控制焊接机器人2。示教程序有使用与控制装置4连接的示教盒3而生成的情况或使用利用了计算机5的离线示教系统而生成的情况。在任何情况下，示教程序都在实际的动作之前预先生成。通过计算机5生成的程序经由磁性地存储数据的介质等向控制装置4交接或通过数据通信向控制装置4传送。

计算机5即离线示教系统具备能够进行图形显示的显示器作为显示装置，且具备键盘或鼠标作为输入装置。而且，为了取入工件的CAD信息而设有磁存储装置或通信装置。

然而，本发明涉及用于正确地导出为了准确把握工具前端的位置所需的工具参数(尤其是工具矢量)的方法中最适合的夹具。

如图2所示，该工具参数是指对焊接工具6的前端部(焊接点)的位置坐标即工具坐标系从设定在焊接机器人2的前端部形成的凸缘部上的坐标系即凸缘坐标系进行坐标变换的参数，该凸缘坐标系能够根据焊接机器人2的各轴的数据，利用控制装置4进行计算。即，通过使用工具参数，能够利用控制装置4算出工具前端的位置坐标。

然而，在机器人的工具参数中有(T_x，T_y，T_z，α，β，γ)的三个平移分量和三个旋转分量，本发明公开了导出工具参数中的平移分量(T_x，T_y，T_z)即“工具矢量”的方法。该方法使用后述的导出夹具10计测工具前端的位置的偏移量，在控制装置4或计算机5内，基于计测到的偏移量而算出工具矢量。

接下来，说明本发明中使用的导出夹具10。

如图3～图7所示，导出夹具10具有三台距离位移计即位移计11，为了准确地捕捉工具6的前端的三维变化量，而使用配备机构15将各位移计11配备在分别正交的方向上。关于由该导出夹具10构成的计测坐标，使其原点位置与导出夹具10的原点一致。

另一方面，关于安装在机器人的前端即凸缘面7上的焊接工具6，在焊接工具6的前端安装计测用探测器12。如图7(b)所示，该计测用探测器12的前端部具有由钢球等构成的球体13，以使该球体13的中心成为焊接工具6的前端(要计测的工具前端)的位置的方式进行定位。为了能够可靠地感知球体13的位置的变化量，所述位移计11的前端由圆柱体等构成并成为平面接触件14。即使焊接机器人2取为各种姿势，但由于计测用探测器12的球体13与平面接触件14的位于前端的计测面(圆形的平面)点接触，因此导出夹具10能够可靠地检测球体13的位置的变化量。

以下，详细说明本实施方式的导出夹具10。

图3～图5表示本发明的实施方式的工具矢量的导出中使用的夹具10的整体结构。

导出夹具10具备三根支柱20，该支柱20作为构成配备机构15的部件之一。该三根支柱20配备成三叉状，分别由长条的圆棒(φ10mm左右)构成，长度约20cm左右，为相同尺寸。3根支柱20配备成，相互的前端部在1点相交(或轴心向该支柱20的前端侧延长的线在1点相交)，其交叉角相互准确地成为90°。

为了使3个支柱20间的位置关系(三叉状)固定，而将各个支柱20的前端部插入到图6所示的支柱保持部件21中。该支柱保持部件21是构成配备机构15的部件之一。

支柱保持部件21具有立方体形状(一边约20mm)，具备各面成为正方形的六个面。在支柱保持部件21的彼此相邻的三个面(支柱插入面34)上设有能够供支柱20插入的插入孔22。插入孔22的轴心与支柱插入面34垂直，在插入孔22形成有阴螺纹部。支柱20的前端部(形成有阳螺纹部)螺合固定于该插入孔22。固定后的支柱20的突出长度(支柱插入面34至支柱20的基端部的长度)在各支柱20中相同。

另一方面，考虑设置有插入孔22的三个面(支柱插入面34)相交的顶点时，与该顶点的相反侧的顶点对应的部分的角被切掉了约10mm左右而成为切断平面23。换言之，考虑与支柱插入面34对置的三个面，该切断平面23成为通过对所述对置的面的一边进行局部切口而形成的面。

该切断平面23在支柱20的基端部搭载于载置面F(载置有焊接机器人2的地面)上时，各支柱20以与载置面F成角度45°的方式立起，切断平面23准确地与载置面F平行(与载置面F的倾角0°)。因而，切断平面23不会妨碍后述的计测用探测器12的动作。

另一方面，在各支柱20的中途部安装有接触式的位移计11。在本实施方式的情况下，位移计11采用能够计测到0.01mm数量级的位移计。

该位移计11具有：指示器主体28，其内置有计测设备，并具备显示计测数据(测定实际值)的窗口；计测针29，其以伸缩自如的方式从该指示器主体28突出。在该计测针29的前端部具备由平面板和圆柱体等构成的平面接触件14。计测针29相对于设置在平面接触件14的前端部上的计测面14A(计测平面部)沿垂线方向伸缩，能够计测其移动量。

通过指示器主体28计测该平面接触件14(准确来说是计测面14A)的移动量，并将计测结果作为焊接机器人2的工具前端的实际位置偏移量。

然而，在本实施方式的情况下，位移计11经由夹紧部件30安装在支柱20上。该夹紧部件30是构成配备机构15的部件之一。

夹紧部件30为大致长方体形状，在其长度方向一侧形成有供支柱20贯通的贯通孔32，且通过螺栓等能够固定在支柱20的任意的位置。在该夹紧部件30的长度方向另一侧固定有指示器主体28。通过该夹紧部件30，以使“支柱20的轴心”与“位移计11的计测方向(计测针29的伸缩方向)”平行且在俯视下一致的方式设置位移计11。而且，平面接触件14的计测面14A朝向支柱20的前端侧，且平面接触件14位于切断平面23的大致正上方。

由于具备以上的结构，因此利用三个平面接触件14夹入后述的计测用探测器12的球体13，通过三个位移计11能够可靠地对焊接机器人2的工具前端来计测正交的三个方向(相互独立的三个方向)上的距离变化。

然而，在形成于支柱保持部件21的切断平面23的中央部设有轴心垂直地穿过该平面23的穿设孔25，原点调整用具24嵌入到该穿设孔25中。

图7(a)表示原点调整用具24的侧视图。如该图所示，原点调整用具24具备棒直径为4mm左右的棒体26，在该棒体26的前端部设有直径10mm的球体27。棒体26的基端具有嵌入到穿设孔25中的嵌入部，其棒直径与穿设孔25相同或比其略小。

原点调整用具24插入到切断平面23的穿设孔25中时，以使球体27的中心与计测坐标系的原点一致的方式来确定原点调整用具24的棒体26的长度等。

图7(b)表示计测用探测器12(校准尖端)的侧视图。

如该图所示，计测用探测器12具备长度40mm左右的棒体31，在该棒体31的前端部设有直径10mm的球体13。该计测用探测器12是构成导出夹具10的部件之一，但安装在焊接机器人2的前端部(去除焊丝后的焊接工具的前端部)。因而，为了能够安装在焊接机器人2的臂前端，而在计测用探测器12的棒体31的基端形成有螺纹部33。

然而，由于在位移计11的前端设有平面接触件14，因此无论焊接机器人2取何种姿势，计测用探测器12的球体13都必然与平面接触件14的计测面14A进行点接触，从而导出夹具10能够可靠地检测球体13的位置的变化量。

另外，设置在计测用探测器12的前端侧的球体13的直径与位移计11的平面接触件14的计测面14A的特征长度(直径)相等或比特征长度大(例如，约2倍)。这样的话，即使计测针29在±(计测面14A的直径／2)的范围内移动，也能维持球体13与计测面14A的接触状态，从而能够利用位移计11进行距离位移的计测。例如，平面接触件14的计测面14A的直径为10mm时，位移计11能够计测以原点为中心±5mm的位移。

此外，通过使球体13的直径大于平面接触件14的特征长度(直径)，换言之，通过使平面接触件14小于球体13，而形成为如下结构：即使在球体13沿例如X方向较大地移动，且平面接触件14伴随于此向同方向移动的情况下，也能够避免该平面接触件14与其他平面接触件14(沿Y方向或Z方向移动的平面接触件14)接触、干涉这些不良情况。

关于使用上述的导出夹具10来导出工具矢量的方法，如下所述。

具体而言，作为导出的准备，按照图9的流程图，进行导出夹具10的设置。

首先，如图9的S11所示，将三个支柱20旋入支柱保持部件21，在各支柱20上安装位移计11而组装导出夹具10。将组装完成后的导出夹具10配置在设有焊接机器人2的载置面F上，该焊接机器人2作为算出工具矢量的对象。

在S12中，在支柱保持部件21的切断平面23上以竖立设置的方式安装原点调整用具24，然后，使用该原点调整用具24的球体27，进行位移计11的原点调整。

详细而言，使平面接触件14的计测面14A与该原点调整用具24的球体27相接之后，使位移计11在支柱20上滑动，以使此时的位移计11的测定值大致为0，然后将位移计11相对于支柱20的位置固定(将夹紧部件30的螺栓紧固)。

如此，在以后的工具矢量导出作业中，即使计测用探测器12的球体13的位置伴随机器人姿势的变更而变动，位移计11即能够计测向正侧的距离变动，向负侧的距离变动也能够移动，从而能够在最大限度的范围内计测球体13的位置变动。除此以外，原点调整用具24的球体27的中心设定成与计测坐标系的原点一致，因此通过进行S12的作业，能可靠地使计测坐标系的原点与各位移计11的原点位置一致。

然后，在S13、S14中，在机器人侧的焊接工具的前端安装计测用探测器12，以使焊接机器人2的工具前端位于计测坐标系的原点(空间上的规定点)附近的方式设置机器人姿势。在此基础上，通过导出夹具10的三个平面接触件14从三方夹入计测用探测器12的球体13。

需要说明的是，在以上的说明中，例示了在焊接机器人2附近进行导出夹具10的组装及设置的情况，但预先作业的方法并不局限于此。在另外的地点进行导出夹具10的组装、原点位置的调整也没有任何问题。

在进行了以上的预先准备后，以焊接机器人2的工具前端位于空间上的规定点附近的方式使焊接机器人2取三种以上的姿势，并进行计测各姿势下的工具前端的位置偏移量即实际位置偏移量的作业。

具体而言，使焊接机器人2取3种以上的姿势时，各姿势下的工具前端的位置偏移成为位于计测探测器12的前端的球体13的位置偏移。球体13与三个位移计11的各平面接触件14的计测面14A相接，因此球体13的位置偏移量通过导出夹具10所具备的三个位移计11而被计测为实际位置偏移量。

计测到的实际位置偏移量适用于工具矢量的导出方法，从而算出工具矢量。

然而，若将导出夹具10(3台位移计11)的各计测方向配置成与机器人坐标系的轴向一致，则各位移计11的计测值成为对应的机器人坐标系下的计测值。然而，位移计11的计测方向为斜上方45°，与机器人坐标系的轴向不一致。位移计11的计测方向与机器人坐标系的轴向可以利用规定的变换矩阵来建立关联，但难以完全排除设置时的配置误差等的影响。

为了避免上述状况，优选按照以下的步骤设定(修正)计测坐标系。

即，

(i)在导出夹具10的原点附近定位机器人前端，利用导出夹具10计测该位置。此时的计测值为Ml(Ml_x，Ml_y，Ml_z)。

(ii)在保持(i)的姿势的状态下在不超过夹具的计测范围的范围内使机器人在机器人坐标系中仅沿X轴方向动作，利用导出夹具10计测此时的位置。此时的计测值为M2(M2_x，M2_y，M2_z)。

(iii)使机器人返回(i)的位置，在保持(i)的姿势的状态下在不超过夹具的计测范围的范围内使机器人在机器人坐标系中仅沿Y轴方向动作，利用导出夹具10计测此时的位置，计测值为M3(M3_x，M3_y，M3_z)。

(iv)按照以下的步骤导出将计测值变换成与机器人坐标轴一致的计测坐标系的矩阵^roboG_mes。

[数1]

$U=\frac{M2-M1}{|M2-M1|}=(\mathrm{Ux},\mathrm{Uy},\mathrm{Uz})$

$W=\frac{U\×(M3-M1)}{|U\×(M3-M1)|}=(\mathrm{Wx},\mathrm{Wy},\mathrm{Wz})$

V=W×U=(Vx，Vy，Vz)

$G_{\mathrm{robo}}^{\mathrm{mes}}=\left(\begin{array}{cccc}\mathrm{Ux}& \mathrm{Vx}& \mathrm{Wx}& 0\\ \mathrm{Uy}& \mathrm{Vy}& \mathrm{Wy}& 0\\ \mathrm{Uz}& \mathrm{Vz}& \mathrm{Wz}& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right)$

$G_{\mathrm{mes}}^{\mathrm{robo}}={\left(G_{\mathrm{robo}}^{\mathrm{mes}}\right)}^{-1}=\left(\begin{array}{cccc}\mathrm{Ux}& \mathrm{Uy}& \mathrm{Uz}& 0\\ \mathrm{Vx}& \mathrm{Vy}& \mathrm{Vz}& 0\\ \mathrm{Wz}& \mathrm{Wy}& \mathrm{Wz}& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right)$

此外，[数1]中的U是从导出夹具10观察到的机器人的X轴方向，V是从导出夹具10观察到的机器人的Y轴方向，W是从导出夹具10观察到的机器人的Z轴方向，^mesG_robo表示从导出夹具10观察到的机器人坐标系(原点为计测坐标)，是将计测坐标系向机器人坐标系变换的变换矩阵。

通过使用该^mesG_robo，能够(假想地)实现导出夹具10的各计测方向与机器人坐标系的轴向一致的配置。在本实施方式中，使用该^mesG_robo。

另一方面，详细情况在后面叙述，在工具矢量的导出中，计测各姿势中的工具前端的位置的偏移量即“实际位置偏移量”，根据计测到的“实际位置偏移量”算出工具矢量，因此导出夹具10中的计测值的差量(变化量)很重要，而原点的偏移量最终相抵而不需要。因而，由^mesG_robo的逆矩阵定义的^roboG_mes是以导出夹具10的原点位置为基准并以机器人正交坐标轴来表示坐标轴，无需从机器人坐标系准确地推定计测坐标原点的位置矢量。

此外，为了将导出夹具10的各位移计11的计测值M(M_x，M_y，M_z)变换为计测坐标系中的计测值A(A_x，A_y，A_z)，而进行以下的变换即可。

[数2]

$A=\left(\begin{array}{c}\mathrm{Ax}\\ \mathrm{Ay}\\ \mathrm{Az}\\ 1\end{array}\right)=G_{\mathrm{mes}}^{\mathrm{robo}}\·M=\left(\begin{array}{cccc}\mathrm{Ux}& \mathrm{Uy}& \mathrm{Uz}& 0\\ \mathrm{Vx}& \mathrm{Vy}& \mathrm{Vz}& 0\\ \mathrm{Wx}& \mathrm{Wy}& \mathrm{Wz}& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}\mathrm{Mx}\\ \mathrm{My}\\ \mathrm{Mz}\\ 1\end{array}\right)$

只要未特别说明，本实施方式中的计测值就是进行了该变换的(轴向与机器人正交坐标轴一致的)计测坐标系中的值。

总结以上情况，通过进行[数2]表示的变换，导出夹具10的计测值成为与机器人正交坐标轴一致的计测坐标系中的值，即使导出夹具10的各计测方向与机器人坐标系的轴向不一致的情况下，也能够可靠地得到正确的计测值。

以下叙述基于如此得到的正确的计测值而导出工具矢量的方法。

首先，如图10的S21所示，首先，操作员通过示教盒3将计测用探测器12的球体13设定在导出夹具10的计测范围的规定位置P。该规定位置P优选为导出夹具10的原点附近。

然后，如S22所示，对导出夹具10的计测值A₁(A_1x，A_1y，A_1z)进行计测，并计测机器人的各轴值。基于得到的机器人的各轴值，求出规定位置P的机器人坐标系中的位置P₁(P_1x，P_1v，P_1z)、凸缘坐标系中的位置F₁(l_1x，l_1y，l_1z，m_1x，m_1y，m_1z，n_1x，n_1y，n_1z，o_1x，o_1y，o_1z)。

将定义从凸缘面7观察到的工具前端的工具矢量设为T(T_x，T_y，T_z)时，所述A₁(A_1x，A_1y，A_1z)、P₁(P_1x，P_1y，P_1z)、F₁(l_1x，l_1y，l_1z，m_1x，m_1y，m_1z，n_1x，n_1y，n_1z，o_1x，o_1y，o_1z)的关系能够由式(1)表示。

[数3]

$F_1\·T=\left(\begin{array}{cccc}{l}_{1x}& m_{1x}& n_{1x}& o_{1x}\\ l_{1y}& m_{1y}& n_{1y}& o_{\mathrm{ly}}\\ l_{1z}& m_{1z}& n_{1z}& o_{1z}\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}{T}_x\\ T_y\\ T_z\\ 1\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{P}_{1x}\\ P_{1y}\\ P_{1z}\\ 1\end{array}\right)=P_1---\left(1\right)$

接下来，如S24那样，使工具6的姿势变化，以与S21中采用的姿势不同的姿势而定位在导出夹具10的计测范围的规定位置P。

此时将(第k个)机器人坐标中的位置设为P_k，机器人的凸缘坐标系设为F_k时，得到式(2)。此外，在导出夹具10的坐标系中计测到的第k个值为A_k(A_kx，A_ky，A_kz)时，由于A_k的计测坐标系与P_k的机器人坐标系的轴向一致，因此如式(3)所示，变化量一致。

此外，采用的姿势优选为3种姿势以上，因此如S23所示，在未达到3种姿势时，再采用其他的姿势。

[数4]

F_k·T=P_k      (2)

P_k-P_l=A_k-A_l     (3)

在此，进行了n次计测(采用了n种姿势)时，总结式(1)、式(2)，成为

[数5]

$\left(\begin{array}{c}{F}_1\\ F_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ F_n\end{array}\right)\·T=\left(\begin{array}{c}{P}_1\\ P_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ P_n\end{array}\right)---\left(4\right).$

另外，根据式(3)与式(4)的关系，式(5)成立。

[数6]

$\left(\begin{array}{c}{F}_1-F_1\\ F_2-F_1\\ \·\\ \·\\ \·\\ F_n-F_1\end{array}\right)\·T=\left(\begin{array}{c}{P}_1-P_1\\ P_2-P_1\\ \·\\ \·\\ \·\\ P_n-P_1\end{array}\right)\begin{array}{}\end{array}=\left(\begin{array}{c}{A}_1-A_1\\ A_2-A_1\\ \·\\ \·\\ \·\\ A_n-A_1\end{array}\right)---\left(5\right)$

在此，将工具矢量的初始值设为T₀(T_0x，T_0y，T_0z)，收敛计算第i个导出的工具矢量设为T_i(T_ix，T_iy，T_iz)时，式(4)、式(5)成为如下的情况。

[数7]

$\left(\begin{array}{c}{F}_1\\ F_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ F_n\end{array}\right)\·T_i=\left(\begin{array}{c}{P}_{i1}\\ P_{i2}\\ \·\\ \·\\ \·\\ P_{\mathrm{in}}\end{array}\right)---\left(6\right)$

$\left(\begin{array}{c}{F}_1-F_1\\ F_2-F_1\\ \·\\ \·\\ \·\\ F_n-F_1\end{array}\right)\·T_i=\left(\begin{array}{c}{P}_{i1}-P_{i1}\\ P_{i2}-P_{i1}\\ \·\\ \·\\ \·\\ P_{\mathrm{in}}-P_{i1}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{A}_1-A_1\\ A_2-A_1\\ \·\\ \·\\ \·\\ A_n-A_1\end{array}\right)---\left(7\right)$

以使根据式(7)的工具矢量T运算出的前端位置P的各差量成为计测值的差量的方式求出工具矢量T即可。换言之，求出使使用工具矢量算出的工具6的前端位置的“计算上的位置偏移量(P_in-P_il)”与根据工具6的前端位置的计测值得到的“实际位置偏移量(A_n-A₁)”一致的工具矢量T即可。

为此，如S25所示，能够以使ΔA成为0的方式，通过进行使用了最小二乘法的收敛计算来求解以下的方程式，从而求出工具矢量T。

[数8]

$\left(\begin{array}{c}{F}_1-F_1\\ F_2-F_1\\ \·\\ \·\\ \·\\ F_n-F_1\end{array}\right)\·\mathrm{\Δ}{T}_i=\left(\begin{array}{c}{A}_1-A_1\\ A_2-A_1\\ \·\\ \·\\ \·\\ A_n-A_1\end{array}\right)-\left(\begin{array}{c}{P}_{i1}-P_{i1}\\ P_{i2}-P_{i1}\\ \·\\ \·\\ \·\\ P_{\mathrm{in}}-P_{i1}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{A}_{i1}\\ \mathrm{\Δ}{A}_{i2}\\ \·\\ \·\\ \·\\ \mathrm{\Δ}{A}_{\mathrm{in}}\end{array}\right)---\left(8\right)$

通过以上的方法，不需要如将焊接机器人2的前端多次设定在导出夹具10的计测范围内这样的向同一点的正确定位操作，而通过简单的操作就能够导出工具矢量T(T_x，T_y，T_z)。

其中，在上述的方法中，由于以第一个计测值为基准(位置偏移量的算出的基准)，因此不可否认由于误差的存在状况而有在得到的工具矢量中产生误差的情况。因此，通过对依次使用了从第一个到第n个为基准的式(9)进行求解，而能够极力消除计测误差。

[数9]

通过采用以上所述的焊接机器人的工具矢量的导出方法，能够更简便地在短时间内排除人为因素而高精度地导出机器人的工具矢量，从而能够对机器人焊接中的焊接精度或焊接品质的提高做出贡献。

此外，应该考虑到本次公开的实施方式全部的点是例示而并未受限制。本发明的范围不是由上述的说明而是由权利要求书的范围所示，包含与权利要求书的范围相等的意思及范围内的全部变更。

例如，在本实施方式中，在更换了焊接机器人2的工具6后，说明了工具6更换后的工具矢量的导出作业，但在工具6与作业工件等碰撞时等发生工具矢量的变更时的“工具矢量的校正作业”中能够使用同样的手法。

另外，在本实施方式中例示了焊接机器人作为机器人，但在组装机器人等的工业用机器人中也能够采用本技术。

导出夹具10具备通过支柱保持部件21捆扎三根支柱20的结构，但并不局限于该结构。例如，导出夹具10也可以是一体成形三根支柱20的结构。

Claims (4)

1.一种机器人的工具矢量的导出中使用的夹具，其为在机器人的工具矢量的导出方法中使用的夹具，所述导出方法为：对确定安装在机器人的臂前端上的工具的前端位置的工具矢量进行导出时，以使所述机器人的工具前端位于空间上的规定点附近的方式使所述机器人取三种以上的姿势，计测各姿势中的工具前端的、相对于所述空间上的规定点的位置偏移量作为实际位置偏移量，并基于计测出的实际位置偏移量而算出工具矢量，所述机器人的工具矢量的导出中使用的夹具的特征在于，具有：

三个位移计，其在前端部具备平面接触件，且能够计测沿计测轴的、所述平面接触件的距离位移，其中，该计测轴朝向与所述平面接触件具备的计测面垂直的方向；

配备机构，其以使所述三个位移计的各计测轴在一点彼此正交并使各计测轴的交点成为所述空间上的规定点的方式来配备三个位移计；以及

前端侧设有球体的计测用探测器，

所述计测用探测器的基端侧安装在所述机器人的臂前端，并且所述机器人的姿势被设定成使所述球体与所述三个位移计的各平面接触件的计测面接触。

2.根据权利要求1所述的机器人的工具矢量的导出中使用的夹具，其特征在于，

所述配备机构具有：

三个支柱，所述三个支柱的各自的前端部或所述三个支柱的各自的轴心向前端侧的延长线在一点正交；

以使所述计测轴与所述支柱的轴心方向平行并使所述平面接触件的计测面朝向支柱的前端侧的方式，在三个支柱上分别安装所述位移计的夹紧部件。

3.根据权利要求2所述的机器人的工具矢量的导出中使用的夹具，其特征在于，

以使由所述三个位移计设定的计测坐标系的原点与各位移计的原点位置一致的方式，在各支柱上安装位移计。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的机器人的工具矢量的导出中使用的夹具，其特征在于，

设置在所述计测用探测器的前端侧的球体的直径与所述平面接触件的计测面的特征长度相等或大于特征长度。

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