JP2000176788A - アクチュエータの調整方法とワーク位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワークを所定の位置に精度良く位置決めする
ことができる技術を提供することを目的とする。 【解決手段】 ワーク保持治具１２の位置を調整するア
クチュエータ１１の位置とワーク保持治具１２の位置と
の間のズレ分を記憶する。ワーク保持治具１２の目標位
置が入力されると、入力されたワーク保持治具１２の目
標位置に、記憶されているズレ分を補償して、アクチュ
エータ１１の目標位置を算出し、算出された目標位置に
アクチュエータ１１の位置を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば溶接ロボ
ット等の作業ロボットにより作業が施されるワークを、
作業ステーションの所定の位置に精度良く位置決めする
ためのワークの位置決め方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年多品種少量生産に対応するため、ワ
ーク毎に専用の治具を使用するのではなく、複数のワー
クを同一の治具で保持できるようにすることが考えられ
ている。この種の位置決め装置として特公昭６０−５７
９５７号公報に記載されたものが知られている。この位
置決め装置では、ワークをクランプし保持するワーク保
持治具をアクチュエータにより移動可能に構成されてい
た。そして、作業ステーションにおいてワークを位置決
めする場合には、まずワーク保持治具をワークの形状に
あわせて所定の位置に移動させ、その位置においてワー
クがセットされ位置決めされるようになされていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
位置決め装置では、装置自体の誤差や溶接ロボット等の
作業ロボットによる外乱等のため、保持しているワーク
が位置決め位置からズレてしまうという問題があった。
ワークが位置決め位置からずれると、作業ロボットの作
業精度が低下し、作業後の製品精度の低下を招くことと
なる。

【０００４】したがって、本発明は、上述した問題点を
解決するためになされたものであり、その目的は、ワー
クを所定の位置に精度良く位置決めすることができる技
術を提供することを目的とする。

【０００５】

【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に記載したワーク保持治具の位置調整用ア
クチュエータの制御方法が創作された。請求項1 の制御
方法によれば、アクチュエータの位置とワーク保持治具
の位置との間のズレ分が予め記憶される。ワーク保持治
具の目標位置が入力されると、入力された目標位置にワ
ーク保持治具の位置が位置決めされるように、予め記憶
されたズレ分を補償してアクチュエータの目標位置が算
出され、この目標値に従ってアクチュエータが制御され
る。したがって、例えば装置自体が有する誤差要因に起
因するワーク保持治具の位置のズレ分を記憶しておけ
ば、この誤差要因に基づくズレ分が補償されるので、目
標位置に精度良くワーク保持治具を位置決めすることが
できる。

【０００６】また、ワーク保持治具により位置決めされ
るワークに対して、例えば溶接作業を施す場合のよう
に、溶接ロボットが直接接触することによりワークに力
が作用する場合がある。このような場合には、ワーク保
持治具がたわむ等してワークの位置がずれてしまう場合
がある。このような場合には、請求項２に記載したワー
ク保持治具の位置調整用アクチュエータの制御方法が有
効である。上記制御方法によれば、ワーク保持治具に保
持されたワークに対して作業が施される間に作業に起因
して生じる、前記アクチュエータと前記ワーク保持治具
の位置との間のズレ分が予め算出され、このズレ分を補
償してアクチュエータが制御される。したがって、ワー
ク保持治具は目標位置に精度良く位置決めされる。な
お、このような作業に起因して生じるズレ分の算出は、
予め実験等によりたわみ量を実測・マップ化し、このマ
ップ化したデータからズレ分を算出しても良いし、ま
た、構造モデルを作成し、所定の荷重が作用した時のた
わみを計算機により計算しズレ分を算出しても良い。

【０００７】装置自体が有する誤差に起因するズレと、
ワークに対して作業することによる作業に起因して生じ
るズレの両者が無視できないような場合には、請求項3
記載の制御方法が有効である。上記制御方法によれば、
ワーク保持治具に保持されたワークに対して作業が施さ
れる間に生じる全てのズレ分（装置自体、作業に起因す
るもの）が算出され、このズレ分を補償するようにアク
チュエータが制御されるので、ワーク保持治具は位置決
め位置に精度良く位置決めされる。

【０００８】また、請求項1 記載の制御方法は請求項4
記載の装置により実施でき、請求項3 記載の制御方法は
請求項5 記載の装置により実施できる。上記装置によ
り、ワークを所定の位置に精度良く位置決めすることが
できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の位置決め装置を自動車ボ
ディの一部分であるパネル部品（フロントサイドメンバ
ー）を組み立てるために、ワークに対してスポット溶接
を施す作業ステーションに適用した一実施の形態につい
て、図1 乃至図１３に基づいて説明する。

【００１０】まず、図５及び6 に基づいて本発明に係る
位置決め装置が配設される作業ステーションの構成につ
いて説明する。図５は作業ステーションに配置される位
置決め装置及び作業ロボットの配置図であり、図６は作
業ステーションに配置される位置決め装置及び作業ロボ
ットのシステム構成図である。図５に示すように作業ス
テーションには、２台の位置決め装置１０によりワーク
４０を保持し、この保持されたワーク４０に対して作業
を行う２台の作業ロボット２０が配設される。このよう
な作業ステーションの制御システムは、図６に示すよう
に作業ステーションに投入されたワーク４０の種類（車
種等）を入力するためのワーク種類入力手段３５と、ワ
ーク種類入力手段３５により入力されたワークの種類に
よってワークの位置決め位置（ワーク保持治具の目標位
置）、作業ロボット２０の溶接位置等の作業内容を決定
する統合制御装置３０を備える。統合制御装置３０は、
一般的なコンピュータにより構成され、投入されるワー
クの種類毎にワークの位置決め位置（ワーク保持治具の
目標位置）及び溶接位置等の作業情報を記憶した記憶部
を備える。そして、ワーク種類入力手段３５でワークの
種類が入力されると、統合制御装置３０は上述した記憶
部を検索し、ワークの位置決め位置や溶接箇所等の作業
内容等を決定する。これらの作業情報は、位置決め装置
制御部１３及び作業ロボット制御装置２２に送信され、
この情報に基づいて位置決め装置１０及び作業ロボット
２０が制御される。ここで、ワーク種類入力手段３５と
しては、オペレーターが直接入力するようなキーボード
等であってもよいし、ワークに付されたタグに記憶され
ている磁気情報を読み取る読取装置等であっても良い。

【００１１】作業ロボット２０は、ロボット本体２１
と、その先端に取付けられるツール２４と、ロボット本
体２１とツール２４を制御する作業ロボット制御装置２
２により構成される。作業ロボット制御装置２２は、一
般的なコンピュータにより構成されるもので、ＲＯＭ等
に記憶されているプログラムを適宜呼び出し、統合制御
装置３０から送信された作業情報、起動信号に基づいて
作業ロボット本体２１の動き、及びツール２４の位置
（姿勢）等を制御するものである。作業ロボット本体２
１は、例えば、サーボ機構によりその位置・姿勢が制御
される多関節型ロボットで構成される。サーボ機構に
は、電動式サーボ機構、油圧式サーボ機構等を用いるこ
とができる。また、作業ロボット本体２１の先端に取付
けられるツール２４は、行われる作業により異なり、ア
ーク溶接を行う場合は溶接トーチ、スポット溶接を行う
場合は溶接ガン、塗装を行う場合は塗装ガンとなる。本
実施形態における作業ロボット２０はスポット溶接を行
う作業ロボットであるため、ツール２４は溶接ガンとな
り、作業ロボット制御装置２２により入熱量（通電時
間、電流値）、加圧力等が制御される。

【００１２】次に、上述した作業ステーションに配設さ
れる位置決め装置１０について、図１乃至図４に基づい
て説明する。図１は位置決め装置１０の概略構成を説明
するための図面であり、図２は位置決め装置１０の斜視
図であり、図３は図２に示す位置決め装置１０に設けら
れたワーク４０をクランプするクランプ機構を説明する
ための図面であり、図４は位置決め装置１０にワーク４
０をセットした状態の側面図である。本実施形態に係る
作業ステーションでは、２台の位置決め装置１０でワー
ク４０を保持する（図４、５参照）。すなわち、図４に
示すように、ワーク４０はその両端部近傍を２台の位置
決め装置１０により４個所をワーク保持治具により保持
される。図４に示す左右２台の位置決め装置１０は、そ
の機械的構造（運動伝達機構、クランプ機構等）は異な
るが、誤差補償の方法、手順等については共通するた
め、以下の説明では図４の右側の位置決め装置１０につ
いて説明する。

【００１３】図４右側の位置決め装置１０の斜視図を図
２に示す。図2 に示すように位置決め装置１０は二つの
ワーク保持治具１２を備え、ワーク４０を２個所でクラ
ンプするような構成となっている。この２つのワーク保
持治具１２は、それぞれ独立したアクチュエータにより
移動可能とされ、同一の運動伝達機構・構造を有してい
る。したがって、以下の説明では図２に示すワーク保持
治具１２の一つのみについて説明することとする。図２
に示すように、ワーク保持治具１２は定盤５０の上に載
置されＸ方向に移動可能なＸ方向スライドテーブル１２
ａと、Ｘ方向スライドテーブル１２ａ上に載置されＹ方
向に移動可能なＹ方向スライドテーブル１２ｂを有す
る。Ｘ方向スライドテーブル１２ａには、ボールネジ１
８ａと係合するネジ溝が形成されており、ボールネジ１
８ａがアクチュエータ（サーボモータ）により回転駆動
されることによりＸ方向スライドテーブル１２ａはＸ方
向に移動するようになっている。また、同様にＹ方向ス
ライドテーブル１２ｂは、ボールネジ１８ｂがアクチュ
エータ（サーボモータ）により回転駆動されることによ
ってＹ方向に移動するようになっている。

【００１４】Ｙ方向スライドテーブル１８ｂ上には、支
柱１２ｃが設けられ、ワーク４０を床面から所定の高さ
に保持する。支柱１２ｃ上には、ワーク４０をクランプ
するためのクランプピン１２ｄが設けられる。ワーク４
０のワーク保持治具１２へのセットは、クランプピン１
２ｄを図３に示すようにワーク４０に形成されたピン穴
４１に挿通し、クランプ部材１２ｅによりワーク４０を
クランプすることにより行われる。このように本実施形
態に係るワーク保持治具１２のクランプ機構は、ワーク
４０に設けられたピン穴４１に、クランプピン１２ｄを
差し込んでクランプ部材１２ｅでクランプするピンクラ
ンプ機構を採用している。なお、クランプ機構として
は、これ以外にも、ワーク４０の形状に沿ったゲージプ
レートでワークをクランプするゲージプレート機構や、
メカニカルハンドによりクランプするもの等、様々なク
ランプ機構を使用することができる。

【００１５】なお、上述した実施形態では、アクチュエ
ーターとしてサーボモータを使用し、このサーボモータ
の動力をＸ方向スライドテーブル１２ａ、Ｙ方向スライ
ドテーブル１２ｂに伝達する運動伝達機構として、スク
リュ−ナット機構であるボールネジを使用した。これ
は、ボールネジは、バックラッシが小さいため位置決め
精度が高く、かつ、トルクの伝達効率が高いためであ
る。ただし、他の運動伝達機構を使用しても良く、例え
ば、歯車を利用した機構や、ベルト及びチェーンによる
機構を使用しても良い。この場合、歯車による機構は、
バックラッシが大きく位置決め精度が低くなるという問
題があり、また、ベルト及びチェーンによるものは伝達
効率の点で問題がある。したがって、このような運動伝
達機構を使用する場合はこれらの点を考慮する必要があ
る。また、図２に示す位置決め装置１０では、Ｘ方向、
Ｙ方向に移動可能な直交型２軸ロボットであったが、位
置決め装置としてはこれに限られるものではなく、Ｘ
軸，Ｙ軸，Ｚ軸を有する３軸直交ロボット、マニュピュ
レータ等の多関節型ロボット等その構造、制御軸数は、
どのようなものであっても良い。ただし、直行型ロボッ
トを使用した場合は、マニュピュレータ等の多関節型ロ
ボットを使用した場合に比較して位置決め精度を高くで
きる点で有利である。マニュピュレータ等の多関節型ロ
ボットを使用した場合には、可動範囲、設置面積等の点
において有利である。したがって、製造されるワークに
要求される作業精度等にあわせて位置決め装置の移動機
構を選択する必要がある。

【００１６】次に、上述したように構成される位置決め
装置１０の、ワーク保持治具を移動させるためのアクチ
ュエータ（サーボモータ）と、このアクチュエータを制
御する位置決め装置制御部１３について、図１に基づい
て説明する。なお、上述したように位置決め装置１０
は、Ｘ方向、Ｙ方向のそれぞれにスライドテーブル、及
びこれらを移動させるためのサーボモータを有するが、
両者は同一の構成となるので、図１では簡略化して、ス
ライドテーブル、ボールネジ、サーボモータを一体のみ
図示している。図１に示すように位置決め装置制御部１
３は、ワーク保持治具１２（スライドテーブル１２ａ，
１２ｂ）を所定の位置に移動させるためのサーボモータ
１１を制御するサーボモータ制御部１４と、ワークに対
して作業を施している間に生じる、サーボモータの位置
とワーク保持治具１２（スライドテーブル１２ａ，１２
ｂ）の位置との間のズレ分を算出し、そのズレ分を補償
してサーボモータ制御部１４に目標位置を指示する誤差
補償部１５からなる。

【００１７】サーボモータ１１には、サーボモータ１１
の回転角を検出する位置センサ１１ｂと、サーボモータ
１１のトルクを検出する力センサ１１ｃを備える。ワー
ク保持治具（１２ａ，１２ｂ）の位置は、位置センサ１
１ｂで検出した回転角により判断される。このような位
置センサとしては、ポテンションメータやエンコーダ等
種々のセンサが使用できる。また、力センサ１１ｃとし
てはサーボモータ１１に流れる電流値を検出する電流セ
ンサを使用することができる。サーボモータ制御部１４
は、サーボモータ１１に取付けた位置センサ１１ｂで検
出した回転角に基づきワーク保持治具（１２ａ、１２
ｂ）を目標位置となるようにサーボモータ１１の回転角
を制御するものである。具体的には、位置センサ１１ｂ
で検出した位置と目標位置（位置決め位置）との偏差を
取り、この偏差に一定のゲインを乗じたものをサーボモ
ータ１１に出力することによりサーボモータ１１を駆動
し目標位置に位置決めしている。なお、サーボモータ制
御部１４ついては、既存のサーボユニットが使用でき、
その構造は公知であるのでその説明を省略する。上述し
たように本実施形態では、サーボモータ１１とサーボモ
ータ制御部１４により電動式サーボ機構を構成したが、
サーボ機構としては、油圧を利用する油圧式サーボ機構
や、空気を利用する空気式サーボ機構等も使用すること
ができる。本実施形態で電動式サーボ機構を用いた理由
は、油圧配管や空気配管が不要となるため、位置決め装
置の工場への設置において有利であるためである。

【００１８】誤差補償部１５は、統合制御装置３０から
送信されたワークの位置決め位置や溶接箇所等の作業情
報に基づいて、サーボモータの位置とワーク保持治具１
２の位置との間のズレ分を算出し、そのズレ分を補償し
てサーボモータ制御部１４に目標位置を出す。誤差補償
部１５には、ボールネジのリード誤差等の位置決め装置
１０自体が有する誤差や、ワーク４０の自重、作業ロボ
ットによる加圧力によるたわみ等の静的な要因によるズ
レ分を算出し、補償するための静的誤差補償手段１６
と、ワーク４０に作業を施す作業ロボット２０による衝
撃力等の動的要因によるズレ分を算出し、補償する動的
誤差補償手段１７を有する。以下、静的誤差補償手段１
６、動的誤差補償手段１７について詳しく説明する。

【００１９】本実施形態の静的誤差補償手段１６では、
ボールネジのリード誤差、ボールネジのたわみ、温度に
よるボールネジの伸縮によるサーボモータの位置とワー
ク保持治具の位置との間のズレ分を算出し補償する。

【００２０】（１）ボールネジのリード誤差の補償 ボールネジのリード誤差とは、ボールネジを加工する際
の加工誤差により生じる誤差である。このような誤差が
あるとボールネジの回転にともなって誤差が累積され、
サーボモータの位置（リード誤差がなかった場合のワー
ク保持治具１２の位置）と実際のワーク保持治具１２の
位置との間にズレが生じる。すなわち、位置決め装置１
０に用いたボールネジのリードをｌとした場合、ワーク
保持治具１２の位置決め位置がＸであったとすると、ワ
ーク保持治具１２を位置決め位置Ｘに位置決めするため
には、ボールネジをｎ＝Ｘ／ｌ回転させれば良いことと
なる。しかしながら、ボールネジのリードｌには誤差が
あるためボールネジをｎ回転させても、ワーク保持治具
１２の実際の位置はＸとはならない。したがって、静的
誤差補償手段１６ではこのズレ分を補償する。具体的に
は、ネジ回転数（サーボモータの位置）ｎとワーク保持
治具１２の位置Ｘとの関係について実測しマップ化す
る。この時の、ネジ回転数ｎと位置Ｘの関係を図７に示
す。図７中、縦軸はワーク保持治具の位置Ｘ、横軸にボ
ールネジの回転数ｎを示し、実測値を二点鎖線、実線は
リード誤差がない理想的な場合を示している。ボールネ
ジの各リードにおける誤差は均一ではないため、図７に
示すようにボールネジの回転数ｎと位置Ｘの関係は比例
した関係とはならない。このマップ化されたデータは、
位置決め装置制御部１３のメモリ内に格納される。次
に、リード誤差に起因するズレ分の補償の手順について
説明する。統合制御装置３０によりワークの位置決め位
置が決定されると、それに基づきワーク保持治具１２の
目標位置Ｘが誤差補償部１５に送信される。目標位置Ｘ
とマップ化されたデータより、ワーク保持治具１２の位
置が目標位置となるようにサーボモータの回転数（サー
ボモータの位置）を決定する。この回転数は、サーボモ
ータ制御部１４に送られ、サーボモータ１１がこの回転
数分だけ回転される。図２で示す位置決め装置１０はＸ
方向のボールネジ１８ａと、Ｙ方向のボールネジ１８ｂ
の両者を有するため、両者についてマップ化しモデル化
する必要がある。このように、静的誤差補償手段１６で
は、ボールネジのリード誤差が補償されるのでボールネ
ジに加工精度の高い高価なものを使用しなくても、位置
決め精度を高くすることができる。したがって、位置決
め装置のコストを低く抑えることができる。

【００２１】（２）ボールネジの角度たわみδ ボールネジの角度たわみδとは、サーボモータ１１によ
りボールネジにトルクをかけたときに生じるボールネジ
の駆動軸周りの角度たわみδをいう。角度たわみδは、
サーボモータの動力を減速機を介してボールネジに伝達
する場合に大きくなる。このような角度たわみδがある
と、サーボモータの回転がこのたわみδの分だけボール
ネジに伝えられない。したがって、サーボモータの位置
（たわみのない理想的な場合のワーク保持治具の位置）
と実際のワーク保持治具の位置との間にズレ分が生じ
る。静的誤差補償手段１６ではこのズレを補償する。具
体的には、角度たわみδとボールネジに作用するトルク
（サーボモータ１１のトルク）Ｔの関係について、予め
実測しマップ化する。ボールネジに作用するトルクＴ
は、サーボモータ１１に取付けた力センサ１１ｃの値に
より測定する。この時の、角度たわみδとトルクＴの関
係を図８に示す。図８中、縦軸は角度たわみδ、横軸に
トルクＴを示し、実測値を二点鎖線、モデル化後の関係
を実線により示している。図８に示すように、トルクが
０から一定の期間は角度たわみが急激に生じるロストモ
ーション領域があり、ロストモーション領域を超える
と、角度たわみδとトルクＴの関係はほぼ一次関数の関
係となることがわかる。このため、これらの実測データ
を次に示す式でモデル化する。 δ＝δ₀＋ｋ×Ｔ この式に示すδ₀とｋの値を実測データから特定する。
このモデル化した式は、位置決め装置制御部１３のメモ
リ内に格納される。次に、ズレ分を算出し補償する手順
について説明する。統合制御装置３０によりワーク保持
治具の目標位置Ｘが誤差補償部１５に送信されると、静
的誤差補償手段１６は位置決め時にボールネジに作用す
るトルクＴからボールネジの角度たわみδを特定する。
そして、このたわみδを補償するようにサーボモータ制
御部１４に回転数を指示する。なお、上述した例では、
実測データからδ＝δ₀＋ｋ×Ｔの関係を求めたが、必
ずしもこのようにする必要はなく、（１）の場合と同様
に、実測データをそのままマップ化したものをメモリ内
に格納し、必要なときにその都度このメモリしたデータ
を検索し、サーボモータ１１の位置（回転角）を補償す
れば良い。このように、静的誤差補償手段１６では、ボ
ールネジのたわみ、ロストモーションというボールネジ
に固有の誤差要因が補償されるので、位置決め精度を画
期的に向上することができる。

【００２２】（３）温度によるボールネジの伸縮 一般に金属等の物質は温度によって伸縮するため、ボー
ルネジの長さも作業ステーションの配置される工場内の
温度によって影響を受ける。このため、実際のボールネ
ジのリードをｌとすれば、温度ｔのときは（１＋α）ｔ
ｌとなる。ここで、ｌは基準温度ｔ₀におけるボールネ
ジのリードであり、αはボールネジの線膨張係数であ
る。したがって、このボールネジの伸縮を考慮してサー
ボモータ１１を回転させる。

【００２３】以上、詳述したような手順により静的誤差
補償手段１６は、ボールネジのリード誤差、ボールネジ
のたわみ、ボールネジの温度による伸縮によるズレ分を
それぞれ算出する。そして、これらのズレ分の和に基づ
いて、サーボモータ１１の目標位置を算出し、この目標
位置をサーボモータ制御部１４に出力しボールネジを回
転させることとなる。

【００２４】なお、図２に示す位置決め装置１０は、ボ
ールネジ１８ａ，１８ｂを両端で支持し、Ｘ軸及びＹ軸
方向のみに動くように構成されている。このため、作業
ロボットがワークに対して作業を施す際にワークに外力
（静的な力とみなせるもの）が作用する場合において
は、ボールネジのたわみを考慮する必要は余りなかっ
た。しかしながら、位置決め装置として、マニュピュレ
ータ等の多関節型の片持ち支持されるようなロボットを
用いた場合には、作業ロボットの加圧力によるロボット
アームのたわみは大きなたわみとなる。したがって、位
置決め装置１０の構造によっては、ロボットアーム（ボ
ールネジ）のたわみを考慮する必要性が大きくなる。以
下、簡単にロボットアーム（ボールネジ）のたわみを考
慮する手順を説明する。まず、位置決め装置の構造に基
づいて、図９に示すような位置決め装置の構造モデルを
作成する。ここで、各はりの剛性、質量は、位置決め装
置に使用するロボットアーム（ボールネジ）等の物性デ
ータ、サーボモータ１１のゲインから決定する。次に、
この構造モデルに、作業ロボット２０から力Ｐ（例え
ば、スポット溶接における加圧力）が作用した場合の、
ワークを保持する位置（図中矢印で示す部分）のたわみ
を計算する。ワークの自重が無視できない場合において
は、この力Ｐの値をワークの自重とすれば良い。たわみ
が求まれば、たわみによるズレ分を補償するよう、加圧
力が作用すると同時（又は直前）にサーボモータ１１を
駆動してやれば良い。なお、上述した例では、モデル化
し計算によりたわみ量を求めたが、これに限らずワーク
４０毎にワーク保持治具の位置のズレ分を実測し、これ
をデータとし位置決め装置制御部１３のメモリ内に格納
し、この格納されたデータに基づいてサーボモータ１１
を駆動するようにしても良い。実測した場合には、モデ
ル化による誤差が生じない点で、正確にたわみを考慮で
き優れているが、ワーク毎に実測しなければならない点
で面倒である。

【００２５】次に、動的誤差補償手段１７について説明
する。動的誤差補償手段１７は、作業ステーションで行
われる作業に起因してワーク４０に作用する動的な外乱
（衝撃力等）により発生するワーク保持治具１２のズレ
分を補償するものである。本実施形態の動的誤差補償手
段１７では、作業ロボット２０がワーク４０に対して作
業（溶接）を行うことに起因して生じる動的誤差が補償
される。以下、作業ロボット２０の作業に起因するズレ
分の補償手順について説明する。

【００２６】作業ロボット２０による誤差は、作業ロボ
ット２０がワーク４０に対して作業を行うことにより位
置決め装置１０のワーク保持治具１２に生じるズレをい
う。例えば、本実施形態の作業ロボット２０がスポット
溶接を行うものとすれば、ワーク４０に溶接を行う際
の、溶接ガンでワーク４０を挟む際の衝撃力により生じ
る誤差が相当する。なお、スポット溶接における加圧力
については、上述したように静的な力と考えれば良いの
で、動的な問題として取り扱う必要はない。衝撃力のよ
うな力によるワーク保持治具の位置のズレ分を算出する
ためには、まず位置決め装置１０の動的特性モデルを作
成することが必要になる。動的特性モデル作成の手順
を、図１０、図１１に基づいて具体的に説明する。図１
０は、動的特性モデルを説明するための図面であり、図
１１は、図１０に示す動的特性モデルの振動波形の一例
を示すもので、縦軸は質点の位置を、横軸は時間を取っ
ている。動的特性モデルの最も単純なモデルは、図１０
に示すようなばねとダンパと質量により形成される。図
２に示す位置決め装置の場合、Ｘ方向、Ｙ方向に移動可
能な２自由度のロボットであるが、両軸が直交すること
から、Ｘ方向、Ｙ方向の運動が各々独立したものと仮定
する。したがって、Ｘ方向及びＹ方向の運動について、
それぞれ下記に示す運動方程式が成立する。ここで、位
置決め装置の質量Ｍ、減衰係数Ｃ，ばね定数Ｋ、ワーク
４０の質量をＭw 、ワークのＸ方向の位置をＸ、Ｙ方向
の位置をＹとすると運動方程式は次の式で表すことがで
きる。（Ｘo 、Ｙo ）は位置決め位置である。

【００２７】

【数１】

【００２８】まず、この運動方程式の、質量Ｍ，ばね定
数Ｋ，減衰係数Ｃを実験により特定する必要がある。な
お、ワークの種類により、位置決め位置が異なるため(
式１) で示す動的特性モデルの、質量Ｍ、減衰係数Ｃ，
ばね定数Ｋもワーク毎に決める必要がある。ここで、本
実施形態の作業ステーションでは、Ａ車種、Ｂ車種、Ｃ
車種の３種類のワークに対して作業が行われるものであ
るとする。各ワーク４０のワーク保持治具の目標位置、
衝撃力は表１に示すように設定されているものとする。

【００２９】

【表１】

【００３０】Ａ車種の動的特性モデルを作成する場合
は、まず、ワーク保持治具１２を目標位置（Ｘａ，Ｙ
ａ）に位置決めし、ワーク保持治具１２近傍にセンサを
取り付ける。次に、ワーク保持治具１２近傍にインパル
ス入力（ハンマによる打撃）を加え、ワーク保持治具１
２を振動させる。ワーク保持治具１２の振動波形は、ワ
ーク保持治具１２の打撃点近傍に貼り付けたセンサによ
り測定する。測定された振動波形が図１１に示したよう
なものが測定されたとする。次に、図１１に示した振動
波形から、固有振動数及び減衰係数を決定する。固有振
動数は、図１１に示した振動波形をフーリエ解析等によ
り周波数分解することにより求めることができる。減衰
係数Ｃについては、図１１に示した振動波形がｎサイク
ルの間に振幅がどの程度減衰しているかにより決定する
ことができる。次に、図１１に示す動的特性モデルの質
量Ｍについては、車種Ａのワークの質量及び位置決め装
置１０の構造等から特定する。質量Ｍが特定できれば、
固有振動数の値からばね定数Ｋを特定することができ
る。以上の手順で図１１に示すような動的特性モデル
の、質量Ｍ、減衰係数Ｃ、ばね定数Ｋを決定することが
できる。次に、衝撃力Ｆａについては、作業ロボットの
制御プログラムから求めることができる。すなわち、ワ
ークへの溶接ガンの接近速度から求めることができる。
したがって、このような衝撃力Ｆａが図１０に示す動的
特性モデルに作用した時の質点の運動を求めれば、その
質点の運動がワーク保持治具１２の運動となる。このよ
うなシミュレーションにより、ワーク保持治具１２の動
きが予測できるので、計算によりサーボモータの最適な
駆動方法を求めれば、ワーク保持治具１２のズレを補償
することができる。なお、Ｂ車種、Ｃ車種のワークに対
して作業する時には、上述した手順でＢ車種、Ｃ車種の
場合の動的モデルを作成して、ワーク保持治具１２の位
置を補償してやれば良い。そして、これらの補償量は、
ワーク（車種）毎に位置決め装置制御部１３のメモリ内
に格納すれば良い。

【００３１】なお、上述した例では、作業ロボット２０
がスポット溶接を行う場合について説明したが、これに
限らず、例えば作業ステーションに配設される作業ロボ
ット２０が、ワーク４０の搬送を行うハンドリングロボ
ット、組立作業を行う組立ロボットである場合について
も同様にズレを補償することができる。その場合には、
それぞれのロボットの作業内容に基づいて上述した衝撃
力（動的入力）が異なることになる。

【００３２】このように位置決め装置１０の動的誤差補
償手段１７は、作業ロボット２０による動的入力（衝撃
力）に対してワーク保持治具１２の位置のズレ分を補償
することができるため、作業ロボット２０の作業精度
（溶接品質）を向上することができる。

【００３３】なお、本実施形態の動的誤差補償手段１７
で考慮した誤差要因としては、作業ロボット２０による
動的入力（衝撃力）に対してのみであったが、作業ステ
ーションによっては、ワーク４０による慣性力を考慮す
る必要がある場合もある。例えば、本実施形態では、ワ
ーク４０を保持した状態で位置決め装置１０のワーク保
持治具は移動しないものであったが、作業ステーション
によってはワーク保持治具がワーク４０を保持したまま
移動する場合がある。この場合、ワークの慣性を考慮し
ないと、ワーク保持治具が停止した時にワークの慣性に
より、ワーク保持治具の位置にズレが生じる場合があ
る。このような慣性力は、位置決め装置の移動速度から
特定することができる。したがって、クランプピンに入
力される動的外力が特定できれば、先ほどの動的特性モ
デルでワーク保持治具１２の動きをシミュレーションす
ることができる。このため、ワーク保持治具（クランプ
ピン）の位置のズレを補償するような最適なサーボモー
タの駆動方法を求めることができる。

【００３４】上述した手順・考え方は全ての位置決め装
置に適用することができる。異なるのは、位置決め装置
の機械的構造及び作業ステーションで行われる作業内容
により考慮すべき誤差要因が変わるだけである。

【００３５】次に上述した作業ステーションでワークに
対して溶接する際の手順について図１２、１３に基づい
て説明する。ここで、図１２は作業ステーションにおけ
る作業フローを示し、図１３は作業ステーションに配置
される位置決め装置及び作業ロボットの機能ブロック図
を示す。まず、作業ステーションにワーク４０が投入さ
れると、ワーク種類入力手段３５により統合制御装置３
０にワーク４０の種類が入力される（Ｓ１）。例えば、
本実施形態に係る作業ステーションがＡ，Ｂ，Ｃ車種に
関するワークに対して作業を行うのであれば、Ａ，Ｂ，
Ｃ車種の種別が入力される。ワーク４０の種類が統合制
御装置３０に入力されると、統合制御装置３０は、ワー
ク４０の種類に基づき位置決め装置１０のワーク保持治
具の目標位置、及び作業ロボット２０で行われる作業内
容を決定する。すなわち、統合制御装置３０にはワーク
毎にその作業ステーションで行われる作業内容（スポッ
ト溶接を行う打点位置、加圧力、通電時間、電流値等）
に関する作業情報が格納されている。したがって、ワー
ク種類入力手段３５よりワークの種類が入力されると統
合制御装置３０は、格納されている作業情報を検索し、
ワークの位置決め位置及び作業ロボット２０で行われる
作業内容を決定する（Ｓ２）。この作業情報は、誤差補
償部１５の静的誤差補償手段１６、動的誤差補償手段１
７、及び作業ロボット制御装置２２に送られる。

【００３６】誤差補償部１５では、この作業情報に基づ
きズレ分を補償する（Ｓ３）。すなわち、静的誤差補償
手段１６では、ボールネジのリード誤差、ボールネジの
たわみによる誤差、温度による誤差等からサーボモータ
の位置とワーク保持治具１２の位置とのズレ分を算出す
る。なお、温度によるズレ分を計算する温度は、作業ス
テーションに配設した温度センサで検出する。また、作
業情報が送られた動的誤差補償手段１７では、作業ロボ
ット２０がワーク４０に対して行う作業に起因して生じ
るズレ分を算出する。ズレ分が算出されると、このズレ
分を補償するようにサーボモータ制御部１４に目標位置
が送られることとなる。

【００３７】目標位置が送信されたサーボモータ制御部
１４は、この目標位置に基づきサーボモータ１１を駆動
することによりワーク保持治具１２（クランプピン１２
ｄ）を所定の位置に移動させる（Ｓ４）。しかる後、ワ
ーク４０はワーク保持治具１２にセットされ、クランプ
される（Ｓ５）。ワークのセットが完了すると作業ロボ
ット２０は、ワーク４０に対して作業（スポット溶接）
を開始する（Ｓ６）。この際、ワーク４０の保持される
位置（ワーク保持治具１２の位置）は、種々の誤差要因
を考慮して補償された位置に位置決めされているため作
業ロボット２０の作業精度（溶接品質）を高めることが
できる。また、作業ロボットが衝突する際の衝撃力につ
いても、その衝撃による振動を抑制するようにサーボモ
ータ１１が駆動されるため、ワーク４０の位置（ワーク
保持治具１２の位置）のズレを小さくすることができ
る。したがって、スポット溶接する場合の、打点位置等
がずれることがない。作業（溶接）が終了し、作業ロボ
ット２０が待機位置に待機すると、ワークが位置決め装
置１０から取り外され、次の作業ステーションに搬送さ
れる（Ｓ７）。このワークの搬送は、人により行うもの
であっても良いし、搬送ロボットによるものであっても
良い。

【００３８】以上、詳述したように本実施形態において
は、位置決め装置１０自体が有する誤差要因、例えばボ
ールネジのリード誤差、ボールネジのたわみ等の誤差要
因が静的誤差補償手段１６により補償されるので位置決
め精度を向上することができる。また、静的誤差補償手
段１６により装置自体の有する誤差を補償することがで
きるので、ボールネジ等の運動伝達機構に精度の高い高
価なものを使用する必要が無く、設備コストを下げるこ
とができる。また、スポット溶接、ハンドリングを行う
作業ロボットのように、直接ワーク４０にツールが接触
する作業ロボットが配設される作業ステーションにおい
ては、作業ロボット２０の衝突した際の衝撃力、スポッ
ト溶接時の加圧力による誤差が考慮されてワーク４０が
位置決めされる。したがって、作業中においてもワーク
を正確な位置に位置決めすることができる。また、動的
誤差補償手段１７により動的な荷重に対しても充分な位
置決め精度を有するため、位置決め装置１０自体の剛性
を上げる必要がない。そのため、位置決め装置１０をコ
ンパクトにすることができ、また作業ステーションの大
きさも小さくすることができる。これにより、作業ステ
ーション間の搬送距離・搬送時間が短くなり生産効率の
向上を図ることができる。さらに、作業ステーションが
小さくなることより限られた工場スペースを有効に利用
することができる。

【００３９】なお、上述した実施の形態では、作業ロボ
ット２０がワーク４０に作業することにより生じる動的
入力による誤差についても考慮したが、塗装ロボット、
アーク溶接ロボット等のようにワークと直接接触しない
ものついては、このような動的入力に対する誤差は考慮
しなくても良い。また同様の理由で、ワーク４０が位置
決め装置１０の剛性に対して充分に軽い時はワーク４０
の慣性による動的入力等については考慮しなくても良
い。したがって、このような場合には誤差補償部１５に
は静的誤差補償手段１６だけを備えれば良く、位置決め
装置１０のシステム構成を簡略化できる。

【００４０】なお、上述した実施の形態では本発明に係
る位置決め装置を、スポット溶接を行う溶接ロボットが
配設された作業ステーションに適用した例について説明
したが、本発明の位置決め装置は、この他にもアーク溶
接を行う溶接ロボット、組み立てロボット、塗装ロボッ
ト等様々な作業ロボットが配設される作業ステーション
に用いることができる。その際、上述した実施形態と異
なるのは、考慮すべき動的誤差要因が異なる。例えば、
アーク溶接を行う溶接ロボットが配設される作業ステー
ションにおいてはアーク溶接の熱による誤差を主に考慮
する必要があり、組み立てロボットが配設される作業ス
テーションにおいては組み立てロボットとの接触によっ
て作用する力による誤差を主に考慮すれば良い。

【００４１】なお、上述した実施形態は、自動車の組立
を行う溶接ラインについて適用した例について説明した
が、本発明はこれに限らず、加工済みワークを位置決め
して検査する作業ステーション等にも適用することもで
きる。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の位置決め
装置によれば、ワークを所定の位置に精度良く位置決め
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る位置決め装置の概
略構成を説明する図面である。

【図２】図1 に示す位置決め装置の機械的構造を説明す
るための斜視図である。

【図３】図２に示す位置決め装置のクランプ機構の構造
を説明するための図面である。

【図４】位置決め装置にワークがセットされた状態を側
面から見た図である。

【図５】作業ステーションに配置された作業ロボットと
位置決め装置の平面配置図である。

【図６】本発明の一実施の形態に係る作業ステーション
に配置される位置決め装置及び作業ロボットのシステム
構成図である。

【図７】ネジ回転数とワーク保持治具の位置の関係を示
す図面である。

【図８】ボールネジに作用するトルクと角度たわみの関
係を示す図面である。

【図９】ワーク保持治具に作業ロボットから静的な力が
作用した場合の、ワーク保持治具のズレ分を算出するた
めの手順を説明するための図面である。

【図１０】ワーク保持治具の動的特性モデルの一例を示
す図面である。

【図１１】インパルス入力された時の、図１０に示す動
的特性モデルの質点の振動波形を示す図面である。

【図１２】作業ステーションにおいてワークに対して溶
接作業を行う際のフローチャートである。

【図１３】作業ステーションに配置された各装置をブロ
ック図で示す図である。

【符号の説明】

１０・・位置決め装置 １２・・ワーク保持治具 １３・・位置決め装置制御部 １５・・誤差補償部 １６・・固有誤差補償手段 １７・・外的誤差補償手段 ２０・・作業ロボット ２２・・作業ロボット制御部 ３０・・統合制御装置 ３５・・ワーク種類入力手段

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークを保持して位置決めするワーク保
   持治具の位置調整用アクチュエータの制御方法であり、 前記アクチュエータの位置と前記ワーク保持治具の位置
   との間のズレ分を記憶しておく工程と、 前記ワーク保持治具の目標位置を入力する工程と、 前記入力工程で入力されたワーク保持治具の目標位置
   に、前記記憶手段に記憶されているズレ分を補償して、
   前記アクチュエータの目標位置を算出する工程と、 前記工程で算出された目標位置にアクチュエータの位置
   を調整する工程を有するアクチュエータの調整方法。
2. 【請求項２】 ワークに作業を施すためにワークを保持
   して位置決めするワーク保持治具の位置調整用アクチュ
   エータの制御方法であり、 前記ワーク保持治具に保持されたワークに作業を施して
   いる間に前記作業に起因して生じる、前記アクチュエー
   タの位置と前記ワーク保持治具の位置との間のズレ分を
   算出する工程と、 前記ワーク保持治具の目標位置を入力する工程と、 前記入力工程で入力されたワーク保持治具の目標位置
   に、前記算出工程で算出されたズレ分を補償して、前記
   アクチュエータの目標位置を算出する工程と、 前記工程で算出された目標位置にアクチュエータの位置
   を調整する工程を有するアクチュエータの調整方法。
3. 【請求項３】 ワークに作業を施すためにワークを保持
   して位置決めするワーク保持治具の位置調整用アクチュ
   エータの制御方法であり、 前記ワーク保持治具に保持されたワークに作業を施して
   いる間に生じる、前記アクチュエータの位置と前記ワー
   ク保持治具の位置とのズレ分を算出する工程と、 前記ワーク保持治具の目標位置を入力する工程と、 前記入力工程で入力されたワーク保持治具の目標位置
   に、前記算出工程で算出されたズレ分を補償して、前記
   アクチュエータの目標位置を算出する工程と、 前記工程で算出された目標位置にアクチュエータの位置
   を調整する工程を有するアクチュエータの調整方法。
4. 【請求項４】 ワークを位置決めする装置であり、その
   ワークを保持するワーク保持治具と、そのワーク保持治
   具を移動させるアクチュエータと、そのアクチュエータ
   を制御する制御装置とを有し、その制御装置が、 前記ワーク保持治具の目標位置を入力する手段と、 前記アクチュエータの位置と前記ワーク保持治具の位置
   との間のズレ分を記憶する手段と、 前記入力手段に入力されたワーク保持治具の目標位置
   に、前記記憶手段に記憶されているズレ分を補償して、
   前記アクチュエータの目標位置を算出する手段を有する
   ワークを位置決めする装置。
5. 【請求項５】 ワークに作業を施すためにワークを位置
   決めする装置であり、そのワークを保持するワーク保持
   治具と、そのワーク保持治具を移動させるアクチュエー
   タと、そのアクチュエータを制御する制御装置とを有
   し、その制御装置が、 前記ワーク保持治具の目標位置を入力する手段と、 前記ワーク保持治具に保持されたワークに作業を施して
   いる間に生じる、前記アクチュエータの位置と前記ワー
   ク保持治具の位置との間のズレ分を算出する手段と、 前記入力手段に入力されたワーク保持治具の目標位置
   に、前記算出手段で算出されたズレ分を補償して、前記
   アクチュエータの目標位置を算出する手段を有するワー
   クを位置決めする装置。