JP2002091522A - 作業機の誤差補正方法 - Google Patents

作業機の誤差補正方法

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JP2002091522A
JP2002091522A JP2001193579A JP2001193579A JP2002091522A JP 2002091522 A JP2002091522 A JP 2002091522A JP 2001193579 A JP2001193579 A JP 2001193579A JP 2001193579 A JP2001193579 A JP 2001193579A JP 2002091522 A JP2002091522 A JP 2002091522A
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Masayuki Nashiki
政行 梨木
Tetsuya Matsushita
哲也 松下
Masao Nakagawa
昌夫 中川
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Okuma Corp
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Okuma Corp
Okuma Machinery Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 多数の機構パラメータを備えたパラレルメカ
ニズム工作機械において、エンドエフェクタの位置決め
誤差を簡単な処理で精度よく補正する。 【解決手段】 エンドエフェクタを任意姿勢で円運動さ
せ、その運動軌跡上の任意の位置に位置決めする。その
位置で円運動軌跡の半径Rをダブルボールバー型の距離
計を用いて測定する。位置決め指令値より求めた理論値
に対する測定値の半径誤差ΔRを算出する。(2)式を
用い半径誤差ΔRを解析し、機構パラメータ誤差Δkiを
求める。機構パラメータ誤差Δkiを除いて既知の機構パ
ラメータkを更新する。エンドエフェクタを更新された
機構パラメータkで再度円運動させて前回と同じ位置に
位置決めし、同じ処理を指定回数だけ繰り返して、エン
ドエフェクタの位置決め誤差を補正をする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械やロボッ
ト等の作業機において、エンドエフェクタの誤差を補正
する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、作業機においては、複数の可動
部の幾何学的配置要素である機構パラメータの誤差をゼ
ロにすることは非常に困難であるから、エンドエフェク
タの作業位置は常に誤差を含んでいる。この誤差を補正
するために、従来、特開平4−211806号公報に
は、基準点が既知である複数の治具をロボットの作業座
標系内に固定し、ロボットのエンドエフェクタを治具の
基準点に位置決めし、エンドエフェクタの位置をロボッ
トに付設の位置検出器を用いて検出し、その検出値と治
具の基準点座標値との関係に基づいてエンドエフェクタ
の幾何学的誤差を推定する方法が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の誤差
補正方法によると、高精度に製作された専用治具を用い
るためコストが高くつくばかりでなく、エンドエフェク
タを治具の基準点に位置決めする際に誤差が発生しやす
いという問題点があった。
【0004】そこで、本発明の課題は、エンドエフェク
タの誤差を汎用測定器を用いて安価に精度よく補正する
ことができる方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の誤差補正方法は、複数の可動部によりエ
ンドエフェクタを位置決めして作業を行う作業機におい
て、エンドエフェクタを任意の複数位置に位置決めする
段階と、各位置で基準点に対するエンドエフェクタの位
置を測定器を用いて測定する段階と、位置決め指令値よ
り求めた理論値に対する測定値の誤差を算出する段階
と、誤差が小さくなるように作業機の機構パラメータを
更新する段階とを含むことを特徴とする。
【0006】ここで、前記測定器としては、基準点から
エンドエフェクタまでの距離を測定する距離計を用いて
もよく、また、基準点に対するエンドエフェクタのX−
Y座標値を測定する座標計を用いてもよい。
【0007】また、本発明の誤差補正方法は、複数の可
動部によりエンドエフェクタを位置決めして作業を行う
作業機において、エンドエフェクタを円運動軌跡上の任
意の位置に位置決めする段階と、該位置で円運動軌跡の
半径を距離計を用いて測定する段階と、位置決め指令値
より求めた理論値に対する測定値の半径誤差を算出する
段階と、半径誤差を解析して作業機の機構パラメータ誤
差を求める段階と、機構パラメータ誤差を除いて機構パ
ラメータを更新する段階とを繰り返して、エンドエフェ
クタの位置決め誤差を補正することを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1は作業機として空間6自由度
のスチュワートプラットフォーム型パラレルメカニズム
工作機械を例示するものである。この工作機械のエンド
エフェクタ2は工具取付部を備え、自在継手3を介して
ボールネジ4の下端に取り付けられている。ボールネジ
4は自在継手5を介してフレーム7に取り付けられ、自
在継手5上のサーボモータ6により回転される。
【0009】そして、自在継手3と自在継手5との間の
ボールネジ4の長さを変えることにより、エンドエフェ
クタ2の位置及び姿勢が制御される。なお、工作機械テ
ーブル1はフレーム7に一体的に固定されている。ま
た、この工作機械における可動部の機構パラメータは、
6個の自在継手3の回転中心点位置(X,Y,Z)、6
個の自在継手5の回転中心点位置(X,Y,Z)、及び
6本のボールネジ4の自在継手3,5間の長さであり、
合計42個ある。
【0010】図2はエンドエフェクタ2の位置測定器と
してダブルボールバー型の距離計を例示するものであ
る。この距離計10は、シリンダ13とロッド16とか
ら伸縮自在に構成されている。シリンダ13にはボール
12を介して磁石11が取り付けられ、これらは距離計
10の一方の自在継手として機能する。ロッド16には
ボール14を介して磁石15が取り付けられ、これらは
距離計10の他方の自在継手として機能する。
【0011】測定にあたっては、磁石11をテーブル1
に取り付け、ボール12の中心点位置をテーブル1に固
定し、磁石15をエンドエフェクタ2に取り付け、ボー
ル14の中心点位置をエンドエフェクタ2に固定し、ボ
ール12とボール14との中心間距離を測定する。こう
すれば、エンドエフェクタ2の任意の位置及び姿勢にお
いて、距離計10によりテーブル1の基準点からエンド
エフェクタ2までの距離を正確に測定することができ
る。
【0012】図3はエンドエフェクタ2の位置測定器と
して座標計(例えば、独国Heidenhain社製のGrid Encod
er)を例示するものである。この座標計20はプレート
21とセンサ22とから構成され、プレート21の表面
には微細で高精度な等間隔の格子が設けられている。測
定にあたっては、テーブル1にプレート21を固定し、
エンドエフェクタ2にセンサ22を取り付ける。
【0013】そして、センサ22をプレート21から離
した状態で、エンドエフェクタ2をプレート21と平行
に移動し、センサ22が通過した格子の数を計数し、そ
の計数値に基づきテーブル1と平行な面内でのエンドエ
フェクタ2の位置を測定する。こうすれば、エンドエフ
ェクタ2がどの方向に移動した場合でも、座標計20に
よりテーブル1の基準点に対するエンドエフェクタ2の
X−Y座標値を正確に測定することができる。
【0014】次に、図1の工作機械において、エンドエ
フェクタ2の誤差補正方法について説明する。図5は測
定器として距離計10を用いた場合の補正手順を示すフ
ローチャートである。まず、エンドエフェクタ2を任意
の複数位置、例えば図4に示すように、距離計10で測
定可能な半球面上の円周等分割線の交点M1〜M7に位
置決めする(ステップ1)。このとき、エンドエフェク
タ2の姿勢を回転3軸毎に角度ゼロ及び正負数パターン
に変えて位置決めしてもよい。
【0015】次いで、各位置において、距離計10を用
い、テーブル1の基準点からエンドエフェクタ2までの
距離を測定する(ステップ2)。そして、位置決め指令
値より求めた理論値に対する各測定値の誤差を算出する
(ステップ3)。なお、エンドエフェクタ2を半球面上
の点M1〜M7に位置決めした場合は、各測定値の誤差
は距離計10の長さ変化量に相当する。
【0016】続いて、全ての誤差が目標値以下に収まっ
ているか否かを確認し(ステップ4)、一つでも目標値
を超える場合には、全誤差の中から最大値、最小値など
の代表的なm個の誤差Eiを選択し、これらを測定した
ときのエンドエフェクタ2の位置決め指令値を記憶する
(ステップ5)。そして、各指令値に従いエンドエフェ
クタ2を誤差発生位置に順次位置決めする(ステップ
6,7)。
【0017】次に、各誤差発生位置において、距離計1
0でテーブル1の基準点からエンドエフェクタ2までの
距離を測定しつつ、全ての機構パラメータPj(図1の
工作機械の場合は42個)について、その値を任意の範
囲内で任意のピッチで変更し、誤差Eiが最も小さくな
るときの値に順次更新する(ステップ8〜13)。この
過程で、エンドエフェクタ2の誤差は増加することなく
次第に収束していく。その後、更新された機構パラメー
タに従いエンドエフェクタ2を再度位置決めし、誤差が
目標値以下に収束したことを確認し、補正作業を終了す
る。
【0018】図6及び図7は誤差補正方法の別の実施形
態を示すものである。ここでは、図1に示すパラレルメ
カニズム工作機械において、図6に示すように、エンド
エフェクタ2を可動空間の任意の場所で円運動させ、そ
の運動軌跡の半径Rをダブルボールバー型の距離計10
を用いて測定する。なお、このサーキュラテストはJIS
B6194又はISO 230-4に準拠する円運動精度試験法であ
る。
【0019】サーキュラテストを行う場合、測定半径R
と42個の機構パラメータKとの間には次式が成立す
る。 R=f(K) K(k1・・・k42) (1)式 ここで、fは順運動学で与えられる関数である。
【0020】また、機構パラメータKが半径方向に及ぼ
す誤差ΔRは次式で表わされる。 ΔR=(∂f / ∂k1)Δk1+(∂f / ∂k2)Δtk2・・・+(∂f / ∂k42)Δk42 (2 )式 ここで、(∂f / ∂ki)はそれぞれの機構パラメータ誤差
Δkiが半径誤差ΔRに及ぼす影響の程度を示す感度係数
である。順運動学の関数fは位置と姿勢から定まる関数
である。従って、測定値と理論値とから半径誤差ΔRを
求め、これを(2)式に代入すれば、数値解析法によっ
て機構パラメータ誤差Δkiを算出することができる。
【0021】具体的には、図7のフローチャートにおい
て、まず、補正回数nを1にセットし(ステップS2
1)、エンドエフェクタ2を回転3軸の任意姿勢で円運
動させ、その運動軌跡上の任意の位置M1(図6参照)
に位置決めする(ステップS22)。次いで、その位置
で円運動軌跡の半径Rを距離計10を用いて測定する
(ステップS23)。次に、位置決め指令値より求めた
理論値に対する測定値の半径誤差ΔtRを算出する(ス
テップ24)。そして、(2)式を用い半径誤差ΔRを
解析し、パラレルメカニズム工作機械の42個の機構パ
ラメータ誤差Δkiを求める(ステップS25)。
【0022】続いて、これらの機構パラメータ誤差Δki
を除いて既知の機構パラメータkを更新する(ステップ
S26)。その後、補正回数nが指定回数に達したか否
かを確認し(ステップS27)、そうでなければ補正回
数nに1を加えたのち(ステップS28)、ステップS
22に復帰する。そして、エンドエフェクタ2を更新さ
れた機構パラメータkで再度円運動させて前回と同じ位
置に位置決めし、それ以降、同じ処理を指定回数だけ繰
り返して、エンドエフェクタ2の位置決め誤差を補正を
する。
【0023】円運動軌跡上の位置M1における補正を終
了したのちは、エンドエフェクタ2を同じ運動軌跡上の
別の位置M2,M3・・に順次位置決めし、同様の手順
で各位置における補正を継続する。また、可動空間の別
の場所でサーキュラテストを行ったり、特定場所のテス
ト結果に基づいて近隣域の機構パラメータを近似的に補
正するなどして、可動空間全域の補正データをNC装置
のパラメータ記憶部に格納する。こうすれば、42個の
機構パラメータを備えたパラレルメカニズム工作機械に
おいて、エンドエフェクタ2の位置決め誤差を簡単な処
理で精度よく補正することができる。
【0024】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、例えば、図5の補正において、図3の座
標計20を用い、テーブル1の基準点に対するエンドエ
フェクタ2のX−Y座標値を測定して誤差を求めてもよ
い。また、測定器としては、図2及び図3に示した以外
の各種距離計又は座標計を使用することができる。その
他、本発明をロボット、計測機械、建設機械などの各種
作業機に適用するなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲
で各部の形状並びに構成を適宜に変更して実施すること
も可能である。
【0025】
【発明の効果】以上詳述したように、請求項1〜3の発
明に係る誤差補正方法によれば、エンドエフェクタの位
置測定値と理論値との誤差を算出し、その誤差が小さく
なるように機構パラメータを更新するので、エンドエフ
ェクタの誤差を汎用測定器を用いて安価に精度よく補正
できるという優れた効果を奏する。
【0026】また、請求項4の発明に係る誤差補正方法
によれば、エンドエフェクタの円運動軌跡の半径誤差に
基づいて機構パラメータを繰り返し更新するので、特
に、多数の機構パラメータを備えた作業機において、エ
ンドエフェクタの位置決め誤差を簡単な処理で精度よく
補正することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】作業機としてパラレルメカニズム工作機械を例
示する斜視図である。
【図2】測定器として距離計を例示する斜視図である。
【図3】測定器として座標計を例示する斜視図である。
【図4】エンドエフェクタの位置決め位置を例示する斜
視図である。
【図5】本発明の誤差補正方法の一実施形態を示すフロ
ーチャートである。
【図6】誤差補正方法の別の実施形態を示すサーキュラ
テストの説明図である。
【図7】サーキュラテスト法を用いた補正手順を示すフ
ローチャートである。
【符号の説明】
1・・テーブル、2・・エンドエフェクタ、3・・自在
継手、4・・ボールネジ、5・・自在継手、6・・サー
ボモータ、10・・距離計、20・・座標計。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 昌夫 愛知県丹羽郡大口町下小口5丁目25番地の 1 オークマ株式会社内 Fターム(参考) 3C007 BS24 JU08 KS17 KS36 KX06 LT11 LT17 MT04 5H269 AB01 AB33 BB03 CC09 DD06 FF02 FF06 JJ18

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の可動部によりエンドエフェクタを
    位置決めして作業を行う作業機において、エンドエフェ
    クタを任意の複数位置に位置決めする段階と、各位置で
    基準点に対するエンドエフェクタの位置を測定器を用い
    て測定する段階と、位置決め指令値より求めた理論値に
    対する測定値の誤差を算出する段階と、誤差が小さくな
    るように作業機の機構パラメータを更新する段階とを含
    むことを特徴とする誤差補正方法。
  2. 【請求項2】 前記測定器として、基準点からエンドエ
    フェクタまでの距離を測定する距離計を用いた請求項1
    記載の作業機の誤差補正方法。
  3. 【請求項3】 前記測定器として、基準点に対するエン
    ドエフェクタのX−Y座標値を測定する座標計を用いた
    請求項1記載の作業機の誤差補正方法。
  4. 【請求項4】 複数の可動部によりエンドエフェクタを
    位置決めして作業を行う作業機において、エンドエフェ
    クタを円運動軌跡上の任意の位置に位置決めする段階
    と、該位置で円運動軌跡の半径を距離計を用いて測定す
    る段階と、位置決め指令値より求めた理論値に対する測
    定値の半径誤差を算出する段階と、半径誤差を解析して
    作業機の機構パラメータ誤差を求める段階と、機構パラ
    メータ誤差を除いて機構パラメータを更新する段階とを
    繰り返して、エンドエフェクタの位置決め誤差を補正す
    ることを特徴とする誤差補正方法。
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