JP2002534284A - ロボットの使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 すばやくかつ簡潔にそして高精度でロボットを同調させることが可能な方法を達成する。 【解決手段】 制御システム（２）と、１番目のロボットパーツ（３）と、１番目のロボットパーツ（３）に対して動くことができるように取り付けられた２番目のロボットパーツ（５）を具備し、１番目のロボットパーツ（３）上に配置されたターゲット（４）の位置を２番目のロボットパーツ（５）上に配置されたセンサー（６）の通過により決定して、制御システムが有する設定位置と比較するロボット（１）の同調方法であって、ターゲットにいくつかの異なった検知可能な変化（４ａ）と（４ｂ）を生じさせ、異なる検知可能な変化をセンサー（６）によって感知し、ターゲットの位置（４ｃ）を計算し、計算された値を制御システム内に導入することを特徴とする方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術の属する分野】

本発明はロボットを同調させる際の位置測定用装置及び方法に関する。

【０００２】

【技術の背景】

操作中に、産業用ロボットは正確さと精密さに関して高い要求を満足させなけ
ればならない。産業ロボットは、プログラムコントロールされて電気モーターを
用いて駆動するリンク装置システム上で定義された再生できる動きを実行する。
個々の動力を伝えるグループの動きの範囲は電気的パス測定システムにより制御
管理されている。偏差が生じたときは、動力システムのゼロ点とパス測定システ
ムが一致する必要があり、再び一致するようセットされる必要がある。産業用ロ
ボットは、このように、ロボットのモーター駆動リンク装置システムの正確でか
つ再生可能な設定を行う装置を必要としている。上述の正確さと精密さの要求を
満たすために、ロボットのキャリブレーションを決めることが必要であって、生
産中断後やアフターサービスの後に、上記の要求を満足させるためにロボットを
同調させる必要がある。

【０００３】 ここで、キャリブレーションは、作動開始時においてロボットの形状を初期化
することを意味する。その目的は、電力投入時にロボットの正確な構成（ゼロ点
／キャリブレーション点）を見出し、次に制御システムの確認部を起動させるこ
とである。

【０００４】 ここで、同調とは、サービス停止（例：モーターの交換）、生産の中断、衝突
などの後、検査を行ってロボットをゼロ点／キャリブレーション点に対して設定
することを意味する。

【０００５】 高精度で動く産業用ロボットは、サーボ制御されたモーターを具備する。モー
ターを検査するためには、センサーは実時間でモーターの回転軸の角度の正確な
位置を測定する必要がある。サーボモーターにおいて、フィードバックシステム
で角速度と位置情報を使用して、所定の位置と実際の位置の間の相異を解消する
。その測定がロボットの実際の位置を示さない場合、ロボットを検査するために
位置情報を用いることはできない。キャリブレーションの目標は、このように「
真の／実際の」値の測定を可能ならしめることである。

【０００６】 産業用ロボットを、キャリブレーションを行って同調させて使用するには位置
測定方法が必要になる。

【０００７】 アメリカ特許第４４１９８３１号は、駆動部または各パス測定システムの交換
後においても、電子的なパス測定システムのキャリブレーションと正確に一致さ
せることができるリンク装置システムのキャリブレーションを可能にする装置に
ついて規定している。２つの関連したリンク装置の部分のうち移動可能な部分に
、凹所または凸所が配置されており、関連した２番目のリンク装置部において、
測定感知機のガイドが、調節可能でかつ固定可能に配置されている。ただし、そ
の計器の感知装置は、凹部または凸部のそれぞれ最小値と最大値を決定すること
により２つのリンク装置部の相対的な移動の間にキャリブレーション点／ゼロ点
を指摘する。測定方法の目的は、測定システムまたは遠隔装置の取り替え後にも
、同じプログラムを使用する可能性を得ることである。

【０００８】 サービスのための停止とその他の停止は、莫大な望ましくないコストを生じる
生産ラインの妨害と無生産を意味する。したがって、停止時間が最小化されるこ
とが最も重要なことである。ロボットは、すべてが停止した後、キャリブレーシ
ョンを行い／同調させる必要があるので、これがすばやく実行されることが重要
である。同時に、単純かつ正確な方法が最も重要であり、良好な再生産性を生む
。このように、正確かつ簡単かつすばやい位置測定の方法の要求が生じる。

【０００９】 アメリカ特許の方法ではこの要求を満足することはできない。

【００１０】

【発明の要旨】

ロボットシステムは、遠隔操作装置と制御システムも含めて、いくつかの部分
的なシステムを含んでいる。遠隔操作装置は結合アーム、関節部、伝達部と機械
的なアームに含まれる操作手段として定義される。制御システムは、制御を通し
て定義された動きと遠隔操作装置の物理的な構造の定義されたインターポレーシ
ョンモデルだけでなく、個々の操作手段のサーボステアリングによって遠隔操作
装置の動きを生み出す。次に「ロボット」という用語は、中でも、上記で定義さ
れたような遠隔操作装置と制御システムを含んだロボットシステムを意味する。

【００１１】 製造過程で、ロボットには周辺のスペースに所定のプログラムされた点に対応
する格納済みの座標を含むコンピュータプログラムが提供される。そのロボット
は、オペレーターがキーボードのキーを押すことができるよう設計されており、
それによって信号はロボットの各部に伝わり、所定の位置について、調節を行う
よう各部に命令する。このことを、ロボットが、ゼロ点／キャリブレーション点
に対して姿勢制御を行うと称する。

【００１２】 ロボットは上記のようにキャリブレーションに対して姿勢制御される。それか
ら、ロボットは、例えばコントロールシステム内に入力されて格納される参照値
を含む各回転軸のキャリブレーション値を与える外部方式でキャリブレーション
が行われる。

【００１３】 上述のロボットの正確な位置測定要求を完全に満足させるために、１番目のロ
ボットパーツには、物理的なターゲットが設けられる。１番目のロボットパーツ
に対して動けるように取り付けられた２番目のロボットパーツは、センサーを具
備する。ロボットパーツの間の動きは平行移動または回転である。ターゲットの
位置はオフセット角度ａを与えるセンサーによって検知される。

【００１４】 このように設置されたロボットは、各回転軸に対して、格納されたキャリブレ
ーション値とオフセット角度aを有する。ロボットは、起動して、何らかの理由
で停止される／停止するまで運転することができる。必要な対処が取られ、再び
ロボットを動かすとき、ロボットの同調位置を検査する必要がある。このことは
、キャリブレーションプログラムが動作して、ロボットがゼロ点／キャリブレー
ション点に対して調整し、ターゲットの位置が各軸に対して測定され、角度ｄａ
は計算され、格納されたオフセット角度ａと比較されることを意味する。

【００１５】 測定された角度ｄａとオフセット角ａの間の差ｄは計算されＴＣＰ（ツールセ
ンターポイント）のオフセットとして表される。その計算された差ｄは、プログ
ラミング制御装置のスクリーン上で示される。ｄの値はスクリーン上に図的に示
され、所定の限界値と比較される。その差の値が限界値以下であれば、ロボット
は運転準備に入る。しかしその差の値が限界値を越えていれば、ロボットの構成
はもはや格納されたキャリブレーション値に一致していないことを意味する。こ
の場合には、例えばゼロ点用の新しいキャリブレーション値を再び獲得するため
に、外的な方法でロボットを構成してキャリブレーションをすることが必要であ
る。その後、新しいオフセット角度ａを測定して上述の手順を実行する。

【００１６】 本発明の目的は、すばやくかつ簡潔にそして高精度でロボットを同調させるこ
とが可能な方法を達成することである。

【００１７】 発明による解決法は、各ロボットの回転軸でロボットの可動部に物理的なター
ゲットを配置し、可動部が前後に移動する間においてトランスミッタによってタ
ーゲットの少なくとも２つの値を読み取り、中心位置／平均値を計算し、その値
を制御システム内に伝達する。

【００１８】 ロボット回転軸の用語は、ロボットの回転または平行移動駆動回転軸に関連す
る。

【００１９】 引用したアメリカ公報において、ターゲットはＶ型の凹部または凸部として設
計されており、トランスミッタは比較最小点又は最大点を測定する。点のような
ターゲットの設計はいくつかの短所を伴う。１点では損傷を受け易い。接触型ト
ランスミッタと回転軸の操作は、その点で摩損を生じさせる。それは精度の面で
有害な効果を有する。さらに、平行移動する間にターゲットの位置を測定する可
能性が述べられていない。

【００２０】 接触型トランスミッタによって１点の位置を測定することは、測定技術の面で
困難である。その点は２つの側面を持ち、接触型トランスミッタを滑らせる上で
の問題は凹凸に関係なくその側面のうちの片側よって起こる。前後にトランスミ
ッタを滑らすような示されたターゲットの点の位置を読み込む接触型トランスミ
ッタが、その点の表面を部分的にたどっていき、その点が位置される正確な場所
を部分的に決定することで、障害物が原因となる測定の内部誤差を含んだ値を示
す。先端を鈍くすれば滑らせることで生じる問題を減少させることができる一方
、上記の場合に比べて測定点の明確が不明確になる。

【００２１】 非接触型トランスミッタによって、接触型位置測定に対応する測定結果を得る
ためには、高価で複雑なトランスミッタを要する。さらに、その点の設計に高度
な正確性が要求されるために、さらにコストの増大を招く。さらに、トランスミ
ッタは１点を読み込むことができるためには比較的大きな読み込み範囲を有して
いなければならない。したがって、そのトランスミッタは、すでに窮屈で狭いデ
ザインの中で大きな空間を必要とする。

【００２２】 上記で示された短所を最小化するために、本発明は２つ以上の異なる検知可能
な変化を有するように設計されたターゲットを具備する。以下に述べられた実施
例で、ターゲットは溝筋として設計される。溝筋は肩部の形状の少なくとも２つ
のステップ状のレベル差を有する。

【００２３】 非接触型トランスミッタを用いて、肩部の位置を測定することは測定技術の点
からは容易である。肩部は、比較的単純で安価なトランスミッタで記録すること
も容易な、軸と交わる水平面変化を有する。接触型トランスミッタでさえ、瞬間
的な水平面変化を与える肩部の位置を測定することは容易である。

【００２４】 溝筋の位置を読み込む際に、溝筋の肩部がトランスミッタの正面を前後に往復
すると、トランスミッタは通過毎に２つの反対の肩部の位置を読み込む。１つの
測定位置において、その水平面変化は上昇方向であり、他の測定位置においてそ
の水平面変化は下降方向である。測定の観点からは、すべての測定装置には測定
誤差が内在する。２つの位置を読み込んで、発明にしたがって中心の位置を計算
することによって、測定の誤差は減少して測定精度が向上する。溝筋はその壁が
平行移動と回転移動のどちらに対しても、移動方向と垂直方向に広がるように切
られている。溝筋の壁の方向が移動方向と垂直に形成していなければ、測定精度
は低下する。

【００２５】 発明による溝筋を研削するようなターゲットを設計することは、さらに簡潔で
安く、アメリカ特許公報で示されたターゲットと比較して精度面での要求は同じ
ではない。刻まれた溝筋は非常に満足すべき方法で磨耗に抗する。もう１つの実
用的な長所は、各回転軸の溝筋が同一である必要はないことである。 添付の図面を参照して実施例を説明することを通じて、本発明を一層詳細に説
明することにする。

【００２６】

【実施例の説明】

産業用ロボット１は、制御システム２（図１）を装備している。ロボット１の
可動パーツ３は、物理的ターゲット４を具備した各ロボット回転軸とセンサー６
を配備した対応するロボットの回転軸を収容しているパーツ５を有する。ターゲ
ット４は実質的に垂直な２つの壁４ａと４ｂを具備する刻まれた溝を有する。そ
の溝は肩部７（図２）をなす２つの鋭い水平面の段差を有するように設計されて
いる。

【００２７】 上記のように装置は、各ロボットの回転軸のキャリブレーション値に関してロ
ボット１の可動パーツ３上のターゲット４の規定された位置４ｃを検査／測定す
ることを目的とする。制御システム内に入力されたキャリブレーションのための
コンピュータプログラムを動作させると、そのプログラムは、センサーが異なる
２つの検知可能な変化４ａと４ｂの位置を検知することによってターゲットの位
置を感じるのと同時に、１つあるいはその他の回転方向で可動パーツ３に命令し
てセンサー６を通すように指示し、２つの値に基づいて中心点４ｃを計算し、角
度の平均値、オフセット角度ａ（図４）を出す。

【００２８】 図４はキャリブレーション位置／ゼロ点０とオフセット角度ａを示す。また、
上記で測定されたオフセット角度ａ（図４）より大きい角度ｄａを示す。測定角
度ｄａとオフセット角度ａの間の差は、ロボットの構成に何か問題が起こること
を意味する。したがって、最終的にはこの差が許容範囲であるかどうかを評価す
ることが含まれており、それはすでに発明の要旨で述べられている。

【００２９】 そのロボットがキャリブレーションまたは同調が交互に行われるとき、すべて
の回転軸のキャリブレーションは１度に１つづつ行われる。あるいは、１度にす
べてのキャリブレーションを行うことを考えても良い。

【００３０】

【別の実施例】

発明による装置は、ロボットの回転軸を収容する部分上にターゲットを設け、
各ロボット回転軸に対応する可動部上にトランスミッタを設けるように設計する
こともできる。

【００３１】 差ｄが許容範囲かどうかを評価するとき、その評価は自動的に実行されるよう
に制御システム内にプログラムすることができる。ロボットを始動させる命令が
与えらるか、再キャリブレーション命令が与えられる。

【００３２】 すべてのロボット回転軸で永久センサーを持つ代わりに、例えば個別のセンサ
ーを吊り下げるための開口である空間を設けても良い。

【００３３】 そのセンサーは接触センサーであっても非接触センサーであってもよい。

【００３４】 ターゲットは少なくとも実質的に２つの垂直な側面をもった凸部であってもよ
い。

【００３５】 ターゲットの異なる検知可能な変化は、複数の構造的な変化を有することがで
きる。

【００３６】 各ロボット回転軸の可動パーツは、位置測定の間に、１つの方向だけに沿って
移動するものであってもよい。この場合、可動な部分が前後に移動する場合とほ
ぼ同じ結果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は制御システムを含んだ産業用ロボットを示す。

【図２】 図２は２つの異なる区切り記号とトランスミッタを具備した溝型
のターゲットを示す。

【図３】 ２つの異なる区切り記号とトランスミッタを具備したでっぱり型
のターゲットを示す。

【図４】 図４はゼロ点／キャリブレーション点に関して測定された角度（
ａ）と（ｄａ）の図式的に再現したものを示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 3C007 AS00 AS14 BS10 HT11 JS06 JU07 KS16 KS19 KS20 KS21 KS36 KT15 KV04 KW01 KW06 LS20 LT17 LT18 LV04 LV15 LV20 MS15 MT01 5H303 AA10 BB09 BB15 CC01 DD01 EE01 EE03 EE09 FF08 GG06 GG11 HH01 LL03 QQ06

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御システム（２）と、１番目のロボットパーツ（３）と、
   １番目のロボットパーツ（３）に対して動くことができるように取り付けられた
   ２番目のロボットパーツ（５）を具備し、１番目のロボットパーツ（３）上に配
   置されたターゲット（４）の位置を２番目のロボットパーツ（５）上に配置され
   たセンサー（６）の通過により決定して、制御システムが有する設定位置と比較
   するロボット（１）の同調方法であって、ターゲットにいくつかの異なった検知
   可能な変化（４ａ）と（４ｂ）を生じさせ、異なる検知可能な変化をセンサー（
   ６）によって感知し、ターゲットの位置（４ｃ）を計算し、計算された値を制御
   システム内に導入することを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 異なった検知可能な変化は、ステップ状の構造的な変化であ
   ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 ターゲット（４）の位置は、非接触センサーであるセンサー
   によって読み込まれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】 ターゲット（４）の位置は、接触センサーであるセンサーに
   よって読み込まれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 【請求項５】 ターゲット（４）は、実質的に垂直な壁（４ａ）と（４ｂ）
   を具備する溝筋として設計されていることを特徴とする前記請求項１ないし４の
   うちの何れか１つに記載の方法。
6. 【請求項６】 ターゲット（４）は、実質的に垂直な側面（４ａ’）と（４
   ｂ’）を具備する凸部として設計されていることを特徴とする請求項１に記載の
   方法。
7. 【請求項７】 制御システム（２）と、１番目のロボットパーツ（３）と、
   第１のロボットパーツ（３）に対して動くことができるように取り付けられた２
   番目のロボットパーツ（５）を有するロボット（１）の同調装置であって、１番
   目のロボットパーツ（３）に設けられたターゲット（４）と２番目のロボットパ
   ーツ（５）に設けられたセンサー（６）とを具備し、ターゲット（４）がセンサ
   ー（６）によって検出可能な複数の相違を有することを特徴とする装置。
8. 【請求項８】 異なる検知可能な変化が、肩部（７）の形状をなす瞬時のレ
   ベル差を有することを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 【請求項９】 ターゲット（４）が実質的に垂直な壁（４ａ）と（４ｂ）を
   具備した溝筋として設計されていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
10. 【請求項１０】 ターゲット（４）が実質的に垂直な側面（４ａ）と（４ｂ
    ）を具備した凸部として設計されていることを特徴とする請求項７に記載の装置
    。
11. 【請求項１１】 請求項１ないし６のうち何れか１つに記載した方法の使用
    または産業用ロボットの請求項７ないし１０のうちどれか１つに記載の装置。