JP2003181782A - 産業用ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 産業用ロボットのキャリブレーション作業を
行うに際し、床面に基準治具の専用の設置場所を設ける
ことない産業用ロボットを提供する。 【解決手段】 複数の関節軸と、アーム先端５に着脱可
能に取り付けられた棒状の基準ピン４と、設置面７に固
定設置された本体ベース１と、この本体ベース１に設け
られ、基準ピン４を嵌挿可能にされた基準穴３及びこの
基準穴３に作用する負荷状態を検出可能にされた力セン
サを具備する基準治具２と、予め教示されたティーチン
グデータに基づいて基準ピン４をインピーダンス制御に
より基準穴３に挿入することにより、関節軸のキャリブ
レーションを行うロボット制御装置６と、を有すること
を特徴とする産業用ロボットを提供した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多関節型の産業用
ロボットが有する関節軸の原位置決め、すなわちキャリ
ブレーションに関する。

【０００２】

【従来の技術】多関節型の産業用ロボットは、アームの
姿勢情報を得るために、各関節軸に位置検出器を有して
いる。アームの正確な姿勢情報を得るためには、各関節
軸の原位置決め、すなわちキャリブレーションを行うこ
とが、制御上必要不可欠なものとなっている。キャリブ
レーション作業は、一般的には、キャリブレーションの
ために用意された定点にロボットの制御点を移動させ、
このときの理論上の各関節軸の角度と、計測された実際
の各関節軸の角度との変位を算出し、この変位を調整す
る作業である。

【０００３】従来における具体的なキャリブレーション
作業としては、各関節軸毎にピン及びピン穴を有する基
準ブロックを設け、作業者がティーチング操作により可
動側の関節軸のピンを固定側の関節軸のピン穴に嵌挿さ
せることにより、可動側の関節軸のキャリブレーション
を行うようにしていた。しかし、この方法の場合、各関
節軸毎にキャリブレーション作業を行わなければならな
いので、例えば６軸の関節軸を有する産業用ロボットに
おいては６回のキャリブレーション作業が必要になる。
ティーチング操作は慎重さが要求される上、これを６回
も行うことは多くの工数が必要となり、作業者の負担が
大きい。別の方法として、可動側、固定側のそれぞれの
関節軸に貼られた合マークを一致させ、そのときの関節
軸の角度を登録する方法もあるが、目視によるため精度
が悪い。

【０００４】係る従来技術の問題点を解決するものとし
て、特開平５−１１１８８６号公報に開示されている方
法がある。この方法は、６軸の関節軸を有する産業用ロ
ボットのアーム先端に６軸の力センサを設け、この力セ
ンサ上に取付けられた１本の棒状の治具（ピン）を、予
め教示されたティーチングデータに基づいて産業用ロボ
ットを動作させることにより、床面の定位置に固定設置
された基準治具が有する１つのピン穴にインピーダンス
制御により嵌挿させ、そのときに各関節軸の位置検出器
から得られる情報をキャリブレーションデータとして利
用するというものである。この方法は、アーム先端に設
けられたピンを基準治具のピン穴に１回挿入するのみ
で、すべての関節軸のキャリブレーションを行うことが
できるので、前述した従来技術に対してキャリブレーシ
ョン作業が短時間で終了することとなり、作業者の負担
が軽減されるという効果があるとされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この特開平５
−１１１８８６号公報に開示されている方法では、基準
治具を設置するための専用の設置場所を床面に設ける必
要がある。そのため、基準治具を設置するために床面の
一部スペースが専有されるという問題が生じる。また、
キャリブレーション作業にしか使用しない基準治具を床
面の一部に設置し続けることは、ロボットの稼働時にお
いてはロボットの動作範囲内に基準治具という干渉物を
設置し続けることを意味するので、ロボットの可動範囲
を狭めることになるという問題が生じる。さらに、ロボ
ットを移設する際には基準治具も移設することになるの
で、高い据え付け精度が要求される基準治具の移設は、
移設作業の煩雑化を招くという問題が生じる。

【０００６】また、特開平５−１１１８８６号公報に開
示されている方法では、アーム先端に力センサを設ける
ようにしているため、作業者がロボットの保守作業時等
に力センサのケーブルを引っかけたり、ロボットの動作
時に力センサのケーブルが他の装置等と干渉したりし
て、力センサ本体やそのケーブルが破損する恐れがある
という問題が生じる。さらに、この方法では、力センサ
上に棒状の治具（ピン）を取り付ける構造とされている
が、棒状の治具（ピン）はキャリブレーション作業時に
のみアーム先端に取り付けて使用するものなので、キャ
リブレーション作業時に棒状の治具（ピン）をアーム先
端に取り付ける際の部品の組み付け誤差が、力センサの
測定精度を悪化させるという問題が生じる。

【０００７】本発明は、係る従来技術の問題点を解決す
るためになされたものであり、産業用ロボットのキャリ
ブレーション作業を行うに際し、床面に基準治具の専用
の設置場所を設ける必要のない産業用ロボットを提供す
ることを目的とする。また、キャリブレーション作業に
おいて使用される力センサ本体やそのケーブルが破損す
る恐れがない産業用ロボットを提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】係る目的を達成するため
に、請求項１に係る発明では、複数の関節軸と、アーム
先端に着脱可能に取り付けられた棒状の基準ピンと、設
置面に固定設置された本体ベースと、この本体ベースに
設けられ、基準ピンを嵌挿可能にされた基準穴及びこの
基準穴に作用する負荷状態を検出可能にされた力センサ
を具備する基準治具と、予め教示されたティーチングデ
ータに基づいて基準ピンをインピーダンス制御により基
準穴に挿入することにより、関節軸のキャリブレーショ
ンを行うロボット制御装置と、を有することを特徴とす
る産業用ロボットを提供した。

【０００９】係る構成としたことにより、キャリブレー
ションを行う際には、予め教示されたティーチングデー
タに基づいて産業用ロボットを動作させることにより、
アーム先端に取り付けられた基準ピンはロボット本体ベ
ースに設けられた基準治具の基準穴に嵌挿される。基準
ピンの基準穴への嵌挿の際は、基準治具に設けられた力
センサにより検出された、基準ピンと基準穴との力の平
衡状態に関する情報が、ロボット制御装置にフィードバ
ックされ、ロボット動作はインピーダンス制御されるこ
とになる。これにより、予め教示されたティーチングデ
ータに基づいて基準ピンが基準穴へ嵌挿されるときに、
基準ピンの軸中心が基準穴の軸中心に対して少々傾いて
挿入された場合でも、基準ピンは基準穴にスムーズに嵌
挿されることになる。基準ピンの基準穴への嵌挿が完了
すると、アーム先端と本体ベースとの間で各関節軸の位
置及び姿勢が固定されるので、その状態における各関節
軸の位置検出器から得られる情報をキャリブレーション
データとして利用することになる。

【００１０】ところで、基準ピンと基準穴が一対で、し
かも基準ピンが略円柱形状で基準穴が略円筒形状の場合
は、基準ピンが基準穴へ嵌挿されるときに、手首の関節
軸においては、その回転方向の位置決めが高精度にでき
ない可能性がある。

【００１１】そこで、請求項２に係る発明では、請求項
１に係る発明において、基準ピンを複数個設け、これら
複数個の基準ピンのそれぞれに対応する基準穴を基準治
具に設けるようにした。そのため、基準ピンが基準穴へ
嵌挿されるときには、手首の関節軸においても、その回
転方向の位置決めが高精度にできる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形
態に係る産業用ロボットの構成について示した概略図で
ある。ロボットアーム８は複数の関節軸を有している。
ロボットアーム８は設置面７に対して固定設置された本
体ベース１上に載置されている。ロボットアーム８の先
端部５には２本の棒状の基準ピン４が着脱可能に取り付
けられている。本体ベース１には前述した２本の基準ピ
ン４のそれぞれを嵌挿可能にされた２つの基準穴３を有
する基準治具２が取り付けられている。これら２つの基
準穴３の形状及び大きさは、対応する基準ピン４が微小
のクリアランスを介して丁度挿入できるものとなってい
る。この基準治具２には、基準穴３に作用する負荷状態
を検出可能にされた６軸の力センサ９が装備されてい
る。この力センサ９により検出された情報はケーブル１
０を介してロボット制御装置６に送られている。

【００１３】ロボット制御装置６は、ロボットの動作を
統括制御する制御装置である。配線配管１１には、ロボ
ットアーム８が装備する図示しない関節軸駆動モータの
動力線や関節軸駆動モータが具備する位置検出器の信号
線などの各種配線配管が格納されている。なお、キャリ
ブレーションの精度を高めるために、基準治具２は本体
ベース１に対して既知の定位置に高精度に取り付けら
れ、基準ピン４はアーム先端部５に対して既知の定位置
に高精度に取り付けられている。

【００１４】以下、キャリブレーションを行う際の処理
の流れについて説明する。キャリブレーションを行うた
めには、アーム先端部５に取り付けられた基準ピン４を
ロボット本体ベース１に設けられた基準治具２の基準穴
３に嵌挿するためのロボットアーム８の動作について、
これを予めティーチング作業等により教示しておく必要
がある。このときに生成されたティーチングデータは、
ロボット制御装置６内のメモリに格納される。なお、基
準ピン４はアーム先端部５に着脱可能に取り付けられて
いる。これにより、通常のロボット動作時においては、
アーム先端部５には、溶接ガンや塗装ガン等の所定のエ
ンドエフェクタが装着可能になる。

【００１５】キャリブレーションを行う際には、まず、
基準ピン４をアーム先端部５に装着する。次いで、予め
教示された前述のティーチングデータに基づいてロボッ
トアーム８を動作させる。これにより、アーム先端部５
に取り付けられた基準ピン４はロボット本体ベース１に
設けられた基準治具２の基準穴３に嵌挿されることにな
る。この基準ピン４の基準穴３への嵌挿の際は、基準治
具２に設けられた力センサ９により検出された、基準ピ
ン４と基準穴３との力の平衡状態に関する情報が、ロボ
ット制御装置６にフィードバックされる。このフィード
バックされた情報に基づいて、ロボット制御装置６はロ
ボットアーム８をインピーダンス制御により動作させ
る。

【００１６】ここで、インピーダンス制御とは、一般
に、外力が加わらないときには要求軌道にそって動作
し、外力が加わったときには要求起動から外れることに
なっても、その外力を小さくするようにロボットを動作
させる制御である。本実施形態におけるインピーダンス
制御では、予め教示されたティーチングデータに基づい
て基準ピン４が基準穴３へ嵌挿されるときに、例えば基
準ピン４の軸中心が基準穴３の軸中心に対して少々傾い
て挿入され始めた場合でも、力センサ９により検出され
た基準ピン４と基準穴３との力の平衡状態に関する情報
に基づいて、ロボット制御装置６が基準ピン４の挿入の
傾きを補正するよう処理し、これにより基準ピン４は基
準穴３にスムーズに嵌挿されていくことになる。

【００１７】基準ピン４の基準穴３への嵌挿が完了する
と、アーム先端部５と本体ベース１との間で各関節軸の
位置及び姿勢が固定されるので、その状態における各関
節軸の位置検出器から得られる情報をキャリブレーショ
ンデータとして利用することになる。すなわち、基準ピ
ン４の基準穴３への嵌挿が完了した時点で、ロボットア
ーム８の各関節軸は予めロボット制御装置６に登録され
た既知の角度に固定され、ロボット制御装置６はその状
態での位置検出器の情報と予め登録された既知の位置情
報とに基づいてキャリブレーションを行うことになる。
なお、基準ピン４の基準穴３への嵌挿の完了について
は、基準ピン４の先端が基準穴３の底に当たったときに
変化する力センサ９の検出情報により検知することがで
きる。キャリブレーション作業が完了した後、作業者は
基準ピン４をアーム先端部５から取り外し、溶接ガンや
塗装ガン等の所定のエンドエフェクタをアーム先端部５
に装着する。

【００１８】以上、本発明の一実施形態について説明し
た。本実施形態では、基準ピン４を２本設け、これら２
本の基準ピン４のそれぞれに対応する２つの基準穴３を
基準治具２に設けるようにしている。その理由は、基準
ピン４と基準穴３が一対で、しかも基準ピン４が略円柱
形状で基準穴３が略円筒形状の場合は、基準ピン４が基
準穴３へ嵌挿されるときに、手首の関節軸においては、
その回転方向の位置決めが高精度にできない可能性があ
るからである。これに対処するためには、基準ピン４を
複数個設け、これら複数個の基準ピン４のそれぞれに対
応する基準穴３を基準治具２に設けるようにすればよ
い。したがって、対となる基準ピン４及び基準穴３の数
は、本実施形態の２つに限定する必要はなく、３つ以上
であってもよい。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、キャリブレーション作
業を行う際に使用する基準穴を有する基準治具はロボッ
ト本体ベースに設けられているので、基準治具を設置す
るための専用の設置場所を床面に設ける必要はない。そ
のため、基準治具を設置するために床面の一部スペース
が専有されるという問題は生じない。また、ロボット本
体ベースに設けらた基準治具は、ロボットの動作範囲を
狭めることはほとんどない。さらに、ロボットを移設す
る際には、基準治具はロボット本体ベースに取り付けら
れた状態のままでよいので、従来技術のように移設先で
基準治具を床面に設置し直す必要はなく、ロボットの移
設作業が簡素化されることになる。

【００２０】さらにまた、基準穴を有する基準治具は基
準ピンと同じくロボット本体に設けられているので、設
置面に対するロボット本体の傾きや捩じれを考慮するこ
となく、精度のよいキャリブレーションが可能になる。
例えば、従来技術のように基準治具が床面に設置される
ものにおいては、基準治具が設置された床面とロボット
本体が設置された床面との間に傾きの違いや捩じれなど
があれば、これら傾きや捩じれを考慮してキャリブレー
ションを行う必要があるが、本発明のように基準穴を有
する基準治具を基準ピンと同じくロボット本体に設けた
ものにおいては、前述した傾きや捩じれを考慮する必要
はない。

【００２１】また、本発明によれば、力センサは固定部
材である本体ベースに取り付けられた基準治具に設ける
ようにしているので、ロボットの動作時に力センサ本体
やそのケーブルが他の装置等と干渉することにより破損
することはない。さらに、本発明においては、力センサ
を具備する基準治具は、キャリブレーション作業時のみ
ならず、ロボットの通常の稼働時においても、常時本体
ベースに取り付けられたままとなっているので、従来技
術のように基準ピンをアーム先端に取り付ける際の部品
の組み付け誤差が、力センサの測定精度を悪化させると
いう問題は生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る産業用ロボットの構
成について示した概略図である。

【符号の説明】

１ 本体ベース ２ 基準治具 ３ 基準穴 ４ 基準ピン ５ アーム先端部 ６ ロボット制御装置 ７ 設置面 ８ ロボットアーム ９ 力センサ １０ 力センサ９のケーブル １１ 配線配管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の関節軸と、 アーム先端に着脱可能に取り付けられた棒状の基準ピン
   と、 設置面に固定設置された本体ベースと、 該本体ベースに設けられ、前記基準ピンを嵌挿可能にさ
   れた基準穴及び該基準穴に作用する負荷状態を検出可能
   にされた力センサを具備する基準治具と、 予め教示されたティーチングデータに基づいて前記基準
   ピンをインピーダンス制御により前記基準穴に挿入する
   ことにより、前記関節軸のキャリブレーションを行うロ
   ボット制御装置と、を有することを特徴とする産業用ロ
   ボット。
2. 【請求項２】前記基準ピンを複数個設け、これら複数個
   の基準ピンのそれぞれに対応する基準穴を前記基準治具
   に設けるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の
   産業用ロボット。