JP2005028529A - 産業用ロボットの原点位置合わせ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ロボットの原点位置合わせを自動化して作業者の安全性を高めるとともに作業時間を短縮し、比較的小さな装置を用いて精度の高い原点位置合わせを容易に行うことができる方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 ロボット各軸の機械原点からの距離をあらわす変位検出器、ロボットの軸が特定の位置にあることを検出する基準位置検出装置、その位置を基準位置として記憶する基準位置記憶装置、前記基準位置と精密な機械原点との差分を記憶する差分値記憶装置、前記差分値と前記基準位置から精密な機械原点を求める演算装置からなるものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、産業用ロボットの原点位置合わせに関する。

従来の産業用ロボットの原点位置合わせ装置として、ロボット各自由度ごとに可動部、非可動部にそれぞれ穴または溝を設け、ロボットを手動にて微小動作させながらピンやプラグゲージなどの棒状治具を精密嵌合することで原点位置合わせを行う技術が特許文献１、特許文献２で開示されている。
また、３軸の回転自由度を持つ自在継手を備え、３方向の変位を測定するキャリブレーション装置を用いて、前記自在継手の回転軸の中心点を動かさないでロボットの姿勢だけを変えるように動作させ、この時生じる前記キャリブレーション装置の変位を計測し、この計測値からロボットコントローラ内部に持つロボットのパラメータと実際のロボットのパラメータとの差を補正した精密な機械的原点を算出する技術が特許文献３で開示されている。
実開昭５９−１７１０９５号 特開昭６３−２７８７８７号 ＷＯ９８／３２５７１号

しかしながら、従来の棒状治具を用いた原点位置合わせ方法では、ロボットの間近で作業者が治具を差し込みながらロボット操縦を行わなければならず危険である、可動側と非可動側に設けられた穴に治具を挿入するための穴を完全に重ね合わせるための微妙な位置決めが困難であり、ロボット操作に熟達したものでないと原点位置合わせを行えない、人の作業であるため位置決め精度が作業者によりことなる可能性がある、といった問題点があった。また、棒状治具を精密嵌合する基準穴位置の加工上の誤差が機械原点に影響を与えることや、ロボットアームの重力によるたわみが考慮されていない、という問題点もあった。さらに、制御上では各ロボット間で一定のロボットアームのパラメータが、現実ではロボットごとに微差ながら異なる値となっており、棒状治具を用いた原点位置合わせでは基準穴の位置によって機械原点が定まるため、機械原点姿勢におけるツールの位置がロボットごとに異なってしまう可能性があるといった問題点もあった。
自在継手を備えたキャリブレーション装置を用いた方法では、ロボットアームの制御上と現実とのパラメータの差や重力によるたわみの影響を補正した精密な機械原点を割出すことが可能ではあるが、繰返し測定を行わなければならず作業時間がかかるという問題点があった。さらに、工場内で稼動されるロボットで実施しようとすると、前記キャリブレーション装置をロボットに装着する必要があることや、キャリブレーション装置を工場内に設置する空間が必要となることなども問題となった。
本発明はこのような様々な問題点に鑑みてなされたものであり、ロボットの原点位置合わせを自動化して作業者の安全性を高めるとともに作業時間を短縮し、比較的小さな装置を用いて精度の高い原点位置合わせを容易に行うことができる方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、ロボット各軸の機械原点からの距離をあらわす変位検出器、ロボットの軸が特定の位置にあることを検出する基準位置検出装置、その位置を基準位置として記憶する基準位置記憶装置、前記基準位置と精密な機械原点との差分を記憶する差分値記憶装置、前記差分値と前記基準位置から精密な機械原点を求める演算装置からなる原点位置合わせ装置を産業用ロボットに備えることを特徴とする。
事前に差分値記憶手段に値を記憶させることで、原点位置合わせを行う際、基準位置と差分値とを足し合わせ、精密な原点を割出すことが可能となる。
このようになっているため、自動で原点位置合わせを行うことができ、実際のロボットアームが持つパラメータに即した高精度の機械原点を迅速かつ簡単に割出すことができる。また、基準位置検出装置が比較的小さく、装置を設置するスペースが不要である。そのため、工場内で稼動しているロボットに対しても現場に据え付けたまま原点位置合わせを実行できる。

本発明の方法によれば、ピンを挿入してから原点の基準となる位置を自動で検出するという手順をとっているので、ピンを２つの基準穴に精密嵌合させるために微小な操作をする必要が無く、簡単に原点位置の復帰を行うことができるという効果がある。また、２つの基準穴が一致する位置が、ロボットの復帰する軸の原点位置である必要がなく、実際のロボットの原点位置と本原点位置合わせ装置により得られる基準位置との差分を事前に求めることで、ロボットが原点姿勢をとることが困難な場所に設置されている場合にも原点位置合わせを行うことが可能である。さらに、ピンを基準穴に押し付けることにもなるため、より高精度にピンそのものの位置決めがなされ、ピンと基準穴との嵌合誤差による基準位置の誤差が減少するという効果もある。

以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。

図１および図２は、本発明の方法を実施する自動原点位置登録装置を備えた産業用ロボットの正面図および側面図の一例である。図においては６軸の多関節ロボットであり、主に床上に設置されるロボットベース４と、このロボットベース４上で鉛直軸線回りに回転する旋回ヘッド３、旋回ヘッド３に水平軸線回りに回転する第１アーム１、第１アーム先端部で水平軸線回りに回転する第２アーム２からなる。
図１に示すロボットは６軸多関節型であるため、６つの原点位置合わせ装置を備えているが、本実施例では第１アーム１を旋回ヘッド３に対して原点位置を復帰させる場合について説明する。
図２に示すように、第１アーム１および旋回ヘッド３にはそれぞれ第１アーム１を旋回ヘッド３に対して原点位置合わせの基準となる位置を割出すための第１基準穴１１および第２基準穴１２が設けられている。
図３は本実施例の原点位置合わせ装置である。ピン１３はひずみゲージ１４を備え、第１基準穴１１と精度良く嵌合するように加工されている。ひずみゲージ１４はピン１３の第２基準穴１２の内壁との接触によって生じる変形を検知することで、ピン１３と第２基準穴１２の内壁との接触センサの役割をなしている。この時、第２基準穴１２はピン１３の径より大きく、またピン１３に対して高精度に加工されている必要は無い。ひずみゲージ１４からのピン１３と第２基準穴１２との接触を表すひずみゲージ１４からの電圧変化は増幅器１５によって増幅され、ロボットコントローラ１６に伝えられる。ロボットコントローラ１６はロボットの統括制御を行うＣＰＵ１７、ロボット動作プログラムや原点位置合わせプログラム、ロボットの教示点、ロボットパラメータ等を記憶するメモリ１８、サーボモータ等を駆動する駆動Ｉ／Ｆ１９、ロボットの教示や原点位置合わせ作業開始の指令を行うプログラミングペンダント２０をＣＰＵ１７に接続するペンダントＩ／Ｆ２１、および前述の増幅器１５より出力される信号を入力するＡ／Ｄコンバータ２２から構成される。ロボットの第１アーム１を駆動するサーボモータ２３は、サーボモータ２３の絶対回転位置を検出するアブソリュートエンコーダ２４とともに、ロボットコントローラ１６内の駆動Ｉ／Ｆ１９に接続されている。
実際のロボットパラメータに即した高精度の原点位置合わせを行うためには事前に実際のロボットパラメータに即した精密な機械原点位置と本原点位置合わせ装置で得られる基準位置との差分値が必要となる。実際のロボットパラメータに即した原点位置合わせ方法は特許文献３に記載されているため、ここでは省略する。
図４に前記原点位置合わせ装置において、実際のロボットパラメータに即した精密な原点位置がロボットに登録されているものとして、本原点位置合わせ装置を用いて得られる基準位置との差分値を求める処理手順のフローチャートを示す。
はじめにステップ１で第１アームをプラス方向に微小移動させる。この移動によって第２基準穴１２の内壁がピン１３に接触し、ピン１３が弾性変形したことを示すひずみゲージ１４からの出力電圧の変化が検出されたか否かをステップ２で判断する。ステップ２において、ピン１３が第２基準穴１２の内壁に接触したことをひずみゲージ１４の電圧出力の変化で検出したならば、ステップ３へ移行する。ピン１３が第２基準穴１２の内壁に接触せず、ひずみゲージ１４の出力電圧の変化が検出されなければ再びステップ１に戻り第１アームを微小移動させ同じ処理を繰り返す。
ステップ３では、第１アームをひずみゲージ１４の出力電圧の変化が検出された位置に停止させる。ステップ４ではステップ３において第１アームを停止させた位置をエンコーダより読み取り、この位置をメモリ１８にＰ１として記憶する。ステップ５では事前にメモリ１８に記憶していたロボットパラメータに即した精密な原点位置と本原点位置合わせ装置によって算出される基準位置との差分値を演算し、ステップ６でメモリ１８に記憶する。ロボットの動作は、前記差分値と本原点位置合わせ装置によって算出される基準位置との和を本ロボットの原点位置として行われることとなる。
一度図４の処理手順を行って実際のロボットの原点位置と本原点位置合わせ装置によって算出される基準位置との差分値を求めれば、ロボットのワークの干渉や構成部品の交換等により原点位置が失われても再度図４の処理手順を行う必要は無い。

次に本原点位置合わせ装置を用いた自動原点位置登録の実施例を説明する。図５は前記原点位置合わせ装置において自動原点位置登録する処理手順を示すフローチャートである。この図を用いて、以下、本発明の方法を順を追って説明するが、ステップ４までは前記差分値を求める処理手順と同じため省略する。
ステップ７で事前にメモリ１８に記憶していた実際のロボットの原点位置と本原点位置合わせ装置によって算出される基準位置との差分値をステップ４で得られた位置に足し、ステップ８でその位置をロボットの原点位置として記憶する。
以上述べたように本実施例の原点位置合わせ装置は、旋回ヘッド４に設けられた第１基準穴１１と第１アーム１に設けられた第２基準穴１２を精密に位置あわせすることなくピン１３を挿入でき、自動的に原点位置合わせのための基準位置を割出すことが可能となるため、ロボット操作に熟達していない作業者でもより簡易に原点位置合わせを行うことができる。また同時に、作業時間の短縮、作業者の違いによる誤差の解消、ロボット直近での作業者の作業がなくなることによる安全性の改善を行うことができる。さらに、ロボットのパラメータに即した高精度の原点位置合わせが可能となる。

増幅器の製品構成としてＡ／Ｄコンバータが含まれている場合には、Ａ／Ｄコンバータの出力がたとえばシリアル出力され、図示しないシリアルＩ／Ｆを介してＣＰＵに取り込まれる、としても良い。

本発明の方法を適用するロボットの構成を示す側面図。 本発明の方法を適用するロボットの構成を示す正面図。 本発明の方法を適用する原点位置合わせ装置の構成を示す図。 本発明の方法を適用するために必要となる実際のロボットの原点位置と本発明の原点位置合わせ装置によって得られる基準位置との差分値を求める処理手順を示すフローチャート。 本発明の自動原点位置登録の処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

１ 第１アーム
２ 第２アーム
３ 旋回ヘッド
４ ロボットベース
１１ 第１基準穴
１２ 第２基準穴
１３ ピン
１４ ひずみゲージ
１５ 増幅器
１６ ロボットコントローラ
１７ ＣＰＵ
１８ メモリ
１９ 駆動Ｉ／Ｆ
２０ プログラミングペンダント
２１ ペンダントＩ／Ｆ
２２ Ａ／Ｄコンバータ
２３ サーボモータ
２４ アブソリュートエンコーダ

Claims (6)

1. ロボット各軸の機械原点からの距離をあらわす変位検出器、ロボットの軸が特定の位置にあることを検出する基準位置検出装置、その位置を基準位置として記憶する基準位置記憶装置、前記基準位置と精密な機械原点との差分を記憶する差分値記憶装置、前記差分値と前記基準位置から精密な機械原点を求める演算装置からなる原点位置合わせ装置。
2. 駆動装置によって駆動されるロボットの軸それぞれの可動部と非可動部との相対位置を、機械原点からの差分として表す変位検出器を備えることを特徴とする請求項１に記載の原点位置合わせ装置。
3. 非可動部と可動部にそれぞれに設けられる２つの基準穴と、前記基準穴のうち一方に精密嵌合されるピンとを用い、他方の穴の内壁とピンとが接触し変形したことをピンに装着されたひずみゲージで検出することでその位置を基準位置とみなすことを特徴とする基準位置検出装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の原点位置合わせ装置。
4. 前記基準位置検出手段が、検出信号を発した位置を機械原点を復帰させる基準となる位置として記憶することを特徴とする基準位置記憶装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の原点位置合わせ装置。
5. 前記基準位置記憶手段に記憶される位置と、実際のロボットアームの幾何学的構成を記述する数値から求められる精密な機械原点での位置との差分値を記憶することを特徴とする差分値記憶装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の原点位置合わせ装置。
6. 前記差分値記憶手段に記憶される値と前記基準位置記憶手段に記憶される位置とから、精密な機械原点を自動的に割出すことを特徴とする演算装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の原点位置合わせ装置。