JP2007075956A - 基準位置合わせ具及びそれを用いた基準位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 パラレルリンク機構を用いた２足歩行ロボット等において、歩行等を行うのに十分な精度でのエンドエフェクタ部の位置合わせを場所を選ばず簡易に行うことができ精度や再現性の向上を図ることができる基準位置合わせ具及び方法の提供を目的とする。
【解決手段】 本発明の基準位置合わせ具は、ベース部の所定部に脱着自在に取り付けられる取り付け部と、一端部が取り付け部に固定されたシャフト部と、シャフト部の他端部に固定されエンドエフェクタ部の近傍に配設される光源保持体と、光源保持体に配設されスポット光を照射する１乃至複数の光源部と、を備えた構成を有する。本発明の基準位置合わせ方法は、ベース部の所定部に基準位置合わせ具を取り付ける取り付け工程と、光源部からスポット光を照射するスポット光照射工程と、スポット光が目標点と一致するようにエンドエフェクタ部の位置合わせを行う位置合わせ工程と、を備えた構成を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パラレルリンク機構におけるエンドエフェクタ部の基準位置合わせ具及びそれを用いた基準位置合わせ方法に関するものである。

従来、ロボットアームやマニピュレータスレーブ、或いは歩行ロボットの脚部等の多自由度を実現するための構造として、複数のリンク部を直列に結合したシリアルリンク機構や並列に結合したパラレルリンク機構が用いられている。このようなアームや脚部等においては、通常、各リンク部のモータの出力軸に取り付けられたロータリーエンコーダを用いて取得した角度データをフィードバックしてモータを制御している。このとき理論上では、フィードバックした角度データが目標値と一致すればアームや脚部等は理論通りの姿勢を取る（すなわちアームの先端のハンドや脚部の先端の足部等が胴部や腰部に対して理論通りの相対位置に移動する）はずである。しかしながら、構成部品の加工誤差や取り付け誤差により理論値と実測値は必ずしも一致しない。したがって、理論値と実測値の誤差が最小となるように校正する必要がある。

校正を行う場合、アームや脚部等に対してロボットの制御用コンピュータ等から指令値を出力し動かして基準となる姿勢（例えばシリアルリンク機構では、各リンク部が一直線になる姿勢）を取らせる。この場合、正確を期するために目視や治具を用いる等、作業者が直接確認できる方法を取ることが多い。そしてこの姿勢における各リンクのエンコーダから得られる角度データをロボット等に覚えさせる。正確に基準となる姿勢を取らせる（例えば、各リンク部を正確に一直線になるようにする）ことで誤差を小さくでき、精度や再現性の高い歩行動作や姿勢の出力が行える。正確に基準となる姿勢を取らせるために種々の方法が開発されている。例えば、定規や水準器を用いて目視で確認しながら動かす方法や、特許文献１に開示されたような関節アームの原点合わせ治具を用いる方法等がある。
特許文献１の関節アームの原点合わせ治具は、関節アームの第１アームに嵌合するセンターシャフトと、関節アームの第２アームに嵌合する少なくととも２個の嵌合部を有し一端にセンターシャフトが遊嵌する凹設部を設けた棒材の治具本体と、からなる構成を有している。

実開平１−１４３３７７号公報

しかしながら、上記従来の技術では以下のような課題を有していた。
（１）シリアルリンク機構のアームや脚部等では、定規や水準器、又は特許文献１の治具等を用いて、複数のリンク部の内ベース部側のリンク部から順次相対角度等を調整することで比較的容易に且つ正確に基準となる姿勢を取らせることができるが、パラレルリンク機構では、リンク部が並列に結合されているので同様の方法を用いることは機構上困難であり、このため、精度の高い校正が困難で、制御における精度（歩行動作や姿勢出力時におけるエンドエフェクタ部のベース部に対する相対位置・姿勢角の精度）及び再現性の低下、実測データの信頼性の低下という課題を有していた。
（２）また、パラレルリンク機構において定規や水準器を用いて直感的又は経験的に基準位置と考えられる位置に位置合わせした後、歩行等の実験を繰り返すことで誤差を補正することもできるが、ベース部に対するエンドエフェクタ部の相対位置を正確に把握することが困難で、時には校正完了までの所要時間が膨大になり、エンドエフェクタ部の精度や再現性等が低下するという課題を有していた。
（３）また、３次元測定器等を用いた校正方法が従来提案されているが、この場合、精度の高い校正が行えるものの、システムが大きくなりすぎたり、屋外の実験環境では利用できない等の理由で歩行ロボットの脚部等の校正には適さないという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、脚部にパラレルリンク機構を用いた２足歩行ロボット等において、歩行等を行うのに十分な精度でのエンドエフェクタ部の位置合わせを場所を選ばず簡易に行うことができ、制御における精度や再現性の向上及び実測データの信頼性の向上を図ることができる基準位置合わせ具、及び、エンドエフェクタ部の位置合わせを直感や経験に頼ることなく、十分な精度で簡易に行うことができる基準位置合わせ具を用いた基準位置合わせ方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の基準位置合わせ具及びそれを用いた基準位置合わせ方法は、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載の基準位置合わせ具は、ベース部と、エンドエフェクタ部と、一端部が前記ベース部に結合され他端部が前記エンドエフェクタ部に結合された複数のリンク部と、を有するパラレルリンク機構におけるエンドエフェクタ部の基準位置合わせ具であって、前記ベース部の所定部に脱着自在に取り付けられる取り付け部と、一端部が前記取り付け部に固定され前記ベース部に対して略直交して配設されるシャフト部と、前記シャフト部の他端部に固定され前記エンドエフェクタ部の近傍に配設される光源保持体と、前記光源保持体に配設され前記エンドエフェクタ部の所定面に位置決めのための光を照射する１乃至複数の光源部と、を備えた構成を有している。

この構成により、以下のような作用を有する。
（１）光源部から照射された光（エンドエフェクタ部上に現れたスポット光）がエンドエフェクタ部の所定の目標点と一致するようにエンドエフェクタ部のベース部に対する相対位置を移動させることにより、エンドエフェクタ部の平面方向（ｘ方向及びｙ方向）の位置を基準となる位置に常に合わせることができ、歩行動作や姿勢出力時におけるエンドエフェクタ部のベース部に対する相対位置・姿勢角の精度及び再現性の向上、実測データの信頼性の向上を図ることができる。
（２）３次元測定器等の大型のシステムを用いる必要がないので、エンドエフェクタ部の位置合わせを場所を選ばず簡易に行うことができる。

本発明の請求項２に記載の基準位置合わせ具は、請求項１に記載の発明において、前記光源保持体が、前記エンドエフェクタ部に略平行な平面における前記光源部のｘ方向及びｙ方向の位置を調整する光軸調整部を備えた構成を有している。

この構成により、請求項１の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）光源部の取り付け誤差等による光軸のばらつきを修正するために、光軸調整部により光源部の光軸調整（光の照射位置の調整）を行うことができ、光軸調整を行ってから基準位置合わせ具をベース部に取り付けるため、光照射位置がより正確なものになり、エンドエフェクタ部の位置精度や再現性の向上を図ることができる。また、繰り返しの使用等によりネジの緩み等に起因して光軸がずれた場合にも対応でき、精度等の低下を防止できる。

ここで、光源保持体はシャフト部に脱着自在に固定されることが好ましい。光源保持体をシャフト部から取り外した状態で光軸調整を円滑に行うことができるからである。なお、光源保持体を調整台に載置し、光照射位置の微調整を行うことで光軸のばらつきを修正する。調整台にはエンドエフェクタ部に形成された目標点と同様の調整用目標点が形成され、光源保持体と該調整用目標点との位置関係は、基準位置合わせ時のエンドエフェクタ部の基準位置、姿勢における光源保持体と目標点との位置関係と同様となるように再現されている。

本発明の請求項３に記載の基準位置合わせ具は、請求項１又は２に記載の発明において、前記光源保持体が前記エンドエフェクタ部に略平行な平面方向に並設された２以上の光源部を備えた構成を有している。

この構成により、請求項１又は２の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）各々の光源部から照射された各スポット光がエンドエフェクタ部の２の目標点と各々一致するようにエンドエフェクタ部のベース部に対する位置を移動させ及び姿勢を傾けることにより、エンドエフェクタ部の平面方向の位置合わせと共に、エンドエフェクタ部の平面に直交する軸回り（ヨー）の傾きをベース部と平行に常に合わせることができ、精度等を向上できる。

本発明の請求項４に記載の基準位置合わせ方法は、ベース部と、エンドエフェクタ部と、一端部が前記ベース部に結合され他端部が前記エンドエフェクタ部に結合された複数のリンク部と、を有するパラレルリンク機構におけるエンドエフェクタ部の基準位置合わせ方法であって、前記ベース部の所定部に請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の基準位置合わせ具の取り付け部を取り付ける取り付け工程と、前記光源部から前記エンドエフェクタ部の所定面に位置決めのための光を照射する光照射工程と、照射された前記光が前記エンドエフェクタ部の目標点と一致するように前記エンドエフェクタ部の位置合わせを行う位置合わせ工程と、を備えた構成を有している。

この構成により、以下のような作用を有する。
（１）光源部から照射された光（エンドエフェクタ部上に現れたスポット光）がエンドエフェクタ部の所定の目標点と一致するようにエンドエフェクタ部のベース部に対する相対位置を移動させることにより、エンドエフェクタ部の平面方向の位置を基準となる位置に常に合わせることができ、歩行動作や姿勢出力時におけるエンドエフェクタ部のベース部に対する相対位置・姿勢角の精度及び再現性の向上、実測データの信頼性の向上を図ることができる。
（２）３次元測定器等の大型のシステムを用いる必要がないので、エンドエフェクタ部の位置合わせを場所を選ばず簡易に行うことができる。
（３）基準位置合わせ具を用いることで、エンドエフェクタ部の位置合わせを直感や経験に頼ることなく精度よく且つ再現性のある状態で行うことができる。

本発明の請求項５に記載の基準位置合わせ方法は、請求項４に記載の発明において、前記取り付け工程の前に、前記エンドエフェクタ部に略平行な平面における前記光源部のｘ方向及びｙ方向の位置を調整する光軸調整工程を備えた構成を有している。

この構成により、請求項４の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）光源部の取り付け誤差等による光軸のばらつきを修正するために、光軸調整工程において光源部の光軸調整（光の照射位置の調整）を行うことができ、光軸調整を行ってから基準位置合わせ具をベース部に取り付けるため、光照射位置がより正確なものになり、エンドエフェクタ部の位置精度や再現性の向上を図ることができる。また、繰り返しの使用等によりネジの緩み等に起因して光軸がずれた場合にも対応でき、精度等の低下を防止できる。

ここで、光源保持体がシャフト部に脱着自在に固定されていれば、光源保持体をシャフト部から取り外した状態で光軸調整工程を行うことで光軸調整を円滑に行うことができる。この場合、光軸調整工程の後に光源保持体をシャフト部に取り付ける保持体取り付け工程を行う。なお、光軸調整工程では光源保持体を上述した調整台に載置して光照射位置の微調整を行うことで光軸のばらつきを修正する。

本発明の請求項６に記載の基準位置合わせ方法は、請求項４又は５に記載の発明において、前記光源保持体が前記エンドエフェクタ部に略平行な平面方向に並設された２以上の光源部を備え、前記位置合わせ工程において、各々の前記光源部から照射された各前記光が前記エンドエフェクタ部の２つの前記目標点と各々一致するように前記エンドエフェクタ部の位置合わせを行う構成を有している。

この構成により、請求項４又は５の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）各々の光源部から照射された各スポット光がエンドエフェクタ部の２の目標点と各々一致するようにエンドエフェクタ部のベース部に対する位置を移動させ及び姿勢を傾けることにより、エンドエフェクタ部の平面方向の位置合わせと共に、エンドエフェクタ部の平面に直交する軸回り（ヨー）の傾きをベース部と平行に常に合わせることができ、精度等を向上できる。

以上説明したように本発明の基準位置合わせ具及び基準位置合わせ方法によれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、
（１）エンドエフェクタ部の平面方向（ｘ方向及びｙ方向）の位置を基準となる位置に合わせることができ、制御における精度や再現性の向上及び実測データの信頼性の向上を図ることができる基準位置合わせ具を提供することができる。
（２）３次元測定器等の大型のシステムを用いる必要がないので、エンドエフェクタ部の位置合わせを場所を選ばず簡易に行うことができる使用性及び簡易性に優れた基準位置合わせ具を提供することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、
（１）光軸調整部により光源部の光軸調整を行うことができ、光軸調整を行ってから基準位置合わせ具をベース部に取り付けるため、光照射位置がより正確なものになり、エンドエフェクタ部の位置精度や再現性の向上を図ることができる基準位置合わせ具を提供することができる。
（２）繰り返しの使用等により光軸がずれた場合であっても対応でき、精度等の低下を防止できる基準位置合わせ具を提供することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、
（１）エンドエフェクタ部の平面方向の位置合わせと共に、エンドエフェクタ部の平面に直交する軸回り（ヨー）の傾きをベース部と平行に合わせることができ、精度等を向上できる基準位置合わせ具を提供することができる。

請求項４に記載の発明によれば、
（１）エンドエフェクタ部の平面方向の位置を基準となる位置に合わせることができ、制御における精度や再現性の向上及び実測データの信頼性の向上を図ることができる基準位置合わせ方法を提供することができる。
（２）３次元測定器等の大型のシステムを用いる必要がないので、エンドエフェクタ部の位置合わせを場所を選ばず簡易に行うことができ簡易性に優れた基準位置合わせ方法を提供することができる。
（３）基準位置合わせ具を用いることで、エンドエフェクタ部の位置合わせを直感や経験に頼ることなく精度よく且つ再現性のある状態で行うことができる基準位置合わせ方法を提供することができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項４の効果に加え、
（１）光軸調整工程において光源部の光軸調整を行うことができ、光軸調整を行ってから基準位置合わせ具をベース部に取り付けるため、光照射位置がより正確なものになり、エンドエフェクタ部の位置精度や再現性の向上を図ることができる基準位置合わせ方法を提供することができる。
（２）繰り返しの使用等により光軸がずれた場合にも対応でき、精度等の低下を防止できる基準位置合わせ方法を提供することができる。

請求項６に記載の発明によれば、請求項４又は５の効果に加え、
（１）エンドエフェクタ部の平面方向の位置合わせと共に、エンドエフェクタ部の平面に直交する軸回り（ヨー）の傾きをベース部と平行に合わせることができ、精度等を向上できる基準位置合わせ方法を提供することができる。

以下、本発明の一実施の形態について、図１乃至図７を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１における基準位置合わせ具の要部斜視図であり、図２（ａ）は光源保持体の要部分解斜視図であり、図２（ｂ）は図１のＡ−Ａ線の矢視断面図である。
図中、１は本実施の形態１における基準位置合わせ具、２は後述の２足歩行ロボットの腰部（ベース部）の下面に螺着や嵌着等で脱着自在に取り付けられる取り付け部、２ａは取り付け部２の上面に形成された位置決め凹部、２ｂは位置決め凹部２ａに形成された位置決めピン挿入孔、２ｃはネジ止め孔、３は上端部が取り付け部２にナット部２ｄで螺着固定されたシャフト部、４はシャフト部３の下端部に固定された光源保持体、５は中央部がシャフト部３の下端部に後述のナット部で螺着固定された光源保持体４の基部、５ａは基部５のシャフト部３の固定部分の両側に形成された第１の摺動凹部、６は第１の摺動凹部５ａに嵌合しｘ方向に摺動自在に配設された摺動部、６ａは摺動部６の上面に形成された第２の摺動凹部、７は摺動部６を基部５に固定する固定ネジ、８は第２の摺動凹部６ａの内部にｙ方向に摺動自在に配設された光源保持部、９は光源保持部８を摺動部６に固定する固定ネジ、１０は後述のセンサヘッド部にＬＥＤ光を送ったり受光した光（反射光）を別設された光源本体部（図示せず）に送ったりするためのファイバケーブルである。
図２において、５ｂは第１の摺動凹部５ａの底壁中央部に貫設された第１の光源挿通孔、５ｃは基部５の端部立壁に貫設された挿通孔部、５ｄは基部５のシャフト部３の固定部分に貫設されたシャフト固定孔、６ｂは第２の摺動凹部６ａの底部に形設された一対のガイド底壁、６ｃはガイド底壁６ｂ間に貫設された第２の光源挿通孔、６ｄは摺動部６のｙ軸に直交する一対の側壁の下部に形成された水平方向に延びる長孔部、６ｅは同一対の側壁の長孔部６ｄの上部に貫設された挿通孔部、８ａは光源保持部８の略中央部にｚ方向に貫設された孔部、８ｂは光源保持部８の孔部８ａの両側に形成されたｙ方向に延びる一対の長孔部、１０ａはファイバケーブル１０の先端部に形設され外周部に雄ネジが刻設されたファイバケーブル先端部であり、ファイバケーブル先端部１０ａは孔部８ａに挿通され上下部においてナット部１０ｂで光源保持部８に螺着固定されている。１１は後述のファイバケーブル先端部の下端部に螺合したセンサヘッド部（光源部）であり、センサヘッド部１１は先端部に集光用レンズが嵌め込まれ空洞部に雌ネジが刻設されており、ファイバケーブル１０から送られてきたＬＥＤ光を集光して後述の段部や固定板の表面にスポット光を照射する。１２は第１の摺動凹部５ａの底壁に貫設された調整台用位置決め孔である。
図２（ｂ）において、３ａはシャフト部３の下端部に形成された雄ネジ部、３ｂは雄ネジ部３ａに螺合して基部５をシャフト部３に固定するためのナット部である。

以上のように構成された本実施の形態１における基準位置合わせ具１について、それを用いた基準位置合わせ方法を図３乃至図７を用いて説明する。なお、本実施の形態１においては、脚部にパラレルリンク機構を用いた２足歩行ロボットにおいて、腰部に対する左右の足部の相対的な位置及び傾きを正確に把握させるために、基準位置合わせ具１を用いる場合を一例として説明する。腰部に対する足部の相対的な位置及び傾きを把握させるには、２足歩行ロボットの組み立て時や部品交換時、定期メンテナンス時等において、予め決定された一定の姿勢を取らせ、それを基準姿勢として覚えさせる必要がある。まず光源保持部の光軸調整について説明し、次に２足歩行ロボットの基準姿勢について説明し、続いて基準姿勢を取らせるために左右の足部を基準位置に合わせる方法について説明し、最後に左右の足部を基準となる傾きに合わせる方法について説明する。

まず、光軸調整について図３及び図４を用いて説明する。
図３（ａ）は実施の形態１における基準位置合わせ具の光源保持体及び調整台の要部分解斜視図であり、図３（ｂ）は光源保持体を調整台に載置した状態を示す要部斜視図であり、図４（ａ）は光軸調整前の光源部と目標孔部との位置関係を示す要部断面図であり、図４（ｂ）は光軸調整後の光源部と目標孔部との位置関係を示す要部断面図である。
図３において、１３は光源保持部８をｙ方向に摺動させてその位置を調整するための摺動ネジ（光軸調整部）、１４は光源保持部８の摺動ネジ１３の反対側面に螺着されたバネ装着ネジ、１４ａはバネ装着ネジ１４に装着されたバネ、１５は摺動部６をｘ方向に摺動させてその位置を調整するための摺動ネジ（光軸調整部）、１６は摺動ネジ１５の頭部に覆設されたカバー部、１６ａはカバー部１６を止めるための止めネジ、１７は調整台、１８は調整台１７に形成された載置面、１８ａは載置面１８に突設された位置決めピン、１９は載置面１８の両側部の載置面より所定距離だけ低い位置に形設された段部、１９ａは段部１９の所定部に形成された調整用目標孔部（調整用目標点）である。
図４において、１９ｂは調整用目標孔部１９ａの下部に連通して形成された拡径部、Ｌは光源部１１からの照射光、Ｓは照射光Ｌの照射により段部１９の表面に現れたスポット光である。

光軸調整は光源保持体４をシャフト部３から取り外し、位置決めピン１８ａを調整台用位置決め孔１２に挿入して調整台１７の載置面１８に載置固定した状態で、摺動ネジ１３，１５により行う。すなわち、基部５の端部立壁には挿通孔部５ｃが形成され、摺動ネジ１５は挿通孔部５ｃに挿通されて摺動部６の側面に螺着されている。また、基部５の端部立壁にはカバー部１６が配設され摺動ネジ１５の頭部を端部立壁に押え付けている。これにより、カバー部１６の中央部の孔部１６ｂから工具を挿入して摺動ネジ１５を正方向又は逆方向に回転させると、ネジ機構により摺動部６が基部５に対してｘ方向に前後に摺動する。
また、摺動部６のｙ軸に直交する側壁には挿通孔部６ｅが形成され、摺動ネジ１３は挿通孔部６ｅに挿通されて光源保持部８の側面に螺着されている。さらに、摺動ネジ１３の反対側にはバネ装着ネジ１４が挿通孔部６ｅに挿通されて光源保持部８の側面に螺着され、光源保持部８はバネ１４ａによりバネ装着ネジ１４側（ｙ方向の負の方向）に付勢されている。この付勢力により、摺動ネジ１３の頭部は摺動部６の側壁に常に押し付けられる。したがって、摺動ネジ１３を正方向又は逆方向に回転させると、ネジ機構により光源保持部９が摺動部６に対してｙ方向に前後に摺動する。なお、バネ１４ａにより摺動ネジ１３のバックラッシュを軽減することができ高精度の位置調整を行うことができる。

摺動部６及び光源保持部８をｘ方向及びｙ方向に摺動させ、図４（ｂ）に示すように光源部１１からのスポット光Ｓを段部１９の調整用目標孔部１９ａに一致させる。一致した状態で摺動部６を固定ネジ７で基部５に固定し、光源保持部８を固定ネジ９で摺動部６に固定する。以上のようにして光軸調整を行う（光軸調整工程）。なお、光軸調整工程後に、摺動ネジ１３、バネ装着ネジ１４、バネ１４ａ、摺動ネジ１５、カバー部１６、及び止めネジ１６ａを光源保持体４から取り外しておく。その後の工程で不要なためである。

次に、２足歩行ロボットの基準姿勢について図５及び図６を用いて説明する。
図５は実施の形態１における基準位置合わせ具１を取り付けた２足歩行ロボットの全体斜視図であり、図６は図５の２足歩行ロボットの模式図である。
図中、１ａ，１ｂは左右の足部の各々の位置合わせに用いられる上述した基準位置合わせ具、２０は２足歩行ロボット、２１は２足歩行ロボット２０の腰部（ベース部）、２１ａは腰部２１の上部４箇所に固設されたアイボルト等の支持棒挿通部、２２ａ，２２ｂは２足歩行ロボット２０の右足部及び左足部、２３は右足部２２ａ及び左足部２２ｂの上部に略平行に固定された固定板（エンドエフェクタ部）、２４は上端部が腰部側受動ジョイント２５ａを介して腰部２１に結合され下端部が足部側受動ジョイント２５ｂを介して固定板２３に結合された複数のリンク部、２６はリンク部２４を駆動させるモータ、２７はモータ２６の出力軸に取り付けられたロータリーエンコーダ、２８ａ，２８ｂは腰部２１と固定板２３とそれらに結合された複数のリンク部２４とを有するパラレルリンク機構からなる右脚部及び左脚部である。

２足歩行ロボット２０の姿勢は、腰部２１に対する右足部２２ａ及び左足部２２ｂの相対的な位置、及び、腰部２１に対する右足部２２ａ及び左足部２２ｂのｘ軸回り（ロール）、ｙ軸回り（ピッチ）、及びｚ軸回り（ヨー）の相対的な傾きにより決定される。
基準姿勢における右足部２２ａ及び左足部２２ｂの腰部２１に対する相対的な位置としては、腰部２１の下面に腰部２１の中心Ｃから左右対称に一対の腰部基準点Ｄ１，Ｄ２を設け、左右の固定板２３の中心に足部基準点Ｅ１，Ｅ２を設け、各腰部基準点Ｄ１，Ｄ２から下ろした垂線上に足部基準点Ｅ１，Ｅ２が位置すると共に、線分Ｄ１−Ｅ１及び線分Ｄ２−Ｅ２の長さが予め設定した所定長さになるような位置とした。
また、基準姿勢における右足部２２ａ及び左足部２２ｂの腰部２１に対する相対的な傾きとしては、腰部２１の傾きと右足部２２ａ及び左足部２２ｂの傾きが、ｘ軸回り（ロール）、ｙ軸回り（ピッチ）、及びｚ軸回り（ヨー）の全てで一致するような傾きとした。本実施の形態１においては基準姿勢における傾きとして水平を用いた。

続いて、２足歩行ロボット２０に基準姿勢を取らせるための右足部２２ａ及び左足部２２ｂの腰部２１に対する相対的な位置合わせの方法（基準位置合わせ方法）について図５乃至図７を用いて説明する。
図７は光源部と固定板の要部拡大斜視図である。
図７において、２３ａは固定板２３の所定部に穿設された目標孔部（目標点）である。
まず、２足歩行ロボット２０の支持棒挿通部２１ａに支持棒Ｘを挿通させ、支持棒Ｘの両端部を支持台（図示せず）に設置し、右足部２２ａ及び左足部２２ｂを地面から浮かせた状態で支持して自由に動かせるようにする。支持台はぐらつかないように移動用キャスタ等をストッパでロックしておく。また、光軸調整を行った光源保持体４を図１及び図２に示すようにシャフト部３の下端部に雄ネジ部３ａ及びナット部３ｂで螺着固定する（保持体取り付け工程）。
次に、図５に示すように、腰部２１の下面の腰部基準点（図５参照）に基準位置合わせ具１ａ，１ｂの取り付け部２を取り付ける。なお、取り付け部２の位置決めは位置決め凹部２ａと位置決めピン挿入孔２ｂに挿入した位置決めピンで行い、ネジ止め孔２ｃで螺着固定する。このようにして、シャフト部３を腰部２１の下面から略直交させて垂下させ、光源保持体４を固定板２３の足部基準点Ｅ１，Ｅ２の上方近傍に配設させる（取り付け工程）。
次に、図７に示すように、ファイバケーブル１０を介して光源部１１から固定板２３の上面に照射光Ｌを照射する（光照射工程）。そして、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、スポット光Ｓが固定板２３の目標孔部２３ａと一致するように固定板２３を足部２２ａ，２２ｂと共に移動させ位置合わせを行う（位置合わせ工程）。

なお、本実施の形態１においては、図４（ａ）及び（ｂ）に示した調整用目標孔部１９ａ及び目標孔部２９として段部１９及び固定板２３の上面に径が０．６ｍｍの孔部を形成し、スポット光Ｓは段部１９及び固定板２３の上面の位置で径が０．３ｍｍとなるように調整した。スポット光Ｓは目標孔部１９ａ，２３ａに一致するとその内部に照射され反射光が殆ど発生しないため、目視による一致不一致の確認を容易に行うことができる。さらに、光源としてＬＥＤ光を照射すると共にその反射光を受光できるファイバセンサ等を用いると、その受光量によりスポット光Ｓと目標孔部１９ａ，２３ａとの一致不一致だけでなくどの程度一致しているかが正確にわかるので、より精度の高い位置合わせを行うことができる。なお、段部１９及び固定板２３に目標孔部１９ａ，２３を穿設する場合、段部１９及び固定板２３の裏面に所定深さの拡径部１９ｂ，２３ｂを形成した後にその底部に目標孔部１９ａ，２３ａを表面側に貫設することで、０．６ｍｍ程度の小径の目標孔部１９ａ，２３ａを比較的容易に形成することができる。

以上のようにして、右足部２２ａ及び左足部２２ｂが腰部２１に対してｘ，ｙ方向（ｘ−ｙ平面方向）で常に一定の位置に位置合わせされる。また、右足部２２ａ及び左足部２２ｂの腰部２１に対するｚ方向の位置は上述したｘ，ｙ方向の位置合わせを行った後、定規等を用いて固定板２３の上面と光源保持体４の下端部と離間距離を計測し所定距離に合わせることでｚ方向の位置合わせを行うことができる。

また、光源保持体４が水平方向に並設された２の光源部１０を備えているので、図７に示すように、各光源部１０から照射された各スポット光Ｌが２の目標孔部２９と各々一致するように位置及び傾きを合わせすることにより、右足部２２ａ及び左足部２２ｂの腰部２１に対するｚ軸回りの相対的な傾きを常に一定となるように合わせることができる。

最後に、基準姿勢を取らせるための右足部２２ａ及び左足部２２ｂの腰部２１に対するｘ軸回り及びｙ軸回りの相対的な傾きを合わせる方法について説明する。
右足部２２ａ及び左足部２２ｂのｘ軸回りの傾きを合わせるには、角度計を用いて腰部２１、右足部２２ａ及び左足部２２ｂのｘ軸回りの傾きが一致するように調整する。すなわち、角度計を腰部２１の下面の所定部に固定して計測される角度と、角度計を右足部２２ａ及び左足部２２ｂの上面の所定部に固定して計測される角度とが一致するように右足部２２ａ及び左足部２２ｂの傾きを合わせる。ｙ軸回りの傾きを合わせる場合も、角度計の固定位置を替える点以外は同様にする。ｘ軸回りとｙ軸回りを同時に計測できる角度計を用いることもできる。なお、磁石内蔵型の角度計を用いた場合は、腰部２１、右足部２２ａ及び左足部２２ｂの材質が磁性体であれば、角度計の固定が容易で傾き合わせを容易に行うことができる。また、取り付け面の材質が非磁性体であっても磁性体で形成された台部等を介装すれば同様に容易に行うことができる。

以上のようにして、２足歩行ロボット２０の組み立て時等には、外部から右足部２２ａ及び左足部２２ｂを動かして上述したような常に一定の基準姿勢を取らせ、その基準姿勢を覚えさせることで、制御における精度や再現性の向上及び実測データの信頼性の向上を図ることができる。なお、右脚部２８ａ及び左脚部２８ｂの基準姿勢として、腰部２１の直下に右足部２２ａ及び左足部２２ｂが位置する姿勢を用いたが、これに限られるものではなく、任意の姿勢を基準姿勢とすることができる。

以上のように本実施の形態１における基準位置合わせ具及びそれを用いた基準位置合わせ方法は構成されているので、以下のような作用を有する。
（１）腰部（ベース部）２１の所定部に脱着自在に取り付けられる取り付け部２と、上端部が取り付け部２に固定され腰部２１に対して略直交して配設されるシャフト部３と、シャフト部３の下端部に固定され固定板（エンドエフェクタ部）２３の近傍に配設される光源保持体４と、光源保持体４に保持された光源部１０とを備えているので、光源部１０から照射されたスポット光Ｌが固定板２３の所定の目標孔部２９（目標点）と一致するように固定板２３及び右足部２２ａ，左足部２２ｂの腰部２１に対する相対位置を移動させることにより、右足部２２ａ及び左足部２２ｂの平面方向（ｘ方向及びｙ方向）の位置を基準となる位置に常に合わせることができ、それを覚えさせることで制御における精度や再現性の向上及び実測データの信頼性の向上を図ることができる。
（２）光源保持体４が固定板２３の近傍に配設されるので、定規等を用いて固定板２３の上面と光源保持体４の下端部と離間距離を計測し所定距離に合わせることで右足部２２ａ及び左足部２２ｂの腰部２１に対するｚ方向の相対位置の位置合わせを行うことができる。
（３）光源保持体４に保持された一対の光源部１０から照射された各スポット光が固定板２３の各々の目標孔部２９と各々一致するように固定板２３及び右足部２２ａ，左足部２２ｂの腰部２１に対する位置を移動させ及び姿勢を傾けることにより、右足部２２ａ及び左足部２２ｂの平面方向（ｘ方向及びｙ方向）の位置合わせと共に、右足部２２ａ及び左足部２２ｂの平面に直交するｚ軸回り（ヨー）の傾きを基準となる傾きに合わせることができる。また、右足部２２ａ及び左足部２２ｂのｘ軸回り（ロール）及びｙ軸回り（ピッチ）の傾きは、角度計を用いて腰部２１の傾きと一致するように調整することで、腰部２１と平行に合わせることができる。
（４）固定板２３の所定部に形成された目標孔部２９を目標点として備えているので、スポット光Ｌは目標孔部２９に一致するとその内部に照射され反射光が殆ど発生しないため、目視による一致不一致の確認を容易に行うことができる。さらに、光源部１０としてスポット光Ｌを照射と反射光の受光ができるファイバセンサ等を用いると、その受光量によりスポット光Ｌと目標孔部２９との一致不一致だけでなく、どの程度一致しているかが正確にわかるので、より精度の高い位置合わせを行うことができる。
（５）摺動部６が基部５に対してｘ方向に摺動自在に配設され、光源保持部８が摺動部６及び基部５に対してｙ方向に摺動自在に配設されているので、光軸調整が可能である。すなわち、２足歩行ロボット２０に基準位置合わせ具１ａ，１ｂを取り付ける前に、光源保持体４のみを調整台１７に載置して光軸の調整を行い、摺動部６及び光源保持部８を固定ネジ７，９で固定し、その後光源保持体４をシャフト部３に取り付けるため、光照射位置がより正確になり、足部２２ａ，２２ｂの位置精度や再現性の向上を図ることができる。また、繰り返しの使用等により光照射位置がずれた場合であっても再び光源保持体４をシャフト部３から取り外して同様に光軸調整を行うことができ、精度等の低下を防止できる。
（６）基準位置合わせ具１ａ，１ｂを用いることで、右足部２２ａ及び左足部２２ｂの腰部２１に対する相対位置の位置合わせを直感や経験に頼ることなく容易に且つ正確に行うことができる。

なお、上述した基準位置合わせ具１及び基準位置合わせ方法は、２足歩行ロボットだけでなく４足、６足等の脚部の校正に用いることができ、さらに脚部の校正だけでなく、産業用ロボットのマニピュレータアームや移動ステージ等の基準位置合わせにも応用することができる。

以上説明したように、本発明はパラレルリンク機構におけるエンドエフェクタ部の基準位置合わせ具及びそれを用いた基準位置合わせ方法に関し、特に本発明によれば、脚部にパラレルリンク機構を用いた２足歩行ロボット等において、歩行等を行うのに十分な精度でのエンドエフェクタ部の位置合わせを場所を選ばず簡易に行うことができ、制御における精度や再現性の向上及び実測データの信頼性の向上を図ることができる基準位置合わせ具、及び、エンドエフェクタ部の位置合わせを直感や経験に頼ることなく、十分な精度で簡易に行うことができる基準位置合わせ具を用いた基準位置合わせ方法を提供することができる。

実施の形態１における基準位置合わせ具の要部斜視図 （ａ）光源保持体の要部分解斜視図（ｂ）図１のＡ−Ａ線の矢視断面図 （ａ）実施の形態１における基準位置合わせ具の光源保持体及び調整台の要部分解斜視図（ｂ）光源保持体を調整台に載置した状態を示す要部斜視図 （ａ）光軸調整前の光源部と目標孔部との位置関係を示す要部断面図（ｂ）光軸調整後の光源部と目標孔部との位置関係を示す要部断面図 実施の形態１における基準位置合わせ具を取り付けた２足歩行ロボットの全体斜視図 図５の２足歩行ロボットの模式図 光源部と固定板の要部拡大斜視図

符号の説明

１ 基準位置合わせ具
２ 取り付け部
２ａ 位置決め凹部
２ｂ 位置決めピン挿入孔
２ｃ ネジ止め孔
２ｄ ナット部
３ シャフト部
３ａ 雄ネジ部
３ｂ ナット部
４ 光源保持体
５ 基部
５ａ 第１の摺動凹部
５ｂ 第１の光源挿通孔
５ｃ 挿通孔部
５ｄ シャフト固定孔
６ 摺動部
６ａ 第２の摺動凹部
６ｂ ガイド底壁
６ｃ 第２の光源挿通孔
６ｄ 長孔部
６ｅ 挿通孔部
７ 固定ネジ
８ 光源保持部
８ａ 孔部
８ｂ 長孔部
９ 固定ネジ
１０ ファイバケーブル
１０ａ ファイバケーブル先端部
１０ｂ ナット部
１１ センサヘッド部（光源部）
１２ 調整台用位置決め孔
１３ 摺動ネジ（光軸調整部）
１４ バネ装着ネジ
１４ａ バネ
１５ 摺動ネジ（光軸調整部）
１６ カバー部
１６ａ 止めネジ
１６ｂ 孔部
１７ 調整台
１８ 載置面
１８ａ 位置決めピン
１９ 段部
１９ａ 調整用目標孔部（調整用目標点）
１９ｂ 拡径部
２０ ２足歩行ロボット
２１ 腰部（ベース部）
２１ａ 支持棒挿通部
２２ａ 右足部
２２ｂ 左足部
２３ 固定板（エンドエフェクタ部）
２３ａ 目標孔部（目標点）
２３ｂ 拡径部
２４ リンク部
２５ａ 腰部側受動ジョイント
２５ｂ 足部側受動ジョイント
２６ モータ
２７ ロータリーエンコーダ
２８ａ 右脚部
２８ｂ 左脚部
Ｃ 中心点
Ｄ１，Ｄ２ 腰部基準点
Ｅ１，Ｅ２ 足部基準点
Ｌ 照射光
Ｓ スポット光

Claims (6)

1. ベース部と、エンドエフェクタ部と、一端部が前記ベース部に結合され他端部が前記エンドエフェクタ部に結合された複数のリンク部と、を有するパラレルリンク機構におけるエンドエフェクタ部の基準位置合わせ具であって、
   前記ベース部の所定部に脱着自在に取り付けられる取り付け部と、一端部が前記取り付け部に固定され前記ベース部に対して略直交して配設されるシャフト部と、前記シャフト部の他端部に固定され前記エンドエフェクタ部の近傍に配設される光源保持体と、前記光源保持体に配設され前記エンドエフェクタ部の所定面に位置決めのための光を照射する１乃至複数の光源部と、を備えていることを特徴とする基準位置合わせ具。
2. 前記光源保持体が、前記エンドエフェクタ部に略平行な平面における前記光源部のｘ方向及びｙ方向の位置を調整する光軸調整部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の基準位置合わせ具。
3. 前記光源保持体が前記エンドエフェクタ部に略平行な平面方向に並設された２以上の光源部を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の基準位置合わせ具。
4. ベース部と、エンドエフェクタ部と、一端部が前記ベース部に結合され他端部が前記エンドエフェクタ部に結合された複数のリンク部と、を有するパラレルリンク機構におけるエンドエフェクタ部の基準位置合わせ方法であって、
   前記ベース部の所定部に請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の基準位置合わせ具の取り付け部を取り付ける取り付け工程と、前記光源部から前記エンドエフェクタ部の所定面に位置決めのための光を照射する光照射工程と、照射された前記光が前記エンドエフェクタ部の目標点と一致するように前記エンドエフェクタ部の位置合わせを行う位置合わせ工程と、を備えていることを特徴とする基準位置合わせ方法。
5. 前記取り付け工程の前に、前記エンドエフェクタ部に略平行な平面における前記光源部のｘ方向及びｙ方向の位置を調整する光軸調整工程を備えていることを特徴とする請求項４に記載の基準位置合わせ方法。
6. 前記光源保持体が前記エンドエフェクタ部に略平行な平面方向に並設された２以上の光源部を備え、前記位置合わせ工程において、各々の前記光源部から照射された各前記光が前記エンドエフェクタ部の２つの前記目標点と各々一致するように前記エンドエフェクタ部の位置合わせを行うことを特徴とする請求項４又は５に記載の基準位置合わせ方法。
   

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