JP2562353B2 - ロボットの位置決め方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、ロボットの作業部を停止位置に正確に補償
する方法に関する。

従来技術 プログラム制御方式のロボットは、設定入力に従って
作業部を複数のポイントに位置決めし、必要な作業を順
次実行していく。この場合、各ポイントの位置決め精度
は、ロボット自体の機械的寸法の誤差や回転角度などの
器械的な誤差であれば、例えば特開昭61−109109号の発
明などによって改善できる。しかし、座標相互間での誤
差例えばロボットの座標系とワークの座標系との座標歪
みや、ロボットの運動時のねじれ、倒れあるいは弾性変
形などの誤差は、不定の偶然誤差であるから、上記の発
明によっても解消できない。

発明の目的 したがって、本発明の目的は、座標間の座標歪みやロ
ボットの運動などの不定な誤差を補償して、ロボットの
位置決め精度を高めることである。

発明の解決手段 上記目的の下に、本発明は、プログラム制御方式のロ
ボットにおいて、位置決め精度が必要な複数のポイント
について、ロボットの作業部を設定入力に従って位置決
めし、複数のポイント毎の位置決め点とロボットの運動
による実際の位置決め点とのずれ量を測定し、これらの
複数のポイントのずれ量から曲面発生法を用いて誤差曲
面を想定し、この誤差曲面を補正量としてロボットの停
止位置を補償するようにしている。

このような位置決め方法によると、ロボットの座標系
とワークの座標系との相対的な歪みや、ロボットの運動
時の動的ずれなど実用上充分な程度に補正できる。

発明の内容 第１図は、一例として、水平多関節型のロボット１を
XYZロボット座標系上で示している。このロボット１
は、ロボットベース２の部分の関節軸３で第１アーム４
をXY平面上で旋回可能な状態で支持しており、また第１
アーム４の先端の関節軸５で第２アーム６を同じ平面上
て旋回自在に支持しており、さらに第２アーム６の先端
の回転軸７でチヤックなどの作業部８を回転自在に備え
ている。

そして、このロボット１は、コントローラ９によって
制御される。このため、コントローラ９は、予め運動に
必要なプログラムを内蔵しており、設定入力のデータに
基づいて、作業部８を複数のポイントに位置決めし、ワ
ーク10との関係で、必要な作業を順次実行していく。

ところで、ロボット１のロボット座標系と、ワーク10
のワーク座標系との間に、相対的なずれや歪みが発生し
ていると、第２図に見られるように、ロボット１がプロ
グラムに基づいて作業部８をポイントＰに正確に位置決
めしたとしても、作業部８は、ワーク10のxyzワーク座
標系に対しポイントｐにあって、相対的なずれを発生す
ることになる。そして、このずれ量は、Ｘ方向、Ｙ方向
およびＺ方向毎に発生し、関節軸３の回転角θ１、関節
軸５の回転角θ２、回転軸７の回転角Ｓをパラメータと
している。

本発明は、各方向毎のずれ量δＸ、δＹ、δＺから曲
面発生法を用いて、仮想的な誤差曲面を求め、この誤差
曲面によってロボット１の全動作域について補償量を推
定し、ロボット１の位置決めのずれを補償するようにし
ている。

実施例 実際の補償は、下記のように行われる。

まず、プリント基板などのワーク10は、ロボット１の
設置位置での座標系を考慮し、適当な位置に固定され
る。この状態で、第３図に示すように、作業上重要な４
〜20程度例えば16個の位置決めポイントが選定され、こ
れらの位置決めポイント毎にロボット座標系で作業部８
が教示され、位置決めされる。次に、前記の各ポイント
がワーク座標系よりワーク10の図面にもとづいて入力さ
れ、ロボット１の作業部８がそれぞれのポイント毎に位
置決めされる。

ここで、ロボット座標系による位置決め点とワーク座
標系による位置決め点との距離が測定され、これが両座
標系のずれ量δＸ、δＹ、δＺとなる。このずれ量δ
Ｘ、δＹ、δＺは、Ｘ、ＹおよびＺ方向毎に、それぞれ
の回転角θ１、θ２をパラメータとして測定される。

そして、これら各ポイントのずれ量δＸ、δＹ、δＺ
によって、各次元毎に曲面発生法によって、誤差曲線が
想定される。

第３図は、一例として、Ｘ方向の誤差量を回転角θ
１、θ２をパラメータとして16ポイントについてサンプ
リングした例を示している。これらの16のサンプリング
ポイントは、例えばBezier曲面発生法に基づいて回転角
θ１、θ２を平面として滑らかな実線の曲面として想定
される。

さらに、この曲面は、誤差曲面として回転角θ１、θ
２の動作角全域について例えばアフィン変換アナリシス
曲面発生法により２点鎖線のように想定される。このよ
うにして、Ｘ方向のずれ量δＸは、回転角θ１、θ２の
全域について、曲面発生法によって想定される。

また、他の座標軸すなわちＹ方向すなわちＺ方向のず
れ量δＹ、δＺは、同様にして回転角θ１、θ２をパラ
メータとして想定される。これらのＸ、ＹおよびＺ方向
のずれ量δＸ、δＹ、δＺは、回転角θ１、θ２毎にデ
ータテーブルとしてコントローラ９のメモリ内に記憶さ
れる。

このあと、コントローラ９にロボット１の運動に必要
なデータが入力されると、ロボット１は、その設定入力
のプログラムの指令に基づいて、必要な動作を行ってい
く。このとき、コントローラ９は、各ポイントの位置決
めに際し、それぞれのパラメータ毎に誤差曲面のデータ
を参照し、そのずれ量δＸ、δＹ、δＺを補償量として
位置決めを実行していく。

この補償によって、作業部８の位置決め点がロボット
座標系とワーク座標系との歪み誤差やロボット１の運動
誤差にかかわらず、曲面発生法によって補償され、ほぼ
正確に位置決めされる。

ロボット１の運動が再現性をもって繰り返され、しか
もワーク10が常に同一傾向の誤差特性の傾向をもつもの
ならば、ロボット１の運動誤差は、補償しないときのず
れ量の20％程度に減縮できる。なお、この場合の誤差原
因は、ロボット１とワーク10との座標系の相対的なずれ
やロボット１の関節部分での回転角のずれ、ねじれなど
の他、アーム部分の重量歪みや、姿勢から発生する誤差
さらにワークの全体的な拡大また縮小方向の誤差などで
ある。これらの誤差は、誤差理論上、偶然誤差に属す
る。

他の実施例 上記実施例は、ロボット１を実際のワーク10との関係
で補償しているが、この発明の位置決め方法は、作業対
象のワーク10との関係でなく、ロボット１の事前の調整
のために、基本座標のジグなどを用い、プログラムで位
置決めした点と、実際にティーチングされた点とのずれ
量を個々に測定し、このずれ量に基づいて上記と同様の
手法によって、ロボット１のコントローラ９に予め補償
量を記憶させておくこともできる。

なお、曲面発生法は、上記実施例のものに限定されな
い。また、ロボットは、直交座標系や極座標系などであ
ってもよい。

発明の効果 本発明では、誤差の原因が究明されておらず、また複
数の誤差原因が複合されても、それらの誤差原因による
ずれ量が高度な誤差論にもとづく統計的技法によらず、
曲面発生法のプログラム分野で簡単に補正できる。

また、必要な位置決め精度や、全動作域中の必要な範
囲についてのみ補正のための測定ポイントが任意に設定
できるため、多くの手間が必要とされず、また位置決め
態様に応じて、柔軟な対応が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はロボットの斜面図、第２図はずれ量の斜面図、
第３図は誤差曲面の斜面図である。 １……ロボット、２……ロボットベース、３……関節
軸、４……第１アーム、５……関節軸、６……第２アー
ム、７……回転軸、８……作業部、９……コントロー
ラ、10……ワーク。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プログラムに従って動作するロボットにお
   いて、位置決め精度が必要な複数のポイントについて、
   設定入力に従ってロボットの作業部を位置決めし、各ポ
   イント毎に本来停止すべき位置とのずれ量を測り、この
   ずれ量により曲面発生法を用いて誤差曲面を求め、この
   誤差曲面に従って停止位置を補償することを特徴とする
   ロボットの位置決め方法。