JP2572132B2

JP2572132B2 - 水平多関節型ロボツトのアーム原点の較正システム及び較正方法

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Publication number: JP2572132B2
Application number: JP19062389A
Authority: JP
Inventors: 康宏沢田; 勝己石原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-07-25
Filing date: 1989-07-25
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2012-01-16
Also published as: JPH0355179A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、水平多関節形ロボツトのアーム原点の較正
方法及び較正システムに関し、特に原点姿勢におけるア
ームの角度偏差を較正する方法及びシステムに関する。

［従来の技術］従来、水平多関節形ロボツトの絶対位置精度を向上さ
せるために必要な原点較正なるものは一般的には行われ
ていないというのが実情である。原点較正がこれまで一
般的に行なわれないできたことの最大の理由は、通常の
これらのロボツトでは、テイーチングポイントを教示
し、このテイーチングポイントへアームを移動するとい
う形で行なつているために、原点に誤差があつても、そ
のテイーチングポイント自体は誤差を陰に含むものとな
つているから、テイーチングポイントの絶対的な位置を
知ることが必要とならない限りは、問題とはならない。

ここで原点の誤差が発生する理由を説明する。第２図
は一般的な水平二間接型ロボツト10の斜視図である。こ
のロボツト10は台座16上に載置されており、水平面上で
動作する第１アーム11と第２アーム12を備えるととも
に、第２アーム12の先端に昇降並びに軸心回りに回転可
能な作用軸13が配置されている。

ロボツトアームの原点出しが終了した時点で、本来
は、第３図（ｂ）のように、ロボツトの第１アームと第
２アームが一直線上になることが望ましい。ところで、
一般的な原点出し方法では、アームの回動に同期して回
動する位置検出用エンコーダのＺ相を使用している。こ
れは位置検出用のエンコーダがアブソリユート型ではな
く、インクリメンタル型であるためである。従つて、エ
ンコーダの一回転に１つのパルスしか発生しないＺ相信
号を用いた原点出し法では、初期化時にはこのｚ相信号
がアームの原点位置と一致することは偶然でしかないか
ら、２つのアームが第３図（ｂ）のようになることはま
れで、同図の（ａ）のように、第１アーム，第２アーム
との間に△θ_２なるズレを生じたところで原点となるの
が普通である。ここで、θ_２の“2"は第２アームに関連
する量であることを意味する。

前述したように、この△θ_２なる位置ズレは従来のテ
イーチングにより教示された点を動作する場合は特に問
題にはならなかつたが、ワークを視覚系で認識しなが
ら、ロボツトを動作させるような場合は、ロボツトの絶
対位置を知る必要があるために、この△θ_２を較正する
必要があるのである。

また、テイーチングポイントに対して動作するような
型のロボツトでは、このズレが絶対に問題にならなかつ
たかというと、必ずしもそうではなく、テイーチング時
点で、このズレを意識しながら教示しなければならない
不便さがあつた。

そこで、従来では、絶対位置精度を必要とする場合
は、特開昭63−101907のように、ロボツトアームを既知
の３点に位置決めすることにより得られるデータを演算
し、この演算からロボツトアームの絶対位置を求めてい
た。

［発明が解決しようとしている課題］しかしながら、上記従来例では、ロボツトアームの位
置決めを、既存のテーパー状の嵌合穴に、ロボツトアー
ム先端に取り付けられた所定形状のピンを挿入して行う
ようにしているために、このピンとテーパー状の嵌合穴
の精度を出さねばならず、加工の手間及びその費用の点
で問題があつた。また、そのテーパー状の嵌合穴に上記
ピンを正確に位置決めするのも手間もかかる作業であ
る。さらに、ロボツトアームやそれに取り付けられた前
記ピンの剛性が低いと、そのテーパー状の嵌合穴にピン
を挿入したとき、正確に挿入できなかつた場合は、ロボ
ツトアームやピンが水平方向に変形して挿入される可能
性があり、これでは間違つた位置を記憶してしまうこと
になる。

つまるところ、原点出しを精度よく行なおうとすれ
ば、センサ系における上記ピンのようなものを細くしな
ければならないが、この細いものは繊維で壊れ易いとい
う宿命を負つてしまうのである。

本発明はかかる従来技術の不都合を解消するために提
案されたもので、非接触型のセンサを用いることによ
り、原点出し精度の維持とセンサ系の壊れにくさの両立
を図つたものである。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明の１構成は、複数の夫々連結されたアームとこ
れらのアームをその取付軸回りに水平に回動する回動手
段とを有する水平多関節型ロボツトの前記複数のアーム
を所定の一直線状に並べるようにするためのアーム原点
の較正システムであつて、さらに、複数のセンサアクチ
ユエータ手段とセンサ手段とデータ処理手段と制御手段
とを具備する。

上記較正システムにおいては、センサアクチュエータ
手段は、較正対象のアーム夫々のアーム軸上に設けられ
ている。センサ手段は、センサアクチュエータ手段の各
々が横切ることに応じて、アクチュエータ手段の回動位
置の変化を示す信号を非接触で検知して出力する。即
ち、このセンサ手段は非接触型である。データ処理手段
は、このセンサ手段の出力信号をデータ処理して、この
信号の、所定の一直線方向における極大値または極小値
を示すアームの回動位置を検出する。そして、制御手段
は、ロボットの基部に近い方のアームについて、該アー
ムに取り付けられた前記アクチュエータ手段が検出領域
で回動されるようにアーム回動手段を制御し、前記セン
サ手段からの出力信号の極大値又は極小値を示すアーム
の回動位置を、当該アームの原点位置とすべく、該出力
信号を処理するようにデータ処理手段を制御し、上記制
御動作を、順に、当該ロボットの基部に近いアームから
順に行なうように制御する。

本発明の他の構成は、複数の夫々連結されたアームと
これらのアームをその取付軸回りに水平に回動する回動
手段とを有する水平多関節型ロボツトの前記複数のアー
ムを所定の一直線状に並べるようにするためのアーム原
点の較正方法であつて、以下のａ乃至ｅの工程からな
る。

上記較正方法においては、ａ工程：該ロボツトの基部
に最も近いアームから順に、ｂ工程：較正対象のアーム
を回動することにより、このアーム軸上に設けられたセ
ンサアクチユエータ部材を、所定のセンサ手段の検知範
囲内で回動し、この間のセンサの出力信号を記憶し、ｃ
工程：センサ出力信号の極大値若しくは極小値を計算
し、この極値に対応する当該較正対象のアームの第１の
回動位置を識別し、ｄ工程：この識別された第１の回動
位置に当該較正対象のアームを移動し、ｅ工程：上記ｂ
乃至ｅの工程を、ロボツト基部に近いアームから順々に
実行する。

本発明の構成方法に係る更に他の構成は、複数の夫々
連結されたアームとこれらのアームをその取付軸回りに
水平に回動する回動手段とを有する水平多関節型ロボツ
トの前記複数のアームを、基軸アームの回動中心を通る
所定の一直線状に並ぶようにするためのアーム原点の較
正方法であつて、該ロボツトの基部に最も遠いアームに
は、所定のセンサアクチユエータ部材が取り付けられて
おり、以下のａ乃至ｅの工程からなる。

a:該ロボツトの基部アームを回動対象のアームとして
選択し、b:そのアームを回動することにより、前記アク
チユエータ部材を、所定のセンサ手段の検知範囲内で回
動し、この間の前記部材の前記所定の一直線方向におけ
る位置変化を捕えるセンサの出力信号を記憶し、c:セン
サ出力信号の極大値若しくは極小値を計算し、この極値
に対応する当該選択されたアームの第１の回動位置を検
出し、d:この検出された第１の回動位置に当該ａで選択
されたアームを移動し、e:ロボツトの基部にａで選択さ
れたアームから次に遠いアームを回動対象のアームとし
て選択し、f:上記ｂ乃至ｅの工程を、ロボツト基部に近
いアームから順々に実行する。

［実施例］以下、本発明をセンサ手段としてレーザセンサを用い
た較正装置を備えた水平多関節ロボツトに適用した実施
例を２つ挙げて説明する。これらの実施例のロボツトに
は、水平アームが２本装着されている。

後述するように、センサアクチユエータ手段としての
ドツグが、第１実施例では各アームに一本づつ、第２実
施例では最も遠いアーム（即ち、第２アーム）に１つ取
り付けられている。本実施例に用いられるセンサ手段と
してのレーザセンサは、光ビームを放射し、このビーム
を前記ドツグが遮る位置を検出する。本発明において
は、ドツグ位置を検出するためのセンサの検知範囲の広
さは本質的には限定はない。即ち、検知範囲が広けれ
ば、ロボツトの全てのアームのドツグの位置が夫々検出
可能となる。しかし、このような大きな物理場を形成す
ることはコスト面、操作性等で得策ではないので、第１
実施例では、検知範囲は１つのドツグが回動する範囲程
度の大きさを有し、他のアームのドツグを検出するため
には、このセンサ自体を動かすようにしている。

一方、第２実施例では、前述したように、ドツグを第
２アームにのみ取り付けている。したがて、センサの検
出範囲は、このドツグが回動する範囲内のみでよい。ま
た、第２実施例では、第１実施例と異なり、センサ自体
は固定されており、移動しない。

〈第１実施例システムの構成〉第１図は、第１実施例のロボツト装置の全体斜視図で
ある。但し、ロボツト部分は第２図のロボツト10と同じ
であり、第１図において、第２図と同じ参照番号を有す
る部分は同じものである。

第１図において、原点較正装置の主な部分は作業テー
ブル100の上に置かれている。作業テーブル100には、２
本のレール102a,102bが互いに平行に敷かれている。こ
のレール上をセンサアツセンブリが摺動する。このセン
サアツセンブリは、レール102a,102b上を摺動するスラ
イダ105a,105bと、レーザ光を放射するレーザアツセン
ブリ101bと、レーザ光を受光するデイテクタアツセンブ
リ101aと、101a,105aと101b,105bとをレール間ではしわ
たすブリツジ104とからなる。センサアツセンブリはボ
ールネジ103の回転によつて、前記レール上を前後に移
動する。ボールネジ103はモータ17により時計方向ある
いは反時計方向に回転することにより、センサアツセン
ブリを前後に移動する。センサアツセンブリが平行移動
することにより、物理場が移動する。

〈センサアツセンブリ〉レーザアツセンブリ101bがレーザ光を放射する方向は
デイテクタ101a方向であり、即ち、この放射方向は、セ
ンサアツセンブリ全体が平行移動する前記方向に直交す
る。レーザアツセンブリ101bは、前記平行移動方向（即
ち、レール方向）に幅を有し、従つて、その照射するレ
ーザ光はロボツトの水平面に薄く平行に広がつたレーザ
ビームの束となる。

第13A図により、このレーザセンサの原理について説
明する。半導体レーザ206から発振されたレーザ光は、
８面のポリゴンミラー205及び反射ミラー204で反射され
た後に、Ｆθレンズ202により平行光線とされる。この
平行光の中に被測定物203（上記実施例ではドツグ）が
置かれる。測定物203を走査したレーザ光は受光レンズ2
01で集光され、受光素子200により光の明暗に応じた電
気信号に変換される。この影を生じている時間を計算す
ることにより、測定物の寸法等が知られる。207は固定
位置に置かれた受光素子であって、この素子に光が当っ
て発生される同期信号は、ポリゴンミラー205により走
査されるレーザ光の初期位置（時刻t₀）を与える。即
ち、第13B図に示すように、この同期信号の発生時刻t₀
から、受光素子200の信号が最初に低くなる時刻t_xまで
の時間距離が、測定方向Ｘにおける測定物203の位置を
与える。何故なら、ビームの走査速度v₀はポリゴンミラ
ーの回転速度により既知だから、（t_x−t₀）の時間幅
は、距離 v₀×（t_x−t₀）に変換できるからである。以下の説明では、この距離
を、センサ出力SRとして説明する。

このように、このセンサアツセンブリはフォトインタ
ラプタ型のセンサであり、このセンサをさえぎるもの
が、第１実施例では、第１アームに取り付けられたドツ
グであり、第２アームに取り付けられたドツグ21であ
る。第１実施例では、ドツグ20は第２アームの回動中心
軸31上に、ドツグ21は作用軸13上に固定されている。

第４図は、レール上を移動するセンサアツセンブリと
ロボツト10との位置関係を示す図である。後述するよう
に、本実施例では、アーム11,12をロボツト10が回動す
る過程での、デイテクタ101aからの信号SRが極小値を示
す位置を、アームの原点としているために、ロボツト10
の中心軸は第４図に示すように、レール102a,102bの延
長線上の間（必ずしも中央である必要はない）にあるこ
とが必要である。

〈制御システムの構成〉第５図は、本実施例の制御系の構成を示すブロツク図
である。図中、ロボツト制御装置151はロボツト10の本
来の動作を制御するためのものであり、モニタ152は、
ロボツト10の動作の監視や、原点位置の較正動作の監視
のための表示装置である。ロボツト制御装置151の制御
対象は種々あるが、第５図では原点出し較正に特に関連
する制御対象を図示してある。即ち、これらの制御対象
は、第１アームを回動するサーボモータ11aと、その回
転位置検出するエンコーダ11bと、第２アームを回動す
るサーボモータ12aと、この回転位置検出するエンコー
ダ12bである。センサ制御装置150は、レーザアツセンブ
リ101bを駆動し、デイテクタ101aからの信号SRを処理
し、また、センサアツセンブリを移動するためのモータ
17を駆動したり、また、アーム11,12を回動させるため
の指令をロボツト制御装置151に送る働きをする。

〈実施例における較正の原理〉第６図，第７図により、第１実施例における原点出し
の原理を説明する。第６図は、第１アームの原点位置検
出原理を説明する。軸30を中心にアーム11が角度位置θ
₁₁θ₁₂間で回動すると、第８図に示すように、デイテ
クタ101aからの信号SRは第８図に示すような極小値を有
するような変化をする。これは以下の理由による。前述
したように、 SR＝v₀×（t_x−t₀） …（１）であるから、同期信号を出力する受光素子207を、ロボ
ツトの基軸から遠い方に置くようにすれば、アームがレ
ーザ光と直交する位置に回動したときは、そのアームに
装着されたドツグは、レール方向で、受光素子207に最
も近い位置にある。このときは、SRは極小値を与えるこ
とになる。即ち、第８図に示すように、ドツグ20が軸30
から最も離れた位置（角度θ₁₃）に来たときは、信号SR
は極小値を示す。このとき、第１アームは角度θ₁₃の位
置にあり、レール102と平行し、ビーム方向とは直交し
ている。換言すれば、信号SRが極小値を示す位置（角度
θ₁₃）は、軸30からみたこの角度θ₁₃方向が、レール10
2a,102bに平行であるようになる位置である。即ち、第
１アームの原点角度位置は、第１アーム上に取り付けら
れたドツグ20がセンサアツセンブリの検知範囲内に置か
れた状態で、信号SRが極小値を示す位置とすればよい。
尚、アームの実際の動きはステツプ状の動きをするの
で、センサ出力信号SRも第８図のように階段状になる。
従つて、曲線としてのSRを得るときは、各SRの値の中間
を通る曲線により近似することとする。

第７図は、第１アームがこうして検出された原点位置
に置かれた状態での、第２アームの原点位置検出原理を
説明する。第２アームの原点位置検出のためには、ドツ
グ21がセンサの検知領域内になればならない。このため
に、センサアツセンブリを第７図に示すように移動す
る。第６図で説明すら第１アームの原点出しと同じ原理
により、信号SRが極小値を示す位置θ₂₃は、軸31からみ
たこの角度θ₂₃方向が、レール102a,102bに平行である
ようになる位置である。第２アームを角度位置θ₂₃にお
けば、第７図に示すように、第１アームと第２アームと
は一直線上に並ぶ。

〈制御手順〉次に、第１図実施例システムの原理較正の制御手順に
ついて、第９図乃至第10図に示されたフローチヤートに
従つて説明する。

第９図は制御全体を説明するフローチヤートである。
先ず、ステツプS100で、第１アームの較正を行なう。こ
の較正ルーチンで、第１アームの原点出しに必要な原点
角度θ_1Tが求められる。この角度θ_1Tは第６図で説明し
た原理を用い、さらに精度及びバツクラツシユ等を考慮
して、時計方向のアームの回動と反時計方向の回動を利
用した測定を数回実行して得られる。そして、θ_1Tの添
字のＴは平均測定値を意味し、“真”の値に近いと考え
られる量である。ステツプS200では、第２アームの較正
を行なつて、第２アームの真の原点位置θ_2Tを得る。ス
テツプS300では、θ_1T,θ_2Tをロボツト制御装置151に送
る。ステツプS400では、ロボツト制御装置11のモニタ15
2上にアームの現在位置を表示させるために、θ_1T,θ_2T
を考慮した座標変換を行なわせる。そして、ステツプS5
00で、CRT152にアームの表示を行なわせる。

第10A図は第９図のステツプS100の詳細の手順を示し
たフローチヤートである。第10B図は第９図のステツプS
200の詳細の手順を示したフローチヤートである。

第10A図のステツプS102で、センサアツセンブリを第
６図に示された位置まで移動する。ステツプS104では測
定回数を示すカウンタｉを“0"に初期化する。ステツプ
S106では、測定のためのアームの回動方向を示すフラグ
CWFを“0"にセツトする。このフラグが“0"であること
は、測定のために反時計回りにアームを回動することを
意味する。ステツプS108では、第１アームを第６図に示
したθ₁₁の位置に回動する。ステツプS110では、第１ア
ームをフラグCWFの値（今はゼロなので、反時計方向）
に従つて１刻みずつ回動しながら、デイテクタ101aから
の出力信号SRの極小値（θ₁₃）を探す。この様子を第11
図に示しこの手順の詳細は第10C図のフローチヤートに
示されている。

第10C図のサブルーチンにおいて、ステツプS600で、
フラグCWFを調べる。フラグがゼロなら、半時計方向
に、“1"ならば時計方向に、アーム（今の場合は第１ア
ームを半時計方向に）を回動する。ステツプS606では、
デイテクタ101aの出力SRを読取る。第11図に示すよう
に、θ₁₁の位置から反時計方向にアームを廻せば、出力
SRは徐々に低下し、極大値位置θ₁₃を過ぎると上昇に転
ずる。ステツプS608では、S_min内に記憶されていた前回
のSRの測定値と今のSRとを比較する。θ₁₃に至らないう
ちは、ステツプS608で、 SR＜S_min …（２）と判断される。ステツプS608でYESと判断されると、ス
テツプS610で、SRの内容をS_minに移す。このステツプS6
00〜ステツプS610の動作をステツプS608で、 SR≧S_min …（３）と判断されるまで続行する。

ステツプS608でNOと判断されるとステツプS612に進
み、SRとS_minの差とδとを比較する。この比較は、信号
SRのノイズにより、SRが極小値に至つたと誤判断しない
ようにするためであり、上記δはそのノイズをキヤンセ
ルするのに適当な値が選ばれる。

ステツプS612で、 SR−S_min＞δ …（４）と判断されたということは、アームがSRが極小値を示す
位置θ₁₃を通り過ぎた直後であるということである。

そこで、第10A図のステツプS112に戻り、このS_minをn
₁（ｉ）内に、第１アームの原点位置の１つのデータθ
_1Tiとして記憶する。ここで添字のｉは測定回数を示
す。ステツプS114で、フラグCWFをセツトする。ステツ
プS116では第１アームをθ₁₂位置（第11図参照）に移動
する。このフラグCWFがセツトされることによりステツ
プS118のサブルーチン（第10C図）では、時計方向１刻
みづつ回動しながら、信号SRが極小値を示す位置θ₁₃′
（第11図参照）を探す。左右両方向からの動作を行う理
由は真の較正値を求めるためであつて、アーム駆動のた
めの伝達装置にはバツクラツシユがあるため、反時計方
向からの較正値θ₁₃と時計方向からの較正値θ₁₃′には
ズレが生じるからである。

時計方向の測定により、原点位置θ₁₃′が検出され、
この値はｉ回目の測定値として、m₁（ｉ）に格納され
る。ステツプS122ではカウンタｉをインクリメントす
る。

ステツプS106〜ステツプS122の動作をＬ回繰返す。こ
うすると、θ₁₃のデータがＬ個、θ₁₃′のデータがＬ個
得られたことになる。これらのＬ個のデータは第12図の
ように正規分布を示す。そこで、ステツプS126で、を計算し、これが第１アームの真の原点位置となる。ス
テツプS128では、このθ_1Tに移動する。

第１アームがθ_1Tに移動した後は、ステツプS200で、
第アームの原点出しを行なう。その詳細は第10B図に示
す。ステツプS202でセンサアツセンブリを第７図に示し
た位置に移動する。ステツプS204〜ステツプS228は、第
10A図のステツプS104〜ステツプS128と実質的に同じで
あるので、その説明は省略する。ステツプS226で第２ア
ームの真の原点位置θ_2Tが演算され、この位置に第２ア
ームを移動する。この状態で、第１アームと第２アーム
は、レール102の方向に平行な一直線上に並んだことに
なる。

第９図のステツプS300では、前述したように、θ_1Tと
θ_2Tを、ロボツト制御装置151内のメモリに格納する。

〈表示〉さらにロボツトアームの原点出し終了時におけるロボ
ツト制御装置のCRT152上で、アーム現在位置の表示を前
記較正値を含めた値とするために、較正前のロボツトの
関節角から直交座標の変換を行なうように、ステツプS4
00で制御装置151に指示する。ロボツト制御装置151にお
ける変換式は次のようになる。l₁を第１アームの長さ、
l₂を第２アームの長さとし、X,YをCRT152上の表示とす
ると、Ｘ＝l₁cosθ₁₁＋l₂・cos（θ₁₁＋θ₁₂）Ｙ＝l₁sinθ₁₁＋l₂・cos（θ₁₁＋θ₁₂） ‥‥‥（６）であるから較正後は、Ｘ＝l₁・cos（θ₁₁＋θ_1T）＋l₂・cos（θ_１＋θ_２＋θ_2T）Ｙ＝l₁sin（θ₁₁＋θ_1T）＋l₂・sin（θ_１＋θ_２＋θ_2T） ‥‥‥（７）となり、CRT上では較正値で表示される。かくして、ユ
ーザはテイーチング時、較正値を考慮することなくテイ
ーチングができる。

〈第２実施例〉第１実施例は、各アームにドツグが取り付けられ、セ
ンサアツセンブリ自体が移動するというものであった。
これから説明する第２実施例では、ドツグを第２アーム
にのみ取り付けている。したがつて、センサの検出範囲
は、このドツグが回動する範囲内のみでよくなり、セン
サ自体は固定される。第14図に、この第２実施例のシス
テムの外観を示す。この第14図において、第１図と同じ
参照番号を有する部分は同じものである。センサアツセ
ンブリ自体は第１実施例と同じものであるが、レール等
の移動手段は除かれている。

〈第２実施例の構成原理〉第15A図，第15B図，第16A図，第16B図により、原理を
説明する。第１実施例は、先ず、第１アームの正確な原
点位置を検出し、その位置に第１アームを置いてから、
次に第２アームの正確な原点位置を検出するというもの
であった。第２実施例では、第１アームの「粗い」原点
位置θ₁₃を検出し（第15A図）、その位置θ₁₃に第１ア
ームを置いてから、次に第２アームの「粗い」原点位置
θ₂₃を検出する（第15B図）というものである。これだ
けで、両アームの原点出しは、ある程度の精度で得られ
るのであるが、更に精度を上げようとすれば、第16A
図，第16B図に示すように、第15A図，第15B図で説明し
たのと同じ過程を繰返す。

第15A図において、第１アームと第２アームは大きく
ずれている。この状態で、第１アームを回動し、第１実
施例と同じ原理に基づいて、信号SRが極小値を与える位
置θ₁₃を検出する。次に、第15B図に示すように、位置
θ₁₃に第１アームを置く。そして、第２アームを回動し
て、その原点位置θ₂₃を検出する。そして、第２アーム
をこのθ₂₃位置に置く。

第１アームの原点位置を、このアームがセンサのビー
ムの方向に直交する方向と定義すれば、第15図に示した
時点では、θ₁₃は図示のように、原点位置から△θだけ
ずれている。そして、第２アームも、第１アームがθ₁₃
にある位置で原点出しを行なったのであるから、θ₂₃自
体も原点としては高い精度を得ているものではないし、
第１アームと第２アームとは一直線に並んでいるもので
はない。

このようなθ₁₃及びθ₂₃が実用上精度不足であれば、
第16A図，第16B図に示すように、第15A図，第15B図に示
した手法を繰返す。第16A図の状態では、第15A図の状態
よりも、第１アームと第２アームとの並びはより一直線
に近いから、第16B図の時点では、第15B図の時点よりも
更に高い精度で原点出しが可能となる。

〈第２実施例の制御手順〉第17図により、第２実施例の制御手順について説明す
る。

ステツプS700では、カウンタｉを初期化する。ステツ
プS702では、第１アームの原点出しを行なう。この手順
は第１実施例について第10A図で説明したものと実質的
に同じである。ステツプS704では、第２アームの原点出
しを行なう。この手順は第１実施例について第10B図で
説明したものと実質的に同じである。ステツプS706に進
む時点では、第１アームはθ₁₃の位置に、第２アームは
θ₂₃の位置にある。この状態で、ステツプS706で、信号
SRを読み込む。ステツプS708では、レジスタＳに保持さ
れた値とこのSRとの値とを比較する。レジスタＳには、
前回の測定で得られたSRの値が保持されている。第１ア
ームと第２アームとが一直線に並んだときは、第２アー
ムのドツグは受光素子207に最も近付いているから、こ
のときのSRの値は最小値の筈である。ステツプS708は、
これを検出するためのものであり、SRが減少傾向にある
ときは、ステツプS708ではYESと判定されるから、ステ
ツプS710で、レジスタＳの値を更新する。そして、ステ
ツプS702以下を繰返す。即ち、第16図の操作を行なう。

ステツプS708でNOと判定された、即ち、SRの減少傾向
が停止したと判定されたときは、ステツプS712で、 |SR−S|＞ε を調べる。この判定がNOである限りは、ステツプS702以
下を繰返す。これは第１実施例の場合と同じく、ノイズ
で極小値を誤検出することを防止するためである。εの
大きさは、どの程度の精度で原点出しを行なうかを規定
する。

〈変形例〉本発明はその主旨を逸脱しない範囲で種々変形可能で
ある。

例えば、第１実施例等では、ドツグ20,21は軸中心に
設けられていたが、これは便宜的なもので、例えば、第
１のドツグ20は、軸30と31を結ぶ直線上にあればどこで
もよい。同様に、ドツグ21は軸中心31と作用軸13の中心
とを結ぶ線上であればどこでもよい。

又上記実施例では、センサとしてレーザ光を利用する
ものを用いた。しかし本発明はかかるセンサには限定さ
れない。例えば、アームの回動の応じたドツグの円弧状
の軌跡に応じて、その出力が極大値若しくは極小値を示
すようなものであれば、静電気的センサ若しくは磁気的
センサであつてもよい。

また本発明は第１図のような２関節ロボツトに限定さ
れるものでないことは明らかである。

また、第１実施例においては、センサを移動していた
が、前述したように、センサアツセンブリの検知可能領
域が広ければ、センサは移動しなくとも、ドツグ20,21
をその領域内で回動することができる。但し、この場合
は、ドツグ20,21が同時に検知領域内に入つてしまう可
能性があり、精度が下がつてしまうので、例えば、ドツ
グ20が検知領域にあるときは、ドツグ21を上げて物理場
から離し、ドツグ21による影響を少なくする必要があ
る。

またさらに、上記２つの実施例では、第１アームを先
に原点出しを行なつていた。しかし、もしロボツトアー
ムの原点出しが単に、全アームが一直線上に並ぶことだ
けが必要である場合には、第１アームの原点出しは不用
となる。

［発明の効果］以上説明したように本発明の第１項乃至第11項の較正
システム及び較正方法によれば、非接触型のセンサを用
いているので、従来の接触型のセンサのような壊れ易
い、曲り易い、そのために原点出しの精度が低下し易い
等の欠点が解消されている。絶対的な原点位置が測定で
きることにより、視覚センサ等を用いたシステムで必要
とされるロボツトアームの原点位置較正ができる。

特に、第２項の較正システムまたは第８項の較正方法
によれば、センサ手段は１つのアクチユエータ手段の回
動範囲程度の検知範囲を有すれば十分であるので、コス
ト低減に役立つ。その代りに、センサ手段全体をアーム
毎に移動するようになつている。

第６項の較正方法によれば、ロボツトのアームに不可
避のバツクラツシユによる原点位置測定にまつわる誤差
を除去することが可能となる。

第７項の較正方法によれば、測定回数を増やすことに
より測定精度を上げることができる。

第９項の原点構成方法によれば、センサアクチユエー
タ部材を１つとすることが可能となると共に、測定回数
の増加と共に原点精度は向上するので、精度と測定回数
の両方のバランスを考慮した上での原点出しが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明をロボツト装置に適用した第１実施例に
係る較正システムの外観斜視図、第２図，第３図は原点出しが必要となる理由を説明する
図、第４図は第１図システムにおけるセンサアツセンブリが
形成する物理場を説明する図、第５図は第１図システムにおける制御システムのブロツ
ク図、第６図，第７図，第８図は本実施例の原点較正の原理を
説明する図、第９図，第10A図乃至第10C図は本実施例における原点較
正の手順を説明するフローチヤート、第11図は本実施例の原点較正方法における、アームのバ
ツクラツシユに起因する誤差を解消するための手法の原
理を説明する図、第12図は本実施例の原点較正方法における、測定誤差を
減らす原理を説明する図、第13A図，第13B図は実施例に使用されているセンサの原
理を説明する図、第14図は本発明に係る第２実施例の構成を示す図、第15A図，第15B図，第16A図，第16は第２実施例におけ
る原点出しの原理を説明する図、第17図は第２実施例の制御手順を示すフローチヤートで
ある。図中、 10……水平多関節ロボツト、11……第１アーム、11a,12
a……サーボモータ、11b,12b……エンコーダ、12……第
２アーム、13……作用軸、14……ハンド、16……台座、
17……モータ、18……基軸、20,21……ドツグ、30,31…
…回転軸、100……作業テーブル、101a……デイテクタ
アツセンブリ、101b……レーザアツセンブリ、102a,102
b……レール、103……ボール螺子、104……ブリツジ、1
05a,105b……スライダ、150……センサ制御装置、151…
…制御装置、152……モニタ、200,207……受光素子、20
1……集光レンズ、202……コリメートレンズ、203……
測定物、204……反射ミラー、205……ポリゴンミラー、
206……レーザ４である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の夫々連結されたアームとこれらのア
ームをその取付軸回りに水平に回動する回動手段とを有
する水平多関節型ロボットの、前記複数のアームを所定
の一直線状に並ぶようにするためのアーム原点の較正シ
ステムであつて、較正対象のアーム夫々のアーム軸上に設けられた複数の
センサアクチュエータ手段と、このロボットのアームの回動動作に伴なう上記アクチュ
エータ手段の回動位置の変化を示す信号を非接触で検知
するセンサ手段と、このセンサ手段の出力信号をデータ処理して、前記セン
サ手段の検知範囲内における、前記出力信号の、所定の
一直線方向における極大値または極小値を示す前記アク
チュエータ手段の回動位置を検出するデータ処理手段
と、前記センサ手段，アーム回動手段，データ処理手段を制
御する制御手段であつて、前記ロボットの基軸アームに
ついて、該アームに取り付けられた前記アクチュエータ
手段が検出領域で回動されるようにアーム回動手段を制
御し、前記センサ手段からの出力信号の極大値もしくは
極小値を示すアームの回動位置を、当該アームの原点位
置とすべく、該出力信号を処理するようにデータ処理手
段を制御し、上記制御動作を、順に、当該ロボットの基
部に近いアームから順に行なうように制御する制御手段
とを備えた水平多関節型ロボットのアーム原点の較正シス
テム。
【請求項２】前記センサ手段は、前記所定の一直線にひろがる光ビーム束であって、個々
の光ビームの方向は前記一直線方向に直交するようなビ
ーム束を発光する発光素子と、この光ビーム束が前記アクチュエータ手段の１つにより
によりさえぎられたときの通過光、またはこのアクチュ
エータ手段により反射されたときの反射光を受光して、
前記出力信号を出力する受光素子と、この発光素子と受光素子とを同時に、前記一直線方向に
平行移動する平行移動手段と、前記制御手段は、更に、より基部に近いアームの原点位
置を検出した後は、次に基部に近いアームのアクチュエ
ータ手段が検出領域内に入るべくセンサ手段が移動され
るように、前記平行移動手段を制御する事を特徴とする
請求項の第１項に記載の水平多関節型ロボットのアーム
原点の較正システム。
【請求項３】前記センサ手段からの出力信号は、前記ビ
ーム束の端から、前記アクチュエータ手段がビームを遮
った位置までの距離を表わす事を特徴とする請求項の第
２項に記載の水平多関節型ロボットのアーム原点の較正
システム。
【請求項４】前記アクチュエータ手段は、対応するアー
ムの回動軸に垂直下方に伸びたドッグ若しくはピンであ
る事を特徴とする請求項の第１項に記載の水平多関節型
ロボットのアーム原点の較正システム。
【請求項５】複数の夫々連結されたアームとこれらのア
ームをその取付軸回りに水平に回動する回動手段とを有
する水平多関節型ロボットの前記複数のアームを、所定
の一直線状に並ぶようにするためのアーム原点の較正方
法であつて、 a:該ロボットの基部に最も近いアームから順に、 b:較正対象のアームを回動することにより、このアーム
軸上に設けられたセンサアクチュエータ部材を、所定の
センサ手段の検知範囲内で回動し、この間の前記部材の
前記所定の一直線方向における位置変化を捕えるセンサ
の出力信号を記憶する工程と、 c:センサ出力信号の極大値若しくは極小値を計算し、こ
の極値に対応する当該較正対象のアームの第１の回動位
置を識別する工程と、 d:この識別された第１の回動位置に当該較正対象のアー
ムを移動する工程と、 e:上記ｂ乃至ｅの工程を、ロボット基部に近いアームか
ら順々に実行する工程とからなる水平多関節型ロボットのアーム原点の較正方
法。
【請求項６】前記ｃ工程とｄ工程の間に、更に、 f:当該較正対象のアームを反対方向に回動し、この間の
物理場の変化を捕えるセンサの出力信号を記憶する工程
と、 g:記憶されたセンサ出力信号の極大値若しくは極小値を
計算し、この極小値に対応する当該較正対象のアームの
第２の回動位置を識別する工程と、 h:第１の回動位置と第２の回動位置の平均位置を計算
し、当該アームの原点位置とする工程とを含む事を特徴とする請求項の第５項に記載の水平多関
節型ロボットのアーム原点の較正方法。
【請求項７】前記ｈ工程とｄ工程との間に更に、 i:b,c,f,g,hの各工程を所定回数繰返す工程と j:各繰返し工程で得られた平均値を、当該アームの最終
の原点位置とする工程とを含む事を特徴とする請求項の第６項に記載の水平多関
節型ロボットのアーム原点の較正方法。
【請求項８】前記センサの検知範囲が狭い領域である場
合に、前記ｄ工程とｅ工程の間に更に、 k:次の較正対象のアームのアクチュエータ部材が回動す
る領域に、前記物理場を移動する工程を含む事を特徴とする請求項の第５項に記載の水平多関
節型のロボットのアーム原点の較正方法。
【請求項９】複数の夫々連結されたアームとこれらのア
ームをその取付軸回りに水平に回動する回動手段とを有
する水平多関節型ロボットの前記複数のアームを、基軸
アームの回動中心を通る所定の一直線状に並ぶようにす
るためのアーム原点の較正方法であって、該ロボットの基部に最も遠いアームには、所定のセンサ
アクチュエータ部材が取り付けられており、 a:該ロボットの基部アームを回動対象のアームとして選
択する工程と b:そのアームを回動することにより、前記アクチュエー
タ部材を、所定のセンサ手段の検知範囲内で回動し、こ
の間の前記部材の前記所定の一直線方向における位置変
化を捕えるセンサの出力信号を記憶する工程と、 c:センサ出力信号の極大値若しくは極小値を計算し、こ
の極値に対応する当該選択されたアームの第１の回動位
置を検出する工程と、 d:この検出された第１の回動位置に当該ａで選択された
アームを移動する工程と、 e:ロボットの基部にａで選択されたアームから次に遠い
アームを回動対象のアームとして選択する工程と、 f:上記ｂ乃至ｅの工程を、ロボット基部に近いアームか
ら順々に実行する工程とからなる水平多関節型ロボットのアーム原点の較正方
法。
【請求項１０】前記ｃ工程とｄ工程の間に、更に、 f:当該較正対象のアームを反対方向に回動し、この間の
物理場の変化を捕えるアームの出力信号を記憶する工程
と、 g:記憶されたセンサ出力信号の極大値若しくは極小値を
計算し、この極小値に対応する当該較正対象のアームの
第２の回動位置を識別する工程と、 h:第１の回動位置と第２の回動位置の平均位置を計算
し、当該アームの原点位置とする工程とを含む事を特徴とする請求項の第９項に記載の水平多関
節型ロボットのアーム原点の較正方法。
【請求項１１】更に、前記ａ工程乃至ｆ工程を複数回繰
返すことを特徴とする請求項の第９項に記載の水平多関
節型ロボットのアーム原点の較正方法。