JP2687154B2 - Three-dimensional position measurement device - Google Patents

Three-dimensional position measurement device

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JP2687154B2
JP2687154B2 JP32374088A JP32374088A JP2687154B2 JP 2687154 B2 JP2687154 B2 JP 2687154B2 JP 32374088 A JP32374088 A JP 32374088A JP 32374088 A JP32374088 A JP 32374088A JP 2687154 B2 JP2687154 B2 JP 2687154B2
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optical
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浩 宮田
徹夫 杓子
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株式会社小松製作所
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、産業用のロボット等の可動部の所定位置を3次元的に計測する三次元位置計測装置に関するものである。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention [relates] relates to three-dimensional position measuring device three-dimensionally measuring a predetermined position of the movable portion of the robot or the like for industrial.

〔従来の技術〕 [Prior art]

現在、自動溶接機械等のような産業ロボットにおいては、機差の問題がクローズアップされてきている。 Currently, in the industrial robots such as automatic welding machines, machine error problem have been closed up.

機差とは、同じ型のロボットにおいても、関節間の長さや構造体のねじれ角等のパラメータが製造誤差によって個々のロボットで異なるために、2台のロボットに同じ指令を与えても同じ軌跡を描かないということである。 The instrumental error, even in the same type of robot, for different individual robot by parameters manufacturing error of twist angle, etc. of the length and structure of the joint, be given the same command to the two robots the same locus it is that it does not draw.

〔発明が解決しようとする課題〕 [Problems that the Invention is to Solve]

従って従来は、同一作業を複数台のロボットを使って行なう場合でも、同一作業のティーチングをロボットの台数だけの回数行なわなければならず、またあるロボットを別のロボットに置き換えたときには、再度同じ作業のティーチングを行なわなければならない等の不便があった。 Thus the conventional, even if carried out using a plurality of robots of the same work, the teaching of the same work must be performed many times as the number of robots, also when replacing a certain robot to another robot, again the same work there is an inconvenience such as that must be carried out of teaching.

そのため、上記パラメータを、個々のロボットについて正確に求めて補正を加えることによって機差の減少を図る試みが数多くなされているが、ロボットの手先位置の計測、例えばダイヤルゲージを用いて手動計測するのに、多大の工数がかかる点が障害になって普及が妨げられていた。 Therefore, the above parameters have been made many attempts to achieve a reduction in the instrumental error by adding the correction accurately determined for each robot, the measurement of the hand position of the robot, for example, to manually measured using a dial gauge in, that takes a lot of man-hours it has been hindered widespread become an obstacle.

本発明は上記のことにかんがみなされたもので、個々のロボットの手先位置を、正確に、素速く、手間をかけずに自動計測することができるようにした三次元位置計測装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has cans is considered that the above the hand position of each robot, exactly, containing fast, providing a three-dimensional position measuring apparatus which can be automatically measured without the hassle the it is an object of the present invention.

〔課題を解決するための手段〕 [Means for Solving the Problems]

上記目的を達成するために、本発明に係る三次元位置計測装置は、三角測量の原理を用いたロボット等の可動部に取付けられる光学式距離計測装置と、この光学式距離計測装置が発する光ビームの一部をこの光学式距離計測装置の受光器へ反射し、一部を透過し、かつこの光ビームの重心位置を検出する第1の二次元光位置検出素子と、この第1の二次元光位置検出素子と一定の距離だけ離間して設置され、かつ第1の二次元光位置検出素子を通過してあたった光ビームの重心位置を検出する第2の二次元位置検出素子とからなり、かつ所定位置に設置可能にしたターゲットと、上記光学式距離計測装置とターゲットを構成する第1、第2の二次元光位置検出素子からの信号を処理する演算装置とからなる。 To achieve the above object, the three-dimensional position measuring device according to the present invention, the optical distance measuring device mounted to the movable portion such as a robot using the principle of triangulation, light the optical distance measuring device emits reflects a portion of the beam to the light receiver of the optical distance measuring device, transmits a portion, and a first two-dimensional light position detecting element for detecting the position of the center of gravity of the light beam, the first secondary and a dimension optical position detector element by a predetermined distance are installed apart, and a second two-dimensional position detecting element for detecting the position of the center of gravity of the first light beam strikes through the two-dimensional optical position sensitive detector It becomes, and consists of a target which is to be installed in a predetermined position, the first constituting the optical distance measuring device and the target, an arithmetic unit for processing the signal from the second two-dimensional optical position sensitive detector.

〔作 用〕 [For work]

例えば第1図に示すように、ロボット2の手先3に配設された光学式距離計測装置1の発する光ビームがこの光学式距離計測装置1の基準点Pを通り、愛1の二次元光位置検出素子7に点Rであたると、この第1の二次元光位置検出素子7によってP−R間の距離dがわかると共に、第1の二次元光位置検出素子7によって、基準座標系における点Rの位置▲▼が知られる。 For example, as shown in FIG. 1, it passes through the reference point P the light beam of the optical distance measuring device 1 emitting the optical distance measuring device 1 disposed in the hand 3 of the robot 2, the two-dimensional optical Love 1 hits the position detection element 7 two points R, together with the apparent distance d between P-R by the first two-dimensional light position detection element 7, the first two-dimensional light position detecting element 7, in the reference coordinate system the position of the point R ▲ ▼ is known.

また、第1の二次元位置検出素子7を透過した光ビームが第2の二次元光位置検出素子8に点Tで当たると、 Further, when the light beam passing through the first two-dimensional position detecting element 7 strikes in the second two-dimensional optical position detector element 8 two points T,
点Tの位置▲▼が知られる。 The position of the point T ▲ ▼ is known.

従って、ロボットの手先の基準点Pの三次元位置は Accordingly, the three-dimensional position of the reference point P of the hand of the robot より演算装置で求められる。 More determined by the arithmetic unit.

〔実 施 例〕 〔Example〕

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 It is described with reference to embodiments of the present invention with reference to the drawings.

第1図は本発明の概念図であり、図中1はロボット2 FIG. 1 is a conceptual diagram of the present invention, reference numeral 1 is a robot 2
の手先3に容易に着脱可能に取付けられる光学式距離計測装置1(光学式距離センサ)であり、この光学式距離計測装置1は光ビーム投光器4と受光器5とからなっており、投光器4からの光ビームがターゲット6にあたって反射した光を受光器5にて受光することにより、光学式距離計測装置1の光ビームが通過する基準位置Pと上記ターゲット6の表面までの距離dが三角測量の原理に基づいて計測できるようになっている。 Of readily detachably attached to the hand 3 optical distance measuring device is 1 (distance sensors), the optical distance measuring device 1 is made of a light beam projector 4 photoreceiver 5 which, projector 4 by the light beams from the receive light reflected when the target 6 by the light receiving unit 5, the distance d to the reference position P and the surface of the target 6 the light beam of the optical distance measuring device 1 to pass through triangulation so that the can be measured on the basis of the principle.

上記ターゲット6は内壁に反射防止加工が施された箱状になっており、これの上側と下側に、一定の距離だけ離間して第1、第2の二次元光位置検出素子7,8が配設されている。 The target 6 has become a box-shaped antireflection processing is applied to the inner wall, to the upper and lower first spaced apart by a certain distance, the second two-dimensional optical position detector element 7,8 There has been arranged. この二次元位置検出素子[以下これをPSD The two-dimensional position detecting element [hereinafter this PSD
(Position Sensitine Device)という]7,8は特開昭59 (Position Sensitine Device) that] 7, 8 JP 59
−50579号公報に示されたもの、すなわち、P型アモルファスシリコン層にi型アモルファスシリコン層及びn Those shown in -50579 discloses, i.e., i-type amorphous silicon P-type amorphous silicon layer layer and n
型アモルファスシリコン層を順次接合してなる半導体層と、この半導体層の両面にそれぞれ接合した透光性導電膜と、この透光性導電膜に互いに直交する方向に対向配置した2対の棒状電極とを備えた構成となっており、これに光ビームをあてたときに、この光ビームがあたった位置座標を電気的に検出するようになっている。 A semiconductor layer formed by successively joining the type amorphous silicon layer, and the transparent conductive film bonded on both sides of the semiconductor layer, the rod-shaped electrodes of two pairs of opposed arranged in a direction orthogonal to the light-transmitting conductive film It has a configuration including bets, when exposed to light beam thereto, is adapted to electrically detect the position coordinates which the light beam strikes. 上記両 Above both
PSD7,8のうち、上側のPSD7は光ビームの一部を上記光学式距離計測装置1の受光器5へ反射し、一部を透過するようになっている。 Of PSD7,8, PSD 7 The upper part of the light beam reflected to the light receiver 5 of the optical distance measuring device 1, so as to transmit a part.

今簡単のため、第2図に示すように、第1、第2のPS For simplicity now, as shown in FIG. 2, the first, second PS
D7,8はそれぞれのx軸、y軸は平行に、z軸は一致するようになっているものとする。 D7,8 Each x-axis, y-axis parallel to, and are made as the z-axis coincide. また上側のPSD7の上面には光ビーム透光器4の波長以外の波長をカットするフィルタを取付けてもよい。 Or may be mounted a filter for cutting wavelength other than the wavelength of the light beam light-transmitting device 4 on the upper surface of the upper PSD 7.

上記光学式距離計測装置1とターゲット6の量PSD7,8 The amount of the optical distance measuring device 1 and the target 6 PSD7,8
は、これらからの信号を処理する演算装置9に接続されている。 It is connected to the processing unit 9 for processing signals from these.

上記構成における作用を以下に説明する。 Described below The operation of the above configuration.

光学式距離計測装置1をロボット2の手先3に取付け、またターゲット6を基準位置に、例えば説明が簡単になるようにするために、第2図に示すように、第2PSD Attaching an optical distance measuring device 1 to the end-point 3 of the robot 2 and the target 6 in the reference position, for example because the description is made to be easy, as shown in FIG. 2, the 2PSD
8の基準位置O Tが測定治具の基準座標系の原点Oと一致するように設置したとする。 Reference position O T 8 is an installation were to coincide with the origin O of the reference coordinate system of the measuring jig.

ロボット2の手先3を移動し、これに取付けた光学式距離計測装置1の投光器4をターゲット6に向けて光ビームを投光する。 Move the hand 3 of the robot 2, to project a light beam toward the projector 4 of the optical distance measuring device 1 attached to the target 6 thereto. この光ビームは光学式距離計測装置1 The light beam optical distance measuring device 1
の基準の位置Pを通り、ターゲット6の上側の第1のPS Through the position P of the reference, the first PS of the upper target 6
D7の点Pにあたる。 It corresponds to the point P D7. この光ビームの一部は反射して光学式距離計測装置1の受光器5に受光され、これによりPR Some of this light beam is received by the light receiving unit 5 of the optical distance measuring device 1 is reflected, thereby PR
間の距離dが求まる。 The distance d between is obtained.

また光ビームの他の一部は第1のPSD7に吸収されて、 The other part of the light beam is absorbed in the first PSD 7,
その出力信号を処理して第1のPSD7上での座標▲ First coordinates on PSD7 processes the output signal ▲
▼が求まる。 ▼ is obtained.

また光ビームのさらに他の一部は第1のPSD7を透過してターゲット6の下側のPSD8の点Tにあたり、これの一部が第2のPSD8に吸収されて、その出力信号を処理して第2のPSD8での座標▲▼が求まる。 Furthermore some of the other light beams around the point T PSD8 the lower first target 6 is transmitted through the PSD 7, some of which is absorbed by the second PSD8, it processes the output signal the coordinates of the second PSD8 Te ▲ ▼ is obtained. またO RとO T間の距離は既知であるから、▲▼は三角形O T O R Rから、 Further since the distance between O R and O T are known, ▲ ▼ from the triangle O T O R R, と求められる。 It is determined to be.

従って基準座標O Tにおけるロボット2の手先3の基準点Pの三次元位置▲▼は Thus the three-dimensional position of the reference point P of the hand 3 of the robot 2 in the reference coordinate O T ▲ ▼ is より求まる。 More determined.

これらの演算処理は電気回路とコンピュータを用いた演算装置9にてなされ、これによりロボット2の手先3 These arithmetic processing is done by the calculation unit 9 using the electrical circuitry and the computer, thereby the hand of the robot 2 3
の基準点Pが正確に、速く、手間をかけることなく計測できる。 Reference point P accurately, quickly, it can be measured with no extra effort.

実際のロボットで用いる場合、上記基準点Pの計測は作業空間内の複数個所で行ない、それによって移動軌跡の関係を求めることが考えられる。 When used in actual robot, the measurement of the reference point P is performed at a plurality of locations in the working space, thereby it is conceivable to determine the relationship between the movement trajectory.

この場合、作業空間程度の大きさのターゲットを用いれば1個のターゲットにて複数個所の計測を行うことができるが、実際にはそんなに大きなターゲットを作るのは不可能であるので、位置関係が既知である複数のターゲットを組合せた治具を用いて計測を行なうことが考えられる。 In this case, it is possible to perform measurement of the plurality of positions in one of the target by using the size of the target about the work space, it is actually the so making large target to impossible, the positional relationship it is conceivable to perform measurement by using the combination of a plurality of targets are known jig.

上記実施例では、第2のPSD8の基準位置O Tに対するロボット2の手先3の基準点Pの三次元位置▲▼を示したが、第2のPSD8の基準位置O Tを、第1図に示すように、一般の基準座標系Oの原点Oに置き換えて示すと In the above embodiment, the three-dimensional position of the reference point P of the hand 3 of the robot 2 with respect to the reference position O T of the second PSD8 ▲ ▼ showed, the reference position O T of the second PSD8, in FIG. 1 as shown, the illustrated replacing the origin O of the general reference coordinate system O で示される。 In shown.

〔発明の効果〕 〔Effect of the invention〕

本発明によれば、三角測量の原理を用いた光学式距離計測装置1を配設した、例えばロボット2の手先3の、 According to the present invention were provided with an optical distance measuring apparatus 1 using the principle of triangulation, for example of the hand 3 of the robot 2,
ターゲット6の基準座標系における三次元位置を正確に、素速く、手間をかけずに計測することができる。 Exact three-dimensional position on the reference coordinate system of the target 6, fast arsenide, can be measured without the hassle.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

第1図は本発明の概念を示す説明図、第2図は本発明の実施例の概略的な作用説明図である。 Figure 1 is an explanatory view showing the concept of the present invention, FIG. 2 is a schematic view illustrating the operation of an embodiment of the present invention. 1は光学式距離計測装置、2はロボット、3は手先、5 1 optical distance measuring device, 2 is a robot, 3 hand, 5
は受光器、6はターゲット、7,8は二次元光位置検出素子、9は演算装置。 Photodetector, 6 targets, 7,8 two-dimensional optical position detector element, 9 arithmetic unit.

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】 (57) [the claims]
  1. 【請求項1】三角測量の原理を用いたロボット2等の可動部に取付けられる光学式距離計測装置1と、この光学式距離計測装置1が発生する光ビームの一部をこの光学式距離計測装置1の受光器5へ反射し、一部を透過し、 And 1. A optical distance measuring device 1 is attached to a movable part such as the robot 2 using the principle of triangulation, the optical distance measuring part of the light beam the optical distance measuring device 1 is generated reflected to the light receiver 5 of the apparatus 1, it transmits a portion,
    かつこの光ビームの重心位置を検出する第1の二次元光位置検出素子7と、この第1の二次元光位置検出素子7 And a first two-dimensional optical position detecting element 7 for detecting the position of the center of gravity of the light beam, the first two-dimensional optical position sensitive detector 7
    と一定の距離だけ離間して設置され、かつ第1の二次元光位置検出素子7を通過してあたった光ビームの重心位置を検出する第2の二次元位置検出素子8とからなり、 Consists of a certain distance placed apart, and the first two-dimensional optical position the second two-dimensional position detecting element 8 which detects the position of the center of gravity of the light beam strikes through the detection element 7,
    かつ所定位置に設置可能にしたターゲット6と、上記光学式距離計測位置1とターゲット6を構成する第1、第2の二次元光位置検出素子7,8からの信号を処理する演算装置9とからなることを特徴とする三次元位置計測装置。 And a target 6 to be installed in a predetermined position, an arithmetic unit 9 for processing signals from the first, second two-dimensional optical position detecting element 7 and 8 constituting the optical distance measuring position 1 and the target 6 that a three-dimensional position measuring device according to claim.
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