JP3443030B2 - 測定装置 - Google Patents

測定装置

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JP3443030B2
JP3443030B2 JP09438799A JP9438799A JP3443030B2 JP 3443030 B2 JP3443030 B2 JP 3443030B2 JP 09438799 A JP09438799 A JP 09438799A JP 9438799 A JP9438799 A JP 9438799A JP 3443030 B2 JP3443030 B2 JP 3443030B2
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    • G01B21/045—Correction of measurements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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    • B25J17/0258—Two-dimensional joints
    • B25J17/0266—Two-dimensional joints comprising more than two actuating or connecting rods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1692—Calibration of manipulator
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39034—Use of telescopic ballbar

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被測定物の位置も
しくは位置及び姿勢を測定することができる測定装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】工作機械やロボットなどアクチュエータ
によって、主軸、工具、ハンド、その他（以下まとめて
エンドエフェクタという）の位置及び姿勢を制御する機
械において、その機構の幾何学的な誤差をゼロにする、
あるいは測定することは非常に困難であり、その誤差の
影響によりエンドエフェクタの位置及び姿勢には誤差が
含まれていた。このエンドエフェクタの位置及び姿勢の
誤差を補正するために、特開平４−２１１８０６号公報
では、複数の既知の基準点を有する治具にロボットのエ
ンドエフェクタを位置合わせし、ロボットに付設した位
置検出器によりその時の位置を検出し、検出した位置と
予め測定されている基準位置とのずれより前記ロボット
の機構の幾何学的な誤差を推定して、この誤差を補正す
ることにより前記エンドエフェクタの位置及び姿勢の誤
差を補正している。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】しかし、前記ロボッ
トのエンドエフェクタの位置及び姿勢の誤差の補正にお
いては、前記治具を高精度に製作する必要があり、又、
前記ロボットのエンドエフェクタを前記治具に高精度に
位置合わせすることが難しいという問題があった。ま
た、前記エンドエフェクタのような他の部材に支えられ
た被測定物の位置及び姿勢を測定するコンパクトな測定
装置がなかった。
【０００４】本発明は従来技術の有するこのような問題
点に鑑みなされたものであり、その目的は、他の部材に
支えられた被測定物の位置もしくは位置及び姿勢の測定
をすることができる高精度でコンパクトな測定装置を提
供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、第１
の自在継手と、前記第１の自在継手を取り付け可能な第
１固定部材と、基台に載置され前記第１固定部材を取り
付け可能で平面上を任意に位置決め可能なテーブルと、
前記テーブルを位置決め駆動する駆動装置と、前記テー
ブルの位置を検出する検出装置と、第２の自在継手と、
被測定物へ取り付けられ前記第２の自在継手を３つ以上
取り付け可能な第２固定部材と、前記第１固定部材を介
しテーブルに取付けられた第１の自在継手と前記第２固
定部材を介し被測定物に取付けられた３つ以上の第２の
自在継手の間に取り付けられる測長装置とを備えたもの
である。
【０００６】請求項２の発明は、第１の自在継手と、前
記第１の自在継手を取り付け可能な第１固定部材と、３
つ以上の前記第１固定部材を取り付けた基台と、第２の
自在継手と、被測定物へ回転割出し可能に取り付けられ
前記第２の自在継手を回転中心軸に対して偏心させて取
り付け可能な第２固定部材と、前記第１固定部材を介し
基台に取付けられた３つ以上の第１の自在継手と前記第
２固定部材を介し被測定物に取付けられた第２の自在継
手の間に取り付けられる測長装置とを備えたものであ
る。
【０００７】請求項３の発明は、第１の自在継手と、前
記第１の自在継手を取り付け可能な第１固定部材と、基
台に載置され前記第１固定部材を取り付け可能で平面上
を任意に位置決め可能なテーブルと、前記テーブルを位
置決め駆動する駆動装置と、前記テーブルの位置を検出
する検出装置と、第２の自在継手と、被測定物へ回転割
出し可能に取り付けられ前記第２の自在継手を回転中心
軸に対して偏心させて取り付け可能な第２固定部材と、
前記第１固定部材を介しテーブルに取付けられた第１の
自在継手と前記第２固定部材を介し被測定物に取付けら
れた第２の自在継手の間に取り付けられる測長装置とを
備えたものである。
【０００８】
【発明の実施形態】以下、本発明を具現化した実施の一
形態を図面を基に説明する。図１は第１の実施形態を示
す測定装置の１例の斜視図であり、測定基準ＯＢに対す
る被測定物７の基準ＯＨの位置を測定する測定装置を示
す。
【０００９】測定基準ＯＢとなる基台１の上に３つの自
在継手固定部材２ａ、２ｂ、２ｃが取り付けられ、それ
ぞれの自在継手固定部材２ａ、２ｂ、２ｃには鋼球３
ａ、３ｂ、３ｃが固定されている。図示しない部材に支
えられた被測定物７に自在継手固定部材４が取り付けら
れ、自在継手固定部材４には鋼球５が固定されている。
測長装置６はいわゆるダブルボールバーのような測定装
置であり、両端に磁気を帯び、鋼球３ａ、３ｂ、３ｃの
何れか１ヶ及び鋼球５を受ける部材を有し、鋼球３ａ、
３ｂ、３ｃの何れか１ヶと鋼球５の間に磁力によって取
り付けられる。鋼球３ａ、３ｂ、３ｃ及び鋼球５は自在
継手として機能し、磁力によって取り付けられた測長装
置６は球の中心点を中心としてあらゆる方向に傾くこと
ができる。
【００１０】続いて第１の実施形態での測定方法を説明
する。基台１の上に３つの自在継手固定部材２ａ、２
ｂ、２ｃ及び鋼球３ａ、３ｂ、３ｃを取り付け、測定基
準ＯＢに対する鋼球３ａ、３ｂ、３ｃの中心点の位置を
予め測定等により既知にしておく。更に、被測定物７に
自在継手固定部材４及び鋼球５を取り付け、被測定物７
の基準ＯＨに対する鋼球５の中心点の位置を予め測定等
により既知にしておく。
【００１１】まず鋼球３ａと鋼球５の間に測長装置６を
取り付け、鋼球３ａと鋼球５の中心点間距離を測定す
る。位置が既知の３点とある別の点との距離を夫々測定
しその点の位置を特定する３点測量の要領で、上記測定
を各々別の鋼球３ｂ、３ｃに対して繰返し行い、鋼球３
ｂと鋼球５の中心点間距離及び鋼球３ｃと鋼球５の中心
点間距離を測定する。測定した鋼球３ａ、３ｂ、３ｃと
鋼球５のそれぞれの中心点間距離、測定基準ＯＢに対す
る鋼球３ａ、３ｂ、３ｃの中心点の位置及び被測定物７
の基準ＯＨに対する鋼球５の中心点の位置から測定基準
ＯＢに対する被測定物７の基準ＯＨの位置を求める。な
お、測定精度を向上させるために上述の測定を３回に限
らず４回以上行い平均をとるなどしてもよい。
【００１２】図２は第２の実施形態を示す測定装置の１
例の斜視図であり、測定基準ＯＢに対する被測定物７の
基準ＯＨの位置を測定する測定装置を示すもので、同一
の構成には同一の番号を付し説明を省略する。
【００１３】第２の実施形態では、測定基準ＯＢとなる
基台１の上にサドル１３が摺動可能に載置されモータ１
１によりＸ軸方向に移動し、その位置が位置検出器１２
により検出される。更にサドル上にはテーブル８が摺動
可能に載置されモータ１４によりＹ軸方向に移動し、そ
の位置が位置検出器１５により検出される。自在継手固
定部材２はテーブル８に取り付けられ、その先端に鋼球
３が固定されている。従って、鋼球３及び自在継手固定
部材２は、モータ１１によるサドル１３の移動及びモー
タ１４によるテーブル８の移動によりＸＹ平面内の任意
の位置に位置決めすることができる。測長装置６は鋼球
３と自在継手固定部材４を介して被測定物７に取り付け
られた鋼球５との間に磁力によって取り付けられる。
【００１４】続いて第２の実施形態での測定方法を説明
する。テーブル８上に自在継手固定部材２及び鋼球３を
取り付け、テーブル８が特定の位置に位置決めされた時
の測定基準ＯＢに対する鋼球３の中心点の位置を予め測
定及び位置検出器１２、１５により既知にしておく。被
測定物７に自在継手固定部材４及び鋼球５を取り付け、
被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５の中心点の位置を
予め測定等により既知にしておく。
【００１５】次に、モータ１１及びモータ１４によりサ
ドル１３及びテーブル８を移動させテーブル上の鋼球３
を任意の位置に位置決めし、測定基準ＯＢに対する鋼球
３の中心点の位置を位置検出器１２、１５により検出す
る。その後、鋼球３と鋼球５の間に測長装置６を取り付
け、鋼球３と鋼球５の中心点間距離を測定する。同様に
して鋼球３を移動させ、任意の３ヶ所の位置で測定基準
ＯＢに対する鋼球３の中心点の位置及び鋼球３と鋼球５
の中心点間距離を測定する。測定した３ヶ所の位置にお
ける鋼球３と鋼球５のそれぞれの中心点間距離、測定基
準ＯＢに対する３ヶ所の位置における鋼球３の中心点の
位置及び既知である被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球
５の中心点の位置から測定基準ＯＢに対する被測定物７
の基準ＯＨの位置を求める。
【００１６】図３は第３の実施形態を示す測定装置の１
例の斜視図であり、測定基準ＯＢに対する被測定物７の
基準ＯＨの位置及び被測定物７の姿勢を測定する測定装
置を示すもので、同一の構成には同一の番号を付し説明
を省略する。
【００１７】第３の実施形態では、被測定物７に３つの
鋼球５ａ、５ｂ、５ｃが固定された自在継手固定部材９
が取り付けられている。続いて第３の実施形態での測定
方法を説明する。基台１の上に３つ以上の自在継手固定
部材２ａ、２ｂ、２ｃ及び鋼球３ａ、３ｂ、３ｃを取り
付け、測定基準ＯＢに対する鋼球３ａ、３ｂ、３ｃの中
心点の位置を予め測定等により既知にしておく。更に、
被測定物７に鋼球５ａ、５ｂ、５ｃを固定した自在継手
固定部材９を取り付け、被測定物７の基準ＯＨに対する
鋼球５ａ、５ｂ、５ｃの中心点の位置を予め測定等によ
り既知にしておく。
【００１８】次に、鋼球５ａと鋼球３ａの間に測長装置
６を取り付け、鋼球５ａと鋼球３ａの中心点間距離を測
定する。上記測定を各々別の鋼球３ｂ、３ｃに対して繰
返し行い、鋼球５ａと鋼球３ｂの中心点間距離及び鋼球
５ａと鋼球３ｃの中心点間距離を測定する。測定した鋼
球５ａと鋼球３ａ、３ｂ、３ｃのそれぞれの中心点間距
離及び測定基準ＯＢに対する鋼球３ａ、３ｂ、３ｃの中
心点の位置から測定基準ＯＢに対する鋼球５ａの中心点
の位置を求める。同様に、測長装置６を鋼球５ｂ、５ｃ
に取付け上記測定を各々行い、測定基準ＯＢに対する鋼
球５ｂ、５ｃの中心点の位置を求める。求めた３つの鋼
球５ａ、５ｂ、５ｃの中心点の位置及び既知である被測
定物７の基準ＯＨに対する鋼球５ａ、５ｂ、５ｃの中心
点の位置から、被測定物７の基準ＯＨの位置と姿勢を求
めることができる。
【００１９】また、上述の測定方法とは別の方法を以下
に説明する。図４は、基台１に取付けられた６つの鋼球
３と被測定物７に取付けられた３つの鋼球５との中心点
の位置関係を６自由度パラレルメカニズムと想定し示し
たものである。図４において、固定節ＴＢにある対偶Ｂ
１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６は基台１に取付けら
れた６つの鋼球３の中心点であり、可動節ＴＰにある対
偶Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は被測定物７に取付けられた３つの
鋼球５の中心点であり、節Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ
５、Ｌ６は夫々測長装置６で測定した鋼球３と鋼球５と
の中心点間距離である。節Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ
５、Ｌ６の長さから、パラレルメカニズムの順機構変換
を行うことにより移動節ＴＰの位置と傾きを求めること
ができる。したがって、被測定物７の基準ＯＨと自在継
手固定部材９と３つの鋼球５ａ、５ｂ、５ｃとの位置関
係から、被測定物７の位置及び姿勢を特定することがで
きる。
【００２０】なお、図４において固定節ＴＢの対偶を対
偶Ｂ１からＢ６の６つであるとしたが３つでもよく、移
動節ＴＰの対偶を対偶Ｐ１からＰ３の３つであるとした
が６つでもよい。
【００２１】図５は、基台に取付けられた６つの鋼球と
被測定物に取付けられた６つの鋼球との中心点間距離か
ら測定基準ＯＢに対する被測定物７の基準ＯＨの位置及
び被測定物７の姿勢を測定する測定装置の１例の斜視図
である。６つの鋼球３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３
ｆと鋼球５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆの中心点
の関係は空間６自由度パラレルメカニズムであるため、
測長装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆにより夫
々の鋼球の中心点間距離を測定し、この測定値を基にパ
ラレルメカニズムの順機構変換を行うことにより、被測
定物７の基準ＯＨと６つの鋼球５の位置関係から、被測
定物７の位置及び姿勢を特定することができる。
【００２２】又、対偶を３つにした場合は、片側の節が
２本の二又自在継手を用いる。図６は二又自在継手の１
例としての二又球面自在継手である。節２１がソケット
２２に取り付けられ、ソケット２２と蓋２３の間にはめ
込まれている半球２４に節２６が取り付けられ、半球２
５に節２７が取り付けられている。この構成により、半
球２４と半球２５は夫々が持つ平面に垂直で且つ夫々の
持つ円の中心点を通る軸を中心にして互いに回転運動す
ることができ、ソケット２２内であらゆる方向に傾くこ
とができる。尚、二又自在継手はここで挙げた球面継手
に限るものではなく、回転軸受けを組み合わせたものな
どでもよい。
【００２３】図７は第４の実施形態を示す測定装置の１
例の斜視図であり、測定基準ＯＢに対する被測定物７の
基準ＯＨの位置及び被測定物７の姿勢を測定する測定装
置を示すもので、同一の構成には同一の番号を付し説明
を省略する。第４の実施形態では、第２の実施形態に対
し、被測定物７に３つの鋼球５ａ、５ｂ、５ｃが固定さ
れた自在継手固定部材９が取り付けられる点が異なる。
テーブル８上に自在継手固定部材２及び鋼球３を取り付
け、テーブル８が特定の位置に位置決めされた時の測定
基準ＯＢに対する鋼球３の中心点の位置を予め測定及び
位置検出器１２、１５により既知にしておく。更に、被
測定物７に鋼球５ａ、５ｂ、５ｃを固定した自在継手固
定部材９を取り付け、被測定物７の基準ＯＨに対する鋼
球５ａ、５ｂ、５ｃの中心点の位置を予め測定等により
既知にしておく。
【００２４】次に、第２の実施形態と同様、モータ１１
及びモータ１４によりテーブル８上に取り付けた鋼球３
を移動させ、任意の３ヶ所の位置で測定基準ＯＢに対す
る鋼球３の中心点の位置及び鋼球３と鋼球５ａの中心点
間距離を測定し、測定基準ＯＢに対する鋼球５ａの中心
点の位置を求める。同様に、測長装置６を鋼球５ｂ、５
ｃに取付け上記測定を各々行い、測定基準ＯＢに対する
鋼球５ｂ、５ｃの中心点の位置を求める。求めた３つの
鋼球５ａ、５ｂ、５ｃの中心点の位置及び既知である被
測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５ａ、５ｂ、５ｃの中
心点の位置から、被測定物７の基準ＯＨの位置と姿勢を
求めることができる。
【００２５】また、テーブル８を移動させることにより
３ヶ所に位置決めさせた鋼球３と被測定物７に取り付け
た３つの鋼球５ａ、５ｂ、５ｃの中心点の位置の関係を
空間６自由度パラレルメカニズムと想定し、測長装置６
を用いて測定した３ヶ所の鋼球３と鋼球５ａ、５ｂ、５
ｃの中心点間距離を基に、パラレルメカニズムの順機構
変換を行うことにより、被測定物７の位置及び姿勢を特
定することができる。
【００２６】図８は第５の実施形態を示す測定装置の１
例の斜視図であり、測定基準ＯＢに対する被測定物７の
基準ＯＨの位置及び被測定物７の姿勢を測定する測定装
置を示すもので、同一の構成には同一の番号を付し説明
を省略する。第５の実施形態では、被測定物７に鋼球５
が固定された自在継手固定部材１０が取り付けられる
が、第３の実施形態に対し、自在継手固定部材１０もし
くは被測定物７が角度割り出し可能な回転機構を持ち、
自在継手固定部材１０は或る回転中心軸に対して回転
し、任意の角度で位置決めできる点が異なる。基台１の
上に３つ以上の自在継手固定部材２ａ、２ｂ、２ｃ及び
鋼球３ａ、３ｂ、３ｃを取り付け、測定基準ＯＢに対す
る鋼球３ａ、３ｂ、３ｃの中心点の位置を予め測定等に
より既知にしておく。更に、被測定物７に鋼球５を固定
した自在継手固定部材１０を取り付け、被測定物７の基
準ＯＨに対する鋼球５の中心点の位置を予め測定等によ
り既知にしておく。自在継手固定部材１０の基準と回転
中心軸の関係を予め既知にしておくことにより、任意の
角度に位置決めした際にも鋼球５の中心点位置は既知と
なる。なお、鋼球５は自在継手固定部材１０には回転中
心軸に対して偏心させて固定されている。
【００２７】まず、自在継手固定部材１０を任意の角度
に位置決めし、測長装置６により鋼球５と３つの鋼球３
ａ、３ｂ、３ｃの中心点間距離を測定し、測定基準ＯＢ
に対する鋼球５の中心点の位置を求める。次に、自在継
手固定部材１０を上記と異なる任意の角度に位置決めし
同様の測定を行い、測定基準ＯＢに対する鋼球５の中心
点の位置を求めることを繰返す。以上より求めた３つの
角度の位置における鋼球５の中心点の位置及び既知であ
る被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５の中心点の位置
から、被測定物７の基準ＯＨの位置と姿勢を求めること
ができる。
【００２８】また、基台１の上に取り付けられた３つ以
上の鋼球３ａ、３ｂ、３ｃと被測定物７に取り付けられ
３つの角度に位置決めさせた鋼球５の中心点の位置の関
係を空間６自由度パラレルメカニズムと想定し、測長装
置６を用いて測定した鋼球３ａ、３ｂ、３ｃと３ヶ所の
鋼球５の中心点間距離を基に、パラレルメカニズムの順
機構変換を行うことにより、被測定物７の位置及び姿勢
を特定することができる。
【００２９】図９は第６の実施形態を示す測定装置の１
例の斜視図であり、測定基準ＯＢに対する被測定物７の
基準ＯＨの位置及び被測定物７の姿勢を測定する測定装
置を示すもので、同一の構成には同一の番号を付し説明
を省略する。第６の実施形態では、被測定物７に鋼球５
が固定された自在継手固定部材１０が取り付けられる
が、第４の実施形態に対し、自在継手固定部材１０もし
くは被測定物７が角度割り出し可能な回転機構を持ち、
自在継手固定部材１０は或る回転中心軸に対して回転
し、任意の角度で位置決めできる点が異なる。テーブル
８上に自在継手固定部材２及び鋼球３を取り付け、テー
ブル８が特定の位置に位置決めされた時の測定基準ＯＢ
に対する鋼球３の中心点の位置を予め測定及び位置検出
器１２、１５により既知にしておく。更に、被測定物７
に鋼球５を固定した自在継手固定部材１０を取り付け、
被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５の中心点の位置を
予め測定等により既知にしておく。自在継手固定部材１
０の基準と回転中心軸の関係を予め既知にしておくこと
により、任意の角度に位置決めした際にも鋼球５の中心
点位置は既知となる。なお、鋼球５は自在継手固定部材
１０には回転中心軸に対して偏心させて固定されてい
る。
【００３０】まず、自在継手固定部材１０を任意の角度
に位置決めし、次いで第４の実施形態と同様、モータ１
１及びモータ１４により鋼球３を移動させ、任意の３ヶ
所の位置で測定基準ＯＢに対する鋼球３の中心点の位置
及び鋼球３と鋼球５の中心点間距離を測定し、測定基準
ＯＢに対する鋼球５の中心点の位置を求める。次に、自
在継手固定部材１０を上記と異なる任意の角度に位置決
めし同様の測定を行い、測定基準ＯＢに対する鋼球５の
中心点の位置を求めることを繰返す。以上より求めた３
つの角度の位置における鋼球５の中心点の位置及び既知
である被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５の中心点の
位置から、被測定物７の基準ＯＨの位置と姿勢を求める
ことができる。
【００３１】また、テーブル８を移動させることにより
３ヶ所に位置決めさせた鋼球３と被測定物７に取り付け
られ３つの角度に位置決めさせた鋼球５の中心点の位置
の関係を空間６自由度パラレルメカニズムと想定し、測
長装置６を用いて測定した３ヶ所の鋼球３と３ヶ所の鋼
球５の中心点間距離を基に、パラレルメカニズムの順機
構変換を行うことにより、被測定物７の位置及び姿勢を
特定することができる。
【００３２】第１の実施形態から第６の実施形態に関し
て、自在継手固定部材２と基台１もしくはテーブル８は
一体でもよく、鋼球３は直接基台１もしくはテーブル８
に取り付けられてもよく、自在継手固定部材２と鋼球３
は一体でもよい。また、自在継手固定部材４もしくは自
在継手固定部材９もしくは自在継手固定部材１０と鋼球
５は一体でもよい。さらに、測長装置６の両端もしくは
片端に鋼球３及び／もしくは鋼球５が予め固定されてい
てもよく、その場合、自在継手固定部材２及び／もしく
は自在継手固定部材４もしくは自在継手固定部材９もし
くは自在継手固定部材１０は磁気を帯びた鋼球取り付け
部を有する。さらにまた、自在継手としてはあらゆる方
向に傾くものであればよく、鋼球と磁気を帯びた受け部
の組み合わせだけではなく、球面継手や回転継手を複数
組み合わせた継手でもよい。また、測長装置６としてダ
ブルボールバーを挙げたが、本発明はこれに制限される
ものではなく、リニアエンコーダ等により広い測長範囲
を有する測長装置などでもよい。また、基台１の上に３
つ以上の鋼球３ａ、３ｂ、３ｃを取り付ける形態の測定
装置においては、図５に示すように複数個の測長装置を
用い、複数個の鋼球の中心間距離を同時に測定するよう
にしてもよい。
【００３３】図１０は誤差補正方法に係わるアクチュエ
ータによってエンドエフェクタの位置及び姿勢を制御す
る機械の１例としての空間６自由度のスチュワートプラ
ットフォーム型パラレルメカニズム工作機械の斜視図で
ある。工具取り付け部を有するエンドエフェクタ３２は
自在継手３３を介してボールねじ３４に取り付けられ、
ボールねじ３４は自在継手３５を介してフレーム３７に
取り付けられる。自在継手３５に取り付けられたサーボ
モータ３６によってボールねじ３４のナットを回転さ
せ、自在継手３３と自在継手３５の間のボールねじ３４
の長さを変えることにより、エンドエフェクタ３２の位
置と姿勢を制御する。エンドエフェクタ３２に工具を取
り付け、テーブル３１に加工物を乗せ加工を行う。テー
ブル３１とフレーム３７は固定されているため、一体で
あると考えても良い。
【００３４】このような機械には、エンドエフェクタ３
２の基準点に対する自在継手３３の回転中心点の位置誤
差、自在継手３５の回転中心点の位置誤差、自在継手３
３と自在継手３５の間のボールねじ３４の長さ誤差な
ど、設計値に対する幾何学的誤差（誤差パラメータ）が
あり、この誤差の影響により、指令に対してエンドエフ
ェクタ３２の位置及び姿勢に誤差が含まれる。
【００３５】図１１は第７の実施形態に用いる装置の一
例の斜視図であり、テーブル３１に設けられた鋼球３の
中心とエンドエフェクタ３２に設けられた鋼球５の中心
間の距離を測定する測定装置を示すもので、同一の構成
には同一の番号を付し説明を省略する。
【００３６】測定基準ＯＢとなるテーブル３１の上に自
在継手固定部材４１が取り付けられ、自在継手固定部材
４１には鋼球３が固定されている。図示しない部材に支
えられたエンドエフェクタ３２に自在継手固定部材４が
取り付けられ、自在継手固定部材４には鋼球５が固定さ
れている。測長装置６は両端に磁気を帯び、鋼球３と鋼
球５の間に磁力によって取り付けられる。鋼球３及び鋼
球５は自在継手として機能し、磁力によって取り付けら
れた測長装置６は球の中心点を中心としてあらゆる方向
に傾くことができる。
【００３７】続いて第７の実施形態での測定方法を図１
２に基づき説明する。テーブル３１の上に自在継手固定
部材４１及び鋼球３を取り付け、測定基準ＯＢに対する
鋼球３の中心点の位置を予め測定等により既知にしてお
く。更に、エンドエフェクタ３２に自在継手固定部材４
及び鋼球５を取り付け、エンドエフェクタ３２の基準Ｏ
Ｈに対する鋼球５の中心点の位置を予め測定等により既
知にしておく。
【００３８】ステップＳ１において、鋼球３と鋼球５の
間に測長装置６を取り付け、鋼球３と鋼球５の中心点間
距離を測定する。上記測定をエンドエフェクタ３２の位
置及び姿勢を変えて複数回繰返し行い、複数の鋼球３と
鋼球５の中心点間距離を測定する。
【００３９】ステップＳ２において、複数の測定した鋼
球３と鋼球５の中心点間距離から、誤差パラメータを推
定する。その例を以下に述べる。誤差パラメータを変え
ることによりエンドエフェクタ３２の位置及び姿勢が変
わることを表す式を数１とする。
【００４０】
【数１】Ｘ＝ｈ（Ｅ） ただし、 Ｅ；ｎ（正の数）個の誤差パラメータ Ｘ；エンドエフェクタ３２の位置及び姿勢
【００４１】上述のようにエンドエフェクタ３２の基準
とエンドエフェクタ３２に取り付けられる測定装置上の
鋼球５の中心点との位置関係は既知にしてあるため、エ
ンドエフェクタ３２の位置及び姿勢から鋼球５の中心点
の位置は数２にて求めることができる。
【００４２】
【数２】 Ｙ＝ｈ’（Ｅ） ただし、 Ｙ；エンドエフェクタ３２に取り付けられた測定装置に
おける鋼球５の中心点の位置
【００４３】測定基準である鋼球３の中心点とエンドエ
フェクタ３２に取り付けられた鋼球５の中心点との中心
間距離の測定値が計算値と同じであるとするならば数３
が成り立つ。
【００４４】
【数３】 ｆ（Ｅ）＝ｍk 2−（Ｙk−０）2＝０ ただし、 ｍk；ｋ（正の数）番目の測定値（鋼球３と鋼球５との
中心間距離） Ｙk；ｋ（正の数）番目の測定時の、鋼球５の中心点の
指令位置 ０；測定基準の位置（鋼球３の中心点の位置）
【００４５】実際には誤差パラメータの影響で数３は０
にならない。そこで、全ての測定値に対して数４のＦが
最小になるように、誤差パラメータＥを数値計算で求め
る。数値計算としてはNewton-Raphson法などを用いる。
【００４６】
【数４】
【００４７】上述のスチュワートプラットフォーム型の
パラレルメカニズム工作機械における誤差パラメータ
は、エンドエフェクタ３２の基準点に対する自在継手３
３の回転中心点の誤差を含んだ位置、機械の基準点に対
する自在継手３５の回転中心点の誤差を含んだ位置、自
在継手３３と自在継手３５の間のボールねじ３４の長さ
であるとし、ボールねじ３４、自在継手３３、自在継手
３５の１組について数５で表すことができる。
【００４８】
【数５】Ｌi＝｜Ｂi−ＭX（Ｐi）｜ ただし、 ｉ；１から６ Ｐi；エンドエフェクタ３２の基準点に対する各自在継
手３３の回転中心点の誤差を含んだ位置 Ｘ；エンドエフェクタ３２の位置及び姿勢 Ｍ；ある点を指定した位置及び姿勢Ｘに移動させる演算
子 Ｂi；機械の基準点に対する各自在継手３５の回転中心
点の誤差を含んだ位置 Ｌi；自在継手３３と自在継手３５の間のボールねじ３
４の誤差を含んだ長さ
【００４９】尚、数５は非線形連立方程式になるため、
数５において、ある誤差パラメータの値におけるエンド
エフェクタ３２の位置及び姿勢Ｘを求めるためには、Ne
wton-Raphson法などの数値計算で解法する。この計算は
数１に相当し、エンドエフェクタ３２の基準点とエンド
エフェクタ３２に取り付けられる測定装置上の鋼球５の
中心点との位置関係が既知なことから、数５のＰiを鋼
球Ｐ５の中心点に対する各自材継手３３の回転中心点の
位置とすることにより数２に相当する鋼球５の中心点の
位置を求めることができる。エンドエフェクタ３２の位
置及び姿勢を任意に変えて測定を行い、得られた測定値
を用いて数４を数値計算することにより、上述の誤差パ
ラメータを求めることができる。
【００５０】ステップＳ３において、これら誤差パラメ
ータを補正することにより、エンドエフェクタ３２の位
置及び姿勢の誤差が補正できる。なお、誤差補正対象機
械が姿勢を制御しない場合は位置の誤差のみの補正を行
うことができる。
【００５１】次に図１又は図２に示した測定装置を用い
てエンドエフェクタ３２の位置を測定し、誤差パラメー
タを推定し補正することによりエンドエフェクタ３２の
位置及び姿勢の誤差の補正を行う第８の実施形態での補
正方法を図１３に基づき説明する。
【００５２】ステップＳ１１、Ｓ１２において、上述の
方法により、測定基準ＯＢに対するエンドエフェクタ３
２の位置及び姿勢を、エンドエフェクタ３２の位置を変
えて複数回繰返し行い、測定する。
【００５３】ステップＳ１３において、複数の測定した
エンドエフェクタ３２の位置から、誤差パラメータを推
定する。その例を以下に述べる。エンドエフェクタ３２
の位置の測定値と数１におけるエンドエフェクタ３２の
計算値が同じとするならば数６が成り立つ。
【００５４】
【数６】ｇ（Ｅ）＝Ｔk−Ｘk＝０ ただし、 Ｔk；ｋ（正の数）番目のエンドエフェクタ３２の位置
の測定値 Ｘk；ｋ（正の数）番目の測定時の、エンドエフェクタ
３２の指令位置（位置の情報） 実際には誤差パラメータの影響で数６は０にならないた
め、全てのエンドエフェクタ３２の位置の測定値に対し
て数７のＧが最小になるように、誤差パラメータＥを数
値計算で求める。
【００５５】
【数７】
【００５６】ステップＳ１４において、これら誤差パラ
メータを補正することにより、エンドエフェクタ３２の
位置及び姿勢の誤差が補正できる。なお、誤差補正対象
機械が姿勢を制御しない場合は位置の誤差のみの補正を
行うことができる。
【００５７】次に図３ないし図７に示した測定装置を用
いてエンドエフェクタ３２の位置及び姿勢を測定し、誤
差パラメータを推定し補正することによりエンドエフェ
クタ３２位置及び姿勢の誤差の補正を行う第９の実施形
態での補正方法を図１４に基づき説明する。
【００５８】ステップＳ２１、Ｓ２２において、上述の
方法により、測定基準ＯＢに対するエンドエフェクタ３
２の位置及び姿勢を、エンドエフェクタ３２の位置を変
えて複数回繰返し行い、測定する。
【００５９】ステップＳ２３において、複数の測定した
エンドエフェクタ３２の位置及び姿勢から、数１を用い
て未知数である誤差パラメータＥの数に対して必要とな
るだけの数の連立方程式を解き、誤差パラメータを推定
する。その場合、必要となる式の数に対して解Ｘを用意
する必要がある。すなわち、必要となる数のエンドエフ
ェクタ３２の位置及び姿勢の測定を行い、それら測定値
から演算を行う。上述のパラレルメカニズム工作機械で
は数５を用いるが、非線形連立方程式となるため数値計
算によって解法する。
【００６０】ステップＳ２４において、これら誤差パラ
メータを補正することにより、エンドエフェクタ３２の
位置及び姿勢の誤差が補正できる。
【００６１】上記補正方法の説明においては、図１０の
ような空間６自由度スチュワートプラットフォーム型パ
ラレルメカニズム工作機械を示したが、本発明に係わる
機械はこれに限るものではなく、ロボット、産業機械、
測定機、建設機械などでもよい。また、６自由度未満で
もよい。さらに、パラレルメカニズムとしてはスチュワ
ートプラットフォーム型に限らず、屈曲型、スライド型
でもよい。さらにまた、シリアルメカニズムでもよい。
【００６２】
【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、テーブル
の移動により３ヶ所以上に位置決めされた第１の自在継
手と、被測定物に取り付けられた３つ以上の第２の自在
継手との距離を測定し演算することによって、被測定物
の位置及び姿勢を特定することができる。 また、請求項
２に係る発明によれば、基台に取り付けられた３つ以上
の第１の自在継手と、被測定物に取り付けられ、回転移
動により３ヶ所以上に位置決めされた第２の自在継手と
の距離を測定し演算することによって、被測定物の位置
及び姿勢を特定することができる。 さらに、請求項３に
係る発明によれば、テーブルの移動により３ヶ所以上に
位置決めされた第１の自在継手と、被測定物に取り付け
られ、回転移動により３ヶ所以上に位置決めされた第２
の自在継手との距離を測定し演算することによって、被
測定物の位置及び姿勢を特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態を示す測定装置の１例を示す斜
視図。
【図２】第２の実施形態を示す測定装置の１例を示す斜
視図。
【図３】第３の実施形態を示す測定装置の１例を示す斜
視図。
【図４】パラレルメカニズムの模式図。
【図５】第３の実施形態を示す測定装置の他の例を示す
斜視図。
【図６】二又自在継手の１例を示す。
【図７】第４の実施形態を示す測定装置の１例を示す斜
視図。
【図８】第５の実施形態を示す測定装置の１例を示す斜
視図。
【図９】第６の実施形態を示す測定装置の１例を示す斜
視図。
【図１０】誤差補正の対象である機械の１例としてのパ
ラレルメカニズム工作機械を示す。
【図１１】第７の実施形態を示す測定装置の１例を示す
斜視図。
【図１２】第７の実施形態を示す誤差補正方法の１例を
示すフローチャート。
【図１３】第８の実施形態を示す誤差補正方法の１例を
示すフローチャート。
【図１４】第９の実施形態を示す誤差補正方法の１例を
示すフローチャート。
【符号の説明】
１・・基台、２ａ、２ｂ、２ｃ・・自在継手固定部材、
３ａ、３ｂ、３ｃ・・鋼球、４・・自在継手固定部材、
５ａ、５ｂ、５ｃ・・鋼球、６・・測長装置、７・・被
測定物、８・・テーブル、９・・自在継手固定部材、１
０・・自在継手固定部材、３１・・テーブル、３２・・
エンドエフェクタ、３３・・自在継手、３４・・ボール
ねじ、３５・・自在継手、３６・・サーボモータ、３７
・・フレーム、４１・・自在継手固定部材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 昌夫 愛知県丹羽郡大口町下小口５丁目25番地 の１ オークマ株式会社大口工場内 (56)参考文献 特開 昭60−225207（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−131690（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−222113（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−209857（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−79947（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B25J 9/10 B25J 13/00 B25J 19/02 G05B 19/18 B23Q 17/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の自在継手と、前記第１の自在継手
    を取り付け可能な第１固定部材と、基台に載置され前記
    第１固定部材を取り付け可能で平面上を任意に位置決め
    可能なテーブルと、前記テーブルを位置決め駆動する駆
    動装置と、前記テーブルの位置を検出する検出装置と、
    第２の自在継手と、被測定物へ取り付けられ前記第２の
    自在継手を３つ以上取り付け可能な第２固定部材と、前
    記第１固定部材を介しテーブルに取付けられた第１の自
    在継手と前記第２固定部材を介し被測定物に取付けられ
    た３つ以上の第２の自在継手の間に取り付けられる測長
    装置とを備え、前記テーブルの移動により前記第１の自
    在継手を３ヶ所以上位置決めし、各位置における前記第
    １の自在継手と３つ以上の第２の自在継手との距離を測
    定することにより基台に対する被測定物の位置及び姿勢
    を測定することを特徴とする測定装置。
  2. 【請求項２】 第１の自在継手と、前記第１の自在継手
    を取り付け可能な第１固定部材と、３つ以上の前記第１
    固定部材を取り付けた基台と、第２の自在継手と、被測
    定物へ回転割出し可能に取り付けられ前記第２の自在継
    手を回転中心軸に対して偏心させて取り付け可能な第２
    固定部材と、前記第１固定部材を介し基台に取付けられ
    た３つ以上の第１の自在継手と前記第２固定部材を介し
    被測定物に取付けられた第２の自在継手の間に取り付け
    られる測長装置とを備え、前記第２固定部材の回転移動
    により前記第２の自在継手を３ヶ所以上に位置決めし、
    各位置における前記第２の自在継手と３つ以上の第１の
    自在継手との距離を測定することにより基台に対する被
    測定物の位置及び姿勢を測定することを特徴とする測定
    装置。
  3. 【請求項３】 第１の自在継手と、前記第１の自在継手
    を取り付け可能な第１固定部材と、基台に載置され前記
    第１固定部材を取り付け可能で平面上を任意に位置決め
    可能なテーブルと、前記テーブルを位置決め駆動する駆
    動装置と、前記テーブルの位置を検出する検出装置と、
    第２の自在継手と、被測定物へ回転割出し可能に取り付
    けられ前記第２の自在継手を回転中心軸に対して偏心さ
    せて取り付け可能な第２固定部材と、前記第１固定部材
    を介しテーブルに取付けられた第１の自在継手と前記第
    ２固定部材を介し被測定物に取付けられた第２の自在継
    手の間に取り付けられる測長装置とを備え、前記第２固
    定部材の回転移動により前記第２の自在継手が３ヶ所以
    上に位置決めされた各位置において前記テーブルの移動
    により３ヶ所以上に位置決めされた各位置における前記
    第１の自在継手と前記第２の自在継手との距離を測定す
    ることにより基台に対する被測定物の位置及び姿勢を測
    定することを特徴とする測定装置。
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