JP4277272B2 - ロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、関節駆動されるロボットの機械的原点を算出するロボットシステムに関する。

従来、基部に揺動自在に一端が軸承された第1アームと、第１アームの多端に揺動自在に一端が軸承された第２アームとを備えたロボットが知られている。このロボットは、軸承されている駆動部は、サーボモータにより駆動される。そのサーボモータは、ロボット制御装置により制御されている。
このようなロボットの場合、第１アームと第２アームに基準穴を設け、この基準穴を併せることで、ロボットの機械的原点を算出する方法がある（例えば、特許文献１）
また、他の開示された技術としては、第１アームと第２アームの一方にセンサを取り付け、他方にセンサが検知可能なように凹形状の溝筋を設けたものがある。この凹形状の溝筋を検出することで、ロボットの機械的原点を算出する位置測定装置がある（例えば、特許文献２）。
特開平５−７７１７７号公報（第３頁右列第１４行目〜右列第３３行目） 特表２００２−５３４２８４号公報（図２）

以上に述べた従来の機械原点を算出する発明では、以下のような問題があった。特許文献１に記載された発明では、基準穴を合わせるという作業が必要であり、作業者は、ロボットの近くで注意をしながら、ロボットアームを動作させていた。この場合、非常に危険であり、また、作業者の経験などの個人差により原点位置がばらつくという問題があった。
また、特許文献２に記載された発明は、凹形状の溝筋を作成し、この凹形状をセンサで検出するものである。しかしながら、凹形状では、センサが接触または、非接触に拘わらず図７に示すように、平坦部21と角部22との点を正確には、検出できない。なぜなら、
センサを非接触式の光学センサとすると、センサの軸20は、凹形状の溝部の側面に対して、平行になるために、微小の誤差により、角部22の位置を検出することができない。例えば、図８に示すように、溝端23で、センサの光はさえぎられ、角部22を検出できないのである。このことにより、ロボットの機械的原点位置は、正確に算出することができないという問題があった。

以上述べたような従来の問題点を解決するために、本発明は、ロボットの機械的原点を容易にかつ正確に算出できるロボットシステムを提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載のロボットシステムは、第１アームと、前記第１アームに対して可動する第２アームとを備え、前記第１アームまたは前記第２のアームの一方のアームにセンサを取り付け、他方のアームに前記センサが検出可能な被検出部を備えるロボットと、前記第１アームに対する前記第２アームの位置を取得する位置取得部と、前記センサからの情報を記憶するセンサ情報記憶部と、前記センサからの情報を統計的手法を用いて解析するデータ解析部と、前記データ解析部と前記位置取得部からの出力に基づいて前記第１アームに対する前記第２アームの機械的原点を算出する原点算出部と、前記機械的原点を記憶する原点記憶部とを備え、前記ロボットを制御するロボット制御装置と、を備えるロボットシステムにおいて、前記被検出部は、前記センサの走査面に対してＶ字形状に形成され、前記センサは、弾性体によって上下可能な接触子が前記Ｖ字形状に接触して該Ｖ字形状の変位に応じたデータを出力する接触式センサで構成され、前記センサ情報記憶部は、前記センサのデータから得た所定周期ごとの前記Ｖ字形状の変位データＰ１からＰｎを記憶し、前記データ解析部は、前記変位データＰ１からＰｎより前記Ｖ字形状の２つの斜面に相当するデータを認識し、該データから最小二乗法によって前記２つの斜面それぞれの直線式Ｌ１とＬ２を求めて前記直線Ｌ１とＬ２との交点Ｐｍを算出し、前記位置取得部は、前記センサ情報記憶部が前記変位データＰ１からＰｎを取得するのと同期して前記第２アームの位置を取得し、前記原点算出部は、前記交点Ｐｍに対応する前記第２アームの位置を前記機械的原点として記憶することを特徴とするものである。

本発明の請求項２記載のロボットシステムは、請求項１記載のロボットシステムにおいて、前記第１アームと前記第２アームを相対的に往復動作させ、前記データ解析部は、往路における前記直線Ｌ１とＬ２との交点Ｐｐと、復路における前記直線Ｌ１とＬ２との交点Ｐｑを算出し、さらに前記交点Ｐｐと前記交点Ｐｑの中点を中点Ｐｍとして算出し、 前記原点算出部は、前記中点Ｐｍに対応する前記第２アームの位置を前記機械的原点として記憶することを特徴とするものである。

本発明の請求項３記載のロボットシステムは、請求項１または請求項２記載のロボットシステムにおいて、前記ロボット制御装置に接続されるロボット教示装置をさらに備え、前記ロボット教示装置が、前記機械的原点を画面に表示し、操作者が前記機械的原点を登録するかまたは取り消すかを指定できるように構成されたことを特徴とするものである。

本発明は、センサがＶ字形状の部分を検出することから、センサの取り付けなど検出誤差が発生しないという効果がある。また、センサの位置データを統計的に解析することにより、信頼性が高く、高精度で原点位置を算出することが可能となる。
また、往復運動させることで、減速機のバックラッシュなどにより誤差をなくすことが可能となるという格段の効果を奏するものである。

以下、本発明の実施の形態として図１〜図４に基づいて説明する。

図１に本発明の構成を示す。多関節ロボット2は、複数の関節を持つロボットである。本実施例では、第１アーム5と第２アーム3を例にして説明する。ただし、第１アーム、第２アームとは、単に、アームを区別するために第１、第２としたものであり、ロボット2の第１軸、第２軸などというように、複数の軸を特定するためのものではない。
ロボット2は、ロボット教示装置6の上に配置されたキーを操作者が操作することで、教示装置制御部17を介して、ロボット各軸の駆動部を駆動する。
第１アーム5と第２アーム3の拡大図を参酌して、説明する。第１アーム5には、センサ6が取り付けられている。センサ6は、接触式センサであり、接触子7が物体に接触する。この接触子7は、物体の高さ方向を図るものである。このセンサ6内には、接触子7が上下できるようにスプリングなどの弾性体が配置されている。この弾性体の変位によって、センサ6は、変位に応じたセンサ情報を出力する。

図２に、センサ6から変位情報をアナログ量とした場合の構成を示す。センサ6は、変位１mmに対して１Ｖというように、高さと出力電圧が一定の比例関係になるような出力である。センサ6から出力されたアナログ電圧は、Ａ／Ｄ変換部30でアナログからデジタル量に変換される。Ａ／Ｄ変換部30は、ロボット制御装置10内のＣＰＵによりサンプリング処理される。その後、センサ情報記憶部11に電圧−変位変換係数により、変位情報として、記憶される。

図１に示したＶ字形状の被検知部1を検知した場合のセンサ情報記憶部11に記憶される変位データの例を図３に示す。Ｐ１〜Ｐｎが変位を表わすものである。このＰ１からＰｎは、ＣＰＵの一定のサンプリング周期について、サンプリングされたものである。このサンプリング周期は、第１アーム5と第２アーム3を相対的に動作させる速度に応じて、可変となる。例えば、相対的な速度がＡ（ｍｍ／ｍｉｎ）の場合には、サンプリング周波数は、Ｋ（Ｈｚ）とすれば、相対速度が２Ａ（ｍｍ／ｍｉｎ）の場合には、サンプリング周波数は、２Ｋ（Ｈｚ）としている。
Ｋ（Ｈｚ）の周波数でサンプリングされたセンサデータは、デジタルフィルタ処理され、データ解析部13に出力される。このデジタルフィルタには、ＩＩＲのバターワース型のローパスフィルタを用いる。つまり、ある一定の周波数以上のデータの変動をカットし、信頼性の高いデータを取得するためである。

データ解析部13では、まず連結性解析が行われる。連結性解析とは、図３に示すように、Ｐ１とＰｋ間の傾きを算出する。この傾きがある範囲内であれば、同一の直線として認識する。例えば、Ｐ１とＰ３の傾きは、ａ1であり、Ｐ４とＰ６の傾きが、ａ２のような場合を例に説明する。
同一直線として認識する傾きの範囲をｂとすれば、
ＡＢＳ（ａ1）＜ｂ＜ＡＢＳ（ａ２）
であれば、Ｐ６は、同一直線ではないと認識される。
上記の処理をＰ１〜Ｐｎまで繰り返し、実行することで、おおまかに各点のグルーピングが終了する。

次に、グルーピングが終了すると、Ｖ字形状の頂点を算出する。図４の直線Ｌ１と直線Ｌ２を求める。直線Ｌ１は、グルーピングの分岐点近傍の点、例えば、Ｐ６などは使用しない。この点は、エッジなどの影響で誤差が大きいためである。
直線Ｌ１、Ｌ２は、最小二乗法を使用する。最小二乗法にて直線Ｌ１とＬ２を求め、その交点を求める。
その交点の情報を原点算出部14に出力する。

また、センサ6からのセンサデータを取得の開始、終了と同期して、位置取得部12にて、第２アーム3の位置を取得する。
この位置取得部12の位置データを原点位置算出部14へ出力する。

原点位置算出部14では、データ解析部13で求めた直線の交点情報にもとづいて、その交点情報を与える位置を算出する。
例えば、交点がＰｍとなったとする。この交点Ｐｍは、サンプリング周期のｍ番目である。つまり、原点算出部14は、サンプリング開始からｍ番目の周期に対応する位置を演算する。
上記のように原点算出部14にて算出された位置を原点記憶部15に記憶する。

実施例２では、第１アーム5と第２アーム3とを往復運動させるものである。実施例１で示したセンサデータ列に関して、回転方向を変えてサンプリングしたものを図５に示す。データ解析部13では、上述したような処理が行き方向と、帰り方向で実施される。これにより、行き方向の交点Ｐｐ、帰り方向の交点Ｐｑが存在する。これは、バックラシュなどの影響のため、このようになる。
この、Ｐｐ，Ｐｑの位置の中点をＰｍとして交点情報とする。この交点情報をデータ解析部13は、原点算出部14に出力する。
原点算出部14は、実施例１に記載したものと同様の処理を行い、原点を算出する。

実施例３では、実施例１、実施例２で説明した一連の動作を図６に示す画面から操作者が実行するものである。
この場合、軸番号の選択箇所に、カーソルを合わせ、実行することで、その軸番号の右がわに機械的原点が表示される。
操作者が、この機械的原点を登録するか、または、取り消すかを指定できる。このようにすることで、何らかの要因で、センサ6からのデータが破壊されている場合、誤って登録しないように最終的に、操作者が判断できるのである。

本発明は、関節駆動されるロボットの機械的原点を算出するロボットシステムに有用である。

本発明のシステム構成図 センサ情報を取得する構成図 検出データの例 データ解析例 本発明の実施例２のデータ解析例 本発明の実施例３の操作画面 従来技術の説明図 従来技術の説明図

符号の説明

1：Ｖ字形状の被検出部
2：ロボット
3：第２アーム
5：第１アーム
6：センサ
7：接触子
10：ロボット制御装置
11：センサ情報記憶部
12：位置取得部
13：データ解析部
14：原点算出部
15：原点記憶部
16：教示装置
17：教示装置制御部

Claims (3)

1. 第１アームと、前記第１アームに対して可動する第２アームとを備え、前記第１アームまたは前記第２アームの一方のアームにセンサを取り付け、他方のアームに前記センサが検出可能な被検出部を備えるロボットと、
   前記第１アームに対する前記第２アームの位置を取得する位置取得部と、前記センサからの情報を記憶するセンサ情報記憶部と、前記センサからの情報を統計的手法を用いて解析するデータ解析部と、前記データ解析部と前記位置取得部からの出力に基づいて前記第１アームに対する前記第２アームの機械的原点を算出する原点算出部と、前記機械的原点を記憶する原点記憶部とを備え、前記ロボットを制御するロボット制御装置と、を備えるロボットシステムにおいて、
   前記被検出部は、前記センサの走査面に対してＶ字形状に形成され、
   前記センサは、弾性体によって上下可能な接触子が前記Ｖ字形状に接触して該Ｖ字形状の変位に応じたデータを出力する接触式センサで構成され、
   前記センサ情報記憶部は、前記センサのデータから得た所定周期ごとの前記Ｖ字形状の変位データＰ１からＰｎを記憶し、
   前記データ解析部は、前記変位データＰ１からＰｎより前記Ｖ字形状の２つの斜面に相当するデータを認識し、該データから最小二乗法によって前記２つの斜面それぞれの直線式Ｌ１とＬ２を求めて前記直線Ｌ１とＬ２との交点Ｐｍを算出し、
   前記位置取得部は、前記センサ情報記憶部が前記変位データＰ１からＰｎを取得するのと同期して前記第２アームの位置を取得し、
   前記原点算出部は、前記交点Ｐｍに対応する前記第２アームの位置を前記機械的原点として記憶することを特徴とするロボットシステム。
2. 請求項１記載のロボットシステムにおいて、
   前記第１アームと前記第２アームを相対的に往復動作させ、
   前記データ解析部は、往路における前記直線Ｌ１とＬ２との交点Ｐｐと、復路における前記直線Ｌ１とＬ２との交点Ｐｑを算出し、さらに前記交点Ｐｐと前記交点Ｐｑの中点を中点Ｐｍとして算出し、
   前記原点算出部は、前記中点Ｐｍに対応する前記第２アームの位置を前記機械的原点として記憶することを特徴とするロボットシステム。
3. 請求項１または請求項２記載のロボットシステムにおいて、
   前記ロボット制御装置に接続されるロボット教示装置をさらに備え、
   前記ロボット教示装置が、前記機械的原点を画面に表示し、操作者が前記機械的原点を登録するかまたは取り消すかを指定できるように構成されたことを特徴とするロボットシステム。

Images