JP5943970B2 - 機械アームシステムおよびその平行度校正方法 - Google Patents

Description

本発明は、機械アームに関し、特に平行度校正機能を有する機械アームシステム、およびその平行度校正方法に関する。

機械アームは特定の作業を行う時末端面が作業平面と平行になる必要がある。よって、末端面に設けられているエフェクタが順調に作業を行う。例えば、エフェクタは、グリッパであり、軸棒を挟み取り、オリフィス板である作業平面の設置孔に軸棒を差し込む。機械アームは、軸棒を設置孔に挿入する時、軸棒と作業平面の垂直を維持する必要がある。この時、末端面と作業平面が平行である必要がある。

例えば特許文献１に開示された装置では、作業台に載置面が設けられており、機械アームの基座が載置面に固定されている。

米国特許ＵＳ５２１８５５０号明細書

しかし、特許文献１の装置は、異なる作業ニーズに基づいて、機械アームの角度を変更することができない。また、載置面の加工精度が足りない場合、機械アームと作業台の間の平行度を確保することができない。

機械アームは様々な作業に使用されている。その座標系を、それと対応する作業台（例えば、取る作業及び置く作業を行う台、オリフィス板）の座標系に合わせることは難しい。よって、機械アームの末端面と作業台の作業平面の間の平行度を校正することは相当難しい。特に、機械アームは座標系が比較的に複雑である傾斜作業平面に対応する必要がある。この時、平行度の校正がさらに難しくなる。

上述の問題に鑑みて、本発明の目的は、機械アームが各種の作業に応じて迅速に作業平面と正確に平行となるようにする機械アームシステム、およびその平行度校正方法を提供することである。

上述の目的を達成するために、本発明の機械アームシステムは、機械アーム、機械アームの作動を制御する制御器、および平行度校正装置を備える。機械アームは、末端軸を有し、末端軸に末端面が形成されている。平行度校正装置は、末端軸の末端面に設けられており、基準面上に位置する少なくとも三つの測定点から末端面までの距離を測定するとともに測定信号を制御器に伝送する少なくとも一つの距離測定器を有する。

本発明の機械アームシステムの平行度校正方法は、以下のステップを含む。

ステップａ：基準面に近い校正位置まで端末軸を移動する。
ステップｂ：平行度校正装置が、基準面上の測定点から末端面までの距離を測定し、測定信号を制御器に伝送する。
ステップｃ：平行度校正装置から伝送された測定信号に基づいて、測定点から末端面までの距離が等しくなるように制御器が機械アームの姿勢を調整する。

これにより、基準面の上の少なくとも三つの測定点と末端面の間の距離がすべて同じである時、末端面が基準面と平行になる。基準面は校正板の上側の表面であってもよい。この校正板の表面は、ステップｃが行われた後に機械アームが作業を行う作業平面と平行になる。すると、ステップｃが行われた後、末端面は基準面と平行になるので作業平面とも平行になる。または、基準面は、ステップｃが行われた後に機械アームが作業を行う作業平面であってもよい。すると、ステップｃが行われた後、末端面は作業平面と平行になる。

言い換えると、本発明は、機械アーム２０の末端面２２２と作業平面５３の平行度に対して直接に校正を行うことができる。または、校正板５５を利用して、機械アーム２０の末端面２２２と作業平面５３の平行度に対して間接に校正を行うことができる。このような方法は、迅速かつ正確である。また、作業平面５３を任意に変更する場合、または、座標系がより複雑な作業平面５３を使用する場合であっても、本発明は機械アーム２０の末端面２２２が速やかに作業平面５３と正確に平行となるようにすることができる。

本発明の機械アームシステムおよびその平行度校正方法に係る詳細な構造、特徴、組み立てまたは使用方式を、後述の実施例に基づいて詳細に説明する。
しかし、本発明の技術分野における通常の知識を有する者は、後述の詳細な説明および実施例は本発明を説明するものであり、本発明の特許請求の範囲を限定するものではないことを了解するべきである。

本発明の第一実施例の機械アームシステムの斜視図。 本発明の第一実施例の機械アームシステムの機械アーム及び平行度校正装置の分解斜視図。 本発明の第一実施例の機械アームシステムの使用状態を示す正面図。 本発明の第一実施例の機械アームシステムの使用状態を示す斜視図。 本発明の第一実施例の機械アームシステムの他の使用状態を示す正面図。 本発明の第二実施例の機械アームシステムの機械アームと平行度校正装置の斜視図。

以下で紹介する実施例および図の中で、同じ符号は同じ又は類似する部材又は構成を示す。また、一方の部材が他方部材に設置されているという記述は、一方の部材が直接に他方部材に設置されていること、又は、一方の部材が間接に他方部材に設置されていること、つまり、二つの部材の間に一つ以上の他の部材が設けられていることを意味する。

（第一実施例）
図１及び２に示すように、本発明の第一実施例による機械アームシステム１０は機械アーム２０、制御器３０、および平行度校正装置４０を備える。

機械アーム２０は従来の機械アームと同じ構成を有し制御器３０の制御によりさまざまな姿勢を有する。機械アーム２０は末端にエフェクタ（図示しない）を設けるのに用いる末端軸２２を有する。機械アーム２０の作動が制御器３０により制御されることで、末端軸２２は異なる位置まで移動し異なる角度を実現し異なる作業目的を達成する。本実施例では、末端軸２２は、末端面２２２を有し、末端面２２２に直交する仮想軸線Ｌを回転中心として回転する。

平行度校正装置４０は基座４１および基座４１に固定されている距離測定器４２を有する。基座４１は機械アーム２０の末端軸２２の末端面２２２に固定されている。すなわち、平行度校正装置４０は末端軸２２に設けられている。よって、平行度校正装置４０は末端軸２２とともに回転する。本実施例では、距離測定器４２は接触式の測定器（例えば、ダイヤルゲージ）であり伸縮可能な測定棒４２２を有する。測定棒４２２は仮想軸線Ｌと平行である。距離測定器４２は非接触式の測定器（例えば、レーザー距離測定装置、赤外線距離測定装置）であってもよい。距離測定器４２が非接触式の測定器である場合、測定棒４２２から投射される光が仮想軸線Ｌと平行である。

以下、図３および図４に示す使用形態に基づいて機械アームシステム１０の平行度校正方法を説明する。図３および図４は、作業台５１、及び作業台５１の載置面５１２に設けられている作業装置５２（例えば、取る作業及び置く作業を行う台、オリフィス板）を示す。作業装置５２は作業平面５３を有する。この平行度校正方法は機械アーム２０が作業平面５３上で作業を行う時末端面２２２が作業平面５３と平行になるようにし、以下のステップを含む。

ステップａ：末端軸２２が基準面５４に近く位置する校正位置Ｐまで移動する。

本実施例では、作業台５１の載置面５１２の上に校正板５５が設けられている。基準面５４は校正板５５の上側の表面である。この校正板５５の表面は作業平面５３と平行である。距離測定器４２は接触式の測定器であるので、ステップａは、末端軸２２が校正位置Ｐに位置する時、距離測定器４２の測定棒４２２が基準面５４に接触するようにする。距離測定器４２が非接触式の測定器である場合、距離測定器４２を基準面５４に接触させる必要がない。基準面５４を測定することができればよい。

ステップｂ：平行度校正装置４０は基準面５４上の少なくとも三つの測定点から末端面２２２までの距離の差異を測定し、測定信号を制御器３０に伝送する。

本実施例では、ステップｂは末端軸２２を一回り回転させ（または、所定角度回転してもよい）、距離測定器４２の測定棒４２２は基準面５４に継続して接触する。測定棒４２２は、末端軸２２とともに回転し、基準面５４上で円形（または、楕円形）の仮想軌跡５６に沿って移動し、仮想軌跡５６上の複数の測定点を測定する。末端面２２２が基準面５４と平行でない時、複数の測定点から末端面２２２までの距離が異なる。この差異に基づいて、制御器３０は、基準面５４に対する末端面２２２の傾斜角度を算出することができる。

ステップｃ：制御器３０は、平行度校正装置４０が伝送した測定信号に基づいて、複数の測定点から末端面２２２間での距離が等しくなるように機械アーム２０の姿勢を調整する。

基準面５４上の測定点から末端面２２２までの距離がすべて等しくなるとき、末端面２２２が基準面５４と平行になる。ステップｃが行われた後、機械アーム２０が作業平面５３上で作業する時、末端面２２２は、基準面５４と平行であるので、作業平面５３と平行である。

しかし、前述の機械アーム装置の平行度校正方法では、必ず校正板５５を使用する必要がない。作業台５１の載置面５１２を基準面５４とすることも可能である。または、作業平面５３を基準面５４とすることができる。このような校正方法はより直接でありより正確である。特に、図５に示すように、作業平面５３が載置面５１２に対して傾斜している時、または、さらに複雑な座標系を有するとき、作業平面５３を直接に基準面５４とすれば、末端面２２２と作業平面５３の平行度を迅速且つ正確に校正することができる。

（第二実施例）
図６を参照するように、本発明の第二実施例による機械アームシステムでは、第一実施例と異なる平行度校正装置６０を使用する。平行度校正装置６０は、基座６１、基座６１に固定されている長さが一定である基準棒６２、および二つの距離測定器６４を有する。各距離測定器６４は、第一実施例の距離測定器４２と同じであり、接触式または非接触式の距離測定器である。基準棒６２および二つの距離測定器６４の測定棒６４２（または測定用光）は、図２に示すとおり、いずれも機械アーム２０の末端面２２２に対して垂直である。

第二実施例の機械アームシステムの平行度校正方法は、第一実施例の校正方法と類似するステップａ、ｂ、ｃを含む。図３及び図６を参照する。
第二実施例のステップａでは、基準棒６２を基準面５４に接触させる。すなわち、末端軸２２が校正位置Ｐに位置する時、基準棒６２が基準面５４に接触し、接触点を測定点とする。この時、測定点と基準面５４の間の距離は既知の一定値（すなわち、基準棒６２の長さと基座６１の厚さの和）である。
第二実施例のステップｂでは、基準棒６２は継続してこの測定点と接触し、二つの距離測定器６４が基準面５４に接触し、接触点を二つの測定点とする。すると、平行度校正装置６０を回転させず、前述の三つの測定点と末端面２２２の間の距離の差を測定し、制御器３０により末端面２２２が基準面５４に対する傾斜角度を算出することができる。これにより、機械アーム２０の姿勢を調整し、末端面２２２と基準面５４が平行となるようにする。

上述したことをまとめると、本発明は、機械アーム２０の末端面２２２と作業平面５３の平行度に対して直接に校正を行うことができる。または、校正板５５を利用して、機械アーム２０の末端面２２２と作業平面５３の平行度に対して間接に校正を行うことができる。このような方法は、迅速かつ正確である。また、作業平面５３を任意に変更する場合、または、座標系がより複雑な作業平面５３を使用する場合であっても、本発明は機械アーム２０の末端面２２２が速やかに作業平面５３と正確に平行になるようにすることができる。

最後に再び説明する必要があるのは、本発明の前述の実施例中の構成部材は、例を挙げて説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。均等な効果を有する他の部材の代用または変化は、本発明の特許請求の範囲に含まれる。

１０ 機械アームシステム
２０ 機械アーム
２２ 末端軸
２２２ 末端面
３０ 制御器
４０ 平行度校正装置
４１ 基座
４２ 距離測定器
４２２ 測定棒
５１ 作業台
５１２ 載置面
５２ 作業装置
５３ 作業平面
５４ 基準面
５５ 校正板
５６ 仮想軌跡（測定対象ポイント）
６０ 平行度校正装置
６１ 基座
６２ 基準棒
６４ 距離測定器
６４２ 測定棒
Ｌ 仮想軸線
Ｐ 校正位置

Claims (3)

1. 末端軸を有し、前記末端軸に末端面が形成されている機械アームと、
   前記機械アームの作動を制御する制御器と、
   前記末端軸の前記末端面に設けられており、基準面上に位置する少なくとも三つの測定点から前記末端面までの距離を測定するとともに測定信号を前記制御器に伝送する少なくとも一つの距離測定器を有する平行度校正装置と、
   を備えることを特徴とする機械アームシステム。
2. 請求項１に記載の機械アームシステムの平行度校正方法であって、
   前記基準面に近い校正位置まで前記末端軸を移動するステップａと、
   前記平行度校正装置が、前記基準面上の測定点から前記末端面までの距離を測定し、測定信号を前記制御器に伝送するステップｂと、
   前記平行度校正装置から伝送された測定信号に基づいて、前記測定点から前記末端面までの距離が等しくなるように前記制御器が前記機械アームの姿勢を調整するステップｃと、
   を含み、
   前記平行度校正装置は、一つの基準棒、および二つの前記距離測定器を有し、
   前記ステップｂにおいて、前記末端軸が前記校正位置に位置するとき、前記基準棒が一つの前記測定点と接触し、前記距離測定器が残りの二つの前記測定点に対して測定を行い、二つの前記距離測定器が前記基準面と接触することを特徴とする平行度校正方法。
3. 前記基準面は、校正板の上側の表面であり、
   前記校正板の前記表面は、前記ステップｃが終了後、前記機械アームが作業を行う時の作業平面に平行になることを特徴とする請求項２に記載の平行度校正方法。

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