JP6687581B2 - 水平多関節型ロボットの校正システムおよび校正方法 - Google Patents

Description

本発明は、水平多関節型ロボットの校正システムおよび校正方法に関する。

設置面に固定された多関節型ロボットのベースに箱状のベース治具を固定し、多関節型ロボットの先端に直方体状の先端治具を取り付けて、多関節型ロボットの各軸の制動機能を解除することにより、先端治具における互いに直交する３面を、ベース治具に形成された箱状の内側の３面に押しつけて原点を校正する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平６−３２０４５３号公報

しかし、特許文献１に記載された原点の校正方法では、直方体状の先端治具が箱状のベース治具に押しつけられたときに、制動機能が解除された多関節型ロボットの自重によって、ベース治具が撓んでしまい、校正の精度が悪くなってしまうおそれがある。校正の精度を良くするためには、ベース治具が撓まないような剛性を確保する必要があり、ベース治具の剛性を高めてしまうと、ベース治具自体が重くなって取り扱いが困難になり、かつ、ベース治具が高価になってしまうという問題があった。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、軽量かつ安価で、水平多関節型ロボットの原点を校正できる技術を提供する。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、水平多関節型ロボットのベースが設置される設置面と、前記ベースに設けられ前記設置面に交差し、かつ互いに交差する２方向を規定する基準面と、前記水平多関節型ロボットの先端に取り付けられて、前記設置面と前記基準面とのそれぞれに同時に接する３方向の位置決め面を有する位置決め治具とを備える水平多関節型ロボットの校正システムを提供する。

本態様によれば、水平多関節型ロボットがベースを介して設置面に固定され、水平多関節型ロボットの先端に位置決め治具が取り付けられて、水平多関節型ロボットの制動機能が解除された後に、位置決め治具の３方向を規定する位置決め面が設置面と基準面とのそれぞれに接するように、水平多関節型ロボットの先端が動かされると、水平多関節型ロボットの原点が校正される。

このようにすることで、水平多関節型ロボットが設置される設置面の剛性が高いため、水平多関節型ロボットが制動解除された状態で位置決め面が設置面に接した場合に、水平多関節型ロボットの自重によって設置面が撓まない。そのため、水平多関節型ロボットの先端に取り付けられた位置決め治具における３方向を規定する位置決め面のそれぞれが設置面および基準面のそれぞれに接しても、設置面および基準面の位置がずれることがなく、水平多関節型ロボットにおける原点の校正の精度を向上させることができる。また、原点の校正に用いられる治具は、加工された設置面およびベースに設けられる基準面と、水平多関節型ロボットの先端に取り付けられる位置決め治具とであればよく、ベースに高剛性の重い治具を取り付ける必要がないため、治具を安価に、かつ、軽くすることできる。

上記態様においては、前記設置面と前記基準面とが互いに直交する３つの平面であってもよい。
このようにすることで、水平多関節型ロボットに取り付けられた位置決め治具における１つの位置決め面が設置面に接した後に、水平方向に移動させて残り２つの位置決め面を２つの基準面に合わせればよいので、水平多関節型ロボットの原点の校正をより簡単に行うことができる。

上記態様においては、前記ベースに、前記基準面が形成されてもよい。
このようにすることで、水平多関節型ロボットの一部であるベースに、原点の校正のために使用される基準面が直接形成されているので、基準面が水平多関節型ロボット以外の部分に形成された場合と比較して、水平多関節型ロボットにおける原点の校正の精度がより高くなる。

また、本発明の他の態様では、水平多関節型ロボットのベースを設置面に設置する設置ステップと、前記水平多関節型ロボットの先端に位置決め治具を取り付ける取り付けステップと、前記水平多関節型ロボットの制動機能を解除する制動解除ステップと、前記設置面および前記ベースに設けられ前記設置面に交差しかつ互いに交差する２方向を規定する基準面のそれぞれに、前記位置決め治具に形成された３方向の位置決め面を押し付ける位置決めステップとを含む水平多関節型ロボットの校正方法を提供する。

本態様によれば、水平多関節型ロボットがベースを介して設置面に固定され、水平多関節型ロボットの先端に位置決め治具が取り付けられて、水平多関節型ロボットの制動機能が解除された後に、位置決め治具の３方向を規定する位置決め面が、設置面および基準面のそれぞれに押し付けられる。

このようにすることで、水平多関節型ロボットが設置される設置面の剛性が高いため、水平多関節型ロボットが制動解除された状態で位置決め面が設置面に押し付けられた場合に、水平多関節型ロボットの自重によって設置面が撓まない。そのため、水平多関節型ロボットの先端に取り付けられた位置決め治具における３方向を規定する位置決め面が設置面および基準面のそれぞれに押し付けられたときに、設置面および基準面の位置がずれることがなく、水平多関節型ロボットにおける原点の校正の精度を向上させることができる。また、原点の校正に用いられる治具は、加工された設置面およびベースに設けられる基準面と、水平多関節型ロボットの先端に取り付けられる位置決め治具とであればよく、ベースに高剛性の重い治具を取り付ける必要がないため、治具を安価に、かつ、軽くすることできる。

本発明によれば、軽量かつ安価で、水平多関節型ロボットを校正できる技術を提供する。

本実施形態に係る水平多関節型ロボットの校正システムの斜視図である。 校正システムの一部である位置決め治具の斜視図である。 水平多関節型ロボットの校正方法のフローチャートである。 校正時の水平多関節型ロボットの校正システムの斜視図である。 校正時の水平多関節型ロボットの校正システムの下面図である。

本発明の実施形態に係る水平多関節型ロボットの校正システムついて、図面を参照しながら以下に説明する。
図１は、本実施形態に係る水平多関節型ロボット１の校正システム１０を示す概略図である。図１に示すように、水平多関節型ロボット（以下、単に「ロボット」ともいう）１の校正システム１０は、ロボット１のベース２に形成された第１基準面２ｂおよび第２基準面２ｃと、ロボット１のベース２が設置される設置面３０と、ロボット１における第２アーム５の先端５ａに取り付けられる平板状の位置決め治具２０とを備えている。ロボット１は、ベース２と、鉛直な第１軸Ｊ１回りにベース２に対して回転可能に支持された旋回胴３と、鉛直な第２軸Ｊ２回りに旋回胴３に対して回転可能に支持された第１アーム４と、鉛直方向に平行な第３軸Ｊ３に沿って第１アーム４に対して上下に移動可能であると共に第４軸Ｊ４回りに回転可能な第２アーム５とを備えている。

ロボット１における４個の軸Ｊ１〜Ｊ４のそれぞれは、図示しない４つのモータの回転軸の回転により駆動している。それぞれのモータには、モータの回転角度を検出する図示しないエンコーダが備えられている。ロボット１は、エンコーダによって検出されたそれぞれのモータの回転角度を用いて、それぞれのモータのフィードバック制御を行う制御装置６を備えている。

ロボット１は、ベース２の底面側に位置する板部２ａがボルトによって設置面３０に固定されている。図１に示すように、ベース２の板部２ａにおける角には、設置面３０に直交するように形成された第１基準面（基準面）２ｂおよび第２基準面（基準面）２ｃが形成されている。第１基準面２ｂと第２基準面２ｃとは、互いに直交し、一定以上の平面度を有するように加工された平面である。本実施形態の設置面３０は、ロボット１が重いため、高い剛性を有するように形成されている。また、設置面３０は、一定以上の平面度を有するように加工されている。

ロボット１の第２アーム５の先端５ａには、ボルトにより位置決め治具２０が取り付けられている。位置決め治具２０は、ロボット１の原点を校正するために用いられる治具である。図２に示すように、位置決め治具２０は、矩形状の平板形状から、一部の直方体状の形状が切り取られた形状を有している。位置決め治具２０には、厚さ方向に貫通する４つのボルト挿入孔２３と、切り取られた形状の一方の側面である第１側面（位置決め面）２１と、切り取られた形状のもう一方の側面である第２側面（位置決め面）２２と、ロボット１の先端５ａに取り付けられたときに下側を向く底面（位置決め面）２４とが形成されている。第１側面２１と第２側面２２と底面２４とは、互いに直交する平面であり、一定以上の平面度を有するように加工されている。

以下では、図３に示すロボット１の校正方法のフローチャートに沿って、ロボット１の原点を校正する処理について説明する。図３に示す校正方法では、初めに、設置面３０にロボット１を設置する設置ステップを実行する（ステップＳ１）。設置面３０に設置されたロボット１のベース２が、ボルトにより設置面３０に固定される。次に、設置面３０に設置されたロボット１における第２アーム５の先端５ａに、位置決め治具２０を取り付ける取り付けステップを実行する（ステップＳ２）。位置決め治具２０の４つのボルト挿入孔２３に挿入されたボルトが、第２アーム５の先端５ａに形成されたボルト孔に締結されることにより、位置決め治具２０がロボット１の先端５ａに取り付けられる。

次に、制御装置６によりロボット１の各軸Ｊ１〜Ｊ４を駆動させるモータの制動機能を解除する制動解除ステップを実行する（ステップＳ３）。制動機能が解除されると、作業者が手動により位置決め治具２０が取り付けられたロボット１の先端５ａを動かすことができる。次に、位置決め治具２０における第１側面２１と第２側面２２と底面２４とのそれぞれが、設置面３０と、ロボット１のベース２における第１基準面２ｂおよび第２基準面２ｃとのそれぞれに押し付けられる位置決めステップが実行される（ステップＳ４）。

図４および図５には、位置決めステップの処理が実行されたときのベース２および設置面３０と、位置決め治具２０との位置関係が示されている。図４に示すように、押し付けられた位置決め治具２０の底面２４は、設置面３０に接している。また、図５に示すように、位置決め治具２０における第１側面２１が、ロボット１のベース２における第１基準面２ｂに接し、位置決め治具２０における第２側面２２が、ベース２における第２基準面２ｃに接している。

図３の位置決めステップの処理が実行されると、制御装置６によるロボット１の原点の校正が実行される（ステップＳ５）。ステップＳ５の処理では、位置決め治具２０が設置面３０およびベース２に押し付けられて、位置決め治具２０が動かない状態のロボット１における先端５ａの位置が、ロボット１の原点に対して所定の角度位置に定められた校正位置として設定される。これにより、ロボット１の原点が校正され、ロボット１の校正方法は終了する。

このように本実施形態に係るロボット１の校正システム１０によれば、設置面３０に設置されたロボット１の先端５ａに位置決め治具２０が取り付けられる。ロボット１の制動機能が解除された状態で、位置決め治具２０における底面２４と、第１側面２１および第２側面２２とのそれぞれが、設置面３０と、ロボット１のベース２における第１基準面２ｂおよび第２基準面２ｃとのそれぞれに押し付けられることで、ロボット１の原点が校正される。

本実施形態のロボット１の原点の校正では、重力方向に沿った方向を規定するための基準面の１つとして、ロボット１が設置される設置面３０を利用している。設置面３０は、自重の重いロボット１が設置されるため、高い剛性を有するように形成されている。そのため、ロボット１の制動機能が解除されて、ロボット１の先端５ａが自由に動く状態で、先端５ａに取り付けられた位置決め治具２０の底面２４が設置面３０に押し付けられても、設置面３０が撓むことはなく、設置面３０に対する先端５ａの位置が変動することがない。したがって、設置面３０と、ロボット１のベース２に形成された第１基準面２ｂおよび第２基準面２ｃと、位置決め治具２０とを有する本実施形態のロボット１の校正システム１０によれば、より精度の高いロボット１の原点の校正が実行される。また、ロボット１の原点を校正するために、位置決め治具２０に接するための設置面３０の代わりとしての高剛性の別部品を用意する必要がないため、安価で軽量な校正用の治具を提供できる。

上記実施形態では、ロボット１の校正システム１０の一例について説明したが、ロボット１の校正システム１０については、種々変形可能である。例えば、ロボット１の原点を校正するための位置決め治具２０における第１側面２１および第２側面２２と、ロボット１のベース２に形成された第１基準面２ｂおよび第２基準面２ｃとの形状については、互いに接する２つの直交する平面の代わりに、設置面３０とは異なる交差する２つの平面であってもよい。具体的には、例えば、位置決め治具２０における第１側面２１と、ベース２における第１基準面２ｂとが、設置面３０に対して互いに４５度傾いていて接する平面であってもよい。

また、ロボット１の一部であるベース２に直接形成された基準面２ｂおよび基準面２ｃの代わりに、設置面３０およびベース２に対して位置が固定されるベース治具に、設置面３０に交差し、かつ互いに交差する２つの基準面が形成されてもよい。制動機能が解除されたロボット１の自重が設置面３０によって受けられるため、ベース治具は高い剛性を有する必要がなく、ベース治具を安価にかつ小型化できる。

また、３軸で定義される座標系におけるロボット１の原点を校正するために、ベース２に形成された基準面２ｂおよび基準面２ｃの代わりに、設置面３０に直交する第１軸Ｊ１に交差し、かつ互いに交差する２つの軸を規定するための曲面がベース２の側面に形成され、位置決め治具２０が設置面３０および当該曲面に同時に接する底面２４および曲面を有していてもよい。この場合に、ロボット１の先端５ａに取り付けられた位置決め治具２０における底面２４が設置面３０に押し付けられることで、高さ方向の基準点が定義され、位置決め治具２０に形成された曲面の側面が、ベース２に形成された曲面に押し付けられることで、高さ方向の基準点を含む平面での原点を定めることができる。このように、位置決め面が設置面３０および基準面に押し付けられたときに、互いに交差する３方向に平行な軸を規定できる設置面および基準面と位置決め面とであればよい。なお、互いに交差する３方向は、互いに直交する３方向でなくてもよく、互いが異なる３方向であればよい。

１ 水平多関節型ロボット
２ ベース
２ｂ 第１基準面（基準面）
２ｃ 第２基準面（基準面）
５ａ 水平多関節型ロボットの先端
１０ 校正システム
２１ 位置決め治具の第１側面（位置決め面）
２２ 位置決め治具の第２側面（位置決め面）
２４ 位置決め治具の底面（位置決め面）
Ｓ１ 設置ステップ
Ｓ２ 取り付けステップ
Ｓ３ 制動解除ステップ
Ｓ４ 位置決めステップ

Claims (4)

1. 水平多関節型ロボットのベースが設置される設置面と、
   前記ベースに設けられ前記設置面に交差し、かつ互いに交差する２方向を規定する基準面と、
   前記水平多関節型ロボットの先端に取り付けられて、前記設置面と前記基準面とのそれぞれに同時に接する３方向の位置決め面を有する位置決め治具とを備える水平多関節型ロボットの校正システム。
2. 前記設置面と前記基準面とが互いに直交する３つの平面である請求項１に記載の水平多関節型ロボットの校正システム。
3. 前記ベースに、前記基準面が形成されている請求項１または請求項２に記載の水平多関節型ロボットの校正システム。
4. 水平多関節型ロボットのベースを設置面に設置する設置ステップと、
   前記水平多関節型ロボットの先端に位置決め治具を取り付ける取り付けステップと、
   前記水平多関節型ロボットの制動機能を解除する制動解除ステップと、
   前記設置面および前記ベースに設けられ前記設置面に交差しかつ互いに交差する２方向を規定する基準面のそれぞれに、前記位置決め治具に形成された３方向の位置決め面を押し付ける位置決めステップとを含む水平多関節型ロボットの校正方法。
   

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