JP7410189B2 - ロボットのキャリブレーション装置 - Google Patents

Description

本開示は、ロボットのキャリブレーション装置に関するものである。

垂直６軸多関節型ロボットのキャリブレーション装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このキャリブレーション装置は、相互に直交する３平面を備える治具と、ロボットの固定ベースに設定されている直交空間座標系における基準面との間で治具の３平面がなす姿勢を検出する検出手段とを備えている。このキャリブレーション装置によれば、垂直６軸多関節型ロボットの全軸について一度に較正することができる。

特公平４－４６７１４号公報

特許文献１のキャリブレーション装置は、６軸よりも少ない軸数のロボットの各軸を較正することができない。したがって、６軸よりも少ない軸数のロボットの各軸を較正することができるキャリブレーション装置が望まれている。

本開示の一態様は、ベースに対してスライダを一の直線に沿って移動させる直動軸と、該直動軸のスライダに対して回転軸線回りに回転可能に支持された先端軸とを備えるロボットのキャリブレーション装置であって、前記先端軸に固定された単一の第１較正治具と、前記ベースに固定された第２較正治具とを備え、前記第１較正治具が、前記回転軸線を含む平面または該平面に平行な平面からなる第１較正面と、前記回転軸線回りに前記第１較正治具のみが回転しても変動しない第２較正面とを備え、該第２較正治具が、前記第１較正治具を前記回転軸線回りに回転させたときの前記第１較正面の位置および前記第１較正治具を前記直線に沿って移動させたときの前記第２較正面の位置を検出するロボットのキャリブレーション装置である。

本開示の一実施形態に係るロボットのキャリブレーション装置を示す斜視図である。 図１のキャリブレーション装置をロボットに装着した状態を示す斜視図である。 図１のキャリブレーション装置をロボットの較正位置に配置した状態を示す斜視図である。 図１のキャリブレーション装置をロボットに装着した状態を示す側面図である。 図１のキャリブレーション装置を装着したロボットのスライダを作動させて第１ダイヤルゲージを第２較正面に接触させた状態を示す側面図である。 図５の状態から第１ダイヤルゲージを第１較正面上に移動させ、直動軸を較正した状態を示す側面図である。 図６の状態から第１較正治具を回転軸線回りに回転させて先端軸を較正した状態を示す側面図である。 図１のキャリブレーション装置の変形例を示す斜視図である。 図１のキャリブレーション装置の他の変形例を示す斜視図である。

本開示の一実施形態に係るロボットのキャリブレーション装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るキャリブレーション装置１を適用するロボット１００は、例えば、図１に示されるように、１つの直動軸１０１と、１つの先端軸１０２とを備える２軸のロボットである。

このロボット１００は、例えば、図４に示されるように、６軸多関節型ロボットの手首先端面１１０に直動軸１０１を固定することによりツールとして使用される。本実施形態の説明において、６軸多関節型ロボットの手首先端面１１０の法線方向をＺ軸、Ｚ軸に直交する方向をＸ軸、Ｘ軸およびＺ軸に直交する方向をＹ軸とする。図１において、ハッチングによって示した位置が、６軸多関節型ロボットの手首先端面１１０への装着位置である。

直動軸１０１は、６軸多関節型ロボットの手首先端面１１０に固定されるベース１０３と、ベース１０３に対してＸ（一の直線）方向に移動可能に支持されるスライダ１０４とを備えている。ベース１０３内部には、スライダ１０４を駆動する直動機構（図示略）が内蔵されている。

先端軸１０２は、例えば、スライダ１０４に対して回転軸線Ａ回りに回転可能に支持された先端可動部１０５を備えている。スライダ１０４内には、先端可動部１０５を回転駆動する回転機構（図示略）が内蔵されている。回転軸線Ａは、Ｙ軸方向に延びている。すなわち、回転軸線Ａは、スライダ１０４の移動方向であるＸ軸に直交する平面に沿う方向に延びている。

本実施形態に係るキャリブレーション装置１は、図１および図２に示されるように、先端可動部１０５に固定される第１較正治具２とベース１０３に固定される第２較正治具３とを備えている。
第１較正治具２は、図１に示されるように、回転軸線Ａに平行な平面からなる第１較正面４と、回転軸線Ａ回りに略半周にわたって延びる円筒面からなる第２較正面５とを備えている。

第１較正面４は第２較正面５の接線方向に延び、第２較正面５に滑らかに接続している。
これにより、先端可動部１０５の作動によって第１較正治具２が回転軸線Ａ回りに回転させられることにより、第１較正面４がＸ軸方向に延びる位置に配置された状態において、第２較正面５が第１較正面４のＸ軸方向の端部に隣接する傾斜面としても機能する。
第２較正面５は、回転軸線Ａ回りの円筒面によって構成されているので、第１較正治具２を回転軸線Ａ回りに回転させても変動しない面となっている。

第２較正治具３は、図１および図２に示されるように、ベース１０３の取付部に、例えば、図示しないネジ等により着脱可能に固定されるブラケット６と、ブラケット６に固定される２つのダイヤルゲージ（第１検出器、第２検出器）７，８とを備えている。ブラケット６は、ベース１０３に精度よく位置決めされた状態に固定される。２つのダイヤルゲージ７，８は、ブラケット６に対してプランジャ９，１０の先端位置を精度よく位置決めされた状態にそれぞれ固定される。

第２ダイヤルゲージ８は、図４に示されるように、回転軸線Ａを含むＸＹ平面内においてＸ軸方向にプランジャ１０を出没させる位置に固定されている。さらに具体的には、第２ダイヤルゲージ８は、直動軸１０１を作動させてスライダ１０４を所定の較正位置、例えば、直動軸１０１の原点位置に配置した状態で、所定の値、例えば、±０．０を示す位置に固定されている。

第１ダイヤルゲージ７は第２ダイヤルゲージ８よりも直動軸１０１の原点位置から離れた位置に配置される。第１ダイヤルゲージ７は、図３に示されるように、先端軸１０２を作動させて第１較正治具２の第１較正面４がＸＹ平面に平行に配置された状態で、所定の値、例えば、±０．０を示す位置に固定されている。図３においては、明確化のためにブラケット６の図示を省略している。

このように構成された本実施形態に係るロボットのキャリブレーション装置１を用いて直動軸１０１および先端軸１０２を較正する場合について説明する。
まず、直動軸１０１および先端軸１０２の両方を同時に較正するには、図５に示されるように、先端軸１０２のみを作動させて第１較正面４をＸＹ平面に対して略平行に配置する。この時点では厳密に平行でなくてもよい。次いで、直動軸１０１のみを作動させて、スライダ１０４を、図５に矢印で示される方向に移動させていく。

スライダ１０４を直動軸１０１の較正位置近傍に近づけていくと、まず、図５に示されるように、第１較正治具２の第２較正面５に、第１ダイヤルゲージ７の先端が接触する。第２較正面５は円筒面により構成されているので、スライダ１０４が直動軸１０１の較正位置に近接するに従って、第１ダイヤルゲージ７のプランジャ９を縮める方向に押していく。第２較正面５は第１較正面４に滑らかに接続しているので、スライダ１０４を直動軸１０１の較正位置にさらに近接させると、第１ダイヤルゲージ７のプランジャ９の先端は、図６に示されるように、第２較正面５上から第１較正面４上に移動する。

第１較正面４はＸＹ平面に略平行に配置されているので、第１ダイヤルゲージ７のプランジャ９の先端が第１較正面４上に移動した後には、スライダ１０４のみが移動しても第２ダイヤルゲージ８の読みは大きく変動しない。
そして、スライダ１０４が直動軸１０１の較正位置近傍に配置されると、図６に示されるように、第２ダイヤルゲージ８の先端が第２較正面５に接触する。第２ダイヤルゲージ８のプランジャ１０の先端が回転軸線Ａを含むＸＹ平面上に配置されているので、第２ダイヤルゲージ８のプランジャ１０は、第２較正面５に面直に配置される。

この状態で、第２ダイヤルゲージ８の読みが所定の値（例えば、±０．０）となる位置までスライダ１０４を移動させることにより、直動軸１０１が較正される。
この後に、第１ダイヤルゲージ７の読みが所定の値（例えば、±０．０）となる位置まで図７に矢印で示されるように、先端可動部１０５を回転させることにより、先端軸１０２が較正される。

本実施形態に係るキャリブレーション装置１によれば、第２較正面５が回転軸線Ａ回りの円筒面により構成されているので、先端軸１０２のみを作動させて第１較正治具２を回転軸線Ａ回りに回転させても第２較正面５自体の位置は変動しない。したがって、先端軸１０２が較正されていない状態であっても、第２較正面５に第２ダイヤルゲージ８の先端を接触させて直動軸１０１を較正することができ、その後に、第１較正治具２を回転させて先端軸１０２を較正することができる。

なお、上記実施形態においては、まず、直動軸１０１を較正し、次いで、先端軸１０２を較正したが、逆でもよい。すなわち、直動軸１０１を作動させてスライダ１０４を直動軸１０１の較正位置近傍まで移動させた状態で、まず、第１較正治具２を回転軸線Ａ回りに回転させて第１較正面４をＸＹ平面に厳密に平行に配置する。これにより、先端軸１０２が較正される。次いで、第２ダイヤルゲージ８の読みが所定の値（例えば、±０．０）となる位置まで、スライダ１０４を移動させる。

これによっても、先端軸１０２および直動軸１０１の両方が較正される。この場合においても、第１較正面４が回転軸線Ａを含む平面に平行に設けられているので、先端軸１０２が較正された状態であれば、直動軸１０１のみを作動させて第１較正治具２をＸ軸方向に移動させても第１較正面４自体の位置は変動しない。したがって、直動軸１０１が較正されていない状態であっても先端軸１０２のみを較正することができ、その後に、直動軸１０１を較正することができる。

すなわち、本実施形態に係るキャリブレーション装置１によれば、直動軸１０１および先端軸１０２を同時に較正する場合のみならず、いずれか一方のみを較正することもできる。
特に、６軸多関節型ロボットの手首先端面１１０に取り付けるツールとして使用する場合に、周辺物体との接触等により１軸のみの保守が必要となる場合がある。このような場合に、保守が必要となった軸のみの較正を行うこともできる。

また、本実施形態においては、第２較正面５を構成する円筒面によって、第１ダイヤルゲージ７を第１較正面４に導く傾斜面を構成した。これに代えて、第１較正面４と第２較正面５との間に、両較正面に滑らかに接続する曲面あるいは平面からなる傾斜面を採用してもよい。

また、本実施形態においては、先端軸１０２としてＹ軸方向に延びる回転軸線Ａ回りに先端可動部１０５を回転させるものを例示した。これに代えて、Ｘ軸方向あるいはＺ軸方向に延びる回転軸線回りに先端可動部１０５を回転させる先端軸１０２を有するロボット１００に適用してもよい。

例えば、回転軸線ＡがＸ軸方向に延びる場合には、図８に示されるように、第１較正面４としては、第１較正治具２の上述と同様の平面を使用し、第２較正面５としては第１較正治具２のＸ軸に直交する平面を用いればよい。この場合においても、第２較正面５を第１較正治具２の回転軸線Ａ回りの回転のみによって変動しない面とすることができ、直動軸１０１および先端軸１０２を同時にあるいは個別に較正することができる。図中符号１１は、第１ダイヤルゲージ７を第１較正面４に導く傾斜面である。

また、本実施形態においては、単一の直動軸１０１と単一の先端軸１０２とを有するロボット１００に適用する場合について説明した。これに代えて、図９に示されるように、相互に直交する方向に各スライダ１１３，１１４を移動させることができる２つの直動軸１１１，１１２と先端軸１０２とを備えるロボット１００に適用してもよい。

この場合には、６軸多関節型ロボットの手首先端面１１０に固定される第１直動軸１１１に、図示しないブラケット６を位置決め状態に固定し、ブラケット６に位置決め状態に３つのダイヤルゲージ７，８，１３を固定する。
図９に示す例では、第１較正治具２には、回転軸線Ａを含む平面に平行な第１較正面４、回転軸線Ａ回りの円筒面からなる第２較正面５および回転軸線Ａに直交する第３較正面１２を備えている。

また、第１直動軸１１１は、ロボット１００の手首先端面１１０に固定される第１ベース１１５と、第１ベース１１５に対して第１直線に沿って移動可能に支持される第１スライダ１１３とを備えている。
第２直動軸１１２は、第１スライダ１１３に固定される第２ベース１１６と、第２ベース１１６に対して第１直線に直交する第２直線に沿って移動可能に支持される第２スライダ１１４とを備えている。先端軸１０２は、第２スライダ１１４に対して回転軸線Ａ回りに回転可能に支持された先端可動部１０５を備えている。

３つのダイヤルゲージ７，８，１３は、第１較正面４の位置を検出する第１ダイヤルゲージ７、第２較正面５の位置を検出する第２ダイヤルゲージ８および第３較正面１２の位置を検出する第３ダイヤルゲージ１３である。第１較正治具２は、第１ダイヤルゲージ７を第３較正面１２側から第１較正面４に乗り上げさせる傾斜面１１と、第３ダイヤルゲージ１３を第２較正面５側から第３較正面１２に乗り上げさせる傾斜面１４とを備えている。第１ダイヤルゲージ７を第２較正面５側から第１較正面４に乗り上げさせる傾斜面としては第２較正面５を構成する円筒面が用いられている。

第２較正面５および第３較正面１２は、第１較正面４を用いて先端軸１０２を較正する際に、第１較正治具２を回転軸線Ａ回りに回転させてもそれぞれ変動しない面により構成されている。
このキャリブレーション装置１を用いてロボット１００を較正するには、第１較正面４および第３較正面１２を概略較正された位置に配置して、第２直動軸１１２の第２スライダ１１４をＹ軸方向に移動させる。

これにより、第１ダイヤルゲージ７が第２較正面５の傾斜によって第１較正面４に乗り上げさせられ、第３ダイヤルゲージ１３が傾斜面１４によって第３較正面１２に乗り上げさせられる。そして、第２較正面５によって第２ダイヤルゲージ８のプランジャ１０が押され、第２ダイヤルゲージ８の読みが所定の値（例えば、±０．０）となった時点で、第２直動軸１１２が較正される。

次に、第１較正治具２を回転軸線Ａ回りに回転させ、第１較正面４がＸＹ平面に厳密に平行になった位置で、第１ダイヤルゲージ７の読みが所定の値（例えば、±０．０）となり、先端軸１０２が較正される。
さらに、第１直動軸１１１の第１スライダ１１３をＸ軸方向に移動させる。そして、第３較正面１２によって第３ダイヤルゲージ１３のプランジャ１５が押され、第３ダイヤルゲージ１３の読みが所定の値（例えば、±０．０）となった時点で、第１直動軸１１１が較正される。

このキャリブレーション装置１を用いることにより、２つの直動軸１１１，１１２と先端軸１０２とを有するロボット１００の３つの軸を同時に、あるいは、個別に較正することができるという利点がある。
また、本実施形態においては、検出手段としてダイヤルゲージ７，８，１３を用いたが、これに限定されるものではなく、他の任意の接触式あるいは非接触式の検出手段を用いてもよい。

また、ダイヤルゲージ７，８，１３の読みによって較正されたか否かを判断することは、作業者が行ってもよいし、ダイヤルゲージ７，８，１３から電気信号を出力させ、出力された電気信号に基づいてプロセッサにより判定することにしてもよい。

１ キャリブレーション装置
２ 第１較正治具
３ 第２較正治具
４ 第１較正面
５ 第２較正面
１１ 傾斜面
１２ 第３較正面
１００ ロボット
１０１ 直動軸
１０２ 先端軸
１０３ ベース
１０４ スライダ
１１１ 第１直動軸
１１２ 第２直動軸
１１３ 第１スライダ
１１４ 第２スライダ
１１５ 第１ベース
１１６ 第２ベース
Ａ 回転軸線

Claims (7)

1. ベースに対してスライダを一の直線に沿って移動させる直動軸と、該直動軸のスライダに対して回転軸線回りに回転可能に支持された先端軸とを備えるロボットのキャリブレーション装置であって、
   前記先端軸に固定された単一の第１較正治具と、
   前記ベースに固定された第２較正治具とを備え、
   前記第１較正治具が、前記回転軸線を含む平面または該平面に平行な平面からなる第１較正面と、前記回転軸線回りに前記第１較正治具のみが回転しても変動しない第２較正面とを備え、
   該第２較正治具が、前記第１較正治具を前記回転軸線回りに回転させたときの前記第１較正面の位置および前記第１較正治具を前記直線に沿って移動させたときの前記第２較正面の位置を検出するロボットのキャリブレーション装置。
2. 前記第２較正治具が、前記第１較正面の位置を検出する第１検出器を備え、
   該第１検出器により前記第１較正面が前記直線に平行に配置されたことが検出された場合に、前記先端軸が較正されたものと判定する請求項１に記載のロボットのキャリブレーション装置。
3. 前記第２較正治具が、前記第２較正面の位置を検出する第２検出器を備え、
   該第２検出器により前記第２較正面が所定位置に配置されたことが検出された場合に、前記直動軸が較正されたものと判定する請求項１または請求項２に記載のロボットのキャリブレーション装置。
4. 前記回転軸線が、前記直線に直交する平面内に配置され、
   前記第２較正面が、前記回転軸線回りの円筒面により構成されている請求項１から請求項３のいずれかに記載のロボットのキャリブレーション装置。
5. 前記回転軸線が、前記直線に直交する平面内に配置され、
   前記第２較正面が、前記回転軸線回りの円筒面により構成され、
   前記第２検出器が、前記回転軸線および前記直線を含む平面内において、前記第２較正面を検出する請求項３に記載のロボットのキャリブレーション装置。
6. 前記第１検出器がプランジャ形ゲージであり、
   前記第１較正面が前記直線方向に配置された状態で該第１較正面に前記直線方向に隣接する位置に、前記第１較正面に接続する傾斜面を備える請求項２に記載のロボットのキャリブレーション装置。
7. 第１ベースに対して第１スライダを第１直線に沿って移動させる第１直動軸と、前記第１スライダに固定された第２ベースに対して第２スライダを前記第１直線に直交する第２直線に沿って移動させる第２直動軸と、前記第２スライダに対して回転軸線回りに回転可能に支持された先端軸とを備えるロボットのキャリブレーション装置であって、
   前記先端軸に固定された単一の第１較正治具と、
   前記第１ベースに固定された第２較正治具とを備え、
   前記第１較正治具が、前記回転軸線を含む平面または該平面に平行な平面からなる第１較正面と、相互に直交し前記回転軸線回りに前記第１較正治具のみが回転しても変動しない第２較正面および第３較正面とを備え、
   該第２較正治具が、前記第１較正治具を前記回転軸線回りに回転させたときの前記第１較正面の位置、前記第１較正治具を前記第１直線に沿って移動させたときの前記第２較正面の位置および前記第１較正治具を前記第２直線に沿って移動させたときの前記第３較正面の位置をそれぞれ検出するロボットのキャリブレーション装置。
   

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