JPH01246090A - スイング式機械の初期位置設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は例えばロボットや三次元測定装置などのスイン
グ式機械の初期位置設定方法に関する。

（従来の技術） 従来、スイング式機械としては例えばロボットなどが知
られている。そのロボットは２つの回転軸と２つのアー
ムを有してＸ、Ｙ軸方向に自由自在に移動し得るように
なっている。

そのスイング式のロボットにおいてロボットの先端部に
備えた工具把持部を移動させる際に基準位置を初期位置
に設定しなければならない、その初期位置設定方法は多
点を計測しパラメータを設定するものであった。

（発明が解決しようとする課題） ところが、前述した初期位置設定方法では、工具把持部
の基準位置を多点計測すると共に、多点による計測位置
データをもとにして各計測位置間の距離を求めて初期位
置の設定を行なっている。

そのため多点計測による測定時間と距離を求める式の複
雑さによる算出時間が大変長くかかって初期位置設定ま
でに相当の時間と大変面倒をかけていた。

本発明の目的は、上記問題点を改善するため、２点によ
る計測と簡単な算出法に基づき初期位置設定までの時間
を短縮すると共に初期位置の設定を容易にしたスイング
式機械の初期位置設定方法を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するために、ベース上に支承さ
れた回転自在な第１回転軸に第１アームを取付けると共
に、第１アームに支承された回転自在な第２回転軸に第
２アームを取付け、その第２アームの先端部に工具把持
部を備えてなるスイング式機械の初期位置設定方法にし
て、前記第２アームの先端部付近の基準位置と前記第１
回転軸とを結んだ直線Ｃの一方側に第２回転軸が位置す
べく前記基準位置を予め設定した設定位置に位置決めし
て第１回転軸を仮想原点として仮想Ｘ軸に対する第１ア
ームのなす角α１と第２回転軸を仮想原点としてその仮
想基準線Ｘ１に対する第２アームのなす角β１を求め、
次いで前記直線Ｃの他方側の対称位置に第２回転軸が位
置すべく郡動した後に前記基準位置を再度前記設定位置
に位置決めし、前記第２回転軸の移動に伴う仮想基準線
Ｘ１の移動位置に対する第２アームのなす角β２を求め
、求めた前記各角β１．β２により第１アームに対する
第２回転軸の仮想基準線Ｘ１のなす角β０を求めること
により前記基準位置の初期位置を設定することを特徴と
するスイング式機械の初期位置設定方法である。

（作用） 本発明のスイング式機械の初期位置設定方法を採用する
ことにより、第２アームの先端部付近の基準位置と第１
回転軸とを結んだ直線Ｃの一方側に第２回転軸が位置す
べく前記基準位置を予め設定した設定位置に位置決めし
て第１回転軸を仮想原点として仮想Ｘ軸に対する第１ア
ームのなす角α１と、第２回転軸を仮想原点としてその
仮想基準線Ｘ電に対する第２アームのなす角３重を求め
る６次に前記直線Ｃの他方側に第２回転軸が位置すべく
移動した後に前記基準位置を再度前記設定位置に位置決
めし、前記第２回転軸の移動に伴なう仮想基準線Ｘ１の
移動位置に対する第２アームのなす角β２を求め、求め
た前記各角β１．β２により第１アームに対する第２回
転軸の仮想基準線ＸＩのなす角β０を求めることにより
前記基準位置の初期位置が設定される。

而して、求めた角α１．β１．β２およびβ０をもとに
して第１回転軸を仮想原点とした基準位置のＸ、Ｙ軸の
座標位置が求められ、その基準位置の初期位置の座標が
設定される。したがって、基準位置の初期位置設定が２
回による計測で求められるから、従来に比べて初期位置
設定の時間が短縮され容易に設定される。

〈実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

スイング式機械として例えばロボットや三次元測定装置
などがあるが、本実施例においてはスイング式の三次元
測定装置について説明する。

第１図および第２図を参照するに、スイング式三次元測
定装置１における定盤３上の一隅第２図において右」１
隅には、ベース５が立設されている。

そのベース５上の一端には回転自在な第１回転軸７が支
承されている。その第１回転軸７の上部には第１回転軸
７の回転を検出する第１エンコーダ９が設けられている
。

前記第１回転軸７には第１アーム１１が取付けられてお
り、その第１アーム１１の先端には回転自在な第２回転
軸１３が支承されている。その第２回転軸１３の下部に
は第２回転軸１３の回転を検出する第２エンコーダ１５
が設けられている。

前記第２回転軸１３の先端には第２アーム１７が取付け
られており、その第２アーム１７の先端部には上下動自
在なＺ軸コラム１９が支承されている。その２軸コラム
１９が上下方向へ移動する長さを検出するリニアスゲー
ルが前記第２アーム１７の上下方向へ延伸して取付けら
れている。

前記Ｚ軸コラム１９の下部には工具把持部２１が設けら
れており、その工具把持部２１には着脱自在な測定プロ
ーブ２３が取付けられている。その測定プローブ２３の
中心が基準位置である。

前記第１アーム１１上には後方第１図において右側へ向
けてカウンタバランス２５が設けられ、第１アーム１１
のバランス調整が行なわれているから第１アーム１１が
スムーズに回転移動し得るようになっている。

上記構成により、定盤３上にワークを載置してワークの
各測定点を測定する際に、作業者が測定プローブ２３の
上部を手で持ち動かすことにより、第１アーム１１がベ
ース５に対して水平方向に回転すると共に、第２アーム
１７が第１アーム１１に対して水平方向に回転する。ま
た、２軸コラム１９が第２アーム１７に対して上下方向
へ移動する。その結果、測定プローブ２３がＸ、Ｙおよ
びＺ軸方向に移動されてワークの各測定点の計測が行な
われることになる。

したがって、測定プローブ２３の移動がＸ、ＹおよびＺ
軸方向へ極めてスムーズに行なわれて作業性が向上する
。また、設置面積が小さくて測定範囲を大きくとること
ができる。

前記スイング式三次元測定装置１において作業者が測定
１０−ブ２３の上部を手に持ち測定作業を開始する際に
は、測定プローブ２３の初期位置設定を行なう必要があ
る。

すなわち、第３図において、第１回転軸７の位置を仮想
原点として仮想のＸ、Ｙ座標軸を取る。

その第１回転軸７と測定プローブ２３とを結んだ直線を
Ｃとし、第２回転軸１３を直線Ｃの一方側例えば第３図
において直線Ｃの下側に位置すべく測定プローブ２３（
基準位置）を定盤３上に正確な距離りの間隔を保持した
穴Ｈ１＋　Ｈ２を備えてなる固定治具２７の穴Ｈ１でも
って予め設定した設定位置に位置決め固定する。なお、
固定治具２７は例えば環境温度によって変化しないセラ
ミックなどで構成されている。

その結果、仮想Ｘ軸に対する第１アーム１１のなす角α
盲が第１エンコーダ９で求められる。また、第２回転軸
１３を仮想原点とした仮想基準線ＸＩに対する第２アー
ム１７のなす角β１が第２エンコーダ１５で求められる
。さらに、第１アーム１１．第２アーム１７のそれぞれ
の長さを予めＡ、Ｂと決めておくと共に、第１アーム１
１を延長した延長線に対する第２回転軸１３を仮想原点
として仮想基準線Ｘｌのなす角をβ０とすれば、測定プ
ローブ２３のＸ、Ｙ座標における座標位置（Ｘ＊、／＋
）は次式の如く表わされる。

Ｘ　１　’＝ＡＣＯ３ａ　１　＋　ＢｅＯ２（ａ　Ｈ＋
β１＋β０）Ｖ　Ｉ＝ＡＳｉｎ　ａｔ　＋Ｂ５１ｎ　　
（ａｌ　＋β１＋β０）・・・０） 上記（１）式において、Ａ、Ｂ、α１およびβ１は予め
設定ないし設定されて判っているから、β０が定まれば
、ｘ、ｙの値が求められる。

測定プローブ２３を固定治具２７の穴Ｈ１から取外しな
後、前記第２回転軸１３が前記直線Ｃの他方側例えば第
３図において直線Ｃの上側の対称位置に位置すべく動か
す、第２回転軸１３が直線Ｃの上側に位置せしめた状態
で測定プローブ２３を再度設定された設定位置の固定治
具２７の穴Ｈ１に位置決め固定する。この状態が第３図
において２点鎖線で示した状態である。

すなわち、第１アーム１１が実線の位置から２点鎖線の
位置まで回転移動する。而して、仮想Ｘ軸に対する２点
鎖線で示した第１アーム１１のなす角α２は第１エンコ
ーダ９により検出される。

また第２アーム１７は実線の位置から２点項線の位置ま
で回転移動する。而して、第２回転軸１３の仮想原点の
仮想基準線ＸＩの移動した位置に対する２点鎖線で示し
た第２アーム１７のなす角β２は第２エンコーダ１５に
より検出される。

また、第３図に示された四辺形は平行四辺形となるため
、実線で示した第１アーム１１の延長線に対する実線で
示した第２アーム１７のなす角は、２点鎖線で示した第
１アーム１１の延長線に対する２点鎖線で示した第２ア
ーム１７のなす角に等しい。

ずなわち、β１＋β０＝β２−β０が成立する。

したがって、β０−一（β１−β２）／２・・・（２）
となる。

この（２）式により求められたβ０の値を（１）式に代
入することによって、測定プローブ２３の初期位置が設
定されることになる。なお、Ｚ軸方向における測定プロ
ーブ２３の移動はＺ軸コラム１９の移動を第２アーム１
７の上下方向に延伸して設けられたリニアスケールで検
出することにより行なわれる。

而して、この測定グローブ２３の初期位置設定をもとに
して定盤３上に載置された各種ワークの測定が行なわれ
ることになる。

したがって、測定グローブ２３の初期位置設定は測定プ
ローブ２３を２回動かすことによって行なわれるために
初期位置設定までの時間が短縮されると共に、初期位置
設定を容易に行なうことかできる。

次に、第１アーム１１．第２アーム１７の長さＡ、Ｂは
機械毎に変っており、また測定する場所の環境例えば環
境温度によって変化しているため各測定を開始する際に
は、この第１アーム１１゜第２アーム１７の長さＡ、Ｂ
を予め確認する必要がある。

まず、測定プローブ２３の初期位置を設定した時点で、
実線で示した測定プローブ２３の位置と２点鎖線で示し
た測定プローブ２３の位置とは同じであるから、下記の
式が成立する。

Ａ　ＣＯ３α、　＋ＢＣＯ３（α１＋β１＋β０）＝　
Ａ　ＣＯ３α２＋ＢＣＯ３（α２＋β２十β０）上式よ
り、Ａ、Ｂの比を求めると、 Ａ（ｃｏｓα、−ｃｏｓα２　）　＝Ｂ　［ｃｏｓ　（
α２モβ２−β０）−ＣＯ３（α１＋β１＋βｏ）］と
なり、さらに整理すると、 となる。

次に、第１アーム１１．第２アーム１７の長さの確認と
しては、第３図に示した固定治具２７の穴Ｈ２の位７Ｄ
に測定プローブ２３を移動することによって、仮想Ｘ軸
に対する点線で示した第１アーム１１とのなす角α３は
第１エンコーダ９によって検出される。また第２回転軸
１３を仮想原点とした仮想基準線Ｘ１に対する点線で示
した第２アーム１７とのなす角β３は第２エンコーダ１
５により検出される。

而して、座標（Ｘｌ、Ｖ＋）の値は上述した（１）式よ
り、 Ｘ　ｌ　＝ＡＣＯ８α１　＋Ｂｃｏｓ　　（α１＋ε１
）ｙ　１＝Ａｓｉｎ　ａｌ　＋Ｂｓ１ｎ　（（２１＋ε
＋　）　＝４４）となる。（Ｅ　Ｌ、ε１＝β１十β０ また、座標（Ａ２．Ｖ２）の値は、 Ｘ　２　＝Ａｃｏｓ　ａ３　＋Ｂｃｏｓ　（（２３＋ε
２　）Ｖ　２　＝ＡＳｌｎ　（２３；　Ｂｓ１ｎ　　（
ａ３−１−ε２　　）　−（５）となる。ｆ旦し、ε２
＝β３＋β０ 座標（Ｘｌ、Ｖ＋）と座標（Ａ２．Ｙ２）との距離はし
てあるから、 （Ａ２　　Ｘｌ）２＋（Ｖｚ　　Ｙ２）２：Ｌ２・・・
（６） が成立する。

上式（６）に式（４）　、　（５）で求めたＸｌ、ｙｌ
、Ａ２゜ｙ２の値を代入し整理すると、 ａ　Ａ２　＋ｂ　Ｂ２　＋ＣＡＢ＝Ｌ２　　　　−（７
）となる。

ここで、式（３）より、Ａ＝に−Ｂとなり、この値を上
式（７）に代入すると、 ａ　Ｋ２　Ｂ２　＋ｂ　Ｂ２　＋ｃ　ＫＢ２　＝Ｌ２　
となるから Ｂ　＝　Ｉ＝／（丁］Ｃ「１１−［で玉−Ａ＝に−Ｌ／
　　　ａＫ　　　　＋　　　　＋ＣＫ　　　　　　　　
　　・　（８）となる。

但し、ａ、ｂおよびＣは（２１、（Ａ３　、　εｌ　、
　ε３を含んだ三角関数の式となり、定数である。

而して、第１アーム１１、第２アーム１７の長さＡ、Ｂ
が測定プローブ２３を３回動かすことによって簡単かつ
容易に測定できるので、ワークの各測定点の測定を開始
する前に確認される。したがって、スイング式三次元測
定装置１を常に恒温室に設置しておくことなく、例えば
環境温度が変化する場所に設置しても、測定前にその都
度第１アーム１１．第２アーム１７の長さＡ、Ｂを正確
かつ迅速にチエツク確認することによって、正確な測定
データを得ることができる。

なお、本発明は前述した実施例に限定されることなく、
適宜の変更を行なうことによって、その他の態様で実施
し得るものである。例えば本実施例ではスイング式三次
元測定装置を例に取って説明したが、スイング式ロボッ
トやその池のスイング式機械にも適応可能である。

［発明の効果］ 以上のごとき実施例の説明より理解されるように、本発
明によれば、特許請求の範囲に記載されたとおりの構成
であるから、第２アームの先端部付近の基準位置と第１
回転軸とを結んだ直線Ｃの一方側に第２回転軸が位置す
べく前記基準位置を予め設定した設定位置に位置決めす
ると共に、次いで前記直線Ｃの他方側の対称位置に第２
回転軸が位置すべく前記基準位置を前記設定位置に位ｉ
ケ決めすることによって基準位置の初期位置設定が２回
による計測で求められるから、従来に比べて初期位置設
定の時間が短縮されると共に容易に設定することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した一実施例のスイング式三次元
測定装置の正面図、第２図は第１図における平面図であ
る。 第３図は基準位置の初期位置を設定するための説明図で
ある。 １・・・スイング式三次元測定装置 ３・・・定磐　　　　　　　５・・・ベース７・・・第
１回転軸　　　１１・・・第１アーム１３・・・第３回
転軸　　　１７・・・第２アーム２１・・・工具把持部 ２３・・・測定プローブ（基準位置） 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ベース上に支承された回転自在な第１回転軸に第１アー
   ムを取付けると共に、第１アームに支承された回転自在
   な第２回転軸に第２アームを取付け、その第２アームの
   先端部に工具把持部を備えてなるスイング式機械の初期
   位置設定方法にして、前記第２アームの先端部付近の基
   準位置と前記第１回転軸とを結んだ直線Ｃの一方側に第
   ２回転軸が位置すべく前記基準位置を予め設定した設定
   位置に位置決めして第１回転軸を仮想原点として仮想Ｘ
   軸に対する第１アームのなす角α＿１と第２回転軸を仮
   想原点としてその仮想基準線Ｘ＿１に対する第２アーム
   のなす角β＿１を求め、次いで前記直線Ｃの他方側の対
   称位置に第２回転軸が位置すべく移動した後に前記基準
   位置を再度前記設定位置に位置決めし、前記第２回転軸
   の移動に伴う仮想基準線Ｘ＿１の移動位置に対する第２
   アームのなす角β＿２を求め、求めた前記各角β＿１、
   β＿２により第１アームに対する第２回転軸の仮想基準
   線Ｘ＿１のなす角β＿０を求めることにより前記基準位
   置の初期位置を設定することを特徴とするスイング式機
   械の初期位置設定方法。