JPH04188305A - 移動台車付ロボットの位置決め方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、無軌道移動台車のように正確に位置決めがで
きない移動台車に搭載されたロボットの位置決め方法に
関するものである。

従来の技術 近年、半導体製造工場等で移動台車に搭載されたロボッ
トが使用されるようになってきた。

移動台車の中でも無軌道式のものが工場のＦＭＳ化に有
利である。しかしながら、無軌道式の移動台車は所定の
位置に正確に位置決めする事が困難である。このため、
この上に搭載されたロボットによってその位置誤差を補
償しなければならない。従来移動台車の位置誤差を検出
するため、カメラを用いた方法が取られていた。たとえ
ば第４図のようにロボット１１の先端にカメラ１５を取
り付け、作業台１０上に固定された発光ダイオード１６
を認識することにより、移動台車１２の位置誤差を検出
していた。また他に、カメラを天井に設は発光ダイオー
ドをロボットまたは移動台車に取り付ける方法もある。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記の方法では、カメラを用いているため
その信号処理回路、ロボットとの通信回路等、多くの部
品を必要とし、高価なシステムになる。また、移動台車
の停止点の数に応じ、基準となる発光ダイ“オードを設
けなければならず、部品点数が多くなるという問題点を
有していた。

本発明は上記問題点に鑑み、ロボットの先端に設けた距
離検出器によって安価にしかも高精度に位置検出を行い
、また任意の位置、方向に設定した平面によって容易に
基準を設定できるものである。

課題を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明の技術的な手段は
、ロボット先端に設けられた距離検出手段による基準距
離からの変位を移動台車の位置姿勢の変位に変換する過
程において、前記基準距離測定時のロボットの関節位置
から距離検出手段の位置姿勢を演算し記憶する過程を有
し、前記距離検出手段の位置姿勢により、移動台車の位
置姿勢の変位を基準平面との距離の変位に変換する変換
行列を演算し、前期変換行列の逆行列または疑似逆行列
を演算することにより、基準平面との距離の変位を移動
台車の位置姿勢の変位に変換する逆変換行列を演算し記
憶する過程、または前記距離検出手段の位置姿勢と、基
準距離からの変位に基づき、移動台車の位置姿勢の変位
を求める連立一次方程式を生成し、前記連立一次方程式
を解くことにより移動台車の位置姿勢の変位を求める過
程を有することを特徴とするものである。

また本発明の技術的な手段は、前記複数の基準平面との
基準距離を測定し記憶する過程において、一つの平面に
対して複数の点で距離を測定し、平面の方程式のパラメ
ータを求め、前記基準距離からの変位を移動台車の位置
姿勢の変位に変換する過程において、前記平面方程式の
パラメータに基づいて変換を行うことを特徴とするもの
である。

作　　　用 本発明は上記した構成により、ロボット先端に設けられ
た距離検出手段による基準距離からの変位を移動台車の
位置姿勢の変位に変換する過程において、前記基準距離
測定時のロボットの関節位置から距離検出手段の位置姿
勢を演算し記憶する過程を有しているため、ロボットの
作業教示時に距離検出手段を基準平面に対しである一定
の角度になるようにロボットを教示することにより、平
面の位置姿勢を演算により求めることができ、平面の設
定が容易である。また、前記基準距離測定時の距離検出
手段の位置姿勢と前記平面の位置姿勢により、各平面と
の距離の、移動台車の位置姿勢の変位に関する偏微分を
求めることにより、移動台車の位置姿勢の変位を各基準
平面との距離の変位に変換する変換行列を演算する。そ
して前期変換行列の逆行列または疑似逆行列を演算する
ことにより、各基準平面との距離の変位を移動台車の位
置姿勢の変位に変換する逆変換行列を演算する。このよ
うにして、各基準平面が任意の位置姿勢であっても移動
台車の位置姿勢の変位に変換するため、各基準平面を作
業のレイアウトに合わせ設定でき、平面は固定された装
置の壁面等を利用することにより、容易に設定できる。

また前記距離検出手段の位置姿勢と、基準距離からの変
位に基づき、移動台車の位置姿勢の変位を求める連立一
次方程式を生成し、前記連立一次方程式を解くことによ
り移動台車の位置姿勢の変位を求めることによっても同
様の目的を達成することができる。

また本発明では、複数の基準平面との基準距離を測定し
記憶する過程において、一つの平面に対して複数の点で
距離を測定し、測定時の距離検出手段の位置姿勢と平面
との距離により、平面上の複数の位置を求めることがで
き平面の方程式およびそのパラメ、−夕を決定できる。

これにより、各基準平面に対して距離検出手段の姿勢は
適当に設定すればよく、簡単な教示で高精度に平面方程
式のパラメータを得ることができる。

実施例 以下、本発明の第１の実施例の移動台車付ロボットの位
置決め方法を添付図面にもとづいて説明する。第１図に
おいて１は複数の関節を持ったロボットで、無軌道移動
台車２に搭載されている。３はロボット１の先端に取り
付けられた距離検出手段、４は基準平面である。無軌道
式の移動台車２は所定の位置に正確に位置決めすること
が困難である。このため、この上に搭載されたロボット
１によってその位置誤差を補償しなければならない。移
動台車２の位置誤差を検出し位置誤差を補償するまでの
流れを第２図に示す。図において３１から８３までの過
程はロボット１の作業教示時に行うもので、Ｓｌは任意
の位置姿勢で設けられた基準平面４の方程式を求める過
程である。必要となる基準平面４の数は、最低、移動台
車２の変化し得る位置姿勢の変数の数である。移動台車
２が任意の位置姿勢になり得る場合には、６面の基準平
面が必要である。

今、距離測定時の距離検出手段３の位置姿勢をＸ　　−
（Ｘ　Ｈ＋　”ｌ　１．　、Ｚ　ｈ　＋　ｅ　ｘ＋　ｅ
　、　＋　ｅ　２）とする。

ただしｅ　　、ｅ　　、ｅ　は姿勢を表す変数で、こｘ
　　　　　　ｙ　　　　　　ｚ こては距離検出手段３に設けられた座標系のＺ軸または
検出方向軸の絶対座標系におけるＸ成分。

Ｘ成分、Ｘ成分である。また、基準平面４と距離検出手
段３の検出方向ベクトルの交わる点をＸ　　’　−（Ｘ
６’　ｒ　Ｙｈ’　＋　２１．’　）とする。

Ｘ、′は距離検出手段３の検出方向にあり、Ｘｈからの
距離をｔとすると、 このようにして求めた平面上の３点を（ｘ、、ｙｌ。

２１）＋　　（Ｘ２＋　Ｖ２，２２）＋　　（Ｘ’３＋
　Ｙ３＋　２３）とする。

平面方程式をａｘ＋ｂｙ＋ｃ　ｚ＋ｄ＝ｏとすると、 （２）式の連立一次方程式を解くことにより、パラメー
タａ、ｂ、ｃ、ｄを決定できる。

平面方程式のパラメータを求めるために、ここでは３点
の距離測定が必要であるが、例えば基準平面４が常に垂
直であるとわかっている場合には２点の測定で十分であ
る。

Ｓ２は移動台車２の位置姿勢の変位を基準平面４七の距
離の変位に変換する変換行列を演算し記憶する過程であ
る。変換行列の演算は以下のようにして行う。

ここで距離を測定する基準平面４の数をｍとする。基準
平面４の教示時に得られるデータは次の３種類である。

距離データ・・・・・・　１−（１，，１，、・・・・
・・、ｔ、）平面方程式パラメータ・・・・・・ ａｌ＋　　ｂ、、　　ｃ、ｌ　　ｃｉ、　（＋　＝１．
２．・・−，１７１）距離測定時の距離検出手段３の位
置姿勢・・・・・・Ｘ　　＝（ｘ　ｈ＋’　＋　ｙ　ｈ
Ｉ　Ｌ　Ｚｈ＋’　ｌ　ｅ　ｘ　；　＋　ｅ　ｙ　＋’
　Ｔ　ｅ　ｚ　’＋　）ｈ■ （ｉ　＝１．２．・・・・・・、ｍ） また、移動台車２の位置姿勢を次のように定義する。

Ｘ　−（Ｘ　＋　’ｌ　＋　　２　＋　δ　、δ　、δ
　〉ｘ　　　　　　ｙ　　　　　　ｚ ただしＸは平面教示時を０とする。またδ　。

δ　、δは姿勢を表し、それぞれＸ軸、ｙ軸、Ｚｙ　　
　　　　　ｚ 軸回りの回転成分である。

まずｔ　のＸ　に関する偏微分　ｔ、／　　Ｘ、、をｌ
　　　　　　ｈＩ 求める。測定平面と距離検出手段の検出方向ベクトルの
交わる点をＸ　、、’−（Ｘｈ、’Ｔ　Ｖ、、’ＩＺｈ
Ｉ′）とする。

ｘｈｉ゛は平面ａ、ｘ＋ｂ、ｙ＋ｃ、ｚ＋ｄ、＝ｏ上の
点であるから、 ａｉ　ｘｈｉ　’　＋ｂｉ　ｙｈｉ″＋ｃ、ｚ、、’　
＋ｄ、＝０・・・・・・・・・・・・（３） 一方Ｘ　′は距離検出手段の検出方向にあり、Ｘｈｌか
らの距離がｔであるので、 （３）　、　（４）式より、 従って、 次にＸ、１１のＸに関する偏微分　Ｘｈｌ／　Ｘを求め
る。移動台車がＸだけ微小変位したときの距離検出手段
の位置姿勢行列Ａｈ　ｉ′は、 従ってその変化量は、 ここで ＸＰ−（Ｘ、ｙ、ｚ） Ｘ　　　−（Ｘ　　、ｙ　　、ｚ　　・）ｈｉ　　　　
　　　　ｈｉ　　　　　ｈｉ　　　　　ｈ＋とする。

Ｘ　ｌ＋　ｉの変化量ΔＸｈ１は、 となり、　Ｘ、、／　　Ｘが求められる。

以上の微分行列を合成することにより、変換行列り一（
ｔ／　　Ｘ）を次のように求めることができる。

Ｓ３は基準平面４との距離の変位を移動台車２の位置姿
勢の変位に変換する逆変換行列を演算し記憶する過程で
、前記変換行列りの逆行列が逆変換行列となる。

Ｓ４から８６までは移動台車２の停止後、作業を開始す
る前に行うものである。Ｓ４において距離検出手段３に
より複数の基準平面４との距離を測定し、基準距離から
の変位を求め、Ｓ５において前記基準距離からの変位に
前記逆変換行列を乗じ、移動台車２の位置姿勢の変位を
求める。最後に８６においてロボット１の各作業点を前
記の移動台車２の位置姿勢変位だけ補正する。

ここで基準平面４の数は、移動台車２の変化し得る位置
姿勢の変数の数としているが、基準平面４の数を移動台
車２の変化し得る位置姿勢の変数の数より多くした場合
には、Ｓ３における逆行列として次のような疑似逆行列
Ｄ１１を用いる。

Ｄ　　＝（ＤＤ）Ｄ 基準平面４の数を多くとるこ七により、より高精度に移
動台車２の位置誤差を検出することができる。

逆行列の演算において基準平面４のとり方によっては演
算できなくなる場合があるが、このときは別の基準平面
４を選ぶ必要がある。

以上の方法によって、移動台車２が作業位置に正確に位
置決めができなくても、ロボット１先端に設けられた距
離検出手段３で、基準平面４との距離を測定することに
より、移動台車２の位置姿勢の誤差を演算しロボット１
によりその誤差を補償することができる。また、各基準
平面４が任意の位置姿勢であっても移動台車２の位置姿
勢の変位に変換するため、各基準平面４を作業のレイア
ウトに合わせ設定でき、基準平面４は固定された装置の
壁面等を利用することもできる。一つの基準平面４に対
して複数の点で距離を測定し、基準平面４の方程式のパ
ラメータを求めるため、各基準平面４に対して距離検出
手段３の姿勢は適当に設定すればよく、簡単な教示で高
精度に平面方程式のパラメータを得ることができる。

次に本発明の第２の実施例について説明する。

装置の構成は第１図と同じで位置決め方法のフロニチャ
ートを第３図に示す。第１の実施例と異なるところは、
第２図におけるＳ３の逆変換行列を求める過程が不要で
、Ｓ５の過程で変換行列と基準距離からの変位に基づき
、移動台車２の位置姿勢の変位を求める連立一次方程式
を生成し、前記連立一次方程式を解くことにより移動台
車２の位置姿勢の変位を求める。これにより第１の実施
例と同じ目的を果たすことができる。なお第１の実施例
で述べたように基準平面４の数を未知数の数よりも多く
し、誤差が最小になるように方程式を解くことにより、
精度よく移動台車２の位置姿勢の変位を求めることも可
能である。

発明の効果 本発明によれば、各基準平面との距離の変位を、逆変換
行列あるいは連立一次方程式により、移動台車の位置姿
勢の変位に変換するため、各基準平面が任意の位置姿勢
であってもよく、各基準平面を作業のレイアウトに合わ
せ設定でき、平面は固定された装置の壁面等を利用する
ことによっても容易に設定できる。

また本発明によれば、一つの平面に対して複数の点で距
離を測定し、平面の方程式のパラメータを求めるため、
各基準平面に対して距離検出手段の姿勢は適当に設定す
ればよく、簡単な教示で高精度に平面方程式のパラメー
タを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１および第２実施例の移動台車付ロ
ボットの位置決め方法を説明する全体構成の斜視図、第
２図は本発明の第１の実施例における位置決めのフロー
チャート、第３図は本発明の第２の実施例における位置
決めのフローチャート、第４図は従来の移動台車付ロボ
ットの位置決め方法を説明する全体構成の斜視図である
。 １・・・・・・ロボット、２・・・・・・移動台車、３
・・・・・・距離検出手段、４・・・・・・基準平面。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）任意の位置に移動台車を停止させ前記移動台車に
   搭載され作業を行うロボットと、前記ロボット先端に設
   けられた距離検出手段と、前記移動台車の停止位置で前
   記ロボットの作業領域内に固定して設けられた複数の基
   準平面とからなり、前記ロボットの作業教示時に、前記
   距離検出手段により複数の前記基準平面との基準距離を
   測定し記憶する過程と、前記ロボットの作業時に、前記
   距離検出手段により複数の前記基準平面との距離を測定
   し、基準距離からの変位を求める過程と、前記基準距離
   からの変位を前記移動台車の位置姿勢の変位に変換する
   過程と、前記移動台車の位置姿勢の変位を前記ロボット
   によって補正する過程とを有することを特徴とする移動
   台車付ロボットの位置決め方法。
2. （２）基準距離からの変位を移動台車の位置姿勢の変位
   に変換する過程は、前記基準距離測定時のロボットの関
   節位置から距離検出手段の位置姿勢を演算し記憶する過
   程と、前記距離検出手段の位置姿勢により、移動台車の
   位置姿勢の変位を基準平面との距離の変位に変換する変
   換行列を演算し記憶する過程と、前記変換行列の逆行列
   を演算することにより、基準平面との距離の変位を移動
   台車の位置姿勢の変位に変換する逆変換行列を演算し記
   憶する過程と、前記基準距離からの変位に前記逆変換行
   列を乗じ、移動台車の位置姿勢の変位を求める過程とか
   らなる特許請求の範囲第１項記載の移動台車付ロボット
   の位置決め方法。
3. （３）基準距離からの変位を移動台車の位置姿勢の変位
   に変換する過程は、前記基準距離測定時のロボットの関
   節位置から距離検出手段の位置姿勢を演算し記憶する過
   程と、前記距離検出手段の位置姿勢と、基準距離からの
   変位に基づき、移動台車の位置姿勢の変位を求める連立
   一次方程式を生成する過程と、前記連立一次方程式を解
   くことにより移動台車の位置姿勢の変位を求める過程と
   からなる特許請求の範囲第１項記載の移動台車付ロボッ
   トの位置決め方法。
4. （４）基準距離からの変位の数は移動台車の位置姿勢の
   変位の数よりも多く、前記基準距離からの変位を移動台
   車の位置姿勢の変位に変換する過程は、前記基準距離測
   定時のロボットの関節位置から距離検出手段の位置姿勢
   を演算し記憶する過程と、前記距離検出手段の位置姿勢
   により、移動台車の位置姿勢の変位を基準平面との距離
   の変位に変換する変換行列を演算し記憶する過程と、前
   期変換行列の疑似逆行列を演算することにより、基準平
   面との距離の変位を移動台車の位置姿勢の変位に変換す
   る逆変換行列を演算し記憶する過程と、前記基準距離か
   らの変位に前記逆変換行列を乗じ、移動台車の位置姿勢
   の変位を求める過程とからなる特許請求の範囲第１項記
   載の移動台車付ロボットの位置決め方法。
5. （５）前記距離検出手段により複数の基準平面との基準
   距離を測定し記憶する過程において、一つの平面に対し
   て複数の点で距離を測定し、平面の方程式のパラメータ
   を求め、前記基準距離からの変位を移動台車の位置姿勢
   の変位に変換する過程において、前記平面方程式のパラ
   メータに基づいて変換を行うことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の移動台車付ロボットの位置決め方法
   。