JPH04245302A - ロボットの基準姿勢設定装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットの基準姿勢設
定装置に係り、特に、リミットスイッチやメカニカルス
トッパ等を用いずにロボットの原点出し作業を短時間で
かつ高精度に行うことができるロボットの基準姿勢設定
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車製造工場におけるパネル計測装置
としては、例えば、レーザ光を利用して対象物との距離
を計測するいわゆるレーザ測距計を、３つの直交する直
動軸（Ｘ軸Ｙ軸Ｚ軸）と３つの回転軸（θ軸Ｓ軸Ｍ軸）
とをもつ６軸の走行装置（通常はプレイバックロボット
）に取り付けた構成の計測機が用いられている。

【０００３】このようにロボットを計測機として用いる
場合には、計測の正確さを担保するため、ロボットの位
置繰り返し性能とロボット座標系から見た手首先端軸の
位置保証とが必要である。つまり、ロボット座標系と計
測座標系との一致が要求される。この点に関し、ロボッ
ト座標系での計測位置データ（絶対位置）は、原点位置
データ（原点位置で零にする）と軸移動量データ（ロボ
ットの各軸パルス）とを加算して演算され、その際の各
回転軸（θ軸Ｓ軸Ｍ軸）の原点位置は、演算上回転軸の
それぞれが直交した状態を基準姿勢として零に設定して
いるため、実際にも３つの回転軸の間に直交状態を作り
出してこれら各回転軸の正確な原点出しを行う必要があ
る。

【０００４】図５は、従来のロボット軸の原点出し方法
の一例であって、図５（ａ）はリミットスイッチを用い
るリミットスイッチ方式を、同図（ｂ）はメカニカルス
トッパを用いるメカニカルストッパ方式をそれぞれ示し
ている。リミットスイッチ方式は、回転軸の指定された
原位置にリミットスイッチ１０を設け、軸を動作させた
ときにドッグ１１がリミットスイッチ１０を蹴った位置
を原点位置にする方式であり、また、メカニカルストッ
パ方式は、回転軸の指定された原位置にメカニカルスト
ッパ１２を設け、軸を動作させたときにメカニカルスト
ッパ１２で機械的に止められた位置を原点位置にする方
式である。

【０００５】そして、図６は、リミットスイッチ方式あ
るいはメカニカルストッパ方式を採用した場合における
計測ロボットの原点出し作業の様子を示したものであっ
て、例えばスコヤ１３やダイヤルゲージ１４、補助ゲー
ジ１５等の治具を使用して３つの回転軸（θ軸Ｓ軸Ｍ軸
）４１〜４３の間に直交状態を作り出そうとしている。 なお、ロボットの手首先端に取り付けられたレーザ測距
計１６からのレーザ光１７は、これら回転軸（θ軸Ｓ軸
Ｍ軸）４１〜４３によって任意の場所に振られるように
なっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のロボットの原点出し方法にあっては、原点位
置の決定に機械的なリミットスイッチ１０やメカニカル
ストッパ１２を使用するため、そもそも存在するこれら
の取り付け誤差に加え、ロボットの繰り返しにつれてロ
ボット座標系と計測座標系との間にずれが生じ演算誤差
が発生する可能性がある。従って、計測機として絶対位
置の保証が必要であるにもかかわらず十分な位置決め精
度が得られない虞がある。

【０００７】また、このような従来の原点出し方法では
、ロボットの教示の際に各回転軸（θ軸Ｓ軸Ｍ軸）４１
〜４３の間に直交状態を作り出すのにスコヤ１３やダイ
ヤルゲージ１４等の特別な治具を必要とし、その作業に
熟練を要するばかりかその作業自体にもかなりの時間が
かかってしまう（場合によっては１日を要する）。

【０００８】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、リミットスイッチやメカニ
カルストッパを用いることなくロボットの原点出し作業
を短時間でかつ高精度に行うことができるロボットの基
準姿勢設定装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、回転する第１ないし第３の回転軸を有する
ロボットの基準姿勢を設定する装置であって、前記第１
ないし第３回転軸のそれぞれの基準位置からのずれ情報
を検出する第１ないし第３検出手段と、当該第１ないし
第３検出手段によって検出された各軸それぞれのずれ情
報に基づいて前記各回転軸の駆動を制御する制御手段と
を有することを特徴とする。

【００１０】

【作用】このように構成した本発明にあっては、第１な
いし第３検出手段は、それぞれ順に、第１ないし第３回
転軸の基準位置からのずれ情報を検出し、制御手段は、
このずれ情報に基づいて各回転軸が基準位置と一致する
よう各軸の駆動を制御する。こうして、ロボットの基準
姿勢の設定が自動的に行われる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は、本発明の一実施例に係るロボットの基
準姿勢設定装置の要部概略図であって、計測機（特にパ
ネル計測機）として用いられるロボットの場合を例示し
ている。なお、図６と同一部材には同一の符号を付して
いる。

【００１２】このパネル計測機は、レーザ光を利用して
対象物との距離を計測するレーザ測距計１６と、このレ
ーザ測距計１６を走行させる６軸のプレイバックロボッ
ト２０とで構成され、このロボット２０は盤板２１上に
設置されている。

【００１３】６軸ロボット２０は、３つの直交する直動
軸（Ｘ軸Ｙ軸Ｚ軸）（Ｘ軸とＹ軸は図示せず）と３つの
回転軸（θ軸Ｓ軸Ｍ軸）４１〜４３をもち、レーザ測距
計１６からのレーザ光１７は、これらの回転軸４１〜４
３によって盤板２１上の任意の場所に振られるようにな
っている。また、各回転軸（θ軸Ｓ軸Ｍ軸）４１〜４３
が原点位置に復帰しているとき、θ軸４１は直動Ｚ軸の
方向と、Ｓ軸４２は直動Ｘ軸の方向と、Ｍ軸４３は直動
Ｙ軸の方向とそれぞれ一致するとして演算処理されるよ
うになっている。つまり、各回転軸４１〜４３が原点位
置にあるとき、これらの各軸４１〜４３は相互に直交状
態にあることになる。なお、第１回転軸はθ軸４１で、
第２回転軸はＳ軸４２で、第３回転軸はＭ軸４３でそれ
ぞれ形成されている。

【００１４】また、盤板２１のベース面２１ａには、３
つの基準穴と１つの基準溝が設けられ、それぞれに各軸
（θ軸Ｓ軸Ｍ軸）４１〜４３の基準位置を設定するため
のオンオフセンサ（ＡＢＣ）２２〜２４及びずれ量検知
センサ２５が設置されている。３つのオンオフセンサ２
２〜２４は、レーザ光が照射されたときオンするセンサ
であり、ずれ量検知センサ２５は、レーザ光の照射位置
のずれ量を検知するセンサである。オンオフセンサ２２
〜２４のうちＡセンサ２２とＢセンサ２３はこれらを結
ぶ直線がＹ軸と平行になるように配置され、Ａセンサ２
２とＣセンサ２４はこれらを結ぶ直線がＸ軸と平行にな
るように配置されている。つまり、Ａセンサ２２を交点
としてＢセンサ２３とＣセンサ２４とは直角方向に配置
されている。一方、ずれ量検知センサ２５は、Ａセンサ
２２を中心に置いてＸ軸の方向に配置されている。後述
のように、θ軸４１の原点出しは、Ａセンサ２２とＢセ
ンサ２３を利用して、Ｓ軸４２の原点出しは、Ａセンサ
２２とＣセンサ２４を利用して、Ｍ軸４３の原点出しは
、Ａセンサ２２とずれ量検知センサ２５を利用してそれ
ぞれ行われる。なお、第１検出手段はＡセンサ２２とＢ
センサ２３により、第２検出手段はＡセンサ２２とＣセ
ンサ２４により、第３検出手段はＡセンサ２２とずれ量
検知センサ２５によりそれぞれ形成されている。

【００１５】図２は、このような計測機の原点出しを行
う装置の概略構成図であって、同図に示すように、前記
Ａ〜Ｃセンサ２２〜２４及びずれ量検知センサ２５は制
御手段たる制御装置２６に接続されている。制御装置２
６は、各センサ２２〜２５等からの情報に基づいて各種
演算を行うＣＰＵ２７と、教示データや補正データその
他の各種情報を記憶するメモリ２８と、ＣＰＵ２７から
の信号を増幅するサーボアンプ２９とから構成されてい
る。一方、ロボットの各軸（Ｘ軸とＹ軸は図示せず）は
サーボモータ３０〜３３によって駆動され、これらのサ
ーボモータはそれぞれ制御装置２６に接続されサーボア
ンプ２９からの出力によって制御されるようになってい
る。なお、各サーボモータ３０〜３３には絶対位置検出
用の例えば図示しないポテンショメータが取り付けられ
、各軸の位置情報もまた制御装置２６に入力されるよう
になっている。

【００１６】このように構成された原点出し装置は、計
測ロボットの回転軸（θ軸Ｓ軸Ｍ軸）４１〜４３の原点
出し作業を、θ軸４１、Ｓ軸４２、Ｍ軸４３の順に自動
的に行うようになっている。

【００１７】まず、θ軸４１の原点出しにあっては、制
御装置２６は、教示に従って、Ｍ軸４３を任意の位置に
固定したままＳ軸４２を両サイドに振りつつθ軸４１を
徐々に回転させ、レーザ測距計１６からのレーザ光１７
を、ベース面２１ａ上でレーザ光の照射直線が回転する
ように振らせる。そして、Ａセンサ２２とＢセンサ２３
が共にレーザ光で照射されオンしたことを検出すると、
Ａセンサ２２とＢセンサ２３が共にオンした位置をθ軸
４１の原点位置に設定する。これで、θ軸４１の原点出
しが完了する。

【００１８】次に、Ｓ軸４２の原点出しに移行する。Ｓ
軸４２の原点出しにあっては、制御装置２６は、教示に
従って、原点出し完了のθ軸４１をその原点位置に固定
したままＭ軸４３を両サイドに振りつつＳ軸４２を徐々
に回転させ、レーザ光１７を、ベース面２１ａ上でレー
ザ光の照射直線（Ｘ軸に平行）がＹ方向に平行移動する
ように振らせる。そして、Ａセンサ２２とＣセンサ２４
が共にレーザ光で照射されオンしたことを検出すると、
Ａセンサ２２とＣセンサ２４が共にオンした位置をＳ軸
４２の原点位置に設定する。これで、Ｓ軸４２の原点出
しが完了する。

【００１９】次いで、Ｍ軸４３の原点出しに移るが、Ｍ
軸４３の原点出しにあっては、制御装置２６は、まず、
原点出し完了のθ軸４１とＳ軸４２をそれぞれその原点
位置に固定したままＭ軸４３をＡセンサ２２がオンする
位置に合わせた後、直動Ｚ軸４０を所定距離ｄ１　だけ
移動させる。その際、Ｍ軸４３には最初回転ずれ（角度
α）があるため、直動Ｚ軸４０の移動に伴ってレーザ光
１７の照射位置は当初のＡセンサ２２の位置からＸ方向
にずれることになる（図３参照）。このときのＸ方向の
ずれ量ｄ２　は、ずれ量検知センサ２５によって検知さ
れる。制御装置２６は、直動Ｚ軸４０の移動距離ｄ１　
とずれ量検知センサ２５により検知されたずれ量ｄ２　
との両データに基づいて、 α＝ｔａｎ−１（ｄ２　／ｄ１　） の計算式（図４参照）よりＭ軸４３のずれ角度αを演算
し、このずれ角度α分だけＭ軸４３の位置を修正させる
。そして、このような動作を、ずれ角度αが零（つまり
ずれ量ｄ２　が零）になるまで繰り返す。制御装置２６
は、ずれ角度αが零になった時のＭ軸４３の位置を、Ｍ
軸４３の原点位置に設定する。これで、Ｍ軸４３の原点
出しが完了する。

【００２０】前述のように、各センサ２２〜２５は３つ
の回転軸（θ軸Ｓ軸Ｍ軸）４１〜４３間に直交状態を作
り出し得るような位置関係で配置されているため、上記
のステップにより各軸（θ軸Ｓ軸Ｍ軸）４１〜４３の原
点出しがすべて完了した時点においてはこれら３つの回
転軸４１〜４３間の直交状態も確保されていることにな
る。

【００２１】以上、本実施例によれば、盤板２１のベー
ス面２１ａにセンサ２２〜２５を所定の位置関係で配置
し、計測機のレーザ光１７を振ってセンサのオン情報に
基づいて３つの回転軸（θ軸Ｓ軸Ｍ軸）４１〜４３の原
点位置を設定するようにしたので、センサ２２〜２５を
高精度で設置することにより、各軸（θ軸Ｓ軸Ｍ軸）４
１〜４３間の直交状態を確保しつつそれらの原点出しを
行うことができるようになり、計測機としてのキャリブ
レーションの精度が向上する。しかも、ロボット軸の原
点出しのためにリミットスイッチやメカニカルストッパ
のような機械的方式を用いないため、ロボットの繰り返
しにつれて演算誤差が発生する可能性も減少する。従っ
て、計測機に要求される絶対位置の保証にとって十分な
位置決め精度が確保されるようになる。

【００２２】また、本実施例では、ロボットの原点出し
作業に際し、スコヤ１３やダイヤルゲージ１４等の特別
な治具を使用しないばかりか、原点出し用のプログラム
によって各回転軸（θ軸Ｓ軸Ｍ軸）４１〜４３の原点出
しを自動的に行うようにしたので、上記の如く高精度の
キャリブレーションを、極めて短時間（例えば５分）で
行うことができるようになり、パネル計測の効率化が図
られる。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明によれば、ロボットの基準姿勢を短時間でかつ高精度
に設定することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るロボットの基準姿勢設
定装置の要部概略図である。

【図２】図１の装置の概略構成図である。

【図３】Ｍ軸の原点合わせの原理を説明するための図で
ある。

【図４】Ｍ軸の原点合わせの演算処理を説明するための
図である。

【図５】従来のロボット軸の原点出し方法を示す図であ
る。

【図６】従来の計測ロボットの原点出し作業の様子を示
す図である。

【符号の説明】

１７…レーザ光 ２０…計測ロボット ２１…盤板 ２２…Ａセンサ（第１〜第３検出手段）２３…Ｂセンサ
（第１検出手段） ２４…Ｃセンサ（第２検出手段） ２５…ずれ量検知センサ（第３検出手段）２６…制御装
置（制御手段） ４１…θ軸（第１回転軸） ４２…Ｓ軸（第２回転軸） ４３…Ｍ軸（第３回転軸）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転する第１ないし第３の回転軸を有する
   ロボットの基準姿勢を設定する装置であって、前記第１
   ないし第３回転軸のそれぞれの基準位置からのずれ情報
   を検出する第１ないし第３検出手段と、当該第１ないし
   第３検出手段によって検出された各軸それぞれのずれ情
   報に基づいて前記各回転軸の駆動を制御する制御手段と
   、を有することを特徴とするロボットの基準姿勢設定装
   置。