JPH0429515B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はロボツト等においてロボツト把持器の
全自由度の位置決め誤差を較正し補償する方法に
関する。

［従来技術］ ロボツトの応用例では、ロボツト把持器がロボ
ツトの作業範囲内で所定の複数の位置に順次反復
的に作動され且つ位置決めされるようコンピユー
タ下でプログラム制御される。「IBM Robot
System／１，General Informteion Manual
and User′s guide」を参照されれば、ロボツト
の詳細が説明されている。

新しい作業工程の始めに把持器を正確に定義さ
れたホーム位置から始動させる必要がある。その
場合のロボツトの動作中、６軸方向の幾つか又は
全ての方向の誤差により把持器の位置決めに誤差
が生じるかもしれない。従つて、ロボツト把持器
の全ての軸方向の較正及び補償が適当な期間毎に
必要となる。このような較正は、各軸方向の別個
の測定手段によつて、また測定しようとする座標
軸の種々の点で行なわれてきた。そこで得られた
値から別個の軸方向に修正がなされる。このよう
な測定は非常に時間がかかる。その上、各方向の
座標が互いに影響を及ぼしあうので、満足のいく
ような精度を達成するには反復的な測定を行なう
必要がある。

米国特許第4362977号公報には、ロボツトを較
正し、その結果を用いてロボツトの不正確さを補
償する方法や装置を開示している。この方法は、
ロボツト制御手段で指定されもしくは位置コード
化器で測定された１組の公称位置にロボツト把持
器を移動させるステツプと、独立な正確な測定手
段でもつてロボツト位置を測定したりロボツトの
作用機構即ちエンドエフエクタを正確な較正マス
クに整列させたりしてその１組の公称位置に対応
する実際の位置を決めるステツプとを含む。この
較正の結果は記憶され、その後ロボツトの不正確
さを補償してロボツトを実際の所望の位置に移動
させるのに使用される。

［発明が解決しようとする問題点］ 通常、ロボツト把持器を位置決めする場合、必
ず誤差を生じるので、ロボツト把持器の全ての軸
方向の較正が適当な時期毎に必要となり、非常に
時間がかかるという問題点があつた。

本発明は、上記のような問題点を解決してなさ
れたもので、全ての座標軸方向の誤差が迅速に補
償できるロボツト把持器の位置決め誤差補償方法
を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 特許請求の範囲に示す発明は、上述の問題点を
解決することを目的とする。本発明は、ロボツト
把持器が移動する異なる軸方向の誤差を反復的に
補償することによつて上述の問題を解決する。こ
れはロボツト枠に固定して取付けられた測定用取
付け部内の較正位置にロボツト把持器でで測定体
を位置決めすることによつて実行される。この測
定体は、例えば、把持器の予め決められた規定位
置に対し正確に規定された立方体の３つの面を含
んでもよい。測定用取付け部は、例えば１つのア
レイの感知手段を含んでもよい。これらの検知手
段は測定体の上述の３つの面に対応した測定用取
付け部の３つの面に位置づけられる。２個の適宜
選択された検知手段の値の差が、ロボツト把持器
を、対応する角度の座標軸方向βにおいて反復的
に補償するよう使用される。このプロセスは各座
標軸方向（α及びγ）毎に反復される。その後、
ロボツト把持器を直交座標軸方向に反復的に補償
するために１対の検知手段の等価の値が公称値と
比較される。他の例として、個々の座標軸方向
β、α、γ、ｘ、ｙ及びｚの誤差が逐次に計算さ
れ、その計算された誤差値が別個の座標軸方向の
誤差を逐次に補償するために使用されてもよい。

［実施例］ 第２Ａ図はロボツト装置の傾斜図である。ロボ
ツトの把持器１はロボツトの作業領域２（破線で
図示）内でコンピユータ制御下で動作する。この
把持器は６つの座標軸方向α、β、γ、ｘ、ｙ及
びｚの６つの座標軸方向に移動できる。ただしα
は首振り座標軸、βは縦揺れ座標軸、そしてγは
旋回軸である。ロボツト枠４に固定して取付けら
れた作業テーブル３に器屈及び材料が一決めさ
る。これらの器具及び材料は、ロボツト把持器が
それらを見つけたり処理したりできるように正確
に予め決められた規定義位置に作業テーブル上で
位置決めされる。ロボツトの作業スペースはロボ
ツト座標系（ｘ、ｙ、ｚ）によつて規定される。

新しい作業手順を始めるとき把持器が最初に較
正され、補償される必要がある。このことはロボ
ツト座標系で正確に規定された開始位置に把持器
が位置づけられることを意味する。そしてこの位
置からロボツト把持器はコンピユータ・プログラ
ムの制御下で動作し始めることができる。その
上、ロボツトの作業プロセスの間、把持器の位置
決めの誤差が、６軸方向の一部又は全部でのドリ
フトにより、生じるおそれがある。そこで把持器
が必要な器具又は材料を見つけなかつた場合ロボ
ツトの欠陥動作が起ることになる。従つて適当な
期間毎にロボツト軸の補償が必要となる。

第３図は、図示のような較正装置２１を設けた
ロボツトの傾斜図を示す。この較正装置は、２つ
の主要部（第１図も参照のこと）即ちロボツト枠
に固定された第１の部分３１と、把持器によつて
把持される立方体型の測定体３２である第２の部
分とにより成る。この第２の部分は、ロボツトの
作業領域内の適当な位置に位置決めされる。較正
モードでは、把持器が第２の部分を把持し、それ
を較正装置の第１の部分の中の較正装置に移動さ
せる。好ましくは、第２の部分が上記第１の部分
３１内の位置にばねによつて取付けられる。第２
の部分は下記に詳述される。

第１図及び第４図に示すように、較正装置の固
定部が立方体３１の３つの壁面AAF、BBF及び
CCFより成る。この固定部には検知手段Ｓ１乃
至Ｓ６（破線で示す）が設けられ、較正中、上記
第２部分３２即ち測定体の空間内の位置を決定す
る。

検知手段Ｓの位置Ｐ１乃至Ｐ６は第４図に示す
ような位置又はその他の適当な位置でもよい。６
個のそのような検知手段が使用されて測定体の空
間の位置を規定するのに使用される。好ましく
は、壁面AAF、BBF及びCCFに２つずつ配置さ
れる。これらの感知手段は夫々の表面に直角に位
置づけられる。即ちｘ−ｙ面内のＳ１−Ｓ２，ｘ
−ｚ内面のＳ３−Ｓ４，ｙ−ｚ面内のＳ５−Ｓ６
といつたように、第４図で破線で示すロボツト座
標系の各面に位置づけられる。上記第１の較正部
分である静止体３１は、その座標軸ｘ、ｙ、ｚが
第２図の夫々の座標軸ｘ、ｙ及びｚと正しく平行
になるよう或いはそれと対応するようロボツト枠
に固定して取付けられる。

第５Ａ図は、ここで使用する個々の座標系相互
の関係を示す。測定体即ち測定立方体のホーム座
標系（XHO、YHO、ZHO）が第５Ａ図では破
線で示される。その測定体がホーム位置に位置づ
けられるとき全ての検知手段が所定の値を示す。
従つて、ロボツト把持器は正確に規定された開始
位置にある。第５Ａ図は立方体の中央ホーム座標
系（XCHO、YCHO、ZCHO）を示す。立方体
の中央ホーム座標系とは、立方体がホーム位置に
あるとき立方体の中央の座標系と一致する座標系
のことである。立方体中央座標系（XC、YC、
ZC）は測定用立方体の中央点に原点を有し、そ
の立方体の軸はその立方体の面に直角な軸を有す
る。

第６図は、正の立方体の中央座標ｘ軸、ｙ軸及
びｚ軸と想像上の立方体面EE、DD及びFFのそ
れぞれの間の交点PEE、PDD及びPFFを示す。
接合点PJJは立方体のYC軸上の位置にある。

第７図は，測定立方体３２を切離した図であ
る。この立方体には中間壁３３が設けられ、該中
間壁３３の案内面３４は把持器がその立方体を把
持するときその把持器の立方体の規定点３５と一
致するようその規定点３５を案内する。

この自動補償手順は、本発明を用いた２つの方
法を示す第８Ａ図、第８Ｂ図及び第９Ａ図、第９
Ｂ図の流れ図として以下で説明する。

補償モードの始めにロボツト把持器はコンピユ
ータ・プログラム制御下で測定体３２を把持し、
測定用取付け部３１内の較正位置に移動させる。
代りにロボツト把持器が測定用取付け部３１内の
予備測定位置で測定体３２を把持する。

本発明の第１の実施例（第８Ａ図、第８Ｂ図）
によれば、この補償プロセスは下記の主要なステ
ツプａ乃至ｇによつて実行される。

(a) センサ値Ｓ１及びＳ２が読まれ、互いに比較
される。Ｓ１はＳ２に等しければそのプロセス
は主たるステツプｂに続く。Ｓ１がＳ２に等し
くなければ反復プロセスが開始される。Ｓ１が
Ｓ２より大きければ、ロボツト把持器が−βの
座標軸方向に移動（回転）されるよう指令され
る。Ｓ２がＳ１よりも大きければ、ロボツト把
持器は＋βの座標軸方向に移動（回転）される
よう指令される。この反復プロセスは、この場
合Ｓ１がＳ２に等しくなるまで続行される。

(b) センサの値Ｓ３及びＳ４が読出され、互いに
比較される。Ｓ３はＳ２に等しければ、このプ
ロセスは主たるステツプｃに続く。Ｓ３がＳ４
に等しくなければ反復プロセスが開始される。
Ｓ３がＳ４よりも大きければロボツト把持器が
−αの座標軸方向に移動（回転）されるよう指
令される。Ｓ４がＳ３よりも大きければ、ロボ
ツト把持器は＋αの座標軸方向に移動（回転）
されるよう指令される。この反復プロセスは、
Ｓ３がＳ４に等しくなるまで続けられる。

(c) センサ値Ｓ５及びＳ６が読まれ、互いに比較
される。Ｓ５がＳ６に等しければそのプロセス
は主たるステツプｄに続く。Ｓ５がＳ６に等し
くなけれんば、反復プロセスが開始される。Ｓ
５がＳ６よりも大きければ、ロボツト把持器が
−γの座標軸方向に移動（回転）されるよう指
令さ出る。Ｓ６がＳ５よりも大きければロボツ
ト把持器は＋βの座標軸方向に移動（回転）さ
れるよう指令される。この反復プロセスは、Ｓ
５がＳ６に等しくなるまで続けられる。

(d) センサ値Ｓ１（又はＳ２、これが今ではＳ１
に等しい）が読まれ、所定の公称値NY（この
例では２）と比較される。Ｓ１がNYに等しけ
れば、そのプロセスは主たるステツプｅに続
く。Ｓ１がNYに等しくなければ反復プロセス
が開始される。Ｓ１がNYよりも大きければ、
ロボツト把持器が−ｙ座標軸方向に移動される
よう指令が出される。NYがＳ１よりも大きけ
れば、ロボツト把持器が＋ｙ座標軸方向に移動
されるよう指令が出される。このプロセスは、
Ｓ１がNYに等しくなるまで続けられる。

(e) センサ値Ｓ３（又はＳ４、これが今ではＳ３
に等しくなつている）が読まれ、所定の公称値
NZ（この例の場合２）と比較される。Ｓ３が
NZに等しければ、このプロセスは主たるステ
ツプｆに続く。もしＳ３がNZに等しくなれば、
反復作用が開始される。Ｓ３がNZよりも大き
ければ、ロボツト把持器が−ｚ座標軸方向に移
動されるよう指令が出される。NZがＳ３より
も大きければ、ロボツト把持器が＋ｚ座標軸方
向に移動されるよう指令が出される。このプロ
セスは、Ｓ３がNZに等しくなるまで続けられ
る。

(f) センサ値Ｓ５（又はＳ６、これが今ではＳ５
に等しい）が読まれ、所定の公称値NX（この
場合２）と比較される。Ｓ１がNXに等しけれ
ば、ロボツト把持器は全ての座標軸方向での誤
差が完全に補償され、このプロセスは、主たる
ステツプｇに続く。Ｓ５がNXに等しくなけれ
ば、反復作用が開始される。Ｓ５がNXよりも
大きければロボツト把持器が−ｘ座標軸方向に
移動されるよう指令が出される。NXがＳ５よ
りも大きければ、ロボツト把持器は＋ｘ座標軸
方向に移動されるよう指令が出される。このプ
ロセスは、Ｓ５がNXに等しくなるまで続けら
れる。このときロボツト把持器は、全ての座標
軸方向の誤差を完全に補償される。

(g) このロボツトは補償モードから通常の動作モ
ードに戻される。

本発明の第２の実施例（第９ａ図、第９ｂ図）
によれば、この補償プロセスは下記の主たるステ
ツプ(k)〜(q)によつて実行される。

(k) センサ値Ｓ１及びＳ２が読まれ互いに比較さ
れる。Ｓ１がＳ２に等しければ、そのプロセス
は主たるステツプに続く。Ｓ１がＳ２よりも
大きければβ座標軸方向の誤差は、式β1＝
arctg［（Ｓ１−Ｓ２）÷ｄ］によつて計算され
る。ただし、ｄはＰ１及びＰ２間の距離であ
る。そこで、ロボツト把持器が−Δβ°回転され
るよう指令が出される。Ｓ２がＳ１よりも大き
ければ、β座標軸方向の誤差が、式Δβ2＝
arctg［（Ｓ２−Ｓ１）÷ｄ］によつて計算され
る。そこでロボツト把持器が＋Δβ°回転するよ
う指令が出される。

(l) センサ値Ｓ３及びＳ４が読まれ、互いに比較
される。Ｓ３がＳ２に等しければ、このプロセ
スは主たるステツプｍに続く。Ｓ３がＳ４より
も大きければ、α座標方向の誤差が、式Δα1＝
arctg［（Ｓ３−Ｓ４）÷ｄ２］で計算される。但
し、ｄ２はＰ３及びＰ４間の距離である。そこ
でロボツト把持器が−Δα1°回転するよう指令
が出される。Ｓ４がＳ３よりも大きければα座
標軸方向の誤差が、式Δα2＝arctg［（Ｓ４−Ｓ
３）÷ｄ２］で計算される。そこでロボツト把
持器が＋Δα2°回転されるよう指令が出される。

(m) センサ値Ｓ５及びＳ６が読まれ、互いに比較
される。Ｓ５がＳ６に等しければこのプロセス
は主たるステツプｎに続く。Ｓ５がＳ６よりも
大きければ、γ座標軸方向の誤差が、式Δγ
＝arctg［（Ｓ５−Ｓ６）÷ｄ３］によつて計算さ
れる。ただし、ｄ３はＰ５及びＰ６間の距離で
ある。そこでロボツト把持器が−Δγ°され
るよう指令される。Ｓ６がＳ５よりも大きけれ
ば、γ座標軸方向の誤差が、式Δγ2＝arctg
［（Ｓ６−Ｓ５）÷d3］で計算される。そこでロ
ボツト把持器が＋Δγ2°回転されるよう指令が
出される。

(n) センサ値Ｓ１（又はＳ２、これは今ではＳ１
に等しい）が読まれ、所定の公称値NY（この
例では２）と比較される。Ｓ１がNYに等しけ
ればこのプロセスは主たるステツプｏでも続行
される。Ｓ１がNYよりも大きければロボツト
把持器が、−Δy＝−（Ｓ１−NY）だけ座標
軸方向に移動されるよう指令される。NYがＳ
１よりも大きければロボツト把持器が、＋Δy2
＝＋（NY−Ｓ１）だけｙ座標軸方向に移動す
るよう指令が出される。

(o) センサ値Ｓ３（又はＳ４、これが今ではＳ３
に等しい）が読まれ、所定の公称値NZ（この例
では２）と比較される。Ｓ３がNZに等しけれ
ばそのプロセスは主たるステツプｐに続く。Ｓ
３がNZよりも大きければロボツト把持器が−
Δ1＝（Ｓ３−NZ）だけＺ座標軸方向に移動さ
れるよう指令が出される。NZがＳ３よりも大
きければロボツト把持器は、＋Δ2＝＋（NZ−Ｓ
３）だけＺ座標軸方向に移動するよう指令が出
される。

(p) センサ値Ｓ５（又はＳ６、これは今ではＳ５
に等しい）が読まれ、所定の公称値NX（この
例では２）と比較される。もしもＳ５がNXに
等しければ、ロボツト把持器は全ての座標軸方
向で完全に補償され、そのプロセスが主たるス
テツプｑに続く。Ｓ５がNXよりも大きけれ
ば、ロボツト把持器は、−△x1＝−（Ｓ１−
NX）だけｘ座標軸方向に移動するよう指令が
出される。NXがＳ５よりも大きければロボツ
ト把持器は、＋Δx2＝＋（NX−Ｓ５）だけｘ座
標軸方向に移動するよう指令が出される。

(q) ロボツトは補償モードから通常の動作モード
に戻される。

［発明の効果］ 本発明によれば、ロボツト把持器の種々の座標
軸方向の誤差が迅速に補償される効果がある。そ
してこのように短期間で較正及び補償がなされる
ということは、必要に応じ、従来より頻繁に較正
を行なえることになり、ロボツトの位置決め精度
も向上されることにもつながる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、較正装置の斜視図である。第２Ａ図
は６自由度で移動できるロボツト把持器を設けた
ロボツト装置の斜視図である。第２Ｂ図乃至第２
Ｄ図は、３自由度のロボツト・ハンドを示す。第
３図は較正装置が設けられたロボツト装置の斜視
図である。第４図は、較正装置の一定部分を示す
斜視図である。第５図は空間の種々の位置を説明
するのに使用される座標系を示す斜視図である。
第５Ａ図は座標系相互の関係を示す図である。第
６図は挿入された立方体の座標系をもつ測定立方
体の斜視図である。第７図は測定体の斜視図であ
る。第８Ａ図及び第８Ｂ図は本発明の第１の他の
実施例の動作を示す流れ図である。第９Ａ図及び
第９Ｂ図は、第２の他の実施例の動作を示す流れ
図である。 １……ロボツトの把持器、２……作業領域、３
……作業テーブル、４……ロボツト枠、２１……
較正装置、３１……測定用取付け部、３２……測
定体、Ｓ１〜Ｓ６……検知手段、Ｐ１〜Ｐ６……
検知手段Ｓ１〜Ｓ６の位置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 所定の把持器の基準点が所定の測定装置
   の基準点と整列するように所定の基準点の測定
   装置をロボツト把持器で把持するステツプと、 (b) ロボツト制御装置に既知である測定用取付け
   部内の所定の公称位置を表わす指令に応じて前
   記ロボツト把持器で保持された前記測定装置を
   移動させるステツプと、 (c) 複数の検知器による実際の測定で一対の検知
   器の検知値の差を判定し、関連角座標方向の誤
   差を補償するために前記ロボツト把持器を移動
   させるために一対の検知器の検知値の差を使用
   し、それによつて前記検知値が等しくなるまで
   一対の検知器の検知値を減少するステツプと、 (d) それぞれの関連角座標方向の誤差を補償する
   ために連続する検知器対の検知値の各々の差を
   使用して前記ｃステツプを連続して繰返すステ
   ツプと、 (e) 一対の検知器の等しい検知値と前記測定装置
   の前記所定の公称位置を表わす公称値とを比較
   するステツプと、 (f) 関連直交座標方向の誤差を補償するために前
   記ロボツト把持器を移動させるため前記ｅステ
   ツプで得られた差の値を使用するステツプと、 (g) それぞれの関連直座標表方向の誤差を補償す
   るために連続する検知器の対の各々の等しい検
   知値を用いて前記ｅステツプ及びｆステツプを
   連続して繰返すステツプとからなることを特徴
   とするロボツト把持器の位置決め誤差補償方
   法。