JPH05337856A - 産業用多関節ロボットのマスタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単に、かつ、高精度に多関節型ロボットの
原点較正を行うマスタリング装置を形成することにあ
る。 【構成】 ロボット機体（８）の基台（１０）に対して
固定位置に設けた固定側マスタリング治具（３４）の凹
孔（３５）を設け、他方、可動側マスタリング治具（３
６）をブラケット（３６ａ）を介してロボット手首（２
０）の先端に装着し、ロボット上腕（１６）、ロボット
前腕（１８）の駆動源サーボ系を断にし、かつ制動解除
を行うことにより、簡単に、関節動作で両マスタリング
治具（３４、３６）が雌雄嵌合して原点姿勢を得て、プ
ログラムの原点と原点較正させ得るマスタリング装置の
構成にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボットが有す
る関節軸における各可動要素の座標値を一度で所定の原
点座標値に設定可能なマスタリング装置に関し、特に、
産業用多関節ロボットの原点座標を高精度に、かつ簡単
に設定することが可能なマスタリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】産業用ロボットは、ロボット制御装置に
よって教示されたプログラムに従って所望の動作を遂行
するが、特に、産業用多関節型ロボットにおけるロボッ
ト動作は複数の関節軸回りの動作の集積によってロボッ
ト先端のロボット手首に装着されたハンドや種々のエン
ドエフェクタが所望の動作を遂行する。このときに、教
示されたプログラムは各関節における動作を所定の原点
座標値を基準にしてプログラムデータが格納されてい
る。従って、このような教示プログラムに従ってロボッ
ト機体の各関節において実際のロボット動作が再生され
ることにより、ロボット手首先端に装着したハンドやエ
ンドエフェクタが所望の動作を正確に実行するには、ロ
ボット機械の原点座標値と教示プログラムの原点とを一
致させる原点合わせ、つまり、マスタリングが必要がさ
れる。

【０００３】このような産業用ロボットのマスタリング
に当たって、従来、多用されていた方法は、ロボット機
体に予め形成した垂直表面や水平表面に支持治具を介し
てダイヤルゲージ等の測定計器を取付け、他方、手首先
端にもダイヤルゲージに当接させるプローブ治具を装着
し、次いで、教示操作盤から作業者が指示操作を行うこ
とによりロボットの各可動要素を作動させ、手首に装着
したプローブ治具がダイヤルゲージに接触した際の読み
値が指定の値、例えば、『０』を示す位置に追い込み、
同指定値となったとき、マスタリング位置が確立された
ものとしてボタン操作によりロボット制御装置側に、そ
のマスタリング位置を入力、設定して基準位置合わせを
完了させる方法が講ぜられていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、産業用ロ
ボットが比較的大形のロボット機体を有する場合には、
上述のように、教示操作盤を操作して徐々に各可動要素
を動作させながら、マスタリングを行うことは止むを得
ないが、教示操作盤からの指示操作でダイヤルゲージが
所定値を示す位置まで各可動要素を追い込みながらマス
タリングを行う方法では、ダイヤルゲージの表示が所定
値に近づいた時点では微妙な動作をロボットの可動要素
に遂行させねばならないから、どうしても指示操作の所
要時間が長大となり、マスタリング操作が煩瑣になるこ
とを回避することができないと言う問題点がある。

【０００５】更に、産業用ロボットの機体が比較的小型
であり、例えば、ロボット機体の各関節における駆動源
が小出力モータから成る等の場合には、教示操作盤を用
いてロボット可動要素を動作させるまでもなく、各関節
における制動手段を解除することにより、作業者が手動
で各関節において可動要素を動作させ、手首先端を所望
の位置に到達させることも困難ではないから、従前の教
示操作盤を駆使したマスタリング方法を、そのまま適用
することは、マスタリング操作の能率を著しく低下させ
る結果となる。

【０００６】依って、本発明は、特に、教示操作盤を用
いることなく、ロボット可動要素を各関節軸回りに動作
させ、以て手首先端を所定の位置へ誘導してマスタリン
グ操作を完了させることが可能な比較的小型の産業用ロ
ボットに適用して顕著なマスタリング操作効率の向上を
達成できる産業用ロボットのマスタリング装置を提供せ
んとするものである。

【０００７】本発明の他の目的は、垂直多関節型ロボッ
トに適用し、関節軸回りの制動手段を解除することによ
り、ロボット手首およびロボットアーム等の自重を利用
して常に安定したマスタリング操作を遂行させることが
可能な産業用ロボットのマスタリング装置を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的に鑑みて、本
発明は、錐状の凸部と錐状の凹所との雌雄嵌合構造を有
した一対の相補形治具を利用することにより、ロボット
の旋回胴、アーム、手首等を所定の原点座標の設定姿勢
となるようにアーム、手首等の自重を利用して位置決め
動作させ、位置決めによって得られた原点座標をロボッ
ト制御装置に設定することによりマスタリングを行うも
のである。

【０００９】すなわち、本発明によれば、産業用多関節
ロボットの各関節軸における各可動要素の座標値を所定
の原点（マスター）座標値に設定するマスタリング装置
において、上記産業用ロボットの基台に対して常に一定
した位置に固設された固定側マスタリング治具と、上記
産業用多関節ロボットの先端に着脱自在に位置決め取付
け可能な可動側マスタリング治具とを備え、上記固定側
および可動側マスタリング治具は相互に雌雄嵌合可能な
一対の錐状の位置決め凸体と凹孔とを備え、前記ロボッ
トの夫々の関節軸を動作自在に設定し、上記固定側マス
タリング治具に上記可動側マスタリング治具を嵌合させ
ることにより、所定の原点座標値を得るようにした産業
用多関節ロボットのマスタリング装置を提供するもので
ある。

【００１０】

【作用】上述した構成によれば、マスタリングの遂行に
当たり、可動側マスタリング治具をロボット機体の手首
先端に装着し、各関節における動作を遂行させることに
より、固定側マスタリング治具の近傍、つまり、固定側
マスタリング治具の略直上方位置まで可動側マスタリン
グ治具を誘導し、その後にロボット機体におけるロボッ
トアームや手首等の各可動要素の駆動源のサーボ系を切
断すると共にロボットアーム等の自重によって下向き動
作する可動要素の制動系を切断すると、手首先端の可動
側マスタリング治具は固定側マスタリング治具に落下し
て両者間で錐状の凸体と凹孔における相互嵌合作用が機
能してロボット手首は、固定側マスタリング治具により
決定された所定の原点設定用の姿勢で停止する。従っ
て、このとき、ロボット制御装置にスイッチ等の押動で
原点設定を行えば、マスタリング操作は完了する。

【００１１】なお、可動側マスタリング治具と固定側マ
スタリング治具との両者に振り分けて形成される錐状の
凸体と凹孔とは可動側マスタリング治具に凸体を形成
し、固定側マスタリング治具に凹孔を形成することが、
もっとも好ましいが、これを反対にして可動側マスタリ
ング治具に錐状凹孔を設け、固定側マスタリング治具に
相補錐状の凹孔を設けた構成としても良い。なお、ここ
で錐状は、円錐状であればよいが、相補形の角錐凸体と
角錐凹孔とに形成してもよく、特に、産業用垂直多関節
型ロボットが６軸の動作自由度を有する場合には、手首
先端が３つの動作自由度を有することになるから、角錐
状の凸体と凹孔とを有した可動、固定側マスタリング治
具を用いれば、マスタリングによる原点位置の決定時
に、手首先端が回転してしまう不利を解消することがで
きる。

【００１２】他方、円錐状の凸体と凹孔とを設け、か
つ、固定側マスタリング治具に突起を設け、可動側マス
タリング治具に設けたピンが同突起に衝合することによ
り、手首の回り止めを規制するようにしても良いことは
容易に理解できよう。以下、本発明を実施例に基づい
て、更に詳細に説明する。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明による産業用ロボットのマス
タリング装置を垂直多関節型ロボットに適用してマスタ
リングを行う場合に、原点設定用の姿勢に位置決めされ
た状態を示した正面図、図２は同マスタリング装置の固
定側マスタリング治具と可動側マスタリング治具とを図
示した斜視図、図３は手首の動作自由度が増加した場合
に用いるマスタリング装置の１例を示した斜視図であ
る。

【００１４】図１を参照すると、この産業用ロボットの
機体は、垂直多関節型ロボットとして形成されており、
ロボット制御装置と信号ラインを介して結合され、ロボ
ット装置を形成している。さて、同垂直多関節型ロボッ
トの機体８は、下底部に基台１０を固定要素として具備
し、同基台１０上にはロボット胴部１２が立設されてい
る。更に、このロボット胴１２の頂部には頭部１４が搭
載されており、関節部１４ａにおいて、垂直軸回りに旋
回自由度（Ｊ１）を備えている。この頭部１４の旋回動
作の駆動源はロボット胴部１２の内部に内蔵されてい
る。上記頭部１４の先端にはロボット上腕１６が水平軸
回りに俯仰式の旋回自由度（Ｊ２）を有するように関節
１６ａにおいて枢着されている。また、上記のロボット
上腕１６の先端には、ロボット前腕１８の略後端領域が
上記上腕１６の旋回軸線と平行な旋回軸線の回りに垂直
面内における旋回動作自由度（Ｊ３）を有するように、
関節１８ａにおいて枢着されている。また、このロボッ
ト前腕１８の先端にはロボット手首２０が関節結合によ
り取着されている。ここで、このロボット手首２０は、
本例のロボットが５軸型垂直多関節型ロボットであるこ
とから、ロボット前腕１８に対して関節２２ａにおいて
枢着されると共に内部旋回軸を有することにより、２つ
の直交する旋回軸線回りに夫々、旋回動作自由度（Ｊ４
およびＪ５）を有し、同手首２０の先端にはロボットハ
ンド又は他のエンドエフェクタ（両者とも図示なし）が
装着される凸状の取付軸２４を端面２２に有している。

【００１５】さて、図１に示す垂直多関節型産業用ロボ
ットのロボット機体８は、例えば、工作機械のワーク取
付け、取外し作業ロボットとして適用可能であると共に
作業者が保持して搬送可能な小型ロボットとして形成さ
れている場合を示しいる。従って、この実施例による垂
直多関節ロボット８は、例えば、ロボット製造過程の終
期に、マスタリング装置３０上に搭載されてロボット制
御装置が有するプログラムとの間で原点設定用のマスタ
リング操作が遂行される。

【００１６】マスタリング装置３０は、図１と共に図２
に詳示されるように、固定ベース治具３２、この固定ベ
ース治具３２の予め選定された所定位置に固着された固
定側治具３４、この固定側治具３４に対してロボット機
体の手首２０の先端部、つまり、取付軸２４に装着され
る可動側治具３６とを具備して構成されている。また、
固定ベース治具３２上には常に、所定位置にロボット機
体８がその基台１０を介して搭載、位置決めされるよう
に、位置決めピン３２ａ、３２ｂ、３２ｃが設けられ、
これらの位置決めピン３２ａ、３２ｂ、３２ｃに基台１
０の端面が当接されることにより、ロボット機体８を常
に、固定ベース治具３２上の定位置に搭載可能に構成さ
れている。

【００１７】他方、固定側マスタリング治具３４は円筒
形状治具として形成され、フランジ部３４ａから上方に
突出した円筒部３４ｂの内部に円錐状の嵌合凹孔３５が
凹設されれている。また、可動側マスタリング治具３６
は両者間に正確に直角度θを成すように形成された２つ
の板状体を相互に直交結合したＬ字型のブラケット３６
ａの一方の壁面にロボット手首２０の取付軸２４に嵌入
可能な円形孔３７を備え、かつ、他の壁面には突出方向
に向けて縮小する円錐状の凸体３８が具備されている。

【００１８】いま、可動側マスタリング治具３６をロボ
ット手首２０に装着し、その可動側マスタリング治具３
６の凸体３８を固定ベース治具３２の所定位置に固着さ
れた固定側マスタリング治具３４の凹孔３５に嵌合され
る姿勢状態にロボット機体の各可動要素、つまり、頭部
１４、ロボット上腕１６、ロボット前腕１８、ロボット
手首２０を動作させた状態が図１に示されている。この
姿勢状態は、頭部１４の旋回自由度Ｊ１における座標値
が０°、ロボット上腕１６の旋回自由度Ｊ２における座
標値が９０°、ロボット前腕１８の旋回自由度Ｊ３の座
標値が９０°、ロボット手首２０の２つの旋回自由度Ｊ
４、Ｊ５における座標値が夫々９０°と１８０°との座
標値を夫々有した姿勢状態であり、例えば、この姿勢状
態を予めロボット機体８の各可動要素の原点位置として
ロボット制御装置のプログラムの原点と一致させれば、
ロボット手首２０の先端位置は、この姿勢状態の各座標
値を原点にしてプログラムの指令に従って正確に所望の
指令位置へ移動し、その移動位置で必要に応じて位置決
め、停止することが可能となるのである。

【００１９】従って、このようなロボット機体８を原点
姿勢状態に位置決めし、ロボット制御装置に原点姿勢状
態に位置決めされたことをスイッチの押動等により信号
を印加して設定入力すれば、ロボット制御装置では、機
械的原点とプログラム原点との一致を得ることができる
のである。上述したＪ１〜Ｊ５の座標値は単なる一例で
あり、他の座標値を原点座標に選定することも可能であ
る。しかしながら、その場合には、固定側マスタリング
治具３４の固定位置を選定した原点座標によるロボット
の原点姿勢に応じて変更する必要があることは言うまで
もない。

【００２０】ロボット機体８を原点姿勢位置に位置決め
し、原点設定、つまり、マスタリングを行うには、教示
操作盤（図示なし）介して或いは直接ロボット制御装置
の操作パネルを操作してロボット機体８のロボット頭部
１４、ロボット上腕１６、ロボット前腕１８、ロボット
手首２０の可動要素を各関節１４ａ、１６ａ、１８ａ、
２２ａ等の軸回りに旋回動作させて手首２０の先端に装
着された可動側マスタリング治具３６を固定側マスタリ
ング治具３４の直上方の近傍まで到達させる。

【００２１】次いで、各関節軸回りの駆動源を成すサー
ボモータへの励磁電力をロボット制御装置側を介して釦
スイッチのオフ等により切断し、かつ、関節軸回りに重
力加速度を受けるロボット上腕１６、ロボット前腕１８
に予め設けられたブレーキ装置の励磁入力を同じく所定
の釦スイッチの押動操作により断にする。この結果、ロ
ボット上腕１６、ロボット前腕１８、ロボット手首２０
は自重力で自然下動し、可動側マスタリング治具３６の
円錐凸体３８が固定側マスタリング治具３４の円錐凹孔
３５に自動的に嵌合して、原点設定のための原点姿勢に
位置決めされることになる。なお、上述した可動側マス
タリング治具３６の凸体３８と固定側マスタリング治具
３４の凹孔３５の部分と相互に嵌合時に衝接することか
ら、予め金属焼入れ面を有するように形成しておくこと
が好ましい。

【００２２】このようにしてロボット機体８の原点姿勢
の位置決めが終了した時点で、原点設定入力用のスイッ
チを教示盤またはロボット制御装置の操作パネル盤にお
いて押動操作すれば、マスタリング操作は完了すること
になる。上述の説明は、垂直多関節型ロボットのロボッ
ト機体８におけるロボット手首２０が２つの動作自由度
（Ｊ４、Ｊ５）のみを有した場合であるが、同手首２０
が更に、これらの旋回軸と直交する他の１つの旋回軸回
りに１つの自由度（Ｊ６）を有する場合には、固定側マ
スタリング治具３４と可動側マスタリング治具３６との
円錐状の凹孔３５と凸体３８との嵌合だけでは、それら
両円錐の中心線回りに旋回が生じて動作自由度Ｊ６に関
する原点設定が不可能になる。このような不具合を解消
するには、例えば、凸体３８と凹所３５との相補錐状嵌
合部を円錐体による相補嵌合に代えて角錐による相補嵌
合部に形成すれば、一義的に第６番目の動作自由度Ｊ６
に関する原点も設定可能になる。

【００２３】或いは、図３に示すように、可動側マスタ
リング治具３６のブラケット３６ａの所定位置に予め植
設した位置決めピン４０と固定側マスタリング治具３４
の円筒部３４ｂの頂面に突出させた位置決めピン４２と
の係合により回り動作が停止される状態を手首２０の第
６番目の動作自由度Ｊ６の原点位置に設定するようにし
ても良い。

【００２４】なお、上述した実施例は垂直多関節型ロボ
ットのロボット機体８の機械的原点とプログラム原点と
の原点較正を行うマスタリング装置の例に関して説明し
たが、本発明による可動側マスタリング治具と固定側マ
スタリング治具との間で錐状体の錐状孔との相補嵌合に
よる位置決めを利用したマスタリング方法は、水平多関
節型ロボットにおいても利用でき、この場合には、関節
の制動手段を解除しても自重によるロボット可動要素の
自然動作を生起させることは不可能であるが、作業者が
手動でロボット手首を把持して原点姿勢位置へ誘導する
ことは可能であり、依って、同様に簡単にマスタリング
操作を遂行することが可能となる。

【００２５】更に、図示実施例では、可動側マスタリン
グ治具３６に錐状凸体３８を形成し他方、固定側マスタ
リング治具３４に錐状凹孔３５を形成して雌雄嵌合を得
るようにしたが、逆に可動側マスタリング治具に錐状凹
孔を設け、固定側マスタリング治具に錐状凸体を具備さ
せる構成としても同様に原点較正を達成し得ることは言
うまでもない。

【００２６】

【発明の効果】以上の記載から理解できるように、本発
明によれば、錐状の凸部と錐状の凹所との雌雄嵌合構造
を有した一対の相補形治具を利用することにより、ロボ
ットの旋回胴、アーム、手首等を所定の原点座標の設定
姿勢となるようにアーム、手首等の自重を利用して位置
決め動作させ、位置決めによって得られた原点座標をロ
ボット制御装置に設定することによりマスタリングを行
うようにしたので、マスタリング操作が極めて簡単に遂
行できる利点を有し、かつ、１対のマスタリング治具の
雌雄嵌合により常に一義的にロボット機体の原点設定用
の姿勢を得ることができるから、原点較正精度を安定か
つ高精度に維持することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による産業用ロボットのマスタリング装
置を垂直多関節型ロボットに適用してマスタリングを行
う場合に、原点設定用の姿勢に位置決めされた状態を示
した正面図である。

【図２】同マスタリング装置の固定側マスタリング治具
と可動側マスタリング治具とを図示した斜視図である。

【図３】手首の動作自由度が増加した場合に用いるマス
タリング装置の１例を示した斜視図である。

【符号の説明】

８…ロボット機体 １０…基台 １２…ロボット胴 １４…ロボット頭部 １４ａ…関節 １６…ロボット上腕 １６ａ…関節 １８…ロボット前腕 １８ａ…関節 ２０…ロボット手首 ２４…取付軸 ３０…マスタリング装置 ３２…固定ベース治具 ３２ａ〜３２ｃ…位置決めピン ３４…固定側マスタリング治具 ３５…凹孔 ３６…可動側マスタリング治具 ３７…取付孔 ３８…凸体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 産業用多関節ロボットの各関節軸におけ
   る各可動要素の座標値を所定の原点（マスター）座標値
   に設定するマスタリング装置において、 前記産業用ロボットの基台に対して常に一定した位置に
   固設された固定側マスタリング治具と、 前記産業用多関節ロボットの先端に着脱自在に位置決め
   取付け可能な可動側マスタリング治具とを備え、 前記固定側および可動側マスタリング治具は相互に雌雄
   嵌合可能な一対の錐状の位置決め凸体と凹孔とを設け、 前記ロボットの前記各関節軸を動作自在に設定し、前記
   固定側マスタリング治具に前記可動側マスタリング治具
   を嵌合させることにより、所定の原点座標値を得るよう
   にしたことを特徴とした産業用多関節ロボットのマスタ
   リング装置。