JPH0679567A - 産業用ロボットにおける回転工具の組立再現性保証装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 産業用ロボットにおいて、作業工具の分解・
組立後に教示動作を再度行う必要がなく、高い製作精度
を要求されず、簡単かつ迅速に作業を実行し、作業効率
を向上し、回転工具の組立再現性を保証する。 【構成】 回転工具基部４と回転工具１５からなる回転
工具ユニットを手首部２に備え、必要に応じてこの回転
工具ユニットの分解・組立が行われる産業用ロボットに
適用され、回転工具の代わりに回転工具基部の回転駆動
軸４ａに取り付けられる治具７と、基準点１４が設定さ
れた外部基準部材８とを備え、治具と外部基準部材の位
置合せに基づいて、組立後の回転工具ユニットの位置お
よび姿勢を、事前に設定された回転工具ユニットの位置
および姿勢に一致させるように調整を行うように構成さ
れる。治具は円錐形の形態を有しかつその先端が外部基
準部材の上面に臨むように取り付けられ、外部基準部材
は、治具の先端部が臨む上面に２つの直交したＶ字ノッ
チ１２，１４を形成し、これらのＶ字ノッチの交点１４
が基準点として規定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボットにおけ
る回転工具の組立再現性保証装置に係り、グラインダデ
ィスク等の回転工具の分解・組立が行われる産業用ロボ
ットにおいて、回転工具の取付けの位置および姿勢の再
現性が良好に保持される回転工具の組立再現性保証装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】作業工具としてグラインダディスク等の
回転工具を有し、この回転工具でワークを研削する産業
用ロボット（以下ロボット）では、作業対象のワークが
決定されかつ作業内容が確定された後に、その回転工具
が所定作業を実行できるように所望の位置および姿勢に
なるための教示作業が行われる。教示作業で教示された
内容は、ロボットに付設されたマイコン制御装置のメモ
リに格納される。

【０００３】かかるロボットでは、従来、ユーザにおけ
る使用段階で、回転工具を必要に応じて交換または修理
するため、回転工具をロボット手先部から取外し、再び
他の回転工具または同一の回転工具を取り付けるための
分解・組立作業を行うことが多い。ロボットでは、ロボ
ット手先部に装着された回転工具について、工具中心点
（ＴＣＰ；Tool Center Point ）が設定される。この工
具中心点の座標は、仮想的な点として、前記のマイコン
制御装置のメモリに記憶される。前述の教示作業では、
この工具中心点に関して、各教示点における回転工具の
位置および姿勢の教示データが作成される。前述のごと
く、回転工具の分解・組立作業において回転工具を取り
外した後に再び新たに回転工具を取り付けると、組立誤
差が発生し、取付け後の工具中心点の設定位置が、取外
し前の工具中心点の設定位置と異なり、ずれが発生する
のが一般的であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のごとく、回転工
具の分解・組立作業により組立誤差に起因して、制御装
置に記憶された工具中心点位置と、組立後の実際の工具
中心点位置との間でずれが発生すると、最初に教示され
た作業用動作プログラムでは、所定の作業を行うことが
できない。この問題を解決するためには、一般的に、回
転工具を新たに取り付けた後に、再び、回転工具を実際
のワークになぞらせ、新しい工具中心点に基づいて教示
動作を行う必要がある。回転工具の分解・組立作業は比
較的に頻繁に発生するので、そのたびに教示動作を行う
ことは、作業を煩雑にし、ロボットの作業自動化を妨
げ、作業効率を低減するという問題を提起する。

【０００５】また、従来、ロボット手先部の、回転工具
を含むハンドを構成する部品を、できる限り高い精度で
作製し、分解・組立後の工具中心点のずれをできる限り
小さくするようにしたロボットも存在する。しかし、か
かるロボットは特殊なロボットであって、製作コストも
高くなり、一般的な産業用ロボットに向かない。

【０００６】本発明の目的は、産業用ロボットにおい
て、作業工具の分解・組立後に教示動作を再度行う必要
がなく、高い製作精度を要求されず、簡単かつ迅速に作
業を実行し、作業効率を向上することのできる回転工具
の組立再現性保証装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る回転工具の
組立再現性保証装置は、回転工具基部と回転工具からな
る交換可能な回転工具ユニットを手首部に備え、必要に
応じてこの回転工具ユニットの分解・組立が行われる産
業用ロボットに適用されるものであり、回転工具の代わ
りに回転工具基部の回転駆動軸に取り付けられる治具
と、基準点が設定された外部基準部材とを備え、治具と
外部基準部材の位置合せに基づいて、組立後の回転工具
ユニットの位置および姿勢を、事前に設定された回転工
具ユニットの位置および姿勢に一致させるように調整を
行うように構成される。前記の構成において、好ましく
は、治具は円錐形の形態を有しかつその先端が外部基準
部材の上面に臨むように取り付けられ、外部基準部材
は、治具の先端部が臨む上面に２つの直交したＶ字ノッ
チを形成し、これらのＶ字ノッチの交点が基準点として
規定される。前記の構成において、好ましくは、治具は
平面形状が三角形の平板部材であり、その上面に各辺に
対応して第１マークが付され、外部基準部材は、治具の
平面形状に対応する形状の凹部を備え、この凹部の各辺
に第１マークに対応して第２マークが付されるように構
成される。

【０００８】

【作用】本発明では、産業用ロボットにおいて回転工具
ユニットの分解・組立を行うにあたって、回転工具基部
の回転駆動軸に取り付けられる治具と、この治具との所
定の位置関係を利用して位置合せを行うための外部基準
部材とを専用に設け、治具と外部基準部材の相互関係を
利用して分解・組立の前後の各回転工具ユニットの工具
中心点をずれを求め、このずれがなくなるように調整が
行われる。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１は、本発明が適用される産業用ロボッ
トの要部構成と、本発明に係る組立再現性保証装置の機
械的構成を示す。

【００１０】１はロボットのアーム、２は手首部を示
す。ロボットのその他の部分は、その図示を省略してい
るが、従来の一般的な産業用ロボットの構成を有する。
手首部２の先はハンド部分であり、このハンド部分に作
業工具ユニットが取り付けられる。本実施例では、作業
工具ユニットは回転工具ユニットである。図示されたハ
ンド部分の構成に関し、３は手首回転部、４は内部に回
転駆動装置等を含む回転工具基部、５，６は回転工具基
部４を固定するホルダである。回転工具基部４は回転駆
動軸４ａを有し、作業中、この回転駆動軸４ａにグライ
ンダディスク等の回転工具が取り付けられる。回転工具
基部４と回転工具によって回転工具ユニットが構成され
る。図１では、回転工具は取り付けられておらず、その
代わりに着脱自在な治具７が取り付けられている。治具
７は下方先端部が尖った円錐形のブロックであり、所要
の剛性を有する材料によって形成される。治具７の下方
位置に配置される８は外部基準部材であり、外部基準部
材８は、例えば地面（基準面）９上に立設された支柱１
０の上に設置される。治具７の先端部は、外部基準部材
８の上面に臨んでいる。

【００１１】図２は外部基準部材８を上側から見た斜視
図を示す。図２によって、外部基準部材８の上面部の構
造が明らかになる。上面には、その中心部に所定の径を
有する孔１１が形成され、さらに直交する２本のＶ字ノ
ッチ１２，１３が形成される。Ｖ字ノッチ１２，１３の
仮想的交点は、孔１１の中心点と一致する。図３は外部
基準部材８の平面図、図４は外部基準部材８の側面図で
ある。図３および図４において孔１１、Ｖ字ノッチ１
２，１３が示される。１４は２本のＶ字ノッチの谷底の
交点であり、以下では原点１４という。この原点１４
は、後述するように分解前の基準点として利用される。
外部基準部材８は、例えば外径が１００ｍｍ、孔１１の
径が２０〜３０ｍｍ程度の寸法を有している。

【００１２】図５は、回転工具ユニットの分解・組立工
程で発生する組立誤差を説明するための図である。実線
で示した回転工具基部４および回転工具１５は分解前の
ものを示し、破線で示した回転工具基部４′および回転
工具１５′は組立後のものをを示す。分解工程では、ホ
ルダ５，６を解除することにより、回転工具基部４およ
び回転工具１５が取り外される。組立工程では、新たに
回転工具基部４′および回転工具１５′がホルダ５，６
で固定され、取り付けられる。このように、分解・組立
作業を行うと、組立て時に組立誤差が発生し、その結
果、図示されるように工具中心点１６，１６′がずれ
る。回転工具の場合、通常、工具中心点は端部に設定さ
れる。このように工具中心点がずれると、新しいに工具
中心点１６′について教示を再び行わなければ、実際に
研削作業を行うことができない。

【００１３】本実施例の場合には、工具中心点１６，１
６′のずれ、すなわち回転工具１５と回転工具１５′の
位置と姿勢のずれを正確に測定し、測定したずれの量を
用いて、事前に教示・設定された位置と姿勢のデータを
修正する。これによって、組立後の工具中心点と分解前
に設定された工具中心点を実質的に一致させることがで
き、回転工具の組立再現性を良好に保証することができ
る。回転工具１５，１５′の位置と姿勢のずれを正確に
測定するために、前述の治具７と外部基準部材８が用い
られる。

【００１４】次に、新たに取り付けた回転工具ユニット
が、予め設定された所望の取付け位置および取付け姿勢
の状態で取り付けられているか否かを、治具７と外部基
準部材８を用いて判定する方法を原理的に説明する。

【００１５】回転工具ユニットを新たに取り付けた時、
最初の段階では、回転工具基部４′をホルダ５，６で固
定した状態で回転駆動軸４ａには回転工具１５′の代わ
りに治具７を取り付ける。この状態が図１に示された状
態である。次に、治具７と外部基準部材８の位置合せを
行うことで、工具中心点１６と工具中心点１６′の間に
どのようなずれが存在するかを測定する。かかる位置合
せを行うためには、次のことが前提として必要である。
すなわち分解前の回転工具ユニットの取付け状態におい
て、回転工具１５の代わりに治具７を取付けて、図６に
示すように治具７の先端が外部基準部材８の原点１４に
一致させ、このときの治具７の先端位置の座標を読取
り、メモリに記憶させておくことが必要である。この治
具７の先端位置の座標は原点１４の位置座標である。こ
のときの原点１４の位置は基準点となる。この条件の下
で、回転工具ユニット（回転工具基部と回転工具）の分
解・組立を行い、前述のように、再び治具７を回転工具
基部４′に取り付ける。

【００１６】組立後に、取り付けた治具７を、先にメモ
リに記憶した先端位置の座標に基づいて再び外部基準部
材８に対して接近させ、位置合わせのためのセットを行
う。このセット状態において、例えば、前述の図６に示
すように治具７の先端が原点１４と一致する場合には、
工具中心点１６の位置と工具中心点１６′の位置が一致
していることを意味し、位置のずれが発生していないと
判断できる。治具７の先端と原点１４とがどのような位
置関係にあるかについては、外部基準部材８のＶ字ノッ
チ１２，１３のそれぞれを真横から視認することで判断
できる。Ｖ字ノッチ１２，１３のそれぞれにおいて、治
具７の先端がＶ字谷の底に位置するときには、治具７の
先端が原点１４に一致していると判断される。

【００１７】上記の組立後における治具７と外部基準部
材８との位置合せでは、一般的に、図７に示すように、
治具７の先端と原点１４との間には位置ずれが発生す
る。この位置ずれは、図示されるように、ずれ成分が、
例えばΔｘ，Δｚ、さらにΔｙ（図示されず）として定
量的に求められる。これらのずれ成分Δｘ，Δｙ，Δｚ
は、治具７の先端の実際の位置の座標を求め、メモリに
記憶された原点１４の座標との差を演算することにより
求めることができる。このようにずれが定量的に求めら
れることにより、このずれのデータを用いて、最初に設
定された工具中心点１６の位置と実際の工具中心点１
６′の位置とが実質的に一致するように、教示された作
業用動作プログラムを補正し調整を行う。その後、治具
７を取外し、回転工具１５′を回転工具基部４′に取り
付け，補正された作業用動作プログラムを実行して所定
の研削作業を行う。以上のごとくして、回転工具ユニッ
トの組立再現性を高い精度で保証し、分解・組立後の研
削作業を簡易にかつ迅速に行うことができる。

【００１８】上記のごとく、Ｖ字ノッチ１２，１３の原
点１４と治具７の先端との位置関係で、組立誤差に起因
して発生する位置ずれを測定できる。また治具７の先端
と原点との位置を一致させた状態で、Ｖ字ノッチ１２，
１３のそれぞれの傾斜面と治具７の周面との隙間の空き
具合に基づいて、組立誤差に起因して発生する姿勢のず
れを測定することができる。従ってかかる姿勢のずれを
測定することにより、回転工具ユニットの姿勢のずれに
ついても、補正が行われる。こうして、産業用ロボット
の回転工具ユニットの分解・組立に起因して発生する位
置・姿勢のずれを、治具７および外部基準部材８を利用
することによって測定し、動作プログラム上そのずれが
なくなるように修正を行い、組立再現性の良好性を保持
する。

【００１９】なお、外部基準部材８に形成された孔１１
は、治具７が外部基準部材８に当たるのを防ぐために設
けられたものである。従って、孔１１である必要はな
く、凹部であってもかまわない。

【００２０】また、上記の治具７と外部基準部材８との
位置合せのための動作は、図８に示されるように、ロボ
ット本体１７に各種制御指令等を与える制御器１８をオ
ペレータが操作することにより行われる。ロボット本体
１７には複数のアクチュエータが含まれる。制御器１８
には、制御指令の作成および各種データ処理を行うマイ
コン制御装置が含まれ、さらに、所要データの入力や教
示指令の入力を行うための入力装置が備えられている。
オペレータが入力装置を操作することにより、ロボット
本体１７を動作させ、治具７の先端位置を外部基準部材
８の原点に一致させる。治具７の先端位置と外部基準部
材８の原点とが一致した時、ロボット本体１７の動作制
御量に基づいて、治具７の先端位置の座標が求められ、
当該座標は、制御器１８のマイコン制御装置のメモリに
格納される。また、分解・組立後のずれを測定する場合
にも、同様な操作が行われる。位置および姿勢のずれの
測定は、前述のごとく、外部基準部材８を利用してオペ
レータが観察することにより行われる。ずれは、オペレ
ータの目視によって測定される。また測定装置によって
自動的に測定するように構成することも可能である。

【００２１】前記実施例によれば、ロボットハンドの位
置・姿勢を表す６軸の数値のうち５軸の数値を確定し、
調整することができる。なおｚ軸回りについて発生する
ずれは、位置および力の制御によってこれを補償するこ
とができるので、そのずれを求めて補正する必要はな
い。

【００２２】図９は前記実施例の変形例を示す。図９に
示すごとく、外部基準部材８の支持構造は、支柱２１を
地面９の上に立設し、この支柱２１の側方に延びた上下
２つの腕部２２に取り付けられた、弾性体２３で支持さ
れかつ上下に移動自在なロッド２４から構成される。ロ
ッド２４は、所定範囲内で弾性体２３で常に上方に移動
するように支持され、上側から力が加わったときには下
方に移動する。ロッド２４の上部に外部基準部材８は固
定される。上記の構成によれば、治具７と外部基準部材
８との位置合せを行う際に、治具７の先端が外部基準部
材８の上面に接触しても、外部基準部部材８がその支持
構造により下方に逃げることができるので、治具７およ
び外部基準部材８が破損しないという利点を有する。

【００２３】図１０および図１１は、治具と外部基準部
材の他の実施例を示す。前記実施例で既に説明した要素
には同一の符号を付す。４は回転工具基部、４ａは回転
駆動軸、３１は治具、３２は外部基準部材である。治具
３１は所定の厚みを有する板材で、平面形状は三角形で
ある。外部基準部材３２は、治具３１の平面形状と同一
形状の凹部３３を有する。組立後の回転工具ユニットの
回転駆動軸４ａに治具３１を取付け、この治具３１と外
部基準部材３２との位置合せを行う。治具３１の上面に
は３箇所にマーク３４が付されており、他方、外部基準
部材３２の上面には、マーク３４に対応して３箇所にマ
ーク３５が付されている。治具３１と外部基準部材３２
の位置合せは、治具３１が外部基準部材３２の凹部３３
に嵌合した状態で、マーク３４とマーク３５の一致状
態、および治具３１の上面と外部基準部材３２の上面と
の高さ位置の一致状態を見ることにより、行われる。本
実施例の治具３１と外部基準部材３２を用いれば、ロボ
ットのハンドの位置・姿勢を規定する６軸の数値をすべ
て決定することができる。特に本実施例は、例えば振動
工具に適している。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、分解・組立前後の回転工具の位置および姿勢を調
整する治具と外部基準部材を設けるようにしたため、回
転工具ユニットを繰返し分解・組立しても、組立再現性
が良好に保証される産業用ロボットを実現でき、実用性
の高い産業用ロボットを実現できる。組立再現性が保証
されるため、ワークの仕上り精度も向上する。本発明が
適用された産業用ロボットでは、従来のように再ティー
チングが不要となるので、操作が容易となり、円滑かつ
迅速に作業を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る組立再現性保証装置の構成図であ
る。

【図２】外部基準部材の斜視図である。

【図３】外部基準部材の平面図である。

【図４】外部基準部材の側面図である。

【図５】分解・組立の前後の工具中心点のずれを示すロ
ボットハンド部分の側面図である。

【図６】治具の先端と外部基準部材の原点が一致した状
態を示す側面図である。

【図７】治具の先端と外部基準部材の原点との間にずれ
が存在する状態を示す側面図である。

【図８】全体的なシステム構成を示す構成図である。

【図９】外部基準部材の他の実施例を示す側面図であ
る。

【図１０】治具と外部基準部材の他の実施例を示す平面
図である。

【図１１】上記の他の実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ …アーム ２ …手首部 ４ …回転工具基部 ５，６ …ホルダ ７ …治具 ８ …外部基準部材 １１ …孔 １２，１３ …Ｖ字ノッチ １４ …原点 ３１ …治具 ３２ …外部基準部材 ３３ …凹部 ３４，３５ …マーク

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転工具基部と回転工具からなる交換可
   能な回転工具ユニットを手首部に備え、必要に応じて前
   記回転工具ユニットの分解・組立が行われる産業用ロボ
   ットにおいて、前記回転工具の代わりに前記回転工具基
   部の回転駆動軸に取り付けられる治具と、基準点が設定
   された外部基準部材とを備え、前記治具と前記外部基準
   部材の位置合せに基づいて、組立後の回転工具ユニット
   の位置および姿勢を、事前に設定された回転工具ユニッ
   トの位置および姿勢に一致させるように調整を行うこと
   を特徴とする産業用ロボットにおける回転工具の組立再
   現性保証装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の産業用ロボットにおける
   回転工具の組立再現性保証装置において、前記治具は円
   錐形の形態を有しかつその先端が前記外部基準部材の上
   面に臨むように取り付けられ、前記外部基準部材は、前
   記治具の先端部が臨む前記上面に２つの直交したＶ字ノ
   ッチを形成し、これらのＶ字ノッチの交点が前記基準点
   として規定されることを特徴とする産業用ロボットにお
   ける回転工具の組立再現性保証装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の産業用ロボットにおける
   回転工具の組立再現性保証装置において、前記治具は平
   面形状が三角形の平板部材であり、その上面に各辺に対
   応して第１マークが付され、前記外部基準部材は、前記
   治具の平面形状に対応する形状の凹部を備え、この凹部
   の各辺に前記第１マークに対応して第２マークが付され
   ることを特徴とする産業用ロボットにおける回転工具の
   組立再現性保証装置。