JPH07146711A

JPH07146711A - ロボットハンドの位置決め方法およびその基準体

Info

Publication number: JPH07146711A
Application number: JP29177893A
Authority: JP
Inventors: Koji Tomita; 幸治冨田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1993-11-22
Filing date: 1993-11-22
Publication date: 1995-06-06

Abstract

(57)【要約】【目的】ロボットハンドの３次元空間座標を用いた位
置決めに関し、ただ１つの距離センサを用いた簡単な構
造による正確な位置決めを可能とする。これにより、従
来、多数のセンサを用いて位置決めをする複雑な位置決
め方法が解決される。【構成】３次元空間座標系において、各変数が１対１
対応する方程式からなる基準線１を有する基準体Ａを配
設し、該基準体Ａ中の基準線１との高さ、すなわち距離
を測定する距離センサ２と、この測定した距離を演算処
理し、ロボットハンドの３次元空間座標での位置を確認
し、移動のための指標とすることで、ロボットハンドを
位置決めするようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマニュピレータ等の工業
用ロボットハンド（以下、ロボットハンドと記す）の正
確な位置決めを行う方法とその基準体に関する。

【０００２】

【従来技術】特開平４−６９７２５号公報には、図１０
に示されるようなロボットハンドの３次元空間における
位置決め機構が開示されている。これは、工業用ロボッ
トハンド等の位置決めまたは作動精度の測定に用いられ
るものである。互いに直行するＸＹ平面、ＹＺ平面、Ｘ
Ｚ平面からなる基準体１Ａを３次元座標系に固定して設
ける。また、互いに直行するｘｙ平面（３Ａ）、ｙｚ平
面（３Ａ）、ｘｚ平面（３Ａ）を形成した、ロボットハ
ンドと同期して動く測定ヘッド２Ａが、上記基準体１Ａ
に近接して位置決めされる。この測定ヘッド２Ａの各々
ｘｙ平面（３Ａ）、ｙｚ平面（３Ａ）、ｘｚ平面（３
Ａ）には、これらの平面の傾き状態と基準体１Ａからの
位置（距離）を確認するために必要な３個乃至６個の距
離センサＳ１乃至Ｓ６が配設されている。

【０００３】基準体１Ａは原点を０ａとして正確に互い
に直交するＸＹ平面、ＹＺ平面、ＸＺ平面を有し、この
基準体１Ａはロボットハンド４Ａの作業エリア内の任意
の位置に固定して設けられる。ロボットハンド４Ａに設
けられた測定ヘッド２Ａは、ロボットハンド４Ａと同期
して動き、原点をｏｂとして正確に互いに直交するｘｙ
平面（３Ａ）、ｙｚ平面（３Ａ）、ｘｚ平面（３Ａ）か
ら構成される。その平面の各々には距離センサ（Ｓ１〜
Ｓ６）が各平面ｘｙ、ｙｚ、ｘｚに対し直行して配設さ
れている。

【０００４】そして、ｘｙ平面（３Ａ）には３個の距離
センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３がｘｙ平面（３Ａ）に対して直
角に取り付けられ、同様にｙｚ平面（３Ａ）には２個の
距離センサＳ４，Ｓ５がｙｚ平面（３Ａ）に対して直角
に取り付けられ、ｘｚ平面（３Ａ）には１個の距離セン
サＳ６がｘｚ平面に対して直角に取り付けられている。
そして、測定ヘッド２Ａの各平面は基準体１Ａの各平面
にほぼ対面する位置で停止され、これらの距離センサに
より測定した値を設定値と比較しながらロボットハンド
４Ａを位置決めするようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成によって３次元的位置情報を得るためには、極
簡単な位置決めにおいてもｘ・ｙ・ｚ座標系にそれぞれ
少なくとも１つの距離センサを配置する必要があり、従
って少なくとも合計で３つの距離センサを必要とする。
このために、位置決めのための装置としては複雑である
ばかりでなく、上記のような基準体１Ａとそれに近接し
て位置情報を得る測定ヘッド２Ａが必要であるために、
ロボットハンド４Ａの作動範囲が制限される。

【０００６】そこで本発明では、上記問題点に鑑み、た
だ１つのセンサと基準体によって、ロボットハンドの精
密な位置決めを容易に行うことができるようにすること
をその目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
の本発明の要旨とするところは、請求項１記載の発明に
係るロボットハンドの位置決め基準体にあっては、基準
線を有し、該基準線がＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸により規定され
る３次元空間座標系に設けられたｘ，ｙ，ｚの各変数が
１対１対応をする関数であって、曲線または直線状の開
いた３次元関数からなることを特徴とし、この基準線
が、距離測定手段により検出可能な構成要素からなるこ
とを特徴とし、

【０００８】また、請求項２記載の発明に係るロボット
ハンドの位置決め方法にあっては、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に
より規定される３次元空間座標系に設けられた基準体を
用い、この基準体との距離の差を距離測定手段により検
知し、この距離測定手段による距離信号をフィードバッ
クし、演算処理部にて演算制御することで、ロボットハ
ンド等の位置決めを行う位置決め方法において、前記基
準体に、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸により規定される３次元空間
座標系で各変数が１対１対応をするｘ，ｙ，ｚの関数か
らなる曲線または直線状の開いた３次元関数の基準線を
用い、この基準線と、この基準線を通過する位置での前
記距離測定手段との距離を測定し、その測定値から前記
ｘ，ｙ，ｚの変数の一つを確定することにより、他の二
つの変数を前記３次元関数による関数演算処理にて確定
し、これに基づきロボットハンド等の正確な位置を認識
し、設定した位置へ位置決めを行うようにしたことを特
徴とする。

【０００９】

【作用】請求項１記載の３次元座標を用いたロボットハ
ンドの位置決め基準体において、この基準体における３
次元座標系に設けられた基準線は、各座標変数である
Ｘ、Ｙ、Ｚの３つの変数に１対１対応する３次元関数か
らなる曲線または直線状のものである。これは基準体の
構成要素とは異なる構成要素からなり、この基準線の関
数は、一つの変数を確定すると他の二つの変数が確定さ
れる。つまり、この基準線は各Ｘ、Ｙ、Ｚの３つの変数
に対して１対１対応する３次元関数であることから、こ
の関数においては一つの変数を決定すると他の二つの変
数が提供され、確定される。

【００１０】また、請求項２記載のロボットハンドの位
置決め方法における作用としては、このロボットハンド
に設けられた１つの距離測定手段が、上記３次元座標に
おける一変数の軸方向からの基準体までの距離を測定
し、次いでその基準体中に配設された３次元関数である
基準線との距離を計測する。そしてこの計測した値と前
述の基準体までの距離から、その方向からの基準線の一
つの変数値を決定することができる。よってこの値によ
り前記基準線の３次元関数から他の二つの変数値を演算
し確定する。これにより、ロボットハンドの３次元座標
系における座標が確定する。そして、確定した上記他の
二つの変数値が設定した位置決め位置（例えば原点）で
ない場合には、これを設定した位置（原点であれば０）
となるようにロボットハンドを移動させることで位置決
めを行う。

【００１１】

【実施例１】以下に本発明の実施例について説明する。
図２に本発明の実施に使用されるロボットハンドの装置
の一例を示す。ここに示すロボット２００は、一般に多
関節形ロボットとよばれているものであり、その概要は
一般によく知られており、精機学会１９８４．５月出版
の『自動組立の基礎と応用・第１０章』において、詳し
い説明がなされている。このロボット２００におけるハ
ンド部１００の先端に距離センサ２を具備したチャック
部１１０を備え、制御部ＡＡからの信号によって機構部
ＢＢ、腕部ＣＣ、ハンド部１００を図に示した矢印方向
に動かし、チャック部１１０によりワーク（図示しな
い）をチャッキングして作業するようになっている。

【００１２】通常、機構部ＢＢ、腕部ＣＣおよびハンド
部１００の位置制御は演算処理部３から与えられた指令
値に対応した、上記各々の駆動部が駆動量に応じた信号
を位置制御部２１０に返し、この信号値が指令値に極限
まで近づくように駆動部と位置制御部２１０の内部でフ
ィードバック制御されている。

【００１３】そして、ハンド部１００の先端のチャック
部１１０に備えた距離センサ２は、ワーク作業位置付近
に設置された後述する基準体（図示せず）との間で計測
した距離の情報を演算処理部３に送る。この演算処理部
３で得られたチャック部１１０の空間位置に関するデー
タが、位置制御部２１０に送られそのデータに基づくロ
ボット２００の作動制御がこの位置制御部２１０によっ
て行われる。

【００１４】図１および図２に本実施例でのワーク（以
下、ライナーＷと称する）の組付けにおける位置決めの
態様を示す。また、図３には、図１に示した加工台を上
方から見た図を示す。図１および図２は、本発明に関す
る最も簡単な構成で、実施例を判りやすく示した斜視図
である。その構成は、加工台１３０上にシリンダブロッ
ク１５０を位置決めする３つの位置決め部材１５４を設
置し、それらの間にシリンダブロック１５０を配設して
位置決め固定する。このシリンダブロック１５０には４
気筒分のボア１５２が等間隔で穿設されており、このボ
ア１５２の内周面に円筒形状のライナーＷが挿嵌される
ようになっている。

【００１５】また、ロボットハンド１００の先端部に
は、手首部１０２がボルト１０５により回動可能に支持
されており、この手首部１０２を介してチャック部１１
０が取り付けられている。そして、このチャック部１１
０には、チャッキングのための並行移動式の交換フィン
ガ１２０が下方向に突設して設けられている。またチャ
ック部１１０の一部には、下方向に測定可能なように、
その一部に距離センサ２が配置されている。

【００１６】図３について、加工台１３０上に設置され
たＬ字状の基準体載置台１４０には、シリンダブロック
１５０に穿設されたボア１５２の間隔に沿って、そのボ
ア１５２の上方に等間隔で基準体Ａが配置されている。
また、この図では、４つのボア１５２中、ライナーＷが
３つまで挿嵌されている状態を示した。

【００１７】次に、チャック部１１０の機構を図４に詳
しく説明する。この図４に示したものは、並行移動式チ
ャック機構の一例である。手首部１０２に支持されたこ
のチャック部１１０は、手首部１０２に内蔵されたエア
式のシリンダ４１０により作動する。すなわち手首部１
０２には、エア挿通口４０２とエア挿通口４０３がシリ
ンダ４１０に挿通するように設けられており、シリンダ
４１０内を摺動可能にピストン４００が設けられてい
る。

【００１８】そして、ピストン４００から延びるロッド
４０５はチャック部１１０内のハンド本体４６０上まで
延設されており、そこで両面ラック４２０と接続してい
る。この両面ラック４２０の両側面には、これに噛合す
るようにピニオン４３０ａ、４３０ａが配設されてお
り、そのピニオン４３０ａ、４３０ａの下方には、これ
と同期して回転するようにハンド本体４６０上に設けら
れたピニオン４３０ｂ、４３０ｂが配設されている。

【００１９】また、このピニオン４３０ｂ、４３０ｂに
噛合するように摺動ラック４５０ａ、４５０ｂがハンド
本体４６０上に各々設けられ、ハンド本体４６０上を左
右方向に摺動可能に設定される。そして、この摺動ラッ
ク４５０ａと４５０ｂには、それぞれ交換フィンガ１２
０ａ、１２０ｂが接続されており、この交換フィンガ１
２０ａ、１２０ｂは、ハンド本体４６０上を互いに並行
移動可能に設けられている。また、上記摺動ラック４５
０ａと４５０ｂの間には、圧縮ばね４４０が跨設されて
いる。

【００２０】そして、エア給排口４０２からエアをシリ
ンダ４１０内に供給することによってピストン４００が
前進し、両交換フィンガ１２０ａ、１２０ｂが開放し、
またエア給排口４０３からエアをシリンダ４１０内に供
給することにより、ピストン４００が後退し、両交換フ
ィンガ１２０ａ、１２０ｂが閉鎖するようになってい
る。

【００２１】次に、本実施例構成による作動について説
明する。上述のように構成されたロボットハンドの装置
において、まず位置制御部２１０からの指令によりライ
ナーＷの位置までロボットハンドを移動させ、チャック
部１１０によってライナーＷをチャッキングする。この
チャックの作動態様を説明すると、図２に示すようなエ
ア給排口４０２からエアをピストン４００内に供給させ
るようにし、同時にエア給排口４０３からエアを排出さ
せるようにする。これによりシリンダ４１０内のピスト
ン４００が前進し、それによってピストン４００から延
設されているロッド４０５が前進する。そして、そのロ
ッド４０５が接続した両面ラック４２０が矢印Ｇ方向へ
進動する。これによりこの両面ラック４２０と噛合した
ピニオン４３０ａ、４３０ａがそれぞれ回転し、これと
同期してピニオン４３０ｂ、４３０ｂが各々回転する。

【００２２】そして、このピニオン４３０ｂ、４３０ｂ
の回転により、これとさらに噛合するように設けられた
摺動ラック４５０ａと４５０ｂが、それぞれピニオン４
３０ｂ、４３０ｂとの噛合作用によって紙面右方向と左
方向（矢印Ｇ方向）へ開動する。したがって、この摺動
ラック４５０ａと４５０ｂに接続された交換フィンガ１
２０ａと１２０ｂが、並行移動して開放する。

【００２３】そして、ライナーＷ（図示せず）をこの交
換フィンガ１２０ａと１２０ｂがチャッキングするため
に、エア給排口４０３からエアを挿入し、同時にエア給
排口４０２からはエアを排出することで、上述のチャッ
キングの機構における作動と逆の作動を行う。これによ
って交換フィンガ１２０ａと１２０ｂが、並行移動して
閉鎖する。このとき、ラック４５０ａと４５０ｂ間に跨
設された圧縮ばね４４０は、交換フィンガ１２０ａと１
２０ｂの閉動方向に付勢して設けられており、ライナー
Ｗの把持にその付勢力を付加するものである。

【００２４】次に、この第１の実施例における基準体Ａ
の構成について図６により説明する。図６（イ）は、基
準体Ａ中に設定された３次元空間座標系における空間直
線の基準線１を表す斜視図である。この基準線１は磁性
体よりなるものであり、その周囲近傍の基準体Ａは非磁
性体により構成されている。また、距離センサ２には、
近接センサが用いられている。

【００２５】この基準線１の関数ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）はこ
の３次元空間座標系における各変数Ｘ，Ｙ，Ｚに対し、
１対１対応する３つの変数ｘ，ｙ，ｚの関数からなる空
間直線の例である。

【００２６】図６（ロ）は、この基準線１とこの距離セ
ンサ２との測定の概念を説明するための、基準体Ａをそ
のＹ軸方向より見た図である。

【００２７】次にこの基準体を用いた本発明の実施態様
を説明する。まず、ロボットハンドを移動させ、略基準
体Ａ上に位置付けられたチャック部１１０（図示せず）
に設置した距離センサ２が、基準体ＡのＸ，Ｙ平面との
距離ｚ₀を測定する。そして、基準線１の上方に距離セ
ンサ２が位置した際の、基準線１と距離センサ２との距
離Ｚ₁を測定する。これらの測定した距離の情報は演算
処理部３（図２）に送られ、そこでこれらの距離ｚ₀お
よびｚ₁からｚ₀−ｚ ₁を計算し、この距離センサ２の
位置での基準線１の高さｚ（＝ｚ₀−ｚ₁）を求めるも
のである。

【００２８】この演算処理部３（図２）ではさらにこの
空間直線上のｚの値から、上記基準線１の関数ｆ（ｘ，
ｙ，ｚ）により他の変数ｘ，ｙを求める。上述のように
して、その距離センサ２の位置が（ｘ，ｙ，ｚ₀）とし
て求まるから、まずこの距離センサ２の位置を指定され
たｘ，ｙの値、例えば（０，０，ｚ₀）へ移動させる。

【００２９】そこで、演算処理部３が例えば距離センサ
２を予め設定されている座標値（０，０，ｚ₀’）から
（０，０，ｚ₀”）〔ｚ₀’＞ｚ₀”〕へその３次元空
間座標を移動させ、ライナーＷ（図示せず）をボア１５
２（図示せず）へ挿入するものとする。その場合、チャ
ック部１１０の座標値が距離センサ２の位置に対して、
各軸方向へどれだけ移動した地点へ位置するのかを考慮
したうえで、上記距離センサ２を例えば（０，０，
ｚ₀）へ移動させた場合に、丁度チャック部１１０がボ
ア１５２上へ位置決めされるように基準体Ａはセットさ
れている。

【００３０】このように設定したうえで、この距離セン
サ２の座標値を座標値（０，０，ｚ ₀’）から（０，
０，ｚ₀”）〔ｚ₀’＞ｚ₀”〕へその３次元空間座標
を移動させてライナーＷ（図示せず）をボア１５２（図
示せず）へ挿入させるのである。その後、上記チャック
部１１０の交換フィンガ１２０ａ、１２０ｂとを開放さ
せてライナーＷをアンクランプし、作業は完了する。

【００３１】図５に、このロボット２００の位置決めの
ための作業手順を簡略してフローチャートに示す。ステ
ップ１（以下Ｓ１と記す）では、ロボット２００の位置
制御部２１０に予め設定された移動位置、すなわち基準
体Ａ上に距離センサ２を移動させる。

【００３２】つぎのＳ２では、上述のように基準体Ａ中
の基準線１の上方に距離センサ２を微移動させた後、そ
の位置での基準線１の高さ方向の変数ｚを求める。

【００３３】Ｓ３では、Ｓ２で求めたｚの値から基準線
１により演算してｘ、ｙを算出する。この時点で、ロボ
ットハンドの３次元空間での座標値が判明する。

【００３４】Ｓ４では、この得られたｘ、ｙを、設定し
た値、例えば原点である０またはその誤差が許容範囲Δ
ε内であるかどうかを判断し、もし、このｘ、ｙが原点
もしくは許容誤差内であればＳ５、Ｓ６へ進み、ｘ、ｙ
が原点でない場合は、このｘ、ｙをｘ⇒０、ｙ⇒０とな
るようにロボットハンドを移動させて、再度Ｓ２へ進み
Ｓ２乃至Ｓ４を繰り返す。

【００３５】この時、基準線１の関数ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）
が既知であるので、ロボットハンドはＸ、Ｙ２軸同時に
原点（０，０）近傍を割り出すことができる。

【００３６】そして、ロボットハンドの位置決めがＳ４
を満足すると、次のＳ５または、Ｓ６へ進む。図１に示
すような基準体Ａを作業位置近傍へ配置し、ロボットハ
ンドのチャック部１１０に距離センサ２を配置した場合
では、この距離センサ２による位置決め位置で、上述の
ように設定した基準体Ａに対する座標値（０，０，
ｚ ₀’）から（０，０，ｚ₀”）〔ｚ₀’＞ｚ₀”〕へ
その３次元空間座標を移動させることでチャック部１１
０にチャッキングしたライナーＷ（図示せず）をボア１
５２（図示せず）へ挿入するＳ６へ進む。

【００３７】また、Ｓ５は基準体Ａをロボットハンドの
作業位置から隔たった位置に設け、それによってロボッ
トハンドに装着した距離センサ２で一旦位置決めしてか
ら、作業位置へロボットハンドを移動させる場合のステ
ップを表したものである。（このＳ５は、１ストローク
のロボットハンドの作動では目的位置までの作動誤差が
許容範囲Δε内であるような、高精度なロボットハンド
の位置決めに可能な方法であり、また、ロボットハンド
の作動による累積誤差が位置決め精度の許容範囲Δεを
逸脱するような場合に初めてＳ１乃至Ｓ４による位置決
めを行うこともできる。）

【００３８】そして一通りＳ１乃至Ｓ５を終了すると、
Ｓ８によって全ての基準体ＡについてライナーＷを挿嵌
し終えたかどうかを判断する。そして全ての基準体Ａに
ついてライナーＷを挿嵌し終えた場合に終了するのであ
る。

【００３９】次に、第１の実施例である図６に示すよう
な３次元空間座標系に用いられた空間直線の基準線１に
ついて具体的な例を示す。原点を通る空間直線の方程式
は一般に、変数ｘ，ｙ，ｚの関数：ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）
で、任意の正の定数をｂ：ｃ：ｄとして次のように表さ
れる。

【００４０】

【数１】

【００４１】例えばここで、ｂ：ｃ：ｄをそれぞれ５：
３：２とすると、この直線の方程式は次のように表さ
れ、この基準線１は原点と、空間座標の（５，３，２）
の二点を通る直線であることがわかる。

【００４２】

【数２】

【００４３】このことから、例えば上記の距離センサ２
が、基準体ＡにおけるＸＹ平面との距離ｚ₀を測定し
て、ｚ₀＝８と測定し、次に基準線１との交点Ｐにおけ
る距離センサ２との距離Ｚ1 が、ｚ₁＝６と測定した場
合には、基準線１のこの点ＰにおけるＺ座標での位置が
ｚ₀−ｚ₁によりｚ＝２と算出されるから、このときの
直線の方程式は次の数式のようになる。

【００４４】

【数３】

【００４５】これによりｘ，ｙの座標はそれぞれｘ＝
５，ｙ＝３のように確定される。したがって、距離セン
サ２をＸ軸方向に−５、Ｙ軸方向に−３だけ移動させる
と、チャック部１１０の交換フィンガ１２０でチャック
したライナーＷがボア１５２上に高精度に位置決めされ
るのである。この時、Ｘ軸方向，Ｘ軸方向の移動量が同
時に演算されることは先に述べた通りである。

【００４６】

【実施例２】図７にＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸により規定される
３次元空間座標系に原点を通る空間曲線を基準線１に用
いた、第２の実施例における基準体Ａを示す。この基準
線１の関数ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）はこの３次元空間座標系に
おいて各変数Ｘ，Ｙ，Ｚに対し、１対１対応するｘ，
ｙ，ｚの３つの変数をもつ関数からなる空間曲線の例で
ある。そして、この基準線１の上方から距離センサ２に
よって基準線１との距離を測定することになる。この基
準線１を用いた位置決めの作動は、上述の空間直線の例
と同様であるので、詳しい説明は省略し、以下に具体的
な数値を使った例を示す。

【００４７】この空間曲線の方程式は、変数ｘ，ｙ，ｚ
の関数：ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）であり、任意の正の数をｇ，
ｈとして次のように表される。

【００４８】

【数４】

【００４９】この〔数４〕は、空間曲線のＸＹ平面への
投影図形がｙ＝ｇｘ：また、ＸＺ平面への投影図形がｚ
＝ｈ√ｘのように表されるような空間曲線である。

【００５０】この〔数４〕は、つぎに示すようなＺの変
数をパラメータにした式〔数５〕に書き換えることがで
きる。

【００５１】

【数５】

【００５２】この具体例については定数ｍ：ｎがそれぞ
れ確定した方程式の関数を基準線に用いることでｘ，ｙ
の座標は確定される。例えば、ｍ＝２，ｎ＝３のとき、
この方程式は次のようになる。

【００５３】

【数６】

【００５４】これによってｚの値が定まれば、ｘとｙの
値も定まることになる。例えば上記距離センサ２が、Ｘ
Ｙ平面との距離ｚ₀を測定してｚ₀＝９であるとする。
次に距離センサ２が基準線１との交差位置Ｐにおいて測
定した距離ｚ₁がｚ₁＝５とする。このように測定され
た場合、基準線１の点ＰにおけるＺ座標での位置は、ｚ
₀−ｚ₁によりｚ＝４と算出されることから、このとき
のｘ，ｙの座標はそれぞれｘ＝32，ｙ＝48のように確定
される。

【００５５】このようにして、ロボットハンドのｘ，ｙ
方向でのそれぞれについての移動距離に関する情報が得
られ、それらの情報に基づいて上述のようにロボットハ
ンドが位置決めされる。

【００５６】

【実施例３】次に、第３の実施例について図８にＸ軸、
Ｙ軸、Ｚ軸により規定される３次元空間座標系に配置さ
れた、錐状螺線からなる空間曲線を基準線１に用いた実
施例を示す。この基準線１の関数ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）は、
この３次元空間座標系において各変数Ｘ，Ｙ，Ｚに対
し、１対１対応するｘ，ｙ，ｚの３つの変数をもつ関数
からなる空間曲線の例である。そして、この基準線１の
上方から距離センサ２によって基準線１との距離を測定
することになる。この基準線１を用いた位置決めの作動
は、上述の第１および第２の実施例と同様であるので、
詳しい説明は省略し、以下に具体的な数値を使った例を
示す。

【００５７】この錐状螺線は、その頂点を３次元空間座
標系におけるＸＹ平面上の原点、すなわちＺ軸上に配置
されているもので、錐状螺線上の任意の点ＰでのＸＹ座
標平面上における点Ｐ’（ｘ，ｙ）が、この錐状螺線上
の任意の点Ｐと１対１対応している。そこで、このＸＹ
座標平面上に投影された螺線を、原点を中心とした極座
標で表した場合、その動径で表すことができる。一般
に、このような螺線を、その動径ｒがＸ軸からの角度を
反時計回りにθ（単位；ラジアン）としたとき、つぎの
ように表すことができる。

【００５８】

【数７】

【００５９】本実施例では簡単のためにｒ＝ａθ（ａ＞
０；ａは任意の定数）で表される螺線を用いて説明す
る。そしてこの螺線を、図９に模式的に示すようにＺ軸
座標方向に錐状螺旋状としたときの、その仰角をαとす
る。この時、点Ｐ’（Ｘ，Ｙ）はＰ’（ｒ，θ）と表せ
る。

【００６０】まず距離センサ２によってこの基準線１と
の距離を測定する。このとき、上述の第１、第２の実施
例のように錐状螺線上の任意の点Ｐと距離センサ２との
距離がｚ₁、基準体ＡのＸＹ平面と距離センサ２との距
離がｚ₀として求まる。したがって、この錐状螺線上の
任意の点ＰにおけるＺ座標は、ｚ＝ｚ₀−ｚ₁として求
められる。

【００６１】よって、図９（イ）によれば、基準体Ａの
ＸＹ平面上から垂状螺線の頂点までの高さがｚ₂で既知
であり、このときの基準体ＡのＸＹ平面上での点Ｐ’の
原点からの動径ｒは次のようになる。

【００６２】

【数８】

【００６３】したがって、ｒ＝ａθ（ａ＞０；ａは任意
の定数）であることから、このときのＸＹ平面座標にお
けるθ（単位；ラジアン）（図９参照）はθ＝ｒ／ａと
なる。これに上記ｒを代入するとθは、

【００６４】

【数９】

【００６５】となる。また、図８を参照したときの、基
準体ＡのＸＹ平面上での点Ｐ’の変数ｘ，ｙの値は極座
標の値と組み合わされ、次のように表される。

【００６６】

【数１０】

【００６７】したがって、この〔数１０〕に上記〔数
８〕と〔数９〕の値を代入して、点Ｐ’の変数ｘ，ｙの
値は次のように表される。

【００６８】

【数１１】

【００６９】このようにして求められたＸＹ平面上での
点Ｐ’の座標と、Ｚ軸座標の値によって、ロボットハン
ドの３次元空間座標系での位置が確定される。ここでＺ
＝ｚとすると錐状螺線上の点Ｐの空間座標を表し、ま
た、Ｚ＝ｚ₀とすると距離センサ２の空間座標を表すこ
とになる。このようにして、ロボットハンドのｘ，ｙ方
向でのそれぞれについての移動距離に関する情報が得ら
れ、それらの情報に基づいて上述のようにロボットハン
ドが位置決めされる。

【００７０】つぎに、本実施例を具体的な数値を示して
説明する。図９（ロ）に示すように、錐状螺線の基準体
１の仰角αをα＝60°とし、またこのときの任意の正の
定数ａを、ａ＝2.00、ＸＹ平面から錐状螺線の頂点まで
の高さｚ₂を、ｚ₂＝60.62 とする。そして、距離セン
サ２によって計測された計測値を、ｚ₀＝70.62 、ｚ₁
＝33.58 とする。

【００７１】このとき、ＸＹ平面上での点Ｐ’の原点か
らの動径ｒは、〔数８〕により次のようになる。ｒ＝２３．５８／√３したがって、このときのＸＹ平面座標におけるθ（単
位；ラジアン）は、〔数９〕によりｒをａの値で割るこ
とから、θは、 θ＝１１．７９／√３⇔（１３／６）π となる。よって、このθの値と動径ｒの値を〔数１０〕に代入す
ると、ＸＹ平面上での点Ｐ’（ｘ，ｙ）座標の値はそれ
ぞれ次のように計算される。

【００７２】

【数１２】

【００７３】したがって、この錐状螺線（基準線１）上
の点Ｐの空間座標は次のように求まる。Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（11.79 ，6.81，37.04 ）また、このときの距離センサ２の空間座標は、次のよう
になる。距離センサ２（ｘ，ｙ，ｚ）＝（11.79 ，6.81，70.62
）

【００７４】以上の実施例においては、距離センサとし
て近接センサを用い、それに応じて各実施例において基
準線１に磁性体を使用した例を述べたが、この他に距離
センサとしてレーザー光による、投光受光素子を備えた
距離センサを利用したもの、音波による距離センサを利
用したもの等も同様の効果がある。これらの距離センサ
に対しては基準線を全反射性物質により構成し、その他
の基準体を全反射しない物質等で構成する等、基準体Ａ
を各センサ毎に対応させたものとすることができる。ま
た、特にレーザー光による距離センサを用いた場合に効
果が期待できるものとして、この基準体Ａのスケールを
高精度に小さく変更することで、レーザー光の精度を利
用した高精度の位置決めが可能である。

【００７５】また、上記の錐状螺線の基準線１を用い
た、ロボットハンドの位置決めを行う方法の一つとし
て、上述した方法の他に、基準線１上の任意の点Ｐの３
次元空間座標系におけるデータを得た段階で、ロボット
ハンドを原点周りにθラジアンだけ回動させてＸ軸、あ
るいはＹ軸上に位置指せたのち、その軸上を原点へ移動
させる等の位置決めの仕方も勿論可能である。

【００７６】また、上記の実施例においては基準体Ａの
設置された位置を、ワークとしてのライナーＷを挿入す
る付近に設定してロボットハンドの位置決めを行ってい
るが、これは、ロボットハンドの差動誤差に対する組付
許容誤差が、ロボットハンドの１ストローク以内での差
動誤差より小さい場合に有効であり、その組付の度に位
置決めを行っているものである。

【００７７】しかしながら、上述したように組付許容誤
差がロボットハンドの１ストローク以内での作動誤差よ
り大きく、ロボットハンドの繰り返し作動により生じる
累積誤差によって初めて許容誤差を逸脱するような場合
には、ロボットハンドの、その組付の度に位置決めを行
う必要はない。そして、基準体ＡもライナーＷを挿入す
る付近に設定する必要はなく、別の位置にロボットハン
ドの作動により生じる振動を受けないようにして設置
し、チャック部１１０と距離センサ２との相互位置関係
は演算処理部３に予め入力しておくようにしても、本件
発明は実施できるものである。

【００７８】このように本発明は、その思想を逸脱しな
い範囲に於いてあらゆる変更が成され得るものである。

【００７９】

【発明の効果】本発明における３次元座標を用いたロボ
ットハンドの位置決め方法の効果として、３次元におけ
る正確な１対１対応の関数をその形状にもつ基準体を設
けたので、一つの距離センサを用いるだけで３次元空間
における全ての情報が正確に得られ、このために、従来
必要であった少なくとも３つの距離センサが、１つの距
離センサにより３次元座標の位置が特定可能であり、多
箇所の位置決めを必要とするロボットハンド等の位置決
めにも利用することができる。

【００８０】また、多数のセンサの配置が必要なために
生じていたセンサ取り付け場所の確保、それらのセンサ
との干渉を回避するロボットハンドの移動経路の作成も
不要となる。

【００８１】さらには、距離センサを少なくしたこと
で、従来行われていたような複雑な座標データの処理量
を減らすことができ、測定時間の短縮も図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関する位置決めを行うロボットハンド
による位置決め態様を表すものである。

【図２】本発明に使用されるロボットハンドの装置構成
例である。

【図３】本発明の位置決めに係り、位置決めの対象と基
準体の設置態様を上方から見た図である。

【図４】本発明に使用されるロボットハンドのチャック
機構を示す図である。

【図５】本発明に関するロボットハンドによる位置決め
の作業手順を表すものである。

【図６】本発明の第１の実施例に使用される基準体Ａと
基準線１を示す図である。

【図７】本発明の第２の実施例に使用される基準体Ａと
基準線１を示す図である。

【図８】本発明の第３の実施例に使用される基準体Ａと
基準線１を示す図である。

【図９】本発明に第３の実施例に使用される基準体Ａ
を、Ｘ軸方向から見た側面図である。

【図１０】従来技術に関する位置決め装置を示す要部斜
視図である。

【符号の説明】

Ａ・・・基準体Ｗ・・・ライナー１・・・基準線２・・・距離センサ（距離測定手段）３・・・演算処理部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｂ 11/00 ＡＺ 21/00 Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基準線を有し、該基準線がＸ軸，Ｙ軸，
Ｚ軸により規定される３次元空間座標系に設けられた
ｘ，ｙ，ｚの各変数が１対１対応をする関数であって、
曲線または直線状の開いた３次元関数からなることを特
徴とする基準体。
【請求項２】Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸により規定される３次
元空間座標系に設けられた基準体を用い、この基準体と
の距離の差を距離測定手段により検知し、この距離測定
手段による距離信号をフィードバックし、演算処理部に
て演算制御することで、ロボットハンド等の位置決めを
行う位置決め方法において、前記基準体に、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸により規定される３次
元空間座標系で各変数が１対１対応をするｘ，ｙ，ｚの
関数からなる曲線または直線状の開いた３次元関数の基
準線を用い、この基準線と、この基準線を通過する位置
での前記距離測定手段との距離を測定し、その測定値か
ら前記ｘ，ｙ，ｚの変数の一つを確定することにより、
他の二つの変数を前記３次元関数による関数演算処理に
て確定し、これに基づきロボットハンド等の正確な位置
を認識し、設定した位置へ位置決めを行うようにしたこ
とを特徴とするロボットハンドの位置決め方法。