JPH0778683B2 - 多関節ロボツトの機械原点位置補正方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は多関節ロボット機械原点位置補正方法に関する
ものである。

（従来の技術） 多関節ロボットの作業アーム、手先等の正確な位置決め
のためには、ロボットの機械原点位置（ホームポジショ
ン）を該ロボットの制御を行なう制御装置に正確に認識
されておく必要がある。

先ず多関節ロボットの機械原点位置検出方法について説
明する。第６図は水平多関節ロボットの外観を示す概略
図、第７図は同ロボットを上方から見た図である。これ
らの図において、１はロボット本体である。ロボット本
体１には第１水平アーム２がその一端側に設けられた第
１回転軸３により回転可能に取付けられている。第１水
平アーム２の他端側には第２水平アーム４がその一端側
に設けられた第２回転軸５により回転可能に取付けられ
ている。第２水平アーム４の他端側には鉛直方向に動く
垂直アーム６が取付けられ、この垂直アーム６にはロボ
ットの手先（図示せず）を支持する支持部材７が第３回
転軸８により回転可能に取付けられている。第１〜第３
回転軸3,5,8はそれぞれ対応して設けられている図外の
モーターにより回転駆動され、また垂直アーク６も図外
の駆動機構により上下方向に移動可能となっている。な
お第７図に示すように、第１回転軸３の中心を通るよう
にＸ−Ｙ直交座標系を設定し、Ｘ軸と第１水平アーム２
のなす角度をθ_１、第１水平アーム２の長手方向と第２
水平アーム４の長手方向のなす角度をθ_２、時計回りの
方向を正方向とする。そしてθ_１＝０゜、θ_２＝45゜の
とき、即ち第８図の状態を機械原点位置とする。

従来、このようなロボットの機械原点位置の検出は、各
ロボットアームの回転軸に対応して設けられた減速スイ
ッチと、各回転軸を駆動させるモーターに組込れたロー
タリーエンコーダを用いて行なっていた。更に詳細に述
べると、回転軸にドグを設け、回転軸に対する回定側に
はドグを検出し減速動作を行なわせるための減速スイッ
チ及びドグを検出しロボットアームの動作領域外への移
動を禁止させるための（−）リミットスイッチを設け
る。この場合、原点位置が両スイッチ間に位置するよう
に両スイッチを配置する。そして先ずドグが減速スイッ
チより正側にある位置からロボットアームを（−）方向
に移動させる。減速スイッチがドグを検出したら減速を
開始し、所定の速度まで減速し終えたらアームを微速で
移動させる。しかる後、ロータリーエンコーダから原点
検出信号パルス（後述）を最初に検出したらアームを停
止させ、その位置を機械原点位置としていた。

ここでロータリーエンコーダの位置検出原理について第
９図を用いて説明する。第９図はロータリーエンコーダ
の位置検出構造を簡単に示す図である。同図において21
はアームを回転させるモーターの回転軸で、このモータ
ー回転軸21には、図示の如く環状に配列された複数の通
し穴22が形成されたスリット円板23が、該モーター回転
軸21とともに回転するように取付けられている。そして
スリット円板23の両側には発光ダイオード24と受光素子
25が設置されている。モーター回転軸21が回転するとス
リット円板23も同時に回転し、発光ダイオード24から発
せられた光は、スリット円板23本体と通し穴22によって
断続的に区切られる。通し穴22を通った光は受光素子25
により受光される。これによりモーター回転軸21の回転
に対応したパルス信号が得られ、このパルス信号に基づ
き、モーター回転軸21の１回転を示し原点検出のために
使用される原点検出信号が作成される。この原点検出信
号のパルスのうち１つは機械原点位置に対応させてあ
る。

ところが、このような従来の機械原点位置検出方法では
原点復帰動作開始位置に制限があったため、本出願人は
次に示すような機械原点位置検出方法を提案している。

この方法では、上記従来方法における減速スイッチと
（−）リミットスイッチの２個のスイッチの機能を持っ
た磁気センサと、前述したロータリーエンコーダとを利
用して機械原点位置の検出を行なう。第10図に磁気セン
サとドグの取付位置を示す外観図を、第11図に両者の取
付位置の関係図を示す。これらの図において、30は
（−）側ドグ、31は磁気センサ、32はストッパー、33は
（＋）側ドグである。検出動作について第12図を参照し
て説明すると、先ず、ドグ30が磁気センサ31の取付位置
より（＋）側にあるとき、その位置からアームを（−）
方向に回転移動される。そして磁気センサ31がドグ30を
検出したら減速停止する。その後、方向反転を行ないア
ームを（＋）方向に微速で移動させる。そして（−）リ
ミットの解除後、最初にロータリーエンコーダからの原
点検出位置パルスを検出したらアームを停止させ、その
位置を機械原点位置とする。このようにすると、原点復
帰動作開始位置の制限が大幅にとりはらわれるようにな
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記機械原点位置検出方法では、ロボッ
ト本体の組立時における磁気センサの取付け位置のバラ
ツキ及びロータリーエンコーダの原点信号検出位置のバ
ラツキ等により、設計値通りに機械原点位置を認識させ
ることは困難であった。例えば第12図に示すように、ロ
ータリーエンコーダの原点検出信号はモーターの取付の
際のバラツキにより，，のようにそれぞれ異なっ
た位置でパルスを出し、その結果、認識された原点位置
は，，というようにずれを生じさせてしまう。

ところが、以上のような機械原点位置検出方法が適用さ
れる多関節ロボットにおいては、機械原点位置と設計上
の原点位置とにずれがあった場合、決められたポイント
間をロボットアームが移動するのには、このずれは関係
がないので、特にこのずれの補正をする手段は講じてい
なかったというのが実情であった。又、直線補間等の精
度を求められる機能を使用する場合は、極めて困難であ
るがメカ側で調整を行い、機械原点位置と設計上の原点
位置との補正を行なっていた。

しかし、ロボットの正確な位置決めのためには上記のず
れを簡単な方法で補正し、正確な機械原点位置を認識さ
せることが望まれている。

本発明は、以上述べたロボット本体の組立時における磁
気センサ等の取付位置のバラツキ及びロータリーエンコ
ーダの原点信号検出位置のバラツキに起因する機械原点
位置のバラツキを、容易に補正できる多関節ロボットの
機械原点位置補正方法を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 多関節ロボットには、各ロボットアームの回転状態を検
知し、このロボットアームが所定位置に達したときにロ
ボットアームを減速、停止させるための検知手段（例え
ば、１つの磁気センサからなる（−）リミットセンサ及
び減速スイッチ）と、各ロボットアーム回転駆動させる
モーターに設けられ、モーターの回転情報を検出するモ
ーター回転情報検出手段（例えばロータリーエンコー
ダ）とが備えられており、各ロボットアームの検知手段
及びモータ回転情報検出手段の出力に基づき機械原点位
置を検出する機能が具備されている。

本発明の機械原点位置補正方法では、第１及び第２ロボ
ットアームの相対角度が、機械原点位置における角度か
ら所定角度まで変化するに要する実際のモーター駆動パ
ルス数と計算によって求めた理論的のモーター駆動パル
ス数との差を求め、この求めた差に基づくオフセット量
で機械原点位置の補正が行われる。

第１及び第２ロボットアームの相対角度が所定角度（例
えば90゜）となった際にこれら第１及び第２ロボットア
ームの相対角度が固定されるアーム角測定治具を用いて
上述した実際のモーター駆動パルス数を得ることが好ま
しい。

（作用） 第１及び第２ロボットアームの相対角度、即ち第２アー
ム軸の角度、のオフセット量の実際に測定して機械原点
位置の補正が行われる。このオフセット量の算出は、第
２アーム軸が機械原点位置における角度から所定角度ま
で変化するに要する実際のモーター駆動パルス数と計算
によって求めた理論的なモーター駆動パルス数との差を
求めることによって行われる。第１及び第２ロボットア
ームの相対角度のずれを直接的に設定してオフセット量
を求めているので、エンコーダの信号自体の誤差、他の
アーム軸のずれによる誤差、ロボットハンドの取り付け
位置のバラツキやワーク取り付け位置のばらつき等によ
る誤差の影響を受けることなく精度良く第２アーム軸の
オフセット量を求めることができる。

なお、求めたオフセット量はロボットの制御機構のメモ
リに格納され、以後のロボットのプログラム動作には自
動的にこの求めたオフセット量が考慮される。第２アー
ム軸のオフセット量を求めた後、ロボット全体としての
通常の補正を行って原点位置補正を行えば、より精度の
高い原点位置が得られることは明らかである。

第２アーム軸の角度が所定角度となったことを知るの
に、この所定角度で、これら第１及び第２ロボットアー
ムの相対角度が固定されるアーム角測定治具を用いれ
ば、高精度のオフセット量が簡単かつ安価に得られる。

（実施例） 以下本発明による多関節ロボットの機械原点位置補正方
法を詳細に説明する。

本発明の方法では、ロボットアームの機械原点位置と設
計上（理想的な）機械原点位置とのずれ（オフセット
量）を測定し、その値をロボットの制御を行なう制御装
置に記憶させてその後の機械原点位置検出に利用する。
このようにすることにより、ロボット動作プログラム時
において毎回オフセット量の条件をプログラム化する必
要がなく、容易に機械原点位置の補正が行なえるように
なるものである。

本発明の方法の具体的手段は第１図の動作フローチャー
トに示されているが、その説明に先立って第２図、第３
図（ａ）及び（ｂ）、第４図を参照して機械原点位置の
オフセット量及びオフセット量を求めるために使用され
る治具について説明する。

第２図は第１水平アーム２と第２水平アーム４（第６図
参照）が機械原点位置にある様子を示したものである。
設計上は両アームの相対角度が45゜となる（仮想線）は
ずであるが、前述したような理由により実線で示すよう
にずれが生じてしまったとする。ここでオフセット量を
２つの状態における第２水平アームの長手方向P,Qのな
す角でΔθ_２で表わす。

この場合、オフセット量Δθ_２の測定は任意の位置にお
ける第２水平アーム４のモーターの測定パルス値と理論
パルス値より求められる。この測定は例えば第３図
（ａ）に示すようなアーム角測定治具40を用いて行なわ
れる。アーム角測定治具40の両腕のなす角度は90゜であ
り、両腕にはそれぞれ貫通穴41,42が設けられている。
一方、第１水平アーム２及び第２水平アーム４には孔
（図示せず）が設けられており、測定時には第３図
（ｂ）に示すピン43,44がこの孔に挿入されるようにな
っている。そして第１水平アーム２及び第２水平アーム
４の相対角度が90゜になったときにピン43,44はアーム
角測定治具40の貫通穴41,42にはまり込む（第４図）。
なお治具40の両腕のなす角度は必ずしも90゜に限定する
必要はなく、それ以外の角度に設定しても良い。

次に本発明の方法の動作手順を第１図にしたがって説明
する。

先ず、ピン43,44をそれぞれ第１水平アーム2,第２水平
アーム４に取付ける（ステップ101）。次にロボットア
ームを機械原点位置に復帰させ（ステップ102）、その
後ピン43,44がアーム角測定治具40の貫通穴41,42にはま
り込むまで第２水平アーム４を（＋）方向に回転させる
（ステップ103〜105）。この位置が第１水平アーム２と
第２水平アーム４のなす相対角度が90゜の位置である。
この治具40を使用すれば、だれでも簡単に90゜のアーム
角を測定することができ、又アーム角が90゜以外の位置
ではピン43,44が治具40にはまり込まないため正確にア
ーム角の測定が行なえる。

次にステップ106〜109にしたがいオフセット値Δθ_２を
求める。ここで第２水平アーム４のモーター１パルス当
りの移動量をφ_２、第１水平アーム２と第２水平アーム
４の相対角度が90゜の時の理論パルス値θ_２、第１水平
アーム２と第２水平アーム４の相対角度が90゜の時の測
定パルス値をθ′_２とする。オフセット値Δθ_２は Δθ_２＝（θ′_２−θ_２）×φ_２ により求められる。

以上のようにして求められたオフセット値Δθ_２はロボ
ットの動作を制御する制御装置のメモリに記憶され（ス
テップ110）、その値に基づき機械原点位置の補正がな
される。

なお、第５図にロボット動作の制御機構の構成を示す。
同図において50は全体の制御を司どる中央制御装置（CP
U）でこのメモリに上記オフセット値が記憶される。ま
た51はメモリ、52は操作BOXインタフェース、53−１〜5
3−Ｎは外部インタフェース、54はサーボインタフェー
ス、55は演算プロセッサ、56はI/Oプロセッサ、57は補
間演算部、58−１〜58−４はサーボコントロール部、59
は磁気センサである。ここで磁気センサ59は第10図の磁
気センサ31に対応する。またサーボコントロール部58−
１〜58−４は各ロボットアームの回転軸の動作の制御を
行ない、カウンタ、D/Aコンバータ、サーボアンプ、モ
ーター（Ｍ）、タコゼネレータ（TG）及びパルスエンコ
ーダ（PE）より構成される。なお図中Ｚは垂直アームの
上下移動量、θ_３はロボットの手先を支持する支持部材
の基準位置からの回転量である。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、第１及び
第２ロボットアームの相対角度が、機械原点位置におけ
る角度から所定角度まで変化するに要する実際のモータ
ー駆動パルス数と計算によって求めた理論的なモーター
駆動パルス数との差を求め、この求めた差に基づくオフ
セット量で機械原点位置の補正が行われる。このよう
に、第１及び第２ロボットアームの相対角度のずれを直
接的に測定してオフセット量を求めているので、エンコ
ーダの信号自体の誤差、他のアーム軸のずれによる誤
差、ロボットハンドの取り付け位置のばらつきやワーク
取り付け位置のばらつき等による誤差の影響を受けるこ
となく精度良く第２アーム軸のオフセット量を求めるこ
とができる。また、ロボットアーム自体を利用してオフ
セット量を求めているので、位置検出のためにロボット
ハンドの先端にブローブ等を取り付ける必要もないの
で、補正が簡単である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による多関節ロボットの機械原点位置の
補正方法を説明するためのフローチャート、第２図は検
出された機械原点位置の設定値に対するずれを示す図、
第３図（ａ）及び（ｂ）はアーム各測定治具の斜視図、
第４図はアーム各測定治具を用いたアーム角測定の説明
図、第５図はロボット動作の制御機構の構成を示すブロ
ック図、第６図は水平多関節ロボットの外観図、第７図
は第６図のロボットを上方から見た図、第８図はロボッ
トの機械原点位置を示す図、第９図はロータリーエンコ
ーダの動作原理の説明図、第10図は磁気センサとドグの
取付位置を示す外観図、第11図は磁気センサとドグの取
付位置の関係を示す概略図、第12図は原点検出動作及び
検出された原点位置のバラツキの説明図である。 １……ロボット本体、２……第１水平アーム、３……第
１回転軸、４……第２水平アーム、５……第２回転軸、
６……垂直アーム、30……ドグ、31……磁気センサ、40
……アーム角測定治具、43,44……ピン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各ロボットアームの回転状態を検知し、該
   ロボットアームが所定位置に達したときに該ロボットア
   ームを減速、停止させるための検知手段と、前記各ロボ
   ットアームを回転駆動させるモーターに設けられ、該モ
   ーターの回転情報を検出するモーター回転情報検出手段
   とを備えており、各ロボットアームの前記検知手段及び
   前記モーター回転情報検出手段の出力に基づき機械原点
   位置を検出する機能を有する多関節ロボットにおける機
   械原点位置補正方法であって、 第１及び第２ロボットアームの相対角度が、機械原点位
   置における角度から所定角度まで変化するに要する実際
   のモーター駆動パルス数と計算によって求めた理論的な
   モーター駆動パルス数との差を求め、該求めた差に基づ
   くオフセット量で機械原点位置の補正を行うことを特徴
   とする多関節ロボットの機械原点位置補正方法。
2. 【請求項２】前記第１及び第２ロボットアームの相対角
   度が所定角度となった際に該第１及び第２ロボットアー
   ムの相対角度が回転されるアーム角測定治具を用いて前
   記実際モーター駆動パルス数を得ることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の方法。