JPH08155866A - 産業用ロボットのキャリブレーション方法およびその治具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 産業用ロボットの各関節軸を駆動する機構部
に対する実際の状態と、ロボット制御装置が認識してい
る状態を一致させる場合に、フランジ面を使用すること
なくキャリブレーションを行う方法とその治具を提供す
る。 【構成】 枠体状の治具本体１０を、産業用ロボットの
一つの関節軸２に形成された基準面２ｃの穴２ａに位置
決めピン１４で固定し、二の関節軸３は治具本体１０に
対して角度規制板２１の２本のピン２２、２３の間隔の
距離に位置決めされる。その他の関節軸４、５、６は、
屈曲・回転されてその関節軸５、６の側面が位置決めピ
ン１７、１７および当接板３１に当接され、各関節軸
４、５、６の位置決めがされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボットのキャ
リブレーション方法およびその治具に係り、詳しくは、
エンドエフェクタを取り付けるためのフランジ面を使用
することなく原点位置のキャリブレーションが可能な産
業用ロボットのキャリブレーション方法およびその治具
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な産業用ロボットは、ロボット制
御装置によって指示されたプログラムに従って所望の動
作を遂行する。特に、産業用多関節ロボットにおける動
作は、複数の関節軸の動作の集積によって、ロボット先
端のフランジ面に取り付けられた種々のエンドエフェク
タが所望の動作を遂行する。この所望の動作を正確に行
うためには、ロボットの各関節軸を駆動する機構部の実
際の状態と、ロボット制御装置が認識している状態とを
一致させる必要があり、そのためにキャリブレーション
（較正）を行なう。従来のキャリブレーションの方法と
しては、例えば、水準器を用いたり、エンドエフェクタ
等を取り付けるフランジ面を利用してキャリブレーショ
ン治具を取り付けたりしていた。なお、キャリブレーシ
ョンは、産業用多関節ロボットが工場から出荷される際
の最終検査工程時、モータ交換等の保守作業の終了後等
に行われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
水準器を使用するキャリブレーション方法は、産業用多
関節ロボット自体が水平面に設置されている必要があ
り、実用的でない。また、フランジ面を利用してキャリ
ブレーション治具を取り付ける方法は、稼働中のロボッ
トを停止させてエンドエフェクタを取り外してキャリブ
レーションを行わなければならず、作業効率上好ましい
ことではなかった。そこで、本発明の目的は、フランジ
面からエンドエフェクタを取り外すことなくキャリブレ
ーションが可能な産業用ロボットのキャリブレーション
方法およびその治具を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、複数の関節軸を有する産業用ロボットの各関節軸の
原点較正を行う産業用ロボットのキャリブレーション方
法において、いずれか一つの関節軸に形成された基準箇
所にキャリブレーション治具を取り付け、このキャリブ
レーション治具に、他の関節軸の軸方向側面を当接させ
て前記他の関節軸の角度決めをし、キャリブレーション
を行い、前記目的を達成する。請求項２記載の発明で
は、複数の関節軸を有する産業用ロボットの各関節軸の
原点較正を行う産業用ロボットのキャリブレーション方
法において、いずれか一つの関節軸に形成された基準箇
所にキャリブレーション治具を取り付け、前記一つの関
節軸に対する他の関節軸の角度を、前記他の関節軸の所
定箇所と前記取り付けられたキャリブレーション治具の
所定箇所との間隔で規制し、キャリブレーションを行
い、前記目的を達成する。

【０００５】請求項３記載の発明では、複数の関節軸を
有する産業用ロボットの各関節軸の原点較正を行う産業
用ロボットのキャリブレーション治具において、いずれ
か一つの関節軸に形成された基準箇所に取付けられるキ
ャリブレーション治具本体と、このキャリブレーション
治具本体に設けられ、他の関節軸の軸方向側面が当接さ
れて前記他の関節軸の角度を規制する角度規制手段とを
備えて、前記目的を達成する。請求項４記載の発明で
は、複数の関節軸を有する産業用ロボットの各関節軸の
原点較正を行う産業用ロボットのキャリブレーション治
具において、いずれか一つの関節軸に形成された基準箇
所に取付けられるキャリブレーション治具本体と、前記
一つの関節軸に対して揺動可能な他の関節軸の角度を、
前記キャリブレーション治具本体の所定箇所と他の関節
軸の所定箇所との長さで規制する補助治具とを備えて、
前記目的を達成する。

【０００６】

【作用】請求項１記載の産業用ロボットのキャリブレー
ション方法では、いずれか一つの関節軸に形成された基
準箇所にキャリブレーション治具を取り付け、このキャ
リブレーション治具に、他の関節軸の軸方向側面を当接
させて前記他の関節軸の角度決めをする。この状態で、
キャリブレーションを行う。請求項２記載の産業用ロボ
ットのキャリブレーション方法では、いずれか一つの関
節軸に形成された基準箇所にキャリブレーション治具を
取り付け、前記一つの関節軸に対する他の関節軸の前記
キャリブレーション治具に対する角度を、前記他の関節
軸の所定箇所とキャリブレーション治具の所定箇所との
間隔で規制して、キャリブレーションを行う。

【０００７】請求項３記載の産業用ロボットのキャリブ
レーション治具では、キャリブレーション治具本体は、
いずれか一つの関節軸に形成された基準箇所に取付けら
れる。角度規制手段は、前記キャリブレーション治具本
体に設けられ、他の関節軸の軸方向側面が当接されて前
記他の関節軸の角度を規制する。請求項４記載の産業用
ロボットのキャリブレーション治具では、キャリブレー
ション治具本体は、いずれか一つの関節軸に形成された
基準箇所に取付けられる。補助治具は、前記いずれか一
つの関節軸に対して揺動可能な他の関節軸の角度を、前
記キャリブレーション治具本体の所定箇所と他の関節軸
の所定箇所との長さで規制する。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の産業用ロボットのキャリブレ
ーション治具における一実施例を図１ないし図９を参照
して詳細に説明する。先ず、本発明のキャリブレーショ
ン治具を使用してキャリブレーションを行う産業用ロボ
ット（以下、ロボットと記す）を説明する。図１は、ロ
ボットＲの外観斜視図である。図１に示すように、ロボ
ットＲは、円筒部１ａが形成されモータ１ｂが配置され
たベース１と、前記円筒部１ａ上に配置され、前記モー
タ１ｂにより矢印Ａ方向に回転可能な１軸フレーム２
と、この１軸フレーム２の上端部に矢印Ｂ方向に揺動可
能に取り付けられた２軸アーム３と、この２軸アーム３
の上端部に矢印Ｃ方向に揺動可能に取り付けられた３軸
アーム４と、この３軸アーム４に連結され、矢印Ｄ方向
に回転可能な４軸アーム５と、この４軸アーム５の先端
部に矢印Ｅ方向に揺動可能に取り付けられた５軸アーム
６と、この５軸アーム６に取り付けられ、矢印Ｆ方向に
回転可能な６軸アーム７とを備えている。

【０００９】６軸アーム７の前面には位置決め用の４本
のボス９が突設されている。６軸アーム７の下面には図
示しないフランジが配置されており、このフランジ面に
矢印Ｇ方向に揺動可能な２本のグリッパ８が配設されて
いる。この２本のグリッパ８により、図示しない被搬送
部材がグリップされる。また、１軸フレーム２の左右側
面にはそれぞれカバーＣ1a、Ｃ1bが取り付けられ、２軸
アーム３の上端部にはカバーＣ２が取り付けられ、４軸
アーム５の左右側面にはカバーＣ3a、Ｃ3bが取り付けら
れている。

【００１０】次に、キャリブレーション治具を説明す
る。図２は、キャリブレーション治具Ｊの分解斜視図で
ある。図２に示すように、キャリブレーション治具Ｊ
は、治具本体１０と、「補助治具」である第１補助治具
２０と、関節軸の角度を規制する位置決めピン１７と、
別の関節軸の角度を規制する第２補助治具３０等を備え
て構成されている。治具本体１０は、外形が略長方形を
なすアルミニゥム製の枠体１１の下方側の裏面に、１軸
フレーム２の下方に形成された２つの位置決め穴２ａ、
２ａ（図７（ｂ）参照）に嵌入される２本のピン１４が
突設されている。この２つの位置決め穴２ａ、２ａは、
その中心を結ぶ仮想線が２軸アーム３の軸心線と正確に
直交する位置に形成されている。２本のピン１４のそれ
ぞれの直近上方には２個の貫通孔１２が形成されてい
る。これら貫通孔１２にそれぞれネジ１３が挿通されて
１軸フレーム２に形成された２つのネジ穴２ｂ、２ｂ
（図７（ｂ）参照）に螺入され、治具本体１０が１軸フ
レーム２に対して位置決め固定される。なお、２本のピ
ン１４、１４としては、一方に平行ピン、他方にダイア
ピンが突設されている。

【００１１】枠体１１の上部端面には２本の位置決めピ
ン１７、１７が固定され、これら２本のピン１７、１７
の先端面の高さは、前記２本のピン１４、１４を結んだ
直線に対して平行に配置されており、ピン１７、１７の
先端面を結ぶ仮想線は、２軸フレーム３の軸心線と直交
するようになっている。これら２本のピン１７、１７の
先端部には、後述のように４軸アーム５の側面が載置さ
れ、３軸アーム４の位置決め（揺動角度の決定）および
４軸アーム５の位置決め（回転角度の決定）がされる。
また、枠体１１の上部左端には、上方に向けて突設部１
５が形成されている。この突設部１５の左側面には丸穴
状の位置決め孔１６が形成され、この位置決め孔１６に
は次に説明する角度規制板２１の平行ピン２２が挿入さ
れる。また、突設部１５の右側面には縦方向に２個のネ
ジ孔１８、１８が螺設されている。このネジ孔１８、１
８には、次に説明する当接板３１を固定するためのネジ
３３が螺入される。

【００１２】第１補助治具２０は、角度規制板２１、平
行ピン２２、およびダイアピン２３を備えて構成されて
いる。即ち、角度規制板２１の裏面側右方には平行ピン
２２が突設され、このピン２２が位置決め孔１６に嵌入
される。また、角度規制板２１の裏面側左方にはダイア
ピン２３が突設されている。このダイアピン２３は、後
述するように２軸アーム３の位置決め孔３ｂ（図７
（ａ）参照）に嵌入される。また、第２補助治具３０
は、略長方形をした当接板３１からなり、この当接板３
１の右端部には縦方向に２個の貫通孔３２、３２が形成
されている。そして、これら貫通孔３２、３２にはネジ
３３、３３が挿入されて、当接板３１は枠体１１の突設
部１５のネジ孔１８に対応した部分に固定される。当接
板３１の前面右方には上方から下方にかけて当接突起３
４が形成されている。この当接突起３４には、図９に示
すように、５軸アーム６の側面６ａが当接されて、５軸
アーム６の位置決めがされる。また、当接板３１の前面
左方には上方から下方にかけて当接突起３５が形成され
ている。この当接突起３５には、図９に示すように、６
軸アーム７のボス９が当接されて、６軸アーム７の位置
決めがされる。

【００１３】次に、このように構成された実施例の動作
を、図３〜図９を参照しつつ説明する。なお、ロボット
Ｒの初期姿勢は、ほぼ図１に示す姿勢であるが、３軸ア
ーム４や４軸アーム５等は、矢印Ｃで示す反時計方向に
約４５°上向いた位置に停止されている。 １軸フレームのキャリブレーション（図３） 先ず、オペレータは、図１に示すロボットＲの４個のカ
バーＣ1a、Ｃ1b、Ｃ２、Ｃ3aを取り外して、各軸２、
３、５の位置決め用の部材を露出させる（図７および図
８参照、ステップ１）。次いで、オペレータは、目視に
より、１軸フレーム２の側面２ｃ（図７（ｂ）参照）と
ベース１の側面１ｃ（図１参照）とが平行になるように
する（ステップ２）。次いで、オペレータが、図示しな
いロボット制御装置に接続された入力部に対して所定の
操作を行うと、ロボット制御装置は１軸フレーム２の現
在位置を自動的に検出し、同時にその現在位置をディス
プレイ（図示せず）に表示する（ステップ３）。更に、
オペレータは、入力部から１軸フレーム２のディスプレ
イに表示された現在位置を手動で入力する（ステップ
４）、その現在位置が記憶装置（図示せず）に記憶され
る。なお、１軸フレーム２の現在位置は、図示しないエ
ンコーダ等により検出される。以上の操作により、１軸
フレーム２に関するキャリブレーションが完了する（ス
テップ５）。

【００１４】２軸アームのキャリブレーション（図
４） 図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、先ず、オペレータ
は、枠体１１の側面１１ａを１軸フレーム２の側面（基
準面）２ｃに当接させる。そして、枠体１１に固定され
た２本のピン１４、１４を１軸フレーム２の側面２ｃに
形成された２箇所の位置決め孔２ａ、２ａに嵌入し、２
本のネジ１３、１３で枠体１１を１軸フレーム２に固定
する（ステップ１１）。次いで、オペレータが、ロボッ
ト制御装置の操作によって２軸アーム３のブレーキ（図
示せず）を解除することで、２軸アーム３を矢印Ｂ方向
に揺動可能な状態にする（ステップ１２）。この状態
で、オペレータが、２軸アーム３を手で僅かに揺動させ
ることで角度調整を行いながら、角度規制板２１の平行
ピン２２を枠体１１の位置決め孔１６に挿入すると共
に、ダイアピン２３を２軸アーム３のフレーム３ａに形
成された位置決め孔３ｂに挿入する（ステップ１３）。
次いで、オペレータが２軸アーム３のブレーキをかける
と（ステップ１４）、図７（ｂ）に示すように、１軸フ
レーム２に対する２軸アーム３の角度が確定される。即
ち、１軸フレーム２に対する２軸アーム３の揺動中心Ｐ
２と、２軸アーム３に対する３軸アーム４の揺動中心Ｐ
３とが鉛直線上に位置決めされる。この状態で前述と同
様にして、オペレータが、入力部の操作をしてロボット
制御装置に２軸アーム３に対する機構部の現在位置を図
示しないディスプレイに表示させる（ステップ１５）。
オペレータは、表示された現在位置をキャリブレーショ
ン値として入力部から手動で図示しないロボット制御装
置に入力することで（ステップ１６）、２軸アーム３の
キャリブレーションが完了する（ステップ１７）。次い
で、オペレータは、角度規制板２１を枠体１１と２軸ア
ーム３とから取り外す（ステップ１８）。

【００１５】３軸、４軸、５軸、６軸アームのキャリ
ブレーション（図５、図６） オペレータが、図示しない電源スイッチを操作して各モ
ータの電源をオンにすると（ステップ２１）、２軸アー
ム３と３軸アーム４と４軸アーム５とがモータ（図示せ
ず）による駆動可能状態になる。２軸アーム３のキャリ
ブレーションが終了した後、オペレータは、入力部に対
して所定の操作を行うことで、２軸アーム３を反時計方
向に予め設定された角度（本実施例では５０°）だけ揺
動させる（図８（ａ）参照、ステップ２２）。次いで、
オペレータが所定の入力指示をすることにより４軸アー
ム５を図１における矢印Ｄで示す反時計方向に９０°回
転させ（ステップ２３）、４軸アーム５の左側面（カバ
ーＣ3aの側）を下方に向ける。更に、オペレータが所定
の入力指示により３軸アーム４を矢印Ｃで示す時計方向
にほぼ４５°前後回転させると（ステップ２４）、２軸
アーム３と３軸アーム４と４軸アーム５とは、ほぼ図８
（ａ）に示した状態に屈曲される。なお、この際、５軸
アーム６等は、図１において、反時計方向に９０°回転
した位置に停止している。次に、オペレータは、各モー
タの電源をオフにする（ステップ２５）。

【００１６】そして、オペレータは、３軸アーム４と４
軸アーム５のブレーキを解除し（ステップ２６）、３軸
アーム４と４軸アーム５を手で動かして４軸アーム５の
フレーム５ａを２個の位置決めピン１７、１７の先端に
同時に当接させる（図８（ａ）、（ｂ）参照、ステップ
２７）。次いで、オペレータは、３軸アーム４と４軸ア
ーム５のブレーキをかけて固定する（ステップ２８）。
次いで、オペレータは、５軸アーム６と６軸アーム７の
ブレーキを解除し（ステップ２９）、５軸アーム６を略
１８０°だけ手で動かし（前述の如く、図１において反
時計方向に９０°回転して停止した位置から時計方向に
略１８０°回転させる）、更に、６軸アーム７を手で動
かして、５軸アーム６の側面６ａを当接板３１の当接突
起３４に当接させ、６軸アーム７のボス９を当接板３１
の当接面３５に突き当てる（図９参照、ステップ３
０）。この状態で、オペレータは、５軸アーム６と６軸
アーム７のブレーキをかける（ステップ３１）。そし
て、ロボット制御装置は、３軸、４軸、５軸、６軸の各
アームに対する機構部の現在位置を表示する（ステップ
３２）。

【００１７】次いで、オペレータは、ステップ３２でデ
ィスプレイに表示された値に基づいて、前述の５０°、
９０°、１８０°の回転を行ったことに対する補正演算
を行う。即ち、３軸アーム４に対してはステップ３２に
おける表示値に対して＋５０°、４軸アーム５に対して
はステップ３２における表示値に対して−９０°、５軸
アーム６に対してはステップ３２における表示値に対し
て＋１８０°の演算をそれぞれ行い、また、６軸につい
てはステップ３２における表示値をキャリブレーション
値として手動で入力することで（ステップ３３）、キャ
リブレーションが完了する（ステップ３４）。次いで、
オペレータは、枠体１１をロボットＲから取り外し（ス
テップ３５）、ステップ１で取り外した４個のカバーＣ
1a、Ｃ1b、Ｃ２、Ｃ3aを所定の位置に取り付ける（ステ
ップ３６）。以上のキャリブレーション操作により、各
関節軸のキャリブレーションが終了し、ロボットＲは使
用可能状態となる。

【００１８】なお、本実施例では１軸フレームと２軸ア
ームとの平行を出す場合に目視で行ったが、図１０に示
す平行出し治具４０を用いてもよい。即ち、平行出し治
具４０は、上部垂直部４１ａと水平部４１ｂと下部垂直
部４１ｃとが略椅子状に形成され、上部垂直部４１ａの
裏面と下部垂直部４１ｃの裏面は平行に形成されてい
る。上部垂直部４１ａの裏面には所定位置に２本の位置
決めピン４２ａ、４２ｂが突設され、下部垂直部４１ｃ
の裏面にも２本の位置決めピン４２ｃ、４２ｄが突設さ
れている。そして、上部の位置決めピン４２ａ、４２ｂ
を１軸フレーム２の側面２ｃ（図７（ｂ）参照）に形成
された位置決め穴（図示せず）に嵌入し、同様に、下部
の位置決めピン４２ｃ、４２ｄを基準面（ベース側面）
１ｃ（図１参照）に形成された位置決め穴（図示せず）
に嵌入して、１軸フレーム２と基準面１ｃとの平行を出
すようにする。また、本実施例ではキャリブレーション
治具Ｊを枠体１１で構成したが、窓部のない板状部材で
構成してもよい。更に、本実施例では６軸の産業用ロボ
ットＲにキャリブレーション治具を適用する場合につい
て説明したが、本発明を６軸以外（例えば、４軸）の産
業用ロボットにも適用することが可能である。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように請求項１および請求
項３記載の発明によれば、複数の関節軸の内のいずれか
一つの関節軸の基準箇所に対してキャリブレーション治
具を取り付け、このキャリブレーション治具を構成する
角度決め部材に、屈曲された前記一つの関節軸以外の他
の関節軸の側面を当接させて他の関節軸の角度決めをし
ているので、産業用ロボットのフランジ面を基準にする
ことなく、各関節軸のキャリブレーションを行うことが
できる。また、請求項２および請求項４記載の発明によ
れば、複数の関節軸の内のいずれか一つの関節軸の基準
箇所に対してキャリブレーション治具を取り付け、一つ
の関節軸に対する他の関節軸の角度を、キャリブレーシ
ョン治具と他の関節軸との間隔で規制しているので、産
業用ロボットのフランジ面を基準にすることなく、各関
節軸のキャリブレーションを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のキャリブレーション治具を適
用する産業用ロボットの外観斜視図である。

【図２】同上、キャリブレーション治具の分解斜視図で
ある。

【図３】同上、１軸フレームのキャリブレーション動作
を示すフローチャートである。

【図４】同上、２軸フレームのキャリブレーション動作
を示すフローチャートである。

【図５】同上、３軸、４軸、５軸、６軸のキャリブレー
ション動作を示すフローチャートである。

【図６】同上、図５の続きのフローチャートである。

【図７】同上、２軸アームのキャリブレーション操作を
示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、
（ｃ）は側面図である。

【図８】同上、３軸、４軸、５軸、６軸のキャリブレー
ション操作を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）
は側面図である。

【図９】同上、３軸、４軸、５軸、６軸のキャリブレー
ション動作を示す平面図である。

【図１０】同上、１軸フレームとベース側面との平行を
出す治具の斜視図である。

【符号の説明】

１ ベース ２ １軸フレーム ３ ２軸アーム ４ ３軸アーム ５ ４軸アーム ６ ５軸アーム ７ ６軸アーム １０ 治具本体 １１ 枠体 １４ 位置決めピン（角度規制手段） １６ 位置決め孔 １７ 位置決めピン １８ ネジ孔 ２０ 第１補助治具（補助治具） ２１ 角度規制板 ２２ 平行ピン ２３ ダイアピン ３０ 第２補助治具（角度規制手段） ３１ 当接板 ３４、３５ 当接突起

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の関節軸を有する産業用ロボットの
   各関節軸の原点較正を行う産業用ロボットのキャリブレ
   ーション方法において、 いずれか一つの関節軸に形成された基準箇所にキャリブ
   レーション治具を取り付け、 このキャリブレーション治具に、他の関節軸の軸方向側
   面を当接させて前記他の関節軸の角度決めをし、 キャリブレーションを行うようにしたことを特徴とする
   産業用ロボットのキャリブレーション方法。
2. 【請求項２】 複数の関節軸を有する産業用ロボットの
   各関節軸の原点較正を行う産業用ロボットのキャリブレ
   ーション方法において、 いずれか一つの関節軸に形成された基準箇所にキャリブ
   レーション治具を取り付け、 前記一つの関節軸に対する他の関節軸の角度を、前記他
   の関節軸の所定箇所と前記取り付けられたキャリブレー
   ション治具の所定箇所との間隔で規制し、 キャリブレーションを行うようにしたことを特徴とする
   産業用ロボットのキャリブレーション方法。
3. 【請求項３】 複数の関節軸を有する産業用ロボットの
   各関節軸の原点較正を行う産業用ロボットのキャリブレ
   ーション治具において、 いずれか一つの関節軸に形成された基準箇所に取付けら
   れるキャリブレーション治具本体と、 このキャリブレーション治具本体に設けられ、他の関節
   軸の軸方向側面が当接されて前記他の関節軸の角度を規
   制する角度規制手段とを備えたことを特徴とする産業用
   ロボットのキャリブレーション治具。
4. 【請求項４】 複数の関節軸を有する産業用ロボットの
   各関節軸の原点較正を行う産業用ロボットのキャリブレ
   ーション治具において、 いずれか一つの関節軸に形成された基準箇所に取付けら
   れるキャリブレーション治具本体と、 前記一つの関節軸に対して揺動可能な他の関節軸の角度
   を、前記キャリブレーション治具本体の所定箇所と他の
   関節軸の所定箇所との長さで規制する補助治具とを備え
   たことを特徴とする産業用ロボットのキャリブレーショ
   ン治具。 【０００１】