JPH08281583A - 位置補正システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 移設時の再教示を不要とし、治具とロボット
間の関係位置を自動的に正確に補正しうる位置補正シス
テムを提供する。 【構成】 治具１に断面が非円形の２つの測定穴３ａ、
３ｂを設け、ロボット２に測定穴３ａ、３ｂと同一形状
の測定棒５を把持させる。ロボット２の手首には力覚セ
ンサ６を装着する。まず、力覚センサ６の検出値が目標
値となるように動作を修正しながらロボット２に測定棒
５を測定穴３ａ、３ｂに差し込む動作を行わせる。２つ
の測定穴３ａ、３ｂについてそれぞれ差し込み動作が完
了すると、その時のロボット２の軸パラメータを正規時
の軸パラメータと比較して、治具１とロボット２間のね
じれ、傾き、各方向のずれを把握し、原位置を修正する
補正値を求め、この補正値によりロボット１の教示デー
タを修正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、治具と産業用ロボット
の間の関係位置を自動的に補正しうる位置補正システム
に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、自動車工場においては、ワー
クを治具で固定し、この治具上のワークに対し産業用ロ
ボット（以下、単にロボットという）を使って所定の作
業（溶接作業や組立作業など）を行わせることが広く普
及している。そして、この場合のロボットとしては、人
間がロボットを動かすことによって実際の作業（作業の
順序、条件、位置、およびその他の情報）を教示し、そ
の教示された情報に従って作業を行うプレイバックロボ
ットが一般に用いられている。

【０００３】このように治具上のワークに対しロボット
によって作業をする場合には、治具とロボットの位置関
係をあらかじめ正確に規定しておかなければならない
が、たとえば、実験室で試作上作った設備環境などを新
たに現場に設置するとき、またはすでにある設備環境を
別の場所に移設するときなどにおいては、治具とロボッ
トの位置関係があらかじめ設定された位置関係とずれる
ことがあるので、実際に稼働させる前に、そのずれを調
整する作業が必要となる。

【０００４】この点、従来は、治具やロボットが比較的
大きいものであり、それぞれの設置位置を細かく調整す
ることが困難であることから、結局は、ロボットの教示
をやり直すことによって対応していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のやり方にあっては、治具やロボットを含む設
備環境を移設する際にロボットの教示をもう１度やり直
すため、設置自体に工数がかかるのに加えて、改めて教
示作業に多大の工数を必要とするので、それらの移設が
完了し再稼働が可能となるまでに相当な時間（日数）が
かかってしまうという問題があった。

【０００６】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、移設時の再教示を不要と
し、治具とロボットの間の関係位置を自動的に正確に補
正することができる位置補正システムを提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、ワークを固定するための治
具と当該治具上に固定されたワークに対して所定の作業
を行う産業用ロボットの間の関係位置を補正する位置補
正システムであって、非円形の断面形状をもつ穴を備え
た治具と、前記ロボットに把持される、前記治具の穴の
形状と合致する棒状部材と、前記棒状部材が前記治具の
穴に差し込まれた時の前記ロボットの位置データを所定
の正規位置データと比較し、前記治具と前記ロボットの
間の関係位置の補正値を演算する補正値演算手段とを有
することを特徴とする。

【０００８】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の位置補正システムにおいて、前記補正値演算手段の
演算結果に基づいて、あらかじめ設定された前記ロボッ
トの各作業点の位置データを補正するデータ補正手段を
有することを特徴とする。

【０００９】また、請求項３記載の発明は、請求項１ま
たは２記載の位置補正システムにおいて、前記ロボット
の動作を制御するロボット制御手段と、前記ロボットの
動作に関する力覚情報を検出する力覚情報検出手段と、
ロボットが前記棒状部材を前記治具の穴に差し込む動作
を行う際に、前記力覚情報検出手段の検出結果を所定の
目標値と比較し、それらが一致するように前記ロボット
を動作させる補正信号を生成し、前記ロボット制御手段
に出力するロボット動作補正手段とを有することを特徴
とする。

【００１０】また、請求項４記載の発明は、請求項１、
２、または３記載の位置補正システムにおいて、前記治
具に設けられた前記穴の個数は２つであることを特徴と
する。

【００１１】

【作用】請求項１記載の発明にあっては、補正値演算手
段は、棒状部材が治具の穴に差し込まれた時のロボット
の位置データを所定の正規位置データと比較し、治具と
ロボットの間の関係位置の補正値を演算する。このと
き、治具の穴と棒状部材の形状は非円形であるため、棒
状部材が治具の穴に差し込まれた時のデータは、治具と
ロボットの位置関係におけるねじれ、傾き、水平方向の
ずれ、高さ方向のずれを反映したものとなっている。し
たがって、その時のデータを、治具とロボットが正規の
位置関係にあるときのデータと比較すれば、治具とロボ
ットの間のねじれ、傾き、水平方向、高さ方向の各ずれ
（変化）がわかるので、それらのずれ量から、治具の実
際の設置位置に合うようにロボットの位置を補正する値
（補正値）を求めることができる。

【００１２】また、請求項２記載の発明にあっては、デ
ータ補正手段は、補正値演算手段の演算結果（補正値）
に基づいて、あらかじめ設定されたロボットの各作業点
の位置データを補正する。これにより、実際にロボット
を動作させる際に、その都度各作業点ごとに位置データ
を補正する必要がなく、動作時の補正演算が省略され
る。

【００１３】また、請求項３記載の発明にあっては、ロ
ボット制御手段はロボットの動作を制御し、力覚情報検
出手段はロボット制御手段で制御されたロボットの動作
に関する力覚情報を検出する。ロボット動作補正手段
は、ロボット制御手段によって制御されながらロボット
が棒状部材を治具の穴に差し込む動作を行う際に、力覚
情報検出手段の検出結果（力覚情報）を所定の目標値と
比較し、それらが一致するようにロボットを動作させる
補正信号を生成し、ロボット制御手段に出力する。これ
により、力の加わり方を感じながら適切に動作を修正し
てロボットに差し込み動作を行わせるので、自動的にし
かも確実に棒状部材が治具の穴に差し込まれる。

【００１４】また、請求項４記載の発明にあっては、治
具に２つの穴を設けたので、それぞれの穴に対して棒状
部材が差し込まれた時のデータを取得することで、それ
らのデータから治具の面に対するデータを形成すること
ができ、治具とロボットの位置関係をより一層正確に把
握することができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図２は本発明の位置補正システムの原理を説明す
るための図である。この位置補正システムは、治具１と
ロボット２の位置関係を自動的に高い精度で補正しうる
ものであって、そのため、治具１には同一の形状（寸法
を含む。以下同様）を持った２つの測定穴３ａ、３ｂが
設けられている。この測定穴３ａ、３ｂは断面形状が非
円形、たとえば多角形（好ましくは不等辺多角形）であ
り、後述する測定棒を差し込んだ時にぐらつかないよう
にある程度の深さを持っている。本実施例では、測定穴
３ａ、３ｂは不等辺三角形の断面形状を有し、貫通して
いる。このように測定穴の断面形状を非円形としある程
度の深さを持たせるのは、後述する測定棒を差し込むこ
とによって、治具１の設置位置のねじれ、傾き、水平方
向のずれ、高さ方向のずれを検出できるようにするため
である。また、本実施例では、２つの測定穴３ａ、３ｂ
を設けているが、これは測定の正確を期すためである。
すなわち、原理的には、上記形状の１つの測定穴に測定
棒を差し込むだけで治具１のねじれ、傾き、各方向のず
れを検出できるはずであるが、１つだけでは誤差を生じ
るおそれがあるので、２つの測定穴３ａ、３ｂにそれぞ
れ測定棒を差し込んだ時のデータから治具１の面４に対
するデータを求め、この面データを用いるようにしてい
る。これにより、治具１とロボット２の位置関係をより
一層正確に測定することが可能となる。

【００１６】それぞれの測定穴３ａ、３ｂにはそれと同
一の断面形状をもつ棒状部材としての測定棒５が差し込
まれる。この測定棒５は、先端が測定棒５を測定穴３
ａ、３ｂの中に差し込みやすくするためにとがってお
り、さらに付け根付近が穴３に入り込まない形状であ
り、かつ、治具１を傷付けないように柔軟性を有してい
る。ここでは、たとえば、測定棒５の付け根付近に段差
５ａをつけて、付け根付近が穴３に入り込まない形状と
している。段差５ａをつけることで、穴３の深さ（つま
り、治具面４の高さ）を測定することができる。測定棒
５はロボット２に把持され、ロボット２によって自動的
に治具１の測定穴３ａ、３ｂに差し込まれる。ロボット
２に把持された測定棒５の付け根、つまりロボット２の
手首には後述する力覚センサが装着されている。なお、
本実施例では、測定穴３ａ、３ｂは貫通しているが、こ
れに限定されるわけではない。貫通させない場合には、
測定棒５の長さを穴の底に測定棒５が十分届く長さにす
るか、上記の場合と同様に段差をつけるかのどちらでも
よい。

【００１７】図１は位置補正システムの制御系の構成を
示すブロック図である。この位置補正システムでは、上
記のロボット２として、たとえば、教示された作業を行
うプレイバックロボットを用いている。このロボット２
の手首には力覚情報検出手段としての力覚センサ６が装
着されている。この力覚センサ６にはこれを駆動しその
センサ検出値を受け取るセンサコントローラ７が接続さ
れている。センサコントローラ７で受け取られた力覚セ
ンサ６の検出値はセンサ値監視部８によって監視され
る。センサ値監視部８はフィードバック値生成部６に接
続されている。フィードバック値生成部９は、ロボット
２が測定棒５を測定穴３ａ、３ｂに差し込む動作を行う
際に、センサ値監視部８からのセンサ値データにより当
該センサ値が目標値となるようにロボット２を動かすた
めのフィードバック値（補正信号）を生成する機能を有
している。このフィードバック値生成部９には、これか
ら所定のデータを受け取ってロボット２の位置を補正す
るオフセット値を生成するオフセット値生成部１０が接
続されている。フィードバック値生成部９とオフセット
値生成部１０は、それぞれ、ロボット２の動作を総合的
に制御するロボット制御手段としてのロボットコントロ
ーラ１１に接続されている。ロボットコントローラ１１
は、ロボット２の各軸に取り付けられた位置検出器（た
とえば、エンコーダなど）からのデータに基づいてロボ
ット２の各軸の位置（軸パラメータ）を把握している。

【００１８】なお、補正値演算手段とデータ補正手段は
オフセット値生成部１０、ロボット動作補正手段はセン
サ値監視部８とフィードバック値生成部９によってそれ
ぞれ構成されている。

【００１９】ロボット２の手首に装着された力覚センサ
６は、たとえば、６次元の情報を扱う６軸の力覚センサ
であって、手にかかっている力やモーメント（力覚情
報）を直接検出するものである。この力覚センサ６から
の力覚情報をロボット２の制御にフィードバックさせる
ことによって、ロボット２のアーム部分の力を微妙に制
御しながら測定棒５を測定穴３ａ、３ｂに差し込む動作
を自動的に行うことができる。

【００２０】センサ値監視部８には、力覚センサ６の検
出値と比較される目標値があらかじめ記憶されている。
この目標値は測定棒５を測定穴３ａ、３ｂに差し込む動
作を正しく行った時（正常の差し込み動作時）の力覚セ
ンサ６の検出値（力覚情報）であって、時間または教示
点に対する関係であらかじめ設定され、所定のメモリに
記憶されている。このように目標値は測定棒５を測定穴
３ａ、３ｂに正しく差し込んだ時の力覚情報であるか
ら、実際にロボット２に差し込み動作を行わせるとき
は、力覚センサ６の検出値を目標値と比較し、それらが
許容範囲内で一致するように補正をかけることで、確実
に測定棒５を測定穴３ａ、３ｂに差し込むことが可能と
なる。

【００２１】図３は以上のように構成された位置補正シ
ステムの動作を示すフローチャートである。この位置補
正システムの動作は大別して２つの段階からなってい
る。すなわち、まず、力覚センサ６の検出値が常に目標
値と一致するように制御しながら測定棒５を各測定穴３
ａ、３ｂに差し込む動作をロボット２に行わせる段階
と、次に、ロボット２の治具１に対する位置のずれを判
断して教示データを補正する段階である。

【００２２】まず、たとえば、治具１とロボット２を移
設する際に、作業者がそれらを所定の場所に位置決めし
て設置する作業を終了し、所定のスイッチを投入する
と、治具１とロボット２の関係位置のずれを補正する位
置補正プログラムがスタートし、パラメータＮの値を１
にセットする（ステップＳ１）。パラメータＮは差し込
み動作の回数を表わしている。本実施例では、２つの測
定穴３ａ、３ｂを設けているので、それぞれの測定穴３
ａ、３ｂについて１回ずつ、合計２回の差し込み動作を
行うことになる。

【００２３】次に、どちらか一方の測定穴３ａまたは３
ｂに対して差し込み動作を行わせるべく、ロボットコン
トローラ１１によってロボット２をプレイバック動作さ
せながら、力覚センサ６からの力覚情報（力覚センサ
値）をセンサコントローラ７を介してセンサ値監視部８
に入力する（ステップＳ２）。このとき、設置された治
具１とロボット２の間の位置関係にずれがあると、ロボ
ット２が測定棒５を測定穴３ａまたは３ｂに差し込む動
作を行う際に測定棒５がねじれるなどして力覚センサ６
に正常動作時とは異なる力（場合によっては過大な荷
重）が加わることになる。

【００２４】それから、センサ値監視部８は、入力した
力覚センサ値をその差し込み動作の段階に対応する目標
値と比較し、それらの差が許容値以下であるかどうかを
判断する（ステップＳ３）。前記許容値はあらかじめ適
当な値に設定され、所定のメモリに記憶されている。

【００２５】ステップＳ３の判断の結果として入力した
力覚センサ値と目標値との差が許容値以下でなければ、
うまく差し込めないと判断して補正動作に入るべく、フ
ィードバック値生成部９において、センサ値監視部８か
らのデータ（たとえば、力覚センサ検出値と目標値との
差のデータ）から、それらの差を許容値以下に収める方
向にロボット２を動かすためのフィードバック値（補正
信号）を生成し、ロボットコントローラ１１に出力する
（ステップＳ４）。そして、ロボットコントローラ１１
は、入力した補正信号によりロボット２に補正動作を行
わせ、差し込み動作を続行させ（ステップＳ５）、ステ
ップＳ２に戻る。すなわち、この補正動作は、検出した
力覚センサ値が正常動作時の力覚センサ値（目標値）と
許容範囲内で一致するまで繰り返される。

【００２６】これに対し、ステップＳ３の判断の結果と
して入力した力覚センサ値と目標値との差が許容値以下
であれば、差し込み動作が完了したかどうかを判断する
（ステップＳ６）。この判断は、たとえば、検出された
力覚センサ値の監視において、測定棒５の挿入が完了し
た時の正常動作時の力覚センサ値（目標値）と比較する
ことによって行われる。このステップＳ６の判断の結果
として差し込み動作が完了していなければ、その旨の信
号をロボットコントローラ１１に送って、ロボット２の
差し込み動作を続行させる（ステップＳ５）。

【００２７】これに対し、ステップＳ６の判断の結果と
して差し込み動作が完了していれば、パラメータＮの値
が２以上かどうかを判断し（ステップＳ７）、そうでな
ければ、もう１つの測定穴３ａまたは３ｂについても同
様の測定を行うべく、パラメータＮの値を１だけインク
リメントして（ステップＳ８）、ロボット２を次の測定
穴３ａまたは３ｂへ移動させ、２回目の差し込み動作を
開始させ（ステップＳ９）、ステップＳ２に戻る。

【００２８】ステップＳ７の判断の結果としてパラメー
タＮの値が２以上であれば、２つの測定穴３ａ、３ｂに
対する差し込み動作が完了したものと判断し、オフセッ
ト値生成部１０において、治具１に対するロボット２の
位置のずれを判断して教示データを補正する処理に移行
する。

【００２９】すなわち、まず、ステップＳ１０で、２つ
の測定穴３ａ、３ｂについて、それぞれ、フィードバッ
ク値生成部９から差し込み動作が完了した段階を示すデ
ータを入力するとともに、ロボットコントローラ１１か
らその段階におけるロボット２の軸パラメータを入力
し、この差し込み動作完了時の軸パラメータをあらかじ
め設定された正規の軸パラメータと比較して、治具１と
ロボット２の間のねじれ、傾き、水平方向、高さ方向の
各ずれ（変化）を把握する。本実施例では、２つの測定
穴３ａ、３ｂについての結果から面データを求めて、治
具１とロボット２の関係位置のずれを正確に把握するよ
うにしている。そして、治具１とロボット２の関係位置
のずれ量に基づいて、治具の実際の設置位置に合うよう
にロボットの原位置を修正するオフセット値（補正値）
を作る。

【００３０】次に、ステップＳ１１で、ロボットコント
ローラ１１からあらかじめ教え込まれた教示データ（各
作業点の位置情報）を取り込み、ステップＳ１０で求め
たオフセット値に基づいてその教示データをすべて修正
する。この修正された教示データはロボットコントロー
ラ１１に転送され、修正前のデータが書き替えられる。
すなわち、ロボットコントローラ１１に記憶されている
教示データは治具１とロボット２の関係位置のずれに応
じて補正された内容に更新される。実際にロボット２を
プレイバック動作させる際には、その修正された教示デ
ータを単に読み出すだけでよく、補正演算は必要としな
い。

【００３１】したがって、本実施例によれば、移設され
た治具１とロボット２の間の関係位置を補正する際に、
治具１に設けた非円形（不等辺三角形）の測定穴３ａ、
３ｂに測定棒５を差し込んだ時のデータ（ロボット２の
軸パラメータ）を正規時のデータと比較して、治具１と
ロボット２の間のねじれ、傾き、水平方向、高さ方向の
各ずれを求め、それらのずれ量から、治具１の実際の設
置位置に合うようにロボット２の位置（原位置）を補正
するようにしたので、微調整を行うことなく正確な位置
補正が可能となるとともに、従来のようにロボットを再
教示する必要がなくなり、移設時の工数が大幅に低減さ
れる。

【００３２】また、本実施例では、ロボット２の原位置
を修正した後、それに基づいて教示データを修正するよ
うにしたので、ロボット２をプレイバック動作させる際
に、その都度各作業点ごとに位置データを補正する必要
がなく、ロボット２の動作の高速化が図られる。

【００３３】さらに、本実施例では、ロボット２に力覚
センサ６を取り付け、その力覚情報に基づいて力の加わ
り具合を微妙に制御しながらロボット２に差し込み動作
を行わせるようにしたので、自動的にしかも確実に測定
棒５を測定穴３ａ、３ｂに差し込むことができるように
なり、移設時の位置補正を完全に自動的に行うことがで
きる。

【００３４】また、本実施例では、２つの測定穴３ａ、
３ｂを設け、点ではなく面のデータを作成するようにし
たので、治具１とロボット２の間のねじれ、傾き、水平
方向、高さ方向の各ずれをより一層正確に把握すること
ができるようになり、位置補正の精度が向上する。

【００３５】なお、本実施例では、測定穴３ａ、３ｂと
測定棒５の断面形状を不等辺三角形としているが、これ
に限定されないことは上記したとおりである。ねじれ、
傾き、各方向のずれを検出できる形状、つまり非円形で
あれば、どのような形状であってもよい。また、測定穴
３ａ、３ｂの深さについても、本実施例では治具１を貫
通させているが、これに限定されるわけではなく、測定
棒５を差し込んだ時にぐらつかない程度の深さを持させ
れば足りることは上記したとおりである。

【００３６】また、本実施例では、ロボット２の原位置
を修正した後、それに基づいて教示データを修正するよ
うにしているが、ロボット２の高速化がそれほど要求さ
れない場合には、ロボット２をプレイバック動作させる
際に、その都度、教示データの補正演算を行わせること
も可能である。

【００３７】さらに、本実施例では、力覚センサ６を用
いた力制御によりロボット２に差し込み動作を行わせる
ようにしたが、これに限定されるわけではなく、人間が
ロボット２を操作して測定棒５を測定穴３ａ、３ｂに挿
入させることもできる。

【００３８】また、本実施例では、２つの測定穴３ａ、
３ｂを設けているが、１つの測定穴だけである程度正確
なデータが得られるのであれば、治具２に設ける測定穴
の個数は１つでもよい。

【００３９】また、本実施例では、ロボット２としてプ
レイバックロボットを用いているが、これに限定される
わけではない。たとえば、ロボットを動かすことなく作
業を数値・言語などで教示する数値制御ロボットであっ
てもよい。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１記載の発明
によれば、棒状部材が治具の穴に差し込まれた時のデー
タに基づいて治具とロボットの関係位置のずれを把握
し、ロボットの位置を補正するので、微調整を行うこと
なく正確な位置補正が可能となるとともに、ロボットの
再教示の必要がなくなり、移設時の工数が大幅に低減さ
れる。

【００４１】また、請求項２記載の発明によれば、請求
項１記載の発明の効果に加え、実際にロボットをプレイ
バック動作させる際にその都度各作業点ごとに位置デー
タを補正する必要がないので、ロボットの動作の高速化
が図られる。

【００４２】また、請求項３記載の発明によれば、請求
項１または２記載の発明の効果に加え、力覚情報を利用
してロボットに差し込み動作を行わせるので、自動的に
しかも確実に棒状部材を治具の穴に差し込むことができ
るようになり、移設時の位置補正を完全自動化すること
ができる。

【００４３】また、請求項４記載の発明によれば、請求
項１、２、または３記載の発明の効果に加え、治具に２
つの穴を設けて面データを形成するので、治具とロボッ
トの位置関係をより一層正確に把握できるようになり、
位置補正の精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の位置補正システムの制御系のブロッ
ク図

【図２】 図１の位置補正システムの原理を説明するた
めの図

【図３】 図１の位置補正システムの動作フローチャー
ト

【符号の説明】

１…治具 ２…プレイバックロボット（産業用ロボット） ３ａ、３ｂ…測定穴 ５…測定棒（棒状部材） ６…力覚センサ（力覚情報検出手段） ８…センサ値監視部（ロボット動作補正手段） ９…フィードバック値生成部（ロボット動作補正手段） １０…オフセット値生成部（補正値演算手段、データ補
正手段） １１…ロボットコントローラ（ロボット制御手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークを固定するための治具と当該治具
   上に固定されたワークに対して所定の作業を行う産業用
   ロボットの間の関係位置を補正する位置補正システムで
   あって、 非円形の断面形状をもつ穴を備えた治具と、 前記ロボットに把持される、前記治具の穴の形状と合致
   する棒状部材と、 前記棒状部材が前記治具の穴に差し込まれた時の前記ロ
   ボットの位置データを所定の正規位置データと比較し、
   前記治具と前記ロボットの間の関係位置の補正値を演算
   する補正値演算手段と、 を有することを特徴とする位置補正システム。
2. 【請求項２】 前記補正値演算手段の演算結果に基づい
   て、あらかじめ設定された前記ロボットの各作業点の位
   置データを補正するデータ補正手段を有することを特徴
   とする位置補正システム。
3. 【請求項３】 前記ロボットの動作を制御するロボット
   制御手段と、 前記ロボットの動作に関する力覚情報を検出する力覚情
   報検出手段と、 前記ロボットが前記棒状部材を前記治具の穴に差し込む
   動作を行う際に、前記力覚情報検出手段の検出結果を所
   定の目標値と比較し、それらが一致するように前記ロボ
   ットを動作させる補正信号を生成し、前記ロボット制御
   手段に出力するロボット動作補正手段と、 を有することを特徴とする請求項１または２記載の位置
   補正システム。
4. 【請求項４】 前記治具に設けられた前記穴の個数は２
   つであることを特徴とする請求項１、２、または３記載
   の位置補正システム。