JPH1019540A - レイアウトデータ測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ロボットと対象ワークとの相対的な位置姿勢の
誤差を補正する。 【課題解決手段】ワーク固定治具４に取り付けられ、ロ
ボット動作空間７の基準点ａ〜ｈの位置姿勢（２５４，
２５５により示される）を示す基準面が形成された測定
基準ツールと、ロボット３のツール取付部１１３に取り
付けられ、基準面に対応する検出面が形成された位置決
ツールと、検出面に対応して定まる作業基準位置姿勢
（２３２，２３３により示される）を、ロボット座標系
Ｒの座標値でもって検出するロボット制御盤６とを備
え、検出面が基準面に対応する位置関係となるように位
置決ツールを移動させた状態における作業基準位置姿勢
のロボット座標系Ｒの座標値を、基準点ａ〜ｈの位置姿
勢を示すレイアウトデータとしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワーク固定治具に
固定された対象ワークとロボットとの相対的な位置姿勢
の関係を示すレイアウトデータを測定する装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】ロボットを使用するときには、作業先端
位置を正確に対象ワークに位置させる必要がある。この
要求に従い、作業先端位置の誤差を減少させるための従
来技術が提案されている。

【０００３】産業用ロボットの作業基準点計測装置（特
開昭６１−１１８６０１号公報）として提案されている
技術（第１の従来技術）は、ロボットフランジに座標計
測器を取り付け、この座標計測器でもって、ツールの先
端位置（作業基準点）を測定する構成となっている。そ
のため、作業基準点をロボットフランジから見たときの
誤差が正確に検出されるので、ツールの形状誤差やツー
ルの取り付け誤差が補正される。

【０００４】また、産業用ロボットのアーム長検出方法
（特開昭６３−３００８８３号公報）として提案されて
いる技術（第２の従来技術）は、２軸水平関節ロボット
のアーム長を測定して、機体差を減少させる構成となっ
ている。すなわち、互いの距離が既知である３つ以上の
基準点に、ロボットの標点を位置合わせする。そして、
標点を位置合わせする毎に得られる第１および第２のア
ームの各角度と、各基準点間の距離とにより定まる方程
式を用いて、２乗和が最小となる演算を行い、位置決め
誤差が最小となるアーム長を得ている。

【０００５】また、溶接システムにおけるロボットと対
象ワークとの相対位置の計測に関して、個々の対象ワー
クに設定された溶接条件に対し、対象ワークの基準点情
報を実際にロボットに教示する方法が、提案されている
（日経メカニカル〔１９９３年１１−１：Ｎｏ４１
４〕）（第３の従来技術）。

【０００６】また、ロボットの設置位置のずれ、ロボッ
トの機体差がオフライン教示のデータの誤差の一因とな
っていることを示唆する従来技術がある（日経メカニカ
ル〔１９９６年１．８：Ｎｏ４７１〕）（第４の従来技
術） また、日本ロボット学会誌（１９９５年７月号：第１３
巻第５号）における『オフライン教示実用化の課題』な
る提案（第５の従来技術）がある。この提案では、オフ
ライン教示を実用化するには、据え付け位置の誤差を補
正する必要があると述べられている。その具体的方法と
しては、数点の基準点を設ける。そして、基準点のそれ
ぞれに対して得られたデータを互いに照合することによ
り、据え付け位置を算出すると共に、算出結果に基づい
て全教示データを補正する方法が示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１の
従来技術は、ツールの形状の誤差を補正するためのもの
であり、第２の従来技術は、機体毎の誤差のうち、アー
ム長の誤差を補正するためのものである。つまり、第１
および第２の従来技術では、ロボットと対象ワークとの
相対的な位置姿勢に関する誤差を補正することはできな
い。

【０００８】また、第３の従来技術では、全ての対象ワ
ークに対して、同様の教示を行う必要があるため、教示
操作が煩雑である。また、教示の具体的方法も開示され
ていない。また、第４の従来技術では、課題が示されて
いるのみで、課題を解決するための具体的方法について
は示されていない。

【０００９】また、第５の従来技術では、具体的な基準
点の設け方、データの取得方法、照合方法が示されてい
ないので、実用化は困難である。

【００１０】本発明は上記課題を解決するため創案され
たものであって、請求項１記載の発明の目的は、ワーク
固定治具に取り付ける測定基準ツールと、ロボットに取
り付ける位置決ツールとを対として、これら２種のツー
ルにより定まる作業基準位置姿勢を、ロボット座標系の
座標値として得ることにより、ロボットと対象ワークと
の相対的な位置姿勢の誤差を補正することのできるレイ
アウトデータ測定装置を提供することにある。

【００１１】また、請求項２記載の発明の目的は、補正
時のロボットの位置決め作業を、オス型コーンをメス型
コーンに密着させる作業とすることにより、補正時のロ
ボットの位置決め作業の精度を、手間を要することなく
高めることのできるレイアウトデータ測定装置を提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１記載の発明に係るレイアウトデータ測定装置
は、ワーク固定治具に固定された対象ワークとロボット
との相対的な位置姿勢の関係を示すレイアウトデータを
測定する装置に適用し、前記ワーク固定治具に固定さ
れ、前記対象ワークに対応して定まるロボット動作空間
の基準点の位置姿勢を示す基準面が形成された測定基準
ツールと、前記ロボットのツール取付部に取り付けら
れ、前記基準面に対応する検出面が形成された位置決ツ
ールと、前記検出面に対応して定まる作業基準位置姿勢
を、ロボット座標系の座標値でもって検出するロボット
制御盤とを備え、前記検出面が前記基準面に対応する位
置関係となるように前記位置決ツールを移動させた状態
における前記作業基準位置姿勢のロボット座標系の座標
値を、前記基準点の位置姿勢を示すレイアウトデータと
した構成としている。すなわち、検出面が基準面に対応
する位置関係となるように位置決ツールを移動させた状
態においては、作業基準位置姿勢は、ロボットと対象ワ
ークとの相対的な関係を示す姿勢となる。そのため、作
業基準位置姿勢を示すロボット座標系の座標値は、ロボ
ットと対象ワークとの相対的な関係を数値化したデータ
となる。

【００１３】また請求項２記載の発明に係るレイアウト
データ測定装置は、上記構成に加え、前記基準面をメス
型コーンとし、前記検出面を前記メス型コーンに対応す
る形状のオス型コーンとした構成としている。そのた
め、オス型コーンがメス型コーンに密着するように位置
決ツールを移動させるのみで、検出面が基準面に精度よ
く位置合わせされる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例の形態を、
図面を参照しつつ説明する。

【００１５】図１は、本発明に係るレイアウトデータ測
定装置の一実施形態を示す外観斜視図である。

【００１６】図において、ロボット３は、２つのアーム
１１１，１１２を備えた構造となっている。また、アー
ム１１２の先端近傍には、対象ワーク５に対応した作業
用ツールを取り付けるためのフランジ（請求項１記載の
ツール取付部）１１３が設けられている。そして、レイ
アウトデータの測定を行う場合、このフランジ１１３に
は、位置決ツール（後に詳述する）が取り付けられる。

【００１７】フランジ１１３に取り付けられた作業用ツ
ールの作業対象となる対象ワーク５は、ロボット３に対
して所定の位置関係に設けられたワーク固定治具４の載
置面１５１に固定されている。そのため、ワーク固定治
具４の載置面１５１の３方の縁に沿って、対象ワーク５
を精度良く位置決めすることを可能にするため、略コ字
状のワーク位置決治具１５２が形成されている。

【００１８】一方、レイアウトデータの測定を行う場
合、ワーク固定治具４には、図示されない取付治具を介
して、８つの測定基準ツール（後に詳述する）が取り付
けられる。

【００１９】上記したように、ロボット３と対象ワーク
５とは、互いに独立したブロックを形成している。その
ため、ロボット３の位置姿勢と対象ワーク５の位置姿勢
とは一致せず、ある相対的な関係の元にある。

【００２０】すなわち、ワーク固定治具４に固定された
対象ワーク５とロボット３との相対的な位置姿勢の関係
とは、ロボット座標系Ｒの原点Ｏｒの位置とワーク座標
系Ｗの原点Ｏｗの位置との関係、および、ロボット座標
系Ｒとワーク座標系Ｗとの捩じれの関係の２種の関係で
ある。

【００２１】すなわち、原点の位置関係は、Ｏｒを原点
とするロボット座標系Ｒから見たときの、ワーク座標系
Ｗの原点Ｏｗの座標値として示される。また捩じれの関
係は、ワーク座標系ＷのＺ軸Ｚｗ等の方向に沿った単位
長のベクトルをロボット座標系Ｒの座標値として示すと
き、得られた座標値でもって示される。つまり、相対的
位置関係は、６種の座標値でもって示されることにな
る。

【００２２】図２（ａ），（ｂ）は、レイアウトデータ
の測定時にワーク固定治具４に取り付けられる測定基準
ツールの平面図および正面図を示している。

【００２３】測定基準ツール２は、ワーク固定治具４の
所定位置に取り付けられるツールであり、対象ワーク５
に対応して定まるロボット動作空間（後に詳述する）７
の基準点の位置姿勢を示す。

【００２４】すなわち、略直方体状の金属からなるツー
ル本体２５１には、基準点の位置姿勢を示すための基準
面として、メス型コーン２５３が形成されている。そし
て、メス型コーン２５３の中心線２５４の方向でもっ
て、基準点の姿勢の方向を示す。また、メス型コーン２
５３の中心線２５４上で、ツール本体２５１の上面２５
２と同一高さとなる指示点２５５でもって、基準点の位
置を示す。

【００２５】図３は、レイアウトデータの測定時にフラ
ンジ１１３に取り付けられる位置決ツール１の平面図お
よび側面図を示している。

【００２６】ツール本体２３４は、重量が実際の作業用
ツールの重量に略等しくなっており、直径が略８ｃｍ、
長さが４０数ｃｍの円柱状の金属でもって構成されてい
る。そして、先端には、測定基準ツール２の基準面２５
３に対応する検出面２３１が形成されている。この検出
面２３１は、具体的には、メス型コーン２５３のコーン
形状と同一コーン形状のオス型コーン２３１となってい
る。

【００２７】また、ツール本体２３４の根元には、フラ
ンジ１１３にツール本体２３４を固定するための支持部
材２３５が固定されている。そして、支持部材２３５に
は、フランジ１１３に取り付けたときの取り付け精度を
確保するため、フランジ１１３に形成された位置決め用
の円形の凹部（図示されていない）に嵌合する円盤部２
３６が形成されている。

【００２８】以上で測定基準ツール２および位置決ツー
ル１の形状説明を終了し、次に、ロボット動作空間７に
ついて説明する。

【００２９】ロボット動作空間７は、ロボット３の作業
対象となる対象ワーク５の寸法から定まり、その内部で
は、ロボット３の動作精度が要求される空間である。本
実施形態では、ロボット動作空間７をキューブ状の空間
としている。そして、キューブ状のロボット動作空間７
の８つの頂点ａ〜ｈのそれぞれを基準点に設定してい
る。そのため、基準点ａ〜ｈのそれぞれには、図示され
ない取付治具を介して、測定基準ツール２が、精度良く
取り付けられる。

【００３０】図４は、基準点ａ〜ｈとワーク座標系Ｗの
原点Ｏｗとの位置関係を示す説明図であり、（ａ）は、
ロボット動作空間７を図１において矢印α方向から見た
ときの位置関係を示し、（ｂ）は、ロボット動作空間７
を図１において矢印β方向から見たときの位置関係を示
している。

【００３１】同図に示したように、原点Ｏｗから基準点
ａ，ｄ，ｅ，ｈまでの水平距離Ｌ１は、互いに等しい距
離となっている。また、原点Ｏｗから基準点ａ，ｂ，
ｅ，ｆまでの水平距離Ｌ３は、互いに等しい距離となっ
ている。また、原点Ｏｗから基準点ａ，ｂ，ｄ，ｅ，
ｆ，ｈまでの垂直距離Ｌ２は、互いに等しい距離となっ
ている。すなわち、基準点ａ〜ｈと原点Ｏｗとの距離
は、全てが等しい距離となっていて、原点Ｏｗは、ロボ
ット動作空間７の中心に位置している。

【００３２】そして、原点Ｏｗに対して互いに等しい距
離にある８つの基準点ａ〜ｈのそれぞれには、位置決ツ
ール１を測定基準ツール２に位置決めしたとき（メス型
コーン２５３にオス型コーン２３１を密着させたとき）
のロボット座標系Ｒの座標値から、ワーク座標系Ｗの原
点Ｏｗの位置がデータ処理により算出可能となるよう
に、測定基準ツール２が取り付けられる。

【００３３】以下、図１を参照しつつ、詳細に説明す
る。ただし、図１では、指示点２５４，２５５は、基準
点ｂに取り付けられた測定基準ツール２により示される
位置姿勢となっている。すなわち、基準点ｂの位置姿勢
の方向を示す２５４は、測定基準ツール２の中心線２５
４の方向であり、Ｚ軸Ｚｗの方向に一致している。ま
た、２５５は、測定基準ツール２の指示点２５５に一致
しており、基準点ｂの位置を示している。

【００３４】また、図１中の符号２３２、２３３は、フ
ランジ１１３に取り付けられた位置決ツール１により決
定される作業基準位置姿勢を示している。すなわち、２
３２は、位置決ツール１の中心線２３２であり、位置決
ツール１が測定基準ツール２に位置決めされたときに
は、測定基準ツール２の中心線２５４に一致する方向を
示している。また、２３３は、位置決ツール１の指示点
２３３であり、位置決ツール１が測定基準ツール２に位
置決めされたときには、測定基準ツール２の指示点２５
５に一致する位置を示している。

【００３５】以上でロボット動作空間７の説明を終了
し、次に、ロボット制御盤６について説明する。

【００３６】ロボット制御盤６は、検出面であるオス型
コーン２３１に対応して定まる作業基準位置姿勢を、ロ
ボット座標系Ｒの座標値でもって検出するブロックとな
っている。

【００３７】すなわち、位置決ツール１をロボット３の
フランジ１１３に取り付けたときには、オス型コーン２
３１のコーン形状に対応して中心線２３２が決まる。ま
た、オス型コーン２３１のコーン形状とメス型コーン２
５３のコーン形状との対応関係から、指示点２３３の位
置が決まる。つまり、中心線２３２と指示点２３３とで
もって作業基準位置姿勢が決定される。そのため、ロボ
ット制御盤６は、中心線２３２と指示点２３３とでもっ
て示される作業基準位置姿勢を、ロボット座標系Ｒの座
標値として取得する。

【００３８】また、ロボット３の側から見たときの作業
基準位置姿勢は、位置決ツール１の支持部材２３５とオ
ス型コーン２３１との位置関係によって定まる。そのた
め、ロボット３から見たときの作業基準位置姿勢が、使
用する作業用ツールの先端の位置姿勢と一致するように
位置決ツール１の形状が決定されている。すなわち、作
業基準位置姿勢は、作業用ツールの先端の位置姿勢に一
致した構成となっている。

【００３９】以上のことから、位置決ツール１が測定基
準ツール２に位置決めされたときには、指示点２３３
と、指示点２３３を通過する中心線２３２の方向とによ
り定まる作業基準位置姿勢は、作業用ツールの先端の位
置姿勢に一致すると共に、基準点ａ〜ｈの位置姿勢にも
一致することになる。

【００４０】上記構成からなる実施形態を用いてレイア
ウトデータを測定する動作について説明する。

【００４１】まず、ロボット制御盤６に接続されたジョ
イスティック（図示を省略）等を用いて、フランジ１１
３に位置決ツール１が取り付けられたロボット３を操作
し、位置決ツール１のオス型コーン２３１を、基準点ａ
〜ｈに取り付けられた測定基準ツール２のメス型コーン
２５３に精度良く密着させる。

【００４２】ここで、位置決め対象となった測定基準ツ
ール２が、基準点ｂを示す測定基準ツール２である場合
の動作について説明する。すなわち、位置決ツール１の
オス型コーン２３１が測定基準ツール２のメス型コーン
２５３に密着したときには、中心線２３２は中心線２５
４に一致する。また指示点２３３は指示点２５５に一致
する。つまり、測定基準ツール２により示される基準点
ｂの位置姿勢と、作業基準位置姿勢とが一致する。

【００４３】ロボット制御盤６は、基準点ｂの位置姿勢
に一致した作業基準位置姿勢を、ロボット座標系Ｒの座
標値として検出し、内部に記憶する。このとき得られる
座標値は、 ｘｒ：ロボット座標系Ｒから見た基準点ｂの位置のＸｒ
座標値 ｙｒ：ロボット座標系Ｒから見た基準点ｂの位置のＹｒ
座標値 ｚｒ：ロボット座標系Ｒから見た基準点ｂの位置のＺｒ
座標値 Ｒｘ：ロボット座標系Ｒから見た基準点ｂの姿勢のＸｒ
軸回りの回転量 Ｒｙ：ロボット座標系Ｒから見た基準点ｂの姿勢のＹｒ
軸回りの回転量 Ｒｚ：ロボット座標系Ｒから見た基準点ｂの姿勢のＺｒ
軸回りの回転量 として示されるｘｒ，ｙｒ，ｚｒ，Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚの
６種の値である。

【００４４】このような動作、すなわち位置決ツール１
のオス型コーン２３１を測定基準ツール２のメス型コー
ン２５３に密着させる操作と、密着後の作業基準位置姿
勢を示す６種の値の検出とを、全ての基準点ａ〜ｈのそ
れぞれについて行う。その結果、これらの動作が全て終
了したときには、６種の値からなるデータ群が８群得ら
れることになる。

【００４５】ロボット制御盤６は、得られた８群のデー
タ群から、平均値を求め、求めた平均値をレイアウトデ
ータとする。このレイアウトデータは、ロボット座標系
Ｒから見たときのワーク座標系Ｗの原点Ｏｗの位置、お
よびワーク座標系Ｗの捩じれを精密に示す値となる。そ
して、対象ワーク５に対する作業を行うときには、既に
得られたレイアウトデータにより補正された値を用い
る。

【００４６】

【発明の効果】請求項１記載の発明に係るレイアウトデ
ータ測定装置は、ワーク固定治具に固定された対象ワー
クとロボットとの相対的な位置姿勢の関係を示すレイア
ウトデータを測定する装置に適用し、前記ワーク固定治
具に固定され、前記対象ワークに対応して定まるロボッ
ト動作空間の基準点の位置姿勢を示す基準面が形成され
測定基準ツールと、前記ロボットのツール取付部に取り
付けられ、前記基準面に対応する検出面が形成された位
置決ツールと、前記検出面に対応して定まる作業基準位
置姿勢を、ロボット座標系の座標値でもって検出するロ
ボット制御盤とを備え、前記検出面が前記基準面に対応
する位置関係となるように前記位置決ツールを移動させ
た状態における前記作業基準位置姿勢のロボット座標系
の座標値を、前記基準点の位置姿勢を示すレイアウトデ
ータとした構成としている。そのため、検出面が基準面
に対応する位置関係となるように位置決ツールを移動さ
せた状態においては、作業基準位置姿勢は、ロボットと
対象ワークとの相対的な関係を示す姿勢となる。そし
て、作業基準位置姿勢を示すロボット座標系の座標値
は、ロボットと対象ワークとの相対的な関係を数値化し
たデータとなるので、ロボットと対象ワークとの相対的
な位置姿勢の誤差を補正することができる。

【００４７】また請求項２記載の発明に係るレイアウト
データ測定装置は、上記構成に加え、前記基準面をメス
型コーンとし、前記検出面を前記メス型コーンに対応す
る形状のオス型コーンとした構成としている。そのた
め、オス型コーンがメス型コーンに密着するように位置
決ツールを移動させるのみで、検出面が基準面に精度よ
く位置合わせされるので、補正時のロボットの位置決め
作業の精度を、手間を要することなく高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレイアウトデータ測定装置の一実
施形態を示す外観斜視図である。

【図２】測定基準ツールの形状を示す平面図および正面
図である。

【図３】位置決ツールの形状を示す平面図および側面図
である。

【図４】基準点とワーク座標系の原点との位置関係を示
す説明図である。

【符号の説明】

１ 位置決ツール ２ 測定基準ツール ３ ロボット ４ ワーク固定治具 ５ 対象ワーク ２３１ 検出面であるオス型コーン ２５３ 基準面であるメス型コーン ａ〜ｈ 基準点 Ｒ ロボット座標系 Ｗ ワーク座標系

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワーク固定治具に固定された対象ワーク
   とロボットとの相対的な位置姿勢の関係を示すレイアウ
   トデータを測定する装置において、 前記ワーク固定治具に固定され、前記対象ワークに対応
   して定まるロボット動作空間の基準点の位置姿勢を示す
   基準面が形成された測定基準ツールと、 前記ロボットのツール取付部に取り付けられ、前記基準
   面に対応する検出面が形成された位置決ツールと、 前記検出面に対応して定まる作業基準位置姿勢を、ロボ
   ット座標系の座標値でもって検出するロボット制御盤と
   を備え、 前記検出面が前記基準面に対応する位置関係となるよう
   に前記位置決ツールを移動させた状態における前記作業
   基準位置姿勢のロボット座標系の座標値を、前記基準点
   の位置姿勢を示すレイアウトデータとすることを特徴と
   するレイアウトデータ測定装置。
2. 【請求項２】 前記基準面をメス型コーンとし、前記検
   出面を前記メス型コーンに対応する形状のオス型コーン
   としたことを特徴とする請求項１記載のレイアウトデー
   タ測定装置。