JPH10301609A - ロボットの位置誤差検出方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基準座標系とロボット座標系とのずれ及びロ
ボット座標系の歪みの検出をも可能とすると共に、汎用
性を高める。 【解決手段】 基準座標系による位置座標Ｋi,j が既知
の円形穴を格子状に有するマスター治具を作業領域の所
定位置にセットし、タッチセンサをロボットのハンドに
把持させる（Ｐ１）。各円形穴の位置をタッチセンサを
用いて測定し、ロボット座標系による中心位置座標Ｒi,
j を求める（Ｐ２，Ｐ３）。タッチセンサの回転軸回り
の角度を変更して所定の円形穴の位置座標を測定し、芯
ずれ量Ｓを求める（Ｐ４）。マスター治具にタッチセン
サを取付けると共に、ハンドに円柱状のマスターワーク
を把持させ、タッチセンサの位置を測定する動作を、二
姿勢において実行し、ハンド誤差Ｈを求める（Ｐ５）。
演算により、基準座標系に対するロボット座標系のずれ
（Ｆ）及び歪みＥi,j 、並びにハンド誤差Ｈを求め、補
正された位置座標Ｒ″を求める（Ｐ６〜Ｐ11）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばロボットの
設置誤差により生ずる、作業領域に設定される基準座標
系とロボット座標系とのずれを検出するためのロボット
の位置誤差検出方法及びその装置に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】例えばライン上で組立
作業を行うロボットにおける作業位置を教示（ティーチ
ング）する方法として、従来では、作業者が、実際の組
立作業ラインにおいてロボットを動かして作業位置を教
示するものが一般的であった。ところが、この教示方法
は、面倒でかなりの時間がかかる不具合がある。そこ
で、近年では、パソコンを用いて、例えばＣＡＤシステ
ム上で作成された製品図面から作業位置を読取り、ロボ
ットの座標を指定するという、いわゆるオフラインティ
ーチングが採用されてきており、そのニーズが高まって
きている。

【０００３】このオフラインティーチングにあっては、
例えば作業ライン上におけるロボットの設置誤差等に起
因する、作業領域に設定される基準座標系とロボット座
標系とのずれが問題となり、このずれがあるとロボット
を正規の作業位置に移動させることができなくなり、作
業精度に劣るものとなってしまう。そこで、例えば特開
平４−３４０６０５号公報に示されるように、ロボット
の手先のハンド取付け用フランジに接触検出子を取付け
る一方、作業対象物体の代表点となる３本の円柱を設
け、それら円柱の位置を検出してずれの修正作業を行う
ことが考えられている。

【０００４】しかしながら、この特開平４−３４０６０
５号公報に示されたずれの修正方法では、基準座標系と
ロボット座標系とのずれ（ロボットの設置誤差）の検出
は可能であるものの、次のような問題点があった。即
ち、高精度の作業を行うためには、上記のような基準座
標系とロボット座標系とのずれだけでなく、ロボット自
体が備える座標系の歪みも問題となる。ところが、上記
公報に示された技術では、ロボット座標系の歪みについ
ての検出，修正を行うことはできなかった。

【０００５】また、上記公報に示された技術は、ロボッ
トの手先に、複数のハンド取付け部を有するフランジが
設けられ、それら取付け部のうち１個に接触検出子を取
付ける構成であり、そのとき、各々のハンド及び接触検
出子の作用線が全て回転軸線上の１点で交わるという特
殊な構造を有するものについて有効とされている。この
ため、ハンド部分の取付け構造が相違する各種のロボッ
トに適用させることができず、汎用性に欠けるものとな
っていた。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、基準座標系とロボット座標系とのずれ
の検出に加えて、ロボット座標系の歪みについての検出
をも可能とし、また汎用性の高いロボットの位置誤差検
出方法及びその装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１のロボ
ットの位置誤差検出方法は、ロボットによる作業が行わ
れる作業領域に、その作業領域に設定される基準座標系
による位置座標が既知の円形穴あるいは円柱からなる複
数の測定対象を配列状に有するマスター治具を配置する
と共に、ロボットのフランジ部又はハンドにタッチセン
サを取付けた状態で、タッチセンサを移動させて測定対
象に接触させてその位置座標を取込む測定動作を、各測
定対象に対して順次実行させることにより、各測定対象
のロボット座標系による位置座標を測定する測定行程
と、この測定行程において測定された各測定対象の測定
位置座標と、各測定対象の基準座標系による既知の位置
座標とから、基準座標系に対するロボット座標系のずれ
及び歪みを求める検出行程とを実行するところに特徴を
有する。

【０００８】これによれば、測定行程において、タッチ
センサを複数の測定対象に接触させることに基づき、各
測定対象のロボット座標系による位置座標が測定され
る。そして、検出行程において、各測定対象の測定位置
座標と、各測定対象の基準座標系による既知の位置座標
とから、基準座標系に対するロボット座標系のずれ及び
歪みが求められる。この場合、測定対象は、複数個が配
列状に設けられるので、基準座標系とロボット座標系と
のずれを求めることができることは勿論、ロボット座標
系の歪みをも容易に検出することが可能となる。また、
タッチセンサをロボットのフランジ部又はハンドに取付
ければ良いので、特殊な構造のハンドを必要とせず、各
種のロボットに適用することが可能となる。

【０００９】従って、本発明の請求項１のロボットの位
置誤差検出方法によれば、基準座標系とロボット座標系
とのずれの検出に加えて、ロボット座標系の歪みについ
ての検出をも可能とすることができ、ひいては、オフラ
インティーチングに基づいて、作業を高精度にて実行す
ることが可能となり、また汎用性を高めることができる
という優れた効果を奏するものである。

【００１０】このとき、前記マスター治具の複数の測定
対象を、基準座標系における直交する２つの座標軸に沿
って、等間隔に格子状に配列するように構成しても良い
（請求項２の発明）。これによれば、ロボット座標系の
歪みを、より緻密に検出することができると共に、検出
行程におけるずれ検出及び歪み検出の演算を、より容易
とすることができる。

【００１１】また、前記フランジ部が、前記アーム先端
に回転軸回りに回転可能に設けられているものにあって
は、前記測定行程において、少なくとも一の所定測定対
象に対しては、測定動作に加えて、フランジ部の回転軸
回りの角度を変更した状態で、タッチセンサをその所定
測定対象に接触させてその位置座標を取込む姿勢変更測
定動作を実行し、その所定測定対象に関して測定された
複数の測定位置座標から、タッチセンサの芯ずれを検出
し、その芯ずれに基づいて各測定対象の測定位置座標を
補正する構成とすることができる（請求項３の発明）。

【００１２】これによれば、タッチセンサが芯ずれ状態
で取付けられている場合には、姿勢変更測定動作により
測定された測定位置座標が、測定動作により測定された
時の測定位置座標と相違することになり、もってタッチ
センサの芯ずれを容易に検出することができる。そし
て、芯ずれの検出に基づいて各測定対象の測定位置座標
が補正されるので、タッチセンサが芯ずれ状態で取付け
られていた場合でも、ロボット座標系のずれ及び歪みを
正確に検出することができるようになる。

【００１３】ところで、作業を実行するハンドにおい
て、ハンド自体の製品としての誤差（回転軸に対する芯
ずれ）が生じていると、これも高精度の作業を阻害する
ひとつの要因となる。従って、上記したロボット座標系
のずれ及び歪みの検出に加えて、更にハンド誤差を検出
することができれば、作業のより一層の高精度化を図る
ことができる。

【００１４】本発明の請求項４のロボットの位置誤差検
出方法は、フランジ部がアーム先端に回転軸回りに回転
可能に設けられているものにあって、上記したロボット
の位置誤差検出方法の各行程に加えて、マスター治具の
所定位置にタッチセンサを取付けると共に、ハンドに寸
法が既知とされた円柱状のマスターワークを把持させ、
ロボットを移動させてマスターワークをタッチセンサに
接触させてその位置座標を取込むセンサ位置測定動作
を、ハンドの回転軸回りの角度を変更した少なくとも二
姿勢において実行し、ハンドの少なくとも二姿勢におけ
るタッチセンサの測定位置座標からハンド誤差を検出す
るハンド誤差検出行程を備えている。

【００１５】これによれば、ハンドに誤差が生じている
場合には、ハンドの回転軸回りの角度が相違するとその
ハンドが把持するマスターワークの位置も変動すること
になるので、ハンドの回転軸回りの角度を変更した少な
くとも二姿勢においてセンサ位置測定動作が実行される
ことにより、ハンド誤差を容易に検出することができ
る。この結果、ロボット座標系のずれ及び歪みの検出に
加えて、更にハンド誤差をも検出することができるの
で、より一層高精度な作業の実行が可能となる。

【００１６】そして、本発明の請求項５のロボットの位
置誤差検出装置は、ロボットによる作業が行われる作業
領域に設定される基準座標系による位置座標が既知の円
形穴あるいは円柱からなる複数の測定対象を配列状に有
し、その作業領域に配置されるマスター治具と、ロボッ
トのフランジ部又はハンドに取付けられるタッチセンサ
と、タッチセンサを移動させて測定対象に接触させてそ
の位置座標を取込む測定動作を、各測定対象に対して順
次実行させることにより、各測定対象のロボット座標系
による位置座標を測定する測定動作実行手段と、各測定
対象の測定位置座標と、各測定対象の基準座標系による
既知の位置座標とから、基準座標系に対するロボット座
標系のずれ及び歪みを求める検出手段とを具備する構成
に特徴を有する。

【００１７】これによれば、上述のように、基準座標系
とロボット座標系とのずれの検出に加えて、ロボット座
標系の歪みについての検出をも可能とすることができ、
ひいては、オフラインティーチングに基づいて、作業を
高精度にて実行することが可能となり、また汎用性を高
めることができるという優れた効果を奏するものであ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例（請求項
１〜５に対応）について、図１ないし図９を参照しなが
ら説明する。まず、図２は、例えば組立作業を行うため
の本実施例に係るロボットが組立ラインに設置されてい
る様子を概略的に示しており、このロボットは、多関節
型のロボット本体１に、ロボットコントローラ２を接続
して構成されている。更に、前記ロボットコントローラ
２には、例えばパソコンやワークステーション等のコン
ピュータ３が接続されている。

【００１９】このうち前記ロボット本体１は、ベース４
上に設けられた旋回塔５、この旋回塔５の上端に回転可
能に取付けられた第１アーム６、この第１アーム６の先
端に回転可能に取付けられた第２アーム７、この第２ア
ーム７の先端に回転軸ｏ回りに回転可能に取付けられた
フランジ部８、このフランジ部８に取付けられたハンド
９を備えて構成されている。尚、このとき、本来では
（ハンド９の製品誤差がない限りは）、ハンド９の中心
が回転軸ｏに一致するようになっている。

【００２０】また、前記ロボットコントローラ２は、マ
イコンを含んで構成され、動作プログラム及びティーチ
ングにより得られた作業位置のデータ（位置座標）に従
って、前記ロボット本体１の各軸（サーボモータ）を制
御して、ハンド９を任意の位置に自在に移動させ、もっ
て、組立ラインの搬送路１０上の所定位置に供給される
図示しない組立対象物に対し、前記ハンド９により図示
しないワークを組付ける作業を実行するようになってい
る。従って、この組立対象物が配置される部分がロボッ
トによる作業が行われる作業領域Ａとされる。

【００２１】この場合、ロボットは、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸
を備える三次元直交座標系からなるロボット座標系
｛Ｏ；ｘ，ｙ，ｚ｝を有しており、前記ハンド９は、そ
のロボット座標系｛Ｏ｝による位置座標（位置ベクト
ル）Ｒで示される位置に移動されるようになっている。
そして、このとき、前記コンピュータ３により、例えば
ＣＡＤシステム上で作成された製品図面から作業位置を
読取り、その位置座標を指定するという、いわゆるオフ
ラインティーチングが行われるようになっている。

【００２２】このオフラインティーチングにおいては、
作業位置は、作業領域に設定されるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を
備える三次元直交座標系からなる基準座標系｛Ｏ´；
Ｘ，Ｙ，Ｚ｝による位置座標（位置ベクトル）Ｋで指定
されるものとなる。本来では、この基準座標系｛Ｏ´；
Ｘ，Ｙ，Ｚ｝と前記ロボット座標系｛Ｏ；ｘ，ｙ，ｚ｝
とは設備図面から知ることができる。

【００２３】ところが、例えばロボット本体１の設置位
置の誤差等に起因して、基準座標系｛Ｏ´｝とロボット
座標系｛Ｏ｝とがずれ（各座標軸に対する平行移動方向
及び回転方向のずれ）が生じていることがある。さらに
は、ロボット座標系｛Ｏ｝自体に歪みが存在する場合が
ある。このようなロボット座標系｛Ｏ｝のずれや歪みが
あると、組立作業時にロボットを正規の作業位置に移動
させることができなくなり、作業精度に劣るものとなっ
てしまう。

【００２４】そこで、本実施例では、詳しくは後述する
ように、組立作業の開始前に、前記オフラインティーチ
ングが行われると共に、基準座標系｛Ｏ´｝に対するロ
ボット座標系｛Ｏ｝のずれ及び歪み（ロボットの位置誤
差）の検出が行われ、作業位置のデータの修正が行われ
るようになっている。さらに、本実施例では、前記ハン
ド９自体の製品としての誤差（回転軸ｏに対する芯ず
れ）をも検出し、その修正が行われるようになってい
る。

【００２５】さて、上記したロボットの位置誤差検出の
方法について以下詳述する。まず、この位置誤差検出方
法の実行に用いられる装置について述べる。この位置誤
差検出には、マスター治具１１、タッチセンサ１２、及
びマスターワーク１３（図８参照）が用いられる。この
うちマスター治具１１は、図２及び図３等に示すよう
に、前記作業領域Ａのほぼ全体を覆う大きさの四角形の
パネル状をなし、その上面の基準面１１ａが水平（Ｚ軸
に対して垂直）な平面とされていると共に、その上面部
には、図４及び図６等にも示すような複数個の測定対象
たる円形穴１４が配列状に形成されている。

【００２６】この場合、本実施例では、前記円形穴１４
は、全て同一の大きさをなし、直交する２つの座標軸こ
の場合Ｘ軸方向（図２，３で前後方向）及びＹ軸方向
（図２，３で横方向）に沿って等間隔に格子状に配列さ
れており、その配列ピッチｐが縦横共に例えば１００mm
に設定されている。この場合、本発明者の実験，研究に
よれば、配列ピッチｐを１００mm程度とすることによ
り、それよりも大きくした場合に比べて、歪み検出精度
を十分に高くすることができ、また、配列ピッチｐを１
００mmよりも小さくしても、歪み検出精度がさほど高く
なることがなく、むしろ測定数を徒に多くしてしまうこ
とになり、１００mm程度とすることが最適であることが
判明したのである。

【００２７】このマスター治具１１は、作業領域Ａの所
定位置に固定的にセットされ、このとき、前記各円形穴
１４の上面１１ａに仮想される中心点の、基準座標系
｛Ｏ´｝による位置座標Ｋi,j が、前記コンピュータ３
において既知とされている。尚、前記添字（i,j ）はＸ
軸方向にｉ番目、Ｙ軸方向にｊ番目の円形穴１４である
ことを指している。

【００２８】前記タッチセンサ１２は、図２等に示すよ
うに、その先端に位置する小球状のプローブ１２ａに物
体が接触したことを検知するもので、例えば工作機械の
原点出し等に用いられる小型で高精度の周知構成のもの
が使用される。また、図２に示すように、このタッチセ
ンサ１２は、前記ロボットコントローラ２に接続され、
検知信号がロボットコントローラ２に入力されるように
なっている。

【００２９】このタッチセンサ１２は、後述する測定動
作の実行時においては、その基端部が前記ハンド９に把
持されてハンド９に下向きに取付けられるようになって
いる。尚、このとき、前記プローブ１２ａは、本来的に
は（タッチセンサ１２の把持位置のずれがない限り
は）、回転軸ｏ上に位置されるはずである。また、後述
するセンサ位置測定動作の実行時においては、図８に示
すように、その基端部が前記マスター治具１１の所定の
円形穴１４に嵌合固定され、マスター治具１１上に上向
きに固定配置されるようになっている。従って、この状
態では、プローブ１２ａの基準座標系｛Ｏ´｝によるＸ
座標及びＹ座標が既知（円形穴１４の位置座標Ｋi,j の
Ｘ座標及びＹ座標に一致）とされている。

【００３０】前記ロボットコントローラ２は、タッチセ
ンサ１２からの接触検知信号が入力された瞬間のロボッ
ト（ハンド９）のロボット座標系｛Ｏ｝による位置座標
Ｒを、コンピュータ３に向けて出力するようになってい
る。また、前記マスターワーク１３は、図８に示すよう
に、底面が水平面とされた円柱状をなし、その寸法が前
記コンピュータ３において既知とされている。このマス
ターワーク１３は、後述するセンサ位置測定動作の実行
時において、ハンド９に把持されるようになっている。

【００３１】前記コンピュータ３には、位置誤差検出プ
ログラムが設けられ、そのプログラムに従って、測定行
程や検出行程などの位置誤差検出の各行程を実行するよ
うになっている。詳しくは後述するように、測定行程で
は、ロボットコントローラ２を介してロボット本体１を
移動させ、前記ハンド９に把持されたタッチセンサ１２
を移動させて前記マスター治具１１の円形穴１４の内周
面及び周囲の基準面１１ａに接触させてその位置座標を
取込む測定動作を、各円形穴１４に対して順次実行させ
ることにより、各円形穴１４の中心点のロボット座標系
｛Ｏ｝による位置座標Ｒi,j を求めるようになってい
る。

【００３２】そして、検出行程では、その測定行程にお
いて測定された前記各円形穴１４の測定位置座標Ｒi,j
と、前記各円形穴１４の中心点の基準座標系｛Ｏ´｝に
よる既知の位置座標Ｋi,j とから、基準座標系｛Ｏ´｝
に対するロボット座標系｛Ｏ´｝のずれ及び歪み（ロボ
ットの位置誤差）を演算により求めるようになってい
る。従って、コンピュータ３が、検出手段として機能す
ると共に、前記ロボットコントローラ２と共に測定動作
実行手段として機能するようになっている。

【００３３】また、本実施例では、詳しくは後述するよ
うに、上記測定行程の最後に、少なくとも一の所定の円
形穴１４に対しては、前記測定動作に加えて、ハンド９
ひいてはタッチセンサ１２の回転軸ｏ回りの角度を変更
した状態で、同様に位置座標を取込む姿勢変更測定動作
を実行し、所定の円形穴１４に関して測定された複数の
位置座標から、タッチセンサ１２の芯ずれ量Ｓを検出し
て各測定位置座標Ｒi,j を補正するようになっている。

【００３４】さらに、本実施例では、これも詳しくは後
述するように、上記測定行程の後に、ハンド９の製品誤
差Ｈを検出するためのハンド誤差検出行程を実行するよ
うになっている。このハンド誤差検出行程では、上述の
ようにマスター治具１１にタッチセンサ１２を取付ける
と共に、前記ハンド９にマスターワーク１３を把持さ
せ、前記マスターワーク１３をタッチセンサ１２に接触
させてその位置座標を取込むセンサ位置測定動作を、前
記ハンド９の回転軸ｏ回りの角度を変更した少なくとも
二姿勢において実行し、それら測定位置座標から、ハン
ド誤差Ｈを演算により求めるものである。

【００３５】次に、本実施例に係る位置誤差検出方法に
ついて、図１等も参照して詳述する。図１は、位置誤差
検出及び作業位置座標の修正の手順を示している。ま
ず、行程Ｐ１は、位置誤差検出のいわば準備の行程であ
り、作業者がマスター治具１１を作業領域Ａの所定位置
に固定状態にセットすると共に、ハンド９にタッチセン
サ１２を把持させるようにする。

【００３６】次の行程Ｐ２及びＰ３では、マスター治具
１１の各円形穴１４の位置をタッチセンサ１２を用いて
測定する測定動作が行われ、各円形穴１４のロボット座
標系｛Ｏ｝による中心位置座標Ｒi,j が求められる。こ
こで、この測定行程の詳細について、図４ないし図７を
参照して述べる。図４のフローチャートは、一の円形穴
１４の中心点の位置座標Ｒi,j を求める手順を示してい
る。

【００３７】即ち、ステップＳ１〜Ｓ８では、タッチセ
ンサ１２を円形穴１４の内周面の複数の点Ｐ1 〜Ｐn に
接触させてそれら点Ｐ1 〜Ｐn の位置座標を取込むこと
が行われる。具体的には、まず、ステップＳ１では測定
点数ｎが、３以上の値に設定され、ステップＳ２にて、
変数ｉに１がセットされる。次のステップＳ３では、ロ
ボットコントローラ２を介してロボット本体１を移動さ
せ、ハンド９に把持されたタッチセンサ１２を円形穴１
４の内周面に接触させる動作が行われる。この動作は、
図５（ａ）に示すように、タッチセンサ１２の下端のプ
ローブ１２ａ部分を、円形穴１４内の中間部分に位置さ
せた後、径方向に移動させることにより行われる。尚、
この場合、ハンド９の姿勢（ロボット座標系に対する姿
勢）は、全ての測定点Ｐ1 〜Ｐn に対して一定（図７
（ａ）参照）とされる。

【００３８】タッチセンサ１２のプローブ１２ａが円形
穴１４の内周面に接触すると、接触検知信号がロボット
コントローラ２に送信され（ステップＳ４）、コンピュ
ータ３は、ロボットコントローラ２から、その瞬間のハ
ンド９のロボット座標系｛Ｏ｝による点Ｐi の位置座標
（ｘi,ｙi,ｚi ）を取込む（ステップＳ５）。そして、
ステップＳ６にて、変数ｉの値がインクリメントされ、
変数ｉの値が測定点数ｎを越えていなければ（ステップ
Ｓ７にてＮｏ）、ステップＳ３からの処理が繰返される
のであるが、次の接触動作は、円形穴１４の内周面の別
の位置に対して行われる。

【００３９】このようにして、図６に示すように、円形
穴１４の内周面のｎ個の点Ｐi （Ｐ1 〜Ｐn ）の位置座
標（ｘi,ｙi,ｚi ）が取込まれると（ステップＳ７にて
Ｙｅｓ）、ステップＳ８にて、点Ｐ1 〜Ｐn を円補間し
た点Ｐ1 〜Ｐn を通る円の中心Ｐｃの座標が演算により
求められる。

【００４０】次のステップＳ９〜Ｓ１６では、タッチセ
ンサ１２を円形穴１４の周囲の基準面１１ａの複数の点
Ｑ1 〜Ｑn に接触させてそれら点Ｑ1 〜Ｑn の位置座標
を取込むことが行われる。具体的には、まず、ステップ
Ｓ９では測定点数ｎが、３以上の値に設定され、ステッ
プＳ１０にて、変数ｉに１がセットされる。次のステッ
プＳ１１では、ロボットコントローラ２を介してロボッ
ト本体１を移動させ、ハンド９に把持されたタッチセン
サ１２を円形穴１４の周囲の基準面１１ａに接触させる
動作が行われる。この動作は、図５（ｂ）に示すよう
に、タッチセンサ１２の下端のプローブ１２ａ部分を、
円形穴１４の周囲部分の上方に位置させた後、下降させ
ることにより行われる。この場合も、ハンド９の姿勢
は、図７（ａ）に示す一定状態が保たれる。

【００４１】タッチセンサ１２のプローブ１２ａが円形
穴１４の周囲部分の基準面１１ａに接触すると、接触検
知信号がロボットコントローラ２に送信され（ステップ
Ｓ１２）、コンピュータ３は、ロボットコントローラ２
から、その瞬間のハンド９のロボット座標系｛Ｏ｝によ
る点Ｑi の位置座標（ｘi,ｙi,ｚi ）を取込む（ステッ
プＳ１３）。そして、ステップＳ１４にて、変数ｉの値
がインクリメントされ、変数ｉの値が測定点数ｎを越え
ていなければ（ステップＳ１４にてＮｏ）、ステップＳ
１１からの処理が繰返されるのであるが、次の接触動作
は、円形穴１４の周囲の別の位置に対して行われる。

【００４２】このようにして、図６に示すように、円形
穴１４の周囲の基準面１１ａ上のｎ個の点Ｑi （Ｑ1 〜
Ｑn ）の位置座標（ｘi,ｙi,ｚi ）が取込まれると（ス
テップＳ１５にてＹｅｓ）、ステップＳ１６にて、Ｑ1
〜Ｑn の位置座標からそれら点Ｑ1 〜Ｑn を通る平面Ｍ
を示す式が演算により求められる。そして、最後に、ス
テップＳ１７にて、上記円の中心Ｐｃから平面Ｍに向け
て垂線を降ろした際の平面Ｍとの交点の座標が演算によ
り求められ、その点がその円形穴１４の中心点の位置座
標Ｒi,j とされるのである。尚、以上の処理は、全ての
円形穴１４に対して実行され、ロボット座標系｛Ｏ｝に
よる格子状の位置座標Ｒi,j が得られるのである。

【００４３】更に、本実施例では、次の行程Ｐ４にて、
図７（ｂ）に示すように、１個の所定の円形穴１４に対
して、ハンド９ひいてはタッチセンサ１２の回転軸ｏ回
りの角度を例えば角度９０度変更した状態で、同様にそ
の円形穴１４の中心点の位置座標Ｒi,j を求める姿勢変
更測定動作が実行される。本来的には、この動作により
求められた位置座標Ｒi,j は、上記行程Ｐ３にて求めら
れた測定位置座標Ｒi,j と一致する筈であるが、タッチ
センサ１２に回転軸ｏからの芯ずれが生じていると、測
定位置座標Ｒi,j が相違することになる。そこで、それ
ら複数の位置座標Ｒi,j からタッチセンサ１２の芯ずれ
量Ｓを算出するものである。この場合、芯ずれ量Ｓは、
ｘ軸方向及びｙ軸方向に関して演算により求められるも
のとなり、ｚ軸（高さ）方向についてのずれはさほど重
要ではないので、図面値をそのまま用いる。

【００４４】そして、次の行程Ｐ５では、ハンド誤差検
出の行程が実行される。このハンド誤差検出行程では、
図８に示すように、マスター治具１１にタッチセンサ１
２を取付けると共に、前記ハンド９にマスターワーク１
３を把持させ、まず、前記マスターワーク１３をタッチ
センサ１２に対して例えば３つの異なる方向から接触さ
せてその３点の位置座標を取込むセンサ位置測定動作
を、ハンド９の同一姿勢（図８（ａ）参照）について行
う。これにて、円柱状のマスターワーク１３の外周部の
３点の相対的位置座標が検出され、それらから上記と同
様に中心位置座標を算出することにより、タッチセンサ
１２の位置が求められる。

【００４５】次いで、図８（ｂ）に示すように、前記ハ
ンド９の回転軸ｏ回りの角度を例えば９０度変更して、
同様のセンサ位置測定動作を実行する。そして、得られ
た２つの中心位置座標から、ハンド誤差（ハンド９の芯
ずれ量）Ｈを求めるものである。尚、この場合も、ｚ軸
（高さ）方向についてのずれはさほど重要ではないの
で、図面値をそのまま用いるようにする。

【００４６】以上のような動作が終了すると、以下、基
準座標系｛Ｏ´｝に対するロボット座標系｛Ｏ´｝のず
れ及び歪み（ロボットの位置誤差）を求める演算などが
行われる。まず、行程Ｐ６では、上記行程Ｐ３で測定し
た測定位置座標Ｒi,j が、上記行程Ｐ４で得られた芯ず
れ量Ｓを用いてハンド９中心の位置座標Ｒ0 i,j に変換
される。この変換は、測定位置座標Ｒi,j から芯ずれ量
Ｓを差引くことにより行われる。

【００４７】次に、行程Ｐ７では、上記位置座標Ｒ0 i,
j と、各円形穴１４の中心点の基準座標系｛Ｏ´｝によ
る既知の位置座標Ｋi,j とから、ロボット座標系｛Ｏ｝
の基準座標系｛Ｏ´｝からのずれ（各座標軸に対する平
行移動方向及び回転方向のずれ）、この場合変換パラメ
ータ（ａ，ｂ，ｃ，α，β，γ）が求められる。尚、前
記ａ，ｂ，ｃは、夫々ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸に対する並進の
オフセットを示し、α，β，γは夫々ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸
に対する回転角を示す。

【００４８】この演算は、基準座標系｛Ｏ´｝からロボ
ット座標系｛Ｏ｝への変換マトリックスをＦとすると、
Σ｜Ｒ0 i,j −Ｆ・Ｋi,j ｜を最小化する変換パラメー
タ（ａ，ｂ，ｃ，α，β，γ）を求めることにより行わ
れる。この場合、ロボット座標系｛Ｏ｝に歪みがあれ
ば、上記値が必ずしも０とはならないため、最小となる
Ｆを求めることになる。次いで、行程Ｐ８では、図９に
一部示すように、格子状に設けられる各円形穴１４の中
心点における、ロボット座標｛Ｏ｝の歪みＥi,jを算出
する。この歪みＥi,j は、Ｅi,j ＝Ｒ0 i,j −Ｆ・Ｋi,
j の式で求められる。

【００４９】行程Ｐ９〜Ｐ１１は、オフラインティーチ
ングにより与えられたロボットの作業位置の基準座標系
｛Ｏ´｝による位置座標Ｋを、ロボット座標系｛Ｏ｝に
適合するように修正する行程であり、まず、行程Ｐ９で
は、ティーチングによる位置座標Ｋをロボット座標系
｛Ｏ｝により位置座標Ｒに変換する演算が行われる。こ
の位置座標Ｒは、Ｒ＝Ｆ・Ｋの計算により求められる。

【００５０】次の行程Ｐ１０では、上記行程Ｐ５にて求
められたハンド誤差Ｈを用いて、位置座標Ｒをハンド９
が付いた状態の位置座標Ｒ´に変換する。この位置座標
Ｒ´は、Ｒ´＝Ｒ＋Ｈにより求められる。最後の行程Ｐ
１１では、位置座標Ｒ´で生ずる歪みＥを求め、正確な
ロボットの位置座標Ｒ″を求める。この場合、歪みＥ
は、図９に示すように、行程Ｐ８で求められたその位置
座標Ｒ´の周囲例えば４点の測定位置座標Ｒ0 i,j にお
ける歪みＥi,j から、一時補間により容易に求めること
ができ、また、位置座標Ｒ″は、Ｒ″＝Ｒ´−Ｅの計算
により求めることができる。このようにして位置座標
Ｒ″が求められ、ロボットは、この位置座標Ｒ″に基づ
き作業を実行するのである。尚、上記説明中Ｓ，Ｈの加
減算は、ハンドの軸ｏ回りの回転を考慮して、ロボット
座標系に変換後行われる。

【００５１】このように本実施例によれば、従来のよう
な座標系のずれだけを検出するものと異なり、複数個が
格子状に配列された円形穴１４の位置を測定することに
基づいて、基準座標系｛Ｏ´｝とロボット座標系｛Ｏ｝
とのずれを求めることができることに加え、ロボット座
標系｛Ｏ｝の歪みをも容易に検出することが可能となっ
た。この結果、オフラインティーチングに基づいて、作
業を高精度にて実行することができるものである。そし
て、タッチセンサ１２をロボットのハンド９に把持させ
て位置座標の測定を行うことができるので、特殊な構造
のハンドに限定されず、各種のロボットに適用すること
が可能となり、汎用性を高めることができるものであ
る。

【００５２】また、特に本実施例では、マスター治具１
１の測定対象である円形穴１４をＸ軸及びＹ軸に沿って
等間隔に格子状に配列するようにしたので、ロボット座
標系｛Ｏ｝の歪みを、より緻密に検出することができる
と共に、ずれ検出及び歪み検出の演算をより容易とする
ことができる。しかも、タッチセンサ１２の芯ずれ量Ｓ
の検出に基づいて測定位置座標を補正するようにしたの
で、タッチセンサ１２が芯ずれ状態で取付けられていた
場合でも、ロボット座標系｛Ｏ｝のずれ及び歪みを正確
に検出することができる。さらに、本実施例では、ロボ
ット座標系｛Ｏ｝のずれ及び歪みの検出に加えて、ハン
ド誤差Ｈをも検出するようにしたので、より一層高精度
な作業の実行が可能となるものである。

【００５３】図１０及び図１１は、本発明の他の実施例
を示している。この実施例が上記実施例と異なるところ
は、マスター治具（全体としては図示せず）の構成にあ
り、ここでは、円形穴１４に代えて、測定対象としての
円柱２１を、Ｘ軸及びＹ軸方向に沿って等間隔に格子状
に配列している。また、各円柱２１の上面がＺ軸に対し
て垂直となり、その上面が基準面２１ａとされ、その中
心点の基準座標系｛Ｏ´｝による位置座標が既知とされ
ている。

【００５４】この場合、測定行程においては、図１０
（ａ）に示すように、タッチセンサ１２を円柱２１の外
周面の複数の点Ｐ1 〜Ｐn （図１１参照）に周方向から
接触させてそれら点Ｐ1 〜Ｐn の位置座標を取込み、点
Ｐ1 〜Ｐn を円補間した点Ｐ1〜Ｐn を通る円の中心Ｐ
ｃの座標が演算により求められる。また、図１０（ｂ）
に示すように、タッチセンサ１２を円柱２１上面の基準
面２１ａの複数の点Ｑ1〜Ｑn （図１１参照）に上方か
ら接触させてそれら点Ｑ1 〜Ｑn の位置座標を取込み、
点Ｑ1 〜Ｑn を通る平面Ｍを示す式が演算により求めら
れる。

【００５５】そして、図１１に示すように、上記円の中
心Ｐｃから平面Ｍに向けて垂線を降ろした際の平面Ｍと
の交点の座標が演算により求められ、その点がその円柱
２１の中心点の位置座標Ｒi,j とされるのである。かか
る構成においても、上記実施例と同様の作用，効果を得
ることができるものである。

【００５６】図１２は、異なる他の実施例を示してお
り、タッチセンサ１２の取付け構造の２種類の変形例を
示している。即ち、図１２（ａ）では、タッチセンサ１
２を、ロボットのハンド取付け用のフランジ部８に、ハ
ンド９を取外した状態で直接的に取付けるようにしてお
り、図１２（ｂ）では、ハンド２２に把持させるのでは
なく、ハンド２２の一部にタッチセンサ１２を取付ける
ようにしている。かかる構成でも、上記実施例と同様の
作用，効果を得ることができるものである。

【００５７】尚、上記実施例においては、タッチセンサ
１２の芯ずれ量Ｓの検出や、ハンド誤差Ｈの検出を行う
ようにしたが、タッチセンサ１２が芯ずれなく確実に取
付けられる場合や、ハンド９の誤差を無視できるような
場合には、必ずしもそれらの検出を行わなくても良い。
また、マスター治具における測定対象（円形穴１４ある
いは円柱２１）の配列についても、必ずしも等間隔の格
子状に限らず、必要とする作業精度に応じて部分的に疎
密を設けたり、ロボットの作業に合わせて曲線に沿って
配列したりしても良い。

【００５８】上記実施例では、一平面での測定，補正に
ついて説明したが、マスター治具をｚ方向に複数段積み
重ね可能な構造とし、同様の要領で測定，補正をして、
より広い作業空間に対して適用することも可能である。
上記実施例では、Ｓ，Ｈのｚ方向値は、図面値を用いて
いるが、姿勢変更測定動作をｘ，ｙ，ｚ各軸回りを含む
３姿勢以上で行って測定によりＳ，Ｈのｚ方向値を求め
ても良い。

【００５９】その他、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、例えばロボット本体１の構成について
は、各種の変形が可能であり、また、その作業の種類に
付いても組立て作業に限定されるものではない等、要旨
を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すもので、位置誤差検出
及び作業位置座標修正の行程を示す図

【図２】ロボットが組立ラインに設置されている様子を
概略的に示す斜視図

【図３】マスター治具の平面図

【図４】位置座標の測定の手順を示すフローチャート

【図５】測定動作の様子を示すもので、タッチセンサを
円形穴の内周面に接触させる様子を示す拡大斜視図
（ａ）、及びタッチセンサを基準面に接触させる様子を
示す拡大斜視図（ｂ）

【図６】中心点の位置座標を求める方法を説明するため
の図

【図７】測定動作時（ａ）及び姿勢変更測定動作時
（ｂ）におけるアーム先端部分の斜視図

【図８】センサ位置測定動作時の２種類の姿勢における
アーム先端部分の斜視図

【図９】測定点における歪みの様子を示す図

【図１０】本発明の他の実施例を示す図５相当図

【図１１】図６相当図

【図１２】異なる他の実施例を示すもので、タッチセン
サの２種類の取付け状態を示す斜視図

【符号の説明】

図面中、１はロボット本体、２はロボットコントロー
ラ、３はコンピュータ、６，７はアーム、８はフランジ
部、９，２２はハンド、１１はマスター治具、１１ａ，
２１ａは基準面、１２はタッチセンサ、１３はマスター
ワーク、１４は円形穴（測定対象）、２１は円柱（測定
対象）を示す。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アーム先端のフランジ部に取付けられた
   ハンドを、ロボットコントローラにより、ロボット座標
   系で示される任意の位置に自在に移動させて所定の作業
   を実行するロボットにおける、前記ロボットによる作業
   が行われる作業領域に設定される基準座標系と、前記ロ
   ボット座標系とのずれに伴う前記ロボットの位置誤差を
   検出するための方法であって、 前記作業領域に、前記基準座標系による位置座標が既知
   の円形穴あるいは円柱からなる複数の測定対象を配列状
   に有するマスター治具を配置すると共に、前記ロボット
   のフランジ部又はハンドにタッチセンサを取付けた状態
   で、 前記タッチセンサを移動させて前記測定対象に接触させ
   てその位置座標を取込む測定動作を、前記各測定対象に
   対して順次実行させることにより、前記各測定対象のロ
   ボット座標系による位置座標を測定する測定行程と、 この測定行程において測定された前記各測定対象の測定
   位置座標と、前記各測定対象の基準座標系による既知の
   位置座標とから、前記基準座標系に対するロボット座標
   系のずれ及び歪みを求める検出行程とを含むことを特徴
   とするロボットの位置誤差検出方法。
2. 【請求項２】 前記マスター治具の複数の測定対象は、
   前記基準座標系における直交する２つの座標軸に沿っ
   て、等間隔に格子状に配列されていることを特徴とする
   請求項１記載のロボットの位置誤差検出方法。
3. 【請求項３】 前記フランジ部が、前記アーム先端に回
   転軸回りに回転可能に設けられているものにあって、 前記測定行程において、少なくとも一の所定測定対象に
   対しては、前記測定動作に加えて、前記フランジ部の回
   転軸回りの角度を変更した状態で、前記タッチセンサを
   その所定測定対象に接触させてその位置座標を取込む姿
   勢変更測定動作を実行し、 前記所定測定対象に関して測定された複数の測定位置座
   標から、前記タッチセンサの芯ずれを検出し、その芯ず
   れに基づいて各測定対象の測定位置座標を補正すること
   を特徴とする請求項１又は２記載のロボットの位置誤差
   検出方法。
4. 【請求項４】 前記フランジ部が、前記アーム先端に回
   転軸回りに回転可能に設けられているものにあって、 マスター治具の所定位置にタッチセンサを取付けると共
   に、前記ハンドに寸法が既知とされた円柱状のマスター
   ワークを把持させ、 前記ロボットを移動させて前記マスターワークを前記タ
   ッチセンサに接触させてその位置座標を取込むセンサ位
   置測定動作を、前記ハンドの回転軸回りの角度を変更し
   た少なくとも二姿勢において実行し、 前記ハンドの少なくとも二姿勢における前記タッチセン
   サの測定位置座標から、ハンド誤差を検出するハンド誤
   差検出行程を備えることを特徴とする請求項１ないし３
   のいずれかに記載のロボットの位置誤差検出方法。
5. 【請求項５】 アーム先端のフランジ部に取付けられた
   ハンドを、ロボットコントローラにより、ロボット座標
   系で示される任意の位置に自在に移動させて所定の作業
   を実行するロボットにおける、前記ロボットによる作業
   が行われる作業領域に設定される基準座標系と、前記ロ
   ボット座標系とのずれに伴う前記ロボットの位置誤差を
   検出するための装置であって、 前記基準座標系による位置座標が既知の円形穴あるいは
   円柱からなる複数の測定対象を配列状に有し、前記作業
   領域に配置されるマスター治具と、 前記ロボットのフランジ部又はハンドに取付けられるタ
   ッチセンサと、 前記タッチセンサを移動させて前記測定対象に接触させ
   てその位置座標を取込む測定動作を、前記各測定対象に
   対して順次実行させることにより、前記各測定対象のロ
   ボット座標系による位置座標を測定する測定動作実行手
   段と、 前記各測定対象の測定位置座標と、前記各測定対象の基
   準座標系による既知の位置座標とから、前記基準座標系
   に対するロボット座標系のずれ及び歪みを求める検出手
   段とを具備することを特徴とするロボットの位置誤差検
   出装置。