JPS62181889A

JPS62181889A - ロボツト腕の微小位置決め装置

Info

Publication number: JPS62181889A
Application number: JP61262054A
Authority: JP
Inventors: ステフアン、ジエー、バーソレツト
Original assignee: Odetics Inc
Current assignee: Iteris Inc
Priority date: 1985-12-05
Filing date: 1986-12-03
Publication date: 1987-08-10
Also published as: EP0225588A3; EP0225588A2; IL80863A0; US4808064A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は微小位置決め装置、更に詳記するならば、ロボ
ット腕の微小位置決め装置に関するものである。

〔従来の技術〕

ロボット装置は、各種産業界においてますまず多くの利
用面が見出されている。自動組立ラインでは、例えば、
ロボット装置がいろいろな溶接作業を行うために現在使
用されている。プリントカード式電子回路の組立のよう
な、又腕時計のようなものにも、多くの組立作業がロボ
ット装置によって今や行われている。ロボット装置は、
鋳物工場等におけるかなり重い加工物の運搬にも用いら
れていて、一般に各種金属鋳造設備から加工物を供給し
たり除いたりしている。

上記におけるこの種のロボット作業には、通常高度の位
置精度が必要である。自動組立ラインの溶接では、例え
ば、ロボット溶接は所要のｔ８接位置決めについて１（
１００分のＩＯ乃至１５インチ内に行うことが一般に必
要とされる。電子回路支び腕時計組立作業には、通常所
定の位置のｌｏ。

０分の１乃至５インチ内に加工物をロボット装置で配置
することが必要である。鋳造作業では、一般に約１（１
００分の５０インチのロボット精度を必要としている。

ロボット装置による位置づけ精度を得るための一つの一
般的方法は、ロボット構造体の各部間の相対角度を測定
することによって行われる。上記においてこの種の作業
に使用されるロボット装置は、代表的な例として、台構
造体に枢着されている腕構造体に枢着された作業器具（
例えば、溶接チップ、加工物把持エレメント等）を有し
ている。

台構造体の位置と共に、腕１台及び作業器具間の角度が
与えられれば、作業器具の位置をかなり正確に決めるこ
とができる。しかし、この位置の算定結果としてはまだ
ある程度の不正確さを受けやすい。ロボット装置によっ
て保持されている加工物の重量、又は作業器具自身の重
量により、例えば、ロボット腕がたわむことがある。こ
のたわみは、各ロボットエレメント間の相対角度に影響
を及ぼずことなく作業器具の位置の片寄りの原因になる
。

たわみによって誘発される位置の不正確さを避ける一つ
の一般的な手掛りは、より協力で丈夫なロボット腕を単
に作ることである。しかし、この方法は二、三の欠点を
有している。より丈夫なロボット腕でも、まだある量の
たわみを受けやすいので、この方法で得られる位置づけ
積度について上限を設定している。更に、所要の位置づ
け精度を達成するのに十分丈夫にした腕の重量は、ある
種のロボットの適用にとって思わしくない場合がある。

例えば、実際に易動性があって、十分の数インチ台の位
置づけ精度で、数千ボンドの重さがある荷物を処理する
能力を存する精密ロボット運搬装置を作る際、この方法
を用いることはＪト実用的である。

たわみによって誘発される位置の不正確を回避する他の
手掛りは、ロボット腕構造体のばね定数を測定又は計算
し、この情報のプログラムを作成して“ルックアップ・
テーブル”コンピューター記憶装置に入れることである
。ロボット腕にはこの時センサーを取付けて、腕の歪み
を測定するか、又はその代りに、腕で持ち上げられてい
る荷物の重量を測定する。こうして理論的たわみを“ル
ックアップ・テーブル”から求め、ロボット構造体のエ
レメント間の相対角度から得られた不正確な位置づけ情
報を相殺する。しかし、この方法は、金属の疲労、応力
、ヒステリシス及び同様な効果に起因するロボット腕ば
ね定数の変動を考慮していない。ロボット構造体のばね
定数における変化は、計算されたたわみと実際の構造上
のたわみとの間で不一致を生じ、その結果、位置づけの
計算違いと不正確をもたらす。

従って、思わしくない重さのロボット構造体に頼らずに
、“ルックアップ・テーブル７によるたわみ計算で現在
得られるものよりも大きな精度で、たわみによって誘発
される位置づけの不正確さを補正し得るロボット微小位
置決め装置の必要がまだあるのである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従って、ロボット腕の精密位置決め装置を提供すること
が本発明の目的である。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕この目的は、
ロボ、１・構造体の実際のたわみを決定する装置を提供
することによって本発明により達成される。こうして精
密位置づけ情報が、ロボット構造体の各部間の相対角度
を測定し、かつその結果帯られる位置づけ情報をロボッ
ト構造体の所定のたわみにより相殺することによって得
られる。従って、荷物搬送構造体のたわみを決定するた
めの装置を提供することが本発明の他の目標である。

本発明の様々な目的と目標は、たわみ感知光学系をロボ
ット構造体の各種荷重支持エレメントに取付けて、これ
らの荷重支持エレメントのたわみを直接測定することよ
って達成される。各光学系は、荷重支持ロボットエレメ
ントの一端部において配設される複数の光源を有するタ
ーゲットと、ロボットエレメントの反対側端部において
配設される光検出装置とを含んでいる。光検出Ｈａはそ
の関連するターゲットの位置と方位における変化を測定
する。各光検出装置は一組の垂直に向いた線形検出器ア
レイを含んでいて、各アレイがアレイの長手方向の軸線
に平行なｊｉｉ−軸線に沿って、ターゲットの動きを感
知する。各検出器アレイには円柱レンズが設けられてい
て、アレイの長手方向軸線に垂直なターゲットの動きに
関係なく、検出器アレイ上にターゲット像の一部を保持
する。

他の目的と利点と共に、本発明の特性であると確信され
る新規な特徴は、同一エレメントには同一符号で示され
た添付図面に関連して述べられている以下の詳細な説明
から更によく理解されるであろう。しかし、図面につい
ては、例示及び説明のみの目的に使用されるものであっ
て、本発明の範囲を限定しようとするものではないこと
を特に理解すべきである。

〔実施　１列　〕図面、特に第１図を参照すると、図示のロボット構造体
１０に組み込まれている本発明の微小位置決め装置が示
されている。しかし、本発明の微小位置決め装置は、実
際にはどのような種類のロボット構造体にも使用できる
ことを理解すべきである。図示のロボット構造体１０は
、例えば第２図に示すようにある種の運殿車１２に装架
して実際に移動が可能のように軽量であるにも拘らず、
数千ポンド以上の重さの荷物を持も上げることが出来る
ように意図されているが、本発明の微小位置決め装置を
組み込むことにより、数千ボンド以上の重量のワーク荷
物を定置する際、可・助ロボット構造体１０は数十分の
１インチの位置決め精度を得ることができる。

ロボット構造体１０は、台１８に回転式に拮合されたタ
ーゲラ）１６に枢着された荷重支持上腕１４を含んでい
る。荷重支持前腕２０は上腕１４に枢着されていて、台
１８に関してロボット構造体が放射状に伸びる際、更に
柔軟性をよくしている。第１図には、非常に誇張してた
わんでいるロボット腕１４．２０が示されている。ワー
ク荷物に保合するためのリフト構造体２２が手首構造体
２４に枢着されていて、これが更に前腕２０に枢着され
ている。リフト構造体２２と手首構造体２４は、この両
エレメントが共通枢着部に垂直な軸線を中心として互い
に回転し得る内部回転継手を有している。

この微小位置決め装置は、上腕１４の両端部に取付けら
れているターゲット２５及び光学検出装置２８を含む上
腕たわみ感知装置と、前腕２０の両端部に取付けられて
いる他のターゲット２５及び光学検出装置２６を含む前
腕たわみ感知装置と、各種荷重支持エレメント間の相対
角度を測定する複数の角度エンコーダーとを含んでいる
。こうして、ターレット回転エンコーダー３０がターレ
ット１６と台１８との間の枢着部に配設され、肩ピッチ
エンコーダー３２が上腕１４とターレフト１６間の枢着
部に配設され、肘ピッチエンコーダー３４が前腕２０と
上腕１４間の枢着部に配設されている。エンコーダー３
６も前腕２０と手首２４との間と、リフト２２と千〇２
４間の各枢着部に、又リフト２２と手首２４間の内部回
軸継手に配設されている。角度エンコーダーは、一般に
エンコーダーの二つの回転入力間の回転方位を示す信号
を提供するが、これは従来技術で公知のものである。台
１８のたわみを補ｆＨして、場所的に離れている垂直基
ｋｊＬフレームに対しリフト２２の方位を適正にするた
めに、重力式垂直基準フレーム３５もターレット１６に
組み込まれている。

本発明の微小位置決め装置用制御装置の概略ブロック図
を第３図に示す。図示の如く、手首２４の位置は、重力
式垂直基準フレーム３５からの垂直方位情報と、ターレ
ット回転エンコーダー３０゜肩ヒンチェンコーダ−３２
及び肘ピッチエンコーダー３４からの位置情報とを受け
る手首状態プロセッサー４０によって決められる。ロボ
ット構造体１０が非常に重い荷物を運搬する時、上腕１
４と前腕２０とは共にたわみを受けて、このたわみが手
首２４とリフト２２の初期無負荷位置と方位とを変える
。しかし、このたわみ変位は、手付状態プロセッサー４
０に位置情報を提供する各種エンコーダーによって検出
されない。従って、たわみ補償装置４２が設けられてい
て、手首状態プロセッサー４０に上腕１４＆び１１１腕
２０におけるたわみの程度を指示する。たわみ補償装置
・１２は、（ターゲット２５及び光学検出装置２８を含
む）上腕たわみ感知装置４４と、（他のターゲット２５
及び光学検出装置２６を含む）前腕たわみ感知装置４６
と、たわみプロセッサー４８とを含んでいる。たわみ感
知装置４４．．１６は共にターゲット２５の（目射位置
と方位とを示す信号をたわみプロセッサー４８へ供給す
る。次いで、たわみプロセッサー４８は、たわみ感知ｇ
　置４４−　４６からの信号における変化を、上腕１４
及び前腕２０の別のたわみデータに変換する。そして、
手首状態プロセッサー４０が各種角度エンコーダーから
の位置データと、たわみプロセッサー４８からのたわみ
データとに凸づいて手首２４の実際の位置を決定する。

この実際の位置データは、手首状態プロセッサー４０に
よって二、三のサーボプロセッサー５０へ送られ、これ
らのプロセッサー５０が実際の手首位置データを他の制
御装置（図示せず）からの位置指令と比較して、ターレ
ソ１−１６の回転、上腕１４のピッチ及び前腕２０の放
射状の延びを各々制御する装置５２．５４及び５６に適
正に指示する。

本発明の微小位置決め装置のこの新規なたわみ感知装置
４４．４６は、第１図に示されている五つの白山度に関
して上腕１４と前腕２０との７Ｑ際のたわみを独自に、
測定する。負荷を受けると、前腕２０に接続されている
上腕１４の一方の１１ｙ塙部１４ａと、手首２４に接続
されている前腕２０の一方の最端部２０ａとは共に、第
１図に誇張して示されているように初１用無４１、荷位
置から各腕のう；１１部１４ａ、２０ａを物理的に変え
る別々の並進たわみを受ける。上腕たわみ感知装置４４
は、共に上腕１４の長手方向軸線に全体が垂直な（各々
上腕Ｘ並進軸及び上腕ｙ並進軸と称する）二本の互いに
直交する軸線に対して、上腕１４の並進たわみを分析す
る。前腕たわみ感知装置４６は、同様に、共に前腕２０
の長手方向軸線に全体が垂直な（各々前腕Ｘ並進軸及び
前腕ｙ並進軸と称する）二本の互いに直交する軸線に対
して、前腕２０の並進たわみを分析する。

腕端部１４ａ及び２０ａも、荷物搬送状態において共に
別々の回転たわみを受け、これが腕端部１４ａ、２０ａ
を物理的に回転せしめることにより初！ＵＩ無負荷方位
から各腕端部１４ａ、２０ａの方向を変える。上腕１４
の回転たわみによって手首２４とリフト２２との位置が
共に移動することになり、一方前腕２０の回転たわみの
ためにリフト２０の位置が換えられることになる。上腕
１４のたわみは、別々の三本の回転軸線、即ち上腕１４
の長手方向軸線を中心とする横１ｍれ回転と、上腕Ｘ並
進軸を中心とする（即ち、一般に上腕ｙ並進軸の方向に
おける）縦揺れ回転と、上腕ｙ並進軸を中心とする（即
ち、一般に上腕Ｘ並進軸の方向における）偏揺れ回転と
に対して、上腕たわみ感知′装置４４によって分析され
る。同様にして、前腕たわみ感知装置４６が、前腕２０
の長手方向軸線を中心とする横揺れ回転と、前腕Ｘ並進
軸を中心とする縦揺れ回転と、１１１１腕ｙ並進軸を中
心とする偏揺れ回転とを分析する。

第４図には、複数の光源５２Ａ〜５２Ｂを存するターゲ
ｙ　ｌ・２５と、光学検出装置２６又は２８の何れかと
を含む本発明のたわみ感知装置４４及び４６のエレメン
トが示されている。第４図に示されている光学検出装置
２６は、不透明構造体６０内に配設された垂直に向いて
いる一対の線形検出器アレイ５６ａ、５６ｂと、一対の
円柱レンズ５８とを含んでいる。ターゲット２５からの
光入力は、検出器アレイ５６ａ、５６ｂの各々に対して
設けられている焦点合せレンズ６２を通して受入れられ
る。光学検出装置２８　（図示せず）の場合は、以下に
おいて更に十分に討議されるように、付加的線形検出ア
レイを含むので光学装置２６と相違している。

光学検出装置２６の検出器アレイ５６ａ、５６ｂは、各
々がアレイの長手方向軸線に沿って並んで密接に配置さ
れている複数の各光検出エレメント又は画素を含んでい
る。検出器アレイ５６ａ。

５６ｂは、各長手方向軸線に平行な填−の軸線に沿った
ターゲット光ａ５２Ａ〜５２Ｅの動きを分析する。線形
検出器アレイは従来技術で公知のものであり、多くのメ
ーカーから入手できる。例えば、イー・ジー・アンド・
ジー・インコーボレイテノド（ＥＣ＆Ｇ、　Ｉｎｃ　）
では、本使用に適していて各々が約千分の１インチの間
隔のある１０２４個の画素を存する検出器アレイを製造
している。

検出器アレイを互いに垂直に取付けることによって、光
学検出装置２６は、検出器アレイ５６ａ。

５６ｂの長手方向軸線によって形成される平面内で、タ
ーゲット２５のどのような二次的動きも全般に分析する
ことができる。従って、アレイ５６ａ、５５ｂの長手方
向の軸線を利用して、Ｘ及びＸ並進軸を形成することが
でき、これらの軸に対してロボット腕１４．２０の並進
及び回転運動が測定される。

ターゲット２５の二次元運動を分析するために垂直に向
いた二つの線形検出器アレイを使用すると、一般にテレ
ビカメラで使用されるアレイのような従来型の二次元プ
レーナー検出器アレイを実際に節約できる。各々−千個
の画素を有する二つの線形検出器アレイに等しい解像力
を得るためには、従来型の二次元プレーナーアレイでは
約百万個の画素エレメントが必要になる。検出器アレイ
自身の追加された費用に加えて、付加画素信号を処理す
るためにかなり一層複雑なエレクトロニクスが必要とさ
れる。プレーナーアレイにおける数個の画素エレメント
により処理されるターゲット光源像の中心部を分析しよ
うとする場合には、かなりの費用も発生するごとになる
。

焦点合せレンズ６２は、各検出器アレイ３６ａ。

５６ｂ上にターゲット光源５２　Ａ〜５２Ｅかろの像を
焦点に集めるために設けられている。レンズ６２の惧点
距■は、関連するロボット腕１４．２０が受ける理論上
のたわみの最大範囲に亘って、各検出器アレイ５６ａ、
５６ｂの視野が延びるように選定されている。従って、
特定のロボット腕１４又は２０に使用されるレンズ６２
の焦点距離は、関連する腕の最大並進及び回転たわみの
和を計算し、この和を各検出器アレイ５６ａ又は５６ｂ
の幅で割って、その値にターゲット２５と焦慨合せレン
ズ６２との離間距離を掛けることにより決められる。各
検出器アレイ５６ａ、５６ｂによって分析され得るター
ゲット２５の最小並進変位は、レンズ６２の焦点距離を
各検出器アレイ５６ａ、５６ｂの個々の画素エレメント
の間隔でＳリリ、この値にレンズ６２とターゲット２５
の距離を掛けて決められる。

ターゲット光ｔＡ５２Ａ〜５２Ｂからの像は、検出器ア
レイ５６ａ、５６ｂの両方に焦点が合されると、一つ以
上の画素エレメント全体に行き渡るので、光学検出装置
２６によって分析され得る最小並進たわみは、光源像の
中心を分析するために従来のアルゴリズムを適用して改
善され得る。並進たわみは検出器アレイ画素間隔の部分
で分析されることができる。このアルゴリズムは当業者
にとって公知であるので、詳細にここで討議する必要は
ない。

円柱レンズ５日は光学系５４に含まれていて、各アレイ
５６ａ、５６ｂの長手方向の軸線に垂直な方位で検出器
アレイ５６ａ、５６ｂ上に焦点が合せられるターゲット
光ｔＡ５２　Ａ〜５２Ｂの像を広げて線状にする。典型
的な点像を広げて線形像にすることにより、各種光源像
の一部は、各アレイ５６ａ、５６ｂの長手方向軸線に垂
直な光源５２Ａ〜５２Ｅの（■対運動にもかかわらず、
個々の検出器アレイ５６ａ、５６ｂに焦点が合せられる
ことになる。従って、例えば、ターゲット光ｒＡ５２Ａ
〜５２Ｅからの像の部分が、Ｘ並進軸に沿ったターゲッ
ト２５の動きにもかかわらず、（第４図においてＸ並進
軸を形成している）検出器アレイ５６ａに焦点が合せら
れることになる。最大並進運動中、ターゲット光ｒＡ像
を検出器アレイ５６ａ、５５ｂに保持するためには、そ
の結果化しる（レンズ５８によって検出器アレイ５６ａ
、５６ｂに焦点が合せられる）線形像の長さが各検出器
アレイ５６ａ、５６ｂの長さにほぼ等しいように円柱レ
ンズ５８の焦点距離を選定すべきである。

円柱レンズの線形屈折特性のために、各円柱レンズ５８
の極性軸がその関連する検出器アレイ５６ａ又は５６ｂ
の長手方向軸線に平行に向いている場合、ターゲットの
像は検出器アレイ５６ａ２５６ｂの長手方向に沿って円
柱レンズ５８により胃き換えられないことになる。円柱
レンズ５日の極性軸は、アレイの全長に渡ってほぼ一つ
の画素間隔内で、関連する検出アレイ５６ａ又は５６ｂ
の長手方向の軸線に平行であるべきである。

第４図に示されているように、この好適なターゲ、Ｉ・
２５の実施例は、共通平面内に全体が配置されている光
ｔＸ５２Ｂ〜５２Ｅと、この平面りに延びている光源５
２Ａとを有するターゲット光源５２Ａ〜５２Ｅを含んで
いる。゛ターゲット光源５２Ｂ〜５２Ｅは、５２Ｂ、５
２Ｃと５２Ｄ、５２Ｅが対になって配置されていて、各
Ｘ及びＸ並進軸にほぼ平行に向いている。平面上に延び
ている光源５２Ａは、光源５２Ａ〜５２Ｅ間でほぼ中心
に配設されている。しかし、光ＦＡ５２Ｂ〜５２Ｅのこ
の配置と、共通平面外の光源５２Ａの正確な位置決めは
、不可欠なものではないということ留意しておくべきで
ある。

ターゲット光ｔＸ５２Ａ〜５２Ｅは、例えば発光ダイオ
ードのような手近な種類の従来光源でよい。

作動においては、光源５２八〜５２Ｂがそれぞれ繰り返
して発光し、時分割多重化様に検出器アレイ５６ａ、５
６ｂ照明する。アレイ５６ａ、５６ｂによって検出され
る特定の像源は、繰り返しサイクルのどの部分で像が感
知されたかを確かめろことにより決定される。そして、
同一光源のＪＪＩきの方向を測定すれば、たわみの方向
が得らね、る。

第５Ａ図乃至第５Ｅ図は、並進及び回転たわみが検出器
アレイ５６ａ、５６ｂによってｒｉ！　＞％される様子
を説明している。これらの図の各々は、各種のたわみを
同一に取扱うために使用される特定の光源５２Ａ〜５２
Ｂからの像を示している。しかし、作動中は一つの光源
像しか所定時間に見られず、光源のすべては、光源の周
期的発光サイクルに渡って両検出器に通常結像される。

第５Ａ図に示されているように、ターゲット２５の横揺
れ回転たわみと、ロボット腕１４又は２０の何れかによ
るその長手方向軸線を中心とした回転とは、Ｘ並進検出
器アレイ５５ａ４こよって観察されるように光１１５２
　Ｂと５２Ｃからの像間の間隔の変化を測定することに
より決定される。Ｘ並進検出器アレイ５６ａを使用して
光６ｆＡｓｚＢ。

５２Ｃを観察することは、Ｘ並進軸に沿ったターゲット
２５のたわみのために、Ｘ並進検出器アレイ５６ｂの視
野から光源５２Ｂ又は５２Ｃの一つが外れることがある
ので、Ｘ並進検出器アレイ５６ｂを使用する場合よりも
好ましい。しかし、Ｘ並進軸に沿った同じたわみでは、
Ｘ並進検出器アレイ５６ａの視野から光［５２Ｂ、５２
Ｃの像が外れることが少ない。横）工れ回転たわみは、
Ｘ並進検出器アレイ５６ｂで光源５２Ｄ、５２Ｂの像間
の間隔の変化を測定することによっても決められること
に￥１意され度い。

ロボット腕１４．２０の横揺れ回転たわみの解像力は、
選定される光源対５２Ｂ、５２Ｃ又は５２Ｄ、５２Ｂ間
の間隔により一部が決まる。横揺れ回転たわみの最小角
度解像力は、選定される対の光源５２Ｂ、５２Ｃ又は５
２Ｄ、５２Ｂ間の間隔で割られる適正なＸ又はＸ並進検
出器アレイ５６ａ又は５６ｂの最小Ｘ又はＸ並進たわみ
解像力の逆正弦（アークサイン）に等しい。従って、選
定される光源対５２Ｂ、５２Ｃ又は５２Ｄ、５２Ｂ間の
最大間隔が望ましい。しかし、光源像を同一の検出器ア
レイで観察する必要はない。その結果、第１図に示され
るロボット構造体の上腕１４に取付けられている光ＦＡ
５２Ｂ、５２Ｃは、上腕光学検出装置２８のＸ並進検出
器アレイの視野より１かに離間して配置されている。従
って、附加Ｘ並進検出器アレイ　（図示せず）と焦点合
せレンズ６２ｂとが、Ｘ並進検出器アレイ焦点合せレン
ズ６２ｃに向い合って設けられていて、上腕ターゲット
光源５２Ｃを別々に観察する。上腕光学検出装置２８は
前腕光学検出装置２６と別に異なっていない。

第５Ｂ図に示されているように、Ｘ並進たわみは、Ｘ並
進検出器アレイ５６ａに沿って光ｉＪ９対５２Ｂ、５２
Ｃからの像の変位を測定することによって定められる。

平均中央点位置（光源５２　Ｉ３　。

５２Ｃによって形成される像の中間点）の変位が、ロボ
ット腕１４．２０の横揺れ回転たわみによって光源５２
Ｂ、５２Ｃの変位で生しる不正確さを避けるだけのため
に、この光源からの像の変位の代りに測定される。第５
Ｄ図に示されているように、Ｘ並進たわみは、ｙ並進検
出器アレイ５６ｂに沿って光源対５２Ｄ、５２Ｂによっ
て形成される像間の平均中央点位置の変位を測定するこ
とにより同様に決められる。

偏揺れ及び縦揺れ回転たわみは、光源５２ノ〜によって
形成される像と各光源対５２Ｂ、５２Ｃ及び５２Ｄ、５
２Ｅからの像の平均中央点位置との間の距離の変化を測
定することにより共に決定される。第５Ｃ図に示されて
いる如く、偏揺れ回転たわみは、Ｘ並進検出器アレイ５
６ａで見られるように光源５２Ａからの像と光源対５２
Ｂ、５２Ｃの像間平均中央点位置との間の距離を測定す
ることにより決められる。第５Ｅ図に示される如く、縦
揺れ回転たわみは、Ｘ並進検出器アレイ５６ｂで見られ
るように光＃５２Ａからの像と光源対５２Ｄ、５２Ｅか
らの像間平均中央点位置との間の７１　、＜ｆｌを測定
することにより同様に決定される。光源対５２Ｂ、５２
Ｃ及び５２Ｄ、５２Ｅからの像の間の平均中央点位置は
、ターゲット２５の横揺れ回転たわみによって光ａｓ２
Ｂ〜５２Ｅの何れの相対変位でも生じる不正確さを避け
るためにも使用される。

縦揺れ及び偏ｌｉすれ回転たわみの解像力は、光、Ｊノ
λ５２Ａと、光（原５２［３〜５２Ｅの面とからの１山
１］Ｉによって一部が決まり、樅揺れ又は偏黒れ回・耘
たわみの最小角度解像力は、光’ＩＱ　５２　Ａと、光
源５２Ｂ〜５１Ｅの面との間の距離で割られるｙ及びＸ
並進検出器アレイ５６ｂ及び５６ａの最小並進変位解像
力の各逆正弦に等しい。

第１図に示されているロボット構造体の上腕１４及び前
腕２０は中空であり、各腕のたわみ、゛８知装置がその
腕の中に配設されて、ごみのＩｆ、　Ｒｉと光の汚れを
防いでいる。しかし、上記の如く、本発明の微小位置決
め装置は、実際にどのようなロボット構造対にも使用で
きるのである。勿論、本発明の変更態様が当業者にとっ
て自明であることもわかるであろう。例えば、回転たわ
みの検出が重要でない場合には、ターゲット２５は一つ
だけの光源を使用すればよい。ターゲット２５と光学検
出装置２６又は２８を含む本発明のたわみを知装置は、
ロボット装置に関連したちの以外の構造体でたわみの測
定に使用され得るということにも留意され度い。更に、
垂直に向いた線形検出器アレイ５６ａ、５６ｂを使用し
ている光学検出装置２６．２８を、二次元プレーナー検
出器アレイが現在使用されている多くの応用面に利用す
ることができる。従って、本発明の範囲は上述の特定の
実施例に限るものではなく、前記特許請求の範囲とその
相当する記載によって限定されるものである。

〔発明の効果〕

上述の如く、ロボット作業には高度の位置決め精度が必
要であるが、本発明は、これを妨げる不可避なロボット
鋺のたわみがもたらす様々な不都合を解決し、精密なロ
ボノ１−徹小位置決め装置を提供している。又、ロボ、
１〜腕は中空であるので軽量で、この内部に、従来技術
の比べてかなり節減し得る検出器アレイを含むたわみ感
知光学系を設け、しかも多くのロボット装置に応用でき
る利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は図示のロボット構造体に取付けられている本発
明の微小位置決め装置のたわみ感知光学系の側面図、第
２図は本発明を組込んでいる具体例としての可動ロボッ
ト装置の側面図、第３図は本発明の制御装置のブロック
図、第４図は本発明のたわみ感知光学系の斜視側面図、
第５Ａ乃至第５Ｅ図は本発明の光検出装置によって観察
されるターゲット光源像の数例の図である。１０・・・・ロボット構造体、１４・・・・上腕、２０
・・・・前腕、２２・・・・リフト、２４・・・・手首
、２５・・・・ターゲット、２６．２８・・・・光学検
出装置、５２Ａ−Ｅ、、＝、光源、５６　ａ、　　５６
　ｂ・、、、検出器アレイ。代理人　　弁理士　篠　原　泰　司　２−１手続補正書昭和６２年　２月２５０

Claims

【特許請求の範囲】

（１）台に枢着されている第一端部と、荷物を支持する
ための第二端部とを備えた荷重支持腕を有するロボット
装置の微小位置決め装置において、台に対して腕の角度
方位を検出するための装置と、腕の並進たわみを光学的
に測定するための測定装置と、台に対して腕を枢着して
検出された角度方位と測定されたたわみとに基づいて所
要の腕の位置を得るための装置とを含んでいる微小位置
決め装置。
（２）測定装置が腕の回転たわみを光学的に測定するた
めの装置を含んでいる、特許請求の範囲（１）に従う微
小位置決め装置。
（３）該光学たわみ測定装置が、腕の一端部に配設され
ているターゲットと、腕の反対側の端部に配設されてい
てターゲットの変位を検出するための装置とを含んでい
る、特許請求の範囲（１）に従う微小位置決め装置。
（４）該変位検出装置が光検出器の第一及び第二垂直方
位線形アレイを含んでおり、各アレイはアレイの長手方
向の軸線に平行な方向にターゲットの動きを検出するよ
うになっている、特許請求の範囲（３）に従う微小位置
決め装置。
（５）該変位検出装置が、ターゲットと第一及び第二検
出器アレイとの間に各々配設されていて、各第一及び第
二検出器アレイの長手方向の軸線に垂直に延びたターゲ
ットの線形像の焦点を第一及び第二検出器アレイ上に合
わせる第一及び第二結像レンズと円柱レンズとを更に含
んでおり、線形像の一部は、第一及び第二検出器アレイ
の各長手方向の軸線に垂直なターゲットの相対的な動き
にも拘らず第一及び第二検出器アレイ上にその焦点が合
わされたままになっている、特許請求の範囲（４）に従
う微小位置決め装置。
（６）ターゲットが、共通平面内に全体が配設されてい
る複数の光源と、該平面の外に配設されている少なくと
も一つの光源とを含んでいる、特許請求の範囲（３）に
従う微小位置決め装置。
（７）操り返して光源を個々に発行せしめるための装置
を更に含んでいて、第一及び第二検出器アレイ上に像を
形成する特定のターゲット光源は何れも同一のものとし
て扱うことができる、特許請求の範囲（６）に従う微小
位置決め装置。
（８）延長梁の第一端部に配設されている少なくとも一
つの光源と、梁の反対側の第二端部に配設されていて、
第一長手方向軸線に沿って配置されている複数の光検出
エレメントを有し、且つ第一長手方向軸線に沿って光源
の動きを感知する第一線形検出器アレイと、第一アレイ
に隣接して配設されていて、第一アレイの第一長手方向
軸線に垂直に向いた第二長手方向軸線に沿って配設され
ている複数の光検出エレメントを有し、且つ第二長手方
向軸線に沿って光源の動きを感知する第二線形検出器ア
レイと、第一及び第二検出器アレイに隣接して各々配設
されていて、光源からの光の焦点を関連する第一及び第
二検出器アレイ上に各々合わせる第一及び第二焦点合せ
レンズと、第一及び第二焦点合せレンズとこれに関連す
る第一及び第二検出器アレイとの間に各々配設されてい
て、関連する第一及び第二検出器アレイの第一及び第二
長手方向軸線に平行に向いている極性軸を各々有し、且
つ、第一及び第二検出器アレイの視野内における光源の
動きに関係なく、関連する第一及び第二検出器アレイ上
に光源像の一部の焦点を各々合わせる第一及び第二円柱
レンズとを含んでいる、延長梁のたわみを測定するため
の装置。
（９）梁の第一端部に配設されていて、全体が一つの平
面内の整合位置に設けられている複数の光源と、梁の第
一端部において該平面の外に配設されている少なくとも
一つの付加光源とを更に含んでいる、特許請求の範囲（
８）に従う装置。
（１０）繰り返して光源を個々に発行せしめるための装
置を更に含んでいて、第一及び第二検出器アレイ上に像
を形成する特定の光源は何れも同一のものとして扱うこ
とができる、特許請求の範囲（９）に従う装置。
（１１）台に枢着されている第一端部と、荷物を支持す
るための第二端部とを所持している荷重支持腕を有する
ロボット装置の微小位置決め装置において、腕と台に取
付けられていて、台に対して腕の角度方位を指示する信
号を提供する少なくとも一つの角度エンコーダーと、腕
に取付けられていて、荷重による腕の第二端部のたわみ
を光学的に測定し、且つたわみの程度を指示する信号を
発生するための測定装置と、腕の第二端部の実際の位置
を角度エンコーダーと測定装置から受けた信号により算
出し、且つ第二端部の腕の実際の位置を指示する信号を
発生するための位置づけ装置と、腕を動かして、位置づ
け装置からの信号に応じて腕の位置を補正するための装
置とを含んでいる微小位置決め装置。