JPS6224990A - 関節形ロボツト - Google Patents

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〉 この発明は関節形ロボットに関する。

〈従来の技術〉 従来、たとえば６自由度の関節形ロボ、ソトにおいては
、第４図に示すように１．構造パラメータ人力部ｌから
各アームの長さＱｉ（ｉ＝１，２，３．・・）や各アー
ムの軸のオフセット長さ等の構造パラメータを演算処理
装置＆：（ＣＰＵ）２を通してメモリー３に記憶させる
と共に、人力装置５から演算処理装置２を通してメモリ
ー３にアーム先端の絶対座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）およびアー
ム先端の姿勢（θ、φ、ψ）をメモリー３に教示または
プログラムにより記憶させる。そして、プレイバック時
、演算処理装置２は上記構造パラメータｆ２ｉおよびア
ーム先端の目標とする絶対座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ、φ、
ψ）をメモリ３から読み出して、各アームの回転角度θ
１．θ２．・・・。

θ６を次の（１）式の関数として時々刻々あるいは最終
的に演算し、さらに上記回転角度θ１．θ２．・・・。

θ６をザーボ制御装置６に出力して、各アームを所定の
角度回転させる。

ここで、Ａは変換行列、θｉ“は各アームの初期状態の
回転角である。

く発をか解決しようとする問題点〉 しかしながら、上記従来の関節形ロボットにおいては、
構造パラメータたとえばアームの長さく２１（ｉ＝　１
．２．３．・・・）に対する温度補正を行なっていない
ため、次のような問題点がある。すなわち、ロボットの
メモリー３にアーム先端の目標位置お上び姿勢を記憶さ
せ、これをプレイバックするとき、目標位置および姿勢
の教示あるいはプログラム時の温度Ｔｉ＊とロボットが
動作時の温度Ｔｉとは一般に異なるので、以下に解析す
るようにアームの長さく２１が熱膨張により変化し、ア
ーム先端の位置および姿勢を目標通り精密に再現できな
いという問題がある。

すなわち、第５図に示すように、アーム８．９の回転角
θ１．θ、が変化しなくてら、アーム８．９の温度がＴ
ｉ＊からＴｉに変化すると、この温度変化１’ｒｉ＊−
Ｔｉｌ−ΔＴｉによる熱膨張により、アーム８の回動中
心間の長さＡＢとアーム９の回動中心間の長さＢＣは次
の（２）、（３）式の如く変化する。

＊ ７１’−一乙　×　（１＋α１ΔＴ１）　　　　　・・
・（２）＊ ＷＵ＝Ｑ２　ｘ　（１＋α、ΔＴ、）　　　　　・・（
３）上記（２）、（３）式において、熱膨張係数α８．
α。

”　２　Ｘ　１０−５／ｄｅｇなので、アーム８の長さ
Ｑｌ　とアーム９の長さＱ２の和（＋２１＋Ｌ）＝　ｔ
　ｍの等野犬のロボットては温度がピＣ変化すると、ア
ーム８とアーム９とが一直線状になった状態でアーム９
の先端Ｃの位置が２０μ屑程度ずれてしまう。

また、アームの温度はモータ、ワークの影響も受けるの
で、たとえ恒温室内でロボットに作業させるとしても、
実際にはロボットの作業中においてアームなどに温度変
化が生じ、やはりアーム先端の位置が少なくとも目標位
置から２０μｍ程度ずれるという問題がある。

く問題点を解決するための手段〉 上記問題点を解決するため、この発明の関節形ロボット
は、第１図、第２図に例示するように、アーム２１．２
３．２５の温度を検出する温度センサ３１，３３．３５
と、上記温度センサ３１．３３゜３５からの温度情報に
基づいて、上記アーム２ｋ。

２３．２５の長さ等の構造パラメータを温度補正すると
共に、温度補正後の構造パラメータに基づいて、先端の
アーム２９の先部の絶対座標に対する各アームの回転角
を演算する演算処理装置４１とを備えたことを特徴とし
ている。

く作用〉 演算処理装置４Ｉにおいて、温度センサ３１゜３３．３
５により検知されたアーム２１，２３．２５の各温度に
基づき、構造パラメータρｉ＊の温度補正が行なわれ、
この温度補正が行なわれた構造パラメータσｉに基づい
て、目標とする先端のアーム先部の絶対座標に対する各
アームの回転角ｅ１゜θ７．・・、ｅ６が演算され、こ
の各アーム回転角θｈθ７．・・、θ６を表す信号によ
って、アーム２＋、２３゜２５の回転角が制御され、温
度変化があっても、先端のアームの先部の位置および姿
勢の精度の高い制御がなされる。

〈実施例〉 以下、この発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１図において、２１は回転台２２の中心に対して一定
出オフセットして回転自在に取り付けられたアーム、２
３はアーム２１の先端に回転軸の方向に一定爪オフセッ
トして回転自在に取り付けられたアーム、２５はアーム
先端に回動軸の方向に一定量オフセットして回転自在に
取り付けられたアーム、２７はアーム２５の先端にアー
ム２５の軸心回りに回転自在に取り付けられたアーム、
２Ｂはアーム２７の先端に軸方向に回転自在に取り付け
られたアーム、３０は上記各アームの回転制御を行なう
制御装置である。

上記アーム２１にはそのアーム２１の温度を検出する温
度センサ３１を設け、上記アーム２３にはそのアーム２
３の温度を検出する温度センサ３３を設け、上記アーム
２５にはそのアーム２５の温度を検出する温度センサ３
５を設けている。この温度センサ３１．３３．３５の出
力は制御装置３０に入力している。なお、この実施例で
は熱膨張の影響の大きい長いアーム２１．２３．２５の
みの温度を夫々温度センサ３１，３３．３５により検出
している。

上記制御装置３０は第２図に示す構造をしておリ、１は
標準温度Ｔｉ＊時のアームの長さく！諺等の構造パラメ
ータを入力するための構造パラメータ入力部、３は目標
とする絶対座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ。

φ、ψ）および構造パラメータを記憶するメモリ、５は
ロボットの動作のプログラムを入力する入力装置、６は
サーボ制御装置である。また、４１はアーム２１．２３
．２５の標準温度Ｔｉ＊時の長さく！ｉ＊（ｉ＝１，２
．３．・・・）等の構造パラメータの温度補正を行なう
と共に、プロクラムされた目標位置の絶対座標（Ｘ、Ｙ
、Ｚ、θ、φ、ψ）を温度補正された構造パラメータＱ
、１（ｉ＝１，２．３．・・）に基づいて、各アームの
回転角θ１．θ７．・・、θ８に座標変換して、サーボ
制御装置６に出力する演算処理装置（ＣＰＵ）である。

まず、アーム２１，２３，２５．・の標準温度時Ｔｉ＊
（ド１，２，３．・・・）時の長さＱｉ＊（ｉ＝　１　
、２　。

３、・・・）は構造パラメータ入力部１から演算処理装
置４１を介して予めメモリ３に格納する。また、上記温
度センサ３１，３３．３５から出力されたアーム２１，
２３．２５の温度情報Ｔｉ　（ｉ＝１．２．３）らメモ
リ３に記憶させる。演算処理装置１４１は、メモリ３か
ら読み出した温度情報Ｔｉに基づいて、下記の（４）式
により、アーム２１，２３．２５の標準温度Ｔｉ＊時の
長さρｉ＊を温度補正して、その温度Ｔｉにおけろ真の
長さＱｌを演算する。

、＊　　　　　　　、　　　、＊ Ｑ’ｒ＝Ｑｔ　　（１＋αｉ（Ｔ＋−Ｔ＋　　））　　
　　＝（４）なお、α１（ｉ＝１．２．３．・・）は熱
膨張係数である。

演算処理装置４１は、上記のように温度補正された構造
パラメータＱｉ（ｉ＝１．２，３．・・）に基づいて、
セットモード時の絶対座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ、φ。

ψ）に対して、（１）式と同様の次の（５）式により、
座標変換を行い、回転台２２および各アーム２１２３．
２５．・・・の回転角θ１．θ２．・・・、θ、を算出
して、サーボ制御装置６に出力してロボットを作動させ
る。

上記（４）式の温度補正の演算は、（５）式の座標変換
の演算を必要としないとき、たとえばアーム２９の先端
部が所定目標位置に到着ずろ毎に、１分程度のインター
バルで演算して、構造パラメータＱｌを逐次変更する。

このように、この関節形ロボットは、演算処理装置４１
において温度センサ３１．３３，３５からの各アーム２
１，２３．２５の温度情報に基づいて、標準温度時の構
造パラメータＱ！＊を温度補正し、この補正後の構造パ
ラメータＱｉに基づいて絶対座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ、φ
、ψ）に対する座標変換を行なって回転角度ｅ１．θ２
．θ３１．θ６を算出し、この回転角度ｅｌ、θ７．θ
３．・・、ｅ６をサーボ制御装置６に出力している。し
たがって、この関節形ロボットは、アーム等の温度変化
かあってら精度の高い位置決めおよび姿勢の制御を行な
うことができる。

このように温度変化があってもそれによる熱膨張を補正
して精度の高い位置決めなどの制御を行なうことかてき
るので、ロボットの始動時において温度が安定するまで
のウォミングアソプ時間を短縮することがてきる。また
、このように精度の高い位置決めができるので、第３図
に示すように、測定点（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）
を測定するための計測ロボットとしても使用することが
できる。また、このように温度補正を行なうので、従来
の如き恒温室内に関節形ロボットを設置する必要がなく
なる。また、構造パラメータの温度補正をすると同時に
、温度による図示しない冶具の位置変化ら同様に温度補
正をしてロボットの位置制御をすることにより、さらに
精度の高い位置決めを行なうことらできる。

なお、上記実施例では、台２２やアームのオフセット亀
などの温度補正を行なわなかったが、それらの温度補正
を行なえば、より好ましいことは勿論である。

〈発明の効果〉 以上より明らかなように、この発明によれば、アームの
温度を検出する温度センサからの出力に基づいて演算処
理装置において構造パラメータを温度補正し、この温度
補正された構造パラメータに基づいて座標変換を行なっ
て回転角を指令する信号を出力するようにしているので
、アーム等の温度変化があっても精度の高いロボットの
位置および姿勢の制御ができる。したがって、この発明
の関節形ロボットは測定ロボットなどとしても使用する
ことができ、また恒温室に設置する必要もなくなるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の関節形ロボットの一実施例の斜視図
、第２図は上記実施例のプロＪり図、第３図は上記関節
形ロボットを測定ロボットとして使用した状態を示す説
明図、第４図は従来の関節形ロボットのブロック図、第
５図は温度変化による熱膨張を説明するための説明図で
ある。 １・・・構造パラメータ人力部、３・・・メモリー、５
・・人力装置、６・・・ザーボ制御装置、２１．２３．
２５．２７．２８・・・アーム、３１，３３．３５・・
・温度センサ、４１・・・演算処理装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）アームの温度を検出する温度センサ（３１、３３
   、３５）と、 上記温度センサ（３１、３３、３５）からの温度情報に
   基づいて、上記アームの構造パラメータを温度補正する
   と共に、温度補正後の構造パラメータに基づいて、先端
   のアームの先部の絶対座標に対する各アームの回転角を
   演算する演算処理装置（４１）とを備えたことを特徴と
   する関節形ロボット。