JPS63101907A - 水平多関節ロボットの原点較正装置 - 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 本発明は水平多関節ダイレクトドライブロボット等の原
点較正方法及び装置に関し、特に原点姿勢におけるアー
ムの角度偏差やアーム長の偏差を較正して作業点の絶対
位置精度を保証できる水平多関節ロボットの原点較正方
法及び装置に関するものである。

従来の技術 従来、水平多関節ロボットの絶対位置精度を向上させる
ために必要な原点較正は一般的には行なわれていなかっ
た。又、原点較正を行う場合の方法としては、手動によ
ってロボットを絶対位置計測器を用いて数点位置決めし
、その情報がら座標変換パラメータを変えるという方法
が行なわれているのみであった。

発明が解決しようとする問題点 ところが、上記方法では原点較正に相当手間がかかると
いう問題があり、そのために一般的に実施されていなか
ったのである。また、作業中のロボットにおいて、アー
ムの温度変化によってアーム長が変化し、絶対位置偏差
を生ずるが、これに対する較正を即座に行うことができ
ず、作業中のロボットの温度等による経時変化に基づく
、アーム艮の偏差や理想的な原点座標に対するアームの
角度偏差に対処して精度良い作業をロボットに行わせる
には、多くの時間と労力を必要とし、しかもロボットを
停止している間の時間ロスが大きいという問題があった
。

本発明は上記従来の問題点に鑑み、原点較正を自動的に
短時間で行うことができて、ロボットの絶対位置精度を
向上できる原点較正方法及び装置を提供することを目的
とする。

問題点を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するため、ロボットの原点回り
に回動する第１アームとこの第１アームに連結された＠
２アームをそれぞれダイレクト・ドライブしてロボット
アーム先端を移動させるようにした水平多関節ダイレク
トドライブロボットにおいて、ロボットに設定されてい
るロボット座標とは別に設定された任意の作業座標上に
一直線状にかつ等間隔に配置された３つの標準点を設定
し、ロボットアーム先端を前記各標準点に順次合わせ、
ロボットアーム先端を各標準点に合わせた状態における
ロボットの第１アームと第２アームの現状の原点姿勢か
らの位置を内界センサにてそれぞれ読み取り、前記標準
点の作業座標における位置と間隔及び各標準点における
内界センサの読み取り値から、＃Ｓ１アームと第２アー
ムのロボット座標からの偏差、ロボット座標における作
業座標の原、ヴの位置及びロボット座標と作業座標の回
転偏差及びロボット原点からロボットアーム先端に至る
アームの長さを演算し、現状のロボットにおける各設定
値を較正することを特徴とする。

又、ｔｅＳ２の本発明に係る上記方法を実施するための
装置は、ロボットの原点回りに回Ｗｓする第１アームと
この第１アームに連結された第２アームをそれぞれダイ
レクトドライブして作業点を移動させるようにした水平
多関節ダイレクトドライブロボットにおいて、ロボット
アーム先端の移動範囲内に直線移動可能な移動体を配設
するとともにこの移動体を前記直線上に等間隔に配置さ
れた３つの標準点に正確に位置決めできる移動手段を設
け、前記移動体に前記ロボットアーム先端の位置規正手
段を設け、前記移動手段とロボットの第１アーム及び第
２アームを駆動制御してロボットアーム先端を順次前記
３つの標準点に位置決めする較正動作制御手段を設けた
ことを特徴とする。

作用 本発明によれば、作業率オスに設定した既知の３つの標
準点の位置データと各標準点にロボットアーム先端に合
わせたときの＠１アーム及び第２アームの位置を内界セ
ンサで読み取ることによって所定の演算処理にて第１ア
ーム及び第２アームの原点姿勢における理想的な原点姿
勢からの偏差、ロボットアーム先端までの正確な長さ及
び作業座標のロボット座標に対する相対位置と回転角を
知ることができ、そのデータに基づいて原点較正を行う
ことができ、短時間に自動的に原点較正が可能である。

また、第２の本発明によれば、上記較正方法を実施する
際に、３つの標準点を、移動手段にて移動される移動体
に設けた位置規正手段にて規定しているので、精度の高
い駆動装置と位置検出装置の組み合わせ等、正確な移動
手段を用いることにより、３つの標準点を高精度で設定
でき、精度の高い較正が可能である。また、その較正動
作を較正動作制御手段にてロボットアーム及び移動手段
を作動させることによって自動的に行うことができる。

　　゛ 実施例 以下、本発明の一実施例を第１図〜第４図を参照しなが
ら説明する。

まず、第１図を参照しながら較正原理を説明すると、第
１図に示すようなロボットアームの構成においで、太実
線を理想原点姿勢、破線を現在の原点姿勢、一点鎖線を
任意の移動姿勢とし、ｘ　−ｙをロボット座標、Ｘ−Ｙ
を作業座標としてそれぞれの原１党をＯＳＱとし、Ｐ、
　、Ｐ２、Ｐ、を作業座標Ｘ−ＹＦ！ｉ標上でＸ軸もし
くはＹ柚に平行な（本実施例ではＸ粕に平行な）−直線
上に等間隔で設定された３つの標準点とし、これら標準
点間の距離をＬとし、Ｊｌをロボットアームの第１アー
ム、Ｊ２を第２アームとし、１１を第１アーム民、１□
を第１アーム先端からロボットアーム先端までのｌ［と
じて定義する。そして、現在の第１アームＪ、から第２
アームＪ２までの角度をθａ１０ボット座標のＸ軸から
作業座標のＸ軸までの角度をθβ、第１アームの理想原
点姿勢から任意の移動姿勢までの角度をθ４、第２アー
ムの理想原点姿勢から任意の移動姿勢までの角度を０２
、第１アームＪ１の現在の原点姿勢から任意の移動姿勢
までの角度をθａ、第２アームＪ２の現在の原点姿勢か
ら任意の移動姿勢までの角度をθｂ、第２アームＪ２の
現在の原点姿勢から理想的な原点姿　。

勢までの角度なθ。、ロボット座標原点Ｏと作業座標原
点Ｑの×方向偏差をＡ、同ｙ方向偏差をＢとして表す。

尚、ここでは第１アームＪ、の現在の原点姿勢を基準と
することによって、理想的な原点姿勢と一致しており、
この第１アームＪ１に対して第２アームＪ２が理想的な
原点姿勢に対して偏差を有するものとしている。また、
ロボット座標ｘ−ｙを基準として作業座標Ｘ−Ｙがこれ
に対して回転しているものとしている。また、前記各角
度のベクトルは、＃Ｓ１図に示すように反時計回り方向
を正方向と仮定しており、各角度の単位は度とする。

ロボット座標ｘ、ｙとθ１、θ２には次の関係がある。

また、図から θ、＝θａ θ２＝θｂ−θ。＝θｂ−（９０−θσ）・・・■であ
り、■式を■弐に代入すると、 ・・・・・・■ 又、ＸＳＹとｘ、ｙには以下の関係がある。

０式と０式よりｘｓＹ　を消去して この０式に次の３つの標準点Ｐ、　、Ｐ、、Ｐ３におけ
る各データ（Ｘ、Ｙ、θａ１　θｂ）をそれぞれ代入す
る。

Ｐ、：　（Ｘ、、Ｙ、、θａｌｌθｂ＋）Ｐ２：　（Ｘ
２．Ｙ、、θａ２ｔθｂｚ）Ｐ、：　（Ｘ、、Ｙ、、θ
ａｃｔθｂｓ）ユニで、 ａ＝ｃｏｓ（θｂ、−９０°）、ｂ＝ｓｉｎ（θｂ、−
９０°）ｃ＝ｃｏｓθａ＋　　　　　ｓ　ｄ＝ｓｉｎθ
ａｌｅ＝ｃｏｓ（θｂ２−９０°）、ｆ＝ｓｉｎ（θｂ
２−９０”）ｇ−ｃｏｓｏａ２　　　　　、ｈ＝ｓｉｎ
θａ２ｉ：ｃｏｓ（θｂ３−９０°）、ｊ＝ｓｉｎ（θ
ｂ、−９０６）ｋ＝ｃｏｓ　θ　ａコ　　　　　　　　
　、　１ｌ＝ｓｊｎ　θ　ａ３・・・・・・■ とおくと、■、■、０式は次のようになる。

となる。

［相］−■及び■−■より、 ・・・・・・０ ・・・・・・■ ここで、 ・・・・・・■ とおくと、■、０式は ・・・・・・［株］ ・・・・・・Ｏ ユニで、未知数θａの入った上式を簡単のために次のよ
うに置き換える。

［株］式及び０式より、 ・・・・・・■ ・・・・・・［相］ ［株］、０式の右辺を等しいと置いて、１．　、　Ｉ□
を消去し、それを展開整理すると、 ・・・・・・＠ ０式はθａだけの式なので、これを展開して解くと、 ｔａｎθａ−升年升升制セ佃セ廿・・・・・＠従って、 （ただし、０°　くθα＜１８０”）　　　・・・・・
・０次に、０式のθａの値を０式に代入してａ１〜ａ、
を求め、これを０式に代入するとθβが求まる。又、■
または［相］式にａ、〜ａ４及びθβを代入することに
よって１５．１２が求まる。さらに、θα、θβ、１１
．１□の値を［株］〜＠式のいずれかに代入するとＡ、
Ｂが求まる。

以上のようにして、３つの標準点Ｐ、　、Ｐ２、Ｐ３に
ロボットアーム先端を合わせたときのθａ、θｂの値、
各標準点のＸ、Ｙ値及び間隔りを与えることによって、
未知数θａ１θβ、１１．１２、ＡｌＢがすべて求まる
。従って、Ｊ２アームを（９０゛−θａ）の角度分だけ
位置修正することによってＪ、アームとＪ２アームの間
の角度が９０°の理想原点姿勢となり、ロボットは正確
なｘ−ｙ座標を持つことになり、また、１１−１２の検
出値に応じて記憶されている原点姿勢におけるロボット
アーム先端位置を修正することによって、アームの伸１
１ａ誤差を較正することができ、さらにｘｙ座標をＸ−
Ｙ座標に変換できるので、直接作業８標に基づいてロボ
ットアームを移動制御することも可能となるのである。

以上の較正原理に基づく較正動作制御装置における動作
は、第２図の７０−チャートに示す通りである。その内
容は、上記原理説明における計算の中間項を省略しただ
けであり、重複して説明するまでもないので、説明は省
略する。

次に、第３図及び第４図に基づいて、前記３つの標準点
に対するロボットアーム先端の位置合わせ磯情を中心と
して、ロボットの具体構造を説明する。

１はロボットで、水平面上で動作するロボットアーム２
を備えるとともにその先端に昇降並びに軸心回りに回献
可能な作用軸３が配置されている。

前記ロボットアーム２はその先端を所望の位置に移動さ
せ得るようにロボット座標の原点０回りに回動可能なＰ
ｊＳ１アームＪ、と第２アームＪ２を備えており、それ
ぞれ駆動手段４．５にてダイレクトドライブするように
構成されている。６は作業テーブルで、その−側部に原
点較正用の位置合わせ装置７が配設されている。この位
置合わせ装置７は、リニアモータ８にて一直線状に移動
可能な移動体９の上面に嵌合穴１０を形成された位置決
めボス１１を配設するとともに、前記移動体９の位置を
高精度で検出するリニアエンコーダ１２を配設しで構成
されている。前記嵌合穴１０は第４図に示すようにテー
パ穴にて構成され、ロボットアーム２先端の作用軸３の
下端部には嵌合穴１０に挿入して位置決めするテーパ状
のピン１３が取付けられている。１４はロボット制御装
置で、ロボット１の全体的な動作を制御するように構成
され、通常動作の制御機能のほか、コンプライアンスを
変化させる機能、現在位置読み取り機ｎ等を備えている
。また、１５は較正動作制ｏ！ｌ′ｆ装置であり、前記
ロボット制御装置１４からの較正指令により動作し、リ
ニアモータ８をリニアエンコーダ１２により位置検出し
ながら作動させて前記嵌合穴１０を等間隔の３つの標準
点に位置決めするとともに前記ロボット制御装置１４を
介してロボット１を作動させるように構成されている。

次に、原点較正動作を説明する。ロボット制御装置１４
から例えば一定時間おきに較正動作制御装置１５に較正
指令が出される。すると、リニアモータ８が作動して移
動体９が待機位置から位置決めボス１１の嵌合穴１０が
第１の標準点Ｐ、に位置するように移動するとともに、
その位置はリニアエンコーダ１２にて高精度に規定され
る。標準点の位置決めが完了すると、較正動作制御装置
１５から逆にロボット制御装置１４に指令を出して、ロ
ボットアーム２先端の作用軸３が嵌合穴１０の上方に対
向位置するように移動させるとともにコンプライアンス
値を増大させ、その後作用軸３を下降させてピン１３を
嵌合穴１０に挿入し、ロボットアーム２先端を前記第１
の標準点Ｐ、に位置合わせする。そして、この状態で駆
動装置４．５に内蔵されている内界センサとしてのエン
コーダの値を読み取り、メモリーに記憶する０次に、第
２及び第３の標準点Ｐ２、Ｐ５に関して上記と同様の動
作を行う、その後、これらエンコーダによる検出データ
と、移動体９の移動距離で与えられるとともに予め前記
較正動作制御装置１５内で設定された標準点間の距離り
と、これら標準点に対して適宜設定された作業座標上に
おけるこれら標準点Ｐ＋　、Ｐ２　、Ｐ）の位置データ
から、上記較正方法により現在のロボットアームの各偏
差を検出することができる。従って、最後にロボット制
御表（１１４に記憶されている原点に係るデータをこの
偏差に応じて較正することによって較正動作が完了し、
再びロボット制御装置１４による通常動作に復帰する。

本発明は上記実施例に限定されるものではない。

例えば３つの標準点を、リニアモータ８にて移動される
移動体９に設けた嵌合穴１０で構成する代わりに、正確
に一直線状にかつ等間隔に３つの嵌合穴を穿設した治具
板を用い、これを作業テーブルに設置してもよい。尚、
この場合嵌合穴の加工精度によって精度が制限されるこ
とになる。また、ロボットアーム先端の位置合わせ機構
として、標準点としてのテーパ状の嵌合穴にロボットア
ーム先端のビンを挿入する方法を例示したが、他の方法
で位置合わせしても良いことは言うまでもない。

発明の効果 本発明方法によれば、以上のように作業座標に設定した
３つの標準点の位置データと各標準点にロボットアーム
先端を合わせたときの第１アーム及び第２アームの位置
を内界センサで読み取ることによって、所定の演算処理
にて第１アーム及び第２アームの原点姿勢における理想
的な原点姿勢からの偏差、ロボットアーム先端までの正
確な長さ及び作業座標のロボット座標に対する相対位置
を知ることがＣさ、そのデータに基づいて原点較正を行
うことができる。従って、ロボットの設置時における原
点較正並びに温度変化等により経時的に発生する各種偏
差に対する原点較正を短時間に自動的に行うことができ
、ロボット動作の絶対位置精度の高精度化を図ることが
でき、かつそのだめの較正動作を能率的に行うことがで
きる。

又、第２の本発明に係る装置によれば、３つの標準点を
移動体に設けた位置規正手段にて規定しているので、移
動体を公知の高精度の移動手段にて位置決めすることに
よって標準点を高精度に設定でき、精度の高い較正が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における原点較正方法の原理
説明図、第２図は同実施例の較正動作の７０−チャート
、第３図は同実施例のロボットの斜視図、第４図は同位
置規正手段の構成図である６１・・・・・・・・・・・
・ロボット ２・・・・・・・・・・・・ロボットアーム３・・・・
・・・・・・・・作用軸（ロボットアーム先端）４．５
・・・・・・駆動手段 ８・・・・・・・・・・・・リニアモータ（移動手段）
９・・・・・・・・・・・・移動体 １０・・・・・・・・・・・・嵌合穴（標章、べ）１５
・・・・・・・・・・・・較正動作制御装置Ｐ、〜Ｐ３
・−・・・・標準点 Ｏ・・・・・・・・・・・・ロボット座標原点Ｑ・・・
・・・・・・・・・作業座標原点Ｊ、・・・・・・・・
・＠１アーム Ｊ２・・・・・・・・・第２アーム。 代理人ａ）Ｕ　弁理士　中尾敏男　ほか１名□：理想原
点姿勢 一−−−−−−−−：現在の原点姿勢 −−−、（Ｅ！の移動姿勢 ｘ−ｙ：ロボット座標 ｘ−ｙ：イ１「でＳ町＝戸Ｅ標 ０；ロボット座標原点 Ｑ：作業座標原点 り二座標点間の距離 ｊ、：第１アーム Ｊ２：第２アーム （、：第１アーム長

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロボットの原点回りに回動する第１アームとこの
   第１アームに連結された第２アームをそれぞれダイレク
   トドライブしてロボットアーム先端を移動させるように
   した水平多関節ダイレクトドライブロボットにおいて、
   ロボットに設定されているロボット座標とは別に設定さ
   れた任意の作業座標上に一直線状にかつ等間隔に配置さ
   れた３つの標準点を設定し、ロボットアーム先端を前記
   各標準点に順次合わせ、ロボットアーム先端を各標準点
   に合わせた状態におけるロボットの第１アームと第２ア
   ームの現状の原点姿勢からの位置を内界センサにてそれ
   ぞれ読み取り、前記標準点の作業座標における位置と間
   隔及び各標準点における内界センサの読み取り値から、
   第１アームと第２アームのロボット座標からの偏差、ロ
   ボット座標における作業座標の原点の位置及びロボット
   座標と作業座標の回転偏差及びロボット原点からロボッ
   トアーム先端に至るアームの長さを演算し、現状のロボ
   ットにおける各設定値を較正することを特徴とする水平
   多関節ロボットの原点較正方法。
2. （２）ロボットの原点回りに回動する第１アームとこの
   第１アームに連結された第２アームをそれぞれダイレク
   トドライブして作業点を移動させるようにした水平多関
   節ダイレクトドライブロボットにおいて、ロボットアー
   ム先端の移動範囲内に直線移動可能な移動体を配設する
   とともにこの移動体を前記直線上に等間隔に配置された
   ３つの標準点に正確に位置決めできる移動手段を設け、
   前記移動体に前記ロボットアーム先端の位置規正手段を
   設け、前記移動手段とロボットの第１アーム及び第２ア
   ームを駆動制御してロボットアーム先端を順次前記３つ
   の標準点に位置決めする較正動作制御手段を設けたこと
   を特徴とする水平多関節ロボットの原点較正装置。
3. （３）較正動作制御手段に、ロボットの第１アーム及び
   第２アームのコンプライアンス値を変化させる手段が設
   けられている特許請求の範囲第２項に記載の水平多関節
   ロボットの原点較正装置。