JPS6396504A

JPS6396504A - 産業用ロボットのセンサを校正するための方法

Info

Publication number: JPS6396504A
Application number: JP62239137A
Authority: JP
Inventors: ブヨルン　アンデルソン; ヤン　ジー　フェーガー
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1986-09-29
Filing date: 1987-09-25
Publication date: 1988-04-27
Anticipated expiration: 2011-06-26
Also published as: SE464855B; DE3731704A1; SE8604101D0; SE8604101L; US4815006A; DE3731704C2; JP2510216B2

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）本発明はロボットの手に取付けたセンサを較正するため
の産業用ロボットの方法に関係づる。センサはセンサに
対する対象物の位置を検出するようにされている。ロボ
ットは自動動作時にロボットに固定した座標系の点によ
り定義される路でロボットを制御するようにされた制面
系を右する。

ここではＵ点」とは位置と方向を意味する。

本発明は又ロボットの手に取付けたセンサを有する産業
用ロボットに関係し、このセンサは対象物のロボットに
対する位置を検出するようにされている。ロボットは自
動動作時にロボットに固定した座標系の点により定義さ
れる路でロボットを制御するようにした制御系を有する
。

（従来技術）産業用ロボットの制御には、ロボットの手に取付【ノた
センサを用いることは従来から公知であった。このよう
な応用分野の一例は産業用ロボットによる自動溶接であ
り、この場合センサは溶接点の検出と溶接時の点の自動
追跡の両方に利用可能である。このようなロボット設備
の例は日本特願昭５９−７７４６３号や、英国特願第２
，０８８゜０９５号と第２．１１０，４２７号、米国特
許第４．３０６．１４．４ｊＭに記載されている。この
ような設備での使用に適するセンサの例は米国特許第４
．４１７，１２７号と第４．５０１，９５０号に別に記
載されている。

上述した種類のロボット設備に関する一般的な問題は、
センサの座標がロボットの座標系と関連しなければなら
ない点である。従来技術の設備では、各センサの個々の
較正はそのロボットへの取付後に実行されなければなら
なかった。この理由は、センサの取（ｓｌけの不正確さ
と、同一センサ型式の異なる間開での寸法と測定装置の
不可避な変動が、上述の較正なしでロボットの作業工具
の位置決めのしばしば非常な高精度の要求（標準的には
Ｏ，１ＭＲのオーダーの大きさ）を達成Ｊ−ることか不
可能であることを証明したからである。これまで既知の
種類の手動較正は最も時間のかかるものであり、例えば
故障センナの交替時には相当の生産損失を伴う。

センサ及びアタッチメントを、機械的に非常にうまく定
めたセンサ取付部を得るように設計することが提案され
てきている。しかしながら、このような実施例は非常に
高精度のセンサ・アタッチメントやセンサ及び測定装置
の機械的構造を必要とする。しかしながら、これらの点
で高精度であっても、ロボット工具の正確な位置決めに
しばしば課される要求を満足させることは多分不可能で
ある。さらに、実用的な理由から、各特定の場合に対し
て、ロボットにセンサを取付ける１方法又はいくつかの
方法のみが使用できる。これは、各特定の場合に課され
る接近性に対する要求の観点から、工具に対してセンサ
を任意に取付可能であることがしばしば大いに望ましい
ため、相当な欠点となる。

ＥＰＣ出願の公開用４２９６０号と第１１４５０５号か
ら、そしてＰＣ丁出願の公開１ＷＯ８５１０３３６８号
から、ロボットの位置決め装置とは独Ｓγに産業用ロボ
ットの手の位置を決定し、［！ホットの位置決め装置を
較正する各種の方法が公知である。これらの公開公報に
はロボット手に取付けたセンサを較正する特定の問題、
すなわちロボットの座標系と前記センサの座標系との間
を決定する問題には何らの示唆もない。

（発明の要旨）本発明は、迅速かつ簡単な方法でロボット・センサの較
正を実行する、すなわちセンサとロボットの座標系間の
関係の迅速かつ正確な決定を可能とする方法と装置を提
供することを目的とする。

本発明は、非常に迅速な較正を可能どし、操作員の誤り
の危険性を減少させるように最小の手動操作で較正を行
なうことを目的としている。さらに、本発明はセンサの
取付又は交換後非常に迅速かつ簡単に実行可能な較正を
可能とづることを目的とし、後とはセンサ及びアタッチ
メントに対する精度要求を減少さゼるため、又工具に対
してセンサを任意に取付けることを可能とするためにあ
る。

本発明の方法によると、制′ｍ装置の較正プログラムを
自動的に実行し、この較正の間にセンサをロボット座標
系の既知位置にある較正対象物に接続した多数の点に移
動させ、センナに対する対象物の位置の各点で多数の測
定を実行し、この測定を基にセンサにより測定した値を
ロボット座標系の測定点の位置へ変換する変換を決定す
ることにより上記の目的が達成される。

本発明の装置によると、上記の目的は、センサの較正用
に、ロボット座標系の既知位置で較正対象物に接続した
多数の点へセンサを自動的に移動させ、センサに対する
対象物の多数の測定点を各点で実行し、測定を基にして
センサにより測定した値をロボット座標系で表わした測
定点の位置へ変換する較正を決定するようにした部材を
有する装置を設けることにより達成される。

（実施例）以下に説明する本発明の実施例の内の選択した１例は、
電気溶接用に適合させた産業用ロボットへの本発明の応
用に関係する。ロボット設備は第１図に１１χ略的に図
示しである。実際の産業用ロボットは固定基礎上に置い
た底板１と、垂直軸のまわりに可動な柱２と、下部アー
ム３と、上部アーム４と、手首５とを含む。下部アーム
３は柱２に対して可動であり、上部アーム４は下部アー
ム３に対して、手首５は異なる部品間のジヨイントを通
るよう配置した水平軸のまわりに上部アーム４に対して
可動である。溶接１〜−チロはロボット手５に印加され
、トーチ６の作業点く溶接棒の終点）はＴＣＰ　（工具
中心点）と指示される。ロボット手５は又第１図には概
略的にのみ図示しである光学センサ７も支持する。セン
サ７はいわゆる光学３角測聞で動作する、すなわち光線
を′Ｑ射し、対象物の測定点８から拡散して反射された
光を検出する。このようにして、センサ７と対象物間の
距離を決定可能である。例えば溶接ジヨイントと角度を
なす方向の前侵に測定点８を走査することにより、セン
サ７に対する横方向のジヨイントの位置も決定可能であ
る。センサ７は特願昭５９−７７４６３号記載の型式の
ものでよい。作業対象物の１例として、第１図は２枚の
板１２．１３間のジヨイント１１での溶ＩＩの実施を図
示している。

上述の第１図によるロボット装置は制御キャビネット１
５も含み、このキャビネットは、電源装置と、ロボット
の異なるシャフトの駆動装置と、ロボットの作業用プロ
グラムを記憶するメモリ装置と、プログラム時と自動動
作時にロボットを制御し、必要な計算を実行するコンピ
ュータとを含む。プログラム時及び／又は自動動作時の
操作員とロボット装置との通信用に、制御キャビネット
１５に接続した操作装置１６を配置する。操作装置１６
はジョイスティック１７を含み、これによりロボットの
位置決めをプログラム段階で実行可能とづる。加えて、
装置１６は表示装置１８と多数の概略的に図示した操作
用押ボタン１９とを含み、これにより指令及び数値デー
タがロボットの制御装置へ送られる。

上述の秤類のロボット装置では、センサは一部ではロボ
ットが溶接ジヨイントを見出すことを可能とするために
用いられ、又一部では溶接が進行中に溶接ジヨイントの
追跡を可能とするために用いられている。この種の特定
の既知装置では、センサを用いて予めプログラムされた
溶接路に微小な補正を与えている。しかしながら、本発
明は主に、センサにより決定した溶接ジヨイントの位置
を、ロボットの制御信号が表わしている座標系に変換し
、これが路の前もってのプログラムを必要とせずに任意
の溶接路の追跡を可能としている場合に関係している。

ロボットのいわゆる基本座標系は床に固定した直交系で
、これは第１図ではＸ、Ｙ、Ｚで表示されている。

第２Ａ図と第２Ｂ図は選択した実例で、溶接トーチ６と
センサ７をいかにロボット手５に配置するかを図示して
いる。手５は一部は紙面直角の軸Ａのまわりと、一部は
手５の長手軸と一致する軸Ｂのまわりとで上部アーム４
に対して回転可能である。センサの礪械的構成はスエー
デン特願第８６０３６５５−５号（１９８６年９月１日
スエーデン提出、後日本捉出）に記述され、これは又溶
接トーチ６をいかにセンサ・ハウジングに適用するかも
示している。センサ７はハウジング２１゜２２を含み、
このハウジングはロボット手５に固定して取付けられる
。ハウジングの円形部２２の下には同様の円形センサ装
置２３が配置される。

ピンチ装置２３はハウジング部２１に収めた駆動モータ
により、円形ハウジング部２２の対称軸に大体一致する
軸のまわりに回転可能である。このようにして、センサ
の測定点２５は中心が工具中心点ＴＣＰの円上任意の点
に移動可能である。溶接トーチ６はハウジング２２の中
央に配置したブーヤネルに収められる。溶接トーチ６の
工具中心点（ＴＣＰ）は溶接棒２０の終りから構成され
る。

センサ装置２３は測定点２５で対象物に当る光線２４を
放射する。測定点２５から反射された光はセンサ装置２
３により受光され、放射光と受取光との間の角度が対客
物とセンサとの間の距離の尺度を与える。

第２Ｃ図は、センサ装置２３を回転させる（指標付する
ンことにより測定点２５を円形線３０に沿っていかに移
動させるかを図示している。センサ装置２３の零位置３
２と現在位置３３との間の差であるセンサ装置２３の回
転角はＣで表示される。

センサ装置２３に配置した振動鏡により、円形１３０の
接線である距離３１−３１’　に沿って測定点２５は周
期的に前後に移動可能である。板縁、溶接ジョイン１〜
専の測定点２５の通過時に、不連続点がセンサ測定の距
離中に発生し、センサは不連続点３４と走査の中点３５
との間の走査距離に沿った距離すをそれ自体既知の方法
で決定する。

第２Ａ図〜第２Ｃ図はロボット手５に固定した座標系ｘ
、ｙ、ｚと共にセンサに固定した座標系ｘ’　、ｙ’　
、ｚ’を図示する。センサ自体の形状と共にロボット手
へのセンサのアタッチメントの不可避な変動のため、座
標系ｘ、ｙ、ｚに対する座標系ｘ’　、ｙ’　、ｚ’の
位置と方向は共に公称値から偏差を有する。

第３図は本発明による較正過程時に用いる較正板４０を
図示する。板４０は平面長方形でその隅の３つをＡ、８
．０と指示する。板４０の縁４１の中点をＥと指示し、
板４００８４２の中点をＦと指示する。Ｄは点Ｅからあ
る距離離れた板４゜上に配置した点を指示する。較正の
間、板４ｏはセンサ／溶接トーチの下で相対的に水平に
印加される。板４０の縁４１の方向は、ロボット手の座
標系のＸ方向と大体一致するように適当に配置されてい
る。

本発明による較正過程は、添附の図面第５図〜第１３図
を参照して以下に説明される。第５図は流れ図の形式で
較正の流れを図示し、第６図〜第１３図は較正中に使用
される副プロシジャの流れ図を図示する。

この過程は工具中心点ＴＣＰの位置を定義することによ
り開始される。これによりロボットは、ロボットの基本
座標系での位置が既知である点にＴＣＰを配置させるよ
うな位置に制御される。各瞬間におけるロボットの基本
座標系で表わしたロボットの手は座標系ｘ、ｙ、ｚの位
置と方向は既知であるため、ロボットの手首座標系での
ＴＣＰの位置が得られ、以後較正過程でもロボットの基
本座標系Ｘ、Ｙ、Ｚでも得られる。

較正過程の次の段階、ＰＲＯＣＰＬＡＮＯＥＩ”で（、
瓜、ＴＣＰを手動で板の隅Ａ、８．Ｃへ移動さゼること
により較正面を定義する。第１１図がこれをいかに実行
するかを図示する。ＴＣＰ＠最初に隅△（位置Ｐａ）へ
移動させる。制ｗＡ装置１６の操作部材を作動させるこ
とにより隅への位置を記憶させる。次いでロボットを隅
Ｂの位置Ｐｂへ移動さぜ、この位ｄを記憶させ、隅Ｃに
対して対応する処理を繰返す。

較正過程の手動部分はここで完了し、隅Ｃの位置の記憶
により、較正過程の残りの部分は自動的に生じる。較正
は前もってロボット・コンピュータのプログラム・メモ
リに記憶した較正プログラムによって制御され、このプ
ログラムは第５図〜第１３図の流れ図に図示した原理に
従って構成される。

ここでＴＣＰを第、３図の点りの位１ＱＰｄへ移動させ
る。この点は、板の側面４１の中点Ｅから小距離だけ離
れた板上に位置決めされるように選択しである。板縁か
らこの点の距離は、センサを１回転させた時にセンナの
測定点が常時板上にあるようになっている。以後、セン
サの３角測吊面がロータ手首の回転軸へに垂直なセンサ
座標（センサ指標）のＰＲＯＣＩＮＤＥＸ　（第１０図
参照）で粗い決定がなされる（第２Ａ図、第２Ｂ図参照
）。センサ指標の値零を仮定すると、センサの回転軸の
まわりに９０’ずつ離れた４点でセンサにより距離測定
が実行される。この処理は第１３図のＰＲＯＣＤＩＳＴ
ＩＦＦに図示されている。センサ装置はまずセンサ指［
ｓｉの想定値に対応する位置に回転される。これは角Ｂ
Ｃ（第２Ｃ図）がｓｉにセットされ、これは今の場合零
と仮定されている。センサ装置のこの位置で、第１の距
離測定が行なわれる（ＨｄｉｓｔＯ）　、次いでセンサ
装置を９０°回転し、この点で新たな距離測定が行なわ
れ、これは距離値ｄｉｓｔ９０を生じる。４距離測定を
実行すると。

ｆｉｄｉｒｆａと旧ｒ「ｂを計算する、ここでｄｉｆｆ
ａ　−ｄｉｓｔ　１８０−　ｄｉｓｔ。

ｄｉｆ’ｆｂ　　＝　ｄｉｓｔ２　７　０　−　ｄｉｓ
む９０この後、所定値による手首の回転が実行される（
ＰＲＯＣＨＡＮＤＲＯＬ第１２図）。このプロシジャで
は、手首は第２図の軸Ａのまわりをその元々の角度位置
Ｐａから新たな位置Ｐａ−＋・ｒｏｔ　ａへ回転さぜ、
又第２図の軸Ｂのまわりで元々の位置Ｒｂから新たな位
置Ｒｂ＋ｒｏｔｂへの回転が生じる。現在の場合、ｒｏ
ｔ　ａは５°に、ｒｏｔ　ｂはＯｏにセットされる。最
初に新たな軸座標が決定される（Ｒａ−Ｒａ＋ｒｏｔ　
ａ、Ｒｂ＝Ｒｂ＋ｒｏｔ　ｂ）。

以（ｕ　（ＮＥＷＰＯ３）　、新たな位置は基本座標（
ｘ、ｙ。

２）と手の方向としＣ表わされる。最後に（ＲＯＴＡＴ
Ｅ）　、位ｄ決め命令が元の基本座標で新たな手の方向
と共に送られる（点Ｐｄの位置）。ロボット手の新たな
方向が計ｐされる（　ＮＩＥＷＰＯ３）。

以後、ロボット手の方向を変更することなく回転前にい
た位置へＴＣＰを移動させるようロボッ１〜は命令され
る（ＲＥ王　ＴＣＰ）。この後、新たな距離測定＜ＰＲ
ＯＣＤＩＳＴ［１ＩＦＦ　）が９０°離れた４点で行な
われる。これはｄｉｒｒａと旧ｒｒｂの変化値を発生し
、以後に回転ｒｏｔ　ａにより生じたｄｉｆｆａとｄｉ
ｆｒｂの変化からセンサ指標の値が羽ケされる（ＣＯＭ
Ｐ　　ｓｉ）。センサ指標の計算値にセットしたセンサ
により、軸Ａのまわりの回転は測定値ｄｉｓｔＱとｄｉ
ｓｔｌ　８０にのみ影響を与え、軸、Ｂのまわりの回転
は測定値ｄｉｓｔ９０とｄｉｓｔ２７０にのみｌ１ｆｆ
を与えるように計算がされる。以後（ＰＲＯＣＮＯｎＨ
ＰＬＡＮ）　、センサの回転軸が較正面の法線ベクトル
に平行となるようにセンサ位置の調節が続く。

このプロシジャの流れ図は第９図に図示され、副プロシ
ジャＰＲＯＣＩＮＩＴＮＯＲＨ、第８図で始動する。

このプロシジャでは、各々ｒｏｔ　ａとｒｏｔ　ｂのｄ
ｉｆｆａとｄｉＮｂに対する効果を記述する交換ファク
タＧａとＧｂを計算する。最初に、ｐｎｏｃＤＩＳＴＤ
ＩＦＦカ実行す１１．、コｔＬ　ハｄ　ｉ　ｒ　ｒ　ａ
　ト旧ｒｒｂノｍを生じる。以後、ＰＲＯＣＩＩＡＮＤ
ＲＯＴがｒｏｔａ＝５°及びｒｏｔｂ＝Ｑ’で実行され
、以後ＰＲＯＣＤＩＳＴＤＩＦＦが繰返される。その後
交換ファクタＱａが計算され（ＣＯＨＰ　　Ｇａ）、こ
れはｒｏｔ　ａとｄＨｒａの変化の商である。次の段階
では、ｒＯｔａ＝０’とｒｏｔｂ−５°でＰＲＯＣＨＡ
ＮＤＲＯＴが実行され、以後ＰＲＯＣＤＩＳＴＤＩＦＦ
が繰返される。得たｄｉＨｂの変化から交換ファクタＧ
ｂを計算する、これはｒｏｔ　ｂと旧ｒｒｂノ変化の商
テアル。ＰＲＯＣＮ０ＲＨＰＬＡＮ　１７）次の段階と
して、ＰＲＯＣＤＩＳＴＤＩＦＦが再び実行され、これ
はｄｉＨａとｄｉＮｂの現在の値を生じる。次の段階と
してｄＨｆａとｄｉｆｆｂの比較が行なわれる。

ｄｉｒｒａがｄｉｆｌより大ぎい場合、ＰＲＯＣＨＡＮ
ＤＲＯＴが次の段階として、以下の値で実行される。

ｒｏｔ　ａ　＝　ｄｌＨａ　Ｘ　Ｑ　ａｏｔｂ−０この後、４点で新たな距離測定が行なわれ（、ＰＲＯＣ
ＤＩＳＴＤＩＦＦ）　、最後に、ＡＤＪ　　Ｇａで交換
ファクタＧａの更新が行なわれる。結局、所定の低制限
値ΔとｄｉＨａ及びｄｉｆｆ’ｂの両方の比較が行なわ
れる。ｄｉｆｆａとｄｉＨｂの両方が制限値より低い場
合にＰＲＰＣＮ０ＲＨＰＬＡＮは完了する。両方の値が
越えた場合又はどちらかが制限値を越えた場合、全プロ
シジャは再び開始される。

ＰＲＯＣＮ０ＩＩＨＰＬＡＮの第３段階で、ｄａｔａが
ｄｉＨｂより大きくない場合、ＰＲＯＣＨへＮ０ＲＯｒ
は代りに次式で実行される。

ｒｏｔａ−。

ｒｏｔ　ｂ　−ｄｉｆｆａ　ｘ　Ｇ　ｂ以後、距離測定
（ＰＲＯＤＩＳＴＤＩＦＦ）と交換ファクタＧｂの更新
（ＡＤＪ　　Ｇｂ）が行なわれる。

上述の方法では、センサの回転軸が較正面の法線ベクト
ルに平行となるまで、プロシジャＰＲＯＣＮＯＩＩＨＩ
’ＬＡＮで２つの手首軸ＡとＢどのまわりでの連続微小
回転が行なわれる。次の段階で、センサの回転軸が較正
面の法線ベクトルと平行となった時の手の回転、すなわ
ちロボット手の方向を定めるクオータニオン（ｑｕａｒ
ｔｅｒｎｉｏｎ　）　Ｑ　ｎを記憶さゼる。（ＳＴＯＲ
［Ｑ　ｎ　）　、次の段階（ＳＴＯＲＥ　ＤＩＳＴ）　
テは、最後に得られた距離値ｄｉｓｔｏ　、　ｄｔｓｔ
９０、ｄｔｓｔ　１８０　、　ｄｔｓｔ２７０が別々に
、かつ平均値として記憶される。センサ座標の原点と手
座標間のＺ方向の並進値を計算するため平均値丁２２が
用いられる。個々の距離測定は、センサの回転軸と較正
板の法線ベクトルとの間の残りの平行度誤差を補償する
ために用いられる。

点りの測定はここで完了し、較正プログラムはＴＣＰを
点Ｅへ移動させ、この点の位ｆｆＰｅは隅ＢとＣの位置
ＰｂとＰｃの平均値として定義される。この位置決めは
流れ図では−ｒｃｐ−＋ｐｅと記されている。手の方向
は不変に保たれる、１なわちＱｎにより定義される。

次の段階として、ＰＲＯＣＮ０ＲＨＡＬが実行され、そ
の目的は一部にはセンサ回転と手座標との間の関係の正
確な値を与えること、一部にはセンサの座標系と手首と
の方向の前進の基礎を与えることである。ＴＣＰは点Ｅ
に位置決めされていて、一方センサの回転軸と較正面（
０）との間の交点は一般に異なる位置に配置される。以
上の操作の結果として、センサ走査３１−３１’が人体
ではあるが一般に正確ではなく、較正板の縁４１に直角
となるようにセンサは指標をうける。（第４図）。

この位置でセンサ走査の側面座標ｂ１の測定を行なう（
Ｍｂ）。次いでセンサ装置を１８０６回転させ（指標１
８０°）、以後再び測定を行なって結果ｂ２を得る。セ
ンサ円筒の半径の近但値Ｒｈ−らと、２つの測定値ｂ１
とｂ２との差から、第４図の角度ｋｏｎ、　ｃの測定が
得られる（ＣＯＭＰｋｏｎ、ｃ）。この角度は低制限値
Δと比較される。

角度が制限値を越えた場合、センサは角度ｋｏｎ、　ｃ
だけ回転されて、角度が制限値より低くなるまでこのプ
ロシジャが繰返される。このように、連続反復により、
板縁４１と正確に直角となるようにセンサ走査の調節が
得られる。調節後に残った角度ｋｏｎ、　ｃは記憶され
、以侵手座標系に対してセンサ回転を関係づけるために
用いられる。

較正プロシジャの次の段階として、点Ｅで測定した側面
Ｐ！Ｉ！標ｂ１とｂ２の平均値が記憶される（ＳＴＯＲ
Ｅ　　Ｔ’／ｌ／）　　。

センサ円筒の半径は一般にその公称値と対応しないため
、かつセンサ円筒は一般にある種の円錐度を示すため（
第２Ａ図の光！９２４は一般にはセンサの回転軸と正確
には平行ではない）、いかにセンサ半径が距１１１ｆａ
によって変動するかの決定が必要である。この決定はプ
ロシジャＰＲＯＣＲＯＮで実行される。このブラシジャ
の流れ図は第７図にある。これはプ［１シジ、ヤＰＲＯ
ＣＮ０ＲＨＡＬの実行から始まり、このプロシジャは較
正板の縁に垂直となるようにセンサ掃引の設定を行なう
。以後、センサは所定の角度ｖｋｏｎだけ回転される（
　ＲＯＴ　ｖｋｏｎ）。

板縁の側面座標ｂ１が読取られ、記憶される。側面座標
の変化は使用した距離ａでのセンサ円筒の半径の尺度を
生じる。次の段階Ｚ　−Ｚ　＋　ｚｋｏｎでは、ＴＣＰ
は正の２方向に距離ＺｋＯｎだけ移動される。

ＰＲＯＣＮＯＲＭＡＬが繰返され、センサは角度ｖｋｏ
ｎだけ回転され、側面座標の変化が読出される。同様に
、この測定距離で、センサ円筒の半径が角度ｖｋｏｎと
共に側面座標すに生じた変化から得られる。センサ円筒
の半径が２つの異なる測定距離ａで知られたため、半径
は測定距離ａの線形関数Ｆ（ａ）として決定可能である
。この関数の決定は段階ＣＯＭＰ　　Ｆｎ　Ｃａ”）ｒ
”実行サレル。

次に、較正プログラムはＴＣＰを点Ｆへ移動させ、その
位ＭＰｆは隅へと８の位置ＰａとＰｂの平均値を構成す
る。以後、ＰＲＯＣＮ０ＲＨＡＬが実行され、ここでセ
ンサ走査が較正板の縁と垂直になるようにセンサ回転を
調節する。以後、ＰＲＯＣＮＯＲＨ＾［で測定した側面
座標の平均値が記憶される（ＳＴＯＩｔＥ　Ｔｙｙ）　
、この後、校正プログラムはＴＣＰを点Ｅへ位置決めす
る（ＴＣＰ−４Ｐｅ）。

較正プログラムのｍＨ段階ＣＯＭＰは、センサにより測
定された値をロボットの手信座標系Ｘ。

ｙ、Ｚへ、従ってロボットの基本座標系Ｘ、Ｙ。

Ｚへ関係づける変換７１〜リクスの定数の決定を構成す
る。それ故ロボットの動作時に、センサの出力信号ａ、
ｂ、ｃは、較正時に得られた結果の助けにより、ロボッ
トの基本座標での測定点の位置の指示へ直接変換可能で
ある。

センサの測定信号ａ、ｂ、ｃをロボット手の座標系ｘ、
ｙ、ｚに変換する完全な変換マトリクスは次式による一
連の変換の連鎖により得られる。

Ｄ＝ＴｏｘＤｚｘＤｓＸＲｘＸＲｙＸＴここでＴＯはセ
ンサの円筒座標系で測定信号ａ。

ｂを表現する変換である。

Ｄｚはセンサの円筒座標からセンサの直交座標ｘ　ｌ　
、　ｙｌ　、　ｚ　ｌ　への変換である。この変換は角
度（Ｃ−ＶＺ）の関数で、Ｃは零装置に対するセンサ回
転、ｖｚは較正プロシジャで決定した回転角で、Ｘ′軸
をＸＺ平面で再生するのに必要である。変換ＤＺはｚ１
袖のまわりの純粋回転である。

ＤＳは較正過程で決定したセンサの作業外形の円錐度の
補償を実行する変換である。さらに、この変換の助けに
よりｘ、ｙ、ｚと同じスケールへのｘ’　、ｙ’　、ｚ
’のスケーリングが実行される。

円錐度の補償のため、この変換は、較正時に決定され、
かつ高度座標ａの関数としてのセンサ円筒の半径の相対
尺度であるＦｎ　（ａ）の関数である。

ＲＸは２′軸をｘｙ面に平行に設定するＸ＠のまわりの
必要な回転を表わす変換である。

Ｒｙはｙ軸のまわりの対応づる回転マトリクスで、２′
軸を２軸に平行にするのに要する回転を指示する。

王はロボット手の座標系ｘ、ｙ、ｚとセンサの座標系Ｘ
　ｌ　、　　ｌ　、　Ｚ　Ｌ　との間の並進を旧示する
並進マトリクスである。

実装時にはＤは次式に従って分割される。

Ｄ＝ＤｅＸＤｋここでＤｅ＝ＴｏｘＤｚｒＤｋ−ＤｓｘＲｘｘＲｙｘＴ
である。

変換マトリクスＤｋは較正時に計算され、以後法の較正
まで変更なしで使用される。変換Ｄｅはプログラム実行
時に変化するパラメータに依存する。［）ｅの成分は変
換が使用される度に決定される。

本発明は以上で溶接操作時に溶接ジヨイントを追跡する
センサにより電気溶接に適合した産業用ロボットに関係
する実例を参照して説明してきた。

本発明は、もち論理の応用例に適合した産業用ロボット
にも応用可能である。さらに、本発明は単一１＝ンサ型
、すなわち光学３角測損により対象物への距離を決定す
る、工具のまわりに回転可能に取付けたセンサを参照し
て記述した。もち治水発明は上述の型以外のセンサにも
応用できる。

第１４図は較正過程を実行する制御回路の配置の例を図
示する。ロボットの１ＩＩＪｔ［ｌキャビネットは、主
コンピユータ１５１、プログラム・メモリ１５２、Ｄ／
Ａ変換器１５３に接続されたデータバス１５０を含む。

主コンピユータ１５１はロボットの操作に必要な計鋒と
論理決定を実行する。コンピュータ１５１は制御装置１
６へのディジタル・チャネルを介して接続され、この装
置と操作、情報信号を変換する。ロボットのプログラム
時、ロボット座標系で表わしたロボットの所要路を決定
する多数の点の座標はメモリ１５２に記憶される。

簡単のため、ロボットの単一軸の駆動装置１５４とＤ／
Ａ変換器１５３のみを示した。Ｄ／Ａ変換器１５３は駆
動装置１５４へ制御信号を渡し、この駆動装置は原理的
には軸に属する駆動モータＭの制御用のサーボ装置であ
る。回転発電器Ｔがし一夕に接続され、この発電器から
帰還信号が駆動装置１５４へ送られる。さらに、リゾル
バＲが問題のシャフトに接続され、このリゾルバは軸の
まわりの回転に対応する信号を装置１５３へ送る。

センサ７はインターフェース！装置１５５を介してコン
ピュータ１５１へ接続される。センサｔよコンピュータ
１５１へ測定信号ａとｂとを供給し、センサはコンピュ
ータ１５１からセンサの回転角を設定する信号Ｃを受信
する。第５図〜第１３図を参照して上述した較正プログ
ラムは、例えば、メモリ１５２の制御装置中に１度だけ
記憶される。

較正プログラムの実行の際、コンピュータ１５１は、ロ
ボット座標系の信号ａ、ｂ、ｃにより定義される測定点
の位２を表わすのに必要な変換中の必要な定数を上述の
方法で計算する。較正プログラム中で、ロボットを異な
る較正点へ移動さゼるためコンピュータ１５１により必
葭な１ＩｉＩ　ＩＸＩ信号も異なるロボット軸へ送られ
る。加えて、記憶した較正プログラムとは独立に、コン
ピュータ１５１は又センサの必要な回転の実行や測定結
果の記憶にも参加する。

【図面の簡単な説明】

本発明による方法と装置の実施例は添附の以下の専用１
図〜第１４図を参照して説明されている。ここで第１図は光学センサによりジヨイントに沿って溶
接するようにした産業用ロボットを示した図、第２Ａ図
、第２Ｂ図、第２Ｃ図はセン勺とそのロボットへのアタ
ッチメントの設計を詳細に示した図、第３図は較正時に
用いる較正板を示した図、第４図は較正過程のある段階
を示した図、第５図は較正過程の主流れ図、第６図〜第
１３図は較正過程時に用いる副プ【］シジャを示した図
、第１４図は本発明により較正過程を実行するａＩｌ　
１ｍ装置の１例を概略的に示した図である。３・・・下部アーム、４・・・上部アーム、５・・・手
首、６・・・トーチ、７・・・センサ、８・・・測定点
、１５・・・制御キャビネット、２３・・・センサ装置
、４０・・・較正板、１５１・・・コンピュータ、１５
２・・・メモリ、１５３・・・Ｄ／Ａ変換器、１５４・
・・駆動装買。代理人　　浅　　　村　　　　　皓Ｆｌ（ｒ　２ＡＦ／に、２８ＦＩ６．３Ｆ／６．４ＰＲＣＥＫＯＮＦ／（ｉ、　８ＰＲＯ（：／Ｎ／ＴＮＯＥＭＦｌＧ、　７０　　　　　　　　　　　　　　ＦｌＧ、
　７７ＰＦ？ＯＣＰＬＡＮＤＥＦｐｐｏｃ　ｏｔｓｒｏｔＦＦ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ロボット手に取付けたセンサを較正するための産
業用ロボットの方法において、センサは対象物のセンサ
に対する位置を検出するようになつており、ロボットは
自動動作時にロボット座標系の点により定義される路で
ロボットを制御するようにした制御装置を有しており、
較正プログラムは制御装置により自動的に実行され、そ
の間センサはロボット座標系の既知位置の較正対象物に
接続した多数の点に移動され、センサに対する対象物の
位置の各点で多数の測定が実行され、この測定を基にセ
ンサにより測定した値をロボット座標系の測定点の位置
へ変換する変換を決定するロボット手に取付けたセンサ
を較正するための産業用ロボットの方法。
（２）特許請求の範囲第１項記載の方法において、較正
対象物の位置は、自動較正プログラムの前に、多数の点
へロボットを手動で制御することにより決定され、ロボ
ット手に取付けた部材は較正対象物上の点に触れ、これ
によりロボット座標系で知られたこれらの点の位置が記
憶される方法。
（３）特許請求の範囲第２項記載の方法において、ロボ
ット手に取付けた作業工具の工具中心点が較正対象物の
前記点に触れるようにロボットが制御される方法。
（４）特許請求の範囲第２項又は第３項記載の方法にお
いて、較正対象物が平面の長方形板より構成され、較正
対象物上の前記点は板上の３つの隅から構成される方法
。
（５）特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載
の方法において、センサは、回転軸のまわりに回転可能
に配置され、かつセンサと回転軸に大体平行な方向の対
象物の表面との間の距離を測定するようにした測定部材
を有する型式のものであり、測定部材の複数カ所の回転
位置で較正対象物への距離を測定することにより回転軸
の方向を決定し、これらの測定とは独立して、測定距離
間の差が減少するような位置へ回転軸を向けるロボット
手の回転角を決定し、これらの回転を実行するようロボ
ット手を導き、測定距離間の差が所定の制限値より低い
時に回転軸が較正対象物の表面に垂直となり、ロボット
手の方向を記憶する方法。
（６）特許請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載
の方法において、センサは、回転軸のまわりに回転可能
に配置され、かつセンサと回転軸に大体平行な方向の対
象物の表面との間の距離を測定するようにした測定部材
を有する型式のものであり、測定部材は測定点への回転
軸からの半径に大体垂直な方向の距離不連続点の横方向
変位を決定するようにされており、ロボット手は対象物
の縁に近接する較正対象物の表面と回転軸の交差点に配
置され、縁の横方向変位は互いに１８０°離れた２つの
位置へ回転された測定部材により決定される方法。
（７）特許請求の範囲第６項記載の方法において、対象
物の表面と回転軸の交差点と縁との間の距離は２つの測
定した横方向変位を基にして計算される方法。
（８）特許請求の範囲第７項記載の方法において、回転
軸のまわりの測定部材の回転角の零位置は２つの測定し
た横方向変位から決定する方法。
（９）特許請求の範囲第７項記載の方法において、較正
対象物の表面と回転軸の交差点の２つ別々な方向の位置
は、較正対象物の２つの別々な縁での横方向変位の決定
とロボットの設定を実行することにより決定される方法
。
（１０）特許請求の範囲第１項〜第９項のいずれかに記
載の方法において、センサは、回転軸のまわりに回転可
能に配置され、かつセンサと回転軸に大体平行な方向の
対象物の表面との間の距離を測定するようにした測定部
材を有する型式のものであり、測定部材は測定点への回
転軸からの半径に大体垂直な方向の距離不連続点の横方
向変位を決定するようにされており、測定部材と測定点
との間の方向と回転軸との間の平行性誤差を決定するた
め、ロボット手は対象物の縁近くの較正対象物の表面と
交差する回転軸により設定され、縁の横方向変位が決定
され、測定部材が所定角度だけ回転され、横方向変位が
再び決定され、横方向変位の変化を基に回転軸から測定
点への半径の尺度が決定され、これにより前記回転軸に
沿つてセンサが対象物に対して所定距離移動されて、又
方法が繰返される方法。
（１１）特許請求の範囲第４項〜第７項、及び第９項の
いずれかに記載の方法において、回転軸が較正板の縁か
らある距離離れた点で較正板の表面と交差する第１位置
へロボット手が最初に制御され、この位置で板の表面に
垂直となるよう回転軸が設定され、板の第１の縁近くで
板面と回転軸が交差する第２位置へ方向を保持したセン
サが移動され、この位置で縁に対する回転軸の横方向変
位が決定され、第１の縁と直角の板の第２の縁の近くで
板面と回転軸が交差する第３の位置へ方向を保持したセ
ンサが移動され、この位置で前記第２縁に対する回転軸
の横方向変位が決定される方法。
（１２）特許請求の範囲第１０項又は第１１項記載の方
法において、平行性誤差の決定は前記第２及び第３の位
置のどちらかで生じる方法。
（１３）特許請求の範囲第８項又は第１１項記載の方法
において、測定部材の回転角の零位置は前記第２及び第
３の位置のどちらかで決定される方法。
（１４）対象物のセンサに対する位置を検出するように
したロボット手上に取付けたセンサを有する産業用ロボ
ットにおいて、自動動作時にロボット座標系の点により
定義された路でロボットを制御するようにした制御装置
を有し、センサの較正用に、ロボット座標系の既知位置
の較正対象物に接続した多数の点へセンサを自動的に移
動させ、各点でセンサに対する対象物の多数の位置の測
定を実行し、測定を基にロボット座標系で表わした測定
点の位置へセンサの測定値を変換する変換を決定するよ
うにした部材を含むロボット手に取付けたセンサを有す
る産業用ロボット。