KR20230037537A - 각도 캘리브레이션 방법 - Google Patents

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KR20230037537A
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테루마사 요시다
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카와사키 주코교 카부시키가이샤
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Abstract

로봇은, 지령값에 따라 제2 부재의 제1 부재에 대한 각도를 변화시키는 액추에이터를 구비한다. 각도 캘리브레이션 방법의 제1 공정에서는, 2개의 측정 대상부로서, 한쪽이 상기 제1 부재에 배치되고, 다른 쪽이 상기 제2 부재에 배치되는 2개의 측정 대상부의 사이의 거리인 측정 대상부간 거리를, 상기 액추에이터에 임의의 지령값을 부여한 상태에서, 2개의 상기 측정 대상부의 벽면간 거리를 측정함으로써 얻는다. 제2 공정에서는, 과거에 액추에이터에 임의의 지령값을 부여한 상태에서 상기 측정 대상부간 거리를 측정하여 얻어진 참조용 측정 대상부간 거리와, 상기 제1 공정에서 얻어진 상기 측정 대상부간 거리에 기초하여, 2개의 측정 대상부간 거리의 차이에 대응하는 각도 차이를 계산에 의해 구한다.

Description

각도 캘리브레이션 방법
본 발명은 로봇의 각도 캘리브레이션 방법에 관한 것이다.
종래부터, 1개 또는 복수개의 관절을 갖는 로봇이 알려져 있다. 이 로봇에서는, 암 및 핸드 등을 회전시키기 위한 액추에이터가 관절마다 배치되어 있다. 액추에이터는, 전형적으로는 전동 모터다.
각각의 액추에이터는, 입력된 지령값에 따른 각도를 실현하도록, 출력축을 회전시킨다. 대부분의 경우, 각각의 액추에이터는, 미리 정해진 로봇의 원점 자세에서의 각도가 0°가 되도록 조립 시에 설정된다.
로봇의 선단부 위치 정밀도를 향상시키기 위해서, 이 원점 맞춤(각도 캘리브레이션)은 레이저 트래커 등의 대규모의 설비를 사용하여 이루어지는 경우가 많다.
특허문헌 1에서는, 작업 로봇의 교체 시의 설치 위치 및 설치 자세의 어긋남을, 레이저 트래커 등의 위치 측정기에 의해 검출하고, 그 어긋남만큼 교시 데이터를 수정하는 것이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2016-78173호 공보
특허문헌 1과 같은 로봇에서는, 공장 출하 후에 전동 모터에 문제가 발생하여, 전동 모터 부분만을 교체하는 경우도 생각할 수 있다. 로봇 전체를 교체하는 경우는 그렇다고 치고, 일부만 교체하는 경우에는, 특허문헌 1에서 나타내는 레이저 트래커와 같은 고가인 장치를 사용하기는 어렵다.
본 발명은 이상의 사정을 감안한 것이며, 그 목적은, 로봇에서, 액추에이터의 교체 등에 수반하는 회전 각도의 어긋남을, 간편하고 또한 단시간의 작업으로 고정밀도로 취득하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상과 같으며, 다음에 이 과제를 해결하기 위한 수단과 그 효과를 설명한다.
본 발명의 관점에 따르면, 이하의 각도 캘리브레이션 방법이 제공된다. 즉, 이 각도 캘리브레이션 방법은, 제1 부재와, 제2 부재와, 액추에이터를 구비하는 로봇에 적용된다. 상기 제2 부재는, 상기 제1 부재에 대하여 상대 회전 가능하게 연결된다. 상기 액추에이터는, 지령값에 따라서 상기 제2 부재의 상기 제1 부재에 대한 각도를 변화시킨다. 각도 캘리브레이션 방법은, 제1 공정과, 제2 공정을 포함한다. 상기 제1 공정에서는, 2개의 측정 대상부이며, 한쪽이 상기 제1 부재에 배치되고, 다른 쪽이 상기 제2 부재에 배치되는 2개의 측정 대상부 사이의 거리인 측정 대상부간 거리를, 상기 액추에이터에 임의의 지령값을 부여한 상태에서, 2개의 상기 측정 대상부의 벽면간 거리를 측정함으로써 얻는다. 상기 제2 공정에서는, 과거에 액추에이터에 임의의 지령값을 부여한 상태에서 상기 측정 대상부간 거리를 측정하여 얻어진 참조용 측정 대상부간 거리와, 상기 제1 공정에서 얻어진 상기 측정 대상부간 거리에 기초하여, 2개의 측정 대상부간 거리의 차이에 대응하는 각도 차이를 계산에 의해 구한다.
이에 따라, 현재의 액추에이터에 부여하는 지령값을 얻어진 각도 차이에 기초하여 조정함으로써, 당초의 액추에이터에 의한 제2 부재의 회전 각도를 고정밀도로 재현할 수 있다. 로봇을 조금씩 동작시킬 필요가 없이, 측정 대상부의 벽면간 거리를 측정하는 것만으로 캘리브레이션을 행할 수 있으므로, 작업 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 로봇에서, 액추에이터의 교체 등에 수반하는 회전 각도의 어긋남을, 간편하고 또한 단시간의 작업으로 고정밀도로 취득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 산업용 로봇을 도시하는 사시도.
도 2는 제2 관절체의 보스부 및 제2 암의 보스부에 핀을 설치하는 모습을 도시하는 사시도.
도 3은 핀과 설치 구멍의 구성에 대해서 상세하게 도시하는 단면도.
도 4는 설치된 2개의 핀을 도시하는 사시도.
도 5는 2개의 핀에 노기스를 대서 거리가 계측되는 모습을 도시하는 사시도.
도 6은 핀간 거리와 각도 차이의 관계를 설명하는 모식도.
이어서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 도 1은, 본 발명의 일 실시 형태의 산업용 로봇(6)을 도시하는 사시도다.
도 1에 나타내는 산업용 로봇(로봇)(6)은, 동작 자유도가 6인 수직형의 다관절 로봇으로서 구성되어 있다. 이 산업용 로봇(6)은 암부(7)와, 컨트롤러(8)를 구비한다. 암부(7)는 컨트롤러(8)의 지령에 기초하여 동작하고, 소정의 작업을 행할 수 있다.
암부(7)는 베이스 대(10)와, 제1 관절체(11)와, 제1 암(21)과, 제2 관절체(제1 부재)(12)와, 제2 암(제2 부재)(22)과, 제3 관절체(13)와, 선단부(23)를 구비한다.
베이스 대(10)는 암부(7)의 토대로서 기능하는 부재이며, 바닥 등에 고정되어 있다.
제1 관절체(11)는 베이스 대(10)의 상측에 배치되어 있다. 제1 관절체(11)는 베이스 대(10)에 대하여 상하 방향의 축(회전축 c1)을 중심으로 하여 회전 가능하게 지지되어 있다.
제1 암(21)은 가늘고 긴(細長) 부재로서 구성되어 있다. 제1 암(21)의 길이 방향 일측의 단부가, 제1 관절체(11)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 제1 관절체(11)에 대한 제1 암(21)의 회전축 c2는, 제1 관절체(11)의 회전축과 직교하는 평면 내에 위치하고 있다.
제2 관절체(12)는 블록상의 부재로서 구성되어 있다. 제2 관절체(12)는 제1 암(21)의 선단부에 회전 가능하게 지지되어 있다. 제1 암(21)에 대한 제2 관절체(12)의 회전축 c3은, 제1 관절체(11)에 대한 제1 암(21)의 회전축 c2와 평행하게 배치되어 있다.
제2 암(22)은 가늘고 긴 부재로서 구성되어 있다. 제2 암(22)은 제2 관절체(12)에 지지되어 있다. 제2 암(22)은 제2 암(22)의 길이 방향을 따르는 축(회전축 c4)을 중심으로 하여 회전 가능하다.
제3 관절체(13)는 제2 암(22)의 선단부에 회전 가능하게 지지되어 있다. 제2 암(22)에 대한 제3 관절체(13)의 회전축 c5는, 제2 관절체(12)에 대한 제2 암(22)의 회전축과 직교하는 평면 내에 위치하고 있다.
선단부(23)는 제3 관절체(13)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 제3 관절체(13)에 대한 선단부(23)의 회전축 c6은, 제2 암(22)에 대한 제3 관절체(13)의 회전축 c5와 직교하는 평면 내에 위치하고 있다.
컨트롤러(8)는 베이스 대(10)의 근방에 설치되어 있다. 이 컨트롤러(8)는 암부(7)에서 정해진 상술한 회전축 각각에 대해서 구비되어 있는 전동 모터(액추에이터)에 대하여 전기 신호를 송신함으로써, 암부(7)를 적절하게 동작시킬 수 있다.
도시되어 있지 않으나, 컨트롤러(8)로 제어되는 전동 모터에는, 제2 관절체(12)에 대하여 제2 암(22)을 회전시키는 전동 모터가 포함되어 있다.
상기 구성의 산업용 로봇(6)에서는, 공장 등에 산업용 로봇(6)이 설치될 때에, 원점 맞춤이라고 하는 작업이 이루어진다. 원점 맞춤은, 제로잉이라고 불리는 경우도 있다. 이 원점 맞춤에서는, 각각의 전동 모터를 대상으로 하여, 미리 정해진 로봇의 원점 자세에서의 각도가 0°가 되도록 각도 캘리브레이션이 이루어진다.
이 원점 맞춤은, 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 바와 같은 레이저 트래커를 사용하여 행할 수 있다. 원점 맞춤의 방법은 주지이기 때문에, 설명은 생략한다. 이 원점 맞춤에 의해, 각각의 전동 모터에 각도 0°를 지령값으로서 부여함으로써, 산업용 로봇(6)이 상술한 원점 자세를 고정밀도로 실현할 수 있게 된다.
산업용 로봇(6)의 운용을 개시한 후에, 각 전동 모터(예를 들어 제2 관절체(12)에 대하여 제2 암(22)을 회전시키기 위한 전동 모터)에 장래적으로 이상이 발생할 가능성도 생각할 수 있다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 예를 들어 원점 맞춤의 직후 타이밍에서, 암부(7)에 도 2에 나타내는 바와 같이 2개의 핀(51)을 장치하고, 2개의 핀(51) 사이의 거리를 도 5와 같이 사전에 계측하고 있다.
각각의 핀(51)은 제2 관절체(12) 및 제2 암(22) 각각에서 소정의 위치를 나타내는 표시로서 기능한다. 표시는, 측정 대상부로 바꿔 말할 수도 있다. 동시에, 2개의 핀(51)은 표시 사이의 거리를 도 5의 노기스(71)로 정확하게 계측하기 위하여 사용되는, 착탈 가능한 지그로서도 기능한다. 이 계측 결과가, 나중에 예를 들어 전동 모터가 고장나서 교체했을 경우의 재원점 맞춤(각도 캘리브레이션)에 사용된다.
구체적으로 설명하면, 제2 관절체(12)에는, 핀(51)을 착탈 가능하게 장치하기 위한 보스부(31)가 마련되어 있다. 보스부(31)는 제2 관절체(12) 중, 제2 암(22)과 가까운 부분에서, 회전축 c4로부터 멀어지는 방향으로 돌출되도록 일체적으로 형성된다. 보스부(31)가 제2 관절체(12)로부터 돌출되는 방향은, 회전축 c4를 중심으로 하는 원의 직경 방향이라고 할 수도 있다.
회전축 c4는, 제2 암(22)이 제2 관절체(12)에 대하여 회전하는 중심축이다. 따라서, 회전축 c4는, 제2 관절체(12)와 제2 암(22)을 연결하는 관절의 관절 축이라고 할 수 있다.
보스부(31)에는, 핀(51)을 설치하기 위한 설치 구멍(32)이 형성되어 있다. 이 설치 구멍(32)은 가늘고 긴 나사 구멍으로서 형성되어 있다. 설치 구멍(32)의 축 방향은, 회전축 c4와 평행하다. 설치 구멍(32)은 보스부(31) 중, 제2 암(22)과 가까운 측의 면에 개구하고 있다.
제2 암(22)에는, 핀(51)을 착탈 가능하게 설치하기 위한 보스부(41)가 마련되어 있다. 보스부(41)는 제2 암(22) 중 제2 관절체(12)와 가까운 부분에서, 회전축 c4로부터 멀어지는 방향으로 돌출되도록 일체적으로 형성된다. 보스부(41)가 제2 암(22)으로부터 돌출되는 방향은, 회전축 c4를 중심으로 하는 원의 직경 방향이라고 할 수도 있다.
보스부(41)에는, 핀(51)을 설치하기 위한 설치 구멍(42)이 형성되어 있다. 이 설치 구멍(42)은 가늘고 긴 나사 구멍으로서 형성되어 있다. 설치 구멍(42)의 축 방향은, 회전축 c4와 평행하다. 설치 구멍(42)은 보스부(41) 중, 제2 관절체(12)와 가까운 측의 면에 개구하고 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 2개의 설치 구멍(32, 42)은 동일한 형상이다. 이것에 대응하여, 2 개의 핀(51)도 동일한 형상으로 되어 있다. 이에 따라, 가공 비용 및 부품 비용을 저감할 수 있다.
각각의 핀(51)은 가늘고 긴 막대 형상의 부재다. 핀(51)은 원기둥부(55)와, 테이퍼부(56)와, 수나사부(57)를 구비한다. 원기둥부(55), 테이퍼부(56) 및 수나사부(57)는 서로 일체적으로 형성되어 있다.
원기둥부(55)는 직경이 소정의 크기가 되도록 고정밀도로 가공된 원주상의 부분이다. 핀(51)은 회전축 c4와 평행한 방향으로 제2 관절체(12) 또는 제2 암(22)에 설치되기 때문에, 회전축 c4에 수직인 평면에서 원기둥부(55)를 자른 단면 윤곽은 원형이 된다. 원기둥부(55)는 핀(51)의 길이 방향 단부에 배치되어 있다. 이 원기둥부(55)의 단부에는, 핀(51)의 나사 고정을 위한 공구를 삽입 가능한 6각형 구멍이 형성되어 있다.
테이퍼부(56)는 원기둥부(55)에 접속한 플랜지상의 부분이다. 테이퍼부(56)는 원기둥부(55)보다도 직경이 크게 형성되어 있다. 테이퍼부(56)는 원기둥부(55)에 가까운 측이 대경, 원기둥부(55)로부터 먼 측이 소경이 되는 원뿔대 형상으로 형성되어 있다. 이 원추의 축심은, 원기둥부(55)의 원기둥 축심과 정밀하게 일치하고 있다.
수나사부(57)는 수나사가 가공된 부분이다. 수나사부(57)는 핀(51)의 길이 방향에서, 원기둥부(55)와 반대측의 단부에 배치되어 있다. 수나사부(57)는 테이퍼부(56)에 접속되어 있다.
제2 관절체(12)에 배치된 설치 구멍(32)에는, 테이퍼 오목부(36)와, 주변 오목부(37)와, 암나사부(38)가 형성되어 있다.
테이퍼 오목부(36)는 암나사부(38)보다도 내경이 크게 형성되어 있다. 테이퍼 오목부(36)는 설치 구멍(32)의 개구에 가까운 측이 대경, 개구로부터 먼 측이 소경이 되는 원뿔대 형상으로 형성되어 있다. 이 테이퍼 오목부(36)의 형상은, 핀(51)의 테이퍼부(56)의 형상에 대응하고 있다. 테이퍼 오목부(36)의 축심은, 회전축 c4와 평행해지도록 배치된다. 테이퍼 오목부(36)의 축심은, 회전축 c4로부터 정확하게 소정 거리만큼 떨어진 장소에 위치하고 있다.
주변 오목부(37)는 테이퍼 오목부(36)의 개구 주위에, 적당한 깊이로 큰 원 형상으로 형성되어 있다. 핀(51)의 테이퍼부(56)의 전부가 설치 구멍(32)의 테이퍼 오목부(36)에 들어가지 않는 경우에도, 비어져 나온 부분이 주변 오목부(37)로 들어간다. 이 결과, 보스부(31)로부터 원기둥부(55) 만큼을 실질적으로 돌출시킬 수 있으므로, 후술하는 노기스(71)에 의한 측정이 용이해진다.
암나사부(38)는 암나사가 형성된 부분이다. 암나사부(38)는 테이퍼 오목부(36)에 대하여 설치 구멍(32)의 개구로부터 먼 측에서 인접하여 배치되어 있다. 이 암나사부(38)에는, 핀(51)의 수나사부(57)가 나사 결합할 수 있다.
제2 암(22)에 배치된 설치 구멍(42)은 제2 관절체(12)의 설치 구멍(32)과 마찬가지로, 테이퍼 오목부(46)와, 주변 오목부(47)와, 암나사부(48)가 형성되어 있다. 테이퍼 오목부(46), 주변 오목부(47) 및 암나사부(48)의 구성은, 설치 구멍(32)의 테이퍼 오목부(36), 주변 오목부(37) 및 암나사부(38)와 동일하다.
테이퍼 오목부(46)의 축심은, 회전축 c4와 평행해지도록 배치된다. 테이퍼 오목부(46)의 축심은, 회전축 c4로부터 정확하게 소정 거리만큼 이격된 장소에 위치하고 있다. 2개의 설치 구멍(32,42)에서, 테이퍼 오목부(36,46)의 축심과 회전축 c4와의 거리는, 서로 동일하다.
이상의 구성에서, 보스부(31)의 설치 구멍(32)에 핀(51)을 설치하고, 보스부(41)의 설치 구멍(42)에 핀(51)을 설치한다. 핀(51)을 회전시킴으로써, 당해 핀(51)은 나사 결합에 의해 설치 구멍(32, 42)에 고정된다. 따라서, 핀(51)의 설치/분리 작업은 용이하다.
핀(51)의 나사를 체결함으로써, 테이퍼부(56)에 의한 중심내기 작용이 작용한다. 따라서, 핀(51)의 축심은, 설치 구멍(32,42)의 각각의 테이퍼 오목부(36, 46)의 축심과 정확하게 일치한다.
2개의 설치 구멍(32, 42)이 서로 평행하므로, 설치되는 2개의 핀(51)도 서로 평행하다. 설치 구멍(32, 42)의 개구 방향이 180°다르므로, 2개의 핀(51)이 보스부(31, 41)로부터 돌출되는 방향도, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이 180°다르다. 2개의 핀(51)은 동일한 부품이므로, 원기둥부(55)의 외경도 서로 동일하다.
2개의 핀(51)의 각각의 중심은, 회전축 c4로부터 서로 동일한 거리가 되도록 배치된다. 바꿔 말하면, 2개의 핀(51)의 중심은, 회전축 c4를 중심으로 하는 동일한 가상 원 상에 위치한다. 제2 관절체(12)에 대한 제2 암(22)의 각도가 변화하는 것에 수반하여, 제2 암(22)측의 핀(51)이 가상 원에 따라 이동한다. 이 결과, 2개의 핀(51)에 상당하는 중심각이 변화한다.
산업용 로봇(6)의 조립이 완료되고, 상술한 원점 맞춤이 이루어진 후의 적당한 타이밍으로, 도 5에 도시한 바와 같이, 노기스(71)로 2개의 핀(51)을 끼우도록 하여, 원기둥부(55)의 외주 벽면끼리의 거리가 계측된다. 이때, 제2 암(22)을 구동하는 전동 모터에는, 소정의 지령값(예를 들어 0°)을 부여한 상태로 한다. 이 지령값은 임의이나, 2개의 핀(51)끼리가 너무 근접하지 않고, 또한 너무 이격되지않도록 정하는 것이 바람직하다.
원기둥부(55)의 외경은 공지되어 있다. 따라서, 노기스(71)로 계측한 벽면끼리의 거리로부터 원기둥부(55)의 반경 2개분을 감산함으로써, 핀(51)의 중심간의 거리를 얻을 수 있다. 본 실시 형태에서는, 이 중심간의 거리를 표시간 거리(측정 대상부간 거리)라고 정의한다. 단, 핀(51)의 중심간의 거리 대신에, 벽면끼리의 거리를 표시간 거리로 해도 좋다. 본 실시 형태에서, 얻어진 핀 중심간 거리는, 나중에 참조할 필요가 발생하는 데 대비하여, 기준 핀 중심간 거리(참조용 표시간 거리, 참조용 측정 대상부간 거리)로 하여 적당한 장소에 기록해 둔다. 상기의 계측 후에 2개의 핀(51)은 분리되어, 산업용 로봇(6)의 운용이 개시된다.
그 후, 제2 관절체(12)에 대하여 제2 암(22)을 회전시키기 위한 전동 모터가 고장나, 새로운 전동 모터로 교체했을 경우를 생각한다. 이 경우, 교체 완료 후에 제2 관절체(12) 및 제2 암(22)에 핀(51)이 다시 설치되고, 도 5에 도시한 바와 같이, 노기스(71)로 2개의 핀(51)의 외주 벽면끼리의 거리가 계측된다. 이 벽면끼리의 거리로부터, 원기둥부(55)의 반경 2개분을 감산함으로써, 핀(51)의 중심간 거리(표시간 거리)를 얻을 수 있다(제1 공정). 이 때, 교체 후의 전동 모터에는, 소정의 지령값을 부여한 상태로 한다. 이 지령값은 임의이나, 당초에 노기스(71)로 계측했을 때에 교체 전의 전동 모터에 부여한 지령값(0°)과 동일한 지령값으로 하면, 나중의 계산이 간단해지기 때문에 바람직하다.
이어서, 노기스(71)에 의한 측정 결과로부터, 2개의 핀(51)에 대응하는 중심각을 얻는 방법에 대해서 간단하게 설명한다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 제2 암(22)의 회전축 c4와, 2개의 핀(51)의 중심 사이의 거리 R은, 서로 동일하게 되어 있다. 따라서, 회전축 c4와, 2개의 핀(51)의 중심으로 이루어지는 3각형은, 2등변 3각형이 된다. 이 2등변 3각형의 꼭지각 θ가, 2개의 핀(51)에 대한 중심각을 나타내고 있다.
핀(51)의 중심간의 거리 L은, 상술한 바와 같이, 노기스(71)에 의한 측정 결과로부터 얻을 수 있다.
일반적으로, 3각형 ABC에서, a=BC, b=CA, c=AB, α=∠CAB 로 했을 때, cosα=(b2+c2-a2)/(2bc)의 관계가 성립한다. 이것은 코사인 정리로서 잘 알려져 있다. 여기에, a=L, b=c=R, α=θ을 대입하면, cosθ=(1-(L2/2R2))가 된다. 따라서, θ는, θ=arccos(1-(L2/2R2))에 의해 구할 수 있다.
이어서, 재원점 맞춤에 대해서 설명한다.
교체 전의 전동 모터와, 교체 후의 전동 모터에서, 동일한 지령값을 부여해도 θ가 다른 경우를 생각한다. 전동 모터의 교체 전후의 각도 차이 △θ는, 교체 전의 L의 값과, 교체 후의 L의 값에 대하여 각도 θ을 각각 계산함으로써 얻을 수 있다(제2 공정). 이어서, 이 각도 차이 △θ를 캔슬하기 위한 지령값의 오프셋 분을 계산한다(제3 공정). 교체 후의 전동 모터에 부여하는 지령값을, 계산된 값만큼 오프셋하면, 교체 전후에서의 전동 모터의 각도 어긋남을 해소할 수 있다. 이상에 의해, 재원점 맞춤을 실현할 수 있다.
교체 전의 전동 모터와, 교체 후의 전동 모터에서, 다른 지령값이 부여되어도 좋다. 이 경우에는, 상기의 각도 차이 △θ를 계산할 때, 지령값의 어긋남에 상당하는 각도를 고려할 필요가 있다.
그런데, 재원점 맞춤을 행하기 위해서는, 본 실시 형태에서 설명한 방법 이외에도 몇 가지를 생각할 수있다.
첫번째, 다이알 게이지를 사용하는 방법이 있다. 이 방법에서는, 당초의 원점 맞춤 직후에, 다이알 게이지를 암부(7)의 소정 위치에 고정한다. 이 상태에서, 로봇의 각 전동 모터에 적당한 지령값을 부여하고, 다이알 게이지를 적당한 프레임에 맞춘다. 이때, 다이알 게이지가 나타낸 값을 기록해 둔다. 재원점 맞춤에서는, 동일하게 다이알 게이지를 로봇의 소정 위치에 고정하고, 당해 다이알 게이지를 프레임에 댄다. 이 상태에서 로봇을 조금씩 움직여 다이알 게이지가 당초와 동일한 값을 나타냈을 때의 지령값에 기초하여 지령 오프셋값을 구한다.
이 방법에서는, 다이알 게이지를 로봇에 고정할 필요가 있고, 작업이 번잡해지기 쉽다. 또한, 로봇을 조금씩 움직일 때에, 동작 분해능 등의 관계로, 다이알 게이지의 값을 당초의 값과 정확히 일치시키기가 어려운 경우가 있다.
두번째, 경사계를 사용하는 방법이 있다. 이 방법에서는, 산업용 로봇(6)의 제조 시에, 암부(7)의 적절한 면을 미리 고정밀도로 가공해 둔다. 당초의 원점 맞춤 직후에, 당해 면에 적당한 지그를 개재해서 경사계를 설치하고 경사계가 나타낸 값을 기록해 둔다. 재원점 맞춤에서는, 동일하게 경사계를 설치한다. 이 경사계가 나타내는 값에 기초하여 지령 오프셋값을 구한다.
이 방법에서는, 암부(7)에 고정밀도 가공한 면을 형성할 필요가 있어 가공 비용이 든다. 또한, 경사계의 설치면을 기준으로 해서 원점 맞춤이 이루어지기 때문에 재원점 맞춤의 정밀도가 반드시 높은 것은 아니다.
세번째, 핀의 접촉을 사용하는 방법이 있다. 이 방법에서는, 상대 운동하는 2개의 프레임(예를 들어 제2 관절체(12)와 제2 암(22))에 각각 핀을 설치한다. 단, 핀은, 상기의 핀(51)과는 달리 2개의 프레임이 소정의 각도가 되면 핀끼리가 직접 접촉하도록 설치된다. 당초의 원점 맞춤 직후에, 핀끼리가 접촉할 때까지 로봇을 조금씩 동작시켜, 핀이 접촉했을 때의 지령값을 기록해 둔다. 재원점 맞춤에서는, 당초의 원점 맞춤과 동일하게 핀을 설치하고, 로봇을 조금씩 동작시킨다. 핀이 접촉했을 때의 지령값에 기초하여 지령 오프셋값을 구한다.
이 방법에서는, 핀끼리의 접촉 판정이 어렵다. 예를 들어 핀과 핀 사이에 얇은 시트를 끼우고, 시트가 움직이는지 여부로 핀끼리의 접촉 판정을 할 수 있는데, 판정 작업이 번잡하다. 또한, 로봇을 너무 동작시켜 버리면, 핀이 변형되어 원점 맞춤의 정밀도가 대폭 저하되므로, 델리케이트한 작업이 강요된다. 또한, 핀을 설치하는 핀 구멍을 기준으로 하여 원점 맞춤이 이루어지기 때문에, 재원점 맞춤의 정밀도가 반드시 높은 것은 아니다. 핀을 삽입식으로 할 경우, 핀 구멍으로의 삽입을 가능하게 하기 위한 간극이, 재원점 맞춤의 정밀도 저하로 연결되어 버린다.
이 점, 본 실시 형태의 방법에서는, 제조가 용이한 핀(51)을 테이퍼부(56)를 사용하여 고정밀도로 설치할 수 있다. 또한, 로봇을 조금씩 동작시키는 작업이 불필요해지므로, 재원점 맞춤을 단시간에 완료시킬 수 있어 로봇의 조기 복구를 실현할 수 있다. 또한, 당초의 원점 맞춤 시의 측정 데이터를 기준으로 하고 있으므로, 재원점 맞춤을 높은 정밀도로 행할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 산업용 로봇(6)은 제2 관절체(12)와, 제2 암(22)과, 전동 모터를 구비한다. 제2 암(22)은 제2 관절체(12)에 대하여 상대 회전 가능하게 연결된다. 전동 모터는, 지령값에 따라서 제2 암(22)의 제2 관절체(12)에 대한 각도를 변화시킨다. 본 실시 형태에서 이루어지는 재각도 캘리브레이션 방법은, 제1 공정과, 제2 공정을 포함한다. 제1 공정에서는, 2개의 핀(51)(표시)이며, 한쪽이 제2 관절체(12)에 배치되고, 다른 쪽이 제2 암(22)에 배치되는 2개의 핀(51) 사이 거리인 핀 중심간 거리를, 전동 모터에 임의의 지령값을 부여한 상태에서, 핀(51)의 벽면간의 거리를 측정함으로써 얻는다. 제2 공정에서는, 당초의 원점 맞춤 시에 전동 모터에 임의의 지령값을 부여한 상태에서 핀 중심간 거리를 측정하여 얻어진 기준 핀 중심간 거리와, 제1 공정에서 얻어진 핀 중심간 거리에 기초하여, 2개의 핀 중심간 거리의 차이에 대응하는 각도 차이 △θ를 계산에 의해 구한다.
이에 따라, 교체 후의 전동 모터에 부여하는 지령값을, 얻어진 각도 차이 △θ에 기초하여 조정함으로써, 교체 전의 전동 모터에 의한 제2 암(22)의 회전 각도를 고정밀도로 재현할 수 있다. 산업용 로봇(6)을 조금씩 동작시킬 필요가 없이, 핀(51)의 벽면간의 거리를 측정하는 것만으로 재원점 맞춤을 행할 수 있으므로, 작업 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서 2개의 표시 중 한쪽은 제2 관절체(12)로부터 돌출되도록 설치된 핀(51)이다. 다른 쪽은 제2 암(22)으로부터 돌출되도록 설치된 핀(51)이다.
이에 따라, 재원점 맞춤을 위한 간소한 구성을 실현할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서, 2개의 핀(51)이 돌출되는 방향이 서로 반대이다.
이에 따라, 각각의 핀(51)의 길이를 짧게 하면서, 핀(51)의 벽면간의 거리를 용이하게 측정할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서, 2개의 핀(51) 각각은, 제2 관절체(12) 또는 제2 암(22)에 대하여 탈착 가능하다.
이에 따라, 핀(51)을 분리하여 산업용 로봇(6)의 운용 시에 방해되지 않도록 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서 2개의 핀(51) 각각은, 제2 관절체 (12) 또는 제2 암(22)에 형성된 설치 구멍(32, 42)에 설치된다. 설치 구멍(32, 42)은 나사 구멍이다.
이에 따라, 핀(51)을 비틀어 박는 간단한 작업으로, 핀(51)을 제2 관절체(12) 또는 제2 암(22)에 고정할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서, 2개의 핀(51) 각각은, 테이퍼부(56)를 갖는다. 제2 관절체(12) 또는 제2 암(22)에는, 핀(51)의 테이퍼부(56)에 대응하는 테이퍼 오목부(36, 46)가 형성되어 있다.
이에 따라, 테이퍼부(56)에 의한 중심내기가 행해짐으로써, 핀(51)의 중심을 테이퍼 오목부(36, 46)의 중심에 엄밀하게 일치시킬 수 있다. 이 결과, 재원점 맞춤의 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서, 2개의 핀(51)의 원기둥부(55)을 축으로 수직인 평면으로 자른 단면 윤곽은 모두 원이다. 2개의 핀(51)의 단면 윤곽의 원 직경(바꿔 말하면, 원기둥부(55)의 외경)이 동일하다. 2개의 핀(51)의 원기둥부(55)는 회전축 c4로부터 서로 동일한 거리 이격되어 있다.
이에 따라, 2개의 핀(51)에 대응하는 각도 θ의 계산이 용이해진다.
또한, 본 실시 형태에서, 핀간 거리는, 2개의 핀(51)의 각각의 벽면에 노기스(71)를 접촉시킴으로써 측정된다.
이에 따라, 노기스(71)에 의한 저비용이며 범용적인 방법으로, 거리를 측정할 수 있다.
이상으로 본 발명의 적합한 실시 형태를 설명했지만, 상기의 구성은 예를 들어 이하와 같이 변경할수 있다.
핀(51)은 산업용 로봇(6)의 운전에 방해되지 않는 것이라면, 당초의 원점 맞춤 후에도 설치한 채로 둘 수 있다. 따라서, 적어도 1개의 핀(51)은 제2 관절체(12) 또는 제2 암(22)에 착탈 불능하게 고정되어도 좋다.
핀(51)은 나사 고정 이외의 방법(예를 들어 테이퍼 구멍으로의 핀의 타입)에 의해 제2 관절체(12) 또는 제2 암(22)에 고정할 수도 있다.
2개의 핀(51)은 서로 역방향으로 돌출되는 대신, 동일한 방향에서 돌출되도록 변경할 수 있다.
표시로서의 핀(51)을 배치하기 위한 스페이스를, 보스부(31, 41)를 형성하지 않아도 확보할 수 있을 경우, 보스부(31, 41)를 생략할 수 있다.
2개의 핀(51)을 서로 다른 형상으로 할 수도 있다. 예를 들어 2개의 원기둥부(55)의 직경이 서로 달라도 좋다. 한쪽 또는 양쪽의 핀(51)에서, 회전축 c4와 수직한 평면으로 자른 단면 윤곽이 원이 아니어도 좋다.
2개의 핀(51)의 축심 회전축 c4로부터의 거리가 서로 달라도 좋다. 이 경우, 3각형이 도 6과 같은 2등변 3각형은 되지 않는다. 그러나, 핀(51)의 축심 회전축 c4로부터의 거리가 각각 공지되어 있다면, 코사인 정리에 의해 θ을 계산하는 것은 가능하다.
핀(51) 대신에 보스부(31, 41)에 형성한 원주상의 오목부를 표시로서 사용할 수 있다. 오목부의 원기둥형은, 그 축이 회전축 c4와 평행해지도록 배치된다. 이 경우, 오목부의 내주면(벽면)끼리의 거리를 노기스(71)에 의해 측정함으로써, 오목부의 중심간 거리를 얻을 수 있다.
본 발명의 각도 캘리브레이션 방법은, 산업용 로봇(6)이 구비하는, 관절을 개재해서 연결된 임의의 2개의 부재를 대상으로 할 수 있다.
본 발명의 각도 캘리브레이션 방법은, 수직형의 다관절 로봇으로 한정되지 않고, 수평형의 다관절 로봇에 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 각도 캘리브레이션 방법은 원통 좌표 로봇, 극좌표 로봇에 적용할 수도 있다.
6 산업용 로봇(로봇)
12 제2 관절체(제1 부재)
22 제2 암(제2 부재)
31 보스부
32 설치 구멍
36 테이퍼 오목부
41 보스부
42 설치 구멍
46 테이퍼 오목부
51 핀(표시)
55 원기둥부
56 테이퍼부
71 노기스

Claims (11)

  1. 제1 부재와,
    상기 제1 부재에 대하여 상대 회전 가능하게 연결된 제2 부재와,
    지령값에 따라서 상기 제2 부재의 상기 제1 부재에 대한 각도를 변화시키는 액추에이터
    를 구비하는 로봇의 각도 캘리브레이션 방법으로서,
    2개의 측정 대상부로서, 한쪽이 상기 제1 부재에 배치되고, 다른 쪽이 상기 제2 부재에 배치되는 2개의 측정 대상부의 사이의 거리인 측정 대상부간 거리를, 상기 액추에이터에 임의의 지령값을 부여한 상태에서, 2개의 상기 측정 대상부의 벽면간 거리를 측정함으로써 얻는 제1 공정과,
    과거에 액추에이터에 임의의 지령값을 부여한 상태에서 상기 측정 대상부간 거리를 측정하여 얻어진 참조용 측정 대상부간 거리와, 상기 제1 공정에서 얻어진 상기 측정 대상부간 거리에 기초하여, 2개의 측정 대상부간 거리의 차이에 대응하는 각도 차이를 계산에 의해 구하는 제2 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 각도 캘리브레이션 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    2개의 상기 측정 대상부 중 한쪽은, 상기 제1 부재로부터 돌출되도록 설치된 핀이며,
    다른 쪽은, 상기 제2 부재로부터 돌출되도록 설치된 핀인 것을 특징으로 하는 각도 캘리브레이션 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    2개의 상기 핀이 돌출되는 방향이 서로 반대인 것을 특징으로 하는 각도 캘리브레이션 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    2개의 상기 핀 중 적어도 하나는, 상기 제1 부재 또는 상기 제2 부재에 대하여 탈착 가능한 것을 특징으로 하는 각도 캘리브레이션 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    2개의 상기 핀 중 적어도 하나는, 상기 제1 부재 또는 상기 제2 부재에 형성된 나사 구멍에 설치되는 것을 특징으로 하는 각도 캘리브레이션 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    2개의 상기 핀 중 적어도 하나는, 테이퍼부를 가지며,
    상기 제1 부재 또는 상기 제2 부재에는, 상기 테이퍼부에 대응하는 테이퍼 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 각도 캘리브레이션 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    2개의 상기 측정 대상부 중 한쪽은, 상기 제1 부재에 형성된 오목부이며,
    다른 쪽은, 상기 제2 부재에 형성된 오목부인 것을 특징으로 하는 각도 캘리브레이션 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    2개의 상기 측정 대상부를, 상기 제2 부재의 중심축에 수직한 평면으로 자른 단면 윤곽은, 모두 원인 것을 특징으로 하는 각도 캘리브레이션 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    2개의 상기 측정 대상부의 상기 단면 윤곽인 원의 직경이 같은 것을 특징으로 하는 각도 캘리브레이션 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    2개의 상기 측정 대상부는, 상기 제2 부재의 중심축으로부터 서로 같은 거리 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 각도 캘리브레이션 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 공정에 있어서, 상기 측정 대상부간 거리는, 2개의 상기 측정 대상부의 각각의 벽면에 노기스를 접촉시킴으로써 측정되는 것을 특징으로 하는 각도 캘리브레이션 방법.
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