JPH01127283A - 水平関節型ロボットの原点調整方式 - 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、２つのアームが水平方向に移動する形式の水
平関節型ロボットの原点調整、即ち、キャリブレーショ
ンに関する。

従来の技術 水平ｍ筒型ロボットにおいて、ロボット機構部の取付ベ
ース座標系とロボット制御の座標系の原点調整、即ち、
キャリアレージョンの一方式として、特開昭６２−６３
０９１号公報でキャリブレーションにおける誤差を小さ
くする方式が提案されている。

この特開昭６２−６３０９１号公報に記載されたキャリ
ブレーション方式は、ベース座標上の既知の基準点にア
ームの先端に設けられた手首の基準点を合致させる作業
を１回行うことにより、ベース座標上の基準点に対する
アームの回転位置、即ち、水平方向に移動する第１．第
２の２つのアームの回転角を求め、水平方向の原点調整
（キャリブレーション）を終了していた。そして、この
キャリアレージコンで得られた各アームの回転角と第１
．第２のアームの長さく設計値）により、ベース座標系
の直交座標系で与えられたロボットの動作プログラムに
よる動作目標位置に対し、逆変換して、各アームの回転
角を求めるようにしている。

発明が解決しようとする問題点 上述したキャリブレーション方式においては、ベース座
標系の基準点と手首の基準点の合致作業を１回行い、こ
のときのアームの角度を得ることによってキャリブレー
ションを終了し、ベース座標系の任意の位＠（Ｘ、ｌに
対する制御系座標の０位置（アームの回転角）を求める
には、第１゜第２の各アームの長さを設計値の値として
、この値と上記キャリブレーションによって得られたア
ームの角度より計算して求めるようにしている。

しかし、各アームの長さに加工による誤差が生じた場合
、キャリブレーションによるアーム角度に誤差が生じ、
さらにアーム長さとこの角度誤差により手首の動作位置
への大きな誤差が生じるという欠点がある。

例えば、直線の始点と終点を教示し、直線の経路制御を
行った場合、各アームの長さ及び角度が計算値と実際値
とで異なることから、始点と終点間が直線であるべきも
のが曲線となったり、また、始点と終点と円弧の通過点
の３点を教示して円弧の経路制御を行う場合においても
、正確な円弧が描けないという現象が生じる。

また、ロボットの動作プログラムをオフラインでベース
直交座標系で作成し、このオフラインプログラムより逆
変換し、各アームの角度を求め、ロボットを作動させる
場合、アームの長さ及び角度の違いにより動作目標位置
が異なるという現象が生じる。

さらに、ロボットの動作プログラムがベース座標系の直
交座標系で記憶されている場合で、ロボットを交換した
場合においても、アーム長さ及び角度の違いにより正確
な動作位置を得ることができないという欠点がある。

そこで、本発明の目的は、水平関節型ロボットにおいて
、直線２円弧等の演算による経路制御及びオフラインプ
ログラミングの動作位置の精度向上、ロボットを交換し
た場合のプログラムの互換性を精度良く行うことができ
る原点調整（キャリブレーション）方式を提供すること
にある。

問題点を解決するための手段 本発明は、第１のアーム、第２のアームの回転位置を検
出する絶対位置検出器を各々設け、ロボット機構部の取
付ベース座標上の既知のベース基準点にロボットアーム
の先端の手首部の基準点を合致させる作業を、各アーム
の姿勢を変えて２回行い、各回の規準点合致位置の各ア
ームの角度を上記絶対位置検出器より求め、求められた
各アーム角度とベース基準点位置より各アームの長さ及
びベース基準点に対する第１．第２アームの基準位置の
角度を求めることによって２つのアームが水平に移動す
る水平関節型ロボットの原点調整を行い、上記問題点を
解決した。

作　　用 第１図は、本発明の水平関節型ロボットの原点調整方式
の作用原理を説明する説明図で、Ａは第１のアーム３．
３′の回転中心点、Ｂはベース基準点で、ベース座標系
上の既知の位置であり、手首基準点（ロボットによって
動作させる目標点）と合致させる点である。３，３′は
回転中心Ａを中心に水平方向に移動する第１のアーム、
５゜５′は第１のアーム３．３′の先端で水平方向に移
動する第２のアームで、第２のアーム５の先端に設けら
れた手首基準位置をベース基準位置Ｂに合致させた１回
目のときの第１．第２のアームの位置を各々３．５と表
わし、第２回目のベース基準位置Ｂに手首基準位置を合
致させたときの第１゜第２のアーム位置を３’　、５’
　と表わしている。

また、ｄｌは第１のアームの回転位置を検出する絶対位
置検出器の基準位置を示し、任意の位置でよい。また、
ｄ２は第２のアームの第１のアームに対する位置を検出
する絶対位置検出器の基準位置を示しており、この位置
も任意の位置でよい。

さらに、×１は第１アーム３の回転中心Ａからベース基
準点Ｂまでの距離、Ｌｌ、Ｌ２を第１゜第２のアームの
長さ、θ５をベース座標Ｘ−Ｙに対するベース基準点Ｂ
の角度、θ６をベース基準点Ｂに対する第１アーム３の
絶対位置検出器の基準位置ｄ１の角度、θ７を第１アー
ムに対する第２のアームの絶対位置検出器の基準位置ｄ
２の角度とする。

そこで、まず、第１のアーム、第２のアームを回動させ
て手首基準点をベース基準点Ｂに合致させ、第１のアー
ム３．第２のアーム５を第１図中、ベース基準点Ｂ左側
に位置させた第１回目の合致作業において、第１のアー
ムの回転位置を検出する絶対位置検出器の値が０１．第
２のアームの回転位置を検出する絶対位置検出器の値が
θ３であったとする。

次に、第１．第２のアームの関節部を第１図中ベース基
準点Ｂの右側へ移動させ、ベース基準点Ｂに手首基準点
を合致させたとき（第１．第２のアームが３’　、５’
　として表わされる位置）、第１のアーム３の回転位置
を検出する絶対位置検出器の値が６２．第２のアーム５
０回転位置を検出する絶対位置検出器の値が０４であっ
たとすると、こうして第１回目と第２回目のベース基準
点と手首基準点との合致作業により求められた第１．第
２アームの回転角度θ１〜θ４と、既知であるベース基
準点Ｂと回転中心Ａ間の距離×１、即ち、ベース基準点
Ｂの位置より第１．第２のアーム３゜５の長さＬｌ、Ｌ
２及びベース基準点Ｂに対する第１のアームの絶対位置
検出器の基準位置の角度θ６及び第１のアームに対する
第２のアームの絶対位置検出器の基準位置の角度θ７を
求める。

これは、次のようにして求められる。

ベース基準点Ｂと手首Ｍ単点を合致させたときの第１．
第２のアーム３．５と回転中心Ａとベース基準点Ｂを結
ぶ線で形成される三角形を考えると、第１回目、第２回
目の両基単点の合致で形成される各々の三角形は３辺が
各々等しい三角形であるから合同であり、回転中心へと
ベース基準点Ｂを結ぶ線Ａ、Ｂと第２のアーム５，５′
　となす角をα、第１のアーム３．３′となす角をβ、
第１、第２のアーム間の角をγとすると、β＝（θ１−
θ２）／２　　　　　・・・・・・（１）また、 θγ＋０４＋γ−１８０°　　　　・・・・・・（２）
−θ３−θ７＋γ−１８０゛　　　　・・・・・・（３
）なお、θ３は回転方向がθ４と比べ逆であり、第２の
アームの回転位置を検出する絶対位置検出器の出力は負
の値となるため、第（３）式では−０３としている。

上記第（，２）式、第（３）式より γ＝１８０’　−（θ４−θ３）／２　　・・・（４）
α＝１８０°−（γ＋β） ＝（θ２＋Ｏ４−０１−０３）／２　・・・（５）また
、三角形の正弦法則より 故に、 Ｌ　１　＝Ｓｊｎ（Ｘ　　、　ｘ　１ ｓｉｎγ Ｌ２＝ｓｊｎβ　・Ｘｌ Ｓｉｎγ θ６−〇２＋β ＝　（θ１＋６２）／２　　　　　　・・・・・・〈９
）θ７＝１８０−θ４−γ ｍ−（θ３＋θ４）／２　　　　・・・・・・（１０）
上記第（１）式〜第（１０）式が示すように、ベース基
準点に手首基準点を合致させる作業をアームの変えて２
回行い、各回のこの作業で第１のアームの絶対位置検出
器、第２のアームの絶対位置検出器より得られる第１．
第２のアームの回転角度θ１〜θ４と第１のアームの回
転中心Ａよりベース基準点Ｂまでの距離ｘ１より各アー
ムの長さＬｌ、Ｌ２及びベース基準点Ｂに対する第１の
アームの絶対位置検出器の基準位置の角度θ６．第１の
アームに対する第２のアームの絶対位置検出器の基準位
置の角度θ７が得られることにより、原点調整（キャリ
ブレーション）は終了し、この得られた基準位置の角度
θ６．θ７．各アームの長さＬｌ、Ｌ２及びベース基準
点の位置、即ち、回転中心Ａとベース基準点８間の距離
Ｘ１．ベース座ＩｆＡＸ−Ｙに対するベース基準点の角
度θ５に基いてベース座標系Ｘ−Ｙで指令されたプログ
ラムの動作目標位置に対し、逆変換し、各アームの角度
を求めて正確にロボットを動作させることができる。

実施例 第２図は、本発明の原点調整方式の一実施例を実施する
水平関節型ロボットの一例を示す斜視図である。同図に
おいて、１は基台２に載置され、所定回転範囲内（θ）
で回動可能なボストであり、図には示されてはいないが
、該ボスト１を回動させる回動機構が基台２の内部に設
けられている。

３はボスト１に挿通された支軸４にて水平方向に指示さ
れる第１のアームであり、該第１のアーム３の先端には
水平方向に回動制御される第２のアーム５が設けられ、
ざらに、第２のアーム５の先端には手首５１が設けられ
ている゛。図には示されてはいないが、ボスト１の内部
には、支軸４を所定の範囲（Ｚ）内を上下移動して第１
のアーム３の高さを制御する駆動機構が設けられ、支軸
４　″を上下に駆動して第１のアーム（作動アーム）の
高さを制御している。また、第２図には、図示していな
いが、第１のアーム３の回転位置を検出する絶対位置検
出器及び第２のアーム５の第１のアーム３に対する回転
位置を検出する絶対位置検出器が各々設けられている。

なお、このロボットが床上に設置される際、このロボッ
ト機構部の基本座標方向は正確にＸ、Ｙ。

Ｚの各軸方向に一致されるものである。

６はロボット機構部の座標・系とロボット制御部の座標
系を一致させるゼロ度調整治具である。ゼロ度調整治具
６は、基準座標軸に位置合せされた基台２に設けられた
台座２１に下部を固定された支柱６１．６１を有し、そ
れらの先端には、断面°“Ｌ”字型をした基準盤６２が
固着され、第３図に明瞭に示すように、その平面部には
、Ｘ軸に平行な線上に２個の基準穴６３．６４があけら
れている。基準盤６２の端部には、断面“Ｌ”字型をし
たダイアルゲージ取付体６５が固着されている。

なお、基準盤６２の平面部には、ロボットの高さ方向即
ちＺ軸方向の基準をダイアルゲージ７が固着され、ダイ
アルゲージ取付体６５には手首５１の基準を出すダイア
ルゲージ８が固着されている。

手首５１には、第４図に示されているような手首治具９
が取付けられている。この手首治具９は、手首の下面に
取付けられる平面部９１．Ｙ−２面９２、−Ｘ−７面９
３．Ｙ−２面９２と平行な手首調整片９４を有する。な
お、平面部９１には、手首５１への４つの取付穴９５と
手首５１に設けられた基準穴に挿通する貫通穴９６が設
けられている。Ｙ−２面９２には、Ｘ軸方向の基準を出
すダイアルゲージ１０が固着され、Ｘ−７面９３にはＹ
方向の基準を出すダイアルゲージ１１が固着されている
。なお、第５図は、手首５１の下面方向から見た下面図
である。

このような構成において、本実施例における原点調整方
式を、以下説明する。

まず、第３図に示すように、円形テーブル状をした治具
を用意し、該治具１２の下面にあるボス１２１を基準穴
６４に挿入して該治具を基準盤６２に固定する。そして
、ダイアルゲージ７のプローブ７ａを治具１２の下面に
当接し、その時のダイアルゲージ７の目盛を記録してお
く。なお、この治具１２の下面位置は、ロボット機構部
のＺ軸方向の基準面としてロボットの制御装置に記憶さ
れている。さらに、ダイアルゲージ８のプローブ８ａを
治具１２の側面に当接し、その時のダイアルゲージ８の
目盛を記録しておく。しかる後、この治具１２は基準盤
６２から離脱しておく。なお、この治具１２の側面位置
は、ロボット機構部の手首の基準面としてロボットの制
御装置に記憶されている。

次いで、第４図に示すような、ダイアルゲージ１０．１
１を取付けた手首治具９を手首５１にネジ留めにより固
着する。このとき、手首治具９に設けた貫通穴９６は手
首５１の基準穴と貫通一致することになる。

第６図に示すような円柱状の治具１４を別に用意する。

この円柱状の治具１４は、下部に固定用のボス１４１が
設けられている。そして、このボス１４１を手首治具９
に設けた貫通穴９６挿通して、これを手首治具９に装着
する。第５図において、点線にて示した部分は、円柱状
の治具を示す。

しかる後、ダイアルゲージ１０のプローブ１０ａを円柱
状の治具１４の側面に当接し、その時のダイアルゲージ
１０の目盛を記録しておく。さらに、ダイアルゲージ１
１のプローブ１１ａを円柱状の治具１４の側面に当接し
、その時のダイアルゲージ１１の目盛を記録しておく。

この動作により、手首の動作中心が規定される。

次に、円柱状の治具１４を手首治具９より取外し、第７
図に示すように、これのボス１４１を基準盤６２０基準
穴６３に挿入し、円柱状の治具１４を基準盤６２に装着
する。なお、この治具１４の側面位置は、ロボット機構
部のＸ＠力方向Ｙ軸方向の基準面としてロボットの制御
装置に記憶されている。

この状態から、水平関節型ロボットの操作盤を用いて、
該ロボットを教示モードにセットし、ジョグ送りボタン
を用いて手首５１を基準盤６２方向に移動せしめる。そ
して、手首治具９を、基準ｆｆ１ｆ６２に装着されてい
る円柱状の治具１４に接近せしめ、ダイアルゲージ１０
と１１のプローブ１０ａ、１１ａをそれぞれ円柱状の治
具１４の側面にタッチせしめ、これらダイアルゲージの
目盛を読みながら、ざらにジョグ送り動作を繰り返し実
行し、これらの値が前述の如く記録した値にまでする。

これで手首の動作中心即ち基準点がベース基準点に至り
、第１回目のＸ軸方向とＹ軸方向の手首基準点とベース
基準点の合致動作が終了し、このときの第１のアーム３
の回転位置を検出する絶対位置検出器の値θ１及び第１
のアーム３に対する第２のアーム５の回転位置を検出す
る絶対位置検出器の値θ３をロボットの制御装置内に記
憶きせる。

そして、第１のアーム３と第２のアーム５の関節部をベ
ース基準点より反対側に移動させ、第１゜第２のアーム
３．５の姿勢を変えて、前述と同様な処理を行い、手首
基準点をベース基準点に合致させ、このときの第１のア
ーム３の回転位置を検出する絶対位置検出器の値θ２．
第２のアーム５の第１のアーム３に対する回転位置を検
出する絶対位置検出器の値θ４をロボットの制御装置に
記憶させる。

この後、さらにジョグ送りボタンを用いて手首５１を回
転せしめ、第４図に示すように、手首調整片９４をダイ
アルゲージ８のプローブ８ａと当接させ、さらにダイア
ルゲージ８の値が前に記録した値に達するまでこの動作
を繰返して手首のａＩ＋１′ｇＡ基準を機構部の基準と
合致せしめる。

最後にジョグ送リボタンを用いて支軸４を下降させ、手
首調整片９４の可変９４ａをダイアルゲージ７のプロー
ブ７ａと当接させ、さらに、ダイアルゲージ７の値が前
に記録した値に達するまでこの動作を繰り返して、Ｚ軸
方向のｉＩ＋制御基準を機構部の基準と合致せしめる。

これでＺ軸方向と手首の回転方向のキャリブレーション
が終了したことになる。ここで、操作盤のキャリブレー
ションセットボタンを押圧すると、ロボットの！制御装
置は、上記記憶した各絶対位置検出器の値θ１〜θ４と
、初期設定されているロボットの第１のアーム３の回転
中心とベース基準点間の距離×１より第（７）弐〜第（
１０）式の演算を行うて第１．第２のアーム３．５の長
さＬｌ、Ｌ２、第１のアーム３のベース基準点に対する
絶対位置検出器の基準位置の角度θ６、第１のアームに
対する第２のアームの絶対位置検出器の基準位置の角度
θ７を求めて記憶し、ロボットのＸ、Ｙ、Ｚ軸と手首の
回転軸のイニシャルデータがロボットの制御装置に記憶
され、ロボット機構部の座標系とロボット１ｔｌｌ制御
部の座標系のキャリブレーションが行われる。

このようなキャリブレーション動作が終了した後は、ピ
ロ度調整治具６および手首治具９をそれぞれ基台２と手
首５１から取外し、手首に所定の工具を取付けて、通常
のロボット運転を行う。

発明の効果 以上述べたように、本発明においては、アームの長さが
正確に求められ、かつ、ロボットのベース座標系に対す
る制御座標系の相対位置（θ６゜０７）が求められるの
で、ロボットの動作精度を向上させ、直線の始点と終点
を教示して直線の経路＄１ｔｌを行うとき、また、始点
と終点と円弧の通過点の３点を教示して円弧の経路制御
を行うとき、教示によってロボットのｉｔ、ＩＩ御部は
ロボットアームの角度、アーム長、ベース座標に対する
相対位置（角）よりベース直交座標系に各点を変換し、
直交座標系で経路を演惇し、逆変換して、各アーム角度
に直してロボットを動作させる場合、アーム長が正確に
検出されているから、正確な経路で動作させることがで
きる。

また、オフラインプログラムでベース直交座標系でロボ
ットの動作目標位置が与えられる場合においても、本発
明のような原点調−整（キャリブレーション）を行えば
、正確な動作が得られる。

さらに、ロボットの動作プログラムがベース座標に対し
、直交座標系で記憶されていればζロボットを交換した
場合においても、本発明の原点調整を行えば、プログラ
ムの互換性が保たれる。

そして、原点調整（キャリブレーション）によってアー
ムの長さを求めるから、ロボットアームの長さの公差を
極端に小さくする必要がなく、加工のばらつき９組立に
よる誤差等を何ら考慮する必要なく、ロボットに正確な
動作を行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の作用原理を説明する説明図、第２図は
本発明の一実施例を実施する水平関節型ロボットの一例
を示す斜視図、第３図は基準盤の正面図、第４図は手首
治具の斜視図、第５図は手首の下方から見た下面図、第
６図は円柱状の治具の斜視図、第７図は円柱状の治具を
基準盤に装着した状態を示す斜視図である。 １・・・ポスト、２・・・基台、３・・・第１のアーム
、４・・・支軸、５・・・第２のアーム、５１・・・手
首、６・・・ピロ度調整治具、６２・・・基準盤、６３
．６４・・・基準穴、７．８．１０．１１・・・ダイア
ルゲージ、９・・・手首治具、１２・・・治具、１４・
・・円柱状の治具。 薦　２　口 第　３　口 第　４　口 薦　６　口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２つのアームが水平方向に移動する形式の水平関節型ロ
   ボットの原点調整において、第１のアーム、第２のアー
   ムの回転位置を検出する絶対位置検出器を各々設け、ロ
   ボット機構部の取付ベース座標上の既知のベース基準点
   にロボットアームの先端の手首部の基準点を合致させる
   作業を、各アームの姿勢を変えて２回行い、各回の規準
   点合致位置の各アームの角度を上記絶対位置検出器より
   求め、求められた各アーム角度とベース基準点位置より
   各アームの長さ及びベース基準点に対する第１、第２ア
   ームの基準位置の角度を求め、原点調整を行う水平関節
   型ロボットの原点調整方式。