JPH01246091A - スイング式機械のアーム長初期設定方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は例えばロボットや三次元測定装置などのスイン
グ式機械のアーム長初期設定方法に関する。

（従来の技術） 従来、スイング式機械としては例えばロボットなどが知
られている。そのロボットは２つの回転軸と２つのアー
ムを有してＸ、Ｙ軸方向に自由自在に移動し得るように
なっている。

スイング式のロボットにおいてロボットの先端部に備え
た工具把持部を移動させる際に基準位置を初期位置に設
定しなければならない０．ｔなロボットの２つのアーム
は据付は場所の環境特に環境温度によって常に熱変位し
ているため、ロボットの使用に際してはアーム長を測定
しアーム長の初期設定をしなればならない。

その基準位置の初期位置設定ならびにアーム長の初期設
定は多点を計測しパラメータを設定するものであった。

（発明が解決しようとする課題） ところが、前述したロボットのアーム長初期設定方法で
は、工具把持部の基準位置を多点計測すると共に多点に
よる計測データをもとにして基準位置の初期位置を設定
し、さらにアーム長を測定しアーム長の初期設定を行な
うものであった。

そのため多点計測による測定時間と算出時間が大変長く
かかつてアーム長測定までに相当の時間と大変面倒をか
けていた。

本発明の目的は、上記問題点を改善するため、３点によ
る計測と簡単な算出法に基づきロボットのアーム長測定
の時間を短縮すると共にアーム長の測定を容易に、さら
に如何なる環境温度にも対応したスイング式機械のアー
ム長初期設定方法を提供することにある。

［発明の構成］ （課題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に、ベース上に支承さ
れた回転自在な第１回転軸に第１アームを取付けると共
に、第１アームに支承された回転自在な第２回転軸に第
２アームを取付け、その第２アームの先端部に工具把持
部を備えてなるスイング式機械のアーム長初期設定方法
にして、前記第２アームの先端部付近の基礒位置と前記
第１回転軸とを結んだ直線Ｃの一方側に第２回転軸が位
置すべく前記基準位置を予め設定した設定位置に位置決
めして第１回転軸を仮想原点として仮想Ｘ軸に対する第
１アームのなす角α１と第２回転軸を仮想原点としてそ
の仮想基準ｆａｘ＋に対する第２アームのなす角β１を
求め、次いで前記直線Ｃの他方側の対称位置に第２回転
軸が位置すべく移動した後に前記基準位置を再度前記設
定位置に位置決めし、前記第２回転軸の移動に伴なう仮
想基準線Ｘ１の移動位置に対する第２アームのなす角β
２を求め、求めた前記各月β１．β２により第１アーム
に対する第２回転軸の仮想基準線Ｘ１のなす角β０を求
めることにより前記基準位置の初期位置を設定し、さら
に第２回転軸が前記直線Ｃの一方側に位置すべく前記設
定位置から一定長しだけ離れた位置りに前記基準位置を
位置決め固定してその位置りにおける基準位置の座標を
求めることにより第１アーム、第２アームの長さを測定
し、第１アーム、第２アームの初期長さを設定すること
を特徴とするスイング式機械のアーム長初期設定方法で
ある。

（作用） 本発明のスイング式機械のアーム長初期設定方法を採用
することにより、第２アームの先端部付近の基準位置と
第１回転軸とを結んだ直線Ｃの一方側に第２回転軸が位
置すべく前記基準位置を予め設定した設定位置に位置決
めして第１回転軸を仮輝原点として仮想Ｘ軸に対する第
１アームのなす角α１と第２回転軸を仮想原点としてそ
の仮想基準線Ｘｔに対する第２アームのなす角β１を求
める。つぎに前記直線Ｃの他方側の対称位置に第２回転
軸が位置すべく移動した後に前記基準位置を再度前記設
定位置に位置決めし、前記第２回転軸の移動に伴なう仮
想基準線ＸＩの移動位置に対する第２アームのなす角β
２を求め、求めた前記各月β１．β２により第１アーム
に対する第２回転軸の仮想基準線Ｘ１のなす角β０を求
めることにより前記基準位置の初期位置が設定される。

さらに第２回転軸が前記直線Ｃの一方側に位置すべく前
記設定位置から一定長りだけ離れた位置りに前記基準位
置を位置決め固定してその位置りにおける基準位置の座
標を求めることにより、第１アーム、第２アームの長さ
が測定されて第１ア−ム、第２アームの長さの初期設定
がなされる。

而して、第１アーム、第２アームの長さが３回の計測で
簡単かつ容易にしかも正確に測定されるから測定時間が
短縮されると共に面倒さから解消される。したがって、
スイング式機械の据付は場所の環境特に環境温度が絶え
ず変化していてもアーム長がその都度正確に測定されて
アーム長の初期設定がなされるため、スイング式機械の
精度が保障される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

スイング式機械として例えばロボットや三次元測定装置
などがあるが、本実施例においてはスイング式の三次元
測定装置について説明する。

第１図および第２図を参照するに、スイング式三次元測
定装置１における定盤３上の一隅第２図において右上隅
には、ベース５が立設されている。

そのベース５上の一端には回転自在な第１回転軸７が支
承されている。その第１回転軸７の上部には第１回転軸
７の回転を検出する第１エンコーダ９が設けられている
。

前記第１回転軸７には第１アーム１１が取付けられてお
り、その第１アーム１１の先端には回転自在な第２回転
軸１３が支承されている。その第２回転軸１３の下部に
は第２回転軸１３の回転を検出する第２エンコーダ１５
が設けられている。

前記第２回転軸１３の先端には第２アーム１７が取付け
られており、その第２アーム１７の先端部には上下動自
在なＺ軸コラム１９が支承されている。そのＺ軸コラム
１９が上下方向へ移動する長さを検出するリニアスケー
ルが前記第２アーム１７の上下方向へ延伸して取付けら
れている。

前記２軸コラム１９の下部には工具把持部２１が設けら
れており、その工具把持部２１には着脱自在な測定プロ
ーブ２３が取付けられている。その測定プローブ２３の
中心が基準位置である。

前記第１アーム１１上には後方第１図において右側へ向
けてカウンタバランス２５が設けられ、第１アーム１１
のバランス調整が行なわれているから第１アーム１１が
スムーズに回転移動し得るようになっている。

上記構成により、定盤３上にワークを載置してワークの
各測定点を測定する際に、作業者が測定プローブ２３の
上部を手で持ち動かすことにより、第１アーム１１がベ
ース５に対して水平方向に回転すると共に、第２アーム
１７が第１アーム１１に対して水平方向に回転する。ま
た、Ｚ軸コラム１９が第２アーム１７に対して上下方向
へ移動する。その結果、測定プローブ２３がＸ、Ｙおよ
びＺ軸方向に移動されてワークの各測定点の計測が行な
われることになる。

したがって、測定プローブ２３の移動がＸ、ＹおよびＺ
軸方向へ極めてスムーズに行なわれて作業性が向上する
。また、設置面積が小さくて測定範囲を大きくとること
ができる。

前記スイング式三次元測定装置１において作業者が測定
プローブ２３の上部を手に持ち測定作業を開始する際に
は、測定プローブ２３の初期位置設定を行なう必要があ
る。

すなわち、第３図において、第１回転軸７の位置を仮想
原点として仮想のＸ、Ｙ座標軸を取る。

その第１回転軸７と測定グローブ２３とを結んだ直線を
Ｃとし、第２回転軸１３を直線Ｃの一方側例えば第３図
において直線Ｃの下側に位置すべく測定グローブ２３（
基準位置）を定盤３上に正確な距離りの間隔を保持した
穴Ｈ１、Ｈ２を備えてなる固定治具２７の穴Ｈ１でもっ
て予め設定した設定位置に位置決め固定する。なお、固
定治具２７は例えば環境温度によって変化しないセラミ
ックなどで構成されている。

その結果、仮想Ｘ軸に対する第１アーム１１のなす角α
１が第１エンコーダ９で求められる。また、第２回転軸
１３を仮想原点とした仮想基準線ＸＩに対する第２アー
ム１７のなす角β雪が第２エンコーダ１５で求められる
。さらに、第１アーム１１．第２アーム１７のそれぞれ
の長さを予めＡ、Ｂと決めておくと共に、第１アーム１
１を延長した延長線に対する第２回転軸１３を仮想原点
として仮想基準線Ｘ１のなす角をβ０とすれば、測定プ
ローブ２３のＸ、Ｙ座標における座標位置（Ｘ＋、Ｖ＋
）は次式の如く表わされる。

Ｘ　ｌ　＝ＡＣＯ８α１　＋Ｂｃｏｓ　　（α１＋β１
＋β０）Ｖ　＋　＝Ａｓｉｎ　ｔＢ　＋Ｂｓ１ｎ　　（
ａｌ　＋β１十β０）・・・（１） 上記（＋）式において、Ａ、Ｂ、α１およびβ１は予め
設定ないし設定されて判っているから、β０が定まれば
、×、ソの値が求められる。

測定グローブ２３を固定治具２７の穴Ｈ＋から取外した
後、前記第２回転軸１３が前記直線Ｃの他方側例えば第
３図において直線Ｃの上側の対称位置に位置ずべく動か
す、第２回転軸１３が直線Ｃの上側に位置せしめた状態
で測定プローブ２３を再度設定された設定位置の固定治
具２７の穴Ｈ１に位置決め固定する。この状態が第３図
において２点鎖線で示した状態である。

すなわち、第１アーム１１が実線の位置から２点鎖線の
位置まで回転移動する。而して、仮想Ｘ軸に対する２点
鎖線で示した第１アーム１１のなす角α２は第１エンコ
ーダ９により検出される。

まな第２アーム１７は実線の位置から２点鎖線の位置ま
で回転移動する。而して、第２回転軸１３の仮想原点の
仮想基準線Ｘ看の移動した位置に対する２点鎖線で示し
た第２アーム１７のなす角β２は第２エンコーダ１５に
より検出される。　また、第３図に示された四辺形は平
行四辺形となるため、実線で示した第１アーム１１の延
長線に対する実線で示した第２アーム１７のなす角は、
２点頭線で示した第１アーム１１の延長線に対する２点
鎖線で示した第２アーム１７のなす角に等しい。

すなわち、βＩ＋β０＝β２−β０が成立する。

したがって、β０−一（β１−β２）／２・・・（２）
となる。

この（２）式により求められなβ０の値を（１）式に代
入することによって、測淀プローブ２３の初期位置が設
定されることになる。なお、Ｚ軸方向における測定グロ
ーブ２３の移動は２軸コラム１９の移動を第２アーム１
７の上下方向に延伸して設けられたリニアスケールで検
出することにより行なわれる。

而して、この測定プローブ２３の初期位置設定をもとに
して定盤３上に載置された各種ワークの測定が行なわれ
ることになる。

したがって、測定プローブ２３の初期位置設定は測定プ
ローブ２３を２回動かすことによって行なわれるために
初期位置設定までの時間が短縮されると共に、初期位置
設定を容易に行なうことができる。

次に、第１アーム１１．第２アーム１７の長さＡ、Ｂは
機械毎に変っており、また測定する場所の環境例えば環
境温度によって変化しているため各測定を開始する際に
は、この第１アーム１１゜第２アーム１７の長さＡ、Ｂ
を予め確認する必要がある。

まず、測定グローブ２３の初期位置を設定した時点で、
実線で示した測定プローブ２３の位置と２点鎖線で示し
た測定プローブ２３の位置とは同じであるから、下記の
式が成立する。

ＡＣＯ３ａｌ　＋Ｂｃｏｓ　　（αｌ＋β１十β０）十
人０ｏｓ　　ａ２　　＋　ＢｅＯ２（ａ２　　＋β２　
＋β０　）上式より、Ａ、Ｂの比を求めると、 Ａ　（ＣＯ３（２１ＣＯ８ａ２　）　＝Ｂ　［ＣＱＳ　
（α２　十β２−　βｏ　　）　　−ｃｏｓ　　　（α
　１　　＋β　１　＋βｏ）］となり、さらに整理する
と、 となる。

次に、第１アーム１１．第２アーム１７の長さの確認と
しては、第３図に示した固定治具２７の穴Ｈ２の位置り
に測定１０−ブ２３を移動することによって、仮想Ｘ軸
に対する点線で示した第１アーム１１とのなす角α３は
第１エンコーダ９によって検出される。また第２回転軸
１３を仮想原点とした仮想基準線Ｘ１に対する点線で示
した第２アーム１７とのなす角β３は第２エンコーダ１
５により検出される。

而して、座標（Ｘ＋、Ｖｌ）の値は上述した（＋）式よ
り、 Ｘ　Ｈ＝ＡＣＯ３ａｌ　＋ＢＣＯＳ　（α１　＋εＩ）
ｙ　＋＝Ａｓｉｎ　　ａｌ　　＋Ｂｓ１ｎ　　（ａｔ　
　−１−ε＋　　）　−（４）となる、但し、ε１＝β
１＋β０ また、座標（Ｘ２．Ｖ２）の値は、 Ｘ　２　＝ＡＣＯ８α３　＋ＢＣＯ３（α３＋ε２）Ｖ
　２　＝ＡＳｉｎ　ｃｘ３　；　Ｂ５１ｎ　（Ｂ３　＋
ε２　）　＝・（５）となる、但し、ε２＝β３＋β０ 座標（Ｘｌ、Ｖ＋）と座標（Ｘ２．Ｙ２）との距離はＬ
であるから、 （Ｘ２−ＸＩ　）２＋（Ｖｚ−Ｖ２　＞２＝Ｌ２・・・
（６） が成立する。

上式（６）に式（４）、（５）で求めたＸｌ＋Ｖｌ　、
Ｘ２＋ｙ２の値を代入し整理すると、 ａ　Ａ２　＋ｂ　Ｂ２　＋ＣＡＢ＝Ｌ２　　　　　＝−
＜７）となる。

ここで、式（３）より、Ａ＝Ｋ　−Ｂとなり、この値を
上式（７）に代入すると、 ａ　Ｋ２　Ｂ２−！−ｂ　Ｂ２　＋ｃ　ＫＢ２　＝Ｌ２
　となるから Ｂ＝Ｌ／ａ　　　　　　十　　＋Ｋ Ａ＝Ｋ　　−Ｌ／　　　ａ　　　　　　　＋　　　　　
　　　　・・・（８）となる。

但し、ａ、ｂおよびＣはα目、α３．ε亀、ε３を含ん
だ三角関数の式となり、定数である。

而して、第１アーム１１．第２アーム１７の長さＡ、Ｂ
が測定グローブ２３を３回動かすことによって簡単かつ
容易に測定できるので、ワークの各測定点の測定を開始
する前に確認される。したがって、スイング式三次元測
定装置１を常に恒温室に設置しておくことなく、例えば
環境温度が変化する場所に設置しても、測定前にその都
度第１アーム１１．第２アーム１７の長さＡ、Ｂを正確
かつ迅速にチエツク確認することによって、正確な測定
データを得ることができる。

なお、本発明は前述した実施例に限定されることなく、
適宜の変更を行なうことによって、その池のＢ様で実施
し得るものである１例えば本実施例ではスイング式三次
元測定装置を例に取って説明したが、スイング式ロボッ
トやその他のスイング式機械にも適応可能である。

〔発明の効果］ 以上のごとき実施例の説明より理解されるように、本発
明によれば、特許請求の範囲に記載された′とおりの構
成であるから、第２アームの先端部付近の基準位置と第
１回転軸とを結んだ直線Ｃの一方側に第２回転軸が位置
すべく前記基準位置を予め設定した設定位置に位置決め
すると共に、次いで前記直線Ｃの他方側の対称位置に第
２回転軸が位置すべく前記基準位置を前記設定位置に位
置決めすることによって基準位置の初期位置設定が設定
される。

さらに第２回転軸が前記直線Ｃの一方側に位置すべく前
記設定位置から一定長しだけ離れた位置りに前記基準位
置を位置決め固定してその位置りにおける基準位置の座
標を求めることにより、第１アーム、第２アームの長さ
を簡単かつ容易にしかも正確に測定し第１アーム、第２
アームの初期設定をすることができる。したがって、ス
イング式機械の据付は場所の環境特に環境温度が絶えず
変化していてもアーム長が正確に測定されてアーム長め
初期設定がなされるため、スイング式機械の精度を保障
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した一実施例のスイング式三次元
測定装置の正面図、第２図は第１図における平面図であ
る。 第３図は基準位置の初期位置を設定するための説明図で
ある。 １・・・スイング式三次元測定装置 ３・・・定盤　　　　　　　５・・・ベース７・・・第
１回転軸　　　１１・・・第１アーム１３・・・第３回
転軸　　　１７・・・第２アーム２１・・・工具把持部 ２３・・・測定プローブ（基準位置）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ベース上に支承された回転自在な第１回転軸に第１アー
   ムを取付けると共に、第１アームに支承された回転自在
   な第２回転軸に第２アームを取付け、その第２アームの
   先端部に工具把持部を備えてなるスイング式機械のアー
   ム長初期設定方法にして、前記第２アームの先端部付近
   の基準位置と前記第１回転軸とを結んだ直線Ｃの一方側
   に第２回転軸が位置すべく前記基準位置を予め設定した
   設定位置に位置決めして第１回転軸を仮想原点として仮
   想Ｘ軸に対する第１アームのなす角α＿１と第２回転軸
   を仮想原点としてその仮想基準線Ｘ＿１に対する第２ア
   ームのなす角β＿１を求め、次いで前記直線Ｃの他方側
   の対称位置に第２回転軸が位置すべく移動した後に前記
   基準位置を再度前記設定位置に位置決めし、前記第２回
   転軸の移動に伴なう仮想基準線Ｘ＿１の移動位置に対す
   る第２アームのなす角β＿２を求め、求めた前記各角β
   ＿１、β＿２により第１アームに対する第２回転軸の仮
   想基準線Ｘ＿１のなす角β＿０を求めることにより前記
   基準位置の初期位置を設定し、さらに第２回転軸が前記
   直線Ｃの一方側に位置すべく前記設定位置から一定長Ｌ
   だけ離れた位置Ｄに前記基準位置を位置決め固定してそ
   の位置Ｄにおける基準位置の座標を求めることにより第
   １アーム、第２アームの長さを測定し、第１アーム、第
   ２アームの初期長さを設定することを特徴とするスイン
   グ式機械のアーム長初期設定方法。