JPH02160499A - ロボットデータの測定装置 - 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〕 本発明はロボットデータの測定装置に係り、特にロボッ
トの位置データのずれやロボット間の相対位置関係を測
定する［１ボツトデータの測定装置に関する。

ロボットは予め決められたロボットデータに基づき動作
するが、何等かの原因で位置ずれが生じた場合は、その
位置これを測定して位置データを補正する必要がある。

また、ロボット間で［１ボツトデータの効率的使い方を
図るため、ロボット間の相対位置関係を測定する必要が
ある。

このような位置データやロボット間の相対位置関係に関
するデータ（これらを総称してロボットデータという）
の測定に際しては、安価な構成により高精度で効率良く
測定できるロボットデータの測定装置が必要とされる。

〔従来の技術〕

第９図は従来のロボットデータの測定装置の一例の構成
図を示す。同図中、１１はロボットで、その腕部１２が
平面上に移動自在に構成されており、腕部１２の先端に
は検出板１３が把持されている。ロボット１１は所定位
置に固定されている。

また、１４は位置決め板で、ダイヤルゲージ１５を搭載
した検出器１６が固定されている。位置決め板１４は最
初に初期データとしてロボット座標系に位置決めを行な
うためのものである。すなわち、検出板１３を検出器１
６に接触させ、そのときにダイヤルゲージ１５で測定さ
れた値をＸ方向の位置データとして記憶させる。同様に
して、それぞれ直交した座標系ｙ方向、２方向について
も位置データを測定し記憶する。その後位置決め板１４
や検出板１３を取り除きロボット１１は、予め作られた
［１ボツトデータに基づいて、動作する。

しかし、腕部１２を交替した場合とかロボット１１に何
かが衝突した場合など何等かの原因により、予め作られ
たロボットデータに位置ずれが生じ、正常の動作ができ
なくなる場合がある。

この場合、再度初期データを測定したときと同一位置に
位置決め板１４を置き、また検出板１３を腕部１２に把
持させて、初期データ測定時と同様な方法でｘ、ｙ及び
Ｚの各軸方向の夫々について再度位置データを測定し、
その測定位置データと初期データとの差分を算出する。

この差分は位置ずれ吊であり、これをオフセット猾とし
て位置データに加締又は減算することにより、ロボット
１１はもとの入力データに基づいて位置ずれの補正され
た所期の動作を行なうことができる。

第１０図は従来のロボットデータの測定装置の他の例の
構成図で、同図中、第９図と同一構成部分には同一符号
を付し、その説明を省略する。この従来装置においては
、腕部１２にテレビカメラ１８を把持させる一方、測定
用パレットを使って位置決め板１９を、初期データとし
てロボット座標系に位置決めしたときと同一の位置に置
く。

位置決め板１９には予め所定位置に穴などのマーカ２０
が設【）られており、これをテレビカメラ１８で画像す
る。この画像出力信号は視覚装置２１で画像処理された
後、制御装置２２に供給され位置データとなる。ここで
、初期データではマーカ２０の中心位■を示ず位置デー
タと同じ位置データを制！１１装置２２から与え、その
ときの腕部１２の位置ずれに応じてテレビカメラ１８が
マーカ２０の中心位置からずれた位置を画像することに
なるから、このときに得られた測定位置データと前記初
期データとの差分がゼロになるようにロボット１１を制
御することにより、位置チれの補正ができる。

また、多数の同−型ロボットに同一作業を行なわせる場
合、基準となるマスク［１ポツトに対する各ロボット間
の相対位置関係についても、同様な方法を用いることで
マスク［１ポツトに対する各ロボットの位置関係を知る
ことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、第９図に示した従来装置は、測定範囲が狭く
、またｘ、ｙ及びｌの各方向について測定しなければな
らないので、作業が面倒で、かつ、位置データの把握が
大変であり、更にロボット座標系と測定装置座標系との
間に回転成分が発生するような位置ずれの場合は、更に
複雑な計算が必要であるという問題があった。一方、位
置ずれをデータとして測定できないと全ポイントデータ
を再度、ティーチングする必要があり、これも多大な工
数を必要とする。

また、第１０図に示した従来装置は、テレビカメラ１８
を用いて位置ずれや各ロボットの相対位置関係をオンラ
イン上で処理し対応する方法であるが、高価であるとい
う欠点があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、種々のロボ
ットに対して位置測定を安価な構成で効率的に行なうこ
とができる［１ボツトデータの測定装置を提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理構成図を示す。図中、３０はロボ
ット、３１は被検出体、３２は多孔部、３３は位置決め
板、３４は検出器、３５は演算手段である。被検出体３
１は六面体形状で、ロボット３０の可動部と共に移動す
る。

位置決め板３３はロボット３０に対して予め定められた
相対位置に固定される。検出器３４は多孔部３２の任意
の孔に固定されて被検出体３１の一面に離間対向せしめ
られ、被検出体３１の一面との相対位置座標を検出する
。。

演粋手段３５は検出器３４の出力検出信号に基づいてロ
ボットデータを算出する。

（作用〕 検出器３４は被検出体３１の位置座標を検出するために
、第２図に示す如く被検出体３１の３つの面に対する相
対位置座標を検出する。第２図中、３４ａ、３４ｂ及び
３４Ｇは夫々検出器３４を互いに直交する３つの位置に
順次配置したときの検出器表面を示しており、これらの
交点Ｏを検出器３４によるＸＹＺ座標系の原点とする。

ここで、検出器３４の表面３４ａに例えば第３図に示す
如く３つのセンサ３７−＋　、３７−２及び３７−３が
配置されているものとし、またこれらのセンサ３７−　
＋　、３７−２及び３７−３に相対向する被検出体３１
の一面３１ａ上の位置をｐｌ、ｌ）２及びｐ３としたと
き、ｐ＋を中心とするベクトル式は次の如くになる。

ただし、十式中、ｐｌの座標は（Ｘ＋　、　ＷＺ＋　）
、　ｐｌの座標は（Ｘ２　、　Ｖ２１　Ｚ２　）１ｐ３
の座標は（Ｘ３．Ｖ３．Ｚａ）である。

ここで、ｐｌを中心とするｐ２＋、ｐ３１のベクトル外
積をＱｘとすると、 Ｑｘ　＝Ｐ２＋ＸＰ３＋　＝ａ＋　ｉ　＋ａ２　ｊ　＋
ａｚ　ｋ　（１）となる。ただし、 ベクトル外積Ｑ×はｐ＋　＋　ｐｌ及びｐ３の３点を含
む平面、すなわち第３図の被検出体面３１ａに垂直とな
るベクトルである。

同様に、第４図に示す如く、検出器３４の表面３４ｂの
３つのセンサに相対向する被検出体面３１ｂ上の位置を
ｐ４　＊　ｌ）ｓ及びｐ６とし、検出器３４の表面３４
Ｃの３つのセンサに相対向する被検出体面３１ｃ上の位
置をｐｌ　＊　ｐａ及びｐ９とすると、ｐ４を中心とす
るベクトル外積ＱＶとｐｌを中心とするベクトル外積Ｑ
ｚとは夫々次式％式％ 係であり、かつ、Ｄ＋　　（Ｘ＋　、’１／ｌ　、Ｚ＋
　）を通る被検出体面３１ａの平面方程式は ａ＋　Ｘ＋ａｚ　Ｙ＋ａ３Ｚ＝ａ＋　Ｘ＋　＋ａ２Ｖ＋
−１−ａ３　Ｚ＋　＝ａ４　　　　　　　　　（４）と
なる。同様にして残りの２平面３１ｂ、３１ｃについて
も同様に、ｌ）４　（Ｘ４．Ｖ４．Ｚ４）を通る平面３
１ｂの平面方程式は ｂ＋　Ｘ−１−ｂｚ　Ｙ＋ｔ）３Ｚ＝ｂ＋　Ｘ４　＋ｂ
ｚ　Ｖ４＋ｂ３　Ｚ４　＝ｂ４　　　　　　　　　（５
）１）７　　（Ｘｙ、！Ｖｙ、Ｚ７　）を通る平面３１
Ｃの平面方程式は ＣＩ　Ｘ＋Ｃ２Ｙ＋Ｃ３Ｚ＝ＣＩ　Ｘｙ　＋Ｃ２ｙｙ十
Ｃ３Ｚｙ−Ｃ＜　　　　　　　　　　ｅ）となる。

被検出体３１は相隣る平面が直角な六面体であるから、
上記の３平而３１ａ、３１ｂ及び３１Ｃは互いに直交し
、それらの交点（第４図に３８で示す）が被検出体３１
の原点であり、この原点の位置は次の３元連立方程式の
解ｘ、ｙ、ｚとなる。

ω式〜（９）式中のａ＋　”−ａ＜　、ｔ）＋　〜ｂ４
及びＣＩ　〜ｃ４はｐｉ　　（ｘ、ｙ、ｚ）（ただし、
ｌ−１〜９）を知ることで求められるから、ｐｉ　　（
ｘ。

ｙ、ｚ）を検出し、これを演算手段３５へ供給すること
で検出器座標系（Ｘ、Ｖ、Ｚ）における被検出体３１の
原点位置を知ることができる。

ここで、非検出体３１上の位冒座標、ｘ、ｙ。

Ｚのうち、Ｘ＋　、Ｘ２１　Ｘ３．Ｖ４　、Ｖｓ＋　Ｖ
ｓ　。

Ｚｙ　、Ｚｓ　、ｚ９は検出器３４の検出出力データ（
変数）、ｙＩ、ｚｌ、ｙ２．ｚｌ、ｙ３．ｚ３゜ｘ４　
、Ｚ　４１　Ｘ　ｓ　＊　Ｚ　ｓ　＊　Ｘ　６　、Ｚ　
ｓ　＊　Ｘ　ｙ　。

！／７　、Ｘｓ　、Ｖ８　、Ｘ９及びｙ９は検出器３４
上の既知のデータ（定数）と同様な値である。かかる演
算をロボット３０の初期設定時と、再測定時とで行ない
、ｘ、ｙ、ｚの差分より位置ずれのデータδＸ、δｙ及
びδＺを演算手段３５で求めることができる。

また、一般に次式 ％式％ で表わされる第１の平面と、次式 ｅ　＋　Ｘ　十ｅ　２　Ｙ　＋　ｅ　３　Ｚ　＋　８４
　＝　０で表わされる第２の平面とがなす交差角度θは
一般に次式で表わされる。

ｃｏｓθ＝ｄｌ　　’　ｅ１＋ｄ２　　ａｅ２　＋ｄ３
　’　ｅ３／（ｄｌ＋ｄ２２＋ｄ３２）・（ｅ＋２＋８
２２＋８３２）　　　　　　　　　　　　（１０）そこ
で、被検出体面３１ａ〜３１ｃと前記検出器座標系（Ｘ
、Ｙ、Ｚ）（７）Ｘ＝Ｏ，Ｙ＝Ｏ，Ｚ＝０の平面との交
差角度を（１０）式に基づいて埠出することにより、検
出器座標系（Ｘ、Ｖ、Ｚ）における被検出体面３１ａ〜
３１ｃの交差角度を求めることができる。

また、被検出体３１の検出器３４に対向する表面３１ａ
が、第７図（Ａ）に示す如くＹ＝０面との間で交差する
交差角度β１は前記（１０）式にｄｌｘａｌ　、ｄ２　
＝ａ２　、ｄ３　＝ａｔ　、ｄ４＝ａ＜　。

ｅＩ＝ｅ３＝８＜　＝Ｏ，ｅ２＝１を代入することによ
り ｃｏｓβ＋　＝ａｚ　／ａ＋　２＋８２２＋８３２とし
て得られ、またＺ−Ｏ而との交差角度γ１はｅ＋　＝６
３　＝８４＝Ｏ，Ｃ３４＝１を（１０）式に代入して ＣＯ３Ｔ＋　＝ａ３／ａｔ　２＋８２２＋８３２として
得られる。

同様にして、被検出体３１の表面３１ｂが、第７図（Ｂ
）に示す如＜Ｘ＝Ｏ面となす交差角度αＩ及びＺ＝０而
となす交差角度γ２は次の（１３）式、（１４）式によ
り表わされ、また被検出体３１の表面３１Ｃが、第７図
（Ｃ）に示す如くＸ＝０面となす交差角度α２及びＹ＝
Ｏ面となす交差角度β２は次の（１５）式、（１６）式
により表わされる。

ＣＯＳ　　α＋　　＝ｂ＋　　／（ｂ＋　　２　＋ｂｚ
　　２　＋Ｊ　　２　）　　　　（ｔ３）ＣＯ３７２＝
ｂ３　／（ｂ＋　２＋ｌ）２２＋ｂ３２）　　（１４）
ＣＯＳα２　＝ＣＩ　／（ｃ＋　２＋ｃ２２＋（３２）
　　（１５）ｃｏｓβ２　＝Ｃ２／（Ｃ１２÷Ｃ２２＋
Ｃａ　２）　　（１６）ただし、（１１）式〜（１６）
式中、ＣＯＳα１＝ｃＯ３（α２＋（π／２））、ｃｏ
ｓβ、　＝Ｃ０Ｓ　　（β２＋（π／２））、ｃｏｓγ
Ｈ＝ｃｏｓ　　（γ２＋（π／２））である。

以上の各データによりロボット３０の位置データを求め
本来の位置データとのずれを示ず［１ボツトデータの測
定ができ、またマスターロボットに対する各［１ポツト
の相対位置関係を知ることができる。

（実施例） 第５図は本発明の一実施例の構成図を示す。同図中、第
１図と同一構成部分には同一符号を付しである。第５図
にＪｊいて、ロボット３０の腕部４０の先端には軸４１
を介して立方体形状の被検出体４２が固定されている。

軸４１は腕部４０に対して着脱自在に構成されており、
ロボットデータ測定時のみ図示の如く成句けられる。

また、４３．４４及び４５は夫々検出器で前記検出器３
４に相当する。また、４６は前記演算手段３５に相当す
る計算機である。検出器４３゜４４及び４５は夫々同一
構成で、第６図に示す如り、°その表面に３つの超音波
変位センサ５０１゜５０２及び５０３が配設されている
。

また検出器４３の一側面には、前記多孔部３２の任意の
孔に嵌合する大ぎさの径とピッチを有する突起部５１１
及び５１２が設けられている（検出器４４．４５も同様
）。なお、第６図では見えないが、検出器４３　（４４
，４５）の背面（超音波センサ５０１〜５０ｚが設けら
れた面と反対側の面）にも多孔部３２中の孔と嵌合する
ための突起部が設けられている。

このように検出器４３〜４５はモジュール型とされ、超
音波変位センサ５０１〜５０３が被検出体面４２ａに対
向するように、位置決め板３３上の多孔部３２の中の任
意の孔に突起部５１１゜５１２が嵌合されることにより
、組み合わせて固定される、 第５図に示す実施例の場合は、検出器４３〜４５が交差
した線分をＸＹＺ＄標系とし、交点を原点とするＸＹ２
座標において、検出器４３はＸ−ｏ、検出器４４　ｉ、
ｔ　Ｙ　＝　Ｏ、検出Ｓ４５はＺ＝０の座標上に配置さ
れている。

かかる構成により、第２図乃至第４図と共に説明した原
理により、計算機４６にて被検出体４２の位置座標が演
算算出される。

また、前記した６つの交差角度α１．α２゜β１．Ｃ２
，γ１及びγ２に基づいて本来の交差角度との間の差分
をとることにより、回転成分の位置ずれデータδα、δ
β、δγを求めることができる。

本実施例によれば、モジュール型の検出器４３〜４５及
び位置決め板３３を用いることにより、高価なテレビカ
メラを用いてオンライン上でロボットデータを測定する
装置に比し安価に構成することができ、またダイヤルゲ
ージを用いた従来装置に比べ高精度に、かつ、効率良く
ロボットデータを測定することができる。

第８図は本発明の他の実施例の構成図を示す。

同図中、第６図と同一構成部分には同一符号を付しであ
る。本実施例は検出器４３〜４５の超音波変位センサ面
を上側にして一列に位置決め板３３上、配列した点に特
徴がある。

本実施例によれば、被検出体４２を検出器４３〜４５上
を通過するように移動させることにより、移動の直線性
や直交座標系の動作粘度を測定することができる。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明によれば、安価な構成でロボットの
本来の位置座標に対する位置ずれ損を示すロボットデー
タを高精度に、かつ、効率良く測定することができ、こ
れにより、予めロボットの初期データとして各ロボット
の被検出体の原点位置データを記録しておくことにより
、腕部交換による位置ずれが発生したとぎゃ、新規ロボ
ットデータを作成するときに現在稼動中のロポッ１−を
停止させることなく作成ができ、ロボットラインを非常
に効率良く運用することができ、更に種々のロボットに
適用することができるので汎用性に富む等の特長を有す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成図、 第２図は検出器によるＸＹＺ座標系説明図、第３図は被
検出体上の座標ベクトル、 第４図は被検出体の位置が標データ生成説明図、第５図
は本発明の一実施例の構成図、 第６図は第５図の要部拡大斜視図、 第７図は交差角度の測定説明図、 第８図は本発明の他の実施例の構成図、第９図は従来装
置の一例の構成図、 第１０図は従来装置の他の例の構成図である。 図において、 ３０はロボット、 ３１．４２は被検出体、 ３２は多孔部、 ３３は位置決め板、 ３４．４３〜４５は検出器、 ３５は演埠手段 を示す。 特許出願人　富　士　通　株式会社 本発明の原理構成図 第１図 斗剣ｌヒざ引に５ろＸＹＺ、日釜才寮系名１デ、Ｅ月’
７第２図 涯針幹土Ａトヱの座標ベクトル 第３　図 奈杷朝の一笑胞イ列の講應図 第５　図 第５図の季節の拉メ岸セ毘図 第　６７ ＠８図 従木袋！の一イ列の構へ図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ロボット（３０）の可動部と共に移動するように設けら
   れた六面体形状の被検出体（３１）と、規則的に配列さ
   れた多数の孔からなる多孔部（３２）が形成されており
   、ロボット（３０）に対して予め定められた相対位置に
   固定される位置決め板（３３）と、 該多孔部（３２）の任意の孔に固定されて前記被検出体
   （３１）の一面に離間対向せしめられ、該被検出体（３
   １）の一面との相対位置座標を検出する検出器（３４）
   と、 該検出器（３４）の出力検出信号に基づいて前記被検出
   体（３１）の位置座標と入力データによる本来の位置座
   標とのずれに関するロボットデータを算出する演算手段
   （３５）と、 よりなることを特徴とするロボットデータの測定装置。