JPH0777476A - 力センサの検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 力センサの検査方法に関し製造現場において
簡単でかつ高精度に検出性能を検査できるようにする。 【構成】 力センサ５を介して作業工具７を取り付けた
本体部１と、力センサの検出信号を入力して位置と力の
制御を実行するために必要な演算を行うと共に制御指令
を生成する制御手段８とを含み、制御手段の制御に基づ
き本体部に任意の姿勢をとらせ、作業工具を任意の位置
に移動させる多自由度作業機械に適用される検査方法で
あって、作業工具７は工具ホルダ12によって力センサ５
に取り付けられかつこの工具ホルダ12は吊り下げ位置が
知られた荷重載荷バー13を有し、また質量が知られた重
錘14を用意し、重錘を荷重載荷バーで吊り下げ状態で力
センサを利用して力ＦとモーメントＭを検出し、前記吊
り下げ位置と前記質量の各データを用いて検出されるべ
き力Ｆ′とモーメントＭ′を算出し、検出した前記力お
よびモーメントと算出した前記力およびモーメントを比
較してその誤差に基づき力センサの検出性能を判定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は力センサの検査方法に関
し、特に、各種姿勢にてバリ取り、ワークの曲面研磨、
曲面の倣い動作などを行う多自由度作業機械に適用され
る位置と力の制御装置において、作業工具に加わる力を
検出する手段として設けられた力センサの検出性能を診
断するための検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】バリ取り等の力を伴う作業を行う多自由
度作業機械（以下ロボットという）では、ロボットアー
ムの先部に形成した手首部に力センサを設け、さらにこ
の力センサを介して作業工具を取り付けている。力を伴
う作業を行うロボットの動作の制御には、位置と力に関
する制御指令を生成する制御装置が使用される。この位
置と力の制御装置では、前記力センサから作業工具に加
わる力に関する情報を得て、位置に関する検出データと
共に力に関する情報を用いて制御方程式に基づいて位
置、姿勢、力に関する制御指令を作成する。従って、力
に関する制御を正確に実行するためには、力に関する情
報を生成する力センサの検出性能すなわちセンサ精度を
高い状態に保持することが要求される。

【０００３】上記のごとく力制御に基づいて動作するロ
ボットでは、メンテナンス上、力センサの検出性能を確
認することが必要であり、従来ではその確認方法として
３つの方法が存在した。第１の方法は、製造現場におい
て人間の手で作業工具に荷重を加えて力センサによる力
およびモーメントの検出値を求め、検出性能を確認する
方法であり、第２の方法は、予め質量が分かっている重
りを作業工具の任意の位置につるして力センサによる検
出値を求めて力センサの検出性能を確認する方法であ
り、第３の方法は、センサメーカに検査を依頼し、力セ
ンサの検出性能を高精度に調べる方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来の各方法は
次のような問題を有する。第１の方法によれば、検査を
行う人間すなわち作業者の手で荷重を作用させるので、
作業者の感覚による主観的な判断となり、検査の精度と
しては不十分である。第２の方法によれば、重りが取り
付けられた箇所と力センサにおける荷重検出基準点との
間の距離を正確に管理することができないので、モーメ
ントに関する検査が精度的に不十分である。モーメント
に関しては、第１の方法と同様に人間の感覚で判定する
ことになる。第３の方法によれば、力センサの各軸方向
の力とモーメントの検出性能に関して高い精度の情報を
得ることができるが、検出性能を確認するために時間や
費用を必要とし、実際上問題である。

【０００５】本発明の目的は、製造現場において簡単で
かつ高精度に検出性能を検査することができる力センサ
の検査方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る力センサの
検査方法は、力センサを介して作業工具を取り付けた本
体部と、力センサの検出信号を入力して位置と力の制御
を実行するために必要な演算を行うと共に制御指令を生
成する制御手段とを含み、制御手段の制御に基づき本体
部に任意の姿勢をとらせ、作業工具を任意の位置に移動
させる多自由度作業機械に適用される検査方法であっ
て、作業工具は工具ホルダによって力センサに取り付け
られかつこの工具ホルダは吊り下げ位置が知られた荷重
載荷バーを有し、また質量が知られた重錘を用意し、重
錘を荷重載荷バーで吊り下げ状態で力センサを利用して
力とモーメントを検出し、前記吊り下げ位置と前記質量
の各データを用いて検出されるべき力とモーメントを算
出し、検出した前記力およびモーメントと算出した前記
力およびモーメントを比較してその誤差に基づき力セン
サの検出性能を判定するものである。

【０００７】前記の方法において、好ましくは、前記誤
差を、作業者が使用する教示操作器の表示画面に表示す
るようにした。

【０００８】前記の方法において、好ましくは、重錘は
フックを備え、このフックが荷重載荷バーに形成された
Ｖ溝に係止することにより重錘が荷重載荷バーに吊り下
げられることを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明では、ロボット本体に設けられた力セン
サに関し、工具ホルダに吊り下げ位置が知られた荷重載
荷バーを設け、この荷重載荷バーに吊り下げられる質量
の知られた重錘を用意し、荷重載荷バーに重錘を吊り下
げた状態で、力センサを利用して力とモーメントを検出
すると共に、既知の吊り下げ位置および質量の各データ
を用いて本来力センサが正常であるときに検出されるべ
き力とモーメントを計算で求め、検出された力およびモ
ーメントと算出された力およびモーメントを比較するこ
とにより、ロボット本体に備えられた力センサの性能を
検査しその検出性能を判定するものである。

【００１０】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。

【００１１】図１は、力センサが適用される力制御ロボ
ットの全体的な構成を示す。図１で１はロボット本体で
あり、複数の関節部を有するアーム２が基台３に取り付
けられる。各関節部にはモータ等の駆動装置が配設さ
れ、各関節部は所定方向に可動する機能を有する。アー
ム２の各関節部の可動機能により、アーム全体の姿勢は
作業上必要な姿勢に変化し、アーム２の先部は作業上必
要とされる位置に移動する。ロボット本体１は少なくと
も２つ以上の各種の姿勢をとる。アーム２の先端のリス
ト部４には６軸の力センサ５が取り付けられる。力セン
サ５の先には、作業時にワーク６に対し研削作業等を行
う研削工具７が取り付けられる。研削工具７はその回転
駆動軸に砥石７ａを有する。８はコントローラであり、
コントローラ８は例えばコンピュータで構成される。コ
ントローラ８は、位置と力の制御のための予め設定され
た演算式等を計算する制御プログラムをその記憶装置に
備えており、当該制御プログラムと与えられた作業条件
に関するパラメータと教示内容とを用いて、ロボット本
体１の動作を制御するものである。またコントローラ８
は、後述するように力センサ５の性能を検査するための
手段を備えている。

【００１２】コントローラ８は、信号ライン９で、ロボ
ット本体１に対してその動作を制御するための指令を与
える。またコントローラ８には、力センサ５で検出され
た力およびモーメントに関する信号、すなわち力信号１
０が与えられる。１１は、コントローラ８に対し、実行
すべき作業に関する諸条件を付与し、その記憶装置にセ
ットするための教示用操作器である。操作器１１は、テ
ンキーおよび各種の指令を与えるための操作スイッチ
と、表示装置１１ａとを有する。この操作器１１を操作
することによって、例えば、研削動作の教示、研削作業
条件の設定等の教示が行われる。

【００１３】上記の研削工具７は、工具ホルダ１２によ
って力センサ５に取り付けられる。工具ホルダ１２は、
力センサ５に直接に取り付けられている。

【００１４】図１および図２から明らかなように、工具
ホルダ１２の側面には側方に伸びる荷重載荷バー１３が
設けられる。荷重載荷バー１３の先部には、図２および
先部Ｂを拡大した図３に示すように、Ｖ溝１３ａが形成
される。点ＰはＶ溝１３ａの底点である。この点Ｐの位
置は、力センサ５における荷重検出基準点Ｏを基準にし
て予め分かっている。すなわち、図２に示す通り、荷重
検出基準点Ｏを通る軸線Ａからの距離Ｌ１の値が最初か
ら与えられている。距離Ｌ１に関するデータはコントロ
ーラ８内にセットされる。

【００１５】また図１において、ロボット本体１の動作
し得る範囲内に、質量が予め分かっている重錘１４が置
かれている。重錘１４の質量に関するデータはコントロ
ーラ８内にセットされる。この重錘１４の上面にはフッ
ク１４ａが設けられる。図４に重錘１４を拡大して示
す。フック１４ａを拡大して示した図５おけるＣ−Ｃ線
断面図を図６に示す。図６で明らかなように、フック１
４ａの断面形状は楔形状になっている。

【００１６】前述の荷重載荷バー１３は、後述するよう
に、重錘１４のフック１４ａに引っ掛けて重錘１４を吊
り下げる働きを有する。このとき、荷重載荷バー１３の
Ｖ溝１３ａの箇所にフック１４ａが係止し、フック１４
ａの楔形状の先端部が、Ｖ溝１３ａの底点Ｐに接触す
る。

【００１７】本発明による力センサの検査方法は、前述
の工具ホルダ１２に設けた荷重載荷バー１３と重錘１４
を利用することによって、次のように行われる。

【００１８】図７を参照して力センサ５の検査方法を説
明する。図７の（Ａ），（Ｂ）は、力センサ５の検査で
ロボット本体１がとり得る２つの動作状態を示す。力セ
ンサ５の性能の自動検査のためのプログラムはコントロ
ーラ８内の記憶装置に格納される。また外部指令によっ
て逐次に検査動作をとらせることも可能である。検査の
ための動作の開始前には、そのときの状態を無負荷であ
ると決定する処理が行われる。次に、まず図７（Ａ）で
は、ロボット本体１が動作してその姿勢および先部の位
置を変化させ、荷重載荷バー１３を重錘１４のフック１
４ａに係止させる。この状態で、荷重載荷バー１３のＶ
溝１３ａにフック１４ａが嵌まり込み、前述の通り、楔
形状の先端部がＶ溝１３ａの底点Ｐに接触する。そし
て、荷重載荷バー１３が上昇するようにロボット本体１
が動作すると、図７（Ｂ）に示すように、重錘１４が荷
重載荷バー１３に吊り下がった状態になる。

【００１９】図７（Ｂ）に示す状態では、重錘１４の重
量によって底点Ｐを通る力Ｆが発生する。力センサ５の
荷重検出基準点Ｏでは、力Ｆによってその回りにＦ×Ｌ
１のモーメントＭが発生する。６軸力センサ５によれ
ば、上記の力ＦとモーメントＭを検出することができ
る。検出された力Ｆに関する信号およびモーメントＭに
関する信号はコントローラ８に与えられ、コントローラ
８は力Ｆに関する信号およびモーメントＭに関する信号
に基づいて力ＦおよびモーメントＭのデータを取り出
す。

【００２０】一方、コントーラ８では、重錘１４の質量
のデータと、荷重載荷バー１３における底点Ｐと軸線Ａ
との距離Ｌ１のデータが予めセットされているので、重
錘１４を荷重載荷バー１３で引っ掛けて持ち上げたとき
に、力センサ５が正常である場合に当該力センサ５に当
然に作用すべき力Ｆ′とモーメントＭ′を所定の演算式
に基づいて計算して求めることができる。

【００２１】そこで、コントローラ８の内部に比較手段
を設け、この比較手段によって、力センサ５により検出
されたＦと計算で求められたＦ′を比較し、また力セン
サ５によって検出されたＭと計算で求められたＭ′を比
較する。この比較において得られたそれぞれの誤差がコ
ントローラ８から操作器１１に送られ、その表示装置１
１ａの画面に表示される。その誤差が許容範囲内の値で
あれば、力センサ５の検出性能は正常であると判断でき
る。またこの誤差の値を管理することによって力センサ
５の精度を常に確認することができる。

【００２２】前記の実施例では、荷重載荷バー１３で重
錘１４を吊り下げるようにしたが、コントローラ８によ
る制御上ロボット本体１の姿勢を正確に知ることができ
るので、重錘１４を吊り下げるロボット本体１の姿勢を
変化させることにより、力センサ５に作用する荷重ベク
トルの方向を正確に検出することができる。従って、荷
重載荷バー１３のＶ溝１３ａとフック１４ａの楔形状部
分との点Ｐにおける接触状態が保持される範囲内で、ロ
ボット本体１の姿勢を任意に設定し、前述した検査方法
と同様な方法で力センサ５の性能を検査することができ
る。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、力制御ロボットの力センサの検出性能の良否に関
して、製造現場において、作業者自身が簡単に、短時間
に、かつ高い精度で検査することができ、さらには力セ
ンサの故障を判定することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】力センサが用いられた力制御ロボットの一例を
示す構成図である。

【図２】力制御ロボットの先部の構造を示す正面図であ
る。

【図３】荷重載荷バーの先部を拡大して示した側面図で
ある。

【図４】重錘を拡大して示した図である。

【図５】フックの拡大側面図である。

【図６】図５におけるＣ−Ｃ線断面図である。

【図７】力センサの検査方法を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１ ロボット本体 ２ アーム ５ 力センサ ６ ワーク ７ 研削工具 ８ コントローラ １１ 教示用操作器 １３ 荷重載荷バー １４ 重錘

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 力センサを介して作業工具を取り付けた
   本体部と、前記力センサの検出信号を入力して位置と力
   の制御を実行するために必要な演算を行うと共に制御指
   令を生成する制御手段とを含み、前記制御手段の制御に
   基づき前記本体部に任意の姿勢をとらせ、前記作業工具
   を任意の位置に移動させる多自由度作業機械に適用され
   る前記力センサの検査方法であり、 前記作業工具は工具ホルダによって前記力センサに取り
   付けられかつこの工具ホルダは吊り下げ位置が知られた
   荷重載荷バーを有し、さらに質量が知られた重錘を用意
   し、 前記重錘を前記荷重載荷バーで吊り下げ状態で前記力セ
   ンサを利用して力とモーメントを検出し、前記吊り下げ
   位置と前記質量のデータを用いて検出されるべき力とモ
   ーメントを算出し、検出した前記力およびモーメントと
   算出した前記力およびモーメントを比較してその誤差に
   基づき前記力センサの検出性能を判定するようにしたこ
   とを特徴とする力センサの検査方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の力センサの検査方法にお
   いて、前記誤差を、作業者が使用する教示操作器の表示
   画面に表示するようにしたことを特徴とする力センサの
   検査方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の力センサの検査方法にお
   いて、前記重錘はフックを備え、このフックが前記荷重
   載荷バーに形成されたＶ溝に係止することにより前記重
   錘が前記荷重載荷バーに吊り下げられることを特徴とす
   る力センサの検査方法。