(57)【要約】【課題】人手を要せずにロボットが自動的にキャリブレーションできる冶具を提供するとともに自動化に適したキャリブレーション方法を提供することを目的とする。【解決手段】ロボットアーム１先端に取り付けたキャリブレーションツール２と、キャリブレーション位置に載置されたキャリブレーション冶具３からなるロボットのキャリブレーションシステムにおいて、前記キャリブレーションツール２先端の形状と、前記キャリブレーション冶具３のキャリブレーション位置の形状が合致する形状にしたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアーム先端に取り付けたキャリブレーションツールと、キャリブレーション位置に載置されたキャリブレーション冶具からなるロボットのキャリブレーションシステムにおいて、
前記キャリブレーションツール先端の形状と、キャリブレーション位置の前記キャリブレーション冶具の凹部形状が合致する形状であることを特徴とするキャリブレーションシステム。
【請求項２】
前記キャリブレーションツールは力センサを内蔵したことを特徴とする請求項１記載のキャリブレーションシステム。
【請求項３】
前記キャリブレーションツールの先端は１面に斜面を形成したことを特徴とする請求項１記載のキャリブレーションシステム。
【請求項４】
前記キャリブレーション冶具はキャリブレーション位置に対して少なくとも１つの前記凹形経路を形成されたことを特徴とする請求項１記載のキャリブレーションシステム。
【請求項５】
前記キャリブレーション冶具は立体構造から形成され、少なくとも１つの凹形経路が形成されたことを特徴とする請求項１記載のキャリブレーションシステム。
【請求項６】
ロボットアーム先端に取り付けたキャリブレーションツールと、キャリブレーション位置に載置されたキャリブレーション冶具からなるロボットのキャリブレーション方法において、
キャリブレーションツールの制御点をロボットコントローラの制御点として登録する工程と、ロボットの動作範囲内にキャリブレーション治具を固定する工程と、ロボットのコンプライアンス機構を有効にし、キャリブレーション治具の凹形経路に一致するようにロボットを移動させる工程と、キャリブレーション治具とキャリブレーションツールの接触によって生じる外力に従ってキャリブレーションツールは、凹形経路のキャリブレーション位置に合致する位置へ移動する工程と、合致した位置をキャリブレーション用動作プログラムへ登録する工程とからなることを特徴とするロボットのキャリブレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用ロボットのキャリブレーションシステムおよびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の産業用ロボットのキャリブレーション方法には、２つが提案されている。第１には、ロボットハンド先端の位置補正を実施するための装置として、カメラ、光源部と照射部、及びコンピュータを有しているものである（例えば、特許文献１参照）。従来のキャリブレーションシステムについて図４を用いて説明する。ロボットアーム１０１、ロボットハンド１０２などを有するロボット１００と、その動きを制御するロボットコントローラ１１０及びティーチングペンダント１２０から構成される。これに加え、ロボットハンド１０２先端の位置補正を実施するための装置として、カメラ１０、照明のための光源部と照射部、及びコンピュータを有している。
また、第２には、ロボット自体に設けられた基準面またはロボットとの関係が既知の基準面に取り付け、前記キャリブレーションシステムの先端部とロボット手首先端部を機械的に結合させ、前記キャリブレーションシステムの変位検出装置から得られる位置データ・姿勢データからロボットの位置データ・姿勢データを逆算し、ロボットのキャリブレーションを行うものである（例えば、特許文献２参照）。従来のキャリブレーションについて図５を用いて説明する。ロボット２００にはその手首フランジ面２０１ｆに冶具２０２が取り付けられている。ＣＡ装置２０３は、任意の位置に手動によって多自由度に動作させることができるマニピュレータ形式のもので、各軸には、回転位置を検出する回転検出器が取り付けられており、インターフェース制御盤２０５に接続されている。その自由度は、位置を決定する３自由度（３軸）、姿勢を決定する３自由度（３軸）の計６自由度（６軸）を有することが望ましいが、その具体的構成は問わない。ＣＡ装置２０３の先端部のＣＡ装置フランジ面２０３ｆには冶具２０４が取り付けられている。ロボットの制御点ＰとＣＡ装置の先端点Ｐとは同一地点で一致し、その姿勢も一致するようになっている。
【特許文献１】特開２００１−２４６５８２号公報（第４頁、図１）
【特許文献２】特開平５−２６１６８２号公報（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の産業用ロボットのキャリブレーションは、ロボットハンドにカメラや照明器具を取り付けるため、先端イナーシャが大きくなり、操作速度が低くなり、操作性が低下するという問題があった。
また、精細な画像を得るためには、高価なカメラや照明器具を取り付ける必要があるために、コスト高となるという問題が生じていた。
また、操作者がロボットアームを目標位置に位置決めしているために、必ず人手によりキャリブレーションをする必要があり、作業が複雑な場合、作業時間がかかり、コスト高になるという問題も生じていた。
また、人手によって目視しながら行う必要があるため、制御点を正確に一点に合せるには熟練を要し、作業者の負担も大きく、作業者によって精度のバラツキが生じるという問題も生じていた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、人手を要せずにロボットが自動的にキャリブレーションできる冶具を提供するとともに自動化に適したキャリブレーション方法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】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、ロボットアーム先端に取り付けたキャリブレーションツールと、キャリブレーション位置に載置されたキャリブレーション冶具からなるロボットのキャリブレーションシステムにおいて、前記キャリブレーションツール先端の形状と、キャリブレーション位置の前記キャリブレーション冶具の凹部形状が合致する形状であるものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記キャリブレーションツールが力センサを内包したものである。
また、請求項３記載の発明は、前記キャリブレーションツールの先端が１面に斜面を形成したものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記キャリブレーション冶具がキャリブレーション位置に対して少なくとも１つの前記凹形経路を形成されたものである。
また、請求項５に記載の発明は、前記キャリブレーション冶具は立体構造から形成され、少なくとも１つの凹形経路が形成されたものである。
また、請求項６に記載の発明は、ロボットアーム先端に取り付けたキャリブレーションツールと、キャリブレーション位置に載置されたキャリブレーション冶具からなるロボットのキャリブレーション方法において、キャリブレーションツールの制御点をロボットコントローラの制御点として登録する工程と、ロボットの動作範囲内にキャリブレーション治具を固定する工程と、ロボットのコンプライアンス機構を有効にし、キャリブレーション治具の凹形経路に一致するようにロボットを移動させる工程と、キャリブレーション治具とキャリブレーションツールの接触によって生じる外力に従ってキャリブレーションツールは、凹形経路のキャリブレーション位置に合致する位置へ移動する工程と、合致した位置をキャリブレーション用動作プログラムへ登録する工程とからなるものである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１および３から５に記載の発明によると、キャリブレーション治具とキャリブレーションツールの接触によって生じる外力に従ってキャリブレーションツールが、凹形経路のキャリブレーション位置に合致する位置へ移動する構造であるので、人手による操作もないので操作性も良く、高価なセンサを必要とすることもないので安価な装置を提供できる。
請求項２および６に記載の発明によると、ロボットにキャリブレーション位置を指定して自動的にキャリブレーション作業をすることができ、作業者による精度のばらつきが生じることなく、正確なキャリブレーションを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明のキャリブレーション冶具およびロボットアームの斜視図である。図において、１はロボットアーム、２はキャリブレーションツール、３はキャリブレーション冶具、４は力センサである。ロボットアーム１の先端にはキャリブレーションツール２が取り付けられており、キャリブレーションツール２は、キャリブレーション冶具３に形成された凹形経路３ａに沿ってキャリブレーション位置へ図示しないロボット制御装置によって移動するようにプログラムされている。また、キャリブレーションツール２には３軸の力センサ４が取り付けられており、キャリブレーションツール２が、キャリブレーション冶具３に形成された凹形経路３ａに沿ってキャリブレーション位置へ移動する際には、力センサからの力フィードバックを用いてコンプライアンス制御しながら移動する。また、キャリブレーションツール２の先端形状と凹形経路３ａのキャリブレーション部の形状は、ともに合致する形状で形成されている。
本発明が特許文献１と異なる部分は、先端形状が合致するキャリブレーションツールとキャリブレーション冶具の凹形経路を具備した部分である。また、本発明が特許文献１と異なる部分は、自動的にキャリブレーションを行うようにした部分である。
キャリブレーションツールと、キャリブレーション冶具の形状について図２を用いて説明する。キャリブレーションツール２の先端は、一面に斜面２ａを有する形状をしており、これと合致するように、凹形経路３ａも一面に斜面３ｂを有する形状を形成している。このようにすることにより、キャリブレーションツール２とキャリブレーション冶具３は、キャリブレーション部にキャリブレーションできる構成となっている。
ここでは、キャリブレーションツールとキャリブレーション冶具の合致する形状に斜辺を有する形状を用いたが、円錐形状、方形状、球形状等でも良く、キャリブレーションツールとキャリブレーション冶具のキャリブレーション位置で合致する形状であれば良い。
次にキャリブレーション方法について説明する。はじめに、キャリブレーションツールの制御点を図示しないロボットコントローラの制御点として登録する。
次に、ロボットの動作範囲内にキャリブレーション治具３を固定する。
次に、ロボットのコンプライアンス機構を有効にし、キャリブレーション治具の凹形経路に一致するようにロボットを移動させる。
次に、コンプライアンス機構が働き、キャリブレーション治具とキャリブレーションツールの接触によって生じる外力に従ってキャリブレーションツール２は、凹形経路３ａのキャリブレーション位置に合致する位置へ移動する。
次に、合致した位置をキャリブレーション用動作プログラムへ登録する。
本実施例では、キャリブレーションを行う手順について上記手順を用いたが、作業環境や、動作範囲によっては手順が入れ替わることもある。
このように、キャリブレーションツールの先端形状と凹形経路のキャリブレーション部の形状は、ともに合致する形状で形成し、キャリブレーションツールに取り付けた３軸の力センサからの力フィードバックを用いてコンプライアンス制御しながら移動することで、ロボットは、キャリブレーション位置へ自動的に移動することができる。
【実施例２】
【０００８】
図３は本発明の第２実施例を示すキャリブレーション冶具の詳細図である。キャリブレーション冶具３は、立方体の凹形経路３ａを各面に設けられた構造である。本発明が実施例１と異なる部分は、キャリブレーション冶具の各面に凹形経路を設け、平面的にキャリブレーションツールが移動するのではなく、３次元にロボットアームが動作し、キャリブレーションツールとキャリブレーション冶具が合致する部分である。キャリブレーション方法については、第１実施例と同様であるので説明を省略する。
このように３次元にロボットアームを動作させ、キャリブレーションを行うことで、複雑なロボットの移動経路にも対応できる。
【産業上の利用可能性】
【０００９】
産業用ロボットのみならず、キャリブレーションを要するものであれば、工作機械や芯出し機械等にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施例を示すキャリブレーションシステムの斜視図
【図２】本発明の第１実施例におけるキャリブレーションツールとキャリブレーション冶具の先端の斜視図
【図３】本発明の第２実施例におけるキャリブレーション冶具の斜視図
【図４】従来のキャリブレーションシステムの外観図
【図５】従来の位置検出装置を備えたキャリブレーションシステムの側断面図
【符号の説明】
【００１１】
１  ロボットアーム
２  キャリブレーションツール
２ａ  斜面
３  キャリブレーション冶具
３ａ  凹形経路
３ｂ  斜面
４  力センサ
１０  カメラ
１００  ロボット
１０１  ロボットアーム
１０２  ロボットハンド
１１０  ロボットコントローラ
１２０  ティーチングペンダント
２００  ロボット
２０１ｆ  手首フランジ面
２０２  冶具
２０３  ＣＡ装置
２０３ｆ  ＣＡ装置フランジ面
２０４  冶具
２０５  インターフェース制御盤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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