(57)【要約】【課題】ワークに対するロボットの位置及び姿勢を、作業者によるばらつきを小さくしながら速やかに調整できる位置姿勢調整方法を提供することを目的とする。【解決手段】位置姿勢調整方法は、仮ティーチング工程Ｓ１と、ワークに切頭円錐状のマーカを設置するマーカ設置工程Ｓ２と、３つのレーザ変位計の照射位置がマーカの先端面内に配置されるようにアーム先端部を移動させる初期移動工程Ｓ３と、３つのレーザ変位計の測定値が近しくなるようにアーム先端部を移動させる姿勢修正工程Ｓ４と、アーム先端部をＺ軸に沿ってマーカへ接近させる接近工程Ｓ５と、３つのレーザ変位計の測定値が近しくなるようにアーム先端部をＺ軸に対し垂直な面に沿って平行移動させることにより、アーム先端部の軸線とマーカ軸線とを一致させる軸合わせ工程Ｓ６と、アーム先端部をＺ軸に沿って移動させることによりアーム先端部の位置を調整する位置合わせ工程Ｓ７と、を備える。【選択図】図４
2018144193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットのアーム先端部に取り付けられた測定装置とワークに配置された切頭円錐状のマーカとを用いて、前記ワークに対する前記アーム先端部の位置及び姿勢を調整する位置姿勢調整方法であって、
前記測定装置は、それぞれ正三角形の頂点に配置されかつ当該正三角形を底面とする三角錐の頂点で交差するように各々の光軸が設定された３つのレーザ変位計を備え、
前記位置姿勢調整方法は、
前記ワークの所定位置及び所定姿勢を前記ロボットに教示する仮ティーチング工程と、
前記ワークの所定の位置に所定の姿勢で前記マーカを設置するマーカ設置工程と、
前記仮ティーチング工程の結果を利用して、前記３つのレーザ変位計の照射位置が前記マーカの先端面内に配置されるように前記アーム先端部を移動させる初期移動工程と、
前記３つのレーザ変位計の照射位置が前記先端面内に配置された状態を維持しながら前記３つのレーザ変位計の測定値が近しくなるように前記アーム先端部を移動させる姿勢修正工程と、
前記先端面を含む仮想平面における前記３つのレーザ変位計の照射位置を通過する仮想的な円の直径が前記先端面の直径よりも大きくなるように、前記アーム先端部を前記三角錐の軸線に沿って前記マーカへ接近させる接近工程と、
前記３つのレーザ変位計の測定値が近しくなるように前記アーム先端部を前記三角錐の軸線に対し垂直な面に沿って平行移動させることにより、当該三角錐の軸線と前記マーカの軸線とを一致させる軸合わせ工程と、
前記アーム先端部を前記三角錐の軸線に沿って移動させることにより前記アーム先端部の位置を調整する位置合わせ工程と、を備えることを特徴とする位置姿勢調整方法。
【請求項２】
前記初期移動工程は、
前記仮ティーチング工程の結果を利用して前記アーム先端部を所定の位置及び姿勢にする仮教示動作実行工程と、
前記３つのレーザ変位計の測定値が全て互いに近しい値になるように前記アーム先端部を移動させる先端面探索工程と、
前記３つのレーザ変位計の照射位置が前記先端面内に配置されるように前記アーム先端部を前記三角錐の軸線に沿って前記マーカから離間させる離間工程と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の位置姿勢調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置姿勢調整方法に関する。より詳しくは、ロボットのアーム先端部に設けられた測定装置とワークに配置されたマーカとを用いて、ワークに対するロボットの位置及び姿勢を調整する位置姿勢調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットのアーム先端部には、溶接ガン、電動ドライバ、及び測定子等の様々なツールが取り付けられる。これらツールを用いてワークに対して適切な作業を行う場合には、ワークのうちツールを用いて作業を行おうとする作業部位の位置及び姿勢（すなわち、ワークの作業部位の向き）をロボットの座標系で特定するとともに、特定した作業部位の位置及び姿勢に応じた適切な位置及び姿勢にアーム先端部を移動させる動作をロボットに教示する必要がある。また、このようなロボットのティーチングの作業は、コンピュータを用いたシミュレーションによって行う場合が多い。しかしながらシミュレーションには誤差があり、ロボットにも個体差があり、またワークにも製造ばらつきがあることから、作業者は、シミュレーションで設定したティーチング動作を、実際のロボットやワーク等に応じて微調整する必要がある。
【０００３】
特許文献１には、ロボットのアーム先端部をワークに対して位置決めする位置決めデバイスが示されている。この位置決めデバイスは、一点で交差する一対の光ビームを発生する一対の光源を備える。作業者は、このような位置決めデバイスをロボットのアーム先端部に取り付け、これら一対の光ビームのワークにおける照射状況を視認することによって、位置決めデバイスが取り付けられるアーム先端部とワークとの位置関係を微調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１０−５２４７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように特許文献１の位置決めデバイスによれば、作業者はワークにおける光ビームの照射パターンからアーム先端部とワークとの位置関係を割り出さねばならないため、作業に時間がかかったりまた作業者によってばらつきが生じたりするおそれがある。
【０００６】
本発明は、ワークに対するロボットの位置及び姿勢を、作業者によるばらつきを小さくしながら速やかに調整できる位置姿勢調整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】
【０００７】
（１）位置姿勢調整方法は、ロボット（例えば、後述の作業ロボット１）のアーム先端部（例えば、後述のアーム先端部１３）に取り付けられた測定装置（例えば、後述の距離測定器２）とワーク（例えば、後述のワークＷ）に配置された切頭円錐状のマーカ（例えば、後述のマーカ５）とを用いて、前記ワークに対する前記アーム先端部の位置及び姿勢を調整する方法であって、前記測定装置は、それぞれ正三角形の頂点に配置されかつ当該正三角形を底面とする三角錐の頂点で交差するように各々の光軸が設定された３つのレーザ変位計（例えば、後述の第１レーザ変位計２１、第２レーザ変位計２２、及び第３レーザ変位計２３）を備える。前記位置姿勢調整方法は、前記ワークの所定位置及び所定姿勢を前記ロボットに教示する仮ティーチング工程（例えば、後述の図４のＳ１の工程）と、前記ワークの所定の位置に所定の姿勢で前記マーカを設置するマーカ設置工程（例えば、後述の図４のＳ２の工程）と、前記仮ティーチング工程の結果を利用して、前記３つのレーザ変位計の照射位置が前記マーカの先端面（例えば、後述の先端面５２）内に配置されるように前記アーム先端部を移動させる初期移動工程（例えば、後述の図４のＳ３の工程）と、前記３つのレーザ変位計の照射位置が前記先端面内に配置された状態を維持しながら前記３つのレーザ変位計の測定値が近しくなるように前記アーム先端部を移動させる姿勢修正工程（例えば、後述の図４のＳ４の工程）と、前記先端面を含む仮想平面における前記３つのレーザ変位計の照射位置を通過する仮想的な円の直径が前記先端面の直径よりも大きくなるように、前記アーム先端部を前記三角錐の軸線に沿って前記マーカへ接近させる接近工程（例えば、後述の図４のＳ５の工程）と、前記３つのレーザ変位計の測定値が近しくなるように前記アーム先端部を前記三角錐の軸線に対し垂直な面に沿って平行移動させることにより、当該三角錐の軸線と前記マーカの軸線とを一致させる軸合わせ工程（例えば、後述の図４のＳ６の工程）と、前記アーム先端部を前記三角錐の軸線に沿って移動させることにより前記アーム先端部の位置を調整する位置合わせ工程（例えば、後述の図４のＳ７の工程）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
（２）この場合、前記初期移動工程は、前記仮ティーチング工程の結果を利用して前記アーム先端部を所定の位置及び姿勢にする仮教示動作実行工程（例えば、後述の図６のＳ３１の工程）と、前記３つのレーザ変位計の測定値が全て互いに近しい値になるように前記アーム先端部を移動させる先端面探索工程（例えば、後述の図６のＳ３２の工程）と、前記３つのレーザ変位計の照射位置が前記先端面内に配置されるように前記アーム先端部を前記三角錐の軸線に沿って前記マーカから離間させる離間工程（例えば、後述の図６のＳ３３の工程）と、を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
（１）本発明の位置姿勢調整方法は、仮教示工程と、マーカ設置工程と、初期移動工程と、姿勢修正工程と、接近工程と、軸合わせ工程と、位置合わせ工程と、を備える。初期移動工程では、仮教示工程の結果を利用することによって、３つのレーザ変位計の照射位置がマーカの先端面内に配置されるようにアーム先端部を移動させる。次に姿勢修正工程では、３つの照射位置がマーカの先端面内に配置された状態を維持しながらこれら３つレーザ変位計の測定値が近しくなるようにアーム先端部を移動させる。これにより、切頭円錐状のマーカの軸線と三角錐の軸線とが平行になる。次に接近工程では、レーザ変位計の照射位置を通過する仮想的な円の直径が先端面の直径より大きくなるまでアーム先端部を三角錐の軸線に沿ってマーカへ接近させる。これにより、三角錐の軸線がマーカの軸線と平行になった状態を維持しながら、アーム先端部をマーカに近づけることができる。次に軸合わせ工程では、３つのレーザ変位計の測定値が近しくなるようにアーム先端部を平行移動させることにより、三角錐の軸線とマーカの軸線とを一致させる。上述のように接近工程では、３つのレーザ変位計の照射位置によって形成される円の直径が先端面の直径より大きくなるまでアーム先端部を接近させていることから、３つのレーザ変位計の測定値を近しくすると、各レーザ変位計の照射位置はマーカの先端面の周囲のテーパ面に位置することとなり、また両軸が一致する。次に位置合わせ工程では、アーム先端部を三角錐の軸線に沿って移動させることにより、アーム先端部の位置を調節する。以上より、本発明の位置姿勢調整方法によれば、アーム先端部を、その形状が既知であるマーカから既知の距離だけ離れた位置でありかつマーカの軸線と同軸の姿勢に調整することができ、ひいてはワークに対するアーム先端部の位置及び姿勢を調整することができる。
【００１０】
なお、本発明では、測定装置として光源から照射位置までの距離を測定できる３つのレーザ変位計を用い、さらにマーカとして切頭円錐状のものを用いることにより、各レーザ変位計の照射位置をレーザ変位計の測定値を用いた簡易な演算によって算出することができるので、初期移動工程、姿勢修正工程、接近工程、軸合わせ工程、及び位置合わせ工程を実行するに際し、作業者はレーザ光の照射位置を視認する必要がない。このため本発明では、ほぼ全ての工程を自動化することが可能である。これにより本発明によれば、ワークに対するアーム先端部の位置及び姿勢を、作業者によるばらつきを小さくしながら速やかに調整できる。
【００１１】
（２）上述のように初期移動工程では、３つのレーザ変位計の照射位置が全てマーカの先端面内に配置されるようにアーム先端部を移動させる。この際、仮ティーチング工程で教示したワークの位置及び姿勢が適切な場合には、仮ティーチング工程の結果を利用してアーム先端部を移動させると３つのレーザ変位計の照射位置が全て先端面内に配置される場合があるが、仮ティーチング工程で教示したワークの位置及び姿勢が適切でない場合には、仮ティーチング工程の結果を利用してアーム先端部を移動させた後、アーム先端部をさらに移動させる必要がある。このような場合を考慮して本発明の初期移動工程では、仮教示動作実行工程後、先端面探索工程と、離間工程と、を行う。先端面探索工程では、３つのレーザ変位計の測定値が全て互いに近しい値になるようにアーム先端部を移動させる。これにより、アーム先端部をマーカの先端面の近傍に移動させることができる。次に離間工程では、３つのレーザ変位計の照射位置が全て先端面内に配置されるように、アーム先端部を三角錐の軸線に沿ってマーカから離間させる。このようにアーム先端部を三角錐の軸線に沿ってマーカから離間させると、３つの照射位置によって形成される三角形は小さくなるので、簡単な制御則の下でこれら３つの照射位置を全て先端面内に配置させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る位置姿勢調整方法が適用されたロボットシステムの構成を示す図である。
【図２】３つのレーザ変位計の光源及び光軸の位置関係を模式的に示す図である。
【図３】位置姿勢調整方法によって最終的に実現しようとするアーム先端部の位置及び姿勢の一例を示す図である。
【図４】アーム先端部の位置姿勢調整方法の具体的な手順を示すフローチャートである。
【図５Ａ】ワークに設置されたマーカの斜視図である。
【図５Ｂ】マーカの軸線に沿った断面図である。
【図６】初期移動工程の具体的な手順を示すフローチャートである。
【図７】仮ティーチング工程の結果を利用してロボットを制御した後におけるアーム先端部とワークとの相対位置関係を模式的に示す図である。
【図８】先端面探索工程の手順を説明するための図である。
【図９】離間工程の手順を説明するための図である。
【図１０Ａ】姿勢修正工程の手順を説明するための図である。
【図１０Ｂ】姿勢修正工程の手順を説明するための図である。
【図１１】接近工程の手順を説明するための図である。
【図１２】軸合わせ工程の手順を説明するための図である。
【図１３】位置合わせ工程の手順を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る位置姿勢調整方法が適用されたロボットシステムＳの構成を示す図である。ロボットシステムＳは、各種作業を行う作業ロボット１と、この作業ロボット１のアーム先端部１３に取り付けられた距離測定器２と、これら作業ロボット１及び距離測定器２を制御する制御装置３と、作業ロボット１の作業対象であるワークＷと、このワークＷの上に設置されたマーカ５と、を備える。
【００１４】
作業ロボット１は、複数の腕部を連結して構成される多関節アーム１１と、この多関節アーム１１の先端部に軸支されたアーム先端部１３と、を備え、制御装置３から送信される制御信号に基づいてこの多関節アーム１１を駆動することによって、アーム先端部１３の三次元空間内における位置及び姿勢を変更する。
【００１５】
作業ロボット１のアーム先端部１３には、距離測定器２の他、溶接ガン、ナットランナ、及び把持ツール等の様々なツールを取り付けることが可能となっている。すなわち、ロボットシステムＳでは、アーム先端部１３から距離測定器２を取り外し、その代わりに具体的な作業内容に応じたツールを取り付けることにより、このツールを用いた作業を行うことが可能となっている。
【００１６】
距離測定器２は、第１レーザ変位計２１と、第２レーザ変位計２２と、第３レーザ変位計２３と、を備える。各レーザ変位計２１〜２３は、対象物へ向けて光軸に沿ってレーザ光を照射する光源と、対象物から反射したレーザ光を受光する受光素子と、を備え、これら光源及び受光素子を用いることによって、光源から対象物におけるレーザ光の照射位置までのレーザ光の光軸に沿った距離を測定し、測定値に応じた信号を制御装置３へ送信する。なお以下では、各レーザ変位計２１，２２，２３の測定値をそれぞれＺＬ１，ＺＬ２，ＺＬ３と表記する。
【００１７】
図２は、３つのレーザ変位計の光源２１ａ，２２ａ，２３ａ及び光軸２１ｂ，２２ｂ，２３ｂの位置関係を模式的に示す図である。この図に示すように、３つのレーザ変位計２１〜２３の光源２１ａ〜２３ａは、それぞれ正三角形の頂点に配置される。また各レーザ変位計２１〜２３の受光素子は、各々の光源２１ａ〜２３ａの近傍に配置される。各光源２１ａ〜２３ａから延びる３つの光軸２１ｂ〜２３ｂは、光源２１ａ〜２３ａを頂点とした正三角形を底面とする三角錐の頂点Ｏで交差するように設定されている。
【００１８】
なお以下では、光源２１ａ〜２３ａを頂点とした正三角形の中心点を、距離測定器２の中心点Ｐａと定義する。また、この正三角形を底面とし３つの光軸２１ｂ〜２３ｂによって構成される三角錐の軸線（すなわち、上記中心点Ｐａと頂点Ｏとを通過する線）を、距離測定器２の軸線Ｌａと定義する。また以下では、中心点Ｐａから各光源２１ａ，２２ａ，２３ａまで延びるベクトルを、それぞれ各レーザ変位計の方位ベクトルＬ１Ｖ，Ｌ２Ｖ，Ｌ３Ｖと定義する。また以下では、この軸線ＬａをＺ軸とし、このＺ軸に対し垂直な平面をＸ−Ｙ平面とし、頂点Ｏを原点（０，０，０）とする座標系を、「ツール座標系」ともいう。またこのツール座標系では、Ｘ軸は方位ベクトルＬ１Ｖと平行であるとする。
【００１９】
制御装置３の記憶装置には、作業ロボット１によって実現させたいティーチング動作を規定したティーチングプログラムが記憶されている。制御装置３は、このティーチングプログラムに従って制御信号を生成し、これを作業ロボット１に入力し、このプログラムに応じたティーチング動作を実現させる。
【００２０】
ところでこのティーチングプログラムは、コンピュータシミュレーションを利用して作成することができる。しかしながら上述のようにシミュレーションの誤差、ロボットの個体差、及び設備の移設等による設置誤差等の理由により、作業者は、シミュレーションで設定したティーチング動作を実際の作業ロボット１やワークＷ等の状態に応じて微調整する必要がある。以下では、このようなコンピュータシミュレーションをベースとして規定されたティーチングプログラムによって実現されるアーム先端部１３の位置及び姿勢と、ティーチング動作によって最終的に実現しようとするアーム先端部１３の位置及び姿勢とのずれを調整する位置姿勢調整方法の手順について説明する。
【００２１】
図３は、本実施形態の位置姿勢調整方法によって最終的に実現しようとするアーム先端部１３の位置及び姿勢の一例を示す図である。なお以下では、ワークＷとして、平板状でありかつ所定の位置に孔部Ｗ１が形成されているものを用いる場合について説明するが、本発明はこれに限らない。本実施形態では、この孔部Ｗ１を目印として利用し、この孔部Ｗ１の中心に作業部位点Ｐｗを定義し、さらにこの作業部位点Ｐｗを通過するワークＷの法線Ｌｗに沿って所定の作業距離だけ離れた位置に目標位置Ｐｔを定義する。以下では、アーム先端部１３を、距離測定器２の中心点Ｐａと上記目標位置Ｐｔとが一致するような位置に移動させ、かつ距離測定器２の軸線Ｌａと上記法線Ｌｗとが同軸になるような姿勢にするティーチング動作を例に説明する。
【００２２】
図４は、位置姿勢調整方法の具体的な手順を示すフローチャートである。
始めに仮ティーチング工程Ｓ１では、作業者は、図３を参照して説明したワークＷの作業部位点Ｐｗの位置とこの作業部位点の姿勢（すなわち、法線Ｌｗの向き）を、シミュレーションを行うことによって算出し、これをロボットに教示する。これ以降の工程では、この仮ティーチング工程Ｓ１の結果を利用することによって、アーム先端部１３の位置及び姿勢を、図３を参照して説明した目標に近い位置及び姿勢にすることができる。
【００２３】
次にマーカ設置工程Ｓ２では、作業者は、図５Ａに示すように、ワークＷの所定の位置に所定の姿勢でマーカ５を設置する。このマーカ５は、切頭円錐状（換言すると、円錐台形状）であり、マーカ軸線Ｌｍに直交する平面状であるとともに平面視ではマーカ軸線Ｌｍを中心とした真円である先端面５２と、この先端面５２からワークＷの表面へテーパ状に拡がる傾斜面５３と、を備える。また図５Ｂの断面図に示すように、このマーカ５の底部５４の中心には、マーカ軸線Ｌｍに沿って底面から突出するピン５５が設けられている。このピン５５は、ワークＷの孔部Ｗ１に挿通する。このピン５５を孔部Ｗ１に挿入して設置することにより、マーカ５を、孔部Ｗ１に定められた作業部位点Ｐｗに、マーカ軸線ＬｍとワークＷの法線Ｌｗ（図３参照）とが同軸の姿勢で設置することができる。なお、仮ティーチング工程Ｓ１とマーカ設置工程Ｓ２とでは、どちらを先に行っても良く、また同時に行っても良い。
【００２４】
次に初期移動工程Ｓ３では、制御装置３は、仮ティーチング工程の結果を利用して作業ロボット１を制御し、アーム先端部１３を所定の位置及び姿勢にする。
【００２５】
図６は、初期移動工程の具体的な手順を示すフローチャートである。
始めに仮教示動作実行工程Ｓ３１では、制御装置３は、仮ティーチング工程Ｓ１で教示された位置及び姿勢でワークＷが存在すると仮定して、この仮定の下で図３を参照して説明した距離測定器２の目標位置及び目標姿勢を算出し、これら目標が実現するように作業ロボット１を制御する。
【００２６】
図７は、仮教示動作実行工程Ｓ３１の実行後、すなわち仮ティーチング工程Ｓ１の結果を利用して作業ロボット１を制御した後におけるアーム先端部１３とワークＷとの相対位置関係を模式的に示す図である。なお以下の図では、理解を容易にするため、距離測定器２やマーカ５の形状を図７に示すように２次元形状に簡略化して説明する。また距離測定器２の形状を２次元形状に簡略化するに伴い、距離測定器２には２つのレーザ変位計が軸線Ｌａを挟みこの軸線Ｌａから等しい間隔で設けられているものとして説明する。また以下の図では、これら２つのレーザ変位計による照射位置には符号Ｐ１，Ｐ２を付した白抜きの丸印を示す。またこれら２つのレーザ変位計の光源から延びる光軸には符号Ｌ１，Ｌ２を付すとともに、各光源から各照射位置までの区間を細実線で示し、各照射位置から頂点Ｏまでの区間を細二点鎖線で示す。仮ティーチング工程Ｓ１で教示したワークＷの作業部位点Ｐｗの位置や姿勢は、現実のワークＷのものと異なることから、図７に示すように、仮教示動作実行工程Ｓ３１の実行後のアーム先端部１３の位置及び姿勢は、ロボットやワークのばらつきにより目標とする位置及び姿勢からずれている可能性がある。
【００２７】
次に先端面探索工程Ｓ３２では、制御装置３は、アーム先端部１３を移動させながらマーカ５の先端面５２を探索する。この先端面探索工程では、制御装置３は、３つのレーザ変位計の測定値ＺＬ１，ＺＬ２，ＺＬ３が全て互いに近しい値になるように、換言すれば軸線Ｌａが先端面５２を貫通するように、アーム先端部１３をＸ−Ｙ平面内で平行移動させる。
【００２８】
図７に示すように、仮ティーチング工程の結果を利用して仮教示動作実行工程においてアーム先端部１３を移動させた後は、距離測定器２の軸線Ｌａは、マーカ軸線Ｌｍとずれている可能性がある。この場合、図７において模式的に示すように、各レーザ変位計の照射位置は、符号Ｐ１で示すように先端面５２内に含まれるものと、符号Ｐ２で示すように傾斜面５３内に含まれるものとに分かれてしまい、各々の測定値は大きく異なったものとなる場合がある。
【００２９】
図８は、先端面探索工程の手順を説明するための図である。先端面探索工程Ｓ３２では、図８に示すように、アーム先端部１３をツール座標系におけるＸ−Ｙ平面内で定義される所定の変位ベクトルＶに沿って平行移動させることにより、３つのレーザ変位計の測定値ＺＬ１，ＺＬ２，ＺＬ３が全て近しい値（ＺＬ１≒ＺＬ２≒ＺＬ３）になるようにする。なお、３つの測定値ＺＬ１，ＺＬ２，ＺＬ３を全て近しい値にするような変位ベクトルは、例えば、３つのレーザ変位計の方位ベクトルＬ１Ｖ，Ｌ２Ｖ，Ｌ３Ｖを、各々の測定値ＺＬ１，ＺＬ２，ＺＬ３で重み付けしたものの和によって算出することができる。このような変位ベクトルを用いたアーム先端部のＸ−Ｙ平面内での移動は、直感的には、３つのレーザ変位計のうち比較的小さい測定値を示すものの方へ平行移動することに相当する。なお、３つのレーザ変位計の測定値ＺＬ１〜ＺＬ３が全て近しい値になったかどうかは、例えば、これら測定値の差の絶対値（｜ＺＬ１−ＺＬ２｜，｜ＺＬ２−ＺＬ３｜，｜ＺＬ３−ＺＬ１｜）が全て０近傍の小さな値に定められた閾値以下であるか否かによって判断しても良いし、上記差の平方和が所定の閾値以下であるか否かによって判断しても良いし、その他既知の方法を用いて判断しても良い。
【００３０】
またこの先端面探索工程では、ツール座標系におけるＸ−Ｙ平面に沿った平行移動の他、３つの測定値ＺＬ１〜ＺＬ３の平均値が所定の正の閾値ａと近しくなるように（すなわち、（ＺＬ１＋ＺＬ２＋ＺＬ３）／３≒ａとなるように）、ツール座標系におけるＺ軸に沿った平行移動を組み合わせて行ってもよい。これにより、マーカ５とアーム先端部１３との間隔を閾値ａによって定められる間隔に近づけることができる。
【００３１】
なおこの先端面探索工程Ｓ３２では、３つの照射点を通る仮想円（図示せず）の直径が、先端面５２の直径よりも大きい値になるように、アーム先端部１３とマーカ５との間の距離を取りつつアーム先端部１３を移動させてもよい。この場合、先端面探索工程Ｓ３２の終了後には、軸線Ｌａが先端面５２を貫通しかつ３つの照射位置は全て傾斜面５３内に含まれるようになるので、その後に行う離間工程Ｓ３３では３つの照射位置を全て先端面５２の中央近傍に配置させやすくすることができる。
【００３２】
次に離間工程Ｓ３３では、制御装置３は、３つのレーザ変位計の全ての照射位置がマーカ５の先端面５２内に配置されるように、アーム先端部１３を、ツール座標系におけるＺ軸（すなわち、軸線Ｌａ）に沿って所定の離間距離だけマーカ５から離間させる（図９参照）。なお、この離間距離は、予め定められた一定量としてもよいし、その都度レーザ変位計の測定値を用いた演算を行うことによって定めてもよい。
【００３３】
以下、離間距離を演算で定める場合について説明する。先ず、アーム先端部１３をＺ軸に沿って離間させると、３つのレーザ変位計の測定値はそれぞれ大きくなるとともに照射位置は、図９において符号Ｐ１，Ｐ２で示すように互いに接近する。この際、３つのレーザ変位計の照射位置が全てマーカ５の先端面５２に含まれている状態でアーム先端部１３をＺ軸に沿って離間させると、３つの照射位置を頂点とする三角形は相似形を維持したまま小さくなる。換言すると、アーム先端部１３をＺ軸に沿って離間させたときに、３つの照射位置を頂点とする三角形が相似形を維持したまま変化するようになった場合には、３つの照射位置は全て先端面５２内に配置されていると判断することができる。そこでこの離間工程では、アーム先端部１３をＺ軸に沿って離間させながら、３つのレーザ変位計の照射位置を頂点とした三角形の三辺の長さをレーザ変位計の測定値を用いることによって算出し、この演算によって算出される三角形の形状が相似形を維持したまま変化することが判明したことに応じてアーム先端部１３の移動を停止するようにしてもよい。
【００３４】
なお、仮教示動作実行工程Ｓ３１の直後に、アーム先端部１３をＺ軸方向に沿って離間させる工程を行っても良く、この場合に上記のように相似形が維持されれば、先端面探索工程Ｓ３２及び離間工程Ｓ３３は省略してもよい。すなわち、図６の初期移動工程では、最終的に３つのレーザ変位計の照射位置が全てマーカ５の先端面５２内に配置されていれば良く、これが実現できれば必ずしも図６に示す手順に従ってアーム先端部１３を移動させる必要はない。
【００３５】
以上のように、図６の仮教示動作実行工程Ｓ３１、先端面探索工程Ｓ３２、及び離間工程Ｓ３３を経ることにより、３つのレーザ変位計の照射位置は全てマーカ５の先端面５２内に配置されるようにアーム先端部１３を移動させることができる。
【００３６】
次に姿勢修正工程Ｓ４では、制御装置３は、３つのレーザ変位計の照射位置が全てマーカ５の先端面５２内に配置された状態を維持しながら、３つのレーザ変位計の測定値が近しくなるように、換言すればアーム先端部１３の軸線Ｌａとマーカ軸線Ｌｍとが平行になるようにアーム先端部１３を移動させる（図１０Ａ参照）。
【００３７】
ここで、アーム先端部１３の軸線Ｌａとマーカ軸線Ｌｍとを平行にするようなアーム先端部１３の移動は、例えば、下記の手順によって導かれる。先ず、図１０Ｂに示すように、３つのレーザ変位計の測定値ＺＬ１，ＺＬ２，ＺＬ３（すなわち、各光源２１ａ，２２ａ，２３ａから符号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で示す各々の照射位置までの距離）を用いることによって、３つの照射位置を頂点とする三角形の二辺のベクトルａｖ，ｂｖと、これら２つのベクトルの外積ベクトル（ａｖ×ｂｖ）を算出する。この外積ベクトル（ａｖ×ｂｖ）は、マーカ軸線Ｌｍと平行である。したがって距離測定器２の軸線Ｌａとマーカ軸線Ｌｍとを平行にするためには、符号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で示す３つの照射位置と頂点Ｏとによって形成される四面体又はその近傍に上記外積ベクトル（ａｖ×ｂｖ）及びＺ軸の何れとも直交する回転中心軸Ｒ（すなわち、外積ベクトル（ａｖ×ｂｖ）とＺ軸との外積ベクトル）を設定し、この回転中心軸Ｒを中心としてアーム先端部１３を、３つの測定値ＺＬ１〜ＺＬ３が全て近しい値になるまで回動すればよい。
【００３８】
次に接近工程Ｓ５では、制御装置３は、図１１に示すように、先端面５２を含む仮想平面５２ａにおける３つのレーザ変位計の照射位置を通過する円の直径ｄ´が先端面５２の直径ｄよりも大きくなるように、アーム先端部１３をＺ軸に沿って所定の接近距離だけマーカ５へ接近させる。
【００３９】
なおこの接近工程Ｓ５における接近距離は、予め定められた一定量としてもよいし、その都度レーザ変位計の測定値を用いた演算を行うことによって定めてもよい。接近距離を演算によって定める場合には、姿勢修正工程Ｓ４を終えた時点で、先端面５２に対し距離測定器２の軸線Ｌａが直交し、かつ、３つの照射位置が全て先端面５２内に位置することから、制御装置３は、中心点Ｐａと先端面５２との距離を算出でき、又軸線Ｌａに沿ってアーム先端部１３をどれだけ接近させれば仮想平面５２ａ上の円の直径ｄ´が直径ｄより大きくなるかを算出できる。
【００４０】
次に軸合わせ工程Ｓ６では、制御装置３は、図１２に示すように、３つのレーザ変位計の測定値が近しくなるようにアーム先端部１３をツール座標系におけるＸ−Ｙ平面に沿って平行移動させることにより、アーム先端部１３の軸線Ｌａとマーカ軸線Ｌｍとを一致させる軸合わせ工程を実行する。また、この軸合わせ工程Ｓ６におけるアーム先端部１３のＸ−Ｙ平面に沿った変位ベクトルＶは、上述の先端面探索工程Ｓ４と同様に、３つのレーザ変位計の方位ベクトルＬ１Ｖ〜Ｌ３Ｖを各々の測定値ＺＬ１〜ＺＬ３で重み付けしたものの和によって算出することができる。
【００４１】
なお、上述のようにマーカ軸線ＬｍはワークＷの法線Ｌｗと同軸である。よって軸合わせ工程Ｓ６を経ることにより、距離測定器２の軸線ＬａとワークＷの法線Ｌｗとを同軸に、すなわちアーム先端部１３の姿勢を、図３を参照して説明した目標姿勢にすることができる。
【００４２】
次に位置合わせ工程Ｓ７では、制御装置３は、図１３に示すように、アーム先端部１３をＺ軸に沿って接近又は離間させることにより、アーム先端部１３の位置を調整する。図３を参照して説明したように、距離測定器２の中心点Ｐａの目標位置Ｐｔは、ワークＷの作業部位点Ｐｗから法線Ｌｗに沿って所定の作業距離だけ離れた位置に設定される。ここで距離測定器２の中心点Ｐａからマーカ５の先端面５２までの距離は、３つのレーザ変位計の測定値ＺＬ１〜ＺＬ３を用いることによって算出することができる。またマーカ５の厚みは既知であることから、作業部位点Ｐｗからマーカ５の先端面５２までの距離も既知である。よって位置合わせ工程Ｓ７では、制御装置３は、レーザ変位計の測定値を用いて算出される距離測定器２の中心点Ｐａとマーカ５の先端面５２との間の距離と、既知である作業部位点Ｐｗからマーカ５の先端面５２までの距離とを合わせた距離が、目標とする作業距離になるまでアーム先端部１３をＺ軸に沿って接近又は離間させることにより、距離測定器２の中心点Ｐａと、図１３において白抜きの丸印で示す目標位置Ｐｔとを一致させることができる。以上より、図４の位置姿勢調整方法によれば、アーム先端部１３を目標位置にしかつ目標姿勢にすることができる。
【００４３】
本実施形態の位置姿勢調整方法によれば、以下の効果を奏する。
（１）本位置姿勢調整方法では、初期移動工程Ｓ３において、仮ティーチング工程Ｓ１の結果を利用することによって、３つのレーザ変位計の照射位置がマーカ５の先端面５２内に配置されるようにアーム先端部１３を移動させる。次に姿勢修正工程Ｓ４では、３つの照射位置がマーカ５の先端面５２内に配置された状態を維持しながらこれら３つレーザ変位計の測定値が近しくなるようにアーム先端部１３を移動させる。次に接近工程Ｓ５では、レーザ変位計の照射位置を通過する仮想的な円の直径ｄ´が先端面５２の直径ｄより大きくなるまでアーム先端部１３をＺ軸に沿ってマーカ５へ接近させる。次に軸合わせ工程Ｓ６では、３つのレーザ変位計の測定値が近しくなるようにアーム先端部１３をＸ−Ｙ平面に沿って平行移動させることにより、アーム先端部１３の軸線Ｌａとマーカ軸線Ｌｍとを一致させる。次に位置合わせ工程Ｓ７では、アーム先端部１３をＺ軸に沿って移動させることにより、アーム先端部１３の位置を調節する。以上より、図４の位置姿勢調整方法によれば、アーム先端部１３の位置及び姿勢を、図３を参照して説明した目標とする位置及び姿勢に調整することができる。
【００４４】
なお、本位置姿勢調整方法では、距離測定器２として光源から照射位置までの距離を測定できる３つのレーザ変位計２１〜２３を用い、さらにマーカ５として切頭円錐状のものを用いることにより、各レーザ変位計２１〜２３の照射位置をレーザ変位計２１〜２３の測定値を用いた簡易な演算によって算出することができるので、工程Ｓ３〜Ｓ７を実行するに際し、作業者はレーザ光の照射位置を視認する必要がない。このため図４の位置姿勢調整方法では、ほぼ全ての工程を自動化することが可能である。これにより図４の位置姿勢調整方法によれば、ワークＷに対するアーム先端部１３の位置及び姿勢を、作業者によるばらつきを小さくしながら速やかに調整できる。
【００４５】
（２）上述のように初期移動工程Ｓ３では、３つのレーザ変位計２１〜２３の照射位置が全てマーカ５の先端面５２内に配置されるようにアーム先端部１３を移動させる。この際、仮ティーチング工程Ｓ１で教示したワークＷの作業部位点Ｐｗの位置及び姿勢が適切な場合には、仮ティーチング工程Ｓ１の結果を利用してアーム先端部１３を移動させると３つのレーザ変位計２１〜２３の照射位置が全て先端面５２内に配置される場合があるが、仮ティーチング工程Ｓ１で教示したワークＷの作業部位点Ｐｗの位置及び姿勢が適切でない場合には、仮ティーチング工程Ｓ１の結果を利用してアーム先端部１３を移動させた後、アーム先端部１３をさらに移動させる必要がある。このような場合を考慮して図６の初期移動工程では、仮教示動作実行工程Ｓ３１後、先端面探索工程Ｓ３２と、離間工程Ｓ３３と、を行う。先端面探索工程Ｓ３２では、３つのレーザ変位計２１〜２３の測定値が全て近しい値になるようにアーム先端部１３を移動させる。これにより、アーム先端部１３をマーカ５の先端面５２の近傍に移動させることができる。換言すれば、軸線Ｌａが先端面５２を貫通するように、アーム先端部１３をＸ−Ｙ平面内で平行移動させる。その後、離間工程Ｓ３３では、３つのレーザ変位計２１〜２３の照射位置が全て先端面５２内に配置されるように、アーム先端部１３をＺ軸に沿ってマーカ５から離間させる。このようにアーム先端部１３をＺ軸に沿ってマーカ５から離間させると、３つの照射位置によって形成される三角形は小さくなるので、簡単な制御則の下でこれら３つの照射位置を全て先端面５２内に配置させることができる。
【００４６】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。
なお、上記実施形態では、仮ティーチング工程Ｓ１を、コンピュータシミュレーションを用いて行う場合を例として説明したが、本発明はこれに限らない。この仮ティーチング工程Ｓ１では、実機を用いたプログラミングによって、作業部位点Ｐｗの位置やこの作業部位点の姿勢をロボットに教示してもよい。具体的には、例えば、設備の移設や、同仕様の別設備に適用する場合等、設備の個体差や設置誤差等の理由で現場での微調整が必要となる場合がある。
【符号の説明】
【００４７】
Ｓ…ロボットシステム
１…作業ロボット
１３…アーム先端部
２…距離測定器（測定装置）
２１…第１レーザ変位計
２２…第２レーザ変位計
２３…第３レーザ変位計
３…制御装置
５…マーカ
５２…先端面
５３…傾斜面
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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