(57)【要約】【課題】多関節ロボットの教示点を高精度且つ安価に、自動的に設定可能なロボット装置及び多関節ロボットによる教示点設定方法を提供すること。【解決手段】教示用治具１５０を走査可能な１つの非接触式変位センサ１４２を有する検出用治具１４０を把持可能で、かつ教示点に移動可能な多関節ロボット１２０と、教示用治具１５０と多関節ロボット１２０との基準となる相対位置情報を記憶可能なＨＤＤ１３３と、多関節ロボット１２０が把持する検出用治具１４０の非接触式変位センサ１４２に教示用治具１５０を走査させて検出用治具１４０と多関節ロボット１２０との相対位置情報を取得し、取得した相対位置情報と、ＨＤＤ１３３に記憶された基準となる相対位置情報と、の差分から、多関節ロボット１２０の教示点を演算し、演算した教示点をＨＤＤ１３３に記憶させる制御装置１３０と、を備えた。【選択図】図１
2015016527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
教示用治具を走査可能な１つの非接触式変位センサを有する検出用治具を把持可能で、かつ教示点に移動可能な多関節ロボットと、
前記教示用治具と前記多関節ロボットとの基準となる相対位置情報を記憶可能な記憶部と、
前記多関節ロボットが把持する前記検出用治具の前記１つの非接触式変位センサに前記教示用治具を走査させて前記教示用治具と前記多関節ロボットとの相対位置情報を取得し、取得した相対位置情報と、前記記憶部に記憶された前記基準となる相対位置情報と、の差分から、前記多関節ロボットの教示点を演算し、演算した教示点を前記記憶部に記憶させる制御部と、を備えた、
ことを特徴とするロボット装置。
【請求項２】
前記多関節ロボットは、多軸多関節のロボットアームと、前記ロボットアームの先端に接続され、前記検出用治具を把持可能なエンドエフェクタと、を有し、
前記制御部は、前記ロボットアームの先端の回転軸を駆動して、前記エンドエフェクタが把持する前記１つの非接触式変位センサを回転させながら前記教示用治具を走査し、相対位置情報を取得する、
ことを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
【請求項３】
前記教示用治具は、前記１つの非接触式変位センサが検知可能な５個以上のエッジを有し、
前記制御部は、前記教示用治具の前記５個以上のエッジのそれぞれを検知した際の回転角度及び距離の相対位置情報を取得する、
ことを特徴とする請求項２に記載のロボット装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記演算した教示点に前記多関節ロボットを移動させた後、前記教示用治具を再走査して、前記演算した教示点での前記教示用治具と前記多関節ロボットとの相対位置情報を再取得し、再取得した相対位置情報と、前記基準となる相対位置情報と、の差分を演算し、演算した差分が所定の範囲内でなければ、前記演算した差分に基づき前記多関節ロボットを移動させて相対位置情報の再取得を繰り返し、前記演算した差分が所定の範囲内であれば、前記演算した教示点を、前記多関節ロボットの教示点として前記記憶部に記憶させる、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のロボット装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記多関節ロボットが把持する検出用治具を前記教示用治具の上まで移動させる教示点に前記多関節ロボットを移動させた後、前記教示用治具を走査して、前記記憶部に入力された教示点での前記教示用治具と前記多関節ロボットとの相対位置情報を取得し、取得した相対位置情報と、前記基準となる相対位置情報と、の差分から、教示点の補正量を演算し、演算した補正量で補正した教示点を、前記多関節ロボットの教示点として前記記憶部に記憶させる、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のロボット装置。
【請求項６】
前記基準となる相対位置情報は、予め設定された基準位置に配置された前記教示用治具の上で、前記教示用治具と位置合わせされた前記多関節ロボットが把持する前記検出用治具に前記教示用治具を走査させて取得する、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のロボット装置。
【請求項７】
教示用治具を走査可能な検出用治具を把持可能で、かつ教示点に移動可能な多関節ロボットに前記検出用治具を把持させて、前記教示用治具を走査して前記多関節ロボットの教示点を設定する教示点設定方法において、
前記多関節ロボットが把持する前記検出用治具が有する１つの非接触式変位センサに前記教示用治具を走査させて前記教示用治具と前記多関節ロボットとの相対位置情報を取得する相対位置情報取得工程と、
前記相対位置情報取得工程で取得した前記相対位置情報と、基準となる相対位置情報と、の差分から、前記多関節ロボットの教示点を演算し、演算した教示点を、記憶部に記憶させる教示点設定工程と、を備えた、
ことを特徴とする教示点設定方法。
【請求項８】
前記相対位置情報取得工程は、多軸多関節のロボットアームと、前記ロボットアームの先端に接続され、前記検出用治具を把持可能なエンドエフェクタと、を有する前記多関節ロボットの先端の回転軸を駆動して、前記エンドエフェクタが把持する前記１つの非接触式変位センサを回転させながら前記教示用治具を走査し、相対位置情報を取得する、
ことを特徴とする請求項７に記載の教示点設定方法。
【請求項９】
前記相対位置情報取得工程は、前記１つの非接触式変位センサが検知可能な５個以上のエッジを有する前記教示用治具の、前記５個以上のエッジのそれぞれを検知した際の回転角度及び距離の相対位置情報を取得する、
ことを特徴とする請求項８に記載の教示点設定方法。
【請求項１０】
前記演算した教示点での前記教示用治具と前記多関節ロボットとの相対位置情報を再取得する相対位置情報再取得工程と、
前記相対位置情報再取得工程で再取得した相対位置情報と、前記基準となる相対位置情報と、の差分を演算し、演算した差分が所定の範囲内でなければ、前記演算した差分に基づき前記多関節ロボットを移動させて相対位置情報の再取得を繰り返し、前記演算した差分が所定の範囲内であれば、前記演算した教示点を、前記多関節ロボットの教示点として前記記憶部に記憶させる教示点判定工程と、を備えた、
ことを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の教示点設定方法。
【請求項１１】
前記記憶部に記憶された教示点に基づいて、前記多関節ロボットが把持する検出用治具を前記教示用治具の上まで移動させるロボット移動工程を備え、
前記教示点設定工程は、前記ロボット移動工程で移動した移動先で前記教示用治具を走査して、移動先での前記教示用治具と前記多関節ロボットとの相対位置情報を取得し、取得した相対位置情報と、前記基準となる相対位置情報と、の差分から、前記記憶部に記憶された教示点の補正量を演算し、演算した補正量で補正した教示点を、前記多関節ロボットの教示点として前記記憶部に記憶させる教示点補正工程と、を有する、
ことを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載の教示点設定方法。
【請求項１２】
予め設定された基準位置に配置された前記教示用治具の上で、前記多関節ロボットに把持された前記検出用治具に前記教示用治具を走査させて前記基準となる相対位置情報を取得する基準相対位置情報取得工程を備えた、
ことを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の教示点設定方法。
【請求項１３】
請求項７から１２のいずれか１項に記載の各工程をコンピュータに実行させるための多関節ロボットの教示点設定プログラム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の教示点設定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多関節ロボットの教示点を自動的に設定可能なロボット装置及び多関節ロボットによる教示点設定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、多関節ロボットに部品を組み立てさせるロボット装置が普及してきており、ロボット装置においては、１つのロボット装置でワークに複数の部品や補材を取り付けるセル生産方式が導入されてきている。この場合、１つの多関節ロボットが多数の工程を担うことになり、各工程を実行させるために多関節ロボットに教示する教示点が大幅に増加することになる。
【０００３】
ここで、多関節ロボットに対する教示作業としては、一般に、作業者が教示したい位置に専用の教示用治具を設置し、ティーチングペンダントを操作して、視認したり、手感で確認しながら多関節ロボットに教示点を教示する。また、３Ｄモデル等をパソコン上でシミュレートしながら教示する、所謂オフラインティーチングなどの方法もある。
【０００４】
しかし、これらの方法は、多関節ロボット自身のリンク誤差、加工精度及び組み立て誤差等から、高精度な教示を必要とする場合には使用できないという問題がある。そのため、従来、高精度な教示を行う場合は、直接、手動で教示を行っていた。しかし、手動で教示を行う場合、作業者が教示位置を直接視認することが困難な場合があり、トライアンドエラーの繰り返しが必要な場合が生じ、時間がかかるという問題があった。また、教示作業を行う作業者により教示の精度に差が生じる場合があり、同じ教示方法であったとしても多関節ロボットの動作にばらつきが生じるという問題があった。
【０００５】
これに対しては、多関節ロボットにセンサを取り付け、センサで教示用治具等の対象物を検出して、自動的に多関節ロボットに位置を教示する、所謂、自動教示方法が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−４７９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されている方法は、教示用治具の一面とエンドエフェクタの傾きを補正するために、少なくとも３つのセンサが必要であり、コストがかかる。また、残りの面や軸を合わせるためには、ロボット座標に沿ったロボットアームの移動動作等が必要となるが、リンク誤差、加工精度及び組み立て誤差等によって、検出すべき位置に対する誤差が生じ、結果として教示位置がずれるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、多関節ロボットの教示点を高精度且つ安価に、自動的に設定可能なロボット装置及び多関節ロボットによる教示点設定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】
【０００９】
本発明は、ロボット装置において、教示用治具を走査可能な１つの非接触式変位センサを有する検出用治具を把持可能で、かつ教示点に移動可能な多関節ロボットと、前記教示用治具と前記多関節ロボットとの基準となる相対位置情報を記憶可能な記憶部と、前記多関節ロボットが把持する前記検出用治具の前記１つの非接触式変位センサに前記教示用治具を走査させて前記教示用治具と前記多関節ロボットとの相対位置情報を取得し、取得した相対位置情報と、前記記憶部に記憶された前記基準となる相対位置情報と、の差分から、前記多関節ロボットの教示点を演算し、演算した教示点を前記記憶部に記憶させる制御部と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、教示用治具を走査可能な検出用治具を把持可能で、かつ教示点に移動可能な多関節ロボットに前記検出用治具を把持させて、前記教示用治具を走査して前記多関節ロボットの教示点を設定する教示点設定方法において、前記多関節ロボットが把持する前記検出用治具が有する１つの非接触式変位センサに前記教示用治具を走査させて前記教示用治具と前記多関節ロボットとの相対位置情報を取得する相対位置情報取得工程と、前記相対位置情報取得工程で取得した前記相対位置情報と、基準となる相対位置情報と、の差分から、前記多関節ロボットの教示点を演算し、演算した教示点を、記憶部に記憶させる教示点設定工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、多関節ロボットの教示点を高精度且つ安価に、自動的に設定可能なロボット装置及び多関節ロボットの教示点設定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るロボット装置を模式的に示す斜視図である。
【図２】本実施形態に係るロボット装置の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態に係る検出用治具の側面図である。
【図４】本実施形態に係る教示用治具を示す図である。
【図５】教示用治具による教示点の設定動作を説明するための説明図である。
【図６】検出時における教示用治具に対するレーザ光軸の軌跡を示す図である。
【図７】本実施形態に係る多関節ロボットの教示点の設定を示すフローチャートである。
【図８】本実施形態に係る多関節ロボットの教示点の設定を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態に係るロボット装置１００について、図１から図８を参照しながら説明する。本実施形態に係るロボット装置１００は、多関節ロボットの教示点を自動で設定可能なロボット装置である。以下、図１から図８を参照しながら説明する。まず、ロボット装置１００の全体構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係るロボット装置１００を模式的に示す斜視図である。図２は、本実施形態に係るロボット装置１００の制御装置１３０の構成を示すブロック図である。
【００１４】
図１に示すように、ロボット装置１００は、ワークに対する部品の組み付け作業（組立て作業）を行う架台１１０と、架台１１０に固定された多関節ロボット１２０と、多関節ロボット１２０を駆動制御する制御装置１３０と、を備えている。架台１１０には、ワークや後述する教示用治具（治工具）１５０等を載置可能な置き台１１１が設けられており、実作業時には置き台１１１にワーク等を載置して組立て作業が行われ、教示作業時には置き台１１１に教示用治具１５０が載置される。また、置き台１１１は、教示用治具１５０を載置する際に教示用治具１５０を所定の位置に位置決めできるように、ピンと穴嵌合などにより高精度な着脱再現性が得られるようになっている。
【００１５】
多関節ロボット１２０は、多軸多関節のロボットアーム１２１と、ロボットアーム１２１の先端に接続されたハンド（エンドエフェクタ）１２２と、ハンド１２２に作用する力やモーメント等を検出可能な検出装置（図２参照）１２３と、を備えている。
【００１６】
ロボットアーム１２１は、各関節を関節軸回りに駆動する複数のアクチュエータ（図示せず）を備えており、複数のアクチュエータを選択的に駆動させることでハンド１２２を任意の３次元位置に移動可能になっている。例えば、ロボットアーム１２１は、ユーザにより教示される教示点に基づいて後述する動作データ生成部（図２参照）で軌道を生成し、生成した軌道に基づいてアクチュエータを駆動して、ハンド１２２を教示点に移動させる。また、ロボットアーム１２１の先端にはメカニカルインターフェイスとなるフランジ面１２４が設けられており、フランジ面１２４はハンド１２２等のエンドエフェクタが接続可能になっている。
【００１７】
ハンド１２２は、ワークや部品、後述する検出用治具１４０を把持可能な複数の指部品１２５と、複数の指部品１２５を駆動するアクチュエータ（図示せず）と、を備えている。本実施形態においては、ハンド１２２は、複数の指部品として３本の指部品１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃと、３本の指部品１２５ａ〜１２５ｃを駆動する３つのアクチュエータ（図示せず）とから構成されている。ハンド１２２は、３本の指部品１２５ａ〜１２５ｃを開いたり閉じたりすることで、ワークや部品、検出用治具１４０を把持する。また、ハンド１２２には、検出用治具１４０を把持する際に位置合わせを行うための位置決め穴（図示せず）が設けられている。
【００１８】
検出装置１２３は、ハンド１２２に作用する力やモーメントの情報を検出する力センサ１２６と、ロボットアーム１２１やハンド１２２の位置や姿勢、速度情報等を検出するエンコーダ１２７と、を備えている。力センサ１２６は、ロボットアーム１２１とハンド１２２との間に設けられている。エンコーダ１２７は、ロボットアーム１２１やハンド１２２の各アクチュエータに設けられている。
【００１９】
制御装置１３０は、ロボットアーム１２１の軌道やハンド１２２の動作データ等を生成する動作データ生成部（制御部）１３１と、ロボットアーム１２１やハンド１２２を制御するロボット制御部（制御部）１３２と、を備えている。また、制御装置１３０は、各種プログラムや各種プロファイル等を記憶可能なＨＤＤ（記憶部）１３３を備えている。動作データ生成部１３１は、入力された教示点等に基づいて動作データを生成する。また、動作データ生成部１３１は、力センサ１２６により検出された力やモーメントの情報及びエンコーダ１２７により検出されたロボットアーム１２１やハンド１２２の位置や姿勢、速度情報等をフィードバックして動作データを補正（設定）する。ＨＤＤ１３３には、教示点を自動で設定するための後述する教示点設定プログラムや後述する教示用治具１５０のプロファイル（相対位置情報）等が格納されている。ロボット制御部１３２は、動作データ生成部１３１で生成又は補正された動作データ、ＨＤＤ１３３に格納された教示点設定プログラム等に沿って、ロボットアーム１２１やハンド１２２を駆動制御する。
【００２０】
次に、上述のように構成されたロボット装置１００の多関節ロボット１２０の教示点設定方法（教示点設定プログラム）について、図３から図８を参照しながら説明する。まず、教示に用いられる検出用治具１４０及び教示用治具１５０について、図３及び図４を参照しながら説明する。図３は、本実施形態に係る検出用治具１４０の側面図である。図４の（ａ）は、本実施形態に係る教示用治具１５０の斜視図であり、（ｂ）は教示用治具１５０の平面図である。
【００２１】
図３に示すように、検出用治具１４０は、治具本体１４１と、教示用治具１５０を走査可能な１つの非接触式変位センサ１４２と、を備えている。治具本体１４１は、ハンド１２２が把持可能に形成されており、本実施形態においては略円柱状に形成されている。また、治具本体１４１には、治具本体１４１がハンド１２２に把持された際のハンド１２２との接触面１４３に、２本のピン１４４ａ，１４４ｂが設けられている。２本のピン１４４ａ，１４４ｂは、ハンド１２２に形成された位置決め穴と嵌合可能に形成されている。治具本体１４１は、２本のピン１４４ａ，１４４ｂがハンド１２２の位置決め穴と嵌合することで高精度な着脱再現性が得られるようになっている。
【００２２】
非接触式変位センサ１４２は、発光側と受光側とで検出を行うレーザ光軸１４２ａが、レーザ光軸１４２ａをフランジ面１２４に投影すると動径方向になる、即ち、円の接線と直交するような位置関係となるように、治具本体１４１に取り付けられている。
【００２３】
図４（ａ）に示すように、教示用治具１５０は、略円柱状に形成されており、上面１５１に、検出用治具１４０が検知可能な４つのキー溝１５２，１５３，１５４，１５５が形成されている。図４（ｂ）に示すように、４つのキー溝１５２〜１５５は、同幅、かつ径方向に向かう中心線１５６，１５７が、教示用治具１５０の外周円の中心を通るように形成されている。具体的には、キー溝１５２のエッジ１５２ａとキー溝１５４のエッジ１５４ａ、キー溝１５２のエッジ１５２ｂとキー溝１５４のエッジ１５４ｂ、が同一直線上に位置するように形成されている。また、キー溝１５３のエッジ１５３ａとキー溝１５５のエッジ１５５ａ、キー溝１５３のエッジ１５３ｂとキー溝１５５のエッジ１５５ｂ、が同一直線上に位置するように形成されている。
【００２４】
次に、教示点設定方法における、教示点の演算方法について、図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、教示用治具１５０による教示点の設定動作を説明するための説明図である。図６は、検出時における教示用治具１５０に対するレーザ光軸１４２ａの軌跡を示す図である。
【００２５】
図５に示すように、検出用治具１４０による教示用治具１５０の検出動作は、まず、ハンド１２２に検出用治具１４０を把持させた状態で、教示用治具１５０の上方に検出用治具１４０を位置させる。そして、ロボットアーム１２１の先端の回転軸を回転させる。このときのロボットアーム１２１のフランジ面１２４の回転角度θにおける、非接触式変位センサ１４２の検出距離Ｌで教示点（教示位置）を演算することができる。
【００２６】
例えば、図６（ａ）に示すように、ロボットアーム１２１のフランジ面１２４の回転中心を原点とし、フランジ面１２４に直交する法線ベクトルを有するフランジ座標系をαとする。この状態でレーザ光軸１４２ａをフランジ座標系αに投影した場合、その軌跡は、
（ａｃｏｓθ、ｂｓｉｎθ）      （１）
の楕円の極座標で表される。また、教示用治具１５０のキー溝１５２，１５３，１５４，１５５をフランジ面に投影してできる直線は、
ｌｘ＋ｍｙ＋ｎ＝０      （２）
の直線の方程式で表される。
【００２７】
図６（ａ）において、キー溝１５５のエッジ１５５ｂを検出した際のフランジ面１２４の回転角度をθ１、エッジ１５５ａを検出した際のフランジ面１２４の回転角度をθ２とする。この場合、（１）式で表される楕円状のエッジ１５５ｂの検出点Ａは（ａｃｏｓθ１、ｂｓｉｎθ１）、エッジ１５５ａの検出点Ｂは（ａｃｏｓθ２、ｂｓｉｎθ２）で表される。また、キー溝１５５の幅をｄ１、エッジ１５５ｂの検出点Ａ上のエッジの直線の方程式をｌ１＋ｍ１＋ｎ１＝０としたときの、点と直線との距離の公式より、
【００２８】
【数１】
2015016527.tif 000003
で表すことができる。
【００２９】
また、図６（ｂ）に示すように、教示用治具１５０の外周円の中心を原点とし、フランジ面１２４に直交する法線ベクトルを有する教示用治具１５０の教示用治具座標系をβとしたとする。このときの教示用治具座標系βからみたフランジ座標系αの原点間距離をＲ、回転角度をωとした場合、教示用治具座標系βの座標値（Ｘ、Ｙ）は、
（Ｘ、Ｙ）＝（Ｒｃｏｓω、Ｒｓｉｎω）      （４）
と表すことができる。
【００３０】
教示用治具１５０の外周円の中心を原点とし、上面１５１に直交する法線ベクトルを有する測定座標系γにおいて、３次元測定器により事前にキー溝１５２，１５３，１５４，１５５の溝幅、エッジの位置を測定しておくこととする。
【００３１】
教示用治具座標系βと測定座標系γが同一の場合、つまり、フランジ面１２４と教示用治具１５０の上面１５１とが平行な場合、レーザ光軸１４２ａをフランジ座標系αに投影した軌跡は円となるので、ａ＝ｂとなる。未知数はａ、Ｒ、ωの３つであるから、３箇所以上の検出点において（３）と同様の式を作り、連立方程式を解くことでａ、Ｒ、ωを算出することができ、フランジ座標系αと教示用治具座標系βのズレの補正量を算出することができる。そして、算出された補正量で教示点を補正することで教示点が設定可能になる。
【００３２】
本実施形態のように、フランジ面１２４と教示用治具１５０の上面１５１とが平行である場合は、未知数が３つとなるが、平行か否かが不明の場合を考慮すると、５つ以上の未知数（円中心座標（Ｘ０、Ｙ０）、円座標の角度（Ｒｚ）、ａ、ｂ）が必要となる。これは、フランジ面１２４と教示用治具１５０の上面１５１とが平行でない場合、プロファイルは楕円となるためであり、楕円状の５つの点の位置が分かれば求めることができるからである。
【００３３】
次に、上述した教示点設定方法を用いて、教示用治具１５０の外周円の中心及びキー溝の位相と一致する教示位置に、自動教示する方法について、図７を参照しながら説明する。図７は、本実施形態に係る多関節ロボット１２０の教示点の設定を示すフローチャートである。
【００３４】
図７に示すように、まず、予め測っておいた測定座標系γにおける教示用治具１５０のキー溝の溝幅及びエッジ（直線）の位置（基準となる相対位置情報）をＨＤＤ１３３に記憶させる（基準相対位置情報取得工程、ステップＳ１０）。教示用治具１５０の基準プロファイル（基準相対位置情報）は、予め測定された基準相対位置情報を記憶させてもよく、予め設定された基準位置に配置した教示用治具１５０の上で検出用治具１４０に走査させて取得した基準相対位置情報を記憶させてもよい。
【００３５】
次に、検出用治具１４０の非接触式変位センサ１４２が教示用治具１５０の検出高さとなる位置（概略位置）へ、多関節ロボット１２０を移動する（ロボット移動工程、ステップＳ１１）。なお、概略位置への多関節ロボット１２０の移動は、教示用治具１５０の上まで移動させるための教示点をＨＤＤ１３３に記憶させ、記憶した教示点に基づいて多関節ロボット１２０を自動で移動させてもよく、ユーザが手動で移動させてもよい。
【００３６】
次に、ロボットアーム１２１の先端の回転軸を回転させることでフランジ面１２４を回転させ、キー溝１５２〜１５５のエッジを検出した瞬間のフランジ面１２４の回転角度θを記録する（ステップＳ１２）。具体的には、ロボットアーム１２１の先端の回転軸を回転させると、レーザ光軸１４２ａが教示用治具１５０の上面１５１に当たっている場合と、キー溝の底面に当たっている場合とでは、検出距離Ｌの値が大きく変化する。この検出距離Ｌの値が大きく変化する瞬間が、レーザ光軸１４２ａがキー溝のエッジを検出する瞬間であり、そのときのフランジ面１２４の回転角度θと検出距離Ｌとを記録する。そして、フランジ面１２４が１周分回転したときの検出（例えば、５個以上のエッジを検知）を同様に行う。つまり、回転角度θと検出距離Ｌのプロファイル（相対位置情報）を記録する（相対位置情報取得工程）。なお、エッジの検出（回転角度θと検出距離Ｌのプロファイルの記録）は、前述した未知数の数だけ行えばよい。
【００３７】
次に、記録した回転角度及び距離のプロファイルと基準プロファイルとの差分により、フランジ座標系αと教示冶具座標系βの位置と角度の補正量を算出（演算）する。そして、算出した補正量で教示点を補正すると共に、補正した教示点をＨＤＤ１３３に記憶させる（教示点設定工程、教示点補正工程、ステップＳ１３）。教示点を補正すると、補正した教示点に従ってロボットアーム１２１を移動させ、移動先で再度、フランジ面１２４を回転させて再走査する。そして、キー溝１５２〜１５５のエッジを検出した瞬間のフランジ面１２４の回転角度を記録し、補正量を再演算する（相対位置情報再取得工程、ステップＳ１４）。
【００３８】
そして、再取得した補正量が所定の偏差内（所定の範囲内）であれば演算した教示点をＨＤＤ１３３に記憶する。一方、再取得した補正量が所定の偏差内になければ、ステップＳ１１に戻って、所定の偏差内になるまでプロファイルの再取得を繰り返す（教示点判定工程、ステップＳ１５、Ｓ１６）。
【００３９】
このように、本実施形態に係るロボット装置は、ロボットアーム１２１の先端の回転軸の回転角度と１つの非接触式変位センサ１４２から出力される距離のみで、検出用治具１４０と教示用治具１５０との距離と角度の補正量の計算が可能となる。これにより、簡単かつ安価な構成で多関節ロボット１２０の自動教示が可能となる。
【００４０】
また、特定の１軸（先端の回転軸）の回転動作のみで検出を行うことができるため、減速機のバックラッシや振動などのロボットアームの検出誤差の影響を低減させることができる。また、多関節ロボット１２０のリンク誤差、加工精度、組立誤差などによるロボット座標系の動作誤差の影響を低減させることができる。これにより、高精度に位置教示を行うことができる。また、先端の１軸のみの回転で教示用治具を走査するため、教示用治具を小さくすることができる。
【００４１】
また、基準プロファイル（基準相対位置情報）と比較して差分から教示点の演算（補正量の演算）を行うことで、検出用治具１４０と教示用治具１５０の角度がずれていても、高精度に位置教示を行うことができる。
【００４２】
なお、本実施形態においては、演算を容易にするため教示用治具１５０のキー溝１５２〜１５５の中心線１５６，１５７が教示用治具１５０の外周円の中心を通り、キー溝の数も４つの教示用治具を使用した。キー溝１５２〜１５５の中心線１５６，１５７が教示用治具１５０の外周円の中心を通らずとも、キー溝１５２〜１５５の数が２つ以上で事前に教示用治具１５０のキー溝の切り欠きの溝幅及びエッジの直線の位置を測定してあれば演算可能である。
【００４３】
また、本実施形態においては、教示用治具座標系βと測定座標系γが同一の場合、つまり、フランジ面１２４と教示用治具１５０の上面１５１が平行な場合を例に挙げた。これは、一般的に設計の段階ではフランジ面１２４と教示用治具１５０の上面１５１とが平行になるよう設計することが多いためである。仮に、多少の角度のズレを生じたとしても所定偏差内であれば、上に挙げた実施形態で自動教示が可能である。
【００４４】
ここで、上述では、教示用治具座標系βと測定座標系γが同一の場合、つまり、フランジ面１２４と教示用治具１５０の上面１５１とが平行な場合を用いて説明したが、設計上平行であっても実際の教示では平行にならない場合が多い。これは、ロボットアーム１２１の誤差であったり、ハンド１２２又は検出用治具１４０や教示用治具１５０の誤差によるものである。そのため、以下に、教示用治具座標系βと測定座標系γとが異なる場合の教示方法について、図８を参照しながら説明する。図８は、本実施形態に係る多関節ロボット１２０の教示点の設定を示すフローチャートである。
【００４５】
図５に示す検出用治具１４０による教示用治具１５０の検出（プロファイルの取得）は、ユーザによる教示が可能である。例えば、検出用治具１４０と教示用治具１５０の外径が同じであり、教示用治具１５０のキー溝の位相に合せ、検出用治具１４０にも同じ溝幅のキー溝が設けられている等の場合である。ユーザがフランジ面１２４と教示用治具１５０の上面１５１とを平行に設定することで教示用治具座標系βと測定座標系γとを同一にすることができる。以下、具体的に説明する。
【００４６】
図８に示すように、まず、予め測っておいた測定座標系γにおける教示用治具１５０のキー溝の溝幅及びエッジ（直線）の位置を入力する（ステップＳ２１）。次に、置き台１１１に教示用治具１５０を指定の位置、位相にセットし、ティーチングペンダントなどにより検出用治具１４０の先端面１４５が教示用治具１５０の上面１５１と平行になるように多関節ロボット１０を移動させる。
【００４７】
例えば、教示用治具１５０の上面１５１と検出用治具１４０の先端面１４５が全周にわたり０．１ｍｍのシムが挿入でき、０．２ｍｍのシムが挿入できない位置関係に移動させる。すると、その時の教示用治具１５０の上面１５１と検出用治具１４０の先端面１４５の平行度は０．１ｍｍ以下となる。このような方法により、所定の平行度になるように、所謂、面合わせを行う。
【００４８】
次に、面を合わせた状態にまま、中心点の教示を行う。例えば、教示用治具１５０及び検出用治具１４０の外周円より所定量大きい円環状のセットリングが通るように、ティーチングペンダントなどでロボットアーム１２１を移動させる。このような方法により、教示用治具１５０の中心点と、検出用治具１４０中心点とが合うように、所謂、芯合わせを行う。
【００４９】
次に、面と芯とが一致した状態のまま、教示用治具１５０のキー溝に合わせて検出用治具１４０の位相を回転させ、キー溝より所定量小さいブロックゲージがキー溝を通るようにロボットアーム１２１を移動させる。このような方法により、教示用治具１５０と検出用治具１４０の位相合わせ（位置合わせ）を行う。このようにして、所定の精度内で、教示用治具１５０に対する検出用治具１４０の面合わせ、芯合わせ及び位相合わせを行うことができる（ステップＳ２２）。これにより、教示用治具座標系βと測定座標系γとを同一にすることができる。
【００５０】
次に、フランジ面１２４を回転させて、前述で説明したようなフランジ面１２４の回転角度θ及び非接触式変位センサ１４２から出力される検出距離Ｌの基準プロファイルを取得する。つまり、教示用治具１５０とフランジ面１２４との相対位置関係の基準プロファイルを記録する（基準相対位置情報取得工程、ステップＳ２３）。このとき、フランジ座標系αと測定座標系γの位置関係を演算し、記憶しておく。
【００５１】
次に、教示したい位置に設置された置き台１１１に教示用治具１５０をセットする（ステップＳ２４）。そして、検出用治具１４０の非接触式変位センサ１４２のレーザ光軸１４２ａが、教示用治具１５０の検出高さとなる位置（概略位置）へ多関節ロボット１２０を移動する（ロボット移動工程、ステップＳ２５）。次に、ロボットアーム１２１の先端の回転軸を回転させることでフランジ面１２４を回転させ、キー溝１５２〜１５５のエッジを検出した瞬間のフランジ面１２４の回転角度θと検出距離Ｌとを記録する（相対位置情報取得工程、ステップＳ２６）。
【００５２】
次に、この状態でのフランジ座標系αと測定座標系γの位置関係を演算し、ステップＳ２３で記憶したフランジ座標系αと測定座標系γの位置関係と同一になるような補正量を算出する（ステップＳ２７）。そして、算出した補正量で教示点を補正し、補正した教示点に多関節ロボット１２０を移動させ、移動先で教示用治具１５０を走査して、移動先でのプロファイルを再取得する（相対位置情報再取得工程、ステップＳ２８）。
【００５３】
次に、相対位置情報再取得工程で再取得したプロファイルと、ステップＳ２３で取得した基準プロファイルとの差分を演算し、差分が所定の偏差（所定の範囲）内に入っているか否かの判断を行う（ステップＳ２９）。差分が所定の偏差内に入っていなければ、ステップＳ２６に戻ってプロファイルの再取得を繰り返し、所定の偏差内に入っていれば、補正した教示点をＨＤＤ１３３に記憶させる（ステップＳ３０）
【００５４】
このように、教示用治具座標系βと測定座標系γが異なる場合においても高精度な検出が可能となり、高精度且つ安価に、教示点の自動教示を行うことができる。
【００５５】
また、置き台１１１が複数あっても、同様のプロファイルの検出を行い、基準プロファイルと比較、演算することで、教示用治具１５０とフランジ面１２４の位置関係が人手で教示した際と同じ位置関係になるように自動的に教示点を作成することができる。
【００５６】
なお、本実施形態においては、教示用治具１５０における人手による教示と、検出動作を検出用治具１４０で兼ねているが、教示のための治具と検出のための治具が異なっていても構わない。
【００５７】
また、本実施形態においては、基準位置での基準プロファイルと比較することで補正量を算出したが、フランジ座標系αにおけるレーザ光軸１４２ａの位置関係が事前に分かれば、マスタープロファイルと比較することなしに、自動教示が可能となる。
【００５８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されない。
【００５９】
例えば、本実施形態の各処理動作は具体的には制御装置１３０のロボット制御部１３２により実行されるものである。従って上述した機能を実現するプログラムを記録した記録媒体を制御装置１３０に供給し、制御装置１３０のコンピュータ（ＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に格納されたプログラムを読み出し実行することによって達成されるようにしてもよい。この場合、記録媒体から読み出されたプログラム自体が上述した実施形態の機能を実現することになり、プログラム自体及びそのプログラムを記録した記録媒体は本発明を構成することになる。
【００６０】
また、本実施形態では、コンピュータ読み取り可能な記録媒体がＨＤＤ１３３であり、ＨＤＤ１３３にプログラムが格納される場合について説明したが、これに限定するものではない。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば、いかなる記録媒体に記録されていてもよい。例えば、プログラムを供給するための記録媒体としては、ＲＯＭ、外部記憶装置、記録ディスク等を用いてもよい。具体例を挙げて説明すると、記録媒体として、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。また、本実施形態におけるプログラムを、ネットワークを介してダウンロードしてコンピュータにより実行するようにしてもよい。
【００６１】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、本実施形態の機能が実現されるだけに限定するものではない。そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００６２】
さらに、記録媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれてもよい。そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって本実施形態の機能が実現される場合も含まれる。
【符号の説明】
【００６３】
１００    ロボット装置
１２０    多関節ロボット
１２１    ロボットアーム
１２２    ハンド（エンドエフェクタ）
１３０    制御装置
１３１    動作データ生成部（制御部）
１３２    ロボット制御部（制御部）
１３３    ＨＤＤ（記憶部）
１４０    検出用治具
１４２    非接触式変位センサ
１５０    教示用治具
１５２、１５３、１５４、１５５    キー溝
１５５ａ、１５５ｂ    エッジ
【図１】
2015016527.tif 000004
【図２】
2015016527.tif 000005
【図３】
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【図４】
2015016527.tif 000007
【図５】
2015016527.tif 000008
【図６】
2015016527.tif 000009
【図７】
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【図８】
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