(57)【要約】　　　（修正有）【課題】アクチュエータによりエンドエフェクタの位置及び姿勢を制御する機械のエンドエフェクタの位置もしくは位置及び姿勢の誤差の補正方法を提供する。【解決手段】測定基準となる基台１の上に３つ以上の自在継手固定部材２ａ，２ｂ，２ｃが取り付けられ、夫々の自在継手固定部材２には自在継手として鋼球３ａ，３ｂ，３ｃが固定され、自在継手固定部材９には自在継手としての鋼球５ａ，５ｂ，５ｃが固定され、他の部材に支えられた被測定物７に自在継手固定部材が取り付けられ、測長装置６は鋼球３ａ，３ｂ，３ｃと鋼球５ａ，５ｂ，５ｃの間に取り付けられている。このような測定装置を用いて、エンドエフェクタの位置及び姿勢の測定値を基に機械における機構の幾何学的誤差を推定して補正し、エンドエフェクタの位置及び姿勢の誤差を補正する。【選択図】　図３
2004001203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータにより基台に対するエンドエフェクタの位置及び姿勢を制御する機械において、前記エンドエフェクタの指令値と実際の位置及び姿勢との誤差を補正する方法であって、前記エンドエフェクタを任意の複数の位置及び姿勢に位置決めしエンドエフェクタ上の１点と基台上の３点との距離をそれぞれ測定し、測定値に基づいて前記任意の複数の位置におけるエンドエフェクタの位置を求め、前記任意の複数の位置全てにおいて求めたエンドエフェクタの基台に対する位置と指令位置との差が最も小さくなるように前記機械の機構の幾何学的誤差を推定し、この幾何学的誤差を補正値とすることにより、エンドエフェクタの位置及び姿勢の誤差を補正することを特徴とする機械の誤差補正方法。
【請求項２】
アクチュエータにより基台に対するエンドエフェクタの位置及び姿勢を制御する機械において、前記エンドエフェクタの指令値と実際の位置及び姿勢との誤差を補正する方法であって、前記エンドエフェクタを任意の複数の位置に位置決めし、エンドエフェクタ上の３点に対する基台上の３点各々との距離をそれぞれ測定し、測定値に基づいて前記任意の複数の位置におけるエンドエフェクタの位置と姿勢を求め、前記任意の複数の位置全てにおいて求めた位置と姿勢とエンドエフェクタの指令値とより前記機械の機構の幾何学的誤差を推定し、この幾何学的誤差を補正値とすることにより、エンドエフェクタの位置及び姿勢の誤差を補正することを特徴とする機械の誤差補正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータによりエンドエフェクタの位置及び姿勢を制御する機械のエンドエフェクタの位置もしくは位置及び姿勢の誤差の補正方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械やロボットなどアクチュエータによって、主軸、工具、ハンド、その他（以下まとめてエンドエフェクタという）の位置及び姿勢を制御する機械において、その機構の幾何学的な誤差をゼロにする、あるいは測定することは非常に困難であり、その誤差の影響によりエンドエフェクタの位置及び姿勢には誤差が含まれていた。このエンドエフェクタの位置及び姿勢の誤差を補正するために、特許文献１では、複数の既知の基準点を有する治具にロボットのエンドエフェクタを位置合わせし、ロボットに付設した位置検出器によりその時の位置を検出し、検出した位置と予め測定されている基準位置とのずれより前記ロボットの機構の幾何学的な誤差を推定して、この誤差を補正することにより前記エンドエフェクタの位置及び姿勢の誤差を補正している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−２１１８０６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記ロボットのエンドエフェクタの位置及び姿勢の誤差の補正においては、前記治具を高精度に製作する必要があり、又、前記ロボットのエンドエフェクタを前記治具に高精度に位置合わせすることが難しいという問題があった。また、前記エンドエフェクタのような他の部材に支えられた被測定物の位置及び姿勢を測定するコンパクトな測定装置がなかった。
【０００５】
本発明は従来技術の有するこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、アクチュエータによってエンドエフェクタの位置及び姿勢を制御することができる機械において、エンドエフェクタと本機固定部の距離あるいはエンドエフェクタの位置もしくは位置及び姿勢の測定をすることができる測定装置による測定値に基づいて、前記機械の機構の幾何学的誤差を推定して補正し、前記エンドエフェクタの位置及び姿勢の誤差を補正する機械の誤差補正方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、アクチュエータにより基台に対するエンドエフェクタの位置及び姿勢を制御する機械において、前記エンドエフェクタの指令値と実際の位置との誤差を補正する方法であって、前記エンドエフェクタを任意の複数の位置に位置決めしエンドエフェクタ上の１点と基台上の３点との距離をそれぞれ測定し、測定値に基づいて前記任意の複数の位置におけるエンドエフェクタの位置を求め、前記任意の複数の位置全てにおいて求めたエンドエフェクタの基台に対する位置と指令位置との差が最も小さくなるように前記機械の機構の幾何学的誤差を推定し、この幾何学的誤差を補正値とすることにより、エンドエフェクタの位置及び姿勢の誤差を補正するものである。
【０００７】
請求項２の発明は、アクチュエータにより基台に対するエンドエフェクタの位置及び姿勢を制御する機械において、前記エンドエフェクタの指令値と実際の位置との誤差を補正する方法であって、前記エンドエフェクタを任意の複数の位置に位置決めし、エンドエフェクタ上の３点に対する基台上の３点各々との距離をそれぞれ測定し、測定値に基づいて前記任意の複数の位置におけるエンドエフェクタの位置と姿勢を求め、前記任意の複数の位置全てにおいて求めた位置と姿勢とエンドエフェクタの指令値とより前記機械の機構の幾何学的誤差を推定し、この幾何学的誤差を補正値とすることにより、エンドエフェクタの位置及び姿勢の誤差を補正するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具現化した実施の一形態を図面を基に説明する。図１は第１の実施形態を示す測定装置の１例の斜視図であり、測定基準ＯＢに対する被測定物７の基準ＯＨの位置を測定する測定装置を示す。
【０００９】
測定基準ＯＢとなる基台１の上に３つの自在継手固定部材２ａ、２ｂ、２ｃが取り付けられ、それぞれの自在継手固定部材２ａ、２ｂ、２ｃには鋼球３ａ、３ｂ、３ｃが固定されている。図示しない部材に支えられた被測定物７に自在継手固定部材４が取り付けられ、自在継手固定部材４には鋼球５が固定されている。測長装置６はいわゆるダブルボールバーのような測定装置であり、両端に磁気を帯び、鋼球３ａ、３ｂ、３ｃの何れか１ヶ及び鋼球５を受ける部材を有し、鋼球３ａ、３ｂ、３ｃの何れか１ヶと鋼球５の間に磁力によって取り付けられる。鋼球３ａ、３ｂ、３ｃ及び鋼球５は自在継手として機能し、磁力によって取り付けられた測長装置６は球の中心点を中心としてあらゆる方向に傾くことができる。
【００１０】
続いて第１の実施形態での測定方法を説明する。基台１の上に３つの自在継手固定部材２ａ、２ｂ、２ｃ及び鋼球３ａ、３ｂ、３ｃを取り付け、測定基準ＯＢに対する鋼球３ａ、３ｂ、３ｃの中心点の位置を予め測定等により既知にしておく。更に、被測定物７に自在継手固定部材４及び鋼球５を取り付け、被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５の中心点の位置を予め測定等により既知にしておく。
【００１１】
まず鋼球３ａと鋼球５の間に測長装置６を取り付け、鋼球３ａと鋼球５の中心点間距離を測定する。位置が既知の３点とある別の点との距離を夫々測定しその点の位置を特定する３点測量の要領で、上記測定を各々別の鋼球３ｂ、３ｃに対して繰返し行い、鋼球３ｂと鋼球５の中心点間距離及び鋼球３ｃと鋼球５の中心点間距離を測定する。測定した鋼球３ａ、３ｂ、３ｃと鋼球５のそれぞれの中心点間距離、測定基準ＯＢに対する鋼球３ａ、３ｂ、３ｃの中心点の位置及び被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５の中心点の位置から測定基準ＯＢに対する被測定物７の基準ＯＨの位置を求める。なお、測定精度を向上させるために上述の測定を３回に限らず４回以上行い平均をとるなどしてもよい。
【００１２】
図２は第２の実施形態を示す測定装置の１例の斜視図であり、測定基準ＯＢに対する被測定物７の基準ＯＨの位置を測定する測定装置を示すもので、同一の構成には同一の番号を付し説明を省略する。
【００１３】
第２の実施形態では、測定基準ＯＢとなる基台１の上にサドル１３が摺動可能に載置されモータ１１によりＸ軸方向に移動し、その位置が位置検出器１２により検出される。更にサドル上にはテーブル８が摺動可能に載置されモータ１４によりＹ軸方向に移動し、その位置が位置検出器１５により検出される。自在継手固定部材２はテーブル８に取り付けられ、その先端に鋼球３が固定されている。従って、鋼球３及び自在継手固定部材２は、モータ１１によるサドル１３の移動及びモータ１４によるテーブル８の移動によりＸＹ平面内の任意の位置に位置決めすることができる。測長装置６は鋼球３と自在継手固定部材４を介して被測定物７に取り付けられた鋼球５との間に磁力によって取り付けられる。
【００１４】
続いて第２の実施形態での測定方法を説明する。テーブル８上に自在継手固定部材２及び鋼球３を取り付け、テーブル８が特定の位置に位置決めされた時の測定基準ＯＢに対する鋼球３の中心点の位置を予め測定及び位置検出器１２、１５により既知にしておく。被測定物７に自在継手固定部材４及び鋼球５を取り付け、被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５の中心点の位置を予め測定等により既知にしておく。
【００１５】
次に、モータ１１及びモータ１４によりサドル１３及びテーブル８を移動させテーブル上の鋼球３を任意の位置に位置決めし、測定基準ＯＢに対する鋼球３の中心点の位置を位置検出器１２、１５により検出する。その後、鋼球３と鋼球５の間に測長装置６を取り付け、鋼球３と鋼球５の中心点間距離を測定する。同様にして鋼球３を移動させ、任意の３ヶ所の位置で測定基準ＯＢに対する鋼球３の中心点の位置及び鋼球３と鋼球５の中心点間距離を測定する。測定した３ヶ所の位置における鋼球３と鋼球５のそれぞれの中心点間距離、測定基準ＯＢに対する３ヶ所の位置における鋼球３の中心点の位置及び既知である被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５の中心点の位置から測定基準ＯＢに対する被測定物７の基準ＯＨの位置を求める。
【００１６】
図３は第３の実施形態を示す測定装置の１例の斜視図であり、測定基準ＯＢに対する被測定物７の基準ＯＨの位置及び被測定物７の姿勢を測定する測定装置を示すもので、同一の構成には同一の番号を付し説明を省略する。
【００１７】
第３の実施形態では、被測定物７に３つの鋼球５ａ、５ｂ、５ｃが固定された自在継手固定部材９が取り付けられている。続いて第３の実施形態での測定方法を説明する。基台１の上に３つ以上の自在継手固定部材２ａ、２ｂ、２ｃ及び鋼球３ａ、３ｂ、３ｃを取り付け、測定基準ＯＢに対する鋼球３ａ、３ｂ、３ｃの中心点の位置を予め測定等により既知にしておく。更に、被測定物７に鋼球５ａ、５ｂ、５ｃを固定した自在継手固定部材９を取り付け、被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５ａ、５ｂ、５ｃの中心点の位置を予め測定等により既知にしておく。
【００１８】
次に、鋼球５ａと鋼球３ａの間に測長装置６を取り付け、鋼球５ａと鋼球３ａの中心点間距離を測定する。上記測定を各々別の鋼球３ｂ、３ｃに対して繰返し行い、鋼球５ａと鋼球３ｂの中心点間距離及び鋼球５ａと鋼球３ｃの中心点間距離を測定する。測定した鋼球５ａと鋼球３ａ、３ｂ、３ｃのそれぞれの中心点間距離及び測定基準ＯＢに対する鋼球３ａ、３ｂ、３ｃの中心点の位置から測定基準ＯＢに対する鋼球５ａの中心点の位置を求める。同様に、測長装置６を鋼球５ｂ、５ｃに取付け上記測定を各々行い、測定基準ＯＢに対する鋼球５ｂ、５ｃの中心点の位置を求める。求めた３つの鋼球５ａ、５ｂ、５ｃの中心点の位置及び既知である被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５ａ、５ｂ、５ｃの中心点の位置から、被測定物７の基準ＯＨの位置と姿勢を求めることができる。
【００１９】
また、上述の測定方法とは別の方法を以下に説明する。図４は、基台１に取付けられた６つの鋼球３と被測定物７に取付けられた３つの鋼球５との中心点の位置関係を６自由度パラレルメカニズムと想定し示したものである。図４において、固定節ＴＢにある対偶Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６は基台１に取付けられた６つの鋼球３の中心点であり、可動節ＴＰにある対偶Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は被測定物７に取付けられた３つの鋼球５の中心点であり、節Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６は夫々測長装置６で測定した鋼球３と鋼球５との中心点間距離である。節Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６の長さから、パラレルメカニズムの順機構変換を行うことにより移動節ＴＰの位置と傾きを求めることができる。したがって、被測定物７の基準ＯＨと自在継手固定部材９と３つの鋼球５ａ、５ｂ、５ｃとの位置関係から、被測定物７の位置及び姿勢を特定することができる。
【００２０】
なお、図４において固定節ＴＢの対偶を対偶Ｂ１からＢ６の６つであるとしたが３つでもよく、移動節ＴＰの対偶を対偶Ｐ１からＰ３の３つであるとしたが６つでもよい。
【００２１】
図５は、基台に取付けられた６つの鋼球と被測定物に取付けられた６つの鋼球との中心点間距離から測定基準ＯＢに対する被測定物７の基準ＯＨの位置及び被測定物７の姿勢を測定する測定装置の１例の斜視図である。６つの鋼球３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆと鋼球５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆの中心点の関係は空間６自由度パラレルメカニズムであるため、測長装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆにより夫々の鋼球の中心点間距離を測定し、この測定値を基にパラレルメカニズムの順機構変換を行うことにより、被測定物７の基準ＯＨと６つの鋼球５の位置関係から、被測定物７の位置及び姿勢を特定することができる。
【００２２】
又、対偶を３つにした場合は、片側の節が２本の二又自在継手を用いる。図６は二又自在継手の１例としての二又球面自在継手である。節２１がソケット２２に取り付けられ、ソケット２２と蓋２３の間にはめ込まれている半球２４に節２６が取り付けられ、半球２５に節２７が取り付けられている。この構成により、半球２４と半球２５は夫々が持つ平面に垂直で且つ夫々の持つ円の中心点を通る軸を中心にして互いに回転運動することができ、ソケット２２内であらゆる方向に傾くことができる。尚、二又自在継手はここで挙げた球面継手に限るものではなく、回転軸受けを組み合わせたものなどでもよい。
【００２３】
図７は第４の実施形態を示す測定装置の１例の斜視図であり、測定基準ＯＢに対する被測定物７の基準ＯＨの位置及び被測定物７の姿勢を測定する測定装置を示すもので、同一の構成には同一の番号を付し説明を省略する。第４の実施形態では、第２の実施形態に対し、被測定物７に３つの鋼球５ａ、５ｂ、５ｃが固定された自在継手固定部材９が取り付けられる点が異なる。テーブル８上に自在継手固定部材２及び鋼球３を取り付け、テーブル８が特定の位置に位置決めされた時の測定基準ＯＢに対する鋼球３の中心点の位置を予め測定及び位置検出器１２、１５により既知にしておく。更に、被測定物７に鋼球５ａ、５ｂ、５ｃを固定した自在継手固定部材９を取り付け、被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５ａ、５ｂ、５ｃの中心点の位置を予め測定等により既知にしておく。
【００２４】
次に、第２の実施形態と同様、モータ１１及びモータ１４によりテーブル８上に取り付けた鋼球３を移動させ、任意の３ヶ所の位置で測定基準ＯＢに対する鋼球３の中心点の位置及び鋼球３と鋼球５ａの中心点間距離を測定し、測定基準ＯＢに対する鋼球５ａの中心点の位置を求める。同様に、測長装置６を鋼球５ｂ、５ｃに取付け上記測定を各々行い、測定基準ＯＢに対する鋼球５ｂ、５ｃの中心点の位置を求める。求めた３つの鋼球５ａ、５ｂ、５ｃの中心点の位置及び既知である被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５ａ、５ｂ、５ｃの中心点の位置から、被測定物７の基準ＯＨの位置と姿勢を求めることができる。
【００２５】
また、テーブル８を移動させることにより３ヶ所に位置決めさせた鋼球３と被測定物７に取り付けた３つの鋼球５ａ、５ｂ、５ｃの中心点の位置の関係を空間６自由度パラレルメカニズムと想定し、測長装置６を用いて測定した３ヶ所の鋼球３と鋼球５ａ、５ｂ、５ｃの中心点間距離を基に、パラレルメカニズムの順機構変換を行うことにより、被測定物７の位置及び姿勢を特定することができる。
【００２６】
図８は第５の実施形態を示す測定装置の１例の斜視図であり、測定基準ＯＢに対する被測定物７の基準ＯＨの位置及び被測定物７の姿勢を測定する測定装置を示すもので、同一の構成には同一の番号を付し説明を省略する。第５の実施形態では、被測定物７に鋼球５が固定された自在継手固定部材１０が取り付けられるが、第３の実施形態に対し、自在継手固定部材１０もしくは被測定物７が角度割り出し可能な回転機構を持ち、自在継手固定部材１０は或る回転中心軸に対して回転し、任意の角度で位置決めできる点が異なる。基台１の上に３つ以上の自在継手固定部材２ａ、２ｂ、２ｃ及び鋼球３ａ、３ｂ、３ｃを取り付け、測定基準ＯＢに対する鋼球３ａ、３ｂ、３ｃの中心点の位置を予め測定等により既知にしておく。更に、被測定物７に鋼球５を固定した自在継手固定部材１０を取り付け、被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５の中心点の位置を予め測定等により既知にしておく。自在継手固定部材１０の基準と回転中心軸の関係を予め既知にしておくことにより、任意の角度に位置決めした際にも鋼球５の中心点位置は既知となる。なお、鋼球５は自在継手固定部材１０には回転中心軸に対して偏心させて固定されている。
【００２７】
まず、自在継手固定部材１０を任意の角度に位置決めし、測長装置６により鋼球５と３つの鋼球３ａ、３ｂ、３ｃの中心点間距離を測定し、測定基準ＯＢに対する鋼球５の中心点の位置を求める。次に、自在継手固定部材１０を上記と異なる任意の角度に位置決めし同様の測定を行い、測定基準ＯＢに対する鋼球５の中心点の位置を求めることを繰返す。以上より求めた３つの角度の位置における鋼球５の中心点の位置及び既知である被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５の中心点の位置から、被測定物７の基準ＯＨの位置と姿勢を求めることができる。
【００２８】
また、基台１の上に取り付けられた３つ以上の鋼球３ａ、３ｂ、３ｃと被測定物７に取り付けられ３つの角度に位置決めさせた鋼球５の中心点の位置の関係を空間６自由度パラレルメカニズムと想定し、測長装置６を用いて測定した鋼球３ａ、３ｂ、３ｃと３ヶ所の鋼球５の中心点間距離を基に、パラレルメカニズムの順機構変換を行うことにより、被測定物７の位置及び姿勢を特定することができる。
【００２９】
図９は第６の実施形態を示す測定装置の１例の斜視図であり、測定基準ＯＢに対する被測定物７の基準ＯＨの位置及び被測定物７の姿勢を測定する測定装置を示すもので、同一の構成には同一の番号を付し説明を省略する。第６の実施形態では、被測定物７に鋼球５が固定された自在継手固定部材１０が取り付けられるが、第４の実施形態に対し、自在継手固定部材１０もしくは被測定物７が角度割り出し可能な回転機構を持ち、自在継手固定部材１０は或る回転中心軸に対して回転し、任意の角度で位置決めできる点が異なる。テーブル８上に自在継手固定部材２及び鋼球３を取り付け、テーブル８が特定の位置に位置決めされた時の測定基準ＯＢに対する鋼球３の中心点の位置を予め測定及び位置検出器１２、１５により既知にしておく。更に、被測定物７に鋼球５を固定した自在継手固定部材１０を取り付け、被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５の中心点の位置を予め測定等により既知にしておく。自在継手固定部材１０の基準と回転中心軸の関係を予め既知にしておくことにより、任意の角度に位置決めした際にも鋼球５の中心点位置は既知となる。なお、鋼球５は自在継手固定部材１０には回転中心軸に対して偏心させて固定されている。
【００３０】
まず、自在継手固定部材１０を任意の角度に位置決めし、次いで第４の実施形態と同様、モータ１１及びモータ１４により鋼球３を移動させ、任意の３ヶ所の位置で測定基準ＯＢに対する鋼球３の中心点の位置及び鋼球３と鋼球５の中心点間距離を測定し、測定基準ＯＢに対する鋼球５の中心点の位置を求める。次に、自在継手固定部材１０を上記と異なる任意の角度に位置決めし同様の測定を行い、測定基準ＯＢに対する鋼球５の中心点の位置を求めることを繰返す。以上より求めた３つの角度の位置における鋼球５の中心点の位置及び既知である被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５の中心点の位置から、被測定物７の基準ＯＨの位置と姿勢を求めることができる。
【００３１】
また、テーブル８を移動させることにより３ヶ所に位置決めさせた鋼球３と被測定物７に取り付けられ３つの角度に位置決めさせた鋼球５の中心点の位置の関係を空間６自由度パラレルメカニズムと想定し、測長装置６を用いて測定した３ヶ所の鋼球３と３ヶ所の鋼球５の中心点間距離を基に、パラレルメカニズムの順機構変換を行うことにより、被測定物７の位置及び姿勢を特定することができる。
【００３２】
第１の実施形態から第６の実施形態に関して、自在継手固定部材２と基台１もしくはテーブル８は一体でもよく、鋼球３は直接基台１もしくはテーブル８に取り付けられてもよく、自在継手固定部材２と鋼球３は一体でもよい。また、自在継手固定部材４もしくは自在継手固定部材９もしくは自在継手固定部材１０と鋼球５は一体でもよい。さらに、測長装置６の両端もしくは片端に鋼球３及び／もしくは鋼球５が予め固定されていてもよく、その場合、自在継手固定部材２及び／もしくは自在継手固定部材４もしくは自在継手固定部材９もしくは自在継手固定部材１０は磁気を帯びた鋼球取り付け部を有する。さらにまた、自在継手としてはあらゆる方向に傾くものであればよく、鋼球と磁気を帯びた受け部の組み合わせだけではなく、球面継手や回転継手を複数組み合わせた継手でもよい。また、測長装置６としてダブルボールバーを挙げたが、本発明はこれに制限されるものではなく、リニアエンコーダ等により広い測長範囲を有する測長装置などでもよい。また、基台１の上に３つ以上の鋼球３ａ、３ｂ、３ｃを取り付ける形態の測定装置においては、図５に示すように複数個の測長装置を用い、複数個の鋼球の中心間距離を同時に測定するようにしてもよい。
【００３３】
図１０は請求項１又は２の発明の誤差補正方法に係わるアクチュエータによってエンドエフェクタの位置及び姿勢を制御する機械の１例としての空間６自由度のスチュワートプラットフォーム型パラレルメカニズム工作機械の斜視図である。工具取り付け部を有するエンドエフェクタ３２は自在継手３３を介してボールねじ３４に取り付けられ、ボールねじ３４は自在継手３５を介してフレーム３７に取り付けられる。自在継手３５に取り付けられたサーボモータ３６によってボールねじ３４のナットを回転させ、自在継手３３と自在継手３５の間のボールねじ３４の長さを変えることにより、エンドエフェクタ３２の位置と姿勢を制御する。エンドエフェクタ３２に工具を取り付け、テーブル３１に加工物を乗せ加工を行う。テーブル３１とフレーム３７は固定されているため、一体であると考えても良い。
【００３４】
このような機械には、エンドエフェクタ３２の基準点に対する自在継手３３の回転中心点の位置誤差、自在継手３５の回転中心点の位置誤差、自在継手３３と自在継手３５の間のボールねじ３４の長さ誤差など、設計値に対する幾何学的誤差（誤差パラメータ）があり、この誤差の影響により、指令に対してエンドエフェクタ３２の位置及び姿勢に誤差が含まれる。請求項１又は２の発明は、この誤差パラメータを推定し補正することによってエンドエフェクタ３３の位置及び姿勢の誤差を補正する方法を提供するものである。
【００３５】
図１１は第７の実施形態に用いる装置の一例の斜視図であり、テーブル３１に設けられた鋼球３の中心とエンドエフェクタ３２に設けられた鋼球５の中心間の距離を測定する測定装置を示すもので、同一の構成には同一の番号を付し説明を省略する。
【００３６】
測定基準ＯＢとなるテーブル３１の上に自在継手固定部材４１が取り付けられ、自在継手固定部材４１には鋼球３が固定されている。図示しない部材に支えられたエンドエフェクタ３２に自在継手固定部材４が取り付けられ、自在継手固定部材４には鋼球５が固定されている。測長装置６は両端に磁気を帯び、鋼球３と鋼球５の間に磁力によって取り付けられる。鋼球３及び鋼球５は自在継手として機能し、磁力によって取り付けられた測長装置６は球の中心点を中心としてあらゆる方向に傾くことができる。
【００３７】
続いて第７の実施形態での測定方法を図１２に基づき説明する。テーブル３１の上に自在継手固定部材４１及び鋼球３を取り付け、測定基準ＯＢに対する鋼球３の中心点の位置を予め測定等により既知にしておく。更に、エンドエフェクタ３２に自在継手固定部材４及び鋼球５を取り付け、エンドエフェクタ３２の基準ＯＨに対する鋼球５の中心点の位置を予め測定等により既知にしておく。
【００３８】
ステップＳ１において、鋼球３と鋼球５の間に測長装置６を取り付け、鋼球３と鋼球５の中心点間距離を測定する。上記測定をエンドエフェクタ３２の位置及び姿勢を変えて複数回繰返し行い、複数の鋼球３と鋼球５の中心点間距離を測定する。
【００３９】
ステップＳ２において、複数の測定した鋼球３と鋼球５の中心点間距離から、誤差パラメータを推定する。その例を以下に述べる。誤差パラメータを変えることによりエンドエフェクタ３２の位置及び姿勢が変わることを表す式を数１とする。
【００４０】
【数１】
Ｘ＝ｈ（Ｅ）
ただし、
Ｅ；ｎ（正の数）個の誤差パラメータ
Ｘ；エンドエフェクタ３２の位置及び姿勢
【００４１】
上述のようにエンドエフェクタ３２の基準とエンドエフェクタ３２に取り付けられる測定装置上の鋼球５の中心点との位置関係は既知にしてあるため、エンドエフェクタ３２の位置及び姿勢から鋼球５の中心点の位置は数２にて求めることができる。
【００４２】
【数２】
Ｙ＝ｈ’（Ｅ）
ただし、
Ｙ；エンドエフェクタ３２に取り付けられた測定装置における鋼球５の中心点の位置
【００４３】
測定基準である鋼球３の中心点とエンドエフェクタ３２に取り付けられた鋼球５の中心点との中心間距離の測定値が計算値と同じであるとするならば数３が成り立つ。
【００４４】
【数３】
ｆ（Ｅ）＝ｍｋ２−（Ｙｋ−０）２＝０
ただし、
ｍｋ；ｋ（正の数）番目の測定値（鋼球３と鋼球５との中心間距離）
Ｙｋ；ｋ（正の数）番目の測定時の、鋼球５の中心点の指令位置
０；測定基準の位置（鋼球３の中心点の位置）
【００４５】
実際には誤差パラメータの影響で数３は０にならない。
そこで、全ての測定値に対して数４のＦが最小になるように、誤差パラメータＥを数値計算で求める。数値計算としてはＮｅｗｔｏｎ−Ｒａｐｈｓｏｎ法などを用いる。
【００４６】
【数４】
2004001203.tif 000003
【００４７】
上述のスチュワートプラットフォーム型のパラレルメカニズム工作機械における誤差パラメータは、エンドエフェクタ３２の基準点に対する自在継手３３の回転中心点の誤差を含んだ位置、機械の基準点に対する自在継手３５の回転中心点の誤差を含んだ位置、自在継手３３と自在継手３５の間のボールねじ３４の長さであるとし、ボールねじ３４、自在継手３３、自在継手３５の１組について数５で表すことができる。
【００４８】
【数５】
Ｌｉ＝｜Ｂｉ−ＭＸ（Ｐｉ）｜
ただし、
ｉ；１から６
Ｐｉ；エンドエフェクタ３２の基準点に対する各自在継手３３の回転中心点の誤差を含んだ位置
Ｘ；エンドエフェクタ３２の位置及び姿勢
Ｍ；ある点を指定した位置及び姿勢Ｘに移動させる演算子
Ｂｉ；機械の基準点に対する各自在継手３５の回転中心点の誤差を含んだ位置
Ｌｉ；自在継手３３と自在継手３５の間のボールねじ３４の誤差を含んだ長さ
【００４９】
尚、数５は非線形連立方程式になるため、数５において、ある誤差パラメータの値におけるエンドエフェクタ３２の位置及び姿勢Ｘを求めるためには、Ｎｅｗｔｏｎ−Ｒａｐｈｓｏｎ法などの数値計算で解法する。この計算は数１に相当し、エンドエフェクタ３２の基準点とエンドエフェクタ３２に取り付けられる測定装置上の鋼球５の中心点との位置関係が既知なことから、数５のＰｉを鋼球Ｐ５の中心点に対する各自材継手３３の回転中心点の位置とすることにより数２に相当する鋼球５の中心点の位置を求めることができる。エンドエフェクタ３２の位置及び姿勢を任意に変えて測定を行い、得られた測定値を用いて数４を数値計算することにより、上述の誤差パラメータを求めることができる。
【００５０】
ステップＳ３において、これら誤差パラメータを補正することにより、エンドエフェクタ３２の位置及び姿勢の誤差が補正できる。なお、誤差補正対象機械が姿勢を制御しない場合は位置の誤差のみの補正を行うことができる。
【００５１】
次に図１又は図２に示した測定装置を用いてエンドエフェクタ３２の位置を測定し、誤差パラメータを推定し補正することによりエンドエフェクタ３２の位置及び姿勢の誤差の補正を行う第８の実施形態での補正方法を図１３に基づき説明する。
【００５２】
ステップＳ１１、Ｓ１２において、上述の方法により、測定基準ＯＢに対するエンドエフェクタ３２の位置及び姿勢を、エンドエフェクタ３２の位置を変えて複数回繰返し行い、測定する。
【００５３】
ステップＳ１３において、複数の測定したエンドエフェクタ３２の位置から、誤差パラメータを推定する。その例を以下に述べる。エンドエフェクタ３２の位置の測定値と数１におけるエンドエフェクタ３２の計算値が同じとするならば数６が成り立つ。
【００５４】
【数６】
ｇ（Ｅ）＝Ｔｋ−Ｘｋ＝０
ただし、
Ｔｋ；ｋ（正の数）番目のエンドエフェクタ３２の位置の測定値
Ｘｋ；ｋ（正の数）番目の測定時の、エンドエフェクタ３２の指令位置（位置の情報）
実際には誤差パラメータの影響で数６は０にならないため、全てのエンドエフェクタ３２の位置の測定値に対して数７のＧが最小になるように、誤差パラメータＥを数値計算で求める。
【００５５】
【数７】
2004001203.tif 000004
【００５６】
ステップＳ１４において、これら誤差パラメータを補正することにより、エンドエフェクタ３２の位置及び姿勢の誤差が補正できる。なお、誤差補正対象機械が姿勢を制御しない場合は位置の誤差のみの補正を行うことができる。
【００５７】
次に図３ないし図７に示した測定装置を用いてエンドエフェクタ３２の位置及び姿勢を測定し、誤差パラメータを推定し補正することによりエンドエフェクタ３２位置及び姿勢の誤差の補正を行う第９の実施形態での補正方法を図１４に基づき説明する。
【００５８】
ステップＳ２１、Ｓ２２において、上述の方法により、測定基準ＯＢに対するエンドエフェクタ３２の位置及び姿勢を、エンドエフェクタ３２の位置を変えて複数回繰返し行い、測定する。
【００５９】
ステップＳ２３において、複数の測定したエンドエフェクタ３２の位置及び姿勢から、数１を用いて未知数である誤差パラメータＥの数に対して必要となるだけの数の連立方程式を解き、誤差パラメータを推定する。その場合、必要となる式の数に対して解Ｘを用意する必要がある。すなわち、必要となる数のエンドエフェクタ３２の位置及び姿勢の測定を行い、それら測定値から演算を行う。上述のパラレルメカニズム工作機械では数５を用いるが、非線形連立方程式となるため数値計算によって解法する。
【００６０】
ステップＳ２４において、これら誤差パラメータを補正することにより、エンドエフェクタ３２の位置及び姿勢の誤差が補正できる。
【００６１】
上記補正方法の説明においては、図１０のような空間６自由度スチュワートプラットフォーム型パラレルメカニズム工作機械を示したが、本発明に係わる機械はこれに限るものではなく、ロボット、産業機械、測定機、建設機械などでもよい。また、６自由度未満でもよい。さらに、パラレルメカニズムとしてはスチュワートプラットフォーム型に限らず、屈曲型、スライド型でもよい。さらにまた、シリアルメカニズムでもよい。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１又は２の何れかの発明によれば、アクチュエータによりエンドエフェクタの位置及び姿勢を制御する機械の機構における設計値に対する幾何学的誤差を推定することにより、エンドエフェクタの位置及び姿勢の誤差を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態を示す測定装置の１例を示す斜視図。
【図２】第２の実施形態を示す測定装置の１例を示す斜視図。
【図３】第３の実施形態を示す測定装置の１例を示す斜視図。
【図４】パラレルメカニズムの模式図。
【図５】第３の実施形態を示す測定装置の他の例を示す斜視図。
【図６】二又自在継手の１例を示す。
【図７】第４の実施形態を示す測定装置の１例を示す斜視図。
【図８】第５の実施形態を示す測定装置の１例を示す斜視図。
【図９】第６の実施形態を示す測定装置の１例を示す斜視図。
【図１０】誤差補正の対象である機械の１例としてのパラレルメカニズム工作機械を示す。
【図１１】第７の実施形態を示す測定装置の１例を示す斜視図。
【図１２】第７の実施形態を示す誤差補正方法の１例を示すフローチャート。
【図１３】第８の実施形態を示す誤差補正方法の１例を示すフローチャート。
【図１４】第９の実施形態を示す誤差補正方法の１例を示すフローチャート。
【符号の説明】
１・・基台、２ａ、２ｂ、２ｃ・・自在継手固定部材、３ａ、３ｂ、３ｃ・・鋼球、４・・自在継手固定部材、５ａ、５ｂ、５ｃ・・鋼球、６・・測長装置、７・・被測定物、８・・テーブル、９・・自在継手固定部材、１０・・自在継手固定部材、３１・・テーブル、３２・・エンドエフェクタ、３３・・自在継手、３４・・ボールねじ、３５・・自在継手、３６・・サーボモータ、３７・・フレーム、４１・・自在継手固定部材。
【図１】
2004001203.tif 000005
【図２】
2004001203.tif 000006
【図３】
2004001203.tif 000007
【図４】
2004001203.tif 000008
【図５】
2004001203.tif 000009
【図６】
2004001203.tif 000010
【図７】
2004001203.tif 000011
【図８】
2004001203.tif 000012
【図９】
2004001203.tif 000013
【図１０】
2004001203.tif 000014
【図１１】
2004001203.tif 000015
【図１２】
2004001203.tif 000016
【図１３】
2004001203.tif 000017
【図１４】
2004001203.tif 000018