(57)【要約】本発明は、第１測定軸（１２）に関して垂線に対する角度を測定するために配設された第１測角部材（１０）と、較正時にロボットに本体を実装するための実装手段（８、９、２５）とを有する本体（７）を具備する産業ロボットの較正装置を提供する。当該装置は、第１測定軸と異なる第２測定軸（１３）に関して垂線に対する角度を測定するために配設された第２角測部材（１１）を具備する。本発明はまた、請求項１又は２に記載の装置を用いて複数の軸を中心に回転するために互いに可動接続される複数の区分を有する産業ロボットの較正方法を提供する。当該方法は、ロボットの１区分に本体（７）を取り付け、第１角測部材（１０）から測定角度を読取り、第１角測部材（１０）からの前記測定角度に基づいて第１軸を中心にロボットを動かし、第２角測部材（１１）から測定角度を読取り、第２角測部材（１１）からの前記測定角度に基づいて第２軸を中心にロボットを動かすことを含む。
2004525781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１測定軸（１２）に関して垂線に対する角度を測定するために配設された測角部材（１０）と、較正時に本体をロボットに実装するための実装手段（８、９、２５）とを有する本体（７）を具備する産業ロボットの較正装置であって、
第１測定軸と異なる第２測定軸（１３）に関して垂線に対する角度を測定するために配設された第２角測部材（１１）を具備することを特徴とする較正装置。
【請求項２】
前記第２角測部材（１１）は、第２角測部材の測定軸が第１角測部材（１０）の測定軸と直交するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記実装手段は、本体をロボットの基準面に実装するための第１実装構成（８）を有し、該実装構成が３つの突起接触要素（１５）を具備することにより、較正時に本体は該接触要素を介して基準面に接触することを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
各接触要素（１５）が、較正時における基準面との接触に適合した平坦部を有することを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
接触要素が三角形の頂点を形成するように配設されることを特徴とする請求項３又は４に記載の装置。
【請求項６】
実装構成は、本体を基準面に取り付けるための取り付け要素（１７）を具備することを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
取り付け要素（１７）は螺子であることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
実装手段は、本体（７）をロボットの第２基準面に実装するための第２の実装構成（９）を有することと、前記第２実装構成（９）は、第１実装構成（８）に対して角度を持って配設されることと、前記角度は、ロボットが較正設定状態にあるときにロボットの２つの基準面がなす角度に相当することと、
を特徴とする請求項３ないし７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
第１実装構成（８）が第１面に配設され、第２実装構成（９）が第１面と直交する第２面に配設されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
第１実装構成（８）は、第１基準面上の対応する鍵手段（２４）との協働に適合した鍵手段（１９）を具備することと、第２実装構成（９）は、第２基準面上の対応する鍵手段との協働に適合した鍵手段（２２）を具備することと、第１実装構成の鍵手段（１９）は、第２実装構成の鍵手段（２２）と異なることと、
を特徴とする請求項８又は９に記載の装置。
【請求項１１】
実装構成の各鍵手段は、基準面の対応するノッチ（２４）への嵌合に適合した少なくとも１つの突起要素（１９）を具備し、第１及び第２実装構成の鍵手段は異なる形状を有することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
実装構成の各鍵手段は、基準面の対応するノッチへの嵌合に適合した少なくとも２つの突起要素を有することと、突起要素（１９、２２）間の間隔（ｄ１、ｄ２）は、第２実装構成（８）と第２実装構成（９）とでは異なることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
実装手段は、本体（７）をロボットに枢軸接続するための実装部材（２５）を具備することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
前記実装部材は、ロボット（２）にシャフトを取り付けるための取り付け要素（２９）を有するシャフト（２７）を具備し、前記本体（７）は、そのシャフトを中心に枢軸に配設されることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
ロボットに実装するための較正要素（３５）を具備し、本体（７）が較正時における前記較正要素（３５）との接触に適合した部分（３２）を有することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の装置。
【請求項１６】
本体（７）は、その重心が、前記実装部材（２５）と、前記較正要素（３５）との接触に適合した前記部分（３２）とを通る軸に対して変位するような形状であることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
本体（７）は、互いに直交する第１支部（７ａ）と第２支部（７ｂ）を有するＬ字型であって、前記実装部材（２５）と前記部分（３２）が第１支部（７ａ）又は第１支部の近傍に位置していることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
ロボットと制御システム間の給電及び信号送信に適合したケーブル部材（４４）を介してロボットが制御システム（４２）に接続されており、
測角部材（１０、１１）に電気的に接続される接合部材（４６）を具備し、該接合部材（４６）には、前記ケーブル部材（４４）への接続のためのコネクタ（４９）と、前記ケーブル部材を介して測角部材に給電し測角部材からの測定値を送信するための手段とが具備されることを特徴とする請求項１ないし１７に記載の装置。
【請求項１９】
請求項１又は２に記載の装置を用いた、複数の軸を中心に回転できるように互いに可動に接続された複数の区分を有する産業ロボットの較正方法であって、
ロボットの１区分に本体（７）を取り付け、
第１角測部材（１０）から測定角度を読取り、
第１角測部材（１０）からの前記測定角度に基づいて第１軸を中心にロボットを可動させ、
第２角測部材（１１）から測定角度を読取り、
第２角測部材（１１）からの前記測定角度に基づいて第２軸を中心にロボットを可動させることを含む方法。
【請求項２０】
ロボットに突起較正要素（３５）を具備し、
垂直軸を中心に可動な１区分に本体（７）を枢軸に取り付け、
本体（７）が較正要素と接触するまで前記垂直軸を中心に前記区分を可動させ、
第１角測部材（１０）から測定角度を読取り、
第１角測部材（１０）からの前記測定角度に基づいて前記垂直軸を中心に前記区分を可動させることを含む、請求項１９に記載の産業ロボットの較正方法。
【請求項２１】
ロボットの一区分に本体を取り付ける前記ステップが、
較正用本体の接触要素をロボットの基準面に接触させ、
基準面に較正用本体を取り付けることを含む請求項１９又は２０に記載の産業ロボットの較正方法。
【請求項２２】
コンピュータ上で動作させたとき、請求項１ないし１８のいずれかに記載の較正装置を使って産業ロボットの較正をコンピュータに実行させる、コンピュータで読取り可能なプログラム手段を記録したコンピュータで読取り可能な媒体を含むコンピュータプログラム製品であって、該較正は、
第１測角部材（１０）から測定角度を受信し、
第１測角部材からの前記測定角度に基づいてロボットの第１軸の可動に関する制御信号をロボットに送信し、
第２角測部材（１１）から測定角度を受信し、
第２角測部材からの前記測定角度に基づいてロボットの第２軸の可動に関する制御信号をロボットに送信することを含む、コンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業ロボットの較正装置に関し、該装置は、第１測定軸に関して垂線に対する角度を測定するために配設された第１測角部材を有する本体と、較正時に前記本体をロボットに実装するための実装手段とを具備する。本発明は、産業ロボット及び該産業ロボットの較正用装置を具備したロボット較正システムにも関わる。本発明は、さらに、第１及び第２軸を有する産業ロボットの較正方法に関する。また、本発明は、産業ロボットの較正に関するコンピュータプログラム製品にも関わる。
【背景技術】
【０００２】
産業ロボットは、相互に可動接続された複数区分の連鎖とみなすことができる。隣接する２つの区分は、回転軸を中心にして互いに回転可能であるか、或いは互いに直線変位可能に相互接続される。連鎖の第１区分はロボットの基台部であり、最終区分は通常ツール取り付け部からなる。ロボットの位置を決定するには、通常、各接合部には、ゼロ点の位置に対する接合部の位置を示すエンコーダ又はレゾルバ形式の測角器が具備されている。産業ロボットは使用可能になる前に較正を行う必要があり、つまりは、ゼロ点の位置を基準として各測角器が較正される。当該ロボットは出荷前に製造プラントで、及び多くの場合動作設定前にその場で較正される。しかる後は、モータ又はアームの交換等の大掛かりな修理を行った後、或いは、衝撃が加えられた後に当該ロボットは較正される。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許公報第５２３９８５５号
【特許文献２】
米国特許第４５０５０４９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、傾斜計又は他形態の傾斜を測定する器具を使用して測角器を較正する公知の較正方法が開示されている。傾斜計は、対象物と垂線との角度を測定するもので、例えば、電子水準器である。該傾斜計は、前記区分の１つにおける基準面に配設されて、前記区分の基準面と垂線との間の角度の指標となる信号を生成する。しかる後、当該接合部を、所定の角度になるまで前記生成信号に基づいて可動する。他の区分も同様に較正される。
【０００５】
較正装置が取り付けられる基準面の配置は予め決められている。前記基準面は精確に機械加工されて平面度が高い表面となる。ロボットを較正すべき場合は、前記基準面を所定の較正設定に移動する。この設定では、前記区分のうち少なくとも１つは通常、他の区分とは異なる方向に向けられる。通常、前記区分の長さ軸の角度は約９０度である。このように、基準面はどの区分を較正するかによって方向が異なる。当該基準面は、較正中、通常は水平又は垂直である。
【０００６】
前記較正方法の問題は、傾斜計がロボットの基準面上に非常に高精度に実装されなければならない点である。まず、傾斜計プレートに傾斜計を載置し、続いて該傾斜計プレートをアダプタプレートに実装する。該アダプタプレートは、続いて、基準面に取り付けられる。今日では、較正される基準面の向きに応じて様々なアダプタプレートが使用されている。通常、アダプタプレートには、水平基準面向けに使用される形態と、垂直基準面向けに使用される形態がある。ロボットに傾斜計を取り付ける当該方法には、大多数の誤差の発生源が含まれている。誤差の発生源の例は、アダプタプレートとロボットの基準面との間の実装誤差、傾斜計プレートとアダプタプレートとの間の実装誤差、及びアダプタプレートの許容誤差である。また、複数の異なるアダプタプレートを使用することも実装誤差の増大に繋がっている。
【０００７】
特許文献２には、関節ロボットの較正装置が開示されている。当該較正装置は、Ｌ字型アダプタプレートの一方側の部品に実装された傾斜計プレート上に提供された傾斜計を具備する。Ｌ字型アダプタプレートの他方側の部品は、較正時における基準面との接触に適合した平坦な表面を有する。アダプタプレートの該平坦な表面は、前記表面から突出する位置付け手段を具備しており、基準面に形成された対応する受容手段と係止するのに適している。前記位置付け手段の目的は、前記表面と基準面との間で明確に定められた位置関係を確立することである。
【０００８】
一般的な形態の産業ロボットは、水平基台上の載置に適合した基部と、前記基部に対して第１垂直軸を中心に回転配置されるスタンドとを具備する。該第１軸は、垂線と基本的に平行であるため、スタンドに取り付けられた傾斜計を使って較正することはできない。したがって、上述の較正方法に伴う第２の問題は、垂線と平行な回転軸を較正できないことである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
要旨
本発明は、上記従来技術の欠点を克服するために開発されたものであり、基準面に本体を実装する際の誤差を軽減する、産業ロボットを較正するための装置、方法及びコンピュータプログラム製品を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明による装置は、第１測定軸と異なる第２測定軸に関して垂線に対する角度を測定するために配設された第２の測角部材を具備することを特徴とする。互いに角度を形成する２つの測角部材を有することにより、測角部材を回転せずに２方向に較正することができる。有利には、第２の測角部材が第１の測角部材と直角に配設される。これは、互いに直交する２軸は、本体を改めて方向付けしなくても較正できることを意味する。これは、例えば、手首軸（ロボットが６軸を有する場合は軸３、４、５、６）を較正する場合に有利である。ロボットが所定の較正設定状態にあるときは、軸４と６は互いに平行であり、軸３と５は軸４と６に垂直である。該手首軸の較正中、本体は、通常ツール取り付け部に当たる最外部の区分に配設される。本体が互いに直交配置された２つの測角部材を具備するため、本体を移設させずに４軸全てを較正することができる。
【００１１】
本発明の１実施形態によれば、実装配置は突出する３つの接触要素を備え、該接触要素を通じて本体は較正時に基準面に接触する。較正装置及びロボットは互いに接触要素を通じて接続される。３つの接触要素を使用することにより、接続の安定性を低下させることなく較正装置と基準面との接触面積が減少する。較正装置とロボットとの接触面積が小さくなることにより、実装誤差も小さくなる。３つの接触要素によって、本体とロボットの基準面との接点が少なくとも３つ存在する。これは、測角部材とロボットが少なくとも３つの自由度で互いに固定されることを意味する。このように、本体はロボットに対して安定して取り付けられる。前記接触要素を三角形の頂点を形成するように位置付けることにより、最大の安定性が得られる。
【００１２】
本発明の１実施形態によれば、各接触要素は較正時における基準面との接触に適合した平坦部を有する。製造側の観点で見ると、基準面との接触に適合した部分を平坦に形成すると有利である。
【００１３】
さらなる本発明の実施形態によれば、実装配置は、さらに、本体を基準面に取り付ける取り付け要素を具備する。好ましくは、取り付け要素は螺子である。それによって、確実かつ安価に取り付けることができる。さらに、螺子とそれに対応する基準面の孔により、該基準面に対する本体の位置付けが容易となる。
【００１４】
さらなる本発明の実施形態によれば、当該装置は、さらに、ロボットに本体を枢動に接続するための実装部材を具備する。この構成によって、測角部材を具備した本体が振り子を形成するように該本体をロボットに実装することにより、ロボットの垂直軸を較正することができる。したがって、本体を１体使用してロボットの軸全てを較正することができる。さらなる実施形態では、実装部材は、ロボットにシャフトを取り付けるための取り付け要素を有するシャフトを具備し、前記本体はそのシャフトに関して枢動に配置される。
【００１５】
本発明のさらなる実施形態によれば、当該装置は、ロボットに実装するための較正要素を具備し、本体は較正時における前記較正要素との接触に適合した部分を有する。当該ロボットは、第１及び第２区分を具備し、第２区分は、第１区分を通る垂直軸を中心に回転するように第１区分に接続される。第１区分を通る垂直軸の較正のために、本体が第２区分に実装されて較正要素が第１区分に実装される。ロボットは、本体の前記部分が第１区分に実装された較正要素と接触するまで移動する。第２区分がさらに移動すると、較正要素はシャフトを中心に枢動するように本体を押圧し、これにより測角部材の角変位を発生させる。測角部材からの信号が第１区分と第２区分の相対的な位置に依存しているので、第１区分を通る垂直軸を較正することができる。
【００１６】
さらなる本発明の実施形態によれば、当該本体は、重心が前記実装部材と前記較正要素との接触に適合した前記部分とを通る軸に対して変位するような形状である。該軸に対して重心が変位する結果、本体が移動して較正要素と接触すると、測定軸は垂線から逸脱し、これにより垂線の両側で測定することができる。その変位の大きさにより、測定軸が垂線と一致するまでの測定可能な角度範囲の大きさが決定される。
【００１７】
さらなる本発明の実施形態によれば、本体は、互いに直交配置された第１及び第２支部を有するＬ字型であり、前記実装部材と前記部分は第１支部又は第１支部の近傍に配設される。前記実装部材がロボットのスタンドに実装されると、前記本体の重心は、前記較正要素との接触に適合した前記部分と前記実装部材とを通る軸に対して変位する。
【００１８】
さらなる本発明の実施形態によれば、本体は、ロボットの第２基準面に本体を実装するための第２の実装構成を有し、該第２の実装構成は第１の実装構成に対して角度を持って配設され、ロボットが較正の設定状態にあるとき、前記角度は、ロボットの２つの基準面間の角度に相当する。このような第２の実装構成によって、異なる２方向に配設された基準面を較正するために同一の本体を使用することができる。したがって、垂線に対して異なる角度を有する２つの基準面を測定するために、従来技術のような、異なる較正体部又は異なるアダプタプレートを使用する必要はない。この結果により、較正時に克服困難な誤差の発生源を直接的に除去することができる。第２の実装構成は第１の実装構成と直交配置することが好ましい。前記実装構成が互いに直交配置されていれば、同一の本体を使って水平及び垂直基準面の双方を測定することができる。
【００１９】
さらなる本発明の実施形態によれば、第１の実装構成は、第１基準面上の対応する鍵手段との協働に適合した鍵手段を具備し、第２の実装構成は、第２基準面上の対応する鍵手段との協働に適合した鍵手段を具備する。第１の実装構成の鍵手段は、第２の実装構成の鍵手段とは異なる。当該鍵手段により、オペレータは本体を確実に適切な較正面及び適切な位置に取り付けることができる。このようにして、当該鍵手段は、オペレータが誤って本体を基準面に誤実装するのを防止する。本体には２つの実装構成が具備されるので、本体を基準面に実装するには２つの可能性があるが、一方のみが正しい。ある基準面の鍵手段は適切な実装構成にのみ嵌合するので誤配置が回避される。
【００２０】
さらなる本発明の実施形態によれば、実装構成の各鍵手段は、基準面の対応するノッチへの嵌合に適した少なくとも２つの突起要素を具備しており、前記突起要素間の間隔は、第１の実装構成と第２の実装構成とでは異なる。
【００２１】
さらなる本発明の実施形態によれば、実装構成の各鍵手段は、基準面の対応するノッチへの嵌合に適した少なくとも１つの突起要素を具備し、該鍵手段は楔形又は四角形等の様々な形状を有する。該突起要素は、例えば、直径又は高さの相違により相違させることができる。
【００２２】
さらなる本発明の実施形態によれば、実装構成の各鍵手段は、基準面の対応するノッチへの嵌合に適した少なくとも１つの突起要素を具備し、第１及び第２実装構成の鍵手段は異なる形状を有する。好ましくは、該突起要素は対応するノッチと一箇所でしか嵌合しないように非対称形状を有する。
【００２３】
さらなる本発明の実施形態によれば、ロボットは、ロボットと制御システム間の給電及び信号送信に適合したケーブル部材を介して制御システムに接続されており、当該装置は測角部材に電気的に接続された接合部材を具備する。該接合部材は、前記ケーブル部材に接続するためのコネクタと、測角部材に給電しかつ測角部材から前記ケーブル部材を介して測定値を送信する手段とを具備する。このような構成により、ロボットと制御システム間の給電及び信号転送のために使用されるケーブル部材は、制御システムと測角部材間の給電及び信号送信のためにも使用することができる。本構成に伴う利点は、ロボットに較正用の余分なケーブルを配線する必要がないことである。このような接合部材を較正装置に具備することにより、各ロボットに余分なケーブルを配線するコストが回避される。
【００２４】
本発明による方法は、ロボットの１区分に本体を取り付け、第１の測角部材から測定角度を読取り、第１の測角部材からの前記測定角度に基づいて第１軸を中心にロボットを可動させ、第２の測角部材から測定角度を読取り、第２の測角部材からの前記測定角度に基づいて第２軸を中心にロボットを可動させることを含む。
【００２５】
本発明の１実施形態によれば、当該方法は、さらに、ロボットの１区分に本体を取り付け、第１の測角部材から測定角度を読取り、第１の測角部材からの前記測定角度に基づいて第１軸を中心にロボットを可動させ、第２の測角部材からの測定角度を読取り、第２の測角部材からの前記測定角度に基づいて第２軸を中心にロボットを可動させることを含む。
【００２６】
本発明によるコンピュータプログラム製品はコンピュータで読取り可能な媒体を含み、該媒体には、コンピュータ上で動作させたとき、本発明による較正装置を使って産業ロボットの較正をコンピュータに実行させるコンピュータで読取り可能なプログラム手段が記録されており、当該較正は、第１の測角部材から測定角度を受信し、第１の測角部材からの前記測定角度に基づいてロボットの第１軸の可動に関する制御信号をロボットに送信し、第２の測角部材から測定角度を受信し、第２の測角部材からの前記測定角度に基づいて第２軸の可動に関する制御信号をロボットに送信することを含む。このように、較正は自動的に行われるので、該較正がより確実かつ精確になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
添付図を参照する様々な例示的実施形態により本発明を説明する。
【００２８】
図１は、較正設定状態で着立している産業ロボットを例示している。当該ロボットは、基台に堅固に載置された基部１を具備する。該ロボットは、さらに、基部１に対して第１垂直軸を中心に回転可能なスタンド２を具備する。該スタンド２の頂端部に第１のロボットアーム３が、第２の水平軸を中心に回転可能に設置される。第１のアーム３の外端には、第２アーム４が第１アームに対して第３軸を中心に回転可能に設置される。第２ロボットアーム４は、４ａと４ｂの２つの部分を有し、外側部分４ｂは、内側部分４ａに対し、第２アーム４の長手軸と同軸の第４軸を中心に回転可能である。その外端では、第２アーム４は、第２アーム４の長さ軸と直交する第５軸を中心に回転可能な、いわゆるロボットハンド５を支持する。また、ロボットは、ツール取り付け部６も具備する。ツール取り付け部６を具備したロボットハンドの外側部分は、ロボットハンドの内側部分に対して第６軸を中心に回転可能である。当該ロボットの各軸には、現在の軸の回転角度の指標となる信号を発生するレベルインディケータが存在する。レベルインディケータからの出力信号はロボットの制御システムに送信される。
【００２９】
ロボットが較正設定状態にあるとき、ロボットの軸は、図１に示された較正位置にあり、第１アーム３は、第１軸と平行に、つまり、垂線と平行に配置され、第２アーム４は第１アーム３に垂直に配置され、ロボットハンド５は第２アームの長さ軸と平行に、つまり、垂線に垂直に配置される。産業ロボット上では通常、ロボットの較正時に使用することを目的として特に成形された基準面が複数存在する。図１では、前記基準面のうち一部に配設された本発明による本体７が図示されている。ロボット上の第１基準面は基部１上に配設され、第２基準面は第１アーム３上に配設され、第３基準面は第２アーム４上に配設され、最後となる第４の基準面はツール取り付け部６に配設される。
【００３０】
また、第４基準面は較正時にツールに取り付けられる脱着プレート上に形成されてもよい。
【００３１】
図２は、本発明による較正装置の実施形態を示している。当該装置は、ロボットの基準面に本体を設置するための第１及び第２実装構成８、９を有する本体７を具備する。該本体は、さらに、垂線に対する対象物の角度を測定する傾斜計の形態の２つの測角部材１０、１１を具備する。傾斜計は電子レベルとして機能し、測定軸に対する傾斜角を測定する。傾斜計１０、１１は、その測定軸１２、１３が互いに直交するように配置される。図３は、測角部材１０、１１をより詳細に示している。
【００３２】
本体７は、本質的に互いに直交配置された第１及び第２支部７ａ、７ｂを有するＬ字型状である。第１実装構成８は、第１支部７ａの表面上に実装され、第２実装構成９は、第２支部７ｂの表面に実装される。したがって、前記実装構成は、互いに直交配置される。第１測角部材１０は、その測定軸１２が第１支部７ａの表面と平行で第２支部７ｂの表面と直交するように配置される。第２の測角部材１１は、その測定軸１３が第１支部７ａの表面と直交し第２支部７ｂの表面と平行になるように配置される。
【００３３】
図４ａは、第１支部７ａの表面の正面図を示している。第１実装構成８は、較正時における基準面との接触に適合した３つの突起接触要素１５、本体を基準面に着脱式に取り付けるための取り付け要素１７、及び基準面上の対応する鍵手段との嵌合に適合した鍵手段１９を具備する。該接触要素１５は、本体７が較正時に該接触要素を介して基準面と接触するように配設される。この実施形態では、接触要素１５は円筒状で、その一端が本体の表面に接続固定され、他端は平坦で、基準面の表面上又はロボットに実装される対応機能を有するプレート上に載置するように形成される。３つの接触要素１５は三角形の頂点に配設される。
【００３４】
好ましい実施形態では、取り付け要素１７は、基準面に形成された、スレッドを有する対応する孔に取り付けられる螺子である。若しくは、取り付け部材として、磁石、バネ配置又はバヨネット(bayonet)を使用することができる。鍵手段１９は、基準面の対応するノッチとの嵌合に適合した２つの突起要素を具備する。前記突起要素間の間隔ｄ１は、基準面の対応するノッチ間の間隔と同一である。当該本体は、実装される較正面に基づいて異なる方向に向けられる。当該鍵手段により、ロボットオペレータが本体を基準面に正確に位置付け易くなる。
【００３５】
図４ｂは、第２支部７ｂの表面の正面図である。第２実装構成９は、３つの突起接触要素２０、取り付け要素２１、及び第１実装構成８と同様に配設された鍵手段２２を具備する。第２実装構成９の突起要素２２間の間隔ｄ２は、第１実装構成８の突起要素１９間の間隔ｄ１と異なる。したがって、実装構成を誤った基準面に実装することはあり得ず、よって、本体は常に正しく方向付けられる。第１実装構成８は、第１及び第３基準面に嵌合し、第２実装構成９は、第２及び第４基準面に嵌合する。小型ロボットの場合は、基準面の数を３面だけに減らすことができる。第３、４、５、６軸は、例えば、ツール取り付け部６の基準面等、同一の基準面を使用して較正することができる。
【００３６】
図５は、本体の第１支部７ａがロボットの基準面２３にどのように実装されるかを示している。接触要素１５は基準面の平坦な表面上に載置しており、螺子１７は基準面の対応する孔に螺合し、鍵手段の突起要素１９は基準面２３の対応するノッチ２４に収容される。
【００３７】
較正の過程において、本体７は、ロボットの基部１上の基準面に第１実装構成によって取り付けられる。基準角度が、第１及び第２測角部材から読取られる。基準角度は、ロボットの制御システムに格納される。その後、軸２〜６は、他の基準面への本体７の取り付けにより較正され、いずれかの傾斜計を読取って、該読取り角度と該傾斜計の基準角度との差を計算する。該計算はロボットの制御システムで行われる。続いて、該制御システムは、較正される軸に対し、該計算された差に基づいて、該差が所定の値になり、軸が較正位置に達するまで、移動するよう命令する。通常は、差の所定値はゼロである。手首軸、つまり軸５、６の較正時に、本体７は、第２実装構成によりツール取り付け部６に取り付けられる。よって、互いに直交する軸を較正するために同一の本体を使用することができる。
【００３８】
ロボットの軸２〜６は、基準面に取り付けられる本体を使って較正を行うことができる。しかし、垂線と平行なロボットの第１軸は、同様に較正を行うことはできない。ロボットの第１軸を較正するために、較正装置には、本体７とロボットのスタンド２との枢軸接続のための実装部材２５が具備される。実装部材２５は、シャフト２７と該シャフト２７をスタンド２に取り付けるための取り付け要素とを具備する。該取り付け要素は、先端に向かって細くなる部分２８と、スタンド２の対応する孔との螺合に適合した螺子２９とを具備する。本体は、シャフト２７に枢動配置される。
【００３９】
シャフト２７は、本体７の第１支部７ａの貫通孔に配設される。シャフト２７の軸３０は、第１の角測部材１０の測定軸１２と直交配置されている。較正装置は、さらに、ロボットの基部１に実装するための較正要素を具備し、本体は第１軸の較正時に前記較正要素との接触に適合した長手の突起部分３２を具備する。当該部分３２は、本体の第１及び第２支部を結合する外角部に位置する。当該部分３２の長軸は、シャフト２７の軸３０に平行である。別の実施形態では、当該部分３２は、本体７の凹部に位置する棒状部を形成する。
【００４０】
図６ａは、ロボットの第１軸を較正するために使用される場合の較正装置を示している。本体７は、シャフト２７を介してロボットのスタンド２に枢軸に取り付けられる。長手の較正要素３５は、ロボットの基部１に取り付けられる。較正要素３５は基部１上で鉛直に配置される。較正要素３５は、較正後に基部から取り外し可能に配設される。本体がＬ字形状であるために、本体の重心は、実装部材２７と当該部分３２とを通る軸に対して変位する。その変位は約５ｍｍである。したがって、本体がスタンド２に接続されて、その結果、第２の傾斜計１１の測定軸１３が垂直でないとき、第１支部７ａの表面は垂直ではない。よって、測定角度は垂線とは異なる。
【００４１】
第１軸の較正は図６ａ〜６ｃに図示されている。まず、較正要素３５は基部２に実装され、実装部材２５をスタンド２に取り付けることで本体はスタンド２に取り付けられる。続いて、スタンド２を、大雑把な較正位置、即ち較正位置近傍に移動する。大雑把な較正位置とは実際の較正位置から１０°の範囲内である。それ以上の角度では、傾斜計は適切に動作しない可能性がある。較正時に第１傾斜計１０から測定角度が読み取られる。測定角度は、測定軸１２と垂線の間の角度に相当する。その後、本体が較正要素３５と接触するまで第１軸を中心にスタンド２を動かし、さらに、第１軸が較正されるまで、つまり、軸が較正位置に達するまで、前記測定角度に応じてスタンド２を動かす。図６ａ〜６ｃに示されたように、本体７は、第１軸の較正時に水平軸を中心として回転する振り子として機能する。
【００４２】
本発明の実施形態では、ロボットの制御システムにおけるソフトウェアにより較正を制御する。該制御システムは、いずれかの傾斜計からの信号を受信する。該信号は、傾斜計の測定軸と垂線の間の角度に相当する。ソフトウェアは、傾斜計からの受信信号に応答して制御信号を生成し、続いて該制御信号をロボットに送信する。該ロボットは、受信した制御信号に従って軸が較正位置に到達するまで可動する。この方法は、ロボットの全ての軸が較正されるまで各軸について繰り返される。制御システムは、ソフトウェアを動作させるためのプロセッサ、メモリ、及びＩ／Ｏユニット等、較正を行うために必要な装備を具備する。
【００４３】
図７は、ロボットの制御システムを具備する制御ユニット４２に接続されたロボット４０を示している。制御ユニット４２は、ロボット４０と制御ユニット４２との間の信号及びデータ送信と、ロボットへの給電に適合したケーブル部材４４を介してロボットに結合される。本発明の実施形態による較正装置は、２本のケーブル４７、４８を介して本体７の測角部材１０、１１に電気的に接続された接合部材４６を具備する。接合部材４６は、ケーブル部材４４と制御ユニット４２との接続のための第１コネクタ４９、第２ケーブル部材５１とロボット４０との接続のための第２コネクタ５０、及び角測部材への給電及びケーブル部材４４を介した角測部材から制御システムへの測定値送信に適合した一連の測定用カードを具備する。
【００４４】
ロボットの通常動作時は、制御ユニット４２はケーブル部材４４を介してロボット４０に接続される（ケーブル部材４４はロボットに接続されている）。ロボットの較正時には、制御ユニット４２はケーブル部材４４、接合部材４６及びケーブル部材５１を介してロボット４０に接続される。本体７の角測部材は電力供給され、ケーブル部材４４、接合部材４６及びケーブル４７と４８を介して制御ユニットに信号が送信される。
【００４５】
本発明は、開示した実施形態に限定されず、特許請求の範囲内で変化及び変更が可能である。応用例の幾つかでは、ロボットはシーリングに実装され、その場合スタンドの上方に基部が位置する。本体が重力によって回転するのを回避するために、ラバーバンド等の任意の弾性手段により本体と較正要素が相互に取り付けられる場合、ロボットを上下逆に実装する際に第１軸の較正のために本発明の較正装置を使用することができる。
【００４６】
本体の形状は異なってもよいが、２つの平坦面を有することが好ましく、例えば、本体は立方体形状である。
【００４７】
また、基部に２以上の較正要素を提供することもでき、較正時に較正要素に達することが困難な場合は、その中から選択して使用できるように複数の較正要素を具備すると有利である。較正要素は取り外し可能又は固定実装とすることができる。較正要素は基部の機械加工処理部分を形成してもよい。
【００４８】
別の実施形態では、本体はロボットの非垂直軸及び垂直軸の較正のために振り子として使用される。この実施形態では、較正要素及び本体は、較正時に同一区分上に実装される。この実施形態は、本体に枢動実装部材である実装手段を１つだけ具備すれば十分であるため、有利である。
【００４９】
軸を較正する順序は、当然上記の順序とは異なってもよく、例えば、他軸の較正前に第１軸を較正することもできる。
【００５０】
本発明は、平行吊り映画用マニピュレータにも便利である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、本発明による較正装置を搭載した較正設定状態にある産業ロボットを示している。
【図２】図２は、本発明による較正装置の実施形態の斜視図である。
【図３】図３は、較正装置における測角部材の相対的な配置を示した斜視図である。
【図４】図４ａは、図２の較正装置の第１側面を示した側面図である。図４ｂは、図２の較正装置の第２側面を示した側面図である。
【図５】図５は、較正時における、較正装置とロボットの基準面とを示した断面図である。
【図６】図６ａ〜６ｃは、垂直軸の較正時における本体とロボットとを示した斜視図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態による較正装置の電気的接続を示している。
【国際公開パンフレット】
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2004525781.tif 000004
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【手続補正書】
【提出日】平成15年6月16日(2003.6.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１測定軸（１２）に関して垂線に対する角度を測定するために配設された測角部材（１０）と、較正時に本体をロボットに実装するための実装手段（８、９、２５）とを有する本体（７）を具備し、さらに、第１測定軸と異なる第２測定軸（１３）に関して垂線に対する角度を測定するために配設された第２角測部材（１１）を具備する較正装置であって、
前記実装手段は、本体をロボットの基準面に実装するための第１実装構成（８）を有し、該実装構成が３つの突起接触要素（１５）を具備することにより、較正時に本体が該接触素子を介して基準面に接触するように配設されることと、
前記実装手段は、本体（７）をロボットの第２基準面に実装するための第２の実装構成（９）を有することと、前記第２実装構成（９）は、第１実装構成（８）に対して角度を持って配設されることと、前記角度は、ロボットが較正設定状態にあるときにロボットの２つの基準面がなす角度に相当することと、
を特徴とする装置。
【請求項２】
前記第２角測部材（１１）は、第２角測部材の測定軸が第１角測部材（１０）の測定軸と直交するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
各接触素子（１５）が、較正時における基準面との接触に適合した平坦部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
接触素子が三角形の頂点を形成するように配設されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
実装構成は、本体を基準面に取り付けるための取り付け要素（１７）を具備することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
取り付け要素（１７）は螺子であることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項７】
第１実装構成（８）が第１面に配設され、第２実装構成（９）が第１面と直交する第２面に配設されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
第１実装構成（８）は、第１基準面上の対応する鍵手段（２４）との協働に適合した鍵手段（１９）を具備することと、第２実装構成（９）は、第２基準面上の対応する鍵手段との協働に適合した鍵手段（２２）を具備することと、第１実装構成の鍵手段（１９）は、第２実装構成の鍵手段（２２）と異なることと、
を特徴とする請求項１又は７に記載の装置。
【請求項９】
実装構成の各鍵手段は、基準面の対応するノッチ（２４）への嵌合に適合した少なくとも１つの突起要素（１９）を具備し、第１及び第２実装構成の鍵手段は異なる形状を有することを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
実装構成の各鍵手段は、基準面の対応するノッチへの嵌合に適合した少なくとも２つの突起要素を有することと、突起要素（１９、２２）間の間隔（ｄ１、ｄ２）は、第２実装構成（８）と第２実装構成（９）とでは異なることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
実装手段は、本体（７）をロボットに枢軸接続するための実装部材（２５）を具備することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
前記実装部材は、ロボット（２）にシャフトを取り付けるための取り付け要素（２９）を有するシャフト（２７）を具備し、前記本体（７）は、そのシャフトを中心に枢軸に配設されることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
ロボットに実装するための較正要素（３５）を具備し、本体（７）が較正時における前記較正要素（３５）との接触に適合した部分（３２）を有することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の装置。
【請求項１４】
本体（７）は、その重心が前記実装部材（２５）と、前記較正要素（３５）との接触に適合した前記部分（３２）とを通る軸に対して変位するような形状であることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
本体（７）は、互いに直交する第１支部（７ａ）と第２支部（７ｂ）を有するＬ字型であって、前記実装部材（２５）と前記部分（３２）が第１支部（７ａ）又は第１支部の近傍に位置していることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
ロボットと制御システム間の給電及び信号送信に適合したケーブル部材（４４）を介してロボットが制御システム（４２）に接続されており、
測角部材（１０、１１）に電気的に接続される接合部材（４６）を具備し、該接合部材（４６）には、前記ケーブル部材（４４）への接続のためのコネクタ（４９）と、前記ケーブル部材を介して測角部材に給電し測角部材からの測定値を送信するための手段とが具備されることを特徴とする請求項１ないし１５に記載の装置。
【請求項１７】
請求項１に記載の装置を用いた、複数の軸を中心に回転できるように互いに可動に接続された複数の区分を有する産業ロボットの較正方法であって、
ロボットの１区分に本体（７）を取り付け、
第１角測部材（１０）から測定角度を読取り、
第１角測部材（１０）からの前記測定角度に基づいて第１軸を中心にロボットを可動させ、
第２角測部材（１１）から測定角度を読取り、
第２角測部材（１１）からの前記測定角度に基づいて第２軸を中心にロボットを可動させることを含む方法。
【請求項１８】
ロボットに突起較正要素（３５）を具備し、
垂直軸を中心に可動な１区分に本体（７）を枢軸に取り付け、
本体（７）が較正要素と接触するまで前記垂直軸を中心に前記区分を可動させ、
第１角測部材（１０）から測定角度を読取り、
第１角測部材（１０）からの前記測定角度に基づいて前記垂直軸を中心に前記区分を可動させることを含む、請求項１７に記載の産業ロボットの較正方法。
【請求項１９】
ロボットの１区分に本体を取り付ける前記ステップが、
較正体の接触要素をロボットに基準面に接触させ、
基準面に較正体を取り付けることを含む請求項１７又は１８に記載の産業ロボットの較正方法。
【請求項２０】
コンピュータ上で動作させたとき、請求項１ないし１６のいずれかに記載の装置を使って産業ロボットの較正をコンピュータに実行させる、コンピュータ上で動作するコンピュータで読取り可能なプログラム手段を記録したコンピュータで読取り可能な媒体を含むコンピュータプログラム製品であって、該較正は、
第１測角部材（１０）から測定角度を受信し、
第１測角部材からの前記測定角度に基づいてロボットの第１軸の可動に関する制御信号をロボットに送信し、
第２角測部材（１１）から測定角度を受信し、
第２角測部材からの前記測定角度に基づいてロボットの第２軸の可動に関する制御信号をロボットに送信することを含む、コンピュータプログラム製品。
【国際調査報告】
2004525781.tif 000033
2004525781.tif 000034
2004525781.tif 000035