JP2000288965A - 測定装置および機械の誤差補正方法 - Google Patents

測定装置および機械の誤差補正方法

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JP2000288965A JP11094387A JP9438799A JP2000288965A JP 2000288965 A JP2000288965 A JP 2000288965A JP 11094387 A JP11094387 A JP 11094387A JP 9438799 A JP9438799 A JP 9438799A JP 2000288965 A JP2000288965 A JP 2000288965A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 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エンドエフェクタの位置
及び姿勢の測定装置、及びその誤差を補正する誤差補正
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２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３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５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４
が取り付けられ、測長装置６は鋼球Ｂ３と鋼球５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。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被測定物の位置も
しくは位置及び姿勢を測定することができる測定装置
と、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、特開平４−２１１８０６号では、
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】
【本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。
【０００４】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、その第１の目的は、他の
部材に支えられた被測定物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高精度でコンパクトな測定装
置を提供することである。
【０００５】また、本発明の第２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】上記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、第１の自在継手と、前記第１の
自在継手を取り付け可能な第１固定部材と、３つ以上の
前記第１固定部材を取り付けた基台と、第２の自在継手
と、被測定物へ取り付けられ前記第２の自在継手を取り
付け可能な第２固定部材と、前記第１固定部材を介し基
台に取付けられた３つ以上の第１の自在継手と前記第２
固定部材を介し被測定物に取付けられた第２の自在継手
の間に取り付けられる測長装置とを備えたものである。
【０００７】請求項２の発明は、第１の自在継手と、前
記第１の自在継手を取り付け可能な第１固定部材と、基
台に載置され前記第１固定部材を取り付け可能で平面上
を任意に位置決め可能なテーブルと、前記テーブルを位
置決め駆動する駆動装置と、前記テーブルの位置を検出
する検出装置と、第２の自在継手と、被測定物へ取り付
けられ前記第２の自在継手を取り付け可能な第２固定部
材と、前記第１固定部材を介しテーブルに取付けられた
第１の自在継手と前記第２固定部材を介し被測定物に取
付けられた第２の自在継手の間に取り付けられる測長装
置とを備えたものである。
【０００８】請求項３の発明は、第１の自在継手と、前
記第１の自在継手を取り付け可能な第１固定部材と、３
つ以上の前記第１固定部材を取り付けた基台と、第２の
自在継手と、被測定物へ取り付けられ前記第２の自在継
手を３つ以上取り付け可能な第２固定部材と、前記第１
固定部材を介し基台に取付けられた３つ以上の第１の自
在継手と前記第２固定部材を介し被測定物に取付けられ
た３つ以上の第２の自在継手の間に取り付けられる測長
装置とを備えたものである。
【０００９】請求項４の発明は、第１の自在継手と、前
記第１の自在継手を取り付け可能な第１固定部材と、基
台に載置され前記第１固定部材を取り付け可能で平面上
を任意に位置決め可能なテーブルと、前記テーブルを位
置決め駆動する駆動装置と、前記テーブルの位置を検出
する検出装置と、第２の自在継手と、被測定物へ取り付
けられ前記第２の自在継手を３つ以上取り付け可能な第
２固定部材と、前記第１固定部材を介しテーブルに取付
けられた第１の自在継手と前記第２固定部材を介し被測
定物に取付けられた３つ以上の第２の自在継手の間に取
り付けられる測長装置とを備えたものである。
【００１０】請求項５の発明は、第１の自在継手と、前
記第１の自在継手を取り付け可能な第１固定部材と、３
つ以上の前記第１固定部材を取り付けた基台と、第２の
自在継手と、被測定物へ回転割出し可能に取り付けられ
前記第２の自在継手を回転中心軸に対して偏心させて取
り付け可能な第２固定部材と、前記第１固定部材を介し
基台に取付けられた３つ以上の第１の自在継手と前記第
２固定部材を介し被測定物に取付けられた第２の自在継
手の間に取り付けられる測長装置とを備えたものであ
る。
【００１１】請求項６の発明は、第１の自在継手と、前
記第１の自在継手を取り付け可能な第１固定部材と、基
台に載置され前記第１固定部材を取り付け可能で平面上
を任意に位置決め可能なテーブルと、前記テーブルを位
置決め駆動する駆動装置と、前記テーブルの位置を検出
する検出装置と、第２の自在継手と、被測定物へ回転割
出し可能に取り付けられ前記第２の自在継手を回転中心
軸に対して偏心させて取り付け可能な第２固定部材と、
前記第１固定部材を介しテーブルに取付けられた第１の
自在継手と前記第２固定部材を介し被測定物に取付けら
れた第２の自在継手の間に取り付けられる測長装置とを
備えたものである。
【００１２】請求項７の発明は、基台と、基台に対し移
動位置決め可能に設けられたエンドエフェクタとの指令
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１点との距離を測定
し、任意の複数の位置における２点間の距離の測定値と
指令値との差が最も小さくなるように前記機構の幾何学
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。
【００１３】請求項８の発明は、基台と、基台に対し移
動位置決め可能に設けられたエンドエフェクタとの指令
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
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。
【００１４】請求項９の発明は、基台と、基台に対し移
動位置決め可能に設けられたエンドエフェクタとの指令
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。
【００１５】
【発明の実施形態】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。
【００１６】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３
ａ、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。
【００１７】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、２
ｂ、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。
【００１８】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３
ｂ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。
【００１９】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。
【００２０】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１
１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。
【００２１】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。
【００２２】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機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。
【００２３】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。
【００２４】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。
【００２５】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５
ｂ、５ｃの中心点の位置を求める。求めた３つの鋼球５
ａ、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。
【００２６】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Ｂ
１、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、Ｌ
５、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、Ｌ
５、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。
【００２７】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。
【００２８】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。
【００２９】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２
５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。
【００３０】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。
【００３１】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５
ｂ、５ｃの中心点の位置を求める。求めた３つの鋼球５
ａ、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。
【００３２】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、５
ｃ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。
【００３３】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３
ａ、３ｂ、３ｃを取り付け、測定基準OBに対する鋼球３
ａ、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。
【００３４】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３
ａ、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。
【００３５】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。
【００３６】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、１
５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。
【００３７】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１
１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。
【００３８】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。
【００３９】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。
【００４０】図１０は請求項７から９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。
【００４１】このような機械には、エンドエフェクタ３
２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３
３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７
から９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。
【００４２】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。
【００４３】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。
【００４４】続いて第７の実施形態での測定方法を図１
２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O
Ｈ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。
【００４５】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。
【００４６】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式１とする。
【式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
【００４７】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
の位置は式２にて求めることができる。
【式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
【００４８】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式３
が成り立つ。
【式３】ｆ（Ｅ）＝ｍｋ ２−（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）
【００４９】実際には誤差パラメータの影響で式３は０
にならない。そこで、全ての測定値に対して式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。
【式４】
【００５０】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３
３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組について式５で表すことができる。
【式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３
４の誤差を含んだ長さ
【００５１】尚、式５は非線形連立方程式になるため、
式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、Ne
wton-Raphson法などの数値計算で解法する。この計算は
式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、式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式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
を用いて式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。
【００５２】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。
【００５３】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。
【００５４】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。
【００５５】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
の位置の測定値と式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式６が成り立つ。
【式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式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
て式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。
【式７】
【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、式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
は式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】以上記述したように第１もしくは２の何
れかの発明によれば、被測定物に取り付けられた自在継
手の回転中心点の位置を、測定基準である基台に取り付
けられた３つ以上の自在継手の回転中心点から３点測量
して演算することによって、被測定物の位置を特定する
ようにしたので、移動可能な被測定物の位置を高精度に
測定することができる。
【００６３】また、第３から第６の何れかの発明によれ
ば、被測定物に取り付けられた３つ以上の自在継手の回
転中心点の位置を、測定基準である基台に取り付けられ
た３つ以上の自在継手の回転中心点からそれぞれ３点測
量して演算することによって、被測定物の位置及び姿勢
を特定することができる。
【００６４】さらに、第７から第９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】請求項７から９の発明の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の実施形態における誤差補正方法の１例
を示すフローチャート。
【図１３】第８の実施形態における誤差補正方法の１例
を示すフローチャート。
【図１４】第９の実施形態における誤差補正方法の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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 昌夫 愛知県丹羽郡大口町下小口５丁目25番地の １ オークマ株式会社大口工場内 Ｆターム(参考） 3F059 AA11 BA05 DA09 FB16 5H269 AB26 AB33 BB03 CC01 CC10 EE05 FF02 FF06

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１の自在継手と、前記第１の自在継手を
    取り付け可能な第１固定部材と、３つ以上の前記第１固
    定部材を取り付けた基台と、第２の自在継手と、被測定
    物へ取り付けられ前記第２の自在継手を取り付け可能な
    第２固定部材と、前記第１固定部材を介し基台に取付け
    られた３つ以上の第１の自在継手と前記第２固定部材を
    介し被測定物に取付けられた第２の自在継手の間に取り
    付けられる測長装置とを備え、前記３つ以上の第１の自
    在継手と第２の自在継手との距離を測定することにより
    基台に対する被測定物の位置を測定することを特徴とす
    る測定装置。
  2. 【請求項２】第１の自在継手と、前記第１の自在継手を
    取り付け可能な第１固定部材と、基台に載置され前記第
    １固定部材を取り付け可能で平面上を任意に位置決め可
    能なテーブルと、前記テーブルを位置決め駆動する駆動
    装置と、前記テーブルの位置を検出する検出装置と、第
    ２の自在継手と、被測定物へ取り付けられ前記第２の自
    在継手を取り付け可能な第２固定部材と、前記第１固定
    部材を介しテーブルに取付けられた第１の自在継手と前
    記第２固定部材を介し被測定物に取付けられた第２の自
    在継手の間に取り付けられる測長装置とを備え、前記テ
    ーブルの移動により前記第１の自在継手を３ヶ所以上位
    置決めし、各位置における前記第１の自在継手と第２の
    自在継手との距離を測定することにより基台に対する被
    測定物の位置を測定することを特徴とする測定。
  3. 【請求項３】第１の自在継手と、前記第１の自在継手を
    取り付け可能な第１固定部材と、３つ以上の前記第１固
    定部材を取り付けた基台と、第２の自在継手と、被測定
    物へ取り付けられ前記第２の自在継手を３つ以上取り付
    け可能な第２固定部材と、前記第１固定部材を介し基台
    に取付けられた３つ以上の第１の自在継手と前記第２固
    定部材を介し被測定物に取付けられた３つ以上の第２の
    自在継手の間に取り付けられる測長装置とを備え、前記
    ３つ以上の第１の自在継手と３つ以上の第２の自在継手
    各々との距離を測定することにより基台に対する被測定
    物の位置及び姿勢を測定することを特徴とする測定装
    置。
  4. 【請求項４】第１の自在継手と、前記第１の自在継手を
    取り付け可能な第１固定部材と、基台に載置され前記第
    １固定部材を取り付け可能で平面上を任意に位置決め可
    能なテーブルと、前記テーブルを位置決め駆動する駆動
    装置と、前記テーブルの位置を検出する検出装置と、第
    ２の自在継手と、被測定物へ取り付けられ前記第２の自
    在継手を３つ以上取り付け可能な第２固定部材と、前記
    第１固定部材を介しテーブルに取付けられた第１の自在
    継手と前記第２固定部材を介し被測定物に取付けられた
    ３つ以上の第２の自在継手の間に取り付けられる測長装
    置とを備え、前記テーブルの移動により前記第１の自在
    継手を３ヶ所以上位置決めし、各位置における前記第１
    の自在継手と３つ以上の第２の自在継手との距離を測定
    することにより基台に対する被測定物の位置及び姿勢を
    測定することを特徴とする測定装置。
  5. 【請求項５】第１の自在継手と、前記第１の自在継手を
    取り付け可能な第１固定部材と、３つ以上の前記第１固
    定部材を取り付けた基台と、第２の自在継手と、被測定
    物へ回転割出し可能に取り付けられ前記第２の自在継手
    を回転中心軸に対して偏心させて取り付け可能な第２固
    定部材と、前記第１固定部材を介し基台に取付けられた
    ３つ以上の第１の自在継手と前記第２固定部材を介し被
    測定物に取付けられた第２の自在継手の間に取り付けら
    れる測長装置とを備え、前記第２固定部材の回転移動に
    より前記第２の自在継手を３ヶ所以上に位置決めし、各
    位置における前記第２の自在継手と３つ以上の第１の自
    在継手との距離を測定することにより基台に対する被測
    定物の位置及び姿勢を測定することを特徴とする測定装
    置。
  6. 【請求項６】第１の自在継手と、前記第１の自在継手を
    取り付け可能な第１固定部材と、基台に載置され前記第
    １固定部材を取り付け可能で平面上を任意に位置決め可
    能なテーブルと、前記テーブルを位置決め駆動する駆動
    装置と、前記テーブルの位置を検出する検出装置と、第
    ２の自在継手と、被測定物へ回転割出し可能に取り付け
    られ前記第２の自在継手を回転中心軸に対して偏心させ
    て取り付け可能な第２固定部材と、前記第１固定部材を
    介しテーブルに取付けられた第１の自在継手と前記第２
    固定部材を介し被測定物に取付けられた第２の自在継手
    の間に取り付けられる測長装置とを備え、前記第２固定
    部材の回転移動により前記第２の自在継手が３ヶ所以上
    に位置決めされた各位置において前記テーブルの移動に
    より３ヶ所以上に位置決めされた各位置における前記第
    １の自在継手と前記第２の自在継手との距離を測定する
    ことにより基台に対する被測定物の位置及び姿勢を測定
    することを特徴とする測定装置。
  7. 【請求項７】基台と、基台に対し移動位置決め可能に設
    けられたエンドエフェクタと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１点との間の距離を測定
    し、任意の複数の位置及び姿勢における２点間の距離の
    測定値と指令値との差が最も小さくなるように前記機構
    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誤差補正方法。
  8. 【請求項８】基台と、基台に対し移動位置決め可能に設
    けられたエンドエフェクタと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誤差補正方法。
  9. 【請求項９】基台と、基台に対し移動位置決め可能に設
    けられたエンドエフェクタと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
    徴とする誤差補正方法。
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