JP2019014011A - ロボットの教示位置補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットの複数の教示位置を高精度かつ容易に補正することを目的とする。【解決手段】第１のロボットのアーム先端部に保持された位置計測手段にて、相互に位置が異なる少なくとも２ヶ所以上の教示位置に対応した位置にそれぞれ配置した複数の被計測治具のそれぞれの計測により、当該第１のロボットの座標系に対するそれぞれの被計測治具の第１群の被計測治具座標系を演算するステップと、第２のロボットのアーム先端部に保持された位置計測手段にて前記それぞれの被計測治具の位置を計測することで当該第２のロボット座標系に対する第２群の被計測治具座標系を演算するステップとを有し、前記第１群と第２群の被計測治具座標系のズレから第２のロボットの教示位置を補正することを特徴とする。【選択図】 図２

Description

本発明は、ロボットの動作点となる教示位置の補正方法に関する。

ロボットが設置された生産ラインにおいて、例えば、生産ラインの移設によって、ロボットに有する動作プログラム上の教示位置と実際の生産ライン上の対象位置とに相対的なズレが生じる場合がある。
また、ロボットもしくはロボットの部品を交換した場合に、ロボットの再設置による設置位置の誤差や、ロボット各アーム長さの差異によるロボットの固体差、及び各関節に備わっている角度計測手段の原点位置の誤差の影響で、ロボット先端位置がズレてしまい、ロボットと教示対象物（生産ライン）との相対位置がズレてしまう場合がある。
そのため、ロボットの動作プログラムをそのまま使用することはできず、教示位置の修正が必要となる。スマートフォン等の電子機器の製造ラインでは、数多くのロボットが設置されているため、教示位置の修正に多大な時間がかかってしまう課題があった。

特許文献１には、ロボットの手先に取り付けたカメラにより３点のマーカを計測し、第１のロボットを第２のロボットに置換する教示点変換方法を開示する。
しかし、ロボットの固体差は、ロボットの姿勢によってズレ量が異なるため、複数の教示位置があった場合に、上記の方法では、すべての教示位置において精度よく位置補正することができない。

特開２０１６−１３６０８号公報

本発明は、ロボットの複数の教示位置を高精度かつ容易に補正することを目的とする。

本発明に係るロボットの教示位置補正方法は、第１のロボットのアーム先端部に保持された位置計測手段にて、相互に位置が異なる少なくとも２ヶ所以上の教示位置に対応した位置にそれぞれ配置した複数の被計測治具のそれぞれの計測により、当該第１のロボットの座標系に対するそれぞれの被計測治具の第１群の被計測治具座標系を演算するステップと、第２のロボットのアーム先端部に保持された位置計測手段にて前記それぞれの被計測治具の位置を計測することで当該第２のロボット座標系に対する第２群の被計測治具座標系を演算するステップとを有し、前記第１群と第２群の被計測治具座標系のズレから第２のロボットの教示位置を補正することを特徴とする。

ここで第１群の被計測治具座標系とは、例えばワーク台上の相互に異なる位置に、被計測治具Ａと被計測治具Ｂとの２つの被計測治具を配置した場合には、第１のロボットのアーム先端部に保持させた位置計測手段にて計測して、それぞれ得られた被計測治具Ａの座標系Ａと、被計測治具Ｂの座標系Ｂのことを意味する。
ここで被計測治具は、２つ以上であればその数に制限はない。
これに対して第２群の被計測治具座標系は、上記被計測治具Ａを第２のロボットの計測手段にて計測し得られた座標系Ａ’と、上記被計測治具Ｂを第２のロボットの計測手段にて計測し得られた座標系Ｂ’をいう。
これにより、上記座標系Ａに対する座標系Ａ’とのズレ量から第２のロボットのアーム先端の被計測治具Ａに対する教示位置を補正することができ、ロボットの姿勢が上記とは異なる上記座標系Ｂに対する座標系Ｂ’とのズレ量から、被計測治具Ｂに対する第２のロボットのアーム先端の教示位置を補正することができる。

本発明において、被計測治具は前記位置計測手段にて３次元座標を計測するためのものが好ましく、これによりロボット座標系（例えばロボットベース中心を原点にした座標系）に対する被計測治具のＸ，Ｙ，Ｚ軸及びロール，ピッチ，ヨーの６軸方向の位置を特定することができる。

本発明にて、被計測治具は直角に交差する２つ稜線部からなる例や、被計測治具は３ヶ所以上の球状突起部からなる例が挙げられる。

本発明に用いる計測手段は、ＣＣＤカメラ等の視覚センサー，レーザ変位計等、その手段に制限はない。
構造が簡単で計測が容易な点で、レーザ変位計が好ましい。

本発明において、第１のロボットと第２のロボットの関係は、ロボットの移設前と移設後，ロボットの交換，ロボットの部品の交換等、何らかの理由により教示位置の補正が必要になった関係をいう。

本発明によれば、２ヶ所以上の被計測治具により、第１のロボットに対する第２のロボットの教示位置を補正できるので、複数の教示位置を有するロボットの教示位置を簡便で高精度に補正することができる。

生産ライン上に設置されるロボット生産システムの一つの例を示す。 教示位置を補正するときのロボット生産システムの一つの例を示す。 被計測治具の一つの例を示す。 レーザ変位計で角を計測した波形を示す。 ロボット交換時の教示位置補正方法の具体的な流れをフローチャートで示す。 ロボット交換前後の教示位置の誤差を示す。 球状の突起の形状を成す被計測治具を示す。 ２次元レーザ変位計で球状の頂点を計測した波形を示す。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。
また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決のために必須のものであるとは限らない。
なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明に基づく生産ライン上に設置されるロボット生産システムの一つの例を示す図である。
ロボット生産システム１では、ロボット２はロボット制御装置３とケーブルで接続された状態で、ロボット用架台４上に設置されている。
ロボット２のアームの先端部には、ロボットハンド５が装着される。
生産ライン６では、教示対象物であるワーク７は土台８の上に設置されている。
図１ではワーク７（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）が土台８の上に設置されている様子を記載したが、初めはワーク７が設置されておらず、他のロボットより土台８の特定の位置に搬送、設置される場合もある。
ロボット生産システム１及び生産ライン６内の構成、配置はこれに限定されるものではない。
なお、図１に示すロボット２は、垂直多関節ロボットのように図示されているが、これに限定されるものではなく、産業用ロボットに属する水平多関節ロボット，パラレルリンクロボット，直交ロボット等でもよい。
ロボット２は、ロボット制御装置３からの指令によって、複数の関節が個別に回転する機構（不図示）を備えている。
ロボット２に装着されたロボットハンド５は、ワーク７を保持する機構（不図示）を備える。
図１ではワーク７を挟み込んで保持する方法を図示しているが、真空吸着による保持方法でもよい。

実際の生産ライン６は、自動車分野，電子部品分野、医療分野、食品分野等、産業分野で用途や構成、配置が異なる場合が多い。
図１では、土台８の上に複数のワーク７が設置されている生産ライン６の様子を簡易的に記載している。
ワーク７は土台８から取り外しが容易にできる。
図１に示すように、ワーク７が４箇所配置されている場合、少なくともこの４箇所の位置に、ロボット２のアームの先端部（ロボットハンド５）を移動させ、その位置（動作点）を教示する必要がある。
ロボット２と生産ライン６との相対位置が変化した場合は、少なくともこの４箇所の教示位置を修正しなければいけない。

図２は、教示位置を補正するときのロボット生産システムの一つの例を示す図である。
ロボット２のアーム先端部に、固定治具９を介して位置計測手段１０が固定される。
ロボットハンド５を装着した状態で、ロボット２のアーム先端部に固定治具９を固定することが可能である。
ロボット２の各関節には、各関節の角度を計測可能な角度計測手段（例えばロータリーエンコーダ、不図示）が備えており、角関節の角度と各アーム，固定治具９，位置計測手段１０の寸法、及び位置計測手段１０の計測値より、ロボット座標系３０（ロボットベース中心を原点とした座標系）に対する位置計測手段１０の焦点位置の座標及び姿勢を特定することができる。
位置計測手段１０で取得した計測データは教示位置補正装置１１に出力される。
教示位置補正装置１１は、ロボット制御装置３の中に含まれてもよい。
ロボット２を交換する場合は、位置計測手段１０を一度取外し再度固定する必要がある。
位置計測手段１０の固定誤差が教示位置補正精度に影響してしまうため、位置計測手段１０はロボット２のアーム先端部に精度よく固定される必要がある。
図２では、ロボット２のアーム先端部に位置計測手段１０を固定することを示しているが、ロボットハンド５に直接固定してもよい。

被計測治具１２（１２ａ，１２ｂ）は、ワーク７が設置される教示対象箇所に設置する。
もし、図１に示したようにワーク７がすでに設置されている場合は、ワーク７を一度取外して被計測治具１２を設置してもよいし、ワーク７の横に設置してもよい。
ただし、ワーク７と被計測治具１２の距離が近いほど、教示位置補正精度がよくなるため、ワーク７を一度取外して、同位置に被計測治具１２を設置するほうが望ましい。
図１に示すように、ワーク７が４箇所配置されている場合、図２に示すように、少なくとも２箇所の位置に、被計測治具１２を設置する。ワーク７の４箇所の位置が近い場合は、被計測治具１２をどれか１箇所に設置するだけで、要求される教示位置補正精度を満たす場合もある。
教示位置補正精度をよりよくするために、４箇所すべての位置に被計測治具１２を設置してもよい。

図３は被計測治具１２のひとつの例を示す概略図である。
被計測治具１２は、直角に隣接する２平面が成す角（稜線部）を少なくとも２箇所備え、前記角の辺同士（稜線部同士）が直角を成す形状を有している。
図３に示すように、被計測治具１２の一部が直方体を成していれば、直角を成す２箇所の角１３（１３ａ，１３ｂ）を有することができる。
位置計測手段１０を用いて、角１３を検出し、その角１３の辺上にある１直線上にない３点以上の任意の点１４（以下、エッジポイントという）の３次元座標が計測される。
この３点以上のエッジポイント（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）の３次元座標より所定の座標系３１（以下、被計測治具座標系という）を算出する。
この被計測治具座標系３１から、ロボット２（ロボット座標系３０）に対する被計測治具１２のＸ，Ｙ，Ｚ及びロール、ピッチ、ヨーの６軸方向の位置がわかる。
図３では、後述する理由で被計測治具１２を段付き形状にしたが、角１３を検出できるのであれば、単純なブロック形状の直方体でもよい。
また、角１３を検出できるのであれば、生産ライン６の土台８上にある角でもよい。
角を精度よく形成するためには、機械加工で製作することが望ましく、被計測治具１２の材質は、鋼材，アルミ材等がよい。
ただし、角を精度よく形成できるのであれば、プラスチック材、セラミックス材等でもよく、これに限定されない。

本実施例では、位置計測手段１０は１次元の非接触式レーザ変位計である。
図４にレーザ変位計で角１３を計測した波形を示す。
ロボット２にレーザ変位計を固定した状態で、ロボット２のアーム先端部を駆動させることで、被計測治具１２の角１３を検出する。
図４に示すように、計測値に極端な変化があった位置（図４のＸａ）を角と認識し、エッジポイント１４のＸ座標とする。
図３では、計測値の極端な変化を正しく計測するために、被計測治具１２を段付き形状にしている。
レーザ変位計の計測原理は、三角距離方式，共焦点方式，分光干渉方式のどれでもよく計測原理に限定されない。
角１３を検出できる接触式変位計でもよく、接触有無に限定されない。

図５は、ロボット交換時において、教示位置補正方法の具体的な流れを示すフローチャートである。
このフローチャートは、ロボット交換前の計測作業（ステップ５０〜５９）、ロボット交換作業（ステップ７０）、ロボット交換後の計測作業（ステップ８０〜８８）、教示位置補正作業（ステップ９０〜９３）に大別される。
（ステップ５０）
ロボット交換前の計測作業では、始めに、ロボット２を作業しやすい姿勢にする。
ロボット２のアーム先端部にレーザ変位計（位置計測手段１０）を取り付ける。
（ステップ５１）
次に、被計測治具１２を教示対象位置に設置する。
ここでは図１に示す４箇所の教示対象物であるワーク７のうち、ワーク７ａの位置に被計測治具１２ａを、ワーク７ｂの位置に被計測治具１２ｂを設置する（図２参照）。
被計測治具１２は、ロボット交換後の計測が完了するまで、位置がズレないように固定される必要がある。
固定方法はテープ、ボルト、位置決めピン等位置がズレない固定方法であればよい。
（ステップ５２〜５４）
アーム先端部に装着されたレーザ変位計のレーザ光が、被計測治具１２ａの任意の位置に照射されるように、ロボット２を駆動させる。そこから、ロボット２を駆動させ、図３のように被計測治具１２ａ上の角を検出し、同一直線上にない３点のエッジポイント（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）の３次元座標を取得する。
（ステップ５５）
３点のエッジポイントの３次元座標値より、被計測治具１２ａの被計測治具座標系３１ａを算出する。
（ステップ５６〜５８）
被計測治具１２ｂに対して、同様に３点のエッジポイント１４の３次元座標を取得する。

（ステップ５９）
３点のエッジポイント１４の３次元座標値より、被計測治具１２ｂの被計測治具座標系３１ｂを算出する。
（ステップ７０）
ロボット２を架台４から取り外す。
ロボット２からレーザ変位計及びロボットハンド５を取外す。新しいロボット２に精度よくロボットハンドを取り付ける。
新しいロボット２を架台４に取り付ける。
（ステップ８０）
新しいロボット２のアーム先端部に精度よくレーザ変位計を取り付ける。
（ステップ８１〜８３）
アーム先端部に装着されたレーザ変位計のレーザ光が、被計測治具１２ａの任意の位置に照射されるように、新しいロボット２を駆動させる。
そこから、ロボット２を駆動させ、図３のように被計測治具１２ａ上の角を検出し、同一直線上にない３点のエッジポイント（１４ａ’，１４ｂ’，１４ｃ’）の３次元座標を取得する。
（ステップ８４）
３点のエッジポイント１４の３次元座標値より、被計測治具１２ａの被計測治具座標系ａ’を算出する。
（ステップ８５〜８７）
被計測治具１２ｂに対して、同様に３点のエッジポイント１４の３次元座標を取得する。
（ステップ８８）
３点のエッジポイントの３次元座標値より、被計測治具１２ｂの被計測治具座標系ｂ’を算出する。
（ステップ９０、９１）
図６にロボット交換前後の教示位置の誤差を示す概略図を示す。
ロボット交換前のロボット座標系３０に対して、ロボット交換前に計測したエッジポイント（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）の３次元座標値から算出した座標系を被計測治具座標系３１とする。
ロボット交換作業により、ロボットの個体差及びロボット据付誤差、各関節の角度計測手段の原点位置の誤差の影響で、ロボット座標系３０からロボット座標系３０’に位置ズレしたとする。
そのため、新しいロボット２は、ロボット自身が位置ズレしたことは認識できないため、被計測治具座標系３１は被計測治具座標系３１‘に位置していると誤認識している。
ロボット交換後に再度、被計測治具１２を計測し、ロボット座標系３０’に対する被計測治具座標系３１を算出する。
これにより、ロボット座標系３０’に対する被計測治具座標系３１と、被計測治具座標系３１’の相対位置関係がわかるため、座標変換行列を算出することができる。
被計測治具１２ａから算出した座標変換行列を座標変換行列ａとする。
被計測治具１２ｂから算出した座標変換行列を座標変換行列ｂとする。
座標変換行列の算出に関しては、周知されているため、詳細な説明は省略する（例えば、特許第３７３３３６４号を参照）。
（ステップ９２、９３）
それぞれの座標変換行列を用いて、新しいロボット２の教示位置をそれぞれ補正する。
教示位置７ａは座標変換行列ａを用いて補正する。
教示位置７ｂは座標変換行列ｂを用いて補正する。
被計測治具１２を設置しなかった教示位置７ｃは、比較的距離が近い箇所で算出された座標変換行列ａを用いて補正する。
一方、被計測治具１２を設置しなかった教示位置７ｄは、比較的距離が近い箇所で算出された座標変換行列ｂを用いて補正する。
また、座標変換行列ａと座標変換行列ｂの値より、教示位置７ａと教示位置７ｄの間に位置する教示位置７ｃ，７ｄの座標変換行列を、教示位置間の距離をパラメータに最適化してもよい。

実施例１では、被計測治具１２の角１３を検出していたが、図７に示すように、球状の突起の形状を成す被計測治具１５を用いて、その球状の頂点１６を検出してもよい。
位置計測手段１０を１次元のレーザ変位計としたが、例えば、２次元のレーザ変位計や、視覚カメラを用いてもよい。
図８に２次元レーザ変位計で球状の頂点１６を計測した波形を示す。
ロボット２にレーザ変位計を固定した状態で、ロボット２のアーム先端部を駆動させることで、被計測治具１５の球状の頂点１６を検出する。

実施例１，２では、レーザ変位計などの位置計測手段１０を用いて、教示位置の３次元座標を計測したが、位置計測手段で計測するのではなく、ロボット交換後に、ロボットコントローラを用いて教示修正する。
少なくとも２箇所以上の教示位置に対して、相対位置を変化させる前に、教示位置の３次元座標と、相対位置を変化させた後に、修正した教示位置の３次元座標に基づいて、ロボット２の残りの教示位置を補正してもよい。

位置計測手段１０を精度よく固定できなかった場合、その固定誤差が教示位置補正の精度に影響してしまう。
位置計測手段１０の固定誤差を補正するために、ロボット２もしくは架台４上に、補正用の被計測治具１２あるいは専用の治具を設置してもよい。
ロボット２の据付誤差を低減するために、架台４に対してロボット２は、位置決めピンで位置決めされる固定方法にしてもよい。
あるいは、ロボット２のベースの直角に位置する２側面を架台４に突き当てて固定する方法でもよい。
本実施例では、ロボット２側に位置計測手段１０を設置し、生産ライン６側に被計測治具１２を設置したが、生産ライン６側の教示位置にそれぞれ位置計測手段１０を設置し、ロボット２（もしくはロボットハンド５）側に被計測治具１２を設置してもよい。

１ ロボット生産システム
２ ロボット
３ ロボット制御装置
４ 架台
５ ロボットハンド
６ 生産ライン
７ ワーク（教示対象物）
８ 土台
９ 固定治具
１０ 位置計測手段
１１ 教示位置補正装置
１２ 被計測治具
１３ 角
１４ エッジポイント
１５ 被計測治具（球突起）
１６ 球状の頂点
３０ ロボット座標系
３１ 被計測治具座標系

Claims (6)

1. 第１のロボットのアーム先端部に保持された位置計測手段にて、相互に位置が異なる少なくとも２ヶ所以上の教示位置に対応した位置にそれぞれ配置した複数の被計測治具のそれぞれの計測により、当該第１のロボットの座標系に対するそれぞれの被計測治具の第１群の被計測治具座標系を演算するステップと、
   第２のロボットのアーム先端部に保持された位置計測手段にて前記それぞれの被計測治具の位置を計測することで当該第２のロボット座標系に対する第２群の被計測治具座標系を演算するステップとを有し、前記第１群と第２群の被計測治具座標系のズレから第２のロボットの教示位置を補正することを特徴とするロボットの教示位置補正方法。
2. 前記被計測治具は前記位置計測手段にて３次元座標を計測するためのものであることを特徴とする請求項１記載のロボットの教示位置補正方法。
3. 前記被計測治具は直角に交差する２つ稜線部からなることを特徴とする請求項２記載のロボットの教示位置補正方法。
4. 前記被計測治具は３ヶ所以上の球状突起部からなることを特徴とする請求項２記載のロボットの教示位置補正方法。
5. 前記計測手段はレーザ変位計であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のロボットの教示位置補正方法。
6. 前記第１及び第２ロボットは前記計測対象以外の残りの教示位置を有し、
   前記第１群及び第２群の被計測治具座標系による補正に基づいて前記残りの教示位置を補正することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のロボットの教示位置補正方法。