JP5439833B2 - ロボットのツール座標系の較正方法及びその治具 - Google Patents

Description

本発明は、自動組立システムなどにおいて使用可能なロボットの手先部に取り付けたエンドエフェクタに設定されるツール座標系の較正方法及びその治具に関するものである。

一般的な産業用ロボットは、マニピュレータ先端の手先部をフランジ状に形成して出荷される。そして、ロボットの受け入れ先では、ロボットの手先部に、そのロボットを使用するシステム上の作業に適したハンドや溶接トーチなどのエンドエフェクタを取り付けて、ロボットを稼働させる。

そのため、ロボットの製造元から出荷する段階では、ロボットの姿勢制御に用いるロボット座標系における位置ベクトルのデータが、手先部までの分しか用意されていない。したがって、手先部に取り付けたエンドエフェクタのロボット座標系における位置ベクトルのデータは、ロボットの受け入れ側で設定しなければならない。

ロボット座標系におけるエンドエフェクタの位置ベクトルのデータを設定するには、エンドエフェクタの代表点（一般に、ツールセンターポイント：ＴＣＰと呼ばれる。）を原点とするツール座標系を較正する必要がある。

ツール座標系の較正は、ロボットの手先部に対するエンドエフェクタの取付点を原点とするロボット手先座標系を用いて行う。具体的には、ロボット手先座標系から見たツール座標系の相対的位置・姿勢を較正することで、ツール座標系を較正する。そして、ロボット手先座標系から見たツール座標系の相対的位置・姿勢を記述する行列やベクトルを表すデータをロボットの制御系に与えることで、ロボット座標系におけるエンドエフェクタの代表点の位置ベクトルを設定することができる。

上述したエンドエフェクタのツール座標系をロボットの制御系に設定する方法としては、従来から、次のようなものが提供、提案されている。

第１には、代表点（ＴＣＰ）としたいエンドエフェクタの特定点が空間内の同一点に位置するように、ロボットに３パターンの姿勢をとらせる。そして、各姿勢におけるロボットの位置姿勢データを取得して解析し、手先部に対するエンドエフェクタの特定点の相対位置を求める。その上で、ツール座標系の座標軸方向を教示などによって設定することで、ツール座標系の設定を行う方式がある。

第２には、専用の治具を用いこの治具の所定点にエンドエフェクタの代表点（ＴＣＰ）を合わせることで、ツール座標系の設定を行う方式がある（例えば、特許文献１，２）。

第３には、設計図面などから得たエンドエフェクタの寸法や形状に関する数値データをロボットの制御系に入力することで、ツール座標系の設定を行う方式がある。

第４には、治具を取り付けたエンドエフェクタを３次元視覚センサで認識し、エンドエフェクタと共にセンサが認識した治具の姿勢や位置に基づいて、ツール座標系を較正し設定する方式がある（例えば、特許文献３）。

特開昭６１−２５２０６号公報 特開昭６１−２５２０７号公報 特許第４０２０９９４号公報

上述した第１の方式は、尖頭状のエンドエフェクタの先端にＴＣＰを設定する場合等、見た目でわかりやすい位置をＴＣＰとする場合には、さほど問題にはならない。しかし、例えばハンドやチャックといった特定点の位置が目視ではわかりにくいエンドエフェクタの場合には、ロボットに３パターンの姿勢を取らせる際の特定点の位置を同一点に位置させる作業の精度が、作業者の熟練度によって大きく異なってしまう。

また、目視で作業を行うことから、作業員がロボットの特にエンドエフェクタに近い場所でツール座標系の較正作業を行うことになるので、作業員がエンドエフェクタに接触する恐れがある。さらに、エンドエフェクタに作業員が接触すると、エンドエフェクタの位置、姿勢がずれてしまい、最悪の場合はツール座標系の較正作業をやり直さなければならなくなる。そのため、第１の方式は余り好ましい方式とは言い難い。

次に、上述した第２の方式は、治具を用いる分だけエンドエフェクタの特定点を目標位置に合わせることに関する作業員の熟練度の問題は少ない。しかし、作業員がエンドエフェクタの近辺で作業を行わなければならず、エンドエフェクタに作業員が接触する恐れがある点においては、第１の方式と同様の問題がある。

続いて、上述した第３の方式は、エンドエフェクタの近辺での作業が必要ない分、作業環境面での問題は少ない。しかし、エンドエフェクタの構造が複雑になればなるほど、ロボットの制御系に入力する数値データと実際のエンドエフェクタの寸法との誤差が蓄積される恐れがあり、入力した数値データから較正されるツール座標系を必要とされる精度の範囲内に収めることが困難になる。

このような問題は、エンドエフェクタの加工精度を高めることで解消できるものの、それは即ちエンドエフェクタの製造コストを引き上げることにつながり、その面からして、対応できる範囲には自ずと限界がある。また、現場でロボット手先部にエンドエフェクタを取り付ける際に、微調整のための加工をエンドエフェクタに加えた場合には、設計図面などから得られるエンドエフェクタの寸法や形状に関する数値データが実際とは異なるものとなってしまう。そのため、図面などから得た数値データの入力により精度の高いツール座標系を較正することは、最早不可能となってしまう。

さらに、上述した第４の方式は、作業員の目視による調整ではないので、作業員の熟練度によるツール座標系の較正精度にバラツキが生じない。また、エンドエフェクタの近傍で作業を行う必要がないので、エンドエフェクタへの接触に関する問題も解消できる。

しかし、３次元視覚センサやその撮影画像を解析処理するハードウェア及びソフトウェアを含むシステムは非常に高価であり、それでいて、環境光の影響で測定精度が低下する恐れがある他、光学的測定を行う方式であることから、光学的な専門知識を持ったオペレータによる運用が必要となる、といった環境面や運用面での制約がある。

このように、上述した第１乃至第４の従来方式には、それぞれに問題点を有しており、未だ改良の余地を残すものであった。

ところで、上述した問題点は、エンドエフェクタをロボット手先部に取り付けたのに伴って、ロボット座標系におけるＴＣＰの初期設定のためにツール座標系の較正作業を行う場合の話である。しかし、ツール座標系の較正作業は、ロボット座標系にエンドエフェクタのＴＣＰを初期設定する場合だけに行うものではない。つまり、ロボット座標系にすでに設定されているエンドエフェクタのＴＣＰを再設定するために、ツール座標系の較正作業を行う場合もある。

すでに設定されているロボット座標系におけるエンドエフェクタのＴＣＰの再設定は、例えば、エンドエフェクタが周辺の別物体と干渉（衝突）して位置や姿勢にずれが生じた場合に必要となる。また、ロボット手先部とエンドエフェクタとの間にアダプタを介設してこのアダプタにセンサ類を装着している場合にも、このセンサ類に故障が生じた場合などに、エンドエフェクタのＴＣＰの再設定が必要になる。

つまり、ロボット手先部とエンドエフェクタとの間のアダプタに装着したセンサ類に故障が生じると、アダプタごとセンサ類を交換する必要が生じる場合がある。アダプタを交換するには、ロボット手先部とエンドエフェクタとを一旦分解し、再組付することになる。このような場合、分解前のエンドエフェクタで較正したツール座標系が、再組付後のエンドエフェクタのツール座標系と必ずしも一致するとは限らない。

なお、このような干渉によるエンドエフェクタの位置、姿勢のずれが生じた場合や、エンドエフェクタの再組付を行う場合に、ツール座標系の較正作業を行わずに、その他の対策で対応することも考えられる。その一例として、当初のエンドエフェクタの取付位置や姿勢を精密に再現し、初期設定したロボット座標系におけるエンドエフェクタのＴＣＰをそのまま利用できるようにすることも考えられる。しかし、当初のエンドエフェクタの取付位置や姿勢を精密に再現するには、作業者の熟練度に加えて多大な作業時間を要するので、作業が極めて困難であり現実的ではない。

また、ツール座標系の較正作業を行わない対応策の他の例として、位置や姿勢にずれが生じたエンドエフェクタや再組付後のエンドエフェクタをそのまま使えるように、既に教示したエンドエフェクタの動作を再び教示し直すことが考えられる。

しかし、エンドエフェクタを動作させるのに用いている教示プログラムが多数ある場合には、それぞれの教示プログラムについて再教示作業を行わなければならない。そのような作業は膨大な時間と労力を必要とするので、これもあまり現実的ではない。

以上のような事情から、エンドエフェクタの位置や姿勢にずれが生じた場合や、アダプタに取り付けたセンサ類の交換に伴ってエンドエフェクタを再組付した場合などには、やはり、エンドエフェクタのＴＣＰをロボット座標系に再設定するための、ツール座標系の構成作業を行うのが現実的である。その際にも、ロボット座標系におけるＴＣＰの初期設定のためにツール座標系の較正作業を行う場合と同様に、上述したような問題点がある。

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、専門知識を持たない作業員や熟練度が低い作業員であってもロボットに近づかずに精度良く行うことができるロボットのツール座標系の較正方法と、この方法を実施する際に用いて好適な治具とを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載した本発明のロボットのツール座標系の較正方法は、
ロボットの手先部に取り付けたエンドエフェクタの代表点を原点とするツール座標系を較正する方法であって、
前記エンドエフェクタに装着した着脱自在のアタッチメントにより、前記手先部に対する前記エンドエフェクタの取付点を原点とするロボット手先座標系における、前記代表点に対する相対位置ベクトルが既知である基準点を設定する段階と、
ロボット座標系における原点に対する相対位置が固定である測定原点と前記基準点との間隔を、前記ロボットの互いに異なる少なくともＮパターン（但し、Ｎは、３＋２Ｎ≦ _ＮＣ_２ を満たす最小の正の整数）の姿勢について、測定センサによりそれぞれ測定する段階と、
以下の（ア）乃至（エ）の位置ベクトル、即ち、
（ア）前記ロボット座標系における原点に対する前記取付点の位置ベクトル、
（イ）前記ロボット手先座標系における原点に対する前記代表点の位置ベクトルル、
（ウ）前記ツール座標系における前記代表点に対する前記基準点の位置ベクトルル、
（エ）前記ロボット座標系における前記基準点に対する前記測定原点の位置ベクトル、
の和によって、前記ロボット座標系における原点に対する前記測定原点の位置ベクトルを表す一次方程式の、前記Ｎパターンの姿勢についてのＮ連立一次方程式と、前記Ｎパターンの姿勢について前記測定センサによりそれぞれ測定した前記測定原点と前記基準点との前記各間隔とにより、前記ロボット手先座標系における原点に対する前記代表点の位置ベクトルを演算する段階と、
前記演算した前記ロボット手先座標系における原点に対する前記代表点の位置ベクトルにより、前記ツール座標系を較正する段階と、
を含むことを特徴とする。

請求項１に記載した本発明のロボットのツール座標系の較正方法によれば、ロボット座標系における原点に対する測定原点の位置ベクトルを表す一次方程式を構成する（ア）乃至（エ）の各位置ベクトルのうち、（ア）のロボット座標系における原点に対する取付点の位置ベクトルは、エンドエフェクタの取付前から存在するロボットの手先部の位置データであり、ロボットの制御系がすでに保有していることから、ツール座標系の較正前であっても既知である。

次に、（イ）のロボット手先座標系における原点（ロボット座標系における取付点）に対する代表点の位置ベクトルは、ツール座標系の較正作業前ではロボット座標系における代表点の３次元座標値が特定されていないことから、この時点では未知である。

ここで、ロボット手先座標系における原点（ロボット座標系における取付点）と代表点との位置関係は、ロボットの姿勢が変わっても変化しない。したがって、この時点で未知であるロボット手先座標系における原点（ロボット座標系における取付点）と代表点との位置関係は、３次元方向の相対位置に関する３つの変数によって表すことになる。

また、（ウ）のツール座標系における代表点に対する基準点の位置ベクトルは、アタッチメントの設計データによって代表点に対する基準点の相対位置を特定できるので、ツール座標系の較正前であっても既知である。

さらに、（エ）のロボット座標系における基準点に対する測定原点の位置ベクトルは、測定原点に対する基準点の相対位置が特定できないので、この時点では未知である。

ここで、ロボット座標系における基準点と測定原点との位置関係は、ロボットの姿勢が変わると変化する。したがって、この時点で未知であるロボット座標系における基準点と測定原点との位置関係は、ロボットが採るＮパターンの姿勢のそれぞれについて、３次元方向の相対位置に関する３つの変数によって表すことになる。つまり、ロボット座標系における基準点と測定原点との位置関係に関する変数の数は、基本的に３Ｎとなる。

但し、ロボットが採るＮパターンの姿勢のそれぞれにおいて、基準点と測定原点との間隔は、測定センサを用いた測定によって既知となる。したがって、ロボット座標系における基準点と測定原点との位置関係に関する実際の変数の数は、ロボットが採るＮパターンの姿勢のそれぞれにおいて１つずつ減り、最終的には２Ｎとなる。

以上から、上記した（ア）乃至（エ）の位置ベクトルの和によって表される、ロボット座標系における原点に対する測定原点の位置ベクトルの、ロボットが採るＮパターンの姿勢のそれぞれに関する一次方程式を連立させた、Ｎ連立一次方程式には、合計で（３＋２Ｎ）個の変数が存在することになる。

このため、（３＋２Ｎ）個の変数を上回る数の連立一次方程式を解けば、全ての変数を解くことができる。即ち、３＋２Ｎ≦ _ＮＣ_２ を満たす最小の正の整数（＝Ｎ）個のパターンの姿勢をロボットに採らせ、各姿勢について、測定原点と基準点との間隔を測定センサにより測定して、（ア）乃至（エ）の位置ベクトルの和によるＮ連立一次方程式を得ることで、エンドエフェクタのツール座標系を較正し、エンドエフェクタの代表点をロボット座標系において特定できるようになる。

したがって、ロボットにＮパターンの姿勢を採らせるのに当たってエンドエフェクタの代表点を常に同一点に位置させる必要がなく、熟練度の低い作業員でもロボット乃至エンドエフェクタに近づかずにツール座標系の較正作業を行うことができる。また、環境光などの周辺環境が較正の精度に影響を及ぼさないので、専門知識がない作業員でも精度良くツール座標系の較正作業を行うことができる。

なお、上記した（ア）乃至（エ）の位置ベクトルの和は、絶対座標系上において求めても良く、任意のローカル座標系上において求めても良い。仮に、ロボット座標系上において上記した（ア）乃至（エ）の位置ベクトルの和を求める場合、ロボット手先座標系における原点（ロボット座標系における取付点）において、ロボット手先座標系をロボット座標系に座標変換するための同次変換行列は、ツール座標系の較正前であっても既知である。これは、代表点におけるツール座標系として設定したい座標軸方向を、ロボット座標系の座標軸方向に対する相対座標軸方向として、ツール座標系の較正前に決定しておくことで、ロボット手先座標系の原点（ロボット座標系における取付点）におけるロボット手先座標系の座標軸方向に対する、代表点におけるツール座標系の座標軸方向の相対座標軸方向を、特定することができるからである。

また、ロボット座標系上において上記した（ア）乃至（エ）の位置ベクトルの和を求める場合、ロボット手先座標系における代表点において、ツール座標系をロボット座標系に座標変換するための同次変換行列も、ツール座標系の較正前であっても既知である。これは、エンドエフェクタ及びアタッチメントの設計データから、代表点におけるツール座標系の座標軸方向に対する基準点の相対座標軸方向を特定することができるからである。

また、請求項２に記載した本発明のロボットのツール座標系の較正方法は、
ロボットの手先部に取り付けたエンドエフェクタの代表点を原点とするツール座標系を較正する方法であって、
前記エンドエフェクタに装着した着脱自在のアタッチメントにより、前記手先部に対する前記エンドエフェクタの取付点を原点とするロボット手先座標系における、前記代表点に対する相対位置ベクトルが既知である基準点を設定する段階と、
相互間距離が固定かつ既知であるｍ個の測定原点と、前記基準点との各間隔を、前記ロボットの互いに異なる少なくともｎパターン（但し、ｎは、３＋２（ｎ×ｍ）＋２（ｍ−１）≦ _ｎ×ｍＣ_２ を満たす最小の正の整数）の姿勢について、測定センサによりそれぞれ測定する段階と、
以下の（ア）乃至（オ）の位置ベクトル、即ち、
（ア）ロボット座標系における原点に対する前記取付点の位置ベクトル、
（イ）前記ロボット手先座標系における原点に対する前記代表点の位置ベクトル、
（ウ）前記ツール座標系における前記代表点に対する前記基準点の位置ベクトル、
（エ）前記ロボット座標系における前記基準点に対する前記各測定原点の位置ベクトル、
（オ）前記ロボット座標系における前記ｍ個の測定原点のうち特定の１つの測定原点に対する残りの他の各測定原点の位置ベクトル、
の和によって、前記ロボット座標系における原点に対する前記特定の１つの測定原点の位置ベクトルを表す一次方程式の、前記各測定原点における前記ｎパターンの姿勢についてのｎ×ｍ連立一次方程式と、前記ｎパターンの姿勢について前記測定センサによりそれぞれ測定した前記ｍ個の各測定原点と前記基準点との前記各間隔とにより、前記ロボット手先座標系における原点に対する前記代表点の位置ベクトルを演算する段階と、
前記演算した前記ロボット手先座標系における原点に対する前記代表点の位置ベクトルにより、前記ツール座標系を較正する段階と、
を含むことを特徴とする。

請求項２に記載した本発明のロボットのツール座標系の較正方法では、（ア）乃至（エ）の各位置ベクトルに関する既知、未知の関係は、請求項１に記載した本発明のロボットのツール座標系の較正方法と同じである。

また、（オ）のロボット座標系におけるｍ個の測定原点のうち特定の１つの測定原点に対する残りの他の各測定原点の位置ベクトルは、ロボット座標系における各測定原点の３次元座標値が特定されていないことから、この時点ではいずれも未知である。

ここで、ロボット座標系における特定の１つの測定原点と残りの他の各測定原点との位置関係は、ロボットの姿勢が変わっても変化しない。したがって、この時点で未知であるロボット座標系における特定の１つの測定原点と残りの他の各測定原点との位置関係は、３次元方向の相対位置に関する３つの変数によって表すことになる。つまり、ロボット座標系における特定の１つの測定原点と残りの他の３（ｍ−１）個の各測定原点との位置関係に関する変数の数は、基本的に３（ｍ−１）となる。

但し、特定の１つの測定原点と残りの他の測定原点との相互間距離は予め既知である。したがって、ロボット座標系における特定の１つの測定原点と残りの他の各測定原点との位置関係に関する実際の変数の数は、特定の１つの測定原点と残りの他の各測定原点との各組毎に１つずつ減り、最終的には２（ｍ−１）となる。

そして、請求項２に記載した本発明のロボットのツール座標系の較正方法においても、請求項１に記載した本発明のロボットのツール座標系の較正方法と同様に、ロボット座標系における基準点と測定原点との位置関係は、ロボットの姿勢が変わると変化する。したがって、この時点で未知であるロボット座標系における基準点とｍ個の測定原点との各位置関係は、ロボットが採るｎパターンの姿勢のそれぞれについて、３次元方向の相対位置に関する３つの変数によって表すことになる。つまり、ロボット座標系における基準点と各測定原点との位置関係に関する変数の数は、基本的に３ｎ×ｍとなる。

但し、ロボットが採るｎパターンの姿勢のそれぞれにおいて、基準点とｍ個の測定原点との各間隔は、測定センサを用いた測定によって既知となる。したがって、ロボット座標系における基準点と各測定原点との位置関係に関する実際の変数の数は、ロボットが採るＮパターンの姿勢のそれぞれにおいて１つずつ減り、最終的には２ｎ×ｍとなる。

以上から、上記した（ア）乃至（オ）の位置ベクトルの和によって表される、ロボット座標系における原点に対するｍ個の測定原点の位置ベクトルの、ロボットが採るｎパターンの姿勢のそれぞれに関する一次方程式を連立させた、ｎ×ｍ連立一次方程式には、合計で｛３＋２（ｎ×ｍ）＋２（ｍ−１）｝個の変数が存在することになる。

このため、｛３＋２（ｎ×ｍ）＋２（ｍ−１）｝個の変数を上回る数の連立一次方程式を解けば、全ての変数を解くことができる。即ち、｛３＋２（ｎ×ｍ）＋２（ｍ−１）｝≦ _ｎ×ｍＣ_２ を満たす正の整数（＝ｎ×ｍ）個のパターンの姿勢をロボットに採らせ、各姿勢について、ｍ個の各測定原点と基準点との各間隔を測定センサによりそれぞれ測定して、（ア）乃至（オ）の位置ベクトルの和によるｎ×ｍ連立一次方程式を得ることで、エンドエフェクタのツール座標系を較正し、エンドエフェクタの代表点をロボット座標系において特定できるようになる。

したがって、ロボットにｎパターンの姿勢を採らせるのに当たってエンドエフェクタの代表点を常に同一点に位置させる必要がなく、熟練度の低い作業員でもロボット乃至エンドエフェクタに近づかずにツール座標系の較正作業を行うことができる。また、環境光などの周辺環境が較正の精度に影響を及ぼさないので、専門知識がない作業員でも精度良くツール座標系の較正作業を行うことができる。

さらに、請求項３に記載した本発明のロボットのツール座標系の較正方法は、請求項１又は２に記載した本発明のロボットのツール座標系の較正方法において、前記測定センサとして、前記測定原点と前記基準点との間を常時緊張して直線状に接続する測定線材を含むセンサを用いるようにしたことを特徴とする。

請求項３に記載した本発明のロボットのツール座標系の較正方法によれば、請求項１又は２に記載した本発明のロボットのツール座標系の較正方法において、基準点と測定原点との間で直線状の緊張状態にある測定線材を含むセンサを測定センサとして用いると、測定線材の長さに応じた測定信号が測定センサから出力される。

したがって、測定センサが出力する測定信号により基準点と測定原点との２点間の間隔をそれら２点間の直線距離として容易に得ることができる。これにより、専門知識がなく熟練度の低い作業者であっても、ツール座標系の較正作業を精度良く容易に行うことができる。

また、請求項４に記載した本発明のロボットのツール座標系の較正方法は、請求項１、２又は３に記載した本発明のロボットのツール座標系の較正方法において、前記代表点を前記基準点と合致させるようにしたことを特徴とする。

請求項４に記載した本発明のロボットのツール座標系の較正方法によれば、請求項１、２又は３に記載した本発明のロボットのツール座標系の較正方法において、代表点と基準点とを一致させると、上記した（ウ）の位置ベクトルが実質的にゼロということになる。したがって、上記した（ウ）の位置ベクトルに関する種々の誤差要因が、ツール座標系の較正精度に悪影響を及ぼさなくなる。このため、代表点とは別に基準点を設定する場合に比べて、ツール座標系の較正精度をより向上させることができる。

さらに、上記目的を達成するため、請求項５に記載した本発明のロボットのツール座標系較正用治具は、ロボットの手先部に取り付けたエンドエフェクタの代表点を原点とするツール座標系を較正するのに用いる治具であって、前記エンドエフェクタに着脱自在に装着される第１アタッチメントと、ロボット座標系における原点に対する相対位置が固定である測定原点に基端が接続されて直線状に緊張された測定線材の先端が接続され、又は、相互間距離が固定かつ既知である複数個の測定原点に各基端が接続されてそれぞれ直線状に緊張された各測定線材の先端が接続され、前記第１アタッチメントに保持されて前記測定線材の先端を、前記手先部に対する前記エンドエフェクタの取付点を原点とするロボット手先座標系における、前記代表点に対する相対位置ベクトルが既知である基準点に位置させる第２アタッチメントとを備えることを特徴とする。

請求項５に記載した本発明のロボットのツール座標系較正用治具によれば、請求項１、２、３又は４に記載した本発明のロボットのツール座標系の較正方法を実施するのに当たって、測定線材により測定原点と基準点との２点間を接続する際に、測定原点に基端が接続されて直線状に緊張された測定線材の先端が接続されている第２アタッチメントを、エンドエフェクタに装着された第１アタッチメントに保持させることで、測定線材の先端を基準点に確実かつ容易に位置させることができる。

これにより、第１アタッチメントをエンドエフェクタに装着し、第２アタッチメントを第１アタッチメントに保持させた後は、作業員をロボット乃至エンドエフェクタに近づかせずにツール座標系の較正作業を行うことができる。

また、第１アタッチメントのエンドエフェクタに対する装着や、第２アタッチメントの第１アタッチメントに対する保持という簡単な作業で、請求項１、２、３又は４に記載した本発明のロボットのツール座標系の較正方法における基準点と測定原点との間隔を、測定センサにより測定できる状況を整えることができる。したがって、専門知識がなく熟練度の低い作業員でも、ツール座標系の較正作業を精度良く行うことができる。

また、請求項６に記載した本発明のロボットのツール座標系較正用治具は、請求項５に記載した本発明のロボットのツール座標系較正用治具において、前記第２アタッチメントが、前記基準点が前記代表点と合致するように構成されていることを特徴とする。

請求項６に記載した本発明のロボットのツール座標系較正用治具によれば、請求項５に記載した本発明のロボットのツール座標系較正用治具において、請求項１、２、３又は４に記載した本発明のロボットのツール座標系の較正方法を実施するのに当たって、代表点と基準点とを一致させると、基準点に関する種々の誤差要因が、ツール座標系の較正精度に悪影響を及ぼさなくなる。このため、代表点とは別に基準点を設定する場合に比べて、ツール座標系の較正精度をより向上させることができる。

本発明のロボットのツール座標系の較正方法及びその治具によれば、専門知識を持たない作業員や熟練度が低い作業員であっても、ロボットに近づかずに精度良く、ツール座標系の較正作業を行うことができる。

本発明の第１実施形態に係るロボットのツール座標系の較正方法を説明するための説明図である。 図１のロボットの電気的な概略構成を示すブロック図である。 図１のロボットのツール座標系を較正する際の手順の説明図である。 本発明の第２実施形態に係るロボットのツール座標系の較正方法を説明するための説明図である。 図４のロボットの電気的な概略構成を示すブロック図である。 図４のロボットのツール座標系を較正する際の手順の説明図である。 図１のロボットのツール座標系の較正方法を実施する際に非接触式の測定センサを用いる場合の例を示す説明図である。 図４のロボットのツール座標系の較正方法を実施する際に非接触式の測定センサを用いる場合の例を示す説明図である。 図１、図４、図７、及び、図８のロボットのツール座標系を較正する際に利用可能なアタッチメントの他の例を示す断面図である。 図１、図４、図７、及び、図８のロボットのツール座標系を較正する際に利用可能なアタッチメントのさらに他の例を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係るロボットのツール座標系の較正方法を説明するための説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の第１実施形態に係るロボットのツール座標系の較正方法を説明するための説明図である。

図１中引用符号１で示す本実施形態のロボットは、円柱状の基台３上に設置された多関節型アーム５の先端にフランジ部９（請求項中の手先部に相当）を有している。

このように構成された本実施形態のロボット１においては、多関節型アーム５に内蔵した不図示のロータリアクチュエータに、適切な制御値を与えることで、基台３に対して多関節型アーム５を適切な姿勢とする。

なお、フランジ部９にはエンドエフェクタ１７が取り付けられる。但し、このエンドエフェクタ１７は、ロボット１の出荷段階ではフランジ部９に取り付けられていない。エンドエフェクタ１７は、ロボット１の受け入れ先において、ロボットを使用するシステム上の作業に適したものが適宜取り付けられる。本実施形態では、ワーク搬送用のハンド型のエンドエフェクタ１７がフランジ部９に取り付けられている。

このような構成のロボット１は、位置ベクトルによって各部の位置及び姿勢を管理する。この位置及び姿勢の管理にはロボット座標系が用いられる。ロボット座標系は、ロボット原点Ｏを原点とする座標系である。このロボット原点Ｏは、ロボット１の設置面Ａに対向する基台３の設置面３ａの中心点に設定される。

ところで、上述したように、ロボット１の出荷段階ではフランジ部９にエンドエフェクタ１７が取り付けられていない。したがって、後述するコントローラ３１（図２参照）がロボット１の位置及び姿勢を制御するためにデフォルトで有している位置ベクトルのデータは、フランジ部９までの分しか用意されていない。そのため、フランジ部９に取り付けたエンドエフェクタ１７のロボット座標系における位置ベクトルのデータは、ロボット１の受け入れ側で後から設定しなければならない。

ロボット座標系におけるエンドエフェクタ１７の位置ベクトルのデータを設定するには、エンドエフェクタ１７の代表点であるツールセンターポイントＴＣＰを原点とするツール座標系を較正する必要がある。本実施形態のようなハンド型のエンドエフェクタ１７の場合、ツールセンターポイントＴＣＰは、ハンドの両チャックの先端中央の空間に設定される。このツールセンターポイントＴＣＰは、フランジ部９に装着されるエンドエフェクタが変わると、そのエンドエフェクタに依存して位置が変わる場合がある。

ツール座標系の較正は、ロボット１のフランジ部９に対するエンドエフェクタ１７の取付点Ｆを原点とするロボット手先座標系を用いて行う。具体的には、ロボット手先座標系から見たツール座標系の相対的位置・姿勢を較正することで、ツール座標系を較正する。そして、ロボット手先座標系から見たツール座標系の相対的位置・姿勢を記述する行列やベクトルを表すデータを、後述する図２のコントローラ３１に与えることで、ロボット座標系におけるエンドエフェクタ１７のツールセンターポイントＴＣＰの位置ベクトルを設定することができる。

また、本実施形態のロボット１では、ツール座標系の較正を行うために、ロボット１の設置面Ａに伸張式変位センサ１９（請求項中の測定センサに相当）を固定して設置している。この伸張式変位センサ１９は、ロール状に巻回されたワイヤ１９ａ（請求項中の測定線材に相当）をワイヤ１９ａの巻き取り方向に付勢してケース１９ｂの内部に収容し、この付勢力に抗してケース１９ｂの繰り出し口１９ｃからケース１９ｂの外部に繰り出されたワイヤ１９ａの繰り出し長さに応じた測定信号を、後述する図２のコントローラ３１に出力するものである。

上述したような構成の伸張式変位センサ１９は、ロボット１の設置面Ａに固定して設置することで、ロボット座標系のロボット原点Ｏに対する繰り出し口１９ｃの位置ベクトルを既知としている。この繰り出し口１９ｃは、後述する手順でツール座標系の較正を行う際に、ロボット座標系における測定原点Ｍとして設定される。

伸張式変位センサ１９のワイヤ１９ａの先端は、エンドエフェクタ１７によってチャッキングされるアタッチメント２１の接続点Ｔ（請求項中の基準点に相当）に接続されている。このアタッチメント２１は、エンドエフェクタ１７にチャッキングされた状態で、ツールセンターポイントＴＣＰに存在する部分を有している。

また、アタッチメント２１のエンドエフェクタ１７にチャッキングされる部分には、エンドエフェクタ１７の両チャックに対応する凹部が形成されている。これにより、アタッチメント２１はエンドエフェクタ１７に常に同じ姿勢でチャッキングされる。したがって、エンドエフェクタ１７にチャッキングされたアタッチメント２１の接続点Ｔは、ツールセンターポイントＴＣＰに対して常に一定の位置関係となる。つまり、ツールセンターポイントＴＣＰに対する接続点Ｔの相対位置ベクトルは、ロボット手先座標系において既知となる。

図２は、図１のロボットの電気的な概略構成を示すブロック図である。図２に示すコントローラ３１は、図１に示すロボット１の位置と姿勢に関する制御を行う。そのために、コントローラ３１は、図１に示すロボット原点Ｏ、取付点Ｆ、及び、ツールセンターポイントＴＣＰの３つのポイントの座標値を、ロボット座標系上において管理する。

そして、ロボット１の出荷段階ではコントローラ３１に設定されていない、ロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの３次元座標値を、コントローラ３１に設定するために、ロボット手先座標系から見たツール座標系の相対的位置・姿勢を記述する行列やベクトルを表すデータを、ロボット１の受け入れ側でコントローラ３１に与える必要がある。そのために、コントローラ３１は、エンドエフェクタ１７にチャッキングされたアタッチメント２１の接続点Ｔと、伸張式変位センサ１９の繰り出し口１９ｃに設定される測定原点Ｍとの２つのポイントの座標値を、ロボット手先座標系上において管理する。

そして、コントローラ３１は、エンドエフェクタ１７のツール座標系の較正によって、ツールセンターポイントＴＣＰのロボット座標系における位置ベクトルが設定されると、ロボット座標系におけるロボット原点Ｏ、取付点Ｆ、及び、ツールセンターポイントＴＣＰの３つのポイントの座標値に基づいて、ロボット１の制御上の目標値を供給する。ロボット１の目標値は、ロボット１の代表点であるツールセンターポイントＴＣＰと、その前提となる取付点Ｆとの各目標座標値である。

そして、上述した管理や供給を行うために、図２に示すコントローラ３１は、ＣＰＵやＲＡＭ及びＲＯＭを有するコンピュータによって構成される。このコントローラ３１には、ロボット１の多関節型アーム５を駆動するための第１乃至第６ロータリアクチュエータ５Ａ〜５Ｆのドライブ回路５Ｇ〜５Ｌと、第１乃至第６ロータリアクチュエータ５Ａ〜５Ｆにより駆動された多関節型アーム５やフランジ部９の基台３に対する姿勢を検出するロータリセンサ５Ｍ〜５Ｒとが接続される。

また、コントローラ３１には、伸張式変位センサ１９が接続され、伸張式変位センサ１９からの測定信号が入力される。

次に、上述した伸張式変位センサ１９及びアタッチメント２１を用いてエンドエフェクタ１７のツール座標系を較正する際の手順について説明する。

エンドエフェクタ１７のツール座標系を較正する際には、まず、図１に示すように、伸張式変位センサ１９のワイヤ１９ａの先端を接続点Ｔに接続したアタッチメント２１の凹部を、エンドエフェクタ１７の両チャックによってチャッキングさせる。

すると、アタッチメント２１の接続点Ｔと伸張式変位センサ１９の繰り出し口１９ｃとの間に、繰り出し口１９ｃから繰り出されたワイヤ１９ａが直線状に緊張した状態で架け渡される。そして、繰り出し口１９ｃから接続点Ｔまで繰り出されたワイヤ１９ａの長さに応じた（ワイヤ１９ａの繰り出し長さを示す）測定信号が、図２のコントローラ３１に出力される。

この状態において、図３の説明図に示すように、ロボット原点Ｏに対する測定原点Ｍ（伸張式変位センサ１９の繰り出し口１９ｃ）の位置ベクトル ^Ｏｐ_Ｍ は、ロボット原点Ｏに対する取付点Ｆの位置ベクトル ^Ｏｐ_Ｆ と、取付点Ｆに対するツールセンターポイントＴＣＰの位置ベクトル ^Ｆｐと、ツールセンターポイントＴＣＰに対する接続点Ｔの位置ベクトル ^Ｐｐと、接続点Ｔに対する測定原点Ｍの位置ベクトル ^Ｔｐとの合成ベクトルで表すことができる。

ここで、ロボット原点Ｏに対する測定原点Ｍの位置ベクトル ^Ｏｐ_Ｍ は、ロボット座標系上のロボット原点Ｏを始点とするロボット座標系の位置ベクトルである。同じく、ロボット原点Ｏに対する取付点Ｆの位置ベクトル ^Ｏｐ_Ｆ は、ロボット座標系上のロボット原点Ｏを始点とするロボット座標系の位置ベクトルであり、また、接続点Ｔに対する測定原点Ｍの位置ベクトル ^Ｔｐも、ロボット座標系上の測定原点Ｍを終点とするので、ロボット座標系の位置ベクトルである。

これに対して、取付点Ｆに対するツールセンターポイントＴＣＰの位置ベクトル ^Ｆｐは、ロボット手先座標系上の取付点Ｆを始点とするロボット手先座標系の位置ベクトルであり、また、ツールセンターポイントＴＣＰに対する接続点Ｔの位置ベクトル ^Ｐｐは、ツール座標系上のツールセンターポイントＴＣＰを始点とするツール座標系の位置ベクトルである。つまり、いずれもロボット座標系の位置ベクトルではない。

したがって、上述した合成ベクトルを得るためには、その過程において各位置ベクトルの座標系を統一する必要がある。統一する座標系は、絶対座標系であってもローカル座標系であっても良いが、本実施形態ではロボット座標系に統一して合成ベクトルを得る場合について説明する。この場合、ロボット原点Ｏに対する測定原点Ｍの位置ベクトル ^Ｏｐ_Ｍ と、ロボット原点Ｏに対する取付点Ｆの位置ベクトル ^Ｏｐ_Ｆ と、接続点Ｔに対する測定原点Ｍの位置ベクトル ^Ｔｐとについては、ロボット座標系への座標変換を必要としない。

一方、ロボット手先座標系の位置ベクトルである、取付点Ｆに対するツールセンターポイントＴＣＰの位置ベクトル ^Ｆｐは、同次変換行列 ^ＯＲ_Ｆ によりロボット座標系に座標変換することになる。また、ツール座標系の位置ベクトルである、ツールセンターポイントＴＣＰに対する接続点Ｔの位置ベクトル ^Ｐｐは、同次変換行列 ^ＦＲ_Ｐ によりロボット座標系に座標変換することになる。

そして、ロボット座標系におけるロボット原点Ｏに対する測定原点Ｍの位置ベクトル ^Ｏｐ_Ｍ と等しいベクトル和の一般式は、
^Ｏｐ_Ｍ ＝ ^Ｏｐ_Ｆ ＋ ^ＯＲ_Ｆ × ^Ｆｐ＋ ^ＦＲ_Ｐ × ^Ｐｐ＋ ^Ｔｐ
で表すことができる。

ここで、ロボット座標系におけるロボット原点Ｏに対する取付点Ｆの位置ベクトル ^Ｏｐ_Ｆ は、ロボット原点Ｏと取付点Ｆとが共に、エンドエフェクタ１７をフランジ部９に取り付ける前からロボット１に存在する部分であり、コントローラ３１がすでに保有していることから、ツール座標系の較正前であっても既知である。したがって、この項目に関する変数成分は存在しない。

次に、ロボット手先座標系における取付点Ｆに対するツールセンターポイントＴＣＰの位置ベクトル ^Ｆｐは、ツールセンターポイントＴＣＰが、エンドエフェクタ１７をフランジ部９に取り付けることで発生する部分であり、ツール座標系の較正作業前ではロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの３次元座標値がコントローラ３１において特定されていないことから、この時点では未知である。

そして、この項目に関する変数成分は、取付点ＦとツールセンターポイントＴＣＰとの相対位置に関する３つの変数によって表される。この３つの変数は、ロボット１（多関節型アーム５）の姿勢が変わっても変化しない。

なお、取付点Ｆに対するツールセンターポイントＴＣＰの位置ベクトル ^Ｆｐを、取付点Ｆにおいてロボット手先座標系からロボット座標系に座標変換するための、同次変換行列 ^ＯＲ_Ｆ は、ツールセンターポイントＴＣＰにおけるツール座標系として設定したい座標軸方向を、ロボット座標系の座標軸方向に対する相対座標軸方向として、ツール座標系の較正前に決定しておくことで、ロボット手先座標系の原点である取付点Ｆにおけるロボット手先座標系の座標軸方向に対する、ツールセンターポイントＴＣＰにおけるツール座標系の座標軸方向の相対座標軸方向を、特定することができるので、ツール座標系の較正前であっても既知である。

また、ツール座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰに対する接続点Ｔの位置ベクトル ^Ｐｐは、アタッチメント２１の設計データによってツールセンターポイントＴＣＰに対する接続点Ｔの相対位置を特定できるので、ツール座標系の較正前であっても既知である。

なお、ツールセンターポイントＴＣＰに対する接続点Ｔの位置ベクトル ^Ｐｐを、ツール座標系からロボット座標系に座標変換するための、同次変換行列 ^ＦＲ_Ｐ は、エンドエフェクタ１７及びアタッチメント２１の設計データから、ツールセンターポイントＴＣＰにおけるツール座標系の座標軸方向に対する基準点の相対座標軸方向を特定することができるので、ツール座標系の較正前であっても既知である。

さらに、ロボット座標系における接続点Ｔに対する測定原点Ｍの位置ベクトル ^Ｔｐは、測定原点Ｍに対する接続点Ｔの相対位置が特定できないので、この時点では未知である。

そして、この項目に関する変数成分は、基本的に、接続点Ｔと測定原点Ｍとの相対位置に関する３つの変数によって表される。但し、接続点Ｔと測定原点Ｍとの間隔は、伸張式変位センサ１９の繰り出し口１９ｃから接続点Ｔまで繰り出されたワイヤ１９ａの長さと等しい。また、ワイヤ１９ａの繰り出し長さを示す伸張式変位センサ１９の測定信号によって、接続点Ｔと測定原点Ｍとの間隔は、コントローラ３１において既知となる。

したがって、３つの変数成分のうち１つはこの既知となる接続点Ｔと測定原点Ｍとの間隔によって定数化される。この結果、この項目に関する実際の変数成分は２つとなる。

なお、この２つの変数は、ロボット１（多関節型アーム５）の姿勢が変わると変化する。したがって、ロボット１の姿勢をＮパターンに変化させると、各２つの変数をＮパターン倍した２Ｎ個の変数が、この項目について発生することになる。

以上から、上述した一般式
^Ｏｐ_Ｍ ＝ ^Ｏｐ_Ｆ ＋ ^ＯＲ_Ｆ × ^Ｆｐ＋ ^ＦＲ_Ｐ × ^Ｐｐ＋ ^Ｔｐ
で表される、ロボット座標系におけるロボット原点Ｏに対する測定原点Ｍの位置ベクトル ^Ｏｐ_Ｍ と等しいベクトル和の式には、ロボット１の姿勢が変わっても変化しない３つの変数と、ロボット１の姿勢が変わると変化する２個の変数とが存在することになる。

したがって、ロボット１の姿勢を仮にＮパターンに変化させて、それぞれの姿勢で上述した一般式による位置ベクトルの関係式を立てると、変数の合計は（３＋２Ｎ）個となり、関係式の数は _ＮＣ_２ となる。

ここで、ロボット１の各姿勢における上記の一般式による位置ベクトル関係式は、その一方の辺が全て、ロボット座標系におけるロボット原点Ｏに対する測定原点Ｍの位置ベクトル ^Ｏｐ_Ｍ である。したがって、ロボット１の姿勢をＮパターンに変化させて得られる _ＮＣ_２ の位置ベクトル関係式は、連立方程式を構成することができる。

ロボット１の姿勢をＮパターンに変化させて得られる _ＮＣ_２ の位置ベクトル関係式の連立方程式から、（３＋２Ｎ）個の変数の解を得るためには、変数の数を上回る連立方程式が必要であるから、ロボット１の姿勢を、
３＋２Ｎ≦ _ＮＣ_２
を満たす最小の正の整数のパターン数（＝Ｎ）に変化させればよいことになる。

本実施形態では、以上のように、
３＋２Ｎ≦ _ＮＣ_２
を満たす最小の正の整数のパターン数（＝Ｎ）にロボット１の姿勢を変化させて、それぞれの姿勢で上述した一般式による位置ベクトルの関係式を立て、それらの位置ベクトル関係式の連立方程式を解くことで、ツール座標系の較正を行い、ロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの３次元座標値を求めて設定する。これらの一連の処理は、コントローラ３１の制御によって行うことができる。

したがって、本実施形態で説明したツール座標系の較正方法によれば、ロボット１にＮパターンの姿勢を採らせるのに当たってエンドエフェクタ１７のツールセンターポイントＴＣＰを常に同一点に位置させる必要がなく、熟練度の低い作業員でもロボット１の特にエンドエフェクタ１７に近づかずにツール座標系の較正作業を行うことができる。

また、ツール座標系の較正のために行う測定が、ワイヤ１９ａを接続点Ｔと測定原点Ｍとの間に架設して伸張式変位センサ１９により行う間隔測定のみであり、環境光などの周辺環境が較正の精度に影響を及ぼさないので、専門知識がない作業員でも精度良くツール座標系の較正作業を行うことができる。

次に、本発明の第２実施形態に係るロボットのツール座標系の較正方法を説明する。

図４は本発明の第２実施形態に係るロボットのツール座標系の較正方法を説明するための説明図である。図４中図１に示す要素と同一の要素には、図１で付したものと同一の引用符号を付して、重複する説明を省略する。

第２実施形態の較正方法では、ロボット１の設置面Ａではなく較正作業用の測定板２９の上面に、ｍ個の伸張式変位センサ１９（図４では、図面の見やすさのため３個のみ示している。）をそれぞれ固定している。測定板２９の上面は、ロボット１の設置面Ａと同一面上に配置する必要はない。そして、各伸張式変位センサ１９の繰り出し口１９ｃからそれぞれ繰り出されたワイヤ１９ａの先端を、ロボット１のエンドエフェクタ１７にチャッキングされたアタッチメント２１の接続点Ｔに接続している。

なお、第２実施形態においては、各伸張式変位センサ１９の繰り出し口１９ｃに、測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ を設定している。そして、測定原点Ｍ_１ と、その他の測定原点Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ との各２点間の間隔Ｌ_Ｍ２，・・・，Ｌ_Ｍｍ（図６参照）は、予め既知とされてコントローラ３１のＲＡＭに格納されている。

図５は、図４のロボットの電気的な概略構成を示すブロック図である。図５に示すコントローラ３１が、図４に示すロボット原点Ｏ、取付点Ｆ、及び、ツールセンターポイントＴＣＰの３つのポイントの座標値を、ロボット座標系上において管理して、ロボット１の位置と姿勢に関する制御を行うことについては、第１実施形態と同様である。

そして、ロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの３次元座標値を設定するためにコントローラ３１は、エンドエフェクタ１７にチャッキングされたアタッチメント２１の接続点Ｔと、各伸張式変位センサ１９の繰り出し口１９ｃにそれぞれ設定される測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ とのポイントの座標値を、ロボット手先座標系上において管理する。

そのために、コントローラ３１には、各伸張式変位センサ１９がそれぞれ接続され、各伸張式変位センサ１９からの測定信号がそれぞれ入力される。

上述した各伸張式変位センサ１９及びアタッチメント２１を用いてエンドエフェクタ１７のツール座標系を較正する際には、図４に示すように、まず、各伸張式変位センサ１９のワイヤ１９ａの先端を接続点Ｔにそれぞれ接続したアタッチメント２１の凹部を、エンドエフェクタ１７の両チャックによってチャッキングさせる。

すると、アタッチメント２１の接続点Ｔと各伸張式変位センサ１９の繰り出し口１９ｃとの間に、各繰り出し口１９ｃからそれぞれ繰り出されたワイヤ１９ａが直線状に緊張した状態で架け渡される。そして、各繰り出し口１９ｃから接続点Ｔまでそれぞれ繰り出されたワイヤ１９ａの長さに応じた（ワイヤ１９ａの繰り出し長さを示す）測定信号が、各伸張式変位センサ１９から図５のコントローラ３１にそれぞれ出力される。

この状態において、図６の説明図に示すように、ロボット原点Ｏに対する各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ （各伸張式変位センサ１９の繰り出し口１９ｃ）の位置ベクトル ^Ｏｐ_Ｍ１， ^Ｏｐ_Ｍ２，・・・， ^Ｏｐ_Ｍｍは、ロボット原点Ｏに対する取付点Ｆの位置ベクトル ^Ｏｐ_Ｆ と、取付点Ｆに対するツールセンターポイントＴＣＰの位置ベクトル ^Ｆｐと、ツールセンターポイントＴＣＰに対する接続点Ｔの位置ベクトル ^Ｐｐと、接続点Ｔに対する各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ の位置ベクトル ^Ｔｐ_Ｍ１， ^Ｔｐ_Ｍ２，・・・， ^Ｔｐ_Ｍｍとの合成ベクトルで表すことができる。

ここで、ロボット原点Ｏに対する各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ の位置ベクトル ^Ｏｐ_Ｍ１， ^Ｏｐ_Ｍ２，・・・， ^Ｏｐ_Ｍｍは、ロボット座標系上のロボット原点Ｏを始点とするロボット座標系の位置ベクトルである。同じく、ロボット原点Ｏに対する取付点Ｆの位置ベクトル ^Ｏｐ_Ｆ は、ロボット座標系上のロボット原点Ｏを始点とするロボット座標系の位置ベクトルである。また、接続点Ｔに対する各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ の位置ベクトル ^Ｔｐ_Ｍ１， ^Ｔｐ_Ｍ２，・・・， ^Ｔｐ_Ｍｍは、各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ の相対位置が測定板２９上で固定であるので、ロボット座標系の位置ベクトルとみなすことができる。

これに対して、取付点Ｆに対するツールセンターポイントＴＣＰの位置ベクトル ^Ｆｐは、ロボット手先座標系上の取付点Ｆを始点とするロボット手先座標系の位置ベクトルであり、また、ツールセンターポイントＴＣＰに対する接続点Ｔの位置ベクトル ^Ｐｐは、ツール座標系上のツールセンターポイントＴＣＰを始点とするツール座標系の位置ベクトルである。つまり、いずれもロボット座標系の位置ベクトルではない。

したがって、上述した合成ベクトルを得るためには、その過程において各位置ベクトルの座標系を統一する必要がある。統一する座標系は、絶対座標系であってもローカル座標系であっても良いが、本実施形態でも、第１実施形態と同じく、ロボット座標系に統一して合成ベクトルを得る場合について説明する。この場合、ロボット原点Ｏに対する各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ の位置ベクトル ^Ｏｐ_Ｍ１， ^Ｏｐ_Ｍ２，・・・， ^Ｏｐ_Ｍｍと、ロボット原点Ｏに対する取付点Ｆの位置ベクトル ^Ｏｐ_Ｆ と、接続点Ｔに対する測定原点Ｍの位置ベクトル ^Ｔｐとについては、ロボット座標系への座標変換を必要としない。

一方、ロボット手先座標系の位置ベクトルである、取付点Ｆに対するツールセンターポイントＴＣＰの位置ベクトル ^Ｆｐは、同次変換行列 ^ＯＲ_Ｆ によりロボット座標系に座標変換することになる。また、ツール座標系の位置ベクトルである、ツールセンターポイントＴＣＰに対する接続点Ｔの位置ベクトル ^Ｐｐは、同次変換行列 ^ＦＲ_Ｐ によりロボット座標系に座標変換することになる。

そして、ロボット座標系におけるロボット原点Ｏに対する各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ の位置ベクトル ^Ｏｐ_Ｍ１， ^Ｏｐ_Ｍ２，・・・， ^Ｏｐ_Ｍｍとそれぞれ等しいベクトル和の一般式は、
^Ｏｐ_Ｍ１＝ ^Ｏｐ_Ｆ ＋ ^ＯＲ_Ｆ × ^Ｆｐ＋ ^ＦＲ_Ｐ × ^Ｐｐ＋ ^Ｔｐ_Ｍ１
^Ｏｐ_Ｍ２＝ ^Ｏｐ_Ｆ ＋ ^ＯＲ_Ｆ × ^Ｆｐ＋ ^ＦＲ_Ｐ × ^Ｐｐ＋ ^Ｔｐ_Ｍ２
・
・
・
^Ｏｐ_Ｍｍ＝ ^Ｏｐ_Ｆ ＋ ^ＯＲ_Ｆ × ^Ｆｐ＋ ^ＦＲ_Ｐ × ^Ｐｐ＋ ^Ｔｐ_Ｍｍ
でそれぞれ表すことができる。

また、各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ のうち測定原点Ｍ_１ を基準にした、残りの他の各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ の位置関係は、各測定原点Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ に対する測定原点Ｍ_１ の位置ベクトル^Ｍ２ｐ_Ｍ１，・・・，^Ｍｍｐ_Ｍ１でそれぞれ表すことができる。

したがって、ロボット座標系におけるロボット原点Ｏに対する測定原点Ｍ_１ の位置ベクトル ^Ｏｐ_Ｍ１と、ロボット原点Ｏに対する残りの他の各測定原点Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ の位置ベクトル ^Ｏｐ_Ｍ２，・・・， ^Ｏｐ_Ｍｍとの関係は、
^Ｏｐ_Ｍ１＝ ^Ｏｐ_Ｍ２＋^Ｍ２ｐ_Ｍ１
・
・
・
^Ｏｐ_Ｍ１＝ ^Ｏｐ_Ｍｍ＋^Ｍｍｐ_Ｍ１
の一般式でそれぞれ表すことができる。

ここで、各測定原点Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ に対する測定原点Ｍ_１ の位置ベクトル^Ｍ２ｐ_Ｍ１，・・・，^Ｍｍｐ_Ｍ１は、各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ の相対位置が測定板２９上で固定であるので、ロボット座標系の位置ベクトルとみなすことができる。

したがって、各測定原点Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ に対する測定原点Ｍ_１ の位置ベクトル^Ｍ２ｐ_Ｍ１，・・・，^Ｍｍｐ_Ｍ１については、ロボット座標系への座標変換を必要としない。

以上に説明した一般式において、ロボット座標系におけるロボット原点Ｏに対する取付点Ｆの位置ベクトル ^Ｏｐ_Ｆ が、ツール座標系の較正前であっても既知であり、この項目に関する変数成分が存在しないことは、第１実施形態の場合と同じである。

また、ロボット手先座標系における取付点Ｆに対するツールセンターポイントＴＣＰの位置ベクトル ^Ｆｐが、この時点では未知であり、この項目に関する変数成分が、取付点ＦとツールセンターポイントＴＣＰとの相対位置に関する３つの変数によって表されることと、この３つの変数が、ロボット１（多関節型アーム５）の姿勢が変わっても変化しないことも、第１実施形態の場合と同じである。

なお、取付点Ｆに対するツールセンターポイントＴＣＰの位置ベクトル ^Ｆｐを、取付点Ｆにおいてロボット手先座標系からロボット座標系に座標変換するための、同次変換行列 ^ＯＲ_Ｆ が、ツール座標系の較正前であっても既知であることも、第１実施形態の場合と同じである。

また、ツール座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰに対する接続点Ｔの位置ベクトル ^Ｐｐが、ツール座標系の較正前であっても既知であることと、この位置ベクトル ^Ｐｐをツール座標系からロボット座標系に座標変換するための、同次変換行列 ^ＦＲ_Ｐ が、ツール座標系の較正前であっても既知であることも、第１実施形態の場合と同じである。

次に、ロボット座標系における接続点Ｔに対する各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ の位置ベクトル ^Ｔｐ_Ｍ１， ^Ｔｐ_Ｍ２，・・・， ^Ｔｐ_Ｍｍは、各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ に対する接続点Ｔの相対位置がそれぞれ特定できないので、この時点では未知である。

そして、この項目に関する変数成分は、基本的に、接続点Ｔと各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ との相対位置に関するそれぞれ３つの変数によって表される。但し、接続点Ｔと各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ との間隔は、対応する各伸張式変位センサ１９の繰り出し口１９ｃから接続点Ｔまでそれぞれ繰り出されたワイヤ１９ａの長さと等しい。また、ワイヤ１９ａの繰り出し長さをそれぞれ示す各伸張式変位センサ１９の測定信号によって、接続点Ｔと各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ との各間隔は、コントローラ３１においてそれぞれ既知となる。

したがって、接続点Ｔと各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ との相対位置に関するそれぞれ３つの変数成分のうち１つは、この既知となる接続点Ｔと各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ との各間隔によって定数化される。この結果、この項目に関する実際の変数成分は、接続点Ｔと各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ との相対位置に関してそれぞれ２つ、つまり、２ｍ個となる。

なお、この２ｍ個の変数は、ロボット１（多関節型アーム５）の姿勢が変わると変化する。したがって、ロボット１の姿勢をｎパターンに変化させると、各２ｍ個の変数をｎパターン倍した２ｎ×ｍ個の変数が、この項目について発生することになる。

さらに、ロボット座標系における各測定原点Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ に対する測定原点Ｍ_１ の位置ベクトル^Ｍ２ｐ_Ｍ１，・・・，^Ｍｍｐ_Ｍ１は、各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ の相対位置がそれぞれ特定できないので、この時点では未知である。

そして、この項目に関する変数成分は、基本的に、各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ の相対位置に関する３（ｍ−１）個の変数によって表される。但し、測定原点Ｍ_１ と、その他の測定原点Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ との各２点間の間隔Ｌ_Ｍ２，・・・，Ｌ_Ｍｍは、コントローラ３１においてそれぞれ既知である。

したがって、各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ の相対位置に関する３（ｍ−１）個の変数成分は、各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ の相対位置に関して１つずつ、この既知である測定原点Ｍ_１ とその他の測定原点Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ との各２点間の間隔Ｌ_Ｍ２，・・・，Ｌ_Ｍｍによって定数化される。この結果、この項目に関する実際の変数成分は、各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ の相対位置に関して２（ｍ−１）個となる。

なお、この２（ｍ−１）個の変数は、ロボット１（多関節型アーム５）の姿勢が変わっても変化しない。

以上から、上述した一般式
^Ｏｐ_Ｍ１＝ ^Ｏｐ_Ｆ ＋ ^ＯＲ_Ｆ × ^Ｆｐ＋ ^ＦＲ_Ｐ × ^Ｐｐ＋ ^Ｔｐ_Ｍ１
^Ｏｐ_Ｍ２＝ ^Ｏｐ_Ｆ ＋ ^ＯＲ_Ｆ × ^Ｆｐ＋ ^ＦＲ_Ｐ × ^Ｐｐ＋ ^Ｔｐ_Ｍ２
・
・
・
^Ｏｐ_Ｍｍ＝ ^Ｏｐ_Ｆ ＋ ^ＯＲ_Ｆ × ^Ｆｐ＋ ^ＦＲ_Ｐ × ^Ｐｐ＋ ^Ｔｐ_Ｍｍ
但し、
^Ｏｐ_Ｍ１＝ ^Ｏｐ_Ｍ２＋^Ｍ２ｐ_Ｍ１
・
・
・
^Ｏｐ_Ｍ１＝ ^Ｏｐ_Ｍｍ＋^Ｍｍｐ_Ｍ１
で表される、ロボット座標系におけるロボット原点Ｏに対する各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ の位置ベクトル ^Ｏｐ_Ｍ１， ^Ｏｐ_Ｍ２，・・・， ^Ｏｐ_Ｍｍとそれぞれ等しいベクトル和の式には、ロボット１の姿勢が変わっても変化しない３＋２（ｍ−１）個の変数と、ロボット１の姿勢が変わると変化する２ｎ×ｍ個の変数とが存在することになる。

したがって、ロボット１の姿勢を仮にｎパターンに変化させて、それぞれの姿勢で上述した一般式による位置ベクトルの関係式を立てると、変数の合計は｛３＋２（ｎ×ｍ）＋２（ｍ−１）｝個となり、関係式の数は、ロボット原点Ｏに対する測定原点Ｍ_１ の位置ベクトル ^Ｏｐ_Ｍ１と、ロボット原点Ｏに対する残りの他の各測定原点Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ の位置ベクトル ^Ｏｐ_Ｍ２，・・・， ^Ｏｐ_Ｍｍとの関係式を代入して整理すると、 _ｎ×ｍＣ_２ となる。

ここで、ロボット１の各姿勢における上記の一般式による位置ベクトル関係式は、ロボット原点Ｏに対する測定原点Ｍ_１ の位置ベクトル ^Ｏｐ_Ｍ１と、ロボット原点Ｏに対する残りの他の各測定原点Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ の位置ベクトル ^Ｏｐ_Ｍ２，・・・， ^Ｏｐ_Ｍｍとの関係式を代入して整理すると、その一方の辺が全て、ロボット座標系におけるロボット原点Ｏに対する測定原点Ｍ_１ の位置ベクトル ^Ｏｐ_Ｍ１である。したがって、ロボット１の姿勢をｎパターンに変化させて得られる _ｎ×ｍＣ_２ の位置ベクトル関係式は、連立方程式を構成することができる。

ロボット１の姿勢をｎパターンに変化させて得られる _ｎ×ｍＣ_２ の位置ベクトル関係式の連立方程式から、｛３＋２（ｎ×ｍ）＋２（ｍ−１）｝個の変数の解を得るためには、変数の数を上回る連立方程式が必要であるから、ロボット１の姿勢を、
｛３＋２（ｎ×ｍ）＋２（ｍ−１）｝≦ _ｎ×ｍＣ_２
を満たす最小の正の整数のパターン数（＝ｎ）に変化させればよいことになる。

本実施形態では、以上のように、
｛３＋２（ｎ×ｍ）＋２（ｍ−１）｝
を満たす最小の正の整数のパターン数（＝ｎ）にロボット１の姿勢を変化させて、それぞれの姿勢で上述した一般式による位置ベクトルの関係式を立て、それらの位置ベクトル関係式の連立方程式を解くことで、ツール座標系の較正を行い、ロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの３次元座標値を求めて設定する。これらの一連の処理は、コントローラ３１の制御によって行うことができる。

したがって、本実施形態で説明したツール座標系の較正方法によれば、ロボット１にｎパターンの姿勢を採らせるのに当たってエンドエフェクタ１７のツールセンターポイントＴＣＰを常に同一点に位置させる必要がなく、熟練度の低い作業員でもロボット１の特にエンドエフェクタ１７に近づかずにツール座標系の較正作業を行うことができる。

また、ツール座標系の較正のために行う測定が、ワイヤ１９ａを接続点Ｔと各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ との間にそれぞれ架設して各伸張式変位センサ１９により行う間隔測定のみであり、環境光などの周辺環境が較正の精度に影響を及ぼさないので、専門知識がない作業員でも精度良くツール座標系の較正作業を行うことができる。

さらに、本実施形態で説明したツール座標系の較正方法によれば、測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ を複数設定することから、ツール座標系の較正を行うのに必要な変数を解くためにロボット１に採らせる姿勢の数を、第１実施形態のツール座標系の較正方法に比べて減らすことができる。

例えば、第１実施形態のツール座標系の較正方法では、
３＋２Ｎ≦ _ＮＣ_２
を満たす最小の正の整数のパターン数（＝Ｎ）として、具体的には６パターンの姿勢をロボット１に採らせる必要がある。

これに対して、第２実施形態のツール座標系の較正方法では、
｛３＋２（ｎ×ｍ）＋２（ｍ−１）｝≦ _ｎ×ｍＣ_２
を満たす最小の正の整数のパターン数（＝ｎ）として、具体的には、測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ の数を２個（＝ｍ）とした場合、４パターンの姿勢をロボット１に採らせれば済み、測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ の数が３個、４個、１０個（＝ｍ）と増やすと、ロボット１に採らせる姿勢のパターン数は、３パターン、２パターン、１パターンと減っていくことになる。

ちなみに、上述した第２実施形態のツール座標系の較正方法では、ｍ個の伸張式変位センサ１９を測定板２９の上面にそれぞれ固定した。しかし、ｍ個の伸張式変位センサ１９を測定板２９の上面でなく、ロボット１の設置面Ａ等に固定しても、較正作業を行うことができる。

但し、上述した第２実施形態のツール座標系の較正方法のように、ｍ個の伸張式変位センサ１９を事前に固定した測定板２９を用いて較正作業を行えば、測定板２９を一種のキャリブレーションプレートとして利用することができる。つまり、各伸張式変位センサ１９の繰り出し口１９ｃに設定される各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ の相互間距離が、コントローラ１３のＲＡＭに格納された間隔Ｌ_Ｍ２，・・・，Ｌ_Ｍｍと一致するように、ｍ個の伸張式変位センサ１９を測定板２９に固定しておくことで、各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ の相互間距離のキャリブレーション作業を較正作業の度に行わなくて済ませることができる。

これに対して、ｍ個の伸張式変位センサ１９をロボット１の設置面Ａ等に固定して較正作業を行う場合は、コントローラ１３のＲＡＭに格納された測定原点Ｍ_１ とその他の測定原点Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ との間隔Ｌ_Ｍ２，・・・，Ｌ_Ｍｍと一致するように、各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ の相互間距離を測定しながら各伸張式変位センサ１９を設置面Ａ等に固定するキャリブレーションを、較正作業の度に行う必要がある。

したがって、ｍ個の伸張式変位センサ１９を事前に固定した測定板２９を用いて行う較正作業は、各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ の相互間距離についてのキャリブレーション作業を省略できる点で、測定板２９を用いない較正作業にはない効果を得ることができる。

なお、上述した第１及び第２実施形態では、伸張式変位センサ１９により接続点Ｔと測定原点Ｍ（又は、各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ ）との間隔を、伸張式変位センサ１９により測定するものとした。しかし、その他のセンサで接続点Ｔと測定原点Ｍ（又は、各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ ）との間隔を測定する構成とすることもできる。

具体的な例としては、３次元計測装置やステレオビジョンのような非接触式の計測装置を、測定センサとして利用することができる。詳しくは、図７の説明図に示すように、第１実施形態における設置面Ａ上に測定原点Ｍを設定して、測定原点Ｍとアタッチメント２１の接続点Ｔとをワイヤ３５で接続する。あるいは、図８の説明図に示すように、第２実施形態における測定板２９上に各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ を設定して、各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ とアタッチメント２１の接続点Ｔとをワイヤ３５_１ ，３５_２ ，・・・，３５_ｍ でそれぞれ接続する。

そして、ワイヤ３５（あるいは、ワイヤ３５_１ ，３５_２ ，・・・，３５_ｍ ）を含む領域のスキャン画像を、設置面Ａに設置した非接触式の計測装置３３によりコントローラ３１に取り込む。これにより、取り込んだスキャン画像をコントローラ３１で解析してワイヤ３５（あるいは、各ワイヤ３５_１ ，３５_２ ，・・・，３５_ｍ ）を抽出し、その長さを、接続点Ｔと測定原点Ｍとの間隔（あるいは、接続点Ｔと各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ との間隔）として割り出す。

このような構成によっても、第１及び第２実施形態のツール座標系の較正方法と同様の効果を得ることができる。

ちなみに、上述した図８の構成で行うツール座標系の較正方法においても、第２実施形態のツール座標系の較正方法と同様に、ｍ個の伸張式変位センサ１９をロボット１の設置面Ａ等に固定しても、較正作業を行うことができる。

但し、上述した図８の構成で行うツール座標系の較正方法のように、ｍ個の伸張式変位センサ１９を事前に固定した測定板２９を用いて較正作業を行えば、第２実施形態のツール座標系の較正方法と同様に、測定板２９を一種のキャリブレーションプレートとして利用することができる。したがって、ｍ個の伸張式変位センサ１９をロボット１の設置面Ａ等に固定して較正作業を行う度に、各測定原点Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ の相互間距離のキャリブレーション作業を行わずに済むという効果を得ることができる。

また、上述した第１及び第２実施形態では、アタッチメント２１を１ピースで構成する場合を例に取って説明したが、２つ以上の複数ピースでアタッチメント２１を構成してもよい。例えば、図９の断面図に示すように、第１アタッチメント２１ａと第２アタッチメント２１ｂの２ピースでアタッチメント２１を構成することもできる。

第１アタッチメント２１ａは、エンドエフェクタ１７によってチャッキングされるものである。そして、第１アタッチメント２１ａは、エンドエフェクタ１７にチャッキングされた状態で、ツールセンターポイントＴＣＰに存在する部分を有している。

この第１アタッチメント２１ａのエンドエフェクタ１７にチャッキングされる部分には、エンドエフェクタ１７の両チャックに対応する凹部が形成されている。これにより、アタッチメント２１はエンドエフェクタ１７に常に同じ姿勢でチャッキングされる。また、第１アタッチメント２１ａは、第２アタッチメント２１ｂを保持するための保持凹部２１ｃを有している。

第２アタッチメント２１ｂは、第１アタッチメント２１ａの保持凹部２１ｃに保持されるものである。そのために、第２アタッチメント２１ｂは、第１アタッチメント２１ａの保持凹部２１ｃの内部空間に対応する外形で形成されている。これにより、第２アタッチメント２１ｂは第１アタッチメント２１ａに常に同じ姿勢で保持される。第２アタッチメント２１ｂの接続点Ｔ（請求項中の基準点に相当）には、伸張式変位センサ１９のワイヤ１９ａの先端が接続されている。

したがって、エンドエフェクタ１７にチャッキングされた第１アタッチメント２１ａの保持凹部２１ｃに保持された第２アタッチメント２１ｂの接続点Ｔは、ツールセンターポイントＴＣＰに対して常に一定の位置関係となる。つまり、ツールセンターポイントＴＣＰに対する接続点Ｔの相対位置ベクトルは、ロボット手先座標系において既知となる。

このように、第１及び第２アタッチメント２１ａ，２１ｂの２ピースとすることで、ハンド型のエンドエフェクタ１７とは異なる形態のエンドエフェクタがロボット１のフランジ部９に取り付けられた場合に、第１アタッチメント２１ａだけ取り替えれば済むようになる。つまり、取り替えたエンドエフェクタの形式に対応する外形の第１アタッチメント２１ａに取り替えさえすれば、第２アタッチメント２１ｂをエンドエフェクタに合わせて取り替える必要はない。したがって、エンドエフェクタが変わるたびに伸張式変位センサ１９のワイヤ１９ａを別の第２アタッチメント２１ｂに接続し直さなくて済むようにすることができる。

さらに、アタッチメントを２ピース化する場合、図１０の断面図に示すように、エンドエフェクタ１７のツールセンターポイントＴＣＰが第１アタッチメント２１ａの保持凹部２１ｃの内部空間に位置するように第１アタッチメント２１ａを形成し、第２アタッチメント２１ｂを、第１アタッチメント２１ａの保持凹部２１ｃに保持させた状態で、伸張式変位センサ１９のワイヤ１９ａの先端が接続される接続点ＴがツールセンターポイントＴＣＰと一致するように形成してもよい。

そのように構成すれば、ツール座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰに対する接続点Ｔの位置ベクトル ^Ｐｐをゼロとして、この位置ベクトル ^Ｐｐに関する誤差要因があってもそれがツール座標系の較正精度に悪影響を及ぼすことがないようにすることができる。

また、上述した第１及び第２実施形態では、ハンド型のエンドエフェクタ１７をフランジ部９に取り付けたロボット１のツール座標系の較正方法について説明した。しかし、本発明はハンド型以外のエンドエフェクタをフランジ部９に取り付けたロボット１においてツール座標系の較正を行う際にも、適用可能である。

例えば、図１１に示す第３実施形態に係るロボットのツール座標系の較正方法に関する説明図のように、溶接トーチのエンドエフェクタ１７Ａの先端に、円柱状のアタッチメント２１Ａを被せ、アタッチメント２１Ａの先端面中心に設定した接続点Ｔに、伸張式変位センサ１９の繰り出し口１９ｃから繰り出されたワイヤ１９ａを接続する構成としてもよい。その場合、具体的なツール座標系の較正作業の手順は、第１実施形態の手順と同じである。

そして、このような第３実施形態においても、伸長式変位センサ１９に代えて、図７に示す計測装置３３及びワイヤ３５により接続点Ｔと測定原点Ｍとの間隔を測定する構成を採用できることは、言うまでもない。

１ ロボット
３ 基台
３ａ 設置面
５ 多関節型アーム
５Ａ 第１ロータリアクチュエータ
５Ｂ 第２ロータリアクチュエータ
５Ｃ 第３ロータリアクチュエータ
５Ｄ 第４ロータリアクチュエータ
５Ｅ 第５ロータリアクチュエータ
５Ｆ 第６ロータリアクチュエータ
５Ｇ〜５Ｌ ドライブ回路
５Ｍ〜５Ｒ ロータリセンサ
９ フランジ部
１７，１７Ａ エンドエフェクタ
１９ 伸張式変位センサ（測定センサ）
１９ａ ワイヤ（測定線材）
１９ｂ ケース
１９ｃ 繰り出し口
２１，２１Ａ アタッチメント
２１ａ 第１アタッチメント
２１ｂ 第２アタッチメント
２１ｃ 保持凹部
２９ 測定板
３１ コントローラ
３３ 計測装置
３５，３５_１ ，３５_２ ，・・・，３５_ｍ ワイヤ
Ａ 設置面
Ｆ 取付点
Ｍ，Ｍ_１ ，Ｍ_２ ，・・・，Ｍ_ｍ 測定原点
Ｏ ロボット原点
Ｔ 接続点（基準点）
ＴＣＰ ツールセンターポイント

Claims (6)

1. ロボットの手先部に取り付けたエンドエフェクタの代表点を原点とするツール座標系を較正する方法であって、
   前記エンドエフェクタに装着した着脱自在のアタッチメントにより、前記手先部に対する前記エンドエフェクタの取付点を原点とするロボット手先座標系における、前記代表点に対する相対位置ベクトルが既知である基準点を設定する段階と、
   ロボット座標系における原点に対する相対位置が固定である測定原点と前記基準点との間隔を、前記ロボットの互いに異なる少なくともＮパターン（但し、Ｎは、３＋２Ｎ≦ _ＮＣ_２ を満たす最小の正の整数）の姿勢について、測定センサによりそれぞれ測定する段階と、
   以下の（ア）乃至（エ）の位置ベクトル、即ち、
   （ア）前記ロボット座標系における原点に対する前記取付点の位置ベクトル、
   （イ）前記ロボット手先座標系における原点に対する前記代表点の位置ベクトル、
   （ウ）前記ツール座標系における前記代表点に対する前記基準点の位置ベクトル、
   （エ）前記ロボット座標系における前記基準点に対する前記測定原点の位置ベクトル、
   の和によって、前記ロボット座標系における原点に対する前記測定原点の位置ベクトルを表す一次方程式の、前記Ｎパターンの姿勢についてのＮ連立一次方程式と、前記Ｎパターンの姿勢について前記測定センサによりそれぞれ測定した前記測定原点と前記基準点との前記各間隔とにより、前記ロボット手先座標系における原点に対する前記代表点の位置ベクトルを演算する段階と、
   前記演算した前記ロボット手先座標系における原点に対する前記代表点の位置ベクトルにより、前記ツール座標系を較正する段階と、
   を含むことを特徴とするロボットのツール座標系の較正方法。
2. ロボットの手先部に取り付けたエンドエフェクタの代表点を原点とするツール座標系を較正する方法であって、
   前記エンドエフェクタに装着した着脱自在のアタッチメントにより、前記手先部に対する前記エンドエフェクタの取付点を原点とするロボット手先座標系における、前記代表点に対する相対位置ベクトルが既知である基準点を設定する段階と、
   相互間距離が固定かつ既知であるｍ個の測定原点と、前記基準点との各間隔を、前記ロボットの互いに異なる少なくともｎパターン（但し、ｎは、３＋２（ｎ×ｍ）＋２（ｍ−１）≦ _ｎ×ｍＣ_２ を満たす最小の正の整数）の姿勢について、測定センサによりそれぞれ測定する段階と、
   以下の（ア）乃至（オ）の位置ベクトル、即ち、
   （ア）ロボット座標系における原点に対する前記取付点の位置ベクトル、
   （イ）前記ロボット手先座標系における原点に対する前記代表点の位置ベクトル、
   （ウ）前記ツール座標系における前記代表点に対する前記基準点の位置ベクトル、
   （エ）前記ロボット座標系における前記基準点に対する前記各測定原点の位置ベクトル、
   （オ）前記ロボット座標系における前記ｍ個の測定原点のうち特定の１つの測定原点に対する残りの他の各測定原点の位置ベクトル、
   の和によって、前記ロボット座標系における原点に対する前記特定の１つの測定原点の位置ベクトルを表す一次方程式の、前記各測定原点における前記ｎパターンの姿勢についてのｎ×ｍ連立一次方程式と、前記ｎパターンの姿勢について前記測定センサによりそれぞれ測定した前記ｍ個の各測定原点と前記基準点との前記各間隔とにより、前記ロボット手先座標系における原点に対する前記代表点の位置ベクトルを演算する段階と、
   前記演算した前記ロボット手先座標系における原点に対する前記代表点の位置ベクトルにより、前記ツール座標系を較正する段階と、
   を含むことを特徴とするロボットのツール座標系の較正方法。
3. 前記測定センサとして、前記測定原点と前記基準点との間を常時緊張して直線状に接続する測定線材を含むセンサを用いるようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載のロボットのツール座標系の較正方法。
4. 前記代表点を前記基準点と合致させるようにしたことを特徴とする請求項１、２又は３記載のロボットのツール座標系の較正方法。
5. ロボットの手先部に取り付けたエンドエフェクタの代表点を原点とするツール座標系を較正するのに用いる治具であって、
   前記エンドエフェクタに着脱自在に装着される第１アタッチメントと、
   ロボット座標系における原点に対する相対位置が固定である測定原点に基端が接続されて直線状に緊張された測定線材の先端が接続され、又は、相互間距離が固定かつ既知である複数個の測定原点に各基端が接続されてそれぞれ直線状に緊張された各測定線材の先端が接続され、前記第１アタッチメントに保持されて前記測定線材の先端を、前記手先部に対する前記エンドエフェクタの取付点を原点とするロボット手先座標系における、前記代表点に対する相対位置ベクトルが既知である基準点に位置させる第２アタッチメントと、
   を備えることを特徴とするロボットのツール座標系較正用治具。
6. 前記第２アタッチメントは、前記基準点が前記代表点と合致するように構成されていることを特徴とする請求項５記載のロボットのツール座標系較正用治具。

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