JPH05302817A - ロボットのたわみ及び歪検出装置 - Google Patents
ロボットのたわみ及び歪検出装置Info
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- JPH05302817A JPH05302817A JP30714692A JP30714692A JPH05302817A JP H05302817 A JPH05302817 A JP H05302817A JP 30714692 A JP30714692 A JP 30714692A JP 30714692 A JP30714692 A JP 30714692A JP H05302817 A JPH05302817 A JP H05302817A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 ロボットのたわみ及び歪検出を複雑な演算を
用いることなく直接的に求めることにより，ロボットの
リアルタイムの制御を行い得るコンパクトなロボットの
たわみ及び歪検出装置を提供する。 【構成】 垂直面内に揺動自在のアーム１のたわみを検
出するロボットのたわみ検出装置Ａ1 において，アーム
１の一端側に設けられ，垂直面内でアーム１の長手方向
の軸心に対して鋭角をなすように取り付けられ光を発射
するレーザセンサ２と，アーム１の他端部のレーザセン
サ２の対向位置にアーム１の上記軸心方向に平行に取り
付けられ，レーザセンサ２からのレーザ光を受光するＰ
ＳＤ３と，ＰＳＤ３により受光された光の垂直方向への
変位に基づいてアーム１のたわみを検出する信号処理部
４とを設ける。
用いることなく直接的に求めることにより，ロボットの
リアルタイムの制御を行い得るコンパクトなロボットの
たわみ及び歪検出装置を提供する。 【構成】 垂直面内に揺動自在のアーム１のたわみを検
出するロボットのたわみ検出装置Ａ1 において，アーム
１の一端側に設けられ，垂直面内でアーム１の長手方向
の軸心に対して鋭角をなすように取り付けられ光を発射
するレーザセンサ２と，アーム１の他端部のレーザセン
サ２の対向位置にアーム１の上記軸心方向に平行に取り
付けられ，レーザセンサ２からのレーザ光を受光するＰ
ＳＤ３と，ＰＳＤ３により受光された光の垂直方向への
変位に基づいてアーム１のたわみを検出する信号処理部
４とを設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はロボットのたわみ及び歪
検出装置に係り，詳しくは垂直面内に揺動自在のアーム
のたわみを検出するロボットのたわみ検出装置とロボッ
トアームを含むロボット要素のたわみ及びねじれを含む
歪検出装置とに関するものである。
検出装置に係り，詳しくは垂直面内に揺動自在のアーム
のたわみを検出するロボットのたわみ検出装置とロボッ
トアームを含むロボット要素のたわみ及びねじれを含む
歪検出装置とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】産業用ロボットに対する教示操作方式
は，数値やロボット言語等で表わされた教示データをロ
ボットの入力装置へ入力する間接形教示方式と，ロボッ
トを人手により実際に動作させてその履歴を教示する直
接形教示方式とに大別される。この内，間接形教示方式
は直接形教示方式に比べて現場での教示時間が短く，ま
た教示時の人身事故のおそれがないという長所を有して
いる。しかし，垂直多関節ロボットに間接形教示方式を
適用した場合には，教示データと実際のロボットの位置
との間に誤差を生じる。これはロボットの重力負荷によ
るたわみに起因するものである。従って，このロボット
のたわみを検出して，教示データを補正してやれば常に
正しいロボット位置が得られることがわかる。従来，三
対の光源（レーザセンサ）と光検知器（Photo Sensitiv
e Detector）（以下ＰＳＤと略す）とをそれぞれロボッ
トのアームの両端に対向配備し，ＰＳＤの出力からアー
ムのたわみを検出する方法が知られている。図９は従来
のロボットアームのたわみ検出装置Ａのセンサの取り付
け状態の一例を示す斜視的模式図である。図９に示す如
く，従来のロボットアームのたわみ検出装置Ａはロボッ
トアーム１の一端側に設けられレーザ光を発射するレー
ザセンサ２a ，２b ，２c と，ロボットアーム１の他端
側で各レーザセンサ２a ，２ b ，２c の対向位置に設け
られそれぞれに対向するレーザセンサ２a ，２b ，２ c
からのレーザ光のみを受光する２次元ＰＳＤ３a ，
３b ，３c と，ＰＳＤ３a，３b ，３c からの出力信号
を処理する信号処理部４とからなる。このたわみ検出装
置Ａの検出原理は以下のとおりである。ＰＳＤ３a ，３
b ，３c は受光したレーザ光のスポット位置に対応して
直線的に出力電流が変化する半導体検出器であり，スポ
ット位置を検出することができる。ここで，ロボットア
ーム１がたわむとレーザセンサ２a ，２b ，２c とＰＳ
Ｄ３a ，３b ，３c との相対位置が変化するため，ＰＳ
Ｄ３a ，３b ，３c 上の各スポット位置も変化する。従
って，ＰＳＤ側の座標系での３点のスポット位置を計測
すればロボットアーム１のたわみ角とたわみ量とを求め
ることができる。このようにして，従来のたわみ検出装
置Ａでは，スポット位置の変化からたわみ角及びたわみ
量を求める周知の演算を信号処理部４にて実行すること
により，ＰＳＤ３a ，３b ，３c 上のスポット位置の変
化に基づいてロボットアーム１のたわみを求めることが
できた。また，上記ロボットのたわみと共にねじれを生
じることがある。このねじれの影響が無視できる程度の
ものであれば，上述したようなたわみの検出のみで足り
る。しかし，無視できない場合には，たわみ及びねじれ
を含む歪を検出する必要がある。従来のロボットアーム
のたわみ検出装置Ａは，ロボットアーム１の歪の検出を
も上記たわみ検出と同様に行うことができた。
は，数値やロボット言語等で表わされた教示データをロ
ボットの入力装置へ入力する間接形教示方式と，ロボッ
トを人手により実際に動作させてその履歴を教示する直
接形教示方式とに大別される。この内，間接形教示方式
は直接形教示方式に比べて現場での教示時間が短く，ま
た教示時の人身事故のおそれがないという長所を有して
いる。しかし，垂直多関節ロボットに間接形教示方式を
適用した場合には，教示データと実際のロボットの位置
との間に誤差を生じる。これはロボットの重力負荷によ
るたわみに起因するものである。従って，このロボット
のたわみを検出して，教示データを補正してやれば常に
正しいロボット位置が得られることがわかる。従来，三
対の光源（レーザセンサ）と光検知器（Photo Sensitiv
e Detector）（以下ＰＳＤと略す）とをそれぞれロボッ
トのアームの両端に対向配備し，ＰＳＤの出力からアー
ムのたわみを検出する方法が知られている。図９は従来
のロボットアームのたわみ検出装置Ａのセンサの取り付
け状態の一例を示す斜視的模式図である。図９に示す如
く，従来のロボットアームのたわみ検出装置Ａはロボッ
トアーム１の一端側に設けられレーザ光を発射するレー
ザセンサ２a ，２b ，２c と，ロボットアーム１の他端
側で各レーザセンサ２a ，２ b ，２c の対向位置に設け
られそれぞれに対向するレーザセンサ２a ，２b ，２ c
からのレーザ光のみを受光する２次元ＰＳＤ３a ，
３b ，３c と，ＰＳＤ３a，３b ，３c からの出力信号
を処理する信号処理部４とからなる。このたわみ検出装
置Ａの検出原理は以下のとおりである。ＰＳＤ３a ，３
b ，３c は受光したレーザ光のスポット位置に対応して
直線的に出力電流が変化する半導体検出器であり，スポ
ット位置を検出することができる。ここで，ロボットア
ーム１がたわむとレーザセンサ２a ，２b ，２c とＰＳ
Ｄ３a ，３b ，３c との相対位置が変化するため，ＰＳ
Ｄ３a ，３b ，３c 上の各スポット位置も変化する。従
って，ＰＳＤ側の座標系での３点のスポット位置を計測
すればロボットアーム１のたわみ角とたわみ量とを求め
ることができる。このようにして，従来のたわみ検出装
置Ａでは，スポット位置の変化からたわみ角及びたわみ
量を求める周知の演算を信号処理部４にて実行すること
により，ＰＳＤ３a ，３b ，３c 上のスポット位置の変
化に基づいてロボットアーム１のたわみを求めることが
できた。また，上記ロボットのたわみと共にねじれを生
じることがある。このねじれの影響が無視できる程度の
ものであれば，上述したようなたわみの検出のみで足り
る。しかし，無視できない場合には，たわみ及びねじれ
を含む歪を検出する必要がある。従来のロボットアーム
のたわみ検出装置Ａは，ロボットアーム１の歪の検出を
も上記たわみ検出と同様に行うことができた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記したような従来の
ロボットアームのたわみ検出装置Ａでは，たわみ角とた
わみ量とを複雑な座標変換演算で求めなければならな
い。この点は歪を求める場合も同様である。このため，
演算を行う信号処理部４の負担が大きくなり，ロボット
のリアルタイムの制御が困難であった。更に，一本のロ
ボットアーム１に三対のレーザセンサ２a ，２b ，２c
とＰＳＤ３a ，３b ，３c とを設けるため，ロボットア
ーム１の大型化及び慣性力の増大と，これに伴うロボッ
ト装置全体の大型・大重量化を招くおそれがあった。本
発明は，このような従来の技術における課題を解決する
ために，ロボットのたわみ及び歪検出装置を改良し，ロ
ボットのたわみ及び歪検出を複雑な演算を用いることな
く直接的に求めることによりロボットのリアルタイムの
制御を行い得るコンパクトなロボットのたわみ及び歪検
出装置を提供することを目的とするものである。
ロボットアームのたわみ検出装置Ａでは，たわみ角とた
わみ量とを複雑な座標変換演算で求めなければならな
い。この点は歪を求める場合も同様である。このため，
演算を行う信号処理部４の負担が大きくなり，ロボット
のリアルタイムの制御が困難であった。更に，一本のロ
ボットアーム１に三対のレーザセンサ２a ，２b ，２c
とＰＳＤ３a ，３b ，３c とを設けるため，ロボットア
ーム１の大型化及び慣性力の増大と，これに伴うロボッ
ト装置全体の大型・大重量化を招くおそれがあった。本
発明は，このような従来の技術における課題を解決する
ために，ロボットのたわみ及び歪検出装置を改良し，ロ
ボットのたわみ及び歪検出を複雑な演算を用いることな
く直接的に求めることによりロボットのリアルタイムの
制御を行い得るコンパクトなロボットのたわみ及び歪検
出装置を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第１の発明が採用する主たる手段は，その要旨とする
ところが，垂直面内に揺動自在のアームのたわみを検出
するロボットのたわみ検出装置において，上記アームの
一端側に設けられ，垂直面内で上記アームの長手方向の
軸心に対して第１の所定角度をなすように取り付けら
れ，光を発射するための発光部と，上記アームの他端側
の上記発光部の対向位置に，該アームの垂直面内で上記
軸心方向に対して第２の所定角度をなすように取り付け
られ，上記発光部から発射された光を受光する受光部
と，上記受光部により受光された光の垂直方向への変位
に基づいて上記アームのたわみを検出する検出手段とを
設けてなることを特徴とするロボットのたわみ検出装置
である。また，垂直面内に揺動自在のアームのたわみを
検出するロボットのたわみ検出装置において，上記アー
ムの一端側に設けられ，垂直面内で上記アームの長手方
向の軸心に対して鋭角をなすように取り付けられ，光を
発射するための第１の発光部と，上記アームの他端側の
上記第１の発光部の対向位置に，該アームの垂直面内で
上記軸心方向に対して平行又は鋭角をなすように取り付
けられ，上記第１の発光部から発射された光を受光する
第１の受光部と，上記第１の受光部により受光された光
の垂直方向への変位に基づいて上記アームのたわみ角を
検出する第１の検出手段と，上記アームの一端側に設け
られ，垂直面内で上記アームの長手方向の軸心に対して
平行に取り付けられ，光を発射するための第２の発光部
と，上記アームの他端側の上記第２の発光部の対向位置
に，該アームの垂直面内で上記軸心方向に対して直角に
取り付けられ，上記第２の発光部から発射された光を受
光する第２の受光部と，上記第２の受光部により受光さ
れた光の垂直方向への変位に基づいて上記アームのたわ
み量を検出する第２の検出手段とを設けてなることを特
徴とするロボットのたわみ検出装置である。また，第２
の発明が採用する主たる手段は，その要旨とするところ
が，ロボットアームを含むロボット要素のたわみ及びね
じれを含む歪を検出するロボットの歪検出装置におい
て，上記ロボット要素の所定の軸心に沿って平行に配置
された少なくとも２個の発光部と，上記発光部に対向
し，上記ロボット要素の軸心に直角の面内に平行に設け
られ，上記ロボット要素の軸心に直角の面内での上記発
光部による受光点の２次元的位置を検出する少なくとも
２個の受光部と，上記少なくとも２個の受光部からの上
記２次元的位置データに基づいて上記ロボットの要素の
たわみ及びねじれを含む歪を演算する演算手段とを具備
してなることを特徴とするロボットの歪検出装置であ
る。
に第１の発明が採用する主たる手段は，その要旨とする
ところが，垂直面内に揺動自在のアームのたわみを検出
するロボットのたわみ検出装置において，上記アームの
一端側に設けられ，垂直面内で上記アームの長手方向の
軸心に対して第１の所定角度をなすように取り付けら
れ，光を発射するための発光部と，上記アームの他端側
の上記発光部の対向位置に，該アームの垂直面内で上記
軸心方向に対して第２の所定角度をなすように取り付け
られ，上記発光部から発射された光を受光する受光部
と，上記受光部により受光された光の垂直方向への変位
に基づいて上記アームのたわみを検出する検出手段とを
設けてなることを特徴とするロボットのたわみ検出装置
である。また，垂直面内に揺動自在のアームのたわみを
検出するロボットのたわみ検出装置において，上記アー
ムの一端側に設けられ，垂直面内で上記アームの長手方
向の軸心に対して鋭角をなすように取り付けられ，光を
発射するための第１の発光部と，上記アームの他端側の
上記第１の発光部の対向位置に，該アームの垂直面内で
上記軸心方向に対して平行又は鋭角をなすように取り付
けられ，上記第１の発光部から発射された光を受光する
第１の受光部と，上記第１の受光部により受光された光
の垂直方向への変位に基づいて上記アームのたわみ角を
検出する第１の検出手段と，上記アームの一端側に設け
られ，垂直面内で上記アームの長手方向の軸心に対して
平行に取り付けられ，光を発射するための第２の発光部
と，上記アームの他端側の上記第２の発光部の対向位置
に，該アームの垂直面内で上記軸心方向に対して直角に
取り付けられ，上記第２の発光部から発射された光を受
光する第２の受光部と，上記第２の受光部により受光さ
れた光の垂直方向への変位に基づいて上記アームのたわ
み量を検出する第２の検出手段とを設けてなることを特
徴とするロボットのたわみ検出装置である。また，第２
の発明が採用する主たる手段は，その要旨とするところ
が，ロボットアームを含むロボット要素のたわみ及びね
じれを含む歪を検出するロボットの歪検出装置におい
て，上記ロボット要素の所定の軸心に沿って平行に配置
された少なくとも２個の発光部と，上記発光部に対向
し，上記ロボット要素の軸心に直角の面内に平行に設け
られ，上記ロボット要素の軸心に直角の面内での上記発
光部による受光点の２次元的位置を検出する少なくとも
２個の受光部と，上記少なくとも２個の受光部からの上
記２次元的位置データに基づいて上記ロボットの要素の
たわみ及びねじれを含む歪を演算する演算手段とを具備
してなることを特徴とするロボットの歪検出装置であ
る。
【０００５】
【作用】第１の発明によれば，垂直面内に揺動自在のロ
ボットアームのたわみを検出するに際し，上記アームの
一端側に設けられ，垂直面内で上記アームの長手方向の
軸心に対して第１の所定角度をなすように取り付けられ
た発光部から光を発射し，上記アームの他端側の上記発
光部の対向位置に，該アームの垂直面内で上記軸心方向
に対して第２の所定角度をなすように取り付けられた受
光部により上記発光部から発射された光を受光すること
により，上記受光部により受光された光の垂直方向への
変位に基づいて検出手段により上記アームのたわみが検
出される。また，ロボットアームの一端側に設けられ，
垂直面内で上記アームの長手方向の軸心に対して鋭角を
なすように取り付けられた第１の発光部から光を発射
し，上記アームの他端側の上記第１の発光部の対向位置
に，該アームの垂直面内で上記軸心方向に対して平行又
は鋭角をなすように取り付けられた第１の受光部により
上記第１の発光部から発射された光を受光することによ
り，上記第１の受光部により受光された光の垂直方向へ
の変位に基づいて第１の検出手段により上記アームのた
わみ角が検出されると共に，上記アームの一端側に設け
られ，垂直面内で上記アームの長手方向の軸心に対して
平行に取り付けられた第２の発光部から光を発射し，上
記アームの他端側の上記第２の発光部の対向位置に，該
アームの垂直面内で，上記軸心方向に対して直角に取り
付けられた第２の受光部により上記第２の発光部から発
射された光を受光することにより，上記第２の受光部に
より受光された光の垂直方向への変位に基づいて第２の
検出手段により上記アームのたわみ量が検出される。従
って，垂直多関節ロボットのたわみ角度を直接的にかつ
高精度に検出することができる。また，上記たわみ角度
に加えて，たわみ量をも検出できる。また，第２の発明
によれば，ロボットアームを含むロボット要素のたわみ
及びねじれを含む歪を検出するに際し，上記ロボット要
素の所定の軸心に沿って平行に配置された少なくとも２
個の発光部から光が発射される。この光は上記発光部に
対向し，上記ロボット要素の軸心に直角の面内に平行に
設けられた少なくとも２個の受光部にて受光され，上記
ロボット要素の軸心に直角の面内での上記発光部による
上記受光点の２次元的位置が検出される。そして，上記
少なくとも２個の受光部からの上記２次元的位置データ
に基づいて演算手段により上記ロボット要素のたわみ及
びねじれを含む歪が演算される。従って，ロボットのた
わみ及びねじれを含む歪を直接的かつ高精度に検出する
ことができる。その結果，上記第１，第２の発明により
ロボットのたわみ及び歪を複雑な演算を用いることなく
直接的に求めることができ，ロボットのリアルタイムの
制御を行い得るコンパクトなロボットのたわみ及び歪検
出装置を得ることができる。
ボットアームのたわみを検出するに際し，上記アームの
一端側に設けられ，垂直面内で上記アームの長手方向の
軸心に対して第１の所定角度をなすように取り付けられ
た発光部から光を発射し，上記アームの他端側の上記発
光部の対向位置に，該アームの垂直面内で上記軸心方向
に対して第２の所定角度をなすように取り付けられた受
光部により上記発光部から発射された光を受光すること
により，上記受光部により受光された光の垂直方向への
変位に基づいて検出手段により上記アームのたわみが検
出される。また，ロボットアームの一端側に設けられ，
垂直面内で上記アームの長手方向の軸心に対して鋭角を
なすように取り付けられた第１の発光部から光を発射
し，上記アームの他端側の上記第１の発光部の対向位置
に，該アームの垂直面内で上記軸心方向に対して平行又
は鋭角をなすように取り付けられた第１の受光部により
上記第１の発光部から発射された光を受光することによ
り，上記第１の受光部により受光された光の垂直方向へ
の変位に基づいて第１の検出手段により上記アームのた
わみ角が検出されると共に，上記アームの一端側に設け
られ，垂直面内で上記アームの長手方向の軸心に対して
平行に取り付けられた第２の発光部から光を発射し，上
記アームの他端側の上記第２の発光部の対向位置に，該
アームの垂直面内で，上記軸心方向に対して直角に取り
付けられた第２の受光部により上記第２の発光部から発
射された光を受光することにより，上記第２の受光部に
より受光された光の垂直方向への変位に基づいて第２の
検出手段により上記アームのたわみ量が検出される。従
って，垂直多関節ロボットのたわみ角度を直接的にかつ
高精度に検出することができる。また，上記たわみ角度
に加えて，たわみ量をも検出できる。また，第２の発明
によれば，ロボットアームを含むロボット要素のたわみ
及びねじれを含む歪を検出するに際し，上記ロボット要
素の所定の軸心に沿って平行に配置された少なくとも２
個の発光部から光が発射される。この光は上記発光部に
対向し，上記ロボット要素の軸心に直角の面内に平行に
設けられた少なくとも２個の受光部にて受光され，上記
ロボット要素の軸心に直角の面内での上記発光部による
上記受光点の２次元的位置が検出される。そして，上記
少なくとも２個の受光部からの上記２次元的位置データ
に基づいて演算手段により上記ロボット要素のたわみ及
びねじれを含む歪が演算される。従って，ロボットのた
わみ及びねじれを含む歪を直接的かつ高精度に検出する
ことができる。その結果，上記第１，第２の発明により
ロボットのたわみ及び歪を複雑な演算を用いることなく
直接的に求めることができ，ロボットのリアルタイムの
制御を行い得るコンパクトなロボットのたわみ及び歪検
出装置を得ることができる。
【０００６】
【実施例】以下，添付図面を参照して，本発明を具体化
した実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，
以下の実施例は本発明を具体化した一例であって，本発
明の技術的範囲を限定する性格のものではない。ここ
に，図１は第１の発明の一実施例に係るロボットのたわ
み検出装置Ａ1 のセンサの取り付け状態を示す垂直断面
図（１），（２），図２は第１の発明の他の実施例に係
るロボットのたわみ検出装置Ａ2 のセンサの取り付け状
態を示す垂直断面図，図３は垂直多関節ロボットへのた
わみ検出装置の組み込み状態の一例を示す垂直断面図，
図４は第２の発明の一実施例に係るロボットの歪検出装
置Ａ 3 のセンサの取り付け状態を示す斜視図，図５は検
出装置Ａ3 のＰＳＤのスポット光位置の変化状態を示す
説明図（１），（２），図６はＰＳＤの光電流値とスポ
ット光のＰＳＤ幅方向の変化量との関係を示すグラフ，
図７はねじれ量の検出原理を示す説明図，図８は絶対座
標系Ｏ（ｘ，ｙ）とＰＳＤ座標系Ｏ′（ｘ′，ｙ′）と
の位置関係を示す説明図である。また，前記図９の従来
のロボットアームのたわみ検出装置Ａのセンサの取り付
け状態の一例を示す斜視的模式図と共通する要素には同
一の符号を使用する。図１（１），（２）に示す如く，
第１の発明の一実施例に係るロボットのたわみ検出装置
Ａ1 はロボットアーム１の両端に設けられたレーザセン
サ２（発光部に相当）及びＰＳＤ３（受光部に相当）
と，信号処理部４（検出手段に相当）とからなる点は従
来例と同様である。しかし，従来例が三対のレーザセン
サと２次元ＰＳＤとを必要としたのに対し，この実施例
では最低一対のレーザセンサと１次元ＰＳＤとで足り
る。この検出装置Ａ1 の検出原理について，以下述べ
る。まず，図１（１）に示すようにロボットアーム１の
先端側下部にレーザセンサ２を，アーム１の支持側上部
（対角方向）に向けて取り付け，このレーザセンサ２か
らレーザ光を発射する。アーム１の支持側上部にはアー
ム１の長手方向の軸心と平行にＰＳＤ３を取り付け，こ
のＰＳＤ３によりレーザセンサ２からのレーザ光を受光
する。ＰＳＤ３は受光したレーザ光のスポット位置を検
出する。次に，図１（２）に示すようにロボットアーム
１が垂直面内でたわむと，レーザセンサ２とＰＳＤ３と
の相対位置が変化し，ＰＳＤ３上のスポット位置がアー
ム１の先端側に向かって変化する。この時のスポット位
置の変化量ΔＰは幾何学上の手法により近似的に次式で
与えられる。 ΔＰ＝Ｌ−φ´・ｔａｎ（α−θ） … ここに，Ｌ：ロボットアーム１の長さ φ´：ロボットアーム１の直径（≒ロボットアーム１の
直径φ´＋たわみ量Δｄ） α：レーザセンサ２の取り付け角度 θ：ロボットアーム１のたわみ角度
した実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，
以下の実施例は本発明を具体化した一例であって，本発
明の技術的範囲を限定する性格のものではない。ここ
に，図１は第１の発明の一実施例に係るロボットのたわ
み検出装置Ａ1 のセンサの取り付け状態を示す垂直断面
図（１），（２），図２は第１の発明の他の実施例に係
るロボットのたわみ検出装置Ａ2 のセンサの取り付け状
態を示す垂直断面図，図３は垂直多関節ロボットへのた
わみ検出装置の組み込み状態の一例を示す垂直断面図，
図４は第２の発明の一実施例に係るロボットの歪検出装
置Ａ 3 のセンサの取り付け状態を示す斜視図，図５は検
出装置Ａ3 のＰＳＤのスポット光位置の変化状態を示す
説明図（１），（２），図６はＰＳＤの光電流値とスポ
ット光のＰＳＤ幅方向の変化量との関係を示すグラフ，
図７はねじれ量の検出原理を示す説明図，図８は絶対座
標系Ｏ（ｘ，ｙ）とＰＳＤ座標系Ｏ′（ｘ′，ｙ′）と
の位置関係を示す説明図である。また，前記図９の従来
のロボットアームのたわみ検出装置Ａのセンサの取り付
け状態の一例を示す斜視的模式図と共通する要素には同
一の符号を使用する。図１（１），（２）に示す如く，
第１の発明の一実施例に係るロボットのたわみ検出装置
Ａ1 はロボットアーム１の両端に設けられたレーザセン
サ２（発光部に相当）及びＰＳＤ３（受光部に相当）
と，信号処理部４（検出手段に相当）とからなる点は従
来例と同様である。しかし，従来例が三対のレーザセン
サと２次元ＰＳＤとを必要としたのに対し，この実施例
では最低一対のレーザセンサと１次元ＰＳＤとで足り
る。この検出装置Ａ1 の検出原理について，以下述べ
る。まず，図１（１）に示すようにロボットアーム１の
先端側下部にレーザセンサ２を，アーム１の支持側上部
（対角方向）に向けて取り付け，このレーザセンサ２か
らレーザ光を発射する。アーム１の支持側上部にはアー
ム１の長手方向の軸心と平行にＰＳＤ３を取り付け，こ
のＰＳＤ３によりレーザセンサ２からのレーザ光を受光
する。ＰＳＤ３は受光したレーザ光のスポット位置を検
出する。次に，図１（２）に示すようにロボットアーム
１が垂直面内でたわむと，レーザセンサ２とＰＳＤ３と
の相対位置が変化し，ＰＳＤ３上のスポット位置がアー
ム１の先端側に向かって変化する。この時のスポット位
置の変化量ΔＰは幾何学上の手法により近似的に次式で
与えられる。 ΔＰ＝Ｌ−φ´・ｔａｎ（α−θ） … ここに，Ｌ：ロボットアーム１の長さ φ´：ロボットアーム１の直径（≒ロボットアーム１の
直径φ´＋たわみ量Δｄ） α：レーザセンサ２の取り付け角度 θ：ロボットアーム１のたわみ角度
【０００７】従って，スポット位置ΔＰを一点検出する
ことにより，上記式を用いてロボットアーム１のたわ
み角度θを求めることができる。上記式は垂直面内に
揺動自在のロボットアーム１を有する垂直多関節ロボッ
トに適用可能であり，図３にこの原理を用いたたわみ検
出装置Ａ1 を組み込んだ垂直多関節ロボットの一例を示
す。また上記式ではレーザセンサ２の取り付け角度α
を大きくとる程，たわみ角θに対するスポット位置の変
化量が大きくなる。このことから，レーザセンサ２のロ
ボットアーム１の長手方向の軸心とのなす角度α´（＝
９０度−α）を鋭角となし，かつＰＳＤ３のアーム１の
上記軸心方向となす角度を０度（平行）又は鋭角とする
ことにより，スポット位置の変化量が拡大されてたわみ
角θの検出精度が向上することがわかる。本実施例では
このように，簡単な計算式を用いてロボットアーム１の
たわみ角θを直接的に精度よく算出できる。その結果，
この演算を行う信号処理部４の負担が小さくなり，演算
速度が速くなるため，ロボットのリアルタイムの制御が
可能となる。
ことにより，上記式を用いてロボットアーム１のたわ
み角度θを求めることができる。上記式は垂直面内に
揺動自在のロボットアーム１を有する垂直多関節ロボッ
トに適用可能であり，図３にこの原理を用いたたわみ検
出装置Ａ1 を組み込んだ垂直多関節ロボットの一例を示
す。また上記式ではレーザセンサ２の取り付け角度α
を大きくとる程，たわみ角θに対するスポット位置の変
化量が大きくなる。このことから，レーザセンサ２のロ
ボットアーム１の長手方向の軸心とのなす角度α´（＝
９０度−α）を鋭角となし，かつＰＳＤ３のアーム１の
上記軸心方向となす角度を０度（平行）又は鋭角とする
ことにより，スポット位置の変化量が拡大されてたわみ
角θの検出精度が向上することがわかる。本実施例では
このように，簡単な計算式を用いてロボットアーム１の
たわみ角θを直接的に精度よく算出できる。その結果，
この演算を行う信号処理部４の負担が小さくなり，演算
速度が速くなるため，ロボットのリアルタイムの制御が
可能となる。
【０００８】また，一本のロボットアーム１に最低一対
のレーザセンサ２とＰＳＤ３とを設けることで足りるた
め，ロボットアーム１の大型化や慣性力の増大を抑え
て，ロボットのコンパクト化を図ることができる。尚，
図１（１），（２）ではロボットアーム１の先端側下部
にレーザセンサ２を，アーム１の支持側上部にＰＳＤ３
を取り付けたが，実使用においては，レーザセンサ２及
びＰＳＤ３をこの状態のままアーム１を垂直面内又は水
平面内に１８０度回転した位置としても何ら支障はな
い。要はレーザセンサ２とＰＳＤ３とが垂直面内で互い
に対角方向にあれば良い。更に，上記ロボットアーム１
のたわみ角θの検出に加え，同様の構成を有する検出装
置，即ち第１の発明の他の実施例に係るロボットのたわ
み検出装置Ａ2 でアーム１のたわみ量Δｄをも検出する
こともできる。以下，図２を参照して，その検出装置Ａ
2 の検出原理について述べる。図２に示すように，ロボ
ットアーム１の支持側の中央部にレーザセンサ２´を，
アームの先端側中央部に向けて取り付け，このレーザセ
ンサ２´からレーザ光を発射する。アーム１の先端側中
央部にはアーム１と直角方向にＰＳＤ３´を取り付け，
このＰＳＤ３´によりレーザセンサ２´からのレーザ光
を受光する。ＰＳＤ３´は受光したレーザ光のスポット
位置を検出する。次に，ロボットアーム１が垂直方向に
たわむと，レーザセンサ２´とＰＳＤ３´との相対位置
が変化する。この時のスポット位置の変化量ΔＰ´は光
の直進性により近似的に次式で与えられる。 ΔＰ´＝｜Ｐ´−Ｐ｜≒Δｄ … ここに，Ｐ´：ロボットアーム１がたわんでいない時の
スポット位置 Ｐ：ロボットアーム１がたわんだ時のスポット位置 Δｄ：ロボットアーム１のたわみ量 従って，スポット位置ΔＰ´を一点検出することによ
り，上記式を用いてロボットアーム１のたわみ量Δｄ
を求めることができる。
のレーザセンサ２とＰＳＤ３とを設けることで足りるた
め，ロボットアーム１の大型化や慣性力の増大を抑え
て，ロボットのコンパクト化を図ることができる。尚，
図１（１），（２）ではロボットアーム１の先端側下部
にレーザセンサ２を，アーム１の支持側上部にＰＳＤ３
を取り付けたが，実使用においては，レーザセンサ２及
びＰＳＤ３をこの状態のままアーム１を垂直面内又は水
平面内に１８０度回転した位置としても何ら支障はな
い。要はレーザセンサ２とＰＳＤ３とが垂直面内で互い
に対角方向にあれば良い。更に，上記ロボットアーム１
のたわみ角θの検出に加え，同様の構成を有する検出装
置，即ち第１の発明の他の実施例に係るロボットのたわ
み検出装置Ａ2 でアーム１のたわみ量Δｄをも検出する
こともできる。以下，図２を参照して，その検出装置Ａ
2 の検出原理について述べる。図２に示すように，ロボ
ットアーム１の支持側の中央部にレーザセンサ２´を，
アームの先端側中央部に向けて取り付け，このレーザセ
ンサ２´からレーザ光を発射する。アーム１の先端側中
央部にはアーム１と直角方向にＰＳＤ３´を取り付け，
このＰＳＤ３´によりレーザセンサ２´からのレーザ光
を受光する。ＰＳＤ３´は受光したレーザ光のスポット
位置を検出する。次に，ロボットアーム１が垂直方向に
たわむと，レーザセンサ２´とＰＳＤ３´との相対位置
が変化する。この時のスポット位置の変化量ΔＰ´は光
の直進性により近似的に次式で与えられる。 ΔＰ´＝｜Ｐ´−Ｐ｜≒Δｄ … ここに，Ｐ´：ロボットアーム１がたわんでいない時の
スポット位置 Ｐ：ロボットアーム１がたわんだ時のスポット位置 Δｄ：ロボットアーム１のたわみ量 従って，スポット位置ΔＰ´を一点検出することによ
り，上記式を用いてロボットアーム１のたわみ量Δｄ
を求めることができる。
【０００９】この検出装置Ａ2 は，例えばロボットアー
ム１の剛性が低く，又不均一であり，検出装置Ａ1 によ
り検出されたたわみ角θのみではロボットアーム１のた
わみ状態を充分把握できない場合等に有効である。即
ち，両検出装置Ａ1 ，Ａ2 を併用することにより，低剛
性のロボットアーム１のたわみの検出精度の向上を図る
ことができる。その結果，ロボット先端位置決め動作の
高精度化及びロボットへの低剛性アームの使用が可能と
なる。しかも，上記式による演算は非常に簡単である
ため信号処理部４の負担を増大させることがない。従っ
て，両検出装置Ａ1 ，Ａ2 を併用しても演算速度への影
響は殆どなく，ロボットのリアルタイムの制御が可能で
ある。また，検出装置Ａ2 の一対のレーザセンサ２´と
ＰＳＤ３´とはロボットアーム１の両端中央部に設けら
れるため，両検出装置Ａ1 ，Ａ2 を併用しても両装置の
センサ同志が干渉せず，又ロボットアーム１の大型化や
慣性力の増大を招くおそれはない。従って，ロボットの
コンパクト化を阻害しない。更に，これらの検出装置Ａ
1 および／またはＡ2 のレーザセンサとＰＳＤとをロボ
ットアーム１内に密封状に組み込むことにより，センサ
部の保護を図ると共に，外部からの光を遮断して外乱要
素を除去し，たわみの検出精度の一層の向上をも図るこ
とができる。以上の検出装置Ａ1 ，Ａ2 は垂直多関節型
ロボットの如く，ねじれが全く生じないかあるいは生じ
ても影響を無視し得る程度のものに対して適用可能であ
る。しかし，ロボットの種類等によっては，たわみと共
に無視できない程度のねじれを生じる場合もあり，その
場合にはたわみ及びねじれを含む歪を検出する必要があ
る。第２の発明の一実施例に係るロボットの歪検出装置
Ａ3 はこのような場合に適用可能なものであり，以下図
４〜図８を参照して説明する。図４に示す如く，この検
出装置Ａ3 はロボットアーム１の両端に設けられたレー
ザセンサ２ａ′，２ｂ′（発光部に相当）及び１次元Ｐ
ＳＤ３ａ′，３ｂ′（受光部に相当）と，信号処理部
４′（演算手段に相当）とからなり，従来例が三対のレ
ーザセンサと２次元ＰＳＤとを必要としたのに対し，こ
の実施例では最低二対のレーザセンサと１次元ＰＳＤと
で足りる。
ム１の剛性が低く，又不均一であり，検出装置Ａ1 によ
り検出されたたわみ角θのみではロボットアーム１のた
わみ状態を充分把握できない場合等に有効である。即
ち，両検出装置Ａ1 ，Ａ2 を併用することにより，低剛
性のロボットアーム１のたわみの検出精度の向上を図る
ことができる。その結果，ロボット先端位置決め動作の
高精度化及びロボットへの低剛性アームの使用が可能と
なる。しかも，上記式による演算は非常に簡単である
ため信号処理部４の負担を増大させることがない。従っ
て，両検出装置Ａ1 ，Ａ2 を併用しても演算速度への影
響は殆どなく，ロボットのリアルタイムの制御が可能で
ある。また，検出装置Ａ2 の一対のレーザセンサ２´と
ＰＳＤ３´とはロボットアーム１の両端中央部に設けら
れるため，両検出装置Ａ1 ，Ａ2 を併用しても両装置の
センサ同志が干渉せず，又ロボットアーム１の大型化や
慣性力の増大を招くおそれはない。従って，ロボットの
コンパクト化を阻害しない。更に，これらの検出装置Ａ
1 および／またはＡ2 のレーザセンサとＰＳＤとをロボ
ットアーム１内に密封状に組み込むことにより，センサ
部の保護を図ると共に，外部からの光を遮断して外乱要
素を除去し，たわみの検出精度の一層の向上をも図るこ
とができる。以上の検出装置Ａ1 ，Ａ2 は垂直多関節型
ロボットの如く，ねじれが全く生じないかあるいは生じ
ても影響を無視し得る程度のものに対して適用可能であ
る。しかし，ロボットの種類等によっては，たわみと共
に無視できない程度のねじれを生じる場合もあり，その
場合にはたわみ及びねじれを含む歪を検出する必要があ
る。第２の発明の一実施例に係るロボットの歪検出装置
Ａ3 はこのような場合に適用可能なものであり，以下図
４〜図８を参照して説明する。図４に示す如く，この検
出装置Ａ3 はロボットアーム１の両端に設けられたレー
ザセンサ２ａ′，２ｂ′（発光部に相当）及び１次元Ｐ
ＳＤ３ａ′，３ｂ′（受光部に相当）と，信号処理部
４′（演算手段に相当）とからなり，従来例が三対のレ
ーザセンサと２次元ＰＳＤとを必要としたのに対し，こ
の実施例では最低二対のレーザセンサと１次元ＰＳＤと
で足りる。
【００１０】この検出装置Ａ3 の検出原理について，以
下述べる。まず，図４に示すようにロボットアーム１の
支持側にレーザセンサ２ａ′，２ｂ′をアーム１の軸心
に沿って平行に配置し，これらのレーザセンサ２ａ′，
２ｂ′からそれぞれレーザ光を発射する。アーム１の先
端側には，レーザセンサ２ａ′，２ｂ′に対向してアー
ム１の軸心に直角の面内にＰＳＤ３ａ′，３ｂ′を平行
に設け，この面内でのレーザセンサ２ａ′，２ｂ′から
のレーザスポット（受光点に相当）の２次元的位置Ｐ1,
Ｐ 2 を検出する。ここでアーム１がたわんでいない時の
レーザスポット位置Ｐ01，Ｐ02を図５（１）に示す如
く，ＰＳＤ３ａ′，３ｂ′の中央付近に設定する。アー
ム１がたわみ，ねじれにより変化した時，ＰＳＤ３
ａ′，３ｂ′におけるレーザスポット位置は図５（２）
に示すようにＰ1 ，Ｐ2 に変化する。この変化の内ＰＳ
Ｄ３ａ′，３ｂ′の長手方向の変化であるみかけ上のた
わみ量ｌ1 ，ｌ 2 をＰＳＤ３ａ′，３ｂ′の位置出力よ
り直接測定する。このみかけ上のたわみ量ｌ1 ，ｌ2 か
らアーム１のみかけ上のねじれ角θ′が次式により求ま
る。 θ＝ａｒｃＳＩＮ｛（ｌ1 −ｌ2 ）／Ｗ｝ … ここに，Ｗは２個のＰＳＤ３ａ′，３ｂ′間の距離を示
し，既知の値である。また，みかけ上のたわみ量ｌ1 ，
ｌ2 及びみかけ上のねじれ角θ′とはいずれもＰＳＤ上
の座標系での値であることを意味する。ＰＳＤ３ａ′，
３ｂ′の幅方向の変化については，ＰＳＤ３ａ′，３
ｂ′に取り込まれるレーザ光の強さ（ＰＳＤ受光面にか
かっているスポット光の面積に比例）により検出する。
具体的にはスポット光径をＰＳＤ３ａ′，３ｂ′の各幅
の８割程度にし，ＰＳＤの光電流の値によりスポット光
の各ＰＳＤ３ａ′，３ｂ′の幅方向の変化量を読み取
る。ＰＳＤの光電流値とスポット光のＰＳＤ幅方向の変
化量との関係を実験で求めた例を図６に示す。図６より
以下のことがわかる。ＰＳＤ光電流出力特性カーブが左
右対称であるため，各ＰＳＤの光電流出力毎に２つの位
置データ（ＰＳＤ幅方向の変化量）が得られる。従っ
て，図７に示すように２個のＰＳＤ３ａ′，３ｂ′の光
電流出力の変化により合計４つの位置データΔｄ11，Δ
ｄ12，Δｄ21，Δｄ22が得られる。図７中の記号Ｖ01，
Ｄ01はアーム１がたわんでいない時のＰＳＤ３ａ′の光
電流値，スポット光基準位置，記号Ｖ02，Ｄ02はアーム
１がたわんでいない時のＰＳＤ３ｂ′の光電流値，スポ
ット光基準位置を示す。先にレーザスポット位置Ｐ01，
Ｐ02は各ＰＳＤ３ａ′，３ｂ′の中央付近に設定すると
したが，実際には光電流値の最大となる中央から少し離
れた位置に設定することが望ましい。これは，各位置デ
ータΔｄ11，Δｄ12，Δｄ21，Δｄ22相互間の差を大き
くしてこれらの検出精度を向上させるためである。
下述べる。まず，図４に示すようにロボットアーム１の
支持側にレーザセンサ２ａ′，２ｂ′をアーム１の軸心
に沿って平行に配置し，これらのレーザセンサ２ａ′，
２ｂ′からそれぞれレーザ光を発射する。アーム１の先
端側には，レーザセンサ２ａ′，２ｂ′に対向してアー
ム１の軸心に直角の面内にＰＳＤ３ａ′，３ｂ′を平行
に設け，この面内でのレーザセンサ２ａ′，２ｂ′から
のレーザスポット（受光点に相当）の２次元的位置Ｐ1,
Ｐ 2 を検出する。ここでアーム１がたわんでいない時の
レーザスポット位置Ｐ01，Ｐ02を図５（１）に示す如
く，ＰＳＤ３ａ′，３ｂ′の中央付近に設定する。アー
ム１がたわみ，ねじれにより変化した時，ＰＳＤ３
ａ′，３ｂ′におけるレーザスポット位置は図５（２）
に示すようにＰ1 ，Ｐ2 に変化する。この変化の内ＰＳ
Ｄ３ａ′，３ｂ′の長手方向の変化であるみかけ上のた
わみ量ｌ1 ，ｌ 2 をＰＳＤ３ａ′，３ｂ′の位置出力よ
り直接測定する。このみかけ上のたわみ量ｌ1 ，ｌ2 か
らアーム１のみかけ上のねじれ角θ′が次式により求ま
る。 θ＝ａｒｃＳＩＮ｛（ｌ1 −ｌ2 ）／Ｗ｝ … ここに，Ｗは２個のＰＳＤ３ａ′，３ｂ′間の距離を示
し，既知の値である。また，みかけ上のたわみ量ｌ1 ，
ｌ2 及びみかけ上のねじれ角θ′とはいずれもＰＳＤ上
の座標系での値であることを意味する。ＰＳＤ３ａ′，
３ｂ′の幅方向の変化については，ＰＳＤ３ａ′，３
ｂ′に取り込まれるレーザ光の強さ（ＰＳＤ受光面にか
かっているスポット光の面積に比例）により検出する。
具体的にはスポット光径をＰＳＤ３ａ′，３ｂ′の各幅
の８割程度にし，ＰＳＤの光電流の値によりスポット光
の各ＰＳＤ３ａ′，３ｂ′の幅方向の変化量を読み取
る。ＰＳＤの光電流値とスポット光のＰＳＤ幅方向の変
化量との関係を実験で求めた例を図６に示す。図６より
以下のことがわかる。ＰＳＤ光電流出力特性カーブが左
右対称であるため，各ＰＳＤの光電流出力毎に２つの位
置データ（ＰＳＤ幅方向の変化量）が得られる。従っ
て，図７に示すように２個のＰＳＤ３ａ′，３ｂ′の光
電流出力の変化により合計４つの位置データΔｄ11，Δ
ｄ12，Δｄ21，Δｄ22が得られる。図７中の記号Ｖ01，
Ｄ01はアーム１がたわんでいない時のＰＳＤ３ａ′の光
電流値，スポット光基準位置，記号Ｖ02，Ｄ02はアーム
１がたわんでいない時のＰＳＤ３ｂ′の光電流値，スポ
ット光基準位置を示す。先にレーザスポット位置Ｐ01，
Ｐ02は各ＰＳＤ３ａ′，３ｂ′の中央付近に設定すると
したが，実際には光電流値の最大となる中央から少し離
れた位置に設定することが望ましい。これは，各位置デ
ータΔｄ11，Δｄ12，Δｄ21，Δｄ22相互間の差を大き
くしてこれらの検出精度を向上させるためである。
【００１１】以下，４つの位置データΔｄ11，Δｄ12，
Δｄ21，Δｄ22の中から，真値を求める方法について述
べる。レーザスポット位置Ｐ1 ，Ｐ2 間のＰＳＤ３
ａ′，３ｂ′の各幅方向の変化量の差Δｄは次式で表さ
れる。 Δｄ＝Ｗ・（１−ｃｏｓθ′） … そして，ＰＳＤ３ａ′により検出される位置データΔｄ
11，ｄ12と，ＰＳＤ３ｂ′により検出される位置データ
Δｄ21，ｄ22との組み合わせを考え, これらの内，上記
式を満足するものを選択すれば，各ＰＳＤ３ａ′，３
ｂ′の幅方向の変化の真値を特定できる。例えば，図７
での２つの位置データΔｄ12とΔｄ22との組み合わせで
Δｄ＝Δｄ12−Δｄ22＝Ｗ・（１−ｃｏｓθ′）となる
ならば，これら２つの位置データΔｄ12，Δｄ22が真値
である。このようにして求めた各値（ｌ1 ，Δｄ
12 ），（ｌ2 ，Δｄ22）は２つのレーザスポット位置
がＰ01→Ｐ1 ，Ｐ02→Ｐ2 と変化した時のＰＳＤ座標系
での位置変化量である。しかし，ロボット教示の誤差量
を求めるには絶対座標系での値を知る必要がある。そこ
で，図８に示すような絶対座標系Ｏ（ｘ，ｙ）とＰＳＤ
座標系Ｏ′（ｘ′，ｙ′）との位置関係を次式で与え
る。
Δｄ21，Δｄ22の中から，真値を求める方法について述
べる。レーザスポット位置Ｐ1 ，Ｐ2 間のＰＳＤ３
ａ′，３ｂ′の各幅方向の変化量の差Δｄは次式で表さ
れる。 Δｄ＝Ｗ・（１−ｃｏｓθ′） … そして，ＰＳＤ３ａ′により検出される位置データΔｄ
11，ｄ12と，ＰＳＤ３ｂ′により検出される位置データ
Δｄ21，ｄ22との組み合わせを考え, これらの内，上記
式を満足するものを選択すれば，各ＰＳＤ３ａ′，３
ｂ′の幅方向の変化の真値を特定できる。例えば，図７
での２つの位置データΔｄ12とΔｄ22との組み合わせで
Δｄ＝Δｄ12−Δｄ22＝Ｗ・（１−ｃｏｓθ′）となる
ならば，これら２つの位置データΔｄ12，Δｄ22が真値
である。このようにして求めた各値（ｌ1 ，Δｄ
12 ），（ｌ2 ，Δｄ22）は２つのレーザスポット位置
がＰ01→Ｐ1 ，Ｐ02→Ｐ2 と変化した時のＰＳＤ座標系
での位置変化量である。しかし，ロボット教示の誤差量
を求めるには絶対座標系での値を知る必要がある。そこ
で，図８に示すような絶対座標系Ｏ（ｘ，ｙ）とＰＳＤ
座標系Ｏ′（ｘ′，ｙ′）との位置関係を次式で与え
る。
【数１】 ただし，θ″はねじれ角，（ｘ0 ，ｙ0 ）はたわみ及び
ねじれを含む歪量を示す。上記式に，アーム１の変化
の前後での４つのレーザスポット位置の絶対座標データ
Ｐ01（ｌ01，ｄ01），Ｐ02（ｌ02，ｄ02），Ｐ1 （ｌ01
＋ｌ1 ，ｄ01＋Δｄ12），Ｐ2 （ｌ02＋ｌ2 ，ｄ02＋Δ
ｄ22）を代入することにより，絶対座標系でのねじれ角
θ″とたわみ及びねじれを含む歪量（ｘ0 ，ｙ0 ）とを
一義的に求めることができる。これら一連の演算は信号
処理部４′により実行される。従って，この検出手段Ａ
3 によれば，簡単な計算式を用いてロボットのたわみ及
びねじれを含む歪を直接的に精度よく算出できる。その
結果，前述の検出装置Ａ1 ，Ａ2 と同様, 上記演算を行
う信号処理部４′の負担が小さくなり演算速度が速くな
るため，ロボットのリアルタイムでの制御が可能とな
る。また，一本のロボットアーム１に最低二対のレーザ
センサ２ａ′，２ｂ′と１次元ＰＳＤ３ａ′，３ｂ′と
を平行に設けることで足りるため，ロボットアーム１の
大型化や慣性力の増大を抑えて，ロボットのコンパクト
化を図ることができる。尚，検出装置Ａ3 では検出原理
上，各ＰＳＤ３ａ′，３ｂ′のそれぞれの幅の中にスポ
ット位置を存在させる必要があるため，ロボットアーム
１のみかけ上のねじれ角θ′が数度以下のものに適用が
限定されるが，この程度であれば通常の剛性を有するロ
ボットの場合は特に問題となることはなく充分実用に耐
えうるものとなる。尚，検出装置Ａ3 による歪検出は上
記の如くロボットアーム１への適用のみに限らず，他の
全てのロボット要素（例えばロボット本体等）へも幅広
く適用することができる。
ねじれを含む歪量を示す。上記式に，アーム１の変化
の前後での４つのレーザスポット位置の絶対座標データ
Ｐ01（ｌ01，ｄ01），Ｐ02（ｌ02，ｄ02），Ｐ1 （ｌ01
＋ｌ1 ，ｄ01＋Δｄ12），Ｐ2 （ｌ02＋ｌ2 ，ｄ02＋Δ
ｄ22）を代入することにより，絶対座標系でのねじれ角
θ″とたわみ及びねじれを含む歪量（ｘ0 ，ｙ0 ）とを
一義的に求めることができる。これら一連の演算は信号
処理部４′により実行される。従って，この検出手段Ａ
3 によれば，簡単な計算式を用いてロボットのたわみ及
びねじれを含む歪を直接的に精度よく算出できる。その
結果，前述の検出装置Ａ1 ，Ａ2 と同様, 上記演算を行
う信号処理部４′の負担が小さくなり演算速度が速くな
るため，ロボットのリアルタイムでの制御が可能とな
る。また，一本のロボットアーム１に最低二対のレーザ
センサ２ａ′，２ｂ′と１次元ＰＳＤ３ａ′，３ｂ′と
を平行に設けることで足りるため，ロボットアーム１の
大型化や慣性力の増大を抑えて，ロボットのコンパクト
化を図ることができる。尚，検出装置Ａ3 では検出原理
上，各ＰＳＤ３ａ′，３ｂ′のそれぞれの幅の中にスポ
ット位置を存在させる必要があるため，ロボットアーム
１のみかけ上のねじれ角θ′が数度以下のものに適用が
限定されるが，この程度であれば通常の剛性を有するロ
ボットの場合は特に問題となることはなく充分実用に耐
えうるものとなる。尚，検出装置Ａ3 による歪検出は上
記の如くロボットアーム１への適用のみに限らず，他の
全てのロボット要素（例えばロボット本体等）へも幅広
く適用することができる。
【００１２】
【発明の効果】第１の発明に係るロボットのたわみ検出
装置は，上記したように構成されているため，垂直多関
節ロボットのたわみ角度を直接的にかつ高精度に検出す
ることができる。また，上記たわみ角度に加えて，たわ
み量をも検出できる。また，第２の発明に係るロボット
の歪検出装置は，ロボットの歪を直線的にかつ高精度に
検出することができる。その結果，ロボット先端位置決
め動作の高精度化及びロボットへの低剛性アームの使用
が可能となる。また，複雑な演算を用いないため演算部
の負担が小さくなり，演算速度を速くできて，ロボット
のリアルタイムの制御が可能となる。更に，ロボットア
ームの大型化や慣性力の増大を抑えてコンパクトな装置
とすることができる。
装置は，上記したように構成されているため，垂直多関
節ロボットのたわみ角度を直接的にかつ高精度に検出す
ることができる。また，上記たわみ角度に加えて，たわ
み量をも検出できる。また，第２の発明に係るロボット
の歪検出装置は，ロボットの歪を直線的にかつ高精度に
検出することができる。その結果，ロボット先端位置決
め動作の高精度化及びロボットへの低剛性アームの使用
が可能となる。また，複雑な演算を用いないため演算部
の負担が小さくなり，演算速度を速くできて，ロボット
のリアルタイムの制御が可能となる。更に，ロボットア
ームの大型化や慣性力の増大を抑えてコンパクトな装置
とすることができる。
【図１】 第１の発明の一実施例に係るロボットのたわ
み検出装置Ａ1 のセンサの取り付け状態を示す垂直断面
図。
み検出装置Ａ1 のセンサの取り付け状態を示す垂直断面
図。
【図２】 第１の発明の他の実施例に係るロボットのた
わみ検出装置Ａ2 のセンサの取り付け状態を示す垂直断
面図。
わみ検出装置Ａ2 のセンサの取り付け状態を示す垂直断
面図。
【図３】 垂直多関節ロボットへのたわみ検出装置の組
み込み状態の一例を示す垂直断面図。
み込み状態の一例を示す垂直断面図。
【図４】 第２の発明の一実施例に係るロボットの歪検
出装置Ａ3 のセンサ取り付け状態を示す斜視図。
出装置Ａ3 のセンサ取り付け状態を示す斜視図。
【図５】 検出装置Ａ3 のＰＳＤのスポット光位置の変
化状態を示す説明図（１），（２）。
化状態を示す説明図（１），（２）。
【図６】 ＰＳＤの光電流値とスポット光のＰＳＤ幅方
向の変化量との関係を示すグラフ。
向の変化量との関係を示すグラフ。
【図７】 ねじれ量の検出原理を示す説明図。
【図８】 絶対座標系Ｏ（ｘ，ｙ）とＰＳＤ座標系Ｏ′
（ｘ′，ｙ′）との位置関係を示す説明図。
（ｘ′，ｙ′）との位置関係を示す説明図。
【図９】 従来のロボットアームのたわみ検出装置Ａの
センサの取り付け状態の一例を示す斜視的模式図。
センサの取り付け状態の一例を示す斜視的模式図。
Ａ1 ，Ａ2 …ロボットアームのたわみ検出装置 １…ロボットアーム ２，２´…レーザセンサ（発光部に相当） ３，３´…ＰＳＤ（受光部に相当） ４…信号処理部（検出手段に相当） Ａ3 …ロボットの歪検出装置 ２ａ′，２ｂ′…レーザセンサ（発光部に相当） ３ａ′，３ｂ′…ＰＳＤ（受光部に相当） ４′…信号処理部（演算手段に相当）
Claims (3)
- 【請求項１】 垂直面内に揺動自在のアームのたわみを
検出するロボットのたわみ検出装置において，上記アー
ムの一端側に設けられ，垂直面内で上記アームの長手方
向の軸心に対して第１の所定角度をなすように取り付け
られ，光を発射するための発光部と，上記アームの他端
側の上記発光部の対向位置に，該アームの垂直面内で上
記軸心方向に対して第２の所定角度をなすように取り付
けられ，上記発光部から発射された光を受光する受光部
と，上記受光部により受光された光の垂直方向への変位
に基づいて上記アームのたわみを検出する検出手段とを
設けてなることを特徴とするロボットのたわみ検出装
置。 - 【請求項２】 垂直面内に揺動自在のアームのたわみを
検出するロボットのたわみ検出装置において，上記アー
ムの一端側に設けられ，垂直面内で上記アームの長手方
向の軸心に対して鋭角をなすように取り付けられ，光を
発射するための第１の発光部と，上記アームの他端側の
上記第１の発光部の対向位置に，該アームの垂直面内で
上記軸心方向に対して平行又は鋭角をなすように取り付
けられ，上記第１の発光部から発射された光を受光する
第１の受光部と，上記第１の受光部により受光された光
の垂直方向への変位に基づいて上記アームのたわみ角を
検出する第１の検出手段と，上記アームの一端側に設け
られ，垂直面内で上記アームの長手方向の軸心に対して
平行に取り付けられ，光を発射するための第２の発光部
と，上記アームの他端側の上記第２の発光部の対向位置
に，該アームの垂直面内で上記軸心方向に対して直角に
取り付けられ，上記第２の発光部から発射された光を受
光する第２の受光部と，上記第２の受光部により受光さ
れた光の垂直方向への変位に基づいて上記アームのたわ
み量を検出する第２の検出手段とを設けてなることを特
徴とするロボットのたわみ検出装置。 - 【請求項３】 ロボットアームを含むロボット要素のた
わみ及びねじれを含む歪を検出するロボットの歪検出装
置において，上記ロボット要素の所定の軸心に沿って平
行に配置された少なくとも２個の発光部と，上記発光部
に対向し，上記ロボット要素の軸心に直角の面内に平行
に設けられ，上記ロボット要素の軸心に直角の面内での
上記発光部による受光点の２次元的位置を検出する少な
くとも２個の受光部と，上記少なくとも２個の受光部か
らの上記２次元的位置データに基づいて上記ロボットの
要素のたわみ及びねじれを含む歪を演算する演算手段と
を具備してなることを特徴とするロボットの歪検出装
置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-39317 | 1992-02-26 | ||
| JP3931792 | 1992-02-26 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05302817A true JPH05302817A (ja) | 1993-11-16 |
Family
ID=12549736
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30714692A Pending JPH05302817A (ja) | 1992-02-26 | 1992-11-17 | ロボットのたわみ及び歪検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05302817A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003521678A (ja) * | 1999-09-06 | 2003-07-15 | フランツ、ロットナー | ひずみ検知装置 |
| JP2018127315A (ja) * | 2017-02-08 | 2018-08-16 | 株式会社日立製作所 | 乗客コンベア |
| WO2023137841A1 (zh) * | 2022-01-21 | 2023-07-27 | 广州市香港科大***研究院 | 基于机器视觉的机器人关节形变传感器、机械臂及方法 |
-
1992
- 1992-11-17 JP JP30714692A patent/JPH05302817A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003521678A (ja) * | 1999-09-06 | 2003-07-15 | フランツ、ロットナー | ひずみ検知装置 |
| JP2018127315A (ja) * | 2017-02-08 | 2018-08-16 | 株式会社日立製作所 | 乗客コンベア |
| WO2023137841A1 (zh) * | 2022-01-21 | 2023-07-27 | 广州市香港科大***研究院 | 基于机器视觉的机器人关节形变传感器、机械臂及方法 |
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