JPH0719982A - 力センサの検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 力センサの検査方法に関し製造現場において
簡単でかつ高精度に検出性能を検査することができる。 【構成】 力センサ５を介して作業工具を取り付けた本
体部１と、少なくとも力センサの検出信号を入力して位
置と力の制御を実行するために必要な演算を行うと共に
制御指令を生成する制御手段６とを含み、制御手段の制
御に基づき本体部に任意の姿勢をとらせ、作業工具を任
意の位置に移動させる多自由度作業機械に適用される方
法であり、質量と重心位置が知られた部材１０を利用し
て、本体部に第１の姿勢をとらせ、この姿勢で、力セン
サの零点オフセット量を求め、次いで本体部に第２の姿
勢をとらせ、この姿勢で、質量と重心位置に関するデー
タを用いて荷重ベクトルを計算すると共に力センサで荷
重データを検出し、この荷重データからオフセット量を
減算し、荷重ベクトルと減算が行われた荷重データとの
誤差を求めて力センサの検出性能を判定するようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は力センサの検査方法に関
し、特に、各種姿勢をとってバリ取り、ワークの曲面研
磨、曲面の倣い動作などを行う多自由度作業機械に適用
される位置と力の制御装置において、作業工具に加わる
力を検出する手段として設けられた力センサの検出性能
を診断するための検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】バリ取り等の力を伴う作業を行う多自由
度作業機械（以下ロボットという）では、ロボットアー
ムの先部に形成した手首部に力センサを設け、さらにこ
の力センサを介して作業工具を取り付けている。力を伴
う作業を行うロボットの動作の制御には、位置と力に関
する制御指令を生成する制御装置が使用される。この位
置と力の制御装置では、前記力センサから作業工具に加
わる力に関する情報を得て、位置に関する検出データと
共に力に関する情報を用いて制御方程式に基づいて位
置、姿勢、力に関する制御指令を作成する。従って、力
に関する制御を正確に行うためには、力に関する情報を
生成する力センサの検出性能すなわちセンサ精度を高い
状態に保持することが要求される。

【０００３】上記のごとく力制御に基づいて動作するロ
ボットでは、メンテナンス上、力センサの検出性能を確
認することが必要であり、従来ではその確認方法として
３つの方法が存在した。第１の方法は、製造現場におい
て人間の手で作業工具に荷重を加えて力センサによる力
およびモーメントの検出値を求め、検出性能を確認する
方法であり、第２の方法は、予め質量が分かっている重
りを作業工具の任意の位置につるして力センサによる検
出値を求めて力センサの検出性能を確認する方法であ
り、第３の方法は、センサメーカに検査を依頼し、力セ
ンサの検出性能を高精度に調べる方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来の各方法は
次のような問題を有する。第１の方法によれば、検査を
行う人間すなわち作業者の手で荷重を作用させるので、
作業者の感覚による主観的な判断となり、検査の精度と
しては不十分である。第２の方法によれば、重りが取付
けられた箇所と力センサにおける荷重検出基準点との間
の距離を正確に管理することができないので、モーメン
トに関する検査が精度的に不十分である。モーメントに
関しては、第１の方法と同様に人間の感覚で判定するこ
とになる。第３の方法によれば、力センサの各軸方向の
力とモーメントの検出性能に関して高い精度の情報を得
ることができるが、検出性能を確認するために時間や費
用を必要とし、実際上問題である。

【０００５】本発明の目的は、製造現場において簡単で
かつ高精度に検出性能を検査することができる力センサ
の検査方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る力センサの
検査方法は、力センサを介して作業工具を取り付けた本
体部と、少なくとも力センサの検出信号を入力して位置
と力の制御を実行するために必要な演算を行うと共に制
御指令を生成する制御手段とを含み、制御手段の制御に
基づき本体部に任意の姿勢をとらせ、作業工具を任意の
位置に移動させる多自由度作業機械に適用される方法で
あり、力センサに前記作業工具の代わりに質量と重心位
置が知られた部材を取付けると共に制御手段の記憶装置
に質量と重心位置に関するデータを格納し、本体部に第
１の姿勢をとらせ、この姿勢で、質量と重心位置に関す
るデータを用いて第１の荷重ベクトルを計算すると共に
力センサで第１の荷重データを検出し、第１荷重ベクト
ルと第１荷重データでオフセット量を求め、次いで本体
部に第２の姿勢をとらせ、この姿勢で、質量と重心位置
に関するデータを用いて第２の荷重ベクトルを計算する
と共に力センサで第２の荷重データを検出し、第２の荷
重データからオフセット量を減算し、第２荷重ベクトル
と減算が行われた第２荷重データとの誤差を求めて力セ
ンサの検出性能を判定するようにしたことを特徴とす
る。またオフセット量が最初から分かっている場合に
は、１つの姿勢をとるだけで前記の誤差を求めることも
できる。

【０００７】

【作用】本発明では、ロボット本体に設けられた力セン
サに対して、質量と重心位置の分かっている検査用の部
材を取付け、この状態でロボット本体に２つの姿勢をと
らせ、力センサの検出性能を検査することが可能とな
る。第１の姿勢では、計算で求めた荷重ベクトルと力セ
ンサで検出された荷重データとに基づいてまず力センサ
の有する零点オフセット量を求める。第２の姿勢では、
同様にして計算で求めた荷重ベクトルと力センサで検出
された荷重データとに基づいて、さらに前記の零点オフ
セット量を利用して計算で得られる荷重ベクトルと力セ
ンサで検出される最終的な力データとの間の誤差を求
め、この誤差の大きさ程度によって力センサの検出性能
を判定する。

【０００８】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。

【０００９】図１は、力センサが適用される力制御ロボ
ットの全体的な構成を示す。図１で１はロボット本体で
あり、複数の関節部を有するアーム２が基台３に取り付
けられる。各関節部にはモータ等の駆動装置が配設さ
れ、各関節部は所定方向に可動する機能を有する。アー
ム２の各関節部の可動機能により、アーム全体の姿勢は
作業上必要な姿勢に変化し、アーム２の先部は作業上必
要とされる位置に移動する。ロボット本体１は少なくと
も２つ以上の各種の姿勢をとる。アーム２の先端のリス
ト部４には６軸の力センサ５が取り付けられる。力セン
サ５の先には、通常の作業時、ワーク（図示せず）に対
し研削作業等を行う作業工具（図示せず）が取り付けら
れる。６はコントローラであり、コントローラ６は例え
ばコンピュータで構成される。コントローラ６は、位置
と力の制御のための予め設定された演算式等を計算する
制御プログラムをその記憶装置に備えており、当該制御
プログラムと与えられた作業条件に関するパラメータと
教示内容を用いて、ロボット本体１の動作を制御するも
のである。

【００１０】コントローラ６は、信号ライン７で、ロボ
ット本体１に対してその動作を制御するための指令を与
える。またコントローラ６は、力センサ５で検出された
力およびモーメントに関する信号、すなわち力信号８が
与えられる。９は、コントローラ６に対し、実行すべき
作業に関する諸条件を付与し、そのメモリにセットする
ための教示用操作器である。操作器９は、テンキーおよ
び各種の指令を与えるための操作スイッチと、表示装置
９ａとを有する。この操作器９によって、例えば、研削
動作の教示、研削作業条件の設定等の教示が行われる。

【００１１】図１に示される構成では、ロボット本体１
のメンテナンス上の必要性から力センサ５の検出性能を
確認する目的で、力センサ５の先には質量と重心位置が
予め分かっている部材１０をボルト等で固着して取り付
けられている。この部材１０は、力センサの性能を検査
するための部材である。図１に示された状態にて、本発
明に係る力センサの検査方法が次のように行われる。

【００１２】力センサ５の検査方法を図２を参照して説
明する。図２（Ａ）に示すように、力センサ５に部材１
０を取り付けたロボット本体１において任意の１つの姿
勢をとらせる。図中、Ｐは部材１０の重心位置を意味
し、Ｏは力センサ５の荷重検出基準点を意味する。重心
位置Ｐおよび荷重検出基準点Ｏの各位置は予め分かって
いる。図２（Ａ）に示された第１の姿勢をロボット本体
１がとる場合において、コントローラ６は、その記憶装
置に格納された予め分かっている部材１０の質量と重心
位置Ｐの位置に関する情報を用いて部材１０の重心位置
Ｐを通る荷重ベクトルＬ１を計算する。ここで荷重ベク
トルとは、物体の質量によってその重心位置に作用する
鉛直方向の力ベクトルの意味である。次いでコントロー
ラ６は、力センサ５の荷重検出基準点Ｏで検出される部
材１０の荷重に関するデータ（荷重データまたは力デー
タ）を力センサ５から入力し、当該荷重データと上記計
算で求めた荷重ベクトルとの差を求め、これによって力
センサ５の零点でのオフセット量を求める。求められた
オフセット量は、コントローラ６の記憶装置に格納され
る。

【００１３】一般的に力センサ５では零点オフセットが
存在するので、力センサ５の検出性能を検査するために
は、上記のごとく第１の姿勢をとって当該零点オフセッ
ト量を求めておくことが必要である。

【００１４】次に図２（Ｂ）に示すように、ロボット本
体１の姿勢を変更して第２の姿勢をとらせる。第２の姿
勢に関する位置データ等は、予めコントローラ６の記憶
装置に格納されており、コントローラ６の側では分かっ
ているものとする。ロボット本体１が第２の姿勢をとる
場合においても、第１の姿勢の場合と同様にして、部材
１０の重心位置Ｐを通る荷重ベクトルＬ２を計算する。
すなわち、部材１０の質量と重心位置が分かっているの
で、これらのデータとロボット本体１の第２の姿勢に関
するデータとを用いることにより、図２（Ｂ）に示すご
とく重心位置Ｐを通る荷重ベクトルＬ２を求めることが
できる。一方、第２の姿勢において、力センサ５で検出
される荷重データを入力し、この荷重データから第１の
姿勢で求められた零点オフセット量を差し引くと、ロボ
ット本体１の姿勢が第１の姿勢から第２の姿勢に変わっ
たことにより発生する荷重データＬ２′が得られる。

【００１５】ここで、力センサ５の力検出性能が劣化す
ることなく設計通りの検出性能が保持されている場合に
は、計算で求められた荷重ベクトルＬ２と荷重データＬ
２′とは一致しているはずである。また力センサの検出
性能が劣化していると、荷重ベクトルＬ２と荷重データ
Ｌ２′との間には誤差が生じる。従って、荷重ベクトル
Ｌ２と荷重データＬ２′との誤差を求め、その大きさを
調べることによって力センサ５の検出性能を検査するこ
とができる。誤差の大きさの程度に応じて力センサ５の
故障を判断することができる。一般的に、求められた誤
差の数値は、操作器９の表示装置９ａの画面に出力さ
れ、表示される。

【００１６】前記実施例では、最初に第１の姿勢をとっ
て力センサ５の零点オフセット量を求めるようにした
が、零点オフセット量が予め分かっているときには、第
１の姿勢に関する工程を省略することができるのは勿論
である。

【００１７】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、力制御ロボットの力センサの検出性能の良否に関
して、製造現場において、作業者自身が簡単に、短時間
に、かつ高い精度で検査することができ、さらには力セ
ンサの故障を判定することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】力センサが適用された力制御ロボットの一例を
示す構成図である。

【図２】力センサの検査方法を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１ ロボット本体 ２ アーム ５ 力センサ ６ コントローラ ９ 教示用操作器 １０ 力センサを検査するための部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 力センサを介して作業工具を取り付けた
   本体部と、少なくとも前記力センサの検出信号を入力し
   て位置と力の制御を実行するために必要な演算を行うと
   共に制御指令を生成する制御手段とを含み、前記制御手
   段の制御に基づき前記本体部に任意の姿勢をとらせ、前
   記作業工具を任意の位置に移動させる多自由度作業機械
   に適用される前記力センサの検査方法であり、 前記力センサに前記作業工具の代わりに質量と重心位置
   が知られた部材を取付けると共に前記制御手段の記憶装
   置に前記質量と前記重心位置に関するデータを格納し、 前記本体部に第１の姿勢をとらせ、この姿勢で、前記質
   量と前記重心位置に関するデータを用いて第１の荷重ベ
   クトルを計算すると共に前記力センサで第１の荷重デー
   タを検出し、前記第１荷重ベクトルと前記第１荷重デー
   タでオフセット量を求め、 前記本体部に第２の姿勢をとらせ、この姿勢で、前記質
   量と前記重心位置に関するデータを用いて第２の荷重ベ
   クトルを計算すると共に前記力センサで第２の荷重デー
   タを検出し、前記第２の荷重データから前記オフセット
   量を減算し、前記第２荷重ベクトルと前記減算が行われ
   た前記第２荷重データとの誤差を求めて前記力センサの
   検出性能を判定するようにしたことを特徴とする力セン
   サの検査方法。
2. 【請求項２】 力センサを介して作業工具を取り付けた
   本体部と、少なくとも前記力センサの検出信号を入力し
   て位置と力の制御を実行するために必要な演算を行うと
   共に制御指令を生成する制御手段とを含み、前記制御手
   段の制御に基づき前記本体部に任意の姿勢をとらせ、前
   記作業工具を任意の位置に移動させる多自由度作業機械
   に適用される前記力センサの検査方法であり、 質量と重心位置が知られた部材を利用し、前記本体部に
   任意の姿勢をとらせ、この姿勢で、前記質量と前記重心
   位置に関するデータを用いて荷重ベクトルを計算すると
   共に前記力センサで荷重データを検出し、前記荷重ベク
   トルと前記荷重データの誤差を求めて前記力センサの検
   出性能を判定するようにしたことを特徴とする力センサ
   の検査方法。