JPS6257784A - ロボツトツ−ルのキヤリブレ−シヨン方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、産業用ロボットの手首に取付けるツール（
工具）の寸法を測定し、それをロボット制御のデータに
反映させて正確な制御を行なうためのキャリブレーショ
ン方法に関するものでおる。

従来の技術 周知のように最近では各種の加工工程にロボットが導入
されるようになってきており、待に溶接工程や塗装工程
などの作業環境の劣悪な工程にロボットが多用されてい
る。この種の産業用ロボットはプレーバック方式のもの
が多く、これは手動操作によってロボットを動かし、そ
の際の軌跡や移動点のデータをロボットに算出・記憶さ
せてティーチングを行ない、その結果得られだデータに
よって同一の動作を繰返し行なわせるものである。

これらのデータは通常、ロボットを基準とした直交座標
もしくは橿座慄によって表わされるが、ロボットの手首
に取付ける各種のツール（工具）も、直接的に加工を行
なう部位とロボットの手首に対する取付は部位あるいは
その伯の用途のための部位などを有しているから、ツー
ルを特定するために手首に対する取付点の中心を基準と
した直交座標によって加工部位を表わすことが、従来一
般に行なわれている。

発明が解決しようとする問題点 ところでティーチング操作によって得られるデータは、
その操作の際にロボットの手首に取付けていたツールに
ついてのデータであり、したがって種類の異なるツール
に交換した場合や、同一種類であっても他のツールに交
換した場合には、新規のツールにおける加工部位が従前
とは異なることになるから、既に記憶しているデータを
変更する必要がある。その場合、単に位置のデータのみ
ならず方向についてのデータをも新規のツールに応じて
変更する必要があるが、従来では、前）ホしたようにツ
ールをロボットの手首に対する取付部の中心を基準とし
た直交座標によって加工部を表わすことにより特定して
いたから、このようなツールを特定するデータで制御デ
ータを補正した場合には、ツールを正規の姿勢に再現す
ることができない。そのため従来では、ツールの交換の
都度、新ためてティーチング操作を行なうことを余儀無
くされており、作業性が悪い問題があった。また前述し
たようにロボットの手首に対する取付部を基準とした直
交座標系における加工部の位置を測定してツールを特定
するとしても、そのような測定を行なうゲージの作成が
困難であるうえに、測定に要する工数が多く、ざらには
測定誤差が生じ易い問題があった。

この発明は上記の事情に鑑み、制御データの補正を行な
って所期通りの動作を再現させることのできるツールデ
ータを得られるキャリブレーション方法を提供すること
を目的とするものである。

問題点を解決するための手段 ゛この発明は、上記の目的を達成するために、手首に取
付けたツールの移動軌跡および移動点を示すデータを制
御装置よって算出・記憶するとともに、その記憶データ
に基づいて所定の動作を繰返し行なうロボットと、加工
点およびその加工点に対するツールの接近方向ならびに
加工点でのツールによる加圧方向を、前記ロボットを基
準とした座標系で知ることのできる治具とを、所定の相
対位置に設置してあき、前記ツールを前記加工点に向け
て前記接近方向から進入させるとともに、姿勢を前記加
圧方向に一致ざゼ、その際の前記手首を基準とした直交
座像系での加工点の座標１直と手首を基準とした直交座
標系に対するツールの加工部を基準としかつ１ＷＡを前
記接近方向もしくは加圧方向に一致させた直交座標系の
オイラー角とをそのツールを特定するデータとして前記
ロボットの制御装置により算出することを特徴とする方
法である。

作　　　用 したがってこの発明では、ツールがその加工部の座標値
およびツール独自の直交座標系のロボット手首の直交座
標系に対するオイラー角によって特定され、これらの値
はロボット手首に対する加工部の位置のみならずツール
の姿勢をも示すから、ツールごとに上記の６値を求めて
おき、ツールの交換の都度その値によって、ティーチン
グにより得られた制御データを補正すれば、ティーチン
グによって行なったと同様な作業を行なわせることがで
きる。すなわちツールの交換の都度、ティーチングをし
直す必要がなくなる。またこの発明では、ティーチング
機能を有するロボットを用い、その手首に取付けたツー
ルを治具に向けて移動させることにより、その間のロボ
ットの動きを制御装置が割出して前記の６値を求める方
法であるから、特殊な装置を必要とせずに既存の装置に
よって容易にツールについての前記の値を求めることが
できる。

実施例 以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

まず、この発明においてツールを特定（定義）するため
のに求めるデータについて説明すると、第１図はロボッ
ト手首１に取付けたスポット溶接用のガン２についての
説明図で必って、そのガン２のヨーク３の方向が被溶接
材に対する接近（進入）方向であり、またチップのシリ
ンダによる移動方向が加圧方向でおり、ざらにチップ同
士の接触部が加工部４であり、このガン２について、ロ
ボット手首１上のガン取付中心を原点とした直交座標（
ｙ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）を設定する。この直交座標を前記加
工部４に平行移動した場合の座標軸をｙ軸、ｙｆｌｉＩ
Ｓｚ軸とすると、ｙ軸を加圧方向に向けるために、ｙ軸
を中心としてｙ＠を所定の角度φだけ回転させ、ついで
回転後の座標軸における２′軸を中心に所定の角度ψ回
転させる。こうしてｙ＠を加圧方向に一致させた状態で
のＸＩＩ　−ｙ〃平面からみたヨーク３の角度（接近方
向）の角度をγとする。以上の各角度の関係を図示すれ
ば、第２図（Ｉ）　　（ＩＩ＞　　（ＩＩＩ）の通りで
ある。そして上記の角度φ、ψ、γによって、ガン取付
点を基準とした直交座標系に対するガン２のオイラー角
［が定義される。

またＸ−Ｙ−Ｚ座標上の加工部（打点）４の座標値を（
Ｘｌ　、　Ｖｌ　、　Ｚｌ　）とすれば、加工部４の位
置Ｐは と定義される。

そしてこの発明では、ガン２を、加工部４の位置のみな
らず、姿勢をも含めて特定するために、の値をもって定
義する。

以上述べたツールを特定する値を定量的に求めるために
、この発明の方法では、以下の操作をティーチング操作
と同様にして行なう。

まず、第３図に示すようにロボット５とこれを基準とす
るロボット座標である直交座標（Ｘｒ軸、Ｙｒ軸、ｚｒ
軸）とを一致させるとともに、ロボット座標において前
記ガン２による加圧方向および進入方向を示す角度「ｒ
と打点位置Ｐｒ　　（座標（直（ｘｒ　、　ｙｒ　、　
ｚｒ　））とを定めた沖１定？台具６を、ロボット５に
対しその値の通りとなるよう設置してあく。そしてガン
２を手首１に取付けたロボット５を、上記の測定治具６
の打点についてティーチングする。その場合、ロボット
手首１におけるガン取付中心Ｏｒのロボット座標１直は
、ロボット５に取付けておるエンコーダ（図示せず）の
出力値によって知ることができ、したがって前記のロボ
ット座標をロボット手首１を基準とした手首座標でおる
直交座標（Ｙ軸、Ｙ＠、Ｚ軸）に変換する座標変換行列
Ｍは として知ることができる。なおここで、Ｍｒは座標変換
行列Ｍの回転成分を表わす行列でおって、ロボット５の
ティーチングの際に出力される１＠によって知ることが
できる。また測定治具６にあける前記の角度［ｒと打点
位置Ｐｒとは定量的に予め知られている。したがってツ
ール２を特定するオイラー角「と加工部４の位置の値Ｐ
とは、手首座標によるものであるから、以上述べた既知
の値によりロボット座標との相関関係から定量的に求め
ることができる。すなわち となって、定量的に知ることができる。

上述したティーチング操作時における位置や角　　度の
ティーチングデータは、エンコーダの出力１直としてロ
ボット制御装置に入力されるから、人為的に定めた設定
値すなわち前記測定治具６における角度「ｒと打点位置
Ｐｒとのデータを予めロボット制御装置に入力しておく
ことにより、前記の０式に基づいてツール２についての
「およびＰが算出される。そしてその値は、ＲＡＭ　（
ランダム・アクセス・メモリー）などに記憶・保存して
おく。

したがってツール２を交換した場合、交換後のツール２
を特定する「およびＰの値を読み出し、加工のために予
め行なったティーチングデータをその「、Ｐによって補
正すれば、新たなツール２の加工部４をワークの打点位
置に所期通りに一致させることができることは勿論、ガ
ンとワークとの干渉が生じないように姿勢制御できる。

ずなわら、ツール交換ごとのティーチングのし直しが不
要となる。

なお、上記の説明では、測定治具６における前記の角度
「１゛と打点位置Ｐｒとが共に既知であるとしたが、こ
れらの値は予め知れている必要は特にはない。すなわち
ティーチング操作による動作を繰返し行なうプレーバッ
ク式のロボットでは、ティーチング操作時の位置や角度
データを得ることができるのであるから、実質上測定器
としての作用をもなすのでψす、したがって測定治具に
おけ角度［ｒや打点位置Ｐｒが知れていなくても、ツー
ルを所望の姿勢で打点位置に一致させれば、ティーチン
グと同様にして角度［ｒのデータや位置Ｐｒのデータを
得ることができるのである。その場合、ツールについて
のキャリブレーションのための操作に先行して測定治具
についての操作を必要とするので、ティーチング回数が
幾分増えることになる。

またこの発明の方法によれば、「やＰの精度がばらつく
場合には、測定してこれらを定数キャリブレーションす
ることもできる。

発明の効果 以上の説明から明らかなようにこの発明の方法によれば
、ツールをその加工部の座標値のみならず加工の際の姿
勢をも含めて定最的に把握でき、しかもその値は通常の
ティーチング操作と同様にして知ることができ、しだが
ってこの発明によれば、実際に加工を行なう際の制御デ
ータにマツチしたデータによってツールを把握できるた
めに、ツールデータに基づいて制御データを補正するこ
とにより、ティーチング時とは異なるツールであっても
所期通りの動作を行なわせることができ、その結果、ツ
ール交換ごとのティーチングのし直しなどの面倒な作業
を解消し、生産性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はロボット手首に取付けたスポット溶接用ガンの
座標系を示す説明図、第２図（１）（ＩＩ）（Ｉｆｆ）
はオイラー角を求めるための操作手順を示す線図、第３
図はこの発明の方法を実施するための装置を概略的に示
す斜視図、第４図はその装置の座標系を示す線図でおる
。 １・・・ロボット手首、　２・・・ツール、　３・・・
ヨーク、４・・・加工部、　５・・・ロボット、　６・
・・測定治具。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 手首に取付けたツールの移動軌跡および移動点を示すデ
   ータを制御装置よって算出・記憶するとともに、その記
   憶データに基づいて所定の動作を繰返し行なうロボット
   と、前記ロボットを基準とした座標系における加工点の
   座標値およびその加工点に対するツールの接近方向なら
   びに加工点でのツールによる加圧方向を示す値を知るこ
   とのできる治具とを、所定の相対位置に設置し、前記ツ
   ールを前記加工点に向けて前記接近方向から進入させる
   とともに、姿勢を前記加圧方向に一致させ、その際の前
   記手首を基準とした直交座標系での加工点の座標値と該
   手首を基準とした直交座標系に対するツールの加工部を
   基準としかつ１軸を前記接近方向もしくは加圧方向に一
   致させた直交座標系のオイラー角とをそのツールを特定
   するデータとして前記ロボットの制御装置により算出す
   ることを特徴とするロボットツールのキャリブレーショ
   ン方法。