特許 6228905 作業ロボットの設置状態検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6228905

(24)【登録日】2017年10月20日

(45)【発行日】2017年11月8日

(54)【発明の名称】作業ロボットの設置状態検出方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/22 20060101AFI20171030BHJP

   B25J 9/10 20060101ALI20171030BHJP

【ＦＩ】

   B25J9/22 Z

   B25J9/10 A

【請求項の数】1

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-212184(P2014-212184)

(22)【出願日】2014年10月17日

(65)【公開番号】特開2016-78173(P2016-78173A)

(43)【公開日】2016年5月16日

【審査請求日】2016年11月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100077665

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 剛宏

(74)【代理人】

【識別番号】100116676

【弁理士】

【氏名又は名称】宮寺 利幸

(74)【代理人】

【識別番号】100149261

【弁理士】

【氏名又は名称】大内 秀治

(74)【代理人】

【識別番号】100136548

【弁理士】

【氏名又は名称】仲宗根 康晴

(74)【代理人】

【識別番号】100136641

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 志郎

(72)【発明者】

【氏名】下山 真生

(72)【発明者】

【氏名】吉野 哲弥

(72)【発明者】

【氏名】山中 理広

【審査官】 貞光 大樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−４２９０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２７４１８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平４−１９３４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２２３８７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−６４５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−３６９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−１３７５２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２５Ｊ １／００ − ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業エリアに設置される設置部と、前記設置部に連結され且つ第１軸を中心として回転する第１回転部と、前記第１回転部よりも１つエンドエフェクタ側に位置し且つ第２軸を中心として回転する第２回転部と、を備え、前記第１軸は軸線上に作業ロボットの原点を有し且つ前記設置部に対して垂直であり、前記第２軸は前記第１軸に対して垂直である作業ロボットの設置状態を検出する作業ロボットの設置状態検出方法において、
前記第１回転部よりもエンドエフェクタ側に第１被測定部材を設け、前記第１回転部を回転させて、少なくとも３つの位置で前記第１被測定部材の座標を測定する第１測定工程と、
前記第１測定工程で測定した座標に基づいて前記作業ロボットの設置位置及び傾きを決定する第１決定工程と、
前記第２回転部よりもエンドエフェクタ側に第２被測定部材を設け、前記第２回転部を回転させて、少なくとも３つの位置で前記第２被測定部材の座標を測定する第２測定工程と、
前記第２測定工程で測定した座標に基づいて前記作業ロボットの向きを決定する第２決定工程と、
前記第１決定工程で決定した前記作業ロボットの設置位置及び傾きと前記第２決定工程で決定した前記作業ロボットの向きを、それぞれ特定の基準値と比較して、その差を前記作業ロボットの設置ずれ量として検出する設置ずれ検出工程と、
を備えたことを特徴とする作業ロボットの設置状態検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業エリアに対する作業ロボットの設置状態を検出する作業ロボットの設置状態検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

作業ロボットを用いてワークの溶接等を行う作業現場において、作業ロボットは作業エリアの基準位置に設置される。作業ロボットは基準位置に設置された状態で教示される。

【0003】

作業ロボットを交換した場合に、新たな作業ロボットの設置位置、設置姿勢が本来設置されるべき正規の基準位置、設置姿勢からずれることがある。このような場合に、エンドエフェクタが既に作成された教示データに従って位置制御されると、エンドエフェクタの移動経路や溶接位置がロボットの位置ずれ、姿勢ずれの分だけずれることになる。したがって、作業ロボットを交換した場合は、作業ロボットの設置状態、具体的には設置位置、設置姿勢を検出し、検出した設置位置、設置姿勢と基準位置、基準姿勢とのずれの分だけ教示データを修正する必要がある。

【0004】

例えば特許文献１は、作業ロボットの設置部に最も近い設置部とエンドエフェクタに最も近いアームを回転させることにより、作業ロボットの設置状態を検出する方法を開示している。この方法では、設置部を第１軸を中心に１回転させ、その１回転のうちの３つの回転位置で、アームを第ｎ軸を中心にそれぞれ１回転させている。その際に、レーザ光Ｌを受発光する測定機でエンドエフェクタに設置されたミラーの座標を測定し、各種演算を行うことによって作業ロボットの設置状態を検出するようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００１−４２９０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載された発明は、設置部に最も近い旋回部と、エンドエフェクタに最も近いアーム、言い換えると、設置部から最も遠いアームを回転させている。作業ロボットの関節が多くなるほど設置部とアームは離間する。このため、アームには設置部からアームまでの間に備えられる各可動部の停止誤差が集中する。したがって、設置部から最も遠いアームを回転させる方法では測定誤差が大きくなり、作業ロボットの設置状態を正確に把握できない虞がある。

【0007】

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、作業ロボットの設置状態を正確に且つより少ない工数で検出できる作業ロボットの設置状態検出方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る作業ロボットの設置状態検出方法は、作業エリアに設置される設置部と、前記設置部に連結され且つ第１軸を中心として回転する第１回転部と、前記第１回転部よりも１つエンドエフェクタ側に位置し且つ第２軸を中心として回転する第２回転部と、を備え、前記第１軸は軸線上に作業ロボットの原点を有し且つ前記設置部に対して垂直であり、前記第２軸は前記第１軸に対して垂直である作業ロボットの設置状態を検出する作業ロボットの設置状態検出方法において、前記第１回転部よりもエンドエフェクタ側に第１被測定部材を設け、前記第１回転部を回転させて、少なくとも３つの位置で前記第１被測定部材の座標を測定する第１測定工程と、前記第１測定工程で測定した座標に基づいて前記作業ロボットの設置位置及び傾きを決定する第１決定工程と、前記第２回転部よりもエンドエフェクタ側に第２被測定部材を設け、前記第２回転部を回転させて、少なくとも３つの位置で前記第２被測定部材の座標を測定する第２測定工程と、前記第２測定工程で測定した座標に基づいて前記作業ロボットの向きを決定する第２決定工程と、前記第１決定工程で決定した前記作業ロボットの設置位置及び傾きと前記第２決定工程で決定した前記作業ロボットの向きを、それぞれ特定の基準値と比較して、その差を前記作業ロボットの設置ずれ量として検出する設置ずれ検出工程と、を備えたことを特徴とする。

【0009】

本発明では、設置部に連結される第１回転部を回転させ、少なくとも３つの位置で第１被測定部材の座標を測定し、測定した座標に基づいて作業ロボットの設置位置及び傾きを決定する。また、第１回転部よりも１つエンドエフェクタ側に設けられる第２回転部を回転させ、少なくとも３つの位置で第２被測定部材の座標を測定し、測定した座標に基づいて作業ロボットの向きを決定する。そして、決定した作業ロボットの設置位置、傾き、向きを基準値と比較して、その差を作業ロボットの設置ずれ量として検出する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、設置部に近い第１回転部及び第２回転部を回転させることによって作業ロボットの設置位置、設置姿勢（傾き、向き）を決定している。設置部に近い箇所であれば、作業ロボットの各可動部の停止誤差の影響を受けることがないため、作業ロボットの設置状態を正確に検出できる。このため、作業ロボットの設置状態に変化が生じた場合（例えば作業ロボットの新設等）、最小限の操作で作業ロボットの設置位置、設置姿勢を詳細に把握することができる。また、把握した設置位置、設置姿勢を教示データに反映することで、作業ロボットの教示位置と実働位置とのずれをなくすことができ、作業ロボットの作業精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は作業エリアを示す図である。

【図2】図２は作業ロボットの設置状態を検出する一連の処理を示すフローチャートである。

【図3】図３は各座標及びベクトルを示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明に係る作業ロボットの設置状態検出方法の好適な実施形態について、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

【0013】

［作業エリア１０に設置される各機器］
図１は作業エリア１０を示す図である。作業エリア１０には、任意の位置に位置測定装置１２が配置され、特定の位置に水準装置１８とワーク設置台２０と作業ロボット３０とが配置される。

【0014】

位置測定装置１２は、測定機１４と演算装置１６とからなり、測定対象物の位置を測定する。測定機１４は、所謂レーザートラッカーである。測定機１４は、測定対象物にレーザ光Ｌを照射し、測定対象物で反射された反射光を検出する。測定機１４の座標系をＲｅｆｓとする。演算装置１６は、例えばパーソナルコンピュータで構成される。演算装置１６は、測定機１４の検出結果に基づいて所定の演算処理を行い、測定対象物の位置、具体的には座標を特定する。

【0015】

水準装置１８は、作業エリア１０内の水準点であり、作業エリア１０内で動かない絶対的な基準位置として使用される。水準装置１８の座標系をＲｅｆｚとする。作業エリア１０に配置される各機器の位置は、水準装置１８の座標系Ｒｅｆｚにて把握される。水準装置１８は、３つ以上のターゲット１８ａ〜１８ｃを備える。各ターゲット１８ａ〜１８ｃは反射体にて構成されており、反射体で位置測定装置１２の測定機１４から照射されるレーザ光Ｌを反射する。

【0016】

ワーク設置台２０は、ワークを支持する複数の治具２２ａ〜２２ｄを備えると共に、水準装置１８と同様に、３つ以上のターゲット２０ａ〜２０ｃを備える。各ターゲット２０ａ〜２０ｃは反射体にて構成されており、反射体で位置測定装置１２の測定機１４から照射されるレーザ光Ｌを反射する。

【0017】

作業ロボット３０は多軸ロボットであって、設置部３２と、設置部３２を基準にして順に、旋回部３４と第１アーム３６と第２アーム３８と第３アーム４０とを有する。設置部３２は作業エリア１０に設置される。旋回部３４は設置部３２と軸Ｊ１で回動可能に連結されている。この軸Ｊ１は設置部３２に対して垂直であり、作業ロボット３０の原点ＰＢは軸Ｊ１上にある。第１アーム３６は旋回部３４と軸Ｊ２で回動可能に連結されている。この軸Ｊ２は軸Ｊ１よりもエンドエフェクタ４２側に位置し、軸Ｊ１に対して垂直である。第２アーム３８は第１アーム３６と軸Ｊ３で回動可能に連結されている。第２アーム３８は軸Ｊ４によって捻れ回転が可能になっている。第３アーム４０は第２アーム３８と軸Ｊ５で回動可能に連結されている。第３アーム４０は軸Ｊ６によって捻れ回転が可能になっている。軸Ｊ４及び軸Ｊ６はそれぞれ３６０°以上の捻れ回動が可能である。第３アーム４０の先端には、エンドエフェクタ４２が着脱自在に設けられている。エンドエフェクタ４２にはターゲット４４が設けられている。ターゲット４４は球状の反射体にて構成されており、反射体で位置測定装置１２の測定機１４から照射されるレーザ光Ｌを反射する。

【0018】

コントローラ５０は、ワーク設置台２０に設置される図示しないワークを加工すべく予め設定される教示データに基づいて作業ロボット３０の動作を制御する。

【0019】

［ＲｅｆｓからＲｅｆｚへの変換の仕方］
位置測定装置１２の測定機１４は、座標系Ｒｅｆｓにて座標を検出する。しかし、座標系Ｒｅｆｓは測定機１４の位置が変わる度に変わる。このため、座標系Ｒｅｆｓを基準位置に配置された水準装置１８の座標系Ｒｅｆｚに変換する必要がある。座標系Ｒｅｆｓから座標系Ｒｅｆｚへの変換は、変換マトリックス［Ｔ］により行われる。変換マトリックス［Ｔ］は、例えば特開２００１−４２９０９号公報に開示されように、位置測定装置１２で水準装置１８のターゲット１８ａ〜１８ｃの座標を測定し、測定値と水準装置１８の既知の位置とから求められる。

【0020】

［作業ロボット３０の位置］
図２は作業ロボット３０の設置状態を検出する一連の処理を示すフローチャートである。図３は各座標及びベクトルを示す説明図である。

【0021】

ステップＳ１にて、作業ロボット３０の第１アーム３６と第２アーム３８と第３アーム４０とエンドエフェクタ４２を第１測定用の姿勢に調整する。第１測定用の姿勢は任意であるが、図３に示されるように、このときターゲット４４の高さＨを把握しておく。ターゲット４４の高さＨは、ターゲット４４の位置から軸Ｊ１まで垂線を下ろした場合の軸Ｊ１との交点Ｐｈ０と作業ロボット３０の原点ＰＢとの距離に相当する。ターゲット４４の高さＨは、第１アーム３６と第２アーム３８と第３アーム４０とエンドエフェクタ４２の姿勢、すなわち軸Ｊ２〜Ｊ６の回転角度により算出可能である。

【0022】

ステップＳ２にて、作業ロボット３０の第１アーム３６と第２アーム３８と第３アーム４０とエンドエフェクタ４２の姿勢を維持しつつ、軸Ｊ１を中心として旋回部３４を１回転させる。すると、ターゲット４４も軸Ｊ１を中心として１回転する。このとき、位置測定装置１２を用いて、その回転中の少なくとも３点Ｐｈ１、Ｐｈ２、Ｐｈ３の座標を測定する。３点Ｐｈ１、Ｐｈ２、Ｐｈ３の座標は座標系Ｒｅｆｓであるため、変換マトリックス［Ｔ］を用いて座標系Ｒｅｆｚの座標に変換する。なお、「´」を付す符号はＲｅｆｚの座標系であることを意味する。

【0023】

ステップＳ３にて、変換した３点Ｐｈ１´、Ｐｈ２´、Ｐｈ３´の座標に基づいて、作業ロボット３０の原点ＰＢ´と傾きを決定する。ステップＳ２で回転させたターゲット４４の軌跡は円であり、３点Ｐｈ１´、Ｐｈ２´、Ｐｈ３´はその円の軌跡上に位置する。つまり、３点Ｐｈ１´、Ｐｈ２´、Ｐｈ３´は、軸Ｊ１上の点Ｐｈ０´を中心とする円Ｃ１に位置する。このため、３点Ｐｈ１´、Ｐｈ２´、Ｐｈ３´の座標から中心点Ｐｈ０´の座標と円Ｃ１の法線ベクトルｖ１を求める。この法線ベクトルｖ１は軸Ｊ１の向きと一致しており、作業ロボット３０の傾きに相当する。そこで、法線ベクトルｖ１を、作業ロボット３０の傾きとして決定する。そして、法線ベクトルｖ１の方向に沿って、中心点Ｐｈ０´の座標から作業ロボット３０の原点ＰＢ´方向に、ターゲット４４の高さＨの分だけ移動した座標を、作業ロボット３０の原点ＰＢ´として決定する。原点ＰＢ´は作業ロボット３０の設置位置である。

【0024】

ステップＳ４にて、作業ロボット３０の姿勢を第２測定用の基本姿勢にする。基本姿勢というのは、ずれを考慮しない場合の作業ロボット３０の正姿勢である。基本姿勢において、各可動部は初期値に設定される。

【0025】

ステップＳ５にて、第１アーム３６を除く作業ロボット３０の基本姿勢を維持しつつ、軸Ｊ２を中心として第１アーム３６を１回転させる。なお、仮に第１アーム３６が１回転した場合に床面に接触する虞がある場合は、第１アーム３６を可動できる範囲で回転動作させる。すると、ターゲット４４も軸Ｊ２を中心として回転動作する。このとき、位置測定装置１２を用いて、その回転中の少なくとも３点Ｐｖ１、Ｐｖ２、Ｐｖ３の座標を測定する。３点Ｐｖ１、Ｐｖ２、Ｐｖ３の座標は座標系Ｒｅｆｓであるため、変換マトリックス［Ｔ］を用いて座標系Ｒｅｆｚの座標に変換する。

【0026】

ステップＳ６にて、変換した３点Ｐｖ１´、Ｐｖ２´、Ｐｖ３´の座標に基づいて、作業ロボット３０が基準姿勢における向きを決定する。ステップＳ５で回転させたターゲット４４の軌跡は円であり、３点Ｐｖ１´、Ｐｖ２´、Ｐｖ３´はその円の軌跡上に位置する。つまり、３点Ｐｖ１´、Ｐｖ２´、Ｐｖ３´は、軸Ｊ２上の点Ｐｖ０´を中心とする円Ｃ２に位置する。このため、３点Ｐｖ１´、Ｐｖ２´、Ｐｖ３´の座標から円Ｃ２の法線ベクトルｖ２を求める。この法線ベクトルｖ２は軸Ｊ２の向きと一致しており、その水平成分は作業ロボット３０の向きに相当する。そこで、法線ベクトルｖ２の水平方向の成分を、作業ロボット３０の向きとして決定する。

【0027】

ステップＳ７にて、ステップＳ３で決定した作業ロボット３０の設置位置（原点ＰＢ´の座標）及び傾き（法線ベクトルｖ１´）と、ステップＳ６で決定した作業ロボット３０の向き（法線ベクトルｖ２´の水平成分）を、それぞれ特定の基準値と比較する。特定の基準値というのは、正規の基準位置、基準姿勢（傾き、向き）の値のことをいう。そして、その差を作業ロボット３０の設置ずれ量として検出する。

【0028】

［ワーク設置台２０の位置］
位置測定装置１２でワーク設置台２０のターゲット２０ａ〜２０ｃの座標を測定する。この測定値は座標系Ｒｅｆｓの座標であるため、変換マトリクス［Ｔ］を用いて座標系Ｒｅｆｚの座標に変換する。

【0029】

［教示データの修正］
教示データはワーク設置台２０及び作業ロボット３０に位置ずれが生じていない状態で教示されている。ワーク設置台２０及び／又は作業ロボット３０に位置ずれが生じている場合に、この教示データに基づいて作業ロボット３０を動作させると、正確な加工を行うことができない。本実施形態では、ワーク設置台２０及び作業ロボット３０の位置ずれを測定し、その位置ずれ分だけ教示データを修正する。このため正確な加工を行えるようになる。

【0030】

［実施形態のまとめ］
本実施形態で使用する作業ロボット３０は、作業エリア１０に設置される設置部３２と、設置部３２に連結され且つ第１軸（軸Ｊ１）を中心として回転する第１回転部（旋回部３４）と、第１回転部（旋回部３４）よりも１つエンドエフェクタ４２側に位置し且つ第２軸（軸Ｊ２）を中心として回転する第２回転部（第１アーム３６）と、を備える。第１軸（軸Ｊ１）は軸線上に作業ロボット３０の原点ＰＢを有し且つ設置部３２に対して垂直である。第２軸（軸Ｊ２）は第１軸（軸Ｊ１）に対して垂直である。このような作業ロボット３０の設置状態を検出するために、本実施形態は次の各工程を行う。すなわち、第１回転部（旋回部３４）よりもエンドエフェクタ４２側に第１被測定部材（ターゲット４４）を設け、第１回転部（旋回部３４）を回転させて、少なくとも３つの位置で第１被測定部材（ターゲット４４）の座標を測定する第１測定工程（ステップＳ２）を行う。また、第１測定工程（ステップＳ２）で測定した座標に基づいて作業ロボット３０の設置位置及び傾きを決定する第１決定工程（ステップＳ３）を行う。また、第２回転部（第１アーム３６）よりもエンドエフェクタ４２側に第２被測定部材（ターゲット４４）を設け、第２回転部（第１アーム３６）を回転させて、少なくとも３つの位置で第２被測定部材（ターゲット４４）の座標を測定する第２測定工程（ステップＳ５）を行う。また、前記第２測定工程（ステップＳ５）で測定した座標に基づいて作業ロボット３０の向きを決定する第２決定工程（ステップＳ６）を行う。また、第１決定工程（ステップＳ３）で決定した作業ロボット３０の設置位置及び傾きと第２決定工程（ステップＳ６）で決定した作業ロボット３０の向きを、それぞれ特定の基準値と比較して、その差を作業ロボット３０の設置ずれ量として検出する設置ずれ検出工程（ステップＳ７）を行う。

【0031】

本実施形態によれば、設置部３２に近い第１回転部（旋回部３４）及び第２回転部（第１アーム３６）を回転させることによって作業ロボット３０の設置位置、設置姿勢（傾き、向き）を決定している。設置部３２に近い箇所であれば、作業ロボット３０の各可動部（第２アーム３８、第３アーム４０）の停止誤差の影響を受けることがないため、作業ロボット３０の設置状態を正確に検出できる。このため、作業ロボット３０の設置状態に変化が生じた場合（例えば作業ロボット３０の新設等）、最小限の操作で作業ロボット３０の設置位置、設置姿勢を詳細に把握することができる。また、把握した設置位置、設置姿勢を教示データに反映することで、作業ロボット３０の教示位置と実働位置とのずれをなくすことができ、作業ロボット３０の作業精度を向上させることができる。

【0032】

［他の実施形態］
本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

【0033】

例えば、本実施形態では、図２に示すステップＳ２及びステップＳ５で実施する測定において、共通のターゲット４４を用いている。しかし、ステップＳ２及びステップＳ５で別々のターゲット４４を用いることも可能である。

【0034】

また、本実施形態では、エンドエフェクタ４２にターゲット４４を設けている。しかし、ステップＳ２の測定時であれば、旋回部３４の回転と共に回転するどのような部位にターゲット４４を設けてもよい。また、ステップＳ５の測定時であれば、第１アーム３６の回転と共に回転するどのような部位にターゲット４４を設けてもよい。

【符号の説明】

【0035】

１０…作業エリア １２…位置測定装置
１４…測定機 １６…演算装置
１８…水準装置 １８ａ〜１８ｃ…ターゲット
２０…ワーク設置台 ２０ａ〜２０ｃ…ターゲット
３０…作業ロボット ３２…設置部
３４…旋回部 ３６…第１アーム
３８…第２アーム ４０…第３アーム
４２…エンドエファクタ ４４…ターゲット

【図1】

【図2】

【図3】