特許 6286113 作業動作調整システムおよび方法

(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】6286113

(24)【登録日】2018年2月9日

(45)【発行日】2018年2月28日

(54)【発明の名称】作業動作調整システムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/10 20060101AFI20180215BHJP

【ＦＩ】

   B25J9/10 A

【請求項の数】20

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-126555(P2013-126555)

(22)【出願日】2013年6月17日

(65)【公開番号】特開2015-452(P2015-452A)

(43)【公開日】2015年1月5日

【審査請求日】2016年6月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105795

【弁理士】

【氏名又は名称】名塚 聡

(74)【代理人】

【識別番号】110001575

【氏名又は名称】リングループ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】堀 内 悠 平

(72)【発明者】

【氏名】久 保 田 哲 也

(72)【発明者】

【氏名】小 山 雅 隆

【審査官】 貞光 大樹

(56)【参考文献】

【文献】 実開平４−５１３１５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１２−２２３８７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２４９６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−５０３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３００２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１０５１１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−５０７４１（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】

基準軸線を持つ工具をロボットに装着して所定の作業を行う際の作業動作を調整するための作業動作調整システムであって、
前記ロボットが所定の姿勢にあるときの前記工具の基準軸線方向を測定するための工具軸線方向測定手段と、
前記所定の姿勢にある前記ロボットに前記作業動作を行わせた際の工具移動方向を測定するための工具移動方向測定手段と、
前記工具軸線方向測定手段により測定された前記基準軸線方向と、前記工具移動方向測定手段により測定された前記工具移動方向との関係を較正するための方向関係較正手段と、を備えた作業動作調整システム。

【請求項2】

前記工具移動方向測定手段は、前記所定の姿勢にある前記ロボットに前記作業動作を行わせた際の、前記工具または前記工具に代えて前記ロボットに装着された計測治具の移動軌跡または通過点に基づいて前記工具移動方向を測定するように構成されている、請求項１記載の作業動作調整システム。

【請求項3】

前記工具は、前記基準軸線に沿って前記工具を進退駆動するための工具動作装置を介して前記ロボットに装着されるものであり、
前記工具軸線方向測定手段は、前記工具動作装置に取り付けられた前記工具または計測治具を前記工具動作装置によって動作させた際の移動軌跡または通過点に基づいて前記基準軸線方向を測定するように構成されている、請求項１または２に記載の作業動作調整システム。

【請求項4】

前記工具軸線方向測定手段は、前記工具または計測治具を前記工具動作装置によって動作させた際の前記工具または計測治具の動きを仮想円筒で近似し、前記仮想円筒の中心軸線の方向を前記基準軸線方向として認定するように構成されている、請求項３記載の作業動作調整システム。

【請求項5】

前記工具軸線方向測定手段は、前記ロボットに短尺の計測治具を取り付けた場合の計測治具代表点と、前記ロボットに長尺の計測治具を取り付けた場合の計測治具代表点とに基づいて前記基準軸線を測定するように構成されている、請求項１または２に記載の作業動作調整システム。

【請求項6】

前記工具または前記工具に代えて前記ロボットに装着される計測治具は球体を含み、
前記工具軸線方向測定手段および前記工具移動方向測定手段の少なくとも一方は、前記球体の中心を代表点として測定するように構成されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の作業動作調整システム。

【請求項7】

前記工具または前記工具に代えて前記ロボットに装着される計測治具は針形状を有し、
前記工具軸線方向測定手段および前記工具移動方向測定手段の少なくとも一方は、前記針形状の先端を代表点として測定するように構成されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の作業動作調整システム。

【請求項8】

前記工具は、前記ロボットに対する前記工具の向きを修正するための修正機構を介して前記ロボットに装着されており、
前記方向関係較正手段は、前記修正機構を用いて前記ロボットに対する前記工具の向きを修正することにより前記基準軸線方向と前記工具移動方向との関係を較正するように構成されている、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の作業動作調整システム。

【請求項9】

前記方向関係較正手段は、前記ロボットの動作を修正することにより前記基準軸線方向と前記工具移動方向との関係を較正するように構成されている、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の作業動作調整システム。

【請求項10】

前記工具軸線方向測定手段および前記工具移動方向測定手段の少なくとも一方は、３次元計測器からの計測データを用いるように構成されている、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の作業動作調整システム。

【請求項11】

前記工具軸線方向測定手段および前記工具移動方向測定手段の少なくとも一方は、２次元計測器からの計測データを用いるように構成されている、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の作業動作調整システム。

【請求項12】

前記工具は、前記基準軸線を回転軸線として回転する回転工具である、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の作業動作調整システム。

【請求項13】

請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の作業動作調整システムと、
前記工具が装着されるロボットと、を備えたロボットシステム。

【請求項14】

基準軸線を持つ工具をロボットに装着して所定の作業を行う際の作業動作を調整するための作業動作調整方法であって、
前記ロボットが所定の姿勢にあるときの前記工具の基準軸線方向を測定する工具軸線方向測定工程と、
前記所定の姿勢にある前記ロボットに前記作業動作を行わせた際の工具移動方向を測定する工具移動方向測定工程と、
前記工具軸線方向測定工程により測定された前記基準軸線方向と、前記工具移動方向測定工程により測定された前記工具移動方向との関係を較正する方向関係較正工程と、を備えた作業動作調整方法。

【請求項15】

前記工具移動方向測定工程は、前記所定の姿勢にある前記ロボットに前記作業動作を行わせた際の、前記工具または前記工具に代えて前記ロボットに装着された計測治具の移動軌跡または通過点に基づいて前記工具移動方向を測定する、請求項１４記載の作業動作調整方法。

【請求項16】

前記工具は、前記基準軸線に沿って前記工具を進退駆動するための工具動作装置を介して前記ロボットに装着されるものであり、
前記工具軸線方向測定工程は、前記工具動作装置に取り付けられた前記工具または計測治具を前記工具動作装置によって動作させた際の移動軌跡または通過点に基づいて前記基準軸線方向を測定する、請求項１４または１５に記載の作業動作調整方法。

【請求項17】

前記工具軸線方向測定工程は、前記工具または計測治具を前記工具動作装置によって動作させた際の前記工具または計測治具の動きを仮想円筒で近似し、前記仮想円筒の中心軸線の方向を前記基準軸線方向として認定する、請求項１６記載の作業動作調整方法。

【請求項18】

前記工具軸線方向測定工程は、前記ロボットに短尺の計測治具を取り付けた場合の計測治具代表点と、前記ロボットに長尺の計測治具を取り付けた場合の計測治具代表点とに基づいて前記基準軸線を測定する、請求項１４または１５に記載の作業動作調整方法。

【請求項19】

前記工具は、前記ロボットに対する前記工具の向きを修正するための修正機構を介して前記ロボットに装着されており、
前記方向関係較正工程は、前記修正機構を用いて前記ロボットに対する前記工具の向きを修正することにより前記基準軸線方向と前記工具移動方向との関係を較正する、請求項１４乃至１８のいずれか一項に記載の作業動作調整方法。

【請求項20】

前記方向関係較正工程は、前記ロボットの動作を修正することにより前記基準軸線方向と前記工具移動方向との関係を較正する、請求項１４乃至１９のいずれか一項に記載の作業動作調整方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基準軸線を持つ工具をロボットに装着して所定の作業を行う際の作業動作を調整するための作業動作調整システム、同システムを備えたロボットシステム、および作業動作調整方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、回転軸線などの基準軸線を持つ工具を、前記基準軸線が前記ロボットに対して所定の位置関係となるようにロボットに装着し、穿孔作業などの所定の作業を実施する際に、工具の位置決めや穿孔動作などにロボットを利用する技術が用いられている。

【0003】

例えば、ロボットにドリルフィーダを装着し、このドリルフィーダによって進退駆動されるドリルを用いて穿孔作業を行う場合、ドリルフィーダによるドリル前進動作とロボットの動作とを組み合わせた作業動作によって穿孔作業を実施することがある。

【0004】

ところが、ドリルフィーダによるドリル前進動作方向、即ちドリルの回転軸線方向と、ロボットの動作方向とを正確に合わせておかないと、適切な穿孔作業を行えない場合がある。つまり、穿孔作業に際してはドリルのドリリング方向を、対象となるワークの表面に対して垂直な方向からアプローチしないと、ドリルを折損してしまう可能性がある。

【0005】

このような事態を未然に防ぐためには、上述したようにドリルフィーダによるドリル前進動作方向（回転軸線方向）とロボット動作方向とを正確に合わせておく必要があるが、ドリルフィーダもロボットも、組立誤差などの影響により設計通りの装着状態とはなっていない場合がある。

【0006】

このため、ドリル前進動作方向（回転軸線方向）とロボット動作方向とが正確に一致していない場合があり、このような状態で穿孔作業を行うと、ドリルに対して無理な力が加わり、上記の通りドリルを折損してしまう可能性がある。

【0007】

また、ドリルなどの工具が正確に装着されたロボットを現場に一式納入した後、周囲構造物などに工具を衝突させてしまった場合や、ロボットに装着していた工具を他の工具に交換したような場合には、ロボットへの工具の装着状態を改めて確認する必要がある。

【0008】

このとき、例えばドリルフィーダとドリルとを含む工具装置の全体を計測して装着状態を確認するような方法をとると、そのために必要となる計測装置が大掛かりになり、場合によっては現場に計測装置を持ち込むことができない。

【0009】

なお、ドリルフィーダを用いずにドリルをロボットに装着する場合もあるが、この場合でも、ドリルの基準軸線（即ち、回転軸線）がロボットに対して設計通りに配向されていないと、やはり穿孔作業時にドリルに無理な力が加わり、ドリルを折損してしまう可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開平８−１８５２１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、ロボットに装着された工具の基準軸線方向と、ロボットに所定の作業動作を行わせた際の工具移動方向との関係を、比較的簡単な計測機構を用いて較正することにより、所望の作業を支障なく行えるようにするための作業動作調整システム、同システムを備えたロボットシステム、および作業動作調整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】

【0012】

上記課題を解決するために、本発明は、基準軸線を持つ工具をロボットに装着して所定の作業を行う際の作業動作を調整するための作業動作調整システムであって、前記ロボットが所定の姿勢にあるときの前記工具の基準軸線方向を測定するための工具軸線方向測定手段と、前記所定の姿勢にある前記ロボットに前記作業動作を行わせた際の工具移動方向を測定するための工具移動方向測定手段と、前記工具軸線方向測定手段により測定された前記基準軸線方向と、前記工具移動方向測定手段により測定された前記工具移動方向との関係を較正するための方向関係較正手段と、を備えたことを特徴とする。

【0013】

また、好ましくは、前記工具移動方向測定手段は、前記所定の姿勢にある前記ロボットに前記作業動作を行わせた際の、前記工具または前記工具に代えて前記ロボットに装着された計測治具の移動軌跡または通過点に基づいて前記工具移動方向を測定するように構成されている。

【0014】

また、好ましくは、前記工具は、前記基準軸線に沿って前記工具を進退駆動するための工具動作装置を介して前記ロボットに装着されるものであり、前記工具軸線方向測定手段は、前記工具動作装置に取り付けられた前記工具または計測治具を前記工具動作装置によって動作させた際の移動軌跡または通過点に基づいて前記基準軸線方向を測定するように構成されている。

【0015】

また、好ましくは、前記工具軸線方向測定手段は、前記工具または計測治具を前記工具動作装置によって動作させた際の前記工具または計測治具の動きを仮想円筒で近似し、前記仮想円筒の中心軸線の方向を前記基準軸線方向として認定するように構成されている。

【0016】

また、好ましくは、前記工具軸線方向測定手段は、前記ロボットに短尺の計測治具を取り付けた場合の計測治具代表点と、前記ロボットに長尺の計測治具を取り付けた場合の計測治具代表点とに基づいて前記基準軸線を測定するように構成されている。

【0017】

また、好ましくは、前記工具または前記工具に代えて前記ロボットに装着される計測治具は球体を含み、前記工具軸線方向測定手段および前記工具移動方向測定手段の少なくとも一方は、前記球体の中心を代表点として測定するように構成されている。

【0018】

また、好ましくは、前記工具または前記工具に代えて前記ロボットに装着される計測治具は針形状を有し、前記工具軸線方向測定手段および前記工具移動方向測定手段の少なくとも一方は、前記針形状の先端を代表点として測定するように構成されている。

【0019】

また、好ましくは、前記工具は、前記ロボットに対する前記工具の向きを修正するための修正機構を介して前記ロボットに装着されており、前記方向関係較正手段は、前記修正機構を用いて前記ロボットに対する前記工具の向きを修正することにより前記基準軸線方向と前記工具移動方向との関係を較正するように構成されている。

【0020】

また、好ましくは、前記方向関係較正手段は、前記ロボットの動作を修正することにより前記基準軸線方向と前記工具移動方向との関係を較正するように構成されている。

【0021】

また、好ましくは、前記工具軸線方向測定手段および前記工具移動方向測定手段の少なくとも一方は、３次元計測器からの計測データを用いるように構成されている。

【0022】

また、好ましくは、前記工具軸線方向測定手段および前記工具移動方向測定手段の少なくとも一方は、２次元計測器からの計測データを用いるように構成されている。

【0023】

また、好ましくは、前記工具は、前記基準軸線を回転軸線として回転する回転工具である。

【0024】

上記課題を解決するために、本発明によるロボットシステムは、上記いずれかの作業動作調整システムと、前記工具が装着されるロボットと、を備えたことを特徴とする。

【0025】

上記課題を解決するために、本発明は、基準軸線を持つ工具をロボットに装着して所定の作業を行う際の作業動作を調整するための作業動作調整方法であって、前記ロボットが所定の姿勢にあるときの前記工具の基準軸線方向を測定する工具軸線方向測定工程と、前記所定の姿勢にある前記ロボットに前記作業動作を行わせた際の工具移動方向を測定する工具移動方向測定工程と、前記工具軸線方向測定手段により測定された前記基準軸線方向と、前記工具移動方向測定手段により測定された前記工具移動方向との関係を較正する方向関係較正工程と、を備えたことを特徴とする。

【0026】

また、好ましくは、前記工具移動方向測定工程は、前記所定の姿勢にある前記ロボットに前記作業動作を行わせた際の、前記工具または前記工具に代えて前記ロボットに装着された計測治具の移動軌跡または通過点に基づいて前記工具移動方向を測定する。

【0027】

また、好ましくは、前記工具は、前記基準軸線に沿って前記工具を進退駆動するための工具動作装置を介して前記ロボットに装着されるものであり、前記工具軸線方向測定工程は、前記工具動作装置に取り付けられた前記工具または計測治具を前記工具動作装置によって動作させた際の移動軌跡または通過点に基づいて前記基準軸線方向を測定する。

【0028】

また、好ましくは、前記工具軸線方向測定工程は、前記工具または計測治具を前記工具動作装置によって動作させた際の前記工具または計測治具の動きを仮想円筒で近似し、前記仮想円筒の中心軸線の方向を前記基準軸線方向として認定する。

【0029】

また、好ましくは、前記工具軸線方向測定工程は、前記ロボットに短尺の計測治具を取り付けた場合の計測治具代表点と、前記ロボットに長尺の計測治具を取り付けた場合の計測治具代表点とに基づいて前記基準軸線を測定する。

【0030】

また、好ましくは、前記工具は、前記ロボットに対する前記工具の向きを修正するための修正機構を介して前記ロボットに装着されており、前記方向関係較正工程は、前記修正機構を用いて前記ロボットに対する前記工具の向きを修正することにより前記基準軸線方向と前記工具移動方向との関係を較正する。

【0031】

また、好ましくは、前記方向関係較正工程は、前記ロボットの動作を修正することにより前記基準軸線方向と前記工具移動方向との関係を較正する。

【発明の効果】

【0032】

上記構成を備えた本発明によれば、ロボットに装着された工具の基準軸線方向と、ロボットに所定の作業動作を行わせた際の工具移動方向との関係を、比較的簡単な計測機構を用いて較正することにより、所望の作業を支障なく行うことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】本発明の一実施形態による作業動作調整システムの概略構成を、ロボットおよび工具装置と共に示した模式図。

【図2】図１に示した作業動作調整システムによって作業動作が調整されるロボットおよび工具装置を説明するための模式図。

【図3】図１に示した作業動作調整システムにおける計測方法を説明するための模式図。

【図4】図１に示した作業動作調整システムにおける計測方法を説明するための他の模式図。

【図5】図１に示した実施形態の一変形例による作業動作調整システムにおける計測方法を説明するための模式図。

【図6】図１に示した実施形態の他の変形例による作業動作調整システムにおける計測方法を説明するための模式図。

【図7】図１に示した実施形態の他の変形例による作業動作調整システムにおける計測方法を説明するための模式図。

【図8】図７に示した作業動作調整システムにおける計測方法を説明するための模式図。

【図9】図７に示した作業動作調整システムにおける計測方法を説明するための他の模式図。

【図10】図１に示した実施形態の他の変形例による作業動作調整システムにおける計測方法を説明するための模式図。

【発明を実施するための形態】

【0034】

以下、本発明の一実施形態による作業動作調整システム、同システムを備えたロボットシステム、および作業動作調整方法について図面を参照して説明する。

【0035】

図１に示したように、本実施形態による作業動作調整システム１は、回転軸線（基準軸線）２を持つ回転工具であるドリル（工具）３を、ドリルフィーダ（工具動作装置）４を介してロボット５に装着して所定の作業を行う際の作業動作を調整するためのシステムである。

【0036】

本実施形態による作業動作調整システム１は、ロボット５が所定の姿勢にあるときのドリル３の回転軸線（基準軸線）２の方向（基準軸線方向）を測定するための工具軸線方向測定手段６を有する。

【0037】

また、作業動作調整システム１は、所定の姿勢にあるロボット５に作業動作を行わせた際のドリル（工具）３の移動方向（工具移動方向）を測定するための工具移動方向測定手段７を有する。

【0038】

さらに、作業動作調整システム１は、工具軸線方向測定手段６により測定された基準軸線方向と、工具移動方向測定手段７により測定された工具移動方向との関係を較正するための方向関係較正手段８を有する。

【0039】

工具軸線方向測定手段６、工具移動方向測定手段７、および方向関係較正手段８は、すべて、記憶手段９に接続されている。記憶手段９には、３次元計測器１０からの計測データが送信され、ここに記憶される。

【0040】

図２に示したように、ドリル（工具）３は、回転軸線（基準軸線）２に沿ってドリルフィーダ（工具動作装置）４により進退駆動される。即ち、ドリル３は、回転軸線周りに回転しながら、回転軸線２に沿って進退駆動される。

【0041】

工具軸線方向測定手段６は、ドリルフィーダ４に取り付けられたドリル３またはダミーの計測治具をドリルフィーダ４によって動作させた際（即ち、ドリリングする際）の移動軌跡または通過点に基づいて基準軸線方向を測定するように構成されている。

【0042】

工具移動方向測定手段７は、所定の姿勢にあるロボット５に所定の作業動作を行わせた際のドリル３または計測治具１１の移動軌跡または通過点に基づいて工具移動方向を測定するように構成されている。

【0043】

具体的には、図３および図４に示したように、ドリルフィーダ４に、工具としてのドリル３に代えてダミードリル（計測治具）１１を取り付ける。このダミードリル１１の先端には球体１２が設けられている。また、事前にロボットフランジ座標系と計測器座標系との姿勢関係を導出しておく。

【0044】

そして、ダミードリル１１によるドリリング動作を開始するときのロボット５の姿勢（各軸値）を記憶部９に保存しておき、後の作業でロボット動作方向ベクトルを計測する際に、記憶部９に保存されたロボット５の姿勢に基づいてロボット５の開始姿勢を合わせる。

【0045】

次に、ドリルフィーダ４を駆動して、ダミードリル１１を回転させながら前進させて、ドリリング動作を行う。このときのダミードリル先端の球体１２の中心を代表点として、その移動軌跡または通過点を、３次元計測器１０によって測定して、その測定データを記憶部９に記憶させる。球体１２の中心を代表点とすることにより、ダミードリル１１を回転させても同じ点を認識することが可能となる。

【0046】

工具軸線方向測定手段６は、記憶部９に保存されたダミードリル先端の球体１２の中心（代表点）の移動軌跡または通過点の測定データに基づいて、ドリリング動作方向ベクトル（s(Xdi, Ydi, Zdi)）を算出する。ここで、ドリリング動作方向ベクトルの方向は、ドリル３の回転軸線（基準軸線）２の方向と一致している。

【0047】

次に、記憶部９に記憶されたロボット５の開始姿勢（各軸値）を動作開始点として、ロボット５の工具姿勢が想定しているドリリング方向にロボット５を動作させる。このときのダミードリル先端の球体１２の中心（代表点）の移動軌跡または通過点を、３次元計測器１０によって測定して、その測定データを記憶部９に記憶させる。

【0048】

工具移動方向測定手段７は、記憶部９に保存されたダミードリル先端の球体１２の中心（代表点）の移動軌跡または通過点の測定データに基づいて、ロボット動作方向ベクトル（s(Xti, Yti, Zti)）を算出する。ここで、ロボット動作方向ベクトルの方向は、ロボット５と一体に移動するダミードリル１１の移動方向、即ちドリル３の移動方向と一致している。

【0049】

さらに、工具軸線方向測定手段６および工具移動方向測定手段７は、それぞれの計測で得られたドリリング動作方向ベクトルおよびロボット動作方向ベクトルから、ロボットフランジ座標系表現での各動作方向ベクトルを導き出す（下記式ａ１、ａ２）。

【0050】

btXd = btRs_33 * s(Xdi, Ydi, Zdi) ・・・式ａ１
btXt = btRs_33 * s(Xti, Yti, Zti) ・・・式ａ２
ここで、「*」は、行列とベクトルの積を表す。

【0051】

s(Xdi, Ydi, Zdi)：計測器座標系から見たドリリング動作方向ベクトル（ｉは計測番号）
s(Xti, Yti, Zti)：計測器座標系から見たロボット動作方向ベクトル（ｉは計測番号）
btRs_33：ロボットフランジ座標系から見た計測器座標系の回転行列
btXd：ロボットフランジ座標系から見たドリリング動作方向ベクトル
btXt：ロボットフランジ座標系から見たロボット動作方向ベクトル
ドリリング動作方向とロボット動作方向を仮にそれぞれ動作Ｚ方向とし、ロボットフランジ座標系のＸ軸方向との外積からＹ方向を求め、求めたＹ方向とＺ方向の外積からＸ方向を導き出し、正規化する。

【0052】

btRd_33：上記正規化して作成したドリリング動作方向をＺ方向とした座標系
btRt_33：上記正規化して作成したロボット動作方向をＺ方向とした座標系
なお、上記の説明では、動作方向をＺとした座標系を作成したが、表現方法はＸ、Ｙでも良い。

【0053】

また、動作Ｚ方向がロボットフランジ座標系のＸ軸方向とほぼ一致する場合は、Ｙ軸方向を用いて、外積からＸ方向を求めることができる。

【0054】

また、本実施形態は、動作方向のみを合わせるものなので、座標系は仮に設定するだけで良い。

【0055】

次に、方向関係較正手段８によって、ドリリング動作方向にロボット動作方向を合わせる。

【0056】

dRt_33 = inv(btRd_33) * btRt_33 ・・・式ａ３
ここで、「inv」は逆行列を表す。

【0057】

一方、ロボット動作方向にドリルフィーダ４のドリリング動作方向を合わせる場合は、下記式ａ４による。

【0058】

tRd_33 = inv(btRt_33) * btRd_33 ・・・式ａ４
式ａ３でdRt_33の座標変換行列（回転行列）が求まったので、動作時のロボット工具姿勢値にズレ量の回転成分を足し込むことで、ドリリング動作方向にロボット動作方向を合わせることができる。

【0059】

なお、本実施形態においては、方向関係較正手段８によって、式ａ４のロボット動作方向にドリリング動作方向を合わせる場合も同様で、例えばドリルフィーダ４に２軸もしくは３軸の回転機構（修正機構）が付いている場合、ドリル３側をロボット５に合わせてズレ量を調整しても良い。

【0060】

また、上記実施形態においては、先端に球体１２を備えたダミードリル（計測治具）１１を用いているが、これに代えて、針形状を有するドリルまたはダミードリルを用いて、針形状の先端を代表点として測定することもできる。或いは、ダミーのドリルでなくても、例えばボールエンドミルのような形状で、球体形状の中心位置や先端位置を計測できるならば、そのまま用いても良い。

【0061】

以上述べたように本実施形態によれば、ロボット５に装着されたドリル（工具）３の基準軸線方向と、ロボット５に所定の作業動作を行わせた際の工具移動方向との関係を、比較的簡単な計測機構を用いて較正することにより、ワークの穿孔作業などの所望の作業を支障なく行うことができるようになる。

【0062】

また、本実施形態においては、ロボット５にドリルフィーダ４を取り付けたまま計測を行えるので、両者間の取付け誤差の影響も含んだ形で、ドリリング動作方向（即ちドリルの回転軸線方向）とロボット動作方向とを正確に合わせることができる。

【0063】

また、本実施形態においては、ドリルフィーダ４とドリル３とを含む工具装置の全体を計測する必要がなく、ダミードリル先端の球体１２もしくは針形状部の動作のみを検出できれば良いので、小型の３次元計測器１０を用いることができる。このため、現場での作業や再計測も、大掛かりな計測装置を用いる場合に比べて容易となる。

【0064】

また、本実施形態においては、３次元計測器１０を用いることで、ロボット５を操作できる作業者であれば、安定して一定の精度で計測を行うことができる。

【0065】

次に、上記実施形態の一変形例について、図５を参照して説明する。

【0066】

本変形例においては、工具軸線方向測定手段６は、ドリル（工具）３またはダミードリル（計測治具）１１をドリルフィーダ（工具動作装置）４によって動作させた際のドリル３またはダミードリル１１の代表点の動きを仮想円筒で近似し、この仮想円筒の中心軸線１３の方向を基準軸線方向として認定するように構成されている。

【0067】

本変形例は、ドリリング時のドリル３の代表点の軌跡が、偏心によって渦（螺旋）を描くような場合に適している。

【0068】

上述した実施形態（図３、図４）では、代表点の移動軌跡または通過点からドリリング動作方向ベクトルを算出した。これに対して本変形例では、代表点の移動軌跡が偏心により渦を描くような場合に、代表点の移動軌跡または通過点の情報から、最小二乗法を用いて線形近似することで、回転軸線２のベクトルs(Xdi, Ydi, Zdi)を算出することができる。

【0069】

それ以外の手順は、上述した実施形態（図３、図４）と同様である。

【0070】

このように本変形例によれば、ドリル（工具）３が偏心している場合でも、ドリリング動作方向（即ち、ドリルの回転軸線方向）を導き出すことができる。

【0071】

次に、上記実施形態の他の変形例について、図６を参照して説明する。

【0072】

本変形例は、ドリルフィーダ４を備えておらず、ドリル回転駆動部１４を介してドリル（工具）３がロボット５に装着される場合でも適用可能である。なお、本変形例においても、事前にロボットフランジ座標系と計測器座標系の姿勢関係を導き出しておく。

【0073】

本変形例においても、工具としてのドリル３に代えて、球体１２をその先端に備えたダミードリルをロボットに装着するが、ダミードリルとして、短尺のダミードリル１５と長尺のダミードリル１６の２本を用意する。そして、短尺のダミードリル１５を取り付けた状態と、長尺のダミードリル１６を取り付けた状態とのそれぞれにおいて計測を行う。

【0074】

次に、短尺のダミードリル１５の代表点と長尺のダミードリル１６の代表点とからドリルの基準軸線方向を測定すると共に、ロボット５を動作させてロボット動作方向を測定する。そして、ドリルの基準軸線方向とロボット動作方向とのズレ量を補正量として、ロボット動作方向に足しこむ。

【0075】

なお、上述した実施形態（図３、図４）では代表点の移動軌跡または通過点からドリリング動作方向ベクトルを算出したが、ドリルフィーダ４がない場合にはこの方法が適用できない。これに対して本変形例によれば、長短のダミードリル１５、１６の代表点から、ドリリングの方向ベクトルを測定することができる。

【0076】

次に、上述した実施形態の他の変形例について図７乃至図９を参照して説明する。

【0077】

上述した実施形態および変形例においては、３次元計測器１０を用いる場合を述べたが、本変形例では、２次元計測器（投影型計測器）１７を用いる場合について説明する。

【0078】

本変形例においては、さらに、ドリリング動作時とロボット動作時の移動前後の距離を取得できるものとする。なお、ドリルフィーダ４がない場合には、長短のダミードリル１５、１６の長さの差分が分かるものとする。

【0079】

本変形例では、ＸＹ平面座標で計測すると仮定する。

【0080】

そして、ダミードリル１１によるドリリング動作を開始するときのロボット５の姿勢（各軸値）を記憶部９に保存しておき、後の作業でロボット動作方向ベクトルを計測する際に、記憶部９に保存されたロボット５の姿勢に基づいてロボット５の開始姿勢を合わせる。

【0081】

次に、ドリリング動作開始時のダミードリル１１の球体１２の中心（代表点）の位置を測定して記憶部９に記憶させる（s(Xd1, Yd1)）。

【0082】

続いて、ドリルフィーダ４を駆動して、ダミードリル１１を回転させながら前進させて、ドリリング動作を行う。そして、ドリリング動作終了時のダミードリル１１の球体１２の中心（代表点）の位置を記憶部９に記憶させる（s(Xd2, Yd2）。

【0083】

また、本変形例においては、別途、ドリリング動作距離を取得する（Ldxyz）。

【0084】

次に、記憶部９に保存されたロボット５の開始姿勢（各軸値）を動作開始点として、ロボット動作開始時のダミードリル１１の球体１２の中心（代表点）の位置を記憶部９に記憶させる（s(Xt1, Yt1)）。

【0085】

次に、距離Ltxyz分だけロボット５を動作させる。そして、ロボット動作終了時のダミードリル１１の球体１２の中心（代表点）の位置を記憶部９に記憶させる（s(Xt2, Yt2)）。

【0086】

次に、２次元平面内のそれぞれの計測で得られた動作開始点、動作終了点から、２次元の動作方向ベクトルを導き出す（下記式ｄ１、ｄ２）。

【0087】

Ldxy = |s(Xd2, Yd2) - s(Xd1, Yd1)| ・・・式ｄ１
Ltxy = |s(Xt2, Yt2) - s(Xt1, Yt1)| ・・・式ｄ２
ここで、「||」は距離を表す。

【0088】

Ldxy：ＸＹ平面に投影したドリリング動作開始点から終了点までの距離
Ltxy：ＸＹ平面に投影したロボット動作開始点から終了点までの距離
また、ドリリング動作とロボット動作の開始点から終了点までの距離より、下記式ｄ３、ｄ４が成立する。

【0089】

θd = ACOS(Ldxy/Ldxyz) ・・・式ｄ３
θt = ACOS(Ltxy/Ltxyz) ・・・式ｄ４
ここで、「ACOS」は逆余弦を表す。

【0090】

θd：ドリリング動作の動作ベクトルとＸＹ平面に投影した動作ベクトルのなす角
θt：ロボット動作の動作ベクトルとＸＹ平面に投影した動作ベクトルのなす角
ドリリング動作時とロボット動作時の開始点を合わせておけば、多くても２種類の工具方向ベクトルが導き出される（計測平面上を動作した場合は１種類）。

【0091】

この計測を、姿勢を変えて計測または目視による確認から、どの方向に動作しているかを導き出すことができる。また、開始点はドリリング動作時もロボット動作時も同じ位置でかつ相対移動が分かれば良いので、その情報を用いて、開始点からそれぞれ相対移動したＺ位置を導き出すことができる（下記式ｄ５、ｄ６）。

【0092】

Zdi = Zd2 - Zd1 = Ldxyz * SINθd ・・・式ｄ５
Zti = Zt2 - Zt1 = Ltxyz * SINθt ・・・式ｄ６
上記より、ドリリングの動作方向ベクトルs(Xdi, Ydi, Zdi)とロボットの動作方向ベクトルs(Xti, Yti, Zti)が得られるので、それ以外は上記実施形態および変形例と同様に行うことができる。

【0093】

図９に、投影型計測器（２次元計測器）１７を用いた場合の実施例を示す。Ｚ位置を導き出す際には、投影型計測器１７の座標系平面に対して、できる限り斜め方向に動作させることにより、動作方向と座標系平面とのなす角度が大きくなるので、導出精度が向上する。

【0094】

次に、上記実施形態の他の変形例について、図１０を参照して説明する。

【0095】

図７乃至図９に示した上述の変形例では、２次元座標系で移動前後を計測できる場合について述べたが、本変形例では、例えばＣＣＤカメラ１８のような２次元計測器による２次元平面を用いた場合について述べる。

【0096】

前提条件として、ドリリング動作とロボット動作の移動前の位置を合わせる。

【0097】

本変形例では、ＸＹ平面座標で計測すると仮定する。

【0098】

そして、ダミードリル１１によるドリリング動作を開始するときのロボット５の姿勢（各軸値）を記憶部９に保存しておき、後の作業でロボット動作方向ベクトルを計測する際に、記憶部９に保存されたロボット５の姿勢に基づいてロボット５の開始姿勢を合わせる。

【0099】

次に、ドリルフィーダ４を駆動して、ダミードリル１１を回転させながら前進させて、ドリリング動作を行い、２次元平面にダミードリル１１の球体１２の中心（代表点）の位置を移動させる。そして、２次元平面上でのダミードリル１１の球体１２の中心（代表点）の位置を記憶部９に記憶させる（s(Xd, Yd)）。

【0100】

次に、前述のドリリング動作時に保存したロボット５の開始姿勢（各軸値）を動作開始点として、ロボット５を動作させ、２次元平面にダミードリル１１の球体１２の中心（代表点）の位置を移動させる。そして、２次元平面上でのダミードリル１１の球体１２の中心（代表点）の位置を記憶部９に記憶させる（s(Xt, Yt)）。

【0101】

上記計測により取得したドリリング動作時の２次元平面上の位置s(Xd, Yd)にロボット５の動作方向が合うように姿勢を調整し、繰り返しロボット５を動作させ、下記のように値が一致するまで行う。

【0102】

s(Xd, Yd) = s(Xt, Yt) ・・・式ｅ１
式ｅ１の通り値が一致したとき、ドリリング方向とロボット動作方向が一致したと言える。

【符号の説明】

【0103】

１ 作業動作調整システム
２ 回転軸線（基準軸線）
３ ドリル（工具）
４ ドリルフィーダ（工具動作装置）
５ ロボット
６ 工具軸線方向測定手段
７ 工具移動方向測定手段
８ 方向関係較正手段
９ 記憶手段
１０ ３次元計測器
１１ ダミードリル（計測治具）
１２ 球体
１３ 仮想円筒の中心軸線
１４ ドリル回転駆動部
１５ 短尺のダミードリル
１６ 長尺のダミードリル
１７ 投影型計測器（２次元計測器）
１８ ＣＣＤカメラ（２次元計測器）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】