特開 2022-175398 ロボットアーム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022175398

(43)【公開日】2022-11-25

(54)【発明の名称】ロボットアーム

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/10 20060101AFI20221117BHJP

【ＦＩ】

B25J9/10 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021081755

(22)【出願日】2021-05-13

(71)【出願人】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003166

【氏名又は名称】弁理士法人山王内外特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中村 圭

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707BS10

3C707KS21

3C707KS35

3C707KX10

3C707LT17

3C707LW03

3C707MT08

(57)【要約】

【課題】従来に対してより柔軟にエンコーダの初期化を可能とする。
【解決手段】回動可能に接続された２つのアーム１と、２つのアーム１間の角度を計測するエンコーダ２と、２つのアーム１に設けられ、当該２つのアーム１の姿勢を複数の校正姿勢に遷移可能とする目印である表示部３と、エンコーダ２の初期化で用いられるオフセット量を取得するオフセット量取得部４０１と、２つのアーム１の姿勢が何れかの校正姿勢に遷移された後、オフセット量取得部４０１により取得されたオフセット量に基づいて、エンコーダ２の初期化を行う初期化部４０２とを備えた。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回動可能に接続された２つのアームと、
前記２つのアーム間の角度を計測するエンコーダと、
前記２つのアームに設けられ、当該２つのアームの姿勢を複数の校正姿勢に遷移可能とする目印である表示部と、
前記エンコーダの初期化で用いられるオフセット量を取得するオフセット量取得部と、
前記２つのアームの姿勢が前記校正姿勢のうちの何れかの校正姿勢に遷移された後、前記オフセット量取得部により取得されたオフセット量に基づいて、前記エンコーダの初期化を行う初期化部と
を備えたロボットアーム。

【請求項2】

直列に接続された３つ以上のアームを備え、
前記２つのアームに対する前記校正姿勢の数は、先端側の方が根元側に対して少ない
ことを特徴とする請求項１記載のロボットアーム。

【請求項3】

前記校正姿勢毎にオフセット量を記憶する記憶部と、
前記２つのアーム間でのトルクを取得するトルク取得部と、
前記トルク取得部により取得されたトルクに基づいて、前記校正姿勢のうちの何れの校正姿勢が選択されたかを判定する判定部と、
前記判定部による判定結果に基づいて、前記２つのアームの姿勢を、選択された校正姿勢に遷移させる遷移部とを備え、
前記オフセット量取得部は、前記遷移部により前記２つのアームの姿勢が校正姿勢に遷移された後、当該校正姿勢に対応するオフセット量を、前記記憶部から読出すことで取得する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のロボットアーム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、２つのアーム間の角度を計測するエンコーダの初期化が可能なロボットアームに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ロボットアームが有する２つのアーム間の角度を計測するエンコーダの初期化を行う際、当該２つのアームの姿勢を、校正点を位置合わせ用の基準点に合わせることで、予め規定された校正姿勢とする方法が知られている（例えば特許文献１参照）。この従来のエンコーダの初期化方法では、校正点及び基準点は１対１の関係にあり、校正姿勢は１つである。例えば、校正姿勢としては、上記２つのアームが一直線状となるような姿勢が挙げられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平６－２７００８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、上記のように、従来のエンコーダの初期化方法では、校正姿勢が１つとされている。一方、ロボットアームでは、その設置環境によっては、障害物の存在等によって、上記２つのアームの姿勢を上記校正姿勢とすることができない場合があり得る。

【0005】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、従来に対してより柔軟にエンコーダの初期化が可能なロボットアームを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この発明に係るロボットアームは、回動可能に接続された２つのアームと、２つのアーム間の角度を計測するエンコーダと、２つのアームに設けられ、当該２つのアームの姿勢を複数の校正姿勢に遷移可能とする目印である表示部と、エンコーダの初期化で用いられるオフセット量を取得するオフセット量取得部と、２つのアームの姿勢が校正姿勢のうちの何れかの校正姿勢に遷移された後、オフセット量取得部により取得されたオフセット量に基づいて、エンコーダの初期化を行う初期化部とを備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

この発明によれば、上記のように構成したので、従来に対してより柔軟にエンコーダの初期化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１に係るロボットアームの構成例を示す図である。

【図2】実施の形態１に係るロボットアームが有する２つのアームに対する校正姿勢の一例を示す図である。

【図3】実施の形態１に係る校正装置の構成例を示す図である。

【図4】実施の形態１に係るロボットアームで用いられるオフセット量を説明するための図である。

【図5】実施の形態１に係る校正装置の動作例を示すフローチャートである。

【図6】実施の形態１に係るロボットアームの全体構成例を示す図である。

【図7】実施の形態２に係るロボットアームの構成例を示す図である。

【図8】実施の形態２に係る校正装置の構成例を示す図である。

【図9】実施の形態２に係る校正装置の動作例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係るロボットアームの構成例を示す図である。
ロボットアームは、直列に接続された複数のアーム１を有する。図１では、ロボットアームが有するアーム１のうち、回動可能に接続された２つのアーム１（アーム（第１アーム）１ａ及びアーム（第２アーム）１ｂ）部分のみを図示している。図１では、アーム１ｂは、端部がアーム１ａの端部に回動可能に接続されている。

【0010】

このアーム１ａとアーム１ｂとの間の関節部分には、エンコーダ２が設けられている。エンコーダ２は、アーム１ａとアーム１ｂとの間の角度を計測する。

【0011】

また、アーム１ａ及びアーム１ｂには、表示部３が設けられている。表示部３は、アーム１ａ及びアーム１ｂの姿勢を複数の校正姿勢に遷移可能とする目印である。表示部３は、表示点（第１表示点）３０１及び表示点（第２表示点）３０２を有している。表示点３０１及び表示点３０２は、１対複数の関係となっている。
例えば、図１に示すように、アーム１ａに１つの表示点３０１が表示され、アーム１ｂ（より具体的にはアーム１ｂと一体になって回動する関節部分）に複数の表示点３０２が表示される。そして、表示点３０１の位置と任意の表示点３０２の位置とが合わせられることで、アーム１ａ及びアーム１ｂの姿勢が任意の校正姿勢に遷移される。

【0012】

なお、上記複数の表示点３０２のうちの１つの表示点３０２は代表表示点として設定され、表示点３０１の位置と当該代表表示点の位置とが合わせられることで遷移される校正姿勢は代表校正姿勢として設定される。

【0013】

図１では、アーム１ａに１つの表示点３０１が表示され、アーム１ｂに３つの表示点３０２が表示されている。
そして、例えば、図１に示す表示点３０１の位置と１番上の表示点３０２の位置とが合わせられることで、アーム１ａ及びアーム１ｂの姿勢が図２の符号２１に示す校正姿勢に遷移される。また、例えば、図１に示す表示点３０１の位置と真ん中の表示点３０２の位置とが合わせられることで、アーム１ａ及びアーム１ｂの姿勢が図２の符号２２に示す校正姿勢に遷移される。また、例えば、図１に示す表示点３０１の位置と１番下の表示点３０２の位置とが合わせられることで、アーム１ａ及びアーム１ｂの姿勢が図２の符号２３に示す校正姿勢に遷移される。

【0014】

なお図１では、アーム１ａに１つの表示点３０１が表示され、アーム１ｂに複数の表示点３０２が表示された場合を示した。しかしながら、これに限らず、アーム１ａに複数の表示点３０１が表示され、アーム１ｂに１つの表示点３０２が表示されていてもよい。
この場合、上記複数の表示点３０１のうちの１つの表示点３０１は代表表示点として設定され、当該代表表示点の位置と表示点３０２の位置とが合わせられることで遷移される校正姿勢は代表校正姿勢として設定される。

【0015】

また、ロボットアームには、校正装置４が設けられている。校正装置４は、ロボットアームに設けられたエンコーダ２の初期化を行うための装置である。この校正装置４は、図３に示すように、オフセット量取得部４０１及び初期化部４０２を有している。

【0016】

なお、校正装置４は、システムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等により実現される。

【0017】

オフセット量取得部４０１は、エンコーダ２の初期化で用いられるオフセット量を取得する。オフセット量は、上記校正姿勢毎に設定される。ここで、上記校正姿勢のうち、代表校正姿勢に対するオフセット量は０に設定され、その他の校正姿勢に対するオフセット量は、当該校正姿勢の代表校正姿勢に対する角度差に応じた値に設定される。
また、実施の形態１では、オフセット量取得部４０１は、作業者による入力端末（不図示）を介したオフセット量の入力を受付けることで、当該オフセット量を取得する。

【0018】

例えば図４では、アーム１ｂに設けられた表示点３０２のうちの１番上の表示点３０２が代表表示点として設定され、表示点３０１の位置が当該１番上の表示点３０２の位置に合わせられた際の校正姿勢が代表校正姿勢として設定されている。そして、この場合、この代表校正姿勢に対するオフセット量は０に設定される。
また、表示点３０１の位置が真ん中の表示点３０２の位置に合わせられた際の校正姿勢に対するオフセット量は、代表校正姿勢と当該校正姿勢との角度差（１番上の表示点３０２と真ん中の表示点３０２との角度差）に応じた値（図４に示すΔ１）に設定される。
また、表示点３０１の位置が１番下の表示点３０２の位置に合わせられた際の校正姿勢に対するオフセット量は、代表校正姿勢と当該校正姿勢との角度差（１番上の表示点３０２と１番下の表示点３０２との角度差）に応じた値（図４に示すΔ２）に設定される。

【0019】

初期化部４０２は、アーム１ａ及びアーム１ｂの姿勢が上記校正姿勢のうちの何れかの校正姿勢に遷移された後、オフセット量取得部４０１により取得されたオフセット量に基づいて、エンコーダ２の初期化を行う。この際、初期化部４０２は、エンコーダ２の初期化を行う際に、角度に対してオフセット量を加算する。初期化部４０２によるエンコーダ２の初期化方法は、オフセット量が加算される点以外は、従来のエンコーダの初期化方法と同様である。
なお、実施の形態１では、アーム１ａ及びアーム１ｂの校正姿勢への遷移は、作業者が手動で行うことを想定している。

【0020】

次に、図１，３に示す実施の形態１に係る校正装置４の動作例について、図５を参照しながら説明する。

【0021】

この場合、まず、作業者は、アーム１ａ及びアーム１ｂに対して設定された複数の校正姿勢のうちの１つの校正姿勢を選択し、アーム１ｂを移動させる。ここで、例えば図１，２では、アーム１ａ及びアーム１ｂに対する校正姿勢として、３つの校正姿勢が設定されている。この場合、作業者は、この３つの校正姿勢の中から１つの校正姿勢を選択する。この際、作業者は、ロボットアームの設置環境等を考慮し、障害物等に干渉することがない校正姿勢を選択する。これにより、アーム１ａ及びアーム１ｂの姿勢が校正姿勢に遷移される。
次いで、作業者は、選択した校正姿勢に対応するオフセット量を、入力端末を介して入力する。

【0022】

次いで、図５に示すように、オフセット量取得部４０１は、作業者による入力を受付けることで、オフセット量を取得する（ステップＳＴ５０１）。

【0023】

次いで、初期化部４０２は、オフセット量取得部４０１により取得されたオフセット量に基づいて、エンコーダ２の初期化を行う（ステップＳＴ５０２）。この際、初期化部４０２は、エンコーダ２の初期化を行う際に、角度に対してオフセット量を加算する。

【0024】

なお上記では、ロボットアームが有するアーム１のうちの２つのアーム１（アーム１ａ及びアーム１ｂ）間でのエンコーダ２の初期化作業について説明を行った。一方、ロボットアームが複数のエンコーダ２を有する場合、全てのエンコーダ２に対して上記と同様の作業を繰り返す。

【0025】

ここで、従来では、校正点及び基準点が１対１の関係となっており、すなわち校正姿勢は１つに制限されている。一方、ロボットアームは、一般的に動作範囲が広く、また、組立工程のような多様な対象物を扱う条件でも使用される。そのため、基本的に動作範囲が広いとしても、障害物の存在等により、動作可能な範囲が制約される。よって、ロボットアームでは、その設置環境等によっては、上記校正姿勢とすることができない場合があり、利便性に支障が生じる。

【0026】

そこで、実施の形態１に係るロボットアームでは、表示点３０１及び表示点３０２を１対複数の関係とし、すなわち校正姿勢を複数の中から選択可能としている。また、校正姿勢毎にエンコーダ２の初期化に対するオフセット量が設定されている。これにより、作業者は、ロボットアームの設定環境等に応じて任意の１つの校正姿勢を選択可能であり、エンコーダ２の初期化がより柔軟に実施可能となり、利便性が向上する。

【0027】

なお、図６に示すように、ロボットアームが３つ以上のアーム１を有する場合、上記２つのアーム１に対する校正姿勢の数は、先端側の方が根元側に対して少なくなるように設定されている方がよい。これにより、ロボットアームは、予め設定するオフセット数が全て同じである条件と比較した場合に、障害物を回避できる確率を高くできる配分になるとともに、コスト及び誤りの低減が可能となる。すなわち、図６の例では、ロボットアームのうちの根元側については校正姿勢の数を多くすることで、ロボットアーム全体の姿勢を多彩な姿勢とすることが可能となる。一方、ロボットアームのうちの先端側については校正姿勢の数を多くしても、根元側の場合に対し、ロボットアーム全体への影響は少ない。よって、ロボットアーム全体への影響が少ない部分については校正姿勢の数を減らすことで、エンコーダ２の初期化をより柔軟に行うという点は維持しつつ、コストを低減でき、また、校正姿勢の選択肢を削減することで作業者による誤りを低減可能となる。

【0028】

以上のように、この実施の形態１によれば、ロボットアームは、回動可能に接続された２つのアーム１と、２つのアーム１間の角度を計測するエンコーダ２と、２つのアーム１に設けられ、当該２つのアーム１の姿勢を複数の校正姿勢に遷移可能とする目印である表示部３と、エンコーダ２の初期化で用いられるオフセット量を取得するオフセット量取得部４０１と、２つのアーム１の姿勢が校正姿勢のうちの何れかの校正姿勢に遷移された後、オフセット量取得部４０１により取得されたオフセット量に基づいて、エンコーダ２の初期化を行う初期化部４０２とを備えた。これにより、実施の形態１に係るロボットアームは、従来に対してより柔軟にエンコーダ２の初期化が可能となる。

【0029】

実施の形態２．
実施の形態１に係るロボットアームでは、作業者が、２つのアーム１の姿勢を校正姿勢に遷移させ、当該校正姿勢に対応したオフセット量の入力を行う場合を示した。しかしながら、２つのアーム１に対して複数の校正姿勢が設定される場合、作業者が、選択した校正姿勢に対し、当該校正姿勢に対応したオフセット量の入力を誤る可能性がある。そこで、実施の形態２に係るロボットアームでは、上記のような課題を解決するための構成例について示す。

【0030】

図７は実施の形態２に係るロボットアームの構成例を示す図である。この図７に示す実施の形態２に係るロボットアームでは、図１に示す実施の形態１に係るロボットアームに対し、トルクセンサ５が追加され、校正装置４が校正装置４ｂに変更されている。図７に示す実施の形態２に係るロボットアームにおけるその他の構成例は、図１に示す実施の形態１に係るロボットアームにおける構成例と同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。

【0031】

トルクセンサ５は、アーム１ａとアーム１ｂとの間の関節部分に設けられ、当該アーム１ａと当該アーム１ｂの間でのトルクを検出する。

【0032】

校正装置４ｂは、図８に示すように、図３に示す校正装置４に対し、記憶部４０３、トルク取得部４０４、判定部４０５及び遷移部４０６が追加されている。図８に示す校正装置４ｂにおけるその他の構成例は、図３に示す校正装置４における構成例と同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。

【0033】

記憶部４０３は、校正姿勢毎にオフセット量を記憶する。
なお、記憶部４０３は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）又はメモリ等によって構成される。

【0034】

トルク取得部４０４は、トルクセンサ５により検出されたトルクを取得する。

【0035】

判定部４０５は、トルク取得部４０４により取得されたトルクに基づいて、作業者により校正姿勢のうちの何れの校正姿勢が選択されたかを判定する。

【0036】

遷移部４０６は、判定部４０５による判定結果に基づいて、アーム１ａ及びアーム１ｂの姿勢を校正姿勢に遷移させる。すなわち、遷移部４０６は、アーム１ａ及びアーム１ｂの姿勢を、作業者により選択された校正姿勢に遷移させる。

【0037】

なお、実施の形態２におけるオフセット量取得部４０１は、遷移部４０６によりアーム１ａ及びアーム１ｂの姿勢が校正姿勢に遷移された後、当該校正姿勢に対応するオフセット量を、記憶部４０３から読出すことで取得する。

【0038】

次に、図７，８に示す実施の形態２に係る校正装置４ｂの動作例について、図９を参照しながら説明する。なお、トルクセンサ５は、アーム１ａとアーム１ｂの間でのトルクを検出している。また、記憶部４０３は、校正姿勢毎にオフセット量を記憶している。

【0039】

この場合、まず、作業者は、アーム１ａ及びアーム１ｂに対して設定された複数の校正姿勢のうちの１つの校正姿勢を選択し、アーム１ｂの移動を開始する。この際、作業者は、ロボットアームの設置環境等を考慮し、障害物等に干渉することがない校正姿勢を選択する。

【0040】

次いで、図９に示すように、トルク取得部４０４は、トルクセンサ５により検出されたトルクを取得する（ステップＳＴ９０１）。すなわち、トルク取得部４０４は、アーム１ａとアーム１ｂの間でのトルクを取得する。

【0041】

次いで、判定部４０５は、トルク取得部４０４により取得されたトルクに基づいて、何れの校正姿勢が選択されたかを判定する（ステップＳＴ９０２）。すなわち、判定部４０５は、トルク取得部４０４により取得されたトルクによってアーム１ｂに設けられた表示点３０２の現在位置を把握可能であり、作業者が選択した校正姿勢を把握可能である。

【0042】

次いで、遷移部４０６は、判定部４０５による判定結果に基づいて、アーム１ａ及びアーム１ｂの姿勢を校正姿勢に遷移させる（ステップＳＴ９０３）。すなわち、遷移部４０６は、判定部４０５により把握された表示点３０２の現在位置に基づいてアーム１ｂを駆動するためのモータ（不図示）を自動で制御し、アーム１ａ及びアーム１ｂの姿勢を作業者により選択された校正姿勢へと遷移させる。

【0043】

次いで、オフセット量取得部４０１は、遷移部４０６により遷移されたアーム１ａ及びアーム１ｂの校正姿勢に対応するオフセット量を、記憶部４０３から読出すことで取得する（ステップＳＴ９０４）。

【0044】

次いで、初期化部４０２は、オフセット量取得部４０１により取得されたオフセット量に基づいて、エンコーダ２の初期化を行う（ステップＳＴ９０５）。この際、初期化部４０２は、エンコーダ２の初期化を行う際に、角度に対してオフセット量を加算する。

【0045】

ここで、実施の形態１に係るロボットアームでは、作業者が遷移させた校正姿勢に対し、当該校正姿勢に対応したオフセット量の入力を誤る可能性がある。
そこで、実施の形態２に係るロボットアームでは、作業者により選択された校正姿勢に応じて２つのアーム１の姿勢を当該校正姿勢に自動で遷移させるとともに、当該校正姿勢に対応したオフセット量を自動で読出してエンコーダ２の初期化を行う。これにより、実施の形態２に係るロボットアームでは、実施の形態１に係るロボットアームに対し、オフセット量の入力誤りを低減可能となり、より利便性が向上する。

【0046】

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組合わせ、或いは各実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

【符号の説明】

【0047】

１ アーム
１ａ アーム（第１アーム）
１ｂ アーム（第２アーム）
２ エンコーダ
３ 表示部
４，４ｂ 校正装置
５ トルクセンサ
３０１ 表示点（第１表示点）
３０２ 表示点（第２表示点）
４０１ オフセット量取得部
４０２ 初期化部
４０３ 記憶部
４０４ トルク取得部
４０５ 判定部
４０６ 遷移部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】