特許 7544511 角度キャリブレーション方法

(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】

(24)【登録日】2024-08-26

(45)【発行日】2024-09-03

(54)【発明の名称】角度キャリブレーション方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/10 20060101AFI20240827BHJP

   B25J 19/00 20060101ALI20240827BHJP

【ＦＩ】

B25J9/10 A

B25J19/00 C

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020098368

(22)【出願日】2020-06-05

(65)【公開番号】P2021191596

(43)【公開日】2021-12-16

【審査請求日】2023-04-13

(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】100118784

【弁理士】

【氏名又は名称】桂川 直己

(72)【発明者】

【氏名】吉田 輝政

【審査官】國武 史帆

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－２５１３６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－３００１８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０２－１１７８９１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１７－０５６５０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／２１５２９６（ＷＯ，Ａ２）

(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】

第１部材と、
前記第１部材に対して相対回転可能に連結された第２部材と、
指令値に応じて前記第２部材の前記第１部材に対する角度を変化させるアクチュエータと、
を備えるロボットの角度キャリブレーション方法であって、
２つの測定対象部であって、一方が前記第１部材に配置され、他方が前記第２部材に配置される２つの測定対象部の間の距離である測定対象部間距離を、前記アクチュエータに任意の指令値を与えた状態で、２つの前記測定対象部の壁面間の距離を測定することで得る第１工程と、
過去にアクチュエータに任意の指令値を与えた状態で前記測定対象部間距離を測定して得られた参照用測定対象部間距離と、前記第１工程で得られた前記測定対象部間距離と、に基づいて、２つの測定対象部間距離の差に対応する角度差を計算により求める第２工程と、
を含み、
２つの前記測定対象部のうち一方は、前記第１部材から突出するように設けられたピンであり、他方は、前記第２部材から突出するように設けられたピンであり、
２つの前記ピンが突出する向きが互いに逆であり、
２つの前記ピンの軸心は、前記第１部材と前記第２部材の相対回転の軸方向に平行であることを特徴とする角度キャリブレーション方法。

【請求項2】

請求項１に記載の角度キャリブレーション方法であって、
２つの前記ピンのうち少なくとも１つは、前記第１部材又は前記第２部材に対して着脱可能であることを特徴とする角度キャリブレーション方法。

【請求項3】

請求項２に記載の角度キャリブレーション方法であって、
２つの前記ピンのうち少なくとも１つは、前記第１部材又は前記第２部材に形成されたネジ孔に取り付けられることを特徴とする角度キャリブレーション方法。

【請求項4】

請求項２又は３に記載の角度キャリブレーション方法であって、
２つの前記ピンのうち少なくとも１つは、テーパ部を有し、
前記第１部材又は前記第２部材には、前記テーパ部に対応するテーパ凹部が形成されていることを特徴とする角度キャリブレーション方法。

【請求項5】

請求項１から４までの何れか一項に記載の角度キャリブレーション方法であって、
２つの前記測定対象部を、前記第２部材の中心軸に垂直な平面で切った断面輪郭は、何れも円であることを特徴とする角度キャリブレーション方法。

【請求項6】

請求項５に記載の角度キャリブレーション方法であって、
２つの前記測定対象部の前記断面輪郭である円の径が等しいことを特徴とする角度キャリブレーション方法。

【請求項7】

請求項１から６までの何れか一項に記載の角度キャリブレーション方法であって、
２つの前記測定対象部は、前記第２部材の中心軸から互いに等しい距離離れていることを特徴とする角度キャリブレーション方法。

【請求項8】

請求項１から７までの何れか一項に記載の角度キャリブレーション方法であって、
前記第１工程において、前記測定対象部間距離は、２つの前記測定対象部のそれぞれの壁面にノギスを接触させることで測定されることを特徴とする角度キャリブレーション方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットの角度キャリブレーション方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、１又は複数の関節を有するロボットが知られている。このロボットでは、アーム及びハンド等を回転させるためのアクチュエータが、関節毎に配置されている。アクチュエータは、典型的には電動モータである。

【0003】

それぞれのアクチュエータは、入力された指令値に応じた角度を実現するように、出力軸を回転させる。多くの場合、それぞれのアクチュエータは、予め定められたロボットの原点姿勢における角度が０°となるように、組立時に設定される。

【0004】

ロボットの先端部の位置精度を向上させるために、この原点合わせ（角度キャリブレーション）は、レーザトラッカー等の大掛かりな設備を用いて行われることが多い。

【0005】

特許文献１では、作業ロボットの交換時の設置位置及び設置姿勢のずれを、レーザトラッカー等の位置測定機によって検出し、そのずれの分だけ教示データを修正することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１６－７８１７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１のようなロボットでは、工場出荷後に電動モータに不具合が生じ、電動モータの部分だけを交換するような場合も考えられる。ロボットの全体を交換する場合であればともかく、一部の交換だけの場合は、特許文献１で示すレーザトラッカーのような高価な装置を使用することが難しい。

【0008】

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、ロボットにおいて、アクチュエータの交換等に伴う回転角度のズレを、簡便かつ短時間の作業で高精度に取得することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

【0010】

本発明の観点によれば、以下の角度キャリブレーション方法が提供される。即ち、この角度キャリブレーション方法は、第１部材と、第２部材と、アクチュエータと、を備えるロボットに適用される。前記第２部材は、前記第１部材に対して相対回転可能に連結される。前記アクチュエータは、指令値に応じて前記第２部材の前記第１部材に対する角度を変化させる。角度キャリブレーション方法は、第１工程と、第２工程と、を含む。前記第１工程では、２つの測定対象部であって、一方が前記第１部材に配置され、他方が前記第２部材に配置される２つの測定対象部の間の距離である測定対象部間距離を、前記アクチュエータに任意の指令値を与えた状態で、２つの前記測定対象部の壁面間の距離を測定することで得る。前記第２工程では、過去にアクチュエータに任意の指令値を与えた状態で前記測定対象部間距離を測定して得られた参照用測定対象部間距離と、前記第１工程で得られた前記測定対象部間距離と、に基づいて、２つの測定対象部間距離の差に対応する角度差を計算により求める。２つの前記測定対象部のうち一方は、前記第１部材から突出するように設けられたピンであり、他方は、前記第２部材から突出するように設けられたピンである。２つの前記ピンが突出する向きが互いに逆である。２つの前記ピンの軸心は、前記第１部材と前記第２部材の相対回転の軸方向に平行である。

【0011】

これにより、現状のアクチュエータに与える指令値を、得られた角度差に基づいて調整することで、当初のアクチュエータによる第２部材の回転角度を精度良く再現することができる。ロボットを少しずつ動作させる必要がなく、測定対象部の壁面間の距離を測定するだけでキャリブレーションを行うことができるので、作業効率を向上させることができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、ロボットにおいて、アクチュエータの交換等に伴う回転角度のズレを、簡便かつ短時間の作業で高精度に取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態の産業用ロボットを示す斜視図。

【図2】第２関節体のボス部、及び、第２アームのボス部にピンを取り付ける様子を示す斜視図。

【図3】ピンと取付穴の構成について詳細に示す断面図。

【図4】取り付けられた２つのピンを示す斜視図。

【図5】２つのピンにノギスを当てて距離が計測される様子を示す斜視図。

【図6】ピン間距離と角度差の関係を説明する模式図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態の産業用ロボット６を示す斜視図である。

【0015】

図１に示す産業用ロボット（ロボット）６は、動作自由度が６である垂直型の多関節ロボットとして構成されている。この産業用ロボット６は、アーム部７と、コントローラ８と、を備える。アーム部７はコントローラ８の指令に基づいて動作し、所定の作業を行うことができる。

【0016】

アーム部７は、ベース台１０と、第１関節体１１と、第１アーム２１と、第２関節体（第１部材）１２と、第２アーム（第２部材）２２と、第３関節体１３と、先端部２３と、を備える。

【0017】

ベース台１０は、アーム部７の土台として機能する部材であり、床等に固定されている。

【0018】

第１関節体１１は、ベース台１０の上側に配置されている。第１関節体１１は、ベース台１０に対し、上下方向の軸（回転軸ｃ１）を中心にして回転可能に支持されている。

【0019】

第１アーム２１は、細長い部材として構成されている。第１アーム２１の長手方向一側の端部が、第１関節体１１に回転可能に支持されている。第１関節体１１に対する第１アーム２１の回転軸ｃ２は、第１関節体１１の回転軸と直交する平面内に位置している。

【0020】

第２関節体１２は、ブロック状の部材として構成されている。第２関節体１２は、第１アーム２１の先端部に回転可能に支持されている。第１アーム２１に対する第２関節体１２の回転軸ｃ３は、第１関節体１１に対する第１アーム２１の回転軸ｃ２と平行に配置されている。

【0021】

第２アーム２２は、細長い部材として構成されている。第２アーム２２は、第２関節体１２に支持されている。第２アーム２２は、第２アーム２２の長手方向に沿う軸（回転軸ｃ４）を中心にして回転可能である。

【0022】

第３関節体１３は、第２アーム２２の先端部に回転可能に支持されている。第２アーム２２に対する第３関節体１３の回転軸ｃ５は、第２関節体１２に対する第２アーム２２の回転軸と直交する平面内に位置している。

【0023】

先端部２３は、第３関節体１３に回転可能に支持されている。第３関節体１３に対する先端部２３の回転軸ｃ６は、第２アーム２２に対する第３関節体１３の回転軸ｃ５と直交する平面内に位置している。

【0024】

コントローラ８は、ベース台１０の近傍に設置されている。このコントローラ８は、アーム部７において定められた上述の回転軸のそれぞれについて備えられている電動モータ（アクチュエータ）に対して電気信号を送信することにより、アーム部７を適宜動作させることができる。

【0025】

図示されていないが、コントローラ８で制御される電動モータには、第２関節体１２に対して第２アーム２２を回転させる電動モータが含まれている。

【0026】

上記の構成の産業用ロボット６においては、工場等に産業用ロボット６が設置される際に、原点合わせと呼ばれる作業が行われる。原点合わせは、ゼロイングと呼ばれることもある。この原点合わせでは、それぞれの電動モータを対象として、予め定められたロボットの原点姿勢における角度が０°となるように角度キャリブレーションが行われる。

【0027】

この原点合わせは、例えば特許文献１に示すようなレーザトラッカーを用いて行うことができる。原点合わせの方法は周知であるため、説明は省略する。この原点合わせにより、それぞれの電動モータに角度０°を指令値として与えることで、産業用ロボット６が上述の原点姿勢を精度良く実現できるようになる。

【0028】

産業用ロボット６の運用を開始した後に、各電動モータ（例えば、第２関節体１２に対して第２アーム２２を回転させるための電動モータ）に将来的に異常が発生する可能性も考えられる。そこで、本実施形態では、例えば原点合わせの直後のタイミングで、アーム部７に図２に示すように２つのピン５１を取り付け、２つのピン５１の間の距離を図５のように事前に計測している。

【0029】

それぞれのピン５１は、第２関節体１２及び第２アーム２２のそれぞれにおいて所定の位置を示す目印として機能する。目印は、測定対象部と言い換えることもできる。同時に、２つのピン５１は、目印の間の距離を図５のノギス７１で正確に計測するために用いられる、着脱可能な治具としても機能する。この計測結果が、後で例えば電動モータが故障して交換した場合の再原点合わせ（角度キャリブレーション）に用いられる。

【0030】

具体的に説明すると、第２関節体１２には、ピン５１を着脱可能に取り付けるためのボス部３１が設けられている。ボス部３１は、第２関節体１２のうち第２アーム２２に近い部分において、回転軸ｃ４から遠ざかる向きに突出するように一体的に形成される。ボス部３１が第２関節体１２から突出する向きは、回転軸ｃ４を中心とする円の径方向ということもできる。

【0031】

回転軸ｃ４は、第２アーム２２が第２関節体１２に対して回転する中心軸である。従って、回転軸ｃ４は、第２関節体１２と第２アーム２２とを連結する関節の関節軸ということができる。

【0032】

ボス部３１には、ピン５１を取り付けるための取付穴３２が形成されている。この取付穴３２は、細長いネジ穴として形成されている。取付穴３２の軸の向きは、回転軸ｃ４と平行である。取付穴３２は、ボス部３１のうち、第２アーム２２に近い側の面に開口している。

【0033】

第２アーム２２には、ピン５１を着脱可能に取り付けるためのボス部４１が設けられている。ボス部４１は、第２アーム２２のうち第２関節体１２に近い部分において、回転軸ｃ４から遠ざかる向きに突出するように一体的に形成される。ボス部４１が第２アーム２２から突出する向きは、回転軸ｃ４を中心とする円の径方向ということもできる。

【0034】

ボス部４１には、ピン５１を取り付けるための取付穴４２が形成されている。この取付穴４２は、細長いネジ孔として形成されている。取付穴４２の軸の向きは、回転軸ｃ４と平行である。取付穴４２は、ボス部４１のうち、第２関節体１２に近い側の面に開口している。

【0035】

図３に示すように、２つの取付穴３２，４２は同一の形状である。これに対応して、２つのピン５１も同一の形状となっている。これにより、加工コスト及び部品コストを低減することができる。

【0036】

それぞれのピン５１は、細長い棒状の部材である。ピン５１は、円柱部５５と、テーパ部５６と、オネジ部５７と、を備える。円柱部５５、テーパ部５６及びオネジ部５７は、互いに一体的に形成されている。

【0037】

円柱部５５は、径が所定の大きさとなるように高精度に加工された円柱状の部分である。ピン５１は回転軸ｃ４と平行な向きで第２関節体１２又は第２アーム２２に取り付けられるため、回転軸ｃ４に垂直な平面で円柱部５５を切った断面輪郭は、円形となる。円柱部５５は、ピン５１の長手方向端部に配置されている。この円柱部５５の端部には、ピン５１のネジ止めのための工具を差込可能な６角穴が形成されている。

【0038】

テーパ部５６は、円柱部５５に接続した鍔状の部分である。テーパ部５６は、円柱部５５よりも径が大きく形成されている。テーパ部５６は、円柱部５５に近い側が大径、円柱部５５から遠い側が小径となるような円錐台状に形成されている。この円錐の軸心は、円柱部５５の円柱の軸心と精密に一致している。

【0039】

オネジ部５７は、オネジが加工された部分である。オネジ部５７は、ピン５１の長手方向において、円柱部５５と反対側の端部に配置されている。オネジ部５７は、テーパ部５６に接続している。

【0040】

第２関節体１２に配置された取付穴３２には、テーパ凹部３６と、周辺凹部３７と、メネジ部３８と、が形成されている。

【0041】

テーパ凹部３６は、メネジ部３８よりも内径が大きく形成されている。テーパ凹部３６は、取付穴３２の開口に近い側が大径、開口から遠い側が小径となるような円錐台状に形成されている。このテーパ凹部３６の形状は、ピン５１のテーパ部５６の形状に対応している。テーパ凹部３６の軸心は、回転軸ｃ４と平行となるように配置される。テーパ凹部３６の軸心は、回転軸ｃ４から正確に所定距離だけ離れた場所に位置している。

【0042】

周辺凹部３７は、テーパ凹部３６の開口の周囲に、適宜の深さで大きな円状に形成されている。ピン５１のテーパ部５６の全部が取付穴３２のテーパ凹部３６に入らない場合でも、ハミ出した部分が周辺凹部３７に入る。この結果、ボス部３１から円柱部５５だけを実質的に突出させることができるので、後述のノギス７１による測定が容易になる。

【0043】

メネジ部３８は、メネジが形成された部分である。メネジ部３８は、テーパ凹部３６に対して、取付穴３２の開口から遠い側で隣接して配置されている。このメネジ部３８には、ピン５１のオネジ部５７がネジ結合することができる。

【0044】

第２アーム２２に配置された取付穴４２は、第２関節体１２の取付穴３２と同様に、テーパ凹部４６と、周辺凹部４７と、メネジ部４８と、が形成されている。テーパ凹部４６、周辺凹部４７及びメネジ部４８の構成は、取付穴３２のテーパ凹部３６、周辺凹部３７及びメネジ部３８と同様である。

【0045】

テーパ凹部４６の軸心は、回転軸ｃ４と平行となるように配置される。テーパ凹部４６の軸心は、回転軸ｃ４から正確に所定距離だけ離れた場所に位置している。２つの取付穴３２，４２において、テーパ凹部３６，４６の軸心と回転軸ｃ４との距離は、互いに等しい。

【0046】

以上の構成で、ボス部３１の取付穴３２にピン５１を取り付け、ボス部４１の取付穴４２にピン５１を取り付ける。ピン５１を回転させることで、当該ピン５１はネジ結合によって取付穴３２，４２に固定される。従って、ピン５１の取付け／取外し作業は容易である。

【0047】

ピン５１のネジを締め付けることで、テーパ部５６による心出し作用が働く。従って、ピン５１の軸心は、取付穴３２，４２のそれぞれのテーパ凹部３６，４６の軸心と正確に一致する。

【0048】

２つの取付穴３２，４２が互いに平行であるので、取り付けられる２つのピン５１も互いに平行である。取付穴３２，４２の開口の向きが１８０°異なるので、２つのピン５１がボス部３１，４１から突出する向きも、図３及び図４に示すように１８０°異なる。２つのピン５１は同一の部品であるので、円柱部５５の外径も互いに等しい。

【0049】

２つのピン５１のそれぞれの中心は、回転軸ｃ４から互いに等しい距離となるように配置される。言い換えれば、２つのピン５１の中心は、回転軸ｃ４を中心とする同一の仮想円上に位置する。第２関節体１２に対する第２アーム２２の角度が変化するのに伴って、第２アーム２２側のピン５１が、仮想円に沿って移動する。この結果、２つのピン５１に相当する中心角が変化する。

【0050】

産業用ロボット６の組立てが完了し、上述の原点合わせが行われた後の適宜のタイミングで、図５に示すように、ノギス７１で２つのピン５１を挟むようにして、円柱部５５の外周の壁面同士の距離が計測される。このとき、第２アーム２２を駆動する電動モータには、所定の指令値（例えば、０°）を与えた状態とする。この指令値は任意であるが、２つのピン５１同士が近接し過ぎず、かつ離れ過ぎないように定めることが好ましい。

【0051】

円柱部５５の外径は既知である。従って、ノギス７１で計測した壁面同士の距離から円柱部５５の半径２つ分を減算することで、ピン５１の中心間の距離を得ることができる。本実施形態では、この中心間の距離を目印間距離（測定対象部間距離）と定義する。ただし、ピン５１の中心間の距離に代えて、壁面同士の距離を目印間距離としても良い。本実施形態において、得られたピン中心間距離は、後に参照する必要が生じるのに備えて、基準ピン中心間距離（参照用目印間距離、参照用測定対象部間距離）として適宜の場所に記録しておく。上記の計測後に２つのピン５１は取り外され、産業用ロボット６の運用が開始される。

【0052】

その後、第２関節体１２に対して第２アーム２２を回転させるための電動モータが故障し、新しい電動モータに交換した場合を考える。この場合、交換完了後に第２関節体１２及び第２アーム２２にピン５１が再び取り付けられて、図５に示すように、ノギス７１で２つのピン５１の外周の壁面同士の距離が計測される。この壁面同士の距離から、円柱部５５の半径２つ分を減算することで、ピン５１の中心間距離（目印間距離）を得ることができる（第１工程）。このとき、交換後の電動モータには、所定の指令値を与えた状態とする。この指令値は任意であるが、当初にノギス７１で計測したときに交換前の電動モータに与えた指令値（０°）と同じ指令値とすると、後の計算が簡単になるために好ましい。

【0053】

次に、ノギス７１による測定結果から、２つのピン５１に対応する中心角を得る方法について簡単に説明する。

【0054】

図６に示すように、第２アーム２２の回転軸ｃ４と、２つのピン５１の中心と、の間の距離Ｒは、互いに等しくなっている。従って、回転軸ｃ４と、２つのピン５１の中心と、からなる３角形は、２等辺３角形になる。この２等辺３角形の頂角θが、２つのピン５１に対する中心角を示している。

【0055】

ピン５１の中心間の距離Ｌは、上述のとおり、ノギス７１による測定結果から得ることができる。

【0056】

一般的に、３角形ＡＢＣにおいて、ａ＝ＢＣ，ｂ＝ＣＡ，ｃ＝ＡＢ，α＝∠ＣＡＢとしたとき、cosα＝（ｂ²＋ｃ²－ａ²）／（２ｂｃ）の関係が成立する。これは余弦定理として良く知られている。これに、ａ＝Ｌ，ｂ＝ｃ＝Ｒ，α＝θを代入すると、cosθ＝（１－（Ｌ²／２Ｒ²））となる。従って、θは、θ＝arccos（１－（Ｌ²／２Ｒ²））により求めることができる。

【0057】

次に、再原点合わせについて説明する。

【0058】

交換前の電動モータと、交換後の電動モータとで、同一の指令値を与えてもθが異なる場合を考える。電動モータの交換前後の角度差Δθは、交換前のＬの値と、交換後のＬの値と、に対して角度θをそれぞれ計算することにより得ることができる（第２工程）。次に、この角度差Δθをキャンセルするための指令値のオフセット分を計算する（第３工程）。交換後の電動モータに与える指令値を、計算された値だけオフセットすれば、交換前後での電動モータの角度ズレを解消することができる。以上により、再原点合わせを実現することができる。

【0059】

交換前の電動モータと、交換後の電動モータとで、異なる指令値が与えられても良い。この場合は、上記の角度差Δθを計算する際、指令値のズレに相当する角度を考慮する必要がある。

【0060】

ところで、再原点合わせを行うには、本実施形態で説明した方法以外にも幾つか考えられる。

【0061】

第１に、ダイアルゲージを用いる方法がある。この方法では、当初の原点合わせ直後に、ダイアルゲージをアーム部７の所定位置に固定する。この状態で、ロボットの各電動モータに適宜の指令値を与え、ダイアルゲージを適宜のフレームに当てさせる。このとき、ダイアルゲージが示した値を記録しておく。再原点合わせでは、同じようにダイアルゲージをロボットの所定位置に固定し、当該ダイアルゲージをフレームに当てる。この状態でロボットを少しずつ動かし、ダイアルゲージが当初と等しい値を示したときの指令値に基づき、指令オフセット値を求める。

【0062】

この方法では、ダイアルゲージをロボットに固定する必要があり、作業が煩雑になり易い。また、ロボットを少しずつ動かすときに、動作分解能等の関係で、ダイアルゲージの値を当初の値とぴったり一致させることが難しい場合がある。

【0063】

第２に、傾斜計を用いる方法がある。この方法では、産業用ロボット６の製造時に、アーム部７の適宜の面を予め高精度に加工しておく。当初の原点合わせ直後に、当該面に適宜の治具を介して傾斜計を設置し、傾斜計が示した値を記録しておく。再原点合わせでは、同じように傾斜計を設置する。この傾斜計が示す値に基づき、指令オフセット値を求める。

【0064】

この方法では、アーム部７に高精度加工した面を形成する必要があり、加工コストが掛かる。また、傾斜計の据付面を基準として原点合わせが行われるため、再原点合わせの精度が必ずしも高くない。

【0065】

第３に、ピンの接触を用いる方法がある。この方法では、相対運動する２つのフレーム（例えば、第２関節体１２と第２アーム２２）にそれぞれピンを取り付ける。ただし、ピンは、上記のピン５１とは異なり、２つのフレームが所定の角度になるとピン同士が直接接触するように取り付けられる。当初の原点合わせ直後に、ピン同士が接触するまでロボットを少しずつ動作させ、ピンが接触したときの指令値を記録しておく。再原点合わせでは、当初の原点合わせと同じようにピンを取り付け、ロボットを少しずつ動作させる。ピンが接触したときの指令値に基づき、指令オフセット値を求める。

【0066】

この方法では、ピン同士の接触判定が難しい。例えば、ピンとピンの間に薄いシートを挟み、シートが動くか否かでピン同士の接触判定を行うことができるが、判定作業が煩雑である。また、ロボットを動作させ過ぎてしまうと、ピンが変形して原点合わせの精度が大幅に低下するので、デリケートな作業を強いられる。また、ピンを取り付けるピン穴を基準として原点合わせが行われるため、再原点合わせの精度が必ずしも高くない。ピンを差込式にする場合、ピン穴への差込みを可能とするための隙間が、再原点合わせの精度低下に繋がってしまう。

【0067】

この点、本実施形態の方法では、製造が容易なピン５１を、テーパ部５６を用いて精度良く取り付けることができる。また、ロボットを少しずつ動作させる作業が不要になるので、再原点合わせを短時間で完了させることができ、ロボットの早期復旧を実現できる。更に、当初の原点合わせ時の測定データを基準にしているので、再原点合わせを高い精度で行うことができる。

【0068】

以上に説明したように、本実施形態の産業用ロボット６は、第２関節体１２と、第２アーム２２と、電動モータと、を備える。第２アーム２２は、第２関節体１２に対して相対回転可能に連結される。電動モータは、指令値に応じて第２アーム２２の第２関節体１２に対する角度を変化させる。本実施形態で行われる再角度キャリブレーション方法は、第１工程と、第２工程と、を含む。第１工程では、２つのピン５１（目印）であって、一方が第２関節体１２に配置され、他方が第２アーム２２に配置される２つのピン５１の間の距離であるピン中心間距離を、電動モータに任意の指令値を与えた状態で、ピン５１の壁面間の距離を測定することで得る。第２工程では、当初の原点合わせ時に電動モータに任意の指令値を与えた状態でピン中心間距離を測定して得られた基準ピン中心間距離と、第１工程で得られたピン中心間距離と、に基づいて、２つのピン中心間距離の差に対応する角度差Δθを計算により求める。

【0069】

これにより、交換後の電動モータに与える指令値を、得られた角度差Δθに基づいて調整することで、交換前の電動モータによる第２アーム２２の回転角度を精度良く再現することができる。産業用ロボット６を少しずつ動作させる必要がなく、ピン５１の壁面間の距離を測定するだけで再原点合わせを行うことができるので、作業効率を向上させることができる。

【0070】

また、本実施形態において、２つの目印のうち一方は、第２関節体１２から突出するように設けられたピン５１である。他方は、第２アーム２２から突出するように設けられたピン５１である。

【0071】

これにより、再原点合わせのための簡素な構成を実現することができる。

【0072】

また、本実施形態において、２つのピン５１が突出する向きが互いに逆である。

【0073】

これにより、それぞれのピン５１の長さを短くしつつ、ピン５１の壁面間の距離を容易に測定することができる。

【0074】

また、本実施形態において、２つのピン５１のそれぞれは、第２関節体１２又は第２アーム２２に対して着脱可能である。

【0075】

これにより、ピン５１を取り外して、産業用ロボット６の運用時に邪魔にならないようにすることができる。

【0076】

また、本実施形態において、２つのピン５１のそれぞれは、第２関節体１２又は第２アーム２２に形成された取付穴３２，４２に取り付けられる。取付穴３２，４２は、ネジ孔である。

【0077】

これにより、ピン５１を捩じ込む簡単な作業で、ピン５１を第２関節体１２又は第２アーム２２に固定することができる。

【0078】

また、本実施形態において、２つのピン５１のそれぞれは、テーパ部５６を有する。第２関節体１２又は第２アーム２２には、ピン５１のテーパ部５６に対応するテーパ凹部３６，４６が形成されている。

【0079】

これにより、テーパ部５６による心出しが行われることで、ピン５１の中心をテーパ凹部３６，４６の中心に厳密に一致させることができる。この結果、再原点合わせの精度を高めることができる。

【0080】

また、本実施形態において、２つのピン５１の円柱部５５を軸に垂直な平面で切った断面輪郭は、何れも円である。２つのピン５１の断面輪郭の円の径（言い換えれば、円柱部５５の外径）が等しい。２つのピン５１の円柱部５５は、回転軸ｃ４から互いに等しい距離離れている。

【0081】

これらにより、２つのピン５１に対応する角度θの計算が容易になる。

【0082】

また、本実施形態において、ピン間距離は、２つのピン５１のそれぞれの壁面にノギス７１を接触させることで測定される。

【0083】

これにより、ノギス７１による低コストかつ汎用的な手法で、距離を測定することができる。

【0084】

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

【0085】

ピン５１は、産業用ロボット６の運転に邪魔にならないのであれば、当初の原点合わせの後も取り付けたままとすることができる。従って、少なくとも１つのピン５１は、第２関節体１２又は第２アーム２２に着脱不能に固定されても良い。

【0086】

ピン５１は、ネジ止め以外の方法（例えば、テーパ穴へのピンの打込み）によって第２関節体１２又は第２アーム２２に固定することもできる。

【0087】

２つのピン５１は、互いに逆向きで突出する代わりに、同じ向きで突出するように変更することができる。

【0088】

目印としてのピン５１を配置するためのスペースを、ボス部３１，４１を形成しなくても確保できる場合、ボス部３１，４１を省略することができる。

【0089】

２つのピン５１を互いに異なる形状とすることもできる。例えば、２つの円柱部５５の径が互いに異なっていても良い。一方又は両方のピン５１において、回転軸ｃ４に垂直な平面で切った断面輪郭が、円でなくても良い。

【0090】

２つのピン５１の軸心の回転軸ｃ４からの距離が、互いに異なっていても良い。この場合、３角形が図６のような２等辺３角形にはならない。しかし、ピン５１の軸心の回転軸ｃ４からの距離がそれぞれ既知であれば、余弦定理によってθを計算することは可能である。

【0091】

ピン５１の代わりに、ボス部３１，４１に形成した円柱状の凹部を目印として用いることができる。凹部の円柱形は、その軸が回転軸ｃ４と平行となるように配置される。この場合、凹部の内周面（壁面）同士の距離をノギス７１によって測定することで、凹部の中心間の距離を得ることができる。

【0092】

本発明の角度キャリブレーション方法は、産業用ロボット６が備える、関節を介して連結された任意の２つの部材を対象とすることができる。

【0093】

本発明の角度キャリブレーション方法は、垂直型の多関節ロボットに限定されず、水平型の多関節ロボットに適用することができる。また、本発明の角度キャリブレーション方法は、円筒座標ロボット、極座標ロボットに適用することもできる。

【符号の説明】

【0094】

６ 産業用ロボット（ロボット）
１２ 第２関節体（第１部材）
２２ 第２アーム（第２部材）
３１ ボス部
３２ 取付穴
３６ テーパ凹部
４１ ボス部
４２ 取付穴
４６ テーパ凹部
５１ ピン（目印）
５５ 円柱部
５６ テーパ部
７１ ノギス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】