專利名稱：機(jī)器人的工具矢量的導(dǎo)出中使用的夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及安裝在焊接機(jī)器人等的前端上的工具，涉及簡(jiǎn)便且在短時(shí)間內(nèi)能夠高精度地導(dǎo)出、校正工具矢量的技術(shù)，尤其是涉及工具矢量的導(dǎo)出時(shí)使用的夾具(計(jì)測(cè)器)。
背景技術(shù)：
例如，在對(duì)工件自動(dòng)進(jìn)行焊接的焊接機(jī)器人中，在焊接機(jī)器人的前端部分(腕部) 安裝有具備焊炬等的焊接工具。在該焊接工具的前端部設(shè)定工具坐標(biāo)系，該工具坐標(biāo)系通過(guò)使用變換矩陣能夠從凸緣坐標(biāo)系進(jìn)行坐標(biāo)變換，且該變換矩陣使用了工具參數(shù)(工具參數(shù)與工具矢量的差別在后面進(jìn)行敘述)。凸緣坐標(biāo)系是設(shè)定在焊接機(jī)器人的前端部形成的凸緣部上的坐標(biāo)系，該凸緣坐標(biāo)系能夠根據(jù)焊接機(jī)器人的各軸的數(shù)據(jù)，利用控制裝置進(jìn)行計(jì)算。從以上情況可知，為了在控制裝置中準(zhǔn)確地把握工具前端的位置而需要預(yù)先準(zhǔn)確地導(dǎo)出坐標(biāo)變換中不可或缺的工具參數(shù)。工具參數(shù)的導(dǎo)出作業(yè)在更換焊接機(jī)器人的工具后進(jìn)行，但也可以在工具與作業(yè)工件等碰撞時(shí)等產(chǎn)生工具參數(shù)的變更時(shí)等情況下進(jìn)行。作為與工具參數(shù)的導(dǎo)出、校正相關(guān)的技術(shù)，例如有專利文獻(xiàn)1公開(kāi)的技術(shù)。專利文獻(xiàn)1公開(kāi)有一種機(jī)器人的工具參數(shù)導(dǎo)出方法，其導(dǎo)出工具參數(shù)，該工具參數(shù)決定在機(jī)器人的臂前端上安裝的工具的位置姿勢(shì)，所述機(jī)器人的工具矢量的導(dǎo)出方法中，基于將上述工具至少以不同的三個(gè)姿勢(shì)定位在空間上的一點(diǎn)時(shí)的各定位數(shù)據(jù)，運(yùn)算上述工具的安裝部的坐標(biāo)系，求出至少兩根包含從由使用工具參數(shù)表現(xiàn)的上述安裝部的坐標(biāo)系的任意兩個(gè)觀察到的工具位置候補(bǔ)的直線，基于上述直線相互的交點(diǎn)和安裝部的坐標(biāo)系而導(dǎo)出上述工具參數(shù)。專利文獻(xiàn)1 日本專利第2774939號(hào)公報(bào)通過(guò)使用專利文獻(xiàn)1公開(kāi)的技術(shù)，雖然能夠?qū)С龉ぞ邊?shù)，但從實(shí)際的作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)多次傳出希望改良的聲音。S卩，在專利文獻(xiàn)1公開(kāi)的技術(shù)中，在焊接機(jī)器人的前端部安裝有針狀的尖的夾具 (專用夾具(1))，另一方面，同樣地準(zhǔn)備前端成為針狀的夾具(專用夾具( )，進(jìn)行使機(jī)器人的姿勢(shì)發(fā)生各種變化并使專用夾具(1)的針尖與專用夾具O)的針尖合并的定位示教， 根據(jù)其結(jié)果，進(jìn)行工具參數(shù)的推定。根據(jù)該技術(shù)，雖然工具參數(shù)的導(dǎo)出計(jì)算成為簡(jiǎn)單的式子，但是由于需要進(jìn)行經(jīng)由操作員進(jìn)行的“針尖對(duì)合”的定位，因此根據(jù)熟練度或目視的方向等，難以進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。 由于校正后的結(jié)果的驗(yàn)證也通過(guò)目視進(jìn)行，因此難以定量地把握。換言之，操作者的熟練度或技能等會(huì)影響工具的定位精度或工具最前端的導(dǎo)出精度。因而，為了提高工具參數(shù)的導(dǎo)出精度，需要增加計(jì)測(cè)點(diǎn)數(shù)而使誤差平均化，但計(jì)測(cè)點(diǎn)數(shù)的增加會(huì)導(dǎo)致操作員的作業(yè)時(shí)間的增加。因此，本發(fā)明者們開(kāi)發(fā)出一種機(jī)器人的工具矢量的導(dǎo)出方法，其導(dǎo)出工具參數(shù)，該工具參數(shù)決定在機(jī)器人的臂前端上安裝的工具的前端位置，所述機(jī)器人的工具矢量的導(dǎo)出方法中，以使所述機(jī)器人的工具前端位于空間上的規(guī)定點(diǎn)附近的方式對(duì)于所述機(jī)器人取三種以上的姿勢(shì)，計(jì)測(cè)各姿勢(shì)中的工具前端的位置偏移量作為實(shí)際位置偏移量，基于計(jì)測(cè)出的實(shí)際位置偏移量而算出工具矢量。通過(guò)該工具矢量導(dǎo)出方法，能夠簡(jiǎn)便地在短時(shí)間內(nèi)且高精度地導(dǎo)出機(jī)器人的工具參數(shù)中的平移分量(Tx，Ty，Tz)即“工具矢量”。盡管如此，但為了不受操作員的熟練度或技能等影響地進(jìn)行該技術(shù)，而需要開(kāi)發(fā)出最適合該導(dǎo)出方法的夾具(導(dǎo)出時(shí)使用的專用計(jì)測(cè)器)O

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明鑒于上述問(wèn)題點(diǎn)，其目的在于提供一種與操作者的熟練度或技能等無(wú)關(guān)，更簡(jiǎn)便地在短時(shí)間內(nèi)且高精度地導(dǎo)出機(jī)器人的工具參數(shù)(Tx，Ty，Tz，α，β，Y)，尤其是導(dǎo)出工具參數(shù)中的平移分量(Tx，Ty，Tz)即“工具矢量”的方法中最適合的夾具、即機(jī)器人的工具矢量的導(dǎo)出時(shí)使用的夾具。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明中采用以下的技術(shù)方案。本發(fā)明的機(jī)器人的工具參數(shù)的導(dǎo)出時(shí)使用的夾具是在如下的機(jī)器人的工具矢量的導(dǎo)出方法中使用的夾具，該導(dǎo)出方法為將決定安裝在機(jī)器人的臂前端上的工具的前端位置的工具矢量導(dǎo)出時(shí)，以使所述機(jī)器人的工具前端位于空間上的規(guī)定點(diǎn)附近的方式使所述機(jī)器人取三種以上的姿勢(shì)，計(jì)測(cè)各姿勢(shì)中的工具前端的位置偏移量作為實(shí)際位置偏移量，基于計(jì)測(cè)出的實(shí)際位置偏移量而算出工具矢量。該夾具包括三個(gè)位移計(jì)，在前端部具備平面接觸件，且能夠計(jì)測(cè)沿計(jì)測(cè)軸的距離位移，其中，該計(jì)測(cè)軸朝向與所述平面接觸件具備的計(jì)測(cè)面垂直的方向；配備機(jī)構(gòu)，其以使所述三個(gè)位移計(jì)的各計(jì)測(cè)軸在一點(diǎn)彼此正交并使各計(jì)測(cè)軸的交點(diǎn)成為所述空間上的規(guī)定點(diǎn)的方式配備三個(gè)位移計(jì)。優(yōu)選，具備在前端側(cè)設(shè)有球體的計(jì)測(cè)用探測(cè)器，所述計(jì)測(cè)用探測(cè)器的基端側(cè)安裝在所述機(jī)器人的臂前端，并且所述機(jī)器人的姿勢(shì)被設(shè)定成使所述球體與所述三個(gè)位移計(jì)的各平面接觸件的計(jì)測(cè)面接觸。若使用具有以上的結(jié)構(gòu)的夾具，則相對(duì)于機(jī)器人取三種以上的姿勢(shì)時(shí)，各姿勢(shì)中的工具前端的位置偏移成為計(jì)測(cè)探測(cè)器的前端的球體的位置偏移。由于計(jì)測(cè)探測(cè)器的球體與三個(gè)位移計(jì)的各平面接觸件的計(jì)測(cè)面相接，因此球體的位置偏移量即機(jī)器人的各姿勢(shì)中的工具前端的位置偏移量由夾具所具備的三個(gè)位移計(jì)而計(jì)測(cè)為實(shí)際位置偏移量。將實(shí)際位置偏移量適用于本發(fā)明者們開(kāi)發(fā)出的機(jī)器人的工具矢量的導(dǎo)出方法，從而算出決定安裝在機(jī)器人的臂前端上的工具的前端位置的工具矢量。上述的工具矢量是指將機(jī)器人的工具坐標(biāo)系和凸緣坐標(biāo)系建立聯(lián)系的參數(shù)即工具參數(shù)(Tx，Ty, Tz, α, β, y)中，僅取出平移分量(Tx，Ty, Tz)的矢量。此外，優(yōu)選，所述配備機(jī)構(gòu)具有相互的前端部或相互的軸心向前端側(cè)的延長(zhǎng)線在一點(diǎn)正交的三個(gè)支柱；以使所述計(jì)測(cè)軸與所述支柱的軸心方向平行并使所述平面接觸件的計(jì)測(cè)面朝向支柱的前端側(cè)的方式，在三個(gè)支柱上分別安裝所述位移計(jì)的夾緊部件。若為具有該結(jié)構(gòu)的夾具，則支柱相對(duì)于載置面向斜上方立起，比三個(gè)支柱的交點(diǎn)靠上方的空間成為開(kāi)放空間。因而，即使具有從上方接近的姿勢(shì)的機(jī)器人采用三種以上的各種姿勢(shì)，與夾具接觸、干涉的可能性也非常低。
更優(yōu)選，以使由所述三個(gè)位移計(jì)設(shè)定的計(jì)測(cè)坐標(biāo)系的原點(diǎn)與各位移計(jì)的原點(diǎn)位置一致的方式，在各支柱上安裝位移計(jì)。另外，優(yōu)選，設(shè)置在所述計(jì)測(cè)用探測(cè)器的前端側(cè)的球體的直徑與所述平面接觸件的計(jì)測(cè)面的特征長(zhǎng)度相等或大于特征長(zhǎng)度。[發(fā)明效果]使用本發(fā)明的夾具時(shí)，能夠與操作者的熟練度或技能等無(wú)關(guān)地更簡(jiǎn)便地在短時(shí)間內(nèi)且高精度地導(dǎo)出機(jī)器人的工具矢量。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的機(jī)器人系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示工具坐標(biāo)系與凸緣坐標(biāo)系的關(guān)系的概念圖。圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式的導(dǎo)出夾具的立體圖。圖4是本發(fā)明的實(shí)施方式的導(dǎo)出夾具的俯視圖。圖5是本發(fā)明的實(shí)施方式的導(dǎo)出夾具的側(cè)視圖。圖6是支柱保持部件的放大側(cè)視圖。圖7(a)是調(diào)整位移計(jì)的原點(diǎn)的原點(diǎn)調(diào)整用具的側(cè)視圖，(b)是安裝于機(jī)器人的計(jì)測(cè)用探測(cè)器的側(cè)視圖。圖8是本發(fā)明的實(shí)施方式的導(dǎo)出夾具的使用狀態(tài)圖。圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的導(dǎo)出夾具的設(shè)置步驟的流程圖。圖10是表示工具矢量的導(dǎo)出步驟的流程圖。符號(hào)說(shuō)明1機(jī)器人系統(tǒng)2焊接機(jī)器人3 示教盒4控制裝置5計(jì)算機(jī)6焊接工具7 凸緣面10導(dǎo)出夾具(計(jì)測(cè)器)11度盤式指示器12計(jì)測(cè)用探測(cè)器13球體(計(jì)測(cè)用探測(cè)器)14平面接觸件15配備機(jī)構(gòu)20 支柱21支柱保持部件 22插入孔23切斷平面24原點(diǎn)調(diào)整用具
25穿設(shè)孔26棒體(原點(diǎn)調(diào)整用具)27球體(原點(diǎn)調(diào)整用具)28指示器主體29計(jì)測(cè)針30夾緊部件31棒體(調(diào)整用探測(cè)器)32貫通孔33螺紋部34支柱插入面F載置面
具體實(shí)施例方式基于

本發(fā)明的機(jī)器人的工具矢量的導(dǎo)出中使用的夾具的實(shí)施方式。需要說(shuō)明的是，工具矢量的導(dǎo)出時(shí)使用的夾具(以下稱為導(dǎo)出夾具10)是進(jìn)行本發(fā)明者們經(jīng)過(guò)仔細(xì)研究而想到的“機(jī)器人的工具矢量的導(dǎo)出方法及校正方法”時(shí)最適合的專用的計(jì)測(cè)器。因此，首先敘述本發(fā)明的機(jī)器人系統(tǒng)1的概要，接下來(lái)，進(jìn)行本發(fā)明的導(dǎo)出夾具10 的說(shuō)明。然后，敘述使用了導(dǎo)出夾具10的工具矢量的導(dǎo)出方法及校正方法。需要說(shuō)明的是，在以下的說(shuō)明中，對(duì)同一部件附加同一符號(hào)。它們的名稱及功能也相同。因此，不重復(fù)進(jìn)行它們的詳細(xì)說(shuō)明。首先，說(shuō)明本實(shí)施方式的機(jī)器人系統(tǒng)1的整體結(jié)構(gòu)。如圖1所示，機(jī)器人系統(tǒng)1包括焊接機(jī)器人2、具備示教盒3的控制裝置4、計(jì)算機(jī)5(個(gè)人計(jì)算機(jī))。焊接機(jī)器人2是垂直多關(guān)節(jié)型的六軸工業(yè)用機(jī)器人，在其前端設(shè)有由焊炬等構(gòu)成的焊接工具6 (也有簡(jiǎn)稱為工具6的情況)。該焊接機(jī)器人2也可以搭載于使其自身移動(dòng)的滑動(dòng)件(未圖示)?？刂蒲b置4根據(jù)預(yù)先示教的程序來(lái)控制焊接機(jī)器人2。示教程序有使用與控制裝置4連接的示教盒3而生成的情況或使用利用了計(jì)算機(jī)5的離線示教系統(tǒng)而生成的情況。 在任何情況下，示教程序都在實(shí)際的動(dòng)作之前預(yù)先生成。通過(guò)計(jì)算機(jī)5生成的程序經(jīng)由磁性地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的介質(zhì)等向控制裝置4交接或通過(guò)數(shù)據(jù)通信向控制裝置4傳送。計(jì)算機(jī)5即離線示教系統(tǒng)具備能夠進(jìn)行圖形顯示的顯示器作為顯示裝置，且具備鍵盤或鼠標(biāo)作為輸入裝置。而且，為了取入工件的CAD信息而設(shè)有磁存儲(chǔ)裝置或通信裝置。然而，本發(fā)明涉及用于正確地導(dǎo)出為了準(zhǔn)確把握工具前端的位置所需的工具參數(shù) (尤其是工具矢量)的方法中最適合的夾具。如圖2所示，該工具參數(shù)是指對(duì)焊接工具6的前端部(焊接點(diǎn))的位置坐標(biāo)即工具坐標(biāo)系從設(shè)定在焊接機(jī)器人2的前端部形成的凸緣部上的坐標(biāo)系即凸緣坐標(biāo)系進(jìn)行坐標(biāo)變換的參數(shù)，該凸緣坐標(biāo)系能夠根據(jù)焊接機(jī)器人2的各軸的數(shù)據(jù)，利用控制裝置4進(jìn)行計(jì)算。即，通過(guò)使用工具參數(shù)，能夠利用控制裝置4算出工具前端的位置坐標(biāo)。然而，在機(jī)器人的工具參數(shù)中有( Tx，Ty, Tz, α, β, y)的三個(gè)平移分量和三個(gè)旋轉(zhuǎn)分量，本發(fā)明公開(kāi)了導(dǎo)出工具參數(shù)中的平移分量(Tx，Ty，Tz)即“工具矢量”的方法。該方法使用后述的導(dǎo)出夾具10計(jì)測(cè)工具前端的位置的偏移量，在控制裝置4或計(jì)算機(jī)5內(nèi)，基于計(jì)測(cè)到的偏移量而算出工具矢量。接下來(lái)，說(shuō)明本發(fā)明中使用的導(dǎo)出夾具10。如圖3 圖7所示，導(dǎo)出夾具10具有三臺(tái)距離位移計(jì)即度盤式指示器11，為了準(zhǔn)確地捕捉工具6的前端的三維變化量，而使用配備機(jī)構(gòu)15將各度盤式指示器11配備在分別正交的方向上。關(guān)于由該導(dǎo)出夾具10構(gòu)成的計(jì)測(cè)坐標(biāo)，使其原點(diǎn)位置與導(dǎo)出夾具10的
原點(diǎn)一致。
另一方面，關(guān)于安裝在機(jī)器人的前端即凸緣面7上的焊接工具6，在焊接工具6的前端安裝計(jì)測(cè)用探測(cè)器12。如圖7(b)所示，該計(jì)測(cè)用探測(cè)器12的前端部具有由鋼球等構(gòu)成的球體13，以使該球體13的中心成為焊接工具6的前端(要計(jì)測(cè)的工具前端)的位置的方式進(jìn)行定位。為了能夠可靠地感知球體13的位置的變化量，所述度盤式指示器11的前端由圓柱體等構(gòu)成并成為平面接觸件14。即使焊接機(jī)器人2取為各種姿勢(shì)，但由于計(jì)測(cè)用探測(cè)器12的球體13與平面接觸件14的位于前端的計(jì)測(cè)面(圓形的平面)點(diǎn)接觸，因此導(dǎo)出夾具10能夠可靠地檢測(cè)球體13的位置的變化量。以下，詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施方式的導(dǎo)出夾具10。圖3 圖5表示本發(fā)明的實(shí)施方式的工具矢量的導(dǎo)出中使用的夾具10的整體結(jié)構(gòu)。導(dǎo)出夾具10具備三根支柱20，該支柱20作為構(gòu)成配備機(jī)構(gòu)15的部件之一。該三根支柱20配備成三叉狀，分別由長(zhǎng)條的圓棒(Φ IOmm左右)構(gòu)成，長(zhǎng)度約20cm左右，為相同尺寸。3根支柱20配備成，相互的前端部在1點(diǎn)相交(或軸心向該支柱20的前端側(cè)延長(zhǎng)的線在1點(diǎn)相交)，其交叉角相互準(zhǔn)確地成為90°。為了使3個(gè)支柱20間的位置關(guān)系(三叉狀)固定，而將各個(gè)支柱20的前端部插入到圖6所示的支柱保持部件21中。該支柱保持部件21是構(gòu)成配備機(jī)構(gòu)15的部件之一。支柱保持部件21具有立方體形狀(一邊約20mm)，具備各面成為正方形的六個(gè)面。 在支柱保持部件21的彼此相鄰的三個(gè)面(支柱插入面34)上設(shè)有能夠供支柱20插入的插入孔22。插入孔22的軸心與支柱插入面34垂直，在插入孔22形成有陰螺紋部。支柱20 的前端部(形成有陽(yáng)螺紋部)螺合固定于該插入孔22。固定后的支柱20的突出長(zhǎng)度(支柱插入面34至支柱20的基端部的長(zhǎng)度)在各支柱20中相同。另一方面，考慮設(shè)置有插入孔22的三個(gè)面(支柱插入面34)相交的頂點(diǎn)時(shí)，與該頂點(diǎn)的相反側(cè)的頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的部分的角被切掉了約IOmm左右而成為切斷平面23。換言之，考慮與支柱插入面34對(duì)置的三個(gè)面，該切斷平面23成為通過(guò)對(duì)所述對(duì)置的面的一邊進(jìn)行局部切口而形成的面。該切斷平面23在支柱20的基端部搭載于載置面F (載置有焊接機(jī)器人2的地面) 上時(shí)，各支柱20以與載置面F成角度45°的方式立起，切斷平面23準(zhǔn)確地與載置面F平行 (與載置面F的傾角0° )。因而，切斷平面23不會(huì)妨礙后述的計(jì)測(cè)用探測(cè)器12的動(dòng)作。另一方面，在各支柱20的中途部安裝有接觸式的位移計(jì)11。在本實(shí)施方式的情況下，位移計(jì)11采用能夠計(jì)測(cè)到0. Olmm數(shù)量級(jí)的度盤式指示器。該度盤式指示器11具有指示器主體28，其內(nèi)置有計(jì)測(cè)設(shè)備，并具備顯示計(jì)測(cè)數(shù)據(jù)(測(cè)定實(shí)際值)的窗口 ；計(jì)測(cè)針29，其以伸縮自如的方式從該指示器主體28突出。在該計(jì)測(cè)針29的前端部具備由平面板和圓柱體等構(gòu)成的平面接觸件14。計(jì)測(cè)針29相對(duì)于設(shè)置在平面接觸件14的前端部上的計(jì)測(cè)面14A(計(jì)測(cè)平面部)沿垂線方向伸縮，能夠計(jì)測(cè)其移動(dòng)量。通過(guò)指示器主體28計(jì)測(cè)該平面接觸件14 (準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)是計(jì)測(cè)面14A)的移動(dòng)量，并將計(jì)測(cè)結(jié)果作為焊接機(jī)器人2的工具前端的實(shí)際位置偏移量。

然而，在本實(shí)施方式的情況下，度盤式指示器11經(jīng)由夾緊部件30安裝在支柱20 上。該夾緊部件30是構(gòu)成配備機(jī)構(gòu)15的部件之一。夾緊部件30為大致長(zhǎng)方體形狀，在其長(zhǎng)度方向一側(cè)形成有供支柱20貫通的貫通孔32，且通過(guò)螺栓等能夠固定在支柱20的任意的位置。在該夾緊部件30的長(zhǎng)度方向另一側(cè)固定有指示器主體28。通過(guò)該夾緊部件30，以使“支柱20的軸心”與“度盤式指示器11 的計(jì)測(cè)方向(計(jì)測(cè)針29的伸縮方向)”平行且在俯視下一致的方式設(shè)置度盤式指示器11。 而且，平面接觸件14的計(jì)測(cè)面14A朝向支柱20的前端側(cè)，且平面接觸件14位于切斷平面 23的大致正上方。由于具備以上的結(jié)構(gòu)，因此利用三個(gè)平面接觸件14夾入后述的計(jì)測(cè)用探測(cè)器12 的球體13，通過(guò)三個(gè)度盤式指示器11能夠可靠地對(duì)焊接機(jī)器人2的工具前端來(lái)計(jì)測(cè)正交的三個(gè)方向(相互獨(dú)立的三個(gè)方向)上的距離變化。然而，在形成于支柱保持部件21的切斷平面23的中央部設(shè)有軸心垂直地穿過(guò)該平面23的穿設(shè)孔25，原點(diǎn)調(diào)整用具24嵌入到該穿設(shè)孔25中。圖7(a)表示原點(diǎn)調(diào)整用具24的側(cè)視圖。如該圖所示，原點(diǎn)調(diào)整用具24具備棒直徑為4mm左右的棒體26，在該棒體26的前端部設(shè)有直徑IOmm的球體27。棒體26的基端具有嵌入到穿設(shè)孔25中的嵌入部，其棒直徑與穿設(shè)孔25相同或比其略小。原點(diǎn)調(diào)整用具24插入到切斷平面23的穿設(shè)孔25中時(shí)，以使球體27的中心與計(jì)測(cè)坐標(biāo)系的原點(diǎn)一致的方式來(lái)確定原點(diǎn)調(diào)整用具24的棒體26的長(zhǎng)度等。圖7(b)表示計(jì)測(cè)用探測(cè)器12 (校準(zhǔn)尖端)的側(cè)視圖。如該圖所示，計(jì)測(cè)用探測(cè)器12具備長(zhǎng)度40mm左右的棒體31，在該棒體31的前端部設(shè)有直徑IOmm的球體13。該計(jì)測(cè)用探測(cè)器12是構(gòu)成導(dǎo)出夾具10的部件之一，但安裝在焊接機(jī)器人2的前端部(去除焊絲后的焊接工具的前端部)。因而，為了能夠安裝在焊接機(jī)器人2的臂前端，而在計(jì)測(cè)用探測(cè)器12的棒體31的基端形成有螺紋部33。然而，由于在度盤式指示器11的前端設(shè)有平面接觸件14，因此無(wú)論焊接機(jī)器人2 取何種姿勢(shì)，計(jì)測(cè)用探測(cè)器12的球體13都必然與平面接觸件14的計(jì)測(cè)面14A進(jìn)行點(diǎn)接觸， 從而導(dǎo)出夾具10能夠可靠地檢測(cè)球體13的位置的變化量。另外，設(shè)置在計(jì)測(cè)用探測(cè)器12的前端側(cè)的球體13的直徑與度盤式指示器11的平面接觸件14的計(jì)測(cè)面14A的特征長(zhǎng)度(直徑)相等或比特征長(zhǎng)度大(例如，約2倍)。這樣的話，即使計(jì)測(cè)針29在士(計(jì)測(cè)面14A的直徑/2)的范圍內(nèi)移動(dòng)，也能維持球體13與計(jì)測(cè)面14A的接觸狀態(tài)，從而能夠利用度盤式指示器11進(jìn)行距離位移的計(jì)測(cè)。例如，平面接觸件14的計(jì)測(cè)面14A的直徑為IOmm時(shí)，度盤式指示器11能夠計(jì)測(cè)以原點(diǎn)為中心士5mm的位移。此外，通過(guò)使球體13的直徑大于平面接觸件14的特征長(zhǎng)度(直徑)，換言之，通過(guò)使平面接觸件14小于球體13，而形成為如下結(jié)構(gòu)即使在球體13沿例如X方向較大地移動(dòng)，且平面接觸件14伴隨于此向同方向移動(dòng)的情況下，也能夠避免該平面接觸件14與其他平面接觸件14(沿Y方向或Z方向移動(dòng)的平面接觸件14)接觸、干涉這些不良情況。關(guān)于使用上述的導(dǎo)出夾具10來(lái)導(dǎo)出工具矢量的方法，如下所述。具體而 言，作為導(dǎo)出的準(zhǔn)備，按照?qǐng)D9的流程圖，進(jìn)行導(dǎo)出夾具11的設(shè)置。首先，如圖9的Sll所示，將三個(gè)支柱20旋入支柱保持部件21，在各支柱20上安裝度盤式指示器11而組裝導(dǎo)出夾具10。將組裝完成后的導(dǎo)出夾具10配置在設(shè)有焊接機(jī)器人2的載置面F上，該焊接機(jī)器人2作為算出工具矢量的對(duì)象。在S12中，在支柱保持部件21的切斷平面23上以豎立設(shè)置的方式安裝原點(diǎn)調(diào)整用具24，然后，使用該原點(diǎn)調(diào)整用具24的球體27，進(jìn)行度盤式指示器11的原點(diǎn)調(diào)整。詳細(xì)而言，使平面接觸件14的計(jì)測(cè)面14A與該原點(diǎn)調(diào)整用具24的球體27相接之后，使度盤式指示器U在支柱20上滑動(dòng)，以使此時(shí)的度盤式指示器11的測(cè)定值大致為0， 然后將度盤式指示器11相對(duì)于支柱20的位置固定(將夾緊部件30的螺栓緊固)。如此，在以后的工具矢量導(dǎo)出作業(yè)中，即使計(jì)測(cè)用探測(cè)器12的球體13的位置伴隨機(jī)器人姿勢(shì)的變更而變動(dòng)，度盤式指示器11即能夠計(jì)測(cè)向正側(cè)的距離變動(dòng)，向負(fù)側(cè)的距離變動(dòng)也能夠移動(dòng)，從而能夠在最大限度的范圍內(nèi)計(jì)測(cè)球體13的位置變動(dòng)。除此以外，原點(diǎn)調(diào)整用具24的球體27的中心設(shè)定成與計(jì)測(cè)坐標(biāo)系的原點(diǎn)一致，因此通過(guò)進(jìn)行S12的作業(yè)， 能可靠地使計(jì)測(cè)坐標(biāo)系的原點(diǎn)與各度盤式指示器11的原點(diǎn)位置一致。然后，在S13、S14中，在機(jī)器人側(cè)的焊接工具的前端安裝計(jì)測(cè)用探測(cè)器12，以使焊接機(jī)器人2的工具前端位于計(jì)測(cè)坐標(biāo)系的原點(diǎn)(空間上的規(guī)定點(diǎn))附近的方式設(shè)置機(jī)器人姿勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)導(dǎo)出夾具10的三個(gè)平面接觸件14從三方夾入計(jì)測(cè)用探測(cè)器12的球體13。需要說(shuō)明的是，在以上的說(shuō)明中，例示了在焊接機(jī)器人2附近進(jìn)行導(dǎo)出夾具11的組裝及設(shè)置的情況，但預(yù)先作業(yè)的方法并不局限于此。在另外的地點(diǎn)進(jìn)行導(dǎo)出夾具11的組裝、原點(diǎn)位置的調(diào)整也沒(méi)有任何問(wèn)題。在進(jìn)行了以上的預(yù)先準(zhǔn)備后，以焊接機(jī)器人2的工具前端位于空間上的規(guī)定點(diǎn)附近的方式使焊接機(jī)器人2取三種以上的姿勢(shì)，并進(jìn)行計(jì)測(cè)各姿勢(shì)下的工具前端的位置偏移量即實(shí)際位置偏移量的作業(yè)。具體而言，使焊接機(jī)器人2取3種以上的姿勢(shì)時(shí)，各姿勢(shì)下的工具前端的位置偏移成為位于計(jì)測(cè)探測(cè)器12的前端的球體13的位置偏移。球體13與三個(gè)位移計(jì)11的各平面接觸件14的計(jì)測(cè)面14A相接，因此球體13的位置偏移量通過(guò)導(dǎo)出夾具10所具備的三個(gè)位移計(jì)11而被計(jì)測(cè)為實(shí)際位置偏移量。計(jì)測(cè)到的實(shí)際位置偏移量適用于工具矢量的導(dǎo)出方法，從而算出工具矢量。然而，若將導(dǎo)出夾具10(3臺(tái)度盤式指示器11)的各計(jì)測(cè)方向配置成與機(jī)器人坐標(biāo)系的軸向一致，則各度盤式指示器11的計(jì)測(cè)值成為對(duì)應(yīng)的機(jī)器人坐標(biāo)系下的計(jì)測(cè)值。然而，度盤式指示器11的計(jì)測(cè)方向?yàn)樾鄙戏?5°，與機(jī)器人坐標(biāo)系的軸向不一致。度盤式指示器11的計(jì)測(cè)方向與機(jī)器人坐標(biāo)系的軸向可以利用規(guī)定的變換矩陣來(lái)建立關(guān)聯(lián)，但難以完全排除設(shè)置時(shí)的配置誤差等的影響。為了避免上述狀況，優(yōu)選按照以下的步驟設(shè)定(修正)計(jì)測(cè)坐標(biāo)系。
艮P，(i)在導(dǎo)出夾具10的原點(diǎn)附近定位機(jī)器人前端，利用導(dǎo)出夾具10計(jì)測(cè)該位置。此時(shí)的計(jì)測(cè)值為Ml (Mlx, Mly, Mlz)。(ii)在保持(i)的姿勢(shì)的狀態(tài)下在不超過(guò)夾具的計(jì)測(cè)范圍的范圍內(nèi)使機(jī)器人在機(jī)器人坐標(biāo)系中僅沿X軸方向動(dòng)作，利用導(dǎo)出夾具10計(jì)測(cè)此時(shí)的位置。此時(shí)的計(jì)測(cè)值為 M2 (M2X, M2y, M2Z)。(iii)使機(jī)器人返回(i)的位置，在保持(i)的姿勢(shì)的狀態(tài)下在不超過(guò)夾具的計(jì)測(cè)范圍的范圍內(nèi)使機(jī)器人在機(jī)器人坐標(biāo)系中僅沿Y軸方向動(dòng)作，利用導(dǎo)出夾具10計(jì)測(cè)此時(shí)的位置，計(jì)測(cè)值為M3 (M3X，M3y，M3Z)。(iv)按照以下的步驟導(dǎo)出將計(jì)測(cè)值變換成與機(jī)器人坐標(biāo)軸一致的計(jì)測(cè)坐標(biāo)系的矩陣Mb°G_。[數(shù)1]
權(quán)利要求
1.一種機(jī)器人的工具矢量的導(dǎo)出中使用的夾具，其為在機(jī)器人的工具矢量的導(dǎo)出方法中使用的夾具，所述導(dǎo)出方法為對(duì)確定安裝在機(jī)器人的臂前端上的工具的前端位置的工具矢量進(jìn)行導(dǎo)出時(shí)，以使所述機(jī)器人的工具前端位于空間上的規(guī)定點(diǎn)附近的方式使所述機(jī)器人取三種以上的姿勢(shì)，計(jì)測(cè)各姿勢(shì)中的工具前端的位置偏移量作為實(shí)際位置偏移量，并基于計(jì)測(cè)出的實(shí)際位置偏移量而算出工具矢量，所述機(jī)器人的工具矢量的導(dǎo)出中使用的夾具的特征在于，具有三個(gè)位移計(jì)，其在前端部具備平面接觸件，且能夠計(jì)測(cè)沿計(jì)測(cè)軸的距離位移，其中，該計(jì)測(cè)軸朝向與所述平面接觸件具備的計(jì)測(cè)面垂直的方向；配備機(jī)構(gòu)，其以使所述三個(gè)位移計(jì)的各計(jì)測(cè)軸在一點(diǎn)彼此正交并使各計(jì)測(cè)軸的交點(diǎn)成為所述空間上的規(guī)定點(diǎn)的方式來(lái)配備三個(gè)位移計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人的工具矢量的導(dǎo)出中使用的夾具，其特征在于，具備在前端側(cè)設(shè)有球體的計(jì)測(cè)用探測(cè)器，所述計(jì)測(cè)用探測(cè)器的基端側(cè)安裝在所述機(jī)器人的臂前端，并且所述機(jī)器人的姿勢(shì)被設(shè)定成使所述球體與所述三個(gè)位移計(jì)的各平面接觸件的計(jì)測(cè)面接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的機(jī)器人的工具矢量的導(dǎo)出中使用的夾具，其特征在于，所述配備機(jī)構(gòu)具有相互的前端部或相互的軸心向前端側(cè)的延長(zhǎng)線在一點(diǎn)正交的三個(gè)支柱；以使所述計(jì)測(cè)軸與所述支柱的軸心方向平行并使所述平面接觸件的計(jì)測(cè)面朝向支柱的前端側(cè)的方式，在三個(gè)支柱上分別安裝所述位移計(jì)的夾緊部件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)器人的工具矢量的導(dǎo)出中使用的夾具，其特征在于，以使由所述三個(gè)位移計(jì)設(shè)定的計(jì)測(cè)坐標(biāo)系的原點(diǎn)與各位移計(jì)的原點(diǎn)位置一致的方式， 在各支柱上安裝位移計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人的工具矢量的導(dǎo)出中使用的夾具，其特征在于，設(shè)置在所述計(jì)測(cè)用探測(cè)器的前端側(cè)的球體的直徑與所述平面接觸件的計(jì)測(cè)面的特征長(zhǎng)度相等或大于特征長(zhǎng)度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種機(jī)器人的工具矢量的導(dǎo)出中使用的夾具，其簡(jiǎn)便地在短時(shí)間內(nèi)且高精度地導(dǎo)出機(jī)器人的工具參數(shù)(Tx，Ty，Tz，α，β，γ)，尤其是導(dǎo)出工具參數(shù)中的平移分量(Tx，Ty，Tz)即“工具矢量”。本發(fā)明的夾具(10)具有三個(gè)位移計(jì)(11)，其在前端部具備平面接觸件(14)，并且能夠計(jì)測(cè)沿計(jì)測(cè)軸的距離位移且通過(guò)平面接觸件(14)計(jì)測(cè)工具前端的位置偏移量而作為實(shí)際位置偏移量，其中，該計(jì)測(cè)軸朝向與平面接觸件(14)垂直的方向；配備機(jī)構(gòu)(15)，其以使三個(gè)位移計(jì)的各計(jì)測(cè)軸在一點(diǎn)彼此正交并使各計(jì)測(cè)軸的交點(diǎn)成為空間上的規(guī)定點(diǎn)的方式配備三個(gè)位移計(jì)(11)。
文檔編號(hào)B25J9/22GK102328314SQ20111019364
公開(kāi)日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月12日
發(fā)明者山崎雄干, 飛田正俊 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶制鋼所