JP2003071760A

JP2003071760A - 組立ロボット

Info

Publication number: JP2003071760A
Application number: JP2001264803A
Authority: JP
Inventors: Tomoyasu Hirasawa; 友康平澤; Tomiko Takahashi; 斗美子高橋; Takuya Uchida; 拓也内田; Tadakatsu Harada; 忠克原田; Kenichi Yoshimura; 研一吉村
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2003-03-12

Abstract

(57)【要約】【課題】アーム先端部の位置、姿勢等の誤差の影響を
受けずに高精度な位置、姿勢等の動作制御が可能なこ
と。【解決手段】組立ロボット１００のアーム先端部に
は、先端部の位置、姿勢を検出する位置姿勢センサ１０
６と、エンドエフェクタ１０２の位置、姿勢を移動させ
て補正可能な補正機構１０９が設けられる。手先誤差演
算部１０７は、アームを目標位置に駆動制御した際に位
置姿勢センサ１０６で検出された位置、姿勢と、作業時
に必要なアーム先端部の位置に対する誤差を算出する。
補正機構目標位置演算部１０８は、得られた誤差値でエ
ンドエフェクタ１０２の位置を補正するために補正機構
１０９に対し位置、姿勢の制御目標値を決定し駆動制御
する。この際、アームの形態を変化させることがなく、
高精度に位置、姿勢を補正できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、製品の組立およ
び分解に使用する組立ロボット関し、より詳しくは、ロ
ボットアームの動作時の位置・姿勢の誤差を修正してよ
り高精度の作業をおこなうことができる組立ロボット、
さらには、その制御方法、およびその方法をコンピュー
タに実行させるプログラム、並びにそのプログラムを記
録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、生産システムに多関節ロボットを
配置して組立や分解をする場合、必要とされる手先の位
置・姿勢あるいは動作軌跡からロボットの各関節の角度
位置を算出する。算出された値は、各関節を駆動するサ
ーボモータの目標値として各関節が個別のサーボ系によ
り駆動され、位置決め制御することによって多自由度の
動作をおこなう。

【０００３】しかし、このような多関節ロボットでは、
サーボモータの減速機のバックラッシュやアーム構造部
の弾性変形により、モータの角度位置の位置決めが正確
であっても、アーム先端のエンドエフェクタの位置と姿
勢に誤差が生じてしまう。アーム先端の加速度とアーム
根元の位置を測定しそれらの値を基にアーム先端の振動
を抑制する方法として、特開平８−４７８８２「制振装
置」がある。

【０００４】この制振装置は、制御対象のロボットアー
ムの先端部に取付けた加速度計と、アームの根元に取付
けたアーム根元位置センサと、アーム根元に取付けたア
クチュエータとを備え、上記加速度計および根元位置セ
ンサからの検出値と、アーム先端速度設定値およびアー
ム先端位置設定値とを比較して得られた値に基づいてア
ームを目標位置に移動させる指令を演算した結果を、上
記アクチュエータへの制御信号として用いることでアー
ム先端の振動を低減するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法で
は、アーム先端部の振動による誤差を低減することは可
能であるが、アームの姿勢によって変化する静的なたわ
みやモータの減速機のバックラッシュによる誤差を修正
することは困難である。

【０００６】この発明は、上述した従来技術による問題
点を解消するため、多関節のロボットを用いた組立、分
解作業時に、各関節を駆動するサーボモータの減速機の
バックラッシュやアーム構造部の弾性変形に基づき発生
するアーム先端部の位置、姿勢等の誤差の影響を受けず
に高精度な位置、姿勢等の動作制御が可能な組立ロボッ
ト、さらにはその制御方法、およびその方法をコンピュ
ータに実行させるプログラム、並びにそのプログラムを
記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するため、請求項１の発明にかかる組立ロボ
ットは、作業時に必要なアーム先端部の位置、姿勢、あ
るいはその軌跡からアームを構成する各関節の各駆動モ
ータの目標位置を算出し、各駆動モータを個々に位置決
めして組立あるいは分解作業をおこなう多関節の組立ロ
ボットにおいて、前記アーム先端部に設けられ、該先端
部を目標位置に位置決め制御した際における該先端部の
位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段の出
力によりアーム先端部の位置を検出し、作業時に必要な
アーム先端部の位置に対する誤差を算出する手先誤差演
算手段と、前記アーム先端部と、該アーム先端部に配置
されたエンドエフェクタとの間に設けられ、エンドエフ
ェクタの位置を補正すべく移動可能な補正手段と、前記
手先誤差演算手段で算出された誤差値に基づき、前記エ
ンドエフェクタの位置を補正するために前記補正手段に
対し位置の制御目標値を決定し駆動制御する補正機構目
標位置演算手段と、を備えたことを特徴とする。

【０００８】この請求項１の発明によれば、組立ロボッ
トのアーム構造等に起因するアーム先端部の位置の誤差
をアーム先端部に配置された補正手段で補正できるた
め、誤差の修正のためにアームの形態を変化させる必要
がなく新たな位置の誤差を発生しない。このため、組立
ロボットを駆動させる減速機のバックラッシュ、アーム
の弾性変形等による位置の誤差の影響を受けずに、アー
ム先端部を高精度に位置決め制御できる。

【０００９】また、請求項２の発明にかかる組立ロボッ
トは、請求項１に記載の発明において、前記アーム先端
部を目標位置に位置決め制御するために該アームの先端
がとるべき位置が設定される手先位置設定手段を備え、
前記手先誤差演算手段は、前記手先位置設定手段で設定
された前記エンドエフェクタの位置と、前記位置検出手
段により検出された位置に基づき位置の誤差を演算する
ことを特徴とする。

【００１０】この請求項２の発明によれば、あらかじめ
アームを目標位置に位置決め制御した際の位置が設定さ
れており、この位置を読み出して検出された位置との誤
差を得ることができ、簡単に高精度な位置決め制御がお
こなえる。

【００１１】また、請求項３の発明にかかる組立ロボッ
トは、請求項１、２のいずれか一つに記載の発明におい
て、前記アーム先端部に設けられ、該先端部を目標位置
に位置決め制御した際における該先端部の姿勢を検出す
る姿勢検出手段を備え、前記手先誤差演算手段は、前記
姿勢検出手段の出力によりアーム先端部の姿勢を検出
し、作業時に必要なアーム先端部の姿勢に対する誤差を
算出し、前記補正手段は、前記エンドエフェクタの姿勢
を補正すべく移動可能であり、前記補正機構目標位置演
算手段は、前記手先誤差演算手段で算出された誤差値に
基づき、前記エンドエフェクタの姿勢を補正するために
前記補正手段に対し姿勢の制御目標値を決定し駆動制御
させることを特徴とする。

【００１２】この請求項３の発明によれば、組立ロボッ
トのアーム構造等に起因するアーム先端部の姿勢の誤差
をアーム先端部に配置された補正手段で補正できるた
め、誤差の修正のためにアームの形態を変化させる必要
がなく新たな姿勢の誤差を発生しない。このため、組立
ロボットを駆動させる減速機のバックラッシュ、アーム
の弾性変形等による姿勢の誤差の影響を受けずに、アー
ム先端部を高精度に姿勢制御できる。

【００１３】また、請求項４の発明にかかる組立ロボッ
トは、請求項３に記載の発明において、前記アーム先端
部を目標位置に位置決め制御するために該アームの先端
がとるべき姿勢が設定される手先姿勢設定手段を備え、
前記手先誤差演算手段は、前記手先姿勢設定手段で設定
された前記エンドエフェクタの姿勢と、前記姿勢検出手
段により検出された姿勢に基づき姿勢の誤差を演算する
ことを特徴とする。

【００１４】この請求項４の発明によれば、あらかじめ
アームを目標位置に位置決め制御した際の姿勢が設定さ
れており、この姿勢を読み出して検出された姿勢との誤
差を得ることができ、簡単に高精度な姿勢制御がおこな
える。

【００１５】また、請求項５の発明にかかる組立ロボッ
トは、請求項１〜４のいずれか一つに記載の発明におい
て、前記アームの先端部を目標位置に位置決め制御した
際に、前記エンドエフェクタに対して発生する作業時の
反力を検出する力覚検出手段と、前記力覚検出手段の出
力により前記エンドエフェクタに発生する反力を検出
し、あらかじめ設定したエンドエフェクタに加わる反力
に対する誤差を算出する反力誤差演算手段とを備え、前
記補正機構目標位置演算手段は、前記反力誤差演算手段
で算出された誤差値に基づき、前記エンドエフェクタに
加わる反力が前記設定値になるよう前記補正手段に対し
反力の制御目標値を決定し駆動制御させることを特徴と
する。

【００１６】この請求項５の発明によれば、組立ロボッ
トのエンドエフェクタで所定の方向から所定の大きさの
力を発生させる必要の作業時に、アーム構造等に起因す
るアーム先端部に掛かる反力の誤差をアーム先端部に配
置された補正手段で補正できるため、誤差の修正のため
にアームの形態を変化させる必要がなく新たな反力の誤
差を発生しない。このため、組立ロボットを駆動させる
減速機のバックラッシュ、アームの弾性変形等による反
力の誤差の影響を受けずに、アーム先端部を高精度に所
定の反力となるよう駆動制御できる。

【００１７】また、請求項６の発明にかかる組立ロボッ
トは、請求項５に記載の発明において、前記アームの先
端部を目標位置に位置決め制御した際に、前記エンドエ
フェクタに対して発生する作業時の反力をあらかじめ設
定するための反力設定手段を備え、前記反力誤差演算手
段は、前記反力設定手段で設定された前記エンドエフェ
クタの反力と、前記力覚検出手段により検出された反力
とに基づき反力の誤差を演算することを特徴とする。

【００１８】この請求項６の発明によれば、あらかじめ
アームを目標位置に位置決め制御した際の反力が設定さ
れており、この反力を読み出して検出された反力との誤
差を得ることができ、所望の反力が必要な作業を簡単か
つ高精度に駆動制御できる。

【００１９】また、請求項１〜６のいずれか一つに記載
の発明において、前記補正手段が、前記アーム先端部に
固定されるアーム固定ベースと、前記エンドエフェクタ
に固定されるエンドエフェクタベースと、前記アーム固
定ベースと、エンドエフェクタベースとの間に複数本連
設され、各々伸縮自在な可動リンクと、を備え並進方向
および回転方向に複数の自由度を有することを特徴とす
るものであってもよい。

【００２０】この発明によれば、補正手段に複数の伸縮
自在な可動リンクを用いたので、動作中に慣性力や作業
反力がかかっても誤差の発生を抑制できるため、高精度
な位置、姿勢、及び反力の補正制御が可能となる。

【００２１】また、作業時に必要なアーム先端部の位
置、姿勢、あるいはその軌跡からアームを構成する各関
節の各駆動モータの目標位置を算出し、各駆動モータを
個々に位置決めして組立あるいは分解作業をおこなうも
ので、アームの先端部とエンドエフェクタとの間に位置
および姿勢を変更駆動可能な補正手段を備えた多関節の
組立ロボットにおける制御方法であって、前記各駆動モ
ータを前記目標位置に位置決め駆動させた状態で、アー
ムの先端の位置を検出する位置検出工程と、あらかじめ
設定されたアーム先端の位置と、前記検出された位置に
基づき、作業時に必要なアーム先端部の位置誤差を算出
する位置誤差算出工程と、前記算出された位置誤差に基
づいて、前記補正手段に対しエンドエフェクタの位置を
補正制御する位置補正工程と、を備えたことを特徴とす
る方法であってもよい。

【００２２】この発明によれば、組立ロボットのアーム
構造等に起因するアーム先端部の位置の誤差をアーム先
端部の補正手段に対する制御で補正するため、誤差の修
正のためにアームの形態を変化させる必要がなく新たな
位置の誤差を発生しない。このため、組立ロボットを駆
動させる減速機のバックラッシュ、アームの弾性変形等
による位置の誤差の影響を受けずに、アーム先端部を高
精度に位置決め制御できる。

【００２３】また、上記発明において、前記各駆動モー
タを前記目標位置に位置決め駆動させた状態で、アーム
の先端の姿勢を検出する姿勢検出工程と、あらかじめ設
定されたアーム先端の姿勢と、前記検出された姿勢に基
づき、作業時に必要なアーム先端部の姿勢誤差を算出す
る姿勢誤差算出工程と、前記算出された姿勢誤差に基づ
いて、前記補正手段に対しエンドエフェクタの姿勢を補
正制御する姿勢補正工程と、を含むことを特徴とする方
法であってもよい。

【００２４】この発明によれば、組立ロボットのアーム
構造等に起因するアーム先端部の姿勢の誤差をアーム先
端部の補正手段に対する制御で補正するため、誤差の修
正のためにアームの形態を変化させる必要がなく新たな
姿勢の誤差を発生しない。このため、組立ロボットを駆
動させる減速機のバックラッシュ、アームの弾性変形等
による姿勢の誤差の影響を受けずに、アーム先端部を高
精度に姿勢制御できる。

【００２５】また、上記発明において、前記各駆動モー
タを前記目標位置に位置決め駆動させた状態で、前記エ
ンドエフェクタに対して発生する作業時の反力を検出す
る力覚検出工程と、あらかじめ設定したエンドエフェク
タに加わる反力と、前記検出された反力に基づき、反力
の誤差を算出する反力誤差算出工程と、前記算出された
反力誤差に基づいて、前記補正手段に対しエンドエフェ
クタに加わる反力が前記設定値になるように駆動制御す
る反力補正工程と、を含むことを特徴とする方法であっ
てもよい。

【００２６】この発明によれば、組立ロボットのエンド
エフェクタで所定の方向から所定の大きさの力を発生さ
せる必要がある作業時に、アーム構造等に起因するアー
ム先端部に掛かる反力の誤差をアーム先端部に配置され
た補正手段に対する制御で補正できるため、誤差の修正
のためにアームの形態を変化させる必要がなく新たな反
力の誤差を発生しない。このため、組立ロボットを駆動
させる減速機のバックラッシュ、アームの弾性変形等に
よる反力の誤差の影響を受けずに、アーム先端部を高精
度に所定の反力となるよう駆動制御できる。

【００２７】また、上記発明において、前記補正手段
が、前記アームの先端部とエンドエフェクタとの間に設
けられ、複数本のリンク長が可変自在な可動リンクを有
してなり、前記位置補正工程、前記姿勢補正工程、前記
反力補正工程で得られた各補正の制御値に対応して、前
記補正手段の各可動リンクのリンク長をそれぞれ可変制
御させる駆動指令工程と、を含むことを特徴とする方法
であってもよい。

【００２８】この発明によれば、補正手段による誤差の
補正時に複数の可動リンクを制御値に応じて制御する構
成により、動作中に慣性力や作業反力がかかっても補正
手段での誤差の発生を抑制して、高精度な位置、姿勢、
及び反力の補正制御が可能となる。

【００２９】また、上記のいずれかに記載された方法を
コンピュータに実行させることを特徴とするコンピュー
タプログラムであってもよい。

【００３０】この発明によれば、上記のいずれかに記載
された方法をコンピュータに実行させることができ、コ
ンピュータを用いて組立ロボットのアーム先端部の位置
と姿勢、および反力の補正制御を実行できるようにな
り、アームの駆動制御の高精度化が図れるようになる。

【００３１】また、上記に記載されたプログラムを記録
したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録
媒体であってもよい。

【００３２】この発明にかかる記録媒体は、上記に記載
されたコンピュータに実行させるプログラムを記録した
ことで、そのプログラムを機械読み取り可能となり、こ
れによって、上記発明の動作をコンピュータによって実
現することができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して、この
発明にかかる組立ロボットとその制御方法、およびその
方法をコンピュータに実行させるプログラム、並びにそ
のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記
録媒体の好適な実施の形態を詳細に説明する。

【００３４】〔実施の形態１〕図１は、本発明に係わる
組立ロボットの実施の形態１を示す全体構成図である。
ロボット１００は、複数のアーム１００ａが複数の関節
１００ｂで接続されてなり、自由端のアームの先端には
エンドエフェクタ１０２が設けられてなる。このロボッ
ト１００は、駆動制御手段１１５により駆動制御され
る。

【００３５】駆動制御手段１１５は、アーム先端に設け
られたエンドエフェクタ１０２がとるべき位置・姿勢の
値を設定する手先位置姿勢設定部１０１と、ロボット１
００の各関節の駆動モータの目標位置を算出するモータ
目標位置演算部１０３と、駆動モータの目標位置データ
に基づいてロボット１００の各関節の駆動モータを駆動
する駆動指令部１０４を有する。

【００３６】また、ロボット１００のアーム先端には、
位置姿勢センサ１０６と、補正機構１０９が設けられ
る。位置姿勢センサ１０６は、アーム先端のエンドエフ
ェクタ１０２の位置と姿勢を検出する。この位置姿勢セ
ンサ１０６は、３次元レーザ位置センサや、３次元磁気
センサとジャイロセンサの組合せ等、によって構成され
る。この位置姿勢センサ１０６は、例えば、位置検出に
かかる構成と、姿勢にかかる構成を複合させた構成のも
のを用いて位置信号と姿勢信号を独立して出力可能に構
成してもよい。補正機構１０９は、アーム先端部の姿
勢、位置を補正するアクチュエータで構成される。

【００３７】手先誤差演算部１０７は、手先位置姿勢設
定部１０１で設定されたアーム先端のエンドエフェクタ
１０２の位置・姿勢と、位置姿勢センサ１０６により検
出された位置・姿勢との誤差を演算する。補正機構目標
位置演算部１０８は、手先誤差演算部１０７で求められ
た誤差に基づいて補正機構１０９に対する制御目標値を
決定する。補正駆動指令部１１０は、補正機構１０９の
アクチュエータを駆動し、アーム先端のエンドエフェク
タ１０２の位置・姿勢の誤差を修正する。

【００３８】上記構成の組立ロボットの動作について、
図２のフローチャートを用いて説明する。まず、手先位
置姿勢設定部１０１では、ロボットの作業手続きや作業
対象との相対的な位置関係からロボット１００のアーム
先端のエンドエフェクタ１０２がとるべき位置・姿勢を
設定する（ステップＳ２０１）。つぎに、モータ目標位
置演算部１０３は、アームの先端のエンドエフェクタ１
０２が必要とする位置・姿勢をとるために、ロボット１
００の各関節の駆動モータの目標位置を算出する（ステ
ップＳ２０２）。

【００３９】つぎに、算出された駆動モータ目標位置デ
ータに基づいて駆動指令部１０４がロボット１００の各
関節の駆動モータを駆動する（ステップＳ２０３）。こ
の際、位置姿勢センサ１０６は、ロボット１００のアー
ム先端部の位置と姿勢を検出し（ステップＳ２０４）、
手先誤差演算部１０７において手先位置姿勢設定部１０
１で設定されたアームの先端部のエンドエフェクタ１０
２の位置・姿勢と、位置姿勢センサ１０６により検出さ
れた位置・姿勢との誤差を演算する（ステップＳ２０
５）。

【００４０】つぎに、求められた誤差に基づいて補正機
構目標位置演算部１０８は、補正機構１０９に対する制
御目標値を決定し（ステップＳ２０６）、補正駆動指令
部１１０により補正機構１０９のアクチュエータを駆動
し、アーム先端のエンドエフェクタ１０２の位置・姿勢
の誤差を修正する（ステップＳ２０７）。

【００４１】つぎに、図３は、前述した補正機構１０９
を示す斜視図である。図示のように本実施の形態では、
補正機構１０９の具体的構成例として高剛性なパラレル
リンク機構３００を用いる。

【００４２】このパラレルリンク機構３００は、ロボッ
ト１００のアーム先端部において、基端側に設けられる
アーム固定ベース３０１と、アーム先端、すなわちエン
ドエフェクタ１０２側に設けられるエンドエフェクタベ
ース３０２と、これらアーム固定ベース３０１とエンド
エフェクタベース３０２との間に連設された６本の可動
リンク３０３により構成される。アーム固定ベース３０
１、エンドエフェクタベース３０２は円盤状に形成さ
れ、６本の可動リンク３０３は円盤の縁に沿って等間隔
に配置される。

【００４３】可動リンク３０３は、所定長さのアーム３
０３ａと、アーム３０３ａの両端にそれぞれ設けられた
球面ガイド３０４（３０４ａ、３０４ｂ）を備えて、ア
ーム固定ベース３０１とエンドエフェクタベース３０２
に接続されている。アーム３０３ａは、内蔵された直動
アクチュエータの伸縮により、リンク長が変化するよう
構成されている。

【００４４】これら６本の可動リンク３０３のリンクの
長さを変化させることにより、アーム固定ベース３０１
に対するエンドエフェクタベース３０２（エンドエフェ
クタ１０２）の相対位置と姿勢を、合計６自由度（並進
方向３自由度、回転方向３自由度）の範囲で移動させる
ことができる。

【００４５】以上説明した構成によれば、組立ロボット
１００のアーム機構の構造に起因する先端部の位置と姿
勢の誤差を、該アームの先端部にある補正機構１０９に
より補正することができる。この際、誤差の修正のため
にアームの姿勢等形態を変化させる必要がなく、補正機
構による新たな誤差が発生しない。このため、各関節を
駆動するサーボモータの減速機のバックラッシュや、ア
ーム構造部の弾性変形による誤差の影響を受けずにアー
ム先端部のエンドエフェクタ１０２を動作制御可能とな
る。

【００４６】また、アームの先端に位置姿勢センサ１０
６を配置した構成により、アーム先端の位置を直接検出
することができ、アーム先端部の位置の誤差を精度よく
検出することができる。これにより、補正機構１０９に
よるアーム先端のエンドエフェクタ１０２の位置と姿勢
を高精度に補正できる。

【００４７】また、補正機構１０９に高剛性のパラレル
リンク機構３００を用い、複数、例えば６自由度の補正
が可能なことにより、動作中に慣性力や作業反力がかか
っても補正機構１０９での誤差の発生を低減化でき、ア
ーム先端のエンドエフェクタ１０２を高精度に位置、姿
勢補正させて動作制御可能となる。

【００４８】〔実施の形態２〕図４は、本発明に係わる
組立ロボットの実施の形態２を示す全体構成である。前
述した第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符
号を附してある。この実施の形態２では、組立ロボット
１００の作業時における作業反力を検出し、エンドエフ
ェクタ１０２の位置と姿勢を補正するものである。

【００４９】駆動制御手段４００は、ロボットの作業手
続きや作業対象との相対的な位置関係からエンドエフェ
クタ１０２がとるべき位置・姿勢を設定する手先位置姿
勢設定部１０１と、エンドエフェクタ１０２が必要とす
る位置・姿勢をとるために、アームの各関節の駆動モー
タの目標位置を算出するモータ目標位置演算部１０３
と、この駆動モータの目標位置データに基づいてロボッ
ト１００の各関節の駆動モータを駆動する駆動指令部１
０４を有して構成されている。

【００５０】また、ロボット１００のアーム先端部に
は、力覚センサ４０１と、補正機構１０９が設けられ
る。力覚センサ４０１は、ロボット１００の作業時にエ
ンドエフェクタ１０２に発生する組立反力を検出する。
反力設定部４０２には、組立や分解作業が正常におこな
われた際にエンドエフェクタに１０２に発生する反力が
あらかじめ設定されている。反力誤差演算部４０３は、
反力設定部４０２にあらかじめ設定された反力と、力覚
センサ４０１が検出した反力の誤差を算出する。

【００５１】補正機構目標位置演算部１０８は、反力誤
差演算部４０３で求められた誤差に基づいて補正機構１
０９の制御目標値を決定する。補正駆動指令部１１０
は、補正機構１０９のアクチュエータを駆動し、アーム
先端のエンドエフェクタ１０２の組立反力が設定値にな
るように修正する。

【００５２】上記構成の組立ロボットの動作について、
図５のフローチャートを用いて説明する。まず、手先位
置姿勢設定部１０１には、ロボット１００の作業手続き
や、作業対象との相対的な位置関係からエンドエフェク
タ１０２がとるべき位置・姿勢が設定される（ステップ
Ｓ５０１）。つぎに、モータ目標位置演算部１０３は、
エンドエフェクタ１０２が必要とする位置・姿勢をとる
ために、アームの各関節の駆動モータの目標位置を算出
する（ステップＳ５０２）。

【００５３】つぎに、この駆動モータの目標位置データ
に基づいて駆動指令部１０４がロボット１００の各関節
の駆動モータを駆動する（ステップＳ５０３）。この
際、力覚センサ４０１は、ロボット１００の作業により
エンドエフェクタ１０２に掛かる組立反力を検出する
（ステップＳ５０４）。

【００５４】そして、反力誤差演算部４０３は、反力設
定部４０２にあらかじめ設定された組立や分解作業が正
常におこなわれた際にエンドエフェクタに１０２に発生
する反力と、力覚センサ４０１が検出した反力の誤差を
演算する（ステップＳ５０５）。

【００５５】つぎに、求められた誤差に基づいて補正機
構目標位置演算部１０８は、補正機構１０９の制御目標
値を決定し（ステップＳ５０６）、補正駆動指令部１１
０により補正機構１０９のアクチュエータを駆動し、ア
ーム先端のエンドエフェクタ１０２の組立反力が設定値
になるように修正する（ステップＳ５０７）。

【００５６】以上の構成によれば、アーム先端にかかる
作業反力を検出して、補正機構１０９によりエンドエフ
ェクタ１０２の位置と姿勢を補正することができ、各関
節を駆動するサーボモータの減速機のバックラッシュ
や、アーム機構の構造的な弾性変形による誤差の影響を
受けずに高精度に所望の動作をおこなうことが可能とな
る。

【００５７】なお、補正機構目標位置演算部１０８は、
上記の反力誤差の補正に加えて、実施の形態１で説明し
た位置と姿勢を補正すべく補正機構１０９の制御目標値
を決定、出力する構成にもできる。

【００５８】以上説明した実施の形態の組立ロボット１
００は、部品を組み立てる組立作業、および部品の分解
作業のいずれにも用いることができ、いずれの場合にお
いても、アーム先端の位置と姿勢を補正して高精度な動
作制御が実行できるようになる。

【００５９】すなわち、本実施の形態によれば、組立ロ
ボットのアーム構造等に起因するアーム先端部の位置の
誤差をアーム先端部に配置された補正手段で補正できる
ため、誤差の修正のためにアームの形態を変化させる必
要がなく新たな位置の誤差を発生しない。このため、組
立ロボットを駆動させる減速機のバックラッシュ、アー
ムの弾性変形等による位置の誤差の影響を受けずに、ア
ーム先端部を高精度に位置決め制御することができる。

【００６０】また、本実施の形態によれば、あらかじめ
アームを目標位置に位置決め制御した際の位置が設定さ
れており、この位置を読み出して検出された位置との誤
差を得ることができ、簡単に高精度な位置決め制御をお
こなうことができる。

【００６１】また、本実施の形態によれば、組立ロボッ
トのアーム構造等に起因するアーム先端部の姿勢の誤差
をアーム先端部に配置された補正手段で補正できるた
め、誤差の修正のためにアームの形態を変化させる必要
がなく新たな姿勢の誤差を発生しない。

【００６２】また、本実施の形態によれば、あらかじめ
アームを目標位置に位置決め制御した際の姿勢が設定さ
れており、この姿勢を読み出して検出された姿勢との誤
差を得ることができ、簡単に高精度な姿勢制御がおこな
えるという効果を奏する。

【００６３】また、本実施の形態によれば、組立ロボッ
トのエンドエフェクタで所定の方向から所定の大きさの
力を発生させる必要の作業時に、アーム構造等に起因す
るアーム先端部に掛かる反力の誤差をアーム先端部に配
置された補正手段で補正できるため、誤差の修正のため
にアームの形態を変化させる必要がなく新たな反力の誤
差を発生しない。

【００６４】また、本実施の形態によれば、あらかじめ
アームを目標位置に位置決め制御した際の反力が設定さ
れており、この反力を読み出して検出された反力との誤
差を得ることができ、所望の反力が必要な作業を簡単か
つ高精度に駆動制御できるという効果を奏する。

【００６５】また、本実施の形態によれば、補正手段に
複数の伸縮自在な可動リンクを用いたので、動作中に慣
性力や作業反力がかかっても誤差の発生を抑制できるた
め、高精度な位置、姿勢、及び反力の補正制御が可能と
なる。

【００６６】なお、本実施の形態で説明した制御方法
は、あらかじめ用意されたプログラムをパーソナル・コ
ンピュータ等のコンピュータで実行することにより実現
することができる。このプログラムは、ハードディス
ク、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、
ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒
体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み
出されることによって実行される。またこのプログラム
は、上記記録媒体を介して、インターネット等のネット
ワークを介して配布することができる。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、作業時に必要なアーム先端部の位置、姿
勢、あるいはその軌跡からアームを構成する各関節の各
駆動モータの目標位置を算出し、各駆動モータを個々に
位置決めして組立あるいは分解作業をおこなう多関節の
組立ロボットにおいて、前記アーム先端部に設けられ、
該先端部を目標位置に位置決め制御した際における該先
端部の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手
段の出力によりアーム先端部の位置を検出し、作業時に
必要なアーム先端部の位置に対する誤差を算出する手先
誤差演算手段と、前記アーム先端部と、該アーム先端部
に配置されたエンドエフェクタとの間に設けられ、エン
ドエフェクタの位置を補正すべく移動可能な補正手段
と、前記手先誤差演算手段で算出された誤差値に基づ
き、前記エンドエフェクタの位置を補正するために前記
補正手段に対し位置の制御目標値を決定し駆動制御する
補正機構目標位置演算手段とを備えた構成としたので、
組立ロボットのアーム構造等に起因するアーム先端部の
位置の誤差をアーム先端部に配置された補正手段で補正
できるため、誤差の修正のためにアームの形態を変化さ
せる必要がなく新たな位置の誤差を発生しない。このた
め、組立ロボットを駆動させる減速機のバックラッシ
ュ、アームの弾性変形等による位置の誤差の影響を受け
ずに、アーム先端部を高精度に位置決め制御できるとい
う効果を奏する。

【００６８】また、請求項２の発明によれば、請求項１
に記載の発明において、前記アーム先端部を目標位置に
位置決め制御するために該アームの先端がとるべき位置
が設定される手先位置設定手段を備え、前記手先誤差演
算手段は、前記手先位置設定手段で設定された前記エン
ドエフェクタの位置と、前記位置検出手段により検出さ
れた位置に基づき位置の誤差を演算する構成としたの
で、あらかじめアームを目標位置に位置決め制御した際
の位置が設定されており、この位置を読み出して検出さ
れた位置との誤差を得ることができ、簡単に高精度な位
置決め制御がおこなえるという効果を奏する。

【００６９】また、請求項３の発明によれば、請求項
１、２のいずれか一つに記載の発明において、前記アー
ム先端部に設けられ、該先端部を目標位置に位置決め制
御した際における該先端部の姿勢を検出する姿勢検出手
段を備え、前記手先誤差演算手段は、前記姿勢検出手段
の出力によりアーム先端部の姿勢を検出し、作業時に必
要なアーム先端部の姿勢に対する誤差を算出し、前記補
正手段は、前記エンドエフェクタの姿勢を補正すべく移
動可能であり、前記補正機構目標位置演算手段は、前記
手先誤差演算手段で算出された誤差値に基づき、前記エ
ンドエフェクタの姿勢を補正するために前記補正手段に
対し姿勢の制御目標値を決定し駆動制御させる構成とし
たので、組立ロボットのアーム構造等に起因するアーム
先端部の姿勢の誤差をアーム先端部に配置された補正手
段で補正できるため、誤差の修正のためにアームの形態
を変化させる必要がなく新たな姿勢の誤差を発生しな
い。このため、組立ロボットを駆動させる減速機のバッ
クラッシュ、アームの弾性変形等による姿勢の誤差の影
響を受けずに、アーム先端部を高精度に姿勢制御できる
という効果を奏する。

【００７０】また、請求項４の発明によれば、請求項３
に記載の発明において、前記アーム先端部を目標位置に
位置決め制御するために該アームの先端がとるべき姿勢
が設定される手先姿勢設定手段を備え、前記手先誤差演
算手段は、前記手先姿勢設定手段で設定された前記エン
ドエフェクタの姿勢と、前記姿勢検出手段により検出さ
れた姿勢に基づき姿勢の誤差を演算する構成としたの
で、あらかじめアームを目標位置に位置決め制御した際
の姿勢が設定されており、この姿勢を読み出して検出さ
れた姿勢との誤差を得ることができ、簡単に高精度な姿
勢制御がおこなえるという効果を奏する。

【００７１】また、請求項５の発明によれば、請求項１
〜４のいずれか一つに記載の発明において、前記アーム
の先端部を目標位置に位置決め制御した際に、前記エン
ドエフェクタに対して発生する作業時の反力を検出する
力覚検出手段と、前記力覚検出手段の出力により前記エ
ンドエフェクタに発生する反力を検出し、あらかじめ設
定したエンドエフェクタに加わる反力に対する誤差を算
出する反力誤差演算手段とを備え、前記補正機構目標位
置演算手段は、前記反力誤差演算手段で算出された誤差
値に基づき、前記エンドエフェクタに加わる反力が前記
設定値になるよう前記補正手段に対し反力の制御目標値
を決定し駆動制御させる構成としたので、組立ロボット
のエンドエフェクタで所定の方向から所定の大きさの力
を発生させる必要の作業時に、アーム構造等に起因する
アーム先端部に掛かる反力の誤差をアーム先端部に配置
された補正手段で補正できるため、誤差の修正のために
アームの形態を変化させる必要がなく新たな反力の誤差
を発生しない。このため、組立ロボットを駆動させる減
速機のバックラッシュ、アームの弾性変形等による反力
の誤差の影響を受けずに、アーム先端部を高精度に所定
の反力となるよう駆動制御できるという効果を奏する。

【００７２】また、請求項６の発明によれば、請求項５
に記載の発明において、前記アームの先端部を目標位置
に位置決め制御した際に、前記エンドエフェクタに対し
て発生する作業時の反力をあらかじめ設定するための反
力設定手段を備え、前記反力誤差演算手段は、前記反力
設定手段で設定された前記エンドエフェクタの反力と、
前記力覚検出手段により検出された反力とに基づき反力
の誤差を演算する構成としたので、あらかじめアームを
目標位置に位置決め制御した際の反力が設定されてお
り、この反力を読み出して検出された反力との誤差を得
ることができ、所望の反力が必要な作業を簡単かつ高精
度に駆動制御できるという効果を奏する。

【００７３】また、他の発明によれば、請求項１〜６の
いずれか一つに記載の発明において、前記補正手段が、
前記アーム先端部に固定されるアーム固定ベースと、前
記エンドエフェクタに固定されるエンドエフェクタベー
スと、前記アーム固定ベースと、エンドエフェクタベー
スとの間に複数本連設され、各々伸縮自在な可動リンク
と、を備え並進方向および回転方向に複数の自由度を有
する構成としたので、補正手段に複数の伸縮自在な可動
リンクを用いたので、動作中に慣性力や作業反力がかか
っても誤差の発生を抑制できるため、高精度な位置、姿
勢、及び反力の補正制御が可能な効果を奏する。

【００７４】また、他の発明によれば、作業時に必要な
アーム先端部の位置、姿勢、あるいはその軌跡からアー
ムを構成する各関節の各駆動モータの目標位置を算出
し、各駆動モータを個々に位置決めして組立あるいは分
解作業をおこなうもので、アームの先端部とエンドエフ
ェクタとの間に位置および姿勢を変更駆動可能な補正手
段を備えた多関節の組立ロボットにおける制御方法であ
って、前記各駆動モータを前記目標位置に位置決め駆動
させた状態で、アームの先端の位置を検出する位置検出
工程と、あらかじめ設定されたアーム先端の位置と、前
記検出された位置に基づき、作業時に必要なアーム先端
部の位置誤差を算出する位置誤差算出工程と、前記算出
された位置誤差に基づいて、前記補正手段に対しエンド
エフェクタの位置を補正制御する位置補正工程とを備え
た構成としたので、組立ロボットのアーム構造等に起因
するアーム先端部の位置の誤差をアーム先端部の補正手
段に対する制御で補正するため、誤差の修正のためにア
ームの形態を変化させる必要がなく新たな位置の誤差を
発生しない。このため、組立ロボットを駆動させる減速
機のバックラッシュ、アームの弾性変形等による位置の
誤差の影響を受けずに、アーム先端部を高精度に位置決
め制御できるという効果を奏する。

【００７５】また、他の発明によれば、上記の発明にお
いて、前記各駆動モータを前記目標位置に位置決め駆動
させた状態で、アームの先端の姿勢を検出する姿勢検出
工程と、あらかじめ設定されたアーム先端の姿勢と、前
記検出された姿勢に基づき、作業時に必要なアーム先端
部の姿勢誤差を算出する姿勢誤差算出工程と、前記算出
された姿勢誤差に基づいて、前記補正手段に対しエンド
エフェクタの姿勢を補正制御する姿勢補正工程とを含む
構成としたので、組立ロボットのアーム構造等に起因す
るアーム先端部の姿勢の誤差をアーム先端部の補正手段
に対する制御で補正するため、誤差の修正のためにアー
ムの形態を変化させる必要がなく新たな姿勢の誤差を発
生しない。このため、組立ロボットを駆動させる減速機
のバックラッシュ、アームの弾性変形等による姿勢の誤
差の影響を受けずに、アーム先端部を高精度に姿勢制御
できるという効果を奏する。

【００７６】また、他の発明によれば、上記の発明にお
いて、前記各駆動モータを前記目標位置に位置決め駆動
させた状態で、前記エンドエフェクタに対して発生する
作業時の反力を検出する力覚検出工程と、あらかじめ設
定したエンドエフェクタに加わる反力と、前記検出され
た反力に基づき、反力の誤差を算出する反力誤差算出工
程と、前記算出された反力誤差に基づいて、前記補正手
段に対しエンドエフェクタに加わる反力が前記設定値に
なるように駆動制御する反力補正工程とを含む構成とし
たので、組立ロボットのエンドエフェクタで所定の方向
から所定の大きさの力を発生させる必要がある作業時
に、アーム構造等に起因するアーム先端部に掛かる反力
の誤差をアーム先端部に配置された補正手段に対する制
御で補正できるため、誤差の修正のためにアームの形態
を変化させる必要がなく新たな反力の誤差を発生しな
い。このため、組立ロボットを駆動させる減速機のバッ
クラッシュ、アームの弾性変形等による反力の誤差の影
響を受けずに、アーム先端部を高精度に所定の反力とな
るよう駆動制御できるという効果を奏する。

【００７７】また、他の発明によれば、上記の発明にお
いて、前記補正手段は、前記アームの先端部とエンドエ
フェクタとの間に設けられ、複数本のリンク長が可変自
在な可動リンクを有してなり、前記位置補正工程、前記
姿勢補正工程、前記反力補正工程で得られた各補正の制
御値に対応して、前記補正手段の各可動リンクのリンク
長をそれぞれ可変制御させる駆動指令工程とを含む構成
としたので、補正手段による誤差の補正時に複数の可動
リンクを制御値に応じて制御する構成により、動作中に
慣性力や作業反力がかかっても補正手段での誤差の発生
を抑制して、高精度な位置、姿勢、及び反力の補正制御
が可能な効果を奏する。

【００７８】また、他の発明によれば、上記の発明に記
載された方法をコンピュータに実行させる構成としたの
で、コンピュータを用いて組立ロボットのアーム先端部
の位置と姿勢、および反力の補正制御を実行できるよう
になり、アームの駆動制御の高精度化が図れるようにな
るという効果を奏する。

【００７９】また、他の発明によれば、上記に記載され
たプログラムを記録した構成としたので、そのプログラ
ムを機械読み取り可能となり、これによって、上記の動
作をコンピュータによって実現することができるという
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の組立ロボットの実施の形態１による
全体構成図である。

【図２】この発明の組立ロボットの実施の形態１にかか
る駆動制御内容を示すフローチャートである。

【図３】この発明の組立ロボットに用いられる補正機構
を示す斜視図である。

【図４】この発明の組立ロボットの実施の形態２を示す
全体構成図である。

【図５】この発明の組立ロボットの実施の形態２にかか
る駆動制御内容を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１００ロボット１００ａアーム１００ｂ関節１０１手先位置姿勢設定部１０２エンドエフェクタ１０３モータ目標位置演算部１０４駆動指令部１０６位置姿勢センサ１０７手先誤差演算部１０８補正機構目標位置演算部１０９補正機構１１０補正駆動指令部１１５駆動制御手段３００パラレルリンク機構３０１アーム固定ベース３０２エンドエフェクタベース３０３可動リンク３０３ａアーム３０４（３０４ａ，３０４ｂ）球面ガイド４００駆動制御手段４０１力覚センサ４０２反力設定部４０３反力誤差演算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者内田拓也東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者原田忠克東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者吉村研一東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内Ｆターム(参考） 3C007 AS06 BS10 KS05 KS17 KS20 KS34 LT14 MT04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】作業時に必要なアーム先端部の位置、姿
勢、あるいはその軌跡からアームを構成する各関節の各
駆動モータの目標位置を算出し、各駆動モータを個々に
位置決めして組立あるいは分解作業をおこなう多関節の
組立ロボットにおいて、前記アーム先端部に設けられ、該先端部を目標位置に位
置決め制御した際における該先端部の位置を検出する位
置検出手段と、前記位置検出手段の出力によりアーム先端部の位置を検
出し、作業時に必要なアーム先端部の位置に対する誤差
を算出する手先誤差演算手段と、前記アーム先端部と、該アーム先端部に配置されたエン
ドエフェクタとの間に設けられ、エンドエフェクタの位
置を補正すべく移動可能な補正手段と、前記手先誤差演算手段で算出された誤差値に基づき、前
記エンドエフェクタの位置を補正するために前記補正手
段に対し位置の制御目標値を決定し駆動制御する補正機
構目標位置演算手段と、を備えたことを特徴とする組立
ロボット。
【請求項２】前記アーム先端部を目標位置に位置決め
制御するために該アームの先端がとるべき位置が設定さ
れる手先位置設定手段を備え、前記手先誤差演算手段は、前記手先位置設定手段で設定
された前記エンドエフェクタの位置と、前記位置検出手
段により検出された位置に基づき位置の誤差を演算する
ことを特徴とする請求項１に記載の組立ロボット。
【請求項３】前記アーム先端部に設けられ、該先端部
を目標位置に位置決め制御した際における該先端部の姿
勢を検出する姿勢検出手段を備え、前記手先誤差演算手段は、前記姿勢検出手段の出力によ
りアーム先端部の姿勢を検出し、作業時に必要なアーム
先端部の姿勢に対する誤差を算出し、前記補正手段は、前記エンドエフェクタの姿勢を補正す
べく移動可能であり、前記補正機構目標位置演算手段は、前記手先誤差演算手
段で算出された誤差値に基づき、前記エンドエフェクタ
の姿勢を補正するために前記補正手段に対し姿勢の制御
目標値を決定し駆動制御させることを特徴とする請求項
１、２のいずれか一つに記載の組立ロボット。
【請求項４】前記アーム先端部を目標位置に位置決め
制御するために該アームの先端がとるべき姿勢が設定さ
れる手先姿勢設定手段を備え、前記手先誤差演算手段は、前記手先姿勢設定手段で設定
された前記エンドエフェクタの姿勢と、前記姿勢検出手
段により検出された姿勢に基づき姿勢の誤差を演算する
ことを特徴とする請求項３に記載の組立ロボット。
【請求項５】前記アームの先端部を目標位置に位置決
め制御した際に、前記エンドエフェクタに対して発生す
る作業時の反力を検出する力覚検出手段と、前記力覚検出手段の出力により前記エンドエフェクタに
発生する反力を検出し、あらかじめ設定したエンドエフ
ェクタに加わる反力に対する誤差を算出する反力誤差演
算手段とを備え、前記補正機構目標位置演算手段は、前記反力誤差演算手
段で算出された誤差値に基づき、前記エンドエフェクタ
に加わる反力が前記設定値になるよう前記補正手段に対
し反力の制御目標値を決定し駆動制御させることを特徴
とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の組立ロボッ
ト。
【請求項６】前記アームの先端部を目標位置に位置決
め制御した際に、前記エンドエフェクタに対して発生す
る作業時の反力をあらかじめ設定するための反力設定手
段を備え、前記反力誤差演算手段は、前記反力設定手段で設定され
た前記エンドエフェクタの反力と、前記力覚検出手段に
より検出された反力とに基づき反力の誤差を演算するこ
とを特徴とする請求項５に記載の組立ロボット。