WO1998032571A1

WO1998032571A1 - Dispositif d'etalonnage de robot et methode afferente

Info

Publication number: WO1998032571A1
Application number: PCT/JP1998/000164
Authority: WO
Inventors: Shinsuke Watanabe; Yasuyuki Inoue; Hirotaka Morita; Hideo Nagata; Youichi Tanaka
Original assignee: Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki
Priority date: 1997-01-29
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 1998-07-30
Also published as: US6317699B1; CN1246087A; EP1016506B1; JP4072628B2; EP1016506A1; EP1016506A4; KR100494232B1; CN1067932C; KR20000070430A; DE69840298D1

Description

明細書

ロボットのキャリブレーション装置および方法

[技術分野]

本発明は、ロボットのキャリブレーション装置および方法に関し、特にロボットの制御点の位置を一定に保って、ロボットの姿勢だけを変化させるような指令をロボットに与えた際に生じる制御点の位置ずれ量を測定することによって、口ボットのキヤリブレ一ションを行なう装置および方法に関する。

[背景技術]

一般にロボット、特に多関節型ロボットでは、制御装置内部に持っているロボットパラメ一タすなわち、原点姿勢におけるリンク間角度、リンク間のねじれ角、リンク間の距離、リンク長さなどの、ロボットアームの幾何学的構成を記述する'数値と、実際のロボットの数値との間に誤差があるので、前記制御装置が認識' する前記ロボットの位置および姿勢と、前記ロボットの実際の位置および姿勢の間に誤差が生じる。前記制御装置が認識する前記ロボットの位置および姿勢を前記ロボットの実際の位置および姿勢と比較し、前記制御装置の持つロボットパラメータに補正を加えて、この誤差を修正することをロボットのキヤリブレーションとレヽう。

このロボットのキヤリブレーションの第 1の従来技術の例として、日本特開平 6 - 2 7 4 2 1 3号公報に示された方法がある。これは次のような方法である。ロボットの周囲に固定した複数の基準点を設け、この基準点ごとにロボッ卜の手首部に取り付けたツールの先端の点がこの基準点に一致するような、複数の異なる姿勢を教示して、この教示点を登録する。これを繰り返して（基準点数 X姿勢数）個の教示点を登録する。これら教示点のデータを用いて補正量を算出す-るしかし、この第 1の従来技術では、操作者がツールの先端を確認しながら教示ボックスのキーを操作し、ロボットの微小位置決めを行なう必要があるため、操作が非常に煩雑であり、時間を要するという欠点があった。

この欠点を解消する第 2の従来技術の例が、日本特開平 5— 2 6 1 6 8 2号公報で提案されている。これは次のような方法である。

6軸の動作自由度を持ち、各自由度ごとに変位検出機能を持つキヤリブレーシヨン装置を、ロボットからの相対位置関係が既知であるか、または正確に測定出来るような場所に取り付け、前記キヤリブレーション装置の先端部と前記ロボットの手首先端部を機械的に結合させ、前記キヤリブレーシヨン装置の変位検出手段から得られる位置データ、姿勢データからロボットの位置データ、姿勢データを逆算し、ロボットのキヤリブレ一ションを行なう方法である。

ところが、この第 2の従来技術でも、次の様な問題があった。

( 1 ) 前記キャリブレーション装置は 6自由度の変位検出機能を要するので、複雑で高価になる。

( 2 ) また前記キャリブレーション装置とロボットとの間の相対的位置と姿勢を正確に計測するのが困難である。

[発明の開示]

そこで本発明は、比較的簡易なキャリブレーション装置と、複雑な操作を伴わない、自動化が容易なキヤリブレーション方法を提供することを目的とする。上記の問題を解決するために、本発明は、直交 3軸方向の移動自由度を持つ可動部と、前記可動部の変位を各自由度ごとに検出する変位検出手段と、前記可動部の先端に取り付けた 3軸の回転自由度を持つ自在継手と、前記自在継手の自由端に取り付けた、前記ロボットの手首先端部に容易に着脱出来る治具を備えたキヤリブレーシヨン装置をロボットの周囲の任意の場所に固定して、前記ロボットの手首先端部を前記キヤリブレ一シヨン装置の前記治具に固定し、次に前記自在継手の回転軸の中心点を動かさないで、前記ロボットの姿勢だけを変えるような指令を前記ロボットに与えて、前記ロボットを動作させ、この時生じる前記キヤリブレーシヨン装置の可動部の変位を前記変位計測手段で計測し、この計測値-から補正量を算出する。

[図面の簡単な説明]

図 1は本発明の実施例を示す構成図であり、図 2は本発明の実施例におけるキャリブレーシヨン装置の正面図であり、図 3は本発明の実施例におけるキヤリブレーション装置の側面図であり、図 4は本発明の別の実施例における自在継手の正断面図である。図 5は本発明の実施例におけるキヤリブレーシヨン方法の第 1 の説明図であり、図 6は本発明の実施例におけるキヤリブレーシヨン方法の第 2 の説明図であり、図 7は本発明の実施例におけるキヤリブレ一ション方法の第 3 の説明図であり、図 8は本発明の実施例におけるキヤリブレ一シヨン方法の第 4 の説明図である。

[発明を実施するための最良の形態]

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

図 1は、本発明の実施例を示す構成図である。

図 1において、 1はロボットであり、キャリブレーションする対象である。 1 1はロボット 1のベースであり、 1 2は旋回ヘッドである。旋回ヘッド 1 2はべ —ス 1 1に垂直軸 S回りに旋回自在に取り付けられている。 1 3は下腕であり、旋回ヘッド 1 2に水平軸 L回りに揺動自在に取付けられている。水平軸 Lは、図の紙面を表から裏へ貫く軸である。 1 4 aは上腕の固定部であり、下腕 1 3に水平軸 U回りに揺動自在に取付けられている。水平軸 Uは、図の紙面を表から裏へ貫く軸である。 1 4 bは上腕の回転部であり、上腕の固定部 1 4 aに回転軸 R回りに回転自在に取付けられている。回転軸 Rは上腕の回転部 1 4 bの長さ方向にのびる軸であり、水平軸 Uに直交する。 1 5は手首部であり、上腕の回転部 1 4 bに揺動軸 Bまわりに揺動自在に取付けられている。揺動軸 Bは図の紙面を表から裏へ貫く軸であり、回転軸 Rに直交する。 1 6は手首先端部であり、手首部 1 5に回転軸 Tまわりに回転自在に取り付けられている。回転軸 Tは、回転軸 Bに直交する。

2はキヤリブレーション装置である。ロボット 1とキヤリブレ一ション装置 2 は共に設置場所に固定されている。この時ロボット 1の座標系 1 aとキヤリブレ —シヨン装置 2の座標系 2 aの方向が一致するようにロボット 1 とキヤリブレーシヨン装置 2の向きを合わせている。ただし、座標系 1 aと座標系 2 aの原点は異なってもよい。

キヤリブレーション装置 2は自在継手 2 5を備え、ロボット 1の手首先端部 1 6とキヤリブレーシヨン装置 2は自在継手 2 5を介して機械的に結合されている 3は演算手段であり、信号線 4を介してキヤリブレーシヨン装置 2と電気的に結合している。演算手段 3は、例えばパーソナルコンピュータに所要のプロダラムを搭載したものである。

5はロボット 1の制御装置であり、信号線 6を介して演算手段 3と電気的に結合している。また前記制御装置 5は給電ケーブル 7を介して、ロボット 1 と電気的に結合している。

次にキヤリブレーシヨン装置 2の詳細な構造を説明する。

図 2は、キャリブレーション装置 2の正面図であり、図 3は前記キヤリブレーション装置 2の側面図である。

図において、 2 1は固定台であり、固定台 2 1には第 1の直動案内レール 2 1 1と第 1の変位検出手段 2 1 2が設けられている。第 1の直動案内レール 2 1 1 はキャリブレーション装置 2の前後方向（以下 X軸とする）を向いている。

2 2は第 1の摺動台であり、前記第 1の直動案内レール 2 1 1に摺動自在に保持されている。すなわち第 1の摺動台 2 2は X軸方向の移動自由度を持つ。また、第 1の摺動台 2 2の移動は、前記第 1の変位検出手段 2 1 2によって精密に計測される。また第 1の摺動台 2 2には第 2の直動案内レール 2 2 1と第 2の変位検出手段 2 2 2が設けられている。第 2の直動案内レール 2 2 1はキヤリブレーシヨン装置 2の左右方向（以下 Y軸とする）を向いている。

2 3は第 2の摺動台であり、前記第 2の直動案内レール 2 2 1に摺動自在に保持されている。すなわち第 2の摺動台 2 3は Y軸方向の移動自由度を持つ。また、第 2の摺動台 2 3の移動は、前記第 2の変位検出手段 2 2 2によって精密に計測される。さらに、第 2の摺動台 2 3には第 3の直動案内レール 2 3 1と第 3の変位検出手段 2 3 2が設けられている。第 3の直動案内レール 2 3 1はキヤリブレ一シヨン装置 2の上下方向（以下 Z軸とする）を向いている。 '

2 4は第 3の摺動台であり、前記第 3の直動案内レール 2 3 1に摺動自在に保持されている。すなわち第 3の摺動台 2 4は Z軸方向の移動自由度を持つ。また、第 3の摺動台 2 4の移動は、前記第 3の変位検出手段 2 3 2によって精密に計測される。

このようにして、第 3の摺動台 2 4は固定台 2 1に対して、直交 3軸すなわち X、 Y、 Zの各軸方向に自由に動き、その移動量は第 1、第 2および第 3の変位検出手段 2 1 2、 2 2 2、 2 3 2によって、各軸ごとに独立して精密に計測される。

また第 1、第 2および第 3の変位検出手段 2 1 2、 2 2 2、 2 3 2は距離の変化の精密な測定ができ、その測定結果を演算装置 3が処理できるような形の信号で出力できるものであればよい。このような変位検出手段には、たとえばレーザ —光を用いるもの、電磁気的手段によるものなどがある。

2 5は自在継手であり、その一端は第 3の摺動台 2 4に固定され、他端（自由端）は直交 3軸回りに自由に回動する。 2 5 1は基準点であり、自在継手の 3つの回動軸の交点である。つまり基準点 2 5 1は、自在継手 2 5の自由端をどのように回動させても位置が変わらない中心点である。

2 6は治具であり、その一端は自在継手 2 5の自由端にボルト 2 5 2で締結され、他端はロボット 1の手首先端部 1 6に結合出来る構造を持つ。治具 2 6はボルト 2 5 2の着脱によって自在継手 2 5と容易に結合、および分離できる。なお、自在継手 2 5は一般的に知られた構造の自在継手であるが、次の様に構成してもよレ、。

図 4は本発明の別の実施例を示す自在継手の断面図である。

図において、 2 5は自在継手であり、凹部 2 5 3と球部 2 5 4とからなる。凹部 2 5 3は中央部に精密に加工された円錐台形の穴を設け、その底部に磁石 2 5 5を組み込んだ金物であり、図示しないキヤリブレーシヨン装置の摺動台に固定されている。球部 2 5 4は磁性金属からなる精密な球体 2 5 6と継手部 2 5 7とから構成さる。球体 2 5 6は凹部 2 5 3の穴を塞ぐように置かれ、磁石 2 5 5の磁力によって保持される。継手部 2 5 7は図示しないキャリブレーション装置の治具に連結される。

球部 2 5 4は磁石 2 5 5によって凹部 2 5 3の円錐台形の穴に保持されているから、比較的小さな外力に対しては球体 2 5 6の中心を一定の位置に保って、 3 軸方向に自由に回動する。すなわち一般的な自在継手と同様の挙動をする。球部 2 5 4に磁石 2 5 5による磁力よりも大きな外力を加えると、球部 2 5 4 と凹部 2 5 3の結合が解かれる。このためロボットとキヤリプレーション装置の機械的な結合と分離が容易になる。

次に、本発明のキヤリブレーション装置によるキヤリブレーション方法の第 1 の実施例を説明する。ここでは、 6軸の垂直多関節ロボットについて、原点姿勢におけるリンク角度を補正の対象とする場合すなわち原点誤差べクトル ΔΘを求める場合を取り上げるが、他のパラメータについて補正を行なう場合も原理と手順は同一である。

(1) キヤリブレーシヨン装置 2をロボット 1の動作範囲内の任意の場所に固定する。この時キヤリブレーション装置 2の座標系 2 aがロボット 1の座標系 1 a と一致するような向きに、キヤリブレーション装置 2の姿勢を調整する。

(2) ボルト 252を外し、治具 26と自在継手 25との結合を解いて、治具 2 6をロボット 1の手首先端部 1 6に結合する。

(3) ロボット 1を教示操作によって、姿勢を変化させ、ロボット 1の手首先端部 1 6に結合された治具 26を自在継手 25の位置に持っていき、治具 26と自在継手 25を再び結合する。このようにして、ロボット 1 とキャリブレーション装置 2が結合する。

(4) 変位検出手段 21 2、 222、 23 2によって得られるキヤリブレ一シヨン装置の座標値（X l， Y l , Z 1) を、演算手段 3に記憶させる。

(5) 自在継手 25の 3つの回動軸の交点、すなわち基準点 25 1を動かさないでロボット 1の姿勢だけを変化させるような指令をロボット 1に与えてロボット 1の姿勢を変える。ロボット 1の手首先端部 1 6と基準点 25 1との位置関係は、治具 26と自在継手 25の機械的寸法を計測することによって、予め十分精度良く決定できるので、この値を使えば、前記の指令は容易である。

(6) この時、変位検出手段 21 2、 222、 23 2によって得られるキヤリブレーシヨン装置の座標値（_{Χ 2}， γ2， Ζ 2) を、演算手段 3に記憶させる。 ' 次に、以上の作業で得られた座標値を用いてロボットパラメータの補正値を決定する計算手順を説明する。

ロボット 1の制御装置 5の内部の制御演算に使用しているロボッ卜パラメ一タが実際のロボット 1のロボットパラメータと一致していれば、（X I, Υ 1 , Ζ 1) と（Χ 2， Υ2、 Ζ 2) は同じ値を示すはずであるが、ロボットパラメ一タの誤差によって、本来動かない基準点 25 1が動くので差を生じる。ロボット 1の座標系による基準点 25 1の^差 ΔΧ， ΔΥ， ΔΖは次の式で表せる。

ΔΧ = Χ 2— X 1

Δ Υ = Υ 2 - Υ 1 ( 1 )

ΔΖ=Ζ 2 -Ζ 1

いま、ロボットパラメータに誤差がない場合のキヤリブレーション装置 2の示す座標値を（ΧΟ, ΥΟ, Ζ 0) と仮定して、 1回目の計測による座標 (直（X I ， Υ 1， Ζ 1 ) と（Χ0， Υ 0, Ζ 0) の差と原点誤差ベクトル ΔΘの間には、 6軸ロボットの場合、一般に次の関係が成り立つ。

5 x/a 9 1 d x/c? θ 2 5 x/a e 3 3 /d d 4 d xld ΰ 5 d xld θ ζ 1一 X 0、 d yld 9 1 d ld Q 2 3 y/c) Θ 3 3 y / 38 4 Θ 5 5 y/a θ 6 ΔΘ = Y 1一 Y 0 d z/d Θ I d zld Θ 2 ;5 z/ ? fl 3 3 z/J Θ 4 3 zld 0 5 5 z/3 Θ 6 Z 1一 Z 0

( 2 ) 上式の左辺の（3， 6) 行列はヤコビアン行列と呼ばれ、ロボットの直交座標 ( X， y , z ) とリンク間角度（θ ΐ, Θ 2 , Θ 3 , 6 4, Θ 5 , Θ 6) の微小変位の関係を表すもので、冗長自由度のない一般の産業用ロボットでは一意に導出できる。この行列を J 1と置くと上式は次の様になる。

X 1- 0

J 1 ΔΘ Y 1-Y0 ( 3 )

Z 1-Z0

同様にして、ロボット 1の姿勢を変えて計測したキヤリブレーション装置 2の座標値（X 2, Y 2, Z 2) についても、以下の式が成り立つ。

X 2-X0

J 2 ΔΘ = Y 2-Y0 ( 4 )

Z 2-Z0

式（4) から式（3) を減じて、次式が得られる < ( J 2 - J 1 ) ΔΘ= (X 2 -X 1 , Y 2 -Y 1 , Z 2— Z 1) ^T

= (ΔΧ, Δ Y, Δ Z) ^τ (5) 従って原点誤差べクトル ΔΘは次式で得られる。

ΔΘ= (J 2 - J 1 ) —¹ (ΔΧ， ΔΥ， ΔΖ) ^Τ (6) このようにして、キャリブレーション装置 2で測定された座標値から、原点姿勢におけるリンク角度の補正量が決定される。

また、ロボット 1の姿勢によっては、同一基準点に対する計測だけでは、式（ 3) 、式（4) の要素となる各方程式が独立にならない場合があるが、その場合は、キャリブレーション装置 2の動作の範囲で基準点 25 1の位置を変えて同様の多姿勢の測定を行なって独立な関係式を導出できる。

以上の計算を演算手段 3の内部で行い、原点誤差べクトル ΔΘの計算結果を制御装置 5に信号線 6を介して送り、ロボット 1の原点姿勢におけるリンク間角度を補正して、キャリブレーションを完了する。

さらに、解の信頼性を上げるために、同一基準点での姿勢を多数取って、測定を繰り返したり、あるいは、基準点を移動させて、測定と演算を繰り返すなどして、複数の解を求めて平均化処理してもよい。

次に、本発明のキヤリブレーション装置によるキヤリブレーシヨン方法の第 2 の実施例を説明する。

(1) ロボット 1をキャリブレーション装置 2に結合して、キャリブレーション装置 2の座標値を計測する（1回目の計測）。

(2) 基準点 25 1が動かないようににして、ロボット 1の姿勢を変える指令を与えてロボットを動かし、その時のキャリブレーション装置 2の座標値を計測する（2回目の計測）。

(3) 1回目の計測の座標値と 2回目の座標値の差の分だけ、基準点 25 1を動かす指令をロボット 1に与えて動かす。

(4) キャリブレーション装置 2の座標値を計測して、その測定値と 1回目の測定値の差分だけ基準点 25 1を動かす指令をロボット 1にあたえて動かす。この操作をキヤリブレーション装置 2の測定値と 1回目の測定値の差が所定の水準になるまで繰り返す。以上の手順で、同一の基準点に対して別の姿勢を取らせた時の、ロボットの各軸のリンク間角度が得られる。この操作を、複数の基準点の複数の姿勢について実施して、リンク間角度のデータを集め、日本特開平 6— 2742 1 3号公報に示した方法により補正量を算出する。

次に、本発明のキヤリブレーシヨン装置によるキヤリブレ一ション方法の第 3 の実施例を説明する。この第 3の実施例においては、揺動軸 Bから、回転軸 R、水平軸 U、水平軸 Lの順にロボッ卜の各軸を一つずつ個別にキャリブレーションする方法を示す。回転軸 T及び垂直軸 Sは、原点を任意に決定できるので説明を省略する。

図 5は揺動軸 Bのキャリブレーションの方法を示す説明図である。ここで、回転軸 Tが回転軸 Rと平行になるような揺動軸 Bの角度を揺動軸 Bの原点とし、手首部 1 5を揺動軸 Bまわりに、前記原点から 90° だけ回転させた姿勢を開始姿勢とし、手首先端部 1 6を治具 26を介して、図示しないキャリブレーション装置に連結している。次にロボット 1に、基準点 25 1を動かさずに、上腕の回転部 14 bを回転軸 Rまわりに 1 80° だけ回転させ、手首部 1 5を、揺動軸 Bまわりに逆に 90° まで、つまり開始姿勢での指令が + 90° ならば、一 90° まで回転するように指令して、終了姿勢をとらせる。この時、開始姿勢における基準点 25 1と終了姿勢における基準点 25 1 ' の差、つまり基準点 25 1の変位は、揺動軸 Bの原点が正しければ 0であるはずである。また、上腕部の回転部 1 4 bの回転軸 Rまわりの回転は、開始姿勢を基準に 1 80° の回転であるから、回転軸 Rの原点の位置は基準点 25 1の変位には関係しない。キヤリブレーション装置 2で得られた基準点 25 1の X軸方向の変位 Δ Xと、揺動軸 Bの原点誤差 ΔΒの関係は次式のように表せる。

ΔΧ- 2 1 B s i n (ΔΒ) ( 7') したがって、 ΔΒは次式から得られる。

ΔΒ= s i n— ¹ {ΔΧ/ (2 1 B ) } (8) ここで、 1 _B は揺動軸 Bから、基準点 25 1までの距離であり、事前に計測された既知の値である。

図 6は回転軸 Rのキャリブレーションの方法を示す説明図であり、（a) は平面図であり、（b) は正面図である。ここで、揺動軸 Bが水平になるような、回転軸 Rの角度を回転軸 Rの原点とし、上腕の回転部 1 4 bを R軸回りに 90。だけ回転させ、手首部 1 5を B軸回りに所定角度回転させ、治具 26を Y軸に平行にした姿勢を開始姿勢とし、手首先端部 1 6を治具 26を介して、図示しないキヤリブレ一シヨン装置に連結している。次にロボット 1に、基準点 25 1を動かさずに、図示しない旋回ヘッドを旋回させ、水平軸 L、水平軸 Uはそのまま動かさず、上腕の回転部 14 bを、回転軸 Rまわりに逆に 90° まで、つまり開始姿勢での指令が +90° ならば、 — 90° まで回転するように指令して、終了姿勢をとらせる。前記終了姿勢は、前記開始姿勢に対して、ロボット座標の XZ平面を基準とする鏡像の関係になる。この時、開始姿勢における基準点 25 1と終了姿勢における基準点 25 1 ' の差、つまり基準点 25 1の変位は、回転軸 Rの原点が正しければ 0であるはずである。キヤリプレーション装置 2で得られた基準点 25 1の Z軸方向の変位 ΔΖと、回転軸 Rの原点誤差 ARの関係は次式のように表せる。

AZ = 2 1 _B s i n (AR) (9) したがって、 ΔΒは次式から得られる。

△ s i n- ¹ {ΔΖ/ (2 1 B ) } (1 0) ここで、垂直軸 Sの原点の位置は基準点 25 1の変位には関係しない。

図 7は水平軸 Uのキャリブレーションの方法を示す説明図である。ここで、回転軸 Rが水平になるような、水平軸 Uの角度を水平軸 Uの原点とし、上腕の固定部 1 4 aを水平軸 Uまわりに前記原点から θ υ だけ回転させ、手首部 1 5を Β軸回りに ø Β だけ回転させた姿勢を開始姿勢とし、手首先端部 1 6を治具 26を介して、図示しないキャリブレーション装置に連結している。次にロボット 1に、上腕の固定部 1 4 aを水平軸 Uまわりに前記原点から一 6υ だけ回転させ、上.腕の回転部 14 bを回転軸 Rまわりに 1 80° だけ回転させ、垂直軸 S、水平軸 L 、揺動軸 Bはそのまま動かないように指令して、終了姿勢をとらせる。前記終了姿勢の、上腕の固定部 1 4より先端側の部分の姿勢は、水平軸 Uを含む水平面を基準に、前記開始姿勢と鏡像の関係になるから、開始姿勢における基準点 25 1 と終了姿勢における基準点 25 1 ' の差、つまり基準点 25 1の変位の X軸方向の成分は、水平軸 Uの原点が正しければ 0であるはずである。キヤリブレーション装置 2で得られた基準点 25 1の X軸方向の変位 ΔΧと、水平軸 Uの原点誤差 Δυの関係は次式のように表せる。

ΔΧ= 2 { 1 υ + 1 B c o s ( θ B ) } (c o s (AU) — 1) c o s ( 0 u )

( 1 1 ) したがって、 AUは次式から得られる。

AU= c o s -¹ ( 1 +ΔΧ/α) (1 2) ただし、 l u は水平軸 Uから、揺動軸 Bまでの距離であり、事前に計測された既知の値であり、 α = 2 { 1 υ + 1 B c o s ( θ B ) } c o s ( θ υ ) である。図 8は水平軸 Lのキャリブレーションの方法を示す説明図である。ここで、下腕 1 3が垂直になるような、水平軸 Lの角度を水平軸 Lの原点とし、下腕 1 3を水平軸 Lまわりに前記原点から Θ だけ回転させ、手首部 1 5を B軸回りに Θ _Β だけ回転させた姿勢を開始姿勢とし、手首先端部 1 6を治具 26を介して、図示しないキャリブレーション装置に連結している。次にロボット 1に、下腕 1 3を水平軸 Lまわりに前記原点から— θ υ だけ回転させ、手首部 1 5を Β軸回りに時計回り方向に回転させ、開始姿勢に対して手首部 1 5が左右対称な姿勢を取らせる。垂直軸 S、水平軸 U、回転軸 R、回転軸 Tはそのまま動かないように指令して、終了姿勢をとらせる。下腕 1 3は、垂直姿勢に対して前後に同じ角度だけ倒れるから、開始姿勢における基準点 2 5 1と終了姿勢における基準点 2 5 1 ' の差の Z軸方向の成分、つまり基準点 25 1の Z軸方向の変位は、水平軸 Lの原点が正しければ 0であるはずである。キヤリブレ一シヨン装置 2で得られた基準点 25 1の Z軸方向の変位 ΔΖと、水平軸 Lの原点誤差 Δ Lの関係は次式のように表せる。

厶 Z = 2 1 _L c o s (0 _L ) {c o s (Δ L) - 1 } (1 3-) したがって、 ΔΙΙは次式から得られる。

A L=c o s— M I +A ZZ S C O S L ) } ( 1 4) ただし、 1 _L は水平軸しから、水平軸 Uまでの距離であり、事前に計測された既知の ί直であある。

ある軸に対して、上記のキャリブレーションを行い、その結果に従って、前記軸の原点を修正し、再びキャリブレーションをする。これを、原点の誤差が所定水準より小さくなるまで繰り返せば、キヤリブレーシヨンの精度はさらに向上する。

また、演算手段に、このキヤリブレーションの手順をロボット 1の動作プログラムの選択機能を含めて、プログラムすれば、ロボット 1 とキャリブレーション装置 2の結合、分離以外の作業を無人化、自動化できることは言うまでもない。以上述べたように、本発明によれば、次のような効果がある。

( 1 ) キャリブレーション装置の測定の対象が 3自由度だけなので、キヤリブレーシヨン装置の構造が比較的簡単であり、安価である。

( 2 ) ロ^ツトとキヤリブレーション装置の間の位置関係を計測する必要がないので、キャリブレーション装置の設置が容易である。

( 3 ) ロボットとキヤリブレ一シヨン装置の結合および解除以外の作業を自動化するのが容易である。

( 4 ) キャリブレーション操作において、ロボットが動作する範囲が小さいので、キャリブレーション装置の動作ストロークが小さくて済む。したがって、キヤリブレーシヨン装置はコンパクトで携帯性に優れる。そのため、例えば稼働中のロボットがワーク等にぶっかって原点がずれた場合にも、キャリブレーション装置を現場に持ち込んで、ロボットを現場に据えつけたまま、キャリブレーションを実行できる。

[産業上の利用可能性]

本発明は、多関節ロボットのキャリブレーション装置および方法に適用できる

Claims

請求の範囲

1 . 固定台と、前記固定台に直線上を摺動可能に取り付けた第 1の摺動台と、前記固定台に対する前記第 1の摺動台の移動量を計測する第 1の変位検出手段と、前記第 1の摺動台に第 1の摺動台の摺動方向に直交する直線上を摺動可能に取り付けた第 2の摺動台と、前記第 1の摺動台に対する前記第 2の摺動台の移動量を計測する第 2の変位検出手段と、前記第 2の摺動台に第 1および第 2の摺動台の摺動方向に直交する直線上を摺動可能に取り付けた第 3の摺動台と、前記第 2の摺動台に対する前記第 3の摺動台の移動量を計測する第 3の変位検出手段と、一方端を前記第 3の摺動台に固定した自在継手と、一方端を前記自在継手の自由端に固定し、他端をロボットの手首部先端に着脱自在な構造とした治具とからなることを特徴とするロボットのキヤリプレーション装置。

2 . ロボットの手首部先端を請求項 1に記載のロボッ卜のキャリブレーション装置の前記治具に結合し、前記自在継手の回動軸の中心点の位置を一定に保ったまま、前記ロボットの姿勢のみを変化させる指令を前記ロボットに与えて動作させ、ロボットパラメータの誤差によって生じる前記自在継手の回動軸の中心点の位置の移動量を計測し、この移動量を比較演算してロボットパラメ一タを補正することを特徴とするロボットのキヤリブレ一ション方法。

3 . 前記指令が、キャリブレーションの対象軸以外の軸を動かさないか、キヤリブレ一シヨンの対象軸以外の軸を当初の角度に対して軸対称になる位置まで動かす指令であることを特徴とする請求項 2に記載のロボットのキヤリブレーション方法。

4 . 前記指令が、前記ロボットの当初の姿勢に対して、鏡像の関係になる姿勢を前記ロボットに取らせる姿勢であることを特徴とする請求項 2に記載のロボットのキヤリブレーション方法。

5 . ロボットの手首部先端を請求項 1に記載のロボットのキヤリブレーション装置の前記治具に結合し、キヤリブレーシヨンの対象軸を、当初の位置から前記対象軸を含む平面に対して対称となる位置まで回転させ、それ以外の軸を動かさない指令を前記ロボットに与えて動作させ、ロボットパラメータの誤差によって生じる前記自在継手の回動軸の中心点の位置の移動量を前記平面に投影したべクトルの前記対象軸に直交する成分を計測し、前記成分を比較演算してロボットパラメータを補正することを特徴とするロボットのキャリブレーション方法。

6 . ロボットの手首部先端を請求項 1に記載の口ポットのキヤリブレーション装置の前記治具に結合し、前記自在継手の回動軸の中心点の位置を一定に保つたまま、前記ロボットの姿勢のみを変化させる指令を前記ロボットに与えて動作させ、ロボットパラメータの誤差によって生じる前記自在継手の回動軸の中心点の位置の移動量を計測し、この移動量で前記ロボットの位置指令を修正して再度前記ロボットを動作させ、前記自在継手の回動軸の中心点の位置の移動量が十分小さくなるまでこの移動量の計測と位置指令の修正を繰り返し、前記移動量が十分小さくなつた時のロボットの各関節の角度指令値と、最初の角度指令値を比較演算してロボットパラメ一タを補正することを特徴とするロボットのキヤリブレーション方法。

7 . ロボットの手首部先端を請求項 1に記載のロボットのキヤリブレ一ション装置の前記治具に結合し、前記キャリブレーション装置と演算手段を信号線で結合し、前記演算手段を前記ロボットの制御装置に信号線で結合し、前記演算手段に搭載されたプログラムに従って、前記ロボットのキャリブレーションを、前記ロボットの先端の位置の誤差が、所定の値より小さくなるまで、自動的に繰り返すことを特徴とするロボッ卜のキヤリブレーション方法。