CN103302663A - 用于机器人的校准方法和校准系统 - Google Patents

Abstract

约束具有冗余度的机械手的远端以使得保留一个自由度，通过将关节位置命令值从控制器输出到驱动连杆的伺服电动机来将机械手的姿势改变成冗余度所允许的多个姿势，该连杆构成其远端被固定的机械手，并且通过基于关节位置命令值和每次姿势改变之后来自别设置于伺服电动机的旋转编码器的实际测量值获得机械手的机器人常数的参数偏离来进行校准。

Description

用于机器人的校准方法和校准系统

于2012年3月6日提交的包括说明书、附图和摘要的日本专利申请No.2012-049328的公开内容其全部内容通过引用合并到本申请中。

技术领域

本发明涉及用于机器人的校准方法和校准系统，更具体地，本发明涉及用于具有冗余度的机器人的校准方法和校准系统。

背景技术

用于机器人的机构参数等的校准方法已知如在日本专利公报No.8-27241（JP8-27241A）、日本专利公报No.2001-50741(JP2001-50741A)等中所描述的方法。在JP8-27241A中，通过同时对手提摄像机和机器人共同进行校准的方法来校准机器人。

在JP2001-50741A中，三维测量装置的远端与机器人的手臂的远端耦接，当改变机器人的位置和姿势时，测量机器人的手臂的远端部分的位置和姿势，并且测量多个教示点（teach point）。通过这样做来获得机器人的机构参数并进行校准。

日本专利公报No.4-45842描述了下述方法，在所述方法中在机器人远端与位移检测器咬合的状态下改变机器人远端的姿势，然后基于关节的关节角度的数据和位移检测器的数据来进行校准。

JP8-27241A至日本专利公报No.4-45842需要手提摄像机、三维测量装置或位移检测器，因此增加了成本。

发明内容

本发明提供了用于具有冗余度的机器人的校准方法和校准系统，其能够不使用诸如三维测量装置、位移检测器和手提摄像机的装置来进行校准。

本发明的第一方面提供了用于具有冗余度的机器人的校准方法。该校准方法包括：约束具有冗余度的机械手的远端，以使得保留机械手的自由度中的至少一个自由度；通过将关节位置命令值从控制装置输出到驱动连杆的致动器来将机械手的姿势改变成冗余度所允许的多个姿势，连杆构成其远端被约束的机械手；通过基于关节位置命令值和在每次姿势改变之后来自位置检测器的实际测量值而获得机械手的机器人常数的偏差来进行校准，其中，位置检测器为致动器分别设置。这里，机器人常数是对机器人唯一的常数。

使用上述配置，可以提供用于机器人的校准方法，该校准方法能够不使用诸如三维测量装置、位移检测器和手提摄像机的装置来进行校准。

在校准方法中，可以通过基于以下数据获得机械手的机器人常数的偏差来进行校准：用于多个姿势改变的关节位置命令值与姿势改变之后来自位置检测器的实际测量值之间的差，以及在多个姿势改变时的姿势参数，该姿势参数可以基于实际测量值而获得。姿势参数是下述参数：在机械手的位置和姿势变化了机械手的自由度中的未受约束的自由度时，通过姿势参数能够明确机械手的位置和姿势。因此，姿势参数的数量与所保留的自由度的数量一致，例如，在保留了1个自由度的情况下，姿势参数的数量是1，而在保留了2个自由度的情况下，姿势参数的数量是2。

使用以上配置，通过基于用于每个不同姿势的关节位置命令值与实际测量值之间的差，以及姿势参数，获得机械手的机器人常数的偏差来进行校准，所以可以容易地实现用于机器人的校准方法，该校准方法能够不使用诸如三维测量装置、位移检测器和手提摄像机的装置来进行校准。

在校准方法中，机械手可以具有一个冗余度，该冗余度是机械手的工作空间的维数与机械手的连杆结构的自由度之间的差。

使用以上配置，在下述机械手中，其中该机械手的工作空间的维数与该机械手的连杆结构的自由度数量之间的差是1，可以容易地实现用于机器人的校准方法，该校准方法能够不使用诸如三维测量装置、位移检测器和手提摄像机的装置来进行校准。

在校准方法中，在其处约束机械手的远端的基准点可以是放置机械手加工的工件的基准位置。

使用上述配置，基准点被设置到在其处放置机械手加工的工件的基准位置，所以可以提供下述校准方法：通过该校准方法，工具能够对工件进行精确加工。

本发明的第二方面提供了具有冗余度的校准系统。该校准系统包括：机械手，该机械手包括：耦接以使得具有冗余度的多个连杆、分别设置于连杆的关节处的致动器，以及分别设置于致动器处并且分别检测连杆的关节轴线位置的位置检测器；控制装置，该控制装置在机械手的远端被约束以使得保留机械手的自由度中的至少一个自由度的状态下，通过向致动器输出关节位置命令值，来将机械手的姿势改变成冗余度所允许的多个姿势；以及计算单元，该计算单元通过基于关节位置命令值和每次姿势改变之后来自位置检测器的实际测量值而获得机械手的机器人常数的偏差来进行校准。

使用以上配置，可以提供用于机器人的校准系统，该校准系统能够不使用诸如三维测量装置、位移检测器和手提摄像机的装置来进行校准。

在校准系统中，计算单元可以通过基于以下数据获得机械手的机器人常数的偏差来进行校准：用于多个姿势改变的关节位置命令值与姿势改变之后来自位置检测器的实际测量值之间的差，以及在多个姿势改变时的姿势参数，该姿势参数可以基于实际测量值来获得。

使用以上配置，通过基于用于每个不同姿势的关节位置命令值与实际测量值之间的差，以及姿势参数，获得机械手的机器人常数的偏差来进行校准。所以可以容易地实现用于机器人的校准系统，该校准系统能够不使用诸如三维测量装置、位移检测器和手提摄像机的装置来进行校准。

在校准系统中，机械手可以具有一个冗余度，该冗余度是机械手的工作空间的维数与机械手的连杆结构的自由度之间的差。

使用以上配置，在下述机械手中，其中该机械手的工作空间的维数与该机械手的连杆结构的自由度数量之间的差是1，可以容易地实现用于机器人的校准系统，该校准系统能够不使用诸如三维测量装置、位移检测器和手提摄像机的装置来进行校准。

在校准系统中，在其处约束机械手的远端的基准点可以是放置机械手加工的工件的基准位置。

使用上述配置，基准点被设置到在其处放置机械手加工的工件的基准位置，所以可以提供下述校准系统：通过该校系统，工具能够对工件进行精确加工。

附图说明

下面将参照附图对本发明的示例性实施例的特征、优点、技术意义和工业意义进行描述，其中相似的附图标记表示相似的元件，在附图中：

图1是根据本发明的第一实施例的具有冗余度的机械手的骨骼视图；

图2是示出了根据第一实施例的具有冗余度的机械手的远端被固定的状态的示意性配置视图；

图3是根据第一实施例的用于具有冗余度的机器人的校准系统的示意性配置视图；

图4是用于示出根据第一实施例的用于具有冗余度的机器人的校准方法的示意图；

图5是根据第一实施例的校准方法的流程图；

图6A至图6C是用于示出根据第二实施例的用于具有冗余度的机械手的校准方法的示意图；

图7是根据第二实施例的校准系统的示意性配置视图；

图8是根据第三实施例的校准系统的示意性配置视图；

图9是用于示出根据第三实施例的用于具有冗余度的机器人的校准方法的示意图；以及

图10是用于示出根据第四实施例的用于具有冗余度的机器人的校准方法的示意图。

具体实施方式

第一实施例

在下文中，参照图1至图5来描述根据作为本发明的示例的第一实施例的具有冗余度的机器人的校准方法和校准系统。

首先，描述根据本实施例的具有冗余度的机械手（manipulator）。如图1所述，机械手10是由通过七个关节（joint）21至27而顺次耦接的八个连杆（link）11至18形成的。作为关节型机器人的机械手是具有7个自由度（自由度n=7）的机器人，其中，允许连杆12至连杆18在七个关节21至27处转动。机械手10的工作空间的维数（维数m）是6，从而机械手10具有一个冗余度（=n-m）。

第一连杆11的一个端部固定到地表面FL，并且第一连杆11的另一个端部与第一关节21的一个侧部连接。第二连杆12的一个端部与第一关节21的另一个侧部连接，并且第二关节22的一个侧部与第二连杆12的另一个端部连接。类似地，第三连杆13、第四连杆14、第五连杆15、第六连杆16、第七连杆17和第八连杆18分别依次经由第三关节23、第四关节24、第五关节25、第六关节26和第七关节27而耦接。

第一关节21的另一个侧部能够绕着在图1中竖直延伸的轴线相对于第一关节21的一个侧部而旋转，如箭头31所指示的那样。因此，第二连杆12能够沿着由箭头31所指示的方向绕着第一关节21的旋转轴（J1轴线）相对于相邻的第一连杆11而转动。

第二关节22的另一个侧部能够绕着在图1中沿垂直于纸面的方向延伸的轴线（J2轴线）相对于第二关节22的一个侧部而旋转，如箭头32所指示的那样。因此，第三连杆13能够沿着箭头32所指示的方向绕着第二关节22的旋转轴相对于相邻的第二连杆12而旋转。

第三关节23、第四关节24、第五关节25、第六关节26和第七关节27的每个都能够旋转，并且第四连杆14、第五连杆15、第六连杆16、第七连杆17和第八连杆18都分别能够沿着由箭头33至箭头37所指示的方向绕着关节23至关节27的旋转轴（J3轴线至J7轴线）而转动。注意，在整个说明书中，经由相应的关节21至关节27所耦接的连杆11至连杆18的连杆对被称为互相相邻的连杆11至连杆18的连杆对。J1轴线至J7轴线对应于关节轴线。

图2较之图1以简化的骨骼视图示出了机械手10。如图所示，在第一关节21中安装了第一伺服电动机41。当向第一伺服电动机41供电时，第一伺服电动机41使第二连杆12相对于第一连杆11转动。

在第二关节22中安装了第二伺服电动机42。当向第二伺服电动机42供电时，第二伺服电动机42使第三连杆13相对于第二连杆12转动。类似地，第三关节23、第四关节24、第五关节25、第六关节26和第七关节27中分别安装了伺服电动机43至伺服电动机47。当向伺服电动机43至伺服电动机47供电时，伺服电动机43至伺服电动机47分别使相应的连杆14至连杆18转动。

电动机是设置在相应的关节中；但是，在图2中，为了方便图示，将电动机与关节分开显示。在本实施例中，使用作为伺服电动机的交流电动机作为致动器；但是，致动器不限于此。

工具49安装在第八连杆18的远端。工具49连同第八连杆18能够沿着由箭头37所示的方向绕着第七关节27的旋转轴（J7轴线）转动，如图1所示。例如，工具49是能够抓取工件的手等。工具49的类型不影响本发明，所以也不作限制。

如上所述，通过驱动第一伺服电动机41至第七伺服电动机47来转动第二连杆12至第八连杆18，机械手10使得第二连杆12至第八连杆18的累积旋转角作用于设置在远端部分的工具49，因此，可以使工具49的远端的位置和姿势与适合用于工具49的工作的目标位置和目标姿势一致。

接下来，通过参照图3主要着眼于用作控制机械手10的控制装置的控制器RC，来描述关节型机器人的电力配置。控制器RC包括计算机90、PWM（脉宽调制）发生器51至PWM发生器57和伺服放大器61至伺服放大器67。PWM发生器51至PWM发生器57与计算机90电连接。伺服放大器61至伺服放大器67分别与PWM发生器51至PWM发生器57电连接。伺服放大器61至伺服放大器67分别与第一伺服电动机41至第七伺服电动机47电连接。

计算机90将关节位置命令值（驱动命令）输出到PWM发生器51至PWM发生器57。PWM发生器51至PWM发生器57基于关节位置命令值（驱动命令）分别将PWM信号输出到伺服放大器61至伺服放大器67。伺服放大器61至67分别通过基于该输出来致动伺服电动机41至47而转动连杆12至连杆18。

在伺服电动机41至伺服电动机47中分别合并了旋转编码器71至旋转编码器77，并且旋转编码器71至旋转编码器77经由接口80连接至计算机90。旋转编码器71至77分别检测伺服电动机41至47的旋转角度，通过扩展，旋转编码器71至77分别检测连杆12至连杆18相对于相应的相邻连杆11至17的旋转角度，并且将检测信号发送给控制器RC。旋转编码器71至旋转编码器77相当于位置检测器。每个位置检测器不限于旋转编码器。每个位置检测器可以是解算器或者电位计。

也可以在连杆11至连杆18处或者在第一关节21至第七关节27处设置能够分别直接检测连杆12至连杆18的旋转角度的传感器，来代替在第一伺服电动机47至第七伺服电动机47处分别设置旋转编码器71至旋转编码器77。

计算机90包括经由总线96互相电连接的CPU（中央处理单元）91、ROM（只读存储器）92、RAM（随机存储器）93、非易失性存储单元94例如硬盘、接口95等。

存储单元94存储各种数据、用于使机器人进行各种类型工作的工作程序、校准程序、各种参数等。ROM92存储整个系统的系统程序。RAM93是CPU91的工作存储器，并且在执行各种处理等时临时地存储数据。CPU91相当于计算单元。

输入装置82经由接口95与控制器RC连接。输入装置82是具有监视屏、各种输入键（未示出）等并且允许用户输入各种数据的操作面板。输入装置82具有关节型机器人的电源开关，并且能够给计算机90输入安装于机械手10的远端部分处的工具49的远端的最终目标位置和最终目标姿势、在插值点处的工具49的远端的位置和姿势，并且允许给计算机90的通过慢进操作等利用冗余度来改变机械手10的姿势的输入。

在本实施例中，校准系统由机械手10、控制器RC和控制器RC的CPU91构成。机械手10包括第一连杆11至第八连杆18、第一伺服电动机41至第七伺服电动机47和旋转编码器71至旋转编码器77。

第一实施例的操作

接下来，描述根据本实施例的用于关节型机器人的校准方法和校准系统的操作。

图5是该校准方法的流程图。首先，在步骤10中（在下文中，步骤被缩写为“S”），在机械手的电源被关闭的状态下，如图2所示，将机械手10的远端经由工具49固定到固定物体100。固定物体100能够固定机械手10的远端。固定物体100只需要是不可移动的物体即可。对将工具49固定到固定物体100的方法不做限制，例如，工人通过使用螺栓和螺母等进行紧固将工具49固定到固定物体100。在本实施例中，将机械手10的远端固定到固定物体100意指约束机械手10的7个自由度中的6个自由度而保留1个自由度。

接着，在S20中，工人事先使用测量夹具等来测量固定物体100的坐标值作为全局坐标系中的基准点K，并且经由输入装置82将坐标值存储到存储单元94中。这里全局坐标系是在实际空间中将特定位置设置为原点情况下的三维坐标系。在本实施例中，全局坐标系是使用机械手10的第一连杆11与地表面FL之间的连接点作为原点的三维系统。在本实施例中，当机械手10使用手作为工具49时，基准点K是在其放置该手能够抓取——即该手能够加工——的工件的基准位置，例如，该基准位置是在其处固定基准夹具等的位置。

接着，工人使用输入装置82通过慢进操作来致动机械手10，并且在机器人的电源（未示出）开启的状态下，工人使用输入装置82来进行慢进操作，由此使机械手10位于机械手10的冗余度所允许的姿势。也就是说，在本实施例中，机械手10的连杆结构具有7个自由度，并且机械手10的工作空间的维数是6，所以两者之差是1。在本实施例中利用了此冗余度。

具体地，如图4所示，机械手10的第四关节24能够沿着由下述球面A1和下述球面A2所形成的交叉圆E来移动，其中，该球面A1的中心与J1轴线和J2轴线的交叉点重合，并且该球面A1的半径是第三连杆13与第四连杆14的连杆长度之和；该球面A2的中心与J6轴线和J7轴线的交叉点重合，并且该球面A2的半径是第五连杆15与第六连杆16的连杆长度之和。

在本实施例中，工人通过输入装置82的慢进操作来改变机械手10的姿势，以使得第四关节24沿着交叉圆E来定位。在姿势改变之后，工人操作输入装置82以使CPU91从旋转编码器71至旋转编码器77获取在姿势改变期间的关节的旋转角度。

CPU91基于在姿势改变期间通过慢进操作所输入的信号，将要被输出到伺服电动机41至伺服电动机47的关节位置命令值和在姿势改变期间所获取的关节的旋转角度互相关联地存储到存储单元94中。

工人多次使用输入装置82来改变姿势，并且在姿势改变之后获取姿势改变期间的关节的旋转角度，该次数大于或等于机器人常数的数量。

在S40中，工人通过操作输入装置82来启动校准程序。当程序启动时，CPU91基于在S30中针对每个姿势改变所获取的关节的旋转角度，来针对每个姿势改变计算关节的关节坐标θ1至θ7，并且将这些计算结果存储到存储单元94中。

每个关节的关节坐标是每个连杆与相应的相邻连杆之间的关节的坐标值，例如是全局坐标系中的第一关节21的坐标值，第一关节21是第一连杆11与第二连杆12之间的关节。CPU91基于从旋转编码器71至旋转编码器77所获取的旋转角度，来获取第一关节21和第二关节22至第七关节27中的每个关节在全局坐标系中的关节坐标，并且将计算结果存储到存储单元94中。

在S50中，计算在S30中的每个姿势改变中的姿势参数Ф。附带提一下，如图4所示，穿过交叉圆E的中心的中心轴线O是既穿过J1轴线与J2轴线的交叉点又穿过J6轴线与J7轴线的交叉点的轴线。因为第四关节24沿着交叉圆E来定位，所以姿势参数Ф可以被表达成指示沿着交叉圆E的位置的参数。这里，将从沿着交叉圆E的任意位置R到变换后的位置之间的角度定义为姿势参数Ф。姿势参数Ф可以根据在S40中所计算的关节坐标来计算。

例如，针对每个姿势改变来获得沿着交叉圆E画出轨迹的关节（第四关节24）的坐标值，并且根据关节的多组坐标来获得交叉圆E的曲率中心。然后，将把沿着交叉圆E的任意位置R的坐标值连接到曲率中心的直线设定为基准线，并且将姿势变换之后沿着交叉圆E的轨迹的第四关节24的位置的转动角度设定为姿势参数Ф。当确定了姿势参数Ф时，可以在机械手10的远端被固定的情况下明确机械手10的姿势。

在S60中，CPU91基于基准点K、关节坐标和姿势参数Ф来计算机器人常数。

这里，将具体描述机器人常数的计算。机器人常数是对机器人唯一的常数，并且机器人常数通常包括连杆长度、任何相邻连杆之间的位置间隙（偏移）、扭转、每个关节轴线的编码器的偏移值，每个连杆的翘曲（warpage）等。在图1中，p1至p4图示为机器人常数。例如，机器人常数p1是第一连杆11的连杆长度，机器人常数p2是第一关节21与第二关节22之间的偏移，机器人常数p3是第二连杆12的连杆长度，以及机器人常数p4是第三连杆13相对于穿过第二关节22的基准平面的角度。这些都是示例性的而并非限制性的。事先在存储单元94中存储校准之前的机器人常数。

以下定义适用于使用机器人常数来计算的下列数学表达式。由X(x,y,z,a,b,c)表示基准点K的位置和姿势。x、y、z表示在全局坐标系中的三维坐标值，而a、b、c分别表示绕着三维轴线的旋转角（偏航角，俯仰角，滚转角）。

由θ(θ1,θ2,…,θ7)表示关节坐标。由p(p1,p2,…,pn)表示机器人常数。n表示机器人常数的数量。由Ф(Ф1,Ф2,…,Фk)表示姿势参数。k是姿势改变的数量。

关节坐标θ1至θ7可以由以下数学表达式（1）来表达。

【数学表达式1】

$\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_1=f_1(X,p,\mathrm{\φ})\\ {\mathrm{\θ}}_2=f_2(X,p,\mathrm{\φ})\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\θ}}_7=f_7(X,p,\mathrm{\φ})\end{array}...\left(1\right)$

当数学表达式（1）被完全求导时，可以由数学表达式（2）来表示。

【数学表达式2】

$\begin{array}{c}{\mathrm{d\θ}}_1=\frac{{\∂f}_1(X,p,\mathrm{\φ})}{{\∂p}_1}{\mathrm{dp}}_1+\frac{{\∂f}_1(X,p,\mathrm{\φ})}{{\∂p}_2}{\mathrm{dp}}_2+...+\frac{{\∂f}_1(X,p,\mathrm{\φ})}{{\∂p}_n}{\mathrm{dp}}_n\\ {\mathrm{d\θ}}_2=\frac{{\∂f}_2(X,p,\mathrm{\φ})}{{\∂p}_1}{\mathrm{dp}}_1+\frac{{\∂f}_2(X,p,\mathrm{\φ})}{{\∂p}_2}{\mathrm{dp}}_2+...+\frac{{\∂f}_2(X,p,\mathrm{\φ})}{{\∂p}_n}{\mathrm{dp}}_n\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{d\θ}}_7=\frac{{\∂f}_7(X,p,\mathrm{\φ})}{{\∂p}_1}{\mathrm{dp}}_1+\frac{{\∂f}_7(X,p,\mathrm{\φ})}{{\∂p}_2}{\mathrm{dp}}_2+...+\frac{{\∂f}_7(X,p,\mathrm{\φ})}{{\∂p}_n}{\mathrm{dp}}_n\end{array}...\left(2\right)$

这里，dθ表示关节位置命令值与根据旋转编码器71至77中的相应旋转编码器的旋转角度所获得的坐标值（即实际值）之间的差。

有一种情况是不能解析地获得函数f，所以在微分系数是相对于机器人常数p的小变量的函数f的小变量的假设下，用差来代替微分系数，并且该数学表达式由以下数学表达式（3）来表达。

【数学表达式3】

$\begin{array}{c}{\mathrm{d\θ}}_1=\frac{{\mathrm{\Δf}}_1(X,p,\mathrm{\φ})}{{\mathrm{\Δp}}_1}{\mathrm{dp}}_1+\frac{{\mathrm{\Δf}}_1(X,p,\mathrm{\φ})}{{\mathrm{\Δp}}_2}{\mathrm{dp}}_2+...+\frac{{\mathrm{\Δf}}_1(X,p,\mathrm{\φ})}{{\mathrm{\Δp}}_n}{\mathrm{dp}}_n\\ {\mathrm{d\θ}}_2=\frac{{\mathrm{\Δf}}_2(X,p,\mathrm{\φ})}{{\mathrm{\Δp}}_1}{\mathrm{dp}}_1+\frac{{\mathrm{\Δf}}_2(X,p,\mathrm{\φ})}{{\mathrm{\Δp}}_2}{\mathrm{dp}}_2+...+\frac{{\mathrm{\Δf}}_2(X,p,\mathrm{\φ})}{{\mathrm{\Δp}}_n}{\mathrm{dp}}_n\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{d\θ}}_7=\frac{{\mathrm{\Δf}}_7(X,p,\mathrm{\φ})}{{\mathrm{\Δp}}_1}{\mathrm{dp}}_1+\frac{{\mathrm{\Δf}}_7(X,p,\mathrm{\φ})}{{\mathrm{\Δp}}_2}{\mathrm{dp}}_2+...+\frac{{\mathrm{\Δf}}_7(X,p,\mathrm{\φ})}{{\mathrm{\Δp}}_n}{\mathrm{dp}}_n\end{array}...\left(3\right)$

【数学表达式4】

$\mathrm{d\θ}=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{d\θ}}_{1\mathrm{\φ}={\mathrm{\φ}}_1}\\ {\mathrm{d\θ}}_{2\mathrm{\φ}={\mathrm{\φ}}_1}\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{d\θ}}_{7\mathrm{\φ}={\mathrm{\φ}}_1}\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{d\θ}}_{1\mathrm{\φ}={\mathrm{\φ}}_k}\\ {\mathrm{d\θ}}_{2\mathrm{\φ}={\mathrm{\φ}}_k}\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{d\θ}}_{7\mathrm{\φ}={\mathrm{\φ}}_k}\end{array}\right],J=\left[\begin{array}{cccccc}\frac{{\mathrm{\Δf}}_1\left({\mathrm{\φ}}_1\right)}{{\mathrm{\Δp}}_1}& \frac{{\mathrm{\Δf}}_1\left({\mathrm{\φ}}_1\right)}{{\mathrm{\Δp}}_2}& .& .& .& \frac{{\mathrm{\Δf}}_1\left({\mathrm{\φ}}_1\right)}{{\mathrm{\Δp}}_n}\\ \frac{{\mathrm{\Δf}}_2\left({\mathrm{\φ}}_1\right)}{{\mathrm{\Δp}}_1}& \frac{{\mathrm{\Δf}}_2\left({\mathrm{\φ}}_1\right)}{{\mathrm{\Δp}}_2}& .& .& .& \frac{{\mathrm{\Δf}}_2\left({\mathrm{\φ}}_1\right)}{{\mathrm{\Δp}}_n}\\ .& & & & & \\ .& & & & & \\ .& & & & & \\ \frac{{\mathrm{\Δf}}_7\left({\mathrm{\φ}}_1\right)}{{\mathrm{\Δp}}_1}& \frac{{\mathrm{\Δf}}_7\left({\mathrm{\φ}}_1\right)}{{\mathrm{\Δp}}_2}& .& .& .& \frac{{\mathrm{\Δf}}_7\left({\mathrm{\φ}}_1\right)}{{\mathrm{\Δp}}_n}\\ .& & & & & \\ .& & & & & \\ .& & & & & \\ \frac{{\mathrm{\Δf}}_1\left({\mathrm{\φ}}_k\right)}{{\mathrm{\Δp}}_1}& \frac{{\mathrm{\Δf}}_1\left({\mathrm{\φ}}_k\right)}{{\mathrm{\Δp}}_2}& .& .& .& \frac{{\mathrm{\Δf}}_1\left({\mathrm{\φ}}_k\right)}{{\mathrm{\Δp}}_n}\\ \frac{{\mathrm{\Δf}}_2\left({\mathrm{\φ}}_k\right)}{{\mathrm{\Δp}}_1}& \frac{{\mathrm{\Δf}}_2\left({\mathrm{\φ}}_k\right)}{{\mathrm{\Δp}}_2}& .& .& .& \frac{{\mathrm{\Δf}}_2\left({\mathrm{\φ}}_k\right)}{{\mathrm{\Δp}}_n}\\ .& & & & & \\ .& & & & & \\ .& & & & & \\ \frac{{\mathrm{\Δf}}_7\left({\mathrm{\φ}}_k\right)}{{\mathrm{\Δp}}_1}& \frac{{\mathrm{\Δf}}_7\left({\mathrm{\φ}}_k\right)}{{\mathrm{\Δp}}_2}& .& .& .& \frac{{\mathrm{\Δf}}_7\left({\mathrm{\φ}}_k\right)}{{\mathrm{\Δp}}_n}\end{array}\right],\mathrm{dp}=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{dp}}_1\\ {\mathrm{dp}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{dp}}_n\end{array}\right]......\left(4\right)$

在数学表达式（4）中，dθ的下标

(q=1至7，r=1至k)表明：q与Jq轴线相关，并且r与第r个姿势改变相关。

在数学表达式（4）中，当定义了关节位置命令值与相应的实际测量值之间的差dθ、雅克比矩阵J和参数偏差dp时，获得了以下数学表达式。【数学表达式5】

dθ=Jdp                                     ······(5)

当通过最小平方法获得以上数学表达式的解时，获得了以下数学表达式。

【数学表达式6】

dp=(J^TJ)^-1J^Tdθ

因此，可以计算出参数偏差dp。

CPU91根据所获得的参数偏差来更新机器人常数，并且重复进行收敛计算直到远端位置偏差变得小于或者等于预设阈值。这样，CPU91确定机器人常数。本实施例具有以下特征。

（1）根据本实施例的校准方法：通过约束具有冗余度的机械手10的远端而保留1个自由度；通过将关节位置命令值从控制器RC（控制装置）输出到驱动连杆12至18的伺服电动机41至伺服电动机47（致动器），来将机械手10的姿势改变成冗余度所允许的多个姿势，连杆12至18构成其远端被固定的机械手10；以及通过根据关节位置命令值和每次姿势改变之后来自设置于伺服电动机41至伺服电动机47的旋转编码器71至旋转编码器77（位置检测器）的实际测量值而获得机械手10的机器人常数p的参数偏差dp，来进行校准。因此，根据本实施例，对于具有冗余度的机器人可以不使用诸如三维测量装置、位移检测器和手提摄像机的装置来进行校准。

（2）根据本实施例的校准方法通过基于以下数据获得机械手10的机器人常数p的参数偏差dp来进行校准：用于多个姿势改变的关节位置命令值与姿势改变之后来自设置于伺服电动机41至伺服电动机47（致动器）的旋转编码器71至旋转编码器77（位置检测器）的实际测量值之间的差，以及多个姿势改变时的姿势参数Ф，该姿势参数Ф是基于实际测量值而获得的。因此，使用根据本实施例的方法，通过基于关节位置命令值与实际测量值之间的差以及用于每个不同姿势的姿势参数获得机械手的机器人常数的参数偏差dp来进行校准，所以可以容易地实现在上面（1）中所描述的有利效果。

（3）根据本实施例的校准方法能够容易地实现用于具有一个冗余度的机械手10的在以上（1）和（2）中所描述的有利效果，该冗余度是机械手10的工作空间的维数与机械手10的连杆结构的自由度数量之间的差。

（4）根据本实施方例的校准方法具有以下特征：约束机械手10的远端的基准点K被设定为在其处放置机械手10加工的工件的基准位置。因此，使用根据本实施例的方法，基准点被设置到在其处放置机械手10加工的工件的位置，所以对于工具来说可以精确地对工件进行加工。

（5）根据本实施例的校准系统包括：机械手10，该机械手10包括耦接以使得具有冗余度的连杆12至连杆18；为连杆的关节分别设置的伺服电动机41至伺服电动机47（致动器）和分别检测连杆的J1轴线至J7轴线（关节轴线）的位置的旋转编码器（位置检测器）；以及控制器RC（控制装置），该控制器RC在机械手10的远端被约束使得保留机械手10的自由度中的一个自由度的状态下，通过将关节位置命令值输出到伺服电动机41至伺服电动机47（致动器）来将机械手10的姿势改变成冗余度所允许的多个姿势。另外，校准系统包括CPU91（计算单元），该CPU91通过根据关节位置命令值和每次姿势改变之后来自设置于伺服电动机41至47（致动器）的旋转编码器71至77（位置检测器）的实际测量值而获得机械手10的机器人常数p的参数偏差dp来进行校准。因此，根据本实施例，对于具有冗余度的机器人，可以提供能够不使用诸如三维测量装置、位移检测器和手提摄像机的装置而进行校准的校准系统。

（6）根据本实施例的校准系统的CPU91（计算单元）通过基于以下数据获得机械手10的机器人常数p的参数偏差dp来进行校准：用于多个姿势改变的关节位置命令值与姿势改变之后来自设置于伺服电动机41至47（致动器）的旋转编码器71至77（位置检测器）的实际测量值之间的差，以及多个姿势改变时的姿势参数Ф，该姿势参数Ф是基于实际测量值而获得的。因此，使用根据本实施例的校准系统，通过基于关节位置命令值和实际测量值之间的差以及用于每个不同姿势的姿势参数获得机械手的机器人常数的参数偏差来进行校准，所以可以容易地实现在以上（5）中所描述的有利效果。

（7）在根据本实施例的校准系统中，可以容易地实现用于具有一个冗余度的机械手10的在以上（5）和（6）中所描述的有利效果，该冗余度是机械手10的工作空间的维数与机械手10的连杆结构的自由度数量之间的差。

（8）在根据本实施例的校准系统中，固定机械手10的远端的基准点被设定为在其处放置机械手加工的工件的基准位置。因此，可以提供一种校准系统，在该校准系统中工具能够精确地对工件进行加工。

第二实施例

接下来，参照图6A至图7来描述第二实施例。相似的附图标记表示与第一实施例中相同或者相应的部件，省略相同或者相似的部件的描述，而描述不同的部件。

如图6A和图6B所示，根据本实施例的机械手10是由第一连杆11至第五连杆15形成的，并且连杆通过第一关节21至第四关节24而耦接。作为相应关节轴线的J1轴线至J4轴线是沿着垂直于纸面的方向互相平行的轴线。如图7所示，根据本实施例的校准系统比第一实施例具有更少的连杆，所以根据连杆数量的减少，省去了旋转编码器75至77并且省去了伺服电动机45至47。

因此，如图6A和图6B所示，即使当机械手10的远端被固定到固定物体100时，机械手10也能在纸面所包含的平面内移动。也就是说，在根据本实施例的机械手10中，连杆结构具有3个自由度，坐标是二维坐标值（x，y），并且机械手10的工作空间的维数是2，所以连杆结构的自由度与工作空间的维数之间的差是1。在本实施例中配置了利用该冗余度的校准方法和校准系统。

在根据本实施例的机械手10中，第二连杆12画出圆A3，圆A3的圆心与J1轴线重合，并且圆A3的半径是第二连杆12的连杆长度。另外，第四连杆14画出圆A4，圆A4的中心与J4轴线重合，并且圆A4的半径是第四连杆14的连杆长度。当第三连杆13的两端的位置分别沿着圆A3和圆A4定位时，改变了姿势。然后，如图6C所示，根据本实施例的姿势参数Ф例如是以穿过J2轴线的竖直线为基准的表示姿势的角度。基准线不限于该竖直线。基准线可以是能够指定的任何直线。

在如此配置的机械手10中，如在第一实施例的情况下一样，在图5的流程图的序列中的S10中，将机械手10的第五连杆15的远端固定到固定物体100。

在本实施例中，将机械手10的远端固定到固定物体100意指约束了机械手10的3个自由度中的2个自由度而保留了1个自由度。

在S20中，获取基准点K的坐标值。在S30中，如图6C所示，进行多次姿势改变，该次数大于或者等于机器人常数p的数量。在S40中，工人通过操作输入装置82来启动校准程序，并且使CPU91基于在S30中对于每次姿势改变所获取的关节的旋转角来计算每个姿势改变的关节的关节坐标θ1至θ4，并且将这些计算结果存储到存储单元94中。CPU91基于从旋转编码器71至旋转编码器74所获取的旋转角度来获取第一关节21和第二关节22至第四关节24中的每个关节在全局坐标系中的关节坐标，并且将计算结果存储到存储单元94中。

在S50中，根据在S40中所计算的关节坐标来计算S30中用于每次姿势改变的姿势参数Ф。

在S60中，CPU91通过数学表达式（7）而不是根据第一实施例的数学表达式（1）来设定关节坐标θ1至θ4，CPU91使用数学表达式（8）而不是数学表达式（3），并且通过数学表达式（9）而不是数据表达式（4）来定义关节位置命令值与实际测量值之间的差dθ、雅克比矩阵J和参数偏差dp。

【数学表达式7】

$\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_1=f_1(X,p,\mathrm{\φ})\\ {\mathrm{\θ}}_2=f_2(X,p,\mathrm{\φ})\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\θ}}_4=f_4(X,p,\mathrm{\φ})\end{array}...\left(7\right)$

【数学表达式8】

$\begin{array}{c}{\mathrm{d\θ}}_1=\frac{{\mathrm{\Δf}}_1(X,p,\mathrm{\φ})}{{\mathrm{\Δp}}_1}{\mathrm{dp}}_1+\frac{{\mathrm{\Δf}}_1(X,p,\mathrm{\φ})}{{\mathrm{\Δp}}_2}{\mathrm{dp}}_2+...+\frac{{\mathrm{\Δf}}_1(X,p,\mathrm{\φ})}{{\mathrm{\Δp}}_n}{\mathrm{dp}}_n\\ {\mathrm{d\θ}}_2=\frac{{\mathrm{\Δf}}_2(X,p,\mathrm{\φ})}{\mathrm{\Δ}{p}_1}{\mathrm{dp}}_1+\frac{{\mathrm{\Δf}}_2(X,p,\mathrm{\φ})}{{\mathrm{\Δp}}_2}{\mathrm{dp}}_2+...+\frac{{\mathrm{\Δf}}_2(X,p,\mathrm{\φ})}{{\mathrm{\Δp}}_n}{\mathrm{dp}}_n\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{d\θ}}_4=\frac{{\mathrm{\Δf}}_4(X,p,\mathrm{\φ})}{{\mathrm{\Δp}}_1}{\mathrm{dp}}_1+\frac{{\mathrm{\Δf}}_4(X,p,\mathrm{\φ})}{{\mathrm{\Δp}}_2}{\mathrm{dp}}_2+...+\frac{{\mathrm{\Δf}}_4(X,p,\mathrm{\φ})}{{\mathrm{\Δp}}_n}{\mathrm{dp}}_n\end{array}...\left(8\right)$

【数学表达式9】

$\mathrm{d\θ}=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{d\θ}}_{1\mathrm{\φ}={\mathrm{\φ}}_1}\\ {\mathrm{d\θ}}_{2\mathrm{\φ}={\mathrm{\φ}}_1}\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{d\θ}}_{4\mathrm{\φ}={\mathrm{\φ}}_1}\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{d\θ}}_{1\mathrm{\φ}={\mathrm{\φ}}_k}\\ {\mathrm{d\θ}}_{2\mathrm{\φ}={\mathrm{\φ}}_k}\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{d\θ}}_{4\mathrm{\φ}={\mathrm{\φ}}_k}\end{array}\right],J=\left[\begin{array}{cccccc}\frac{{\mathrm{\Δf}}_1\left({\mathrm{\φ}}_1\right)}{{\mathrm{\Δp}}_1}& \frac{{\mathrm{\Δf}}_1\left({\mathrm{\φ}}_1\right)}{{\mathrm{\Δp}}_2}& .& .& .& \frac{{\mathrm{\Δf}}_1\left({\mathrm{\φ}}_1\right)}{{\mathrm{\Δp}}_n}\\ \frac{{\mathrm{\Δf}}_2\left({\mathrm{\φ}}_1\right)}{{\mathrm{\Δp}}_1}& \frac{{\mathrm{\Δf}}_2\left({\mathrm{\φ}}_1\right)}{{\mathrm{\Δp}}_2}& .& .& .& \frac{{\mathrm{\Δf}}_2\left({\mathrm{\φ}}_1\right)}{{\mathrm{\Δp}}_n}\\ .& & & & & \\ .& & & & & \\ .& & & & & \\ \frac{{\mathrm{\Δf}}_7\left({\mathrm{\φ}}_1\right)}{{\mathrm{\Δp}}_1}& \frac{{\mathrm{\Δf}}_7\left({\mathrm{\φ}}_1\right)}{{\mathrm{\Δp}}_2}& .& .& .& \frac{{\mathrm{\Δf}}_7\left({\mathrm{\φ}}_1\right)}{{\mathrm{\Δp}}_n}\\ .& & & & & \\ .& & & & & \\ .& & & & & \\ \frac{{\mathrm{\Δf}}_1\left({\mathrm{\φ}}_k\right)}{{\mathrm{\Δp}}_1}& \frac{{\mathrm{\Δf}}_1\left({\mathrm{\φ}}_k\right)}{{\mathrm{\Δp}}_2}& .& .& .& \frac{{\mathrm{\Δf}}_1\left({\mathrm{\φ}}_k\right)}{{\mathrm{\Δp}}_n}\\ \frac{{\mathrm{\Δf}}_2\left({\mathrm{\φ}}_k\right)}{{\mathrm{\Δp}}_1}& \frac{{\mathrm{\Δf}}_2\left({\mathrm{\φ}}_k\right)}{{\mathrm{\Δp}}_2}& .& .& .& \frac{{\mathrm{\Δf}}_2\left({\mathrm{\φ}}_k\right)}{{\mathrm{\Δp}}_n}\\ .& & & & & \\ .& & & & & \\ .& & & & & \\ \frac{{\mathrm{\Δf}}_4\left({\mathrm{\φ}}_k\right)}{{\mathrm{\Δp}}_1}& \frac{{\mathrm{\Δf}}_4\left({\mathrm{\φ}}_k\right)}{{\mathrm{\Δp}}_2}& .& .& .& \frac{{\mathrm{\Δf}}_4\left({\mathrm{\φ}}_k\right)}{{\mathrm{\Δp}}_n}\end{array}\right],\mathrm{dp}=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{dp}}_1\\ {\mathrm{dp}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{dp}}_n\end{array}\right]......\left(9\right)$

在数学表达式（9）中，dθ的下标

(q=1至7，r=1至k)表明：q与Jq轴线相关，并且r与第r个姿势改变相关。

当使用数学表达式（5）通过最小平方法而获得以上数学表达式的解时，获得了数学表达式（6）。在下文中，如在第一实施例的情况下一样，CPU91根据所获得的参数偏差来更新机器人常数，并且重复进行收敛计算直到远端位置偏差变得小于或者等于预设阈值。这样，CPU91确定机器人常数。

根据第二实施例也获得了与第一实施例的有利效果（1）至（8）类似的有利效果。

第三实施例

接下来，参照图8和图9描述第三实施例。根据本实施例的机械手10与根据第一实施例的机械手10的不同之处在于：第九连杆19通过第四关节24和第八关节28被耦接到第四连杆14与第五连杆15之间。第八关节28的关节轴线（J8轴线）与J4轴线平行。另外，当向第四关节24的伺服电动机44供电时，伺服电动机44使第九连杆19相对于第四连杆14转动。

图8中所示的第八伺服电动机48安装在第八关节28中。当向第八伺服电动机48供电时，第八伺服电动机48使第五连杆15相对于第九连杆19转动。另外，用作位置检测器的旋转编码器78合并在第八伺服电动机48中。

根据本实施例的机械手10是具有8个自由度（自由度n=8）的机器人，其中，连杆12至连杆19能够在8个关节21至28处转动。机械手10的工作空间的维数（维数m）为6，所以机械手10具有两个冗余度（=n-m）。

根据本实施例的校准系统与根据第一实施例的校准系统的不同之处在于设置了部件的上述差异。另外，在本实施例中，如图9所示，当在机械手10的远端固定的状态下改变姿势时，将第九连杆19绕着下述旋转轴线L1的旋转角度α设定为一个姿势参数，所述旋转轴线L1与穿过J3轴线与J2轴线的交叉点以及J6轴线与J7轴线的交叉点的直线重合，并且将第九连杆19相对于从地表面FL延伸的竖直轴线L2所形成的角度ψ设定为另一个姿势参数。旋转角度α是以任意姿势为基准的角度。

因此，当通过执行与根据第一实施例的流程图一致的校准方法来使用本校准系统时，顺序地执行S10至S40，并且在S50中，基于关节坐标来计算上述姿势参数旋转角α和角ψ。

在本实施例中，机械手10的远端被固定到固定物体100意指约束机械手10的8个自由度中的6个自由度，而保留2个自由度。

另外，在S60中，使用数学表达式（10）而不使用根据第一实施例的数学表达式（1），并且使用数学表达式（11）而不使用数学表达式（3）。【数学表达式10】

$\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_1=f_1(X,p,\mathrm{\φ},\mathrm{\ψ})\\ {\mathrm{\θ}}_2=f_2(X,p,\mathrm{\φ},\mathrm{\ψ})\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\θ}}_8=f_8(X,p,\mathrm{\φ},\mathrm{\ψ})\end{array}...\left(10\right)$

【数学表达式11】

$\begin{array}{c}{\mathrm{d\θ}}_1=\frac{{\mathrm{\Δf}}_1(X,p,\mathrm{\φ},\mathrm{\ψ})}{{\mathrm{\Δp}}_1}{\mathrm{dp}}_1+\frac{{\mathrm{\Δf}}_1(X,p,\mathrm{\φ},\mathrm{\ψ})}{{\mathrm{\Δp}}_2}{\mathrm{dp}}_2+...+\frac{{\mathrm{\Δf}}_1(X,p,\mathrm{\φ},\mathrm{\ψ})}{{\mathrm{\Δp}}_n}{\mathrm{dp}}_n\\ {\mathrm{d\θ}}_2=\frac{{\mathrm{\Δf}}_2(X,p,\mathrm{\φ},\mathrm{\ψ})}{{\mathrm{\Δp}}_1}{\mathrm{dp}}_1+\frac{{\mathrm{\Δf}}_2(X,p,\mathrm{\φ},\mathrm{\ψ})}{{\mathrm{\Δp}}_2}{\mathrm{dp}}_2+...+\frac{{\mathrm{\Δf}}_2(X,p,\mathrm{\φ},\mathrm{\ψ})}{{\mathrm{\Δp}}_n}{\mathrm{dp}}_n\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{d\θ}}_8=\frac{{\mathrm{\Δf}}_7(X,p,\mathrm{\φ},\mathrm{\ψ})}{{\mathrm{\Δp}}_1}{\mathrm{dp}}_1+\frac{{\mathrm{\Δf}}_8(X,p,\mathrm{\φ},\mathrm{\ψ})}{{\mathrm{\Δp}}_2}{\mathrm{dp}}_2+...+\frac{{\mathrm{\Δf}}_8(X,p,\mathrm{\φ},\mathrm{\ψ})}{{\mathrm{\Δp}}_n}{\mathrm{dp}}_n\end{array}...\left(11\right)$

【数学表达式12】

$\mathrm{dp}=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{dp}}_1\\ {\mathrm{dp}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{dp}}_n\end{array}\right]......\left(12\right)$

另外，使用在数学表达式（12）而不是在数学表达式（4）中所示的关节位置命令值和实际测量值之间的差dθ、雅克比矩阵J和参数偏差dp，通过数学表达式（5）和数学表达式（6）获得参数差。

在数学表达式（12）中，dθ的下标

(q=1至8，r=1至k至m)表明：q与Jq轴线相关，并且r与第r个姿势改变相关。另外，在“ψ=ψn”（n=1至k至n）中，n表明：n与针对

的第n个姿势改变相关。m与n的和值大于或者等于机器人常数的数量。

CPU91根据所获得的参数偏差更新机器人常数，并且重复地做收敛计算直到远端位置偏差变得小于或者等于预设阈值。这样，CPU91确定了机器人常数。本实施例具有以下特征。

（1）根据本实施例的校准方法对于具有两个冗余度的机械手能够容易地实现在第一实施例的（1）和（2）中所述的有利效果，其中，冗余度是机械手的工作空间的维数与机械手10的连杆结构的自由度之间的差。

（2）在根据本实施例的校准系统中，对于具有两个冗余度的机械手可以容易地实现在第一实施例的（5）和（6）中所述的有利效果，其中，冗余度是机械手的工作空间的维数与机械手10的连杆结构的自由度之间的差。

第四实施方式

接下来，参照图10描述第四实施例。这里将描述机械手10的配置，并且应该理解的是校准系统包括基于连杆数量和关节数量的伺服电动机和旋转编码器。

如图10所示，根据本实施例的机械手10包括第一连杆11至第六连杆16和在连杆之间的第一关节21至第五关节25，并且作为第一关节21至第五关节25的关节轴线J1轴线至J5轴线是与纸面垂直且互相平行的轴线。

在根据本实施例的校准方法中，将机械手10的远端固定到固定物体100，并且在下文中，根据与上述实施例的流程类似的流程来执行处理。

在本实施例中，将机械手10的远端固定到固定物体100意指约束机械手10在平面中5个自由度中的3个自由度而保留2个自由度。在根据本实施例的机械手10中，连杆结构具有5个自由度，坐标是二维坐标值（x，y）并且机械手10的工作空间的维数是2，所以连杆结构的自由度与工作空间的维数之间的差是3。因此，根据本实施例的姿势参数被设定为第三关节23的J3轴线的坐标值（x，y）。也就是说，当设定第三关节23的J3轴线的坐标值（x，y）时，就可以明确手臂的姿势。通过剩下的2个自由度来改变姿势参数的位置和姿势。在本实施例中，将J3轴线的每个坐标值（x，y）定义为姿势参数。通过这样做，在第四实施例中也可以通过根据在第一实施例中所描述的流程图的校准方法来获得参数偏差dp。

本发明的实施例不限于上述实施例；本发明的实施例可以做出如下修改：

在上述实施例中，使用用作伺服电动机的交流电动机来作为各个致动器；可替代地，每个致动器可以是直流电动机，并且也可以使用步进式电动机等。

在上述实施例中，每个连杆被旋转；可替代地，可以使用汽缸或者螺线管作为致动器以使连杆相对于相邻连杆线性移动。在此情况下，位置检测器可以是检测连杆的线性位移的线性电位计、诸如电容型或涡流型的间隙传感器等。

尽管在上述实施例中没有描述，但是CPU91通常通过PI控制或者PID控制来对电动机执行电流控制，并且当电动机电流增加到超过阈值而且因此有过载作用于电动机时，CPU91被配置为执行电动机停机控制从而防止过载。在校准前使用常数来计算关节位置命令值，所以当基于命令值与实际远端位置之间的差而确定了电动机电流超过阈值并且有过载作用于电动机时，执行控制以使得I控制的积分增益被设定为0并且P控制的增益被减小。通过这样做，减小了电动机电流并且电动机没有因过载而停机。

Claims (12)

1.一种用于具有冗余度的机器人的校准方法，其特征在于，所述校准方法包括：

约束具有冗余度的机械手（10）的远端以使得保留所述机械手（10）的自由度中的至少一个自由度；

通过将关节位置命令值从控制装置（RC）输出到驱动连杆（12-18）的致动器（41-47），将所述机械手（10）的姿势改变成所述冗余度所允许的多个姿势，所述连杆（12-18）构成其远端被约束的所述机械手（10）；以及

通过基于所述关节位置命令值和每次姿势改变之后来自位置检测器（71-77）的实际测量值获得所述机械手（10）的机器人常数的偏差来进行校准，所述位置检测器（71-77）分别设置在所述致动器（41-47）处。

2.根据权利要求1所述的校准方法，其中，

通过基于以下数据获得所述机械手（10）的所述机器人常数的所述偏差来进行校准：用于多个姿势改变的所述关节位置命令值与所述姿势改变之后来自所述位置检测器（71-77）的所述实际测量值之间的差，以及在所述多个姿势改变时的姿势参数，所述姿势参数是基于所述实际测量值而获得的。

3.根据权利要求1或2所述的校准方法，其中，

所述机械手（10）具有一个冗余度，该冗余度是所述机械手（10）的工作空间的维数与所述机械手（10）的连杆结构的自由度之间的差。

4.根据权利要求1或2所述的校准方法，其中，

所述机械手（10）具有两个冗余度，该冗余度是所述机械手（10）的工作空间的维数与所述机械手（10）的连杆结构的自由度之间的差。

5.根据权利要求1或2所述的校准方法，其中，

所述机械手（10）具有三个冗余度，该冗余度是所述机械手（10）的工作空间的维数与所述机械手（10）的连杆结构的自由度之间的差。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的校准方法，其中，

在其处约束所述机械手（10）的所述远端的基准点（K）是放置所述机械手（10）加工的工件的基准位置。

7.一种用于具有冗余度的机器人的校准系统，其特征在于，所述校准系统包括：

机械手（10），所述机械手（10）包括：耦接以使得具有冗余度的多个连杆（11-18）、分别设置在所述连杆（11-18）的关节处的致动器（41-47）、以及分别设置在所述致动器（41-47）处并且分别检测所述连杆（11-18）的关节轴线位置的位置检测器（71-77）；

控制装置（RC），所述控制装置（RC）在所述机械手（10）的远端被约束以使得保留所述机械手（10）的自由度中的至少一个自由度的状态下，通过将关节位置命令值输出到所述致动器（41-47），将所述机械手（10）的姿势改变成所述冗余度所允许的多个姿势；以及

计算单元（91），所述计算单元（91）通过基于所述关节位置命令值和在每次姿势改变之后来自所述位置检测器（71-77）的实际测量值获得所述机械手（10）的机器人常数的偏差来进行校准。

8.根据权利要求7所述的校准系统，其中，

所述计算单元（91）通过基于以下数据获得所述机械手（10）的所述机器人常数的所述偏差来进行校准：用于多个姿势改变的所述关节位置命令值与所述姿势改变之后来自所述位置检测器（71-77）的所述实际测量值之间的差，以及在所述多个姿势改变时的姿势参数，所述姿势参数是基于所述实际测量值而获得的。

9.根据权利要求7或8所述的校准系统，其中，

所述机械手（10）具有一个冗余度，该冗余度是所述机械手（10）的工作空间的维数与所述机械手（10）的连杆结构的自由度之间的差。

10.根据权利要求7或8所述的校准系统，其中，

所述机械手（10）具有两个冗余度，该冗余度是所述机械手（10）的工作空间的维数与所述机械手（10）的连杆结构的自由度之间的差。

11.根据权利要求7或8所述的校准系统，其中，

所述机械手（10）具有三个冗余度，所述冗余度是所述机械手（10）的工作空间的维数与所述机械手（10）的连杆结构的自由度之间的差。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的校准系统，其中，

在其处约束所述机械手（10）的所述远端的基准点（K）是放置所述机械手（10）加工的工件的基准位置。

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