CN109996653A - 作业位置校正方法及作业机器人 - Google Patents

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Abstract

作业机器人具备多关节型的机器人手臂和驱动机器人手臂的各关节的促动器，通过校正参数来校正被指定的目标位置而使机器人手臂动作。目标位置的校正通过如下方式进行：在机器人的可动区域内设定多个作业点并对于所设定的多个作业点设定将空间坐标值与校正值建立对应关系而得到的校正参数，使所设定的校正参数反映于目标位置。

Description

作业位置校正方法及作业机器人
技术领域
本说明书公开了作业位置校正方法及作业机器人。
背景技术
以往，作为这种作业机器人，提出了通过相对于目标点适用DH参数进行坐标转换来控制机器人的动作的作业机器人(例如参照专利文献1)。DH参数的设定如以下那样进行。即，机器人的控制装置在机器人的动作空间内设定测定点。接下来，控制装置使机器人向测定点移动而取得三维的位置数据。并且，控制装置根据取得的位置数据与测定点的误差来导出DH参数。控制装置在基于目标点来控制机器人的动作时，相对于目标点适用DH参数进行坐标转换。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-148850号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在上述的作业机器人中，即便将坐标转换所使用的DH参数最优化，也会产生无法确保足够的作业精度的情况。例如，作业机器人当含有无法通过DH参数的最优化来校正的误差(例如臂的变形等)时，受到误差的影响而无法移动到准确的位置。
本公开的主要目的在于，在指定目标位置而使作业机器人动作时确保必要的作业精度。
用于解决课题的技术方案
本公开为了实现上述的主要目的而采用以下的手段。
本公开的作业位置校正方法是指定目标位置而使多关节型的作业机器人动作时的作业位置校正方法，其主旨在于，在所述作业机器人的可动区域内设定多个作业点，对于所设定的所述多个作业点来设定将空间坐标值与校正值建立对应关系而得到的校正参数，使所设定的所述校正参数反映于所述目标位置。
在本公开的作业位置校正方法中，首先，在作业机器人的可动区域内设定多个作业点。接下来，在作业位置校正方法中，对于所设定的多个作业点来设定将空间坐标值与校正值建立对应关系而得到的校正参数。然后，在作业位置校正方法中，使所设定的校正参数反映于目标位置。由此，作业机器人即便在机器人手臂包含误差，也能够不受该误差的影响而更准确地向目标位置移动。其结果是，根据本公开，能够在指定目标位置而使作业机器人动作时确保足够的作业精度。
本公开的作业机器人的主旨在于，具备：多关节型的机器人手臂；促动器，驱动所述机器人手臂的各关节；存储装置，存储校正参数，所述校正参数是对于在所述机器人手臂的可动区域内呈矩阵状排列的多个作业点分别将空间坐标值与校正值建立对应关系而得到的；及控制装置，使用存储于所述存储装置的校正参数来校正所述目标位置，基于校正后的所述目标位置来控制所述促动器。
在本公开的作业机器人中，具备机器人手臂、促动器、存储装置及控制装置。存储装置存储对于在机器人手臂的可动区域内呈矩阵状排列的多个作业点分别将空间坐标值与校正值建立对应关系而得到的校正参数。控制装置使用存储于存储装置的校正参数来校正目标位置，基于校正后的目标位置来控制促动器。由此，作业机器人即便在机器人手臂包含误差，也能够不受该误差的影响地使机器人手臂更准确地向目标位置移动。其结果是，根据本公开，能够在指定目标位置而使作业机器人动作时确保必要的作业精度。
附图说明
图1是表示机器人系统10的构成的概略的构成图。
图2是表示机器人20的构成的概略的构成图。
图3是表示机器人20与控制装置70的电连接关系的框图。
图4是表示机器人控制例程的一例的流程图。
图5是表示矩阵校正参数的一例的说明图。
图6是表示作业位置校正工序的一例的说明图。
图7是表示矩阵测定校正的测定步骤的一例的说明图。
图8是表示使用三维计测器100对于标记m进行三维计测的情况的说明图。
图9是表示作业点的一例的说明图。
图10是表示校准的情况的说明图。
具体实施方式
接下来，参照附图对用于实施本公开的方式进行说明。
图1是表示机器人系统10的构成的概略的构成图。图2是表示机器人20的构成的概略的构成图。图3是表示机器人20与控制装置70的电连接关系的框图。此外，图1、2中，前后方向是X轴方向，左右方向是Y轴方向，上下方向是Z轴方向。
机器人系统10具备机器人20及控制机器人20的控制装置70。机器人系统10构成为拾取工件并将拾取的工件放置在对象物上的系统。在本实施方式中，机器人系统10构成为拾取元件而向基板S上安装的元件安装系统。需要说明的是，机器人系统不限于上述的系统，只要是使用机器人20对于工件进行作业的系统，则也能够适用于任意系统。
机器人20具备5轴的垂直多关节臂(以下称为臂)22及作为机器人20的指尖的未图示的末端执行器。臂22具备六个连杆(第一连杆31～第六连杆36)、将各连杆连结为能够旋转或者回转的五个关节(第一关节41～第五关节45)。各关节(第一关节41～第五关节45)具备驱动对应的关节的马达(第一马达51～第五马达55)、检测对应的马达的旋转角度的编码器(第一编码器61～第五编码器65)。在本实施方式中，马达是伺服马达，编码器是旋转编码器。末端执行器安装于臂22的前端连杆(第六连杆36)，能够进行元件(工件)的保持及解除。末端执行器例如能够使用机械卡盘、吸嘴、电磁铁等。另外，在臂22(第五连杆35)上安装有用于拍摄在作业台11上设置的作业对象物等物体所带有的标记M的标记相机24。
臂22的基端连杆(第一连杆31)固定于作业台11。在作业台11上配置有基板搬运装置12、元件供给装置13、零件相机14等。在本实施方式中，基板搬运装置12具有沿前后方向(Y轴方向)隔开间隔地沿左右方向(X轴方向)架设的一对传送带。基板S被传送带从左向右搬运。在本实施方式中，元件供给装置13构成为将以预定间隔收容有多个元件的带向后方(Y轴方向)送出的带式供料器。此外，元件供给装置13不限于带式供料器，例如，也可以是供给配置有多个元件的托盘的托盘供料器等任意类型的元件供给装置。零件相机14在被末端执行器保持的元件通过零件相机14的上方时拍摄该元件并将拍摄到的图像向控制装置70输出。
控制装置70构成为以CPU71为中心的微处理器，除CPU71以外还具备ROM72、HDD73、RAM74、驱动电路75等。驱动电路75是用于驱动第一马达51～第五马达55的电路。在控制装置70中，从第一编码器61～第五编码器65、零件相机14、标记相机24、输入装置76等输入信号。从控制装置70向基板搬运装置12、元件供给装置13、输出装置77、第一马达51～第五马达55输出信号。此外，输入装置76是供操作者进行输入操作的输入设备。另外，输出装置77是用于显示各种信息的显示设备。
图4是表示通过控制装置70执行的机器人控制例程的一例的流程图。该例程以预定时间为单位被重复执行。当机器人控制例程被执行时，控制装置70的CPU71首先取得目标位置及姿态(S100)。在此，在本实施方式中，在拾取作业被执行的情况下，目标位置及姿态是拾取元件时的末端执行器的位置及姿态。另外，在安装作业被执行的情况下，目标位置及姿态是将拾取的元件向基板S安装时的末端执行器的位置及姿态。
接下来，CPU71使用矩阵校正参数来校正取得的目标位置(S110)。图5是表示矩阵校正参数的一例的说明图。如图示那样，矩阵校正参数均是通过将作业点的识别信息(作业点No.)、空间坐标值与校正值(三维的偏移量)建立对应关系而得到的，并存储于HDD73。目标位置的校正能够通过从目标位置周边的多个作业点的校正值中使用线形插补等公知的插补法来导出目标位置的校正值并利用导出的校正值使目标位置偏移来进行。或者，目标位置的校正也可以通过利用距目标位置最近的作业点的校正值使目标位置偏移来进行。
接着，CPU71通过对校正后的目标位置及姿态进行坐标转换来设定各关节(第一关节41～第五关节45)的目标角度(S120)。坐标转换例如能够使用公知的DH参数来进行。
然后，CPU71基于所设定的目标角度来驱动控制对应的马达(第一马达51～55)(S130)，从而结束机器人控制例程。此外，CPU71在执行拾取作业的情况下末端执行器到达目标位置及姿态时，使末端执行器保持元件以便拾取元件。另外，CPU71在执行安装作业的情况下末端执行器到达目标位置及姿态时，使末端执行器解除元件的保持以便将元件向基板S安装。
以下的说明中，对使用目标位置来控制机器人20的动作时的作业位置校正工序进行说明。图6是表示作业位置校正工序的一例的说明图。作业位置校正工序通过依次执行组装调整(S200)、几何形状调整(S210)、校准(S220)、矩阵测定校正(S230)来进行。此外，为了方便说明，说明的顺序设为矩阵测定校正、组装调整、几何形状调整、校准。
矩阵测定校正是用于设定上述的目标位置的校正所使用的矩阵校正参数的工序。图7是表示矩阵测定校正的一例的说明图。此外，矩阵测定相当于图7的S300～S330。矩阵校正包括图7的S340、S350与图4的S110。另外，图8是表示使用三维计测器100对于标记m进行三维计测的情况的说明图。图8中，区域A是机器人20的作业区域。作为矩阵测定的准备，如图8所示，操作者向前端连杆安装计测用的标记m，并且在作业台11的角部设置三维计测器100。三维计测器100能够使用激光追踪器、动作捕捉装置。控制装置70的CPU71当被指示进行矩阵测定校正时，首先，在机器人20的作业区域A以指定间距呈矩阵状设定多个作业点(S300)。图9是表示作业点的一例的说明图。此外，间距的指定通过操作者操作输入装置76来进行。接着，CPU71将各作业点的空间坐标值指定为目标位置，以使标记m向指定的目标位置移动的方式控制臂22(第一马达51～第五马达55)(S310)。然后，控制装置70输入由三维计测器100计测出的标记m的实际位置(S320)。接下来，CPU71对应各作业点导出空间坐标值与输入的标记m的实际位置的差值(S330)。这样进行矩阵测定时，CPU71根据导出的差值来导出校正值(偏移值)(S340)。然后，CPU71对应各作业点设定将空间坐标值与校正值建立对应关系而得到的矩阵校正参数(S350)，结束矩阵测定校正。
组装调整是在组装各连杆(第一连杆31～第六连杆36)时使用夹具来进行组装角度等的调整的工序。
几何形状调整是将坐标转换所使用的DH参数最优化的工序。作为几何形状调整的准备，操作者与矩阵测定校正同样地向前端连杆安装计测用的标记m，并且在作业台11的角部设置三维计测器100。CPU71当被指示几何形状调整时，在机器人20的作业区域A设定多个测定点。测定点的设定例如能够通过操作者操作输入装置76而指定测定点来进行。接下来，CPU71将各测定点的空间坐标值指定为目标位置，以使标记m向指定的目标位置移动的方式控制臂22(第一马达51～第五马达55)。然后，CPU71输入由三维计测器100计测出的标记m的实际位置，以使测定点的空间坐标值与输入的标记m的实际位置的差值(误差)最小的方式反算DH参数，结束几何形状调整。
校准是把握机器人20与作业台11(作业对象物)的相对位置关系并反映出使机器人20动作时的目标位置的工序。图10是表示校准的情况的说明图。作为校准的准备，操作者将带有标记M的物体110固定于在作业台11上预先决定的位置。CPU71当被指示校准时，首先，以使标记相机24朝物体110的上方移动的方式控制臂22(第一马达51～第五马达55)。接着，CPU71利用标记相机24来拍摄物体110所带有的标记M。然后，CPU71对通过编码器(第一编码器61～第五编码器65)检测到的各关节的旋转角度进行坐标转换而计算拍摄时的标记相机24的位置(拍摄位置)。接下来，CPU71以计算出的拍摄位置为基准而识别在拍摄到的图像中映出的标记M的位置。然后，CPU71根据识别出的标记M的位置来确定机器人20与作业台11的相对位置关系，反映出使机器人20动作时的目标位置，结束校准。
这样，在本实施方式中，在几何形状调整与校准被执行之后，执行矩阵测定校正。即，矩阵测定校正在通过几何形状调整、校准的执行而使机器人20的位置精度一定程度地提高的状态下被执行。在此，在矩阵测定校正中指定的作业点间的间距越细，则由矩阵测定校正导出的矩阵校正参数的校正精度变得越高。但是，在该情况下，矩阵测定校正的执行需要较长时间。另外，矩阵校正参数的数据数量增多，使需要的存储容量增大。在本实施方式中，通过在矩阵测定校正之前执行几何形状调整、校准，无需将间距设定得过细，就能够在作业区域整个区域中获得必要精度的校正值。
在此，对本实施例的主要要素与发明内容的栏所记载的发明的主要要素的对应关系进行说明。即，臂22(第一连杆31～第六连杆36)相当于机器人手臂，马达(第一马达51～第五马达55)相当于促动器，HDD73相对于存储装置，控制装置70相当于控制装置。
以上说明的本实施方式中，进行如下的矩阵测定校正：在机器人20的可动区域内设定多个作业点，在设定的多个作业点中设定将空间坐标值与校正值建立对应关系而得到的矩阵校正参数。机器人20的控制装置70使用矩阵校正参数来校正指定的目标位置。由此，控制装置70即便在臂22包括无法通过几何形状调整、校准进行校正的误差的情况下，也能够不受误差的影响而使臂22更准确地向目标位置移动。
另外，在本实施方式中，在矩阵测定校正之前进行几何形状调整。因此，机器人20能够通过几何形状调整与矩阵测定校正的组合来进一步提高位置精度。除此之外，在本实施方式中，通过在矩阵测定校正之前执行几何形状调整，在矩阵测定中无需过细地设定间距，就能够在作业区域整体中获得必要精度的校正值。
进一步，在本实施方式中，在矩阵测定校正之前进行校准。因此，机器人20能够准确把握与作业台11的相对位置关系，能够使位置精度进一步提高。除此之外，在本实施方式中，通过在矩阵测定校正之前执行校准，在矩阵测定中无需过细地设定间距，就能够在作业区域整体中获得必要精度的校正值。
此外，本公开不受上述的实施方式的任何限定，只要属于本公开的技术范围就能够以各种方式进行实施是不言而喻的。
例如，在上述的实施方式中，除了矩阵测定校正之外，执行组装调整、几何形状调整及校准，但也可以省略这些中的一部分或者全部。另外，在上述的实施方式中，校准在几何形状调整之后被执行，但也可以在几何形状调整之前被执行。
另外，在上述的实施方式中，CPU71在矩阵测定中，通过以预定间距呈矩阵状排列的方式设定有多个作业点，但也可以依据其他规则设定多个作业点。
另外，在上述的实施方式中，机器人20具有5轴的关节，但也可以具有4轴以下的关节，或者6轴以上的关节。另外，机器人20仅具有旋转回转关节，但也可以具有直动关节。
如以上说明那样，本公开的作业位置校正方法是指定目标位置而使多关节型的作业机器人动作时的作业位置校正方法，在所述作业机器人的可动区域内设定多个作业点，对于所设定的所述多个作业点来设定将空间坐标值与校正值建立对应关系而得到的校正参数，使所设定的所述校正参数反映于所述目标位置。
在本公开的作业位置校正方法中，也可以通过以预定间距呈矩阵状排列的方式设定所述多个作业点。根据本公开，通过适当设定相邻的作业点间的间距，能够容易地确保必要的作业精度。
另外，在本公开的作业位置校正方法中，也可以进行如下的矩阵测定：设定所述多个作业点并将所设定的所述多个作业点的各空间坐标值依次指定为目标位置而使所述作业机器人移动，计测各作业点处的所述作业机器人的实际位置并导出各作业点的空间坐标值与所计测出的所述实际位置的差值，并且，进行如下的矩阵校正：基于所导出的所述差值来导出各作业点的校正值，对应各作业点将空间坐标值与所导出的所述校正值建立对应关系来设定所述校正参数，并使所设定的所述校正参数反映于所述目标位置。根据本公开的作业位置校正方法，能够对应各作业点导出更准确的校正值。
进一步，在本公开的作业位置校正方法中，也可以对相邻的作业点之间的校正值进行插补。根据本公开的作业位置校正方法，即便在向从设定的作业点偏离的位置指定目标位置的情况下，也能够确保必要的位置精度。
另外，在本公开的作业位置校正方法中，也可以在所述矩阵测定之前进行对用于所述目标位置的坐标转换的转换参数进行调整的几何形状调整。根据本公开的作业位置校正方法，能够通过矩阵校正与几何形状调整的组合来进一步提高作业精度。另外，根据本公开的作业位置校正方法，在矩阵测定之前执行几何形状调整，因此无需增大矩阵测定所需的作业点的数量就能够确保必要的位置精度。
另外，在本公开的作业位置校正方法中，也可以在所述矩阵测定之前，进行确定供所述作业机器人进行作业的作业对象物设置的作业台与该作业机器人的相对位置关系而反映到所述目标位置的校准。根据本公开的作业位置校正方法，能够通过矩阵测定、几何形状调整及校准的组合来进一步提高作业精度。另外，根据本公开的作业位置校正方法，由于在矩阵测定之前执行校准，因此无需增大矩阵测定所需的作业点的数量就能够确保必要的位置精度。
工业实用性
本公开能够应用于作业机器人的制造工业等。
附图标记说明
10机器人系统、11作业台、12基板搬运装置、13元件供给装置、14零件相机、20机器人、22臂、24标记相机、31～36第一连杆～第六连杆、41～45第一关节～第五关节、51～55第一马达～第五马达、61～65第一编码器～第五编码器、70控制装置、71CPU、72ROM、73HDD、74RAM、75驱动电路、76输入装置、77输出装置、100三维计测器、m标记、M标记、S基板。

Claims (7)

1.一种作业位置校正方法，是指定目标位置而使多关节型的作业机器人动作时的作业位置校正方法，其中，
在所述作业机器人的可动区域内设定多个作业点，对于所设定的所述多个作业点来设定将空间坐标值与校正值建立对应关系而得到的校正参数，使所设定的所述校正参数反映于所述目标位置。
2.根据权利要求1所述的作业位置校正方法，其中，
以使所述多个作业点以预定间距呈矩阵状排列的方式设定所述多个作业点。
3.根据权利要求1或2所述的作业位置校正方法，其中，
进行如下的矩阵测定：设定所述多个作业点并将所设定的所述多个作业点的各空间坐标值依次指定为目标位置而使所述作业机器人移动，计测各作业点处的所述作业机器人的实际位置并导出各作业点的空间坐标值与所计测出的所述实际位置的差值，
并且，进行如下的矩阵校正：基于所导出的所述差值而导出各作业点的校正值，对应各作业点将空间坐标值与所导出的所述校正值建立对应关系来设定所述校正参数，并使所设定的所述校正参数反映于所述目标位置。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的作业位置校正方法，其中，
对相邻的作业点之间的校正值进行插补。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的作业位置校正方法，其中，
在所述矩阵测定之前，进行对用于所述目标位置的坐标转换的转换参数进行调整的几何形状调整。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的作业位置校正方法，其中，
在所述矩阵测定之前，进行如下的校准：确定用于设置所述作业机器人进行作业的作业对象物的作业台与该作业机器人的相对位置关系并反映于所述目标位置。
7.一种作业机器人，其中，具备：
多关节型的机器人手臂；
促动器，驱动所述机器人手臂的各关节；
存储装置，存储校正参数，所述校正参数是对于在所述机器人手臂的可动区域内呈矩阵状排列的多个作业点分别将空间坐标值与校正值建立对应关系而得到的；及
控制装置，使用存储于所述存储装置的校正参数来校正所述目标位置，基于校正后的所述目标位置来控制所述促动器。
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