CN114536320A - 信息处理装置和方法、机器人系统、测量系统、利用机器人系统制造物品的方法和记录介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了信息处理装置和方法、机器人系统、测量系统、利用机器人系统制造物品的方法和记录介质。信息处理装置包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置为执行包括具有传动机构的关节的机器人装置的预定部分的位置的测量以及所述机器人装置的校准，其中所述测量和所述校准响应于预定操作而被执行。

Description

信息处理装置和方法、机器人系统、测量系统、利用机器人系 统制造物品的方法和记录介质

技术领域

本公开涉及信息处理。

背景技术

近年来，包括机器人臂和末端执行器的机器人装置已广泛用于工厂等中的生产现场的劳动力节省和生产装备的自动化等。这样的机器人臂根据要执行的工作沿着目标轨迹移动其末端执行器，但是末端执行器的实际轨迹不可避免地偏离目标轨迹。偏离的因素的示例包括制造机器人臂时的组装误差和由于机器人臂的每个关节中使用的传动机构导致的周期性误差。组装误差是由于在制造机器人臂时与设计值稍微未对准的状态下附接每个机构而发生的误差，并且累积误差表现为末端执行器中的位置误差。周期性误差是与传动机构的输入轴的旋转角度同步的传动机构的输出轴的旋转角度上周期性堆积的误差，并且也称为角度传动误差。机器人臂中的组装误差和传动机构中的角度传动误差是影响末端执行器的目标位置的主要误差因素。

日本专利申请特开No.2020-93363讨论了减小由于传动机构中的角度传动误差而导致的关节角度的偏离、并且然后校准机器人装置以减小由于机器人臂中的组装误差而导致的末端执行器的未对准的方法。换句话说，在预先使由于传动机构中的角度传动误差而导致的误差最小化的状态下执行机器人校准，以实现更准确的校准来减小组装误差的影响。

发明内容

根据本公开的实施例，一种信息处理装置包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置为执行包括具有传动机构的关节的机器人装置的预定部分的位置的测量以及所述机器人装置的校准，其中所述测量和所述校准响应于预定操作而被执行。

从参考附图对示例性实施例的以下描述，本公开的其它特征将变得清楚。

附图说明

图1是图示根据示例性实施例的机器人系统的示意图。

图2是图示根据示例性实施例的机器人臂主体中的关节的图。

图3是图示根据示例性实施例的机器人系统的控制系统的框图。

图4是图示根据示例性实施例的机器人臂主体中的坐标系的示意图。

图5A和5B是根据示例性实施例的作为校准目标的参数的表。

图6是图示根据示例性实施例的用于校准机器人臂主体的测量系统的示意图。

图7A至7C是各自图示根据示例性实施例的机器人臂主体的校准中的界面的图。

图8是图示根据示例性实施例的校准方法的流程图。

图9是图示根据示例性实施例的指示用于校准的测量点的设置范围的测量范围立方体的示意图。

图10是图示根据示例性实施例的测量点的设置的流程图。

图11是图示根据示例性实施例的附加测量点的设置的流程图。

图12A和12B分别是根据示例性实施例的测量点的三维散布图和附加测量点的三维散布图。

图13是图示根据示例性实施例的校准之前和之后的误差评估结果之间的比较的图。

具体实施方式

日本专利申请特开No.2020-93363中讨论的方法是基于已知传动机构中的角度传动误差的特性的前提。一般地，各个传动机构具有不同的角度传动误差特性。为了检查每个特性，因此需要基于真实机器操作结果的识别。例如，在机器人装置的预定操作中，每个关节中的传动机构的输入轴角度和输出轴角度各自例如通过旋转编码器或惯性传感器测量。然后，角度传动误差的特性从其测量结果来估计。因此，日本专利申请特开No.2020-93363中的技术要求每个传动机构中的角度传动误差的特性和机器人臂中的组装误差被分开测量。因此，机器人装置的校准是耗时的并且对操作者来说是复杂的。

本公开的实施例旨在使操作者能够容易地校准机器人装置。

下面将参考附图描述本公开的示例性实施例。以下示例性实施例仅仅是示例，因此，例如，本领域技术人员可以在不脱离本公开的精神的范围的情况下适当地进行详细配置的更改。

图1是图示根据第一示例性实施例的机器人系统100的示意图。如图1中所示，机器人系统100包括机器人臂主体200、末端执行器主体300、控制机器人臂主体200和末端执行器主体300的控制装置400、以及外部输入装置500。

机器人系统100被提供在制造线中并且用于制造物品。

例如，通过其中机器人臂主体200使由末端执行器主体300抓握的预定工件与另一个工件接触以组合工件的处理来制造物品。物品的材料的示例包括预定工件和其它工件。要执行的其它各项工作的示例包括传送、组装、机械加工、涂敷。各项机器加工的示例包括切割、研磨、抛光和密封。

适合于工作的末端执行器附接到机器人臂主体200。

根据本示例性实施例的机器人臂主体200是安装在台座B1上的垂直多关节型机器人臂。机器人臂主体200包括多个关节J₁至J₆、基台209和多个连杆210至216。多个连杆210至216经由多个关节J₁至J₆依次串行耦合。更具体地，第一关节J₁、第二关节J₂、第三关节J₃、第四关节J₄、第五关节J₅和第六关节J₆从机器人臂主体200的基端所位于的一侧(连杆210所位于的一侧)到其前端所位于的一侧(连杆216所位于的一侧)定位。作为机器人臂主体200的基端部分的连杆210固定到基台209。基台209固定到台座B1的上表面。连杆211至216分别由关节J₁至J₆旋转驱动。因此，机器人臂主体200可以将末端执行器主体300调整到三轴方向上的任何位置和任何姿势。

作为机器人臂主体200操作的预定部分的示例的末端执行器主体300被提供在作为机器人臂主体200的前端部分的连杆216处。更具体地，连杆216用作保持末端执行器主体300的保持器。在本示例性实施例中，将描述包括末端执行器主体300的三维测量治具的示例，该末端执行器主体300在其前端包括使激光束回射(retro-reflect)的回射器301。

机器人臂主体200的姿势可以通过坐标系来表达。图1中的坐标系T₀被设置到固定机器人臂主体200的台座B1。坐标系T_e被设置到末端执行器主体300。坐标系T_e指示工具中心位置(TCP)。

在本示例性实施例中，坐标系T_e被设置到末端执行器主体300的回射器301。坐标系T₀和坐标系T_e各自由XYZ的三个轴表达。为了更灵敏地检测由于第六关节J₆中的角度传动误差导致的T_e的位置误差，坐标系T_e被布置在距第六关节J₆的旋转轴线预定距离处。

控制装置400可以控制机器人臂主体200的姿势。控制装置400与外部输入装置500连接。例如，外部输入装置500为示教器，并且由操作者使用以示教机器人臂主体200进行操作。

图2是图示根据本示例性实施例的机器人系统100的机器人臂主体200中的关节J₂的部分截面图。作为代表性示例下面将描述关节J₂。其它关节J₁以及J₃至J₆与关节J₂在配置上类似，因此将省略其描述。

连杆211和连杆212通过交叉滚柱轴承237可旋转地耦合。关节J₂具有驱动机构240。驱动机构240相对于连杆211旋转驱动连杆212。

驱动机构240包括作为驱动源的示例的马达231和将马达231的驱动力传动到输出侧的传动机构235。在本示例性实施例中，传动机构235包括减速齿轮234。

马达231是伺服马达并且例如是无刷直流(DC)马达或交流(AC)马达。马达231包括固定到连杆212的壳体232、以及容纳在壳体232中的定子和转子(未示出)。定子(未示出)固定在壳体232内侧。转子(未示出)具有固定到转子的旋转轴233。马达231被提供有检测旋转轴233的旋转角度的输入轴编码器250。

为了输出，减速齿轮234使旋转轴233的旋转降速。减速齿轮234具有齿轮并且在本示例性实施例中是应变波减速齿轮。作为应变波减速齿轮的减速齿轮234包括作为输入轴的示例并且耦合到马达231的旋转轴233的波生成器241、以及作为输出轴的示例并且固定到连杆212的刚轮242。

减速齿轮234还包括柔轮243，该柔轮243固定到连杆211并且布置在波生成器241与刚轮242之间。刚轮242以对于波生成器241的旋转速度以预定减速比降速的旋转速度相对于波生成器241和柔轮243旋转。换句话说，减速齿轮234以对于马达231的旋转轴233的旋转速度以预定减速比降速的旋转速度旋转刚轮242，以相对于连杆211围绕旋转轴线A₂旋转连杆212。

已描述了传动机构235包括减速齿轮234的情况，但这不是限制。例如，传动机构235可以包括提供在减速齿轮234的输入侧或输出侧的齿轮机构或皮带机构。

第二关节J₂具有检测连杆212对于连杆211的相对旋转角度，(即关节角度)的输出轴编码器260。输出轴编码器260被布置在传动机构235的输出侧，即减速齿轮234的输出侧。作为减速齿轮234的输出轴的刚轮242与连杆212一起旋转。因此，输出轴编码器260检测传动机构235的输出轴的旋转角度，即减速齿轮234的输出轴的旋转角度。

在图1的基台209内部，伺服控制单元230驱动和控制关节J_l至J₆的各个马达231。伺服控制单元230被布置在基台209内部，但这不是限制。例如，伺服控制单元230可以被布置在控制装置400的壳体内部。基于从控制装置400获取的与关节J₁至J₆对应的各个命令值，伺服控制单元230驱动和控制关节J₁至J₆的各个马达231，使得关节J₁至J₆中的每一个的传动机构235的输入轴或输出轴的角度遵从对应的命令值。

接着，将描述控制装置400。图3是图示根据本示例性实施例的机器人系统100的控制系统的框图。控制装置400由计算机实现并且包括作为控制单元(处理单元)的示例的中央处理单元(CPU)401。

控制装置400还包括只读存储器(ROM)402、随机存取存储器(RAM)403和硬盘驱动器(HDD)404作为存储单元。控制装置400还包括记录盘驱动器405和多个接口(I/F)406至410。

CPU 401经由总线420与ROM 402、RAM 403、HDD 404、记录盘驱动器405以及I/F406至410连接。

ROM 402存储基本程序，诸如基本输入/输出系统(BIOS)。RAM 403是临时存储各种类型的数据(诸如CPU 401的算术处理的结果)的存储设备。

HDD 404是存储例如CPU 401的算术处理的结果或从外部获取的各种类型的数据的存储设备。HDD 404记录用于使CPU 401执行算术处理的程序430。基于记录(存储)在HDD404中的程序430，CPU 401执行下面要描述的控制方法中的每条处理，即制造物品的方法中的每条处理。记录盘驱动器405可以读取例如记录在记录盘431中的各种类型的数据或程序。

接口406与外部输入装置500连接。CPU 401经由接口406和总线420从外部输入装置500获取示教数据。接口407与监视器600连接。在CPU 401的控制下，监视器600显示各种类型的图像。接口408被配置为与作为诸如可重写非易失性存储器或外部HDD的存储单元的外部存储设备700可连接。

伺服控制单元230连接到接口409。伺服控制单元230与机器人臂主体200中的关节J₁至J₆中的每一个的马达231、输入轴编码器250和输出轴编码器260可通信地连接。图3图示了多个关节J₁至J₆中的一个的马达231、输入轴编码器250和输出轴编码器260。

伺服控制单元230可以通过利用输入轴编码器250的半闭环控制或利用输出轴编码器260的全闭环控制来反馈控制马达231。CPU 401可以经由伺服控制单元230、接口409和总线420从输入轴编码器250和输出轴编码器260中的每一个获取指示检测结果的角度信息。CPU 401以预定的时间间隔经由总线420和接口409将与关节J₁至J₆对应的各个命令值的数据输出到伺服控制单元230。

HDD 404是非暂时性计算机可读记录介质。在本示例性实施例中，HDD 404存储程序430，但这不是限制。程序430可以记录在任何非暂时性计算机可读记录介质中。用于提供程序430的记录介质的示例包括软盘、硬盘、光碟、磁光盘、磁带和非易失性存储器。光碟的示例包括数字通用碟只读存储器(DVD-ROM)、紧凑碟只读存储器(CD-ROM)和可记录的紧凑碟(CD-R)。非易失性存储器的示例包括通用串行总线(USB)存储器、存储卡和ROM。

控制装置400中的CPU 401执行程序430以执行基于轨迹数据控制机器人臂主体200的前端的位置和姿势(即末端执行器主体300的位置和姿势)的位置控制。例如，轨迹数据预先存储在HDD 404中。

在本示例性实施例中，提供了用于位置控制的两种模式。两种模式中的一种是第一模式，在该第一模式中CPU 401将传动机构235的输入轴的角度命令值输出到伺服控制单元230，然后由伺服控制单元230和输入轴编码器250执行半闭环控制。两种模式中的另一种是第二模式，在该第二模式中CPU 401将传动机构235的输出轴的角度命令值输出到伺服控制单元230，然后由伺服控制单元230和输出轴编码器260执行全闭环控制。

半闭环控制在响应性上优于全闭环控制，由此使机器人臂主体200能够以高的速度操作。全闭环控制反馈作为驱动目标的连杆的位置，从而使得能够进行高度准确的控制。

下面将描述CPU 401在第一模式中对机器人臂主体200执行位置控制的情况。更具体地，CPU 401执行其中基于从机器人臂主体200中的多个关节J₁至J₆中的每一个的输入轴编码器250获取的关于传动机构235的输入轴的旋转角度的信息对机器人臂主体200执行位置控制的第一模式。在本示例性实施例中，描述了CPU 401可以选择性地执行第一模式或第二模式的情况，但这不是限制。CPU 401可以能够仅执行第一模式而不执行第二模式，或者可以能够仅执行第二模式而不执行第一模式。

接着，将描述本示例性实施例中的角度传动误差、组装误差和连杆参数。

图4是图示根据本示例性实施例的设置到机器人臂主体200的坐标系的示意图。图4中所示的坐标系T₁至T₆分别被设置到关节J₁至J₆。与坐标系T₀和T_e类似，坐标系T₁至T₆各自由XYZ的三个轴表达。坐标系T₂、T₅和T₆各自位于附图平面的远侧或近侧，但是为了附图的方便而利用虚线指示。

在本示例性实施例中，关节J₁至J₆中的每一个的减速齿轮234中的角度传动误差通过以下表达式(1)计算。

[数学表达式1]

asin(bθ+c) (1)

在表达式(1)中，a表示角度传动误差的幅度[rad]。在表达式(1)中，b表示角度传动误差的空间频率[1/rad]。在表达式(1)中，c表示角度传动误差的初始相位[rad]。在表达式(1)中，θ表示减速齿轮234的输入轴(旋转轴233)的旋转角度[rad]。角度传动误差的幅度a和角度传动误差的初始相位c是未知参数。角度传动误差的频率b是从减速齿轮234的机构容易地可确定的值并且是已知参数。

图5A和图5B分别是根据本示例性实施例的机器人臂主体200中的连杆参数的表和机器人臂主体200中的减速齿轮参数的表。图5A指示根据本示例性实施例的校准之前的连杆参数(设计值)。在图5A中，x[mm]、y[mm]和z[mm]表示相对于坐标系T0的轴(主轴)的坐标系T₁至T₆以及T_e中的每一个的X、Y和Z轴的平移方向上的偏移量。在图5A中，α[deg]、β[deg]和γ[deg]表示对于作为基准位置的坐标系T₀的轴(主轴)的围绕Z、Y和X轴的旋转方向上的偏移量。这里，α[deg]、β[deg]和γ[deg]各自由弧度法表达。

图5B指示了机器人臂主体200中的关节J_l至J₆中的每一个的减速齿轮234的减速齿轮参数。图5B指示了关节J₁至J₆中的每一个的减速齿轮234的减速比G、角度传动误差的幅度a[rad]、角度传动误差的频率b[1/rad]和角度传动误差的初始相位c[rad]的每个模型参数的示例。角度传动误差的幅度a和角度传动误差的初始相位c各自是在各个减速齿轮之间变化的未知参数。角度传动误差的幅度a₁至a₆和角度传动误差的初始相位c₁至c₆分别被分配给关节J₁至J₆。

在本示例性实施例中，作为机器人臂主体200的坐标系T_e的计算值的运动学位置x_FK通过以下表达式(2)计算。

[数学表达式2]

x_FK(p_r，p_a，θ)：＝f_FK(p_r，q(θ)+e(p_a，θ)) (2)

在表达式(2)中，p_r表示机器人臂主体200中的坐标系T₁至T₆以及T_e中的每一个中的连杆参数，并且对应于图5A中指示的42个参数。在表达式(2)中，p_a表示关于减速齿轮234中的角度传动误差的减速齿轮参数，并且对应于图5B中指示的18个参数。

在表达式(2)中，q从减速齿轮234的输入轴(旋转轴233)的旋转角度θ乘以减速齿轮234的减速比G得到，并且表示指示减速齿轮234的输出轴(刚轮242和从动连杆)的旋转角度[rad]的理论值的六维向量。

在表达式(2)中，e表示函数，该函数将基于关于减速齿轮234中的角度传动误差的减速齿轮参数pa作为第一自变量并且减速齿轮234的输入轴的旋转角度θ作为第二自变量通过表达式(1)计算的角度传动误差[rad]作为六维向量返回。

在表达式(2)中，f_FK表示函数，该函数将机器人臂主体200中的坐标系T_e的运动学三维位置[m]作为三维向量返回。机器人臂主体200中的坐标系T_e的运动学三维位置基于机器人臂主体200的连杆参数p_r作为第一自变量并且减速齿轮234的输入轴的旋转角度θ作为第二自变量通过正运动学计算。

如上所述，在本示例性实施例中，机器人臂主体200中的坐标系T_e的运动学三维位置在考虑连杆参数p_r和关于角度传动误差的减速齿轮参数p_a的情况下通过计算获取。

图6是图示根据本示例性实施例的使得能够测量末端执行器主体300的位置以校准机器人臂主体200的测量系统的示意图。在本示例性实施例中，三维测量仪器800测量在机器人臂主体200的前端提供的回射器301的三维位置，即机器人臂主体200中的坐标系T_e的位置。三维测量仪器800是激光跟踪器，并且检测从回射器301反射的激光束以测量回射器301的三维位置。三维测量仪器800已经被校准并且可以获取坐标系T_e的位置作为从坐标系T₀观察的三维位置x_e。

关于由三维测量仪器800测量的坐标系T_e的三维位置(x_e)的数据经由控制装置400中的接口410和总线420存储在RAM 403中。在本示例性实施例中激光跟踪器用作坐标系T_e的三维位置测量装置，但这不是限制。例如，接触臂型三维测量仪器或具有多个相机的标记跟踪三维测量装置。在本示例性实施例中，诸如上述的数据存储在控制装置400中的RAM403中，但是可以存储在外部存储设备中。

图7A至7C是各自图示根据本示例性实施例的校准用户界面的图。校准用户界面的画面被输出到控制装置400的监视器600。例如，用户经由外部输入装置500按下按钮或输入数值。CPU 401执行校准工具900的输出中涉及的计算处理。

图7A图示了根据本示例性实施例的校准用户界面的校准工具900中的主操作画面。图7B图示了根据本示例性实施例的校准用户界面的校准处理执行对话框920。图7C图示了根据本示例性实施例显示的校准后参数显示部分916。

参考图7A，测量点数量输入部分901是数值输入部分，用户向其输入校准机器人臂主体200所需的预定测量点数量Nt的正整数。例如，在输入不同于任何正整数的数值作为预定条件的情况下，在画面上输出提示用户进行纠正的显示。替代地，可以在测量点数量输入部分901中输入先前设置为默认值的数值。

测量点生成按钮902是按钮型输入界面，其响应于按下而开始生成校准机器人臂主体200所需的测量点Pt的处理。测量点生成按钮902在生成测量点的处理期间是无效(inactive)的，并且对其的按下被禁用。测量点生成按钮902被提供使得在用户检查生成的测量点的适当性之后可以执行测量和校准，如下面所描述的。

测量执行按钮903是按钮型输入界面，其响应于按下而开始在机器人臂主体200的每个测量点Pt处的位置和姿势处测量关节J_l至J₆中的每一个的旋转角度(关节角度)q和坐标系T_e的三维位置x_e。测量执行按钮903在没有生成测量点的情况下、在测量执行期间或在机器人校准期间是无效的，并且对其的按下被禁用。

机器人臂显示部分910描绘并且输出每个测量点的机器人臂主体200的三维模型911。三维模型911的描绘对于真实机器人臂主体200的每个测量点进行更新。在测量点Pt处的机器人臂主体200中的坐标系T_e的运动学位置x_FK在机器人臂显示部分910上被重叠显示为“O”，并且通过三维测量仪器800测量的三维位置x_e在机器人臂显示部分910上被重叠显示为“×”。

测量结果显示部分915对于每个测量点将机器人臂主体200中的关节J_l至J₆中的每一个的关节角度q和机器人臂主体200中的坐标系T_e的三维位置x_e作为数值输出。在验证诸如上述的信息时，用户可以评估测量结果的适当性。

参考图7B，校准处理执行对话框920响应于对图7A的校准处理设置按钮904的按下而在监视器600上与校准工具900一起在监视器600上的预定位置处显示。在显示校准处理执行对话框920期间，不允许对校准工具900的主操作画面进行输入。

角度传动误差估计复选框921是使得能够选择是否要在机器人臂主体200的校准处理中执行包括估计关于角度传动误差的模型参数(减速齿轮参数)的处理的选择式界面。

误差评估函数选择下拉菜单922是使得能够从预定的一组函数选择用于在机器人臂主体200的校准处理中评估机器人臂主体200中的坐标系T_e的位置误差中使用的函数的选择式界面(选择部分)。

校准处理执行按钮923是响应于按下而开始机器人臂主体200的校准处理的按钮型输入界面。在校准处理期间，校准处理执行按钮923是无效的，并且对其的按下被禁用。

响应于校准处理的完成，校准处理执行对话框920消失，然后校准之前和之后的坐标系T_e的各个位置误差评估值被输出到图7A的校准结果显示部分905。在这种情况下，输出的评估值对应于由从误差评估函数选择下拉菜单922选择的误差评估函数计算的数值。在本示例性实施例中，位置误差评估值被显示为校准结果，但这不是限制。

例如，如图7C中那样，响应于对校准结果显示部分905的点击，校准之后的连杆参数和校准之后的减速齿轮参数可以显示为校准后参数显示部分916而不是测量结果显示部分915。在根据本示例性实施例的图7C中，为了简化描述，使用图5A和5B的表作为校准后参数显示部分916。然而，在实践中，经校准的连杆参数和减速齿轮参数被适当地显示。

响应于对图7B的校准处理取消按钮924的按下，校准处理执行对话框920消失，并且校准工具900变为有效(active)。在本示例性实施例中，分开地提供校准处理设置按钮904和测量执行按钮903使得用户可以设置例如用于在校准处理中使用的函数，但这不是限制。例如，在对校准处理已经确定函数并且执行校准使得角度传动误差总是被估计的情况下，可以响应于对测量执行按钮903的单次按下而执行测量和校准。

图8是图示根据本示例性实施例的校准方法的流程图。下面将参考图7A至7C以及图8详细描述根据本示例性实施例的校准方法。

在图8的步骤S1中，用户将校准所需的测量点数量Nt输入到显示在监视器600上的图7A的校准工具900中的测量点数量输入部分901并且按下测量点生成按钮902，以设置用于校准机器人臂主体200的测量点。在本示例性实施例中，测量点数量Nt是60。优选地，测量点数量Nt大于机器人臂主体200的连杆参数和关于减速齿轮234中的角度传动误差的减速齿轮参数中的要被识别的参数的总数量。

图9是图示根据本示例性实施例的指示用于校准机器人臂主体200的测量点的设置范围的测量范围立方体S的示意图。在本示例性实施例中，测量范围立方体S的每条边的长度L为367[mm]，并且基于坐标系T₀，中心的位置P₀在X方向上处于584[mm]，在Y方向上处于0[mm]，并且在Z方向上处于394[mm]。这样的设置信息被预先存储在HDD 404等中，并且在步骤S1中设置测量点时被读取。

图10是图示根据本示例性实施例的用于校准机器人臂主体200的测量点Pt的设置的流程图。CPU 401在设置的测量范围立方体中生成数量等于在步骤S1中设置的测量点数量的测量点Pt。下面将参考图10的流程图描述要在步骤S1中执行的设置测量点Pt的方法。

参考图10，在步骤S1-1中，用于测量点计数的变量n被初始化为1。

接着，在步骤S1-2中，机器人臂主体200中的关节J₁至J₆中的每一个的旋转角度在预定约束内(在可移动范围中)随机生成，并且然后被定义为q_rand。在本示例性实施例中，关节J₁的约束为±90[deg]，关节J₂的约束为±45[deg]，关节J₃的约束为±45[deg]，关节J₄的约束为±90[deg]，关节J₅的约束为±90[deg]，并且关节J₆的约束为±90[deg]。

接着，在步骤S1-3中，当机器人臂主体200中的关节J₁至J₆中的每一个的旋转角度为q_rand时，通过正运动学计算坐标系T_e的位置和姿势T_rand。坐标系T_e的位置和姿势T_rand是4×4齐次变换矩阵，并且通过以下表达式(3)定义。

[数学表达式3]

在表达式(3)中，x_rand表示指示坐标系T_e的位置的三维向量，并且R_rand表示指示坐标系T_e的姿势的3×3旋转矩阵。

接着，在步骤S1-4中，确定机器人臂主体200中的坐标系T_e的位置x_rand是否在测量范围立方体S中。在确定结果为是(步骤S1-4中为“是”)的情况下，处理进行到步骤S1-5。否则(步骤S1-4中为“否”)，处理返回到步骤S1-2以重新生成关节角度。

接着，在步骤S1-5中，计算坐标系T_e的Z方向向量Z_rand。坐标系T_e的旋转矩阵R_rand通过以下表达式(4)定义。

[数学表达式4]

R_rand＝[X_randY_randZ_rand] (4)

在表达式(4)中，X_rand、Y_rand和Z_rand对应于机器人臂主体200中的坐标系T_e中的指示从坐标系T₀观察的X轴、Y轴和Z轴方向的三维单位向量。单位向量Z_rand对应于机器人臂主体200中的坐标系T_e的Z轴，即回射器301的光接收方向，并且从旋转矩阵R_rand提取以计算坐标系T_e的Z方向向量Z_rand。

接着，在步骤S1-6中，在单位向量Z_rand在X轴方向上的长度为0.95的情况下，即在机器人臂主体200中的坐标系T_e的Z轴在从坐标系T₀观察时基本上在X轴方向上(步骤S1-6中为“是”)的情况下，处理进行到步骤S1-7。否则(步骤S1-6中为“否”)，处理返回到步骤S1-2。

在步骤S1-7中，将机器人臂主体200中的关节J₁至J₆中的每一个的随机生成的旋转角度q_rand作为第n个测量点Pt(n)存储在RAM 403中。

接着，在步骤S1-8中，使用于测量点计数的变量n递增。

接着，在步骤S1-9中，在用于测量点计数的变量n小于或等于用户设置的测量点数量Nt(即小于或等于60)的情况下(步骤S1-9中为“是”)，处理返回到步骤S1-2。否则(步骤S1-9中为“否”)，步骤S1中的测量点生成处理结束。

接着，将参考图11的流程图描述设置附加测量点Pta的方法。附加测量点Pta被添加以用于更准确地识别关于机器人臂主体200中的关节J₁至J₆中的每一个中的角度传动误差的减速齿轮参数p_a。

在从步骤S1-1到步骤S1-9的处理之后，处理进行到图11的步骤S1-20。在步骤S1-20中，在机器人臂主体200中的坐标系T_e与测量范围立方体S的中心P₀一致的情况下的关节J₁至J₆中的每一个的旋转角度通过逆运动学计算，并且然后被定义为标准角度q₀。在本示例性实施例中，0[rad]、0.793[rad]、-0.0382[rad]、0[rad]、-0.754[rad]和0[rad]在旋转角度中从第一关节J₁到第六关节J₆依次获取。

接着，在步骤S1-21中，用于关节计数的变量j被初始化为1。

然后，在步骤S1-22中，通过以下表达式(5)计算第j个关节的附加测量点Pta的步长h(j)[rad]。

[数学表达式5]

在表达式(5)中，b_j表示第j个关节的减速齿轮234的角度传动误差频率，G_j表示第j个关节的减速齿轮234的减速比，并且δ表示角度传动误差周期划分数。在本示例性实施例中，角度传动误差周期划分数是2。角度传动误差周期划分数δ是用于确定对于减速齿轮234的角度传动误差周期要设置用于校准的附加测量点Pta的精细程度的设置值，并且基于采样定理，优选地是实数2或更大。

然后，在步骤S1-23中，用于附加测量点计数的变量n_a被初始化为1。

然后，在步骤S1-24中，通过以下表达式(6)计算第j个关节的第n_a个附加测量点Pta(n_a，j)。

[数学表达式6]

q_tmp&＝q₀

q_tmp，j&＝q_0，j+h(j)n_a

Pta(n_a，j)&＝q_tmp (6)

在表达式(6)中，q_tmp表示机器人臂主体200中的关节J₁至J₆中的每一个的关节角度的临时变量。标准角度q₀被代入q_tmp。在表达式(6)中，q_0，j表示标准角度q₀的第j个关节分量，并且q_tmp，j表示关节角度的临时变量q_tmp的第j个关节分量。

然后，在步骤S1-25中，将在步骤S1-24中计算的Pta(n_a，j)作为第j个关节的第n_a个附加测量点存储在RAM 403中。

然后，在步骤S1-26中，使用于附加测量点计数的变量n_a递增。

然后，在步骤S1-27中，在用于附加测量点计数的变量n_a小于或等于附加测量点数量Nta的情况下(步骤S1-27中为“是”)，处理返回到步骤S1-24。否则(步骤S1-27中为“否”)，处理进行到步骤S1-28。在本示例性实施例中，Nta是6。Nta是1或更大的整数，并且优选地不小于角度传动误差周期划分数δ。

然后，在步骤S1-28中，使用于关节计数的变量j递增。

然后，在步骤S1-29中，在用于关节计数的变量j小于或等于机器人臂主体200中的关节数量(即6)的情况下，处理返回到步骤S1-22(步骤S1-29中为“是”)。否则(步骤S1-29中为“否”)，处理结束。可以基于校准结果确定是否要执行图11中描述的附加测量点的设置。

图12A是通过图10中描述的测量点的设置所生成的测量点的三维散布图。图12B是通过图11中描述的附加测量点的设置所生成的附加测量点的三维散布图。在图12A中，每个生成的测量点利用O指示。在图12B中，每个生成的附加测量点利用O指示。

参考图12A，从表示每个测量点的O延伸的箭头指示在该测量点处的坐标系T_e的Z轴方向。可以发现，箭头基本上在坐标系T₀的X轴方向上，即基本上指向放置三维测量仪器800的位置。因此，在每个测量点处，回射器301可以容易地由三维测量仪器800测量。

参考图12B，将测量点Pt的数据和附加测量点Pta的数据组合，得到用于校准的测量点P。用于校准的测量点P的用于校准的测量点数量N通过以下表达式(7)计算。

[数学表达式7]

N＝Nt+Nta×6 (7)

如以上那样，由用户设置测量点数量使得能够自动生成适合于机器人臂主体200的校准的必要数量的测量点。

返回参考图8的流程图，将详细描述从步骤S2的处理。

在步骤S2中，用户按下校准工具900中的测量执行按钮903以开始用于机器人臂主体200的校准的测量。在这种情况下，用于测量计数的变量i被初始化为1。

然后，在步骤S3中，CPU 401在第一模式中执行机器人臂主体200的位置控制以驱动马达231中的每一个，使得关节J₁至J₆中的每一个的旋转角度与设置到用于校准的第i个测量点P(i)的旋转角度一致。

然后，在步骤S4中，机器人臂主体200中的关节J₁至J₆中的每一个的减速齿轮234的输入轴的旋转角度θ(i)通过输入轴编码器250测量并且然后被存储在RAM 403中。

然后，在步骤S5中，机器人臂主体200中的坐标系T_e的三维位置x_e(i)利用回射器301和三维测量仪器800测量并且然后被存储在RAM 403中。

然后，在步骤S6中，使用于测量计数的变量i递增。在这种情况下，CPU 401在机器人臂显示部分910上更新第i次测量时机器人臂主体200的三维模型911的描绘。对于用于校准的每个测量点，机器人臂主体200中的关节J1至J6中的每一个的关节角度q(i)和机器人臂主体200中的坐标系T_e的三维位置x_e(i)作为数值被输出到测量结果显示部分915。这里，满足以下等式：q(i)＝G(i)×θ(i)。

然后，在步骤S7中，在用于测量计数的变量i小于或等于用于校准的测量点数量N的情况下(步骤S7中为“是”)，处理返回到步骤S3。否则(步骤S7中为“否”)，处理进行到步骤S8。

然后，在步骤S8中，响应于用户对校准处理设置按钮904的按下，CPU 401在监视器600上显示校准处理执行对话框920。然后，用户选择是否要执行角度传动误差估计并且选择用于校准的误差评估函数。在本示例性实施例中，启用角度传动误差估计，并且误差评估函数是均方根(RMS)和2-范数。

响应于用户对校准处理执行对话框920中的校准处理执行按钮923的按下，CPU401对由以下表达式(8)表达的最小化问题进行求解。更具体地，计算使表达式(8)中的误差评估函数V最小化的机器人臂主体200的连杆参数估计p_r，est和关于减速齿轮234中的角度传动误差的模型参数估计p_a，est。作为最小化问题的解，使用称为非线性优化算法的内点法。

[数学表达式8]

&min.&V(x_e-x_FK(p_r，est，P_a，est，θ))

&s.t.&p_r，min＜p_r，est，p_r，max

&&p_a，min＜p_a，est＜p_a，max (8)

表达式(8)中的P_r，min和P_r，max分别表示机器人臂主体200的连杆参数估计p_r，est的约束的最小值和最大值。用户指定P_r，min和P_r，max。

在本示例性实施例中，P_r，min和P_r，max在xyz的平移分量方面相对于设计值p_r分别具有-2[mm]的偏移值和+2[mm]的偏移值，并且在αβγ的旋转分量方面相对于设计值p_r分别具有-2[deg]的偏移值和+2[deg]的偏移值。

在表达式(8)中，P_a，min和P_a，max分别表示关于机器人臂主体200中的关节J₁至J₆中的每一个的减速齿轮234中的角度传动误差的减速齿轮参数估计p_a，est的约束的最小值和最大值。用户指定P_a，min和P_a，max。在本示例性实施例中，减速齿轮参数P_a，min具有0[rad]的幅度和-π/2[rad]的相位，并且减速齿轮参数P_a，max具有0.001[rad]的幅度和π/2[rad]的相位。

误差评估函数V从用户经由校准处理执行对话框920选择而得到。误差评估函数V是机器人臂主体200中的坐标系T_e的三维位置误差E的评估函数，并且在本示例性实施例中，由以下表达式(9)表达。

[数学表达式9]

在表达式(9)中，E_ik表示机器人臂主体200中的坐标系T_e的第i个三维位置误差的第k个分量。更具体地，根据本示例性实施例的误差评估函数V计算坐标系T_e的三维位置误差的所有测量点的RMS值，并且进一步计算其xyz的所有分量的2-范数。

误差评估函数V不限于由表达式(9)表达的函数。因此，误差评估函数V可以是例如评估输入值的绝对值的最大值的函数或评估输入值的峰到峰值(PP)值的函数。

然后，在步骤S9中，响应于对机器人臂主体200的校准处理的完成，CPU 401向校准结果显示部分905输出校准之前和之后的误差评估值，即，由以下表达式(10)和(11)表达的数值。在表达式(10)中，pa0表示关于减速齿轮234中的角度传动误差的模型参数的初始值，并且在本示例性实施例中其所有分量为零。

[数学表达式10]

V(x_e-x_FK(p_r，p_a0，θ) (10)

[数学表达式11]

V(x_e-x_FK(p_t，est，p_a，est，θ) (11)

然后，在步骤S10中，用户验证在校准结果显示部分905上输出的校准之前和之后的误差评估值，并且确定是否要执行重新校准。在执行重新校准的情况下(步骤S10中为“是”)，处理返回到步骤S-1。否则(步骤S10中为“否”)，校准结束。为了在校准结果显示部分905上显示误差评估值，可以显示用户预先设置的工作中的示教点处的校准之前和之后的误差评估值。因此，可以进行用户期望执行的工作本身的校准的评估。

图13是图示根据本示例性实施例的机器人臂主体200的校准之前和之后的误差评估结果之间的比较的图。在为了比较将校准之前的评估值定义为1的情况下，校准之后1的评估值和校准之后2的评估值分别为0.096和0.025。校准之后1的评估值对应于没有估计关于角度传动误差的减速齿轮参数的校准。校准之后2的评估值对应于估计了关于角度传动误差的减速齿轮参数的校准。

参考图13，机器人臂主体200中的坐标系T_e的三维位置误差E由于估计了本示例性实施例中描述的关于角度传动误差的减速齿轮参数的校准而改善大约97％。此外，与由于没有估计减速齿轮参数p_a的校准而导致的三维位置误差E相比，由于估计了减速齿轮参数p_a的校准而导致的三维位置误差E改善74％。

如以上那样，在本示例性实施例中，连杆参数p_r和关于角度传动误差的减速齿轮参数p_a在坐标系T_e的位置的计算值的计算中被使用以在机器人臂主体200的校准中与坐标系T_e的位置的实际测量值进行比较。在测量坐标系T_e时，检测每个关节的角度。因此，校准所需的数据的测量，即机器人臂主体200中的每个关节角度和末端执行器的三维位置的测量，以及校准处理在同一测量系统中执行。

在传统方法中，在各个不同的测量系统中执行传动机构中的角度传动误差的特性的识别和用于减小由于机器人臂中的组装误差而导致的末端执行器中的位置误差的校准。然而，在本示例性实施例中，同一测量系统和校准处理使得能够统一校准连杆参数和减速齿轮参数，使得可以高效地执行高度准确的校准以有效地减小由于组装误差和角度传动误差而导致的末端执行器中的位置误差。因此，校准所花费的时间可以大幅缩短。

此外，如图7A至7C中所述，显示用于测量机器人臂主体200的测量执行按钮903以及校准处理执行按钮923。因此，操作者可以容易地校准机器人臂主体200。此外，显示用于自动设置测量点的测量点生成按钮902使得能够自动设置复杂的测量点设置，使得操作者可以更容易地校准机器人臂主体200。

根据上述示例性实施例的处理过程具体由控制装置400实现。因此，其中记录能够实现上述功能的软件程序的记录介质被提供给控制装置400，然后CPU 401读取并且执行存储在记录介质中的程序以实现这些功能。在这种情况下，从记录介质读取的程序实现根据上述示例性实施例的功能，使得程序和其中记录有程序的记录介质是本公开中的组成部分。例如，实现上述示例性实施例的一个或多个功能的程序可以经由网络或记录介质提供给系统或装置，然后系统或装置中的计算机中的一个或多个处理器读取并且执行程序以实现这些功能。可以提供实现一个或多个功能的电路(例如，专用集成电路(ASIC))以实现这些功能。

在示例性实施例中，HDD 404用作计算机可读记录介质，并且控制程序存储在HDD404中。然而，本公开不限于这样的模式。

根据本公开的示例性实施例的控制程序可以记录在任何计算机可读记录介质中。用于提供控制程序的记录介质的示例包括HDD、外部存储设备和记录盘。

在上述示例性实施例中，利用控制装置400和监视器600，显示校准工具900并且接受来自用户的输入，但这不是限制。例如，可以使用包括CPU和诸如监视器的显示装置的个人计算机(PC)或信息处理装置，或者诸如智能电话或平板电脑的电子装置。在外部输入装置500是包括显示装置的示教器的情况下，显示装置可以显示校准工具900。

在示例性实施例中，已描述了机器人臂主体200是垂直多关节型机器人臂的情况，但这不是限制。可以使用任何类型的机器人臂，诸如水平多关节型机器人臂、平行连杆机器人臂或笛卡尔坐标机器人。

在上述示例性实施例中，使用了机器人装置，但这不是限制。例如，作为机器人装置，可以使用能够基于控制装置中提供的存储设备中的信息自动执行扩展和收缩、弯曲和拉伸、向上和向下移动、横向移动、转动或其任何组合操作的机器。

本公开不限于上述示例性实施例，因此可以在不脱离本公开的技术构思的情况下进行许多更改。示例性实施例的效果仅是本公开的最期望的效果，因此本公开的效果不限于示例性实施例中描述的效果。

根据本公开的示例性实施例，操作者可以容易地校准机器人装置。

其它实施例

本发明的实施例还可以通过读出并且执行记录在存储介质(其也可以被更完整地称为‘非暂时性计算机可读存储介质’)上的计算机可执行指令(例如，一个或多个程序)以执行上述实施例中的一个或多个的功能和/或包括用于执行上述实施例中的一个或多个的功能的一个或多个电路(例如，专用集成电路(ASIC))的系统或装置的计算机、以及通过由系统或装置的计算机通过例如读出并且执行来自存储介质的计算机可执行指令以执行上述实施例中的一个或多个的功能和/或控制一个或多个电路以执行上述实施例中的一个或多个的功能而执行的方法来实现。计算机可以包括一个或多个处理器(例如，中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU))，并且可以包括单独的计算机或单独的处理器的网络，以读出并且执行计算机可执行指令。计算机可执行指令可以例如从网络或存储介质提供给计算机。存储介质可以包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的存储设备、光盘(诸如紧凑盘(CD)、数字多功能盘(DVD)或蓝光盘(BD)^TM)、闪存设备、存储卡等中的一个或多个。

本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。

虽然本公开包括示例性实施例，但是要理解的是，本公开不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围要被赋予最广泛的解释以便涵盖所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (30)

1.一种信息处理装置，包括：

一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置为：

执行包括具有传动机构的关节的机器人装置的预定部分的位置的测量以及所述机器人装置的校准，

其中所述测量和所述校准响应于预定操作而被执行。

2.根据权利要求1所述的信息处理装置，包括：

显示单元，所述显示单元被配置为显示用于执行所述测量的第一按钮和用于基于所述测量执行所述校准的第二按钮。

3.根据权利要求2所述的信息处理装置，其中所述显示单元显示用于将所述预定部分的多个位置自动设置为用于执行所述测量的测量点的第三按钮。

4.根据权利要求3所述的信息处理装置，其中在所述机器人装置的可移动范围中随机设置所述测量点。

5.根据权利要求3所述的信息处理装置，其中所述显示单元显示用于设置所述测量点的数量的输入部分。

6.根据权利要求5所述的信息处理装置，其中所述显示单元在所述数量不满足预定条件的情况下显示提示纠正所述数量的显示。

7.根据权利要求2所述的信息处理装置，其中所述显示单元将所述预定部分的位置显示为三维值作为所述测量的结果，并且显示在所述预定部分处于所述位置的情况下的所述关节的角度作为所述测量的结果。

8.根据权利要求2所述的信息处理装置，其中所述显示单元显示在所述校准之前所述机器人装置操作所述预定部分的情况下发生的第一误差以及在所述校准之后所述机器人装置操作所述预定部分的情况下发生的第二误差作为所述校准的结果。

9.根据权利要求8所述的信息处理装置，其中所述第一误差和所述第二误差各自是在所述机器人装置执行预定工作的情况下在示教点处的误差。

10.根据权利要求8所述的信息处理装置，其中所述显示单元显示用于选择评估所述第一误差和所述第二误差的评估函数的选择部分。

11.根据权利要求2所述的信息处理装置，其中所述测量和所述校准响应于对所述第一按钮的按下而被执行。

12.根据权利要求2所述的信息处理装置，其中关于所述机器人装置的设计的第一参数和关于所述传动机构的特性的第二参数响应于对所述第二按钮的按下而被校准。

13.根据权利要求12所述的信息处理装置，

其中，在所述第一参数和所述第二参数的校准中，基于所述第一参数和所述第二参数获取所述预定部分的位置的理论值，并且

其中所述第一参数和所述第二参数基于所述预定部分的位置的实际测量值和所述理论值而被校准。

14.根据权利要求13所述的信息处理装置，其中，在所述第一参数和所述第二参数的校准中，所述第一参数和所述第二参数基于使所述理论值与所述实际测量值之间的差最小化的最小化问题的解而被校准。

15.根据权利要求12所述的信息处理装置，其中所述显示单元显示经校准的所述第一参数和所述第二参数。

16.根据权利要求12所述的信息处理装置，

其中所述第一参数是关于所述机器人装置的连杆参数，并且

其中所述第二参数是关于所述传动机构中的角度传动误差的特性的参数。

17.根据权利要求16所述的信息处理装置，

其中多个关节被提供，

其中所述连杆参数是所述多个关节中的每一个到基准位置的距离的值，并且

其中关于所述角度传动误差的特性的参数是所述传动机构中的角度传动误差的幅度和角度传动误差的初始相位。

18.根据权利要求1所述的信息处理装置，其中所述测量和所述校准响应于所述预定操作而被同时执行。

19.一种机器人系统，包括：

根据权利要求1至18中的任一项所述的信息处理装置；以及

作为机器人装置的提供有末端执行器的机器人臂。

20.一种通过使用根据权利要求19所述的机器人系统制造物品的方法。

21.一种测量系统，包括：

根据权利要求19所述的机器人系统；以及

测量装置，所述测量装置被配置为测量所述末端执行器的位置。

22.一种信息处理方法，包括：

执行包括具有传动机构的关节的机器人装置的预定部分的位置的测量以及所述机器人装置的校准，

其中所述测量和所述校准响应于预定操作而被执行。

23.根据权利要求22所述的信息处理方法，还包括：

在显示单元上显示用于执行所述测量的第一按钮和用于基于所述测量执行所述机器人装置的校准的第二按钮。

24.根据权利要求23所述的信息处理方法，其中关于所述机器人装置的设计的第一参数和关于所述传动机构的特性的第二参数响应于对所述第二按钮的按下而被校准。

25.根据权利要求24所述的信息处理方法，

其中，在所述第一参数和所述第二参数的校准中，基于所述第一参数和所述第二参数获取所述预定部分的位置的理论值，并且

其中所述第一参数和所述第二参数基于所述预定部分的位置的实际测量值和所述理论值而被校准。

26.根据权利要求25所述的信息处理方法，其中，在所述第一参数和所述第二参数的校准中，所述第一参数和所述第二参数基于使所述理论值与所述实际测量值之间的差最小化的最小化问题的解而被校准。

27.根据权利要求24所述的信息处理方法，还包括：

在所述显示单元上显示经校准的所述第一参数和所述第二参数。

28.根据权利要求24所述的信息处理方法，

其中所述第一参数是关于所述机器人装置的连杆参数，并且

其中所述第二参数是关于所述传动机构中的角度传动误差的特性的参数。

29.根据权利要求28所述的信息处理方法，

其中多个关节被提供，

其中所述连杆参数是所述多个关节中的每一个到基准位置的距离的值，并且

其中关于所述角度传动误差的特性的参数是所述传动机构中的角度传动误差的幅度和角度传动误差的初始相位。

30.一种存储程序的非暂时性计算机可读记录介质，所述程序用于使计算机执行根据权利要求22至29中的任一项所述的信息处理方法。

Images