CN116194252A

CN116194252A - 机器人系统

Info

Publication number: CN116194252A
Application number: CN202180060434.9A
Authority: CN
Inventors: 原田邦彦
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-07-29
Filing date: 2021-07-27
Publication date: 2023-05-30
Also published as: DE112021004072T5; US20230278196A1; JPWO2022025059A1; WO2022025059A1; JP7401682B2

Abstract

提供一种能够容易地设定误差参数的机器人系统。本公开的一个方式所涉及的机器人系统具备：机器人；测量装置，其安装在机器人的末端；靶标记，其被固定于机器人的作业空间；以及机器人控制装置，其控制机器人，其中，机器人控制装置具有：参数存储部，其存储用于计算机器人的末端的基准点的位置的多个误差参数；指令值生成部，其考虑误差参数来生成用于指示机器人的驱动轴应在的位置或应有的速度的指令值；位置信息获取部，其基于由测量装置测定出的靶标记相对于测量装置的相对位置、以及靶标记在用户坐标系中的坐标位置，来获取基准点的位置信息；以及参数校正部，其基于指令值和位置信息来对误差参数进行校正。

Description

机器人系统

技术领域

本发明涉及一种机器人系统。

背景技术

在具备多个驱动轴的多关节型机器人中，基于驱动轴之间的距离(连杆的长度)和驱动轴的角度位置来计算机器人的末端的基准点的位置。然而，在实际的机器人中，由于各种各样的因素而可能在根据驱动轴的角度指令值计算的基准点的位置与基准点实际被定位的位置之间产生误差。因此，研究出使用多个误差参数来补偿针对向机器人的指令值的基准点的理论上的位置与实际的位置之间的误差。出于这样的目的，提出了为了测定基准点的实际的位置而设置三维测量装置(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2020-40165号公报

发明内容

发明要解决的问题

多关节机器人具有很多误差因素，若针对各个误差因素决定误差参数，则需要相当多的误差参数。另外，各误差参数并非独立地起作用，而是相互关联地对最终的定位误差造成影响。如果将这样的大量的误差参数全部设为未知变量，则必需针对极其多的机器人的姿势实测出定位误差才能够计算误差参数的值。如果使用一台三维测量装置，则根据机器人的姿势，存在末端的基准点处于机器人的其它构成要素的阴影而无法测定位置的担忧、三维测量装置与基准点之间的距离变大而测定误差变大的担忧。如果使用多个三维测量装置，则必需考虑各三维测量装置的坐标系的不同、测定误差的影响。因此，期望一种能够容易地设定能够准确地计算机器人的基准点的位置的误差参数的机器人系统。

用于解决问题的方案

本公开的一个方式所涉及的机器人系统具备：机器人，其具有多个驱动轴；测量装置，其安装在所述机器人的末端；靶标记，其被固定于所述机器人的作业空间；以及机器人控制装置，其控制所述机器人，其中，所述机器人控制装置具有：参数存储部，其存储用于计算所述机器人的末端的基准点的位置的多个误差参数；指令值生成部，其考虑所述误差参数来生成用于对所述机器人指示各个所述驱动轴应在的位置或应有的速度的指令值；位置信息获取部，其基于由所述测量装置测定出的所述靶标记相对于所述测量装置的相对位置、以及所述靶标记在用于指定所述机器人的动作的用户坐标系中的坐标位置，来获取所述基准点的位置信息；以及参数校正部，其基于所述指令值和所述位置信息来对所述误差参数进行校正。

发明的效果

根据本公开所涉及的机器人控制装置，能够容易地设定能够准确地计算机器人的基准点的位置的误差参数。

附图说明

图1是示出本公开的一个实施方式的机器人系统的结构的图。

图2是示出图1的机器人系统中的误差参数的校正的过程的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图来对本公开的实施方式进行说明。图1是示出本公开的一个实施方式所涉及的机器人系统1的结构的图。

机器人系统1具备机器人10、测量装置20、靶标记30以及机器人控制装置40。

机器人10具有多个驱动轴。典型地，机器人10是垂直多关节型机器人，但是也可以是SCARA型机器人、并联型机器人、直角坐标型机器人等。在机器人10的末端安装有用于对工件进行加工的加工头、保持工件的保持头等与所要求的作业对应的作业头11。

测量装置20安装在机器人10的末端。测量装置20既可以固定于安装在机器人10的末端的作业头11，也可以固定于安装有作业头11的末端的连杆。

作为测量装置20，能够使用例如使用激光等来测定物体的表面的三维形状的三维激光扫描器、基于两个摄像机进行拍摄所得到的图像之间的视差来针对每个平面位置计算离被摄体的距离的三维视觉传感器、基于预先存储的靶图像及其大小来计算被摄体相对于测量装置20的三维的相对位置的二维摄像机等。测量装置20能够还被用作在机器人系统1作业的期间确认工件的传感器。

靶标记30被固定于机器人10的作业空间，靶标记30在用于指定机器人10的动作的用户坐标系中的坐标位置被预先确定。机器人系统1基于已知的靶标记30在用于指定机器人10的动作的用户坐标系中的坐标位置、以及测量装置20与靶标记30的相对位置，来测定机器人的末端的基准点的位置和朝向。

优选的是，机器人系统1具备在作业空间内分散地配设的多个靶标记30，使得能够在机器人10的各种姿势下由测量装置20测定与靶标记30的相对位置。

优选的是，靶标记30具有具备测量装置20无论从哪个方向都能够确定该靶标记30的中心位置那样的对称性的例如球体、立方体等形状。另外，更优选的是，靶标记30具有测量装置20能够识别该靶标记30的朝向的形状或图案。“形状或图案”包括形状和图案这双方的情况。此外，靶标记30的大致的朝向能够根据机器人10的姿势来确定，因此靶标记30的形状或图案以固定的角度间隔具有表示朝向的特征点即可。

机器人控制装置40控制机器人10。机器人控制装置40能够设为具备参数存储部41、指令值生成部42、位置信息获取部43、灵敏度计算部44、对象选定部45、参数校正部46、评价部47、权重决定部48以及程序生成部49的结构。

机器人控制装置40能够通过向具有CPU、存储器等的计算机装置导入适当的控制程序来实现。所述各构成要素是对机器人控制装置40的功能进行分类而得到的，在其功能和程序构造上也可以无需能够明确地进行区分。

参数存储部41存储用于根据指令值来计算机器人10的末端的基准点的准确的位置的多个误差参数，该指令值用于指示机器人10的各驱动轴应在的位置或应有的速度。误差参数是为了补偿根据机器人10的各驱动轴的角度和驱动轴之间的距离等计算的基准点的理论上的位置(理论位置)与由机器人10的机械误差产生的基准点的实际的位置(实际位置)之差而设定的。

指令值生成部42考虑参数存储部41中存储的误差参数来生成用于对机器人10指示各个驱动轴应在的位置或应有的速度的指令值，以使机器人按照程序进行动作。也就是说，指令值生成部42生成使得使用误差参数计算的位置(计算位置)、也就是对理论位置施加基于误差参数的校正所得到的位置成为在程序中要求的位置这样的指令值。

位置信息获取部43基于由测量装置20测定出的靶标记30相对于测量装置20的相对位置、以及靶标记30在用户坐标系中的坐标位置，来获取表示机器人10的末端的基准点的实际的位置(实际位置)的位置信息。也就是说，位置信息获取部43基于测量装置20测定出的、靶标记30在测量装置20的坐标系中的位置和朝向，来确定测量装置20的坐标系与用于确定靶标记30被固定的位置的用户坐标系之间的关系。然后，位置信息获取部43通过对靶标记30在测量装置20的坐标系中的坐标位置进行坐标转换，来计算测量装置20在用户坐标系中的坐标位置，进而计算机器人10的末端的基准点在用户坐标系中的坐标位置。用户坐标系也可以是基于机器人的设置位置的基准坐标系。

灵敏度计算部44针对每个误差参数计算表示基准点的计算上的位置(计算位置)的变化量相对于该误差参数的变化量的大小(灵敏度)的灵敏度值。灵敏度值既可以是独立的评价点，也可以是顺序，还可以是对灵敏度进行分组所得到的等级值。

对象选定部45基于灵敏度计算部44计算出的灵敏度值来选定被参数校正部46作为计算对象的误差参数。对象选定部45既可以选出灵敏度值顺序靠前的固定数量的误差参数，也可以选出灵敏度为一定以上的误差参数，例如也可以根据基于加工程序等得到的位置信息的数量来增加或减少所要选出的误差参数的数量。

对象选定部45也可以基于针对每个误差参数设定的权重和灵敏度计算部44计算出的灵敏度值来选定作为计算对象的误差参数。通过对灵敏度计算部44计算出的灵敏度值进行加权，不仅能够针对获取到位置信息时的状态下的影响大的误差提高校正的优先顺序，还能够针对被预测为机器人10的构造上的影响大的误差参数提高校正的优先顺序，从而能够更迅速地获得适当的误差参数。

参数校正部46基于指令值生成部42输出的针对机器人10的指令值和位置信息获取部43获取到的位置信息，来对误差参数进行校正。此时，参数校正部46设为由对象选定部45选定的校正对象以外的误差参数不影响机器人10的基准点的位置，仅对作为校正对象的误差参数进行校正。

现实的机器人10具有非常复杂的机构，因此为了反映出所有的误差因素，需要使用极其大量的误差参数。另外，作业头11的结构、机器人10的动作模式等各种各样的因素会对所产生的定位误差造成影响，因此适当的误差参数的值可能根据加工的方式、用于加工的程序的结构等而变化。因此，为了计算所有的误差参数的准确的值，需要以各种动作模式使机器人10进行定位动作并获取大量的位置信息。例如，如果机器人10是六轴多关节型机器人，则需要的指令值与位置信息的组合的数量超过100。

因此，参数校正部46仅将由对象选定部45选择出的一部分误差参数设为作为计算对象的未知变量，并将除此以外的误差参数设为不变(固定为当前的值)的值，通过对指令值与基准点的实际的位置(实际位置)之间的关系进行解析，来对由对象选定部45选择出的误差参数的值进行校正，使得能够根据指令值更准确地计算实际的基准点的位置。由此，通过数量比较少的位置信息，虽然未必严谨，但是能够获得能够比较准确地确定机器人10的基准点的位置的误差参数的组。

在机器人控制装置40中，也可以是，灵敏度计算部44、对象选定部45以及参数校正部46按每个所述位置信息进行运算。也就是说，也可以每当位置信息获取部43获取到位置信息时，由灵敏度计算部44进行灵敏度值的重新计算，由对象选定部45进行校正对象的重新选定，并且由参数校正部46进行误差参数的校正。由此，能够阶段性地对误差参数进行校正来可靠地使误差参数适当化。

评价部47判定使用误差参数计算的基准点的计算位置与位置信息所表示的基准点的实际位置之间的偏差是否在规定范围内。在评价部47判断为机器人10的基准点的计算位置与实际位置之间的偏差足够小的情况下，停止用于对误差参数进行校正的处理，由此能够缩短直到获得有效的误差参数的组为止所花费的时间。例如也可以在发生了机器人系统1的运转停止、加工程序的变更、紧急停止等规定的事件的情况下重新开始误差参数的校正。

权重决定部48根据对机器人10进行的维护作业的内容来决定权重。因此，权重决定部48能够构成为受理由操作者进行的维护作业的内容的输入。例如，在更换了马达的情况下，与所更换的马达有关的误差因素可能发生变化，因此可能需要对相关联的误差参数大幅地进行修正。像这样，通过将由于维护作业而需要修正的可能性高的误差参数的灵敏度值的权重增大，能够迅速地补偿因维护作业产生的定位误差。关于误差参数的灵敏度值的权重，也可以设为，每个测定数据分别具有该权重，通过在维护作业前和维护作业后切换权重，来使用维护作业前后的测量数据计算维护作业后的机器人的机构误差参数。

程序生成部49生成使机器人10取多个姿势使得能够由测量装置20从多个方向对靶标记30进行测定的动作程序。具体地说，基于被提供的靶标记30的坐标位置来依次生成使机器人10的姿势变化使得测量装置20相对于靶标记30从规定的多个方向以固定的距离相向的动作程序。该动作程序既可以被生成为使得考虑了在该时间点存储于参数存储部41中的误差参数所得到的计算位置变为基于靶标记30的坐标位置决定的坐标位置，也可以被生成为使得不考虑误差参数的理论位置变为基于靶标记30的坐标位置决定的坐标位置。

图2中示出由机器人控制装置40进行的误差参数的校正的过程。误差参数的校正通过以下方法进行，该方法包括动作程序生成工序(步骤S1)、定位工序(步骤S2)、灵敏度值计算工序(步骤S3)、校正对象选定工序(步骤S4)、位置信息获取工序(步骤S5)、参数校正工序(步骤S6)以及评价工序(步骤S7)。

在步骤S1的动作程序生成工序中，程序生成部49基于靶标记30的坐标位置来生成动作程序。

在步骤S2的定位工序中，指令值生成部42按照程序生成部49生成的校准程序来生成用于对机器人10进行定位的指令值。

在步骤S3的灵敏度值计算工序中，灵敏度计算部44基于指令值和位置信息来针对所有的误差参数分别计算灵敏度值。

在步骤S4的校正对象选定工序中，对象选定部45将灵敏度值顺序靠前的误差参数选定为校正对象。

在步骤S5的位置信息获取工序中，位置信息获取部43获取机器人10的基准点的位置信息，也就是说，测定基准点的三维位置。

在步骤S6的参数校正工序中，参数校正部46对在校正对象选定工序中选定出的误差参数进行校正，也就是说，对参数存储部41中存储的误差参数的值进行修正，使得计算位置接近实际位置。

在步骤S7的评价工序中，评价部47确认使用当前存储于参数存储部41中的误差参数根据指令值生成部42生成的指令值计算的机器人10的基准点的计算位置与位置信息获取部43获取到的位置信息所表示的基准点的实际位置之间的偏差是否在规定的范围内。如果计算位置与实际位置之间的偏差在规定的范围内，则能够认为存储于参数存储部41中的误差参数是适当的，因此结束本处理。如果计算位置与实际位置之间的偏差不在规定的范围内，则回到步骤S2，按照校准程序的下一命令来对机器人10进行定位并再次进行此后的工序。像这样，通过重复进行步骤S2至步骤S6的工序，来获取新的信息并反复进行误差参数的校正，由此能够将误差参数修正为更适当的值，从而逐渐提高机器人的定位精度。

像上面那样，机器人系统1使用安装在机器人10的末端的测量装置20与在用户坐标系中被确定了位置的靶标记30的相对位置来对误差参数进行校正，因此能够是比较简单的结构，并且能够容易地设定能够准确地计算机器人10的基准点的位置的误差参数。

机器人系统1的程序生成部49生成用于确定最适合于误差参数的校正的机器人10的姿势的动作程序，因此机器人系统1能够高效地对误差参数进行校正。

机器人控制装置40仅将对象选定部45选定出的灵敏度值数量少的误差参数设为校正的对象，因此能够通过数量比较少的位置信息来获得比较准确的误差参数。也就是说，机器人系统1能够比较简单地提高机器人10的定位精度。

以上，对本公开所涉及的机器人系统的实施方式进行了说明，但是本公开的范围不限于上述的实施方式。另外，上述的实施方式中记载的效果仅例举了根据本公开所涉及的机器人系统产生的最优选的效果，由本公开所涉及的机器人控制装置得到的效果不限定于上述的实施方式中记载的内容。

本公开所涉及的机器人系统也可以不是每当获取到位置信息时对误差参数进行校正，而是基于多个位置信息来对误差参数进行校正。

本公开所涉及的机器人系统也可以不使用灵敏度值而从预先设定的候选中选择作为校正对象的误差参数。另外，本公开所涉及的机器人系统也可以不限定校正对象而将所有的误差参数设为未知变量来进行解析。

本公开所涉及的机器人系统既可以由用户提供用于误差参数的校正的动作程序，也可以不进行评价部的评价，而是进行误差参数的校正直到结束动作程序为止。

附图标记说明

1：机器人系统；10：机器人；11：作业头；20：测量装置；30：靶标记；40：机器人控制装置；41：参数存储部；42：指令值生成部；43：位置信息获取部；44：灵敏度计算部；45：对象选定部；46：参数校正部；47：评价部；48：权重决定部；49：程序生成部。

Claims

1.一种机器人系统，具备：

机器人，其具有多个驱动轴；

测量装置，其安装在所述机器人的末端；

靶标记，其被固定于所述机器人的作业空间；以及

机器人控制装置，其控制所述机器人，

其中，所述机器人控制装置具有：

参数存储部，其存储用于计算所述机器人的末端的基准点的位置的多个误差参数；

指令值生成部，其考虑所述误差参数来生成用于对所述机器人指示各个所述驱动轴应在的位置或应有的速度的指令值；

位置信息获取部，其基于由所述测量装置测定出的所述靶标记相对于所述测量装置的相对位置、以及所述靶标记在用于指定所述机器人的动作的用户坐标系中的坐标位置，来获取所述基准点的位置信息；以及

参数校正部，其基于所述指令值和所述位置信息来对所述误差参数进行校正。

2.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，

具备分散地配设的多个所述靶标记。

3.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其中，

所述靶标记具有所述测量装置能够识别该靶标记的朝向的形状或图案。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的机器人系统，其中，

所述机器人控制装置还具有程序生成部，所述程序生成部生成决定所述机器人的姿势使得能够由所述测量装置从多个方向对所述靶标记进行测定的多个动作程序。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的机器人系统，其中，

所述机器人控制装置还具备：

灵敏度计算部，其针对每个所述误差参数计算表示所述基准点的计算上的位置的变化量相对于该误差参数的变化量的大小的灵敏度值；

对象选定部，其基于所述灵敏度值来选定作为校正对象的所述误差参数；以及

参数校正部，其设为所述校正对象以外的所述误差参数不影响所述基准点的位置，基于所述位置信息和针对所述机器人的指令值来对作为所述校正对象的所述误差参数进行校正。

6.根据权利要求5所述的机器人系统，其中，

所述机器人控制装置还具备权重决定部，所述权重决定部根据对所述机器人进行的维护作业的内容来决定所述灵敏度值的权重。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的机器人系统，其中，

所述机器人控制装置还具备评价部，所述评价部判定使用所述误差参数计算的所述基准点的位置与所述位置信息所表示的所述基准点的位置之间的偏差是否在规定范围内。