JP2000055664A - Articulated robot system with function of measuring attitude, method and system for certifying measuring precision of gyro by use of turntable for calibration reference, and device and method for calibrating turntable formed of n-axes - Google Patents

Articulated robot system with function of measuring attitude, method and system for certifying measuring precision of gyro by use of turntable for calibration reference, and device and method for calibrating turntable formed of n-axes

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JP2000055664A
JP2000055664A JP10221261A JP22126198A JP2000055664A JP 2000055664 A JP2000055664 A JP 2000055664A JP 10221261 A JP10221261 A JP 10221261A JP 22126198 A JP22126198 A JP 22126198A JP 2000055664 A JP2000055664 A JP 2000055664A
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JP
Japan
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gyro
turntable
robot
axis
measurement accuracy
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Application number
JP10221261A
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Japanese (ja)
Inventor
Seiji Aoyanagi
誠司 青柳
Hiroshi Takagi
博 高木
Hideo Kondo
秀雄 近藤
Yoshitsugu Kamiya
好承 神谷
Jun Fujioka
潤 藤岡
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Mitsubishi Precision Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Precision Co Ltd
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Publication date
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  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a real-time, non-contact, and highly precise attitude measurement free from limitation of measuring range by arranging a piezoelectric rotary gyro at the fingertip of a robot. SOLUTION: An articulated robot system 100 is provided with a piezoelectric element rotary gyro 50 which consists of, for example, two gyro units each consisting of two sets of piezoelectric element-made benders and detects the angular velocity around three axes and acceleration in three axial directions of the fingertip of a robot 10. The detected angle speed is arithmetically processed by a signal processing box 55, whereby the attitude change from the initial attitude can be determined. The static and dynamic precision certification with the assumption of the natural movement of the robot with respect to the gyro 50 is performed, for example, by use of a turntable with three degrees of freedom as calibration reference, and a laser tracking system, for example, is used for the calibration of dimensional error or mounting error of the turntable itself.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、2以上のアーム
と、各アーム間を回転自在に支持する軸とからなる多関
節ロボットで構成される多関節型ロボット・システムに
係り、特に、姿勢を計測する機能を持つ多関節型ロボッ
ト・システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an articulated robot system comprising an articulated robot having two or more arms and a shaft rotatably supporting each arm. The present invention relates to an articulated robot system having a measuring function.

【0002】また、本発明は、ターン・テーブルを校正
基準に用いてジャイロの計測精度を検証する方法及びシ
ステムに係り、特に、ターン・テーブル自身の寸法誤差
やテーブルへの取り付け誤差を勘案してジャイロの計測
精度を検証する方法及びシステムに関する。
[0002] The present invention also relates to a method and a system for verifying the measurement accuracy of a gyro using a turntable as a calibration standard. In particular, the present invention considers a dimensional error of the turntable itself and a mounting error to the table. The present invention relates to a method and a system for verifying measurement accuracy of a gyro.

【0003】また、本発明は、N軸で構成されるターン
・テーブルのキャリブレーションを行う装置及び方法に
係り、特に、ジャイロの計測精度の検証に適用されるN
軸ターン・テーブルのキャリブレーションを行う装置及
び方法に関する。
[0003] The present invention also relates to an apparatus and a method for calibrating a turntable composed of N axes, and more particularly, to an apparatus for verifying measurement accuracy of a gyro.
An apparatus and method for calibrating an axis turntable.

【0004】[0004]

【従来の技術】近年、工場における生産作業の自動化・
無人化などのため、各種産業用ロボット(indust
rial robot)の研究・開発が盛んに行われて
いる。
2. Description of the Related Art In recent years, automation of production work in a factory
Various types of industrial robots (indust
Research and development of real robots are being actively conducted.

【0005】ロボットの基本構造は、多自由度の直列に
接続されたリンク機構である。すなわち、複数のアーム
同士が軸で連結され、且つ、各軸をモータで駆動すると
いう多関節式・多自由度のアーム型ロボットである。通
常、アーム型ロボットの一端は固定されてベース位置を
定義し、他端はアームの手先を意味する。各関節には軸
の回転角を計測するためのエンコーダが配設されてお
り、周知の幾何学的演算を用いることで、各アームの長
さと各軸の回転角から手先の位置を求めることができ
る。エンコーダのように、ロボットに内蔵されるタイプ
のセンサのことを「内界センサ」と呼ぶ。また、ロボッ
トは、各軸のモータの駆動を制御するための制御ユニッ
ト「ロボット・コントローラ」と一体となって1つのシ
ステムを構成している。
[0005] The basic structure of a robot is a link mechanism connected in series with many degrees of freedom. That is, this is an articulated and multi-degree-of-freedom arm type robot in which a plurality of arms are connected by axes and each axis is driven by a motor. Usually, one end of the arm type robot is fixed to define a base position, and the other end means the tip of the arm. Each joint is provided with an encoder for measuring the rotation angle of the shaft, and the position of the hand can be obtained from the length of each arm and the rotation angle of each shaft by using well-known geometric calculations. it can. A sensor built into the robot, such as an encoder, is called an “internal sensor”. Further, the robot constitutes one system integrally with a control unit “robot controller” for controlling the driving of the motor of each axis.

【0006】手先の位置X(x1,x2,x3)と各軸の
回転角Θ(θ1,θ2,…,θn)との間には下式(1)
が成立する(周知)。但し、式中のfは座標変換行列で
ある。
The following equation (1) is provided between the hand position X (x 1 , x 2 , x 3 ) and the rotation angle Θ (θ 1 , θ 2 ,..., Θ n ) of each axis.
Holds (known). Here, f in the equation is a coordinate conversion matrix.

【0007】[0007]

【数1】 (Equation 1)

【0008】ロボットの動作を制御するロボット・コン
トローラは、指令値として手先の3次元位置X(x1
2,x3)を入力すると、座標変換行列fの逆行列f-1
を用いた下式(2)により各軸の回転角Θ(θ1,θ2
…,θn)を求めて、これに従って各モータを駆動する
ようになっている。
A robot controller for controlling the operation of the robot receives a three-dimensional position X (x 1 ,
x 2 , x 3 ), the inverse matrix f -1 of the coordinate transformation matrix f
The rotation angle 式 (θ 1 , θ 2 ,
.., Θ n ) are obtained, and each motor is driven in accordance with this.

【0009】[0009]

【数2】 (Equation 2)

【0010】但し、上式(1)や(2)は、アームや軸
を線や点で捉えた理論式に過ぎず、アーム長の誤差、ア
ームや各軸の減速機における撓み、各軸の組み立て精度
等の機構パラメータを全く無視したものである。機構パ
ラメータPは、通常、装置のベンダーが公称値として提
示しており、上式(1)は例えば下式(3)のように置
き換えられる。
However, the above equations (1) and (2) are merely theoretical equations in which the arm and the axis are captured by lines and points, and include errors in the arm length, deflection of the arm and each axis in the reducer, and The mechanism parameters such as assembly accuracy are completely ignored. The mechanism parameter P is usually presented as a nominal value by the device vendor, and the above equation (1) is replaced by, for example, the following equation (3).

【0011】[0011]

【数3】 (Equation 3)

【0012】しかしながら、機構パラメータPは公称値
に過ぎず、誤差ΔPを含む性質を持つ。この誤差ΔP
は、当然、ロボット・システムへの指令値Xに対する絶
対位置決め誤差ΔXを招来する。機構パラメータの誤差
ΔPと位置決め誤差ΔXとの間には、下式(4)が成立
する。但し、下式中の行列Jはヤコビ行列であり、、座
標変換行列fから求まる。
However, the mechanism parameter P is only a nominal value and has a property including an error ΔP. This error ΔP
Naturally leads to an absolute positioning error ΔX with respect to the command value X to the robot system. The following equation (4) is established between the error ΔP of the mechanism parameter and the positioning error ΔX. Here, the matrix J in the following equation is a Jacobian matrix, which is obtained from the coordinate transformation matrix f.

【0013】[0013]

【数4】 (Equation 4)

【0014】一般に、ロボットが多関節化、大型化する
に従い、その絶対位置決め精度は低下する。精度を向上
させるためには、現状の位置・姿勢精度を評価すること
や、機構の誤差を正確に測定することが必須である。
In general, as a robot becomes more articulated and larger, the absolute positioning accuracy decreases. In order to improve the accuracy, it is essential to evaluate the current position / posture accuracy and accurately measure the error of the mechanism.

【0015】従来は、ロボットの機構外に置かれた「外
界センサ」によってロボットの位置・姿勢精度を評価す
るのが一般的であった。この方式は、ロボットの幾つか
の場所にマーカを設けて、各マーカの移動位置をCCD
カメラやレーザなどの外界センサで追跡して位置を測定
するというものである。しかしながら、測定位置に基づ
いた複雑な座標計算処理を要することや、ロボットの姿
勢によってはマーカが陰に隠れたり背面を向いてしまう
と計測不能となってしまう(すなわち計測範囲が制限さ
れる)などの欠点を伴っている。
Conventionally, it has been general to evaluate the position / posture accuracy of a robot using an "external sensor" placed outside the mechanism of the robot. In this method, markers are provided at several places of the robot, and the movement position of each marker is determined by CCD.
The position is measured by tracking with an external sensor such as a camera or a laser. However, complicated coordinate calculation processing based on the measurement position is required, and depending on the posture of the robot, measurement cannot be performed if the marker is hidden behind or facing the back (that is, the measurement range is limited). With the disadvantages of

【0016】多自由度ロボットの絶対精度を評価するた
めには、3次元空間内でのロボットの手先の位置や姿勢
をリアルタイム、非接触、高精度で測定することが不可
欠であるが、これを充足するような測定方法や装置の事
例は殆どなく、現実的に極めて困難である。
In order to evaluate the absolute accuracy of a multi-degree-of-freedom robot, it is essential to measure the position and orientation of the robot's hand in a three-dimensional space in real time, in a non-contact manner, and with high accuracy. There are few examples of satisfactory measurement methods and devices, and it is extremely difficult in practice.

【0017】例えばISO(Internationa
l Organization for Standa
rdization)9283には、ロボットの特性・
機能を測定するための項目については規定しているが、
実際の測定方法や測定手段については全く開示していな
い。
For example, an ISO (Internationa)
l Organization for Standa
9283 includes the characteristics and characteristics of the robot.
Although items for measuring functions are specified,
No actual measurement method or measurement means is disclosed.

【0018】産業用ロボットに動作を教示する方式とし
て、マニュアル教示に多くの時間や労力を要するティー
チィング・プレイバック方式から、オフライン教示方式
への代替が期待されてきている。しかしながら、このオ
フライン教示方式は、ロボットが高い絶対位置精度・姿
勢精度を有していることが前提となる。この意味におい
ても、ロボットの絶対精度を評価するための手法や方式
が重要であると言えよう。
As a method of teaching an operation to an industrial robot, an alternative from a teaching / playback method, which requires much time and labor for manual teaching, to an offline teaching method is expected. However, this off-line teaching method is based on the premise that the robot has high absolute position accuracy and posture accuracy. In this sense, it can be said that a method and a method for evaluating the absolute accuracy of the robot are important.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、2以
上のアームと各アーム間を回転自在に支持する軸とから
なる多関節ロボットで構成される多関節型ロボット・シ
ステムであって、姿勢を計測する機能を持つ、優れた多
関節型ロボット・システムを提供することにある。
An object of the present invention is to provide an articulated robot system comprising an articulated robot comprising at least two arms and a shaft rotatably supporting each arm. An object of the present invention is to provide an excellent articulated robot system having a posture measuring function.

【0020】本発明の更なる目的は、ターン・テーブル
を校正基準に用いてジャイロの計測精度を検証する方法
及びシステムであって、ターン・テーブル自身の寸法誤
差やテーブルへの取り付け誤差を勘案してジャイロの計
測精度を検証する、優れた方法及びシステムを提供する
ことにある。
It is a further object of the present invention to provide a method and a system for verifying the measurement accuracy of a gyro using a turntable as a calibration standard, taking into account dimensional errors of the turntable itself and mounting errors to the table. An object of the present invention is to provide an excellent method and system for verifying the measurement accuracy of a gyro.

【0021】本発明の更なる目的は、ジャイロの計測精
度の検証に適用可能な、N軸で構成されるターン・テー
ブルのキャリブレーションを行う装置及び方法を提供す
ることにある。
A further object of the present invention is to provide an apparatus and a method for calibrating a turntable composed of N axes, which can be applied to verification of the measurement accuracy of a gyro.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を参
酌してなされたものであり、その第1の側面は、姿勢を
計測する機能を持つ多関節型ロボット・システムにおい
て、(a)2以上のアームと、各アーム間を回転自在に
支持する軸とからなる多関節ロボットと、(b)前記ロ
ボットの各軸を回転駆動する2以上の駆動部と、(c)
前記ロボットの略先端部に配設された圧電素子回転型ジ
ャイロと、(d)指令値に従って前記各駆動部の駆動を
制御する駆動制御部と、(e)前記駆動部が前記ロボッ
トを駆動する間における前記圧電素子回転型ジャイロの
出力に従って前記ロボットの姿勢を計測する計測部と、
を具備することを特徴とする多関節型ロボット・システ
ムである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in consideration of the above problems, and a first aspect of the present invention is to provide an articulated robot system having a function of measuring a posture, comprising: An articulated robot comprising at least two arms and a shaft rotatably supporting between the arms; (b) at least two driving units for rotationally driving the respective axes of the robot; (c)
A piezoelectric element rotary gyro disposed substantially at the tip of the robot, (d) a drive control unit for controlling the drive of each of the drive units according to a command value, and (e) the drive unit driving the robot A measuring unit that measures the posture of the robot according to the output of the piezoelectric element rotating gyro between
This is a multi-joint robot system comprising:

【0023】また、本発明の第2の側面は、ターン・テ
ーブルを校正基準に用いてジャイロの計測精度を検証す
る方法であって、(a)前記ターン・テーブル自身の寸
法誤差及び前記ジャイロの取り付け誤差についてのキャ
リブレーションを行う第1の段階と、(b)前記ターン
・テーブルの各軸の回転角度から前記ジャイロが取る理
論的な姿勢角(ロール、ピッチ、ヨー角)を算出する順
運動学モデルを作成する第2の段階と、(c)順運動学
モデルから得られる各姿勢角と前記ジャイロからの実際
の出力値とを比較することによって前記ジャイロの計測
精度を検証する第3の段階と、を具備することを特徴と
するターン・テーブルを校正基準に用いてジャイロの計
測精度を検証する方法である。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for verifying the measurement accuracy of a gyro using a turntable as a calibration standard, wherein (a) a dimensional error of the turntable itself and a gyro error. A first stage of calibrating the mounting error, and (b) a forward motion for calculating a theoretical attitude angle (roll, pitch, yaw angle) taken by the gyro from the rotation angle of each axis of the turntable. And (c) comparing each attitude angle obtained from the forward kinematics model with an actual output value from the gyro, to verify the measurement accuracy of the gyro. And a method of verifying the measurement accuracy of the gyro by using a turntable as a calibration standard.

【0024】ここで、前記第1の段階では、前記ターン
・テーブル外部に設けられた測定装置を用いてキャリブ
レーションを行ってもよい。
Here, in the first stage, calibration may be performed using a measuring device provided outside the turntable.

【0025】また、本発明の第3の側面は、ジャイロの
計測精度を検証するシステムであって、(a)校正基準
として用いられるターン・テーブルと、(b)前記ター
ン・テーブル自身の寸法誤差及び前記ジャイロの取り付
け誤差についてのキャリブレーションを行う第1の手段
と、(c)前記ターン・テーブルの各軸の回転角度から
前記ジャイロが取る理論的な姿勢角(ロール、ピッチ、
ヨー角)を算出する順運動学モデルを作成する第2の手
段と、(d)順運動学モデルから得られる各姿勢角と前
記ジャイロからの実際の出力値とを比較することによっ
て前記ジャイロの計測精度を検証する第3の手段と、を
具備することを特徴とするジャイロの計測精度を検証す
るシステムである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a system for verifying measurement accuracy of a gyro, wherein (a) a turn table used as a calibration reference, and (b) a dimensional error of the turn table itself. And first means for calibrating the mounting error of the gyro, and (c) a theoretical attitude angle (roll, pitch, and pitch) taken by the gyro from the rotation angle of each axis of the turntable.
(D) comparing each attitude angle obtained from the forward kinematics model with an actual output value from the gyro, and A third means for verifying the measurement accuracy, and a system for verifying the measurement accuracy of the gyro.

【0026】ここで、前記第1の手段は、前記ターン・
テーブル外部に設けられた測定装置を用いてキャリブレ
ーションを行ってもよい。
Here, the first means is provided by the turn
The calibration may be performed using a measuring device provided outside the table.

【0027】また、前記ターン・テーブルは、3以上の
自由度を有していてもよい。
[0027] The turntable may have three or more degrees of freedom.

【0028】また、本発明の第4の側面は、N軸で構成
されるターン・テーブルのキャリブレーションを行う装
置において、(a)ターン・テーブルの略外周縁に配設
された被検物と、(b)ターン・テーブルの各軸を駆動
する間に前記被検物を追跡してその軌道上の多点の位置
を測定する手段と、(c)測定された多点の位置に基づ
いて、回転する軸の同定を行う手段と、を含むことを特
徴とするN軸で構成されるターン・テーブルのキャリブ
レーションを行う装置である。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for calibrating a turntable composed of N axes, comprising: (a) a test object disposed substantially at an outer peripheral edge of the turntable; (B) means for tracking the test object while driving each axis of the turntable to measure the positions of multiple points on its trajectory; and (c) based on the measured positions of the multiple points. And a means for identifying a rotating axis. A device for calibrating a turntable composed of N axes.

【0029】ここで、長手形状の治具をターン・テーブ
ルの半径方向に設置するとともに、前記治具の略先端縁
に前記被検物を設置してもよい。被検物の半径位置を大
きくすることによって、測定精度はさらに向上するであ
ろう。
Here, a jig having a long shape may be installed in the radial direction of the turntable, and the test object may be installed at a substantially leading edge of the jig. By increasing the radial position of the test object, the measurement accuracy will be further improved.

【0030】また、ターン・テーブル上の前記治具と対
向する回転位置に略同形・同重量を持つ第2の治具を設
置するとともに、前記被検物と略同形・同重量のカウン
タ・ウェイトを前記第2の治具の略先端縁に設置しても
よい。これら第2の治具とカウンタ・ウェイトによっ
て、ターン・テーブル回転時の重量アンバランスを補正
することができよう。
A second jig having substantially the same shape and weight is installed at a rotation position on the turntable opposite to the jig, and a counterweight having substantially the same shape and weight as the test object is provided. May be installed at a substantially leading edge of the second jig. With the second jig and the counter weight, the weight imbalance during rotation of the turntable could be corrected.

【0031】また、本発明の第5の側面は、N軸で構成
されるターン・テーブルのキャリブレーションを行う方
法において、(a)ターン・テーブルの略外周縁に被検
物を配設する段階と、(b)ターン・テーブルの軸の1
つを駆動する段階と、(c)ターン・テーブルの軸を駆
動する間に前記被検物を追跡してその軌道上の多点の位
置を測定する段階と、(d)測定された多点の位置に基
づいて、回転する軸の同定を行う段階と、を含むことを
特徴とするN軸で構成されるターン・テーブルのキャリ
ブレーションを行う方法である。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for calibrating a turntable composed of N axes, comprising the steps of: (a) arranging a test object on a substantially outer peripheral edge of the turntable; And (b) one of the axes of the turntable
(C) tracking the object while driving the axis of the turntable to determine the position of multiple points on its trajectory; and (d) measuring the multiple points. And a step of identifying a rotating axis based on the position of the turntable. 3. A method of calibrating a turntable including N axes, comprising the steps of:

【0032】ここで、前記段階(a)は、長手形状の治
具をターン・テーブルの半径方向に設置するとともに、
前記治具の略先端縁に前記被検物を設置することを含ん
でもよい。被検物の半径位置を大きくすることによっ
て、測定精度はさらに向上するであろう。
Here, in the step (a), a longitudinal jig is set in the radial direction of the turntable, and
The method may include placing the test object at a substantially leading edge of the jig. By increasing the radial position of the test object, the measurement accuracy will be further improved.

【0033】また、前記段階(a)は、さらに、ターン
・テーブル上の前記治具と対向する回転位置に略同形・
同重量を持つ第2の治具を設置するとともに、前記被検
物と略同形・同重量のカウンタ・ウェイトを前記第2の
治具の略先端縁に設置することを含んでもよい。これら
第2の治具とカウンタ・ウェイトによって、ターン・テ
ーブル回転時の重量アンバランスを補正することができ
よう。
Further, the step (a) further includes the step of substantially isomorphing the rotary position on the turntable facing the jig.
The method may further include installing a second jig having the same weight, and installing a counterweight having substantially the same shape and weight as the test object at a substantially leading edge of the second jig. With the second jig and the counter weight, the weight imbalance during rotation of the turntable could be corrected.

【0034】[0034]

【作用】本発明の第1の側面に係るロボット・システム
は、姿勢計測のために、圧電素子回転型ジャイロをロボ
ットの手先に配設した点に特徴がある。ジャイロによる
姿勢計測は、リアルタイム、非接触、高精度で行うこと
が可能である。また、ロボットの手先にセンサ・ユニッ
トを取り付けるのみで、ロボットの外部に測定装置を必
要とせず、計測範囲の制限がない(陰に隠れたり背面を
向いても計測可能)という利点がある。
The robot system according to the first aspect of the present invention is characterized in that a piezoelectric element rotating gyro is disposed at the hand of the robot for posture measurement. Gyro attitude measurement can be performed in real time, non-contact, and with high accuracy. In addition, there is an advantage that the sensor unit is simply attached to the hand of the robot, no measurement device is required outside the robot, and the measurement range is not limited (measurement can be performed behind a shadow or facing the back).

【0035】ジャイロは角速度を出力する装置であり
(周知)、角速度を時間積分することによって角度を計
測することができる。多関節型ロボットの姿勢を計測す
るためには3軸まわりの回転角速度を検出する必要があ
り、また、ロボットの手先に取り付けるためにはセンサ
は小型・軽量でなければならない。さらには、高いドリ
フト安定度を有する必要がある。現在、宇宙・軍事用途
に使用されている光ファイバ・ジャイロやチューンド・
ドライ・ジャイロは、0.1゜/h程度の高いドリフト
安定度を有するが、現状では1ユニットが比較的大型で
3軸分を組み合わせるとロボットの手先に取り付けるに
は困難な程の重量物となってしまう。これに対し、圧電
素子回転型ジャイロは、小型・軽量であるため、ロボッ
トの手先に取り付けることが可能であり、また、3軸回
りの角度データを同時に得ることもできる。圧電素子回
転型ジャイロのドリフト安定度は3゜/h程度である
が、姿勢ドリフト精度以外の姿勢精度は全て10秒程度
の計測時間で充分とISO9283で定義されているこ
とを勘案すれば、ロボットの姿勢精度検証の用途に適合
可能であることが想到されよう。
The gyro is a device for outputting an angular velocity (known in the art), and can measure an angle by integrating the angular velocity with time. In order to measure the attitude of the articulated robot, it is necessary to detect the rotational angular velocities around three axes, and to attach the robot to the hand of the robot, the sensor must be small and lightweight. Furthermore, it is necessary to have high drift stability. Currently, fiber optic gyros and tuned
The dry gyro has a high drift stability of about 0.1 mm / h. However, at present, one unit is relatively large and it is difficult to attach it to the robot's hand if three units are combined. turn into. On the other hand, since the piezoelectric element rotating gyro is small and lightweight, it can be attached to the hand of a robot, and it is also possible to simultaneously obtain angle data about three axes. The drift stability of the piezoelectric element rotary gyro is about 3 mm / h, but considering that the posture accuracy other than the posture drift accuracy is defined by ISO 9283 that a measurement time of about 10 seconds is sufficient, the robot becomes It can be expected that the method can be adapted to the use of the posture accuracy verification of the robot.

【0036】将来、光ファイバ・ジャイロ等で小型・軽
量・高精度のものが出現するかもしれないが、本出願時
においては圧電素子回転型ジャイロをロボットの姿勢精
度検証に選定することが最適である、という点を充分理
解されたい。
In the future, small, lightweight and high-precision optical fibers and gyros may appear, but at the time of the present application, it is best to select a piezoelectric element rotating type gyro for the posture accuracy verification of the robot. Please understand that there is.

【0037】また、本発明の第2及び第3の側面は、ジ
ャイロの計測精度を検証するための方法及びシステムで
あり、主として圧電素子回転型ジャイロがロボットの姿
勢精度検証に有用な性能を持つか否かを判断するために
適用される。
Further, the second and third aspects of the present invention are a method and a system for verifying the measurement accuracy of a gyro, and a piezoelectric element rotating type gyro mainly has a performance useful for posture accuracy verification of a robot. Applied to determine if

【0038】ジャイロの単軸ごとの静的な性能について
は、通常、出荷時に1自由度のターン・テーブルを校正
基準として検査が行われている。しかしながら、実際の
ロボットの手先は3自由度の複雑な回転運動を動的に行
うため、ロボットの姿勢精度検証にジャイロを適用する
前に、予め同様の条件下でジャイロの計測精度を正確に
把握しておく必要がある。このため、3自由度すなわち
3個のモータで構成されるターン・テーブルを校正基準
に用いてジャイロの静的及び動的な計測精度を検証する
ことが肝要である。ところが、多自由度のターン・テー
ブル自体が多自由度・多関節型のロボットを構成してお
り、必然的に、加工・組立精度に起因した各軸の取り付
け誤差(3個のモータ軸が互いに水平・鉛直をなしてい
ない)、エンコーダのオフセット誤差(機械的原点と電
気的原点との偏差)等の機構の寸法誤差を内包してい
る。
The static performance of each gyro for each single axis is usually inspected at the time of shipment using a turntable having one degree of freedom as a calibration standard. However, since the hands of an actual robot dynamically perform complex rotational movements with three degrees of freedom, before applying the gyro to the posture accuracy verification of the robot, accurately grasp the gyro measurement accuracy under similar conditions in advance. It is necessary to keep. For this reason, it is important to verify the static and dynamic measurement accuracy of the gyro using a turn table having three degrees of freedom, that is, a turn table including three motors, as a calibration standard. However, the multi-degree-of-freedom turntable itself constitutes a multi-degree-of-freedom, multi-joint type robot, and inevitably, the mounting error of each axis due to machining and assembly accuracy (three motor axes are mutually It includes dimensional errors of the mechanism such as horizontal / vertical) and encoder offset errors (deviation between mechanical origin and electrical origin).

【0039】そこで、本発明の第2及び第3の側面に係
るジャイロの計測精度を検証するための方法及びシステ
ムでは、まず、ターン・テーブル自身の寸法誤差やジャ
イロの取り付け誤差についてキャリブレーションを行
い、ターン・テーブルの各軸の回転角度からジャイロが
取る理論的な姿勢角(ロール、ピッチ、ヨー角)を算出
する順運動学モデルを作成し、順運動学モデルから得ら
れる各姿勢角とジャイロからの実際の出力値とを比較す
ることによってジャイロの計測精度を検証することとし
ている。
Therefore, in the method and system for verifying the measurement accuracy of the gyro according to the second and third aspects of the present invention, first, calibration is performed for the dimensional error of the turntable itself and the gyro mounting error. , A forward kinematics model that calculates the theoretical attitude angles (roll, pitch, yaw angle) taken by the gyro from the rotation angles of each axis of the turntable is created, and each attitude angle and the gyro obtained from the forward kinematics model The accuracy of the gyro measurement is verified by comparing the actual output value from the gyro.

【0040】また、本発明の第4及び第5の側面は、N
軸で構成されるターン・テーブルのキャリブレーション
を行う装置及び方法であり、主としてジャイロの計測精
度を検証するために適用される3自由度ターン・テーブ
ルの寸法誤差、取り付け誤差を測定するために用いられ
る。
Further, the fourth and fifth aspects of the present invention
An apparatus and method for calibrating a turntable composed of axes, which is mainly used to measure a dimensional error and a mounting error of a three-degree-of-freedom turntable applied to verify the measurement accuracy of a gyro. Can be

【0041】より具体的には、ターン・テーブルの略外
周縁に被検物を配設しておき、ターン・テーブルの軸の
1つを駆動して、回転中の被検物を追跡してその軌道上
の多点の位置を測定し、測定された多点の位置に基づい
て、回転する軸の同定を行うというものである。本明細
書中では、このようなターン・テーブルのキャリブレー
ションを行う方式を「対偶軸同定法」と呼ぶことにす
る。
More specifically, a test object is disposed substantially on the outer peripheral edge of the turntable, and one of the shafts of the turntable is driven to track the rotating test object. The position of the multiple points on the trajectory is measured, and the axis of rotation is identified based on the measured positions of the multiple points. In this specification, such a method of calibrating a turntable is referred to as a “pair-even axis identification method”.

【0042】長手形状の治具をターン・テーブルの半径
方向に設置するとともに、前記治具の略先端縁に前記被
検物を設置してもよい。被検物の半径位置を大きくする
ことによって、測定精度はさらに向上するであろう。
A long jig may be installed in the radial direction of the turntable, and the test object may be installed at a substantially leading edge of the jig. By increasing the radial position of the test object, the measurement accuracy will be further improved.

【0043】また、さらに、ターン・テーブル上の前記
治具と対向する回転位置に略同形・同重量を持つ第2の
治具を設置するとともに、前記被検物と略同形・同重量
のカウンタ・ウェイトを前記第2の治具の略先端縁に設
置してもよい。これら第2の治具とカウンタ・ウェイト
によって、ターン・テーブル回転時の重量アンバランス
を補正することができよう。
Further, a second jig having substantially the same shape and weight is installed at a rotational position on the turntable opposite to the jig, and a counter having substantially the same shape and weight as the test object is provided. -A weight may be installed at a substantially leading edge of the second jig. With the second jig and the counter weight, the weight imbalance during rotation of the turntable could be corrected.

【0044】本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、
後述する本発明の実施例や添付する図面に基づくより詳
細な説明によって明らかになるであろう。
Still other objects, features and advantages of the present invention are:
It will become apparent from the following more detailed description based on the embodiments of the present invention and the accompanying drawings.

【0045】[0045]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施例を詳解する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0046】A.ロボット・システム 図1には、本発明を実現可能なロボット・システム10
0の構成を模式的に示している。該システム100は、
ロボット本体10と、ロボット10の駆動を制御するロ
ボット・コントローラ20と、ロボット10の位置や姿
勢を計測するために設けられたコンピュータ・システム
30とを含んでいる。
A. Robot System FIG. 1 shows a robot system 10 capable of realizing the present invention.
0 is schematically shown. The system 100
It includes a robot body 10, a robot controller 20 for controlling the driving of the robot 10, and a computer system 30 provided for measuring the position and orientation of the robot 10.

【0047】ロボット10の基本構造は、多自由度の直
列に接続されたリンク機構である。すなわち、複数のア
ーム同士が軸で連結され、且つ、各軸をモータで駆動す
るという多関節式・多自由度のアーム型ロボットであ
る。ロボット10の一端はベース11上に固定されてロ
ボット10のベース位置を定義し、他端はロボット10
の手先を意味する。各関節には軸の回転角を計測するた
めのエンコーダ(内界センサ)が配設されており、各ア
ームの長さと各軸の回転角から手先の位置を求めること
ができる。
The basic structure of the robot 10 is a link mechanism connected in series with many degrees of freedom. That is, this is an articulated and multi-degree-of-freedom arm type robot in which a plurality of arms are connected by axes and each axis is driven by a motor. One end of the robot 10 is fixed on the base 11 to define the base position of the robot 10 and the other end is
Means minions. Each joint is provided with an encoder (inner sensor) for measuring the rotation angle of the shaft, and the position of the hand can be obtained from the length of each arm and the rotation angle of each shaft.

【0048】ロボット・コントローラ20は、ロボット
10の動作を制御するためのユニットであり、より具体
的には、指令値として手先の3次元位置X(x1,x2
3)を入力すると、各軸の回転角Θ(θ1,θ2,…,
θn)を求めて、これに従って各モータを駆動するよう
になっている。
The robot controller 20 is a unit for controlling the operation of the robot 10, and more specifically, the three-dimensional position X (x 1 , x 2 ,
x 3 ), the rotation angle of each axis Θ (θ 1 , θ 2 ,.
θ n ), and each motor is driven in accordance with this.

【0049】本実施例に係るロボット・システム100
において特徴的なのは、ロボット10の姿勢計測のため
に、圧電素子回転型ジャイロ50がロボット10の手先
に配設されている点である。ジャイロによる姿勢計測
は、リアルタイム、非接触、高精度で行うことが可能で
ある。また、ロボットの手先にセンサ・ユニットを取り
付けるのみで、ロボットの外部に測定装置を必要とせ
ず、計測範囲の制限がない(陰に隠れたり背面を向いて
も計測可能)という利点がある。
The robot system 100 according to the present embodiment
Is characterized in that the piezoelectric element rotating type gyro 50 is disposed at the hand of the robot 10 for measuring the posture of the robot 10. Gyro attitude measurement can be performed in real time, non-contact, and with high accuracy. In addition, there is an advantage that the sensor unit is simply attached to the hand of the robot, no measurement device is required outside the robot, and the measurement range is not limited (measurement can be performed behind a shadow or facing the back).

【0050】ジャイロは角速度を出力する装置であり
(周知)、角速度を時間積分することによって角度を計
測することができる。多関節型ロボットの姿勢を計測す
るためには3軸まわりの回転角速度を検出する必要があ
り、また、ロボットの手先に取り付けるためにはジャイ
ロは小型・軽量でなければならない。さらには、高いド
リフト安定度を有する必要がある。現在、宇宙・軍事用
途に使用されている光ファイバ・ジャイロやチューンド
・ドライ・ジャイロは、0.1゜/h程度の高いドリフ
ト安定度を有するが、現状では1ユニットが比較的大型
で3軸分を組み合わせるとロボットの手先に取り付ける
には困難な程の重量物となってしまう。これに対し、圧
電素子回転型ジャイロは、一般に小型・軽量であるた
め、ロボットの手先に取り付けることが可能であり、ま
た、3軸回りの角度データを同時に得ることもできる。
本実施例で用いた圧電素子回転型ジャイロ50のドリフ
ト安定度は3゜/h程度であるが、姿勢ドリフト精度以
外の姿勢精度は全て10秒程度の計測時間で充分とIS
O(International Organizat
ion for Standardization)9
283で定義されていることを勘案すれば、圧電素子回
転型ジャイロ50がロボットの姿勢精度検証の用途に適
合可能であることが想到されよう。
The gyro is a device for outputting an angular velocity (well-known), and can measure an angle by integrating the angular velocity with time. In order to measure the attitude of the articulated robot, it is necessary to detect the rotational angular velocities around three axes, and the gyro must be small and lightweight in order to attach it to the hand of the robot. Furthermore, it is necessary to have high drift stability. Currently, optical fiber gyros and tuned dry gyros used for space and military applications have a high drift stability of about 0.1 mm / h, but at present one unit is relatively large and has three axes. Combining the minutes makes the robot too heavy to attach to the robot's hands. On the other hand, a piezoelectric element rotating gyro is generally small and lightweight, so that it can be attached to the hand of a robot, and angle data about three axes can be obtained at the same time.
Although the drift stability of the piezoelectric element rotary gyro 50 used in the present embodiment is about 3 ° / h, all of the posture accuracy other than the posture drift accuracy requires a measurement time of about 10 seconds.
O (International Organizat)
ion for Standardization) 9
Considering the definition in 283, it is expected that the piezoelectric element rotating gyro 50 can be adapted for use in verifying the posture accuracy of a robot.

【0051】将来、光ファイバ・ジャイロ等で小型・軽
量・高精度のものが出現するかもしれないが、本出願時
においては圧電素子回転型ジャイロをロボットの姿勢精
度検証に選定することが最適である、という点を充分理
解されたい。但し、圧電素子回転型ジャイロ50の構成
・動作特性についてはB項で詳解する。
In the future, small-sized, light-weight, and high-precision optical fibers and gyros may appear, but at the time of the present application, it is most suitable to select a piezoelectric element rotating type gyro for robot posture accuracy verification. Please understand that there is. However, the configuration and operation characteristics of the piezoelectric element rotary gyro 50 will be described in detail in section B.

【0052】圧電素子回転型ジャイロ50の出力電圧
は、信号処理ボックス55に入力される。この信号処理
ボックス55は、入力値を、デジタル信号処理及び演算
処理することで、ロール、ピッチ、ヨー角等の姿勢角を
算出するようになっている。信号処理ボックス55は、
これら算出結果をコンピュータ・システム30に供給す
る。
The output voltage of the rotary gyro 50 is input to a signal processing box 55. The signal processing box 55 calculates an attitude angle such as a roll, a pitch, and a yaw angle by performing digital signal processing and arithmetic processing on the input value. The signal processing box 55
These calculation results are supplied to the computer system 30.

【0053】コンピュータ・システム30は、各種演算
・制御ユニットを含んだシステム本体の他、キーボード
やディスプレイなどのコンソール類を備えている。コン
ピュータ・システム30は、信号処理ボックス55から
入力されたロール、ピッチ、ヨー角等の姿勢角を処理す
る。例えば姿勢角をディスプレイにコンソール出力した
り、出力ポート経由でロボット・コントローラ20に渡
して閉ループ姿勢制御系を構成する。コンピュータ・シ
ステム30として、汎用のパーソナル・コンピュータを
適用することができる。その一例は、米IBM社が市販
するPC/AT互換機及び後継機である。また、図1で
は、ロボット・コントローラ20とコンピュータ・シス
テム30とを別体として構成されるが、両者は単一ユニ
ットで構成されていてもよい。
The computer system 30 includes consoles such as a keyboard and a display in addition to a system main body including various arithmetic and control units. The computer system 30 processes the attitude angles such as roll, pitch, and yaw angle input from the signal processing box 55. For example, the attitude angle is output to the display as a console or passed to the robot controller 20 via an output port to form a closed-loop attitude control system. As the computer system 30, a general-purpose personal computer can be applied. One example is PC / AT compatibles and successors marketed by IBM Corporation. Further, in FIG. 1, the robot controller 20 and the computer system 30 are configured as separate units, but both may be configured as a single unit.

【0054】B.圧電素子回転型ジャイロの構成 図2には、本実施例で用いられる圧電素子回転型ジャイ
ロ50の構造を概略的に示している。同図に示すよう
に、ジャイロ50は、円柱型をなす2個のジャイロ・ユ
ニット51及び52を用い、これらを図示の通り垂直に
組み付けて構成される。
B. Configuration Figure 2 of the piezoelectric element rotating gyro is a structure of the piezoelectric element rotating gyro 50 used in this embodiment shows schematically. As shown in the figure, the gyro 50 is composed of two cylindrical gyro units 51 and 52 which are vertically assembled as shown.

【0055】図3は、圧電素子回転型ジャイロ50の構
成要素であるジャイロ・ユニット51の構造を図解した
ものである。
FIG. 3 illustrates the structure of a gyro unit 51 which is a component of the rotary gyro 50 of the piezoelectric element.

【0056】図示の通り、1つのユニットは2組の圧電
素子製ベンダー51a及び51bで構成される。各ベン
ダー51a及び51bは12,000rpmで高速回転
し、一方のベンダー51aはコリオリ力を、他方のベン
ダー51bは加速度を、夫々圧電効果によって検出する
仕組みになっている。各ベンダー51a,51bの出力
電圧は1回転を周期とする正弦波形であり、これを回転
位置検出器(図示しない)の信号を基準にして位相弁別
を行い、X,Yの各成分に分離するようになっている。
各ユニット51a,51bは、夫々2軸回りの角速度と
2軸方向の加速度を検出できる。したがって、図2に示
す2ユニット構成の圧電素子回転型ジャイロ50は6軸
成分(すなわち、3軸まわりの角速度と3軸方向の加速
度)の全てを検出することができる訳である。
As shown, one unit is composed of two sets of piezoelectric element benders 51a and 51b. Each of the benders 51a and 51b rotates at a high speed of 12,000 rpm, and one bender 51a detects Coriolis force, and the other bender 51b detects acceleration by a piezoelectric effect. The output voltage of each of the benders 51a and 51b is a sinusoidal waveform having a cycle of one rotation. The output voltage is subjected to phase discrimination based on a signal from a rotational position detector (not shown), and separated into X and Y components. It has become.
Each of the units 51a and 51b can detect an angular velocity around two axes and an acceleration in two directions. Therefore, the rotary gyro 50 having a two-unit configuration shown in FIG. 2 can detect all six-axis components (that is, angular velocities around three axes and acceleration in three axes).

【0057】図4に示すように、圧電素子回転型ジャイ
ロ50の筐体の底面及び側面を基準としてジャイロ座標
系α,β,γをとることにする。さらに、世界座標系を
XYZとすれば、ロール、ピッチ、ヨー角の各々は、両
座標系の相対位置関係により、図5のφ,θ,ψのよう
に定義される。圧電素子回転型ジャイロ50によってα
βγ各軸まわりの角速度を検出する。さらに、信号処理
ボックス55(前述)は、これら角速度をデジタル信号
処理及び演算処理することで、φ,θ,ψの変化Δφ,
Δθ,Δψを所定周期(例えば60Hz)で計算するこ
とができる。Δφ,Δθ,Δψの各々を逐次積分するこ
とで、初期姿勢からの姿勢変化を求めることができると
いう点を理解されたい。
As shown in FIG. 4, the gyro coordinate systems α, β, and γ are set with reference to the bottom and side surfaces of the casing of the piezoelectric element rotating gyro 50. Furthermore, if the world coordinate system is XYZ, each of the roll, pitch, and yaw angles is defined as φ, θ, and の in FIG. 5 according to the relative positional relationship between the two coordinate systems. Α by the piezoelectric element rotating gyro 50
Detects the angular velocity around each axis of βγ. Further, the signal processing box 55 (described above) performs digital signal processing and arithmetic processing on these angular velocities, so that changes Δφ, φ,
Δθ, Δψ can be calculated at a predetermined cycle (for example, 60 Hz). It should be understood that the posture change from the initial posture can be obtained by sequentially integrating each of Δφ, Δθ, and Δψ.

【0058】圧電素子回転型ジャイロ50として適用可
能な製品の一例は、(株)三菱プレシジョンが製造・市
販する「マルチセンサ」(型式:MSE−3302)で
ある。下表1に、ベンダーが示した圧電素子回転型ジャ
イロ50の単軸ごとの性能検査結果を示しておく。
An example of a product applicable as the rotary piezoelectric element gyro 50 is a “multi-sensor” (model: MSE-3302) manufactured and marketed by Mitsubishi Precision Corporation. Table 1 below shows performance test results for each single axis of the piezoelectric element rotating gyro 50 shown by the bender.

【0059】[0059]

【表1】 [Table 1]

【0060】本実施例に適用される圧電素子回転型ジャ
イロ50のドリフト安定度は3゜/h以下、直線性は
0.1%程度である。例えば本ジャイロ50を用いて3
0゜の相対的な角度変化を測定時間10秒で測定した場
合、測定結果にはドリフト分の0.008゜と非直線性
による0.03゜を合計した約0.04゜程度の誤差が
含まれることになる。これらの誤差は主に、圧電素子の
非対称性、温度特性、ヒステリシスなどに依拠する。
The drift stability of the piezoelectric element rotary gyro 50 applied to this embodiment is 3 ° / h or less, and the linearity is about 0.1%. For example, using the gyro 50
When a relative angle change of 0 ° is measured in a measurement time of 10 seconds, an error of about 0.04 ° obtained by adding 0.008 ° of drift and 0.03 ° due to non-linearity in the measurement result. Will be included. These errors mainly depend on the asymmetry, temperature characteristics, hysteresis and the like of the piezoelectric element.

【0061】ロボット・システム100の絶対位置決め
精度を向上させるためには、圧電素子回転型ジャイロ5
0がISO9283で定義されているロボットの姿勢精
度検証にどの程度有用かを確認する必要がある。但し、
その詳細についてはC項に譲る。
In order to improve the absolute positioning accuracy of the robot system 100, the piezoelectric element rotating gyro 5
It is necessary to confirm to what extent 0 is useful for verifying the posture accuracy of the robot defined in ISO 9283. However,
Details are given in section C.

【0062】C.圧電素子回転型ジャイロの計測精度の
検証 前々項及び前項では、ロボットの姿勢計測には圧電素子
回転型ジャイロ50を用いることを提唱してきた。
C. Measurement accuracy of the piezoelectric gyro
In the previous and previous sections, it has been proposed to use the piezoelectric element rotating gyro 50 for posture measurement of the robot.

【0063】圧電素子回転型ジャイロ50は、その出荷
時において、1自由度のターン・テーブルを校正基準に
用いて単軸ごとの静的な性能検査が行われるのが当業界
の通例である。しかしながら、より絶対精度の高いロボ
ットの姿勢計測を行うためには、ジャイロの静的な計測
精度だけでなく、多自由度の回転運動などロボット固有
の運動を想定した動的な計測精度を予め検証しておく必
要がある。そこで、本項では、圧電素子回転型ジャイロ
50の計測精度を検証するための手法や方式について説
明する。
It is customary in the art that, at the time of shipment, a static performance test for each single axis is performed using a turntable having one degree of freedom as a calibration standard at the time of shipment of the piezoelectric element rotary gyro 50. However, in order to measure the posture of a robot with higher absolute accuracy, not only the static measurement accuracy of the gyro but also the dynamic measurement accuracy that assumes the robot's unique motion such as multi-degree-of-freedom rotational motion is verified in advance. It is necessary to keep. Therefore, in this section, a method and a method for verifying the measurement accuracy of the piezoelectric element rotating gyro 50 will be described.

【0064】本発明者らは、ロボット固有の運動を想定
した静的及び動的な精度検証を行うを行うために、3個
のDDモータにより構成される3自由度のターン・テー
ブル(後述)を校正基準として用いることとしている。
The present inventors have conducted a three-degree-of-freedom turntable (described later) composed of three DD motors in order to perform static and dynamic accuracy verification assuming a motion unique to a robot. Is used as a calibration standard.

【0065】C−1.3自由度ターン・テーブルのキャ
リブレーション 3自由度のターン・テーブルは、それ自体が多自由度・
多関節型のロボットを構成しており、必然的に、加工・
組立精度に起因した各軸の取り付け誤差(3個のモータ
軸が互いに水平・鉛直をなしていない)、エンコーダの
オフセット誤差(機械的原点と電気的原点との偏差)等
の機構の寸法誤差を内包している。
C-1.3 Freedom Turntable Cap
The three-degree-of-freedom turntable itself has many degrees of freedom.
It constitutes an articulated robot, which inevitably
The dimensional errors of the mechanism such as the mounting error of each axis due to the assembly accuracy (the three motor axes are not horizontal and vertical to each other) and the offset error of the encoder (the deviation between the mechanical origin and the electrical origin) Includes.

【0066】そこで、本実施例では、まずターン・テー
ブル自身の寸法誤差、取り付け誤差についてのキャリブ
レーションを行い、ターン・テーブルの各軸の回転角度
からジャイロが取る理論的な姿勢角(ロール、ピッチ、
ヨー角)を算出する順運動学モデルを作成し、順運動学
モデルから得られる各姿勢角とジャイロからの実際の出
力値とを比較することによってジャイロの計測精度を検
証することとしている(但し、ジャイロの計測精度の検
証については次項C−3に譲る)。
Therefore, in this embodiment, first, calibration is performed for the dimensional error and the mounting error of the turntable itself, and the theoretical attitude angles (roll, pitch) taken by the gyro from the rotation angles of the respective axes of the turntable. ,
A forward kinematics model for calculating the yaw angle is created, and the accuracy of the gyro measurement is verified by comparing each posture angle obtained from the forward kinematics model with the actual output value from the gyro (however, Verification of the measurement accuracy of the gyro will be described in the next section C-3).

【0067】また、本実施例では、本発明者らが「対偶
軸同定法」と呼ぶターン・テーブルのキャリブレーショ
ン方式を採用している。ここで言う対偶軸同定法とは、
多自由度ターン・テーブル中の1つの対偶軸のみを一定
角度ごとに回転させ、回転の間に描かれる円の軌跡から
対偶軸の位置を同定することを基本原理とするものであ
る。全ての対偶軸の同定を行って、同定された対偶軸を
用いて隣り合う関節座標間からパラメータを求めること
ができる。以下、対偶軸キャリブレーション方式につい
て詳解する。
In this embodiment, a calibration method of a turntable, which the present inventors call "an even-axis identification method", is adopted. Here, the even-axis identification method is
The basic principle is to rotate only one pair even axis in the multi-degree-of-freedom turntable at a constant angle and to identify the position of the pair even axis from the locus of a circle drawn during the rotation. All the even-numbered axes are identified, and the parameters can be obtained from between the adjacent joint coordinates using the identified even-numbered axes. Hereinafter, the paired-axis calibration method will be described in detail.

【0068】図6には、3自由度ターン・テーブル20
0の概観を示している。同図に示すように、ターン・テ
ーブル200は、第1のモータ211、第2のモータ2
12、及び第3のモータ213を含んでおり、略直交す
る各モータの軸の駆動によりテーブル210に3自由度
が与えられている。各モータ201…にはDDモータが
採用され、さらに各々には高分解能(655,360パ
ルス/回転)のエンコーダが付設されているものとす
る。以下、各モータ201…の軸を単に第1〜第3軸と
言うことにする。本実施例で適用されるターン・テーブ
ル200の仕様を下表2に示しておく。
FIG. 6 shows a three-degree-of-freedom turntable 20.
0 is shown. As shown in the figure, the turntable 200 includes a first motor 211 and a second motor 2.
12 and a third motor 213, and the table 210 is given three degrees of freedom by driving the axes of the motors that are substantially orthogonal. A DD motor is employed for each of the motors 201..., And a high-resolution (655, 360 pulses / rotation) encoder is additionally provided for each of the motors 201. Hereinafter, the axes of the motors 201 are simply referred to as first to third axes. The specifications of the turntable 200 applied in this embodiment are shown in Table 2 below.

【0069】[0069]

【表2】 [Table 2]

【0070】対偶軸キャリブレーションを実現するため
には、円軌道を計測する必要がある。本実施例では、レ
ーザ・トラッキング・システム300を用いてこの計測
を行うこととした。レーザ・トラッキング・システム3
00の一例は、図7に概要を示すライカ(株)製の型式
SMART310である。SMART310は、キャッ
ツアイと呼ばれる反射性のターゲットをターン・テーブ
ル200上に設置して、照射レーザの反射光を追いかけ
ることによって、ターン・テーブル200の円軌道の計
測を行う。なお、キャッツアイは常に照射光と同一方向
に反射光を返す性質を持っているので、SMART31
0は、キャッツアイの反射光を好適に追従することがで
きる。
In order to implement paired-axis calibration, it is necessary to measure a circular orbit. In the present embodiment, this measurement is performed using the laser tracking system 300. Laser tracking system 3
An example of 00 is a model SMART310 manufactured by Leica Corporation, whose outline is shown in FIG. The SMART 310 measures a circular orbit of the turntable 200 by placing a reflective target called a cat's eye on the turntable 200 and following the reflected light of the irradiation laser. Since the cat's eye always returns reflected light in the same direction as the irradiation light, SMART31
A value of 0 can favorably follow the cat's eye reflected light.

【0071】レーザ・トラッキング・システム300
は、レーザ干渉計301とトラッキング・ミラー302
を用いて、ターゲットであるキャッツアイの位置を極座
標形式で得るようになっている。この極座標位置を直交
座標XYZ形式に変換することによって、キャッツアイ
すなわち円軌道上の計測位置を割り出すことができる。
本実施例のXYZ各座標の繰り返し計測精度は±5pp
m(μm/m)、絶対計測精度は±10ppm(μm/
m)である。
Laser tracking system 300
Are a laser interferometer 301 and a tracking mirror 302
Is used to obtain the position of the target cat's eye in polar coordinate format. By converting this polar coordinate position into the rectangular coordinate XYZ format, it is possible to determine a cat's eye, that is, a measurement position on a circular orbit.
The repetition measurement accuracy of each XYZ coordinate of this embodiment is ± 5 pp
m (μm / m), the absolute measurement accuracy is ± 10 ppm (μm / m
m).

【0072】また、本実施例では、いわゆるDH記法を
用いてターン・テーブルの機構をモデリングすることと
した。図8にはDHモデリングを、図9には修正DHモ
デリングを、夫々模式的に示している。
In this embodiment, the mechanism of the turntable is modeled using the so-called DH notation. FIG. 8 schematically shows DH modeling, and FIG. 9 schematically shows modified DH modeling.

【0073】DH記法では、関節軸の方向をZ軸とし、
隣接するZi-1,Zi軸、及びZi,Zi+1軸間に共通垂線
を引いて、 1) di:2本の共通垂線の間の距離、 2) θi:共通垂線の為す回転角、 3) αi:Zi軸とZi+1軸の間のXi+1まわりの捩じれ
角、 4) ai:Zi,Zi+1軸間の共通垂線の長さ、 という4つの変数によりリンク間の位置と姿勢を定義す
るようになっている。但し、隣接する対偶軸が完全に平
行な場合(すなわちαi=0の場合)、共通垂線は一意
に定まらないので、一般にdi=0と定義する。
In the DH notation, the direction of the joint axis is defined as the Z axis,
A common perpendicular line is drawn between adjacent Z i−1 and Z i axes and Z i and Z i + 1 axes. 1) d i : distance between two common perpendicular lines, 2) θ i : common perpendicular line 3) α i : twist angle around X i + 1 between Z i axis and Z i + 1 axis, 4) a i : length of common perpendicular line between Z i and Z i + 1 axes These four variables define the position and orientation between the links. However, when adjacent paired axes are completely parallel (that is, when α i = 0), the common perpendicular is not uniquely determined, and is generally defined as d i = 0.

【0074】隣接する対偶軸が平行から僅かにずれた場
合には回転角が無限遠で交わるため、上述のDH記法で
は、aiは有限値から0へ、diは0から±∞へと変化す
る。すなわち、αi=0付近では、αiの変化に対するa
i、diの変化の感度が大きくなり、キャリブレーション
の際にai、diの推定値が不安定になる。そこで、レー
ザ・トラッキング・システム300の測定座標系と第1
軸座標系間に関しては、隣接する対偶軸がほぼ平行をな
すので、図9に示すような修正DH記法を用いることと
した。修正DH記法では、di=0とし、DH記法にお
ける共通垂線の代わりにXii平面内でOiを通りZi+1
軸と交わる直線を採用する。Zi軸とZi+1軸の間の捩じ
れ角としてこの直線まわりの回転角αiの他に、同図に
示すように新たにYi+1まわりのβiを導入する。このβ
iによって、隣接軸の平行からのずれが表され、推定値
の不安定が解消される。
In the case where adjacent pairs even slightly deviate from parallel, the rotation angles intersect at infinity. In the DH notation, a i changes from a finite value to 0 and d i changes from 0 to ± ∞. Change. That is, in the vicinity of α i = 0, a relative change in alpha i
i, the sensitivity of the change in d i increases, the estimated value of a i, d i becomes unstable during calibration. Therefore, the measurement coordinate system of the laser tracking system 300 and the first
With respect to the axis coordinate systems, since the adjacent paired axes are almost parallel, the modified DH notation as shown in FIG. 9 is used. In the modified DH notation, d i = 0, and instead of the common perpendicular in the DH notation, Z i + 1 passes through O i in the X i Y i plane.
Use a straight line that intersects the axis. Other rotation angles alpha i around the straight line as a twist angle between the Z i axis and Z i + 1 axis, newly introduce beta i around the Y i + 1 as shown in FIG. This β
i indicates the deviation of the adjacent axis from the parallel state, and the instability of the estimated value is resolved.

【0075】再び、図6に戻って、対偶軸キャリブレー
ションについて説明する。同図に示すように、テーブル
210面上には、十分な合成を持つ長さ500mmの2
本アーム201,202が、対向する回転位置にて半径
方向に設置されている。各アーム201,202上のテ
ーブル210面の中心から547.5mmの位置には、
夫々、キャッツアイ203とカウンタ・ウェイト204
が取り付けられている。キャッツアイ203を、テーブ
ル210の外周よりも半径が大きいアーム201上に載
せているので、測定精度が向上する。また、アーム20
1に対向する回転位置には略同形・同重量のアーム20
2を設置するとともに、キャッツアイ203と略同形・
同重量のカウンタ・ウェイト204をアーム202の上
に設置しているので、テーブル210回転時の重量アン
バランスを補正することができる。
Returning to FIG. 6, the paired-axis calibration will be described. As shown in the figure, a 500 mm long 2
The main arms 201 and 202 are installed in the radial direction at opposed rotation positions. At a position of 547.5 mm from the center of the table 210 surface on each arm 201, 202,
Cat's eye 203 and counter weight 204, respectively
Is attached. Since the cat's eye 203 is placed on the arm 201 whose radius is larger than the outer circumference of the table 210, the measurement accuracy is improved. Also, the arm 20
Arms 20 of substantially the same shape and weight are located at the rotational position opposite to 1.
2 and the same shape as Cat's Eye 203
Since the counterweight 204 having the same weight is installed on the arm 202, it is possible to correct the weight imbalance when the table 210 rotates.

【0076】レーザ・トラッキング・システム300の
位置計測誤差が10μm程度(前述)であるので、角度
計測誤差はtan-1(10×10-6/547.5)=
1.05×10-3゜となる。
Since the position measurement error of the laser tracking system 300 is about 10 μm (described above), the angle measurement error is tan −1 (10 × 10 −6 /547.5)=
1.05 × 10 −3゜.

【0077】キャリブレーションは、まず、ターン・テ
ーブル200の各軸を初期状態(すなわち各軸とも0
゜)に設定し、次いで他の軸を固定した状態で1つの軸
を一定角度刻みで回転させることにより行う。軸を一定
角度ごとに回転させている間、ターン・テーブル200
に取り付けたアーム201の先端が描く円軌道をレーザ
・トラッキング・システム300で計測する。円軌道の
載る平面の法線と円軌道の中心位置から、回転軸の位置
を同定することができる。以上の操作を各軸について行
うことにより、初期状態における3つの軸の位置が求め
られる。同定された各軸を基に、図10に示すような測
定座標系から第3軸座標系の間のリンク・パラメータを
計算することができる。但し、同図中の座標系x00
0は、レーザ・トラッキング・システム300が構成す
る測定座標系である。
In the calibration, first, each axis of the turntable 200 is set to an initial state (that is, each axis is set to 0).
゜), and then rotating one axis at fixed angle intervals while the other axis is fixed. While rotating the shaft by a certain angle, the turntable 200
The laser tracing system 300 measures a circular trajectory drawn by the tip of the arm 201 attached to the camera. The position of the rotation axis can be identified from the normal line of the plane on which the circular orbit is placed and the center position of the circular orbit. By performing the above operation for each axis, the positions of the three axes in the initial state are obtained. Based on each identified axis, a link parameter between the third axis coordinate system can be calculated from the measurement coordinate system as shown in FIG. However, the coordinate system x 0 y 0 z in FIG.
0 is a measurement coordinate system formed by the laser tracking system 300.

【0078】次いで、圧電素子回転型ジャイロ50をテ
ーブル210上に取り付ける際の誤差について考察す
る。
Next, an error when the piezoelectric element rotating gyro 50 is mounted on the table 210 will be considered.

【0079】圧電素子回転型ジャイロ50のγ軸方向
は、テーブル210面の法線方向と一致する。そこで、
テーブル210面の様々な位置にキャッツアイ203を
設置して、各々の位置を計測してテーブル210を構成
する面の方程式を求め、γ軸の方向を求める。
The γ-axis direction of the piezoelectric element rotary gyro 50 coincides with the normal direction of the table 210 surface. Therefore,
The cat's eye 203 is installed at various positions on the surface of the table 210, and each position is measured to obtain the equation of the surface constituting the table 210, and the direction of the γ-axis is obtained.

【0080】また、図11に示すように、圧電素子回転
型ジャイロ50のα軸方向は、同図中の治具の長手方向
と一致する。そこで、キャッツアイ203をこの治具に
沿った数箇所の位置に設置して、各位置を計測して治具
が為す直線の方程式を求め、α軸の方向を求める。
As shown in FIG. 11, the α-axis direction of the rotary gyro 50 corresponds to the longitudinal direction of the jig in FIG. Therefore, the cat's eye 203 is installed at several positions along the jig, and each position is measured to obtain an equation of a straight line formed by the jig, thereby obtaining the α-axis direction.

【0081】以上により求められたジャイロ座標系αβ
γと第3軸座標系X333との相対位置関係から、ジ
ャイロ50の取り付け誤差に相当するリンク・パラメー
タθ3とα3を求めることができる。
The gyro coordinate system αβ obtained as described above
From the relative positional relationship between γ and the third axis coordinate system X 3 Y 3 Z 3 , link parameters θ 3 and α 3 corresponding to the mounting error of the gyro 50 can be obtained.

【0082】下表3には、ターンテーブルのDHパラメ
ータ、ジャイロの取り付け誤差のうち、姿勢に関する
α,β,θのキャリブレーションの結果を示している。
Table 3 below shows the calibration results of α, β, and θ regarding the attitude among the DH parameters of the turntable and the mounting errors of the gyro.

【0083】[0083]

【表3】 [Table 3]

【0084】θ0は、測定座標系に対するターン・テー
ブル200の据え付けに依存するため、公称値は存在し
ない。その他のパラメータについては、1゜以下の小さ
な値であるが、公称値と推定値の間に偏差が存在し、機
構の寸法誤差が存在していることが分かる。
Since θ 0 depends on the installation of the turntable 200 with respect to the measurement coordinate system, there is no nominal value. Other parameters are small values of 1 ° or less, but it can be seen that there is a deviation between the nominal value and the estimated value, and there is a dimensional error of the mechanism.

【0085】なお、本実施例では、ターン・テーブル2
00の各軸まわりの円軌道を計測するために、レーザ・
トラッキング・システム300を用いたが、円軌道を計
測できる装置であれば他でもよい。例えば大型の3次元
測定機を用いてもキャリブレーションは可能であろう。
In this embodiment, the turntable 2
To measure the circular orbit around each axis of 00
Although the tracking system 300 is used, any other device that can measure a circular orbit may be used. For example, calibration may be possible using a large three-dimensional measuring machine.

【0086】C−2.理論値の算出 ジャイロ座標系から測定座標系に変換する姿勢変換行列
をP(3×3)とする。ターン・テーブル200の各軸
がΦ=(Φ1,Φ2,Φ3)だけ回転したとき、DHパラ
メータにより求められる姿勢変換行列Pは、下式(5)
のように表される。
C-2. Calculation of theoretical value An attitude conversion matrix for converting the gyro coordinate system to the measurement coordinate system is P (3 × 3). When each axis of the turntable 200 is rotated by Φ = (Φ 1 , Φ 2 , Φ 3 ), the attitude conversion matrix P obtained by the DH parameter is given by the following equation (5).
It is represented as

【0087】[0087]

【数5】 (Equation 5)

【0088】ここで、行列C0及びCi(i=1〜3)
は、下式(6)及び(7)のように定義する。但し、各
式中で、Cθ=cosθ、Sθ=sinθとする。
Here, the matrices C 0 and C i (i = 1 to 3)
Is defined as in the following equations (6) and (7). However, in each equation, Cθ = cosθ and Sθ = sinθ.

【0089】[0089]

【数6】 (Equation 6)

【0090】[0090]

【数7】 (Equation 7)

【0091】精度検証実験では、ターン・テーブル20
0の初期状態Φ=(0,0,0)におけるジャイロ50
の姿勢角φ,θ,ψの全てを0にリセットし、これを初
期姿勢とする。ターン・テーブル200回転後のジャイ
ロ座標系から初期姿勢におけるジャイロ座標系への姿勢
変換行列をG(3×3)とすれば、姿勢変換行列Pは、
下式(8)のように表される。
In the accuracy verification experiment, the turntable 20
Gyro 50 in initial state Φ = (0,0,0) of 0
Are reset to 0, and this is set as the initial posture. If the attitude conversion matrix from the gyro coordinate system after the turn table 200 rotation to the gyro coordinate system in the initial attitude is G (3 × 3), the attitude conversion matrix P is
It is expressed as the following equation (8).

【0092】[0092]

【数8】 (Equation 8)

【0093】図12には、上述の姿勢変換の様子を模式
的に示している。上式(5)及び(8)の右辺が等しい
とすれば、Gについて解くと下式(9)が得られる。
FIG. 12 schematically shows the state of the above-mentioned posture conversion. Assuming that the right sides of the above equations (5) and (8) are equal, solving for G yields the following equation (9).

【0094】[0094]

【数9】 (Equation 9)

【0095】一方、行列Gは、ジャイロ50の姿勢角
φ,θ,ψを用いて下式(10)のように表される。
On the other hand, the matrix G is expressed by the following equation (10) using the attitude angles φ, θ, and の of the gyro 50.

【0096】[0096]

【数10】 (Equation 10)

【0097】上式(9)と(10)の各要素を比較する
ことで、ターン・テーブル200回転後の理論的な姿勢
角φ,θ,ψがΦ1,Φ2,Φ3の関数として求められ
る。
By comparing the elements of the above equations (9) and (10), the theoretical attitude angles φ, θ, ψ after the turntable 200 has been rotated as functions of Φ 1 , Φ 2 , Φ 3 can be obtained. Desired.

【0098】C−3.ジャイロの精度検証結果 静的精度検証結果 ターン・テーブル200の全軸を初期状態から同時に駆
動し、夫々−25゜から25゜まで5゜間隔で位置決め
した。すなわち、Φ=(−25+5i,−25+5i,
−25+5i)(i=0〜10;単位deg)に設定し
た。
C-3. Gyro Accuracy Verification Result Static Accuracy Verification Result All the axes of the turntable 200 were simultaneously driven from the initial state, and were positioned at intervals of 5 ° from −25 ° to 25 ° respectively. That is, Φ = (− 25 + 5i, −25 + 5i,
−25 + 5i) (i = 0 to 10; unit deg).

【0099】このときのジャイロ50の角度出力の理論
値と実験値を図13に、両者の偏差を下表4に示してお
く。
The theoretical and experimental values of the angular output of the gyro 50 at this time are shown in FIG. 13, and the deviation between them is shown in Table 4 below.

【0100】[0100]

【表4】 [Table 4]

【0101】実験では、各試行ごとにターン・テーブル
200を一旦初期状態に戻し、そこでジャイロ50の出
力角度をリセットするようにした。位置決めに要した時
間は各試行とも10秒以下であり、ジャイロ50の性能
より見積もられるドリフトの影響は0.008゜であ
る。
In the experiment, the turn table 200 was once returned to the initial state for each trial, and the output angle of the gyro 50 was reset there. The time required for positioning was 10 seconds or less in each trial, and the effect of drift estimated from the performance of the gyro 50 was 0.008 °.

【0102】実験結果より、理論値と実験値はロール角
0.02゜、ピッチ角0.01゜、ヨー角0.03゜の
精度で一致していることが判る。これらは、1自由度の
回転運動に対する性能検査結果から予想される0.04
゜と同じオーダーを保っている。したがって、本実施例
に係る圧電素子回転型ジャイロ50が多関節ロボットに
特徴的な3自由度の姿勢計測においても充分に有効であ
ると言えよう。
From the experimental results, it can be seen that the theoretical value and the experimental value coincide with the precision of the roll angle of 0.02 °, the pitch angle of 0.01 °, and the yaw angle of 0.03 °. These are estimated to be 0.04 from the performance test results for one degree of freedom rotational motion.
It keeps the same order as ゜. Therefore, it can be said that the piezoelectric element rotation type gyro 50 according to the present embodiment is sufficiently effective also in posture measurement with three degrees of freedom characteristic of an articulated robot.

【0103】なお、ヨー角の誤差が大きかった理由とし
て、図11に示す治具の長さが実験の都合上長くとれ
ず、α軸方向の推定誤差が大きかったことが挙げられ
る。
The reason why the yaw angle error is large is that the length of the jig shown in FIG. 11 cannot be long due to the experiment and the estimation error in the α-axis direction is large.

【0104】動的精度検証結果 ターン・テーブル200の全モータを同時に同一の角度
ステップ状及び正弦波状に駆動し、その回転角度を圧電
素子回転型ジャイロ50により計測した。
Dynamic Accuracy Verification Results All motors of the turntable 200 were simultaneously driven in the same angular step shape and sine wave shape, and the rotation angles were measured by the piezoelectric element rotating gyro 50.

【0105】図14及び図15には、ロール軸について
の実験結果の一例を示している。各図中の理論値は、タ
ーン・テーブル200のモータの回転角度を検出し、そ
の値から順運動学モデル(上述)を用いて算出したもの
である。実験値と理論値は0.05゜程度の精度で一致
しており、圧電素子回転型ジャイロ50がISO928
3で定める姿勢軌跡精度の動的検証に対して有効である
ことが判る。
FIG. 14 and FIG. 15 show examples of experimental results on the roll axis. The theoretical values in each figure are obtained by detecting the rotation angle of the motor of the turn table 200 and calculating from the values using a forward kinematics model (described above). The experimental value and the theoretical value coincide with each other with an accuracy of about 0.05 °.
It can be seen that it is effective for dynamic verification of the posture trajectory accuracy determined in 3.

【0106】また、図15では、圧電素子回転型ジャイ
ロ50の出力値が理論値に対して0.02secの遅れ
を生じている。これは、ジャイロ50のサンプリング周
期が60Hzであることに起因しているためであり、デ
ータ処理による補正が可能である。
In FIG. 15, the output value of the piezoelectric element rotary gyro 50 has a delay of 0.02 sec from the theoretical value. This is because the sampling cycle of the gyro 50 is 60 Hz, and correction by data processing is possible.

【0107】現在最も普及している減速機を用いたロボ
ットの固有振動数が数〜10Hz程度であることを考慮
すると、圧電素子回転型ジャイロ50がこの範囲での動
的測定に適用するに足る充分な性能を有していると言え
よう。但し、DDロボットなどの高速なロボットに適用
するためには、サンプリング周期をさらに向上させる必
要があり、演算処理の高速化などによって改善するべき
であることを付言する。
Considering that the natural frequency of a robot using a speed reducer which is currently most widely used is about several to 10 Hz, the piezoelectric element rotating gyro 50 is sufficient for application to dynamic measurement in this range. It can be said that it has sufficient performance. However, in order to apply to a high-speed robot such as a DD robot, it is necessary to further improve the sampling period, and it should be improved by speeding up the arithmetic processing.

【0108】以上の説明により、圧電素子回転型ジャイ
ロ50を用いた姿勢計測がISO9283に定めるロボ
ットの静的及び動的な姿勢精度検証に対して有効である
ことが確認できよう。
From the above description, it can be confirmed that posture measurement using the piezoelectric element rotary gyro 50 is effective for static and dynamic posture accuracy verification of the robot specified in ISO 9283.

【0109】D.追補 以上、特定の実施例を参照しながら、本発明について詳
解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱したり
拡大したりしない範囲で当業者が該実施例の修正や代用
を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形
態で本発明を開示してきたのであり、限定的に解釈され
るべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒
頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
D. The present invention has been described in detail with reference to specific embodiments. However, it is obvious that those skilled in the art can modify or substitute the embodiment without departing from or expanding the gist of the present invention. That is, the present invention has been disclosed by way of example, and should not be construed as limiting. In order to determine the gist of the present invention, the claims described at the beginning should be considered.

【0110】[0110]

【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
2以上のアームと各アーム間を回転自在に支持する軸と
からなる多関節ロボットで構成される多関節型ロボット
・システムであって、姿勢を計測する機能を持つ、優れ
た多関節型ロボット・システムを提供することができ
る。
As described above in detail, according to the present invention,
An articulated robot system composed of an articulated robot composed of two or more arms and an axis rotatably supporting each arm, the articulated robot having an attitude measuring function. A system can be provided.

【0111】また、本発明によれば、ターン・テーブル
を校正基準に用いてジャイロの計測精度を検証する方法
及びシステムであって、ターン・テーブル自身の寸法誤
差やテーブルへの取り付け誤差を勘案してジャイロの計
測精度を検証する、優れた方法及びシステムを提供する
ことができる。
Further, according to the present invention, there is provided a method and a system for verifying the measurement accuracy of a gyro using a turntable as a calibration standard, taking into account dimensional errors of the turntable itself and mounting errors to the table. An excellent method and system for verifying the measurement accuracy of the gyro can be provided.

【0112】また、本発明によれば、ジャイロの計測精
度の検証に適用可能な、N軸で構成されるターン・テー
ブルのキャリブレーションを行う装置及び方法を提供す
ることができる。
Further, according to the present invention, it is possible to provide an apparatus and a method for calibrating a turntable composed of N axes, which can be applied to verification of measurement accuracy of a gyro.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本実施例に係るロボット・システム100の
構成を模式的に示した図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a robot system 100 according to the present embodiment.

【図2】 圧電素子回転型ジャイロ50の構造を示した
図である。
FIG. 2 is a view showing a structure of a piezoelectric element rotary gyro 50;

【図3】 ジャイロ・ユニット51の構造を図解したも
のである。
FIG. 3 illustrates the structure of a gyro unit 51.

【図4】 圧電素子回転型ジャイロ50の筐体の底面及
び側面を基準としてジャイロ座標系α,β,γを定義し
た様子を示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing a state in which gyro coordinate systems α, β, and γ are defined with reference to a bottom surface and a side surface of a housing of a piezoelectric element rotating gyro 50;

【図5】 ジャイロ座標系αβγと世界座標系XYZの
相対位置関係により定義されるロールφ、ピッチθ、ヨ
ー角ψを示した図である。
FIG. 5 is a diagram showing a roll φ, a pitch θ, and a yaw angle 定義 defined by a relative positional relationship between a gyro coordinate system αβγ and a world coordinate system XYZ.

【図6】 3自由度ターン・テーブル200の概観を示
した図である。
FIG. 6 is a diagram showing an overview of a three-degree-of-freedom turntable 200;

【図7】 ライカ(株)製のレーザ・トラッキング・シ
ステム(型式:SMART310)の概略構成を示した
図である。
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a laser tracking system (model: SMART310) manufactured by Leica Corporation.

【図8】 本実施例で用いるDHモデリングを示した図
である。
FIG. 8 is a diagram illustrating DH modeling used in the present embodiment.

【図9】 本実施例で用いる修正DHモデリングを示し
た図である。
FIG. 9 is a diagram showing modified DH modeling used in the present embodiment.

【図10】 測定座標系から第3軸座標系の間のリンク
・パラメータを計算する概要を示した図である。
FIG. 10 is a diagram showing an outline of calculating a link parameter between a measurement coordinate system and a third axis coordinate system.

【図11】 ジャイロの取り付け誤差に関する機構パラ
メータを示した図である。
FIG. 11 is a diagram showing mechanism parameters relating to a gyro mounting error.

【図12】 ターン・テーブル200回転後のジャイロ
座標系から初期姿勢におけるジャイロ座標系に姿勢変換
する様子を模式的に示した図である。
FIG. 12 is a diagram schematically showing a state in which a posture is converted from a gyro coordinate system after rotation of the turn table 200 to a gyro coordinate system in an initial posture.

【図13】 ジャイロ50の静的精度検証結果を示した
グラフであり、より具体的には、ジャイロ50の出力角
度の理論値と実験値の各々をプロットしたグラフであ
る。
FIG. 13 is a graph showing the results of verifying the static accuracy of the gyro 50, and more specifically, a graph in which a theoretical value and an experimental value of the output angle of the gyro 50 are plotted.

【図14】 ジャイロ50の動的精度検証結果を示した
グラフであり、より具体的には、ステップ応答時におけ
るロール角の検出結果をプロットしたグラフである。
FIG. 14 is a graph showing the dynamic accuracy verification result of the gyro 50, and more specifically, a graph in which the roll angle detection result at the time of a step response is plotted.

【図15】 ジャイロ50の動的精度検証結果を示した
グラフであり、より具体的には、周波数応答時における
ロール角の検出結果をプロットしたグラフである。
FIG. 15 is a graph showing the dynamic accuracy verification result of the gyro 50, and more specifically, a graph in which the roll angle detection result at the time of frequency response is plotted.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…ロボット本体 20…ロボット・コントローラ、 30…コンピュータ・システム、 50…圧電素子回転型ジャイロ、 51,52…円柱型ジャイロ・ユニット、 51a,51b…圧電素子製ベンダー、 55…信号処理ボックス、 100…ロボット・システム、 200…3自由度ターン・テーブル、 201,202…アーム、 203…キャッツアイ、 204…カウンタ・ウェイト、 210…テーブル、 211…ターンテーブル第1モータ、 212…ターンテーブル第2モータ、 213…ターンテーブル第3モータ、 300…レーザ・トラッキング・システム、 301…レーザ干渉計、 302…トラッキング・ミラー。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Robot main body 20 ... Robot controller, 30 ... Computer system, 50 ... Piezoelectric element rotary gyro, 51, 52 ... Cylindrical gyro unit, 51a, 51b ... Piezoelectric element bender, 55 ... Signal processing box, 100 ... Robot system, 200 ... 3 degree of freedom turntable, 201,202 ... Arm, 203 ... Cat eye, 204 ... Counter weight, 210 ... Table, 211 ... Turntable first motor, 212 ... Turntable second motor 213: turntable third motor 300: laser tracking system 301: laser interferometer 302: tracking mirror

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高木 博 神奈川県鎌倉市上町屋345番地 三菱プレ シジョン株式会社内 (72)発明者 近藤 秀雄 神奈川県鎌倉市上町屋345番地 三菱プレ シジョン株式会社内 (72)発明者 神谷 好承 石川県金沢市小立野2−40−20 金沢大学 工学部 (72)発明者 藤岡 潤 石川県金沢市小立野2−40−20 金沢大学 工学部 Fターム(参考) 2F069 AA83 AA93 DD15 GG07 HH11 HH30 (54)【発明の名称】 姿勢を計測する機能を持つ多関節型ロボット・システム、ターン・テーブルを校正基準に用いて ジャイロの計測精度を検証する方法及びシステム、及び、N軸で構成されるターン・テーブルの キャリブレーションを行う装置及び方法 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Hiroshi Takagi 345 Kamimachiya, Kamakura City, Kanagawa Prefecture Inside Mitsubishi Precision Co., Ltd. (72) Inventor Hideo Kondo 345 Kamimachiya, Kamakura City, Kanagawa Prefecture, Mitsubishi Precision Corporation ( 72) Inventor Yoshiyoshi Kamiya 2-40-20 Kodano, Kanazawa-shi, Ishikawa Pref. Faculty of Engineering, Kanazawa University (72) Inventor Jun Fujioka 2-40-20 Kodano, Kanazawa-shi, Ishikawa Pref. F-term 2F069 AA83 AA93 DD15 GG07 HH11 HH30 (54) [Title of the Invention] Articulated robot system with function to measure posture, method and system for verifying gyro measurement accuracy using turntable as calibration standard, and N-axis Apparatus and method for calibrating a turntable

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】姿勢を計測する機能を持つ多関節型ロボッ
ト・システムにおいて、(a)2以上のアームと、各ア
ーム間を回転自在に支持する軸とからなる多関節ロボッ
トと、(b)前記ロボットの各軸を回転駆動する2以上
の駆動部と、(c)前記ロボットの略先端部に配設され
た圧電素子回転型ジャイロと、(d)指令値に従って前
記各駆動部の駆動を制御する駆動制御部と、(e)前記
駆動部が前記ロボットを駆動する間における前記圧電素
子回転型ジャイロの出力に従って前記ロボットの姿勢を
計測する計測部と、を具備することを特徴とする多関節
型ロボット・システム。
An articulated robot system having a function of measuring a posture, wherein (a) an articulated robot comprising two or more arms and a shaft rotatably supporting between the arms, and (b). Two or more driving units for rotating and driving each axis of the robot; (c) a piezo-electric element rotary gyro disposed substantially at the end of the robot; and (d) driving each of the driving units according to a command value. And (e) a measuring unit for measuring a posture of the robot according to an output of the piezoelectric element rotating gyro while the driving unit drives the robot. Articulated robot system.
【請求項2】ターン・テーブルを校正基準に用いてジャ
イロの計測精度を検証する方法であって、(a)前記タ
ーン・テーブル自身の寸法誤差及び前記ジャイロの取り
付け誤差についてのキャリブレーションを行う第1の段
階と、(b)前記ターン・テーブルの各軸の回転角度か
ら前記ジャイロが取る理論的な姿勢角(ロール、ピッ
チ、ヨー角)を算出する順運動学モデルを作成する第2
の段階と、(c)順運動学モデルから得られる各姿勢角
と前記ジャイロからの実際の出力値とを比較することに
よって前記ジャイロの計測精度を検証する第3の段階
と、を具備することを特徴とするターン・テーブルを校
正基準に用いてジャイロの計測精度を検証する方法。
2. A method for verifying measurement accuracy of a gyro using a turntable as a calibration reference, the method comprising: (a) calibrating a dimensional error of the turntable itself and a mounting error of the gyro. And (b) creating a forward kinematics model for calculating a theoretical attitude angle (roll, pitch, yaw angle) taken by the gyro from the rotation angle of each axis of the turntable.
And (c) a third step of verifying the measurement accuracy of the gyro by comparing each attitude angle obtained from the forward kinematics model with an actual output value from the gyro. A method for verifying the measurement accuracy of a gyro using a turntable characterized by the following as a calibration standard.
【請求項3】前記第1の段階では、前記タンー・テーブ
ル外部に設けられた測定装置を用いてキャリブレーショ
ンを行うことを特徴とする請求項2に記載のターン・テ
ーブルを校正基準に用いてジャイロの計測精度を検証す
る方法。
3. The method according to claim 2, wherein in the first stage, calibration is performed using a measuring device provided outside the tan table. A method to verify the measurement accuracy of a gyro.
【請求項4】3自由度の圧電素子回転型ジャイロの計測
精度を検証する方法であって、3自由度以上のターン・
テーブルを用いることを特徴とする3自由度の圧電素子
回転型ジャイロの計測精度を検証する方法。
4. A method for verifying measurement accuracy of a piezoelectric element rotary gyro having three degrees of freedom.
A method for verifying measurement accuracy of a three-degree-of-freedom piezoelectric element rotary gyro, which uses a table.
【請求項5】ジャイロの計測精度を検証するシステムで
あって、(a)校正基準として用いられるターン・テー
ブルと、(b)前記ターン・テーブル自身の寸法誤差及
び前記ジャイロの取り付け誤差についてのキャリブレー
ションを行う第1の手段と、(c)前記ターン・テーブ
ルの各軸の回転角度から前記ジャイロが取る理論的な姿
勢角(ロール、ピッチ、ヨー角)を算出する順運動学モ
デルを作成する第2の手段と、(d)順運動学モデルか
ら得られる各姿勢角と前記ジャイロからの実際の出力値
とを比較することによって前記ジャイロの計測精度を検
証する第3の手段と、を具備することを特徴とするジャ
イロの計測精度を検証するシステム。
5. A system for verifying measurement accuracy of a gyro, comprising: (a) a turntable used as a calibration reference; and (b) a calibration for a dimensional error of the turntable itself and a mounting error of the gyro. And (c) creating a forward kinematics model for calculating a theoretical attitude angle (roll, pitch, yaw angle) taken by the gyro from the rotation angle of each axis of the turntable. A second means, and (d) third means for verifying measurement accuracy of the gyro by comparing each attitude angle obtained from the forward kinematics model with an actual output value from the gyro. Gyro measurement accuracy verification system.
【請求項6】前記ターン・テーブルは3以上の自由度を
有することを特徴とする請求項5に記載のジャイロの計
測精度を検証するシステム。
6. The system for verifying measurement accuracy of a gyro according to claim 5, wherein the turntable has three or more degrees of freedom.
【請求項7】前記第1の手段は、前記ターン・テーブル
外部に設けられた測定装置を用いてキャリブレーション
を行うことを特徴とする請求項5に記載のターン・テー
ブルを校正基準に用いてジャイロの計測精度を検証する
システム。
7. The method according to claim 5, wherein the first means performs the calibration using a measuring device provided outside the turn table. A system for verifying gyro measurement accuracy.
【請求項8】N軸で構成されるターン・テーブルのキャ
リブレーションを行う装置において、(a)ターン・テ
ーブルの略外周縁に配設された被検物と、(b)ターン
・テーブルの各軸を駆動する間に前記被検物を追跡して
その軌道上の多点の位置を測定する手段と、(c)測定
された多点の位置に基づいて、回転する軸の同定を行う
手段と、を含むことを特徴とするN軸で構成されるター
ン・テーブルのキャリブレーションを行う装置。
8. An apparatus for calibrating a turntable composed of an N-axis, comprising: (a) a test object arranged substantially at the outer peripheral edge of the turntable; and (b) each of the turntable. Means for tracking the object while driving the axis and measuring the positions of multiple points on the trajectory; and (c) means for identifying the rotating axis based on the measured positions of the multiple points. And a device for calibrating a turntable composed of N axes.
【請求項9】長手形状の治具をターン・テーブルの半径
方向に設置するとともに、前記治具の略先端縁に前記被
検物を設置したことを特徴とする請求項8に記載のN軸
で構成されるターン・テーブルのキャリブレーションを
行う装置。
9. The N-axis according to claim 8, wherein a jig having a long shape is installed in a radial direction of the turntable, and the test object is installed at a substantially leading edge of the jig. A device for calibrating a turntable composed of:
【請求項10】N軸で構成されるターン・テーブルのキ
ャリブレーションを行う方法において、(a)ターン・
テーブルの略外周縁に被検物を配設する段階と、(b)
ターン・テーブルの軸の1つを駆動する段階と、(c)
ターン・テーブルの軸を駆動する間に前記被検物を追跡
してその軌道上の多点の位置を測定する段階と、(d)
測定された多点の位置に基づいて、回転する軸の同定を
行う段階と、を含むことをN軸で構成されることを特徴
とするターン・テーブルのキャリブレーションを行う方
法。
10. A method for calibrating a turntable composed of N axes, comprising the steps of:
Arranging the test object on substantially the outer periphery of the table; (b)
Driving one of the axes of the turntable; (c)
Tracking the object while driving the axis of the turntable to determine the position of multiple points on its trajectory; (d)
Identifying the axis of rotation based on the measured positions of the multiple points. The method for calibrating a turntable comprising:
【請求項11】前記段階(a)は、長手形状の治具をタ
ーン・テーブルの半径方向に設置するとともに、前記治
具の略先端縁に前記被検物を設置することを含むことを
特徴とする請求項10に記載のN軸で構成されるターン
・テーブルのキャリブレーションを行う方法。
11. The method according to claim 11, wherein the step (a) includes setting a jig having a longitudinal shape in a radial direction of the turntable, and setting the test object at a substantially leading edge of the jig. The method for calibrating a turntable composed of N axes according to claim 10.
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7081700B2 (en) * 2003-03-19 2006-07-25 Canon Kabushiki Kaisha Manipulator
JP2010169633A (en) * 2009-01-26 2010-08-05 Nikon Corp Shape measurement device
CN102062576A (en) * 2010-11-12 2011-05-18 浙江大学 Device for automatically marking additional external axis robot based on laser tracking measurement and method thereof
CN103743396A (en) * 2014-01-24 2014-04-23 上海新世纪机器人有限公司 Attitude sensor mounting offset correction method
CN107255462A (en) * 2011-07-08 2017-10-17 卡尔蔡司工业测量技术有限公司 Measure workpiece coordinate when error correction and/or avoid
CN112629384A (en) * 2020-12-18 2021-04-09 中国科学院光电技术研究所 Hooke inclined disc type ball joint posture detection device
CN113791480A (en) * 2021-07-17 2021-12-14 国华(青岛)智能装备有限公司 Precise swing angle table for optical experiment and assembling method
CN114383595A (en) * 2022-01-10 2022-04-22 浙江大学 Optical displacement measuring head space attitude self-calibration method and device
CN116839634A (en) * 2023-08-29 2023-10-03 北京信普尼科技有限公司 Method for calibrating gyroscope by mechanical arm and mechanical arm
CN117681253A (en) * 2024-02-02 2024-03-12 武汉软件工程职业学院(武汉开放大学) Performance test device for intelligent robot manufacturing

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7081700B2 (en) * 2003-03-19 2006-07-25 Canon Kabushiki Kaisha Manipulator
US7122940B2 (en) 2003-03-19 2006-10-17 Canon Kabushiki Kaisha Manipulator
JP2010169633A (en) * 2009-01-26 2010-08-05 Nikon Corp Shape measurement device
CN102062576A (en) * 2010-11-12 2011-05-18 浙江大学 Device for automatically marking additional external axis robot based on laser tracking measurement and method thereof
CN107255462B (en) * 2011-07-08 2019-07-23 卡尔蔡司工业测量技术有限公司 Measure workpiece coordinate when error correction and/or avoid
CN107255462A (en) * 2011-07-08 2017-10-17 卡尔蔡司工业测量技术有限公司 Measure workpiece coordinate when error correction and/or avoid
CN103743396A (en) * 2014-01-24 2014-04-23 上海新世纪机器人有限公司 Attitude sensor mounting offset correction method
CN112629384A (en) * 2020-12-18 2021-04-09 中国科学院光电技术研究所 Hooke inclined disc type ball joint posture detection device
CN113791480A (en) * 2021-07-17 2021-12-14 国华(青岛)智能装备有限公司 Precise swing angle table for optical experiment and assembling method
CN114383595A (en) * 2022-01-10 2022-04-22 浙江大学 Optical displacement measuring head space attitude self-calibration method and device
CN114383595B (en) * 2022-01-10 2023-11-17 浙江大学 Optical displacement measuring head space posture self-calibration method and device
CN116839634A (en) * 2023-08-29 2023-10-03 北京信普尼科技有限公司 Method for calibrating gyroscope by mechanical arm and mechanical arm
CN116839634B (en) * 2023-08-29 2023-11-21 北京信普尼科技有限公司 Method for calibrating gyroscope by mechanical arm and mechanical arm
CN117681253A (en) * 2024-02-02 2024-03-12 武汉软件工程职业学院(武汉开放大学) Performance test device for intelligent robot manufacturing
CN117681253B (en) * 2024-02-02 2024-04-26 武汉软件工程职业学院(武汉开放大学) Performance test device for intelligent robot manufacturing

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