JP2001050741A - Calibration method and apparatus for robot - Google Patents
Calibration method and apparatus for robotInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、産業用の多関節ロ
ボットの絶対精度を向上させることができるキャリブレ
ーション方法及び装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a calibration method and apparatus capable of improving the absolute accuracy of an industrial articulated robot.
【０００２】[0002]
【従来の技術】産業用ロボットをＮＣ装置として使用し
ようとしたとき、ロボットの据付け誤差、ロボット自体
の剛性や製作精度に起因する誤差などで絶対精度が低下
するため、キャリブレーションにより絶対精度の向上を
図ることが行われる。キャリブレーションを行うために
はロボット手先の３次元位置を高精度に実測する必要が
ある。2. Description of the Related Art When an industrial robot is used as an NC device, the absolute accuracy is reduced due to errors in installation of the robot, errors in the rigidity of the robot itself and errors in manufacturing accuracy. Is performed. In order to perform calibration, it is necessary to measure the three-dimensional position of the robot hand with high accuracy.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ロボット手先の３次元
位置を計測するために、カメラ、超音波、レーザを用い
る方法等が提案されているが、分解能の点で広範囲に計
測しようとすれば精度が低下するという問題がある。ま
た、機械式の３次元測定機を用いる方法は、他の方式と
比較して精度は保証されるが、自動計測には向かないと
いう問題がある。従来の機械式の３次元測定機を用いる
方法は、計測点に１点ずつ目視で精度良く照準をあわせ
るのに時間がかかり、かつ、計測の個人差が誤差要因と
なる。また、これを自動で行う場合、測定機の軸構成や
姿勢等により、方向によって動きやすさに差があり、測
定機に過大な負荷がかかるなどの問題で、使用範囲（測
定範囲）や使用方法に制約が生じることが予想される。To measure the three-dimensional position of the robot hand, a method using a camera, an ultrasonic wave, a laser, and the like have been proposed. Is reduced. In addition, the method using a mechanical three-dimensional measuring machine guarantees accuracy as compared with other methods, but has a problem that it is not suitable for automatic measurement. In the method using a conventional mechanical three-dimensional measuring machine, it takes time to visually aim at each measurement point with high accuracy, and individual differences in measurement become an error factor. In addition, when this is automatically performed, there is a difference in ease of movement depending on the direction due to the axis configuration and posture of the measuring device, and there is a problem that an excessive load is applied to the measuring device. It is expected that there will be restrictions on the method.
【０００４】本発明は上記の諸点に鑑みなされたもの
で、本発明の目的は、先端部に力を加えて動かすことに
より、該先端部を任意の位置・姿勢に位置決めすること
ができる、各関節部に位置検出器を設けた６以上の自由
度を有する３次元測定機を用意し、この３次元測定機の
先端部分と校正したい多関節ロボットの手先を結合し
て、ロボット先端部の位置・姿勢を計測できる構成とす
ることにより、高精度、かつ、自動でロボットのキャリ
ブレーションを行うことができる方法及び装置を提供す
ることにある。また、本発明の目的は、ロボットがキャ
リブレーションに必要な空間上の複数の教示点間を移動
する際に、３次元測定機の動きやすさを考慮し、それに
基づきロボットの移動経路を補正することにより、測定
機に過大な負荷がかかる等の問題がなくなり、使用範囲
（測定範囲）や使用方法に制約が発生しないロボットの
キャリブレーション方法及び装置を提供することにあ
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to move the tip portion by applying a force to the tip portion so that the tip portion can be positioned at an arbitrary position / posture. Prepare a three-dimensional measuring machine with 6 or more degrees of freedom provided with a position detector at the joint, connect the tip of this three-dimensional measuring machine and the hand of the articulated robot to be calibrated, and position the robot tip. The object is to provide a method and an apparatus capable of automatically and highly accurately calibrating a robot by adopting a configuration capable of measuring a posture. Further, an object of the present invention is to consider the ease of movement of a three-dimensional measuring machine when a robot moves between a plurality of teaching points in a space required for calibration, and to correct the movement path of the robot based on the mobility. Accordingly, an object of the present invention is to provide a robot calibration method and apparatus in which a problem such as an excessive load applied to a measuring machine is eliminated, and a use range (measurement range) and a use method are not restricted.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のロボットのキャリブレーション方法は、
アームの先端部に力を加えて動かすことにより、該先端
部を任意の位置・姿勢に位置決めすることができるよう
に、６以上の自由度を有するアームを備え、アームの関
節部の各軸に位置検出器を設けて、各軸の位置検出器の
信号から先端部の位置・姿勢を計測することができる３
次元測定機を用い、この３次元測定機の先端部と校正し
たい多関節ロボットの先端部にある手先を結合して、ロ
ボット先端部の位置・姿勢を計測し、ロボットの位置・
姿勢を変えて複数の教示点を計測することによりロボッ
トの機構パラメータを求めてキャリブレーションを行う
ように構成されている（図１、図２参照）。In order to achieve the above object, a robot calibration method according to the present invention comprises:
An arm having six or more degrees of freedom is provided so that the tip can be positioned at any position and posture by applying a force to the tip of the arm and moving it. A position detector can be provided to measure the position and orientation of the tip from the signals of the position detector for each axis. 3
Using a 3D measuring machine, the tip of this 3D measuring machine is connected to the tip of the articulated robot to be calibrated, and the position and orientation of the robot tip are measured.
The configuration is such that calibration is performed by obtaining a mechanism parameter of the robot by measuring a plurality of teaching points while changing the posture (see FIGS. 1 and 2).
【０００６】上記の本発明の方法において、ロボットが
キャリブレーションに必要な空間上の複数の教示点間を
移動する際に、３次元測定機の動きやすさを評価して、
測定機が動きにくい場合に、その教示点から次の動作点
までの間に経由点を発生させてロボットの移動経路を補
正することが好ましい（図３、図４、図５参照）。In the above method of the present invention, when the robot moves between a plurality of teaching points on a space necessary for calibration, the mobility of the three-dimensional measuring machine is evaluated,
When the measuring machine is difficult to move, it is preferable to generate a via point between the teaching point and the next operating point to correct the movement path of the robot (see FIGS. 3, 4, and 5).
【０００７】本発明のロボットのキャリブレーション装
置は、アームの先端部に力を加えて動かすことにより、
該先端部を任意の位置・姿勢に位置決めすることができ
るように、６以上の自由度を有するアームを備え、アー
ムの関節部の各軸に位置検出器を設けて、各軸の位置検
出器の信号から先端部の位置・姿勢を計測することがで
きる３次元測定機と、先端部に設けられた手先が３次元
測定機の先端部に結合された多関節ロボットと、３次元
測定機の各軸の位置検出器からの信号を入力して座標変
換を行うことにより、ロボット先端部の位置・姿勢を演
算する位置・姿勢演算装置と、ロボットの位置・姿勢を
変えて演算した複数の計測値からロボットの機構パラメ
ータを求めてキャリブレーションを行う、ロボット制御
装置に接続されたキャリブレーション演算装置と、前記
多関節ロボットに連結されたロボット制御装置とを備え
たことを特徴としている（図１、図２参照）。The robot calibration apparatus of the present invention moves the distal end of the arm by applying force to the arm.
An arm having six or more degrees of freedom is provided so that the distal end can be positioned at an arbitrary position / posture, and a position detector is provided on each axis of the joint of the arm. 3D measuring machine that can measure the position and orientation of the tip from the signal of the multi-joint robot with the tip provided at the tip coupled to the tip of the 3D measuring machine, A position / posture calculation device that calculates the position / posture of the robot tip by inputting a signal from the position detector of each axis and performs coordinate transformation, and multiple measurements calculated by changing the position / posture of the robot A calibration operation device connected to a robot control device for performing a calibration by obtaining a mechanism parameter of the robot from the values, and a robot control device connected to the articulated robot. Are (see Figure 1, Figure 2).
【０００８】上記の本発明の装置において、ロボットが
キャリブレーションに必要な空間上の複数の教示点間を
移動する際に、３次元測定機の動きやすさを評価する値
を算出し、測定機が動きにくい場合に、その教示点から
次の動作点までの間に経由点を発生させる操作性演算装
置を設け、この操作性演算装置をロボット制御装置に接
続して、３次元測定機の動きやすさを考慮してロボット
の移動経路を補正できるような構成とすることが好まし
い（図３、図４、図５参照）。In the above-described apparatus of the present invention, when the robot moves between a plurality of teaching points in a space required for calibration, a value for evaluating the ease of movement of the three-dimensional measuring machine is calculated, and If the robot is difficult to move, an operability calculation device is provided to generate a transit point between the teaching point and the next operation point, and this operability calculation device is connected to the robot controller to control the movement of the three-dimensional measuring machine. It is preferable that the configuration is such that the movement route of the robot can be corrected in consideration of ease (see FIGS. 3, 4, and 5).
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、適宜変更して実施することが可能な
ものである。図１は、本発明の実施の第１形態によるロ
ボットのキャリブレーション装置を示している。図２
は、本実施形態でロボットの手先の３次元位置計測に用
いる測定機の一例を示している。図２に示すように、３
次元測定機１０は、剛性の高い６以上の自由度を有する
アーム１２と、各関節部に高精度の位置検出器１４（例
えば、エンコーダ）を有する垂直多関節の測定機であ
り、先端部１６に力を加えて動かすことにより、先端部
１６を動作範囲内の任意の位置・姿勢に位置決めするこ
とができ、このときの測定機各軸の位置検出器１４から
の信号を入力し、これに座標変換行列を乗じることによ
り、先端部１６の位置・姿勢を高精度で計測するもので
ある。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following embodiments and can be implemented with appropriate modifications. . FIG. 1 shows a robot calibration apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG.
Shows an example of a measuring device used for three-dimensional position measurement of a hand of a robot in the present embodiment. As shown in FIG.
The dimension measuring machine 10 is a vertical multi-joint measuring machine having a highly rigid arm 12 having six or more degrees of freedom and a high-precision position detector 14 (for example, an encoder) at each joint. The tip 16 can be positioned at an arbitrary position / posture within the operating range by applying a force to and moving the signal from the position detector 14 of each axis of the measuring machine at this time. By multiplying by a coordinate transformation matrix, the position and orientation of the tip 16 are measured with high accuracy.
【００１０】上記の３次元測定機１０の先端部１６とキ
ャリブレーションしたい多関節ロボットの手先を既定の
位置で結合することにより、図１に示すような、ロボッ
トの手先の３次元位置・姿勢を計測することができる構
成とする。こうした機械的に結合された測定機を使う方
式は、非接触で三角測量で計測する方式に比べ、直接ロ
ボットの手先の３次元位置を計測するので、精度良く計
測することが可能である。また、図１に示すように、３
次元測定機１０の先端部１６とロボット１８の手先２０
とは、例えば、レーザセンサ２２を設けた結合治具２４
で結合されている。結合治具２４のロボット１８側には
スポット光のレーザセンサ２２が高精度に取り付けられ
ている。３次元測定機１０側に予め定められた基準点２
６をマーキングし、レーザセンサ２２のスポット光がこ
の基準点２６に当たるように３次元測定機１０の位置を
手動で調整した状態で、計測するロボット１８と３次元
測定機１０とを結合治具２４で結合固定する。この調整
は最初の１回だけでよい。この治具構成では、ロボット
と測定機の間隔方向については、レーザセンサの計測値
を利用できるので、厳密に調整する必要はない。なお、
図１では図示していないが、さらに上記のレーザセンサ
２２に替えて、ロボット１８側にＬＥＤなどの投光器を
高精度に取り付け、結合治具２４の測定機１０側にＣＣ
Ｄカメラを取り付けて、ＬＥＤ等の投光器の２次元位置
を計測する構成とすれば、最初にＬＥＤやカメラの取付
け精度のみを厳密に管理するだけでよく、結合のための
調整は全く必要なくなる。By connecting the tip 16 of the three-dimensional measuring device 10 and the hand of the articulated robot to be calibrated at a predetermined position, the three-dimensional position and posture of the hand of the robot as shown in FIG. It is configured to be able to measure. The method of using such a mechanically coupled measuring device directly measures the three-dimensional position of the hand of the robot as compared with the method of non-contact measurement by triangulation, so that accurate measurement is possible. Also, as shown in FIG.
Tip 16 of dimension measuring machine 10 and hand 20 of robot 18
Is, for example, a coupling jig 24 provided with a laser sensor 22.
Are joined by On the robot 18 side of the coupling jig 24, a spot light laser sensor 22 is attached with high precision. Reference point 2 predetermined on the three-dimensional measuring machine 10 side
6 is marked and the position of the three-dimensional measuring machine 10 is manually adjusted so that the spot light of the laser sensor 22 hits the reference point 26. And fix it with. This adjustment only needs to be performed once. In this jig configuration, the measurement value of the laser sensor can be used in the direction of the distance between the robot and the measuring machine, so that it is not necessary to strictly adjust it. In addition,
Although not shown in FIG. 1, in place of the laser sensor 22, a light projector such as an LED is attached to the robot 18 with high accuracy, and the CC is attached to the measuring device 10 side of the coupling jig 24.
If a configuration is adopted in which the D camera is attached to measure the two-dimensional position of a projector such as an LED, only the attachment accuracy of the LED and the camera needs to be strictly managed first, and no adjustment for connection is required at all.
【００１１】つぎに、ロボット手先の３次元位置・姿勢
を計測して、ロボットのキャリブレーションを行う手法
について説明する。図１に示すように、３次元測定機１
０の位置検出器１４からの各軸位置データが入力装置２
８に入力され、これらのデータが位置・姿勢演算装置３
０で座標変換されてロボット手先の位置・姿勢が演算さ
れる。ロボットのある位置・姿勢での基準点のロボット
座標系での値をＰｒ、このときの３次元測定機で計測し
た基準点の測定機座標系での値をＰｆ、測定機座標とロ
ボット座標との変換行列をＲとする。これらの値はレー
ザセンサ等のセンサの計測値、ロボットとセンサの取付
け関係、測定機とロボットの設置関係、測定機と結合治
具の取付け関係、ロボット及び測定機の関節角度情報が
あれば、容易に求めることができる。ただし、Ｐｆは高
精度で求めることができるが、ＰｒとＲには、ロボット
の剛性やロボットの据付けに起因する誤差が含まれてい
る。キャリブレーションのアルゴリズム自体は従来の手
法が利用できる。すなわち、ロボット１８の位置・姿勢
を変えて複数の点を計測し、位置・姿勢演算装置３０で
演算した複数の計測値から、キャリブレーション演算装
置３２でロボットの機構パラメータが求められる。ロボ
ットの機構モデルに含まれる未知パラメータの同定に
は、例えば、特異値分解法などの非線形推定手法が用い
られる。キャリブレーション演算装置３２で求められた
ロボットの機構モデルを用いて、ロボット１８の絶対精
度を改善し、さらにその検証を行うようにする。３４
は、ロボット１８を制御するロボット制御装置である。Next, a method of measuring the three-dimensional position and orientation of the robot hand and performing calibration of the robot will be described. As shown in FIG. 1, a three-dimensional measuring machine 1
Each axis position data from the position detector 14 is input device 2
And these data are input to the position / posture calculation device 3
The coordinates are converted to 0, and the position / posture of the robot hand is calculated. Pr is the value of the reference point in the robot coordinate system at a certain position / posture of the robot, and Pf is the value of the reference point measured by the three-dimensional measuring machine in the measuring machine coordinate system. Is R. These values are measured values of sensors such as laser sensors, the mounting relationship between the robot and the sensor, the mounting relationship between the measuring device and the robot, the mounting relationship between the measuring device and the coupling jig, and the joint angle information of the robot and the measuring device, It can be easily obtained. However, although Pf can be obtained with high accuracy, Pr and R include an error due to the rigidity of the robot and the installation of the robot. Conventional methods can be used for the calibration algorithm itself. That is, a plurality of points are measured while changing the position and orientation of the robot 18, and the mechanism parameters of the robot are obtained by the calibration operation device 32 from the plurality of measurement values calculated by the position and attitude operation device 30. For the identification of unknown parameters included in the robot mechanism model, for example, a non-linear estimation method such as a singular value decomposition method is used. The absolute accuracy of the robot 18 is improved using the mechanism model of the robot obtained by the calibration operation device 32, and the verification is performed. 34
Is a robot control device for controlling the robot 18.
【００１２】図３は、本発明の実施の第２形態によるロ
ボットのキャリブレーション装置を示している。３次元
測定機１０の先端部１６とロボット１８の手先２０とを
既定の位置で結合することにより、図３に示すような、
ロボットの手先の３次元位置・姿勢を計測することがで
きる構成とする。なお、図３では、結合治具等の詳細な
構成は省略しているが、実施の第１形態と同様の構成が
採用される。図３に示すように、３次元測定機１０の位
置検出器１４からの各軸位置データが入力装置２８に入
力され、これらのデータが位置・姿勢演算装置３０で座
標変換されてロボット手先の位置・姿勢が演算される。
ロボットのある位置・姿勢での基準点のロボット座標系
での値をＰｒ、このときの３次元測定機で計測した基準
点の測定機座標系での値をＰｆ、測定機座標とロボット
座標との変換行列をＲとする。これらの値はレーザセン
サ等のセンサの計測値、ロボットとセンサの取付け関
係、測定機とロボットの設置関係、測定機と結合治具の
取付け関係、ロボット及び測定機の関節角度情報があれ
ば、容易に求めることができる。ただし、Ｐｆは高精度
で求めることができるが、ＰｒとＲには、ロボットの剛
性やロボットの据付けに起因する誤差が含まれている。
キャリブレーションのアルゴリズム自体は従来の手法が
利用できる。すなわち、ロボット１８の位置・姿勢を変
えて複数の点を計測し、位置・姿勢演算装置３０で演算
した複数の計測値から、キャリブレーション演算装置３
２でロボットの機構パラメータが求められる。他の構成
及び作用は、実施の第１形態の場合と同様である。FIG. 3 shows a robot calibration apparatus according to a second embodiment of the present invention. By connecting the distal end portion 16 of the three-dimensional measuring device 10 and the hand 20 of the robot 18 at a predetermined position, as shown in FIG.
The configuration is such that the three-dimensional position and orientation of the hand of the robot can be measured. In FIG. 3, detailed configurations such as a coupling jig are omitted, but a configuration similar to that of the first embodiment is employed. As shown in FIG. 3, each axis position data from the position detector 14 of the three-dimensional measuring device 10 is input to the input device 28, and these data are coordinate-transformed by the position / posture calculation device 30 to obtain the position of the robot hand. -The posture is calculated.
Pr is the value of the reference point in the robot coordinate system at a certain position / posture of the robot, and Pf is the value of the reference point measured by the three-dimensional measuring machine in the measuring machine coordinate system. Is R. These values are measured values of sensors such as laser sensors, the mounting relationship between the robot and the sensor, the mounting relationship between the measuring device and the robot, the mounting relationship between the measuring device and the coupling jig, and the joint angle information of the robot and the measuring device, It can be easily obtained. However, although Pf can be obtained with high accuracy, Pr and R include an error due to the rigidity of the robot and the installation of the robot.
Conventional methods can be used for the calibration algorithm itself. That is, the position / posture of the robot 18 is changed, a plurality of points are measured, and the calibration calculation device 3 is calculated from the plurality of measurement values calculated by the position / posture calculation device 30.
At 2, the robot's mechanism parameters are determined. Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.
【００１３】つぎに、これらの複数の計測点（教示点）
間をロボット１８が移動する際に、３次元測定機１０が
機械的に拘束されているために、測定機１０の位置・姿
勢によっては、測定機１０に大きな負荷がかかる動作方
向があり、このためにキャリブレーションを行える領域
（測定範囲）や使用方法に制約が発生することが考えら
れる。この要因としては、 （１） 教示点間の移動で測定機の各関節角度を大きく
変えないと移動できない点があり、ロボットの動作速度
に測定機が追従できない。 （２） 測定機の各関節の摩擦力に大小があり、摩擦力
の大きな関節を動かそうとすると、摩擦力の小さい関節
の拘束方向に力がかかる。などが挙げられる。Next, the plurality of measurement points (teaching points)
Since the three-dimensional measuring machine 10 is mechanically constrained when the robot 18 moves between them, there is an operation direction in which a large load is applied to the measuring machine 10 depending on the position and orientation of the measuring machine 10. For this reason, it is conceivable that restrictions are imposed on a region (measurement range) in which calibration can be performed and a method of use. This is because (1) the measuring machine cannot move unless the joint angles of the measuring machine are largely changed by moving between the teaching points, and the measuring machine cannot follow the operation speed of the robot. (2) The frictional force of each joint of the measuring machine is large and small. If an attempt is made to move a joint having a large frictional force, a force is applied in the direction of restraining the joint having a small frictional force. And the like.
【００１４】本実施形態では、こうした問題に対応する
ために、３次元測定機１０の先端部１６の位置・姿勢に
基づき逆変換を行うことにより、測定機１０の各関節角
度を求め、それに基づき測定機１０の動きやすさを評価
する操作性演算装置３６を設けている。測定機１０の動
きやすさを考慮し、それに基づきロボット１８の移動経
路を補正する具体的な手段は、以下の通りである。 （１） キャリブレーションのための教示点をＰ（ｉ）
とする。すべての教示点について逆変換を行い、関節角
度θk（ｉ）（ｋ＝１，２，…，６）（６自由度の場
合）を求める。 （２） 各教示点に対して、次の動作点までの関節角度
の変位量を演算し、以下の評価値Ｈを算出する。 Ｈ＝（Ｑ1Δθ1＋……＋Ｑ6Δθ6） ここに、Ｑkは各関節の動きにくさを表す重み係数であ
り、予め測定した摩擦力等を考慮して、動きにくい関節
ほど大きい値を持たせる。Ｈの値を評価することによ
り、次の動作点まで移動したときの測定機にかかる負荷
を判断することができる。In the present embodiment, in order to cope with such a problem, each joint angle of the measuring device 10 is obtained by performing an inverse transformation based on the position and orientation of the tip portion 16 of the three-dimensional measuring device 10, and based on that, An operability calculation device 36 for evaluating the ease of movement of the measuring device 10 is provided. Specific means for correcting the movement route of the robot 18 based on the ease of movement of the measuring device 10 based on the consideration are as follows. (1) Set the teaching point for calibration to P (i)
And The inverse transformation is performed for all the teaching points to determine the joint angles θ k (i) (k = 1, 2,..., 6) (for six degrees of freedom). (2) For each teaching point, the displacement of the joint angle up to the next operating point is calculated, and the following evaluation value H is calculated. H = (Q 1 Δθ 1 +... + Q 6 Δθ 6 ) Here, Q k is a weighting factor indicating the difficulty of movement of each joint, and has a larger value for a joint that is harder to move in consideration of frictional force measured in advance. Let By evaluating the value of H, it is possible to determine the load applied to the measuring machine when moving to the next operating point.
【００１５】（３） Ｈが予め既定した値Ｈ0よりも大
きいときは負荷が大きいと予測されるので、次の動作点
までの間に経由点を発生させる。このとき、その教示点
から経由点までと経由点から次の教示点までのＨは既定
値Ｈ0以下になるようにする。 （４） すべての教示点について（２）、（３）の操作
を繰り返す。以上の操作性演算装置３６での処理ステッ
プを示したのが、図４のフローチャートである。また、
図５に示すように、例えば、教示点Ｐ（１）からＰ
（２）まで測定機を動かそうとするときのＨを算出し、
ＨがＨ0以下であれば経由点を発生させる必要はなく、
Ｐ（４）からＰ（５）までのＨを算出して、ＨがＨ0を
超えていたら、測定機が動きやすくなるように経由点を
発生させて、ロボットの移動経路を補正する。なお、こ
こで述べた測定機の動きやすさに関する評価値は一例で
あり、他にも例えば、最も動きにくい関節の変位量や、
あるいはすべての関節の中での最大変位量で制限をかけ
る方法などを用いることが可能である。(3) When H is larger than a predetermined value H0, it is predicted that the load is large, so a waypoint is generated until the next operating point. At this time, H from the taught point to the via point and from the via point to the next taught point is set to be equal to or less than the predetermined value H0. (4) Repeat steps (2) and (3) for all teaching points. FIG. 4 is a flowchart showing the processing steps in the operability calculation device 36 described above. Also,
As shown in FIG. 5, for example, from teaching point P (1) to P
Calculate H when trying to move the measuring device up to (2),
If H is less than H0, there is no need to generate a waypoint,
H from P (4) to P (5) is calculated, and if H exceeds H0, a via point is generated so that the measuring machine can easily move, and the movement path of the robot is corrected. The evaluation value regarding the ease of movement of the measuring device described here is an example, and for example, the displacement amount of the joint that is most difficult to move,
Alternatively, it is possible to use a method of limiting the maximum displacement amount in all the joints.
【００１６】[0016]
【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。 （１） 本発明における機械式の３次元測定機を用い、
この３次元測定機の先端部分と校正したい多関節ロボッ
トの手先を結合して、ロボット先端部の位置・姿勢を計
測できる構成とすることにより、高精度、かつ、自動で
ロボットのキャリブレーションを行うことができる。 （２） ロボットがキャリブレーションに必要な空間上
の複数の教示点間を移動する際に、３次元測定機の動き
やすさを考慮し、それに基づきロボットの移動経路を補
正する場合は、測定機に過大な負荷がかかる等の問題が
なくなり、キャリブレーションを行える領域（測定範
囲）や使用方法に制約が生じない。 （３） 産業用ロボットの絶対精度向上による適用分野
の拡大を図ることが可能となる。As described above, the present invention has the following effects. (1) Using the mechanical three-dimensional measuring machine in the present invention,
By connecting the tip of the three-dimensional measuring machine and the hand of the articulated robot to be calibrated to measure the position and orientation of the tip of the robot, the robot is calibrated with high accuracy and automatically. be able to. (2) When the robot moves between a plurality of teaching points in a space required for calibration, considering the easiness of movement of the three-dimensional measuring machine, and correcting the movement path of the robot based on the consideration, the measuring machine This eliminates the problem that an excessive load is applied to the device, and there is no restriction on the region (measurement range) where calibration can be performed and the method of use. (3) The application field can be expanded by improving the absolute accuracy of the industrial robot.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】本発明の実施の第１形態によるロボットのキャ
リブレーション装置を示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a robot calibration device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施の第１形態における３次元測定機
の一例を示す概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a three-dimensional measuring device according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施の第２形態によるロボットのキャ
リブレーション装置を示す概略構成図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a robot calibration device according to a second embodiment of the present invention.
【図４】本発明の実施の第２形態における測定機の動き
やすさを評価してロボットの移動経路を補正する装置の
処理ステップを示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing processing steps of an apparatus for evaluating the ease of movement of a measuring device and correcting a movement path of a robot according to a second embodiment of the present invention.
【図５】本発明の実施の第２形態における経由点の発生
例を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of generation of a waypoint according to the second embodiment of the present invention.
１０ ３次元測定機 １２ アーム １４ 位置検出器 １６ 先端部 １８ ロボット ２０ ロボットの手先 ２２ レーザセンサ ２４ 結合治具 ２６ 基準点 ２８ 入力装置 ３０ 位置・姿勢演算装置 ３２ キャリブレーション演算装置 ３４ ロボット制御装置 ３６ 操作性演算装置 Reference Signs List 10 3D measuring machine 12 Arm 14 Position detector 16 Tip 18 Robot 20 Robot hand 22 Laser sensor 24 Coupling jig 26 Reference point 28 Input device 30 Position / posture calculation device 32 Calibration calculation device 34 Robot control device 36 Operation Sex computing device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾上 一彦 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 久保 貞夫 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 山口 隆生 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 三隅 隆也 神戸市中央区港島南町１丁目５番２号 財 団法人新産業創造研究機構内 (72)発明者 緒方 隆昌 神戸市中央区港島南町１丁目５番２号 財 団法人新産業創造研究機構内 Ｆターム(参考） 2F065 AA01 AA37 BB27 CC00 GG04 GG07 JJ26 2F069 AA01 AA66 AA93 BB04 DD16 DD25 FF07 GG04 GG07 GG12 GG62 GG73 GG74 HH09 HH11 NN00 3F059 DA09 DD00 DE06 FB26 5H269 AB33 BB03 BB17 FF02 9A001 EE02 GG14 HH09 HH19 JJ49 KK37 KK54 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Kazuhiko Onoe 1-1, Kawasaki-cho, Akashi-shi, Hyogo Kawasaki Heavy Industries, Ltd. Inside Akashi Plant (72) Inventor Sadao Kubo 1-1-1, Kawasaki-cho, Akashi-shi, Hyogo Kawasaki Heavy Industries Inside the Akashi Factory (72) Inventor Takao Yamaguchi 1-1, Kawasaki-cho, Akashi-shi, Hyogo Kawasaki Heavy Industries Inside Akashi Factory, Ltd. (72) Inventor Takaya Misumi 1-5-2, Kominaminamicho, Chuo-ku, Kobe City Inside the New Industry Creation Research Organization (72) Inventor Takamasa Ogata 1-2-5 Minatojima Minamimachi, Chuo-ku, Kobe F-term (reference) 2F065 AA01 AA37 BB27 CC00 GG04 GG07 JJ26 2F069 AA01 AA66 AA93 BB04 DD16 DD25 FF07 GG04 GG07 GG12 GG62 GG73 GG74 HH09 HH11 NN00 3F059 DA09 DD00 DE06 FB26 5H269 AB33 BB03 BB17 FF02 9A001 EE02 GG14 HH09 H H19 JJ49 KK37 KK54
Claims (4)
により、該先端部を任意の位置・姿勢に位置決めするこ
とができるように、６以上の自由度を有するアームを備
え、アームの関節部の各軸に位置検出器を設けて、各軸
の位置検出器の信号から先端部の位置・姿勢を計測する
ことができる３次元測定機を用い、この３次元測定機の
先端部と校正したい多関節ロボットの先端部にある手先
を結合して、ロボット先端部の位置・姿勢を計測し、ロ
ボットの位置・姿勢を変えて複数の教示点を計測するこ
とによりロボットの機構パラメータを求めてキャリブレ
ーションを行うことを特徴とするロボットのキャリブレ
ーション方法。1. An arm having six or more degrees of freedom so that the tip of the arm can be positioned at an arbitrary position / posture by applying a force to the tip of the arm and moving the arm. A three-dimensional measuring machine that can provide a position detector on each axis of the unit and can measure the position and orientation of the front end from the signal of the position detector on each axis. Connect the hands at the tip of the articulated robot that you want to measure, measure the position and orientation of the tip of the robot, and change the position and orientation of the robot to measure multiple teaching points to determine the robot's mechanical parameters. A calibration method for a robot, comprising performing calibration.
空間上の複数の教示点間を移動する際に、３次元測定機
の動きやすさを評価して、測定機が動きにくい場合に、
その教示点から次の動作点までの間に経由点を発生させ
てロボットの移動経路を補正する請求項１記載のロボッ
トのキャリブレーション方法。2. When the robot moves between a plurality of teaching points in a space required for calibration, the mobility of the three-dimensional measuring machine is evaluated.
2. The robot calibration method according to claim 1, wherein a via point is generated between the teaching point and the next operation point to correct the movement path of the robot.
により、該先端部を任意の位置・姿勢に位置決めするこ
とができるように、６以上の自由度を有するアームを備
え、アームの関節部の各軸に位置検出器を設けて、各軸
の位置検出器の信号から先端部の位置・姿勢を計測する
ことができる３次元測定機と、先端部に設けられた手先
が３次元測定機の先端部に結合された多関節ロボット
と、 ３次元測定機の各軸の位置検出器からの信号を入力して
座標変換を行うことにより、ロボット先端部の位置・姿
勢を演算する位置・姿勢演算装置と、 ロボットの位置・姿勢を変えて演算した複数の計測値か
らロボットの機構パラメータを求めてキャリブレーショ
ンを行う、ロボット制御装置に接続されたキャリブレー
ション演算装置と、 前記多関節ロボットに連結されたロボット制御装置と、
を備えたことを特徴とするロボットのキャリブレーショ
ン装置。3. An arm having at least six degrees of freedom so that the distal end can be positioned at an arbitrary position and posture by applying a force to the distal end of the arm and moving the arm. A three-dimensional measuring machine that can provide a position detector on each axis of the unit and can measure the position and orientation of the tip from the signals of the position detector on each axis, and a three-dimensional measurement on the tip provided at the tip The articulated robot connected to the tip of the machine and the signals from the position detectors for each axis of the 3D measuring machine are input and coordinate transformation is performed to calculate the position and orientation of the robot tip. A posture calculation device, a calibration calculation device connected to a robot control device for performing calibration by obtaining a mechanism parameter of the robot from a plurality of measurement values calculated by changing the position and posture of the robot, A robot controller coupled to the bot,
A calibration device for a robot, comprising:
空間上の複数の教示点間を移動する際に、３次元測定機
の動きやすさを評価する値を算出し、測定機が動きにく
い場合に、その教示点から次の動作点までの間に経由点
を発生させる操作性演算装置を設け、この操作性演算装
置をロボット制御装置に接続して、３次元測定機の動き
やすさを考慮してロボットの移動経路を補正できるよう
にした請求項３記載のロボットのキャリブレーション装
置。4. When the robot moves between a plurality of teaching points in a space required for calibration, a value for evaluating the ease of movement of the three-dimensional measuring machine is calculated. An operability calculation device for generating a waypoint between the teaching point and the next operation point is provided, and this operability calculation device is connected to the robot controller to take into consideration the ease of movement of the three-dimensional measuring machine. 4. The robot calibration device according to claim 3, wherein the robot movement path can be corrected.
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Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002328018A (en) * | 2001-03-02 | 2002-11-15 | Mitsutoyo Corp | Method and system for calibrating measuring machine |
| JP2007527323A (en) * | 2003-04-28 | 2007-09-27 | クランプトン，ステファン，ジェームス | CMM arm with exoskeleton |
| CN100363707C (en) * | 2006-03-17 | 2008-01-23 | 哈尔滨工业大学 | Precisive determining system of mechanical arm location and gesture in space |
| EP2636492A2 (en) | 2012-03-06 | 2013-09-11 | Jtekt Corporation | Calibration method and calibration system for robot |
| EP2636491A2 (en) | 2012-03-06 | 2013-09-11 | Jtekt Corporation | Calibration method and calibration system for robot |
| CN103630096A (en) * | 2013-11-08 | 2014-03-12 | 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 | Zero position calibration method for articulated arm type coordinate measuring machine |
| JP2014113600A (en) * | 2012-12-06 | 2014-06-26 | Ihi Corp | Welding positioning method of welding member, welding member adjusting device used for this welding positioning method and welding positioning device of welding member |
| JP2014527920A (en) * | 2011-09-28 | 2014-10-23 | ユニバーサル ロボッツ アクツイエセルスカプ | Robot calibration and programming |
| JP2015000452A (en) * | 2013-06-17 | 2015-01-05 | 川崎重工業株式会社 | Work operation regulating system and method |
| JPWO2013027250A1 (en) * | 2011-08-19 | 2015-03-05 | 株式会社安川電機 | Robot system, robot and robot controller |
| CN105911938A (en) * | 2016-05-04 | 2016-08-31 | 首钢京唐钢铁联合有限责任公司 | Position calibration method and system and automatic monitoring method |
| JP2017007082A (en) * | 2015-06-23 | 2017-01-12 | 株式会社安川電機 | Robot system and robot control method |
| US10195746B2 (en) | 2014-09-26 | 2019-02-05 | Teradyne, Inc. | Grasping gripper |
| US10399232B2 (en) | 2014-03-04 | 2019-09-03 | Universal Robots A/S | Safety system for industrial robot |
| US10611032B2 (en) | 2017-09-26 | 2020-04-07 | Fanuc Corporation | Measurement system |
| US10850393B2 (en) | 2015-07-08 | 2020-12-01 | Universal Robots A/S | Method for extending end user programming of an industrial robot with third party contributions |
| JP2021030350A (en) * | 2019-08-22 | 2021-03-01 | 川崎重工業株式会社 | Sealing robot |
| CN113165180A (en) * | 2018-12-05 | 2021-07-23 | 西门子股份公司 | Articulated arm robot |
| US11474510B2 (en) | 2016-04-12 | 2022-10-18 | Universal Robots A/S | Programming a robot by demonstration |
| US11822355B2 (en) | 2010-11-16 | 2023-11-21 | Universal Robot A/S | Programmable robot |
| WO2024057764A1 (en) * | 2022-09-16 | 2024-03-21 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Robot system |
-
1999
- 1999-08-09 JP JP22495899A patent/JP4302830B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002328018A (en) * | 2001-03-02 | 2002-11-15 | Mitsutoyo Corp | Method and system for calibrating measuring machine |
| JP2007527323A (en) * | 2003-04-28 | 2007-09-27 | クランプトン，ステファン，ジェームス | CMM arm with exoskeleton |
| JP4868235B2 (en) * | 2003-04-28 | 2012-02-01 | ニコン メトロロジー エン．フェー． | CMM arm apparatus and method |
| JP2012024920A (en) * | 2003-04-28 | 2012-02-09 | 3D Scanners Ltd | Cmm arm with exoskeleton |
| CN100363707C (en) * | 2006-03-17 | 2008-01-23 | 哈尔滨工业大学 | Precisive determining system of mechanical arm location and gesture in space |
| US11822355B2 (en) | 2010-11-16 | 2023-11-21 | Universal Robot A/S | Programmable robot |
| JPWO2013027250A1 (en) * | 2011-08-19 | 2015-03-05 | 株式会社安川電機 | Robot system, robot and robot controller |
| JP2014527920A (en) * | 2011-09-28 | 2014-10-23 | ユニバーサル ロボッツ アクツイエセルスカプ | Robot calibration and programming |
| US9833897B2 (en) | 2011-09-28 | 2017-12-05 | Universal Robots A/S | Calibration and programming of robots |
| US9014853B2 (en) | 2012-03-06 | 2015-04-21 | Jtekt Corporation | Calibration method and calibration system for robot |
| US9085082B2 (en) | 2012-03-06 | 2015-07-21 | Jtekt Corporation | Calibration method and calibration system for robot |
| EP2636491A2 (en) | 2012-03-06 | 2013-09-11 | Jtekt Corporation | Calibration method and calibration system for robot |
| EP2636492A2 (en) | 2012-03-06 | 2013-09-11 | Jtekt Corporation | Calibration method and calibration system for robot |
| JP2014113600A (en) * | 2012-12-06 | 2014-06-26 | Ihi Corp | Welding positioning method of welding member, welding member adjusting device used for this welding positioning method and welding positioning device of welding member |
| JP2015000452A (en) * | 2013-06-17 | 2015-01-05 | 川崎重工業株式会社 | Work operation regulating system and method |
| CN103630096A (en) * | 2013-11-08 | 2014-03-12 | 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 | Zero position calibration method for articulated arm type coordinate measuring machine |
| US10399232B2 (en) | 2014-03-04 | 2019-09-03 | Universal Robots A/S | Safety system for industrial robot |
| US10195746B2 (en) | 2014-09-26 | 2019-02-05 | Teradyne, Inc. | Grasping gripper |
| JP2017007082A (en) * | 2015-06-23 | 2017-01-12 | 株式会社安川電機 | Robot system and robot control method |
| US10850393B2 (en) | 2015-07-08 | 2020-12-01 | Universal Robots A/S | Method for extending end user programming of an industrial robot with third party contributions |
| US11474510B2 (en) | 2016-04-12 | 2022-10-18 | Universal Robots A/S | Programming a robot by demonstration |
| CN105911938B (en) * | 2016-05-04 | 2018-09-18 | 首钢京唐钢铁联合有限责任公司 | A kind of position calibration method, system and automatic monitoring method |
| CN105911938A (en) * | 2016-05-04 | 2016-08-31 | 首钢京唐钢铁联合有限责任公司 | Position calibration method and system and automatic monitoring method |
| US10611032B2 (en) | 2017-09-26 | 2020-04-07 | Fanuc Corporation | Measurement system |
| CN113165180A (en) * | 2018-12-05 | 2021-07-23 | 西门子股份公司 | Articulated arm robot |
| JP2021030350A (en) * | 2019-08-22 | 2021-03-01 | 川崎重工業株式会社 | Sealing robot |
| CN114007761A (en) * | 2019-08-22 | 2022-02-01 | 川崎重工业株式会社 | Sealing robot |
| JP7249242B2 (en) | 2019-08-22 | 2023-03-30 | 川崎重工業株式会社 | sealing robot |
| CN114007761B (en) * | 2019-08-22 | 2023-06-13 | 川崎重工业株式会社 | Sealing robot |
| WO2024057764A1 (en) * | 2022-09-16 | 2024-03-21 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Robot system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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