【特許請求の範囲】
【請求項１】
多関節機構を有する産業用ロボットにおける各軸角度を検出する位置検出器の角度データからツール先端位置を求めるための算出式に利用されるパラメータのキャリブレーションを実施する産業用ロボットにおけるキャリブレーション方法において、
固定された１つのワイヤ式リニアスケールのワイヤ先端を前記ロボットのツール先端に取り付けて前記リニアスケールからロボットのツール先端までの距離を測定する計測方法により、
前記ロボットを複数の姿勢に動作させ、それぞれについて前記リニアスケールから前記ロボットのツール先端までの距離を測定して、前記パラメータのキャリブレーションを実施することを特徴とする産業用ロボットにおけるキャリブレーション方法。
【請求項２】
多関節機構を有する産業用ロボットにおける各軸角度を検出する位置検出器の角度データからツール先端位置を求めるための算出式に利用されるパラメータのキャリブレーションを実施する産業用ロボットにおけるキャリブレーション方法において、
固定された１つのワイヤ式リニアスケールのワイヤ先端を前記ロボットのツール先端に取り付けて前記リニアスケールからロボットのツール先端までの距離を測定する計測方法により、
前記ロボットを複数の姿勢に動作させ、前記ロボットの各姿勢における各軸の角度を検出する位置検出器の角度データと、前記リニアスケールからロボットのツール先端までの各距離（Ｄ i ）（ｉは自然数）を測定し、これらのデータに基づいて前記複数のロボットの姿勢におけるツール先端位置（Ｘ i 、Ｙ i 、Ｚ i ）を求めるための算出式に利用されるパラメータの最適解を演算装置によって計算し、前記演算装置によって、前記リニアスケール位置を（Ｘ、Ｙ、Ｚ）として、前記複数のロボットの姿勢におけるツール先端位置（Ｘ i 、Ｙ i 、Ｚ i ）と前記距離（Ｄ i ）の誤差、［Ｄ i −｛（Ｘ i −Ｘ） 2 ＋（Ｙ i −Ｙ） 2 ＋（Ｚ i −Ｚ） 2 ｝ 1 / 2 ］
に関して該誤差の２乗和が最小になる値を前記パラメータの最適解として算出することを特徴とする産業用ロボットにおけるキャリブレーション方法。
【請求項３】
ワイヤとワイヤリールとエンコーダとカウンタからなるワイヤ式リニアスケールにおいて、前記ワイヤが伸びる方向に応じて回転自在な円筒部と、前記円筒部の回転軸と直交する軸回りに回転する滑車とで構成されたワイヤガイド装置を備えることを特徴とするワイヤ式リニアスケール。
【請求項４】
請求項３に記載のワイヤ式リニアスケールのワイヤ出口方向を基準座標の所定の軸に合わせた状態で固定し、前記ワイヤ式リニアスケールから３次元位置が既知である前記ロボットのツール先端までの距離を４点以上について測定する場合、前記既知の複数の測定点位置と前記滑車の円弧部のワイヤ長を含む測定されたワイヤ長とから前記ワイヤ式リニアスケールの位置を決定し、前記測定点位置と前記ワイヤ式リニアスケール位置から求まる理想の直線距離と前記滑車の円弧部を含む理想のワイヤ長距離とを計算により求め、前記理想の直線距離と前記理想のワイヤ長距離との比が現実の直線距離と現実のワイヤ長距離の比と一致するものとして、現実の直線距離を求めることを特徴とするワイヤ式リニアスケールの測定方法。
[Claims]
[Claim 1]
In the calibration method of an industrial robot that calibrates the parameters used in the calculation formula for obtaining the tool tip position from the angle data of the position detector that detects each axis angle in an industrial robot having an articulated mechanism. ,
By a measuring method in which the wire tip of one fixed wire type linear scale is attached to the tool tip of the robot and the distance from the linear scale to the tool tip of the robot is measured.
A calibration method in an industrial robot, wherein the robot is operated in a plurality of postures, the distance from the linear scale to the tip of the tool of the robot is measured for each posture, and the parameters are calibrated.
2.
In the calibration method of an industrial robot that calibrates the parameters used in the calculation formula for obtaining the tool tip position from the angle data of the position detector that detects each axis angle in an industrial robot having an articulated mechanism. ,
By a measuring method in which the wire tip of one fixed wire type linear scale is attached to the tool tip of the robot and the distance from the linear scale to the tool tip of the robot is measured.
The angle data of the position detector that operates the robot in a plurality of postures and detects the angle of each axis in each posture of the robot, and each distance (D i ) (i) from the linear scale to the tip of the tool of the robot. The optimum solution of the parameters used in the calculation formula for measuring the natural number) and obtaining the tool tip positions (X i , Y i , Z i) in the postures of the plurality of robots based on these data is calculated by the calculation device. The calculation is performed, and the linear scale position is set to (X, Y, Z) by the calculation device, and the tool tip positions (X i , Y i , Z i ) and the distance (D i ) in the postures of the plurality of robots are calculated. Error, [D i -{(X i- X) 2 + (Y i- Y) 2 + (Z i- Z) 2 } 1/2 ]
A calibration method in an industrial robot, wherein a value that minimizes the sum of squares of the error is calculated as an optimum solution of the parameter.
3.
A wire-type linear scale consisting of a wire, a wire reel, an encoder, and a counter is composed of a cylindrical portion that can rotate according to the direction in which the wire extends, and a pulley that rotates about an axis orthogonal to the rotation axis of the cylindrical portion. A wire type linear scale characterized by being provided with a wire guide device.
4.
The distance from the wire linear scale to the tool tip of the robot whose three-dimensional position is known by fixing the wire outlet direction of the wire linear scale according to claim 3 in a state of being aligned with a predetermined axis of reference coordinates. When measuring four or more points, the position of the wire type linear scale is determined from the known plurality of measurement point positions and the measured wire length including the wire length of the arc portion of the pulley, and the measurement point position is determined. And the ideal straight line distance obtained from the wire type linear scale position and the ideal wire long distance including the arc portion of the pulley are calculated, and the ratio between the ideal straight line distance and the ideal wire long distance is the actual value. A method for measuring a wire-type linear scale, which comprises finding an actual linear distance as matching the ratio of a linear distance to an actual wire long distance.
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術において、図１０に示す特許番号第２６４０３３９号のキャリブレーションの方法では、ロボットのツール先端位置を１点（Ｐ）に完全に一致させた状態で、複数のロボット姿勢をとるように教示することは厳密には不可能であり、現実には少しずつ異なったツール先端位置を教示していることになる。この時の誤差をティーチング誤差と呼ぶ。従来の方法では、このティーチング誤差を含んだ状態で各軸の角度原点におけるキャリブレーションが行われるので、正確なキャリブレーションができないという問題があった。更に、ツール先端位置を１点に固定した状態で、複数のロボット姿勢を教示するためには、３次元計測器を利用するか、若しくは、作業者による目測教示になる。前者の場合は高価な３次元計測器が必要になり、後者の場合は、作業者の目測に頼ることになって、作業者毎のキャリブレーション精度のバラツキが発生するという問題があった。また、図１１に示したワイヤ式リニアスケールでは、図１２のようにワイヤ出口方向に対して横方向（動作方向１、動作方向２）に向けて距離測定を行う場合に、ワイヤガイド装置１０２がゴムだと、ワイヤ出口を１か所に固定できず、摩擦によりゴムが切断されてしまうという問題があった。また、ワイヤガイド装置１０２の材質が金属だと、ワイヤ出口を１か所に固定できるが、ワイヤが摩擦により螺旋状に変形してしまい、ワイヤ式リニアスケール１０１に巻き戻らないという問題があった。また、ワイヤガイド装置１０２の材質が、摩擦が小さいとされるテフロンなどの樹脂の場合も、ゴムのように摩擦により少しずつ削れていき、ワイヤガイド装置が変形していくという問題があった。そこで、本発明は、キャリブレーションを実施する際に、ティーチング誤差を発生させず、高価な３次元計測器を使用する必要がなく、作業者毎のキャリブレーション精度のバラツキも発生しない正確なキャリブレーションを可能とすると共に、距離測定に使用するワイヤ式リニアスケールのワイヤガイド装置も改良して、動作方向１、動作方向２のような横方向における測定であっても、ワイヤ出口を１か所に固定し、ワイヤおよびワイヤガイド装置の損傷を防止して高精度な測定を可能にする産業用ロボットにおけるキャリブレーション方法と、ワイヤ式リニアスケールおよびその測定方法を提供することを目的としている。
0003
[Problems to be Solved by the Invention]
However, in the prior art, in the calibration method of Patent No. 2640339 shown in FIG. 10, a plurality of robot postures are taken with the tool tip position of the robot completely aligned with one point (P). to teach strictly to it is impossible, it means that teaches the little by little different tool tip position in reality. The error at this time is called a teaching error. In the conventional method, since calibration is performed at the angular origin of each axis in a state including this teaching error, there is a problem that accurate calibration cannot be performed. Further, in order to teach a plurality of robot postures with the tool tip position fixed at one point, a three-dimensional measuring instrument is used, or an operator's visual measurement is taught. In the former case, an expensive three-dimensional measuring instrument is required, and in the latter case, it depends on the operator's visual measurement, and there is a problem that the calibration accuracy varies from worker to worker. Further, in the wire type linear scale shown in FIG. 11, when the distance is measured in the lateral direction (operating direction 1, operating direction 2) with respect to the wire outlet direction as shown in FIG. 12, the wire guide device 102 With rubber, there is a problem that the wire outlet cannot be fixed in one place and the rubber is cut by friction. Further, if the material of the wire guide device 102 is metal, the wire outlet can be fixed in one place, but there is a problem that the wire is spirally deformed by friction and cannot be rewound to the wire type linear scale 101. .. The material of the wire guide device 102, even when the resin such as Teflon which is low friction, will scraped little by little by friction as rubber, wire guide apparatus has a problem that will deform. Therefore, the present invention does not generate a teaching error when performing calibration, does not require the use of an expensive three-dimensional measuring instrument, and does not cause variations in calibration accuracy for each operator. In addition to making it possible, the wire-type linear scale wire guide device used for distance measurement has also been improved so that even when measuring in the lateral direction such as operating direction 1 and operating direction 2, the wire outlet is located in one place. It is an object of the present invention to provide a calibration method in an industrial robot which is fixed, prevents damage to a wire and a wire guide device, and enables high-precision measurement, and a wire type linear scale and a measurement method thereof.
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、多関節機構を有する産業用ロボットにおける各軸角度を検出する位置検出器の角度データからツール先端位置を求めるための算出式に利用されるパラメータのキャリブレーションを実施する産業用ロボットにおけるキャリブレーション方法において、固定された１つのワイヤ式リニアスケールのワイヤ先端を前記ロボットのツール先端に取り付けて前記リニアスケールからロボットのツール先端までの距離を測定する計測方法により、前記ロボットを複数の姿勢に動作させ、それぞれについて前記リニアスケールから前記ロボットのツール先端までの距離を測定して、前記パラメータのキャリブレーションを実施することを特徴としている。また、請求項２に記載の発明は、多関節機構を有する産業用ロボットにおける各軸角度を検出する位置検出器の角度データからツール先端位置を求めるための算出式に利用されるパラメータのキャリブレーションを実施する産業用ロボットにおけるキャリブレーション方法において、固定された１つのワイヤ式リニアスケールのワイヤ先端を前記ロボットのツール先端に取り付けて前記リニアスケールからロボットのツール先端までの距離を測定する計測方法により、前記ロボットを複数の姿勢に動作させ、前記ロボットの各姿勢における各軸の角度を検出する位置検出器の角度データと、前記リニアスケールからロボットのツール先端までの各距離（Ｄ i ）（ｉは自然数）を測定し、これらのデータに基づいて前記複数のロボットの姿勢におけるツール先端位置（Ｘ i 、Ｙ i 、Ｚ i ）を求めるための算出式に利用されるパラメータの最適解を演算装置によって計算し、前記演算装置によって、前記リニアスケール位置を（Ｘ、Ｙ、Ｚ）として、前記複数のロボットの姿勢におけるツール先端位置（Ｘ i 、Ｙ i 、Ｚ i ）と前記距離（Ｄ i ）の誤差、［Ｄ i −｛（Ｘ i −Ｘ） 2 ＋（Ｙ i −Ｙ） 2 ＋（Ｚ i −Ｚ） 2 ｝ 1 / 2 ］に関して該誤差の２乗和が最小になる値を前記パラメータの最適解として算出することを特徴としている。また、請求項３に記載の発明は、ワイヤとワイヤリールとエンコーダとカウンタからなるワイヤ式リニアスケールにおいて、前記ワイヤが伸びる方向に応じて回転自在な円筒部と、前記円筒部の回転軸と直交する軸回りに回転する滑車とで構成されたワイヤガイド装置を備えることを特徴としている。また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のワイヤ式リニアスケールのワイヤ出口方向を基準座標の所定の軸に合わせた状態で固定し、前記ワイヤ式リニアスケールから３次元位置が既知である前記ロボットのツール先端までの距離を４点以上について測定する場合、前記既知の複数の測定点位置と前記滑車の円弧部のワイヤ長を含む測定されたワイヤ長とから前記ワイヤ式リニアスケールの位置を決定し、前記測定点位置と前記ワイヤ式リニアスケール位置から求まる理想の直線距離と前記滑車の円弧部を含む理想のワイヤ長距離とを計算により求め、前記理想の直線距離と前記理想のワイヤ長距離との比が現実の直線距離と現実のワイヤ長距離の比と一致するものとして、現実の直線距離を求めることを特徴としている。以上の構成によれば、１台のワイヤ式リニアスケールを利用して、教示されたロボットの複数の各姿勢におけるツールまでの各距離を複数のワイヤ長として測定して、キャリブレーションを行うように構成したので、１つの定点に対し複数のロボット姿勢を対応させる方法では必要な３次元計測器が要らなくなり、ティーチング誤差、作業者毎の計測バラツキ等も発生しない正確なキャリブレーションが可能になる。更に、距離測定に使用するワイヤ式リニアスケールも横方向への測定も支障がないように、リニアガイド装置を補強改良したので、ワイドな距離測定を高精度に実施できる。
0004
[Means for solving problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is used in a calculation formula for obtaining the tool tip position from the angle data of a position detector that detects each axis angle in an industrial robot having an articulated mechanism. In the calibration method of an industrial robot that calibrates a certain parameter, the wire tip of one fixed wire type linear scale is attached to the tool tip of the robot, and the distance from the linear scale to the tool tip of the robot is determined. It is characterized in that the robot is operated in a plurality of postures by a measuring method for measurement, the distance from the linear scale to the tip of the tool of the robot is measured for each, and the parameters are calibrated. The invention according to claim 2 is a calibration of parameters used in a calculation formula for obtaining a tool tip position from angle data of a position detector that detects each axis angle in an industrial robot having an articulated mechanism. In the calibration method for an industrial robot, the wire tip of one fixed wire type linear scale is attached to the tool tip of the robot, and the distance from the linear scale to the tool tip of the robot is measured by a measurement method. , The angle data of the position detector that operates the robot in a plurality of postures and detects the angle of each axis in each posture of the robot, and each distance (D i ) (i) from the linear scale to the tip of the tool of the robot. Is a natural number), and based on these data, the calculation device calculates the optimum solution of the parameters used in the calculation formula for obtaining the tool tip positions (X i , Y i , Z i) in the postures of the plurality of robots. With the linear scale position as (X, Y, Z), the tool tip positions (X i , Y i , Z i ) and the distance (D i ) in the postures of the plurality of robots are calculated by the calculation device. The value that minimizes the sum of squares of the error with respect to the error of [D i − {(X i − X) 2 + (Y i − Y) 2 + (Z i −Z) 2 } 1/2] The feature is that it is calculated as the optimum solution of the parameters. The invention according to claim 3 is a wire type linear scale including a wire, a wire reel, an encoder, and a counter. The cylindrical portion that is rotatable according to the direction in which the wire extends and the rotation axis of the cylindrical portion are orthogonal to each other. It is characterized by being provided with a wire guide device composed of a pulley that rotates around an axis. Further, in the invention according to claim 4, the wire outlet direction of the wire type linear scale according to claim 3 is fixed in a state of being aligned with a predetermined axis of reference coordinates, and a three-dimensional position is set from the wire type linear scale. When measuring the known distance to the tool tip of the robot for four or more points, the wire type linear is obtained from the known plurality of measurement point positions and the measured wire length including the wire length of the arc portion of the pulley. The position of the scale is determined, the ideal straight line distance obtained from the measurement point position, the wire type linear scale position, and the ideal wire long distance including the arc portion of the pulley are calculated, and the ideal straight line distance and the said It is characterized in that the actual straight line distance is obtained assuming that the ratio to the ideal wire long distance matches the ratio of the actual straight line distance to the actual wire long distance. According to the above configuration, using one wire type linear scale, each distance to the tool in each of the plurality of postures of the taught robot is measured as a plurality of wire lengths, and calibration is performed. Since it is configured, the method of associating a plurality of robot postures with one fixed point eliminates the need for a necessary three-dimensional measuring instrument, and enables accurate calibration without causing teaching error, measurement variation for each operator, and the like. Furthermore, since the linear guide device has been reinforced and improved so that the wire type linear scale used for distance measurement and the measurement in the lateral direction are not hindered, wide distance measurement can be performed with high accuracy.
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態について図を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る産業用ロボットにおけるキャリブレーション方法の概念図である。図２は図１に示す産業用ロボットにおけるキャリブレーション実施用のブロック図である。図３は図２に示す産業用ロボットにおけるキャリブレーション実施のフローチャートである。図１において、任意の位置に固定されたワイヤ式リニアスケール１（第２の実施の形態で後述するワイド測定可能タイプ）に対し、多関節機構を有する産業用ロボット２（以下、ロボットと略す）を予め教示された複数の姿勢に動作させ、複数のワイヤ長（ロボット２のツール先端４からワイヤ式リニアスケール１までの距離）を測定する。測定した複数のワイヤ長データとそれらに対応した複数のロボット姿勢データ（各軸の角度を検出する位置検出器の角度データ）とから、演算により各軸の角度原点やリンク長などの機構モデルパラメータのキャリブレーションを行う。
0005
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram of a calibration method in an industrial robot according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram for performing calibration in the industrial robot shown in FIG. FIG. 3 is a flowchart of calibration execution in the industrial robot shown in FIG. In FIG. 1, an industrial robot 2 having an articulated mechanism (hereinafter, abbreviated as a robot ) has a wire-type linear scale 1 (a wide measurable type described later in the second embodiment) fixed at an arbitrary position. Is operated in a plurality of postures taught in advance, and a plurality of wire lengths ( distance from the tool tip 4 of the robot 2 to the wire type linear scale 1) are measured. From the measured multiple wire length data and the corresponding multiple robot attitude data (angle data of the position detector that detects the angle of each axis), mechanical model parameters such as the angle origin and link length of each axis are calculated. Calibrate.
次に、本発明の第２の実施の形態について図を参照して説明する。図４は本発明の第２の実施の形態に係るワイヤ式リニアスケールのワイヤガイド装置の正面図である。図５は図４に示すワイヤガイド装置の側面断面図である。図６は図４に示すワイヤガイド装置によりワイヤ出口方向に対して横方向に距離測定を行う際の説明図である。図７は図４に示すワイヤ式リニアスケールを用いた産業用ロボットのキャリブレーション方法の概念図である。図８は図４に示すワイヤガイド装置の滑車座標を示す図である。図９は図８に示す滑車座標のＹＺ平面を示す図である。第２の実施の形態は、前実施の形態によるキャリブレーションに使用されるワイヤ式リニアスケールに関するものである。図４および図５において、１０はワイヤをガイドするための溝付滑車、１１はワイヤ出口方向の回転軸用のボールベアリング、１２はワイヤ出口方向の回転軸を固定する外円筒、１３はワイヤ出口方向の回転軸回りに動く内円筒、１４は滑車を固定するための筐体、１５は滑車用のボールベアリング、１６は滑車用の中心軸である。図６に示すように本実施の形態は、動作方向１や動作方向２で距離測定を行う場合、ワイヤ出口方向周りの回転と滑車の回転があるために、ワイヤ３及びワイヤガイド装置２０の損傷を防止し、ワイヤ出口を１か所（図５のＰａ点）に固定するようにワイヤガイド装置２０は動作する。図６の２０は滑車方式のワイヤガイド装置を示す。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a front view of a wire-type linear scale wire guide device according to a second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a side sectional view of the wire guide device shown in FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram when the distance is measured in the lateral direction with respect to the wire outlet direction by the wire guide device shown in FIG. FIG. 7 is a conceptual diagram of a method for calibrating an industrial robot using the wire type linear scale shown in FIG. FIG. 8 is a diagram showing pulley coordinates of the wire guide device shown in FIG. FIG. 9 is a diagram showing a YZ plane of pulley coordinates shown in FIG. The second embodiment relates to a wire linear scale used for calibration according to the previous embodiment. In FIGS. 4 and 5, 10 is a grooved pulley for guiding the wire, 11 is a ball bearing for a rotating shaft in the wire outlet direction, 12 is an outer cylinder for fixing the rotating shaft in the wire outlet direction, and 13 is a wire outlet. An inner cylinder that moves around a rotation axis in the direction, 14 is a housing for fixing the pulley, 15 is a ball bearing for the pulley, and 16 is a central shaft for the pulley. As shown in FIG. 6, in the present embodiment, when the distance is measured in the operating direction 1 or the operating direction 2, the wire 3 and the wire guide device 20 are damaged due to the rotation around the wire outlet direction and the rotation of the pulley. The wire guide device 20 operates so as to prevent the above and fix the wire outlet at one place (Pa point in FIG. 5). 20 in FIG. 6 shows a pulley type wire guide device.