JP2002219674A - Device and method for calibrating position of arm finger - Google Patents

Device and method for calibrating position of arm finger

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JP2002219674A
JP2002219674A JP2001013633A JP2001013633A JP2002219674A JP 2002219674 A JP2002219674 A JP 2002219674A JP 2001013633 A JP2001013633 A JP 2001013633A JP 2001013633 A JP2001013633 A JP 2001013633A JP 2002219674 A JP2002219674 A JP 2002219674A
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JP
Japan
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correction amount
angle correction
arm
target
angle
Prior art date
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Pending
Application number
JP2001013633A
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Japanese (ja)
Inventor
Yukio Hashiguchi
幸男 橋口
Keiichi Takaoka
佳市 高岡
Jun Goto
純 後藤
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Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate a model error to precisely calibrate a position of an arm finger in a real time. SOLUTION: A representative point angle correction amount table 12 comprising positions of respective points within an arm operation range dispersed with optional fixed lengths, and the optimum angle correction values corresponding to the respective positions is prepared to extract, based on the table 12, plural angle correction amount data in the vicinity of a target position and an attitude by a neighboring angle correction amount extracting means 11, and the angle correction amount for the target position and the attitude is calculated by an interpolation operation using the extracted angle amount correction data. The calculated correction amount is added to a target joint angle to calibrate the arm figer position.

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】本発明はアーム手先位置制御
に適用されるアーム手先位置のキャリブレーション装置
と方法とに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an arm tip position calibration apparatus and method applied to arm tip position control.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5は、従来のアーム手先位置のキャリ
ブレーション装置の構成の中、本発明に関係ある部分の
みを示す。図5において50はキャリブレーション装置
であり、このキャリブレーション装置50ではアーム目
標位置姿勢S51をアームシュミレータ51に入力す
る。アームシュミレータ51は、入力したアーム目標位
置姿勢S51を内部のアームモデルへ与え、アームモデ
ルの関節角を求める。そして、求めた関節角を関節角指
令S52として加算器53と重力トルクたわみ角導出器
52へ出力する。重力トルクたわみ角導出器52は、各
関節角度に加わる重力トルクを計算し、重力トルクとそ
れに応じた剛性定数とからたわみ角S53(角度補正
量)を求め出力する。キャリブレーション装置50にお
ける加算器53は、関節角指令S52と重力トルクたわ
み角S53(角度補正量)とを加算し、補正関節角指令
S54を出力する(特開平09−174466)。
2. Description of the Related Art FIG. 5 shows only a portion related to the present invention in a configuration of a conventional arm tip position calibration device. In FIG. 5, reference numeral 50 denotes a calibration device. The calibration device 50 inputs an arm target position / posture S51 to the arm simulator 51. The arm simulator 51 gives the input arm target position / posture S51 to the internal arm model, and obtains a joint angle of the arm model. The calculated joint angle is output to the adder 53 and the gravitational torque deflection angle deriving unit 52 as a joint angle command S52. The gravitational torque deflection angle derivation unit 52 calculates the gravitational torque applied to each joint angle, and calculates and outputs a deflection angle S53 (angle correction amount) from the gravitational torque and a rigidity constant corresponding thereto. The adder 53 in the calibration device 50 adds the joint angle command S52 and the gravitational torque deflection angle S53 (angle correction amount), and outputs a corrected joint angle command S54 (Japanese Patent Laid-Open No. 09-174466).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来のアーム手先位置
のキャリブレーション装置は、各関節の剛性定数、アー
ムのリンク長、リンク重心長およびリンク重量などのモ
デルパラメータを用いてたわみ角を求め、角度補正量を
算出している。しかし、このモデルパラメータや関節剛
性定数はモデル誤差を含みやすいため、精度良くキャリ
ブレーションを行うことができないという問題点があっ
た。さらに、複数の行列計算の組み合わせからなる動力
学演算を計算しなければならないため、実時間でのキャ
リブレーションは困難であるという問題点もあった。
A conventional arm tip position calibration apparatus obtains a deflection angle using model parameters such as the rigidity constant of each joint, the arm link length, the link center of gravity length, and the link weight. The correction amount is calculated. However, since the model parameters and the joint stiffness constant tend to include a model error, there is a problem that calibration cannot be performed with high accuracy. Further, there is another problem that it is difficult to perform real-time calibration because a dynamics operation including a combination of a plurality of matrix calculations must be calculated.

【0004】そこで、本発明は、実時間でのキャリブレ
ーションを高精度で実現するアーム手先位置のキャリブ
レーション装置と方法とを提供することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a device and a method for calibrating an arm hand position which realizes calibration in real time with high accuracy.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
め本発明では、任意の固定長で離散化されたアーム動作
範囲内の各点の位置とそれぞれの位置に対応した最適な
角度補正量とからなる代表点角度補正量データテーブル
を準備し、このデータテーブルから目標位置、姿勢近傍
の複数の角度補正量データを抽出し、これらの抽出した
角度補正量データを用いて補間演算により目標位置、姿
勢の角度補正量を算出する。こうして算出した補正量を
目標関節角度に加えてアーム手先位置のキャリブレーシ
ョンを行う。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, the position of each point in an arm operating range discretized by an arbitrary fixed length and the optimum angle correction amount corresponding to each position are set. A representative point angle correction amount data table is prepared, and a plurality of angle correction amount data in the vicinity of the target position and the posture are extracted from the data table. The target position is calculated by interpolation using the extracted angle correction amount data. , And calculates the amount of posture angle correction. The correction amount calculated in this way is added to the target joint angle to perform calibration of the arm tip position.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0007】図1は、本発明の実施形態に係るアーム手
先位置のキャリブレーション装置の構成を示す図であ
る。図1において、6はキャリブレーション装置であ
り、このキャリブレーション装置6は目標位置姿勢生成
手段1、目標関節角度生成手段2、角度補正量生成手段
3、および加算器7から構成されている。キャリブレー
ション装置6は関節駆動アンプ4を介してアーム5と接
続している。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an arm hand position calibration device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 6 denotes a calibration device. The calibration device 6 includes a target position / posture generation unit 1, a target joint angle generation unit 2, an angle correction amount generation unit 3, and an adder 7. The calibration device 6 is connected to the arm 5 via the joint drive amplifier 4.

【0008】図2は、角度補正量生成手段3の構成を示
す図である。図2において、11は近傍角度補正量抽出
手段で代表点角度補正量データテーブル12と補間演算
手段13とに接続している。
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the angle correction amount generating means 3. In FIG. 2, reference numeral 11 denotes a neighboring angle correction amount extracting means which is connected to the representative point angle correction amount data table 12 and the interpolation calculating means 13.

【0009】図3と図4は、代表点角度補正量データテ
ーブル13のデーターテーブルの詳細を示す。図3にお
いて、アーム5の動作範囲は、予め固定長△dの幅で格
子状に離散化されている。Pi、k、mは格子点座標
(△d×i,△d×k,△d×m)の関節角度補正量デ
ータ配列22で、実際にセンサ等を用いて、計測により
得られた、各格子点で最適な補正データである。図4に
示すように、代表点角度補正量データテーブル12は複
数の関節角度補正量データ配列22から構成された、デ
ータテーブルである。
FIGS. 3 and 4 show details of the data table of the representative point angle correction amount data table 13. FIG. In FIG. 3, the operation range of the arm 5 is previously discretized in a lattice shape with a width of a fixed length Δd. Pi, k, and m are joint angle correction amount data arrays 22 of grid point coordinates (△ d × i, △ d × k, △ d × m), each of which is obtained by measurement using a sensor or the like. This is the optimum correction data at the lattice points. As shown in FIG. 4, the representative point angle correction amount data table 12 is a data table composed of a plurality of joint angle correction amount data arrays 22.

【0010】以下、図1、図2、図3及び図4を基に当
該アーム手先位置キャリブレーション装置の動作を説明
する。
Hereinafter, the operation of the arm hand position calibration apparatus will be described with reference to FIGS. 1, 2, 3 and 4.

【0011】目標位置姿勢生成手段より生成されたアー
ム手先位置の目標であるアーム目標位置姿勢S1(Xre
f、Yref、Zref)を目標関節角度生成手段2と角度補正
量生成手段3に入力する。目標関節角度生成手段2はア
ーム目標位置姿勢S1から目標関節角度S2(ang1,an
g2,...ang6)を出力する。角度補正量生成手段3
ではアーム目標位置姿勢S1と代表点角度補正量データ
テーブル12の関節角度補正量データ配列S12とを近傍
角度補正量抽出手段11に入力し(図2)、
The arm target position / posture S1 (Xre) is a target of the arm hand position generated by the target position / posture generating means.
f, Yref, Zref) are input to the target joint angle generation means 2 and the angle correction amount generation means 3. The target joint angle generation means 2 converts the target joint angle S2 (ang1, an
g2,. . . ang6) is output. Angle correction amount generation means 3
Then, the arm target position / posture S1 and the joint angle correction amount data array S12 of the representative point angle correction amount data table 12 are input to the neighboring angle correction amount extracting means 11 (FIG. 2).

【数1】 の条件式から(Equation 1) From the conditional expression

【数2】 のアーム目標位置姿勢S1近傍の8個の近傍関節角度補
正量データ配列S13を抽出する。こうして抽出された
8個の関節角度補正量データ配列S13は補間演算手段
13に入力され、
(Equation 2) The eight adjacent joint angle correction amount data arrays S13 near the arm target position / posture S1 are extracted. The eight joint angle correction amount data arrays S13 thus extracted are input to the interpolation calculating means 13,

【数3】 に示す線形補間演算式を用いて、各関節の角度補正量S
3(△θ1,△θ2,...△θ6)を求め、S3は加算器
7に出力される(図1)。
(Equation 3) Using the linear interpolation equation shown in FIG.
3 (△ θ1, △ θ2,... △ θ6), and S3 is output to the adder 7 (FIG. 1).

【0012】角度補正量S3により角度補正された目標
指令関節角度S4(angRef1,angRef2,..angRef6)
が関節駆動アンプ4に入力され、関節駆動電流S5が出
力されてアーム5の各関節が駆動される。
The target command joint angle S4 (angRef1, angRef2,... AngRef6) angle-corrected by the angle correction amount S3.
Is input to the joint drive amplifier 4, and the joint drive current S5 is output to drive each joint of the arm 5.

【0013】[0013]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、任
意の固定長で離散化されたアーム動作範囲内の各点の位
置とそれぞれの位置に対応した実測により得られた最適
な角度補正量とからなる代表点角度補正量データテーブ
ルから、近傍角度補正量を求め目標点位置姿勢に最適な
角度補正量を補間演算によりもとめ、たわみ角を補正す
るため、従来の各関節の剛性定数、アームのリンク長、
リンク重心長およびリンク重量などのモデルパラメータ
に起因する誤差が含まれず、高精度のアーム手先位置の
キャリブレーションができ、さらに複雑な行列演算を含
まないため、補正量の算出処理が高速に行え、実時間で
アーム目標位置姿勢を精度良く位置決めできる。
As described above, according to the present invention, the position of each point in the arm operating range discretized at an arbitrary fixed length and the optimum angle obtained by actual measurement corresponding to each position. From the representative point angle correction amount data table consisting of the correction amount, the neighboring angle correction amount is obtained, the optimum angle correction amount for the target point position and orientation is obtained by interpolation calculation, and the conventional rigidity constant of each joint is used to correct the deflection angle. , Arm link length,
It does not include errors caused by model parameters such as link center-of-gravity and link weight, allows highly accurate calibration of the arm hand position, and does not include complicated matrix calculations. The arm target position / posture can be accurately positioned in real time.

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

【図1】本発明の実施形態に係るアーム手先位置のキャ
リブレーション装置の構成を示す。
FIG. 1 shows a configuration of an arm hand position calibration device according to an embodiment of the present invention.

【図2】角度補正量生成手段の構成を示す。FIG. 2 shows a configuration of an angle correction amount generation unit.

【図3】代表点角度補正量データテーブルの詳細を示
す。
FIG. 3 shows details of a representative point angle correction amount data table.

【図4】代表点角度補正量データテーブルの詳細を示
す。
FIG. 4 shows details of a representative point angle correction amount data table.

【図5】従来のキャリブレーション装置の構成を示す。FIG. 5 shows a configuration of a conventional calibration device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 目標位置姿勢生成手段 2 目標関節角度生成手段 3 角度補正量生成手段 4 関節駆動アンプ 5 アーム 6 キャリブレーション装置 7 加算器 11 近傍角度補正量抽出手段 12 代表点角度補正量データテーブル 13 補間演算手段 22 関節角度補正量データ配列 50 キャリブレーション装置 51 アームシュミレータ 52 重力トルクたわみ角導出器 53 加算器 S1 アーム目標位置姿勢 S2 目標関節角度 S3 角度補正量 S4 目標指令関節角度 S5 関節駆動電流 S12 関節角度補正量データ配列 S13 近傍関節角度補正量データ配列 S51 アーム目標位置姿勢 S52 関節角指令 S53 たわみ角 S54 補正関節角指令 REFERENCE SIGNS LIST 1 target position and orientation generation means 2 target joint angle generation means 3 angle correction amount generation means 4 joint drive amplifier 5 arm 6 calibration device 7 adder 11 proximity angle correction amount extraction means 12 representative point angle correction amount data table 13 interpolation calculation means 22 Joint angle correction amount data array 50 Calibration device 51 Arm simulator 52 Gravity torque deflection angle deriving unit 53 Adder S1 Arm target position and orientation S2 Target joint angle S3 Angle correction amount S4 Target command joint angle S5 Joint drive current S12 Joint angle correction Amount data array S13 Neighboring joint angle correction amount data array S51 Arm target position / posture S52 Joint angle command S53 Deflection angle S54 Corrected joint angle command

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 純 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石2番1号 株式会社安川電機内 Fターム(参考) 3F059 FB17 FC14  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Jun Goto 2-1 Kurosaki Castle Stone, Yawatanishi-ku, Kitakyushu-shi, Fukuoka F-term (reference) 3F059 FB17 FC14

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】アームの手先位置の目標であるアーム目標
位置姿勢を精度良く位置決めするためのアーム先端位置
のキャリブレーション装置において、アームの手先位置
の目標位置と姿勢とを生成する目標位置姿勢生成手段
と、任意の固定長で離散化されたアーム動作範囲内の各
点の位置とそれぞれの位置に対応した最適な角度補正量
とからなる代表点角度補正量データテーブルと、前記の
目標位置生成手段により生成された位置、姿勢データを
用いて、前記の代表点角度補正量データテーブルから目
標位置、姿勢近傍の複数の角度補正量データを抽出する
近傍角度補正量抽出手段と、目標位置、姿勢近傍の複数
の角度補正量データを用いて補間演算により目標位置、
姿勢の角度補正量を算出する補間演算手段と、前記の目
標位置生成手段により生成された位置、姿勢データを用
いて関節角指令を生成する目標関節角度生成手段と、前
記の関節角指令と角度補正量を加え、補正関節角指令を
出力する加算器とを具備したことを特徴とするアーム手
先位置のキャリブレーション装置。
1. An arm tip position calibration apparatus for accurately positioning an arm target position and orientation, which is a target of an arm tip position, wherein a target position and orientation generation unit generates a target position and orientation of the arm tip position. Means, a representative point angle correction amount data table including positions of respective points in an arm operation range discretized by an arbitrary fixed length and an optimum angle correction amount corresponding to each position, and the target position generation. Means for extracting a plurality of angle correction amount data near the target position and posture from the representative point angle correction amount data table using the position and posture data generated by the means; and a target position and posture. The target position is calculated by interpolation using a plurality of nearby angle correction amount data.
Interpolation calculating means for calculating an angle correction amount of the posture; target joint angle generating means for generating a joint angle command using the position and posture data generated by the target position generating means; An arm adder for adding a correction amount and outputting a correction joint angle command.
【請求項2】アームの手先位置の目標であるアーム目標
位置姿勢を精度良く位置決めするためのアーム先端位置
のキャリブレーション方法において、任意の固定長で離
散化されたアーム動作範囲内の各点の位置とそれぞれの
位置に対応した最適な角度補正量とからなる代表点角度
補正量データテーブルを準備し、この代表点角度補正量
データテーブルから目標位置、姿勢近傍の複数の角度補
正量データを抽出し、これらの角度補正量データを用い
て補間演算により目標位置、姿勢の角度補正量を算出
し、前記の位置、姿勢データを用いて生成した関節角指
令と前記の角度補正量を加えて、アームの関節を調整す
ることを特徴とするアーム手先位置のキャリブレーショ
ン方法。
2. A method for calibrating an arm tip position for accurately positioning an arm target position and orientation, which is a target of a hand position of an arm, comprises the steps of: A representative point angle correction amount data table including a position and an optimum angle correction amount corresponding to each position is prepared, and a plurality of angle correction amount data near a target position and a posture are extracted from the representative point angle correction amount data table. Then, an angle correction amount of a target position and a posture is calculated by interpolation using these angle correction amount data, and the joint angle command and the angle correction amount generated using the position and posture data are added. A method of calibrating an arm tip position, comprising adjusting an arm joint.
【請求項3】任意の固定長で離散化されたアーム動作範
囲内の各点の位置とそれぞれの位置に対応した最適な角
度補正量とからなることを特徴とするアーム手先位置の
キャリブレーションに使用する代表点角度補正量データ
テーブル。
3. An arm tip position calibration, comprising: a position of each point in an arm operating range discretized by an arbitrary fixed length; and an optimum angle correction amount corresponding to each position. A representative point angle correction amount data table to be used.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8406921B2 (en) 2009-07-08 2013-03-26 Kuka Roboter Gmbh Method and device for controlling a manipulator
CN114411843A (en) * 2021-12-31 2022-04-29 太原重工股份有限公司 Zero calibration device and method for lifting and pushing mechanism of front shovel type excavator

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