JP2002516424A - 産業用ロボットの制御方法 - Google Patents

産業用ロボットの制御方法

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JP2002516424A JP2000550006A JP2000550006A JP2002516424A JP 2002516424 A JP2002516424 A JP 2002516424A JP 2000550006 A JP2000550006 A JP 2000550006A JP 2000550006 A JP2000550006 A JP 2000550006A JP 2002516424 A JP2002516424 A JP 2002516424A
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グレーセル，ラルフ−グンター
クリングル，ロベルト
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インスティテュート フュア ベルクツオイグマシーネン ウント ベトリーブスビッセンシャフテン
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、産業用ロボットに関し、特に、熱に起因した変化を減少させる方法に関し、これによって、基準測定点が、ロボットの動作領域に配置され、これらの基準測定点までロボットが移動する。基準測定点の実際のデータがコンピュータにより処理されることによって、補正データが得られ、この補正データがロボットの制御用電子機器に送られる。本発明によると、ロボットの実際の温度を測定することなく、位置決めおよび／または方向付けの熱的誤差を補正するための誤差モデルが構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、産業用ロボットの制御方法に関し、さらに、ロボットハンドの位置
決めおよび方向付けの精度の温度変化による影響を低減するためのロボットに関
し、さらに、このロボットのツール中心点（ＴＣＰ）という用語に関する。
【０００１】 さらに、位置決めの精度は、ロボットがＴＣＰを所定の空間座標Ｘ，Ｙ，Ｚに
配置する際の正確性を表すことが知られている。
【０００２】 方向の精度は、空間座標Ｘ，Ｙ，Ｚにおいて、ＴＣＰを各所定角度∠ｘ，∠ｙ
，∠ｚへと方向付ける際の正確性であることが知られている。
【０００３】 精度への要求が増大しているとともに、安定した堅牢な工程が要求されている
ため、位置決めおよび方向付けの精度に対する要求が高まっている。特に、ロボ
ットが永続的に運転されている場合、位置決めおよび方向付けの精度のドリフト
がみられる。このドリフトは、ロボットの動力学的連鎖を変形させる熱源に起因
する。
【０００４】 技術的理由により、動力学的連鎖への温度の影響を完全に阻止することは不可
能である。これは、荷重下で動力学的連鎖の駆動アッセンブリから熱が発生し、
これに起因して、動力学的連鎖の長さおよび角度が時間に従って変化するためで
ある。このような影響は、熱対称的な設計によっては取り除くことができない。
【０００５】 温度の影響により生じる、位置決めおよび方向の誤差を減少させるために、ロ
ボットの動力学的連鎖の選択された点における部材の所定の点の現在の温度を測
定し、この温度測定値を、コンピュータによる位置の較正に利用する試みが従来
技術から周知である。
【０００６】 例えば、機械ツールもしくは測定機器およびロボットの影響する変数の補正の
ための装置が、ＤＥ３３０２０６３に記載されている。発生する全ての影響変数
（例えば、温度および荷重）を実際に測定し、続いて、全影響変数について予め
決定された値に補正値を加えることによって、影響変数に起因する位置決めの誤
差を補償することが提案されている。
【０００７】 従って、ＤＥ３３０２０６３の発明の基本的な概念には、この目的に適した測
定機器を用いて各影響変数を測定することが含まれている。すなわち、影響変数
「温度」が温度測定装置により測定され、影響変数「荷重による変形」が、荷重
測定装置等を用いて測定される。
【０００８】 特に温度の影響に起因した位置決めおよび方向の誤差を補正するためには、Ｄ
Ｅ３３０２０６３で提案されている方法は、極めて複雑であり、多くの場合に実
行不可能であることを本発明の発明者は発見した。機械（この場合はロボット）
の選択された点に温度センサを配列するというＤＥ３３０２０６３に記載された
教示によっては、所望の結果が得られないことが発見された。これは、ロボット
において測定された温度と、所望値に対して実際に生じる、ＴＣＰの位置シフト
と、の間に十分な相関関係を規定することができないためである。
【０００９】 以上の理由により、このような補償の概念は、本発明の発明者によっても達成
されなかった。
【００１０】 温度補償のための他の装置は、以下に記載されている。
【００１１】 米国特許第４，６６８，１５７号には、温度補償装置を備えたロボットが開示
されている。ロボットのアーム部材の所定点における温度が所定値に到達した場
合に、較正サイクルが開始される。この方法では、ロボットの所定点における現
在の温度が、ＴＣＰの位置シフトと相関させられる。
【００１２】 米国特許第５，４００，６３８号には、ロボットの較正装置が開示されており
、これには、熱的に可変の基準体が利用されている。熱に起因したアームの長さ
の変化が、最小２乗法によって決定される。このとき、角度の変化は考慮されな
い。
【００１３】 本発明の目的は、上述した問題を取り除くために、位置決めおよび方向付けの
精度を改良することである。
【００１４】 この目的は、請求項１の方法によって達成される。
【００１５】 本発明の基本的な概念には、第０方法ステップで、好ましくはロボットの動作
領域全体において、ツール中心点（ＴＣＰ）を正確に測定することが含まれる。
動作領域およびロボット自体の温度変化は、この段階では大きく阻止される。こ
のような測定では、ロボットは、非常にゆっくりと動くため、駆動アッセンブリ
から生じる熱は少なく、熱勾配を可能な限り小さくすることができる。このよう
な測定は、例えば、高精度のレーザー距離・角度測定システムを用いて行うこと
ができる。測定点が動作領域内の点まで移動し、続いて、この測定点の位置およ
び／または方向のずれが、レーザー距離・角度測定システムを用いて測定される
（すなわち、公称／実際の比較が行われる）ことによって、このような測定が行
われる。好ましくは、ＴＣＰが測定点として機能する。しかし、動力学的連鎖に
おける別の点を選択することも可能である。ＰＣＴに対する動力学的連鎖の位置
および／または方向のずれが常に十分正確に測定されるように、測定点が選択さ
れなければならない。
【００１６】 このような測定により測定された位置決めおよび方向付けの誤差は、静的誤差
と称される。静的誤差モデルは、温度に起因するずれの補正のための第１のベー
スとなるものであり、動作領域における多数の空間的点の測定から、周知の数学
的方法によって構成される。
【００１７】 第１の方法ステップ、すなわち次のステップでは、実質的に増大された移動速
度で、再び、第０ステップと同じ空間的点まで移動する。これによって、動力学
的連鎖の駆動装置内に熱が発生し、この熱に起因して、既に述べた、公称値に対
する測定点の変位および／または回転のずれが生じる。このようなずれＡUは保
存され、当業者に周知の数学的方法を用いて動力学的連鎖のそれぞれの現在の熱
的状態を表す熱的誤差モデルが用意される。
【００１８】 第０方法ステップおよび第１方法ステップは、特に修理の後に、通常、一度だ
け行われるか、もしくは非常に長い時間間隔をあけて行われる。
【００１９】 第２方法ステップでは、測定された空間的点の組から、第１部分集合Ｕ１が決
定される。全ての空間的点の温度ドリフト状態を代表的に表す温度ドリフト状態
を有する空間的点のみが、この部分集合Ｕ１に選択される。すなわち、部分集合
Ｕ１からの点の温度ドリフト状態は、どのような場合でも、残りの空間的点に対
して所定の比率（proportion）を有する。この所定の比率は、次の方法ステップ
で決定される。
【００２０】 第３方法ステップでは、温度安定基準点ＲＰU1が、ロボットの動作領域内の部
分集合Ｕ１の空間座標に配列される。測定装置が、以前に使用された測定点と同
じ位置に固定的に配置されるため、この測定装置を用いることにより、基準点Ｒ
ＰU1に対する測定点の位置および／または方向のずれを測定することが可能とな
る。所定の時間シーケンスもしくは所定の条件に従ったロボットの動作の間に、
測定装置が基準点ＲＰU1まで移動し、現在の位置および方向のずれが、各基準点
からに対する距離および角度の測定によって決定される。
【００２１】 例えば、光学的距離および角度測定のための測定マークを備えた温度安定物体
が、基準点ＲＰU1として用いられる。測定された空間的点の中で、基準点ＲＰU1 として適しているとともに、ロボットおよび出入りするワークピースの動作領域
が温度安定物体によって妨げられないような複数の代表的な空間的点からこのよ
うな空間的点を選択することが必要である。触覚的システム（例えば、可動コイ
ルを用いた誘導経路測定（inductive path measurement)）と同様に、非接触的
方法（例えば光学的方法）で動作するシステムが、測定システムとして適してい
る。
【００２２】 第４方法ステップでは、測定点と基準点ＲＰU1との間の位置決めおよび方向付
けの現在の誤差がコンピュータに入力される。コンピュータによって、誤差モデ
ルが、決定された測定値に基づいてロボットの動力学的連鎖の現在の熱的状態に
適合される。この後、この誤差モデルが制御電子機器に送られ、この段階で、再
び、動作領域における全ての点への正確な移動が可能となる。
【００２３】 しかし、特に、動作領域においてロボットが作業を行う範囲に対しては、ロボ
ットの動力学的連鎖についての表示が誤差モデルにより正確に行われなければな
らないことは、明確である。
【００２４】 この方法は、従来技術で周知の方法と比較して、以下のような利点を有する。
−いかなるタイプのロボットにも利用できる。 −簡単である。
【００２５】 例えば、部材の表面温度とこれに相関する位置決めおよび方向付けの誤差との
間の相関関係を得るための、極めて時間を浪費する調査が、省かれる。
【００２６】 請求項２の更に発展された方法では、位置決めの誤差のみが測定される。すな
わち、技術的な測定の労力が低減される。しかし、一定の状況下では、誤差モデ
ルの精度も低減する。
【００２７】 請求項３の更に発展された方法では、方向付けの誤差のみが測定される。すな
わち、技術的な測定の労力が低減される。しかし、誤差モデルの精度も低減する
。
【００２８】 請求項４の更に発展された方法では、第０方法ステップは、行われず、決定さ
れるべき測定値が装置の標準的な平均値と置き換えられることによって、作業の
労力が低減される。しかし、ある一定の条件では、誤差補正の精度も低減する。
【００２９】 請求項５の更に発展された方法では、第０方法ステップおよび第１方法ステッ
プは、行われず、決定されるべき測定値が装置の標準的な平均値と置き換えられ
ることによって、労力が低減される。しかし、誤差補正の精度も低減する。
【００３０】 請求項６の更に発展された方法では、動作領域における選択された範囲に対し
て、温度ドリフトを示す点のみからなる部分集合Ｕ２が測定される。このような
発展は、ロボットが、常に、動作領域における一部の範囲内だけで積極的に移動
する場合に、好都合である。
【００３１】 請求項７の更に発展された方法では、さらに、動作領域における選択された領
域に対して、温度ドリフトを示す点のみからなる部分集合Ｕ３〜ＵＮが決定され
る。このような発展は、ロボットが、常に、動作領域内のそれぞれ異なる（しか
し、所定の）部分的な範囲でのみ積極的に移動する場合に、好都合である。
【００３２】 請求項８の更に発展された方法では、第０方法ステップおよび第１方法ステッ
プで、個々の空間的点までの測定点の移動が、一方向だけでなく、様々な方向か
ら行われる。各移動方向からそれぞれ異なるずれが生じるため、誤差モデルを形
成するのにより多くのデータが得られ、これによって、誤差モデルがより正確な
ものとなる。このような方法によって、ロボットの位置決めおよび方向付けの精
度がさらに改善される。
【００３３】 請求項９の更に発展された方法では、このような空間的点は、ほぼ直線状の部
分集合から選択される。このような測定方法では、非常に簡単な較正用部材が得
られ、これによって、装置のコストが低減される。この場合、一般的な精密な定
規がこの直線と整列される。測定マークが、この精密な定規の上に配置され、測
定用ヘッドを用いた一般的な測定システムによって、これらの測定マークが走査
される。
【００３４】 請求項１０の更に発展された方法は、請求項９の基本的な概念と同じである。
精密な定規の代わりに、球状もしくは柱状の物体が、基準体として用いられる。
簡単な幾何学的設計の基準体は、低いコストで、高精度に形成することができる
。
【００３５】 請求項１１の更に発展された方法は、基準点に適した空間的点が簡単な幾何学
的形状を構成しない場合に、好適である。従って、温度安定ワイヤが、基準点に
適した空間的点を通って延びるように、湾曲される。
【００３６】 動作プロセスが妨害されないように、すなわち、基準体によってロボットおよ
びワークピースもしくは他の装置の移動が妨げられることがないように、基準体
が常に配置されなければならないことは、当業者には明確である。
【００３７】 本発明の方法がロボットの構造的タイプに拘わらず利用できるという利点は、
重要視されるべきである。さらに、本発明は、新品のロボットにも既に運転され
ているロボットにも、利用できる。
【００３８】 ここで、本発明は、付随の図面を参照しながら、実施例によって説明される。
【００３９】 図１は、本発明の方法のプログラムフローチャートを示している。
【００４０】 図２は、この方法に利用するための較正装置を示している。 １．生産に利用する前の誤差モデルの構成を含む本発明の方法の利用 １．１ ロボットの誤差モデルを決定するために必要な設備 −コントローラを備えたロボット −絶対位置データを決定するための非接触式３Ｄ距離測定システム（レーザー追
従システム）。 −位置データの検出、およびモデルパラメータのモデル化、同定および評価のた
めの較正ソフトウェアを備えたＰＣ。 １．２ 誤差モデルの形成 誤差モデルを形成するための工程は、以下の３つの部分ステップに分割される
。 −モデルの形成：移動軸の位置および計算されるべきモデルパラメータの関数と
してのロボットのエンドエフェクタの姿勢（位置および方向）の表示 −測定：動作領域内の選択された位置におけるエンドエフェクタの位置の厳密な
測定 −同定：モデル関数と測定値との間の位置的ずれおよび追従のずれを最小にする
ための、モデルパラメータの数値計算（公称モデルから開始） １．２．１． 静的パラメータおよび熱的パラメータのモデル化 いわゆる公称モデルは、この段階で表示されるロボットの移動計画（movement
planning）に用いられるものである。エンドエフェクタの姿勢の表示は、６軸
測定システムの角度値と、ロボットの青写真からわかる軸の長さ（公称寸法）と
、から得られる変換行列によって行われる。
【００４１】 拡張された数学的モデル（いわゆる誤差モデル）が較正ソフトウェアを用いて
コンパイルされることによって、実際のロボットについてのより厳密な表示が得
られる。このモデルによって、エンドエフェクタの姿勢が、６つの回転軸の角度
値と、同定後に評価されるべき誤差モデルのパラメータと、の関数として表示さ
れる。
【００４２】 モデル化には、以下の静的パラメータ（設計、生産および組み立てにより生じ
る誤差パラメータのマッピング）が含まれる。 −個々の軸方向要素（ベース、低アーム、高アーム、ハンド）の長さ −回転軸の角度測定システムの零点誤差 −伝達誤差（偏心率、弾性率およびあそび） −接合の不正確性（弾性率およびあそび） −荷重の影響（部材の弾性率） 同定されるべきパラメータの構成は、ユーザーが自由に選択することができる。
利用されるパラメータの数とともに精度が高くなる。
【００４３】 以下の熱的パラメータが、ロボットの動力学的状態およびこれに起因する温度
ドリフトをモデル化するために含まれる。 −熱に起因した軸の長さの変化 −熱に起因した軸方向要素の２Ｄ変形および３Ｄ変形による移動軸の傾斜の変化
−熱に起因した歪みもしくはあそびの変化による伝達の不正確性／不規則性 −可変接合部および回転軸の軸受の熱的歪みによる軸受のあそび １．２．２ ロボットの位置決めおよび方向付けの精度の測定 動作領域におけるロボットの絶対精度は、レーザー追従システムを用いて測定
される。測定されたエンドエフェクタの位置は、ロボットコントローラからわか
る公称的姿勢とともに、モデルパラメータを計算するための入力データとなる。
【００４４】 エンドエフェクタの測定されるべき位置を選択する際、これらの位置が動作領
域全体に均一に分散されるように、注意しなければならない。測定に利用される
動作領域の体積が大きいほど、モデルパラメータの計算がより正確に行われる。
【００４５】 誤差モデルの詳細度（同定されるべきパラメータの数）によって、測定される
べき姿勢の数が決まる。 １．２．３．静的パラメータの同定 誤差モデルの静的パラメータ（設計、生産および組み立てにより生じる誤差パ
ラメータ）を決定するために、一定の条件下で、ロボットが動作領域内における
１．２．２で決定された位置まで移動させられ、測定が行われる。１．２．１に
挙げられたパラメータのタイプを同定するために、総数１００のそれぞれ異なる
エンドエフェクタの姿勢が、検査されるロボットに対して測定される必要がある
。
【００４６】 静的パラメータの同定は、このような例で行われる。 −一定の室温（２０℃±２Ｋ） −（ロボットハンドの）公称的荷重下 −測定姿勢までの移動、および測定姿勢から測定姿勢までの移動の追従速度が２
５ｍｍ／ｓ（移動速度を低くすることによる、駆動装置における大きな損失の防
止） 測定されるべき位置までロボットが正確に（キャリーオーバー（carryover）
することなく）移動し、この位置が、レーザー追従システムにより、ロボットの
基本座標系に対して絶対的に、かつ厳密に測定され、ロボットコントローラから
の公称的位置データとともに、ファイルに保存される。
【００４７】 これらのデータから数値計算された静的パラメータによって、実際のロボット
のモデル（静的誤差モデル）が表示されるとともに、続いて行われる熱的パラメ
ータ（熱に起因する誤差パラメータ）の同定のための基準ベースが構成される。 １．２．４． 熱的パラメータの同定 熱的パラメータを同定するために、１．２．２で決定されたエンドエフェクタ
の姿勢が、いわゆる測定サイクル中に、規則的な間隔で、再現される必要がある
。個々の測定点から測定点までの追従速度は、Ｖ＝Ｖｍａｘ［ｍｍ／ｓ］である
。
【００４８】 ロボット構造の熱的状態は、個々の測定サイクルの間の荷重プログラムによっ
て、組織的に変更される。この目的のために、ロボットは、動作領域内の２つの
点の間を、Ｖ＝Ｖｍａｘ［ｍｍ／ｓ］で、連続的に移動する。全回転軸が、動作
領域内のこれらの点の間を６０度の角度以上移動する。ロボットハンドにおける
荷重（公称的荷重、１．２．３参照）によって、最大荷重、ひいては全ての軸の
多量の熱が、確実に生じる。
【００４９】 このような荷重プログラムは、１０分ごとに約１分間、測定サイクルにより中
断されるとともに、熱的安定状態に到達するまで、サイクル中に繰り返して行わ
れる。検査中のロボットでは、この安定状態には、約６〜８時間後に到達する。
測定された、熱に起因した位置および／または方向のずれ（温度ドリフト）は、
各測定点に対して、ファイルに保存される。
【００５０】 熱的安定状態に到達した後で、収集された位置的ずれが、較正ソフトウェアを
用いて評価される。
【００５１】 各測定点における温度ドリフトと、ロボットコントローラからの対応する公称
的な位置および／または方向のデータ（以下では姿勢データとも称される）と、
が熱的パラメータの計算のための入力データとなる。
【００５２】 このような評価の結果、熱的状態および実験時間に依存した、静的パラメータ
の値の変化を含んだ可変パラメータのカタログが得られる。 １．２．５． 有効熱的パラメータの選択 統計的評価方法を用いて、誤差モデルの熱的パラメータを、１．２．４で用意
したカタログから選択しなければならない。このカタログには、熱に起因した変
化の最大の度合い、ひいては、温度ドリフトへの最も大きな影響が記載されてい
る。
【００５３】 動力学的な構造上の設定に依存して、軸の長さの変化Δａ，Δｂ，Δｃ，Δｄ
，Δｅ，Δｆおよび主軸における伝達の不正確性ΔＡ１，ΔＡ２，ΔＡ３が検査
中のロボットに存在する。
【００５４】 温度ドリフトを補償するために、これらの９つの有効パラメータが、運転中に
、熱的状態に依存してアップデートされ、さらに、ロボットの移動計画に組み込
まれることが必要である。 １．２．６． 熱的誤差モデルの構成 静的パラメータおよび有効熱的パラメータを同定した後に、熱的誤差モデルが
厳密な移動計画のために設定される。
【００５５】 全ての静的パラメータが、１．２．１．で行われたモデル化に従って、移動計
画のための数学的アルゴリズムに導入され、不変なものとされる。
【００５６】 これに対して、１．２．５．で決定された有効熱的パラメータ（この場合は、
Δａ，Δｂ，Δｃ，Δｄ，Δｅ，Δｆ，ΔＡ１，ΔＡ２，ΔＡ３）は、可変なも
のとされる。
【００５７】 このようにして、これらのパラメータのアップデートは、運転中に、変形の程
度に依存して行われる。１．２．３．でロボットに対して静的パラメータとして
同定された値が、決定された熱的パラメータのための基準ベースおよび開始値と
なる。 １．２．７． 移動計画における熱的誤差モデルの内容 位置および追従の計画に熱的パラメータが含まれるように、制御モデル（熱的
誤差モデル）を適合させなければならない。熱的パラメータが可変であるため、
運転中に熱的誤差モデルを規則的に比較できるようにする必要がある。
【００５８】 本発明の較正されるべきロボットでは、位置および方向の計算のために、公称
的モデルが利用されている。従って、決定された静的パラメータおよび熱的パラ
メータを包括することを可能とする、動力学的状態についての数学的記述は、ロ
ボットコントローラには含まれていない。さらに、現在の制御用ソフトウェアで
は、運転中に、システムパラメータを変更することができない。
【００５９】 これらの理由のために、シリアルインターフェースを介してロボットコントロ
ーラに接続された外部のＰＣに、熱的誤差モデルが組み込まれる必要がある。熱
に起因した作用を考慮に入れるために、このＰＣにおいてコンバータが利用でき
る状態でなければならない。このコンバータによって、熱的誤差モデルを用いて
計算された位置データが公称的モデルの位置データに変換される。
【００６０】 熱的パラメータを考慮してこのような方法により補正された公称的位置は、続
いて、シリアルインターフェースを介してロボットコントローラへと伝達され、
公称的位置により動作されるべきロボットプログラムの処理に導入される。 ２．「測定ロボット」の例についての本発明の利用 ロボットは、将来、例えば自動車産業における測定工程の柔軟な自動化に利用
されるよう意図されている。胴体部品のゲージを正確に測定するために、レーザ
ー光学的測定システムが、ロボットハンドに配置されている。
【００６１】 ロボットを利用する際の障害は、位置決め動作が不正確なことである。このよ
うな位置決め動作の不正確性は、時間とともに変化し、かつ運転に依存した温度
の影響に起因する。本願に記載されている較正方法は、このような影響を最小と
するために利用できる。これに必要な装置および工程は、以下に記載されている
。 ２．１ オンライン較正のための装置 温度ドリフト補償の基本は、動作領域内の基準位置におけるロボットのエンド
エフェクタの現在の位置的ずれを決定することである。ロボットハンドに配置さ
れた測定システムが、並進方向の位置的ずれを測定するために利用される。
【００６２】 鋼製の立方体が、基準体として利用され、静止した状態で動作領域内のインバ
ー鋼からなるロッドの上に配置される。このロッドの寸法は、温度変化に対して
非常に安定している。
【００６３】 総数９つの基準点が、有効パラメータ（１．２．５参照）を同定するために設
定されている。前記基準位置は、どの位置に配置することもできる。但し、個々
の位置の間の軸角（axial angle）の差が可能な限り大きくなるように気を付け
なければならない。 ２．２ 較正サイクル 以下の工程を含むいわゆる較正サイクルは、利用されている動作領域内位置に
おける温度ドリフトを補償するために構成されている。 −基準体における位置的ずれを測定するための作動プログラム −熱的パラメータの計算および熱的誤差モデルのアップデート −ロボットプログラムに収容されている各測定位置に対する、補正された動作領
域内位置の計算 −計算された動作領域内位置の補正された動作領域内公称的位置への変換 −ロボットコントローラへの補正された動作領域内公称的位置（測定位置）の伝
達 ２．３ 生産プロセスへのオンライン較正の組込み 生産プロセス「胴体部品の測定」は、２つのルーチン−較正サイクル（２．２
節参照）および動作サイクル（測定運転、胴体部品の測定）−に分割される。
【００６４】 生産を開始する前（週末後の生産の開始、生産の変更）もしくは生産を中断し
た後（停止時の運転、メンテナンス、等）に、通常、較正サイクルが行われ、熱
的誤差モデルがアップデートされ、全測定点が補正される。この後に、測定運転
（動作サイクル）が再び開始される。
【００６５】 運転中に均一に高精度な測定を行うことができるように、ロボットの現在の変
形状態に基づいて、熱的誤差モデルを規則的に比較することが必要である。
【００６６】 較正サイクルごとに生じる補助的なプロセス時間を取り除くために、２つの較
正サイクルの間の時間間隔の、変形に依存した制御が、導入されている。
【００６７】 この制御は、基準体の１つにおけるロボットの位置決めおよび方向付けの精度
を周期的に監視することに基づいている。精度の監視は、動作サイクルと一体化
されている。再び較正サイクルが必要であるか、もしくは次の動作サイクルを実
行することができるかがこの基準体における現在の位置的ずれを用いて決定され
る。
【００６８】 この実施例でのしきい値は、最後の補償サイクルの前に測定された基準体にお
けるずれに対するずれの概略値≧０．１ｍｍである。
【００６９】 位置決めおよび方向付けの現在の精度を監視するための基準体は、この基準体
の位置までの移動が動作サイクルの移動ルーチンに容易に一体化され得るように
、配置される必要がある。
【００７０】 上述した方法が本発明の基本的な概念から逸脱することなく変更され得ること
は、当業者には明らかである。
【００７１】 この方法の原理は、さらに、図２の装置を参照しながら、以下でより詳細に説
明される。
【００７２】 ロボットの動作領域が、座標系ｘ，ｙ，ｚによって概略的に示されている。こ
の動作領域内には複数の基準点ＲＰU1が存在しており、５つの基準点ＲＰU1のみ
が図示されている。基準点ＲＰU1のうちの２つが、円１および円２として図示さ
れている。これらの基準点は、ロボットの移動領域（図示せず）内に存在するた
め、物理的な基準点としては適さない。残りの３つの基準点３，４，５は、ロボ
ットの移動領域内には存在しない。従って、これらの空間座標に物理的な基準点
を配置することができる。この例では、ロッド７に取り付けられた鋼製の立方体
６が利用されている。ロッド７は、床に固定されているとともに、熱膨張係数が
特に低い材料から形成されている。測定マークとして機能するボア８が、鋼製の
立方体６に設けられている。
【００７３】 ロボットが３つの基準点３，４，５において較正されるべきであると決定され
た場合、これらの基準点の座標がロボットコントローラに告げられ、ロボットが
これらの座標まで移動する。光学的距離・角度測定システム（この場合はＴＣＰ
の近くに配置されている）が、到達すべき基準点と実際に移動する空間的点との
間の位置および方向のずれを決定するために利用される。さらに、この光学的距
離・角度測定システムによって、これらのずれがコンピュータに入力され、この
コンピュータによって、位置を補正するための補正値が、誤差モデルを用いて計
算される。ＴＣＰの位置決めおよび方向付けの誤差を補正するために、これらの
補正値は、ロボットコントローラに導入される。
【００７４】 請求項９，１０，１１の装置に対しては、この方法はアナログ方法で利用され
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ， ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ， ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，Ｓ Ｅ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ Ｆターム(参考） 5H219 AA08 BB06 CC01 CC17 EE08 FF01 HH28 5H303 AA10 BB03 BB08 CC01 CC06 GG11 JJ08 LL03

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ロボットの位置決めおよび方向付けの精度への温度変化の影響
    を低減させるためのロボットの制御方法であって、前記ロボットが制御装置およ
    びコンピュータを備えているものにおいて、 第０方法ステップでは、 その動力学的連鎖に（好ましくはＴＣＰに）測定点が配置された前記ロボット
    が、一定の周囲温度で、前記測定点とともに前記ロボットの動作領域内の複数の
    空間的点までゆっくりと移動し、 前記動作領域の個々の空間的点で、前記測定点の座標値（ｘa，ｙa，ｚaおよ
    び∠ｘa，∠ｙa，∠ｚa）が、外部の測定システムにより正確に測定され、 前記座標値が、前記ロボットから得られる各座標値（ｘR，ｙR，ｚRおよび∠
    ｘR，∠ｙR，∠ｚR）と比較され、ずれ（Astationary）として保存され、 前記ずれ（Astationary）が、一定温度での動力学的連鎖を表示する誤差モデ
    ルの第１のベースとなり、 第１方法ステップでは、 動力学的連鎖の駆動装置に熱が発生するように前記ロボットが移動し、続いて
    、第０方法ステップで行われた前記測定点の測定が、１回、好ましくは複数回繰
    り返して行われ、 決定されたずれが、温度に起因したずれAthermalとして保存され、 前記ずれAthermalは、現在の熱的状態にある動力学的連鎖を表示する誤差モデ
    ルの第２のベースとなり、 第０方法ステップおよび第１方法ステップは、基礎的な較正のために利用でき
    るとともに、特に修理後に、一度だけ行われるか、もしくは非常に長い時間間隔
    をあけて行われ、 第２方法ステップでは、測定された空間的点の組から第１部分集合Ｕ１が決定
    され、前記部分集合Ｕ１の空間的点は、全空間的点の温度ドリフト状態を代表的
    に示す代表的温度ドリフト状態を有するものであり、 第３方法ステップでは、 温度安定基準点ＲＰU1が前記ロボットの前記動作領域内の前記第１部分集合Ｕ
    １の空間座標に配置され、測定装置が前記ロボットの前記測定点に配置され、 所定の時間シーケンスもしくは所定の条件に従った前記ロボットの動作の間に
    、前記測定装置が基準点ＲＰU1まで移動し、前記測定点の現在の位置的ずれが、
    各基準点からの距離および角度の測定により決定され、 第４方法ステップでは、 前記測定点と前記基準点ＲＰU1との間の現在の位置的ずれが、前記コンピュー
    タに入力され、前記コンピュータによって、第０方法ステップおよび第１方法ス
    テップで決定された誤差モデルから、前記動作領域における全ての空間的点に対
    する補正データが計算され、前記補正データが前記ロボットの制御電子機器へと
    送られることによって、基準点ＲＰU1に対して決定された位置決めおよび方向付
    けの誤差から、全ての空間的点の位置決めおよび方向付けの誤差が補正されるこ
    とを特徴とするロボットの制御方法。
  2. 【請求項２】 位置決めの誤差のみが決定されることを特徴とする請求項１記
    載の方法。
  3. 【請求項３】 方向付けの誤差のみが決定されることを特徴とする請求項１記
    載の方法。
  4. 【請求項４】 第０方法ステップで決定されるべき測定値が、この装置の既知
    の標準的な平均値と置き換えられることによって、第０方法ステップが省かれて
    いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
  5. 【請求項５】 第０方法ステップおよび第１方法ステップで決定されるべき測
    定値が、この装置の既知の標準的な平均値と置き換えられることによって、第０
    方法ステップおよび第１方法ステップが省かれていることを特徴とする請求項１
    〜３のいずれかに記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記動作領域における選択された範囲のみに対して、代表的な
    温度ドリフトを示す点からなる部分集合Ｕ2が決定されることを特徴とする請求
    項１〜５のいずれかに記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記動作領域におけるそれぞれ異なる選択された範囲のみに対
    して、代表的な温度ドリフトを示す点からなる部分集合Ｕ3〜ＵNが決定されるこ
    とを特徴とする請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 第０方法ステップおよび第１方法ステップでの前記空間的点ま
    での前記測定点の移動が、様々な方向から行われることによって、決定されたず
    れが、方向に依存したずれＡURとして補正の際に考慮に入れられることを特徴と
    する請求項１〜７記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記空間的点は、ほぼ直線状の部分集合から選択されることを
    特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記空間的点は、ほぼ球状もしくは柱状の部分集合から選択
    されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記空間的点は、ワイヤ構造によって再現され得る空間的形
    状もしくは平面形状の部分集合から選択されることを特徴とする請求項１〜８の
    いずれかに記載の方法。
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