JP2005342885A - 操縦機器を制御するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、複数の操縦機器のパラメータモデルを校正するための方法を提供する。
【解決手段】少なくとも１つの操縦機器は基準−操縦機器として機能し、操縦機器の作動空間の範囲内にあるあらかじめ設定された複数の位置において作動し、これらの位置において内部の調整値を第１の規定−位置として特定する。個々の規定−位置については外付けの測定装置によって基準−操縦機器の第１の測定−位置を特定する。その後少なくとも１つの別の操縦機器は基準−操縦機器の特定の位置を第２の規定−位置に移動し、この時これらの個々の位置については外付けの測定装置によって別の操縦機器の測定−位置を特定する。測定−規定−ずれによって別の操縦機器用に二つの操縦機器のこうして測定された規定−位置と測定−位置との間にパラメータモデルを算出し、このパラメータモデルによって各操縦機器の不具合を補正することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、少なくとも１つの基準−操縦機器としての操縦機器および少なくとも１つの複製−操縦機器としての操縦機器によって機能する例えば複数軸−産業ロボットといった複数の操縦機器を制御するための方法に関するものであり、基準−操縦機器の位置合わせ特性および軌道走行特性を採用している。さらに本発明は、操縦機器の精度を改善するための装置に関する。

操縦機器、特に複数軸−産業ロボットの精度を改善するために、過去においては操縦機器のより正確なモデルが常に作成された。通常は操縦機器のメーカーによって一度だけ実施される測定作業において前記モデルのパラメータを決定する。通常ロボットのハンドフランジには補助材が固定され、状況、すなわち位置および方向を正確に決定して以下において“位置”について示し、フランジを正確に決定することを可能にする。例えば公知のカメラ−追跡−システムまたはレーザー−追跡−システムにより把握可能な特徴を持つ基準プレートを使用する。これ以外には、例えば繊維−測定装置等といった当業者に知られた測定装置を使用する。

例えばロボットのギヤおよび構造要素の弾性といった規則的に存する誤差ならびに不足した寸法精度により、上述した高精度な外付けのフランジの位置測定はその後のモデル算出、いわゆる前進−変換との関連でジョイント部において一体化されるアングルセンサにより、並行して実施した操縦機器の位置寸法の内部測定とは別の値となる。操縦機器の作動空間のその都度さまざまな箇所において算出された位置のずれを導き出すずれはその後、ロボットの理論上の“標準モデル”よりも本質的に正確であるいわゆる“精密なロボットモデル”を決定するために使用される。こうした方法により、標準モデルを使用する場合における複数軸−産業ロボットの数ミリメートルの位置精度は、１ミリメートルでの精密なロボットモデルを使用する場合に比べて改善する。

内容が出願の開示についても対象としている同じ申請者（“操縦機器の位置精度を改善するための方法および装置”）の特許出願では、上述した複数軸−産業ロボットの精度を決定するための方法および装置について示しており、この時特に操縦機器はずれを最小限にする外部の測定装置に応じてあらかじめ設定された位置と本質的に同じ最終位置に操縦機器を移動し、操縦機器の内部の調整値を最終位置において精密なモデルのパラメータ化用に使用する。こうした方法により、精密な操縦機器用の制御モデルに基づいて操縦機器の精度は改善され、この時特にロボットセル（作動セル）にある任意のロボットを別のロボットと交換することが可能となる。

前記精密なロボットの重要な利用分野は、複数のロボットを組み合わせることである。前記組み合わせによって二つまたはそれ以上のロボットは同時に１つの部品において作動し、この時例えば一方のロボットは部品を支持および移動し、別のロボットは同時に部品の溶接作業を行なう。これ以外に例えば二つのロボットが同時に物体を運搬したり、一方のロボットが移動中に別のロボットに物体を引き渡したりすることができる。精密に測定を行なうロボットが許容可能な精度によって作動空間の各地点に到達すると、好ましい強調的な動きを可能にするために別のロボットに関する基準−座標系の測定が一方のロボットにとって十分となるように、ロボットは実際に規則的に推測する。

協働する複数のロボットを問題なく使用することを可能にするロボットの精密な測定自体が一般的に十分でないことについて示している：僅かなずれは要求される許容誤差によって例えば２つのロボットによって運搬される部品、工具およびロボット自体における大きな力を必要とし、重度に損傷する結果となる。考えられる原因は、工具を任意に接続することによってロボット−許容誤差、工具−許容誤差および部品−許容誤差を調整することにあるものの、費用がかかるという理由から実現することができない。さらに、指導（オンライン−プログラム）またはオフラインで作成されたロボット−制御プログラムによる指導によって常により複雑となる利用分野に基づいて協働するロボットは経済的な方法によることなく好ましい正確なプログラム動作を実現する。

本発明の課題は、上述の短所を回避しながら例えば複数軸−産業ロボットといった協働する操縦機器を効率的に作動することである。

本課題は、
ａ）作動空間内における複数のあらかじめ設定された位置に基準−操縦機器の内部の調整値を特定するために第１の規定−位置として基準−操縦機器を移動する；
ｂ）手順ａ）による個々の規定−位置について基準−操縦機器の割り当てられた位置を外付けの測定装置によって第１の測定−位置として特定する；
ｃ）基準−操縦機器用に特定された位置を第２の規定−位置として複製−操縦機器によって移動する；
ｄ）手順ｃ）で移動した個々の位置用に複製−操縦機器の位置を第２の測定−位置として特定する；および
ｅ）基準−操縦機器の不具合および複製−操縦機器の不具合を同時に補正するために（基準−操縦機器の）第１の規定−位置および測定−位置と（複製−操縦機器の）第２の規定−位置および測定−位置との間にある測定−規定−ずれから複製−操縦機器用のパラメータ−モデルを算出する
少なくとも１つの基準−操縦機器としての操縦機器および少なくとも１つの複製−操縦機器としての操縦機器によって機能する例えば複数軸−産業ロボットといった複数の操縦機器を制御するための方法によって発明に基づいて解決される。

さらに上述の課題は、例えば複数軸−産業ロボットといった操縦機器の精度を改善するための装置によって発明に基づいて以下のように解決される：
−少なくとも２つの操縦機器；
−あらかじめ設定された規定−位置における操縦機器を作動するための少なくとも１つの制御装置；
−個々の操縦機器の規定−位置と同じ操縦機器の測定−位置を測定するための少なくとも１つの外付けの測定装置；
−操縦機器の個々の規定−位置と測定−位置との間のずれを特定するための比較装置；および
−一体化された操縦機器の測定−規定−ずれから少なくとも１つの操縦機器のパラメータ−モデルを算出するためのモデル形成−装置
本発明の中心となる概念は、（外付けの）測定装置が操縦機器の相対的な状況について相互に特定し、特有の不具合を補正するのと同様に他の操縦機器の不具合についても実現するように操縦機器のモデルデータを合わせることである。こうした方法には、少なくとも１つまたはすべての別のロボットについてのロボットの精度を複製することについても含まれる。この方法では、関連するすべてのロボットを個別に精密に測定することにより概ね“均一に行なう”ことによって今日実施されている公知の方法について基本的に区分している。

本発明に基づいてロボットの精度を別のロボットに複製または伝送する。このことは、運動学的な不具合モデルを算出するための反復動作によって生じる。基準ロボットが不具合モデルを必要としないのは、複製ロボットが不具合モデルによって基準ロボットの不具合と同様に自らの不具合についても補正するためである。本発明には、基準ロボットの精度について複写する（複製する）ために不具合の補正あるいは運動学的な誤差によって認識される切り替えが含まれ、すなわち少なくとも二つのロボットを必要とし、運動学的な不具合が増大するのを可能にしているのは、別のロボットの位置特性を複製する時あるいはクローンを作る時である。精度特性を簡単に複製することができるように、基準ロボットおよび複製ロボットは空間における同じ位置（規定位置または測定位置）で作動する。

本発明では、精密に測定されたロボットとして世界座標系において第１のロボットを較正し、第１のロボットの特性を採用した第２のロボットを較正し、第２のロボットの特性を第３のロボットが採用する等々．．．によって例えばチェーンの中に存する複数のロボットは世界座標系において較正される。これによって保証されるのは、これによって明らかとなるすべてのロボット群のオフライン−プログラム化できることの長所によって世界座標系の原点から離れた位置にあるロボットを世界座標系により較正することである。

発明に基づく方法の第１の実施例に基づいて意図されるのは、手順ｃ）における複製−操縦機器により手順ａ）で特定された基準−操縦機器の第１の規定−位置を移動する精度特性を複製することについてである。これ以外にさらに改善された精度の適合性を実現するために発明に基づく別の実施例では、手順ｃ）における複製−操縦機器により手順ｂ）で特定された基準−操縦機器の第１の測定−位置を移動することについて意図される。その際特に意図されるのは、複製−操縦機器による方法が手順ｃ）では外付けの測定装置を制御することによって行なわれることである。

発明に基づく好ましい別の方法において可能となるのは、基準−操縦機器および複製−操縦機器の操作が行なわれることであり、基準−操縦機器の規定−位置および／または測定−位置は適切に形成された集合体、特にデータ集合体によって複製−操縦機器に伝送されるため、発明に基づく方法を大実施するために必要となる時間を最小限にすることが可能となる。その際広範囲にわたって精度特性に対する体系的な影響を受けないようにするために、複製−操縦機器および基準−操縦機器は別々の理想的な作動セルにあり、この作動空間において作動している。

本発明に基づく方法の別の実施例によって可能となるのは、後に協働する実際の作動周辺部および作動状況において測定を行なうロボットを測定することである。この場合に意図されるのは、複製−操縦機器が外付けの測定装置を装備していることであるため、複製−操縦機器によって協働しており、好ましくは基準−操縦機器と複製−操縦機器との間では例えば力−モーメント−センサといった外付けの測定装置によって機械的な強制連結を行なう。これ以外には、外付けの測定装置によって位置特定が光学的に行なわれる。

特に例えば作動セルにおいて制御方向に時間をずらして基準−操縦機器および複製−操縦機器を操作する場合には、例えば交換可能なデータ媒体といったように記憶された形で基準−操縦機器の規定−位置および／または測定−位置を複製操縦機器に伝送するため、発明に基づく方法における好ましい別の実施例で意図されるのは、特定を行なった後に基準−操縦機器の第１の規定−位置および測定−位置を記憶することについてである。

例えば多数の操縦機器における精度特性から“ベルトコンベヤ”を模倣または複製するために発明に基づいて意図されるのは、さしあたり第１の操縦機器を基準−操縦機器として選択し、第２の操縦機器を複製−操縦機器として選択し、その後第２の操縦機器を基準−操縦機器として機能させ、別の操縦機器を複製−操縦機器として機能させることである
。

発明に基づく装置の前記実施例では、少なくとも１つの外付けの測定装置を据え付け可能にし、操縦機器の作動範囲との作動関係によって配置することおよび／または操縦機器と共に移動できるように外付けの測定装置を操縦機器に配置することについて意図している。

外付けの測定装置は、発明に基づく装置の極めて好ましい別の実施例によって光学的に測定を行なう測定装置であり、例えばステレオ−画像処理システムのように操縦機器の位置におけるすべての自由度を特定する光学的な装置である。従って、公知の迅速で精密な方法により操縦機器における測定−位置−特定を行なうことが可能である。

狭い範囲で協働する操縦機器を同時に測定することによって精密に作動調整を行なうことが長所となるのは、協働する測定装置が機械的な強制連結によって操縦機器間で測定を行なう測定装置である時である。こうした関係によって協働する測定装置が発明に基づく方法の極めて好ましい別の実施例が意図しているのは、機械的な強制連結によって操縦機器間で測定を行なう前記測定装置であることについてである；これ以外には繊維−測定装置についても可能となる。

実施する測定の方法に応じて操縦機器は共通および／または別々の作動セルにあり、特に別々の作動セルの場合には発明に基づく装置の好ましい実施例に基づいて操縦機器間、特に規定−位置および／または測定−位置間の伝送用にデータ伝送用の伝送媒体について意図している。

さらに、すでに上述したように、発明に基づく装置は少なくとも操縦機器の規定−位置用および／または測定−位置用に記憶媒体を有する。

本発明におけるこれ以外の長所および特徴については、実施例について図面に従って以下で説明することによって明らかとなる。

第１図は、割り当てられた制御装置３、４をそれぞれ備えた複数軸−産業ロボット１、２の形による二つの操縦機器についての図である。さらに第１図では、ロボット１、２とともに作動する二つの外付けの測定装置５、６について示しており、この場合光学的なカメラシステムという形であり、当該ロボット１、２のように制御装置３、４とともに作動する関係にある。

制御装置３、４は制御光学的に相互に接続しているか（第１図では破線による接続線Ｔで示している）、または技術的なユニットを形成している；外付けの測定装置５、６についても同様である（第２図を参照）。

共通の外付けの測定装置５、６および／または共通の制御装置３、４による最後に示した実施例が特に有意義であるのは、第１図において破線の矩形によって示したように、二つの操縦機器１、２が共通の作動セルにある時である。これ以外には、第１図において２つの破線の矩形で示したように、二つの操縦機器１、２は別々の作動セルＡＺ２、ＡＺ３にも配置される。作動セルＡＺ２、ＡＺ３を区分する場合に空間的および／または時間的な区分について問題となり、すなわちロボット１、２は同時または時間をずらして空間的に区分された作動セルにあり、または順番に（逐次的に）作動セルにおいて作動する。特に後者の場合に操縦機器１、２は制御装置３あるいは４を作動させることも可能である。

ロボット１、２は対応するジョイント部１．２ａ−ｄあるいは２．２ａ−ｄによって接続している―一部のみを図示した―ロボットアーム１．１ａ−ｄあるいは２．１ａ−ｄを有する。アームにより形成されるロボットアームの遠位末端部１．３、２．３にはハンドフランジ１．４、２．４がそれぞれ配置されており、ハンドフランジには測定プレート７、８（第３ａ図を参照）が固定されている。第２図のさらに下方に図示しているように、ロボット１、２は例えばロボットジョイント部１．２ａ−ｄ、２．２ａ−ｄの形で含まれる角度計といったロボット１、２の調整値用の内蔵された測定装置１．５、２．５を有する。

第１図のロボット１、２では２種類の位置Ｐ１、Ｐ２あるいはＰ１’、Ｐ２’について示している：位置Ｐ１、Ｐ１’（第１図では実線）は、発明に基づいて外付けの測定装置５あるいは６によって特定することが可能なロボット１あるいは２の実際の位置について示している。位置Ｐ２、Ｐ２’（第１図では点線）は例えばジョイント部１．２ａ−ｄ、２．２ａ−ｄに存する角度計のように、内蔵された測定装置１．５、２．５に基づいてロボット１、２が存在している位置について示している。

外付けの測定装置５、６はロボット１、２の位置Ｐ１、Ｐ１’を測定するための測定領域Ｂ、Ｂ’をそれぞれ有し、第１図ではこの領域の境界（破線）について定義している。この測定領域Ｂ、Ｂ’の範囲内において外付けの測定装置５、６は測定プレート７、８の状況によってロボット１、２の位置Ｐ１、Ｐ１’を決定することができる。

第１図で示した外付けの測定装置５、６によって考えられる規定−位置Ｐ２、Ｐ２’と実際に移動した測定−位置Ｐ１、Ｐ１’との間にあるそれぞれのロボット１、２の位置−ずれを特定することが可能であり、特に同じ申請者の類似した特許出願に記載の精密なパラメータ−モデルを特定するための方法をそれぞれのロボット１、２に使用することができる。

第２図のブロック図では、ロボット１、２およびロボットと接続している制御装置３、４が外付けの測定装置５、６によって発明に基づいて協働していることについて示しており、第２図の実施例では技術的なユニットである。制御装置３、４は特に制御シグナルＳ、Ｓ’により作動制御するためのロボット１、２と接続している。さらに制御装置３、４から外付けの測定装置５、６にかけての接続は特に位置−測定値Ｍ、Ｍ’によって外付けの測定装置５、６から制御装置３、４に伝送され、測定手順を実施するための制御命令についても外付けの測定装置５、６等によって反対方向に伝送する。

分かりやすいように第２図では３においてのみ本質的に理想的に構成された制御装置３、４について示しており、不揮発性の大容量記憶装置について問題となる少なくとも記憶装置３．１を含んでいる。

さらに制御装置３、４は、比較媒体３．２および演算装置またはモデル形成装置３．３をそれぞれ含んでおり、上述の実施例に基づいてマイクロプロセッサ３．４の形でのハードウェア技術的なユニットである（第２図では、点線）。これ以外には制御媒体３．５について図示しており、この時後者も比較媒体３．２および演算装置またはモデル形成装置３．３とともにユニットとして形成されている（図示していない）。

制御装置３、４の個々の構成部品の機能については、本発明の範囲内で以下でさらに詳細に説明する。

第３ａ図は、外付けの測定装置５、６の概ね視線の方向からの第１図の測定プレート７、８の正面図である。上述の実施例において測定プレート７、８は正方形であり、前面７
．１、８．１には幾つかの特に円形のマーク７．２、８．２を有し、さいころの目の数字の４と同様に正方形に配置されている。マーク７．２、８．２はすべて同じ直径Ｄである。この方法では外付けの測定装置５、６（第１図）によって算出された測定プレート７、８の絶対状態により、マーク７．２、８．２の絶対位置あるいはマークからマークへの直径Ｄの外見上の変化に基づいてロボット１、２の位置Ｐ１、Ｐ１’を特定する。測定プレートの６Ｄ−位置を特定するために別の方法が可能である。

このことについては第３ｂ図の一部分に示している：第３ｂ図の矩形はそれぞれ外付けの測定装置５、６の測定領域Ｂ、Ｂ’を表わしている（第１図を参照）。この時、第３ｂ図は外付けの測定装置５、６のカメラで撮影した画像についてそれぞれ示している。第３ｂ図では実際の測定プレート７、８とともにさらに別の仮の測定プレート７’、８’（点線）について図示しており、ロボット１、２のあらかじめ設定された位置を示し、すなわちロボット１、２あるいは測定プレート７、８が制御装置３（第２図）内にある制御媒体３．５に応じて移動しなければならない位置である。

すべての測定データＭ、Ｍ’を制御装置３、４に伝送した後に上述の実施例において制御装置３の比較媒体３．２によって外付けの測定装置５、６を算出したように、第３ｂ図にある矢印が実際の位置Ｐ１、Ｐ１’（測定プレート７、８）とあらかじめ設定された位置（測定プレート７’、８’）とのずれΔを示しているのは、第２図で示した通りである。第３ｂ図では測定プレート７、８にあるマーク７．２、８．２を特に異なる直径で示しているため、測定データＭ、Ｍ’の適切な画像処理によって例えばソフトウェア技術により取り付けられた制御装置３の比較媒体３．２における外付けの測定装置５、６の測定領域Ｂ、Ｂ’からロボット１、２のすべての自由度（ここでは：６）における実際のずれΔを特定することが可能である。

上述した同じ申請者の類似の特許出願において示したように、こうして特定されたずれΔを制御装置３の制御媒体３．５において使用するのは、実際の測定プレート７、８および仮の測定プレート７’、８’あるいはその画像が制御装置３によりあらかじめ設定された許容誤差まで及ぶ最終位置にまで適切な制御シグナルＳ、Ｓ’によりロボット１、２を移動するためである。

以下では第４図で示した複数の操縦機器を制御するための発明に基づく第１の方法の手順、特にロボットの精度特性を複製することについて示している：
手順Ｓ１を開始した後に発明に基づいて基準ロボットとして使用する第１図に示した第１のロボット１は、手順Ｓ２において測定プレート７によって作動空間の範囲内にあるあらかじめ設定された規定−位置Ｐ２を制御装置３により移動し、この位置を記憶装置３．１に記憶する。測定手順において位置ジェネレータ（図示していない）により移動する位置をあらかじめ設定したり、ロボット１の作動中に制御装置３において処理を行なう個々の制御プログラムから移動する位置を導き出すことができる。次の手順Ｓ３では空間における測定プレート７の状況を外付けの測定装置５によって特定する。こうして算出された空間における測定プレート７あるいはロボット１の測定−位置を同様に記憶装置３．１に記憶する。その後手順Ｓ４で行なわれるのは、測定点（測定位置）の移動が十分なものであったかどうかについて表示することである。この表示がイエス（ｊ）であれば、手順Ｓ５に進む。そうでない場合（ｎ）には手順Ｓ２に戻る。

手順Ｓ５では制御装置４がさしあたり基準ロボットにより記憶された第１の規定−位置を移動すること（およびリストの別の点を反復する手順）により、以下で複製ロボットとして示した第１図に記載のロボット２は基準ロボット１によって記憶された位置（点）についてのリストの処理を行なう。複製ロボット２により移動する位置の場合には、その後手順Ｓ６において外付けの測定装置６を使用して測定プレート８の実際の位置（測定−位
置）を再度測定する。第３ｂ図に類似している手順Ｓ３およびＳ６における上述の測定する場合に明らかとなるずれΔ（不具合）により、発明に基づくモデル形成−装置として機能する制御装置３の演算装置３．３あるいは手順Ｓ７における制御装置４の前記装置において、複製ロボット２用のパラメータ−モデルを特定する。後に使用する場合にこのパラメータ−モデルにより、制御装置４によりあらかじめ設定された位置ではなく、基準ロボット１により実際に到達した位置Ｐ１を複製ロボット２が採用することとなる。こうした方法によって複製ロボット２の上述の精密なモデルは、自らの不具合と同様に基準ロボット１の不具合についても同時に補正する。これによって複製ロボット２は後で作動する際に、基準ロボット１が移動する箇所と同じ箇所（位置）に移動する。

第４図に記載の手順Ｓ８では、リストにおけるすべての測定点の処理が行なわれたのかどうかについての表示を行なう。もし処理が行なわれた場合（ｊ）であれば、手順Ｓ９において終了し、そうでない場合（ｎ）には手順Ｓ５に戻る。

第４図では、発明に基づく方法についてのこれ以外の別の実施例について破線（方法手順Ｓ６’、Ｓ７’）で示している：方法手順Ｓ１−Ｓ５は上述した手順とさしあたり同じである。まず手順Ｓ６’において複製ロボット２は、すなわち基準ロボット１と同じ位置にある制御装置４の内部の調整値−知識によって名目的である。外付けの測定装置６の測定領域Ｂ’においてずれΔを最小限にするために外付けの測定装置６に応じて複製ロボット２の測定プレート８を移動する場合について第３ｂ図に示した部分的な探索アルゴリズム、好ましくは画像に基づく“ビジュアルサーボイング”−法により、外付けの測定装置５によって算出した基準ロボット１の測定−位置と本質的に全く同じ位置となるように空間において複製ロボット２の位置合わせを行なう。この時例えば実際に測定された基準ロボット１の測定プレート７は、第３ｂ図で示した複製ロボット２用の仮の測定プレート８’に一致する。

基本的特徴によって精密なパラメータ−モデルを作成する個々の操縦機器では上で図示した方法を使用することができ、同じ申請者によってすでに引用された類似の出願では開示に関する範囲内で詳細に開示している。

以降の方法手順Ｓ７’において適用されるのは、複製ロボット２により移動する空間位置をすでに直接独自の内蔵された測定装置２．５（第２図）によって特定することである。従って上述の方法手順Ｓ７と同様に、特定を行なう精密なロボットモデルによって基準ロボット１に対する不具合を補正することができる。このモデルを使用することにより、制御装置４によりあらかじめ設定された位置ではなく、基準ロボット１により実際に到達した位置をロボット２が今後採用し、すなわち複製ロボット２の（精密な）パラメータ−モデルは自らの不具合と同様に基準ロボット１の不具合についても同時に補正し、後で作動する際に、基準ロボット１が移動する箇所と同じ箇所に移動する。

第２の実施例に記載の方法は、上述した方法手順Ｓ８に続く。

上述した二つの実施例では一般的に、複製ロボット２が基準ロボット１の代わりに同じ測定セルまたは作動セルに取り付けられ、さらに基準ロボット１と同様に同じ制御装置３、４においても作動することについて示している。これについては、（時間によって）区分された作動セルＡＺ２、ＡＺ３を第１図に示している。これ以外に複製ロボット２は基準ロボット１の測定セルまたは作動セルに対して平行に形成された理想的なセルを有し（第１図では空間的に区分されたセルＡＺ２、ＡＺ３）、記憶された位置を入手し、例えばイーサネット（登録商標）等といったフォルダおよび／または適切なデータ集合体によって基準ロボット１の測定データを伝送する（第１図では制御装置３、４間にある破線による垂直線Ｔ）。

上述した第２の実施例（手順Ｓ６’における部分的な探索アルゴリズム）による測定についての別の形態によって得られたモデル−パラメータが第１の実施例に比べて高い品質であるのは、測定手順によって実際にロボット１、２の測定−位置を比較したり同一視したりするためであり、操縦機器の許容誤差によって影響を受ける規定−位置だけではないためである。

上述の実施例は、例えば製造者によって個々のロボット２を測定するのに特に適している。測定を行なうロボット２はこの時基準ロボット１と同じ位置にあり、測定誤差を体系的になくすために同じ測定装置、外付けの測定装置および場合によっては制御装置を使用するのが望ましい。

これとは対照的に第５ａ図、第５ｂ図では、測定を行なうロボット１、２（一般的にｎロボット；ここでは特にｎ＝２）を共に実際の作動セルに区分した場合または後に協働しなければならない前記セルに製造者が区分した場合における別の実施例について示している。二つのロボットによる精度特性について以下で示した別の複製−方法と同様に、一連のｎロボットは（例えば“ベルトコンベヤ” を模倣するために）セルまたは装置において順番に特定を行ない、同様に全体として順番に特定するのは、ロボット２をロボット１で特定し、ロボット３をロボット２で特定する等々によってさしあたり特定を行なう場合である。

第５ａ図および第５ｂ図において示しているように、測定−位置を特定するために少なくとも１つのロボットを配置し、このロボットとともに作動することの可能な外付けの測定装置５、５’を使用することにより、測定を行なうロボット１、２は狭い範囲で相互に連結している。例えば第３ｂ図に示したように、第５ａ図に記載の基準ロボット１はハンドフランジ１．４に例えば光学的な測定システムといった外付けの測定装置５を備えている。複製ロボット２はハンドフランジ２．４に測定プレート８を取り付けている。分かりやすさという観点から第５ａ図および第５ｂ図ではロボット１、２の制御アーキテクチャを図示していない（第１図、第２図を参照）。測定装置がどこにあるのか、どのロボット−制御装置または測定機器−制御装置が測定機器のシグナルについて評価するのかということについては重要ではない。光学的な方法では、ロボットにはカメラがあり、別のロボットには測定プレートがある。

第５ｂ図に記載の実施例では、基準ロボット１および複製ロボット２は外付けの測定装置５’によって力−モーメント−センサという形で機械的に強制連結しており、すなわち外付けの測定装置５’によって二つのロボット１、２の間には直接的な偶力が作用する。別の実施形態において図５ｂの外付けの測定装置５’は、ロボット１、２の二つのフランジ１．４、２．４に直接固定され、この時二つのフランジの間における距離および相対的な方向を特定する状態にある繊維−測定装置である。

以下に示した方法の基本原理は、基準ロボット１が位置または軌道をあらかじめ設定することであり、複製ロボット２が直接追従することである。その際例えば後の操作のように、ロボット１、２のハンドフランジ１．４、２．４が好ましい角度および距離で互いに位置するような追従制御を形成することが必要となる。このことは、空間において分散した位置にある場合または摩耗したすべてのロボット軌道である場合に起こりうる。すでに図示した測定方法には、さまざまなロボット位置から生じるすべての不具合が複製ロボット２の精密なモデルによって補正することができるといった決定的な長所がある。外付けの測定装置５、５’用に追加で固定する可能性がある限り、セルにあるロボットに工具（ここでは図示していない）はフランジをつけたままにしておくこともできる。こうした方法では例えば後の実際の操作のように、ロボットにおける荷重割合について考慮するため
、協働するロボットを相互にさらに正確に特定することが可能となる。

第６図の工程図では方法についての具体的な手順を示しており、協働するロボットの場合には二つ以上のロボットが共に１つの課題に対して作動していることに関係なく、複製ロボットのみに限定することなく概要について説明している。発明に基づく方法における上述の実施形態では、基準ロボット１により供給される測定データＭ（第２図）に基づいて基準ロボット１について定義された距離および定義された方向を遵守したサーボイング−アルゴリズムを複製ロボット２の制御装置４において実行する。この時特にビジュアル−サーボイング−アルゴリズム（第３ｂ図）では、例えば基準ロボット１にある測定プレート７、８において定義された特徴７．２、８．２を画面拡大部分Ｂ、Ｂ’の同じ箇所において維持しておくという目的がある。第５ｂ図に記載の力−モーメント−センサ５’によって機械的に連結する場合にはこれ以外に、ロボット間の力やモーメントによらない機械的な連結に関係なく伝達するように複製ロボット２の位置合わせを行なうという目的がある。

発明に基づく方法は第６図に従い、基準ロボット１が手順Ｓ１１において作動空間の範囲内で位置を移動し、この位置を複製ロボット２に伝送を行なう手順Ｓ１０を開始する。すでに説明したように、位置ジェネレータ（図示していない）による測定手順の場合には移動を行なう位置をあらかじめ設定するか、協働するロボットについての処理を行なう制御プログラムから導き出す。その後手順Ｓ１２において複製ロボット２は基準ロボット１の動きに追従する。ロボット１、２の機械的な連結でない場合には連結解除が生じ、すなわち基準ロボット１はさしあたり好ましい位置に移動し、その後複製ロボット２は好ましい位置に移動する。軌道プランに対応した適切な追従制御により、複製ロボット２は基準ロボット１に追従する。これとは対照的に機械的に連結する場合には、測定装置５’またはロボット１、２を損傷しないように直接的な追従が不可欠である。あらかじめ定義した位置を基準ロボット１との関係で複製ロボット２が採用し、基準ロボット１により供給された測定データおよび軌道情報により、複製ロボット２はいかなる場合にも位置を制御する。すでに複製ロボット２によって採用された位置（第５ａ図、第５ｂ図では実線）は、空間において予測された位置への移動が予定された軌道に沿って行なわれる場合には採用しようとする位置と一般的には一致しない。予定された位置（第５ａ図、第５ｂ図では点線）と実際に到達した位置との差をロボット１、２の内部の調整値（角度計）とともに手順Ｓ１３において記憶する。

手順Ｓ１４では、測定点の移動が十分なものであったかどうかについて示している。この表示がイエス（ｊ）であれば、手順Ｓ１５に進む。そうでない場合（ｎ）には手順Ｓ１１に戻る。手順Ｓ１５では、好ましくは制御装置４にあるモデル形成−装置４．３において複製ロボット２用にすでに記憶された測定データから精密なパラメータ−モデルの特定を行なう（上記を参照）。第４図ですでに説明した別の方法と同様に、すでに説明した方法は基準−ロボット１の不具合を補正するのに適している。

上述の発明に基づく方法を利用する場合、安価な標準ロボットによって自動化装置を製造することが可能となり、ロボットを交換する際に精度特性の特定および複製を行なわなければならない。この時別の測定手順またはプログラム変更によることなくさらに製造することができる。これ以外には製造開始前にすべてのロボットの位置合わせ特性について記憶するデータベースを作ることができるため、必要に応じて複製−情報を迅速かつ簡単に取り出すことができる。

上述した方法によって精度特性を複製することにより、複製を行なうロボットを非常に正確に順番に特定することができるのは、個々のロボットを単に精密に製造するためだけではなく、すべてのロボットが同じ位置合わせ特性および軌道走行特性を有するためであ
る。

制御装置および外付けの測定装置を備えた複数軸−産業ロボットの形による二つの操縦機器についての図である。 発明に基づく装置についてのブロック図である。 ロボットのハンドフランジに配置された測定プレートについての図である。 発明に基づく方法を実施したずれの特定についての図である。 発明に基づく方法に基づく第１の実施例についての工程図である。 協働する外付けの測定装置を備えた二つの操縦機器についての図である。 機械的に強制連結している二つの操縦機器についての図である。 発明に基づく方法に基づく第２の実施例についての工程図である。

符号の説明

１ ロボット
１．１ａ−ｄ ロボットアーム
１．２ａ−ｄ ロボットジョイント部
１．３ 遠位末端部
１．４ ハンドフランジ
１．５ 内蔵された測定装置
２ ロボット
２．１ａ−ｄ ロボットアーム
２．２ａ−ｄ ロボットジョイント部
２．３ 遠位末端部
２．４ ハンドフランジ
２．５ 内蔵された測定装置
３、４ 制御装置
３．１記憶装置
３．２ 比較媒体
３．３ 演算装置
３．４ マイクロプロセッサ
３．５ 制御媒体
５、６ 外付けの測定装置
７、８ 測定プレート
７’、８’ 仮の測定プレート
７．１、８．１ 前面
７．２、８．２ マーク
ＡＺ１、ＡＺ２、ＡＺ３ 作動セル
Ｂ、Ｂ’ 測定領域
Ｄ 直径
Δ ずれ
ｊ イエスの表示
Ｍ、Ｍ’ 測定シグナル
ｎ ノーの表示
Ｐ１、Ｐ１’ 測定位置
Ｐ２、Ｐ２’ 測定位置
Ｓ、Ｓ’ 制御シグナル
Ｓ１−Ｓ１６ 方法手順
Ｔ 接続線

Claims (29)

1. ａ）作動空間内における複数のあらかじめ設定された位置に基準−操縦機器の内部の調整値を特定するために第１の規定−位置として基準−操縦機器を移動する；
   ｂ）手順ａ）による個々の規定−位置について基準−操縦機器の割り当てられた位置を外付けの測定装置によって第１の測定−位置として特定する；
   ｃ）基準−操縦機器用に特定された位置を第２の規定−位置として複製−操縦機器によって移動する；
   ｄ）手順ｃ）で移動した個々の位置用に複製−操縦機器の位置を第２の測定−位置として特定する；および
   ｅ）基準−操縦機器の不具合および複製−操縦機器の不具合を同時に補正するために第１の規定−位置および測定−位置と第２の規定−位置および測定−位置との間にある測定−規定−ずれから複製−操縦機器用のパラメータ−モデルを算出する
   少なくとも１つの基準−操縦機器としての操縦機器および少なくとも１つの複製−操縦機器としての操縦機器によって機能する例えば複数軸−産業ロボットといった複数の操縦機器を制御するための方法。
2. 手順ｃ）における複製−操縦機器により手順ａ）で特定された基準−操縦機器の第１の規定−位置を移動する精度特性を複製することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 手順ｃ）における複製−操縦機器により手順ｂ）で特定された基準−操縦機器の第１の測定−位置を移動することについて意図されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. あらかじめ設定された許容誤差および／またはあらかじめ設定されたずれの範囲内で複製−操縦機器の位置および測定−位置が一致するまで複製−操縦機器を移動することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 手順ｃ）では外付けの測定装置に応じて複製−操縦機器の方法を行なうことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 基準−操縦機器および複製−操縦機器の操作が行なわれることを特徴とする、請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つの請求項に記載の方法であり、この時基準−操縦機器の規定−位置および／または測定−位置は適切に形成された集合体、特にデータ集合体によって複製−操縦機器に伝送される方法。
7. 複製−操縦機器が外付けの測定装置を装備していることであるため、複製−操縦機器によって協働することを特徴とする、請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１つの請求項に記載の方法。
8. 基準−操縦機器と複製−操縦機器との間では外付けの測定装置によって機械的な強制連結を行なうことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 外付けの測定装置によって位置特定が光学的に行なわれることを特徴とする、請求項１ないし請求項７のうちのいずれか１つの請求項に記載の方法。
10. 基準−操縦機器および複製−操縦機器が共通の作動セルにおいて作動することを特徴とする、請求項１ないし請求項９のうちのいずれか１つの請求項に記載の方法。
11. 複製−操縦機器が基準−操縦機器の作動セルによって別々の理想的な作動空間において
    作動することを特徴とする、請求項１ないし請求項６または請求項９のうちのいずれか１つの請求項に記載の方法。
12. 特定を行なった後に基準−操縦機器の第１の規定−位置および測定−位置を記憶することを特徴とする、請求項１ないし請求項１１のうちのいずれか１つの請求項に記載の方法。
13. 作動セルにおいて制御方向に時間をずらして基準−操縦機器および複製−操縦機器を操作することを特徴とする、請求項１２に記載の方法であり、この時記憶された形で基準−操縦機器の規定−位置および／または測定−位置を複製操縦機器に伝送する方法。
14. 基準−操縦機器および複製−操縦機器が同じ制御装置の作動セルにおいて相互に作動することを特徴とする、請求項１２または請求項１３に記載の方法。
15. さしあたり第１の操縦機器を基準−操縦機器として選択し、第２の操縦機器を複製−操縦機器として選択し、その後第２の操縦機器を基準−操縦機器として機能させ、別の操縦機器を複製−操縦機器として機能させることを特徴とする、前記複数請求項のうちのいずれか１つの請求項に記載の方法。
16. −少なくとも二つの操縦機器（１、２）；
    −あらかじめ設定された規定−位置（Ｐ２、Ｐ２’）における操縦機器（１、２）を作動するための少なくとも１つの制御装置（３、４）；
    −個々の操縦機器の規定−位置（Ｐ２、Ｐ２’）と同じ操縦機器（１、２）の測定−位置（Ｐ１、Ｐ１’）を測定するための少なくとも１つの外付けの測定装置（５、５’）；
    −操縦機器（１、２）の個々の規定−位置（Ｐ２、Ｐ２’）と測定−位置（Ｐ１、Ｐ１’）との間のずれ（Δ）を特定するための比較装置（３．２）；および
    −一体化された操縦機器（１、２）の測定−規定−ずれ（Δ）から少なくとも１つの操縦機器（１、２）のパラメータ−モデルを算出するためのモデル形成−装置（３．３）
    によって例えば複数軸−産業ロボットといった操縦機器（１、２）の精度を改善するための装置。
17. 少なくとも１つの外付けの測定装置（５、６）を据え付け可能にし、操縦機器（１、２）の作動範囲（ＡＺ１、ＡＺ２、ＡＺ３）との作動関係によって配置することを特徴とする、請求項１６に記載の装置。
18. 操縦機器と共に移動できるように外付けの測定装置（５’）を操縦機器（１、２）に配置することを特徴とする、請求項１６または請求項１７に記載の装置。
19. 外付けの測定装置（５、６）が光学的に測定を行なう測定装置であることを特徴とする、請求項１６ないし請求項１８のうちのいずれか１つの請求項に記載の装置。
20. 外付けの測定装置（５、６）が操縦機器（１、２）の位置（Ｐ１、Ｐ１’）におけるすべての自由度を特定する光学的な装置であることを特徴とする、請求項１９に記載の装置。
21. 外付けの測定装置（５、６）がステレオ−画像処理システムであることを特徴とする、請求項１９または請求項２０に記載の装置。
22. 協働する測定装置（５’）が機械的な強制連結によって操縦機器（１、２）間で測定を行なう測定装置であることを特徴とする、請求項１８ないし請求項２１のうちのいずれか
    １つの請求項に記載の装置。
23. 協働する測定装置（５’）が力−モーメント−センサであることを特徴とする、請求項２２に記載の装置。
24. 測定装置（５、５’、６）が繊維−測定装置であることを特徴とする、請求項１６または請求項２３のうちのいずれか１つの請求項に記載の装置。
25. 少なくとも二つの操縦機器（１、２）を同時に作動するための共通の作動セル（ＡＺ１）であることを特徴とする、請求項１６ないし請求項２４のうちのいずれか１つの請求項に記載の装置。
26. 複数の操縦機器（１、２）用の別々の作動セル（ＡＺ２、ＡＺ３）であることを特徴とする、請求項１６ないし請求項２５のうちのいずれか１つの請求項に記載の装置。
27. 操縦機器間、特に規定−位置（Ｐ２、Ｐ２’）および／または測定−位置（Ｐ１、Ｐ１’）間ならびに調整値の伝送を行なうためのデータ伝送用の伝送媒体（Ｔ）であることを特徴とする、請求項１６ないし請求項２６のうちのいずれか１つの請求項に記載の装置。
28. 操縦機器（１、２）の規定−位置（Ｐ２、Ｐ２’）用および／または測定−位置（Ｐ１、Ｐ１’）用の記憶装置（３．１）であることを特徴とする、請求項１６ないし請求項２７のうちのいずれか１つの請求項に記載の装置。
29. 操縦機器（１、２）を特に制御装置（３、４）において逐次的に作動する作動セル（ＡＺ２、ＡＺ３）であることを特徴とする、請求項２８に記載の装置。

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