JP2006297559A - Calibration system and robot's calibration method - Google Patents

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洋一 柿坂
Toshihiro Matsuo
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a jig capable of automatic calibration by a robot without manpower, and a calibration method suitable for automation. <P>SOLUTION: This calibration system of a robot comprises a calibration tool 2 mounted to the tip of a robot arm 1, and a calibration jig 3 located at a calibration position. The shape at the tip of the calibration tool 2 is made coincident with the shape of the calibration jig 3 at the calibration position. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、産業用ロボットのキャリブレーションシステムおよびその方法に関する。   The present invention relates to an industrial robot calibration system and method.

従来の産業用ロボットのキャリブレーション方法には、２つが提案されている。第１には、ロボットハンド先端の位置補正を実施するための装置として、カメラ、光源部と照射部、及びコンピュータを有しているものである（例えば、特許文献１参照）。従来のキャリブレーションシステムについて図４を用いて説明する。ロボットアーム１０１、ロボットハンド１０２などを有するロボット１００と、その動きを制御するロボットコントローラ１１０及びティーチングペンダント１２０から構成される。これに加え、ロボットハンド１０２先端の位置補正を実施するための装置として、カメラ１０、照明のための光源部と照射部、及びコンピュータを有している。
また、第２には、ロボット自体に設けられた基準面またはロボットとの関係が既知の基準面に取り付け、前記キャリブレーションシステムの先端部とロボット手首先端部を機械的に結合させ、前記キャリブレーションシステムの変位検出装置から得られる位置データ・姿勢データからロボットの位置データ・姿勢データを逆算し、ロボットのキャリブレーションを行うものである（例えば、特許文献２参照）。従来のキャリブレーションについて図５を用いて説明する。ロボット２００にはその手首フランジ面２０１ｆに冶具２０２が取り付けられている。ＣＡ装置２０３は、任意の位置に手動によって多自由度に動作させることができるマニピュレータ形式のもので、各軸には、回転位置を検出する回転検出器が取り付けられており、インターフェース制御盤２０５に接続されている。その自由度は、位置を決定する３自由度（３軸）、姿勢を決定する３自由度（３軸）の計６自由度（６軸）を有することが望ましいが、その具体的構成は問わない。ＣＡ装置２０３の先端部のＣＡ装置フランジ面２０３ｆには冶具２０４が取り付けられている。ロボットの制御点ＰとＣＡ装置の先端点Ｐとは同一地点で一致し、その姿勢も一致するようになっている。
特開２００１−２４６５８２号公報（第４頁、図１） 特開平５−２６１６８２号公報（第２頁、図１） Two conventional calibration methods for industrial robots have been proposed. First, the apparatus for correcting the position of the tip of the robot hand has a camera, a light source unit, an irradiation unit, and a computer (see, for example, Patent Document 1). A conventional calibration system will be described with reference to FIG. The robot 100 includes a robot arm 101, a robot hand 102, and the like, and a robot controller 110 and a teaching pendant 120 that control the movement of the robot 100. In addition to this, the apparatus for correcting the position of the tip of the robot hand 102 includes a camera 10, a light source unit and an irradiation unit for illumination, and a computer.
Second, the calibration surface is attached to a reference surface provided on the robot itself or a reference surface with a known relationship with the robot, and the calibration system tip and the robot wrist tip are mechanically coupled, and the calibration is performed. The robot position is calibrated by calculating back the position data / posture data of the robot from the position data / posture data obtained from the displacement detection device of the system (see, for example, Patent Document 2). Conventional calibration will be described with reference to FIG. A jig 202 is attached to the wrist flange surface 201 f of the robot 200. The CA device 203 is of a manipulator type that can be manually moved to a desired position with multiple degrees of freedom, and a rotation detector that detects the rotational position is attached to each axis. It is connected. The degree of freedom preferably has a total of 6 degrees of freedom (6 axes), 3 degrees of freedom (3 axes) for determining the position and 3 degrees of freedom (3 axes) for determining the posture. Absent. A jig 204 is attached to the CA device flange surface 203f at the tip of the CA device 203. The control point P of the robot and the tip point P of the CA device coincide at the same point, and their postures also coincide.
JP 2001-246582 A (page 4, FIG. 1) JP-A-5-261682 (2nd page, FIG. 1)

従来の産業用ロボットのキャリブレーションは、ロボットハンドにカメラや照明器具を取り付けるため、先端イナーシャが大きくなり、操作速度が低くなり、操作性が低下するという問題があった。
また、精細な画像を得るためには、高価なカメラや照明器具を取り付ける必要があるために、コスト高となるという問題が生じていた。
また、操作者がロボットアームを目標位置に位置決めしているために、必ず人手によりキャリブレーションをする必要があり、作業が複雑な場合、作業時間がかかり、コスト高になるという問題も生じていた。
また、人手によって目視しながら行う必要があるため、制御点を正確に一点に合せるには熟練を要し、作業者の負担も大きく、作業者によって精度のバラツキが生じるという問題も生じていた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、人手を要せずにロボットが自動的にキャリブレーションできる冶具を提供するとともに自動化に適したキャリブレーション方法を提供することを目的とする。 Conventional calibration of industrial robots has a problem in that since a camera and a lighting fixture are attached to the robot hand, the tip inertia becomes large, the operation speed decreases, and the operability decreases.
In addition, in order to obtain a fine image, it is necessary to attach an expensive camera or lighting fixture, and thus there is a problem that the cost is increased.
In addition, since the operator positions the robot arm at the target position, it is necessary to calibrate by hand. If the work is complicated, there is a problem that it takes work time and increases costs. .
In addition, since it is necessary to perform the process while visually observing it manually, skill is required to accurately match the control points, the burden on the operator is large, and there is a problem that the accuracy varies depending on the operator.
The present invention has been made in view of such problems, and it is an object of the present invention to provide a jig that can be automatically calibrated by a robot without requiring a manual operation and to provide a calibration method suitable for automation. To do.

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、ロボットアーム先端に取り付けたキャリブレーションツールと、キャリブレーション位置に載置されたキャリブレーション冶具からなるロボットのキャリブレーションシステムにおいて、前記キャリブレーションツール先端の形状と、キャリブレーション位置の前記キャリブレーション冶具の凹部形状が合致する形状であるものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記キャリブレーションツールが力センサを内包したものである。
また、請求項３記載の発明は、前記キャリブレーションツールの先端が１面に斜面を形成したものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記キャリブレーション冶具がキャリブレーション位置に対して少なくとも１つの前記凹形経路を形成されたものである。
また、請求項５に記載の発明は、前記キャリブレーション冶具は立体構造から形成され、少なくとも１つの凹形経路が形成されたものである。
また、請求項６に記載の発明は、ロボットアーム先端に取り付けたキャリブレーションツールと、キャリブレーション位置に載置されたキャリブレーション冶具からなるロボットのキャリブレーション方法において、キャリブレーションツールの制御点をロボットコントローラの制御点として登録する工程と、ロボットの動作範囲内にキャリブレーション治具を固定する工程と、ロボットのコンプライアンス機構を有効にし、キャリブレーション治具の凹形経路に一致するようにロボットを移動させる工程と、キャリブレーション治具とキャリブレーションツールの接触によって生じる外力に従ってキャリブレーションツールは、凹形経路のキャリブレーション位置に合致する位置へ移動する工程と、合致した位置をキャリブレーション用動作プログラムへ登録する工程とからなるものである。 In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
The invention according to claim 1 is a robot calibration system comprising a calibration tool attached to the tip of a robot arm and a calibration jig placed at a calibration position. It is a shape which the recessed part shape of the said calibration jig of a calibration position corresponds.
According to a second aspect of the present invention, the calibration tool includes a force sensor.
According to a third aspect of the present invention, the tip of the calibration tool forms a slope on one surface.
According to a fourth aspect of the present invention, the calibration jig is formed with at least one concave path with respect to a calibration position.
According to a fifth aspect of the present invention, the calibration jig is formed of a three-dimensional structure, and at least one concave path is formed.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a robot calibration method comprising a calibration tool attached to the tip of a robot arm and a calibration jig placed at a calibration position. The process of registering as a control point of the controller, the process of fixing the calibration jig within the robot movement range, the robot compliance mechanism is enabled, and the robot is moved to match the concave path of the calibration jig The calibration tool moves to a position that matches the calibration position of the concave path according to the external force generated by the contact between the calibration jig and the calibration tool, and moves the matched position for calibration. It is made of a step of registering the program.

請求項１および３から５に記載の発明によると、キャリブレーション治具とキャリブレーションツールの接触によって生じる外力に従ってキャリブレーションツールが、凹形経路のキャリブレーション位置に合致する位置へ移動する構造であるので、人手による操作もないので操作性も良く、高価なセンサを必要とすることもないので安価な装置を提供できる。
請求項２および６に記載の発明によると、ロボットにキャリブレーション位置を指定して自動的にキャリブレーション作業をすることができ、作業者による精度のばらつきが生じることなく、正確なキャリブレーションを行うことができる。 According to the first and third to fifth aspects of the present invention, the calibration tool moves to a position that matches the calibration position of the concave path according to the external force generated by the contact between the calibration jig and the calibration tool. Therefore, since there is no manual operation, the operability is good and an expensive sensor is not required, so that an inexpensive device can be provided.
According to the second and sixth aspects of the invention, it is possible to automatically perform calibration work by designating a calibration position to the robot, and perform accurate calibration without causing variation in accuracy by the operator. be able to.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明のキャリブレーション冶具およびロボットアームの斜視図である。図において、１はロボットアーム、２はキャリブレーションツール、３はキャリブレーション冶具、４は力センサである。ロボットアーム１の先端にはキャリブレーションツール２が取り付けられており、キャリブレーションツール２は、キャリブレーション冶具３に形成された凹形経路３ａに沿ってキャリブレーション位置へ図示しないロボット制御装置によって移動するようにプログラムされている。また、キャリブレーションツール２には３軸の力センサ４が取り付けられており、キャリブレーションツール２が、キャリブレーション冶具３に形成された凹形経路３ａに沿ってキャリブレーション位置へ移動する際には、力センサからの力フィードバックを用いてコンプライアンス制御しながら移動する。また、キャリブレーションツール２の先端形状と凹形経路３ａのキャリブレーション部の形状は、ともに合致する形状で形成されている。
本発明が特許文献１と異なる部分は、先端形状が合致するキャリブレーションツールとキャリブレーション冶具の凹形経路を具備した部分である。また、本発明が特許文献１と異なる部分は、自動的にキャリブレーションを行うようにした部分である。
キャリブレーションツールと、キャリブレーション冶具の形状について図２を用いて説明する。キャリブレーションツール２の先端は、一面に斜面２ａを有する形状をしており、これと合致するように、凹形経路３ａも一面に斜面３ｂを有する形状を形成している。このようにすることにより、キャリブレーションツール２とキャリブレーション冶具３は、キャリブレーション部にキャリブレーションできる構成となっている。
ここでは、キャリブレーションツールとキャリブレーション冶具の合致する形状に斜辺を有する形状を用いたが、円錐形状、方形状、球形状等でも良く、キャリブレーションツールとキャリブレーション冶具のキャリブレーション位置で合致する形状であれば良い。
次にキャリブレーション方法について説明する。はじめに、キャリブレーションツールの制御点を図示しないロボットコントローラの制御点として登録する。
次に、ロボットの動作範囲内にキャリブレーション治具３を固定する。
次に、ロボットのコンプライアンス機構を有効にし、キャリブレーション治具の凹形経路に一致するようにロボットを移動させる。
次に、コンプライアンス機構が働き、キャリブレーション治具とキャリブレーションツールの接触によって生じる外力に従ってキャリブレーションツール２は、凹形経路３ａのキャリブレーション位置に合致する位置へ移動する。
次に、合致した位置をキャリブレーション用動作プログラムへ登録する。
本実施例では、キャリブレーションを行う手順について上記手順を用いたが、作業環境や、動作範囲によっては手順が入れ替わることもある。
このように、キャリブレーションツールの先端形状と凹形経路のキャリブレーション部の形状は、ともに合致する形状で形成し、キャリブレーションツールに取り付けた３軸の力センサからの力フィードバックを用いてコンプライアンス制御しながら移動することで、ロボットは、キャリブレーション位置へ自動的に移動することができる。 FIG. 1 is a perspective view of a calibration jig and a robot arm according to the present invention. In the figure, 1 is a robot arm, 2 is a calibration tool, 3 is a calibration jig, and 4 is a force sensor. A calibration tool 2 is attached to the tip of the robot arm 1, and the calibration tool 2 moves to a calibration position along a concave path 3a formed in the calibration jig 3 by a robot control device (not shown). Is programmed to do so. In addition, a triaxial force sensor 4 is attached to the calibration tool 2, and when the calibration tool 2 moves to the calibration position along the concave path 3 a formed in the calibration jig 3. It moves with compliance control using force feedback from the force sensor. Further, the tip shape of the calibration tool 2 and the shape of the calibration part of the concave path 3a are both formed to coincide with each other.
The part where the present invention is different from Patent Document 1 is a part having a concave path of a calibration tool and a calibration jig with matching tip shapes. Moreover, the part from which this invention differs from patent document 1 is a part which performed the calibration automatically.
The shape of the calibration tool and the calibration jig will be described with reference to FIG. The tip of the calibration tool 2 has a shape having an inclined surface 2a on one surface, and the concave path 3a also has a shape having an inclined surface 3b on one surface so as to coincide with this. In this way, the calibration tool 2 and the calibration jig 3 can be calibrated to the calibration unit.
Here, a shape having a hypotenuse is used as a shape that matches the calibration tool and the calibration jig. However, a conical shape, a square shape, a spherical shape, or the like may be used, and they match at the calibration position of the calibration tool and the calibration jig. Any shape is acceptable.
Next, a calibration method will be described. First, the control points of the calibration tool are registered as the control points of a robot controller (not shown).
Next, the calibration jig 3 is fixed within the operation range of the robot.
Next, the compliance mechanism of the robot is enabled and the robot is moved so as to coincide with the concave path of the calibration jig.
Next, the compliance mechanism operates, and the calibration tool 2 moves to a position that matches the calibration position of the concave path 3a according to the external force generated by the contact between the calibration jig and the calibration tool.
Next, the matched position is registered in the calibration operation program.
In the present embodiment, the above-described procedure is used for the calibration procedure. However, the procedure may be changed depending on the work environment and the operation range.
In this way, the tip shape of the calibration tool and the shape of the calibration part of the concave path are both formed to match, and compliance control is performed using force feedback from the triaxial force sensor attached to the calibration tool. By moving the robot while moving, the robot can automatically move to the calibration position.

図３は本発明の第２実施例を示すキャリブレーション冶具の詳細図である。キャリブレーション冶具３は、立方体の凹形経路３ａを各面に設けられた構造である。本発明が実施例１と異なる部分は、キャリブレーション冶具の各面に凹形経路を設け、平面的にキャリブレーションツールが移動するのではなく、３次元にロボットアームが動作し、キャリブレーションツールとキャリブレーション冶具が合致する部分である。キャリブレーション方法については、第１実施例と同様であるので説明を省略する。
このように３次元にロボットアームを動作させ、キャリブレーションを行うことで、複雑なロボットの移動経路にも対応できる。 FIG. 3 is a detailed view of a calibration jig showing a second embodiment of the present invention. The calibration jig 3 has a structure in which a cubic concave path 3a is provided on each surface. The present invention is different from the first embodiment in that a concave path is provided on each surface of the calibration jig, and the calibration tool is not moved in a plane, but the robot arm is operated in three dimensions. The calibration jig is the matching part. Since the calibration method is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
Thus, by moving the robot arm in three dimensions and performing calibration, it is possible to cope with a complicated robot movement path.

産業用ロボットのみならず、キャリブレーションを要するものであれば、工作機械や芯出し機械等にも適用できる。   The present invention can be applied not only to industrial robots but also to machine tools, centering machines and the like as long as calibration is required.

本発明の第１実施例を示すキャリブレーションシステムの斜視図The perspective view of the calibration system which shows 1st Example of this invention 本発明の第１実施例におけるキャリブレーションツールとキャリブレーション冶具の先端の斜視図The perspective view of the front-end | tip of the calibration tool and calibration jig in 1st Example of this invention 本発明の第２実施例におけるキャリブレーション冶具の斜視図The perspective view of the calibration jig in 2nd Example of this invention 従来のキャリブレーションシステムの外観図External view of conventional calibration system 従来の位置検出装置を備えたキャリブレーションシステムの側断面図Side sectional view of a calibration system equipped with a conventional position detection device

符号の説明Explanation of symbols

１ ロボットアーム
２ キャリブレーションツール
２ａ 斜面
３ キャリブレーション冶具
３ａ 凹形経路
３ｂ 斜面
４ 力センサ
１０ カメラ
１００ ロボット
１０１ ロボットアーム
１０２ ロボットハンド
１１０ ロボットコントローラ
１２０ ティーチングペンダント
２００ ロボット
２０１ｆ 手首フランジ面
２０２ 冶具
２０３ ＣＡ装置
２０３ｆ ＣＡ装置フランジ面
２０４ 冶具
２０５ インターフェース制御盤
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Robot arm 2 Calibration tool 2a Slope 3 Calibration jig 3a Concave path 3b Slope 4 Force sensor 10 Camera 100 Robot 101 Robot arm 102 Robot hand 110 Robot controller 120 Teaching pendant 200 Robot 201f Wrist flange surface 202 Jig 203 CA device 203f CA device flange surface 204 Jig 205 Interface control panel

Claims (6)

ロボットアーム先端に取り付けたキャリブレーションツールと、キャリブレーション位置に載置されたキャリブレーション冶具からなるロボットのキャリブレーションシステムにおいて、
前記キャリブレーションツール先端の形状と、キャリブレーション位置の前記キャリブレーション冶具の凹部形状が合致する形状であることを特徴とするキャリブレーションシステム。 In a robot calibration system consisting of a calibration tool attached to the tip of the robot arm and a calibration jig placed at the calibration position,
A calibration system, wherein a shape of a tip of the calibration tool and a concave shape of the calibration jig at a calibration position coincide with each other. 前記キャリブレーションツールは力センサを内蔵したことを特徴とする請求項１記載のキャリブレーションシステム。   The calibration system according to claim 1, wherein the calibration tool includes a force sensor. 前記キャリブレーションツールの先端は１面に斜面を形成したことを特徴とする請求項１記載のキャリブレーションシステム。   The calibration system according to claim 1, wherein a tip of the calibration tool has a slope on one surface. 前記キャリブレーション冶具はキャリブレーション位置に対して少なくとも１つの前記凹形経路を形成されたことを特徴とする請求項１記載のキャリブレーションシステム。   The calibration system according to claim 1, wherein the calibration jig is formed with at least one concave path with respect to a calibration position. 前記キャリブレーション冶具は立体構造から形成され、少なくとも１つの凹形経路が形成されたことを特徴とする請求項１記載のキャリブレーションシステム。   The calibration system according to claim 1, wherein the calibration jig is formed of a three-dimensional structure, and at least one concave path is formed. ロボットアーム先端に取り付けたキャリブレーションツールと、キャリブレーション位置に載置されたキャリブレーション冶具からなるロボットのキャリブレーション方法において、
キャリブレーションツールの制御点をロボットコントローラの制御点として登録する工程と、ロボットの動作範囲内にキャリブレーション治具を固定する工程と、ロボットのコンプライアンス機構を有効にし、キャリブレーション治具の凹形経路に一致するようにロボットを移動させる工程と、キャリブレーション治具とキャリブレーションツールの接触によって生じる外力に従ってキャリブレーションツールは、凹形経路のキャリブレーション位置に合致する位置へ移動する工程と、合致した位置をキャリブレーション用動作プログラムへ登録する工程とからなることを特徴とするロボットのキャリブレーション方法。 In a robot calibration method comprising a calibration tool attached to the tip of a robot arm and a calibration jig placed at a calibration position,
Registering calibration tool control points as robot controller control points, fixing the calibration jig within the robot's operating range, enabling the robot's compliance mechanism, and calibrating the concave path of the calibration jig And the step of moving the robot to match the calibration position of the concave path according to the external force generated by the contact between the calibration jig and the calibration tool. A robot calibration method comprising the steps of: registering a position in a calibration operation program.
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