JP2007144623A - 移動情報測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】低コストでエンドエフェクタの位置の軌跡を改善でき、さらに高周波の偏差にも追従できる移動情報測定装置を提供する。
【解決手段】動作補間部20が求めたエンドエフェクタ5の目標位置と実際にサーボ制御部24を動作させたときの加速度センサ50及びビジョンセンサ52の測定結果に基づいたエンドエフェクタ5の実位置とから、補間周期毎の偏差が計算される。エンドエフェクタの実位置は、加速度センサ50による高周波成分及びビジョンセンサ52による低周波成分を用いて求められる。
【選択図】図1
【解決手段】動作補間部20が求めたエンドエフェクタ5の目標位置と実際にサーボ制御部24を動作させたときの加速度センサ50及びビジョンセンサ52の測定結果に基づいたエンドエフェクタ5の実位置とから、補間周期毎の偏差が計算される。エンドエフェクタの実位置は、加速度センサ50による高周波成分及びビジョンセンサ52による低周波成分を用いて求められる。
【選択図】図1
Description
本発明は、ロボットの軌跡を測定するための移動情報測定装置に関し、特には、ロボットの学習制御においてロボットのエンドエフェクタ又はロボット機構部の位置を求めるための移動情報測定装置に関する。
従来、ロボットの動作制御に使用される学習制御機能を備えた装置としては、例えば特許文献1に開示されるサーボ制御装置がある。このサーボ制御装置は、同一指令パターンにおける位置偏差に基づいて補正データを作成しメモリに記憶するとともに位置偏差を補正する学習制御手段を備える。学習制御手段は、学習制御開始指令から学習制御終了指令までの間、位置偏差に基づいて補正データを作成するとともに位置偏差を補正することができる。この場合学習制御に使用されるセンサは、ロボットのエンドエフェクタ等に常時取付けた状態でデータの出力を行うのが一般的である。
また位置補正に関し、アームの位置補正を高精度かつ短時間に行うことを目的とした、ビジョンセンサを用いた産業用ロボットが特許文献2に記載されている。このロボットは、アームの先端に設けられたビジョンセンサと、このセンサの座標軸をロボット座標軸と一定の関係に保つようにセンサを駆動するセンサ駆動手段と、センサからの情報に基づいてロボットの位置を変更可能に制御する制御手段とを有する。
高精度の動作制御が要求される場合には、実稼動を反復する間に学習制御を行うことが一般に行われる。その場合は、センサの保守を比較的頻繁に行う必要があり、また故障時等の交換用として複数のセンサを用意する必要もある。またエンドエフェクタの作動環境によっては、センサが他の機器等に干渉する虞もある。
また特許文献2に記載の産業用ロボットはビジョンセンサを使用するが、一般にビジョンセンサは、画像を取り込む時間間隔との関係等から、比較的低周波の偏差への追従には適しているが高周波の偏差には追従できないという周波数特性を有する。従ってより高精度の制御を行うにはやや不十分である。
そこで本発明は、低コストでエンドエフェクタの位置の軌跡を改善でき、さらに高周波の偏差にも追従できる移動情報測定装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、ロボット機構部と、前記ロボット機構部に取付けられるエンドエフェクタとを有するロボットにおいて使用され、前記ロボット機構部の動作による前記エンドエフェクタ又は前記ロボット機構部の移動情報を測定するための移動情報測定装置であって、前記エンドエフェクタ又は前記ロボット機構部の位置を求めるための高周波成分及び低周波成分をそれぞれ出力する高周波成分用センサ及び低周波成分用センサと、該高周波成分用センサからの高周波成分及び該低周波成分用センサからの低周波成分に基づいて前記エンドエフェクタ又は前記ロボット機構部の位置を求める演算部と、を有することを特徴とする、移動情報測定装置を提供する。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の移動情報測定装置において、前記高周波成分用センサが加速度センサである、移動情報測定装置を提供する。
請求項3に係る発明は、請求項1に記載の移動情報測定装置において、前記低周波成分用センサがビジョンセンサである、移動情報測定装置を提供する。
請求項4に係る発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の移動情報測定装置において、前記低周波成分用センサは前記エンドエフェクタに取付けられる、移動情報測定装置を提供する。
請求項5に係る発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の移動情報測定装置において、前記低周波成分用センサは前記ロボットの作業空間内の任意の固定位置に配置される、移動情報測定装置を提供する。
本発明によれば、高周波成分及び低周波成分をそれぞれ求める2種類のセンサの使用により、より高精度な測定が可能となる。
以下に添付図面を参照してこの発明にかかるロボットの好適な実施の形態を詳細に説明する。
図1は、本発明に係るロボット1の概略構成及びロボット1が有するロボット制御装置10のブロック構成を示す。なお本実施形態においては、学習制御部は後述する学習処理部及びサーボ制御部から構成され、実稼動制御部はサーボ制御部から構成される。
図1は、本発明に係るロボット1の概略構成及びロボット1が有するロボット制御装置10のブロック構成を示す。なお本実施形態においては、学習制御部は後述する学習処理部及びサーボ制御部から構成され、実稼動制御部はサーボ制御部から構成される。
ロボット1は好ましくは多関節ロボットであり、そのロボット機構部2は、旋回可能な3つの関節3a、3b及び3cと、回転可能な3つの関節4a、4b及び4cとを有し、さらにロボット機構部2の末端(図示例では関節4c)にはエンドエフェクタ5が取付けられる。さらにエンドエフェクタ5には、エンドエフェクタ5の並進方向および回転方向の加速度を検出するための移動情報測定部すなわち加速度センサ50と、作業空間に固定的に配置された目印すなわちマーカー60のエンドエフェクタ5に対する並進方向及び回転方向の座標を検出するための移動情報測定部すなわちビジョンセンサ52が取付けられる。あるいは、エンドエフェクタ5の適当な箇所にマーカーを設け、ビジョンセンサ52を他の固定部位に取付けてそのマーカーを検知するように構成してもよい。なお加速度センサ50及びビジョンセンサ52は、エンドエフェクタ5以外のロボット機構部2の部位の移動情報を測定するように構成されてもよい。
ロボット1を制御するロボット制御装置10は、不揮発性メモリ12を有し、さらに不揮発性メモリ12は予め定めたロボットプログラムを格納するプログラム記憶部14と、そのロボットプログラムに含まれる個々の動作文における補間周期毎の補正量(後述)を記憶する補正量記憶部16とを有する。
またロボット制御装置10は、プログラムの再生時に、プログラム内の動作文の始点位置、終点位置、移動速度、補間形式等の情報に基づいてエンドエフェクタ5の目標軌道を作成する軌道計画部18と、目標軌道に基づいて補間周期毎のエンドエフェクタ5の位置を作成する動作補間部20と、それら補間周期毎のエンドエフェクタ位置に対応するロボットの各制御軸位置を求めるとともに補間周期毎の移動量を算出する制御軸移動量算出部22とを有する。ロボット制御装置10はさらに、ロボット機構部2に動作指令を送って各制御軸の駆動を制御する駆動制御部例えばサーボ制御部24を有し、制御軸移動量算出部22はサーボ制御部24に速度指令値の初期値を送る。
ロボット制御装置10は、エンドエフェクタ5の実際の動作時の軌道(すなわち実軌道)の偏差の高周波成分及び低周波成分をそれぞれ演算する高周波演算部26及び低周波演算部28を含んでおり、高周波演算部26及び低周波演算部28は、それぞれ加速度センサ50及びビジョンセンサ52からの情報に基づいて演算を行うものであり、加速度センサ50及びビジョンセンサ52と協働して移動情報測定装置を構成する。高周波演算部26及び低周波演算部28の出力を足し合わせれば、エンドエフェクタ5の実軌道を求めることができる。なおここでの高周波成分と低周波成分とを区別する周波数は数十Hzである。
さらに制御装置10は、エンドエフェクタ5の目標軌道及び実軌道から後述する学習処理200を行う学習処理部30を有する。
次に図2を参照して、本発明に係るロボット制御装置10におけるプログラム再生のフローチャートを説明する。
プログラム再生が開始されると、先ずプログラム記憶部14からプログラムが軌道計画部18によって読み出される(ステップ101)。
プログラム再生が開始されると、先ずプログラム記憶部14からプログラムが軌道計画部18によって読み出される(ステップ101)。
次に軌道計画部18は、読み出したプログラムを順次又は行を選択して実行する。この場合、先ずその実行すべき行番号を読み出し(ステップ102)、その行番号に相当する行の有無を判定する(ステップ103)。相当する行がない場合は、プログラム再生は終了する。相当する行がある場合は、さらにその行が動作文を含むか否かを判断し(ステップ104)、動作文を含む場合はその行の動作文IDを変数mとしてレジスタに格納する(ステップ105)。次に軌道計画部18は、その行に対して軌道計画を行い(ステップ106)、補間周期カウンターiをゼロに設定する(ステップ107)。
一方その行が動作文を含まない場合は、ステップ104からステップ108に移ってロジック処理等を行った後、ステップ102に戻る。
一方その行が動作文を含まない場合は、ステップ104からステップ108に移ってロジック処理等を行った後、ステップ102に戻る。
ステップ107の次に、ステップ109において補間周期カウンターiと軌道計画で定められた補間点数とを比較し、iが補間点数以上ならば、その行の動作は終了したことになり、処理はステップ102に戻って次に選択される行を実行する。一方iが補間点数未満の場合は、その行の動作は終了していないことになり、処理はステップ110に移って動作補間部20による動作補間が行われる。動作補間部20は、軌道計画部18により作成された軌道に基づいて、補間周期毎のエンドエフェクタ5の目標位置r(i)を作成する。
次にステップ111において、各軸移動量算出部22が、補間周期毎のエンドエフェクタ5の目標位置r(i)に対応するロボット機構部2の各制御軸の位置を求めるとともに、補間周期毎の移動量を算出し、学習処理がなされていないときの各制御軸の速度指令値u0(i)を計算する。そして、(例えばオペレータの事前操作によって)現在の動作が学習中か否かを示すスイッチを確認し(ステップ112)、学習中であれば処理は後述する学習処理200に進む。学習中でなければ、(例えばオペレータの事前操作によって)直近の学習に基づいた補正を行うべきか否かを示す補正スイッチを確認する(ステップ113)。
ステップ113において補正スイッチが有効であれば、その動作文ID(すなわちm)及び補間周期カウンターiの値に応じた速度補正量Δu(m,i)が、補正量記憶部16から読み出される(ステップ114)。ここでステップ115においてΔu(m,i)が設定されていると判定されれば、サーボ制御部24に送られる速度指令u(i)は、次の(1)式により求められる(ステップ116)。
u(i)=u0(i)+Δu(m,i) ・・(1)
次にステップ117において、この速度指令u(i)がサーボ制御部24に送られる。
u(i)=u0(i)+Δu(m,i) ・・(1)
次にステップ117において、この速度指令u(i)がサーボ制御部24に送られる。
一方ステップ113において補正スイッチが無効の場合は、処理は直ちに117に進み、この場合のサーボ制御部24に送られる速度指令u(i)は
u(i)=u0(i) ・・(2)
となる。
u(i)=u0(i) ・・(2)
となる。
ステップ117の次に、補間周期カウンターiが1加算され(ステップ118)、処理はステップ109すなわちiと補間点数との比較に戻る。プログラム再生が終了するのは、上述のようにステップ103において選択される行がなくなった場合である。
次に上述の学習処理200について、図3を用いて説明する。
先ず学習処理部30は、補正量記憶部16から速度補正量Δu(m,i)を読み出し(ステップ201)、上記(1)式によって得られるu(i)を速度指令値としてサーボ制御部24に送り(ステップ202)、実際に動作させる。
先ず学習処理部30は、補正量記憶部16から速度補正量Δu(m,i)を読み出し(ステップ201)、上記(1)式によって得られるu(i)を速度指令値としてサーボ制御部24に送り(ステップ202)、実際に動作させる。
次に学習処理部30は、動作補間部20がステップ110にて求めたエンドエフェクタ5の目標位置r(i)と実際にサーボ制御部24を動作させたときのセンサ50及び52の測定結果に基づいたエンドエフェクタ5の軌跡すなわち実位置y(i)とから、補間周期毎の偏差e(i)を以下の(3)式に従って計算する(ステップ203)。
e(i)=r(i)−y(i) ・・(3)
ここでy(i)は、加速度センサ50の出力を位置に換算したものに基づいて求められる高周波成分yH(i)及びビジョンセンサ52の出力を位置に換算したものに基づいて求められる低周波成分yL(i)を用いて、以下の(4)式から求められる。
y(i)=yH(i)+yL(i) ・・(4)
e(i)=r(i)−y(i) ・・(3)
ここでy(i)は、加速度センサ50の出力を位置に換算したものに基づいて求められる高周波成分yH(i)及びビジョンセンサ52の出力を位置に換算したものに基づいて求められる低周波成分yL(i)を用いて、以下の(4)式から求められる。
y(i)=yH(i)+yL(i) ・・(4)
次に学習処理部30は、上述の偏差e(i)及びe(i)を速度指令に換算するために予め設定された定数行列Γと、補正量記憶部16から読み出した補正量Δu(m,i)Oとを用いて新たな補正量Δu(m,i)Nを求め(ステップ204)、補正量記憶部16に書き込む(ステップ205)すなわち更新する。なおΔu(m,i)Nは以下の(5)式により求められる。Tは補間周期である。
Δu(m,i)N=Δu(m,i)O+Γ(e(i)−e(i−1))/T・・(5)
但し(5)式は、i=0のときは
Δu(m,i)N=Δu(m,i)O+Γe(i)/T ・・(5)′
となる。
Δu(m,i)N=Δu(m,i)O+Γ(e(i)−e(i−1))/T・・(5)
但し(5)式は、i=0のときは
Δu(m,i)N=Δu(m,i)O+Γe(i)/T ・・(5)′
となる。
本実施形態においては、サーボ制御部24がロボット機構部2に送る動作指令は速度指令であるが、ロボット機構部2の各軸駆動装置のトルク値を含むトルク指令又はエンドエフェクタ5の位置座標を含む位置指令等の他の動作指令に変更されてもよいし、これらを組み合わせて使用してもよい。
ロボット制御装置10は、ロボット1のエンドエフェクタ5にセンサ50及び52を取付けた状態行われる上述の学習制御を、テスト運転時に限り1回又は繰り返し行うように構成される。従って実稼動時には学習制御は行われないので、Δu(i)は更新されず、テスト運転の最後に記憶されたΔu(i)によって補正が行われることになる。そしてロボット制御装置10は、実稼動時にはセンサ又はセンサからの情報を使用せず、テスト運転によって得られた最適動作に基づいたロボット制御を行う。
上述のように、ロボット1はテスト運転において最適動作の学習を完了するので、その後の実稼動におけるエンドエフェクタ5の軌跡の精度は実稼動初期から全体にわたって劇的に向上する。また高周波成分及び低周波成分をそれぞれ求めるために2種類のセンサ50及び52を使用するので、さらなる高精度を実現することができる。なおテスト運転を複数回繰り返すことにより、さらに最適化された動作を得ることができる。
またその後の実稼動ではセンサは使用されないので、センサの保守の頻度も大幅に低減できる。さらに実稼動においてセンサが他の機器と干渉する虞がある場合には、センサを取外すこともできる。
1 ロボット
2 ロボット機構部
5 エンドエフェクタ
10 制御装置
50 加速度センサ
52 ビジョンセンサ
2 ロボット機構部
5 エンドエフェクタ
10 制御装置
50 加速度センサ
52 ビジョンセンサ
Claims (5)
- ロボット機構部と、前記ロボット機構部に取付けられるエンドエフェクタとを有するロボットにおいて使用され、前記ロボット機構部の動作による前記エンドエフェクタ又は前記ロボット機構部の移動情報を測定するための移動情報測定装置であって、
前記エンドエフェクタ又は前記ロボット機構部の位置を求めるための高周波成分及び低周波成分をそれぞれ出力する高周波成分用センサ及び低周波成分用センサと、
該高周波成分用センサからの高周波成分及び該低周波成分用センサからの低周波成分に基づいて前記エンドエフェクタ又は前記ロボット機構部の位置を求める演算部と、
を有することを特徴とする、移動情報測定装置。 - 前記高周波成分用センサが加速度センサである、請求項1に記載の移動情報測定装置。
- 前記低周波成分用センサがビジョンセンサである、請求項1に記載の移動情報測定装置。
- 前記低周波成分用センサは前記エンドエフェクタに取付けられる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の移動情報測定装置。
- 前記低周波成分用センサは前記ロボットの作業空間内の任意の固定位置に配置される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の移動情報測定装置。
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
JP2011167817A (ja) * | 2010-02-19 | 2011-09-01 | Fanuc Ltd | 学習制御機能を備えたロボット |
JP2012196749A (ja) * | 2011-03-23 | 2012-10-18 | Seiko Epson Corp | ロボット装置 |
-
2007
- 2007-03-12 JP JP2007062516A patent/JP2007144623A/ja not_active Abandoned
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JP2011167817A (ja) * | 2010-02-19 | 2011-09-01 | Fanuc Ltd | 学習制御機能を備えたロボット |
US8271134B2 (en) | 2010-02-19 | 2012-09-18 | Fanuc Corporation | Robot having learning control function |
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