JP2011011326A - Tool and method for calibrating tool position of robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロボットを用いた自動生産システムにおけるロボットのツール位置較正治具と方法に関する。 The present invention relates to a tool position calibration jig and method for a robot in an automatic production system using a robot.
図1は、従来の一般的な方法を示す説明図である。この図において、(A)はロボットとツールの外観、(B)はロボット座標系とツール座標系との関係、(C)はツール位置較正治具を示している。 FIG. 1 is an explanatory diagram showing a conventional general method. In this figure, (A) shows the appearance of the robot and the tool, (B) shows the relationship between the robot coordinate system and the tool coordinate system, and (C) shows the tool position calibration jig.
図1(A)に示すように、ロボット1を自動生産システムにおける各種作業に適用する場合、ハンド等のエンドエフェクタ2(以下、単に「ツール」と呼ぶ)は、ロボットの手先部(ロボットアーム等の先端)に設けられたロボット先端プレート3(以下、単に「フェイスプレート」と呼ぶ)に取付けられる。
なおこの図において、点Oはロボット座標系の原点、点Fはフェイスプレート上の代表点、点Pはツールセンターポイント(TCP)でありツール座標系の原点である。
As shown in FIG. 1A, when the robot 1 is applied to various operations in an automatic production system, an
In this figure, point O is the origin of the robot coordinate system, point F is a representative point on the face plate, and point P is a tool center point (TCP), which is the origin of the tool coordinate system.
ロボット1に所定の作業をさせるために、TCP(点P)を原点とするツール座標系を設定することで、ロボット1にツール2の位置と姿勢が教示される。また一般にツール座標系の設定データは、フェイスプレート3上の代表点F(通常は中心点)から見たツール座標系の相対的な位置と姿勢を記述する行列・ベクトルを表わすデータとしてロボットの制御装置に与えられる。
そのため、フェイスプレート3上の代表点Fに対するTCP(点P)の位置と姿勢を表わすデータを与える必要がある。以下このデータを「ツールパラメータ」と呼ぶ。
In order to cause the robot 1 to perform a predetermined work, the position and posture of the
Therefore, it is necessary to provide data representing the position and orientation of TCP (point P) with respect to the representative point F on the
図1(B)において、点F1は、ロボットの任意の姿勢におけるフェイスプレート上の代表点Fである。
この場合、ベクトル(O→P)は、ベクトル(O→F1)とベクトル(F1→P)の和であることから、以下の式(1)が成り立つ。
PO=F1O+RF×PF・・・(1)
ここで、POは点Pのロボット座標系の位置行列、F1Oは点F1のロボット座標系の位置行列、RFはツール座標系からロボット座標系へ変換する同次変換行列、PFは点Pのツール座標系の位置行列である。
In FIG. 1B, a point F1 is a representative point F on the face plate in an arbitrary posture of the robot.
In this case, since the vector (O → P) is the sum of the vector (O → F1) and the vector (F1 → P), the following equation (1) is established.
P O = F1 O + R F × P F (1)
Here, P O is the position matrix of the robot coordinate system of the point P, F1 O position matrix of the robot coordinate system of the point F1, R F is homogeneous transformation matrix for transforming the tool coordinate system to the robot coordinate system, P F is It is a position matrix of the tool coordinate system of the point P.
式(1)において、行列RFはロボットの構成により決まり、ツール座標系の較正前にツールなしで予め単独で設定できる既知の変換行列である。また、行列F1Oは、ロボット座標系におけるフェイスプレート上の代表点Fであり、同様にツール座標系の較正前に既知行列である。
従って、式(1)の右辺において、行列PFのみが未知数である。ここで、PFは点Pのツール座標系の位置行列であり、3つの変数によって表される。この3変数が上述したツールパラメータに相当する。
In the equation (1), the matrix R F is determined by the configuration of the robot, and is a known transformation matrix that can be set alone without a tool before calibration of the tool coordinate system. The matrix F1 O is a representative point F on the face plate in the robot coordinate system, and is also a known matrix before the calibration of the tool coordinate system.
Thus, the right side of the equation (1), only the matrix P F is unknown. Here, P F is the position matrix of the tool coordinate system of the point P, represented by three variables. These three variables correspond to the tool parameters described above.
ツールパラメータは、ロボットの姿勢が変化しても変わらない。そのため、従来の一般的な方法では、図1(C)に示すように、TCPとして設定を希望するツールの特定点を、空間上の同一点Pに一致するように3以上の姿勢でロボット1を位置決めし、各姿勢におけるフェイスプレート上の基準点F1,F2,F3のロボット座標系における位置データを取得し、これに基づきTCPのツール座標系における相対位置(ツールパラメータ)を求めていた。 The tool parameters do not change even if the robot posture changes. Therefore, in the conventional general method, as shown in FIG. 1 (C), the robot 1 is placed in three or more postures so that the specific point of the tool desired to be set as TCP coincides with the same point P in the space. The position data in the robot coordinate system of the reference points F1, F2, and F3 on the face plate in each posture is acquired, and the relative position (tool parameter) in the TCP tool coordinate system is obtained based on this.
すなわち、図1(B)において、F2Oを点F2のロボット座標系の位置行列、F3Oを点F3のロボット座標系の位置行列とすると、式(1)と同様に式(2)が成り立つ。
PO=F1O+RF×PF=F2O+RF×PF=F3O+RF×PF・・・(2)
That is, in FIG. 1B, when F2 O is the position matrix of the robot coordinate system of the point F2, and F3 O is the position matrix of the robot coordinate system of the point F3, Expression (2) is established in the same manner as Expression (1). .
P O = F 1 O + R F × P F = F 2 O + R F × P F = F 3 O + R F × P F (2)
ここで、行列F2OとF3Oは、ロボット座標系におけるフェイスプレート上の代表点であり、行列F1Oと同様にツール座標系の較正前に既知である。
従って、未知数は行列PF(ツールパラメータの3変数)のみであり、式(2)からツールパラメータの3変数を求めることができる。
Here, the matrices F2 O and F3 O are representative points on the face plate in the robot coordinate system, and are known before the calibration of the tool coordinate system, like the matrix F1 O.
Accordingly, the unknown is only the matrix P F (three parameters of the tool parameter), and three variables of the tool parameter can be obtained from the equation (2).
なお、ロボットのツール位置較正手段に関連して、特許文献1〜3が既に開示されている。
特許文献1、2は治具などを用いて較正するものである。また図面情報などをベースに数値入力により設定することも知られている。さらに特許文献3は視覚センサなどを利用して撮像したデータから特定点の認識を行うことなどで、較正・設定するものである。
Patent documents 1 to 3 have already been disclosed in relation to the tool position calibration means of the robot.
上述した従来手段には以下のような問題点があった。
一般的に空間上の同一点Pへの一致を目視で確認するため、本質的に精度は目視に依存する。図1(C)に示したような尖頭状のツール先端にTCPを設定するようなケースでは比較的実行容易だが、ツール上の特定点(TCP)の判別が難しいツールの場合には、ロボットの3姿勢におけるTCPを同一点に一致させることが困難になる。また、同一点に合わせる操作は作業者の熟練度によって設定精度に差が出やすく、また目視で合わせるため、ツールに非常に近い場所で作業することになり、接触のおそれが高い。
The conventional means described above has the following problems.
In general, since the coincidence with the same point P in space is visually confirmed, the accuracy essentially depends on the visual observation. In the case where TCP is set at the tip of a pointed tool as shown in FIG. 1C, it is relatively easy to execute, but in the case of a tool where it is difficult to determine a specific point (TCP) on the tool, the robot It is difficult to match the TCP in the three postures to the same point. In addition, the operation for matching the same point is likely to have a difference in setting accuracy depending on the skill level of the operator, and since it is visually matched, the work is performed in a place very close to the tool, and there is a high risk of contact.
特許文献1、2のように、治具などを用いて較正する場合も、目視で合わせるため、ツールに近い場所で作業することになり、接触のおそれが高い。
As in
図面情報などをベースに数値入力により設定する場合、ツールを構成する部品点数が多い場合には各部品の累積誤差などにより必要とする精度を確保できないケースが考えられる。逆に精度を高めるために、各部品の加工精度を挙げる必要があり、コスト高になる。また現場合わせなどで製作されたツールでは図面寸法と実態寸法が異なることも多い。 When setting by numerical input based on drawing information or the like, if the number of parts constituting the tool is large, there may be a case where the required accuracy cannot be ensured due to the accumulated error of each part. On the other hand, in order to increase the accuracy, it is necessary to increase the processing accuracy of each part, which increases the cost. In addition, the dimensions of the drawings and actual dimensions are often different for tools manufactured on site.
特許文献3は視覚センサなどを利用するため、作業者の熟練度等には依存しないがシステムが高価となる。また、センサにカメラなどを利用する場合には環境光の影響を受けやすく利用できない。さらに、運用に光学的な専門知識が必要となるなど環境・運用上の制約が出やすい。
Since
また初期の設定に加え、一旦ツール座標系の設定を行なった後、ロボットの干渉事故等の原因でツールのロボット手先原点に対する相対的な位置と姿勢に変化を生じることがある。特にロボット手先とツールの間にアダプタ形態としてセンサなどが介在している場合、故障・破損やセンサそのもの変更・交換などでアダプタの交換が発生し、それに伴ってツールの位置と姿勢ずれが発生することが避けられない。このような事態に対する対処方法としては、以下のA〜Cが考えられる。 In addition to the initial setting, once the tool coordinate system is set, the relative position and posture of the tool with respect to the robot hand origin may change due to a robot interference accident or the like. In particular, if a sensor or the like is interposed between the robot hand and the tool as an adapter, the adapter will be replaced due to a failure / damage or the sensor itself being changed / replaced, resulting in a shift in the position and orientation of the tool. Inevitable. The following A to C are conceivable as a countermeasure against such a situation.
A ツールの取付位置と姿勢を精密に調整し直し、元の(位置と姿勢ずれ発生前の)ツール位置と姿勢を正確に再現する。
B 位置と姿勢ずれを起したツールをそのまま使えるように、教示をやり直す。
C ツールの位置と姿勢ずれを補償するように、ツール座標系を補正設定(再設定)する。
A Re-adjust the tool mounting position and posture precisely to accurately reproduce the original tool position and posture (before the position and posture deviation occurred).
B Teach again so that the tool that caused the position and posture deviation can be used as it is.
C Set and reset (reset) the tool coordinate system to compensate for tool position and orientation deviations.
Aの方法は調整作業自体に熟練と時間を要し、作業者にかかる負担が大きい。またツールの種類によっては、再現は非常に困難となる。またBの方法も教示済みのプログラムが多い場合など、作業に要する時間が膨大となる。
以上の観点から、Cの方法として安価で、作業者の熟練度に依存せずにかつ、迅速に実施可能な技術が求められる。
Method A requires skill and time for the adjustment work itself, and the burden on the worker is large. Also, depending on the type of tool, reproduction becomes very difficult. In the method B, the time required for the work becomes enormous, for example, when there are many taught programs.
In view of the above, there is a need for a technique that is inexpensive as the method C and that can be quickly implemented without depending on the skill level of the operator.
本発明は上述した要望を満たすために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ツールに接触するおそれがない離れた場所で作業することができ、作業者の熟練度に依存することなく、安価かつ容易に高い精度で、ロボットの3姿勢におけるTCPを同一点に一致させることができ、これからツール代表点のツール座標系における相対位置を求めることができるロボットのツール位置較正治具と方法を提供することにある。 The present invention has been devised to meet the above-described needs. In other words, an object of the present invention is to enable TCP to be used in three postures of a robot at low cost and easily with high accuracy without depending on the skill level of the operator, which can work at a remote place where there is no possibility of touching the tool. It is intended to provide a tool position calibration jig and method for a robot that can match the same point with each other and can determine the relative position of the tool representative point in the tool coordinate system.
本発明によれば、ロボットの手先部に取付けたツールの代表点を原点Pとするツール座標系を較正するためのロボットのツール位置較正治具であって、
前記ツール又は所定の固定位置の一方に取付けられ、前記代表点Pを中心Aとする球面を有する球面治具と、
前記ツール又は所定の固定位置の他方に取付けられ、前記球面と接触して球面の中心Aを所定の定位置Bに位置決めする位置決め治具と、を備えることを特徴とするロボットのツール位置較正治具が提供される。
According to the present invention, there is provided a robot tool position calibration jig for calibrating a tool coordinate system in which a representative point of a tool attached to a hand portion of the robot is an origin P,
A spherical jig having a spherical surface attached to one of the tool or a predetermined fixed position and having the representative point P as a center A;
A tool for calibrating the tool position of the robot, comprising: a positioning jig which is attached to the other of the tool or the predetermined fixed position and contacts the spherical surface and positions the center A of the spherical surface at the predetermined fixed position B. Tools are provided.
本発明の実施形態によれば、前記位置決め治具は、前記球面と接触する逆円錐形または逆接頭円錐形の凹孔を有する。 According to an embodiment of the present invention, the positioning jig has an inverted conical or inverted prefix conical concave hole that contacts the spherical surface.
また本発明の別の実施形態によれば、前記位置決め治具は、円周上に間隔を隔てて配置された複数の球体または円筒形ローラを有する。 According to another embodiment of the present invention, the positioning jig includes a plurality of spheres or cylindrical rollers arranged on the circumference at intervals.
また本発明によれば、ロボットの手先部に取付けたツールの代表点を原点Pとするツール座標系を較正するためのロボットのツール位置較正方法であって、
(A) 中心Aから半径が一定の球面を有する球面治具と、前記球面と接触してその中心Aを所定の定位置Bに位置決めする位置決め治具とを準備し、
(B) 前記球面治具と位置決め治具の一方を、ツールの代表点Pが前記中心A又は定位置Bと一致するようにツールに取付け、
(C) 前記球面治具と位置決め治具の他方を、所定の固定位置に固定し、
(D) ツールを3以上の姿勢に保持しながら、球面治具の球面を位置決め治具に接触させて、球面治具の中心Aを位置決め治具の定位置Bに位置決めし、
(E) 前記各姿勢におけるフェイスプレート上の基準点のロボット座標系における位置データに基づきツール代表点のツール座標系における相対位置を求める、ことを特徴とするロボットのツール位置較正方法が提供される。
According to the present invention, there is also provided a robot tool position calibration method for calibrating a tool coordinate system in which a representative point of a tool attached to the hand portion of the robot is an origin P,
(A) preparing a spherical jig having a spherical surface with a constant radius from the center A, and a positioning jig for contacting the spherical surface and positioning the center A at a predetermined fixed position B;
(B) One of the spherical jig and the positioning jig is attached to the tool so that the representative point P of the tool coincides with the center A or the fixed position B,
(C) fixing the other of the spherical jig and the positioning jig at a predetermined fixing position;
(D) While holding the tool in three or more postures, the spherical surface of the spherical jig is brought into contact with the positioning jig, and the center A of the spherical jig is positioned at the fixed position B of the positioning jig,
(E) A tool position calibration method for a robot is provided, wherein a relative position in a tool coordinate system of a tool representative point is obtained based on position data in a robot coordinate system of a reference point on a face plate in each posture. .
本発明の実施形態によれば、前記ロボットは力制御可能であり、
前記(D)において、球面治具の中心Aを位置決め治具の定位置Bに向けてツールを移動し、同時に該移動方向に直交する平面内の移動抵抗をゼロに力制御し、移動方向の押付け力が所定の一定値に達した位置で位置決めする。
According to an embodiment of the present invention, the robot is force controllable,
In (D), the tool is moved so that the center A of the spherical jig is directed to the fixed position B of the positioning jig, and at the same time, the movement resistance in the plane perpendicular to the movement direction is force-controlled to zero, Positioning is performed at a position where the pressing force reaches a predetermined constant value.
上述した本発明のツール位置較正治具は、球面治具と位置決め治具を有し、球面治具がツールの代表点Pを中心Aとする球面を有し、位置決め治具が前記球面と接触して球面の中心Aを所定の定位置Bに位置決めするようになっている。 The above-described tool position calibration jig of the present invention includes a spherical jig and a positioning jig, the spherical jig has a spherical surface with the representative point P of the tool as a center A, and the positioning jig contacts the spherical surface. Thus, the center A of the spherical surface is positioned at a predetermined fixed position B.
例えば逆円錐形の凹孔を有する位置決め治具が環境側に固定され、球面治具がツール側に固定されているとすると、逆円錐形の凹孔に球面が合わさった状態では球面の中心位置Aは位置決め治具の所定の定位置Bに位置し、変化しない。
このため、この球面の中心位置Aを従来の方法における空間内の同一点Pと考えると、凹孔に球面が合わさった状態を維持する状態で、ロボットの現在位置データを3姿勢以上取得することで、TCPのフェイスプレートに対する相対位置を計算で求めることが可能となる。
For example, if a positioning jig having an inverted conical concave hole is fixed on the environment side and a spherical jig is fixed on the tool side, the center position of the spherical surface is obtained when the spherical surface is aligned with the inverted conical concave hole. A is located at a predetermined fixed position B of the positioning jig and does not change.
Therefore, when the center position A of this spherical surface is considered as the same point P in the space in the conventional method, the current position data of the robot is acquired in three or more postures while maintaining the state where the spherical surface is aligned with the concave hole. Thus, the relative position of the TCP to the face plate can be obtained by calculation.
また上述したツール位置較正治具を用いて、本発明のツール位置較正方法によれば、(B)球面治具と位置決め治具の一方を、ツールの代表点Pが前記中心A又は定位置Bと一致するようにツールに取付け、(C)前記球面治具と位置決め治具の他方を、所定の固定位置に固定し、(D)ツールを3以上の姿勢に保持しながら、(好ましくはロボットの力制御により)球面治具の球面を位置決め治具に接触させて、球面治具の中心Aを位置決め治具の定位置Bに位置決めするので、容易に位置決め治具(逆円錐形の凹孔)に球面が合わさった状態を作り出すことができる。 In addition, according to the tool position calibration method of the present invention using the above-described tool position calibration jig, (B) one of the spherical jig and the positioning jig, the representative point P of the tool is the center A or the fixed position B. (C) The other of the spherical jig and the positioning jig is fixed at a predetermined fixed position, and (D) while holding the tool in three or more postures (preferably a robot The spherical surface of the spherical jig is brought into contact with the positioning jig and the center A of the spherical jig is positioned at the fixed position B of the positioning jig. ) Can create a state where the spherical surface is combined.
従って、本発明の装置と方法によれば、ツールに接触するおそれがない離れた場所で作業することができ、作業者の熟練度に依存することなく、安価かつ容易に高い精度で、ロボットの3姿勢におけるTCPを同一点に一致させることができ、これからツール代表点のツール座標系における相対位置を求めることができる。
Therefore, according to the apparatus and method of the present invention, it is possible to work at a remote place where there is no possibility of touching the tool, and it is inexpensive and easily performed with high accuracy without depending on the skill level of the operator. The TCP in the three postures can be matched with the same point, and the relative position of the tool representative point in the tool coordinate system can be obtained from this.
以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図2は、本発明によるツール位置較正治具の第1実施形態図である。この図において、(A)は力覚センサとツール、(B)はツール位置較正治具の球面治具、(C)はツール位置較正治具の位置決め治具を示している。 FIG. 2 is a diagram showing a first embodiment of a tool position calibration jig according to the present invention. In this figure, (A) shows a force sensor and a tool, (B) shows a spherical jig of a tool position calibration jig, and (C) shows a positioning jig of a tool position calibration jig.
図2(A)において、2はツール、Pはツール2のTCP、4は力覚センサ、Fはフェイスプレート3上の代表点である。すなわち、較正対象であるツール2は、この例でグリッパであり、力覚センサ4を介してフェイスプレート3に取付けられている。
なお力覚センサ4は、一般的にロボットの力制御に用いられるが、ロボットは力制御可能である限りで、力覚センサ4は必須ではない。また、この例において、フェイスプレート3上の代表点Fは、ロボットアームとツールの取合面中心であるが、中心以外でもよい。
In FIG. 2A, 2 is a tool, P is a TCP of the
The
図2(B)(C)に示すように、本発明によるロボットのツール位置較正治具10は、球面治具12と位置決め治具14とを備える。
As shown in FIGS. 2B and 2C, the tool
球面治具12は、この例では、中心Aから半径Rが一定の球面13を有する球部12aと、球面13の中心Aがツール2の代表点P(TCP)に位置するように球部12aをツール2(グリッパ)に取付ける取付け部12bとからなる。球面13は、位置決め治具14と接触して球面13の中心Aを所定の定位置B(後述する)に位置決めできる限りで、球の一部であってもよい。
In this example, the
位置決め治具14は、所定の固定位置(例えば、環境側の不動位置)に取付けられ、球面治具12の球面13と接触して球面13の中心Aを所定の定位置Bに位置決めする。
この例において、位置決め治具14は、球面13と接触する逆円錐形または逆接頭円錐形の凹孔15を有するブロックである。逆円錐形または逆接頭円錐形の頂角は、好ましくは90度であるが、凹孔15の内面が球面13と接触できる限りで任意である。
The
In this example, the
なお、球面治具12と位置決め治具14は、ツール側と設置側を入れ替えてもよい。すなわち、位置決め治具14をその定位置Bがツール2の代表点P(TCP)に位置するようにツール2に取付け、球面治具12を所定の固定位置に取付け、位置決め治具14の凹孔15と接触して所定の定位置Bを球面13の中心Aに位置決めするように構成してもよい。
The
また、ツール2への取付け部12bによる球面治具12の取付けは、球面13の中心Aとツール2の代表点P(TCP)とが幾何学上同一となるのが好ましいが、中心Aと代表点Pとの相対位置が既知である限り、厳密に一致しなくてもよい。
The
図3は、図2のツール位置較正治具の使用状態を示す図である。この図は、図2(A)のツール2(グリッパ)に、球面治具12の取付け部12bを取付けた状態で、ツールを移動させ、球面治具12の球面13が位置決め治具14の逆円錐形または逆接頭円錐形の凹孔15に接触した状態を示している。
この状態において、ツール2の代表点P(TCP)は、球面13の中心Aに位置し、かつ球面13の中心Aは位置決め治具14の所定の定位置Bに位置する。すなわち、この状態において、ツール2の代表点P、球面13の中心A、および位置決め治具14の所定の定位置Bは、すべて幾何学上同一位置に位置する。
FIG. 3 is a diagram illustrating a usage state of the tool position calibration jig of FIG. This figure shows the tool 2 (gripper) in FIG. 2A with the mounting
In this state, the representative point P (TCP) of the
図4は、本発明のツール位置較正方法を示す模式図である。この図において、(A)はツールの姿勢を保持しながらのツールの移動状態、(B)は球面治具の球面を位置決め治具に押し付けている状態、(C)は球面治具の中心Aを位置決め治具の定位置Bに位置決めした状態を示している。 FIG. 4 is a schematic diagram showing the tool position calibration method of the present invention. In this figure, (A) is the movement state of the tool while maintaining the posture of the tool, (B) is the state where the spherical surface of the spherical jig is pressed against the positioning jig, and (C) is the center A of the spherical jig. Is positioned at a fixed position B of the positioning jig.
また図5は、本発明のツール位置較正方法を示すフローチャートである。以下、図4と図5を参照して、本発明の方法を説明する。 FIG. 5 is a flowchart showing the tool position calibration method of the present invention. Hereinafter, the method of the present invention will be described with reference to FIGS.
本発明の方法は、以下の(A)〜(E)のステップ(工程)からなる。
(A)ステップでは、中心Aから半径Rが一定の球面13を有する上述した球面治具12と、球面13と接触してその中心Aを所定の定位置Bに位置決めする上述した位置決め治具14とを準備する。
(B)ステップでは、球面治具12と位置決め治具14の一方(この例では球面治具12)を、ツール2の代表点Pが中心A又は定位置B(この例では中心A)と一致するようにツール2に取付ける。
(C)ステップでは、球面治具12と位置決め治具14の他方(この例では位置決め治具14)を、所定の固定位置に固定する。
(D)ステップでは、ツール2を3以上の姿勢に保持しながら、球面治具12の球面13を位置決め治具14に接触させて、球面治具12の中心Aを位置決め治具14の定位置Bに位置決めする。
(E)ステップでは、前記各姿勢におけるフェイスプレート上の基準点のロボット座標系における位置・姿勢(方向)データに基づきツール代表点のツール座標系における相対位置を求める。
The method of the present invention comprises the following steps (processes) (A) to (E).
In the step (A), the above-described
In step (B), one of the
In step (C), the other of the
In step (D), while holding the
In step (E), the relative position of the tool representative point in the tool coordinate system is obtained based on the position / posture (direction) data in the robot coordinate system of the reference point on the face plate in each posture.
図5のフローチャートは、(D)ステップと(E)ステップを詳細に示している。この例において、ロボット2は力制御可能に構成されているものとする。
図5のフローチャートは、S1〜S8の各ステップ(工程)からなる。
S1ステップにおいて、球面治具12の中心Aが位置決め治具14の定位置Bの概ね上になるように移動する。
次に、S2ステップにおいて、ツール2を3以上の姿勢に保持する。この3以上の姿勢は、互いに異なる姿勢である限りで任意である。
次に、S3ステップにおいて、球面治具12の中心Aを位置決め治具14の定位置Bに向けてツール2を移動し(図4(A))、移動方向に直交する平面内の移動抵抗をゼロに力制御し(図4(B))、S4ステップにおいて、移動方向の押付け力が所定の一定値に達した位置で停止する(図4(C))。
The flowchart of FIG. 5 shows the (D) step and the (E) step in detail. In this example, it is assumed that the
The flowchart in FIG. 5 includes steps (steps) S1 to S8.
In step S1, the center A of the
Next, in step S2, the
Next, in step S3, the
この停止位置において、S5ステップにおいて、ロボット座標系におけるフェースプレート上の基準点の位置および、姿勢(方向)データを取得し、S6ステップにおいて、ハンドを上昇させ、S7において、3以上の姿勢でデータを取得していれば、(D)ステップを終了する。 At this stop position, the position and orientation (direction) data of the reference point on the face plate in the robot coordinate system is acquired in step S5, the hand is raised in step S6, and the data in three or more orientations is obtained in step S7. If (D) is acquired, step (D) is terminated.
3以上の姿勢でデータを取得した後、(E)ステップ及びS8において、TCP位置較正計算を行い、各姿勢におけるフェイスプレート上の基準点のロボット座標系における位置データに基づきツール代表点のツール座標系における相対位置を求める。 After acquiring data in three or more postures, in step (E) and S8, TCP position calibration calculation is performed, and the tool coordinates of the tool representative point based on the position data in the robot coordinate system of the reference point on the face plate in each posture Find the relative position in the system.
図6は、本発明によるツール位置較正治具の第2実施形態図である。この図において、(A)はツール位置較正治具の使用状態を示す図であり、(B)はツールの使用状態を示す図である。
この例において、ロボットはバリ取りロボット、ツール2はスピンドル5とコレット6の組合せである。また、球面治具12の球部12aは球形であり、取付け部12bは、コレット6に工具7の先端中心Pと球面13の中心Aとが一致するように構成されている。
その他の構成は、第1実施形態と同様である。
FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of the tool position calibration jig according to the present invention. In this figure, (A) is a figure which shows the use condition of a tool position calibration jig | tool, (B) is a figure which shows the use condition of a tool.
In this example, the robot is a deburring robot and the
Other configurations are the same as those in the first embodiment.
図7は、本発明によるツール位置較正治具の第3実施形態図である。この例において、球面治具12は、第1実施形態と同様であるが、位置決め治具14は、円周上に間隔を隔てて配置された複数の球体16(または円筒形ローラ)を有する。
その他の構成は、第1実施形態と同様である。
FIG. 7 is a diagram showing a third embodiment of the tool position calibration jig according to the present invention. In this example, the
Other configurations are the same as those in the first embodiment.
上述した本発明のツール位置較正治具10は、球面治具12と位置決め治具14を有し、球面治具12がツール2の代表点Pを中心Aとする球面13を有し、位置決め治具14が球面13と接触して球面13の中心Aを所定の定位置Bに位置決めするようになっている。
The above-described tool
例えば逆円錐形の凹孔15を有する位置決め治具14が環境側に固定され、球面治具12がツール側に固定されているとすると、逆円錐形の凹孔15に球面13が合わさった状態では球面13の中心位置Aは位置決め治具14の所定の定位置Bに位置し、変化しない。
このため、この球面13の中心位置Aを従来の方法における空間内の同一点Pと考えると、凹孔15に球面が合わさった状態を維持する状態で、ロボット1の現在のロボット座標系におけるフェースプレート上の基準点の位置および、姿勢(方向)データを3姿勢以上取得することで、TCPのフェイスプレートに対する相対位置を計算で求めることが可能となる。
For example, when the
Therefore, when the center position A of the
また上述したツール位置較正治具10を用いて、本発明のツール位置較正方法によれば、(B)球面治具12と位置決め治具14の一方を、ツール2の代表点Pが前記中心A又は定位置Bと一致するようにツール2に取付け、(C)球面治具12と位置決め治具14の他方を、所定の固定位置に固定し、(D)ツール2を3以上の姿勢に保持しながら、(好ましくはロボットの力制御により)球面治具の球面を位置決め治具に接触させて、球面治具の中心Aを位置決め治具の定位置Bに位置決めするので、容易に位置決め治具(逆円錐形の凹孔)に球面が合わさった状態を作り出すことができる。
Further, according to the tool position calibration method of the present invention using the above-described tool
従って、本発明の装置と方法によれば、ツール2に接触するおそれがない離れた場所で作業することができ、作業者の熟練度に依存することなく、安価かつ容易に高い精度で、ロボットの3姿勢におけるTCPを同一点に一致させることができ、これからツール代表点のツール座標系における相対位置を求めることができる。
Therefore, according to the apparatus and method of the present invention, it is possible to work at a remote place where there is no possibility of contact with the
従って、本発明の装置と方法によれば、以下の効果が得られる。
(1)ロボットのツール座標系較正を作業者の熟練度による精度のバラツキがなく行えるようになる。
(2)短時間で較正が行える。ロボットの干渉事故等で変化を生じた場合でも迅速に復旧できる。
(3)目視しながら、ロボットに近接した人手による調整作業が少なく出来、リスクを低減できる。
(4)TCP概略位置が分かれば、ロボット制御装置に組み込むことで、自動化も可能。ツールの位置と姿勢ずれに対するセルフチェックなども可能となる。
(5)組立・バリ取り・加工等のアプリケーション向けロボットでは近年、力制御可能なようにロボットを構成することが多く、そのような場合では、安価に高精度の較正を行うことができる。
Therefore, according to the apparatus and method of the present invention, the following effects can be obtained.
(1) The tool coordinate system calibration of the robot can be performed without variations in accuracy due to the skill level of the operator.
(2) Calibration can be performed in a short time. Even if a change occurs due to a robot interference accident, it can be quickly recovered.
(3) It is possible to reduce the risk of adjustment by manual adjustment close to the robot while visually observing.
(4) If the TCP approximate position is known, it can be automated by incorporating it into the robot controller. Self-checking for tool position and posture deviation is also possible.
(5) In recent years, robots for applications such as assembly, deburring, and machining are often configured so that force control is possible. In such a case, high-precision calibration can be performed at low cost.
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, a various change can be added in the range which does not deviate from the summary of this invention.
1 ロボット、2 ツール(エンドエフェクタ)、
3 フェイスプレート(ロボット先端プレート)、
4 力覚センサ、
5 スピンドル、6 コレット、7 工具、
10 ツール位置較正治具、12 球面治具、
12a 球部、12b 取付け部、
13 球面、14 位置決め治具、
15 凹孔
1 robot, 2 tools (end effector),
3 Face plate (robot tip plate),
4 Force sensor,
5 spindles, 6 collets, 7 tools,
10 Tool position calibration jig, 12 Spherical jig,
12a ball part, 12b mounting part,
13 spherical surface, 14 positioning jig,
15 concave hole
Claims (5)
前記ツール又は所定の固定位置の一方に取付けられ、前記代表点Pを中心Aとする球面を有する球面治具と、
前記ツール又は所定の固定位置の他方に取付けられ、前記球面と接触して球面の中心Aを所定の定位置Bに位置決めする位置決め治具と、を備えることを特徴とするロボットのツール位置較正治具。 A tool position calibration jig for a robot for calibrating a tool coordinate system in which a representative point of a tool attached to a hand portion of the robot is an origin P,
A spherical jig having a spherical surface attached to one of the tool or a predetermined fixed position and having the representative point P as a center A;
A tool for calibrating the tool position of the robot, comprising: a positioning jig which is attached to the other of the tool or the predetermined fixed position and contacts the spherical surface and positions the center A of the spherical surface at the predetermined fixed position B. Ingredients.
(A) 中心Aから半径が一定の球面を有する球面治具と、前記球面と接触してその中心Aを所定の定位置Bに位置決めする位置決め治具とを準備し、
(B) 前記球面治具と位置決め治具の一方を、ツールの代表点Pが前記中心A又は定位置Bと一致するようにツールに取付け、
(C) 前記球面治具と位置決め治具の他方を、所定の固定位置に固定し、
(D) ツールを3以上の姿勢に保持しながら、球面治具の球面を位置決め治具に接触させて、球面治具の中心Aを位置決め治具の定位置Bに位置決めし、
(E) 前記各姿勢におけるフェイスプレート上の基準点のロボット座標系における位置・姿勢(方向)データに基づきツール代表点のツール座標系における相対位置を求める、ことを特徴とするロボットのツール位置較正方法。 A method for calibrating a tool position of a robot for calibrating a tool coordinate system having a representative point of a tool attached to a hand portion of the robot as an origin P,
(A) preparing a spherical jig having a spherical surface with a constant radius from the center A, and a positioning jig for contacting the spherical surface and positioning the center A at a predetermined fixed position B;
(B) One of the spherical jig and the positioning jig is attached to the tool so that the representative point P of the tool coincides with the center A or the fixed position B,
(C) fixing the other of the spherical jig and the positioning jig at a predetermined fixing position;
(D) While holding the tool in three or more postures, the spherical surface of the spherical jig is brought into contact with the positioning jig, and the center A of the spherical jig is positioned at the fixed position B of the positioning jig,
(E) A tool position calibration of a robot, characterized in that a relative position in a tool coordinate system of a tool representative point is obtained based on position / posture (direction) data in a robot coordinate system of a reference point on the face plate in each posture. Method.
前記(D)において、球面治具の中心Aを位置決め治具の定位置Bに向けてツールを移動し、同時に該移動方向に直交する平面内の移動抵抗をゼロに力制御し、移動方向の押付け力が所定の一定値に達した位置で位置決めする、ことを特徴とする請求項4に記載のロボットのツール位置較正方法。 The robot is force controllable,
In (D), the tool is moved so that the center A of the spherical jig is directed to the fixed position B of the positioning jig, and at the same time, the movement resistance in the plane perpendicular to the movement direction is force-controlled to zero, 5. The robot tool position calibration method according to claim 4, wherein positioning is performed at a position where the pressing force reaches a predetermined constant value.
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