JP2011058820A - Method for correcting angular velocity sensor - Google Patents

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Michio Kobayashi
道夫 小林
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for correcting an angular velocity sensor which enables correct attainment of a detection value of the angular velocity sensor by performing correction without requiring time and effort for performing calibration. <P>SOLUTION: In a series of motions of a link 3, the method includes a rotation angle detecting process wherein an angle sensor 6 detects a rotation angle of an actuator 4, an operation process of a reference angular velocity wherein an operation part 15 differentiates the rotation angle after the rotation angle detecting process and calculates the reference angular velocity, a detecting process of an angular velocity of a link wherein the angular velocity sensor 12 detects the angular velocity of the link in relation to a base body 1 in the same process as the rotation angle detecting process, and a correcting process of the angular velocity of the link wherein correction is performed so that the angular velocity of the link may approach the angular velocity of reference after the operation process of the angular velocity of reference. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、角速度センサーの補正方法に関するものである。   The present invention relates to a correction method for an angular velocity sensor.

従来、加速度センサーや角速度センサー(例えばレートジャイロ)などの慣性センサーを用いて、多関節構造を有するロボットアーム(アーム)の振動を抑制して高精度な位置決めを行う技術が開発されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a technique has been developed that uses an inertial sensor such as an acceleration sensor or an angular velocity sensor (for example, a rate gyro) to perform highly accurate positioning by suppressing vibration of a robot arm (arm) having a multi-joint structure.

例えば、特許文献1では、2次モード以上の高周波成分を除去し1次モード周波数成分及び直流成分を通過させるローパスフィルタを用いている。すなわち、ローパスフィルタにより2次モード以上の加速度信号をカットし、2次モード以上の振動が励起されてアームが振動しまうことを抑制してアームの正確な位置決めを可能にしている。
また、特許文献2では、ワークの掴み部(チャック部)近傍に慣性センサーを設けてチャック部の動作(振れ状態)を検出している。そして、慣性センサー及び各アームの関節となる駆動体に接続された制御回路に指令信号が入力されることにより、各アームの駆動を制御してチャック部の振れの制振を行っている。
For example, Patent Document 1 uses a low-pass filter that removes high-frequency components of the secondary mode or higher and passes the primary-mode frequency component and the DC component. That is, the acceleration signal in the secondary mode or higher is cut by the low-pass filter, and the arm is vibrated by suppressing the vibration in the secondary mode or higher and exciting the arm.
Further, in Patent Document 2, an inertia sensor is provided in the vicinity of a workpiece gripping portion (chuck portion) to detect the operation (swing state) of the chuck portion. A command signal is input to an inertial sensor and a control circuit connected to a driving body serving as a joint of each arm, thereby controlling the driving of each arm and controlling vibration of the chuck portion.

特開平1−173116号公報JP-A-1-173116 特開平7−9374号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-9374

アームの駆動中にアームを駆動するアクチュエーター(例えばモーター)を停止させた場合、アームにはわずかながら振動(揺らぎ)が発生する。この揺らぎを抑制する方法としては、例えばアクチュエーターの制御回路に対してアームの揺らぎを打ち消すような駆動信号を付与する方法がある。この方法を採用するためには、慣性センサーの検出値が正確であることが要求される。   When an actuator (for example, a motor) that drives the arm is stopped while the arm is being driven, a slight vibration (fluctuation) occurs in the arm. As a method of suppressing this fluctuation, for example, there is a method of giving a drive signal that cancels the fluctuation of the arm to the control circuit of the actuator. In order to employ this method, the detection value of the inertial sensor is required to be accurate.

しかしながら、特許文献1及び2では、慣性センサーとは別個の制御手段(例えばローパスフィルタや制御回路)によってアームやチャック部の振動を制御しているため、慣性センサー自体の検出値のバラツキを補正することはできない。一般に、慣性センサーにはアクチュエーターからの入力成分と無関係な出力成分(バイアス)や温度特性を有するスケールファクタが存在するため、時間とともに静止時のゼロ点(基準点)が変化する。特に、慣性センサーの検出値を積分して必要な値を求める場合(例えば角速度センサーの検出値を積分して角度を求める場合や加速度センサーの検出値を積分して速度または位置を求める場合)、必要な値にバイアスやスケールファクタによる誤差が含まれてしまうという問題がある。   However, in Patent Documents 1 and 2, since the vibration of the arm and the chuck part is controlled by a control means (for example, a low-pass filter or a control circuit) separate from the inertial sensor, the variation in the detection value of the inertial sensor itself is corrected. It is not possible. In general, since an inertial sensor has an output component (bias) irrelevant to an input component from an actuator and a scale factor having temperature characteristics, a zero point (reference point) at rest changes with time. In particular, when integrating the detection value of the inertial sensor to obtain the required value (for example, when integrating the detection value of the angular velocity sensor to obtain the angle, or integrating the detection value of the acceleration sensor to obtain the velocity or position), There is a problem that required values include errors due to bias and scale factors.

通常、慣性センサーが工場から出荷される時には、慣性センサーの読み(検出値)が基準点からずれないようにキャリブレーションが行われる。例えば角速度センサーでは、工場出荷時に、角速度センサーの検出値にバイアス及びスケールファクタによる誤差が含まれないようキャリブレーションされる。しかしながら、バイアスは角速度センサーの電源をON/OFFする度に変化し、スケールファクタは角速度センサーが使用される雰囲気温度の影響を受けて変化してしまう。このため、角速度センサーの電源を入れる度にキャリブレーションを行う必要があり手間がかかる。   Usually, when the inertial sensor is shipped from the factory, calibration is performed so that the reading (detected value) of the inertial sensor does not deviate from the reference point. For example, an angular velocity sensor is calibrated so that an error due to a bias and a scale factor is not included in a detection value of the angular velocity sensor at the time of shipment from a factory. However, the bias changes each time the angular velocity sensor is turned on / off, and the scale factor changes due to the influence of the ambient temperature in which the angular velocity sensor is used. For this reason, it is necessary to perform calibration every time the angular velocity sensor is turned on, which is troublesome.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、キャリブレーションを行う手間をかけることなく補正を行うことで、角速度センサーの検出値を正確に得ることが可能な角速度センサーの補正方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and a correction method for an angular velocity sensor that can accurately obtain a detection value of the angular velocity sensor by performing correction without taking the effort of calibration. The purpose is to provide.

上記の課題を解決するため、本発明の角速度センサーの補正方法は、基体に対して回転運動可能なリンクと、前記リンクを駆動するアクチュエーターと、前記アクチュエーターの回転角を検出する角度センサーと、前記基体に対する前記リンクの角速度を検出する角速度センサーと、前記回転角に基づいて基準の角速度を算出する演算部と、を有するロボットにおける角速度センサーの補正方法であって、前記リンクが駆動を開始してから停止するまでの一連の動きにおいて、前記角度センサーが前記アクチュエーターの回転角を検出する回転角検出工程と、前記回転角検出工程の後に前記演算部が前記回転角を微分して前記基準の角速度を算出する基準の角速度演算工程と、前記回転角検出工程と同じ工程で、前記角速度センサーが前記基体に対する前記リンクの角速度を検出するリンクの角速度検出工程と、前記基準の角速度演算工程の後に、前記リンクの角速度が前記基準の角度に近づくように補正するリンクの角速度補正工程と、を有することを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, a method for correcting an angular velocity sensor according to the present invention includes a link that can rotate with respect to a base, an actuator that drives the link, an angle sensor that detects a rotation angle of the actuator, An angular velocity sensor correction method for a robot, comprising: an angular velocity sensor that detects an angular velocity of the link relative to a base; and a calculation unit that calculates a reference angular velocity based on the rotation angle, wherein the link starts to drive In a series of movements from stop to stop, a rotation angle detection step in which the angle sensor detects a rotation angle of the actuator, and after the rotation angle detection step, the calculation unit differentiates the rotation angle to obtain the reference angular velocity. The reference angular velocity calculation step for calculating the rotation angle and the rotation angle detection step are the same as the angular velocity sensor. A link angular velocity detecting step for detecting the angular velocity of the link with respect to the link, and a link angular velocity correcting step for correcting the angular velocity of the link so as to approach the reference angle after the reference angular velocity calculating step. Features.

本発明の角速度センサーの補正方法によれば、リンクの駆動中において、角速度センサーがリンクの角速度を検出する工程と、角度センサーがアクチュエーターの回転角を検出する工程とが同一の工程で行われる。そして、アクチュエーターの回転角を微分して基準の角速度を算出する工程の後、つまり、リンクの角速度、基準の角速度が求められた後に、リンクの角速度が基準の角速度に近づくように補正が行われる。すなわち、本発明では、特許文献1及び2のように慣性センサーと別個の制御手段によってアームの振動を制御する方法とは異なり、リンクの駆動中において角速度センサー自体の検出値のバラツキが補正される。したがって、キャリブレーションを行う手間をかけることなく補正を行うことで、角速度センサーの検出値を正確に得ることが可能となる。   According to the method for correcting an angular velocity sensor of the present invention, during the driving of the link, the step of detecting the angular velocity of the link by the angular velocity sensor and the step of detecting the rotation angle of the actuator by the angle sensor are performed in the same step. After the step of calculating the reference angular velocity by differentiating the rotation angle of the actuator, that is, after the link angular velocity and the reference angular velocity are obtained, correction is performed so that the link angular velocity approaches the reference angular velocity. . That is, in the present invention, unlike the methods of controlling arm vibrations by control means separate from the inertial sensor as in Patent Documents 1 and 2, variations in the detected value of the angular velocity sensor itself are corrected during link driving. . Therefore, it is possible to accurately obtain the detection value of the angular velocity sensor by performing the correction without taking the trouble of performing calibration.

また、この補正方法においては、前記リンクの角速度補正工程は、前記リンクの角速度に含まれる前記アクチュエーターからの入力成分とは無関係な出力成分であるバイアスを補正するバイアス補正工程と、前記リンクの角速度に含まれる温度特性を有するスケールファクタを補正するスケールファクタ補正工程と、を有し、前記リンクの角速度補正工程において、前記バイアス補正工程と前記スケールファクタ補正工程とのうち少なくとも一方が行われてもよい。   In this correction method, the link angular velocity correction step includes a bias correction step of correcting a bias that is an output component unrelated to the input component from the actuator included in the link angular velocity, and the link angular velocity. And a scale factor correction step for correcting a scale factor having a temperature characteristic included in the link, and in the angular velocity correction step of the link, at least one of the bias correction step and the scale factor correction step is performed. Good.

この補正方法によれば、リンクの角速度補正工程において、バイアス補正工程とスケールファクタ補正工程とのうち少なくとも一方が行われる。このため、角速度センサーに存在するバイアスのランダムな時間変動が小さくなり、バイアス安定性が向上する。これにより、角速度センサーの検出値から必要な値(例えばリンクの角速度を積分して角度)を求める場合、必要な値にバイアスやスケールファクタによる誤差が含まれてしまうことが抑制できる。また、リンクの駆動中において角速度センサーに存在するバイアスの補正とスケールファクタの補正との補正が行われるので、角速度センサーの電源を入れる度にキャリブレーションを行う必要がない。したがって、キャリブレーションを行う手間をかけることなくバイアスの補正及びスケールファクタ補正を行うことで、角速度センサーの検出値を正確に得ることが可能となる。   According to this correction method, at least one of a bias correction step and a scale factor correction step is performed in the link angular velocity correction step. For this reason, the random time fluctuation of the bias existing in the angular velocity sensor is reduced, and the bias stability is improved. Accordingly, when a necessary value (for example, an angle obtained by integrating the angular velocity of the link) is obtained from the detected value of the angular velocity sensor, it is possible to suppress the necessary value from including errors due to a bias or a scale factor. In addition, since the bias correction and the scale factor correction existing in the angular velocity sensor are corrected while the link is driven, it is not necessary to perform calibration every time the angular velocity sensor is turned on. Therefore, it is possible to accurately obtain the detection value of the angular velocity sensor by performing bias correction and scale factor correction without taking the effort of calibration.

また、この補正方法においては、前記リンクが駆動を開始してから停止するまでの一連の動きには、加速運動区間、等速運動区間、減速運動区間の3つの運動区間を1サイクルとしたサイクル区間が少なくとも1サイクル以上含まれていてもよい。   Further, in this correction method, a cycle in which three motion sections of an acceleration motion section, a constant speed motion section, and a deceleration motion section are included in one cycle for a series of motions from when the link starts driving to when it stops. The section may include at least one cycle.

この補正方法によれば、補正を行うタイミングを、リンクの駆動中における各運動区間の中から適宜選択することができる。例えば、加速運動区間、等速運動区間、減速運動区間の3つの運動区間の中の少なくとも1つの運動区間を選択して補正を行ってもよいし、所定サイクルのサイクル区間で補正を行うこともできる。したがって、補正を行うタイミングの自由度を高くすることができる。   According to this correction method, the timing for performing correction can be appropriately selected from each motion section during link driving. For example, the correction may be performed by selecting at least one of the three motion sections of the acceleration motion section, the constant speed motion section, and the deceleration motion section, or may be performed in a cycle section of a predetermined cycle. it can. Therefore, it is possible to increase the degree of freedom of timing for performing correction.

また、この補正方法においては、前記基準の角速度演算工程と前記バイアス補正工程との間に、所定のサイクル数の前記サイクル区間において前記リンクの角速度と前記基準の角速度との差を算出する工程を有していてもよい。   Further, in this correction method, a step of calculating a difference between the angular velocity of the link and the reference angular velocity in the cycle section having a predetermined number of cycles between the reference angular velocity calculation step and the bias correction step. You may have.

この補正方法によれば、リンクの角速度、基準の角速度が求められた後に、所定のサイクル区間におけるリンクの角速度と基準の角速度との差が求められるので、補正を行うタイミングを必要に応じてずらすことができる。例えば、リンクの角速度と基準の角速度との差が所定の範囲内であれば補正を行わないこととし、これに対して、その差が所定の範囲外であれば補正を行うこととすることができる。したがって、角速度センサーの検出値の高精度化を適宜選択的に行うことができる。   According to this correction method, after the angular velocity of the link and the reference angular velocity are obtained, the difference between the angular velocity of the link and the reference angular velocity in a predetermined cycle section can be obtained. Therefore, the correction timing is shifted as necessary. be able to. For example, if the difference between the angular velocity of the link and the reference angular velocity is within a predetermined range, the correction is not performed. On the other hand, if the difference is outside the predetermined range, the correction is performed. it can. Therefore, the accuracy of the detection value of the angular velocity sensor can be selectively increased as appropriate.

また、この補正方法においては、前記リンクが前記加速運動区間を経過した後に、前記バイアス補正工程と前記スケールファクタ補正工程とが行われてもよい。   In this correction method, the bias correction step and the scale factor correction step may be performed after the link passes through the acceleration motion section.

この補正方法によれば、1サイクルのサイクル区間における加速運動区間の中で検出されたリンクの角速度と、アクチュエーターの回転角を微分して算出された基準の角速度と、に基づいてバイアス補正とスケールファクタ補正とが行われる。すると、これらの補正は加速運動区間の後の等速運動区間や減速運動区間に反映される。したがって、1サイクルまたは複数サイクルのサイクル区間経過後に一括して補正が行われるよりも、角速度センサーの検出値の高精度化を格段にスムーズに行うことができる。   According to this correction method, the bias correction and the scale are based on the angular velocity of the link detected in the acceleration motion section in the cycle section of one cycle and the reference angular speed calculated by differentiating the rotation angle of the actuator. Factor correction is performed. Then, these corrections are reflected in the constant speed motion section and the deceleration motion section after the acceleration motion section. Therefore, the accuracy of the detection value of the angular velocity sensor can be made much more smoothly than when correction is performed all at once after the passage of one cycle or a plurality of cycles.

また、この補正方法においては、前記リンクが前記等速運動区間を経過した後に、前記バイアス補正工程と前記スケールファクタ補正工程とが行われてもよい。   In this correction method, the bias correction step and the scale factor correction step may be performed after the link has passed the constant velocity motion section.

この補正方法によれば、1サイクルのサイクル区間における等速運動区間の中で検出されたリンクの角速度と、アクチュエーターの回転角を微分して算出された基準の角速度と、に基づいてバイアス補正とスケールファクタ補正とが行われる。すると、これらの補正は等速運動区間の後の減速運動区間、さらにその後の加速運動区間に反映される。したがって、1サイクルまたは複数サイクルのサイクル区間経過後に一括して補正が行われるよりも、角速度センサーの検出値の高精度化を格段にスムーズに行うことができる。   According to this correction method, bias correction is performed based on the angular velocity of the link detected in the constant velocity motion section in the cycle section of one cycle and the reference angular speed calculated by differentiating the rotation angle of the actuator. Scale factor correction is performed. Then, these corrections are reflected in the deceleration motion section after the constant speed motion section, and further in the subsequent acceleration motion section. Therefore, the accuracy of the detection value of the angular velocity sensor can be made much more smoothly than when correction is performed all at once after the passage of one cycle or a plurality of cycles.

また、この補正方法においては、前記リンクが前記減速運動区間を経過した後に、前記バイアス補正工程と前記スケールファクタ補正工程とが行われてもよい。   In this correction method, the bias correction step and the scale factor correction step may be performed after the link passes through the deceleration motion section.

この補正方法によれば、1サイクルのサイクル区間における減速運動区間の中で検出されたリンクの角速度と、アクチュエーターの回転角を微分して算出された基準の角速度と、に基づいてバイアス補正及びスケールファクタ補正が行われる。すると、これらの補正は減速運動区間の後の加速運動区間や等速運動区間に反映される。したがって、1サイクルまたは複数サイクルのサイクル区間経過後に一括して補正が行われるよりも、角速度センサーの検出値の高精度化を格段にスムーズに行うことができる。   According to this correction method, the bias correction and the scale are performed based on the angular velocity of the link detected in the deceleration motion section in the cycle section of one cycle and the reference angular speed calculated by differentiating the rotation angle of the actuator. Factor correction is performed. Then, these corrections are reflected in the acceleration motion section and the constant speed motion section after the deceleration motion section. Therefore, the accuracy of the detection value of the angular velocity sensor can be made much more smoothly than when correction is performed all at once after the passage of one cycle or a plurality of cycles.

本発明に係る角速度センサーが設けられたロボットを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the robot provided with the angular velocity sensor which concerns on this invention. 本発明に係る角速度センサーの補正方法のフローチャート図である。It is a flowchart figure of the correction method of the angular velocity sensor which concerns on this invention. 本発明に係る角速度センサーの検出値と基準の角速度とを示すグラフである。It is a graph which shows the detected value of the angular velocity sensor which concerns on this invention, and a reference | standard angular velocity.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. This embodiment shows one aspect of the present invention, and does not limit the present invention, and can be arbitrarily changed within the scope of the technical idea of the present invention. Moreover, in the following drawings, in order to make each structure easy to understand, an actual structure and a scale, a number, and the like in each structure are different.

図1は、本発明の一実施形態における角速度センサー12,13が設けられたロボット100の模式断面図である。図1に示すように、ロボット100は、架台(基体)1と、リンク3,8と、モーター(アクチュエーター)4,9と、減速機5,11と、角度センサー6,10と、角速度センサー12,13と、演算部15と、を備えて構成されている。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a robot 100 provided with angular velocity sensors 12 and 13 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the robot 100 includes a gantry (base) 1, links 3 and 8, motors (actuators) 4 and 9, speed reducers 5 and 11, angle sensors 6 and 10, and an angular velocity sensor 12. , 13 and a calculation unit 15.

架台1の上部にはリンク3の一端が取り付けられており、リンク3の他端にはリンク8の一端が取り付けられている。リンク3は、軸2を中心として架台1に対して相対的に回転運動可能になっている。リンク8は、軸7を中心としてリンク3に対して相対的に回転運動可能になっている。   One end of the link 3 is attached to the upper part of the gantry 1, and one end of the link 8 is attached to the other end of the link 3. The link 3 is rotatable relative to the gantry 1 about the shaft 2. The link 8 is rotatable relative to the link 3 about the shaft 7.

モーター4は、減速機5を介してリンク3を駆動するものである。モーター9は、減速機11を介してリンク8を駆動するものである。   The motor 4 drives the link 3 via the speed reducer 5. The motor 9 drives the link 8 via the speed reducer 11.

角度センサー6は、モーター4の頂部に設けられている。角度センサー6は、軸2の回りにおけるモーター4の回転角Θ1を検出する機能を有する。角度センサー10は、モーター9の頂部に設けられている。角度センサー10は、軸7の回りにおけるモーター9の回転角Θ2を検出する機能を有する。   The angle sensor 6 is provided on the top of the motor 4. The angle sensor 6 has a function of detecting the rotation angle Θ <b> 1 of the motor 4 around the axis 2. The angle sensor 10 is provided on the top of the motor 9. The angle sensor 10 has a function of detecting the rotation angle Θ <b> 2 of the motor 9 around the axis 7.

角速度センサー12は、リンク3の他端に設けられている。角速度センサー12は、架台1に対するリンク3の角速度g1を検出する機能を有する。角速度センサー13は、リンク8の他端に設けられている。角速度センサー13は、リンク3に対するリンク8の角速度g2を検出する機能を有する。なお、架台1に対するリンク3の角速度g1は、リンク3の回転面内の角速度成分である。また、リンク3に対するリンク8の角速度g2は、リンク8の回転面内の角速度成分である。   The angular velocity sensor 12 is provided at the other end of the link 3. The angular velocity sensor 12 has a function of detecting an angular velocity g1 of the link 3 with respect to the gantry 1. The angular velocity sensor 13 is provided at the other end of the link 8. The angular velocity sensor 13 has a function of detecting the angular velocity g2 of the link 8 with respect to the link 3. The angular velocity g1 of the link 3 with respect to the gantry 1 is an angular velocity component in the rotation plane of the link 3. The angular velocity g2 of the link 8 with respect to the link 3 is an angular velocity component in the rotation plane of the link 8.

演算部15は、架台1の近傍に設けられている。演算部15は、角度センサー6,10でそれぞれ検出されたモーター4,9の回転角Θ1,Θ2を微分して、モーター4,9における基準の角速度r1,r2を算出する機能を有する。また、演算部15は、角度センサー6,10で検出された回転角Θ1,Θ2、角速度センサー12,13で検出されたリンク3,8の角速度g1,g2を記憶する記憶部としての機能をも有している。   The calculation unit 15 is provided in the vicinity of the gantry 1. The calculation unit 15 has a function of differentiating the rotation angles Θ1 and Θ2 of the motors 4 and 9 detected by the angle sensors 6 and 10 to calculate reference angular velocities r1 and r2 of the motors 4 and 9, respectively. The calculation unit 15 also has a function as a storage unit that stores the rotation angles Θ1 and Θ2 detected by the angle sensors 6 and 10 and the angular velocities g1 and g2 of the links 3 and 8 detected by the angular velocity sensors 12 and 13. Have.

なお、本実施形態においては、リンク、モーター、減速機、角度センサー、角速度センサーがそれぞれ2つ設けられているが、これに限らない。例えば、リンク、モーター、減速機、角度センサー、角速度センサーがそれぞれ1つずつ設けられていてもよく、あるいは3つ以上など任意の数が設けられていてもよい。   In this embodiment, two links, a motor, a speed reducer, an angle sensor, and an angular velocity sensor are provided, but the present invention is not limited to this. For example, one link, one motor, one speed reducer, one angle sensor, and one angular velocity sensor may be provided, or any number such as three or more may be provided.

また、角速度センサー12,13は、それぞれリンク3,8の先端に配置されているが、これに限らない。例えば、角速度センサー12,13は、それぞれリンク3,8の任意の位置に配置されていてもよい。また、演算部15は、架台1の近傍に配置されているが、これに限らない。例えば、演算部15は、角度センサー6,10の内部など任意の位置に配置されていてもよい。   Moreover, although the angular velocity sensors 12 and 13 are arrange | positioned at the front-end | tip of the links 3 and 8, respectively, it is not restricted to this. For example, the angular velocity sensors 12 and 13 may be arranged at arbitrary positions on the links 3 and 8, respectively. Moreover, although the calculating part 15 is arrange | positioned in the vicinity of the mount frame 1, it is not restricted to this. For example, the calculation unit 15 may be arranged at an arbitrary position such as inside the angle sensors 6 and 10.

また、演算部15は回転角Θ1,Θ2を微分して基準の角速度r1,r2を算出する機能を有するとともに、回転角Θ1,Θ2、リンクの角速度g1,g2を記憶する機能をも有しているが、これに限らない。例えば、演算部15とは別個に、回転角Θ1,Θ2、リンクの角速度g1,g2を記憶する記憶部が設けられていてもよい。   The calculation unit 15 has a function of differentiating the rotation angles Θ1 and Θ2 to calculate reference angular velocities r1 and r2, and a function of storing the rotation angles Θ1 and Θ2 and the link angular velocities g1 and g2. However, it is not limited to this. For example, a storage unit that stores the rotation angles Θ <b> 1 and Θ <b> 2 and the link angular velocities g <b> 1 and g <b> 2 may be provided separately from the calculation unit 15.

(角速度センサーの補正方法)
次に、本実施形態における角速度センサー12,13の補正方法を説明する。図2は、リンクが駆動を開始してから停止するまでの一連の動きにおいて、角速度センサーの検出値g(角速度センサーで検出されたリンクの角速度)を補正する過程を示すフローチャート図である。なお、ステップS2及びS5の記憶処理、ステップS6〜S8の演算処理は、ロボット100の架台1近傍に配置された演算部15が実行してもよく、または、ロボット100の外部に設けられたCPU(図示略)が実行してもよい。
(Correcting method of angular velocity sensor)
Next, a correction method for the angular velocity sensors 12 and 13 in the present embodiment will be described. FIG. 2 is a flowchart showing a process of correcting the detection value g of the angular velocity sensor (the angular velocity of the link detected by the angular velocity sensor) in a series of movements from when the link starts to the stop. Note that the storage processes in steps S2 and S5 and the calculation processes in steps S6 to S8 may be executed by the calculation unit 15 disposed in the vicinity of the gantry 1 of the robot 100, or a CPU provided outside the robot 100. (Not shown) may be executed.

先ず、角速度センサー12によって架台1に対するリンク3の角速度g1が検出される。また、角速度センサー13によってリンク3に対するリンク8の角速度g2が検出される(リンクの角速度検出工程(S1))。これら角速度センサー12,13で検出されたリンク3,8の角速度g1,g2は演算部15に入力され記憶される(S2)。   First, the angular velocity g1 of the link 3 with respect to the gantry 1 is detected by the angular velocity sensor 12. Further, the angular velocity g2 of the link 8 with respect to the link 3 is detected by the angular velocity sensor 13 (link angular velocity detecting step (S1)). The angular velocities g1 and g2 of the links 3 and 8 detected by the angular velocity sensors 12 and 13 are input and stored in the calculation unit 15 (S2).

一方、リンクの角速度検出工程(S1)と同じ工程で、角度センサー6によって軸2の回りにおけるモーター4の回転角Θ1が検出される。また、角度センサー10によって軸7の回りにおけるモーター9の回転角Θ2が検出される(回転角検出工程(S3))。そして、これら角度センサー6,10で検出されたモーター4,9の回転角Θ1,Θ2は演算部15に入力される。すると、演算部15によって、角度センサー6,10で検出されたモーター4,9の回転角Θ1,Θ2がそれぞれ微分されて基準の角速度r1,r2が算出される(基準の角速度演算工程(S4))。これら基準の角速度r1,r2は、演算部15で記憶される(S5)。   On the other hand, the rotation angle Θ1 of the motor 4 around the axis 2 is detected by the angle sensor 6 in the same step as the angular velocity detection step (S1) of the link. Further, the rotation angle Θ2 of the motor 9 around the shaft 7 is detected by the angle sensor 10 (rotation angle detection step (S3)). The rotation angles Θ 1 and Θ 2 of the motors 4 and 9 detected by the angle sensors 6 and 10 are input to the calculation unit 15. Then, the calculation unit 15 differentiates the rotation angles Θ1 and Θ2 of the motors 4 and 9 detected by the angle sensors 6 and 10 to calculate the reference angular velocities r1 and r2 (reference angular velocity calculation step (S4)). ). These reference angular velocities r1 and r2 are stored in the calculation unit 15 (S5).

ところで、リンクの駆動中にリンクを減速機を介して駆動するモーターを停止させた場合、リンクにはわずかながら振動(揺らぎ)が発生する。この揺らぎを抑制する方法としては、例えばモーターの制御回路に対してリンクの揺らぎを打ち消すような駆動信号を付与する方法がある。この方法を採用するためには、角速度センサーの検出値が正確であることが要求される。   By the way, if the motor that drives the link via the speed reducer is stopped while the link is being driven, a slight vibration (fluctuation) occurs in the link. As a method of suppressing this fluctuation, for example, there is a method of giving a drive signal that cancels the fluctuation of the link to the motor control circuit. In order to employ this method, the detection value of the angular velocity sensor is required to be accurate.

一般に、角速度センサーにはモーターからの入力成分と無関係な出力成分(バイアス)が存在する。このため、時間とともに静止時のゼロ点(基準点)が変化する。また、角速度センサーには温度特性を有するスケールファクタも存在する。このスケールファクタは、角速度センサーを使用する雰囲気の温度の影響を受けて変動する。   In general, an angular velocity sensor has an output component (bias) that is unrelated to the input component from the motor. For this reason, the zero point (reference point) at rest changes with time. The angular velocity sensor also has a scale factor having temperature characteristics. This scale factor varies under the influence of the temperature of the atmosphere in which the angular velocity sensor is used.

ここで、角速度センサーの検出値g(角速度センサー12,13で検出されたリンクの角速度g1,g2)について、基準の角速度r(回転角Θ1,Θ2を微分して求められた基準の角速度r1,r2)と、バイアスBと、スケールファクタSFと、の関係で表すと、以下の式(1)が成立する。   Here, with respect to the detected value g of the angular velocity sensor (the angular velocities g1, g2 of the links detected by the angular velocity sensors 12, 13), the reference angular velocity r (the reference angular velocity r1, obtained by differentiating the rotation angles Θ1, Θ2). When expressed by the relationship between r2), the bias B, and the scale factor SF, the following equation (1) is established.

g=SF・r+B ……(1)   g = SF · r + B (1)

式(1)より、角速度センサーの検出値(リンクの角速度)gと基準の角速度rとの間には、バイアスBと、スケールファクタSFとにより差が生じることが確認される。以下、バイアスBと、スケールファクタSFとにより生じた角速度センサーの検出値gと基準の角速度rとの差を小さくするための工程について説明する。   From the equation (1), it is confirmed that there is a difference between the detected value (angular velocity of the link) g of the angular velocity sensor and the reference angular velocity r due to the bias B and the scale factor SF. Hereinafter, a process for reducing the difference between the detected value g of the angular velocity sensor caused by the bias B and the scale factor SF and the reference angular velocity r will be described.

ステップS2及びS5を経た後、つまり、演算部15において角速度g1,g2及び基準の角速度r1,r2が記憶された後、演算部15によって、角速度センサー12,13で検出されたリンク3,8の角速度g1,g2と基準の角速度r1,r2との差(g1−r1),(g2−r2)が算出される(S6)。   After the steps S2 and S5, that is, after the angular velocities g1 and g2 and the reference angular velocities r1 and r2 are stored in the arithmetic unit 15, the arithmetic unit 15 detects the links 3 and 8 detected by the angular velocity sensors 12 and 13. Differences (g1-r1) and (g2-r2) between the angular velocities g1, g2 and the reference angular velocities r1, r2 are calculated (S6).

次に、演算部15によって、所定のサイクル区間(例えば、加速運動区間L1、等速運動区間L2、減速運動区間L3を経た1サイクル区間)におけるリンクの角速度g1,g2と基準の角速度r1,r2との差(g1−r1),(g2−r2)が所定の範囲内(±α以内)に入るか否かが演算される(S7)。なお、αの値は角速度センサー12,13の線形性能を表す指標から決定することができる(例えばα=0.5)。   Next, the calculation unit 15 causes the link angular velocities g1 and g2 and the reference angular velocities r1 and r2 in a predetermined cycle section (for example, one cycle section through the acceleration motion section L1, the constant speed motion section L2, and the deceleration motion section L3). It is calculated whether or not the differences (g1-r1) and (g2-r2) are within a predetermined range (within ± α) (S7). The value of α can be determined from an index representing the linear performance of the angular velocity sensors 12 and 13 (for example, α = 0.5).

リンクの角速度g1,g2と基準の角速度r1,r2との差(g1−r1),(g2−r2)が所定の範囲内に入っているときは、ステップS6に戻る。一方、リンクの角速度g1,g2と基準の角速度r1,r2との差(g1−r1),(g2−r2)が所定の範囲内に入っていないときは、次のステップ7に進む。すなわち、リンクの角速度と基準の角速度との差が所定の範囲内であれば補正を行わないこととし、これに対して、その差が所定の範囲外であれば補正を行うこととすることができる。   When the differences (g1-r1) and (g2-r2) between the angular velocities g1, g2 of the links and the reference angular velocities r1, r2 are within the predetermined range, the process returns to step S6. On the other hand, when the differences (g1-r1) and (g2-r2) between the angular velocities g1, g2 of the links and the reference angular velocities r1, r2 are not within the predetermined range, the process proceeds to the next step 7. That is, if the difference between the angular velocity of the link and the reference angular velocity is within a predetermined range, the correction is not performed. On the other hand, if the difference is outside the predetermined range, the correction is performed. it can.

次に、演算部15によって、角速度センサーが検出した複数のリンクの角速度のデータプロットP(図3参照)について最小二乗法が適用される(S8)。これにより、複数のリンクの角速度のデータプロットPが近似される(図3に示すH1)。なお、角速度センサーが検出した複数のデータプロットPを近似する方法は最小二乗法に限らず、例えばカルマンフィルタ法を用いることもできる。   Next, the least square method is applied to the data plot P (see FIG. 3) of the angular velocities of the plurality of links detected by the angular velocity sensor by the calculation unit 15 (S8). Thereby, the data plot P of the angular velocities of the plurality of links is approximated (H1 shown in FIG. 3). Note that the method of approximating a plurality of data plots P detected by the angular velocity sensor is not limited to the least square method, and for example, a Kalman filter method can also be used.

次に、演算部15によって、所定のサイクル区間においてリンクの角速度に存在するバイアス、スケールファクタが推定される(S9)。   Next, the bias and the scale factor existing in the angular velocity of the link in the predetermined cycle section are estimated by the calculation unit 15 (S9).

そして、演算部15によって、第1のバイアスと第2のバイアスとの間の差が小さくなるように補正するバイアス補正と、第1のスケールファクタと第2のスケールファクタとの間の差が小さくなるように補正するスケールファクタ補正と、のうち少なくとも一方の補正が行われる(S10)。以下、図3を用いてステップS9及びS10の工程を説明する。   Then, the bias correction for correcting the difference between the first bias and the second bias to be small by the arithmetic unit 15 and the difference between the first scale factor and the second scale factor are small. At least one of the scale factor correction and the correction to be performed is performed (S10). Hereinafter, steps S9 and S10 will be described with reference to FIG.

一般に、リンク3,8が駆動を開始してから停止するまでの一連の動きには、リンク3,8が駆動を開始してから一定の速度になるまでの加速運動区間、リンク3,8が一定の速度で駆動し続ける等速運動区間、リンク3,8が減速して停止するまでの減速運動区間の3つの運動区間が含まれる。   In general, a series of movements from the start of driving of the links 3 and 8 to the stop thereof includes an acceleration motion section from the start of driving of the links 3 and 8 to a constant speed, and the links 3 and 8. It includes three motion sections, a constant speed motion section that continues to drive at a constant speed, and a deceleration motion section until the links 3 and 8 decelerate and stop.

図3は、リンク3が駆動を開始してから停止するまでの一連の動きにおいて、角速度センサー12が検出したリンク3の角速度g1と、角度センサー6で検出されたモーター4の回転角Θ1が微分されて求められた基準の角速度r1とを示したグラフである。図3は、横軸に時間t、縦軸に角速度g1を示したグラフである。   FIG. 3 shows a difference between the angular velocity g1 of the link 3 detected by the angular velocity sensor 12 and the rotation angle Θ1 of the motor 4 detected by the angle sensor 6 in a series of movements from when the link 3 starts to stop. It is the graph which showed the reference | standard angular velocity r1 calculated | required by this. FIG. 3 is a graph showing time t on the horizontal axis and angular velocity g1 on the vertical axis.

図3において、符号L1は加速運動区間(時間範囲0<t<t1)、符号L2は等速運動区間(時間範囲t1<t<t2)、符号L3は減速運動区間(時間範囲t2<t<te)である。また、符号Pは、角速度センサー12が検出した複数のデータプロット(リンク3の角速度g1)である。また、符号H1は、リンク3が駆動を開始してから停止するまでの一連の動きにおいて、角速度センサー12が検出したリンク3の角速度g1を示したグラフである。一方、符号H2は、角度センサー6で検出されたモーター4の回転角Θ1が微分されて求められた基準の角速度r1を示したグラフである。   In FIG. 3, symbol L1 represents an acceleration motion section (time range 0 <t <t1), symbol L2 represents a constant velocity motion segment (time range t1 <t <t2), and symbol L3 represents a deceleration motion segment (time range t2 <t <t <t2). te). Reference symbol P is a plurality of data plots (angular velocity g1 of the link 3) detected by the angular velocity sensor 12. Reference numeral H1 is a graph showing the angular velocity g1 of the link 3 detected by the angular velocity sensor 12 in a series of movements from the start of driving of the link 3 to the stop thereof. On the other hand, symbol H2 is a graph showing a reference angular velocity r1 obtained by differentiating the rotation angle Θ1 of the motor 4 detected by the angle sensor 6.

なお、本図では、これら3つの運動区間を1サイクルとしたサイクル区間が1サイクル含まれている例を示している。また、角速度センサー12が検出したリンク3の角速度g1を一例として挙げているが、角速度センサー13が検出したリンク8の角速度g2についても同様に適用可能である。また、角度センサー6で検出されたモーター4の回転角Θ1が微分されて求められた基準の角速度r1を一例として挙げているが、角度センサー10で検出されたモーター9の回転角Θ2が微分されて求められた基準の角速度r2についても同様に適用可能である。   In the drawing, an example is shown in which one cycle is included in which the three exercise sections are defined as one cycle. Further, although the angular velocity g1 of the link 3 detected by the angular velocity sensor 12 is given as an example, the angular velocity g2 of the link 8 detected by the angular velocity sensor 13 can be similarly applied. The reference angular velocity r1 obtained by differentiating the rotation angle Θ1 of the motor 4 detected by the angle sensor 6 is taken as an example, but the rotation angle Θ2 of the motor 9 detected by the angle sensor 10 is differentiated. The same applies to the reference angular velocity r2 obtained in this way.

図3に示すように、加速運動区間L1において複数の角速度のデータプロットPについて最小二乗法が適用されると、時間と角速度との関係の軌跡は原点を通らない右上がりの直線となる。加速運動区間L1におけるリンクの角速度g11は、傾きをa1(正の整数)、切片をb1(正の整数)とすると、以下の式(2)で表される。   As shown in FIG. 3, when the least square method is applied to a plurality of angular velocity data plots P in the acceleration motion section L1, the trajectory of the relationship between time and angular velocity becomes a straight line that does not pass through the origin. The angular velocity g11 of the link in the acceleration motion section L1 is expressed by the following equation (2), where the slope is a1 (positive integer) and the intercept is b1 (positive integer).

g11=a1・t+b1 ……(2)   g11 = a1 · t + b1 (2)

また、等速運動区間L2において複数の角速度のデータプロットPについて最小二乗法が適用されると、時間と角速度との関係の軌跡は原点を通らない右上がりの直線となる。等速運動区間L2におけるリンクの角速度g12は、傾きをa2(正の整数)、切片をb2(正の整数)とすると、以下の式(3)で表される。   Further, when the least square method is applied to a plurality of angular velocity data plots P in the constant velocity motion section L2, the trajectory of the relationship between time and angular velocity becomes a straight line that does not pass through the origin. The angular velocity g12 of the link in the constant velocity motion section L2 is expressed by the following equation (3), where the slope is a2 (positive integer) and the intercept is b2 (positive integer).

g12=a2・t+b2 ……(3)   g12 = a2 · t + b2 (3)

また、減速運動区間L3において複数の角速度のデータプロットPについて最小二乗法が適用されると、時間と角速度との関係の軌跡は原点を通らない右下がりの直線となる。減速運動区間L3におけるリンクの角速度g13は、傾きをa3(負の整数)、切片をb3(正の整数)とすると、以下の式(4)で表される。   Further, when the least square method is applied to a plurality of angular velocity data plots P in the deceleration motion section L3, the trajectory of the relationship between time and angular velocity is a straight line that does not pass through the origin. The angular velocity g13 of the link in the deceleration motion section L3 is expressed by the following equation (4), where the slope is a3 (negative integer) and the intercept is b3 (positive integer).

g13=a3・t+b3 ……(4)   g13 = a3 · t + b3 (4)

これらの式(1)〜(4)により、バイアスBと、スケールファクタSFとを推定することができる。具体的には、式(1)と式(2)の関係より、加速運動区間L1では、傾きa1をスケールファクタSFと、切片b1をバイアスBと推定することができる。また、式(1)と式(3)の関係より、等速運動区間L2では、傾きa2をスケールファクタSFと、切片b2をバイアスBと推定することができる。また、式(1)と式(4)の関係より、減速運動区間L3では、傾きa3をスケールファクタSFと、切片b3をバイアスBと推定することができる。   From these equations (1) to (4), the bias B and the scale factor SF can be estimated. Specifically, from the relationship between Expression (1) and Expression (2), it is possible to estimate the slope a1 as the scale factor SF and the intercept b1 as the bias B in the acceleration motion section L1. Further, from the relationship between Expression (1) and Expression (3), it is possible to estimate the slope a2 as the scale factor SF and the intercept b2 as the bias B in the constant velocity motion section L2. Further, from the relationship between Expression (1) and Expression (4), it is possible to estimate the slope a3 as the scale factor SF and the intercept b3 as the bias B in the deceleration motion section L3.

したがって、式(1)〜(4)により、所定のサイクル区間においてリンクの角速度に存在するスケールファクタSFとバイアスBとが推定されることになる(S9)。   Therefore, the scale factor SF and the bias B existing in the angular velocity of the link in the predetermined cycle section are estimated by the equations (1) to (4) (S9).

一方、基準の角速度を見ると、加速運動区間L1においては、時間と基準の角速度との関係の軌跡は原点を通る右上がりの直線となる。加速運動区間L1における基準の角速度r11は、傾きをc1(正の整数)、切片をd1(d1=0)とすると、以下の式(5)で表される。   On the other hand, when looking at the reference angular velocity, in the acceleration motion section L1, the locus of the relationship between time and the reference angular velocity is a straight line going up to the right passing through the origin. The reference angular velocity r11 in the acceleration motion section L1 is expressed by the following equation (5), where the slope is c1 (positive integer) and the intercept is d1 (d1 = 0).

r11=c1・t ……(5)   r11 = c1 · t (5)

また、等速運動区間L2においては、時間と基準の角速度との関係の軌跡は横軸に平行な直線となる。等速運動区間L2における基準の角速度r12は、傾きをc2(c2=0)、切片をd2(正の整数)とすると、以下の式(6)で表される。   In the constant velocity motion section L2, the locus of the relationship between time and the reference angular velocity is a straight line parallel to the horizontal axis. The reference angular velocity r12 in the constant velocity motion section L2 is expressed by the following equation (6), where the slope is c2 (c2 = 0) and the intercept is d2 (positive integer).

r12=d2 ……(6)   r12 = d2 (6)

また、減速運動区間L3においては、時間と基準の角速度との関係の軌跡は原点を通らない右下がりの直線となる。減速運動区間L3における基準の角速度r13は、傾きをc3(負の整数)、切片をd3(正の整数)とすると、以下の式(7)で表される。   In the deceleration motion section L3, the locus of the relationship between time and the reference angular velocity is a straight line that goes downward to the right and does not pass through the origin. The reference angular velocity r13 in the deceleration motion section L3 is expressed by the following equation (7), where the slope is c3 (negative integer) and the intercept is d3 (positive integer).

r13=c3・t+d3 ……(7)   r13 = c3 · t + d3 (7)

式(2)と式(5)の関係から、式(2)に対して傾きa1とc1との比(c1/a1)を乗じることにより、リンクの角速度におけるスケールファクタSFに替えて基準の角速度における基準値c1とすることができる。また、式(2)に対して切片b1とd1(d1=0)との比(d1/b1=0)を乗じることにより、リンクの角速度におけるバイアスBに替えて基準の角速度における基準値d1(d1=0)とすることができる。   From the relationship between the equations (2) and (5), the equation (2) is multiplied by the ratio (c1 / a1) of the inclinations a1 and c1 to replace the scale factor SF in the angular velocity of the link, and the reference angular velocity. The reference value c1 can be used. In addition, by multiplying the expression (2) by the ratio (d1 / b1 = 0) between the intercept b1 and d1 (d1 = 0), the reference value d1 at the reference angular velocity is substituted for the bias B at the angular velocity of the link. d1 = 0).

また、式(3)と式(6)の関係から、式(3)に対して傾きa2とc2(c2=0)との比(c2/a2=0)を乗じることにより、リンクの角速度におけるスケールファクタSFに替えて基準の角速度における基準値c2(c2=0)とすることができる。また、式(3)に対して切片b2とd2との比(d2/b2)を乗じることにより、リンクの角速度におけるバイアスBに替えて基準の角速度における基準値d2とすることができる。   Further, from the relationship between the expressions (3) and (6), the ratio (c2 / a2 = 0) of the inclination a2 and c2 (c2 = 0) is multiplied with respect to the expression (3). Instead of the scale factor SF, the reference value c2 (c2 = 0) at the reference angular velocity can be used. Further, by multiplying the expression (3) by the ratio (d2 / b2) between the intercepts b2 and d2, the reference value d2 at the reference angular velocity can be obtained instead of the bias B at the angular velocity of the link.

また、式(4)と式(7)の関係から、式(4)に対して傾きa3とc3との比(c3/a3)を乗じることにより、リンクの角速度におけるスケールファクタSFに替えて基準の角速度における基準値c3とすることができる。また、式(4)に対して切片b3とd3との比(d3/b3)を乗じることにより、リンクの角速度におけるバイアスBに替えて基準の角速度における基準値d3とすることができる。   In addition, from the relationship between the equations (4) and (7), the equation (4) is multiplied by the ratio (c3 / a3) of the inclinations a3 and c3 to replace the scale factor SF at the angular velocity of the link. The reference value c3 in the angular velocity can be set. Further, by multiplying the expression (4) by the ratio (d3 / b3) between the intercepts b3 and d3, the reference value d3 at the reference angular velocity can be obtained instead of the bias B at the angular velocity of the link.

したがって、式(2)〜(7)により、リンクの角速度におけるバイアスBと基準の角速度における基準値との間の差が小さくなるように補正するバイアス補正と、角速度におけるスケールファクタSFと基準の角速度における基準値との間の差が小さくなるように補正するスケールファクタ補正とが行われることになる(S10)。以上の工程により、補正されたバイアス及びスケールファクタは演算部15において補正前のデータと書き換えられる。そして、ステップS1の角速度検出工程及びステップS3の回転角検出工程に戻り、S1〜S10の工程が繰りかえされ、バイアスBとスケールファクタSFとの補正が行われる。   Therefore, the bias correction for correcting the difference between the bias B at the link angular velocity and the reference value at the reference angular velocity to be small, and the scale factor SF at the angular velocity and the reference angular velocity by the equations (2) to (7). The scale factor correction is performed so that the difference between the reference value and the reference value becomes small (S10). Through the above steps, the corrected bias and scale factor are rewritten to the data before correction in the calculation unit 15. And it returns to the angular velocity detection process of step S1, and the rotation angle detection process of step S3, the process of S1-S10 is repeated, and correction | amendment with bias B and scale factor SF is performed.

本発明の角速度センサーの補正方法によれば、リンク3,8の駆動中において、角速度センサー12,13がリンクの角速度g1,g2を検出する工程と、角度センサー6,10がモーターの回転角Θ1,Θ2を検出する工程とが同一の工程で行われる。そして、モーターの回転角Θ1,Θ2を微分して基準の角速度r1,r2を算出する工程の後、つまり、リンクの角速度g1,g2、基準の角速度r1,r2が求められた後に、リンクの角速度g1,g2が基準の角速度r1,r2に近づくように補正が行われる。すなわち、本発明では、特許文献1及び2のように慣性センサーと別個の制御手段によってアームの振動を制御する方法とは異なり、リンク3,8の駆動中において角速度センサー12,13自体の検出値のバラツキが補正される。したがって、キャリブレーションを行う手間をかけることなく補正を行うことで、角速度センサー12,13の検出値を正確に得ることが可能となる。   According to the correction method of the angular velocity sensor of the present invention, the steps of the angular velocity sensors 12 and 13 detecting the angular velocities g1 and g2 of the links 3 and 8 during the driving of the links 3 and 8, and the angular sensors 6 and 10 are the rotation angle Θ1 of the motor. , Θ2 are performed in the same process. Then, after the step of calculating the reference angular velocities r1 and r2 by differentiating the motor rotation angles Θ1 and Θ2, that is, after the link angular velocities g1 and g2 and the reference angular velocities r1 and r2 are obtained, the link angular velocities are calculated. Correction is performed so that g1 and g2 approach the reference angular velocities r1 and r2. That is, in the present invention, unlike the methods of controlling the arm vibration by the control means separate from the inertial sensor as in Patent Documents 1 and 2, the detected values of the angular velocity sensors 12 and 13 themselves during the driving of the links 3 and 8. Variations in are corrected. Therefore, it is possible to accurately obtain the detection values of the angular velocity sensors 12 and 13 by performing the correction without taking the trouble of performing calibration.

また、この補正方法によれば、リンクの角速度補正工程において、バイアス補正工程とスケールファクタ補正工程とのうち少なくとも一方が行われる。このため、角速度センサー12,13に存在するバイアスBのランダムな時間変動が小さくなり、バイアス安定性が向上する。これにより、角速度センサー12,13の検出値から必要な値(例えばリンクの角速度を積分して角度)を求める場合、必要な値にバイアスBやスケールファクタSFによる誤差が含まれてしまうことが抑制できる。また、リンク3,8の駆動中において、角速度センサー12,13に存在するバイアスBの補正とスケールファクタSFの補正とが行われるので、角速度センサー12,13の電源を入れる度にキャリブレーションを行う必要がない。したがって、キャリブレーションを行う手間をかけることなくバイアス補正及びスケールファクタ補正を行うことで、角速度センサー12,13の検出値を正確に得ることが可能となる。   According to this correction method, at least one of a bias correction step and a scale factor correction step is performed in the link angular velocity correction step. For this reason, random time fluctuations of the bias B existing in the angular velocity sensors 12 and 13 are reduced, and the bias stability is improved. Accordingly, when a necessary value (for example, an angle obtained by integrating the angular velocity of the link) is obtained from the detection values of the angular velocity sensors 12 and 13, it is possible to prevent the necessary value from including an error due to the bias B or the scale factor SF. it can. Since the bias B existing in the angular velocity sensors 12 and 13 and the scale factor SF are corrected while the links 3 and 8 are driven, calibration is performed every time the angular velocity sensors 12 and 13 are turned on. There is no need. Therefore, the detection values of the angular velocity sensors 12 and 13 can be accurately obtained by performing the bias correction and the scale factor correction without taking time for calibration.

また、この補正方法によれば、角速度センサー12,13の補正を行うタイミングを、リンク3,8の駆動中における各運動区間の中から適宜選択することができる。例えば、加速運動区間L1、等速運動区間L2、減速運動区間L3の3つの運動区間の中の少なくとも1つの運動区間を選択して補正を行ってもよいし、所定サイクルのサイクル区間で補正を行うこともできる。したがって、角速度センサー12,13の補正を行うタイミングの自由度を高くすることができる。   Further, according to this correction method, the timing for correcting the angular velocity sensors 12 and 13 can be appropriately selected from the respective motion sections during the driving of the links 3 and 8. For example, correction may be performed by selecting at least one of the three motion sections of the acceleration motion section L1, the constant speed motion section L2, and the deceleration motion section L3, or the correction may be performed in a cycle section of a predetermined cycle. It can also be done. Therefore, the degree of freedom of timing for correcting the angular velocity sensors 12 and 13 can be increased.

また、この補正方法によれば、リンク3,8の角速度g1,g2、基準の角速度r1,r2が求められた後に、所定のサイクル区間における角速度g1,g2と基準の角速度r1,r2との差(g1−r1),(g2−r2)が求められるので、角速度センサー12,13の補正を行うタイミングを必要に応じてずらすことができる。例えば、角速度g1,g2と基準の角速度r1,r2との差(g1−r1),(g2−r2)が所定の範囲内であれば補正を行わないこととし、これに対して、その差が所定の範囲外であれば補正を行うこととすることができる。したがって、角速度センサー12,13の検出値の高精度化を適宜選択的に行うことができる。   Further, according to this correction method, after the angular velocities g1 and g2 of the links 3 and 8 and the reference angular velocities r1 and r2 are obtained, the difference between the angular velocities g1 and g2 and the reference angular velocities r1 and r2 in a predetermined cycle section. Since (g1-r1) and (g2-r2) are obtained, the timing for correcting the angular velocity sensors 12, 13 can be shifted as necessary. For example, if the differences (g1-r1) and (g2-r2) between the angular velocities g1 and g2 and the reference angular velocities r1 and r2 are within a predetermined range, no correction is performed. If it is outside the predetermined range, correction can be performed. Therefore, the accuracy of the detection values of the angular velocity sensors 12 and 13 can be selectively increased as appropriate.

なお、本実施形態の角速度センサーの補正方法によれば、リンク3が駆動を開始してから停止するまでの一連の動きにおいて、加速運動区間L1、等速運動区間L2、減速運動区間L3の運動区間を1サイクルとしたサイクル区間が1サイクル含まれている例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、これら3つの運動区間を1サイクルとしたサイクル区間が複数サイクル含まれていてもよい。   Note that, according to the correction method of the angular velocity sensor of the present embodiment, the motion in the acceleration motion section L1, the constant speed motion section L2, and the deceleration motion section L3 in a series of motions from when the link 3 starts driving to when it stops. Although an example in which a cycle section with one section is included has been described, the present invention is not limited to this. For example, a plurality of cycle sections in which these three motion sections are one cycle may be included.

また、この補正方法においては、リンク3,8が加速運動区間L1を経過した後に、バイアス補正とスケールファクタ補正とが行われてもよい。これにより、1サイクルのサイクル区間における加速運動区間L1の中で検出されたリンクの角速度g1,g2と、モーターの回転角Θ1,Θ2を微分して算出された基準の角速度r1,r2と、に基づいてバイアス補正とスケールファクタ補正とが行われる。すると、この補正は加速運動区間L1の後の等速運動区間L2や減速運動区間L3に反映される。   In this correction method, the bias correction and the scale factor correction may be performed after the links 3 and 8 have passed the acceleration motion section L1. Thereby, the angular velocities g1 and g2 of the link detected in the acceleration motion section L1 in the cycle section of one cycle and the reference angular velocities r1 and r2 calculated by differentiating the rotation angles Θ1 and Θ2 of the motor are obtained. Based on this, bias correction and scale factor correction are performed. Then, this correction is reflected in the constant velocity motion section L2 and the deceleration motion section L3 after the acceleration motion section L1.

また、この補正方法においては、リンク3,8が等速運動区間L2を経過した後に、バイアス補正とスケールファクタ補正とが行われてもよい。これにより、1サイクルのサイクル区間における等速運動区間L2の中で検出されたリンクの角速度g1,g2と、モーターの回転角Θ1,Θ2を微分して算出された基準の角速度r1,r2と、に基づいてバイアス補正とスケールファクタ補正とが行われる。すると、この補正は等速運動区間L2の後の減速運動区間L3、さらにその後の加速運動区間L1に反映される。   In this correction method, the bias correction and the scale factor correction may be performed after the links 3 and 8 have passed the constant velocity motion section L2. Thereby, the angular velocities g1 and g2 of the links detected in the constant velocity motion section L2 in the cycle section of one cycle, and the reference angular velocities r1 and r2 calculated by differentiating the rotation angles Θ1 and Θ2 of the motor, Based on this, bias correction and scale factor correction are performed. Then, this correction is reflected in the deceleration motion section L3 after the constant speed motion section L2, and further in the subsequent acceleration motion section L1.

また、この補正方法においては、リンク3,8が減速運動区間L3を経過した後に、バイアス補正とスケールファクタ補正とが行われてもよい。これにより、1サイクルのサイクル区間における減速運動区間L3の中で検出された角速度g1,g2と、モーターの回転角Θ1,Θ2を微分して算出された基準の角速度r1,r2と、に基づいてバイアス補正及びスケールファクタ補正が行われる。すると、これらの補正は減速運動区間L3の後の加速運動区間L1や等速運動区間L2に反映される。   In this correction method, the bias correction and the scale factor correction may be performed after the links 3 and 8 have passed through the deceleration motion section L3. Thus, based on the angular velocities g1 and g2 detected in the deceleration motion section L3 in the cycle section of one cycle and the reference angular velocities r1 and r2 calculated by differentiating the rotation angles Θ1 and Θ2 of the motor. Bias correction and scale factor correction are performed. Then, these corrections are reflected in the acceleration motion section L1 and the constant speed motion section L2 after the deceleration motion section L3.

このように、各運動区間を経過した後にバイアス補正とスケールファクタ補正との補正を行うことで、1サイクルまたは複数サイクルのサイクル区間経過後に一括して補正が行われるよりも、角速度センサー12,13の検出値の高精度化を格段にスムーズに行うことができる。   As described above, by correcting the bias correction and the scale factor correction after each motion section has passed, the angular velocity sensors 12, 13 can be corrected rather than being collectively corrected after one cycle or a plurality of cycles. The accuracy of the detected value can be improved remarkably smoothly.

1…架台(基体)、3,8…リンク、4,9…モーター(アクチュエーター)、6,10…角度センサー、12,13…角速度センサー、100…ロボット、g…角速度、r…基準の角速度、B…バイアス、L1…加速運動区間、L2…等速運動区間、L3…減速運動区間、SF…スケールファクタ、Θ1,Θ2…回転角 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base (base | substrate), 3,8 ... Link, 4,9 ... Motor (actuator), 6,10 ... Angle sensor, 12, 13 ... Angular velocity sensor, 100 ... Robot, g ... Angular velocity, r ... Standard angular velocity, B: bias, L1: acceleration motion section, L2: constant speed motion section, L3: deceleration motion section, SF: scale factor, Θ1, Θ2: rotation angle

Claims (7)

基体に対して回転運動可能なリンクと、前記リンクを駆動するアクチュエーターと、前記アクチュエーターの回転角を検出する角度センサーと、前記基体に対する前記リンクの角速度を検出する角速度センサーと、前記回転角に基づいて基準の角速度を算出する演算部と、を有するロボットにおける角速度センサーの補正方法であって、
前記リンクが駆動を開始してから停止するまでの一連の動きにおいて、
前記角度センサーが前記アクチュエーターの回転角を検出する回転角検出工程と、
前記回転角検出工程の後に前記演算部が前記回転角を微分して前記基準の角速度を算出する基準の角速度演算工程と、
前記回転角検出工程と同じ工程で、前記角速度センサーが前記基体に対する前記リンクの角速度を検出するリンクの角速度検出工程と、
前記基準の角速度演算工程の後に、前記リンクの角速度が前記基準の角度に近づくように補正するリンクの角速度補正工程と、を有することを特徴とする角速度センサーの補正方法。
Based on the rotation angle, a link capable of rotating relative to the base, an actuator that drives the link, an angle sensor that detects a rotation angle of the actuator, an angular velocity sensor that detects an angular speed of the link relative to the base, and A calculation unit for calculating a reference angular velocity, and a correction method for an angular velocity sensor in a robot having:
In a series of movements from when the link starts driving to when it stops,
A rotation angle detecting step in which the angle sensor detects a rotation angle of the actuator;
A reference angular velocity calculation step in which the calculation unit differentiates the rotation angle and calculates the reference angular velocity after the rotation angle detection step;
In the same step as the rotation angle detection step, the angular velocity detection step of the link in which the angular velocity sensor detects the angular velocity of the link with respect to the base body,
An angular velocity sensor correction method comprising: a link angular velocity correction step of correcting the link so that the angular velocity of the link approaches the reference angle after the reference angular velocity calculation step.
前記リンクの角速度補正工程は、前記リンクの角速度に含まれる前記アクチュエーターからの入力成分とは無関係な出力成分であるバイアスを補正するバイアス補正工程と、前記リンクの角速度に含まれる温度特性を有するスケールファクタを補正するスケールファクタ補正工程と、を有し、
前記リンクの角速度補正工程において、前記バイアス補正工程と前記スケールファクタ補正工程とのうち少なくとも一方が行われることを特徴とする請求項1に記載の角速度センサーの補正方法。
The link angular velocity correction step includes a bias correction step of correcting a bias which is an output component irrelevant to an input component from the actuator included in the angular velocity of the link, and a scale having a temperature characteristic included in the angular velocity of the link. A scale factor correction step for correcting the factor,
The angular velocity sensor correction method according to claim 1, wherein at least one of the bias correction step and the scale factor correction step is performed in the link angular velocity correction step.
前記リンクが駆動を開始してから停止するまでの一連の動きには、加速運動区間、等速運動区間、減速運動区間の3つの運動区間を1サイクルとしたサイクル区間が少なくとも1サイクル以上含まれていることを特徴とする請求項1または2に記載の角速度センサーの補正方法。   The series of movements from the start of driving to the stop of the link includes at least one cycle section in which three motion sections of an acceleration motion section, a constant speed motion section, and a deceleration motion section are defined as one cycle. The method of correcting an angular velocity sensor according to claim 1, wherein the angular velocity sensor is corrected. 前記基準の角速度演算工程と前記リンクの角速度補正工程との間には、所定のサイクル数の前記サイクル区間において前記リンクの角速度と前記基準の角速度との差を算出する工程を有することを特徴とする請求項3に記載の角速度センサーの補正方法。   Between the reference angular velocity calculation step and the angular velocity correction step of the link, there is a step of calculating a difference between the angular velocity of the link and the reference angular velocity in the cycle section having a predetermined number of cycles. The method of correcting an angular velocity sensor according to claim 3. 前記リンクが前記加速運動区間を経過した後に、前記バイアス補正工程と前記スケールファクタ補正工程とが行われることを特徴とする請求項3または4に記載の角速度センサーの補正方法。   5. The method of correcting an angular velocity sensor according to claim 3, wherein the bias correction step and the scale factor correction step are performed after the link passes the acceleration motion section. 6. 前記リンクが前記等速運動区間を経過した後に、前記バイアス補正工程と前記スケールファクタ補正工程とが行われることを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項に記載の角速度センサーの補正方法。   6. The method of correcting an angular velocity sensor according to claim 3, wherein the bias correction step and the scale factor correction step are performed after the link has passed through the constant velocity motion section. . 前記リンクが前記減速運動区間を経過した後に、前記バイアス補正工程と前記スケールファクタ補正工程とが行われることを特徴とする請求項3〜6のいずれか1項に記載の角速度センサーの補正方法。   The method of correcting an angular velocity sensor according to claim 3, wherein the bias correction step and the scale factor correction step are performed after the link has passed through the deceleration motion section.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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