JP2014018878A - Robot system, and robot control device and method - Google Patents

Robot system, and robot control device and method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a robot system and a robot control device, which enable calibration to be performed simply and accurately.SOLUTION: A robot control part of the robot system: causes a robot to perform a touch sensing operation for causing a fingertip tool to contact with a target point set on a workpiece surface along a touch sensing locus generated on the same virtual space as a working locus; calculates a correction amount of a reference coordinate system on the basis of a first position and posture data respectively representing the position and posture of a tool center point of the fingertip tool at a contact point at which the fingertip tool contacts with the workpiece at the target point, the position and posture being detected at the touch sensing operation, and on the basis of a second position and posture respectively representing the position and posture of the tool center point at each target point assumed when moving the fingertip tool along the touch sensing locus; corrects the reference coordinate system on the basis of the calculated correction amount; and, when the workpiece is worked, controls the robot so as to move the fingertip tool along the working locus with the corrected reference coordinate system as reference.

Description

本発明は、ロボットシステム並びにロボット制御装置及び方法に関し、例えば多関節のロボットアームを有するロボットによってワーク(加工対象物)を加工処理するロボットシステムに適用して好適なものである。   The present invention relates to a robot system, a robot control apparatus, and a method, and is suitably applied to a robot system that processes a workpiece (processing object) by a robot having an articulated robot arm, for example.

この種のロボットシステムにおいて、ロボットアームの先端に取り付けられる手先工具の上記加工処理時における軌道(以下、これを加工軌道と呼ぶ)をCAD(Computer Aided Design)モデルからオフラインで生成した場合、CADモデル空間上で作成された加工軌道を現実のワークの位置及び姿勢に合わせて校正(キャリブレーション)する必要がある。   In this type of robot system, when a trajectory (hereinafter referred to as a processing trajectory) of the hand tool attached to the tip of the robot arm at the time of the above processing is generated off-line from a CAD (Computer Aided Design) model, the CAD model It is necessary to calibrate the machining trajectory created in space according to the actual position and posture of the workpiece.

従来、このようなキャリブレーションは、ワークを保持するテーブルの隅部などの形状的な特徴を利用した教示操作により、現実のテーブル上に固定されたテーブル座標系をロボットに計測させるようにして行われている。   Conventionally, such calibration is performed by causing a robot to measure a table coordinate system fixed on an actual table by a teaching operation using a shape feature such as a corner of a table holding a workpiece. It has been broken.

このような従来のキャリブレーション方法によれば、CADモデル上の基準座標系と、ワークとの相対位置を、実物のテーブル上に固定されたテーブル座標系と、実物のワークの相対位置とに基づいて合わせることができる。すなわち、CADモデル空間上において加工軌道をテーブル座標系基準で生成しておき、実空間上のテーブル座標系を教示することによって、加工軌道と実物のワークとの相対位置を合わせることができる。   According to such a conventional calibration method, the relative position between the reference coordinate system on the CAD model and the work is based on the table coordinate system fixed on the real table and the relative position of the real work. Can be combined. That is, by generating a machining trajectory in the CAD model space on the basis of the table coordinate system and teaching the table coordinate system in the real space, the relative positions of the machining trajectory and the actual workpiece can be matched.

しかしながら、上述のような教示操作では高精度な位置合わせが困難であるという問題もある。そこで、近年、本願特許出願人より、直交する3平面を有するワークに対するタッチセンシングにより、手先工具のワークの位置を計測し、計測結果に基づいて手先工具及び治具間の相対位置を補正する技術が提案されている(特許文献1)。ここで、タッチセンシングとは、ロボットのロボットアームの先端部に取り付けられた手先工具をワークの表面に押し付けてワークの位置を計測する技術をいう。   However, there is also a problem that it is difficult to perform highly accurate alignment by the teaching operation as described above. Therefore, in recent years, the present patent applicant has measured the position of the work of the hand tool by touch sensing on a work having three orthogonal planes, and corrects the relative position between the hand tool and the jig based on the measurement result. Has been proposed (Patent Document 1). Here, touch sensing refers to a technique for measuring the position of a workpiece by pressing a hand tool attached to the tip of the robot arm of the robot against the surface of the workpiece.

特開2011−152599号公報JP 2011-152599 A

ところで、この特許文献1には、ワークが直交する3平面を有しない場合、ワークを固定するテーブル等の治具に直交する3平面を設け、この3平面に対するタッチセンシング動作により得られたデータに基づいてキャリブレーションすることが開示されている。   By the way, in this patent document 1, when the workpiece does not have three planes orthogonal to each other, three planes orthogonal to a jig such as a table for fixing the workpiece are provided, and the data obtained by the touch sensing operation with respect to the three planes is provided. Calibrating based on this is disclosed.

しかしながら、この特許文献1に開示されたキャリブレーション方法によると、ワークが直交する3平面を有しない場合にはワークから離れた場所での計測データを用いてキャリブレーションを行うことになるため、絶対位置決め精度の低いロボットではキャリブレーションの精度が低くなる問題があった。   However, according to the calibration method disclosed in Patent Document 1, if the workpiece does not have three orthogonal planes, calibration is performed using measurement data at a location away from the workpiece. The robot with low positioning accuracy has a problem that the accuracy of calibration is low.

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、簡易かつ精度良くキャリブレーションを行い得るロボットシステム並びにロボット制御装置及び方法を提案しようとするものである。   The present invention has been made in consideration of the above points, and an object of the present invention is to propose a robot system, a robot control apparatus, and a method that can perform calibration easily and accurately.

かかる課題を解決するため本発明においては、ロボットシステムにおいて、ロボットアームの先端部に加工用の第1の手先工具又は計測用の第2の手先工具が取り付けられるロボットと、ワークの加工処理時、仮想空間内の基準座標を基準として作成された加工軌道に沿って前記第1の手先工具のツールセンタポイントを移動させるように前記ロボットの位置及び姿勢を制御するロボット制御部とを設け、前記ロボット制御部が、前記加工軌道と同一の仮想空間上に作成されたタッチセンシング軌道に沿って、前記ワークの表面上に設定された目標点に前記第2の手先工具を接触させるタッチセンシング動作を前記ロボットに実行させ、前記タッチセンシング動作時に検出した、前記目標点において前記第2の手先工具が前記ワークに接触した接触点における前記第2の手先工具のツールセンタポイントの位置及び姿勢を表す第1の位置及び姿勢データと、前記第2の手先工具を前記タッチセンシング軌道に沿って移動させた場合に想定される、前記目標点において前記第2の手先工具が前記ワークに接触したときの当該ツールセンタポイントの位置及び姿勢を表す第2の位置及び姿勢データとに基づいて、前記仮想空間上の前記ワークと現実の前記ワークとを一致させるための前記基準座標系の補正量を算出し、算出した当該補正量に基づいて前記基準座標系を補正し、前記ワークの加工処理時には、補正した前記基準座標系を基準とする前記加工軌道に沿って前記第1の手先工具のツールセンタポイントを移動させるように前記ロボットを制御するようにした。   In order to solve such a problem, in the present invention, in a robot system, a robot in which a first hand tool for processing or a second hand tool for measurement is attached to a tip portion of a robot arm, and during processing of a workpiece, A robot controller for controlling the position and orientation of the robot so as to move the tool center point of the first hand tool along a machining trajectory created with reference to a reference coordinate in a virtual space; The control unit performs a touch sensing operation of bringing the second hand tool into contact with a target point set on the surface of the workpiece along a touch sensing trajectory created on the same virtual space as the machining trajectory. The second hand tool touches the workpiece at the target point detected by the robot and detected during the touch sensing operation. This is assumed when the first position and orientation data representing the position and orientation of the tool center point of the second hand tool at the contact point and the second hand tool are moved along the touch sensing trajectory. Based on the second position and posture data representing the position and posture of the tool center point when the second hand tool touches the workpiece at the target point, the workpiece and the reality in the virtual space A correction amount of the reference coordinate system for matching the workpiece is calculated, the reference coordinate system is corrected based on the calculated correction amount, and the corrected reference coordinate system is calculated during the processing of the workpiece. The robot is controlled so as to move the tool center point of the first hand tool along the reference processing trajectory.

また本発明においては、ロボットアームの先端部に加工用の第1の手先工具又は計測用の第2の手先工具が取り付けられるロボットを制御対象として、ワークの加工処理時に、仮想空間内の基準座標を基準として作成された加工軌道に沿って前記第1の手先工具のツールセンタポイントを移動させるように前記ロボットの位置及び姿勢を制御するロボット制御装置において、前記加工軌道と同一の仮想空間上に作成されたタッチセンシング軌道に沿って、前記ワークの表面上に設定された目標点に前記第2の手先工具を接触させるタッチセンシング動作を前記ロボットに実行させ、前記タッチセンシング動作時に検出した、前記目標点において前記第2の手先工具が前記ワークに接触した接触点における前記第2の手先工具のツールセンタポイントの位置及び姿勢を表す第1の位置及び姿勢データと、前記第2の手先工具を前記タッチセンシング軌道に沿って移動させた場合に想定される、前記目標点において前記第2の手先工具が前記ワークに接触したときの当該ツールセンタポイントの位置及び姿勢を表す第2の位置及び姿勢データとに基づいて、前記仮想空間上の前記ワークと現実の前記ワークとを一致させるための前記基準座標系の補正量を算出し、算出した当該補正量に基づいて前記基準座標系を補正し、前記ワークの加工処理時には、補正した前記基準座標系を基準とする前記加工軌道に沿って前記第1の手先工具のツールセンタポイントを移動させるように前記ロボットを制御するようにした。   In the present invention, the reference coordinates in the virtual space are processed at the time of workpiece processing with a robot to which the first hand tool for machining or the second hand tool for measurement is attached at the tip of the robot arm being controlled. In the robot control apparatus for controlling the position and posture of the robot so as to move the tool center point of the first hand tool along the machining trajectory created with reference to Causing the robot to perform a touch sensing operation for bringing the second hand tool into contact with a target point set on the surface of the workpiece along the created touch sensing trajectory, and detecting the touch sensing operation, The tool center position of the second hand tool at the contact point where the second hand tool contacts the workpiece at the target point. First position and posture data representing the position and posture of the robot, and the second hand tool at the target point assumed when the second hand tool is moved along the touch sensing trajectory. The reference coordinates for matching the workpiece in the virtual space with the actual workpiece based on the second position and posture data representing the position and posture of the tool center point when contacting the workpiece A correction amount of the system is calculated, the reference coordinate system is corrected based on the calculated correction amount, and when the workpiece is processed, the first movement is performed along the processing trajectory with the corrected reference coordinate system as a reference. The robot is controlled to move the tool center point of the hand tool.

さらに本発明においては、ロボットアームの先端部に加工用の第1の手先工具又は計測用の第2の手先工具が取り付けられるロボットと、ワークの加工処理時、仮想空間内の基準座標を基準として作成された加工軌道に沿って前記第1の手先工具のツールセンタポイントを移動させるように前記ロボットの位置及び姿勢を制御するロボット制御部とを有するロボットシステムにおけるロボット制御方法において、前記ロボット制御部が、前記加工軌道と同一の仮想空間上に作成されたタッチセンシング軌道に沿って、前記ワークの表面上に設定された目標点に前記第2の手先工具を接触させるタッチセンシング動作を前記ロボットに実行させる第1のステップと、前記ロボット制御部が、前記タッチセンシング動作時に検出した、前記目標点において前記第2の手先工具が前記ワークに接触した接触点における前記第2の手先工具のツールセンタポイントの位置及び姿勢を表す第1の位置及び姿勢データと、前記第2の手先工具を前記タッチセンシング軌道に沿って移動させた場合に想定される、前記目標点において前記第2の手先工具が前記ワークに接触したときの当該ツールセンタポイントの位置及び姿勢を表す第2の位置及び姿勢データとに基づいて、前記仮想空間上の前記ワークと現実の前記ワークとを一致させるための前記基準座標系の補正量を算出する第2のステップと、前記ロボット制御部が、算出した当該補正量に基づいて前記基準座標系を補正する第3のステップと、前記ロボット制御部が、前記ワークの加工処理時に、補正した前記基準座標系を基準とする前記加工軌道に沿って前記第1の手先工具のツールセンタポイントを移動させるように前記ロボットを制御する第4のステップとを設けるようにした。   Furthermore, in the present invention, a robot in which the first hand tool for processing or the second hand tool for measurement is attached to the tip of the robot arm, and the reference coordinates in the virtual space are used as a reference when processing the workpiece. In the robot control method in a robot system having a robot control unit for controlling the position and posture of the robot so as to move the tool center point of the first hand tool along the created machining trajectory, the robot control unit The robot performs a touch sensing operation for bringing the second hand tool into contact with a target point set on the surface of the workpiece along a touch sensing trajectory created in the same virtual space as the machining trajectory. A first step to be executed; and the target point detected by the robot control unit during the touch sensing operation. In the above, the first position and orientation data representing the position and orientation of the tool center point of the second hand tool at the contact point where the second hand tool has contacted the workpiece, and the second hand tool are Second position and posture data representing the position and posture of the tool center point when the second hand tool comes into contact with the workpiece at the target point, assumed when moved along a touch sensing trajectory And a second step of calculating a correction amount of the reference coordinate system for matching the work in the virtual space with the actual work, and the robot control unit calculates the correction amount. And a third step of correcting the reference coordinate system based on the above, and before the robot control unit uses the corrected reference coordinate system as a reference when processing the workpiece. It was provided and a fourth step of controlling the robot to move the tool center point of the first hand tool along the machining trajectory.

従って、本発明のロボットシステム並びにロボット制御装置及び方法によれば、どのような形状の被加工対象に対しても専用の治具を用いることなく加工軌道のキャリブレーションを行うことができる。またタッチセンシング動作時に実際に手先工具がワークに接触した時点のツールセンタポイントの位置及び姿勢に基づいてキャリブレーションを行うため、高い精度でのキャリブレーションを行うことができる。   Therefore, according to the robot system and the robot control apparatus and method of the present invention, it is possible to calibrate the machining trajectory without using a dedicated jig for a workpiece to be processed in any shape. In addition, since calibration is performed based on the position and orientation of the tool center point when the hand tool actually contacts the workpiece during the touch sensing operation, calibration with high accuracy can be performed.

本発明によれば、簡易かつ精度良くキャリブレーションを行い得るロボットシステム並びにロボット制御装置及び方法を実現できる。   According to the present invention, it is possible to realize a robot system, a robot control apparatus, and a method that can perform calibration easily and accurately.

本実施の形態によるロボットシステムの概略構成を示す略線図である。It is a basic diagram which shows schematic structure of the robot system by this Embodiment. 本実施の形態によるキャリブレーション機能の説明に供する概念図である。It is a conceptual diagram with which it uses for description of the calibration function by this Embodiment. ツールセンタポイントの説明に供する概念図である。It is a conceptual diagram with which it uses for description of a tool center point. 本実施の形態によるキャリブレーション機能の説明に供する概念図である。It is a conceptual diagram with which it uses for description of the calibration function by this Embodiment. 本実施の形態によるキャリブレーション機能の説明に供する概念図である。It is a conceptual diagram with which it uses for description of the calibration function by this Embodiment. キャリブレーション処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of a calibration process.

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(1)本実施の形態によるロボットシステムの構成
図1において、1は全体として本実施の形態によるロボットシステムを示す。このロボットシステム1は、テーブル2に固定されたワーク3に対してバリ取りなどの所定の加工処理を施すロボット4と、当該ロボット4の動作を制御するロボット制御部5とから構成される。
(1) Configuration of Robot System According to this Embodiment In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a robot system according to this embodiment as a whole. The robot system 1 includes a robot 4 that performs a predetermined processing such as deburring on a workpiece 3 fixed to a table 2, and a robot control unit 5 that controls the operation of the robot 4.

ロボット4は、基台10上に設置された多関節のロボットアーム11を備え、当該ロボットアーム11の先端にフランジ部12を介して力覚センサ13が固定されている。また力覚センサ13には、スピンドルモータ14を介して手先工具15が交換自在に取り付けられており、これにより手先工具15がワーク3に接触したときに当該手先工具15がワーク3から受ける負荷を、力覚センサ13によって検出し得るようになされている。そして力覚センサ13は、かかる負荷を検出した場合、その負荷の大きさに応じた電圧レベルのセンサ信号を出力する。   The robot 4 includes an articulated robot arm 11 installed on a base 10, and a force sensor 13 is fixed to the tip of the robot arm 11 via a flange portion 12. Further, a hand tool 15 is attached to the force sensor 13 through a spindle motor 14 so that the hand tool 15 can be exchanged. The force sensor 13 can be detected. When the force sensor 13 detects such a load, the force sensor 13 outputs a sensor signal having a voltage level corresponding to the magnitude of the load.

ロボット制御部5は、制御装置6及びコントローラ7から構成される。制御装置6は、CPU(Central Processing Unit)20及びメモリ21等の情報処理資源を備えるコンピュータ装置であり、例えばパーソナルコンピュータから構成される。制御装置6は、図示しない3次元CAD装置を用いてオフラインで作成された手先工具のツールセンタポイント(TCP:Tool Center Point)の加工軌道の軌道データと、力覚センサ13から出力されるセンサ信号と、コントローラ7から逐次与えられるロボット4の位置及び姿勢を表す位置及び姿勢データとに基づいてロボット4の動作軌道を計算し、かかる計算により得られたロボット4の動作軌道の軌道データをコントローラ7に送出する。   The robot control unit 5 includes a control device 6 and a controller 7. The control device 6 is a computer device that includes information processing resources such as a CPU (Central Processing Unit) 20 and a memory 21, and is composed of, for example, a personal computer. The control device 6 uses the tool center point (TCP: Tool Center Point) machining trajectory data of the hand tool created offline using a three-dimensional CAD device (not shown) and the sensor signal output from the force sensor 13. Then, the motion trajectory of the robot 4 is calculated based on the position and orientation data representing the position and orientation of the robot 4 sequentially given from the controller 7, and the trajectory data of the motion trajectory of the robot 4 obtained by such calculation is used as the controller 7. To send.

コントローラ7は、制御装置6と同様に、CPU22及びメモリ23等の情報処理資源を備えるコンピュータ装置であり、例えばパーソナルコンピュータから構成される。コントローラ7は、制御装置6から与えられるロボット4の動作軌道の軌道データに基づいて、ロボット4が軌道データに従った動作軌道上で動作するようにロボット4の位置及び姿勢を制御する。   The controller 7 is a computer device that includes information processing resources such as the CPU 22 and the memory 23, similarly to the control device 6, and is composed of, for example, a personal computer. The controller 7 controls the position and posture of the robot 4 based on the trajectory data of the motion trajectory of the robot 4 given from the control device 6 so that the robot 4 operates on the motion trajectory according to the trajectory data.

(2)本実施の形態によるキャリブレーション機能
次に、かかるロボットシステム1に搭載されたキャリブレーション機能について説明する。本ロボットシステム1には、予めオペレータにより作成されたワーク3の加工処理時における手先工具のツールセンタポイントの軌道(加工軌道)をキャリブレーションするキャリブレーション機能が搭載されている。このキャリブレーション機能は、かかる加工軌道が作成されたCADモデル空間(仮想空間)上のワーク3と、現実のワーク3とのずれ量をタッチセンシング動作により検出し、検出結果に基づいて上記加工軌道を補正する機能である。
(2) Calibration Function According to this Embodiment Next, the calibration function installed in the robot system 1 will be described. The robot system 1 is equipped with a calibration function for calibrating the trajectory (processing trajectory) of the tool center point of the hand tool at the time of processing the workpiece 3 created in advance by an operator. This calibration function detects a deviation amount between the workpiece 3 on the CAD model space (virtual space) in which the machining trajectory is created and the actual workpiece 3 by a touch sensing operation, and the machining trajectory is based on the detection result. It is a function to correct.

実際上、本ロボットシステム1では、オペレータが3次元CAD装置を用いてオフラインでCADモデル空間上に加工軌道を作成する際、上述のタッチセンシング動作時に用いる手先工具15(以下、計測ピンとする)のツールセンタポイントが移動すべき軌道(以下、これをタッチセンシング軌道と呼ぶ)を同一CADモデル空間上に生成する。つまり図2に示すように、タッチセンシング軌道OR及び加工軌道ORを、CADモデル空間上に設定された同一の基準座標系ΣCADからの相対位置で記述する。このときの基準座標系ΣCADは、どこであっても良い。またタッチセンシング軌道ORの基準座標系は、配置の設計データ等をもとに仮決めすれば良い。 In practice, in the robot system 1, when the operator creates a machining trajectory in the CAD model space offline using a three-dimensional CAD device, the hand tool 15 (hereinafter referred to as a measurement pin) used during the touch sensing operation described above is used. A trajectory for the tool center point to move (hereinafter referred to as a touch sensing trajectory) is generated in the same CAD model space. That is, as shown in FIG. 2 describes a touch sensing trajectory OR 1 and machining trajectory OR 2, a relative position from the same frame of reference sigma CAD set on CAD model space. Reference coordinate system Σ CAD at this time, it may be anywhere. The reference coordinate system of the touch sensing trajectory OR 1 may be provisionally determined based on the layout design data.

そしてワーク3を加工処理する前に、上述のように作成されたタッチセンシング軌道ORに沿って計測ピンを移動させることによって、ワーク3の表面上に設定された目標点P〜Pに計測ピンを接触させるタッチセンシング動作を実行させ、実際に計測ピンがワーク3の表面に接触した時点における計測ピンのツールセンタポイントの位置及び姿勢を計測する。なお、ツールセンタポイントの位置及び姿勢とは、図1及び図3に示すように、(ロボット4の基台10上に固定された座標系(以下、これをロボット座標系と呼ぶ)ΣRを基準として)空間上に座標系ΣCADを設定し、この座標系ΣCADを基準としたツールセンタポイントTCPを原点とする座標系(ツールセンタポイント座標系)ΣTCPの位置及び姿勢をいう。 Before the workpiece 3 is processed, the target pins P 1 to P 4 set on the surface of the workpiece 3 are moved by moving the measurement pin along the touch sensing trajectory OR 1 created as described above. A touch sensing operation for contacting the measurement pin is executed, and the position and orientation of the tool center point of the measurement pin at the time when the measurement pin actually contacts the surface of the workpiece 3 are measured. As shown in FIGS. 1 and 3, the position and orientation of the tool center point means a coordinate system (hereinafter referred to as a robot coordinate system) Σ R (fixed on the base 10 of the robot 4). A coordinate system Σ CAD is set on the space (as a reference), and the coordinate system (tool center point coordinate system) Σ TCP with the tool center point TCP as the origin relative to this coordinate system Σ CAD is the position and orientation of the TCP .

このとき図4に示すように、CADモデル空間上のワーク3´の位置及び姿勢と、現実のワーク3の位置及び姿勢とがずれている(一致しない)場合、実際に計測ピンがワーク3の表面に接触したときの計測ピンのツールセンタポイントの位置及び姿勢は、CADモデル空間上のタッチセンシング軌道ORで想定されていた当該ツールセンタポイントの位置及び姿勢からずれる。 At this time, as shown in FIG. 4, when the position and orientation of the workpiece 3 ′ in the CAD model space and the actual position and orientation of the workpiece 3 are misaligned (do not match), the measurement pin is actually the workpiece 3 position and attitude of the tool center point of the measuring pin when in contact with the surface is offset from the position and orientation of the tool center point that has been assumed in the touch sensing trajectory oR 1 on the CAD model space.

そこで、図5に示すように、タッチセンシング動作時に1又は複数の各目標点P〜Pにおいて計測ピンがワーク3に実際に接触したときの計測ピンのツールセンタポイントの位置及び姿勢と、タッチセンシング軌道ORに沿って計測ピンを移動させた場合に想定されるそのときの計測ピンの位置及び姿勢とのずれ量に基づいて基準座標系ΣCADを補正することにより、CADモデル空間上のワーク3´と、現実のワーク3とを一致させた補正基準座標系ΣCAD´を算出する。そして、ワーク3の加工処理時には、このようにして得られた補正基準座標系ΣCAD´を基準とする加工軌道ORに沿って手先工具15を移動させるようにロボット4を制御する。 Therefore, as shown in FIG. 5, the position and orientation of the tool center point of the measurement pin when the measurement pin actually contacts the workpiece 3 at one or a plurality of target points P 1 to P 4 during the touch sensing operation, by correcting the reference coordinate system sigma CAD based on the shift amount of the position and orientation of the measurement pin when the envisaged when moving the measuring pin along the touch sensing track oR 1, CAD model space The correction reference coordinate system ΣCAD ′ in which the workpiece 3 ′ and the actual workpiece 3 are matched is calculated. When the workpiece 3 is processed, the robot 4 is controlled so as to move the hand tool 15 along the processing path OR 2 with the correction reference coordinate system ΣCAD ′ obtained in this way as a reference.

以下、このようなキャリブレーション機能について、より具体的に説明する。   Hereinafter, such a calibration function will be described more specifically.

まずオペレータは、各目標点において計測ピンがワーク3の表面と接触したときの当該計測ピンのツールセンタポイントの位置及び姿勢と、その地点での面の法線方向ベクトルとから構成されるタッチセンシング軌道を、加工軌道と同一のCADモデル空間上に生成する。タッチセンシング軌道は、ワーク3の表面上の目標点に対して、ワーク3から一定距離離れた地点から計測ピンを近付けていくように作成する。この際、ワークの誤差がない理想的な状態での、各目標点において計測ピンがワーク3に接触するときの計測ピンのツールセンタポイントの位置及び姿勢を表す位置及び姿勢データを算出する。   First, the operator performs touch sensing including the position and orientation of the tool center point of the measurement pin when the measurement pin contacts the surface of the workpiece 3 at each target point, and the normal direction vector of the surface at that point. The trajectory is generated on the same CAD model space as the machining trajectory. The touch sensing trajectory is created so that the measurement pin approaches the target point on the surface of the work 3 from a point away from the work 3 by a certain distance. At this time, position and orientation data representing the position and orientation of the tool center point of the measurement pin when the measurement pin contacts the workpiece 3 at each target point in an ideal state with no workpiece error is calculated.

そしてタッチセンシング動作時、計測ピンがワーク3の表面上の1つの目標点に接触したときに計測ピンがワーク3から受ける反力を力覚センサ13により検出し、力覚センサ13がこの反力を検出した時点における計測ピンのツールセンタポイントの位置及び姿勢を表す位置及び姿勢データを取得する。このようなツールセンタポイントの位置及び姿勢は、コントローラ7がロボット4から取得するロボット4の位置及び姿勢に基づき算出することができる。   During the touch sensing operation, the force sensor 13 detects a reaction force that the measurement pin receives from the work 3 when the measurement pin comes into contact with one target point on the surface of the work 3, and the force sensor 13 detects the reaction force. The position and orientation data representing the position and orientation of the tool center point of the measuring pin at the time of detecting is acquired. Such a position and posture of the tool center point can be calculated based on the position and posture of the robot 4 acquired from the robot 4 by the controller 7.

以上のようなタッチセンシングによる計測ピンのツールセンタポイントの位置及び姿勢の計測を、ワーク3の表面上に設定された各目標点においてそれぞれ実行し、これら個々の目標点における計測ピンのツールセンタポイントの位置及び姿勢を表す位置及び姿勢データを記憶しておく。   Measurement of the position and orientation of the tool center point of the measuring pin by touch sensing as described above is executed at each target point set on the surface of the workpiece 3, and the tool center point of the measuring pin at each individual target point is executed. The position and orientation data representing the position and orientation are stored.

そして、算出した位置及び姿勢データと、上述のようにタッチセンシング動作により取得した位置及び姿勢データとに基づいて、基準座標系ΣCADの補正量(並進量及び回転量)を計算する。かかる補正量としては、目標点が3点より少ない場合には並進量のみを算出し、目標点が3点以上(正確には、一直線状に並ばない点が3点以上含まれる)の場合には並進量と回転量とを算出する。 Then, the calculated position and orientation data, based on the position and orientation data obtained by the touch sensing operation as described above, calculates the correction amount of the reference coordinate system sigma CAD (translation amount and rotation amount). As such a correction amount, when the target point is less than three points, only the translation amount is calculated, and when the target point is three points or more (more precisely, three or more points that are not aligned in a straight line are included). Calculates the amount of translation and the amount of rotation.

ここで、かかる基準座標系ΣCADの補正量のうち、並進量は、個々の目標点に対して実際に計測ピンがワーク3の表面と接触した点(以下、これを計測点と呼ぶ)における当該計測ピンのツールセンタポイントの重心の並進量として算出できる。例えば、目標点がN(N>1)個あるものとして、これら目標点における計測ピンのツールセンタポイントの位置(以下、これを目標点TCP位置と呼ぶ)CADTCPkを次式
ただしk=1〜N
とすると、目標点TCP位置CADTCPkの集合体の重心位置CADGは、次式
により算出される。
Here, of the correction amount of the reference coordinate system Σ CAD , the translation amount is the point at which the measurement pin actually contacts the surface of the workpiece 3 with respect to each target point (hereinafter referred to as a measurement point). It can be calculated as the translation amount of the center of gravity of the tool center point of the measurement pin. For example, assuming that there are N (N> 1) target points, the positions of tool center points of measurement pins at these target points (hereinafter referred to as target point TCP positions) CAD p TCPk
Where k = 1 to N
Then , the center of gravity CAD p G of the aggregate of the target point TCP position CAD p TCPk is
Is calculated by

なお(1)式及び(2)式において、左上の添え字は基準となる座標系を表す。従って(1)式のCADTCPkは、CADモデル空間上の基準座標系を基準とした目標点pTCPkにおける計測ピンのツールセンタポイントの位置を表し、(2)式のCADGは、当該基準座標系を基準とした目標点TCP位置CADTCPkの集合体の重心位置pGの位置を表す。以下においても同様である。 In the equations (1) and (2), the upper left subscript represents the reference coordinate system. Therefore, CAD p TCPk in equation (1) represents the position of the tool center point of the measurement pin at the target point p TCPk with reference to the reference coordinate system in the CAD model space, and CAD p G in equation (2) It represents the position of the center of gravity position p G collection of target point TCP position CAD p TCPk relative to the reference coordinate system. The same applies to the following.

また各目標点TCP位置CADTCPkに対する実際の計測点における計測ピンのツールセンタポイントの位置(以下、これを計測点TCP位置と呼ぶ)CADTCPk´を次式
ただしk=1〜N
とすると、計測点TCP位置CADTCPk´の集合体の重心位置CADG´は、次式
により算出される。
Also, the position of the tool center point of the measurement pin at the actual measurement point for each target point TCP position CAD p TCPk (hereinafter referred to as the measurement point TCP position) CAD p TCPk ′
Where k = 1 to N
Then, the center of gravity CAD p G ′ of the assembly of the measurement point TCP position CAD p TCPk ′ is
Is calculated by

従って、上述した基準座標系ΣCADの補正量のうちの並進成分CADp→p´は、(2)式で表される重心位置CADGと、(4)式で表される重心位置CADG´との差分として、次式
により算出することができる。
Therefore, the translation component CAD p p → p ′ in the correction amount of the reference coordinate system Σ CAD described above is the centroid position CAD p G expressed by the expression (2) and the centroid position expressed by the expression (4). As the difference from CAD p G ′,
Can be calculated.

一方、各目標点TCP位置CADTCPkを次式
ただしk=1〜N
とし、各計測点TCP位置CADTCPk´を次式
ただしk=1〜N
とすると、これら目標点TCP位置CADTCPkと、計測点TCP位置CADTCPk´との関係は、次式
と表すことができる。この(8)式において、CAD´CADが、上述した基準座標系ΣCADの補正量の回転成分を表す回転行列である。
On the other hand, each target point TCP position CAD p TCPk
Where k = 1 to N
And each measurement point TCP position CAD p TCPk '
Where k = 1 to N
Then , the relationship between these target point TCP position CAD p TCPk and the measurement point TCP position CAD p TCPk ′ is as follows:
It can be expressed as. In this equation (8), CAD' R CAD is a rotation matrix representing the rotation component of the correction amount of the reference coordinate system sigma CAD described above.

この場合において、目標点の数が十分多いと(8)式を満たす解は通常存在しないが、基準座標系ΣCADの補正量の回転成分を最小二乗近似解を次式により算出することができる。
In this case, solution satisfying the number of target points is sufficiently large to equation (8) is normally not present, the rotation component of the correction amount of the reference coordinate system sigma CAD can calculate a least squares approximate solution by the following equation .

ただし(9)式で算出される最小二乗近似解は回転行列とは限らない。例えば、軸方向の拡大又は縮小などを含む可能性があり、XとYとの二乗誤差が最小となるような3×3の行列となる。そこで、特異値分解を次式
とする。なお(10)式において、Sは固有値が対角に並んだ行列を表し、Uは左特異行列を表す。従って、最小二乗近似解の回転行列は、次式
により算出することができる。
However, the least square approximation solution calculated by the equation (9) is not necessarily a rotation matrix. For example, there is a possibility of including enlargement or reduction in the axial direction, and the matrix becomes a 3 × 3 matrix that minimizes the square error between X and Y. Therefore, the singular value decomposition is
And In equation (10), S represents a matrix in which eigenvalues are arranged diagonally, and U represents a left singular matrix. Therefore, the rotation matrix of the least square approximation solution is
Can be calculated.

以上のことから、基準座標系ΣCADを補正基準座標系ΣCAD´に補正するための同次変換行列CAD´CADを次式
とすると、ロボット座標系ΣR(図3)を基準とした基準座標系ΣCADは、次式で与えられる同次変換行列RCAD´によりロボット座標系ΣRを基準とした補正基準座標系ΣCAD´に補正される。
Following equation homogeneous transformation matrix CAD' T CAD for correcting from the above, the reference coordinate system sigma CAD to correct the reference coordinate system sigma CAD'
Then, the reference coordinate system Σ CAD based on the robot coordinate system Σ R (FIG. 3) is a corrected reference coordinate system based on the robot coordinate system Σ R based on the homogeneous transformation matrix R T CAD ′ given by the following equation. It is corrected to ΣCAD´ .

(3)キャリブレーション処理
ここで、上述のようなキャリブレーション処理は、制御装置6のメモリ21に格納された図示しない制御プログラムに基づき、図6に示す処理手順に従って、制御装置6のCPU20の制御のもとに行われる。
(3) Calibration Processing Here, the calibration processing as described above is performed by the control of the CPU 20 of the control device 6 according to the processing procedure shown in FIG. 6 based on a control program (not shown) stored in the memory 21 of the control device 6. To be done.

これに先立ち、オペレータは、3次元CAD装置を用いてワーク3のCADモデルをCADモデル空間上に作成する。またオペレータは、この後、上述のようにして作成したワーク3のCADモデルを一般的なCAM(Computer Aided Manufacturing)又はロボット用のCAMに取り込み、このCAMを用いて、ワーク3の加工処理時における手先工具15のツールセンタポイントの軌道(加工軌道)と、タッチセンシング動作時における計測ピンのツールセンタポイントの軌道(タッチセンシング軌道)とを同一CADモデル空間上に作成する。次いで、オペレータは、ワーク3をテーブル2上に所定状態に固定し、この後、図6のキャリブレーション処理を開始するよう制御装置6を操作する。   Prior to this, the operator creates a CAD model of the work 3 in the CAD model space using a three-dimensional CAD device. The operator then takes the CAD model of the workpiece 3 created as described above into a general CAM (Computer Aided Manufacturing) or a robot CAM, and uses this CAM to process the workpiece 3 during processing. The tool center point trajectory (machining trajectory) of the hand tool 15 and the tool center point trajectory (touch sensing trajectory) of the measurement pin during the touch sensing operation are created in the same CAD model space. Next, the operator fixes the work 3 on the table 2 in a predetermined state, and then operates the control device 6 so as to start the calibration process of FIG.

制御装置6のCPU20は、かかる操作が行われると図6に示すキャリブレーション処理を開始し、まず、上述のようにCAMを用いて作成されたタッチングセンシング軌道の軌道データに基づいて、計測ピンをワーク3の表面上に設定された最初の目標点の手前まで移動させるようロボット4を制御する(SP1)。   When such operation is performed, the CPU 20 of the control device 6 starts the calibration process shown in FIG. 6. First, based on the trajectory data of the touching sensing trajectory created using the CAM as described above, the measurement pin is set. The robot 4 is controlled to move to a position before the first target point set on the surface of the workpiece 3 (SP1).

続いて、CPU20は、計測ピンをその目標点に押し付ける動作をロボット4に開始させ(SP2)、この後、力覚センサ13から与えられるセンサ信号に基づいて、ロボット4の計測ピンがワーク3の表面に接触するのを待ち受ける(SP3:NO)。   Subsequently, the CPU 20 causes the robot 4 to start the operation of pressing the measurement pin against the target point (SP2), and thereafter, based on the sensor signal given from the force sensor 13, the measurement pin of the robot 4 is the workpiece 3 Wait for contact with the surface (SP3: NO).

CPU20は、やがて力覚センサ13から出力されるセンサ信号に基づいてロボット4の計測ピンがワーク3の表面に接触したことを検知すると(SP3:YES)、そのときコントローラ7から与えられるそのときのロボット4の位置及び姿勢を表す位置及び姿勢データに基づいて、計測ピンのツールセンタポイントの位置及び姿勢を表す位置及び姿勢データを算出し、これを記憶する(SP4)。   When the CPU 20 eventually detects that the measurement pin of the robot 4 has come into contact with the surface of the workpiece 3 based on the sensor signal output from the force sensor 13 (SP3: YES), then the CPU 20 gives the current time given from the controller 7 Based on the position and orientation data representing the position and orientation of the robot 4, position and orientation data representing the position and orientation of the tool center point of the measurement pin are calculated and stored (SP4).

次いで、CPU20は、タッチングセンシング軌道の軌道データに基づいて、ワーク3の表面上に設定されたすべての目標点について、ステップSP1〜ステップSP4の処理を実行し終えたか否かを判断する(SP5)。   Next, the CPU 20 determines, based on the trajectory data of the touching sensing trajectory, whether or not the processing of step SP1 to step SP4 has been completed for all target points set on the surface of the workpiece 3 (SP5). .

CPU20は、この判断で否定結果を得るとステップSP1に戻り(SP5:NO)、この後、目標点を順次他の目標点に切り替えながら、ステップSP1〜ステップSP5の処理を繰り返す。   If the CPU 20 obtains a negative result in this determination, it returns to step SP1 (SP5: NO), and then repeats the processing of step SP1 to step SP5 while sequentially switching the target point to another target point.

そしてCPU20は、やがてワーク3の表面上に設定されたすべての目標点についてステップSP1〜ステップSP5の処理を実行し終えると(SP5:YES)、上述した(5)式及び(11)式により、基準座標系ΣCADの補正量(並進量及び回転量)を算出する(SP6)。 And CPU20 will complete | finish the process of step SP1-step SP5 about all the target points set on the surface of the workpiece | work 3 before long (SP5: YES), By (5) Formula and (11) mentioned above, correction amount of the reference coordinate system sigma CAD (the translation amount and rotation amount) is calculated (SP6).

さらにCPU20は、ステップSP6において算出した補正量を利用して(13)式により基準座標系ΣCADを補正し(SP7)、この後、このキャリブレーション処理を終了する。 Further CPU20 utilizes the correction amount calculated in step SP6 (13) corrects the reference coordinate system sigma CAD by formula (SP7), and thereafter ends this calibration process.

なお、CPU20は、この後に実行される加工処理において、ステップSP7において基準座標系ΣCADを補正することにより得られた補正基準座標系ΣCAD´を基準とする加工軌道上を手先工具15のツールセンタポイントが移動するように、コントローラ7を介してロボット4の動作を制御する。 Incidentally, CPU 20 is in the processing to be executed after this, the machining orbit relative to the corrected reference coordinate system sigma CAD' obtained by correcting the reference coordinate system sigma CAD in step SP7 of the end tool 15 Tool The operation of the robot 4 is controlled via the controller 7 so that the center point moves.

(4)本実施の形態の効果
以上の構成のロボットシステム1によれば、キャリブレーション処理に直交する3平面を必要としないため、どのような形状の被加工対象に対しても専用の治具を用いることなく加工軌道のキャリブレーションを行うことができる。
(4) Effects of this Embodiment According to the robot system 1 having the above-described configuration, since three planes orthogonal to the calibration process are not required, a dedicated jig can be used for a workpiece to be processed in any shape. The machining trajectory can be calibrated without using.

また本ロボットシステム1では、加工箇所の近辺で取得した計測データ(計測ピンの位置及び姿勢を表す位置及び姿勢データ)を用いてキャリブレーションを行うため、高い精度のキャリブレーションを行うことができる。すなわち、従来用いられているキャリブレーション技術は、CADモデル空間内の基準座標系ΣCADと、実空間の基準座標系とを一致させるものであるが、本実施の形態のキャリブレーション技術はCADモデル空間上のワーク3´(図3)と、実空間上のワーク3とを一致させるようにCADモデル空間上の基準座標系ΣCADを補正し、結果として加工軌道をキャリブレーションするものである。このため、結果としてCADモデル空間の基準座標系ΣCADと実空間の座標系はむしろずれることになる場合もあるが、実空間での加工軌道をCADモデル空間上のワーク3´を基準として作成された加工軌道に極めて精度良く近付けることができる。 Further, in the robot system 1, since calibration is performed using measurement data (position and orientation data representing the position and orientation of the measurement pin) acquired in the vicinity of the processing location, calibration with high accuracy can be performed. That is, the calibration technique used conventionally, a reference coordinate system sigma CAD in CAD model space, but is intended to match the reference coordinate system of the real space, the calibration technique of the present embodiment CAD model work 3'of space (Figure 3), to match the workpiece 3 in the real space as corrected reference coordinate system sigma CAD in the CAD model space, it is to calibrate the machining trajectory as a result. Therefore, as a result the coordinate system of the reference coordinate system sigma CAD and the real space of the CAD model space sometimes will deviate rather but create machining trajectory in real space relative to the workpiece 3 'on the CAD model space It is possible to approach the machined track with extremely high accuracy.

従って、本ロボットシステム1によれば、簡易かつ精度良くキャリブレーションを行うことができる。   Therefore, according to the robot system 1, calibration can be performed easily and accurately.

因みに、本ロボットシステム1において、タッチセンシング動作時に使用する計測ピンをワーク3の加工処理時に使用する手先工具15と同じ形状にし、タッチセンシング動作時の計測ピンの姿勢を加工処理時の手先工具15の姿勢と同じ姿勢とすることによって、タッチセンシング軌道の作成を容易化できるという効果をも得ることができる。これは、このようにすることによって、ロボットシステム1の設計の際、ロボット4が加工軌道に沿って手先工具15のツールセンタポイントを移動させ得るようにロボット4を選定しかつ配置設計を行うだけでタッチセンシング動作が実行可能であることが保証されるからである。   Incidentally, in this robot system 1, the measurement pin used at the time of the touch sensing operation has the same shape as the hand tool 15 used at the time of the processing of the workpiece 3, and the posture of the measurement pin at the time of the touch sensing operation is changed to the hand tool 15 at the time of the processing. By adopting the same posture as this, it is possible to obtain an effect that the creation of the touch sensing trajectory can be facilitated. In this way, when the robot system 1 is designed in this way, the robot 4 is only selected and arranged so that the robot 4 can move the tool center point of the hand tool 15 along the machining path. This is because it is guaranteed that the touch sensing operation can be performed.

(5)他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、本発明を図1のように構成されたロボットシステム1に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ワークの加工処理時における手先工具15の加工軌道を3次元CAD装置を用いてオフラインで生成するこの他種々の構成のロボットシステムに広く適用することができる。
(5) Other Embodiments In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the robot system 1 configured as shown in FIG. 1 has been described. However, the present invention is not limited to this. Further, the present invention can be widely applied to robot systems having various configurations other than generating the processing trajectory of the hand tool 15 at the time of workpiece processing offline using a three-dimensional CAD device.

また上述の実施の形態においては、タッチセンシング動作時に手先工具15がワーク3に接触したことを検出するためのセンサとして力覚センサ13を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、力覚センサ以外の接触式センサや非接触式センサでもよく、例えば非接触式の距離センサや通電スイッチ等を用いるようにしても良い。   In the above-described embodiment, the case where the force sensor 13 is applied as a sensor for detecting that the hand tool 15 is in contact with the workpiece 3 during the touch sensing operation has been described. In addition to the force sensor, a contact sensor or a non-contact sensor may be used. For example, a non-contact distance sensor or a power switch may be used.

さらに上述の実施の形態においては、ロボット4の動作を制御するロボット制御部5を制御装置6及びコントローラ7により構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これら制御装置6及びコントローラ7を一体化するようにしても良い。   Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the robot control unit 5 that controls the operation of the robot 4 is configured by the control device 6 and the controller 7 has been described. However, the present invention is not limited to this, and these control devices 6 and the controller 7 may be integrated.

さらに上述の実施の形態においては、タッチセンシング動作により取得した計測ピンのツールセンタポイントの位置及び姿勢を表す位置及び姿勢データに基づいて最小二乗法を利用してCADモデル空間内の基準座標系ΣCADの補正量を求めるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば、逐次最小二乗法によりかかる補正量を求めるようにしても良い。 Further, in the above-described embodiment, the reference coordinate system Σ in the CAD model space using the least square method based on the position and orientation data representing the position and orientation of the tool center point of the measurement pin acquired by the touch sensing operation. Although the case where the CAD correction amount is obtained has been described, the present invention is not limited to this. For example, the correction amount may be obtained sequentially by the least square method.

さらに上述の実施の形態においては、CADモデル空間内の基準座標系ΣCADを1度だけ補正した補正基準座標系ΣCAD´を求めるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばこの補正基準座標系ΣCAD´を基準座標系ΣCADの場合と同様に補正するようにしても良く、さらに同様の補正を補正基準座標系ΣCAD´に対して繰り返し複数回行うようにしても良い。このようにすることによって、より精度良くキャリブレーションを行うことができる。 Further, in the aforementioned embodiment, it has dealt with the case where to obtain the correct reference frame sigma CAD' obtained by correcting the reference coordinate system sigma CAD in CAD model space only once, the present invention is not limited thereto , to perform repeated a plurality of times for example may be corrected correction reference coordinate system sigma CAD' as in the reference coordinate system sigma CAD, against further similar corrected correction reference coordinate system sigma CAD' May be. By doing so, calibration can be performed with higher accuracy.

本発明は、例えば多関節のロボットアームを有するロボットによってワークを加工処理し、かつワークの加工処理時における手先工具の加工軌道をオフラインで生成するロボットシステムに広く適用することができる。   The present invention can be widely applied to a robot system that processes a workpiece by a robot having, for example, a multi-joint robot arm and generates a processing trajectory of a hand tool offline during the workpiece processing.

1……ロボットシステム、3……ワーク、4……ロボット、5……ロボット制御部、6……制御装置、7……コントローラ、13……力覚センサ、15……手先工具、20……CPU、21……メモリ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Robot system, 3 ... Work, 4 ... Robot, 5 ... Robot control part, 6 ... Control apparatus, 7 ... Controller, 13 ... Force sensor, 15 ... Hand tool, 20 ... CPU, 21 ... Memory.

Claims (7)

ロボットアームの先端部に加工用の第1の手先工具又は計測用の第2の手先工具が取り付けられるロボットと、
ワークの加工処理時、仮想空間内の基準座標を基準として作成された加工軌道に沿って前記第1の手先工具のツールセンタポイントを移動させるように前記ロボットの位置及び姿勢を制御するロボット制御部と
を備え、
前記ロボット制御部は、
前記加工軌道と同一の仮想空間上に作成されたタッチセンシング軌道に沿って、前記ワークの表面上に設定された目標点に前記第2の手先工具を接触させるタッチセンシング動作を前記ロボットに実行させ、
前記タッチセンシング動作時に検出した、前記目標点において前記第2の手先工具が前記ワークに接触した接触点における前記第2の手先工具のツールセンタポイントの位置及び姿勢を表す第1の位置及び姿勢データと、前記第2の手先工具を前記タッチセンシング軌道に沿って移動させた場合に想定される、前記目標点において前記第2の手先工具が前記ワークに接触したときの当該ツールセンタポイントの位置及び姿勢を表す第2の位置及び姿勢データとに基づいて、前記仮想空間上の前記ワークと現実の前記ワークとを一致させるための前記基準座標系の補正量を算出し、
算出した当該補正量に基づいて前記基準座標系を補正し、
前記ワークの加工処理時には、補正した前記基準座標系を基準とする前記加工軌道に沿って前記第1の手先工具のツールセンタポイントを移動させるように前記ロボットを制御する
ことを特徴とするロボットシステム。
A robot in which a first hand tool for processing or a second hand tool for measurement is attached to the tip of the robot arm;
A robot control unit that controls the position and orientation of the robot so as to move the tool center point of the first hand tool along a machining trajectory created with reference to a reference coordinate in a virtual space during machining of the workpiece And
The robot controller is
Causing the robot to perform a touch sensing operation of bringing the second hand tool into contact with a target point set on the surface of the workpiece along a touch sensing trajectory created in the same virtual space as the machining trajectory ,
First position and orientation data representing the position and orientation of the tool center point of the second hand tool at the contact point at which the second hand tool touches the workpiece at the target point detected during the touch sensing operation. And the position of the tool center point when the second hand tool contacts the workpiece at the target point, which is assumed when the second hand tool is moved along the touch sensing path, and Based on the second position and posture data representing the posture, a correction amount of the reference coordinate system for matching the workpiece in the virtual space with the actual workpiece is calculated,
Correcting the reference coordinate system based on the calculated correction amount;
Wherein the robot is controlled so as to move a tool center point of the first hand tool along the machining trajectory with the corrected reference coordinate system as a reference at the time of machining the workpiece. .
前記ワークの表面上に前記目標点が複数設定され、
前記ロボット制御部は、
前記目標点ごとの前記第1及び第2の位置及び姿勢データに基づいて、最小二乗法により前記基準座標系の前記補正量を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載のロボットシステム。
A plurality of the target points are set on the surface of the workpiece,
The robot controller is
2. The robot system according to claim 1, wherein the correction amount of the reference coordinate system is calculated by a least square method based on the first and second position and orientation data for each target point.
前記第1及び第2の手先工具は同形状に形成され、
前記ロボット制御部は、
前記タッチセンシング動作時における前記第2の手先工具の姿勢が、前記加工処理時における前記第1の手先工具の姿勢と同一となるように前記ロボットを制御する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のロボットシステム。
The first and second hand tools are formed in the same shape,
The robot controller is
The robot is controlled such that the posture of the second hand tool during the touch sensing operation is the same as the posture of the first hand tool during the machining process. Item 3. The robot system according to Item 2.
ロボットアームの先端部に加工用の第1の手先工具又は計測用の第2の手先工具が取り付けられるロボットを制御対象として、ワークの加工処理時に、仮想空間内の基準座標を基準として作成された加工軌道に沿って前記第1の手先工具のツールセンタポイントを移動させるように前記ロボットの位置及び姿勢を制御するロボット制御装置において、
前記加工軌道と同一の仮想空間上に作成されたタッチセンシング軌道に沿って、前記ワークの表面上に設定された目標点に前記第2の手先工具を接触させるタッチセンシング動作を前記ロボットに実行させ、
前記タッチセンシング動作時に検出した、前記目標点において前記第2の手先工具が前記ワークに接触した接触点における前記第2の手先工具のツールセンタポイントの位置及び姿勢を表す第1の位置及び姿勢データと、前記第2の手先工具を前記タッチセンシング軌道に沿って移動させた場合に想定される、前記目標点において前記第2の手先工具が前記ワークに接触したときの当該ツールセンタポイントの位置及び姿勢を表す第2の位置及び姿勢データとに基づいて、前記仮想空間上の前記ワークと現実の前記ワークとを一致させるための前記基準座標系の補正量を算出し、
算出した当該補正量に基づいて前記基準座標系を補正し、
前記ワークの加工処理時には、補正した前記基準座標系を基準とする前記加工軌道に沿って前記第1の手先工具のツールセンタポイントを移動させるように前記ロボットを制御する
ことを特徴とするロボット制御装置。
Created with reference to the reference coordinates in the virtual space at the time of workpiece processing, with a robot to which the first hand tool for processing or the second hand tool for measurement is attached at the tip of the robot arm as a control target In a robot control apparatus for controlling the position and posture of the robot so as to move a tool center point of the first hand tool along a processing path,
Causing the robot to perform a touch sensing operation of bringing the second hand tool into contact with a target point set on the surface of the workpiece along a touch sensing trajectory created in the same virtual space as the machining trajectory ,
First position and orientation data representing the position and orientation of the tool center point of the second hand tool at the contact point at which the second hand tool touches the workpiece at the target point detected during the touch sensing operation. And the position of the tool center point when the second hand tool contacts the workpiece at the target point, which is assumed when the second hand tool is moved along the touch sensing path, and Based on the second position and posture data representing the posture, a correction amount of the reference coordinate system for matching the workpiece in the virtual space with the actual workpiece is calculated,
Correcting the reference coordinate system based on the calculated correction amount;
In the processing of the workpiece, the robot is controlled to move a tool center point of the first hand tool along the processing trajectory with the corrected reference coordinate system as a reference. apparatus.
ロボットアームの先端部に加工用の第1の手先工具又は計測用の第2の手先工具が取り付けられるロボットと、ワークの加工処理時、仮想空間内の基準座標を基準として作成された加工軌道に沿って前記第1の手先工具のツールセンタポイントを移動させるように前記ロボットの位置及び姿勢を制御するロボット制御部とを有するロボットシステムにおけるロボット制御方法において、
前記ロボット制御部が、前記加工軌道と同一の仮想空間上に作成されたタッチセンシング軌道に沿って、前記ワークの表面上に設定された目標点に前記第2の手先工具を接触させるタッチセンシング動作を前記ロボットに実行させる第1のステップと、
前記ロボット制御部が、前記タッチセンシング動作時に検出した、前記目標点において前記第2の手先工具が前記ワークに接触した接触点における前記第2の手先工具のツールセンタポイントの位置及び姿勢を表す第1の位置及び姿勢データと、前記第2の手先工具を前記タッチセンシング軌道に沿って移動させた場合に想定される、前記目標点において前記第2の手先工具が前記ワークに接触したときの当該ツールセンタポイントの位置及び姿勢を表す第2の位置及び姿勢データとに基づいて、前記仮想空間上の前記ワークと現実の前記ワークとを一致させるための前記基準座標系の補正量を算出する第2のステップと、
前記ロボット制御部が、算出した当該補正量に基づいて前記基準座標系を補正する第3のステップと、
前記ロボット制御部が、前記ワークの加工処理時に、補正した前記基準座標系を基準とする前記加工軌道に沿って前記第1の手先工具のツールセンタポイントを移動させるように前記ロボットを制御する第4のステップと
を備えることを特徴とするロボット制御方法。
A robot in which a first hand tool for machining or a second hand tool for measurement is attached to the tip of the robot arm, and a machining trajectory created with reference to the reference coordinates in the virtual space during workpiece machining A robot control method in a robot system having a robot controller that controls a position and a posture of the robot so as to move a tool center point of the first hand tool along
Touch sensing operation in which the robot control unit makes the second hand tool contact a target point set on the surface of the workpiece along a touch sensing trajectory created in the same virtual space as the machining trajectory A first step of causing the robot to execute:
The robot control unit detects the position and orientation of the tool center point of the second hand tool at the contact point where the second hand tool contacts the workpiece at the target point, which is detected during the touch sensing operation. 1 position and orientation data, and when the second hand tool contacts the workpiece at the target point, which is assumed when the second hand tool is moved along the touch sensing path. Based on the second position and orientation data representing the position and orientation of the tool center point, a correction amount of the reference coordinate system for matching the workpiece in the virtual space with the actual workpiece is calculated. Two steps,
A third step in which the robot controller corrects the reference coordinate system based on the calculated correction amount;
The robot control unit controls the robot to move the tool center point of the first hand tool along the machining trajectory with the corrected reference coordinate system as a reference when machining the workpiece. A robot control method comprising: 4 steps.
前記ワークの表面上に前記目標点が複数設定され、
前記第2のステップにおいて、前記ロボット制御部は、
前記目標点ごとの前記第1及び第2の位置及び姿勢データに基づいて、最小二乗法により前記基準座標系の前記補正量を算出する
ことを特徴とする請求項5に記載のロボット制御方法。
A plurality of the target points are set on the surface of the workpiece,
In the second step, the robot control unit
The robot control method according to claim 5, wherein the correction amount of the reference coordinate system is calculated by a least square method based on the first and second position and orientation data for each target point.
前記第1及び第2の手先工具は同形状に形成され、
前記第1のステップにおいて、前記ロボット制御部は、
前記タッチセンシング動作時における前記第2の手先工具の姿勢が、前記加工処理時における前記第1の手先工具の姿勢と同一となるように前記ロボットを制御する
ことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載のロボット制御方法。
The first and second hand tools are formed in the same shape,
In the first step, the robot control unit
The robot is controlled such that the posture of the second hand tool during the touch sensing operation is the same as the posture of the first hand tool during the processing. Item 7. The robot control method according to Item 6.
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