JP2020066083A - Motion accuracy measuring method and position correction method for robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロボットの運動精度測定方法及び位置補正方法に関する。 The present invention relates to a robot motion accuracy measuring method and a position correcting method.
主に産業用に用いられる垂直多関節型ロボット、水平多関節型ロボット等のロボットは、様々な誤差要因を有している。特に回転軸（回転関節）を有するロボットでは、モータの回転角度の誤差、歯車やベルトのバックラッシュ、ロボットのリンクの弾性変形等の誤差要因により、ロボットの先端部（以下、手先という）を指令位置に位置決めした時の位置決め誤差が生じる。 Robots such as vertical articulated robots and horizontal articulated robots that are mainly used for industrial applications have various error factors. Especially in the case of a robot having a rotary axis (rotary joint), a command is issued to the tip of the robot (hereinafter referred to as "hands") due to error factors such as motor rotation angle error, gear and belt backlash, and robot link elastic deformation. Positioning error occurs when positioning to the position.
これらの誤差要因を推定し、ロボットの位置補正を行う方法として、レーザトラッカを用いた運動精度測定方法が開発されている（例えば非特許文献１）。 As a method of estimating these error factors and correcting the position of the robot, a motion accuracy measuring method using a laser tracker has been developed (for example, Non-Patent Document 1).
非特許文献１の測定方法では、レーザトラッカを用いてロボットの手先の３次元位置を測定する。具体的には、基準位置にレーザトラッカを配置し、ロボットの手先に取り付けられたレトロレフレクタ（反射鏡）を追尾させる。これにより、レーザトラッカから出射され、レトロレフレクタで反射されたレーザ光の向きと、レーザトラッカからレトロレフレクタまでの距離とに基づいてレトロレフレクタの位置、すなわち手先の位置を測定する。これにより、ロボットに入力した指令位置と、実際のロボット先端部の位置との誤差を測定する。 In the measurement method of Non-Patent Document 1, a laser tracker is used to measure the three-dimensional position of the hand of the robot. Specifically, a laser tracker is arranged at the reference position, and a retro reflector (reflecting mirror) attached to the hand of the robot is tracked. Thus, the position of the retro reflector, that is, the position of the hand is measured based on the direction of the laser beam emitted from the laser tracker and reflected by the retro reflector and the distance from the laser tracker to the retro reflector. Thereby, the error between the command position input to the robot and the actual position of the robot tip is measured.
そして、ロボットに入力した指令位置と、測定した手先の位置とに基づいて、ロボットのリンク長、回転軸の基準角度（ゼロ点）及び回転中心軸の向きの誤差を推定する。しかしながら、非特許文献１の方法では、ロボットを動作させる各回転軸の角度誤差を推定、補正できないため、ロボットの手先位置を精度よく位置決めすることは難しい。 Then, the link length of the robot, the reference angle (zero point) of the rotation axis, and the error in the orientation of the rotation center axis are estimated based on the commanded position input to the robot and the measured position of the hand. However, with the method of Non-Patent Document 1, it is difficult to accurately position the hand position of the robot because the angular error of each rotation axis that operates the robot cannot be estimated and corrected.
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、精度よく、運動精度測定と位置補正とを行うことができるロボットの運動精度測定方法及び位置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 the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a motion accuracy measuring method and a position correcting method for a robot, which are capable of accurately performing motion accuracy measurement and position correction.
上記目的を達成するために、この発明の第１の観点に係るロボットの運動精度測定方法では、
ロボットの回転軸の複数の回転角度で、前記ロボットの手先と、基準位置との距離を測定し、
測定した前記距離に基づいて、前記回転軸の複数の同定角度で角度誤差を算出する。
In order to achieve the above object, in the method for measuring the motion accuracy of a robot according to the first aspect of the present invention,
At a plurality of rotation angles of the rotation axis of the robot, the distance between the hand of the robot and the reference position is measured,
An angle error is calculated at a plurality of identification angles of the rotation axis based on the measured distance.
また、前記距離は、
前記ロボットの手先に取り付けられたレーザ干渉計から出射されるレーザ光を、前記基準位置に配置された反射鏡で反射させて計測される、
こととしてもよい。
Also, the distance is
Laser light emitted from a laser interferometer attached to the hand of the robot is measured by reflecting it with a reflecting mirror arranged at the reference position,
It may be that.
この発明の第２の観点に係るロボットの運動精度測定方法では、
ロボットの回転軸の複数の回転角度で、前記ロボットの手先の３次元位置を測定し、
測定した前記３次元位置に基づいて、前記回転軸の複数の同定角度で角度誤差を算出する。
In the motion accuracy measuring method for a robot according to the second aspect of the present invention,
Measuring the three-dimensional position of the hand of the robot at a plurality of rotation angles of the rotation axis of the robot,
An angle error is calculated at a plurality of identification angles of the rotation axis based on the measured three-dimensional position.
また、前記３次元位置は、
前記ロボットの手先に取り付けられた反射鏡と、基準位置に配置されたレーザトラッカとを用いて計測される、
こととしてもよい。
Also, the three-dimensional position is
Measured using a reflecting mirror attached to the hand of the robot and a laser tracker arranged at a reference position,
It may be that.
また、前記角度誤差は、
前記回転軸を正方向に回転させた場合の角度誤差と、前記回転軸を逆方向に回転させた場合の角度誤差とを含む、
こととしてもよい。
Also, the angle error is
Including an angle error when the rotation shaft is rotated in the forward direction and an angle error when the rotation shaft is rotated in the reverse direction,
It may be that.
また、前記同定角度は、前記回転軸の可動範囲の両端を含む、
こととしてもよい。
Further, the identification angle includes both ends of the movable range of the rotating shaft,
It may be that.
この発明の第３の観点に係る位置補正方法では、
第１の観点又は第２の観点に係るロボットの運動精度測定方法により測定された前記角度誤差に基づいて、前記回転軸の回転角度を補正する。
In the position correction method according to the third aspect of the present invention,
The rotation angle of the rotary shaft is corrected based on the angle error measured by the robot motion accuracy measuring method according to the first aspect or the second aspect.
また、前記同定角度の前記角度誤差を内挿して、前記同定角度の中間の回転角度を補正する、
こととしてもよい。
Further, by interpolating the angle error of the identification angle, the intermediate rotation angle of the identification angle is corrected,
It may be that.
本発明のロボットの運動精度測定方法及び位置補正方法によれば、ロボットの手先と基準位置との距離又は手先の３次元位置に基づいてロボットの回転軸ごとの角度誤差を推定するとともに、推定した角度誤差に基づいてロボットの位置を補正するので、精度よくロボットを動作させることが可能である。 According to the robot motion accuracy measuring method and the position correcting method of the present invention, the angular error for each rotation axis of the robot is estimated based on the distance between the robot's hand and the reference position or the three-dimensional position of the hand. Since the position of the robot is corrected based on the angle error, it is possible to operate the robot with high accuracy.
以下、図を参照しつつ、本発明の実施の形態に係るロボットの運動精度測定方法及び位置補正方法について説明する。 Hereinafter, a motion accuracy measuring method and a position correcting method for a robot according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
（ロボット及び測定システムの構成）
本実施の形態に係るロボットの運動精度測定方法では、図１に示すように、垂直多関節型ロボットであるロボット１０の運動精度測定を例として説明する。また、本実施の形態の運動精度とは、ロボット１０の先端部である手先１０ａの位置決め誤差をいうものとする。
(Structure of robot and measurement system)
In the method of measuring motion accuracy of a robot according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, measurement of motion accuracy of a robot 10 which is a vertical articulated robot will be described as an example. Further, the motion accuracy of the present embodiment means a positioning error of the hand 10a which is the tip of the robot 10.
ロボット１０は、７つの回転軸Ｊｉ（ｉ＝１〜７）を備える。各回転軸Ｊｉは、ロボット１０の基台側から回転軸Ｊ１、Ｊ２、・・・とし、最も先端側の回転軸を回転軸Ｊ７とする。回転軸Ｊ７は、ロボット１０の手先１０ａを回転させるための関節であるので、手先１０ａの位置決め精度には影響しない。したがって、以下では回転軸Ｊ1〜Ｊ6に係る位置決め誤差について述べる。 The robot 10 includes seven rotation axes J i (i = 1 to 7). The rotation axes J i are rotation axes J 1 , J 2 , ... From the base side of the robot 10, and the rotation axis on the most distal side is the rotation axis J 7 . Since the rotation axis J 7 is a joint for rotating the hand 10a of the robot 10, it does not affect the positioning accuracy of the hand 10a. Therefore, the positioning error relating to the rotation axes J 1 to J 6 will be described below.
ロボット１０は、制御ユニット２０に接続されている。制御ユニット２０は、図２のブロック図に示すように、制御部２１、記憶部２２、表示部２３、入力部２４を備える。 The robot 10 is connected to the control unit 20. As shown in the block diagram of FIG. 2, the control unit 20 includes a control unit 21, a storage unit 22, a display unit 23, and an input unit 24.
制御部２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、水晶発振器等から構成されており、ロボット１０の動作を制御するとともに、ロボット１０に取り付けられたレーザ干渉計３０のデータに基づいて、ロボット１０の運動精度を測定する。制御部２１は、制御部２１のＲＯＭ、記憶部２２等に記憶されている各種動作プログラム及びデータをＲＡＭに読み込んでＣＰＵを動作させることにより、図２に示される制御部２１の各機能を実現させる。これにより、制御部２１は、動作制御部２１１、測定制御部２１２及び演算部２１３として動作する。 The control unit 21 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a crystal oscillator, and the like, controls the operation of the robot 10, and is attached to the robot 10. The motion accuracy of the robot 10 is measured based on the data of the laser interferometer 30. The control unit 21 realizes each function of the control unit 21 shown in FIG. 2 by reading various operation programs and data stored in the ROM of the control unit 21, the storage unit 22 and the like into the RAM and operating the CPU. Let As a result, the control unit 21 operates as the operation control unit 211, the measurement control unit 212, and the calculation unit 213.
動作制御部２１１は、ロボット１０の手先１０ａを指令位置ｐｎ ＊に移動させるため、各回転軸Ｊｉを制御し、回転させる。 The operation control unit 211 controls and rotates each rotation axis J i in order to move the hand 10a of the robot 10 to the command position p n * .
測定制御部２１２は、運動精度測定の際、測定を行う手先１０ａの位置を動作制御部２１１へ送信し、ロボット１０の各回転軸Ｊｉ（ｉ＝１〜６）に指令角度θi，ｎ ＊を出力させ、各回転軸Ｊｉを動作させる。これにより、測定制御部２１２は、手先１０ａを指令位置ｐｎ ＊に移動させるとともに、レーザ干渉計３０のレーザ光が基準位置に配置されている反射鏡４０を向くように、各回転軸Ｊｉの動作を制御する。また、各回転軸Ｊｉの回転角度が指令角度θi，ｎ ＊に達した後、レーザ干渉計３０から出射され、反射鏡４０で反射された反射光の受光データを、レーザ干渉計３０から受信する。 When measuring the motion accuracy, the measurement control unit 212 transmits the position of the hand 10a to be measured to the operation control unit 211, and instructs each rotation axis J i (i = 1 to 6) of the robot 10 to the command angle θ i, n. * Is output and each rotation axis J i is operated. As a result, the measurement control unit 212 moves the hand 10a to the command position pn * and also causes each of the rotation axes J i so that the laser light of the laser interferometer 30 faces the reflecting mirror 40 arranged at the reference position. Control the behavior of. Further, after the rotation angle of each rotation axis J i reaches the command angle θ i, n * , the received light data of the reflected light emitted from the laser interferometer 30 and reflected by the reflecting mirror 40 is output from the laser interferometer 30. To receive.
演算部２１３は、レーザ干渉計３０から受信した受光データに基づいて、手先１０ａと反射鏡４０との距離ｄｋを算出する。本実施の形態では、レーザ干渉計３０の受光データは、基準距離に対する差分として出力される。この基準距離と差分とに基づいて手先１０ａと反射鏡４０との距離ｄｋを算出する。また、演算部２１３は、複数の指令角度θi，ｎ ＊で算出した距離ｄｋに基づいて、ロボット１０の運動精度、すなわち手先１０ａの位置決め誤差を算出する。 The calculation unit 213 calculates the distance d k between the hand 10 a and the reflecting mirror 40 based on the received light data received from the laser interferometer 30. In the present embodiment, the light reception data of the laser interferometer 30 is output as a difference with respect to the reference distance. The distance d k between the hand 10a and the reflecting mirror 40 is calculated based on this reference distance and the difference. Further, the calculation unit 213 calculates the motion accuracy of the robot 10, that is, the positioning error of the hand 10a, based on the distance d k calculated by the plurality of command angles θ i, n * .
記憶部２２は、ハードディスク、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリであり、レーザ干渉計３０の受光データからロボット１０の運動精度を算出するアルゴリズム、算出された位置決め誤差等を記憶する。 The storage unit 22 is a non-volatile memory such as a hard disk or a flash memory, and stores an algorithm for calculating the motion accuracy of the robot 10 from the received light data of the laser interferometer 30, the calculated positioning error, and the like.
表示部２３は、液晶パネル、有機ＥＬ（Electroluminescence）等の表示用デバイスであり、指令角度θi，ｎ ＊、演算部２１３で算出された位置決め誤差等を表示する。本実施の形態に係る表示部２３は、図１に示すように、制御ユニット２０に搭載された液晶パネルである。 The display unit 23 is a display device such as a liquid crystal panel or an organic EL (Electroluminescence), and displays the command angle θ i, n * , the positioning error calculated by the calculation unit 213, and the like. The display unit 23 according to the present embodiment is a liquid crystal panel mounted on the control unit 20, as shown in FIG.
入力部２４は、測定開始指示、測定用の設定パラメータ等を入力するための入力デバイスである。入力部２４は、タッチパネル、マウス等であり、本実施の形態に係る入力部２４は、液晶パネルである表示部２３上に配置されたタッチパネルである。 The input unit 24 is an input device for inputting a measurement start instruction, setting parameters for measurement, and the like. The input unit 24 is a touch panel, a mouse or the like, and the input unit 24 according to the present embodiment is a touch panel arranged on the display unit 23 which is a liquid crystal panel.
また、レーザ干渉計３０は、手先１０ａに取り付けられ、レーザ光を出射するとともに、反射鏡４０によるレーザ光の反射光を受け、受光データを測定制御部２１２へ送信する。 The laser interferometer 30 is attached to the hand 10a, emits a laser beam, receives the reflected light of the laser beam by the reflecting mirror 40, and transmits the received light data to the measurement control unit 212.
反射鏡４０は、レーザ干渉計３０から入射したレーザ光をレーザ干渉計３０へ反射する。反射鏡４０は、レーザ干渉計３０の位置が変化し、レーザ光の入射角度が変わってもレーザ干渉計３０へレーザ光を反射するレトロレフレクタ（retroreflector）であり、例えば、キャッツアイ型のレトロレフレクタである。 The reflecting mirror 40 reflects the laser light incident from the laser interferometer 30 to the laser interferometer 30. The reflecting mirror 40 is a retroreflector that reflects the laser light to the laser interferometer 30 even if the position of the laser interferometer 30 changes and the incident angle of the laser light changes, and is, for example, a cat's eye type retroreflector. It is a reflector.
（ロボットの運動精度測定）
続いて、本実施の形態に係る運動精度測定方法について、図３のフローチャートを参照しつつ具体的に説明する。
(Movement accuracy measurement of robot)
Next, the motion accuracy measuring method according to the present embodiment will be specifically described with reference to the flowchart in FIG.
運動精度測定が開始されると、測定制御部２１２は、測定回数を表すカウンタｋをリセット（ｋ＝１）する（ステップＳ１１）。 When the exercise accuracy measurement is started, the measurement control unit 212 resets a counter k indicating the number of measurements (k = 1) (step S11).
続いて、測定制御部２１２は、予め定められた指令位置ｐ１ ＊＝（ｘ１ ＊，ｙ１ ＊，ｚ１ ＊）を動作制御部２１１へ送信する。動作制御部２１１は、手先１０ａを指令位置ｐ１ ＊へ移動させる（ステップＳ１２）。より具体的には、動作制御部２１１は、手先１０ａを指令位置ｐ１ ＊へ移動させるための、各回転軸Ｊｉの指令角度θi，１ ＊を計算し、算出した指令角度θi，１ ＊に各回転軸Ｊｉを回転させる。 Subsequently, the measurement control unit 212 transmits a predetermined command position p 1 * = (x 1 * , y 1 * , z 1 * ) to the operation control unit 211. The operation control unit 211 moves the hand 10a to the command position p 1 * (step S12). More specifically, the operation control unit 211 calculates the command angle θ i, 1 * of each rotation axis J i for moving the hand 10a to the command position p 1 * , and calculates the calculated command angle θ i, Rotate each rotation axis J i to 1 * .
この時、各回転軸Ｊiの角度は、ロボット１０の手先１０ａの向きが反射鏡４０を向くように設定される。より具体的には、長さ１となる手先１０ａの方向ベクトルをｌとした場合、手先１０ａの向きが、ｌ＝（ｐｋ−ｑｍ）／｜ｐｋ−ｑｍ｜となるように制御される。 At this time, the angle of each rotation axis J i is set so that the hand 10a of the robot 10 faces the reflecting mirror 40. More specifically, when the direction vector of the hand 10a serving as a length 1 and l, the orientation of the hand 10a is, l = (p k -q m ) / | p k -q m | become so controlled To be done.
測定制御部２１２は、レーザ干渉計３０を制御して、基準位置ｑｍ＝（ｘｍ ＊，ｙｍ ＊，ｚｍ ＊）に配置されている反射鏡４０に向けてレーザ光を出射させる（ステップＳ１３）。この時、実際の手先１０ａの位置は、ｐ１＝（ｘ１，ｙ１，ｚ１）であり、指令位置ｐ１ ＊に対する誤差を含んでいる。 Measurement control unit 212 controls the laser interferometer 30, the reference position q m = (x m *, y m *, z m *) to emit laser light toward the the reflecting mirror is located 40 ( Step S13). At this time, the actual position of the hand 10a is p 1 = (x 1 , y 1 , z 1 ) and includes an error with respect to the commanded position p 1 * .
この誤差は、各回転軸Ｊｉの角度誤差Δθｉ，１として、以下のように表すことができる。
Δθｉ，１＝θｉ，１−θｉ，１ ＊
ただし、θｉ，１は回転軸Ｊｉの回転角度、θｉ，１ ＊は回転軸Ｊｉの指令角度である。
This error can be expressed as follows, as an angle error Δθ i, 1 of each rotation axis J i .
Δθ i, 1 = θ i, 1 −θ i, 1 *
However, θ i, 1 is the rotation angle of the rotation axis J i , and θ i, 1 * is the command angle of the rotation axis J i .
より詳細には、ロボット１０は、モータの回転角度の誤差、歯車やベルトのバックラッシュ等の誤差要因を持っているため、各回転軸Ｊｉの実際の角度θｉと指令角度θｉ ＊との間に、誤差Δθｉ＝θｉ−θｉ ＊が生じる。誤差Δθｉは、指令角度θｉ ＊によって変動するので、Δθｉ（θｉ ＊）と表す。さらに、歯車やベルトのバックラッシュ等によって、誤差Δθｉは、一般的に、指令角度θｉ ＊へ向かう回転軸Ｊｉの回転方向によって異なる。 More specifically, the robot 10, the rotation angle of the motor error, because it has error factors such as a backlash of the gears and belts, and the actual angle theta i of the rotation axis J i command angle theta i * and An error Δθ i = θ i −θ i * occurs during the period. Since the error Δθ i varies depending on the command angle θ i * , it is expressed as Δθ i (θ i * ). Further, the error Δθ i generally differs depending on the rotation direction of the rotation axis J i toward the command angle θ i * due to the backlash of the gears and the belt.
例えば、回転軸Ｊｉが、指令角度θｉ ＊へ向かう際、モータが時計回り（以下、正方向という）であった場合の誤差Δθｉ（θｉ ＊＋）と、モータが反時計回り（以下、逆方向という）であった場合の誤差Δθｉ（θｉ ＊−）とは、異なる値になる。 For example, when the rotation axis J i moves toward the command angle θ i * , an error Δθ i (θ i * +) when the motor is clockwise (hereinafter, referred to as positive direction) and a counterclockwise rotation ( Hereinafter, the error Δθ i (θ i * −) in the case of the reverse direction) is a different value.
本実施の形態では、各回転軸Ｊｉ（ｉ＝１〜６）について、ｎ個の指令角度θｉ，ｎ ＊（ｎ＝１〜Ｎｉ）を同定角度として設定した場合の誤差Δθｉ，ｎ（θｉ，ｎ ＊＋）、Δθｉ，ｎ（θｉ，ｎ ＊−）を回転軸Ｊｉの角度誤差として算出することにより、ロボット１０の運動精度を測定する。 In the present embodiment, an error Δθ i, when n command angles θ i, n * (n = 1 to N i ) are set as identification angles for each rotation axis J i (i = 1 to 6) . The motion accuracy of the robot 10 is measured by calculating n (θ i, n * +) and Δθ i, n (θ i, n * -) as the angular error of the rotation axis J i .
続いて、レーザ干渉計３０は、反射鏡４０で反射されたレーザ光に基づいて、受光データを測定制御部２１２へ送信する（ステップＳ１４）。測定制御部２１２は、受信した受光データを演算部２１３へ送信する。演算部２１３は、受信した受光データに基づいて、手先１０ａと反射鏡４０との距離ｄ１、及び指令位置ｐｋ ＊と反射鏡４０との理論的な距離である理論距離ｄ１ ＊を算出する（ステップＳ１５）。制御部２１は、算出した距離ｄ１と理論距離ｄ１ ＊とを記憶部２２に記憶させる（ステップＳ１６）。 Subsequently, the laser interferometer 30 transmits the received light data to the measurement control unit 212 based on the laser light reflected by the reflecting mirror 40 (step S14). The measurement control unit 212 transmits the received light reception data to the calculation unit 213. The calculation unit 213 calculates the distance d 1 between the hand 10a and the reflecting mirror 40 and the theoretical distance d 1 * which is the theoretical distance between the command position p k * and the reflecting mirror 40 based on the received light reception data. Yes (step S15). The control unit 21 stores the calculated distance d 1 and theoretical distance d 1 * in the storage unit 22 (step S16).
カウンタｋが予め定められた測定回数Ｋ未満である場合（ステップＳ１７のＹＥＳ）、カウンタｋをインクリメントする（ステップＳ１８）。そして、測定制御部２１２は、新たな指令位置ｐ２ ＊＝（ｘ２ ＊，ｙ２ ＊，ｚ２ ＊）を動作制御部２１１に入力し、上記と同様の測定処理（ステップＳ１２〜Ｓ１５）を行う。制御部２１は、算出された距離ｄ２と理論距離ｄ２ ＊とを記憶部２２へ記憶させる（ステップＳ１６）。 When the counter k is less than the predetermined number of times of measurement K (YES in step S17), the counter k is incremented (step S18). Then, the measurement control unit 212 inputs the new command position p 2 * = (x 2 * , y 2 * , z 2 * ) to the operation control unit 211, and the same measurement process as above (steps S12 to S15). I do. The control unit 21 stores the calculated distance d 2 and the theoretical distance d 2 * in the storage unit 22 (step S16).
カウンタｋが予め定められた測定回数Ｋ以上である場合（ステップＳ１７のＮＯ）、次の処理に移る。 When the counter k is equal to or larger than the predetermined number of times of measurement K (NO in step S17), the process proceeds to the next process.
ここで、測定制御部２１２から出力される指令位置ｐｋ ＊は、各回転軸Ｊｉの指令角度θi，ｋ ＊が、角度誤差Δθｉ，ｎを算出する同定角度θｉ，ｎ ＊で構成されるよう、予め設定されている。また、Ｋ回の測定において、各回転軸Ｊｉの全ての同定角度θｉ，ｎ ＊が含まれる。 Here, the command position p k * output from the measurement control unit 212 is the identification angle θ i, n * at which the command angle θ i, k * of each rotation axis J i calculates the angle error Δθ i, n. It is preset to be configured. Further, in the measurement of K times, all the identification angles θ i, n * of each rotation axis J i are included.
同定角度θｉ，ｎ ＊は、各回転軸Ｊｉの可動範囲を広くカバーするように設定されている。本実施の形態に係る各回転軸Ｊｉの可動範囲は、図４に示すように、−１７０°〜＋１７０°である。そして、同定角度θｉ，ｎ ＊は、θｉ，１ ＊＝−１７０°，θｉ，２ ＊＝−１６０°，・・・，θｉ，３５ ＊＝＋１７０°と設定している。なお、同定角度θｉ，ｎ ＊の範囲及び刻み幅は、これに限られず、ロボット１０の各回転軸の可動範囲、運動精度に対する要求等に応じて適宜設定することができる。 The identification angle θ i, n * is set so as to widely cover the movable range of each rotation axis J i . The movable range of each rotation axis J i according to the present embodiment is −170 ° to + 170 ° as shown in FIG. 4. The identification angle θ i, n * is set to θ i, 1 * = − 170 °, θ i, 2 * = − 160 °, ..., θ i, 35 * = + 170 °. The range of the identification angle θ i, n * and the step size are not limited to this, and can be appropriately set according to the movable range of each rotation axis of the robot 10, requirements for motion accuracy, and the like.
また、各回転軸Ｊｉを各同定角度θｉ，ｎ ＊に回転させる際、各回転軸Ｊｉが正方向に回転される場合と逆方向に回転される場合とが、それぞれ少なくとも１回含まれるように指令位置ｐｋ ＊は設定されている。 Further, when rotating each rotation axis J i to each identification angle θ i, n * , each rotation axis J i is rotated at least once in the forward direction and in the reverse direction. The command position p k * is set so that
距離ｄｋ、理論距離ｄｋ ＊の測定が終了すると、演算部２１３は、記憶部２２に記憶されているＫ個の距離ｄｋ、理論距離ｄｋ ＊に基づいて、各回転軸Ｊｉの角度誤差Δθｉ，ｎを算出する（ステップＳ１９）。 When the measurement of the distance d k and the theoretical distance d k * is completed, the calculation unit 213 calculates the rotation axis J i based on the K distances d k and the theoretical distance d k * stored in the storage unit 22. The angle error Δθ i, n is calculated (step S19).
本実施の形態では、Ｋ個の測定データに基づいて、各回転軸Ｊｉの角度誤差Δθｉ，ｎとして、３５（点）×２（方向）×６（軸）＝４２０（個）の値を算出する。角度誤差Δθｉ，ｎが算出されると、運動精度測定は終了する。 In the present embodiment, a value of 35 (points) × 2 (directions) × 6 (axis) = 420 (pieces) is set as the angle error Δθ i, n of each rotation axis J i based on the K pieces of measurement data. To calculate. When the angle error Δθ i, n is calculated, the motion accuracy measurement ends.
（角度誤差の算出アルゴリズム）
続いて、上記ステップＳ１９の角度誤差Δθｉ，ｎの算出アルゴリズムについて説明する。
(Angular error calculation algorithm)
Next, the algorithm for calculating the angle error Δθ i, n in step S19 will be described.
本実施の形態では、ロボット１０の運動精度として、各回転軸Ｊｉ（ｉ＝１〜６）について、所定の指令角度θｉ，ｎ ＊を入力した場合の指令角度θｉ，ｎ ＊と実際の角度θｉ，ｎとの誤差（以下、角度誤差Δθｉ，ｎという）を算出する。これにより、ロボット１０の手先１０ａの位置決め誤差を推定する。 In the present embodiment, as the motion accuracy of the robot 10, the command angle θ i, n * and the actual command angle θ i, n * when a predetermined command angle θ i, n * is input for each rotation axis J i (i = 1 to 6) Of the angle θ i, n (hereinafter, referred to as an angle error Δθ i, n ). Thereby, the positioning error of the hand 10a of the robot 10 is estimated.
より具体的には、距離ｄｋの測定が完了した後、演算部２１３は、記憶部２２に記憶されているＫ個の距離ｄｋ、理論距離ｄｋ ＊に基づいて、各回転軸Ｊｉのｎ個（ｎ＝１〜Ｎｉ）の同定角度における角度誤差Δθｉ，ｎを算出する。 More specifically, after the measurement of the distance d k is completed, the arithmetic unit 213 calculates each rotation axis J i based on the K distances d k and the theoretical distance d k * stored in the storage unit 22. The angular error Δθ i, n in the n (n = 1 to N i ) identification angles of is calculated.
各回転軸Ｊｉの指令角度θｉ，ｎ ＊における実際の角度θｉ，ｎは、以下の式で表される。
θｉ，ｎ＝θｉ，ｎ ＊＋Δθｉ，ｎ（θｉ，ｎ ＊）
Actual angle theta i, n in the command angle theta i, n * of the rotation axis J i is expressed by the following equation.
θ i, n = θ i, n * + Δθ i, n (θ i, n * )
このとき、距離ｄｎは、テーラー展開により、以下の式で表される。
上記式（１）を、記憶部２２に記憶されているＫ個のｄｋについてまとめると、以下の式（２）となる。
上述した測定の実施例では、同定角度と測定時の指令角度とは一致することとしたが、本算出アルゴリズムでは、同定角度と測定時の指令角度とは異なっていてもよい。以下の算出アルゴリズムの説明では、角度誤差Δθｉ，ｎを算出する同定角度をθｉ，ｎ ＊、測定時の指令角度をθｉ，ｋとして記述する。 In the above-described measurement examples, the identification angle and the command angle at the time of measurement are the same, but in the present calculation algorithm, the identification angle and the command angle at the time of measurement may be different. In the following description of the calculation algorithm, the identification angle for calculating the angle error Δθ i, n is described as θ i, n * , and the command angle at the time of measurement is described as θ i, k .
本算出アルゴリズムで求める同定角度θｉ，ｎ ＊における角度誤差Δθｉ，ｎを、１つのベクトルｘにまとめて書くと、以下の式（３）となる。
上述の通り、計測されたｄｋにおける各回転軸Ｊｉの指令角度θｉ，ｋは、同定角度θｉ，１ ＊，・・・，θｉ，Ｎ１ ＊に一致するとは限らない。例えば、回転軸Ｊ１の指令角度θ１，ｋが、同定角度θ１，１ ＊，・・・，θ１，Ｎ１ ＊のいずれにも一致しない場合、Δθ１，ｋ（θ１，ｋ）は、式（３）のｘの成分を内挿して、以下の式（４）で表すことができる。
式（４）と同様に、回転軸Ｊ２〜Ｊ６の指令角度θ２，ｎ〜θ６，ｎに対する角度誤差をまとめると、以下の式（５）になる。
各回転軸の角度θ１，ｎ ＊〜θ６，ｎ ＊と、ロボット１０の手先１０ａの位置ｐｎとの幾何学的関係を使って、上記式（１）の∂ｄｎ／∂θｉを計算することができる。これを使って、式（２）と式（５）とをまとめると、ｙ＝Ａｘの形に表すことができる。ただし、
And each angle of the rotary shaft θ 1, n * ~θ 6, n *, by using the geometric relationship between the position p n of the hand 10a of the robot 10, ∂d n / ∂θ i in the formula (1) Can be calculated. By using this, the formula (2) and the formula (5) can be summarized into the form of y = Ax. However,
したがって、測定回数Ｋが、未知数ｘの数より多ければ、ｘは以下の最小二乗法を用いて求めることができる。
以上により、測定された距離ｄｋを用いて、各回転軸Ｊｉ（ｉ＝１〜６）について、角度誤差Δθｉ，ｎ（θｉ，ｎ ＊＋）、Δθｉ，ｎ（θｉ，ｎ ＊−）を算出し、ロボット１０の運動精度を測定することができる。 From the above, using the measured distance d k , the angular error Δθ i, n (θ i, n * +), Δθ i, n (θ i, n ) for each rotation axis J i (i = 1 to 6) . n * -) can be calculated to measure the motion accuracy of the robot 10.
レーザトラッカを用いて、ロボット１０の手先１０ａの位置ｐｎを測定する場合には、上記式（２）のかわりに、ｐｎと式（３）のｘとの関係を計算し、式（６）のＡを変更して、同様にｘを算出する。 Using a laser tracker, when measuring the position p n of the hand 10a of the robot 10, in place of the equation (2), to calculate the relationship between x of p n and formula (3), the formula (6 ) Is changed, and x is similarly calculated.
ロボットの各リンクの長さの誤差、各回転軸の位置、回転中心軸の向きの誤差を、式（３）のｘに含め、それに応じて式（６）のＡを変更して、同様に算出することもできる。 The error of the length of each link of the robot, the position of each rotation axis, and the error of the direction of the rotation center axis are included in x of Expression (3), and A of Expression (6) is changed accordingly, and similarly. It can also be calculated.
（ロボットの位置補正）
続いて、上記で算出した、角度誤差Δθｉ，ｎを用いたロボット１０の位置補正方法について説明する。
(Robot position correction)
Next, a method of correcting the position of the robot 10 using the angle error Δθ i, n calculated above will be described.
算出した角度誤差Δθｉ，ｎは記憶部２２に記憶されている。図５は回転軸Ｊ１の角度誤差Δθ１，ｎを表したグラフの例である。例えば、回転軸Ｊ１について指令位置ｐｎ ＊に基づいて指令角度−８２°が指定された場合、現在の位置が−８５°であれば、正方向へ回転した場合の角度誤差−０．０１１°が予測されるので、＋０．０１１°を予め足した角度で回転軸Ｊ１を位置決めする。 The calculated angle error Δθ i, n is stored in the storage unit 22. FIG. 5 is an example of a graph showing the angular error Δθ 1, n of the rotation axis J 1 . For example, when the command angle -82 ° is specified on the rotation axis J 1 based on the command position pn * , and the current position is -85 °, the angle error when rotating in the positive direction -0.011. Since ° is predicted, the rotation axis J 1 is positioned at an angle obtained by adding + 0.011 ° in advance.
また、指令角度θ１，ｎ ＊が−９０°であり、現在の位置が−１００°である場合、動作制御部２１１は、−８２°の角度誤差と、−９９°の角度誤差の内挿として、−０．０１２°が予測されるので、＋０．０１２°を予め足した角度で回転軸Ｊ２を位置決めする。 When the command angle θ 1, n * is −90 ° and the current position is −100 °, the operation control unit 211 interpolates the −82 ° angle error and the −99 ° angle error. Since -0.012 ° is predicted, the rotation axis J 2 is positioned at an angle obtained by adding + 0.012 ° in advance.
同様に、回転軸Ｊ２〜Ｊ６をそれぞれの角度誤差Δθｉ，ｎを反映した角度で回転させる。これにより、各回転軸Ｊｉの回転角度θｉ，ｎを指令角度θｉ，ｎ ＊に近づけることができるので、手先１０ａを精度よく位置決めできる。 Similarly, the rotation axes J 2 to J 6 are rotated at angles that reflect the respective angle errors Δθ i, n . As a result, the rotation angle θ i, n of each rotation axis J i can be brought close to the command angle θ i, n * , so that the hand 10a can be accurately positioned.
以上説明したように、本実施の形態に係るロボットの運動精度測定方法では、ロボット１０を動作させる各回転軸Ｊｉについて角度誤差Δθｉ，ｎを算出する。これにより、ロボット１０の駆動部に係る誤差を同定できるので、精度よくロボット１０の運動精度を測定することができる。また、本実施の形態に係るロボットの位置補正方法では、同定した角度誤差Δθｉ，ｎを用いて各回転軸Ｊｉの動作を直接補正するので、精度よくロボット１０を動作させることができる。 As described above, in the robot motion accuracy measuring method according to the present embodiment, the angular error Δθ i, n is calculated for each rotation axis J i that operates the robot 10. As a result, the error relating to the drive unit of the robot 10 can be identified, so that the motion accuracy of the robot 10 can be accurately measured. Further, in the robot position correction method according to the present embodiment, since the motion of each rotation axis J i is directly corrected using the identified angular error Δθ i, n , the robot 10 can be operated with high accuracy.
また、本実施の形態に係るロボットの運動精度測定方法では、ロボット１０の手先１０ａと、基準位置に配置された反射鏡４０との距離ｄｎに基づいてロボットの運動精度測定を行う。したがって、レーザトラッカのような、手先１０ａの３次元位置を測定するための高価な装置を用いることなく、安価に測定を行うことができる。 Further, the robot motion accuracy measuring method according to the present embodiment performs the motion accuracy measurement of the robot based on the distance d n between the hand 10a of the robot 10, a reflecting mirror 40 disposed at the reference position. Therefore, the measurement can be performed inexpensively without using an expensive device such as a laser tracker for measuring the three-dimensional position of the hand 10a.
一方、レーザトラッカを使って手先１０ａの３次元位置を測定することができれば、測定点数が少なく、より短い時間でロボットの運動精度測定を行うことができる。各回転軸の角度誤差を同定するアルゴリズムは、本実施の形態と同様である。 On the other hand, if the laser tracker can be used to measure the three-dimensional position of the hand 10a, the number of measurement points is small, and the motion accuracy of the robot can be measured in a shorter time. The algorithm for identifying the angular error of each rotation axis is the same as that of this embodiment.
また、本実施の形態に係るロボットの位置補正方法では、ロボット１０の各回転軸Ｊｉについて、複数の同定角度θｉ，ｎ ＊で測定した角度誤差Δθｉ，ｎに基づいてロボット１０の位置補正を行うので、精度よくロボット１０を動作させることが可能である。 Further, in the robot position correction method according to the present embodiment, the position of the robot 10 is determined based on the angular error Δθ i, n measured at a plurality of identification angles θ i, n * for each rotation axis J i of the robot 10. Since the correction is performed, it is possible to operate the robot 10 with high accuracy.
本実施の形態では、同定角度θｉ，ｎ ＊は、各回転軸Ｊｉの可動範囲の両端となる角度を含み、同定角度θｉ，ｎ ＊と一致しない指令角度θｉ，ｎ ＊における角度誤差Δθｉ，ｎは、内挿によって求めることとしたが、これに限られない。例えば、同定角度θｉ，ｎ ＊の範囲外となる指令角度θｉ，ｎ ＊における角度誤差Δθｉ，ｎを外挿によって求めることとしてもよい。 In the present embodiment, the identification angle θ i, n * includes the angles at both ends of the movable range of each rotation axis J i , and the angle at the command angle θ i, n * that does not match the identification angle θ i, n *. The error Δθ i, n is determined by interpolation, but the invention is not limited to this. For example, the angle error Δθ i, n in the command angle θ i, n * that falls outside the range of the identification angle θ i, n * may be obtained by extrapolation.
また、測定制御部２１２、演算部２１３等運動精度測定に用いられる各要素は、制御ユニット２０に一体的に備えられることとしたが、これに限られない。例えば、別体の測定ユニットが測定制御部２１２、演算部２１３等を備え、複数のロボット１０に適宜接続して、共用することとしてもよい。これにより、ロボット１０の構成を簡素化し、より安価にロボット１０の運動精度測定を行うことができる。 Further, although the measurement control unit 212, the calculation unit 213, and other elements used for measuring the motion accuracy are integrally provided in the control unit 20, the present invention is not limited to this. For example, the separate measurement unit may include the measurement control unit 212, the calculation unit 213, and the like, and may be appropriately connected to the plurality of robots 10 and shared. Thereby, the configuration of the robot 10 can be simplified and the motion accuracy of the robot 10 can be measured at a lower cost.
また、本実施の形態では、ロボット１０は、垂直多関節型ロボットであることとしたが、これに限られない。例えば、ロボット１０は、水平多関節型ロボット（スカラ型ロボット）であってもよい。 Further, in the present embodiment, the robot 10 is a vertical articulated robot, but the present invention is not limited to this. For example, the robot 10 may be a horizontal articulated robot (scalar robot).
また、本実施の形態では、角度誤差Δθｉ，ｎを各回転軸Ｊｉの正方向回転及び逆方向回転のそれぞれの場合について同定することとしたが、これに限られない。例えば、正方向回転の場合のみについて同定することとしてもよい。これにより、一定の精度を確保しつつ、少ない測定回数で簡易かつ迅速に角度誤差Δθｉ，ｎを測定することができる。 In addition, in the present embodiment, the angular error Δθ i, n is identified for each of the forward rotation and the backward rotation of each rotation axis J i , but the present invention is not limited to this. For example, identification may be performed only in the case of forward rotation. As a result, the angle error Δθ i, n can be measured simply and quickly with a small number of measurements while ensuring a certain degree of accuracy.
本発明は、回転軸を備える産業用ロボットの運動精度測定方法及び位置補正方法に好適である。特に、安価且つ高精度が求められる、多数の産業用ロボットの位置補正方法に好適である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable for a motion accuracy measuring method and a position correcting method for an industrial robot having a rotating shaft. In particular, it is suitable for a large number of industrial robot position correction methods that require low cost and high accuracy.
１０ ロボット、１０ａ 手先、２０ 制御ユニット、２１ 制御部、２１１ 動作制御部、２１２ 測定制御部、２１３ 演算部、２２ 記憶部、２３ 表示部、２４ 入力部、３０ レーザ干渉計、４０ 反射鏡、Ｊ１〜Ｊ７ 回転軸 10 robot, 10a hand, 20 control unit, 21 control unit, 211 operation control unit, 212 measurement control unit, 213 arithmetic unit, 22 storage unit, 23 display unit, 24 input unit, 30 laser interferometer, 40 reflector, J 1 to J 7 rotating shaft
Claims (8)
測定した前記距離に基づいて、前記回転軸の複数の同定角度で角度誤差を算出する、
ことを特徴とするロボットの運動精度測定方法。 At a plurality of rotation angles of the rotation axis of the robot, the distance between the hand of the robot and the reference position is measured,
Based on the measured distance, calculate an angular error at a plurality of identification angles of the rotation axis,
A method for measuring motion accuracy of a robot characterized by the above.
前記ロボットの手先に取り付けられたレーザ干渉計から出射されるレーザ光を、前記基準位置に配置された反射鏡で反射させて計測される、
ことを特徴とする請求項１に記載のロボットの運動精度測定方法。 The distance is
Laser light emitted from a laser interferometer attached to the hand of the robot is measured by reflecting it with a reflecting mirror arranged at the reference position,
The method for measuring motion accuracy of a robot according to claim 1, wherein:
測定した前記３次元位置に基づいて、前記回転軸の複数の同定角度で角度誤差を算出する、
ことを特徴とするロボットの運動精度測定方法。 Measuring the three-dimensional position of the hand of the robot at a plurality of rotation angles of the rotation axis of the robot,
Calculating an angle error at a plurality of identification angles of the rotation axis based on the measured three-dimensional position,
A method for measuring motion accuracy of a robot characterized by the above.
前記ロボットの手先に取り付けられた反射鏡と、基準位置に配置されたレーザトラッカとを用いて計測される、
ことを特徴とする請求項３に記載のロボットの運動精度測定方法。 The three-dimensional position is
Measured using a reflecting mirror attached to the hand of the robot and a laser tracker arranged at a reference position,
The method for measuring motion accuracy of a robot according to claim 3, wherein.
前記回転軸を正方向に回転させた場合の角度誤差と、前記回転軸を逆方向に回転させた場合の角度誤差とを含む、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のロボットの運動精度測定方法。 The angle error is
Including an angle error when the rotation shaft is rotated in the forward direction and an angle error when the rotation shaft is rotated in the reverse direction,
The motion accuracy measuring method for a robot according to any one of claims 1 to 4, wherein
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のロボットの運動精度測定方法。 The identification angle includes both ends of the movable range of the rotation axis,
The robot motion accuracy measuring method according to any one of claims 1 to 5, wherein
ことを特徴とする位置補正方法。 A rotation angle of the rotation shaft is corrected based on the angle error measured by the motion accuracy measuring method for a robot according to claim 1.
A position correction method characterized by the above.
ことを特徴とする請求項７に記載の位置補正方法。 By interpolating the angular error of the identification angle to correct an intermediate rotation angle of the identification angle,
The position correction method according to claim 7, wherein:
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