JP2020168669A - ロボットを制御するための機構誤差パラメータを較正する較正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で機構誤差パラメータの較正を行うことができる較正装置を提供する。【解決手段】制御装置４は、一部の第１の機構誤差パラメータを無効に設定するパラメータ設定部５４を含む。制御装置４は、第１の機構誤差パラメータ以外の第２の機構誤差パラメータを用いてロボット１を複数の位置および姿勢に駆動して、３次元測定器８にてロボット１の実測位置を測定する測定制御部５７を含む。制御装置４は、ロボット１の実測位置と、ロボット駆動モータ２２の回転位置とに基づいて、第１の機構誤差パラメータを算出するパラメータ算出部５５を含む。制御装置４は、パラメータ設定部５４にて無効にした第１の機構誤差パラメータをパラメータ算出部５５にて算出した第１の機構誤差パラメータに変更する修正部５６を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、ロボットを制御するための機構誤差パラメータを較正する較正装置に関する。

従来の技術においては、作業ツールを取り付けたロボットを駆動することにより、様々な作業を行うことが知られている。ロボットは、動作プログラムに基づいて作業ツールを所定の位置および姿勢に移動する。ロボットの位置および姿勢は、動作プログラムにおいて指定された位置および姿勢と一致することが好ましい。しかしながら、ロボットを製造する時の構成部品の製造誤差、およびロボットを駆動する時の重力の影響などにより、ロボットの位置および姿勢は、動作プログラムにおいて指定された位置および姿勢から僅かにずれる場合がある。

従来の技術においては、ロボットから離れた場所に３次元位置検出装置を配置して、ロボットの動作を修正する制御が知られている（例えば、特開平１１−９０８６８号公報を参照）。３次元位置検出装置は、ロボットの実際の位置および姿勢を検出することができる。ロボットの実際の位置および姿勢は、動作プログラムにて指定された位置および姿勢とは異なる。制御装置は、３次元位置検出装置にて検出されたロボットの位置および姿勢と、動作プログラムにて指定されたロボットの位置および姿勢とに基づいて補正行列を算出する。制御装置は、この補正行列を用いて、ロボットの動作を修正することができる。

ロボットの実際の位置が動作プログラムにて指定された位置からずれる原因としては、複数の項目の誤差が考えられる。例えば、駆動軸同士の間のアームの長さの誤差または減速機のギヤ比の誤差等により、ロボットの実際の位置が動作プログラムにて指定された位置からずれる。従来の技術においては、このような複数の項目を機構誤差パラメータとして設定し、それぞれの機構誤差パラメータごとに値を設定する方法が知られている（例えば、特開２００８−１２６０４号公報、および特開２０１２−１９６７１６号公報を参照）。

特開平１１−９０８６８号公報 特開２００８−１２６０４号公報 特開２０１２−１９６７１６号公報

ロボットの制御装置は、機構誤差パラメータに基づいて、それぞれの構成部材を駆動する駆動モータの回転角度を調整することができる。機構パラメータをロボットに対応して正確に設定することにより、ロボットの実際の位置および姿勢を動作プログラムにより指定された位置および姿勢に近づけることができる。

例えば、ロボットを構成する部品を交換した場合に、機構誤差パラメータを較正する必要がある。すなわち、機構誤差パラメータを設定し直す必要がある。従来の技術においては、機構誤差パラメータを較正する場合には、全ての機構誤差パラメータを算出する制御を行っていた。機構誤差パラメータを算出する時には、ロボットのリストにカメラを取り付けたり、ロボットから離れた位置に３次元測定器を配置したりすることにより、ロボットの実際の位置を検出する。ロボットの位置を変更するようにロボットを駆動して、ロボットの実際の位置を数多く測定する。そして、ロボットの実際の位置に基づいて、機構誤差パラメータを算出する。

ところが、ロボットの制御装置には、数多くの機構誤差パラメータが設定されている。このために、全ての機構誤差パラメータを算出するためには、非常に多くの位置にロボットを駆動する必要が有る。または、全ての機構誤差パラメータを較正する場合には、ロボットの動作が可能な全体の範囲に亘ってロボットを駆動する必要が有る。ところが、工場等に設置されたロボットにおいては、ロボットが駆動できる範囲が限られる場合がある。例えば、ロボットの周りに柵またはロボット以外の装置が配置されて、ロボットが駆動できる範囲が小さい場合がある。このような小さな範囲内で、ロボットを駆動してロボットの実際の位置を測定しても、正確な機構誤差パラメータを算出できない場合がある。この結果、ロボットの制御の精度が十分に改善されない場合がある。

また、ロボットの制御装置には、数多くの機構誤差パラメータが設定されるために、多くの位置にロボットを駆動して、ロボットの実際の位置を測定する必要がある。このために、１部の部品を交換した場合であっても、機構誤差パラメータの較正のために長い作業時間が必要になる。この結果、ロボット装置を使用できない時間が長くなり、工場の生産性が悪化するという問題があった。

本開示の一態様は、動作プログラムに基づくロボットの制御を調整するための機構誤差パラメータを較正する較正装置である。較正装置は、複数の機構誤差パラメータのうち、一部の第１の機構誤差パラメータを無効に設定するパラメータ設定部を備える。較正装置は、第１の機構誤差パラメータ以外の第２の機構誤差パラメータを用いて、ロボットを複数の位置および姿勢に駆動して、３次元測定器にて測定したロボットの実測位置と、実測位置を測定した時のロボットの状態に関する情報とを取得する測定制御部を備える。較正装置は、３次元測定器にて測定したロボットの実測位置と、ロボットの状態に関する情報とを組み合わせた情報を記憶する記憶部を備える。較正装置は、ロボットの実測位置と、ロボットの状態に関する情報とに基づいて、第１の機構誤差パラメータを算出するパラメータ算出部を備える。較正装置は、複数の機構誤差パラメータのうち、第２の機構誤差パラメータは変更せずに、パラメータ設定部にて無効にした第１の機構誤差パラメータをパラメータ算出部にて算出した第１の機構誤差パラメータに変更する修正部を備える。

本開示の一態様の較正装置は、短時間で機構誤差パラメータの較正を行うことができる。

実施の形態におけるロボット装置の概略図である。 ロボット装置のブロック図である。 実施の形態における３次元測定器の側面図である。 実施の形態におけるリストのフランジの拡大斜視図である。 ロボット装置の制御のフローチャートである。

図１から図５を参照して、実施の形態における較正装置について説明する。本実施の形態の較正装置は、ロボットを備えるロボット装置に配置されている。較正装置は、ロボットの制御を調整するための機構誤差パラメータを較正する。

図１は、本実施の形態におけるロボット装置の概略図である。ロボット装置５は、作業ツールとしてのハンド２と、ハンド２を移動するロボット１とを備える。本実施の形態のロボット１は、複数の関節部１８ａ，１８ｂ，１８ｃを含む多関節ロボットである。ロボット１は、移動可能な複数の構成部材を含む。ロボット１のそれぞれの構成部材は、駆動軸Ｊ１〜Ｊ６の周りに回転するように形成される。

ロボット１は、設置面７９に固定されたベース部１４と、ベース部１４に支持された旋回ベース１３とを含む。旋回ベース１３は、ベース部１４に対して駆動軸Ｊ１の周りに回転する。ロボット１は、上部アーム１１および下部アーム１２を含む。下部アーム１２は、旋回ベース１３に対して駆動軸Ｊ２の周りに回転するように支持されている。上部アーム１１は、下部アーム１２に対して駆動軸Ｊ３の周りに回転するように支持されている。更に、上部アーム１１は、駆動軸Ｊ４の周りに回転する。ロボット１は、上部アーム１１に支持されているリスト１５を含む。リスト１５は駆動軸Ｊ５の周りに回転する。また、リスト１５は、駆動軸Ｊ６の周りに回転するフランジ１６を含む。フランジ１６には、ハンド２が固定されている。

本実施の形態のロボットは、６個の駆動軸を有するが、この形態に限られない。任意の機構にて位置および姿勢を変更するロボットを採用することができる。また、本実施の形態の作業ツールは、ワークを把持するハンドであるが、この形態に限られない。作業者は、ロボット装置が行う作業に応じた作業ツールを選定することができる。例えば、溶接を行う作業ツールまたは接着剤を塗布する作業ツールなどを採用することができる。

本実施の形態のロボット装置５には、基準座標系７１が設定されている。図１に示す例では、ロボット１のベース部１４に、基準座標系７１の原点が配置されている。基準座標系７１はワールド座標系とも称される。基準座標系７１は、原点の位置が固定され、更に、座標軸の向きが固定されている座標系である。ロボット１の位置および姿勢が変化しても基準座標系７１の位置および向きは変化しない。基準座標系７１は、座標軸として、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を有する。また、Ｘ軸の周りの座標軸としてＷ軸が設定される。Ｙ軸の周りの座標軸としてＰ軸が設定される。Ｚ軸の周りの座標軸としてＲ軸が設定される。

本実施の形態では、リスト１５のフランジ１６の表面に配置された原点を有するフランジ座標系７２が設定されている。フランジ座標系７２はメカニカルインタフェース座標系とも称される。フランジ座標系７２は、フランジ１６と共に回転したり移動したりする。フランジ座標系７２の原点は、ロボット１の駆動軸Ｊ６上に設定されている。フランジ座標系７２は、座標軸として、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を有する。図１に示す例では、フランジ座標系７２は、Ｚ軸の延びる方向が駆動軸Ｊ６の延びる方向と平行になるように設定されている。また、フランジ座標系７２は、Ｘ軸の周りのＷ軸、Ｙ軸の周りのＰ軸、およびＺ軸の周りのＲ軸を有する。ロボット１の位置は、基準座標系７１におけるフランジ座標系７２の原点の位置に対応する。また、ロボット１の姿勢は、基準座標系７１に対するフランジ座標系７２の向きに対応する。

図２に、本実施の形態におけるロボット装置のブロック図を示す。図１および図２を参照して、ロボット１は、ロボット１の位置および姿勢を変化させるロボット駆動装置を含む。ロボット駆動装置は、上部アーム１１、下部アーム１２およびリスト１５等の構成部材を駆動するロボット駆動モータ２２を含む。本実施の形態では、それぞれの駆動軸Ｊ１〜Ｊ６に対応して、複数のロボット駆動モータ２２が配置されている。ロボット駆動モータ２２が駆動することにより、それぞれの構成部材の向きが変化する。

ハンド２は、ハンド２を駆動するハンド駆動装置を備える。ハンド駆動装置は、ハンド２の爪部を駆動するハンド駆動モータ２１を含む。ハンド駆動モータ２１が駆動することによりハンド２の爪部が開いたり閉じたりする。なお、ハンドは、空気圧などにより駆動するように形成されていても構わない。

ロボット装置５は、ロボット１およびハンド２を制御する制御装置４と、作業者が制御装置４を操作するための教示操作盤３７とを含む。制御装置４は、プロセッサとしてのＣＰＵ（Central Processing Unit）を有する演算処理装置（コンピュータ）を含む。制御装置４は、ＣＰＵに、バスを介して接続されたＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）等を有する。

教示操作盤３７は、ロボット１およびハンド２に関する情報を入力する入力部３８を含む。入力部３８は、キーボードおよびダイヤルなどにより構成されている。作業者は、動作プログラム、変数の設定値、および変数の判定値などを入力部３８から制御装置４に入力することができる。教示操作盤３７は、ロボット１およびハンド２に関する情報を表示する表示部３９を含む。

制御装置４には、ロボット１およびハンド２の制御を行うために、予め作成された動作プログラム４６が入力される。または、作業者が教示操作盤３７を操作してロボット１を駆動することにより、ロボット１の教示点を設定することができる。制御装置４は、教示点に基づいて、ロボット１およびハンド２を駆動する動作プログラム４６を生成することができる。制御装置４は、ロボット１およびハンド２の制御に関する情報を記憶する記憶部４２を含む。動作プログラム４６は、記憶部４２に記憶される。ロボット装置５は、動作プログラム４６に基づいて自動的に作業を行う。

制御装置４は、ロボット１およびハンド２に動作指令を送出する動作制御部４３を含む。動作制御部４３は、動作プログラム４６に基づいて、ロボット１を駆動するための動作指令をロボット駆動部４５に送出する。ロボット駆動部４５は、ロボット駆動モータ２２を駆動する電気回路を含む。ロボット駆動部４５は、動作指令に基づいてロボット駆動モータ２２に電気を供給する。また、動作制御部４３は、動作プログラム４６に基づいて、ハンド２を駆動する動作指令をハンド駆動部４４に送出する。ハンド駆動部４４は、ハンド駆動モータ２１を駆動する電気回路を含む。ハンド駆動部４４は、動作指令に基づいてハンド駆動モータ２１に電気を供給する。

ロボット１は、ロボット１の位置および姿勢を含むロボット１の状態を検出するための状態検出器を含む。本実施の形態における状態検出器は、アーム等の駆動軸に対応するロボット駆動モータ２２に取り付けられた回転位置検出器１９を含む。回転位置検出器１９は、ロボット駆動モータ２２の回転角を検出するエンコーダ等により構成されている。本実施の形態では、複数の回転位置検出器１９の出力に基づいて、ロボット１の位置および姿勢が検出される。

動作制御部４３は、動作プログラム４６において指定されたロボットの位置および姿勢になるように、ロボット１を制御する。動作制御部４３は、例えば、逆運動学に基づいてロボット駆動モータ２２の回転角を制御する。作業ツールの先端には、フランジ座標系７２に対応するようにツール座標系を設定することができる。フランジ座標系７２の位置および姿勢はツール座標系の位置および姿勢に対応する。フランジ座標系７２が所望の位置および姿勢になるようにロボット１を制御することにより、作業ツールを所望の位置および姿勢に制御することができる。

ところで、ロボットの実際の位置および姿勢は、ロボットの構成部品の製造誤差、ロボットを組み立てるときの組み立て誤差、および重力の影響などにより、動作プログラム４６にて指定された位置および姿勢からずれる場合がある。本実施の形態では、動作プログラム４６とは別に、ロボット１の制御を調整するための複数の機構誤差パラメータ４９が設定されている。複数の機構誤差パラメータ４９は、記憶部４２に記憶されている。

機構誤差パラメータ４９には、ロボット１を駆動する際に生じる位置および姿勢の誤差の原因となる任意のパラメータが含まれる。例えば、機構誤差パラメータ４９には、各駆動軸同士の間のリンクの長さ、それぞれの駆動軸の位置、それぞれの駆動軸の減速機にて生じるバックラッシュに起因するギヤ比の誤差、および重力の影響により変形するリンクの弾性変形に関する変数などのパラメータが含まれる。表１に、機構誤差パラメータの例を示す。

本実施の形態の機構誤差パラメータには、記号Ｐ１〜Ｐ４で示されるＤＨパラメータが含まれる。ＤＨ（Denavit Hartenberg）法では、それぞれの駆動軸に座標系を設定し、駆動軸の座標系同士の間の関係に基づいてロボットの位置および姿勢を表現することができる。ＤＨパラメータは、ＤＨ法におけるパラメータであり、例えば、パラメータＤＨ−θ，ＤＨ−Ｄ，ＤＨ−Ａ，ＤＨ−αが含まれる。

また、本実施の形態の機構誤差パラメータには、ニュートンオイラー法によって求められた駆動軸周りのトルクに関するばね定数が含まれる。これらのばね定数は、トルクに対するたわみ量に関するパラメータであり、記号Ｐ５〜Ｐ７にて示されている。機構誤差パラメータには、それぞれの駆動軸における第１方向のばね定数θ、第２方向のばね定数α、および第３方向のばね定数βが含まれる。

また、それぞれの駆動軸に配置されるロボット駆動モータ２２に取り付けられた回転位置検出器１９の出力と、実際にアーム等に伝達される回転角との間に誤差が生じる場合がある。この角度の誤差は、例えば減速機におけるギヤ比の誤差にて生じる。本実施の形態の機構誤差パラメータには、記号Ｐ８にて示される減速機のギヤ比の誤差が含まれる。

機構誤差パラメータとしては、これらのパラメータに限られず、ロボットの制御を調整するための任意のパラメータを設定することができる。機構誤差パラメータは、ロボット１を設置する場所に応じて、ロボット１を出荷する時に設定されている。機構誤差パラメータは、それぞれの駆動軸Ｊ１〜Ｊ６ごとに設定することができる。機構誤差パラメータ４９の値は、ファイルの形式にて記憶部４２に記憶されている。

図２を参照して、動作制御部４３は、逆運動学に基づいて動作プログラム４６に設定されたロボット１の位置および姿勢になるように、ロボット駆動モータ２２の回転角度を算出する。このときに、動作制御部４３は、記憶部４２に記憶された機構誤差パラメータ４９を取得する。動作制御部４３は、それぞれの機構誤差パラメータに基づいてロボット駆動モータ２２の動作指令を修正する。この制御を実施することにより、ロボットの位置および姿勢を動作プログラム４６に指定された位置および姿勢に近づけることができる。

本実施の形態における較正装置は、ロボット１の制御を調整する機構誤差パラメータを較正する。本実施の形態では、制御装置４が較正装置として機能する。ロボット装置５は、ロボット１の位置および姿勢を正確に測定するための３次元測定器８を備える。本実施の形態の３次元測定器８は、ロボット１から離れた位置に配置されている。

図３に、本実施の形態における３次元測定器の拡大図を示す。図１から図３を参照して、本実施の形態における３次元測定器８は、レーザ光を発振し、ロボット１に取り付けた反射器６７または反射器６８にて反射したレーザ光を受信する。３次元測定器８は、矢印９１に示すようにレーザ光を発振するレーザヘッド６３を含む。レーザヘッド６３は、支持部材６２に支持されている。レーザヘッド６３は、レーザ光を発振する発振部８１を含む。レーザヘッド６３は、反射器６７または反射器６８にて反射したレーザ光を受信する受光部８２を有する。受光部８２は、レーザヘッド６３の内部に配置されている。

本実施の形態における３次元測定器８は、レーザヘッド６３の向きを変更する回転装置６４を含む。回転装置６４は、レーザヘッド６３の向きを変更する測定器駆動モータ８４を含む。測定器駆動モータ８４には、測定器駆動モータ８４の回転角を検出するために、エンコーダ等の回転位置検出器８５が取り付けられている。回転装置６４は、矢印９２に示すように、水平方向に延びる回転軸の周りにレーザヘッド６３を回転する。また、回転装置６４は、矢印９３に示すように、鉛直方向に延びる回転軸の周りに支持部材６２を回転する。回転装置６４は、三脚６５に支持されている。このように、３次元測定器８は、回転装置６４が駆動することにより、任意の向きにレーザ光を発振することができる。

３次元測定器８は、ＣＰＵおよびＲＡＭ等を含む演算処理装置を含む。３次元測定器８の演算処理装置は、反射器６７，６８の位置を算出する位置算出部８３を含む。位置算出部８３は、発振したレーザ光と受信したレーザ光との位相差により、３次元測定器８から反射器６７，６８までの距離を算出する。位置算出部８３は、３次元測定器８から反射器６７，６８までの距離と、レーザヘッド６３の向きとに基づいて、反射器６７，６８の位置を算出することができる。

本実施の形態の３次元測定器８には、測定器座標系７３が設定されている。測定器座標系７３は、作業者が任意の位置に設定することができるユーザー座標系として、制御装置４に設定されている。測定器座標系７３の原点は、３次元測定器８の内部の任意の位置に設定することができる。例えば、測定器座標系７３の原点は、レーザヘッド６３の内部に配置されているレーザ光源の先端に配置することができる。

測定器座標系７３は、座標軸として、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を有する。測定器座標系７３の向きは、任意の向きに設定することができる。また、それぞれのＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の周りには、座標軸としてＷ軸、Ｐ軸、およびＲ軸が設定される。本実施の形態においては、Ｚ軸が鉛直方向と平行になるように設定されている。測定器座標系７３は、原点の位置が固定され、更に、座標軸の向きが固定されている座標系である。レーザヘッド６３の向きが変化しても測定器座標系７３の位置および向きは変化しない。

本実施の形態における機構誤差パラメータを更新する第１の制御では、ロボット１に対する３次元測定器８の相対的な位置および姿勢が予め定められている。すなわち、基準座標系７１に対する測定器座標系７３の相対的な位置および姿勢は予め定められている。ここで、基準座標系７１に対する測定器座標系７３の相対的な位置および姿勢の検出方法について説明する。

図１を参照して、本実施の形態のロボット１には、基準座標系７１に対する測定器座標系７３の相対的な位置および姿勢を検出するための反射器６８が配置されている。本実施の形態の反射器６８は、ベース部１４の表面に固定されている。

反射器６８は、球状に形成されている。反射器６８は、入射したレーザ光の方向と同一の方向にレーザ光を反射するように形成されている。反射器６８は、基準座標系７１に対する相対的な位置が予め定められている。すなわち、基準座標系７１における反射器６８の座標値は、予め定められている。

３次元測定器８の回転装置６４は、レーザ光が反射器６８にて反射した後にレーザヘッド６３に戻るように、レーザヘッド６３の向きを調整する。作業者は、手動で回転装置６４を駆動してレーザヘッド６３の向きを調整することができる。または、３次元測定器８は、レーザ光の出射方向が円を描くように走査する自動探索機能を備える場合がある。この場合に、作業者は、３次元測定器８から出射されるレーザ光が反射器６８に向かうように凡そのレーザヘッド６３の向きを調整する。この後に、３次元測定器８は、自動探索機能により、反射器６８にて反射されたレーザ光がレーザヘッド６３に戻るようにレーザヘッド６３の向きを調整することができる。

回転装置６４は、回転位置検出器８５の出力に基づいて、測定器座標系７３におけるレーザヘッド６３の向きを検出することができる。位置算出部８３は、反射器６８にて反射した光を受光することにより、３次元測定器８から反射器６８までの距離を算出する。そして、位置算出部８３は、算出した距離およびレーザヘッド６３の向きに基づいて、測定器座標系７３における反射器６８の位置を算出することができる。基準座標系７１における反射器６８の位置は予め定められているために、位置算出部８３は、基準座標系７１に対する測定器座標系７３の相対的な位置および姿勢を算出することができる。このように、測定器座標系７３の位置および姿勢を予め設定することができる。なお、本実施の形態では、１個の反射器６８からの反射光に基づいて測定器座標系７３の位置および姿勢を算出しているが、この形態に限られない。複数の反射器をロボットのベース部等に配置して、複数の反射器からの反射光に基づいて、測定器座標系の位置および姿勢を算出しても構わない。

図４に、ロボットの先端のフランジに取り付けられた反射器の斜視図を示す。図４は、ハンド２が取り外された状態が示されている。ロボット１のフランジ１６には、フランジ座標系７２に対する測定器座標系７３の相対的な位置を測定するための反射器６７が固定されている。反射器６７は、反射器６８と同様の構成を有する。反射器６７は、球状に形成されている。反射器６７は、レーザ光を入射した方向に反射するように形成されている。反射器６７は、支持部材６６を介してフランジ１６に固定されている。

機構誤差パラメータを更新する第１の制御において、支持部材６６は、フランジ座標系７２における反射器６７の位置が定まるように形成されている。すなわち、フランジ座標系７２の原点に対する反射器６７の位置は予め定められている。

図２を参照して、制御装置４は、機構誤差パラメータを較正する較正部５３を有する。較正部５３は、複数の機構誤差パラメータのうち、一部の機構誤差パラメータを第１の機構誤差パラメータとして無効に設定する。較正部５３は、第１の機構誤差パラメータ以外の第２の機構誤差パラメータを用いて、ロボット１を複数の位置および姿勢に駆動する。較正部５３は、３次元測定器８にてロボット１の実測位置を測定する。また、このときに、較正部５３は、ロボット駆動モータ２２の回転角を含むロボット１の状態に関する情報を取得する。

次に、較正部５３は、ロボット１の実測位置と、ロボット１の状態に関する情報とを組み合わせた情報を記憶する。較正部５３は、複数の組み合わせた情報に基づいて、無効にした第１の機構誤差パラメータを算出する。そして、第２の機構誤差パラメータを変更せずに、無効にした第１の機構誤差パラメータを、算出した第１の機構誤差パラメータに変更して、新たな機構誤差パラメータのファイルを作成する。

図５に、本実施の形態における較正装置の制御のフローチャートを示す。本実施の形態の較正の制御は、ロボット１の構成部品を取り換えたときに実施することができる。例えば、較正の制御は、ロボット駆動モータ２２、下部アーム１２、または上部アーム１１を取り替えた場合に実施することができる。また、較正の制御は、ロボット駆動モータ２２の回転速度を減速する減速機を取り替えた場合に実施することができる。または、上部アーム１１などの構成部品に他の装置または物が衝突した場合に、本実施の形態の較正の制御を実施することができる。

表１を参照して、本実施の形態では、減速機などの駆動軸Ｊ２に関連する構成部品を取り替える例について説明する。図２および図５を参照して、ステップ１０１において、複数の機構誤差パラメータのうち、無効にする第１の機構誤差パラメータを設定する。較正部５３は、複数の機構誤差パラメータのうち、一部の機構誤差パラメータを第１の機構誤差パラメータに設定し、第１の機構誤差パラメータを無効に設定するパラメータ設定部５４を含む。

制御の調整を無効にする第１の機構誤差パラメータは、予め作業者が定めることができる。第１の機構誤差パラメータは、参照ファイルに定めて記憶部４２に記憶させておくことができる。パラメータ設定部５４は、参照ファイルを記憶部４２から取得して、第1の機構誤差パラメータを設定する。表１に示す例においては、駆動軸Ｊ２において、ロボット１を出荷するときに設定されていた全ての機構誤差パラメータを第１の機構誤差パラメータに選定している。

パラメータ設定部５４は、第1の機構誤差パラメータ以外の機構誤差パラメータを第２の機構誤差パラメータに設定する。表１に示す例では、駆動軸Ｊ１，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６に対して設定されている機構誤差パラメータを、第２の機構誤差パラメータに設定する。

パラメータ設定部５４は、この形態に限られず、任意の制御にて第１の機構誤差パラメータを設定することができる。例えば、教示操作盤３７は、表示部３９に機構誤差パラメータの一覧を表示する。そして、作業者は、入力部３８を操作することにより、無効にする第１の機構誤差パラメータを選定する。パラメータ設定部５４は、作業者の入力を取得して、第１の機構誤差パラメータを設定することができる。

次に、ステップ１０２において、パラメータ設定部５４は、第１の機構誤差パラメータを無効に設定する。また、パラメータ設定部５４は、第２の機構誤差パラメータを有効に設定する。

次に、ステップ１０３において、第２の機構誤差パラメータを用いてロボット１を複数の位置に駆動する。較正部５３は、第２の機構誤差パラメータを用いて、ロボット１を複数の位置および姿勢に駆動する測定制御部５７を有する。測定制御部５７は、ロボット１および３次元測定器８の動作指令を動作制御部４３に送出する。ロボット１の実測位置を測定するための測定プログラム４８は、作業者により予め生成されている。測定プログラム４８は、記憶部４２に記憶されている。

測定制御部５７は、測定プログラム４８に基づいて、ロボット１の位置および姿勢を変更する。この時に、測定制御部５７は、第１の機構誤差パラメータは用いずにロボット１を駆動する。測定制御部５７は、それぞれのロボット１の位置および姿勢において、３次元測定器８にてロボット１の実測位置を測定する。また、測定制御部５７は、実測位置を測定した時のロボット１の状態に関する情報を取得する。ロボット１の状態には、ロボット駆動モータ２２の回転位置が含まれる。

ロボット１の実測位置を測定する測定点の個数は、数十点から数百点の範囲内であることが好ましい。ロボット１の実測位置を測定するための測定点（ロボット１の位置および姿勢）は、任意の方法により定めることができる。例えば、ロボット１が動作可能な範囲内において、均等に分散されるように測定点を設定することができる。または、動作プログラム４６にて設定される経路上に測定点を設定することができる。すなわち、動作プログラム４６にて駆動されるロボット１の位置および姿勢になるように、測定点を設定することができる。動作プログラム４６に設定されている経路上に測定点を設定することにより、動作プログラム４６を実行した時に、ロボット１の位置および姿勢のずれ量を低減することができる。

図１を参照して、ロボット１の位置はフランジ座標系７２の位置（原点の位置）に対応する。フランジ座標系７２の位置に対して反射器６７の位置は定められている。３次元測定器８は、反射器６８の位置を測定した方法と同様の方法により、反射器６７の位置を測定する。

例えば、基準座標系７１に対する３次元測定器８の位置および姿勢は、予め定められているために、測定制御部５７は、ロボット駆動モータ２２の回転角の情報に基づいて、反射器６７の凡その位置を算出する。測定制御部５７は、基準座標系７１における反射器６７の座標値を算出する。次に、３次元測定器８の回転装置６４は、基準座標系７１における反射器６７の座標値に基づいて、反射器６７に向けてレーザ光を発振するように、レーザヘッド６３の向きを調整する。そして、３次元測定器８は、自動探索機能により、反射器６７の表面にて反射したレーザ光を受信するように、レーザヘッド６３の向きを調整する。位置算出部８３は、３次元測定器８から反射器６７までの距離およびレーザヘッド６３の向きに基づいて、測定器座標系７３における反射器６７の位置を算出することができる。

基準座標系７１に対する測定器座標系７３の相対的な位置および姿勢は予め定められている。このために、位置算出部８３は、測定器座標系７３における反射器６７の位置に基づいて、基準座標系７１における反射器６７の位置を算出することができる。更に、位置算出部８３は、反射器６７の位置に基づいて、フランジ座標系７２の原点の位置を算出することができる、すなわち、位置算出部８３は、ロボット１の実際に測定された位置である実測位置を算出することができる。なお、本実施の形態では、１個の反射器６７からの反射光に基づいてロボット１の実測位置を算出しているが、この形態に限られない。複数の反射器をフランジ等に配置して、複数の反射器からの反射光に基づいて、ロボットの実測位置を算出しても構わない。

測定制御部５７は、３次元測定器８からロボット１の実測位置を取得する。記憶部４２は、１つの測定点に対してロボット１の実測位置と、ロボット１の状態に関する情報とを組み合わせた情報を記憶する。測定制御部５７は、複数の測定点について、ロボット１の実測位置を測定し、ロボット１の実測位置とロボット１の状態に関する情報とを組み合わせて記憶部４２に記憶する。

図２および図５を参照して、次に、ステップ１０４においては、ステップ１０２において無効にした第１の機構パラメータを算出する。較正部５３は、ロボットの実測位置と、ロボットの状態に関する情報とに基づいて第１の機構誤差パラメータを算出するパラメータ算出部５５を含む。パラメータ算出部５５は、多くの測定点に関する情報に基づいて、任意の方法により、第１の機構誤差パラメータを算出することができる。

表１を参照して、ここでの例では、駆動軸Ｊ２に関する７個の機構誤差パラメータを算出する。パラメータ算出部５５は、それぞれの測定点における回転位置検出器１９の出力および全ての機構誤差パラメータに基づいて、ロボット１の位置を算出することができる。本実施の形態では、このようなロボット１の位置を計算位置と称する。そして、パラメータ算出部５５は、複数の測定点に対して、実測位置に対する計算位置の誤差が小さくなるように、最小二乗法を用いて第１の機構誤差パラメータを算出することができる。

次に、ステップ１０５においては、機構誤差パラメータを修正する。較正部５３は、複数の機構誤差パラメータを修正する修正部５６を有する。修正部５６は、第２の機構誤差パラメータを変更せずに、パラメータ設定部５４にて無効にした第１の機構誤差パラメータを、パラメータ算出部５５にて算出した第１の機構誤差パラメータに変更する。表１を参照して、例えば、修正部５６は、較正のために無効に設定した駆動軸Ｊ２に関する機構誤差パラメータを、パラメータ算出部５５にて算出した機構誤差パラメータに変更する。駆動軸Ｊ２以外の駆動軸Ｊ１，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６に関する機構誤差パラメータは、修正前に使用されていた値と同一の値を採用する。

このように、本実施の形態の較正装置は、一部の機構誤差パラメータを無効にしてロボット１を駆動し、ロボット１の実測位置に基づいて、無効にした機構誤差パラメータを算出することにより、機構誤差パラメータを較正する。本実施の形態の較正装置は、複数の機構誤差パラメータのうち、一部の機構誤差パラメータを更新するために、全ての機構誤差パラメータを更新する場合に比べて、実測位置を測定するための測定点の数を少なくすることができる。例えば、工場などに設置されたロボット装置においては、ロボット装置の周りに配置される装置または柵により、ロボットの動作範囲が限られている場合がある。このために、測定点の個数が限られる場合がある。この場合にも、本実施の形態における較正装置は、機構誤差パラメータの較正を行うことができる。

または、本実施の形態の較正装置では、測定点の数を少なくすることができるために、ロボット１を駆動して３次元測定器８にて実測位置を測定する時間が短くなる。このために、機構誤差パラメータの較正のための作業時間を短くすることができる。ロボット装置５を停止している時間を短くすることができる。この結果、工場の生産性が悪化することを抑制することができる。

複数の機構誤差パラメータのうち、制御の調整を無効にする一部の第１の機構誤差パラメータは、様々な方法により設定することができる。例えば、記憶部４２は、較正を行う理由に対応して無効にする第１の機構誤差パラメータをパラメータ情報として記憶することができる。パラメータ情報は、参照ファイルに記憶することができる。パラメータ設定部５４は、パラメータ情報に定められている機構誤差パラメータを第１の機構誤差パラメータに設定することができる。例えば、所定の駆動軸のロボット駆動モータを交換した場合のパラメータ情報、所定のアームを交換した場合のパラメータ情報、および所定の構成部品が他の物の衝突したときのパラメータ情報などを予め作成して記憶部４２に記憶させておくことができる。パラメータ設定部５４は、較正を行う理由に基づいて第１の機構誤差パラメータを設定することができる。例えば、作業者が較正を行う理由を教示操作盤３７に入力することにより、パラメータ設定部５４は、自動的に第１の機構誤差パラメータを設定することができる。

特に、パラメータ情報は、ロボット１の構成部品を交換する場合に、ロボット１の構成部品の交換に対応して無効にする第１の機構誤差パラメータを含むことができる。そして、パラメータ設定部５４は、ロボット１の交換した構成部品の情報を取得する。パラメータ設定部５４は、ロボット１の交換した構成部品に基づいて第１の機構誤差パラメータを設定することができる。この構成により、作業者がロボット１の交換した構成部品の情報を入力することにより、第１の機構誤差パラメータを自動的に選定することができる。

上記の表１の例においては、駆動軸Ｊ２における部品を交換したために、駆動軸Ｊ２に関連する全ての機構誤差パラメータを無効にしている。すなわち、パラメータ設定部５４は、駆動軸ごとに無効にする機構誤差パラメータおよび有効にする機構誤差パラメータを設定しているが、この形態に限られない。パラメータ設定部５４は、複数の機構誤差パラメータのうち、任意の組み合わせの機構誤差パラメータを無効にすることができる。

例えば、１個の駆動軸に関連する機構誤差パラメータのうち、一部の機構誤差パラメータを無効にしても構わない。１個の駆動軸に対応する機構誤差パラメータにおいて、無効に設定する優先順位を予め定めておくことができる。例えば、ロボット１の動作範囲が小さいために、実測位置を測定するための測定点の個数を十分に多くできない場合がある。この場合に、優先順位の高い機構誤差パラメータを無効にしても構わない。例えば、表１を参照して、駆動軸Ｊ２の変速機を交換した場合に、駆動軸Ｊ２のパラメータＤＨ−Ａは優先順位が低いために、パラメータＤＨ−Ａは第２機構誤差パラメータに設定しても構わない。

また、表１においては、１つの駆動軸に関連する機構誤差パラメータを無効にしているが、この形態に限られない。複数の駆動軸に関連する機構誤差パラメータを無効にしても構わない。例えば、下部アーム１２を交換した場合には、駆動軸Ｊ２に関連する機構誤差パラメータおよび駆動軸Ｊ３に関連する機構誤差パラメータを、第１の機構誤差パラメータに設定することができる。更に、表１においては、それぞれの駆動軸ごとに無効にする機構誤差パラメータを設定しているが、この形態に限られず、駆動軸とは無関係に第１の機構誤差パラメータに設定する機構誤差パラメータを選定しても構わない。

また、機構誤差パラメータの較正を行った結果に基づいて、作業者が第１の機構誤差パラメータを増やしたり減らしたりしても構わない。例えば、パラメータ算出部５５は、算出された第１の機構誤差パラメータおよびロボットの状態に関する情報に基づいて、算出位置を算出することができる。パラメータ算出部５５は、全ての測定点について、実測位置に対する算出位置の誤差を算出することができる。作業者は、この誤差の平均値が大きい場合には、第１の機構誤差パラメータの数を減らしても構わない。

更には、パラメータ設定部５４は、第１の機構誤差パラメータを自動的に選定しても構わない。例えば、始めに、多くの機構誤差パラメータを第１の機構誤差パラメータとして設定することができる。パラメータ算出部５５は、第１の機構誤差パラメータを算出する。次に、パラメータ設定部５４は、機構誤差パラメータの優先順位に基づいて、１個ずつ機構誤差パラメータを削除する。パラメータ算出部５５は、第１の機構誤差パラメータを算出する。この制御を繰り返すことにより、複数の種類の第１の機械誤差パラメータを算出することができる。パラメータ算出部５５は、それぞれの第１の機構誤差パラメータについて、全ての測定点に関する実測位置に対する算出位置の誤差の平均値を算出することができる。修正部５６は、実測位置に対する算出位置の誤差の平均値が最も小さな第１の機械誤差パラメータを採用することができる。このように、第１の機構誤差パラメータは、作業者が手動で選定したり、自動的に選定したりすることができる。

また、ロボット１の実測位置を測定するために第２の機構誤差パラメータを用いてロボット１を駆動する場合に、ロボット１を駆動する駆動軸は任意の方法にて選定することができる。例えば、測定プログラム４８において、全ての駆動軸においてロボット１が駆動するように測定点を設定することができる。この構成を採用することにより、高い精度で第１の機構誤差パラメータを較正することができる。ロボット１の様々な位置および姿勢に対して、高い精度にてロボット１を駆動することができる。

または、それぞれの機構誤差パラメータに関連するロボット１の駆動軸の情報を予め定めておくことができる。記憶部４２は、この情報を駆動軸情報として記憶することができる。測定制御部５７は、ロボット１の複数の駆動軸のうち、第１の機構誤差パラメータに関連する駆動軸を駆動し、第１の機構誤差パラメータに関連する駆動軸以外の駆動軸は停止するようにロボット１を駆動することができる。例えば、駆動軸Ｊ２に関連する機構誤差パラメータの値を変更する場合には、駆動軸Ｊ２のロボット駆動モータ２２のみを駆動して実測位置を測定することができる。この制御を実施することにより、実測位置を測定する測定点の数を減らすことができる。この結果、較正の作業時間を短くすることができる。

次に、機構誤差パラメータを更新する第２の制御について説明する。上記の実施の形態においては、基準座標系７１に対する測定器座標系７３の位置および姿勢が予め測定されている。すなわち、ロボット１が設置されている位置に対する３次元測定器８の相対的な位置は予め定められている。しかしながら、本実施の形態の較正装置においては、数多くの実測位置を測定する。そこで、基準座標系７１に対する測定器座標系７３の相対的な位置および姿勢を変数にすることができる。例えば、測定器座標系７３の位置および姿勢を、基準座標系７１における座標値にて表現することができる。これらの座標値を変数に設定することができる。

パラメータ算出部５５は、最小二乗法にて第１の機構誤差パラメータを算出するときに、基準座標系７１における測定器座標系７３の座標値を同時に算出することができる。すなわち、パラメータ算出部５５は、ロボット１の実測位置およびロボット１の状態に関する情報に基づいて、基準座標系７１に対する測定器座標系７３の相対的な位置および姿勢を算出することができる。このように、パラメータ算出部５５は、ロボット１が設置されている位置に対する３次元測定器８の相対的な位置を算出することができる。この制御により、ロボット１が設置されている位置に対する３次元測定器８の相対的な位置を予め定めなくても、機構誤差パラメータの較正を行うことができる。

次に、機構誤差パラメータを更新する第３の制御について説明する。第３の制御では、パラメータ算出部５５は、ロボットの実測位置およびロボットの状態に関する情報に基づいて、フランジ１６の位置に対する反射器６７の相対的な位置を算出する。第３の制御では、第２の制御における３次元測定器８の位置の算出と同様の方法により、フランジ１６の位置に対する反射器６７の相対的な位置を算出する。例えば、フランジ１６の位置は、フランジ座標系７２の原点の位置に相当する。反射器６７の位置は、フランジ座標系７２の座標値によって表現することができる。パラメータ算出部５５は、フランジ座標系７２における座標値を変数に設定することができる。

パラメータ算出部５５は、最小二乗法により、第１の機構誤差パラメータと共に、フランジ座標系７２における反射器６７の座標値を算出することができる。この制御により、フランジ１６の位置に対する反射器６７の相対的な位置を予め定めなくても、機構誤差パラメータの較正を行うことができる。例えば、フランジ１６に対して反射器６７の位置が定まる専用の治具を用いずに、反射器６７が取り付けられている場合がある。反射器６７が専用の冶具を用いて取り付けられていなくても、機構誤差パラメータの較正を行うことができる。

本実施の形態の３次元測定器８は、レーザ光を発振および受信することにより、反射器６７，６８の位置を測定できるように形成されているが、この形態に限られない。３次元測定器は、ロボットの実際の位置および姿勢を正確に測定することができる任意の装置を採用することができる。また、本実施の形態においては、ハンド２が取り付けられた状態にて、３次元測定器８によりロボット１の位置の測定を行っているが、この形態に限られない。ハンド２が取り外された状態にてロボット１の位置の測定を行っても構わない。

上述のそれぞれの制御においては、機能および作用が変更されない範囲において適宜ステップの順序を変更することができる。

上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される実施の形態の変更が含まれている。

１ ロボット
４ 制御装置
５ ロボット装置
８ ３次元測定器
１６ フランジ
１９ 回転位置検出器
４２ 記憶部
４３ 動作制御部
４６ 動作プログラム
４９ 機構誤差パラメータ
５４ パラメータ設定部
５５ パラメータ算出部
５６ 修正部
５７ 測定制御部
６７，６８ 反射器
７１ 基準座標系
７２ フランジ座標系
７３ 測定器座標系
８１ 発振部
８２ 受光部

例えば、１個の駆動軸に関連する機構誤差パラメータのうち、一部の機構誤差パラメータを無効にしても構わない。１個の駆動軸に対応する機構誤差パラメータにおいて、無効に設定する優先順位を予め定めておくことができる。例えば、ロボット１の動作範囲が小さいために、実測位置を測定するための測定点の個数を十分に多くできない場合がある。この場合に、優先順位の高い機構誤差パラメータを無効にしても構わない。例えば、表１を参照して、駆動軸Ｊ２の変速機を交換した場合に、駆動軸Ｊ２のパラメータＤＨ−Ａは優先順位が低いために、パラメータＤＨ−Ａは第２の機構誤差パラメータに設定しても構わない。

また、機構誤差パラメータの較正を行った結果に基づいて、作業者が第１の機構誤差パラメータを増やしたり減らしたりしても構わない。例えば、パラメータ算出部５５は、算出された第１の機構誤差パラメータおよびロボットの状態に関する情報に基づいて、計算位置を算出することができる。パラメータ算出部５５は、全ての測定点について、実測位置に対する計算位置の誤差を算出することができる。作業者は、この誤差の平均値が大きい場合には、第１の機構誤差パラメータの数を減らしても構わない。

更には、パラメータ設定部５４は、第１の機構誤差パラメータを自動的に選定しても構わない。例えば、始めに、多くの機構誤差パラメータを第１の機構誤差パラメータとして設定することができる。パラメータ算出部５５は、第１の機構誤差パラメータを算出する。次に、パラメータ設定部５４は、機構誤差パラメータの優先順位に基づいて、１個ずつ機構誤差パラメータを削除する。パラメータ算出部５５は、第１の機構誤差パラメータを算出する。この制御を繰り返すことにより、複数の種類の第１の機械誤差パラメータを算出することができる。パラメータ算出部５５は、それぞれの第１の機構誤差パラメータについて、全ての測定点に関する実測位置に対する計算位置の誤差の平均値を算出することができる。修正部５６は、実測位置に対する計算位置の誤差の平均値が最も小さな第１の機械誤差パラメータを採用することができる。このように、第１の機構誤差パラメータは、作業者が手動で選定したり、自動的に選定したりすることができる。

Claims (6)

1. 動作プログラムに基づくロボットの制御を調整するための機構誤差パラメータを較正する較正装置であって、
   複数の機構誤差パラメータのうち、一部の第１の機構誤差パラメータを無効に設定するパラメータ設定部と、
   第１の機構誤差パラメータ以外の第２の機構誤差パラメータを用いて、ロボットを複数の位置および姿勢に駆動して、３次元測定器にて測定したロボットの実測位置と、実測位置を測定した時のロボットの状態に関する情報とを取得する測定制御部と、
   ３次元測定器にて測定したロボットの実測位置と、ロボットの状態に関する情報とを組み合わせた情報を記憶する記憶部と、
   ロボットの実測位置と、ロボットの状態に関する情報とに基づいて、第１の機構誤差パラメータを算出するパラメータ算出部と、
   複数の機構誤差パラメータのうち、第２の機構誤差パラメータは変更せずに、前記パラメータ設定部にて無効にした第１の機構誤差パラメータを前記パラメータ算出部にて算出した第１の機構誤差パラメータに変更する修正部とを備える、較正装置。
2. 前記記憶部は、較正を行う理由に対応して無効にする第１の機構誤差パラメータをパラメータ情報として記憶しており、
   前記パラメータ設定部は、前記パラメータ情報に基づいて一部の機構誤差パラメータを第１の機構誤差パラメータに設定し、第１の機構誤差パラメータ以外の機構誤差パラメータを第２の機構誤差パラメータに設定する、請求項１に記載の較正装置。
3. 前記パラメータ情報は、ロボットの構成部品を交換する場合に、ロボットの構成部品の交換に対応して無効にする第１の機構誤差パラメータを含んでおり、
   前記パラメータ設定部は、ロボットの交換した構成部品の情報を取得し、ロボットの交換した構成部品に基づいて第１の機構誤差パラメータを設定する、請求項２に記載の較正装置。
4. ロボットは、複数の駆動軸を含んでおり、
   前記記憶部は、それぞれの機構誤差パラメータに関連するロボットの駆動軸を駆動軸情報として記憶しており、
   前記測定制御部は、ロボットの複数の駆動軸のうち、第１の機構誤差パラメータに関連する駆動軸を駆動し、第１の機構誤差パラメータに関連する駆動軸以外の駆動軸は停止するようにロボットを駆動する、請求項１から３のいずれか一項に記載の較正装置。
5. 前記パラメータ算出部は、ロボットの実測位置と、ロボットの状態に関する情報とに基づいて、ロボットが設置されている位置に対する３次元測定器の相対的な位置を算出する、請求項１から４のいずれか一項に記載の較正装置。
6. ３次元測定器は、レーザ光を発振する発振部と、ロボットのリストのフランジの表面に固定された反射器にて反射されるレーザ光を受光する受光部と、発振したレーザ光と受光したレーザ光とに基づいて反射器の位置を算出する位置算出部とを含み、
   前記パラメータ算出部は、ロボットの実測位置と、ロボットの状態に関する情報とに基づいて、フランジの位置に対する反射器の相対的な位置を算出する、請求項１から５のいずれか一項に記載の較正装置。

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