JP2024027266A - 制御方法およびロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】高い位置精度を有する制御方法およびロボットシステムを提供する。【解決手段】制御方法は、３点以上の実空間での実基準位置を取得する実基準位置取得ステップと、ロボットを第１姿勢とし、制御点が各実基準位置に位置しているときのロボット制御座標系での制御点の位置である第１制御基準位置を取得する第１制御基準位置取得ステップと、ロボットを第２姿勢とし、制御点が各実基準位置に位置しているときのロボット制御座標系での制御点の位置である第２制御基準位置を取得する第２制御基準位置取得ステップと、実空間における制御点の目標位置を取得する目標位置取得ステップと、実基準位置、第１制御基準位置および第２制御基準位置に基づいて制御位置を決定する制御位置決定ステップと、を含む。【選択図】図７

Description

本発明は、制御方法およびロボットシステムに関する。

例えば、特許文献１に記載されているロボットシステムは、ロボット作業環境内に複数の作業原点を設定し、カメラの撮像画像に基づいて複数の作業原点のそれぞれについて計測位置を取得し、計測位置に基づいて各作業原点の位置情報を補正することによりロボットの動作精度を向上させる構成となっている。

特開２０１８－１３４６９５号公報

しかしながら、特許文献１のロボットシステムでは、ロボット作業中におけるロボットの姿勢の変化が考慮されていない。したがって、ロボット作業中にロボットの姿勢が変化する場合に、ロボットの動作精度の向上の効果が低減するおそれがある。

本発明の制御方法は、ロボットの目標位置に対する制御位置を決定する制御方法であって、
３点以上の実空間での実基準位置を取得する実基準位置取得ステップと、
前記ロボットを第１姿勢とし、前記ロボットの制御点が各前記実基準位置に位置しているときのロボット制御座標系での前記制御点の位置である第１制御基準位置を取得する第１制御基準位置取得ステップと、
前記ロボットを前記第１姿勢に対して所定の軸まわりに回転させた第２姿勢とし、前記制御点が各前記実基準位置に位置しているときのロボット制御座標系での前記制御点の位置である第２制御基準位置を取得する第２制御基準位置取得ステップと、
前記実基準位置、前記第１制御基準位置および前記第２制御基準位置に基づいて前記制御位置を決定する制御位置決定ステップと、を含む。

本発明のロボットシステムは、ロボットと、前記ロボットの駆動を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置が前記ロボットの目標位置に対する制御位置を決定するロボットシステムであって、
前記制御装置は、
３点以上の実空間での実基準位置を取得し、
前記ロボットを第１姿勢とし、前記ロボットの制御点が各前記実基準位置に位置しているときのロボット制御座標系での前記制御点の位置である第１制御基準位置を取得し、
前記ロボットを前記第１姿勢に対して所定の軸まわりに回転させた第２姿勢とし、前記制御点が各前記実基準位置に位置しているときのロボット制御座標系での前記制御点の位置である第２制御基準位置を取得し、
前記実基準位置、前記第１制御基準位置および前記第２制御基準位置に基づいて前記制御位置を決定する。

好適な実施形態に係るロボットシステムの構成図である。 架台の使用方法を示す図である。 架台の変形例を示す図である。 制御装置のブロック図である。 ロボットの位置制御の誤差を示す図である。 ロボットの位置制御の誤差を示す図である。 制御方法を示すフローチャートである。 ロボット動作の一例を示す図である。 制御位置決定用の図形を示す図である。 制御位置決定用の図形を示す図である。 制御位置決定用の図形を示す図である。

以下、本発明の制御方法およびロボットシステムを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１は、好適な実施形態に係るロボットシステムの構成図である。図２は、架台の使用方法を示す図である。図３は、架台の変形例を示す図である。図４は、制御装置のブロック図である。図５および図６は、それぞれ、ロボットの位置制御の誤差を示す図である。図７は、制御方法を示すフローチャートである。図８は、ロボット動作の一例を示す図である。図９ないし図１１は、それぞれ、制御位置決定用の図形を示す図である。

図１に示すロボットシステム１は、ロボット２と、ロボット２の駆動を制御する制御装置３と、架台５と、を有している。なお、図１には、３次元空間の直交座標系を規定する３つの軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図示している。Ｘ軸およびＹ軸は、水平方向の軸であり、Ｚ軸は、鉛直方向の軸である。以下では、この３次元空間を「実空間」とも言う。

図１に示すように、ロボット２は、駆動軸を６つ有する６軸垂直多関節ロボットである。ロボット２は、基台２１と、基台２１に回動自在に連結されているロボットアーム２２と、ロボットアーム２２の先端に装着されているエンドエフェクター２３と、を有している。また、ロボットアーム２２は、複数のアーム２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６が回動自在に連結されてなるロボティックアームであり、６つの関節Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６を備えている。また、これら６つの関節Ｊ１～Ｊ６のうち、関節Ｊ２、Ｊ３、Ｊ５は、それぞれ、曲げ関節であり、関節Ｊ１、Ｊ４、Ｊ６は、それぞれ、ねじり関節である。

関節Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６には、それぞれ、モーターとエンコーダーとが設置されている。制御装置３は、ロボットシステム１の運転中、各関節Ｊ１～Ｊ６について、エンコーダーの出力が示す関節の回転角度を制御位置に一致させるサーボ制御（フィードバック制御）を実行する。これにより、ロボット２を所望の姿勢とすることができる。

エンドエフェクター２３は、ロボット２に行わせる作業に合わせて適宜選択することができる。また、エンドエフェクター２３の先端部には、ロボット２の制御点ＴＣＰが設定されている。制御点ＴＣＰの位置は、任意に設定することができるが、後述する位置決め治具５１を用いて制御点ＴＣＰの位置を決定するためには、本実施形態のように制御点ＴＣＰをエンドエフェクター２３の先端部に設定することが好ましい。

以上、ロボット２について説明したが、ロボット２の構成は、特に限定されない。例えば、スカラロボット（水平多関節ロボット）、上述のロボットアーム２２を２本備えた双腕ロボット等であってもよい。また、基台２１が固定されていない自走式のロボットであってもよい。

架台５は、ロボット２の位置ずれを低減するための第１変換関数および第２変換関数を取得する際に用いられるものであり、ロボット作業中は、使用しない。

ロボット２の位置ずれについて簡単に説明すると、ロボットシステム１では、制御装置３が図示しないホストコンピューター等から受け付けた目標位置に基づいてロボット２の駆動を制御する。具体的には、制御装置３は、各アーム２２１～２２６の長さ、各関節Ｊ１～Ｊ６の回転軸原点、各関節Ｊ１～Ｊ６の平行度および直交度等の設計上の機構パラメーターに基づいて制御点ＴＣＰの位置を算出し、制御点ＴＣＰが目標位置に一致するようにロボット２の駆動を制御する。

しかしながら、部品ばらつき、組立ばらつき等により実際の機構パラメーターが設計上の機構パラメーターに対してずれる場合がある。このように、実際の機構パラメーターにずれが生じると、計算上の制御点ＴＣＰの位置が実際の制御点ＴＣＰの位置からずれるため、制御上では制御点ＴＣＰを目標位置に一致させても、実際には制御点ＴＣＰが目標位置からずれてしまう。なお、以下では、このずれを「位置制御の誤差」とも言う。

そこで、ロボットシステム１では、上述したように、位置制御の誤差を低減するための第１変換関数および第２変換関数を取得するよう構成されており、架台５は、第１変換関数および第２変換関数の取得に利用される道具である。図１に示すように、架台５は、４つの位置決め治具５１を有している。各位置決め治具５１は、制御点ＴＣＰの位置決めを行う際に使用される治具である。なお、位置決め治具５１の数は、３つ以上であれば、特に限定されない。

また、位置決め治具５１の先端には実基準位置ＲＰが設定されている。なお、実空間における実基準位置ＲＰの３次元的な位置は、予め測定されている。そして、図２に示すように、ロボット２の制御点ＴＣＰを実基準位置ＲＰに接触させることで、そのときのロボット制御座標系における制御位置を実基準位置ＲＰに対応する制御基準位置として取得することができる。

なお、位置決め治具としては、特に限定されず、例えば、図３に示すような位置決め治具５３を用いてもよい。位置決め治具５３は、平板状の基板５３１と、基板５３１の上に設置されているＬ字状の壁部５３２と、を有している。壁部５３２は、直角に屈曲しており、壁部５３２の屈曲部と基板５３１の表面とが接する点に実基準位置ＲＰが設定されている。一方、ロボットアーム２２の先端には、位置決め補助具５４が接続されている。この位置決め補助具５４は、直方体状の形状を有し、その底面の頂点に制御点ＴＣＰが設定されている。

制御点ＴＣＰを位置決め治具５３の実基準位置ＲＰに接触させることで、そのときのロボット制御座標系の制御位置を実基準位置ＲＰに対応する制御基準位置として取得することができる。また、位置決め治具５３と位置決め補助具５４が３つの面で互いに接した状態ではロボット２の制御点ＴＣＰの姿勢も一意に決まるので、そのときのロボット制御座標系の制御姿勢を、実基準位置ＲＰでの実姿勢に対応する制御基準姿勢として取得することが可能である。

なお、上述したような位置決め治具５１、５３を使用することなく、３次元測定器を用いてロボット制御座標系の実基準位置と制御基準位置とを取得してもよい。この場合には、まず、ロボット制御座標系の制御基準位置を用いてロボット２の制御点ＴＣＰを位置決めし、その状態において、制御点ＴＣＰの実空間における３次元位置を３次元位置測定器で測定して実基準位置ＲＰとする。

制御装置３は、ロボット２の駆動を制御する。図４に示すように、制御装置３は、例えば、コンピューターから構成され、プロセッサー３１と、メモリー３２と、インターフェイス回路３３と、インターフェイス回路３３に接続されている入力デバイス３４および表示部３５と、を有している。

プロセッサー３１は、ロボット２の制御位置を決定する制御位置決定部３１０として機能する。制御位置決定部３１０の機能は、プロセッサー３１がメモリー３２に格納されたコンピュータープログラムを実行することによって実現される。ただし、制御位置決定部３１０の機能の一部または全部をハードウェア回路で実現してもよい。

メモリー３２には、制御位置補正データＣＤと、動作プログラムＭＰが格納されている。また、制御位置補正データＣＤは、後述する図形Ｇや第１、第２変換関数を含んでいる。また、動作プログラムＭＰは、ロボット２を動作させる複数の動作命令で構成されている。

次に、図５および図６に基づいて、ロボット２の位置制御の誤差について説明する。図５の左側は、ロボット制御座標系における制御位置を示し、右側は、実空間における位置制御の誤差を示している。「ロボット制御座標系」とは、ロボット２を制御するための動作命令で使用されるロボット２の位置や姿勢を表現する座標系である。

図５の例では、ロボット制御座標系においてＸ方向およびＹ方向に３０ｍｍ間隔で制御位置が設定されている状態を想定しており、実空間に描かれた矢印は、位置制御の誤差を示している。すなわち、矢印の起点が目標位置であり、矢印の先側が誤差を含む制御点ＴＣＰである。ただし、図示の便宜上、誤差量を２００倍にして矢印の長さを描いている。

また、図６の左側は、制御点ＴＣＰの姿勢（Ｘ軸まわりの回転角［°］，Ｙ軸まわりの回転角［°］，Ｚ軸まわりの回転角［°］）が（０，０，０）のときの実空間における位置制御の誤差を示し、右側は、制御点ＴＣＰの姿勢が（０，０，１８０）のときの実空間における位置制御の誤差を示している。このように、制御点ＴＣＰの姿勢によっても、誤差の様子が異なることが分かる。なお、図６の例では、ロボット制御座標系においてＸ方向およびＹ方向に５０ｍｍ間隔で制御位置が設定されている状態を想定しており、実空間に描かれた矢印は、位置制御の誤差を示している。すなわち、矢印の起点が目標位置であり、矢印の先側が誤差を含む制御点ＴＣＰである。ただし、図示の便宜上、誤差量を５０倍にして矢印の長さを描いている。

このような位置制御の誤差を低減するために、制御装置３は、次のようにしてロボット２の駆動を制御する。

図７に示すように、ロボット２の制御方法は、実基準位置取得ステップＳ１と、第１制御基準位置取得ステップＳ２と、第１変換関数取得ステップＳ３と、第２制御基準位置取得ステップＳ４と、第２変換関数取得ステップＳ５と、第３制御基準位置取得ステップＳ６と、第３変換関数取得ステップＳ７と、目標位置取得ステップＳ８と、制御位置決定ステップＳ９と、ロボット制御ステップＳ１０と、を含んでいる。以下、これら各ステップについて順に説明する。

なお、以下では、説明の便宜上、ロボット２に行わせるロボット動作として、図８に示すように、制御点ＴＣＰを目標位置Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３を一周する動作を一例に挙げて説明する。目標位置Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３では、それぞれ、制御点ＴＣＰが鉛直方向下側を向いている。また、制御点ＴＣＰの姿勢は、目標位置Ｑ１では（０，０，４５）であり、目標位置Ｑ２では（０，０，１３５）であり、目標位置Ｑ３では（０，０，９０）である。つまり、このロボット作業では、関節Ｊ６を回動させることにより制御点ＴＣＰをＺ軸まわりに回転させながら、目標位置Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３を一周する。ただし、ロボット動作としては、特に限定されない。

［実基準位置取得ステップＳ１］
実基準位置取得ステップＳ１では、制御位置決定部３１０は、３点以上の実空間での実基準位置ＲＰを取得する。前述したように、本実施形態では、架台５が４つの位置決め治具５１を有しており、その先端に実基準位置ＲＰが設定されている。そのため、本実施形態では、図９に示すように、制御位置決定部３１０は、４つの実基準位置ＲＰ１、ＲＰ２、ＲＰ３、ＲＰ４を取得する。

［第１制御基準位置取得ステップＳ２］
第１制御基準位置取得ステップＳ２では、制御位置決定部３１０は、まず、制御点ＴＣＰを第１姿勢（０，０，ｎ１）とする。Ｚ軸まわりの回転角ｎ１は、任意に設定することができるが、本実施形態ではｎ１＝０となっている。そのため、第１姿勢の制御点ＴＣＰをＺ軸まわりに回転させると、目標位置Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３での制御点ＴＣＰの姿勢と一致する。

次に、制御位置決定部３１０は、制御点ＴＣＰが実基準位置ＲＰに位置しているときの制御点ＴＣＰのロボット制御座標系での位置である第１制御基準位置ＣＰ１を取得する。具体的には、まず、制御位置決定部３１０は、制御点ＴＣＰを第１姿勢としたまま実基準位置ＲＰ１に位置させる。次に、制御位置決定部３１０は、制御点ＴＣＰが実基準位置ＲＰ１に位置しているときの制御点ＴＣＰのロボット制御座標系での位置である第１制御基準位置ＣＰ１１を取得する。制御位置決定部３１０は、他の実基準位置ＲＰ２、ＲＰ３、ＲＰ４についても同様の作業を行い、第１制御基準位置ＣＰ１２、ＣＰ１３、ＣＰ１４を取得する。以上により、制御位置決定部３１０は、４つの第１制御基準位置ＣＰ１１、ＣＰ１２、ＣＰ１３、ＣＰ１４を取得する。

［第１変換関数取得ステップＳ３］
第１変換関数取得ステップＳ３では、制御位置決定部３１０は、まず、図９に示すように、３つの実基準位置ＲＰを頂点とする三角形の図形Ｇを実空間内に設定する。なお、前述したように、実基準位置取得ステップＳ１において４つの実基準位置ＲＰ１～ＲＰ４を取得しているため、本実施形態では、４個の実基準位置ＲＰ１～ＲＰ４で囲まれた領域が２つの三角形の図形Ｇ１、Ｇ２に分割されている。分割方法としては、例えば、ドロネー三角形分割等の任意の分割方法を用いることが可能である。

次に、制御位置決定部３１０は、図１０に示すように、各図形Ｇ１、Ｇ２内における実位置と制御位置との対応関係を表す第１変換関数Ａ１を求める。図形Ｇ１における第１変換関数Ａ１は、図形Ｇ１の頂点である実基準位置ＲＰ１、ＲＰ２、ＲＰ３と、これらに対応する第１制御基準位置ＣＰ１１、ＣＰ１２、ＣＰ１３と、の差に基づいて求める。また、図形Ｇ２における第１変換関数Ａ１は、図形Ｇ２の頂点である実基準位置ＲＰ２、ＲＰ３、ＲＰ４と、これらに対応する第１制御基準位置ＣＰ１２、ＣＰ１３、ＣＰ１４と、の差に基づいて求める。第１変換関数Ａ１は、例えば、以下の式で表すことができる。

なお、式（１）中のＰｃｔｒｌは、ロボット制御座標系における第１姿勢での制御位置、Ｐｒｅａｌは、実空間における実位置である。また、Ｘｃｔｒｌは、ロボット制御座標系における第１姿勢での制御位置のＸ座標であり、Ｙｃｔｒｌは、ロボット制御座標系における第１姿勢での制御位置のＹ座標である。また、Ｘｒｅａｌは、実空間における実位置のＸ座標であり、Ｙｒｅａｌは、実空間における実位置のＹ座標である。また、Ａ１は、第１変換関数であり、アフィン変換を表す変換式である。また、ａ１１、ａ１２、ａ２１、ａ２２、ｂ１、ｂ２は、それぞれ、係数であり、図形Ｇ１、Ｇ２毎に異なる。このような第１変換関数Ａ１を用いることにより、容易に、実位置Ｐｒｅａｌを第１姿勢における制御位置Ｐｃｔｒｌに変換することができる。

なお、図形Ｇの形状は、三角形でなくてもよく、第１変換関数は、アフィン変換でなくてもよい。例えば、図形Ｇを四角形とし、第１変換関数を射影変換としてもよい。また、複数種類の多角形を混在させた状態に分割し、それぞれの図形Ｇ毎に第１変換関数を変えてもよい。また、図形Ｇを立体図形としてもよい。第１変換関数は、変換式として構成してもよく、ルックアップテーブルのような他の形式で構成してもよい。

［第２制御基準位置取得ステップＳ４］
第２制御基準位置取得ステップＳ４では、制御位置決定部３１０は、まず、制御点ＴＣＰを第２姿勢（０，０，ｎ２）とする。Ｚ軸まわりの回転角ｎ２は、ｎ２≠ｎ１であり、任意に設定することができるが、本実施形態ではｎ２＝１８０となっている。そのため、第２姿勢の制御点ＴＣＰをＺ軸まわりに回転させると、目標位置Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３での制御点ＴＣＰの姿勢と一致する。つまり、目標位置Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３での制御点ＴＣＰの姿勢は、第１姿勢と第２姿勢との間に位置する。

次に、制御位置決定部３１０は、制御点ＴＣＰが実基準位置ＲＰに位置しているときの制御点ＴＣＰのロボット制御座標系での位置である第２制御基準位置ＣＰ２を取得する。具体的には、まず、制御位置決定部３１０は、制御点ＴＣＰを第２姿勢としたまま実基準位置ＲＰ１に位置させる。次に、制御位置決定部３１０は、制御点ＴＣＰが実基準位置ＲＰ１に位置しているときの制御点ＴＣＰのロボット制御座標系での位置である第２制御基準位置ＣＰ２１を取得する。制御位置決定部３１０は、他の実基準位置ＲＰ２、ＲＰ３、ＲＰ４についても同様の作業を行い、第２制御基準位置ＣＰ２２、ＣＰ２３、ＣＰ２４を取得する。以上により、制御位置決定部３１０は、４つの第２制御基準位置ＣＰ２１、ＣＰ２２、ＣＰ２３、ＣＰ２４を取得する。

なお、第２制御基準位置ＣＰ２１、ＣＰ２２、ＣＰ２３、ＣＰ２４は、第１制御基準位置ＣＰ１１、ＣＰ１２、ＣＰ１３、ＣＰ１４と同じであるかもしれないし、制御点ＴＣＰの姿勢の違いに起因して異なっているかもしれない。

［第２変換関数取得ステップＳ５］
第２変換関数取得ステップＳ５では、制御位置決定部３１０は、まず、図９に示すように、３つの実基準位置ＲＰを頂点とする三角形の図形Ｇを実空間内に設定する。なお、前述したように、実基準位置取得ステップＳ１において４つの実基準位置ＲＰ１～ＲＰ４を取得しているため、本実施形態では、４個の実基準位置ＲＰ１～ＲＰ４で囲まれた領域が２つの三角形の図形Ｇ１、Ｇ２に分割されている。分割方法としては、例えば、ドロネー三角形分割等の任意の分割方法を用いることが可能である。

次に、制御位置決定部３１０は、図１１に示すように、各図形Ｇ１、Ｇ２内における実位置と制御位置との対応関係を表す第２変換関数Ａ２を求める。図形Ｇ１における第２変換関数Ａ２は、図形Ｇ１の頂点である実基準位置ＲＰ１、ＲＰ２、ＲＰ３と、これらに対応する第２制御基準位置ＣＰ２１、ＣＰ２２、ＣＰ２３と、の差に基づいて求める。また、図形Ｇ２における第２変換関数Ａ２は、図形Ｇ２の頂点である実基準位置ＲＰ２、ＲＰ３、ＲＰ４と、これらに対応する第２制御基準位置ＣＰ２２、ＣＰ２３、ＣＰ２４と、の差に基づいて求める。第２変換関数Ａ２は、例えば、以下の式で表すことができる。

なお、式（５）中のＰｃｔｒｌは、ロボット制御座標系における第２姿勢での制御位置、Ｐｒｅａｌは、実空間における実位置である。また、Ｘｃｔｒｌは、ロボット制御座標系における第２姿勢での制御位置のＸ座標であり、Ｙｃｔｒｌは、ロボット制御座標系における第２姿勢での制御位置のＹ座標である。また、Ｘｒｅａｌは、実空間における実位置のＸ座標であり、Ｙｒｅａｌは、実空間における実位置のＹ座標である。また、Ａ２は、第２変換関数であり、アフィン変換を表す変換式である。また、ａ１１、ａ１２、ａ２１、ａ２２、ｂ１、ｂ２は、それぞれ、係数であり、図形Ｇ１、Ｇ２毎に異なる。このような第２変換関数Ａ２を用いることにより、容易に、実位置Ｐｒｅａｌを第２姿勢での制御位置Ｐｃｔｒｌに変換することができる。

なお、図形Ｇの形状は、三角形でなくてもよく、第２変換関数は、アフィン変換でなくてもよい。例えば、図形Ｇを四角形とし、第２変換関数を射影変換としてもよい。また、複数種類の多角形を混在させた状態に分割し、それぞれの図形Ｇ毎に第２変換関数を変えてもよい。また、図形Ｇを立体図形としてもよい。第２変換関数は、変換式として構成してもよく、ルックアップテーブルのような他の形式で構成してもよい。

［第３制御基準位置取得ステップＳ６］
第３制御基準位置取得ステップＳ６では、制御位置決定部３１０は、まず、制御点ＴＣＰを第３姿勢（０，０，ｎ３）とする。Ｚ軸まわりの回転角ｎ３は、ｎ３≠ｎ１、ｎ３≠ｎ２であり、任意に設定することができるが、本実施形態ではｎ３＝９０となっている。

次に、制御位置決定部３１０は、制御点ＴＣＰが実基準位置ＲＰに位置しているときの制御点ＴＣＰのロボット制御座標系での位置である第３制御基準位置ＣＰ３を取得する。第３制御基準位置ＣＰ３の取得方法は、前述した第１、第２制御基準位置ＣＰ１、ＣＰ２と同様である。そのため、説明を省略する。

［第３変換関数取得ステップＳ７］
第３変換関数取得ステップＳ７では、制御位置決定部３１０は、図形Ｇ内における実位置と制御位置との対応関係を表す第３変換関数Ａ３を求める。第３変換関数Ａ３の求め方は、前述した第１、第２変換関数Ａ１、Ａ２と同様である。そのため、説明を省略する。

以上の実基準位置取得ステップＳ１から第３変換関数取得ステップＳ７までが、ロボット作業中の位置制御の誤差を低減するための準備工程となる。当該準備工程で得られた第１変換関数Ａ１、第２変換関数Ａ２および第３変換関数Ａ３は、それぞれ、制御位置補正データＣＤに格納される。また、当該準備工程で得られた第１姿勢、第２姿勢および第３姿勢は、それぞれ、計測姿勢として制御位置補正データＣＤに格納される。なお、実際には、第１姿勢、第２姿勢および第３姿勢の３つだけではなく、互いに姿勢が異なる多数の姿勢が計測姿勢として制御位置補正データＣＤに格納される。これにより、計測姿勢の選択肢が増え、目標位置に対する制御位置をより確実にかつ精度よく決定することができる。

なお、第１、第２、第３変換関数Ａ１、Ａ２、Ａ３を取得することができれば、実基準位置取得ステップＳ１から第３変換関数取得ステップＳ７までの順序は、特に限定されない。例えば、実基準位置取得ステップＳ１、第１制御基準位置取得ステップＳ２、第２制御基準位置取得ステップＳ４、第３制御基準位置取得ステップＳ６、第１変換関数取得ステップＳ３、第２変換関数取得ステップＳ５、第３変換関数取得ステップＳ７の順で行ってもよい。

［目標位置取得ステップＳ８］
目標位置取得ステップＳ８では、制御位置決定部３１０は、制御点ＴＣＰの目標位置の入力を受け付ける。制御点ＴＣＰの目標位置は、制御点ＴＣＰを移動させたい実空間内の点の３次元位置である。制御点ＴＣＰの目標位置は、例えば、作業者が入力デバイス３４を用いて入力することができる。なお、作業者が動作プログラムＭＰを作成し、その中の動作指令に制御点ＴＣＰの目標位置が記述されている場合には、制御位置決定部３１０が動作プログラムＭＰの動作指令に含まれている目標位置を取得することで本ステップを実行してもよい。以下では、目標位置として目標位置Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３を受けた場合について説明する。

［制御位置決定ステップＳ９］
制御位置決定ステップＳ９では、制御位置決定部３１０は、実基準位置ＲＰ、第１制御基準位置ＣＰ１および第２制御基準位置ＣＰ２に基づいて、目標位置Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３に対する制御位置を決定する。具体的には、制御位置決定部３１０は、第１変換関数取得ステップＳ３において実基準位置ＲＰと第１制御基準位置ＣＰ１とに基づいて取得した第１変換関数Ａ１と、第２変換関数取得ステップＳ５において実基準位置ＲＰと第２制御基準位置ＣＰ２とに基づいて取得した第２変換関数Ａ２と、を用いて目標位置Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３に対する制御位置を決定する。

以下、目標位置Ｑ１に対する制御位置を決定する工程について代表して説明する。まず、制御位置決定部３１０は、目標位置Ｑ１における制御点ＴＣＰの姿勢を取得する。前述したように、目標位置Ｑ１における制御点ＴＣＰの姿勢は、（０，０，４５）である。次に、制御位置決定部３１０は、計測姿勢の中から、所定の軸まわりに回転させると目標位置Ｑ１での制御点ＴＣＰの姿勢と一致するものを任意で２つ選択する。本実施形態では、計測姿勢にＺ軸まわりに回転させると目標位置Ｑ１での制御点ＴＣＰと一致する第１姿勢、第２姿勢および第３姿勢が含まれるため、これらの中から任意の２つを選択する。以下では、第１姿勢および第２姿勢を選択した場合について説明する。

次に、制御位置決定部３１０は、図８に示す図形Ｇから、目標位置Ｑ１を含む対象図形を選択する。本実施形態では、図形Ｇ１内に目標位置Ｑ１が位置するため、対象図形として図形Ｇ１を選択する。

次に、制御位置決定部３１０は、図形Ｇ１に対応する第１変換関数Ａ１を用いて、第１姿勢での目標位置Ｑ１に対する制御位置（以下、第１制御位置と言う。）を算出する。例えば、上述した式（１）において、Ｐｒｅａｌに目標位置Ｑ１の座標値を入力することにより、Ｐｃｔｒｌを第１制御位置として算出することができる。次に、制御位置決定部３１０は、対象図形である図形Ｇ１に対応する第２変換関数Ａ２を用いて、第２姿勢での目標位置Ｑ１に対する制御位置（以下、第２制御位置と言う。）を算出する。例えば、上述した式（５）において、Ｐｒｅａｌに目標位置Ｑ１の座標値を入力することにより、Ｐｃｔｒｌを第２制御位置として算出することができる。

次に、制御位置決定部３１０は、第１制御位置および第２制御位置に基づいて目標位置Ｑ１に対する制御位置ｐを決定する。具体的には、第１制御位置をｐａ、第１姿勢での制御点ＴＣＰのＺ軸まわりの回転量をθａとし、第２制御位置をｐｂ、第２姿勢での制御点ＴＣＰのＺ軸まわりの回転量をθｂとし、目標位置Ｑ１の姿勢での制御点ＴＣＰのＺ軸まわりの回転量をθとしたとき、目標位置Ｑ１に対応する制御位置ｐは、以下の式（９）から決定することができる。これにより、容易かつ精度よく制御位置ｐを決定することができる。

以上により、目標位置Ｑ１に対する制御位置ｐが決定する。制御位置決定部３１０は、同様の手順により、目標位置Ｑ２、Ｑ３に対する制御位置ｐを決定する。

なお、本実施形態では、目標位置Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３での制御点ＴＣＰの姿勢が第１姿勢と第２姿勢との間に位置するため、第１姿勢と第２姿勢とから目標位置Ｑ１での位置制御の誤差を効果的に低減することができる。さらに、本実施形態ではＺ軸まわりに１８０°姿勢が異なる第１姿勢と第２姿勢とに基づいて制御位置ｐを決定している。このように角度差が大きい２つの計測姿勢を選択することにより、より広い範囲の姿勢に対応することができる。

次に、制御位置決定部３１０は、各目標位置Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３に対する制御位置ｐを用いて動作指令を作成する。なお、動作指令を含む動作プログラムＭＰが予め作成されている場合には、動作指令に含まれている目標位置Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３を制御位置ｐに置き換えることよって当該処理を実行することができる。

［ロボット制御ステップＳ１０］
ロボット制御ステップＳ１０では、制御位置決定部３１０は、作成した動作指令を含む動作プログラムＭＰを用いてロボット２の駆動を制御する。これにより、ロボット２の位置制御の精度を高めることができる。以上のような制御方法によれば、同じ軸まわりの第１姿勢と第２姿勢に基づいて目標位置Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３における制御位置ｐを決定するため、制御位置ｐに姿勢毎の誤差の異なりが反映される。したがって、位置制御の誤差を低減することができ、優れた位置精度を有するロボットシステム１となる。また、２つの計測姿勢から目標位置に対応する制御位置を求めるため、目標位置が予め分かっていなくても、その目標位置に対する制御位置ｐを決定することができる。

以上、ロボットシステム１について説明した。このようなロボットシステム１に適用されている制御方法は、前述したように、ロボット２の目標位置に対する制御位置ｐを決定する制御方法であって、３点以上の実空間での実基準位置ＲＰを取得する実基準位置取得ステップＳ１と、ロボット２の制御点ＴＣＰを第１姿勢とし、ロボット２の制御点ＴＣＰが各実基準位置ＲＰに位置しているときのロボット制御座標系での制御点ＴＣＰの位置である第１制御基準位置ＣＰ１を取得する第１制御基準位置取得ステップＳ２と、ロボット２の制御点ＴＣＰを第１姿勢に対して所定の軸であるＺ軸まわりに回転させた第２姿勢とし、制御点ＴＣＰが各実基準位置ＲＰに位置しているときのロボット制御座標系での制御点ＴＣＰの位置である第２制御基準位置ＣＰ２を取得する第２制御基準位置取得ステップＳ４と、実基準位置ＲＰ、第１制御基準位置ＣＰ１および第２制御基準位置ＣＰ２に基づいて制御位置ｐを決定する制御位置決定ステップＳ９と、を含む。

このような制御方法によれば、所定の軸まわりの第１姿勢と第２姿勢に基づいて目標位置における制御位置ｐを決定するため、制御位置ｐに姿勢毎の誤差の異なりが反映される。したがって、位置制御の誤差を低減することができ、優れた位置精度を有するロボットシステム１となる。また、２つの計測姿勢から目標位置に対応する制御位置を求めるため、目標位置が予め分かっていなくても、その目標位置に対する制御位置ｐを決定することができる。

また、前述したように、第２姿勢は、第１姿勢をＺ軸まわりに１８０°回転させた姿勢である。これにより、より広い範囲の姿勢に対応した補正を行うことができる。

また、前述したように、目標位置での姿勢は、第１姿勢と第２姿勢との間に位置する。これにより、目標位置での位置制御の誤差を効果的に低減することができる。そのため、制御位置ｐをより精度よく算出することができる。

また、前述したように、制御方法は、ロボット２を第１姿勢からＺ軸まわりに回転させた第３姿勢とし、制御点ＴＣＰが各実基準位置ＲＰに位置しているときのロボット制御座標系での制御点ＴＣＰの位置である第３制御基準位置ＣＰ３を取得する第３制御基準位置取得ステップＳ６をさらに含む。これにより、選択肢が増え、容易かつ精度よく制御位置ｐを決定することができる。

また、前述したように、制御方法は、第１制御基準位置取得ステップＳ２後に行われ、３つ以上の実基準位置ＲＰを頂点とする少なくとも１つの図形Ｇを実空間内に設定するとともに、第１姿勢での各図形Ｇ内における実位置と制御位置との対応関係を表す第１変換関数Ａ１を求める第１変換関数取得ステップＳ３と、第２制御基準位置取得ステップＳ４後に行われ、３つ以上の実基準位置ＲＰを頂点とする少なくとも１つの図形Ｇを実空間内に設定するとともに、第２姿勢での各図形Ｇ内における実位置と制御位置との対応関係を表す第２変換関数Ａ２を求める第２変換関数取得ステップＳ５と、をさらに含む。また、制御位置決定ステップＳ９は、図形Ｇの中から制御位置ｐを算出するための対象図形を選択し、対象図形に対応する第１変換関数Ａ１および第２変換関数Ａ２に基づいて制御位置ｐを決定する。これにより、容易かつ精度よく制御位置ｐを決定することができる。

また、前述したように、制御位置ｐは、上記の式（９）から決定される。これにより、容易かつ精度よく制御位置ｐを決定することができる。

また、前述したように、ロボットシステム１は、ロボット２と、ロボット２の駆動を制御する制御装置３と、を有し、制御装置３がロボット２の目標位置に対する制御位置ｐを決定するロボットシステムであって、制御装置３は、３点以上の実空間での実基準位置ＲＰを取得し、ロボット２の制御点ＴＣＰを第１姿勢とし、ロボット２の制御点ＴＣＰが各実基準位置ＲＰに位置しているときのロボット制御座標系での制御点ＴＣＰの位置である第１制御基準位置ＣＰ１を取得し、ロボット２の制御点ＴＣＰを第１姿勢に対して所定の軸であるＺ軸まわりに回転させた第２姿勢とし、制御点ＴＣＰが各実基準位置ＲＰに位置しているときのロボット制御座標系での制御点ＴＣＰの位置である第２制御基準位置ＣＰ２を取得し、実基準位置ＲＰ、第１制御基準位置ＣＰ１および第２制御基準位置ＣＰ２に基づいて制御位置ｐを決定する。

このような構成によれば、所定の軸まわりの第１姿勢と第２姿勢に基づいて目標位置における制御位置ｐを決定するため、制御位置ｐに姿勢毎の誤差の異なりが反映される。したがって、位置制御の誤差を低減することができ、優れた位置精度を有するロボットシステム１となる。また、２つの計測姿勢から目標位置に対応する制御位置を求めるため、目標位置が予め分かっていなくても、その目標位置に対する制御位置ｐを決定することができる。

以上、本発明の制御方法およびロボットシステムを図示の実施形態に基づいて説明したが本発明はこれに限定されるものではない。各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

１…ロボットシステム、２…ロボット、２１…基台、２２…ロボットアーム、２２１…アーム、２２２…アーム、２２３…アーム、２２４…アーム、２２５…アーム、２２６…アーム、２３…エンドエフェクター、３…制御装置、３１…プロセッサー、３１０…制御位置決定部、３２…メモリー、３３…インターフェイス回路、３４…入力デバイス、３５…表示部、５…架台、５１…位置決め治具、５３…位置決め治具、５３１…基板、５３２…壁部、５４…位置決め補助具、ＣＤ…制御位置補正データ、ＣＰ１…第１制御基準位置、ＣＰ１１…第１制御基準位置、ＣＰ１２…第１制御基準位置、ＣＰ１３…第１制御基準位置、ＣＰ１４…第１制御基準位置、ＣＰ２…第２制御基準位置、ＣＰ２１…第２制御基準位置、ＣＰ２２…第２制御基準位置、ＣＰ２３…第２制御基準位置、ＣＰ２４…第２制御基準位置、ＣＰ３…第３制御基準位置、Ｇ…図形、Ｇ１…図形、Ｇ２…図形、Ｊ１…関節、Ｊ２…関節、Ｊ３…関節、Ｊ４…関節、Ｊ５…関節、Ｊ６…関節、ＭＰ…動作プログラム、Ｑ１…目標位置、Ｑ２…目標位置、Ｑ３…目標位置、ＲＰ…実基準位置、ＲＰ１…実基準位置、ＲＰ２…実基準位置、ＲＰ３…実基準位置、ＲＰ４…実基準位置、Ｓ１…実基準位置取得ステップ、Ｓ２…第１制御基準位置取得ステップ、Ｓ３…第１変換関数取得ステップ、Ｓ４…第２制御基準位置取得ステップ、Ｓ５…第２変換関数取得ステップ、Ｓ６…第３制御基準位置取得ステップ、Ｓ７…第３変換関数取得ステップ、Ｓ８…目標位置取得ステップ、Ｓ９…制御位置決定ステップ、Ｓ１０…ロボット制御ステップ、ＴＣＰ…制御点

Claims (7)

1. ロボットの目標位置に対する制御位置を決定する制御方法であって、
   ３点以上の実空間での実基準位置を取得する実基準位置取得ステップと、
   前記ロボットを第１姿勢とし、前記ロボットの制御点が各前記実基準位置に位置しているときのロボット制御座標系での前記制御点の位置である第１制御基準位置を取得する第１制御基準位置取得ステップと、
   前記ロボットを前記第１姿勢に対して所定の軸まわりに回転させた第２姿勢とし、前記制御点が各前記実基準位置に位置しているときのロボット制御座標系での前記制御点の位置である第２制御基準位置を取得する第２制御基準位置取得ステップと、
   前記実基準位置、前記第１制御基準位置および前記第２制御基準位置に基づいて前記制御位置を決定する制御位置決定ステップと、を含むことを特徴とする制御方法。
2. 前記第２姿勢は、前記第１姿勢を前記軸まわりに１８０°回転させた姿勢である請求項１に記載の制御方法。
3. 前記目標位置での姿勢は、前記第１姿勢と前記第２姿勢との間に位置する請求項１に記載の制御方法。
4. 前記ロボットを前記第１姿勢から前記軸まわりに回転させた第３姿勢とし、前記制御点が各前記実基準位置に位置しているときのロボット制御座標系での前記制御点の位置である第３制御基準位置を取得する第３制御基準位置取得ステップをさらに含む請求項１に記載の制御方法。
5. 前記第１制御基準位置取得ステップ後に行われ、３つ以上の前記実基準位置を頂点とする少なくとも１つの図形を前記実空間内に設定するとともに、前記第１姿勢での各前記図形内における実位置と制御位置との対応関係を表す第１変換関数を求める第１変換関数取得ステップと、
   前記第２制御基準位置取得ステップ後に行われ、３つ以上の前記実基準位置を頂点とする少なくとも１つの図形を前記実空間内に設定するとともに、前記第２姿勢での各前記図形内における実位置と制御位置との対応関係を表す第２変換関数を求める第２変換関数取得ステップと、をさらに含み、
   前記制御位置決定ステップは、前記図形の中から前記制御位置を算出するための対象図形を選択し、前記対象図形に対応する前記第１変換関数および前記第２変換関数に基づいて前記制御位置を決定する請求項１に記載の制御方法。
6. 前記第１姿勢での前記制御位置をｐａ、前記軸まわりの回転量をθａとし、
   前記第２姿勢での前記制御位置をｐｂ、前記軸まわりの回転量をθｂとし、
   前記目標位置の姿勢での前記軸まわりの回転量をθとしたとき、
   前記目標位置に対応する前記制御位置ｐは、以下の式（１）から決定される請求項１に記載の制御方法。
   

   
7. ロボットと、前記ロボットの駆動を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置が前記ロボットの目標位置に対する制御位置を決定するロボットシステムであって、
   前記制御装置は、
   ３点以上の実空間での実基準位置を取得し、
   前記ロボットを第１姿勢とし、前記ロボットの制御点が各前記実基準位置に位置しているときのロボット制御座標系での前記制御点の位置である第１制御基準位置を取得し、
   前記ロボットを前記第１姿勢に対して所定の軸まわりに回転させた第２姿勢とし、前記制御点が各前記実基準位置に位置しているときのロボット制御座標系での前記制御点の位置である第２制御基準位置を取得し、
   前記実基準位置、前記第１制御基準位置および前記第２制御基準位置に基づいて前記制御位置を決定することを特徴とするロボットシステム。

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