JP2024033790A - 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、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点以上の理想座標系での実基準位置を取得する実基準位置取得ステップと、前記ロボットの制御点が各前記実基準位置に位置しているときの第１ロボット制御座標系での第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、前記実基準位置と前記第１制御基準位置とに基づいて、前記第１ロボット制御座標系における前記制御位置を前記理想座標系に前記目標位置に変換する第１変換関数を取得する第１変換関数取得ステップと、前記第１ロボット制御座標系における前記制御位置を、前記第１変換関数を用いて前記理想座標系における前記目標位置に変換し、前記目標位置に基づいて新たな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。【選択図】図６

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、実座標系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

制御位置の決定方法には、特許文献１のように実座標系における目標位置をロボット制御座標系に変換して制御位置を決定する方法の他にも、ダイレクトティーチのように制御位置をロボット制御座標系に直接指定する方法がある。以下では、説明の便宜上、前者の方法を第１決定方法とも言い、後者の方法を第２決定方法とも言う。

ここで、第１ロボット制御座標系での制御位置を決定した後で、メンテナンス等による機構パラメーターの変化に伴ってロボット制御座標系が変化した場合、既に決定した制御位置を新たなロボット制御座標系に対応した値に補正しなければならない。第１決定方法で制御位置が決定されている場合には、実座標系における目標位置を第２ロボット制御座標系に変換すれば、新たな制御位置を決定することができる。

これに対して、第２決定方法で制御位置が決定されている場合には、制御位置に対応する実座標系での目標位置を持たないため、第１決定方法と同じ方法を用いて第２ロボット制御座標系への変換を行うことができない。そのため、動作精度の向上を図ることができないおそれがある。

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点以上の理想座標系での実基準位置を取得する実基準位置取得ステップと、
前記ロボットの制御点が各前記実基準位置に位置しているときの第１ロボット制御座標系での第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、
前記実基準位置と前記第１制御基準位置とに基づいて、前記第１ロボット制御座標系における前記制御位置と前記理想座標系における前記目標位置との対応関係を表す第１変換関数を取得する第１変換関数取得ステップと、
前記第１ロボット制御座標系における前記制御位置を、前記第１変換関数を用いて前記理想座標系における前記目標位置に変換し、前記目標位置に基づいて新たな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点以上の理想座標系での実基準位置を取得し、
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第１ロボット制御座標系での第１制御基準位置を取得し、
前記実基準位置と前記第１制御基準位置とに基づいて、前記第１ロボット制御座標系における前記制御位置と前記理想座標系における前記目標位置との対応関係を表す第１変換関数を取得し、
前記第１ロボット制御座標系における前記制御位置を、前記第１変換関数を用いて前記理想座標系における前記目標位置に変換し、前記目標位置に基づいて新たな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。 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は、ロボットの位置制御の誤差を示す図である。図６は、制御方法を示すフローチャートである。図７は、ロボット動作の一例を示す図である。図８ないし図１０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（実空間）を「理想座標系」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。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、図示しない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、理想座標系とロボット制御座標系との対応関係を示し、位置制御の誤差を低減するための変換関数を取得するよう構成されている。架台５は、この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、理想座標系における各位置決め治具５１の実基準位置ＲＰの間の３次元的な位置関係は、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の理想座標系における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Ａ１１、Ａ１２、Ａ２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、理想座標系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に示す例では、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、理想座標系に描かれた矢印は、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。

このような位置制御の誤差を低減するために、従来から、変換係数等を用いて理想座標系における目標位置をロボット制御座標系における制御位置に変換し、この制御位置に基づいてロボット２の駆動を制御する方法が用いられている。

しかしながら、このような方法では、次のような問題が生じる。前述したように、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ことにより、ロボット制御座標系と理想座標系との間にずれが生じる。また、関節Ｊ１～Ｊ６やアーム２２１～２２６を交換した場合、ロボット２の設置場所を変えた場合、エンドエフェクター２３を変えた場合、環境温度等で、機構パラメーターが変化するおそれがある。このように、機構パラメーターが変化すると、それに伴ってロボット制御座標系も変化する。以下では、説明の便宜上、変化前のロボット制御座標系を第１ロボット制御座標系とも言い、変化後のロボット制御座標系を第２ロボット制御座標系とも言う。

ここで、ロボット制御座標系における制御位置の決定方法には、理想座標系における目標位置をロボット制御座標系における制御位置に変換する方法の他にも、ダイレクトティーチのようにロボット制御座標系に直接、制御位置を設定する方法がある。なお、以下では、説明の便宜上、前者の方法を第１決定方法とも言い、後者の方法を第２決定方法とも言う。

このような方法によって第１ロボット制御座標系での制御位置を決定した後で、上述した種々の要因によってロボット制御座標系が第１ロボット制御座標系から第２ロボット制御座標系に変化した場合、そのままの制御位置つまり第１ロボット制御座標系における制御位置に基づいてロボット２の駆動を制御すると、位置制御の誤差が生じてしまう。そのため、第１ロボット制御座標系における制御位置を第２ロボット制御座標系における制御位置に補正しなければならない。

第１決定方法で制御位置が決定されている場合には、その制御位置は、理想座標系における目標位置を有しているため、その目標位置を第２ロボット制御座標系における制御位置に変換すれば、第２ロボット制御座標系における新たな制御位置を決定することができる。これに対して、第２決定方法で制御位置が決定されている場合には、その制御位置は、理想座標系での目標位置を持たないため、第１決定方法と同じ方法を用いて第２ロボット制御座標系への変換を行うことができない。そこで、ロボットシステム１では、第２決定方法で制御位置が決定されている場合でも、第１決定方法と同じ方法で第２ロボット制御座標系における新たな制御位置を決定することができるように構成されている。これにより、位置制御の誤差を効果的に低減することができる。以下、制御装置３によるロボット２の制御方法を説明する。

図６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、目標位置等取得ステップＳ４と、第１制御位置決定ステップＳ５と、ロボット制御座標系確認ステップＳ６と、第２制御基準位置取得ステップＳ７と、第２変換関数取得ステップＳ８と、第２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Ｓ１～Ｓ１０について順に説明する。

［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点以上の理想座標系での実基準位置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７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、制御点ＴＣＰが実基準位置ＲＰに位置しているときの第１ロボット制御座標系での第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の第１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８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を理想座標系内に設定する。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９に示すように、各図形Ｇ１、Ｇ２内における目標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。なお、制御位置決定部３１０は、第１変換関数として、理想座標系での目標位置をロボット制御座標系での制御位置に変換する第１変換関数Ａ１１と、ロボット制御座標系での制御位置を理想座標系での目標位置に変換する第１変換関数Ａ１２と、を求める。第１変換関数Ａ１２は、第１変換関数Ａ１１の逆変換関数である。

図形Ｇ１における第１変換関数Ａ１１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Ａ１１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。また、第１変換関数Ａ１２は、求めた第１変換関数Ａ１１から求めることができる。第１変換関数Ａ１１、Ａ１２は、それぞれ、以下の式で表すことができる。

式中のＰｃｔｒｌは、第１ロボット制御座標系における制御位置、Ｐｒｅａｌは、理想座標系における目標位置である。また、Ｘｃｔｒｌは、第１ロボット制御座標系における制御位置のＸ座標であり、Ｙｃｔｒｌは、第１ロボット制御座標系における制御位置のＹ座標である。また、Ｘｒｅａｌは、理想座標系における目標位置のＸ座標であり、Ｙｒｅａｌは、理想座標系における目標位置のＹ座標である。また、Ａ１１、Ａ１２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、第１変換関数Ａ１１、Ａ１２毎および図形Ｇ１、Ｇ２毎に異なる。このような第１変換関数Ａ１１を用いることにより、容易かつ精度よく、目標位置Ｐｒｅａｌを制御位置Ｐｃｔｒｌに変換することができる。また、第１変換関数Ａ１２を用いることにより、容易かつ精度よく、制御位置Ｐｃｔｒｌを目標位置Ｐｒｅａｌに変換することができる。

このような第１変換関数Ａ１１、Ａ１２を用いた変換は、平行移動および回転移動以外の方法による座標変換演算である。

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。

［目標位置等取得ステップＳ４］
目標位置等取得ステップＳ４では、制御位置決定部３１０は、制御点ＴＣＰの目標位置または制御位置の入力を受け付ける。目標位置は、例えば、作業者が入力デバイス３４を用いて理想座標系での位置として入力することができる。また、制御位置は、例えば、作業者がダイレクトティーチ等によって、直接、ロボット制御座標系での位置とし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の目標位置や制御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や制御位置を取得することで本ステップを実行してもよい。

なお、以下では、下記の表１に示すように、目標位置Ｑ１、Ｑ２と制御位置Ｐ３とを受け付け、目標位置Ｑ１、目標位置Ｑ２、制御位置Ｐ３の順に１周するロボット動作を１サイクルとし、このサイクルを所定回数繰り返す場合を例に挙げて説明する。

［第１制御位置決定ステップＳ５］
第１制御位置決定ステップＳ５では、制御位置決定部３１０は、目標位置Ｑ１、Ｑ２に対して次の処理を行う。制御位置決定部３１０は、まず、図形Ｇ１、Ｇ２から、目標位置Ｑ１を含む対象図形を選択する。次に、制御位置決定部３１０は、選択した対象図形に対応する第１変換関数Ａ１１を用いて目標位置Ｑ１に対する第１ロボット制御座標系における制御位置を算出する。目標位置Ｑ１が図形Ｇ１内に位置していれば、図形Ｇ１に対応する第１変換関数Ａ１１を用いて目標位置Ｑ１に対する第１ロボット制御座標系における制御位置を算出する。また、目標位置Ｑ１が図形Ｇ２内に位置していれば、図形Ｇ２に対応する第１変換関数Ａ１１を用いて目標位置Ｑ１に対する第１ロボット制御座標系における制御位置を算出する。この場合、例えば、上述した式（１）を用い、Ｐｒｅａｌに目標位置Ｑ１の座標値を入力することにより、Ｐｃｔｒｌを目標位置Ｑ１に対する制御位置として算出することができる。

同様に、制御位置決定部３１０は、まず、図形Ｇ１、Ｇ２から、目標位置Ｑ２を含む対象図形を選択する。次に、制御位置決定部３１０は、選択した対象図形に対応する第１変換関数Ａ１１を用いて目標位置Ｑ２に対する第１ロボット制御座標系における制御位置を算出する。目標位置Ｑ２が図形Ｇ１内に位置していれば、図形Ｇ１に対応する第１変換関数Ａ１１を用いて目標位置Ｑ２に対する第１ロボット制御座標系における制御位置を算出する。また、目標位置Ｑ２が図形Ｇ２内に位置していれば、図形Ｇ２に対応する第１変換関数Ａ１１を用いて目標位置Ｑ２に対する第１ロボット制御座標系における制御位置を算出する。この場合、例えば、上述した式（１）を用い、Ｐｒｅａｌに目標位置Ｑ２の座標値を入力することにより、Ｐｃｔｒｌを目標位置Ｑ２に対する制御位置として算出することができる。

以上により、下記の表２に示すように、目標位置Ｑ１、Ｑ２の第１ロボット制御座標系における制御位置Ｐ１、Ｐ２が得られる。

次に、制御位置決定部３１０は、上述の方法で算出した目標位置Ｑ１、Ｑ２の第１ロボット制御座標系における制御位置Ｐ１、Ｐ２と、目標位置等取得ステップＳ４で取得した制御位置Ｐ３と、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を、上述のようにして決定した制御位置に置き換えることによって当該処理を実行することができる。

［ロボット制御座標系確認ステップＳ６］
ロボット制御座標系確認ステップＳ６では、制御位置決定部３１０は、ロボット制御座標系が第１ロボット制御座標系のままであるかを確認する。第１ロボット制御座標系のままである場合、制御位置決定部３１０は、ロボット制御ステップＳ１０に移行する。これに対して、ロボット制御座標系が第１ロボット制御座標系から第２ロボット制御座標系に変化した場合、制御位置決定部３１０は、第２制御基準位置取得ステップＳ７に移行する。

［第２制御基準位置取得ステップＳ７］
第２制御基準位置取得ステップＳ７では、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第２ロボット制御座標系での第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を実基準位置ＲＰ１に位置させる。次に、制御位置決定部３１０は、図１０に示すように、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の第２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。

［第２変換関数取得ステップＳ８］
第２変換関数取得ステップＳ８では、制御位置決定部３１０は、図１０に示すように、各図形Ｇ１、Ｇ２内における目標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、以下の式で表すことができる。

式中のＰｃｔｒｌは、第２ロボット制御座標系における制御位置、Ｐｒｅａｌは、理想座標系における目標位置である。また、Ｘｃｔｒｌは、第２ロボット制御座標系における制御位置のＸ座標であり、Ｙｃｔｒｌは、第２ロボット制御座標系における制御位置のＹ座標である。また、Ｘｒｅａｌは、理想座標系における目標位置のＸ座標であり、Ｙｒｅａｌは、理想座標系における目標位置の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。なお、これらの係数は、第１変換関数Ａ１１で用いられたものと異なってもよい。このような第２変換関数Ａ２を用いることにより、容易かつ精度よく、目標位置Ｐｒｅａｌを制御位置Ｐｃｔｒｌに変換することができる。

［第２制御位置決定ステップＳ９］
第２制御位置決定ステップＳ９では、目標位置等取得ステップＳ４で受け付けた目標位置Ｑ１、Ｑ２および制御位置Ｐ３に対する第２ロボット制御座標系での制御位置を決定する。

目標位置Ｑ１、Ｑ２に対して、制御位置決定部３１０は、次の処理を行う。制御位置決定部３１０は、前述した第１制御位置決定ステップＳ５と同様に、図形Ｇ１に対応する第２変換関数Ａ２を用いて目標位置Ｑ１に対する第２ロボット制御座標系での制御位置Ｐ１０を算出する。同様に、図形Ｇ２に対応する第２変換関数Ａ２を用いて目標位置Ｑ２に対する第２ロボット制御座標系での制御位置Ｐ２０を算出する。この結果を下記の表３に示す。

また、制御位置Ｐ３に対して、制御位置決定部３１０は、次の処理を行う。前述したように、制御位置Ｐ３は、第１ロボット制御座標系に直接設定されているため、理想座標系での目標位置を有していない。そのため、制御位置決定部３１０は、まず、第１変換関数Ａ１２を用いて、制御位置Ｐ３の理想座標系での目標位置Ｑ３を求める。この場合、例えば、上述した式（５）を用い、Ｐｃｔｒｌに制御位置Ｐ３の座標値を入力することにより、Ｐｒｅａｌを理想座標系での目標位置Ｑ３として算出することができる。

次に、制御位置決定部３１０は、図形Ｇ１、Ｇ２から、目標位置Ｑ３を含む対象図形を選択する。次に、制御位置決定部３１０は、選択した対象図形に対応する第２変換関数Ａ２を用いて目標位置Ｑ３に対する第２ロボット制御座標系での制御位置Ｐ３０を算出する。この場合、上述した式（９）を用い、Ｐｒｅａｌに目標位置Ｑ３の座標値を入力することにより、Ｐｃｔｒｌを制御位置Ｐ３０として算出することができる。これにより、第２ロボット制御座標系での制御位置Ｐ３０を精度よく算出することができる。この結果を下記の表４に示す。

次に、制御位置決定部３１０は、上述の方法で算出した第２ロボット制御座標系での制御位置Ｐ１０、Ｐ２０、Ｐ３０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や制御位置を、上述のようにして決定した制御位置に置き換えることによって当該処理を実行することができる。以上のようにして、目標位置Ｑ１、Ｑ２および制御位置Ｐ３が第２ロボット制御座標系での新たな制御位置Ｐ１０、Ｐ２０、Ｐ３０に置き換えられる。

なお、上述のように、第１ロボット制御座標系における制御位置Ｐ３をそのまま第２ロボット制御座標系における新たな制御位置Ｐ３０に変換する場合の他にも、第１ロボット制御座標系における制御位置Ｐ３から相対移動させて第２ロボット制御座標系における新たな制御位置Ｐ３０に変換する場合も想定される。ここで言う、相対移動としては、例えば、Ｘ軸方向やＹ軸方向への平行移動、Ｚ軸まわりの回転移動等が挙げられる。このような場合、制御位置決定部３１０は、まず、第１変換関数Ａ１２を用いて、制御位置Ｐ３の理想座標系での目標位置Ｑ３を求める。次に、目標位置Ｑ３に相対移動量を加えて目標位置Ｑ３’を求める。ここで、相対移動量とは、所定の位置からの移動量のことであり、目標位置Ｑ３に相対移動量を加えて目標位置Ｑ３’を求めるとは、目標位置Ｑ３の座標（ｘ３，ｙ３，ｚ３）に対して移動量を加えて、目標位置Ｑ３’の座標を求めるということである。そして、その後、目標位置Ｑ３’を第２変換関数Ａ２を用いて第２ロボット制御座標系での制御位置Ｐ３０に変換する。このように、制御位置Ｐ３ではなく、目標位置Ｑ３に相対移動量を加えることにより、精度よく、第２ロボット制御座標系での制御位置Ｐ３０を算出することができる。

［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最新の動作プログラムＭＰを用いてロボット２の駆動を制御する。ロボット動作の１サイクルが終了すると、制御位置決定部３１０は、ロボット動作が所定回数に到達したかを判定する。到達していれば、ロボット２の駆動を停止し、到達していなければ、ロボット制御座標系確認ステップＳ６に戻る。なお、ロボット制御座標系確認ステップＳ６に戻る毎に、現状のロボット制御座標系が第１ロボット制御座標系となり、変化後のロボット制御座標が第２ロボット制御座標系となる。

以上のような制御方法によれば、第１ロボット制御座標系に直接設定された制御位置Ｐ３について理想座標系における目標位置Ｑ３を算出している。そのため、制御位置Ｐ３についても、目標位置Ｑ１、Ｑ２と同じ方法で新たなロボット制御座標系における制御位置を決定することができる。そのため、簡単な方法で、位置精度の誤差を効果的に低減することができ、優れた動作精度を発揮することができるロボットシステム１となる。

また、第１ロボット制御座標系における制御位置Ｐ３を第２ロボット制御座標系における新たな制御位置Ｐ３０に変換することなく、相対移動させる場合にも、理想座標系での目標位置Ｏ３に対して相対移動量を加えることが望ましい。これは、第１ロボット制御座標系で相対移動量を加えてしまうと、理想座標系での量とは差があり、意図した相対移動量とならないことを防ぐためである。具体的には、第１変換関数Ａ１２を用いて、制御位置Ｐ３の理想座標系での目標位置Ｑ３を求める。次に、目標位置Ｑ３に相対移動量を加えて目標位置Ｑ３’を求める。そして、その後、目標位置Ｑ３’を第１変換関数Ａ１１を用いて第１ロボット制御座標系での制御位置Ｐ３’に変換する。このように、制御位置Ｐ３ではなく、目標位置Ｑ３に相対移動量を加えることにより、精度よく相対移動量を加えることができる。

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の制御方法は、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を決定する制御方法であって、３点以上の理想座標系での実基準位置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が各実基準位置ＲＰに位置しているときの第１ロボット制御座標系での第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、実基準位置ＲＰと第１制御基準位置ＣＰ１とに基づいて、第１ロボット制御座標系における制御位置と理想座標系における目標位置との対応関係を表す第１変換関数Ａ１２を取得する第１変換関数取得ステップＳ３と、第１ロボット制御座標系における制御位置Ｐ３を、第１変換関数Ａ１２を用いて理想座標系における目標位置Ｑ３に変換し、目標位置Ｑ３に基づいて新たな制御位置Ｐ３０を決定する制御位置決定ステップとしての第２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、第１ロボット制御座標系に直接設定された制御位置Ｐ３についても、理想座標系に設定された目標位置Ｑ１、Ｑ２と同じ方法で新たなロボット制御座標系における制御位置Ｐ３０を決定することができる。そのため、簡単な方法で、位置精度の誤差を効果的に低減することができ、優れた動作精度を発揮することができるロボットシステム１となる。

また、前述したように、第１ロボット制御座標系における制御位置Ｐ３は、第１ロボット制御座標系に直接設定される。このように、理想座標系における目標位置を有さない制御位置Ｐ３についても、目標位置Ｑ１、Ｑ２と同様の方法で、新たなロボット制御座標系における制御位置Ｐ３０を決定することができる。そのため、制御位置の算出が容易となる。

また、前述したように、制御位置を設定するロボット制御座標系が第１ロボット制御座標系から第２ロボット制御座標系に変更された場合、第２制御位置決定ステップＳ９に先立って、制御点ＴＣＰが実基準位置ＲＰに位置しているときの第２ロボット制御座標系での第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Ｓ７と、実基準位置ＲＰと第２制御基準位置ＣＰ２とに基づいて、理想座標系における目標位置を第２ロボット制御座標系における制御位置に変換する第２変換関数Ａ２を取得する第２変換関数取得ステップＳ８と、を含み、第２制御位置決定ステップＳ９では、第１ロボット制御座標系における制御位置Ｐ３を、第１変換関数Ａ１２を用いて理想座標系における目標位置Ｑ３に変換した後、第２変換関数Ａ２を用いて第２ロボット制御座標系における新たな制御位置Ｐ３０に変換する。これにより、第２ロボット制御座標系での制御位置Ｐ３０を精度よく算出することができる。

また、前述したように、第１制御位置決定ステップＳ５または第２制御位置決定ステップＳ９では、第１ロボット制御座標系における制御位置Ｐ３を、第１変換関数Ａ１２を用いて理想座標系における目標位置Ｑ３に変換し、目標位置Ｑ３に相対移動量を加え、その後、第１変換関数Ａ１１を用いて第１ロボット制御座標系での制御位置Ｐ３’に変換または第２変換関数Ａ２を用いて第２ロボット制御座標系における新たな制御位置Ｐ３０に変換する。これにより、相対移動量を精度よく加えることができる。

また、前述したように、第１変換関数取得ステップＳ３では、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を理想空間内に設定し、図形Ｇ内における目標位置と制御位置との対応関係を表す第１変換関数Ａ１１、Ａ１２を求める。これにより、第１ロボット制御座標系での制御位置を精度よく算出することができる。

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を決定するロボットシステム１であって、制御装置３は、理想座標系での実基準位置ＲＰを取得し、ロボット２の制御点ＴＣＰが実基準位置ＲＰに位置しているときの第１ロボット制御座標系での第１制御基準位置ＣＰ１を取得し、実基準位置ＲＰと第１制御基準位置ＣＰ１とに基づいて、第１ロボット制御座標系における制御位置と理想座標系における目標位置との対応関係を表す第１変換関数Ａ１２を取得し、第１ロボット制御座標系における制御位置Ｐ３を、第１変換関数Ａ１２を用いて理想座標系における目標位置Ｑ３に変換し、目標位置Ｑ３に基づいて新たな制御位置Ｐ３０を決定する。このような構成によれば、第１ロボット制御座標系に直接設定された制御位置Ｐ３についても、理想座標系に設定された目標位置Ｑ１、Ｑ２と同じ方法で新たなロボット制御座標系における制御位置Ｐ３０を決定することができる。そのため、簡単な方法で、位置精度の誤差を効果的に低減することができ、優れた動作精度を発揮することができるロボットシステム１となる。

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、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、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…目標位置等取得ステップ、Ｓ５…第１制御位置決定ステップ、Ｓ６…ロボット制御座標系確認ステップ、Ｓ７…第２制御基準位置取得ステップ、Ｓ８…第２変換関数取得ステップ、Ｓ９…第２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 (6)

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点以上の理想座標系での実基準位置を取得する実基準位置取得ステップと、
   前記ロボットの制御点が各前記実基準位置に位置しているときの第１ロボット制御座標系での第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、
   前記実基準位置と前記第１制御基準位置とに基づいて、前記第１ロボット制御座標系における前記制御位置と前記理想座標系における前記目標位置との対応関係を表す第１変換関数を取得する第１変換関数取得ステップと、
   前記第１ロボット制御座標系における前記制御位置を、前記第１変換関数を用いて前記理想座標系における前記目標位置に変換し、前記目標位置に基づいて新たな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１ロボット制御座標系における前記制御位置は、前記第１ロボット制御座標系に直接設定される請求項１に記載の制御方法。
3. 前記制御位置を設定するロボット制御座標系が前記第１ロボット制御座標系から第２ロボット制御座標系に変更された場合、
   前記制御位置決定ステップに先立って、
   前記制御点が前記実基準位置に位置しているときの前記第２ロボット制御座標系での第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、
   前記実基準位置と前記第２制御基準位置とに基づいて、前記理想座標系における前記目標位置を前記第２ロボット制御座標系における前記制御位置に変換する第２変換関数を取得する第２変換関数取得ステップと、を含み、
   前記制御位置決定ステップでは、前記第１ロボット制御座標系における前記制御位置を、前記第１変換関数を用いて前記理想座標系における前記目標位置に変換した後、前記第２変換関数を用いて前記第２ロボット制御座標系における新たな前記制御位置に変換する請求項１に記載の制御方法。
4. 前記制御位置決定ステップでは、所定の位置からの移動量である相対移動量を、前記制御位置決定ステップで変換された前記目標位置に加えて、新たな前記制御位置を決定する請求項１に記載の制御方法。
5. 前記第１変換関数取得ステップでは、３つ以上の前記実基準位置を頂点とする少なくとも１つの図形を前記理想座標系に設定し、前記図形内における前記目標位置と前記制御位置との対応関係を表す前記第１変換関数を求める請求項１に記載の制御方法。
6. 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点以上の理想座標系での実基準位置を取得し、
   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第１ロボット制御座標系での第１制御基準位置を取得し、
   前記実基準位置と前記第１制御基準位置とに基づいて、前記第１ロボット制御座標系における前記制御位置と前記理想座標系における前記目標位置との対応関係を表す第１変換関数を取得し、
   前記第１ロボット制御座標系における前記制御位置を、前記第１変換関数を用いて前記理想座標系における前記目標位置に変換し、前記目標位置に基づいて新たな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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