JP2774939B2 - ロボットのツールパラメータ導出方法及び較正方法 - Google Patents
ロボットのツールパラメータ導出方法及び較正方法Info
- Publication number
- JP2774939B2 JP2774939B2 JP6221558A JP22155894A JP2774939B2 JP 2774939 B2 JP2774939 B2 JP 2774939B2 JP 6221558 A JP6221558 A JP 6221558A JP 22155894 A JP22155894 A JP 22155894A JP 2774939 B2 JP2774939 B2 JP 2774939B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tool
- robot
- coordinate system
- parameter
- equation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Manipulator (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，ロボットのツールパラ
メータ導出方法及び較正方法に係り，例えばロボットの
ツールを交換したときや，ツールが作業ワーク等に衝突
したときなどツールパラメータの変更が生じたときに，
ツールの先端位置及び方向を決定するツールパラメータ
を導出又は較正する方法に関するものである。
メータ導出方法及び較正方法に係り，例えばロボットの
ツールを交換したときや，ツールが作業ワーク等に衝突
したときなどツールパラメータの変更が生じたときに，
ツールの先端位置及び方向を決定するツールパラメータ
を導出又は較正する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来，ロボットのツールパラメータを導
出又は較正する方法として，例えば特開昭６４−７８７
７４号公報が開示されている。ここでは，ツール先端点
を任意の１点に４回以上位置決めし，この時，ツール取
り付け部であるフランジフレームが球状に配置されるこ
とからツール先端点を求める方法である。別の方法とし
て，特開昭６１−２５２０６号公報及び特開昭６１−２
５２０７号公報には，較正用治具を用いた方法が開示さ
れている。
出又は較正する方法として，例えば特開昭６４−７８７
７４号公報が開示されている。ここでは，ツール先端点
を任意の１点に４回以上位置決めし，この時，ツール取
り付け部であるフランジフレームが球状に配置されるこ
とからツール先端点を求める方法である。別の方法とし
て，特開昭６１−２５２０６号公報及び特開昭６１−２
５２０７号公報には，較正用治具を用いた方法が開示さ
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記したような従来の
ロボットのツールパラメータ導出方法及び較正方法で
は，次のような問題点があった。特開昭６４−７８７７
４号公報に開示の方法では，作業者がロボットの先端に
取り付けたツール最先端が較正位置と一致するように位
置決めを行うが，この作業は作業者の技量に依存する。
即ち，作業者の熟練度等がその位置決め精度や，さらに
は，ツール最先端の導出精度に影響を及ぼす。また，こ
の方法ではツール最先端の位置のみしか導出できず，ツ
ールの方向は設計値を用いるかあるいは実測する必要が
あった。また，特開昭６１−２５２０６号公報，特開昭
６１−２５２０７号公報に開示の方法では，測定点数は
少なくてすむものの，較正治具の製作精度や，治具の据
え付けの為の段取り替え時間が問題となっていた。本発
明は，上記事情に鑑みてなされたものであり，その第１
の目的とするところは，より簡便に短時間にしかも精度
よくロボットのツールパラメータを導出することであ
る。また，第２の目的は，同様にロボットのツールパラ
メータを較正することである。
ロボットのツールパラメータ導出方法及び較正方法で
は，次のような問題点があった。特開昭６４−７８７７
４号公報に開示の方法では，作業者がロボットの先端に
取り付けたツール最先端が較正位置と一致するように位
置決めを行うが，この作業は作業者の技量に依存する。
即ち，作業者の熟練度等がその位置決め精度や，さらに
は，ツール最先端の導出精度に影響を及ぼす。また，こ
の方法ではツール最先端の位置のみしか導出できず，ツ
ールの方向は設計値を用いるかあるいは実測する必要が
あった。また，特開昭６１−２５２０６号公報，特開昭
６１−２５２０７号公報に開示の方法では，測定点数は
少なくてすむものの，較正治具の製作精度や，治具の据
え付けの為の段取り替え時間が問題となっていた。本発
明は，上記事情に鑑みてなされたものであり，その第１
の目的とするところは，より簡便に短時間にしかも精度
よくロボットのツールパラメータを導出することであ
る。また，第２の目的は，同様にロボットのツールパラ
メータを較正することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために第１の発明は，ロボットのアーム先端に取り付
けられたツールの位置姿勢を決定するツールパラメータ
を導出する方法において，上記ツールを空間上の１点に
少なくとも異なる３つの姿勢で位置決めしたときの各位
置決めデータに基づいて上記ツールの取り付け部の座標
系を演算し，ツールパラメータを用いて表現される上記
取り付け部の座標系の任意の２つよりみたツール位置候
補を含む直線を少なくとも２本求め，上記直線同士の交
点と取り付け部の座標系とに基づいて上記ツールパラメ
ータを導出してなることを特徴とするロボットのツール
パラメータ導出方法として構成されている。さらには，
上記ツールの位置決めにおける各姿勢のうち，少なくと
も１つは既知の方向とすることを特徴とするロボットの
ツールパラメータ導出方法である。また第２の目的を達
成するために第２の発明は，ロボットのアーム先端に取
り付けられたツールの位置姿勢を決定するツールパラメ
ータを較正する方法において，上記ツールを空間上の１
点に少なくとも異なる３つの姿勢で位置決めしたときの
各位置決めデータに基づいて上記ツールの取り付け部の
座標系を演算し，ツールパラメータを用いて表現される
上記取り付け部の座標系よりみたツール位置候補の平均
値に対する偏差に基づいて上記ツールパラメータの較正
値を推定してなることを特徴とするロボットのツールパ
ラメータ較正方法として構成されている。さらには，上
記ツールの位置決めにおける各姿勢のうち，少なくとも
１つは既知の方向とすることを特徴とするロボットのツ
ールパラメータ較正方法である。
るために第１の発明は，ロボットのアーム先端に取り付
けられたツールの位置姿勢を決定するツールパラメータ
を導出する方法において，上記ツールを空間上の１点に
少なくとも異なる３つの姿勢で位置決めしたときの各位
置決めデータに基づいて上記ツールの取り付け部の座標
系を演算し，ツールパラメータを用いて表現される上記
取り付け部の座標系の任意の２つよりみたツール位置候
補を含む直線を少なくとも２本求め，上記直線同士の交
点と取り付け部の座標系とに基づいて上記ツールパラメ
ータを導出してなることを特徴とするロボットのツール
パラメータ導出方法として構成されている。さらには，
上記ツールの位置決めにおける各姿勢のうち，少なくと
も１つは既知の方向とすることを特徴とするロボットの
ツールパラメータ導出方法である。また第２の目的を達
成するために第２の発明は，ロボットのアーム先端に取
り付けられたツールの位置姿勢を決定するツールパラメ
ータを較正する方法において，上記ツールを空間上の１
点に少なくとも異なる３つの姿勢で位置決めしたときの
各位置決めデータに基づいて上記ツールの取り付け部の
座標系を演算し，ツールパラメータを用いて表現される
上記取り付け部の座標系よりみたツール位置候補の平均
値に対する偏差に基づいて上記ツールパラメータの較正
値を推定してなることを特徴とするロボットのツールパ
ラメータ較正方法として構成されている。さらには，上
記ツールの位置決めにおける各姿勢のうち，少なくとも
１つは既知の方向とすることを特徴とするロボットのツ
ールパラメータ較正方法である。
【０００５】
【作用】第１の発明によれば，ロボットのアーム先端に
取り付けられたツールの位置姿勢を決定するツールパラ
メータを導出するに際し，上記ツールを空間上の１点に
少なくとも異なる３つの姿勢で位置決めしたときの各位
置決めデータに基づいて上記ツールの取り付け部の座標
系が演算される。ツールパラメータを用いて表現される
上記取り付け部の座標系の任意の２つより見たツール位
置候補を含む直線が少なくとも２本求められる。上記直
線同士の交点と取り付け部の座標系とに基づいて，上記
ツールパラメータが導出される。このように，ロボット
の姿勢を変化させる教示点を極力少なくし，且つ，専用
の較正治具を用いなくても，より簡便に短時間に精度よ
くロボットのツールパラメータを導出することができ
る。さらに，上記ツールの位置決めにおける各姿勢のう
ち，少なくとも１つを既知の方向とすれば，ツールパラ
メータをその方向成分を含めて導出することができる。
また，第２の発明によれば，ロボットのアーム先端に取
り付けられたツールの位置姿勢を決定するツールパラメ
ータを較正するに際し，上記ツールを空間上の１点に少
なくとも異なる３つの姿勢で位置決めしたときの各位置
決めデータに基づいて，上記ツールの取り付け部の座標
系が演算される。ツールパラメータを用いて表現される
上記取り付け部の座標系より見たツール位置候補の平均
値に対する偏差に基づいて，上記ツールパラメータの較
正値が推定される。このように，ロボットの姿勢を変化
させる教示点を極力少なくし，かつ，専用の較正治具を
用いなくとも，より簡便にに短時間に精度よくロボット
のツールパラメータを較正することができる。さらに，
上記ツールの位置決めにおける各姿勢のうち，少なくと
も１つを既知の方向とすれば，ツールパラメータをその
方向成分を含めて較正することができる。
取り付けられたツールの位置姿勢を決定するツールパラ
メータを導出するに際し，上記ツールを空間上の１点に
少なくとも異なる３つの姿勢で位置決めしたときの各位
置決めデータに基づいて上記ツールの取り付け部の座標
系が演算される。ツールパラメータを用いて表現される
上記取り付け部の座標系の任意の２つより見たツール位
置候補を含む直線が少なくとも２本求められる。上記直
線同士の交点と取り付け部の座標系とに基づいて，上記
ツールパラメータが導出される。このように，ロボット
の姿勢を変化させる教示点を極力少なくし，且つ，専用
の較正治具を用いなくても，より簡便に短時間に精度よ
くロボットのツールパラメータを導出することができ
る。さらに，上記ツールの位置決めにおける各姿勢のう
ち，少なくとも１つを既知の方向とすれば，ツールパラ
メータをその方向成分を含めて導出することができる。
また，第２の発明によれば，ロボットのアーム先端に取
り付けられたツールの位置姿勢を決定するツールパラメ
ータを較正するに際し，上記ツールを空間上の１点に少
なくとも異なる３つの姿勢で位置決めしたときの各位置
決めデータに基づいて，上記ツールの取り付け部の座標
系が演算される。ツールパラメータを用いて表現される
上記取り付け部の座標系より見たツール位置候補の平均
値に対する偏差に基づいて，上記ツールパラメータの較
正値が推定される。このように，ロボットの姿勢を変化
させる教示点を極力少なくし，かつ，専用の較正治具を
用いなくとも，より簡便にに短時間に精度よくロボット
のツールパラメータを較正することができる。さらに，
上記ツールの位置決めにおける各姿勢のうち，少なくと
も１つを既知の方向とすれば，ツールパラメータをその
方向成分を含めて較正することができる。
【０００６】
【実施例】以下添付図面を参照して，本発明を具体化し
た実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以
下の実施例は，本発明を具体化した一例であって，本発
明の技術的範囲を限定する性格のものではない。ここ
に，図１は第１の発明の一実施例（第１の実施例）に係
るロボットのツールパラメータの導出方法の概略手順を
示すフロー図，図２は第２の発明の一実施例（第２の実
施例）に係るロボットのツールパラメータの較正方法の
概略手順を示すフロー図，図３は上記第１，第２の実施
例に係る方法を適用可能な装置０の概略構成図，図４は
ツール座標系の設定の様子を示す説明図，図５はツール
パラメータ導出の原理を示す説明図，図６はツールパラ
メータ較正の原理を示す説明図である。図１に示すごと
く，第１の発明の一実施例（第１の実施例）に係るロボ
ットのツールパラメータ導出方法は，ロボットのアーム
先端に取り付けられたツールの位置姿勢を決定するツー
ルパラメータを導出するに際し，上記ツールを空間上の
１点に少なくとも異なる３の姿勢で位置決めしたとき
の，各位置決めデータに基づいて，上記ツールの取り付
け部であるフランジの座標系を演算し，ツールパラメー
タを用いて表現される上記フランジ座標系の任意の２つ
より見たツール位置候補を含む直線を少なくとも２本求
め，上記直線同士の交点とフランジ座標系とに基づいて
上記ツールパラメータを導出するように構成されてい
る。さらに，上記ツールの位置決めにおける各姿勢の
内，少なくとも１つは既知の方向とするようにしてもよ
く，図１では第１回目の位置決めはツールの方向を既知
の方向ベクトルｇに合わせて行うものとしている。図３
は上記第１の実施例に係るツールパラメータ導出方法を
適用可能な装置０の概略構成を示す。図中，１はロボッ
ト本体，２はアーム，３はツール，４はフランジ，５は
ピン（５ａはその先端），６はコントローラ，７はティ
ーチングペンダント，８はパーソナルコンピュータを示
す。又，パーソナルコンピュータ８は例えばＣＰＵ，Ｃ
ＲＴ，メモリ，キーボード等を備えている市販のものを
用いる。
た実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以
下の実施例は，本発明を具体化した一例であって，本発
明の技術的範囲を限定する性格のものではない。ここ
に，図１は第１の発明の一実施例（第１の実施例）に係
るロボットのツールパラメータの導出方法の概略手順を
示すフロー図，図２は第２の発明の一実施例（第２の実
施例）に係るロボットのツールパラメータの較正方法の
概略手順を示すフロー図，図３は上記第１，第２の実施
例に係る方法を適用可能な装置０の概略構成図，図４は
ツール座標系の設定の様子を示す説明図，図５はツール
パラメータ導出の原理を示す説明図，図６はツールパラ
メータ較正の原理を示す説明図である。図１に示すごと
く，第１の発明の一実施例（第１の実施例）に係るロボ
ットのツールパラメータ導出方法は，ロボットのアーム
先端に取り付けられたツールの位置姿勢を決定するツー
ルパラメータを導出するに際し，上記ツールを空間上の
１点に少なくとも異なる３の姿勢で位置決めしたとき
の，各位置決めデータに基づいて，上記ツールの取り付
け部であるフランジの座標系を演算し，ツールパラメー
タを用いて表現される上記フランジ座標系の任意の２つ
より見たツール位置候補を含む直線を少なくとも２本求
め，上記直線同士の交点とフランジ座標系とに基づいて
上記ツールパラメータを導出するように構成されてい
る。さらに，上記ツールの位置決めにおける各姿勢の
内，少なくとも１つは既知の方向とするようにしてもよ
く，図１では第１回目の位置決めはツールの方向を既知
の方向ベクトルｇに合わせて行うものとしている。図３
は上記第１の実施例に係るツールパラメータ導出方法を
適用可能な装置０の概略構成を示す。図中，１はロボッ
ト本体，２はアーム，３はツール，４はフランジ，５は
ピン（５ａはその先端），６はコントローラ，７はティ
ーチングペンダント，８はパーソナルコンピュータを示
す。又，パーソナルコンピュータ８は例えばＣＰＵ，Ｃ
ＲＴ，メモリ，キーボード等を備えている市販のものを
用いる。
【０００７】以下，この装置０を用いて，上記第１の実
施例方法をさらに具現化する。図４はツール座標系の設
定の様子を示している。図中，フランジ４の中心にはフ
ランジ座標系が設定されている。フランジ座標系はロボ
ット１の各軸のデータよりコントローラ６にて計算され
る。ここでは，空間上の１点は位置設定が容易に行える
ようにピン５の先端５ａとしている。オペレータは，ま
ずティーチングペンダント７によりある姿勢で位置決め
する。このときのピン先端５ａの位置をロボット座標上
の位置でｐ（ｐx ，ｐy ，ｐz ），フランジの座標系を
Ｆ1 （ｌ 1x，ｌ1y，ｌ1z，ｍ1x，ｍ1y，ｍ1z，ｎ1x，ｎ
1y，ｎ1z，ｏ1x，ｏ1y，ｏ1z），求めたいフランジ上の
ツール位置ベクトルをｔ（ｔx ，ｔy ，ｔz ）とする
と，これらの関係を次式で表すことができる。この時の
関係を図５（ａ）に示した。
施例方法をさらに具現化する。図４はツール座標系の設
定の様子を示している。図中，フランジ４の中心にはフ
ランジ座標系が設定されている。フランジ座標系はロボ
ット１の各軸のデータよりコントローラ６にて計算され
る。ここでは，空間上の１点は位置設定が容易に行える
ようにピン５の先端５ａとしている。オペレータは，ま
ずティーチングペンダント７によりある姿勢で位置決め
する。このときのピン先端５ａの位置をロボット座標上
の位置でｐ（ｐx ，ｐy ，ｐz ），フランジの座標系を
Ｆ1 （ｌ 1x，ｌ1y，ｌ1z，ｍ1x，ｍ1y，ｍ1z，ｎ1x，ｎ
1y，ｎ1z，ｏ1x，ｏ1y，ｏ1z），求めたいフランジ上の
ツール位置ベクトルをｔ（ｔx ，ｔy ，ｔz ）とする
と，これらの関係を次式で表すことができる。この時の
関係を図５（ａ）に示した。
【数１】 次にオペレータは，ロボットの姿勢を変化させる。この
ときのフランジ座標系をＦ2 （ｌ2x，ｌ2y，ｌ2z，
ｍ2x，ｍ2y，ｍ2z，ｎ2x，ｎ2y，ｎ2z，ｏ2x，ｏ2y，ｏ
2z）およびＦ3 （ｌ3x，ｌ3y，ｌ3z，ｍ3x，ｍ3y，
ｍ3z，ｎ3x，ｎ3y，ｎ3z，ｏ3x，ｏ3y，ｏ3z）とする
と，次の２つの式が成立する。
ときのフランジ座標系をＦ2 （ｌ2x，ｌ2y，ｌ2z，
ｍ2x，ｍ2y，ｍ2z，ｎ2x，ｎ2y，ｎ2z，ｏ2x，ｏ2y，ｏ
2z）およびＦ3 （ｌ3x，ｌ3y，ｌ3z，ｍ3x，ｍ3y，
ｍ3z，ｎ3x，ｎ3y，ｎ3z，ｏ3x，ｏ3y，ｏ3z）とする
と，次の２つの式が成立する。
【数２】
【０００８】今，これらの３個の座標系のうち，ｉ番目
とｊ番目（ｉ，ｊ＝１〜３；ｉ≠ｊ）の座標系を考え
る。上記（１）式〜（３）式は，いずれもロボット座標
からのピン先端５ａの位置ベクトルｐ（ｐx ，ｐy ，ｐ
z ）を示していることから次式が成立する。
とｊ番目（ｉ，ｊ＝１〜３；ｉ≠ｊ）の座標系を考え
る。上記（１）式〜（３）式は，いずれもロボット座標
からのピン先端５ａの位置ベクトルｐ（ｐx ，ｐy ，ｐ
z ）を示していることから次式が成立する。
【数３】 一般的に原点が同一で姿勢の異なる座標系の間には，図
５（ｂ）に示すようにあるベクトル方向κにθ回転する
座標変換行列によって関係づけることができる。ここ
で，原点が同じで，姿勢が異なる２つの座標系をそれぞ
れ（ｌix，ｌiy，ｌiz，ｍix，ｍiy，ｍiz，ｎix，
ｎiy，ｎiz，０，０，０）および（ｌjx，ｌjy，ｌjz，
ｍjx，ｍjy，ｍjz，ｎjx，ｎjy，ｎjz，０，０，０）と
する。この間の関係を表現する座標変換行列をＣとする
と，次式が成立する。
５（ｂ）に示すようにあるベクトル方向κにθ回転する
座標変換行列によって関係づけることができる。ここ
で，原点が同じで，姿勢が異なる２つの座標系をそれぞ
れ（ｌix，ｌiy，ｌiz，ｍix，ｍiy，ｍiz，ｎix，
ｎiy，ｎiz，０，０，０）および（ｌjx，ｌjy，ｌjz，
ｍjx，ｍjy，ｍjz，ｎjx，ｎjy，ｎjz，０，０，０）と
する。この間の関係を表現する座標変換行列をＣとする
と，次式が成立する。
【数４】 上記（５）式より変換行列Ｃは次のようになる。
【数５】
【０００９】一般に知られているように，変換行列Ｃは
等価回転軸κ及び等価回転角θにより変換を表す等価回
転行列Ｒｏｔ（κ，θ）に置き換えることができる。
等価回転軸κ及び等価回転角θにより変換を表す等価回
転行列Ｒｏｔ（κ，θ）に置き換えることができる。
【数６】 上記（６）及び（７）式より，等価回転角θ及び等価回
転軸κは次のような値となる。
転軸κは次のような値となる。
【数７】 この等価回転行列Ｒｏｔ（κ，θ）は方向ベクトルであ
る等価回転軸κに対して何の変換も行わない。従って，
αを任意の実数とすると，次式が成立する。 Ｒｏｔ（κ，θ）ακ＝αＣκ＝ακ …（１０）
る等価回転軸κに対して何の変換も行わない。従って，
αを任意の実数とすると，次式が成立する。 Ｒｏｔ（κ，θ）ακ＝αＣκ＝ακ …（１０）
【００１０】上記（５）式の両辺にακをかけ，上記
（１０）式を用いて変形すると次式が得られる。
（１０）式を用いて変形すると次式が得られる。
【数８】 このときのｖ（ｖx ，ｖy ，ｖz ）はロボット座標系上
からみた等価回転軸ベクトルを意味する。いま，ここで
上記（４）式に上記（１０）式を加えると，次式が得ら
れる。
からみた等価回転軸ベクトルを意味する。いま，ここで
上記（４）式に上記（１０）式を加えると，次式が得ら
れる。
【数９】
【００１１】これは，２つのフランジ座標系上の直線上
の点ｔ＋ακは一致し，ロボット座標系上では直線ｐ＋
αｖ上の１点に変換されることを意味する。この直線上
の１点ｐij（ｐijx ，ｐijy ，ｐijz ）（ツール位置候
補に相当）を，ｐijｏi とｐ ijｏj の２つのベクトルの
外積が等価回転軸ベクトルｖの方向で，且つ２つのベク
トルが成す角度がθとなる点に設定する。すると直線Ｌ
ijは次式で表すことができる。
の点ｔ＋ακは一致し，ロボット座標系上では直線ｐ＋
αｖ上の１点に変換されることを意味する。この直線上
の１点ｐij（ｐijx ，ｐijy ，ｐijz ）（ツール位置候
補に相当）を，ｐijｏi とｐ ijｏj の２つのベクトルの
外積が等価回転軸ベクトルｖの方向で，且つ２つのベク
トルが成す角度がθとなる点に設定する。すると直線Ｌ
ijは次式で表すことができる。
【数１０】 ここでとりうるフランジ座標系の組（ｉ，ｊ）は（１，
２），（１，３），（２，３）の３組存在し，上記（１
３）式より直線は３個求めることができる。この３本の
直線は物理的な意味から１点に交わるので，適当に直線
を２本選ぶことによりその交点が演算できる。この交点
は，ツール先端を位置決めした同一点ｐであるので，３
つのフランジ座標系の内の１つＦi （ｉ＝１〜３）を用
いて以下のようにツール位置ベクトルｔを求める。
２），（１，３），（２，３）の３組存在し，上記（１
３）式より直線は３個求めることができる。この３本の
直線は物理的な意味から１点に交わるので，適当に直線
を２本選ぶことによりその交点が演算できる。この交点
は，ツール先端を位置決めした同一点ｐであるので，３
つのフランジ座標系の内の１つＦi （ｉ＝１〜３）を用
いて以下のようにツール位置ベクトルｔを求める。
【数１１】
【００１２】以上でツール位置ベクトルｔを導出でき
た。以上の演算は，パーソナルコンピュータ８のＣＰＵ
により実行され，ＣＲＴに実行結果が表示される。この
ように，ロボットの姿勢を変化させる教示点を極力少な
くし，且つ専用の較正治具を用いなくても，より簡便に
短時間に精度よくロボットのツールパラメータ（ｔx ，
ｔy ，ｔz ）を導出することができた。次にツールの方
向を導出する原理について述べる。方向成分を加えたツ
ールパラメータ（ｔx ，ｔy ，ｔz ，ε1 ，ε2 ，
ε3 ）によってフランジ座標系でのツールの座標系は次
のように表現される。ただし，ε1 ，ε2 ，ε3 はいず
れもオイラー角を示す。
た。以上の演算は，パーソナルコンピュータ８のＣＰＵ
により実行され，ＣＲＴに実行結果が表示される。この
ように，ロボットの姿勢を変化させる教示点を極力少な
くし，且つ専用の較正治具を用いなくても，より簡便に
短時間に精度よくロボットのツールパラメータ（ｔx ，
ｔy ，ｔz ）を導出することができた。次にツールの方
向を導出する原理について述べる。方向成分を加えたツ
ールパラメータ（ｔx ，ｔy ，ｔz ，ε1 ，ε2 ，
ε3 ）によってフランジ座標系でのツールの座標系は次
のように表現される。ただし，ε1 ，ε2 ，ε3 はいず
れもオイラー角を示す。
【数１２】 ここでは，図 1に示すようにツールの方向座標軸ｗを既
知の方向ベクトルｇ（ｇx ，ｇy ，ｇz ）と一致させる
こととする。このとき，ツール座標系Ｔ及びフランジ座
標系Ｆi 及び方向ベクトルｇの関係は以下のようにな
る。
知の方向ベクトルｇ（ｇx ，ｇy ，ｇz ）と一致させる
こととする。このとき，ツール座標系Ｔ及びフランジ座
標系Ｆi 及び方向ベクトルｇの関係は以下のようにな
る。
【数１３】
【００１３】フランジ座標系Ｆi 及び方向ベクトルｇは
いずれも既知であるので，結局上記（１７）式を変形す
ると次式が得られる。
いずれも既知であるので，結局上記（１７）式を変形す
ると次式が得られる。
【数１４】 これより，オイラー角ε1 ，ε2 は以下のように求ま
る。 ε1 ＝ａｔａｎ２（ｒx ，ｒy ） …（１９） ε2 ＝ａｔａｎ２（ｒz ，±√（ｒx 2 ＋ｒy 2 ）） …（２０） 以上より，上記（１１）式，（１６）式及び（１７）式
よりツールの先端及びツールの方向を決定することがで
きる。この決定演算もパーソナルコンピュータ８のＣＰ
Ｕにより実行され，ＣＲＴに実行結果が表示される。以
上によりツールパラメータをオイラー角表現したときの
（ｔx ，ｔy ，ｔz ，ε1 ，ε2 ，ε3 ）の内の５つの
成分ｔx ，ｔy ，ｔz ，ε1 ，ε2 が求まる。残りの
１つの成分であるε3 はパーソナルコンピュータ８のキ
ーボード入力により設定値もしくはデフォルトを設定す
る。ロボットのツールパラメータを求めるには，上記し
たような第１の実施例のごとく，ロボットの姿勢を代え
てツール先端点を空間上の所定の位置５ａに位置付けて
姿勢を変えて３回位置決めを行えば原理的には求まる。
しかし，実際にはロボットの姿勢を変え，ツール先端点
を所定点５ａに近づける際に，正確に位置決めが行われ
ない場合があり得る。これらの場合を想定し，第２の発
明では３点以上の点を位置決めし，これら３点以上のフ
ランジ座標系の値より最小自乗法を用いてツールパラメ
ータの較正を行うこととした。
る。 ε1 ＝ａｔａｎ２（ｒx ，ｒy ） …（１９） ε2 ＝ａｔａｎ２（ｒz ，±√（ｒx 2 ＋ｒy 2 ）） …（２０） 以上より，上記（１１）式，（１６）式及び（１７）式
よりツールの先端及びツールの方向を決定することがで
きる。この決定演算もパーソナルコンピュータ８のＣＰ
Ｕにより実行され，ＣＲＴに実行結果が表示される。以
上によりツールパラメータをオイラー角表現したときの
（ｔx ，ｔy ，ｔz ，ε1 ，ε2 ，ε3 ）の内の５つの
成分ｔx ，ｔy ，ｔz ，ε1 ，ε2 が求まる。残りの
１つの成分であるε3 はパーソナルコンピュータ８のキ
ーボード入力により設定値もしくはデフォルトを設定す
る。ロボットのツールパラメータを求めるには，上記し
たような第１の実施例のごとく，ロボットの姿勢を代え
てツール先端点を空間上の所定の位置５ａに位置付けて
姿勢を変えて３回位置決めを行えば原理的には求まる。
しかし，実際にはロボットの姿勢を変え，ツール先端点
を所定点５ａに近づける際に，正確に位置決めが行われ
ない場合があり得る。これらの場合を想定し，第２の発
明では３点以上の点を位置決めし，これら３点以上のフ
ランジ座標系の値より最小自乗法を用いてツールパラメ
ータの較正を行うこととした。
【００１４】引き続いて第２の発明についてのべる。図
２に示すごとく，第２の発明の一実施例（第２の実施
例）に係るロボットのツールパラメータ較正方法は，ロ
ボットのアーム先端に取り付けられたツールの位置姿勢
を決定するツールパラメータを較正するに際し，上記ツ
ールを空間上の１点に少なくとも異なる３つの姿勢で位
置決めしたときの各位置決めデータに基づいて上記ツー
ルの取り付け部であるフランジの座標系を演算し，ツー
ルパラメータを用いて表現される上記フランジ座標系よ
り見たツール位置候補の平均値に対する偏差に基づい
て，上記ツールパラメータの較正値を推定するように構
成されている。さらに，上記ツールの位置決めにおける
各姿勢のうち少なくとも１つは既知の方向とするように
してもよく，図２では第１回目の位置決めツールの方向
を既知の方向ベクトルｇに合わせて行うものとしてい
る。本第２の実施例に係るツールパラメータ較正方法に
ついても，上記第１の実施例におけると同様の装置０を
適用可能である。以下，この装置０による上記第２の実
施例方法を更に具現化する。本第２の実施例では，ｑ回
（ｑ≧３）の位置決めを行い，その時のそれぞれのフラ
ンジ座標系Ｆ1 〜Ｆq よりツール位置ベクトルｔを求め
る。この時のフランジ座標系Ｆ1 〜Ｆq とツール位置ベ
クトルｔとの関係を図６に示した。図６では，正確に位
置決めが行われていないため，各フランジ座標系から等
価回転軸κにおろした法線の位置は一致せず，誤差εij
が生じる。ここでは，まず先に示した（４）式を変形し
以下の方程式を得る。
２に示すごとく，第２の発明の一実施例（第２の実施
例）に係るロボットのツールパラメータ較正方法は，ロ
ボットのアーム先端に取り付けられたツールの位置姿勢
を決定するツールパラメータを較正するに際し，上記ツ
ールを空間上の１点に少なくとも異なる３つの姿勢で位
置決めしたときの各位置決めデータに基づいて上記ツー
ルの取り付け部であるフランジの座標系を演算し，ツー
ルパラメータを用いて表現される上記フランジ座標系よ
り見たツール位置候補の平均値に対する偏差に基づい
て，上記ツールパラメータの較正値を推定するように構
成されている。さらに，上記ツールの位置決めにおける
各姿勢のうち少なくとも１つは既知の方向とするように
してもよく，図２では第１回目の位置決めツールの方向
を既知の方向ベクトルｇに合わせて行うものとしてい
る。本第２の実施例に係るツールパラメータ較正方法に
ついても，上記第１の実施例におけると同様の装置０を
適用可能である。以下，この装置０による上記第２の実
施例方法を更に具現化する。本第２の実施例では，ｑ回
（ｑ≧３）の位置決めを行い，その時のそれぞれのフラ
ンジ座標系Ｆ1 〜Ｆq よりツール位置ベクトルｔを求め
る。この時のフランジ座標系Ｆ1 〜Ｆq とツール位置ベ
クトルｔとの関係を図６に示した。図６では，正確に位
置決めが行われていないため，各フランジ座標系から等
価回転軸κにおろした法線の位置は一致せず，誤差εij
が生じる。ここでは，まず先に示した（４）式を変形し
以下の方程式を得る。
【数１５】
【００１５】この場合，６変数ｔx ，ｔy ，ｔz ，
ｐx ，ｐy ，ｐz に対する方程式が６個導かれる。しか
し，これらの方程式だけでは解が一意に求まらない。逆
に，先に第１の実施例で述べた原理に従えば，少なくと
もフランジ座標系を３つ用いて方程式を作れば，解が一
意に求まることが明らかである。全てのフランジ座標系
を用いると以下の方程式が得られる。
ｐx ，ｐy ，ｐz に対する方程式が６個導かれる。しか
し，これらの方程式だけでは解が一意に求まらない。逆
に，先に第１の実施例で述べた原理に従えば，少なくと
もフランジ座標系を３つ用いて方程式を作れば，解が一
意に求まることが明らかである。全てのフランジ座標系
を用いると以下の方程式が得られる。
【数１６】 今，ツール位置ベクトルｔが誤差Δｔ（Δｔx ，Δ
ｔy ，Δｔz ）を含んでいるとき，上記（２２）式より
以下の誤差方程式が導かれる。
ｔy ，Δｔz ）を含んでいるとき，上記（２２）式より
以下の誤差方程式が導かれる。
【数１７】
【００１６】同一点の誤差Δｐi を以下のように導出さ
れる同一点の平均からの誤差と定義する。これはツール
位置候補の平均値に対する偏差に相当し，前述した誤差
εijに比例する。
れる同一点の平均からの誤差と定義する。これはツール
位置候補の平均値に対する偏差に相当し，前述した誤差
εijに比例する。
【数１８】 上記（２３）式の左辺のフランジ座標系よりなる行列Ｊ
（Ｆ1 ，Ｆ2 ，…，Ｆ q ）T の擬似逆行列Ｊ+ を（２
３）式の両辺にかけると，以下の式が得られる。
（Ｆ1 ，Ｆ2 ，…，Ｆ q ）T の擬似逆行列Ｊ+ を（２
３）式の両辺にかけると，以下の式が得られる。
【数１９】 これより，ツール位置ベクトルｔの誤差Δｔが求まる。
この誤差Δｔを用いてツール位置ベクトルｔの値を以下
のように更新し，対応する位置の誤差Δｐj の総和がΣ
｜Δｐj ｜＜εとなるまで繰り返す。ただし，εは予め
定めた値である。 ｔnew ＝ｔold ＋Δｔ …（２６） また，ツールの方向は前述した既知の方向ベクトルｇを
例えば（０，０，−１）とおくことにより前記第１の実
施例と同様にして求めることができる。以上のように，
本第２の実施例によれば，ロボットの姿勢を変化させる
教示点を極力少なくし，且つ専用の較正治具を用いなく
ても，より簡便に短時間に精度よくロボットのツールパ
ラメータを較正することができた。
この誤差Δｔを用いてツール位置ベクトルｔの値を以下
のように更新し，対応する位置の誤差Δｐj の総和がΣ
｜Δｐj ｜＜εとなるまで繰り返す。ただし，εは予め
定めた値である。 ｔnew ＝ｔold ＋Δｔ …（２６） また，ツールの方向は前述した既知の方向ベクトルｇを
例えば（０，０，−１）とおくことにより前記第１の実
施例と同様にして求めることができる。以上のように，
本第２の実施例によれば，ロボットの姿勢を変化させる
教示点を極力少なくし，且つ専用の較正治具を用いなく
ても，より簡便に短時間に精度よくロボットのツールパ
ラメータを較正することができた。
【００１７】
【発明の効果】本発明に係るロボットのツールパラメー
タ導出方法及び較正方法は，上記したように構成されて
いるため，ロボットの位置姿勢を変化させる教示点を極
力少なくし，且つ，専用の較正治具を用いなくても，よ
り簡便に短時間に精度よくロボットのツールパラメータ
を導出及び較正することができる。
タ導出方法及び較正方法は，上記したように構成されて
いるため，ロボットの位置姿勢を変化させる教示点を極
力少なくし，且つ，専用の較正治具を用いなくても，よ
り簡便に短時間に精度よくロボットのツールパラメータ
を導出及び較正することができる。
【図１】 第１の発明の一実施例（第１の実施例）に係
るロボットのツールパラメータの導出方法の概略手順を
示すフロー図。
るロボットのツールパラメータの導出方法の概略手順を
示すフロー図。
【図２】 第２の発明の一実施例（第２の実施例）に係
るロボットのツールパラメータの較正方法の概略手順を
示すフロー図。
るロボットのツールパラメータの較正方法の概略手順を
示すフロー図。
【図３】 上記第１，第２の実施例に係る方法を適用可
能な装置０の概略構成図。
能な装置０の概略構成図。
【図４】 ツール座標系の設定の様子を示す説明図。
【図５】 ツールパラメータ導出の原理を示す説明図。
【図６】 ツールパラメータ較正の原理を示す説明図。
０…ロボットのツールパラメータ導出及び較正装置 １…ロボット本体 ２…アーム ３…ツール ４…フランジ（取り付け部に相当） ５ａ…ピン先端（空間上の１点に相当）
フロントページの続き (72)発明者 神垣 敏雄 愛知県豊橋市三弥町字中原１番地２ 株 式会社神戸製鋼所 豊橋ＦＡ・ロボット センター内 (72)発明者 藤井 稔洋 愛知県豊橋市三弥町字中原１番地２ 株 式会社神戸製鋼所 豊橋ＦＡ・ロボット センター内 (56)参考文献 特開 平５−189017（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−25207（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−78774（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B25J 9/22 B25J 9/10
Claims (4)
- 【請求項１】 ロボットのアーム先端に取り付けられた
ツールの位置姿勢を決定するツールパラメータを導出す
る方法において，上記ツールを空間上の１点に少なくと
も異なる３つの姿勢で位置決めしたときの各位置決めデ
ータに基づいて上記ツールの取り付け部の座標系を演算
し，ツールパラメータを用いて表現される上記取り付け
部の座標系の任意の２つよりみたツール位置候補を含む
直線を少なくとも２本求め，上記直線同士の交点と取り
付け部の座標系とに基づいて上記ツールパラメータを導
出してなることを特徴とするロボットのツールパラメー
タ導出方法。 - 【請求項２】 上記ツールの位置決めにおける各姿勢の
うち，少なくとも１つは既知の方向とすることを特徴と
する請求項１記載のロボットのツールパラメータ導出方
法。 - 【請求項３】 ロボットのアーム先端に取り付けられた
ツールの位置姿勢を決定するツールパラメータを較正す
る方法において，上記ツールを空間上の１点に少なくと
も異なる３つの姿勢で位置決めしたときの各位置決めデ
ータに基づいて上記ツールの取り付け部の座標系を演算
し，ツールパラメータを用いて表現される上記取り付け
部の座標系よりみたツール位置候補の平均値に対する偏
差に基づいて上記ツールパラメータの較正値を推定して
なることを特徴とするロボットのツールパラメータ較正
方法。 - 【請求項４】 上記ツールの位置決めにおける各姿勢の
うち，少なくとも１つは既知の方向とすることを特徴と
する請求項３記載のロボットのツールパラメータ較正方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6221558A JP2774939B2 (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | ロボットのツールパラメータ導出方法及び較正方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6221558A JP2774939B2 (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | ロボットのツールパラメータ導出方法及び較正方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0885083A JPH0885083A (ja) | 1996-04-02 |
| JP2774939B2 true JP2774939B2 (ja) | 1998-07-09 |
Family
ID=16768614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6221558A Expired - Lifetime JP2774939B2 (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | ロボットのツールパラメータ導出方法及び較正方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2774939B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102218738A (zh) * | 2010-04-15 | 2011-10-19 | 株式会社神户制钢所 | 机器人的工具向量的导出方法及校正方法 |
| CN102328314A (zh) * | 2010-07-12 | 2012-01-25 | 株式会社神户制钢所 | 机器人的工具矢量的导出中使用的夹具 |
| KR20140025520A (ko) | 2011-06-21 | 2014-03-04 | 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 | 로봇의 툴 파라미터의 보정 방법 |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4967858B2 (ja) * | 2007-06-29 | 2012-07-04 | 日産自動車株式会社 | カメラとロボット間のキャリブレーション方法及びその装置 |
| JP4763074B2 (ja) | 2009-08-03 | 2011-08-31 | ファナック株式会社 | ロボットのツール先端点の位置の計測装置および計測方法 |
| JP5963515B2 (ja) * | 2012-04-20 | 2016-08-03 | 三菱電機株式会社 | ツールベクトルの自動設定方法 |
| JP5980084B2 (ja) * | 2012-10-11 | 2016-08-31 | 株式会社明和ｅテック | ロボットハンドの誤差検出方法 |
| CN104325467B (zh) * | 2014-11-05 | 2016-01-20 | 南京熊猫电子股份有限公司 | 机器人运动精度测试装置 |
| JP2016187846A (ja) | 2015-03-30 | 2016-11-04 | セイコーエプソン株式会社 | ロボット、ロボット制御装置およびロボットシステム |
| CN104842353B (zh) * | 2015-05-19 | 2016-05-25 | 北京理工大学 | 基于超声换能器标定的机械手定位方法、系统及标定工具 |
| JP2018001332A (ja) * | 2016-06-30 | 2018-01-11 | セイコーエプソン株式会社 | ロボット、制御装置、及びロボットシステム |
| US10551821B2 (en) | 2016-06-30 | 2020-02-04 | Seiko Epson Corporation | Robot, robot control apparatus and robot system |
| JP6880982B2 (ja) | 2017-04-21 | 2021-06-02 | セイコーエプソン株式会社 | 制御装置およびロボットシステム |
| JP2021146445A (ja) | 2020-03-19 | 2021-09-27 | セイコーエプソン株式会社 | 校正方法 |
| JP2021154439A (ja) | 2020-03-27 | 2021-10-07 | セイコーエプソン株式会社 | 教示方法 |
| US20230249344A1 (en) | 2020-07-08 | 2023-08-10 | Fanuc Corporation | Robot control device |
| WO2022138339A1 (ja) | 2020-12-21 | 2022-06-30 | ファナック株式会社 | 教師データ生成装置、機械学習装置、及びロボット関節角度推定装置 |
| JP2023175167A (ja) | 2022-05-30 | 2023-12-12 | セイコーエプソン株式会社 | キャリブレーション方法およびロボットシステム |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05189017A (ja) * | 1992-01-14 | 1993-07-30 | Yaskawa Electric Corp | 産業用ロボットのツール定数設定方法 |
-
1994
- 1994-09-16 JP JP6221558A patent/JP2774939B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102218738A (zh) * | 2010-04-15 | 2011-10-19 | 株式会社神户制钢所 | 机器人的工具向量的导出方法及校正方法 |
| CN102328314A (zh) * | 2010-07-12 | 2012-01-25 | 株式会社神户制钢所 | 机器人的工具矢量的导出中使用的夹具 |
| CN102328314B (zh) * | 2010-07-12 | 2014-07-02 | 株式会社神户制钢所 | 机器人的工具矢量的导出中使用的夹具 |
| KR20140025520A (ko) | 2011-06-21 | 2014-03-04 | 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 | 로봇의 툴 파라미터의 보정 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0885083A (ja) | 1996-04-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2774939B2 (ja) | ロボットのツールパラメータ導出方法及び較正方法 | |
| CN102458779B (zh) | 机械手校正装置及其方法 | |
| JP3600878B2 (ja) | レーザー測定機を利用したロボット位置補正方法 | |
| CN109719703B (zh) | 警告或修正示教点或示教线的位置偏移的机器人示教装置 | |
| US20070071310A1 (en) | Robot simulation device | |
| JPH08384B2 (ja) | ツール先端点の自動設定方式 | |
| JP2005300230A (ja) | 計測装置 | |
| KR20080088165A (ko) | 로봇 캘리브레이션 방법 | |
| JPH06131032A (ja) | ロボット装置およびロボット装置のティ−チング方法。 | |
| CN114012724B (zh) | 一种基于探针的工业机器人坐标系自动标定方法 | |
| CN112476435B (zh) | 重力加速度方向的标定方法、标定装置及存储介质 | |
| JPH06278064A (ja) | 視覚センサの座標変換方法 | |
| JP7264763B2 (ja) | キャリブレーション装置 | |
| KR102262235B1 (ko) | Ｏｌｐ에서 생성된 실제로봇 작업프로그램의 보정방법 | |
| Schillreff et al. | Towards high accuracy robot-assisted surgery | |
| JP3224687B2 (ja) | ３次元輪郭位置補正方法 | |
| JPH0871968A (ja) | ロボットのツールパラメータ導出方法及び較正方法 | |
| JP3507032B2 (ja) | ロボットの機差導出方法 | |
| JPH0728514A (ja) | 機差導出方法 | |
| KR100263442B1 (ko) | 공작물 치수정보를 이용한 로봇 셀 자체보정방법 | |
| CN114474069B (zh) | 一种基于空间正交约束的机器人线结构光手眼标定方法 | |
| JPH08141950A (ja) | 多関節構造ロボットのキャリブレーション方法 | |
| JPH08174453A (ja) | ロボット装置における位置決め誤差の計測装置および位置決め誤差の補正方法 | |
| JP2022181810A (ja) | ロボットシステム | |
| JPH08185216A (ja) | 工具姿勢パラメータ設定方法及びロボット制御装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080424 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090424 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100424 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100424 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110424 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120424 Year of fee payment: 14 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130424 Year of fee payment: 15 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130424 Year of fee payment: 15 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140424 Year of fee payment: 16 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |