JP3507032B2 - Method for deriving machine differences of robots - Google Patents
Method for deriving machine differences of robotsInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、機差導出方法に関
し、特に、容易にロボットの機差を推定することが可能
なロボットの機差導出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】産業用ロボット等のロボット機構やNC
工作機械における各種パラメータを算出する手段として
は、従来、デナビット・ハーテンベルグの記法(以下
「DH記法」と記す)が用いられている。これは、隣接
する駆動系の座標軸を2つの並進パラメータと2つの回
転パラメータとからなる4つのパラメータで表記するも
のである。
【0003】ところで、産業用ロボットの場合は一般に
機差が存在し、ロボットを設置して教示する際には、ロ
ボット毎に教示点を修正し、異なった位置を教示する必
要がある。しかし、前述のDH記法におけるパラメータ
の中には、ロボット毎の機差に関するパラメータは含ま
れていない。そこで、DH記法を産業用ロボットに適用
する場合は、機差を推測し、ロボット毎に補正する手段
が必要であった。係る手段は例えば特開平4−2118
06号公報等に開示されており、この公報に開示されて
いる方法では、5つの幾何学的なパラメータである、リ
ンク間距離a、リンク角度θ、オフセットd、ねじれ角
度α、及びY軸回りの回転角度βにそれぞれ機差を持た
せ、その機差を推定していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、係る方法では
5つの幾何学的なパラメータに機差を含んだパラメータ
は関節軸の数分だけ存在することになるので、例えば6
つの関節軸を有するロボットについて実際にそのパラメ
ータを推測する場合は、5×6で少なくとも30元の連
立方程式が必要となる。このときに設定すべき基準点の
数は、基準点1つにつきx、y、zの3つのデータが存
在することを考慮すると、30÷3で最低でも10点は
必要となる。つまり、基準点を少なくとも10点準備
し、それぞれのロボットについて基準点を教示点として
教示する必要があるので、設定作業が大変煩雑になる。
さらに、推定するパラメータの数が多いほど、推定され
た個々の補正量も精度が低いものとなり、その結果、ロ
ボットとしての作業精度が悪くなる。さらにまた、得ら
れる基準点の位置データは各機差パラメータの複雑な非
線形方程式で与えられるため、この非線形連立方程式の
導出が非常に困難なものとなる。
【0005】本発明は、上記従来技術の課題を解決する
ためになされたものであり、基準点を作成する数を減ら
す、すなわち教示点を減らす、もしくは同等の教示点で
も補正量の精度が高くなり、ロボットの作業精度も保証
されるような、ロボットの機差導出方法を提供すること
を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、複数個の関節軸を有するロボット機構
を各種パラメータで表すデナビット・ハーテンベルグの
記法を用いてモデル化する際に、前記パラメータを微小
回転に関する機差パラメータのみとし、次いで、ロボッ
トを実際に動作させ、少なくともロボットの関節軸の個
数以上設定された基準点において3次元位置を計測し、
最後に、得られた前記基準点の3次元位置に基づいて連
立一次方程式を作成し、該連立一次方程式を解くことに
より機差パラメータを算出するようにしたことを特徴と
するロボットの機差導出方法を提供した。
【0007】係る構成としたことにより、機差パラメー
タを算出する際の基準点の設定においては、少なくとも
ロボットの関節軸の個数分あればよいので、従来のもの
に比して設定する基準点の個数を少なくすることができ
る。また、連立一次方程式の作成及びこれを解く処理に
ついてはオフラインで行うことができるので、全体の処
理時間の短縮と処理装置に係る演算負荷を軽減すること
ができる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図1は、6軸の関節を有
するロボット本体1とそれを制御するロボット制御装置
2を示した模式図である。実際の使用形態としては、ロ
ボット本体1の先端に具備されたエンドエフェクタに、
ハンドや工具などのツールが装備されることになる。図
2は、本発明の実施形態に係るロボットの機差導出方法
に関する概略フローを示したものである。
【0009】ここで、図2のフローチャートを参照し
て、各関節を独立にしたときの機差パラメータのモデル
化による機差導出方法を説明する。なお、図2のフロー
チャートにおいて、「S*」(*は数字)はステップ番
号を示す。
【0010】まず、ロボットのCADデータなどから関
節機構をDH記法でモデル化する(ステップ1)。な
お、このモデル化に際しては上記モデルのパラメータに
微小回転に関するパラメータのみを使用する。次に、実
際にロボットを動作させ、n個の基準点においてロボッ
トの先端の3次元位置を計測する(ステップ2)。ここ
で、nはロボットの関節軸の個数であり、本実施形態で
はnは6である。最後に、基準点1つにつきx、y、z
の3つのデータが存在することに基づき、得られたn個
の基準点の3次元位置から3n個の連立一次方程式をた
て、これを解くことにより、本実施形態では18個(3
×6)の機差パラメータを推定する(ステップ3)。な
お、このステップ3における処理はオフラインで行うこ
とができるので、全体の処理時間の短縮と処理装置に係
る演算負荷の軽減を図ることができる。
【0011】この図2で示したフロー自体は従来技術と
同様であるが、本実施形態ではステップ1におけるモデ
ル化の際には上記モデルのパラメータに微小回転に関す
るパラメータのみを使用する点が従来技術とは異なり、
さらに、上記パラメータの数が従来技術のものより少な
いためステップ2における測定回数が少ない点でも従来
技術とは異なる。
【0012】以下、図1に示したような6軸のロボット
における、本発明の基本原理について説明する。図3
は、DH記法における機構定数について示した模式図で
ある。図3において、関節nは関節n+1と接続されて
おり、これらの機構定数はそれぞれ、関節間距離an 、
関節角度θn 、オフセットdn 、ねじれ角度αn を表
し、さらに関節同士が平行な場合はねじれ角βn が存在
する。これらの関節1つに対する機構定数を式で表す
と、式(1)に示すようになる。
【0013】
【数1】【0014】この式(1)に対して、機差を表す成分を
微小回転並進行列として追加すると、式(2)のように
表すことができる。
【0015】
【数2】
【0016】なお、式(2)においてIは単位行列であ
る。また、β、γ、及びδはそれぞれ、各関節軸毎に設
定される基準座標系におけるX軸、Y軸、及びZ軸の機
差における回転角度である。この式(2)においては、
機差における回転角度β、γ、δは微小なため、式
(2′)のように規定することができる。
【0017】
【数3】
【0018】同様に、並進部分の機差も微小であると仮
定している。ここで、式(2)を説明のため簡略化し、
回転部分と並進部分とに分けて表記すると、式(3)に
示すようになる。
【0019】
【数4】
【0020】ただし、この式(3)において、An 、R
n 、Pn はそれぞれ次式である。
【0021】
【数5】
【0022】ここで、式(3)を展開すると、式(4)
に示すようになる。
【0023】
【数6】
【0024】このことから、式(2)は微小回転行列を
表す式でありながら、これを式(4)のように表すこと
により、機差行列には微小回転、並進行列成分を含むこ
とがわかる。逆に言うと、機差行列は、微小回転と並進
部分を含んでいながら、式(2)のように回転に関する
3つのパラメータ(β、γ、δ)で表すことができるこ
とになる。したがって、この3つのパラメータ(β、
γ、δ)を求めることにより、1つの関節に対する機差
を含んだ変換が可能となる。また、この並進機差を含ん
だ行列を使用することにより、機差を正確に推定した場
合と同じ効果を得ることができる。なお、一般的にロボ
ット本体の機差は回転部分に依存することが多く、これ
らの3つのパラメータ(β、γ、δ)を利用した機差行
列で十分な推定精度を得ることができる。
【0025】以上は、任意の一つの関節における機構定
数であったが、6軸のロボットの場合は他の5つの関節
の機構定数についても同様に定義し、結局、この6つの
関節をもつロボットであれば18個の機構定数を持つよ
うに定義できることになる。そして、これらの機構定数
から、6軸のロボットの先端部に具備されたエンドエフ
ェクタについて、これに作用するベクトルを式で表す
と、式(5)で表すことができる。
【0026】
【数7】【0027】この式(5)は各関節の機差パラメータを
含む行列An (n=0、1、・・・、5)が各関節独立
でモデル化されているため、6個以上の基準点において
ロボットの先端の位置を測定することにより、18個の
パラメータをもった線形の連立一次方程式を求めるだけ
で、容易に機差パラメータを導出することができる。
【0028】
【発明の効果】本発明では、複数個の関節軸を有するロ
ボット機構を各種パラメータで表すデナビット・ハーテ
ンベルグの記法を用いてモデル化する際に、前記パラメ
ータを微小回転に関する機差パラメータのみとし、次い
で、ロボットを実際に動作させ、少なくともロボットの
関節軸の個数以上設定された基準点において3次元位置
を計測し、最後に、得られた前記基準点の3次元位置に
基づいて連立一次方程式を作成し、該連立一次方程式を
解くことにより機差パラメータを算出するようにしたこ
とを特徴とするロボットの機差導出方法を提供したの
で、機差パラメータを算出する際の基準点の設定におい
ては少なくともロボットの関節軸の個数分あればよいこ
とになり、その結果、従来のものに比して設定する基準
点の個数を少なくすることができるものとなった。ま
た、連立一次方程式の作成及びこれを解く処理について
はオフラインで行うことができるので、全体の処理時間
の短縮と処理装置に係る演算負荷を軽減することができ
るものとなった。
【0029】このように、本発明によれば、機差導出の
ために作成する基準点すなわち教示点の数を減らすこと
ができるが、このことは言い換えれば、作成する基準点
の数が同一であれば、本発明のものは従来のものに比し
て補正量の精度が高くなるということになるので、この
点でも本発明は従来技術よりも効果がある。また、前述
したように、一般に推定するパラメータの数が多いほど
推定された個々の補正量も精度が低いものとなることか
ら、推定するパラメータの数が従来技術よりも少ない本
発明の方法は、推定された個々の補正量の精度が従来技
術よりも高いということになり、その結果としてロボッ
トの作業精度が高くなるという効果も生ずることにな
る。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a machine difference deriving method, and more particularly to a robot machine difference deriving method capable of easily estimating a robot machine difference. [0002] Robot mechanisms such as industrial robots and NC
As a means for calculating various parameters in a machine tool, a Denabit-Hartenberg notation (hereinafter referred to as “DH notation”) is conventionally used. This expresses the coordinate axes of adjacent drive systems with four parameters consisting of two translation parameters and two rotation parameters. By the way, in the case of an industrial robot, there is generally a machine difference. When a robot is installed and taught, it is necessary to correct a teaching point for each robot and teach a different position. However, the parameters in the DH notation described above do not include parameters related to machine differences for each robot. Therefore, when the DH notation is applied to industrial robots, a means for estimating machine differences and correcting each robot is required. Such means is disclosed in, for example, JP-A-4-2118
In the method disclosed in Japanese Patent Application No. 06, etc., there are five geometric parameters, a link distance a, a link angle θ, an offset d, a twist angle α, and a Y-axis rotation. The rotation angle β of each was given a machine difference, and the machine difference was estimated. However, in such a method, there are as many parameters including machine differences as the five geometric parameters as many as the number of joint axes.
When actually estimating the parameters of a robot having one joint axis, simultaneous equations of 5 × 6 and at least 30 elements are required. The number of reference points to be set at this time is 30 ÷ 3 in consideration of the existence of three data of x, y, and z per reference point, and at least 10 points are required. That is, it is necessary to prepare at least 10 reference points and teach the reference points as teaching points for each robot, so that the setting work becomes very complicated.
Furthermore, as the number of parameters to be estimated increases, the accuracy of the estimated individual correction amounts becomes lower, and as a result, the accuracy of work as a robot deteriorates. Furthermore, since the obtained position data of the reference point is given by a complicated nonlinear equation of each machine difference parameter, it is very difficult to derive this nonlinear simultaneous equation. The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and reduces the number of reference points to be created, that is, reduces the number of teaching points, or the correction amount accuracy is high even at equivalent teaching points. Therefore, an object of the present invention is to provide a method for deriving a machine difference between robots so that the work accuracy of the robot is also guaranteed. In order to achieve the above object, the present invention uses a Denabit-Hartenberg notation that represents a robot mechanism having a plurality of joint axes by various parameters. In modeling, only the machine difference parameter relating to micro-rotation is used as the parameter, and then the robot is actually operated, and at least the individual joint axes of the robot.
Measure the 3D position at the reference points set more than a few ,
Finally, based on the three-dimensional position of the reference points obtained communication
The present invention provides a method for deriving a machine difference of a robot characterized in that a machine linear parameter is calculated by creating a linear equation and solving the simultaneous linear equations. With this configuration, the reference point for calculating the machine difference parameter needs to be at least as many as the number of joint axes of the robot. The number can be reduced. In addition, the creation of simultaneous linear equations and the processing for solving them can be performed off-line, so that the overall processing time can be shortened and the computation load on the processing apparatus can be reduced. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a robot body 1 having 6-axis joints and a robot control device 2 for controlling the robot body 1. As an actual usage pattern, an end effector provided at the tip of the robot body 1
Tools such as hands and tools will be equipped. FIG. 2 shows a schematic flow relating to a machine difference deriving method for a robot according to an embodiment of the present invention. Here, a machine difference derivation method by modeling machine difference parameters when each joint is made independent will be described with reference to the flowchart of FIG. In the flowchart of FIG. 2, “S *” (* is a number) indicates a step number. First, the joint mechanism is modeled by DH notation from the CAD data of the robot (step 1). In the modeling, only the parameters relating to the minute rotation are used as the parameters of the model. Next, the robot is actually operated, and the three-dimensional position of the tip of the robot is measured at n reference points (step 2). Here, n is the number of joint axes of the robot, and n is 6 in this embodiment. Finally, x, y, z per reference point
Based on the existence of the three data, the 3n simultaneous linear equations are constructed from the obtained three-dimensional positions of the n reference points and solved to obtain 18 (3
X6) machine difference parameter is estimated (step 3). Since the processing in step 3 can be performed offline, the overall processing time can be shortened and the calculation load related to the processing apparatus can be reduced. The flow itself shown in FIG. 2 is the same as that of the prior art. In the present embodiment, however, only the parameter relating to the minute rotation is used as the model parameter in the modeling in step 1. Unlike,
Furthermore, since the number of parameters is smaller than that of the prior art, it is different from the prior art in that the number of measurements in step 2 is small. The basic principle of the present invention in the 6-axis robot as shown in FIG. 1 will be described below. FIG.
These are the schematic diagrams shown about the mechanism constant in DH notation. In FIG. 3, the joint n is connected to the joint n + 1, and these mechanism constants are the inter-joint distances a n ,
It represents a joint angle θ n , an offset d n , and a twist angle α n , and when the joints are parallel, there is a twist angle β n . The mechanism constant for one of these joints is expressed by an equation (1). ## EQU1 ## If a component representing a machine difference is added to the equation (1) as a minute rotation parallel progression, the equation (2) can be obtained. ## EQU2 ## In the equation (2), I is a unit matrix. In addition, β, γ, and δ are rotation angles in machine differences between the X axis, the Y axis, and the Z axis in the reference coordinate system set for each joint axis. In this equation (2),
Since the rotation angles β, γ, and δ in the machine difference are very small, they can be defined as in Expression (2 ′). ## EQU3 ## Similarly, it is assumed that the machine difference in the translational portion is very small. Here, formula (2) is simplified for explanation,
When the rotation part and the translation part are described separately, the expression (3) is obtained. ## EQU4 ## However, in this equation (3), An, R
n and Pn are respectively the following equations. ## EQU5 ## Here, when expression (3) is expanded, expression (4)
As shown. ## EQU6 ## From this, the expression (2) is an expression representing a minute rotation matrix, but by expressing it as the expression (4), the machine difference matrix may include a minute rotation and a parallel progression component. Understand. In other words, the machine difference matrix can be represented by three parameters (β, γ, δ) relating to rotation as shown in Equation (2), while including a minute rotation and a translational part. Therefore, these three parameters (β,
By obtaining γ, δ), conversion including a machine difference for one joint can be performed. Further, by using the matrix including the translation machine difference, the same effect as when the machine difference is accurately estimated can be obtained. In general, the machine difference of the robot main body often depends on the rotating part, and a sufficient estimation accuracy can be obtained with a machine difference matrix using these three parameters (β, γ, δ). The mechanism constants for any one joint have been described above. In the case of a six-axis robot, the mechanism constants for the other five joints are defined in the same manner. If so, it can be defined to have 18 mechanism constants. From these mechanism constants, the vector acting on the end effector provided at the tip of the 6-axis robot can be expressed by equation (5). ## EQU7 ## In this equation (5), since the matrix An (n = 0, 1,..., 5) including the machine difference parameter of each joint is modeled independently for each joint, there are six or more reference points. By measuring the position of the tip of the robot, the machine difference parameter can be easily derived simply by obtaining a linear simultaneous linear equation having 18 parameters. According to the present invention, a robot having a plurality of joint axes is provided .
When modeling the bot mechanism using the notation of Denabit-Hartenberg, which is expressed by various parameters, the parameters are only machine difference parameters related to micro-rotation, and then the robot is actually operated to at least the number of joint axes of the robot. the three-dimensional position is measured at the predetermined reference point, the three-dimensional position of the last, resulting the reference point
A systematic linear equation was created based on the above, and a machine difference parameter was calculated by solving the systematic linear equation. In setting the reference points, at least the number of joint axes of the robot suffices, and as a result, the number of reference points to be set can be reduced as compared with the conventional one. Further, since the simultaneous linear equations can be created and solved offline, the entire processing time can be shortened and the calculation load on the processing apparatus can be reduced. Thus, according to the present invention, it is possible to reduce the number of reference points, that is, teaching points to be created for machine difference derivation. In other words, the number of reference points to be created is the same. If so, the accuracy of the correction amount of the present invention is higher than that of the conventional one, so that the present invention is more effective than the prior art in this respect. In addition, as described above, generally, as the number of parameters to be estimated is larger, the estimated individual correction amounts are also less accurate, so the method of the present invention in which the number of parameters to be estimated is smaller than that of the prior art is as follows. This means that the accuracy of the estimated individual correction amounts is higher than that of the prior art, and as a result, there is also an effect that the robot operation accuracy is increased.
【図面の簡単な説明】
【図1】6軸の関節を有するロボット本体1とそれを制
御するロボット制御装置2を示した模式図である。
【図2】本発明の実施形態に係るロボットの機差導出方
法に関する概略フローを示したフローチャートである。
【図3】DH記法における機構定数について示した模式
図である。
【符号の説明】
1 ロボット本体
2 ロボット制御装置BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram showing a robot body 1 having a 6-axis joint and a robot control device 2 for controlling the robot body 1; FIG. 2 is a flowchart showing a schematic flow regarding a method of deriving a machine difference of a robot according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic diagram showing mechanism constants in DH notation. [Explanation of symbols] 1 Robot body 2 Robot controller
Claims (1)
種パラメータで表すデナビット・ハーテンベルグの記法
を用いてモデル化する際に、前記パラメータを微小回転
に関する機差パラメータのみとし、 次いで、ロボットを実際に動作させ、少なくともロボッ
トの関節軸の個数以上設定された基準点において3次元
位置を計測し、 最後に、得られた前記基準点の3次元位置に基づいて連
立一次方程式を作成し、該連立一次方程式を解くことに
より機差パラメータを算出するようにしたことを特徴と
するロボットの機差導出方法。(57) [Claims] [Claim 1] When modeling a robot mechanism having a plurality of joint axes by using the notation of Denabit-Hartenberg, which represents various parameters, the difference between the parameters is related to micro-rotation. parameter only, and then actually operating the robot, the three-dimensional position is measured at the reference point set at least more than the number of joint axes of the robot, finally, on the basis of the three-dimensional position obtained the reference point Communicating
Create a standing linear equations, instrumental error derivation method of the robot, characterized in that to calculate the instrumental error parameter by solving該連elevational linear equations.
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JP2000388976A JP3507032B2 (en) | 2000-12-21 | 2000-12-21 | Method for deriving machine differences of robots |
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- 2000-12-21 JP JP2000388976A patent/JP3507032B2/en not_active Expired - Lifetime
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