JP5287462B2 - 角速度または角度の検出方法及びロボットの制御方法 - Google Patents
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Description
本適用例にかかる角速度または角度の検出方法は、角速度センサーを用いた角速度または角度の検出方法であって、前記角速度センサーの姿勢を第1姿勢から第2姿勢へ変更する第1変更工程と、前記第1姿勢から前記第2姿勢へ変更する間の前記角速度センサーの出力を積分した第1出力積分と、前記第1姿勢から前記第2姿勢へ変更するのに要した時間である第1経過時間と、を検出する第1検出工程と、前記角速度センサーの姿勢を前記第2姿勢から前記第1姿勢と同じ姿勢である第3姿勢へ変更する第2変更工程と、前記第1姿勢から前記第2姿勢を経て前記第3姿勢へ変更する間の前記角速度センサーの出力を積分した第2出力積分と、前記第1姿勢から前記第2姿勢を経て前記第3姿勢へ変更するのに要した時間である第2経過時間と、を検出する第2検出工程と、前記角速度センサーの角速度が零のときの出力をオフセット補正係数とし、前記角速度センサーの角速度変化量と前記角速度センサーの出力の関係を示す係数を感度係数とするとき、前記第2出力積分を前記第2経過時間にて除算して前記オフセット補正係数を演算し、前記第1出力積分から前記オフセット補正係数と前記第1経過時間との乗算値を引き算した第1正味出力積分を演算し、前記第1姿勢と前記第2姿勢との回転角度の差を前記第1正味出力積分にて除算して感度係数を演算する係数算出工程と、前記角速度センサーが第3経過時間の間に姿勢を変更するとき、変更する間における前記角速度センサーの出力と前記オフセット補正係数と感度係数とを用いて前記角速度センサーの角速度または姿勢を検出する姿勢検出工程と、を有することを特徴とする。
上記適用例にかかる角速度または角度の検出方法において、前記角速度センサーはセンサー支持部に配置され、前記センサー支持部は、回転軸と前記センサー支持部の回転角度を検出する回転角度検出器とを有し、前記角速度センサーの姿勢は前記回転角度検出器を用いて検出することを特徴とする。
上記適用例にかかる角速度または角度の検出方法において、前記角速度センサーは振動子型ジャイロスコープであることを特徴とする。
上記適用例にかかる角速度または角度の検出方法において、前記回転角度検出器はロータリーエンコーダーを用いて回転角度を検出することを特徴とする。
本適用例にかかるロボットの制御方法は、角速度センサーを用いて可動部の姿勢を検出するロボットの制御方法であって、前記角速度センサーを較正する較正工程と、前記可動部の姿勢を検出する姿勢検出工程と、を有し、前記較正工程は、前記角速度センサーの姿勢を第1姿勢から第2姿勢へ変更する第1変更工程と、前記第1姿勢から前記第2姿勢へ変更する間の前記角速度センサーの出力を積分した第1出力積分と、前記第1姿勢から前記第2姿勢へ変更するのに要した時間である第1経過時間と、を検出する第1検出工程と、前記角速度センサーの姿勢を前記第2姿勢から前記第1姿勢と同じ姿勢である第3姿勢へ変更する第2変更工程と、前記第1姿勢から前記第2姿勢を経て前記第3姿勢へ変更する間の前記角速度センサーの出力を積分した第2出力積分と、前記第1姿勢から前記第2姿勢を経て前記第3姿勢へ変更するのに要した時間である第2経過時間と、を検出する第2検出工程と、時間の経過にともなって変化する前記角速度センサーの前記出力の変化率をオフセット補正係数とし、前記角速度センサーの角度変化量と前記角速度センサーの出力の関係を示す係数を感度係数とするとき、前記第2出力積分を前記第2経過時間にて除算して前記オフセット補正係数を演算し、前記第1出力積分からオフセット補正係数と前記第1経過時間との乗算値を引き算した第1正味出力積分を演算し、前記第1姿勢と前記第2姿勢との回転角度の差を前記第1正味出力積分にて除算して感度係数を演算する係数算出工程と、を有し、前記姿勢検出工程は、前記角速度センサーが第3経過時間の間に姿勢を変更するとき、変更する間における前記角速度センサーの出力と前記オフセット補正係数と感度係数とを用いて前記角速度センサーの角速度または姿勢を検出する姿勢検出工程を有し、検出した前記角速度センサーの角速度の情報を用いて前記可動部の角速度検出、または検出した前記角速度センサーの姿勢の情報を用いて前記可動部の姿勢検出をすることを特徴とする。
上記適用例にかかるロボットの制御方法において、前記ロボットが作業を行う作業工程を有し、前記較正工程は前記作業工程と並行して行われることを特徴とする。
上記適用例にかかるロボットの制御方法において、前記第1姿勢と前記第3姿勢とにおいて前記角速度センサーは同じ場所に位置することを特徴とする。
尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。
(第1の実施形態)
本実施形態における角度検出装置とこの角度検出装置を用いた特徴的な角度検出方法について図1〜図5に従って説明する。
次に、上述した角度検出装置1を用いて、腕部8の角度を検出する方法について図2〜図5にて説明する。図2は、腕部の角度を検出する工程を示すフローチャートである。図3〜図5は、腕部の角度を検出する方法を説明するための模式図及びタイムチャートである。
(1)本実施形態によれば、ステップS5の係数算出工程において角速度センサー9の出力のうちオフセット出力15aによる誤差を除いている。そして、オフセット誤差のない角速度センサー9の出力を用いて角速度センサー9の感度係数を演算している。従って、精度良く角速度センサー9の姿勢を検出することができる。
次に、ロボットシステムの一実施形態について図6〜図7を用いて説明する。本実施形態は第1の実施形態をロボットシステムの制御に応用した1例である。尚、第1の実施形態と同じ点については説明を省略する。
次に、上述したロボットシステム30においてロボット32を制御する方法について図7及び図8にて説明する。尚、部品35をワーク供給装置31からワーク収納装置33へロボット32が移動させる1例を用いて説明する。図7は、ロボットの姿勢を説明するための模式図であり、図8は、部品の移動工程を示すフローチャートである。
(1)本実施形態によれば、ステップS21の第1較正工程とステップS31の係数算出工程において、オフセット補正係数と感度係数とを演算している。そして、オフセット誤差のない角速度センサーの出力を用いて角速度センサーの感度係数を演算している。従って、精度良く第1角速度センサー45および第2角速度センサー50の姿勢を検出することができる為、精度良くロボット32の姿勢を制御することができる。
(変形例1)
前記第1の実施形態では、ステップS2の第1検出工程とステップS4の第2検出工程とを並行して行なった。これに限定されず、ステップS2とステップS4とは別に行なっても良い。工程設計の都合に合わせても良い。同様に、前記第2の実施形態において、ステップS26の第1検出工程とステップS30の第2検出工程とは別に行なっても良い。工程設計の都合に合わせても良い。
前記第1の実施形態では、制御装置10の記憶部内に動作手順に沿ったプログラムソフトを記憶し、プログラムにより角度検出装置1の制御を行なったが、これに限らず、電気回路にて構成される制御装置にて制御しても良い。周辺機器が手順通りに制御されれば良い。この内容は、前記第2の実施形態にも適用できる。制御装置34は電気回路にて構成される制御装置にて制御しても良い。
前記第2の実施形態では、ロボット32がロボット第1姿勢60のとき、第1角速度センサー45の姿勢を第1センサー第1姿勢45aとし、第2角速度センサー50の姿勢を第2センサー第1姿勢50aとした。第1センサー第1姿勢45a及び第2センサー第1姿勢50aはロボット32が他の姿勢のときでも良い。手部53が別の場所に位置するときに第1センサー第1姿勢45a及び第2センサー第1姿勢50aを設定しても良い。この場合にも、第1センサー第1姿勢45aを第1センサー第3姿勢45bと同じ姿勢に設定する。そして、第2センサー第1姿勢50aを第2センサー第3姿勢50bと同じ姿勢に設定することにより前記第1の実施形態と同様の方法を用いることができる。
前記第2の実施形態では、ステップS26の第1検出工程はロボット32の姿勢がロボット第1姿勢60からロボット第2姿勢62に変更される間にて行なったが、ロボット第2姿勢62以外の姿勢に移行する場合で行なっても良い。ロボット32の姿勢がロボット第4姿勢、ロボット第5姿勢、ロボット第6姿勢の各姿勢に移行するときに行なっても良い。そして、較正する頻度を多くしても良い。較正する頻度が多い方が第1角速度センサー45及び第2角速度センサー50の測定精度を良くすることができる。
前記第2の実施形態では、ロボット32がベルトコンベア37aから容器56に部品35を移動させた。これに限らず、ロボット32が容器56からベルトコンベア37aに部品35を移動させるときに上述の較正方法を用いても良い。このとき、ロボット32の姿勢がロボット第2姿勢62のときに第1角速度センサー45の姿勢を第1センサー第1姿勢45a及び第1センサー第3姿勢45bにする。そして、第2角速度センサー50の姿勢を第2センサー第1姿勢50a及び第2センサー第3姿勢50bにする。ロボット32の姿勢がロボット第1姿勢60のときに第1角速度センサー45の姿勢を第1センサー第2姿勢45cにする。そして、第2角速度センサー50の姿勢を第2センサー第2姿勢50cにする。そして、容器56が入れ替わるときにも、ロボット32がロボット第2姿勢62となるときにステップS42の第2較正工程を行うようにしても良い。この場合にも前記第2の実施形態と同様に第1角速度センサー45及び第2角速度センサー50の較正を行うことができる。
前記第2の実施形態では、ロボット32は第1腕部44と第2腕部49との2つの腕部を備えたが、腕部の数は2つに限定されない。腕部の数は1つでも良く、3つ以上でも良い。この場合にも、同様の方法を用いて角速度センサーの較正を行うことができる。
前記第1の実施形態では、ステップS1の第1変更工程とステップS3の第2変更工程において、腕部8が回転する間の回転角度検出器6の出力を制御装置10は入力して記憶部に記憶した。制御装置10は、腕部8が回転する間の総ての間において回転角度検出器6の出力を入力しなくとも良い。制御装置10は、第1姿勢11、第2姿勢12、第3姿勢13における回転角度検出器6の出力を入力して記憶部に記憶すれば良い。記憶部の記憶容量を減らすことができる。
前記第1の実施形態では、ステップS5の係数算出工程において、角速度センサー出力推移線15を積分して角速度出力積分推移線16を演算した後、正味出力積分推移線19を算出した。角速度センサー出力推移線15からオフセット出力15aを減算した後、積分の演算をすることにより正味出力積分推移線19を算出しても良い。同様に正味出力積分推移線19を算出することができる。この内容は前記第2の実施形態におけるステップS21の第1較正工程及びステップS31の係数算出工程においても適用することができる。
前記第2の実施形態では、ステップS41の作業工程を行う毎にステップS42の第2較正工程を行ったが、ステップS42は必ずしも毎回行わなくとも良い。適宜設定した頻度にて行っても良い。第2較正工程を省略することにより、演算する時間が減る為、作業速度をあげることができる。
ステップS25の第1変更工程及びステップS29の第2変更工程において第1腕部44及び第2腕部49の駆動制御を行うとき、第1回転角度検出器42と第2回転角度検出器48とに加えて第1角速度センサー45及び第2角速度センサー50を用いても良い。そして、駆動制御の演算にステップS31にて算出したオフセット補正係数と感度係数を用いても良い。第1腕部44及び第2腕部49の駆動制御を行うとき、第1回転角度検出器42と第2回転角度検出器48とを用いて駆動制御する場合より位置精度良く制御することができる。もしくは、制振性良く制御することができる。
前記第1の実施形態では、ステップS5の係数算出工程において、回転角度差14aを第1正味出力積分19aにて除算することにより感度係数を算出した。感度係数は他の方法にて算出しても良い。角度検出器出力推移線14を時間にて微分することにより、角度微分推移線を算出する。次に、角速度センサー出力推移線15からオフセット出力15aを減算することにより、正味角速度センサー出力推移線を算出する。続いて、角度微分推移線の各時刻の値を正味角速度センサー出力推移線の各時刻の値にて除算することにより各時刻の感度係数を算出する。このとき、角度微分推移線及び正味角速度センサー出力推移線の値が零でないときの値を用いるのが好ましい。感度係数の精度を向上することができる。次に、各時刻の感度係数の平均を算出して感度係数とする。つまり、回転角度検出器6の出力から算出した回転角速度と角速度センサー9の出力とを用いて感度係数を算出しても良い。この場合にも、同様に感度係数を算出することができる。この内容は前記第2の実施形態にも適用することができる。
前記第1の実施形態では、ステップS7の第3検出工程において、正味出力積分推移線26に感度係数を乗算してセンサー角度推移線27を算出した。センサー角度推移線27は他の方法にて算出しても良い。角速度センサー出力推移線23からオフセット出力23aを除算した後、除算結果に感度係数を乗算して角速度推移線を算出する。次に、この角速度推移線を積分することにより、センサー角度推移線27しても良い。この場合にも、同様にセンサー角度推移線27を算出することができる。この内容は前記第2の実施形態にも適用することができる。
Claims (7)
- 角速度センサーを用いた角速度または角度の検出方法であって、
前記角速度センサーの姿勢を第1姿勢から第2姿勢へ変更する第1変更工程と、
前記第1姿勢から前記第2姿勢へ変更する間の前記角速度センサーの出力を積分した第1出力積分と、前記第1姿勢から前記第2姿勢へ変更するのに要した時間である第1経過時間と、を検出する第1検出工程と、
前記角速度センサーの姿勢を前記第2姿勢から前記第1姿勢と同じ姿勢である第3姿勢へ変更する第2変更工程と、
前記第1姿勢から前記第2姿勢を経て前記第3姿勢へ変更する間の前記角速度センサーの出力を積分した第2出力積分と、前記第1姿勢から前記第2姿勢を経て前記第3姿勢へ変更するのに要した時間である第2経過時間と、を検出する第2検出工程と、
前記角速度センサーの角速度が零のときの出力をオフセット補正係数とし、前記角速度センサーの角速度変化量と前記角速度センサーの出力の関係を示す係数を感度係数とするとき、
前記第2出力積分を前記第2経過時間にて除算して前記オフセット補正係数を演算し、前記第1出力積分から前記オフセット補正係数と前記第1経過時間との乗算値を引き算した第1正味出力積分を演算し、前記第1姿勢と前記第2姿勢との回転角度の差を前記第1正味出力積分にて除算して感度係数を演算する係数算出工程と、
前記角速度センサーが第3経過時間の間に姿勢を変更するとき、変更する間における前記角速度センサーの出力と前記オフセット補正係数と感度係数とを用いて前記角速度センサーの角速度または姿勢を検出する姿勢検出工程と、を有することを特徴とする角速度または角度の検出方法。 - 請求項1に記載の角速度または角度の検出方法であって、
前記角速度センサーはセンサー支持部に配置され、
前記センサー支持部は、回転軸と前記センサー支持部の回転角度を検出する回転角度検出器とを有し、前記角速度センサーの姿勢は前記回転角度検出器を用いて検出することを特徴とする角速度または角度の検出方法。 - 請求項2に記載の角速度または角度の検出方法であって、
前記角速度センサーは振動子型ジャイロスコープであることを特徴とする角速度または角度の検出方法。 - 請求項3に記載の角速度または角度の検出方法であって、
前記回転角度検出器はロータリーエンコーダーを用いて回転角度を検出することを特徴とする角速度または角度の検出方法。 - 角速度センサーを用いて可動部の姿勢を検出するロボットの制御方法であって、
前記角速度センサーを較正する較正工程と、前記可動部の姿勢を検出する姿勢検出工程と、を有し、
前記較正工程は、
前記角速度センサーの姿勢を第1姿勢から第2姿勢へ変更する第1変更工程と、
前記第1姿勢から前記第2姿勢へ変更する間の前記角速度センサーの出力を積分した第1出力積分と、前記第1姿勢から前記第2姿勢へ変更するのに要した時間である第1経過時間と、を検出する第1検出工程と、
前記角速度センサーの姿勢を前記第2姿勢から前記第1姿勢と同じ姿勢である第3姿勢へ変更する第2変更工程と、
前記第1姿勢から前記第2姿勢を経て前記第3姿勢へ変更する間の前記角速度センサーの出力を積分した第2出力積分と、前記第1姿勢から前記第2姿勢を経て前記第3姿勢へ変更するのに要した時間である第2経過時間と、を検出する第2検出工程と、
時間の経過にともなって変化する前記角速度センサーの前記出力の変化率をオフセット補正係数とし、前記角速度センサーの角速度変化量と前記角速度センサーの出力の関係を示す係数を感度係数とするとき、
前記第2出力積分を前記第2経過時間にて除算して前記オフセット補正係数を演算し、前記第1出力積分から前記オフセット補正係数と前記第1経過時間との乗算値を引き算した第1正味出力積分を演算し、前記第1姿勢と前記第2姿勢との回転角度の差を前記第1正味出力積分にて除算して感度係数を演算する係数算出工程と、を有し、
前記姿勢検出工程は、前記角速度センサーが第3経過時間の間に姿勢を変更するとき、変更する間における前記角速度センサーの出力と前記オフセット補正係数と感度係数とを用いて前記角速度センサーの角速度または姿勢を検出する姿勢検出工程を有し、検出した前記角速度センサーの角速度の情報を用いて前記可動部の角速度検出、または検出した前記角速度センサーの姿勢の情報を用いて前記可動部の姿勢検出をすることを特徴とするロボットの制御方法。 - 請求項5に記載のロボットの制御方法であって、
前記ロボットが作業を行う作業工程を有し、
前記較正工程の少なくとも一部は前記作業工程と並行して行われることを特徴とするロボットの制御方法。 - 請求項6に記載のロボットの制御方法であって、
前記第1姿勢と前記第3姿勢とにおいて前記角速度センサーは同じ場所に位置することを特徴とするロボットの制御方法。
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