JP6453918B2 - ロボット制御装置およびロボット制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロボット制御装置およびロボット制御方法に関するものである。

従来、ロボットの位置決め精度を向上するために、ロボットの制御時に使用するロボットの機構パラメータのキャリブレーションを行うことが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
機構パラメータは、ロボットの各駆動軸の変位とロボットの先端の位置及び姿勢との関係を定める関係式において用いられるパラメータである。

特許文献１には、ターゲットを認識する受光デバイスを用いてロボットの先端位置と制御可能な駆動軸の変位との関係を自動的に計測し、機構パラメータの誤差を求めて機構パラメータを補正する方法が開示されている。

特開２００８−０１２６０４号公報

しかしながら、キャリブレーションが行われると、機構パラメータが書き換えられるため、キャリブレーション前に教示作業が行われた動作プログラムをキャリブレーション後に実行すると、教示時とは異なる位置および姿勢にロボットの先端が移動することになる。このため、キャリブレーション前に教示作業が行われた動作プログラムについては、キャリブレーション後に再教示しなければならないという不都合がある。
すなわち、キャリブレーションを行った後には、キャリブレーション前に行われた教示作業が無駄になるとともに、修正が必要な教示点が多数存在する場合には、再教示作業に多大な労力が必要となるという不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、キャリブレーションの実行前に教示作業が行われた動作プログラムを、再教示作業を行うことなく再利用することを可能とするロボット制御装置およびロボット制御方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、ロボットの各駆動軸の変位と前記ロボットの先端の位置および姿勢との関係式に用いられる機構パラメータおよび動作プログラムを記憶する記憶部と、該記憶部に記憶された前記動作プログラムおよび前記機構パラメータに基づいて前記ロボットの駆動軸を動作させる駆動部とを備え、前記動作プログラムの教示後に前記機構パラメータが更新された場合に、現在の前記機構パラメータを用いて前記動作プログラムを実行し前記駆動軸を動作させても教示時の前記ロボットの先端の位置および姿勢が実現されるように、前記記憶部は、更新前の前記機構パラメータを記憶し、前記駆動部は、前記記憶部に記憶されている更新前の前記機構パラメータと現在の前記機構パラメータとに基づいて、前記動作プログラムにおける１以上の教示点の位置データを補正するロボット制御装置を提供する。

本態様によれば、更新前の機構パラメータを記憶部に記憶しておくことにより、キャリブレーションの実行により機構パラメータが更新された後に、更新前に教示された動作プログラムが実行される場合に、記憶部に記憶されている更新前の機構パラメータと現在の機構パラメータとに基づいて、動作プログラムにおける１以上の位置データが補正される。

すなわち、従来、機構パラメータが更新されると、以降は更新された機構パラメータを用いて動作プログラムが実行されるので、更新前に教示された動作プログラムをそのまま実行したのでは、教示時のロボットの先端の位置および姿勢を実現できなかった。本態様によれば、更新前の機構パラメータと現在の機構パラメータとを用いて動作プログラムの位置データを補正することにより、現在の機構パラメータを用いて更新前に教示された動作プログラムを実行しても、教示時のロボットの先端の位置および姿勢を実現することができる。その結果、キャリブレーションの実行前に教示作業が行われた動作プログラムを、再教示作業を行うことなく再利用することができる。

上記態様においては、表示部を備え、前記駆動部が、前記記憶部に記憶されている更新前の前記機構パラメータと現在の前記機構パラメータとに基づいて補正量を計算し、該補正量の絶対値が所定の閾値以下の場合に、前記動作プログラムにおける１以上の教示点の位置データを補正し、前記補正量の絶対値が前記所定の閾値を超える場合に、前記表示部に警告を表示する構成としてもよい。

この構成によれば、教示作業の後で、かつ、キャリブレーションの実行前に、何らかの原因により、ロボットの各軸に付属した絶対位置エンコーダのエンコーダカウント値が失われた場合であっても、更新前の機構パラメータに基づいて不用意に教示点の位置データが修正されるのを防ぐことができる。

また、上記態様においては、前記駆動部は、前記機構パラメータの更新前に教示された前記動作プログラムの１以上の教示点において、教示時と同じ前記ロボットの先端の位置および姿勢を、更新前の前記機構パラメータを用いて実現する場合の各前記駆動軸の角度と、現在の前記機構パラメータを用いて実現する場合の各前記駆動軸の角度との差分だけ、前記教示点の位置データを補正してもよい。

また、上記態様においては、前記駆動部は、前記機構パラメータの更新前に教示された前記動作プログラムの１以上の教示点において、教示時と同じ前記ロボットの先端の位置および姿勢を、更新前の前記機構パラメータを用いて実現する場合の各前記駆動軸の角度と、現在の前記機構パラメータを用いて実現する場合の各前記駆動軸の角度との差分を前記補正量として計算し、前記補正量の絶対値が前記所定の閾値以下の場合に、前記動作プログラムにおける１以上の教示点の位置データを補正し、前記補正量の絶対値が前記所定の閾値を超える場合に、前記表示部に警告を表示する構成としてもよい。

また、上記態様においては、前記記憶部は、前記動作プログラム毎に、該動作プログラム作成時の前記機構パラメータを記憶してもよい。
また、上記態様においては、前記記憶部は、前記動作プログラムの前記教示点毎に、教示時の前記機構パラメータを記憶してもよい。

また、上記態様においては、前記記憶部は、前記機構パラメータが更新されたときに、更新前の前記機構パラメータを記憶してもよい。
また、本発明の他の態様は、前記動作プログラムの教示後に、ロボットの各駆動軸の変位と前記ロボットの先端の位置および姿勢との関係式に用いられる機構パラメータが更新された場合に、現在の前記機構パラメータを用いて前記動作プログラムを実行し前記駆動軸を動作させても教示時の前記ロボットの先端の位置および姿勢が実現されるように、プロセッサが、更新前の前記機構パラメータを記憶するステップと、記憶されている更新前の前記機構パラメータと現在の前記機構パラメータとに基づいて、前記動作プログラムにおける１以上の教示点の位置データを補正するステップとを実行し、前記位置データを補正するステップは、前記機構パラメータの更新前に教示された前記動作プログラムの１以上の教示点において、教示時と同じ前記ロボットの先端の位置および姿勢を、更新前の前記機構パラメータを用いて実現する場合の各前記駆動軸の角度と、現在の前記機構パラメータを用いて実現する場合の各前記駆動軸の角度との差分だけ、前記教示点の位置データを補正することを含むロボット制御方法を提供する。
本発明の他の態様は、動作プログラムの教示後に、ロボットの各駆動軸の変位と前記ロボットの先端の位置および姿勢との関係式に用いられる機構パラメータが更新された場合に、現在の前記機構パラメータを用いて前記動作プログラムを実行し前記駆動軸を動作させても教示時の前記ロボットの先端の位置および姿勢が実現されるように、プロセッサが、更新前の前記機構パラメータを記憶するステップと、記憶されている更新前の前記機構パラメータと現在の前記機構パラメータとに基づいて、前記機構パラメータの更新前に教示された前記動作プログラムの１以上の教示点において、教示時と同じ前記ロボットの先端の位置および姿勢を、更新前の前記機構パラメータを用いて実現する場合の各前記駆動軸の角度と、現在の前記機構パラメータを用いて実現する場合の各前記駆動軸の角度との差分を補正量として計算するステップと、前記補正量の絶対値が所定の閾値以下の場合に、前記動作プログラムにおける１以上の教示点の位置データを補正し、前記補正量の絶対値が前記所定の閾値を超える場合に、警告するステップと、を実行するロボット制御方法を提供する。

本発明によれば、キャリブレーションの実行前に教示作業が行われた動作プログラムを、再教示作業を行うことなく再利用することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るロボット制御装置を示す全体構成図である。 図１のロボット制御装置を示すブロック図である。 図１のロボット制御装置による動作プログラム毎に機構パラメータを記憶する処理を説明するフローチャートである。 図１のロボット制御装置によるキャリブレーション処理を説明するフローチャートである。 図１のロボット制御装置による動作プログラム毎の位置データ修正処理を説明するフローチャートである。 図１のロボット制御装置によるキャリブレーション毎に更新前の機構パラメータを記憶する処理を説明するフローチャートである。 図５のフローチャートに含まれる位置データ修正のステップにおける処理を説明するフローチャートである。

本発明の一実施形態に係るロボット制御装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボット制御装置１は、図１に示されるように、例えば、多関節のロボット２に接続されており、図２に示されるように、ＣＰＵ３に接続されるバス４に、並列に接続された、メモリ（記憶部）５、教示操作盤用インタフェイス（Ｉ／Ｆ）６およびサーボ制御部（駆動部）７を備えている。

教示操作盤用インタフェイス６には、教示操作盤８が接続されるようになっている。教示操作盤８は、表示部８１を備えたディスプレイ機能付のものであり、作業者は、この教示操作盤８をマニュアル操作して、ロボット２の動作プログラムの作成、修正、登録、あるいは各種パラメータの設定の他、教示された動作プログラムの再生運転、ジョグ送り等を実行するようになっている。

ロボット２およびロボット制御装置１の基本機能を支えるシステムプログラムは、メモリ５内の図示しないＲＯＭに格納されるようになっている。また、アプリケーションに応じて教示されるロボット２の動作プログラムおよび関連する設定データは、メモリ５内の図示しない不揮発性メモリに格納されるようになっている。また、諸処理（機構パラメータを求めることに関連したロボット移動等のための処理）のためのプログラム、機構パラメータ等のデータもメモリ５内の図示しない不揮発性メモリに格納されるようになっている。

メモリ５内の図示しないＲＡＭは、ＣＰＵ３が行う各種演算処理におけるデータの一時記憶の記憶領域に使用される。サーボ制御部７は、サーボ制御器＃１〜＃ｎ（ｎはロボット２の総軸数であり、ここではｎ＝６とする）を備え、ロボット制御のための演算処理（軌道計画作成とそれに基づく補間、逆変換など）によって作成された移動指令を受け、各軸に付属したパルスコーダまたはエンコーダ（図示略）から受け取るフィードバック信号と併せてサーボアンプＡ１からＡｎにトルク指令を出力するようになっている。各サーボアンプＡ１からＡｎは、各トルク指令に基づいて各軸のサーボモータＭ１からＭｎに電流を供給してサーボモータＭ１からＭｎを駆動するようになっている。

本実施形態においては、作業者が教示操作盤８をマニュアル操作して、キャリブレーション処理を実行すると、メモリ５に記憶されているキャリブレーション用のプログラムが実行され、公知のキャリブレーション方法によって、新たな機構パラメータが算出されるようになっている。

ここで、機構パラメータは、ロボット制御時に使用するロボット２の各駆動軸の変位（入力）とロボット２の先端位置（出力）との相関関係を定める関係式の中で用いられるパラメータをいう。このパラメータの代表例は、リンク長さや各駆動軸の原点位置である。また軸の回転方向によって生じるバックラッシ量や、リンクの弾性変形量、減速機の弾性変形量等も挙げられる。本発明では、同定計算する機構パラメータの種類は特に限定されるものではなく、定式化が可能でかつ互いに従属でないものであればよい。

そして、本実施形態においては、作業者が教示操作盤８をマニュアル操作して、新たな動作プログラムを教示し登録するタイミングで、その時点で記憶されている機構パラメータを記憶するようになっている。具体的なロボット制御方法は以下の通りである。

まず、図３に示されるように、作業者が動作プログラムの教示を行うと（ステップＳ１）、その教示時点における機構パラメータと同じ機構パラメータが記憶されているか否かが判定され（ステップＳ２）、記憶されていない場合には、機構パラメータが記憶される（ステップＳ３）とともに、動作プログラム毎に、対応する機構パラメータを示すフラグが対応づけられて記憶される（ステップＳ４）。

そして、図４に示されるように、キャリブレーション処理が実行される（ステップＳ１０）と、新たな機構パラメータが算出されるとともに、メモリ５に記憶されている機構パラメータが新たな機構パラメータに更新される（ステップＳ１１）。
図５に示されるように、新たな機構パラメータが更新された後に、作業者が教示操作盤８をマニュアル操作して、教示済の動作プログラムを選択する（ステップＳ１２）と、選択された動作プログラムに対応づけて記憶されているフラグを判定し（ステップＳ１３）、更新される前に教示された動作プログラムを示すフラグが設定されている場合には、フラグに対応する機構パラメータがメモリ５から読み出される（ステップＳ１４）。

選択された動作プログラムが、機構パラメータの更新前に教示されたものである場合には、修正を行う教示点を選択するか否かの確認が行われ（ステップＳ１５）、教示点毎に修正を行う場合には、修正を行う教示点が選択される（ステップＳ１６）。教示点毎に修正を行わない場合には、全ての教示点について一括して修正が行われる（ステップＳ１９）。

修正を行う教示点の選択が終了した後には、選択された教示点の修正処理が行われる。
修正処理は、更新前の機構パラメータを用いて実現される教示点におけるロボット２の先端の位置および姿勢を、現在の機構パラメータを用いても実現することができるように、教示点の位置データを修正することにより行われる。

例えば、図５に示す例では、機構パラメータが、各駆動軸の原点位置である場合を例に挙げて説明する。ここで、各駆動軸の原点位置は、例えば、絶対位置エンコーダのエンコーダカウント値によって定義されるものである。
キャリブレーションによってロボット２の各駆動軸の原点位置が更新された場合には、メモリ５に記憶されている教示時点での原点位置が読み出され、現在の各駆動軸の原点位置との差分が算出され、動作プログラムにおける選択された教示点の位置データに対応する各駆動軸の角度位置が算出された差分だけ加算または減算される（ステップＳ１７）。位置データの修正が終了していない場合（ステップＳ１８）には、ステップＳ１５からの工程が繰り返される。

例えば、更新前の原点位置がｐ１であり、更新後の原点位置がｐ２である場合に、Ｓ＝ｐ２−ｐ１が演算され、更新前に教示された動作プログラムの選択された教示点の位置データに対応する各駆動軸の角度位置が、差分Ｓだけ加算される。教示点が原点位置である場合に、修正後の教示点に対応する駆動軸の角度位置は、ｐ１＋Ｓ＝ｐ１＋ｐ２−ｐ１＝ｐ２となる。

すなわち、このように教示点の位置データに対応する各駆動軸の角度位置を修正することにより、現在の機構パラメータ、つまり、現在の原点位置を用いて更新前に教示された動作プログラムを実行させても、当該動作プログラムの修正された教示点におけるロボット２の先端の位置および姿勢が更新前の位置および姿勢と変わらないようにすることができる。

但し、動作プログラムが教示されてからキャリブレーションが行われる前の間に、絶対位置エンコーダのバックアップ用バッテリ電圧の低下や絶対位置エンコーダの交換等に起因して、エンコーダカウント値が失われるという不具合が生じることがある。この場合において、教示時の機構パラメータを基にして教示点の位置データを修正すると、エンコーダカウント値が失われているため、正しい補正量を計算することができず、修正された教示点におけるロボット２の先端の位置および姿勢が、教示時の位置および姿勢とは大きくずれてしまう。

そこで、図７に示されるように、位置データを修正するステップS１７において、以下のような処理を行うとより好適である。
すなわち、更新前の機構パラメータと現在の機構パラメータに基づいて補正量を計算し（ステップＳ１７１）、その後、計算された補正量の絶対値が所定の閾値を超えているか否かを判断する（ステップＳ１７２）。そして、計算された補正量の絶対値が所定の閾値を超えている場合には、教示操作盤８の表示部８１に警告を表示する（ステップＳ１７３）。計算された補正量の絶対値が所定の閾値以下の場合には、計算された補正量に基づいて、教示点の位置データの修正を実行する（ステップＳ１７４）。なお、所定の閾値は、予め実験的に決められるものである。

例えば、更新前の原点位置がｐ１であり、更新後の原点位置がｐ２である場合に、Ｓ＝ｐ２−ｐ１が補正量として演算され、この補正量の絶対値が所定の閾値以下の場合に、更新前に教示された動作プログラムの選択された教示点の位置データに対応する各駆動軸の角度位置が、差分Ｓだけ加算される。エンコーダカウント値が失われていなければ、教示点が原点位置である場合に、修正後の教示点に対応する駆動軸の角度位置は、ｐ１＋Ｓ＝ｐ１＋ｐ２−ｐ１＝ｐ２となる。補正量の絶対値が所定の閾値を超えていた場合には、位置データの修正は行われずに、表示部８１に警告が表示される。

このようにすることで、教示とキャリブレーションとの間で絶対位置エンコーダのエンコーダカウント値が失われた場合に、更新前の機構パラメータに基づいて不用意に教示点の位置データが修正されるのを防ぐことができる。

このように本実施形態に係るロボット制御装置１およびロボット制御方法によれば、機構パラメータを更新した場合であっても、再教示作業を行うことなく、更新前に教示された動作プログラムを利用することができ、作業者の再教示作業にかかる時間と負担とを削減することができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、動作プログラムが作成される際に、動作プログラム毎に、教示時点における機構パラメータを記憶することとしたが、これに代えて、動作プログラムが作成される際に、教示点毎に、教示時点における機構パラメータを記憶することにしてもよい。そして、教示点が追加される際に、その時点における機構パラメータを記憶し、教示点が修正される際に、記憶されている機構パラメータをその時点における機構パラメータで更新することにより、教示点毎に教示時の機構パラメータが異なる場合に対応することができる。すなわち、教示点の追加や修正が行われた際の機構パラメータが動作プログラムの作成時の機構パラメータと異なる場合であり、さらに、機構パラメータが更新された場合であっても、上記効果を達成することができる。
また、この場合にも、同じ機構パラメータが複数記憶されることを防止するために、既に同じ機構パラメータが記憶されている場合には、当該機構パラメータに対応づけるためのフラグのみを対応づけて記憶することにより、記憶容量を削減することができる。

また、図６に示されるように、キャリブレーションが行われる毎に、更新前の機構パラメータを記憶することにしてもよい（ステップＳ１１，Ｓ２０）。この場合、記憶された機構パラメータの中から、位置データ修正処理が行われる教示点における教示時の機構パラメータを作業者が選択することによって、上記効果を達成することができる。

１ ロボット制御装置
２ ロボット
５ メモリ（記憶部）
７ サーボ制御部（駆動部）
８１ 表示部

Claims (7)

1. ロボットの各駆動軸の変位と前記ロボットの先端の位置および姿勢との関係式に用いられる機構パラメータおよび動作プログラムを記憶する記憶部と、
   該記憶部に記憶された前記動作プログラムおよび前記機構パラメータに基づいて前記ロボットの駆動軸を動作させる駆動部とを備え、
   前記動作プログラムの教示後に前記機構パラメータが更新された場合に、現在の前記機構パラメータを用いて前記動作プログラムを実行し前記駆動軸を動作させても教示時の前記ロボットの先端の位置および姿勢が実現されるように、
   前記記憶部は、更新前の前記機構パラメータを記憶し、
   前記駆動部は、前記記憶部に記憶されている更新前の前記機構パラメータと現在の前記機構パラメータとに基づいて、前記動作プログラムにおける１以上の教示点の位置データを補正し、
   前記駆動部は、前記機構パラメータの更新前に教示された前記動作プログラムの１以上の教示点において、教示時と同じ前記ロボットの先端の位置および姿勢を、更新前の前記機構パラメータを用いて実現する場合の各前記駆動軸の角度と、現在の前記機構パラメータを用いて実現する場合の各前記駆動軸の角度との差分だけ、前記教示点の位置データを補正するロボット制御装置。
2. 表示部と、
   ロボットの各駆動軸の変位と前記ロボットの先端の位置および姿勢との関係式に用いられる機構パラメータおよび動作プログラムを記憶する記憶部と、
   該記憶部に記憶された前記動作プログラムおよび前記機構パラメータに基づいて前記ロボットの駆動軸を動作させる駆動部とを備え、
   前記動作プログラムの教示後に前記機構パラメータが更新された場合に、現在の前記機構パラメータを用いて前記動作プログラムを実行し前記駆動軸を動作させても教示時の前記ロボットの先端の位置および姿勢が実現されるように、
   前記記憶部は、更新前の前記機構パラメータを記憶し、
   前記駆動部は、前記記憶部に記憶されている更新前の前記機構パラメータと現在の前記機構パラメータとに基づいて、前記機構パラメータの更新前に教示された前記動作プログラムの１以上の教示点において、教示時と同じ前記ロボットの先端の位置および姿勢を、更新前の前記機構パラメータを用いて実現する場合の各前記駆動軸の角度と、現在の前記機構パラメータを用いて実現する場合の各前記駆動軸の角度との差分を補正量として計算し、該補正量の絶対値が所定の閾値以下の場合に、前記動作プログラムにおける１以上の教示点の位置データを補正し、前記補正量の絶対値が前記所定の閾値を超える場合に、前記表示部に警告を表示するロボット制御装置。
3. 前記記憶部は、前記動作プログラム毎に、該動作プログラム作成時の前記機構パラメータを記憶する請求項１または請求項２に記載のロボット制御装置。
4. 前記記憶部は、前記動作プログラムの前記教示点毎に、教示時の前記機構パラメータを記憶する請求項１または請求項２に記載のロボット制御装置。
5. 前記記憶部は、前記機構パラメータが更新されたときに、更新前の前記機構パラメータを記憶する請求項１または請求項２に記載のロボット制御装置。
6. 動作プログラムの教示後に、ロボットの各駆動軸の変位と前記ロボットの先端の位置および姿勢との関係式に用いられる機構パラメータが更新された場合に、現在の前記機構パラメータを用いて前記動作プログラムを実行し前記駆動軸を動作させても教示時の前記ロボットの先端の位置および姿勢が実現されるように、プロセッサが、
   更新前の前記機構パラメータを記憶するステップと、
   記憶されている更新前の前記機構パラメータと現在の前記機構パラメータとに基づいて、前記動作プログラムにおける１以上の教示点の位置データを補正するステップとを実行し、
   前記位置データを補正するステップは、前記機構パラメータの更新前に教示された前記動作プログラムの１以上の教示点において、教示時と同じ前記ロボットの先端の位置および姿勢を、更新前の前記機構パラメータを用いて実現する場合の各前記駆動軸の角度と、現在の前記機構パラメータを用いて実現する場合の各前記駆動軸の角度との差分だけ、前記教示点の位置データを補正することを含むロボット制御方法。
7. 動作プログラムの教示後に、ロボットの各駆動軸の変位と前記ロボットの先端の位置および姿勢との関係式に用いられる機構パラメータが更新された場合に、現在の前記機構パラメータを用いて前記動作プログラムを実行し前記駆動軸を動作させても教示時の前記ロボットの先端の位置および姿勢が実現されるように、プロセッサが、
   更新前の前記機構パラメータを記憶するステップと、
   記憶されている更新前の前記機構パラメータと現在の前記機構パラメータとに基づいて、前記機構パラメータの更新前に教示された前記動作プログラムの１以上の教示点において、教示時と同じ前記ロボットの先端の位置および姿勢を、更新前の前記機構パラメータを用いて実現する場合の各前記駆動軸の角度と、現在の前記機構パラメータを用いて実現する場合の各前記駆動軸の角度との差分を補正量として計算するステップと、
   前記補正量の絶対値が所定の閾値以下の場合に、前記動作プログラムにおける１以上の教示点の位置データを補正し、前記補正量の絶対値が前記所定の閾値を超える場合に、警告するステップと、
   を実行するロボット制御方法。

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