JP6462986B2 - Robot control method, article manufacturing method, and control apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、ロボットアームの先端に原点が設定された先端座標系を基準に設定された注目点を原点とする注目点座標系を較正してロボットアームを制御するロボット制御方法、物品の製造方法、及び制御装置に関する。 The present invention is a robot control method to calibrate the point of interest coordinates system to the point of interest that is set based on the tip coordinate system origin is set to the end of the robot arm as the origin for controlling the robot arm, the production of goods article The present invention relates to a method and a control device .
近年、ロボットを使用して人間の動作を模した組立を行うロボット装置が開発されている。この種のロボットは、多関節型のロボットアームの先端にロボットハンド等のツールが取り付けられて構成されている。また、ロボットには、制御装置が接続されており、制御装置には、ロボットを動作させて制御装置に教示点を設定する入力装置が接続されている。 In recent years, a robot apparatus has been developed that uses a robot to perform assembling imitating human movement. This type of robot is configured by attaching a tool such as a robot hand to the tip of an articulated robot arm. In addition, a control device is connected to the robot, and an input device that operates the robot and sets teaching points in the control device is connected to the control device.
ロボットの動作を指定する方法として、指定した位置及び姿勢を示す教示点間を移動する方法と、教示点から指定した方向に指定した移動量でロボットの先端を動作させるシフト動作を行う方法とがある。例えば、ロボットハンドに把持させた部品を環状の部品に挿入する場合、環状の部品の穴入口に教示点を設定し、穴入口から穴奥までの方向と距離を指定して、教示点から指定した移動量分だけロボットの先端を動作させるシフト動作を使用する。 As a method for designating the robot operation, there are a method for moving between teaching points indicating a designated position and posture, and a method for performing a shift operation for moving the tip of the robot with a designated movement amount in a designated direction from the teaching point. is there. For example, when inserting a part gripped by a robot hand into an annular part, specify the teaching point at the hole entrance of the annular part, specify the direction and distance from the hole entrance to the back of the hole, and specify from the teaching point A shift operation that moves the tip of the robot by the amount of movement is used.
教示点は、基準座標系の原点からの位置を表す3つの距離情報と、姿勢を表す3つの角度情報の6つの情報を持つパラメータで表される。教示点を制御装置に設定する作業(教示作業)では、ティーチングペンダントなどの入力装置でロボットを動作させて、目的の位置及び姿勢でパラメータの取得を行う。 The teaching point is represented by a parameter having six pieces of information, that is, three pieces of distance information representing the position from the origin of the reference coordinate system and three pieces of angle information representing the posture. In the operation of setting the teaching point in the control device (teaching operation), the robot is operated by an input device such as a teaching pendant, and parameters are acquired at a target position and posture.
ロボットの先端のシフト動作は、ユーザが任意に設定することができる注目点を原点とする注目点座標系を基準に行われる。一般に、この注目点として、ツール又はツール近傍に設定したツールセンターポイント(Tool Center Point:TCP)が用いられ、TCPを原点とする座標系は、一般にツール座標系Σtcpと呼ばれている。TCPは、ロボットアームの先端を原点とする先端座標系(所謂、フランジ座標系)Σefで表した位置を表す3つの距離情報と、姿勢を表す3つの角度情報の6つの情報を持つパラメータである。 The robot tip shift operation is performed on the basis of a point-of-interest coordinate system whose origin is a point of interest that can be arbitrarily set by the user. In general, a tool center point (Tool Center Point: TCP) set in the tool or in the vicinity of the tool is used as the attention point, and a coordinate system having TCP as the origin is generally called a tool coordinate system Σ tcp . The TCP is a parameter having six pieces of information, that is, three distance information representing a position represented by a tip coordinate system (so-called flange coordinate system) Σ ef with the tip of the robot arm as an origin, and three angle information representing the posture. is there.
このとき、ロボットアームとツールとの間に傾きが発生しなければ、シフト動作方向は教示点から最終到達位置まで直進で動作することで、挿入作業が行われる。しかし、ツールの重量やツールが把持した部品の重量、ロボットアームとツールとの間の取付誤差等により、ツールがロボットアームに対して傾きが生じる場合がある。 At this time, if there is no inclination between the robot arm and the tool, the shift operation direction moves straight from the teaching point to the final arrival position, so that the insertion operation is performed. However, the tool may be inclined with respect to the robot arm due to the weight of the tool, the weight of the part gripped by the tool, the mounting error between the robot arm and the tool, or the like.
ツールがロボットアームに対して傾いていると、ロボットアームを作業開始の位置及び姿勢に動作させたときに、実空間ではTCPが教示点からずれた位置及び姿勢となる。そして、この状態でロボットアームをシフト動作方向へ移動させると、TCPが目標とする最終到達位置からずれた位置に到達してしまい、挿入作業が達成されない場合があった。 If the tool is tilted with respect to the robot arm, when the robot arm is moved to the work start position and posture, the TCP is displaced from the teaching point in the real space. If the robot arm is moved in the shift operation direction in this state, the TCP may reach a position shifted from the target final arrival position, and the insertion operation may not be achieved.
そのため、従来は以下のような技術を用いて、ツール座標系Σtcpを較正していた。特許文献1には、接触を検知するセンサと既知の形状の治具を使用し、位置決めをした治具の3つの面にセンサを接触させて治具の形状と姿勢を測定し、理想状態との差を計算することでツール座標系Σtcpの較正を行うものが提案されている。また、特許文献2には、距離・変位を測定するセンサと既知の形状の治具を使用し、既知の治具までの距離・変位を測定し、理想状態との差を計算することで、ツール座標系Σtcpの較正を行うものが提案されている。このように、従来は、他種多様なセンサを用い、較正用の治具を計測することにより較正値を求め、ツール座標系Σtcpを較正していた。
Therefore, conventionally, the tool coordinate system Σ tcp has been calibrated using the following technique. In
しかしながら、従来のようにセンサを用いたツール座標系の較正方法では、センサで治具の周囲を計測するために、ロボットアームを、複数の位置及び姿勢に変更する必要があった。そのため、計測する場所の周囲でロボットアームが様々な位置及び姿勢をとることができる広い空間が必要であった。 However, in the conventional calibration method of the tool coordinate system using the sensor, it is necessary to change the robot arm to a plurality of positions and postures in order to measure the periphery of the jig with the sensor. Therefore, a wide space in which the robot arm can take various positions and postures around the measurement place is required.
ところが、例えば1台のロボットで複数の部品を組立てるようなロボット装置では、計測する場所の周囲に複数の治工具などが密集していることが多い。そのため、従来の方法ではロボットアームの周囲に配置された治工具が、計測する際に動作させるロボットアームの障害物となり、広い空間が確保できず、ツール座標系の較正が困難であった。 However, in a robot apparatus in which a plurality of parts are assembled by a single robot, for example, a plurality of jigs and tools are often densely packed around the place to be measured. Therefore, in the conventional method, the jigs arranged around the robot arm become an obstacle to the robot arm that is operated when measuring, and a large space cannot be secured, and the calibration of the tool coordinate system is difficult.
そこで、本発明は、ロボットアームの周囲にある障害物に干渉することなく、注目点座標系を較正することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to calibrate a point-of-interest coordinate system without interfering with obstacles around the robot arm.
本発明は、基準座標系と、ロボットアームの先端を原点とする先端座標系と、前記先端座標系を基準に設定された注目点を原点とする注目点座標系と、が定義され、前記基準座標系を基準に前記ロボットアームの設計データに基づいて設定された、距離情報及び角度情報を含む設計教示点を取得する設計教示点取得工程と、前記設計教示点に基づく前記ロボットアームの位置及び姿勢を調整して、前記基準座標系を基準とする、距離情報及び角度情報を含む調整教示点を求める調整教示点取得工程と、前記設計教示点に対する前記調整教示点の相対姿勢に基づき、前記ロボットアームの位置及び姿勢を調整した後の前記注目点座標系を基準とする所定方向が、前記基準座標系でみて調整の前と一致するように、前記調整教示点を較正するとともに前記注目点座標系を較正する較正工程と、前記注目点が、前記較正工程で較正した後の前記調整教示点に移動するように前記ロボットアームを動作させた後、前記較正工程で較正した後の前記注目点座標系を基準とする前記所定方向に、前記較正工程で較正した後の前記調整教示点からシフト移動するように、前記ロボットアームの動作を制御する工程と、を備えたことを特徴とする。 The present invention includes a reference coordinate system, a tip coordinate system with its origin at the end of the robot arm, the point of interest coordinates system to the tip coordinate system origin point of interest that is set based on, is defined, pre Symbol A design teaching point acquisition step for acquiring a design teaching point including distance information and angle information set based on the design data of the robot arm based on a reference coordinate system, and the position of the robot arm based on the design teaching point and attitude by adjusting the referenced to the reference coordinate system, the distance information and adjust the teaching point acquisition step of obtaining the adjustment taught point includes an angle information, based on the relative position of the adjusting teaching points with respect to the design taught point, preparative a predetermined direction relative to the said point of interest coordinates system after adjusting the position and orientation of the robot arm, to match the previous adjusted viewed in the reference coordinate system, calibrating the adjustment teaching point A calibration step of calibrating the point of interest coordinates system, the point of interest, after said robot arm is operated to move the adjustment teaching point after calibrating with the calibration step, it was calibrated with the calibration step And a step of controlling the operation of the robot arm so as to shift and move from the adjustment teaching point after being calibrated in the calibration step in the predetermined direction based on the subsequent point-of-interest coordinate system. It is characterized by.
本発明によれば、ロボットアームが周囲の障害物に干渉することなく、注目点座標系の較正を実現することができる。 According to the present invention, the attention point coordinate system can be calibrated without the robot arm interfering with surrounding obstacles.
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係るロボット装置の概略構成を示す説明図である。なお、図1(a)は、ワークをワーク挿入穴へシフト動作で挿入する、挿入作業を行うロボット装置を表しており、ロボットの設計値で指定したワーク挿入前の教示点の位置及び姿勢にロボットが移動した状態を示している。図1(b)は、微調整作業により調整されたロボットの位置及び姿勢を示している。
[First Embodiment]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the robot apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) shows a robot apparatus for performing an insertion operation in which a workpiece is inserted into a workpiece insertion hole by a shift operation. The position and posture of a teaching point before workpiece insertion designated by a robot design value are shown. The state where the robot has moved is shown. FIG. 1B shows the position and posture of the robot adjusted by fine adjustment work.
ロボット装置100は、ロボット200と、ロボット200に接続され、ロボット200の動作を制御する制御部としての制御装置300と、を備えている。また、ロボット装置100は、制御装置300に接続され、ユーザの操作によりロボット200の動作を教示する教示部として機能する入力装置400を備えている。
The
ロボット200は、多軸(例えば6軸)の垂直多関節型のロボットアーム201と、ツールとしてのロボットハンド202と、を有している。ロボットアーム201は、6つのリンクが関節で回転又は旋回可能に連結されて構成されている。
The
ロボットアーム201の基端は、架台101の上面(固定面)101Aに固定されている。ロボットアーム201の先端のフランジ面210には、ロボットハンド202が取り付けられている。ロボットハンド202は、関節を有するフィンガーを複数(例えば3つ)有し、挿入物であるワーク104の把持又は把持解放を行う。
The base end of the
入力装置400は、ユーザが操作可能に構成されており、制御装置300に設定するパラメータの編集や新規作成、ユーザの操作に応じた操作指令を制御装置300に出力する。この入力装置400は、例えばティーチングペンダントやハンディーターミナルである。
The
制御装置300は、入力装置400から入力した操作指令、又は予め設定された教示点のパラメータに基づいて、ロボットアーム201及びロボットハンド202の動作を制御する。つまり、制御装置300には、ロボットアーム201及びロボットハンド202を動作させるためのパラメータが保存されており、このパラメータを用いてロボットアーム201及びロボットハンド202の制御を行っている。
The
なお、架台101の上面101Aには、ワーク104が挿入される被挿入物であるワーク固定台107、ワーク置台108、及びパーツ供給台109等が配置されている。ワーク固定台107は、架台101の上面101Aに固定されている。ワーク固定台107には、ワーク104を挿入するためのワーク挿入穴111が形成されている。ワーク固定台107の周囲には、ワーク置台108及びパーツ供給台109が局所に密集して配置されており、ロボット200が動作できる位置及び姿勢が限られている状態である。
On the
ロボットアーム201の制御を行うために使用する座標系は、主に3種類存在しており、それぞれ異なった役割を果たしている。
There are mainly three types of coordinate systems used to control the
1つ目は、ロボットアーム201の基端を架台101に設置した面と、ロボットアーム201の1軸の中心が直交した点を原点としたベース座標系Σ0である。このベース座標系Σ0は、ロボットアーム201の基準座標系として利用され、ユーザによる編集は行うことができない。
The first is a base coordinate system Σ 0 whose origin is a point where the surface where the base end of the
2つ目は、ロボットアーム201の先端であるフランジ面210の中心を原点とした先端座標系としてのフランジ座標系Σefである。このフランジ座標系Σefは、ロボットアーム201の位置及び姿勢に関わらず、常にフランジ面210上に存在する座標系であり、主に教示作業のロボット200の先端の操作で利用され、ユーザによる編集は行うことができない。
The second is a flange coordinate system Σ ef as a tip coordinate system with the center of the
3つ目は、ユーザが任意に設定することができる注目点としてのツールセンターポイント(Tool Center Point:TCP)を原点とした注目点座標系としてのツール座標系Σtcpである。 The third is a tool coordinate system Σ tcp as a point of interest coordinate system with a tool center point (TCP) as a point of interest that can be arbitrarily set by the user as an origin.
TCPとは、フランジ座標系Σefの原点に対する位置を表す3つの距離情報[Xtcp,Ytcp,Ztcp]と、姿勢を表す3つの角度情報[αtcp,βtcp,γtcp]の6つの情報を持つパラメータである。 TCP is 6 of three distance information [X tcp , Y tcp , Z tcp ] representing the position with respect to the origin of the flange coordinate system Σ ef and three angle information [α tcp , β tcp , γ tcp ] representing the posture. It is a parameter with one piece of information.
ツール座標系Σtcpは、ロボットアーム201の位置及び姿勢に関わらず、常にフランジ面210から一定の位置姿勢を保った場所に存在する座標系である。ツール座標系Σtcpは、主に教示作業のロボット200の先端の操作や、シフト動作方向の指定で利用される。ただし、フランジ座標系Σefと異なり、入力装置400でユーザが任意に編集・新規追加することができるTCPを原点とした座標系のため、用途によって編集が可能な座標系である。なお、ツール座標系Σtcpは、ツールとしてのロボットハンド202の先端や、ロボットハンド202が把持するワーク104の先端の位置及び姿勢に設定するのがよい。
The tool coordinate system Σ tcp is a coordinate system that exists in a place that always maintains a certain position and orientation from the
第1実施形態では、ツール座標系Σtcpは、ワーク104の先端に設定されているものとしている。つまり、TCPは、フランジ面210からロボットハンド202で把持したワーク104の先端までの距離の設計値を入力したパラメータとする。
In the first embodiment, the tool coordinate system Σtcp is set at the tip of the
TCPの目標とする位置及び姿勢を示すパラメータが教示点Wとして制御装置300に保存されている。教示点Wとは、TCPの位置及び姿勢を、ベース座標系Σ0の原点に対する位置を表す3つの距離情報[X,Y,Z]と、姿勢を表す3つの角度情報[α,β,γ]として計算したパラメータである。
Parameters indicating the target position and orientation of the TCP are stored in the
第1実施形態における教示点Wは、ワーク104を挿入する前の位置及び姿勢の設計データを入力したパラメータとし、TCPを一致させる位置及び姿勢である。
The teaching point W in the first embodiment is a position and posture where TCP is made coincident with the design data of the position and posture before inserting the
つまり、教示点Wは、例えば不図示のコンピュータにより、ロボットアーム201の設計データに基づいて求められた設計教示点であり、作業開始点(作業開始位置及び作業開始姿勢)となるように設定されている。
That is, the teaching point W is a design teaching point obtained based on the design data of the
教示点Wは、基準座標系であるベース座標系Σ0を基準に設定される。以下、制御装置300が、ロボットアーム201を教示点Wに従って動作させた後、ツール座標系Σtcpを基準とする所定方向にTCPが教示点Wから移動するようにロボットアーム201を動作させる場合ついて説明する。
The teaching point W is set with reference to a base coordinate system Σ 0 that is a reference coordinate system. Hereinafter, a case where the
TCPが作業開始点である教示点Wの位置及び姿勢のとき、ツール座標系ΣtcpのZ軸の方向の直線上には、ワーク挿入穴111の奥に挿入目標となる最終到達位置Eが存在している。TCPを、ツール座標系Σtcpを基準とする所定方向であるZ軸のシフト動作方向112へ、教示点Wから最終到達位置Eまで所定の移動距離、シフト動作させると、シフト動作方向112の直線上をロボット200の先端が移動する。
When TCP is the position and orientation of the teaching point W, which is the work start point, a final arrival position E that is an insertion target exists in the back of the
ロボットハンド202とフランジ面210との間に組付誤差等による傾きAが存在しなければ、ワーク104の中心軸とワーク挿入穴111の中心軸とが一致し、シフト動作方向112へ移動させると最終到達位置Eまで移動するため、挿入が可能となる。
If there is no inclination A due to an assembly error or the like between the
しかし、例えばロボットハンド202とフランジ面210との間に組付誤差がある場合、図1(a)に示すように、フランジ面210に対する垂線方向と、ロボットハンド202の中心線方向との間に傾きAが発生することがある。なお、フランジ面210に対するロボットハンド202の傾きAは、組付誤差以外にも、例えばロボットハンド202の重量やロボットハンド202が把持したワーク104の重量によっても発生することがある。特に、傾きAの発生がワーク104に起因する場合、ロボットハンド202が把持するワーク104の種類(重量)によって、その傾き量が変わる。
However, for example, when there is an assembly error between the
そこで、第1実施形態では、図1(b)に示すように、ワーク104の挿入方向113の直線上に、ワーク挿入穴111の奥にある最終到達位置Eを一致させる微調整作業を、ロボットハンド202がワーク104を把持した状態でユーザが行う。この微調整作業は、ユーザが入力装置400を操作してロボットアーム201を動作させることで行う。
Therefore, in the first embodiment, as shown in FIG. 1B, a fine adjustment operation for matching the final arrival position E in the back of the
この微調整作業は、ロボットアーム201の各軸の関節値を調整して行っても良いし、座標系を選択し、選択した座標系の位置方向[X,Y,Z]、回転方向[Rx,Ry,Rz]の変位量を指定してTCPを移動させる調整を行っても良い。
This fine adjustment operation may be performed by adjusting the joint value of each axis of the
微調整作業により調整された教示点(調整教示点)を教示点W´として、入力装置400をユーザが操作して、制御装置300に保存する。この教示点W´は、基準座標系であるベース座標系Σ0を基準に設定される。
A teaching point (adjustment teaching point) adjusted by fine adjustment work is used as a teaching point W ′, and the user operates the
この微調整作業により、ワーク104の挿入方向113の直線上に最終到達位置Eが一致するよう、ロボットアーム201の位置及び姿勢を調整することができる。しかし、この位置及び姿勢でツール座標系ΣtcpのZ軸の方向へシフト動作を行っても、傾きA分傾いたシフト動作方向112へ移動してしまうため、ワーク挿入穴111の淵に接触してしまい、挿入できない場合がある。
By this fine adjustment operation, the position and posture of the
そこで、第1実施形態では、シフト動作により、ワーク104の挿入を行うためには、傾きA、即ちツール座標系Σtcpを較正し、ツール座標系Σtcpをワーク104の挿入方向113とシフト動作方向112が一致した座標系とする。
Therefore, in the first embodiment, in order to insert the
以下、制御装置300が、シフト動作を行うために利用するツール座標系Σtcpを較正する場合について説明する。
Hereinafter, a case where the
図2は、本発明の第1実施形態に係るロボット装置100の制御装置300の構成を示すブロック図である。制御装置300は、外部入出力部301、パラメータ保存部302、軌道計算部303、制御指令部304及び較正計算部305を有している。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the
外部入出力部301は、入力装置400からの操作指令やパラメータの編集・新規作成などの情報の入力を受ける。パラメータ保存部302は、記憶装置であり、外部入出力部301で入力された情報は、パラメータ保存部302にて保存される。
The external input /
また、外部入出力部301は、パラメータ保存部302に保存されているパラメータを読み出して入力装置400へ出力する。入力装置400は、外部入出力部301から入力したパラメータを、画面に表示させる。
Also, the external input /
軌道計算部303は、パラメータ保存部302に保存されているパラメータを読み出し、読み出したパラメータに基づいてTCPの軌道の計算を行い、制御指令部304へロボットアーム201の各軸の変位情報を出力する。制御指令部304は、軌道計算部303から入力した各軸の変位情報と、ロボットアーム201からフィードバックされる現在値情報とに基づいて、ロボットアーム201の位置及び姿勢を制御する。軌道計算部303は、較正が必要な場合、較正計算部305に較正計算の依頼を行う。
The
較正計算部305は、パラメータ保存部302に保存されているパラメータを基に較正を行い、較正結果をパラメータ保存部302に保存し、軌道計算部303へ較正完了を報告する。較正が完了すると、軌道計算部303はパラメータ保存部302に保存された較正結果を基に再計算を行い、ロボットアーム201の制御に反映する。
The
軌道計算部303及び較正計算部305は、例えばCPU等の演算装置(演算部)で構成され、CPUが記憶装置からプログラムを読み出して実行することにより、ツール座標系Σtcpを較正するロボット較正方法の各工程を実行する。
次に、ツール座標系Σtcpの較正方法について説明する。図3は、本発明の第1実施形態に係るロボット較正方法を示すフローチャートである。図4は、本発明の第1実施形態に係るロボット較正方法の各工程におけるロボットの状態を示す側面図である。 Next, a method for calibrating the tool coordinate system Σtcp will be described. FIG. 3 is a flowchart showing the robot calibration method according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a side view showing the state of the robot in each step of the robot calibration method according to the first embodiment of the present invention.
第1実施形態では、設計値で設定した教示点W、及び微調整を行った教示点W´を用いてツール座標系Σtcpの較正を行う手順について詳しく説明する。 In the first embodiment, it will be described in detail procedure for calibration of the tool coordinate system sigma tcp using design taught point set by the value W, and the fine adjustment of the taught point W'Been.
まず、入力装置400は、ユーザの操作により指定されたTCPの設計値を外部入出力部301に出力する。制御装置300の外部入出力部301は、ロボットアーム201の制御に必要なパラメータの設定作業として、入力装置400からTCPの設計値を入力(取得)する。外部入出力部301が入力したTCPのパラメータは、パラメータ保存部302に保存される。較正計算部305は、パラメータ保存部302に保存されているTCPのパラメータをパラメータ保存部302から読み出して入力(取得)する(S1:注目点設定工程)。TCPは、前述したように、フランジ座標系Σefの原点に対する位置及び姿勢の情報[Xtcp,Ytcp,Ztcp,αtcp,βtcp,γtcp]のパラメータで表される。
First, the
具体的に説明すると、ステップS1では、TCPをパラメータPtcpとしてパラメータ保存部302に保存する。なお、第1実施形態での座標表現は、オイラー角ZYXとして説明を行う。
More specifically, in step S1, TCP is stored in the
[X,Y,Z]は位置情報であり、各ベクトル方向の座標を表している。[α,β,γ]は姿勢情報であり、オイラー角における回転角度を表している。 [X, Y, Z] is position information and represents coordinates in each vector direction. [[Alpha], [beta], [gamma]] is posture information and represents a rotation angle in Euler angles.
較正計算部305は、パラメータPtcpを用い、4行4列の同次変換行列Tにパラメータの値を代入して、ロボットアーム201の位置及び姿勢の計算を行う。
The
以下の数2から数4に同次変換行列Tの計算式を示す。なお、nは親子関係を表しており、例えば、TCPの場合、nは親となるフランジ面210を表す記号ef、n+1は子となるTCPを表すtcpというように、nを基準としたn+1までの位置姿勢を表現している。
Equations 2 to 4 below show formulas for calculating the homogeneous transformation matrix T. Note that n represents a parent-child relationship. For example, in the case of TCP, n is a symbol ef representing the
数2で示しているRは姿勢を表す3行3列の回転行列であり、数3で示す行列の簡略表示である。 R shown in Equation 2 is a rotation matrix of 3 rows and 3 columns representing the posture, and is a simplified display of the matrix shown in Equation 3.
また、数2に示すqは位置を表す3行1列の位置行列であり、数4に示す行列の簡略表示である。 Further, q shown in Equation 2 is a 3 × 1 position matrix representing the position, and is a simplified representation of the matrix shown in Equation 4.
また、数2で示している0は、1行3列の0行列の簡略表示とする。較正計算部305は、数2,3,4へ数1を代入し、TCPの同次変換行列tcp efTを計算する。
Also, 0 shown in Equation 2 is a simplified display of a 0 matrix of 1 row and 3 columns. The
次に、入力装置400は、ユーザの操作により指定された挿入前の位置及び姿勢となる(TCPが作業開始点となる)教示点Wのパラメータを出力する。教示点Wは、作業開始点となるようにロボットアーム201のリンク長などの設計データに基づいて設定された設計教示点であり、例えばコンピュータ等のシミュレータを用いたオフライン教示にて求められた教示点である。制御装置300の外部入出力部301は、入力装置400から教示点Wのパラメータを入力(取得)する。外部入出力部301が入力した教示点Wのパラメータは、パラメータ保存部302に保存される。較正計算部305は、パラメータ保存部302に保存されている教示点Wのパラメータをパラメータ保存部302から読み出して取得する(S2:設計教示点取得工程)。
Next, the
教示点Wは、ベース座標系Σ0の原点を基準とするTCPの目標の位置及び姿勢を表すパラメータPwであり、パラメータ保存部302に保存される。教示点Wは、設計値のため、組付誤差等によって発生する傾きAが考慮されていないパラメータである。
Teaching point W is a parameter P w representing the position and orientation of the target TCP relative to the origin of the base coordinate system sigma 0, is stored in the
較正計算部305は、数6を数2,3,4へ代入し、教示点Wの同次変換行列w 0T(親となるΣ0は0と表記)を計算する。
The
ステップS1,S2により設定されたTCPと教示点Wを用いることで、TCPが教示点Wに一致するロボットアーム201の各軸の関節値[θw 1,θw 2,θw 3,θw 4,θw 5,θw 6]を逆運動学計算により計算し、姿勢を決定することができる。
By using the TCP set in steps S1 and S2 and the teaching point W, the joint values [θ w 1 , θ w 2 , θ w 3 , θ w of the axes of the
TCPが教示点Wと一致すれば、ロボット200の各軸の同次変換行列n+1 nT(1軸から6軸は、n=1から6と表記)の積より、以下の同次変換行列の関係性が成り立つ。 If TCP coincides with the teaching point W, the following homogeneous transformation matrix is obtained from the product of the homogeneous transformation matrix n + 1 n T of each axis of the robot 200 (1 to 6 axes are expressed as n = 1 to 6). A relationship is established.
なお、各軸の同次変換行列に必要なリンク長やオフセット角度などのパラメータは、パラメータ保存部302に事前に保存されているものとする。
It is assumed that parameters such as link length and offset angle necessary for the homogeneous transformation matrix of each axis are stored in advance in the
理想状態の組付誤差が無いロボットでは、図4(a)に示すように、ツール座標系ΣtcpのZ方向に移動するシフト動作方向112と、ワーク104の挿入方向113は一致している。よって理想状態では、シフト動作方向112へ移動させると最終到達位置Eまで直進で移動することができるため、ツール座標系Σtcpの較正を行う必要はない。
In a robot having no assembly error in the ideal state, as shown in FIG. 4A, the
しかし、実際には、図4(b)に示すように、教示点Wのパラメータに基づいてロボットアーム201を動作させても、組付誤差等によるロボットハンド202の傾きAにより、TCPが実空間上の作業開始点からずれた位置及び姿勢へ移動する。図4(b)に示す状態では、シフト動作方向112は最終到達位置Eの方向へ向いているが、ワーク104の挿入方向113は、傾きA分傾いた方向に向いているため、挿入することができない。そのため、ワーク104をワーク挿入穴111へ挿入するためには、傾きAを微調整する作業が必要になる。
However, in actuality, as shown in FIG. 4B, even if the
そこで、まず、ユーザは、入力装置400を操作して制御装置300に教示点Wに基づいてロボットアーム201を動作させるよう指令を送る。これにより、制御装置300の制御指令部304は、図4(b)に示すように、教示点Wのパラメータに基づいてロボットアーム201を動作させる。次に、ユーザは、入力装置400を操作して制御装置300に操作指令(各関節の角度指令又はTCPの位置及び姿勢の指令)を送る。操作指令を受信した制御装置300の制御指令部304は、操作指令に応じてロボットアーム201を動作させる。
Therefore, first, the user operates the
つまり、ユーザが入力装置400を操作することでロボットアーム201を動作させ、ユーザの目視により、実空間におけるTCPの位置及び姿勢を微調整する、オンライン教示を行う。なお、調整に先立ってロボットアーム201に教示点Wに基づく動作を行わずに、直接、ユーザが目視しながらロボットアーム201の位置及び姿勢を調整してもよい。
That is, online teaching is performed in which the
このように、教示点Wに基づくロボットアーム201の位置及び姿勢を調整するオンライン教示を行うことで、軌道計算部303が、調整後のロボットアーム201の位置及び姿勢から教示点(調整教示点)W´を作成する(S3:調整教示点取得工程)。
In this way, by performing online teaching for adjusting the position and orientation of the
このステップS3では、ロボットハンド202に把持治具としてワーク104を把持させ、ワーク固定台107のワーク挿入穴111に対してロボットハンド202に把持されたワーク104を位置及び姿勢決めすることで、教示点W´を求める。なお、把持治具がワーク挿入穴111に組付ける実際のワーク104としたが、把持治具が、ワーク104と同じ形状又はワーク104と見做せる形状の標準器であってもよい。
In this step S3, the
つまり、ユーザが入力装置400でロボットアーム201を操作し、制御装置300がワーク挿入前の作業開始点へロボットアーム201の位置及び姿勢を微調整し、入力装置400から取得した保存命令により微調整後の教示点W´を作成する。
That is, the user operates the
具体的には、外部入出力部301は、入力装置400から入力した保存命令を軌道計算部303に出力し、軌道計算部303は、保存命令を受けた現在の位置及び姿勢のパラメータを、教示点W´としてパラメータ保存部302に保存させる。
Specifically, the external input /
このステップS3により、ワーク104の挿入方向113の直線上に最終到達位置Eが存在するように入力装置400で微調整作業が行われる。
By this step S3, fine adjustment work is performed by the
以下、この微調整作業について詳細に説明する。第1実施形態の微調整作業は、まず、入力装置400によりロボットアーム201の操作を行い、ワーク挿入穴111の入口側面とワーク104の先端面とを合わせる。この面合わせには、ワーク挿入穴111の入り口側面とワーク104の先端面との間にユーザが調整治具としてのシックネスゲージを差し込み、傾きを調整する。
Hereinafter, this fine adjustment operation will be described in detail. In the fine adjustment operation of the first embodiment, first, the
次に、傾きを調整した後にワーク挿入穴111とワーク104の中心位置を合わせる。この中心位置合わせには、ワーク104の側面にシックネスゲージを当て、ワーク挿入穴111にシックネスゲージを差し込み、全ての側面でシックネスゲージが差し込める位置に調整する。
Next, after adjusting the inclination, the center positions of the
以上、ステップS3では、調整治具としてシックネスゲージを用いてワーク固定台107のワーク挿入穴111に対するワーク104の位置及び姿勢決めをする。
As described above, in step S3, the position and orientation of the
この操作における微調整作業は、従来のセンサと治具を使用した測定における姿勢よりも狭い範囲で行うことができるため、周囲に障害物があったとしても行うことができる。 Since the fine adjustment work in this operation can be performed in a narrower range than the posture in the measurement using the conventional sensor and jig, it can be performed even if there are obstacles around.
図4(c)は入力装置400による微調整作業により、ロボット200の姿勢をワーク104の挿入方向113の直線上に最終到達位置Eが存在するように微調整を行った後の状態を表している。
FIG. 4C shows a state after fine adjustment by the
この微調整後の位置及び姿勢を示す教示点W´が、パラメータPw´としてパラメータ保存部302に保存される。
The teaching point W ′ indicating the position and orientation after fine adjustment is stored in the
教示点W´のパラメータPw´の行列は、ロボットアーム201の各軸の関節値[θw´ 1,θw´ 2,θw´ 3,θw´ 4,θw´ 5,θw´ 6]と、TCPを用いて順運動学計算により計算することができ、以下の関係式が成り立つ。 The matrix of parameter P w 'of the teaching point W', joint value of each axis of the robot arm 201 [θ w'1, θ w' 2, θ w'3, θ w'4, θ w'5, θ w ' 6 ] and forward kinematics calculation using TCP, and the following relational expression holds.
しかし、この状態では、図4(c)に示すように、シフト動作方向112の直線上に最終到達位置Eが存在せず、シフト動作を行うと最終到達位置E´へ移動するため、ワーク104をワーク挿入穴111へ挿入することができない。
However, in this state, as shown in FIG. 4C, the final arrival position E does not exist on the straight line in the
そこで、制御装置300の較正計算部305が、教示点W及び教示点W´を用いて、ツール座標系Σtcpの較正を行う(S4,S5:較正工程)。
Therefore, the
以下、この較正工程について説明する。まず、較正計算部305は、ステップS2で取得した教示点W、及びステップS3で取得した教示点W´を用いてTCPの較正を行い(S4:注目点較正工程)、新たなTCP´を作成する。
Hereinafter, this calibration process will be described. First, the
このステップS4について具体的に説明すると、まず、較正計算部305は、教示点W及び教示点W´を用いて、組付誤差により発生する傾きAを算出する。
This step S4 will be described in detail. First, the
傾きA(教示点Wに対する教示点W´の相対姿勢)は、数11の回転行列RAで表される。 Slope A (relative orientation of the teaching point W'for teaching point W) is represented by the rotation matrix R A having 11.
次に、較正計算部305は、数10の回転行列RW´及び数11の回転行列RAを用いて、教示点W´から傾きAを除いた回転行列Rw_adjを求める。
Then, the
較正計算部305は、この数12の回転行列Rw_adjと数10の位置行列qw´より、較正値を反映した教示点Wadjの姿勢となる同次変換行列w_adj 0Tを求める。
The
次に、較正計算部305は、数13より、オイラー角[αw_adj,βw_adj,γw_adj]を計算し、教示点WadjのパラメータPw_adjを求め、パラメータ保存部302に保存させる。
Next, the
即ち、較正計算部305は、教示点Wに対する教示点W´の相対姿勢(回転行列RA)に基づき、教示点W´を較正することで教示点Wadjを求めている。なお、Xw_adj,Yw_adj,Zw_adjは、XW´,YW´,ZW´である。
That is, the
次に、較正計算部305は、現在、教示点Wadjの位置及び姿勢となっているロボットアーム201の各軸の関節値[θw´ 1,θw´ 2,θw´ 3,θw´ 4,θw´ 5,θw´ 6]を求める。そして、較正計算部305は、この計算結果に基づき、ベース座標系Σ0を基準としたフランジ座標系Σefの原点の位置及び姿勢を計算する。つまり、較正計算部305は、ベース座標系Σ0を基準としたフランジ面210の位置及び姿勢を順運動学により計算して、同次変換行列ef 0Tを計算する。
Then, the
次に、較正計算部305は、数13と数15により、新しいTCP´を計算するために、同次変換行列tcp´ efTを計算する。
Next, the
較正計算部305は、数16より、位置[Xtcp´,Ytcp´,Ztcp´]及びオイラー角[αtcp´,βtcp´,γtcp´]を計算し、新しいTCP´のパラメータPtcp´をパラメータ保存部302に保存させる。
The
以上により、新しいTCP´を作成する。即ち、較正計算部305は、ベース座標系Σ0を基準とする教示点Wadjの位置及び姿勢と、ベース座標系Σ0を基準とするフランジ座標系Σefの原点の位置及び姿勢とに基づき、フランジ座標系Σefを基準とする、較正したTCP´を求める。
Thus, a new TCP ′ is created. That is, the
次に、軌道計算部303は、較正したTCP´を原点とした新たなツール座標系Σtcp´を定義する(S5)。
Next, the
図4(d)は、較正作業により、新しい教示点Wadjと新しいTCP´を作成した後を示しており、この図4(d)を用いてステップS5を説明する。 FIG. 4D shows a state after the new teaching point W adj and the new TCP ′ are created by the calibration operation, and step S5 will be described with reference to FIG. 4D.
ステップS5により、新しいTCP´を原点とした新しいツール座標系Σtcp´を定義する。ツール座標系Σtcp´のベクトル方向はそれぞれベース座標系Σ0に対して、数16の同次変換行列w_adj efTのRw_adjで表すことができる。このツール座標系Σtcp´のZ方向は、ワーク104の挿入方向113と平行であり、シフト動作を行って挿入が可能となる。ツール座標系Σtcp´のZ方向へのシフト動作軌道を作成する場合、任意のシフト動作量を与えると、最終到達位置E´´の位置の計算が行われる。このとき、教示点Wadjから最終到達位置E´´までの距離をLとすると、シフト動作後の教示点は、教示点Wadjから以下のパラメータPe移動した位置及び姿勢となる。
In step S5, a new tool coordinate system Σ tcp ′ with the new TCP ′ as the origin is defined. The vector direction of the tool coordinate system Σ tcp ′ can be expressed by R w_adj of the homogeneous transformation matrix w_adj ef T of Expression 16 with respect to the base coordinate system Σ 0 . The Z direction of the tool coordinate system Σ tcp ′ is parallel to the
よって、目標となる最終到達位置E´´の教示点We´´は、以下の同次変換行列e´´ 0Tで計算される。 Therefore, the teaching point W e ″ at the target final arrival position E ″ is calculated by the following homogeneous transformation matrix e ″ 0 T.
数13及び数19より、教示点Wadjと教示点We´´の2点の教示点が求められるため、「Point to Point」で動作を指定することができるようになる。軌道計算部303は、ロボット200の先端(TCP)を直線で移動する軌道を計算する。
Since the teaching points W adj and the teaching point W e ″ are obtained from the equations 13 and 19, the operation can be designated by “Point to Point”. The
最後に、計算された軌道を基に、制御指令部304がロボットアーム201の動作を制御することでTCPが直線動作し、ワーク104をワーク挿入穴111に挿入することが可能となる。
Finally, the
以上のステップにより、定義されたツール座標系Σtcp´を利用し、シフト動作を行うことで、教示点Wadjの位置及び姿勢から最終到達位置Eまで直線移動することができる。 By performing the shift operation using the defined tool coordinate system Σ tcp ′ through the above steps, it is possible to linearly move from the position and orientation of the teaching point Wadj to the final arrival position E.
以上、第1実施形態によれば、ロボット200が動作できる位置及び姿勢が限られている場合でも、ロボットアームが周囲の障害物に干渉することなく、ツール座標系を較正することができる。
As described above, according to the first embodiment, the tool coordinate system can be calibrated without the robot arm interfering with surrounding obstacles even when the position and posture where the
また、ツール座標系の較正にセンサを必要としないためコストダウンを図ることができ、センサによる計測を必要としないため立上げ時間(教示時間)の短縮を図ることができる。 Further, since no sensor is required for calibration of the tool coordinate system, the cost can be reduced, and since measurement by the sensor is not required, the start-up time (teaching time) can be shortened.
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係るロボット装置を用いたツール座標系を較正するロボット較正方法について説明する。図5は、本発明の第2実施形態に係るロボット較正方法の各工程におけるロボットの状態を示す側面図である。図6は、本発明の第2実施形態に係るロボット較正方法を示すフローチャートである。図7は、本発明の第2実施形態に係るロボット較正方法の各工程におけるロボットの状態を示す側面図である。なお、第2実施形態のロボット装置の構成は、上記第1実施形態のロボット装置の構成と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a robot calibration method for calibrating a tool coordinate system using the robot apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a side view showing the state of the robot in each step of the robot calibration method according to the second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a flowchart showing a robot calibration method according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a side view showing the state of the robot in each step of the robot calibration method according to the second embodiment of the present invention. The configuration of the robot apparatus according to the second embodiment is the same as that of the robot apparatus according to the first embodiment.
第2実施形態では、較正に影響する組付誤差要因が上記第1実施形態と相違する。即ち、第2実施形態では、上記第1実施形態で説明したフランジ面210に対するロボットハンド202に発生する傾きAに加え、架台101の上面101Aとワーク固定台107との間に発生する組付誤差による傾きBが存在している。つまり、ワーク104をワーク挿入穴111へ挿入を行うためには、架台101に対して傾きB分だけ傾いた方向へ移動させるシフト動作を行う必要がある。
In the second embodiment, the assembly error factor affecting the calibration is different from that in the first embodiment. That is, in the second embodiment, in addition to the inclination A generated in the
第2実施形態においても、ロボットハンド202が把持したワーク104をワーク固定台107のワーク挿入穴111に挿入する挿入作業を行う場合について説明する。そして、制御装置300(図1及び図2参照)が、挿入作業を開始する教示点にTCPを移動させた後、TCPがシフト動作方向112に教示点からシフト動作するようにロボットアーム201を動作させる場合について説明する。
Also in the second embodiment, a case will be described in which an insertion operation of inserting the
図5(a)には、教示点Wに基づいてロボットアーム201を動作させた際のロボットアーム201の位置及び姿勢を示している。図5(b)には、調整後の教示点W´に基づいてロボットアーム201を動作させた際のロボットアーム201の位置及び姿勢を示している。
FIG. 5A shows the position and posture of the
第2実施形態では、図6に示すステップS21,S22,S23は、それぞれ上記第1実施形態で説明した図3に示すステップS1,S2,S3と同様である。 In the second embodiment, steps S21, S22, and S23 shown in FIG. 6 are the same as steps S1, S2, and S3 shown in FIG. 3 described in the first embodiment, respectively.
即ち、ステップS21では、制御装置300の較正計算部305は、パラメータ保存部302からTCPの設計値を入力(取得)する。
That is, in step S <b> 21, the
ステップS22では、制御装置300の較正計算部305は、パラメータ保存部302からベース座標系Σ0を基準にロボットアーム201の設計データに基づいて設定された教示点(設計教示点)Wを入力(取得)する(設計教示点取得工程)。この教示点Wに基づいてロボットアーム201を動作させると、図5(a)に示す位置及び姿勢となる。
In step S22, the
ステップS23では、ユーザが入力装置400を操作して、教示点Wに基づくロボットアーム201の位置及び姿勢を調整してロボットハンド202に把持されたワーク104をワーク挿入穴111に対して位置及び姿勢決めする。制御装置300の軌道計算部303は、このときのベース座標系Σ0を基準とする教示点(調整教示点)W´を求める(調整教示点取得工程)。この教示点W´に基づいてロボットアーム201を動作させると、図5(a)に示す位置及び姿勢となる。教示点W´のパラメータは、制御装置300のパラメータ保存部302に保存される。
In step S <b> 23, the user operates the
ここで、ワーク104の挿入方向113と教示点W´となるロボットアーム201の位置及び姿勢におけるTCPを原点としたツール座標系Σtcpとの間に発生する傾きは、傾きAと傾きBにより合成された傾きとなる。
Here, the inclination generated between the
そこで、傾きAと傾きBを考慮した較正計算する必要があるため、以下の工程を実行する。 Therefore, since it is necessary to perform calibration calculation in consideration of the inclination A and the inclination B, the following steps are executed.
入力装置400は、ユーザの操作により指定された教示点(基準教示点)Nのパラメータを出力する。教示点(基準教示点)Nは、ベース座標系Σ0を基準にロボットハンド202に把持されたワーク104が基準面である架台101の上面(固定面)101Aに接触するようにロボットアーム201の設計データに基づいて設定された教示点である。より具体的には、教示点Nは、架台101の上面101Aにワーク104の先端面が面接触する位置及び姿勢となる教示点である。なお、教示点Nは、ロボットアーム201と架台101の接地面の直線上とする。
The
この教示点Nは、例えばコンピュータ等のシミュレータを用いたオフライン教示にて求められた教示点である。制御装置300の外部入出力部301は、入力装置400から教示点Nのパラメータを入力(取得)する。外部入出力部301が入力した教示点Nのパラメータは、パラメータ保存部302に保存される。較正計算部305は、パラメータ保存部302に保存されている教示点Nのパラメータをパラメータ保存部302から読み出して入力(取得)する(S24:基準教示点取得工程)。
The teaching point N is a teaching point obtained by offline teaching using a simulator such as a computer. The external input /
教示点Nは、ベース座標系Σ0を基準とする位置及び姿勢を表すパラメータPNで設定される。 Teaching point N is set by the parameter P N representing the position and orientation as the reference base coordinate system sigma 0.
ステップS21により設定したTCP及びステップS24により設定した教示点Nを用いて、教示点NにTCPが一致するロボットアーム201の各軸の関節値[θn 1,θn 2,θn 3,θn 4,θn 5,θn 6]を逆運動学により計算する。これにより、姿勢を決定することができる。
Using the TCP set in step S21 and the teaching point N set in step S24, the joint values [θ n 1 , θ n 2 , θ n 3 , θ of the axes of the
このとき、教示点NとTCPは一致しているため、ロボット200の各軸の同次変換行列n+1 nT(1軸から6軸は、n=1から6と表記)の積より、以下の同次変換行列の関係性が成り立つ。 At this time, since the teaching point N and TCP coincide with each other, the following is obtained from the product of the homogeneous transformation matrix n + 1 n T of each axis of the robot 200 (1 axis to 6 axes are expressed as n = 1 to 6). The relationship of homogeneous transformation matrix holds.
図7(a)には、組付誤差が無い、理想状態の教示点Nにおけるロボットアーム201の位置及び姿勢を示している。教示点Nは、設計値であるため、組付誤差等によって発生する傾きAが考慮されていないロボット200の先端(TCP)の目標とする位置及び姿勢である。そのため、実際には、架台101の上面101Aにワーク104の先端面を平行に面接触させるためには、組付け誤差等によって発生する傾きAを微調整する作業が必要になる。
FIG. 7A shows the position and posture of the
第2実施形態では、まず、ユーザは、入力装置400を操作して制御装置300に教示点Nに基づいてロボットアーム201を動作させるよう指令を送る。これにより、制御装置300の制御指令部304は、教示点Nのパラメータに基づいてロボットアーム201を動作させる。次に、ユーザは、入力装置400を操作して制御装置300に操作指令(各関節の角度指令又はTCPの位置及び姿勢の指令)を送る。操作指令を受信した制御装置300の制御指令部304は、操作指令に応じてロボットアーム201を動作させる。
In the second embodiment, first, the user operates the
つまり、ユーザが入力装置400を操作することでロボットアーム201を動作させ、ユーザの目視により、実空間におけるTCPの位置及び姿勢を微調整する、オンライン教示を行う。なお、調整に先立ってロボットアーム201に教示点Nに基づく動作を行わずに、直接、ユーザが目視しながらロボットアーム201の位置及び姿勢を調整してもよい。
That is, online teaching is performed in which the
以上、教示点Nに基づくロボットアーム201の位置及び姿勢を調整するオンライン教示を行うことで、軌道計算部303が、調整後のロボットアーム201の位置及び姿勢から教示点(調整基準教示点)N´を作成する(S25:調整基準教示点取得工程)。
As described above, by performing online teaching for adjusting the position and orientation of the
このステップS25では、図7(b)に示すように、ロボットハンド202に把持されたワーク104の先端面が架台101の上面101Aに接触するようロボットアーム201を位置及び姿勢決めすることで、教示点N´を求める。つまり、ユーザが入力装置400でロボットアーム201を操作し、制御装置300がロボットアーム201の位置及び姿勢を微調整し、微調整後の教示点N´を作成する。
In this step S25, as shown in FIG. 7B, the
具体的には、外部入出力部301は、入力装置400から入力した保存命令を軌道計算部303に出力し、軌道計算部303は、保存命令を受けた現在の位置及び姿勢のパラメータを、教示点N´としてパラメータ保存部302に保存させる。
Specifically, the external input /
このベース座標系Σ0を基準とする教示点N´は、位置及び姿勢を示すパラメータPN´で表される。 Teaching point referenced to the base coordinate system sigma 0 N'is represented by parameters P N'indicating the position and orientation.
なお、このステップS25における調整作業は、教示点W´の調整作業と同様に、調整治具であるシックネスゲージを用いて、架台101の上面101Aとワーク104の先端面との傾き調整する。
In the adjustment operation in step S25, the inclination between the
教示点N´の行列は、ロボットアーム201の各軸の関節値[θn´ 1,θn´ 2,θn´ 3,θn´ 4,θn´ 5,θn´ 6]とTCPを用いて順運動学計算により計算することができ、以下の関係式が成り立つ。
The matrix of teaching points N ′ includes joint values [θ n ′ 1 , θ n ′ 2 , θ n ′ 3 , θ n ′ 4 , θ n ′ 5 , θ n ′ 6 ] of each axis of the
上記作業は、ロボットハンド202が組み付けられたロボットアーム201を架台101に配置した際に1度行うだけで、シフト動作が必要な姿勢の全てのツール座標系Σtcpの較正に使用することができる。
The above operation is performed only once when the
次に、制御装置300の較正計算部305は、ステップS23,S24,S25で作成した教示点W´、教示点N、教示点N´を用いて、ツール座標系Σtcpの較正を行う(S26,S27:較正工程)。
Then, the
以下、この較正工程について説明する。まず、較正計算部305は、教示点W´、教示点N、教示点N´を用いてTCPの較正を行い(S26:注目点較正工程)、新たなTCP´を作成する。
Hereinafter, this calibration process will be described. First, the
このステップS26について具体的に説明すると、まず、較正計算部305は、教示点N及び教示点N´を用いて、ロボット200側の組付誤差により発生する傾きAを計算する。傾きAを計算するため、教示点Nと教示点N´との間の差を計算し、以下の同次変換行列N´ NTとする。
The step S26 will be described in detail. First, the
傾きA(教示点Nに対する教示点N´の相対姿勢)は、数24の回転行列RAで表される。 The inclination A (relative attitude of the teaching point N ′ with respect to the teaching point N) is represented by a rotation matrix RA of Expression 24.
次に、較正計算部305は、ステップS23で求めた数10の回転行列RW´、及び数24の回転行列RAを用いて、教示点W´より傾きAを除いた回転行列Rw_adjを求める。
Next, the
較正計算部305は、この数25の回転行列Rw_adjと数10の位置行列qw´より、較正値を反映した教示点Wadjの姿勢となる同次変換行列w_adj 0Tを求める。
The
較正計算部305は、数26より、オイラー角[αw_adj,βw_adj,γw_adj]を計算し、教示点WadjのパラメータPw_adjを求め、パラメータ保存部302に保存する。
The
即ち、較正計算部305は、教示点Nに対する教示点N´の相対姿勢(回転行列RA)に基づき、教示点W´を較正することで教示点Wadjを求めている。なお、Xw_adj,Yw_adj,Zw_adjは、XW´,YW´,ZW´である。
That is, the
次に、較正計算部305は、現在、教示点Wadjの位置及び姿勢となっているロボットアーム201の各軸の関節値[θw´ 1,θw´ 2,θw´ 3,θw´ 4,θw´ 5,θw´ 6]を求める。そして、較正計算部305は、この計算結果に基づき、ベース座標系Σ0を基準としたフランジ座標系Σefの原点の位置及び姿勢を計算する。つまり、較正計算部305は、ベース座標系Σ0を基準としたフランジ面210の位置及び姿勢を順運動学により計算して、同次変換行列ef 0Tを計算する。
Then, the
次に、較正計算部305は、数26及び数28より、現在の姿勢におけるフランジ面210を基準とした新しいTCP´を計算するために、同次変換行列tcp´ efTを計算する。
Next, the
較正計算部305は、数29より、位置[Xtcp´,Ytcp´,Ztcp´]及びオイラー角[αtcp´,βtcp´,γtcp´]を計算し、新しいTCP´のパラメータPtcp´をパラメータ保存部302に保存する。
The
以上により、TCPの較正を行い、新しいTCP´を作成する。 As described above, the TCP is calibrated to create a new TCP ′.
即ち、較正計算部305は、ベース座標系Σ0を基準とする教示点Wadjの位置及び姿勢と、ベース座標系Σ0を基準とするフランジ座標系Σefの原点の位置及び姿勢とに基づき、フランジ座標系Σefを基準とする、較正したTCP´を求める。
That is, the
次に、軌道計算部303は、較正したTCP´を原点とした新たなツール座標系Σtcp´を定義する(S27)。なお、このステップS27は、上記第1実施形態のステップS5と同様である。
Next, the
新しいツール座標系Σtcp´を定義することで、新しいツール座標系Σtcp´によるシフト動作を行うことができる。 'By defining a new tool coordinate system sigma tcp' new tool coordinate system sigma tcp can perform shift operation by.
以上、第2実施形態によれば、架台101とワーク固定台107との間に発生する組付誤差による傾きBが存在している場合でも、ロボットアーム201が周囲の障害物に干渉することなく、ツール座標系Σtcpを較正することができる。
As described above, according to the second embodiment, the
なお、第2実施形態では、教示点Nはロボットアーム201と架台101の接地面の直線上としているが、これに限定しない。つまり、基準面を架台101の上面101Aとしているがこれに限定するものではない。例えば、ロボットアーム201の基準原点より位置と姿勢が保証されている場所であればどこでもよい。
In the second embodiment, the teaching point N is on a straight line between the
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態に係るロボット装置を用いたツール座標系を較正するロボット較正方法について説明する。図8は、本発明の第3実施形態に係るロボット装置を用いたロボット較正方法に使用する調整治具を示す斜視図である。
[Third Embodiment]
Next, a robot calibration method for calibrating a tool coordinate system using the robot apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a perspective view showing an adjustment jig used in the robot calibration method using the robot apparatus according to the third embodiment of the present invention.
上記第1,第2実施形態では、調整治具としてシックネスゲージを使用した場合について説明したが、第3実施形態では、調整治具として、図8に示す軸合せ治具122及び挿入治具123からなる調整治具120を用いる場合について説明する。
In the first and second embodiments, the case where the thickness gauge is used as the adjustment jig has been described. However, in the third embodiment, the
把持治具121は、円柱形状の部材であり、ワーク104と同じ形状又はワーク104と見做せる形状のものである。なお、把持治具121がワーク挿入穴111に挿入する実際のワーク104(図1等参照)であってもよい。
The
把持治具121と挿入治具123とは同一の外径寸法を持つ治具であり、軸合せ治具122は把持治具121と挿入治具123の外径と一定の誤差を持った内径穴を持つリング状の治具である。挿入治具123は、ワーク挿入穴111に挿入され、軸合せ治具122が挿入治具123に嵌合される。これにより、調整治具120がワーク挿入穴111に装着される。調整治具120に対して把持治具121の中心軸のズレや傾きが生じている場合、軸合せ治具122が把持治具121と挿入治具123の間を移動することができないようになっている。
The
上記ステップS3、S23では、これら治具121,122,123を用いて、入力装置400の操作による教示点Wの微調整作業を行う。
In steps S3 and S23, the teaching point W is finely adjusted by operating the
この微調整作業は、まず、ロボットハンド202に把持治具121を把持させる。次に、ワーク挿入穴111の寸法と同一形状であり位置決めを行うことができる挿入治具123をワーク挿入穴111に挿入する。このとき、軸合せ治具122は挿入治具123に嵌合させておく。
In this fine adjustment operation, first, the
次に、入力装置400の操作でロボットアーム201を動作させて、把持治具121の先端面121Aを挿入治具123の第1接触面である面123Aに面接触させる面合わせ行う。この操作により、ロボットアーム201とワーク挿入穴111との傾きを調整する。
Next, the
次に、軸合せ治具122が把持治具121側にスライドできるよう、面合わせた面121A,123Aに沿った方向にロボットアーム201を動作させて軸合せ調整を行う。軸合せ治具122を把持治具121側にスライドさせることで、軸合せ治具122の第2接触面である内周面122Aに把持治具121の外周面121Bが面接触することにより、調整作業が完了する。即ち、軸合せ治具122が挿入治具123へスムーズに移動した場所が、傾きと中心軸が一致した位置と姿勢となる。
Next, the
このように、調整治具120を使用して、把持治具121の先端面121Aを、挿入治具123の面123Aに面接触させ、把持治具121の外周面121Bを、軸合せ治具122の内周面122Aに面接触させる。これにより、挿入治具123で把持治具121の傾きが調整され、軸合せ治具122で把持治具121の中心軸が調整される。よって、ワーク挿入穴111に対する把持治具121の位置及び姿勢決めが精度よくなされる。
In this way, the
なお、軸合せ治具122は挿入治具123側ではなく、把持治具121側に先に嵌合させておいてもよい。そして、挿入治具123の面123Aと把持治具121の先端面121Aとを面合せした後、中心軸の調整を行い、軸合せ治具122が挿入治具123側へスムーズに移動した場所を、傾きと中心軸が一致した位置と姿勢としてもよい。
Note that the
以上のような微調整方法を用い、傾きと中心軸が合った位置と姿勢を微調整後の教示点W´を作成することで、シックネスゲージよりも高精度な教示点の作成を行うことができる。 Using the fine adjustment method as described above, it is possible to create a teaching point with higher accuracy than the thickness gauge by creating the teaching point W ′ after fine adjustment of the position and orientation where the inclination and the central axis match. it can.
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications are possible within the technical idea of the present invention.
上記第1〜第3実施形態では、ロボットハンド202が関節を持つ3つのフィンガーを有する場合について説明したが、3つに限定するものではなく、2つ以上のフィンガーを有していればよい。また、ロボットハンド202がワークを把持できる構成であればよく、フィンガーに限らず、ワークをラッチ等で固定する把持爪を有する場合であってもよい。
In the first to third embodiments, the case where the
また、第1〜第3実施形態では、入力装置400がハンディーターミナルやティーチングペンダントの場合について説明したが、これに限定するものではない。パラメータの編集・新規作成等が可能であればよい。例えば、制御装置300にコンピュータを接続し、コンピュータ内のシミュレータソフトやティーチングソフトによりロボット200の操作やパラメータの編集・新規作成を行っても良い。また、コンピュータで作成したテキスト形式のファイルを、直接、制御装置300に入力することで、パラメータの編集・新規作成を行っても良い。
Moreover, although the 1st-3rd embodiment demonstrated the case where the
100…ロボット装置、104…ワーク、107…ワーク固定台、111…ワーク挿入穴、200…ロボット、201…ロボットアーム、202…ロボットハンド(ツール)、210…フランジ面(ロボットアームの先端)、300…制御装置、303…軌道計算部、305…較正計算部、Σ0…ベース座標系(基準座標系)、Σef…フランジ座標系(先端座標系)、Σtcp…ツール座標系(注目点座標系)
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記基準座標系を基準に前記ロボットアームの設計データに基づいて設定された、距離情報及び角度情報を含む設計教示点を取得する設計教示点取得工程と、
前記設計教示点に基づく前記ロボットアームの位置及び姿勢を調整して、前記基準座標系を基準とする、距離情報及び角度情報を含む調整教示点を求める調整教示点取得工程と、
前記設計教示点に対する前記調整教示点の相対姿勢に基づき、前記ロボットアームの位置及び姿勢を調整した後の前記注目点座標系を基準とする所定方向が、前記基準座標系でみて調整の前と一致するように、前記調整教示点を較正するとともに前記注目点座標系を較正する較正工程と、
前記注目点が、前記較正工程で較正した後の前記調整教示点に移動するように前記ロボットアームを動作させた後、前記較正工程で較正した後の前記注目点座標系を基準とする前記所定方向に、前記較正工程で較正した後の前記調整教示点からシフト移動するように、前記ロボットアームの動作を制御する工程と、を備えたことを特徴とするロボット制御方法。 A reference coordinate system, a tip coordinate system with the tip of the robot arm as the origin, and a point of interest coordinate system with the point of interest set based on the tip coordinate system as the origin are defined,
A design teaching point acquisition step for acquiring a design teaching point including distance information and angle information set based on the design data of the robot arm with reference to the reference coordinate system;
An adjustment teaching point acquisition step of adjusting the position and orientation of the robot arm based on the design teaching point to obtain an adjustment teaching point including distance information and angle information based on the reference coordinate system;
Based on the relative orientation of the adjustment teaching point with respect to the design teaching point, a predetermined direction based on the target point coordinate system after adjusting the position and orientation of the robot arm is the same as before the adjustment in the reference coordinate system. A calibration step of calibrating the adjustment teaching points and calibrating the point-of-interest coordinate system to match,
After the robot arm is operated so that the attention point moves to the adjustment teaching point after being calibrated in the calibration step, the predetermined point based on the attention point coordinate system after being calibrated in the calibration step And a step of controlling an operation of the robot arm so as to shift in a direction from the adjustment teaching point after being calibrated in the calibration step.
前記所定方向は、前記ロボットハンドが把持したワークをワーク挿入穴に挿入する際に前記注目点を直線移動させる方向であり、
前記調整教示点取得工程では、前記ロボットハンドに把持治具を把持させて、前記把持治具を前記ワーク挿入穴に対して位置及び姿勢決めすることで、前記調整教示点を求めることを特徴とする請求項1に記載のロボット制御方法。 A robot hand is attached to the tip of the robot arm,
The predetermined direction is a direction in which the point of interest is linearly moved when a workpiece gripped by the robot hand is inserted into a workpiece insertion hole,
In the adjustment teaching point acquisition step, the adjustment teaching point is obtained by causing the robot hand to grip a gripping jig and determining the position and orientation of the gripping jig with respect to the workpiece insertion hole. The robot control method according to claim 1.
前記基準座標系を基準に前記ロボットアームの設計データに基づいて設定された、距離情報及び角度情報を含む設計教示点を取得する設計教示点取得手段と、
前記設計教示点に基づく前記ロボットアームの位置及び姿勢を調整して、前記基準座標系を基準とする、距離情報及び角度情報を含む調整教示点を求める調整教示点取得手段と、
前記設計教示点に対する前記調整教示点の相対姿勢に基づき、前記ロボットアームの位置及び姿勢を調整した後の前記注目点座標系を基準とする所定方向が、前記基準座標系でみて調整の前と一致するように、前記調整教示点を較正するとともに前記注目点座標系を較正する較正手段と、
前記注目点が、前記較正手段で較正した後の前記調整教示点に移動するように前記ロボットアームを動作させた後、前記較正手段で較正した後の前記注目点座標系を基準とする前記所定方向に、前記較正手段で較正した後の前記調整教示点からシフト移動するように、前記ロボットアームの動作を制御する手段と、を備えたことを特徴とする制御装置。 A reference coordinate system, a tip coordinate system with the tip of the robot arm as the origin, and a point of interest coordinate system with the point of interest set based on the tip coordinate system as the origin are defined,
Design teaching point acquisition means for acquiring a design teaching point including distance information and angle information set based on the design data of the robot arm based on the reference coordinate system;
Adjustment teaching point acquisition means for adjusting the position and orientation of the robot arm based on the design teaching point to obtain an adjustment teaching point including distance information and angle information based on the reference coordinate system;
Based on the relative orientation of the adjustment teaching point with respect to the design teaching point, a predetermined direction based on the target point coordinate system after adjusting the position and orientation of the robot arm is the same as before the adjustment in the reference coordinate system. Calibration means for calibrating the adjustment teaching point and calibrating the point-of-interest coordinate system so as to match,
After the robot arm is operated so that the attention point moves to the adjustment teaching point after being calibrated by the calibration means, the predetermined point with reference to the attention point coordinate system after being calibrated by the calibration means And a controller for controlling the operation of the robot arm so as to shift in a direction from the adjustment teaching point after being calibrated by the calibration means.
前記所定方向は、前記ロボットハンドが把持したワークをワーク挿入穴に挿入する際に前記注目点を直線移動させる方向であり、
前記調整教示点取得手段は、前記ロボットハンドに把持治具を把持させて、前記把持治具を前記ワーク挿入穴に対して位置及び姿勢決めすることで、前記調整教示点を求めることを特徴とする請求項9に記載の制御装置。 A robot hand is attached to the tip of the robot arm,
The predetermined direction is a direction in which the point of interest is linearly moved when a workpiece gripped by the robot hand is inserted into a workpiece insertion hole,
The adjustment teaching point acquisition means obtains the adjustment teaching point by causing the robot hand to grip a gripping jig and determining the position and posture of the gripping jig with respect to the workpiece insertion hole. The control device according to claim 9.
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