JPH04129687A - ロボット定数の自動補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、コンピュータ（ＣＰＵ）と所定のプログラム
および各種設定データを記憶したメモリを有する制御装
置を備え、かつｎ（正の整数）個の自由度を有する多関
節形ロボットの手首にツールを取付けたロボットの設定
データである定数の設定誤差およびツールオフセットの
設定誤差の自動補正方式の改良に関するものであって、
ロボットの各関節（自由度）に存在するコンプライアン
スを考慮して、そのコンプライアンスも自動推定するこ
とによって、より正確なロボット定数の誤差補正を可能
にならしめるロボット定数の自動補正方式に関する。

（従来の技術） ロボットの定数とは、各自由度の０（零）変位置の位置
検出器の値を示すものであり、ツール先端位置の直交座
標を求める際に必要なものであって、この値の設定いか
んによって直交座標値が大きく変化するものである。

従来この値は目視によるかあるいは、例えば特開昭６１
−１３３４０９号公報に開示するような同一位置を複数
姿勢による教示によって自動補正する方式％式％ （発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来のこれらの上記した２つの方法のう
ち、後者の同一位置を複数姿勢で教示し、自動補正する
方式では、ロボットの各関節に存在するコンプライアン
スによるたわみを全く考慮せず、モータ出力軸とアーム
回転角度が重力の方向に無関係に一対一に対応するとい
ういわゆる剛体として取扱っていた。このため目視によ
るものよりは、正確に補正できるが、ロボットの各関節
のコンプライアンスによるたわみによるずれまでは補償
できず、ツール先端精度で±２〜３ａｍ程度に補正する
のが限界であった。

（課題を解決するための手段） このため本発明は、特許請求の範囲記載のロボット定数
の自動補正方式を提供することにより、上述した従来技
術の課題を解決した。

（実施例） 本方式の実施例ロボット定数の自動補正方式を示す第１
図から第５図により説明するが、まず定数およびツール
オフセットについて、第２図により説明する。ロボット
１の各軸の位置データは、エンコーダ等の位置検出器２
．２′の出力ため、この値が度またはラジアン値でわか
る必要がある。

定数とは第２図に示すようにロボット１の位置検出器２
．２′の値から角度を計算するのに必要な基準位置を示
すものである。一方ツールオフセットとは、ロボットの
手首に取り付けたツール３の先端４の手首座標系におけ
る座標値（ＸＩ　、　Ｙｌ　。

Ｚ、）である。

第３図はロボット１の一つの軸の動力伝達部を示すもの
である。サーボモータ９の出力トルクが減速機１０を介
してロボットアーム１１に伝達され、ロボットアーム１
１にかかる重力による負荷トルクとサーボモータ９と減
速機ｌＯの出力トルクが釣り合うところで静止する。位
置検出器２゜２′がモータの後側にとりつけられている
ために、位置検出器２．２′から前述の定数を使って求
めた角度は、コンプライアンスを持つ減速機ｌＯによっ
て連結されるロボツアーム１１の角度は一致しない、ま
たロボットアーム１１自身のコンプライアンスによって
も一致しない。位置検出機２から求めた角度θと、ロボ
ットアーム１１の角度θ′との間には、コンプライアン
スをＣとすると、θ′＝θ＋ＣＭ　　　　　　・・・　
（１）Ｍ；　トルク なる関係が成り立つ。ただしトルクＭはθあるいはθ′
の関数であり、つまり姿勢によって変化する。

第１図にシステムの全体構成を示すが、ロボット１を制
御する制御装置５と、ロボット１に動作を教示する教示
装置７と、教示されたデータを保存するメモリ６と、補
正計算によって得られた結果をオペレータに知らせる出
力装置８と、上記補正計算をおこなう計算プログラム１
２と、から構成される。

第５図に処理手順を示す。ブロック２１ではオペレータ
が教示装置７を介して空間の１点を複数の姿勢で教示し
メモリ６に保存する。次にブロック２２ではそれら複数
の姿勢のツール先端４のロボットの基準座標系における
座標値は、物理的に同一の値を持つものであることを条
件に計算プログラム１２を実行する。そしてブロック２
３でその結果得られた推定された設定データの誤差及び
値を出力袋Ｗ、８に出力し、ブロック２４で推定された
誤差および値により補正した設定データをメモリ６に保
存する。

次にブロック２２で示す計算プログラム１２の具体的方
法について述べる。

各姿勢の位置検出器２，２′のデータより計算されるツ
ール先端４の座標（Ｘｚ　、Ｖ＝　、Ｚｉ　）（ｉは教
示点番号１〜ｎ）と、真の座標（Ｘ、Ｙ。

Ｚ）には次の関係がある。

ただし、 ｊ　；軸番号 ｍ　；軸数 Ｃ１；ｊ・１，２．・・・１ｍは定数の設定誤差 ｊ＝＋ｎ＋１．・・・、　ｍ＋３はツールオフセット設
定誤差 Ｃｊ　；第ｊ軸のコンプライアンス Ｍｊｉ：第ｊ軸にかかる、第ｉ教示姿勢でのトルク ｆ　Ｘｊｉ＋　ｆｙｊｉ、　ｆｚｊｉ、　；　Ｘ＋　Ｖ
＋　Ｚ方向の第ｉ教示点における第ｊ軸角度、 オフセラ トに対する偏微 分係数 また、 ｊ＝１゜ ２゜ ｍのときは、 によって与えられ、 今誤差をｊ＝ ｍ＋１゜ ｍ＋３ のときは、 で与えられる。

ここで （Ｘ＋ はツ ールオフセッ トである。

と置くと式（２）より が成り立つ。ここでｘ、ｙ、ｚ、　　εＪ　（、＋＝Ｌ
２、　・−、ｍ＋９）、Ｃ＝（ｊ＝１．２．−、ｍ）に
関して、最小二乗法を適用する。δＸｉ　、　　δｙ。

δ２．の２乗和をＲｘ、Ｒｙ、Ｒｚ　とすると、Ｒｘ。

Ｒｙ Ｒｚ が極小値をとる条件は、 Ｘにつ いて が成り立つときであり、ｙ、ｚについても同様の式が成
り立つ。これは、連立−次方程式系となり、変数の数が
２ｍ＋６であるから、ｎ２２ｍ＋６であるように異なる
姿勢で教示すれば解くことができる。

また、トルクＭ　ｊ　ｉについても、θ０と、アーム重
心位置と重量とツールの重心位置と重量から数学的に求
めることが可能である。

以上を解いて、 χ、　ｙ、　ｚ、Ｃ１，Ｃ２，・・・、ε□３＋　ＣＩ
＋　Ｃ２＋・・・＋Ｃ１１を求めることができる。Ｃ１
は誤差であるので、もともとの値に加算し、Ｃｊは各軸
のコンプライアンスの値として求まる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明は、ロボットの各関節のた
わみがツール先端で１〜２Ｉ程度に太きいことに着目し
、自動補正する変数の中に各関節のコンプライアンスと
いう剛性の逆数を加え、ロボット定数、ツール先端位置
のオフセット値をより正確に求め、さらにコンプライア
ンスも併せて決定したので、オフラインティーチングさ
れた直交座標データを実際にロボットで再生する際の実
現精度を高めようとするものとなった。即ち、従来のコ
ンプライアンスを考慮しない方法の場合には、ツール先
端の座標（Ｘ＝、）’ｔ、Ｚｔ　）のばらつきを±２〜
３ｍｅ程度にまでしか、定数やツールオフセットの値を
補正できなかったが、本発明のコンプライアンスを考慮
する方法では、±１閣以内に正確に補正が可能になった
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例ロボット定数の自動補正方式の
ハードウェアを示す概略図、第２図は第１図のロボット
定数とツールオフセットの説明図、第３図は第１図に示
すロボットの一つの軸の動力伝達部を示す概略説明図、
第４図は第２図に示すロボットが１点を複数の姿勢で教
示した状態を示す説明図、第Ｓ図は本発明のロボット定
数の自動補正方式の処理手順の概要を示すブロック図で
ある。 １・・・ロボット、２．２′・・・位置検出器、３・・
・ツール、４・・・先端、５・・・制御装置、６・・・
メモリ、７・・・教示装置、８・・・出力装置、１２・
・・計算プログラム。 代 理 人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コンピュータと所望のプログラムを記憶したメモリを有
   する制御装置を備え、かつｎ（正の整数）個の自由度を
   有する多関節ロボットの手首にツールを取り付けてなる
   ロボットの定数の設定誤差およびツールオフセットの設
   定誤差、さらに各関節のコンプライアンス値の自動補正
   方式であって、前記ロボットにより３次元空間の任意の
   １点を複数の姿勢で教示装置を介し教示したとき各軸の
   角度を検出するｎ個の位置検出器と、前記メモリに内蔵
   された前記複数の姿勢で教示されたツールの先端の座標
   値を一致させるに必要な各軸の定数の設定誤差、ツール
   オフセットの設定誤差、およびコンプライアンス値を算
   出する計算プログラムと、前記コンピュータに内蔵され
   前記位置検出器の出力を受けて前記計算プログラムを使
   用して前記各軸定数およびツールオフセットのそれぞれ
   の設定誤差とコンプライアンス値を算出する演算装置と
   、各前記設定誤差およびコンプライアンス値を出力して
   前記定数ツールオフセットの補正とコンプライアンス値
   の決定を行う補正出力装置と、を含むロボット定数の自
   動補正方式。