JPH04205109A - ロボットのポーズ軌跡精度測定装置 - 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、ロボットのポーズ軌跡精度測定装置に関する
。

［従来技術］ 従来、連続して動作するロボットのポーズ精度を測定す
る方法として、ロボットを間歇に動作させて各位置での
ポーズを一々測定している。

［発明が解決しようとする課題］ 上記した如く、ロボットを間歇に動作させて各位置での
ポーズを測定した場合と、ロボットを連続して作動させ
た場合とでは機械等の動作誤差によって異なったポーズ
で作動するため、連続動作に対応できるポーズ測定装置
が必要である。

そこで本発明は、連続して動作するロボットに対して、
ポーズを連続して測定できるポーズ軌跡精度測定装置を
提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 請求項第１項の教示点の動作座標データ或はパラメータ
を有する補間式に基づいて作動するロボットのポーズ軌
跡精度測定装置は、 教示された姿勢をなす位置であって、異なる３箇所以上
に位置検出具を付設し、 前記各位置検出具の位置座標を検出し、且つ教示点の位
置、姿勢（角度）を位置算出手段で算出するものである
。

請求項第２項の教示点のパラメータを有する補間式に基
ついて作動するロボットのポーズ軌跡精度測定装置は、 教示された姿勢をなす位置であって、異なる３箇所以上
に位置検出具を付設し、 前記各位置検出具の位置座標を検出し、且つ教示点の位
置、姿勢（角度）を位置算出手段で算出し、前記パラメ
ータを有する補間式での動作経路と前記位置検出手段で
算出した教示点の動作経路との差を最小となるように前
記補間式のパラメータを位置算出手段で修正するもので
ある ［作用］ 請求項第１項のロボットのポース軌跡精度測定装置は下
記の如く作用する。即ち、ロボットの教示された姿勢を
なす位置に付設された位置検出具は座標データとして与
えられた場合にはその座標に従って、又該座標をパラメ
ータを有する補間式で与えられた場合にはその補間式に
従って連続して動作する。この連続して動作する位置検
出具を異なる３箇所以上に付設し、各位置検出具の位置
座標を連続して求める。そして、求まった各位置検出具
の位置座標に基づいて、位置算出手段で演算し教示点の
姿勢及び角度の軌跡を求める。

請求項第２項は、請求項第１項での位置算出手段で求め
た位置及び角度とパラメータを有する補間式での位置及
び角度との差を最小となるように位置算出手段で補間式
のパラメータを修正するものである。

［実施例］ 本発明の１実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、ロボットのポーズ軌跡精度測定装置の全体を
示す概念図である。ロボット１のアーム２は制御装置４
に予め与えられているアーム２の動作座標データに従っ
て、或は該データ基づいて算出されたパラメータを有す
る補間式に従って連続動作する。本実施例では、教示さ
れた姿勢をなすアーム２の教示点Ｐｔの位置及び姿勢（
角度）の連続した値（軌跡）を測定するため、光学手段
を用い、且つ測定する教示点Ｐｔと同じ角度で連続動作
する位置に光（本例ではレーザ光）を反射する位置検出
器３（移動コーナキューブ）が異なる位置に３個（ＰＬ
、Ｐ２、Ｐ３の位置）付設されている（第２図）。尚、
後記するが位置検出器３を１個でもって異なる３箇所の
位置に付設して測定してもよい。

ロボットの動作指令に基ついて連続動作する移動コーナ
キューブ３の動作経路（座標、姿勢）の軌跡は下記の構
成の測定器５０で測定される（第１図）。僅かに異なる
２つの周波数ｆ１、ｆｌを発するＨｅ−Ｎｅレーザ発信
器１０から発したレーザ光は基準ビームスプリッタ１１
で差周波数（ｆｌ−ｆ　２）と　ｆｌ、ｆｌに分かれ、
差周波数（ｆｌ−ｆｌ）はカウンタ１６に人力される。

一方、周波数ｆ１、ｆｌはビームスプリッタ１２に入光
する。

該ビームスプリッタ１２では周波数ｆ１とｆｌとか分光
され、周波数ｆ１は特定位置に固定されている固定基準
コーナキューブ１３に入光し、該固定基準コーナキュー
ブ１３で反射されて再度ビームスプリッタ１２に戻って
くる。一方、周波数ｆ２はビームスプリッタ１２を透過
し、移動コーナキューブ３で反射して戻ってくることが
できる角度に後記で詳述する反射鏡制御装置１８で制御
される回転反射鏡１４に入光する。移動コーナキューブ
３で反射して戻ってきた周波数ｆ２と固定基準コーナキ
ューブ１３で反射された周波数ｆ１の光はビームスプリ
ッタ１２で一緒になりカウンタ１５に人力される。前記
したカウンタ１６とカウンタ１５とを減算器１７で減算
した結果に基づいて移動コーナキューブ３迄の距離りを
求めることができ、該値りは位置算出手段２０に入力さ
れる。

即ち、周波数ｆ１、ｆｌ（波長λ１、λ２）の光を干渉
させ、各々の光源の光路長をＬｌ、Ｌｌとすると、 Ｅ１＝Ａ１ｅｘｐ　（−２πｉ　　（ｆｌｔ＋Ｌ１／λ
１）Ｅ２＝Ａ２ｅｘｐ　（−２πｉ　　（ｆ２ｔ＋Ｌ２
／λ２）干渉縞の強度は、 Ｉ＝ｌＥ１＋Ｅ２１ ＝Ａ１２＋Ａ２２＋２ＡＩＡ２ｃ　ｏ　ｓ　　（２ｙｒ
　　［（ｆ　１−ｆ２）ｔ＋　（Ｌｌ−Ｌｌ）／λ１＋
　Ｌ　２（１／λ１−１／λ２）］） となり、周波数（ｆｌ−ｆ２）の光ビートか観測され、
該ビート信号の位相は光路差（Ｌｌ−Ｌｌ）に比例する
ため距離りを求めることができる。

次に、反射鏡制御装置１８について説明する。

反射鏡制御装置１８は、ビームスプリッタ１２からの光
を回転反射鏡１４で反射させ、該光をロボットのアーム
２に付設された移動コーナキューブ３で反射して戻って
くることができる角度に追随制御する。即ち、移動コー
ナキューブ３迄の距離りの変位を位置算出手段２０で算
出することによって、移動コーナキューブ３の移動方向
が予知でき、反射鏡制御装置１８を介して回転反射鏡１
４を左右、上下の角度θ１、Ｏ２になるようにサーボモ
ータ等を回転制御させる（第３図参照）。

その結果、移動コーナキューブ３迄の距離Ｌ１及び該移
動コーナキューブ３の角度θ１、Ｏ２とすれば、 ｚ＝Ｌｓｉｎ（Ｏ１） ｘ＝Ｌｃｏｓ　（Ｏ１）ｃｏｓ（Ｏ２）ｙｒＬｃｏｓ　
（Ｏ１）ｓｉｎ（Ｏ２）の関係となり、連続して移動す
る移動コーナキューブ３の移動軌跡座標としてＰ　１　
（Ｘｌｉ、　Ｙｌｉ、　Ｚｌｉ）（ここで添え字ｉ離散
値として算出した値である）が求まる。

次に、本実施例の如く異なる位置（Ｐ２、Ｐ３）に移動
コーナキューブ３が付設されているときには他の位置の
移動コーナキューブ３に対して、或いは１個だけ付設し
ている場合には他の位置に移動コーナキューブ３を付設
し直して、上記と同様に位置座標を測定する。即ち、第
２図に示すようにアーム２の端部の教示点Ｐｔと同じ角
度で動作する異なった位置Ｐ２、Ｐ３に位置検出器３（
移動コーナキューブ）を付設して各位置座標を算出する
。

移動コーナキューブ３迄の距離Ｌ１及び該移動コーナキ
ューブ３の角度θ１、Ｏ２とすると、ｚ＝Ｌｓｉｎ（Ｏ
１） ｘ＝Ｌｃｏｓ　（Ｏ１）ｃｏｓ（Ｏ２）ｙｒＬｃｏｓ　
（Ｏ１）ｓｉｎ（Ｏ２）の関係から、２２点の移動軌跡
座標Ｐ　２　（Ｘ２ｉ、　Ｙ２ｉ、　Ｚ　２ｉ）及び２
３点の移動軌跡座標Ｐ　３　（Ｘ３ｉ、　Ｙ３ｉ、　Ｚ
　３ｉ）が各々求まる。

次に、第４図に示すように上記で求まった各座標Ｐ　１
　（Ｘ　ｌｉ、　Ｙ　Ｉｉ、　Ｚ　ｌｉ）、Ｐ　２　（
Ｘ　２ｉ、Ｙ　２ｉ、　Ｚ　２ｉ）、Ｐ　３　（Ｘ　３
ｉ、Ｙ　３ｉ、　Ｚ　３ｉ）に対して、各ポイントｉで
の姿勢（角度）として方向余弦り、　Ｍ、　Ｎを位置算
出手段で求める。

各座標Ｐ　１　（Ｘ　ｌｉ、　Ｙ　ｌｉ、　Ｚ　ｌｉ）
、Ｐ　２　（Ｘ２ｉ、　Ｙ２ｉ、Ｚ　２ｉ）、Ｐ　３　
（Ｘ３ｉ、Ｙ３ｉ、　Ｘ３ｉ）　（第４図ではＰｌｉ、
Ｐ２ｉ、Ｐｈｉと省略して表示）を通る平面式は、 １Ｘ３ｉ　　Ｙ３ｉ　　Ｘ３ｉ　　１１となる。

次に、上記平面の方向余弦をり、　Ｍ、　Ｎ　（Ｌ＝Ｃ
Ｏ８（（Ｚ）　、Ｍ＝ＣＯ８（Ｊ）　、Ｎ＝ＣＯ３（７
））とすると各座標位置に対して、 （Ｘ−Ｘｌｉ）　／Ｌ＝　（Ｙ−Ｙｌｉ）　／Ｍ＝　（
Ｚ−Ｚｌｉ）　／Ｎ （Ｘ−Ｘ２ｉ）　／Ｌ＝　（Ｙ−Ｙ２ｉ）　／Ｍ＝　（
Ｚ−２２ｉ）　／Ｎ （Ｘ−Ｘ３ｉ）　／Ｌ＝　（Ｙ−Ｙ３ｉ）　／Ｍ＝　（
Ｚ−Ｘ３ｉ）　／Ｎ の関係式が成立する。

上記の各式より方向余弦り、　Ｍ、　Ｎが求まる。

次に、教示点座標ｐｔ　（ｘｔ、ｙｔ、ｚｔ）を求める
。

座標Ｐ１、Ｐ２或いはＰ３の平面と座標点ｐｔを含む面
が同じであるときには、座標点ｐｔは位置関係が既知で
ある座標Ｐ１、Ｐ２或いはＰ３から求まる。

しかしながら、座標Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の平面とと座標点
ｐｔ（教示点）を含む面が任意の既知の角度（α°、β
′、γ°）で形成されている場合には、前記で求めた方
向余弦り、ＭＳＮに対して角度補正をしてＬ’　、Ｍ’
　、Ｎ’　　として求める。

以上の演算結果から、連続動作するロボットの教示点の
位置、姿勢（角度）の軌跡Ｐｔ（Ｘｉ。

Ｙｉ、Ｚｉ、　　αｉ、βｉ、γｉ）が測定できる。

尚、前記実施例に於て、位置検出具を３個付設させてい
るが更に多数付設することによって、係る位置検出具を
任意に選択することができ、位置検出手段を移動させる
ことなく種々のロボットの教示点に対応することかでき
る。

次に、前記で求めた教示点Ｐｔの軌跡をモニター、或い
はプリンターにて出力する為、表示手段２１を介して表
示する。第５図は表示例であり、測定シタ軌跡としてＰ
ｔ　（Ｘｉ、Ｙｉ、Ｚｉ、ａｉ、βｊ、γｉ）（第５図
ではＰｔｉと省略）を図に示すように矢印（実線）で（
角度は矢印の傾きて、位置は矢印の先端部で）で表示す
る。一方、座標データ或いは補間式の軌跡としてＰ’ｔ
　　（Ｘｉ、ｙｉ、ｚｉ、　　αｉ、βｉ、γｉ）（第
５図ではＰ’ｔ　ｉと省略）も同様に鎖線の矢印で対応
して表示する。この表示によって、教示点の位置の誤差
及び姿勢（角度）の相違が簡便に検知できる。

又、同時に位置算出手段２０によって、Ｐｔ（Ｘｉ、　
Ｙｉ、　Ｚｉ、αｉ、βｉ、γｉ）とＰ’ｔ　　（Ｘｉ
、Ｙｉ、Ｚｉ、　　αｉ、βｉ、γｉ）との位置及び角
度の誤差値を表示手段２１に併せて表示することによっ
て、精度の検定或いはロボットのポーズの修正に利用で
きる。

次に、請求項第２項に対応するロボットのポーズ軌跡精
度測定装置について説明する。

本発明は、教示点の動作座標データをパラメータを有す
る補間式に基づいて動くロボットに対するものである。

上記で求まった動作経路を表す座標位置Ｐ　（Ｘｉ、　
Ｙｉ、　Ｚｉ、　αｉ、βｉ、γｉ）とパラメータを有
する補間式の座標Ｐ“（Ｘｉ。

Ｙｉ、Ｚｉ、　　αｉ、βｊ、γｉ）との差の評価関数
として絶対値差も考えれるが、本実施例では２乗和Ｊを
採用し、 Ｊ＝ΣΔｐ”ＱΔｐ　　とする。

ここで、 Δｐ＝Ｐ　（Ｘｉ、Ｙｉ、Ｚｉ、　　αｉ、βｉ、γ１
）−Ｐ’　　（Ｘｉ、Ｙｉ、Ｚｉ、　　αｉ、βｉ、γ
ｉ）Ｑ＝ｄｉａｇ（Ｗｘ、Ｗｙ、Ｗｚ、Ｗα、Ｗβ、　
Ｗ７）であり、Ｗｘ、Ｗｙ等は重み関数である。

このＪを最小とするパラメータｐを位置検出手段２０で
求める。求まったパラメータｐでの補間式Ｐ’（Ｘｉ、
Ｙｉ、Ｚｉ、αｉ、βｉ、γｉ）でロボットを再動作さ
せれば、より精度の良いロボットの軌跡が得られる。

［発明の効果］ 本発明の請求項第１項のロボットのポーズ軌跡精度測定
装置によれば、動作する教示点のデータ或は該データに
基づく補間式による値（経路）と実際に連続作動させた
ときのロボットの教示点の動作経路、姿勢（角度）との
相違が測定できるため迅速、簡便にロボットのポーズ精
度を検定できる。

又、請求項第２項によれば、請求項第１項で求めた差を
最小とするように補間式のパラメータを修正するもので
ある。係る補間式に従ってアームを動作させれば、より
精度の良いロボットが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はロボットのポーズ軌跡精度測定装置の全体を示
す概念図、第２図は教示点及び位置検出具の位置を示す
図、第３図は測定器と教示点との関係を示す図、第４図
は教示点の姿勢（角度）を算出するための概念図、第５
図は教示点の誤差を示している図である。 １・・・ロボット ２・・・アーム ３・・・位置検出具（移動コーナキューブ）１０・・・
レーザ発信器 １１・・・基準ビームスプリッタ １２・・・ビームスプリッタ １３・・・固定基準コーナキューブ １４・・・回転反射鏡 １５．１６・・・カウンタ １７・・・減算器 １８・・・反射鏡制御装置 ２０・・・位置算出主手段 ２１・・・表示手段 ５０・・・測定器 Ｐｌ、Ｐ２、Ｐ３・・・位置検出器の座標Ｐｔ・・・教
示点の座標 出願人　　　　三洋機工株式会社 代理人　　　　弁理士　犬飼達彦 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）教示点の動作座標データ或はパラメータを有する
   補間式に基づいて作動するロボットに於て、教示された
   姿勢をなす位置であって、異なる３箇所以上に位置検出
   具を付設し、 前記各位置検出具の位置座標を検出し、且つ教示点の位
   置、姿勢（角度）を位置算出手段で算出することを特徴
   とするロボットのポーズ軌跡精度測定装置。
2. （２）教示点のパラメータを有する補間式に基づいて作
   動するロボットに於て、 教示された姿勢をなす位置であって、異なる３箇所以上
   に位置検出具を付設し、 該各位置検出具の位置座標を検出し、且つ教示点の位置
   、姿勢（角度）を位置算出手段で算出し、前記パラメー
   タを有する補間式での動作経路と前記位置検出手段で算
   出した教示点の動作経路との差を最小とするように前記
   補間式のパラメータを位置算出手段で修正することを特
   徴とするロボットのポーズ軌跡精度測定装置。