JPH04211806A - ロボットの幾何学的誤差の推定方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットの幾何学的誤
差の推定方法及びその装置にかかり、予め設定された駆
動データによりロボットを駆動する場合において、高精
度のロボットを制御するために好適に利用することがで
きるロボットの幾何学的誤差の推定方法および装置に関
するその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ロボット自体は定められた機構
定数を有している。ロボットの機構定数とは、例えば多
関節ロボットの場合は、各関節間のアームの長さ、アー
ムとアームとを結ぶ垂直軸の長さ、あるいはアームと垂
直軸との取付け角である、いわゆるねじれ角、さらには
対偶変位の原点位置などがある。

【０００３】これらの機構定数の予め定められた設計値
に対し、実際にロボットを組立て据え付けた段階では、
据付け誤差があり、前記設計値に対する誤差を、以下幾
何学的誤差という。

【０００４】また、前記対偶変位とは、多関節ロボット
の場合、関節部の角度に相当し、関節角がいかに変化す
るかを対偶変位という。

【０００５】従来、ロボット自体に含まれる機構定数の
誤差、すなわち幾何学的誤差を推定する方式として、例
えば、特開昭６３−３１８２７５号公報に記載されてい
るように、ロボット近傍に標準座標検出場所を設けて、
これに対してロボットのアーム先端を位置合せし、この
ときの対偶変位の誤差を補正する、ロボットの動作座標
補正方式が知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ロボット自体の機構定
数の、設計値に対して幾何学的誤差がある場合、誤差を
有するロボットで作業を行なうときは、従来ティーチン
グによって教示データを作成し、これに基づいて制御を
行なっていた。

【０００７】また、上記の特開昭６３−３１８２７５号
公報など開示されている従来技術では、対偶変位の原点
のずれやアーム長さのずれや垂直軸の長さについては補
正することができるが、機構定数のうち、ねじれ角にず
れがあった場合に推定および補正を行なうことについて
は配慮されていなかった。

【０００８】また、ロボット座標系と作業座標系との間
のずれは、従来ティーチングによって教示データを作成
し、これに基づいて制御を行なってずれを吸収していた
。

【０００９】しかし、オフラインで作成した数値データ
を用いてロボットを制御する場合には、前記の誤差およ
びずれがあること、これらの誤差を補正してロボットを
駆動しなければ数値データに基づいた所定の作業を行な
うことができないという問題があった。

【００１０】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたもので、ロボット座標と作業座標の関
係を含め、据付け誤差を含めたロボットの機構定数の、
設計値に対する誤差を推定しうるロボットの幾何学的誤
差の推定方法を提供することを、第１の目的とするもの
である。

【００１１】また、本発明の第２の目的は、ロボット機
構に含まれている誤差値を推定し、その推定された誤差
を用いて機構定数を補正することにより、高精度な位置
合せを可能にするロボットの駆動制御方法を提供するこ
とにある。

【００１２】さらに、本発明の第３の目的は、少くとも
幾何学的誤差を推定できる数の位置合せ基準点を持つ治
具を有し、ロボットの機構定数の、設計値に対する幾何
学的誤差を推定しうるロボットの幾何学的誤差の推定装
置を提供することにある。

【００１３】さらに本発明の第４の目的は、第１の目的
に係るロボットの幾何学的誤差の推定方法により、幾何
学的誤差を推定補正されたロボットを提供することにあ
る。

【００１４】さらに本発明の第５の目的は、第１の目的
に係るロボットの幾何学的誤差の推定方法により、推定
できる数の位置合せ基準点を有する治具を提供し、また
該位置合せ部材を前記治具に位置合せを行うことにおい
て、ロボットの各対偶に常に略同一の変位をとる対偶が
ないように位置合せ点を配したロボットの幾何学的誤差
の推定装置の治具を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明に係るロボットの幾何学的誤差の推定
方法の構成は、作業を行なう部材を有するロボットを高
精度に制御するための幾何学的誤差の推定方法であって
、ロボット座標系内に作業座標を設定し、その作業座標
系内に複数の既知の基準点を有する治具を固定し、ロボ
ットの末端作業部材または該末端作業部材と一定の位置
関係にある位置合せ部材のいずれかを、前記治具の基準
点に位置合せし、このときの位置合せ部のロボット座標
系における位置を、ロボットに付設した位置検出器を用
いて求め、その位置検出に基づいて、前記位置合せ部の
位置と前記治具の基準点との関係から、ロボットの据付
け誤差を含めたロボットの機構定数の、設計値に対する
誤差を推定するものである。

【００１６】より詳しくは、作業座標系内に固定した治
具の複数の既知基準点に対し、姿勢あるいは、位置と姿
勢を変えて位置合せを繰り返し行いロボットの誤差を推
定するために要するデータ数をこえる数の位置合せを行
って、位置合せデータの統計的処理を行なうことにより
、ロボットの据付け誤差を含めたロボットの機構定数の
、設計値に対する誤差を推定するものである。

【００１７】また、上記第２の目的を達成するために、
本発明に係るロボットの駆動制御方法の構成は、作業を
行なう部材を有するロボットを高精度に駆動するための
制御方法であって、ロボット作業系内に複数の既知の基
準点を有する治具を固定し、ロボットの末端作業部材ま
たは該末端作業部材と一定の位置関係にある位置合せ部
材のいずれかを、前記治具の基準点に位置合せし、この
ときの位置合せ部のロボット座標系における位置を、ロ
ボットに付設した検出器を用いて求め、その位置検出に
基づいて、前記位置合せ部の位置と前記治具の基準点と
の関係から求められる、ロボットの据付け誤差を含めた
ロボットの機構定数の、設計値に対する推定された誤差
を用いて、ロボットの座標の変換を行なうことによって
、ロボットを高精度に制御するものである。

【００１８】さらに、上記第３の目的を達成するために
、本発明に係るロボットの幾何学的誤差の推定装置の構
成は、作業を行なう部材を有するロボットを高精度に制
御するロボットの幾何学的誤差の推定装置であって、ロ
ボット作業系内に作業座標系を設定し、その作業座標系
内に固定され複数の既知の基準点を有する治具と、ロボ
ットの末端作業部材または該末端作業部材と一定の位置
関係にある位置合せ部材のいずれかを、前記治具の基準
点に位置合せし、このときの位置合せ部のロボット座標
系における位置を求める、ロボットに付設した位置検出
器と、その位置検出に基づいて、前記位置合せ部の位置
と前記治具の基準点との関係から、ロボットの据付け誤
差を含めたロボットの機構定数の、設計値に対する誤差
を推定する演算装置とを、備えたものである。

【００１９】さらに上記第４の目的を達成するものは第
１の目的に係るロボットの幾何学的誤差の推定方法を用
いて、機構定数の誤差を推定し、その機構定数の値を補
正されたロボットである。

【００２０】さらに、上記第５の目的を達成するものは
、ロボットの作業座標系内に少くとも幾何学的誤差を推
定しうるデータ数を得るための複数の基準点を有し、ロ
ボットの末端作業部材又は該末端作業部材と一定の位置
関係にある位置合せ部材のいずれかの位置あるいは姿勢
あるいは位置と姿勢を合せることを可能に設けた前記作
業座標系内に設ける治具である。また該位置合せを行う
際にロボットの各対偶に略同一の変位をとる対偶がない
ように位置合せ点を配置した前記治具である。

【００２１】

【作用】ロボットは、末端作業部材である手先または手
先と位置関係の判っている部分に位置合せ部を持ち、作
業座標系の中に、作業座標において正確に位置合せ位置
の判っている複数個の位置合せ点（基準点）をもつ治具
が固定されている。

【００２２】ロボットはコントローラによって制御され
、ロボットを動作させて、基準点に位置合せを行なうこ
とができる。また、コントローラ内の演算装置において
幾何学的誤差の推定計算を行なうことができるようにな
っている。

【００２３】まず、ロボットの位置合せ部を治具の基準
点に位置合せする。このとき基準点の作業座標系におけ
る位置を、ロボット座標系において求める。これはロボ
ットの対偶変位の値から求めることが可能である。ここ
で位置合せされた位置と対偶変位の値から求めた位置は
同一であるから、作業座標系とロボット座標系の関係が
わかる。

【００２４】ここで、ロボットの据付け位置を含めて考
えると、幾何学的誤差がなければ両者はまったく一致す
る。しかし実際の機構定数が設計値と異なるために両者
は一致せず、同一点に位置合せするためには、対偶変位
の値が異なる。

【００２５】この対偶変位の決定値と実際の位置合せ時
の値の違いから実際の機構定数の、設計値との幾何学的
誤差を推定する。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の各実施例を図１ないし図１５
を参照して説明する。

【００２７】図１は、本発明の一実施例に係るロボット
の制御装置の全体構成を示す略示斜視図、図２は、ロボ
ット機構のＤＨ記法を示す説明図、図３は、治具を用い
た位置合せを示す説明図、図４は、ロボットの機構定数
の幾何学的誤差の推定方法を示すフロー図、図５はロボ
ットの据付け位置および機構定数の幾何学的誤差の推定
方法を示すフロー図である。

【００２８】まず、図１に示すロボット装置において、
ロボット１の末端作業部材に係る手先のエンドエフェク
タ取付け部１ａには、該エンドエフェクタ取付け部１ａ
と位置関係が予め判っている位置合せ部材に係るペグ４
が取り付けられている。ＸＹＺはロボット座標系を示す
。ＸｗＹｗＺｗは作業座標系（ワーク座標）である。 作業座標系の中に、ペグ４と嵌合して位置合せを行なう
ことができ、作業座標系において正確に位置合せ位置の
判っている複数個の基準点すなわち位置合せ点である５
ａをもつ治具５が固定されている。

【００２９】実際の作業時には、ペグ４の代わりにグリ
ッパなどのロボットハンドが取り付けられることになる
が、これはペグ４を取り付けて幾何学的誤差の推定を行
うと、エンドエフェクタの取付け位置が示されるから、
これが正確に判っていれば良いことになる。

【００３０】ロボット１は、ロボット１に付設されてい
る位置検出器（図示せず）の検出する位置信号のもとに
、コントローラ２によって制御されている。また、コン
トローラ２にはティーチングペンダント３が接続されて
おり、これによってロボット１を作動させて、ペグ４を
治具５の穴５ａに位置合せすることができる。

【００３１】また、コントローラ２内の演算装置におい
て幾何学的誤差の推定計算を行うことができるようにな
っている。以上の構成を用いて幾何学的誤差の推定方法
を説明する。

【００３２】まず、ティーチングペンダント３によって
ペグ４を治具５の穴５ａに位置合せする。このときのペ
グ４と穴５ａによって定められている作業座標系におけ
る位置を、ロボット座標系において求める。これはロボ
ット１に付設されている位置検出器および機構定数の設
計値から求めることが可能である。ここで位置合せされ
た位置は同一であるから、作業座標とロボット座標の関
係が判る。ここでロボット１の据付け位置を含めて考え
ると幾何学的誤差がなければ両者はまったく一致する。 実際の機構定数が設計値と異なるために両者は一致せず
同一点に位置合せするためには位置検出器から得られる
対偶変位の値が異なる。

【００３３】この対偶変位の設計値と実際の位置合せ時
の値の違いから、実際の機構定数の設計値との幾何学的
誤差を推定する。ロボット１に付設されている位置検出
器からロボット座標を得るために、実際の動作状態でロ
ボット１の幾何学的誤差を推定することができる。次に
、本実施例について詳述する。ここでは６自由度多関節
形ロボットについて説明する。

【００３４】図２に示すようにデナビットーハーテンベ
ルグの記法（ＤＨ記法）によりロボットの対偶を表わす
。

【００３５】対偶にはロボットの第１番の対偶から、１
ないし６と順に番号をつける。隣り合う対偶の関係は図
のように表わされる。数式中ではベクトルを￣にて表す
。たとえばベクトルａｉｊはｉ番とｊ番の対偶軸の共通
垂線Ｘｊに並行な単位ベクトル、ベクトルｄｉはｉ番の
対偶軸に並行な単位ベクトル、ｉ番の座標原点の位置を
ベクトルｒｉで表わす。

【００３６】ここで、作業座標を第０番としてロボット
の第１番の対偶との関係を同様に定めておくと、ロボッ
ト１の据付け位置の誤差を含めたロボットの機構定数の
、設計値に対する幾何学的誤差を推定することができる
。

【００３７】ここで、ペグ４の作業座標に対する位置ベ
クトルｒ７は、ｄ０，θ０，ａ０１，α０１，ｄ１，θ
１，ａ１２，α１２，……ｄ６，θ６，ａ６７の２７個
の機構定数の関数である。

【００３８】これら機構定数において、各々ｄはオフセ
ット、θは対偶変位、ａはアーム（リンク）の長さ、α
はねじれ角と呼び、

【００３９】

【数１】

【００４０】と表わすことができる。

【００４１】これらの機構定数の値が誤差を持っていて
、実際の機構定数の値が計算値に対して

【００４２】

【数２】

【００４３】であったとする。このときペグ４の位置は
ベクトルｒに対してベクトルｒ´となったとする。

【００４４】

【数３】

【００４５】このとき△ｄｉ，△ａｉｊ，△θｉ，△α
ｉｊはこれらが十分に小さいとき、

【００４６】

【数４】

【００４７】と表わされる。

【００４８】ここで、隣り合う関節の回転軸が並行のと
き、すなわちｓｉｎα＝０の場合には、パラメータとし
てベクトルｄｉの代わりにベクトルβｉを導入する。図
３に示すように、ベクトルβｉはＹｊ軸回りのＺｊの回
転角であり、誤差がない場合にはβｉ＝０であろうとす
る。 ここで、ベクトルβｉの係数は

【００４９】

【数５】

【００５０】である。ここで、

【００５１】

【数６】

【００５２】

【数７】

【００５３】と置くと、数４は

【００５４】

【数８】

【００５５】と書くことができる。ここで、Ｔは転置行
列を表わし、ｘは２７×１の行列である。この関係を用
いて幾何学的誤差を推定する手順をフロー図として示し
たのが図５である。

【００５６】ロボット座標系内に設定した作業座標に対
して、予め位置が精密に判っている基準点をもつ治具５
を設置する。基準点の位置ベクトルをｒ１，ｒ２，……
（１からｍまで）と定める。次に、これらの点にティー
チング等の方法でペグ４を位置合せする。この状態を図
３に示す。

【００５７】このとき、各点に、位置合せを行ったとき
、同じ変位をとる対偶がないように位置合せの基準点を
設定する。これは機構誤差の計算を行うとき、同一の変
位をとる対偶があるとその対偶に関する誤差の計算がで
きなくなるためである。

【００５８】ここで、例えば、図１４に示す３自由度ア
ームと３自由度テーブルから構成される分散形６自由度
ロボットの場合は、図１５に示す治具５を用いることに
より全ての対偶に多様な対偶変位をとらせることができ
る。

【００５９】位置合せを行ったときの対偶変位の変化を
位置検出器から読み取り、これと機構定数として設定さ
れた値から、数１に従って位置ベクトルｒ、数７から行
列Ｐを求める。

【００６０】機構定数及び対偶変位の値が誤差をもって
いると、ベクトルｒとベクトルｒ´は一致しないため、
この差を

【００６１】

【数９】

【００６２】とすると

【００６３】

【数１０】

【００６４】の関係が得られる。ここで、

【００６５】

【数１１】

【００６６】

【数１２】

【００６７】と置くと、

【００６８】

【数１３】

【００６９】の関係が得られるから、６自由度多関節形
ロボットの場合、ｍの値が９以上のとき機構定数の誤差
を推定できる。ここで、△ｒａｌｌは、３ｍ×１の行列
、Ｐａｌｌは３ｍ×２７の行列である。その結果は、

【
００７０】

【数１４】

【００７１】で与えられる。

【００７２】ここでｍが十分に大きいときは統計的に最
小自乗法となり、精度良く推定することができる。すな
わち、位置決め点が多いほど精度良く機構定数の値を推
定できる。また、基準点をもつ治具５の精度よりも精度
良く機構定数の値を推定でき、高精度に推定するために
治具５を超精密に製作する必要がなく、治具の製作およ
び維持コストを低くすることができる。

【００７３】次に、ロボットの据付け位置を変更したり
、あるいは作業座標を変更したりして、据付け位置すな
わちｄ０，ａ０，θ０，α０１，θ１のみについて幾何
学的誤差の推定を行いたい場合がある。

【００７４】据付け位置のずれは、他のロボット本体の
幾何学的誤差に対して大きいものであり、据付け位置の
誤差を推定してからロボット本体の機構定数の推定を行
うことが考えられる。

【００７５】そこで、次のように据付けに関する機構定
数の誤差を推定する。

【００７６】

【数１５】

【００７７】

【数１６】

【００７８】と置く。ここで、ｘｓｅｔは５×１の行列
、Ｐｓｅｔは３×５の行列である。これから数８、数１
０、数１１の代わりに

【００７９】

【数１７】

【００８０】

【数１８】

【００８１】

【数１９】

【００８２】と置くと、

【００８３】

【数２０】

【００８４】の関係が得られる。

【００８５】位置のデータを用いる場合、基準点１点に
対して３つのデータが得られる。据付けに関する機構定
数は４個であるから、ｍの値が２以上であれば、据付け
に関する機構定数を推定することができる。

【００８６】その結果、数１５と同様に

【００８７】

【数２１】

【００８８】として得られる。ここで△ｒｓｅｔａｌｌ
は３ｍ×１、Ｐｓｅｔａｌｌは３ｍ×５の行列である。 この方法では、測定する基準点が少なくてすむ利点があ
る。

【００８９】実際には、据付けに関する機構定数の誤差
は他の機構定数に比べてオーダーが大きいため、まず据
付けに関する機構定数の誤差のみを推定し、次に全ての
機構定数の誤差を推定する。この手順をフロー図として
示したものが図６である。

【００９０】前述の例では、いくつかの機構定数の誤差
を推定してから機構定数全体の誤差を推定したが、基準
点に位置合せするごとに推定できるだけの数の機構定数
の推定を行って機構定数を再設定していく方法が考えら
れる。これを図７のフロー図に示す。

【００９１】位置合せを行うための治具５を使用すると
、１回の位置合せで３つのデータを得ることができる。 数６，数７において、Ｐのベクトルを３列づつ増加させ
て△ｒおよびＰを計算し、数１５を用いることでｘの要
素を３行づつ増加させて推定していくことができる。

【００９２】この方法によれば、次の基準点に位置合せ
を行うたびに機構定数が補正されているために、位置合
せを行う際の基準点である穴に対する、位置合せ部であ
るペグ４のずれ量が小さくなり、位置合せが次第に容易
になる利点がある。

【００９３】前述の例では据付け位置の幾何学的誤差を
推定する方法を示したが、ベクトルｘ，および行列Ｐの
取り方によって任意の機構定数を測定することができる
。例えば、事故等により、ロボットのある対偶より先の
部分を交換したような場合、交換した部分のみについて
幾何学的誤差を推定したり、ロボットの手先につける交
換用ハンドの機構定数の推定を行うことが可能となる。

【００９４】また、この方法と同様にしてロボットの末
端部材あるいは構成部材に設けられたセンサのロボット
に対する設置位置を校正することが可能である。この場
合、センサの設置位置に関する機構定数と据付けに関す
る機構定数の誤差を併せて推定することができるために
、センサの校正用の治具を、ロボット座標に対して精密
に設置する必要がない。以下、この実施例を、図７を参
照して説明する。

【００９５】図７に示す構成において、３自由度ロボッ
ト７ａに設置されたセンサであるカメラ１０のロボット
末端Ｏ５に対する取付け位置Ｏｃａｍを校正する。基準
板９上にはカメラ１０にて測定される基準８が配設され
ている。基準８は予めその相対位置関係を測定されてい
る。 基準板９の設置位置に対する３自由度ロボット７ａの据
付位置関係をＯ０とＯ１の関係で表す。同様にロボット
末端に対するカメラ１０の設置位置関係をＯ５とＯｃａ
ｍの関係で表す。

【００９６】ここで図７に示すようにカメラの取付け位
置に関する機構定数ａｃａｍ、θｃａｍおよびロボット
の据付位置に関する機構定数θ０、ａ０１、θ１を設定
し、

【００９７】

【数２２】

【００９８】

【数２３】

【００９９】のように置く。すると数８の代わりに

【０
１００】

【数２４】

【０１０１】と置くことができる。ここでカメラの検出
する信号をもとに基準に位置合せを行うと、カメラの場
合では基準１ヵ所について２次元の撮影範囲内で位置に
関するデータが２つ求まる。これから既に述べた機構定
数の推定と同様にして、測定データから、

【０１０２】

【数２５】

【０１０３】

【数２６】

【０１０４】を作成し、

【０１０５】

【数２７】

【０１０６】の関係から、カメラ１０のロボットに対す
る設置位置と基準板９に対する３自由度ロボット７ａの
据付位置が同時に

【０１０７】

【数２８】

【０１０８】として得られる。この方法では検出する基
準を実際に検出する対象物として設定することができ、
センサの位置を実際の動作状態で校正することができる
。校正用の治具である基準板９、３自由度ロボット７ａ
のロボット座標に対して精密に設置する必要がない利点
がある。

【０１０９】次に、幾何学的誤差の推定ができると、こ
れに応じて座標変換式を変更する必要がある。ここでオ
フセットｄ，アームの長さａ，対偶変位θについてはこ
れを修正すれば良いが、ねじれ角αおよび回転角βにつ
いては、通常のロボット機構の場合、０°または９０°
として簡略化しているために、ハンドの位置姿勢から対
偶変位を計算する場合には、座標変換式が簡略化できず
に非常に複雑な式となり、これをロボットの動作サンプ
リング時間内に解くことは困難となる。そこで、次のよ
うに近似的な座標変換を行ってロボットを制御する。

【０１１０】機構定数に誤差がある場合、ハンドの位置
は、

【０１１１】

【数２９】

【０１１２】となる。このとき、ハンドの姿勢を、ハン
ド座標のＸ７，Ｙ７，Ｚ７軸に並行な単位ベクトルｆ，
ｇ，ｈで表わすと、幾何学的誤差を考慮したときの姿勢
ｆ´，ｇ´，ｈ´と考慮しないときの姿勢ｆ，ｇ，ｈと
の関係は、回転軸の単位ベクトルｅと回転角△φの関数
である姿勢の偏差を表わす行列Ｒを用いて、

【０１１３
】

【数３０】

【０１１４】となる。

【０１１５】数２９、数３０において、ＰおよびＲは幾
何学的誤差のない場合のハンドの位置、姿勢ｒ，ｆ，ｇ
，ｈの関数であるが、近似的にはｒ´，ｆ´，ｇ´，ｈ
´の関数と見なすことができ、近似座標変換が可能であ
る。この近似座標変換を図８のフロー図に従って説明す
る。

【０１１６】ハンドの位置姿勢が与えられると、これを
ｒ´，ｆ´，ｇ´，ｈ´とする（ステップ　イ　）。つ
いで幾何学的誤差がないものとしてｒ´，ｆ´，ｇ´，
ｈ´に対応する対偶変位θ１……θｎを求め（ステップ
　ロ　）、機構寸法の設計値とともにベクトルｘを求め
る。

【０１１７】このｘを用いて行列ＰおよびＲを求め、（
ステップ　ハ　）、推定された幾何学的誤差△ｘを用い
て

【０１１８】

【数３１】

【０１１９】

【数３２】

【０１２０】を計算する（ステップ　ニ　）。ｒ，ｆ，
ｇ，ｈに対応する対偶変位を幾何学的誤差がないものと
して計算すると、実際の対偶変位の近似解となり（ステ
ップ　ホ）、高精度な位置合せを行うことができる。

【０１２１】次に、基準となる治具５への位置合せにセ
ンサを用いる例を図９ないし図１１を参照して説明する
。

【０１２２】図９に示すように、ロボット１の末端作業
部材に係るエンドエフェクタ取付け部１ａに、力センサ
６を取付ける。この力センサ６は、前記ペグ４のブロッ
ク５ｃに対する押しつけ方向の力、これに垂直方向の力
、およびペグ４に加わるモーメントを検出可能のセンサ
である。そして、この力センサ６に、先端にテーパ面４
ａを有するペグ４を取り付ける。一方、治具５のブロッ
ク５ｃには前記ペグ４と嵌め合さって位置合わせされる
ことによりペグ４を基準点に位置合せするテーパ面５ｂ
（図１０（ａ）参照）を持つ穴５ａが複数個設けられて
いる。

【０１２３】この構成による位置合わせ方法を図１０お
よび図１１を用いて説明する。

【０１２４】図１０（ａ）において、ペグ４に加わる力
の方向を座標軸Ｘ，Ｚとし、モーメントをＭｙとする。 各々の量は図示された矢印方向を正とする。

【０１２５】まず、ロボット１の機構定数に誤差があっ
てもペグ４と穴５ａが衝突しない手前の位置にペグ４を
接近させる（図１０（ａ），図１１ステップＸ１）。次
に、微小量△ｚだけペグ４を穴５ａに接近させる（図１
１ステップＸ２）。

【０１２６】ペグ４が穴５ａのテーパ面５ｂに接触する
までペグ４には力が加わらないから、モーメントＭｙが
閾値Ｍｓをこえるまで、ペグ４を穴５ａに接近させる。 （図１１ステップＸ２，Ｘ３，Ｘ４）。閾値Ｍｙをこえ
るモーメントＭｙが加わると、力Ｆｘの大きさを調べ、
閾値Ｆｓをこえる力Ｆｘが加わっていれば（図１１ステ
ップＸ５）、このモーメントＭｙの符号および、ペグ４
の軸方向Ｚに垂直な方向Ｘの力Ｆｘの符号によってペグ
４の位置及び姿勢を微小量θｙ及び△ｘ修正する（図１
１ステップＸ６，Ｘ７，Ｘ８，Ｘ９，Ｘ１０）。また力
Ｆｘが閾値ＦｓをこえていなければモーメントＭｙの符
号に従ってペグ４の姿勢をΔθｙ修正する（図１１ステ
ップＸ７，Ｘ８）。例えば図１０（ｂ）における状態で
は図１１Ｘ９，図１０（ｃ）における状態では図１１Ｘ
１０，図１０（ｄ）における状態では図１１Ｘ７に示す
修正を行う。

【０１２７】閾値Ｆｓｚをこえる力Ｆｚが加わり、かつ
モーメントＭｙが閾値Ｍｓをこえていなければ位置合わ
せが完了したとする（図１０（ｅ），図１１ステップＸ
３，Ｘ４）。これは、紙面に垂直な方向（Ｍｘ，Ｆｙ）
も同様である。ここでは治具５を精密に製作し、微小量
△ｚ，△ｘ，θｙ、閾値Ｆｓｚ，Ｆｓ，Ｍｓを適当に選
択することにより高精度に位置合せ及びテーパ穴５ａ方
向の姿勢合せを行うことができる。

【０１２８】また、上述の実施例では、ペグ４にテーパ
状のものを用いたが、先端が球状のペグとテーパ穴の組
合せによっても位置合せを行うことが可能である。この
場合を図１２及び図１３に示す。

【０１２９】図１２に示すように、ロボット１の末端作
業部材に係るエンドエフェクタ取付け部１ａに、力セン
サ６を取付ける。この力センサ６は、前記ペグ４のブロ
ック５ｃに対する押しつけ方向の力、これに垂直方向の
力、およびペグ４に加わるモーメントを検出可能のセン
サである。そして、この力センサ６に、先端に半球面４
ｂを有するペグ４を取り付ける。一方、治具５のブロッ
ク５ｃには前記ペグ４と嵌め合さって位置合わせされる
ことによりペグ４を基準点に位置合せするテーパ面５ｂ
（図１０（ａ）参照）を持つ穴５ａが複数個設けられて
いる。この構成による位置合わせ方法を図１３を用いて
説明する。

【０１３０】図１０と同様にペグ４に加わる力の方向を
座標軸Ｘ，Ｚをとる。まず、ロボット１の機構定数に誤
差があってもペグ４と穴５ａが衝突しない手前の位置に
ペグ４を接近させる（図１３ステップＸＩＩ１）。次に
、微小量△ｚだけペグ４を穴５ａに接近させる（図１３
ステップＸＩＩ２）。

【０１３１】ペグ４が穴５ａのテーパ面５ｂに接触する
までペグ４には力が加わらないから、モーメントＭｙが
閾値Ｍｓをこえるまで、ペグ４を穴５ａに接近させる。 （図１３ステップＸＩＩ２，ＸＩＩ３，ＸＩＩ４）。閾
値Ｆｓをこえる力Ｆｘが加わっていれば（図１３ステッ
プＸＩＩ３）、ペグ４の軸方向Ｚに垂直な方向Ｘの力Ｆ
ｘの符号によってペグ４の位置を微小量△ｘ修正する（
図１３ステップＸＩＩ５，ＸＩＩ６，ＸＩＩ７）。

【０１３２】閾値Ｆｓｚをこえる力Ｆｚが加わり、かつ
力Ｆｘが閾値Ｆｓをこえていなければ位置合わせが完了
したとする（図１３ステップＸＩＩ３，ＸＩＩ４）。こ
れは、紙面に垂直な方向（Ｆｙ）も同様である。微小量
△ｚ，△ｘ、閾値Ｆｓｚ，Ｆｓを適当に選択することに
より高精度に位置合せを行うことができる。

【０１３３】以上のように、ペグ４に加わる力およびモ
ーメントを検出しペグ４と穴５ａが嵌合するように倣わ
せて制御することでペグ４の位置合わせを容易にかつ高
精度に行うことができる。これにより人間が位置合せを
行うことなく、容易にまた短時間に本方式による幾何学
誤差の推定を行うことができる。

【０１３４】また、力センサ６以外のゲージやセンサを
用いて位置合せを行うことももちろん可能である。

【０１３５】さらに、前述した方式をコントローラ２内
の演算装置あるいはコントローラ２に回線等を介して接
続される演算装置に内臓しておくことにより、据付け誤
差を含めたロボット１の機構定数の誤差を容易にかつ高
精度に推定することができる。

【０１３６】上述の各実施例によれば次の効果がある。

【０１３７】ロボット機構に含まれている幾何学的誤差
量を推定できるので、これを設計値に対して補正するこ
とによりロボットを高精度に制御することができる。ま
た、座標変換を修正することにより、高精度な位置合せ
が可能となる。さらに、ロボット固有の座標系と作業座
標系との間の誤差を同時に、あるいは、単独で推定でき
るために高精度に位置合せ作業を行うことができる。単
独で推定する場合、測定点の数を減らすことができるた
めに容易に据付け誤差を推定することができる。

【０１３８】基準点に位置合せするごとに機構定数の推
定を行って機構定数を再設定していく方法によれば、次
の基準点に位置合せを行うたびに機構定数が補正されて
いるのでロボットの位置合せ部のずれ量が小さくなり、
位置合せが次第に容易になる利点がある。

【０１３９】ロボットの幾何学的誤差を推定しておくこ
とにより、従来の座標変換方式や従来とはことなる座標
変換方式を採用したコントローラにより制御される場合
でも、従来よりも高精度な制御が可能となる。

【０１４０】治具への位置合せにセンサを用いることに
より自動的に誤差測定を行わせることが可能であり、容
易に誤差を測定することができる。

【０１４１】力センサを用いた場合には、治具に対して
より精密に位置合わせを行うことが可能となる利点があ
る。

【０１４２】幾何学的誤差を測定できる数の位置合せの
基準点を持つ治具を用意しておくことで、ロボットが衝
突などの事故によって機構定数が変化した場合でもこれ
を推定補正することが可能となり、事故などによりロボ
ットが使用不能になることを減らすことができる。

【０１４３】また、ロボットに設置されたセンサの、ロ
ボットに対する設置位置の誤差についても、前述のロボ
ットの幾何学的誤差を推定する方法と同様の方法で推定
することができる。この場合にはセンサを実際の測定状
態で設置位置を推定できる利点がある。

【０１４４】なお、本発明は、ここに述べた実施例に限
定されるものではなく、本発明の目的を達成する範囲に
おいて種々変形して実施できる。

【０１４５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、ロボット座標と作業座標の関係を含め、据付け誤
差を含めたロボットの機構定数の、設計値に対する誤差
を推定しうるロボットの幾何学的誤差の推定方法を提供
することができる。

【０１４６】また、本発明によれば、ロボット機構に含
まれている誤差量を推定し、その推定された誤差を用い
て機構定数を補正することにより、高精度な位置合せを
可能にするロボットの駆動制御方法を提供することがで
きる。

【０１４７】さらに、本発明によれば、幾何学的誤差を
推定できる数の位置合せの基準点をもつ治具を有し、ロ
ボットの機構定数の、設計値に対する幾何学的誤差を推
定しうるロボットの幾何学的誤差の推定装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るロボットの制御装置の
全体構成を示す略示斜視図。

【図２】ロボット機構のＤＨ記法を示す説明図。

【図３】治具を用いた位置合せを示す説明図。

【図４】ロボットの機構定数の幾何学的誤差の推定方法
を示すフロー図。

【図５】ロボット据付け位置および機構定数の幾何学的
誤差の推定方法を示すフロー図。

【図６】ロボットに対するセンサの設置位置を校正する
方法を示す図。

【図７】ハンドの位置姿勢を与えた場合の対偶変位の近
似解を導く方法を示すフロー図。

【図８】ロボットの機構定数の幾何学的誤差を推定し機
構定数を再設定する方法を示すフロー図。

【図９】力センサを用いて治具の位置合わせを行う方法
を示す構成図。

【図１０】ペグと治具の相対位置関係と力センサに加わ
る力を示す説明図。

【図１１】図１０に示す位置合わせの手順を示すフロー
図。

【図１２】力センサを用いて治具の位置合せを行う別の
方法を示す説明図。

【図１３】図１２に示す位置合せの手順を示すフロー図
。

【図１４】分散形６自由度構成のロボットにおける本発
明の一実施例の構成を示す図。

【図１５】上記図１４における機構定数の誤差補正用治
具を示す図。

【符号の説明】

１…ロボット、１ａ…エンドエフェクタ取付け部、２…
コントローラ、４…ペグ、４ａ…テーパ面、４ｂ…半球
面、５…治具、５ａ…穴、５ｂ…テーパ面、５ｃ…ブロ
ック、６…力センサ、７…分散形６自由度ロボット、７
ａ…３自由度アーム、７ｂ…３自由度テーブル、８…基
準、９…基準板、１０…カメラ。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】作業を行なう部材を有するロボットを高精
   度に制御するためのロボット機構の幾何学的誤差の推定
   方法であって、ロボットの作業座標系を設定し、その作
   業座標系内に複数の既知の基準点を有する治具を固定し
   、ロボットの端末作業部材または該末端操作部材と一定
   の位置関係にある位置合せ部材のいずれかを、前記治具
   の基準点に位置合せし、この時の位置合せ部のロボット
   座標系における位置を、ロボットに付設した位置検出器
   を用いて求め、その位置検出に基づいて、前記位置合せ
   部の位置と前記治具の基準点との関係から、ロボットの
   据付け誤差を含めたロボットの機構定数の、設計値に対
   する誤差を推定することを特徴とするロボットの幾何学
   的誤差の推定方法。
2. 【請求項２】ロボットの末端作業部材または該末端作業
   部材と一定の位置関係にある位置合せ部材のいずれかを
   、治具の基準点に対して、センサを用いて位置合せする
   ことを特徴とする請求項１記載のロボットの幾何学的誤
   差の推定方法。
3. 【請求項３】センサに力センサを用いて、ロボットの末
   端作業部材または該末端作業部材と一定の位置関係にあ
   る位置合せ部材のいずれかを、治具の基準点に対して位
   置合せすることを特徴とする請求項２記載のロボットの
   幾何学的誤差の推定方法。
4. 【請求項４】作業座標系内に固定した治具の複数の既知
   の基準点に対し、姿勢あるいは、位置と姿勢を変えて位
   置合せを繰り返し行ない、ロボットの誤差を推定するた
   めに要するデータ数をこえる数の位置合せを行って、位
   置合せデータの統計的処理を行うことにより、ロボット
   の据付け誤差を含めたロボットの機構定数の、設計値に
   対する誤差を推定することを特徴とする請求項１記載の
   ロボットの幾何学的誤差の推定方法。
5. 【請求項５】作業を行なう部材を有するロボットを高精
   度に駆動するための制御方法であって、ロボット座標系
   内に作業座標系を設定し、その作業座標系内に複数の既
   知の基準点を有する治具を固定し、ロボットの末端作業
   部材または該末端作業部材と一定の位置関係にある位置
   合せ部材のいずれかを、前記治具の基準点に位置合せし
   、このときの位置合せ部のロボット座標系における位置
   を、ロボットに付設した位置検出器を用いて求め、その
   位置検出に基づいて、前記位置合せ部の位置と前記治具
   の基準点との関係から求められる、ロボットの据付け誤
   差を含めたロボットの機構定数の、設計値に対する推定
   された誤差を用いて、ロボットの座標の交換を行なうこ
   とによって、ロボットを高精度に制御することを特徴と
   するロボットの駆動制御方法。
6. 【請求項６】作業を行なう部材を有するロボットを高精
   度に制御するロボットの幾何学的誤差の推定装置であっ
   て、ロボット座標系内に作業座標系を設定し、その座標
   系内に固定され複数の既知の基準点を有する治具と、ロ
   ボットの末端作業部材または該末端作業部材と一定の位
   置関係にある位置合せ部材のいずれかを、前記治具の基
   準点に位置合せし、このときの位置合せ部のロボット座
   標系における位置合せを求める、ロボットに付設した位
   置検出器と、その位置検出に基づいて、前記位置合せ部
   の位置と前記治具の基準点との関係から、ロボットの据
   付け誤差を含めたロボットの機構定数の、設計値に対す
   る誤差を推定する演算装置とを、備えたことを特徴とす
   るロボットの幾何学的誤差の推定装置。
7. 【請求項７】請求項１記載における、ロボット座標系内
   に作業座標系を設定し、その座標系内に複数の既知の基
   準点の有する治具を固定し、ロボットの末端作業部材ま
   たは該末端作業部材と一定の位置関係にある位置合せ部
   材のいずれかを、前記治具の基準点に位置合せし、この
   ときの位置合せ部のロボット座標系における位置を、ロ
   ボットに付設した位置検出器を用いて求め、その位置検
   出に基づいて、前記位置合せ部の位置と前記治具の基準
   点との関係から、ロボットの据付け誤差を含めたロボッ
   ト機構定数の、設計値に対する誤差を推定し、この推定
   値に基づいて制御を行なうことを特徴とする幾何学的誤
   差の推定を行なったロボット。
8. 【請求項８】ロボットの座標系内に設定された作業座標
   系内に、少くとも幾何学的誤差を推定しうるデータ数を
   得るための複数の基準点を有し、ロボットの末端作業部
   材または該末端作業部材と一定の位置関係にある位置合
   せ部材のいずれかの位置合わせ、あるいは位置合わせ及
   び姿勢合わせを行なうことにより、前記ロボットの末端
   作業部材の位置合せを行うことを可能に設けた、前記作
   業座標系内に固定したことを特徴とするロボットの幾何
   学的誤差の推定装置の基準治具及びこれと位置合せされ
   る前記ロボットの末端作業部材又はこれと一定の位置関
   係にある位置合せ部材。
9. 【請求項９】前記請求項８における基準治具において、
   位置合せを行うための基準点をテーパ穴とし、これと位
   置合せされる位置合せ部材に前記テーパ穴内に当接でき
   る同形状のテーパを持つ先端円錐状位置合せ部材、及び
   前記テーパ穴内に当接できる半径を有する先端半球状位
   置合せ部材。
10. 【請求項１０】前記請求項８においてロボットの末端作
    業部材または該末端作業部材と一定の位置関係にある位
    置合せ部材を前記治具に位置合せを行うことにおいて、
    ロボットの各対偶に常に略同一の変位をとる対偶がない
    ように位置合せ点を配したことを特徴とするロボットの
    幾何学的誤差の推定装置の治具。