JPH05277974A - Calibration method for positioning mechanism having rotary shaft - Google Patents

Calibration method for positioning mechanism having rotary shaft

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JPH05277974A
JPH05277974A JP10837192A JP10837192A JPH05277974A JP H05277974 A JPH05277974 A JP H05277974A JP 10837192 A JP10837192 A JP 10837192A JP 10837192 A JP10837192 A JP 10837192A JP H05277974 A JPH05277974 A JP H05277974A
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JP
Japan
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positioning mechanism
coordinate system
sensor
vertical direction
posture
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Application number
JP10837192A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshihisa Furukawa
善久 古川
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Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
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Publication date
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Publication of JPH05277974A publication Critical patent/JPH05277974A/en
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Abstract

PURPOSE:To perform simple detection of a vertical direction as seen from a base coordinate system and to perform automatic calibration by attaching a sensor, which detects the vertical direction, to the tip of a positioning mechanism having a rotary shaft and displacing the positioning mechanism in plurality of different postures. CONSTITUTION:A robot 1 being about to execute calibration is controlled by a robot controller 4. A force sensing sensor 2 is attached to the tip of the robot 1 and an object 3 having a known weight is attached thereto. Further, a controller 5 for the force sensing sensor 2 is connected to the robot controller 4. In this case, a positioning mechanism to which the force sensing sensor 2 is attached is displaced in a plurality of different postures and each rotary shaft position and a vertical direction are determined in each posture. An angle parameter related to conversion of the posture of the positioning mechanism and a vertical direction as seen from a mechanism base coordinate system are determined. This constitution performs automatic calibration of the positioning mechanism.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボットや回転
軸を有する6軸のNC工作機械等の回転軸を有する位置
決め機構の各回転軸の基準位置(0度)を取得するため
用いられるキャリブレーション方式に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used to obtain a reference position (0 degree) of each rotary shaft of a positioning mechanism having a rotary shaft such as an industrial robot or a 6-axis NC machine tool having a rotary shaft. Regarding calibration method.

【0002】[0002]

【従来の技術】各回転軸の基準位置(0度)を取得する
ために行われている従来ののキャリブレーションは、位
置決め機構の先端に凸型治具を取り付け、位置決め機構
のベースの位置が既知の位置にダイヤルゲージをもった
凹型治具を取り付け、上記ダイヤルゲージが所定の値を
示すまで、上記凸型治具を凹型治具に押付けるように位
置決め機構を駆動し、この時得られる位置決め機構の各
回転軸の移動位置を各軸に取り付けた位置検出器で検出
し、この各回転軸の検出値と、上記凸型治具を凹型治具
に位置決めしたときに各回転軸がとるべき理論的な位置
(基準位置)の偏差をオフセット量として求める方法が
採用されている。
2. Description of the Related Art Conventional calibration performed to obtain a reference position (0 degree) of each rotating shaft is such that a convex jig is attached to the tip of a positioning mechanism and the position of the base of the positioning mechanism is changed. A concave jig having a dial gauge is attached to a known position, and the positioning mechanism is driven so as to press the convex jig on the concave jig until the dial gauge shows a predetermined value. The moving position of each rotary shaft of the positioning mechanism is detected by a position detector attached to each shaft, and the detected value of each rotary shaft and each rotary shaft when the convex jig is positioned on the concave jig A method of obtaining a deviation of a theoretical position (reference position) as an offset amount is adopted.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のキャリ
ブレーション方式では、位置決め機構を手動で駆動し、
特定の位置に位置決め機構の先端に取り付け治具を位置
決めする必要があり、熟練を必要とする。また、位置決
め機構のベース座標系の水平面からの傾き、すなわち、
実際の鉛直方向とベース座標系における鉛直方向とのず
れを知ることができない。
In the conventional calibration method described above, the positioning mechanism is manually driven,
It is necessary to position the attachment jig at the tip of the positioning mechanism at a specific position, which requires skill. Also, the inclination of the base coordinate system of the positioning mechanism from the horizontal plane, that is,
It is not possible to know the deviation between the actual vertical direction and the vertical direction in the base coordinate system.

【0004】そこで、本発明の目的は、簡単にベース座
標系から見た鉛直方向を知ることができると共に、基準
位置と実際の位置とのずれであるオフセット量、すなわ
ち、位置決め機構の姿勢変換に関するパラメータ値を求
めることができるキャリブレーション方式を提供するこ
とにある。
Therefore, an object of the present invention is to easily know the vertical direction viewed from the base coordinate system and to relate to an offset amount which is a deviation between a reference position and an actual position, that is, a posture conversion of a positioning mechanism. It is to provide a calibration method capable of obtaining a parameter value.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、回転軸を有す
る位置決め機構の先端に鉛直方向を知ることのできるセ
ンサを取り付け、位置決め機構を異なった数姿勢に動か
し、各姿勢において得られた各回転軸位置及び鉛直方向
より、位置決め機構の姿勢変換に関する角度パラメータ
と機構ベース座標系から見た鉛直方向を求める。
According to the present invention, a sensor capable of knowing the vertical direction is attached to the tip of a positioning mechanism having a rotating shaft, and the positioning mechanism is moved to several different postures. From the rotational axis position and the vertical direction, the angle parameter regarding the posture conversion of the positioning mechanism and the vertical direction viewed from the mechanism base coordinate system are obtained.

【0006】[0006]

【作用】まず、本発明の作用原理について説明する。回
転軸間を結ぶ要素をリンクと呼ぶことにし、このリンク
に座標系を固定することで、位置決め機構の位置・姿勢
を表す。リンク座標系間の関係を記述する1つの手法と
してDH記法が従来から知られており、このこのDH記
法を用いて説明するとリンクパラメータ、リンク座標系
は図1,図2のようになる。すなわち、回転軸iの回転
角をθi、回転軸iによって駆動されるリンクをLi、
回転軸iと回転軸i+1間のリンク長をai、傾き角を
αiとする。この時のリンク座標系Σ(i-1) から見たリ
ンク座標系Σiの姿勢を示す3行3列の回転行列を i-1
i と表し、該回転行列 i-1i は次の1式で表され
る。
First, the principle of operation of the present invention will be described. The element that connects the rotation axes is called a link, and the position / orientation of the positioning mechanism is represented by fixing the coordinate system to this link. The DH notation has been conventionally known as one method for describing the relationship between link coordinate systems. When this DH notation is used for explanation, link parameters and link coordinate systems are as shown in FIGS. 1 and 2. That is, the rotation angle of the rotation axis i is θi, the link driven by the rotation axis i is Li,
The link length between the rotation axis i and the rotation axis i + 1 is ai, and the inclination angle is αi. The rotation matrix of 3 rows and 3 columns showing the posture of the link coordinate system Σi viewed from the link coordinate system Σ (i-1) at this time is i-1
R i , and the rotation matrix i-1 R i is expressed by the following equation 1.

【0007】[0007]

【数1】 ただし、1式において、 Ci=cos(θi+φi) Si=sin(θi+φi) Cαi=cosαi Sαi=sinαi であり、φiは回転軸iにおいてリンク、アクチュエー
タを取り付けた際に生じた回転角θiのオフセット値で
ある。
[Equation 1] However, in Equation 1, Ci = cos (θi + φi) Si = sin (θi + φi) Cαi = cosαi Sαi = sinαi, where φi is the offset value of the rotation angle θi generated when the link and the actuator are attached to the rotation axis i. is there.

【0008】そこで、n個の回転軸をもつ位置決め機構
において、ベース座標系をΣB 、該機構の先端に取り付
けたセンサの座標系をΣS とし、ベース座標系ΣB から
センサ座標系をΣS までの変換を考えると、ベース座標
系をΣB はリンク0と考え、センサ座標系をΣS は該機
構先端の座標系Σnと同姿勢を取るようにセンサを取り
付けるとしても、一般性を失わないので、ベース座標系
をΣB から見たセンサ座標系をΣS の姿勢を表す回転行
BS は1式より次の2式で表される。 BS 01 ・…… n-1n …(2) また逆に、センサ座標系ΣS からみたベース座標系ΣB
の姿勢を表す回転行列SB は次の3式で表される。 SB =( 01 ・…… n-1n -1 n-1n -1…… 01 -1 nn-1 …… 10 …(3) ただし、 ii-1 i-1i -1で、 i-1i は回転行列
であるから、1式より、回転行列 ii-1 は次の4式で
表される。
Therefore, in a positioning mechanism having n rotation axes, the base coordinate system is ΣB, the coordinate system of the sensor attached to the tip of the mechanism is ΣS, and the conversion from the base coordinate system ΣB to the sensor coordinate system is ΣS. Considering the base coordinate system, ΣB is considered to be the link 0, and the sensor coordinate system ΣS does not lose generality even if the sensor is mounted so as to take the same posture as the coordinate system Σn of the mechanism tip. The rotation matrix B RS that represents the posture of the sensor coordinate system Σ S when the system is viewed from Σ B is represented by the following two equations from one equation. B RS = 0 R 1 ··· n-1 R n (2) On the contrary, the base coordinate system ΣB seen from the sensor coordinate system Σ S
The rotation matrix S R B representing the attitude is expressed by the following three equations. S R B = (0 R 1 · ...... n-1 R n) -1 = n-1 R n -1 ...... 0 R 1 -1 = n R n-1 ...... 1 R 0 ... (3) However , I R i-1 = i-1 R i -1 , and i-1 R i is a rotation matrix, the rotation matrix i R i-1 can be expressed by the following four equations from Equation 1 .

【0009】[0009]

【数4】 また、j<iに対して、第5式が成立する。[Equation 4] Further, the fifth expression holds for j <i.

【0010】 ij ii-1 ・…… j+1j …(5) そこで、ベース座標系から見た重力方向ベクトルを3行
3列のベクトル Bgとすると、 Bg=G Be …(6) ただし、Gは重力加速度を表すスカラ量であり、 Beは
ベース座標系ΣB からみた重力方向を表す単位ベクトル
である。
I R j = i R i-1 ··· j + 1 R j (5) Then, when the gravity direction vector viewed from the base coordinate system is a vector B g of 3 rows and 3 columns, B g = G B e ... (6) However, G is a scalar quantity representing the gravitational acceleration, B e is a unit vector representing the direction of gravity as viewed from the base coordinate system .SIGMA.B.

【0011】位置決め機構の先端に取り付けた重力方向
を知ることができるセンサで取得された(センサ座標系
Σs における)重力方向単位ベクトルを Seとすると、
次の7式が成り立つ。S e= SB Be …(7) 上記7式において、 SB は上記3式及び4式より明ら
かのように、角回転軸iの回転角θi、該回転角のオフ
セット値φi、軸の傾き角αi(i=1,2,…n)の
関数であり、θ =[θ1,………θn]T φ =[φ1,………φn]T α =[α1,………αn]T として表され、上記7式は非線形の関数であるから、こ
れを明示して SB θφα)と表した場合上記7
式は次の8式となる。S e= SB θφα Be …(8) ベクトルθは各回転軸の回転角θiを集めたベクトルで
あるから、適当なL 個の姿勢に位置決め機構を移動させ
たときの各回転角を表すベクトルをθj(なおj=1,
2,3,…L である)とすると、8式よりθjの姿勢時
にセンサから取得される重力方向単位ベクトル Sj
次の9式で表される。Sj SB θj,φα Be …(9) 上記9式はφα Beが真値の時成り立つが。通常、
部品の加工精度、取り付け誤差、据付誤差により、φ
α Beの値は設定値が真値ではない。そこで、設計値
φo ,αo , Beo とし、真値との誤差をΔφ,Δ
α,Δ Beとすると、φφo +Δφ ααo +Δα B e= Beo +Δ Be となる。 そこで、上記パラメータの真値φα B
を位置決め機構の姿勢の変換のみを着目して求める。こ
のとき、(φα)と Beは独立ではないので、ベース
座標系から見た重力方向単位ベクトル Beは誤差がない
として( Be= Beo )、パラメータφαを推定す
る。
If the gravity direction unit vector (in the sensor coordinate system Σs) acquired by the sensor attached to the tip of the positioning mechanism and capable of knowing the gravity direction is S e,
The following 7 expressions are established. S e = S R B B e (7) In the above formula 7, S R B is the rotation angle θi of the angular rotation axis i, the offset value φi of the rotation angle i, as is clear from the above formulas 3 and 4. It is a function of the axis inclination angle αi (i = 1, 2, ... N), and θ = [θ1, ...... θn] T φ = [φ1, ......... φn] T α = [α1, ... .alpha.n] expressed as T, since the equation 7 is a function of the non-linear, S R B explicitly this (θ, φ, α) when expressed with the 7
The equations are the following eight equations. S e = S R B ( θ , φ , α ) B e (8) Since the vector θ is a vector that collects the rotation angles θi of the respective rotation axes, the positioning mechanism was moved to an appropriate L positions. When θ j (where j = 1,
2, 3, ... L), the gravity direction unit vector S e j acquired from the sensor when the posture is θ j is represented by the following 9 equations. S e j = S R B ( θ j, φ, α) B e ... (9) above 9 equations is phi, alpha, although B e holds when the true value. Normal,
Depending on the machining accuracy of the parts, mounting error, and installation error, φ ,
alpha, the value of B e set value is not a true value. Therefore, the design value φ o, α o, B eo and the error between the true value delta phi, delta
alpha, when the delta B e, the φ = φ o + Δ φ α = α o + Δ α B e = B eo + Δ B e. Therefore, the true value of the parameter phi, alpha, B e
Is obtained by focusing only on the conversion of the posture of the positioning mechanism. At this time, (phi, alpha) Since the B e are not independent, the gravity direction unit vector B e viewed from the base coordinate system as there is no error (B e = B eo), parameter phi, estimates the alpha.

【0012】なお、ベース座標系から見た重力方向単位
ベクトル Beを求める必要があるときには、ベース座標
系から見た第1のリンクの座標系の姿勢を表す回転行列
01 を初期推定値φ1,0 、α1,0 で表した 01 (θ1
,φ1,o ,α1,o )と、推定後のパラメータφ1 、α1
で表した 01 (θ1 ,φ1 ,α1 )を用いると、 01 (θ1 ,φ1,o ,α1,o ) Be= 01 (θ1 ,φ1 ,α1 ) Beo であるから、下記10式が得られ、この10式よりベー
ス座標系から見た重力方向単位ベクトル Beを求めるこ
とができる。
The unit of gravitational direction viewed from the base coordinate system
vectorBWhen it is necessary to obtain e, the base coordinates
A rotation matrix that represents the attitude of the coordinate system of the first link viewed from the system
0R1Is represented by initial estimated values φ1,0 and α1,00R1(Θ1
 , Φ1, o, α1, o) and estimated parameters φ1, α1
 Represented by0R1Using (θ1, φ1, α1),0R1(Θ1, φ1, o, α1, o)Be =0R1(Θ1, φ1, α1)BSince it is eo, the following formula 10 is obtained.
Gravity direction unit vector viewed from the coordinate systemBask for e
You can

【0013】 Be= 01 -1(θ1 ,φ1,o ,α1,o ) 01 (θ1 ,φ1 ,α1 ) Beo …(10) 今、パラメータの初期値を設計値φo ,αo としたと
き、単位ベクトルB eより計算できる姿勢θjのときの
センサから見た重力方向単位ベクトル Sej,o は9式よ
り、 Sej,o = SB θj,φo ,αo ) Be …(11) と表すことができる。この時、 Sej と Sej,o の間に
はΔφ、Δαを用いて1次近似した次の12式が成り立
つ。
[0013] B e = 0 R 1 -1 ( θ1, φ1, o, α1, o) 0 R 1 (θ1, φ1, α1) B eo ... (10) Now, the design value φ o the initial value of the parameter, α when the o, gravity direction unit vector S ej viewed from the sensor when the orientation theta j can be calculated from the unit vector B e, o is from 9 equation, S ej, o = S R B (θ j, φ o , Α o) B e (11) At this time, the following 12 expressions, which are linearly approximated using Δ φ and Δ α , hold between S ej and S ej, o.

【0014】[0014]

【数12】 上記12式において、「×」は2つのベクトルの外積を
示し、右辺の偏微分はそれぞれ3行n列の行列であり、
ik を、 ik =[ i T θ), i T θ), i T θ)]T …(13) と表したとき、ベクトルφθはそれぞれZ軸、X軸回
りの回転角であるから、次の14式、15式が成立す
る。
[Equation 12] In the above formula 12, “×” indicates the outer product of two vectors, and the partial differential on the right side is a matrix of 3 rows and n columns,
When i R k is expressed as i R k = [ i x k T ( θ ), i y k T ( θ ), i z k T ( θ )] T (13), the vectors φ and θ are respectively Since the rotation angles are around the Z axis and the X axis, the following equations 14 and 15 are established.

【0015】[0015]

【数14】 [Equation 14]

【0016】[0016]

【数15】 上記12式は回転角がθjのときのΔφ、Δαについて
の線形な3つの方程式を表しているが、Δφ、Δα合わ
せて2n個(nは回転軸の数)の未知数を持っているの
で、 3L ≧2n になる整数L を考え、L 個のデータ、すなわち、
Sj θj(ただしj=1,2,…L )に対して12
式を作成しこれらを連立させて、 A …(16) とする。ただしAは3L 行2n列の次の17式に示す行
列で、は2n行1列の18式に示すベクトル、は3
L 行1列の19式に示すベクトルである。
[Equation 15] The above equation (12) is delta phi when the rotation angle of theta j, but represents a linear three equations for Δ α, Δ φ, the unknowns of 2n combined delta alpha (n is the number of the rotation axis) Since we have an integer L that satisfies 3L ≧ 2n, we have L data, that is,
12 for S e j and θ j (where j = 1, 2, ... L)
Formulas are created, these are made simultaneous, and it is set as Au = b ... (16). Where A is a matrix of 3L rows and 2n columns shown in the following 17 equation, u is a vector shown in 18 equation of 2n rows and 1 column, and b is 3
It is a vector shown in Expression 19 in L row and 1 column.

【0017】[0017]

【数17】 [Equation 17]

【0018】[0018]

【数18】 [Equation 18]

【0019】[0019]

【数19】 上記16式を解く場合には、L とnの大小によって次の
ようにして解く。 (1)3L =2nのとき 6式の連立方程式を良く知られたガウスの消去法などで
解くことにより、すなわち、オフセット値の誤差Δ
φ、傾き角の誤差Δαが一意に求まる。
[Formula 19] When solving the above 16 equation, it solves as follows according to the magnitude of L and n. (1) When 3L = 2n By solving the simultaneous equations of Equation 6 by the well-known Gaussian elimination method or the like, u , that is, the error Δ of the offset value
φ, the error of the inclination angle Δ α is uniquely determined.

【0020】(2)3L >2nのとき 最小自乗法によってを求める。具体的には12式よ
り、 AT =AT となり、AT A=A´、AT ´とすると、 A´´ …(20) 上記20式においてA´は2L 行2n列の行列で、´
は2n行1列の行列となるから、20式から2L 個の方
程式が導き出され、ガウスの消去法などで20式を解く
ことによりオフセット値の誤差Δφ、傾き角の誤差Δα
が求まる。
(2) When 3L> 2n: u is obtained by the method of least squares. Specifically, from Equation 12, A T Au = A T b , and A T A = A ′, A T b = b ′, then A ′ u = b ′ (20) In the above 20 equation, A ′ Is a matrix of 2L rows and 2n columns, and b '
Is a matrix of 2n rows and 1 column, 2L equations are derived from the 20 equations, and by solving the 20 equations by the Gaussian elimination method or the like, the offset value error Δ φ and the tilt angle error Δ α
Is required.

【0021】以上のようにしてパラメータのオフセット
値の誤差Δφ、傾き角の誤差Δαが求まるが、12式は
近似式であるから、求められたオフセット値Δφ、Δα
を初期値φo 、αo に加算し(φo +Δφ)、(αo +
Δα)を新しい初期値φo 、αo として繰り返しオフセ
ット値Δφ、Δαを求め、オフセット値Δφ、Δαが充
分小さな値になった時点での(φo +Δφ)、(αo +
Δα)をパラメータの真値φαとする。
The above way error delta phi offset value of the parameter, but the error delta alpha of inclination is obtained, since the equation (12) is an approximate expression was determined offset value delta phi, delta alpha
The initial value φ o, added to the α o (φ o + Δ φ ), (α o +
The delta alpha) new initial value phi o, an offset value repeatedly as α o Δ φ, seeking delta alpha, the offset value delta phi, at the time the delta alpha becomes sufficiently small value (φ o + Δ φ), (α o +
Let Δ α ) be the true values of the parameters φ and α .

【0022】[0022]

【実施例】図3は本発明のキャリブレーション方式を位
置決め機構としてのロボットに適用したときの一実施例
の概要図で、1はキャリブレーションを実行しようとす
るロボットで、該ロボット1はロボットコントローラ4
で制御される。ロボットコントローラ4はプロセッサ4
1を有し、該プロセッサ41には、ROM/RAMで構
成され、制御プログラムやデータを記憶するためのメモ
リ42、D/A変換器43、A/D変換器45及び入出
力回路47がバス48で接続されている。また、D/A
変換器43にはロボット1の各種アクチュエータ(サー
ボモータ等)を駆動するアンプ44が接続され、A/D
変換器45にはロボット1に設けられた各種センサ(各
軸の回転角を検出する位置検出器)からの信号をアンプ
46を介して受信できるようになっている。このような
ロボットの構成は従来のロボットと同一である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 3 is a schematic view of an embodiment in which the calibration system of the present invention is applied to a robot as a positioning mechanism. Reference numeral 1 is a robot to be calibrated, and the robot 1 is a robot controller. Four
Controlled by. Robot controller 4 is processor 4
The processor 41 includes a memory 42 for storing control programs and data, a D / A converter 43, an A / D converter 45, and an input / output circuit 47 in the processor 41. Connected at 48. Also, D / A
An amplifier 44 that drives various actuators (servo motors, etc.) of the robot 1 is connected to the converter 43.
The converter 45 can receive signals from various sensors (position detectors that detect the rotation angle of each axis) provided in the robot 1 via an amplifier 46. The configuration of such a robot is the same as that of a conventional robot.

【0023】また、本発明のキャリブレーションを実行
するために、ロボットの先端に力覚センサ2が取り付け
られ、さらに、該力覚センサ1に既知の重量M(重力加
速度をGo としたとき)の物体3を取り付けられる。そ
して、力覚センサ2のコントローラ5は上記入出力回路
47に接続されている。
In order to execute the calibration of the present invention, a force sensor 2 is attached to the tip of the robot, and the force sensor 1 has a known weight M (when the gravitational acceleration is Go). The object 3 can be attached. The controller 5 of the force sensor 2 is connected to the input / output circuit 47.

【0024】上記力覚センサ2で検出できる力覚センサ
座標系(X,Y,Z)の原点に生じるX軸,Y軸,Z軸
方向の並進力を Sfx , Sfy , Sfz とし、力覚セン
サ座標系原点に生じるX,Y,Z軸回りのトルクを Sτ
x, Sτy, Sτzとし、S f=[ Sfx , Sfy , Sfz ]T S τ=[ Sτx, Sτy, Sτz]T とすると、 Sf=M・(G/Go ) Se …(21) Sτ=M・(G/Go ) Sp× Se …(22) なる関係式が成立する。なお、 Spは重量Mの物体3の
センサ座標系で表した重心位置で3行1列の行列で表さ
れる。
The translational forces in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions generated at the origin of the force sensor coordinate system (X, Y, Z) that can be detected by the force sensor 2 are S fx, S fy, and S fz, The torque around the X, Y and Z axes generated at the origin of the force sensor coordinate system is S τ
x, S .tau.y, and S τz, S f = [S fx, S fy, S fz] T S τ = [S τx, S τy, S τz] When T, S f = M · ( G / Go) S e (21) S τ = M (G / Go) S p × S e (22) The following relational expression holds. It should be noted that S p is the position of the center of gravity expressed in the sensor coordinate system of the object 3 of weight M, and is expressed in a matrix of 3 rows and 1 column.

【0025】上記力覚センサが6軸センサで上記並進力
Sf、及びトルク Sτを検出できるもので有れば、上記
21式及び22式を解くことでセンサ座標系における鉛
直方向単位ベクトル Seを求めることができる。しか
し、必ずしも、並進力 Sf、及びトルク Sτの6つの値
を検出できないものでも上記鉛直方向単位ベクトル S
を求めることができる。そこで、力覚センサ2で検出す
る最小限のデータについて検討する。
The force sensor is a 6-axis sensor and the translational force is
If S f and torque S τ can be detected, the vertical unit vector S e in the sensor coordinate system can be obtained by solving the above equations 21 and 22. However, even if the six values of the translational force S f and the torque S τ cannot be detected, the vertical unit vector S e
Can be asked. Therefore, the minimum data detected by the force sensor 2 will be examined.

【0026】(a)重力加速度Gが既知でない場合 重力加速度Gが既知もしくはG=Go と見做すことがで
きない場合には、 重心位置 SPが未知のとき 並進力 Sf、すなわち[ Sfx , Sfy , Sfz ]の3
成分が検出できればよい。
(A) When the gravitational acceleration G is not known When the gravitational acceleration G is known or cannot be regarded as G = Go, when the position of the center of gravity S P is unknown, the translational force S f, that is, [ S fx , S fy, 3 of S fz]
It suffices if the component can be detected.

【0027】重心位置 SPが既知のとき [ Sfx , Sfy , Sτz ],[ Sfy , Sfz , Sτ
x ],[ Sfz , Sfx , Sτy ]の組み合わせ以外の
任意の3成分を検出できればよい。
When the center of gravity position S P is known [ S fx, S fy, S τz], [ S fy, S fz, S τ
x], [ S fz, S fx, S τy] other than the arbitrary combination of three components can be detected.

【0028】(b)重力加速度Gが既知の場合 上記鉛直方向単位ベクトル Seが単位ベクトルであるこ
とが利用できるので、少なくとも2成分が検出できれば
よい。 重心位置 SPが未知のとき 任意の並進力2成分を検出できればよい。 重心位置 SPが既知のとき 並進力,トルクのうち任意の2成分が検出できればよ
い。
(B) When the gravitational acceleration G is known Since it is possible to utilize that the vertical unit vector S e is a unit vector, it is sufficient if at least two components can be detected. It is only necessary to be able to detect any two translational force components when the center of gravity position S P is unknown. When the gravity center position S P is known, it is sufficient if any two components of translational force and torque can be detected.

【0029】なお、上記(b)の場合、鉛直方向単位ベ
クトル Seのうち2成分が上記21式,22式を解くこ
とによって求まるが、例えば、 Sex , Sey が求まっ
たとき、 Sez は次のようにして求めればよい。 Sez =±[1−( Sex 2 Sey 2 )]1/2 …(23) また、上述のようにして鉛直方向単位ベクトル Seを求
めても、力覚センサ2の出力に誤差をもつから、このベ
クトル Seは単位ベクトルとはならない。そこで次の2
4式の演算を行って正規化して鉛直方向単位ベクトル S
eを求めようにする。
In the case of (b) above, two components of the vertical unit vector S e can be obtained by solving the above equations 21 and 22. For example, when S ex and S ey are obtained, S ez Can be obtained as follows. S ez = ± [1- ( S ex 2 + S ey 2 )] 1/2 (23) Further, even if the vertical direction unit vector S e is obtained as described above, the output of the force sensor 2 has an error. Therefore, this vector S e is not a unit vector. So next 2
Vertical unit vector S is calculated by normalizing after calculating 4 equations.
Try to find e.

【0030】 Se=(1/| Se|) Se = Se/( Sex 2 + Sey 2 + Sez 2 1/2 …(24) また、力覚センサ2が上記21式,22式を解く上で必
要以上の検出データを得ることができるときには、最小
自乗法などで Seを求めればよい。
S e = (1 / | S e |) S e = S e / ( S ex 2 + S ey 2 + S ez 2 ) 1/2 (24) In addition, the force sensor 2 is the above formula 21. , when it is possible to obtain more than necessary detection data in terms of solving the 22 expression may be determined to S e in a least square method.

【0031】図4〜図6は、本実施例におけるロボット
コントローラ4のプロセッサ41が実施するキャリブレ
ーション処理のフローチャートである。まず、ロボット
1の手首先端に力覚センサ2を取り付け、また、該力覚
センサ2に少なくとも重量Mが既知のツール等の物体3
を取り付け力覚センサコントロール5より並進力 Sfさ
らにはトルク Sτを検出できるようにする。そして、各
軸回転角のオフセット値の初期値を設計値φo 、各軸の
傾きの初期値を設計値αo 、ロボツトの回転軸の数nに
応じて3L ≧2nとなる、L の数を設定する。そして、
キャリブレーション指令をロボットコントローラに入力
すると、プロセッサ41は、まず、姿勢に対する指標j
を「1」にセットし(ステップS1)、ロボット1を回
転角θjの姿勢に移動させる(ステップS2)。なお、
このθj(j=1,2…L )の姿勢を予め設定しておい
てもよく、また、ロボツトコントローラの表示装置にロ
ボットを移動させるように表示して、手動で移動した
後、データ取り込み指令を入力するようにしてもよい。
なお、この場合にはその姿勢θjは記憶される。
4 to 6 are flowcharts of the calibration process executed by the processor 41 of the robot controller 4 in this embodiment. First, the force sensor 2 is attached to the tip of the wrist of the robot 1, and the object 3 such as a tool having a known weight M is attached to the force sensor 2.
Is attached so that the translational force S f and the torque S τ can be detected by the force sensor control 5. Then, the initial value of the offset value of each axis rotation angle is the design value φ o, the initial value of the inclination of each axis is the design value α o, and 3L ≧ 2n according to the number n of the rotation axes of the robot, and the number of L To set. And
When the calibration command is input to the robot controller, the processor 41 firstly makes an index j for the posture.
Is set to “1” (step S1), and the robot 1 is moved to the posture of the rotation angle θ j (step S2). In addition,
The posture of θ j (j = 1, 2 ... L) may be set in advance, or the robot controller may be displayed on the display unit of the robot controller so that the robot can be moved manually, and then the data can be captured. You may make it input a command.
In this case, the posture θ j is stored.

【0032】次に、力覚センサ2からの検出データ( S
fj, Sτj等のデータ)を力覚センサコントローラを
介して検出し(ステップS3)、検出されたデータ S
j, Sτjより上記21式,22式の演算を行うことに
よって、姿勢jのときのセンサ座標系における鉛直方向
単位ベクトル Sejを求め記憶する(ステップS4)。
次に指標jを「1」インクリメントし(ステップS
5)、該指標が設定値L を越えているか否か判断し(ス
テップS6)、越えてなければステップS2に戻り、ス
テップS2以下の処理を指標jが設定値L を越えるまで
実行する。こうしてL 個の異なったロボット姿勢におけ
る鉛直方向単位ベクトル Sej(ただしj=1,2,…
L )を得た後、キャリブレーション演算処理(ステップ
S7)を開始する。
Next, the detection data from the force sensor 2 (S
fj,Sdata such as τj) to the force sensor controller
Detected through (step S3), the detected dataSf
j, STo perform the above formulas 21 and 22 from τj
Therefore, the vertical direction in the sensor coordinate system for posture j
Unit vectorSej is calculated and stored (step S4).
Next, the index j is incremented by "1" (step S
5) Determine whether the index exceeds the set value L (S
Step S6), if not exceeded, return to Step S2
Perform the processing from step S2 onward until the index j exceeds the set value L.
Run. Thus L different robot poses
Vertical unit vectorSej (where j = 1, 2, ...
L), then the calibration calculation process (step
S7) is started.

【0033】パラメータφαを初期値φo ,αo にセ
ットし(ステップS100)、回転軸に対する指標i及
び姿勢に対する指標jを「1」にセットし(ステップS
101)、ステップS2で求めた姿勢の角回転軸の回転
角、及びパラメータφαにより、姿勢j(この時点で
はj=1における姿勢)におけるリンクLiの座標系Σ
iから見たリンクLi−1の座標系Σi-1 の姿勢を表す
回転行列 ii-1 を4式の演算を行うことによって求め
る(ステップS102)。次に回転軸に対する指標iを
「1」インクリメントし(ステップS103)、該指標
iが回転軸の数nを越えるまで(ステップS104)、
ステップS102以下の処理を繰り返し、回転行列 i
i-1 (ただし、i=1,2…n)が求まると指標iをn
−2にセットし(ステップS105)、ステップS10
2で求めた回転行列より ni+1 i+1i の演算を行
って回転行列 ni を求め(ステップS106)、指標
iを「1」ディクリメントし(ステップS107)、該
指標iが「0」より小さくなるまで、ステップS106
〜S108の処理を繰り返す。その結果、指標iが0よ
り小さくなった時点では、回転行列 n0 が求められ、
センサ座標系から見たベース座標系を表す SB が求め
られることになる。すなわちステップS105〜ステッ
プS108の処理は3式の演算を行っているものであ
る。
The parameters φ and α are set to initial values φ o and α o (step S100), and the index i for the rotation axis and the index j for the posture are set to "1" (step S100).
101), the rotation angle of the angular rotation axis of the posture determined in step S2, and the parameters φ 1 and α 2 , the coordinate system Σ of the link Li in the posture j (at this point, the posture at j = 1).
The rotation matrix i R i-1 representing a coordinate system .SIGMA.i-1 in the posture of the link Li-1 as viewed from the i obtained by performing the calculation of Equation 4 (step S102). Next, the index i for the rotation axis is incremented by "1" (step S103) until the index i exceeds the number n of rotation axes (step S104).
The processing from step S102 is repeated to rotate the rotation matrix i R
When i-1 (where i = 1, 2 ... n) is obtained, the index i is set to n
-2 (step S105) and step S10
From the rotation matrix obtained in step 2, n R i + 1 · i + 1 R i is calculated to obtain the rotation matrix n R i (step S106), and the index i is decremented by “1” (step S107). Until the index i becomes smaller than “0”, step S106.
~ The process of S108 is repeated. As a result, when the index i becomes smaller than 0, the rotation matrix n R 0 is obtained,
S R B representing a base coordinate system as viewed from the sensor coordinate system so that is required. That is, the processing of steps S105 to S108 is the calculation of three expressions.

【0034】求められた回転行列 SB より11式の演
算を行って姿勢θjにおけるセンサから見た重力方向単
位ベクトル Sej,o を求める(ステップS109)。そ
して、ステップS4で求めた Sej とこの単位ベクトル
Sej,o (この時点ではj=1)の外積 Sej × Sej,
o を演算し19式の行列にセットする(ステップS1
10)。次に指標iを「0」にセットし(ステップS1
11)、13式より nZi (θj)、 nxi (θj)を
求め、17式の行列Aにセットする(ステップS11
2)。その後、指標iを「1」インクリメントし(ステ
ップS113)、該指標がn−1を越えたか否か判断し
(ステップS114)、この値を越えるまで、ステップ
S112〜S114の処理を繰り返す。指標iがn−1
の値を越えた時点では、17式の行列Aのj行の1列の
値が決まることになる。指標iがn−1の値を越える
と、姿勢に対する指標jを「1」インクリメントし(ス
テップS115)、該指標jが設定値L を越えたか否か
判断し(ステップS116)、越えてなければ、指標i
を「1」にセットして(ステップS117)、ステップ
S102に戻りステップS102〜ステップS116の
処理を繰り返す。
[0034] the obtained rotation matrix S R B from the equation (11) the gravity direction unit vector S ej of calculating the go viewed from the sensor in orientation theta j of obtaining the o (step S109). Then, S ej obtained in step S4 and this unit vector
Outer product of S ej, o (j = 1 at this point) S ej × S ej,
o is calculated and set in the matrix b of Expression 19 (step S1)
10). Next, the index i is set to "0" (step S1
11), 13 Equation than n Zi j), n obtains the xi (theta j) is set to 17 Expressions matrix A (step S11
2). After that, the index i is incremented by "1" (step S113), it is determined whether the index exceeds n-1 (step S114), and the processes of steps S112 to S114 are repeated until the index i is exceeded. Index i is n-1
When the value exceeds the value of, the value of the jth row and the 1st column of the matrix A of Expression 17 is determined. When the index i exceeds the value of n-1, the index j for the posture is incremented by "1" (step S115), and it is judged whether or not the index j exceeds the set value L (step S116). , Index i
Is set to "1" (step S117), the process returns to step S102, and the processes of steps S102 to S116 are repeated.

【0035】こうして指標jの値が設定値L の値をこえ
ると、行列A及び行列の各要素の値が決まり、行列A
及び行列が確定する。次に、3L =2nか否か判断
し、等しいならば、求められた行列A及び行列より1
6式の演算をガウスの消去法などで実行し、行列、す
なわちΔφ、Δαを求める(ステップS123)。また
3L >2nのときには、行列Aの転置行列AT を求めA
T Aの演算を行って行列A´=AT Aを求め(ステップ
S119)、次に演算´=AT を行って行列´を
求める(ステップS120)。こうして求まった行列A
´,´より20式の演算を行って行列をガウス消去
法などで求める(ステップS121)。
Thus, when the value of the index j exceeds the value of the set value L, the value of each element of the matrix A and the matrix b is determined, and the matrix A
And the matrix b is determined. Next, it is determined whether or not 3L = 2n, and if they are equal, 1 is obtained from the obtained matrix A and matrix b.
The calculation of Equation 6 is executed by the Gaussian elimination method or the like to obtain the matrix u 1 , that is, Δ φ and Δ α (step S123). When 3L> 2n, the transposed matrix A T of the matrix A is calculated and A
The calculation of T A is performed to obtain the matrix A ′ = A T A (step S119), and then the calculation b ′ = A T b is performed to obtain the matrix b ′ (step S120). Matrix A obtained in this way
Equation 20 is calculated from ′ and b ′ to obtain the matrix u by the Gaussian elimination method or the like (step S121).

【0036】ステップS121またはステップS123
で求められた行列、すなわちΔφ、Δαを初期値φo
αo に加算し新しい初期値φo 、αo とし(ステッ
プS122)、指標iを「1」にセットし(ステップS
125)、ステップS121もしくはステップS123
で求めたΔφ、Δαにおける回転軸iにおけるオフセッ
ト値の誤差Δφi、軸の傾きΔαiが所定値εより小さ
いかいにか否か判断し(ステップS126)、小さけれ
ば、指標iを「1」インクリメントし(ステップS12
7)、指標iが2nを越えるまで(ステップS12
8)、ステップS126〜S128の処理を繰り返す。
そして、Δφi、Δαiが所定値ε以上であるとステッ
プS101に戻り前述したステップS101以下の処理
を再び実施する。かくして、全ての回転軸に対してオフ
セット値の誤差Δφi、軸の傾きΔαiが所定値εより
小さくなると、ステップS122で求めた初期値φo 、
αo をオフセット値の誤差φ、軸の傾きαとしてセット
し(ステップS129)、キャリブレーション処理を終
了する。
Step S121 or step S123
Obtained in the matrix u, i.e. Δ φ, Δ α initial value phi o
, Α o to obtain new initial values φ o and α o (step S122), and the index i is set to “1” (step S122).
125), step S121 or step S123
In the obtained delta phi, error Δφi offset value in the rotation axis i in delta alpha, the inclination of the axis Δαi is determined whether a smaller paddle predetermined value epsilon (step S126), the smaller, the index i to "1" Increment (step S12
7) until the index i exceeds 2n (step S12)
8), and the processing of steps S126 to S128 is repeated.
Then, if Δφi and Δαi are equal to or greater than the predetermined value ε, the process returns to step S101, and the processes of step S101 and subsequent steps described above are performed again. Thus, when the error Δφi of the offset value and the inclination Δαi of the axis with respect to all the rotation axes become smaller than the predetermined value ε, the initial value φ o obtained in step S122,
α o is set as the error φ of the offset value and the inclination α of the axis (step S129), and the calibration process ends.

【0037】さらに、ベース座標系から見た鉛直方向 B
eを求めることが必要な場合には、ステップS129で
求めたオフセット値の誤差φ、軸の傾きαのリンクL1
に対する値φ1,α1とリンクL1の回転各θ1、リン
クL1に対する初期設定値φ1,o ,α1,o より上記10
式の演算を行ってベース座標系から見た鉛直方向 Beを
求めればよい。
Further, the vertical direction B seen from the base coordinate system.
If it is necessary to obtain e, the link L1 of the error φ 1 of the offset value obtained in step S129 and the inclination α of the axis
From the values φ1, α1 and the respective rotations θ1 of the link L1, and the initial setting values φ1, o, α1, o for the link L1.
May be obtained in the vertical direction B e viewed from the base coordinate system by performing the operation of Equation.

【0038】上記実施例では、鉛直方向を知ることので
きるセンサとして、力覚センサを用いたが、他の鉛直方
向を知ることのできるセンサを用いてもよい。例えば、
4分割フォトダイオードアレイを用いた気泡変形傾斜角
センサや2軸計測パーティカルジャイロ等の2自由度傾
斜角センサでは、センサ水平面(例えばX−Y平面)に
対して水平面が鉛直方向にベクトル=[x,y,0]
T 方向にβ傾いていることを検出できる。これにより、
図7に示すようにセンサ座標系における鉛直方向単位ベ
クトル Seのセンサ座標系における各軸成分は、 X軸成分=sinβ・cosθ=sinβ・x/(x2
+y2 1/2 Y軸成分=sinβ・sinθ=sinβ・y/(x2
+y2 1/2 Z軸成分=−cosβ であるから、傾きβとこの傾きの方向のベクトル
[x,y,0]T が2自由度傾斜角センサで検出される
と、この検出値より上記各軸成分の値をセンサのコント
ローラもしくは、ロボットコントローラによって算出す
ることによってセンサ座標系における鉛直方向単位ベク
トル Seを知ることができる。
In the above embodiment, the force sensor is used as the sensor capable of knowing the vertical direction, but another sensor capable of knowing the vertical direction may be used. For example,
In a two-degree-of-freedom tilt angle sensor such as a bubble deformation tilt angle sensor using a four-division photodiode array or a two-axis measurement parical gyro, the horizontal plane is perpendicular to the sensor horizontal plane (for example, the XY plane) and the vector r = [X, y, 0]
It is possible to detect that β is tilted in the T direction. This allows
As shown in FIG. 7, each axis component of the vertical unit vector S e in the sensor coordinate system in the sensor coordinate system is as follows: X-axis component = sin β · cos θ = sin β · x / (x 2
+ Y 2 ) 1/2 Y-axis component = sin β · sin θ = sin β · y / (x 2
+ Y 2 ) 1/2 Z-axis component = −cos β, so that the gradient β and the vector r in the direction of this gradient =
When [x, y, 0] T is detected by the two-degree-of-freedom tilt angle sensor, the value of each axis component is calculated from the detected value by the sensor controller or the robot controller to determine the vertical direction in the sensor coordinate system. The unit vector S e can be known.

【0039】また、上述したパラメータを全て求めずに
一部のみ求めることが望ましい場合がある。例えば、軸
の傾斜角αを変更がないものとして求めず、回転角のオ
フセット値の誤差Δφのみを求める場合は、上述した行
列Aは nx0 (θ1)〜 nxn-1 (θL )の要素がなく
なり、要素数が減り演算量が少なくてすむ。また、行列
=Δφとなる。そして、3L =nのときは一意に
決まり、3L >nのときには最小自乗法よりすなわち
Δφを求めればよい。
In some cases, it may be desirable to obtain only a part of the above parameters without obtaining them. For example, not determined that there is no change inclination angle α of the axis, the case of obtaining only the error delta phi offset value of the rotation angle, the matrix A described above n x0 (θ 1) ~ n xn-1 (θ L ) Is eliminated, the number of elements is reduced and the amount of calculation is small. Also the matrix
u becomes u = Δ φ. Then, when the 3L = n uniquely determined, may be found the u ie delta phi than the minimum square method when the 3L> n.

【0040】[0040]

【発明の効果】本発明は、鉛直方向を知ることのできる
センサを用いることによって位置決め機構のキャリブレ
ーションを自動的に行うことができるから、熟練を必要
とせず、簡単に行うことができる。
According to the present invention, since the positioning mechanism can be automatically calibrated by using a sensor capable of knowing the vertical direction, it can be easily performed without requiring any skill.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】DH法を用いたリンクパラメータ、リンク座標
系の説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a link parameter and a link coordinate system using a DH method.

【図2】同DH法を用いたリンクパラメータ、リンク座
標系の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a link parameter and a link coordinate system using the same DH method.

【図3】本発明の方式をロボットのキャリブレーション
に適用したときの一実施例のブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram of an embodiment when the method of the present invention is applied to calibration of a robot.

【図4】同実施例におけるキャリブレーション処理のフ
ローチャートの一部である。
FIG. 4 is a part of a flowchart of a calibration process in the embodiment.

【図5】同実施例におけるキャリブレーション処理のフ
ローチャートの続きである。
FIG. 5 is a continuation of the flowchart of the calibration process in the embodiment.

【図6】同実施例におけるキャリブレーション処理のフ
ローチャートの続きである。
FIG. 6 is a continuation of the flowchart of the calibration process in the embodiment.

【図7】2自由度傾斜角センサでセンサ座標系における
鉛直方向単位ベクトルの求め方の説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of how to obtain a vertical direction unit vector in a sensor coordinate system by a two-degree-of-freedom tilt angle sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ロボット 2 力覚センサ 3 物体 4 ロボツトコントローラ 5 力覚センサコントローラ 1 Robot 2 Force sensor 3 Object 4 Robot controller 5 Force sensor controller

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 回転軸を有する位置決め機構の先端に鉛
直方向を知ることのできるセンサを取り付け、位置決め
機構を異なった数姿勢に動かし、各姿勢において得られ
た各回転軸位置及び鉛直方向より、位置決め機構の姿勢
変換に関する角度パラメータと機構ベース座標系から見
た鉛直方向を求めることを特徴とする回転軸を有する位
置決め機構のキャリブレーション方式。
1. A sensor capable of knowing the vertical direction is attached to the tip of a positioning mechanism having a rotation axis, the positioning mechanism is moved to several different postures, and the rotation axis position and the vertical direction obtained in each posture A calibration method for a positioning mechanism having a rotation axis, which is characterized in that an angle parameter for posture conversion of a positioning mechanism and a vertical direction viewed from a mechanism-based coordinate system are obtained.
【請求項2】 上記求められた位置決め機構の姿勢変換
に関する角度パラメータより機構ベース座標系から見た
鉛直方向を求める請求項1記載の回転軸を有する位置決
め機構のキャリブレーション方式。
2. The calibration method for a positioning mechanism having a rotating shaft according to claim 1, wherein a vertical direction viewed from a mechanism base coordinate system is obtained from the obtained angle parameter relating to the posture conversion of the positioning mechanism.
【請求項3】 位置決め機構を該位置決め機構の自由度
の2/3倍以上の数の異なった姿勢に動かし、位置決め
機構の各回転軸のオフセット値及び回転軸の傾きと機構
ベース座標系から見た鉛直方向を求める請求項1または
請求項2記載の回転軸を有する位置決め機構のキャリブ
レーション方式。
3. The positioning mechanism is moved to two or more different postures in which the degree of freedom of the positioning mechanism is 2/3 or more, and the offset value of each rotary shaft of the positioning mechanism, the tilt of the rotary shaft, and the mechanism base coordinate system are used. A calibration method for a positioning mechanism having a rotating shaft according to claim 1 or 2, wherein a vertical direction is obtained.
【請求項4】 上記センサは直交する3次元座標系の各
軸方向の力を検出できる力覚センサと重量が既知である
負荷で構成されている請求項1,請求項2または請求項
3記載の回転軸を有する位置決め機構のキャリブレーシ
ョン方式。
4. The sensor according to claim 1, wherein the sensor is composed of a force sensor capable of detecting a force in each axial direction of an orthogonal three-dimensional coordinate system and a load having a known weight. Calibration method of positioning mechanism with rotation axis.
【請求項5】 上記センサは直交する3次元座標系の各
軸方向の力と各軸回りのトルクを検出できる力覚センサ
と重量と重心位置が既知である負荷で構成されている請
求項1,請求項2または請求項3記載の回転軸を有する
位置決め機構のキャリブレーション方式。
5. The force sensor according to claim 1, wherein the sensor is composed of a force sensor capable of detecting a force in each axial direction of an orthogonal three-dimensional coordinate system and a torque around each axis, and a load having a known weight and center of gravity. A calibration method of a positioning mechanism having a rotating shaft according to claim 2 or 3.
【請求項6】 上記センサは2自由度傾斜角センサで構
成されている請求項1,請求項2または請求項3記載の
回転軸を有する位置決め機構のキャリブレーション方
式。
6. The calibration system for a positioning mechanism having a rotating shaft according to claim 1, wherein the sensor is a two-degree-of-freedom tilt angle sensor.
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