JPH0728514A - Machine error deriving method - Google Patents

Machine error deriving method

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JPH0728514A
JPH0728514A JP15211493A JP15211493A JPH0728514A JP H0728514 A JPH0728514 A JP H0728514A JP 15211493 A JP15211493 A JP 15211493A JP 15211493 A JP15211493 A JP 15211493A JP H0728514 A JPH0728514 A JP H0728514A
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JP
Japan
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axis
machining tool
parameters
parameter
orientation
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JP15211493A
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Japanese (ja)
Inventor
Masatoshi Hida
正俊 飛田
Takashi Harada
孝 原田
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To unequivocally calculate a derived solution, to increase the calculation speed, and to improve the precision of the derived error at the time of deriving the geometrical error of a robot including a direct-acting shaft, an NC working machine, or the like. CONSTITUTION:The D-H notation is used to make a mechanism, whose front end a working tool is attached to, into a model, and the position and the attitude of this working tool for operation of this mechanism are measured, and the model is used to estimate them, and these measured value (r) and estimated value r' are compared with each other to derive the error of the mechanism. In this case, only parameters to change the coordinates of a driving shaft of the mechanism are used in the model; and when the model is used to estimate the position and the attitude of the working tool, coordinate transform S operation based on the rotation parameter which directs the driving shaft, coordinate transform T operation based on the translation parameter which translates the driving shaft, and inverse transform S<-1> operation of coordinate transform based on the rotation parameter are successively executed.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は機差導出方法に係り,詳
しくは直動軸を含むロボット及びNC工作機械などの機
差導出方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a machine difference deriving method, and more particularly to a machine difference deriving method for a robot including a linear axis and an NC machine tool.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に加工機械などの機差を導出する場
合,ロボット技術としてよく知られてるデナビット・ハ
ーテンベルグの記法(以下D−H記法と呼ぶ)による機
構のモデリング手法が利用されている(特開平4−21
1806号公報)。これは,隣接する駆動軸の座標系を
2つの並進パラメータと2つの回転パラメータとの4つ
のパラメータで表記するものである。以下,5軸NC研
削盤を例にとって説明する。図2に示すように5軸NC
研削盤は,A軸,X軸,Y軸,Z軸及びC軸から構成さ
れている。図3は各軸の座標系を示すものであり,図中
A軸及びC軸は回転軸,X軸,Y軸及びZ軸は直動軸で
ある。一般的なD−H記法によれば,隣接する軸間の関
係は,上記4つのパラメータで表現できる。幾何学的な
誤差を導出する場合,軸の指令値とエンコーダのオフセ
ット量とを分離する必要があるので,結局リンク間距離
i ,リンク間角度θi ,リンク長ai ,ねじれ角αi
といった4つの幾何学的な誤差パラメータと,次の1つ
の軸駆動パラメータとの5つで表現できる(図4
(a),(b)参照)。つまり,D−H記法では任意の
機構を4つのパラメータで隣接するリンク間を表示す
る。現実のロボットの関節を考えた時,図4(a)の回
転関節の場合は,リンク間角度θi を,また図4(b)
の直動関節の場合は,リンク間距離di の値を変化させ
ることによりリンクが動く。この時ロボットの関節角を
i とおくと次式が成立する。 回転関節:θi =ji +Δθi 直動関節:di =ji +Δdi D−H記法では,4つの表記となっても現実のモデリン
グの際は,ロボットの関節角ji を上記2つのパラメー
タθi ,di が含んでいることを考え, モデリング及び
計算をする必要がある。ここに,上記軸駆動パラメータ
がロボットの関節角ji に相当し,エンコーダオフセッ
ト量がΔθi 又はΔdi に相当する。又,ロボットの関
節角ji はある測定時には決まっている値であり,機差
導出過程では不変である。図7はこのようなD−H記法
によるモデリング手法を用いた従来の機差導出方法の一
例における概略フローを示す説明図である。図7に示す
如く,従来の機差導出方法は,先端に加工工具を取りつ
けた機構を各種パラメータで表すD−H記法を用いてモ
デル化し(S1),上記機構を動作させた時の加工工具
の位置・姿勢を計測し(S2),上記機構を動作させた
時の上記加工工具の位置・姿勢を上記モデルを用いて推
定し(S3),上記加工工具の位置・姿勢の計測値rと
推定値r′とを比較することにより上記機構の機差を導
出する方法である。従来は,このような方法により,絶
対位置決め精度が要求される加工機械などの機差導出を
行っていた。
2. Description of the Related Art Generally, when deriving a machine difference of a processing machine or the like, a mechanism modeling method based on the Denabit-Hartenberg notation (hereinafter referred to as DH notation), which is well known as a robot technology, is used. Kaihei 4-21
1806). This expresses the coordinate system of the adjacent drive axes by four parameters of two translation parameters and two rotation parameters. Hereinafter, a 5-axis NC grinder will be described as an example. As shown in Fig. 2, 5-axis NC
The grinder is composed of A axis, X axis, Y axis, Z axis and C axis. FIG. 3 shows a coordinate system of each axis. In the figure, the A axis and C axis are rotation axes, and the X axis, Y axis and Z axis are linear motion axes. According to the general DH notation, the relationship between adjacent axes can be expressed by the above four parameters. When deriving the geometrical error, it is necessary to separate the command value of the axis and the offset amount of the encoder. Therefore, the inter-link distance d i , the inter-link angle θ i , the link length a i , and the twist angle α i
4 geometrical error parameters and one of the following 1 axis drive parameters (Fig. 4).
(See (a) and (b)). That is, in the DH notation, an arbitrary mechanism is displayed with four parameters between adjacent links. Considering the joints of an actual robot, in the case of the rotary joints of FIG. 4 (a), the inter-link angle θ i , and FIG.
In the case of the direct acting joint, the link moves by changing the value of the inter-link distance d i . At this time, if the joint angle of the robot is set to j i , the following equation is established. Revolving joint: θ i = j i + Δθ i Direct acting joint: d i = j i + Δd i In the D-H notation, even if four notations are used, in the actual modeling, the joint angle j i of the robot is set to the above 2 One parameter theta i, consider that the d i contains, it is necessary to modeling and calculation. Here, the axis drive parameter corresponds to the joint angle j i of the robot, and the encoder offset amount corresponds to Δθ i or Δd i . Further, the joint angle j i of the robot is a fixed value at a certain measurement and does not change in the process of deriving the machine difference. FIG. 7 is an explanatory diagram showing a schematic flow in an example of a conventional machine difference derivation method using such a modeling method by the DH notation. As shown in FIG. 7, the conventional machine difference derivation method models a mechanism with a machining tool attached to the tip using the DH notation that expresses various parameters (S1), and the machining tool when the above mechanism is operated. Position / orientation of the machining tool (S2), the position / orientation of the machining tool when the mechanism is operated is estimated using the model (S3), and the measured value r of the position / orientation of the machining tool is calculated. This is a method for deriving the machine difference of the above mechanism by comparing with the estimated value r '. Conventionally, such methods have been used to derive machine differences for processing machines that require absolute positioning accuracy.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記したような従来の
機差導出方法では,特に機差導出を行う対象の機構に直
動軸が含まれる場合は,幾何学的な誤差定数が一意に決
まらず,解が無限に導出される。これは直動軸の原点位
置とエンコーダオフセット値が冗長な関係にあるためで
ある。即ち,直動軸のモデリングにおいては,該直動軸
以降の座標系を平行移動するだけであるので,直動軸の
原点は任意の場所にとることができる。一般的には隣接
する軸の座標原点と一致するようにとる。しかし誤差導
出を行う際,直動軸のモデリングを4つの誤差パラメー
タで表すと,座標原点の位置が任意にとれることから,
導出方程式が一意に解けず,このようなモデリングは好
ましくない。例えば,図4(c)において,直動軸の原
点はメカニカルな直動軸上にあるが,同図の如く直動軸
原点を関節i+1上にとっても何ら問題の本質は変わら
ない。換言すれば,直動軸は,その座標原点位置はどこ
にあってもかまわないことになり,上記冗長な関係が生
じるのである。また,直動軸はその軸以降の機構を単に
平行移動させるだけであるが,D−H記法を用いた場合
直動軸の移動軸方向を表現する2つの回転パラメータを
機差導出過程で微小変化させると,それ以降の全ての座
標系,換言すればそれ以降の全てのパラメータに影響を
及ぼすことになる。このことは,機差導出の際の収束速
度や精度の向上が困難であることを意味する。本発明
は,このような従来の技術における課題を解決する為
に,機差導出方法を改良し,直動軸を含むロボット及び
NC加工機などの幾何学的な誤差を導出する際に,導出
解が一意に算出されかつ収束計算の高速化および導出誤
差の精度の向上を図り得る機差導出方法を提供すること
を目的とするものである。
In the conventional method for deriving a machine difference as described above, the geometrical error constant is uniquely determined, especially when the mechanism for which the machine difference is derived includes a linear axis. No, the solution is derived infinitely. This is because the origin position of the linear motion axis and the encoder offset value have a redundant relationship. That is, in modeling the linear motion axis, the coordinate system after the linear motion axis is simply moved in parallel, so that the origin of the linear motion axis can be set at an arbitrary position. Generally, it is set so that it coincides with the coordinate origin of the adjacent axis. However, when deriving the error, if the modeling of the linear motion axis is expressed by four error parameters, the position of the coordinate origin can be arbitrarily set,
Since the derived equation cannot be uniquely solved, such modeling is not preferable. For example, in FIG. 4C, the origin of the linear motion axis is on the mechanical linear motion axis, but the essence of the problem does not change even if the linear motion axis origin is on the joint i + 1 as shown in FIG. In other words, the linear motion axis does not matter where the coordinate origin position is, and the above redundant relationship occurs. In addition, the linear motion shaft simply translates the mechanism after that axis, but when the DH notation is used, two rotation parameters expressing the moving axis direction of the linear motion shaft are minutely calculated in the machine difference derivation process. Changing it will affect all subsequent coordinate systems, in other words all subsequent parameters. This means that it is difficult to improve the convergence speed and accuracy when deriving the machine difference. In order to solve such a problem in the conventional technique, the present invention improves a method for deriving a machine difference and derives it when deriving a geometrical error of a robot including a linear motion axis and an NC processing machine. It is an object of the present invention to provide a machine-difference deriving method in which a solution is uniquely calculated, a convergence calculation can be speeded up, and the accuracy of a derivation error can be improved.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為に
本発明は,先端に加工工具を取り付けた機構を各種パラ
メータで表すデナビット・ハーテンベルグの記法を用い
てモデル化し,上記機構を動作させた時の上記加工工具
の位置・姿勢を計測し,上記機構を動作させた時の上記
加工工具の位置・姿勢を上記モデルを用いて推定し,上
記加工工具の位置・姿勢の計測値と推定値とを比較する
ことにより上記機構の機差を導出する機差導出方法にお
いて,上記モデル中に上記機構の駆動軸の座標を変化さ
せるパラメータのみを用いることを特徴とする機差導出
方法として構成されている。更に,先端に加工工具を取
り付けた機構を各種パラメータで表すデナビット・ハー
テンベルグの記法を用いてモデル化し,上記機構を動作
させた時の上記加工工具の位置・姿勢を計測し,上記機
構を動作させた時の上記加工工具の位置・姿勢を上記モ
デルを用いて推定し,上記加工工具の位置・姿勢の計測
値と推定値とを比較することにより上記機構の機差を導
出する機差導出方法において,上記モデル中に上記機構
の駆動軸の座標を変化させるパラメータのみを用いるこ
ととすると共に,上記モデルを用いて上記加工工具の位
置・姿勢を推定する際に,上記駆動軸を方向づける回転
パラメータによる座標変換演算と,上記駆動軸を並進さ
せる並進パラメータによる座標変換演算と,上記回転パ
ラメータによる座標変換の逆変換演算とを順次実行する
ことを特徴とする機差導出方法である。
In order to achieve the above object, the present invention operates a mechanism in which a machining tool is attached to the tip thereof is modeled by using the notation of Denabit-Hartenberg which represents various parameters and the mechanism is operated. The position / orientation of the processing tool at the time is measured, the position / orientation of the processing tool when the mechanism is operated is estimated using the model, and the measured value and the estimated value of the position / orientation of the processing tool are calculated. In the machine-difference derivation method for deriving the machine-difference of the mechanism by comparing with, it is configured as a machine-difference derivation method characterized in that only parameters for changing the coordinates of the drive shaft of the mechanism are used in the model. ing. Furthermore, a mechanism with a machining tool attached to the tip is modeled using the Denabit-Hartenberg notation that expresses various parameters, the position and orientation of the machining tool when the mechanism is operated is measured, and the mechanism is operated. A machine difference deriving method for estimating the position / orientation of the machining tool using the above model, and deriving the machine difference of the mechanism by comparing the measured value of the position / orientation of the machining tool with the estimated value. In the above, only parameters for changing the coordinates of the drive shaft of the mechanism are used in the model, and the rotation parameter for orienting the drive shaft when estimating the position / orientation of the machining tool using the model. The coordinate conversion calculation by the above, the coordinate conversion calculation by the translation parameter for translating the drive axis, and the inverse conversion calculation of the coordinate conversion by the rotation parameter are sequentially performed. Is instrumental error derivation method characterized by rows.

【0005】[0005]

【作用】本発明によれば,先端に加工工具を取りつけた
機構を各種パラメータで表すデナビット・ハーテンベル
グの記法を用いてモデル化し,上記機構を動作させた時
の上記加工工具の位置・姿勢を計測し,上記機構を動作
させた時の上記加工工具の位置・姿勢を上記モデルを用
いて推定し,上記加工工具の位置・姿勢の計測値と推定
値とを比較することにより上記機構の機差を導出する際
に,上記モデル中に上記機構の駆動軸の座標を変化させ
るパラメータのみが用いられる。このように直動軸の幾
何学的なパラメータ表記法について誤差情報が一意に決
まるようなパラメータのみを用いることにより,機差導
出の際の収束速度を向上させることができる。更に,上
記モデルを用いて上記加工工具の位置・姿勢を推定する
際に,上記駆動軸を方向づける回転パラメータによる座
標変換演算と,上記駆動軸を並進させる並進パラメータ
による座標変換演算と,上記回転パラメータによる座標
変換の逆変換演算とが順次実行される。このようにして
直動軸以降のパラメータに影響を及ぼさないようなモデ
リングを行うことによりパラメータの分離が容易とな
り,幾何学的なパラメータを導出するうえで測定誤差が
累積的に加算されることが避けられる。このことは幾何
学的な誤差パラメータの導出計算の収束性及び機差導出
精度の向上を図り得ることを意味する。その結果,直動
軸を含むロボット及びNC加工機の幾何学的誤差を導出
する際に,導出解が一意に算出されかつ収束計算の高速
化および導出誤差の精度の向上を図り得る機差導出方法
を得ることができる。
According to the present invention, the mechanism in which the machining tool is attached to the tip is modeled using the notation of Denabit-Hartenberg, which represents various parameters, and the position / orientation of the machining tool when the mechanism is operated is measured. Then, the position / orientation of the machining tool when the mechanism is operated is estimated using the model, and the machine difference of the mechanism is calculated by comparing the measured value of the position / orientation of the machining tool with the estimated value. When deriving the, only parameters that change the coordinates of the drive axis of the mechanism are used in the model. In this way, by using only the parameters for which the error information is uniquely determined for the geometrical parameter notation of the linear motion axis, the convergence speed when deriving the machine difference can be improved. Further, when estimating the position / orientation of the machining tool using the model, coordinate conversion calculation by a rotation parameter that orients the drive axis, coordinate conversion calculation by a translation parameter that translates the drive axis, and the rotation parameter. And the inverse transformation calculation of the coordinate transformation are sequentially executed. In this way, by modeling so that the parameters after the linear axis are not affected, the parameters can be separated easily, and the measurement error can be cumulatively added when deriving the geometrical parameters. can avoid. This means that the convergence of the geometric error parameter derivation calculation and the accuracy of machine difference derivation can be improved. As a result, when deriving the geometrical error of the robot including the linear motion axis and the NC processing machine, the derived solution can be uniquely calculated, the convergence calculation can be speeded up, and the accuracy of the derived error can be improved. You can get the way.

【0006】[0006]

【実施例】以下添付図面を参照して,本発明を具体化し
た実施例につき説明し,本発明の理解に供する。尚,以
下の実施例は,本発明を具体化した一例であって,本発
明の技術的範囲を限定する性格のものではない。ここ
に,図1は本発明の一実施例に係る機差導出方法の概略
フローを示す説明図,図2は5軸NC研削盤の外観及び
その動作方向をしめす説明図(従来例と共用),図3は
5軸NC研削盤の軸座標系の説明図(従来例と共用),
図4はD−H記法により機構の関節廻りを表現した図
(従来例と共用),図5はパラメータ特性図,図6は機
差導出計画の詳細フローを示す説明図である。尚,前記
図7に示した従来の機差導出方法と共通する要素には同
一符号を使用する。図1に示す如く,本実施例に係る機
差導出方法は,先端に加工工具を取りつけた機構を各種
パラメータで表すD−H記法を用いてモデル化し(S
1′),上記機構を動作させた時の加工工具の位置・姿
勢を計測し(S2′),上記機構を動作させた時の上記
加工工具の位置・姿勢をモデルを用いて推定し(S
3′),上記加工工具の位置・姿勢の計測値rと推定値
r′とを比較することにより上記機構の機差を導出する
点で従来例と同様である。しかし本実施例では,上記モ
デル中に上記機構の駆動軸の座標を変化させるパラメー
タのみを用いることとすると共に,上記モデルを用いて
上記加工工具の位置・姿勢を推定する際に,上記駆動軸
を方向づける回転パラメータによる座標変換演算(S3
a′)と,上記駆動軸を並進させる並進パラメータによ
る座標変換演算(S3b′)と,上記回転パラメータに
よる回転変換の逆変換演算(S3c′)とを順次実行す
る点で従来例と異なる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings for the understanding of the present invention. The following embodiments are examples of embodying the present invention and are not intended to limit the technical scope of the present invention. Here, FIG. 1 is an explanatory view showing a schematic flow of a machine difference deriving method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory view showing an appearance of a 5-axis NC grinder and its operation direction (shared with a conventional example). , Fig. 3 is an explanatory view of the axis coordinate system of a 5-axis NC grinder (shared with the conventional example),
FIG. 4 is a diagram expressing the joint around of the mechanism by the DH notation (shared with the conventional example), FIG. 5 is a parameter characteristic diagram, and FIG. 6 is an explanatory diagram showing a detailed flow of the machine difference derivation plan. The same reference numerals are used for the elements common to the conventional machine difference deriving method shown in FIG. As shown in FIG. 1, the machine-difference deriving method according to the present embodiment is modeled by using the DH notation in which a mechanism in which a machining tool is attached to the tip is represented by various parameters (S
1 '), the position / orientation of the machining tool when the mechanism is operated is measured (S2'), and the position / orientation of the machining tool when the mechanism is operated is estimated using a model (S).
3 '), which is similar to the conventional example in that the machine difference of the mechanism is derived by comparing the measured value r of the position / orientation of the machining tool with the estimated value r'. However, in this embodiment, only parameters for changing the coordinates of the drive shaft of the mechanism are used in the model, and the drive shaft is used when estimating the position / orientation of the machining tool using the model. Transformation calculation (S3
This is different from the conventional example in that a '), a coordinate conversion calculation (S3b') by a translation parameter for translating the drive shaft, and an inverse conversion calculation (S3c ') by a rotation parameter by the rotation parameter are sequentially executed.

【0007】以下,従来例と同様の5軸NC研削盤を例
にとってこの方法の基本原理について述べる。先ず,図
2に示すように5軸NC研削盤は,A軸,X軸,Y軸,
Z軸及びC軸から構成されている。図3は各軸の座標系
を示すものであり,図中A軸及びC軸は回転軸,X軸,
Y軸及びZ軸は直動軸である。前述したように一般的な
D−H記法によれば,隣接する軸間の関係は,4つのパ
ラメータで表現できる。幾何学的な誤差を導出する場
合,軸の指令値とエンコーダのオフセット量とを分離す
る必要があるので,結局リンク間距離di ,リンク間角
度θi ,リンク長ai ,ねじれ角αi といった4つの幾
何学的な誤差パラメータと,関節角ji といった1つの
軸駆動パラメータとの5つで表現できる(図4(a),
(b)参照)。このような直動軸のモデリングにおいて
は,該直動軸以降の座標系を平行移動するだけであるの
で,直動軸の原点は任意の場所にとることができる。一
般的には隣接する軸の座標原点と一致するようにとる。
しかし誤差導出を行う際,直動軸のモデリングを4つの
誤差パラメータで表すと,座標原点の位置が任意にとれ
ることから,導出方程式が一意に解けず,このようなモ
デリングは好ましくない。以上の点については既述の通
りである。従って,図4(c)において,直動軸は,そ
の座標原点位置はどこにあってもよく,図のようにすれ
ば,di =ai =0となり,かえって計算上都合がよく
なることが多い。本発明では,パラメータを導出するこ
とが目的である為,逆にこのようなパラメータについて
はモデリングの際に省く必要がある。つまり,直動軸の
パラメータは原点位置を変化させる要因を持つものにつ
いては全て省いて考慮しない。従って,パラメータa
i-1 とエンコーダオフセット量Δdi とについては,
差を導出する上で変化させるパラメータとして取り扱わ
ない。すなわち,機差導出を行う際は直動軸のモデリン
グにおいては原点の平行移動成分を表す2つの幾何パラ
メータについては冗長であるので考慮しない。上述の説
明に沿ってモデリングを行うと,直動軸は軸の平行移動
方向を決定する2つの回転パラメータθi-1 ,α
i-1 (駆動軸の座標を変化させるパラメータに相当)で
表現できることになる。但し,軸駆動パラメータji
ある測定時には決まっている値で機差導出過程では不変
であるため,該測定時には定数として上記モデルに含ま
れることになる。次に,モデリングについて説明する。
The basic principle of this method will be described below by taking a 5-axis NC grinder similar to the conventional example as an example. First, as shown in FIG. 2, the 5-axis NC grinder has A-axis, X-axis, Y-axis,
It is composed of a Z-axis and a C-axis. FIG. 3 shows the coordinate system of each axis. In the figure, the A axis and the C axis are the rotation axis, the X axis,
The Y axis and the Z axis are linear axes. As described above, according to the general DH notation, the relationship between adjacent axes can be expressed by four parameters. When deriving the geometrical error, it is necessary to separate the command value of the axis and the offset amount of the encoder. Therefore, the inter-link distance d i , the inter-link angle θ i , the link length a i , and the twist angle α i 4 geometrical error parameters and one axis drive parameter such as the joint angle j i (FIG. 4 (a),
(See (b)). In such a linear motion axis modeling, since the coordinate system after the linear motion axis is simply moved in parallel, the origin of the linear motion axis can be set at an arbitrary position. Generally, it is set so that it coincides with the coordinate origin of the adjacent axis.
However, when the linear motion axis is modeled by four error parameters when deriving the error, the derived equation cannot be uniquely solved because the position of the coordinate origin can be arbitrarily set, and such modeling is not preferable. The above points are as described above. Therefore, in FIG. 4 (c), the coordinate axis origin position of the linear motion axis may be anywhere, and in the case of the figure, d i = a i = 0, which is often convenient for calculation. . In the present invention, since the purpose is to derive the parameters, on the contrary, it is necessary to omit such parameters during modeling. In other words, the linear motion axis parameters that have a factor that changes the origin position are omitted and not considered. Therefore, the parameter a
For the i-1 and the encoder offset amount [Delta] d i, not treated as a parameter that changes in order to derive the instrumental error. That is, when deriving the machine difference, the two geometrical parameters representing the translational component of the origin are redundant in the modeling of the linear motion axis and are not considered. When modeling is performed according to the above description, the linear motion axis has two rotation parameters θ i−1 , α that determine the parallel movement direction of the axis.
It can be expressed by i-1 (corresponding to the parameter that changes the coordinate of the drive axis). However, since the axis drive parameter j i is a fixed value at a certain measurement and is invariable in the process of deriving the machine difference, it is included in the model as a constant at the time of the measurement. Next, modeling will be described.

【0008】D−H記法におけるモデル表記はそれぞれ
のパラメータに対応した座標同次変換行列の積で表現さ
れる。ここで,直動軸の物理的な機能を考えると,単な
る平行移動のみであり,その先端に付随するいかなるリ
ンクの姿勢にも影響を及ぼさないはずである。D−H記
法によるパラメータ表現を行うと,直動軸移動方向を決
定する回転パラメータを変化させると,加工工具先端の
位置・姿勢が変化する。逆に直動軸の回転パラメータを
変化させても先端の位置・姿勢を保つ為には,直動軸以
降の全パラメータについて変更しなければならない。こ
のように,1つのパラメータが他のパラメータに影響を
及ぼせば及ぼすほど誤差を導出する上で収束性を悪くす
る。そこで,本発明では,直動軸に関しては移動方向を
決定する回転座標変換S(回転パラメータによる座標変
換に相当),直動軸の指令値分並進移動する座標変換T
(並進パラメータによる座標変換に相当)を行った後,
先の回転座標変換の逆行列S-1を乗ずること(回転パラ
メータによる座標変換の逆変換に相当)により,直動軸
に関するパラメータの変化の影響をそれ以降のパラメー
タに伝搬しないようにする。
The model notation in the DH notation is expressed by the product of coordinate homogeneous transformation matrices corresponding to the respective parameters. Here, considering the physical function of the linear motion axis, it is only a parallel movement, and should not affect the posture of any link attached to its tip. When the parameter expression by the DH notation is performed, the position / orientation of the tip of the machining tool changes when the rotation parameter that determines the moving direction of the linear motion axis is changed. On the contrary, in order to maintain the position and orientation of the tip even if the rotation parameters of the linear motion axis are changed, all parameters after the linear motion axis must be changed. Thus, the more one parameter affects the other, the worse the convergence in deriving the error. Therefore, in the present invention, a rotational coordinate transformation S (corresponding to coordinate transformation by a rotation parameter) that determines the moving direction of the linear axis, and a coordinate transformation T that translates by the command value of the linear axis.
After performing (corresponding to coordinate conversion by translation parameter),
By multiplying the inverse matrix S −1 of the rotational coordinate transformation described above (corresponding to the inverse transformation of the coordinate transformation based on the rotation parameter), the influence of the parameter change on the linear axis is prevented from propagating to the subsequent parameters.

【0009】即ち,図3に示すようなNC研削盤のD−
H記法を用いた機構モデルの座標系を,以下の座標変換
行列式で表現する。
That is, D- of an NC grinder as shown in FIG.
The coordinate system of the mechanical model using the H notation is expressed by the following coordinate conversion determinant.

【数1】 ここでA,X,Y,Z,C軸を順に0〜4と番号付け
し,5は砥石(加工工具)の座標系,wはワーク座標系
とする。又,w Σ0 はワーク座標系から見たA軸座標
系,0 Σ1 はA座標系から見たX座標系,1 Σ2 はX座
標系から見たY軸座標系,…,4 Σ5 はC座標系から見
た砥石座標系である。回転座標変換SはX軸廻りをRo
tx,Z軸廻りをRotzにて,並進座標変換TはTr
ansにて,逆変換S-1はパラメータを負とすることに
よりそれぞれ表し,パラメータはP1〜P18にて表し
ている。結局,W Σ5 W Σ0 0 Σ1 1 Σ2 2 Σ
3 3 Σ4 4 Σ5 がワーク座標系から見た砥石座標系
となる。次に収束計算について述べる。実際に機差パラ
メータを導出するには,n個の軸の指令値の組合せ
[Equation 1] Here, the A, X, Y, Z, and C axes are sequentially numbered as 0 to 4, 5 is a coordinate system of a grindstone (processing tool), and w is a work coordinate system. Further, w Σ 0 is the A-axis coordinate system viewed from the work coordinate system, 0 Σ 1 is the X coordinate system viewed from the A coordinate system, 1 Σ 2 is the Y axis coordinate system viewed from the X coordinate system, ..., 4 Σ 5 is a grindstone coordinate system viewed from the C coordinate system. The rotation coordinate conversion S is Ro around the X axis.
Rotz around tx and Z axis, translational coordinate conversion T is Tr
The inverse transformation S −1 in ans is represented by making the parameter negative, and the parameters are represented by P1 to P18. After all, W Σ 5 = W Σ 0 · 0 Σ 1 · 1 Σ 2 · 2 Σ
3 · 3 Σ 4 · 4 Σ 5 is grindstone coordinate system as viewed from the workpiece coordinate system. Next, the convergence calculation will be described. To actually derive the machine difference parameter, combine the command values of the n axes.

【数2】 に対し,先端加工工具の位置と姿勢[Equation 2] With respect to the position and orientation of the tip processing tool

【数3】 を計測する。実際に計測した位置ベクトルriに対し,
幾何学的パラメータと軸の指令値qiより計算される位
置ベクトルri′との差 Δri=ri−ri′ が加工工具先端の誤差である。この誤差は幾何学的な機
構のパラメータの誤差によって生じる。与えられたもし
くは推定された幾何学的なパラメータと,真の幾何学的
なパラメータの誤差と,加工工具先端の誤差とはヤコビ
行列Ji (i=1,2,…)を用いた次の関係式で表現
できる。
[Equation 3] To measure. For the actually measured position vector ri,
The difference Δri = ri-ri ′ between the geometrical parameter and the position vector ri ′ calculated from the command value qi of the axis is the error at the tip of the machining tool. This error is caused by the error in the parameters of the geometrical mechanism. The given or estimated geometrical parameter, the error of the true geometrical parameter, and the error of the machining tool tip are calculated using the Jacobian matrix J i (i = 1, 2, ...) It can be expressed by a relational expression.

【数4】 測定点がn点ある時,上記の式をi=1からnまで順に
下に並べて,次のような方程式が作成できる。
[Equation 4] When there are n measurement points, the following equations can be created by arranging the above equations in order from i = 1 to n.

【数5】 [Equation 5]

【0010】ヤコビ行列Ji の転置行列を両辺に乗じる
ことにより,非線形の最小自乗法を用いてパラメータの
誤差を次の通り計算できる。
By multiplying both sides by the transposed matrix of the Jacobian matrix J i , the parameter error can be calculated as follows using the nonlinear least squares method.

【数6】 パラメータの誤差ΔPが導出できれば,P+ΔPを新た
な幾何学的パラメータとして更新し,
[Equation 6] If the parameter error ΔP can be derived, P + ΔP is updated as a new geometric parameter,

【数7】 となるまで収束計算を行う。つまり,[Equation 7] Perform convergence calculation until. That is,

【数8】 引き続いて,パラメータの分離について述べる。実際
に,収束計算により幾何学的な誤差パラメータを導出す
る際,上記ヤコビ行列Jの列および行の数が少なければ
少ないほど計算速度が速い。また演算量が少なくてす
み,計算の際に生じる打ち切り誤差が累積されにくくな
り,計算精度の向上が図れる。このためパラメータをい
くつかの性質に分けて収束計算をするのが有効である。
加工工具先端について考えれば回転パラメータは位置と
姿勢,並進パラメータは位置のみに影響を及ぼす。これ
より,姿勢情報から回転パラメータ,位置情報から並進
パラメータを求めるのが一般的である。本実施例の場
合,直動軸に関する回転パラメータに対しては,直動軸
の並進移動方向そのものより求めることができ,さらに
パラメータのグループ化が図れ,計算精度および計算速
度の向上が図れる。具体的に,式1で表されるパラメー
タは,図5のようにパラメータ分離ができる。この計算
の詳細フローを図6に示す。このような方法を用いると
機差導出を迅速にかつ精度良く行う事ができる。つま
り,直動軸を含むロボット及びNC工作機械などにおい
て,幾何学的な誤差パラメータを一意に,しかも誤差導
出の際に影響を及ぼし合わないようにパラメータ分離を
行うことが可能となり,機差導出計算の収束性及び機差
導出精度が向上する。この為,最終的には絶対位置決め
精度が向上し,しいてはラインのFA化やFMS化にも
つながるようにすることもできる。
[Equation 8] Next, parameter separation will be described. In fact, when deriving the geometrical error parameter by the convergence calculation, the smaller the number of columns and rows of the Jacobian matrix J, the faster the calculation speed. In addition, the amount of calculation is small, and the truncation errors that occur during calculation are less likely to accumulate, improving the calculation accuracy. For this reason, it is effective to divide the parameters into several properties and perform the convergence calculation.
Considering the tip of the processing tool, the rotation parameter affects only the position and orientation, and the translation parameter affects only the position. From this, it is general to obtain the rotation parameter from the posture information and the translation parameter from the position information. In the case of the present embodiment, the rotation parameter relating to the linear motion axis can be obtained from the translational movement direction itself of the linear motion axis, and the parameters can be grouped to improve the calculation accuracy and the calculation speed. Specifically, the parameters represented by Expression 1 can be separated as shown in FIG. The detailed flow of this calculation is shown in FIG. By using such a method, it is possible to quickly and accurately derive the machine difference. In other words, in a robot including a linear motion axis, an NC machine tool, etc., geometrical error parameters can be uniquely separated, and parameter separation can be performed so as not to affect the error derivation. The convergence of calculation and the accuracy of derivation of machine differences are improved. For this reason, the absolute positioning accuracy is finally improved, which can lead to FA and FMS of the line.

【0011】[0011]

【発明の効果】本発明に係わる機差導出方法は,上記し
たように構成されているため,直動軸を含むロボット及
びNC工作機械などにおいて,幾何学的な誤差パラメー
タを一意にしかも誤差導出の際に影響を及ぼし合わない
ようにパラメータ分離を行うことができる。これによ
り,機差導出計算の収束性及び機差導出精度が向上し,
最終的に絶対位置決め精度が向上し,ひいてはラインの
FA化やFMS化にもつながるようにすることができ
る。
Since the machine difference deriving method according to the present invention is configured as described above, in a robot including a linear motion axis, an NC machine tool, etc., a geometrical error parameter is uniquely derived and the error is derived. The parameters can be separated so that they do not affect each other. This improves the convergence of the machine difference derivation calculation and the machine difference derivation accuracy,
Ultimately, the absolute positioning accuracy is improved, which can lead to FA and FMS of the line.

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

【図1】 本発明の一実施例に係る機差導出方法の概略
フローを示す説明図。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic flow of a machine difference deriving method according to an embodiment of the present invention.

【図2】 5軸NC研削盤の外観及びその動作方向をし
めす説明図。
FIG. 2 is an explanatory view showing the outer appearance of a 5-axis NC grinding machine and its operating direction.

【図3】 5軸NC研削盤の軸座標系の説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of an axial coordinate system of a 5-axis NC grinder.

【図4】 D−H記法により機構の関節廻りを表現した
図。
FIG. 4 is a diagram expressing a joint around a mechanism by a DH notation.

【図5】 パラメータ特性図。FIG. 5 is a parameter characteristic diagram.

【図6】 機差導出計画の詳細フローを示す説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a detailed flow of a machine difference derivation plan.

【図7】 従来の機差導出方法の一例における概略フロ
ーを示す説明図。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a schematic flow in an example of a conventional machine difference deriving method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

r(ri)…加工工具の位置・姿勢の計測値 r′(ri′)…加工工具の位置・姿勢の推定 S…回転座標変換(回転パラメータによる座標変換に相
当) T…並進座標変換(並進パラメータによる座標変換に相
当) S-1…逆変換(回転パラメータによる座標変換の逆変換
に相当)
r (ri) ... Measured value of machining tool position / orientation r '(ri') ... Estimation of machining tool position / orientation S ... Rotation coordinate conversion (corresponding to coordinate conversion by rotation parameter) T ... Translation coordinate conversion (translation) Corresponding to coordinate conversion by parameter) S -1 ... Inverse conversion (corresponding to inverse conversion of coordinate conversion by rotation parameter)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G05B 19/18 // B25J 17/02 8611−3F G05B 13/04 9131−3H ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location G05B 19/18 // B25J 17/02 8611-3F G05B 13/04 9131-3H

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 先端に加工工具を取り付けた機構を各種
パラメータで表すデナビット・ハーテンベルグの記法を
用いてモデル化し,上記機構を動作させた時の上記加工
工具の位置・姿勢を計測し,上記機構を動作させた時の
上記加工工具の位置・姿勢を上記モデルを用いて推定
し,上記加工工具の位置・姿勢の計測値と推定値とを比
較することにより上記機構の機差を導出する機差導出方
法において,上記モデル中に上記機構の駆動軸の座標を
変化させるパラメータのみを用いることを特徴とする機
差導出方法。
1. A mechanism in which a machining tool is attached to the tip is modeled using the notation of Denabit-Hartenberg, which represents various parameters, and the position and orientation of the machining tool when the mechanism is operated are measured, A machine for deriving the machine difference of the mechanism by estimating the position / orientation of the machining tool when the tool is operated using the model, and comparing the measured value of the position / orientation of the machining tool with the estimated value. In the difference deriving method, the machine difference deriving method is characterized in that only parameters for changing the coordinates of the drive shaft of the mechanism are used in the model.
【請求項2】 先端に加工工具を取り付けた機構を各種
パラメータで表すデナビット・ハーテンベルグの記法を
用いてモデル化し,上記機構を動作させた時の上記加工
工具の位置・姿勢を計測し,上記機構を動作させた時の
上記加工工具の位置・姿勢を上記モデルを用いて推定
し,上記加工工具の位置・姿勢の計測値と推定値とを比
較することにより上記機構の機差を導出する機差導出方
法において,上記モデル中に上記機構の駆動軸の座標を
変化させるパラメータのみを用いることとすると共に,
上記モデルを用いて上記加工工具の位置・姿勢を推定す
る際に,上記駆動軸を方向づける回転パラメータによる
座標変換演算と,上記駆動軸を並進させる並進パラメー
タによる座標変換演算と,上記回転パラメータによる座
標変換の逆変換演算とを順次実行することを特徴とする
機差導出方法。
2. A mechanism in which a machining tool is attached to the tip is modeled using the notation of Denabit-Hartenberg, which represents various parameters, and the position and orientation of the machining tool when the mechanism is operated are measured, A machine for deriving the machine difference of the mechanism by estimating the position / orientation of the machining tool when the tool is operated using the model, and comparing the measured value of the position / orientation of the machining tool with the estimated value. In the difference deriving method, only parameters that change the coordinates of the drive axis of the mechanism are used in the model, and
When estimating the position / orientation of the machining tool using the model, coordinate conversion calculation by a rotation parameter for orienting the drive axis, coordinate conversion calculation by a translation parameter for translating the drive axis, and coordinate by the rotation parameter A method of deriving a machine difference, characterized in that an inverse transformation operation of transformation is sequentially executed.
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