JPH0774964B2 - Robot positioning error correction method - Google Patents

Robot positioning error correction method

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JPH0774964B2
JPH0774964B2 JP62156475A JP15647587A JPH0774964B2 JP H0774964 B2 JPH0774964 B2 JP H0774964B2 JP 62156475 A JP62156475 A JP 62156475A JP 15647587 A JP15647587 A JP 15647587A JP H0774964 B2 JPH0774964 B2 JP H0774964B2
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robot
axis
error
orientation
hand
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JP62156475A
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Japanese (ja)
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JPH012104A (en
JPS642104A (en
Inventor
正邦 猪子
邦彦 堀田
Original Assignee
日本鋼管株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は例えばCAD/CAMシステムを用いてロボットを
オフラインで教示し、ロボットの位置・姿勢制御を行な
わせる方式におけるロボットの位置決め誤差補正方法、
特に接待位置決め制度の向上に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention relates to a method for correcting a positioning error of a robot in a system in which a robot is taught off-line using a CAD / CAM system to control the position and orientation of the robot,
Especially regarding the improvement of the entertainment positioning system.

[従来の技術] 産業用のロボットは溶接,組立,塗装作業等に使用され
ている。このロボットの完全な自動化を図ると共にロボ
ット稼働率の向上,ロボットと環境部材との衝突防止を
図るために、CAD/CAMシステム等を用いて作業シュミレ
ーションを行ない、実ロボットを教示するロボットオフ
ラインティーチングが注目されている。
[Prior Art] Industrial robots are used for welding, assembling, painting, etc. In order to fully automate this robot, improve the robot operation rate, and prevent collision between the robot and environmental members, robot off-line teaching that teaches a real robot by performing work simulation using a CAD / CAM system etc. Attention has been paid.

この場合、ロボットの位置決め制度としては位置繰返し
精度ではなく絶対位置決め精度が要求される。絶対位置
決め精度とはロボットの先端手先の指令位置、姿勢また
は各軸の角度に対して、実ロボットが到達した位置,姿
勢のずれ量を表わす精度である。このロボットの絶対位
置決め精度は保証されておらず、CAD/CAMシステムを用
いてオフラインティーチングを行なう場合には、CAD/CA
Mシステムではロボットの絶対位置決め誤差がないもの
として位置・姿勢または各軸の角度指令値を作成するの
で手先位置,指定の誤差が生じる。
In this case, the positioning accuracy of the robot requires absolute positioning accuracy rather than position repeatability. Absolute positioning accuracy is the accuracy that represents the amount of deviation of the position and attitude reached by the actual robot with respect to the commanded position and attitude of the tip of the robot or the angle of each axis. The absolute positioning accuracy of this robot is not guaranteed, and when performing offline teaching using a CAD / CAM system, CAD / CA
In the M system, the position / orientation or angle command values for each axis are created assuming that there is no absolute positioning error of the robot.

CAD/CAMシステムにおいてロボットの手先位置,姿勢に
誤差が生じる要因は、CAD/CAM上の教示データとロボッ
トの実際の動作データ間の幾何学的差異である。すなわ
ち第7図に示すように、CAD/CAMのクラフィック・デイ
スプレ上に表示された画面上のロボット71は設計図面に
示されたロボット72の生計値通りθ=0の関節原点,各
リンク長L1,L2が高精度に定義されており、ロボットの
動作データも同様CAD/CAM上に正確な値が生成される。
しかし、実ロボット73の製作に際しては製作誤差が生じ
各軸位置検出器の原点誤差Δθと各リンク長誤差ΔL1,
ΔL2が生じ、また据え付け時にベース誤差Δが生じ、
これらの誤差によりCAD/CAM上の図形モデルと実モデル
間に幾何学的差異が生じて、ロボットの手先位置,姿勢
に誤差を生じてしまう。
The factor that causes errors in the robot's hand position and orientation in a CAD / CAM system is the geometrical difference between the teaching data on the CAD / CAM and the actual motion data of the robot. That is, as shown in FIG. 7, the robot 71 on the screen displayed on the CAD / CAM graphic display has the joint origin of θ = 0 according to the live value of the robot 72 shown in the design drawing, and each link length. L 1 and L 2 are defined with high precision, and accurate values for robot motion data are also generated on CAD / CAM.
However, when manufacturing the actual robot 73, a manufacturing error occurs and the origin error Δθ of each axis position detector and each link length error ΔL 1 ,
ΔL 2 occurs, and a base error Δ occurs during installation,
These errors cause geometrical differences between the CAD / CAM graphic model and the actual model, resulting in errors in the robot's hand position and orientation.

この誤差を補正するため、従来いくつかの提案がなされ
ている。例えば日本ロボット学会誌3巻2号(昭和60年
4月発行)の第64頁から第69頁に記載された「NACHI CA
TSオフラインテイーチングシステム」あるいは昭和61年
7月3日開催の第48回技術情報処理(TIPS)研究会に発
表された論文「スポット溶接ロボットのオフラインプロ
グラミングシステム」に開示されているようにロボット
手先の位置・姿勢を測定して手先の位置決め精度を補正
する方法(以下、従来例1という。)。あるいは特開昭
62−28808号公報,特開昭62−28809号公報に記載された
「ロボット座標系の較正方法」に開示されているように
複数の較正位置間の距離と各較正位置における各関節角
とを測定して手先の位置決め精度を補正する方法(以
下、従来例2という。)、又は特開昭59−205282号公報
に記載された「多関節ロボットの原点補正方法」に開示
されているように左右対象なアームにより同一点に対し
て2通りの位置決めを行ない、その位置決めのずれを検
出して原点の補正を行ない精度を向上させる方法(以
下、従来例3という。)が提案されている。
Several proposals have been made in the past to correct this error. For example, “NACHI CA” described on pages 64 to 69 of the Journal of the Robotics Society of Japan Vol. 3 No. 2 (published in April 1985).
"TS offline teaching system" or the robot minions as disclosed in the paper "Offline programming system for spot welding robots" published in the 48th Technical Information Processing (TIPS) Study Group held on July 3, 1986. A method of measuring the position / orientation and correcting the positioning accuracy of the hand (hereinafter referred to as Conventional Example 1). Or JP
The distance between a plurality of calibration positions and each joint angle at each calibration position are disclosed as disclosed in "Robot coordinate system calibration method" described in JP-A-62-28808 and JP-A-62-28809. As disclosed in the method of measuring and correcting the positioning accuracy of the hand (hereinafter referred to as Conventional Example 2), or the "origin correction method for an articulated robot" described in Japanese Patent Laid-Open No. 59-205282. There has been proposed a method (hereinafter, referred to as Conventional Example 3) in which two kinds of positioning are performed on the same point by left and right symmetrical arms, the deviation of the positioning is detected, and the origin is corrected to improve accuracy.

従来例1に開示された方法はCAD/CAM上に生成された位
置・姿勢の教示データを示す行列[WF]に対して、実ロ
ボットが実際に動作した位置・姿勢データを示す行列
[RF]を測定し、これら二つのデータを示す行列[W
F],[RF]間の変換行列を位置・姿勢変換業例[RW]
として次式 [RW]=[RF]・[WF]-1 ……(1) で求め、各教示点ごとのCAD/CAM上の教示データにこの
行列[RW]を乗算してロボットの位置決め精度を補正し
ている。この行列[RW]はロボットの姿勢,教示点ごと
に異なるので、精度向上のために補間を行なっている。
In the method disclosed in Conventional Example 1, the matrix [WF] indicating the position / orientation teaching data generated on the CAD / CAM is compared to the matrix [RF] indicating the position / orientation data actually operated by the real robot. And the matrix [W
Convert the conversion matrix between F] and [RF] into the position / posture conversion business example [RW]
Is calculated by the following formula [RW] = [RF] · [WF] -1 (1), and the teaching data on CAD / CAM for each teaching point is multiplied by this matrix [RW] to determine the robot positioning accuracy. Is being corrected. This matrix [RW] differs depending on the robot posture and teaching point, so interpolation is performed to improve accuracy.

また、従来例2に開示された方法は測定した較正位置間
の距離,各較正位置の関節角及び設計時のリンク長を用
いて連立一次方程式を作成し、この方程式を解いてリン
ク長の誤差Δ及び各関節の取付誤差Δを求めてボロ
ットの位置決め精度を補正している。
Further, the method disclosed in Conventional Example 2 creates a simultaneous linear equation using the measured distance between calibration positions, the joint angle at each calibration position, and the link length at the time of design, and solves this equation to calculate the link length error. The positioning accuracy of the ballot is corrected by obtaining Δ and the mounting error Δ of each joint.

[発明が解決しようとする問題点] 上記従来例1の方法においては、リンク長誤差Δと各
関節取付誤差Δのロボット手先位置・姿勢に及ぼす影
響がロボットの姿勢ごと、すなわち教示点ごとに異なる
ため、各教示点ごとに位置・姿勢変換行列を求めなけれ
ばロボット手先位置決め誤差の有効な補正ができず、正
確な補正を行なおうとすると、必要データの量が膨大な
ものとなるという問題点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] In the method of Conventional Example 1 described above, the influence of the link length error Δ and the joint attachment error Δ on the robot hand position / orientation differs for each robot posture, that is, for each teaching point. For this reason, the robot hand positioning error cannot be effectively corrected unless the position / orientation conversion matrix is obtained for each teaching point, and the amount of required data becomes enormous if an accurate correction is attempted. was there.

また精度向上のために補間を行なっても近似値しか算出
することができず、正確な補正はできないという問題点
があった。
Further, even if interpolation is performed to improve accuracy, only an approximate value can be calculated, and there is a problem that accurate correction cannot be performed.

従来例2においては、ロボットの各較正点における各関
節の角度をロボット本体内部の関節角度検出器で測定し
ているため、ロボットの内部状態が公開されていない一
般の汎用ロボットにおいては各関節角度の測定ができ
ず、この方法が適用できないという問題点があった。
In Conventional Example 2, since the angle of each joint at each calibration point of the robot is measured by the joint angle detector inside the robot body, each joint angle in a general-purpose robot in which the internal state of the robot is not disclosed However, there is a problem that this method cannot be applied.

また、この従来例2の方法においては、ロボット本体の
ベース上にある座標系、すなわちボロット座標系とロボ
ット手先位置を測定する三次元測定機の座標系、すなわ
ち測定機座標系、及び実際に作業する物体の座標系であ
る作業座標系の三種類の座標系を有し、ロボットの手先
位置の補正は測定機座標系上において行なっている。ロ
ボットの手先位置の補正量Δ,Δは基準座標をどの
ように取るかによってその値が異なるため、測定機座標
系と作業座標系が一致しない場合は毎回補正量を求めな
ければならないという問題点もある。
Further, in the method of Conventional Example 2, the coordinate system on the base of the robot body, that is, the coordinate system of the coordinate system of the coordinate measuring machine for measuring the robot hand position and the robot hand position, that is, the coordinate system of the measuring machine, and the actual work The robot has three kinds of coordinate systems, that is, a working coordinate system which is a coordinate system of an object to be moved, and the hand position of the robot is corrected on the measuring machine coordinate system. The correction amount Δ, Δ of the hand position of the robot is different depending on how the reference coordinate is taken, so that the correction amount must be calculated every time when the measuring machine coordinate system and the work coordinate system do not match. There is also.

従来例3の方法においては、位置決めのずれを各関節の
位置データ、すなわちエンコーダ値により検出している
が、産業用ロボットの各関節のエンコーダ値は一般には
公開されておらず、また、ロボットの型式がスカラ型に
限定されているために汎用性のあるロボットには適用で
きないという問題点がある。
In the method of Conventional Example 3, the positional deviation is detected by the position data of each joint, that is, the encoder value. However, the encoder value of each joint of the industrial robot is not open to the public and Since the type is limited to the scalar type, there is a problem that it cannot be applied to a versatile robot.

さらに、ロボット手先の一だけでなく、例えば複数台の
カメラを用いたり、ロボット手先に3個の発光ダイオー
ドを持たせて撮影像から手先の傾きを求めて姿勢を測定
する方法もあるが、姿勢測定に複雑なシステムが必要と
なり、やはり汎用性に問題がある。
Further, there is a method of measuring not only the robot hand but also a plurality of cameras, or a method in which the robot hand is provided with three light emitting diodes to obtain the tilt of the hand from a photographed image to measure the posture. A complicated system is required for measurement, and there is still a problem with versatility.

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
であり、ロボット内界センサを用いることなく、例えば
CAD/CAMシステム等からの位置・姿勢または各軸の角度
指令値により動作したロボットの数点の相対位置情報だ
けに基いて絶対位置決め誤差を補正することができるロ
ボットの位置決め誤差補正方法を提案することを目的と
するものである。
The present invention has been made to solve such a problem, and for example, without using the robot internal sensor,
We propose a robot positioning error correction method that can correct the absolute positioning error based only on the relative position information of several points of the robot operated by the position / orientation from the CAD / CAM system or the angle command value of each axis. That is the purpose.

[問題点を解決するための手段] この発明に係るロボットの位置決め誤差補正方法は、 (イ)複数の位置・姿勢または各軸の角度指令値をロボ
ット制御装置に与え、 (ロ)上記各位置・姿勢または各軸の角度の指令値に対
応するロボットのベース座標系におけるロボットの手先
位置を上記ロボットのベース座標系に平行に補正された
三次元測定器で実測し、 (ハ)上記各位置・姿勢または各軸の角度の指令値間の
偏差と、上記手先位置間の実測値の偏差を求め、 (ニ)上記各指令値間の偏差と、手先位置間の実測値の
偏差及びロボットの各関節の微小回転を示すヤコビ行列
とを用いてロボットの各軸の原点誤差を求め、 (ホ)位置・姿勢または各軸の角度の指令値を上記各軸
の原点誤差で補正して、ロボットの位置・姿勢制御を行
なわせることを特徴とする。
[Means for Solving Problems] A robot positioning error correction method according to the present invention includes: (a) giving a plurality of positions / orientations or angle command values for each axis to a robot controller; and (b) each position described above.・ The hand position of the robot in the robot's base coordinate system corresponding to the command value of the posture or the angle of each axis is measured by a three-dimensional measuring device that is corrected in parallel to the robot's base coordinate system.・ The deviation between the command values of the posture or the angle of each axis and the deviation of the actual measurement value between the hand positions are calculated. (D) The deviation between the respective command values and the deviation between the actual measurement value between the hand positions and the robot The origin error of each axis of the robot is calculated using the Jacobian matrix indicating the minute rotation of each joint, and (e) the position / orientation or the command value of the angle of each axis is corrected by the origin error of each axis, and the robot Control the position and attitude of It is characterized in.

[作用] この発明においては、複数の位置・姿勢の指令値と、こ
の指令値によりロボットの手先位置が動作した相対位置
のロボット座標系による測定値により誤差に影響の大き
いロボット各軸の原点誤差を決定することにより、ロボ
ットの絶対位置決め精度の向上を図る。
[Operation] In the present invention, the origin error of each axis of the robot, which has a large influence on the error, by the command values of a plurality of positions / orientations and the measurement value by the robot coordinate system of the relative position at which the hand position of the robot operates by these command values By determining, the absolute positioning accuracy of the robot is improved.

[実施例] 第1図はこの発明の一実施例に係る装置のブロック図を
示し、1はオフラインティーチングを行なうCAD/CAMシ
ステム,2はCAD/CAMシステムのグラフィック・ディスプ
レー,3は本発明の主要部である方法を実施するポストプ
ロセッサであり、31は記憶手段,32は微小関係式算出手
段,33は演算手段,4はロボットであり、41はロボットの
制御装置,42はロボットの機械部,5はポストプロセッサ
にデータを入力するための入力装置であって実測したロ
ボットの手先位置データを入力するのに使用するもので
ある。
[Embodiment] FIG. 1 is a block diagram of an apparatus according to an embodiment of the present invention, in which 1 is a CAD / CAM system for performing offline teaching, 2 is a graphic display of a CAD / CAM system, and 3 is the present invention. A main part is a post-processor that implements the method, 31 is a storage unit, 32 is a minute relational expression calculation unit, 33 is a calculation unit, 4 is a robot, 41 is a robot controller, 42 is a robot mechanical unit. Reference numerals 5 denote input devices for inputting data to the post processor, which are used to input actually measured hand position data of the robot.

以下、この実施例の動作を説明する前に三次元測定器を
用いてロボット4の手先位置を測定し、ロボット関節の
回転原点のずれ量、すなわち各軸位置検出器の原点誤差
Δを算出する原理を第2図に基いて説明する。
Before explaining the operation of this embodiment, the position of the hand of the robot 4 is measured using a three-dimensional measuring device to calculate the deviation amount of the rotation origin of the robot joint, that is, the origin error Δ of each axis position detector. The principle will be described with reference to FIG.

第2図においてTPn(但しn=1,2,3)はCAD/CAMシステ
ム1上に指令された手先位置・姿勢の指令点、RPn(但
しn=1,2,3)はCAD/CAM1上の各指令点TPnにより教示さ
れてロボット4の手先が実際に動作して到達した到達点
を示す。n,n+1 はCAD/CAM1上の指令点TPnと指令点TPn+1間の
位置・姿勢ベクトル,n,n+1はロボツト4の到達点R
Pnと到達点RPn+1間の到達位置・姿勢ベクトルを示
す。
In FIG. 2, TP n (n = 1,2,3) is the command point of the hand position / orientation commanded on the CAD / CAM system 1, and RP n (n = 1,2,3) is CAD / The reaching points reached by the hands of the robot 4 actually taught by the respective command points TP n on the CAM1 are shown. n, n + 1 is the position / orientation vector between the command point TP n and the command point TP n + 1 on CAD / CAM1, and n, n + 1 is the arrival point R of the robot 4.
The arrival position / attitude vector between P n and the arrival point RP n + 1 is shown.

CAD/CAMシステム1上で生成された指令値でロボット4
を実際に動作すると原点誤差Δにより実空間内ではロ
ボット4の手先は指令点TPnに到達せずに、第2図に示
すように到達位置・姿勢が位置・姿勢誤差d(但し
n=1,2,3)だけ各々ずれた到達点RPnに到達する。この
とき実空間における到達位置・姿勢ベクトルn,n+1
は次式で表わされる。n,n+1 =−dn,n+1+dn+1 ……(2) 但し、 =(rx,ry,rz,rφ,rθ,rψ)T ……(3) =(Rx,Ry,Rz,Rφ,Rθ,Rψ)T ……(4) ここで(rx,ry,rz)は手先位置を示すベクトル,
(rφ,rθ,rψ)は手先の向きを示すベクトルであって
はその合成ベクトルを示す。についても同じであ
る。
Robot 4 with command value generated on CAD / CAM system 1
When the robot is actually operated, the hand of the robot 4 does not reach the command point TP n in the real space due to the origin error Δ, and the reached position / orientation is position / orientation error d n (where n = Reach the reaching point RP n which is deviated by 1, 2, 3). At this time, the arrival position / orientation vector n, n + 1 in the real space
Is expressed by the following equation. n, n + 1 = -d n + n, n + 1 + d n + 1 ...... (2) where, = (r x, r y , r z, r φ, r θ, r ψ) T ...... (3) = ( R x , R y , R z , R φ , R θ , R ψ ) T (4) where (r x , ry y , r z ) is a vector indicating the hand position,
(R φ , r θ , r ψ ) is a vector indicating the orientation of the hand, or a composite vector thereof. Is the same.

したがって12 =−d12+d ……(5)23 =−d23+d ……(6) 位置・姿勢誤差dを原点誤差Δによる微小変化と
仮定すると、位置・姿勢誤差dは微小回転によるヤ
コビ行列 を用いて次式で表わされる。
Therefore 12 = If -d 1 + 12 + d 2 ...... (5) 23 = -d 2 + 23 + d 3 ...... (6) the position and orientation error d n assuming a minute change due to the origin error delta, position and orientation error d n is the Jacobian matrix by minute rotation Is expressed by the following equation.

=▲Jθ ▼Δ ……(7) 但し、Δ=(Δθ1,Δθ…Δθ)T,iはロボッ
ト4の自由度である。
d n = ΔJ θ n ▼ Δ n (7) where Δ n = (Δθ 1 , Δθ 2 ... Δθ i ) T, i is the degree of freedom of the robot 4.

ここで、6回転自由度多関節型ロボットを例として
(5)式、(6)式及び(7)式と到達位置・姿勢ベク
トルn,n+1の測定位置情報Rx,Ry,Rzにより原点誤差
dをΔと等しいとおいて原点誤差Δを求める方法
を説明する。
Here, taking an example of a 6-degree-of-freedom articulated robot, the equations (5), (6) and (7) and the measured position information R x , R y , R z of the reaching position / orientation vector n, n + 1 are used. A method of obtaining the origin error Δ by setting the origin error d equal to Δ will be described.

(5),(6),(7)式から (▲Jθ ▼−▲Jθ ▼)Δ=1212 ……
(8) (▲Jθ ▼−▲Jθ ▼)Δ=2323 ……
(9) 上記(8)式,(9)式を要素で表わすと次式のように
なる。
(5), (6), (7) from equation (▲ J θ 2 ▼ - ▲ J θ 1 ▼) Δ = 12 - 12 ......
(8) (▲ J θ 3 ▼ - ▲ J θ 2 ▼) Δ = 23 - 23 ......
(9) The above equations (8) and (9) can be expressed by the following equations.

ロボット4の手先位置を三次元測定器で測定する場合は
x軸,y軸,z軸の位置のみであるから(10)式,(11)式
の右辺第4行から第6行に示した姿勢値は得ることがで
きないので、(10)式,(11)式の第3行までをとり、
次式が得られる。
When the hand position of the robot 4 is measured by the three-dimensional measuring device, only the x-axis, y-axis, and z-axis positions are used, and therefore the right side of the equations (10) and (11) is shown in the fourth to sixth rows. Since the posture value cannot be obtained, take up to the third line of equations (10) and (11),
The following equation is obtained.

但し(▲Jθ n+1▼−▲Jθ ▼)i=1〜3はヤコ
ビ行列の第1行から第3行を示す。したがって(12)式
から(13)式 が得られ、ヤコビ行列▲Jθ ▼を算出することにより
原点誤差Δを得ることができる。
However, (▲ J θ n + 1 ▼-▲ J θ n ▼) i = 1 to 3 indicate the first to third rows of the Jacobian matrix. Therefore, formula (12) to formula (13) And the origin error Δ can be obtained by calculating the Jacobian matrix ▲ J θ n ▼.

ヤコビ行例Jθは「ロボットの制御」(計測自動制御学
会発行)第22頁から第28頁に記載されているように第3
図のロボット座標系x,y,zを基準として関節の単位回転
軸ベクトルを,関節中心からロボット4の手先への位
置ベクトルを,手先の微小変化をd,関節の微小回
転角をΔとすると、剛体の回転運動から次式が得られ
る。
Jacobi example J θ is as described in “Robot control” (published by the Society of Instrument and Control Engineers), pages 22 to 28.
When the unit rotation axis vector of the joint is based on the robot coordinate system x, y, z in the figure, the position vector from the center of the joint to the hand of the robot 4, the minute change of the hand is d, and the minute rotation angle of the joint is Δ. , The following equation is obtained from the rotational motion of the rigid body.

但し(×)は外積を示し、dφは回転関節の微
小変位を示す。この(14)式と(7)式からヤコビ行列
θはロボット4の関節の回転軸ベクトルと関節中心
からロボット4の手先への位置ベクトルとにより算出
することができる。
However, ( n × n ) represents an outer product, and dφ represents a minute displacement of the rotary joint. From the equations (14) and (7), the Jacobian matrix J θ can be calculated by the rotation axis vector of the joint of the robot 4 and the position vector from the joint center to the hand of the robot 4.

以下、上記動作原理により構成されたこの実施例の動作
を第4図に示したフローチャートに基いて説明する。
The operation of this embodiment constructed according to the above operation principle will be described below with reference to the flow chart shown in FIG.

まず原点誤差Δを求める手順について説明する。原点
誤差Δの検出スタート信号が入力されると(ステップ
20)、まずCAD/CAMシステム1上に指令された各指示点T
Pnに遂する関節の回転角の設定値▲k n▼(但し測定点
数n=1〜3補正繰り返し回転k=0)を得る(ステッ
プ21)。この初期時における原点誤差Δθ゜は零として
(ステップ23)、関節の回転の初期設定値 をポス
トプロセッサ3からロボット制御手段41に送りロボット
4の手先をCAD/CAMシステム1上の各指示点TPnに対応し
た各到達点RPnに順次移動させる(ステップ29)。この
ロボット4の手先位置の移動にしたがって、各到達点PR
nの位置を三次元測定器で順次計測して入力装置5から
ポストプロセッサに送る(ステップ25)。
First, the procedure for obtaining the origin error Δ will be described. When the detection start signal of origin error Δ is input (step
20), First, each designated point T commanded on the CAD / CAM system 1.
A set value ▲ k n ▼ (however, the number of measurement points n = 1 to 3 corrected repeated rotation k = 0) of the rotation angle of the joint following P n is obtained (step 21). The origin error Δθ ° in this initial stage is set to zero (step 23), and the initial setting value n 1 of the rotation of the joint is sent from the post processor 3 to the robot control means 41 to indicate the hand of the robot 4 to each instruction on the CAD / CAM system 1. It sequentially moves to each reaching point RP n corresponding to the point TP n (step 29). Each reaching point PR according to the movement of the hand position of the robot 4
The position of n is sequentially measured by the coordinate measuring machine and sent from the input device 5 to the post processor (step 25).

この三次元測定器でロボット4の手先位置を測定する場
合に、第5図に示すように三次元測定器を設置した定盤
9の座標系すなわち測定器座標系(xc,yc,zc)とロボッ
ト台座10に取付けられた実際のロボット4のロボットベ
ース座標系(xR,yR,zR)が平行できなければならない。
そこで実際、三次元測定器でロボット4の手先位置を測
定する前に三次元測定器の設置誤差の補正を行なう。
When measuring the hand position of the robot 4 with this three-dimensional measuring device, as shown in FIG. 5, the coordinate system of the surface plate 9 on which the three-dimensional measuring device is installed, that is, the measuring device coordinate system (x c , y c , z c ) and the robot base coordinate system (x R , y R , z R ) of the actual robot 4 mounted on the robot pedestal 10 must be parallel.
Therefore, actually, before measuring the hand position of the robot 4 with the three-dimensional measuring device, the installation error of the three-dimensional measuring device is corrected.

この補正は、まず、ロボット4のZR軸上の第1のリンク
11だけを回転させて、P0,P1,P2点の3点の座標値を測定
し、P0,P1,P2点を通る平面を特定する。次に3点P0,P1,
P2点を通る平面と測定器座標系(xc,yc,zc)のzc軸との
交点(0,0,a)とxc軸まわりの回転α及び回転御のyc
わりの回転βを求めて、下記(15)式に示す傾き補正行
列を求める。
This correction starts with the first link on the Z R axis of the robot 4.
11 only is rotated to measure the coordinates of P 0, P 1, 3 point P 2 points, to identify a plane passing through the P 0, P 1, P 2 points. Next 3 points P 0 , P 1 ,
The intersection (0,0, a) between the plane passing through P 2 and the z c axis of the measuring instrument coordinate system (x c , y c , z c ) and the rotation α around the x c axis and the rotation control y c Then, the rotation β of is obtained and the inclination correction matrix shown in the following equation (15) is obtained.

=Trans(0,0,a)Rot+(x,α)Rot+(y,β) ……
(15) この傾き補正行列の逆行列-1を測定器座標系(xc,y
c,zc)で測定した三次元測定器5の測定値に乗算して
ロボットベース座標系(xR,yR,zR)に基く測定値を得
ることができる。
= Trans (0,0, a) Rot + (x, α) Rot + (y, β) ……
(15) The inverse matrix -1 of this tilt correction matrix is set to the measuring instrument coordinate system (x c , y
c, by multiplying the three-dimensional measurement instrument 5 measured at z c) can be obtained measurements based on the robot-base coordinate system (x R, y R, z R).

上記のようにして得たロボット4の手先の各到達点RPn
の位置情報が微小関係式算出手段32に送られると共に、
CAD/CAMシステム1上の各指示点TPn位置情報が記憶され
た記憶手段31から各指示点TPnの位置情報が微小関係式
算出手段32に送られ、微小関係式算出手段32でこれらの
位置情報とヤコビ行列 ▲Jθ ▼により(13)式に示す微小関係式を算出し、
演算手段33で微小関係式を解いて原点誤差Δを求め
る(ステップ26)。
Each reaching point RP n of the hand of the robot 4 obtained as described above
Position information is sent to the minute relational expression calculating means 32,
Position information of the CAD / CAM system 1 on the designated point TP n from the storage means 31 for each instruction point TP n position information is stored in is sent to the micro-relationship calculating means 32, these in small relationship calculating means 32 From the position information and the Jacobian matrix ▲ J θ N ▼, the minute relational expression shown in Expression (13) is calculated,
The calculation means 33 solves the minute relational expression to obtain the origin error Δ 1 (step 26).

原点誤差Δは微小量と仮定しているために、この原点
誤差Δを正確に求めるためには上記操作を繰り返して
行えば(ステップ29)良い。すなわち、第4図に示すよ
うに算出した原点誤差Δをロボット制御装置41に送
り各々の初期設定値 を補正し、この補正した値
+Δ によりロボット42を動作させ(ステップ24)、各到達点
RPnの位置情報を計測して(ステップ25)、原点誤差Δ
を求める上記動作を繰返すことにより、求めた原点
誤差Δが収束境界値ε、例えばロボット4の手先位
置決め精度がロボット4の位置再現精度に達する状態に
なる値まで達した後に(ステップ27)繰返し求めた原点
誤差Δの和 を求めて原点誤差Δを得る(ステップ28)。
Since the origin error Δ is assumed to be a minute amount, the above operation may be repeated to accurately obtain the origin error Δ (step 29). That is, the origin error Δ 1 calculated as shown in FIG. 4 is sent to the robot controller 41 to correct each initial setting value n 1, and the corrected value
The robot 42 is operated by n 2 = n 1 + Δ 1 (step 24), and each reaching point is reached.
Position information of RP n is measured (step 25) and the origin error Δ
By repeating the above operation for obtaining 2 , the obtained origin error Δ k reaches the convergent boundary value ε, for example, the value at which the hand positioning accuracy of the robot 4 reaches the position reproduction accuracy of the robot 4 (step 27). Sum of origin errors Δ k obtained repeatedly Is obtained to obtain the origin error Δ (step 28).

次にロボットを実際に動作させる場合には(ステップ2
2)指令値inに原点誤差Δを加えとし、この値
にもとづいてロボットを動作させる(ステップ30)。
Next, when actually operating the robot (Step 2
2) The origin error Δ is added to the command value in to obtain n, and the robot is operated based on this value (step 30).

この実施例を具体的に5自由度多関節型ロボットに適用
して各軸の原点誤差Δを算出した結果を第1表に示
す。正確な原点誤差Δを算出するためには理論上第2
図に示すように3点のロボット手先の到達点RPnを測定
すれば充分であるが、第1表は測定誤差を考慮して5点
の到達点RPn(n=1〜5)のデータを基にして算出し
た場合を示す。
Table 1 shows the result of calculating the origin error Δ of each axis by concretely applying this embodiment to a 5-DOF articulated robot. In order to calculate the accurate origin error Δ, the theoretical second
As shown in the figure, it is sufficient to measure the reaching points RPn of three robot hands, but Table 1 is based on the data of the reaching points RPn (n = 1 to 5) of 5 points in consideration of the measurement error. The following shows the case of calculation.

第1表においてi=1〜5は5自由度多関節型ロボット
の各軸を示す。
In Table 1, i = 1 to 5 indicate each axis of the 5-DOF articulated robot.

次に第1表に示した原点誤差Δθにより位置決め精度
を補正して、ロボット4の動作範囲内の任意の18点で絶
対位置決め精度を測定した結果を第6図に示す。第6図
は横軸に補正繰返し回数をとり、縦軸に絶対位置決め精
度(mm)をとって補正繰返し回数による絶対位置決め精
度の変化を示したものであり、図に示すように2回の原
点誤差補正で絶対位置決め精度は3.68mmから0.51mmに改
善された。なお、この測定に使用したロボットの仕様で
保証されている繰返し位置決めによる位置決め再現精度
は±0.5mmであるから、2回の補正繰返し回数でロボッ
トの仕様で保証されている位置決め再現精度と同一精度
の精度を有する絶対位置決め精度を得ることができた。
Next, FIG. 6 shows the result of measuring the absolute positioning accuracy at any 18 points within the operating range of the robot 4 by correcting the positioning accuracy with the origin error Δθ i shown in Table 1. Fig. 6 shows the number of correction repetitions on the horizontal axis and the absolute positioning accuracy (mm) on the vertical axis, and shows the change in absolute positioning accuracy due to the number of correction repetitions. The absolute positioning accuracy has been improved from 3.68 mm to 0.51 mm by error correction. Since the positioning repeatability guaranteed by the repeated positioning that is guaranteed by the specifications of the robot used for this measurement is ± 0.5 mm, the same positioning repeatability that is guaranteed by the robot specifications is obtained with two correction repeats. It was possible to obtain the absolute positioning accuracy with the accuracy of.

また、この実施例においては、以上説明したようにロボ
ット4の手先の到達点RPnを測定する際に測定器座標系
とロボットベース座標系の幾何学的関係を算出し、ロボ
ットベース座標系におけるロボット4の原点誤差Δを
求めているから、1回原点誤差Δの補正を行なった後
は、ロボット自体の補正は行なう必要がなく、ロボット
据え付け時のベース誤差Δの補正を行なうだけで、充
分な位置決め精度を得ることができる。
Further, in this embodiment, as described above, the geometrical relationship between the measuring instrument coordinate system and the robot base coordinate system is calculated when measuring the reaching point RPn of the hand of the robot 4, and the robot in the robot base coordinate system is calculated. Since the origin error Δ of 4 is obtained, it is not necessary to correct the robot itself after once correcting the origin error Δ, and it is sufficient to correct the base error Δ when the robot is installed. Positioning accuracy can be obtained.

なお、この実施例においてはCAD/CAMシステムによりロ
ボットの各軸指令値が与えられる場合について説明した
が、ロボットの各軸指令値を与えるものが計算機システ
ム等であっても良い。
In this embodiment, the case where each axis command value of the robot is given by the CAD / CAM system has been described, but a computer system or the like may give each axis command value of the robot.

[発明の効果] この発明は以上説明したように、複数の位置・姿勢また
は各軸の角度の指令値とこの指令値によりロボット座標
系においてロボットが動作した相違位置の測定値により
ロボット各軸の原点誤差を算出し、この算出値によりロ
ボットの絶対位置決め精度を補正するようにしたから、
ロボット内部の検出器の検出値を用いることなく絶対位
置決め精度の向上を図ることができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, command values of a plurality of positions / orientations or angles of each axis and measured values of different positions at which the robot operates in the robot coordinate system based on these command values are used to measure each axis of the robot. The origin error is calculated and the absolute positioning accuracy of the robot is corrected using this calculated value.
The absolute positioning accuracy can be improved without using the detection value of the detector inside the robot.

また、ロボット内部検出器を用いることなく絶対位置決
め誤差を補正することができるから任意の汎用ロボット
の絶対位置決め精度の向上を図ることができる効果を有
する。
Further, since the absolute positioning error can be corrected without using the robot internal detector, there is an effect that the absolute positioning accuracy of any general-purpose robot can be improved.

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

第1図はこの発明の実施例を示すブロック図、第2図は
上記実施例の動作原理を示す説明図、第3図は上記実施
例におけるヤコビ行列算出の説明図、第4図は上記実施
例の動作を示すフローチャート、第5図は上記実施例に
おける測定器座標系とロボットベース座標系の誤差補正
の説明図、第6図は上記実施例による絶対位置決め精度
の変化特性図、第7図はロボットの手先位置・姿勢の誤
差分類を示す説明図である。 1……CAM/CAMシステム、2……グラフイック・デイス
プレ、3……ポストプロセッサ、4……ロボット、5…
…入力装置、TP1〜TP3……CAD/CAMシステム上の指示
点、RP1〜RP3……ロボット手先の到達点。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory view showing the operating principle of the above embodiment, FIG. 3 is an explanatory view of the Jacobian matrix calculation in the above embodiment, and FIG. FIG. 5 is a flow chart showing the operation of the example, FIG. 5 is an explanatory view of the error correction of the measuring instrument coordinate system and the robot base coordinate system in the above embodiment, FIG. 6 is a change characteristic diagram of the absolute positioning accuracy according to the above embodiment, FIG. FIG. 7 is an explanatory diagram showing error classification of the hand position / orientation of the robot. 1 ... CAM / CAM system, 2 ... Graphic display, 3 ... Post processor, 4 ... Robot, 5 ...
… Input device, TP1 to TP3 …… Indicator on CAD / CAM system, RP1 to RP3 …… Robot hand reaching point.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ロボット制御装置に位置・姿勢または各軸
の角度を指令値として与え、ロボットの位置・姿勢制御
を行なわせる方式におけるロボットの位置決め誤差補正
方法において、 (イ)複数の位置・姿勢または各軸の角度指令値をロボ
ット制御装置に与え、 (ロ)上記各位置・姿勢または各軸の角度の指令値に対
応するロボットのベース座標系におけるロボットの手先
位置を上記ロボットのベース座標系に平行に補正された
三次元測定器で実測し、 (ハ)上記各位置・姿勢または各軸の角度の指令値間の
偏差と、上記手先位置間の実測値の偏差を求め、 (ニ)上記各指令値間の偏差と、手先位置間の実測値の
偏差及びロボットの各関節の微小回転を示すヤコビ行列
とを用いてロボットの各軸の原点誤差を求め、 (ホ)位置・姿勢または各軸の角度の指令値を上記各軸
の原点誤差で補正して、ロボットの位置・姿勢制御を行
なわせることを特徴とするロボットの位置決め誤差補正
方法。
1. A method for correcting a positioning error of a robot in which a position / orientation or an angle of each axis is given as a command value to a robot controller to control the position / orientation of the robot. Or, the angle command value of each axis is given to the robot controller, and (b) the hand position of the robot in the robot base coordinate system corresponding to the command value of each position / orientation or each axis angle is set to the robot base coordinate system. (3) Obtain the deviation between the command value of each position / orientation or the angle of each axis and the deviation of the actual measurement value between the above hand positions. The origin error of each axis of the robot is obtained by using the deviation between the command values, the deviation of the actual measurement value between the hand positions, and the Jacobian matrix indicating the minute rotation of each joint of the robot. A command value of the angle of each axis is corrected at the origin error of said each axis, positioning error correction method of the robot, characterized in that to perform the position and posture control of the robot.
【請求項2】上記各軸の原点誤差による実空間上の位置
決め誤差の補正を繰返し行う特許請求の範囲第1項記載
のロボットの位置決め誤差補正方法。
2. The method for correcting a positioning error of a robot according to claim 1, wherein the positioning error in the real space due to the origin error of each axis is repeatedly corrected.
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