JPS62126404A - マニピユレ−タのキヤリブレ−シヨン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、マニピュレータ・キャリブレーション装置に
関し、詳しくは産業用部品のハンドリングに不可欠な３
次元位置および姿勢情報を高精度に得るために必要な多
関節マニピュレータの各種パラメータをキャリブレーシ
ョンするための装置に関するものである。

［従来の技術］ ロボットシステムとして使用される多関節マニピュレー
タにおいては、従来の３次元情報の取り嶋いについて以
下に述べるような幾つかの問題点がある。

まず、基準（ワールド）座標系におけるロボット・ハン
ドの３次元位置と姿勢の絶対値およびその精度が保証さ
れていない。特に産業用マニピュレータでは繰り返しの
相対精度のみが重点的に問題とされるが、マニピュレー
タの作業空間における絶対精度については言及されてい
ない。

次に、マニピュレータの各関節におけるパルス・エンコ
ーダのオフセット値は、各関節の角度がゼロの時の姿勢
を水準器などで計測することにより設定されているが、
マニピュレータの軌道の直線性や直交性がそこなわれる
ことがあり、そのために誤差が生じる虞が多い。

また、基準座標系からみたマニピュレータのベースに固
定されている座標系原点の３次元位置と姿勢とがわかっ
ていないため、作業空間におけるマニピュレータの位置
と姿勢とが不明確であるという問題がある。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、上記の問題点を解決することを目的としてな
されたもので、基準座標系からみたマニピュレータのベ
ース座標原点の３次元位置とその姿勢、マニピュレータ
の各関節の長さ、マニピュレータの各関節でのパルス・
エンコーダのオフセット値および計測用治具に関する長
さや角度。

その他のパラメータを決定することが可能なマニピュレ
ータ・キャリブレーション装置を提供するものである。

［問題点を解決するための手段］ かかる目的を達成するために、本発明はマニピュレータ
の作動部に設定した代表点の３次元位置座標の計測が可
能な位置検出装置と、マニピュレータの個々の関節部に
おける回動角に関するデータを出力する手段と、マニピ
ュレータに複数の姿勢をとらせたときに位置検出装置お
よびデータ出力手段から得られる計測値および出力値に
基づいて反復修正アルゴリズムにしたがいキャリブレー
ションに必要なパラメータ群を計算する手段とを具えた
ことを特徴とする。

［作　用］ このように構成したマニピュレータ・キャリブレーショ
ン装置によれば、多関節マニピュレータに種々の姿勢を
とらせ、その状態におけるハンド部などマニピュレータ
先端部の代表点の３次元位置の計測値およびマニピュレ
ータの各関節におけるパルス・エンコーダの出力値を得
ることによって、これらの複数組のデータを人力値とし
て、ニュートン法による反復修正アルゴリズムの手法を
用い、上述したパラメータを求めることかできる。

［実施例］ 以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細かつ具体
的に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す。ここで、１は多関節
マニピュレータであり、Ｐはマニピュレータ１のハンド
部ＩＡ先端部に設定した３次元位置計測用の代表点であ
る。この代表点Ｐの３次元ｊ装置は検出装置２によって
検出され、入出力装置３を介してアルゴリズムを格納し
たメモリ４にその検出信号が人力される。なお、検出装
置２としては、例えば３次元測定器を用いてオペレータ
により心動する代表点を追跡計測させるようにするとか
、あるいは代表点Ｐに発光素子ＬＥＤを装着して、外部
に設けた２台のカメラによるステレオ方式で自動的にそ
の３次元位置を計測させるようにすればよい。

５はマニピュレータ制御用の第１計算機であり、制御用
第１計算機５ではマニピュレータ１の各関節部でのパル
スエンコーダからの信号によりその出力値データを第２
計算機６のアルゴリズム格納メモリ４に供給し、第２計
算機６において後述する反復修正アルゴリズムによりキ
ャリブレーションに必要なパラメータが演算されると、
これらのパラメータを用いて得られたキャリブレーショ
ン・データによりマニピュレータ１を制御し、キャリブ
レーションを実施することができる。

ついで、多ＩＪＩマニピュレータのキヤリプレーレヨン
に使用される未知パラメータを第２図に基じいて以下に
示す。

１）基準座標系におけるマニピュレータのベース座標系
の原点位置Ｐｓにおける座標（ｘｓ　、　ｙｓ。

ＺＳ）、 ２）　マニピュレータのベース座標系のｘ、ｙ、ｚ　各
軸まわりの回転角度（α、β、γ）。

３）　マニピュレータの各関節の長すＬｊ、（ｊ＝１．
・・・ｍ）。

４）　マニピュレータの各関節におけるパルス・エンコ
ーダ出力のオフセット値１１ｊ（ｊ＝１．・・・ｍ）。

５）　その他、計測用治具に関する長さや角度などのパ
ラメータ。

ここで、ｍはマニピュレータの関節数を示しく本例では
ｍ＝！ｓ）、これらの未知のパラメータを要素とするベ
クトルを６（＝［Ｑｌｐ２・・・ｐｎ　］”　）で表わ
すとマニピュレータの構造により、先端部の代表点Ｐの
３次元位置ベクトルπ（＝［ｘｙ２１１”）は、次のよ
うなパラメータイを含む方程式により求められる（上記
でＴは転置を示す）。

百＝７　（ｑｌ、　ｑ２．・・・、　ｑｎ）　　　・・
・（１）また、点Ｐの３次元位置における誤差ΔＵ（＝
［ΔＸΔｙΔＺ　］”　）は、次式のように、各々の未
知パラメータの微小変動の線系結合で近似される。

Δ了＝（８♂／Ｅ３ｑ）＊Δイ　　　　　・・・（２）
ここで、Δｑは各パラメータの誤差であり、Δ寸はマニ
ピュレータ先端部の代表点Ｐの３次元位置の計測値と計
算式（１）から求めた予測値との位置ずれの誤差がある
。

式（２）において、偏微分の項をマトリックスＡで置換
すると、 Δｕ＝＝Ａ・Δｑ　　　　　・・・（３）で表わされる
。

そこで、Δ育の解を得るためには未知パラメータ数以上
のデータを与えることが必要であり、従って、Ａは長方
形マトリックスになる。

よって、Δイは、 Δ胃＝　（Ａ”　Ａ）−１Ａ”Δπ　　　　　・・・（
４）式（４）であられされ、この式（４）から最小自乗
の意味での解Δ可が求まる。そこで、初期値をｗ′とす
ると、初期値ｗ′　と上式から得らえた値Δ育を次式（
５）に代入して、パラメータイが得られるｑ＝ｑ　　＋
Δｑ　　　　　・・・（５）この胃を式（３）に代入し
て、誤差Δπが減少するように各パラメータを修正し、
式（３）　、　　（４）　。

（５）を繰り返し演算することによって未知パラメータ
数を推定する。

なお、以上述べたようなニュートン法によるパラメータ
推定のための反復修正アルゴリズムへの入力させるデー
タとしては、マニピュレータが種々の姿勢をとった状態
での次の２種のデータが必要である。

Ｌ）　マニピュレータ先端部の代表点Ｐの３次元位置の
計測値。

２）各関節のパルス・エンコーダの出力値ＰＧｊ（ｊ＝
１．・・・ｍ）。

すなわち、１）は予測値との差ΔＵを計算するために必
要であり、２）はパルス・エンコーダ出力値ＰＧｊ（ｊ
−１，・・・ｍ）が、次式のように関節角度θｊ（ｊ＝
１．・・・ｍ）とパルス・エンコーダ出力のオフセット
値Ｂｊ（ｊ＝ｔ、・・・ｍ）とによって表わされるから
である。

ｐＧ」＝Ａ」＊θｊ　　＋　Ｂｊ　　　（ｊ　＝　１．
−ｍ）　　　　・＝　（５）ここで、Ａｊ（ｊ＝１．・
・・ｍ）は変換定数である。

なお、反復修正アルゴリズムを実施するにあたって、マ
ニピュレータ先端部の３次元位置の導出と偏微分の項の
計算とには、数式処理言語Ｒｅｄｕｃｅを通用すること
ができる。

次に、５自由度を有する多関節マニピュレータのキャリ
ブレーションに、上述したアルゴリズムを適用した実施
例を第２図および第３図によって説明する。

ここでは、次の順序にしたがい、［Ａｊ　マニピュレー
タの主要な３軸と［８］ハンド部分の２段階に分けてパ
ラメータを求める。

［Ａｊ　マニピュレータの主　３＠についての未知パラ
メータ推定 まず、マニピュレータの主要な３軸についての未知パラ
メータを求める。第２図に示すように座標系原点Ｐｓに
おける各軸まわりの回転角度を（α、β、γ）とし、各
関節における座標軸に沿った方向ベクトルを又、＋　Ｌ
　＋　’Ｅ１　　（ｉ　＝ｓ。

α、β、γ、　１，２，３．４　）　、各関節における
回転角度をそれぞれθ１．θ２．θ３とすると、以下に
示すような方向ベクトルに関する７組の方程式が得られ
る。

これらの方向ベクトルを用いて、測定点Ｐａの３次元座
標値（ｘａ、ｙａ、ｚａ　）を求めるベクトル方程式は
第２図のようなマニピュレータの構造から、 Ｐａ　＝Ｐｓ　＋Ｌ１＊ｘｌ　＋Ｌ２＊ｘ２＋Ｌ３＊ｚ
３　＋Ｄａ＊ｙ４　　　　　　　　　°°（１４）ここ
で、Ｌｌ、Ｌ２．Ｌ３は各関節の長さ、　Ｄａは点Ｐ４
と点Ｐａとの間の長さである。

次に、各関節における回転角度（θ１．θ２．θ３）と
それに対応するパルス・エンコーダの出力値（ＰＧＩ、
ＰＯ２，ＰＯ２）　　との関係は、次の３式で示される
。

ＰＣＩ　＝Ａ１＊θｌ＋８１　　　　　　　　　　　・
・・（１５）ＰＯ２＝−Ａ２＊θ２＋Ｂ２　　　　　　
　　　・・・（１６）ＰＯ２＝Ａ３＊θ３＋Ｂ３　　　
　　　　　　　・・・（１７）ここで、Ａｉ（ｉ＝１．
・・・３）は、回転角度とパルス・エンコーダとの変換
定数であり、Ｂｉ　（ｉ　＝１、・・・３）はパルス・
エンコーダ出力のオフセット値である。このマニピュレ
ータの場合、第１関節における回転角θｌとＸ軸まわり
の回転角αは方向が同じなため、そのオフセット値Ｂｌ
は定数とする。

よって、この場合の未知パラメータは、マニピュレータ
座標系原点Ｐｓの３次元座標値（ｘｓ　。

ｙｓ　、　ｚｓ　）とその各軸まわりの回転角度（α。

、β、γ）、各関節におけるパルス・エンコーダ出力の
オフセット値（８２，Ｂ３　）および点Ｐ４と点Ｐａの
匍の長さＤａの合計９個となる。

測定点Ｐａでの誤差（Δｘａ、Δｙａ、Δｚａ）は、以
下の３式で近似される。

＋（８ＸＩＬ／８θ２）＊Δθ２＋（θＸＩＬ　／　８
θ３）木Δθ３＋　（ａ　ｘ１Ｌ／ａＤａ）木ΔＤａ ・・・（１８） ＋　（ａｙａ／ａｚ５）＊Δｚｓ　＋　（ａ　ｙａ／８
　（Ｘ）　＊Δα＋（８’ｊ＠／ａβ）＊Δβ＋（ａＶ
ａ／８γ）木Δγ＋　（ａｚａ／ａｚｓ）＊Δｚｓ　＋
　（’Ｚａ／８α）＊Δα＋　（ａ　２（１／ａβ）＊
Δβ＋（ｃ５Ｚａ／８γ）＊Δγ＋（ａｚＢ／ａθ２）
＊Δθ２　＋　（ｅ　Ｚａ　／８θ３）＊Δθ３＋　（
ａ　ＺＩＬ　／　ａＤａ）木ΔＤａ・・・（２０） このとき、Δθ２．Δθ３は、式（１６）　、　（１７
）から次のように変換される。

Δθ２＝−ΔＢ２／Ａ２　　　　　　　　・・・（２１
）Δθ３＝ΔＢ３／Ａ３　　　　　　　　　・・・（２
２）これらの式をそれぞれ式（１Ｂ）　、　（１９）お
よびＣ２０）へ代入することにより、パルス・エンコー
ダ出力のオフセット値（Ｂ２．Ｂ３）を未知パラメータ
へ変換する。

ニュートン法によるアルゴリズムへの人力データとして
は、第１間節角θｌと第２間節角θ２のみを交互に９回
動かし、測定点Ｐａの３次元位置を３次元測定装置など
で計測し、同時に各関節のパルス・エンコーダ出力値Ｐ
Ｇｉ（ｉ＝１．・・・３）を求める。同様にして、第２
間節角θ２と第３関節角θ３および第３関節角θ３と第
１間節角θｌについてもそれぞれ同様に９回動じて９組
ずつのデータを求め、総計２７組のデータ（ｘａｍ、　
ｙａｍ。

ｚ　ａｍ、　ＰＧｌ、ＰＯ２，ＰＯ２）を得る。

かくして、これらの人力データと未知パラメータに対す
る初期値とにより、まずパルスエンコ−ダ出力値ＰＧｉ
　（ｉ　＝　１．・・・３）の値から式（１５）　、　
（１６）および（１７）によって角度（θ１．θ２．θ
３）が逆算される。つぎに、式（１４）による計算値（
ｘ　ａｃ、　ｙ　ａｃ。

ｚ　ａｃ）と３次元位置検出装置２による実測値（ｘ　
ａｒｍ、　ｙ　ａｍ、　　ｚ　ａｍ）との差より誤差Δ
ｘａ＝ｘａｃ−ｘａｍ、Δｙ　ａ　＝　ｙ　ａｃ　−ｙ
　ａｍ、Δｚａ＝ｚａｃ−ｚａｍおよび偏微分に関する
項の値が求められ、ニュートン法によるアルゴリズムを
用いて、９個の未知パラメータを決定することができる
。

なお、本願人は本装置によってキャリブレーションを実
施するにあたり、パラメータの初期値を次のように与え
た。

Ｘｍｏ　＝＋−１０１０，（ｍｍ）　、Ｙｍｏ＝　５２
０．　（ｍｍ）　、Ｚｍｏ−−６２０，（ｏｈｍ）ａｏ
＝０．０１＝βｏ−０，０１＝ｙｏ−０，０１（ｒａｄ
）　。

Ｂ２ｏ　＋＝　−１８０（ｍｍ）　、Ｂ３ｏ＝　−５２
０（ｍｍ）　、Ｄａｏ＝　４０．　（ｍｍ）繰り返し演
算は、大体５〜７回で収束し、得られたパラメータの値
は、 Ｘ５−−１０４５．６　（ｍｍ）　、Ｙｓ＝３５４．６
　（ｍｍ）　、Ｚｓ−−６３８，９（ｍｍ）ａ　−−，
００８９（ｒａｄ、）、β−−，００４８（ｒａｄ、）
。

Ｔ−−，００２１（ｒａｄ、）　。

口２＝−１７９，Ｂ３　　＝−６７９，Ｄａ　　＝４０
．６（＋ｎｍ）であった。

なお、ここで用いた定数データは、 変換定数　Ａ１＝７４４８．　（１／ｒａｄ、）　、Ａ
２−９５４．９．　（１／ｒａｄ、）　、Ａ３＝７６３
９．　（１／ｒａｄ、）　。

各関節の長さＬ１＝１２＝Ｌ３＝４００．（ｍ＋ｎ）で
あり、第１関節のオフセット値Ｂ１＝３８３．とじた。

かくして、得られたオフセット値を用いて３つの関節角
度（θ１．θ２．θ３）をすへて０とすると、マニピュ
レータの第１と第２関節は垂直に、第３関節は水平にな
る。

この状態で、３つの関節角度（θ１．θ２．θ３）の値
をそれぞれ変化させ、測定点Ｐａの３次元座標値（Ｘａ
、Ｙａ、Ｚａ）に関して、式（１４）に基づく計算値と
３次元測定値などで計測した値を比較してみると、約１
０点の絶対平均誤差は、 Ｘ座標：　０．３５ｍｍ　’ Ｙ座標＋　０．４５ｍｍ Ｚ座標：　０．４５ｍｍ であった。

［Ｂ］マニピュレータ１のハンド部ＩＡへの適用。

ハンド部ＩＡの測定点Ｐを第３図のように、指部の下端
コーナとすると、第４関節における回転軸Ｐ４（＝ＰＣ
）からハンド部ＩＡまでの長さＤｃｄ、点Ｐｄから指部
までの長さ［９およびそのなす角度（ｓ　、　ｔ）など
の諸パラメータを計測しておく必要がある。

そこで、点Ｐｃの３次元位置を求めるためには、次のよ
うな方法を用いる。第３図において、第４関節部の平面
Ａの約１０点を３次元測定器で計測し、その平面の方程
式を得て、この面の中心点Ｃから面に垂直なベクトルを
出して、ある長さの個所に点Ｐｃを設定する。次に、ハ
ンド部分の４点Ｔｉ（ｉ＝１．・・・４）と測定点Ｐと
を３次元測定器で測定し、四角形Ｔｌ−７２−７４−７
３の中心点をＰｄとする。

（点Ｐｄは、ｚ４軸上にある。）このとき点Ｐｃと点Ｐ
ｄ間の長さＤｃｄおよび点Ｐｄと点２間の長さＤｕｐが
求められる。

第４図に示すように、３次元空間における一つの点Ｐは
、座標原点からの長さしおよび２つの角度（ｓ　、　ｔ
）の３つのパラメータで表現される。しかるに第３図に
おいては、点Ｐｄからの長さＤｃｄが得られているので
、第４図に対応した角度（ｓ　、　ｔ）を求める必要が
ある。

その前に、３次元測定器における座標系（第３図（Ａ）
参照）とマニピュレータ座標系（第３図（Ｂ）参照）と
の間の変換行列Ｒ（３Ｘ３）を求める。これには、点Ｔ
Ｉ、Ｔ２．Ｔ３．Ｔ４およびＰｄにおける３次元座標値
を両座標系について代入し、最小自乗法で変換行列Ｒの
各要素を求める必要がある。

点Ｐｄを原点とするマニピュレータ座標系での点Ｐ（７
）３次元位置（Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚｐ）は、次の３式で表わ
される。

ＸＰ＝　　ＤＪ２　ｐ　　＊　ｃｏｓ　（ｓ）　＊　ｃ
ｏｓ　（ｔ）　　　　　　　・◆１（２３）Ｙｐ＝　Ｄ
Ｊｌｐ　＊５ｉｎ（ｓ）＊ｃｏｓ（ｔ）　　　　　　・
・・（２４）Ｚｐ＝　ＤＪ！　ｐ　＊　ｓｉｎ　（ｔ）
　　　　　　　　　　−（２５）ここで、マトリックス
変換行列Ｒの各要素、３次元測定器における座標系（第
３図（Ｃ）参照）での点Ｐの値（Ｘ５．Ｙ５．Ｚ５）　
、点Ｐｄ（７）値（Ｘｄ、Ｙｄ、Ｚｄ）および長さＤ℃
ｐは既知なので、これらの値を次式（２６）に代入する
ことにより角度ｓ、ｔを求めることができる。

このように、ハンド部分ＩＡの４つのパラメータ、長さ
ＤｃｄとＤＩＬｐおよび角度ｓ、ｔが求められる。

方向ベクトルに関する方程式は、式（７）〜（９）まで
は［Ａ］　と同様である。第４．５関節軸について、次
の２式が得られる。

ｘ４　＝ｘ３　＊ｃｏｓθ４−７３　＊ｓｉｎθ４ｙ４
＝ｙ３　　　　　　　　　　　　　　　　（２７）７４
　＝−７３＊ｓｉｎθ４　＋Ｅ３　＊ｃｏｓθ４ｘ５　
　＝ｘ４　　＊ｃｏＳ　　θ５　　　Ｅｌ”４＊ｓｉｎ
　　θ５７５＝−７４＊ｓｉ口　θ５　　＋ｐ４　　＊
ｃｏｓ　　θ５　　（２８）ｚ５　　＝ｚ４ これらの方向ベクトルを用いて、ハンド部の測定点Ｐの
３次元位置が次式で与えられる。

Ｐ＝Ｐｓ　＋Ｌ１＊ｘｌ　＋Ｌ２＊ｘ２　＋Ｌ３＊ｚ３
＋　Ｄｉｐ＊ｃｏｓ　（ｓ）　＊ｃｏｓ　（ｔ）　＊７
５＋　ＤＪ！ｐ＊５ｉｎ（ｓ）＊ｃｏｓ（ｔ）＊ｙ５　
　　　　　（２９）＋（Ｄｃｄ＋　Ｄｕｐ　＊　５ｉｎ
（ｔ））＊Ｔ５次に、第４および第５関節における回転
角度（θ４．θ５）とパルス・エンコーダの出力値（Ｐ
Ｏ２，ＰＯ２）との関係は、このマニピュレータでは次
式のような差動方式になっている。

ＰＯ２＝Ａ４＊　（−０４＋θ５／２）　＋　８４　　
　　　　・−（３０）ＰＯ２＝Ａ５＊　（θ４＋０５／
２）　＋　８５　　　　　　・・・（３１）ここでの未
知パラメータは、第４．第５関節のパルス・エンコーダ
出力のオフセット値（Ｂ４，８５）および角度ｔである
。

測定点Ｐでの誤差（ΔＸｐ、ΔＹｐ、ΔＺｐ）は、以下
の３式で近似できる。

ΔＸｐ ・（ａ　Ｘｐ／　ａθ４）＊Δθ４＋（ａ　Ｘｐ／　ａ
θ５）＊Δθ５＋　（ａ　Ｘｐ／　ａ　ｔ）　＊Δｔ　
　　　　　　　　　　・（３２）Δｙｐ −（ａＹｐ／８θ４）＊Δθ４＋（ａ　Ｙｐ／　６θ５
）＊Δθ５＋　（ａ　Ｙｐ／　ａ　ｔ）　＊Δｔ　　　
　　　　　　　　−（３３）ΔＺｐ −（ａＺｐ／ａθ４）＊Δθ４＋（ａ　Ｚｐ／　Ｆ２Ｏ
３）＊Δθ５＋（ａｚｐ／８ｔ）＊Δｔ　　　　　　　
　　　・・・（３４）このとき、Δθ４およびΔθ５は
、式（３０）。

（３１）から次のように変換される。

Δθ４＝ΔＢ４／　（２＊Ａ４）　　−ΔＢ５／　（２
＊Ａ５）　　　　・・・（３５）Δθ５＝−ΔＢ４／Ａ
４−Δ８５／Ａ５　　　　　　・・・（３６）これらの
式を式（３２）　、　（３３）および（３４）へ代入す
ることにより、オフセット値（Ｂ４，８５）を未知パラ
メータとする。

かくして［Ａ］で求めたキャリブレーション・データを
用いた状態において、ニュートン法によるアルゴリズム
への人力データとして、第４関節角θ４と第５関節角θ
５のみを交互に２５回動かし、測定点Ｐの３次元位置を
３次元測定装置などで計測し、各関節のパルス・エンコ
ーダの出力値ＰＧｉ（ｉ＝１．・・・５）を得、ニュー
トン法によるアルゴリズムによって、次のようにパラメ
ータを決定することができた。

Ｂ４＝　３４０．Ｂ５＝　−１４７、ｔ　＝　３９．４
　（ｄｅｇ、）ここで、用いた定数データは、 変換定数Ａ４＝　Ａ５＝　１４００．　（１／ｒａｄ、
）Ｄｃｄ　＝１４１．９（ｍｍ）、　ＤＪ２ｐ　＝８１
．８（ｍｍ）。

ｓ　＝７１．７（ｄｅｇ、）である。

得られたキャリブレーション・データを用いた状態で、
各関節角度（θｌ、θ２．θ３．θ４．θ５）をそれぞ
れ変化させ、ハンド部指先の測定点Ｐの３次元位置を３
次元測定器などで実測した値と式（２９）に基づいた計
算値と比較した結果、その絶対平均誤差は、 Ｘ座標：　０．５２＋ａｍ。

Ｙ座ｉｌｌ：　０．９３ｍｍ。

２座標：　０．３５ｍｍ であった。

ついで、第５図により以上述べてきたような動作手始を
再度数層めて説明すると、まず、ステップＳｌにおいて
第１図のところで説明した第１計算機５によりマニピュ
レータ先端部の代表点、例えばＰの３次元位置座標を求
め、ステップＳ２において更に各関節回転角に関するデ
ータとしてパルス・エンコーダからの出力値をそれぞれ
検出し、ステップＳ３に進んで、ステップＳ１およびＳ
２の繰返しによって得られたデータが十分であるか否か
が判断され、十分であればステップＳ４に進んで第２計
算機６により例えばニュートン法によるマニピュレータ
・キャリブレーション用の反復修正アルゴリズムに従っ
て、キャリブレーションに必要なパラメータ群を計算し
、ステップＳ５でマニピュレータ１のキャリブレーショ
ンを実施する。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、その多関節マニピ
ュレータ・キャリブレーション装置から得られたパラメ
ータを用いることにより、基準座標系におけるロボット
・ハンドの３次元位置と姿勢の絶対値が精度よく得られ
る。このため、複数個のマニピュレータが存在する場合
でも、各々のロボット座標系の相互関係を決定すること
が可能となり、さらに、マニピュレータを任意の位置へ
移動した際でのロボット座標系の変更が容易になる。更
にまた、本装置があれば、マニピュレータを傾斜した床
面は勿論、壁、天井など、どのような所でも設置するこ
とができ、マニピュレータに関する高精度な３次元情報
が得られる。

また、視覚センサとしてのカメラの位置と姿勢が既知で
あれば、ハンドアイシステムでの両座標系の位置・姿勢
が決定でき、オフラインプログラミングにも利用可能で
ある。

すなわち、本発明は、高精度マニピユレーションやハン
ドアイシステムにおけるパラメータ決定の基礎となるキ
ャリブレーション装置を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明マニピュレータ・キャリブレーション装
置の構成の一例を示すブロック図、第２図はその３自由
度のマニピュレータに関するパラメータを示す説明図、 第３図はそのマニピュレータ・ハンド部を具えたときの
パラメータおよび３次元測定器における座標系とマニピ
ュレータ座標系との関係を示す説明図、 第４図は３次元空間における３つのパラメータを示す説
明図、 第５図は本発明マニピュレータ・キャリブレーション装
置によるキャリブレーションの動作手順を示す流れ図で
ある。 １・・・多関節マニピュレータ、 １＾・・・ハンド部、 Ｐ・・・代表点、 ２・・・３次元位置検出装置、 ３・・・入出力装置、 ４・・・アルゴリズム用メモリ、 ５・・・制御用第１計算機、 ６・・・アルゴリズム用第２計算機。 Ｓ、稗斧原９゜ Ｘ４　　　　第２　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）マニピュレータの作動部に設定した代表点の３次元
   位置座標の計測が可能な位置検出装置と、前記マニピュ
   レータの個々の関節部における回動角に関するデータを
   出力する手段と、前記マニピュレータに複数の姿勢をと
   らせたときに前記位置検出装置および前記データ出力手
   段から得られる計測値および出力値に基づいて反復修正
   アルゴリズムにしたがいキャリブレーションに必要なパ
   ラメータ群を計算する手段とを具えたことを特徴とする
   マニピュレータのキャリブレーション装置。 ２）特許請求の範囲第１項に記載のマニピュレータのキ
   ャリブレーション装置において、前記反復修正アルゴリ
   ズムはニュートン法によるものであることを特徴とする
   マニピュレータのキャリブレーション装置。 ３）特許請求の範囲第１項または第２項に記載のマニピ
   ュレータのキャリブレーション装置において、前記パラ
   メータ群は基準座標系から見た前記マニピュレータのベ
   ース座標系の原点の３次元位置および姿勢、前記マニピ
   ュレータの前記関節間の長さ、前記個々の関節での回動
   角に関するオフセット値、および計測用治具に関するも
   のであることを特徴とするマニピュレータのキャリブレ
   ーション装置。