JPS62272111A - ロボツトハンドの位置・姿勢検出方法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明はロボットのハンドの位置、姿勢の精密な測定に
係り、ロボットハンドの位置、姿勢の精度検査に好適な
ロボットのハンドの位置、姿勢を検出するためのロボッ
トハンドの位置、姿勢検出方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、ロボットの精［測定については、ロボテイツクス
　トレンズ　１４−１７（１９８５年）第１６頁から第
２２頁（Ｒｏｂｏｔｉｃｓ　Ｔｒｅｎｄｓ　、　１４−
１７ＭａＹ　（１９８５）　）’Ｐ１３−２２　）　に
おいて論じられている。

なお、この方法に関連するものとして、特開昭５２−６
７５５５号公報等が挙げられる。

〔発明が解決しよりとする問題点〕

上記従来技術は任意の位置、姿勢に対する測定を行なう
という点について配慮がされていない。

本発明の目的は、ロボットハンドの任意な位置。

姿勢を高精度に検出することができるロボットハンドの
位置、姿勢検出方法を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的は、ある一定の測定範囲内での任意の位置に
ある球の表面の５次元座標を数点測定する事により、そ
れぞれの球の中心座標を算出し。

それらの座標を用いハンドの位置、姿勢を計算する事に
より、達成される。

また、作業座標系からロボット座標系への座標変換にお
いて補正すべき機構パラメータすべては座標変換式に陽
に含まれる関係式を設定することによって得られる。

〔作用〕

３次元の位置を正確に測定する事のできる測定機を使用
するか、またはそのような測定１機を製作することによ
り、ある一定の測定範囲内においては任意の位置、姿勢
にあるハンドに取り付けられた球の表面の５次元座標を
高ｎ１度に測定し、それらの座標データから３球それぞ
れの中心座標を計算し％６球の中心座標とあらかじめ設
定された３球間の関係式により、ハンドの位置、姿勢を
高精度に検出することができる。

また補正すべき機構パラメータすべてを陽に含んだ座標
変換式によって推定された裾付は位置を用いれば、機構
誤差補正を考慮したエンコーダ直によってロボットを動
作するとき、ロボット手先の位置、姿勢とロボット据付
は座標系の間でのす−づての機構設計匝が矛盾なく補正
されたことになる。それによって、ロボットは推定され
た機構誤差により補正された機構パラメータを待つよう
になるので、誤動作することがない。

〔渠施例〕

以ド１本発明を図に従って詳細に説明する。

第１図に２いて、ロボットハンドを位置、姿勢ｔ−検出
し之いところに位置させる。ロボットの手先に６球のつ
いた測定用ハンド！ｋＦｆｒｆの立置（後述）に取り付
け、球の表面の点の３次元座標を測定可能な測定機で測
定する。１は測定用ハンドに取りつけられた球である。

本実施例によれば、接触センサの触針を数不持ち、測定
において任意の触デｒを選択可能である測定機を用いる
ことにする。

２は選択ｏＴ能なｆ＆触−／すの付いた測定機の触針で
める。

ここで、接触センｔ３より接点の座標を入力として収り
込む事ができる。記憶装置４は一球につき４点（ｚｌ、
７１．２１　）、　（Ｊ２．ｙ２．ｚす、　（２５、ｕ
　。

”）、（”＋！’ｐ”）の座標６を取り込んで記憶し演
算装置５は球の中心座標（ＪＩＪ　、ｙＯ、ｇｏ　）を
次の一式により計算する。

ここで、測定用ハンドの概略と位萱、姿勢ベクトルを累
２図により説明する。測定用ハンドは、ハンドの手先に
一球の中心がくる工うに°ｔ、（Ａｌ、他の２球はハン
ド座性糸ｘｙ平面上に配置する。本ＩＩりではΔＡＢＣ
ｉ正三角形に設定した。

３球Ａ、Ｂ、Ｃの中心をそれぞれＡ！　（ｚＡｏ　、　
ｙＡＩｌ”ＡＱＬ　　Ｂ’（”Ｂｌｌ　　、７Ｂ’＋”
ＢＯ）＋”（’Ｏｆｆ＋７００．”Ｃｏ）とすると、演
算装置５はハンドの位置をＡｎ（、ムａ７Ａｌｌ　ｌ　
ＺＡＯ）によって求め、ΔＪａ３ａＣａの厘心Ｄａｆ計
算することに二〇安努を求める事ができる。

”　（’ＤＯｒ　１１）Ｏｒ　”ｌ）Ｏ）更に演Ｊ！ｆ
ｆｆｉｔ　５は求められたＡｏ　、　ＢＪ　、　Ｃｏ　
、　Ｄｏよリバンドの姿勢を表わす６つの方向余弦／ｌ
　７１　Ａを次の式により求め、これら方向余”’Ｚ　
／　＊　ｙ　、　Ａの信号８を器己ｖｉ装ｖ！４に記憶
だせる。

ｆ：ハンド座標糸２軸方向の方同余弦 ！：ハンド座標系２＠方向の方向余弦 ＾：ハンド座座標糸軸軸方向方向余弦 Ａ＝　　／Ｘ９ 従って記ｔは装置ｔ４から記憶されたハンド座標系にお
ける位置座標、姿勢を表わす方向余弦９が出力される。

以上のように、ハンド座標系における位置座標、姿勢を
表わす方向余弦７　＃　ｌ　＋　Ａは第３図に示すハー
ド構成によって検出することができる。６は掻１’Ｂ、
セン丈、　　５ｖｉ演算装置、４は記憶装置である。

本発明は更に、櫨々の変形を加えた形でも実施すること
ができる。例えば、任意の位置座標検出可能な他の測定
機に変更が可能である。

また、本発明の他の一実施例を第４図〜第８図により説
明する。まず、第４図のように所定の作業位置にロボッ
トを設定する。ロボットの手先に測定用ハンド１を取り
付け、生産ライン上に作業座標系治具１２を取り付ける
。この際、作業系が個有の座標系を持っているときは、
第４図に示すように治具をその座標系に正確に位置させ
なければならない。また作業座標系が１１！ｌ有の座標
糸を持たないときは、設定した治具を基に座標系を設定
すれば良い。

第５図は本発明のハードウェア構成を示すブロック図で
おる。作業座標糸１３に設定した作業座標系治具１２と
ロボット１６の手先に取り付けた測定用ハンド１に共有
する座標糸を持たせる事により（第８図により後述）、
ロボット座標系と作業座標系を同一の座標系で取り扱え
るようにする。

そのときのロボットのエンコーダ値θｉ　（ｉ＝１．６
　’）１１ｉコントローラ１７から、また作業座標系か
ら６１Ｉｌ定用ハンドと作業座標系治具の共有座標系２
０を記憶装置４に入力する。記憶装置４に送られたエン
コーダｆｔＮと共有座標系を演算装置５に送り作業座標
系におけるロボット座像系（原点及びＸ。

ｙ、ｚ軸方向余弦）２２を計算して（第９図にて後述）
記憶装置４に返す。ここまでの処理を終了すると、測定
用ハンド１を他の作業用治Ａ１２の隅に移ＩＩＩＪざ１
同様の処理をくり返す。この処理を作業座標系治具１２
の各隅において行ない各演算処理結果のロボット座標系
を平均してロボット座標系２５として出力する。以上の
演Ｊ４過橿を第６図フローチャートにおいて説明する。

まず、測定用ハンド設定個所を決定し、その数をＮとす
る。（通常はＮ＝４である１）（，１０（：Ｊ）機構設
計直Ｐと機構誤差データΔＰを設定する。（１０１）ｆ
ｉｌＪンク間の座標変換式の機構設計（＊　Ｉ’を（Ｐ
−ΔＰ）に座標ダ２換式を補正する。つ１り第ｉ軸から
第１＋１軸への座標変換式）Ｊは。

Ｐｉ　＝Ｐ＠、　Ｐｆｌｉ　ＰＱｉ　Ｐｈｉ　ＰＡＩ（
ｒ　＝１　、５　）Ｐ４＝ＰＬ＋　Ｐｌｊｉ　ｐＬ。

となる。

ここで機構パラメータはそれぞれ ＳＩ：　１番めの回転軸方向のアーム長さＡｉ：ｉ査め
の回転軸と１＋１査めの原点Ｏ，＋１との間の距離 θＩ：　Ｉ＃めの回転軸の回転角 ａｉ　二　１番めとｔ＋１番めの回転軸のなすねじれ角 β１　：　、番めとｉ　＋　１４ｆ！めのなすねじれ角
で、ａｉと垂直な平面内のねじれ角 ＬＩ：　　ハンドの第６回転軸方向長さＬ７：　　第６
回転軸とハンド指令位置の距離のように定義される。（
第７図） これらのパラメータを推定された機構誤差ΔＳＩΔＡＩ
、Δθｉ、Δα１．Δβ１で補正し、（Ｓｉ　−Δ”）
＋（Ａ櫂−ΔＡＩ）、Ｃ６０−Δθ１）ｌ（αｔ−Δａ
Ｉ）　、　（Ａｉ　　１ｈｌｊｉ　）　、　（Ｌｉ　−
ΔＬｉ　）　。

（Ｌｙ−ΔＬ２　）を新たなパラメータとし、＋’）　
＋　ｔ２１式の機構パラメータの位置に置＠換えた座標
変換行列Ｐ・′（・＝１．６　）は次のようになる。

次に１作業座標系治具とロボット測定用ハンド共有座標
系を作る方法を第５図において示す。直方体を手先に取
り付けた測定用ハンドを作業座標系治具の隅に位置させ
る。ハンド中心位置ＨＣ（ＨＣ＋　、　ｋＬｃｘ　、　
ｋｌｃｍ　）と座標軸”　’　＋　ｌ　’　Ｔ　２４を
定める。

この座標系を作業座標系によって記述すると次のように
なる。（１０６）（第８図） この座標系はロボットの手先の座標系であるから、作業
座標系でのロボット座標系をＲｕで表わすと。

ＲｏＰ＋ＰｚＰｓＰａＰ＊Ｐａ　　：Ｐ７となる。よっ
てＲｅが求まる。（１０４）ここでマトリクスＲｏを構
成する要素は、λ２：ロボット座標系Ｘ＠の方向余弦 λｙ　：ロボット座標系ｙ軸の方向余弦λ２　：ロボッ
ト座標系２軸の方向余弦（Ｈｏｇ　、　Ｒｏ　ｙ　、　
ｇａｚ）ニロボット座標系原点座標となる。（第９図） 次に、Ｎ＝Ｎ−１としく　１０５）、Ｎ＞Ｏ（１０１５
）の間はこの作用（１０２）〜（１０５）を煉す返し、
それぞれのＲａの平均直によりロボット座標系Ｒｏｗと
する。（１０７） 〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明によれば、ある一定範囲内で
のロボットハンドの圧意な位置、姿勢とハンド形状に対
応した測定用ハンドを設計し取り付ける事により測定が
可能となる。性能、効率は測定機の向上に依存し、測定
用ハンドの設計、計算処理も聞易である。

また本発明によれば、ｅ、ＷＩＡ差をオンライン。

プログラミングによって補正ａＴ能なロボット据付は位
置を計算することができる。上記述の測定用ハンド、作
業座標系治具はＩ′ｆ１１度的に高いものを作ることが
でき機ａ、Ａ差に何ら支障をきたさず、経騎的にも安価
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１′Ｊ）１．施例を示す測定用ハンド
と測定機の関係を表わす図、第２図は本発明に係る測定
用ハンドと位置、姿勢ベクトルの概略図、第３図は本実
施例の処理手順を示すブロック図。 第４図は本発明の他の実施例を示す全体図、第５図はそ
のハードウェア構成を示す図、第６図はそのソフトウェ
ア構成を示す図、第７図は機傳バ２メータを示す図、第
８図は測定用ハンドと作業座標系治具の共有座標系を作
るだめの説明図、第、９図は座標変換式によって作業座
標系においてロボット座標系を表わす１図である。 １・・・測定用ハンド ３・・・接触センサ ４・・・記憶装置 ５・・・演鼻装置 １２・・・作業座標系治具 代転弁理士小川勝男

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ロボットのハンド位置、姿勢を検出するに当り、ロボッ
   トのハンド部に３球を取り付けた測定用ハンドを取付け
   、これら３球の内ある球はハンドの手先位置に位置させ
   、これら３つの球をハンド座標系のｘｙ平面上に付け、
   これら３球の中心座標を測定機により検出することによ
   りロボットのハンド位置、姿勢を算出することを特徴と
   するロボットハンドの位置、姿勢検出方法。