JP2001050741A - ロボットのキャリブレーション方法及び装置 - Google Patents
ロボットのキャリブレーション方法及び装置Info
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- JP2001050741A JP2001050741A JP11224958A JP22495899A JP2001050741A JP 2001050741 A JP2001050741 A JP 2001050741A JP 11224958 A JP11224958 A JP 11224958A JP 22495899 A JP22495899 A JP 22495899A JP 2001050741 A JP2001050741 A JP 2001050741A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高精度、かつ、自動でロボットのキャリブレ
ーションを行う。 【解決手段】 アーム１２の先端部１６に力を加えて動
かすことにより、先端部１６を任意の位置・姿勢に位置
決めすることができるように、６以上の自由度を有する
アーム１２を備え、アーム１２の関節部の各軸に位置検
出器１４を設けて、各軸の位置検出器１４の信号から先
端部１６の位置・姿勢を計測することができる３次元測
定機１０を用い、この３次元測定機１０の先端部１６と
校正したいロボット１８の先端部にある手先２０を結合
して、ロボット先端部の位置・姿勢を計測し、ロボット
１８の位置・姿勢を変えて複数の教示点を計測すること
によりロボット１８の機構パラメータを求めてキャリブ
レーションを行う。
ーションを行う。 【解決手段】 アーム１２の先端部１６に力を加えて動
かすことにより、先端部１６を任意の位置・姿勢に位置
決めすることができるように、６以上の自由度を有する
アーム１２を備え、アーム１２の関節部の各軸に位置検
出器１４を設けて、各軸の位置検出器１４の信号から先
端部１６の位置・姿勢を計測することができる３次元測
定機１０を用い、この３次元測定機１０の先端部１６と
校正したいロボット１８の先端部にある手先２０を結合
して、ロボット先端部の位置・姿勢を計測し、ロボット
１８の位置・姿勢を変えて複数の教示点を計測すること
によりロボット１８の機構パラメータを求めてキャリブ
レーションを行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、産業用の多関節ロ
ボットの絶対精度を向上させることができるキャリブレ
ーション方法及び装置に関するものである。
ボットの絶対精度を向上させることができるキャリブレ
ーション方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】産業用ロボットをＮＣ装置として使用し
ようとしたとき、ロボットの据付け誤差、ロボット自体
の剛性や製作精度に起因する誤差などで絶対精度が低下
するため、キャリブレーションにより絶対精度の向上を
図ることが行われる。キャリブレーションを行うために
はロボット手先の３次元位置を高精度に実測する必要が
ある。
ようとしたとき、ロボットの据付け誤差、ロボット自体
の剛性や製作精度に起因する誤差などで絶対精度が低下
するため、キャリブレーションにより絶対精度の向上を
図ることが行われる。キャリブレーションを行うために
はロボット手先の３次元位置を高精度に実測する必要が
ある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ロボット手先の３次元
位置を計測するために、カメラ、超音波、レーザを用い
る方法等が提案されているが、分解能の点で広範囲に計
測しようとすれば精度が低下するという問題がある。ま
た、機械式の３次元測定機を用いる方法は、他の方式と
比較して精度は保証されるが、自動計測には向かないと
いう問題がある。従来の機械式の３次元測定機を用いる
方法は、計測点に１点ずつ目視で精度良く照準をあわせ
るのに時間がかかり、かつ、計測の個人差が誤差要因と
なる。また、これを自動で行う場合、測定機の軸構成や
姿勢等により、方向によって動きやすさに差があり、測
定機に過大な負荷がかかるなどの問題で、使用範囲（測
定範囲）や使用方法に制約が生じることが予想される。
位置を計測するために、カメラ、超音波、レーザを用い
る方法等が提案されているが、分解能の点で広範囲に計
測しようとすれば精度が低下するという問題がある。ま
た、機械式の３次元測定機を用いる方法は、他の方式と
比較して精度は保証されるが、自動計測には向かないと
いう問題がある。従来の機械式の３次元測定機を用いる
方法は、計測点に１点ずつ目視で精度良く照準をあわせ
るのに時間がかかり、かつ、計測の個人差が誤差要因と
なる。また、これを自動で行う場合、測定機の軸構成や
姿勢等により、方向によって動きやすさに差があり、測
定機に過大な負荷がかかるなどの問題で、使用範囲（測
定範囲）や使用方法に制約が生じることが予想される。
【０００４】本発明は上記の諸点に鑑みなされたもの
で、本発明の目的は、先端部に力を加えて動かすことに
より、該先端部を任意の位置・姿勢に位置決めすること
ができる、各関節部に位置検出器を設けた６以上の自由
度を有する３次元測定機を用意し、この３次元測定機の
先端部分と校正したい多関節ロボットの手先を結合し
て、ロボット先端部の位置・姿勢を計測できる構成とす
ることにより、高精度、かつ、自動でロボットのキャリ
ブレーションを行うことができる方法及び装置を提供す
ることにある。また、本発明の目的は、ロボットがキャ
リブレーションに必要な空間上の複数の教示点間を移動
する際に、３次元測定機の動きやすさを考慮し、それに
基づきロボットの移動経路を補正することにより、測定
機に過大な負荷がかかる等の問題がなくなり、使用範囲
（測定範囲）や使用方法に制約が発生しないロボットの
キャリブレーション方法及び装置を提供することにあ
る。
で、本発明の目的は、先端部に力を加えて動かすことに
より、該先端部を任意の位置・姿勢に位置決めすること
ができる、各関節部に位置検出器を設けた６以上の自由
度を有する３次元測定機を用意し、この３次元測定機の
先端部分と校正したい多関節ロボットの手先を結合し
て、ロボット先端部の位置・姿勢を計測できる構成とす
ることにより、高精度、かつ、自動でロボットのキャリ
ブレーションを行うことができる方法及び装置を提供す
ることにある。また、本発明の目的は、ロボットがキャ
リブレーションに必要な空間上の複数の教示点間を移動
する際に、３次元測定機の動きやすさを考慮し、それに
基づきロボットの移動経路を補正することにより、測定
機に過大な負荷がかかる等の問題がなくなり、使用範囲
（測定範囲）や使用方法に制約が発生しないロボットの
キャリブレーション方法及び装置を提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のロボットのキャリブレーション方法は、
アームの先端部に力を加えて動かすことにより、該先端
部を任意の位置・姿勢に位置決めすることができるよう
に、６以上の自由度を有するアームを備え、アームの関
節部の各軸に位置検出器を設けて、各軸の位置検出器の
信号から先端部の位置・姿勢を計測することができる３
次元測定機を用い、この３次元測定機の先端部と校正し
たい多関節ロボットの先端部にある手先を結合して、ロ
ボット先端部の位置・姿勢を計測し、ロボットの位置・
姿勢を変えて複数の教示点を計測することによりロボッ
トの機構パラメータを求めてキャリブレーションを行う
ように構成されている（図１、図２参照）。
めに、本発明のロボットのキャリブレーション方法は、
アームの先端部に力を加えて動かすことにより、該先端
部を任意の位置・姿勢に位置決めすることができるよう
に、６以上の自由度を有するアームを備え、アームの関
節部の各軸に位置検出器を設けて、各軸の位置検出器の
信号から先端部の位置・姿勢を計測することができる３
次元測定機を用い、この３次元測定機の先端部と校正し
たい多関節ロボットの先端部にある手先を結合して、ロ
ボット先端部の位置・姿勢を計測し、ロボットの位置・
姿勢を変えて複数の教示点を計測することによりロボッ
トの機構パラメータを求めてキャリブレーションを行う
ように構成されている（図１、図２参照）。
【０００６】上記の本発明の方法において、ロボットが
キャリブレーションに必要な空間上の複数の教示点間を
移動する際に、３次元測定機の動きやすさを評価して、
測定機が動きにくい場合に、その教示点から次の動作点
までの間に経由点を発生させてロボットの移動経路を補
正することが好ましい（図３、図４、図５参照）。
キャリブレーションに必要な空間上の複数の教示点間を
移動する際に、３次元測定機の動きやすさを評価して、
測定機が動きにくい場合に、その教示点から次の動作点
までの間に経由点を発生させてロボットの移動経路を補
正することが好ましい（図３、図４、図５参照）。
【０００７】本発明のロボットのキャリブレーション装
置は、アームの先端部に力を加えて動かすことにより、
該先端部を任意の位置・姿勢に位置決めすることができ
るように、６以上の自由度を有するアームを備え、アー
ムの関節部の各軸に位置検出器を設けて、各軸の位置検
出器の信号から先端部の位置・姿勢を計測することがで
きる３次元測定機と、先端部に設けられた手先が３次元
測定機の先端部に結合された多関節ロボットと、３次元
測定機の各軸の位置検出器からの信号を入力して座標変
換を行うことにより、ロボット先端部の位置・姿勢を演
算する位置・姿勢演算装置と、ロボットの位置・姿勢を
変えて演算した複数の計測値からロボットの機構パラメ
ータを求めてキャリブレーションを行う、ロボット制御
装置に接続されたキャリブレーション演算装置と、前記
多関節ロボットに連結されたロボット制御装置とを備え
たことを特徴としている（図１、図２参照）。
置は、アームの先端部に力を加えて動かすことにより、
該先端部を任意の位置・姿勢に位置決めすることができ
るように、６以上の自由度を有するアームを備え、アー
ムの関節部の各軸に位置検出器を設けて、各軸の位置検
出器の信号から先端部の位置・姿勢を計測することがで
きる３次元測定機と、先端部に設けられた手先が３次元
測定機の先端部に結合された多関節ロボットと、３次元
測定機の各軸の位置検出器からの信号を入力して座標変
換を行うことにより、ロボット先端部の位置・姿勢を演
算する位置・姿勢演算装置と、ロボットの位置・姿勢を
変えて演算した複数の計測値からロボットの機構パラメ
ータを求めてキャリブレーションを行う、ロボット制御
装置に接続されたキャリブレーション演算装置と、前記
多関節ロボットに連結されたロボット制御装置とを備え
たことを特徴としている（図１、図２参照）。
【０００８】上記の本発明の装置において、ロボットが
キャリブレーションに必要な空間上の複数の教示点間を
移動する際に、３次元測定機の動きやすさを評価する値
を算出し、測定機が動きにくい場合に、その教示点から
次の動作点までの間に経由点を発生させる操作性演算装
置を設け、この操作性演算装置をロボット制御装置に接
続して、３次元測定機の動きやすさを考慮してロボット
の移動経路を補正できるような構成とすることが好まし
い（図３、図４、図５参照）。
キャリブレーションに必要な空間上の複数の教示点間を
移動する際に、３次元測定機の動きやすさを評価する値
を算出し、測定機が動きにくい場合に、その教示点から
次の動作点までの間に経由点を発生させる操作性演算装
置を設け、この操作性演算装置をロボット制御装置に接
続して、３次元測定機の動きやすさを考慮してロボット
の移動経路を補正できるような構成とすることが好まし
い（図３、図４、図５参照）。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、適宜変更して実施することが可能な
ものである。図１は、本発明の実施の第１形態によるロ
ボットのキャリブレーション装置を示している。図２
は、本実施形態でロボットの手先の３次元位置計測に用
いる測定機の一例を示している。図２に示すように、３
次元測定機１０は、剛性の高い６以上の自由度を有する
アーム１２と、各関節部に高精度の位置検出器１４（例
えば、エンコーダ）を有する垂直多関節の測定機であ
り、先端部１６に力を加えて動かすことにより、先端部
１６を動作範囲内の任意の位置・姿勢に位置決めするこ
とができ、このときの測定機各軸の位置検出器１４から
の信号を入力し、これに座標変換行列を乗じることによ
り、先端部１６の位置・姿勢を高精度で計測するもので
ある。
て説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、適宜変更して実施することが可能な
ものである。図１は、本発明の実施の第１形態によるロ
ボットのキャリブレーション装置を示している。図２
は、本実施形態でロボットの手先の３次元位置計測に用
いる測定機の一例を示している。図２に示すように、３
次元測定機１０は、剛性の高い６以上の自由度を有する
アーム１２と、各関節部に高精度の位置検出器１４（例
えば、エンコーダ）を有する垂直多関節の測定機であ
り、先端部１６に力を加えて動かすことにより、先端部
１６を動作範囲内の任意の位置・姿勢に位置決めするこ
とができ、このときの測定機各軸の位置検出器１４から
の信号を入力し、これに座標変換行列を乗じることによ
り、先端部１６の位置・姿勢を高精度で計測するもので
ある。
【００１０】上記の３次元測定機１０の先端部１６とキ
ャリブレーションしたい多関節ロボットの手先を既定の
位置で結合することにより、図１に示すような、ロボッ
トの手先の３次元位置・姿勢を計測することができる構
成とする。こうした機械的に結合された測定機を使う方
式は、非接触で三角測量で計測する方式に比べ、直接ロ
ボットの手先の３次元位置を計測するので、精度良く計
測することが可能である。また、図１に示すように、３
次元測定機１０の先端部１６とロボット１８の手先２０
とは、例えば、レーザセンサ２２を設けた結合治具２４
で結合されている。結合治具２４のロボット１８側には
スポット光のレーザセンサ２２が高精度に取り付けられ
ている。３次元測定機１０側に予め定められた基準点２
６をマーキングし、レーザセンサ２２のスポット光がこ
の基準点２６に当たるように３次元測定機１０の位置を
手動で調整した状態で、計測するロボット１８と３次元
測定機１０とを結合治具２４で結合固定する。この調整
は最初の１回だけでよい。この治具構成では、ロボット
と測定機の間隔方向については、レーザセンサの計測値
を利用できるので、厳密に調整する必要はない。なお、
図１では図示していないが、さらに上記のレーザセンサ
２２に替えて、ロボット１８側にＬＥＤなどの投光器を
高精度に取り付け、結合治具２４の測定機１０側にＣＣ
Ｄカメラを取り付けて、ＬＥＤ等の投光器の２次元位置
を計測する構成とすれば、最初にＬＥＤやカメラの取付
け精度のみを厳密に管理するだけでよく、結合のための
調整は全く必要なくなる。
ャリブレーションしたい多関節ロボットの手先を既定の
位置で結合することにより、図１に示すような、ロボッ
トの手先の３次元位置・姿勢を計測することができる構
成とする。こうした機械的に結合された測定機を使う方
式は、非接触で三角測量で計測する方式に比べ、直接ロ
ボットの手先の３次元位置を計測するので、精度良く計
測することが可能である。また、図１に示すように、３
次元測定機１０の先端部１６とロボット１８の手先２０
とは、例えば、レーザセンサ２２を設けた結合治具２４
で結合されている。結合治具２４のロボット１８側には
スポット光のレーザセンサ２２が高精度に取り付けられ
ている。３次元測定機１０側に予め定められた基準点２
６をマーキングし、レーザセンサ２２のスポット光がこ
の基準点２６に当たるように３次元測定機１０の位置を
手動で調整した状態で、計測するロボット１８と３次元
測定機１０とを結合治具２４で結合固定する。この調整
は最初の１回だけでよい。この治具構成では、ロボット
と測定機の間隔方向については、レーザセンサの計測値
を利用できるので、厳密に調整する必要はない。なお、
図１では図示していないが、さらに上記のレーザセンサ
２２に替えて、ロボット１８側にＬＥＤなどの投光器を
高精度に取り付け、結合治具２４の測定機１０側にＣＣ
Ｄカメラを取り付けて、ＬＥＤ等の投光器の２次元位置
を計測する構成とすれば、最初にＬＥＤやカメラの取付
け精度のみを厳密に管理するだけでよく、結合のための
調整は全く必要なくなる。
【００１１】つぎに、ロボット手先の３次元位置・姿勢
を計測して、ロボットのキャリブレーションを行う手法
について説明する。図１に示すように、３次元測定機１
０の位置検出器１４からの各軸位置データが入力装置２
８に入力され、これらのデータが位置・姿勢演算装置３
０で座標変換されてロボット手先の位置・姿勢が演算さ
れる。ロボットのある位置・姿勢での基準点のロボット
座標系での値をＰｒ、このときの３次元測定機で計測し
た基準点の測定機座標系での値をＰｆ、測定機座標とロ
ボット座標との変換行列をＲとする。これらの値はレー
ザセンサ等のセンサの計測値、ロボットとセンサの取付
け関係、測定機とロボットの設置関係、測定機と結合治
具の取付け関係、ロボット及び測定機の関節角度情報が
あれば、容易に求めることができる。ただし、Ｐｆは高
精度で求めることができるが、ＰｒとＲには、ロボット
の剛性やロボットの据付けに起因する誤差が含まれてい
る。キャリブレーションのアルゴリズム自体は従来の手
法が利用できる。すなわち、ロボット１８の位置・姿勢
を変えて複数の点を計測し、位置・姿勢演算装置３０で
演算した複数の計測値から、キャリブレーション演算装
置３２でロボットの機構パラメータが求められる。ロボ
ットの機構モデルに含まれる未知パラメータの同定に
は、例えば、特異値分解法などの非線形推定手法が用い
られる。キャリブレーション演算装置３２で求められた
ロボットの機構モデルを用いて、ロボット１８の絶対精
度を改善し、さらにその検証を行うようにする。３４
は、ロボット１８を制御するロボット制御装置である。
を計測して、ロボットのキャリブレーションを行う手法
について説明する。図１に示すように、３次元測定機１
０の位置検出器１４からの各軸位置データが入力装置２
８に入力され、これらのデータが位置・姿勢演算装置３
０で座標変換されてロボット手先の位置・姿勢が演算さ
れる。ロボットのある位置・姿勢での基準点のロボット
座標系での値をＰｒ、このときの３次元測定機で計測し
た基準点の測定機座標系での値をＰｆ、測定機座標とロ
ボット座標との変換行列をＲとする。これらの値はレー
ザセンサ等のセンサの計測値、ロボットとセンサの取付
け関係、測定機とロボットの設置関係、測定機と結合治
具の取付け関係、ロボット及び測定機の関節角度情報が
あれば、容易に求めることができる。ただし、Ｐｆは高
精度で求めることができるが、ＰｒとＲには、ロボット
の剛性やロボットの据付けに起因する誤差が含まれてい
る。キャリブレーションのアルゴリズム自体は従来の手
法が利用できる。すなわち、ロボット１８の位置・姿勢
を変えて複数の点を計測し、位置・姿勢演算装置３０で
演算した複数の計測値から、キャリブレーション演算装
置３２でロボットの機構パラメータが求められる。ロボ
ットの機構モデルに含まれる未知パラメータの同定に
は、例えば、特異値分解法などの非線形推定手法が用い
られる。キャリブレーション演算装置３２で求められた
ロボットの機構モデルを用いて、ロボット１８の絶対精
度を改善し、さらにその検証を行うようにする。３４
は、ロボット１８を制御するロボット制御装置である。
【００１２】図３は、本発明の実施の第２形態によるロ
ボットのキャリブレーション装置を示している。３次元
測定機１０の先端部１６とロボット１８の手先２０とを
既定の位置で結合することにより、図３に示すような、
ロボットの手先の３次元位置・姿勢を計測することがで
きる構成とする。なお、図３では、結合治具等の詳細な
構成は省略しているが、実施の第１形態と同様の構成が
採用される。図３に示すように、３次元測定機１０の位
置検出器１４からの各軸位置データが入力装置２８に入
力され、これらのデータが位置・姿勢演算装置３０で座
標変換されてロボット手先の位置・姿勢が演算される。
ロボットのある位置・姿勢での基準点のロボット座標系
での値をＰｒ、このときの３次元測定機で計測した基準
点の測定機座標系での値をＰｆ、測定機座標とロボット
座標との変換行列をＲとする。これらの値はレーザセン
サ等のセンサの計測値、ロボットとセンサの取付け関
係、測定機とロボットの設置関係、測定機と結合治具の
取付け関係、ロボット及び測定機の関節角度情報があれ
ば、容易に求めることができる。ただし、Ｐｆは高精度
で求めることができるが、ＰｒとＲには、ロボットの剛
性やロボットの据付けに起因する誤差が含まれている。
キャリブレーションのアルゴリズム自体は従来の手法が
利用できる。すなわち、ロボット１８の位置・姿勢を変
えて複数の点を計測し、位置・姿勢演算装置３０で演算
した複数の計測値から、キャリブレーション演算装置３
２でロボットの機構パラメータが求められる。他の構成
及び作用は、実施の第１形態の場合と同様である。
ボットのキャリブレーション装置を示している。３次元
測定機１０の先端部１６とロボット１８の手先２０とを
既定の位置で結合することにより、図３に示すような、
ロボットの手先の３次元位置・姿勢を計測することがで
きる構成とする。なお、図３では、結合治具等の詳細な
構成は省略しているが、実施の第１形態と同様の構成が
採用される。図３に示すように、３次元測定機１０の位
置検出器１４からの各軸位置データが入力装置２８に入
力され、これらのデータが位置・姿勢演算装置３０で座
標変換されてロボット手先の位置・姿勢が演算される。
ロボットのある位置・姿勢での基準点のロボット座標系
での値をＰｒ、このときの３次元測定機で計測した基準
点の測定機座標系での値をＰｆ、測定機座標とロボット
座標との変換行列をＲとする。これらの値はレーザセン
サ等のセンサの計測値、ロボットとセンサの取付け関
係、測定機とロボットの設置関係、測定機と結合治具の
取付け関係、ロボット及び測定機の関節角度情報があれ
ば、容易に求めることができる。ただし、Ｐｆは高精度
で求めることができるが、ＰｒとＲには、ロボットの剛
性やロボットの据付けに起因する誤差が含まれている。
キャリブレーションのアルゴリズム自体は従来の手法が
利用できる。すなわち、ロボット１８の位置・姿勢を変
えて複数の点を計測し、位置・姿勢演算装置３０で演算
した複数の計測値から、キャリブレーション演算装置３
２でロボットの機構パラメータが求められる。他の構成
及び作用は、実施の第１形態の場合と同様である。
【００１３】つぎに、これらの複数の計測点（教示点）
間をロボット１８が移動する際に、３次元測定機１０が
機械的に拘束されているために、測定機１０の位置・姿
勢によっては、測定機１０に大きな負荷がかかる動作方
向があり、このためにキャリブレーションを行える領域
（測定範囲）や使用方法に制約が発生することが考えら
れる。この要因としては、 （１） 教示点間の移動で測定機の各関節角度を大きく
変えないと移動できない点があり、ロボットの動作速度
に測定機が追従できない。 （２） 測定機の各関節の摩擦力に大小があり、摩擦力
の大きな関節を動かそうとすると、摩擦力の小さい関節
の拘束方向に力がかかる。などが挙げられる。
間をロボット１８が移動する際に、３次元測定機１０が
機械的に拘束されているために、測定機１０の位置・姿
勢によっては、測定機１０に大きな負荷がかかる動作方
向があり、このためにキャリブレーションを行える領域
（測定範囲）や使用方法に制約が発生することが考えら
れる。この要因としては、 （１） 教示点間の移動で測定機の各関節角度を大きく
変えないと移動できない点があり、ロボットの動作速度
に測定機が追従できない。 （２） 測定機の各関節の摩擦力に大小があり、摩擦力
の大きな関節を動かそうとすると、摩擦力の小さい関節
の拘束方向に力がかかる。などが挙げられる。
【００１４】本実施形態では、こうした問題に対応する
ために、３次元測定機１０の先端部１６の位置・姿勢に
基づき逆変換を行うことにより、測定機１０の各関節角
度を求め、それに基づき測定機１０の動きやすさを評価
する操作性演算装置３６を設けている。測定機１０の動
きやすさを考慮し、それに基づきロボット１８の移動経
路を補正する具体的な手段は、以下の通りである。 （１） キャリブレーションのための教示点をＰ（ｉ）
とする。すべての教示点について逆変換を行い、関節角
度θk（ｉ）（ｋ＝１，２，…，６）（６自由度の場
合）を求める。 （２） 各教示点に対して、次の動作点までの関節角度
の変位量を演算し、以下の評価値Ｈを算出する。 Ｈ＝（Ｑ1Δθ1＋……＋Ｑ6Δθ6） ここに、Ｑkは各関節の動きにくさを表す重み係数であ
り、予め測定した摩擦力等を考慮して、動きにくい関節
ほど大きい値を持たせる。Ｈの値を評価することによ
り、次の動作点まで移動したときの測定機にかかる負荷
を判断することができる。
ために、３次元測定機１０の先端部１６の位置・姿勢に
基づき逆変換を行うことにより、測定機１０の各関節角
度を求め、それに基づき測定機１０の動きやすさを評価
する操作性演算装置３６を設けている。測定機１０の動
きやすさを考慮し、それに基づきロボット１８の移動経
路を補正する具体的な手段は、以下の通りである。 （１） キャリブレーションのための教示点をＰ（ｉ）
とする。すべての教示点について逆変換を行い、関節角
度θk（ｉ）（ｋ＝１，２，…，６）（６自由度の場
合）を求める。 （２） 各教示点に対して、次の動作点までの関節角度
の変位量を演算し、以下の評価値Ｈを算出する。 Ｈ＝（Ｑ1Δθ1＋……＋Ｑ6Δθ6） ここに、Ｑkは各関節の動きにくさを表す重み係数であ
り、予め測定した摩擦力等を考慮して、動きにくい関節
ほど大きい値を持たせる。Ｈの値を評価することによ
り、次の動作点まで移動したときの測定機にかかる負荷
を判断することができる。
【００１５】（３） Ｈが予め既定した値Ｈ0よりも大
きいときは負荷が大きいと予測されるので、次の動作点
までの間に経由点を発生させる。このとき、その教示点
から経由点までと経由点から次の教示点までのＨは既定
値Ｈ0以下になるようにする。 （４） すべての教示点について（２）、（３）の操作
を繰り返す。以上の操作性演算装置３６での処理ステッ
プを示したのが、図４のフローチャートである。また、
図５に示すように、例えば、教示点Ｐ（１）からＰ
（２）まで測定機を動かそうとするときのＨを算出し、
ＨがＨ0以下であれば経由点を発生させる必要はなく、
Ｐ（４）からＰ（５）までのＨを算出して、ＨがＨ0を
超えていたら、測定機が動きやすくなるように経由点を
発生させて、ロボットの移動経路を補正する。なお、こ
こで述べた測定機の動きやすさに関する評価値は一例で
あり、他にも例えば、最も動きにくい関節の変位量や、
あるいはすべての関節の中での最大変位量で制限をかけ
る方法などを用いることが可能である。
きいときは負荷が大きいと予測されるので、次の動作点
までの間に経由点を発生させる。このとき、その教示点
から経由点までと経由点から次の教示点までのＨは既定
値Ｈ0以下になるようにする。 （４） すべての教示点について（２）、（３）の操作
を繰り返す。以上の操作性演算装置３６での処理ステッ
プを示したのが、図４のフローチャートである。また、
図５に示すように、例えば、教示点Ｐ（１）からＰ
（２）まで測定機を動かそうとするときのＨを算出し、
ＨがＨ0以下であれば経由点を発生させる必要はなく、
Ｐ（４）からＰ（５）までのＨを算出して、ＨがＨ0を
超えていたら、測定機が動きやすくなるように経由点を
発生させて、ロボットの移動経路を補正する。なお、こ
こで述べた測定機の動きやすさに関する評価値は一例で
あり、他にも例えば、最も動きにくい関節の変位量や、
あるいはすべての関節の中での最大変位量で制限をかけ
る方法などを用いることが可能である。
【００１６】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。 （１） 本発明における機械式の３次元測定機を用い、
この３次元測定機の先端部分と校正したい多関節ロボッ
トの手先を結合して、ロボット先端部の位置・姿勢を計
測できる構成とすることにより、高精度、かつ、自動で
ロボットのキャリブレーションを行うことができる。 （２） ロボットがキャリブレーションに必要な空間上
の複数の教示点間を移動する際に、３次元測定機の動き
やすさを考慮し、それに基づきロボットの移動経路を補
正する場合は、測定機に過大な負荷がかかる等の問題が
なくなり、キャリブレーションを行える領域（測定範
囲）や使用方法に制約が生じない。 （３） 産業用ロボットの絶対精度向上による適用分野
の拡大を図ることが可能となる。
で、つぎのような効果を奏する。 （１） 本発明における機械式の３次元測定機を用い、
この３次元測定機の先端部分と校正したい多関節ロボッ
トの手先を結合して、ロボット先端部の位置・姿勢を計
測できる構成とすることにより、高精度、かつ、自動で
ロボットのキャリブレーションを行うことができる。 （２） ロボットがキャリブレーションに必要な空間上
の複数の教示点間を移動する際に、３次元測定機の動き
やすさを考慮し、それに基づきロボットの移動経路を補
正する場合は、測定機に過大な負荷がかかる等の問題が
なくなり、キャリブレーションを行える領域（測定範
囲）や使用方法に制約が生じない。 （３） 産業用ロボットの絶対精度向上による適用分野
の拡大を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態によるロボットのキャ
リブレーション装置を示す概略構成図である。
リブレーション装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施の第１形態における３次元測定機
の一例を示す概略構成図である。
の一例を示す概略構成図である。
【図３】本発明の実施の第２形態によるロボットのキャ
リブレーション装置を示す概略構成図である。
リブレーション装置を示す概略構成図である。
【図４】本発明の実施の第２形態における測定機の動き
やすさを評価してロボットの移動経路を補正する装置の
処理ステップを示すフローチャートである。
やすさを評価してロボットの移動経路を補正する装置の
処理ステップを示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の第２形態における経由点の発生
例を示す模式図である。
例を示す模式図である。
１０ ３次元測定機 １２ アーム １４ 位置検出器 １６ 先端部 １８ ロボット ２０ ロボットの手先 ２２ レーザセンサ ２４ 結合治具 ２６ 基準点 ２８ 入力装置 ３０ 位置・姿勢演算装置 ３２ キャリブレーション演算装置 ３４ ロボット制御装置 ３６ 操作性演算装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾上 一彦 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 久保 貞夫 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 山口 隆生 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 三隅 隆也 神戸市中央区港島南町１丁目５番２号 財 団法人新産業創造研究機構内 (72)発明者 緒方 隆昌 神戸市中央区港島南町１丁目５番２号 財 団法人新産業創造研究機構内 Ｆターム(参考） 2F065 AA01 AA37 BB27 CC00 GG04 GG07 JJ26 2F069 AA01 AA66 AA93 BB04 DD16 DD25 FF07 GG04 GG07 GG12 GG62 GG73 GG74 HH09 HH11 NN00 3F059 DA09 DD00 DE06 FB26 5H269 AB33 BB03 BB17 FF02 9A001 EE02 GG14 HH09 HH19 JJ49 KK37 KK54
Claims (4)
- 【請求項１】 アームの先端部に力を加えて動かすこと
により、該先端部を任意の位置・姿勢に位置決めするこ
とができるように、６以上の自由度を有するアームを備
え、アームの関節部の各軸に位置検出器を設けて、各軸
の位置検出器の信号から先端部の位置・姿勢を計測する
ことができる３次元測定機を用い、この３次元測定機の
先端部と校正したい多関節ロボットの先端部にある手先
を結合して、ロボット先端部の位置・姿勢を計測し、ロ
ボットの位置・姿勢を変えて複数の教示点を計測するこ
とによりロボットの機構パラメータを求めてキャリブレ
ーションを行うことを特徴とするロボットのキャリブレ
ーション方法。 - 【請求項２】 ロボットがキャリブレーションに必要な
空間上の複数の教示点間を移動する際に、３次元測定機
の動きやすさを評価して、測定機が動きにくい場合に、
その教示点から次の動作点までの間に経由点を発生させ
てロボットの移動経路を補正する請求項１記載のロボッ
トのキャリブレーション方法。 - 【請求項３】 アームの先端部に力を加えて動かすこと
により、該先端部を任意の位置・姿勢に位置決めするこ
とができるように、６以上の自由度を有するアームを備
え、アームの関節部の各軸に位置検出器を設けて、各軸
の位置検出器の信号から先端部の位置・姿勢を計測する
ことができる３次元測定機と、先端部に設けられた手先
が３次元測定機の先端部に結合された多関節ロボット
と、 ３次元測定機の各軸の位置検出器からの信号を入力して
座標変換を行うことにより、ロボット先端部の位置・姿
勢を演算する位置・姿勢演算装置と、 ロボットの位置・姿勢を変えて演算した複数の計測値か
らロボットの機構パラメータを求めてキャリブレーショ
ンを行う、ロボット制御装置に接続されたキャリブレー
ション演算装置と、 前記多関節ロボットに連結されたロボット制御装置と、
を備えたことを特徴とするロボットのキャリブレーショ
ン装置。 - 【請求項４】 ロボットがキャリブレーションに必要な
空間上の複数の教示点間を移動する際に、３次元測定機
の動きやすさを評価する値を算出し、測定機が動きにく
い場合に、その教示点から次の動作点までの間に経由点
を発生させる操作性演算装置を設け、この操作性演算装
置をロボット制御装置に接続して、３次元測定機の動き
やすさを考慮してロボットの移動経路を補正できるよう
にした請求項３記載のロボットのキャリブレーション装
置。
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|---|---|---|---|
| JP22495899A JP4302830B2 (ja) | 1999-08-09 | 1999-08-09 | ロボットのキャリブレーション方法及び装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JP2001050741A true JP2001050741A (ja) | 2001-02-23 |
| JP4302830B2 JP4302830B2 (ja) | 2009-07-29 |
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ID=16821873
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| JP22495899A Expired - Fee Related JP4302830B2 (ja) | 1999-08-09 | 1999-08-09 | ロボットのキャリブレーション方法及び装置 |
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-
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- 1999-08-09 JP JP22495899A patent/JP4302830B2/ja not_active Expired - Fee Related
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