JP2000293213A - Device and method for proofreading structure parameter - Google Patents
Device and method for proofreading structure parameterInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、産業用ロボット
などのロボットの構造モデルにおける所定の構造パラメ
ータに基づいて制御される前記ロボットの絶対位置を計
測し、計測結果に基づいて前記構造パラメータを較正す
る構造パラメータ較正装置および構造パラメータ較正方
法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention measures the absolute position of a robot controlled based on a predetermined structural parameter in a structural model of a robot such as an industrial robot, and calibrates the structural parameter based on the measurement result. The present invention relates to a structural parameter calibrating apparatus and a structural parameter calibrating method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の技術としては、例えば「３次元モ
デルに基づくロボットシステムのためのマニピュレータ
・キャリブレーション」（日本ロボット学会誌７巻２
号，第７４頁〜第８２頁，１９８９年４月）に記載の従
来の構造パラメータ較正方法がある。2. Description of the Related Art As a conventional technique, for example, "manipulator calibration for a robot system based on a three-dimensional model" (Journal of the Robotics Society of Japan, Vol. 7, 2)
No., pp. 74-82, April 1989).
【０００３】この従来の構造パラメータ較正方法は、ロ
ボットの構造モデルの構造パラメータを推定してベース
座標系の位置と姿勢を計算し、ロボット自身およびロボ
ットシステムの絶対位置姿勢精度を改善するものであ
る。This conventional method for calibrating the structural parameters estimates the structural parameters of the structural model of the robot, calculates the position and orientation of the base coordinate system, and improves the absolute position and orientation accuracy of the robot itself and the robot system. .
【０００４】この従来の構造パラメータ較正方法におい
ては、ロボットの構造モデルにおける構造パラメータ
が、内部パラメータと外部パラメータとの２種類に分類
される。内部パラメータとは、各回転軸におけるエンコ
ーダのオフセット値、リンク長並びに隣接座標系の変位
およびねじれ角などであり、外部パラメータとは、ワー
ルド座標系に対するロボットのベース座標系の位置およ
び姿勢である。In this conventional method of calibrating structural parameters, structural parameters in a structural model of a robot are classified into two types, internal parameters and external parameters. The internal parameters are the offset value of the encoder, the link length, the displacement and the torsion angle of the adjacent coordinate system on each rotation axis, and the external parameters are the position and orientation of the robot base coordinate system with respect to the world coordinate system.
【０００５】そして、ロボットの異なる位置と姿勢時に
おける基準点の３次元位置などを計測し、構造モデルの
構造パラメータによる基準点の３次元位置の計算値から
の実測値の偏差と構造パラメータの偏差との関係式を使
用してニュートン法に基づいて構造パラメータを推定す
る。Then, the three-dimensional position of the reference point at different positions and postures of the robot are measured, and the deviation of the measured value from the calculated value of the three-dimensional position of the reference point based on the structural parameters of the structural model and the deviation of the structural parameters Estimate the structural parameters based on Newton's method using the relation
【０００６】次に、ロボットの構造モデルにおける構造
パラメータの推定アルゴリズムについて説明する。Next, an algorithm for estimating a structural parameter in a structural model of a robot will be described.
【０００７】まず、ｎ個の未知の構造パラメータを要素
とするベクトルをｑとする。較正のための測定基準点と
してロボット手先上に置かれた点Ｐa の位置を表す長さ
３のベクトルｐは、ベクトルｑの関数ｆ（ｑ）で表され
る。基準点Ｐa に関する構造モデルの構造パラメータに
よる計算値とその実測値との偏差Δｐは、機能パラメー
タの微小偏差であるΔｑの線形結合和で式（１）のよう
にそれぞれ近似される。First, let q be a vector having n unknown structural parameters as elements. Vector p of length 3 which represents the position of P a point placed on the robot hand as the reference point for calibration is represented by a vector q function f (q). Deviation Δp calculations by structural parameters of the structure model of the reference point P a and its measured value, each of which is approximated by the equation (1) by a linear combination sum of Δq is minute deviation of functional parameters.
【数１】 (Equation 1)
【０００８】そしてロボット手先上の基準点Ｐa に対し
て、ロボットの異なる位置および姿勢における３次元位
置の実測値を計測し、基準点Ｐa に対するｍ個の位置ベ
クトルデータを取得する。そして、それらの位置ベクト
ルデータをまとめることにより、式（１）は式（２）に
示すように変換される。 Δｒ＝Ｂ・Δｑ ・・・（２） ここで、行列Δｒは（３ｍ×１）の行列であり、Δｒ＝
［Δｐ1 T，Δｐ2 T，・・・，Δｐm T］T であり、行列Ｂ
は（３ｍ×ｎ）の行列であり、Ｂ＝［Ａ1 T，Ａ 2 T，・・
・，Ａm T］T である（Ｔは転置行列を表す）。The reference point P on the robot handa Against
3D position in different positions and postures of the robot
Measure the actual measurement value of thea M positions for
Get the kutor data. And their position vector
Equation (1) is transformed into Equation (2)
Is converted as shown. Δr = B · Δq (2) Here, the matrix Δr is a (3m × 1) matrix, and Δr =
[Δp1 T, ΔpTwo T, ..., Δpm T]T And matrix B
Is a (3m × n) matrix, and B = [A1 T, A Two T, ...
・ 、 Am T]T (T represents a transposed matrix).
【０００９】また式（２）より、構造パラメータの偏差
Δｑについての式（３）が、行列Ｂの疑似逆行列Ｂ+ を
使用して生成され、この式（３）に基づいて最小二乗法
により構造パラメータの偏差Δｑが推定される。 Δｑ＝Ｂ+ ・Δｒ ・・・（３）From equation (2), equation (3) for the structural parameter deviation Δq is generated using a pseudo-inverse matrix B + of matrix B, and based on this equation (3), the least square method is used. A deviation Δq of the structural parameter is estimated. Δq = B + · Δr (3)
【００１０】ｎ個の構造パラメータｑの推定値ｑi が、
その初期値ｑ0 から、式ｑi+1 ＝ｑ i ＋Δｑに従って更
新される。そして、偏差Δｑがゼロに近づき所定の基準
値以下になり、推定値ｑi が収束するまで上述の計算を
繰り返す。[0010] Estimates q of n structural parameters qi But,
Its initial value q0 From equation qi + 1 = Q i + Δq
Be renewed. Then, the deviation Δq approaches zero and the predetermined reference
Less than or equal toi Until the convergence
repeat.
【００１１】このようにして基準点の３次元位置の測定
結果から構造パラメータが較正される。In this way, the structural parameters are calibrated from the measurement results of the three-dimensional position of the reference point.
【００１２】なお上記文献の実験結果では、ロボット手
先の絶対位置誤差の平均値が約０.４ｍｍという絶対位
置姿勢精度が得られている。また構造パラメータのう
ち、１回目の絶対位置精度補正で推定した内部パラメー
タ値を使用し、別のワールド座標系でロボットの外部パ
ラメータのみを推定した場合、その絶対位置姿勢精度は
０.５５ｍｍであったとされている。According to the experimental results of the above-mentioned literature, an absolute position / posture accuracy of an average value of the absolute position error of the robot hand of about 0.4 mm is obtained. When the internal parameter values estimated in the first absolute position accuracy correction among the structural parameters are used and only the external parameters of the robot are estimated in another world coordinate system, the absolute position and orientation accuracy is 0.55 mm. It is supposed to be.
【００１３】なお、様々な製造上や組み立て段階での独
自の誤差が内包されるため、それぞれのロボットは異な
る内部パラメータを有する。そこで、各ロボットについ
て内部パラメータを較正するが、内部パラメータは１回
だけ較正すればよく、その後はロボット固有のデータと
してその内部パラメータが利用される。一方、外部パラ
メータは、ロボットやワールド座標系の位置が変化した
場合に較正される。この場合、内部パラメータはそのま
ま使用できる。[0013] Each robot has different internal parameters because errors inherent in various manufacturing and assembling stages are included. Therefore, the internal parameters are calibrated for each robot. The internal parameters need only be calibrated once, and thereafter, the internal parameters are used as data unique to the robot. On the other hand, the external parameters are calibrated when the position of the robot or the world coordinate system changes. In this case, the internal parameters can be used as they are.
【００１４】図６は例えば特開平９−５０３０９号公報
に記載の他の従来の構造パラメータ較正方法を説明する
フローチャートである。FIG. 6 is a flow chart for explaining another conventional method for calibrating structural parameters described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-50309.
【００１５】この従来の構造パラメータ較正方法は、設
定されたロボット定数以外の補正値を０にリセットして
較正補正値の演算を反復してロボット定数の設定誤差が
大きい場合でも良好にロボット定数の較正を実行するも
のである。ここで、ロボット定数とは、ロボットに備わ
る関節毎の角度原点データやリンク長およびツールオフ
セットなどを表し、いわゆるロボットの構造モデルのパ
ラメータである。In this conventional method for calibrating structural parameters, the correction values other than the set robot constants are reset to 0, and the calculation of the calibration correction values is repeated. Perform calibration. Here, the robot constant represents angle origin data, a link length, a tool offset, and the like for each joint provided in the robot, and is a parameter of a so-called robot structural model.
【００１６】まず図６のステップＳＴ１０１において、
最初に較正補正値Ｍが全て０に設定される。較正補正値
Ｍは、全ての較正要素に対する較正補正値であり、各リ
ンク長に対する補正値ΔＬ1 〜ΔＬn （ｎ：較正するリ
ンクの数）、各角度原点に関する補正値Δθ1 〜Δθn
（ｎ：較正する角度原点の数）およびツール部分に関す
る補正値ΔＴ1 〜ΔＴn （ｎ：較正するツール変数の
数）である。First, in step ST101 of FIG.
First, all the calibration correction values M are set to zero. The calibration correction values M are calibration correction values for all calibration elements, and are correction values ΔL 1 to ΔL n (n: number of links to be calibrated) for each link length, and correction values Δθ 1 to Δθ n for each angle origin.
(N: number of angle origins to be calibrated) and correction values ΔT 1 to ΔT n (n: number of tool variables to be calibrated) for the tool part.
【００１７】次にステップＳＴ１０２において、ロボッ
ト定数Ｒとして記憶された基準値と較正補正値Ｍとを加
算して、ロボット定数Ｒを（Ｒ＋Ｍ）に更新する。な
お、ロボット定数Ｒの要素は、較正補正値Ｍに対応する
要素であり、各リンク長に対する設計値Ｌ1 〜Ｌn
（ｎ：較正するリンクの数）、各角度原点に関する値θ
1 〜θn （ｎ：較正する角度原点の数）およびツール部
分に関する設計値Ｔ1 〜Ｔn（ｎ：較正するツール変数
の数）である。Next, in step ST102, the reference value stored as the robot constant R and the calibration correction value M are added to update the robot constant R to (R + M). The element of the robot constant R is an element corresponding to the calibration correction value M, and the design values L 1 to L n for each link length.
(N: number of links to be calibrated), value θ for each angle origin
1 to θ n (n: number of angle origins to be calibrated) and design values T 1 to T n (n: number of tool variables to be calibrated) for the tool part.
【００１８】そして、ステップＳＴ１０３において、補
正されたロボット定数（Ｒ＋Ｍ）に基づいて、ロボット
の関節の角度データからロボット先端の位置データを計
算し、この位置データから１回の最小二乗法により較正
補正値Ｍに対する補正値Ｋを計算する。In step ST103, the position data of the robot tip is calculated from the angle data of the joint of the robot based on the corrected robot constant (R + M), and calibration correction is performed from this position data by one least square method. A correction value K for the value M is calculated.
【００１９】次に、この補正値Ｋを加算して較正補正値
Ｍを更新する（Ｍ←Ｍ＋Ｋ）。すなわち、較正補正値Ｍ
は、毎回の演算で得られる補正値Ｋの値を全て加算した
ものである。なお、補正値Ｋの加算では、それぞれ要素
毎に加算が実行される。したがってＫの要素はＭの要素
に対応し、各リンク長に対する補正値の差分ΔＬｄ1〜
ΔＬｄn （ｎ：較正するリンクの数）、各角度原点に関
する補正値の差分Δθｄ1 〜Δθｄn （ｎ：較正する角
度原点の数）およびツール部分に関する補正値の差分Δ
Ｔｄ1 〜ΔＴｄn （ｎ：較正するツール変数の数）にな
り、較正補正値Ｍは、代入式ΔＬi ←ΔＬi +ΔＬｄi
（ｉ=１〜ｎ）、代入式Δθi ←Δθi +Δθｄi （ｉ=
１〜ｎ）および代入式ΔＴi ←ΔＴi +ΔＴｄi （ｉ=１
〜ｎ）に基づいて更新される。Next, the correction value K is added to update the calibration correction value M (M ← M + K). That is, the calibration correction value M
Is a value obtained by adding all the values of the correction value K obtained in each calculation. In addition, the addition of the correction value K is performed for each element. Therefore, the element of K corresponds to the element of M, and the difference ΔLd 1 to the correction value for each link length
DerutaLd n (n: the number of links to be calibrated), the difference Δθd 1 ~Δθd n correction values for each angle origin: difference correction value regarding and tool part (n number of calibration angles origin) delta
Td 1 ~ΔTd n: become a (n number of tool variables to calibrate), calibration correction value M, then the assignment expression ΔL i ← ΔL i + ΔLd i
(I = 1 to n), the substitution formula Δθ i ← Δθ i + Δθd i (i =
1 to n) and substituting equation ΔT i ← ΔT i + ΔTd i (i = 1
To n).
【００２０】そしてステップＳＴ１０５において、角度
の判定を行う関節番号ｍに対応する較正補正値Ｍのうち
の補正値Δθm の絶対値｜Δθm ｜が所定の判定値Ｖよ
り小さいか否かが判定される。なお、判定値Ｖは例えば
０.５度といった設計値に比べて大きな値に予め設定さ
れている。In step ST105, it is determined whether or not the absolute value | Δθ m | of the correction value Δθ m among the calibration correction values M corresponding to the joint number m for which the angle is to be determined is smaller than a predetermined determination value V. Is done. The determination value V is set in advance to a value larger than a design value such as 0.5 degrees.
【００２１】絶対値｜Δθm ｜が判定値Ｖ以上である場
合、ステップＳＴ１０６において、較正補正値Ｍのうち
の補正値Δθm 以外の補正値を全て０にリセットし、ス
テップＳＴ１０２に戻り、再び最小二乗法による演算を
行う。When the absolute value | Δθ m | is equal to or larger than the determination value V, in step ST106, all the correction values other than the correction value Δθ m of the calibration correction values M are reset to 0, and the process returns to step ST102 and again. Performs calculation by the least squares method.
【００２２】一方、絶対値|Δθm |が判定値Ｖより小さ
い場合、ステップＳＴ１０７において、今回の演算によ
る補正値Ｋの要素の絶対値のすべてが、最小二乗法の収
束の判定基準値Ｌより小さいか否かが判定される。な
お、判定基準値Ｌは０に近い微小値であり、例えば０.
００１などに設定される。On the other hand, if the absolute value | Δθ m | is smaller than the determination value V, in step ST107, all the absolute values of the elements of the correction value K obtained by the current calculation are smaller than the criterion value L for convergence by the least square method. It is determined whether it is smaller. The judgment reference value L is a minute value close to 0, for example, 0.
001 or the like.
【００２３】補正値Ｋの要素の絶対値がすべて判定基準
値Ｌより小さい場合、較正補正値Ｍの解が収束したと判
定し、ステップＳＴ１０８において、そのときのＭが最
終的な較正補正値とされる。If the absolute values of the elements of the correction value K are all smaller than the criterion value L, it is determined that the solution of the calibration correction value M has converged, and in step ST108, M at that time becomes the final calibration correction value. Is done.
【００２４】一方、判定基準値Ｌ以上の要素が補正値Ｋ
に一つでもある場合には、解が収束していないと判定し
て、ステップＳＴ１０２に戻り、再び最小二乗法による
演算を行う。On the other hand, an element which is equal to or more than the judgment reference value L is a correction value K
If there is at least one, it is determined that the solution has not converged, and the process returns to step ST102 to perform the calculation by the least squares method again.
【００２５】このようにして、ロボット定数の較正補正
値を、ロボット先端の微小変位とロボットの構造パラメ
ータの微小誤差との比例関係を用いて、最小二乗法の繰
り返し計算により近似的に導出する。そして、ロボット
定数に大きな誤差を含む要素がある場合には、その要素
以外の補正値を０にリセットするようにして、ロボット
定数中の大きな誤差を持つ構造パラメータの値の近傍に
存在する局所最適解に収束することなく較正補正値の最
適値が得られ正確な較正を実行するようになされてい
る。In this way, the calibration correction value of the robot constant is approximately derived by the repetitive calculation of the least squares method, using the proportional relationship between the small displacement of the robot tip and the small error of the robot structural parameters. Then, when there is an element including a large error in the robot constant, the correction value other than the element is reset to 0, and the local optimization existing near the value of the structural parameter having a large error in the robot constant is performed. An optimum value of the calibration correction value is obtained without converging to a solution, and an accurate calibration is performed.
【００２６】[0026]
【発明が解決しようとする課題】従来の構造パラメータ
較正方法は以上のように構成されているので、製造およ
び出荷時において、各ロボット個体毎に、較正に必要な
ロボットの位置姿勢誤差を計測するための計測機器およ
び較正補正値を計算するための計算機などが必要にな
り、また、計測値および補正値の管理などを行う作業者
が必要になるため、多数のロボットを製造および出荷す
る際に計測機器などのコストや作業者などのコストを低
減することが困難であるなどの課題があった。また、ロ
ボット個体毎に構造パラメータの値が異なるため、出荷
したロボットの個体管理に要するコストを低減すること
が困難であるなどの課題があった。Since the conventional method for calibrating structural parameters is configured as described above, the position and orientation errors of the robot required for calibration are measured for each robot at the time of manufacture and shipping. Measurement equipment and a computer for calculating calibration correction values are required, and workers who manage the measurement values and correction values are required.When manufacturing and shipping a large number of robots, There were problems such as difficulty in reducing the cost of measuring equipment and the cost of workers. Further, since the values of the structural parameters are different for each robot, it is difficult to reduce the cost required for managing the shipped robots.
【００２７】すなわち、ロボット個体毎の構造パラメー
タ推定により得られた補正後の構造パラメータ値は、絶
対位置の誤差を測定したロボット個体のみに対して絶対
位置の精度向上がなされる値であるため、このロボット
の一個体で得られた構造パラメータを、同一機種下の別
ロボットのパラメータとして採用した場合に、必ずしも
絶対位置の精度が向上しうるとは限らない。実際の複数
のロボット個体を物理的な側面から見れば、各構造パラ
メータの誤差は、その同一機種において、ある統計的な
分布を形成すると考えられる。そのような各構造パラメ
ータの誤差の統計分布として正規分布がある。That is, the corrected structural parameter value obtained by estimating the structural parameter for each robot individual is a value that improves the absolute position accuracy only for the robot individual whose absolute position error is measured. When the structural parameters obtained by one robot are adopted as the parameters of another robot of the same model, the accuracy of the absolute position cannot always be improved. From a physical point of view of a plurality of actual robot individuals, it is considered that the error of each structural parameter forms a certain statistical distribution in the same model. A normal distribution is a statistical distribution of such structural parameter errors.
【００２８】ロボットのパラメータ誤差が正規分布を形
成しているとすると、あるロボット個体の構造パラメー
タの誤差がその正規分布の平均よりも大きくかつその分
散が大きい場合に、そのロボット個体について推定した
構造パラメータの値を、構造パラメータの誤差がその正
規分布の平均よりも小さくかつその分散が大きいロボッ
ト個体に適用すると、必ずしも絶対位置の精度の向上は
得られない。このため、ロボット個体毎に較正が必要で
あった。Assuming that the parameter error of the robot forms a normal distribution, if the error of the structural parameter of a certain robot individual is larger than the average of the normal distribution and its variance is large, the estimated structure of the robot individual If the parameter value is applied to a robot individual whose structural parameter error is smaller than the average of its normal distribution and whose variance is large, the accuracy of the absolute position cannot always be improved. For this reason, calibration was required for each robot.
【００２９】また、構造パラメータの推定では、非線形
な関係式に対して最小二乗法が使用されるため、局所的
な最適解に収束する可能性があり、大域的な最適解が得
られる保証はない。すなわち、最小二乗法による推定で
は、誤差の大きな成分の影響が大きくなり、大きな誤差
成分を有する構造パラメータの局所最適解に収束する可
能性が大きい。In the estimation of the structural parameters, since the least squares method is used for a non-linear relational expression, there is a possibility of converging to a local optimal solution, and there is no guarantee that a global optimal solution can be obtained. Absent. That is, in the estimation by the least-squares method, the influence of a component having a large error increases, and there is a high possibility that the estimation converges to a local optimum solution of a structural parameter having a large error component.
【００３０】したがって、ロボットの構造パラメータを
推定する場合に、設計時の構造パラメータの値を初期値
として利用すると、ロボットの絶対位置および姿勢と構
造パラメータとの関係の非線形性、ロボットの絶対位置
および姿勢の計測時におけるノイズ、ロボット個体間に
おける比較的誤差の大きいロボットの関節原点位置誤差
などに起因して、構造パラメータの最適値が得られない
可能性があるという課題があった。Therefore, when estimating the structural parameters of the robot, if the values of the structural parameters at the time of design are used as initial values, the nonlinearity of the relationship between the absolute position and attitude of the robot and the structural parameters, the absolute position and There has been a problem that an optimum value of a structural parameter may not be obtained due to noise at the time of posture measurement, an error of a joint origin position of a robot having a relatively large error between individual robots, and the like.
【００３１】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、ｍ個のロボットの絶対位置の偏差
をそれぞれ計測し、そのｍ個のロボットの絶対位置の偏
差に基づいてロボットの構造パラメータを推定し、推定
した構造パラメータを、ロボットの制御に適用するよう
にして、所定の機種に属する実機で較正を実施していな
いロボット個体に対しても、絶対位置精度を向上するこ
とができるとともに、ロボットの絶対位置精度の向上の
際にロボット個体に要する諸コストを低減することがで
きる構造パラメータ較正装置および構造パラメータ較正
方法を得ることを目的とする。The present invention has been made to solve the above-described problems, and measures the deviation of the absolute positions of m robots, respectively, and based on the deviation of the absolute positions of the m robots, By estimating the structural parameters and applying the estimated structural parameters to the control of the robot, it is possible to improve the absolute position accuracy even for a robot that has not been calibrated with an actual machine belonging to a predetermined model. It is an object of the present invention to provide a structural parameter calibrating apparatus and a structural parameter calibrating method capable of reducing various costs required for a robot when improving the absolute position accuracy of the robot.
【００３２】また、この発明は、ｍ個のロボットの絶対
位置の偏差から推定された構造パラメータに基づいて制
御されるロボットの絶対位置を計測し、計測結果に基づ
いてそのロボット個体の構造パラメータをさらに較正す
るようにして、個体毎の絶対位置姿勢の精度をさらに向
上し、ロボット個体の動作の信頼性を向上させることが
できる構造パラメータ較正装置および構造パラメータ較
正方法を得ることを目的とする。Further, the present invention measures the absolute position of a robot controlled based on the structural parameters estimated from the deviation of the absolute positions of the m robots, and calculates the structural parameters of the individual robot based on the measurement result. It is another object of the present invention to provide a structural parameter calibrating apparatus and a structural parameter calibrating method capable of further improving the absolute position and orientation accuracy of each individual by performing calibration and improving the reliability of the operation of the robot individual.
【００３３】[0033]
【課題を解決するための手段】この発明に係る構造パラ
メータ較正装置は、所定の複数ｍ個のロボットの絶対位
置の偏差をそれぞれ計測するｍ個の偏差計測手段と、そ
のｍ個のロボットの絶対位置の偏差に基づいてロボット
の構造パラメータを推定する構造パラメータ推定手段
と、推定した構造パラメータをロボットの制御に適用す
る構造パラメータ推定値適用手段とを備えるものであ
る。SUMMARY OF THE INVENTION A structural parameter calibrating apparatus according to the present invention comprises m deviation measuring means for measuring deviations of absolute positions of a plurality of predetermined m robots, and absolute deviations of the m robots. The apparatus includes a structural parameter estimating unit for estimating a structural parameter of the robot based on the deviation of the position, and a structural parameter estimated value applying unit for applying the estimated structural parameter to control of the robot.
【００３４】この発明に係る構造パラメータ較正装置
は、ロボットの絶対位置の偏差とロボットの構造パラメ
ータの偏差との関係式、およびｍ個の偏差計測手段によ
りそれぞれ計測されたロボットの絶対位置の偏差に基づ
いてロボットの構造パラメータを推定するようにしたも
のである。The structural parameter calibrating apparatus according to the present invention provides a relational expression between the deviation of the absolute position of the robot and the deviation of the structural parameter of the robot, and the deviation of the absolute position of the robot measured by m deviation measuring means. The robot estimates the structural parameters of the robot on the basis of the parameters.
【００３５】この発明に係る構造パラメータ較正装置
は、構造パラメータ推定手段に、ｍ個のロボットの絶対
位置の偏差に基づいて、ｍ個のロボットの構造パラメー
タをそれぞれ推定するｍ個の構造パラメータ個別推定手
段と、ｍ個の構造パラメータ個別推定手段によりそれぞ
れ推定されたｍ個の構造パラメータの平均値をロボット
の構造パラメータとして演算する構造パラメータ推定値
平均手段とを有するものである。In the structural parameter calibrating apparatus according to the present invention, the structural parameter estimating means individually estimates m structural parameters of the m robots based on the deviation of the absolute positions of the m robots. Means for calculating the average value of the m structural parameters estimated by the m individual structural parameter estimating means as the structural parameter of the robot.
【００３６】この発明に係る構造パラメータ較正装置
は、ｍ個の構造パラメータ個別推定手段が、ロボットの
絶対位置の偏差とロボットの構造パラメータの偏差との
関係式、およびｍ個の偏差計測手段によりそれぞれ計測
されたｍ個のロボットの絶対位置の偏差に基づいてその
ｍ個のロボットの構造パラメータをそれぞれ推定するよ
うにしたものである。In the structural parameter calibrating apparatus according to the present invention, the m individual structural parameter estimating means includes a relational expression between the absolute position deviation of the robot and the structural parameter deviation of the robot, and m deviation measuring means. The structural parameters of the m robots are respectively estimated based on the measured deviations of the absolute positions of the m robots.
【００３７】この発明に係る構造パラメータ較正装置
は、構造パラメータ推定値適用手段により適用された構
造パラメータに基づいて制御されるロボットの絶対位置
を計測し、計測結果に基づいてそのロボットの構造パラ
メータをさらに較正するようにしたものである。The structural parameter calibrating device according to the present invention measures the absolute position of the robot controlled based on the structural parameter applied by the structural parameter estimated value applying means, and calculates the structural parameter of the robot based on the measurement result. The calibration is further performed.
【００３８】この発明に係る構造パラメータ較正方法
は、所定の複数ｍ個のロボットの絶対位置の偏差をそれ
ぞれ計測するステップと、ｍ個のロボットの絶対位置の
偏差に基づいてロボットの構造パラメータを推定するス
テップと、推定した構造パラメータをロボットの制御に
適用するステップとを備えるものである。The method for calibrating structural parameters according to the present invention includes the steps of measuring deviations of the absolute positions of a plurality of m robots, and estimating the structural parameters of the robots based on the deviations of the absolute positions of the m robots. And applying the estimated structural parameters to the control of the robot.
【００３９】[0039]
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による構
造パラメータ較正装置の構成を示すブロック図である。
図において、１−１〜１−ｍは、同一機種のロボット１
０１−１〜１０１−ｍの手先の３次元絶対位置の誤差
（すなわち偏差）をそれぞれ計測する３次元位置姿勢計
測器などの手先誤差計測手段（偏差計測手段）である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below. Embodiment 1 FIG. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a structural parameter calibration device according to Embodiment 1 of the present invention.
In the figure, 1-1 to 1-m are robots 1 of the same model.
It is a hand error measuring means (deviation measuring means) such as a three-dimensional position and orientation measuring device for measuring errors (that is, deviations) of the three-dimensional absolute positions of the hands of 01-1 to 101-m.
【００４０】２−１〜２−ｍは、ｍ個のロボットの３次
元絶対位置の偏差に基づいて、そのｍ個のロボットの構
造パラメータをそれぞれ推定する構造パラメータ個別推
定手段（構造パラメータ推定手段）である。３はｍ個の
構造パラメータ個別推定手段２−１〜２−ｍによりそれ
ぞれ推定されたｍ個の構造パラメータの平均値を当該機
種のロボットに固有の構造パラメータとして演算する構
造パラメータ推定値平均手段（構造パラメータ推定手
段）である。Reference numerals 2-1 to 2-m denote structural parameter individual estimating means (structure parameter estimating means) for estimating the structural parameters of the m robots based on the deviation of the three-dimensional absolute positions of the m robots. It is. Numeral 3 is a structure parameter estimation value averaging means for calculating an average value of the m structure parameters estimated by the m structure parameter individual estimation means 2-1 to 2-m as a structure parameter unique to the robot of the model. Structural parameter estimation means).
【００４１】４は演算された当該機種のロボットに固有
の構造パラメータを、ロボット１０１−１〜１０１−ｍ
と同一機種のロボット１０１−（ｍ＋１），１０１−
（ｍ＋２）などの制御に適用する構造パラメータ推定平
均値適用手段（構造パラメータ推定値適用手段）であ
る。Reference numeral 4 denotes the calculated structural parameters unique to the robot of the model and the robots 101-1 to 101-m.
Robots 101- (m + 1), 101-
This is a structural parameter estimated average value applying means (structure parameter estimated value applying means) applied to control such as (m + 2).
【００４２】次に、ロボット１０１−１〜１０１−ｍに
おけるロボットの手先誤差と構造パラメータの誤差との
関係について説明する。図２は図１の構造パラメータ較
正装置により較正されるロボットの一例を示す斜視図で
ある。Next, the relation between the robot hand errors and the structural parameter errors in the robots 101-1 to 101-m will be described. FIG. 2 is a perspective view showing an example of a robot calibrated by the structural parameter calibrating apparatus of FIG.
【００４３】図２において、Ｌ1 〜Ｌ4 、Ｄ1 、Ｄ2 、
およびθ1 〜θ6 はロボットの構造パラメータである。
Ｌ1 〜Ｌ4 はリンク長を表すパラメータであり、Ｄ1 お
よびＤ2 はリンクのオフセットを表すパラメータであ
り、θ1 〜θ6 はロボットの各回転軸の回転角度を表す
パラメータである。なお、図２において、ΣBASE、Σ1
〜Σ6 、ΣTOOLは、ベース座標系、ロボットの各リンク
に張られたリンク座標系、およびツール座標系をそれぞ
れ表し、ｘi 軸、ｙi 軸およびｚi 軸はΣi 座標系を張
る座標軸をそれぞれ表す。In FIG. 2, L 1 to L 4 , D 1 , D 2 ,
And θ 1 to θ 6 are structural parameters of the robot.
L 1 to L 4 are parameters representing a link length, D 1 and D 2 are parameters representing a link offset, and θ 1 to θ 6 are parameters representing a rotation angle of each rotation axis of the robot. In FIG. 2, Σ BASE , Σ 1
~Σ 6, Σ TOOL the base coordinate system, the link coordinate system spanned on each link of the robot, and represent the tool coordinate system, respectively, x i axis, y i-axis and z i axis span the sigma i coordinate system Each represents a coordinate axis.
【００４４】各リンク座標系Σi 間の相対的な関係は、
例えば日本ロボット学会誌５巻４号（第５４頁〜第５９
頁、１９８７年８月）の記載のように所定の（４×４）
同次座標変換行列Ａi によって表され、ベース座標系か
らツール座標系までの変換行列は、式（４）に示すよう
になる。 Ｔ＝ＡBASE・Ａ1 ・Ａ2 ・Ａ3 ・Ａ4 ・Ａ5 ・Ａ6 ・ＡTOOL ・・・（４）The relative relationship between each link coordinate system Σ i is
For example, Journal of the Robotics Society of Japan, Vol. 5, No. 4, pp. 54-59
Page, August 1987).
The transformation matrix from the base coordinate system to the tool coordinate system, represented by the homogeneous coordinate transformation matrix A i , is as shown in equation (4). T = A BASE · A 1 · A 2 · A 3 · A 4 · A 5 · A 6 · A TOOL (4)
【００４５】このベース座標系からツール座標系までの
変換行列Ｔに基づいて、ロボットの絶対位置の誤差の原
因になる各構造パラメータの誤差と、ロボットの手先誤
差との関係式は、式（５）に示すようになる。Based on the transformation matrix T from the base coordinate system to the tool coordinate system, the relational expression between the error of each structural parameter causing the error of the absolute position of the robot and the hand error of the robot is expressed by the following equation (5). ).
【数２】 (Equation 2)
【００４６】ここで、ΔＴは、ある絶対位置姿勢をロボ
ットに指示した際に実現される、ロボットの手先誤差で
あり、Δｌi は指標ｉで順序付けられたロボットの構造
パラメータであり、ΔＡBASEはロボットのベース据え付
け誤差であり、ΔＡTOOLはツールの取り付け誤差であ
る。また、Ｕ1 はΔＡBASEとΔＴとの関係式の導出の際
に使用される所定の（４×４）の同次変換行列である。[0046] Here, [Delta] T is realized the absolute position and orientation in the case that instructs the robot, a hand error of the robot, .DELTA.l i is the structural parameters of the robot ordered by the index i, .DELTA.A BASE is The robot base installation error and ΔA TOOL is the tool installation error. U 1 is a predetermined (4 × 4) homogeneous transformation matrix used in deriving a relational expression between ΔA BASE and ΔT.
【００４７】このうちΔＴは、式（６）に示すような構
成になっている。Of these, ΔT is configured as shown in equation (6).
【数３】 (Equation 3)
【００４８】また同様に式（５）の右辺の各項も、６種
の要素数の同様な配置で構成される。例えばΔＡBASE、
ΔＡTOOLは次の式（７）および式（８）のようにそれぞ
れ構成される。Similarly, each term on the right side of the equation (5) is similarly configured with six types of elements. For example, ΔA BASE ,
ΔA TOOL is configured as in the following equations (7) and (8).
【数４】 (Equation 4)
【００４９】ここで、式（９）に示すように、行列ΔＴ
を、その６種の要素で構成されるベクトルΔｔに変換す
る。 Δｔ＝［ｄＴx ，ｄＴy ，ｄＴz ，δＴx ，δＴy ，δＴz ］T ・・・（９）Here, as shown in equation (9), the matrix ΔT
Is converted into a vector Δt composed of the six elements. Δt = [dT x , dT y , dT z , δT x , δT y , δT z ] T (9)
【００５０】式（９）のように手先誤差をベクトルΔｔ
で表す場合には、手先誤差と構造パラメータ誤差との関
係式は式（１０）に示すようになる。 Δｔ＝Ｍ・Δｐ ・・・（１０）As shown in equation (9), the hand error is represented by a vector Δt.
In the case of the expression, the relational expression between the hand error and the structural parameter error is as shown in Expression (10). Δt = M · Δp (10)
【００５１】ここで、Δｐは式（５）におけるΔｌi お
よびΔＡBASEの各要素、およびΔＡ TOOLの各要素で構成
される列ベクトルであり、式（１１）で表される。 Δｐ＝（ΔＬ1 ，ΔＬ2 ，ΔＬ3 ，ΔＬ4 ，ΔＤ1 ，ΔＤ2 ，Δθ1 ，Δθ2 ， Δθ3 ，Δθ4 ，Δθ5 ，Δθ6 ，δｘBASE，δｙBASE，δｚBASE，ｄｘBASE， ｄｙBASE，ｄｚBASE，δｘTOOL，δｙTOOL，δｚTOOL，ｄｘTOOL，ｄｙTOOL， ｄｚTOOL） ・・・（１１）Here, Δp is Δl in equation (5).iYou
And ΔABASEAnd each element of ΔA TOOLConsists of the following elements
And is represented by equation (11). Δp = (ΔL1 , ΔLTwo , ΔLThree , ΔLFour , ΔD1 , ΔDTwo , Δθ1 , ΔθTwo , ΔθThree , ΔθFour , ΔθFive , Δθ6 , ΔxBASE, ΔyBASE, ΔzBASE, DxBASE, DyBASE, DzBASE, ΔxTOOL, ΔyTOOL, ΔzTOOL, DxTOOL, DyTOOL, DzTOOL・ ・ ・ ・ ・ ・ (11)
【００５２】また、行列Ｍは、式（５）を式（１０）に
変換する際に導入された関係行列であり、ロボットの関
節角θ1 〜θ6 、およびロボットの構造パラメータｐと
の関数である。なお、ロボットの構造パラメータｐの初
期設定値としては、設計値（すなわち公称値）が利用さ
れる。The matrix M is a relation matrix introduced when the equation (5) is converted into the equation (10), and is a function of the joint angles θ 1 to θ 6 of the robot and the structural parameter p of the robot. It is. Note that a design value (that is, a nominal value) is used as an initial setting value of the structural parameter p of the robot.
【００５３】このようにロボットの絶対位置（今の場
合、手先の位置）の誤差と構造パラメータの誤差との関
係式は予め明らかである。As described above, the relational expression between the error of the absolute position of the robot (in this case, the position of the hand) and the error of the structural parameter is apparent in advance.
【００５４】次に動作について説明する。図３は図１の
構造パラメータ較正装置の動作について説明するフロー
チャートである。Next, the operation will be described. FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the structural parameter calibration device of FIG.
【００５５】まずステップＳＴ１において、手先誤差計
測手段１−１〜１−ｍは、同一機種のロボット１０１−
１〜１０１−ｍの手先の３次元絶対位置の誤差（すなわ
ち偏差）をそれぞれ計測する。この際に、上述のロボッ
トの手先誤差ΔＴ即ちΔｔが計測される。First, in step ST1, the hand error measuring means 1-1 to 1-m are connected to the robot 101-
The errors (i.e., deviations) of the three-dimensional absolute positions of the hands of 1 to 101-m are measured. At this time, the hand error ΔT, that is, Δt, of the robot is measured.
【００５６】次にステップＳＴ２において、構造パラメ
ータ個別推定手段２−１〜２−ｍは、ｍ個のロボットの
３次元絶対位置の偏差に基づいて、そのｍ個のロボット
の構造パラメータをそれぞれ推定する。Next, in step ST2, the individual structural parameter estimating means 2-1 to 2-m respectively estimate the structural parameters of the m robots based on the deviation of the three-dimensional absolute positions of the m robots. .
【００５７】このとき、計測したロボットの手先誤差Δ
ｔから、次のようにして、まず最小二乗法によりロボッ
トの各種パラメータ誤差Δｐが計算される。At this time, the measured hand error Δ
From t, various parameter errors Δp of the robot are first calculated by the least squares method as follows.
【００５８】計測した手先位置誤差を、各計測位置姿勢
を表す指標ｊを付してΔｔj とし、指標ｊで示される位
置姿勢時に対応する行列ＭをＭj とすると、ｎ個の位置
姿勢でのパラメータ誤差Δｐと手先誤差の関係は、式
（１０）に基づいて、式（１２）に示すようになる。If the measured hand position error is Δt j with an index j representing each measured position and orientation, and a matrix M corresponding to the position and orientation indicated by the index j is M j , then n positions and orientations are obtained. The relationship between the parameter error Δp and the hand error is expressed by Expression (12) based on Expression (10).
【数５】 (Equation 5)
【００５９】なお、式（１２）の右辺のΔｐにかかる行
列を、式（１３）に示すように置くと、式（１２）は式
（１４）に示すようになる。When the matrix related to Δp on the right side of equation (12) is placed as shown in equation (13), equation (12) becomes as shown in equation (14).
【数６】 (Equation 6)
【数７】 (Equation 7)
【００６０】なお、構造パラメータの要素間の従属性
（例えば、ΔＬ1 とｄｚBASEは従属であり、その誤差は
手先位置姿勢誤差に同じ影響を与える）から推定できな
いパラメータが存在する。それらに関しては、そのどち
らか一方のみを選択し、他方のパラメータの推定は行わ
ない。Note that there are parameters that cannot be estimated from the dependencies between elements of the structural parameters (for example, ΔL 1 and dz BASE are dependent, and their errors have the same effect on the hand position and orientation errors). For them, only one of them is selected, and the estimation of the other parameter is not performed.
【００６１】推定可能な構造パラメータを選択し、それ
に対応する要素で構成されるΔｐおよびＭ~ （Ｍチル
ダ）をΔｐ* 、Ｍ~*とそれぞれすると、構造パラメータ
の誤差Δｐ* は式（１５）に示すように表される。When a structural parameter which can be estimated is selected, and Δp and M ~ (M tilde) constituted by the corresponding elements are respectively denoted by Δp * and M ~ * , the error Δp * of the structural parameter is given by the following equation (15). It is expressed as shown below.
【数８】 (Equation 8)
【００６２】したがって、構造パラメータ個別推定手段
２−１〜２−ｍは、式（１５）に従って最小二乗法に基
づいてまず構造パラメータの誤差Δｐ* をそれぞれ計算
する。Accordingly, the individual structural parameter estimating means 2-1 to 2-m first calculate the error Δp * of the structural parameter based on the least squares method according to the equation (15).
【００６３】そして、構造パラメータ個別推定手段２−
１〜２−ｍは、計算した構造パラメータの誤差Δｐ*
で、式（Δｐ* ＋ｐ→ｐ）に基づいて構造パラメータｐ
を更新していき、構造パラメータｐの値が収束するまで
式（１５）の計算を繰り返し実行する。Then, individual structural parameter estimating means 2-
1-2-m is the error Δp * of the calculated structural parameter .
And the structural parameter p based on the equation (Δp * + p → p)
Is updated, and the calculation of Expression (15) is repeatedly executed until the value of the structure parameter p converges.
【００６４】構造パラメータ個別推定手段２−１〜２−
ｍは、このようにして計算した構造パラメータｐをそれ
ぞれ構造パラメータ推定値平均手段３に供給する。構造
パラメータ推定値平均手段３は、各構造パラメータ個別
推定手段２−ｉからの構造パラメータｐを構造パラメー
タｐi として受け取る。Structural parameter individual estimation means 2-1 to 2-
m supplies the structural parameter p calculated in this way to the structural parameter estimated value averaging means 3. Structural parameters estimation value averaging unit 3 receives the structural parameters p from the structural parameters individually estimating means 2-i as a structural parameter p i.
【００６５】そしてステップＳＴ３において、構造パラ
メータ推定値平均手段３は、ｍ個の構造パラメータ個別
推定手段２−１〜２−ｍによりそれぞれ推定されたｍ個
の構造パラメータｐ1 〜ｐm の平均値を要素毎に計算
し、その構造パラメータの平均値を当該機種のロボット
に固有の構造パラメータとして構造パラメータ推定平均
値適用手段４に供給する。In step ST3, the structural parameter estimated value averaging means 3 calculates the average value of the m structural parameters p 1 to p m respectively estimated by the m structural parameter individual estimating means 2-1 to 2-m. Is calculated for each element, and the average value of the structural parameters is supplied to the structural parameter estimated average value applying means 4 as a structural parameter unique to the robot of the model.
【００６６】ここで構造パラメータ推定値平均手段３
は、構造パラメータｐｉの各要素のうちの外部パラメー
タδｘBASE，δｙBASE，δｚBASE，ｄｘBASE，ｄ
ｙBASE，ｄｚ BASE，δｘTOOL，δｙTOOL，δｚTOOL，ｄ
ｘTOOL，ｄｙTOOL，ｄｚTOOLを除く内部パラメータＬ1i
〜Ｌ4i、Ｄ1i、Ｄ2i、θ1i〜θ6iについて、構造パラメ
ータｐ i の要素毎の平均値として、式（１６）に示すベ
クトルを計算する。Here, the structural parameter estimated value averaging means 3
Is the structure parameter piExternal parameters of each element of
ΔxBASE, ΔyBASE, ΔzBASE, DxBASE, D
yBASE, Dz BASE, ΔxTOOL, ΔyTOOL, ΔzTOOL, D
xTOOL, DyTOOL, DzTOOLInternal parameter L excluding1i
~ L4i, D1i, D2i, Θ1i~ Θ6iAbout the structural parameters
Data p i The average value of each element of
Calculate the vector.
【数９】 (Equation 9)
【００６７】最後にステップＳＴ４において構造パラメ
ータ推定平均値適用手段４は、演算された当該機種のロ
ボットに固有の構造パラメータである内部パラメータ
を、ロボット１０１−１〜１０１−ｍと同一機種のロボ
ット１０１−（ｍ＋１），１０１−（ｍ＋２）などの制
御に適用する。すなわち、内部パラメータについての平
均値を、この機種固有の構造パラメータとして使用す
る。Finally, in step ST4, the structural parameter estimation average value applying means 4 converts the calculated internal parameters, which are structural parameters unique to the robot of the model concerned, into the robots 101-1 to 101-m of the same model as the robots 101-1 to 101-m. This is applied to control such as − (m + 1) and 101− (m + 2). That is, the average value of the internal parameters is used as a structural parameter unique to this model.
【００６８】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、ｍ個のロボットの絶対位置の偏差をそれぞれ計測
し、そのｍ個のロボットの絶対位置の偏差に基づいてロ
ボットの構造パラメータをそれぞれ推定し、それぞれ推
定した構造パラメータの平均値を、ロボットの制御に適
用するようにしたので、ロボット一個体より較正される
構造パラメータに比較してばらつきの少ない所定の機種
固有の構造パラメータが推定され、所定の機種に属する
実機で較正を実施していないロボット個体に対しても絶
対位置精度を向上することができるとともに、ロボット
の絶対位置精度の向上の際にロボット個体に要する諸コ
ストを低減することができるという効果が得られる。As described above, according to the first embodiment, the deviations of the absolute positions of the m robots are respectively measured, and the structural parameters of the robots are respectively determined based on the deviations of the absolute positions of the m robots. Since the estimated and averaged values of the estimated structural parameters are applied to the control of the robot, the structural parameters unique to a predetermined model with less variation compared to the structural parameters calibrated by one robot are estimated. In addition, it is possible to improve the absolute position accuracy even for a robot that has not been calibrated with an actual device belonging to a predetermined model, and to reduce various costs required for the robot when improving the absolute position accuracy of the robot. The effect that it can be obtained is obtained.
【００６９】実施の形態２．この発明の実施の形態２に
よる構造パラメータ較正装置は、各ロボットの手先の位
置姿勢誤差を計測する計測場がロボットの内部構造と同
等な精度で固定され、計測場とロボットとを一体の物理
的な構造物とすることができる場合に、各ロボット個体
毎の計測データをすべて等質な誤差データとみなし、計
測した複数のロボットのデータから機種固有の構造パラ
メータを直接推定するものである。Embodiment 2 In the structural parameter calibrating apparatus according to the second embodiment of the present invention, the measurement field for measuring the position and orientation error of the hand of each robot is fixed with the same accuracy as the internal structure of the robot, and the measurement field and the robot are integrated into a physical device. When the structure can be made into a simple structure, all the measured data for each robot individual is regarded as homogeneous error data, and the model-specific structural parameters are directly estimated from the measured data of the plurality of robots.
【００７０】図４はこの発明の実施の形態２による構造
パラメータ較正装置の構成を示すブロック図である。図
において、１１−１〜１１−ｍは、同一機種のロボット
１０１−１〜１０１−ｍの手先の３次元絶対位置の誤差
（すなわち偏差）をそれぞれ計測する３次元位置姿勢計
測器などの手先誤差計測手段（偏差計測手段）である。FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a structural parameter calibrating apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. In the figure, reference numerals 11-1 to 11-m denote hand-side errors such as a three-dimensional position and orientation measuring device for measuring errors (that is, deviations) of three-dimensional absolute positions of hands of the robots 101-1 to 101-m of the same model. It is measuring means (deviation measuring means).
【００７１】１２はｍ個のロボットの３次元絶対位置の
偏差に基づいて、そのｍ個のロボットと同一機種のロボ
ットの構造パラメータを推定する構造パラメータ推定手
段である。１３は演算された当該機種のロボットに固有
の構造パラメータを、ロボット１０１−１〜１０１−ｍ
と同一機種のロボット１０１−（ｍ＋１），１０１−
（ｍ＋２）などの制御に適用する構造パラメータ推定値
適用手段である。Reference numeral 12 denotes structural parameter estimating means for estimating structural parameters of a robot of the same model as the m robots based on the deviation of the three-dimensional absolute positions of the m robots. Reference numeral 13 denotes the calculated structural parameters unique to the robot of the model, and the robots 101-1 to 101-m
Robots 101- (m + 1), 101-
This is a structural parameter estimation value application unit applied to control such as (m + 2).
【００７２】次に動作について説明する。図５は図４の
構造パラメータ較正装置の動作について説明するフロー
チャートである。Next, the operation will be described. FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of the structural parameter calibration device of FIG.
【００７３】まずステップＳＴ１１において、手先誤差
計測手段１１−１〜１１−ｍは、同一機種のロボット１
０１−１〜１０１−ｍの手先の３次元絶対位置の誤差
（すなわち偏差）をそれぞれ計測する。この際に、上述
のロボットの手先誤差ΔＴ即ちΔｔが計測される。First, in step ST11, the hand error measuring means 11-1 to 11-m are connected to the robot 1 of the same model.
The errors (i.e., deviations) of the three-dimensional absolute positions of the hands 01-1 to 101-m are measured. At this time, the hand error ΔT, that is, Δt, of the robot is measured.
【００７４】次にステップＳＴ１２において、構造パラ
メータ推定手段１２は、ｍ個のロボットの３次元絶対位
置の偏差に基づいて、当該機種のロボットの構造パラメ
ータを推定する。以下、構造パラメータの推定の詳細に
ついて説明する。Next, in step ST12, the structure parameter estimating means 12 estimates the structure parameters of the robot of the model based on the deviation of the three-dimensional absolute positions of the m robots. Hereinafter, details of the estimation of the structure parameter will be described.
【００７５】まず、ある１台のロボット１０１−ｉにお
いて、ｎ個の位置姿勢での構造パラメータの誤差Δｐと
手先の誤差Δｔとの関係は、上述のように式（１４）に
ようになる。ここで、各ロボット個体を指標ｉにより特
定し、式（１４）を式（１７）のように表す。First, in one robot 101-i, the relationship between the structural parameter error Δp and the hand error Δt at n positions and orientations is expressed by the equation (14) as described above. Here, each robot individual is specified by the index i, and Expression (14) is expressed as Expression (17).
【数１０】 ここで、Δｔi1〜Δｔinは、第ｉ番目のロボットの手先
の誤差であり、その他の行列およびベクトルの意味は式
（１４）と同様である。ただし、後の説明を簡単にする
ために、Ｍ~ （Ｍチルダ）は推定可能である構造パラメ
ータのみで構成されるものとする（すなわち実施の形態
１でのＭ~*に対応する）。また、第ｉ番目のロボットに
対応するＭ~ をＭｉ~ であるとする。(Equation 10) Here, Δt i1 to Δt in are the errors of the hands of the i-th robot, and the meanings of the other matrices and vectors are the same as in equation (14). However, in order to simplify the following description, it is assumed that M ~ (M tilde) is composed only of structural parameters that can be estimated (that is, it corresponds to M ~ * in the first embodiment). Also, it is assumed that M ~ corresponding to the i-th robot is Mi ~ .
【００７６】さらに、式（１７）の左辺を式（１８）の
ように置くと、式（１７）は式（１９）になる。Further, when the left side of Expression (17) is placed as in Expression (18), Expression (17) becomes Expression (19).
【数１１】 [Equation 11]
【数１２】 (Equation 12)
【００７７】同一機種のｍ台のロボット１０１−１〜１
０１−ｍにおいて式（１９）の右辺のΔｐを同一である
とすると、ｍ台のロボット１０１−１〜１０１−ｍから
得た手先の誤差と構造パラメータの誤差との関係式は式
（２０）のようになる。M robots 101-1 to 101-1 of the same model
Assuming that Δp on the right side of Expression (19) is the same in 01-m, the relational expression between the hand error and the structural parameter error obtained from m robots 101-1 to 101-m is Expression (20). become that way.
【数１３】 ここで、式（２０）の左辺は、ｍ台のロボットの各ロボ
ット毎に、ｎ個の位置および姿勢での手先誤差のデータ
で構成される（ｍ×ｎ）の行列である。(Equation 13) Here, the left side of Expression (20) is an (m × n) matrix composed of hand error data at n positions and postures for each of the m robots.
【００７８】式（２０）より、構造パラメータの誤差Δ
ｐは式（２１）に示すように表される。From the equation (20), the error Δ
p is represented as shown in equation (21).
【数１４】 [Equation 14]
【００７９】したがって、構造パラメータ推定手段１２
は、式（２１）に従って最小二乗法に基づいてまず構造
パラメータの誤差Δｐを計算する。Therefore, the structural parameter estimating means 12
First calculates the error Δp of the structural parameter based on the least squares method according to equation (21).
【００８０】そして、構造パラメータ推定手段１２は、
計算した構造パラメータの誤差Δｐで、式（Δｐ＋ｐ→
ｐ）に基づいて構造パラメータｐを更新していき、構造
パラメータｐの値が収束するまで式（２１）の計算を繰
り返し実行する。Then, the structural parameter estimating means 12
With the calculated structural parameter error Δp, the equation (Δp + p →
The structure parameter p is updated based on p), and the calculation of Expression (21) is repeatedly executed until the value of the structure parameter p converges.
【００８１】構造パラメータｐの値が得られると、構造
パラメータｐの各要素のうちの外部パラメータδ
ｘBASE，δｙBASE，δｚBASE，ｄｘBASE，ｄｙBASE，ｄ
ｚBASE，δｘTOOL，δｙTOOL，δｚTOOL，ｄｘTOOL，ｄ
ｙTOOL，ｄｚTOOLを除く内部パラメータＬ1i〜Ｌ4i、Ｄ
1i、Ｄ2I、θ1i〜θ6iが構造パラメータ推定値適用手段
１３に供給される。When the value of the structural parameter p is obtained, the external parameter δ of each element of the structural parameter p is obtained.
x BASE, δy BASE, δz BASE , dx BASE, dy BASE, d
z BASE , δx TOOL , δy TOOL , δz TOOL , dx TOOL , d
Internal parameters L 1i to L 4i , D except for y TOOL and dz TOOL
1i , D 2I , θ 1i to θ 6i are supplied to the structural parameter estimation value applying means 13.
【００８２】最後にステップＳＴ１３において構造パラ
メータ推定値適用手段１３は、演算された当該機種のロ
ボットに固有の構造パラメータである内部パラメータ
を、ロボット１０１−１〜１０１−ｍと同一機種のロボ
ット１０１−（ｍ＋１），１０１−（ｍ＋２）などの制
御に適用する。すなわち、この内部パラメータの値を、
この機種固有の構造パラメータとして使用する。Finally, in step ST13, the structural parameter estimation value applying means 13 converts the calculated internal parameters, which are structural parameters unique to the robot of the model concerned, into the robots 101-1 to 101-m of the same model as the robots 101-1 to 101-m. This is applied to control of (m + 1), 101− (m + 2), and the like. That is, the value of this internal parameter is
It is used as a structural parameter specific to this model.
【００８３】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、各ロボットの手先の位置姿勢誤差を計測する計測場
がロボットの内部構造と同等な精度で固定され、計測場
とロボットとを一体の物理的な構造物とすることができ
る場合に、それぞれ計測したｍ個のロボットの絶対位置
の偏差をすべて等質な誤差データとみなしてその偏差か
ら直接的にロボットの構造パラメータを推定し、推定し
た構造パラメータを、ロボットの制御に適用するように
したので、所定の機種に属する実機で較正を実施してい
ないロボット個体に対しても絶対位置精度を向上するこ
とができるとともに、ロボットの絶対位置精度の向上の
際にロボット個体に要する諸コストを低減することがで
きるという効果が得られる。As described above, according to the second embodiment, the measurement field for measuring the position and orientation error of the hand of each robot is fixed with the same accuracy as the internal structure of the robot, and the measurement field and the robot are integrated. When it is possible to assume that the physical structure of the robot, the deviation of the absolute position of each of the measured m robots is regarded as homogeneous error data, and the structural parameters of the robot are directly estimated from the deviation, Since the estimated structural parameters are applied to the control of the robot, the absolute position accuracy can be improved even for a robot that has not been calibrated with an actual machine belonging to a predetermined model, and the absolute position of the robot can be improved. The effect that various costs required for the robot individual when the position accuracy is improved can be reduced is obtained.
【００８４】実施の形態３．この発明の実施の形態３に
よる構造パラメータ較正装置は、ロボットの構造パラメ
ータｐの初期設定値として、設計値（すなわち公称値）
の代わりに実施の形態１または実施の形態２により推定
された構造パラメータを使用してロボットを動作させ、
その動作時の手先の誤差に基づいてさらにロボット個体
毎に構造パラメータの較正を実行するものである。Embodiment 3 The structural parameter calibrating apparatus according to Embodiment 3 of the present invention provides a design value (that is, a nominal value) as an initial setting value of the robot structural parameter p.
Instead of using the structural parameters estimated by Embodiment 1 or 2 to operate the robot,
Based on the error of the hand at the time of the operation, the calibration of the structural parameters is further executed for each robot individual.
【００８５】実施の形態１のように機種毎に平均的な絶
対位置の精度を向上することにより、その機種に属する
個々のロボットの絶対位置精度は平均的には向上する
が、個々のロボットの用途においては、各ロボット一個
体について最大の絶対位置精度が要求されることもあ
る。By improving the accuracy of the average absolute position for each model as in the first embodiment, the absolute position accuracy of each robot belonging to that model is improved on average, but the accuracy of each robot is improved. In some applications, the maximum absolute position accuracy may be required for each individual robot.
【００８６】その場合、上述の従来の技術のようにして
ロボット手先の複数位置での誤差データから繰り返し計
算によりロボットの構造パラメータを推定する場合、構
造パラメータの推定値が局所最適解になる可能性がある
が、実施の形態１または実施の形態２により推定された
構造パラメータを適用することにより、繰り返し計算の
初期値が予め大域的な最適解の近傍に位置する可能性が
高くなる。In such a case, when the structural parameters of the robot are estimated from the error data at a plurality of positions of the robot hand by repetitive calculation as in the above-described conventional technique, the estimated value of the structural parameter may be a local optimum solution. However, there is a high possibility that the initial value of the iterative calculation is located near the global optimal solution in advance by applying the structural parameter estimated according to the first embodiment or the second embodiment.
【００８７】すなわち、ロボットの絶対位置および姿勢
と構造パラメータとの関係は非線形であるため、最小二
乗法により最適解を得る場合には、その初期値が最終的
な収束値に非常に大きな影響を与えることになり、設計
値を初期値とすると局所最適解に収束しやすいが、初期
値が予め大域的な最適解の近傍に位置していれば、大域
的な最適解に収束する可能性が増加する。That is, since the relationship between the absolute position and posture of the robot and the structural parameters is nonlinear, when obtaining the optimal solution by the least squares method, the initial value has a very large effect on the final convergence value. Therefore, if the design value is set as the initial value, it is easy to converge to the local optimal solution. However, if the initial value is located near the global optimal solution in advance, there is a possibility that it will converge to the global optimal solution. To increase.
【００８８】以上のように、この実施の形態３によれ
ば、実施の形態１または実施の形態２によりｍ個のロボ
ットの絶対位置の偏差から推定された構造パラメータに
基づいて制御されるロボットの絶対位置を計測し、その
計測結果に基づいてそのロボット個体の構造パラメータ
をさらに較正するようにしたので、ロボット個体毎の絶
対位置姿勢の精度をさらに向上し、ロボット個体の動作
の信頼性を向上させることができるという効果が得られ
る。As described above, according to the third embodiment, the robots controlled based on the structural parameters estimated from the deviations of the absolute positions of the m robots according to the first or second embodiment are described. Absolute position is measured, and the structural parameters of the individual robot are further calibrated based on the measurement results, so the accuracy of the absolute position and orientation of each individual robot is further improved, and the reliability of the operation of the individual robot is improved. The effect is obtained.
【００８９】[0089]
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、ｍ個
のロボットの絶対位置の偏差をそれぞれ計測し、ｍ個の
ロボットの絶対位置の偏差に基づいてロボットの構造パ
ラメータを推定し、推定した構造パラメータをロボット
の制御に適用するように構成したので、所定の機種に属
する実機で較正を実施していないロボット個体に対して
も絶対位置精度を向上することができるとともに、ロボ
ットの絶対位置精度の向上の際にロボット個体に要する
諸コストを低減することができるという効果がある。As described above, according to the present invention, the deviations of the absolute positions of m robots are respectively measured, and the structural parameters of the robots are estimated based on the deviations of the absolute positions of the m robots. Since the estimated structural parameters are configured to be applied to the control of the robot, the absolute position accuracy can be improved even for a robot that has not been calibrated with an actual device belonging to a predetermined model, and the absolute position of the robot can be improved. There is an effect that various costs required for the robot individual when the position accuracy is improved can be reduced.
【００９０】この発明によれば、ｍ個のロボットの絶対
位置の偏差に基づいて推定した構造パラメータに基づい
て制御されるロボットの絶対位置を計測し、計測結果に
基づいてそのロボットの構造パラメータをさらに較正す
るように構成したので、ロボット個体毎の絶対位置姿勢
の精度をさらに向上し、ロボット個体の動作の信頼性を
向上させることができるという効果がある。According to the present invention, the absolute position of the robot controlled based on the structural parameter estimated based on the deviation of the absolute position of the m robots is measured, and the structural parameter of the robot is determined based on the measurement result. Since the calibration is performed, the accuracy of the absolute position and orientation of each robot can be further improved, and the reliability of the operation of the robot can be improved.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】 この発明の実施の形態１による構造パラメー
タ較正装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a structural parameter calibration device according to Embodiment 1 of the present invention.
【図２】 図１の構造パラメータ較正装置により較正さ
れるロボットの一例を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing an example of a robot calibrated by the structural parameter calibrating apparatus of FIG.
【図３】 図１の構造パラメータ較正装置の動作につい
て説明するフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart illustrating an operation of the structural parameter calibration device of FIG. 1;
【図４】 この発明の実施の形態２による構造パラメー
タ較正装置の構成を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a structural parameter calibration device according to a second embodiment of the present invention.
【図５】 図４の構造パラメータ較正装置の動作につい
て説明するフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart illustrating an operation of the structural parameter calibration device of FIG. 4;
【図６】 他の従来の構造パラメータ較正方法を説明す
るフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart illustrating another conventional method for calibrating structural parameters.
１−１〜１−ｍ，１１−１〜１１−ｍ 手先誤差計測手
段（偏差計測手段）、２−１〜２−ｍ 構造パラメータ
個別推定手段（構造パラメータ推定手段）、３構造パラ
メータ推定値平均手段（構造パラメータ推定手段）、４
構造パラメータ推定平均値適用手段（構造パラメータ
推定値適用手段）、１２ 構造パラメータ推定手段、１
３ 構造パラメータ推定値適用手段、１０１−１〜１０
１−（ｍ＋２） ロボット。1-1 to 1-m, 11-1 to 11-m Hand error measuring means (deviation measuring means), 2-1 to 2-m individual structural parameter estimating means (structural parameter estimating means), average of three structural parameter estimated values Means (structure parameter estimation means), 4
Structural parameter estimation average value application means (structural parameter estimation value application means), 12 structural parameter estimation means, 1
3 structural parameter estimation value application means, 101-1 to 10
1- (m + 2) Robot.
フロントページの続き Ｆターム(参考） 3F059 DA07 FB15 FC06 5H004 GA27 GA34 GB16 HA07 HB07 JB01 JB08 KC12 KC35 KC45 KD70 LA05 5H269 AB26 AB33 BB03 CC09 DD05 EE03 FF02 NN17 Continued on the front page F term (reference) 3F059 DA07 FB15 FC06 5H004 GA27 GA34 GB16 HA07 HB07 JB01 JB08 KC12 KC35 KC45 KD70 LA05 5H269 AB26 AB33 BB03 CC09 DD05 EE03 FF02 NN17
Claims (6)
定の構造パラメータに基づいて制御される前記ロボット
の絶対位置を計測し、計測結果に基づいて前記構造パラ
メータを較正する構造パラメータ較正装置において、 所定の複数ｍ個のロボットの絶対位置の偏差をそれぞれ
計測するｍ個の偏差計測手段と、 前記ｍ個のロボットの絶対位置の偏差に基づいて前記ロ
ボットの構造パラメータを推定する構造パラメータ推定
手段と、 推定した構造パラメータをロボットの制御に適用する構
造パラメータ推定値適用手段とを備えることを特徴とす
る構造パラメータ較正装置。1. A structural parameter calibrating device for measuring an absolute position of a robot controlled based on a predetermined structural parameter in a structural model of a predetermined robot and calibrating the structural parameter based on a measurement result. M deviation measuring means for measuring deviations of the absolute positions of a plurality of m robots respectively; structural parameter estimating means for estimating the structural parameters of the robot based on the deviations of the absolute positions of the m robots; And a structural parameter estimation value applying means for applying the obtained structural parameter to control of the robot.
絶対位置の偏差とロボットの構造パラメータの偏差との
関係式、およびｍ個の偏差計測手段によりそれぞれ計測
された前記ロボットの絶対位置の偏差に基づいて前記ロ
ボットの構造パラメータを推定することを特徴とする請
求項１記載の構造パラメータ較正装置。2. The structural parameter estimating means is based on a relational expression between the deviation of the absolute position of the robot and the structural parameter of the robot, and the deviation of the absolute position of the robot measured by m deviation measuring means. The structural parameter calibrating apparatus according to claim 1, wherein the structural parameters of the robot are estimated by using a robot.
ットの絶対位置の偏差に基づいて、前記ｍ個のロボット
の構造パラメータをそれぞれ推定するｍ個の構造パラメ
ータ個別推定手段と、前記ｍ個の構造パラメータ個別推
定手段によりそれぞれ推定されたｍ個の構造パラメータ
の平均値をロボットの構造パラメータとして演算する構
造パラメータ推定値平均手段とを有することを特徴とす
る請求項１記載の構造パラメータ較正装置。3. The structural parameter estimating means includes: m individual structural parameter estimating means for estimating structural parameters of the m robots based on deviations of absolute positions of the m robots; The structural parameter calibrating apparatus according to claim 1, further comprising: structural parameter estimated value averaging means for calculating an average value of the m structural parameters estimated by the individual structural parameter estimating means as a structural parameter of the robot.
ロボットの絶対位置の偏差とロボットの構造パラメータ
の偏差との関係式、およびｍ個の偏差計測手段によりそ
れぞれ計測されたｍ個のロボットの絶対位置の偏差に基
づいて前記ｍ個のロボットの構造パラメータをそれぞれ
推定することを特徴とする請求項３記載の構造パラメー
タ較正装置。4. The m individual structure parameter estimating means includes:
The relational expression between the deviation of the absolute position of the robot and the deviation of the structural parameters of the robot, and the structural parameters of the m robots based on the deviations of the absolute positions of the m robots respectively measured by the m deviation measuring means The structural parameter calibrating device according to claim 3, wherein each of the parameters is estimated.
用された構造パラメータに基づいて制御されるロボット
の絶対位置を計測し、計測結果に基づいてそのロボット
の前記構造パラメータをさらに較正することを特徴とす
る請求項１または請求項３記載の構造パラメータ較正装
置。5. The method according to claim 1, further comprising: measuring an absolute position of the robot controlled based on the structural parameter applied by the structural parameter estimation value applying unit, and further calibrating the structural parameter of the robot based on the measurement result. The structural parameter calibrating apparatus according to claim 1 or 3, wherein the structural parameter calibrating apparatus is used.
造パラメータに基づいて制御される前記ロボットの絶対
位置を計測し、計測結果に基づいて前記構造パラメータ
を較正する構造パラメータ較正方法において、 所定の複数ｍ個のロボットの絶対位置の偏差をそれぞれ
計測するステップと、 前記ｍ個のロボットの絶対位置の偏差に基づいてロボッ
トの構造パラメータを推定するステップと、 推定した構造パラメータをロボットの制御に適用するス
テップとを備えることを特徴とする構造パラメータ較正
方法。6. A structural parameter calibration method for measuring an absolute position of the robot controlled based on a predetermined structural parameter in a structural model of the robot and calibrating the structural parameter based on a measurement result. Measuring deviations of the absolute positions of the robots; estimating structural parameters of the robot based on the deviations of the absolute positions of the m robots; applying the estimated structural parameters to control of the robots And a method for calibrating structural parameters.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10052399A JP3693850B2 (en) | 1999-04-07 | 1999-04-07 | Structure parameter calibration apparatus and structure parameter calibration method |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|
| JP2000293213A true JP2000293213A (en) | 2000-10-20 |
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| Country | Link |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113777547A (en) * | 2021-07-29 | 2021-12-10 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | Calibration judgment method and device for on-chip S parameter measurement system and terminal |
| JP7412664B1 (en) | 2023-06-16 | 2024-01-12 | 三菱電機株式会社 | Numerical control device and numerical control method |
-
1999
- 1999-04-07 JP JP10052399A patent/JP3693850B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP7412664B1 (en) | 2023-06-16 | 2024-01-12 | 三菱電機株式会社 | Numerical control device and numerical control method |
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