JP2022100627A - ロボットの制御位置を決定する方法、及び、ロボットシステム - Google Patents

ロボットの制御位置を決定する方法、及び、ロボットシステム Download PDF

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Abstract

【課題】多数の機構パラメーターを測定することなく、ロボットの位置制御の精度を高めることができる技術を提供する。【解決手段】ロボットの制御位置を決定する方法は、（ａ）実空間でのＮ個の実基準位置とロボット制御座標系でのＮ個の制御基準位置とを取得する工程と、（ｂ）Ｎ個の実基準位置のうちの複数の実基準位置をそれぞれ頂点とするＭ個の図形を前記実空間内に設定するとともに、各図形内における実位置と制御位置との対応関係を表す変換関数を求める工程と、（ｃ）実空間における制御点の目標位置の入力を受け付ける工程と、（ｄ）Ｍ個の図形の中から、目標位置に対する制御位置を算出するための対象図形を選択する工程と、（ｅ）対象図形に関する変換関数を用いて、目標位置に対する目標制御位置を算出する工程と、を含む。【選択図】図７

Description

本開示は、ロボットの制御位置を決定する方法、及び、ロボットシステムに関する。
特許文献１には、ロボット動作精度の向上のために、ロボットの制御位置を補正する方法が開示されている。この方法では、ロボットの実際の手先位置と、ロボットを制御する制御装置がロボットを動作する際に用いるロボット制御座標系における手先位置と、の差に基づいて、アーム長や関節回転軸の原点等のロボットの機構パラメーターを算出し、算出した機構パラメーターに基づいて、ロボットの制御位置を補正する。
特開平８－２９０３８０号公報
しかしながら、従来技術では、多数の機構パラメーターを測定しなければならず、測定のために大掛かりな装置が必要になってしまうという問題があった。
本開示の第１の形態によれば、ロボットの制御位置を決定する方法が提供される。この方法は、（ａ）Ｎを３以上の整数として、実空間でのＮ個の実基準位置と、前記Ｎ個の実基準位置のそれぞれに前記ロボットの制御点が位置している時のロボット制御座標系におけるＮ個の制御基準位置と、を取得する工程と、（ｂ）Ｍを１以上の整数として、前記Ｎ個の実基準位置のうちの複数の実基準位置をそれぞれ頂点とするＭ個の図形を前記実空間内に設定するとともに、各図形内における実位置と制御位置との対応関係を表す変換関数を求める工程と、（ｃ）前記実空間における前記制御点の目標位置の入力を受け付ける工程と、（ｄ）前記Ｍ個の図形の中から、前記目標位置に対する制御位置を算出するための対象図形を選択する工程と、（ｅ）前記対象図形に関する前記変換関数を用いて、前記目標位置に対する前記ロボット制御座標系での制御位置である目標制御位置を算出する工程と、を含む。
本開示の第２の形態によれば、ロボットの制御位置を決定するロボットシステムが提供される。このロボットシステムは、ロボットと、前記ロボットを制御する制御部と、を備える。前記制御部は、（ａ）Ｎを３以上の整数として、実空間でのＮ個の実基準位置と、前記Ｎ個の実基準位置のそれぞれに前記ロボットの制御点が位置している時のロボット制御座標系におけるＮ個の制御基準位置と、を取得する処理と、（ｂ）Ｍを１以上の整数として、前記Ｎ個の実基準位置のうちの複数の実基準位置をそれぞれ頂点とするＭ個の図形を前記実空間内に設定するとともに、各図形内における実位置と制御位置との対応関係を表す変換関数を求める処理と、（ｃ）前記実空間における前記制御点の目標位置の入力を受け付ける処理と、（ｄ）前記Ｍ個の図形の中から、前記目標位置に対する制御位置を算出するための対象図形を選択する処理と、（ｅ）前記対象図形に関する前記変換関数を用いて、前記目標位置に対する前記ロボット制御座標系での制御位置である目標制御位置を算出する処理と、を実行する。
実施形態におけるロボットシステムの構成例の説明図。 情報処理装置の機能ブロック図。 ロボットの位置制御の誤差の例を示す説明図。 実施形態における制御位置補正処理の手順を示すフローチャート。 位置決め治具の一例を示す説明図。 位置決め治具の他の例を示す説明図。 制御位置補正用の図形の一例を示す説明図。 制御位置補正用の図形の他の例を示す説明図。 補正有無の場合の制御位置の誤差を比較して示す説明図。 制御位置補正用の図形内に目標位置が含まれない場合の補正方法を示す説明図。 制御位置補正用の図形内に目標位置が含まれない場合の他の補正方法を示す説明図。 制御位置補正用の図形の他の例を示す説明図。 制御位置補正用の図形の更に他の例を示す説明図。
図１は、一実施形態におけるロボットシステムの一例を示す説明図である。このロボットシステムは、ロボット１００と、ロボット１００を制御する制御装置２００と、情報処理装置３００と、架台４００とを備える。情報処理装置３００は、例えばパーソナルコンピューターである。図１には、３次元空間の直交座標系を規定する３つの軸Ｘ，Ｙ，Ｚが描かれている。Ｘ軸とＹ軸は水平方向の軸であり、Ｚ軸は鉛直方向の軸である。以下では、この３次元空間を「実空間」とも呼ぶ。
ロボット１００は、基台１１０と、アーム１２０と、を備えている。アーム１２０は、６つの関節で順次接続されている。アーム１２０の先端部であるアームエンド１２２には、エンドエフェクター１５０が装着されている。エンドエフェクター１５０の先端部には、ロボット１００の制御点ＴＣＰが設定されている。なお、制御点ＴＣＰの位置は、任意の位置に設定可能である。但し、後述する位置決め治具４１０や３次元測定器４２０を用いて制御点ＴＣＰの位置を決定するためには、制御点ＴＣＰをエンドエフェクター１５０の先端部に設定することが好ましい。
アーム１２０は、６つの関節Ｊ１～Ｊ６で順次接続されている。これらの関節Ｊ１～Ｊ６のうち、３つの関節Ｊ２，Ｊ３，Ｊ５は曲げ関節であり、他の３つの関節Ｊ１，Ｊ４，Ｊ６はねじり関節である。本実施形態では６軸ロボットを例示しているが、１個以上の関節を有する任意のアーム機構を有するロボットを用いることが可能である。また、本実施形態のロボット１００は、垂直多関節ロボットであるが、水平多関節ロボットを使用してもよい。また、本開示は、ロボット以外の装置にも適用可能である。
架台４００には、複数の位置決め治具４１０が設置されている。位置決め治具４１０は、ロボットの手先の制御点ＴＣＰの位置決めを行う際に使用される治具である。架台４００の支柱には、３次元位置を測定可能な３次元測定器４２０が設置されている。３次元測定器４２０は、３次元空間におけるロボットの制御点ＴＣＰの位置を測定するために使用可能である。なお、３次元測定器４２０と位置決め治具４１０のうちの一方を省略してもよい。
図２は、情報処理装置３００の機能を示すブロック図である。情報処理装置３００は、プロセッサー３１０と、メモリー３２０と、インターフェイス回路３３０と、インターフェイス回路３３０に接続された入力デバイス３４０及び表示部３５０と、を有している。インターフェイス回路３３０には、更に、３次元測定器４２０と制御装置２００が接続されている。
プロセッサー３１０は、ロボットの制御位置を決定する制御位置決定部３１２として機能する。制御位置決定部３１２の機能は、メモリー３２０に格納されたコンピュータープログラムをプロセッサー３１０が実行することによって実現される。但し、制御位置決定部３１２の機能の一部又は全部をハードウェア回路で実現してもよい。
メモリー３２０には、制御位置補正データＣＤと、動作プログラムＲＰが格納されている。制御位置補正データＣＤは、後述する制御位置補正用の図形や変換関数を含んでいる。動作プログラムＲＰは、ロボット１００を動作させる複数の動作命令で構成されている。
図３は、ロボット１００の位置制御の誤差の例を示す説明図である。図３の左側は、ロボット制御座標系における制御位置を示しており、右側は実空間における誤差を示している。「ロボット制御座標系」とは、ロボット１００を制御するための動作命令で使用されるロボット１００の位置や姿勢を表現する座標系である。図３の例では、ロボット制御座標系においてＸ方向及びＹ方向に３０ｍｍ間隔で制御位置が設定されている状態を想定しており、実空間に描かれた矢印は、位置制御の誤差を示している。すなわち、矢印の起点が目標位置であり、矢印の先側が誤差を含む手先位置である。「手先位置」とは制御点ＴＣＰの位置を意味する。ただし、図示の便宜上、誤差量を２００倍にして矢印の長さを描いている。本実施形態では、このような誤差を低減するために、ロボット制御座標系の制御位置を補正する処理を実行する。
図４は、実施形態における制御位置補正処理の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１１０では、制御位置決定部３１２が、実基準位置と、実基準位置に対応する制御基準位置とを取得する。このステップＳ１１０の処理は、位置決め治具４１０又は３次元測定器４２０を用いて行うことができる。
図５は、位置決め治具４１０の一例を示す説明図である。この位置決め治具４１０は、その先端に実基準位置Ｐ４１０が設定されており、実空間における実基準位置Ｐ４１０の３次元的な位置は予め測定されている。位置決め治具４１０は作業者によって設置される。ロボット１００の制御点ＴＣＰを移動させて、位置決め治具４１０の実基準位置Ｐ４１０に接触させると、そのときのロボット制御座標系の制御位置を、実基準位置Ｐ４１０に対応する制御基準位置として取得することが可能である。
図６は、位置決め治具の他の例を示す説明図である。この位置決め治具４３０は、平板状の基板４３１と、基板４３１の上に設置されたＬ字状の壁部４３２とを有している。壁部４３２は直角に屈曲しており、壁部４３２の屈曲部と基板４３１の表面とが接する点に実基準位置Ｐ４３０が設定されている。ロボット１００のアーム１２０の先端には、位置決め補助具４４０が接続されている。この位置決め補助具４４０は、直方体状の形状を有しており、その底面の頂点に制御点ＴＣＰが設定されている。ロボット１００の制御点ＴＣＰを移動させて、位置決め治具４３０の実基準位置Ｐ４３０に接触させると、そのときのロボット制御座標系の制御位置を、実基準位置Ｐ４１０に対応する制御基準位置として取得することが可能である。また、位置決め治具４３０と位置決め補助具４４０が３つの面で互いに接した状態ではロボット１００の制御点ＴＣＰの姿勢も一意に決まるので、そのときのロボット制御座標系の制御姿勢を、実基準位置Ｐ４１０での実姿勢に対応する制御基準姿勢として取得することが可能である。なお、位置決め治具としては、図５や図６に示したもの以外の種々の形状の治具を使用可能である。
上述したような位置決め治具を使用することなく、３次元測定器４２０を用いてロボット制御座標系の実基準位置と制御基準位置とを取得するようにしてもよい。この場合には、まず、ロボット制御座標系の制御基準位置を用いてロボット１００の制御点ＴＣＰを位置決めし、その状態において、制御点ＴＣＰの実空間における３次元位置を３次元位置測定器４２０で測定して、実基準位置とする。このように、ステップＳ１１０では、位置決め治具又は３次元測定器４２０を用いて、実基準位置と、実基準位置に対応する制御基準位置とを取得することができる。なお、位置決め治具を用いる場合には、実基準位置は作業者によって設定される。一方、３次元測定器４２０を用いる場合には、制御基準位置が作業者によってされる。このように、実基準位置と制御基準位置のうちの一方が作業者によって選択されるので、位置制御の精度を高める領域を作業者が任意に選択できる。
ステップＳ１２０では、ステップＳ１１０の処理がすべて終了したか否かが判断される。本実施形態では、Ｎを３以上の整数として、実空間におけるＮ個の実基準位置と、ロボット制御座標系におけるＮ個の制御基準位置とを取得するまでステップＳ１１０が繰り返し実行される。
ステップＳ１１０の処理がすべて終了すると、ステップＳ１３０に進み、制御位置決定部３１２が、複数の実基準位置を頂点とする図形を実空間内に設定する。この図形を、以下では「制御位置補正用の図形」とも呼ぶ。図形の数Ｍは、１以上の任意の数に設定することができる。
図７は、制御位置補正用の図形の一例を示す説明図である。この例では、ステップＳ１１０の処理によって、実空間における４個の実基準位置ＲＰ１～ＲＰ４と、ロボット制御座標系における４個の制御基準位置ＣＰ１～ＣＰ４とが取得されている。実空間では、４個の実基準位置ＲＰ１～ＲＰ４で囲まれた領域が、２つの図形ＧＣ１１，ＧＣ１２に分割されている。これらの図形ＧＣ１１，ＧＣ１２は三角形である。分割方法としては、例えばドロネ－三角形分割等の任意の分割方法を用いることが可能であり、作業者が分割してもよい。
ステップＳ１４０では、制御位置決定部３１２が、各図形ＧＣ１１，ＧＣ１２内における基準位置と制御位置との対応関係を表す変換関数を求める。この変換関数は、例えば次式で表すことができる。
Figure 2022100627000002
 ここで、Ｐctrlはロボット制御座標系における制御位置、Ｐrealは実空間における実位置、Ａは変換関数である。この変換関数Ａは、アフィン変換を表す変換式である。ａ１１，ａ１２，ａ２１，ａ２２，ｂ１，ｂ２は係数であり、図形ＧＣ１１，ＧＣ１２毎に異なる値をとる。このような変換関数を用いて実位置Ｐrealを制御位置Ｐctrlに変換することによって、位置制御の誤差を低減することが可能となる。
ステップＳ１５０では、変換関数を用いて変換された制御位置を用いてロボット１００の制御を行うことによって、位置制御の誤差が予め定められた閾値以下であるか否かが判定される。位置制御の誤差は、例えば、変換関数を利用いて変換した制御位置を用いてロボット１００を制御したときの制御点ＴＣＰの実位置を３次元測定器４２０で測定することによって確認することができる。位置制御の誤差が予め定められた閾値以下で無い場合には、ステップＳ１６０に進み、上述したステップＳ１１０と同様にして、１個以上の実基準位置と１個以上の制御基準位置を追加する。その後、ステップＳ１３０に戻り、ステップＳ１３０～Ｓ１５０の処理を繰り返す。位置制御の誤差が予め定められた閾値以下となった場合には、後述するステップＳ２１０に進む。
図８は、実基準位置と制御基準位置が追加された場合の制御位置補正用の図形の例を示す説明図である。この例は、前述した図７の４個の制御基準位置ＣＰ１～ＣＰ４の中央に５番目の実基準位置ＲＰ５を追加し、４個の制御基準位置ＣＰ１～ＣＰ４の中央に５番目の制御基準位置ＣＰ５を追加したものである。実空間では、５個の実基準位置ＲＰ１～ＲＰ５を包含する領域が、４つの図形ＧＣ２１～ＧＣ２４に分割されている。図８の例では、図７よりも個々の図形が小さいので、位置制御の誤差をより小さくすることが可能である。なお、位置制御の誤差を低減するために追加する実基準位置は、それ以前の複数の実基準位置で囲まれる領域の内部に設定することが好ましい。制御基準位置も同様である。
図９は、補正有無の場合の制御位置の誤差を比較して示す説明図である。ここでは、変換関数を用いた制御位置の補正を行わない場合と、図７に示した図形を用いて制御位置の補正を行った場合と、図８に示した図形を用いて制御位置の補正を行った場合における制御位置の誤差を示している。この例から理解できるように、変換関数を用いた補正を行うことによって、制御位置の誤差を大幅に低減することができる。また、変換関数を適用する図形の大きさを小さくすれば、更に誤差を低減できる。
上述したステップＳ１１０～Ｓ１６０は準備工程に相当し、次のステップＳ２１０以降が実際の制御位置の補正を行う補正工程に相当する。ステップＳ２１０以降の処理は、情報処理装置３００とは異なる情報処理装置や制御装置２００によって実行されてもよい。
ステップＳ２１０では、制御位置決定部３１２が、制御点ＴＣＰの目標位置の入力を受け付ける。制御点ＴＣＰの目標位置は、制御点ＴＣＰを移動させたい実空間内の点の３次元位置である。制御点ＴＣＰの目標位置は、作業者が入力デバイス３４０を用いて行うことができる。なお、作業者が動作プログラムＲＰを作成し、その中の動作指令に制御点ＴＣＰの目標位置が記述されている場合には、制御位置決定部３１２が動作プログラムＲＰの動作指令に含まれている目標位置を取得することによって、ステップＳ２１０の処理を行うようにしてもよい。
ステップＳ２２０では、制御位置決定部３１２が、ステップＳ１３０で作成された制御位置補正用の図形の中から、目標位置に対する制御位置を算出するための対象図形を選択する。対象図形は、通常の場合には、目標位置を含む図形が選択される。「目標位置を含む図形」とは、その図形の外縁で囲まれた領域の中に目標位置が存在する図形を意味する。目標位置が制御位置補正用の図形のいずれにも含まれない場合については後述する。ステップＳ２３０では、制御位置決定部３１２が、その対象図形に対応する変換関数を用いて、目標位置に対する目標制御位置を算出する。例えば、上述した（１）式において、Ｐrealに目標位置の座標値を入力することにより、Ｐctrlを目標制御位置として算出できる。
ステップＳ２４０では、制御位置決定部３１２が、ステップＳ２３０で得られた目標制御位置を用いて動作指令を記述する。なお、動作指令を含む動作プログラムＲＰが予め作成されている場合には、動作指令に含まれている目標位置を目標制御位置に置き換えることよってステップＳ２４０の処理を実行することができる。
ステップＳ２５０では、制御位置決定部３１２が、動作プログラムＲＰに必要なすべての制御点の目標位置について、ステップＳ２１０～Ｓ２４０の処理が終了した否かを判定する。終了していなければ、ステップＳ２１０～Ｓ２４０の処理を再度実行し、終了していれば次のステップＳ２６０に進む。ステップＳ２６０では、作成された動作指令を含む動作プログラムを用いてロボット１００の制御が実行される。このステップＳ２６０における制御は、情報処理装置３００のプロセッサー３１０が実行してもよく、或いは、制御装置２００が実行してもよい。
以上のように、上記実施形態では、実空間内に設定された図形内における変換関数を利用して、実空間内における目標位置をロボット制御座標系の目標制御位置に変換するので、ロボット１００の位置制御の精度を高めることができる。
なお、制御位置補正用の図形の形状は、三角形でなくてもよく、変換関数はアフィン変換でなくてもよい。例えば、制御位置補正用の図形を四角形として、変換関数を射影変換としてもよい。また、複数の実基準位置を包含する領域を複数の図形に分割する際に、複数種類の多角形を混在させた状態に分割し、それぞれの図形毎に変換関数を変えてもよい。また、制御位置補正用の図形を立体図形としてもよい。変換関数は、変換式として構成してもよく、或いは、ルックアップテーブルのような他の形式で構成してもよい。
図１０は、制御位置補正用の図形内に目標位置が含まれない場合の補正方法を示す説明図である。この例では、目標位置ＲＰｔが、２つの図形ＧＣ３１，ＧＣ３２のいずれにも含まれていない。より詳しく言えば、目標位置ＲＰｔは、２つの図形ＧＣ３１，ＧＣ３２の間に挟まれた位置にある。このように、Ｍを２以上の整数としたとき、制御位置補正用の図形がＭ個設定されており、目標位置ＲＰｔがＭ個の図形のいずれにも含まれない場合には，目標位置ＲＰｔに最も近い２つの図形ＧＣ３１，ＧＣ３２が対象図形として選択されることが好ましい。この場合には、２つの対象図形ＧＣ３１，ＧＣ３２のそれぞれにおいて、目標位置ＲＰｔに対応する対応目標位置ＲＰ３１，ＲＰ３２を決定し、変換関数を用いて、対応目標位置ＲＰ３１，ＲＰ３２に対する制御位置である対応目標制御位置を算出する。そして、２つの対象図形ＧＣ３１，ＧＣ３２において算出された対応目標制御位置を用いた補間演算を行うことによって、目標位置ＲＰｔに対する目標制御位置を算出することができる。このような処理を行えば、目標位置がＭ個の図形のいずれにも含まれない場合にも、補間演算を利用して、実空間内における目標位置をロボット制御座標系の目標制御位置に正しく変換できる。図１０の例では、対応目標位置ＲＰ３１は、対象図形ＧＣ３１の中で目標位置ＲＰｔから最短距離にある点である。対応目標位置ＲＰ３２も同様である。但し、他の方法で対応目標位置ＲＰ３１，ＲＰ３２を決定してもよい。なお、選択する対象図形の個数は、２個とすれば処理が簡単で好ましいが、３個以上としてもよい。このような補間演算を利用した目標位置の変換は、制御位置補正用の図形が立体図形の場合にも適用可能である。補間演算としては、線形内挿などの種々の補間式を使用できる。
図１１は、制御位置補正用の図形内に目標位置が含まれない場合の他の補正方法を示す説明図である。この例では、目標位置ＲＰｔが制御位置補正用の図形のいずれにも含まれない点は図１０の場合と共通するが、目標位置ＲＰｔが、目標位置ＲＰｔに最も近い図形ＧＣ４１の外側に存在する点で図１０と異なる。本開示において、「図形の外側に存在する」という語句は、Ｍを２以上の整数としたとき、Ｍ個の図形のうちの任意の２つの図形の間に挟まれた状態に無いことを意味する。このような場合には、仮想的な実基準位置ＶＲＰを設定することが好ましい。この実基準位置ＶＲＰでは、実位置と制御位置とが一致するものと仮定する。また、図形ＧＣ４１が平面図形の場合には、実基準位置ＶＲＰは、図形ＧＣ４１が存在する平面ＰＬ４１上に設定されることが好ましい。制御位置決定部３１２は、この仮想的な実基準位置ＶＲＰと、図形ＧＣ４１の頂点を構成する３つの実基準位置ＲＰ１～ＲＰ４３から選ばれた２つの実基準位置ＲＰ４１，ＲＰ４２とを用いて、目標位置ＲＰｔを含む仮想図形ＶＧＣを設定する。また、制御位置決定部３１２は、仮想図形ＶＧＣ内における実位置と制御位置との対応関係を表す変換関数を生成する。この仮想図形ＶＧＣにおける変換関数を用いて目標位置ＲＰｔに対する目標制御位置を算出するようにすれば、外挿演算を用いて目標位置ＲＰｔに対する目標制御位置を算出する場合に比べて、制御誤差が過度に大きくなることを防止できる。特に、仮想的な実基準位置ＶＲＰでは、実位置と制御位置とが一致するものと仮定しているので、目標位置ＲＰｔが図形ＧＣ４１から離れた位置にある場合にも制御誤差が過度に大きくならないという利点がある。
仮想的な実基準位置ＶＲＰは、図形ＧＣ４１から十分遠方に設定されることが好ましい。例えば、仮想的な実基準位置ＶＲＰを、ロボット１００の制御点ＴＣＰの動作範囲の外側に設定することが好ましい。また、仮想的な実基準位置ＶＲＰの具体的な位置の決定方法としては、種々の方法を採用することが可能である。例えば、目標位置ＲＰｔと２つの実基準位置ＲＰ４１，ＲＰ４２とで構成される三角形の重心を求め、その重心と目標位置ＲＰｔとを結ぶ直線上において、目標位置ＲＰｔから予め定められた距離にある位置を仮想的な実基準位置ＶＲＰとしてもよい。
仮想的に実基準位置ＶＲＰを用いた図形の設定及び変換関数の生成は、制御位置補正用の図形が立体図形の場合にも適用可能である。ｎを４以上の整数としたとき、制御位置補正用の図形がｎ個の頂点を有する立体図形の場合には、目標位置ＲＰｔに最も近い図形の（ｎ－１）個の頂点における実基準位置と、仮想的な実基準位置ＶＲＰとを用いて仮想図形ＶＧＣを設定することができる。
なお、目標位置ＲＰｔが位置制御補正用の図形のいずれにも含まれない場合に、目標位置ＲＰｔに最も近い図形を対象図形として選択するようにしてもよい。この場合には、その図形に対する変換関数を用いて、目標位置ＲＰｔに対応する目標制御位置を求めることができる。こうすれば、目標位置ＲＰｔが位置制御補正用の図形のいずれにも含まれない場合にも、目標位置に最も近い図形を利用して、実空間内における目標位置ＲＰｔをロボット制御座標系の目標制御位置に変換するので、誤差が過度に大きくなることを防止できる。
図１２は、制御位置補正用の図形の他の例を示す説明図である。この例では、実空間内に、立体図形ＧＣ５１が制御位置補正用の図形として設定されている。このような立体図形を用いる場合には、Ｍを２以上の整数として、Ｍ個の立体図形を実空間に隙間無く配置することが好ましい。こうすれば、目標位置を含む立体図形内における変換関数を利用して、目標位置をロボット制御座標系の目標制御位置に正しく変換できる。この場合の変換関数は、例えばルックアップテーブルとして作成してもよい。
なお、Ｍ個の立体図形を実空間に隙間無く配置した場合に、ロボット１００の動作領域の外縁近くに目標位置がＲＰｔ設定されると、その目標位置ＲＰｔがＭ個の立体図形の外側の位置となり、Ｍ個の図形のいずれにも含まれない可能性がある。この場合には、目標位置ＲＰｔに最も近い図形ＧＣ５１を対象図形として選択し、選択した対象図形ＧＣ５１において、目標位置ＲＰｔに対応する対応目標位置ＲＰ３１を決定し、変換関数を用いて、対応目標位置ＲＰ５１に対する対応目標制御位置を算出することが好ましい。この場合に、算出された対応目標制御位置を用いた外挿演算を行うことによって、目標位置ＲＰｔに対する目標制御位置を算出するようにしてもよい。こうすれば、目標位置がＭ個の図形のいずれにも含まれない場合にも、目標位置をロボット制御座標系の目標制御位置に精度良く変換できる。図１２の例では、対応目標位置ＲＰ５１は、対象図形ＧＣ５１の中で目標位置ＲＰｔから最短距離にある点である。但し、他の方法で対応目標位置ＲＰ５１を決定してもよい。なお、選択する対象図形の個数は、１個とすれば処理が簡単で好ましいが、２個以上としてもよい。
図１３は、制御位置補正用の図形の更に他の例を示す説明図である。この例では、スカラロボットのＸ軸とＹ軸とＵ軸とで規定される３次元空間内に、立体図形ＧＣ６１が制御位置補正用の図形として設定されている。Ｕ軸は、第１関節の回転角度を表す軸である。このように、位置のみでなく、回転角度による姿勢を表す軸を有する実空間に制御位置補正用の図形を設定してもよい。この点は、垂直多関節ロボットなどの他の種類のロボットにおいても同様である。
一般に、多関節ロボットは、制御点ＴＣＰの位置のみでなく、その姿勢も制御することができる。そこで、制御点ＴＣＰの位置と姿勢をすべて考慮した多次元空間において、位置姿勢制御補正用の図形を設定し、各図形に適用する変換関数を用いて制御位置の補正を行うようにしてもよい。例えば、図１に示した６軸ロボットの場合には、位置と姿勢をすべて考慮した６次元空間において、位置姿勢制御補正用の図形を設定することが可能である。
位置と姿勢の両方を変換関数で変換する場合には、図４のステップＳ１１０～Ｓ１２０において、Ｎ個の実基準位置におけるロボット１００の姿勢であるＮ個の実基準姿勢と、Ｎ個の目標制御位置における制御姿勢であるＮ個の目標制御姿勢も取得される。また、ステップＳ１４０において、変換関数は、Ｍ個の図形の各図形における実姿勢と制御姿勢との関係も表すように生成される。更に、ステップＳ２１０では、目標位置とともに目標姿勢の入力が受け付けられる。ステップＳ２３０では変換関数を用いて目標姿勢に対する目標制御姿勢が算出されて、ステップＳ２４０では目標制御位置とともに目標制御姿勢も用いて動作命令が記述される。こうすれば、目標位置のみでなく目標姿勢も変換関数を用いて変換するので、ロボット１００の位置制御と姿勢制御の両方の精度を高めることができる。
・更に他の実施形態：
本開示は、上述した実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実現することができる。例えば、本開示は、以下の形態（aspect）によっても実現可能である。以下に記載した各形態中の技術的特徴に対応する上記実施形態中の技術的特徴は、本開示の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、本開示の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
（１）本開示の第１の形態によれば、ロボットの制御位置を決定する方法が提供される。この方法は、（ａ）Ｎを３以上の整数として、実空間でのＮ個の実基準位置と、前記Ｎ個の実基準位置のそれぞれに前記ロボットの制御点が位置している時のロボット制御座標系におけるＮ個の制御基準位置と、を取得する工程と、（ｂ）Ｍを１以上の整数として、前記Ｎ個の実基準位置のうちの複数の実基準位置をそれぞれ頂点とするＭ個の図形を前記実空間内に設定するとともに、各図形内における実位置と制御位置との対応関係を表す変換関数を求める工程と、（ｃ）前記実空間における前記制御点の目標位置の入力を受け付ける工程と、（ｄ）前記Ｍ個の図形の中から、前記目標位置に対する制御位置を算出するための対象図形を選択する工程と、（ｅ）前記対象図形に関する前記変換関数を用いて、前記目標位置に対する前記ロボット制御座標系での制御位置である目標制御位置を算出する工程と、を含む。
この方法によれば、実空間内に設定された図形内における変換関数を利用して、実空間内における目標位置をロボット制御座標系の目標制御位置に変換するので、ロボットの位置制御の精度を高めることができる。
（２）上記方法において、前記Ｍは２以上の整数であり、前記工程（ｄ）は、前記目標位置が前記Ｍ個の図形のいずれにも含まれない場合に、前記目標位置に最も近い２つ以上の図形を前記対象図形として選択する工程を含み、前記工程（ｅ）は、（ｅ１）前記２つ以上の対象図形のそれぞれにおいて、前記目標位置に対応する対応目標位置に対する制御位置である対応目標制御位置を算出する工程と、（ｅ２）前記２つ以上の対象図形において算出された前記対応目標制御位置を用いた補間演算を行うことによって、前記目標位置に対する前記目標制御位置を算出する工程と、を含むものとしてもよい。
この方法によれば、目標位置がＭ個の図形のいずれにも含まれない場合にも、補間演算を利用して、実空間内における目標位置をロボット制御座標系の目標制御位置に精度良く変換できる。
（３）上記方法において、前記工程（ｄ）は、前記目標位置が前記Ｍ個の図形のいずれにも含まれない場合に、前記Ｍ個の図形の中で、前記目標位置に最も近い図形を前記対象図形として選択する工程、を含むものとしてもよい。
この方法によれば、目標位置がＭ個の図形のいずれにも含まれない場合にも、目標位置に最も近い図形を利用して、実空間内における目標位置をロボット制御座標系の目標制御位置に変換するので、誤差が過度に大きくなることを防止できる。
（４）上記方法において、前記工程（ｄ）は、前記目標位置が前記Ｍ個の図形のいずれにも含まれない場合に、（ｄ１）実位置と制御位置とが一致する仮想的な実基準位置を設定する工程と、（ｄ２）前記仮想的な実基準位置と、前記Ｎ個の実基準位置から選ばれた複数の実基準位置とを用いて、前記目標位置を含む仮想図形を設定して、前記仮想図形を前記対象図形として選択する工程と、（ｄ３）前記仮想図形内における実位置と制御位置との対応関係を表す変換関数を求める工程と、を含むものとしてもよい。
この方法によれば、目標位置がＭ個の図形のいずれにも含まれない場合にも、仮想的な実基準位置を用いて設定した仮想図形を利用して、実空間内における目標位置をロボット制御座標系の目標制御位置に変換するので、誤差が過度に大きくなることを防止できる。
（５）上記方法において、前記Ｍは２以上の整数であり、前記Ｍ個の図形は、前記実空間に隙間無く配置されたＭ個の立体図形であるものとしてもよい。
この方法によれば、目標位置を含む図形内における変換関数を利用して、目標位置をロボット制御座標系の目標制御位置に精度良く変換できる。
（６）上記方法において、前記工程（ｄ）は、前記目標位置が前記Ｍ個の図形のいずれにも含まれない場合に、前記目標位置に最も近い１つ以上の図形を前記対象図形として選択する工程を含み、前記工程（ｅ）は、（ｅ１）前記１つ以上の対象図形のそれぞれにおいて、前記目標位置に対応する対応目標位置に対する制御位置である対応目標制御位置を算出する工程と、（ｅ２）前記１つ以上の対象図形において算出された前記対応目標制御位置を用いた外挿演算を行うことによって、前記目標位置に対する前記目標制御位置を算出する工程と、を含むものとしてもよい。
この方法によれば、目標位置がＭ個の図形のいずれにも含まれない場合にも、外挿演算を利用して、目標位置をロボット制御座標系の目標制御位置に精度良く変換できる。
（７）上記方法は、更に、（ｉ）前記目標制御位置を用いて前記ロボットを制御したときの位置制御誤差を求める工程と、（ｉｉ）前記位置制御誤差が予め定められた閾値を超えている場合に、１個以上の新たな実基準位置と１個以上の新たな制御基準位置を追加することによって、Ｎ+１個以上の実基準位置とＮ＋１個以上の制御基準位置とを取得する工程と、（ｉｉｉ）前記Ｎ+１個以上の実基準位置と前記Ｎ＋１個以上の制御基準位置とを用いて、前記工程（ｂ）を再度実行することによって、前記Ｍを増加させる工程と、を含むものとしてもよい。
この方法によれば、位置制御誤差が閾値を超えている場合に実基準位置と制御基準位置とを追加するので、位置制御の誤差を閾値以下にすることができる。
（８）上記方法において、前記実基準位置と前記制御基準位置のうちの一方は、作業者によって選択されるものとしてもよい。
この方法によれば、実基準位置と制御基準位置のうちの一方が作業者によって選択されるので、位置制御の精度を高める領域を作業者が任意に選択できる。
（９）上記方法において、前記工程（ａ）は、前記Ｎ個の実基準位置における前記ロボットの姿勢であるＮ個の実基準姿勢と、前記Ｎ個の目標制御位置における制御姿勢であるＮ個の目標制御姿勢とを求める工程を含み、前記工程（ｂ）において、前記変換関数は、前記Ｍ個の図形の各図形における実姿勢と制御姿勢との関係も表すように生成され、前記工程（ｃ）は、前記目標位置とともに目標姿勢を受け付ける工程を含み、前記工程（ｅ）は、前記変換関数を用いて、前記目標姿勢に対する前記ロボット制御座標系での制御姿勢である目標制御姿勢を算出する工程を含むものとしてもよい。
この方法によれば、目標位置のみでなく目標姿勢も変換関数を用いて変換するので、ロボットの位置制御と姿勢制御の両方の精度を高めることができる。
（１０）本開示の第２の形態によれば、ロボットの制御位置を決定するロボットシステムが提供される。このロボットシステムは、ロボットと、前記ロボットを制御する制御部と、を備える。前記制御部は、（ａ）Ｎを３以上の整数として、実空間でのＮ個の実基準位置と、前記Ｎ個の実基準位置のそれぞれに前記ロボットの制御点が位置している時のロボット制御座標系におけるＮ個の制御基準位置と、を取得する処理と、（ｂ）Ｍを１以上の整数として、前記Ｎ個の実基準位置のうちの複数の実基準位置をそれぞれ頂点とするＭ個の図形を前記実空間内に設定するとともに、各図形内における実位置と制御位置との対応関係を表す変換関数を求める処理と、（ｃ）前記実空間における前記制御点の目標位置の入力を受け付ける処理と、（ｄ）前記Ｍ個の図形の中から、前記目標位置に対する制御位置を算出するための対象図形を選択する処理と、（ｅ）前記対象図形に関する前記変換関数を用いて、前記目標位置に対する前記ロボット制御座標系での制御位置である目標制御位置を算出する処理と、を実行する。
このロボットシステムによれば、実空間内に設定された図形内における変換関数を利用して、実空間内における目標位置をロボット制御座標系の目標制御位置に変換するので、ロボットの位置制御の精度を高めることができる。
本開示は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、ロボットとロボット制御装置とを備えたロボットシステム、ロボット制御装置の機能を実現するためのコンピュータープログラム、そのコンピュータープログラムを記録した一時的でない記録媒体（non-transitory storage medium）等の形態で実現することができる。
１００…ロボット、１１０…基台、１２０…アーム、１２２…アームエンド、１５０…エンドエフェクター、２００…制御装置、３００…情報処理装置、３１０…プロセッサー、３１２…制御位置決定部、３２０…メモリー、３３０…インターフェイス回路、３５０…表示部、４００…架台、４１０…位置決め治具、４２０…３次元測定器、４３０…位置決め治具、４３１…基板、４３２…壁部、４４０…位置決め補助具

Claims (10)

  1. ロボットの制御位置を決定する方法であって、
    （ａ）Ｎを３以上の整数として、実空間でのＮ個の実基準位置と、前記Ｎ個の実基準位置のそれぞれに前記ロボットの制御点が位置している時のロボット制御座標系におけるＮ個の制御基準位置と、を取得する工程と、
    （ｂ）Ｍを１以上の整数として、前記Ｎ個の実基準位置のうちの複数の実基準位置をそれぞれ頂点とするＭ個の図形を前記実空間内に設定するとともに、各図形内における実位置と制御位置との対応関係を表す変換関数を求める工程と、
    （ｃ）前記実空間における前記制御点の目標位置の入力を受け付ける工程と、
    （ｄ）前記Ｍ個の図形の中から、前記目標位置に対する制御位置を算出するための対象図形を選択する工程と、
    （ｅ）前記対象図形に関する前記変換関数を用いて、前記目標位置に対する前記ロボット制御座標系での制御位置である目標制御位置を算出する工程と、
    を含む、方法。
  2. 請求項１に記載の方法であって、
    前記Ｍは２以上の整数であり、
    前記工程（ｄ）は、前記目標位置が前記Ｍ個の図形のいずれにも含まれない場合に、前記目標位置に最も近い２つ以上の図形を前記対象図形として選択する工程を含み、
    前記工程（ｅ）は、
    （ｅ１）前記２つ以上の対象図形のそれぞれにおいて、前記目標位置に対応する対応目標位置に対する制御位置である対応目標制御位置を算出する工程と、
    （ｅ２）前記２つ以上の対象図形において算出された前記対応目標制御位置を用いた補間演算を行うことによって、前記目標位置に対する前記目標制御位置を算出する工程と、
    を含む、方法。
  3. 請求項１に記載の方法であって、
    前記工程（ｄ）は、
    前記目標位置が前記Ｍ個の図形のいずれにも含まれない場合に、前記Ｍ個の図形の中で、前記目標位置に最も近い図形を前記対象図形として選択する工程、
    を含む、方法。
  4. 請求項１に記載の方法であって、
    前記工程（ｄ）は、前記目標位置が前記Ｍ個の図形のいずれにも含まれない場合に、
    （ｄ１）実位置と制御位置とが一致する仮想的な実基準位置を設定する工程と、
    （ｄ２）前記仮想的な実基準位置と、前記Ｎ個の実基準位置から選ばれた複数の実基準位置とを用いて、前記目標位置を含む仮想図形を設定して、前記仮想図形を前記対象図形として選択する工程と、
    （ｄ３）前記仮想図形内における実位置と制御位置との対応関係を表す変換関数を求める工程と、
    を含む、方法。
  5. 請求項１に記載の方法であって、
    前記Ｍは２以上の整数であり、
    前記Ｍ個の図形は、前記実空間に隙間無く配置されたＭ個の立体図形である、方法。
  6. 請求項５に記載の方法であって、
    前記工程（ｄ）は、前記目標位置が前記Ｍ個の図形のいずれにも含まれない場合に、前記目標位置に最も近い１つ以上の図形を前記対象図形として選択する工程を含み、
    前記工程（ｅ）は、
    （ｅ１）前記１つ以上の対象図形のそれぞれにおいて、前記目標位置に対応する対応目標位置に対する制御位置である対応目標制御位置を算出する工程と、
    （ｅ２）前記１つ以上の対象図形において算出された前記対応目標制御位置を用いた外挿演算を行うことによって、前記目標位置に対する前記目標制御位置を算出する工程と、
    を含む、方法。
  7. 請求項１～６のいずれか一項に記載の方法であって、更に、
    （ｉ）前記目標制御位置を用いて前記ロボットを制御したときの位置制御誤差を求める工程と、
    （ｉｉ）前記位置制御誤差が予め定められた閾値を超えている場合に、１個以上の新たな実基準位置と１個以上の新たな制御基準位置を追加することによって、Ｎ+１個以上の実基準位置とＮ＋１個以上の制御基準位置とを取得する工程と、
    （ｉｉｉ）前記Ｎ+１個以上の実基準位置と前記Ｎ＋１個以上の制御基準位置とを用いて、前記工程（ｂ）を再度実行することによって、前記Ｍを増加させる工程と、
    を含む、方法。
  8. 請求項１～７のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記実基準位置と前記制御基準位置のうちの一方は、作業者によって選択される、方法。
  9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記工程（ａ）は、前記Ｎ個の実基準位置における前記ロボットの姿勢であるＮ個の実基準姿勢と、前記Ｎ個の目標制御位置における制御姿勢であるＮ個の目標制御姿勢とを求める工程を含み、
    前記工程（ｂ）において、前記変換関数は、前記Ｍ個の図形の各図形における実姿勢と制御姿勢との関係も表すように生成され、
    前記工程（ｃ）は、前記目標位置とともに目標姿勢を受け付ける工程を含み、
    前記工程（ｅ）は、前記変換関数を用いて、前記目標姿勢に対する前記ロボット制御座標系での制御姿勢である目標制御姿勢を算出する工程を含む、方法。
  10. ロボットの制御位置を決定するロボットシステムであって、
    ロボットと、
    前記ロボットを制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    （ａ）Ｎを３以上の整数として、実空間でのＮ個の実基準位置と、前記Ｎ個の実基準位置のそれぞれに前記ロボットの制御点が位置している時のロボット制御座標系におけるＮ個の制御基準位置と、を取得する処理と、
    （ｂ）Ｍを１以上の整数として、前記Ｎ個の実基準位置のうちの複数の実基準位置をそれぞれ頂点とするＭ個の図形を前記実空間内に設定するとともに、各図形内における実位置と制御位置との対応関係を表す変換関数を求める処理と、
    （ｃ）前記実空間における前記制御点の目標位置の入力を受け付ける処理と、
    （ｄ）前記Ｍ個の図形の中から、前記目標位置に対する制御位置を算出するための対象図形を選択する処理と、
    （ｅ）前記対象図形に関する前記変換関数を用いて、前記目標位置に対する前記ロボット制御座標系での制御位置である目標制御位置を算出する処理と、
    を実行する、ロボットシステム。
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