JPH06304893A - 位置決め機構のキャリブレーション方式 - Google Patents
位置決め機構のキャリブレーション方式Info
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- JPH06304893A JPH06304893A JP9571793A JP9571793A JPH06304893A JP H06304893 A JPH06304893 A JP H06304893A JP 9571793 A JP9571793 A JP 9571793A JP 9571793 A JP9571793 A JP 9571793A JP H06304893 A JPH06304893 A JP H06304893A
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- tool
- positioning mechanism
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 位置決め機構での座標変換に関するパラメー
タのキャリブレーションを簡単に行えるようにする。 【構成】 キャリブレーション用治具２０をロボット１
０の周辺の任意の位置に設置し、オペレータは、教示操
作盤１９を操作してロボット１０を動作させ、先端のツ
ール１２をキャリブレーション用治具２０の各固定治具
２１〜２４に対してアプローチさせ、タッチアップ点を
教示する。このアプローチは、先端が球状に形成された
固定治具の中心位置に向かう方向でなされる。続いて、
インピーダンス制御による自動タッチアップが行われ、
そのとき得られた各軸値等を用いて球中心の演算が行わ
れ、さらに、キャリブレーションデータΔβが求められ
る。このように、ツール１２を固定治具２１〜２４にタ
ッチアップさせるだけで、後は自動的に演算が行われて
キャリブレーションデータΔβが求められる。したがっ
て、オペレータは、キャリブレーションを行うための特
別の熟練を必要とせず、容易にキャリブレーションを行
うことができる。
タのキャリブレーションを簡単に行えるようにする。 【構成】 キャリブレーション用治具２０をロボット１
０の周辺の任意の位置に設置し、オペレータは、教示操
作盤１９を操作してロボット１０を動作させ、先端のツ
ール１２をキャリブレーション用治具２０の各固定治具
２１〜２４に対してアプローチさせ、タッチアップ点を
教示する。このアプローチは、先端が球状に形成された
固定治具の中心位置に向かう方向でなされる。続いて、
インピーダンス制御による自動タッチアップが行われ、
そのとき得られた各軸値等を用いて球中心の演算が行わ
れ、さらに、キャリブレーションデータΔβが求められ
る。このように、ツール１２を固定治具２１〜２４にタ
ッチアップさせるだけで、後は自動的に演算が行われて
キャリブレーションデータΔβが求められる。したがっ
て、オペレータは、キャリブレーションを行うための特
別の熟練を必要とせず、容易にキャリブレーションを行
うことができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は位置決め機構での座標変
換に関するパラメータのキャリブレーションを行う位置
決め機構のキャリブレーション方式に関する。
換に関するパラメータのキャリブレーションを行う位置
決め機構のキャリブレーション方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】位置決め機構の１つとして例えば産業用
ロボットがある。このロボットの手先位置姿勢の計算
は、リンク毎に固定した座標系の位置をアクチュエータ
移動量から順次計算することで求める。このアクチュエ
ータの原点位置と座標系間の関係を示すパラメータに
は、通常、設計時のデータに対して取り付け時等に生じ
る誤差を含んでいる。したがって、手先位置姿勢を正確
に制御するため、パラメータをキャリブレーションする
ことが行われている。
ロボットがある。このロボットの手先位置姿勢の計算
は、リンク毎に固定した座標系の位置をアクチュエータ
移動量から順次計算することで求める。このアクチュエ
ータの原点位置と座標系間の関係を示すパラメータに
は、通常、設計時のデータに対して取り付け時等に生じ
る誤差を含んでいる。したがって、手先位置姿勢を正確
に制御するため、パラメータをキャリブレーションする
ことが行われている。
【０００３】このパラメータのキャリブレーションを行
う方法として、例えば次のような方法がある。すなわ
ち、ロボットの先端に凸型治具を、ロボットのベース側
に凹型治具とダイアルゲージをそれぞれ取り付け、凸型
治具が凹型治具に対し嵌合するように、ロボットに所定
の位置姿勢を取らせる。位置決めした位置は既知である
とすると、ロボットの各軸値が計算できるので、そのと
きの各軸に取り付けた移動量センサの読みが計算値に等
しいとおき、各軸値のオフセットを求める。
う方法として、例えば次のような方法がある。すなわ
ち、ロボットの先端に凸型治具を、ロボットのベース側
に凹型治具とダイアルゲージをそれぞれ取り付け、凸型
治具が凹型治具に対し嵌合するように、ロボットに所定
の位置姿勢を取らせる。位置決めした位置は既知である
とすると、ロボットの各軸値が計算できるので、そのと
きの各軸に取り付けた移動量センサの読みが計算値に等
しいとおき、各軸値のオフセットを求める。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のキ
ャリブレーション方法では、ロボットを手動で特定の位
置に動かす必要があり、熟練を必要としていた。
ャリブレーション方法では、ロボットを手動で特定の位
置に動かす必要があり、熟練を必要としていた。
【０００５】また、座標変換に関するパラメータの内、
アクチュエータ（サーボモータ）の原点位置しか知るこ
とができなかった。本発明はこのような点に鑑みてなさ
れたものであり、座標変換に関するいずれのパラメータ
に関しても簡単にキャリブレーションを行える位置決め
機構のキャリブレーション方式を提供することを目的と
する。
アクチュエータ（サーボモータ）の原点位置しか知るこ
とができなかった。本発明はこのような点に鑑みてなさ
れたものであり、座標変換に関するいずれのパラメータ
に関しても簡単にキャリブレーションを行える位置決め
機構のキャリブレーション方式を提供することを目的と
する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、位置決め機構での座標変換に関するパラ
メータのキャリブレーションを行う位置決め機構のキャ
リブレーション方式において、前記位置決め機構の先端
に設けられ先端形状が凸型曲面状に形成されたツール
と、前記ツールに働く力を検出する力覚センサと、先端
形状が球状に形成され相対位置が既知の固定治具を３個
以上備えたキャリブレーション用治具と、前記ツールを
前記キャリブレーション用治具の各固定治具にアプロー
チして接触させ前記力覚センサの検出結果に基づいて力
制御することにより前記固定部材に対して位置決めし、
前記位置決めしたときの前記ツールの各姿勢における各
関節角度を用いて前記位置決め機構の座標変換に関する
パラメータの誤差を演算しキャリブレーションデータと
する制御部と、を有することを特徴とする位置決め機構
のキャリブレーション方式が、提供される。
決するために、位置決め機構での座標変換に関するパラ
メータのキャリブレーションを行う位置決め機構のキャ
リブレーション方式において、前記位置決め機構の先端
に設けられ先端形状が凸型曲面状に形成されたツール
と、前記ツールに働く力を検出する力覚センサと、先端
形状が球状に形成され相対位置が既知の固定治具を３個
以上備えたキャリブレーション用治具と、前記ツールを
前記キャリブレーション用治具の各固定治具にアプロー
チして接触させ前記力覚センサの検出結果に基づいて力
制御することにより前記固定部材に対して位置決めし、
前記位置決めしたときの前記ツールの各姿勢における各
関節角度を用いて前記位置決め機構の座標変換に関する
パラメータの誤差を演算しキャリブレーションデータと
する制御部と、を有することを特徴とする位置決め機構
のキャリブレーション方式が、提供される。
【０００７】
【作用】位置決め機構の先端に力覚センサと先端形状が
既知である凸型曲面状のツールを取りつける。位置決め
機構を力制御することにより、３個以上の相対位置が既
知の球状固定治具の各々に対して、ツールが何種類かの
姿勢を取るように位置決めする。そのときの各軸値を用
いて、位置決め機構の座標変換に関するパラメータのキ
ャリブレーションデータを求める。
既知である凸型曲面状のツールを取りつける。位置決め
機構を力制御することにより、３個以上の相対位置が既
知の球状固定治具の各々に対して、ツールが何種類かの
姿勢を取るように位置決めする。そのときの各軸値を用
いて、位置決め機構の座標変換に関するパラメータのキ
ャリブレーションデータを求める。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本発明の位置決め機構のキャリブレーシ
ョン方式の全体構成を示す図である。ここでは、位置決
め機構としてロボットが用いられる。図において、ロボ
ット１０は６軸多関節ロボットであり、その先端に力覚
センサ１１及びツール１２が取り付けられている。ツー
ル１２の先端は凸型曲面状に形成されている。
明する。図１は本発明の位置決め機構のキャリブレーシ
ョン方式の全体構成を示す図である。ここでは、位置決
め機構としてロボットが用いられる。図において、ロボ
ット１０は６軸多関節ロボットであり、その先端に力覚
センサ１１及びツール１２が取り付けられている。ツー
ル１２の先端は凸型曲面状に形成されている。
【０００９】キャリブレーション用治具２０がロボット
１０の周辺に置かれる。キャリブレーション用治具２０
には、４個の固定治具２１，２２，２３及び２４が設け
られている。これらの固定治具２１〜２４は、先端が球
状に形成され、各球の中心位置及び相対的な位置関係が
既知である。
１０の周辺に置かれる。キャリブレーション用治具２０
には、４個の固定治具２１，２２，２３及び２４が設け
られている。これらの固定治具２１〜２４は、先端が球
状に形成され、各球の中心位置及び相対的な位置関係が
既知である。
【００１０】ロボット制御装置１００は、プロセッサ１
０１を中心に構成され、ロボット１０の動作を制御して
いる。プロセッサ１０１は、メモリ１０２に格納されて
いる制御プログラムに従ってロボット制御装置１００全
体を制御する。また、メモリ１０２には本発明を実行す
るためのプログラムも格納されており、プロセッサ１０
１は、そのプログラムに従って本発明に係るキャリブレ
ーションを実行する。その詳細は後述する。
０１を中心に構成され、ロボット１０の動作を制御して
いる。プロセッサ１０１は、メモリ１０２に格納されて
いる制御プログラムに従ってロボット制御装置１００全
体を制御する。また、メモリ１０２には本発明を実行す
るためのプログラムも格納されており、プロセッサ１０
１は、そのプログラムに従って本発明に係るキャリブレ
ーションを実行する。その詳細は後述する。
【００１１】メモリ１０２はＲＯＭまたはＲＡＭで構成
され、上記の制御プログラムや本発明を実行するための
プログラム、また各種のデータを格納する。その各種デ
ータの中には、上述したツール１２の先端形状に関する
データや、キャリブレーション用治具２０に関する設計
データ、固定治具２１〜２４の中心位置データや形状デ
ータ、相対位置関係のデータ等が含まれる。プロセッサ
１０１及びメモリ１０２は、互いにバス１０８で結合さ
れている。
され、上記の制御プログラムや本発明を実行するための
プログラム、また各種のデータを格納する。その各種デ
ータの中には、上述したツール１２の先端形状に関する
データや、キャリブレーション用治具２０に関する設計
データ、固定治具２１〜２４の中心位置データや形状デ
ータ、相対位置関係のデータ等が含まれる。プロセッサ
１０１及びメモリ１０２は、互いにバス１０８で結合さ
れている。
【００１２】バス１０８には、さらにＤ／Ａ変換器１０
４、Ａ／Ｄ変換器１０６、入出力回路１０７及びシリア
ルポート１０９が結合されている。Ｄ／Ａ変換器１０４
は、プロセッサ１０１からの指令に応じてロボット１０
各軸のアクチュエータ（サーボモータ）を駆動する駆動
信号をアンプ１０３を経由して出力する。Ａ／Ｄ変換器
１０６は、ロボット１０の各軸に設けられたエンコーダ
からの回転角度検出信号をアンプ１０５を経由して受信
する。また、入出力回路１０７は力覚センサ１１の検出
信号をセンサコントローラ１１０を経由して受信する。
さらに、シリアルポート１０９は、そのシリアルポート
１０９に接続された教示操作盤（ＴＰ）１９をオペレー
タが操作したときの指令信号を受信する。ロボット１０
は、その指令信号を受けて所定の動作を行う。
４、Ａ／Ｄ変換器１０６、入出力回路１０７及びシリア
ルポート１０９が結合されている。Ｄ／Ａ変換器１０４
は、プロセッサ１０１からの指令に応じてロボット１０
各軸のアクチュエータ（サーボモータ）を駆動する駆動
信号をアンプ１０３を経由して出力する。Ａ／Ｄ変換器
１０６は、ロボット１０の各軸に設けられたエンコーダ
からの回転角度検出信号をアンプ１０５を経由して受信
する。また、入出力回路１０７は力覚センサ１１の検出
信号をセンサコントローラ１１０を経由して受信する。
さらに、シリアルポート１０９は、そのシリアルポート
１０９に接続された教示操作盤（ＴＰ）１９をオペレー
タが操作したときの指令信号を受信する。ロボット１０
は、その指令信号を受けて所定の動作を行う。
【００１３】次に、本発明の位置決め機構のキャリブレ
ーション方式を実行するための手順を説明する。先ず、
ロボット１０に簡易のマスタリングを施す。すなわち、
スタート時点では、ロボット１０の各軸がどの角度にあ
るか分からないので、各軸の角度がほぼ０°になる姿勢
をオペレータが教示操作盤１９を操作することによりロ
ボット１０に取らせ、各軸の大体のオフセット量を求め
る。そのオフセット量で各軸の角度を補正してロボット
１０の大まかな動作制御を行う。
ーション方式を実行するための手順を説明する。先ず、
ロボット１０に簡易のマスタリングを施す。すなわち、
スタート時点では、ロボット１０の各軸がどの角度にあ
るか分からないので、各軸の角度がほぼ０°になる姿勢
をオペレータが教示操作盤１９を操作することによりロ
ボット１０に取らせ、各軸の大体のオフセット量を求め
る。そのオフセット量で各軸の角度を補正してロボット
１０の大まかな動作制御を行う。
【００１４】次に、キャリブレーション用治具２０をロ
ボット１０の周辺の任意の位置に設置する。オペレータ
は、教示操作盤１９を操作してロボット１０を動作さ
せ、先端のツール１２をキャリブレーション用治具２０
の各固定治具２１〜２４に対してアプローチさせる。こ
のアプローチは、先端が球状に形成された固定治具の中
心位置に向かう方向でなされる。
ボット１０の周辺の任意の位置に設置する。オペレータ
は、教示操作盤１９を操作してロボット１０を動作さ
せ、先端のツール１２をキャリブレーション用治具２０
の各固定治具２１〜２４に対してアプローチさせる。こ
のアプローチは、先端が球状に形成された固定治具の中
心位置に向かう方向でなされる。
【００１５】また、１つの固定治具に対して幾つかの方
向からアプローチしてもよく、そのトータルのアプロー
チ回数（タッチアップ点数）ｍは（３×ｍ）がキャリブ
レーションの対象にしたいパラメータの数と同じかそれ
以上となるように決められる。例えば、キャリブレーシ
ョンの対象にしたいパラメータが各軸で５個あれば６軸
全体で３０個となるから、これらのパラメータのキャリ
ブレーションデータを決定するには、少なくとも３０の
式が必要となる。一方、一回のアプローチで３つの式が
成立するから、この場合に必要となるアプローチ回数ｍ
は少なくとも１０回となる。上記のキャリブレーション
の対象にしたいパラメータ及びそのキャリブレーション
データの決定方法についての詳細は後述する。
向からアプローチしてもよく、そのトータルのアプロー
チ回数（タッチアップ点数）ｍは（３×ｍ）がキャリブ
レーションの対象にしたいパラメータの数と同じかそれ
以上となるように決められる。例えば、キャリブレーシ
ョンの対象にしたいパラメータが各軸で５個あれば６軸
全体で３０個となるから、これらのパラメータのキャリ
ブレーションデータを決定するには、少なくとも３０の
式が必要となる。一方、一回のアプローチで３つの式が
成立するから、この場合に必要となるアプローチ回数ｍ
は少なくとも１０回となる。上記のキャリブレーション
の対象にしたいパラメータ及びそのキャリブレーション
データの決定方法についての詳細は後述する。
【００１６】なお、キャリブレーション用治具２０に
は、ここでは４個の固定治具２１〜２４を設けるように
したが、少なくとも３個の固定治具が必要となる。それ
は、キャリブレーション用治具２０の空間位置を演算で
特定するためである。すなわち、キャリブレーション用
治具２０の空間位置はツール１２を固定治具２１等に対
してアプローチして位置決めしたときの各軸値を基に演
算して得られるが、その空間位置は、ツール１２が少な
くとも３個以上の固定治具２１等に対してアプローチし
て始めて特定できるからである。この少なくとも３個の
固定治具によって平面が決定され、その平面によって空
間位置も決定される。ここでは、４個の固定治具２１〜
２４に対してツール１２がアプローチするようにした
が、３個だけの固定治具に対してアプローチするときに
比べてより高い精度でキャリブレーション用治具２０の
空間位置を特定することができる。
は、ここでは４個の固定治具２１〜２４を設けるように
したが、少なくとも３個の固定治具が必要となる。それ
は、キャリブレーション用治具２０の空間位置を演算で
特定するためである。すなわち、キャリブレーション用
治具２０の空間位置はツール１２を固定治具２１等に対
してアプローチして位置決めしたときの各軸値を基に演
算して得られるが、その空間位置は、ツール１２が少な
くとも３個以上の固定治具２１等に対してアプローチし
て始めて特定できるからである。この少なくとも３個の
固定治具によって平面が決定され、その平面によって空
間位置も決定される。ここでは、４個の固定治具２１〜
２４に対してツール１２がアプローチするようにした
が、３個だけの固定治具に対してアプローチするときに
比べてより高い精度でキャリブレーション用治具２０の
空間位置を特定することができる。
【００１７】続いて、キャリブレーションの対象となる
パラメータ及び各軸に設定される座標系について説明す
る。ロボット１０の隣り合う軸間の要素をリンクと呼
び、そのリンクに座標系を固定し、座標系から座標系へ
の変換を順次行うことでロボット１０の位置姿勢を表現
する。ここでは、リンク座標系間の関係を記述する方法
の１つとしてＤＨ記法を用いる。ＤＨ記法を用いたとき
のリンクパラメータは、図２のようになり、４つのパラ
メータθi 、Ｌi 、ａi 及びαi が設定される。すなわ
ち、回転軸ｉの回転角θi 、回転軸ｉによって駆動され
るリンクＬi 、回転軸ｉと回転軸ｉ＋１間のリンク長ａ
i 、及びＺi-1 軸からＺi 軸までのＸi 軸回りの回転角
αi である。キャリブレーションの対象となるパラメー
タ（座標変換に関するパラメータ）は、この４つのパラ
メータθi 、Ｌi 、ａi 及びαi に、サーボモータを取
り付ける際に生じたθi のオフセット値φi を加えて合
計５個のパラメータであり、これらを合わせてリンクパ
ラメータと呼ぶことにする。
パラメータ及び各軸に設定される座標系について説明す
る。ロボット１０の隣り合う軸間の要素をリンクと呼
び、そのリンクに座標系を固定し、座標系から座標系へ
の変換を順次行うことでロボット１０の位置姿勢を表現
する。ここでは、リンク座標系間の関係を記述する方法
の１つとしてＤＨ記法を用いる。ＤＨ記法を用いたとき
のリンクパラメータは、図２のようになり、４つのパラ
メータθi 、Ｌi 、ａi 及びαi が設定される。すなわ
ち、回転軸ｉの回転角θi 、回転軸ｉによって駆動され
るリンクＬi 、回転軸ｉと回転軸ｉ＋１間のリンク長ａ
i 、及びＺi-1 軸からＺi 軸までのＸi 軸回りの回転角
αi である。キャリブレーションの対象となるパラメー
タ（座標変換に関するパラメータ）は、この４つのパラ
メータθi 、Ｌi 、ａi 及びαi に、サーボモータを取
り付ける際に生じたθi のオフセット値φi を加えて合
計５個のパラメータであり、これらを合わせてリンクパ
ラメータと呼ぶことにする。
【００１８】このとき、リンク座標系Σi-1 から見たリ
ンク座標系Σi の位置及び姿勢を示す同次変換行列 i-1
Ａi は、次式（１）で表される。
ンク座標系Σi の位置及び姿勢を示す同次変換行列 i-1
Ａi は、次式（１）で表される。
【００１９】
【数１】
【００２０】ここでｎ個の関節を持つロボット１０のベ
ースにベース座標系ΣB 、ロボット１０先端のツール１
２にツール座標系ΣT を考え、ベース座標系ΣB からツ
ール座標系ΣT までの変換を考える。ロボット１０の場
合、ｎ＝６である。ベース座標系ΣB ＝Σ0 、ツール座
標系ΣT ＝Σn として考えると、ΣB →ΣT の座標変換
を示す同次変換行列 BＴT は、上記（１）式の i-1Ａi
を用いて、次式（２）で表すことができる。
ースにベース座標系ΣB 、ロボット１０先端のツール１
２にツール座標系ΣT を考え、ベース座標系ΣB からツ
ール座標系ΣT までの変換を考える。ロボット１０の場
合、ｎ＝６である。ベース座標系ΣB ＝Σ0 、ツール座
標系ΣT ＝Σn として考えると、ΣB →ΣT の座標変換
を示す同次変換行列 BＴT は、上記（１）式の i-1Ａi
を用いて、次式（２）で表すことができる。
【００２１】
【数２】
【００２２】ここで、ツール１２が４個の球（固定治
具）２１〜２４に順にアプローチする場合を想定する。
このアプローチは、オペレータが予め教示操作盤１９を
用いてロボット１０に教示しておいた動作手順に従って
自動的に行われ、ｊ番目のアプローチがｋ番目の球に対
してなされたとする。ツール１２がそのｋ番目の球にア
プローチしてタッチアップ（接触）した後、力覚センサ
１１の検出値を基にインピーダンス制御を用いて、球に
働く力を一定値に安定化させる。
具）２１〜２４に順にアプローチする場合を想定する。
このアプローチは、オペレータが予め教示操作盤１９を
用いてロボット１０に教示しておいた動作手順に従って
自動的に行われ、ｊ番目のアプローチがｋ番目の球に対
してなされたとする。ツール１２がそのｋ番目の球にア
プローチしてタッチアップ（接触）した後、力覚センサ
１１の検出値を基にインピーダンス制御を用いて、球に
働く力を一定値に安定化させる。
【００２３】ツール１２のアプローチ方向は、球の中心
に向かう方向であり、そのアプローチ方向をセンサ座標
系（力覚センサの座標系）ΣS のＸ軸方向とすると、次
式（３）、（４）及び（５）が成立する。
に向かう方向であり、そのアプローチ方向をセンサ座標
系（力覚センサの座標系）ΣS のＸ軸方向とすると、次
式（３）、（４）及び（５）が成立する。
【００２４】
【数３】
【００２５】
【数４】
【００２６】
【数５】
【００２７】ただし、Ｋf ：６×６力ゲイン ｆd ：ワーク座標系ΣW における目標外力 Ｋd ：設定バネ定数行列 （３）、（４）及び（５）式以外のパラメータ、設定慣
性行列Ｍd 、及び設定粘性係数行列Ｄd は、位置、力な
どが安定に制御できるように、機構、ワーク（固定治
具）、ツール等に依存して実験的に決められる。位置目
標は、接触を開始したときの現在位置で、加速度、速度
目標は０とすればよい。このとき、実際にツール１２が
球から受ける反力ｆ及びツール１２に働くトルクτをセ
ンサ座標系ΣS から見て表すと、
性行列Ｍd 、及び設定粘性係数行列Ｄd は、位置、力な
どが安定に制御できるように、機構、ワーク（固定治
具）、ツール等に依存して実験的に決められる。位置目
標は、接触を開始したときの現在位置で、加速度、速度
目標は０とすればよい。このとき、実際にツール１２が
球から受ける反力ｆ及びツール１２に働くトルクτをセ
ンサ座標系ΣS から見て表すと、
【００２８】
【数６】
【００２９】
【数７】
【００３０】となり、 Sｆx ＝ｆxd となるところで、
静的に安定なつり合い状態となる。実際には、安定化判
定の指標として、
静的に安定なつり合い状態となる。実際には、安定化判
定の指標として、
【００３１】
【数８】
【００３２】を導入し、｜ｅf ｜が一定時間Ｔの間、｜
ｅf ｜＜ｅt を満足したところで安定化したとみなす。
ツール１２と球が点接触しているとすると、センサ座標
系ΣSから見た接触点 Sｒc と、 Sｆ, Sτの間に次式
（９）が成り立つ。
ｅf ｜＜ｅt を満足したところで安定化したとみなす。
ツール１２と球が点接触しているとすると、センサ座標
系ΣSから見た接触点 Sｒc と、 Sｆ, Sτの間に次式
（９）が成り立つ。
【００３３】
【数９】
【００３４】また、ツール１２の先端形状が既知の凸型
曲面であり、その先端形状を表す方程式をセンサ座標系
ΣS 上で、
曲面であり、その先端形状を表す方程式をセンサ座標系
ΣS 上で、
【００３５】
【数１０】
【００３６】とすると、（９）式の Sｒc を Sｘで置き
換えた次式（１１）
換えた次式（１１）
【００３７】
【数１１】
【００３８】は直線の方程式を示すから（１０）式と
（１１）式を連立して解くことで、 Sｒ c が求まる。こ
のとき、球の中心位置 Sｒは次式（１２）となる。
（１１）式を連立して解くことで、 Sｒ c が求まる。こ
のとき、球の中心位置 Sｒは次式（１２）となる。
【００３９】
【数１２】
【００４０】ただし、ｒは球の半径である。このよう
に、ツール１２を球にタッチアップしたときの力覚セン
サの検出値、ツール１２の既知の先端形状等のデータを
用いて球の中心位置 Sｒc が求まる。
に、ツール１２を球にタッチアップしたときの力覚セン
サの検出値、ツール１２の既知の先端形状等のデータを
用いて球の中心位置 Sｒc が求まる。
【００４１】ここで、キャリブレーション用治具２０に
固定したワーク座標系をΣW とし、ワーク座標系ΣW か
らベース座標系ΣB への変換を示す同次変換行列を WＴ
B 、ツール座標系ΣT からセンサ座標系ΣS への変換を
示す同次変換行列を TＴS とする。ｊ番目のタッチアッ
プがｋ番目の球に対してなされたとする。インピーダン
ス制御により、静的な一定力の接触がなされた状態での
ロボット１０の各軸値がθi 、センサ座標系ΣS から見
た球中心位置が上述した式（１２）の通り、点接触力よ
り Sｒj と計算できたとすると、ワーク座標系ΣW から
見て既知であるように加工されたｋ番目球中心位置 wＰ
k は次式（１３）のように計算できる。
固定したワーク座標系をΣW とし、ワーク座標系ΣW か
らベース座標系ΣB への変換を示す同次変換行列を WＴ
B 、ツール座標系ΣT からセンサ座標系ΣS への変換を
示す同次変換行列を TＴS とする。ｊ番目のタッチアッ
プがｋ番目の球に対してなされたとする。インピーダン
ス制御により、静的な一定力の接触がなされた状態での
ロボット１０の各軸値がθi 、センサ座標系ΣS から見
た球中心位置が上述した式（１２）の通り、点接触力よ
り Sｒj と計算できたとすると、ワーク座標系ΣW から
見て既知であるように加工されたｋ番目球中心位置 wＰ
k は次式（１３）のように計算できる。
【００４２】
【数１３】
【００４３】（１３）式の右辺は WＴB を表す並進移動
量と姿勢を合わせたベクトルΨ、及びリンクパラメータ
ａ，ｄ，α，φで計算できる。これらのパラメータを１
つのベクトルにまとめたものを、
量と姿勢を合わせたベクトルΨ、及びリンクパラメータ
ａ，ｄ，α，φで計算できる。これらのパラメータを１
つのベクトルにまとめたものを、
【００４４】
【数１４】
【００４５】とすると、（１３）式は次式（１５）のよ
うに書き直すことができる。
うに書き直すことができる。
【００４６】
【数１５】
【００４７】（１５）式はβが真値のときに成り立つ
が、真値は分からないため、その初期値をβ0 としてそ
のβ0 で展開して１次の項までとると、
が、真値は分からないため、その初期値をβ0 としてそ
のβ0 で展開して１次の項までとると、
【００４８】
【数１６】
【００４９】となる。（１６）式は、タッチアップ点
ｊ、球ｋについて成り立つが、この（１６）式をすべて
のタッチアップ点と球について求め、それを１つにまと
めると、次式（１７）となる。
ｊ、球ｋについて成り立つが、この（１６）式をすべて
のタッチアップ点と球について求め、それを１つにまと
めると、次式（１７）となる。
【００５０】
【数１７】
【００５１】ここで、タッチアップ点数をｍ、キャリブ
レーションの対象にしたいパラメータの数をＮとし、次
のように場合分けしてベクトルβの初期値β0 との差分
Δβを求める。この差分Δβが、パラメータのキャリブ
レーションデータとなる。なお、Ｎは、前述したよう
に、１つの軸においてキャリブレーションの対象にした
いパラメータの数が例えば５個であれば６軸分で３０個
となる。 （ｉ）３ｍ＝Ｎのとき、Ａは正則となるので、
レーションの対象にしたいパラメータの数をＮとし、次
のように場合分けしてベクトルβの初期値β0 との差分
Δβを求める。この差分Δβが、パラメータのキャリブ
レーションデータとなる。なお、Ｎは、前述したよう
に、１つの軸においてキャリブレーションの対象にした
いパラメータの数が例えば５個であれば６軸分で３０個
となる。 （ｉ）３ｍ＝Ｎのとき、Ａは正則となるので、
【００５２】
【数１８】
【００５３】となる。 （ｉｉ）３ｍ＞Ｎのとき、最小自乗法よりΔβを求め
る。具体的には、
る。具体的には、
【００５４】
【数１９】
【００５５】となる。予め、Δβの打切り値ｔを定めて
おき、｜Δβ｜≦ｔとなった場合にパラメータの推定を
終了する。｜Δβ｜＞ｔのときは、β0 ＋Δβを新しい
β0 として（１８）式または（１９）式の演算を繰り返
す。
おき、｜Δβ｜≦ｔとなった場合にパラメータの推定を
終了する。｜Δβ｜＞ｔのときは、β0 ＋Δβを新しい
β0 として（１８）式または（１９）式の演算を繰り返
す。
【００５６】なお、パラメータθi 、Ｌi 、ａi 、αi
及びφi のうち、全てを対象とせずに一部のみを対象と
するのが望ましい場合もある。また、位置決め機構の特
徴からパラメータが独立でないことがある。この場合に
は、減らしたいパラメータ、独立でないパラメータを
（１４）式から取り除き、以下は同様に計算すればよ
い。
及びφi のうち、全てを対象とせずに一部のみを対象と
するのが望ましい場合もある。また、位置決め機構の特
徴からパラメータが独立でないことがある。この場合に
は、減らしたいパラメータ、独立でないパラメータを
（１４）式から取り除き、以下は同様に計算すればよ
い。
【００５７】例えば、パラメータａi 、ｄi 、αi を対
象とすると、ロボット１０の先端位置から、各軸の値を
求める計算が複雑になるため、要求精度等を考慮してこ
れらのパラメータａi 、ｄi 、αi を対象から除外して
もよい。また、パラメータφ i のうちφ0 はΨと独立で
はないことが明らかである。これらを考慮すると、（１
４）式は次式（２０）のように簡略化することができ、
その分演算速度を速くすることができる。
象とすると、ロボット１０の先端位置から、各軸の値を
求める計算が複雑になるため、要求精度等を考慮してこ
れらのパラメータａi 、ｄi 、αi を対象から除外して
もよい。また、パラメータφ i のうちφ0 はΨと独立で
はないことが明らかである。これらを考慮すると、（１
４）式は次式（２０）のように簡略化することができ、
その分演算速度を速くすることができる。
【００５８】
【数２０】
【００５９】ただし、ｎ：自由度 図３は本発明の概略の処理手順を示す図である。図中Ｓ
に続く数字はステップ番号を表す。 〔Ｓ１〕ロボット１０の簡易マスタリングを行う。 〔Ｓ２〕キャリブレーション用治具２０を設置する。 〔Ｓ３〕教示操作盤１９を操作してロボット１０を動作
させ、アプローチ点を教示する。 〔Ｓ４〕インピーダンス制御による自動タッチアップ
と、球中心の演算を行う。その詳細は図４を用いて説明
する。 〔Ｓ５〕キャリブレーションデータΔβを求める。その
詳細は図５を用いて説明する。
に続く数字はステップ番号を表す。 〔Ｓ１〕ロボット１０の簡易マスタリングを行う。 〔Ｓ２〕キャリブレーション用治具２０を設置する。 〔Ｓ３〕教示操作盤１９を操作してロボット１０を動作
させ、アプローチ点を教示する。 〔Ｓ４〕インピーダンス制御による自動タッチアップ
と、球中心の演算を行う。その詳細は図４を用いて説明
する。 〔Ｓ５〕キャリブレーションデータΔβを求める。その
詳細は図５を用いて説明する。
【００６０】図４は本発明の処理手順のうち、自動タッ
チアップと球中心演算の処理手順を示す図である。図中
Ｓに続く数字はステップ番号を表す。 〔Ｓ１１〕タッチアップ番号ｊを設定する。 〔Ｓ１２〕ｊ番目のタッチアップ点に移動する。 〔Ｓ１３〕インピーダンス制御によりタッチアップを行
う。 〔Ｓ１４〕ツール１２と球との接触判定を行う。すなわ
ち、力覚センサ１１の検出値から求めたツール１２が球
から受ける反力ｆが所定の判定値ｆt より大きいか否か
を判別し、大きければ接触していると判別して次のステ
ップＳ１５に進み、そうでなければさらにアプローチす
るためにステップＳ１３に戻る。 〔Ｓ１５〕インピーダンス制御によって接触を安定化さ
せる。 〔Ｓ１６〕接触が安定したか否かを判別する。すなわ
ち、安定化判定指標｜ｅf｜が、一定の時間Ｔの間所定
の判定値ｅt より小さい状態を維持しているか否かを判
別し、小さい状態を維持していれば接触が安定したと判
別して次のステップＳ１７に進み、そうでなければさら
にインピーダンス制御で安定させるためにステップＳ１
５に戻る。 〔Ｓ１７〕ツール１２が球から受ける反力 Sｆ及びツー
ル１２に働くトルク Sτを取り込む。 〔Ｓ１８〕（７）式、（８）式、（９）式及び（１０）
式から球の中心位置 Sｒ j を演算し記憶する。 〔Ｓ１９〕次のタッチアップ点ｊ＋１に移動する。 〔Ｓ２０〕タッチアップ点ｊが所定のタッチアップ点数
ｍより大きいか否かを判別する。大きければすべてのタ
ッチアップが完了したとしてそのまま終了し、そうでな
ければステップＳ１２に戻る。
チアップと球中心演算の処理手順を示す図である。図中
Ｓに続く数字はステップ番号を表す。 〔Ｓ１１〕タッチアップ番号ｊを設定する。 〔Ｓ１２〕ｊ番目のタッチアップ点に移動する。 〔Ｓ１３〕インピーダンス制御によりタッチアップを行
う。 〔Ｓ１４〕ツール１２と球との接触判定を行う。すなわ
ち、力覚センサ１１の検出値から求めたツール１２が球
から受ける反力ｆが所定の判定値ｆt より大きいか否か
を判別し、大きければ接触していると判別して次のステ
ップＳ１５に進み、そうでなければさらにアプローチす
るためにステップＳ１３に戻る。 〔Ｓ１５〕インピーダンス制御によって接触を安定化さ
せる。 〔Ｓ１６〕接触が安定したか否かを判別する。すなわ
ち、安定化判定指標｜ｅf｜が、一定の時間Ｔの間所定
の判定値ｅt より小さい状態を維持しているか否かを判
別し、小さい状態を維持していれば接触が安定したと判
別して次のステップＳ１７に進み、そうでなければさら
にインピーダンス制御で安定させるためにステップＳ１
５に戻る。 〔Ｓ１７〕ツール１２が球から受ける反力 Sｆ及びツー
ル１２に働くトルク Sτを取り込む。 〔Ｓ１８〕（７）式、（８）式、（９）式及び（１０）
式から球の中心位置 Sｒ j を演算し記憶する。 〔Ｓ１９〕次のタッチアップ点ｊ＋１に移動する。 〔Ｓ２０〕タッチアップ点ｊが所定のタッチアップ点数
ｍより大きいか否かを判別する。大きければすべてのタ
ッチアップが完了したとしてそのまま終了し、そうでな
ければステップＳ１２に戻る。
【００６１】図５は本発明の処理手順のうち、キャリブ
レーションデータΔβ演算の処理手順を示す図である。
図中Ｓに続く数字はステップ番号を表す。 〔Ｓ３１〕（１７）式のＡ及びｂを演算する。 〔Ｓ３２〕３ｍがＮより大きいか否かを判別する。大き
ければステップＳ３５に、そうでなければステップＳ３
３にそれぞれ進む。 〔Ｓ３３〕３ｍがＮに等しいか否かを判別する。等しけ
ればステップＳ３６に、そうでなければステップＳ３４
にそれぞれ進む。 〔Ｓ３４〕エラーを表示する。 〔Ｓ３５〕（１９）式を用いてΔβを求める。 〔Ｓ３６〕（１８）式を用いてΔβを求める。 〔Ｓ３７〕（β0 ＋Δβ）を新たな初期値とする。 〔Ｓ３８〕｜Δβ｜が打切り値ｔ以下か否かを判別す
る。｜Δβ｜≦ｔとなった場合にパラメータの推定を終
了し、そのときのΔβをキャリブレーションデータとす
る。｜Δβ｜＞ｔであればステップＳ３１に戻る。
レーションデータΔβ演算の処理手順を示す図である。
図中Ｓに続く数字はステップ番号を表す。 〔Ｓ３１〕（１７）式のＡ及びｂを演算する。 〔Ｓ３２〕３ｍがＮより大きいか否かを判別する。大き
ければステップＳ３５に、そうでなければステップＳ３
３にそれぞれ進む。 〔Ｓ３３〕３ｍがＮに等しいか否かを判別する。等しけ
ればステップＳ３６に、そうでなければステップＳ３４
にそれぞれ進む。 〔Ｓ３４〕エラーを表示する。 〔Ｓ３５〕（１９）式を用いてΔβを求める。 〔Ｓ３６〕（１８）式を用いてΔβを求める。 〔Ｓ３７〕（β0 ＋Δβ）を新たな初期値とする。 〔Ｓ３８〕｜Δβ｜が打切り値ｔ以下か否かを判別す
る。｜Δβ｜≦ｔとなった場合にパラメータの推定を終
了し、そのときのΔβをキャリブレーションデータとす
る。｜Δβ｜＞ｔであればステップＳ３１に戻る。
【００６２】以上述べたように、本実施例では、５つの
パラメータの各々が持つ誤差分によって生じるベクトル
βの初期値β0 との差分Δβを、ツール１２を球状の固
定治具２１〜２４にタッチアップさせて得られた各軸値
や力覚センサ１１の検出値、予め分かっている球のワー
ク座標系ΣW での中心位置のデータ等を用いて求め、そ
の差分Δβでパラメータのキャリブレーションを行う。
差分Δβは、ツール１２を固定治具２１〜２４にタッチ
アップさせるだけで、後は自動的に演算が行われて求め
られる。したがって、オペレータは、キャリブレーショ
ンを行うための特別の熟練を必要とせず、容易にキャリ
ブレーションを行うことができる。
パラメータの各々が持つ誤差分によって生じるベクトル
βの初期値β0 との差分Δβを、ツール１２を球状の固
定治具２１〜２４にタッチアップさせて得られた各軸値
や力覚センサ１１の検出値、予め分かっている球のワー
ク座標系ΣW での中心位置のデータ等を用いて求め、そ
の差分Δβでパラメータのキャリブレーションを行う。
差分Δβは、ツール１２を固定治具２１〜２４にタッチ
アップさせるだけで、後は自動的に演算が行われて求め
られる。したがって、オペレータは、キャリブレーショ
ンを行うための特別の熟練を必要とせず、容易にキャリ
ブレーションを行うことができる。
【００６３】上記の説明では、位置決め機構として６軸
のロボットを用いるようにしたが、６軸以外のロボット
であってもよい。また、マニピュレータとして構成され
たものでもよい。
のロボットを用いるようにしたが、６軸以外のロボット
であってもよい。また、マニピュレータとして構成され
たものでもよい。
【００６４】さらに、各軸を回転軸として構成したが、
本発明は直動軸のものに対しても同様に適用することが
できる。
本発明は直動軸のものに対しても同様に適用することが
できる。
【００６５】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、ツール
を固定治具にタッチアップさせるだけで、座標変換に関
するパラメータのキャリブレーションデータを求めるよ
うにした。したがって、オペレータは、キャリブレーシ
ョンを行うための特別の熟練を必要とせず、容易にキャ
リブレーションを行うことができる。
を固定治具にタッチアップさせるだけで、座標変換に関
するパラメータのキャリブレーションデータを求めるよ
うにした。したがって、オペレータは、キャリブレーシ
ョンを行うための特別の熟練を必要とせず、容易にキャ
リブレーションを行うことができる。
【図１】本発明の位置決め機構のキャリブレーション方
式の全体構成を示す図である。
式の全体構成を示す図である。
【図２】ＤＨ記法を用いたときのリンクパラメータ及び
リンク座標系の説明図である。
リンク座標系の説明図である。
【図３】本発明の概略の処理手順を示す図である。
【図４】本発明の処理手順のうち、自動タッチアップと
球中心演算の処理手順を示す図である。
球中心演算の処理手順を示す図である。
【図５】本発明の処理手順のうち、キャリブレーション
データΔβ演算の処理手順を示す図である。
データΔβ演算の処理手順を示す図である。
１０ ロボット １１ 力覚センサ １２ ツール １９ 教示操作盤 ２０ キャリブレーション用治具 ２１，２２，２３，２４ 固定治具 １００ ロボット制御装置 １０１ プロセッサ １０２ メモリ １０４ Ｄ／Ａ変換器 １０５ Ａ／Ｄ変換器 １０９ シリアルポート １１０ センサコントローラ
Claims (4)
- 【請求項１】 位置決め機構での座標変換に関するパラ
メータのキャリブレーションを行う位置決め機構のキャ
リブレーション方式において、 前記位置決め機構の先端に設けられ先端形状が凸型曲面
状に形成されたツールと、 前記ツールに働く力を検出する力覚センサと、 先端形状が球状に形成され相対位置が既知の固定治具を
３個以上備えたキャリブレーション用治具と、 前記ツールを前記キャリブレーション用治具の各固定治
具にアプローチして接触させ前記力覚センサの検出結果
に基づいて力制御することにより前記固定部材に対して
位置決めし、前記位置決めしたときの前記ツールの各姿
勢における各関節角度を用いて前記位置決め機構の座標
変換に関するパラメータの誤差を演算しキャリブレーシ
ョンデータとする制御部と、 を有することを特徴とする位置決め機構のキャリブレー
ション方式。 - 【請求項２】 前記制御部は、予め求めたワーク座標系
での各固定治具の中心位置と、前記位置決めしたときの
前記力覚センサの検出結果及び前記位置決めしたときの
各姿勢における各関節角度から求めた各固定治具の中心
位置との誤差から前記座標変換に関するパラメータのキ
ャリブレーションデータを求めることを特徴とする請求
項１記載の位置決め機構のキャリブレーション方式。 - 【請求項３】 前記制御部は、前記３個以上の固定治具
の少なくとも３個にアプローチすることにより、前記キ
ャリブレーション用治具の空間位置を特定することを特
徴とする請求項１記載の位置決め機構のキャリブレーシ
ョン方式。 - 【請求項４】 前記座標変換に関するパラメータは、回
転軸ｉの回転角θi、回転軸ｉによって駆動されるリン
クＬi 、回転軸ｉと回転軸ｉ＋１間のリンク長ａi 、Ｚ
i-1 軸からＺi 軸までのＸi 軸回りの回転角αi 、及び
回転角θi のオフセット値φi のすべて、またはその一
部であることを特徴とする請求項１記載の位置決め機構
のキャリブレーション方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9571793A JPH06304893A (ja) | 1993-04-22 | 1993-04-22 | 位置決め機構のキャリブレーション方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9571793A JPH06304893A (ja) | 1993-04-22 | 1993-04-22 | 位置決め機構のキャリブレーション方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06304893A true JPH06304893A (ja) | 1994-11-01 |
Family
ID=14145237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9571793A Pending JPH06304893A (ja) | 1993-04-22 | 1993-04-22 | 位置決め機構のキャリブレーション方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06304893A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100416225B1 (ko) * | 2001-05-03 | 2004-01-31 | 광주과학기술원 | 정밀 기기의 기구교정 방법 및 그 장치 |
| JP2009142903A (ja) * | 2007-12-11 | 2009-07-02 | Denso Wave Inc | ロボット制御装置 |
| JP2010099745A (ja) * | 2008-10-21 | 2010-05-06 | Ihi Corp | ロボット装置及びロボット装置教示方法 |
| JP2011230243A (ja) * | 2010-04-28 | 2011-11-17 | Yaskawa Electric Corp | ロボットの教示手順校正装置および方法 |
| DE102011052386A1 (de) | 2010-08-03 | 2012-02-09 | Denso Wave Inc. | Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren einer Ursprungsposition eines Gelenkarmroboters |
| KR101438657B1 (ko) * | 2013-12-16 | 2014-09-12 | 주식회사일신테크 | 산업 로봇 지그 측정방법 |
| DE102012102294B4 (de) * | 2011-03-18 | 2015-03-19 | Denso Wave Inc. | Verfahren zum Erfassen eines Achsenabstand-Versatzes eines 6-Achs-Roboters |
| KR20160001558A (ko) * | 2014-06-26 | 2016-01-06 | 하이윈 테크놀로지스 코포레이션 | 로봇암 시스템 및 그 평행도 교정 방법 |
| WO2022009765A1 (ja) * | 2020-07-08 | 2022-01-13 | ファナック株式会社 | ロボット制御装置 |
| CN114803472A (zh) * | 2022-04-22 | 2022-07-29 | 深圳航天科技创新研究院 | 基于机器人的夹紧控制方法及控制*** |
-
1993
- 1993-04-22 JP JP9571793A patent/JPH06304893A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100416225B1 (ko) * | 2001-05-03 | 2004-01-31 | 광주과학기술원 | 정밀 기기의 기구교정 방법 및 그 장치 |
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| JP2010099745A (ja) * | 2008-10-21 | 2010-05-06 | Ihi Corp | ロボット装置及びロボット装置教示方法 |
| JP2011230243A (ja) * | 2010-04-28 | 2011-11-17 | Yaskawa Electric Corp | ロボットの教示手順校正装置および方法 |
| DE102011052386B8 (de) * | 2010-08-03 | 2016-10-06 | Denso Wave Inc. | Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren einer Ursprungsposition eines Gelenkarmroboters |
| DE102011052386B4 (de) * | 2010-08-03 | 2016-07-07 | Denso Wave Inc. | Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren einer Ursprungsposition eines Gelenkarmroboters |
| DE102011052386A1 (de) | 2010-08-03 | 2012-02-09 | Denso Wave Inc. | Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren einer Ursprungsposition eines Gelenkarmroboters |
| DE102012102294B4 (de) * | 2011-03-18 | 2015-03-19 | Denso Wave Inc. | Verfahren zum Erfassen eines Achsenabstand-Versatzes eines 6-Achs-Roboters |
| KR101438657B1 (ko) * | 2013-12-16 | 2014-09-12 | 주식회사일신테크 | 산업 로봇 지그 측정방법 |
| KR20160001558A (ko) * | 2014-06-26 | 2016-01-06 | 하이윈 테크놀로지스 코포레이션 | 로봇암 시스템 및 그 평행도 교정 방법 |
| WO2022009765A1 (ja) * | 2020-07-08 | 2022-01-13 | ファナック株式会社 | ロボット制御装置 |
| CN114803472A (zh) * | 2022-04-22 | 2022-07-29 | 深圳航天科技创新研究院 | 基于机器人的夹紧控制方法及控制*** |
| CN114803472B (zh) * | 2022-04-22 | 2023-12-26 | 深圳航天科技创新研究院 | 基于机器人的夹紧控制方法及控制*** |
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