JPH08137528A - Calibration method for robot and turn table - Google Patents

Calibration method for robot and turn table

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JPH08137528A
JPH08137528A JP29403894A JP29403894A JPH08137528A JP H08137528 A JPH08137528 A JP H08137528A JP 29403894 A JP29403894 A JP 29403894A JP 29403894 A JP29403894 A JP 29403894A JP H08137528 A JPH08137528 A JP H08137528A
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JP
Japan
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robot
rotary table
axis
vector
coordinate system
Prior art date
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Application number
JP29403894A
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Japanese (ja)
Inventor
Tatsuzo Nakazato
辰三 中里
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Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
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Abstract

PURPOSE: To provide the calibration method capable of applying for a case of a two-axis type turn table by deriving a transform matrix indicating the relative positional relationship between a robot coordinate system and a turn table coordinate system provided with two axes from the position data of a robot and the rotation table. CONSTITUTION: A teaching auxiliary tool 21 is attached to the turn table 20 and only the turn table 20 is rotated by an optional angle by the manual operation of a teaching box 31. Then, the robot 10 is moved by the manual operation of the teaching box 31, the tip of a tool 11 held by the robot 10 is positioned so as to be brought into contact with the tip of the teaching auxiliary tool 21 and the position of the robot 10 at this time is stored in a robot controller 30. Then, in the robot controller 30, based on the transform matrix obtained from the data, relative position and attitude relation between the origin of the robot coordinate system and the origin of the turn table coordinate system and the relative position and attitude relation between the origin of the turn table coordinate system and a prescribed point on the turn table 20 are obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットと2軸回転テ
ーブルを有するシステムにおいて、精度良く協調動作を
行うために、特に簡単な方法で、ロボットと回転テーブ
ルの相対的位置関係を求めるキャリブレーション方法に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a system having a robot and a two-axis rotary table, and in order to perform a precise coordinated operation, a calibration for obtaining the relative positional relationship between the robot and the rotary table by a particularly simple method. It is about the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】ロボットの加工時間を短縮するため、ワ
ークを1軸回転テーブルに載置し、ロボット制御装置か
ら、ロボットと1軸回転テーブルを同期して協調制御す
るシステムが知られている(特開平6−250714号
公報参照)。このようなシステムがうまく動作するため
には、回転テーブル座標系とロボットの座標系は同一の
座標系(ワールド座標系という)でなければならない
が、ロボット座標系=ワールド座標系とするのが一般的
である。すると、ロボット座標系原点から回転テーブル
座標原点までの位置・姿勢をfrpとし、回転テーブルの
位置・姿勢をfP とすると、ワールド座標系原点(=ロ
ボット座標系原点)からみた回転テーブルの位置・姿勢
wpは、次の1式で表される。 fwp=frp*fP ……(1) このfwpが求まればロボットと回転テーブルを協調制御
することができる。
2. Description of the Related Art In order to reduce the machining time of a robot, a system is known in which a work is placed on a uniaxial rotary table and a robot controller synchronously controls the robot and the uniaxial rotary table. See JP-A-6-250714). In order for such a system to operate properly, the rotary table coordinate system and the robot coordinate system must be the same coordinate system (called the world coordinate system), but generally robot coordinate system = world coordinate system. Target. Then, if the position / orientation from the robot coordinate system origin to the rotary table coordinate origin is f rp and the position / orientation of the rotary table is f P , the position of the rotary table as seen from the world coordinate system origin (= robot coordinate system origin) The posture f wp is expressed by the following equation 1. f wp = f rp * f P (1) If this f wp is obtained, the robot and the rotary table can be cooperatively controlled.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の技術
は回転テーブルが2軸型の場合には適用できなかった。
そこで本発明は、回転テーブルが2軸型の場合に適用で
きるロボットと回転テーブルのキョリブレーションを行
う方法を提供することを目的とする。
However, the conventional technique cannot be applied to the case where the rotary table is a two-axis type.
Therefore, an object of the present invention is to provide a robot applicable to the case where the rotary table is a two-axis type and a method for performing calibration of the rotary table.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明は、ロボットと2軸を有する回転テーブルを
有するシステムにおける前記ロボットと前記回転テーブ
ルの相対的位置関係を求めるキョリブレーション方法お
いて、前記回転テーブルに教示補助具を取付けて、次の
5つの状態に回転テーブルを手動操作で動かす第1工
程、 回転テーブルの第1軸を0°、第2軸を0°とした状
態 回転テーブルの第2軸を0°、第1軸を0°以外の任
意の角度とした状態 回転テーブルの第2軸を0°、第1軸を0°以外の他
の任意の角度とした状態 回転テーブルの第1軸を0°、第2軸を0°以外の任
意の角度とした状態 回転テーブルの第1軸を0°、第2軸を0°以外の他
の任意の角度とした状態 その各状態で、ロボットを手動操作で動かして、ロボッ
トが保持するツールの先端を前記教示補助具の先端に接
触させるように位置決めしてその時のロボットの位置を
記憶する第2工程、これらのデータから、次の4項目か
らなる4行4列の変換マトリクスを求める第3工程、 (1) の3点をとおる円の中心座標O1 (2) 前記円の面に対する垂線ベクトルA1 (3) 前記円の中心座標O1 からに向かうベクトルB1 (4) 前記ベクトルA1 と前記ベクトルB1 の外積ベクト
ルC1 次の4項目からなる4行4列の変換マトリクスを求める
第4工程、 (1) の座標 (2) の3点をとおる円の面に対する垂線ベクトル
2 (3) の3点をとおる円の中心座標O2 からに向
かうベクトルB2 (4) 前記ベクトルA2 と前記ベクトルB2 の外積ベクト
ルC2 前記8項目を基にロボット座標系原点と回転テーブル座
標系原点間の相対的位置・姿勢関係と、前記回転テーブ
ル座標系原点と前記回転テーブル上の所定の点の間の相
対的位置・姿勢関係とを求める第5工程と、からなるこ
とを特徴とするものである。
In order to achieve this object, the present invention provides a calibration method for determining a relative positional relationship between a robot and a rotary table in a system having a robot and a rotary table having two axes. Then, the teaching aid is attached to the rotary table, and the first step of manually moving the rotary table into the following five states is performed: a state in which the first axis of the rotary table is 0 ° and the second axis is 0 °. The state where the second axis of the table is 0 ° and the first axis is an arbitrary angle other than 0 ° The state where the second axis of the table is 0 ° and the first axis is an arbitrary angle other than 0 ° Rotation State where the first axis of the table is 0 ° and the second axis is an arbitrary angle other than 0 ° State where the first axis of the rotary table is 0 ° and the second axis is an arbitrary angle other than 0 ° In each state, move the robot manually to The second step of positioning the tip of the tool held by the tool so that it contacts the tip of the teaching aid and storing the position of the robot at that time. From these data, 4 rows and 4 columns consisting of the following 4 items The third step of obtaining the transformation matrix of, the center coordinates O 1 of the circle passing through the three points of (1) (2) A normal vector A 1 (3) to the plane of the circle A vector B directed from the center coordinates O 1 of the circle 1 (4) Outer product vector C 1 of the vector A 1 and the vector B 1 The fourth step of obtaining a transformation matrix of 4 rows and 4 columns consisting of the following 4 items, and the three points of coordinates (2) of (1) are taken. A vector B 2 (4) directed from the center coordinate O 2 of the circle passing through the three points of the perpendicular vector A 2 (3) to the surface of the circle to the outer product vector C 2 of the vector A 2 and the vector B 2 The relative position between the robot coordinate system origin and the rotary table coordinate system origin A fifth step of obtaining a posture relationship and a relative position / posture relation between the origin of the rotary table coordinate system and a predetermined point on the rotary table.

【0005】[0005]

【作用】ロボットと回転テーブルを任意の位置で教示し
て、その位置データを記憶し、このデータから、ロボッ
ト座標系と2軸を有する回転テーブル座標系との相対的
位置関係を示す変換マトリクスを導き出すのである。
The robot and the rotary table are taught at arbitrary positions, the position data is stored, and a conversion matrix showing the relative positional relationship between the robot coordinate system and the rotary table coordinate system having two axes is stored from this data. Derive it.

【0006】[0006]

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を説明する。図
1は本発明を実施する装置の例を示すものであり、10
はロボット、20は回転テーブル、30はロボット制御
装置である。ロボット10はツール11を保持している
(ツール11の先端位置を制御点と呼ぶ)。回転テーブ
ル20は図示するようにZo 軸(第1軸)とXo 軸(第
2軸)回りに回転するものであり、教示の際は教示補助
具21を取りつける。ロボット制御装置30は教示箱3
1を備えており、この教示箱31からロボット10と回
転テーブル20の動作の教示(手動操作およびプログラ
ミング)が可能である。
EXAMPLES Specific examples of the present invention will be described below. FIG. 1 shows an example of an apparatus for carrying out the present invention.
Is a robot, 20 is a rotary table, and 30 is a robot controller. The robot 10 holds a tool 11 (the tip position of the tool 11 is called a control point). The rotary table 20 rotates about the Z o axis (first axis) and the X o axis (second axis) as shown in the figure, and a teaching aid 21 is attached during teaching. The robot controller 30 is the teaching box 3
The teaching box 31 can teach the operation of the robot 10 and the rotary table 20 (manual operation and programming).

【0007】以下、本発明の実施手順に沿って説明す
る。 (1)教示箱31の手動操作で、ロボット10を動か
し、ロボット10の制御点と回転テーブルの教示補助具
21の先端点を接触させる。このときのロボット10の
位置と回転テーブル20の位置(このときの回転テーブ
ルの1軸、2軸の回転角度をそれぞれ0°とする。つま
り0°とは初期角度という意味であって、それ自体は任
意の角度である)をP1としてロボット制御装置30に
記憶する。
The procedure for carrying out the present invention will be described below. (1) The robot 10 is moved by manually operating the teaching box 31, and the control point of the robot 10 is brought into contact with the tip point of the teaching aid 21 on the rotary table. The position of the robot 10 and the position of the rotary table 20 at this time (the rotation angles of the uniaxial and biaxial axes of the rotary table at this time are 0 ° respectively. That is, 0 ° means the initial angle, Is an arbitrary angle) is stored in the robot controller 30 as P1.

【0008】(2)回転テーブル20の1軸目(Z
o 軸)のみ教示箱31の手動操作で任意の角度回転させ
た後、教示箱31の手動操作で、ロボット10を動か
し、ロボット10の制御点を回転テーブルの教示補助具
21の先端点に接触させる。このときのロボット10の
位置と回転テーブル20の位置をP2としてロボット制
御装置30に記憶する。
(2) The first axis of the rotary table 20 (Z
Only the o- axis) is rotated by an arbitrary angle by manually operating the teaching box 31, then the robot 10 is moved by manually operating the teaching box 31, and the control point of the robot 10 is brought into contact with the tip point of the teaching aid 21 on the rotary table. Let The position of the robot 10 and the position of the rotary table 20 at this time are stored in the robot controller 30 as P2.

【0009】(3)回転テーブル20の1軸目(Z
o 軸)のみ教示箱31の手動操作でさらに任意の角度回
転させた後、教示箱31の手動操作で、ロボット10を
動かし、ロボット10の制御点を回転テーブルの教示補
助具21の先端点に接触させる。このときのロボット1
0の位置と回転テーブル20の位置をP3としてロボッ
ト制御装置30に記憶する。
(3) The first axis of the rotary table 20 (Z
Only the o- axis) is rotated by an arbitrary angle by manually operating the teaching box 31, and then the robot 10 is moved by manually operating the teaching box 31 so that the control point of the robot 10 becomes the tip point of the teaching aid 21 on the rotary table. Contact. Robot 1 at this time
The position of 0 and the position of the rotary table 20 are stored in the robot controller 30 as P3.

【0010】(4)回転テーブル20の2軸目(X
o 軸)のみ教示箱31の手動操作で任意の角度回転させ
た後、教示箱31の手動操作で、ロボット10を動か
し、ロボット10の制御点を回転テーブルの教示補助具
21の先端点に接触させる。このときのロボット10の
位置と回転テーブル20の位置をP4としてロボット制
御装置30に記憶する。
(4) The second axis (X
Only the o- axis) is rotated by an arbitrary angle by manually operating the teaching box 31, then the robot 10 is moved by manually operating the teaching box 31, and the control point of the robot 10 is brought into contact with the tip point of the teaching aid 21 on the rotary table. Let The position of the robot 10 and the position of the rotary table 20 at this time are stored in the robot controller 30 as P4.

【0011】(5)回転テーブル20の2軸目(X
o 軸)のみ教示箱31の手動操作でさらに任意の角度回
転させた後、教示箱31の手動操作で、ロボット10を
動かし、ロボット10の制御点を回転テーブルの教示補
助具21の先端点に接触させる。このときのロボット1
0の位置と回転テーブル20の位置をP5としてロボッ
ト制御装置30に記憶する。
(5) The second axis (X
Only the o- axis) is rotated by an arbitrary angle by manually operating the teaching box 31, and then the robot 10 is moved by manually operating the teaching box 31 so that the control point of the robot 10 becomes the tip point of the teaching aid 21 on the rotary table. Contact. Robot 1 at this time
The position of 0 and the position of the rotary table 20 are stored in the robot controller 30 as P5.

【0012】以上でオペレータの作業は終わりである。
次にロボット制御装置30の内部処理を図2に示して説
明する。 (ステップ1)記憶された位置データの読み込む。この
ときの位置データは一般にロボットの動作軸と回転テー
ブルの回転軸に取りつけられた回転検出器からの出力パ
ルス数である。
This is the end of the operator's work.
Next, the internal processing of the robot controller 30 will be described with reference to FIG. (Step 1) Read the stored position data. The position data at this time is generally the number of output pulses from the rotation detector attached to the operation axis of the robot and the rotation axis of the rotary table.

【0013】(ステップ2)ロボットについては前記出
力パルス数を公知の座標変換によって、直交座標系に変
換して、ロボットの制御点位置を求める。ここで求まっ
た値をそれぞれ、RP1〜RP5する。回転テーブルに
ついては、角度データへの変換を行う。ここで求まった
値をそれぞれ、PP1〜PP5とし、PP1の第1軸の
角度はPP1.a1、第2軸の角度はPP1.a2とい
うように表すこととする。
(Step 2) For the robot, the control pulse position of the robot is obtained by converting the output pulse number into a rectangular coordinate system by known coordinate conversion. The values obtained here are set to RP1 to RP5, respectively. The rotary table is converted into angle data. The values obtained here are set to PP1 to PP5, and the angle of the first axis of PP1 is PP1. a1, the angle of the second axis is PP1. It is expressed as a2.

【0014】(ステップ3)次の4項目を求める。 RP1〜RP3の3点をとおる円の中心座標CP1 その円の面に対する垂線ベクトルCZ1 CP1からRP1に向かうベクトルCX1 CX1とCZ1の外積ベクトルCY1 この〜を4行4列の行列化してfc1とする。(Step 3) The following four items are obtained. Center coordinates CP1 of a circle passing through the three points of RP1 to RP3 A perpendicular vector CZ1 to the surface of the circle Vector CX1 from CP1 to RP1 CX1 and the outer product vector CY1 of CZ1 This is formed into a matrix of 4 rows and 4 columns to obtain f c1 .

【0015】(ステップ4)frpは、回転テーブルの第
1軸が0°におけるfc1であるから、回転テーブルの第
1軸が0°におけるfc1を求めるために、Z軸回りにP
P1.a1分だけマイナス方向に回転させたfc1を求め
る。この回転させたfc1が、ロボット原点から回転テー
ブル原点までの位置・姿勢マトリクスfrpとなる(2式
参照)。 frp=fc1*Rot(Z,−PP1.a1)…(2)
(Step 4) Since f rp is f c1 when the first axis of the rotary table is 0 °, in order to obtain f c1 when the first axis of the rotary table is 0 °, P rp is set around the Z axis.
P1. Only a1 minutes seek f c1 rotated in the negative direction. This rotated f c1 becomes the position / orientation matrix f rp from the robot origin to the rotary table origin (see the equation 2). f rp = f c1 * Rot (Z, −PP1.a1) (2)

【0016】(ステップ5)次の4項目を求める。 RP1,RP4,RP5の3点をとおる円の中心座標
CP2 その円の面に対する垂線ベクトルCZ2 CP2からRP1に向かうベクトルCX2 CX2とCZ2の外積ベクトルCY2 この〜とRP1の座標を4行4列の行列化してfc2
とする。
(Step 5) The following four items are obtained. Center coordinates CP2 of a circle passing through the three points of RP1, RP4, and RP5 Perpendicular vector CZ2 to the plane of the circle Vector CX2 from CP2 toward RP1 CX2 Outer product vector CY2 of CZ2 These and the coordinates of RP1 are a matrix of 4 rows and 4 columns Turn into f c2
And

【0017】(ステップ6)回転テーブルの第1軸と第
2軸が0°におけるfc2を求めるために、Z軸回りにP
P3.a1分だけマイナス方向に回転させ、回転したf
c2のZ軸回りにPP3.a2分マイナス方向に回転させ
る。これをfc2a とする(3式参照)。 fc2a =Rot(CZ1,−PP3.a1)*fc2*Rot(Z,−PP3.a2)… (3)
(Step 6) In order to obtain f c2 when the first axis and the second axis of the rotary table are 0 °, P around the Z axis is used.
P3. Rotated in the minus direction by a1 minutes and rotated f
c3 around the Z axis, PP3. a2 Rotate in the minus direction. This is designated as f c2a (see formula 3). f c2a = Rot (CZ1, −PP3.a1) * f c2 * Rot (Z, −PP3.a2) ... (3)

【0018】次に次式の計算を行い、fq を求める。 fq =inv(frp) *fc2a …(4) ここで、inv(frp) は、frpの逆行列を意味する。以
下、fq とは、図2に示すX,Y,ZとTX (=β),
Y =(α),TZ(=0)からなる(X,Y,Z,T
X ,TY ,TZ )である。すなわち、θ1 =0°、θ2
=0°の時の回転テーブル座標原点から、教示補助具の
先端位置までの位置と姿勢の関係を示すベクトルとな
る。このfq は、2軸だから必要となるものである。そ
して、回転テーブルの制御点の演算は、回転テーブルの
第1軸の角度をθ1、第2軸の角度をθ2 とすると次式
で表される。 fp =Rot(Z,θ1 )*fq *Rot(Z,θ2 )…(5)
Next, the following equation is calculated to obtain f q . f q = inv (f rp ) * f c2a (4) Here, inv (f rp ) means the inverse matrix of f rp . Hereinafter, f q means X, Y, Z and T X (= β),
T Y = (α), T Z (= 0) (X, Y, Z, T
X , T Y , T Z ). That is, θ 1 = 0 °, θ 2
This is a vector indicating the relationship between the position and the posture from the origin of the rotary table coordinates when = 0 ° to the tip position of the teaching aid. This f q is necessary because it has two axes. Then, the control point of the rotary table is calculated by the following equation, where the angle of the first axis of the rotary table is θ 1 and the angle of the second axis of the rotary table is θ 2 . f p = Rot (Z, θ 1 ) * f q * Rot (Z, θ 2 ) ... (5)

【0019】以上のとおり、(2)式によりfrpが、
(5)式よりfp が求まるので、これを(1)式に代入
することにより、ワールド座標系原点から見た回転テー
ブルの位置・姿勢fwpが求まる。
As described above, according to the equation (2), f rp is
Since (5) f p is obtained from the equation, by substituting this into equation (1), the position and orientation f wp of the turntable as viewed from the world coordinate system origin is obtained.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、2
軸型の回転テーブルにおいても、簡単な教示作業のみで
ロボットとの相対位置関係が求められ、正確なキャリブ
レーションができる。
As described above, according to the present invention, 2
Even in the case of the axis-type rotary table, the relative positional relationship with the robot can be obtained only by simple teaching work, and accurate calibration can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例を示す図FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明のデータ処理手順を示すフローチャートFIG. 2 is a flowchart showing a data processing procedure of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…ロボット 11…ツール 20…回転テーブル 21…教示補助具 30…ロボット制御装置 31…教示箱31 10 ... Robot 11 ... Tool 20 ... Rotating table 21 ... Teaching aid 30 ... Robot control device 31 ... Teaching box 31

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ロボットと2軸を有する回転テーブルを
有するシステムにおける前記ロボットと前記回転テーブ
ルの相対的位置関係を求めるキャリブレーション方法お
いて、 前記回転テーブルに教示補助具を取付けて、次の5つの
状態に回転テーブルを手動操作で動かす第1工程、 回転テーブルの第1軸を0°、第2軸を0°とした状
態 回転テーブルの第2軸を0°、第1軸を0°以外の任
意の角度とした状態 回転テーブルの第2軸を0°、第1軸を0°以外の他
の任意の角度とした状態 回転テーブルの第1軸を0°、第2軸を0°以外の任
意の角度とした状態 回転テーブルの第1軸を0°、第2軸を0°以外の他
の任意の角度とした状態 その各状態で、ロボットを手動操作で動かして、ロボッ
トが保持するツールの先端を前記教示補助具の先端に接
触させるように位置決めしてその時のロボットの位置を
記憶する第2工程、 これらのデータから、次の4項目を求める第3工程、 (1) の3点をとおる円の中心座標O1 (2) 前記円の面に対する垂線ベクトルA1 (3) 前記円の中心座標O1 からに向かうベクトルB1 (4) 前記ベクトルA1 と前記ベクトルB1 の外積ベクト
ルC1 次の4項目を求める第4工程、 (1) 3点をとおる円の中心座標O2 (2) 前記円の面に対する垂線ベクトルA2 (3) 前記円の中心座標O2 からに向かうベクトルB2 (4) 前記ベクトルA2 と前記ベクトルB2 の外積ベクト
ルC2 前記8項目を基にロボット座標系原点と回転テーブル座
標系原点間の相対的位置・姿勢関係と、前記回転テーブ
ル座標系原点と前記回転テーブル上の所定の点の間の相
対的位置・姿勢関係とを求める第5工程と、からなるロ
ボットと回転テーブルのキャリブレーション方法。
1. A calibration method for obtaining a relative positional relationship between a robot and a rotary table in a system having a robot and a rotary table having two axes, wherein a teaching aid is attached to the rotary table, and The first step of manually moving the rotary table to one of the two states, the first axis of the rotary table is 0 °, the second axis is 0 °. The second axis of the rotary table is 0 °, and the first axis is other than 0 °. The second axis of the rotary table is 0 °, the first axis is any angle other than 0 °, the first axis of the rotary table is 0 °, the second axis is other than 0 ° In the state where the first axis of the rotary table is 0 ° and the second axis is an arbitrary angle other than 0 °, the robot is manually operated and held by the robot. Set the tip of the tool to the tip of the teaching aid. Second step of positioning so as to contact the robot and storing the position of the robot at that time, third step of obtaining the following four items from these data, center coordinate O 1 (3) of the circle passing through the three points of (1) 2) A perpendicular vector A 1 to the surface of the circle (3) A vector B 1 (4) directed from the center coordinates O 1 of the circle An outer product vector C 1 of the vector A 1 and the vector B 1 Find the following 4 items Fourth step, (1) Center coordinates O 2 of a circle passing through 3 points (2) A vector perpendicular to the plane of the circle A 2 (3) Vector B 2 (4) directed toward the center coordinates O 2 of the circle Outer product vector C 2 of A 2 and the vector B 2 Based on the above 8 items, the relative position / orientation relationship between the robot coordinate system origin and the rotary table coordinate system origin, the rotary table coordinate system origin and the rotary table origin Fifth finding relative position / posture relationship between predetermined points And extent, the robot and the calibration method of the rotary table of.
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