JPS60218108A - Correcting system of mechanical error of robot - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To improve the measuring accuracy of a position by positioning a robot by a robot control device and measuring the point position of the robot by a position measuring device. CONSTITUTION:The robot control device 20 drives the robot 10 on the basis of a driving parameter qdi and moves the robot under the condition that the coordinates of the point 11 of the robot 10 is pdi. The position control device 30 measures the position of the point 11 of the robot 10 to obtain a measuring value pai. The movement and measurement of the robot point 11 are repeated to obtain th combination of the driving parameters and measuring value. An arithmetic unit 40 finds out a correcting value (a) from the measuring values of said combination and sets up the correcting value (a) in a robot control device 20. Consequently, a mathematic model to be used at the conversion of coordinates coincides with real link length or the like, so that the numerical positioning data of the robot 10 can be matched with the real stop position.

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はロボットにおける機械誤差をめ、その補正を行
うシステムに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a system for detecting and correcting mechanical errors in robots.

（従来技術とその問題点） 数値によって目標移動位置及び姿勢の指示を行う数値制
御形ロボットでは、一般に前記位置決めデータをロボッ
ト本体が固定された空間における座標系で表現する。移
動の際は、前記座標系からロボットにおける関節座標系
へ座標変換を行った値によって、ロボットを構成する関
節を駆動する、座標変換処理においてロボット本体の数
学モデルを用いており、実際のリンク長、関節角オフセ
。(Prior Art and its Problems) In a numerically controlled robot in which a target movement position and posture are specified numerically, the positioning data is generally expressed in a coordinate system in a space in which the robot body is fixed. When moving, a mathematical model of the robot body is used in the coordinate transformation process to drive the joints that make up the robot using the coordinate transformation from the coordinate system to the joint coordinate system of the robot, and the actual link length is , joint angle offset.

ト等が前記モデルと異っていると、与えた前記位置決め
データと実際の移動位置及び姿勢の間に誤差が生じる。If the model is different from the model, an error will occur between the provided positioning data and the actual movement position and orientation.

近来、前記誤差を補正するため、教示によりロボットを
あらかじめ定めた直線上の３点または長方形の４頂点上
へ精密に位置決めを行い、実際のロボット本体の関節角
とあらかじめ指定した前記３点または４点の座標を用い
て、ベクトル方程式を解くことによって前記数学モデル
を補正する装置が提案されている。たとえば古屋、牧野
により、精密機械４９巻９号（１９８３年９月）６９ペ
ージから７４　ベージにｌ’−８ＯＡＲＡ　ロボット諸
元のティーチングによる校正」と題した論文にはロボッ
ト先端に２次元座標入力装置へ座標を入力するためのカ
ーソルを取り付け、前記指定の３点または４点への正Ｉ
ｉす位置決めを４７＃″認Ｌ７、前記処理による数学モ
デルの補正を行っている。Recently, in order to correct the above-mentioned errors, the robot is precisely positioned at three predetermined points on a straight line or on four vertices of a rectangle by teaching, and the joint angles of the actual robot body and the three or four predetermined points are A device has been proposed that corrects the mathematical model by solving a vector equation using the coordinates of points. For example, Furuya and Makino, Precision Machinery Vol. 49, No. 9 (September 1983), pages 69 to 74, have a two-dimensional coordinate input device at the tip of the robot. Attach a cursor for inputting coordinates to the specified 3 or 4 points.
The positioning is confirmed at 47#''L7, and the mathematical model is corrected by the above processing.

しかしγＳがら前記従来の補正システムでは手動による
教示を用いた位置決めを行うため正確な位置決めが困難
であり、また、処理の自動化を行うことができすい。数
学モデルの補正値をめるために３点あるい（１４点のみ
の測定値からベクトル方程式を解くため、限られた範囲
における補正値しか得られない。また、多数の測定値を
用いて前記方程式を解くので汀ないため、各測定値に含
まれる誤差が直接群Ｏこ影響を与え、多数点測定により
測定誤差の解への影響を軽減すること（まできない。さ
らに、関節が多く、構成の複雑な多関節形ロボットに対
して前記装置を拡張するのは困難であるという欠点があ
る。However, in the conventional correction system as well as γS, accurate positioning is difficult because positioning is performed using manual teaching, and the process can easily be automated. In order to calculate the correction value of the mathematical model, the vector equation is solved from the measured values of only 3 or 14 points, so the correction value can only be obtained in a limited range. Since the equations are solved without settling, the errors included in each measurement directly affect the group, and multi-point measurements can reduce the influence of measurement errors on the solution. The drawback is that it is difficult to extend the device to complex articulated robots.

（発明の目的） 本発明の目的は前記従来の欠点を除去せしめたロボット
機械誤差補正システムを提供することζこある。OBJECTS OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a robot machine error correction system that eliminates the above-mentioned conventional drawbacks.

（発明の構成） 本発明によれば、ロボット先端を数値により指定した位
置へ移動させるためのロボット制御装置と、ロボット先
端位置を測定するための位置用１１定装置を装備すると
共に、前記ロボット制御装置と前Ｆｊｌ−”＋位置測定
装置に接続され、かつ、第１に、前記測定装置法ζこよ
り得た位置測定値と、前記数値と補正パラメータの和か
らめた補正位置の差のノ／ｌ／ムの２乗を、前記補正パ
ラメータの要素について展開した式の係数をめ、第２に
、前記係数を多変幇解析手法における説明変数として前
記ノルムの２乗を最小にする前記補正パラメータを前記
手法ζこよってめる、第１．第２の処理を行っための演
算装置を具備することを特徴とするロボット機械誤差補
正システムか得られる。(Structure of the Invention) According to the present invention, a robot control device for moving a robot tip to a numerically specified position and a positioning device for measuring the robot tip position are provided, and the robot control device The device is connected to the front Fjl-"+ position measuring device, and first, the difference between the position measurement value obtained from the measuring device method ζ and the corrected position calculated from the sum of the numerical value and the correction parameter. /mu squared as a coefficient of an equation expanded for the elements of the correction parameter, and secondly, using the coefficient as an explanatory variable in a multivariate analysis method, set the correction parameter that minimizes the square of the norm. By using the method ζ, a robot mechanical error correction system is obtained, which is characterized in that it is equipped with an arithmetic unit for performing the first and second processes.

（構成の詳Ｍな説明） 以下に本発明ｌこ従うロボット機械誤差補正システムの
構成の詳細を説明する。(Detailed description of the configuration) The detailed configuration of the robot mechanical error correction system according to the present invention will be described below.

本システムＣゴ第１図の構成によって実現される。This system C is realized by the configuration shown in FIG.

すすロボット制御装置２（Ｈこよりてロボッｌ−１，０
を適当な駆動パラメータｑ１ｄｉ　にて駆動して移動を
行い、停止位置におけるロボット１００先端１１の座標
をＰ旧とする。次に位置測定装置３０によってロポッ；
・先端１１の位置を測定し、測定値ｐａｉを得る。Soot robot control device 2 (H Koyorite Robot l-1,0
is driven with an appropriate drive parameter q1di to move, and the coordinates of the tip 11 of the robot 100 at the stop position are set to Pold. Next, the position measuring device 30 locates;
- Measure the position of the tip 11 and obtain the measured value pai.

前記の移動とロボット先端座標の測定を繰り返し、駆動
パラメータと測定値の組（（ｑ（旧、ｐａｉ）：　ｉ−
１〜Ｎ）（ただしＮは測定点数）を得る。得られたＮ組
の測定値から演算装置４０ｉこよって補正値ａをめ、ロ
ボット制御装置２０へ補正値を設定する。The above movement and measurement of the robot tip coordinates are repeated, and a set of drive parameters and measured values ((q (old, pai): i-
1 to N) (where N is the number of measurement points). The arithmetic unit 40i calculates a correction value a from the N sets of measured values obtained, and sets the correction value to the robot control device 20.

以上の処理によりロボット制御装置内で行う座標変換の
際りこ用いる前記数学モデルと実際のリンク長、関節角
オフセット等が一致するようになり、（５） ロポ、トに対する数値による位置決めデータと実際の停
止位Ｗを一致させることが可能＋ｒＣｒ、ｘる。Through the above processing, the mathematical model used in the coordinate transformation performed within the robot control device matches the actual link length, joint angle offset, etc., and (5) the numerical positioning data and the actual It is possible to match the stopping positions W+rCr,x.

本システムＯこおける補正値の決定原理を次に述べる。The principle of determining the correction value in this system will be described below.

ロボット先端を１ＰｄｉＯ点ｌこ位置決めするためには
ロボット本体の関節角θｔ（ｔ−１〜ｎ）及びリンク長
Ｌｋ（ｋ＝１〜ｍ）を指定する必要がある。ロボット本
体の構成により、前記θ、、Ｌｋのうちあるものは定数
である。ここで、駆動パラメータａ１１ｄｉを次式〇こ
よって定義するｑｄ　ｉ　−（θ１．θ１．・・・θｎ
　、Ｌｌ、　Ｌ、　、・・・Ｌｍ）ｉロボット先端位置
ｐｄ１はａ１ｄ目こまって定まり、両者の関係を関係Ｆ
によって表わす。つまり、１ｐ＋ｄｉ　＝Ｐ　（ｑｄｉ
　） とする。Ｆの形式はロボット本体の構成が決まれば一意
に定まる。In order to position the robot tip at 1 PdiO point, it is necessary to specify the joint angle θt (t-1 to n) and the link length Lk (k=1 to m) of the robot body. Depending on the configuration of the robot body, some of the above θ, Lk are constants. Here, the drive parameter a11di is defined by the following formula qd i - (θ1.θ1....θn
, Ll, L, ,...Lm) The i robot tip position pd1 is determined by a1d, and the relationship between the two is expressed as the relationship F.
It is expressed by In other words, 1p+di =P (qdi
). The format of F is uniquely determined once the configuration of the robot body is determined.

ここで、補正パラメータａｌを次式のように定義する。Here, the correction parameter al is defined as shown in the following equation.

（６） 鴇＝（Δθ１．Δθｔ、”’、Δθｎ、ΔＬ１．△Ｌ７
．Ｈ！１．△Ｌｍ）本発明によるシステムではＮ組の値
（（ｑｌｄｉ、１ｐａｉ）：ｉ＝ｌ　〜Ｎｌ　に対し、
次式による評価関数ｆ１（ａ）を極小化するａｔをめる
。(6) Toki = (Δθ1.Δθt, ”', Δθn, ΔL1.ΔL7
．． H! 1. ΔLm) In the system according to the present invention, for N sets of values ((qldi, 1pai): i=l ~ Nl,
Find at that minimizes the evaluation function f1(a) according to the following equation.

ｆｉ（ａ）−ｌ１１ｐａｉ−Ｆ　（ｑｌｄｉ　十ａ　）
　ＩＩただしｌ　ｌ＊ｌ　ｌはベクトル（＊）のノルム
ラ表わす。fi(a)-l11pai-F (qldi tena)
II However, l l*l l represents the normra of the vector (*).

上式はＪを ａｒ＝　（ａ、　、ａ２、−、ａｐ）ただしｐ＝ｎ十ｍ
と表わすと、１ｐａｉ、ｑｌ旧を計算することζこより
△ ｆ　Ｈ（ａＯ＝　ｘ１４ａ、＋ｘ２ｉａ２＋”””＋Ｘ
ｐｉａｐの形として表わすことができる。The above formula represents J as ar= (a, , a2, -, ap) where p=n0m
Expressed as, 1 pai, ql old is calculated from
It can be expressed in the form of piap.

ここで変数ベクトルｘｔ　（ｔ＝１〜ｐ）を次式ののよ
うに定義する。Here, the variable vector xt (t=1 to p) is defined as shown in the following equation.

）！　＝（、Ｘｔ＋　＋　）（ｔ　＋　Ｘ＋ｓ　ｒ−”
ＸＩＮ　）Ｘ１１　”’　（Ｘ２１　Ｊ　２２　＋　Ｘ
　２１１１　ＨＨ””Ｘ１Ｎ、　）％　ｐ　−（ｘｐｔ
　′ｘｐ２　、　ｘｐ３．　”’　”’　Ｘ　ｐ　Ｎ）
また ｙ＝　（ｆ　、（ａＯ、ｆ　２（ａＯ、−−、ｆＮ（ａ
ｌ　）さおくと、ｙ　、Ｘｌ（ｆ−］〜ｐ）、ａｌの間
にはｙ＝ａ、ｘ、＋ａ２ｘ、、＋ａ３ｘ３＋−”’＋ａ
ｐｘｐなる関係がある。)! =(,Xt+ + )(t + X+s r-”
XIN )X11 ”' (X21 J 22 + X
2111 HH""X1N, )% p - (xpt
′xp2, xp3. ”'”' X p N)
Also, y= (f , (aO, f 2(aO, --, fN(a
l) Then, between y, Xl(f-]~p), and al, y=a,
There is a pxp relationship.

本発明におけるシステムではまず第１ｆこ前記駆動パラ
メータと測定値の組（（ｑｌｄｉ、ｐａｉ）　：ｙ７−
ｔ、、　ｏ、　ｏ：　ｏ、・・・・・・、０）になるべ
く近付くように係数列ａｌｆ定めることｌこよってその
目的を達成することができる。In the system of the present invention, first, the first f set of the driving parameters and measured values ((qldi, pai): y7-
By determining the coefficient sequence alf so as to be as close as possible to t, , o, o: o, . . . , 0), the objective can be achieved.

ａｌを定める前記第２の処理は多変量解析における重回
帰分析にまって行うことが可能である。重回帰分析にお
いて前記９ｔ１は説明変数、ｙは基準変数、ａｔは重み
ベクトルに対応する。The second process of determining al can be performed based on multiple regression analysis in multivariate analysis. In the multiple regression analysis, 9t1 corresponds to an explanatory variable, y corresponds to a reference variable, and at corresponds to a weight vector.

（実施例） 以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。　′ 第２図は本発明の第１の実施例を示すブロック図であり
、ロボット１０がロボット制御装置２０に接続され、位
置決めが行われる。ロボット１０の先端１１の位置は接
触あるいは光学的手段を用いた３次元位置測定装置３０
により精密に測定される。前記ロボット制御装置２０及
び前記３次元位置測定装置３０１こ接続された演算装置
４０において駆動パラメータａｌｌｄ　ｉ及び測定値ｐ
ａｉの組を用いて前述した補正値の決定原理ζこよる前
記第１の処理を行った後、多変量解析の手法に基づく前
記第２の処理が行われ、得られた補正値担によってロボ
ット制御装置２０内の前記数学モデルが補正される。(Example) Examples of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. ' FIG. 2 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention, in which the robot 10 is connected to a robot control device 20 and positioning is performed. The position of the tip 11 of the robot 10 is determined by a three-dimensional position measuring device 30 using contact or optical means.
It is measured precisely by In the arithmetic unit 40 connected to the robot control device 20 and the three-dimensional position measuring device 301, the driving parameters alld i and the measured value p are
After performing the first process based on the above-mentioned correction value determination principle ζ using the set of ai, the second process based on the multivariate analysis method is performed, and the robot is The mathematical model in the control device 20 is corrected.

第３図は本発明の第２の実施例を示すブロック図であり
、第１の実施例における３次元位置測定装置３０を接触
センサ３５及び２次元位置測定装置３０によって置き換
えたものである。２次元位置測定装置はロボット１０が
固定された座標糸におけるあ（９） る平面に固定する。面上方からロボットを面に垂直下方
へ移動させ、接触センサ３５を用いてロボットと２次元
位置測定装置３０（！：の接触を検出することにより移
動を停止し、駆動パラメータｑ１ｄ　ｉ及びロボット先
端１１の座標１ｐａｉを測定する。前記動作を異なる点
について繰り返すことをこより駆動パラメータと測定値
の組（（ｑｄｉ　、ｐａｉ　）　：　ｉ　＝　１〜Ｎｌ
を得て第１の実施例ζこおける処理と同じ処理により補
正値組をめる・ （発明の効果） 本発明ζこよるロボット機械誤差補正システムではロボ
ット制御装置によりロボットの位置決めを行い、かつ、
位置測定装置によってロボット先端の位置を測定するた
め、補正値をめるまでの全工程を自動にて行うことが可
能であり、位置の測定精度も高い。また、ロボットの動
作範囲内の種々の点について測定を行うことにより広範
囲にわたって正しい補正値をめることができる。各点に
おける測定値に誤差が含まれる場合ζこおいても、測定
点数を増すことにより、得られる補正値への（１０） 誤差の影響を軽減することが可能である。ざらに、本シ
ステムは任意の構成を持つロボットに適用可能であると
いう大きな利点がある。FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention, in which the three-dimensional position measuring device 30 in the first embodiment is replaced by a contact sensor 35 and a two-dimensional position measuring device 30. The two-dimensional position measuring device is fixed to a plane located at (9) on the coordinate thread to which the robot 10 is fixed. The robot is moved downward perpendicular to the surface from above the surface, and the movement is stopped by detecting contact between the robot and the two-dimensional position measuring device 30 (!) using the contact sensor 35, and the drive parameter q1d i and the robot tip 11 are By repeating the above operation for different points, a set of driving parameters and measured values ((qdi, pai): i = 1 to Nl
Then, a set of correction values is generated by the same process as in the first embodiment. ,
Since the position of the robot tip is measured by a position measuring device, the entire process up to setting the correction value can be performed automatically, and the position measurement accuracy is also high. Furthermore, by making measurements at various points within the robot's operating range, correct correction values can be determined over a wide range. Even in the case where the measured value at each point contains an error, it is possible to reduce the influence of the (10) error on the obtained correction value by increasing the number of measurement points. In general, this system has the great advantage of being applicable to robots with arbitrary configurations.

本発明を実施する場合、特殊な装置は不要であり、特に
第２の実施例では現在多く使用されているデジタイザや
小型タブレットを２次元位置測定装置として用いること
により、安価にシステムを構成することが可能である。When carrying out the present invention, no special equipment is required, and in particular, in the second embodiment, a system can be constructed at low cost by using a digitizer or a small tablet, which are currently widely used, as a two-dimensional position measuring device. is possible.

以上詳細に述べた通り、本発明によれば前記従来の欠点
を除去せしめたロボット機械誤差補正システムを得るこ
とができる。As described above in detail, according to the present invention, it is possible to obtain a robot machine error correction system that eliminates the above-mentioned conventional drawbacks.

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

第１図は本発明に従うロボット機械誤差補正システムの
構成を示すブロック図、第２図は本発明の第１の実施例
を示すブロック図、第３図は本発明の第２の実施例を示
すブロック図である。 図において１０はロボット本体、１１はロボット１０の
先端、２０はロボット制御装置、３０は位置測定装置、
３５は接触検出器、４０は演算装置である。 葎た、ｑｄｌはロボット制御装置２０によるロボット１
０ｔこ対する駆動パラメータ、ｐｄｉはｑｌｄｉからま
るロボット先端の座標、ｐａｉは位置測定装置３゜によ
るロボット先端座標の測定値、颯は演算装置４０ｆこよ
って得られた補正値を示す。 ７１−１　図 ０ ７１−２　図FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a robot mechanical error correction system according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention. It is a block diagram. In the figure, 10 is the robot body, 11 is the tip of the robot 10, 20 is the robot control device, 30 is the position measuring device,
35 is a contact detector, and 40 is a calculation device.葎田, qdl is the robot 1 controlled by the robot control device 20.
0t, pdi is the coordinate of the robot tip obtained from qldi, pai is the measured value of the robot tip coordinate by the position measuring device 3°, and y is the correction value obtained by the arithmetic device 40f. 71-1 Figure 0 71-2 Figure

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] ロボッＨこおける機械誤差をめ、その補正を行うシステ
ムにおいて、ロボット先端を数値により指定した位置へ
移動させるためのロボット制御装置と、ロボット先端位
置を測定するための位置測定装置を装備すると共に、前
記ロボット制御装置と前記位置測定装置に接続され、か
つ、第１に、前記測定装置により得た位置測定値と、前
記数値と補正パラメータの和からめた補正位置の差の／
）Ｌムの２乗を、前記補正パラメータの要素について展
開した式の係数をめ、第２に、前記係数を多変量解析手
法における説明変数として前記ノルムの２乗を最小にす
る前記補正パラメータを前記手法によってめる、第１．
第２の処理を行うための演算装置を具備することを特徴
とするロボット機械誤差補正システム。In a system that detects and corrects mechanical errors in robot H, it is equipped with a robot control device for moving the robot tip to a numerically specified position, and a position measuring device for measuring the robot tip position. is connected to the robot control device and the position measuring device, and firstly, the difference between the position measurement value obtained by the measuring device and the corrected position calculated from the sum of the numerical value and the correction parameter;
) Lm squared as a coefficient of an equation expanded for the elements of the correction parameter, and secondly, using the coefficient as an explanatory variable in a multivariate analysis method, set the correction parameter that minimizes the square of the norm. 1. Determined by the above method.
A robot mechanical error correction system comprising an arithmetic unit for performing a second process.