WO2022131172A1 - 指令値補正装置及びロボットシステム - Google Patents

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邦彦 原田
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ファナック株式会社
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40582—Force sensor in robot fixture, base

Definitions

  • the present invention relates to a command value correction device and a robot system.
  • a workpiece, a tool, etc. using an articulated robot formed by connecting a plurality of nodes (links) by joints having a drive shaft and configured to determine the angle of the drive shaft according to a command value.
  • Systems for positioning objects are widely used.
  • the posture (position and orientation) of an object is calculated from the length of a node and the angle of an axis.
  • an error may occur between the calculated posture of the object and the actual posture of the object.
  • the support such as the floor, beams, and pedestal to which the robot is fixed also bends, which may cause a positioning error of the object.
  • the command value correction device is a command value correction device that corrects a command value for instructing the posture of an articulated robot that positions the tip of an arm having a plurality of joints, and is the articulated robot.
  • a robot model setting unit that sets a robot model that represents an elastically deformable model
  • a support model setting unit that sets a support model that represents a support to which the articulated robot is fixed by an elastically deformable model
  • a support model setting unit that calculates the force acting on the support based on the weight of the articulated robot when the posture of the articulated robot follows the command value before correction, and the support body based on the force calculated by the force calculation unit. It is provided with a correction unit that corrects the command value so as to cancel the support model elastic deformation amount which is the elastic deformation of the model.
  • the positioning error of the robot can be reduced.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a robot system 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the robot system 1 includes an articulated robot 10, a support 20, a robot control device 30, a command value correction device 40, and a three-dimensional measuring device 50.
  • the articulated robot 10 As the articulated robot 10, a vertical articulated robot is typically used, but a horizontal articulated robot may be used. Specifically, the articulated robot 10 has an arm 11 having a plurality of articulated nodes (links) and a plurality of drive axes that determine relative angles between adjacent nodes, and the position of the tip portion 12 of the arm 11. And position to determine the orientation.
  • links articulated nodes
  • drive axes that determine relative angles between adjacent nodes
  • the articulated robot 10 holds the object W at the tip portion 12 and is used to position the object W.
  • Examples of the object W include cutting tools, laser heads, inspection devices, workpieces (articles to be machined, inspected, etc.) and the like.
  • the articulated robot 10 is usually controlled in a positioning operation in a robot coordinate system set with reference to a proximal end portion 13 fixed to a support 20.
  • the position of the tip portion 12 is calculated by the shape of each node in design and the angular position in control of the drive shaft due to the elastic deformation of each node and the elastic deformation of the internal mechanism of the drive shaft. It can cause a positioning error that deviates from the upper position.
  • the support 20 supports the articulated robot 10, and may be composed of, for example, a floor, a pillar, a beam, a concrete foundation, a pedestal, or a combination thereof, and may further include a connecting tool such as a bolt.
  • a reference support point 21 is set on the support 20 as a position for supporting the articulated robot 10. As a specific example, the reference support point 21 can be the center point of the contact surface with the base end portion 13 of the articulated robot 10.
  • the support 20 is slightly elastically deformed in response to the movement of the articulated robot 10 and moves the reference support point 21 with reference to an immovable point in the world coordinate system, which is an absolute position for positioning the object W. And its orientation can be changed.
  • the world coordinate system is, for example, a coordinate system in which a workpiece to be cut by the object W is fixed when the object W is a cutting tool.
  • the position and orientation of the tip portion 12 of the articulated robot 10 cannot be ignored because the entire articulated robot 10 is tilted. Can be varied to some extent.
  • the robot control device 30 has a program storage unit 31 that stores an operation program that specifies the operation of the articulated robot 10, and a robot control device 30 for positioning the tip portion 12 of the articulated robot 10 according to the operation program stored in the program storage unit 31. It is a well-known component that produces command values that specify the required angular position of each drive shaft.
  • the robot control device 30 may be configured by causing a computer having, for example, a memory, a CPU, an input / output interface, and the like to execute an appropriate control program.
  • the command value correction device 40 corrects the command value generated by the robot control device 30 so as to compensate for the positioning error due to the elastic deformation of the articulated robot 10 and the support 20. That is, in the robot system 1, the articulated robot 10 operates according to the command value corrected by the command value correction device 40 after being generated by the robot control device 30.
  • the command value correction device 40 itself is an embodiment of the command value correction device according to the present invention.
  • the command value correction device 40 may be configured by causing a computer having, for example, a memory, a CPU, an input / output interface, or the like to execute an appropriate control program.
  • the command value correction device 40 may be configured by an independent computer, but is usually configured integrally with the robot control device 30. That is, the command value correction device 40 can be realized as one function of the computer constituting the robot control device 30.
  • the robot control device 30, the command value correction device 40, and their respective components are categorized in their functions and may not be clearly distinguishable in the program configuration and the physical configuration.
  • the command value correction device 40 includes a robot model setting unit 41, a support model setting unit 42, an initial value input unit 43, a force calculation unit 44, a correction unit 45, a deformation amount acquisition unit 46, a support model correction unit 47, and a measurement posture. It has a command unit 48 and a robot model correction unit 49.
  • the robot model setting unit 41 connects the articulated robot 10 with a plurality of links (sections) L1, L2, L3, L4, L5 and adjacent links L1, L2, L3, L4, L5.
  • a robot model Mr represented by a plurality of joints (joints) J1, J2, J3, J4, J5, J6 to be connected is set.
  • the robot model Mr can be set by a well-known method such as the DH (Denavit and Hartenberg) method.
  • the links L1, L2, L3, L4 and L5 are bendable springs, and the joints J1, J2, J3, J4, J5 and J6 are torsionally deformable springs.
  • the robot model Mr can be preset for each product of the articulated robot 10 as a standard specification of the command value correction device 40.
  • the support model setting unit 42 sets the support model Ms in which the support 20 to which the articulated robot 10 is fixed is represented by an elastically deformable model.
  • the support model Ms can be represented as a single spring, as shown in FIG.
  • the support model Ms has a plurality of springs having at least one node that moves or rotates in a direction parallel to the force acting on the support 20. It may be expressed as a combination of. That is, the support model Ms can be a model including a spring that is compressed or tensilely deformed and a spring that is flexed and deformed.
  • the support model Ms is defined as a link connected from the origin P0 of the robot coordinate system in which the articulated robot 10 operates. In addition to the origin P0, it has three nodes P1, P2, and P3 that are set in order from the origin P0.
  • the positions of the nodes P1, P2, and P3 are defined by the coordinates in the robot coordinate system of the articulated robot 10. More specifically, the positions and orientations of the nodes P1, P2, and P3 are specified in the XYZWPR format in the robot coordinate system, and the spring constants in each axial direction of the link to the previous node are set. There is.
  • the support model Ms can be individually set for each robot system 1 by a system administrator or the like at the time of system installation.
  • the support model setting unit 42 may define the support model Ms as a reference table that specifies a representative value of the elastic deformation amount of the support 20 for each division of the force acting on the support 20. ..
  • the support model Ms is a reference table that associates the magnitude of the moment of the force acting on the origin P0 with the amount of elastic deformation, that is, the amount of movement of the theoretical tip portion 12 before and after the correction of the command value. May be.
  • the initial value input unit 43 inputs the initial values of the parameters of the error model as illustrated in FIG. 3 to the support model setting unit 42.
  • the initial value input unit 43 may accept an input from an input device such as a keyboard, but may be configured to read an initial value of an error model created by an external computer C.
  • the computer C is not particularly limited, but a general-purpose personal computer, a tablet computer, or the like is assumed.
  • the offline simulation software that can be executed by the computer C for creating the model of the support 20, it becomes possible to construct the error model relatively easily and accurately.
  • the robot control device 30 and the command value correction device 40 are integrally configured, that is, the command value correction device is added to the conventional robot control device. It becomes easy to add 40 functions.
  • the force calculation unit 44 calculates the force acting on the support 20 when the articulated robot 10 takes a posture according to the command value before correction. More specifically, when the articulated robot 10 is stationary in a posture according to a command value, the weight of the articulated robot 10 and the support 20 acts on the nodes P0, and thus the nodes P1, P2, P3 of the support model Ms. Calculate the rotational force, that is, the moment of force. Further, the force calculation unit 44 may calculate the translational force (compression / tensile force) acting on the nodes P0, P1, P2, P3. Further, it is preferable that the force calculation unit 44 individually calculates the force acting on each joint J1, J2, J3, J4, J5, J6 of the robot model Mr.
  • the correction unit 45 corrects the command value input from the robot control device 30 so as to cancel the elastic deformation of the support model Ms due to the force calculated by the force calculation unit 44. It is preferable that the correction unit 45 corrects the command value input from the robot control device 30 so as to cancel not only the support model Ms but also the elastic deformation of the robot model Mr.
  • the correction unit 45 can be configured to include a robot deformation calculation unit, a support deformation calculation unit, an error calculation unit, and a command value re-creation unit.
  • the robot deformation calculation unit describes the elasticity of the links L1, L2, L3, L4, L5 and the joints J1, J2, J3, J4, J5, J6 of the robot model Mr when the posture of the articulated robot 10 follows the command value before correction. Calculate the amount of deformation.
  • the amount of elastic deformation of the robot model Mr is calculated by a well-known method, but is typically based on the force acting on each joint J1, J2, J3, J4, J5, J6 calculated by the force calculation unit 44. It is calculated.
  • the support deformation calculation unit calculates the elastic deformation amount of the support model Ms (also referred to as "support model elastic deformation amount”) due to the force calculated by the force calculation unit 44. That is, the support deformation calculation unit has P1, P2 due to elastic deformation from the force acting on P1, P2, P3 calculated by the force calculation unit 44 and the spring constant between the nodes set in the support model setting unit 42. , The movement amount of P3 is calculated, respectively, and the change in the position and orientation of the origin P0 as a result is calculated.
  • the error calculation unit is based on the elastic deformation amount of the support model Ms calculated by the support deformation calculation unit and the elastic deformation amount of the robot model Mr. calculated by the robot deformation calculation unit. Calculate the positioning error.
  • the command value recreating unit creates a command value that specifies the posture of the articulated robot 10 in a state where the tip portion 12 is moved in the opposite direction by the same distance as the positioning error calculated by the error calculation unit. By inputting the corrected command value to the articulated robot 10, the positioning error of the tip portion 12 can be reduced.
  • the deformation amount acquisition unit 46 acquires the actual elastic deformation amount (also referred to as “actual elastic deformation amount”) of the support 20.
  • the deformation amount acquisition unit 46 is a reference point of the support 20 measured by the three-dimensional measuring device 50 (a measurable point whose relative position with respect to the reference support point 21 does not actually change) or articulated. It may be configured to specify the actual elastic deformation amount of the support 20 based on the relative position of the tip portion 12 of the robot 10 with respect to an immovable point in the world coordinate system.
  • the acquisition of the actual elastic deformation amount of the support 20 based on the position of the tip portion 12 of the articulated robot 10 takes into consideration the actual position of the tip portion 12 measured by the three-dimensional measuring device 50 and the robot model Mr.
  • To calculate the estimated value of the actual elastic deformation amount of the support 20 assuming that the deviation from the theoretical position of the tip portion 12 calculated from the command value is caused only by the error of the support model Ms. Can be done at. While the initial values of the parameters of the robot model Mr of the mass-produced articulated robot 10 have a relatively small error, the initial values of the parameters of the support model Ms of the support 20 having different designs individually have a relatively small error. It tends to grow.
  • the elastic deformation amount of the support 20 calculated from the actual position of the tip portion 12 is theoretically calculated by the initially set support model Ms. It is considered that the value is closer to the actual elastic deformation amount of the support 20 than the elastic deformation amount.
  • the support model correction unit 47 is a support model elastic deformation amount calculated by the support deformation calculation unit based on a command value input to the articulated robot 10 when the deformation amount acquisition unit 46 actually acquires the elastic deformation amount.
  • the parameter of the support model Ms is modified so as to approach the actual elastic deformation amount acquired by the deformation amount acquisition unit 46.
  • the measurement posture command unit 48 generates a plurality of measurement command values that cause the articulated robot 10 to take different measurement postures that apply a constant torque to the support 20.
  • the articulated robot 10 By causing the articulated robot 10 to take a plurality of measurement postures having the same amount of elastic deformation of the support 20, it is possible to confirm the positioning error of the tip portion 12 due to the elastic deformation of the articulated robot 10.
  • the elastic deformation of the articulated robot 10 can be confirmed by the measurement command value, and at the same time, the actual elastic deformation amount of the support 20 can be calculated.
  • the robot model correction unit 49 confirms the positioning error of the tip portion 12 of the articulated robot 10 based on the position of the tip portion 12 in the state where the articulated robot 10 is in a posture according to the measurement command value, and the robot model Mr. Modify the parameters of. This makes it possible to more accurately modify the support model Ms when the support model Ms is modified based on the position of the tip portion 12 of the articulated robot 10.
  • the three-dimensional measuring device 50 is arranged so as to be immovable in the world coordinate system, that is, the position does not change depending on the posture of the articulated robot 10, and the tip portion 12 and the support of the articulated robot 10 with respect to its own position. It may be provided to measure at least one relative position of the reference point of the body 20. Further, the three-dimensional measuring device 50 is immovably arranged with respect to the reference point of the support 20 or the tip portion 12 of the articulated robot 10, and is a relative position of the measuring point immovably provided in the world coordinate system with respect to its own position. May be provided to measure.
  • FIG. 4 shows a procedure for correcting a command value by the command value correction device 40.
  • the correction of the command value includes a model acquisition step (step S11), a force calculation step (step S12), and a command value correction step (step S13).
  • the robot model Mr set by the robot model setting unit 41 and the support model Ms set by the support model setting unit 42 are acquired, that is, the work memory of the computer constituting the robot control device 30. Read into.
  • step S12 when the articulated robot 10 takes a posture according to the command value before correction in the robot model Mr and the support model Ms by the force calculation unit 44, the articulated robot 10 and the support are due to gravity. The moment of the force acting on 20 is calculated.
  • the position of the tip portion 12 calculated by the robot model Mr and the support model Ms is the position of the tip portion 12 intended by the command value before correction, that is, the articulated robot 10 and the support.
  • the command value is corrected so that the position of the tip portion 12 does not consider the elastic deformation of 20.
  • FIG. 5 shows a procedure for modifying the robot model Mr and the support model Ms by the command value correction device 40.
  • Modification of the robot model Mr and the support model Ms includes a model acquisition process (step S21), a measurement command value input process (step S22), a force calculation process (step S23), a positioning position measurement process (step S24), and a measurement posture end.
  • the confirmation step (step S25) and the model modification step (step S26) are included.
  • step S21 the robot model Mr set by the robot model setting unit 41 and the support model Ms set by the support model setting unit 42 are acquired.
  • the measurement posture command unit 48 inputs the measurement command to the articulated robot 10 to cause the articulated robot 10 to take the measurement posture.
  • step S23 the moment of the force acting in the measurement posture specified in step S22 is calculated.
  • step S24 the position of the tip portion 12 of the articulated robot 10 in the measuring posture specified in step S22 is measured by the three-dimensional measuring device 50.
  • step S25 it is confirmed whether or not the steps of steps S22 to S24 have been performed for all the preset measurement postures.
  • the process of steps S22 to S24 is repeated until the processing for all the measuring postures is completed, and when the processing for all the measuring postures is completed, the process proceeds to step S26.
  • the robot model Mr and the support model Ms are based on the combination of the theoretical position and the measured position of the position of the tip portion 12 calculated by the robot model Mr and the support model Ms in each measurement posture.
  • the parameters of the robot model Mr and the support model Ms are modified so that the theoretical position of the position of the tip portion 12 calculated by the above method approaches the actually measured position.
  • the robot system 1 includes a support model setting unit 42 for setting the support model Ms, and supports according to the posture of the articulated robot 10 in order to correct the command value using the support model Ms.
  • the tip portion 12 can be accurately positioned by compensating for the elastic deformation of the body 20.
  • the robot system 1 includes a support model correction unit 47 that corrects the support model Ms based on the elastic deformation amount acquired by the deformation amount acquisition unit 46, the elastic deformation amount of the support 20 is accurately predicted. Therefore, the tip portion 12 can be positioned more accurately.
  • the robot system and the command value correction device may not have a configuration related to modification of the support model or modification of the robot model.
  • the procedure for modifying the robot model and the support model is not limited to the above procedure, and other algorithms may be used.
  • the modification of the support model and the modification of the robot model may be performed independently. Therefore, the acquisition of the elastic deformation amount for modifying the support model and the acquisition of the elastic deformation amount for modifying the robot model may be performed in different postures.
  • Robot system Articulated robot 20 Support 30 Robot control device 40 Command value correction device 50 Three-dimensional measuring device 11 Arm 12 Tip part 41 Robot model setting unit 42 Support model setting unit 43 Initial value input unit 44 Force calculation unit 45 Correction unit 46 Deformation amount acquisition unit 47 Support model correction unit 48 Measurement posture command unit 49 Robot model correction unit

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Abstract

ロボットの位置決め誤差を小さくできる指令値補正装置を提供すること。本発明の一態様に係る指令値補正装置は、複数の関節を有するアームの先端部を位置決めする多関節ロボットの姿勢を指示する指令値を補正する指令値補正装置であって、前記多関節ロボットを弾性変形可能なモデルで表すロボットモデルを設定するロボットモデル設定部と、前記多関節ロボットが固定される支持体を弾性変形可能なモデルで表す支持体モデルを設定する支持体モデル設定部と、前記多関節ロボットの姿勢が補正前の前記指令値に従う場合に前記多関節ロボットの重量により前記支持体に作用する力を算出する力算出部と、前記力算出部が算出した力による前記支持体モデルの弾性変形を相殺するよう前記指令値を補正する補正部と、を備える。

Description

指令値補正装置及びロボットシステム
　本発明は、指令値補正装置及びロボットシステムに関する。
　複数の節（リンク）を駆動軸を有する関節（ジョイント）によって連結して形成され、駆動軸の角度を指令値に応じて定められるよう構成された多関節ロボットを用いて例えばワーク、工具等の対象物を位置決めするシステムが広く利用されている。多関節ロボットにおいて、対象物の姿勢（位置及び向き）は節の長さと軸の角度とから算出される。しかしながら、節の撓み等によって、計算上の対象物の姿勢と、実際の対象物の姿勢との間に誤差が生じ得る。
　このような誤差を軽減するために、ロボットの各節をばねとして表すモデルを設定し、ロボットの姿勢に応じた撓み量を算出することにより、対象物を正確に位置決めできるように指令値を補正することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２－３０７３４４号公報
　大型の多関節ロボットを用いると、ロボットが固定される床、梁、架台等の支持体にもたわみが生じ、対象物の位置決め誤差の原因となり得る。このような実情に鑑みて、本発明は、ロボットの位置決め誤差を小さくできる指令値補正装置及びロボットシステムを提供することを課題とする。
　本発明の一態様に係る指令値補正装置は、複数の関節を有するアームの先端部を位置決めする多関節ロボットの姿勢を指示する指令値を補正する指令値補正装置であって、前記多関節ロボットを弾性変形可能なモデルで表すロボットモデルを設定するロボットモデル設定部と、前記多関節ロボットが固定される支持体を弾性変形可能なモデルで表す支持体モデルを設定する支持体モデル設定部と、前記多関節ロボットの姿勢が補正前の前記指令値に従う場合に前記多関節ロボットの重量により前記支持体に作用する力を算出する力算出部と、前記力算出部が算出した力による前記支持体モデルの弾性変形である支持体モデル弾性変形量を相殺するよう前記指令値を補正する補正部と、を備える。
　本発明によれば、ロボットの位置決め誤差を小さくできる。
本発明の一実施形態に係るロボットシステムの構成を示す模式図である。 図１のロボットシステムにおけるロボットモデルの設定例を示す模式図である。 図１のロボットシステムにおける支持体モデルの設定例を示す模式図である。 図１のロボットシステムにおける指令値補正の手順を示すフローチャートである。 図１のロボットシステムにおける誤差モデル修正の手順を示すフローチャートである。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るロボットシステム１の構成を示す模式図である。
　ロボットシステム１は、多関節ロボット１０と、支持体２０と、ロボット制御装置３０と、指令値補正装置４０と、三次元測定装置５０と、を備える。
　多関節ロボット１０としては、典型的には垂直多関節ロボットが用いられるが、水平多関節ロボットであってもよい。具体的には、多関節ロボット１０は、連接される複数の節（リンク）及び隣接する節間の相対角度を定める複数の駆動軸を有するアーム１１を有し、アーム１１の先端部１２の位置及び向きを定める位置決めを行う。
　多関節ロボット１０は、先端部１２に対象物Ｗを保持し、対象物Ｗを位置決めするために利用される。対象物Ｗとしては、例えば切削工具、レーザヘッド、検査装置、ワーク（加工、検査等を受ける物品）等が挙げられる。多関節ロボット１０は、通常、支持体２０に固定される基端部１３を基準として設定されるロボット座標系において位置決め動作が制御される。
　多関節ロボット１０は、各節の弾性変形及び駆動軸の内部機構の弾性変形により、先端部１２の位置が、設計上の各節の形状及び駆動軸の制御上の角度位置により算出される理論上の位置からずれる位置決め誤差を生じさせ得る。
　支持体２０は、多関節ロボット１０を支持するものであり、例えば床、柱、梁、コンクリート基礎、架台、又はこれらの組み合わせから構成され得、さらに例えばボルト等の連結具を含み得る。支持体２０には、多関節ロボット１０を支持する位置として基準支持点２１が設定される。具体例として、基準支持点２１は、多関節ロボット１０の基端部１３との当接面の中心点とすることができる。
　支持体２０は、わずかではあるが、多関節ロボット１０の動作に応じて弾性変形し、対象物Ｗを位置決めする絶対位置であるワールド座標系において不動な点を基準に、基準支持点２１を移動及びその向きを変化させ得る。ワールド座標系は、例えば対象物Ｗが切削工具である場合に対象物Ｗによって切削される被加工物が固定される座標系である。このような弾性変形は、基準支持点２１の位置及び向きの変化が極めて小さくても、多関節ロボット１０の全体を傾斜させるために、多関節ロボット１０の先端部１２の位置及び向きを無視できない程度に変化させ得る。
　ロボット制御装置３０は、多関節ロボット１０の動作を指定する動作プログラムを記憶するプログラム記憶部３１と、プログラム記憶部３１に記憶された動作プログラムに従って多関節ロボット１０の先端部１２を位置決めするために必要な各駆動軸の角度位置を指定する指令値を生成する周知の構成要素である。ロボット制御装置３０は、例えばメモリ、ＣＰＵ、入出力インターフェイス等を有するコンピュータに適切な制御プログラムを実行させることによって構成され得る。
　指令値補正装置４０は、多関節ロボット１０及び支持体２０の弾性変形による位置決め誤差を補償するよう、ロボット制御装置３０が生成する指令値を補正する。つまり、ロボットシステム１において、多関節ロボット１０は、ロボット制御装置３０によって生成された後、指令値補正装置４０によって補正された指令値に従って動作する。指令値補正装置４０は、それ自体が本発明に係る指令値補正装置の一実施形態である。
　指令値補正装置４０は、例えばメモリ、ＣＰＵ、入出力インターフェイス等を有するコンピュータに適切な制御プログラムを実行させることによって構成され得る。指令値補正装置４０は、独立したコンピュータによって構成されてもよいが、通常は、ロボット制御装置３０と一体に構成される。つまり、指令値補正装置４０は、ロボット制御装置３０を構成するコンピュータの一機能として実現され得る。ロボット制御装置３０及び指令値補正装置４０並びにそれらの各構成要素は、その機能において類別されるものであって、プログラム構成及び物理構成において明確に区分できるものでなくてもよい。
　指令値補正装置４０は、ロボットモデル設定部４１、支持体モデル設定部４２、初期値入力部４３、力算出部４４、補正部４５、変形量取得部４６、支持体モデル修正部４７、計測姿勢指令部４８及びロボットモデル修正部４９を有する。
　ロボットモデル設定部４１は、図２に例示するように、多関節ロボット１０を複数のリンク（節）Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５と、隣接するリンクＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５を接続する複数のジョイント（関節）Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６とによって表すロボットモデルＭｒを設定する。ロボットモデルＭｒの設定は、ＤＨ（Ｄｅｎａｖｉｔ　ａｎｄ　Ｈａｒｔｅｎｂｅｒｇ）法など周知の方法で設定できる。リンクＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５は、曲げ変形可能なばねであり、関節Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６は、ねじり変形可能なばねである。ロボットモデルＭｒは、指令値補正装置４０の標準仕様として、多関節ロボット１０の製品ごとに予め設定され得る。
　支持体モデル設定部４２は、多関節ロボット１０が固定される支持体２０を弾性変形可能なモデルで表す支持体モデルＭｓを設定する。支持体２０が図１に示すような台座である場合には、図２に示すように、支持体モデルＭｓは、単一のばねとして表すことができる。一方、図３に例示するように、支持体２０の構成に応じて、支持体モデルＭｓは、支持体２０に作用する力と平行な方向に移動又は回転する少なくとも１つの節点を有する複数のばねの組み合わせとして表されてもよい。つまり、支持体モデルＭｓは、圧縮又は引張変形するばねと曲げ変形するばねとを含むモデルとされ得る。
　図３の例では、支持体モデルＭｓは、多関節ロボット１０が動作するロボット座標系の原点Ｐ０から連接されるリンクとして定義され。原点Ｐ０以外に、原点Ｐ０から順番に設定される３つの節点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を有する。この例では、節点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の位置が多関節ロボット１０のロボット座標系における座標で定義される。より詳しくは、各節点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、ロボット座標系において、それぞれＸＹＺＷＰＲ形式で位置及び向きが特定され、１つ前の節点との間のリンクの各軸方向のばね定数が設定されている。支持体モデルＭｓは、ロボットシステム１毎に、システム設置時にシステム管理者等によって個別に設定され得る。
　異なる例として、支持体モデル設定部４２は、支持体モデルＭｓを、支持体２０に作用する力の区分ごとに支持体２０の弾性変形量の代表値を特定する参照テーブルとして定義してもよい。具体的には、支持体モデルＭｓは、原点Ｐ０に作用する力のモーメントの大きさと、弾性変形量、つまり指令値の補正の前後における理論的な先端部１２の移動量とを対応づける参照テーブルであってもよい。
　初期値入力部４３は、支持体モデル設定部４２に、図３に例示したような誤差モデルのパラメータの初期値を入力する。初期値入力部４３は、例えばキーボードのような入力装置からの入力を受け付けてもよいが、外部のコンピュータＣで作成された誤差モデルの初期値を読み込むよう構成されてもよい。コンピュータＣとしては、特に限定されないが、汎用のパーソナルコンピュータ、タブレットコンピュータ等が想定される。支持体２０のモデルを作成するためのコンピュータＣで実行可能なオフラインシミュレーションソフトウェアを用いることで、比較的容易且つ正確に誤差モデルを構築可能となる。また、外部のコンピュータＣを用いて誤差モデルを構築するように構成することで、ロボット制御装置３０と指令値補正装置４０とを一体に構成すること、つまり従来のロボット制御装置に指令値補正装置４０の機能を付加することが容易となる。
　力算出部４４は、多関節ロボット１０が補正前の指令値に従う姿勢を取った場合に支持体２０に作用する力を算出する。より詳しくは、多関節ロボット１０が指令値に従う姿勢で静止している場合に多関節ロボット１０及び支持体２０の重量により、支持体モデルＭｓの節点Ｐ０、ひいては節点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に作用する回転力、つまり力のモーメントを算出する。さらに、力算出部４４は、節点Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に作用する並進方向の力（圧縮／引張力）を算出してもよい。また、力算出部４４は、ロボットモデルＭｒの各関節Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６に作用する力を個別に算出することが好ましい。
　補正部４５は、力算出部４４が算出した力による支持体モデルＭｓの弾性変形を相殺するようロボット制御装置３０から入力された指令値を補正する。補正部４５は、支持体モデルＭｓだけでなく、ロボットモデルＭｒの弾性変形も相殺するようロボット制御装置３０から入力された指令値を補正することが好ましい。
　補正部４５は、ロボット変形算出部、支持体変形算出部、誤差算出部及び指令値再作成部を有する構成とすることができる。
　ロボット変形算出部は、多関節ロボット１０の姿勢が補正前の指令値に従う場合のロボットモデルＭｒのリンクＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５及びジョイントＪ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６の弾性変形量を算出する。ロボットモデルＭｒの弾性変形量は、周知の方法によって算出されるが、典型的には、力算出部４４が算出する各関節Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６に作用する力に基づいて算出される。
　支持体変形算出部は、力算出部４４が算出した力による支持体モデルＭｓの弾性変形量（「支持体モデル弾性変形量」ともいう）を算出する。つまり、支持体変形算出部は、力算出部４４が算出したＰ１，Ｐ２，Ｐ３に作用する力と支持体モデル設定部４２に設定される節点間のばね定数とから、弾性変形によるＰ１，Ｐ２，Ｐ３の移動量をそれぞれ算出し、その結果としての原点Ｐ０の位置及び向きの変化を算出する。
　誤差算出部は、支持体変形算出部が算出した支持体モデルＭｓの弾性変形量、及びロボット変形算出部が算出したロボットモデルＭｒの弾性変形量に基づいて、多関節ロボット１０の先端部１２の位置決め誤差を算出する。
　指令値再作成部は、誤差算出部が算出した位置決め誤差と同じ距離だけ逆方向に先端部１２を移動させた状態の多関節ロボット１０の姿勢を指定するような指令値を作成する。この補正後の指令値を多関節ロボット１０に入力することによって、先端部１２の位置決め誤差を低減することができる。
　変形量取得部４６は、支持体２０の実際の弾性変形量（「実際弾性変形量」ともいう）を取得する。具体的には、変形量取得部４６は、三次元測定装置５０によって測定される支持体２０の基準点（実施的に基準支持点２１との相対位置が変化しない測定可能な点）又は多関節ロボット１０の先端部１２のワールド座標系において不動な点に対する相対位置に基づいて、支持体２０の実際の弾性変形量を特定するよう構成され得る。
　多関節ロボット１０の先端部１２の位置に基づく支持体２０の実際の弾性変形量の取得は、三次元測定装置５０によって測定される先端部１２の実際の位置と、ロボットモデルＭｒを考慮して指令値から算出される先端部１２の理論上の位置とのずれが支持体モデルＭｓの誤差のみに起因するものと仮定して、支持体２０の実際の弾性変形量の推定値を算出することで行われ得る。量産される多関節ロボット１０のロボットモデルＭｒのパラメータの初期値は比較的誤差が小さいのに対して、個別に設計が異なる支持体２０の支持体モデルＭｓのパラメータの初期値は比較的誤差が大きくなりやすい。このため、ロボットモデルＭｒに誤差がないものと仮定して先端部１２の実際の位置から算出される支持体２０の弾性変形量は、初期設定された支持体モデルＭｓにより算出される理論上の弾性変形量よりも支持体２０の実際の弾性変形量に近い値となると考えられる。
　支持体モデル修正部４７は、変形量取得部４６が実際弾性変形量を取得したときに多関節ロボット１０に入力した指令値に基づいて支持体変形算出部により算出される支持体モデル弾性変形量を、変形量取得部４６が取得した実際弾性変形量に近付けるよう、支持体モデルＭｓのパラメータを修正する。
　計測姿勢指令部４８は、支持体２０に一定のトルクを作用させる異なる計測姿勢を多関節ロボット１０に取らせる複数の計測指令値を生成する。多関節ロボット１０に支持体２０の弾性変形量が等しい複数の計測姿勢を取らせることによって、多関節ロボット１０の弾性変形のみによる先端部１２の位置決め誤差を確認できる。なお、計測指令値によって多関節ロボット１０の弾性変形を確認するのと同時に、支持体２０の実際の弾性変形量も算出できる。
　ロボットモデル修正部４９は、多関節ロボット１０が計測指令値に従う姿勢を取っている状態における先端部１２の位置に基づいて、多関節ロボット１０の先端部１２の位置決め誤差を確認し、ロボットモデルＭｒのパラメータを修正する。これにより、多関節ロボット１０の先端部１２の位置に基づいて支持体モデルＭｓを修正する場合に、より正確に支持体モデルＭｓを修正することが可能となる。
　三次元測定装置５０は、図示するように、ワールド座標系において不動に、つまり多関節ロボット１０の姿勢によって位置が変化しないよう配設され、自身の位置に対する多関節ロボット１０の先端部１２及び支持体２０の基準点の少なくともいずれかの相対位置を測定するように設けられ得る。また、三次元測定装置５０は、支持体２０の基準点又は多関節ロボット１０の先端部１２に対して不動に配設され、自身の位置に対するワールド座標系において不動に設けられる測定点の相対位置を測定するように設けられてもよい。
　図４に、指令値補正装置４０による指令値の補正の手順を示す。指令値の補正は、モデル取得工程（ステップＳ１１）、力算出工程（ステップＳ１２）及び指令値補正工程（ステップＳ１３）を含む。
　ステップＳ１１のモデル取得工程では、ロボットモデル設定部４１により設定されるロボットモデルＭｒ及び支持体モデル設定部４２により設定される支持体モデルＭｓを取得、つまりロボット制御装置３０を構成するコンピュータの作業メモリに読み込む。
　ステップＳ１２のモーメント算出工程では、力算出部４４によって、ロボットモデルＭｒ及び支持体モデルＭｓにおいて多関節ロボット１０が補正前の指令値に従う姿勢を取った場合に、重力により多関節ロボット１０及び支持体２０に作用する力のモーメントを算出する。
　ステップＳ１３の指令値補正工程では、ロボットモデルＭｒ及び支持体モデルＭｓにより算出される先端部１２の位置が、補正前の指令値が意図する先端部１２の位置、つまり多関節ロボット１０及び支持体２０の弾性変形を考慮しない先端部１２の位置になるよう、指令値を補正する。
　図５に、指令値補正装置４０によるロボットモデルＭｒ及び支持体モデルＭｓの修正の手順を示す。ロボットモデルＭｒ及び支持体モデルＭｓの修正は、モデル取得工程（ステップＳ２１）、計測指令値入力工程（ステップＳ２２）、力算出工程（ステップＳ２３）、位置決め位置測定工程（ステップＳ２４）、計測姿勢終了確認工程（ステップＳ２５）及びモデル修正工程（ステップＳ２６）を含む。
　ステップＳ２１のモデル取得工程では、ロボットモデル設定部４１により設定されるロボットモデルＭｒ及び支持体モデル設定部４２により設定される支持体モデルＭｓを取得する。
　ステップＳ２２の計測指令値入力工程では、計測姿勢指令部４８により、多関節ロボット１０に計測指令を入力することで、多関節ロボット１０に計測姿勢を取らせる。
　ステップＳ２３の力算出工程では、ステップＳ２２で指示した計測姿勢において作用する力のモーメントを算出する。
　ステップＳ２４の位置決め位置測定工程では、三次元測定装置５０により、ステップＳ２２で指示した計測姿勢における多関節ロボット１０の先端部１２の位置を測定する。
　ステップＳ２５の計測姿勢終了確認工程では、ステップＳ２２からＳ２４の工程を予め設定される全ての計測姿勢について行ったかどうか確認する。全ての計測姿勢についての処理が完了するまでステップＳ２２からＳ２４の工程を繰り返し、全ての計測姿勢についての処理が完了すれば、ステップＳ２６に進む。
　ステップＳ２６のモデル修正工程では、各計測姿勢におけるロボットモデルＭｒ及び支持体モデルＭｓにより算出される先端部１２の位置の理論位置と実測位置との組み合わせに基づいて、ロボットモデルＭｒ及び支持体モデルＭｓにより算出される先端部１２の位置の理論位置を実測位置に近付けるよう、ロボットモデルＭｒ及び支持体モデルＭｓのパラメータを修正する。
　以上のように、ロボットシステム１は、支持体モデルＭｓを設定する支持体モデル設定部４２を備え、支持体モデルＭｓを用いて指令値を補正するため、多関節ロボット１０の姿勢に応じた支持体２０の弾性変形を補償して正確に先端部１２の位置決めを行うことができる。
　また、ロボットシステム１は、変形量取得部４６が取得した弾性変形量に基づいて支持体モデルＭｓを修正する支持体モデル修正部４７を備えるため、支持体２０の弾性変形量を正確に予測して、より正確に先端部１２の位置決めを行うことができる。
　以上、本開示に係るロボットシステム及び指令値補正装置の実施形態について説明したが、本開示の範囲は前述した実施形態に限るものではない。また、前述した実施形態に記載された効果は、本開示に係るロボットシステム及び指令値補正装置から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本開示に係るロボットシステム及び指令値補正装置による効果は、前述の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
　本開示に係るロボットシステム及び指令値補正装置は、支持体モデルの修正又はロボットモデルの修正に係る構成を有しないものであってもよい。また、ロボットモデル及び支持体モデルの修正にかかる手順は、上述の手順に限られず他のアルゴリズムを用いて行ってもよい。例として、支持体モデルの修正とロボットモデルの修正とは、独立して行われてもよい。このため、支持体モデルの修正のための弾性変形量の取得と、ロボットモデルの修正のための弾性変形量の取得とは、異なる姿勢で行われてもよい。
　１　ロボットシステム
　１０　多関節ロボット
　２０　支持体
　３０　ロボット制御装置
　４０　指令値補正装置
　５０　三次元測定装置
　１１　アーム
　１２　先端部
　４１　ロボットモデル設定部
　４２　支持体モデル設定部
　４３　初期値入力部
　４４　力算出部
　４５　補正部
　４６　変形量取得部
　４７　支持体モデル修正部
　４８　計測姿勢指令部
　４９　ロボットモデル修正部

Claims (10)

  1. 　複数の関節を有するアームの先端部を位置決めする多関節ロボットの姿勢を指示する指令値を補正する指令値補正装置であって、
    　前記多関節ロボットを弾性変形可能なモデルで表すロボットモデルを設定するロボットモデル設定部と、
    　前記多関節ロボットが固定される支持体を弾性変形可能なモデルで表す支持体モデルを設定する支持体モデル設定部と、
    　前記多関節ロボットの姿勢が補正前の前記指令値に従う場合に前記多関節ロボットの重量により前記支持体に作用する力を算出する力算出部と、
    　前記力算出部が算出した力による前記支持体モデルの弾性変形である支持体モデル弾性変形量を相殺するよう前記指令値を補正する補正部と、
    を備える、指令値補正装置。
  2. 　前記支持体の実際の弾性変形量である実際弾性変形量を取得する変形量取得部と、
    　前記変形量取得部が前記実際弾性変形量を取得したときに前記多関節ロボットに入力した前記指令値に基づいて算出される前記支持体モデル弾性変形量を前記変形量取得部が取得した前記実際弾性変形量に近付けるよう、前記支持体モデルのパラメータを修正するモデル修正部と、
    をさらに備える、請求項１に記載の指令値補正装置。
  3. 　前記変形量取得部は、前記支持体の基準点のワールド座標系において不動な点に対する相対位置を取得するよう設けられる、請求項２に記載の指令値補正装置。
  4. 　前記変形量取得部は、前記先端部のワールド座標系において不動な点に対する相対位置を取得するよう設けられる、請求項２に記載の指令値補正装置。
  5. 　前記支持体に一定のトルクを作用させる異なる姿勢を前記多関節ロボットに取らせる複数の計測指令値を生成する計測姿勢指令部をさらに備える、請求項４に記載の指令値補正装置。
  6. 　前記支持体モデルは、前記支持体に作用する力の区分ごとに前記支持体モデル弾性変形量の代表値を特定する参照テーブルとして定義される、請求項１から５のいずれかに記載の指令値補正装置。
  7. 　前記支持体モデルは、前記支持体に作用する力と平行な方向に移動又は回転する少なくとも１つの節点を有する、請求項１から６のいずれかに記載の指令値補正装置。
  8. 　前記支持体モデル設定部に、前記支持体モデルのパラメータの初期値を入力する初期値入力部をさらに備える、請求項１から７のいずれかに記載の指令値補正装置。
  9. 　前記初期値入力部は、外部のコンピュータで作成された前記パラメータの初期値を読み込む請求項８に記載の指令値補正装置。
  10. 　請求項１から９のいずれかに記載の指令値補正装置と、
    　前記指令値補正装置にプログラムに従う指令値を入力するロボット制御装置と、
    　前記指令値補正装置によって補正された指令値に従って動作する多関節ロボットと、
    を備える、ロボットシステム。
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