JPH07186073A - 工業用ロボットの較正方法および工業用ロボット装置 - Google Patents

工業用ロボットの較正方法および工業用ロボット装置

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JPH07186073A
JPH07186073A JP6279380A JP27938094A JPH07186073A JP H07186073 A JPH07186073 A JP H07186073A JP 6279380 A JP6279380 A JP 6279380A JP 27938094 A JP27938094 A JP 27938094A JP H07186073 A JPH07186073 A JP H07186073A
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robot
calibration
industrial robot
calibrator
industrial
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JP6279380A
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John-Erik Snell
− エリック スネル ジョン
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Asea Brown Boveri AB
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Program-controlled manipulators
    • B25J9/16—Program controls
    • B25J9/1679—Program controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1692—Calibration of manipulator
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39015—With different manipulator configurations, contact known sphere, ballbar
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39054—From teached different attitudes for same point calculate tool tip position

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  • Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、較正を行うのに大規模な付
加機器を必要とせず、高い精度を与え、自動的な実施を
可能にする較正方法および装置を提供することである。 【構成】 この較正方法では、ロボットハンド６に支持
された較正器具８が半径の知られた較正体７に接触され
るように移動される。その後ロボット軸線の位置変換器
からの出力信号が読み取られて記録される。この方法は
異なるロボット配置で複数回繰り返される。その後ロボ
ットの較正パラメータがロボットの運動方程式、軸線位
置と位置変換器の信号との間の関係モデル、較正体の既
知半径、および読み取られて記録された位置変換器信号
に基づいて演算される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は軸線の各々に関してその
現在位置を定める出力信号を与えるようになされた位置
変換器を備えた複数の運動軸線、および器具を支持する
ロボットハンドを有する工業用ロボットの多数の軸線の
較正方法に関する。本発明はまた、軸線の各々に関して
その現在位置を定める出力信号を与えるようになされた
位置変換器を備えた複数の運動軸線、器具を支持するロ
ボットハンド、およびプログラムに応じてロボットハン
ドの位置および方向を制御し、かつ、位置変換器の出力
信号を受入れるようになされた制御装置を有する工業用
ロボットを備えた工業用ロボット装置にも関する。
【０００２】
【従来の技術】典型的な工業用ロボットは米国特許第
３，９０９，６００号および米国特許第３，９２０，９
７２号で既に知られている。このようなロボットは、１
つの足上に回転可能に配置され、かつ、第１ロボットア
ームを支持したスタンドを有しており、この第１ロボッ
トアームはスタンドに対して回転可能とされている。こ
の第１ロボットアームの外端には第２ロボットアームが
回転可能に配置されている。この第２ロボットアームは
外端にハンドを支持しており、このハンドは器具アタッ
チメントを備えているとともに、他のアームに対して２
ないし３の自由度で回転可能とされている。ロボットは
ロボットハンドの位置および方向を制御する制御機器を
備えている。上述の回転軸線の各々に関して、駆動モー
ターおよび位置変換器を含むサーボ機器が備えられ、こ
の位置変換器は基準位置に対する現在の軸線の回転角度
の測定値である信号を発生する。各軸線のサーボ機構に
対して軸線の回転角度に関する目標値が与えられて、そ
の軸線の駆動モーターは軸線の位置変換器の示す角度位
置がサーボ機構に与えられた目標値と一致するまで、そ
の軸線においてロボットを運動させる。
【０００３】ロボットハンドの位置および方向を目標と
する位置および方向に一致させるために、ロボットの機
械的構造およびそれを記載したデータがかなり正確に知
られていなければならない。このことは、基準ロボット
モデルが知られるだけでは不十分で、基準モデルからの
個々の偏差が知られなければならないことを意味する。
これらの偏差とは、アーム長さの変化、継ぎ手の回転軸
線の方向における偏差、および軸線の横方向の変位（オ
フセット）である。これらの偏差は様々な機械要素の製
造およびそれらの組み立てにおいて生じる。これに、軸
線の位置変換器の表示角度が当該軸線によって制御され
るロボットの機械部品の実回転角度とかなりの精度で一
致しなければならないことが加味されねばならない。
【０００４】経済的に、かつ、製造に適用される方法で
較正を実施することが困難であるために、現在、通常に
用いられている方法はロボットの幾何形状を示すロボッ
トの基準構造を考慮するだけである。
【０００５】ロボットの軸線の位置変換器の信号とロボ
ットのアームの実回転角度との間の関係を決定するため
に、様々な方式の較正方法が使用されている。そのよう
な１つの較正方法においては、ロボットは異なる軸線の
実回転角度が知られるような位置となされ、位置変換器
が示す回転角度がこの実角度と比較される。位置変換器
はその後に、それが示す角度が実角度に一致するように
調節される。代わりに、表示角度と実角度との間の偏差
を記録し、その後に位置変換器からの出力信号の補正動
作時にこれを使用してもよい。
【０００６】これまで知られていた較正方法によれば、
ロボットの様々な部品は様々なロボットの部品にその目
的のために備えられている正確に仕上げられた突起に取
付けられた水準器によって予め決定された初期位置に設
定される。例えば初期位置では、上述した第１アームは
垂直に、第２アームおよびハンドは水平等とされ得る。
いわゆる同期位置では、ロボットの異なる軸線の実角度
はこのようにして知られ、位置変換器により表示される
角度は読み取られ、また各軸線に関して既知の実角度と
位置変換器から受け取った角度との間の差を構成するい
わゆるオフセット量が決定され得る。しかしながらこの
方法は特別な付加機器（水準器）の取付けを必要とす
る。さらに、ロボットの様々な部品は水準器の正確な取
付けが可能なように設計されねばならず、ロボットの機
械部品のコスト上昇をもたらす。この較正方法は手動で
実施されねばならず、比較的長い時間がかかる。さら
に、この方法では精度が限定されてしまう。
【０００７】スウェーデン国特許出願第９，０００，２
７３−４号によると、平行６面体の較正体が使用され、
その位置はロボットの基準座標系で知られることになる
較正方法が知られている。ロボットハンドに取付けられ
た較正器具は多数の異なるロボット配置における較正体
と接触するようになされる。その後に、ロボットの位置
変換器のオフセット量がロボットの運動方程式、軸方向
位置と位置変換器の信号との間の関係モデル、較正位置
にて知られている基礎座標系の座標、および読み取りお
よび記憶された位置変換器の信号に基づいて演算され
る。この方法の欠点は、較正体の位置が正確に知られて
いなければならないことである。実際のロボットの据え
付けにおいては、外部の測定機器を使用しないで較正体
をその側面が既知座標を有するように配置することは通
常は困難である。
【０００８】スウェーデン国特許出願第９，１０３，６
４２−６号によると、既知のエッジ長さを有する対の反
対両側面を備え、ロボットの基礎座標系における位置を
知る必要のない較正体を使用することが知られている。
測定は反対両側面で対に行われ、このことは各測定が２
度行われることを意味する。この方法の欠点は、測定の
必要回数が２倍とされ、較正の実施を困難とする対の測
定にある。厳密なエッジ長さを有する較正体の製造は複
雑で、それ故に高価となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、較正
に大規模な付加機器を必要とせず、較正に高い精度を与
え、自動的な実施を可能にしてこれにより迅速、かつ、
安価にすることができ、ロボットの組み立て方によらな
い、および機械部品の幾何学的欠陥の補償を可能とする
較正方法を提供することである。
【００１０】本発明の目的はまた、上述した方法を遂行
する手段を備えた工業用ロボット装置を提供することで
ある。
【００１１】
【課題を達成するための手段】本発明による方法および
工業用ロボット装置の特徴は、特許請求の範囲の欄の記
載から明白となる。
【００１２】すなわち、本発明による較正方法は、軸線
の各々に関してその現在位置を定める出力信号を与える
ようになされた位置変換器を備えた複数の運動軸線およ
び器具を支持するロボットハンドを有し、ロボットハン
ドで支持された較正器具をロボットに備え、少なくとも
１つの正確に知られた寸法を有する較正体にロボットを
接触させるように駆動し、接触位置でロボットの位置変
換器からの出力信号を読み取って記録し、および少なく
とも較正パラメータの数に３を加えた数に等しい回数上
述の駆動および記録の段階を繰り返すことによって工業
用ロボットの多数の較正パラメータが決定される工業用
ロボットの較正方法であって、較正器具が既知半径の球
形をした較正体と機械的に接触するように駆動され、ロ
ボットの運動方程式、軸線位置と位置変換器の信号との
間の関係モデル、較正体の前記既知半径、および読み取
りおよび記録した位置変換器の信号に基づいて較正パラ
メータが演算されることを特徴とする。
【００１３】また、本発明による上述した較正方法を工
業用ロボットで実施する工業用ロボット装置であって、
前記工業用ロボットは軸線の各々に関してその現在位置
を定める出力信号を与えるようになされた位置変換器を
備えた複数の運動軸線、器具を支持するロボットハン
ド、プログラムに応じてロボットハンドの位置および方
向を制御するための、および位置変換器の出力信号を受
入れるようになされた制御装置、ロボットハンドで支持
されるようになされた較正器具、および正確に知られて
いる少なくとも１つの寸法を有する較正体を有し、較正
体が既知半径の球形をしていること、および演算手段が
ロボットの運動方程式、軸線位置と位置変換器の信号と
の間の関係モデル、較正体の前記既知半径、および読み
取りおよび記録した位置変換器の信号に基づいて較正パ
ラメータを演算するようになされたことを特徴とする。
【００１４】
【実施例】以下に本発明を添付図面の図１〜図８を参照
してより詳細に記載する。
【００１５】図１は較正に本発明による方法を有利に使
用できる、それ自体が周知の工業用ロボットの例を示
す。基部１上にロボットの足２が固定的に取付けられて
いる。このロボットはスタンド３を有し、このスタンド
３は足２に対して垂直軸線Ａ１のまわりに回転可能とさ
れている。スタンドの上端に第１のロボットアーム４が
軸支され、スタンドに対して第２の軸線Ａ２のまわりに
回転可能とされている。この第１のロボットアームの外
端に第２のロボットアーム５が軸支され、第１のロボッ
トアームに対して軸Ａ３のまわりに回転可能とされてい
る。ロボットアーム５は２つの部品５ａおよび５ｂを含
んで成り、その外側部品５ｂは内側部品５ａに対してロ
ボットアーム５の長手方向の軸線と一致する回転軸線Ａ
４のまわりに回転可能とされている。その外端にロボッ
トアーム５はいわゆるロボットハンド６を支持してお
り、このロボットハンドはロボットアーム５の長手方向
の軸線に直角な回転軸線Ａ５のまわりに回転可能とされ
ている。ロボットハンドは器具アタッチメント６ａを含
んで成る。ロボットハンド６の外側部品、すなわち器具
アタッチメント６ａはロボットハンドの内側部品に対し
て回転軸線Ａ６のまわりに回転可能とされている。この
６つの回転軸線（運動軸線）Ａ１〜Ａ６における回転角
度は図中にθ１〜θ６で示されている。ロボットの作動
範囲内に較正体７が配置される。これは既知半径の球形
をしている。前記２〜６は工業用ロボットの主部材を形
成する。
【００１６】図２はロボットハンド６、器具アタッチメ
ント６ａおよびこの器具アタッチメントに取付けられた
較正器具８をより詳細に示す。較正器具はその回転軸線
Ａ６に対して偏心されて器具アタッチメント上に取付け
られる。較正器具はその外端に球形の接触体８ａを支持
している。この接触体の半径ｒ、器具アタッチメントか
らの距離ａおよび接触体の中央のアタッチメント回転軸
線からの距離ｂは既知とされる。
【００１７】図３はいわゆるロボットの基本座標系を示
し、この座標系は図１の回転軸線Ａ１と一致したｚ軸
線、ロボットの足２に対して予め定められた方向のｘ軸
線およびｙ軸線を有する直交座標系である。較正体７は
ロボットの作動範囲内に全く任意に配置される。半径Ｒ
は任意であるが、既知でなければならない（既知半径
Ｒ）。
【００１８】球体の中心に関する座標Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０
は既知である必要はない。これらの３つの座標は３つの
未知のパラメータを構成し、較正されるべき較正パラメ
ータの数に加えられねばならない。
【００１９】本発明による較正方法において、多数の測
定が遂行される。測定の数は少なくとも未知パラメータ
の数よりも多くされ、すなわち較正されるべき較正パラ
メータの数に３を加算した数である。しかしながら測定
の数はこれよりも多くすることが有利であり、かなり多
くすることが好ましく、このようにして較正精度を高め
ることができる。本発明による較正方法は、精度が高ま
る程使用される配置の間の差が大きくなる傾向も示す。
【００２０】各測定の間、ロボットは先ず手動または自
動により、接触体８ａが較正体から同じ距離の位置にあ
る配置となるように駆動される。次にロボットは、接触
体が較正体へ向かう方向へ移動されて両者が互いに接触
されるように駆動される。この移動はそれ自体は知られ
ているようにして探査法により遂行でき、この方法はい
わゆるソフトサーボとの接触あるいはソフトサーボの助
けによる接触によって移動を中断させるのであり、この
サーボはそれ自体は接触後に移動を継続するように働く
が、較正器具に対して限られた力だけを作用させること
ができる。接触が生じたならば、ロボットの位置変換器
からの出力信号が読み取られて記録される。
【００２１】測定はロボットの配置が異なる較正体上の
多数の異なる位置において適切に遂行される。ロボット
の配置はその軸線角度で定まり、軸線角度の少なくとも
幾つかが変化されたならば、その配置は他と相違する。
図４（ａ）〜図４（ｃ）は較正体の３つの異なる位置を
測定した時の異なるロボット配置の例を示す。
【００２２】較正体は幾つかの形態のスタンド９上に適
切に配置されている。スタンドが昇降可能であれば有利
である。較正精度はロボットの作動範囲内で位置を変え
た球体で数回にわたり較正パラメータを演算することで
高めることができる。昇降可能なスタンドにより、球体
の垂直方向位置は変化し得る。例えば、較正パラメータ
は異なる位置に関して演算された較正パラメータの平均
値として演算することができる。
【００２３】工業用ロボットリゾルバには位置変換器が
一般に使用されているので、本発明による較正方法はこ
の形式の位置変換器を備えた工業用ロボットに適用され
たとして以下に説明する。しかしながら本発明は他の形
式の位置変換器を備えたロボットにも適用できる。同定
されることが必要な較正パラメータはロボットの各自由
度に関するもので（図８を参照されたい）、 アームリンクのオフセット座標（ＯＸ、ＯＹ、ＯＺ） アームリンクの回転軸線の傾き（Ｙ、Ｐ） 回転軸線の位置変換器のオフセット量（Ｋ２） 較正体の中心座標Ｑ０＝Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０ である。
【００２４】６軸ロボットに関しては、これは全部で３
９パラメータを与え、これらは同定されねばならない。
従って、較正体に対して全部で３９の位置決めが必要で
ある。各位置決めのためにロボットの位置変換器が読み
取られる。
【００２５】較正器具の位置の座標とロボットのアーム
角度、ロボットの運動モデルとの間の関係は次のように
表すことができる。 ｆx （θ）＝ｘ ｆy （θ）＝ｙ ｆz （θ）＝ｚ
【００２６】アーム角度（θ）は次式により位置変換器
の偏差φで表すことができる。
【数１】θ＝Ｋ１・φ＋Ｋ２ ここで、Ｋ１はアーム角度と測定変換器との間の伝達交
換係数（Ｋ１は既知） Ｋ２は未知オフセット量である。
【００２７】較正器具の位置と較正体の中心との間の距
離は既知である、すなわちｒ＋Ｒであるから、次式が成
立する。
【数２】（ｆx （θ）−Ｘ０）2 ＋（ｆy （θ）−Ｙ
０）2 ＋（ｆz （θ）−Ｚ０）2＝（ｒ＋Ｒ）2
【００２８】この式にアーム角度θおよび現測定対に関
する測定変換器の読み取り値φ（前記位置変換器の偏
差）を代入すれば、この式は次式のように表される。
【数３】ｇ（Ｋ２１、Ｋ２２、Ｋ２３、Ｋ２４、Ｋ２
５、Ｋ２６、ＯＸ１、ＯＸ２、ＯＸ３、ＯＸ４、ＯＸ
５、ＯＸ６、ＯＹ１、ＯＹ２、ＯＹ３、ＯＹ４、ＯＹ
５、ＯＹ６、ＯＺ１、ＯＺ２、ＯＺ３、ＯＺ４、ＯＺ
５、ＯＺ６、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４、Ｙ５、Ｙ６、Ｐ
１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ
０）＝（ｒ＋Ｒ）2 または、さらに簡単化して書けば、
【数４】ｇ（Ｋ２、ＯＸ、ＯＹ、ＯＺ、Ｙ、Ｐ、Ｑ０）
＝（ｒ＋Ｒ）2 となり、このようにして少なくとも３９の式が得られ
る。
【００２９】非線型方程式による未知較正パラメータの
演算は次のように行われる。
【００３０】まず最初に、較正パラメータの初期値が仮
定される。オフセット量Ｋ２はロボットを初期位置にし
て、各軸線上の副尺が読み取られ、この読み取り値とリ
ゾルバ角との差が形成される。この位置で、またリゾル
バの初期速度が決定され（この速度はゼロに設定されて
いる）、そしてＱ０＝Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０が見積られる。
他の較正パラメータはゼロ（基準ロボット）に設定され
る。各測定ｊに関して、較正器具の中心と球の中心との
間の距離が読み取られたリゾルバ値およびロボットの運
動モデルに基づいて演算される。こうして演算された値
と既知距離ｒ＋Ｒとの間の差εj が形成される。これら
の差が全ての測定対に関して形成されたならば、値
【数５】 が決定される。
【００３１】値εは次に予め定められた公差と比較され
る。εがこの値よりも大きければ、設定値は決定された
非線型方程式系の解を求めるニュートン−ガウスアルゴ
リズムに従って調節されるのであり、上述の手順はεが
公差よりも小さくなるまで繰り返される。最後に、この
ように決定された較正パラメータは記録され、ロボット
作動時にロボットの位置を補正するために使用されるよ
うになされる。
【００３２】未知パラメータを決定することを可能にす
るために、測定数は少なくとも較正されるべきパラメー
タの数と同程度にしなければならない。上述の例では、
ロボットの全６つの軸線が較正されるべきと仮定されて
おり、最少としうる測定回数は、すなわち３＋６・６＝
３９が仮定された。しかしながらかなり多数の測定を異
なる配置で行うことが適切であり、それにより較正精度
の改善がなされることが判明している。
【００３３】図５は原理的に上述した較正方法を自動的
に遂行する制御装置を備えた工業用ロボットの構成を示
す。ロボット（主として、２〜６の符号で示される部材
からなる）は上述したように較正体７および較正器具８
を備えている。ロボットの制御装置１０は知られている
ようにプログラムおよび他のデータのための必要メモリ
ーを備えたコンピュータ装置、異なるロボット軸の駆動
モーターのための駆動部材、並びに必要な供給装置を含
んでいる。制御装置１０はプログラミングおよびロボッ
トの他の動作のためのプログラミングユニット１１に連
結されている。図５にはプログラム実行装置１０１が示
されており、これは知られた方法で記録されているプロ
グラムをロボットに行わせる。メモリー１０７にはロボ
ットの運動モデルが記録されている。メモリー（記憶手
段）１０２には較正手順に係わる動作プログラムが記録
されている。メモリー１０３には自動較正手順が開始さ
れる前に、初期の較正パラメータの値が記録されてい
る。メモリー１０４は本較正方法の遂行時に各測定の間
に読み取られるリゾルバ値の記録のために意図されてい
る。さらに別のメモリー部分１０５には自動較正手順が
開始される前に較正体７の半径Ｒおよび較正器具の長さ
および半径ｒのような必須基本データが記録される。さ
らに、制御装置は演算手段１０６を含んで成り、この演
算手段は読み取りリゾルバ値、運動モデルおよびメモリ
ー１０５からの基本的データに基づいて全ての測定が実
施された時に上述した方法で較正パラメータを演算す
る。この制御装置は必要な制御信号ＣＳをロボットに与
え、ロボットリゾルバからＴＳ値を受取る。
【００３４】較正に先立って、較正プログラムが例えば
１回メモリー部分１０２に記録される。このプログラム
は較正手順の間にロボットの運動および他の機能を制御
するようになされる。さらに、メモリー部分１０３には
較正パラメータの初期値が記録され、またメモリー部分
１０５には較正体の半径Ｒ、並びに較正器具の半径ｒが
記録される。較正プログラムの構造は図６に示されてい
る。値ｊは現在の測定を示し、Ｍ回の測定が行われると
仮定されている。プログラムの始動（ＳＴ）の後、ｊは
１に等しいと設定される。その後、装置の作動メモリー
に較正体の半径Ｒおよび較正器具の半径ｒ（ＳＴＯ Ｒ
i ｒ）、並びに初期位置の座標（ブロックＳＴＯ
Ｐj ）が記録される。この情報は較正体と接触するため
には何れの方向に較正器具が初期位置から移動されるべ
きかを示す。その後、ロボットは較正体へ向かう方向へ
移動される（ブロックＧＴＳ）。ブロックＣＯ？におい
て、較正体との接触が得られたかどうかが検出される。
もしノーならば移動は続行され、イエスならばリゾルバ
値φijがメモリー１０４に記録される（ブロックＳＴＯ
φij（ｉ＝軸線番号））。その後、ブロックｊ＝Ｍ？に
おいて全ての測定が遂行されたかが調査される。遂行さ
れていなければｊ＝ｊ＋１が設定され、次の測定が遂行
される。全ての測定が遂行されたならば、すなわちｊ＝
Ｍになったならば、プログラムは演算ＤＥＴ ｐａｒに
進み、較正パラメータが決定される。このように決定さ
れたパラメータは次にロボットの作動において後で使用
するために記録される（ＳＴＯ ｐａｒ）。この後、プ
ログラムは終了される（ブロックＳＰ）。
【００３５】図７は機能ブロックＤＥＴ ｐａｒの構成
をより詳細に示している。演算は較正パラメータの現在
値を読み取るブロックＲＥ ｐａｒで始まる。最初の回
はこれらの値はメモリー部分１０３から得られるのであ
り、初期較正パラメータが得られる。次にｊはｊ＝１に
設定され、すなわち最初の測定が選択される。較正体の
半径Ｒおよび較正器具の半径ｒが作動メモリーに記録さ
れる。この測定のために読み取られて記録されているリ
ゾルバ値φijが読み取られる。これはブロックＲＥ Ｒ
i r およびＲＥ φijで行われる。その後この測定に関
する演算がロボットの運動モデル、および較正器具の中
心と較正体の中心との間の距離Ｃj に基づいて演算され
る。次に、差εj ＝Ｃj −（Ｒ＋ｒ）が形成される。次
にｊ＝Ｍ？の位置で全ての測定が完了したかが検出され
る。完了していなければ、ｊ＝ｊ＋１が設定され、対応
する演算が次の測定に関して行われる。全ての測定が完
了したならば、ｊ＝Ｍおよび
【数６】 が形成される。この値が予め定められた公差Ｔに等しい
か超えるならば、これは較正パラメータとして使用した
値が正しくないことを示す。この場合には、これらの値
は例えば上述したニュートン−ガウスアルゴリズムに従
ってブロックＡＤＪ ｐａｒで調節され、演算が繰り返
される。この方法では、誤差εが予め定められた公差レ
ベルよりも小さくなるまで較正パラメータの調節および
それに引き続くεの決定が繰り返される。誤差εが予め
定められた交差レベルよりも小さくなったならば、プロ
グラムは図６の次のブロックへ進み、最後に使用された
較正パラメータの値が記録される。
【００３６】図８は１つのロボット軸線の較正パラメー
タを示す。同図は軸の基準座標系Ｘ nom 、Ｙnom 、Ｚ
nom 、並びに実座標系Ｘact 、Ｙact 、Ｚact を示して
いる。後者は前者からオフセット誤差および姿勢誤差だ
け偏っている。
【００３７】図８（ａ）に示されるように、実座標系に
おける元々の座標位置はベクトルＯＥで示されている。
このベクトルは３成分を有し、基準座標系に示されてい
る。
【００３８】図８（ｂ）に示されるように、実座標系は
基準座標系に対して姿勢誤差を有している。実座標系を
基準座標系に合致させるためには３つの角度が要求さ
れ、これらの３つの角度が姿勢誤差を示している。
【００３９】オフセットベクトルＯＥの３つの成分およ
び姿勢誤差の３つの角度は当該するロボット軸線の６つ
の較正パラメータを構成する。
【００４０】本発明は回転軸線のみを有する工業用ロボ
ットに関連して上述してきたが、本発明は線型軸線のみ
か、または線型および回転軸を組合せたロボットにも同
じ利点を有して適用できる。同様に、本発明の方法は上
述とは異なる多数の軸線を有するロボットに適用でき
る。さらに、ロボットの全ての軸線の較正にこの方法を
どのように使用するかを上述してきた。ロボット軸線の
１つまたはそれ以上の較正を差し控えることが時として
適切とされる。使用されるロボットの配置間に最大限の
変形を可能とするために、ロボットはその作動範囲内の
異なる位置に配置される幾つかの較正体を備えることが
でき、それらの位置は最大限に可能な相違が異なる測定
においてロボット配置の間に得られるように選択され
る。上述した本発明の好ましい実施例において、較正器
具は較正の間に較正体と機械的に接触されるようになさ
れる。
【００４１】如何にして６つの較正パラメータが各ロボ
ット軸線に関して決定されるかが上述された。その数
は、例えば較正の間に軸線の位置変換器の非線型を考慮
することも望まれるならば、多くできる。この数は、例
えば１つまたはそれ以上の較正パラメータが既知である
か、無視できるほどの大きさであることが経験からわか
るならば、少なくすることができる。
【００４２】対の反対両側面を有する較正体に代えて較
正体として球体を使用する利点は、 ａ）対の位置決めが不要である ｂ）必要とされる測定数が半分になる ｃ）一定半径を有する球体は軽く、すなわち製造が安価
である ということである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による較正体および較正器具を備えた工
業用ロボットを示す概略図。
【図２】本発明による方法を遂行するための較正器具を
より詳細に示す概略図。
【図３】ロボットの基本座標系における較正体を示す説
明図。
【図４】較正方法を遂行する時の較正器具の仮定される
異なる位置を示しており、（ａ）はその１つの位置を、
（ｂ）は別の位置を、および（ｃ）はさらに他の位置を
それぞれ示す説明図。
【図５】本発明による方法を遂行するための手段を備え
た工業用ロボットの構成を示す構成図。
【図６】較正方法を自動的に遂行するためのプログラム
例を示すフローチャート。
【図７】較正方法の結果として較正パラメータが得られ
る演算を遂行する原理を示すフローチャート。
【図８】ロボット軸線のための較正パラメータを示す説
明図。
【符号の説明】
１ 基部 ２ 足（工業用ロボット） ３ スタンド（工業用ロボット） ４ 第１のロボットアーム（工業用ロボット） ５ 第２のロボットアーム（工業用ロボット） ６ ロボットハンド（工業用ロボット） ７ 較正体 ８ 較正器具 ８ａ 接触体 １０ 制御装置 １０２ メモリー（記憶手段） １０６ 演算手段 φ 偏差（出力信号） φij リゾルバ値（出力信号φi ) Ｒ 既知半径 Ａ１〜Ａ６ 回転軸線（運動軸線）
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年１月３１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 軸線の各々に関してその現在位置を定め
    る出力信号（φ）を与えるようになされた位置変換器を
    備えた複数の運動軸線（Ａ１〜Ａ６）および器具を支持
    するロボットハンド（６）を有し、 ａ）ロボットハンドで支持された較正器具（８）をロボ
    ットに備え、 ｂ）少なくとも１つの正確に知られた寸法を有する較正
    体（７）にロボットを接触させるように駆動し、 ｃ）接触位置でロボットの位置変換器からの出力信号を
    読み取って記録し、および ｄ）少なくとも較正パラメータの数に３を加えた数に等
    しい回数ｂ）およびｃ）の段階を繰り返すことによって
    工業用ロボット（２〜６）の多数の較正パラメータが決
    定される工業用ロボットの較正方法であって、 較正器具が既知半径（Ｒ）の球形をした較正体（７）と
    機械的に接触するように駆動され、 １）ロボットの運動方程式、 ２）軸線位置と位置変換器の信号との間の関係モデル、 ３）較正体の前記既知半径（Ｒ）、および ４）読み取りおよび記録した位置変換器の信号に基づい
    て較正パラメータが演算されることを特徴とする工業用
    ロボットの較正方法。
  2. 【請求項２】 較正体がロボットの作動範囲内の任意の
    未知の位置に配置されることを特徴とする請求項１記載
    の工業用ロボットの較正方法。
  3. 【請求項３】 ロボットの作動範囲内の異なる位置で較
    正体により少なくとも２回較正方法が遂行されることを
    特徴とする請求項１または請求項２に記載の工業用ロボ
    ットの較正方法。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の較正方法を工業用ロボッ
    トで実施する工業用ロボット装置であって、前記工業用
    ロボットが、 軸線の各々に関してその現在位置を定める出力信号（φ
    i ）を与えるようになされた位置変換器を備えた複数の
    運動軸線（Ａ１〜Ａ６）、 器具を支持するロボットハンド（６）、 プログラムに応じてロボットハンドの位置および方向を
    制御するための、および位置変換器の出力信号を受入れ
    るようになされた制御装置（１０）、 ロボットハンドで支持されるようになされた較正器具
    （８）、および正確に知られている少なくとも１つの寸
    法を有する較正体（７）を有し、 較正体（７）が既知半径（Ｒ）の球形をしていること、
    および 演算手段（１０６）が、 １）ロボットの運動方程式、 ２）軸線位置と位置変換器の信号との間の関係モデル、 ３）較正体の前記既知半径（Ｒ）、および ４）読み取りおよび記録した位置変換器の信号に基づい
    て較正パラメータを演算するようになされたことを特徴
    とする工業用ロボット装置。
  5. 【請求項５】 較正器具（８）が較正体（７）と機械的
    に接触するようになされる球形の接触体（８ａ）を含ん
    でなることを特徴とする請求項４記載の工業用ロボット
    装置。
  6. 【請求項６】 較正体（７）がロボットの作動範囲内の
    任意の未知の位置に配置されたことを特徴とする請求項
    ４または請求項５に記載の工業用ロボット装置。
  7. 【請求項７】 前記較正方法を自動的に遂行するための
    較正プログラムを記憶する記憶手段（１０２）を含んで
    なることを特徴とする請求項４記載の工業用ロボット装
    置。
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