JPS599708A

JPS599708A - ロボツトシステムの動作誤差補正方法

Info

Publication number: JPS599708A
Application number: JP11853982A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Sugino; 杉野　和宏; Shigeru Masuda; 茂増田; Yoshihisa Arai; 荒井　良尚; Takushi Okada; 岡田　拓史; Koichi Sugimoto; 浩一杉本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-07-09
Filing date: 1982-07-09
Publication date: 1984-01-19

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、ロボットの動作誤差補正方法に関する。

ロボットは同一製品のものでも、その構成部品の機械加
工精度や組立精度等あるいは作業現場に設置されるとき
の精度により位置Ｐへ動くように制御データを作成して
、０ポツトの制御装置に与えロボツ）’！に動かすと位
置Ｐへは動かずに、位置Ｐ′へ動いてしまう、更に、別
のロボットに対しても同様に、位置Ｐへ動く制御データ
を与えると、位ｔＰ’ｃ〜Ｆ’）へ動いてしまう。

従来、ロボット’ａ−動かすための制御データに含まれ
る位置情報（姿勢情報を含む）は、使用するロボツ）’
（ｆｆ作業手順に従って動かし、必要な位置データを実
際の点として、ティーチすることによってｆ［成する。

作成した制御データはメモリに格納しておく。ロボット
を実際に動かす時には、メモリに格納した制御データを
順次取出しティーチした内容を再現させるというやり方
、即ち、制、御データをプレイバックすることによって
ロボットの駆動を行う。

かかるグレイバンクでは、ロボットの制御装置のメモリ
に格納されている制御データの位置情報と実際に動作し
た時の位置（ティーチした位ｔ）とが異なっ又いてもロ
ボットの作業はティーチした位置で行なわれればよかっ
た。このために、この位置の相異も特に作業内容に影響
を与えないので無視できるものであった。

然るに、次の如き問題点を持つ。

（１）あるロボットを動かすために作成した制御データ
は、他のロボットの制御データとじて使用できないので
、同じ作業をさせるにも。

ロボット毎に制御データケ作成−なければならない。こ
れは、ロボットの使用台数が増加して複数のロボツ）Ｙ
制御しはけれはならないときには、ティーチェ数が大幅
に増大し、制御データを格納するメモリ容量も太きいも
のが必要となる。

（２）衝突等の異常事態弗るいはロボットと作業対象と
なる部品との位置関係が変化した時等は、それまでロボ
ットを制御してきた制御データは使用することがてき７
ｐ（なり再ひティーチしなおさツクければならない。

（６）制御データを作成する場合には、オフラインでは
できず、ロボットを動かしながらティーチしなければな
らず、多品種少量生成の傾向が強くなるとティーチする
ために多くの時間を要し、ロボットの稼動時間を低下さ
せることになる。

本発明の目的は上記した従来技術の欠点をなくシ、ティ
ーチングによらずオフラインで作成した制御データ（ロ
ボット名曲、ＣＡＤデータからｌ：接作成された制御デ
ータ）を用いて、ロボットを制御することを可能にする
とともに、あるロボットのために作成した制＠）データ
を別のロボットの制御に使用することを可能にすること
により、ディーチング工数を削減し、同一の作業に、対
しては、ロボットの種類ＶＣは関係なく、同一・の制御
データに統一することを可能にする方法を提供すること
にある。

ロボットはｃＩポストの３に成部品の機械加工誤差や組
立ル１差等のために、同種のものでもロボットごとに制
御データに対する動作位置が異ってくる。ここで、制御
データとは基本的には現在位１【、姿勢の状態から、Ｘ
で示す位置、姿勢に移ｎこいう・品令の集合である。そ
のために同じ制（ｉｌｌデータで鯛か丁ことはできない
。また。

作Ｍ対象との位置関係が変１ヒシた場合にも同様なこと
が起こる。ゆえに、ロボットに作業をさせろ場合ｔこは
、ロボットごとに１作業環境ごとに制御データな作成し
なければならない。本発明の特徴は、上記ロボットの相
異９作業対象の位置関係の相異を作業を開始前に、テス
ト用制御データ食用いてロボットを動作させ、その動作
位置を観測装置で観測し、テスト用制御データと観測デ
ータを用いて、制御データと実際のロボット動作との関
係を求め、その関係式から制御データを修正することに
よって、ロボットの制御を精度よく行なうことにある。

その方法は以下のよつにして行う。

第１図に示すように、ロボットの誤差特性が制御データ
に含まれる位置等の情報３１＝（ｘｌ。

、！、、−−−、、ｒｎ）Ｔを動作後Ｋハｘ＝（ｘ；、
ｘ；、・−。

”ｙｉ）ｒＣｉ化させてしまうと考え、ＸとＸ′との関
係を下式のように表わし、２次以上の項を無視して（ここに、Δ＝（為、Δ１．−・・、Δ、）：誤差項Δ＝
０）、線型近似し、上式を行列表現し、その係数行列Ｔ
（制御データに含まれる位置等の情報と実際のロボット
の動作位置との間の誤差を生むということで誤差特性行
列と呼ぶ）の逆行列を求め、下式のように逆イｆ列を制
御データに含まれる位り等の情報に作Ｊ−ｔｊさせ℃、
ロボットの誤差特性を受けたときに、その作用を互に打
ち消し合わせることにより、ロボットの動作誤差補“正
を可能とする。

上記のように、ＸとＪ’の関係を線型近似した場合には
、２次項以上を無視しているので誤差Δがある。誤差Δ
が許容誤差よりも太きいときＫは、第２図のように、ロ
ボットの動作領域をＴ、、Ｔ、、Ｔ、、Ｔ、と分割して
、その分割領域の中で、ＸとＸ′との関係を求める。

実際のロボットの事例で説明する。

ベクトルＸとは、ロボットの／）ンドの位置、姿勢を表
わすベクトルであり、６次元空間上で物体の位置、姿勢
な表わ′″ｆには１重心の位置Ｘ。

ｙ、ｚｃ５自由度）、姿勢（向き）α、β、γ（３自由
度）の情報が必要であり、この時にはベクトルＸをま。

２＝（ｘ、ｙ、ｚ、α、β、γ）・・・（５）となる（
但し、Ｔは転置を示す）。

前述の中で、：ｒｌの次元を６ではなく一般的な値ルと
したのは、ロボットの関節等の自由度が６より大きい場
合には、上記の６つの情報を与えただけでは各アームの
状態が定まらず〔自由度−６〕だけ条件を付加してやら
なければならな、い事、また、自由度が６より小さい場
合に＆ま。

上記６つの情報は独立な情報でなくなり、与えてやる情
報は自由変分の数だけでよい事による。

ロボットを制御するための制御データＸは、この制御デ
ータが直接にロボット駆動系に与えられるのではなく、
−担、座標変換を行ってロボットの各アームを直接動作
させるための回転角θに変換する。この際、Ｘとθとの
関係は非線形の関係にある。この回転角θをロボット駆
動系に与えろことによって、ロボットは制御データＸに
対厄するＸ′となる。但しＸ′は誤差を含んだ値である
。従って、ロボットが特性誤差を持っているとすると。

Ｘ←コ′・・・（６）となる。この特性誤差の影響を除去するために、Ｘの代
りにｌを与え、ｘ〃→θ′→Ｘとしてやることにより見
かけ上、Ｘで制御しているようになり、特性誤差の影響
をなくすることができる。

以上の説明の中で、補正するためには、Ｘとθとの関係
を補正しなければならず、Ｘとθとの関係のように非線
形となり、２次以上の項を必要とする。（１１式ではこ
の２次以上の項を無視し非線形ではなく線形の関係とみ
なしている。

誤差が大きい時の分割領域を以下述べる。

ロボットは動作領域を持つ。この動作領域とは、ロボッ
トのハンドの重心の動く範囲を言う。

−誤差が大きい時には該ロボットの動作領域を分割して
ゆくことになる。補正するときに、非線１形の関係ヲ糾
形化して行っているため、領域が小さけれは小さい程、
その近似度がよくなる。

誤差がどれだけ許されるかは、ロボット制御の精度によ
り決まり、その領域もそれにより決まる。領域の分割は
以上の観点より行っている。

以下１本発明の一実施例を第５図により説明する。第３
図は、本動作誤差補正方式を適用するロボットシステム
の図であり、ロボットシステムは、ロボット１（Ｌ＃１
ｂと、制御装置２．．２ｈと、誤差特性行列計算装置３
と、誤差計算装置４と、逆行列計算装置５と、記憶装置
６と、テレビカメラ７α、７ｈと、画像処理装置８と１
作業台９ａ、９ｂ、９ｃと、コンベア１０とも・ら構成
される。第４図は処理フローチャートである。

ロボット１α、１ｈの動作位置は、制御データに含まれ
る位置データ（直交座標系）だけで決まり、ロボット１
αに作業をさせる制御データは、別の場所で既に作られ
て、記憶装置６に格納されている。さらに、記憶装置６
に格納されているテスト用制御データは、誤差特性行列
を計算に必要な測定データを得るときには、ロボットの
動作領域に合わせて、４デ一タ１組で取り出せるように
なっており、データに含まれる位置データ＾ｐ、、Ｊ）
、、ｐ、に関しては、誤差計算するときには、ロボット
の動作領域に合わせて、１０〜２０個のデータを取り出
せるよう圧なっている。

ここで、本実施例で対象としているロボットは位置情報
だけで、ロボットの位置、姿勢が決まるロボットである
（姿勢は固足されて、いると考えればよい）。即ち、Ｘ
は重心の位置だけの情報しかもっ又いないとしており、
Ｘの次元は６次元と２よる。従って（Ｊ）は４次元ベク
トルと１：ＣすＴを決めるには４次元ベクトルが４つ必
要にｒＬる。上ｆａｔＩＰＩ１Ｆ２、Ｐ＠＠Ｆ４ががか
る４つのベクトルに相当”ｆる。

更に、Ｔを決めるには、４データが必要で。

この４点に関しては誤差はないが、他の点では非線形を
線形近似しているので誤差がある。その誤差ｊ！：を見
積る１こめに、他に１０〜２０１ｔ６ｉのデータが必要
と７よる。上記動作領域にきぜて１ｏ〜２ｕ個のデータ
とはこのことＩ意味する。但し、１０〜２０個に必ず限
定されるとの窓体ではなく。

数は多い程よい。

第６図のロボットシステムが作業を開始する前には、次
のようにして、記憶装置６に格納され又いる制御データ
奢修正し１こ修正制御データを作成し、記憶装置６に格
納１′る。

（１）ロボットＩＩＺの動作領域に作業台９αが入るよ
うに、ロボット１αの原点詞整を行い、外部から制御装
置２αに補正処理開始の指令を与える。

制御装置２αは、ロボット１α、誤差特性行列計算装置
６．誤差計鎧装［４，逆行列計算装置５、テレビカメラ
７α、７６、画像処理装置８に起動をかける。制御装置
２αは、記憶装置６から第３図に示すテスト用制御デー
タ２０α（含まれる位１αを動、作させ、その停止位置
の映像をテレビカメラ７α、７ｈＫより取込み、その映
像を画像処理装置８へ送り、処理することにより、０ボ
ツ２αは、テスト用制御データ２０ｈ、２０ｃ、２０ｄ
（記憶製置６へ格納する。

制御装置２αは、記憶装置６からテスト用制御データに
含まれる位置データＰＩ＠Ｆ％＋Ｒ＠ｐ４と、測定した
位置データＰ、’、ｔｐ；、Ｆ；、Ｒを誤差特性行列計
算装置６へ送り、下式に示す誤差特性行列（Ｔ）の成分を計算させ、記憶装置６へ格納する。

制御装置２αは、記憶装置６に格納され工いる誤差計算
用の１０〜２０個のテスト用制御データに含まれる位置
データｐ＝＜ｘ、ｙ、ｚ）ｒと、同制御データに対する
動作位置をテレビカメラ７α、７ｂと画像処理装置８を
用いて上記と同様な方法で測定した位置データＰ′＝（
、ｒ’、ｙ’、ｚ’）Ｔと、誤差特性行列の成分を誤差
計算装置４へ送り、下式に示す絶対値和の誤差（ｄ）を
計算させ、その誤差の最大値を誤差として記憶装置６に
格納する。

ｄ−１ｄ、巨１４１＋ｌｄ、ｌ・・・（９）但し、Ｘは
”１〜’４、’／は３’＋〜’／ａｅ”は”１〜”４ｔ
Ｘ′はｘ１′〜Ｊ、’、ｙ’は３’１′〜ｆｆ４’＊”
は２１′〜２４′を意味する。

制御装置２αは、誤差と許容誤差とを比較し、誤差が小
さければ誤差特性行列を求める処理を終えさせる。しか
μ、誤差が許容誤差より大きい場合には、制御装置２α
はロボツ）１（Ｚの動作領域を２分割し、それぞれの分
割領域に対して、上記の処理を繰返し、各分割領域に対
する誤差特性行列を求め、最終的に全ての分割領域に対
して、誤差が許容誤差より小さくする。

制御装置２αは、逆行列計算装ｆｔ５へ、各分割領域ご
とに誤差特性行列の成分を送り、逆行列を計算させ、記
憶装置ｉ［６に格納する。

制御架に２αは、記憶装＠６から、４納し又あるロホツ
）Ｋ作業を行わせるための制御データを１つずつ取り込
み、制御データに含まれる位置データが属する分割領域
に対する誤差特性行列の逆行列の各成分を取り込み、同
位置データに同逆行列を掛は合せ、同位置データを修正
し、修正制御データとして記憶装置６に格納し、同処理
を全ての制御データ（オフラインで作成されたデータで
ある）に対して行う。

以上の準備が終わると、制御装置２ａはコンベア１０４
起動させ１作業対象を作業台９αまで搬送し、制御装置
２αが作業対象の作業台９αへの到達連絡用の同期信号
を受けて、修正制御データを記憶装置６から取り出し、
ロボットへ送り作業をさせる。

（２）作業＠所が作業台９αから作業台９ｂに変わった
場合には、ロボット１αと作業台９ｈとの位置関係は、
ロボット１αと作業台９αとの位置関係と相異が生じる
。そこで１作業台９ｈＫ対し又（１）で行った処理と同
様にして、修正制御データを作ＦＪ′Ｘ、シ作業を行わ
せる。

（６）ロボット１αが故障した場合には、（１）でロボ
ット１αに対して行ったことを、制御装置２ｂがロボツ
）１．６［対して１作業台９Ｃのところで同じテスト用
制御データと同じ制御データを用いて行い、ロボット１
ｂ用の修正制御データを作成し、作業を代行させる。

本実施例によれは、作業に適した制御データを予め用意
でき、ロボットと作業対象との位置関係やロボットが持
つ副油１データに対する動作誤差ヲロボットシステムが
視覚を用いて検出し。

修正制御データを作成するので、作業場所の変更や使用
するロボットの変更による制御データの作成しなおしの
必要がなくなり、これにまりｆａロボットオペレータの
手間を太幅に削減でき。

ロボットの稼動率を著しく高めることができる。

本発明によれば、ロボット１台ごとに存在する制御デー
タに含まれる位置等の情報を変化させてしまう誤差特性
を、制御データを予め修正することにより、動作誤差を
補正することができるので、以下のような効果がある。

（１）１台のロボットに作業をさせるために作成した制
御データを便って、他のロボットに同じ作業をさせろこ
とができるので、ロボットごとに制御データを作成する
必要がなくなり、ティーチェ数の低減、制御データを格
納するメモリの節節を行うことができる。

（２）衝突等の異常事態、あるいはロボットと作業対象
との位置関係が変化したとき等には、誤差特性を再推定
することにより、保持している制御データをそのまま使
用することができるので、再ティーチにより増加する工
数を低減することができる。

（３）オフライン（ロボットを実際に動作させず）に制
御データを作成することを可能とするので、ロボットの
稼動率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は、ロボットの動作誤差補正方法を示す
概念シ［、第３図は本発明を採用するロボットシステム
朽成図％第４図は本発明の火施例の処理フローチャート
である。１ａ、、１ｂ・・・ａボット２ａ、２ｂ・・制御装置３
・・・誤差特性行列針′Ｘ装置４・・・誤差計算装省、５・逆行列計算装置６・・・記
憶装置ｉ７ａ、７ｂ・・・テレビカメラ８・・・画像処
理装置ｉ、９ａ、９ｂ、９ｃ・・・作業台１０・・・コ
ンベア第１閃殆２閃些了１３図さ［げ歪到横浜市戸塚区吉田町２９２番地株式会社日立製作所生産技術研究所内３７一

Claims

【特許請求の範囲】ｔロボットと、ロボットを制御する制御装置と、ロボッ
トの動作位Ｉｔを測定する観測器と。該観測器によって得られたロボットの製作位置の観測デ
ータの処理装置と、ロボット制御データ、ロボットの動
作位置の処理装置出力である観測データ、テスト用制御
データを格納する記憶装置とより成るロボットシステム
に於いて、ティーチング時に上記記憶装置内のテスト用
制御データに基づきロボットを動作させた際の観測器及
び処理装ｋを介し工求まるロボットの動作位置をもとに
、制御データに含まれる位置情報Ｘと実際のロボットの
動作位置Ｘ′とがｘ’＝７ｘなる時の情報Ｔ（行列）の
逆行列Ｔ−１を求め上記記憶装置に格納しておくと共に
、プレイバラ２→時圧制御データに基づきロボットな制
御する際に、該制御データに含まれる位置情報に、上記
逆行列Ｔ−１を読出して、掛合せて位置情報の補正を行
い、ロボット制御用の位置情報を得てなるロボットシス
テムの動作誤差補正方法。２、動作位置Ｊ′とＴａｒとの差（Ｊ’−Ｔｚ）が所定
値よりも大きい時にロボットの動作領域の分割を行い、
各分割領域毎に逆行列Ｔ−ＩＹ求めてなる特許請求の範
囲第１項記載のロボットシステムの動作誤差補正方法。