JPS62226307A

JPS62226307A - ロボツト装置

Info

Publication number: JPS62226307A
Application number: JP6871786A
Authority: JP
Inventors: Makoto Miyata; 宮田　信
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-03-28
Filing date: 1986-03-28
Publication date: 1987-10-05

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明はロボット装置に関する。

（従来の技術）例えば、工場に２いて使用されるロボットは。

予めその作業動作が教えこまれるつまクティーチングが
行なわれている。このティーチングは、ロボットに対す
る遡源を投入状態としておいて作業員がロボットの各ア
ームを作業するときと全く同一の経路に移動させ、この
ときの各アームの移動量を例えばロータリーエンコーダ
にょシ検出してそのパルス数を記憶しておく。そして、
実際の作業時には、その記憶しておいたパルス数に従っ
て各アームがティーチングした経路ＶＣＧって移動する
ことになる。

ところが、コンピュータから座標値を送ってロボットを
動作させる場合には、ロボットの組立誤差のため目標と
する座標位置へいかないという問題が起こる。

（発明が解決しようとする問題点）このようにマニプレータには組立て誤差があるために目
標位置に正確に移動することができないので、この誤差
を何吟かの手段によって補正して組立誤差の影響を受け
ないようにすることが要求されている。

そこで１本発明は上記問題点を解決するために。

組立誤差を推定して求めてアームを目標位置に正確に移
動できるロボット装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）本発明は、指令座標軸位置とこの指令座標軸位置に従っ
て移動したロボットアームの座標軸位置との偏差を偏差
演算手段により求め、この求められた偏差によ）補正さ
れた移動蓋に従って前記ロボットアームが前記指令座標
軸位置に移動する機能を有することを特徴とするロボッ
ト装置である。

（作用）このような手段を備えたことにより１　ロボットアーム
は組立誤差等の偏差により補正量に従って指令座標軸位
置へ移動する。

（実施例）以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図はロボット装置の外観図である。基台１上にスカ
ラ一式の多関節形ロボット２が設けられている。このロ
ボット２はアーム３，４を備えたもので、アーム４の先
端位置には複数の固体撮像素子ＣＣＤから構成される装
置ている。ロボット２は基台１上に置かれたロボットコン
トローラ６からの制御信号を受けて，例えばアーム３ｔ
−右方向へＡ度移動させるに必要なパルス数のパルス信
号を受けてアーム３が移動するものとなっている。また
、基台１上にはワーク７が配置されて２り，このワーク
７はその表面に格子状の模様が形成されている。８は視
覚演算部であって、これは撮像装置５に対して撮像指令
を送出し，かつ撮像装ｌ！１５からの画像信号を取込ん
で画像処理する機能を持ったものである。

さて、９は主制御部であって，これはロボット２の組立
誤差を求めるための制御を行なうもので。

特に第２図に示すように偏差演Ｓ部９−１および誤差演
算部９−２を有している。偏差演算部９−１は，視覚演
算部８からの画像データを受けて撮像装置５に対して指
示したワーク７に２ける撮像位置（格子交点の位置）と
撮像装置５で撮像された交点の位置とＱ偏Ｎ（Ｘ軸方向
，　Ｙ，Ｍ方向）を求める機能をもったもの′Ｃあシ，
倶差演ｇ都９一２は偏差演算部９−１により求められる
偏差を受けて少なくともロボット２■アーム３，４の組
立誤差（回転ずれｆｉ）ｊ？よびワーク７の配置位置１
差（回転ずれ量およびＸ軸方向，Ｙ軸方向）を求める機
能をもったものである。

次に上記の如く構成された装置の作用について説明する
前にロボットの組立誤差の推定方法について第３図を参
照して説明する。ここで、ロボット２のアーム３，４の
長さを１１，ノ２とし，ロボット２の各アーム３，４の
組立誤差（ずれ量）をΔθ１，Δθ２　とし、さらにワ
ーク７の配置位置１差（ずれ歓）をそれぞれＸ方向，Ｙ
方向および回転方向においてΔＸ，ΔＹ，ψ　とする。

従って。

これらずれ量Δθ１，Δθ２，ΔＸ，ΔＹ，ψ　が求め
るべきずれ量である。そして、撮像装置５に対して指示
した格子の撮像目標座標位置をＴｌｊ（　ｘｏ　、ｙｏ
）とし、その実際に撮像された格子の座標位置をＴ１」
（ＸＯ＋欲，ＹＯ＋ΔＹ）とする。また、撮像装置５の
指示した位置をＳｉｊとして，実際の位置をＳｉｊとす
る。なお、ｌはｌ番目の測定点、ｊはｍ次元測定空間の
直交基底である。

ここで、格子点のずれ＊ＲｌｊはＴｔｊ−ＳｔｊＴ　；
ｈ　！）　。

撮像装置５の撮１ｊ４Ｍ来から得られる。また、ずれ董
ＲｉＪの予想値はＴｌｊ−Ｓｌｊであり，これは第３図
から求められる。そこで。

ＴＩ，　＝為＋黛＋（Ｘ−人）□□□ψ一（Ｙ−へ）―
ψ　　　　・・・・・・（１）Ｔｌ，＝”４十ΔＹ＋（
Ｘ−人）細ψ＋（Ｙ−罵）（自）ψ　　　　　　　・・
・・・・（２）８１、＝Ｊ，冷にθ１憤θ，）＋４冷ぺ
θ１＋Δθ□＋０２＋△θ２）　　・・・・・・（３）
８　１ｔ　＝４　ＸａＬｎ（θ，＋Δθ１）＋Ａ　ＸＳ
ＬＩＩ（θ１＋Δθ１＋０２＋△θｚ）　　−旧−（４
）とし、視覚演ｎ部８によル得られる格子点のずれ量を
Ａｉｄ，ＡＩ，？とすると。

Ｒｌ，−Ｒｉ１＝ＡＩ，−　（　Ｔｉ，−８１，　）　
　　　　　・・・・・・｛５｝Ｒ１，−Ｒ１，＝Ａｉ２
−（ＴＩ，−８１２）　　　　　　　・旧・・（６）が
威力立つ。そして。

ｄｉｊ　＝　Ｒｉｊ　−Ｒ　ｌｊとし、このｄｌ」が十分に小さいものであれば’ｌ’１
ｊ。

Ｓ１ｊはよい近似となる。しかし、　　ｄｉｊが十分小
さいものでなければｄｌｊから各ずれ誼』，ΔＹ，Δθ
ノ。

Δθ２．ψ　を推足しなければならない。そこで、ずれ
墓に対してｄｉｊ　を縁形化できれば、ずれ鉦は最小二
乗法により求めることができる。また、線形近似計算の
ための誤差を無くすために求めたずれ証を元の式にくり
入れて繰返し計算を実行する。

なお、最初の近似の場合は」、ΔＹ等のずれ量をｒＯＪ
とみなしてＨ４゛算を実行する。さて、ｄｌｊ＝Ｒ１ｊ
−相ｊにひいて、ＲｌＪ　＝　Ｔｉｊ　−５ｉｊ）１１ｊ　＝　Ｔｉｊ　−Ｓｌｊであるから。

ｄｌｊ　＝　（’ｌ”ｉｊ　−５ｉＪ　）　−（ＴＩＪ
　−８ｌｊ　）＝　（Ｔｌｊ　−Ｔｌｊ　）　−（Ｓｌ
ｊ　−８ｉｊ　）ここで、　　ｄＸ、ｄＹ、ｄθ１．ｄ
ｉ１２およびｄψを共のずれ１ｔとの左とすると、ＴＩ、　＝狗＋ΔＸ＋ｃｔｘ　＋（Ｘ−ＸＯ）ｃｍ（ψ
十ｄψ）　−（ｙ−Ｙｏ）ｓｉｎ（ψ→−ｄψ）Ｔｌ、
＝Ｙｏ＋Δｙ＋ｔｉｙ＋（ｘ−”Ｑ　）ａｉｎ（ψ＋ｄ
ψ）　＋（ｙ−Ｙｏ）ｃｏｓ（ψ十ｄψ）ｓｔ１＝４Ｘ
（２）（θ１＋へ０１＋ｄθ１）＋４×ωにθ１＋Δθ
、＋ｄ０、十θ２＋Δθ２十ｄθ、）Ｓｌ、＝＝ＡＸ紹にθ、＋Δθ、＋ｄθ、）＋４ｘ細（
θ１＋へ０１＋ｄθ、＋０２＋Δθ２＋ｄθ、）が求まシ、ｄＸ、ｄＹ、ｄθ１−、ｄθ２およびｄψに
対して縁形化すると、ＴＩ、　＝＝　為＋」＋　ａｘ＋　（Ｘ−Ｘｏ）ｗψｃ
ｏｓｄψ−（Ｘ−人）ｓｉｒｌ　ｌ／　ｓｉｎ　ｄ９’
（Ｙ−Ｙｏ　）−ｎψｃｏｓｄ９＋−（Ｙ−Ｙｏ）ｃｏ
ｓψ５ｊｎｄｐ＊　ｄＸ＋　（−（Ｘ−Ｘ、、　）ｓｉ
ｎψ−（Ｙ−Ｙ、）−ψ）ｄψ＋Ｘ、、＋−ｆｆ＋（Ｘ
−Ｘ、、）ｃｗψ−（Ｙ−Ｙ−ンｓｍｃｐ　　　　　　
・＝　−（８）（ＣＤａｄψ中１．ｗｉｎｄψ中ｄψう
Ｔ　ｌｘ　＝　ＹＯ＋ΔＹ＋ｄ　Ｙ　十（Ｘ　　ＸＯ）
　５ｕｒｔｐｏｕｓ　ｄ９＋　（Ｘ　Ｘｏ　）　ｗｓψ
５ｉｕｄ＄十（Ｙ−Ｙｏ）　ｃａｓψｃｃａｄψ−（Ｙ
−Ｙ、　＞−ψ５ａｎｄψ＊ｄＹ＋（（Ｘ−Ｘ、、）ａ
ｍψ−（ＹＹｏ）ｓＬ１１９）　ａψ＋Ｙ、＋ΔＹ＋（
Ｘ−Ｘ、）ｓｉｎψ＋（Ｙ−Ｙｏ）ａｙｓ’ｐ＝　（９
）８１、＝　７１ａｎ（θ１＋Δθ、　）ａｙｓ　ｄθ
ｒ　４”（θ１＋Δσ、）組、ｄθ１＋　４ａｙｓ　（
θ１＋０２＋Δθ１＋Δθ２）−（ｃｔθ、＋ｄｏ、）
−ＡａＩｎ（θ、＋θ、＋Δθ１＋Δθｔ）＝（ｄθ、
＋ｄθ２）中（−Ａ−（θ、＋Δθ、）　−４”　（’
ｓ＋θ２＋ΔＤ、　十Δ０．　）　）　−ｄｌｌ。

−ノー（θ□十〇、十Δ０１＋へ０２）・ｄυ２＋Ｊ　
、”（’　Ｉ＋ｌｉθ、　）　＋　Ｊ、ｃｕ−（σ１＋
０２＋Δθ、　＋ｔｈＤ、　）−（ｌＯ）Ｓｉｓ＝　Ｊ
−ｍ（θ、＋Δθｔ）ｃａｓｄθ１＋ノ、　Ｏ）！　（
θ１＋Δθ、）ａｉｎｄθ１十為細（θ、＋０２＋Δθ
１＋Δθ、）（２）（ｄθ、＋ｄθ２）十ノ、鳴（θ１
＋θ２＋Δｖ１＋Δθｚ）”（ｄθ、−１−ｄ０２〕中
（）、■（θ、十Δθ１）＋為ωにθ１＋０２＋Δθ１
＋Δθ、））・ｄθ１十ノｆ艶（θ１＋θ、十Δυ、＋
Δ０２）・ｄθ２十ノ、　ｓｉｎ　（θ、十Δθｔ）＋
Ｘ＝（θ１＋０２＋Δθ１＋へ’ｔ）−（１１）となる
。よりて、第（１）式ないし第（４）式および第（８）
式ないし第（１１）式から。

ＴＩ□−ＴＩ、＝：ｄＸ＋（−（ｘ−為）ｓｔｎψ−（
Ｙ−Ｙｏ）ａ）ｓψ）−ｄψべ１２）ＴＩ、−’ｌ’１
２＝ｄＹ＋　（（Ｘ−Ｘ、、）ａｍψ−（Ｙ−Ｙ、）”
ψ）・ｄψ　−（１３）８１、−Ｓｔ、：（−）−ｍ（
θ１＋Δθ＋）−Ｘ＝（θ１＋θ２＋Δθ１＋△θ２）
）×ｄθ１〜ノ２ａＩＪＩ（θ、十θ２＋Δθ１＋Δθ２）・ｄθ
２　・・・−（１４）８１、−８ｉ、：　（）、鳴（”
ｔ＋Δθ□）＋４鳴（θ１＋０２＋Δθ１＋Δθ２））
八ｄθ１＋１２０（θ１＋０２＋△θ１＋Δσ２）・ｄｉ７．　
　・・・・・・（１５）が得られ、これら第（１２）式
ないし第（１５）式と前記第（７）式からｄｉ１＝（Ｔｉ、−ＴＩ、）−（８１，−８ｌ、）＝ｄ
Ｘ＋（−（Ｘ−Ｘ、、）＝ψ−（Ｙ−Ｙ′ｏ）ｃｏｓψ
）−ｄψ−（−Ａ−ｉｒｌ（θ１＋Δθｔ）−Ｊ２＝（
σ１＋θ、＋Δθ１＋Δθ、））・ｄθ。

＋１１ｍ（θ１＋θ２＋Δ０１＋Δθ、Ｅｄθ２・−・
（ｔ□）ｄｉ、＝　（Ｔｉ、−１”１．）−（Ｓ１２−
８１．）＝　ａＹ＋［（Ｘ−Ｘｏ）ｃｏｓψ−（Ｙ−Ｙ
ｏ　）　ｕｎψＪ−ｄψ−（Ａ−（θ、＋ΔθＩ）＋４
α冨（θ、十〇、＋Δθ、十Δθ２））・ｄθ１−ノ、
　ｃｏｓ　（θ１＋０２＋Δθ１＋Δθり・ｄ０２　　
　　　　　　　　　”’Ｃ円）が求まる。従って、これ
ら第（１６）式および第（１７）式のｄｌ、に視覚装置
８により求められたずれ蓋庶を代入し％またｄｌ、にΔ
Ｙを代入する。なお、第（１６）式および第（１７）式
は格子に対する飼定点１点についてのものである。よっ
て、格子に対して複数点ｎ点測定することにより２ｎの
式が得られ。

これら式を解くことによって各ずれ１α、ΔＹ。

Δθ１．Δθ２　およびψが求められる。

そうして、さらに第（５）式、第（６）式、第（１６）
式および第（１７）式から。

ａｘ＋（−（Ｘ−Ｘｏ）’ｏψ−（Ｙ　’ｔｏ）＝ｘ＝
ψ）ｄψ−（−ＡａｉｒＩ（θ１＋へ０１）−ノーｍ（
θ１＋θ、＋Δ０１＋Δθ、））−ｄθ。

十ノ２ｓｔｎ（θ、＋θ２＋Δθ、十△θ２）・ｄθ２
＝　Ａ　ｓ　ｒ　　（Ｘａ　叙■＋　（Ｘ　’ｘｏ　）
ａｓψ−（ＹＹｏ）”ψ）＋　（７！、ｔｔｓ（０，＋
Δθ、　）　＋Ｊ２ｃｏｓ（θ１＋０２＋Δθ１＋Δθ
２））ｄＹ＋（（Ｘ−ＸＯ）ｃｏＢψ−（ＹＹｏ）”ψ
）ｄψ−（）、■（θ１＋△θ１）＋４聞（θ、＋０２
＋Δθ１＋Δθ２））ｄθ。

−ノ２の（θ１＋θ２＋△θ１＋Δθ２）・ｄθ。

＝Ａｉ、−（Ｙ、＋ΔＹ＋（Ｘ−Ｘ、、）ａｍψ十（Ｙ
−ＹＯ）ａｍψ）＋（ＪＩ＄Ｉｎ（θ１＋Δθｒ　）　
＋−１ｔｘ”　（θ１＋０２＋Δθ１＋Δθ２））が？
ｌれる。そして、このような式が１測定点に対して２式
得られる。よって、ｎＡ測測定行なうと上述の如く２ｎ
個の式が得られる。つまシ、上述の如く最初は」、ΔＹ
、Δθ１．Δθ２およびψを陶として近似計算を行なう
。そして、最小二乗法により求められたｄＸ、　ｄＹ、
　ｄθｌ、ｄｌｌ２　　ｊ？よびｄψをｔａ、ΔＹ、Δ
θ１．Δ０２　　およびψに加え、再び近似計算ヲ行な
う。そして、　ｄｌｊ値が双軸したら処理を終了する。

この後、各ずれ舒ΔＸ、ΔＹ、Δθノ、Δθ２およびψ
が得られると、実際の（Ｘｏ＋Δｘ、ｙｏ＋ΔＹ） ■位置がわかる。そこで、この実際の位置をＮＸ＋Ｎｙ
とすると。

ＮＸ＝ＸＯ＋ΔＸ＋（Ｘ−Ｘｏ）−ｓψ−（ｙ　　Ｙｏ
）”ψＮ、＝Ｙ、＋Δγゼ（ＸＸｏ）ａｉｎψ＋（Ｙ−
Ｙｏ）ｏｏａψとなる。そして、これら値からロボット
■移動値θＩｓ？よびθ２は。

θ、　＝　ａ　ｔａｎ　（Ｎ　ｙ／Ｎ　ｘ　）−ａｃｘ
ｓ（（ＮＸ　＋Ｎｙ＋ノーー４’）／（２ｘＡｘ−ＩＮ
、”十弓月−Δθ１ θ、　＝：　ａ　ｔａｎ　（（Ｎｙ−］、細（０、＋Δ
θｓ））／（Ｎｘ　　Ａ−＜θ、十へ０１））−（θ、
＋ΔθＩ）−Δθ２となる。よって、実際にロボット２がＸ１１１１オよび
Ｙ軸の各方向に対する移動ｍ　ＮＮｘ　ｐ　ＮＮｙは。

ＮＮＸ　＝ノ１ｃｏｓθ１＋ノ、ｃｏｓ（θ１＋θ、）
ＮＮｙ＝ノ１顕θ１＋ノ２ａｉｎ（θ１＋θ、）となる
。

次に上記の如く構成された装置の作用について第４図に
示すずれ蛍算出フローチャートに従フて説明する。ステ
ップ８１において主制御ｍ９は撮像装置５に対してワー
ク７上に形成された格子の所定交点を撮像する目標位置
■指示をロボットコントローラ６に発する。これにより
、ロボットの各アーム３，４はロボットコントローラ６
からのパルス信号を受けて移動し目標位置に撮像装置５
が達する。そして、次のステップＳ２に３いて撮像指示
が撮像装置５に対して発せられる。これにより、撮像装
置５から格子の交点を撮像した画像信号が出力され、こ
の信号が視覚演算部８へ送られる。この格子の交点に対
する撮像が終了すると。

撮像すべき格子の交点に一対して全て終了したかステッ
プＳ５において判断される。今回の判断では１か所の撮
像なのでステップＳ６に移って次の格子に対する位置の
指示が主制御装置９からロボットコントローラ６へ発せ
られる。このようにして格子交点に対する全撮像位置の
撮俄か終了してその画像データが得られると、ステップ
Ｓ７に移つつまシ、偏差演算部９−１は、撮像して得ら
れた座標位置例えは第３図に示す（ＸＩ、Ｙｌ）。

（Ｘ２　、　Ｙ２　）と指示した目標座標位置（ＸｔＹ
）。

（ｘ’　、ｙ’　）とからずれ証を求める。次にステッ
プＳ８に移って視覚演算部９−１１ｃ！？いて求められ
た各測定位置ごとの各ずれ量が誤差演算部９−２に送ら
れ、この誤差演算ｇ９−１は前記第（１６）式および第
（１７）式にｄｌｌ、ｄ１２　　を代入し、これら式が
例えは測定点が４点でおれは８個Ｑ式を得る。

そうして、これら各式を演算処理することによって、各
ずれ量・へＸ、ΔＹ、Δ０１．Δθ２２よびψを求め。

る。これらずれ址が求められると、ステップＳ９に移っ
て前記ロボット２の目標位置に対しての移ｂｋＮＮ工お
よびＮＮア　が演算し求められる。かくして、これら移
＠　＊　ＮＮｘ　、　ＮＮｙにより各アーム３゜４が移
動することによりずれ址は発生しない。

このように上記一実施例に２いては、撮像装置５に対し
て指示したワーク７における撮像位置と撮像装置５の撮
像位置とのずれ墓が求められ、こ盆Δ１７１．Δθ２　
およびワーク７の配置位置ずれ址△Ｘ、ΔＹ、ψが求め
られるので、撮像目標位置に対するずれ電がこの補正を
行なう前次表に示す如く５騒であったものが、本発明の
補正を実行することによ、９０．３１８以内にすること
ができる。

従って、ロボットの組立誤差があってもこの誤差を補正
して目標座標位置に対して正確に各アーム３．４を移動
することができる。そして、この補正はマニプレータの
出荷前に１度実行するだけで済み、さらにティーチング
の手直し等も行なわないで済む。よって、マニプレータ
２を動作させる場合、所望の移動座標位置を送るだけで
正確に移動することができる。

なお、本発明は上記一実施例に限定されるものではなく
、その主旨を逸脱しない範囲で変形できる。例えば、ス
カラ一方式の多関節形ロボットだけでなくあらゆるロボ
ットに対して適用できる。

〔発明の効果〕

以上詳記したように本発明によれば５組立誤差を推定し
て求めアームを目標座標位置に正確に移動できるロボッ
ト装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わるロボット装置の一実施例を示す
外観構成図、第２図は本発明装置に２ける王ｆｌｊｌＪ
御部の具体的な機能ブロック図、第３図は本発明のずれ
量推定を説明するための模式図、第４図は本発明装置の
ずれ量演！！フローチャートである。２・・・ロボツ）、Ｊ、４・・・アーム、５・・・撮像
装置。６・・・ロボットコントローラ、７・・・ワーク、８・
・・視覚演算部、９・・・主演算ｍ＊９−１・・・偏差
演算部、９−２・・・誤差演算部。出願人代理人　弁理士　　鈴　江　武　彦ニ、ｓ　１　
　日第２図

Claims

【特許請求の範囲】

指令座標軸位置とこの指令座標軸位置に従って移動した
ロボットアームの座標軸位置との偏差を偏差演算手段に
より求め、この求められた偏差により補正された移動量
に従って前記ロボットアームが前記指令座標軸位置に移
動する機能を有することを特徴とするロボット装置。