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WO2022025059A1 - ロボットシステム - Google Patents

ロボットシステム Download PDF

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WO2022025059A1
WO2022025059A1 PCT/JP2021/027743 JP2021027743W WO2022025059A1 WO 2022025059 A1 WO2022025059 A1 WO 2022025059A1 JP 2021027743 W JP2021027743 W JP 2021027743W WO 2022025059 A1 WO2022025059 A1 WO 2022025059A1
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WO
WIPO (PCT)
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robot
error
parameter
unit
reference point
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/027743
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English (en)
French (fr)
Inventor
邦彦 原田
Original Assignee
ファナック株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ファナック株式会社 filed Critical ファナック株式会社
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Priority to JP2022539496A priority patent/JP7401682B2/ja
Priority to US18/002,434 priority patent/US20230278196A1/en
Priority to DE112021004072.3T priority patent/DE112021004072T5/de
Publication of WO2022025059A1 publication Critical patent/WO2022025059A1/ja

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1692—Calibration of manipulator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
    • B25J9/1664—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by motion, path, trajectory planning
    • 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
    • G05B2219/39055—Correction of end effector attachment, calculated from model and real position

Definitions

  • the present invention relates to a robot system.
  • the position of the reference point at the end of the robot is calculated based on the distance between the drive axes (link length) and the angular position of the drive axes.
  • an error may occur between the position of the reference point calculated from the angle command value of the drive shaft and the position where the reference point is actually positioned due to various factors. Therefore, it is being studied to compensate for the error between the theoretical position of the reference point and the actual position with respect to the command value to the robot by using a plurality of error parameters.
  • it has been proposed to install a three-dimensional measuring device in order to measure the actual position of the reference point see, for example, Patent Document 1).
  • the robot system includes a robot having a plurality of drive axes, a measuring device attached to the end of the robot, a target mark fixed to the work space of the robot, and a robot that controls the robot.
  • a control device, and the robot control device includes a parameter storage unit that stores a plurality of error parameters used for calculating the position of a reference point at the end of the robot, and the robot in consideration of the error parameters.
  • a command value generator that generates a command value indicating the position or speed of each drive shaft, a relative position of the target mark measured by the measuring device with respect to the measuring device, and the target mark.
  • a position information acquisition unit that acquires the position information of the reference point based on the coordinate position in the user coordinate system that specifies the operation of the robot, and a parameter that corrects the error parameter based on the command value and the position information. It has a correction unit and.
  • the robot control device it is possible to easily set an error parameter that enables accurate calculation of the position of the reference point of the robot.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a robot system 1 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the robot system 1 includes a robot 10, a measuring device 20, a target mark 30, and a robot control device 40.
  • the robot 10 has a plurality of drive shafts.
  • the robot 10 is typically a vertical articulated robot, but may be a scalar type robot, a parallel link type robot, a Cartesian coordinate type robot, or the like.
  • a work head 11 corresponding to a required work such as a processing head for processing a work and a holding head for holding the work, is attached to the end of the robot 10.
  • the measuring device 20 is attached to the end of the robot 10.
  • the measuring device 20 may be fixed to a work head 11 attached to the end of the robot 10, or may be fixed to a link at the end to which the work head 11 is attached.
  • the measuring device 20 is a three-dimensional laser scanner that measures the three-dimensional shape of the surface of an object using, for example, a laser, and calculates the distance to the subject for each plane position based on the disparity between the images taken by the two cameras. It is possible to use a three-dimensional vision sensor, a two-dimensional camera that calculates a three-dimensional relative position of the subject with respect to the measuring device 20 based on the target image stored in advance and the size thereof.
  • the measuring device 20 can also be used as a sensor for confirming the work during the work of the robot system 1.
  • the target mark 30 is fixed in the work space of the robot 10, and the coordinate position in the user coordinate system that specifies the operation of the robot 10 is specified in advance.
  • the robot system 1 is a reference point at the end of the robot based on the coordinate position of the known target mark 30 and the relative position between the measuring device 20 and the target mark 30 in the user coordinate system that specifies the operation of the robot 10. Measure the position and orientation.
  • the robot system 1 preferably includes a plurality of target marks 30 dispersedly arranged in the work space so that the relative position with the target mark 30 can be measured by the measuring device 20 in various postures of the robot 10. ..
  • the target mark 30 preferably has a shape such as a sphere or a cube having symmetry so that the measuring device 20 can specify the center position from any direction. Further, it is more preferable that the target mark 30 has a shape or pattern in which the measuring device 20 can recognize the direction thereof. "Shape or pattern" includes both shapes and patterns. Since the rough orientation of the target mark 30 can be specified from the posture of the robot 10, the shape or pattern of the target mark 30 may have characteristic points indicating the orientation at regular angular intervals.
  • the robot control device 40 controls the robot 10.
  • the robot control device 40 includes a parameter storage unit 41, a command value generation unit 42, a position information acquisition unit 43, a sensitivity calculation unit 44, a target selection unit 45, a parameter correction unit 46, an evaluation unit 47, and weights.
  • the configuration may include a determination unit 48 and a program generation unit 49.
  • the robot control device 40 can be realized by introducing an appropriate control program into a computer device having a CPU, a memory, and the like.
  • Each of the above components categorizes the functions of the robot control device 40, and may not be clearly distinguishable in the functions and the program structure.
  • the parameter storage unit 41 stores a plurality of error parameters used for calculating the accurate position of the reference point at the end of the robot 10 from the command value indicating the position or speed of each drive axis of the robot 10. .
  • the error parameters are the theoretical position (theoretical position) of the reference point calculated by the angle of each drive axis of the robot 10 and the distance between the drive axes, and the actual reference point caused by the mechanical error of the robot 10. It is set to compensate for the difference from the position (actual position).
  • the command value generation unit 42 In order to operate the robot according to the program, the command value generation unit 42 considers the error parameters stored in the parameter storage unit 41, and instructs the robot 10 the position or speed at which each drive shaft should be. To generate. That is, the command value generation unit 42 has a command value such that the position calculated using the error parameter (calculated position), that is, the position obtained by adding the correction by the error parameter to the theoretical position is the position required in the program. To generate.
  • the position information acquisition unit 43 determines the reference point at the end of the robot 10 based on the relative position of the target mark 30 measured by the measuring device 20 with respect to the measuring device 20 and the coordinate position of the target mark 30 in the user coordinate system. Acquires position information indicating the actual position (actual position). That is, in the position information acquisition unit 43, the coordinate system of the measuring device 20 and the position where the target mark 30 is fixed are determined based on the position and orientation of the target mark 30 in the coordinate system of the measuring device 20 measured by the measuring device 20. Identify the relationship with the specified user coordinate system.
  • the position information acquisition unit 43 calculates the coordinate position of the reference point of the measurement device 20 and the end of the robot 10 in the user coordinate system by converting the coordinate position of the target mark 30 in the coordinate system of the measurement device 20. ..
  • the user coordinate system may be a reference coordinate system based on the installation position of the robot.
  • the sensitivity calculation unit 44 calculates a sensitivity value indicating the magnitude (sensitivity) of the change amount of the calculation position (calculation position) of the reference point with respect to the change amount for each error parameter.
  • the sensitivity value may be an independent evaluation point, a ranking, or a rank value obtained by grouping the sensitivities.
  • the target selection unit 45 selects an error parameter to be calculated by the parameter correction unit 46 based on the sensitivity value calculated by the sensitivity calculation unit 44.
  • the target selection unit 45 may select a constant error parameter having a higher sensitivity value, or may select an error parameter having a sensitivity higher than a certain level, for example, the number of position information obtained based on a machining program or the like.
  • the number of error parameters to be selected may be increased or decreased according to the above.
  • the target selection unit 45 may select the error parameter to be calculated based on the weight set for each error parameter and the sensitivity value calculated by the sensitivity calculation unit 44. By weighting the sensitivity value calculated by the sensitivity calculation unit 44, priority is given to correction not only for errors that have a large effect in the state where position information is acquired, but also for error parameters that are predicted to have a large effect on the structure of the robot 10. You can raise the ranking and get the appropriate error parameters more quickly.
  • the parameter correction unit 46 corrects the error parameter based on the command value for the robot 10 output by the command value generation unit 42 and the position information acquired by the position information acquisition unit 43. At this time, the parameter correction unit 46 corrects only the error parameter to be corrected, assuming that the error parameters other than the correction target selected by the target selection unit 45 do not affect the position of the reference point of the robot 10.
  • the actual robot 10 Since the actual robot 10 has a very complicated mechanism, it is necessary to use an extremely large number of error parameters in order to reflect all the error factors. Further, since it affects the positioning error caused by various factors such as the configuration of the work head 11 and the operation pattern of the robot 10, the appropriate error parameter value depends on the processing mode, the configuration of the program for processing, and the like. Can change. Therefore, in order to calculate accurate values of all error parameters, it is necessary to position the robot 10 in various operation patterns and acquire a large amount of position information. For example, if the robot 10 is a 6-axis articulated robot, the number of combinations of required command values and position information exceeds 100.
  • the parameter correction unit 46 uses only a part of the error parameters selected by the target selection unit 45 as unknown variables to be calculated, and assumes that the other error parameters are invariant (constant at the current value).
  • the value of the error parameter selected by the target selection unit 45 so that the position of the actual reference point can be calculated more accurately from the command value by analyzing the relationship between the command value and the actual position (actual position) of the reference point. To correct. This makes it possible to obtain a set of error parameters that can relatively accurately identify the position of the reference point of the robot 10, although it is not necessarily exact, with a relatively small number of position information.
  • the sensitivity calculation unit 44, the target selection unit 45, and the parameter correction unit 46 may perform calculations for each of the position information. That is, every time the position information acquisition unit 43 acquires the position information, the sensitivity calculation unit 44 recalculates the sensitivity value, the target selection unit 45 reselects the correction target, and the parameter correction unit 46 corrects the error parameter. And may be done. As a result, the error parameter can be corrected step by step, and the error parameter can be surely optimized.
  • the evaluation unit 47 determines whether or not the deviation between the calculated position of the reference point calculated using the error parameter and the actual position of the reference point indicated by the position information is within a predetermined range. When the evaluation unit 47 determines that the deviation between the calculated position of the reference point of the robot 10 and the actual position is sufficiently small, the process for correcting the error parameter is stopped to effectively set the error parameter. The time it takes to get it can be shortened. The correction of the error parameter may be restarted when a predetermined event such as the operation stop of the robot system 1, the change of the machining program, or the emergency stop occurs.
  • the weight determination unit 48 determines the weight according to the content of the maintenance work performed on the robot 10. Therefore, the weight determination unit 48 may be configured to accept input of maintenance work contents by the operator. For example, when a motor is replaced, the error factors associated with the replaced motor may change, and therefore the associated error parameters may need to be significantly modified. In this way, by increasing the weight of the sensitivity value of the error parameter that is likely to need to be corrected by the maintenance work, the positioning error due to the maintenance work can be quickly compensated.
  • the weight of the sensitivity value of the error parameter is held for each measurement data, and the mechanical error parameter of the robot after the maintenance work is calculated using the measurement data before and after the maintenance work by switching the weight before and after the maintenance work. May be.
  • the program generation unit 49 generates an operation program that causes the robot 10 to take a plurality of postures so that the target mark 30 can be measured from a plurality of directions by the measuring device 20. Specifically, based on the coordinate position of the given target mark 30, the posture of the robot 10 is sequentially changed so that the measuring device 20 faces the target mark 30 from a plurality of predetermined directions at a fixed distance. Generate an operation program. This operation program may be generated so that the calculated position considering the error parameter stored in the parameter storage unit 41 at that time becomes the coordinate position determined based on the coordinate position of the target mark 30, and the error parameter may be generated. The theoretical position not considered may be generated so as to be a coordinate position determined based on the coordinate position of the target mark 30.
  • FIG. 2 shows a procedure for correcting an error parameter by the robot control device 40.
  • the error parameter correction includes an operation program generation process (step S1), a positioning process (step S2), a sensitivity value calculation process (step S3), a correction target selection process (step S4), and a position information acquisition process (step). It is performed by a method including S5), a parameter correction step (step S6), and an evaluation step (step S7).
  • the program generation unit 49 In the operation program generation step of step S1, the program generation unit 49 generates an operation program based on the coordinate position of the target mark 30.
  • the command value generation unit 42 In the positioning step of step S2, the command value generation unit 42 generates a command value for positioning the robot 10 according to the calibration program generated by the program generation unit 49.
  • the sensitivity calculation unit 44 calculates the sensitivity values for all the error parameters based on the command value and the position information.
  • the target selection unit 45 selects an error parameter having a higher sensitivity value as a correction target.
  • the position information acquisition unit 43 acquires the position information of the reference point of the robot 10, that is, measures the three-dimensional position of the reference point.
  • the parameter correction unit 46 corrects the error parameter selected in the correction target selection step so that the calculation position approaches the actual position, that is, the value of the error parameter stored in the parameter storage unit 41 is corrected. Correct.
  • the evaluation unit 47 determines the calculation position of the reference point of the robot 10 calculated from the command value generated by the command value generation unit 42 using the error parameter currently stored in the parameter storage unit 41. , It is confirmed whether or not the deviation of the reference point indicated by the position information acquired by the position information acquisition unit 43 from the actual position is within a predetermined range. If the deviation between the calculated position and the actual position is within a predetermined range, the error parameter stored in the parameter storage unit 41 is considered to be appropriate, and this process is terminated. If the deviation between the calculated position and the actual position is not within the predetermined range, the process returns to step S2, the robot 10 is positioned according to the next instruction of the calibration program, and the subsequent steps are repeated. In this way, by repeating the steps from step S2 to step S6, new information is acquired and error parameters are corrected repeatedly, the error parameters are corrected to more appropriate values, and the positioning accuracy of the robot is gradually improved. can.
  • the robot system 1 is compared in order to correct the error parameter by using the relative position between the measuring device 20 attached to the end of the robot 10 and the target mark 30 whose position is specified in the user coordinate system.
  • the configuration is simple, it is possible to easily set an error parameter that enables the position of the reference point of the robot 10 to be calculated accurately.
  • the program generation unit 49 generates an operation program for specifying the optimum posture of the robot 10 for correcting the error parameter, so that the error parameter can be corrected efficiently.
  • the robot control device 40 targets only a small number of error parameters whose sensitivity value is selected by the target selection unit 45, it is possible to obtain relatively accurate error parameters with a relatively small number of position information. That is, the robot system 1 can improve the positioning accuracy of the robot 10 relatively easily.
  • the robot system according to the present disclosure may correct the error parameter based on a plurality of position information, instead of correcting the error parameter each time the position information is acquired.
  • the robot system according to the present disclosure may select an error parameter to be corrected from preset candidates without using a sensitivity value. Further, the robot system according to the present disclosure may analyze all error parameters as unknown variables without limiting the correction target.
  • the user may provide an operation program for correcting the error parameter, or the error parameter may be corrected until the operation program is completed without evaluation by the evaluation unit. good.

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Abstract

誤差パラメータを容易に設定できるロボットシステムを提供すること。本開示の一態様に係るロボットシステムは、ロボットと、ロボットの末端に取り付けられる計測装置と、ロボットの作業空間に固定されるターゲットマークと、ロボットを制御するロボット制御装置と、を備え、ロボット制御装置は、ロボットの末端の基準点の位置を算出するために用いられる複数の誤差パラメータを記憶するパラメータ記憶部と、誤差パラメータを考慮して、ロボットの駆動軸のあるべき位置又は速度を指示する指令値を生成する指令値生成部と、計測装置により測定されたターゲットマークの計測装置に対する相対位置と、ターゲットマークのユーザ座標系における座標位置と、に基づいて、基準点の位置情報を取得する位置情報取得部と、指令値及び位置情報に基づいて誤差パラメータを補正するパラメータ補正部と、を有する。

Description

ロボットシステム
　本発明は、ロボットシステムに関する。
　複数の駆動軸を備える多関節型ロボットでは、駆動軸間の距離（リンクの長さ）と駆動軸の角度位置とに基づいて、ロボットの末端の基準点の位置が算出される。しかしながら、実際のロボットでは、様々な要因により、駆動軸の角度指令値から算出される基準点の位置と、基準点が実際に位置決めされる位置との間に誤差が生じ得る。このため、ロボットへの指令値に対する基準点の理論上の位置と実際の位置との誤差を複数の誤差パラメータを用いて補償することが検討されている。このような目的で、基準点の実際の位置を測定するために、３次元計測装置を設置することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０２０－４０１６５号公報
　多関節ロボットは、多数の誤差要因を有しており、それぞれの誤差要因について誤差パラメータを定めると、相当数の誤差パラメータが必要となる。また、各誤差パラメータは、独立して作用するものではなく、相互に関連して最終的な位置決め誤差に影響する。このような多数の誤差パラメータを全て未知変数とすると、極めて多くのロボットの姿勢について位置決め誤差を実測しなければ、誤差パラメータの値を算出することができない。１台の３次元計測装置では、ロボットの姿勢によっては、末端の基準点がロボットの他の構成要素の陰になって位置を測定できないおそれや、３次元計測装置と基準点との距離が大きくなって測定誤差が大きくなるおそれがある。複数の３次元計測装置を用いると、各３次元計測装置の座標系の違いや測定誤差の影響を考慮しなければならない。このため、ロボットの基準点の位置を正確に算出可能とする誤差パラメータを容易に設定できるロボットシステムが望まれる。
　本開示の一態様に係るロボットシステムは、複数の駆動軸を有するロボットと、前記ロボットの末端に取り付けられる計測装置と、前記ロボットの作業空間に固定されるターゲットマークと、前記ロボットを制御するロボット制御装置と、備え、前記ロボット制御装置は、前記ロボットの末端の基準点の位置を算出するために用いられる複数の誤差パラメータを記憶するパラメータ記憶部と、前記誤差パラメータを考慮して、前記ロボットにそれぞれの前記駆動軸のあるべき位置又は速度を指示する指令値を生成する指令値生成部と、前記計測装置により測定された前記ターゲットマークの前記計測装置に対する相対位置と、前記ターゲットマークの前記ロボットの動作を指定するユーザ座標系における座標位置と、に基づいて、前記基準点の位置情報を取得する位置情報取得部と、前記指令値及び前記位置情報に基づいて前記誤差パラメータを補正するパラメータ補正部と、を有する。
　本開示に係るロボット制御装置によれば、ロボットの基準点の位置を正確に算出可能とする誤差パラメータを容易に設定できる。
本開示の一実施形態のロボットシステムの構成を示す図である。 図１のロボットシステムにおける誤差パラメータの補正の手順を示すフローチャートである。
　以下、本開示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、本開示の一実施形態に係るロボットシステム１の構成を示す図である。
　ロボットシステム１は、ロボット１０と、計測装置２０と、ターゲットマーク３０と、ロボット制御装置４０と、を備える。
　ロボット１０は、複数の駆動軸を有する。ロボット１０は、典型的には垂直多関節型ロボットであるが、スカラー型ロボット、パラレルリンク型ロボット、直交座標型ロボット等であってもよい。ロボット１０の末端には、ワークの加工を行う加工ヘッド、ワークを保持する保持ヘッド等、要求される作業に対応する作業ヘッド１１が、取り付けられる。
　計測装置２０は、ロボット１０の末端に取り付けられる。計測装置２０は、ロボット１０の末端に取り付けられる作業ヘッド１１に固定されてもよく、作業ヘッド１１が取り付けられる末端のリンクに固定されてもよい。
　計測装置２０としては、例えばレーザ等を用いて物体の表面の３次元形状を測定する３次元レーザースキャナ、２つのカメラが撮影した画像間の視差に基づいて平面位置毎に被写体までの距離を算出する３次元ビジョンセンサ、予め記憶したターゲット画像とその大きさに基づき被写体の計測装置２０に対する３次元の相対位置を算出する２次元カメラ等を用いることができる。計測装置２０は、ロボットシステム１の作業中にワークを確認するセンサとしても利用することができる。
　ターゲットマーク３０は、ロボット１０の作業空間に固定され、ロボット１０の動作を指定するユーザ座標系における座標位置が予め特定される。ロボットシステム１は、ロボット１０の動作を指定するユーザ座標系において、既知のターゲットマーク３０の座標位置と、計測装置２０とターゲットマーク３０との相対位置とに基づいて、ロボットの末端の基準点の位置及び向きを測定する。
　ロボットシステム１は、ロボット１０の多様な姿勢において、計測装置２０によってターゲットマーク３０との相対位置を測定できるよう、作業空間内に分散して配設される複数のターゲットマーク３０を備えることが好ましい。
　ターゲットマーク３０は、計測装置２０がいずれの方向からでもその中心位置を特定できるような対称性を有する例えば球体、立方体等の形状を有することが好ましい。また、ターゲットマーク３０は、計測装置２０がその向きを認識可能な形状又は模様を有することがより好ましい。「形状又は模様」は、形状及び模様の両方の場合を含む。なお、ターゲットマーク３０の大まかな向きは、ロボット１０の姿勢から特定することができるので、ターゲットマーク３０の形状又は模様は、一定の角度間隔で向きを示す特徴点を有していればよい。
　ロボット制御装置４０は、ロボット１０を制御する。ロボット制御装置４０は、パラメータ記憶部４１と、指令値生成部４２と、位置情報取得部４３と、感度算出部４４と、対象選定部４５と、パラメータ補正部４６と、評価部４７と、重み決定部４８と、プログラム生成部４９と、を備える構成とすることができる。
　ロボット制御装置４０は、ＣＰＵ、メモリ等を有するコンピュータ装置に適切な制御プログラムを導入することによって実現することができる。前記各構成要素は、ロボット制御装置４０の機能を類別したものであって、その機能及びプログラム構造において明確に区分できるものでなくてもよい。
　パラメータ記憶部４１は、ロボット１０の各駆動軸のあるべき位置又は速度を指示する指令値から、ロボット１０の末端の基準点の正確な位置を算出するために用いられる複数の誤差パラメータを記憶する。誤差パラメータは、ロボット１０の各駆動軸の角度及び駆動軸間の距離等によって算出される基準点の理論上の位置（理論位置）と、ロボット１０の機械的な誤差によって生じる基準点の実際の位置（実際位置）との差を補償するために設定される。
　指令値生成部４２は、プログラムに従ってロボットを動作させるために、パラメータ記憶部４１に記憶されている誤差パラメータを考慮して、ロボット１０にそれぞれの駆動軸のあるべき位置又は速度を指示する指令値を生成する。つまり、指令値生成部４２は、誤差パラメータを用いて算出される位置（計算位置）、つまり、理論位置に誤差パラメータによる補正を加えた位置が、プログラムにおいて要求される位置となるような指令値を生成する。
　位置情報取得部４３は、計測装置２０により測定されたターゲットマーク３０の計測装置２０に対する相対位置と、ターゲットマーク３０のユーザ座標系における座標位置と、に基づいて、ロボット１０の末端の基準点の実際の位置（実際位置）を示す位置情報を取得する。つまり、位置情報取得部４３は、計測装置２０が測定した計測装置２０の座標系におけるターゲットマーク３０の位置及び向きに基づいて、計測装置２０の座標系と、ターゲットマーク３０が固定される位置が特定されるユーザ座標系との関係を特定する。そして、位置情報取得部４３は、計測装置２０の座標系におけるターゲットマーク３０の座標位置を座標変換することで、ユーザ座標系における計測装置２０ひいてはロボット１０の末端の基準点の座標位置を算出する。ユーザ座標系は、ロボットの設置位置に基づく基準座標系であってもよい。
　感度算出部４４は、誤差パラメータごとに、その変化量に対する基準点の計算上の位置（計算位置）の変化量の大きさ（感度）を表す感度値を算出する。感度値は、独立した評価点であってもよく、順位であってもよく、感度をグループ分けしたランク値であってもよい。
　対象選定部４５は、感度算出部４４が算出した感度値に基づいて、パラメータ補正部４６が算出対象とする誤差パラメータを選定する。対象選定部４５は、感度値が上位の一定数の誤差パラメータを選出してもよく、感度が一定以上であるものを選出してもよく、例えば加工プログラム等に基づいて得られる位置情報の数に応じて選出する誤差パラメータの数を増減してもよい。
　対象選定部４５は、誤差パラメータ毎に設定される重みと、感度算出部４４が算出した感度値とに基づいて、算出対象の誤差パラメータを選定してもよい。感度算出部４４が算出した感度値に重み付けを行うことによって、位置情報を取得した状態での影響が大きい誤差だけでなく、ロボット１０の構造上影響が大きいと予測される誤差パラメータについて補正の優先順位を上げ、より迅速に適切な誤差パラメータを得ることができる。
　パラメータ補正部４６は、指令値生成部４２が出力したロボット１０に対する指令値及び位置情報取得部４３が取得した位置情報に基づいて、誤差パラメータを補正する。このとき、パラメータ補正部４６は、対象選定部４５が選定した補正対象以外の誤差パラメータがロボット１０の基準点の位置に影響しないものとして、補正対象の誤差パラメータだけを補正する。
　現実のロボット１０は、非常に複雑な機構を有するため、全ての誤差要因を反映するためには、極めて多数の誤差パラメータを用いる必要がある。また、作業ヘッド１１の構成、ロボット１０の動作パターン等、様々な要因が発生する位置決め誤差に影響するため、適切な誤差パラメータの値は、加工の態様、加工のためのプログラムの構成等に応じて変化し得る。このため、全ての誤差パラメータの正確な値を算出するためには、多様な動作パターンでロボット１０を位置決め動作させ、数多くの位置情報を取得する必要がある。例えばロボット１０が６軸多関節型ロボットであれば、必要な指令値と位置情報との組み合わせの数は１００を超える。
　そこで、パラメータ補正部４６は、対象選定部４５により選択された一部の誤差パラメータだけを算出対象である未知変数とし、それ以外の誤差パラメータが不変（現在の値で一定）であるものとして、指令値と基準点の実際の位置（実際位置）との関係を解析することにより、指令値から実際の基準点の位置をより正確に算出できるよう、対象選定部４５が選択した誤差パラメータの値を補正する。これにより、比較的少数の位置情報によって、必ずしも厳密ではないが、ロボット１０の基準点の位置を比較的正確に特定できる誤差パラメータのセットを得ることができる。
　ロボット制御装置４０では、感度算出部４４、対象選定部４５及びパラメータ補正部４６が、前記位置情報ごとに演算を行ってもよい。つまり、位置情報取得部４３が位置情報を取得する度に、感度算出部４４による感度値の再計算と、対象選定部４５による補正対象の選定し直しと、パラメータ補正部４６による誤差パラメータの補正と、を行ってもよい。これにより、段階的に誤差パラメータを補正して、確実に誤差パラメータを適切化できる。
　評価部４７は、誤差パラメータを用いて計算される基準点の計算位置と位置情報が示す基準点の実際位置とのずれが所定範囲内であるか否かを判定する。評価部４７がロボット１０の基準点の計算位置と実際位置とのずれが十分に小さいと判断した場合に、誤差パラメータを補正するための処理を停止することで、効果的な誤差パラメータのセットを得るまでにかかる時間を短縮できる。誤差パラメータの補正は、例えばロボットシステム１の運転停止、加工プログラムの変更、非常停止等の所定の事象が発生した場合に再開してもよい。
　重み決定部４８は、ロボット１０に対して行った保守作業の内容に応じて重みを決定する。このため、重み決定部４８は、オペレータによる保守作業の内容の入力を受け付けるよう構成され得る。例えばモータを交換した場合、交換したモータに関する誤差要因が変化し得るので、関連する誤差パラメータを大きく修正する必要が生じ得る。このように、保守作業により修正が必要となる可能性が高い誤差パラメータの感度値の重みを大きくすることによって、保守作業による位置決め誤差を迅速に補償することができる。誤差パラメータの感度値の重みは、各測定データ毎に持ち、保守作業前と後で重みを切り替えることで保守作業前後の計測データを用いて、保守作業後のロボットの機構誤差パラメータを計算する、としてもよい。
　プログラム生成部４９は、計測装置２０によってターゲットマーク３０を複数の方向から測定できるようロボット１０に複数の姿勢を取らせる動作プログラムを生成する。具体的には、与えられるターゲットマーク３０の座標位置に基づいて、ターゲットマーク３０に対して計測装置２０を一定の距離で所定の複数の方向から対向させるよう、順番にロボット１０の姿勢を変化させる動作プログラムを生成する。この動作プログラムは、その時点でパラメータ記憶部４１に記憶されている誤差パラメータを考慮した計算位置がターゲットマーク３０の座標位置に基づいて定められる座標位置となるよう生成してもよく、誤差パラメータを考慮しない理論位置がターゲットマーク３０の座標位置に基づいて定められる座標位置となるよう生成してもよい。
　図２に、ロボット制御装置４０による誤差パラメータの補正の手順を示す。誤差パラメータの補正は、動作プログラム生成工程（ステップＳ１）と、位置決め工程（ステップＳ２）と、感度値算出工程（ステップＳ３）と、補正対象選定工程（ステップＳ４）と、位置情報取得工程（ステップＳ５）と、パラメータ補正工程（ステップＳ６）と、評価工程（ステップＳ７）と、とを備える方法によって行われる。
　ステップＳ１の動作プログラム生成工程において、プログラム生成部４９は、ターゲットマーク３０の座標位置に基づいて、動作プログラムを生成する。
　ステップＳ２の位置決め工程において、指令値生成部４２は、プログラム生成部４９が生成した校正プログラムに従ってロボット１０を位置決めする指令値を生成する。
　ステップＳ３の感度値算出工程において、感度算出部４４は、指令値及び位置情報に基づいて全ての誤差パラメータについて、それぞれ感度値を算出する。
　ステップＳ４の補正対象選定工程において、対象選定部４５は、感度値が上位の誤差パラメータを補正対象として選定する。
　ステップＳ５の位置情報取得工程において、位置情報取得部４３は、ロボット１０の基準点の位置情報を取得、つまり基準点の３次元位置を測定する。
　ステップＳ６のパラメータ補正工程において、パラメータ補正部４６は、計算位置を実際位置に近付けるよう、補正対象選定工程で選定した誤差パラメータを補正、つまりパラメータ記憶部４１に記憶されている誤差パラメータの値を修正する。
　ステップＳ７の評価工程において、評価部４７は、現在パラメータ記憶部４１に記憶されている誤差パラメータを用いて指令値生成部４２が生成した指令値から算出されるロボット１０の基準点の計算位置と、位置情報取得部４３が取得した位置情報が示す基準点の実際位置とのずれが、所定の範囲内であるかどうかを確認する。計算位置と実際位置とのずれが所定の範囲内であれば、パラメータ記憶部４１に記憶されている誤差パラメータが適切であると考えられるので、この処理を終了する。計算位置と実際位置とのずれが所定の範囲内でなければ、ステップＳ２に戻って、校正プログラムの次の命令に従ってロボット１０を位置決めし、以降の工程を再度行う。このように、ステップＳ２からステップＳ６の工程を繰り返すことによって、新しい情報を取得して誤差パラメータの補正を重ねることで、誤差パラメータをより適切な値に修正し、ロボットの位置決め精度を徐々に向上できる。
　以上のように、ロボットシステム１は、ロボット１０の末端に取り付けられる計測装置２０と、ユーザ座標系において位置が特定されているターゲットマーク３０との相対位置を用いて誤差パラメータを補正するため、比較的簡単な構成でありながら、ロボット１０の基準点の位置を正確に算出可能とする誤差パラメータを容易に設定できる。
　ロボットシステム１は、プログラム生成部４９が誤差パラメータの補正に最適なロボット１０の姿勢を特定する動作プログラムを生成するので、効率よく誤差パラメータを補正できる。
　ロボット制御装置４０は、対象選定部４５が選定した感度値が少数の誤差パラメータだけを補正の対象とするため、比較的少ない数の位置情報によって比較的正確な誤差パラメータを得ることができる。つまり、ロボットシステム１は、比較的簡単にロボット１０の位置決め精度を向上できる。
　以上、本開示に係るロボットシステム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制御装置による効果は、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は、位置情報を取得する度に誤差パラメータを補正するのではなく、複数の位置情報に基づいて誤差パラメータを補正してもよい。
　本開示に係るロボットシステムは、補正対象の誤差パラメータを、感度値を用いずに予め設定される候補から選択してもよい。また、本開示に係るロボットシステムは、補正対象を限定せずに全ての誤差パラメータを未知変数として解析してもよい。
　本開示に係るロボットシステムは、ユーザが誤差パラメータの補正のための動作プログラムを与えるものであってもよく、評価部による評価を行わず、動作プログラムを終了するまで誤差パラメータの補正を行ってもよい。
　１　ロボットシステム
　１０　ロボット
　１１　作業ヘッド
　２０　計測装置
　３０　ターゲットマーク
　４０　ロボット制御装置
　４１　パラメータ記憶部
　４２　指令値生成部
　４３　位置情報取得部
　４４　感度算出部
　４５　対象選定部
　４６　パラメータ補正部
　４７　評価部
　４８　重み決定部
　４９　プログラム生成部

Claims (7)

  1. 　複数の駆動軸を有するロボットと、
    　前記ロボットの末端に取り付けられる計測装置と、
    　前記ロボットの作業空間に固定されるターゲットマークと、
    　前記ロボットを制御するロボット制御装置と、
    を備え、
    　前記ロボット制御装置は、
    　前記ロボットの末端の基準点の位置を算出するために用いられる複数の誤差パラメータを記憶するパラメータ記憶部と、
    　前記誤差パラメータを考慮して、前記ロボットにそれぞれの前記駆動軸のあるべき位置又は速度を指示する指令値を生成する指令値生成部と、
    　前記計測装置により測定された前記ターゲットマークの前記計測装置に対する相対位置と、前記ターゲットマークの前記ロボットの動作を指定するユーザ座標系における座標位置と、に基づいて、前記基準点の位置情報を取得する位置情報取得部と、
    　前記指令値及び前記位置情報に基づいて前記誤差パラメータを補正するパラメータ補正部と、
    を有する、ロボットシステム。
  2. 　分散して配設される複数の前記ターゲットマークを備える、請求項１に記載のロボットシステム。
  3. 　前記ターゲットマークは、前記計測装置がその向きを認識可能な形状又は模様を有する、請求項１又は２に記載のロボットシステム。
  4. 　前記ロボット制御装置は、前記計測装置によって前記ターゲットマークを複数の方向から測定できるよう前記ロボットの姿勢を定める複数の動作プログラムを生成するプログラム生成部をさらに有する、請求項１から３のいずれかに記載のロボットシステム。
  5. 　前記ロボット制御装置は、
    　前記誤差パラメータごとに、その変化量に対する前記基準点の計算上の位置の変化量の大きさを表す感度値を算出する感度算出部と、
    　前記感度値に基づいて、補正対象とする前記誤差パラメータを選定する対象選定部と、
    　前記補正対象以外の前記誤差パラメータが前記基準点の位置に影響しないものとして、前記ロボットに対する指令値及び前記位置情報に基づいて前記補正対象の前記誤差パラメータを補正するパラメータ補正部と、
    を備える、請求項１から４のいずれかに記載のロボットシステム。
  6. 　前記ロボット制御装置は、前記ロボットに対して行われた保守作業の内容に応じて、前記感度値の重みを決定する重み決定部をさらに備える、請求項５に記載のロボットシステム。
  7. 　前記ロボット制御装置は、前記誤差パラメータを用いて計算される前記基準点の位置と前記位置情報が示す前記基準点の位置とのずれが所定範囲内であるか否かを判定する評価部をさらに備える、請求項１から６のいずれかに記載のロボットシステム。
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