作业机器人的目的位置校正方法与流程

本说明书针对作业机器人的目的位置校正方法进行公开。

背景技术：

以往，作为作业机器人，提出有通过对目标点应用dh参数而进行坐标转换来控制机器人的动作的机器人(例如参照专利文献1)。dh参数的设定如以下那样进行。即，机器人的控制装置将机器人的动作空间分割为多个区域，对应每个分割出的区域设定测定点。接下来，控制装置使机器人向测定点移动而获取三维的位置数据。而且，控制装置根据获取到的位置数据与测定点之间的误差来导出dh参数。控制装置在基于目标点控制机器人的动作时，选择对应多个区域中的每个区域导出的dh参数中的目标点所属的区域的dh参数，对目标点应用选择出的dh参数进行坐标转换。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-148850号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

但是，在上述的作业机器人中，有时即便使坐标转换所使用的dh参数最优化，也无法确保充分的作业精度。因此，期望更加提高作业机器人的作业精度。

本公开的主要目的在于使作业机器人向三维矩阵的动作空间中指定的目的位置高精度地定位。

用于解决课题的技术方案

本公开提供一种作业机器人的目的位置校正方法，在将左右方向设为x轴、将前后方向设为y轴、将上下方向设为z轴时，通过将矩阵平面沿z方向每隔预定间隔进行堆叠而构建三维矩阵，对上述三维矩阵的动作空间中指定的作业机器人的目的位置进行校正，上述矩阵平面通过将与xy平面平行且具有基准点的四方形的区域在xy方向上相连而构成，将包含隔开上述预定间隔地配置的上下一对上述区域在内的长方体空间称为区块，将在上述三维矩阵的动作空间中指定出上述目的位置时的包含上述目的位置的区块称为特定区块，上述作业机器人的目的位置校正方法包括以下步骤：(a)将与上述特定区块相接的两个区块设定为第一区块及第二区块；及(b)基于上述特定区块的上区域及下区域各自的基准点和相对于上述基准点的上述作业机器人的测定偏差量、上述第一区块的上区域及下区域各自的基准点和相对于上述基准点的上述作业机器人的测定偏差量及上述第二区块的上区域及下区域各自的基准点和相对于上述基准点的上述作业机器人的测定偏差量，来校正上述目的位置。

在该目的位置校正方法中，将与包含目的位置的特定区块相接的两个区块设定为第一区块及第二区块。而且，基于特定区块的上区域及下区域各自的基准点和相对于该基准点的作业机器人的测定偏差量、第一区块的上区域及下区域各自的基准点和相对于该基准点的作业机器人的测定偏差量及第二区块的上区域及下区域各自的基准点和相对于该基准点的作业机器人的测定偏差量，来校正目的位置。这样，不仅利用相对于特定区块的基准点的测定偏差量，还利用相对于与特定区块相接的两个区块的基准点的测定偏差量来校正目的位置。因此，能够使作业机器人向三维矩阵的动作空间中指定出的目的位置高精度地定位。

附图说明

图1是表示机器人系统10的结构的概略的结构图。

图2是三维矩阵25的说明图。

图3是表示机器人20和控制装置70的电连接关系的框图。

图4是校正前处理程序的流程图。

图5是表示基准点r和测定点m的关系的说明图。

图6是目的位置校正程序的流程图。

图7a是目的位置t处于左前方分区a1时的特定区块bs的俯视图。

图7b是目的位置t处于左前方分区a1时的第一及第二区块b1、b2的说明图。

图8a是目的位置t处于右前方分区a2时的特定区块bs的俯视图。

图8b是目的位置t处于右前方分区a2时的第一及第二区块b1、b2的说明图。

图9a是目的位置t处于左后方分区a3时的特定区块bs的俯视图。

图9b是目的位置t处于左后方分区a3时的第一及第二区块b1、b2的说明图。

图10a是目的位置t处于右后方分区a4时的特定区块bs的俯视图。

图10b是目的位置t处于右后方分区a4时的第一及第二区块b1、b2的说明图。

图11是求解特定区块bs的假想投影点hp时的说明图。

图12是校正量δxt、δyt的计算方法的说明图。

图13是特定区块bs的假想测定点hm的求解方法的说明图。

图14是图13的a视图。

图15是包含假想测定点hms、hm1、hm2的倾斜面的说明图。

具体实施方式

接下来，参照附图对用于实施本公开的形式进行说明。

图1是表示机器人系统10的结构的概略的结构图。图2是三维矩阵25的说明图。图3是表示机器人20与控制装置70的电连接关系的框图。此外，在图1、图2中，左右方向是x轴方向，前后方向是y轴方向，上下方向是z轴方向。

机器人系统10具备机器人20和控制机器人20的控制装置70。机器人系统10作为拾取工件并将拾取到的工件放置于对象物的系统而构成。在本实施方式中，机器人系统10只要是使用机器人20对工件进行作业的系统，则也能够适用于任何系统。例如，机器人系统10能够在通过机器人20拾取元件而安装在基板上的元件安装系统中适用。

机器人20具备5轴垂直多关节臂(以下称为臂)22和机器人20的指尖即未图示的末端执行器23。臂22具备六个连杆(第一～第六连杆31～36)和以能够旋转或者回旋的方式连结各连杆的五个关节(第一～第五关节41～45)。各关节(第一～第五关节41～45)具备驱动对应的关节的马达(第一～第五马达51～55，参照图3)和检测对应的马达的旋转角度的编码器(第一～第五编码器61～65，参照图3)。在本实施方式中，马达是伺服马达，编码器是旋转式编码器。末端执行器23安装于臂22的前端连杆(第六连杆36)，能够保持元件(工件)并能够将该保持解除。末端执行器23例如能够使用机械夹盘、吸嘴、电磁铁等。

此处，参照图2对机器人20的动作空间进行说明。三维矩阵25是机器人20的动作空间。若在三维矩阵25内设定目的位置，则机器人20的末端执行器23的前端通过控制装置70而向该目的位置移动，这点后面将详述。三维矩阵25通过将矩阵平面p沿z方向每隔预定间隔进行堆叠来构建。将从三维矩阵25的下方起的第n个矩阵平面p称为矩阵平面pn(n为自然数)。另外，将矩阵平面pn的高度即z坐标表示为zn。矩阵平面p由与xy平面平行且中心具有基准点r的矩形的区域a沿xy方向相连多个而成。基准点r设定在世界坐标(绝对坐标)上。所有基准点r的坐标预先保存于hdd73。在本实施方式中，将包含隔开预定间隔地配置的上下一对区域a在内的长方体空间称为区块b。

如图3所示，控制装置70作为以cpu71为中心的微处理器而构成，除了具备cpu71之外，还具备rom72、hdd73、ram74、驱动电路75等。驱动电路75是用于驱动第一～第五马达51～55的电路。信号从第一～第五编码器61～65、输入装置76等向控制装置70输入。信号从控制装置70向输出装置77、第一～第五马达51～55输出。此外，输入装置76是操作人员进行输入操作的输入设备。另外，输出装置77是用于显示各种信息的显示设备。

接下来，对机器人系统10的动作进行说明。图6是目的位置校正程序的流程图。在执行该目的位置校正程序之前，机器人系统10执行校正前处理程序，因此首先对该校正前处理程序进行说明，其后对目的位置校正程序进行说明。图4是校正前处理程序的流程图。

控制装置70的cpu71若开始校正前处理程序，则读出一个基准点r的坐标(s100)，以使机器人20的末端执行器23的前端与该坐标一致的方式控制机器人20(s110)。接下来，cpu71对此时的实际的末端执行器23的前端的世界坐标上的停止位置进行识别(s120)，将该停止位置作为测定点m而与这次的基准点r相对应地存储于hdd73(s130)。而且，cpu71对校正前处理程序是否完成、即对是否将测定点m与所有基准点r相对应地存储进行判定(s140)。若判定结果为否定的，则cpu71返回s100，针对下一个基准点r执行相同的处理。另一方面，若判定结果为肯定的，则cpu71结束该校正前处理程序。

此处，参照图5对基准点r和测定点m之间的关系的一个例子进行说明。图5是表示高度z1的区域a和高度z2的区域a上下一对而构成的区块b的基准点r和测定点m之间的关系的说明图。相对于高度z1的区域a的基准点r为(xr，yr，z1)，测定点m为(xr1，yr1，zr1)，相对于高度z2的区域a的基准点r为(xr，yr，z2)，测定点m为(xr2，yr2，zr2)。

接下来，参照图6对目的位置校正程序进行说明。目的位置校正程序是为了在目的位置t使末端执行器23的前端高精度地定位而对输入至机器人20的目的位置t进行校正的程序。

cpu71若开始目的位置校正程序，则首先读出这次的目的位置t的坐标(xt，yt，zt)(s200)。目的位置t的坐标(xt，yt，zt)预先通过操作人员经由输入装置76而输入至机器人20，存储于hdd73。接下来，cpu71设定特定区块bs(s210)。具体而言，在世界坐标中将包含目的位置t的区块b设定为特定区块bs。

接下来，cpu71设定第一及第二区块b1、b2(s220)。此处，cpu71从与特定区块bs相接的区块b中设定第一及第二区块b1、b2。具体而言，如图7a所示，特定区块bs被四等分为左前方分区a1、右前方分区a2、左后方分区a3及右后方分区a4。cpu71对目的位置t包含于哪个分区进行识别，将与识别出的分区的两个外表面分别相接的区块设定为第一及第二区块b1、b2。例如，在图7a中，目的位置t包含于左前方分区a1。在这种情况下，如图7b那样，与特定区块bs的前后左右的各面相接的四个区块中的与左前方分区a1的两个外表面(参照图7a的粗线)相接的左区块及前区块设定为第一及第二区块b1、b2。另外，在图8a中，目的位置t包含于右前方分区a2。在这种情况下，如图8b那样，与右前方分区a2的两个外表面(参照图8a的粗线)相接的右区块及前区块设定为第一及第二区块b1、b2。另外，在图9a中，目的位置t包含于左后方分区a3。在这种情况下，如图9b那样，与左后方分区a3的两个外表面(参照图9a的粗线)相接的左区块及后区块设定为第一及第二区块b1、b2。另外，在图10a中，目的位置t包含于右后方分区a4。在这种情况下，如图10b那样，与右后方分区a4的两个外表面(参照图10a的粗线)相接的右区块及后区块设定为第一及第二区块b1、b2。

接下来，cpu71对目的位置t的x、y方向的校正量δxt、δyt进行计算(s230)。此处，cpu71以不考虑目的位置t的z方向的偏差量的方式对目的位置t的x、y方向的校正量δxt、δyt进行计算。

具体而言，cpu71首先针对特定区块bs、第一及第二区块b1、b2分别求解目的位置高度zt的xy平面中的假想投影点hp。作为一个例子，参照图11对特定区块bs的假想投影点hp的求解方法进行说明。特定区块bs包含上下一对区域a。下方的区域a的高度为z1，上方的区域a的高度为z2。下方的区域a的基准点r(xs，ys，z1)的测定点m(xs1，ys1，zs1)处于从该基准点r偏离了测定偏差量的位置。将使该测定点m(xs1，ys1，zs1)投影于下方的区域a的点(xs1，ys1，z1)称为下方投影点lp。下方投影点lp能够指不考虑z方向的偏差量的测定点。另一方面，上方的区域a的基准点r(xs，ys，z2)的测定点m(xs2，ys2，zs2)处于从该基准点r偏离了测定偏差量的位置。将使该测定点m(xs2，ys2，zs2)投影于上方的区域a的点(xs2，ys2，z2)称为上方投影点up。上方投影点up能够指不考虑z方向的偏差量的测定点。而且，在数学上求解连结下方投影点lp和上方投影点up而成的直线与目的位置高度zt的xy平面(图11中以阴影示出的平面)相交的交点。该交点是特定区块bs中的高度zt的xy平面上的假想投影点hp(xst，yst，zt)。假想投影点hp(xst，yst，zt)能够指将高度zt的xy平面的假想基准点hr(xs，ys，zt)的未图示的假想测定点hm(xst，yst，zst)投影于高度zt的xy平面的点。第一及第二区块b1、b2的假想投影点hp也相同地求解。

接着，基于连结特定区块bs的假想投影点hp(称为hps)和第一区块b1的假想投影点hp(称为hp1)而成的直线及连结特定区块bs的假想投影点hps和第二区块b2的假想投影点hp(称为hp2)而成的直线，计算目的位置t的x、y方向的校正量δxt、δyt。此外，以下，将特定区块bs、第一区块b1及第二区块b2的假想基准点hr分别称为hrs、hr1、hr2。假想基准点hrs、hr1、hr2、假想投影点hps、hp1、hp2的坐标如已经叙述的那样确定。

参照图12对校正量δxt、δyt的计算方法进行说明。校正量δxt如以下那样求解。首先，根据连结两个假想投影点hps、hp1而成的直线的方程式(x和y的方程式)和作为目的位置t的y坐标的yt，求出y坐标为yt时的x坐标。而且，求解该x坐标与特定区块bs的基准点rs的x坐标(＝xs)的差值δxt’。接下来，求解连结以下两点而成的直线的方程式。一点是横轴为假想基准点hrs的x坐标(＝xs)、纵轴为假想投影点hps的x坐标与假想基准点hrs的x坐标的差值的点。另一点是横轴为假想基准点hr2的x坐标、纵轴为假想投影点hp2的x坐标与假想基准点hr2的x坐标的差值的点。根据该方程式，求解横轴为目的位置t的x坐标(＝xt)时的纵轴的值(x方向的差值)。通过在将求解出的x方向的差值除以假想基准点hrs的x方向的差值而得到的值乘以差值δxt’，得到目的位置的x方向的校正量δxt。

校正量δyt也相同地求解。首先，根据连结两个假想投影点hps、hp2而成的直线的方程式(x和y的方程式)和作为目的位置t的x坐标的xt，求解x坐标为xt时的y坐标，求解该y坐标与特定区块bs的基准点rs的y坐标(＝ys)的差值δyt’。接下来，求解连结以下的两点而成的直线的方程式。一点是横轴为假想基准点hrs的y坐标(＝ys)、纵轴为假想投影点hps的y坐标与假想基准点hrs的y坐标的差值的点。另一点是横轴为假想基准点hr2的y坐标、纵轴为假想投影点hp2的y坐标与假想基准点hr2的y坐标的差值的点。根据该方程式，求出横轴为目的位置t的y坐标(＝yt)时的纵轴的值(y方向的差值)。通过在将求出的y方向的差值除以假想基准点hrs的y方向的差值而得到的值乘以差值δyt’，得到目的位置的y方向的校正量δyt。此外，图12中用虚线的“+”表示暂定校正后的目标位置ct。暂定校正后的目标位置ct是不考虑z方向的偏离而暂定求出的校正后的目标位置，为(xt-δxt，yt-δyt，zt)。

返回图6，在s230后，cpu71对目的位置t的z方向的校正量δzt进行计算(s240)。此处，cpu71求解与目的位置高度zt的xy平面对应的倾斜面，基于该倾斜面来计算校正后的目的位置的z方向的校正量δzt。

具体而言，cpu71首先针对特定区块bs、第一及第二区块b1、b2分别求出与目的位置高度zt的xy平面中的假想基准点hr对应的假想测定点hm。假想测定点hm是假设以末端执行器23的前端与假想基准点hr的坐标一致的方式控制机器人20的情况下的末端执行器23的前端的停止位置(预测值)。

作为一个例子，参照图13对特定区块bs的假想测定点hm的求解方法进行说明。此外，图13所示的点、位置与图11所示的点、位置相同。此处，将下方的区域a的测定点m(xs1，ys1，zs1)和上方的区域a的测定点m(xs2，ys2，zs2)连结。从空心箭头的方向(a视)观察该状态时的状况如图14所示。在使横轴为z坐标、使纵轴为z方向的偏差量的坐标中，求解连结z坐标为z1且偏差量为(zr1-z1)的点和z坐标为z2且偏差量为(zr2-z2)的点而成的直线的方程式。根据该方程式求解z坐标为zt时的偏差量即(zst-zt)。由此，能够求解假想测定点hm。第一及第二区块b1、b2的假想测定点hm也相同地求解。

接着，如图15所示，在数学上求解包含特定区块bs的假想测定点hm(称为hms)、第一区块b1的假想测定点hm(称为hm1)及第二区块b2的假想测定点hm(称为hm2)在内的倾斜面(也可以是水平面的情况)的方程式。而且，将之前的暂定校正后的目的位置ct(xt-δxt，yt-δyt，zt)的x及y的值代入到倾斜面的方程式，求解此时的z坐标的值，求解z方向的校正量δzt。

返回图6，在s240之后，cpu71计算最终的校正后的目的位置at(xt-δxt，yt-δyt，z-δzt)(s250)，结束本程序。作为其结果，当在机器人系统10输入有目的位置t的情况下，cpu71以使末端执行器23的前端与校正后的目的位置at一致的方式控制机器人20。由此，末端执行器23的前端与世界坐标上的目的位置t高精度地一致。

在以上说明的本实施方式中，不仅利用相对于特定区块bs的基准点r的测定偏差量(测定点m与基准点r的差值)，还利用相对于与特定区块bs相接的第一及第二区块b1、b2的基准点r的测定偏差量来校正目的位置t。因此，能够使末端执行器23的前端向三维矩阵25的动作空间中指定的目的位置t高精度地定位。

另外，将从特定区块bs的周围的四个区块中接近目的位置t的两个区块设定为第一及第二区块。因此，能够更适当地校正目的位置t。

而且，在本实施方式中，不考虑z方向的偏差量而求解目的位置t的x方向及y方向的校正量，其后，考虑z方向的偏差量而求解与目的位置高度zt的xy平面对应的倾斜面，基于该倾斜面来求解目的位置的z方向的校正量。因此，与一次求解xyz方向的校正量的情况相比，能够容易地求出各方向的校正量。

另外，在本实施方式中，基于连结特定区块bs的假想投影点hps和第一区块b1的假想投影点hp1而成的直线及连结特定区块bs的假想投影点hp和第二区块b2的假想投影点hp2而成的直线，求出目的位置t的x方向及y方向的校正量。因此，能够比较简单地求出目的位置t的x方向及y方向的校正量。

另外，在本实施方式中，分别针对特定区块bs、第一区块b1及第二区块b2，使用连结上方投影位置up和下方投影位置lp而成的直线及连结上方的测定点m和下方的测定点m而成的直线，求解目的位置高度zt的偏差量。而且，基于特定区块bs、第一区块b1及第二区块b2各自的目的位置高度zt的偏差量求解倾斜面。因此，能够比较简单地求解目的位置t的z方向的校正量。

此外，本公开未被上述的实施方式作任何限定，只要属于本公开的技术范围则能够以各种方式实施是不言而喻的。

例如，在上述的实施方式中，作为机器人20而例示出垂直多关节机器人，但不特别限定于此。例如，作为机器人20，也可以采用直角坐标机器人、水平多关节机器人、并联连杆机器人等。其中，在作为机器人20而使用垂直多关节机器人的情况下采用本公开的目的位置校正方法较为适用。

在上述的实施方式中，将从与特定区块bs的前后左右的各面相接的四个区块中的两个区块设定为第一及第二区块，但不特别限定于此。例如，也可以将与特定区块bs的上下前后的各面相接的四个区块中的两个区块设定为第一及第二区块。或者，也可以将与特定区块bs的上下左右的各面相接的四个区块中的两个区块设定为第一及第二区块。在这些情况下，优选将特定区块bs的周围的四个区块中的接近目的位置t的两个区块设定为第一及第二区块。

在上述的实施方式中，将从与特定区块bs相接的四个区块中接近目的位置t的两个区块设定为第一及第二区块，但在与特定区块bs相接的区块为两个或者三个的情况下，也可以不依赖于该方法而设定第一及第二区块。例如，在如特定区块bs位于三维矩阵25的角部的情况下那样与特定区块bs相接的区块只有两个的情况下，将该两个区块设定为第一及第二区块即可。

本公开的作业机器人的目的位置校正方法也可以如以下那样构成。

在本公开的作业机器人的目的位置校正方法中，也可以是，在上述步骤(a)中，在上述特定区块的前后左右的各面相接有前区块、后区块、左区块及右区块，基于上述目的位置而从上述前区块、上述后区块、上述左区块及上述右区块中的两个区块选择上述第一区块及第二区块。在这种情况下，也可以是，在上述步骤(a)中，将上述特定区块四等分而生成左前方分区、右前方分区、左后方分区及右后方分区，从该四个分区中选择包含上述目的位置的分区，将与选择出的分区的两个外表面分别相接的区块设定为第一及第二区块。这样，将从特定区块的周围的四个区块中接近目的位置的两个区块设定为第一区块及第二区块。因此，能够更适当地校正目的位置。

在本公开的作业机器人的目的位置校正方法中，也可以是，在上述步骤(b)中，首先，不考虑z方向的偏差量而求解上述目的位置的x方向及y方向的校正量，其后，考虑z方向的偏差量而求解与包含上述目的位置的z坐标在内的xy平面对应的倾斜面(也包括水平面的情况)，基于上述倾斜面来求解上述目的位置的z方向的校正量。这样，与一次求解xyz方向的校正量的情况相比，能够容易地求解各方向的校正量。

也可以是，在上述步骤(b)中，不考虑z方向的偏差量而求解上述目的位置的x方向及y方向的校正量时，分别针对上述特定区块、上述第一区块及上述第二区块，来求解连结上方投影位置和下方投影位置而成的直线与包含上述目的位置的z坐标在内的xy平面相交的交点，基于连结上述特定区块的上述交点和上述第一区块的上述交点而成的直线及连结上述特定区块的上述交点和上述第二区块的上述交点而成的直线，来求解上述目的位置的x方向及y方向的校正量，其中上述上方投影位置是将从上述上区域的上述基准点偏离了上述测定偏差量的位置投影于上述上区域而得到的位置，上述下方投影位置是将从上述下区域的上述基准点偏离了上述测定偏差量的位置投影于上述下区域而得到的位置。这样，能够比较简单地求解目的位置的x方向及y方向的校正量。

另外，也可以是，在上述步骤(b)中，对考虑z方向的偏差量而求解上述目的位置的z方向的校正量时的上述倾斜面进行求解时，分别针对上述特定区块、上述第一区块及上述第二区块，使用连结上述上方投影位置和上述下方投影位置而成的直线及连结从上述上区域的上述基准点偏离了上述测定偏差量的位置和从上述下区域的上述基准点偏离了上述测定偏差量的位置而成的直线，来求解上述目的位置的z坐标中的偏差量，基于上述特定区块、上述第一区块及上述第二区块各自的上述目的位置的z坐标中的偏差量来求解上述倾斜面。这样，能够比较简单地求解目的位置的z方向的校正量。

工业实用性

本公开能够在进行利用了作业机器人的元件的组装作业的机械工业等中利用。

附图标记说明

10...机器人系统20...机器人22...臂23...末端执行器25...三维矩阵31～36...第一～第六连杆41～45...第一～第五关节51～55...第一～第五马达61～65...第一～第五编码器70...控制装置71...cpu72...rom73...hdd74...ram75...驱动电路76...输入装置77...输出装置a...区域a1...左前方分区a2...右前方分区a3...左后方分区a4...右后方分区at...校正后的目标位置b...区块b1...第一区块b2...第二区块bs...特定区块ct...暂定校正后的目标位置hm...假想测定点hp...假想投影点hr...假想基准点lp...下方投影点m...测定点r...基准点t...目标位置up...上方投影点