[发明专利]机器人机构的校准装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及产业用的多关节机器人机构参数的校准装置及校准方法，特别涉及自动生成在校准的测量中使用的机器人的位置以及姿势(有时也称做位置姿势)的装置以及方法。

背景技术

为实现机器人的高定位精度，公知测定机器人的输入位移和输出位移的关系，根据其测定结果推定机器人的机构参数的最优值进行补正的方法。这样的补正方法一般称为校准。众所周知，校准的精度依赖于测量精度以及机构的误差模型，同时也大大受测量中使用的机器人的位置以及姿势的影响。

关于校准中使用的机器人的位置以及姿势的选定以及评价的研究，在学术级上已有很多。例如在日本机械学会论文集(C编)69卷682号(2003-6)、pp.1691-1698中，说明了测量中使用的选定方法以及评价中使用的评价值。另外在特开2005-201824号公报中公开了一种测量装置，它在使用在机器人的臂尖端部上安装的摄像机、PSD等光接收装置测量要测定的目标时，不需要如传统那样使用专用的校准用板的校准，能够用简便的方法求从摄像机朝向目标的视线。该测量装置，通过以用在机器人的臂尖端周围装备的光接收设备(典型的是摄像机)的光接收面捕捉来自目标的光、使其在规定位置(例如摄像机图像中心)映射那样地移动机器人来取得机器人位置的功能为基础，通过与使光接收设备取各种姿势来移动机器人组合，能够求机器人和摄像机的视线的关系。然后，如果能够一旦求得该关系，如果能够从两方向用光接收设备捕捉目标，则通过立体测量原理能够取得目标的三维位置。

尽管如上述在学术级上的关于校准的研究很多，但是在现场中，在进行关于校准的测量时使用的机器人位置，还在使用根据经验规律得到的、均分机器人的动作区域所决定的或者根据和均分等价的概率分布所决定的位置。作为一例，本申请的申请人，如在特开2005-201824号公报或者申请的特愿2006-183375号说明书中记载的那样，开发了使用包含摄像机等非接触式光接收设备的测量装置的校准方法。

关于上述那样的校准方法，希望其完全自动化，即也自动生成用于测量的机器人的位置以及姿势。这里，机器人的位置以及姿势需要满足以下两个条件。即该位置及姿势是机器人能够到达的位置及姿势、和通过根据该位置及姿势中的测量结果的校准必须提高机器人的定位精度。

现场中关于校准的最大的问题之一是，只要在未结束校准中的测量、补正及其验证这样的一系列作业，就不能判断选定的机器人的位置及姿势是否适当。特别是，在基于经验的机器人的位置姿势在某现场不可能实现、使与该现场环境一致变更机器人的位置姿势的场合，在得到验证结果前不能预测校准的结果。因此在机器人的定位精度变差的场合，需要再测量或变更机器人的位置姿势后进行测量，再次进行精度的验证。

另一方面，在学术级的校准中如在日本机械学会论文集(C编)69卷682号(2003-6)、pp.1691-1698等中记载的那样，关于测量用的机器人的位置姿势的事前评价及关于其选定的研究获得了长足发展。但是，适合现场的实用化的东西却很少。作为其理由，可以举出离线选定的机器人的位置姿势不一定在现场中能够经常实现。在实际的机器人使用现场，由于周边机械、机床、安全栅或者柱等干涉物的存在机器人的动作范围大受限制的场合很多，需要考虑这些限制来决定机器人的位置姿势。

但是，加进和这些干涉物的干涉来使机器人的动作范围公式化是需要非常多的人工时间的作业。另外，即使能够实现定式化，因为在三维空间内机器人能够取得的位置以及姿势的组合达到庞大的数，其研究非常费时。

例如，即使是机器人的位置参数以及姿势角参数各有三个、各参数包含三个数值这样非常简单的场合，机器人的位置姿势的数成为729种，在假定从中选定3个的场合，必须研究超过6千万的组合。在日本机械学会论文集(C编)69卷682号(2003-6)、pp.1691-1698中，为缩短该研究时间采用探索的方法。但是在探索的方法中，存在当细分机器人的动作范围时探索时间会变长、反之分割粗的话探索结果从最优值偏离的可能性增高这样的，包含折衷的关系的问题。

另一方面，在校准中的测量中使用的测量装置一般多为外附类型，所以一定存在安装误差。取决于该误差的大小，在离线生成的机器人的位置姿势中，目标不一定进入测量装置的可测量范围内，这也妨碍机器人的位置姿势的自动生成算法的实用化。

发明内容

因此本发明的目的是提供用于解决上述课题的校准装置。