JP2010162635A - Method for correcting position and attitude of self-advancing robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は自走式ロボットに関し、特に、ロボットアームを搭載し所定の場所を走行しつつ繰返し作業を行う自走式ロボットの位置および姿勢の補正方法に関する。 The present invention relates to a self-propelled robot, and more particularly, to a method for correcting the position and orientation of a self-propelled robot that is equipped with a robot arm and performs repeated work while traveling in a predetermined place.
路面上を自由に走行可能な自走部上にロボットアームを搭載した自走式ロボットは、路面や天井に配置したレール上を移動するロボットよりも生産システムのレイアウトの変更に対する柔軟性に富む点で優れている。このため、自走式ロボットは、部品のロード・アンロードなどの作業に適しており、また、それ以外にも、生産現場において部品の搬送を伴う種々の作業への適用が期待されている。 A self-propelled robot equipped with a robot arm on a self-propelled section that can run freely on the road surface is more flexible in changing the layout of the production system than a robot moving on a rail placed on the road surface or ceiling Is excellent. For this reason, the self-propelled robot is suitable for operations such as loading / unloading of parts, and other than that, it is expected to be applied to various operations involving the conveyance of parts at production sites.
一方、自走式ロボットでは、走行機構の構造により程度の違いはあるものの、走行路面に対してロボットが滑り、理論的な移動位置に対して実際の移動位置にずれを生じやすい。このため、このようなずれに対する対処技術として様々な手法が提案されている。 On the other hand, in a self-propelled robot, although the degree varies depending on the structure of the traveling mechanism, the robot slips with respect to the traveling road surface, and the actual moving position is likely to be shifted from the theoretical moving position. For this reason, various methods have been proposed as a technique for dealing with such a deviation.
特許文献1では、所定箇所に記録されたマークをロボットアームに取り付けた画像検出手段で検出し、実作業時に検出したマーク位置と教示時に検出したマーク位置とのずれからロボットの実位置を補正する位置補正方法が提案されている。同文献の技術では、補正された実位置に基づいてロボットアームの動作を制御することによって、ロボットアームによる操作点が正確な位置となるようにしている。
In
また、特許文献2では、所定位置に設けられた較正マークを撮影し、較正マークが撮影画像における所定位置、所定形状および所定サイズに対して所定のずれ量の範囲内に入るようにロボットアームを粗位置決めしている。そして、再び撮影した撮影画像から検出した較正マークの所定位置、所定形状および所定サイズからのずれ量からより精度の高い位置および姿勢の較正量を求めている。この較正量によって、ロボットアームの教示データを三次元的に較正している。
Further, in
また、特許文献3でも、所定位置に設けられたマークをロボットアームに取り付けられた画像入力手段によって撮影している。そして、自走式ロボットの位置・姿勢のずれにより、マークが撮影画像内に入りきらずに一部欠けていた場合、マークの全体が撮影画像内に入るようにロボットアームを移動させている。そして、その状態で撮影したマークの画像と教示時の補正マークの撮影画像を比較して、ロボットアームの位置補正を行っている。
Also in
その他、自走式ロボットの走行によって生じるずれに対する対処方法としては、走行路面にガイドラインを設置し、このガイドラインに磁気的手法や光学的手法により追従するように自走式ロボットを走行させる方法が考案されている。また、走行領域内で有効なGPS装置により現在位置を検出して位置・姿勢を補正しながら走行させる方法、走行領域付近の建屋の側壁などとの距離を検出して一定の距離を維持するように走行を制御する方法などが考案されている。 In addition, as a method of dealing with the deviation caused by the traveling of the self-propelled robot, a method of setting a guideline on the traveling road surface and driving the self-propelled robot so as to follow this guideline by a magnetic method or an optical method is devised. Has been. In addition, the current position is detected by a GPS device that is effective in the traveling area and the vehicle is traveling while correcting the position and posture, and the distance from the side wall of the building near the traveling area is detected to maintain a constant distance. A method for controlling the running is devised.
特許文献1,2に開示された手法では、自走式ロボット全体の位置・姿勢の誤差が小さければ問題はないが、誤差が大きくなった場合には、マークが撮影範囲から外れ、補正が困難となることが考えられる。特許文献3に開示された手法では、マークの一部が撮影範囲から外れた場合でも対応可能としているが、やはり、マークがある程度は撮影範囲内にある必要があり、誤差が大きくなると対応は困難になると考えられる。また、特許文献1〜3に開示された手法では、所定箇所のマークの撮影結果から算出した自走式ロボット全体の位置・姿勢の誤差をロボットアーム部の動作のみによって補正しているため、補正可能な誤差の範囲は、ロボットアーム部の動作可能範囲に限られる。
In the methods disclosed in
自走式ロボット全体の位置および姿勢の誤差については、特に、走行動作が繰返されることによって、ずれが蓄積され、誤差が大きくなっていくことが考えられる。したがって、特に、多数回の繰返し走行が必要な用途では、自走式ロボットの走行に伴う滑りなどに起因するずれに対してさらに改善された対処方法が望まれる。 Regarding errors in the position and posture of the entire self-propelled robot, it is conceivable that deviations are accumulated and errors are increased particularly when the traveling operation is repeated. Therefore, particularly in applications that require a large number of repeated travels, a further improved coping method is desired for deviations caused by slips and the like associated with travel of a self-propelled robot.
また、磁気的手法や光学的手法により、走行路面に設置されたガイドラインに追従させて自走式ロボットを走行させる方法では、自走式ロボットの走行経路にわたってガイドラインを設置する必要がある。そのため、ガイドラインの設置に時間を要し、生産システムのレイアウトの変更に伴う自走式ロボットの走行経路の変更に柔軟に対応することが困難である。 Further, in a method of running a self-propelled robot by following a guideline installed on a traveling road surface by a magnetic technique or an optical technique, it is necessary to install a guideline along the traveling route of the self-propelled robot. Therefore, it takes time to install the guideline, and it is difficult to flexibly cope with the change in the travel route of the self-propelled robot accompanying the change in the layout of the production system.
また、走行領域内で有効なGPS装置を用いる方法では、位置および姿勢の検出精度があまり高くない。また、設備費用が高価となりがちである。 In addition, in the method using a GPS device that is effective in the traveling area, the position and orientation detection accuracy is not so high. Also, the equipment cost tends to be expensive.
また、走行領域付近の側壁などとの距離を検出して走行を制御する方法では、例えば、検出対象とする側壁と自走式ロボットの間に障害物が置かれた場合、側壁の検出が妨げられて制御が困難となる。このため、自走式ロボットの走行領域周辺で生産システムのレイアウトを容易に変更できないという困難がある。 In addition, in the method of controlling travel by detecting the distance to the side wall near the travel region, for example, when an obstacle is placed between the target side wall and the self-propelled robot, detection of the side wall is hindered. Control becomes difficult. For this reason, there is a difficulty that the layout of the production system cannot be easily changed around the traveling area of the self-propelled robot.
そこで、本発明は、上記に鑑み、ロボットアームを搭載した自走式ロボットにおいて、走行に伴う滑りなどによる誤差に対処して、ロボットアームの確実な位置および姿勢の補正が可能な自走式ロボットの位置および姿勢の補正方法を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above, the present invention provides a self-propelled robot capable of correcting the position and orientation of the robot arm reliably in a self-propelled robot equipped with a robot arm by dealing with errors due to slipping and the like accompanying traveling. It is an object of the present invention to provide a method for correcting the position and orientation of the camera.
上述の目的を達成するため、本発明による自走式ロボットの位置および姿勢の補正方法は、自走可能な走行部と、走行部に搭載されたロボットアーム部とを有する自走式ロボットの位置および姿勢の補正方法であって、走行経路上の所定の位置で、走行部の設定された位置および姿勢からの誤差を第1の誤差として検出し、第1の誤差を補正するように走行部の動作を制御する工程と、ロボットアーム部が作業対象物に対して作業を行う走行経路上の所定の作業位置で、ロボットアーム部の設定された位置および姿勢からの誤差を第2の誤差として検出し、第2の誤差を補正するようにロボットアーム部の動作を制御する工程とを有することを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, the position and orientation correction method for a self-propelled robot according to the present invention is a position of a self-propelled robot having a self-propelled traveling unit and a robot arm unit mounted on the traveling unit. And a correction method for the posture, wherein an error from a set position and posture of the travel unit is detected as a first error at a predetermined position on the travel route, and the travel unit is corrected so as to correct the first error. And the error from the set position and posture of the robot arm unit as a second error at a predetermined work position on the travel route where the robot arm unit performs the work on the work target. And a step of controlling the operation of the robot arm unit so as to correct the second error.
このように、本発明では、滑りによって誤差の生じやすい走行部の位置および姿勢に対して、その誤差をロボットアーム部の動作によって補正するだけでなく、走行部自体の動作によって補正する。それによって、ロボットアーム部のみの動作によって補正を行おうとした場合のように補正が困難となるのを抑制し、適切な動作制御が可能となる。 As described above, according to the present invention, the error and the position of the traveling unit that are likely to cause an error due to slip are corrected not only by the operation of the robot arm unit but also by the operation of the traveling unit itself. As a result, it becomes possible to prevent the correction from becoming difficult as in the case where the correction is performed by the operation of only the robot arm unit, and to perform appropriate operation control.
この際、走行経路全体にわたって動作誘導を行うのとは異なり、1ヶ所または数ヵ所の所定の位置で誤差の検出を行うので、生産システムのレイアウト変更への対応も容易であり、補正のために必要な構成要素も少なくて済む。 At this time, unlike the operation guidance over the entire travel route, the error is detected at one or several predetermined positions, so it is easy to cope with the layout change of the production system. Fewer components are required.
また、作業位置で、ロボットアーム部の位置および姿勢の誤差の補正を行うことによって高精度の作業が行われることが保証される。特に、上述のように走行経路上の所定の位置で検出された誤差を補正しても、その位置から作業位置に走行する際にも、走行位置および姿勢には、原理的に誤差が生じるので、その誤差も、作業位置でのロボットアーム部の誤差補正によって補償することができる。この際、本発明では、走行位置および姿勢の誤差が、走行部の動作によって補正されるので、ロボットアーム部の位置が、走行位置および姿勢の誤差のために大きくずれるのが抑制され、そのため、ロボットアーム部の位置および姿勢の誤差を適切に検出することができ、適切に補正を行うことができることが保証される。 In addition, by correcting the position and orientation errors of the robot arm unit at the work position, it is guaranteed that highly accurate work is performed. In particular, even if the error detected at a predetermined position on the travel route is corrected as described above, even when traveling from that position to the work position, in principle, an error occurs in the travel position and posture. The error can also be compensated by correcting the error of the robot arm unit at the work position. At this time, in the present invention, since the error of the travel position and posture is corrected by the operation of the travel unit, the position of the robot arm unit is suppressed from being largely shifted due to the error of the travel position and posture. It is ensured that errors in the position and orientation of the robot arm can be detected appropriately and correction can be performed appropriately.
本発明において、第1の誤差の検出は、自走式ロボットに搭載された第1の検出機器により走行経路の周辺に位置する所定の対象物を検出することによって行うことができる。あるいは、走行経路の周辺に配置された第1の検出機器により自走式ロボット上の所定の対象物を検出することによって、第1の誤差を検出してもよい。 In the present invention, the first error can be detected by detecting a predetermined object located around the travel route by the first detection device mounted on the self-propelled robot. Alternatively, the first error may be detected by detecting a predetermined object on the self-propelled robot with a first detection device arranged around the travel route.
第1の検出機器を自走式ロボットに搭載すれば、誤差の検出を互いに比較的大きく離れた複数の場所で行う必要がある場合でも、単一の検出機器で誤差の検出を行うことができる。一方、第1の検出機器を走行経路の周辺に配置すれば、1つの検出機器を複数の自走式ロボットの誤差を検出するのに共用することができる。 If the first detection device is mounted on a self-propelled robot, error detection can be performed with a single detection device even when error detection needs to be performed at a plurality of locations relatively far apart from each other. . On the other hand, if the first detection device is arranged around the travel route, one detection device can be shared to detect errors of a plurality of self-propelled robots.
第1の検出機器を走行経路の周辺に配置する場合、第1の検出機器による検出情報を無線通信で自走式ロボットへ伝達するのが好ましい。それによって、自走式ロボットは、自身の自走部の位置および姿勢の誤差を即時に認識することができ、迅速かつ適切な補正を行うことができる。 When the first detection device is arranged around the travel route, it is preferable to transmit detection information from the first detection device to the self-propelled robot by wireless communication. As a result, the self-propelled robot can immediately recognize an error in the position and orientation of its own self-propelled portion, and can perform quick and appropriate correction.
第1の検出機器としては、具体的には撮像装置を用い、画像認識によって位置および姿勢を検出するのが好ましい。画像認識を用いれば、比較的容易かつ迅速に位置および姿勢の検出を行うことができる。 Specifically, as the first detection device, it is preferable to use an imaging device and detect the position and orientation by image recognition. If image recognition is used, position and orientation can be detected relatively easily and quickly.
また、本発明において、第2の誤差の検出は、自走式ロボットに搭載された第2の検出機器により作業対象物を検出することによって行うのが好ましい。このように、作業位置での誤差の検出を自走式ロボットに搭載された検出機器により行うことによって、任意の作業位置で誤差の検出を行うことができる。したがって、複数の作業位置で作業を行う場合にも、単一の検出機器によって誤差を検出することができ、生産システムのレイアウト変更にも対処しやすい。第2の検出機器についても撮像装置を好適に用いることができる。 In the present invention, it is preferable to detect the second error by detecting a work object with a second detection device mounted on the self-propelled robot. As described above, by detecting the error at the work position by the detection device mounted on the self-propelled robot, the error can be detected at an arbitrary work position. Therefore, even when working at a plurality of work positions, an error can be detected by a single detection device, and it is easy to cope with a layout change of the production system. An imaging device can also be suitably used for the second detection device.
本発明では、第1の誤差の検出と第2の誤差の検出に共通の検出機器を用いることができる。それによって、必要な検出機器の数を減らし、コストの軽減を図ることができる。 In the present invention, a common detection device can be used for detection of the first error and detection of the second error. Thereby, the number of necessary detection devices can be reduced and the cost can be reduced.
走行部の位置および姿勢の誤差の補正は、走行部の設定された位置および姿勢からの誤差の検出を行う走行経路上の所定の位置から、ロボットアーム部が作業対象物に対して作業を行う走行経路上の所定の作業位置への走行時に、検出された走行部の位置および姿勢の誤差の分だけ走行の移動量を変化させることによって行うことができる。それによって、補正のための別途の動作が不要となり、作業効率を向上させることができる。 The error of the position and orientation of the traveling unit is corrected by the robot arm unit performing an operation on the work target from a predetermined position on the traveling route for detecting an error from the set position and orientation of the traveling unit. When traveling to a predetermined work position on the travel route, the travel distance can be changed by the detected error in the position and orientation of the travel unit. This eliminates the need for a separate operation for correction, thereby improving work efficiency.
また、本発明では、特に、第1の誤差の検出を行う走行経路上の所定の位置を繰返し通るように自走式ロボットを繰返し動作させ、所定の位置を通るたびに、走行部の設定された位置および姿勢からの誤差を検出し、誤差を補正する動作を行うようにするのが好ましい。それによって、走行に伴う滑りなどによる誤差を、繰返し動作を行う毎に補正して、繰返し動作で誤差が蓄積されるのを抑制することができる。 In the present invention, in particular, the self-propelled robot is repeatedly operated so as to repeatedly pass through a predetermined position on the travel path for detecting the first error, and the traveling unit is set every time the predetermined position is passed. It is preferable to perform an operation of detecting an error from the determined position and orientation and correcting the error. Accordingly, an error due to slipping or the like accompanying traveling can be corrected every time the repeated operation is performed, and accumulation of errors due to the repeated operation can be suppressed.
本発明によれば、ロボットアームを搭載した自走式ロボットにおいて、走行に伴う滑りなどによる誤差に対処して、ロボットアームの確実な位置および姿勢の補正を行い、適切な動作制御を行うことができる。 According to the present invention, in a self-propelled robot equipped with a robot arm, it is possible to cope with errors due to slipping and the like associated with traveling, correct the position and posture of the robot arm, and perform appropriate motion control. it can.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、一実施形態に係る自走式ロボット1を用いた生産システムを示している。図1では、自走式ロボット1の走行動作を説明するために、便宜上、自走式ロボット1を互いに異なる2つの位置に示しているが、ここでは、1台の自走式ロボット1を用いた生産システムを想定している。
FIG. 1 shows a production system using a self-propelled
自走式ロボット1は、走行部2とロボットアーム部3を有している。走行部2は、自走式ロボット1全体を走行路面5上で走行させるための機構部である。走行部2については、これまで様々な構成が考案されているが、コストや制御性の面から、タイヤまたは車輪を走行路面5に接触するように配置し、モータなどの駆動源によって駆動する構成が最も一般的に用いられている。本実施形態における走行部2にも、このような構成を採用することができるが、これに限られるものではない。
The self-propelled
ロボットアーム部3は走行部2上に取り付けられている。図には、垂直多関節型ロボットの形態のロボットアーム部3を示しているが、ロボットアーム部3は、プログラムに応じた自動制御により所望の作業を実行可能な機構であればよく、水平多関節型ロボットやパラレルリンクロボットなどの形態であってもよい。ロボットアーム部3は、走行部2上に複数取り付けられていてもよい。
The
ロボットアーム部3の先端には、ハンド4を装着することができる。ハンド4としては、用途に応じた構成のものを用いることができ、例えば、ロード・アンロードする部品に応じてそれを保持可能な種々の大きさおよび形状を有するものとすることができる。また、製品の自動組立や溶接・塗装などの処理をするための機構が組み込まれたハンド4を用いることもでき、それによって広範な用途へ自走式ロボット1を適用することができる。
A hand 4 can be attached to the tip of the
また、自走式ロボット1の走行部2の内部には、走行部2とロボットアーム部3の両者を制御するための制御装置および駆動用バッテリ(不図示)が搭載されている。自走式ロボット1は、駆動用バッテリを搭載することによって電気供給のためのケーブルを通常は接続しない形態としているが、ケーブルを接続した状態で動作する構成としてもよい。また、制御装置を自走式ロボット1の外部に配置し、ケーブルなどの電気的接続手段によって自走式ロボット1に接続した構成としてもよい。
In addition, a control device and a drive battery (not shown) for controlling both the traveling
このような自走式ロボット1は、例えば、部品のロード・アンロード用途で用いるのに好適であり、すなわち、部品を互いに離れた所定の場所の間、例えば集積部と作業部の間で搬送するのに用いることができる。また、その他の用途として、溶接や塗装などの作業を行うハンド4を備えるロボットアーム部3を様々な場所に移動させて処理を行わせることが考えられる。それによって、作業が必要な場所毎にロボットを配置するのに比べて、ロボット導入数を減らし1台あたりの稼働率を向上させ、安価なコストで高い生産性を有する生産システムを構築することができる。
Such a self-propelled
ここで、自走式ロボット1は、固定レール上を移動する構成ではなく、走行部2によって生産現場内の走行路面5上を自在に走行する構成である。このため、製品の構成や仕様の変更に伴って製造工程や必要な処理装置の配置などの生産システムのレイアウトの変更が行われる場合にも、自走式ロボット1は、動作手順を変更することで、引き続き使用することができる。したがって、自走式ロボット1の構成は、生産製品の変更に伴う生産システムのレイアウト変更が比較的頻繁に必要となる多品種少中量生産の生産現場において、非常に効率的なロボット構成の一つであると言える。
Here, the self-propelled
次に動作について説明すると、概して、自走式ロボット1は、走行部2によって作業位置6に移動し、ロボットアーム3によって作業対象物8に対して所定の作業を行う。ロボットアーム3による作業としては、部品のロード・アンロードや溶接・塗装など種々の作業を設定することができる。このようなロボットアーム3の動作は、公知のように実行することができ、本発明には直接関係しないので詳細な説明は省略する。
Next, the operation will be described. Generally, the self-propelled
本実施形態では、自走式ロボット1は、作業位置6の他に、走行誤差測定位置7にも移動させられる。走行誤差測定位置7には、走行路面5上に検出マーク14が設けられている。自走式ロボット1の走行部2の一側面には、この検出マーク14を撮影するカメラ13が取り付けられている。カメラ13は、走行路面5上の検出マーク14を適切に撮影することができるように下向きに取り付けられている。
In the present embodiment, the self-propelled
図2は、検出マーク14の一例を示している。この例のように、検出マーク14としては、所定の一方向を他の方向と異なる、したがって区別できる形状を有するものとするのが好ましい。それによって、検出マーク14を撮影し画像処理することによって、検出マーク14に対するカメラ13の位置だけでなく、姿勢(走行路面5に平行な面内での向き)も判定することができる。姿勢を検出するためには、複数個所に設けたマークを検出する構成としてもよいが、単一箇所の検出マーク14で姿勢を判定できるようにすることによって、検出速度を速めることができる。
FIG. 2 shows an example of the
実際には、自走式ロボット1は、通常、走行部2を有しているという利点を生かして、複数の作業位置6に移動して作業を行う。図3は、このような走行パターンの一例を示している。すなわち、同図に示す例では、自走式ロボット1は、走行誤差測定位置7に対応する停止位置30から2つの作業位置6に対応する停止位置31,32に順に移動し、停止位置30に戻るというパターンで繰返し動作する。
Actually, the self-propelled
ここで、走行部2による走行位置および姿勢は、走行路面5上に設定された基準座標系10にしたがって表すことができる。すなわち、自走式ロボット1の水平面内での中心などの基準箇所の、基準座標系10にしたがった位置x,y、および、自走式ロボット1の基準面、例えば走行部2の一側面の、基準座標系10の例えばx軸に対する角度θによって表すことができる。図3において、(x30,y30,θ30)といった記載は、このような基準座標系10を用いて各停止位置30,31,32を表現したものである。
Here, the traveling position and posture of the traveling
このようなx,y,θを用いた表現は、直感的にわかりやすく取り扱いやすいことから、オペレータによる動作位置の指定や、制御装置における停止位置の記憶情報の形式などとして利用するのに好ましい。実際の制御には、他の表現形式を用いることもできるのはもちろんである。 Such an expression using x, y, θ is intuitively easy to understand and easy to handle. Therefore, it is preferable to use it as a specification of an operation position by an operator or a storage information format of a stop position in the control device. Of course, other representation formats can be used for actual control.
走行部2による各停止位置30,31,32間の走行は、各停止位置30,31,32の位置および姿勢の情報に応じて、走行部2の各車輪などを適切なパターンで動作させることによって実行することができる。しかしながら、原理的に、実際の動作位置には、誤差が生じるのを避けられない。したがって、図4に示すように、走行誤差測定位置7に対応する停止位置30で、自走式ロボット1は、停止位置31,32を経て停止位置30に戻る動作後には、理論的な位置および姿勢(x30,y30,θ30)からずれた位置および姿勢(x30’,y30’,θ30’)となる。
The travel between the stop positions 30, 31, 32 by the
本実施形態では、走行誤差測定位置7における自走式ロボット1の走行位置および姿勢のこのようなずれ(第1の誤差)を、自走式ロボット1が走行誤差測定位置7に移動させられた状態で、検出マーク14をカメラ13によって撮影し、画像認識することによって検出する。すなわち、概して、撮影画像上での検出マーク14の位置および向きのずれは、自走式ロボット1の走行位置および姿勢のずれに対応している。したがって、例えば、自走式ロボット1を走行誤差測定位置7のずれの無い位置に配置した状態、例えば、教示時の位置にある状態でカメラ13によって撮影した検出マーク14の画像と、実稼動時に撮影した画像との比較によって、走行位置および姿勢のずれを求めることができる。あるいは、検出マーク14の実際の大きさなどに基づいて理論的にカメラ13と検出マーク14の位置関係を求め、それに基づいて走行位置および姿勢のずれを求めてもよい。
In this embodiment, the self-propelled
そして、次に、自走式ロボット1を走行部2の走行によって停止位置31に移動させる際、走行誤差測定位置7である停止位置30における自走式ロボット1の走行位置および姿勢の上述のように求めたずれ分だけ走行量を変化させることによって、ずれを補正することができる。あるいは、補正動作を独立して行い、すなわち、例えば、停止位置30において、求めた走行位置および姿勢のずれ分だけ、走行部2を動作させてもよい。しかし、停止位置31への移動量を補正する方法の方が、独立した補正動作が不要となり処理時間が長くなるのを抑制することができる点で好ましい。また、走行部2のタイヤや車輪の軸線方向にずれが生じていた場合の補正では、その場での補正動作は複雑になるが、停止位置30,31間での走行量を変化させる形での動作によれば、このような補正も比較的容易に実行可能である。
Next, when the self-propelled
また、自走式ロボット1には、ロボットアーム部3にもカメラ20が取り付けられており、図5に示すように、作業位置6において、カメラ20によって画像が撮影され、それがロボットアーム部3の動作制御に用いられる。すなわち、作業位置6において、カメラ20によって、例えば、作業対象物8などの画像を撮影することによって、ロボットアーム部3の先端などの操作部の作業対象物8に対する位置や姿勢を判定することができる。そして、教示動作などによって設定された操作部の位置や姿勢とのずれ(第2の誤差)を求め、そのずれ分だけ、ロボットアーム部3の動作を補正することにより、ロボットアーム部3によって高い精度で所定の作業を行うことができる。
The self-propelled
この際、走行誤差測定位置7である停止位置30で、またはそこから停止位置31へ移動する間に走行位置および姿勢のずれが補正されるものの、停止位置30から31や32に走行する間にも、滑りなどによる誤差が生じる。このため、ロボットアーム部3の位置や姿勢のずれには、自走式ロボット1の走行位置や姿勢のずれによるずれ分が含まれる。走行部2による走行では、特に滑りによって誤差を生じやすいのに対して、ロボットアーム部3の動作には誤差を生じにくい。したがって、カメラ20による作業対象物8の撮影によって求められる誤差においては、走行位置および姿勢の誤差が支配的である場合が多く、また、走行位置および姿勢の誤差を求めることができるように、ロボットアーム部3の動作の影響を受けないようにカメラ20を配置したり、誤差の演算処理を行ったりしてもよい。
At this time, the shift of the travel position and the posture is corrected at the
また、本発明では、走行位置や姿勢のずれは、繰返し動作の各サイクル毎に補正されるため、蓄積されて大きくなることはなく、比較的小さく抑えられる。このため、作業対象物8などの所定の撮影対象物がカメラ20の撮影範囲から外れるほどカメラ20の位置および姿勢のずれが大きくなるのを抑制することができる。したがって、カメラ20によって適切に所定の撮影対象物を撮影することができ、その撮影画像に基づいてロボットアーム部3の動作を適切に補正して制御することができる。
Further, in the present invention, the deviation of the running position and posture is corrected for each cycle of the repetitive operation, so that it does not accumulate and does not increase, but can be kept relatively small. For this reason, it is possible to suppress the deviation of the position and posture of the
ここで、ロボットアーム部3の動作制御に用いるカメラ20は、上記のような操作部の位置および姿勢の誤差を補正する以外の目的で用いられる場合がある。例えば、ロボットアーム部3によって部品のロード・アンロードを行う場合、作業対象物8が、部品が、いわゆる「バラ積み」をされ、正確に予め定められた位置に配置されるものではない場合がある。この場合、実稼動時に作業対象物8の正確な位置を認識する必要があり、そのために、カメラ20による画像認識を利用することができる。この際にも、走行位置および姿勢の誤差が小さく抑えられることによって、「バラ積み」された作業対象物8を適切にカメラ20によって撮影し、適切な作業を実行することができる。
Here, the
この際、「バラ積み」される部品のロード・アンロードなどの作業を可能とするカメラは、部品の積載部に設置しておくことも考えられるが、自走式ロボット1に搭載したカメラ20を用いることで、任意の場所で作業が可能となる。それによって、生産システムのレイアウト変更に柔軟に対応できるなどの利点が得られる。
At this time, it is conceivable that a camera capable of loading / unloading the parts to be “separated” is installed in the part loading section, but the
カメラ20を用いた画像認識による位置および姿勢の誤差の算出は、例えば、自走式ロボット1を正確に作業位置6に位置させた時、例えば教示時に、基準画像を撮影し、実稼動時に撮影した画像と基準画像との差に基づいて実行することができる。この際、「バラ積み」の場合には、稼動時の撮影画像と教示時の撮影画像の差は、作業対象物8が「バラ積み」されているために教示時とは位置がずれていることに基づく差と、カメラ20の位置のずれに基づく差とが足し合わされたものとなる。ロボットアーム部3によって作業対象物8のロード・アンロードを行う場合、ロボットアーム部3はこの足し合わされた差分を補正して作業対象物8をロードするが、ロードした作業対象物8を基準座標系10に対して位置が定義された所定の場所にアンロードする際は、アンロードする場所が所定の場所に対してカメラ20の位置のずれに基づく差の分ずれることとなる。この場合には、例えば作業対象物8の支持台の位置を用いるなどして、カメラ20の位置のずれ、すなわち、ロボットアーム部3の位置および姿勢のずれを必要に応じて求め、ロボットアーム部3の動作制御に利用することができる。
The calculation of position and orientation errors by image recognition using the
なお、ロボットアーム部3の動作の補正を行うためのカメラ20は、走行部2上に配置してもよい。また、ロボットアーム部3の動作の補正を行うのと、走行部2による走行位置および姿勢の補正を行うのとに、共用のカメラを用いてもよい。それによって、カメラの数を減らして生産システムのコストを低減することができる。カメラを共用とする場合、カメラは、ロボットアーム部3上に取り付けるのが好ましい。それによって、検出マーク14の検出時と作業対象物8の検出時とで、ロボットアーム部3の姿勢を、それぞれを撮影するのに適した姿勢に適宜変更して、適切な撮影を行うことができる。
Note that the
以上説明した本実施形態によれば、自走式ロボット1の走行に伴う滑りなどによる走行位置および姿勢のずれに対して走行部2により補正動作を行うことによって、自走式ロボット1を精度よく動作させることができる。走行路面5上を自由に走行できる自走式ロボット1では、走行の自由度が高く走行に制限が加えられないことから、走行路面5上での滑りなどによって、特に高速での走行を行った場合、走行位置および姿勢に誤差を生じやすい。そのため、走行位置および姿勢のずれに対して補正を行うことによって、動作精度の向上に大きく貢献することができる。また、繰返し動作時の各サイクル毎に走行位置および姿勢のずれを補正することができるため、複数サイクルでのずれが蓄積されて、ずれが大きくなるのを回避することができる。
According to the present embodiment described above, the self-propelled
また、本実施形態では、走行誤差測定位置7でのみ走行誤差の測定を行っている。したがって、ガイドラインを設けたり、走行領域付近の側壁との距離を測定したりして、走行経路全体にわたって動作誘導を行う場合に比べて、生産システムのレイアウト変更に柔軟に対応することができる。すなわち、検出マーク14の近辺以外の部分であれば、走行誤差の補正に関する構成を変更することなく、レイアウトを変更することができる。そのため、生産システムのレイアウトを変更しても、誤差の補正が困難となったり、補正のための構成を変更する必要が生じたりしにくい。したがって、レイアウト変更時に、走行誤差の補正に関する構成については必要最小限の変更で済ませることができ、低費用かつ短時間で対応することができる。また、走行経路全体にわたってガイドラインを設けるのに比べて、所定の個所に検出マーク14を設ければ済むので、構成が簡素でありコストを抑えることができる。
In the present embodiment, the travel error is measured only at the travel
なお、上述の実施形態は本発明を例示するものであり、特許請求の範囲に規定する本発明の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、複数台の自走式ロボット1を同一の領域内で走行させる場合にも、本発明は適用可能である。
The above-described embodiments are examples of the present invention, and various modifications can be made within the scope of the present invention defined in the claims. For example, the present invention can be applied to a case where a plurality of self-propelled
また、カメラ13は、走行位置および姿勢を検出するため、ロボットアーム部3の動作の影響を受けないように走行部2に取り付けるのが好ましいが、ロボットアーム部3に取り付けられた構成としてもよい。
The
また、走行誤差測定位置7は、作業位置6と別の位置ではなく、複数の作業位置6のうちの1つを走行誤差測定位置7とし、すなわち、当該作業位置6に検出マーク14を配置し、その撮影によって走行ロボット1の走行位置を検出してもよい。また、作業位置6は、3つ以上あってもよく、特に多数の作業位置6がある場合、幾つかの作業位置6毎に1つずつ、全体として複数の走行誤差測定位置7を設定してもよい。走行誤差測定位置7をどの程度設定するかは、走行部2のタイヤまたは車輪の形状や材質と走行路面5の路面状況に左右される両者の間の摩擦係数や、自走式ロボット1の走行速度などを考慮して、走行位置および姿勢の誤差が大きくなり過ぎないように適宜設定すればよい。また、繰返し動作の1サイクルで生じる走行位置および姿勢の誤差が十分に小さい場合には、補正動作を数サイクルに一度行うようにしてもよい。
Further, the travel
また、上述の実施形態におけるように、検出マーク14を走行路面5上に配置すれば、例えば、生産システム内に複数の自走式ロボットを配置する場合でも、他の自走式ロボットに視野を遮られることなくカメラ13によって検出マーク14を撮影することができ好ましい。さらには、自走式ロボット1の位置や姿勢にずれが生じても、自らの走行部2およびロボットアーム部3や走行領域周辺の他の障害物などによってカメラ13の視野が遮られるのを抑制することができる。しかし、走行路面5上に検出マーク14を配置するのが困難な場合などには、図6に示すように、自走式ロボット1の走行領域の周辺の工作機械や建屋などの構造物の側面などに検出マーク14を配置してもよい。
Further, if the
また、図7に示すように、自走式ロボット1の走行領域の周辺にカメラ11を配置し、自走式ロボット1に設けた検出マーク24を撮影する構成としてもよい。この場合、カメラ11によって取得した情報を自走式ロボット1に伝達する必要があるが、特に無線通信を使うことにより、情報の即時性を失うことなく自走式ロボット1への伝達を行うことができる。ロボットアーム3の先端などの操作部の位置および姿勢の検出にも、自走式ロボット1の走行領域の周辺に配置したカメラを用いることも考えられる。
Further, as shown in FIG. 7, the
また、自走式ロボット1の走行領域の周辺にカメラ11を配置する場合、図8に示すように、複数の自走式ロボット1に対してカメラ11を共用してもよい。それによって、各自走式ロボット1にカメラ13を設けるよりも、カメラの台数を減らすことができ、全体として設備コストを安価に抑えることができる場合がある。
Further, when the
一方、自走式ロボット1の走行領域が広い場合や、多数の自走式ロボット1を用いる場合、自走式ロボット1がどの位置にいても確実に精度よく検出を行うことができるように、走行領域の周辺の複数個所にカメラ11を配置してもよい。自走式ロボット1にカメラ13を設ける構成では、走行範囲が広くてもカメラを増やす必要がなく、走行路面5上の検出マーク14だけを増やせば済む。このため、自走式ロボット1の台数が少なく、走行範囲が広い場合には、自走式ロボット1にカメラを設けた方が、生産システムの全体としてのコストや構築時間などの面で有利な場合もある。したがって、カメラを自走式ロボット1に設けるか、自走式ロボット1の走行領域の周辺に設けるかは、生産システムの構成に応じて適宜選択することができる。
On the other hand, when the traveling area of the self-propelled
また、カメラ13,11による自走式ロボット1の位置検出を行うのには、特別な検出マーク14,24を設けなくても、代わりに、画像などから識別できる特定の対象物を利用してもよい。すなわち、例えば、走行路面5、走行領域周辺の構造物、あるいは自走式ロボット1の特徴的な構造の部分や、元々存在している特徴的な塗装部などをカメラ13,11によって撮影して、位置の判定を行ってもよい。
In order to detect the position of the self-propelled
また、カメラ13,11,20のような撮像装置を用い、画像認識によって位置および姿勢を検出する方法は、今日の技術としては、比較的容易で、かつ位置だけでなく姿勢も含めて迅速に検出を行うことができるものであり、優れた手法の一つであるが、他の検出機器を用いてもよい。このような例として、図9には、距離センサを用いた構成を示している。
In addition, a method for detecting the position and orientation by image recognition using an imaging device such as the
位置および姿勢を検出するための検出機器として距離センサを用いる場合、走行部2に最低2個以上の距離センサを搭載する必要がある。また、距離センサによる被検出体も複数配置することで、自走式ロボット1の位置および姿勢を精度よく検出することができる。
When using a distance sensor as a detection device for detecting the position and orientation, it is necessary to mount at least two or more distance sensors on the traveling
すなわち、図9には、走行部2の一側面に2つの距離センサ11a,11bを設けた例を示している。2つの距離センサ11a,11bによって、走行領域の周辺の構造物に配置した被検出体12a,12bとの距離を検出する。すると、各距離センサ11a,11bと各被検出体12a,12bとの距離から、各距離センサ11a,11bの位置(xa,ya)、(xb,yb)を算出することができる。そして、これらの位置から、自走式ロボット1の位置および姿勢を算出することができる。
That is, FIG. 9 shows an example in which two
1 自走式ロボット
2 走行部
3 ロボットアーム部
13,20 カメラ
14 検出マーク
DESCRIPTION OF
Claims (10)
走行経路上の所定の位置で、前記走行部の設定された位置および姿勢からの誤差を第1の誤差として検出し、該第1の誤差を補正するように前記走行部の動作を制御する工程と、
前記ロボットアーム部が作業対象物に対して作業を行う前記走行経路上の所定の作業位置で、前記ロボットアーム部の設定された位置および姿勢からの誤差を第2の誤差として検出し、該第2の誤差を補正するように前記ロボットアーム部の動作を制御する工程と、
を有する、自走式ロボットの位置および姿勢の補正方法。 A method for correcting the position and orientation of a self-propelled robot having a self-propelled traveling unit and a robot arm unit mounted on the traveling unit,
Detecting an error from a set position and orientation of the traveling unit as a first error at a predetermined position on the traveling route, and controlling the operation of the traveling unit so as to correct the first error. When,
An error from a set position and posture of the robot arm unit is detected as a second error at a predetermined work position on the travel route where the robot arm unit performs a work on a work target, and the second error is detected. Controlling the operation of the robot arm so as to correct the error of 2;
A method for correcting the position and orientation of a self-propelled robot.
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Legal Events
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A02 | Decision of refusal |
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