CN102294694A - 机器人的位置信息复原装置以及位置信息复原方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人的位置信息复原装置以及位置信息复原方法。机器人的位置信息复原装置设置在机器人中，该机器人具有第一部件、第二部件、电动机及传感器。该位置信息复原装置具备：拍摄部，取得包含表示第一部件和第二部件的位置关系的第一标记及第二标记的区域的图像信号；标记位置运算部，根据在第一时刻得到的图像信号，运算第一时刻的第一标记和第二标记的第一位置关系，并根据在第二时刻得到的图像信号，运算第二时刻的第一标记和第二标记的第二位置关系；修正部，根据运算出的第一位置关系和第二位置关系、及在第一时刻输出的第一传感器信号和在第二时刻输出的第二传感器信号，修正在第二时刻后基于传感器输出的传感器信号的位置信息。

Description

机器人的位置信息复原装置以及位置信息复原方法

技术领域

本发明涉及对基于机器人的关节轴中的基准位置的位置信息进行复原的机器人的位置信息复原装置以及位置信息复原方法。

背景技术

在具有通过电动机驱动而旋转的关节轴的机器人中，一般设置有输出与电动机驱动量对应的传感器信号的传感器，在将关节轴与基准位置进行对位后，决定传感器信号和关节轴的轴角度的对应关系。该对位，一般大多利用通过将机器人设为预定的姿态(形态)来使各关节轴成为预定的状态的方式，为了使机器人成为预定的姿态(形态)，已知各种使用与机器人的机构构造匹配的夹具的方法等。作为其中的例子，在日本特开昭63-278787号公报(JP63-278787A)中记载了，在构成关节轴的一对构造体上分别设置销孔，插入贯穿各销孔的双方的销来规定基准位置的方法，在日本特开2005-177962号公报(JP2005-177962A)中记载了，在构成关节轴的一方的构造体上设置V型槽，并且在另一方的构造体上与V型槽对应地设置接近传感器，通过来自接近传感器的信号确定基准位置的方法。

然而，在这种机器人中，当由于维护检修等装卸或更换电动机或与电动机连接的减速机等时，基于以基准位置为基础的传感器信号的位置信息变为无效。因此，为使基于传感器信号的位置信息变为有效，需要再次进行对位等作业。但是在JP63-278787A中记载的方法中，由于销孔部的加工精度不足或关节部的组装误差等，销孔的相对位置有时偏移，对位作业不容易，或者容易导致对位的精度降低。另外，在JP2005-177962A中记载的方法中，需要相对于关节轴的运动方向高精度地设置接近传感器，因此，对位作业需要工作量和时间。

发明内容

根据本发明的一个方式，提供一种机器人的位置信息复原装置，其被设置在机器人中，该机器人具有经由关节轴能够彼此相对移动地连接的第一部件以及第二部件、使第二部件相对于第一部件相对移动的电动机、以及输出与电动机的驱动量对应的传感器信号的传感器，该机器人的位置信息复原装置具备：位置信息有效化部，其在以关节轴的基准位置为基准决定传感器信号和第二部件相对于第一部件的相对移动量的对应关系后，将由于进行了对该对应关系造成影响的部件的装卸或者更换而变为无效的、基于以基准位置为基础的传感器信号的位置信息有效化，位置信息有效化部具备：拍摄部，其取得包含第一标记以及第二标记的区域的图像信号，所述第一标记以及第二标记预先分别设置在第一部件以及第二部件上、用于表示第一部件和第二部件的位置关系；标记位置运算部，其根据在进行部件的装卸或更换前的第一时刻通过拍摄部得到的图像信号，运算第一时刻的第一标记和第二标记的第一位置关系，并且根据在进行部件的装卸或更换后的第二时刻通过拍摄部得到的图像信号，运算第二时刻的第一标记和第二标记的第二位置关系；以及修正部，其根据通过标记位置运算部运算出的第一位置关系和第二位置关系、以及在第一时刻由传感器输出的第一传感器信号和在第二时刻由传感器输出的第二传感器信号，修正在第二时刻后基于传感器输出的传感器信号的位置信息。

本发明提供一种机器人的位置信息复原方法，其对于具有经由关节轴能够彼此相对移动地连接的第一部件以及第二部件、使第二部件相对于第一部件相对移动的电动机、以及输出与电动机的驱动量对应的传感器信号的传感器的机器人，在以关节轴的基准位置为基准决定传感器信号和第二部件相对于第一部件的相对移动量的对应关系后，将由于进行了对该对应关系造成影响的部件的装卸或者更换而变为无效的、基于以基准位置为基础的传感器信号的位置信息有效化，其中具备以下步骤：第一拍摄步骤，在进行部件的装卸或更换前的第一时刻，通过照相机拍摄包含第一标记以及第二标记的区域，所述第一标记以及第二标记预先分别设置在第一部件以及第二部件上、用于表示第一部件和第二部件的位置关系；第一运算步骤，根据通过第一拍摄步骤而取得的图像信号，运算第一时刻的第一标记和第二标记的第一位置关系；第二拍摄步骤，在进行部件的装卸或更换后的第二时刻，通过照相机拍摄包含第一标记以及第二标记的区域；第二运算步骤，根据通过第二拍摄步骤而取得的图像信号，运算第二时刻的第一标记和第二标记的第二位置关系；以及修正步骤，根据通过第一运算步骤运算出的第一位置关系和通过第二运算步骤运算出的第二位置关系、以及在第一时刻由传感器输出的第一传感器信号和在第二时刻由传感器输出的第二传感器信号，修正在第二时刻后基于所述传感器输出的传感器信号的位置信息。

附图说明

通过与附图关联的以下的实施方式的说明，可以进一步明了本发明的目的、特征以及优点。在该附图中，

图1是表示应用了本发明的第一实施方式的位置信息复原装置的工业机器人的一例的图。

图2是表示具有本发明的第一实施方式的位置信息复原装置的机器人系统的整体结构的图。

图3是表示图2的机器人控制装置的结构的框图。

图4是表示图2的图像处理装置的结构的框图。

图5A是表示在关节部设置的视觉标记的一例的图。

图5B是表示在关节部设置的视觉标记的一例的图。

图6A是表示图5B的变形例的图。

图6B是表示图5B的变形例的图。

图6C是表示图5B的变形例的图。

图7是说明本发明的第一实施方式的照相机的校正的图。

图8是表示通过图2的机器人控制装置的第一处理部执行的第一处理的一例的流程图。

图9A是说明图8的第一处理的具体方法的图。

图9B是说明图8的第一处理的具体方法的图。

图10是表示通过图2的机器人控制装置的第二处理部执行的第二处理的一例的流程图。

图11是说明图10的第二处理的具体方法的图。

图12是表示本发明的第一实施方式的位置信息复原方法的步骤的图。

图13A是表示图5A的比较例的图。

图13B是表示图5B以及图6A～图6C的比较例的图。

图14是表示本发明的第二实施方式的位置信息复原方法的步骤的图。

图15是表示本发明的第二实施方式的位置信息复原方法的电动机更换前的拍摄动作的图。

图16是表示本发明的第二实施方式的位置信息复原方法的电动机更换后的拍摄动作的图

具体实施方式

第一实施方式

以下，参照图1～图13B说明本发明的第一实施方式。图1表示应用了本发明的第一实施方式的位置信息复原装置的工业机器人1的一例。图1的机器人1是具有可旋转的6个关节轴的多关节机器人，各关节轴的旋转方向分别通过箭头J1～J6来表示。机器人1的关节轴通过电动机的驱动而旋转，通过适当地调整机器人1的关节轴的旋转量，可以将手臂前端部AT定位为任意的位置和姿态。

图2表示具有本发明的第一实施方式的位置信息复原装置的机器人系统的整体结构。在图中仅表示了一部分，但是在形成各关节轴的机器人机构部3中分别设置了伺服电动机M。在各伺服电动机M上，为了反馈电动机旋转角而分别一体设置了输出与电动机驱动量对应的传感器信号的脉冲编码器PC。伺服电动机M的输出轴经过减速机或者不经过减速机与各关节轴连接。关节轴可以是直动轴，在这种情况下，通过滚珠丝杠或者带轮和同步带等将伺服电动机M的旋转运动变换为直线运动。

在这样的工业机器人1中，在组装机器人机构部3后进行被称为机构校准的作业，决定下式(I)所示的各关节轴中的旋转角(轴角度)θ1～θ6和手臂前端部AT的位置以及姿态的对应关系。

(J1，J2，...，J6)＝(θ1，θ2，...，θ6)

←→(X，Y，Z，W，P，R) (I)

在上式中，X、Y、Z是手臂前端部AT的正交三轴坐标系中的X坐标、Y坐标、Z坐标，W、P、R分别是绕X轴、Y轴、Z轴的旋转角度。

例如将各关节轴设定为预定的基准位置的姿态后进行机构校准，以基准位置作为基准来决定脉冲编码器PC的信号(传感器信号)和轴角度θ1～θ6的对应关系。此时，定义轴角度θ1～θ6的零点(θ＝0)，以零点为基准来表示J1～J6。零点例如在基准位置被定义，该基准位置的传感器信号、即与零点对应的传感器信号作为基准信号而存储在存储器中。

在上述机构校准已经完成的状态下，在通过维护作业等拆除伺服电动机M或减速机时，基于以零点为基准的传感器信号的位置信息变化，位置信息变为无效。另外，当更换伺服电动机M时，也同时更换脉冲编码器PC，因此，在这种情况下基于以零点作为基准的传感器信号的位置信息也变为无效。本实施方式的位置信息复原装置具备位置信息有效化部100，通过位置信息有效化部100使零点基准的位置信息从无效的状态如后述那样恢复为有效的状态。

如图2所示，位置信息有效化部100具有照相机4、图像处理装置2、机器人控制装置5。照相机4被设置在远离机器人1的位置。照相机4例如是具有CCD等拍摄元件的电子照相机，是具有通过拍摄在受光面(CCD阵列面上)检测二维图像的功能的公知的受光设备。照相机4由照相机支架支承，通过照相机4拍摄在机器人1的关节部设置的视觉标记30(图5A，图5B)。此外，操作者可以用手保持照相机4。

来自照相机4的信号被输出到图像处理装置2，根据来自图像处理装置2的信号，机器人控制装置5控制伺服电动机M。图3是表示机器人控制装置5的结构的框图。在与主CPU11连接的总线17上并列连接由RAM、ROM、非易失性存储器等构成的存储器12；示教操作盘用接口13；外部装置用的输入输出接口16；伺服控制部15以及通信接口14，构成机器人控制装置5。CPU11具有第一处理部5a、第二处理部5b以及修正部5c，通过所述各部执行后述的处理。

与示教操作盘用接口13连接的示教操作盘18具有通常的显示器功能，操作者通过该示教操作盘18的手动操作，除了执行机器人1的动作程序的生成、修正、登录或者各种参数的设定等以外，输入后述的控制程序的开始指令等。在存储器12的非易失性存储器中存储包含该控制程序的各种控制程序。

伺服控制部15具备伺服控制器#1～#n(n为机器人1的总轴数，在此n＝6)，接受通过用于机器人控制的运算处理而生成的移动指令，根据从附属于各轴的脉冲编码器PC输出的反馈信号，向伺服放大器A1～An输出驱动指令。各伺服放大器A1～An根据各驱动指令向各关节轴的伺服电动机M供给电流，对它们进行驱动。通信接口14与图像处理装置2(图2)连接。经由该通信接口14将照相机4的拍摄的开始指令或图像处理的开始指令等输出到图像处理装置2，并且经由通信接口14输入图像处理装置2的处理结果。

图像处理装置2具有图4所示的公知的模块结构。即，图像处理装置2具有由微型处理器构成的CPU20，在CPU20上经由总线30分别连接了ROM21、图像处理处理器22、照相机接口23、监视器接口24、输入输出设备(I/O)25、帧存储器(图像存储器)26、非易失性存储器27、RAM28以及通信接口29。此外，也可以将图像处理装置2设置在机器人控制装置5内。

在照相机接口23上连接照相机4。当经由照相机接口23向照相机4发送了拍摄指令时，通过在照相机4中设定的电子快门执行拍摄，经由照相机接口23以灰度(gray scale)信号的形式将图像信号存储在帧存储器26中。在监视器接口24上作为监视器而连接CRT、LCD等显示器，根据需要而显示照相机正在拍摄的图像、在帧存储器26中存储的过去的图像、接受图像处理处理器22的处理后的图像等。

图5A、图5B是表示在关节部设置的视觉标记30的一例的图。图5A表示以能够从关节部的旋转轴方向看见标记30的方式、例如在与旋转轴垂直的面上添加了标记30的例子，图5B表示以能够从关节部的旋转轴的方向看见标记30的方式、例如在旋转轴的周面上添加了标记30的例子。在关节部，以相对于支承部件31可旋转的方式支承可动部件32。

视觉标记30由形成点形状的5个点标记构成，将这些点标记P1～P5配置成十字形状。即，隔着中央的点标记P3在图的横方向两侧分别等间隔地并排配置点标记P2、P4，而且隔着中央的点标记P3在图的纵方向两侧分别配置点标记P1、P5。将点标记P2～P5设置在支承部件31上，将点标记P1设置在可动部件32上，通过可动部件32的旋转，点标记P1向箭头方向移动，视觉标记30的形状、即点标记P1和点标记P2～P5的位置关系变化。

在图5A、图5B中，通过在横向以及纵向上配置的点标记P1～P5构成了视觉标记30，但是只要通过图像处理能够检测出构成视觉标记30的各个标记的形状，则视觉标记30的结构不限于上述结构。图6A～图6C是表示视觉标记30的另一例的图。在图6A中，支承部件侧的点标记的配置与图5B不同。在图6B中，将点标记的一部分替换为条形状的标记。在图6C中，代替点标记而使用条形状的标记。以上的视觉标记30可以粘贴封印状的标记，也可以在各部件31、32的表面上通过圆孔等加工视觉标记30。

拍摄视觉标记30的照相机4使用预先校正过的照相机。所谓校正，是指将照相机内的拍摄元件上的图像坐标系和照相机4的外部坐标系的关系设为已知的关系。图7说明校正的一例，使用了以照相机光轴通过拍摄元件41的中心并且在透镜42中没有失真为前提的照相机模型。在这种情况下，将拍摄元件41的有效像素数N、与其对应的拍摄元件41的大小S、透镜42的焦点距离f作为已知信息来使用。

在此，假定将拍摄元件41的中心作为图像坐标系的原点，在外部空间坐标中位于从照相机光轴离开X的位置的对象物43，在图像坐标系中被第p像素拍摄，则以下式(II)的关系成立。

X＝D·S·p/(f·N)    (II)

上式(II)的D是从透镜中心到对象物的沿着照相机光轴的距离。由此，关于在图像坐标系上捕捉到的对象物43，根据图像坐标系上的坐标值可以求出连接实际的对象物43和照相机4的光学中心(透镜中心)的视线的方向、即角度φ。

与视觉标记30相对地配置照相机4的透镜。因此，若将对象物43替换为图5A、图5B的点标记P1～P5，则可以求出从透镜中心向各个点标记P1～P5的视线，若如后所述考虑预定的条件，则可以根据该视线求出从透镜中心到点标记P1～P5的距离。在这种情况下，若支承部件31和可动部件32成为图5B或图6A～图6C所示的关系，则支承部件31和可动部件32之间没有阶梯差，构成视觉标记30的各个标记的形状看起来几乎在同一面上。另一方面，例如若为图5A所示的关系，则在支承部件31和固定部件32之间在纸面垂直方向上存在阶梯差，在这种情况下，当计算点标记P1～P5的距离时考虑阶梯差。

此外，例如以1msec以下的曝光时间进行视觉标记30的拍摄。若以这样的曝光时间进行拍摄，则即使通过操作者手持的照相机4进行拍摄也能够取得没有手抖动的影响的静止图像。

在第一实施方式中，为了将通过伺服电动机M或减速机的装卸或更换等(以下以电动机更换为代表)而变为无效的、基于与基准位置(零点)相关的传感器信号的位置信息有效化，在电动机更换的前后分别进行包含视觉标记30的关节部的拍摄。在该拍摄前，在组装了机器人机构部3后执行机构校准，设定第n轴(Jn)的轴角度θn的零点。所谓零点，是θn＝0的位置。

接着，在电动机更换前的第一时刻(例如机构校准后不久)，通过手动经由机器人控制装置5以及图像处理装置2向照相机4输出拍摄指令来进行视觉标记30的拍摄。此时，通过手动来驱动伺服电动机M，使图5A、图5B的纵列的点标记P1、P3、P5大致位于直线上，在拍摄区域的中心部包含全部点标记P1～P5之后，拍摄视觉标记30。在这种情况下，朝向视觉标记30设置照相机4来进行一次视觉标记30的拍摄后，变更照相机4的位置或姿态后再次拍摄同一视觉标记30。即，两次拍摄视觉标记30。例如在制造机器人1的制造商侧，在制造机器人机构部3时进行以上的机构校准和第一时刻的拍摄作业。

此后，在电动机更换后的第二时刻，与第一时刻同样地通过手动向照相机4输出拍摄指令来进行视觉标记30的拍摄。在这种情况下也通过手动来驱动伺服电动机M，使图5A、图5B的纵列的点标记P1、P3、P5大致位于直线上，在拍摄区域的中心部包含全部点标记P1～P5后拍摄视觉标记30。电动机更换后与更换前不同，仅进行一次视觉标记30的拍摄。在机器人1被一般用户使用，例如通过维护检修而进行电动机或减速机的更换等、与零点相关的传感器信号变为无效的作业后，执行以上的第二时刻的拍摄作业。

图8是表示在第一时刻的两次拍摄后通过机器人控制装置5的第一处理部5a(图3)执行的第一处理的流程图。该流程图所示的处理，例如在电动机更换前，在通过照相机4进行第二次的拍摄后立即自动开始。

在步骤S1中，读入通过照相机4第一次拍摄到的视觉标记30的图像信号，从图像上检测出视觉标记30。更详细来说，在步骤S1中，从机器人控制装置5经由通信接口14对图像处理装置2输出预定的指令，通过图像处理装置2进行视觉标记30的检测。其检测信号经由通信接口14被发送到机器人控制装置5。在步骤S2中，根据该检测信号测量视觉标记30的位置。具体来说，计算从透镜中心到视觉标记30的视线的方向以及距离。关于这一点，以进行图9A所示的关节部的拍摄的情况进行说明。此外，图9B是表示视觉标记30和透镜中心的位置关系的图9A的V向视图。在此，说明在图9A的支承部件31和可动部件32之间在纸面垂直方向上存在阶梯差的情况。

在图9B中，支承部件31侧的点标记P2～P5位于同一面上，点标记P5隐藏在点标记P3的影子中，点标记P2和点标记P3以及点标记P3和点标记P4分别离开已知的距离A。另一方面，可动部件32侧的点标记P1位于从点标记P2～P5离开未知的距离Δd、即阶梯差的不同的高度。在为使图的纵方向的点标记P1、P3、P5在直线上排列而旋转可动部件32后，进行视觉标记30的拍摄，在可动部件32的旋转方向上，并非准确地对点标记P1进行位置设定，点标记P1从点标记P3在轴旋转方向上离开了未知的距离Δx。另外，假定透镜中心Q在图9A中大体位于通过P2、P3、P4并与纸面垂直的平面内。

照相机4成为预先校正过的状态，在步骤S2中，根据上式(II)的关系计算从透镜中心Q向各点标记P1～P4的视线L1～L4的方向。由此，分别计算出图9B的视线L2和L3所成的角度Θ1、视线L3和L4所成的角度Θ2、以及视线L1和L3所成的角度Φ。

进而，使用计算出的角度Θ1、Θ2分别计算从透镜中心到点标记P2、P3、P4的距离c1、b、c2。在这种情况下，在角度Θ1、Θ2和各距离c1、b、c2之间，下式(III)(IV)(V)成立。

A²＝b²+c1²-2b.c1.cosΘ1    (III)

A²＝b²+c2²-2b·c2·cosΘ2  (IV)

c1.sinΘ1＝c2·sinΘ2      (V)

通过联立上式(III)、(IV)、(V)来求解，分别计算出c1、b、c2。由此可以确定透镜中心Q和点标记P2～P4的相对位置，可以掌握从透镜中心Q向P1的视线L1和P2～P4的相对关系。在这种情况下，关于P1仅求出视线L1的方向，在此阶段无法确定表示P1的位置的值(Δd，Δx)。

在步骤S3中，读入通过照相机2第二次拍摄到的视觉标记30的图像信号，从图像上检测视觉标记30。其细节与步骤S1相同。在步骤S4中，根据该检测信号测量视觉标记30的位置。具体来说，与步骤S2同样地计算从透镜中心到视觉标记30的视线，掌握从透镜中心向点标记P1的视线L1与P2、P3、P4的相对关系。在步骤S5中，把步骤S2中求出的视线L1与在步骤S4中求出的视线L1的交点作为P1，计算该交点P1的位置，掌握P1相对于P2、P3、P4的位置(体视的原理)。由此可以计算图9B的Δd和Δx的值。

在步骤S6中，判定Δx的绝对值是否小于预定的允许值T。允许值T是规定P1相对于P3的向轴旋转方向的最大偏移量的值，例如大致设定为接近0的值。在步骤S6中为否定时，进入步骤S9。

在步骤S9中，向伺服电动机M输出控制信号，使关节轴旋转-Δx/R。在此，R是从关节轴的中心到点标记P1的距离(旋转半径)，可以使用设计值或实测值。作为实测值，例如利用上述的根据体视的原理求出Δx，分别求出关节轴的角度为θ1时的Δx1、关节轴的角度为θ2时的Δx2，通过R＝(Δx1-Δx2)/(θ1-θ2)求出R即可。

在步骤S9中，当使关节轴旋转-Δx/R时，点标记P1相对于点标记P2～P4的位置关系变化，P1相对于P3的向轴旋转方向的偏移量Δx减少。因此，在步骤S10中，向监视器输出控制信号，对操作者显示促使拍摄视觉标记30的消息，结束第一处理。由此，操作者通过照相机4再次进行视觉标记30的拍摄，再次执行第一处理。

另一方面，在步骤S6中判定为Δx的绝对值比T小时，视为视觉标记30的纵列准确地在直线上对齐，进入步骤S7。在步骤S7中，将基于此时的传感器信号的轴角度θ设为θref-n，存储在存储器中。n是表示是第n个关节轴的下标。接着，在步骤S8中，将步骤S5中计算出的Δd作为第n个关节轴的视觉标记30的阶梯差Δd-n来存储在存储器中，结束第一处理。

图10是表示在第二时刻的视觉标记30的拍摄后，通过机器人控制装置5的第二处理部5b(图3)执行的第二处理的流程图。该流程图所示的处理，例如在电动机更换后，在通过照相机4进行拍摄后立即自动开始。

在步骤S11中，读入在第二时刻通过照相机4拍摄的视觉标记30的图像信号，从图像上检测视觉标记30。更详细来说，在步骤S11中，从机器人控制装置5经由通信接口14对图像处理装置2输出预定的指令，通过图像处理装置2进行视觉标记30的检测。其检测信号经由通信接口14被发送到机器人控制装置5。

在步骤S12中，根据该检测信号测量视觉标记30的位置。即，与上述的步骤S2同样地计算从透镜中心到视觉标记30的视线的方向以及距离。更具体来说，如图11所示，计算点标记P3上相对于连接点标记P2～P4的线段的法线与从Q向P3的视线L3所成的角度α，以及视线L3与从Q向P1的视线L1所成的角度Φ，并且计算从Q到P3的距离b。可以通过进行与在上述步骤S2中计算c1、b、c2相同的处理来计算距离b。在步骤S12中与步骤S2同样，假定透镜中心Q在图9A中大致位于通过P2、P3、P4并与纸面垂直的平面内。

在步骤S13中，使用通过上述处理(步骤S8)在存储器中存储的Δd和在步骤S12中求出的角度α、Φ、距离b，通过下式(VI)计算P1相对于P3的轴旋转方向上的偏移量Δx(图11)。

Δx＝bsinα-(bcosα+Δd)tan(α-Φ)(VI)

接着，在步骤S14中，与步骤S6同样地判定Δx的绝对值是否小于预定的允许值T。在步骤S14中为否定时进入步骤S16。在步骤S16中，与步骤S9同样地向伺服电动机M输出控制信号，使关节轴旋转-Δx/R。接着，在步骤S17中向监视器输出控制信号，对操作者显示促使通过照相机4进行再次拍摄的消息，结束第二处理。由此，操作者再次进行视觉标记30的拍摄，再次执行第二处理。

另一方面，在步骤S14中判定为Δx的绝对值小于T时，视为视觉标记30的纵列(P1、P3、P5)准确地在直线上对齐，进入步骤S15。在步骤S15中，将基于此时的传感器信号的轴角度θ设为θref-n’存储在存储器中，结束第二处理。

当第二处理结束时，以后，机器人控制装置5的修正部5c(图3)使用在存储器中存储的轴角度θref-n、θref-n’，通过下式(VII)修正基于传感器信号的第n轴的轴角度θn。

θn-(θref-n’-θref-n)→θn  (VII)

上式(VII)表示将轴角度θn的基准值改变(θref-n’-θref-n)。由此，零点变为有效的状态，机器人机构部当θn＝0时成为与电动机更换前相同的姿态。即，基于基准位置的传感器信号的轴角度θn被复原。

以下，对第一实施方式的位置信息复原方法进行总结。首先，如图12所示，作为步骤1a执行机构基准，决定以关节轴的零点为基准的传感器信号和轴角度θn的对应关系。接着，作为步骤2a，在进行电动机更换等之前的第一时刻，在为使视觉标记30的纵列(P1、P3、P5)大致位于直线上而手动向伺服电动机M1输出驱动指令来使关节轴旋转后，通过照相机4拍摄包含该视觉标记30的区域(第一拍摄步骤)。而且，作为步骤3a，根据来自照相机4的图像信号计算第一时刻的点标记P1～P5的位置关系，为使点标记P1、P3、P5在允许值T内高精度地位于直线上而控制伺服电动机M，调整视觉标记30的位置(第一电动机控制步骤)。基于此时的传感器信号的轴角度θref-n被存储在存储器中。

此后，当进行电动机更换等时，作为步骤4a，在电动机更换后的第二时刻，在为使视觉标记30的纵列(P1、P3、P5)大致位于直线上而手动向伺服电动机输出驱动指令来使关节轴旋转后，通过照相机4拍摄包含该视觉标记30的区域(第二拍摄步骤)。接着，作为步骤5a，根据来自照相机4的图像信号计算第二时刻的点标记P1～P5的位置关系，为使点标记P1、P3、P5在允许值T内高精度地位于直线上而控制伺服电动机M，调整视觉标记30的位置(第二电动机控制步骤)。最后，作为步骤6a，根据基于此时的传感器信号的轴角度θref-n’和在电动机更换前存储在存储器中的轴角度θref-n，修正基于传感器信号的轴角度θn(修正步骤)。

根据第一实施方式可以起到以下的作用效果。

(1)在电动机更换的前后分别通过照相机4拍摄视觉标记30，并且根据来自照相机4的图像信号，为使电动机更换前后的视觉标记30的位置关系成为同一位置关系而控制伺服电动机M。并且，根据与这些电动机控制后的传感器信号对应的轴角度θref-n、θref-n’，修正了基于电动机更换后的传感器信号的轴角度θn。由此，不需要向关节轴的基准位置进行花费工作量的对位，可以容易地将由于电动机更换而变为无效的、基于以零点为基准的传感器信号的位置信息设为有效。

即，在本实施方式中，使用来自照相机4的图像信号对视觉标记30进行对位，因此，与在关节部插入销来进行对位、或者设置V型槽和接近传感器来进行对位的情况相比，作业的工作量少，对位作业容易。另外，如图13A、图13B所示，在支承部件31和可动部件32上分别形成划线33a、33b，为使双方的划线33a、33b一致而通过目视进行对位的方法中，根据作业者观看划线33a、33b的方向容易产生对位的误差，根据操作者的技术也影响对位的精度。与此相对，在本实施方式中，可以不受操作者的技术的影响、高精度地对视觉标记30进行对位。

(2)视觉标记30的对位，只要在电动机更换前后在同一位置进行，则可以在任意位置进行。因此，即使不使关节轴回动到设定了零点的基准位置也能够进行对位，对位的自由度提高。

(3)在电动机更换前使照相机4的位置或姿态变化，对同一视觉标记30进行多次拍摄，因此，在支承部件31和可动部件32之间存在阶梯差的情况下也可以高精度地对视觉标记30进行对位。

(4)电动机更换后的拍摄进行1次即可，因此，为了使基于传感器的位置信息有效而在用户侧进行的作业少，可以减轻用户的负担。

第二实施方式

参照图14～图16说明本发明的第二实施方式。在第一实施方式中，在电动机更换等的前后，根据来自照相机4的图像信号对视觉标记30进行对位，根据该对位后的传感器信号修正基于传感器信号的位置信息，但是在第二实施方式中，不对视觉标记30进行对位地，根据电动机更换等的前后的视觉标记30的位置修正基于传感器信号的位置信息。此外，对与第一实施方式相同的部位赋予相同符号，以下主要说明与第一实施方式的不同点。

图14是表示本发明的第二实施方式的位置信息复原方法的步骤的图。在第二实施方式中，首先，作为步骤1b，与第一实施方式同样地执行机构校准。接着，在电动机更换前的第一时刻，作为步骤2b，在为使视觉标记30的纵列(P1、P3、P5)大致位于直线上而手动向伺服电动机M输出驱动指令来使关节轴旋转后，通过照相机4拍摄包含关节部的视觉标记30的区域(第一拍摄步骤)。

在这种情况下，如图15所示那样，在固定视觉标记30的位置的情况下将照相机4保持为第一姿态来拍摄视觉标记30，进而将照相机4保持为第二姿态来拍摄视觉标记30。即，与第一实施方式的步骤2a(图12)同样地变更照相机4的位置或姿态后多次(两次)进行视觉标记30的拍摄。接着，作为步骤3b，根据此时的图像信号，与第一实施方式同样地运算第一时刻的视觉标记30的位置关系、即点标记P1相对于点标记P3、P5的轴旋转方向上的偏移量Δx1以及P3和P1的阶梯差Δd(图15中的P3和P1在与纸面垂直的方向上的高低差)(第一运算步骤)。运算出的Δx1和Δd以及基于传感器信号的轴角度θ1被存储在存储器中。

此后，当进行电动机更换等时，作为步骤4b，在电动机更换后的第二时刻，在为使视觉标记30的纵列(P1、P3、P5)大致位于直线上而手动向伺服电动机M输出驱动指令来使关节轴旋转后，如图16所示，通过照相机4对包含视觉标记30的区域进行拍摄(第二拍摄步骤)。接着，作为步骤5b，根据此时的图像信号，使用在第一时刻存储在存储器中的Δd运算第二时刻的视觉标记30的位置关系、即点标记P1相对于点标记P3、P5在轴旋转方向上的偏移量Δx2(第二运算步骤)。基于此时的传感器信号的轴角度为θ2。

最后，作为步骤6b，使用运算出的Δx2、基于传感器信号的轴角度θ2、在第一时刻存储在存储器中的Δx1以及θ1、从关节轴的中心到点标记P1的距离R，通过以下式(VIII)修正基于传感器信号的轴角度θn(修正步骤)。

θn-(θ2-θ1)+(Δx2-Δx1)/R→θn(VIII)

在以上的步骤中，通过机器人控制装置5的第一处理部5a执行步骤3b中的视觉标记30的位置关系的运算，通过第二处理部5b执行步骤5b中的视觉标记30的位置关系的运算，通过修正部5c执行轴角度θn的修正。在这种情况下，在第一处理部5a和第二处理部5b中进行与关于图8、图10而说明的同样的处理即可，省略关于这一点的具体的说明。

根据第二实施方式，在电动机更换等的前后分别通过照相机4拍摄视觉标记30，并且根据来自照相机4的图像信号计算实际的轴角度θ的变化量(Δx2-Δx1)/R，根据该变化量和基于传感器信号的轴角度的变化量(θ2-θ1)，修正基于电动机更换后的传感器信号的轴角度θn。由此，可以容易地将由于电动机更换等而变为无效的、基于以零点为基准的传感器信号的位置信息设为有效。另外，与第一实施方式不同，不需要控制伺服电动机M来进行视觉标记30的对位，因此位置信息的复原作业容易。

在上述实施方式中，通过点标记P1～P5表示了支承部件31和可动部件32的位置关系，但是只要可通过照相机4识别，则表示互相的位置关系的第一标记(P2～P5)以及第二标记P1的形状可以是任意的。作为拍摄部，可以不经由CCD来取得图像信号，而经由CMOS取得图像信号。在上述实施方式中，通过第一处理部5a中的处理(步骤S1～步骤S5)运算电动机更换前的视觉标记30的位置关系(第一位置关系)，通过第二处理部5b中的处理(步骤S11～步骤S13)运算电动机更换后的视觉标记30的位置关系(第二位置关系)，但是标记位置运算部的结构不限于上述结构。

在第一实施方式中，在电动机更换前后的视觉标记4的拍摄后，控制伺服电动机M以使点标记P1、P3、P5的纵列对齐(步骤S9、步骤S16)，但是也可以控制伺服电动机30以使视觉标记30成为其它预定的位置关系，作为电动机控制部的第一处理部5a以及第二处理部5b的结构不限于上述结构。根据基于电动机更换前的第一时刻的电动机控制后的传感器信号的轴角度θref-n，和基于电动机更换后的第二时刻的电动机控制后的传感器信号的轴角度θref-n’，修正第二时刻后的轴角度θn，但是，只要根据第一时刻的电动机控制后的传感器信号(第一传感器信号)和第二时刻的电动机控制后的传感器信号(第二传感器信号)来修正轴角度θn，则修正部5c的结构不限于上述结构。

在第二实施方式中，根据电动机更换前的第一时刻的视觉标记30的位置关系(图15)和电动机更换后的第二时刻的视觉标记30的位置关系(图16)，运算第一时刻和第二时刻间的轴角度θn的变化量(可动部件32相对于支承部件31的相对移动量)，并且，只要根据该变化量、第一时刻的传感器信号(第一传感器信号)、和第二时刻的传感器信号(第二传感器信号)修正轴角度θn，则修正部5c的结构不限于上述结构。

在上述第一以及第二实施方式中，在通过机构校准决定了传感器信号和关节轴的轴角度θn的对应关系后，通过根据第一时刻的电动机控制后的传感器信号和第二时刻的电动机控制后的传感器信号来进行修正，或者通过根据θn的变化量和第一时刻的传感器信号和第二时刻的传感器信号来进行修正，使得由于伺服电动机M或减速机的装卸或更换等而变为无效的基于基准位置的θn有效，但是，在进行对传感器信号和轴角度θn的对应关系造成影响的其它部件的装卸或更换的情况下，也可以通过同样地修正θn来使θn有效。作为基于基准位置的传感器信号的位置信息，将轴角度θn有效化，但是也可以将其它位置信息有效化。

在上述实施方式中，为了掌握视觉标记30的位置关系，在电动机更换前的第一时刻以不同的照相机位置或姿态对视觉标记30进行两次拍摄，但是在预先已知Δd的情况下，第一时刻的拍摄也可以仅进行一次。为了提高视觉标记30的位置关系的计算精度，可以对视觉标记30进行3次以上拍摄。

通过伺服电动机M使可动部件32相对于支承部件31相对移动，但是也可以使用其它电动机。只要输出与电动机驱动量对应的传感器信号，则也可以使用脉冲编码器以外的传感器。只要是具有通过电动机驱动，能够经由关节轴彼此相对移动的支承部件31(第一部件)和可动部件32(第二部件)的机器人，则对其它机器人也同样可以应用本发明。

即，以关节轴的基准位置为基准，决定了传感器信号和第二部件相对于第一部件的相对移动量的对应关系后，将由于进行了对该对应关系造成影响的部件的装卸或更换而变为无效的、基于基准位置的传感器信号的位置信息有效化的位置信息有效化部100的结构不限于上述结构。

根据本发明，根据电动机更换等的前后的表示第一部件和第二部件的位置关系的第一标记以及第二标记的图像信号，修正基于基准位置的传感器信号的位置信息，因此可以容易地将基于由于电动机更换而变为无效的传感器信号的位置信息有效化。

以上，结合优选实施方式说明了本发明，但是，本领域技术人员应该理解，在不脱离请求专利保护的范围的情况下可以进行各种修改以及变更。

Claims (7)

1.一种机器人的位置信息复原装置，其被设置在机器人(1)中，该机器人(1)具有经由关节轴能够彼此相对移动地连接的第一部件(31)以及第二部件(32)、使所述第二部件相对于所述第一部件相对移动的电动机(M)、以及输出与所述电动机的驱动量对应的传感器信号的传感器(PC)，在以所述关节轴的基准位置为基准决定所述传感器信号和所述第二部件相对于所述第一部件的相对移动量的对应关系后，将由于进行了对该对应关系造成影响的部件的装卸或者更换而变为无效的、基于以所述基准位置为基础的传感器信号的位置信息有效化，其特征在于，具备：

拍摄部(4)，其取得包含第一标记(P2；P3；P4；P5)以及第二标记(P1)的区域的图像信号，所述第一标记以及第二标记预先分别设置在所述第一部件以及所述第二部件上、用于表示所述第一部件和所述第二部件的位置关系；

标记位置运算部(5a；5b)，其根据在进行所述部件的装卸或更换前的第一时刻通过所述拍摄部得到的图像信号，运算所述第一时刻的所述第一标记和所述第二标记的第一位置关系，并且根据在进行所述部件的装卸或更换后的第二时刻通过所述拍摄部得到的图像信号，运算所述第二时刻的所述第一标记和所述第二标记的第二位置关系；以及

修正部(5c)，其根据通过所述标记位置运算部运算出的所述第一位置关系和所述第二位置关系、以及在所述第一时刻由所述传感器输出的第一传感器信号和在所述第二时刻由所述传感器输出的第二传感器信号，修正在所述第二时刻后基于所述传感器输出的传感器信号的位置信息。

2.根据权利要求1所述的机器人的位置信息复原装置，其特征在于，

还具备：电动机控制部(5a；5b)，其在所述第一时刻控制所述电动机，以使通过所述标记位置运算部运算出的所述第一位置关系成为预定的位置关系，并且在所述第二时刻控制所述电动机，以使通过所述标记位置运算部运算出的所述第二位置关系成为所述预定的位置关系，

所述修正部，根据所述第一时刻的所述电动机控制部进行的控制后由所述传感器输出的所述第一传感器信号、和所述第二时刻的所述电动机控制部进行的控制后由所述传感器输出的所述第二传感器信号，修正在所述第二时刻后基于所述传感器输出的传感器信号的位置信息。

3.根据权利要求1所述的机器人的位置信息复原装置，其特征在于，

所述修正部根据通过所述标记位置运算部运算出的所述第一位置关系和所述第二位置关系，运算所述第一时刻和所述第二时刻间的、所述第二部件相对于所述第一部件的位置变化量，并且根据该位置变化量、在所述第一时刻由所述传感器输出的所述第一传感器信号、和在所述第二时刻由所述传感器输出的所述第二传感器信号，修正在所述第二时刻后基于所述传感器输出的传感器信号的位置信息。

4.一种机器人的位置信息复原方法，对于具有经由关节轴能够彼此相对移动地连接的第一部件(31)以及第二部件(32)、使所述第二部件相对于所述第一部件相对移动的电动机(M)、以及输出与所述电动机的驱动量对应的传感器信号的传感器(PC)的机器人(1)，在以所述关节轴的基准位置为基准决定所述传感器信号和所述第二部件相对于所述第一部件的相对移动量的对应关系后，将由于进行了对该对应关系造成影响的部件的装卸或者更换而变为无效的、基于以所述基准位置为基础的传感器信号的位置信息有效化，其特征在于，具备以下步骤：

第一拍摄步骤，在进行所述部件的装卸或更换前的第一时刻，通过照相机(4)拍摄包含第一标记(P2；P3；P4；P5)以及第二标记(P1)的区域，所述第一标记以及第二标记预先分别设置在所述第一部件以及所述第二部件上、用于表示所述第一部件和所述第二部件的位置关系；

第一运算步骤，根据通过所述第一拍摄步骤而取得的图像信号，运算所述第一时刻的所述第一标记和所述第二标记的第一位置关系；

第二拍摄步骤，在进行所述部件的装卸或更换后的第二时刻，通过所述照相机拍摄包含所述第一标记以及所述第二标记的区域；

第二运算步骤，根据通过所述第二拍摄步骤而取得的图像信号，运算所述第二时刻的所述第一标记和所述第二标记的第二位置关系；以及

修正步骤，根据通过所述第一运算步骤运算出的第一位置关系和通过所述第二运算步骤运算出的第二位置关系、以及在所述第一时刻由所述传感器输出的第一传感器信号和在所述第二时刻由所述传感器输出的第二传感器信号，修正在所述第二时刻后基于所述传感器输出的传感器信号的位置信息。

5.根据权利要求4所述的机器人的位置信息复原方法，其特征在于，

还包含：

第一电动机控制步骤，在所述第一时刻控制所述电动机，以使通过所述第一运算步骤运算出的第一位置关系成为预定的位置关系；以及

第二电动机控制步骤，在所述第二时刻控制所述电动机，以使通过所述第二运算步骤运算出的第二位置关系成为所述预定的位置关系，

在所述修正步骤中，根据通过所述第一电动机控制步骤控制所述电动机后由所述传感器输出的所述第一传感器信号、和通过所述第二电动机控制步骤控制所述电动机后由所述传感器输出的所述传感器信号，修正在所述第二时刻后基于所述传感器输出的传感器信号的位置信息。

6.根据权利要求4所述的机器人的位置信息复原方法，其特征在于，

在所述修正步骤中，根据通过所述第一运算步骤运算出的所述第一位置关系、和通过所述第二运算步骤运算出的所述第二位置关系，运算所述第一时刻和所述第二时刻之间的、所述第二部件相对于所述第一部件的相对移动量，并且根据该相对移动量、在所述第一时刻由所述传感器输出的所述第一传感器信号和在所述第二时刻由所述传感器输出的所述第二传感器信号，修正在所述第二时刻后基于所述传感器输出的传感器信号的位置信息。

7.根据权利要求4至6中任意一项所述的机器人的位置信息复原方法，其特征在于，

在所述第一拍摄步骤中，将所述照相机设为多个不同的位置或姿态，对包含所述第一标记以及所述第二标记的区域进行多次拍摄。

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