CN111216099A - 机器人系统以及坐标转换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机器人系统以及坐标转换方法，能够针对机器人进行的作业，进行由检查装置或高精度的测量器的制造公司等制造的传感器系统与机器人的校准。该机器人系统具备：传感器系统(20)、机器人(30)、以及机器人控制装置(40)，机器人控制装置(40)识别机器人坐标系(201)，但不识别传感器系统(20)的传感器坐标系(202)，机器人控制装置根据由传感器系统(20)获得的多个对象(O)或者点的位置坐标、以及与多个对象或者多个点对应的机器人坐标系(201)的X轴方向以及Y轴方向的位置坐标，创建转换矩阵，该转换矩阵用于对由传感器系统(20)获得的位置坐标进行在包含X轴以及Y轴的平面内的坐标转换。

Description

机器人系统以及坐标转换方法
技术领域
本发明涉及机器人系统以及坐标转换方法。
背景技术
目前已知如下机器人系统，其具备：机器人，其对由搬运装置正在移动的对象进行作业；机器人控制装置，其对机器人进行控制；视觉系统，其由机器人控制装置进行控制；以及测量部，其测量由搬运装置移动的对象的移动量，在由视觉系统获得的图像中检测出对象的位置，并根据所检测出的位置和由测量部测量出的移动量来控制机器人(例如，参照专利文献1。)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4022843号公报
发明内容
发明要解决的问题
所述视觉系统是由机器人制造公司设计的用于机器人控制的系统，是专门用于机器人的控制的系统。通常，机器人控制装置和视觉系统被制作成相互匹配，通过视觉系统获取的信息、数据等适合在机器人控制装置中使用。此外，机器人控制装置以及视觉系统存储用于校准的程序，利用具有点图案或者与其类似的校准夹具半自动或者自动地进行校准。
点图案的间隔尺寸是已知的。因此，在所述校准中，例如，通过视觉系统的控制部，根据由视觉系统的固定摄像机获得的点图案的图像，确定摄像机相对于校准夹具的位置。此外，通过机器人控制装置，使设置于机器人的前端部的预定的工具与点图案的多个部位接触，从而确定校准夹具在机器人坐标系中的位置。此外，还进行用于诸如镜头失真等内部参数导出等各种各样的处理。这种处理半自动或者自动地进行，机器人控制部识别视觉系统的坐标系，机器人控制部能够根据来自视觉系统的数据，正确地识别各对象O在机器人坐标系上的位置数据。
另外，在此描述了固定摄像机的情况，摄像机固定于机器人臂的情况也相同。在该情况下，还使用摄像时的机器人的位置来鉴别摄像机的位置。
另一方面，例如由超过检查装置或机器人的动作性能的高精度的测量器的制造公司等制造的传感器系统，有时具有比所述视觉系统更优异的功能。因此，出现了对使用传感器系统的机器人的跟踪控制的要求。但是，传感器系统的传感器以及传感器控制装置并不用于机器人的控制。传感器系统用于检查以外的用途的情况也同样。这样的传感器系统具备适于其用途的规格和接口，在传感器系统的传感器以及传感器控制装置内进行的处理也是专门用于所述用途的处理。因此，传感器系统并不能提供适于机器人的控制的信息、数据等，传感器系统也不能使用用于机器人的控制的校准夹具来确定传感器的位置(外部参数)。由于如上所述无法使用进行复杂的校准的程序，因此通常考虑引进用于机器人的控制的视觉系统。
鉴于上述情况，希望提供一种机器人系统以及坐标转换方法，能够针对机器人进行的作业，进行由检查装置或高精度的测量器的制造公司等制造的传感器系统与机器人的校准。
用于解决问题的方案
第一方案的机器人系统具备：传感器系统；机器人；以及机器人控制装置，其控制所述机器人，所述机器人控制装置识别作为所述机器人的坐标系的机器人坐标系，但不识别所述传感器系统的坐标系，所述机器人控制装置根据由所述传感器系统获得的多个对象或者点的位置坐标、以及与所述多个对象或者所述多个点对应的所述机器人坐标系的X轴方向以及Y轴方向的位置坐标，进行创建转换矩阵的矩阵创建处理，所述转换矩阵用于对由所述传感器系统获得的位置坐标进行在包含X轴以及Y轴的平面内的坐标转换。
第二方案的坐标转换方法是将由传感器系统检测出的位置坐标转换为由机器人控制装置识别的机器人坐标系上的位置坐标的坐标转换方法，包括以下步骤：根据由传感器系统获得的多个对象或者点的位置坐标、以及与所述多个对象或者所述多个点对应的所述机器人坐标系的X轴方向以及Y轴方向的位置坐标，创建转换矩阵，所述转换矩阵用于对由所述传感器系统获得的位置坐标进行在包含X轴以及Y轴的平面内的坐标转换；使用所述转换矩阵转换由所述传感器系统检测出的位置坐标。
发明效果
根据本方案，能够针对机器人进行的作业，进行由检查装置或高精度的测量器的制造公司等制造的传感器系统与机器人的校准。
附图说明
图1是表示使用第一实施方式的检测系统的机器人系统的结构的图。
图2是第一实施方式的检测系统的控制单元的框图。
图3是由第一实施方式的检测系统检测的对象的动作说明图。
图4是表示使用第一实施方式的检测系统进行校准的一例的流程图。
图5是表示使用第一实施方式的检测系统进行校准的变形例的流程图。
图6是由第二实施方式的检测系统检测的对象的动作说明图。
图7是表示使用第二实施方式的检测系统进行校准的一例的流程图。
图8是表示使用第二实施方式的检测系统进行校准的一例的流程图。
图9是表示使用第二实施方式的检测系统进行校准的变形例的流程图。
图10是由第二实施方式的检测系统检测的又一个对象的动作说明图。
图11是表示使用第一以及第二实施方式的检测系统的机器人系统的变形例的结构的图。
附图标记说明
10：搬运装置(移动机构)
10a：测量部
10b：马达
20：传感器系统
21：传感器
22：处理部
23：判断部
24：传感器控制装置
30：机器人
30a：臂
31：伺服马达
40：机器人控制装置
41：处理器
42：显示装置
43：存储部
43a：系统程序
43b：动作程序
43c：跟踪控制程序
43d：校准程序
44：伺服控制器
45：输入部
50：传感器
201：机器人坐标系
202：传感器坐标系
W：工件
O：对象
具体实施方式
以下参照附图，对本发明的第一实施方式的机器人系统进行说明。
如图1和图2所示，本实施方式的机器人系统具备：搬运装置(移动机构)10，其作为使物品(对象)O移动的移动机构；传感器系统20；机器人30；以及机器人控制装置40，其控制机器人30。搬运装置10的搬运方向与作为机器人30的坐标系的机器人坐标系201的X轴方向一致，与搬运装置10的搬运面垂直的方向与机器人坐标系201的Z轴方向一致，机器人坐标系201的Y轴方向与搬运装置10的宽度方向一致。在本实施方式中，Z轴方向是竖直方向。
在各对象O为工件的情况下，机器人30针对各对象O进行取出、加工等作业。各对象O也可以是形成在单一的工件上的孔。在该情况下，机器人30针对各对象O进行加工、部件安装等作业。
搬运装置10具有诸如编码器等测量部10a，测量部10a能够检测出所搬运的对象O的移动量。测量部10a例如设置在驱动搬运装置10的马达10b内。或者也可以在编码器的前端安装辊子，并将该辊子压靠在传送带面上。测量部10a与机器人控制装置40连接，并始终将测量部10a的检测结果发送至控制装置40。
传感器系统20例如是用于对由搬运装置10搬运的对象O进行检查的系统。传感器系统20具备：传感器21；处理部22，其对由传感器21获得的数据进行处理；以及判断部23，其使用由处理部22获得的处理后的数据进行判断。处理部22以及判断部23例如设置在传感器控制装置24内。
另外，处理部22以及判断部23也可以内置于传感器21。
传感器21只要能够获得用于检测对象O的位置的数据即可，例如为二维摄像机、三维摄像机、三维距离传感器等。在本实施方式中，传感器21配置在搬运装置10的上方，传感器21的光轴与Z轴平行。即，传感器21配置为其光轴基本垂直于搬运装置10的搬运面。
传感器控制装置24具有：CPU等处理器、非易失性存储器、ROM、RAM等存储部、键盘等输入部、显示器等，并与机器人控制装置40连接。通过基于存储部中所存储的程序而工作的处理器来实现处理部22以及判断部23。
所述检查可以是任何检查，处理部22通过进行公知的图像处理等来创建处理后的数据，判断部23根据处理后的数据，针对各对象O，例如作为部件检查或者产品检查的一环而进行合格与否的判断。
此外，处理部22或者判断部23使用处理后或者处理前的数据，检测各对象O的至少位置。另外，处理部22或者判断部23也可以检测各对象O的位置以及姿态。
此外，所检测的各对象O的位置也可以是由传感器21获得的数据上的各对象O的位置或者处理后的数据上的各对象O的位置。
机器人30不限于特定种类的机器人，本实施方式的机器人30为具备分别驱动多个可动部的多个伺服马达31(参照图3)的垂直多关节机器人。另外，机器人30的臂30a由多个可动部构成。各伺服马达31具有用于检测其工作位置的工作位置检测装置，工作位置检测装置作为一例是编码器。工作位置检测装置的检测值发送至机器人控制装置40。机器人30也可以是水平多关节机器人、多连杆机器人等。
如图3所示，在一例中，机器人控制装置40具备：CPU等处理器41；显示装置42；非易失性存储器；具有ROM、RAM等的存储部43；多个伺服控制器44，其分别与机器人30的伺服马达31对应；以及操作盘等输入部45。
存储部43中存储有系统程序43a，系统程序43a承担着机器人控制装置40的基本功能。此外，存储部43中还存储有动作程序43b以及跟踪控制程序43c，处理器41基于各程序控制机器人30的各伺服马达31以及机器人30的前端部的工具T，由此机器人30对由搬运装置10正在搬运的对象O进行作业。此外，存储部43中存储有校准程序43d。
在本实施方式中，传感器21的检测范围AR1相对于机器人30的作业范围AR2配置在搬运装置10的搬运方向的上游侧，检测范围AR1与作业范围AR2不重叠。作业范围AR2不是机器人30能够移动的范围而是机器人30进行所述作业的范围。另外，检测范围AR1与作业范围AR2也可以部分地重叠。
机器人控制装置40是用于控制机器人30而制作的，因此机器人控制装置40识别作为机器人30的坐标系的机器人坐标系201。机器人控制装置40掌握机器人30的臂30a的各可动部以及工具T在机器人坐标系201上的位置以及姿态，并控制各伺服马达31以及机器人30的前端部的工具T。
其中，为了将由传感器系统20检测出的各对象O的位置数据用于机器人30的控制，需要进行用于使传感器系统20的传感器坐标系202与机器人坐标系201相关联的校准，而传感器系统20不具有这种功能。
作为比较例，对用于机器人30的控制的视觉系统进行说明。视觉系统由制造机器人30以及机器人控制装置40的机器人制造公司制造，是专门用于机器人30的控制的系统。通常，机器人控制装置40以及视觉系统制作成相互匹配，由视觉系统获得的信息、数据等适于在机器人控制装置40中使用。此外，机器人控制装置40以及视觉系统中存储有用于校准的程序，使用具有点图案的校准夹具半自动或者自动地进行校准。
点图案的间隔尺寸是已知的。因此，在所述校准中，例如，通过视觉系统的控制部，根据由视觉系统的摄像机获得的点图案的图像，确定摄像机相对于校准夹具的位置。通过机器人控制装置40，使设置于机器人30的前端部的预定的工具与点图案的多个部位接触，从而确定校准夹具在机器人坐标系201中的位置。此外，还进行用于两者的比例的对应、镜头失真的消除等各种各样的处理。这种处理半自动或者自动地进行，机器人控制装置40识别视觉系统的坐标系，机器人控制装置40根据来自视觉系统的数据，识别各对象O在机器人坐标系201上的位置数据。
另一方面，传感器系统20由专门制造其的公司制造，传感器21以及传感器控制装置24用于检查，而不用于机器人30的控制。传感器系统20用于检查以外的用途的情况也同样。这样的传感器系统20具有适于其用途的规格和接口，在传感器系统20的传感器21以及传感器控制装置24上所进行的处理也专门用于所述用途。因此，传感器系统20并不能提供适于机器人30的控制的信息、数据等。此外，传感器系统20也不能使用用于机器人30的控制的校准夹具来确定传感器21的位置。在无法使用如上所述进行复杂的校准的程序的情况下，通常考虑引进用于机器人的控制的视觉系统。
专门用于检查等特定用途的传感器系统20以及传感器21有时比用于机器人30的控制的视觉系统具有更优异的功能。例如，在传感器21为高速、高精度的情况下，存在处理部22中的处理是高速、高精度的情况。在本实施方式中，进行用于将传感器系统20的输出利用于机器人30的控制的校准。
另外，也存在能够导出镜头失真等内部参数或导出与机器人30的位置关系的传感器系统20。但是，并不是使用由测量部10a测量的测量值来使坐标系对准，而是基本上都是机器人30的作业范围位于视野范围内的情况。
另外，在本实施方式中，传感器系统20的内部参数、外部参数也可以是使用由专门制造传感器系统20的公司专门准备的工具而求出的状态。在本实施方式中，由于是求出传感器系统20的检测结果与机器人坐标系201之间的关系，因此本实施方式成立。另外，在已经在传感器系统20中将检测结果转换成毫米的情况下，在本实施方式中所求出的比例理想上为接近1的值。
(校准例1)
参照图4的流程图对该校准进行说明。首先，在停止的搬运装置10上的检测范围AR1内配置两个对象O(步骤S1-1)。在各对象O为工件的情况下，将两个对象O放置在检测范围AR1内的搬运装置10上。另外，两个对象O可以是设置在一个工件上的两个螺纹孔，也可以是设置在一个板上的两个标记。另外，用于校准的对象O与机器人30进行作业的对象也可以不同。在该情况下，优选用于校准的对象O在Z轴方向上的位置与机器人30的作业对象在Z轴方向上的位置相对应。此外，不一定非要在一个工件上设置特征。也可以使用两个工件。此时，进一步优选将两个工件用胶带固定于传送带等，以使两个工件的相对关系不发生变化。
接下来，使一个对象O成为由传感器系统20不能检测到位置的状态(步骤S1-2)，在该状态下从机器人控制器40向传感器系统20发送指示检测对象O的位置的指令(步骤S1-3)，机器人控制装置40从传感器系统20接收第一个位置的检测结果P0(步骤S1-4)。
接下来，使另一个对象O成为由传感器系统20不能检测到位置的状态(步骤S1-5)，在该状态下从机器人控制器40向传感器系统20发送指示检测对象O的位置的指令(步骤S1-6)，机器人控制装置40从传感器系统20接收第二个位置的检测结果P1(步骤S1-7)。
在步骤S1-2以及步骤S1-5中，例如通过用布遮挡对象O，从而使对象O成为不能检测到位置的状态。
接下来，通过搬运装置10将两个对象O移动至作业范围AR2内，并使搬运装置10停止(步骤S1-8)。并且，使安装于机器人30的工具的前端(碰触部)与另一个对象O的预定位置接触(步骤S1-9)，使机器人控制装置40的存储部43存储该时的工具的前端的位置(机器人坐标系201上的位置坐标Q0)(步骤S1-10)。另外，碰触部也可以是机器人30的前端部。
此外，使机器人30的工具的前端(碰触部)与一个对象O的预定位置接触(步骤S1-11)，并使机器人控制装置40的存储部43存储该时的工具的前端的位置(机器人坐标系201上的位置坐标Q1)(步骤S1-12)。所述预定位置优选与由传感器系统20检测出的位置相对应的位置。
接下来，创建用于求出传感器系统20所检测出的任意点Pa的位置的从机器人坐标系201观察到的位置(Xa，Ya)的转换矩阵(步骤S1-13)。
转换矩阵是机器人控制装置40基于校准程序43d例如通过以下的处理而创建的。
首先，根据传感器系统20所检测出的P0以及P1的位置，即传感器坐标系202上的P0的所检测出的位置坐标与P1的所检测出的位置坐标之间的关系，创建单位向量，并设定与该单位向量对应的传感器X-Y坐标系。例如传感器X-Y坐标系设定在与传感器坐标系202的X轴以及Y轴平行的平面内。
作为一例，根据传感器坐标系202上的P0的所检测出的位置坐标与P1的所检测出的位置坐标之间的关系，以P0作为原点，创建X轴的单位向量和Y轴的单位向量，定义与该单位向量对应的传感器X-Y坐标系。将传感器系统20的任意点Pa转换为在所述传感器X-Y坐标系中的坐标。
此外，根据机器人坐标系201上的Q0的位置坐标与Q1的位置坐标之间的关系，在机器人坐标系201内设定与传感器X-Y坐标系对应的机器人X-Y坐标系，以与点Pa相对应的方式求出从机器人坐标系201所观察到的点Qa的位置坐标。Qa的位置坐标考虑了根据P0与P1之间的位置关系以及Q0与Q1之间的位置关系而导出的比例s(mm/pixel)。例如机器人X-Y坐标系设定在与机器人坐标系201的X轴以及Y轴平行的平面内。其中，也使用由测量部10a测量的移动量进行关联。
例如，根据机器人坐标系201上的Q0的位置坐标与Q1的位置坐标之间的关系，以Q0为原点来定义与所述传感器X-Y坐标系对应的机器人X-Y坐标系。通过汇总在该机器人X-Y坐标系与所述传感器X-Y坐标系中所表现的点Pa，能够求出图像上的任意点Pa在机器人X-Y坐标系中的坐标值位置(Xa，Ya)。每个像素的比例s是根据P0与P1之间的位置关系以及Q0与Q1之间的位置关系而导出的。此外也使用由测量部10a测量的移动量。
接下来，能够使用点Pa的位置坐标与所求出的点Qa的位置坐标之间的对应关系，求出转换矩阵，所述转换矩阵用于将从传感器坐标系202所观察到的点Pa的位置坐标转换为从机器人坐标系201所观察到的点Qa的位置坐标。
另外，在不使用上述手法，即采用对象O的配置关系、移动方向的约束将碰触点减少到两个点的手法的情况下，也能够使用以下的式(1)，通过触碰三个点来解析地求出转换矩阵。此外，也能够通过碰触三个点以上，通过最小二乘法等手法以数值的方式求出转换矩阵。
(数式1)
Figure BDA0002279306690000091
其中，H表示用于旋转的数式元素，T表示用于平移的数式元素。
(校准例2)
参照图5的流程图对该校准进行说明。首先与校准例1相同，在停止的搬运装置10上的检测范围AR1内配置两个对象O(步骤S2-1)。
接下来，操作人员在传感器系统20的显示器、其他的显示装置等上观察由传感器21获得的图像或者其的处理后的数据，确定供机器人30的工具接触的传感器坐标系202上的第一个以及第二个位置(步骤S2-2)，利用传感器系统20获取第一个点P0以及第二个点P1的位置坐标。例如，在传感器系统20的显示装置上所出现的指针的位置显示于该显示装置的情况下，通过使指针与点P0和点P1对准来获得点P0和点P1的位置坐标。第一个点P0和第二个点P1优选与机器人30的作业高度对应。
接下来，操作人员利用输入部45将第一个点P0和第二个点P1的位置坐标输入到机器人控制装置40(步骤S2-3)。另外，在步骤S2-3中，还可以从传感器系统20将在步骤S2-2中所确定的第一点P0和第二点P1的位置坐标发送到机器人控制器40。
接下来，执行与校准例1的步骤S1-8～S1-13相同的步骤S2-4～S2-9，创建用于求出传感器系统20所检测出的任意点Pa的位置的从机器人坐标系201所观察到的位置(Xa，Ya)的转换矩阵。
若使用所创建的转换矩阵，则能够将由传感器系统20检测出的位置坐标转换为机器人坐标系上的位置坐标。即，使传感器坐标系202与机器人坐标系201相关联的校准结束。
另外，作为一例，所述转换矩阵进行包括围绕与X轴以及Y轴垂直的Z轴的旋转的坐标转换。此外，本实施方式的转换矩阵进行不包括围绕X轴以及Y轴的旋转的坐标转换。因此，能够容易且可靠地对Z轴方向上的位置相互相差不大的多个对象O进行校准。
在如上所述地进行校准后，机器人控制装置40至少使用由传感器系统20获得的各对象O的位置数据以及由测量部10a获得的搬运装置对各对象O的移动量，来控制机器人30和工具T，以对各对象O进行预定的作业。
在本实施方式中，由于机器人控制装置40识别设置于机器人30的前端部的碰触部的位置，因此通过使碰触部与多个对象O接触，能够获得各对象O在机器人坐标系201上的位置。此外，根据由传感器系统20检测出的或者获得的各对象O的位置坐标、以及通过碰触部的接触而得到的各对象O在机器人坐标系201中的X轴方向以及Y轴方向上的位置坐标，能够创建进行在包含X轴以及Y轴的平面内的坐标转换的转换矩阵。这样，由于无需伴随复杂的处理就能够创建转换矩阵，因此能够容易且可靠地进行由检查装置的制造公司或高精度的测量器的制造公司等制造的传感器系统20与机器人30的校准。
此外，本实施方式中，转换矩阵进行包括围绕与X轴以及Y轴垂直的Z轴的旋转的坐标转换。
更具体地，转换矩阵进行包括围绕Z轴的旋转的坐标转换，进行不包括围绕X轴以及Y轴的旋转的坐标转换。在该情况下，能够在由机器人30对Z方向上的位置相互相差不大的多个对象O进行作业的基础上，容易且可靠地进行校准。
此外，在本实施方式中，使用由传感器系统20检测出的或者获得的多个对象O的位置坐标、通过使碰触部与在由传感器系统20获得位置坐标之后由搬运装置10移动后的多个对象O接触而得到的位置坐标、以及由测量部10a测量的移动量，来创建转换矩阵。
由检查装置的制造公司或高精度的测量器的制造公司等制造的传感器系统20的检测范围大多数情况下与机器人30的作业范围不同。在该方案中，即使在检测范围与作业范围不同的情况下，也能够使用由测量部10a测量的移动量，创建用于将由传感器系统20检测出的位置坐标转换为机器人坐标系201上的位置坐标的转换矩阵。
此外，在本实施方式中，用于校准的对象O为两个。
即使对象O为两个，该机器人系统也能够在由机器人30对Z轴方向上的位置相互相差不大的多个对象O进行作业的基础上，进行实用上正确的校准。由于用于校准的对象为两个，因此能够缩短校准所需的时间。这能够在机器人30进行作业的对象O的品种、尺寸等频繁变化的情况下，正确地进行与品种、尺寸等相应的校准。
另外，在本实施方式的机器人系统中，机器人控制装置40可以根据对输入部45的输入，识别传感器系统20的传感器坐标系202是右手坐标系还是左手坐标系。
在该结构中，无论传感器系统20采用右手坐标系以及左手坐标系中的哪一个，都能够使机器人控制装置40容易且可靠地适合于传感器系统20的位置检测。
此外，在本实施方式中，优选多个对象O在Z轴方向上的尺寸的偏差小。由于该机器人系统创建进行在包含X轴以及Y轴的平面内的坐标转换的转换矩阵，因此在多个对象O彼此在Z轴方向上的尺寸的偏差小的情况下，能够使机器人控制装置40更加可靠地适合于传感器系统20的位置检测。
另外，在所述实施方式中，作为使对象O移动的移动机构，也可以使用使对象O移动的机器人、通过自身的移动使所载置的对象O移动的移动台车等来代替搬运装置10。在使用机器人的情况下，使用机器人的各伺服马达的工作位置检测装置的检测值作为对象O的移动量的测量值，以代替测量部10a的测量值。在使用移动台车的情况下，代替测量部10a的测量值，使用驱动载置台车的马达的编码器的检测值作为对象O的移动量的测量值，以代替测量部10a的测量值。
此外，代替测量部10a，还可以通过二维摄像机等传感器来检测搬运装置10上的标记、对象O等的移动量。此时，二维摄像机等传感器作为测量部发挥功能。
此外，在所述实施方式中，传感器21也可以由机器人30或者其他机器人支撑。在该情况下，也能够通过与上述同样的处理来创建转换矩阵。另外，在该情况下，也优选传感器21的光轴与Z轴平行。传感器21的位置能够根据机器人30或者其他机器人的动作信息求出。
以下参照附图，对第二实施方式的机器人系统进行说明。
第二实施方式示出用于将第一实施方式的传感器系统20的输出用于机器人30的控制的校准的另一例，其他结构与第一实施方式相同。在第二实施方式中，也使用与第一实施方式相同的搬运装置(移动机构)10、传感器系统20、机器人30、以及机器人控制装置40。与第一实施方式相同的部件赋予相同的附图标记，并省略其说明。
如图6所示，在第二实施方式中，例如在搬运装置10上载置有一个工件W，设置于该工件W在Y轴方向的一端侧以及另一端侧的轮廓、贯穿孔、标记等分别作为对象O被检测出。传感器控制装置24的处理部22或者判断部23检测各对象O的至少位置。另外，处理部22或判断部23也可以检测各对象O的位置以及姿态。
在第二实施方式中，按照以下处理，进行用于将传感器系统20的输出用于机器人30的控制的校准。未特别说明的事项与第一实施方式进行同样的处理，也可以适用于与第一实施方式同样的变形例。
(校准例1)
参照图7和图8的流程图对该校准进行说明。首先，在停止的搬运装置10上的检测范围AR1内配置在Y轴的方向上分开的两个对象O(步骤S3-1)。也可以使用图10所示的工件W。在该情况下，在Y轴方向的一端侧存在沿X轴方向并排的两个对象O，只要其中一个和配置于Y轴方向的另一端侧的对象O配置在检测范围AR1内即可。
接下来，使在Y轴方向分开的两个对象O中的一个成为由传感器系统20不能检测到位置的状态(步骤S3-2)，在该状态下从机器人控制装置40向传感器系统20发送指示检测对象O的位置的指令(步骤S3-3)。机器人控制装置40从传感器系统20接收第一个位置的检测结果P0(步骤S3-4)。
接下来，使另一个对象O成为由传感器系统20不能检测到位置的状态(步骤S3-5)，在该状态下从机器人控制装置40向传感器系统20发送指示检测对象O的位置的指令(步骤S3-6)。机器人控制装置40从传感器系统20接收第二个位置的检测结果P1(步骤S3-7)。
接下来，通过搬运装置10使对象O在检测范围AR1内移动(步骤S3-8)。在该状态下，例如，使一个对象O成为由传感器系统20不能检测到位置的状态(步骤S3-9)，在该状态下从机器人控制装置40向传感器系统20发送指示检测对象O的位置的指令(步骤S3-10)，机器人控制装置40从传感器系统20接收第三个位置的检测结果P2(步骤S3-11)。
接下来，通过搬运装置10使对象O移动至作业范围AR2内，使搬运装置10停止(步骤S3-12)。然后，使安装于机器人30的工具的前端(碰触部)与另一个对象O的预定位置接触(步骤S3-13)，使机器人控制装置40的存储部43存储该时的工具的前端的位置(机器人坐标系201上的位置坐标Q0)(步骤S3-14)。
此外，使机器人30的工具的前端(碰触部)与一个对象O的预定位置接触(步骤S3-15)，使机器人控制装置40的存储部43存储该时的工具的前端的位置(机器人坐标系201上的位置坐标Q1)(步骤S3-16)。
接下来，创建用于求出传感器系统20所检测出的任意点Pa的位置的从机器人坐标系201所观察到的位置(Xa，Ya)的转换矩阵(步骤S3-17)。此时将点P0、P1的位置坐标也转换为机器人坐标系201中的位置坐标Q0、Q1。
此外，机器人控制装置40使用转换矩阵，计算检测结果P2在机器人坐标系201中的位置坐标Q2，并判断在机器人坐标系201的作为搬运方向的X轴方向上的Q0与Q2的位置之差是否处于预定的基准范围内(步骤S3-18)。例如，判断以下式(2)的判断系数A是否处于基准范围内。
(数式2)
A＝X2-X0…(2)
其中，X0是Q0在X轴方向上的位置，X2是Q2在X轴方向上的位置。例如基准范围是超过0的范围。基准范围能够适当设定。
通过步骤S3-18，机器人控制装置40能够使传感器坐标系202的X轴方向与机器人坐标系201的X轴方向相关联。即，机器人控制装置40即使没有由操作员等进行的输入，也能够判断是左手坐标系还是右手坐标系。
另外，在步骤S3-8～S3-11中，在不通过搬运装置10使对象O移动的情况下，机器人控制装置40也可以从传感器系统20接收如图10所示的又一个对象O的位置的检测结果P2。在图10的情况下，又一个对象O的位置相对于第一个位置在搬运装置10的搬运方向即X轴方向上不同。
(校准例2)
参照图9的流程图对该校准进行说明。首先，与校准例1相同，在停止的搬运装置10上的检测范围AR1内配置工件W(步骤S4-1)。
接下来，操作人员在传感器系统20的显示器、其他的显示装置等中，观察由传感器21获得的图像或者其的处理后的数据，确定在工件W上供机器人30的工具接触的第一个对象O、第二个对象O、以及第三个对象O在传感器坐标系202上的位置(步骤S4-2)，利用传感器系统20获取第一个点P0、第二个点P1、以及第三个点P2的位置坐标。P2相对于点P0在搬运装置10的搬运方向上位置不同。另外，还可以在通过搬运装置10移动对象O之后获取第三个点P2的位置坐标。
接下来，执行与校准例1的步骤S3-12～S3-17相同的步骤S4-4～S4-9，创建用于求出传感器系统20所检测出的任意点Pa的位置的从机器人坐标系201所观察到的位置(Xa，Ya)的转换矩阵。
此外，与校准例1的步骤S3-18相同，计算第三个对象O的点P2在机器人坐标系201中的位置坐标Q2，并判断机器人坐标系201的作为搬运方向的X轴方向上的Q0与Q2的位置之差是否处于预定的基准范围内(步骤S4-10)。
在第二实施方式中，例如如果传感器坐标系202的X轴方向与搬运装置10的搬运方向相对应，则成为与从点Q2的位置坐标(与第二位置坐标对应的位置坐标)的X的值减去点Q0的位置坐标的X的值而得到的值对应的正值。因此，通过机器人控制装置40，根据Q0与Q2的位置之差，识别出传感器坐标系202的X轴方向与机器人坐标系201的X轴方向一致。
另外，在本实施方式中，搬运装置10的搬运方向与机器人坐标系201以及传感器坐标系202的X轴方向相对应，但根据装置结构的不同，在搬运方向与机器人坐标系201的X轴方向以及传感器坐标系202的Y轴方向相对应的情况下，搬运方向有时也与机器人坐标系201以及传感器坐标系202的Y轴方向相对应。
在第二实施方式中，搬运装置10使对象O移动的方向为机器人坐标系201的X轴方向。当使用该结构时，通过由搬运装置10使对象O移动，能够容易且可靠地获得仅在搬运方向上位置不同的第二位置坐标。
从上述实施方式导出以下方案。
第一方案的机器人系统具备：传感器系统；机器人；以及机器人控制装置，其控制所述机器人，所述机器人控制装置识别所述机器人的坐标系即机器人坐标系，但不识别所述传感器系统的坐标系，所述机器人控制装置根据由所述传感器系统获得的多个对象或者点的位置坐标、以及与所述多个对象或者所述多个点对应的所述机器人坐标系的X轴方向以及Y轴方向的位置坐标，进行创建转换矩阵的矩阵创建处理，所述转换矩阵用于对由所述传感器系统获得的位置坐标进行在包含X轴以及Y轴的平面内的坐标转换。
在该方案中，能够根据由传感器系统检测出的各对象的位置坐标、以及各对象在机器人坐标系的X轴方向以及Y轴方向的位置坐标，创建进行在包含X轴以及Y轴的平面内的坐标转换的转换矩阵。这样，由于无需伴随复杂的处理就能够创建转换矩阵，因此能够容易且可靠地进行由检查装置的制造公司或高精度的测量器的制造公司等制造的传感器系统与机器人的校准。
在上述方案中，优选地，所述机器人控制装置根据所述多个对象或者所述多个点的位置坐标、以及通过设置于所述机器人的前端部的碰触部与所述多个对象或者所述多个点所对应的位置接触而得到的所述多个对象或者所述多个点在所述机器人坐标系中的所述位置坐标，来创建所述转换矩阵。
在该方案中，由于机器人控制装置识别设置于机器人的前端部的碰触部的位置，因此通过使碰触部与多个对象接触，能够得到各对象在机器人坐标系上的位置。因此，无需伴随复杂的处理或者作业就能够创建转换矩阵。
在上述方案中，优选地，所述机器人控制装置根据所述多个对象或者所述多个点的位置坐标、以及根据坐标系与所述机器人相关联的传感器的检测数据而得到的所述多个对象或者所述多个点在所述机器人坐标系中的所述位置坐标，来创建所述转换矩阵。
在该方案中，能够根据坐标系相关联的传感器的检测数据，不费功夫地获得多个对象或者多个点在机器人坐标系中的位置坐标。因此，无需伴随复杂的处理或者作业就能够创建转换矩阵。
在上述方案中，优选地，所述转换矩阵进行包括围绕与所述X轴以及Y轴垂直的Z轴的旋转的所述坐标转换。
作为一例，转换矩阵进行包括围绕Z轴的旋转的坐标转换，在进行不包括围绕X轴以及Y轴的旋转的坐标转换的情况下，能够在由机器人30对Z轴方向上的位置彼此相差不大的多个对象进行作业的基础上，容易且可靠地进行校准。
优选地，上述机器人系统具备：移动机构，其用于使所述对象移动；以及测量部，其测量由所述移动机构移动的所述对象的移动量，所述机器人控制装置在所述矩阵创建处理中，使用由所述传感器系统获得的所述多个对象或者所述多个点的所述位置坐标、通过使所述碰触部与在由所述传感器系统获得所述位置坐标之后由所述移动机构移动后的所述多个对象或者所述多个点所对应的位置接触而得到的所述位置坐标、以及由所述测量部测量的所述移动量，来创建所述转换矩阵。
由检查装置的制造公司或高精度的测量器的制造公司等制造的传感器系统的检测范围在大多数情况下与机器人的作业范围不同。在该方案中，即使在检测范围与作业范围不同的情况下，也能够使用由测量部检测出的移动量，创建用于将由传感器系统检测出的位置坐标转换为机器人坐标系上的位置坐标的转换矩阵。
在上述方案中，优选地，所述对象或者所述点为两个。
即使对象为两个，上述机器人系统也能够在由机器人30对Z轴方向上的位置彼此相差不大的多个对象进行作业的基础上，进行实用上正确的校准。由于用于校准的对象为两个，因此能够缩短校准所需的时间。这能够在机器人进行作业的对象的品种、尺寸等频繁变化的情况下，正确地进行与品种、尺寸等相应的校准。
在上述方案中，优选地，上述机器人系统具备用于使所述对象移动的移动机构，所述机器人控制装置接收由所述传感器系统获得的、相对于由所述传感器系统获得的所述多个位置坐标在所述移动机构的移动方向上位置不同的第二位置坐标、使用所述转换矩阵对所述多个位置坐标中的至少一个位置坐标和所述第二位置坐标进行坐标转换，并进行判断处理，所述判断处理判断坐标转换后的所述位置坐标与所述第二位置坐标在所述X轴方向上的位置之差是否处于基准值内。
例如，在第二位置坐标的通过转换矩阵转换后的位置坐标的X值减去在多个位置坐标中选择的一个位置坐标的通过转换矩阵转换后的位置坐标的X值后得到的值超过作为基准值例如0的情况下，传感器系统的坐标系的X轴方向与例如右手系的机器人坐标系的X轴方向相一致。相反，在传感器系统的坐标系中搬运装置10的搬运方向(图6中的右方向)为X轴方向的负的移动方向的情况下，所述减去后得到的值小于0。因此，无论传感器系统采用右手坐标系以及左手坐标系中的哪一个，都能够使机器人控制装置容易且可靠地适合于传感器系统的位置检测。
在上述方案中，优选地，所述X轴方向是由所述移动机构对所述对象的移动方向。
在该情况下，通过搬运装置使对象或者点移动，并通过传感器系统检测移动后的对象或者点的位置，能够容易且可靠地获得相对于所选择的位置坐标仅在移动机构的移动方向上位置不同的第二位置坐标。
优选地，上述机器人系统具备对所述机器人控制装置进行输入的输入部，所述机器人控制装置根据对所述输入部的输入，识别所述传感器系统的所述坐标系是右手坐标系还是左手坐标系。
在该结构中，无论传感器系统采用右手坐标系以及左手坐标系中的哪一个，都能够使机器人控制装置容易且可靠地适合于传感器系统的位置检测。
优选地，上述机器人系统具备用于使所述对象移动的移动机构，所述机器人对所述对象进行预定的作业，所述对象在与所述X轴以及所述Y轴垂直的Z轴方向上的尺寸的偏差小。
由于上述机器人系统创建进行在包含X轴以及Y轴的平面内的坐标转换的转换矩阵，因此在多个对象彼此在Z轴方向的尺寸偏差小的情况下，能够使机器人控制装置更可靠地适合于传感器系统的位置检测。
第二方案的坐标转换方法是将由传感器系统检测出的位置坐标转换为机器人控制装置识别的机器人坐标系上的位置坐标的坐标转换方法，包括以下步骤：根据由传感器系统获得的多个对象或者点的位置坐标、以及通过使由所述机器人控制装置控制的设置于机器人的前端部的碰触部与所述多个对象或者所述多个点所对应的位置接触而得到的所述多个对象或者所述多个点在所述机器人坐标系的X轴方向以及Y轴方向的位置坐标，创建转换矩阵，所述转换矩阵用于对由所述传感器系统获得的位置坐标进行在包含X轴以及Y轴的平面内的坐标转换；使用所述转换矩阵转换由所述传感器系统检测出的位置坐标。
另外，在第一实施方式和第二实施方式中，通过使作为碰触部的工具的前端与对象O接触，获得对象O在机器人坐标系201中的位置，还可以使用其他求出对象O在机器人坐标系201中的位置的方法。例如，可以使用坐标系与机器人坐标系201相关联的传感器获得能够检测出对象O的位置的检测数据，根据检测数据获得对象O的位置坐标。
具体而言，如图11所示，在机器人30的臂30a的例如前端部安装有作为摄像机的传感器50，机器人控制装置40根据由传感器50获得的图像数据获取对象O的位置坐标。传感器50可以是二维摄像机、三维摄像机、三维距离传感器等。
例如，在步骤S1-9、S1-11中，也可以是传感器50获得包含对象O的图像即检测数据，机器人控制装置40根据传感器50的检测数据求出对象O的位置坐标。在该情况下，在步骤S1-10、S1-12中，将根据传感器50的检测数据而获得的对象O的位置坐标存储于存储部43。步骤S2-5～S2-8、S3-13～S3-16、S4-5～S4-8也同样。
另外，传感器50也可以不固定在机器人30上而固定在框架等上。在该情况下，只要传感器50的坐标系与机器人坐标系201相关联，就能够取得与上述同样的效果。

Claims (12)

1.一种机器人系统，其特征在于，具备：
传感器系统；
机器人；以及
机器人控制装置，其控制所述机器人，
所述机器人控制装置识别作为所述机器人的坐标系的机器人坐标系，但不识别所述传感器系统的坐标系，
所述机器人控制装置根据由所述传感器系统获得的多个对象或者点的位置坐标、以及与所述多个对象或者所述多个点对应的所述机器人坐标系的X轴方向以及Y轴方向的位置坐标，进行创建转换矩阵的矩阵创建处理，所述转换矩阵用于对由所述传感器系统获得的位置坐标进行在包含X轴以及Y轴的平面内的坐标转换。
2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，
所述机器人控制装置根据所述多个对象或者所述多个点的位置坐标、以及通过使设置于所述机器人的前端部的碰触部与所述多个对象或者所述多个点所对应的位置接触而得到的所述多个对象或者所述多个点在所述机器人坐标系中的所述位置坐标，来创建所述转换矩阵。
3.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，
所述机器人控制装置根据所述多个对象或者所述多个点的位置坐标、以及根据坐标系与所述机器人相关联的传感器的检测数据而得到的所述多个对象或者所述多个点在所述机器人坐标系中的所述位置坐标，来创建所述转换矩阵。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述转换矩阵进行包括围绕与所述X轴以及所述Y轴垂直的Z轴的旋转的所述坐标转换。
5.根据权利要求2所述的机器人系统，其特征在于，
所述机器人系统具备：
移动机构，其用于使所述对象移动；以及
测量部，其测量由所述移动机构移动的所述对象的移动量，
所述机器人控制装置在所述矩阵创建处理中，使用由所述传感器系统获得的所述多个对象或者所述多个点的所述位置坐标、通过使所述碰触部与在由所述传感器系统获得所述位置坐标之后由所述移动机构移动后的所述多个对象或者所述多个点所对应的位置接触而得到的所述位置坐标、以及由所述测量部测量的所述移动量，来创建所述转换矩阵。
6.根据权利要求3所述的机器人系统，其特征在于，
所述机器人系统具备：
移动机构，其用于使所述对象移动；以及
测量部，其测量由所述移动机构移动的所述对象的移动量，
所述机器人控制装置在所述矩阵创建处理中，使用由所述传感器系统获得的所述多个对象或者所述多个点的所述位置坐标、针对由所述传感器系统获得所述位置坐标之后由所述移动机构移动后的所述多个对象或者所述多个点的根据所述检测数据而得到的所述位置坐标、以及由所述测量部测量的所述移动量，来创建所述转换矩阵。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述对象或者所述点为两个。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述机器人系统具备用于使所述对象移动的移动机构，
所述机器人控制装置接收由所述传感器系统获得的、相对于由所述传感器系统获得的所述多个位置坐标在所述移动机构的移动方向上位置不同的第二位置坐标，使用所述转换矩阵对所述多个位置坐标中的至少一个位置坐标和所述第二位置坐标进行坐标转换，并进行判断处理，所述判断处理判断坐标转换后的所述位置坐标与所述第二位置坐标在所述X轴方向上的位置之差是否处于基准值内。
9.根据权利要求5所述的机器人系统，其特征在于，
所述X轴方向是由所述移动机构对所述对象的移动方向。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述机器人系统具备对所述机器人控制装置进行输入的输入部，
所述机器人控制装置根据对所述输入部的输入，识别所述传感器系统的所述坐标系是右手坐标系还是左手坐标系。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述机器人系统具备用于使所述对象移动的移动机构，
所述机器人对所述对象进行预定的作业，
所述对象在与所述X轴以及所述Y轴垂直的Z轴方向上的尺寸的偏差小。
12.一种坐标转换方法，其特征在于，
所述坐标转换方法是将由传感器系统检测出的位置坐标转换为由机器人控制装置识别的机器人坐标系上的位置坐标的坐标转换方法，包括以下步骤：
根据由传感器系统获得的多个对象或者点的位置坐标、以及与所述多个对象或者所述多个点对应的所述机器人坐标系的X轴方向以及Y轴方向的位置坐标，创建转换矩阵，所述转换矩阵用于对由所述传感器系统获得的位置坐标进行在包含X轴以及Y轴的平面内的坐标转换；
使用所述转换矩阵转换由所述传感器系统检测出的位置坐标。
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