CN116390834A

CN116390834A - 机器人系统

Info

Publication number: CN116390834A
Application number: CN202180067838.0A
Authority: CN
Inventors: 高桥悠太郎; 藁科文和; 吉田顺一郎
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-10-08
Filing date: 2021-10-05
Publication date: 2023-07-04
Also published as: DE112021004660T5; US20230364812A1; JPWO2022075303A1; WO2022075303A1; JP7477633B2

Abstract

本发明提供一种机器人系统，在机器人的位置偏移的情况下，能够使用照相机等容易地进行三维校正来进行作业。该机器人系统具备：机器人(2)；机器人搬运装置(3)，其用于搭载机器人并向规定的作业空间移动；至少2个目标标记(4)，其被设置于作业空间；目标标记位置取得部(5)，其利用设置于机器人(2)的视觉传感器对至少2个目标标记(4)进行立体测量来求出三维位置；偏移量取得部(6)，其根据所取得的三维位置来求出机器人(2)与作业空间离所期望的相对位置的偏移量；机器人控制部(7)，其使用所取得的偏移量使机器人(2)以根据规定的动作量进行校正后的值进行动作。

Description

机器人系统

技术领域

本发明涉及一种机器人系统。

背景技术

近年来，例如提出了如下技术方法：将机器人载置于台车、AGV(Automated GuidedVehicle：无人搬运车)并进行移动，通过配置于机床等工业用机械的作业空间侧附近的机器人将各种作业自动化。

在此，例如在具备使用机床和台车、AGV等并配置于规定的位置的机器人的系统中，在机器人对机床进行加工对象物的装载/卸载这样的各种作业的情况下，搭载有机器人的台车、AGV的停止位置改变，因此机器人仅每次进行相同的动作无法充分地应对必要作业。

因此，需要对机器人的动作进行校正，以便能够测量台车、AGV相对于机床的停止位置的偏移，并对作业空间正确地进行作业。

作为对机器人的动作进行校正的方法，例如提出了如下方法：在机器人的指尖安装照相机，使用该照相机检测设置于作业空间的目标标记，由此求出机器人与机床等的作业空间的相对位置关系，校正位置偏移量。

例如，在专利文献1中公开了“一种移动机器人的坐标校正方法，其特征在于，该移动机器人具备在臂上安装有视觉传感器的回放方式作业机器人，当该作业机器人停止进入作业台时，在作业程序开始之前，使上述视觉传感器呈铅垂姿势对设置于上述作业台的规定部位表面的2个标记进行拍摄，通过图像处理装置求出上述标记的水平坐标，运算该水平坐标与示教水平坐标的偏移，利用上述偏移校正所示教的作业程序的水平座坐标并执行该作业程序，该坐标校正方法具有在上述作业程序开始之前使上述视觉传感器仅倾斜规定角度θ而对上述标记进行拍摄的步骤，根据该图像来运算该标记的水平坐标，根据该水平坐标与同一倾斜姿势下的示教水平坐标的偏移来取出垂直方向的偏移量σ，执行基于公式：Δh＝σ/sinθ的运算，使用该Δh的值来校正所示教的上述作业程序的垂直坐标”。

在专利文献2中公开了“一种自主行走机器人的三维位置姿势校正方法，该自主行走机器人具备自主行走的行走部和搭载于该行走部上的示教再生型机器人的臂部，在通过上述行走部朝向机器人作业的目的地点行走并在目的地点停止时，通过设置于上述臂部的视觉传感器对被安装于上述目的地点的规定位置的校正标记进行拍摄，并基于该拍摄图像对上述目的地点的停止位置距离示教位置的误差进行校正，其特征在于，以在上述拍摄图像的规定位置通过规定形状、规定尺寸拍摄上述校正标记的图像的方式驱动上述臂部的各动作轴，根据该各动作轴的驱动量求出三维位置、姿势的校正量，并基于该校正量对上述臂部的示教数据进行三维校正”。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平03-281182号公报

专利文献2：日本特开平09-070781号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，在台车、AGV上载置机器人，每次机器人的位置发生偏移的情况下，强烈期望能够使用照相机等容易地进行三维校正来进行作业。

即，强烈期望不仅能够简单地进行作业，而且能够在不使用户特别意识到其难度的情况下简单且迅速地进行作业。

用于解决课题的手段

本公开的机器人系统的一个方式构成为具备：机器人；机器人搬运装置，其用于搭载所述机器人并向规定的作业空间移动；至少2个目标标记，其被设置于所述作业空间；目标标记位置取得部，其利用设置于所述机器人的视觉传感器对所述至少2个目标标记进行立体测量来求出三维位置；偏移量取得部，其根据所取得的所述三维位置求出所述机器人与所述作业空间离所期望的相对位置的偏移量；机器人控制部，其使用所取得的所述偏移量使所述机器人以根据规定的动作量校正后的值进行动作。

发明效果

根据本公开的机器人系统的一方式，即使在机器人的位置因台车、AGV等机器人搬运装置的移动而偏移的情况下，机器人也能够进行三维校正而在准确的相对位置进行作业。

通过分别对2点以上的目标标记进行立体测量，例如能够使用廉价的二维照相机进行三维校正。

即使用户没有意识到坐标系的概念、景象的设定等，也能够自动地进行校正，能够使机器人高精度且适当地进行动作来实施作业。

附图说明

图1是表示本公开的机器人系统的一方式的图。

图2是表示本公开的机器人系统的一方式的框图。

图3是在利用设置于机器人的视觉传感器对目标标记进行立体测量而求出三维位置的方法、步骤的说明中使用的图。

图4是在利用设置于机器人的视觉传感器对目标标记进行立体测量而求出三维位置的方法、步骤的说明中使用的图。

图5是在利用设置于机器人的视觉传感器对目标标记进行立体测量而求出三维位置的方法、步骤的说明中使用的图。

图6是在根据所取得的三维位置求出机器人与作业空间离所期望的相对位置的偏移量并使用所取得的偏移量来进行校正的方法、步骤的说明中使用的图。

具体实施方式

以下，参照图1至图6，对本发明的一实施方式的机器人系统进行说明。

如图1以及图2所示，本实施方式的机器人系统1具备：机器人2；机器人搬运装置3，其搭载机器人2并移动到规定的作业空间(作业区域)，用于在规定位置对机器人2进行作业；至少2个目标标记4，其被设置于作业空间；目标标记位置取得部5，其利用设置于机器人2的视觉传感器51对至少2个目标标记4进行立体测量来求出三维位置；偏移量取得部6，其根据所取得的三维位置求出机器人2与作业空间离所期望的相对位置的偏移量；以及机器人控制部7，其使用所取得的偏移量使机器人2以根据规定的动作量校正后的值进行动作。

目标标记位置取得部5所具备的视觉传感器51被设置于机器人2的可动部。具体而言，视觉传感器51设置于机器人2的指尖部、手臂部、臂部等可动部。在本实施方式中，由于进行立体测量，因此作为视觉传感器51，能够使用廉价的二维照相机。

图1所示的机器人2是6轴结构的机器人。在本实施方式中，优选在作业空间内至少设置3个目标标记4。在该情况下，如图1所示，通过将视觉传感器51设置于机器人2的指尖部21，机器人控制部7构成为三维地进行6个自由度的校正而使机器人2进行动作。

在本实施方式的机器人系统1中，例如，预先设定并封装机器人2的动作程序、包含视觉传感器51的测量设定和偏移量的计算程序的图像处理程序、以视觉传感器51的照相机校准数据，并存储在存储部8中。对此，将在后面详细说明。

另外，在本实施方式的机器人系统1中，在即将进行机器人2的动作程序和视觉传感器51的测量作业之前或中途，测量1个目标标记4并求出其位置，通过判定部9判定所得到的偏移量是否超过了预先设定的阈值。并且，构成为，在判定的结果为超过了阈值的情况下，对当前时间点的作业空间的全部目标标记4进行测量而重新取得偏移量。

另外，在本实施方式的机器人系统1中构成为，在进入作为作业空间的机床10的中途或者即将进入之前，利用设置于机床10的目标标记4大致定位之后，进入作为作业空间的机床10中，使用设置于机床10内部的目标标记4求出机床10中的准确的偏移量。

并且，在本实施方式的机器人系统1中，构成为具备警告部11，在进入机床10之前，当机器人2与机床10的间隔成为预先设定的阈值以下时，警告部11发出警报。

在由上述结构构成的本实施方式的机器人系统1中，设置为在作业空间内粘贴2点以上的目标标记4等，对各个目标标记4进行立体测量而求出三维位置。优选设定3个目标标记，在该情况下，在作业空间的内部设置至少2个目标标记，在外部设置至少1个目标标记4。

例如，如图3至图5所示，通过改变由照相机构成的视觉传感器51(目标标记位置取得部5)的位置来检测2次同一目标标记4，从而测量该目标标记4的三维位置(X，Y，Z)。

此时，在2台照相机(目标标记位置取得部5、视觉传感器51)位置检测1个目标标记4，基于这2个检测结果通过立体计算来计算目标标记4的三维位置。例如，检测从照相机朝向目标标记4的视线(X，Y，W’，P’，R’)，使用2个视线数据通过立体计算来计算工件的三维位置。此外，W’、P’是表示视线的方向向量，R’是围绕目标的角度。

另外，在本实施方式的优选方式中，分别对设置于机床10的表面的3个目标标记4进行立体测量来测量各目标标记4的三维位置(X，Y，Z)。分别对3个目标标记4进行立体测量，从而进行合计6次的检测。

接着，通过合成所得到的3个目标标记4的三维位置，求出机床10相对于机器人2的三维位置和姿势。即，对1个对象物上的3个位置进行三维测量，将这些测量结果合成而求出对象物整体的位置和姿势。在本实施方式中，测量机床10的表面上的3处，计算机床10整体的位置和姿势。

例如，根据3个目标标记4的三维位置(X，Y，Z)计算机床整体的三维位置(X，Y，Z，W，P，R)。此时，通过计算将第1个目标标记4的位置设为原点、将第2个目标标记4的位置设为X轴方向点、将第3个目标标记4的位置设为XY平面上的点而决定的坐标系，来计算机床整体的三维位置(X，Y，Z，W，P，R)。

接着，如图6所示，根据计算出的机床的三维位置求出机器人2与机床上的作业空间的三维6个自由度的位置的偏移，校正机器人2的动作。

在本实施方式中，根据实际的三维的检测位置以及姿势和原来的基准位置以及姿势来计算偏移量。以使位于实际的检测位置的机床与位于基准位置的机床重叠的方式使坐标系自身移动、旋转，将在此求出的坐标系的移动量设为偏移量(校正量)，由此对机器人2的规定的动作进行校正。此外，图3至图5以二维进行表示，但即使是三维也基本不变。

并且，在本实施方式中，以上述的机器人2的校正方法为基础，从最初开始设定完所有的设定项目，能够作为封装使用。作为封装的具体的结构要素，是机器人2的动作程序、图像处理程序、照相机校准数据。将这些预先存储在存储部8中。

在存储部8中存储有以设定于机器人2的指尖部21的坐标系(机械接口坐标系)为基准的照相机(视觉传感器51)的校准数据、即机械接口坐标系中的校准数据。另一方面，机器人控制部7能够掌握机器人坐标系中的照相机(视觉传感器51)拍摄时的机器人2的指尖部21的位置。因此，通过存储于存储部8的校准数据，将传感器坐标系的二维点与机械接口坐标系的三维点对应起来，进而根据由机器人控制部7掌握的机器人2的指尖部21的位置，将机械接口坐标系坐标转换为机器人坐标系，由此能够将照相机(视觉传感器51)拍摄时的传感器坐标系的二维点与机器人坐标系的三维点对应起来。即，能够求出从机器人坐标系观察到的传感器坐标系的位置姿势，由此能够进行三维位置的测量。

另外，在本实施方式中，在机器人2对作业空间进行作业的中途或即将进行作业之前，首先以视觉仅测量1个目标标记，如果其测量结果与实施了上述操作时相同，则实施上述操作之后判断为机器人与作业空间的位置关系没有变化而直接继续作业，如果不同，则中断作业并再次进行上述操作。

每次必须进行全部的目标标记4的测量花费时间，但如果是本实施方式的方法，则能够缩短。另外，判断为相同位置的阈值能够根据系统的总体的要求精度来设定。

此外，在如本实施方式那样作业空间是机床10的情况下(设定在机床10的内部(内侧)的情况下)，在机器人2进入机床10的中途或者即将进入之前，利用设置在机床10的外侧的目标标记4粗略定位之后，进入机床10中，之后，利用设置在机床10内部的目标标记4准确地进行定位(2阶段定位)。

另外，在需要精度的情况下，想要相对于机床10的内部的工作台等进行定位，但在机床10的正面宽度较窄时，在不进行测量的情况下机器人2有可能与机床10的入口接触。在该情况下，能够以不接触的方式使机器人2移动，在要接触时发出警报即可。

因此，根据本实施方式的机器人系统1，即使在因台车、AGV等机器人搬运装置3的移动而导致机器人2的位置偏移的情况下，机器人2也能够以三维6个自由度的方式实施校正来进行作业。因此，通过三维6个自由度下的校正，能够进行仅通过单纯的XYZ的三维的校正而不能进行的校正，例如在地板不平坦的情况或变形的情况下也能够进行校正。

另外，通过分别对2点以上的目标标记进行立体测量，例如能够使用廉价的二维照相机进行三维校正。特别是，通过分别对3点以上的目标标记4进行立体测量，即使是廉价的二维照相机也能够实施6个自由度的校正。在2点的情况下，无法确定以连结该2点的线段为轴的旋转量。但是，在该旋转量在系统结构上难以变化的情况下，成为充分实用的结构。

并且，即使用户没有意识到坐标系的概念、景象的设定等，也能够自动地进行校正，机器人2能够进行作业。

以上，对机器人系统的一实施方式进行了说明，但并不限定于上述的一实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够适当变更。

附图标记说明

1机器人系统

2机器人

3机器人搬运装置

4目标标记

5目标标记位置取得部

6偏移量取得部

7机器人控制部

8存储部

9判定部

10机床(工业机械)

11警告部

21指尖部

51视觉传感器。

Claims

1.一种机器人系统，其特征在于，具备：

机器人；

机器人搬运装置，其用于搭载所述机器人并向规定的作业空间移动；

至少2个目标标记，其被设置于所述作业空间；

目标标记位置取得部，其利用设置于所述机器人的视觉传感器对所述至少2个目标标记进行立体测量来求出三维位置；

偏移量取得部，其根据所取得的所述三维位置求出所述机器人与所述作业空间离所期望的相对位置的偏移量；

机器人控制部，其使用所取得的所述偏移量使所述机器人以根据规定的动作量校正后的值进行动作。

2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，

所述视觉传感器被设置于所述机器人的可动部。

3.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，

所述机器人是6轴结构的机器人，

在所述作业空间内至少设置有3个所述目标标记，

所述视觉传感器被设置于所述机器人的指尖部，

所述机器人控制部在三维上进行6个自由度的校正而使所述机器人进行动作。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的机器人系统，其特征在于，

预先设定并封装所述机器人的动作程序、包含所述视觉传感器的测量设定和所述偏移量的计算程序的图像处理程序、以及所述视觉传感器的照相机校准数据。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的机器人系统，其特征在于，

在即将进行作业之前或进行作业的中途测量1个目标标记并求出其位置，在所得到的所述偏移量超过了预先设定的阈值的情况下，测量当前时间点的作业空间的全部目标标记并重新取得所述偏移量。

6.根据权利要求1至4中的任一项所述的机器人系统，其特征在于，

在进入作为所述作业空间的机床的中途或者即将进入作为所述作业空间的机床之前，利用设置于所述机床的目标标记进行定位之后，进入作为所述作业空间的机床中，使用设置于所述机床的内部的目标标记来求出所述机床中的所述偏移量。

7.根据权利要求6所述的机器人系统，其特征在于，

在进入所述机床之前，在所述机器人与所述机床的间隔成为预先设定的阈值以下时发出警报。