CN116917087A - 程序生成装置和机器人控制装置 - Google Patents

Abstract

本公开容易进行机器人系统的校准。本公开的一个方式所涉及的程序生成装置生成校准程序，所述校准程序决定用于在基于视觉传感器的检测结果来使机器人动作的机器人系统中设定所述视觉传感器与所述机器人的位置关系的校准的过程，所述程序生成装置具备：校准信息获取部，其获取按照示教者的输入而进行的所述校准的信息；以及程序生成部，其基于所述校准信息获取部获取到的所述校准的信息，来生成决定下一次及之后的所述校准的过程的校准程序。

Description

程序生成装置和机器人控制装置

技术领域

本发明涉及一种程序生成装置和机器人控制装置。

背景技术

通过视觉传感器、也就是摄像机确认对象物的位置来决定机器人的动作的机器人系统正在被广泛地利用。在像这样的机器人系统中，进行设定视觉传感器与机器人的关系、也就是用于将视觉传感器的坐标系转换为机器人的坐标系的转换矩阵等的校准(calibration)。例如在专利文献1中记载有利用设置有点图案的视觉靶标治具来校准视觉传感器的内容。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5670416号公报

发明内容

发明要解决的问题

在机器人系统中，例如在进行了摄像机的更换等维护的情况下，需要再次进行校准。另外，为了确保机器人系统的精度，有时也会期望定期地进行校准。然而，机器人系统的校准是伴有指定机器人的位置等复杂作业的繁杂作业。因此，期望一种能够容易地进行机器人系统的校准的技术。

用于解决问题的方案

本公开的一个方式所涉及的程序生成装置生成校准程序，所述校准程序决定用于在基于视觉传感器的检测结果来使机器人动作的机器人系统中设定所述视觉传感器与所述机器人的位置关系的校准的过程，所述程序生成装置具备：校准信息获取部，其获取按照示教者的输入而进行的所述校准的信息；以及程序生成部，其基于所述校准信息获取部获取到的所述校准的信息，来生成决定下一次及之后的所述校准的过程的校准程序。

本公开的其它方式所涉及的机器人控制装置基于视觉传感器的检测结果来使机器人动作，所述机器人控制装置具备：初始校准控制部，其受理示教者的输入，并按照所述示教者的输入来使所述机器人动作，由此进行设定所述视觉传感器与所述机器人的位置关系的校准；校准信息获取部，其获取所述初始校准控制部所进行的所述校准的信息；程序生成部，其基于所述校准信息获取部获取到的所述校准的信息，来生成决定下一次及之后的所述校准的过程的校准程序；以及再校准控制部，其按照所述程序生成部所生成的所述校准程序来进行所述校准。

发明的效果

根据本公开，能够提供一种能够容易地进行机器人系统的校准的程序生成装置和机器人控制装置。

附图说明

图1是示出具备本公开的一个实施方式所涉及的机器人控制装置的机器人系统的结构的示意图。

图2是示出利用本公开的一个实施方式所涉及的程序生成装置的机器人系统的结构的示意图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本公开的实施方式。图1是示出具备本公开的一个实施方式所涉及的程序生成装置100的机器人系统1的结构的示意图。

机器人系统1具备机器人10、保持于机器人10的视觉传感器20、基于视觉传感器20的检测结果来使机器人10动作的机器人控制装置30、以及程序生成装置100。

机器人10在前端具有用于进行作业的头部11，并且以与头部11之间不能够相对移动的方式保持视觉传感器20。头部11例如为保持工件(未图示)的手部、对工件进行加工的工具等，能够根据要使机器人10进行的作业来适当地选择。

机器人10将视觉传感器20与头部11一起进行定位。机器人10能够如图1所例示的那样设为垂直多关节型机器人，但并不限定于此，也可以是例如正交坐标型机器人、水平多关节型机器人、并联连杆型机器人等。

视觉传感器20是检测对象的视觉信息、也就是对被摄体进行摄影的装置，典型的是，设为摄影得到二维可见光图像的二维摄像机，也可以是还获取每个二维位置的距离信息的三维传感器。

机器人控制装置30能够通过使例如具有存储器、CPU、输入输出接口等的1个或多个计算机装置执行适当的控制程序来实现。

机器人控制装置30基于视觉传感器20的检测结果来确定工件的位置，并且控制机器人10的动作，以进行相对于工件来定位头部11的作业。为了进行像这样的对于工件的作业，在机器人系统1中，需要预先进行校准，在该校准中，设定视觉传感器20与机器人10的位置关系、也就是能够根据视觉传感器20的检测结果(摄影图像)的坐标位置来计算在机器人10的坐标系中的坐标位置的转换矩阵。

因此，机器人控制装置30具有初始校准控制部31和再校准控制部32。此外，初始校准控制部31和再校准控制部32也可以是对机器人控制装置30的功能进行分类而得到并且在其物理结构和程序结构上不能够明确区分，还可以是共用相同的功能模块。

初始校准控制部31受理机器人系统1的示教者的输入，按照示教者的输入来使机器人10动作，由此进行设定视觉传感器20与机器人10的位置关系的校准。初始校准控制部31进行的校准能够设为与基于例如日本专利第5670416号公报所记载的以往的方法的校准同样。

校准是在机器人10的作业空间中配置规定的校准治具40来进行的。校准治具40设为具有容易由视觉传感器20检测的多个特征点、例如点图案等的结构。校准治具40被固定于机器人10的坐标系中的特定的坐标位置。校准治具40优选始终固定于例如配置有工件的工作台50等。

初始校准控制部31首先按照示教者的输入来决定机器人10的姿势，并由视觉传感器20对校准治具40进行摄影。在利用二维图像来进行校准的情况下，优选的是将视觉传感器20配置在多个不同的起点位置，并从各个位置对校准治具40进行摄影。

接着，初始校准控制部31基于视觉传感器20的检测结果、也就是对校准治具40进行摄影而得到的图像，来设定视觉传感器20与机器人10的位置关系。具体地说，根据校准治具40的图像中的多个特征点的位置，计算校准治具40在视觉传感器20的坐标系中的位置及方向，并调整转换矩阵，以使将该位置及方向基于机器人10的姿势向机器人10的坐标系进行坐标转换而得到的位置及方向成为实际的校准治具40的位置及方向、或根据其它视点位置计算出的校准治具40的位置及方向。

优选的是，初始校准控制部31构成为在机器人控制装置30或外部的显示器中提供实时地显示视觉传感器20的摄影图像并进行用于催促示教者输入所需要的信息的显示的图形接口(graphical interface)。作为校准所需要的信息，能够包含视觉传感器20的摄影条件的输入、校准治具40的信息的输入、进行摄影的视点位置的输入、校准的计算方法的选择、在摄影图像中所检测到的校准治具40的特征点中的进行实际的计算所利用的特征点的选择、以及对校准结果的认可等。作为催促输入这些信息的显示，能够构成为显示复选框、选择框、文本框、按钮等。关于视点位置的输入，也可以在与机器人坐标系不同的用户坐标系(例如以配置有校准治具40和工件的工作台50为基准的坐标系)中输入。

再校准控制部32按照程序生成装置100所生成的校准程序来进行校准。关于程序的生成，当初始校准完成时，能够通过示教者的指示来制作。或者，也可以在初始校准完成时自动地生成。再校准控制部32进行的校准也可以在有示教者的指示的情况下进行，还可以定期地进行，具体地说，在设定时间经过后的最初的作业结束后、或设定时间经过后的机器人系统1的最初的启动时或停止时自动地进行。

校准程序能够用一般的数值控制装置中所使用的语言来描述。因此，省略针对再校准控制部32的动作的详细说明。

程序生成装置100能够通过使1个或多个计算机装置执行适当的控制程序来实现，该计算机装置具有例如存储器、CPU、输入输出接口等，并且与1个或多个机器人控制装置30以能够通信的方式连接。程序生成装置100也可以作为为了管理或监视多个机器人系统1而设置的计算机装置的一个功能来实现。

程序生成装置100具备校准信息获取部110、模板存储部120以及程序生成部130。这些构成要素也可以是对程序生成装置100的功能进行分类而得到并且在其物理结构和程序结构上不能够明确区分。

校准信息获取部110获取初始校准控制部31所进行的校准的信息。获取的校准的信息设为在初始校准控制部31所进行的校准中的视觉传感器20的视点位置或确定视点位置的机器人的姿势、视觉传感器20的摄影条件的设定值等足以再现初始校准控制部31所进行的校准的信息。

模板存储部120存储决定校准的过程的校准程序的多个模板。模板构成为通过添写用户坐标系、视觉传感器20的种类、视点位置等而成为用于不需要示教者的输入就会进行与由初始校准控制部31进行的校准相同的校准的程序。

模板存储部120所存储的模板被提供给后述的程序生成部130以生成校准程序。另外，模板存储部120所存储的模板也可以被提供给初始校准控制部31以规定初始校准控制部31的控制过程。

接着，示出模板存储部120所存储的校准程序的模板的一例。

(模板1)

1：用户坐标编号＝﹡1

2：工具坐标编号＝﹡2

3：各轴位置[﹡3]100％定位

4：

5：位置配准[99]＝正交位置

6：位置配准[99，1]＝0

7：位置配准[99，2]＝0

8：位置配准[99，4]＝0

9：位置配准[99，5]＝0

10：位置配准[99，6]＝0

11：

12：！校准面1检测

13：位置配准[99，3]＝0

14：各轴位置[﹡3]100％定位位置校正，位置配准[99]

15：

16：视野摄像机校准‘﹡4’校准面＝1

17：

18：！校准面2检测

19：位置配准[99，3]＝﹡5

20：各轴位置[﹡3]100％定位位置校正，位置配准[99]

21：

22：视野摄像机校准‘﹡4’校准面＝2

23：结束

在该模板中，通过在“﹡1”、“﹡2”、“﹡3”、“﹡4”以及“﹡5”中填入值，从而完成校准程序。

在通过该程序表示的校准中，通过由视觉传感器20进行2次摄影，来设定视觉传感器20与机器人10的位置关系。“﹡1”是“用户坐标编号”、也就是确定用户坐标系的代码，是示教者对初始校准控制部31输入的值。“﹡2”是“工具坐标编号”、也就是确定头部11的坐标系的代码，是示教者对初始校准控制部31输入的值。“﹡3”是表示存储视点位置的存储器的位置的编号，该视点位置是在初始校准控制部31进行的校准中最初由视觉传感器20进行了摄影的位置。“﹡4”是确定子程序的代码，该子程序用于确定对于视觉传感器20的各种类决定的校准的详细的计算过程。“﹡5”是进行第一次摄影的视点位置与进行第二次摄影的视点位置在Z方向上的距离。

程序生成部130基于校准信息获取部所获取到的校准的信息，来生成决定下一次及之后的所述校准的过程的校准程序。

优选的是，程序生成部130以再现在初始校准控制部31按照示教者的输入而进行的校准中的机器人10的姿势的方式生成校准程序。也就是说，优选的是，程序生成部130生成如通过在初始校准控制部31所进行的校准中的视点位置处由视觉传感器20进行摄影来自动地再设定视觉传感器20与机器人10的位置关系那样的校准程序。通过再现示教者判断为适当且由初始校准控制部31进行了的校准，能够再次进行适当的校准，因此能够准确地校正例如因经时变化、维护等所产生的误差。

通过根据校准信息获取部110所获取到的校准的信息来选择模板，向所选择的模板中输入用于确定在初始校准控制部31按照示教者的输入而进行的校准中的机器人10的姿势的数据，由此能够生成再现由初始校准控制部31进行了的校准的校准程序。像这样，通过使用模板，能够容易且可靠地再现由初始校准控制部31进行了的校准。

如上所述，在机器人系统1中，只要在最初进行一次校准，程序生成装置100就会生成决定下一次及之后的校准的过程的校准程序，因此自下一次起能够自动地进行校准。

图2是示出具备本公开的其它实施方式所涉及的机器人控制装置30A的机器人系统1A的结构的示意图。关于本实施方式，会对于与第一实施方式相同的构成要素标注相同的附图标记并省略重复的说明。

机器人系统1A具备机器人10A、固定于能够看到机器人10A的整个作业空间的位置的视觉传感器20A以及基于视觉传感器20A的检测结果来使机器人10A动作的机器人控制装置30A。

机器人10A在前端具有用于进行作业的头部11，并且以与头部11之间不能够相对移动的方式固定有校准治具40A。

视觉传感器20A以不能够移动的方式配设在作业空间中，能够对通过机器人10A而被移动的校准治具40A进行摄影。

机器人控制装置30A具有初始校准控制部31A、再校准控制部32A、校准信息获取部33、模板存储部34以及程序生成部35。

图2的机器人控制装置30A的初始校准控制部31A和再校准控制部32A进行与图1的机器人控制装置30的初始校准控制部31和再校准控制部32同样的处理，只是因视觉传感器20A和校准治具40A的配置而存在坐标系的差异。

图2的机器人控制装置30A的校准信息获取部33、模板存储部34以及程序生成部35分别具有与图1的程序生成装置100的校准信息获取部110、模板存储部120以及程序生成部130同样的功能。

因而，在机器人系统1A中，只要在最初进行一次校准，机器人控制装置30A的程序生成部35就会生成决定下一次及之后的校准的过程的校准程序，因此自下一次起能够自动地进行校准。

上面针对本公开所涉及的机器人系统的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式。另外，上述的实施方式所记载的效果只不过是列举了由本发明产生的最佳的效果，本发明的效果并不限定于上述的实施方式所记载的效果。

作为例子，也可以在视觉传感器相对于作业空间而被固定的机器人系统中设置独立于机器人控制装置的程序生成装置，还可以在视觉传感器相对于机器人而被固定的机器人系统的机器人控制装置中设置校准信息获取部、模板存储部以及程序生成部。

在上述的实施方式中，使用了具有多个特征点的校准治具，但也可以如例如日本专利第6396516号所记载那样使用具有单个特征点的校准治具。也就是说，能够通过机器人的姿势变化来使视觉传感器与具有单个特征点的校准治具的相对位置不同，并进行多次摄影，由此进行与使用具有多个特征点的校准治具同等的校准。在该情况下，程序生成部构成为：使机器人变化姿势并进行多次摄影，来生成根据多个摄影图像来确定视觉传感器的坐标系的校准程序。

另外，上述的实施方式所记载的校准程序仅为一例，其语言(记载形式)及记载过程能够基于技术常识来适当地选择。另外，在机器人系统的校准中，不仅设定用于使坐标变化的转换矩阵，还可以设定用于对由机器人的臂部的挠曲、齿轮的间隙等引起的定位误差进行校正的参数。

附图标记说明

1、1A：机器人系统；10、10A：机器人；11：头部；20、20A：视觉传感器；30、30A：机器人控制装置；31、31A：初始校准控制部；32、32A：再校准控制部；33：校准信息获取部；34：模板存储部；35：程序生成部；40、40A：校准治具；100：程序生成装置；110：校准信息获取部；120：模板存储部；130：程序生成部。

Claims (4)

1.一种程序生成装置，其生成校准程序，所述校准程序决定用于在基于视觉传感器的检测结果来使机器人动作的机器人系统中设定所述视觉传感器与所述机器人的位置关系的校准的过程，所述程序生成装置具备：

校准信息获取部，其获取按照示教者的输入而进行的所述校准的信息；以及

程序生成部，其基于所述校准信息获取部获取到的所述校准的信息，来生成决定下一次及之后的所述校准的过程的校准程序。

2.根据权利要求1所述的程序生成装置，其中，

所述程序生成部以能够再现按照所述示教者的输入而进行的所述校准中的所述机器人的姿势的方式生成所述校准程序。

3.根据权利要求1或2所述的程序生成装置，其中，

还具备存储所述校准程序的多个模板的模板存储部，

所述程序生成部通过根据所述校准信息获取部获取到的所述校准的信息来选择所述模板，并将用于确定按照所述示教者的输入而进行的所述校准中的所述机器人的姿势的数据输入到所选择的所述模板，来生成所述校准程序。

4.一种机器人控制装置，其基于视觉传感器的检测结果来使机器人动作，所述机器人控制装置具备：

初始校准控制部，其受理示教者的输入，并按照所述示教者的输入来使所述机器人动作，由此进行设定所述视觉传感器与所述机器人的位置关系的校准；

校准信息获取部，其获取所述初始校准控制部所进行的所述校准的信息；

程序生成部，其基于所述校准信息获取部获取到的所述校准的信息，来生成决定下一次及之后的所述校准的过程的校准程序；以及

再校准控制部，其按照所述程序生成部所生成的所述校准程序来进行所述校准。