CN1843710A - 移动控制装置及方法、位置指挥装置及方法、控制程序 - Google Patents

移动控制装置及方法、位置指挥装置及方法、控制程序 Download PDF

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Abstract

一种用于机器人位置指挥的移动控制装置，包括：操作机构(12)，其用于输入基于以显示在监视器的摄影图像为基准的摄像机坐标系的、对机器人的运行命令；转换机构(16a)，其根据从操作机构输入的基于摄像机坐标系的运行命令，生成将机器人(1)从当前位置移动到下一移动位置的基于摄像机坐标系的移动矢量，并将基于摄像机坐标系的移动矢量转换为基于机器人坐标系的移动矢量；运行指令生成机构(16b)，其根据由转换机构得到的基于机器人坐标系的移动矢量，生成向设置于机器人(1)的关节的电动机(M)发送的电动机指令值；电动机控制机构(14)，其根据由运行指令生成机构生成的电动机指令值，控制设置于机器人(1)的关节的电动机(M)。

Description

移动控制装置及方法、位置指挥装置及方法、控制程序
技术领域
本发明涉及适用于一边观察摄像机拍摄的摄影图像，一边将机器人运行到指挥预定位置时的技术。
背景技术
以往的检查装置，作为机器人的位置指挥方法，将摄像机配备于机器人上，通过摄像机拍摄检查对象物，通过图像处理装置对拍摄的图像进行图像处理，并检查检查对象物，并且，将所述图像显示在图像显示装置，在该检查装置中，指挥机器人前，将机器人的坐标系设定于图像处理装置中，在指挥中，将机器人位置从机器人控制器传送到图像处理装置，在图像处理装置中，运算对应机器人姿势变化的机器人坐标系，将对应机器人的姿势变化而在显示图像上显示方向发生变化的机器人坐标系显示于图像显示装置。
在这里，在将检查对象物例如位于显示图像内的中央的状态下的机器人的姿势作为指挥位置时，通过手动微调机器人位置的缓慢运行，一点一点移动机器人，使检查对象物到达目标位置。在应用上述专利文献1的技术进行该作业时，指挥人必须一边意识到作为实际输出运行指令时的坐标系的机器人坐标系、和在显示图像上的将上下左右方向为基准的摄像机坐标系之间的相对关系，一边输出运行指令。
关于该方面，例如图8中所示，将位于显示图像左上方的检查对象物100移动到显示图像内的中央的情况作为例子来考虑。此时，首先，使机器人向机器人坐标系的Yr轴的“+”方向移动。由此，检查对象物100在显示图像上，向机器人坐标系的Yr轴的“-”方向(箭头(1)方向)移动。之后，使机器人向Xr轴的“-”方向移动。由此，检查对象物100在显示图像上，能够向Xr轴的“+”方向(箭头(2)方向)移动，并能够使其移动到显示图像内的中央。在这里，如图8中所示，由于机器人坐标系的Xr轴向相对摄像机坐标系的Xc轴向稍微处在右上方，故每当将检查对象物100移向Yr轴的“-”方向(箭头(1)方向)时，考虑接下来使其移向Xr轴的“+”方向时，在显示图像上向右上方向移动，需要移动到比Yr轴的中央稍微偏向“-”方向的位置。这样，必须一边意识到机器人坐标系和摄像机坐标系之间的相对关系，一边进行缓慢运行，造成指挥人的负担。
发明内容
本发明鉴于这些方面而实现，目的在于提供可基于摄像图像进行直观的指挥运行，减轻指挥人的负担及提高指挥作业的效率的用于机器人位置指挥的移动控制装置、机器人的位置指挥装置、用于机器人位置指挥的移动控制方法、机器人的位置指挥方法及用于机器人的位置指挥的移动控制程序。
本发明的用于机器人位置指挥的移动控制装置，在将摄像机拍摄的摄影图像显示于监视器，并以使摄影图像伴随机器人手指的运行而变化的方式，设定摄像机和机器人手指的位置关系的系统中，用于使机器人手指移动到指挥预定位置，包括：操作机构，其用于输入基于以显示在监视器的摄影图像为基准的摄像机坐标系的、对机器人的运行命令；转换机构，其根据从该操作机构输入的基于摄像机坐标系的运行命令，生成将机器人从当前位置移动到下一移动位置的基于摄像机坐标系的移动矢量，并将基于该摄像机坐标系的移动矢量转换为基于机器人坐标系的移动矢量；运行指令生成机构，其根据由该转换机构得到的基于机器人坐标系的移动矢量，生成向设置于机器人的关节的电动机发送的电动机指令值；电动机控制机构，其根据由该运行指令生成机构生成的电动机指令值，控制设置于机器人关节的电动机。
由此，由于能够基于摄像机坐标系进行移动控制运行，根据基于摄影图像的直观的运行指示，能够将机器人手指移动到指挥预定位置。由此，减轻指挥人的负担。另外，无需增加运行命令的执行次数，可通过必要的最低执行次数将机器人手指3移动到目标位置，提高指挥作业的效率。另外，还减少操作错误。
另外，在本发明的用于机器人位置指挥的移动控制装置中，操作机构由指定摄像机坐标系的X轴、Y轴、Z轴各轴的运行方向指定按钮、和用于使机器人手指在由运行方向指定按钮指定的轴向上运行的运行按钮构成。
这样，可通过按钮操作进行运行指示，并且运行命令的输入操作简单。
另外，本发明的用于机器人位置指挥的移动控制装置，包括：显示具有运行方向指定按钮及运行按钮的指挥操作图像的显示机构。
这样，也可以在显示机构上显示的指挥操作图像上设置运行方向指定按钮及运行按钮。
另外，在作为本发明的特征的用于机器人位置指挥的移动控制装置中，显示机构是触摸面板式显示机构。
这样，显示机构也可由触摸面板式的结构构成。
另外，本发明的用于机器人位置指挥的移动控制装置，预先设定根据对运行按钮进行的按下操作，在摄像机坐标系上移动的移动量，机器人的手指根据运行按钮的按下操作而移动。
这样，能够通过对应按下操作的移动量，移动机器人手指。
另外，本发明的用于机器人位置指挥的移动控制装置，优选的是，指挥预定位置是在作为作业对象的工件位于摄影图像的中央部时的机器人的手指位置。
通常，通过摄像机拍摄的图像，图像中心部分的图像相比图像的端部处理精度高。因此，通过将工件位于摄影图像的中心部时的机器人位置作为指挥位置，能够有助于实现对工件的高精度作业。
另外，本发明的机器人的位置指挥装置，具有：上述的任一的用于机器人位置指挥的移动控制装置，具有：存储机构，其将反复输入来自操作机构的运行命令，使机器人的手指到达指挥预定位置时的、机器人的姿势数据，作为指挥数据存储。
这样，在进行机器人的位置指挥时，由于能够使用上述用于机器人位置指挥的移动控制装置，将机器人手指移动到指挥预定位置，故可以简单地进行指挥作业。
另外，本发明的用于机器人位置指挥的移动控制方法，在将摄像机拍摄的摄影图像显示于监视器，并以使摄影图像伴随机器人手指的运行而变化的方式，设定摄像机和机器人手指的位置关系的系统中，用于使机器人手指移动到指挥预定位置，包括：运行命令输入工序，其接受基于以显示在监视器的摄影图像为基准的摄像机坐标系的、对机器人的运行命令的输入；转换工序，其根据在运行命令输入工序中输入的该运行指令，生成将机器人从当前位置移动到下一移动位置的基于摄像机坐标系的移动矢量，并将该基于摄像机坐标系的移动矢量转换为基于机器人坐标系的移动矢量；运行指令生成工序，其根据在转换工序中获得的基于机器人坐标系的移动矢量，生成向设置于机器人的关节的电动机发出的电动机指令值；电动机控制工序，其根据在该运行指令生成工序中生成的电动机指令值，控制设置于机器人的关节的电动机。
另外，本发明的机器人的位置指挥方法，在上述用于机器人位置指挥的移动控制方法中，反复进行运行命令输入工序，移动机器人手指，使机器人的手指位于指挥预定位置，并将此时的机器人的姿势数据，作为指挥数据存储。
另外，本发明的用于机器人位置指挥的移动控制程序，用于使计算机执行上述任一用于机器人位置指挥的的移动控制方法中的各工序。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的机器人系统的整体结构图。
图2是表示机器人控制装置的结构的方框图。
图3是表示指挥操作图像的一个例子的图。
图4是表示机器人控制图像的图。
图5是表示在机器人控制装置的显示机构上显示的指挥图像的一个例子的图。
图6是表示移动控制运行时的摄影图像的流程的图。
图7是表示移动控制运行中的数据的流程的方框图。
图8是以往装置的运行说明图。
图中，1：机器人、3：机器人手指、4：摄像机、4a：电动机、6：监视器、10：机器人控制装置、11：显示机构、12：输入机构、13：存储机构、14：电动机控制机构、16a：转换机构、16b：运行指令生成机构、20：指挥操作装置、21：显示机构、30：指挥操作图像、32：运行方向指定机构(操作机构)、33：运行按钮(操作机构)。
具体实施方式
图1是表示适用本发明的实施方式的用于机器人位置指挥的移动控制装置的机器人系统的整体结构的图。
机器人1在本例中，由具有多个关节的多关节机器人构成，臂2前端的机器人手指3上，安装有可把持工件的作业工具3a和拍摄工件的摄像机4。由摄像机4拍摄的图像通过图像处理装置5处理，并显示于监视器6上。另外，机器人1，与控制机器人1的机器人控制装置10，机器人控制装置10，进而与对于机器人1进行指挥操作的指挥操作装置20。所有这些构成机器人系统。
指挥操作装置20，包括：后述的图3及图4所示的、显示指挥图像的触摸面板式的显示机构21；存储各种图像数据及控制程序的存储机构(未图示)；和基于存储机构内的控制程序，控制整个指挥操作装置20的运算部(未图示)。另外，运算部将基于指挥图像上输入的操作输入的信号输出到机器人控制装置10中进行处理。
图2是表示机器人控制装置构成的方框图。
机器人控制装置10具体是由个人电脑等计算机构成，包括：进行各种显示的显示机构11；用于进行各种操作输入的由键盘、鼠标等构成的输入机构12；包含用于指挥机器人的位置的移动控制程序的控制程序或存储各种数据的存储机构13；基于发自后述的控制机构16的控制信号，控制设置于机器人1的各关节的电动机M的电动机控制机构14；用于与指挥操作装置20进行信号接收传送的指挥操作装置接口(I/F)15；控制整个机器人控制装置10的控制机构16。
控制机构16包括转换机构16a和运行指令生成机构16b。转换机构16a通过从输入机构12输入的运行命令或借由指挥操作装置I/F15输入的来自指挥操作装置20的运行命令，检测坐标系的指定、运行方向的指定和运行量，基于该各数据，生成基于将机器人1从当前位置移动到下一移动位置的指定坐标系的移动矢量，将基于该指定坐标系的移动矢量转换为基于机器人坐标系的移动矢量。运行指令生成机构16b，通过由转换机构16a得到的基于机器人坐标系的移动矢量，生成向设置于机器人1各关节的电动机M发出的电动机指令值。将由运行指令生成机构16b生成的电动机指令值输入到电动机控制机构16中，根据该电动机指令值，电动机控制机构14控制各关节的电动机M，由此，机器人1的手指部3移动。
在存储机构13内，除了控制程序，作为各种数据，还存储将分别基于各坐标系(局部坐标系、工具坐标系及摄像机坐标系)的移动矢量转换为机器人坐标系的各校准数据。
如上构成的机器人控制装置10，作为本发明的指挥机器人位置的移动控制装置、机器人的位置指挥装置来使用。
图3及图4是表示在指挥操作装置上显示的指挥图像的一例子的图，图3表示指挥操作图像，图4表示机器人控制图像。
指挥图像由多个图像构成，可通过标签31a、31b，在指挥操作图像(Jog& Teach)30和机器人控制图像(Robot Control)40之间进行切换。指挥操作图像30，包括：坐标系切换按钮31；作为操作机构的运行方向指定按钮32及运行按钮33；「Teach」按钮34。坐标系切换按钮31是切换坐标系的的按钮，每次按下可依次切换机器人坐标系(以机器人的设置基点作为原点而设定的坐标系)、用户局部的坐标系(用户可任意设定的坐标系)、工具坐标系(设定于作业工具3a的坐标系)及摄像机坐标系(以摄影图像作为基准的坐标系)。图3是表示设定为摄像机坐标系的状态。另外，显示于坐标系切换按钮31上的数字表示摄像机号码，在本例中，连接的摄像机4为1架，故显示号码「1」。
运行方向指定按钮32，是指定通过坐标系切换按钮31选择的坐标系的x轴、y轴、z轴各轴的按钮。运行按钮33，是使机器人手指3向通过坐标系切换按钮31及运行方向指定按钮32指定的坐标系的坐标轴向移动的按钮，由“+”方向按钮及“-”方向按钮构成，每次按下，机器人手指3只移动预先设定的移动量。另外，按一下该运行按钮33移动的移动量，通过基于摄像机坐标系的移动量预先设定，可从10mm、1mm、0.1mm的3种中选择设定。在这里，设定为1mm。另外，在持续按着时，选择设定的移动量的运行指示被作为反复指示进行处理。
Teach按钮34，是将按下该Teach按钮34时的机器人1的姿势数据作为指挥数据，存储于存储机构13的按钮，在机器人手指3到达指挥预定位置的状态下按下。
机器人控制图像40，是在连接多个机器人1、摄像机4及作业工具3a，另外，设定多个用户局部坐标系时，从中各自选择一个的图像，包括：机器人号码选择按钮41、局部坐标系号码选择按钮42、工具坐标系号码选择按钮43、摄像机坐标系号码选择按钮44。通过按下这些各按钮41～44，显示未图示的十键图像，在十键图像上通过按下号码，可选择所希望的号码。
上述图3及图4表示指挥操作装置20中指挥图像的一例，但在机器人控制装置10的显示机构21上，显示与图3及图4的指挥图像的图像结构稍微不同的、图5中所示的指挥图像(指挥操作图像)。在图5中，与图3及图4相同的部分使用相同符号。这样，可以使指挥操作装置20中的指挥图像与机器人控制装置10的指挥图像的图像结构不同，当然也可作为相同结构。
以下，对本实施方式的运行进行说明。
首先，将机器人手指3移动到通过摄像机4可拍摄工件的位置。该移动运行与以往相同，通过一边确认机器人手指3与工件之间的相对的位置关系，一边输出基于机器人坐标系的运行命令来进行。该运行的结果，如图6(a)所示，工件W被拍摄在摄影图像的左上方，以下，根据该状态对本发明的特征部分的运行进行说明。另外，在图6中，Xc、Yc表示摄像机坐标系。在这里，将以使工件W位于摄影图像的中心部而进行缓慢运行(手动下的机器人运行)的情况，作为例子说明运行。
图7是表示本实施方式的移动控制运行中的数据的流程的方框图。
指挥人首先按下指挥操作图像30上的「Robot Conrol」标签31b，并显示机器人控制图像40，选择机器人号码及摄像机号码。在这里，由于连接的机器人1及摄像机4分别只有1架，故分别输入号码「1」。然后，按下(Jog & Teach)标签31a，切换到指挥操作图像(Jog & Teach)标签30。并且，指挥人一边观察该监视器6上的摄影图像，一边进行指挥运行。本例的情况，首先，将工件W移动到摄影图像上下方向的中心。此时，将机器人手指3的位置(摄像机4的位置)移向Yc轴的“+”方向即可。从而，指挥人确认在指挥操作图像30中，指定坐标系设定于摄像机坐标系的事实，通过运行方向指定按钮32选择Y轴向，按下运行按钮33的「+」按钮。在这里，按一下「+」按钮。
发自作为以上操作机构的运行方向指定按钮32及运行按钮33的运行命令，被输入到转换机构16a，在转换机构16a中，基于运行命令，识别指定坐标系、坐标轴、运行方向及移动量。在这里，识别「摄像机坐标系」、「Yc轴」、「+」，另外，由于这里的运行按钮33的按下操作是按一下，故移动量识别为「1mm」。转换机构16a基于这些各数据，生成将机器人1从当前位置移动到下一移动位置的基于摄像机坐标系的移动矢量。而且，将基于摄像机坐标系的移动矢量，基于存储机构13内的摄像机坐标系的校准数据，转换为机器人坐标系中的移动矢量。该机器人坐标系的移动矢量被输入到运行指令生成机构16b中，运行指令生成机构16b，由基于机器人坐标系的移动矢量，生成向设置于机器人1的各关节的电动机M发出的电动机指令值，输出到电动机控制机构14。电动机控制机构14根据从运行指令生成机构16b输入的电动机指令值，向各关节的电动机M输出控制信号。由此，机器人1各关节的电动机M旋转，臂2移动，机器人1的整体姿势变化，机器人手指的位置变化。其结果，在摄影图像上的工件W的位置移动，移动到图6(b)中的实线表示的位置。另外，图6(b)的虚线表示移动之前的工件W的位置。
可以通过反复进行以上的运行，将工件W移动到图6(c)中所表示的、摄影图像的上下方向上的中央。如图6(d)、图6(e)所示，也可以在Xc轴向上同样进行该运行，由此，将工件W移动到摄影图像的中央。这样，机器人手指3一到达指挥预定位置，指挥人就按下「Teach」按钮34。识别该操作的机器人控制装置10的控制机构16，将当前的机器人1的姿势(各关节的角度)数据，作为指挥数据存储于存储机构13中。
这样，根据本实施方式可知，由于可基于摄像机坐标系进行移动控制运行，即由于可在摄影图像的水平方向及垂直方向上移动，可以根据基于摄影图像的直观的运行指示，将机器人手指3移动到指挥预定位置。由此，进行机器人的位置指挥时，可简单的进行指挥作业，并减轻指挥人的负担。另外，无需增加运行命令的执行次数，由于可通过所需最低执行次数将机器人手指3移动到目标位置，故可提高指挥作业的效率。另外，可以减少操作错误。另外，由于该运行命令的实际输入操作是按钮操作，故操作简单。
在这里，在本例中，使工件W位于摄影图像的中心部，这是由于，通常通过摄像机拍摄的图像，图像中心部分的图像比图像的端位精度要高。这样，通过将工件W位于摄影图像的中央部时的机器人的位置作为指挥位置，能够有助于实现对工件W进行的高精度作业。
另外，在本例中，通过例子，对将摄像机4安装于机器人手指3上的情况进行了说明，但摄像机的安装位置并不限于该位置，也可安装于机器人1的其他位置。另外，也可固定安装于机器人1的其他的位置。总之，以使摄影图像随着机器人手指3的运行而变化，设定摄像机4与机器人手指3之间的位置关系即可，该设置对象物无特别限定。
另外，在本例中，指挥操作装置20的显示机构21由触摸面板式的结构构成，在指挥操作图像30上，对运行方向指定按钮32及运行按钮33直接按下操作，输入运行命令，将上述情况作为例子进行了说明，但也可以在机器人控制装置10的显示机构11上，显示指挥操作图像30，通过使用鼠标等输入机构，操作指挥操作图像30上的各按钮32、33，另外，也可以将各按钮32、33由各自专用的输入按钮构成，将该输入按钮的按下操作作为运行命令的输入。

Claims (10)

1.一种用于机器人位置指挥的移动控制装置，在将摄像机拍摄的摄影图像显示于监视器，并以使所述摄影图像伴随机器人手指的运行而变化的方式，设定所述摄像机和所述机器人手指的位置关系的系统中，用于使所述机器人手指移动到指挥预定位置，其特征在于，包括：
操作机构，其用于输入基于以显示在所述监视器的摄影图像为基准的摄像机坐标系的、对所述机器人的运行命令；
转换机构，其根据从该操作机构输入的基于摄像机坐标系的运行命令，生成将所述机器人从当前位置移动到下一移动位置的基于摄像机坐标系的移动矢量，并将基于该摄像机坐标系的移动矢量转换为基于机器人坐标系的移动矢量；
运行指令生成机构，其根据由该转换机构得到的基于机器人坐标系的移动矢量，生成向设置于所述机器人的关节的电动机发送的电动机指令值；
电动机控制机构，其根据由该运行指令生成机构生成的电动机指令值，控制设置于所述机器人的关节的电动机。
2.根据权利要求1所述的用于机器人位置指挥的移动控制装置，其特征在于，
所述操作机构由指定摄像机坐标系的X轴、Y轴、Z轴各轴的运行方向指定按钮、和用于使机器人手指在由运行方向指定按钮指定的轴向上运行的运行按钮构成。
3.根据权利要求2所述的用于机器人位置指挥的移动控制装置，其特征在于，
包括：显示具有所述运行方向指定按钮及所述运行按钮的指挥操作图像的显示机构。
4.权利要求2所述的用于机器人位置指挥的移动控制装置，其特征在于，
所述显示机构是触摸面板式显示机构。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的用于机器人位置指挥的移动控制装置，其特征在于，
预先设定根据对所述运行按钮进行的按下操作，在所述摄像机坐标系上移动的移动量，所述机器人的手指根据所述运行按钮的按下操作而移动。
6.根据权利要求1至权利要求5中的任一项所述的用于机器人位置指挥的移动控制装置，其特征在于，
所述指挥预定位置是在作为作业对象的工件位于所述摄影图像的中央部时的所述机器人的手指位置。
7.一种机器人的位置指挥装置，其特征在于，
具有：根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的用于机器人位置指挥的移动控制装置，具有：存储机构，其将反复输入来自所述操作机构的运行命令，使所述机器人的手指到达所述指挥预定位置时的、所述机器人的姿势数据，作为指挥数据存储。
8.一种用于机器人位置指挥的移动控制方法，在将摄像机拍摄的摄影图像显示于监视器，并以使所述摄影图像伴随机器人手指的运行而变化的方式，设定所述摄像机和所述机器人手指的位置关系的系统中，用于使所述机器人手指移动到指挥预定位置，其特征在于，包括：
运行命令输入工序，其接受基于以显示在所述监视器的摄影图像为基准的摄像机坐标系的、对所述机器人的运行命令的输入；
转换工序，其根据在运行命令输入工序中输入的该运行指令，生成将所述机器人从当前位置移动到下一移动位置的基于摄像机坐标系的移动矢量，并将该基于摄像机坐标系的移动矢量转换为基于机器人坐标系的移动矢量；
运行指令生成工序，其根据在转换工序中获得的基于机器人坐标系的移动矢量，生成向设置于所述机器人的关节的电动机发出的电动机指令值；
电动机控制工序，其根据在该运行指令生成工序中生成的电动机指令值，控制设置于所述机器人的关节的电动机。
9.一种机器人的位置指挥方法，其特征在于，
在权利要求8所述的用于机器人位置指挥的移动控制方法中，反复进行所述运行命令输入工序，移动所述机器人手指，使所述机器人的手指位于所述指挥预定位置，并将此时的所述机器人的姿势数据，作为指挥数据存储。
10.一种用于机器人位置指挥的移动控制程序，其特征在于，
用于使计算机执行权利要求8所述的用于机器人位置指挥的移动控制方法中的各工序。
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