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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Messsystem und ein Verfahren
zum Messen der Position eines Ziels (ein Punkt auf einem zu messenden
Objekt), indem Licht auf einer Licht empfangenden Oberfläche eines
Licht empfangenden Geräts,
das an einem Roboter angebracht ist, empfangen wird.
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2. Beschreibung der verwandten Technik
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Ein
Touchierverfahren ist als ein Verfahren zum Bestimmen der Position
eines Objekts in der Nähe
eines Roboters und insbesondere der Position eines zu messenden
Ziels auf dem Objekt bekannt. Dieses Verfahren enthält die Schritte:
Vorbestimmen der Position des Werkzeugmittelpunktes (tool center point;
TCP) bezüglich
eines am Ende eines Roboterarms befestigten Koordinatensystems (Koordinatensystem
der mechanische Berührungsfläche), Bewegen
des Roboters im manuellen Modus wie im Kriechgang, so dass der TCP
genau mit dem Ziel (zu messender Punkt) übereinstimmt, und Erfassen
der Positionsdaten des Roboters, um die Position des Ziels zu bestimmen.
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Ein
anderes Verfahren, bei dem ein Roboter und eine Kamera kombiniert
sind, ist ebenfalls bekannt. Die Kamera ist am Ende des Roboterarms
angebracht. Die Kamera wird vom Roboter zur Stereosichtmessung bewegt,
wodurch die Position des Ziels relativ zum Roboter bestimmt wird.
Wie bekannt ist, erfordert dieses Verfahren eine Kalibrierung, bei der
ein Sensorkoordinatensystem, das im Allgemeinen am Körper der
Kamera angebracht ist, bestimmt wird, und es werden eine Position
des Sensorkoordinatensystems und eine Position auf dem Kamerabild entsprechend
der Position des Sensorkoordinatensystems berechnet. Auf eine detaillierte
Erläuterung dieser
Kalibrierung wird verzichtet, da die Kalibrierung in der Technik
hinreichend bekannt ist.
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Ferner
muss bei dem Verfahren, bei dem der Roboter und die Kamera kombiniert
sind, im Voraus eine Positionsbeziehung zwischen dem Roboter und der
Kamera zusätzlich
zur Kalibrierung berechnet werden. Diese Berechnung wird oft als
Kombination des Roboterkoordinatensystems und des Sensorkoordinatensystems
bezeichnet. Beispiele dafür
sind in folgenden Dokumenten offenbart: Roger Y. Tsai und Reimar
K. Lenz "A New Technique
for Fully Autonomous and Efficient 3D Robotics Hand/Eye Calibration", IEEE Trans an Robotics
and Auto mation, Jahrg. 5, Nr. 3, 1989, S. 345 bis 358, und
japanische Offenlegungsschrift Nr.
10-63317 .
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Wenn
sowohl die Kalibrierung als auch die Kombination der Koordinatensysteme
beendet worden ist, kann eine visuelle Linie von der Kamera zum Ziel
berechnet werden. Durch Bewegen der Kamera in zwei Positionen und
Messen des Ziels kann deshalb eine dreidimensionale Position des
Ziels relativ zum Roboter als Schnittpunkt von zwei visuellen Linien
berechnet werden.
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Die
JP08047881A beschreibt
ein Verfahren zur Fernsteuerung eines Roboters, bei dem zwei Kameras
an den linken und rechten Teilen eines Robotergreifers angebracht
sind. Die Form einer Kante eines Ziels wird erkannt, und eine trigonometrische Vermessung
des Greifers, der Positionen und Haltungen des Roboters sowie des
Ziels erfolgt anhand einer epipolaren Linie an einem beliebigen
Punkt der Form.
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Die
beiden obigen Verfahren (d. h. das Touchierverfahren und das Kombinationsverfahren
mit Kamera und Roboter) sind jedoch mit Problemen behaftet.
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Beim
Touchierverfahren unter Verwendung des Roboters ist eine Messung
mit hoher Präzision wegen
eines möglichen
Einstellfehlers des TCP relativ zum Roboter (oder der mechanischen
Berührungsfläche) und
eines Positionierungsfehlers des TCP zum Ziel während des Touchiervorgangs schwierig.
Sowohl bei der Einstellung als auch der Positionierung des TCP muss
ein Bediener den Roboter im Kriechgang bewegen und den TCP des Roboters
mit einer gewünschten
Position zu Deckung bringen. In diesem Fall haben Einstellung und
Positionierung in Abhängigkeit
der Ausrichtung des Roboters bei der Ausführung von Einstellung und Positionierung
oder in Abhängigkeit
von der Fertigkeit des Bedieners verschiedene Präzisionsgrade. Da die Positionierung
auf Basis einer visuellen Messung erfolgt, kann selbst ein qualifizierter
Bediener nicht mit hoher Präzision
arbeiten. Da ferner ein TCP dem Ziel angenähert oder mit diesem in Kontakt
gebracht wird, kann eine gegenseitige Behinderung (oder Beschädigung des
TCP und/oder des zu messenden Objekts) eintreten.
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Das
Verfahren, bei dem die Kamera am Ende des Roboterarms angebracht
ist und vom Roboter zur Stereosichtmessung bewegt wird, basiert dagegen
auf der Messung des Ziels durch die Kamera. Der Präzisionsgrad
des Verfahrens ist deshalb stabil, weil ein Faktor einschließlich eines
menschlichen Fehlers wie eine Sichtkontrolle entfällt, und
die Sicherheit des Verfahrens ist hoch, weil das Verfahren mit einer
Messung des berührungslosen
Typs arbeitet. Wie oben beschrieben ist jedoch die Kombination der
Koordinatensysteme bei der Kalibrierung erforderlich, und der Arbeitsaufwand
für die
Kalibrierung und ihrer Vorbereitungsmaßnahmen ist keineswegs gering.
Der Grund hierfür
wird kurz unter Bezugnahme auf 11 beschrieben.
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11 zeigt
eine typische Anordnung, wie sie im Stand der Technik zur Kalibrierung
verwendet wird. Ein mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter
Roboter wird von einem Robotersteuergerät 5 gesteuert. Eine
Kamera 4 ist um das Ende des Arms des Roboters 1 angebracht.
Die Kamera 4 ist mit einer Bildverarbeitungseinheit 2 verbunden,
die einen Monitor 3 mit einem LCD- oder CRT-Bildschirm
hat. Das Bezugszeichen 6 kennzeichnet eine plattenförmige Vorrichtung,
die zur Kalibrierung dient, oder eine Kalibrierplatte. Die Kalibrierplatte 6 hat
z. B. ein Punktmuster aus einer bekannten Punktmatrix. Das Bild
der Kalibrierplatte wird von der Kamera 4 aufgenommen und
von der Bildverarbeitungseinheit 2 analysiert. Dann wird
das Sensorkoordinatensystem bestimmt, und Parameter, die die Position
des Sensorkoordinatensystems und die Position auf dem Kamerabild
entsprechend der Position des Koordinatensystems angeben, werden
als Kalibrierdaten berechnet und gespeichert.
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Danach
werden die Koordinatensysteme bezüglich des Roboters und der
Kamera auf Basis der oben beschriebenen herkömmlichen Technik kombiniert.
Im konkreten Fall des Beispiels von 11 werden
Matrixdaten, die die relative Positionsbeziehung zwischen dem Sensorkoordinatensystem Σs und den
Koordinaten Σf
der mechanischen Berührungsfläche des
Roboters 1 repräsentieren,
erhalten. Eine solche Reihe von Operationen erfordert komplizierte
Vorbereitungen und die exklusive Kalibrierplatte 6. Außerdem können normalerweise
ein Licht empfangendes Teil (z. B. eine CCD-Matrix) oder eine Abbildungslinse
der Kamera eine geometrische Verzerrung haben. Insbesondere hat
eine Linse häufig eine
starke Verzerrung. Die Verzerrung der Linse ist am Umfang der Linse
größer, weshalb
die Berechnung der visuellen Linie vom Brennpunkt der Linse bis
zum Ziel je nach der Position des Ziels auf dem Bild einen kleinen
oder großen
Fehler enthalten kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Demzufolge
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Messsystem zum
Messen des Ziels unter Verwendung der Kamera oder eines alternativen
PSD (position sensitive detector; positionsempfindlicher Detektor),
der um das Ende eines Handhabungsgeräts oder des Roboterarms angebracht
ist, und zur Ausführung
der Messung ohne komplizierte Vorbereitungen und die exklusive Kalibrierplatte
bereitzustellen. Außerdem
soll die Erfindung nicht durch die geometrische Verzerrung der Linse
oder des Licht empfangenden Geräts
zur Bildgebung beeinflusst werden.
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Das
Grundmerkmal der Erfindung ist die Bestimmung der Positionsbeziehung
zwischen dem Handhabungsgerät
und der visuellen Linie der Kamera, indem folgende Operationen kombiniert
werden: Empfangen des Bildes des Ziels auf der Licht empfangenden
Oberfläche
des Licht empfangenden Geräts
(typischerweise die Kamera oder der PSD), das um das Ende des Handhabungsgeräts angebracht
ist, Bewegen des Handhabungsgeräts,
um das Bild des Ziels in einer vorgegebenen Position zu positionieren
(z. B. in der Mitte des Kamerabildes oder dem Ursprung des PSD),
Bestimmen der Position des Handhabungsgeräts und Bewegen des Handhabungsgeräts, um die
Ausrichtung des Licht empfangenden Geräts zu ändern. Wenn die Positionsbeziehung
bestimmt worden ist, kann die dreidimensionale Position des Ziels
berechnet werden, indem das Ziel unter Verwendung des Licht empfangenden
Geräts
von zwei Punkten auf Basis des Prinzips der Stereomessung abgebildet
wird.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird ein Messsystem zum Messen der Position
eines Ziels, das relativ zu einem Roboter mit einem Handhabungsgerät zu messen
ist, wobei das Messsystem aufweist: ein Licht empfangendes Gerät, das am Handhabungsgerät angebracht
ist; ein Steuergerät zur
Positionierung des Handhabungsgeräts in einer Ausgangsposition;
und eine Bildverarbeitungseinheit zum Berechnen der Position eine
Bildes des Ziels auf der Licht empfangenden Oberfläche des
Licht empfangenden Geräts,
wobei das Ziel auf der Licht empfangenden Oberfläche abgebildet wird; bei dem
die Steuereinheit aufweist: einen ersten Arithmetikteil zum Berechnen
des Bewegungswegs des Handhabungsgeräts, durch den die Position
des Bildes des Ziels auf der Licht empfangenden Oberfläche, die von
der Bildverarbeitungseinheit berechnet wird, mit einem vorgegebenen
Referenzpunkt auf der Licht empfangenden Oberfläche zusammenfällt; einen
Antriebssteuerteil zum Bewegen des Handhabungsgeräts entsprechend
dem Bewegungsweg; einen zweiten Arithmetikteil zum Berechnen der
Position und Ausrichtung einer visuellen Linie des Licht empfangenden
Geräts
relativ zu einer Roboterkoordinate auf Basis einer Mehrzahl Positionen
des Handhabungsgeräts;
und einen dritten Arithmetikteil zum Berechnen der dreidimensionalen
Position des Ziels relativ zur Roboterkoordinate auf Basis der Position
und Ausrichtung der visuellen Linie.
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Der
erste Arithmetikteil ist zur Berechnung der Ausrichtung der visuellen
Linie des Licht empfangenden Geräts
relativ zur Roboterkoordinate auf Basis von mindestens zwei Positionen
des Handhabungsgeräts
ausgelegt, nachdem es so bewegt worden ist, dass das Bild des Ziels
mit dem vorgegebenen Referenzpunkt zusammenfällt, wobei die zwei Positionen
so bestimmt werden, dass die Ausrichtungen des Licht empfangenden
Geräts
in den zwei Positionen gleich und die Abstände zwischen dem Licht empfangenden
Gerät und
dem Ziel in den zwei Positionen voneinander verschieden sind.
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Der
zweite Arithmetikteil ist zur Berechnung der Position der visuellen
Linie des Licht empfangenden Geräts
relativ zur Roboterkoordinate auf Basis der Ausrichtung der visuellen
Linie und mindestens zweier Positionen des Handhabungsgeräts ausgelegt,
nachdem es so bewegt worden ist, dass das Bild des Ziels mit dem
vorgegebenen Referenzpunkt zusammenfällt, wobei die zwei Positionen
bestimmt werden, indem die Ausrichtung des Licht empfangenden Geräts durch
eine Bewegung einschließlich
einer Drehung um eine Achse parallel zur Ausrichtung der visuellen
Linie geändert
wird.
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Der
dritte Arithmetikteil ist zur Berechnung der dreidimensionalen Position
des Ziels relativ zur Roboterkoordinate auf Basis der Ausrichtung
und der Position der visuellen Linie und der mindestens zwei Positionen
des Handhabungsgeräts
ausgelegt, nachdem es so bewegt worden ist, dass das Bild des Ziels mit
dem vorgegebenen Referenzpunkt zusammenfällt, wobei die zwei Positionen
bestimmt werden, indem die Ausrichtung und die Position des Licht
empfangenden Geräts
durch eine Bewegung einschließlich
einer Drehung um eine Achse senkrecht zur Ausrichtung der visuellen
Linie geändert
werden.
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Der
Referenzpunkt der Licht empfangenden Oberfläche ist vorzugsweise allgemein
in der Mitte der Licht empfangenden Oberfläche positioniert.
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Das
Messsystem kann ferner einen Bestimmungsteil zur Bestimmung nach
der Bewegung des Handhabungsgeräts
und vor dem Speichern der Position des Handhabungsgeräts enthalten,
ob die Position des Ziels, das auf der Licht empfangenden Oberfläche des
Licht empfangenden Geräts
abgebildet ist, mit dem Referenzpunkt zusammenfällt, wenn der Abstand zwischen
ihnen innerhalb eines vorgegebenen Fehlerbereichs liegt. Es ist
deshalb sichergestellt, dass die Position des Bildes des Ziels auf
der Licht empfangenden Oberfläche
des Licht empfangenden Geräts
mit dem Referenzpunkt auf der Licht empfangenden Oberfläche zusammenfällt.
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Weiter
kann die Position des Handhabungsgeräts nach der Bewegung als Ausgangsposition
erneut eingestellt werden, wenn der Bestimmungsteil bestimmt, dass
die Position des Bildes des Ziels nicht mit dem Referenzpunkt auf
der Licht empfangenden Oberfläche übereinstimmt.
Deshalb ist ebenfalls sichergestellt, dass die Position des Bildes
des Ziels auf der Licht empfangenden Oberfläche des Licht empfangenden
Geräts
durch Wiederholen der Roboterbewegung mit dem Referenzpunkt auf
der Licht empfangenden Oberfläche
zusammenfällt.
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Das
Licht empfangende Gerät
kann abnehmbar um das Ende des Handhabungsgeräts angebracht sein, wodurch
das Licht empfangende Gerät
um das Ende des Handhabungsgeräts
angebracht sein kann, wenn eine Messung ausgeführt wird, und nach der Messung
abgebaut werden kann.
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Das
Licht empfangende Gerät
kann abnehmbar um das Ende des Handhabungsgeräts angebracht sein, wodurch
der Roboter zur Messung der Position eines relativ zum Roboter zu
messenden Objekts verwendet werden kann, indem das Licht empfangende
Gerät um
das Ende des Handhabungsgeräts
angebracht wird, und der Roboter nach der Messung für eine von
der Messung verschiedene Anwendung eingesetzt werden kann, indem
das Licht empfangende Gerät
abgebaut wird.
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Das
Licht empfangende Gerät
kann eine Kamera zur Abbildung eines zweidimensionalen Bildes oder
ein positionsempfindlicher Detektor zur Berechnung des Schwerpunkts
der Verteilung des empfangenen Lichts sein.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Messverfahren
zum Messen der Position eines Ziels, das relativ zu einem Roboter
mit einem Handhabungsgerät
zu messen ist, bereitgestellt, wobei das Verfahren aufweist: Vorbereiten
eines Licht empfangenden Geräts,
das am Handhabungsgerät
angebracht wird; Positionieren des Handhabungsgeräts in einer
Ausgangsposition; Berechnen der Position eines Bildes des Ziels
auf der Licht empfangenden Oberfläche des Licht empfangenden
Geräts,
wobei das Ziel auf der Licht empfangenden Oberfläche abgebildet wird; Berechnen
des Bewegungswegs des Handhabungsgeräts, durch den die Position
des Bildes des Ziels auf der Licht empfangenden Oberfläche mit
einem vorgegebenen Referenzpunkt auf der Licht empfangenden Oberfläche zusammenfällt; Bewegen
des Handhabungsgeräts
entsprechend dem Bewegungsweg; Be rechnen der Ausrichtung einer visuellen
Linie des Licht empfangenden Geräts
relativ zu einer Roboterkoordinate auf Basis von mindestens zwei
Positionen des Handhabungsgeräts
nach der Bewegung des Handhabungsgeräts in der Weise, dass das Bild
des Ziels mit dem vorgegebenen Referenzpunkt zusammenfällt, wobei
die mindestens zwei Positionen so bestimmt werden, dass die Ausrichtungen
des Licht empfangenden Geräts
in den zwei Positionen gleich sind, und die Abstände zwischen dem Licht empfangenden
Gerät und
dem Ziel in den zwei Positionen voneinander verschieden sind; Berechnen
der Position der visuellen Linie des Licht empfangenden Geräts relativ
zur Roboterkoordinate auf Basis der Ausrichtung der visuellen Linie
und von mindestens zwei Positionen des Handhabungsgeräts nach
der Bewegung des Handhabungsgeräts
in der Weise, dass das Bild des Ziels mit dem vorgegebenen Referenzpunkt
zusammenfällt,
wobei die zwei Positionen bestimmt werden, indem die Ausrichtung
des Licht empfangenden Geräts
durch eine Bewegung einschließlich
einer Drehung um eine Achse parallel zur Ausrichtung der visuellen
Linie geändert
wird; und Berechnen der dreidimensionalen Position des Ziels relativ
zur Roboterkoordinate auf Basis der Ausrichtung und der Position
der visuellen Linie und von mindestens zwei Positionen des Handhabungsgeräts nach
der Bewegung des Handhabungsgeräts
in der Weise, dass das Bild des Ziels mit dem vorgegebenen Referenzpunkt
zusammenfällt,
wobei die zwei Positionen bestimmt werden, indem die Ausrichtung und
die Position des Licht empfangenden Geräts durch eine Bewegung einschließlich einer
Drehung um eine Achse senkrecht zur Ausrichtung der visuellen Linie
geändert
werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung erschließen sich
noch besser aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen; es zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm, das schematisch die Konfiguration eines Messsystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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2 ein
Diagramm der Gesamtkonfiguration einer Ausführungsform der Erfindung;
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3 ein
Blockdiagramm der Konfiguration eines mit der Erfindung verwendeten
Roboters;
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4 ein
Blockdiagramm der Konfiguration einer Bildverarbeitungseinheit;
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5 ein
Diagramm des Monitors, das die Bewegung des Ziels zum Mittelpunkt
der Licht empfangenden Oberfläche
des Licht empfangenden Geräts
darstellt;
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6 ein
Diagramm zur Erläuterung
des Prozesses von Schritt T4;
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7a und 7b Diagramme
zur Erläuterung
des Prozesses von Schritt T8, wobei das erste eine Drehbewegung
der Koordinate Σv1
und das zweite eine Beziehung zwischen der Drehbewegung und der
Koordinate Σv2
darstellt;
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8 ein
Diagramm zur Erläuterung
des Prozesses der Berechnung der dreidimensionalen Position des
Ziels;
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9 ein
Flussdiagramm des Prozessablaufs zur Bewegung eines vorgegebenen
Punktes; 10 ein Flussdiagramm des Ablaufs
des gesamten bei der Ausführungsform
ausgeführten
Prozesses; und 11 ein Diagramm einer typischen
Anordnung, die bei einer Kalibrierung im Stand der Technik verwendet
wird.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt
schematisch eine Konfiguration eines Messsystems gemäß der vorliegenden
Erfindung. Ein Messsystem 7 zum Messen der Position eines
zu messenden Ziels 31 relativ zu einem Roboter 1 mit
einem Handhabungsgerät 1a enthält ein Licht empfangendes
Gerät 4,
das am Handhabungsgerät 1a angebracht
ist, ein Steuergerät 10 zum
Positionieren des Handhabungsgeräts 1a in
einer Ausgangsposition und eine Bildverarbeitungseinheit 2 zum
Berechnen der Position des Ziels 31 auf einer Licht empfangenden
Oberfläche
des Licht empfangenden Geräts 4,
das auf der Licht empfangenden Oberfläche abgebildet wird. Das Steuergerät 10 enthält einen
ersten Arithmetikteil 11a zum Berechnen des Bewegungswegs
des Handhabungsgeräts 1a,
durch den die Position des Ziels 31 auf der Licht empfangenden
Oberfläche,
die von der Bildverarbeitungseinheit 2 berechnet wird,
mit einem vorgegebenen Referenzpunkt auf der Licht empfangenden
Oberfläche
zusammenfällt,
einen Antriebssteuerteil 15 zum Bewegen des Handhabungsgeräts 1a entsprechend dem
Bewegungsweg, einen zweiten Arithmetikteil 11b zum Berechnen
mindestens entweder der Position oder der Ausrichtung einer visuellen
Linie 40 des Licht empfangenden Geräts relativ zu einer Roboterkoordinate
und einen dritten Arithmetikteil 11c zum Berechnen der
dreidimensionalen Position des Ziels 31 relativ zur Roboterkoordinate
auf Basis mindestens entweder der Position oder der Ausrichtung
der visuellen Linie 40. Bei der nachstehenden Ausführungsform
führt eine
Haupt-CPU 11 die Funktionen des ersten, zweiten und dritten
Arithmetikteils 11a 11b und 11c aus.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung wird anhand der 2 bis 10 beschrieben. 2 zeigt
eine Gesamtkonfiguration der Ausführungsform Erfindung. Das Licht
empfangende Gerät 4 (z.
B. eine Kamera) ist um das Ende des Handhabungsgeräts 1a des
Roboters 1 angebracht. Die Kamera 4 kann eine
bekannte CCD-Kamera mit einer Funktion zur Erkennung eines zweidimensionalen
Bildes eines auf einer Licht empfangenden Oberfläche oder einer CCD-Matrixoberfläche abgebildeten
Objekts sein. Die Kamera 4 ist mit einer Bildverarbeitungseinheit 2 verbunden,
die einen Monitor 3, etwa einen LCD- oder CRT-Schirm hat.
Das Bezugszeichen 30 kennzeichnet ein Objekt, das im Bereich
des Roboters 1 positioniert ist. Die relative Position
des Objekts 30 zum Roboter 1 ist zu berechnen,
wozu ein zu messendes Ziel oder ein zu messender Punkt 31 auf
dem Objekt 30 angebracht ist. Das Ziel 31 kann
eine für das
Objekt 30 charakteristische Form oder eine auf dem Objekt
zur Messung angebrachte Referenzmarkierung sein. Wie später beschrieben
wird, wird das Ziel 31 von der Kamera 4 abgebildet
und das Bild des Ziels 31 von der Bildverarbeitungseinheit 2 analysiert.
Eine mit dem Bezugszeichen 40 gekennzeichnete visuelle
Linie wird als Gerade bestimmt, die von einem repräsentativen
Punkt der Kamera 4 (z. B. vom Mittelpunkt der Licht empfangenden
Oberfläche der
Kamera) über
den Brennpunkt einer Abbildungslinse der Kamera 4 zum Ziel 31 verläuft. Der
Monitor 3 kann einen LCD- oder CRT-Bildschirm haben, der in
die Bildverarbeitungseinheit 2 integriert ist, und bei Bedarf
ein gewünschtes
Bild anzeigen.
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Der
Roboter 1 kann ein herkömmlicher
typischer Roboter sein und hat ein Robotersteuergerät 10 mit
der in 3 dargestellte Blockkonfiguration. Das Robotersteuergerät 10 hat
eine Haupt-CPU (eine Hauptzentraleinheit, die im Folgenden einfach
als CPU bezeichnet wird) 11, einen Speicher 12,
der aus einem RAM (random access memory; Speicher mit wahlfreiem
Zugriff), einem ROM (read-only memory; Festspeicher) und einem nicht
flüchtigen
Speicher besteht, eine Einlernpult-Schnittstelle 13, eine
Kommunikationsschnittstelle 14, einen Antriebssteuerteil einer
Servosteuereinheit 15 und eine Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 16 für externe
Einheiten, die miteinander über
einen Bus 17 parallel geschaltet sind.
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Ein
Einlernpult 18, das mit der Einlernpult-Schnittstelle 13 verbunden
ist, kann die üblichen Anzeigefunktionen
haben. Ein Bediener erstellt, korrigiert und registriert ein Bewegungsprogramm
für den
Roboter, indem er manuelle Operationen am Einlernpult 18 vornimmt.
Außerdem
stellt der Bediener verschiedene Parameter ein, bedient den Roboter auf
Basis des eingelernten Bewegungsprogramms und bewegt diesen im manuellen
Modus im Kriechgang. Ein Systemprogramm, das die Grundfunktionen
des Roboters 1 und das Robotersteu ergerät 10 unterstützt, ist
im ROM des Speichers 12 gespeichert. Das Bewegungsprogramm
(z. B. Punktschweißen)
des gemäß der Anwendung
eingelernten Roboters und die relevanten eingestellten Daten sind
im nicht flüchtigen
Speicher des Speichers 12 gespeichert.
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Ein
Programm und Parameter, die zur Ausführung von Prozessen dienen
(für die
Bewegung des Handhabungsgeräts
zur Berechnung der visuellen Linie und für die Kommunikation dazu mit
der Bildverarbeitungseinheit), die später beschrieben werden, sind
ebenfalls im nicht flüchtigen
Speicher des Speichers 12 gespeichert. Der RAM des Speichers 12 dient
als Speicherbereich zur temporären Speicherung
verschiedener von der CPU 11 verarbeiteter Daten. Die Servosteuereinheit 15 hat
Servosteuerungen Nr. 1 bis Nr. n, wobei n die Gesamtzahl der Achsen
des Roboters ist und in diesem Fall mit gleich 6 angenommen wird.
Die Servosteuereinheit 15 empfängt einen Verschiebebefehl,
der durch Operationen (wie eine Wegplanerstellung, Interpolation und
inverse Transformation auf Basis des Plans) erstellt wird, um den
Roboter zu steuern. Die Servosteuereinheit 15 gibt Drehmomentbefehle
an die Servoverstärker
A1 bis An auf Basis des Verschiebebefehls und der von den Impulscodierern
(nicht dargestellt), die zu den Achsen gehören, empfangenen Rückkopplungssignale
aus. Die Servoverstärker
A1 bis An liefern auf Basis der Drehmomentbefehle Strom an die Servomotoren
der jeweiligen Achsen, wodurch die Servomotoren angesteuert werden.
Die Kommunikationsschnittstelle 14 ist mit der in 2 dargestellten
Bildverarbeitungseinheit 2 verbunden. Das Robotersteuergerät 10 tauscht
mit der Bildverarbeitungseinheit 2 über die Kommunikationsschnittstelle 14 Befehle
aus, die für
die Messung und die gemessenen Daten relevant sind (wird später beschrieben).
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Die
Bildverarbeitungseinheit 2 hat eine in 4 dargestellte
Blockkonfiguration. Die Bildverarbeitungseinheit 2 hat
eine CPU 20 mit einem Mikroprozessor und außerdem einen
ROM 21, einen Bildprozessor 22, eine Kameraschnittstelle 23,
eine Monitorschnittstelle 24, eine Eingabe-/Ausgabe-(E/A)Einheit 25,
einen Einzelbildspeicher (d. h. einen Bildspeicher) 26,
einen nicht flüchtigen
Speicher 27, einen RAM 28 und eine Kommunikationsschnittstelle 29,
die über
eine Busleitung 32 mit der CPU 20 verbunden sind.
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Eine
Kamera als Abbildungseinheit, die in diesem Fall die in 2 dargestellte
Kamera 4 ist, ist mit der Kameraschnittstelle 23 verbunden.
Wenn die Kamera einen Abbildungsbefehl über die Kameraschnittstelle 23 empfängt, nimmt
die Kamera ein Bild unter Anwendung der elektronischen Verschlussfunktion
auf, die in der Kamera integriert ist. Die Kamera sendet ein Videosignal "Aufgenommen" über die Kameraschnittstelle 23 an
den Einzelbildspeicher 26 und dieser speichert das Videosignal
in Form eines Grauskalensignals. Ein Monitor, bei dem es sich in
diesen Fall um den in 2 dargestellten Monitor 3 handelt,
ist mit der Monitorschnittstelle 24 verbunden. Der Monitor
zeigt nach Bedarf aktuell von der Kamera aufgenommene Bilder an,
frühere
im Einzelbildspeicher 26 gespeicherte Bilder oder vom Bildprozessor 22 verarbeitete
Bilder.
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Der
Bildprozessor 22 analysiert das Videosignal vom Bild des
Ziels 31, das im Einzelbildspeicher 26 gespeichert
ist, und es wird eine dreidimensionale Position des Ziels erhalten,
was später
ausführlich beschrieben
wird. Ein Programm und Parameter zu diesem Zweck sind im nicht flüchtigen
Speicher 27 gespeichert. Der RAM 28 speichert
Daten temporär, die
die CPU 20 zur Ausführung
verschiedener Prozesse verwendet. Die Kommunikationsschnittstelle 29 ist
mit dem Robotersteuergerät
mit der Kommunikationsschnittstelle 14 an der Seite des
Robotersteuergeräts
verbunden.
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In 2 ist
eine Mehrzahl Koordinatensysteme dargestellt. Dabei gibt Σv ein Koordinatensystem einschließlich der
visuellen Linie 40 an, die von einem repräsentativen
Punkt (z. B. vom Mittelpunkt der Licht empfangenden Oberfläche der
Kamera) der Kamera 4 über
den Brennpunkt einer Abbildungslinse der Kamera 4 zum Ziel 31 verläuft. Der
Ursprung des Koordinatensystems Σv
liegt auf der visuellen Linie 40, und eine Achse des Koordinatensystems
(z. B. die Z-Achse) fällt
mit der visuellen Linie 40 zusammen. Außerdem sind ein Koordinatensystem,
das zur Basis des Roboters gehört,
und ein Koordinatensystem der mechanische Berührungsfläche mit Σb bzw. Σf gekennzeichnet. Bei dieser
Ausführungsform
wird das Koordinatensystem der mechanischen Berührungsfläche Σf als Koordinatensystem bestimmt,
das einen repräsentativen
Punkt des Handhabungsgeräts
enthält.
Die dreidimensionale Position des Ziels 31 relativ zum
Koordinatensystem Σf
wird wie nachstehend beschrieben berechnet.
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Die
berechnete dreidimensionale Position kann jederzeit auf Basis der
Positionsbeziehung zwischen den Koordinatensystemen Σb und Σf in eine dreidimensionale
Position relativ zum Roboterkoordinatensystem Σb unter Anwendung z. B. eines
bekannten Koordinatentransformationsverfahrens gewandelt werden.
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Obwohl
das Licht empfangende Gerät
bei der Ausführungsform
der Erfindung als eine CCD-Kamera
zum Abbilden eines zweidimensionalen Bildes des Objekts beschrieben
ist, kann das Licht empfangende Gerät auch ein anderes Gerät wie eine
CMOS-Kamera sein, die im We sentlichen die gleichen Funktionen wie
die CCD-Kamera hat, oder alternativ ein positionsempfindlicher Detektor (position
sensitive detector; PSD) zur Berechnung der (zweidimensionalen)
Position des Schwerpunkts der Verteilung des empfangenen Lichtes,
wenn das Ziel 31 als Punktlichtquelle betrachtet werden
kann. Wenn die CCD-Kamera durch ein solches alternatives Gerät ersetzt
wird, wird natürlich
die Bildverarbeitungseinheit 2 durch eine andere auf das
alternative Gerät
abgestimmte Einheit ersetzt. Wenn z. B. der PSD verwendet wird,
wird eine Verarbeitungseinheit mit einer Funktion zur Berechnung
der (zweidimensionalen) Position des Schwerpunkts der Verteilung des
empfangenen Lichtes durch Verarbeiten eines Ausgangssignals vom
PSD verwendet.
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Im
Folgenden wird ein Beispiel eines Prozesses für die dreidimensionale Position
des Ziels 31 gemäß der Erfindung
beschrieben. Obwohl das Licht empfangende Gerät die mit der Bildverarbeitungseinheit 2 verbundene
(CCD-)Kamera ist, können
die Kamera und die Bildverarbeitungseinheit durch ein anderes Licht
empfangendes Gerät
bzw. eine andere Signalverarbeitungseinheit ersetzt werden, wie
oben beschrieben worden ist. Der gesamte bei der Ausführungsform
ausgeführte
Prozess ist in einem Flussdiagramm von 10 dargestellt
und wird nunmehr anhand des Flussdiagramms beschrieben.
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Schritte T1 und T2
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Ein
Basisprozess der Erfindung besteht darin, die Position des Ziels 31 auf
der Licht empfangenden Oberfläche
des Licht empfangenden Geräts zu
einen vorgegebenen Punkt oder einem Referenzpunkt auf der Licht
empfangenden Oberfläche
zu bewegen, um Daten der visuellen Linie 40 ohne Kalibrierung
gemäß dem Stand
der Technik zu erhalten.
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In
Schritt T1 wird das Handhabungsgerät 1a des Roboters 1 in
eine Ausgangsposition bewegt, in der das Sichtfeld der Kamera 4 das
Bild des Ziels 31 enthält.
Danach wird in Schritt T2 ein Bewegungsprozess zu einer vorgegebenen
Position oder einer Referenzposition ausgeführt. Beim Bewegungsprozess wird
das Licht empfangende Gerät
so bewegt, dass die Position des Ziels 31 auf der Licht
empfangenden Oberfläche
bewegt wird und mit dem Referenzpunkt zusammenfällt (oder zu einem Punkt kommt,
in dem der Abstand zwischen dem Punkt und dem Referenzpunkt innerhalb
eines vorgegebenen Bereichs liegt).
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Bei
der Ausführungsform
ist der Referenzpunkt der Mittelpunkt der Licht empfangenden Oberfläche (oder
der CCD-Matrix). 5 zeigt die Bewegung des Bildes
des Ziels 31 zum Mittelpunkt der Licht empfangenden Oberfläche mittels
einer Anzeige auf dem Monitor 3.
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Die
Anzeige auf dem Monitor 3 ist so konfiguriert, dass der
Mittelpunkt M der Anzeige dem Mittelpunkt der Licht empfangenden
Oberfläche
der Kamera 4 entspricht.
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Es
wird angenommen, dass das Bild des Ziels 31 in einem mit 31a gekennzeichneten
Punkt positioniert ist, wie in 5 dargestellt,
wenn das Handhabungsgerät 1a in
der Ausgangsposition positioniert ist. In diesem Fall sollte das
Handhabungsgerät 1a so
bewegt werden, dass das Bild 31a auf der Anzeige nach unten
links zum Punkt M bewegt wird. Da jedoch die Positionsbeziehung
zwischen dem Handhabungsgerät 1a und
der Kamera 4 vor der Bewegung des Handhabungsgeräts unbekannt
ist, kann die Richtung, in der das Handhabungsgerät 1a bewegt
werden sollte, nicht auf Basis der Position des Ziels auf der Anzeige
bestimmt werden. Es muss deshalb vorher bestimmt werden, wie das
Handhabungsgerät 1a bewegt
werden sollte, damit sich das Bild 31a des Ziels 31 zu
einem gewünschten
Punkt (oder in diesem Fall zum Punkt M) bewegt.
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Konkret
gesagt, wird das Handhabungsgerät in
drei Richtungen (d. h. in X-, Y- und Z-Achsenrichtung) des Koordinatensystems Σf der mechanischen Berührungsfläche in 2 bewegt
und die Bewegung des Bildes 31a des Ziels 31,
die der Bewegung des Handhabungsgerät entspricht, beobachtet, wodurch
die Beziehung zwischen der Bewegungsrichtung des Handhabungsgeräts 1a und
der Bewegungsrichtung des Bildes des Ziels auf der Anzeige sowie
die Beziehung zwischen dem Bewegungsweg des Handhabungsgeräts 1a und
dem Bewegungsweg des Bildes des Ziels auf der Anzeige bestimmt werden
können.
Wenn diese Prozedur ausgeführt wird,
nachdem die Kamera 4 am oder um das Ende des Handhabungsgeräts 1a angebracht
oder befestigt worden ist, ist es nicht erforderlich, die Prozedur später auszuführen. Obwohl
sich die Position und die Ausrichtung des Ziels im Koordinatensystems Σf während der
Abbildung durch die Bewegung des Handhabungsgeräts 1a ändern, ändert sich
die Positionsbeziehung zwischen dem Koordinatensystem Σf und der
(Licht empfangenden Oberfläche)
der Kamera 4 niemals, es sei denn, die Einstellbedingung
der Kamera 4 am Handhabungsgerät 1a wird geändert.
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Da
die Bestimmung der relativen Richtung und das Verhältnis der
Bewegungswege des Handhabungsgeräts
und des Ziels auf der Anzeige durch die obige Prozedur bekannt sind,
wird auf eine detaillierte Beschreibung der Prozedur verzichtet.
Es wird angenommen, dass die obige Prozedur oder die Vorbereitung
in den folgenden Schritten bereits abgeschlossen worden sind.
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Ein
Beispiel eines Prozesses, in dem das Bild 31a des von der
Kamera abgebildeten Ziels mit dem Referenzpunkt M auf der Anzeige
zur Deckung gebracht wird, ist im Flussdiagramm von 9 angegeben.
Die Schritte des Flussdiagramms werden nachstehend beschrieben.
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Schritt S1
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Das
zu messende Ziel 31 wird abgebildet, wodurch das in 5a dargestellte Bild 31a erhalten wird.
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Schritt S2
-
Die
Bildverarbeitungseinheit 2 berechnet die Position des Ziels 31 (oder
die Position des Bildes 31a) auf der Anzeige.
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Schritt S3
-
Die
Haupt-CPU 11 oder ein geeigneter Bestimmungsteil bestimmt,
ob die in Schritt S2 berechnete Position mit einem vorgegebenen
Punkt (in diesem Fall, dem Punkt M) zusammenfällt oder nicht. Wenn z. B.
der Abstand zwischen dem Punkt M und dem Bild 31a auf der
Anzeige gleich ist oder kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert
(δBild),
bewertet die CPU 11 diese Situation als "Deckungsgleichheit", und der Prozess
wird beendet. Wenn dagegen der Abstand größer ist als der Schwellenwert
(δBild), bewertet
die CPU 11 dies als "Nichtübereinstimmung", und der Prozess
geht zu Schritt S4 weiter. Der Abstand auf der Anzeige kann z. B.
durch Zählen der
Anzahl quadratischer Bildelemente berechnet werden.
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Schritt S4
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Ein
Befehl zur Parallelverschiebung des Roboters, um das Bild 31a des
Ziels auf der Anzeige zum Punkt M zu bewegen, wird erstellt. In
diesem Fall bedeutet ein Parallelverschiebungsbefehl einen Bewegungsbefehl
zur Bewegung des Handhabungsgeräts
in einer solchen Weise, dass die Ausrichtung des Handhabungsgeräts oder
des Koordinatensystems Σf
relativ zum Roboterkoordinatensystem Σb fixiert ist.
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Schritt S5
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Das
Handhabungsgerät 1a wird
auf Basis des in Schritt S4 erstellten Befehls zur Parallelverschiebung
bewegt. Nach der Bewegung des Handhabungsgeräts geht der Prozess zu Schritt
S1 zurück.
Der Zyklus der oben beschriebenen Schritte wird so oft wiederholt,
bis die Bewertung durch die CPU 11 in Schritt S2 "Deckungsgleichheit" erreicht ist.
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Schritt T3
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Wenn
der obige Prozess zur Bewegung des Referenzpunktes abgeschlossen
ist, d. h. wenn sich das Handhabungsgerät aus seiner Ausgangsposition,
in der das Bild des Ziels mit 31a angegeben ist, in die
Position bewegt hat, in der das Bild mit 31b angegeben
ist, wo es mit dem Mittelpunkt M zusammenfällt, wird die Position Qf1
des Koordinatensystems Σf in
diesem Zeitpunkt relativ zum Roboterkoordinatensystem Σb erhalten
und gespeichert.
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Schritt T4
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Anschließend wird
die Ausrichtung der visuellen Linie 40 berechnet. Die visuelle
Linie 40 ist eine Gerade, die vom Punkt M auf der Empfangsoberfläche der
Kamera, der dem Mittelpunkt der Anzeige entspricht, über den
Mittelpunkt der Abbildungslinse zum Ziel 31 verläuft. Bei
der Ausführungsform
wird die Richtung der Geraden relativ zum Koordinatensystem Σf, das die
mechanische Berührungsfläche des
Roboters repräsentiert,
berechnet. Zu diesem Zweck wird zuerst das Handhabungsgerät 1a durch den
Prozess von Schritt T4 parallel verschoben.
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6 ist
ein Diagramm zur Erläuterung
des Prozesses. Ein Koordinatensystem Σv1 ist zur Berechnung der Ausrichtung
der Sichtlinie 40 eingestellt und erfüllt die folgenden Bedingungen:
- (I) Die Koordinaten Σf und Σv1 haben denselben Ursprung.
- (II) Die Richtung der Z-Achse des Koordinatensystems Σv1 fällt mit
der Richtung der visuellen Linie 40 zusammen.
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Die
Richtung der Z-Achse der Koordinate Σv1 des Koordinatensystems Σf wird berechnet, wenn
der Prozess zur Bewegung des Referenzpunktes beendet ist. Insbesondere
werden die Komponenten (W, P) eines Euler-Winkels (W, P, R), der
die Ausrichtung des Koordinatensystems Σv1 im Koordinatensystems Σf repräsentiert,
berechnet.
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Zu
diesem Zweck wird die Parallelverschiebung gemäß Schritt T4 ausgeführt. Bei
der Parallelverschiebung wird das in einer ersten Position positionierte
Handhabungsgerät 1a ohne
die Ausrichtung der Kamera zu ändern
in eine zweite Position bewegt, wo der Abstand zwischen der Kamera
und dem Ziel verschieden ist von dem in der ersten Position (siehe
Pfeil A in 6). Die Bezugszeichen 4a und 4b in 6 kennzeichnen
die Kamera vor bzw. nach der Parallelverschiebung.
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Schritte T5 und T6
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Nach
der Parallelverschiebung in Schritt T4 weicht im Allgemeinen das
Bild des Ziels 31 vom Mittelpunkt M der Anzeige (oder vom
Mittelpunkt der Licht empfangenden Oberfläche) ab. Deshalb wird der obige
Prozess zur Bewegung zum Referenzpunkt wie bezüglich Schritt T2 beschrieben,
erneut ausgeführt
(Schritt T5), wodurch das Bild des Ziels 31 wieder mit
dem Punkt M zur Deckung kommt. Wenn Schritt T5 beendet ist, wird
eine Position Qf2 des Koordinatensystems Σf relativ zum Roboterkoordinatensystem Σb erhalten
und gespeichert (Schritt T6).
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Schritt T7
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Die
Ausrichtung der visuellen Linie
40 wird durch eine Gerade
repräsentiert,
die von der Position Qf1, die in Schritt T3 berechnet wurde, zur
Position Qf2 verläuft,
die in Schritt T6 berechnet wurde. Der Euler-Winkel (W, P, R), der
die Ausrichtung des Koordinatensystems Σv1 relativ zum Koordinatensystem Σf repräsentiert,
kann wie folgt berechnet werden:
P = tan–1(dxdZ ) R = 0;dabei sind dX, dY und dZ Komponenten
des Abstands zwischen den Positionen Qf1 und Qf2 im Koordinatensystem Σf vor der
Parallelverschiebung des Handhabungsgeräts in Schritt T4.
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Das
Koordinatensystem Σv1
kann mit den obigen Gleichungen berechnet werden, und die Ausrichtung
der visuellen Linie 40 fällt mit der Richtung der Z-Achse
das Koordinatensystems zusammen.
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Schritte T8 bis T11
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Nachdem
die Ausrichtung der visuellen Linie 40 in Schritt 17 berechnet
worden ist, wird die Position der visuellen Linie in den folgenden
Schritten berechnet. Die 7a und 7b sind
erläuternde
Diagramme zu diesen Schritten. In 7b repräsentiert
ein Koordinatensystem Σv2,
das Σv von 2 entspricht,
die Position und die Ausrichtung der visuellen Linie 40 und
erfüllt
die folgenden Bedingungen:
- (III) Der Ursprung
des Koordinatensystems Σv2 liegt
auf der visuellen Linie 40.
- (IV) Die Richtung der Z-Achse des Koordinatensystems Σv2 fällt mit
der Richtung der visuellen Linie 40 zusammen.
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Die
Ausrichtung der visuellen Linie 40 ist bereits als die
Richtung der Z-Achse des Koordinatensystems Σv1 berechnet worden (siehe 7a),
und die Richtung der Z-Achse des Koordinatensystems Σv2 fällt mit
der Richtung der Z-Achse des Koordinatensystems Σv1 zusammen. Um den Ursprung
zu bestimmen, wird das Handhabungsgerät so bewegt, dass die Position
Qf1 um 180° um
die Z-Achse des Koordinatensystems Σv1 gedreht (Schritt T8), und dann
der obige Prozess zur Bewegung des Referenzpunktes erneut ausgeführt wird
(Schritt T9). 7a zeigt den Zustand, in dem
diese Drehung (siehe Pfeil B) und der Prozess zur Bewegung zum Referenzpunkt
abgeschlossen sind, und 7b zeigt
die Position des Ursprungs des Koordinatensystems Σv2. Die Position
des Ursprungs des Koordinatensystems Σv2 wird als Mittelpunkt der
Punkte des Koordinatensystems Σf
vor und nach der Drehung bestimmt.
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Im
konkreten Fall wird nach der Beendigung der obigen Drehung die Position
Qf3 des Koordinatensystems Σf
erhalten und gespeichert (Schritt T10). Der Ursprung des Koordinatensystems Σv2 wird als Mittelpunkt
der Positionen Qf1 und Qf3 bestimmt.
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Die
Position des Ursprungs (X, Y, Z) des Koordinatensystems Σv2 relativ
zum Koordinatensystem Σf
kann wie folgt berechnet werden: X = dX2 Y = dY2 Z = dZ2 dabei sind
dX, dY und dZ Komponenten des Abstands zwischen den Positionen Qf1
und Qf3 im Koordinatensystem Σf
vor der Bewegung des Handhabungsgeräts in Schritt T8.
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Da
die Ausrichtung des Koordinatensystems Σv2 mit der Ausrichtung des Koordinatensystems Σv1 zusammenfällt, können Ausrichtung
und Position des Koordinatensystems Σv2 relativ zum Koordinatensystem Σf vor der
Bewegung des Handhabungsgeräts
in Schritt T8 berechnet werden (Schritt T11). Im Folgenden wird
eine Matrix zur Berechnung der Ausrichtung und Position des Koordinatensystems Σv2 mit [V]
gekennzeichnet.
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Schritte T12 bis T15
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Abschließend werden
die Schritte zur Berechnung der dreidimensionalen Position des zu messenden
Ziels auf Basis der Ausrichtung und Position der visuellen Linie
ausgeführt. 8 ist
ein Diagramm zur Erläuterung
der Schritte. Das Handhabungsgerät
wird so geneigt oder bewegt, dass die Position Qf1 um die Y-Achse
des Koordinatensystems Σv2
gedreht wird (Schritt T12). Danach wird der obige Prozess zur Bewegung
des Referenzpunktes ausgeführt
(Schritt T13). In 8 ist die Position, in der die
Neigung abgeschlossen ist, mit der visuellen Linie 40b gekennzeichnet.
Das Koordinatensystem Σv2
wird zu Σv2' bewegt. Diesbezüglich ist
die visuelle Linie vor der Neigung mit dem Bezugszeichen 40a gekennzeichnet.
Nachdem Schritt T13 abgeschlossen ist, wird die Position Qf4 des
Handhabungsgeräts
erhalten und gespeichert (Schritt T14).
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Die
visuelle Linie relativ zum Koordinatensystem Σf kann mit der Matrix [V] berechnet
werden, wenn sich das Handhabungsgerät in der Position Qf1 befindet.
Wenn sich das Handhabungsgerät
dagegen in der Position Qf4 befindet, kann die visuelle Linie wie
nachstehend angegeben dargestellt werden: Qf1–1·Qf4·[V]
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Ein
geeigneter dritter Arithmetikteil der Haupt-CPU 11 berechnet
auf Basis der obigen Gleichungen die Position des Schnittpunktes
der Z-Achsen der Koordinaten Σv2
und Σv2', um die dreidimensionale
Position des Ziels 31 zu bestimmen (Schritt T15).
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Da
die oben beschriebenen Schritte Beispiele sind, sind folgende Modifikationen
möglich:
- (a) Obwohl in Schritt T8 (7a und 7b)
das Handhabungsgerät
so bewegt wird, dass die Position Qf1 180° um die Z-Achse des Koordinatensystems Σv1 gedreht
wird, braucht der Rotationswinkel nicht 180° zu betragen. Ferner kann die Bewegung
der Position Qf1 eine zusammengesetzte Bewegung sein, die die Drehung
um die Z-Achse und eine andere Aktion enthält.
- (b) Obwohl in Schritt T12 (8) das Handhabungsgerät so geneigt
oder bewegt wird, dass die Position Qf1 um die Y-Achse des Koordinatensystems Σv2 gedreht
wird, kann die Bewegung der Position Qf1 eine zusammengesetzte Bewegung sein,
die die Drehung um eine Achse senkrecht zur Z-Achse und eine andere
Aktion enthält.
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Wenn
gemäß der vorliegenden
Erfindung das Ziel durch ein Licht empfangendes Gerät wie eine
Kamera oder ein PSD, die bzw. der am Ende des Handhabungsgeräts des Roboters
angebracht ist, kann die von der Kamera zum Ziel verlaufende visuelle
Linie ohne Kalibrierung unter Verwendung einer exklusiven Kalibrierplatte
wie im Stand der Technik auf einfache Weise erhalten werden.
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Außerdem beeinflusst
eine geometrische Verzerrung des Licht empfangenden Geräts oder
einer Linse der Kamera die Messung nicht, da die Position des Ziels
auf Basis von Daten berechnet wird, die erhalten werden, wenn das
Bild des Ziels in einer vorgegebenen Position auf der Anzeige positioniert ist.
Als Ergebnis kann die Messung mit hoher Präzision und auf einfache Weise
ausgeführt
werden.
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Da
die von der Kamera zum Ziel verlaufende visuelle Linie wie oben
erwähnt
auf einfache Weise erhalten werden kann, lässt sich ein messungsbereiter
Zustand selbst dann leicht rekonstruieren, wenn die Positionsbeziehung
zwischen der Kamera und dem Roboter so geändert wird, dass die Messung nicht
ausführbar
ist. Mit anderen Worten, es kann ein Messsystem aufgebaut werden,
bei dem die Kamera bei Bedarf am Ende des Handhabungsgeräts angebracht
und nach der Messung abgenommen werden kann. Es ist vorteilhaft,
dass der Roboter als ein Bestandteil des Messsystems nur dann verwendet
wird, wenn die Messung ausgeführt
wird, und sonst für
andere Anwendungen eingesetzt werden kann.
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Obwohl
die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen,
die zum Zweck der Verdeutlichung gewählt worden sind, beschrieben worden
ist, dürfte
auf der Hand liegen, dass der Fachmann zahlreiche Modifikationen
vornehmen kann, ohne vom Grundkonzept und Gültigkeitsbereich der Erfindung
wie beansprucht abzuweichen.
