JP2007527800A - 工具、カメラ及び光源を装備したロボット装置 - Google Patents

Abstract

ロボット装置は、一つ以上の工具（５、１５）と、カメラ（９）と、光源（１３）とを備えており、該光源は、カメラ（９）の視界を異なる方向から照射するために、カメラ（９）とは独立して動かされることが可能である。

Description

本発明は、光源と、被加工品の幾何学的特性を検知するためのカメラと、被加工品に対して操作を行うための少なくとも一つの工具、とが設けられたロボット装置に関する。このようなロボット装置は、例えば、特許文献１に開示されている。

この既知のロボット装置では、光源とカメラとは一緒に、しかし工具とは独立して、多関節ロボットアームの先端に取り付けられ、空間的に複数の自由度を持たせて配置され、それにより光源は機械加工される被加工品を照射し、カメラは被加工品の写真を記録する。

この既知の装置では、カメラと光源とは互いに相対的に移動できない。実際、光源は、投影機を用いて、光源を移動せずに、カメラの視界における異なる帯状の領域を選択的に照射可能だが、視界において物体の特定点が照射される方向は、光源とカメラとが一緒に移動しないでいる間は、常に同じである。このことは、特に、対象となる物体の領域が、光源と対象領域との間に置かれた物体によって陰になる場合、カメラにより記録される画像を評価することを非常に困難にし得る。

特開平０７−２８６８２０号公報

本発明の目的は、被加工品の種々の幾何学的形状又は被加工品が設置される環境に関して被加工品を検知するためにカメラにとって最適な視界条件を実現することが可能なロボット装置を提供することである。

この目的は、視界を異なる方向から照射するために、光源とカメラとが、互いに独立して動かされることにより達成される。すなわち、光源とカメラとが互いに対して所与の位置にある時に、対象となる被加工品の領域の照明が不十分である場合、光源は、この領域の照射を改善するために、カメラとは独立して動かされ得る。光源とカメラとの互いの相対的位置合わせの多様性は、さらに、カメラにより記録された画像から三次元情報を取得する過程を容易にする。これは、物体上への照射方向の変化に対応した影の形状の変化により、カメラに接続可能な画像評価用の電子装置が、元々暗い表面と影の領域を区別することが可能になるからである。

カメラと、光源と、さらにカメラ及び光源を互いに相対的に動かすための少なくとも一つの第１調節装置と、を備えたサブアセンブリは、好ましくは第２調節装置によって共通の基板に対して動かされることが可能である。このように、例えば、カメラと光源との互いに対する標準位置とは、検査される被加工品のほとんどの幾何学形状について有用な画像を供給する位置であり、これは第１調節装置において設定されることが可能であり、カメラの視界もしくは視野角を変化させるために、第２調節装置のみを操作することが可能である。このカメラ及び光源は一緒に動くので、視差効果とは別に、光源はカメラの視界に合わせて位置合わせされたままであり、その動作を特に制御する必要はない。

カメラ及び光源のうち一方は、好ましくは第２調節装置に固定的に接続され、それによってその位置及び向きは、完全に第２調節装置の位置だけにより定められ、一方光源のカメラに対する位置は、第１調節装置の位置によって規定される。

さらに、カメラと、少なくとも一つの工具と、さらにカメラ及び工具を互いに相対的に動かすための少なくとも一つの第３調節装置とを備えたサブアセンブリは、第４調節装置によって共通の基板に対して動かされることが可能である。ここでも、カメラ及び工具のうちそれぞれ一方は、好ましくは第４調節装置に固定的に接続され、それによってその位置及び向きは完全に第４調節装置の位置だけにより定められ、第３調節装置の位置は、カメラと工具との互いに対する位置を固定する。

本発明のロボット装置の工具は、好ましくは少なくとも一つの把持工具と、被加工品に対して任意の所望の機械加工工程を実行するための別の工具とを含む。把持工具は、ここでは、被加工品を一時的に保持し、必要があれば移動するための任意の望ましい工具を含むと解釈され、この把持工具は、特に、そのままでは光源からの光の自由な進入又はカメラの視界あるいは被加工品上の対象位置への別の工具の接近を妨害する障害物を、つかんで（少なくとも一時的に）取り除くために、使用することが可能である。

別の工具のカメラに対する移動性は制限されることが可能である一方で、把持工具とカメラとは、相対的動作において出来る限り高い自由度を有することが望ましく、それによって把持工具は、その一部がカメラの視界を損なうことなく障害物を除去することが可能である。その結果、把持工具及びカメラは、好ましくは互いに独立して移動可能な支持体に取り付けられ、換言すると、把持工具とカメラとが互いに対して動かされることが可能である自由度は、カメラ及び把持工具のロボット装置の静止部に対する自由度より大きい。

本発明のさらなる特徴及び利点は、添付の図を参照して、例示された実施形態の以下の記述から明らかである。

図１は、本発明の基本的原理の概略図を示す。例えば作業場の床上に取り付けられた静止基板１は、多数の関節部材３を備えたロボットアーム２を支える。基板１と部材３との間又は２つの部材３同士の間の関節４は、少なくとも一、好ましくは多数の、回転自由度を有し、アーム２の末端に取り付けられた工具５を全三方向の空間位置に配置しかつ旋回させるため、制御装置（図示せず）によって駆動されることが可能であり、アーム２の到達距離の範囲内で所望に応じてこれを行う。工具５は、被加工品６を機械加工するための任意の所望の既知の適切なタイプ、例えば、つかみ具、ドリル、フライス盤、溶接工具、等であることが可能である。

第２基板７は、ロボットアーム２の設計と同じ設計が可能な、第２のロボットアーム８を支える。ロボットアーム８の自由端に取り付けられるのはカメラ９であり、このカメラ９は、被加工品６の画像を制御装置へ供給するために、制御装置に制御されて所望の空間に配置されることが可能であり、被加工品６と位置合わせされることが可能である。カメラ９から突き出ているのはレール１０であり、その上で往復台１１は、制御装置に制御されて動かされることが可能である。往復台１１は、同様に制御可能な関節１２を用いて、光源１３を支える。光源１３は、図に示すような、主要光線方向Ｂを持つ光錐を有する反射器等を備えた単純なスポットライトであることが可能で、往復台１１を移動させかつ関節１２を旋回させることで、カメラ９の視界方向に対して相対的に様々な角度から、被加工品６との位置を調節されることが可能である。レール１０は好ましくは、カメラ９の光軸Ａを中心として回転されることが可能であり、光源１３主要光線方向Ｂとカメラ９の光軸Ａとの間の角度だけでなく、この２つの方向により規定されるの平面の位置も、変動可能である。ロボットアーム８は第１調節装置を備え、その制御装置によりカメラ９と光源１３とを互いに固定された位置関係のまま移動させることが可能である一方で、往復台１１及び関節１２は第２調節装置の一部であり、これによって、カメラ９の所与の位置及び向きにおいて、対象となる被加工品６の詳細がそれぞれ最も効果的に探知されることを可能にする照射をみつけるために、カメラ９の視界への照射は変えられることが可能である。

ロボット装置の好ましい発展形態を図２に示す。このロボット装置で、図１で説明された部品に既に対応する部品は、同じ参照番号を有し、図１の構成と相違ない場合、新ためて説明しない。ロボットアーム８の自由端は、カメラ９を支えつつ、ここでは第３ロボットアーム１４の基板を形成し、その第３ロボットアーム１４の自由端に把持工具１５が配置される。把持工具１５は、通常の方法では、被加工品６又はその部分をつかむために、互いに相対的に動かされることが可能な多数の指を有し、つかまれる部品が強磁性体である場合は電磁石を含むようにすることも可能であり、さらに吸引源に接続された吸着カップ又は物体を一時的に保持するための他の望ましい装置を有するようにすることも可能である。制御装置が、カメラ９によって供給された画像内に、対象となる被加工品６の位置に対して視界を妨げる又はこの位置を陰にする物体を識別した場合、制御装置は、関連物体を一時的に取り除くように把持工具１５を駆動し、例えば、検査される被加工品に接続されたホースを横に押しのける、あるいは、それに接続された差込式の接続子を引き抜く。被加工品が検査された後、差込式接続子は再び把持工具１５によって差し込まれる。

光源１３はここでは、第３静止基板１６の上に第４ロボットアーム１７を用いて取り付けられ、これに対して把持工具１５は、カメラ９に連結されて動かない。従って、ロボットアーム１４のカメラ９周辺の移動性を制限しない。別の方法として、把持工具１５と光源１３とは両方とも、ロボットアーム８上に、カメラ９に対して移動可能に、取り付けられるようにすることも勿論可能である。

図３に示す構成では、工具５とカメラ９とが第１ロボットアーム２の自由端に取り付けられる。カメラ９は、被加工品と相互作用する工具５の先端に定常的に位置合わせされるように、工具５に固定的に接続されることが可能である。光源１３と、ロボットアーム１４を介して光源１３に接続される把持工具１５とは、第２ロボットアーム上に配置される。アーム１４が動かされない限り、把持工具１５は光源の全ての動作に追従し、光源とカメラ９により観察される被加工品６の表面との間、もしくはこの表面とカメラ９との間の、障害物を取り除くために、必要な場合常にこうして光源に近接して配置される。

図４はロボット装置の概略図を示し、この場合、工具５を支えるアーム２と、カメラ９及び光源１３を支えるアーム８とが、クラブトロリ１９のレール１８上に取り付けられ、その一部がガントリー上部構造のレール２０上を移動可能である。アーム２、８の操作の構成及びモードは、ここでは図１の場合と同じである。しかし所望に応じて、この例示された実施形態のアーム２、８の場合の関節４の数は、図１と比べて削減されるようにすることも可能である。これは、レール１８、２０に沿った移動が、平行移動の２自由度を補足するからである。

ロボットアームは、図示しない改良に従って、車両上に一緒に取り付けられるようにすることも可能である。

カメラと、光源と、工具とが、静止基板上に取り付けられたロボットアームによってそれぞれ支えられる、本発明のロボット装置の第１の例示された実施形態を示す。 ２つの工具を装備した、図１のロボット装置の改良形態を示す。 ２つの工具を装備したロボット装置の第２の改良形態を示す。 カメラと、光源と、工具とを支えるロボットアームが、ガントリー上に取り付けられる、ロボット装置の第３の改良形態を示す。

Claims (7)

1. 一つ以上の工具（５、１５）と、カメラ（９）と、前記カメラ（９）の視界を照射するための光源（１３）とを備えたロボット装置であって、
   前記光源（１３）と前記カメラ（９）とは、視界を異なる方向から照射するために、互いに独立して動かされることが可能であることを特徴とする、ロボット装置。
2. 前記カメラ（９）と、前記光源（１３）と、さらにカメラ（９）及び光源（１３）を互いに相対的に動かすための少なくとも一つの第１調節装置（１０、１１、１２）とを備えたサブアセンブリは、第２調節装置（８）によって共通の基板に対して動かされることが可能であることを特徴とする、請求項１に記載のロボット装置。
3. 前記カメラ（９）及び光源（３）のうち一方は、前記第２調節装置（８）に固定的に接続されることを特徴とする、請求項２に記載のロボット装置。
4. 前記カメラ（９）と、少なくとも一つの前記工具（１５）と、さらにカメラ（９）及び工具（１５）を互いに相対的に動かすための少なくとも一つの第３調節装置（１４）とを備えたサブアセンブリは、第４調節装置（８）によって共通の基板に対して動かされることが可能であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボット装置。
5. 前記カメラ（９）及び工具（１５）のうち一方は、前記第４調節装置（８）に固定的に接続されることを特徴とする、請求項４に記載のロボット装置。
6. 前記工具（５、１５）は、少なくとも一つの把持工具（１５）と別の工具（５）とを含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のロボット装置。
7. 前記把持工具（１５）と前記カメラ（９）とが互いに対して動かされることが可能な自由度は、前記カメラ（９）及び前記把持工具（１５）の、前記ロボット装置の静止部に対する自由度より大きいことを特徴とする、請求項６に記載のロボット装置。

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