JP2009279663A - ロボット用位置同定方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットの与えられた作業動作を環境に合わせて補正可能として、簡易な設置方法でのロボットの運用を可能とするとともに、ロボットを環境の変化に迅速に対応させ得るようにすることにある。
【解決手段】作業用の複数の撮像手段７と作業腕４とを持つ移動可能なロボット１の、少なくとも作業台Ｔを含む位置同定対象物に対する相対位置を同定するに際し、前記位置同定対象物に設けたマークＣＭを前記複数の撮像手段で互いに異なる複数の方向から撮像し、前記マークを撮像した複数の方向に基づき前記相対位置を求めることを特徴とする、ロボット用位置同定方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、作業用の複数の撮像手段と作業腕とを持つ移動可能なロボットの、少なくとも作業台を含む位置同定対象物に対する相対位置を同定する方法および装置に関するものである。

今日の産業用ロボットの多くは、高速化され、人では為し得ない重量物の移動や組立、悪環境での作業等に使用されている。一方、ヒューマノイドロボットのような自律形ロボットも進歩してきている。

それゆえ今後は、例えば特許文献１記載の双腕ロボットのように、人と共存、協調することが予定されるロボットが多くなると予想される。
特開２００５−２３８３５０号公報

ところで、作業腕を持つ産業用ロボットは、主に作業腕を振り回すことにより各種作業を行う。対象作業としては、工場の出荷工程や倉庫での製品運搬などに供されるパレタイズ作業、ワークへの溶剤塗布などに供されるシーリング作業、プラスチック成形時のゲートカット作業、NC旋盤との組み合わせ等工作機械でのワーク取付け・取外し作業、クリーンルーム内等特別な空間での特殊作業等々があげられ、また、その動作は一見しただけでは予想がつきにくい。

このため産業用ロボットに関しては、過去に「叩かれる・挟まれる」など「労働災害」が発生しており、産業用ロボットを取り扱う作業は危険・有害作業に指定されている。それゆえ、予め作業工程に係る動作を教示（ティーチング）しておかなければならないが、その作業に従事する作業者は「特別教育の修了」が必要であり，また産業用ロボットの管理運営に当たっては「柵などの接触防止装置」の設置、「作業規定」の策定と遵守、「表示」や「点検」の徹底など法令で義務づけられている。

従って、１人ないし数人の作業者が１つの製品を作り上げるセル生産の現場等にロボットを投入する場合には、従来の産業用ロボットをそのまま投入することは安全上の問題からも難しい。そこで、ロボットの可動出力の低減や、人との接触や外乱に対し危害を加えないような措置が必要となり、従来の産業用ロボットのようにロボットを架台へ設置固定することはできない。つまり、ロボットを簡易設置することが、特徴・利点であると同時に必要条件でもある。

また、セル生産の現場にロボットを投入する場合には、作業者と同じ環境への対応が求められ、さらに、移動と設置を頻繁に行うことが考えられるため迅速な設置と運用が必須である。しかも、初期設置時以外にもセル生産現場では、作業者との接触などによるロボットの位置ズレが起こり得る。

それゆえこの発明は、視覚（撮像手段）を用いてロボットの座標と環境との位置同定を行い、ロボットの与えられた作業動作を環境に合わせて補正することで、簡易な設置方法でのロボットの運用を可能とし、ロボットが環境の変化に迅速に対応できるようにすることを目的としている。
また、この発明は、人との接触、もしくは何らかの外乱によるロボットの位置ずれに対して、視覚（撮像手段）を利用して環境を把握し、与えられた動作を補正して作業を継続できるようにすることを目的としている。

この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、この発明のロボット用位置同定方法は、作業用の複数の撮像手段と作業腕とを持つ移動可能なロボットの、少なくとも作業台を含む位置同定対象物に対する相対位置を同定するに際し、前記位置同定対象物に設けたマークを前記複数の撮像手段で互いに異なる複数の方向から撮像し、前記マークを撮像した複数の方向に基づき前記相対位置を求めることを特徴とするものである。

また、この発明のロボット用位置同定装置は、作業用の複数の撮像手段と作業腕とを持つ移動可能なロボットの、少なくとも作業台を含む位置同定対象物に対する相対位置を同定する位置同定装置において、前記位置同定対象物に設けたマークを前記複数の撮像手段で互いに異なる複数の方向から撮像する際にそれらの撮像手段が前記マークを撮像する方向を検出する撮像方向検出手段と、前記撮像方向検出手段が検出した複数の方向に基づき前記相対位置を求める相対位置同定手段と、を具えることを特徴とするものである。

上述したこの発明のロボット用位置同定方法によれば、作業用の複数の撮像手段と作業腕とを持つ移動可能なロボットの、少なくとも作業台を含む位置同定対象物に対する相対位置を同定するに際し、位置同定対象物に設けたマークを複数の撮像手段で互いに異なる複数の方向から撮像し、そのマークを撮像した複数の方向に基づき相対位置を求めるので、ロボットを精密に位置決めしない簡易な設置方法でも、ロボットの座標と少なくとも作業台を含む位置同定対象物との間の３次元的な位置同定を行い、ロボットの与えられた作業動作を環境に合わせて補正することができ、それによって、簡易な設置方法でのロボットの運用を可能とするとともに、ロボットを環境の変化に迅速に対応させることができる。

また、上述したこの発明のロボット用位置同定装置によれば、作業用の複数の撮像手段と作業腕とを持つ移動可能なロボットの、少なくとも作業台を含む位置同定対象物に対する相対位置を同定する位置同定装置において、撮像方向検出手段が、位置同定対象物に設けたマークを複数の撮像手段で互いに異なる複数の方向から撮像する際にそれらの撮像手段がマークを撮像する方向を検出し、相対位置同定手段が、その撮像方向検出手段が検出した複数の方向に基づき前記相対位置を求めるので、ロボットを精密に位置決めしない簡易な設置方法でも、ロボットの座標と少なくとも作業台を含む位置同定対象物との間の３次元的な位置同定を行い、ロボットの与えられた作業動作を環境に合わせて補正することができ、それによって、簡易な設置方法でのロボットの運用を可能とするとともに、ロボットを環境の変化に迅速に対応させることができる。

ところで、3次元認識（撮像）では、周辺環境の照度や輝度の変化によって、安定した画像を取得することが困難になる。周辺環境の照度および輝度が変化する要因には、照明のちらつき、外光の変化、隣接作業者もしくはロボット自身によって生じる影等がある。従って、撮像手段で視覚認識を行う場合は作業環境における光源の安定化が求められる。しかしながらセル生産用ロボットに関しては、人と同じ作業環境への導入が求められる。従ってロボットに特化し過ぎた作業環境の構築は、人との共存協調を阻害する恐れがあり難しい。すなわち、ロボット用の照明器具を配置すると、人の作業効率が落ちる。また照明器具を都度設置すると、ロボットの設置に手間が掛かる。さらに、ワークを精度良く撮像するための処理を増やした場合、撮像、認識、座標取得のプロセスに時間が掛かる。また撮像結果に対する誤差評価や正誤の判断が難しい。

これに対し本願発明のようにマークを用いて３次元認識を行えば、マークを認識するため、座標取得が正確であり且つ安定している。また、光源などの変化といった外乱の影響を受けにくい。さらに、３点以上のマークから、平面の特定、平面の姿勢を認識し、マークで構成される平面の任意座標を取得することができる。また、３個以上のマークの配置から、空間座標と姿勢を特定することができ、さらに、マークの配置と対象物を関連付けることで、対象物の姿勢や、座標の置換認識を行うことができる。

なお、この発明のロボット用位置同定方法および位置同定装置においては好ましくは、前記マークは１つまたは複数のクロスマークとする。点を持つクロスマークを用いることで、位置同定対象物の３次元認識の精度や安定性を高めるとともに、３次元認識処理の高速化も図ることができる。

また、この発明のロボット用位置同定方法および位置同定装置においては好ましくは、前記ロボットは前記複数の撮像手段と作業腕とを搭載した台車により走行移動可能とする。台車により手押しで、あるいはモータ等により自走して走行移動可能とすることで、ロボットを所要に応じて任意の場所に移動させてその場所に簡易な設置方法で容易に設置することができる。

さらにこの発明のロボット用位置同定方法および位置同定装置においては好ましくは、前記ロボットは前記複数の撮像手段を頭部に持つものとする。頭部に撮像手段を持つことで、作業中でも、高い位置から作業腕等に妨げられずに作業台等の対象物を撮像し得て、容易にロボット自身の位置確認を行うことができる。

そしてこの発明のロボット用位置同定方法および位置同定装置においては好ましくは、前記位置同定対象物は作業対象物を含むものとする。これによりロボットが、作業台との間の位置同定だけでなく作業対象物との間の位置同定もできるので、作業者等の人との接触、もしくは何らかの外乱によるロボットの位置ずれに対しても、その位置ずれを把握し、与えられた動作を補正して作業を継続することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づく実施例によって詳細に説明する。ここに、図１は、この発明のロボット用位置同定方法の一実施例を実施するこの発明のロボット用位置同定装置の一実施例をそれぞれ具える二台の双腕ロボットが一人の作業者と共存、協調して作業するセル生産現場の全体を示す斜視図、図２（ａ），（ｂ）は、その双腕ロボットを示す正面図および側面図、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、上記双腕ロボットを示す平面図，背面図および斜視図、図４は、上記双腕ロボットが作業台（机）上および作業対象物（ワーク）上に付されたマークを認識した状態を示す説明図、図５は、上記実施例のロボット用位置同定方法による上記双腕ロボットと一般的な位置同定対象物との間の位置同定の手順を示すフローチャート、図６は、上記実施例のロボット用位置同定方法による上記双腕ロボットと作業台（机）との間の位置同定の手順を示すフローチャート、そして、図７は、上記実施例のロボット用位置同定方法による上記双腕ロボットと作業対象物（ワーク）との間の位置同定の手順を示すフローチャートである。

図１に示すセル生産現場は、作業台としての五つの机Ｔ１〜Ｔ５を略コ字状に配置して具えており、中央の机Ｔ３の手前には作業者Ｍが配置され、中間の二つの机Ｔ２，Ｔ４の手前には二台の双腕ロボット１が、作業者Ｍと共存、協調して作業するように配置されている。このセル生産現場では、両端の机Ｔ１，Ｔ５上に図示しないワークを載せたパレットＰが搬入されると、二台の双腕ロボット１が、それらの机Ｔ１，Ｔ５上のパレットＰをそれぞれ中間の二つの机Ｔ２，Ｔ４上に移してそこでパレットＰからワークを取り出し、円形の台ＲＴ上でワークの組み立てを行い、組み立てたワークを空のパレットＰに載せ、そのパレットＰを中央の机Ｔ３上に移す。そして作業者Ｍが中央の机Ｔ３上で、それらのパレットＰから組み立てたワークを取り出し、円形の台ＲＴ上で組み合わせて図示しない製品を組み立てて、その製品をパレットＰとともに机Ｔ３上から搬出する。

かかるセル生産作業を行うため、ここにおける二台の双腕ロボット１は互いに同一の構成とされ、各双腕ロボット１は、図２，３に示すように、胴体２と、その胴体２の上端に設けられた頭３と、その胴体２のロボット自身から見て左右側方に位置する二本の腕４と、それらの腕４の先端に設けられたエンドエフェクタの一例としての挟持型の手５と、胴体２の下部２ａを脚の代わりに支持する台車６とを具えている。また、各双腕ロボット１は、頭３の前面に撮像手段としての二台のビデオカメラ７を搭載するとともに、頭３を支持する首関節８を具えており、その首関節８は、頭３を軸線Ｐ１周りに前後に傾動させる首ピッチ軸と、胴体２の上下方向に延在する中心線である軸線Ｙ１周りに頭３を左右に回動させる首ヨー軸とを可動軸として有している。さらに、各双腕ロボット１は、胴体２の下部２ａと上部２ｂとの間に腰関節９を具えており、その腰関節９は、胴体２の上部２ｂを下部２ａひいては台車６に対して軸線Ｙ１周りに左右に回動させる腰ヨー軸を可動軸として有している。

さらに、各双腕ロボット１は、胴体２と各腕４の上腕４ａとの間の肩関節１０と、各腕４の上腕４ａと下腕４ｂとの間の肘関節１１と、各腕４の下腕４ｂと手５との間の手首関節１２とをそれぞれ具えており、肩関節１０は、図２（ａ）に示すように、胴体２の左右に突出して略ハ字状をなす肩ブラケット１３上にそれぞれ配置され、胴体２に対し腕４全体を軸線Ｙ２周りに相対的に左右に回動させる肩ヨー軸と、その肩ヨー軸の軸線Ｙ２と互いに直交して軸線Ｐ２を配置され、胴体２に対し腕４全体をその軸線Ｐ２周りに相対的に前後に傾動させる肩ピッチ軸とを可動軸として有している。ここで、肩ブラケット１３の上面は、上記軸線Ｙ１に対して斜め下方に１５度傾いて配置されていることから、各肩ヨー軸の軸線Ｙ２は、胴体２の上下方向に対して１５度傾いて、下方へ行くほど胴体２に近くなるように延在しており、それに伴い、各肩ヨー軸の軸線Ｙ２と互いに直交する各肩ピッチ軸の軸線Ｐ２も、床面に対して１５度傾いている。そして腕４の上腕４ａは、下に下げた状態で肘関節１１に近い部分ほど胴体２に近くなるように傾いて延在している。

さらに、各肘関節１１は、上腕４ａに対し下腕４ｂを、軸線Ｐ２に平行な軸線Ｐ３周りに上下に傾動させる肘ピッチ軸を可動軸として有し、また各手首関節１２は、下腕４ｂに対して手５を軸線Ｐ４周りに相対的に上下に傾動させる手首ピッチ軸と、その手５を軸線Ｐ４に直交する軸線Ｙ３周りに相対的に左右に回動させる手首ヨー軸と、下腕４ｂに対して手首ピッチ軸と手首ヨー軸とを軸線Ｒ周りにねじる手首ロール軸とを可動軸として有しており、結果として各腕４は、合計６つの可動軸、すなわち６自由度を有し、これら可動軸の軸配置により、この二本の腕４は特異点がなく自由な姿勢を作ることが可能である。なお、これらの可動軸は各々、周知のように例えばステップモータ等のモータと例えば商品名ハーモニックドライブ等の減速機とを組み合わせた回動機構で構成されている。

さらに、各双腕ロボット１は、台車６の上端部に胴体２の下部２ａを昇降可能に支持するとともに、レバー１４ａの操作で図示しないねじ部材を回転させることでその下部２ａを締め付け固定する、一部切り欠かれたリング状の二個の胴ブラケット１４と、胴体２の下部２ａと台車６の下部との間に介挿されて、それらの胴ブラケット１４による昇降可能な支持状態で胴体２を昇降移動させる、例えば通常のボールねじ式の電動アクチュエータ１５と、胴体２の上部２ｂ内に収容された各可動軸用駆動回路と、台車6の下部に搭載されて双腕ロボット１の上記各可動軸用駆動回路の作動を制御する、通常のコンピュータを有するコントロールボックス１６と、頭３の前面に搭載した二台のビデオカメラ７からの画像（視覚情報）に基づき後述の如くして机Ｔ１〜Ｔ５やワークの３次元座標および向きを認識してコントロールボックス１６に伝達する、これも通常のコンピュータを有する視覚制御ボックス１７とを具えている。

そして、ここにおける台車６はその下部に、四本の固定脚１８と、各々首振り可能な四個のキャスタ１９とを有しており、これらのキャスタ１９は、台車６の下部に平行リンク２１を介して昇降可能に支持された可動フレーム２０に取付けられて可動フレーム２０とともに昇降可能とされ、可動フレーム２０は、図では折り畳まれているペダル２１を外に倒して踏み降ろすことで下降させて、キャスタ１９が固定脚１８よりも下がって台車６を床面Ｆ上で走行可能に支持する図示しない下降位置に固定することができ、また反対側のペダル２２を踏み降ろすことでロックを解除して図示しないスプリングで、キャスタ１９が固定脚１８よりも上がって台車６が固定脚１８で固定支持される図示の収納位置へ上昇させることができる。

また、ここにおける台車６はその後部に、人手で押し引きできるようにハンドル２３を設けられるとともに、そのハンドル２３に、スイッチボックス２４を着脱可能に装着されており、このスイッチボックス２４には、双腕ロボット１の非常停止スイッチ２４ａおよび保護停止スイッチ２４ｂと、電動アクチュエータ１５による胴体２の上昇スイッチ２４ｃおよび下降スイッチ２４ｄとが設けられている。そして、各双腕ロボット１の首関節８には、頭３と緩衝しないように表示灯２５が立設され、この表示灯２５には、作動状態等の表示内容に応じて色分けされた複数のランプが設けられている。

かかる構成を具える各双腕ロボット１において、視覚制御ボックス１７は、頭３の前面に搭載した二台のビデオカメラ７で、図４に示すように、机Ｔ１〜Ｔ５（代表として符号Ｔで示す）上の四隅または三箇所の隅に幅方向間隔ａおよび奥行き方向間隔ｂをあけて設けたマークとしてのクロスマークＣＭや、円形台ＲＴの例えば中心点から所定半径ｒの円上に周方向に等間隔に設けた、あるいはその中心点に設けた（図１参照）マークとしてのクロスマークＣＭや、パレットＰ上の四隅または三箇所の隅に幅方向および奥行き方向にそれぞれ所定間隔をあけて設けたマークとしてのクロスマークＣＭを撮像して、それらのクロスマークＣＭの画像の位置、すなわち二台のビデオカメラ７がそのクロスマークＣＭを撮像している方向を求め、それらの方向から、図５〜図７に示す如くして、ロボットと位置同定対象物との位置同定を行う。

すなわち、図５は、双腕ロボット１と一般的な位置同定対象物との位置同定の場合を示し、この場合は、先ずステップＳ１で、例えば双腕ロボット１の座標が判明している部位を撮像するキャリブレーションを行って、ビデオカメラ７の3次元座標系とロボットの3次元座標系とを合致させ、次いでステップＳ２で、位置同定対象物に付された各クロスマークＣＭを撮像し、続くステップＳ３で、各クロスマークＣＭの中心点（交差する線の交差点）の、ロボットの3次元座標系での点座標を画像処理によって求める。このような画像処理は例えば、二台のビデオカメラ７での二つの画像中の同じ四点または三点のクロスマークＣＭをそれらのクロスマークＣＭの相互の位置関係の近似性から認識し、次いでそれら四点または三点のクロスマークＣＭのうち同じ一点のクロスマークＣＭを相互の位置関係から識別して、その一点のクロスマークＣＭが両画像中で見える方向を求めることで、ロボットの3次元座標系でのその一点のクロスマークＣＭの点座標を幾何学的に演算する、という処理を繰り返すことで行うことができる。

次いでステップＳ４で、ロボットの3次元座標系での複数のクロスマークＣＭの配置を計算して、パターンマッチングにより、クロスマークＣＭのその配置に意味付けされた位置同定対象物として認識し、続くステップＳ５で、複数のクロスマークＣＭの配置から、ロボットの3次元座標系でのその位置同定対象物の姿勢を計算して認識し、最後にステップＳ６で、ロボットの3次元座標系でのこの位置同定対象物の位置および姿勢をコントロールボックス１６に伝達して位置同定を完了する。

図６は、双腕ロボット１と図4に示す位置同定対象物としての机Ｔ１〜Ｔ５（代表として符号Ｔで示す）との位置同定の場合を示し、この場合は、先ずステップＳ１１で、ステップＳ１と同様にしてキャリブレーションを行って、ビデオカメラ７の3次元座標系とロボットの3次元座標系（図４では水平面座標軸Ｘ_Ｒ，Ｙ_Ｒのみ示す）とを合致させ、次いでステップＳ１２で、双腕ロボット１を、キャスタ１９を用いて机Ｔの手前の左右方向中央部の概略所定位置に移動させてその位置で固定脚１８により固定（仮固定）し、あるいはさらに、胴ブラケット１４を緩めて昇降スイッチ２４ｃ，２４ｄで胴体２の高さを適宜調整した後胴ブラケット１４を締め、次いでステップＳ１３で、机Ｔ上の四隅または三隅に付された各クロスマークＣＭを撮像し、続くステップＳ１４で、各クロスマークＣＭの中心点（交差する線の交差点）の、ロボットの3次元座標系での点座標を、ステップＳ３と同様にして画像処理によって求める。

次いでステップＳ１５で、ロボットの3次元座標系での複数のクロスマークＣＭの配置を計算して、パターンマッチングにより、クロスマークＣＭのその配置、すなわち図4に示すように例えば幅ａおよび奥行きｂの四点または三点のクロスマークＣＭを持つ配置から、その配置に意味付けされた机Ｔとして認識し、続くステップＳ１６で、四点または三点のクロスマークＣＭの配置から、ロボットの3次元座標系でのその机Ｔの姿勢を計算して認識し、続くステップＳ１７で、あらかじめ行った条件設定に基づく動作解析と干渉判断とにより、双腕ロボット１が動作可能か否かを判断し、例えば机Ｔが遠すぎて所定の作業動作ができなかったり、机Ｔが近すぎて所定の作業動作により机Ｔとの干渉が生じたりする場合は動作可能でない（ＮＯ）と判断してステップＳ１２へ戻り、例えば表示灯２５で設置位置が不適当である旨を表示して、作業者Ｍ等に当該双腕ロボット１の設置位置の移動を求める。そしてステップＳ１７で、双腕ロボット１が動作可能（ＹＥＳ）の場合は、最後にステップＳ１８で、ロボットの3次元座標系でのこの机Ｔの位置および姿勢すなわち局所３次元座標系（図４では水平面座標軸Ｘ_Ｔ，Ｙ_Ｔのみ示す）をコントロールボックス１６に伝達して位置同定を完了する。

なお、視覚制御ボックス１７は同様にして、所定の半径ｒ上に周方向に等間隔に位置する三点のクロスマークＣＭを持つものを円形台ＲＴと認識するとともに、ロボット座標系でのその円形台ＲＴの平面の局所３次元座標系（図４では水平面座標軸Ｘ_ＲＴ，Ｙ_ＲＴのみ示す）を認識し、あるいは周囲所定距離内にクロスマークが存在しない一点のクロスマークＣＭを持つものを円形台ＲＴと認識するとともに、ロボット座標系でのその円形台ＲＴの平面の局所３次元座標系を机Ｔ上の平面の局所３次元座標系を所定距離上方および側方へ平行移動したものとして認識し、また所定の幅および奥行きの四点または三点のクロスマークＣＭを持つものをパレットＰと認識するとともに、ロボット座標系でのそのパレットＰ上の平面の局所３次元座標系（図４では水平面座標軸Ｘ_Ｐ，Ｙ_Ｐのみ示す）を認識し、それらをコントロールボックス１６に伝達する。

図７は、双腕ロボット１と位置同定対象物としての図示しないワークとの位置同定の場合を示し、この場合は、先ずステップＳ２１で、ステップＳ１と同様にしてキャリブレーションを行って、ビデオカメラ７の3次元座標系とロボットの3次元座標系とを合致させ、次いでステップＳ２２で、パレットＰ上に載置してワークを机Ｔ上に配置し、次いでステップＳ２３で、そのワーク上の四隅または三隅に付された各クロスマークＣＭを撮像し、続くステップＳ２４で、各クロスマークＣＭの中心点（交差する線の交差点）の、ロボットの3次元座標系での点座標を、ステップＳ３と同様にして画像処理によって求める。

次いでステップＳ２５で、ロボットの3次元座標系での複数のクロスマークＣＭの配置を計算して、パターンマッチングにより、クロスマークＣＭのその配置から、その配置に意味付けされた種類のワークとして認識し、続くステップＳ２６で、複数のクロスマークＣＭの配置から、ロボットの3次元座標系でのそのワークの姿勢を計算して認識し、続くステップＳ２７で、あらかじめ行った条件設定に基づく動作解析と干渉判断とにより、双腕ロボット１が動作可能か否かを判断し、例えばワークが遠すぎて所定の作業動作ができなかったり、ワークが近すぎて所定の作業動作によりワークその他との干渉が生じたりする場合は動作可能でない（ＮＯ）と判断してステップＳ２２へ戻り、例えば表示灯２５で設置位置が不適当である旨を表示して、作業者Ｍ等に当該ワークの設置位置の移動を求める。そしてステップＳ２７で、双腕ロボット１が動作可能（ＹＥＳ）の場合は、最後にステップＳ２８で、ロボットの3次元座標系でのこのワークの位置および姿勢すなわち局所３次元座標系をコントロールボックス１６に伝達して位置同定を完了する。

従って、ステップＳ３，Ｓ１４，Ｓ２４を実行する視覚制御ボックス１７は、撮像方向検出手段に相当し、ステップＳ５，Ｓ１６，Ｓ２６を実行する視覚制御ボックス１７は、相対位置同定手段に相当し、この実施例のロボット用位置同定方法および装置によれば、作業用の二台のビデオカメラ７と二本の腕４とを持つ移動可能な双腕ロボット１の、机Ｔ１〜Ｔ５と円形台ＲＴとパレットＰとワークとを含む位置同定対象物に対する相対位置を同定するに際し、それらの位置同定対象物に設けたクロスマークＣＭを二台のビデオカメラ７で互いに異なる二方向から撮像し、そのクロスマークＣＭを撮像した二方向に基づき相対位置を求めるので、双腕ロボット１を精密に位置決めしない簡易な設置方法でも、双腕ロボット１の座標と各位置同定対象物との間の３次元的な位置同定を行い、双腕ロボット１の与えられた作業動作を環境に合わせて補正することができ、それによって、簡易な設置方法での双腕ロボット１の運用を可能とするとともに、双腕ロボット１を環境の変化に迅速に対応させることができる。

すなわち、双腕ロボット１の配置場所に隣接する設備に対してクロスマークＣＭを貼り、それを視覚で捉えることで、双腕ロボット１は設備との位置関係を取得することができる（作業空間に対する位置同定）。そして動作中に双腕ロボット１の位置が変わらない限り、双腕ロボット１の取得している座標は変わらない。また、双腕ロボット１と設備との相対位置にずれが生じた場合も、再度クロスマークＣＭを認識することで位置同定をやり直すことができる。

かかる視覚による位置同定は環境のみならず作業対象物（ワーク）に対しても活用できる。作業対象物にクロスマークＣＭを貼ることで、作業対象物の位置を把握し、手５を作業対象物へアプローチさせることが可能である。しかも、作業対象物の位置を視覚で取得するため、作業対象物の設置精度を下げることができる。例えば作業エリア、ワークの入ったトレーやパレットＰ、付帯装置などの作業対象物にそれぞれクロスマークＣＭを貼ってクロスマークＣＭと作業対象物との関連付けを行い、関連付けされたクロスマークＣＭを双腕ロボット１の視覚で捉え、双腕ロボット１との相対座標や姿勢を取得する。

さらに、作業者Ｍと双腕ロボット１との接触等の外乱によって双腕ロボット１と作業環境との相対位置が変化したことが、例えば各関節の可動軸の駆動用モータの負荷の変化等によって判明した場合、視覚制御ボックス１７は、再度クロスマーク認識を行い、双腕ロボット１と作業空間および作業対象との位置同定を行って、この位置同定の結果から動作可能か否かの判断を行い、作業継続の可否を判定することができる。

さらに、この実施例のロボット用位置同定方法および装置によれば、マークとして、点を持つ１つまたは複数のクロスマークを用いているので、位置同定対象物の３次元認識の精度や安定性を高めるとともに、３次元認識処理の高速化も図ることができる。

また、この実施例のロボット用位置同定方法および装置によれば、双腕ロボット１は二台のビデオカメラ７と二本の腕４とを搭載した台車６により手押しで走行移動可能であるので、双腕ロボット１を所要に応じて任意の場所に移動させてその場所に簡易な設置方法で容易に設置することができる。

さらにこの実施例のロボット用位置同定方法および装置によれば、双腕ロボット１は二台のビデオカメラ７を頭３に持つので、作業中でも、高い位置から腕４等に妨げられずに机Ｔ１〜Ｔ５等の位置同定対象物を撮像し得て、容易にロボット自身の位置確認を行うことができる。

そしてこの実施例のロボット用位置同定方法および装置によれば、位置同定対象物はワークを含むことから、双腕ロボット１が、机Ｔ１〜Ｔ５との間の位置同定だけでなくワークとの間の位置同定もできるので、作業者Ｍ等の人との接触、もしくは他の何らかの外乱による双腕ロボット１の位置ずれに対しても、その位置ずれを把握し、与えられた動作を補正して作業を継続することができる。

以上、図示例に基づき説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更することができるものであり、例えば、上記実施例は双腕ロボットに適用したが、本発明の適用対象のロボットは、片腕のロボットでも良い。また、上記実施例の双腕ロボットは肩ヨー軸の軸線が傾斜しているが、肩ヨー軸の軸線が鉛直方向へ延在するロボットでも良い。さらに、上記実施例ではロボットは手押し式の台車を具えているが、ロボットはモータ等で自走する台車を具えていても良い。

さらに、上記実施例の双腕ロボットは二台のビデオカメラを頭に具えているが、本発明ではロボットは、頭の代わりに、あるいは頭に加えて胸や手にビデオカメラまたは他の撮像手段を具えていても良い。そして、上記実施例ではクロスマークの配置から位置同定対象物を認識したが、複数のマークのうちの少なくとも一部に、例えば二次元バーコード等の単独で識別可能あるいは情報を持ち得るマークを用いても良い。

かくして本発明のロボット用位置同定方法によれば、作業用の複数の撮像手段と作業腕とを持つ移動可能なロボットの、少なくとも作業台を含む位置同定対象物に対する相対位置を同定するに際し、位置同定対象物に設けたマークを複数の撮像手段で互いに異なる複数の方向から撮像し、そのマークを撮像した複数の方向に基づき相対位置を求めるので、ロボットを精密に位置決めしない簡易な設置方法でも、ロボットの座標と少なくとも作業台を含む位置同定対象物との間の３次元的な位置同定を行い、ロボットの与えられた作業動作を環境に合わせて補正することができ、それによって、簡易な設置方法でのロボットの運用を可能とするとともに、ロボットを環境の変化に迅速に対応させることができる。

また、本発明のロボット用位置同定装置によれば、作業用の複数の撮像手段と作業腕とを持つ移動可能なロボットの、少なくとも作業台を含む位置同定対象物に対する相対位置を同定する位置同定装置において、撮像方向検出手段が、位置同定対象物に設けたマークを複数の撮像手段で互いに異なる複数の方向から撮像する際にそれらの撮像手段がマークを撮像する方向を検出し、相対位置同定手段が、その撮像方向検出手段が検出した複数の方向に基づき前記相対位置を求めるので、ロボットを精密に位置決めしない簡易な設置方法でも、ロボットの座標と少なくとも作業台を含む位置同定対象物との間の３次元的な位置同定を行い、ロボットの与えられた作業動作を環境に合わせて補正することができ、それによって、簡易な設置方法でのロボットの運用を可能とするとともに、ロボットを環境の変化に迅速に対応させることができる。

この発明のロボット用位置同定方法の一実施例を実施するこの発明のロボット用位置同定装置の一実施例をそれぞれ具える二台の双腕ロボットが一人の作業者と共存、協調して作業するセル生産現場の全体を示す斜視図である。 （ａ），（ｂ）は、上記双腕ロボットを示す正面図および側面図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、上記双腕ロボットを示す平面図，背面図および斜視図である。 上記双腕ロボットが作業台（机）上およびパレット上に付されたマークを認識した状態を示す説明図である。 上記実施例のロボット用位置同定方法による上記双腕ロボットと一般的な位置同定対象物との間の位置同定の手順を示すフローチャートである。 上記実施例のロボット用位置同定方法による上記双腕ロボットと作業台（机）との間の位置同定の手順を示すフローチャートである。 上記実施例のロボット用位置同定方法による上記双腕ロボットと作業対象物（ワーク）との間の位置同定の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 双腕ロボット
２ 胴体
２ａ 下部
２ｂ 上部
３ 頭
４ 腕
４ａ 上腕
４ｂ 下腕
５ 手
６ 台車
７ ビデオカメラ
８ 首関節
９ 腰関節
１０ 肩関節
１１ 肘関節
１２ 手首関節
１３ 肩ブラケット
１４ 胴ブラケット
１４ａ レバー
１５ 電動アクチュエータ
１６ コントロールボックス
１７ 視覚制御ボックス
１８ 固定脚
１９ キャスタ
２０ 可動フレーム
２１，２２ ぺダル
２３ ハンドル
２４ スイッチボックス
２４ａ 非常停止スイッチ
２４ｂ 保護停止スイッチ
２４ｃ 上昇スイッチ
２４ｄ 下降スイッチ
ＣＭ クロスマーク
Ｍ 作業者
Ｐ パレット
ＲＴ 円形台
Ｔ，Ｔ１〜Ｔ５ 机

Claims (10)

1. 作業用の複数の撮像手段と作業腕とを持つ移動可能なロボットの、少なくとも作業台を含む位置同定対象物に対する相対位置を同定するに際し、
   前記位置同定対象物に設けたマークを前記複数の撮像手段で互いに異なる複数の方向から撮像し、
   前記マークを撮像した複数の方向に基づき前記相対位置を求めることを特徴とする、ロボット用位置同定方法。
2. 前記マークは１つまたは複数のクロスマークである、請求項１記載のロボット用位置同定方法。
3. 前記ロボットは前記複数の撮像手段と作業腕とを搭載した台車により走行移動可能である、請求項１または２記載のロボット用位置同定方法。
4. 前記ロボットは前記複数の撮像手段を頭部に持つ、請求項１から３までの何れか１項記載のロボット用位置同定方法。
5. 前記位置同定対象物は作業対象物を含む、請求項１から４までの何れか１項記載のロボット用位置同定方法。
6. 作業用の複数の撮像手段と作業腕とを持つ移動可能なロボットの、少なくとも作業台を含む位置同定対象物に対する相対位置を同定する位置同定装置において、
   前記位置同定対象物に設けたマークを前記複数の撮像手段で互いに異なる複数の方向から撮像する際にそれらの撮像手段が前記マークを撮像する方向を検出する撮像方向検出手段と、
   前記撮像方向検出手段が検出した複数の方向に基づき前記相対位置を求める相対位置同定手段と、
   を具えることを特徴とする、ロボット用位置同定装置。
7. 前記マークは１つまたは複数のクロスマークである、請求項６記載のロボット用位置同定装置。
8. 前記ロボットは前記複数の撮像手段と作業腕とを搭載した台車により走行移動可能である、請求項６または７記載のロボット用位置同定装置。
9. 前記ロボットは前記複数の撮像手段を頭部に持つ、請求項６から８までの何れか１項記載のロボット用位置同定装置。
10. 前記位置同定対象物は作業対象物を含む、請求項６から９までの何れか１項記載のロボット用位置同定装置。

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