JP2011031346A

JP2011031346A - ロボットのツール先端点の位置の計測装置および計測方法

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Publication number: JP2011031346A
Application number: JP2009180757A
Authority: JP
Inventors: Kazukuni Ban; 一訓伴; Katsutoshi Takizawa; 克俊滝澤; Oka Chin; 崗沈
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2009-08-03
Filing date: 2009-08-03
Publication date: 2011-02-17
Anticipated expiration: 2029-08-03
Also published as: US20110029131A1; JP4763074B2; US20140156072A1; US9050728B2; DE102010032840B4; DE102010032840A1

Abstract

【課題】代替治具を使用せずに、ツール取付面に対するツール先端点の位置を高精度で短時間に計測する。
【解決手段】ロボット(1)のツール取付面(32)に取付けられたツール(30)の、ツール取付面に対するツール先端点(31)の位置を求める計測装置は、ロボットのアーム先端部に取付けられたカメラ(4)と、ロボットの作業空間内に設置されたタッチアップ用ポイント（Σｍの原点）と、ロボットとカメラとによってタッチアップ用ポイントの位置を計測する計測部(11a)と、計測されたタッチアップ用ポイントの位置を記憶する第一記憶部(12a)と、ロボットを移動させることにより、ツール先端点がタッチアップ用ポイントに位置合わせされたときのロボットの位置を記憶する第二記憶部(12b)と、記憶されたタッチアップ用ポイントの位置とロボットの位置とを用いて、ロボットのツール取付面に対するツール先端点の位置を計算する計算部(11b)とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットのツール先端点の位置を計測する計測方法およびそのような方法を実施する計測装置に関する。

産業用ロボットを使用する際には、ロボットのツール取付面に対するツール先端点（ＴＣＰ；Tool Center Pint）の位置の計測が行われている。ツール先端点の計測は基本的かつ重要な作業であり、主に二通りの手法で行われる。

特許文献１においては、作業者が、ロボットの先端に取付けられたツール先端点を、複数のツール姿勢において空間内の或る特定点に位置決めし、複数の位置決め位置を用いてツール先端点の位置を計算している。このような場合には特別な治具等を排除しつつ、ツール先端点の位置を計算できる。しかしながら、特許文献１においては、ツール先端点の設定精度と設定作業に要する時間とが作業者の熟練度に応じて定まり、設定精度および設定時間が安定するとは限らない。

特許文献２には、撮像装置、例えばカメラを使用してツール先端点の位置を自動的に計測する方法が開示されている。このような場合には、作業者の熟練度に依存することなしに、安定した設定精度および設定時間を得ることができる。また、特許文献３、特許文献４および非特許文献１にも、ロボットおよびカメラを使用した計測方法が開示されている。

特開平８−８５０８３号公報特許第４１９１０８０号特許第４０２１４１３号特許第３３９４３２２号

Roger Y. Tsai, "An efficient and accurate camera calibration technique for 3d machine vision ", Proc. Computer Vision and Pattern Recognition '86, pp.364-374,1986

しかしながら、特許文献２においては、カメラなどの撮像装置が必要とされる。さらに、特許文献２においては、ツール先端点の設定箇所が撮像装置で計測するのが困難である場合に、ツール先端点に代替する専用治具が必要になる。さらに、このような専用治具を使用する場合には、専用治具上の計測箇所とツール先端点の実際の設定箇所との間に位置誤差が存在すると、ツール先端点の設定精度が低下することになる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ツール先端点に代替する専用治具を使用することなしに、ツール取付面に対するツール先端点の位置を高精度で短時間に安定して計測することのできる計測方法およびそのような方法を実施する計測装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、ロボットのアーム先端部のツール取付面に取付けられているツールの、前記ツール取付面に対するツール先端点の位置を求める計測装置において、前記ロボットのアーム先端部に取付けられたカメラと、前記ロボットの作業空間内に設置されたタッチアップ用ポイントと、前記ロボットと前記カメラとによって前記タッチアップ用ポイントの位置を計測する計測部と、該計測部により計測された前記タッチアップ用ポイントの位置を記憶する計測結果記憶部と、前記ロボットを移動させることにより、前記ツール先端点が前記タッチアップ用ポイントに位置合わせされたときの前記ロボットの位置を記憶する位置合わせ結果記憶部と、前記計測結果記憶部に記憶された前記タッチアップ用ポイントの位置と前記位置合わせ結果記憶部に記憶された前記ロボットの位置とを用いて、前記ロボットの前記ツール取付面に対する前記ツール先端点の位置を計算するツール先端点位置計算部と、を備えた計測装置が提供される。

すなわち１番目の発明においては、非接触式の計測部、例えばカメラによって、ロボットのツール先端点の位置が自動的に計測され、またタッチアップ作業は一回のみで足りる。これにより、作業者の負担を減らしつつ、作業者の熟練度に依存することなしに、高精度の計測結果を安定して得ることができる。１番目の発明においては、計測部、例えばカメラはタッチアップ用ポイントを直接的に計測している。さらに、作業者によるタッチアップ作業を通じてツール先端点の位置を間接的に求めているので、カメラにより直接的に計測するのが困難なツール、例えばアーク溶接トーチ先端から突出する溶接ワイヤであっても、本発明を適用することができる。

２番目の発明によれば、ロボットのアーム先端部のツール取付面に取付けられているツールの、前記ツール取付面に対するツール先端点の位置を求める計測装置において、前記ロボットのアーム先端部に取付けられたカメラと、前記ロボットの作業空間内に設置された計測用ターゲットとを具備し、該計測用ターゲットは、該計測用ターゲットに対して位置が既知であるタッチアップ用ポイントを含んでおり、さらに、前記座標系におけるタッチアップ用ポイントの位置を予め格納する格納部と、前記ロボットと前記カメラとによって前記ターゲットの位置と姿勢とを計測する計測部と、該計測部により計測された前記ターゲットの位置と姿勢とを記憶する計測結果記憶部と、前記ロボットを移動させることにより、前記ツール先端点を前記タッチアップ用ポイントに位置合わせさせたときの前記ロボットの位置を記憶する位置合わせ結果記憶部と、前記計測結果記憶部に記憶された前記ターゲットの位置と姿勢と、前記位置合わせ結果記憶部に記憶された前記ロボットの位置と、前記格納部に格納されている前記座標系における前記タッチアップ用ポイントの位置とを用いて、前記ロボットのツール取付面に対する前記ツール先端点の位置を計算するツール先端点位置計算部と、を備えた計測装置が提供される。

すなわち２番目の発明においては、ツール先端点がターゲットに直接的にタッチアップできない場合であっても、１番目の発明と同様な効果を得ることができる。

３番目の発明によれば、２番目の発明において、前記ターゲットは寸法および相対位置が既知である、行列をなして配置された計測用図形を有するものである。
すなわち位置および姿勢を計測可能なターゲットである。

４番目の発明によれば、２番目の発明において、前記ターゲットは寸法および相対位置が既知である、同じ直線上にない三つの計測用図形を有するものを備えた。
すなわち４番目の発明においては、三つの計測用図形のそれぞれを個別に計測するので、三つの計測用図形のうちの二つの間の距離を十分に長くできる。このため、より高精度で姿勢を計測することができる。計測用図形は例えば円形凹部または穴であり、ロボットシステム内の治具に計測用図形を形成してもよい。或る実施形態では、円形凹部は三角形の各頂点に位置している。

５番目の発明によれば、ロボットのアーム先端部のツール取付面に取付けられているツールの、前記ツール取付面に対するツール先端点の位置を求める計測方法において、前記ロボットと該ロボットのアーム先端部に取付けられたカメラとによって、前記ロボットの作業空間内に設置されたタッチアップ用ポイントの位置を計測し、計測された前記タッチアップ用ポイントの位置を計測結果記憶部に記憶し、前記ロボットを移動させた後で、前記ツール先端点を前記タッチアップ用ポイントに位置合わせし、前記ツール先端点を前記タッチアップ用ポイントに合わせたときの前記ロボットの位置を位置合わせ結果記憶部に記憶し、前記計測結果記憶部に記憶された前記タッチアップ用ポイントの位置と、前記位置合わせ結果記憶部に記憶された前記ロボットの位置とを用いて、前記ロボットの前記ツール取付面に対する前記ツール先端点の位置を求めるツール先端点位置計算部と、を備えたことを特徴とする計測方法が提供される。

すなわち５番目の発明においては、非接触式の計測部、例えばカメラによって、ロボットのツール先端点の位置が自動的に計測され、またタッチアップ作業は一回のみで足りる。これにより、作業者の負担を減らしつつ、作業者の熟練度に依存することなしに、高精度の計測結果を安定して得ることができる。５番目の発明においては、計測部、例えばカメラはタッチアップ用ポイントを直接的に計測している。さらに、作業者によるタッチアップ作業を通じてツール先端点の位置を間接的に求めているので、カメラにより直接的に計測するのが困難なツール、例えばアーク溶接トーチ先端から突出する溶接ワイヤであっても、本発明を適用することができる。

６番目の発明によれば、ロボットのアーム先端部のツール取付面に取付けられているツールの、前記ツール取付面に対するツール先端点の位置を求める計測方法において、前記ロボットの作業空間内に設置された計測用ターゲットに対して固定された座標系における位置が既知であるタッチアップ用ポイントの位置を格納部に格納し、前記ロボットのアーム先端部に取付けられた前記ロボットと前記カメラとによって前記ターゲットに対して固定されている座標系の位置と姿勢とを計測し、計測された前記ターゲットの位置と姿勢とを計測結果記憶部に記憶し、前記ロボットを移動させた後で、前記ツール先端点を前記タッチアップ用ポイント位置に合わせし、前記ツール先端点を前記タッチアップ用ポイントに合わせたときの前記ロボットの位置を位置合わせ結果記憶部に記憶し、前記計測結果記憶部に記憶された前記ターゲットの位置と姿勢と、前記位置合わせ結果記憶部に記憶された前記ロボットの位置と、前記格納部に格納された前記座標系における前記タッチアップ用ポイントの位置とを用いて、前記ロボットのツール取付面に対する前記ツール先端点の位置を計算する、を備えた計測方法が提供される。

すなわち６番目の発明においては、ツール先端点がターゲットに直接的にタッチアップできない場合であっても、５番目の発明と同様な効果を得ることができる。

本発明の第一の実施形態における計測装置の全体構成を示す図である。本発明において用いられるロボット制御装置のブロック図である。本発明において用いられる画像処理装置のブロック図である。本発明において実施される処理の概略を示すフローチャートである。ツール先端点を図１の状態からターゲットのタッチアップ用ポイントに合わせた状態を示す図である。本発明の第二の実施形態における計測装置の全体構成を示す図である。ツール先端点を図６の状態からターゲットのタッチアップ用ポイントに合わせた状態を示す図である。本発明の第二の実施形態において使用される別形式のターゲットの拡大図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明の第一の実施形態における計測装置の全体構成を示す図である。図１に示されるように、ロボット１は、公知の典型的なロボット、例えば六軸多関節ロボットである。ロボット１は、アーム部１ａおよびベース部１ｂを有しており、また、ロボット１を制御するロボット制御装置５に接続されている。

アーム部１ａの先端部すなわちツール取付面３２には、ツール３０が取付けられている。図１に示されるツール３０は鈍角をなすように湾曲している。そして、カメラ４がツール３０の先端近傍に隣接して取付けられている。図から分かるように、第一の実施形態においては、カメラ４の視線４０は、ツールの先端部分に対して平行に延びている。

図１に示されるように、ロボット１には、ベース部１ｂに固定されたロボット座標系Σｂと、ツール取付面３２に固定されたメカニカルインターフェイス座標系Σｆとが設定される。ロボット制御装置５は、随時、メカニカルインターフェイス座標系Σｆの原点の位置および姿勢（現在位置）を知ることができる。また、周知の手動操作キーを備えた教示操作盤１８がロボット制御装置５に接続され、作業者はその手動操作キーを操作することにより、ロボット１を操作することができる。

カメラ４は例えばＣＣＤカメラであり、二次元画像を受光面（ＣＣＤアレイ面上）で検出する機能を持つ周知の受光デバイスである。カメラ４は、ＬＣＤ、ＣＲＴ等からなるモニタ３を備えた画像処理装置２に接続されている。第一の実施形態においては、カメラ４は、ロボット座標系Σｂで表される空間内に固定されたターゲット６上のマーク７を撮像する。ここで、ターゲット６は、例えばその端面に＋字形の溝が形成された金属柱である。ただし、中心位置を確認できる他の形状のターゲット６を採用するようにしてもよい。

図２は本発明において用いられるロボット制御装置のブロック図である。図２に示されるように、ロボット制御装置５は、メインＣＰＵ（以下、単にＣＰＵと称する）１１を含んでいる。メインＣＰＵ１１は、ロボットの作業空間内に設置されたタッチアップ用ポイントの位置をロボット１とカメラ４とによって計測する計測部１１ａおよびロボット４のツール取付面３２に対するツール先端点３１の位置を計算するツール先端点位置計算部１１ｂとしての役目を果たす。

そして、メインＣＰＵ１１から延びるバス１７に、ＲＡＭ、ＲＯＭ、不揮発性メモリ等からなるメモリ１２、教示操作盤用インターフェイス１３、外部装置用の入出力インターフェイス１６、サーボ制御部１５および通信インターフェイス１４が並列に接続されている。

教示操作盤用インターフェイス１３には、教示操作盤１８が接続されている。作業者は、教示操作盤１８を操作して、ロボットの動作プログラムの作成、修正、登録、あるいは各種パラメータの設定の他、教示された動作プログラムの再生運転、ジョグ送り等を実行する。

ロボットおよびロボット制御装置の基本機能を支えるシステムプログラムは、メモリ１２のＲＯＭに格納されている。また、アプリケーションに応じて教示されるロボットの動作プログラムおよび関連する設定データは、メモリ１２の不揮発性メモリに格納されている。また、後述する諸処理（機構パラメータを求めることに関連したロボット移動、画像処理装置との通信処理、等々）のためのプログラム、パラメータ等のデータもメモリ１２の不揮発性メモリに格納される。メモリ１２のＲＡＭは、ＣＰＵ１１が行なう各種演算処理におけるデータの一時記憶の記憶領域に使用される。

さらに、図から分かるように、メモリ１２は、計測部１１ａにより計測されたタッチアップ用ポイントの位置を記憶する計測結果記憶部１２ａと、ツール先端点３１がタッチアップ用ポイントに合うように位置合わせされたときのロボット１の位置を記憶する位置合わせ結果記憶部１２ｂと、計測用ターゲット６００に対して固定された座標系におけるタッチアップ用ポイントの位置を予め格納する格納部１２ｃとを含んでいる。

サーボ制御部１５はサーボ制御器＃１〜＃ｎ（ｎはロボットの総軸数であり、ここではｎ＝６とする）を備え、ロボット制御のための演算処理（軌道計画作成とそれに基づく補間、逆変換など）によって作成された移動指令を受け、各軸に付属したパルスコーダ（図示省略）から受け取るフィードバック信号と併せてサーボアンプＡ１〜Ａｎにトルク指令を出力する。各サーボアンプＡ１〜Ａｎは、各トルク指令に基づいて各軸のサーボモータに電流を供給してそれらを駆動する。通信インターフェイス１４は、画像処理装置２（図１参照）に接続されている。この通信インターフェイス１４を介して、後述する計測に関連する指令、計測結果データ等の授受がロボット制御装置５と画像処理装置２との間で行なわれる。

図３は本発明において用いられる画像処理装置のブロック図である。図３に示されるように、画像処理装置２はマイクロプロセッサからなるＣＰＵ２０を有している。そして、ＣＰＵ２０には、バスライン３９を介してＲＯＭ２１、画像処理プロセッサ２２、カメラインターフェイス２３、モニタインターフェイス２４、入出力機器（Ｉ／Ｏ）２５、フレームメモリ（画像メモリ）２６、不揮発性メモリ２７、ＲＡＭ２８および通信インターフェイス２９が各々接続されている。

カメラインターフェイス２３には、撮像手段であるカメラ４（ここではＣＣＤカメラ）が接続される。撮影指令がカメラインターフェイス２３を介して送られると、カメラ４は、カメラに設定された電子シャッタ機能により撮影を実行する。そして、映像信号がグレイスケール信号の形でカメラインターフェイス２３を介してフレームメモリ２６に格納される。

モニタインターフェイス２４にはモニタ３（図１参照）としてＣＲＴ、ＬＣＤ等のディスプレイが接続されている、カメラが撮影中の画像、フレームメモリ２６に格納された過去の画像、画像処理プロセッサ２２による処理を受けた画像等が必要に応じて表示される。

図１に示されるカメラ４はロボット座標系Σｂで表される空間内に固定されたターゲット６上のマーク７を撮像する。フレームメモリ２６に格納されたマーク７の映像信号は、画像処理プロセッサ２２を利用して解析され、その二次元位置および寸法等が求められる。なお、そのためのプログラム、パラメータ等は不揮発性メモリ２７に格納されている。また、ＲＡＭ２８はＣＰＵ２０が実行する各種処理に必要なデータの一時記憶に利用される。通信インターフェイス２９は、前述したロボット制御装置側の通信インターフェイス１４を介してロボット制御装置に接続される。

また図１に示されるカメラ４の視線４０は、カメラ４の代表点（例えばカメラレンズの中心）からターゲット６に向かう直線である。視線４０に関連して、図１に示される座標系Σｖは、カメラ４の代表点（例えばカメラレンズの中心）からターゲット６に向かう視線４０を表わす座標系であり、その原点は視線４０上に位置し、１つの座標軸（例えばＺ軸）が視線４０に一致しているものとする。

なお、メカニカルインターフェイス座標系Σｆは、前述したようにツール取付面３２の位置および姿勢を代表する座標系であると共に、「ロボット１の位置および姿勢を代表する座標系」でもある。すなわち、特に断わりのない限り、「ロボット位置」とは「ロボット座標系Σｂ上での、メカニカルインターフェイス座標系Σｆの原点の位置」であり、姿勢を含めて考えるときには、「ロボット座標系Σｂ上での、メカニカルインターフェイス座標系Σｆの原点の位置および姿勢」を指すものとする。

図４は本発明において実施される処理の概略を示すフローチャートである。以下、図４を参照しつつ、本発明の計測装置におけるキャリブレーションの手順を説明する。なお、図１に示される構成においては、タッチアップ用ポイント（ＴＵＰ）はターゲット６上の座標系Σｍの原点に在るものとする。

ステップＴ１
本発明においては、計測部１１ａは、カメラ４を使用して、ターゲット６に固定された座標系Σｍの原点位置（Ｘｍ、Ｙｍ、Ｚｍ）、つまりタッチアップ用ポイントの位置を計測する。この計測方法としては、本願出願人と同一出願人により出願された特許第４０２１４１３号に記載される公知の計測方法を採用してもよい。この計測方法においては、カメラをロボットアーム先端に取付け、カメラを校正せずにカメラの取付け位置および視線方向を求める。次いで、ロボットの作業空間に配置されるワーク上の参照点位置をステレオ計測によって計測している。なお、他の手法により、ターゲット６に固定された座標系Σｍの原点位置（Ｘｍ、Ｙｍ、Ｚｍ）を計測してもよい。

ステップＴ２
ステップＴ２においては、ステップＴ１で求めたターゲット６の原点位置（Ｘｍ、Ｙｍ、Ｚｍ）をタッチアップ用ポイントの位置として計測結果記憶部１２ａに記憶する。

ステップＴ３
次いで、作業者が目視によって、ツール先端点３１をタッチアップ用ポイントであるターゲット６の原点に位置合わせする（図５を参照されたい）。なお、ロボット１が自動的に動作して、ツール先端点３１をターゲット６の原点に位置合わせするようにしてもよい。

ステップＴ４
ステップＴ４においては、ステップＴ３で位置合わせしたロボットの位置を位置合わせ結果記憶部１２ｂに記憶する。

ステップＴ５
ステップＴ５においては、ツール先端点位置計算部１１ｂは、計測結果記憶部１２ａおよび位置合わせ結果記憶部１２ｂにそれぞれ記憶されたタッチアップ用ポイントの位置およびロボットの位置に基づいて、以下のアルゴリズムでツール先端点３１の位置を計算する。
ステップＴ２において記憶したタッチアップ用ポイントの位置は（Ｘｍ、Ｙｍ、Ｚｍ）である。タッチアップ用ポイントの姿勢は不定であり、ここでは姿勢（０、０、０）であると設定する。タッチアップ用ポイントの位置姿勢（Ｘｍ、Ｙｍ、Ｚｍ、０、０、０）に対応する４×４の同次変換行列［Ｍ］は式１で表される。

次いで、ステップＴ４において位置合わせ結果記憶部１２ｂに記憶されたロボット位置から、メカニカルインターフェイス座標系Σｆの位置姿勢を次の式２のように４×４の同次変換行列[Ｆ]として表現する。

ここで[Ｒ_Ｆ]は座標系Σｆの姿勢角に対応する３×３の回転行列である。

次いで、メカニカルインターフェイス座標系Σｆにおけるツール先端点を原点とする座標系Σｔの位置姿勢に対応する４×４の同次変換行列を[Ｔ]とする（式４を参照されたい）。この場合には、[Ｍ]＝[Ｆ][Ｔ]であるので、以下の式３から[Ｔ]を算出できる。
[Ｔ]＝[Ｆ]^-１[Ｍ] 式３

ここで、式４における[Ｒ_Ｔ]は座標系Σｔの姿勢角に対応する３×３の回転行列である。また、式４の行列Ｔの成分の内の（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）は、メカニカルインターフェイス座標系Σｆにおけるツール先端点の位置を表す。

このようにして、本発明においては、非接触式の計測部、例えばカメラ４によってツール先端点３１の位置を自動的に計測することができる。また、本発明においては、計測時におけるタッチアップ作業（位置合わせ作業）は一回のみで足りる。従って、作業者の負担を減らしつつ、作業者の熟練度に依存することなしにおよびツール先端点３１に代替する専用治具を使用することなしに、高精度の計測結果を安定して短時間で得られるのが分かるであろう。

また、本発明では、作業者により行われうる位置合わせ作業を通じてツール先端点３１の位置を間接的に求めている。このため、ツール３０が、カメラにより直接的に計測するのが困難なツール、例えばアーク溶接トーチ先端から突出する溶接ワイヤ等であっても本発明を適用できる。

ところで、図６は本発明の第二の実施形態における計測装置の全体構成を示す図である。図６に示されるツールはＣ字形状であり、そのツール先端点３１はＣ字形状部分の先端側の内面に位置している。つまり、ツール先端点３１の突出方向がカメラ４の計測方向と反対になっている。

ツールがこのような形状であるので、第二の実施形態においては、ツール先端点３１がターゲット６に直接的にタッチアップできない。このような場合には、タッチアップ用ポイントを座標系Σｍの原点に設置せずに、座標系Σｍにおける位置が既知である場所にタッチアップ用ポイントを設置すればよい。図６には、プレート状のターゲット６００が使用されており、タッチアップ用ポイント８１は計測用ターゲット６００の底面の隅部に設けられている。従って、後述する手順により、第二の実施形態においてもツール先端点３１の位置を計算することができる。

図６に示されるターゲット６００の上面には、行列をなして配置された複数の円形図形が形成されている。つまり、ターゲット６００はドットパターンを含んでいる。これら円形図形は、印刷、着色、凹部または穴として形成される。これら円形図形の寸法および位置関係は格納部１２ｃに格納されている。また、図６から分かるように、これら円形図形のそれぞれはカメラ４の撮像視時に比較して十分に小さい。さらに、図６においては、複数の円形図形のうちのＬ字形状をなす四つの円形図形のみが大径に形成されている。

このようなターゲット６００を使用した場合には、カメラ４が二次元のカメラであってもカメラと図形（円形）との相対位置および姿勢を計測することができる。このような計測は一般にカメラのキャリブレーション（カメラ校正）と呼ばれる処理でよく使用されている。その具体例として「Roger Y. Tsai, "An efficient and accurate camera calibration technique for 3d machine vision ", Proc. Computer Vision and Pattern Recognition '86, pp.364-374,1986」の文献が挙げられる。原理的には最低３個、但しカメラレンズの誤差を考慮する場合には最低７個の計測用図形が必要である。

このように円形図形の群（ドットパターン）を有するターゲット６００を使用すれば、カメラの校正と座標系Σｍの計測を同時に行なうことができる。具体的には、特許第３３９４３２２号に記載された公知の計測方法を採用すればよい。

第二の実施形態においては、タッチアップ用ポイントに固定されている座標系をΣｐとすると、ロボット座標系Σｂにおいてこの座標Σｐの位置姿勢を表現した同次変換行列[Ｐ]は次の式５によって計算できる。
[Ｐ]＝[Ｍ][Ｓ] 式５
ここで、[Ｓ]は座標系Σｍにおける座標系Σｐの位置姿勢に対応する４×４の同次変換行列である。

図７はツール先端点３１を図６の状態からターゲット６００のタッチアップ用ポイント８１に合わせた状態を示す図である。図７に示されるように、二つの座標系ΣｍとΣｐの相対位置姿勢が既知で、かつ複数の円形図形の群を有するターゲット６００を使用すれば、ステップＴ１で先ず座標系ΣｂにおけるΣｍの位置姿勢が取得される。即ち[Ｍ]を求めることができる。ターゲット６００の製作時に、設計上予め[Ｓ]を既知としておけば、[Ｐ]は式５および式６に基づいて以下のように容易に算出できる。

図７に示すタッチアップにより、[Ｐ]＝[Ｆ][Ｔ]であるので、[Ｔ]＝[Ｆ]^-1[Ｐ]である。これにより、[Ｔ]を求める。このように、第二の実施形態においては、ツール先端点３１がターゲット６００に直接的にタッチアップできない場合であっても、ツール先端点３１の位置を求めることができ、第一の実施形態と同様な効果を得ることができる。

また、ターゲット６００の代わりに、図８に示される三つの計測用図形６１、６２、６３を有するターゲット８００を使用する方法がある。計測用図形６１、６２、６３それぞれを個別に計測する場合には、カメラ４のレンズの特定領域のみしか使用されないので、カメラ４のキャリブレーションを行う必要がない。具体的には、特許３７３３３６４号また特許４０２１４１３号に記載された公知の計測方法を採用すればよい。さらに、この場合には、三つの計測用図形のうちの二つの間の距離を十分に長くできるので、より高精度で姿勢を計測することが可能である。

ターゲットの向きを計算するためには、最低三つの計測図形の位置が必要となるが、この三つの計測図形が直角三角形の各頂点であることが必要条件ではない。この三つの計測図形が一直線上になければよい。さらに三つ以上の計測図形を有してもかまわなく、平均化によって計測誤差を低減する効果も得られる。

ターゲット６００とターゲット８００のいずれの方式を採用した場合においても、ターゲットに固定された座標系の向きについて、これら円形図形を用いて精度よく計測することが可能となる。

また、図示しない実施形態においては、これら円形図形６１、６２、６３をロボットシステム内の場所が既知である治具に直接形成するようにしてもよい。この場合には、ターゲット６００自体を排除することもできる。

上記の説明においては、カメラ４が二次元カメラであるとしているが、ステレオカメラをカメラ４として採用してもよい。あるいは、二次元カメラとレーザ投光装置との組合せからなる三次元計測が可能な計測装置をカメラ４の代わりに使用してもよい。このような場合にも、ツール先端点の位置設定を同様に計測できるのが分かるであろう。

１ロボット
２画像処理装置
３モニタ
４カメラ
５ロボット制御装置
６、６００ターゲット
７マーク
７ａマーク画像
１１メインＣＰＵ
１１ａ計測部
１１ｂツール先端点位置計測部
１２メモリ
１２ａ計測結果記憶部
１２ｂ位置合わせ結果記憶部
１２ｃ格納部
１３教示操作盤用インターフェイス
１４通信インターフェイス（ロボット制御装置側）
１５サーボ制御部
１６外部装置用インターフェイス
１７バス
１８教示操作盤
２０ＣＰＵ
２１ＲＯＭ
２２画像処理プロセッサ
２３カメラインターフェイス
２４モニタインターフェイス
２５入力機器
２６フレームメモリ
２７不揮発性メモリ
２８ＲＡＭ
２９通信インターフェイス（画像処理装置側）
３０ツール
３１ツール先端点
３２ツール取付面
４０視線
６１、６２、６３円形凹部
８１タッチアップ用ポイント

Claims

ロボットのアーム先端部のツール取付面に取付けられているツールの、前記ツール取付面に対するツール先端点の位置を求める計測装置において、
前記ロボットのアーム先端部に取付けられたカメラと、
前記ロボットの作業空間内に設置されたタッチアップ用ポイントと、
前記ロボットと前記カメラとによって前記タッチアップ用ポイントの位置を計測する計測部と、
該計測部により計測された前記タッチアップ用ポイントの位置を記憶する計測結果記憶部と、
前記ロボットを移動させることにより、前記ツール先端点が前記タッチアップ用ポイントに位置合わせされたときの前記ロボットの位置を記憶する位置合わせ結果記憶部と、
前記計測結果記憶部に記憶された前記タッチアップ用ポイントの位置と前記位置合わせ結果記憶部に記憶された前記ロボットの位置とを用いて、前記ロボットの前記ツール取付面に対する前記ツール先端点の位置を計算するツール先端点位置計算部と、を備えた計測装置。
ロボットのアーム先端部のツール取付面に取付けられているツールの、前記ツール取付面に対するツール先端点の位置を求める計測装置において、
前記ロボットのアーム先端部に取付けられたカメラと、
前記ロボットの作業空間内に設置された計測用ターゲットとを具備し、該計測用ターゲットは、該計測用ターゲットに対して位置が既知であるタッチアップ用ポイントを含んでおり、
さらに、
前記計測用ターゲットに対する前記タッチアップ用ポイントの位置を予め格納する格納部と、
前記ロボットと前記カメラとによって前記ターゲットの位置と姿勢とを計測する計測部と、
該計測部により計測された前記ターゲットの位置と姿勢とを記憶する計測結果記憶部と、
前記ロボットを移動させることにより、前記ツール先端点を前記タッチアップ用ポイントに位置合わせさせたときの前記ロボットの位置を記憶する位置合わせ結果記憶部と、
前記計測結果記憶部に記憶された前記ターゲットの位置と姿勢と、前記位置合わせ結果記憶部に記憶された前記ロボットの位置と、前記格納部に格納されている前記タッチアップ用ポイントの位置とを用いて、前記ロボットのツール取付面に対する前記ツール先端点の位置を計算するツール先端点位置計算部と、を備えた計測装置。
前記ターゲットは寸法および相対位置が既知である、行列をなして配置された計測用図形を有するものである請求項２に記載の計測装置。
前記ターゲットは、相対位置が既知である、同じ直線上にない三つの計測用図形を有するものである請求項２に記載された計測装置。
ロボットのアーム先端部のツール取付面に取付けられているツールの、前記ツール取付面に対するツール先端点の位置を求める計測方法において、
前記ロボットと該ロボットのアーム先端部に取付けられたカメラとによって、前記ロボットの作業空間内に設置されたタッチアップ用ポイントの位置を計測し、
計測された前記タッチアップ用ポイントの位置を計測結果記憶部に記憶し、
前記ロボットを移動させた後で、前記ツール先端点を前記タッチアップ用ポイントに位置合わせし、
前記ツール先端点を前記タッチアップ用ポイントに合わせたときの前記ロボットの位置を位置合わせ結果記憶部に記憶し、
前記計測結果記憶部に記憶された前記タッチアップ用ポイントの位置と、前記位置合わせ結果記憶部に記憶された前記ロボットの位置とを用いて、前記ロボットの前記ツール取付面に対する前記ツール先端点の位置を求めるツール先端点位置計算部と、を備えたことを特徴とする計測方法。
ロボットのアーム先端部のツール取付面に取付けられているツールの、前記ツール取付面に対するツール先端点の位置を求める計測方法において、
前記ロボットの作業空間内に設置された計測用ターゲットに対して固定された座標系における位置が既知であるタッチアップ用ポイントの位置を格納部に格納し、
前記ロボットのアーム先端部に取付けられた前記ロボットと前記カメラとによって前記ターゲットに対して固定されている座標系の位置と姿勢とを計測し、
計測された前記ターゲットの位置と姿勢とを計測結果記憶部に記憶し、
前記ロボットを移動させた後で、前記ツール先端点を前記タッチアップ用ポイント位置に合わせし、
前記ツール先端点を前記タッチアップ用ポイントに合わせたときの前記ロボットの位置を位置合わせ結果記憶部に記憶し、
前記計測結果記憶部に記憶された前記ターゲットの位置と姿勢と、前記位置合わせ結果記憶部に記憶された前記ロボットの位置と、前記格納部に格納された前記座標系における前記タッチアップ用ポイントの位置とを用いて、前記ロボットのツール取付面に対する前記ツール先端点の位置を計算する、計測方法。