JP2019014031A - ロボットの制御装置、ロボット、ロボットシステム、並びに、ロボット用カメラの校正方法 - Google Patents
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Abstract
Description
この制御装置によれば、各回転軸回りの回転における複数の回転位置のパターン画像を用いて、カメラ座標系で見た3つの回転軸の方向を推定できる。また、3つの回転軸は互いに一次独立なので、これらの回転軸の方向から、ターゲット座標系とカメラ座標系との間の座標変換行列を決定できる。この結果、ターゲット座標系とカメラ座標系との間の座標変換を計算可能なカメラのパラメーターが得られるので、カメラを用いた対象物の位置検出を行うことが可能となる。
この制御装置によれば、3つの回転軸とターゲット座標系との対応関係が単純なので、カメラ座標系で見た回転軸の方向から、ターゲット座標系とカメラ座標系との間の座標変換行列を容易に決定できる。
この制御装置によれば、各回転軸を中心とした回転における複数の回転位置で撮像されたパターン画像から、ターゲット座標系とカメラ座標系との間の座標変換行列を構成する回転行列を容易に求めることが可能である。
この制御装置によれば、各回転軸を中心とした回転における複数の回転位置で撮像されたパターン画像から、ターゲット座標系とカメラ座標系との間の座標変換行列を構成する並進ベクトルを容易に求めることが可能である。
この制御装置によれば、アームとは独立に設けられたターゲット座標系とカメラ座標系との間の座標変換行列を求めるので、アームから離れた位置において、カメラを用いた対象物の位置検出の精度を向上させることが可能である。
この制御装置によれば、アームの手先位置において、カメラを用いた対象物の位置検出の精度を向上させることが可能である。
この制御装置によれば、各回転軸回りの回転における複数の回転位置のパターン画像を用いて、カメラ座標系で見た3つの回転軸の方向を推定できる。また、3つの回転軸は互いに一次独立なので、これらの回転軸の方向から、ターゲット座標系とカメラ座標系との間の座標変換行列を決定できる。この結果、ターゲット座標系とカメラ座標系との間の座標変換を計算可能なカメラのパラメーターが得られるので、カメラを用いた対象物の位置検出を行うことが可能となる。
このロボットによれば、ターゲット座標系とカメラ座標系との間の座標変換を行って、カメラを用いた対象物の位置検出を行うことが可能となる。
このロボットシステムによれば、ターゲット座標系とカメラ座標系との間の座標変換を行って、カメラを用いた対象物の位置検出を行うことが可能となる。
この方法によれば、各回転軸回りの複数の回転位置のパターン画像を用いて、カメラ座標系で見た3つの回転軸の方向を推定できる。また、3つの回転軸は互いに一次独立なので、これらの回転軸の方向から、ターゲット座標系とカメラ座標系との間の座標変換行列を決定できる。この結果、ターゲット座標系とカメラ座標系との間の座標変換を計算可能なカメラのパラメーターが得られるので、カメラを用いた対象物の位置検出を行うことが可能となる。
図1は、一実施形態におけるロボットシステムの概念図である。このロボットシステムは、ロボット100と、制御装置200とを備えている。このロボット100は、カメラで作業対象を認識し、自在に力を加減して、自律的に判断しながら作業を行える自律型ロボットである。また、ロボット100は、予め作成された教示データに従って作業を実行するティーチングプレイバックロボットとして動作することも可能である。
図3は、ロボット100のアーム160の構成と各種の座標系を示す説明図である。2つのアーム160L,160Rのそれぞれには、7つの関節J1〜J7が設けられている。関節J1,J3,J5,J7はねじり関節であり、関節J2,J4,J6は曲げ関節である。なお、図1の胴部120と肩部130の間にはねじり関節が設けられているが、図3では図示が省略されている。個々の関節には、それらを動作させるためのアクチュエーターと、回転角度を検出するための位置検出器とが設けられている。
(1)ロボット座標系Σ0:ロボット100の基準点R0を座標原点とする座標系
(2)アーム座標系ΣA:アーム160の基準点A0を座標原点とする座標系
(3)手先座標系ΣT:TCP(ツール中心点)を座標原点とする座標系
(4)パターン座標系ΣP:校正用パターン400上の所定の位置を座標原点とする座標系
(5)カメラ座標系ΣC:カメラ170に設定された座標系
<回転行列Rの性質1>
回転行列Rは正規直交行列であり、その逆行列R−1は転置行列RTに等しい。
<回転行列Rの性質2>
回転行列Rの3つの列成分Rx,Ry,Rzは、元の座標系ΣAで見た回転後の座標系ΣBの3つの基底ベクトルの成分に等しい。
図3において、複数の座標系Σ0,ΣT,ΣP,ΣCの間には、以下の変換が成立する。
(1)変換0HT(計算可):ロボット座標系Σ0から手先座標系ΣTへの変換
(2)変換THP(未知):手先座標系ΣTからパターン座標系ΣPへの変換
(3)変換PHC(推定可):パターン座標系ΣPからカメラ座標系ΣCへの変換
(4)変換CH0(未知):カメラ座標系ΣCからロボット座標系Σ0への変換
図4は、実施形態におけるカメラ170の校正処理の手順を示すフローチャートである。ロボット100が有する2つのカメラ170R,170Lは、それぞれ別個に校正されるが、以下では特に区別することなく「カメラ170」と呼ぶ。以下で説明する校正処理は、図2に示したアーム制御部211と、カメラ制御部212と、カメラ校正実行部213とが協調して実行される。すなわち、校正用パターン400を複数の位置姿勢に変更する動作は、アーム制御部211がアーム160を制御することによって実現される。また、カメラ170による撮像は、カメラ制御部212によって制御される。カメラ170の内部パラメーターや外部パラメーターは、カメラ校正実行部213によって決定される。また、カメラ170の外部パラメーターの決定において、各種の行列やベクトルの推定は、変換行列推定部214によって行われる。
Claims (10)
- カメラの校正用パターンを設置可能に構成されたアームを備えるロボットと、前記アームとは独立して設置されたカメラと、を制御する制御装置であって、
前記アームを制御するアーム制御部と、
前記カメラを制御するカメラ制御部と、
前記ロボットのロボット座標系に対して既知の相対位置姿勢を有するターゲット座標系と、前記カメラのカメラ座標系との間の座標変換を計算可能な前記カメラのパラメーターを決定するカメラ校正実行部と、
を備え、
前記アーム制御部は、互いに一次独立な3つの回転軸の各回転軸を中心として前記校正用パターンをそれぞれ回転させて複数の回転位置で停止させるように前記アームを動作させ、
前記カメラ制御部は、前記複数の回転位置における前記校正用パターンのパターン画像を前記カメラに撮像させ、
前記カメラ校正実行部は、前記複数の回転位置で撮像された前記パターン画像を用いて前記パラメーターを決定する、制御装置。 - 請求項1に記載の制御装置であって、
前記3つの回転軸は、前記ターゲット座標系の原点の回りに設定される、制御装置。 - 請求項1又は2に記載の制御装置であって、
前記カメラ校正実行部は、
前記複数の回転位置で撮像された前記パターン画像から、各回転軸の方向をベクトル方向とし前記回転の角度をベクトル長さとする3つの回転ベクトルを推定し、
前記3つの回転ベクトルをそれぞれ正規化して3つの正規化回転ベクトルを求め、
前記3つの正規化回転ベクトルを行成分又は列成分として配列することによって前記ターゲット座標系と前記カメラ座標系との間の座標変換行列を構成する回転行列を決定する、
制御装置。 - 請求項3に記載の制御装置であって、
前記ターゲット座標系と前記カメラ座標系との間の座標変換行列は、前記カメラ座標系と前記校正用パターンのパターン座標系との間の第1変換行列と、前記パターン座標系と前記ターゲット座標系との間の第2変換行列と、の積で表され、
前記カメラ校正実行部は、
(a)前記複数の回転位置のうちの1つの特定回転位置において撮像された前記パターン画像から前記第1変換行列を推定し、
(b)前記複数の回転位置で撮像された前記パターン画像から、前記第2変換行列を構成する並進ベクトルの3つの成分のうちで各回転軸と直交する2つの座標軸方向における2つの並進ベクトル成分の2乗和を推定し、前記3つの回転軸についてそれぞれ推定された前記並進ベクトル成分の2乗和から前記第2変換行列を構成する前記並進ベクトルを算出し、
(c)前記特定回転位置で推定された前記第1変換行列と、前記第2変換行列の並進ベクトルから、前記座標変換行列を構成する並進ベクトルを算出する、制御装置。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の制御装置であって、
前記ターゲット座標系は、前記アームとは独立に前記ロボットのロボット座標系に対して固定された相対位置姿勢を有する座標系である、制御装置。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の制御装置であって、
前記ターゲット座標系は、前記アームの手先座標系である、制御装置。 - カメラの校正用パターンを設置可能に構成されたアームを備えるロボットと、前記アームとは独立して設置されたカメラと、を制御する制御装置であって、
プロセッサーを備え、
前記プロセッサーは、
互いに一次独立な3つの回転軸の各回転軸を中心として前記校正用パターンをそれぞれ回転させて複数の回転位置で停止させるように前記アームを動作させ、
前記複数の回転位置における前記校正用パターンのパターン画像を前記カメラに撮像させ、
前記複数の回転位置で撮像された前記パターン画像を用いて、前記ロボットのロボット座標系に対して既知の相対位置姿勢を有するターゲット座標系と前記カメラのカメラ座標系との間の座標変換を計算可能な前記カメラのパラメーターを決定する、制御装置。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の制御装置に接続されたロボット。
- ロボットと、
前記ロボットに接続された請求項1〜7のいずれか一項に記載の制御装置と、
を備えるロボットシステム。 - カメラの校正用パターンを設置可能に構成されたアームを備えるロボットと、前記アームとは独立して設置されたカメラと、を備えるロボットシステムにおいて前記カメラの校正を行う方法であって、
互いに一次独立な3つの回転軸の各回転軸を中心として前記校正用パターンをそれぞれ回転させて複数の回転位置で停止させるように前記アームを動作させ、
前記複数の回転位置における前記校正用パターンのパターン画像を前記カメラに撮像させ、
前記複数の回転位置で撮像された前記パターン画像を用いて、前記ロボットのロボット座標系に対して既知の相対位置姿勢を有するターゲット座標系と前記カメラのカメラ座標系との間の座標変換を計算可能な前記カメラのパラメーターを決定する、方法。
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