JP2019155556A - ロボットの制御装置、ロボット、ロボットシステム、並びに、カメラの校正方法 - Google Patents
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Abstract
Description
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、ロボット100に接続された制御装置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5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5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ΣR:ロボット100の基準点を座標原点とする座標系
(2)手首座標系ΣW:アーム160の手首を座標原点とする座標系
(3)校正ジグ座標系ΣJ:校正ジグ400上の所定の位置を座標原点とする座標系
(4)カメラ座標系ΣC:ハンドアイ175に設定された座標系
なお、本明細書で使用する各座標系は、直交する3つの座標軸を有する直交座標系である。
<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5において、座標系ΣR,ΣW,ΣC,ΣJの間には、以下の変換が成立する。
(1)変換RΣW:ロボット座標系ΣRから手首座標系ΣWへの変換
(2)変換WΣC:手首座標系ΣWからカメラ座標系ΣCへの変換
(3)変換CΣJ:カメラ座標系ΣCから校正ジグ座標系ΣJへの変換
(4)変換JΣR:校正ジグ座標系ΣJからロボット座標系ΣRへの変換
図7は、ハンドアイ175の校正処理の手順を示すフローチャートである。以下で説明する校正処理は、図4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、ハンドアイ175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、ハンドアイ175による撮像は、カメラ制御部212によって制御される。ハンドアイ175の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、ハンドアイ175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。なお、ハンドアイ175の内部パラメーターは、図7の校正処理の前に予め決定されているものと仮定する。
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実現することができる。例えば、本発明は、以下の形態(aspect)によっても実現可能である。以下に記載した各形態中の技術的特徴に対応する上記実施形態中の技術的特徴は、本発明の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、本発明の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
この制御装置によれば、基準座標系の各座標軸回りの回転における複数の回転位置で撮影された校正パターン画像を用いて、校正ジグ座標系と基準座標系の間の座標変換行列を決定でき、これを用いてカメラの外部パラメーターを決定できる。この結果、カメラ座標系とロボット座標系の間の座標変換を計算可能なカメラの外部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、基準座標系の各座標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、校正ジグ座標系と基準座標系の間の回転行列と並進ベクトルをそれぞれ推定するので、それらを組み合わせることによって座標変換回転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、基準座標系の各座標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校正パターン画像から、校正ジグ座標系と基準座標系の間の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、複数の回転位置で撮像された校正パターン画像から、校正ジグ座標系と基準座標系の間の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、基準座標系の各座標軸回りの回転における複数の回転位置で撮影された校正パターン画像を用いて、校正ジグ座標系と基準座標系の間の座標変換行列を決定でき、これを用いてカメラの外部パラメーターを決定できる。この結果、カメラ座標系とロボット座標系の間の座標変換を計算可能なカメラの外部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、カメラ座標系と基準座標系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、カメラ座標系と基準座標系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、基準座標系の各座標軸回りの回転における複数の回転位置で撮影された校正パターン画像を用いて、校正ジグ座標系と基準座標系の間の座標変換行列を決定でき、これを用いてカメラの外部パラメーターを決定できる。この結果、カメラ座標系とロボット座標系の間の座標変換を計算可能なカメラの外部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。
Claims (8)
- カメラが設置されたアームを有するロボット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おける座標と前記カメラのカメラ座標系における座標を相互に変換する座標変換を計算するための前記カメラの外部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、前記アームを動作させ、前記ロボット座標系に対して既知の相対位置姿勢を有する基準座標系の3つの座標軸の各座標軸を回転中心として前記カメラを回転させて複数の回転位置で停止させ、
前記カメラ制御部は、前記複数の回転位置における校正ジグの校正パターン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校正パターン画像を用いて、前記校正ジグの校正ジグ座標系における座標と前記基準座標系における座標を相互に変換する座標変換行列を推定し、前記座標変換行列を用いて前記外部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、
前記カメラ校正実行部は、
(i)前記複数の回転位置で撮像された前記校正パターン画像を用いて、前記校正ジグ座標系と前記基準座標系の回転を示す回転行列を推定する回転行列推定処理と、
(ii)前記複数の回転位置で撮像された前記校正パターン画像を用いて、前記校正ジグ座標系と前記基準座標系の並進移動を示す並進ベクトルを推定する並進ベクトル推定処理と、
を実行し、
(iii)推定された前記回転行列と前記並進ベクトルとを組み合わせることによって、前記校正ジグ座標系の座標と前記基準座標系の座標を相互に変換する座標変換行列を求める、
制御装置。 - 請求項2に記載の制御装置であって、
前記カメラ校正実行部は、前記回転行列推定処理において、
前記複数の回転位置で撮像された前記校正パターン画像から、前記基準座標系の各座標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行成分又は列成分として配列することによって前記回転行列を決定する、
制御装置。 - 請求項2又は3に記載の制御装置であって、
前記カメラ校正実行部は、前記基準座標系の各座標軸に関して、
(a)前記複数の回転位置のうちの第1回転位置と第2回転位置において撮像された前記校正パターン画像から前記カメラ座標系の座標と前記校正ジグ座標系の座標を相互に変換する変換行列をそれぞれ推定し、
(b)前記第1回転位置と前記第2回転位置に関して推定された前記変換行列の並進ベクトル成分の差から、前記カメラ座標系から見た前記第1回転位置と前記第2回転位置における前記校正ジグ座標系の座標原点の差を表す差ベクトルを求め、
(c)前記差ベクトルから、回転中心として用いた座標軸に直交する平面に前記基準座標系と前記校正ジグ座標系を投影したときの前記基準座標系と前記校正ジグ座標系の座標原点の間の距離を求め、
(d)前記基準座標系の3つの座標軸について得られた前記基準座標系と前記校正ジグ座標系の座標原点の間の前記距離から、前記校正ジグ座標系と前記基準座標系の並進移動を示す並進ベクトルを算出する、制御装置。 - カメラが設置されたアームを有するロボット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、
前記ロボットの前記アームを動作させ、ロボット座標系に対して既知の相対位置姿勢を有する基準座標系の3つの座標軸の各座標軸を回転中心として前記カメラを回転させて複数の回転位置で停止させ、
前記複数の回転位置における校正ジグの校正パターン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校正パターン画像を用いて、前記校正ジグの校正ジグ座標系における座標と前記基準座標系における座標を相互に変換する座標変換行列を推定し、前記座標変換行列を用いて前記カメラの外部パラメーターを決定する、制御装置。 - 請求項1〜5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1〜5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。 - カメラが設置されたアームを有するロボットを備えるロボットシステムにおいて前記カメラの外部パラメーターを決定するための校正を行う方法であって、
前記ロボットの前記アームを動作させ、ロボット座標系に対して既知の相対位置姿勢を有する基準座標系の3つの座標軸の各座標軸を回転中心として前記カメラを回転させて複数の回転位置で停止させ、
前記複数の回転位置において校正ジグの校正パターン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校正パターン画像を用いて、前記校正ジグの校正ジグ座標系における座標と前記基準座標系における座標を相互に変換する座標変換行列を推定し、前記座標変換行列を用いて前記外部パラメーターを決定する、方法。
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