JP2020097084A - ロボットシステムとその調整方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ロボットを動作させたまま、ワークをカメラの画角内に適正に収め、サイクルタイムを短縮する。【解決手段】ワークＷに対して作業を行うロボット２と、ロボット２を制御する制御装置３と、ロボット２の動作によりワークＷに対して相対移動させられつつ、ワークＷを撮影する第１カメラ４と、第１カメラ４による撮影と同期して、第１カメラ４とワークＷとの相対位置関係を表す画像を取得可能な第２カメラ５とを備え、制御装置３が、第２カメラ５により取得された画像に基づいて、第１カメラ４の画角内にワークＷが適正に収まる位置において撮影が行われるタイミングに、第１カメラ４による撮影タイミングを補正する補正部３２を備えるロボットシステム１である。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットシステムとその調整方法に関するものである。
手首の先端にワークを撮影するカメラを搭載して、ロボットを作動させてワークにカメラを位置合わせし、カメラによって取得されたワークの画像に基づいてロボットを制御することにより、ロボットをワークに位置合わせするロボットシステムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００９−２２０１８４号公報
しかしながら、カメラの視界内にワークを配置するためには、ワークに対してロボットを静止させる必要があり、ロボットのサイクルタイムが増大してしまう不都合がある。サイクルタイムを短縮するためには、ロボットを動作させたままでワークを撮影する必要があるが、カメラの画角が小さければ小さいほど、あるいは、ロボットの動作速度が高ければ高いほど、ワークをカメラの画角内に適正に収めることは困難である。
本発明は、ロボットを動作させたまま、ワークをカメラの画角内に適正に収め、サイクルタイムを短縮することができるロボットシステムとその調整方法を提供することを目的としている。
本発明の一態様は、ワークに対して作業を行うロボットと、該ロボットを制御する制御装置と、前記ロボットの動作により前記ワークに対して相対移動させられつつ、前記ワークを撮影する第１カメラと、該第１カメラによる撮影と同期して、該第１カメラと前記ワークとの相対位置関係を表す画像を取得可能な第２カメラとを備え、前記制御装置が、前記第２カメラにより取得された前記画像に基づいて、前記第１カメラの画角内に前記ワークが適正に収まる位置において撮影が行われるタイミングに、前記第１カメラによる撮影タイミングを補正する補正部を備えるロボットシステムである。
本態様によれば、制御装置の作動により、ロボットを動作させると、第１カメラとワークとが相対移動させられる。そして、制御装置が所定のタイミングで第１カメラおよび第２カメラを同期して作動させることにより、第１カメラによりワークが撮影されるタイミングにおいてワークと第１カメラとの相対位置関係を表す画像が第２カメラにより取得される。第２カメラにより取得された画像において、第１カメラとワークとがずれている場合には、第２カメラにより取得された画像に基づいて補正部により第１カメラによる撮影タイミングが補正され、第１カメラによってワークを画角内に適正に収めた画像を取得することができる。その結果、ワークの撮影時にロボットを停止あるいは減速させずに済み、サイクルタイムを短縮することができる。
また、本発明の他の態様は、ワークに対して作業を行うロボットと、該ロボットを制御する制御装置と、前記ロボットの動作により前記ワークに対して相対移動させられつつ、前記ワークを撮影する第１カメラとを備え、前記制御装置が、前記第１カメラによる撮影と同期して、第２カメラにより取得された前記第１カメラと前記ワークとの相対位置関係を表す画像に基づいて、前記第１カメラの画角内に前記ワークが適正に収まる位置において撮影が行われるタイミングに、前記第１カメラによる撮影タイミングを補正する補正部を備えるロボットシステムである。
上記態様においては、前記制御装置が、前記画像を処理して前記第１カメラと前記ワークとの位置ずれ量を算出する画像処理部を備え、前記補正部が、前記画像処理部により算出された前記位置ずれ量と前記ロボットの動作速度とに基づいて時間補正量を算出してもよい。
この構成により、第２カメラにより取得された画像が画像処理部により処理されることにより、第１カメラとワークとの位置ずれ量が算出される。補正部は、画像処理部において算出された位置ずれ量をロボットの動作速度で除算することにより、時間補正量を算出することができ、算出された時間補正量だけ撮影タイミングをずらすことにより、第１カメラの画角内にワークが適正に収まる位置において撮影が行われるタイミングに、第１カメラによる撮影タイミングを簡易かつ精度よく補正することができる。
また、上記態様においては、前記第１カメラが前記ロボットに取り付けられていてもよい。
この構成により、ロボットの作動に伴って第１カメラが移動させられ、第１カメラの画角内をワークが通過する瞬間に第１カメラおよび第２カメラによる撮影が行われる。
また、上記態様においては、前記第１カメラが、前記ロボットの被設置面に対して固定され、前記ロボットが前記ワークをハンドリングしてもよい。
この構成により、ロボットの作動に伴ってワークが移動させられ、ロボットの被設置面に対して固定されている第１カメラの画角内をワークが通過する瞬間に第１カメラおよび第２カメラによる撮影が行われる。
また、本発明の他の態様は、ロボットの動作によりワークに対する第１カメラの相対位置を変化させつつ、該第１カメラによって前記ワークを撮影し、前記第１カメラによる撮影と同期して、該第１カメラと前記ワークとの相対位置関係を表す画像を第２カメラにより取得し、該第２カメラにより取得された前記画像に基づいて、前記第１カメラの画角内に前記ワークが適正に収まる位置において撮影が行われるタイミングに、前記第１カメラによる撮影タイミングを補正するロボットシステムの調整方法である。
本発明によれば、ロボットを動作させたまま、ワークをカメラの画角内に適正に収め、サイクルタイムを短縮することができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係るロボットシステムを示す全体構成図である。 図１のロボットシステムの第１カメラにより、適正な撮影タイミングにおいて取得されたワークの画像の一例を示す図である。 図１のロボットシステムの第１カメラにより、不適正な撮影タイミングにおいて取得されたワークの画像の一例を示す図である。 図１のロボットシステムの第２カメラにより、図２の撮影タイミングにおいて取得された画像の一例を示す図である。 図１のロボットシステムの第２カメラにより、図３の撮影タイミングにおいて取得された画像の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るロボットシステムの調整方法を示すフローチャートである。
本発明の一実施形態に係るロボットシステム１とその調整方法について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボットシステム１は、図１に示されるように、ワークＷに対して作業を行うロボット２と、ロボット２を制御する制御装置３と、ロボット２の動作によりワークＷに対して相対移動させられつつ、ワークＷを撮影する第１カメラ４と、第１カメラ４による撮影と同期して、第１カメラ４とワークＷとの相対位置関係を表す画像を取得可能な第２カメラ５とを備えている。
ロボット２は、例えば、垂直多関節型ロボットである。ロボット２の種類は限定されるものではなく、他の任意の形式のロボット２を採用してもよい。
ワークＷは、例えば、所定の形状を有し、テーブル６上に、あるいはコンベア上に、任意の姿勢で提供される。
ロボット２がワークＷに対して行う処理は、ワークＷのハンドリング等任意の処理でよい。ワークＷのハンドリングの場合、ロボット２は、先端に取り付けた図示しないハンドによってワークＷを把持する前に、ワークＷの姿勢を把握する必要がある。
第１カメラ４は、図１に示す例では、ロボット２の手首先端２１に固定されている。これにより、ロボット２が作動させられると、第１カメラ４はワークＷに対して相対的に移動させられる。そして、第１カメラ４は、設定されたタイミングで、ワークＷを撮影する。第１カメラ４の画角は比較的小さく、ワークＷを収めることができる程度の大きさである。
第１カメラ４によるワークＷの撮影タイミングの初期設定は、動作プログラムを教示するユーザにより感覚的に行われる。第１カメラ４により取得したい画像Ｇ１は、例えば、図２に示されるように、画角の中央ＣにワークＷが配置されているものである。しかしながら、感覚的に初期設定された撮影タイミングでは、ロボット２の動作速度が高い場合、あるいは、第１カメラ４の画角が小さいほど、図２の状態からずれてしまい、図３に示されるように、取得された画像Ｇ２においてワークＷが画角内に捉えられない場合もある。
第２カメラ５は、ロボット２の外側に、第１カメラ４によるワークＷの撮影時におけるロボット２の移動方向に交差する方向に光軸を配置して固定され、第１カメラ４によるワークＷの撮影と同期して、ロボット２に固定された第１カメラ４とワークＷとを一度に撮影する。第２カメラ５は、図４に示されるように、第１カメラ４とワークＷとを一度に収める程度の、第１カメラ４の画角よりも大きな画角を有している。
制御装置３は、第２カメラ５により取得された画像Ｇ３を処理する画像処理部３１と、画像処理部３１により処理された画像Ｇ３に基づいて、第１カメラ４の画角内にワークＷが適正に収まる位置において撮影が行われるタイミングに、第１カメラ４による撮影タイミングを補正する補正部３２とを備えている。画像処理部３１および補正部３２はプロセッサにより構成されている。
具体的には、画像処理部３１は、第２カメラ５により取得された画像Ｇ３を処理することにより、画像Ｇ３内の第１カメラ４およびワークＷを認識し、認識された第１カメラ４とワークＷとの位置ずれ量Ａを検出する。例えば、画像処理部３１は、図５に示されるように、第１カメラ４の光軸（中心線）Ｌ１とワークＷの中心線Ｌ２との位置ずれ量Ａを算出する。
補正部３２は、検出された位置ずれ量Ａが所定の閾値よりも大きいか否かを判定し、大きい場合には、画像処理部３１により検出された位置ずれ量Ａと、ロボット２の動作速度とを用いて時間補正量ΔＴを算出する。
例えば、第１カメラ４によるワークＷの撮影の瞬間に、第１カメラ４がワークＷよりもロボット２の動作方向前方に位置ずれ量Ａだけずれている場合には、補正部３２は、位置ずれ量Ａとロボット２の動作速度Ｖとにより、式（１）によって算出される時間補正量ΔＴだけ第１カメラ４による撮影時刻を早める補正を行う。
ΔＴ＝Ａ／Ｖ （１）
このように構成された本実施形態に係るロボットシステム１の調整方法について以下に説明する。
本実施形態に係るロボットシステム１において、第１カメラ４によるワークＷの撮影タイミングを調整するには、図６に示されるように、まず、第１カメラ４および第２カメラ５による撮影タイミングを初期設定する（ステップＳ１）。
この状態でロボット２を作動させ（ステップＳ２）、第１カメラ４によってワークＷを撮影させると同時に、第１カメラ４の作動に同期させて、第２カメラ５によって第１カメラ４およびワークＷを撮影させる（ステップＳ３）。
この状態で、第２カメラ５により取得された画像Ｇ３を画像処理部３１により処理して、第１カメラ４による撮影時における第１カメラ４とワークＷとの位置ずれ量Ａを検出する（ステップＳ４）。
検出された位置ずれ量Ａは補正部３２に送られ、所定の閾値よりも大きいか否かが判定される（ステップＳ５）。位置ずれ量Ａが所定の閾値よりも大きい場合には、式（１）により時間補正量ΔＴを算出し（ステップＳ６）、第１カメラ４および第２カメラ５による撮影のタイミングを時間補正量ΔＴだけ補正し（ステップＳ７）、ステップＳ２からの工程を繰り返す。
ステップＳ５において、画像処理部３１により検出された位置ずれ量Ａが所定の閾値以下である場合には、補正を行うことなく終了する。
このように、本実施形態に係るロボットシステム１とその調整方法によれば、第２カメラ５により取得された画像Ｇ３において、第１カメラ４とワークＷとがずれている場合には、第２カメラ５により取得された画像Ｇ３に基づいて補正部３２により第１カメラ４による撮影タイミングが補正される。その結果、ワークＷの撮影時にロボット２を停止あるいは減速させなくても、第１カメラ４によってワークＷを画角内に適正に収めた画像Ｇ１を取得することができ、サイクルタイムを短縮することができるという利点がある。
なお、本実施形態においては、第１カメラ４をロボット２に取り付け、ワークＷに対して第１カメラ４を移動させながら撮影する場合を例示したが、これに代えて、第１カメラ４をロボット２外に固定し、ロボット２がワークＷを把持して第１カメラ４に対して移動させる際に第１カメラ４によって撮影する場合に適用してもよい。
また、本実施形態においては、第２カメラ５を備えるロボットシステム１について説明したが、これに代えて、第２カメラ５を構成要素に含まず、第２カメラ５を接続可能な画像処理部３１を備えるロボットシステム１を採用してもよい。
また、第２カメラ５として、ロボット２の外部に固定された場合を例示したが、これに代えて、第１カメラ４とワークＷとの相対位置関係を表す画像Ｇ３を取得可能であれば、任意の位置に取り付けられていてもよい。例えば、第２カメラ５を第１カメラ４とともにロボット２に取り付けてもよい。この場合には、第１カメラ４と第２カメラ５との相対位置関係が既知であれば、第２カメラ５としては、ワークＷの撮影時に第１カメラ４を画角内に収めなくてもよい。
また、本実施形態においては、制御装置３が、第２カメラ５により取得された画像Ｇ３を処理する画像処理部３１を備え、補正部３２が、画像処理部３１により検出された位置ずれ量Ａに基づいて撮影タイミングを補正することとしたが、これに代えて、第２カメラ５により取得された画像Ｇ３に基づいてユーザが補正部３２において撮影タイミングを手動で補正することにしてもよい。
１ ロボットシステム
２ ロボット
３ 制御装置
４ 第１カメラ
５ 第２カメラ
３１ 画像処理部
３２ 補正部
Ａ 位置ずれ量
Ｇ３ 画像
ΔＴ 時間補正量
Ｗ ワーク

Claims (6)

  1. ワークに対して作業を行うロボットと、
    該ロボットを制御する制御装置と、
    前記ロボットの動作により前記ワークに対して相対移動させられつつ、前記ワークを撮影する第１カメラと、
    該第１カメラによる撮影と同期して、該第１カメラと前記ワークとの相対位置関係を表す画像を取得可能な第２カメラとを備え、
    前記制御装置が、前記第２カメラにより取得された前記画像に基づいて、前記第１カメラの画角内に前記ワークが適正に収まる位置において撮影が行われるタイミングに、前記第１カメラによる撮影タイミングを補正する補正部を備えるロボットシステム。
  2. ワークに対して作業を行うロボットと、
    該ロボットを制御する制御装置と、
    前記ロボットの動作により前記ワークに対して相対移動させられつつ、前記ワークを撮影する第１カメラとを備え、
    前記制御装置が、前記第１カメラによる撮影と同期して、第２カメラにより取得された前記第１カメラと前記ワークとの相対位置関係を表す画像に基づいて、前記第１カメラの画角内に前記ワークが適正に収まる位置において撮影が行われるタイミングに、前記第１カメラによる撮影タイミングを補正する補正部を備えるロボットシステム。
  3. 前記制御装置が、前記画像を処理して前記第１カメラと前記ワークとの位置ずれ量を算出する画像処理部を備え、
    前記補正部が、前記画像処理部により算出された前記位置ずれ量と前記ロボットの動作速度とに基づいて時間補正量を算出する請求項１または請求項２に記載のロボットシステム。
  4. 前記第１カメラが前記ロボットに取り付けられている請求項１から請求項３のいずれかに記載のロボットシステム。
  5. 前記第１カメラが、前記ロボットの被設置面に対して固定され、
    前記ロボットが前記ワークをハンドリングする請求項１から請求項３のいずれかに記載のロボットシステム。
  6. ロボットの動作によりワークに対する第１カメラの相対位置を変化させつつ、該第１カメラによって前記ワークを撮影し、
    前記第１カメラによる撮影と同期して、該第１カメラと前記ワークとの相対位置関係を表す画像を第２カメラにより取得し、
    該第２カメラにより取得された前記画像に基づいて、前記第１カメラの画角内に前記ワークが適正に収まる位置において撮影が行われるタイミングに、前記第１カメラによる撮影タイミングを補正するロボットシステムの調整方法。
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