JP2023137158A - ロボットハンドのキャリブレーション方法およびロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】第１ロボットアームに対するロボットハンドの装着誤差を特定し、特定した装着誤差をロボットにフィードバックすることが容易なロボットハンドのキャリブレーション方法およびロボットシステムを提供すること。【解決手段】ロボットハンドのキャリブレーション方法は、第１撮像装置の撮像により、マーカーを含む第１画像を取得する第１画像取得ステップと、第２撮像装置の撮像により、マーカーを含む第２画像を取得する第２画像取得ステップと、第１画像および第２画像に基づいてマーカーの空間位置座標を検出する空間位置座標検出ステップと、予め記憶されているマーカーの基準空間位置座標と空間位置座標とに基づいて、第１ロボットアームに対するロボットハンドの位置ずれを検出するずれ検出ステップと、を含んでいる。【選択図】図６

Description

本発明は、ロボットハンドのキャリブレーション方法およびロボットシステムに関する。

特許文献１には、アームに装着された第１ロボットハンドでワークを把持し、別のアームに装着された第２ロボットハンドに搭載されたカメラでワークを撮影する第１ステップと、基準となるマスター画像と第１ステップで取得した画像とに基づいて、ワークの基準位置からのずれ量を算出する第２ステップと、第２ステップで算出したずれ量に基づいてワークの位置が基準位置となるように第１ロボットハンドを動かす第３ステップと、をカメラの撮像方向を変えて複数回繰り返した後、ワークを第１ロボットハンドから第２ロボットハンドへ持ち替え、第２ロボットハンドでワークを治具に組み付ける部品組付け方法が記載されている。

特開２０２１－１６７０５３号公報

第１ロボットハンドを着脱するとアームに対する第１ロボットハンドの着脱誤差が生じるため、装着の都度、第１ロボットハンドの装着誤差を把握する必要が生じる場合がある。このような場合、特許文献１に記載の部品組付け方法では、アームに対する第１ロボットハンドの装着誤差を特定し、特定した装着誤差をロボットにフィードバックすることが難しい。

本発明のロボットハンドのキャリブレーション方法は、ワークを保持した状態で外部から視認されるマーカーを有するロボットハンドを備えている第１ロボットアームと、
前記第１ロボットアームの駆動を制御するロボット制御装置と、
前記マーカーを撮像する第１撮像装置と、前記第１撮像装置と異なる方向から前記マーカーを撮像する第２撮像装置と、を有するアライメント装置と、を用い、
前記第１撮像装置の撮像により、前記マーカーを含む第１画像を取得する第１画像取得ステップと、
前記第２撮像装置の撮像により、前記マーカーを含む第２画像を取得する第２画像取得ステップと、
前記第１画像および前記第２画像に基づいて前記マーカーの空間位置座標を検出する空間位置座標検出ステップと、
予め記憶されている前記マーカーの基準空間位置座標と前記空間位置座標とに基づいて、前記第１ロボットアームに対する前記ロボットハンドの位置ずれを検出するずれ検出ステップと、を含んでいる。

本発明のロボットシステムは、ワークを保持した状態で外部から視認されるマーカーを有するロボットハンドを備えている第１ロボットアームと、
前記第１ロボットアームの駆動を制御するロボット制御装置と、
前記マーカーを撮像する第１撮像装置と、前記第１撮像装置と異なる方向から前記マーカーを撮像する第２撮像装置と、を有するアライメント装置と、を有し、
前記ロボット制御装置は、前記第１撮像装置の撮像により、前記マーカーを含む第１画像を取得する第１画像取得ステップと、
前記第２撮像装置の撮像により、前記マーカーを含む第２画像を取得する第２画像取得ステップと、
前記第１画像および前記第２画像に基づいて前記マーカーの空間位置座標を検出する空間位置座標検出ステップと、
予め記憶されている前記マーカーの基準空間位置座標と前記空間位置座標とに基づいて、前記第１ロボットアームに対する前記ロボットハンドの位置ずれを検出するずれ検出ステップと、を行う。

好適な実施形態に係るロボットシステムの全体図である。 ロボットハンドを示す斜視図である。 ロボットハンドでワークを保持する方法を説明する断面図である。 ロボットハンドでワークを保持する方法を説明する断面図である。 ロボットハンドのキャリブレーション工程を示すフローチャートである。 ロボットハンドのキャリブレーション工程を示すフローチャートである。 第１画像を示す図である。 第２画像を示す図である。 第３画像を示す図である。

以下、本発明のロボットハンドのキャリブレーション方法およびロボットシステムを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１は、好適な実施形態に係るロボットシステムの全体図である。図２は、ロボットハンドを示す斜視図である。図３は、ロボットハンドでワークを保持する方法を説明する断面図である。図４は、ロボットハンドでワークを保持する方法を説明する断面図である。図５および図６は、それぞれ、ロボットハンドのキャリブレーション工程を示すフローチャートである。図７は、第１画像を示す図である。８は、第２画像を示す図である。図９は、第３画像を示す図である。なお、図７ないし図９では、説明の便宜上、画像に映り込むロボットハンドのうちマーカー以外の部分の図示を省略している。

図１に示すロボットシステム１は、ワーク９を保持する第１ロボット２Ａと、第１ロボット２Ａに保持されたワーク９に対して所定の作業を行う第２ロボット２Ｂと、第２ロボット２Ｂによる作業の前に第１ロボット２Ａが保持したワーク９を撮像するアライメント装置３と、第１ロボット２Ａ、第２ロボット２Ｂおよびアライメント装置３の駆動を制御するロボット制御装置４と、を有している。なお、作業対象であるワーク９は、湾曲曲面の凹部９１を有するお椀状のものである。ただし、ワーク９としては、特に限定されず、例えば、ボウル、茶碗、マウスのカバー、電球のカバー等が挙げられる。

≪第１ロボット２Ａおよび第２ロボット２Ｂ≫
第１ロボット２Ａおよび第２ロボット２Ｂは、それぞれ、駆動軸を６つ有する６軸垂直多関節ロボットであり、ベース２１と、ベース２１に回動自在に連結されているロボットアーム２２と、を有している。なお、第１ロボット２Ａが備えるロボットアーム２２が本実施形態の第１ロボットアーム２２Ａであり、第２ロボット２Ｂが備えるロボットアーム２２が本実施形態の第２ロボットアーム２２Ｂである。

また、ロボットアーム２２は、複数のアーム２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６が回動自在に連結されたロボティックアームであり、６つの関節Ｊ１～Ｊ６を備えている。このうち、関節Ｊ２、Ｊ３、Ｊ５は、曲げ関節であり、関節Ｊ１、Ｊ４、Ｊ６は、ねじり関節である。また、関節Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６には、それぞれ、モーターＭとエンコーダーＥとが設置されている。各モーターは、エンコーダーＥの出力をフィードバックするサーボ制御により駆動する。

このように、本実施形態では、第１ロボット２Ａと第２ロボット２Ｂとが同じ構成であるが、これに限定されず、互いに異なる構成であってもよい。また、本実施形態では、第１ロボットアーム２２Ａと第２ロボットアーム２２Ｂとが異なるロボットに装着されているが、これに限定されず、同じロボットに装着されていてもよい。この場合、例えば、ロボットアームを２本備える双腕ロボットを用い、一方のロボットアームを第１ロボットアーム２２Ａとし、他方のロボットアームを第２ロボットアーム２２Ｂとすることができる。

また、第１ロボット２Ａでは、第１ロボットアーム２２Ａの先端すなわちアーム２２６にワーク９を保持するためのロボットハンド７が装着されており、第２ロボット２Ｂでは、第２ロボットアーム２２Ｂの先端すなわちアーム２２６にワーク９に対して所定の加工を行うための工具８が装着されている。

－ロボットハンド７－
次に、図２に基づいて、ロボットハンド７について説明するが、説明の便宜上、図２中の上側を「上」と言い、下側を「下」と言う。ロボットハンド７は、ワーク９を保持する装置であり、特に、お椀状のワーク９を安定した姿勢で保持するのに特化した構成となっている。このようなロボットハンド７は、図２に示すように、基部７１と、ワーク９を吸着する吸着部７２と、吸着部７２に吸着されたワーク９に当接する当接部７３と、アーム２２６に装着される装着部７４と、画像処理の基準点となるマーカー７５と、を有している。

基部７１は、板状であり、その上側に吸着部７２、当接部７３およびマーカー７５が配置され、下側に装着部７４が配置されている。また、吸着部７２は、基部７１の平面視で、基部７１の中央部に配置されている。また、吸着部７２は、ワーク９を吸着する吸着パッド７２１と、吸着パッド７２１に接続されている吸引管７２２と、吸引管７２２を基部７１に固定する固定部７２３と、を有している。吸着パッド７２１は、その上端部に吸着口７２１ａを有している。また、吸着パッド７２１は、弾性変形可能な蛇腹形状であり、その軸方向に伸縮可能である。

また、吸引管７２２は、吸着パッド７２１の下端部に接続されている。また、吸引管７２２は、図示しない吸引源と接続されており、吸引源を作動させることで吸着パッド７２１内を負圧にすることができる。このような吸引管７２２は、固定部７２３を介して基部７１に固定されている。

当接部７３は、基部７１の平面視で、吸着部７２の両側に位置している。また、当接部７３は、吸着パッド７２１よりも下方に位置している。このような当接部７３は、ワーク９の吸着パッド７２１により吸着される部分とは異なる部分と当接することによりワーク９を保持する。当接部７３は、第１当接部７３１と、第２当接部７３２と、を有している。第１当接部７３１は、基部７１の一端側に設けられ、第２当接部７３２は、基部７１の他端側に設けられている。これら第１、第２当接部７３１、７３２は、それぞれ、硬質であり、ワーク９の形状に合わせてその形状が設計されている。

第１当接部７３１は、ワーク９の位置決めを行う第１位置決め部７３１Ａを有している。第１位置決め部７３１Ａは、上側に突出する突出部であり、基部７１の幅方向に沿って延在している。また、第２当接部７３２は、ワーク９の位置決めを行う第２位置決め部７３２Ａを有している。第２位置決め部７３２Ａは、上側に開放する溝で構成され、基部７１の幅方向に沿って延在している。

このようなロボットハンド７では、まず、図３に示すように、作業者がワーク９の凹部９１の底部に吸着パッド７２１の吸着口７２１ａが密着するようにワーク９をロボットハンド７に設置する。この状態では、第１当接部７３１および第２当接部７３２は、ワーク９と当接していない。次いで、吸着部７２の吸引源を作動させてワーク９を吸引する。この際、内部が負圧になることで吸着パッド７２１が収縮し、それに伴ってワーク９が基部７１側に変位する。この変位によって、図４に示すように、ワーク９の下端部が第１当接部７３１および第２当接部７３２に押し当てられ、さらには、第１位置決め部７３１Ａがワーク９の外周面に当接すると共に第２位置決め部７３２Ａがワーク９の内周面に当接する。これにより、ワーク９は、上下左右から挟まれた状態となってロボットハンド７に対する変位が規制される。以上により、ワーク９がロボットハンド７に対して位置決めされると共に、安定した姿勢で保持される。

ここで、第１当接部７３１および第２当接部７３２は、基部７１にネジ７０を介して着脱可能に固定されている。また、基部７１には、その長手方向に沿ってネジ穴７９が複数形成されており、これら複数のネジ穴７９のいずれかに第１当接部７３１および第２当接部７３２を固定することにより、第１当接部７３１および第２当接部７３２の位置をワーク９の形状や大きさに合わせて調節することができる。これにより、ワーク９の形状や大きさによらず、ワーク９を適切な位置姿勢で安定して保持することができる。

また、マーカー７５は、球体であり、基部７１から上側に延びる棒状部７６の先端部に配置されている。また、マーカー７５は、アライメント装置３によって撮像される部分であり、第１ロボットアーム２２Ａに対するロボットハンド７の位置や、ロボットハンド７に対するワーク９の位置を検出する際の基準点として機能する。そのため、マーカー７５は、ワーク９を保持した状態で、ワーク９やロボットハンド７に隠れることなく、外部から視認できる位置に配置される。

以上、ロボットハンド７について説明したが、ロボットハンド７の構成は、特に限定されない。例えば、前述したように、本実施形態では、第１当接部７３１および第２当接部７３２の両方が基部７１に対する位置を調節可能な構成であるが、これに限定されず、第１当接部７３１および第２当接部７３２の一方が基部７１に対する位置を調節可能であってもよい。また、前述したように、本実施形態では、第１、第２当接部７３１、７３２が硬質であるが、第１、第２当接部７３１、７３２は、弾性体で構成されていてもよい。この場合、第１、第２当接部７３１、７３２は、吸着部７２に吸着されたワーク９との接触により弾性変形するが、所定の吸引力となった時にその変形が止まりワーク９を安定的に支持する程度の硬さとされる。

－工具８－
工具８は、ワーク９に対して行う作業内容によって適宜選択することができるが、図１に示すように、本実施形態ではプリンターヘッド、その中でも特にインクジェットヘッド８０が用いられている。インクジェットヘッド８０は、図示しないインク室およびインク室の壁面に配置された振動板と、インク室に繋がるインク吐出孔と、を有し、振動板が振動することによりインク室内のインクがインク吐出孔から吐出する構成となっている。ただし、インクジェットヘッド８０の構成としては、特に限定されない。また、プリンターヘッドとしては、インクジェットヘッド８０に限定されない。

≪アライメント装置３≫
図１に示すように、アライメント装置３は、ワーク９を保持した状態のロボットハンド７を撮像する装置である。本実施形態のアライメント装置３は、ロボットハンド７を配置する撮像エリア３０と、撮像エリア３０を囲むように配置されている撮像ユニット３１、撮像ユニット３２および撮像ユニット３３と、を有している。

また、撮像ユニット３１は、光軸が第１方向に沿う第１撮像装置３１１と、第１撮像装置３１１側から撮像エリア３０を照らす第１照明３１２と、を有している。同様に、撮像ユニット３２は、光軸が第２方向に沿う第２撮像装置３２１と、第２撮像装置３２１側から撮像エリア３０を照らす第２照明３２２と、を有している。また、撮像ユニット３３は、光軸が第３方向に沿う第３撮像装置３３１と、第３撮像装置３３１側から撮像エリア３０を照らす第３照明３３２と、を有している。なお、第１方向、第２方向および第３方向は、互いに直交している。

また、第１撮像装置３１１、第２撮像装置３２１および第３撮像装置３３１は、それぞれ、ＣＭＯＳイメージセンサー、ＣＣＤイメージセンサー等の撮像素子および撮像素子に集光させる集光レンズを備えるカメラである。

以上、アライメント装置３について説明したが、アライメント装置３の構成は、互いに異なる２つの方向からマーカー７５を撮像することができれば、特に限定されない。例えば、撮像ユニット３３を省略してもよいし、第１方向、第２方向および第３方向が互いに直交していなくてもよい。

≪ロボット制御装置４≫
図１に示すように、ロボット制御装置４は、第１ロボット２Ａ、第２ロボット２Ｂおよびアライメント装置３の駆動を制御する。特に、第１、第２ロボット２Ａ、２Ｂにおいては、エンコーダーＥの検出結果をモーターＭの駆動にフィードバックするサーボ制御により、各関節Ｊ１～Ｊ６の駆動を独立して制御し、第１、第２ロボット２Ａ、２Ｂに所定の作業を行わせる。ロボット制御装置４は、例えば、コンピューターから構成され、情報を処理するプロセッサーと、プロセッサーに通信可能に接続されたメモリーと、外部装置との接続を行う外部インターフェースと、を有する。メモリーにはプロセッサーにより実行可能な各種プログラムが保存され、プロセッサーは、メモリーに記憶された各種プログラム等を読み込んで実行することができる。

以上、ロボットシステム１の全体構成について説明した。次に、このロボットシステム１が行うロボットハンド７のキャリブレーション方法について詳細に説明する。なお、以下では、ロボットハンド７に設定された３軸直交座標（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）のツール座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を基に説明する。

図５に示すように、ロボットシステム１が行うロボットハンド７のキャリブレーション方法は、ロボットハンド７でワーク９を保持する保持ステップＳ１と、第１撮像装置３１１からマーカー７５を含む第１画像Ｐｘ１を取得する第１画像取得ステップＳ２と、第２撮像装置３２１からマーカー７５を含む第２画像Ｐｘ２を取得する第２画像取得ステップＳ３と、第３撮像装置３３１からマーカー７５を含む第３画像Ｐｘ３を取得する第３画像取得ステップＳ４と、マーカー７５の空間位置座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を検出する空間位置座標検出ステップＳ５と、ロボットハンド７の位置姿勢のずれを検出するずれ検出ステップＳ６と、ワーク９の位置姿勢を補正するワーク位置補正ステップＳ７と、工具８によってワーク９を加工する加工ステップＳ８と、を含んでいる。

ここで、加工ステップＳ８では、ロボットハンド７が第１ロボットアーム２２Ａに対して所定の位置姿勢（以下「基準位置姿勢」と言う。）で接続されていることを前提として生成した動作プログラムで第１、第２ロボット２Ａ、２Ｂが動作する。したがって、ロボットハンド７の着脱等によって、第１ロボットアーム２２Ａに対するロボットハンド７の位置姿勢が基準位置姿勢からずれると、当該ずれに起因した加工精度の悪化を招く。そこで、ロボットハンド７のキャリブレーション方法では、加工ステップＳ８前にロボットハンド７の基準位置姿勢からのずれを補正し、加工ステップＳ８での加工精度の悪化を抑制している。以下、図６に基づいて各ステップＳ１～Ｓ８について順に説明する。なお、以下では、ロボットハンド７の基準位置姿勢からのＸ軸方向のずれ、Ｘ軸方向のずれ、Ｚ軸方向のずれを「位置ずれ」と言い、ロボットハンド７の基準位置姿勢からのＸ軸まわりのずれ、Ｙ軸まわりのずれ、Ｚ軸まわりのずれを「姿勢ずれ」と言う。

≪保持ステップＳ１≫
まず、作業者がロボットハンド７にワーク９を装着する。次に、ロボット制御装置４は、ロボットハンド７を動かしてロボットハンド７でワーク９を保持する。次に、ロボット制御装置４は、第１ロボットアーム２２Ａを動かしてロボットハンド７をアライメント装置３の撮像エリア３０内に配置する。ここで、この状態での第１ロボットアーム２２Ａの姿勢（以下「撮影姿勢」と言う）については予め決定されており、第１撮像装置３１１および第２撮像装置３２１が共にマーカー７５を含む画像を撮像できる位置姿勢となっている。つまり、撮影姿勢は、第１撮像装置３１１からマーカー７５を視認でき、第２撮像装置３２１からマーカー７５を視認できる位置姿勢となっている。

≪第１画像取得ステップＳ２≫
次に、ロボット制御装置４は、第１撮像装置３１１で撮像エリア３０内を撮像し、図７に示すように、ワーク９およびマーカー７５を含む第１画像Ｐｘ１を取得する。

≪第２画像取得ステップＳ３≫
次に、ロボット制御装置４は、第２撮像装置３２１で撮像エリア３０内を撮像し、図８に示すように、ワーク９およびマーカー７５を含む第２画像Ｐｘ２を取得する。

≪第３画像取得ステップＳ４≫
次に、ロボット制御装置４は、第３撮像装置３３１で撮像エリア３０内を撮像し、図９に示すように、ワーク９を含む第３画像Ｐｘ３を取得する。なお、第３画像取得ステップＳ４では、ワーク９を上側から撮像するため、マーカー７５は、ワーク９に隠れる。

≪空間位置座標検出ステップＳ５≫
次に、ロボット制御装置４は、第１画像Ｐｘ１および第２画像Ｐｘ２に基づいてマーカー７５の空間位置座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を検出する。第１画像Ｐｘ１における位置は、ロボット制御装置４によってツール座標系と関連付けられる。したがって、第１画像Ｐｘ１内におけるマーカー７５の位置に基づいてマーカー７５の二次元座標を特定することができる。同様に、第２画像Ｐｘ２における位置は、ロボット制御装置４によってツール座標系と関連付けられる。したがって、第２画像Ｐｘ２内におけるマーカー７５の位置に基づいてマーカー７５の二次元座標を特定することができる。そして、第１画像Ｐｘ１および第２画像Ｐｘ２からマーカー７５の空間位置座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を検出することができる。

≪ずれ検出ステップＳ６≫
次に、ロボット制御装置４は、ロボットハンド７の基準位置姿勢からの位置ずれおよび姿勢ずれを検出する。位置ずれは、予め記憶されているマーカー７５の基準空間位置座標（ｘ０，ｙ０，ｚ０）と、空間位置座標検出ステップＳ５で求めたマーカー７５の空間位置座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）と、を比較して検出する。ここで、基準空間位置座標（ｘ０，ｙ０，ｚ０）は、ロボットハンド７が基準位置姿勢で第１ロボットアーム２２Ａに接続されている状態で第１ロボットアーム２２Ａを撮像姿勢としたときのマーカー７５の空間位置座標である。そのため、基準空間位置座標（ｘ０，ｙ０，ｚ０）と空間位置座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）とを比較することで、ロボットハンド７の基準位置姿勢からの位置ずれ（Δｘ，Δｙ，Δｚ）を検出することができる。

姿勢ずれは、第１画像Ｐｘ１、第２画像Ｐｘ２および第３画像Ｐｘ３に基づいて検出する。前述したように、ロボットシステム１では、ロボットハンド７の所定位置にワーク９を位置決めすることができるため、マーカー７５とワーク９との相対的位置関係は、ワーク９を保持する度に毎回同じとなる。したがって、ロボット制御装置４は、マーカー７５が基準空間位置座標（ｘ０，ｙ０，ｚ０）にあるときのワーク９の位置姿勢と、マーカー７５が空間位置座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）にあるときのワーク９の位置姿勢と、を比較することにより、ロボットハンド７の基準位置姿勢からの姿勢ずれ（Δｕ，Δｖ，Δｗ）を検出することができる。なお、Δｕは、ｘ軸まわりの傾斜角度であり、Δｖは、ｙ軸まわりの傾斜角度であり、Δｗは、ｚ軸まわりの傾斜角度である。

ワーク９の姿勢を算出する方法としては、特に限定されないが、例えば、テンプレートマッチングを用いることができる。この方法では、まず、ＣＡＤを用いてワーク９の３Ｄモデルを作成する。次に、作成した３Ｄモデルを３６０°様々な姿勢とし、その際の輪郭形状におけるワーク９の姿勢を推定し、これらが紐付いた学習モデルを生成する。そして、第１画像Ｐｘ１、第２画像Ｐｘ２および第３画像Ｐｘ３から抽出されたワーク９を学習モデルと比較することにより、ワーク９の姿勢を算出する。このような方法によれば、ワーク９の姿勢を精度よく算出することができる。

≪ワーク位置補正ステップＳ７≫
次に、ロボット制御装置４は、ステップＳ７１として、ワーク９のＣＡＤ原点がマーカー７５と一致しているかを判定する。ここで、本実施形態では、マーカー７５をＣＡＤ原点としてワーク９のＣＡＤデータを作成する。そして、このワーク９のＣＡＤデータに基づいて加工ステップＳ８での第１、第２ロボット２Ａ、２Ｂの動作プログラムを作成する。しかしながら、当接部７３の設計によっては、ＣＡＤ原点をマーカー７５に合わせることができない場合もある。この場合には、ＣＡＤ原点のマーカー７５からのずれを示すオフセット値をロボット制御装置４に記憶させておく。

ステップＳ７１において、ワーク９のＣＡＤ原点がマーカー７５と一致していない場合、ロボット制御装置４は、ステップＳ７２として、ワーク９のＣＡＤ原点に前記オフセット値を加え、ワーク９の位置を補正する。ステップＳ７１において、ワーク９のＣＡＤ原点がマーカー７５と一致してる場合またはステップＳ７２を終えた場合、ロボット制御装置４は、ステップＳ７３として、ワーク９のＣＡＤ原点に、ずれ検出ステップＳ６において検出した位置ずれ（Δｘ，Δｙ，Δｚ）および姿勢ずれ（Δｕ，Δｖ，Δｗ）をそれぞれ加え、ワーク９の位置を補正する。これにより、ワーク９の補正後のＣＡＤ原点が決定する。このように、位置ずれ（Δｘ，Δｙ，Δｚ）のみならず姿勢ずれ（Δｕ，Δｖ，Δｗ）を考慮してワーク９のＣＡＤ原点を補正することにより、加工ステップＳ８をより精度よく行うことができる。

ただし、姿勢ずれ（Δｕ，Δｖ，Δｗ）を考慮したワーク９のＣＡＤ原点補正については省略してもよい。特に、本実施形態では、アーム２２６のロボットハンド７との接続面２２６ａと、ロボットハンド７のアーム２２６との接続面７４ａと、がそれぞれ平坦面となっている。そのため、装着時にこれらの面同士が接触することにより姿勢ずれ（Δｕ，Δｖ，Δｗ）を効果的に抑制することができる構成となっている。このような理由から、位置ずれ（Δｘ，Δｙ，Δｚ）だけを考慮した補正でも、十分な精度でワーク９のＣＡＤ原点を補正することができる。

≪加工ステップＳ８≫
次に、ロボット制御装置４は、ワーク位置補正ステップＳ７において補正したワーク９のＣＡＤ原点に基づく動作プログラムで第１、第２ロボット２Ａ、２Ｂを動かし、ワーク９を加工する。具体的には、ロボット制御装置４は、第１ロボットアーム２２Ａと第２ロボットアーム２２Ｂとを協調制御することにより、ワーク９とインクジェットヘッド８０との相対的位置関係を変化させつつ、インクジェットヘッド８０からインクを所定のタイミングで吐出することにより、ワーク９の表面に所望の文字、模様等を印刷する。

なお、作業中は、第１ロボットアーム２２Ａを固定して第２ロボットアーム２２Ｂだけを動かしてもよいし、第２ロボットアーム２２Ｂを固定して第１ロボットアーム２２Ａだけを動かしてもよいし、第１ロボットアーム２２Ａおよび第２ロボットアーム２２Ｂの両方を動かしてもよい。

このように、ワーク位置補正ステップＳ７の後に加工ステップＳ８を行うことで、ワーク９の加工を精度よく行うことができる。また、第１ロボットアーム２２Ａと第２ロボットアーム２２Ｂとを協調制御することによりワーク９の加工を精度よくかつ効率的に行うことができる。

以上のようなロボットハンド７のキャリブレーション方法によれば、ロボットハンド７に設けられたマーカー７５を用いてロボットハンド７の基準位置姿勢からのずれを検出するため、ロボットハンド７の基準位置姿勢からのずれの検出、および、検出したずれを用いたワーク９の位置補正を容易かつ精度よく行うことができる。

特に、本実施形態のロボットハンド７によれば、ロボットハンド７の所定位置にワーク９を位置決めすることができる、そのため、ロボットハンド７に対するワーク９の位置姿勢のずれが実質的に生じない。したがって、ロボットハンド７に対するワーク９の位置姿勢のずれを考慮する必要がなく、その分、処理工程の削減を図ることができる。その結果、ロボットハンド７のキャリブレーションにかかる時間を短縮することができる。

ただし、ロボットハンド７に対するワーク９の位置姿勢のずれが生じるおそれもあるため、例えば、ずれ検出ステップＳ６において、ロボットハンド７に対するワーク９の位置姿勢のずれをさらに検出し、ワーク位置補正ステップＳ７において、ワーク９のＣＡＤ原点に、ロボットハンド７に対するワーク９の位置姿勢のずれを反映させてもよい。また、ワーク９に個体差がある場合は、この個体差をワーク９のＣＡＤ原点に反映させてもよい。

なお、上記８つのステップＳ１～Ｓ８のうち、第１画像取得ステップＳ２、第２画像取得ステップＳ３、第３画像取得ステップＳ４、空間位置座標検出ステップＳ５、ずれ検出ステップＳ６およびワーク位置補正ステップＳ７については、ロボットハンド７を第１ロボットアーム２２Ａに対して脱着する毎に行われる。これにより、ロボットハンド７が基準位置姿勢からずれた状態での加工ステップＳ８の実施が抑制され、精度の高い加工ステップＳ８を行うことができる。なお、ロボットハンド７を装着し直した直後にステップＳ２～Ｓ７を行えば、その後は、ロボットハンド７が脱着されるまではステップＳ１とステップＳ８とを繰り返して行えばよい。これにより、サイクルタイムを短縮することができ、生産性が向上する。

以上、ロボットシステム１について説明した。このようなロボットシステム１が行うロボットハンド７のキャリブレーション方法は、前述したように、ワーク９を保持した状態で外部から視認されるマーカー７５を有するロボットハンド７を備えている第１ロボットアーム２２Ａと、第１ロボットアーム２２Ａの駆動を制御するロボット制御装置４と、マーカー７５を撮像する第１撮像装置３１１と、第１撮像装置３１１と異なる方向からマーカー７５を撮像する第２撮像装置３２１と、を有するアライメント装置３と、を用い、第１撮像装置３１１の撮像により、マーカー７５を含む第１画像Ｐｘ１を取得する第１画像取得ステップＳ２と、第２撮像装置３２１の撮像により、マーカー７５を含む第２画像Ｐｘ２を取得する第２画像取得ステップＳ３と、第１画像Ｐｘ１および第２画像Ｐｘ２に基づいてマーカー７５の空間位置座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を検出する空間位置座標検出ステップＳ５と、予め記憶されているマーカー７５の基準空間位置座標（ｘ０，ｙ０，ｚ０）と空間位置座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）とに基づいて、第１ロボットアーム２２Ａに対するロボットハンド７の位置ずれ（Δｘ，Δｙ，Δｚ）を検出するずれ検出ステップＳ６と、を含んでいる。このような方法によれば、ロボットハンド７に設けられたマーカー７５を用いてロボットハンド７の基準位置姿勢からのずれを検出するため、ロボットハンド７の基準位置姿勢からのずれの検出、および、検出したずれを用いたワーク９の位置補正を容易かつ精度よく行うことができる。

また、前述したように、ずれ検出ステップＳ６の後に、ずれ検出ステップＳ６で検出した位置ずれ（Δｘ，Δｙ，Δｚ）に基づいてワーク９の位置を補正するワーク位置補正ステップＳ７を、さらに含んでいる。これにより、ワーク位置補正ステップＳ７の後に行うステップ、具体的には加工ステップＳ８を精度よく行うことができる。

また、前述したように、ずれ検出ステップＳ６では、第１ロボットアーム２２Ａに対するロボットハンド７の姿勢ずれ（Δｕ，Δｖ，Δｗ）をさらに検出し、ワーク位置補正ステップＳ７では、ずれ検出ステップＳ６で検出した姿勢ずれ（Δｕ，Δｖ，Δｗ）に基づいてワーク９の位置を補正する。このように、位置ずれ（Δｘ，Δｙ，Δｚ）のみならず姿勢ずれ（Δｕ，Δｖ，Δｗ）を考慮してワーク９の位置補正を行うことにより、ワーク位置補正ステップＳ７の後に行うステップ、具体的には加工ステップＳ８を精度よく行うことができる。

また、前述したように、ワーク位置補正ステップＳ７の後に、ワーク９を加工する加工ステップＳ８をさらに含んでいる。このように、ワーク位置補正ステップＳ７の後に加工ステップＳ８を行うことで、ワーク９の加工を精度よく行うことができる。

また、前述したように、加工するための工具８を備えている第２ロボットアーム２２Ｂをさらに用い、加工ステップＳ８では、第１ロボットアーム２２Ａと第２ロボットアーム２２Ｂとを協調制御することによりワーク９と工具８との相対的位置関係を変化させながら加工を行う。これにより、ワーク９の加工を精度よくかつ効率的に行うことができる。

また、前述したように、第１画像取得ステップＳ２、第２画像取得ステップＳ３、空間位置座標検出ステップＳ５、ずれ検出ステップＳ６およびワーク位置補正ステップＳ７は、ロボットハンド７を第１ロボットアーム２２Ａに対して脱着する毎に行われる。これにより、ロボットハンド７が基準位置姿勢からずれた状態での加工ステップＳ８の実施が抑制され、精度の高い加工ステップＳ８を行うことができる。なお、ロボットハンド７を装着し直した直後にステップＳ２～Ｓ７を行えば、その後は、ロボットハンド７が脱着されるまではステップＳ１とステップＳ８とを繰り返して行えばよい。これにより、サイクルタイムを短縮することができ、生産性が向上する。

また、前述したように、ロボットハンド７は、ワーク９を吸着する吸着部７２と、ワーク９の吸着部７２により吸着される部分とは異なる部分と当接する当接部７３と、を有している。これにより、ワーク９を安定した姿勢で保持することができるロボットハンド７となる。そのため、ロボットハンド７に対するワーク９の位置姿勢のずれを考慮しなくても高精度なロボットハンド７のキャリブレーションが可能となる。そのため、処理工程の削減を図ることができ、ロボットハンド７のキャリブレーションにかかる時間を短縮することができる。

また、前述したように、ロボットシステム１は、ワーク９を保持した状態で外部から視認されるマーカー７５を有するロボットハンド７を備えている第１ロボットアーム２２Ａと、第１ロボットアーム２２Ａの駆動を制御するロボット制御装置４と、マーカー７５を撮像する第１撮像装置３１１と、第１撮像装置３１１と異なる方向からマーカー７５を撮像する第２撮像装置３２１と、を有するアライメント装置３と、を有している。そして、ロボット制御装置４は、第１撮像装置３１１の撮像により、マーカー７５を含む第１画像Ｐｘ１を取得する第１画像取得ステップＳ２と、第２撮像装置３２１の撮像により、マーカー７５を含む第２画像Ｐｘ２を取得する第２画像取得ステップＳ３と、第１画像Ｐｘ１および第２画像Ｐｘ２に基づいてマーカー７５の空間位置座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を検出する空間位置座標検出ステップＳ５と、予め記憶されているマーカー７５の基準空間位置座標（ｘ０，ｙ０，ｚ０）と空間位置座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）とに基づいて、第１ロボットアーム２２Ａに対するロボットハンド７の位置ずれ（Δｘ，Δｙ，Δｚ）を検出するずれ検出ステップＳ６と、を行う。このような構成によれば、ロボットハンド７に設けられたマーカー７５を用いてロボットハンド７の基準位置姿勢からのずれを検出するため、ロボットハンド７の基準位置姿勢からのずれの検出、および、検出したずれを用いたワーク９の位置補正を容易かつ精度よく行うことができる。

以上、本発明のロボットハンドのキャリブレーション方法およびロボットシステムを図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。また、ロボットハンドのキャリブレーション方法およびロボットシステムは、同様の機能を発揮し得る任意の工程と置換することができる。

１…ロボットシステム、２Ａ…第１ロボット、２Ｂ…第２ロボット、２１…ベース、２２…ロボットアーム、２２Ａ…第１ロボットアーム、２２Ｂ…第２ロボットアーム、２２１…アーム、２２２…アーム、２２３…アーム、２２４…アーム、２２５…アーム、２２６…アーム、２２６ａ…接続面、３…アライメント装置、３０…撮像エリア、３１…撮像ユニット、３１１…第１撮像装置、３１２…第１照明、３２…撮像ユニット、３２１…第２撮像装置、３２２…第２照明、３３…撮像ユニット、３３１…第３撮像装置、３３２…第３照明、４…ロボット制御装置、７…ロボットハンド、７０…ネジ、７１…基部、７２…吸着部、７２１…吸着パッド、７２１ａ…吸着口、７２２…吸引管、７２３…固定部、７３…当接部、７３１…第１当接部、７３１Ａ…第１位置決め部、７３２…第２当接部、７３２Ａ…第２位置決め部、７４…装着部、７４ａ…接続面、７５…マーカー、７６…棒状部、７９…ネジ孔、８…工具、８０…インクジェットヘッド、９…ワーク、９１…凹部、Ｅ…エンコーダー、Ｊ１…関節、Ｊ２…関節、Ｊ３…関節、Ｊ４…関節、Ｊ５…関節、Ｊ６…関節、Ｍ…モーター、Ｐｘ１…第１画像、Ｐｘ２…第２画像、Ｐｘ３…第３画像、Ｓ１…保持ステップ、Ｓ２…第１画像取得ステップ、Ｓ３…第２画像取得ステップ、Ｓ４…第３画像取得ステップ、Ｓ５…空間位置座標検出ステップ、Ｓ６…ずれ検出ステップ、Ｓ７…ワーク位置補正ステップ、Ｓ７１…ステップ、Ｓ７２…ステップ、Ｓ７３…ステップ、Ｓ８…加工ステップ

Claims (8)

1. ワークを保持した状態で外部から視認されるマーカーを有するロボットハンドを備えている第１ロボットアームと、
   前記第１ロボットアームの駆動を制御するロボット制御装置と、
   前記マーカーを撮像する第１撮像装置と、前記第１撮像装置と異なる方向から前記マーカーを撮像する第２撮像装置と、を有するアライメント装置と、を用い、
   前記第１撮像装置の撮像により、前記マーカーを含む第１画像を取得する第１画像取得ステップと、
   前記第２撮像装置の撮像により、前記マーカーを含む第２画像を取得する第２画像取得ステップと、
   前記第１画像および前記第２画像に基づいて前記マーカーの空間位置座標を検出する空間位置座標検出ステップと、
   予め記憶されている前記マーカーの基準空間位置座標と前記空間位置座標とに基づいて、前記第１ロボットアームに対する前記ロボットハンドの位置ずれを検出するずれ検出ステップと、を含んでいることを特徴とするロボットハンドのキャリブレーション方法。
2. 前記ずれ検出ステップの後に、前記ずれ検出ステップで検出した前記位置ずれに基づいて前記ワークの位置を補正するワーク位置補正ステップを、さらに含んでいる請求項１に記載のロボットハンドのキャリブレーション方法。
3. 前記ずれ検出ステップでは、前記第１ロボットアームに対する前記ロボットハンドの姿勢ずれをさらに検出し、
   前記ワーク位置補正ステップでは、前記ずれ検出ステップで検出した前記姿勢ずれに基づいて前記ワークの位置を補正する請求項２に記載のロボットハンドのキャリブレーション方法。
4. 前記ワーク位置補正ステップの後に、前記ワークを加工する加工ステップをさらに含んでいる請求項２または３に記載のロボットハンドのキャリブレーション方法。
5. 前記加工するための工具を備えている第２ロボットアームをさらに用い、
   前記加工ステップでは、前記第１ロボットアームと前記第２ロボットアームとを協調制御することにより前記ワークと前記工具との相対的位置関係を変化させながら前記加工を行う請求項４に記載のロボットハンドのキャリブレーション方法。
6. 前記第１画像取得ステップ、前記第２画像取得ステップ、前記空間位置座標検出ステップ、前記ずれ検出ステップおよび前記ワーク位置補正ステップは、前記ロボットハンドを前記第１ロボットアームに対して脱着する毎に行われる請求項２ないし５のいずれか１項に記載のロボットハンドのキャリブレーション方法。
7. 前記ロボットハンドは、前記ワークを吸着する吸着部と、
   前記ワークの前記吸着部により吸着される部分とは異なる部分と当接する当接部と、を有している請求項１ないし６のいずれか１項に記載のロボットハンドのキャリブレーション方法。
8. ワークを保持した状態で外部から視認されるマーカーを有するロボットハンドを備えている第１ロボットアームと、
   前記第１ロボットアームの駆動を制御するロボット制御装置と、
   前記マーカーを撮像する第１撮像装置と、前記第１撮像装置と異なる方向から前記マーカーを撮像する第２撮像装置と、を有するアライメント装置と、を有し、
   前記ロボット制御装置は、前記第１撮像装置の撮像により、前記マーカーを含む第１画像を取得する第１画像取得ステップと、
   前記第２撮像装置の撮像により、前記マーカーを含む第２画像を取得する第２画像取得ステップと、
   前記第１画像および前記第２画像に基づいて前記マーカーの空間位置座標を検出する空間位置座標検出ステップと、
   予め記憶されている前記マーカーの基準空間位置座標と前記空間位置座標とに基づいて、前記第１ロボットアームに対する前記ロボットハンドの位置ずれを検出するずれ検出ステップと、を行うことを特徴とするロボットシステム。

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