JP3466340B2 - 自立走行ロボットの三次元位置姿勢較正方法 - Google Patents
自立走行ロボットの三次元位置姿勢較正方法Info
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- JP3466340B2 JP3466340B2 JP22997495A JP22997495A JP3466340B2 JP 3466340 B2 JP3466340 B2 JP 3466340B2 JP 22997495 A JP22997495 A JP 22997495A JP 22997495 A JP22997495 A JP 22997495A JP 3466340 B2 JP3466340 B2 JP 3466340B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，ロボットの三次元
位置姿勢較正方法に係り，特に無人走行車として構成さ
れた走行部上にロボットを搭載した自立走行ロボットが
目標地点に移動したとき，その停止位置と教示データと
の誤差を三次元的に較正するロボットの停止位置姿勢較
正方法に関する。
位置姿勢較正方法に係り，特に無人走行車として構成さ
れた走行部上にロボットを搭載した自立走行ロボットが
目標地点に移動したとき，その停止位置と教示データと
の誤差を三次元的に較正するロボットの停止位置姿勢較
正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】自立走行する走行部上にロボットを搭載
して，ロボット作業を実行する目的地点にロボットを移
動させることができる自立走行ロボットにおいては，走
行部の目標地点における停止位置や方向が，ロボットに
教示された教示データの基礎となる位置や方向との間で
誤差を生じると，ロボット作業にミスが生じる。この停
止位置の誤差を修正するために，ロボットアームに視覚
センサを設けると共に，目的地点の所定位置に較正マー
クを取り付け，ロボット作業開始に先立って上記視覚セ
ンサにより上記較正マークを撮像し，撮像画像から検出
した較正マークの座標と予め教示された視覚マークの教
示座標との差に基づいてロボット作業プログラムの教示
点を較正する。実際には上記視覚センサが撮像した較正
マークが画像上の所定位置に納まるようにロボットアー
ムを二次元的に動かし，その時の動作量から位置ずれ量
を検出し，これに基づいて教示データが較正される。
して，ロボット作業を実行する目的地点にロボットを移
動させることができる自立走行ロボットにおいては，走
行部の目標地点における停止位置や方向が，ロボットに
教示された教示データの基礎となる位置や方向との間で
誤差を生じると，ロボット作業にミスが生じる。この停
止位置の誤差を修正するために，ロボットアームに視覚
センサを設けると共に，目的地点の所定位置に較正マー
クを取り付け，ロボット作業開始に先立って上記視覚セ
ンサにより上記較正マークを撮像し，撮像画像から検出
した較正マークの座標と予め教示された視覚マークの教
示座標との差に基づいてロボット作業プログラムの教示
点を較正する。実際には上記視覚センサが撮像した較正
マークが画像上の所定位置に納まるようにロボットアー
ムを二次元的に動かし，その時の動作量から位置ずれ量
を検出し，これに基づいて教示データが較正される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら，従来技
術では，ロボットアームを二次元的に動かすのみである
から，走行部が停止したときの床面の状態あるいは走行
部やアーム部の剛性等により三次元的な位置ずれが生じ
ると，視覚センサの較正マークに対する高さや垂直度が
ずれる。視覚センサに用いられているレンズは収差によ
る歪みがあるので，レンズ外縁で較正マークを見るよう
な場合，計測精度が悪化する。また視覚センサはある一
定距離離れた位置で見た場合に，最も精度が高くなるの
で，視覚センサが垂直方向にずれて計測精度を低下させ
る問題点があった。本発明の目的とするところは，自立
走行ロボットの走行停止位置の誤差を三次元的に補正す
る三次元位置姿勢較正方法に関する。
術では，ロボットアームを二次元的に動かすのみである
から，走行部が停止したときの床面の状態あるいは走行
部やアーム部の剛性等により三次元的な位置ずれが生じ
ると，視覚センサの較正マークに対する高さや垂直度が
ずれる。視覚センサに用いられているレンズは収差によ
る歪みがあるので，レンズ外縁で較正マークを見るよう
な場合，計測精度が悪化する。また視覚センサはある一
定距離離れた位置で見た場合に，最も精度が高くなるの
で，視覚センサが垂直方向にずれて計測精度を低下させ
る問題点があった。本発明の目的とするところは，自立
走行ロボットの走行停止位置の誤差を三次元的に補正す
る三次元位置姿勢較正方法に関する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明が採用する第１の方法は，自立走行する走行部
と，該走行部上に搭載された教示再生型ロボットのアー
ム部とを備え，上記走行部によりロボット作業の目的地
点に向けて走行し目的地点で停止したとき，上記アーム
部に設けられた視覚センサにより上記目的地点の所定位
置に取り付けられた較正マークを撮像し，該撮像画像に
基づいて上記目的地点での停止位置の教示位置からの誤
差を較正する自立走行ロボットの三次元位置姿勢較正方
法において，上記撮像画像における上記較正マークの二
次元座標から求めた該較正マークの三次元座標に基づい
て，上記撮像画像における所定位置に上記較正マークの
画像が所定形状，所定サイズで撮像されるように上記ア
ーム部を上記三次元座標の各座標軸の方向及び該各座標
軸の回りの回転方向のうちの１又は複数の方向へ駆動す
るアーム位置決め工程と，上記アーム位置決め工程にお
ける上記各方向への駆動量から三次元位置・姿勢の較正
量を求め，該較正量に基づいて上記アーム部の教示デー
タを三次元的に較正する第１の三次元較正工程と，を有
してなることを特徴とする自立走行ロボットの三次元位
置姿勢較正方法である。また，第２の方法は，自立走行
する走行部と，該走行部上に搭載された教示再生型ロボ
ットのアーム部とを備え，上記走行部によりロボット作
業の目的地点に向けて走行し目的地点で停止したとき，
上記アーム部に設けられた視覚センサにより上記目的地
点の所定位置に取り付けられた較正マークを撮像し，該
撮像画像に基づいて上記目的地点での停止位置の教示位
置からの誤差を較正する自立走行ロボットの三次元位置
姿勢較正方法において，上記撮像画像における上記較正
マークの二次元座標から求めた該較正マークの三次元座
標に基づいて，上記較正マークが上記撮像画像における
所定位置，所定形状及び所定サイズに対する所定のズレ
量の範囲内に入るように上記アーム部を上記三次元座標
の各座標軸の方向及び該各座標軸の回りの回転方向のう
ちの１又は複数の方向に駆動するアーム粗位置決め工程
と，上記アーム粗位置決め工程における上記各方向への
駆動量と上記アーム粗位置決め工程実行後に上記視覚セ
ンサにより撮像された撮像画像から検出した上記較正マ
ークの上記所定位置，所定形状及び所定サイズからのズ
レ量とから三次元位置姿勢の較正量を求め，該較正量に
基づいて上記アーム部の教示データを三次元的に較正す
る第２の三次元較正工程と，を有してなることを特徴と
する自立走行ロボットの三次元位置姿勢較正方法であ
る。
に本発明が採用する第１の方法は，自立走行する走行部
と，該走行部上に搭載された教示再生型ロボットのアー
ム部とを備え，上記走行部によりロボット作業の目的地
点に向けて走行し目的地点で停止したとき，上記アーム
部に設けられた視覚センサにより上記目的地点の所定位
置に取り付けられた較正マークを撮像し，該撮像画像に
基づいて上記目的地点での停止位置の教示位置からの誤
差を較正する自立走行ロボットの三次元位置姿勢較正方
法において，上記撮像画像における上記較正マークの二
次元座標から求めた該較正マークの三次元座標に基づい
て，上記撮像画像における所定位置に上記較正マークの
画像が所定形状，所定サイズで撮像されるように上記ア
ーム部を上記三次元座標の各座標軸の方向及び該各座標
軸の回りの回転方向のうちの１又は複数の方向へ駆動す
るアーム位置決め工程と，上記アーム位置決め工程にお
ける上記各方向への駆動量から三次元位置・姿勢の較正
量を求め，該較正量に基づいて上記アーム部の教示デー
タを三次元的に較正する第１の三次元較正工程と，を有
してなることを特徴とする自立走行ロボットの三次元位
置姿勢較正方法である。また，第２の方法は，自立走行
する走行部と，該走行部上に搭載された教示再生型ロボ
ットのアーム部とを備え，上記走行部によりロボット作
業の目的地点に向けて走行し目的地点で停止したとき，
上記アーム部に設けられた視覚センサにより上記目的地
点の所定位置に取り付けられた較正マークを撮像し，該
撮像画像に基づいて上記目的地点での停止位置の教示位
置からの誤差を較正する自立走行ロボットの三次元位置
姿勢較正方法において，上記撮像画像における上記較正
マークの二次元座標から求めた該較正マークの三次元座
標に基づいて，上記較正マークが上記撮像画像における
所定位置，所定形状及び所定サイズに対する所定のズレ
量の範囲内に入るように上記アーム部を上記三次元座標
の各座標軸の方向及び該各座標軸の回りの回転方向のう
ちの１又は複数の方向に駆動するアーム粗位置決め工程
と，上記アーム粗位置決め工程における上記各方向への
駆動量と上記アーム粗位置決め工程実行後に上記視覚セ
ンサにより撮像された撮像画像から検出した上記較正マ
ークの上記所定位置，所定形状及び所定サイズからのズ
レ量とから三次元位置姿勢の較正量を求め，該較正量に
基づいて上記アーム部の教示データを三次元的に較正す
る第２の三次元較正工程と，を有してなることを特徴と
する自立走行ロボットの三次元位置姿勢較正方法であ
る。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下，添付図面を参照して本発明
を具体化した実施例につき説明し，本発明の理解に供す
る。尚，以下の実施例は本発明を具体化した一例であっ
て，本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発
明に係る三次元位置姿勢較正方法を適用した自立走行ロ
ボット１０は，図２に示すように，走行部９上にアーム
部８を搭載し，走行部９の自立走行により目的地点に移
動してアーム部８によるロボット作業が行えるよう構成
されている。走行部９は無人走行車としての機能を有し
ており，センサによる走行位置の検出により目的地点に
向けて走行する。又，アーム部８は教示再生型ロボット
として構成されており，教示データに従って動作を繰り
返すもので，図示のアーム部８は６軸のハンドリングロ
ボットとして構成されている。上記走行部９による目的
地点での停止位置に誤差が生じたとき，アーム部８の教
示データとの間にずれが生じるので，ハンドリングミス
が発生する。そこで，停止位置の誤差は以下に示す構成
により較正される。
を具体化した実施例につき説明し，本発明の理解に供す
る。尚，以下の実施例は本発明を具体化した一例であっ
て，本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発
明に係る三次元位置姿勢較正方法を適用した自立走行ロ
ボット１０は，図２に示すように，走行部９上にアーム
部８を搭載し，走行部９の自立走行により目的地点に移
動してアーム部８によるロボット作業が行えるよう構成
されている。走行部９は無人走行車としての機能を有し
ており，センサによる走行位置の検出により目的地点に
向けて走行する。又，アーム部８は教示再生型ロボット
として構成されており，教示データに従って動作を繰り
返すもので，図示のアーム部８は６軸のハンドリングロ
ボットとして構成されている。上記走行部９による目的
地点での停止位置に誤差が生じたとき，アーム部８の教
示データとの間にずれが生じるので，ハンドリングミス
が発生する。そこで，停止位置の誤差は以下に示す構成
により較正される。
【０００６】アーム部８には視覚センサ７が取り付けら
れており，目的地点の所定位置には較正マーク６が設け
られている。図３に示すように走行部９により目的地点
に走行して停止したとき，視覚センサ７により較正マー
ク６を撮像し，撮像画像中の所定位置に較正マーク６が
正しい状態で撮像されるようにアーム部８が駆動され
る。図３（ａ）の状態は停止位置にずれのない理想状態
であるが，図３（ｂ）に示す状態では走行部９の停止位
置に誤差が生じている。走行部９による停止位置に誤差
のない図３（ａ）に示すような理想状態では，図１に示
すように較正マーク６が取り付けられたＸ−Ｙ平面の較
正マーク６中心の鉛直線Ｚ軸上の所定高さ位置〔Ｓ〕に
視覚センサ７が位置し，視覚センサ７による撮像画像
は，図４（ａ）に示すようになる。これに対し，停止位
置に誤差が生じているときには，視覚センサ７の位置は
〔Ｓ〕位置になく，位置ずれした状態により撮像画像が
異なる。Ｘ−Ｙ方向の誤差〔Ｘ〕〔Ｙ〕がある場合では
図４（ｂ）に示すような，Ｚ軸方向の誤差〔Ｚ〕がある
場合では図４（ｃ）に示すような，Ｚ軸の回転〔Ψ〕が
ある場合では図４（ｄ）に示すような，Ｘ軸の回転
〔Φ〕がある場合では図４（ｆ）に示すような，Ｙ軸の
回転〔Θ〕がある場合には図４（ｅ）に示すような，
〔Ｘ〕〔Ｙ〕〔Ｚ〕〔Ψ〕〔Φ〕〔Θ〕にずれがある場
合では図４（ｇ）に示すような画像となる。
れており，目的地点の所定位置には較正マーク６が設け
られている。図３に示すように走行部９により目的地点
に走行して停止したとき，視覚センサ７により較正マー
ク６を撮像し，撮像画像中の所定位置に較正マーク６が
正しい状態で撮像されるようにアーム部８が駆動され
る。図３（ａ）の状態は停止位置にずれのない理想状態
であるが，図３（ｂ）に示す状態では走行部９の停止位
置に誤差が生じている。走行部９による停止位置に誤差
のない図３（ａ）に示すような理想状態では，図１に示
すように較正マーク６が取り付けられたＸ−Ｙ平面の較
正マーク６中心の鉛直線Ｚ軸上の所定高さ位置〔Ｓ〕に
視覚センサ７が位置し，視覚センサ７による撮像画像
は，図４（ａ）に示すようになる。これに対し，停止位
置に誤差が生じているときには，視覚センサ７の位置は
〔Ｓ〕位置になく，位置ずれした状態により撮像画像が
異なる。Ｘ−Ｙ方向の誤差〔Ｘ〕〔Ｙ〕がある場合では
図４（ｂ）に示すような，Ｚ軸方向の誤差〔Ｚ〕がある
場合では図４（ｃ）に示すような，Ｚ軸の回転〔Ψ〕が
ある場合では図４（ｄ）に示すような，Ｘ軸の回転
〔Φ〕がある場合では図４（ｆ）に示すような，Ｙ軸の
回転〔Θ〕がある場合には図４（ｅ）に示すような，
〔Ｘ〕〔Ｙ〕〔Ｚ〕〔Ψ〕〔Φ〕〔Θ〕にずれがある場
合では図４（ｇ）に示すような画像となる。
【０００７】図１に示すように，誤差のある様々の状態
位置から理想状態位置〔Ｓ〕に視覚センサ７がくるよう
にアーム部８を駆動させる三次元センタリングの動作を
図５に示すフローチャート及び図６の画像図を参照して
説明する。尚，図５に示すＳ１，Ｓ２…は処理手順を示
す番号で，本文中に添記する番号と一致する。自立走行
ロボット１０が移動して目的地点で停止したとき，視覚
センサ７により較正マーク６を撮像する。停止位置に誤
差が生じている場合，図６（ａ）に示すような画像が得
られる。この例ではＸ，Ｙ，Ｚ，Ψ，Φ，Θの各方向の
ずれ及び回転が生じた三次元的な誤差が生じている。
位置から理想状態位置〔Ｓ〕に視覚センサ７がくるよう
にアーム部８を駆動させる三次元センタリングの動作を
図５に示すフローチャート及び図６の画像図を参照して
説明する。尚，図５に示すＳ１，Ｓ２…は処理手順を示
す番号で，本文中に添記する番号と一致する。自立走行
ロボット１０が移動して目的地点で停止したとき，視覚
センサ７により較正マーク６を撮像する。停止位置に誤
差が生じている場合，図６（ａ）に示すような画像が得
られる。この例ではＸ，Ｙ，Ｚ，Ψ，Φ，Θの各方向の
ずれ及び回転が生じた三次元的な誤差が生じている。
【０００８】まず，撮像画像上の較正マーク６のＸ，Ｙ
方向の二次元位置を概略較正するために，Ｓ１において
較正マークを撮像し，その二次元位置を計測するか画像
上の所定位置（この場合は画像中心）に較正マーク６の
中心が一致しているか否かを判定して（Ｓ２），一致し
ていなければ，計測値と教示座標値とのズレ量を計測し
（Ｓ３），ズレ量からアームの駆動量を計算し，アーム
を駆動する（Ｓ４）。このＸ−Ｙ方向の較正では，図７
に示すように画像内に較正マーク６の一部（丸マークの
１つ以上）でも捉えられていれば，予め教示された較正
マーク６の形状からずれ方向がわかるので，アーム部８
をＸ−Ｙ方向に移動させる。又，走行部９の停止位置の
誤差は視覚センサ７の撮像画像内に較正マーク６が捉え
られなくなるほどに大きくはないので，較正の動作が不
可能になることはない。上記Ｓ１〜Ｓ４により〔Ｘ〕
〔Ｙ〕のずれが較正されるので，そのＸ−Ｙデータを記
憶し，次いでＺ軸の回転〔Ψ〕の概略較正を行う。再度
較正マークを撮像し（Ｓ５），理想状態位置〔Ｓ〕から
回転があるときには（Ｓ６），図６（ｂ）〜（ｃ）に示
すように，計測と教示値とのズレを計算し（Ｓ７），ズ
レ量がなくなる方向にアーム部８を駆動して視覚センサ
７を回転させて理想状態〔Ｓ〕の角度（Ψ＝０）に一致
させる（Ｓ８）。上記Ｓ５〜Ｓ８を繰り返してＺ軸まわ
りの較正を行う。較正されたΨ角度を記憶する。
方向の二次元位置を概略較正するために，Ｓ１において
較正マークを撮像し，その二次元位置を計測するか画像
上の所定位置（この場合は画像中心）に較正マーク６の
中心が一致しているか否かを判定して（Ｓ２），一致し
ていなければ，計測値と教示座標値とのズレ量を計測し
（Ｓ３），ズレ量からアームの駆動量を計算し，アーム
を駆動する（Ｓ４）。このＸ−Ｙ方向の較正では，図７
に示すように画像内に較正マーク６の一部（丸マークの
１つ以上）でも捉えられていれば，予め教示された較正
マーク６の形状からずれ方向がわかるので，アーム部８
をＸ−Ｙ方向に移動させる。又，走行部９の停止位置の
誤差は視覚センサ７の撮像画像内に較正マーク６が捉え
られなくなるほどに大きくはないので，較正の動作が不
可能になることはない。上記Ｓ１〜Ｓ４により〔Ｘ〕
〔Ｙ〕のずれが較正されるので，そのＸ−Ｙデータを記
憶し，次いでＺ軸の回転〔Ψ〕の概略較正を行う。再度
較正マークを撮像し（Ｓ５），理想状態位置〔Ｓ〕から
回転があるときには（Ｓ６），図６（ｂ）〜（ｃ）に示
すように，計測と教示値とのズレを計算し（Ｓ７），ズ
レ量がなくなる方向にアーム部８を駆動して視覚センサ
７を回転させて理想状態〔Ｓ〕の角度（Ψ＝０）に一致
させる（Ｓ８）。上記Ｓ５〜Ｓ８を繰り返してＺ軸まわ
りの較正を行う。較正されたΨ角度を記憶する。
【０００９】以上の手順により二次元的な較正マーク６
の撮像位置が概略較正され，画像上の中心位置近傍に正
しい角度で較正マーク６が捉えられるので，続く三次元
的な精密な誤差の較正を行うことができる。この三次元
的な較正は，教示時，格子状に二次元配列された複数の
マークを視覚センサ７で撮像して，当該マークの二次元
画像座標を求め画像メモリに格納しておき，上記マーク
の三次元的なカメラ座標系上の座標を，三次元世界座標
と上記二次元画像座標とを関係づける関係式を用いて上
記マークの二次元画像座標より推定して教示時三次元カ
メラ座標とし，実測定時のプレイバック撮像時に三次元
カメラ座標系上の座標を同様の方法で上記画像メモリに
格納された上記マークの二次元画像より推定してプレイ
バック時の三次元カメラ座標とし，当該プレイバック時
の三次元カメラ座標を上記教示時三次元カメラ座標と比
較して，両三次元カメラ座標のズレ量を演算し，当該ズ
レ量から視覚センサ７を具備するアームの駆動量を計算
し，アームを駆動して再度上記マークの撮像を行い，ズ
レが無くなるまで，これを繰り返すものである。上記三
次元補正データを求めるアルゴリズムは，本出願人の出
願にかかる特開平６−２５９５３６号公報（撮像位置，
姿勢の三次元補正方法およびロボットの三次元位置補正
方法）に詳述されているので，これを参照されたい。
の撮像位置が概略較正され，画像上の中心位置近傍に正
しい角度で較正マーク６が捉えられるので，続く三次元
的な精密な誤差の較正を行うことができる。この三次元
的な較正は，教示時，格子状に二次元配列された複数の
マークを視覚センサ７で撮像して，当該マークの二次元
画像座標を求め画像メモリに格納しておき，上記マーク
の三次元的なカメラ座標系上の座標を，三次元世界座標
と上記二次元画像座標とを関係づける関係式を用いて上
記マークの二次元画像座標より推定して教示時三次元カ
メラ座標とし，実測定時のプレイバック撮像時に三次元
カメラ座標系上の座標を同様の方法で上記画像メモリに
格納された上記マークの二次元画像より推定してプレイ
バック時の三次元カメラ座標とし，当該プレイバック時
の三次元カメラ座標を上記教示時三次元カメラ座標と比
較して，両三次元カメラ座標のズレ量を演算し，当該ズ
レ量から視覚センサ７を具備するアームの駆動量を計算
し，アームを駆動して再度上記マークの撮像を行い，ズ
レが無くなるまで，これを繰り返すものである。上記三
次元補正データを求めるアルゴリズムは，本出願人の出
願にかかる特開平６−２５９５３６号公報（撮像位置，
姿勢の三次元補正方法およびロボットの三次元位置補正
方法）に詳述されているので，これを参照されたい。
【００１０】Ｓ１０の三次元（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Φ，Θ，
Ψ）の計測においては，再度較正マークを撮像し（Ｓ
９），予め教示された理想状態〔Ｓ〕での較正マーク６
の形状寸法と画像上の較正マーク６の形状寸法との対比
から，Ｚ軸方向の位置ずれ〔Ｚ〕，Ｘ軸の回転〔Φ〕，
Ｙ軸の回転〔Θ〕が判定されるので（Ｓ１０，Ｓ１
１），検出されたズレに応じてＺ軸方向への視覚センサ
７の移動，Ｘ軸での視覚センサ７の回転，Ｙ軸での視覚
センサ７の回転を行って画像上の較正マーク６を理想状
態〔Ｓ〕に一致させる（Ｓ１２）。図６に示す画像で
は，二次元的な較正が済んだ状態（ｃ）で三次元的な誤
差が判定されるので，Ｘ軸の回転較正により〔Φ〕を較
正し（ｄ），Ｙ軸の回転較正により〔Θ〕を較正し
（ｅ），最後にＺ軸方向の位置ずれを較正（ｆ）して三
次元位置姿勢の較正動作がなされる（Ｓ１〜Ｓ１２が上
記アーム位置決め工程の一例）。このときのアーム部８
を駆動した移動量ｚ，φ，θが記憶される。上記（Ｓ
２）（Ｓ６）（Ｓ１０）の各ステップで記憶されたアー
ム部８の駆動量ｘ，ｙ，ｚ，ψ，φ，θから３次元位置
姿勢の較正量を算出（Ｓ１３）し，該較正量に応じてロ
ボット動作の教示データを修正する（Ｓ１４）ことによ
り，走行部９の目的地点における停止位置・姿勢の誤差
を補正し，アーム部８による正確なロボット動作が実施
される（Ｓ１３，Ｓ１４が上記第１の三次元較正工程の
一例）。上記のように本発明では，走行部９による停止
位置の誤差を三次元的に較正するので，目的地点の状態
によって較正マーク６を図８に示すように垂直面に取り
付けても同様に較正を実施することができる。
Ψ）の計測においては，再度較正マークを撮像し（Ｓ
９），予め教示された理想状態〔Ｓ〕での較正マーク６
の形状寸法と画像上の較正マーク６の形状寸法との対比
から，Ｚ軸方向の位置ずれ〔Ｚ〕，Ｘ軸の回転〔Φ〕，
Ｙ軸の回転〔Θ〕が判定されるので（Ｓ１０，Ｓ１
１），検出されたズレに応じてＺ軸方向への視覚センサ
７の移動，Ｘ軸での視覚センサ７の回転，Ｙ軸での視覚
センサ７の回転を行って画像上の較正マーク６を理想状
態〔Ｓ〕に一致させる（Ｓ１２）。図６に示す画像で
は，二次元的な較正が済んだ状態（ｃ）で三次元的な誤
差が判定されるので，Ｘ軸の回転較正により〔Φ〕を較
正し（ｄ），Ｙ軸の回転較正により〔Θ〕を較正し
（ｅ），最後にＺ軸方向の位置ずれを較正（ｆ）して三
次元位置姿勢の較正動作がなされる（Ｓ１〜Ｓ１２が上
記アーム位置決め工程の一例）。このときのアーム部８
を駆動した移動量ｚ，φ，θが記憶される。上記（Ｓ
２）（Ｓ６）（Ｓ１０）の各ステップで記憶されたアー
ム部８の駆動量ｘ，ｙ，ｚ，ψ，φ，θから３次元位置
姿勢の較正量を算出（Ｓ１３）し，該較正量に応じてロ
ボット動作の教示データを修正する（Ｓ１４）ことによ
り，走行部９の目的地点における停止位置・姿勢の誤差
を補正し，アーム部８による正確なロボット動作が実施
される（Ｓ１３，Ｓ１４が上記第１の三次元較正工程の
一例）。上記のように本発明では，走行部９による停止
位置の誤差を三次元的に較正するので，目的地点の状態
によって較正マーク６を図８に示すように垂直面に取り
付けても同様に較正を実施することができる。
【００１１】
【実施例】上記実施例ではＳ２，Ｓ６，Ｓ１０における
判定で，計測値と教示値との一致を判定したが，図９に
示すフローチャートのような実施例では計測値が予め定
めた規定の範囲に入っていればその時の計測値を較正値
と判断する。また，Ｓ９〜Ｓ１２の二次元画像データか
ら三次元位置，姿勢データを得て，これに教示座標との
ズレ量計算し，このズレ量が少なくなる方向にアームを
駆動し，このズレが所定の規定範囲内に入るまで繰り返
す処理が行われる（図９のＳ１〜Ｓ１２が上記アーム粗
位置決め工程の一例）。こうして粗い位置決めが行われ
ると，続いてＳ１３においてその時の較正マークの画像
を撮像し，前記特開平６−２５９５３６号に記載の計算
手法でマークの三次元的位置，姿勢データを演算し，Ｓ
１３における撮像位置での較正マークの位置，姿勢デー
タを算出する。続くＳ１４において上記較正マークの位
置，姿勢データと教示座標値との差を求める。これを較
正量Ａと呼ぶ。更にＳ１５においてアームの全駆動量
（Ｓ４，Ｓ８，Ｓ１２における駆動量の合計）を座標値
に変換して較正量Ｂを算出する。較正量ＢはＳ１３にお
ける初期位置から撮像位置までのアームの駆動量であ
り，較正量ＡはＳ１３の撮像位置と教示位置とのズレ量
であるから，較正量ＡとＢとの和が，初期位置と教示位
置とのズレ量，即ち，正確な補正量であるから，これを
Ｓ１６において算出する（図９のＳ１３〜Ｓ１６が上記
第２の三次元較正工程の一例）。
判定で，計測値と教示値との一致を判定したが，図９に
示すフローチャートのような実施例では計測値が予め定
めた規定の範囲に入っていればその時の計測値を較正値
と判断する。また，Ｓ９〜Ｓ１２の二次元画像データか
ら三次元位置，姿勢データを得て，これに教示座標との
ズレ量計算し，このズレ量が少なくなる方向にアームを
駆動し，このズレが所定の規定範囲内に入るまで繰り返
す処理が行われる（図９のＳ１〜Ｓ１２が上記アーム粗
位置決め工程の一例）。こうして粗い位置決めが行われ
ると，続いてＳ１３においてその時の較正マークの画像
を撮像し，前記特開平６−２５９５３６号に記載の計算
手法でマークの三次元的位置，姿勢データを演算し，Ｓ
１３における撮像位置での較正マークの位置，姿勢デー
タを算出する。続くＳ１４において上記較正マークの位
置，姿勢データと教示座標値との差を求める。これを較
正量Ａと呼ぶ。更にＳ１５においてアームの全駆動量
（Ｓ４，Ｓ８，Ｓ１２における駆動量の合計）を座標値
に変換して較正量Ｂを算出する。較正量ＢはＳ１３にお
ける初期位置から撮像位置までのアームの駆動量であ
り，較正量ＡはＳ１３の撮像位置と教示位置とのズレ量
であるから，較正量ＡとＢとの和が，初期位置と教示位
置とのズレ量，即ち，正確な補正量であるから，これを
Ｓ１６において算出する（図９のＳ１３〜Ｓ１６が上記
第２の三次元較正工程の一例）。
【００１２】
【発明の効果】以上の説明の通り本発明によれば，自立
走行する走行部と，該走行部上に搭載された教示再生型
ロボットのアーム部とを備え，上記走行部によりロボッ
ト作業の目的地点に向けて走行し目的地点で停止したと
き，上記アーム部に設けられた視覚センサにより上記目
的地点の所定位置に取り付けられた較正マークを撮像
し，該撮像画像に基づいて上記目的地点での停止位置の
教示位置からの誤差を較正する自立走行ロボットの三次
元位置姿勢較正方法において，上記撮像画像における上
記較正マークの二次元座標から求めた該較正マークの三
次元座標に基づいて，上記撮像画像における所定位置に
上記較正マークの画像が所定形状，所定サイズで撮像さ
れるように上記アーム部を上記三次元座標の各座標軸の
方向及び該各座標軸の回りの回転方向のうちの１又は複
数の方向へ駆動するさせ，該各方向への駆動量から三次
元位置・姿勢の較正量を求め，該較正量に基づいて上記
アーム部の教示データを三次元的に較正することを特徴
とする自立走行ロボットの三次元位置姿勢較正方法であ
るので，走行部の停止位置・姿勢の三次元誤差を較正す
ることができ，走行部の停止位置誤差に伴うアーム部に
よるロボット動作の誤動作が防止される。又，三次元位
置・姿勢の較正は，視覚センサにより撮像された較正マ
ークが所定の理想状態位置になるようにアーム部を駆動
するセンタリング動作によりなされるので，視覚センサ
の精度や光学系の歪みによる誤差の影響を受けにくくな
る。また，上記較正マークが上記撮像画像における所定
位置，所定形状及び所定サイズに対する所定のズレ量の
範囲内に入るようにアームの粗い位置決めをすると共
に，上記粗い位置決めに要するアームの駆動量と，粗い
位置決め位置から教示位置までのズレ量とからロボット
アームの教示データの較正量を算出するようにすれば，
粗い位置決めだけでよいので，測定時間を著しく短縮す
ることができる。
走行する走行部と，該走行部上に搭載された教示再生型
ロボットのアーム部とを備え，上記走行部によりロボッ
ト作業の目的地点に向けて走行し目的地点で停止したと
き，上記アーム部に設けられた視覚センサにより上記目
的地点の所定位置に取り付けられた較正マークを撮像
し，該撮像画像に基づいて上記目的地点での停止位置の
教示位置からの誤差を較正する自立走行ロボットの三次
元位置姿勢較正方法において，上記撮像画像における上
記較正マークの二次元座標から求めた該較正マークの三
次元座標に基づいて，上記撮像画像における所定位置に
上記較正マークの画像が所定形状，所定サイズで撮像さ
れるように上記アーム部を上記三次元座標の各座標軸の
方向及び該各座標軸の回りの回転方向のうちの１又は複
数の方向へ駆動するさせ，該各方向への駆動量から三次
元位置・姿勢の較正量を求め，該較正量に基づいて上記
アーム部の教示データを三次元的に較正することを特徴
とする自立走行ロボットの三次元位置姿勢較正方法であ
るので，走行部の停止位置・姿勢の三次元誤差を較正す
ることができ，走行部の停止位置誤差に伴うアーム部に
よるロボット動作の誤動作が防止される。又，三次元位
置・姿勢の較正は，視覚センサにより撮像された較正マ
ークが所定の理想状態位置になるようにアーム部を駆動
するセンタリング動作によりなされるので，視覚センサ
の精度や光学系の歪みによる誤差の影響を受けにくくな
る。また，上記較正マークが上記撮像画像における所定
位置，所定形状及び所定サイズに対する所定のズレ量の
範囲内に入るようにアームの粗い位置決めをすると共
に，上記粗い位置決めに要するアームの駆動量と，粗い
位置決め位置から教示位置までのズレ量とからロボット
アームの教示データの較正量を算出するようにすれば，
粗い位置決めだけでよいので，測定時間を著しく短縮す
ることができる。
【図１】 視覚センサのセンタリング動作を説明する模
式図。
式図。
【図２】 自立走行ロボットの較正を示す図。
【図３】 走行部による停止位置のずれを説明する図。
【図４】 視覚センサの撮像画像上の較正マークの各状
態における画像図。
態における画像図。
【図５】 停止位置・姿勢の誤差較正のための手順を示
すフローチャート。
すフローチャート。
【図６】 各較正ステップにおける画像例図。
【図７】 Ｘ−Ｙ方向の較正を説明する図。
【図８】 較正マークの取り付け態様の変形例を示す
図。
図。
【図９】 第２の実施例方法を示すフローチャート。
６…較正マーク
７…視覚センサ
８…アーム部
９…走行部
１０…自立走行ロボット
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平５−80842（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−191904（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−9370（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−146121（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−258028（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B25J 1/00 - 21/02
G05B 19/18 - 19/46
Claims (2)
- 【請求項１】 自立走行する走行部と，該走行部上に搭
載された教示再生型ロボットのアーム部とを備え，上記
走行部によりロボット作業の目的地点に向けて走行し目
的地点で停止したとき，上記アーム部に設けられた視覚
センサにより上記目的地点の所定位置に取り付けられた
較正マークを撮像し，該撮像画像に基づいて上記目的地
点での停止位置の教示位置からの誤差を較正する自立走
行ロボットの三次元位置姿勢較正方法において， 上記撮像画像における上記較正マークの二次元座標から
求めた該較正マークの三次元座標に基づいて，上記撮像
画像における所定位置に上記較正マークの画像が所定形
状，所定サイズで撮像されるように上記アーム部を上記
三次元座標の各座標軸の方向及び該各座標軸の回りの回
転方向のうちの１又は複数の方向へ駆動するアーム位置
決め工程と， 上記アーム位置決め工程における上記各方向への駆動量
から三次元位置・姿勢の較正量を求め，該較正量に基づ
いて上記アーム部の教示データを三次元的に較正する第
１の三次元較正工程と， を有してなることを特徴とする自立走行ロボットの三次
元位置姿勢較正方法。 - 【請求項２】 自立走行する走行部と，該走行部上に搭
載された教示再生型ロボットのアーム部とを備え，上記
走行部によりロボット作業の目的地点に向けて走行し目
的地点で停止したとき，上記アーム部に設けられた視覚
センサにより上記目的地点の所定位置に取り付けられた
較正マークを撮像し，該撮像画像に基づいて上記目的地
点での停止位置の教示位置からの誤差を較正する自立走
行ロボットの三次元位置姿勢較正方法において， 上記撮像画像における上記較正マークの二次元座標から
求めた該較正マークの三次元座標に基づいて，上記較正
マークが上記撮像画像における所定位置，所定形状及び
所定サイズに対する所定のズレ量の範囲内に入るように
上記アーム部を上記三次元座標の各座標軸の方向及び該
各座標軸の回りの回転方向のうちの１又は複数の方向に
駆動するアーム粗位置決め工程と， 上記アーム粗位置決め工程における上記各方向への駆動
量と上記アーム粗位置決め工程実行後に上記視覚センサ
により撮像された撮像画像から検出した上記較正マーク
の上記所定位置，所定形状及び所定サイズからのズレ量
とから三次元位置姿勢の較正量を求め，該較正量に基づ
いて上記アーム部の教示データを三次元的に較正する第
２の三次元較正工程と， を有してなることを特徴とする自立走行ロボットの三次
元位置姿勢較正方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22997495A JP3466340B2 (ja) | 1995-09-07 | 1995-09-07 | 自立走行ロボットの三次元位置姿勢較正方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22997495A JP3466340B2 (ja) | 1995-09-07 | 1995-09-07 | 自立走行ロボットの三次元位置姿勢較正方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0970781A JPH0970781A (ja) | 1997-03-18 |
| JP3466340B2 true JP3466340B2 (ja) | 2003-11-10 |
Family
ID=16900628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22997495A Expired - Fee Related JP3466340B2 (ja) | 1995-09-07 | 1995-09-07 | 自立走行ロボットの三次元位置姿勢較正方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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| CN101372098A (zh) * | 2007-08-23 | 2009-02-25 | 株式会社Ihi | 机器人装置的控制方法以及机器人装置 |
| JP4741691B2 (ja) * | 2009-06-15 | 2011-08-03 | ファナック株式会社 | ロボットの異常監視機能を備えたロボットシステム |
| CN111352411B (zh) * | 2018-12-20 | 2024-05-24 | 北京新联铁集团股份有限公司 | 空心车轴定位方法、装置及智能空心车轴探伤机 |
| JP7395967B2 (ja) * | 2019-11-05 | 2023-12-12 | オムロン株式会社 | 自走式搬送装置 |
| US20230364812A1 (en) | 2020-10-08 | 2023-11-16 | Fanuc Corporation | Robot system |
| US20220134577A1 (en) * | 2020-10-30 | 2022-05-05 | Dmg Mori Co., Ltd. | Image processing method, image processing apparatus, robot-mounted transfer device, and system |
| JP7093881B1 (ja) * | 2021-09-06 | 2022-06-30 | Dmg森精機株式会社 | システム、及び自動搬送車 |
| JPWO2023157067A1 (ja) * | 2022-02-15 | 2023-08-24 | ||
| CN114619489A (zh) * | 2022-04-01 | 2022-06-14 | 西南交通大学 | 一种基于图像处理的机械臂搬运物体坐标识别与修正系统及方法 |
| WO2024089852A1 (ja) * | 2022-10-27 | 2024-05-02 | 株式会社Fuji | 制御装置、ロボットシステム及び制御方法 |
| FR3145505A1 (fr) * | 2023-02-06 | 2024-08-09 | B & S Robsim | Station d’accueil pour robot industriel |
-
1995
- 1995-09-07 JP JP22997495A patent/JP3466340B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0970781A (ja) | 1997-03-18 |
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