JP4212783B2

JP4212783B2 - ロボット座標校正システム

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Publication number: JP4212783B2
Application number: JP2001119626A
Authority: JP
Inventors: 晴久奥田; 橋本　　学; 和彦鷲見
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2001-04-18
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2021-04-18
Also published as: JP2002307345A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多関節ロボットなどのロボットにカメラなどの撮像手段を付設し、この撮像手段による撮像画像を用いてロボットを制御するロボットシステムにおいて、前記撮像手段による視覚座標とロボット座標との変換に係わるロボット座標校正システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カメラなどの撮像手段でロボットの先端を撮像した撮像画像をモニタに表示し、このモニタ表示画面を見ながら、オペレータがロボットあるいはワークの位置、姿勢を制御したり或いはティーチングを行うロボットシステムが知られている。
【０００３】
この種のロボットシステムでは、撮像手段による視覚座標とロボット座標とを対応づける必要がある。
【０００４】
そこで、特開平７−１１７４０３号公報においては、物体の回転の前後で物体上の複数の視覚座標を求め、求められた複数組の視覚座標の間で変換の不動点としての視覚座標を算出し、回転中心のロボット座標と不動点の視覚座標を同一の点としてロボット座標と視覚座標の対応付けを行うようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来技術では、物体を回転させるときの回転中心を求めることはできるが、物体を実際に把持している位置自体（以下把持点あるいは把持位置という）を正確に求めることができない。すなわち、この従来技術では、把持点自体の座標を校正しているのではないので、把持点の座標を求めるためには、求めた回転中心に対し、設計値より与えられる回転中心から把持点までのオフセット分を加算して把持点座標を推測しなくてはならない。
【０００６】
上記オフセットが設計値どおりに与えられているときには問題がないが、実際は、各部品の取り付け誤差、各部品の加工ばらつきなどにより、前記オフセットには誤差が含まれる。したがって、従来技術の場合、このオフセット誤差を解消するためには、作業員がいちいち加工の度に、回転中心から把持点までのオフセットを計測しなくてはならず、煩雑であり、作業効率が低下する。
【０００７】
特に、物体を回転させる回転中心と把持点との間に大きな位置の違い（オフセット）がある場合、あるいはワークを把持するハンドがアタッチメントとして交換可能な場合には、上記誤差が大きくなり、ロボット先端の位置決め精度が低下する。昨今は、非常に微少なサイズのワークを把持する作業を行うロボットも開発されており、このようなロボットの場合、ごく僅かな位置決め精度の低下が、ワークの把持ミスなどの原因となる。
【０００８】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、簡単な構成によって把持点の座標を正確に取得できるようにして、ロボットの位置決め精度を向上させることが可能なロボット座標校正システムを得ることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためこの発明にかかるロボット座標校正システムは、複数の軸を有しその先端軸から所定のオフセット量だけ離れた把持位置で物体を把持するロボットと、撮像手段とを備え、ロボットに把持された校正用物体を前記撮像手段によって撮像し、その撮像画像に基づいてロボット座標と視覚座標との校正を行うロボット座標校正システムにおいて、前記把持位置に取り付けられ、校正用物体を把持してかつ前記把持位置を中心に回転可能な把持ツールと、前記撮像画像に基づいて前記校正用物体上に設定した単一の所定の計測点の視覚座標を計測するとともに、前記把持ツールを回転させることにより前記校正用物体を２以上の複数の異なる回転角度をもって回転させたときの、これら複数の回転角度での前記計測点の視覚座標を計測する手段と、前記回転前の計測点の視覚座標および回転後の複数の回転角度での複数の視覚座標に基づいて前記撮像画像中の回転不動点の視覚座標を算出し、さらにこの回転不動点の視覚座標およびロボット座標と視覚座標との変換関係を用いてロボット座標における前記把持位置を求める手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、先端軸から所定のオフセット量だけ離れた把持位置に校正用物体を把持しかつ回転可能な把持ツールを設ける。そして、把持ツール上に設定した単一の計測点を複数の異なる回転位置で計測する。すなわち、撮像画像に基づいて把持物体上に設定した単一の所定の計測点の視覚座標を計測し、ロボット座標の既知の点を中心に把持物体を２以上の複数の異なる回転角度をもって回転させ、これら複数の回転角度での計測点の視覚座標を計測し、回転前の計測点の視覚座標および回転後の複数の回転角度での複数の視覚座標に基づいて撮像画像中の回転不動点の視覚座標を算出し、さらにこの回転不動点の視覚座標およびロボット座標と視覚座標との変換関係を用いてロボット座標における前記把持位置を求める。
【００１１】
つぎの発明にかかるロボット座標校正システムは、複数の軸を有しその先端軸から所定のオフセット量だけ離れた把持位置で物体を把持するロボットと、撮像手段とを備え、ロボットに把持された校正用物体を前記撮像手段によって撮像し、その撮像画像に基づいてロボット座標と視覚座標との校正を行うロボット座標校正システムにおいて、前記把持位置に取り付けられ、校正用物体を把持してかつ前記把持位置を中心に回転可能な把持ツールと、前記撮像画像に基づいて前記把持物体上に設定した複数の所定の計測点の視覚座標を計測するとともに、前記把持ツールを回転させることにより前記把持物体を回転させたときのこれら複数の計測点の視覚座標を計測する手段と、前記回転前の複数の計測点の視覚座標および回転後の複数の計測点の視覚座標に基づいて前記撮像画像中の回転不動点の視覚座標を算出し、さらにこの回転不動点の視覚座標およびロボット座標と視覚座標との変換関係を用いてロボット座標における前記把持位置を求める手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、先端軸から所定のオフセット量だけ離れた把持位置に校正用物体を把持しかつ回転可能な把持ツールを設ける。そして、把持ツール上に設定した複数の計測点の回転前後の位置を計測する。すなわち、撮像画像に基づいて把持物体上に設定した複数の所定の計測点の視覚座標を計測するとともに、把持ツールを回転させることにより把持物体を回転させたときのこれら複数の計測点の視覚座標を計測し、回転前の複数の計測点の視覚座標および回転後の複数の計測点の視覚座標に基づいて撮像画像中の回転不動点の視覚座標を算出し、さらにこの回転不動点の視覚座標およびロボット座標と視覚座標との変換関係を用いてロボット座標における把持位置を求める。
【００１３】
次の発明においては、上記発明において、前記把持ツールは、前記ロボットの先端に固定されるツール本体部と、この本体部に対し回転可能に配設されて前記物体を把持する把持回転部とを備え、さらに前記把持回転部の回転を禁止させるためのストッパ部材を着脱自在に設けたことを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、着脱自在なストッパによって把持ツールの回転を禁止できるようにしており、これにより通常作業時には把持ツールが自由回転しないように構成できるため、この把持ツールを用いて通常のワークの移載作業等が可能となる。
【００１５】
次の発明においては、上記発明において、前記把持ツールは、前記ロボットの先端に固定されるツール本体部と、この本体部に対し回転可能に配設されて前記校正用物体を把持する把持回転部とを備え、さらに前記把持回転部を複数の異なる角度位置で仮止めする仮止め部材を設けたことを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、把持ツールを特定の角度において仮固定可能な構造としたので、回転角度を計算する必要がなくなり、これにより回転不動点算出の際の計算が容易となり、計算処理を簡易化することができる。
【００１７】
次の発明においては、上記発明において、前記把持ツールは、前記ロボットの先端に固定される第１ツール本体部と、この第１ツール本体部に固定されて物体を把持可能な把持部とを有する第１把持ツールと、この第１把持ツールの把持部によって着脱自在に把持される第２ツール本体部と、この第２ツール本体部に対し回転可能に配設されて前記校正用物体を把持する把持回転部とを有する第２把持ツールとを備えることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、第１把持ツールに対し、第２把持ツールを着脱自在としたので、把持位置校正作業時にのみ第２把持ツールを取り付ければ良く、通常のロボット作業の時は第２把持ツールを取り外せばよい。
【００１９】
次の発明においては、上記発明において、前記把持ツールは、前記ロボットの先端に固定される第１ツール本体部と、このツール本体部に固定されて物体を把持可能な把持部とを有する第１把持ツールと、この第１把持ツールの把持部によって把持される第２ツール本体部と、この第２ツール本体部に対し回転可能に配設され、前記校正用物体を一体的に形成した回転体とを有する第２ツールとを備えることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、第１把持ツールに対し、第２ツールを着脱自在としたので、把持位置校正作業時にのみ第２ツールを取り付ければ良く、通常のロボット作業の時は第２ツールを取り外せばよい。さらに、校正用物体を第２ツール本体部に一体的に構成したので、校正用物体の位置、姿勢ずれがなくなり、高精度の校正をなし得る。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるロボット座標校正システムの好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２２】
実施の形態１.
図１は本発明にかかるロボット座標校正システムの概念的構成を示すものである。このロボットシステムは、ロボット１０、撮像手段としてのカメラ１８、画像認識部６０，ロボットコントローラ７０およびディスプレイ５０を有して構成される。
【００２３】
ロボット１０は、この場合、２軸構成の垂直多関節ロボットであり、第１軸１と第２軸２の間に垂直および水平方向に延在する略コ字状の第１アームＡ１を備え、第２軸２の先端軸３を手先回転軸としている。この先端軸３には、各種のハンドをアタッチメントとして取り付け可能であるが、この場合は、先端軸３から水平方向に所定のオフセット量ｄだけ離間したハンド軸６を取り付けている。このオフセット量ｄは設計値より概略量は推測する事ができるものの、実際には取り付け誤差、接続部材の加工誤差等によりその正確な値は未知である。ハンド軸６には、校正用物体５を把持するための把持ツール４が取り付けられている。
【００２４】
図２は、把持ツール４の構造を示すものである。この把持ツール４は、ロボット１０のハンド軸６に取り付けられるツール本体部１１と、この本体部１１に対し任意の回転角度に回転可能に配設される把持回転部１２と、この把持回転部１２に固定される吸着パッド１３とを備えている。吸着パッド１３は、座標校正の際に用いる校正用物体５（以下ワークという）を吸着して校正用物体５を支持する。この把持ツール４においては、オペレータが把持回転部１２を手動で回転させることで、図３に示すように、ワーク５を複数の異なる回転角度に回転させることができる。この場合、ワーク５は図３に示すように、薄板の正方形形状であるとする。
【００２５】
このような把持ツール４を設けたので、座標校正のために校正用物体５を回転させるときには、その回転中心軸は、校正用物体５を把持している把持点（把持位置）Ｋに一致することになる。
【００２６】
図１において、カメラ１８は、例えばＣＣＤカメラであり、把持ツール４に支持されたワーク５を撮像できるように、その位置あるいは角度が設定されている。カメラ１８で撮像された画像データは画像認識部６０へ入力される。画像認識部６０は、カメラ１８からの画像データを画像認識して、ワーク５上の計測点の視覚座標を特定するなどの処理を実行する。カメラ１８の撮像画像はディスプレイ５０上に表示されている。
【００２７】
ロボットコントローラ７０は、ロボットの位置、姿勢を制御するものであり、画像認識部６０からの認識結果に基づいて、カメラ１８による視覚座標と予め設定されているロボット座標との校正（キャリブレーション）を実行する。
【００２８】
実施の形態１においては、ワーク５上に単一の計測点Ｐｑ（図３）を設定し、この計測点Ｐｑの回転前の位置と、この単一の計測点Ｐｑに関する回転後の複数の位置とを計測し、これらの計測点の位置から回転不動点の位置を算出している。
【００２９】
以下、その手順を、図４に示す概念図および図５に示すフローチャートに従って説明する。図４に示すように、回転不動点Ｐ₀の座標を（Ｘ₀，Ｙ₀）とし、計測点Ｐｑの座標を（Ｘ_qi，Ｙ_qi）（ｉ＝１，２，３）とする。計測点Ｐｑはこの場合、正方形状のワーク５の角部とする。
【００３０】
まず、ワーク５における単一の計測点Ｐｑを含むようにカメラ１８で撮像する。画像認識部６０はこの撮像データを画像認識することで、回転前の計測点Ｐｑの視覚座標Ｐｑ１（Ｘ_q1，Ｙ_q1）を求める（ステップ１００）。
【００３１】
つぎに、オペレータが把持ツール４を回転させることにより、ワーク５を把持点Ｋ（図１参照）を中心に任意の角度θ１だけ回転させる（ステップ１１０）。そして、この回転後の計測点Ｐｑを含むようにカメラ１８で撮像する。画像認識部６０はこの撮像データを画像認識することで、回転後の計測点Ｐｑの視覚座標Ｐｑ２（Ｘ_q2，Ｙ_q2）を求める（ステップ１２０）。
【００３２】
さらに、オペレータが把持ツール４を回転させることにより、ワーク５を把持点Ｋ（図１参照）を中心にさらに任意の角度（θ２−θ１）だけ回転させる（ステップ１３０）。そして、この回転後の計測点Ｐｑを含むようにカメラ１８で撮像する。画像認識部６０はこの撮像データを画像認識することで、回転後の計測点Ｐｑの視覚座標Ｐｑ３（Ｘ_q3，Ｙ_q3）を求める（ステップ１４０）。
【００３３】
つぎに、回転前後の位置Ｐｑ１とＰｑ２、Ｐｑ１とＰｑ３との間には、下式のような座標変換関係が成立する。なお、これらの座標変換では並進成分はなく、回転成分のみであるとして、２次元の座標変換で表している。
【００３４】
【数１】

【００３５】
【数２】

【００３６】
ロボットコントローラ７０では、３つの既知の視覚座標Ｐｑ１（Ｘ_q1，Ｙ_q1）、Ｐｑ２（Ｘ_q2，Ｙ_q2）およびＰｑ３（Ｘ_q3，Ｙ_q3）と上式とを用いて回転不動点Ｐ₀、すなわち把持点Ｋの視覚座標を（Ｘ₀，Ｙ₀）、回転角度θ１およびθ２を求める（ステップ１５０）。
【００３７】
さらに、このようにして求めた回転不動点の視覚座標Ｐ₀（Ｘ₀，Ｙ₀）をロボット座標と視覚座標との変換関係Ｒを用いて、次式に示すように、ロボット座標におけるＰ′₀（Ｘ′₀，Ｙ′₀）に変換する。
Ｐ′₀＝ＲＰ₀
このようにして、把持点Ｋのロボット座標における位置Ｐ′₀を求めることができ、さらには前記オフセット量ｄを求めることができる。
【００３８】
なお、通常、先端軸３はロボットの手先回転軸に設定し、ロボットの動作制御点とするためその正確な位置は既知である。したがって、把持点Ｋのロボット座標における位置、あるいは上記オフセット量ｄが正確に求めることができれば、把持点Ｋ自体の正確な制御が可能となり、ロボットの位置決め精度が向上する。
【００３９】
また、この実施の形態１では、ワーク５上に単一の計測点Ｐｑを設定し、この計測点Ｐｑの回転前の位置Ｐｑ１（Ｘ_q1，Ｙ_q1）と、この単一の計測点Ｐｑに関する回転後の複数の位置Ｐｑ２（Ｘ_q2，Ｙ_q2）、Ｐｑ３（Ｘ_q3，Ｙ_q3）とを計測し、これらの計測点の位置から回転不動点の位置を算出するようにしているので、実施の形態２で説明する複数の計測点を用いる手法に比べ、カメラ１８による撮像所要エリアを小さくすることができる。極端なことを言えば、回転前後の単一の計測点が撮像できていればよく、ワーク全体を撮像する必要もなくなる。このため、この実施の形態１においては、計測点自体の撮像エリア全体に対する割合が大きくなり、計測点の画像品質が向上し、その後行われる画像認識精度、さらにはキャリブレーション精度も向上する。また、同様の理由で、校正用物体５のサイズを小さく構成できるため、ロボット先端での把持が容易となる。
【００４０】
実施の形態２．
次に図６を参照してこの発明の実施の形態２について説明する。この実施の形態２では、図６に示すように、校正用物体５上に複数（この場合２つ）の計測点Ｐ₁、Ｐ₂を設定し、カメラ１８によってこれら複数の計測点Ｐ₁、Ｐ₂の回転前の位置Ｐ₁₁（Ｘ₁₁,Ｙ₁₁）、Ｐ₂₁（Ｘ₂₁,Ｙ₂₁）と、回転後の位置Ｐ₁₂（Ｘ₁₂,Ｙ₁₂）、Ｐ₂₂（Ｘ₂₂,Ｙ₂₂）とを計測し、これらの位置と回転角度θを用いて、回転不動点Ｐ₀（Ｘ₀，Ｙ₀）を算出するようにしている。
【００４１】
すなわち、回転前後の２つの計測点Ｐ₁、Ｐ₂には以下の座標変換関係が成立する。なお、この場合も、これらの座標変換では並進成分はなく、回転成分のみであるとして、２次元の座標変換で表している。
【００４２】
【数３】

【００４３】
ロボットコントローラ７０では、４つの既知の視覚座標Ｐ₁₁（Ｘ₁₁,Ｙ₁₁）、Ｐ₂₁（Ｘ₂₁,Ｙ₂₁）、Ｐ₁₂（Ｘ₁₂,Ｙ₁₂）、Ｐ₂₂（Ｘ₂₂,Ｙ₂₂）と、上式とを用いて回転不動点Ｐ₀、すなわち把持点Ｋの視覚座標を（Ｘ₀，Ｙ₀）と回転角度θとを求める。
【００４４】
さらに、このようにして求めた回転不動点の視覚座標Ｐ₀（Ｘ₀，Ｙ₀）をロボット座標と視覚座標との変換関係Ｒを用いて、実施の形態１と同様にてロボット座標におけるＰ′₀（Ｘ′₀，Ｙ′₀）に変換する。このようにして、把持点Ｋのロボット座標における位置Ｐ′₀を求めることができ、さらには前記オフセット量ｄを求めることができる。
【００４５】
このようにこの実施の形態２では、把持点Ｋのロボット座標における位置、あるいは上記オフセット量ｄが正確に求めることができるので、把持点Ｋ自体の正確な制御が可能となり、ロボットの位置決め精度が向上する。
【００４６】
実施の形態３．
つぎに図７を参照してこの発明の実施の形態３について説明する。この実施の形態３においては、把持ツール４に把持回転部１２の回転を禁止させるためのストッパ部材１４を着脱自在に設けるようにしている。すなわち、ツール本体部１１および把持回転部１２にストッパ部材１４を挿入するための凹部１５を設け、この凹部１５にストッパ部材１４を挿入できるようにしており、ストッパ部材１４は把持回転部１２の回止めとなる。
【００４７】
このようにこの実施の形態３においては、把持ツール４の把持回転部１２が自由回転することがないので、この把持ツール４を用いて通常のワークの移載作業等が可能となる。
【００４８】
実施の形態４．
つぎに図８を参照してこの発明の実施の形態４について説明する。この実施の形態４においては、把持ツール４に、把持回転部１２を複数の異なる角度位置で仮止めする仮止め部材としての複数のボールスプリング１６を設けるようにしている。ボールスプリング１６、把持回転部１２に形成された複数の孔１７に配設固定され、またツール本体部１１には付勢されたボールスプリング１６を仮止めするための複数の凹部が形成されている。
【００４９】
このようにこの実施の形態４においては、特定の複数の角度位置において把持回転部１２を仮固定が可能な構造としたので、先の実施の形態１の回転角度θ１、θ２あるいは実施の形態２の回転角度θを、既知の角度とすることができ、ロボットコントローラ７０のメモリに予め登録しておくことができる。したがって、回転角度θ１、θ２、θを計算する必要がなくなり、これにより回転不動点算出の際の計算が容易となり、計算処理を簡易化することができる。
【００５０】
実施の形態５．
つぎに図９を参照してこの発明の実施の形態５について説明する。この実施の形態５においては、ロボット１０のハンド軸６に取り付ける把持ツール４を２つのツール（第１把持ツール２０および第２把持ツール３０）で構成し、第１把持ツール２０に対し第２把持ツール３０を着脱自在としている。
【００５１】
第１把持ツール２０は、ロボットのハンド軸６に固定される第１ツール本体部２１と、この第１ツール本体部２１に固定されて任意のワークあるいは第２把持ツール３０を把持可能な把持部２２とを有している。この場合、把持部２２は吸着パッドで構成されている。
【００５２】
第２把持ツール３０は、第１把持ツール２０の把持部２２によって把持される第２ツール本体部３１と、この第２ツール本体部３１に対し任意の回転角度に回転可能に配設される把持回転部３２と、この把持回転部３２に固定される吸着パッド３３とを備えている。吸着パッド３３は、座標校正の際に用いる校正用物体５を吸着して校正用物体５を支持する。
【００５３】
このようにこの実施の形態５においては、通常はワークを把持するための第１把持ツール２０に対し校正用物体を把持するための第２把持ツール３０を把持されるようにしたので、把持位置校正作業時にのみ第２把持ツール３０を取り付ければ良いので、校正作業から通常のロボット作業への移行を速やかになし得る。また、第１把持ツール２０は既存のものを使用することができるため、コストが低下する。また、第１把持ツール２０を通常の構造とすることができ、構造の単純化が図れる。
【００５４】
実施の形態６．
つぎに図１０を参照してこの発明の実施の形態６について説明する。この実施の形態６においては、先の実施の形態５における第２把持ツール３０の吸着パッド３３を、校正用物体４０に置換するようにしている。校正用物体４０は、第２ツール本体部３１に対し回転可能に配設される把持回転部３２に固定される。すなわち、把持回転部３２と校正用物体４０とは一体的に構成されており、これら把持回転部３２と校正用物体４０とは、第２ツール本体部３１に対する回転体として機能する。
【００５５】
このようにこの実施の形態６においては、通常はワークを把持するための第１把持ツール２０に対し校正用物体４０を一体的に構成した第２ツール３０'を把持されるようにしたので、把持位置校正作業時にのみ第２ツール３０'を取り付ければ良いので、校正作業から通常のロボット作業への移行を速やかになし得る。また、第１把持ツール２０は既存のものを使用することができるため、コストが低下する。また、第１把持ツール２０を通常の構造とすることができ、構造の単純化が図れる。さらに、校正用物体４０を把持回転部３２に一体的に構成したので、校正用物体４０の位置、姿勢ずれがなくなり、高精度の校正をなし得る。
【００５６】
なお、上記実施の形態では、把持ツール４は、オペレータによって手動で回転するようにしたが、把持ツール回転用のモータを設け、ロボットコントローラ７０の制御によって把持ツール４を回転させるようにしてもよい。
【００５７】
また、上記実施の形態１では、画像を撮像する毎に、計測点Ｐｑの視覚座標を求めるようにしているが、回転前、回転後の各画像をメモリに記憶しておき、全ての撮像が終了した後に、画像認識、視覚座標の算出を行うようにしてもよい。
【００５８】
また、上記実施の形態では、計測点をワーク５の角部に設定したが、ユニークな点であれば他の任意の位置に設定しても良いし、さらには計測点用のマークをワークに刻設あるいは貼設するようにしてもよい。
【００５９】
また、上記実施の形態１では、２つの異なる回転角度位置にワークを回転させるようにしたが、３つ以上の異なる回転角度位置にワークを回転させてもよい。
【００６０】
また、上記実施の形態では、２軸構成の垂直多関節ロボットを用いるようにしたが、他の任意の構成あるいは軸数のロボットに本発明を適用するようにしてもよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、所定の把持位置を回転中心として校正用物体を回転させる把持ツールを設け、校正用物体を複数の異なる角度に回転させたときの校正用物体上の単一の計測点に対応する複数の視覚座標に基づいて回転不動点の視覚座標を算出し、さらにロボット座標と視覚座標との変換関係を用いてロボット座標における把持位置を求めるようにしているので、ロボット座標における把持位置を正確に算出することができ、これによりロボットの位置決め精度が向上する。したがって、ロボットの先端軸と実際にワークを把持する位置に大きなオフセットがあった場合、あるいはワークが非常に微少な場合であっても、ワークを掴み損なうことなく確実に把持でき、作業効率が向上する。また、この発明では、校正用物体を複数の異なる角度に回転させたときの校正用物体上の単一の計測点に対応する複数の視覚座標に基づいて回転不動点の視覚座標を算出し、この算出結果に基づいてロボット座標と視覚座標との校正を行うようにしているので、撮像所要エリアを従来よりも小さくすることができ、したがって計測位置を求める際の画像計測精度を向上することができ、これによりキャリブレーション精度を向上させることができる。また、校正用物体を小さく構成できるため、ロボット先端での把持が容易となる。
【００６２】
つぎの発明では、所定の把持位置を回転中心として校正用物体を回転させる把持ツールを設け、回転前後での校正用物体上の複数計測点の視覚座標を基に回転不動点の視覚座標を算出し、ロボット座標と視覚座標の変換関係を用いることにより前記把持位置のロボット座標における位置を算出するようにしたので、ロボット座標における把持位置を正確に算出することができ、これによりロボットの位置決め精度が向上する。したがって、ロボットの先端軸と実際にワークを把持する位置に大きなオフセットがあった場合、あるいはワークが非常に微少な場合であっても、ワークを掴み損なうことなく確実に把持でき、作業効率が向上する。
【００６３】
つぎの発明によれば、着脱自在なストッパによって把持ツールの回転を禁止できるようにしているので、通常作業時には把持ツールが自由回転しないように構成できるため、この把持ツールを用いて通常のワークの移載作業等が可能となる。
【００６４】
つぎの発明によれば、把持ツールを特定の角度において仮固定可能な構造としたので、これらの角度を予め設定登録しておくようにすれば、回転角度を計算する必要がなくなり、これにより回転不動点算出の際の計算が容易となり、計算処理を簡易化することができる。
【００６５】
つぎの発明によれば、第１把持ツールに対し、校正作業用の第２把持ツールを着脱自在としたので、把持位置校正作業時にのみ第２把持ツールを取り付ければ良く、通常のロボット作業の時は第２把持ツールを取り外せばよくなり、校正作業から通常のロボット作業への移行を速やかになし得る。また、第１把持ツールは既存のものを使用することができるため、コストが低下する。
【００６６】
つぎの発明によれば、第１把持ツールに対し、校正作業用の第２ツールを着脱自在としたので、把持位置校正作業時にのみ第２ツールを取り付ければ良くなり、校正作業から通常のロボット作業への移行を速やかになし得る。また、第１把持ツールは既存のものを使用することができるため、コストが低下する。さらに、校正用物体を第２ツール本体部に一体的に構成したので、校正用物体の位置、姿勢ずれがなくなり、高精度の校正をなし得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかるロボット座標構成システムの実施の形態１の構成を示す概念図である。
【図２】ロボットに取り付けられる把持ツールの一例を示す断面図である。
【図３】校正用物体の回転前後の姿勢を示す図である。
【図４】実施の形態１による校正用物体の回転前後の姿勢を示す図である。
【図５】実施の形態１による座標校正の手順を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態２による校正用物体の回転前後の姿勢を示す図である。
【図７】実施の形態３に用いられる把持ツールの一例を示す断面図である。
【図８】実施の形態４に用いられる把持ツールの一例を示す断面図である。
【図９】実施の形態５に用いられる把持ツールの一例を示す断面図である。
【図１０】実施の形態６に用いられる把持ツールの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１第１軸、２第２軸、３先端軸、４把持ツール、５校正用物体、６ハンド軸、１０ロボット、１１ツール本体部、１２把持回転部、１３吸着パッド、１４ストッパ部材、１５凹部、１６ボールスプリング、１７孔、１８カメラ、２０第１把持ツール、２１第１ツール本体部、２２把持部、３０第２把持ツール、３０' 第２ツール、３１第２ツール本体部、３２把持回転部、３３吸着パッド、４０校正用物体、５０ディスプレイ、６０画像認識部、７０ロボットコントローラ、ｄオフセット量、Ｋ把持位置（把持点）。

Claims

複数の軸を有しその先端軸から所定のオフセット量だけ離れた把持位置で物体を把持するロボットと、撮像手段とを備え、ロボットに把持された校正用物体を前記撮像手段によって撮像し、その撮像画像に基づいてロボット座標と視覚座標との校正を行うロボット座標校正システムにおいて、
前記把持位置に取り付けられ、校正用物体を把持してかつ前記把持位置を中心に回転可能な把持ツールと、
前記撮像画像に基づいて前記校正用物体上に設定した単一の所定の計測点の視覚座標を計測するとともに、前記把持ツールを回転させることにより前記校正用物体を２以上の複数の異なる回転角度をもって回転させたときの、これら複数の回転角度での前記計測点の視覚座標を計測する手段と、
前記回転前の計測点の視覚座標、および回転後の複数の回転角度での複数の視覚座標に基づいて前記撮像画像中の回転不動点の視覚座標を算出し、さらにこの回転不動点の視覚座標およびロボット座標と視覚座標との変換関係を用いてロボット座標における前記把持位置を求める手段と、
を備え、
前記把持ツールは、
前記ロボットの先端に固定される第１ツール本体部と、この第１ツール本体部に固定されて物体を把持可能な把持部とを有する第１把持ツールと、
この第１把持ツールの把持部によって把持される第２ツール本体部と、この第２ツール本体部に対し回転可能に配設され、前記校正用物体を一体的に形成した回転体とを有する第２ツールと、
を備えることを特徴とするロボット座標校正システム。
複数の軸を有しその先端軸から所定のオフセット量だけ離れた把持位置で物体を把持するロボットと、撮像手段とを備え、ロボットに把持された校正用物体を前記撮像手段によって撮像し、その撮像画像に基づいてロボット座標と視覚座標との校正を行うロボット座標校正システムにおいて、
前記把持位置に取り付けられ、校正用物体を把持してかつ前記把持位置を中心に回転可能な把持ツールと、
前記撮像画像に基づいて前記把持物体上に設定した複数の所定の計測点の視覚座標を計測するとともに、前記把持ツールを回転させることにより前記把持物体を回転させたときのこれら複数の計測点の視覚座標を計測する手段と、
前記回転前の複数の計測点の視覚座標および回転後の複数の計測点の視覚座標に基づいて前記撮像画像中の回転不動点の視覚座標を算出し、さらにこの回転不動点の視覚座標およびロボット座標と視覚座標との変換関係を用いてロボット座標における前記把持位置を求める手段と、
を備え、
前記把持ツールは、
前記ロボットの先端に固定される第１ツール本体部と、この第１ツール本体部に固定されて物体を把持可能な把持部とを有する第１把持ツールと、
この第１把持ツールの把持部によって把持される第２ツール本体部と、この第２ツール本体部に対し回転可能に配設され、前記校正用物体を一体的に形成した回転体とを有する第２ツールと、
を備えることを特徴とするロボット座標校正システム。
前記第２ツール本体部は、前記第１把持ツールの把持部により着脱自在に把持されることを特徴とする請求項１または２に記載のロボット座標校正システム。