JP4259910B2

JP4259910B2 - ロボットの教示方法および教示装置

Info

Publication number: JP4259910B2
Application number: JP2003124591A
Authority: JP
Inventors: 球夫岡本; 隆姉崎
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2023-04-30
Also published as: JP2004322298A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はロボットの教示方法および教示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロボットを動作させるために、その動作プログラムをあらかじめ教示することが行われている。従来の教示方法および教示装置として、教示具の先端を直接教示位置に当てて、その教示具の先端位置を認識することにより、教示を行うようにしたものがある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
この教示方法および教示装置を図１４を用いて説明する。ここでは、オペレータ９１によって把持される教示具９２の先端に指示指標９３を設けて、その指示指標９３の位置を画像処理装置９４によって３次元的に計測する。ここでは、オペレータ９１が教示具９２の指示指標９３を教示対象物９５の表面における教示位置に直接あて、この指示指標９３の位置を画像処理装置９４にて計測することで教示を行う。
【０００４】
従来の他の教示方法および教示装置として、光照射装置により教示位置に光の目印を設け、これを認識することにより教示を行うものもある（例えば、特許文献２）。
【０００５】
この教示方法および教示装置を、図１５を用いて説明する。ここでは、教示先に光照射を行って光の目印９６をつける光照射装置９７と、その光の目印９６の位置を３次元的に計測する画像処理装置または信号処理装置９８とでシステムを構成している。そして、教示位置に光の目印９６がくるように光照射装置９７から光を照射し、画像処理装置または信号処理装置９８によってこの光の目印９６の位置を計測することで、教示を行うものである。
【０００６】
【特許文献１】
特公平７−３２９９４号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２００２−８２７２０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の技術では、教示具９２の先端の指示指標９３や光の目印９６を教示位置に直接あてる必要がある。このため、図１４の教示具９２を用いる場合は、この教示具９２の届かない場所での教示ができず、したがって広い場所での教示の際には、オペレータ９１が大きく移動する必要がある。また、図１５の光の目印９６を用いる場合は、教示箇所の素材や形状によってはマーキングすなわち目印の付与ができないことがあるとともに、同様に光学系の性能に基づく一定の距離を越える遠方では教示ができないという課題がある。
【０００９】
そこで本発明は、教示対象の素材や形状にかかわらず、また教示対象が遠い位置に存在する場合でも、容易にロボットに教示できるようにすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明に係るロボットの教示方法は、指示手段（１２）によって教示位置を指し示し、前記指示手段（１２）の中心軸の先端と中心軸上の他の一点との２点の参照位置を参照して前記２点の参照位置を結んで方向ベクトルを作ることによって前記指示手段（１２）の指し示す指示方向を計測し、前記指示方向に存在する床面や壁面や物体平面の指示先の環境の情報、および前記指示方向をもとに、前記２点の参照位置を通る直線と前記指示方向に存在する床面や壁面や物体平面との交点を求め、求めた交点を教示位置として特定することを特徴とし、本発明に係るロボットの教示装置は、教示位置を指し示す指示手段（１２）と、前記指示手段（１２）の中心軸の先端と中心軸上の他の一点との２点の参照位置を参照して前記２点の参照位置を結んで方向ベクトルを作ることによって前記指示手段（１２）の指し示す指示方向を計測する指示方向計測装置（１３）と、指示先情報取得装置からの、前記指示方向に存在する床面や壁面や物体平面の指示先の環境の情報、および前記指示方向をもとに、前記２点の参照位置を通る直線と前記指示方向に存在する床面や壁面や物体平面との交点を求め、求めた交点を教示位置として特定する教示位置特定装置（１８）と、を有することを特徴とする。
【００１１】
これにより、目標位置および経路をロボットに教示する際に、教示位置に直接目印を設けることなしに、容易に教示を行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のロボットの教示方法および教示装置の実施の形態を、図１〜図１３に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態のロボットの教示装置の概略構成を示し、図２は本発明の実施の形態のロボットの教示方法の概略を示し、図３〜図６は本発明の実施の形態のロボットの教示装置の具体例を示し、図７〜図１２は本発明にもとづく指示方向の決定方法の例を示し、図１３は本発明にもとづく教示位置の決定方法の例を示している。
【００１４】
図１に示す教示装置において、１１はオペレータとしての教示者である。１２は、教示位置を指し示す教示位置指示手段で、ここでは後述の図３の場合と同様に教示者１１の指先を教示位置指示手段としている。１３は指示方向計測装置で、教示位置指示手段１２をとらえるカメラ１４を備えて、その指示方向を計測する。１５は指示先情報取得装置で、指示方向計測装置１３から入力される指示方向データ１６に基づき教示先すなわち指示先の情報を取得するためのものであって、そのためのカメラ１７を備える。１８は教示位置特定装置で、指示先情報取得装置１５からの指示方向および指示先についての情報１９から教示位置を特定する。２０は記憶装置で、教示位置特定装置１８からの教示位置データ２１を記憶する。
【００１５】
次に、図２のフローチャートに基づき本発明の実施の形態の教示方法を説明する。図示のように、まず図１における教示者１１が教示位置指示手段１２により教示位置を指し示し（ステップ１）、この教示位置指示手段１２の指し示す方向を指示方向計測装置１３にて計測することで指示方向を求める（ステップ２）。次に、指示先情報取得装置１５によって、ステップ２の指示方向で示された指示先の情報を取得し（ステップ３）、指示方向および指示先についての情報１９から、教示位置特定装置１８によって教示位置の特定を行う（ステップ４）。特定した教示位置は、教示経路として記憶装置２０に記憶する（ステップ５）。以上により教示を行う。
【００１６】
次に、これらの教示方法および教示装置を用いたシステムの例を、図３〜図６に基づいて説明する。
図３に示すように、教示者１１がロボット３１に教示を行うことを想定する。ここでは教示位置指示手段１２として教示者１１の指先を用い、教示位置を指差することにより教示位置を指示する。このとき、教示位置を示すことを身振りや音声によってあらかじめロボット３１に通知しておき、その通知に従ってロボット３１は、指示方向計測装置１３としてのステレオカメラおよび画像処理装置によって教示者１１の指先の画像を取得しその指し示す指示方向を３次元的に計測する。次に、計測された指示方向に従って、指示先情報取得装置１５であるステレオカメラおよび画像処理装置にて指示先の教示位置３２の画像を取得し、画像処理を行って、指示先すなわちこの教示位置３２の環境の情報を３次元的に取得する。
【００１７】
ただし、あらかじめ取得されている地図データベース３３であってたとえばロボット３１に内蔵されているものなどにより環境の情報が手に入る場合は、その地図データベース３３から情報を取得してもよい。
【００１８】
そして、取得された指示方向および指示先の情報をもとに、ロボット３１に設けられた教示位置特定装置１８としての計算機３４によって教示位置３２を求める。ここで、指示先の教示位置３２の画像もしくは情報を、ディスプレイとキーボード等の入力装置とで構成された教示情報表示入力装置３５に表示して、教示者１１に通知確認を行う。このとき、場合によっては教示位置３２の修正等を行ってもよい。そして、教示位置３２についての情報は、教示位置の記憶装置２０に保存される。教示位置の記憶装置２０では、複数の教示位置３２をもとに教示経路３６の作成を行う。
【００１９】
また、このシステムにおいて、指示先情報の取得時の目標となるランドマーク３７を設定し、指示先情報取得装置１５によってランドマーク３７の形状や色などの特徴と経路３６との位置関係を合わせて取得し、これを教示位置の記憶装置２０にて記憶して、ロボット動作時のランドマーク情報とすることもできる。
【００２０】
図４のシステムでは、図３のシステムにおける教示方向計測装置１３と指示先情報取得装置１５とで、ステレオカメラ３８および図示を省略した画像処理装置を兼用している。そして、はじめは教示者１１の示す教示方向を計測し、その後にステレオカメラ３８の向きを指示先すなわち教示位置３２の方向に変えて、その教示位置３２の情報を取得する。
【００２１】
図５のシステムでは、図３、図４のシステムにおけるロボット３１にすべての機能を持たせずに、その機能の一部もしくはすべてを、ロボット３１とは別に設けられた教示経路生成装置３９に持たせている。そして、教示経路生成装置３９とロボット３１との間の通信によって、教示作業や教示経路データをロボット３１へ通知する。４０は、そのための通信手段である。
【００２２】
図６のシステムでは、ロボット３１自身が指示先に移動し、指示方向計測装置１３であるステレオカメラおよび画像処理装置によって、教示位置指示手段１２の指示方向とカメラとのずれを検知する。そして、このずれを無くして両者が向かい合うようにロボット３１が移動し、その移動情報によって教示位置を決定する。
【００２３】
次に、これらの教示方法に用いる教示位置指示手段１２と、その指示方向の決定方法について、図７〜図１２に基づいて説明する。
図７の例では、教示者１１が教示位置指示手段１２としての先端が棒状の教示具を手に持って指示を行っており、その棒の中心軸方向により指示方向４１を決定する。
【００２４】
図８の例では、前述のように教示者の指先を教示位置指示手段１２としており、ここでは、指の第一関節の位置４２と指の先端の位置４３とを結んで作られる方向ベクトルによって指示方向４１を決定する。ここでは、指の先端の位置４３が本発明における教示位置指示手段１２の中心軸の先端に該当し、また指の第一関節の位置４２が中心軸上の他の一点に該当する。
【００２５】
図９の例では、教示者の指の付け根位置４４（中心軸上の他の一点に該当）と指の先端の位置４３（中心軸の先端に該当）とを結んで作られる方向ベクトルによって、指示方向４１を決定する。
【００２６】
図１０の例では、教示者１１が手首や指を伸ばしたときの、この教示者１１の肘の位置４５（中心軸上の他の一点に該当）と手先の位置４６（指の先端の位置４３に相当、また中心軸の先端に該当）とを結んで作られる方向ベクトルによって、指示方向４１を決定する。
【００２７】
図１１の例では、教示者１１が腕を伸ばしたときの、その腕の付け根位置４７（中心軸上の他の一点に該当）と手先の位置４６（また中心軸の先端に該当）とを結んで作られる方向ベクトルによって指示方向４１を決定する。
【００２８】
図１２の例では、教示者１１と教示位置指示手段１２としての教示具とにおける任意の少なくとも２点を、中心軸上の他の一点に該当する参照位置４８および中心軸の先端に該当する参照位置４９として、事前にデータベース５０に登録しておく。そして、その参照位置４８、４９によって決定される方向ベクトルによって指示方向４１を決定する。
【００２９】
また、教示位置指示手段に磁気センサや無線位置検出センサ等の位置姿勢検出センサを備えたり、位置姿勢検出センサを備えたデータグローブ等を用い、教示位置指示手段の姿勢を取得することにより、指示方向を計測するようにしてもよい。
【００３０】
図１３は、教示位置３２の特定方法の例について説明する。ここでは、指示方向４１に存在する床面や壁面などの環境平面５１と指示方向４１のベクトルとの交点を教示位置３２とする。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明によると、教示位置に目印を設けることなしに、ロボットの目標位置および経路の教示を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のロボットの教示装置の概略構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態のロボットの教示方法の概略を示す図
【図３】本発明の実施の形態のロボットの教示装置の具体例を示す図
【図４】本発明の実施の形態のロボットの教示装置の他の具体例を示す図
【図５】本発明の実施の形態のロボットの教示装置の他の具体例を示す図
【図６】本発明の実施の形態のロボットの教示装置の他の具体例を示す図
【図７】本発明にもとづく指示方向の決定方法の例を示す図
【図８】本発明にもとづく指示方向の決定方法の他の例を示す図
【図９】本発明にもとづく指示方向の決定方法の他の例を示す図
【図１０】本発明にもとづく指示方向の決定方法の他の例を示す図
【図１１】本発明にもとづく指示方向の決定方法の他の例を示す図
【図１２】本発明にもとづく指示方向の決定方法の他の例を示す図
【図１３】本発明にもとづく教示位置の決定方法の他の例を示す図
【図１４】従来のロボットの教示方法の一例を示す図
【図１５】従来のロボットの教示方法の他の例を示す図
【符号の説明】
１１教示者
１２教示位置指示手段
１３指示方向計測装置
１５指示先情報取得装置
１８教示位置特定装置

Claims

指示手段（１２）によって教示位置を指し示し、
前記指示手段（１２）の中心軸の先端と中心軸上の他の一点との２点の参照位置を参照して前記２点の参照位置を結んで方向ベクトルを作ることによって前記指示手段（１２）の指し示す指示方向を計測し、
前記指示方向に存在する床面や壁面や物体平面の指示先の環境の情報、および前記指示方向をもとに、前記２点の参照位置を通る直線と前記指示方向に存在する床面や壁面や物体平面との交点を求め、
求めた交点を教示位置として特定すること
を特徴とするロボットの教示方法。
指示手段（１２）によって教示位置を指し示し、
前記指示手段（１２）の中心軸の先端と中心軸上の他の一点との２点の参照位置を参照して前記２点の参照位置を結んで方向ベクトルを作ることによって前記指示手段（１２）の指し示す指示方向を計測し、
前記指示方向に存在する床面や壁面や物体平面の指示先の環境の情報、および前記指示方向をもとに、前記２点の参照位置を通る直線と前記指示方向に存在する床面や壁面や物体平面との最初の交点を求め、
求めた最初の交点を教示位置として特定すること
を特徴とするロボットの教示方法。
教示位置を指し示す指示手段（１２）と、
前記指示手段（１２）の中心軸の先端と中心軸上の他の一点との２点の参照位置を参照して前記２点の参照位置を結んで方向ベクトルを作ることによって前記指示手段（１２）の指し示す指示方向を計測する指示方向計測装置（１３）と、
指示先情報取得装置からの、前記指示方向に存在する床面や壁面や物体平面の指示先の環境の情報、および前記指示方向をもとに、前記２点の参照位置を通る直線と前記指示方向に存在する床面や壁面や物体平面との交点を求め、求めた交点を教示位置として特定する教示位置特定装置（１８）と、を有すること
を特徴とするロボットの教示装置。
教示位置を指し示す指示手段（１２）と、
前記指示手段（１２）の中心軸の先端と中心軸上の他の一点との２点の参照位置を参照して前記２点の参照位置を結んで方向ベクトルを作ることによって前記指示手段（１２）の指し示す指示方向を計測する指示方向計測装置（１３）と、
指示先情報取得装置からの、前記指示方向に存在する床面や壁面や物体平面の指示先の環境の情報、および前記指示方向をもとに、前記２点の参照位置を通る直線と前記指示方向に存在する床面や壁面や物体平面との最初の交点を求め、求めた最初の交点を教示位置として特定する教示位置特定装置（１８）と、を有すること
を特徴とするロボットの教示装置。
指示方向計測装置（１３）が、教示位置を指し示す指示手段（１２）の画像を取得してその画像の画像処理を行うことで前記指示手段の中心軸の先端と中心軸上の他の一点との２点の参照位置を参照して、前記２点の参照位置を結んで方向ベクトルを作ることによって前記指示手段（１２）の指し示す指示方向を計測し、
指示先情報取得装置が、前記指示方向に従って指示先の画像を取得してその画像の画像処理を行うことで前記指示方向に存在する床面や壁面や物体平面を指示先の環境の情報として取得すること
を特徴とする請求項３または請求項４に記載のロボットの教示装置。
指示方向計測装置（１３）が、教示位置を指し示す指示手段（１２）の画像を取得してその画像の画像処理を行うことで前記指示手段の中心軸の先端と中心軸上の他の一点との２点の参照位置を参照して、前記２点の参照位置を結んで方向ベクトルを作ることによって前記指示手段の指し示す指示方向を計測し、
指示先情報取得装置が、あらかじめ取得されている地図データベース（３３）から環境の情報を取得すること
を特徴とする請求項３または請求項４に記載のロボットの教示装置。