JP4274558B2

JP4274558B2 - Calibration method

Info

Publication number: JP4274558B2
Application number: JP2004268640A
Authority: JP
Inventors: 卓郎浅岡
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2024-09-15
Also published as: JP2006082170A

Description

本発明は、ワークの位置座標を検出する視覚センサの検出位置座標系と、ワークの位置座標までツールを移動させる多関節ロボットのツール位置座標系とを対応させるキャリブレーション方法に関する。 The present invention relates to a calibration method that associates a detection position coordinate system of a visual sensor that detects a position coordinate of a workpiece with a tool position coordinate system of an articulated robot that moves a tool to the position coordinate of the workpiece.

ツールを交換して様々な作業に使用することのできる汎用性を備えた産業用ロボットとして、多関節ロボットが知られている。この多関節ロボットには、アームを主に水平方向で移動させる水平多関節ロボット（スカラーロボット）や、アームを主に垂直方向で移動させる垂直多関節ロボット等がある。垂直多関節ロボットは、ツールを任意の姿勢にすることができ、スカラーロボットに比べ、より高い汎用性を備えている。 Articulated robots are known as industrial robots with versatility that can be used for various tasks by exchanging tools. This articulated robot, the horizontal articulated robot (scalar robot) for moving the arm mainly in horizontal direction and, there is a vertical articulated robot for moving the arm mainly in the vertical direction. The vertical articulated robot can have a tool in an arbitrary posture and has higher versatility than a scalar robot.

多関節ロボットに所定の動作を行なわせるために、撮像カメラと画像認識装置とからなる視覚センサでワークの位置や姿勢を検出し、この検出位置にロボットハンド等のツールを移動させて、ワークをハンドリングする手法が一般に用いられている。視覚センサで検出した位置にツールを精度よく移動させるには、視覚センサの検出位置座標系と、多関節ロボットのツール位置座標系とを高精度に対応させなければならない。この二つの座標系を対応させる作業は、一般にキャリブレーションと呼ばれており、従来から種々のキャリブレーション方法が用いられている。 In order to cause the articulated robot to perform a predetermined operation, the position and posture of the workpiece are detected by a visual sensor composed of an imaging camera and an image recognition device, and a tool such as a robot hand is moved to this detection position to move the workpiece. A handling method is generally used. In order to accurately move the tool to the position detected by the visual sensor, the detection position coordinate system of the visual sensor and the tool position coordinate system of the articulated robot must be associated with high accuracy. The operation of making these two coordinate systems correspond is generally called calibration, and various calibration methods have been conventionally used.

例えば、特許文献１に記載されているロボットと視覚センサとのキャリブレーション方法は、ツールとしてロボットハンドを使用し、四隅に円形の指標が描かれたキャリブレーションプレートをツール位置座標系と平行になるようにロボットハンドに持たせ、このキャリブレーションプレートの円形の指標を視覚センサで検出させ、各指標間の実際のピッチと画像認識処理によって得た指標間のピッチとから、視覚センサの検出位置座標系とロボットのツール位置座標系とのＸ座標及びＹ座標、及び回転方向の相関を求めている。
特開平０８−０７１９７２号公報 For example, in the calibration method of a robot and a visual sensor described in Patent Document 1, a robot hand is used as a tool, and a calibration plate having circular indices drawn at four corners is parallel to the tool position coordinate system. As shown in the figure, the circular index on the calibration plate is detected by the visual sensor, and the detection position coordinates of the visual sensor are determined from the actual pitch between the indices and the pitch between the indices obtained by the image recognition process. The correlation between the X coordinate and the Y coordinate between the system and the tool position coordinate system of the robot and the rotation direction is obtained.
Japanese Patent Laid-Open No. 08-071972

特許文献１記載のキャリブレーション方法は、キャリブレーションプレートの指標のピッチを視覚センサによって得た座標値の差で割ってキャリブレーション係数を求めているだけであるため、キャリブレーションプレートと各座標系との平行度の精度が低いと、視覚センサの検出位置座標系が歪んで直交座標系でなくなってしまい、大きな誤差が発生する。そのため、特許文献１記載のキャリブレーション方法によって検出位置座標系とツール位置座標系とを高精度に対応させるには、視覚センサの撮像面と、キャリブレーションプレートの指標形成面と、ロボットハンドの移動平面との平行度を高精度に調整しなければならない。しかし、この平行度の調整には大がかりで高価な装置が必要であり、時間もかかるという問題があった。 Since the calibration method described in Patent Document 1 simply calculates the calibration coefficient by dividing the pitch of the calibration plate index by the difference between the coordinate values obtained by the visual sensor, If the accuracy of the parallelism is low, the detection position coordinate system of the visual sensor is distorted and is not an orthogonal coordinate system, and a large error occurs. Therefore, in order to correspond the detection position coordinate system and the tool position coordinate system with high accuracy by the calibration method described in Patent Document 1, the imaging surface of the visual sensor, the index formation surface of the calibration plate, and the movement of the robot hand The parallelism with the plane must be adjusted with high accuracy. However, there is a problem that this adjustment of parallelism requires a large and expensive device and takes time.

また、特許文献１記載のキャリブレーション方法では、キャリブレーションプレートの指標のピッチをツール位置座標系のピッチとして、視覚センサの検出位置座標系との相関を求めているため、キャリブレーションプレートの指標の誤差や、多関節ロボットの誤差がそのままキャリブレーションに反映されてしまうという問題もあった。 In the calibration method described in Patent Document 1, since the correlation between the calibration plate index and the detection position coordinate system of the visual sensor is obtained using the pitch of the calibration plate index as the pitch of the tool position coordinate system, the calibration plate index There was also a problem that errors and errors of articulated robots were reflected in the calibration as they were.

また、多関節ロボットは、各関節部分の誤差が集積されてツールの移動位置に表れるため、ツールの移動位置には絶対位置精度が無く、視覚センサで検出した位置にツールを移動させることが難しいという問題があった。更に、多関節ロボットでは、ツールを同じ位置に異なる方向から移動させると、関節の軸ぶれ等によってツールの移動位置に最大で数ｍｍ程度も誤差が生じてしまうという問題があった。 In addition, the articulated robot accumulates the errors of each joint part and appears at the movement position of the tool. Therefore, the movement position of the tool has no absolute position accuracy, and it is difficult to move the tool to the position detected by the visual sensor. There was a problem. Further, in the articulated robot, when the tool is moved to the same position from different directions, there is a problem that an error of about several millimeters at the maximum occurs in the movement position of the tool due to the axial movement of the joint.

本発明は、上記各問題点を解決するためのもので、視覚センサの検出位置座標系と、多関節ロボットのツール位置座標系とのキャリブレーションを高精度に行なうことを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to perform calibration between a detection position coordinate system of a visual sensor and a tool position coordinate system of an articulated robot with high accuracy.

上記課題を解決するために、本発明のキャリブレーション方法は、ツール位置座標系上に配置された軸対称性を有する４点のキャリブレーション位置にツールを順次移動させ、視覚センサによって各キャリブレーション位置でのツールまたはツールに保持されたワークの検出位置座標を検出する。このツールまたはワークの検出位置座標を任意のパラメータを有する座標変換式を用いてツール位置座標系に変換するときに、この座標変換されたツール位置座標と、各キャリブレーション位置のツール位置座標との誤差量が小さくなるように、座標変換式のパラメータを算出するようにした。しかし、各点の誤差量を同時に無にするようなパラメータを求めることは、ほぼ確実に不可能である。そこで、本発明では、対角の点同士の誤差ベクトルを一致させることのできるパラメータを求めることによって、全体として誤差量が小さくなるようにした。 In order to solve the above-described problem, the calibration method of the present invention sequentially moves the tool to four calibration positions having axial symmetry arranged on the tool position coordinate system, and each calibration position is detected by a visual sensor. The detection position coordinate of the tool held in the tool or the tool is detected. When the detected position coordinates of this tool or workpiece are converted into the tool position coordinate system using a coordinate conversion formula having an arbitrary parameter, the tool position coordinates after the coordinate conversion and the tool position coordinates of each calibration position are The parameters of the coordinate conversion formula are calculated so that the error amount is small. However, it is almost certainly impossible to obtain a parameter that eliminates the error amount at each point simultaneously. Therefore, in the present invention, the error amount as a whole is reduced by obtaining a parameter that can match the error vectors of the diagonal points.

また、パラメータを算出するステップでは、誤差ベクトルを対角の点同士で一致させる条件とともに、各キャリブレーション位置のツール位置座標と、座標変換されたツールまたはワークのツール位置座標との誤差ベクトルが、隣り合う点同士で加算したときに０なる条件を置いてパラメータを算出している。 In addition, in the parameter calculation step, the error vector between the tool position coordinate of each calibration position and the tool position coordinate of the coordinate-converted tool or workpiece, together with the condition for matching the error vector between the diagonal points , The parameter is calculated under the condition of 0 when the adjacent points are added.

座標変換式としては、ツール位置座標系を（Ｘ，Ｙ）、検出位置座標系を（ｘ，ｙ）、検出位置座標系のツール位置座標系上の基準位置を（Ｘ_０，Ｙ_０）、パラメータをα_１，β_１，α_２，β_２とし、下記式（１），（２）を用いた。そして、ツール位置座標系上に配置された軸対称性を有する４点のキャリブレーション位置（Ｐ_１，Ｑ_１），（Ｐ_２，Ｑ_１），（Ｐ_１，Ｑ_２），（Ｐ_２，Ｑ_２）にツールを順次移動させ、視覚センサによって各キャリブレーション位置でのツールまたはワークの検出位置座標（ｘ_１，ｙ_１），（ｘ_２，ｙ_２），（ｘ_３，ｙ_３），（ｘ_４，ｙ_４）を検出した。各キャリブレーション位置におけるツールまたはワークの検出位置座標は、式（１），（２）を用いてツール位置座標（Ｘ_１，Ｙ_１），（Ｘ_２，Ｙ_２），（Ｘ_３，Ｙ_３），（Ｘ_４，Ｙ_４）に変換し、この座標変換されたツール位置座標と各キャリブレーション位置のツール位置座標との誤差ベクトルが対角の点同士で一致するように、各パラメータα_１，β_１，α_２，β_２を算出するようにした。
Ｘ＝α_１ｘ＋β_１ｙ＋Ｘ_０・・・式（１）
Ｙ＝α_２ｘ＋β_２ｙ＋Ｙ_０・・・式（２） As the coordinate conversion formula, the tool position coordinate system is (X, Y), the detection position coordinate system is (x, y), the reference position on the tool position coordinate system of the detection position coordinate system is (X ₀ , Y ₀ ), The parameters were α ₁ , β ₁ , α ₂ , β ₂ and the following formulas (1) and (2) were used. The calibration position of the four points having axial symmetry disposed on the tool position coordinates _{_{_{_{(P 1, Q 1),}}}} (P 2, Q 1), (P 1, Q 2), (P 2, The tool is sequentially moved to Q ₂ ), and the detection position coordinates (x ₁ , y ₁ ), (x ₂ , y ₂ ), (x ₃ , y ₃ ) of the tool or workpiece at each calibration position by the visual sensor, (X ₄ , y ₄ ) was detected. The detection position coordinates of the tool or workpiece at each calibration position are the tool position coordinates (X ₁ , Y ₁ ), (X ₂ , Y ₂ ), (X ₃ , Y ₃ ) using Expressions (1) and (2). ), (X ₄ , Y ₄ ), and the parameters α ₁ so that the error vectors between the tool position coordinates subjected to the coordinate conversion and the tool position coordinates of the respective calibration positions coincide with each other at the diagonal points. , Β ₁ , α ₂ , β ₂ are calculated.
X = α ₁ x + β ₁ y + X ₀ Formula (1)
Y = α ₂ x + β ₂ y + Y ₀ Formula (2)

各キャリブレーション位置におけるツールまたはワークのツール位置座標の誤差ベクトルが対角の点同士で同一であるときには、下記式（３）〜（６）が成り立つ。式（３）と（４）は、α１，β１の最適値条件であり、また、式（５），（６）は、α２，β２の最適値条件となるため、式（３）と式（４）、及び式（５）と式（６）とをそれぞれ連立させ、式（１），（２）を代入して展開することによって、下記式（８）〜（１５）を得ることができる。これにより、ツールまたはワークの検出位置座標とキャリブレーション位置のツール位置座標とから、パラメータα₁，β₁，α₂，β₂を算出することができる。
Ｘ₁−Ｘ₃＝Ｘ₄−Ｘ₂・・・式（３）
（Ｘ₁−Ｐ₁）−（Ｘ₂−Ｐ₂）＝（Ｘ₄−Ｐ₂）−（Ｘ₃−Ｐ₁）・・・式（４）
Ｙ₁−Ｙ₂＝Ｙ₄−Ｙ₃・・・式（５）
（Ｙ₁−Ｑ₁）−（Ｙ₃−Ｑ₂）＝（Ｙ₄−Ｑ₂）−（Ｙ₂−Ｑ₁）・・・式（６）
Ｓ₁＝ｘ₁−ｘ₂＋ｘ₃−ｘ₄・・・式（８）
Ｓ₂＝ｘ₁＋ｘ₂−ｘ₃−ｘ₄・・・式（９）
Ｔ₁＝ｙ₁−ｙ₂＋ｙ₃−ｙ₄・・・式（１０）
Ｔ₂＝ｙ₁＋ｙ₂−ｙ₃−ｙ₄・・・式（１１）
α₁＝２Ｔ₂（Ｐ₁−Ｐ₂）／（Ｓ₁Ｔ₂−Ｓ₂Ｔ₁）・・・式（１２）
β₁＝−２Ｓ₂（Ｐ₁−Ｐ₂）／（Ｓ₁Ｔ₂−Ｓ₂Ｔ₁）・・・式（１３）
α₂＝−２Ｔ₁（Ｑ₁−Ｑ₂）／（Ｓ₁Ｔ₂−Ｓ₂Ｔ₁）・・・式（１４）
β₂＝２Ｓ₁（Ｑ₁−Ｑ₂）／（Ｓ₁Ｔ₂−Ｓ₂Ｔ₁）・・・式（１５） When the error vector of the tool position coordinates of the tool or workpiece at each calibration position is the same between the diagonal points, the following equations (3) to (6) hold. Equations (3) and (4) are optimum value conditions for α1 and β1, and equations (5) and (6) are optimum value conditions for α2 and β2. 4), and Equations (5) and (6) are made simultaneous, and the following Equations (8) to (15) can be obtained by substituting and expanding Equations (1) and (2). . Thereby, the parameters α ₁ , β ₁ , α ₂ , β ₂ can be calculated from the detection position coordinates of the tool or workpiece and the tool position coordinates of the calibration position.
X ₁ −X ₃ = X ₄ −X ₂ Formula (3)
(X ₁ −P ₁ ) − (X ₂ −P ₂ ) = (X ₄ −P ₂ ) − (X ₃ −P ₁ ) (4)
Y ₁ −Y ₂ = Y ₄ −Y ₃ Formula (5)
(Y ₁ −Q ₁ ) − (Y ₃ −Q ₂ ) = (Y ₄ −Q ₂ ) − (Y ₂ −Q ₁ ) (6)
S ₁ = x ₁ −x ₂ + x ₃ −x ₄ (8)
S ₂ = x ₁ + x ₂ −x ₃ −x ₄ (9)
T ₁ = y ₁ −y ₂ + y ₃ −y ₄ Formula (10)
_{_{_{T 2 = y 1 + y 2}}} -y 3 -y 4 ··· formula (11)
α ₁ = 2T ₂ (P ₁ −P ₂ ) / (S ₁ T ₂ −S ₂ T ₁ ) (12)
β ₁ = −2S ₂ (P ₁ −P ₂ ) / (S ₁ T ₂ −S ₂ T ₁ ) (13)
α ₂ = −2T ₁ (Q ₁ −Q ₂ ) / (S ₁ T ₂ −S ₂ T ₁ ) (14)
β ₂ = 2S ₁ (Q ₁ -Q ₂ ) / (S ₁ T ₂ -S ₂ T ₁ ) (15)

また、各キャリブレーション位置でツールまたはワークの検出位置座標を検出するステップでは、ツールまたはワークの姿勢を複数段階に変化させて、視覚センサによってツールまたはワークの各姿勢の検出位置座標を検出し、この複数の検出位置座標から平均値を算出して、そのキャリブレーション位置における検出位置座標とした。なお、ツールまたはワークの姿勢の変化は、視覚センサの光軸とほぼ平行で、ツールの先端近傍を通る軸を中心に３６０°／Ｎ（Ｎ＞＝２）ずつ回転させることによって行ない、各回転位置でのツールまたはワークの検出位置座標（ｋ_ｉｊ，ｌ_ｉｊ）（ｉ：キャリブレーション位置番号（１〜４）、ｊ：回転位置番号（１〜Ｎ））を視覚センサで検出するようにした。また、下記式（７）を用いてツールまたはワークの複数の検出位置座標の平均値を算出し、そのキャリブレーション位置における検出位置座標（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）とした。

In addition, in the step of detecting the detection position coordinates of the tool or work at each calibration position, the position of the tool or work is changed in multiple stages, and the detection position coordinates of each position of the tool or work are detected by a visual sensor, An average value was calculated from the plurality of detection position coordinates and used as detection position coordinates at the calibration position. Note that the posture of the tool or workpiece is changed by rotating 360 ° / N (N> = 2) about the axis that is substantially parallel to the optical axis of the visual sensor and passes near the tip of the tool. The detection position coordinates (k _ij , l _ij ) (i: calibration position number (1-4), j: rotation position number (1-N)) of the tool or workpiece at the position are detected by the visual sensor. . Further, an average value of a plurality of detection position coordinates of the tool or the workpiece was calculated using the following formula (7), and the detection position coordinates (x _i , y _i ) at the calibration position were calculated.

本発明の視覚センサと多関節ロボットとのキャリブレーション方法によれば、ツール位置座標系と、座標変換式によって検出位置座標系から変換されたツール位置座標との誤差量が全体的に小さくなるようなパラメータを算出するようにしたので、簡易な座標変換式を用いているにも関わらず、ツール位置座標系と検出位置座標系とを高精度に対応させることができる。 According to the calibration method of the visual sensor and the articulated robot of the present invention, the error amount between the tool position coordinate system and the tool position coordinates converted from the detection position coordinate system by the coordinate conversion formula is reduced as a whole. Since a simple parameter is calculated, the tool position coordinate system and the detected position coordinate system can be associated with high accuracy despite using a simple coordinate conversion formula.

また、視覚センサの検出位置座標系から得られるツール位置座標を直接最適になるような条件を用いて算出するため、検出位置座標系及びツール位置座標系、もしくはこれらのどちらかが歪んでいる場合でも誤差量が最小となるパラメータを算出することができる。これにより、大がかりで高価な装置や、膨大な調整時間を使わずとも、簡易な調整でツール位置座標系と検出位置座標系とを高精度に対応させることができる。 Also, because the tool position coordinates obtained from the detection position coordinate system of the visual sensor are calculated using conditions that directly optimize, the detection position coordinate system and / or the tool position coordinate system are distorted However, the parameter that minimizes the error amount can be calculated. Accordingly, the tool position coordinate system and the detection position coordinate system can be made to correspond with high accuracy by simple adjustment without using a large and expensive apparatus or an enormous adjustment time.

更に、各キャリブレーション位置でツールを回転させて姿勢を変化させ、各姿勢の検出位置座標から得た平均値によってキャリブレーションを行なうようにしたので、回転時に軸ブレを起こす多関節ロボットでも、高精度なキャリブレーションを行なうことができる。 Furthermore, the tool is rotated at each calibration position to change the posture, and the calibration is performed with the average value obtained from the detected position coordinates of each posture. Accurate calibration can be performed.

また、本発明では、キャリブレーション用のプレートではなく、ツールまたはツールに保持されたワークを使用してキャリブレーションを行なうので、多大な負荷であるキャリブレーションプレートとロボットの座標系との平行出し作業が不要であり、キャリブレーションプレートの脱着の必要がないため簡単にキャリブレーションを行なうことができ、キャリブレーションプレート脱着による誤差も発生しない。更に、使用するツールやワークの重量や姿勢の違いによってもツールまたはワークの座標位置の誤差ベクトルが変化するが、実際に使用するツール及びワークによってキャリブレーションを行なうため、各ツールもしくは各ワークの取出し姿勢に最適なキャリブレーションを行なうことができる。また、高精度なキャリブレーションプレートを必要としないため、キャリブレーションにかかるコストを削減することができる。 Further, in the present invention, since calibration is performed using a tool or a work held by the tool, not a calibration plate, parallel operation of the calibration plate and the robot coordinate system, which is a large load, is performed. Is not required, and it is not necessary to attach or detach the calibration plate. Therefore, calibration can be easily performed, and no error due to the attachment or detachment of the calibration plate occurs. Furthermore, the error vector of the coordinate position of the tool or workpiece changes depending on the weight or posture of the tool or workpiece used. However, since calibration is performed according to the tool and workpiece actually used, each tool or each workpiece is taken out. Calibration that is optimal for the posture can be performed. In addition, since a highly accurate calibration plate is not required, the cost for calibration can be reduced.

図１（Ａ），（Ｂ）及び図２は、本発明のキャリブレーション方法が用いられる６軸ロボット２と、視覚センサ３が組み込まれた直進フィーダ４との構成を示す外観斜視図及び側面図である。視覚センサ３は、直進フィーダ４によって供給されたワーク５を撮像して、自身が備える検出位置座標系上でワーク５の検出位置座標及び姿勢を検出する。６軸ロボット２は、視覚センサ３によって検出されたワーク５の検出位置座標及び姿勢に基づいて、自身が備えるツール位置座標系上で先端に取り付けられたツール、例えばロボットハンド２１を移動させてワーク５をハンドリングする。 1A, 1B, and 2 are an external perspective view and a side view showing configurations of a six-axis robot 2 in which the calibration method of the present invention is used and a linear feeder 4 in which a visual sensor 3 is incorporated. It is. The visual sensor 3 images the workpiece 5 supplied by the linear feeder 4 and detects the detection position coordinate and posture of the workpiece 5 on the detection position coordinate system included in the visual sensor 3. The 6-axis robot 2 moves the tool attached to the tip, for example, the robot hand 21 on the tool position coordinate system provided on the 6-axis robot 2 based on the detected position coordinates and posture of the work 5 detected by the visual sensor 3. Handle 5

６軸ロボット２は、サーボモータによって回動される関節を６個備えたアームを有する垂直多関節ロボットであり、先端のツールを取り替えることによって様々な作業に対応することができる汎用性を備えている。また、その関節数の多さと各関節の可動範囲の広さからツールの移動範囲が広く、かつ任意の姿勢をとらせることができる。 The six-axis robot 2 is a vertical articulated robot having an arm having six joints rotated by a servo motor, and has versatility that can cope with various work by changing the tool at the tip. Yes. In addition, because of the large number of joints and the wide range of movement of each joint, the tool can be moved in a wide range and can take an arbitrary posture.

６軸ロボット２は、設置に使用される略円柱形状のベース１０と、このベース１０の上部に第１関節１１を介して回動自在に組み付けられた旋回ボディ１２と、この旋回ボディ１２に第２関節１３を介して回動自在に取り付けられた第１アーム１４と、この第１アーム１４に第３関節１５を介して回動自在に取り付けられ、第４関節１６によって先端が回動自在とされた第２アーム１７と、この第２アーム１７に第５関節１８を介して回動自在に取り付けられ、先端に取り付けられたツールを回動させる第６関節１９を備えた手首２０とから構成されている。 The six-axis robot 2 includes a substantially cylindrical base 10 used for installation, a revolving body 12 that is rotatably attached to the upper portion of the base 10 via a first joint 11, and A first arm 14 rotatably attached via two joints 13, a first arm 14 rotatably attached to the first arm 14 via a third joint 15, and a distal end pivotable by a fourth joint 16. And a wrist 20 provided with a sixth joint 19 that is rotatably attached to the second arm 17 via a fifth joint 18 and rotates a tool attached to the tip. Has been.

図３に示すように、６軸ロボット２の手首２０には、様々な種類のツールを取り付けることができるアーム側フランジ２０ａが設けられている。このアーム側フランジ２０ａには、フランジ面２０ｂの中央Ｏ_fを基準位置とし、フランジ面２０ｂに対して垂直なＺ_f軸と、このＺ_f軸に対して直交するＸ_f軸及びＹ_f軸とからなるロボットフランジ座標系が設けられている。 As shown in FIG. 3, the wrist 20 of the 6-axis robot 2 is provided with an arm-side flange 20a to which various types of tools can be attached. The arm side flange 20a, the center O _f of the flange face 20b as a reference position, and Z _f-axis perpendicular to the flange surface 20b, and X _f-axis and Y _f-axis perpendicular to the Z _f-axis A robot flange coordinate system is provided.

６軸ロボット２にツールとして取り付けられるロボットハンド２１は、ロボットハンド２１を保持する本体部２２と、この本体部２２に設けられ、手首２０のアーム側フランジ２０ａに取り付けられるツール側フランジ２３とを備えている。ロボットハンド２１は、先端が互いに近接する挟持位置と離反する開放位置との間で揺動自在とされた２本の指部２１ａと、これらの指部２１ａを揺動自在に支持する支持部２１ｂとからなり、直進フィーダ４上を搬送されてきたワーク５を２本の指部２１ａで挟み込んでハンドリングする。本体部２２内には、ロボットハンド２１の指部２１ａを揺動させる駆動機構が組み込まれている。このロボットハンド２１の指部２１ａの先端近傍には、ロボットフランジ座標系上で任意に設定されたハンド位置設定点Ｈが設けられている。 The robot hand 21 attached as a tool to the six-axis robot 2 includes a main body 22 that holds the robot hand 21, and a tool side flange 23 that is provided on the main body 22 and is attached to the arm side flange 20 a of the wrist 20. ing. The robot hand 21 has two finger portions 21a that are swingable between a sandwiching position where their tips are close to each other and an open position where they are separated from each other, and a support portion 21b that supports these finger portions 21a so as to be swingable. The workpiece 5 conveyed on the straight feeder 4 is sandwiched between the two finger portions 21a and handled. A drive mechanism for swinging the finger part 21 a of the robot hand 21 is incorporated in the main body part 22. A hand position setting point H arbitrarily set on the robot flange coordinate system is provided near the tip of the finger portion 21a of the robot hand 21.

６軸ロボット２は、ツール位置座標系上に設定した任意の点にハンド位置設定点Ｈを一致させるように各関節を制御する。また、ハンド位置設定点Ｈを中心にヨー軸、ピッチ軸、ロー軸の三軸の回りでロボットハンド２１の姿勢を変化させることができる。そのため、ツール位置座標系上の任意の点に対して、異なる方向からロボットハンド２１をアクセスさせることができ、様々な姿勢のワーク５を、そのワーク５に対して特定の方向から、そのワーク５の組み立てに適した姿勢でハンドリングすることができる。 The six-axis robot 2 controls each joint so that the hand position setting point H is matched with an arbitrary point set on the tool position coordinate system. Further, the posture of the robot hand 21 can be changed around the three axes of the yaw axis, the pitch axis, and the low axis around the hand position setting point H. Therefore, the robot hand 21 can be accessed from a different direction to an arbitrary point on the tool position coordinate system, and the workpiece 5 having various postures can be accessed from a specific direction with respect to the workpiece 5. Can be handled in a posture suitable for assembly.

従来よりロボットハンドによるワークのハンドリングでは、ワークを特定の姿勢、例えば次工程での組み立てに適した姿勢を保ったままハンドリングしている。ワークを特定の姿勢に保つには、ロボットハンドによってグリップされるワークのグリップ位置や、ワークとロボットハンドとがなす角度であるグリップ角度を一定にするとよい。そのため、従来のワークハンドリングでは、パーツフィーダ等を用いてワークを予め整列させてグリップ位置を一定の方向に向け、このグリップ位置を特定のグリップ角度のロボットハンドでグリップしていた。 Conventionally, in handling a workpiece by a robot hand, the workpiece is handled while maintaining a specific posture, for example, a posture suitable for assembly in the next process. In order to keep the workpiece in a specific posture, the grip position of the workpiece gripped by the robot hand and the grip angle that is an angle formed between the workpiece and the robot hand may be made constant. For this reason, in the conventional work handling, the workpieces are aligned in advance using a parts feeder or the like, the grip position is directed in a certain direction, and the grip position is gripped by a robot hand having a specific grip angle.

しかし、上記従来のワークハンドリングでは、パーツフィーダの使用によってコストの上昇や作業効率の低下という悪影響を生じていた。また、異なる種類のワークをハンドリングする際には、そのワークに対応した別のパーツフィーダを用意しなくてはならなかった。そこで本実施形態では、ロボットハンド２１の移動及び姿勢の自由度が高い６軸ロボット２を使用することにより、直進フィーダ４によって様々な姿勢で搬送されてきたワーク５のグリップ位置を特定のグリップ角度でグリップしてハンドリングするようにした。これにより、ワーク５の姿勢を揃えるパーツフィーダを省略することができる。 However, in the conventional work handling described above, the use of the parts feeder has had the adverse effect of increasing costs and reducing work efficiency. Also, when handling different types of workpieces, another parts feeder corresponding to the workpieces had to be prepared. Therefore, in the present embodiment, by using the 6-axis robot 2 having a high degree of freedom of movement and posture of the robot hand 21, the grip position of the work 5 conveyed in various postures by the linear feeder 4 is specified with a specific grip angle. Grip and handle. Thereby, the parts feeder which aligns the attitude | position of the workpiece | work 5 is omissible.

なお、ワーク５は、例えば図４（Ａ）に示すように矩形状をしており、先端５ａ側に貫通穴からなる円形の指標５ｂが設けられている。このワーク５のグリップ位置Ｇは、ワーク５の長手方向において指標５ｂから寸法Ｗの位置で、ワーク５の下面に配置されている。ワーク５をロボットハンド２１でハンドリングする際には、グリップ位置Ｇにハンド位置設定点Ｈが一致するようにロボットハンド２１を移動させ、ワーク５の姿勢、すなわち検出位置座標系のＹ軸に対するワーク５の回転角度θ₁に合せてロボットハンド２１を回転させ、ワーク５の後端５ｃ側からワーク５の両側面をロボットハンド２１で挟み込む。また、同図（Ｂ）に示すように、実際のワークの取り出し及び組み立てに適したグリップ角度θ₂となるようにワーク５がハンドリングされる。 The workpiece 5 has a rectangular shape as shown in FIG. 4A, for example, and a circular index 5b made of a through hole is provided on the tip 5a side. The grip position G of the workpiece 5 is disposed on the lower surface of the workpiece 5 at a position of the dimension W from the index 5 b in the longitudinal direction of the workpiece 5. When the workpiece 5 is handled by the robot hand 21, the robot hand 21 is moved so that the hand position setting point H coincides with the grip position G, and the workpiece 5 with respect to the posture of the workpiece 5, that is, the Y axis of the detected position coordinate system. The robot hand 21 is rotated in accordance with the rotation angle θ ₁ , and both side surfaces of the work 5 are sandwiched by the robot hand 21 from the rear end 5 c side of the work 5. Further, as shown in FIG. 5B, the workpiece 5 is handled so that the grip angle θ ₂ is suitable for the actual removal and assembly of the workpiece.

６軸ロボット２は、例えば、ロボットコントローラ２４によって制御される。ロボットコントローラ２４は、６軸ロボット２を制御する制御プログラム等が記録されたメモリと、各プログラムにしたがって各種演算処理を行なうＣＰＵと、６軸ロボット２や制御コンピュータ２５との接続に用いられるＩ／Ｏポート等を備えている。このロボットコントローラ２４は、制御コンピュータ２５によって制御される。 The 6-axis robot 2 is controlled by a robot controller 24, for example. The robot controller 24 is a memory that stores a control program for controlling the 6-axis robot 2, a CPU that performs various arithmetic processes according to each program, and an I / O used for connection to the 6-axis robot 2 and the control computer 25. O port etc. are provided. The robot controller 24 is controlled by a control computer 25.

直進フィーダ４は、略箱形状のベース２８と、このベース２８の上に組み付けられて振動してワーク５を搬送する略板形状のトラフ２９と、トラフ２９のワーク搬送面２９ａに形成された開口２９ｂに嵌め込まれ、６軸ロボット２によってワーク５をハンドリングする際の取出しステージ３０を形成する透明なガラス板３１と、ベース２８内に組み込まれトラフ２９の一端側から振動を与える振動ユニット３２と、トラフ２９の他端側を振動可能に支持する支持部材３３とから構成されている。ベース２８の上面でトラフ２９の開口２９ｂに対面する位置には、開口３６が形成されている。 The rectilinear feeder 4 includes a substantially box-shaped base 28, a substantially plate-shaped trough 29 that is assembled on the base 28 and vibrates to convey the workpiece 5, and an opening formed on the workpiece conveyance surface 29 a of the trough 29. A transparent glass plate 31 that is fitted into the base 29b and forms a take-out stage 30 when the workpiece 5 is handled by the six-axis robot 2, and a vibration unit 32 that is incorporated in the base 28 and applies vibration from one end of the trough 29; The other end side of the trough 29 is comprised from the support member 33 which supports so that vibration is possible. An opening 36 is formed at a position facing the opening 29 b of the trough 29 on the upper surface of the base 28.

図５に示すように、直進フィーダ４のベース２８内で開口３６に対面する位置には、取出しステージ３０上のワーク５の検出位置座標及び姿勢を下方から検出する視覚センサ３と、ワーク５を下方から照明する照明ランプ３５とが組み込まれている。視覚センサ３は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージエリアセンサと撮像光学系とが組み込まれた撮像カメラ３９と、この撮像カメラ３９による撮像によって生成された画像データを画像処理によってベクトルデータ化して、ワーク５の検出座標位置と回転角度θ₁とを特定する画像認識装置４０とから構成されている。撮像カメラ３９の撮像光軸ｖは、ツール位置座標系のＺ軸にほぼ平行に設定されている。この視覚センサ３も制御コンピュータ２５によって制御される。 As shown in FIG. 5, the visual sensor 3 for detecting the detection position coordinate and posture of the workpiece 5 on the take-out stage 30 from below and the workpiece 5 are located at a position facing the opening 36 in the base 28 of the linear feeder 4. An illumination lamp 35 that illuminates from below is incorporated. The visual sensor 3 converts an image camera 39 in which an image area sensor such as a CCD or CMOS and an image pickup optical system are incorporated, and image data generated by the image pickup by the image pickup camera 39 into vector data by image processing. And an image recognition device 40 that identifies the detected coordinate position and the rotation angle θ ₁ . The imaging optical axis v of the imaging camera 39 is set substantially parallel to the Z axis of the tool position coordinate system. This visual sensor 3 is also controlled by the control computer 25.

照明ランプ３５は、制御コンピュータ２５によって制御されたランプドライバ４１によって点灯され、ガラス板３１越しにワーク５を照明する。ベース２８の開口３６とトラフ２９との間には、外光や塵芥等の進入を防止するために、例えば蛇腹状のカバー４２が取り付けられている。なお、ワーク５の照明は、取出しステージ３０の上方から行なってもよい。また、カバー４２を使用せずに、赤色光とシャープカットフィルタとを使用しても、外光の影響を効果的に防止することができる。 The illumination lamp 35 is turned on by a lamp driver 41 controlled by the control computer 25 and illuminates the workpiece 5 through the glass plate 31. Between the opening 36 of the base 28 and the trough 29, for example, a bellows-like cover 42 is attached in order to prevent entry of external light, dust, or the like. Note that the work 5 may be illuminated from above the take-out stage 30. Further, even if red light and a sharp cut filter are used without using the cover 42, the influence of external light can be effectively prevented.

制御コンピュータ２５は、例えば、ＣＰＵ，ＨＤＤ，メモリ等を備えたパーソナルコンピュータ（ＰＣ）からなり、視覚センサ３，ロボットコントローラ２４，振動ユニット３２，ランプドライバ４１等を制御する。また、視覚センサ３の検出位置座標系（ピクセル）と、６軸ロボット２のツール位置座標系（ｍｍ）との間の座標変換を行なうプログラムや、検出位置座標系とツール位置座標系とを対応させるキャリブレーションプログラム等を格納している。 The control computer 25 is composed of, for example, a personal computer (PC) equipped with a CPU, HDD, memory, and the like, and controls the visual sensor 3, the robot controller 24, the vibration unit 32, the lamp driver 41, and the like. In addition, a program for performing coordinate conversion between the detection position coordinate system (pixels) of the visual sensor 3 and the tool position coordinate system (mm) of the 6-axis robot 2, and a correspondence between the detection position coordinate system and the tool position coordinate system A calibration program to be executed is stored.

上記６軸ロボット２及び視覚センサ３と、直進フィーダ４は、例えば次のように動作する。直進フィーダ４上には、図示しないボウルフィーダ等によってワーク５が１個ずつ投入される。直進フィーダ４のトラフ２９上に投入されたワーク５は、その姿勢が整列されていないため様々な姿勢となる。直進フィーダ４は、振動ユニット３２によってトラフ２９を振動させて、ワーク５を取出しステージ３０上に向けて搬送する。 The 6-axis robot 2 and the visual sensor 3 and the linear feeder 4 operate as follows, for example. The workpieces 5 are put on the linear feeder 4 one by one by a bowl feeder (not shown). The workpiece 5 put on the trough 29 of the straight feeder 4 has various postures because the postures are not aligned. The rectilinear feeder 4 vibrates the trough 29 by the vibration unit 32 and takes out the workpiece 5 and conveys it onto the stage 30.

取出しステージ３０上に搬送されたワーク５は、ガラス板３１越しに下方から照明ランプ３５によって照明され、撮像カメラ３９によって撮像される。撮像カメラ３９によって生成された画像データは、画像認識装置４０の画像処理によりベクトルデータ化され、ワーク５の回転角度θ₁と、指標５ｂの検出位置座標とが検出される。この検出結果は、制御コンピュータ２５に入力される。 The workpiece 5 transported onto the take-out stage 30 is illuminated by the illumination lamp 35 from below through the glass plate 31 and imaged by the imaging camera 39. The image data generated by the imaging camera 39, the image processing of the image recognition apparatus 40 is vector data of a rotation angle theta ₁ of the workpiece 5, and the detected position coordinates of the indices 5b is detected. This detection result is input to the control computer 25.

図６は、ツール位置座標系（Ｘ，Ｙ）と検出位置座標系（ｘ，ｙ）との関係を示している。２点鎖線で示す四角形Ｆは、撮像カメラ３９による撮像範囲を示しており、直進フィーダ４の取出しステージ３０よりも僅かに大きな面積を有している。例えば、検出位置座標系（ｘ，ｙ）の基準位置Ｏ_sのツール位置座標が（Ｘ₀，Ｙ₀）であるときに、取出しステージ３０上の検出位置座標（ｘ_a，ｙ_a）にあるワーク５の指標５ｂは、ツール位置座標（Ｘ_a，Ｙ_a）に位置することになる。 FIG. 6 shows the relationship between the tool position coordinate system (X, Y) and the detected position coordinate system (x, y). A square F indicated by a two-dot chain line indicates an imaging range by the imaging camera 39 and has a slightly larger area than the take-out stage 30 of the linear feeder 4. For example, when the tool position coordinate of the reference position O _{s in} the detection position coordinate system (x, y) is (X ₀ , Y ₀ ), it is at the detection position coordinate (x _a , y _a ) on the extraction stage 30. The index 5b of the workpiece 5 is located at the tool position coordinates (X _a , Y _a ).

制御コンピュータ２５は、下記の座標変換式（１），（２）を使用して、視覚センサ３によって検出された指標５ｂの検出位置座標（ｘ_a，ｙ_a）から、ツール位置座標（Ｘ_a，Ｙ_a）を算出し、これをロボットコントローラ２４に入力する。ロボットコントローラ２４は、指標５ｂのツール位置座標（Ｘ_a，Ｙ_a）とワーク５の回転角度θ₁とから、ワーク５をハンドリングするのに適したグリップ位置Ｇのツール位置座標（Ｘ_a’，Ｙ_a’）を算出する。このグリップ位置Ｇのツール位置座標（Ｘ_a’，Ｙ_a’）は、図４（Ａ）に示すように、指標５ｂのツール位置座標（Ｘ_a，Ｙ_a）に対し、寸法Ｗとワーク５の回転角度θ₁とから得られるオフセット量（ΔＸ，ΔＹ）を加算することで算出される。なお、座標変換式（１），（２）のキャリブレーション係数α₁，β₁，α₂，β₂及び検出位置座標系の基準位置Ｏ_sのツール位置座標（Ｘ₀，Ｙ₀）は、座標変換精度に直接影響するパラメータである。
Ｘ＝α₁ｘ＋β₁ｙ＋Ｘ₀・・・式（１）
Ｙ＝α₂ｘ＋β₂ｙ＋Ｙ₀・・・式（２） The control computer 25 uses the following coordinate conversion formulas (1) and (2) to calculate the tool position coordinates (X _a ) from the detected position coordinates (x _a , y _a ) of the index 5b detected by the visual sensor 3. , Y _a ) is calculated and input to the robot controller 24. The robot controller 24 uses the tool position coordinates (X _a , Y _a ) of the index 5 b and the rotation angle θ ₁ of the work 5 to determine the tool position coordinates (X _a ′, Y _a ') is calculated. As shown in FIG. _4A , the tool position coordinates (X _a ′, Y _a ′) of the grip position G are the same as the dimension W and the workpiece 5 with respect to the tool position coordinates (X _a , Y _a ) of the index 5b. Is calculated by adding the offset amount (ΔX, ΔY) obtained from the rotation angle θ _{1 of the first} rotation angle. The tool position coordinates (X ₀ , Y ₀ ) of the calibration coefficients α ₁ , β ₁ , α ₂ , β ₂ and the reference position O _s of the detection position coordinate system in the coordinate conversion equations (1), (2) are as follows: This parameter directly affects the coordinate conversion accuracy.
X = α ₁ x + β ₁ y + X ₀ Formula (1)
Y = α ₂ x + β ₂ y + Y ₀ Formula (2)

ロボットコントローラ２４は、６軸ロボット２の各関節のサーボモータを動作させて、ロボットハンド２１のハンド位置設定点Ｈをワーク５のグリップ位置Ｇのツール位置座標（Ｘ_a’，Ｙ_a’）に移動させ、かつ回転角度θ₁に合せてロボットハンド２１を回転させて、後端５ｃ側からワーク５の両側面を挟み込む。このときのワーク５とロボットハンド２１との間のグリップ角度θ₂は、実際のワーク５の取り出し及び組み立てに適した角度となる。 The robot controller 24 operates the servo motors of the respective joints of the 6-axis robot 2 so that the hand position setting point H of the robot hand 21 is set to the tool position coordinates (X _a ′, Y _a ′) of the grip position G of the workpiece 5. The robot hand 21 is rotated in accordance with the rotation angle θ ₁ and the both sides of the workpiece 5 are sandwiched from the rear end 5c side. The grip angle θ ₂ between the workpiece 5 and the robot hand 21 at this time is an angle suitable for the actual removal and assembly of the workpiece 5.

上述したように、視覚センサ３によって検出したワーク５の指標５ｂの検出位置座標（Ｘ_a，Ｙ_a）に基づいて、グリップ位置Ｇのツール位置座標（Ｘ_a’，Ｙ_a’）にロボットハンド２１のハンド位置設定点Ｈを正確に移動させるには、６軸ロボット２のツール位置座標系（Ｘ，Ｙ）と視覚センサ３の検出位置座標系（ｘ，ｙ）とを精度よく対応させなくてはならない。以下では、図１２のフローチャートを参照して、ツール位置座標系と検出位置座標系とのキャリブレーションについて説明する。 As described above, the robot hand moves to the tool position coordinate (X _a ′, Y _a ′) of the grip position G based on the detected position coordinate (X _a , Y _a ) of the index 5 b of the workpiece 5 detected by the visual sensor 3. In order to move the hand position set point H of 21 accurately, the tool position coordinate system (X, Y) of the 6-axis robot 2 and the detection position coordinate system (x, y) of the visual sensor 3 do not correspond accurately. must not. Hereinafter, calibration of the tool position coordinate system and the detection position coordinate system will be described with reference to the flowchart of FIG.

まず、ロボットハンド２１によって、グリップ位置Ｇとハンド位置設定点Ｈとが合致するように、後端５ｃ側からグリップ角度θ₂でワーク５を把持する。ワーク５をハンドリングしたロボットハンド２１を取出しステージ３０上で移動させ、図７に示すように、予め設定されているツール位置座標系（Ｘ，Ｙ）上の第１キャリブレーション位置Ｃ₁のツール位置座標（Ｐ₁，Ｑ₁）に、ハンド位置設定点Ｈを合致させる。なお、ロボットハンド２１を取出しステージ３０上で移動させる際には、把持したワーク５が取出しステージ３０と干渉しないように、ワーク５と取出しステージ３０とが僅かな隙間をもつような高さにロボットハンド２１が移動される。 First, the workpiece 5 is gripped by the robot hand 21 at the grip angle θ ₂ from the rear end 5c side so that the grip position G and the hand position setting point H coincide. Moving the robot hand 21 which handles the workpiece 5 is taken out on the stage 30, as shown in FIG. 7, preset by the tools the position coordinates (X, Y) first tool position of the calibration position C ₁ on The hand position set point H is matched with the coordinates (P ₁ , Q ₁ ). When the robot hand 21 is moved on the take-out stage 30, the robot 5 has a height such that the work 5 and the take-out stage 30 have a slight gap so that the gripped work 5 does not interfere with the take-out stage 30. The hand 21 is moved.

次に、視覚センサ３によって、第１〜第４キャリブレーション位置Ｃ₁〜Ｃ₄における指標５ｂの検出位置座標（ｋ_i,j，ｌ_i,j）（ｉ：キャリブレーション位置番号（１〜４）、ｊ：回転位置番号（１〜Ｎ））が検出される。キャリブレーション位置番号ｉは、最初にｉ＝１にセットされ、各キャリブレーション位置での指標５ｂの検出位置座標の検出終了とともにカウントアップされる。回転位置番号ｊは、最初にｊ＝１にセットされ、ロボットハンド２１が回転されるごとにカウントアップされる。また、ロボットハンド２１が次のキャリブレーション位置に移動したときに、回転位置番号ｊはリセットされる。 Next, the visual sensor 3 detects the detection position coordinates (k _{i, j} , l _{i, j} ) (i: calibration position number (1-4) at the first to fourth calibration positions C ₁ -C ₄ . ), J: rotational position number (1 to N)) is detected. The calibration position number i is first set to i = 1, and is counted up when the detection position coordinate detection of the index 5b at each calibration position is completed. The rotational position number j is first set to j = 1, and is counted up each time the robot hand 21 is rotated. When the robot hand 21 moves to the next calibration position, the rotational position number j is reset.

図８に示すように、視覚センサ３によって第１キャリブレーション位置Ｃ₁における指標５ｂの検出位置座標（ｋ_1,1，ｌ_1,1）を検出する。次に、ロボットハンド２１を、ハンド位置設定点Ｈを通り、撮像カメラ３９の撮像光軸とほぼ平行なツール位置座標系のＺ軸ｕを中心に反時計方向に３６０°／Ｎ（Ｎ＞＝２）、例えばＮ＝１８として２０°回転させ、視覚センサ３によって指標５ｂの検出位置座標（ｋ_1,2，ｌ_1,2）を検出する。同様に、ロボットハンド２１を３６０°／Ｎ（Ｎ＞＝２）ずつ回転させ、各回転時の指標５ｂの検出位置座標（ｋ_1,3，ｌ_1,3）〜（ｋ_1,18，ｌ_1,18）を検出する。 As shown in FIG. 8, the detection position coordinates (k _1,1 , l _1,1 ) of the index 5b at the first calibration position C ₁ are detected by the visual sensor 3. Next, the robot hand 21 passes through the hand position setting point H and is 360 ° / N (N> = N) in the counterclockwise direction around the Z axis u of the tool position coordinate system that is substantially parallel to the imaging optical axis of the imaging camera 39. 2) For example, N = 18 is rotated 20 °, and the visual sensor 3 detects the detection position coordinates (k _1,2 , l _1,2 ) of the index 5b. Similarly, the robot hand 21 is rotated by 360 ° / N (N> = 2), and the detected position coordinates (k _1,3 , l _1,3 ) to (k _1,18 , l) of the index 5b at each rotation. _1,18 ) is detected.

第１キャリブレーション位置Ｃ₁で所定の回転回数Ｎの検出位置座標の検出を終えると、ロボットハンド２１はハンド位置設定点Ｈを第２キャリブレーション位置Ｃ₂〜第４キャリブレーション位置Ｃ₄へと順に移動し、同様の手順で各キャリブレーション位置における指標５ｂの検出位置座標（ｋ_i,j，ｌ_i,j）を検出する。 When the detection of the detection position coordinates of the predetermined number of rotations N is completed at the first calibration position C ₁ , the robot hand 21 changes the hand position setting point H from the second calibration position C ₂ to the fourth calibration position C ₄ . It moves in order and detects the detection position coordinates (ki _{, j} , l _{i, j} ) of the index 5b at each calibration position in the same procedure.

全キャリブレーション位置において指標５ｂの検出位置座標を検出し終えたところで、各キャリブレーション位置ごとに下記の式（７）を用いて検出位置座標の平均値（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）を求める。求めた検出位置座標の平均値（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）は、第１キャリブレーション位置Ｃ_１のツール位置座標に対応したものとなる。

When the detection position coordinates of the index 5b have been detected at all calibration positions, the average value (x _i , y _i ) of the detection position coordinates is obtained for each calibration position using the following equation (7). The obtained average value (x _i , y _i ) of the detected position coordinates corresponds to the tool position coordinates of the first calibration position C ₁ .

従来のキャリブレーションでは、ロボットハンドを１８０°（３６０°／Ｎ，Ｎ＝２）回転させ、（ｋ_i,1，ｌ_i,1），（ｋ_i,2，ｌ_i,2）の２個のデータの平均値を検出位置座標（ｘｉ，ｙｉ）としていたため、絶対精度のない６軸ロボットでは、予め設定したキャリブレーション位置のツール位置座標と検出位置座標を精度よく対応させることができなかった。しかし、本実施形態の手法では、キャリブレーション作業に多大な時間がかからない程度にロボットハンド２１の回転数Ｎを大きくして検出位置座標の平均値を算出することで、６軸ロボット２の絶対精度の影響を最小限に抑え、より正確なキャリブレーションを行なうことができる。 In the conventional calibration, the robot hand is rotated by 180 ° (360 ° / N, N = 2), and (K _{i, 1} , l _{i, 1} ), (ki _{, 2} , l _{i, 2} ) Since the average value of the data is the detection position coordinates (xi, yi), the 6-axis robot without absolute accuracy cannot accurately associate the tool position coordinates of the preset calibration position with the detection position coordinates. It was. However, in the method of the present embodiment, the absolute accuracy of the six-axis robot 2 is calculated by increasing the number of rotations N of the robot hand 21 and calculating the average value of the detected position coordinates so that the calibration work does not take much time. It is possible to perform more accurate calibration while minimizing the influence of the above.

以上により求められた第１〜第４キャリブレーション位置Ｃ₁〜Ｃ₄における指標５ｂの検出位置座標（ｘ₁，ｙ₁），（ｘ₂，ｙ₂），（ｘ₃，ｙ₃），（ｘ₄，ｙ₄）と、仮想した適当なキャリブレーション係数α₁，β₁，α₂，β₂とを用いて前述の式（１）、（２）の計算を行なうと、その変換された第１〜第４座標変換位置Ｄ₁〜Ｄ₄のツール位置座標（Ｘ₁，Ｙ₁），（Ｘ₂，Ｙ₂），（Ｘ₃，Ｙ₃），（Ｘ₄，Ｙ₄）のなす四角形は、図９に示すように、予め設定した第１〜第４キャリブレーション位置Ｃ₁〜Ｃ₄のなす四角形とほぼ間違いなくかけ離れたものとなる。 The detected position coordinates (x ₁ , y ₁ ), (x ₂ , y ₂ ), (x ₃ , y ₃ ), () of the index 5b at the _first to fourth calibration positions C _{1 to} C ₄ determined as described above. x ₄ , y ₄ ) and hypothetical appropriate calibration coefficients α ₁ , β ₁ , α ₂ , β ₂ , the above equations (1) and (2) are calculated and converted. The tool position coordinates (X ₁ , Y ₁ ), (X ₂ , Y ₂ ), (X ₃ , Y ₃ ), (X ₄ , Y ₄ ) of the first to fourth coordinate conversion positions D _{1 to} D ₄ As shown in FIG. 9, the quadrangle is almost certainly different from the quadrangle formed by the preset first to fourth calibration positions C _{1 to} C ₄ .

また、キャリブレーション係数α₁，α₂，β₁，β₂及び検出位置座標系の基準位置（Ｘ₀，Ｙ₀）を変化させ、第１〜第４キャリブレーション位置Ｃ₁〜Ｃ₄のなす四角形に、第１〜第４座標変換位置Ｄ₁〜Ｄ₄のなす四角形を一致させようとしても、第１〜第４座標変換位置Ｄ₁〜Ｄ₄が測定値より求めた値であるので、完全に一致させることは不可能である。 Further, the calibration coefficients α ₁ , α ₂ , β ₁ , β ₂ and the reference position (X ₀ , Y ₀ ) of the detection position coordinate system are changed to form the first to fourth calibration positions C _{1 to} C ₄ . Even if an attempt is made to match the quadrangle formed by the _first to fourth coordinate conversion positions D _{1 to} D _{4 with} the quadrangle, the first to fourth coordinate conversion positions D _{1 to} D ₄ are values obtained from the measurement values. It is impossible to match them completely.

上記第１〜第４キャリブレーション位置Ｃ₁〜Ｃ₄の四角形と、第１〜第４座標変換位置Ｄ₁〜Ｄ₄の四角形との不一致を解決するために、本出願人は、各キャリブレーション位置Ｃ₁〜Ｃ₄と各座標変換位置Ｄ₁〜Ｄ₄との間の各誤差量を小さくして誤差方向を合せること、特に、対角線上の点同士の誤差ベクトル（誤差量及び誤差方向）を等しくすることによって、第１〜第４キャリブレーション位置Ｃ₁〜Ｃ₄のなす四角形に近似した第１〜第４座標変換位置Ｄ₁〜Ｄ₄の四角形を形成できることに着目した。 In order to resolve the discrepancy between the first to fourth calibration positions C _{1 to} C ₄ and the first to fourth coordinate conversion positions D _{1 to} D ₄ , The error direction between the positions C _{1 to} C ₄ and the coordinate conversion positions D _{1 to} D ₄ is reduced to match the error direction, in particular, the error vector (error amount and error direction) between the points on the diagonal line. Note that it is possible to form a quadrangle of first to fourth coordinate conversion positions D _{1 to} D ₄ that approximates a quadrangle formed by the first to fourth calibration positions C _{1 to} C ₄ .

本実施形態では、図１０に示すように、第１座標変換位置Ｄ₁と第４座標変換位置Ｄ₄との誤差ベクトルＬ₁とＬ₄、及び第２座標変換位置Ｄ₂と第３座標変換位置Ｄ₃との誤差ベクトルＬ₂とＬ₃がそれぞれ同一になるようなキャリブレーション係数α₁，β₁，α₂，β₂を算出することにより、第１〜第４キャリブレーション位置Ｃ₁〜Ｃ₄のなす四角形に最も近似した第１〜第４座標変換位置Ｄ₁〜Ｄ₄のなす四角形を作り出した。対角線上の点同士の誤差ベクトルが同一である場合には、以下の式（３）〜（６）が成り立つ。
Ｘ₁−Ｘ₃＝Ｘ₄−Ｘ₂・・・（式）（３）
（Ｘ₁−Ｐ₁）−（Ｘ₂−Ｐ₂）＝（Ｘ₄−Ｐ₂）−（Ｘ₃−Ｐ₁）・・・式（４）
Ｙ₁−Ｙ₂＝Ｙ₄−Ｙ₃・・・（式）（５）
（Ｙ₁−Ｑ₁）−（Ｙ₃−Ｑ₂）＝（Ｙ₄−Ｑ₂）−（Ｙ₂−Ｑ₁）・・・式（６） In the present embodiment, as shown in FIG. 10, the error vector L ₁ and L ₄ of the first coordinate transformation position D ₁ and the fourth coordinate transformation position D _4, and a second coordinate transformation position D ₂ and the third coordinate transformation By calculating the calibration coefficients α ₁ , β ₁ , α ₂ , β ₂ so that the error vectors L ₂ and L ₃ with respect to the position D ₃ are the same, the first to fourth calibration positions C ₁ to C 4 are calculated. A quadrangle formed by the first to fourth coordinate conversion positions D _{1 to} D ₄ that was most approximate to the quadrangle formed by C ₄ was created. When the error vectors of the diagonal points are the same, the following equations (3) to (6) hold.
X ₁ −X ₃ = X ₄ −X ₂ (Formula) (3)
(X ₁ −P ₁ ) − (X ₂ −P ₂ ) = (X ₄ −P ₂ ) − (X ₃ −P ₁ ) (4)
Y ₁ −Y ₂ = Y ₄ −Y ₃ (formula) (5)
(Y ₁ −Q ₁ ) − (Y ₃ −Q ₂ ) = (Y ₄ −Q ₂ ) − (Y ₂ −Q ₁ ) (6)

上記式（３）と（４）は、α₁，β₁の最適値条件であり、また、式（５），（６）は、α₂，β₂の最適値条件となるため、式（３）と式（４）、及び式（５）と式（６）とをそれぞれ連立させ、式（１），（２）を代入して展開することにより、下記式（８）〜（１５）を得ることができる。これにより、検出位置座標（ｘ₁，ｙ₁），（ｘ₂，ｙ₂），（ｘ₃，ｙ₃），（ｘ₄，ｙ₄）と、第１〜第４キャリブレーション位置Ｃ₁〜Ｃ₄のツール位置座標（Ｐ₁，Ｑ₁），（Ｐ₂，Ｑ₁），（Ｐ₁，Ｑ₂），（Ｐ₂，Ｑ₂）とからキャリブレーション係数α₁，β₁，α₂，β₂を直接算出することができる。
Ｓ₁＝ｘ₁−ｘ₂＋ｘ₃−ｘ₄・・・式（８）
Ｓ₂＝ｘ₁＋ｘ₂−ｘ₃−ｘ₄・・・式（９）
Ｔ₁＝ｙ₁−ｙ₂＋ｙ₃−ｙ₄・・・式（１０）
Ｔ₂＝ｙ₁＋ｙ₂−ｙ₃−ｙ₄・・・式（１１）
α₁＝２Ｔ₂（Ｐ₁−Ｐ₂）／（Ｓ₁Ｔ₂−Ｓ₂Ｔ₁）・・・式（１２）
β₁＝−２Ｓ₂（Ｐ₁−Ｐ₂）／（Ｓ₁Ｔ₂−Ｓ₂Ｔ₁）・・・式（１３）
α₂＝−２Ｔ₁（Ｑ₁−Ｑ₂）／（Ｓ₁Ｔ₂−Ｓ₂Ｔ₁）・・・式（１４）
β₂＝２Ｓ₁（Ｑ₁−Ｑ₂）／（Ｓ₁Ｔ₂−Ｓ₂Ｔ₁）・・・式（１５） The above equations (3) and (4) are the optimum value conditions for α ₁ and β ₁ , and the equations (5) and (6) are the optimum value conditions for α ₂ and β _2. 3) and Expression (4), and Expression (5) and Expression (6) are made simultaneous, respectively, and Expressions (1) and (2) are assigned and expanded to obtain the following Expressions (8) to (15). Can be obtained. Thus, the detection position coordinates (x ₁ , y ₁ ), (x ₂ , y ₂ ), (x ₃ , y ₃ ), (x ₄ , y ₄ ), and the first to fourth calibration positions C ₁ to C 4 From the tool position coordinates (P ₁ , Q ₁ ), (P ₂ , Q ₁ ), (P ₁ , Q ₂ ), (P ₂ , Q ₂ ) of C ₄ , calibration coefficients α ₁ , β ₁ , α ₂ , Β ₂ can be directly calculated.
S ₁ = x ₁ −x ₂ + x ₃ −x ₄ (8)
S ₂ = x ₁ + x ₂ −x ₃ −x ₄ (9)
T ₁ = y ₁ −y ₂ + y ₃ −y ₄ Formula (10)
_{_{_{T 2 = y 1 + y 2}}} -y 3 -y 4 ··· formula (11)
α ₁ = 2T ₂ (P ₁ −P ₂ ) / (S ₁ T ₂ −S ₂ T ₁ ) (12)
β ₁ = −2S ₂ (P ₁ −P ₂ ) / (S ₁ T ₂ −S ₂ T ₁ ) (13)
α ₂ = −2T ₁ (Q ₁ −Q ₂ ) / (S ₁ T ₂ −S ₂ T ₁ ) (14)
β ₂ = 2S ₁ (Q ₁ -Q ₂ ) / (S ₁ T ₂ -S ₂ T ₁ ) (15)

以上の式で算出されたキャリブレーション係数α₁，β₁，α₂，β₂を用いて、次に検出位置座標系の基準位置Ｏ_sのツール位置座標（Ｘ₀，Ｙ₀）を求める。まず、第１〜第４キャリブレーション位置Ｃ₁〜Ｃ₄のツール位置座標（Ｐ₁，Ｑ₁），（Ｐ₂，Ｑ₁），（Ｐ₁，Ｑ₂），（Ｐ₂，Ｑ₂）がなす四角形の重心位置Ｃ_g（Ｘ_g，Ｙ_g）と、指標５ｂの検出位置座標（ｘ₁，ｙ₁），（ｘ₂，ｙ₂），（ｘ₃，ｙ₃），（ｘ₄，ｙ₄）がなす四角形の重心位置Ｅ_g（ｘ_g，ｙ_g）を式（１６），（１７）より求める。
Ｃ_g＝（（Ｐ₁＋Ｐ₂）／２，（Ｑ₁＋Ｑ₂）／２）・・・式（１６）
Ｅ_g＝（（ｘ₁＋ｘ₂＋ｘ₃＋ｘ₄）／４，（ｙ₁＋ｙ₂＋ｙ₃＋ｙ₄）／４）・・・式（１７） Next, the tool position coordinates (X ₀ , Y ₀ ) of the reference position O _s of the detected position coordinate system are obtained using the calibration coefficients α ₁ , β ₁ , α ₂ , β ₂ calculated by the above formula. First, the tool position coordinates (P ₁ , Q ₁ ), (P ₂ , Q ₁ ), (P ₁ , Q ₂ ), (P ₂ , Q ₂ ) of the first to fourth calibration positions C _{1 to} C _4. Centroid position C _g (X _g , Y _g ) of the rectangle formed by and the detection position coordinates (x ₁ , y ₁ ), (x ₂ , y ₂ ), (x ₃ , y ₃ ), (x ₄ ) of the index 5b , Y ₄ ), the center-of-gravity position E _g (x _g , y _g ) of the quadrangle is obtained from equations (16) and (17).
C _g = ((P ₁ + P ₂ ) / 2, (Q ₁ + Q ₂ ) / 2) (16)
E _g = ((x ₁ + x ₂ + x ₃ + x ₄ ) / 4, (y ₁ + y ₂ + y ₃ + y ₄ ) / 4) Equation (17)

検出位置座標系において、重心位置Ｅ_g（ｘ_g，ｙ_g）から見た検出位置座標系の基準位置Ｏ_sのベクトルは、（−ｘ_g，−ｙ_g）であり、このベクトルをキャリブレーション係数α₁，β₁，α₂，β₂を用いてツール位置座標系に変換すると、（―α₁・ｘ_g−β₁・ｙ_g，−α₂・ｘ_g−β₂・ｙ_g）となる。ここで、各キャリブレーション位置からなる四角形の重心位置Ｃ_g（Ｘ_g，Ｙ_g）は、検出位置座標系における重心位置Ｅ_g（ｘ_g，ｙ_g）と対応していることから、（Ｘ_g，Ｙ_g）に（―α₁・ｘ_g−β₁・ｙ_g，−α₂・ｘ_g−β₂・ｙ_g）を加えることで式（１８）により、Ｏ_s（Ｘ₀，Ｙ₀）が求められる。
Ｏ_s＝（Ｘ_g−α₁ｘ_g−β₁ｙ_g，Ｙ_g−α₂ｘ_g−β₂ｙ_g）・・・式（１８） In the detection position coordinate system, the vector of the reference position O _s of the detection position coordinate system viewed from the gravity center position E _g (x _g , y _g ) is (−x _g , −y _g ), and this vector is calibrated. When converted into the tool position coordinate system using the coefficients α ₁ , β ₁ , α ₂ , β ₂ , (−α ₁ · x _g −β ₁ · y _g , −α ₂ × x _g −β ₂ · y _g ) It becomes. Here, since the center of gravity C _g (X _g , Y _g ) of the quadrangle consisting of each calibration position corresponds to the center of gravity E _g (x _g , y _g ) in the detection position coordinate system, (X _g , Y _g ) and (−α ₁ · x _g −β ₁ · y _g , −α ₂ · x _g −β ₂ · y _g ) are added to O _s (X ₀ , Y ₀ ) is required.
_{_{_{O s = (X g -α 1}}} x g -β 1 y g, Y g -α 2 x g -β 2 y g) ··· formula (18)

以上より算出されたキャリブレーション係数α₁，β₁，α₂，β₂及び検出位置座標系の基準位置Ｏ_sのツール位置座標（Ｘ₀，Ｙ₀）を使用して、検出位置座標系とツール位置座標系との間で座標変換を行なうと、図１１に示すように、対角の誤差ベクトルＬ₁とＬ₄及びＬ₂とＬ₃はそれぞれ一致し、更にはＬ₁とＬ₄の二つのベクトルはＬ₂とＬ₃の二つのベクトルと１８０°反転した向きのベクトルであり、距離も全て同一で極めて小さいベクトルとなる。つまりは、第１〜第４キャリブレーション位置Ｃ₁〜Ｃ₄のなす四角形と第１〜第４座標変換位置Ｄ₁〜Ｄ₄のなす四角形とが最も近い状態となり、６軸ロボット２のロボットハンド２１のハンド位置設定点Ｈを、視覚センサ３によって検出されたワーク５のグリップ位置Ｇに正確に移動させることができる。 Using the calibration coefficients α ₁ , β ₁ , α ₂ , β ₂ calculated as described above and the tool position coordinates (X ₀ , Y ₀ ) of the reference position O _s of the detection position coordinate system, When coordinate conversion is performed with the tool position coordinate system, as shown in FIG. 11, diagonal error vectors L ₁ and L _4, L ₂ and L ₃ coincide with each other, and further, L ₁ and L ₄ The two vectors are vectors in the direction reversed by 180 ° from the two vectors L ₂ and L ₃ , and the distances are all the same and become extremely small vectors. That is, the quadrangle formed by the _first to fourth calibration positions C _{1 to} C ₄ and the quadrangle formed by the first to fourth coordinate conversion positions D _{1 to} D ₄ are closest to each other, and the robot hand of the six-axis robot 2 The hand position set point H of 21 can be accurately moved to the grip position G of the workpiece 5 detected by the visual sensor 3.

以上のキャリブレーションによって求められたキャリブレーション係数α₁，β₁，α₂，β₂及び検出位置座標系の基準位置Ｏ_sのツール位置座標（Ｘ₀，Ｙ₀）は、制御コンピュータ２５のＨＤＤ内に記憶され、視覚センサ３の検出位置座標系から６軸ロボット２のツール位置座標系への座標変換を行なう際に読み出されて、座標変換式の演算に使用される。 The calibration coefficients α ₁ , β ₁ , α ₂ , β ₂ and the tool position coordinates (X ₀ , Y ₀ ) of the reference position O _s of the detection position coordinate system obtained by the above calibration are the HDDs of the control computer 25. And is read out when performing coordinate conversion from the detection position coordinate system of the visual sensor 3 to the tool position coordinate system of the six-axis robot 2 and used for calculation of the coordinate conversion formula.

なお、キャリブレーションにおいて画像の歪みの影響を更に抑えたい場合には、キャリブレーションで求めた検出位置座標系の基準位置Ｏ_s（Ｘ₀，Ｙ₀）を次のキャリブレーション位置の重心とし、再びキャリブレーションをすることで精度の高いキャリブレーション係数α₁，β₁，α₂，β₂及び検出位置座標計の基準位置Ｏ_s（Ｘ₀，Ｙ₀）を算出することができる。 In order to further suppress the influence of image distortion during calibration, the reference position O _s (X ₀ , Y ₀ ) of the detection position coordinate system obtained by calibration is used as the center of gravity of the next calibration position, and again. By performing calibration, it is possible to calculate the calibration coefficients α ₁ , β ₁ , α ₂ , β ₂ and the reference position O _s (X ₀ , Y ₀ ) of the detection position coordinate meter with high accuracy.

上記実施形態では、ツールとしてロボットハンドを用いたが、その他の種類のツールであっても同様にキャリブレーションを行なうことができる。また、ワークの指標を検出することによってキャリブレーションを行なったが、ロボットハンド等のツール自体の一部を検出してキャリブレーションを行なってもよい。 In the above embodiment, a robot hand is used as a tool. However, calibration can be similarly performed with other types of tools. Further, although the calibration is performed by detecting the workpiece index, the calibration may be performed by detecting a part of the tool itself such as a robot hand.

更に、ロボットハンドを２０°ずつ回転させて検出位置座標の平均値を求めるようにしたが、２以上の回転位置の検出位置座標があれば平均値を算出することができるので、回転角度は２０°に限定されるものではない。もちろん、より高精度なキャリブレーション、位置補正を行ないたい場合には、ロボットハンドの回転回数を増やすとよい。
Furthermore, the robot hand is rotated by 20 ° to obtain the average value of the detected position coordinates. However, if there are detected position coordinates of two or more rotational positions, the average value can be calculated, so the rotation angle is 20 It is not limited to °. Of course, if more precise calibration and position correction are desired, the number of rotations of the robot hand may be increased.

また、６軸ロボットを例に説明したが、異なる関節数を有するその他の多軸ロボットや、スカラーロボット等のキャリブレーションにも利用することができる。更に、２次元平面上でワークの位置を検出する視覚センサと６軸ロボットとのキャリブレーションについて説明したが、複数の撮像カメラを用いてワークの三次元位置を検出する三次元視覚センサと多関節ロボットとのキャリブレーションにも応用することができる。 Further, although a 6-axis robot has been described as an example, it can also be used for calibration of other multi-axis robots having different numbers of joints, scalar robots, and the like. Further, the calibration of the visual sensor for detecting the position of the workpiece on the two-dimensional plane and the six-axis robot has been described. However, the three-dimensional visual sensor and the multi-joint for detecting the three-dimensional position of the workpiece using a plurality of imaging cameras. It can also be applied to calibration with robots.

６軸ロボットと直進フィーダとの外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of a 6-axis robot and a rectilinear feeder. ６軸ロボットと直進フィーダとの側面図及び要部断面図である。It is the side view and principal part sectional drawing of a 6-axis robot and a rectilinear feeder. ６軸ロボットのアーム先端のロボットフランジ座標系を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the robot flange coordinate system of the arm front-end | tip of a 6-axis robot. ロボットハンドに保持されたワークの形状を示す平面図及び側面図である。It is the top view and side view which show the shape of the workpiece | work hold | maintained at the robot hand. ロボットハンドに保持されたワークと取出しステージと撮像カメラとを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the workpiece | work hold | maintained at the robot hand, the taking-out stage, and the imaging camera. ツール位置座標系と検出位置座標系との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a tool position coordinate system and a detection position coordinate system. ツール位置座標系と検出位置座標系と各キャリブレーション位置との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a tool position coordinate system, a detection position coordinate system, and each calibration position. 各キャリブレーション位置で行なわれるワークの検出位置座標の検出方法の説明図である。It is explanatory drawing of the detection method of the detection position coordinate of the workpiece | work performed in each calibration position. 各キャリブレーション位置と適当なキャリブレーション係数で算出された座標変換位置との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between each calibration position and the coordinate conversion position calculated with the appropriate calibration coefficient. 各キャリブレーション位置と本発明によって得たキャリブレーション係数で算出された座標変換位置との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between each calibration position and the coordinate transformation position calculated with the calibration coefficient obtained by this invention. 各キャリブレーション位置と、本発明によって得たキャリブレーション係数及び検出位置座標系の基準位置とを用いて算出された座標変換位置との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between each calibration position and the coordinate conversion position calculated using the calibration coefficient obtained by this invention, and the reference position of a detection position coordinate system. 本発明のキャリブレーション方法の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the calibration method of this invention.

Explanation of symbols

２ロボットハンド
３視覚センサ
４直進フィーダ
５ワーク
２１ロボットハンド
２４ロボットコントローラ
２５制御コンピュータ
３０取出しステージ
Ｃ₁〜Ｃ₄ 第１〜第４キャリブレーション位置
Ｄ₁〜Ｄ₄ 第１〜第４座標変換位置
Ｇグリップ位置
Ｈハンド位置設定点
Ｌ₁〜Ｌ₄ 誤差ベクトル
2 Robot Hand 3 Visual Sensor 4 Linear Feeder 5 Work 21 Robot Hand 24 Robot Controller 25 Control Computer 30 Extraction Stage C _{1 to} C ₄ First to Fourth Calibration Positions D _{1 to} D ₄ First to Fourth Coordinate Conversion Positions G Grip position H Hand position set point L _{1 to} L ₄ Error vector

Claims

In a calibration method in which a detection position coordinate system of a visual sensor that detects a position coordinate of a workpiece and a tool position coordinate system of an articulated robot that moves a tool to the position coordinate of the workpiece detected by the visual sensor,
The tool is sequentially moved to four calibration positions having axial symmetry arranged on the tool position coordinate system, and the detection position coordinates of the tool or the work held by the tool at each calibration position by the visual sensor. Detecting steps,
When the tool or workpiece detection position coordinates at each calibration position are converted into tool position coordinates using a coordinate conversion formula having an arbitrary parameter, each tool position coordinate and each calibration of the tool or work obtained by this coordinate conversion are converted. And a step of calculating the parameter of the coordinate conversion equation under a condition for matching the error vector of the tool position coordinate with the tool position coordinate between the diagonal points.

The step of calculating the parameter includes an error between each tool position coordinate at each calibration position and each tool position coordinate of the tool or workpiece obtained by coordinate conversion, together with a condition for matching the error vector between diagonal points . 2. The calibration method according to claim 1 , wherein when the vectors are added at adjacent points , the parameter is calculated under a condition that the sum is zero.

In a calibration method in which a detection position coordinate system of a visual sensor that detects a position coordinate of a workpiece and a tool position coordinate system of an articulated robot that moves a tool to the position coordinate of the workpiece detected by the visual sensor,
The tool is sequentially moved to four calibration positions having axial symmetry arranged on the tool position coordinate system, and the detection position coordinates of the tool or the work held by the tool at each calibration position by the visual sensor. Detecting steps,
When the tool or workpiece detection position coordinates at each calibration position are converted into tool position coordinates using a coordinate conversion formula having an arbitrary parameter, each tool position coordinate and each calibration of the tool or work obtained by this coordinate conversion are converted. And a step of calculating the parameter for which the sum of the error vectors of the tool position and the tool position coordinate at adjacent points is 0 is provided.

In the coordinate conversion formula, the tool position coordinate system is (X, Y), the detection position coordinate system is (x, y), and the tool position coordinate of the reference position of the detection position coordinate system (x, y) is (X ₀ , Y). ₀ )), the following equations (1) and (2) are satisfied, and the parameters are α ₁ , β ₁ , α ₂ , β ₂ , Calibration method.
X = α ₁ x + β ₁ y + X ₀ Formula (1)
Y = α ₂ x + β ₂ y + Y ₀ Formula (2)

Tool position coordinates of the calibration position before Symbol 4 points _{_{_{_{(P 1, Q 1),}}}} (P 2, Q 1), a _{_{(P 1, Q 2),}} (P 2, Q 2), said visual sensor (X ₁ , y ₁ ), (x ₂ , y ₂ ), (x ₃ , y ₃ ), (x ₄ , y ₄ ) Yes, the tool position coordinates obtained by coordinate conversion of the detected position coordinates of the tool or the workpiece using the formulas (1) and (2) are (X ₁ , Y ₁ ), (X ₂ , Y ₂ ), (X ₃ , 5. The calibration method according to claim 4, wherein when Y ₃ ) and (X ₄ , Y ₄ ), each coordinate has a relationship of the following formulas (3) to (6).
_{_{_{_{X 1 -X 3 = X 4 -X}}}} 2 ··· formula (3)
(X ₁ −P ₁ ) − (X ₂ −P ₂ ) = (X ₄ −P ₂ ) − (X ₃ −P ₁ ) (4)
Y ₁ −Y ₂ = Y ₄ −Y ₃ Formula (5)
(Y ₁ −Q ₁ ) − (Y ₃ −Q ₂ ) = (Y ₄ −Q ₂ ) − (Y ₂ −Q ₁ ) (6)

The step of detecting the detection position coordinates of the tool or workpiece at each calibration position,
Changing the posture of the tool or workpiece in a plurality of stages and detecting the detection position coordinates of each posture of the tool or workpiece by a visual sensor;
6. The calibration method according to claim 1, further comprising a step of calculating an average value from a plurality of detection position coordinates of the tool or workpiece and setting the detection position coordinates at the calibration position.

The step of detecting the detection position coordinates of the tool or workpiece at each calibration position,
The tool or workpiece is rotated by 360 ° / N, (N> = 2), and the detected position coordinates (k _ij , l _ij ), (i: calibration position number, j: rotation) at each rotational position Detecting a position number) with the visual sensor;
And calculating an average value of a plurality of detection position coordinates of the tool or the workpiece using the following formula (7) and setting the detection position coordinates (x _i , y _i ) at the calibration position. The calibration method according to claim 1.

6. The calibration method according to claim 1, wherein the articulated robot is a vertical articulated robot, a horizontal articulated robot, or a multi-axis robot.