JP5312261B2 - Robot control method - Google Patents
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Description
本発明は、三次元位置計測装置（ステレオカメラ）を取り付けたロボットと三次元位置計測装置との座標系のずれ、或いは三次元位置計測装置と関連した動作を行う別のロボットとの座標系のずれ修正するロボットの制御方法に関する。 The present invention relates to a coordinate system shift between a robot equipped with a three-dimensional position measuring device (stereo camera) and a three-dimensional position measuring device, or a coordinate system with another robot that performs operations related to the three-dimensional position measuring device. The present invention relates to a robot control method for correcting a deviation.
ロボットアームの先端に取り付けた治具によって、ワークに加工を施すには、決められた位置にワークを固定し、この位置をロボットに予めティーチングしておくことで、連続して自動的にワークに加工を施すようにしている。 In order to process a workpiece with a jig attached to the tip of the robot arm, the workpiece is fixed at a predetermined position, and this position is taught to the robot in advance, so that the workpiece is automatically and continuously processed. Processing is performed.
しかしながら、実際の生産ラインにおいては必ずしも決められた位置にワークが固定されるとは限らないため、ティーチングした位置と実際のワークの位置が若干ずれることになる。このずれを修正する提案が特許文献１になされている。 However, in an actual production line, the workpiece is not necessarily fixed at a predetermined position, so the teaching position and the actual workpiece position are slightly shifted. A proposal for correcting this shift is made in Patent Document 1.
特許文献１には、ロボットアームの先端にステレオカメラなどの撮像手段を着脱自在に取り付け、この撮像手段によってワークの基準位置からのずれ量を検出し、このずれ量に応じてロボットの動作位置データを修正する内容が開示されている。 In Patent Document 1, an imaging means such as a stereo camera is detachably attached to the tip of a robot arm, and the amount of deviation from the reference position of the workpiece is detected by this imaging means, and the robot operation position data according to this deviation amount. The content which corrects is disclosed.
上述した技術は複数のロボットを用いて、１つのワークに対して関連する作業を行う場合には問題が生じる。即ち、複数のロボット或いは三次元位置計測装置の座標系は本来同一であるべきであるが、実際には個々のロボット間あるいは三次元位置計測装置との間には微妙にずれがある。例えば三次元位置計測装置によって検出した位置に基づいてロボットが動作する場合、三次元位置計測装置とロボットの座標軸の回転が１°ずれている場合、ロボットの先端を１００ｍｍシフトすると１．７５ｍｍの誤差が発生する。この１．７５ｍｍの誤差はロボットのアーム先端に溶接治具や締付装置を取り付けている場合を想定すると、大きな問題となる。 The above-described technique causes a problem when a plurality of robots are used to perform related work on one workpiece. That is, the coordinate systems of a plurality of robots or three-dimensional position measuring devices should be essentially the same, but actually there is a slight deviation between individual robots or three-dimensional position measuring devices. For example, when the robot moves based on the position detected by the three-dimensional position measuring device, when the rotation of the coordinate axes of the three-dimensional position measuring device and the robot is shifted by 1 °, an error of 1.75 mm is obtained when the tip of the robot is shifted 100 mm. Will occur. The error of 1.75 mm is a serious problem when a welding jig or a tightening device is attached to the end of the robot arm.
また、図７はハブマスターを用いてロボットに動作を教示する例を示している。この例にあっては、第１ロボット１０１がタイヤの本締めを行い第２ロボット１０２がタイヤの仮締めを行う例を示している。 FIG. 7 shows an example of teaching the robot the operation using the hub master. In this example, the first robot 101 performs the final tightening of the tire, and the second robot 102 performs the temporary tightening of the tire.
即ち、第１、第２ロボット１０１，１０２に対し基準となるマスター１０３を目標に動作を教示しておき、第１ロボット１０１が備えるステレオカメラ１０５によって車体に取り付けられた実際のハブ１０４の位置を検出し、実際のハブ１０４とマスター１０３との位置誤差に基づいて教示動作を修正するのが従来の方法であった。 That is, the first and second robots 101 and 102 are instructed to operate with the master 103 serving as a reference, and the actual position of the hub 104 attached to the vehicle body by the stereo camera 105 provided in the first robot 101 is determined. The conventional method is to detect and correct the teaching operation based on the actual position error between the hub 104 and the master 103.
しかしながら、ステレオカメラ１０５で測定した位置情報を第１および第２ロボット１０１，１０２にそのまま伝送してもうまく組み付けることができない。その理由はロボットとステレオカメラとの座標系のずれである。つまり、ステレオカメラのスケールでは１０ｍｍと測定されるが、ロボットのスケールでは１１ｍｍと判断する場合、ステレオカメラのスケールでロボットを動かすと、ロボットによる作業位置がずれてしまう。
また、機種の違いによるハブ位置の差は車体の設計値から明らかであるので、マスター１０３の位置に車体の設計値の差（機種の差、例えば３０ｍｍ）を足して、教示動作を修正することが考えられる。
しかしながら、同じ補正量（例えば３０ｍｍ）を第１および第２ロボット１０１，１０２に与えても、座標スケールの違いにより第１ロボット１０１では３３ｍｍ動き、第２ロボット１０２では２７ｍｍしか動かないことが考えられる。
However, even if the position information measured by the stereo camera 105 is transmitted to the first and second robots 101 and 102 as they are, it cannot be assembled successfully. The reason is the difference in the coordinate system between the robot and the stereo camera. In other words, when the scale of the stereo camera is measured to be 10 mm, but the robot scale is determined to be 11 mm, if the robot is moved on the scale of the stereo camera, the work position by the robot is shifted.
Further, since the difference in hub position due to the difference in model is obvious from the design value of the vehicle body, the teaching operation is corrected by adding the difference in the design value of the vehicle body (model difference, for example, 30 mm) to the position of the master 103. Can be considered.
However, even if the same correction amount (for example, 30 mm) is given to the first and second robots 101 and 102, the first robot 101 moves 33 mm and the second robot 102 moves only 27 mm due to the difference in coordinate scale. .
上記課題を解決すべく第１発明は、第１ロボットの先端に配設された三次元位置計測装置が検知した対象物の位置情報に基づいて当該第１ロボットを動作させる制御方法であって、前記第１ロボットを動作させることにより前記第１ロボットのロボット座標のＸＹ平面上に設定した３つ以上の異なる計測位置及び前記ＸＹ平面に垂直なＺ軸上に設定した２つ以上の異なる計測位置において計測対象物の位置を前記三次元位置計測装置によって計測し、前記第１ロボットの動作量と前記三次元位置計測装置の座標系における計測対象物の各計測位置の位置座標とに基づいて、前記三次元位置計測装置の座標系から前記第１ロボットの座標系への第１変換係数を算出し、この第１変換係数によって前記三次元位置計測装置が計測した対象物の位置情報を変換し、この変換した値に基づいて前記第１ロボットを動作させるようにした。 In order to solve the above problems, a first invention is a control method for operating the first robot based on position information of an object detected by a three-dimensional position measuring device disposed at a tip of the first robot, Three or more different measurement positions set on the XY plane of the robot coordinates of the first robot and two or more different measurement positions set on the Z axis perpendicular to the XY plane by operating the first robot , The position of the measurement object is measured by the three-dimensional position measurement device, and based on the movement amount of the first robot and the position coordinates of each measurement position of the measurement object in the coordinate system of the three-dimensional position measurement device, A first conversion coefficient from the coordinate system of the three-dimensional position measurement device to the coordinate system of the first robot is calculated, and the position of the object measured by the three-dimensional position measurement device using the first conversion coefficient It converts the broadcast, and to operate the first robot based on the converted value.
また第２発明は、第１ロボットの先端に配設された三次元位置計測装置が検知した対象物の位置情報に基づいて第２ロボットを動作させる制御方法であって、
前記第２ロボットを動作させることにより前記第２ロボットのロボット座標のＸＹ平面上に設定した３つ以上の異なる計測対象物の位置及び前記ＸＹ平面に垂直なＺ軸方向に２つ以上の異なる計測対象物の位置を前記三次元位置計測装置によって計測し、前記第２ロボットの動作量と前記三次元位置計測装置の座標系における計測対象物の各計測位置の位置座標とに基づいて、前記三次元位置計測装置の座標系から前記第２ロボットの座標系への第２変換係数を算出し、この第２変換係数によって前記三次元位置計測装置が計測した対象物の位置情報を変換し、この変換した値に基づいて前記第２ロボットを動作させるようにした。
The second invention is a control method for operating the second robot based on the position information of the object detected by the three-dimensional position measurement device disposed at the tip of the first robot,
The position of three or more different measurement objects set on the XY plane of the robot coordinates of the second robot by operating the second robot and two or more different measurements in the Z-axis direction perpendicular to the XY plane The position of the object is measured by the three-dimensional position measurement device, and based on the movement amount of the second robot and the position coordinates of each measurement position of the measurement object in the coordinate system of the three-dimensional position measurement device, the third order A second conversion coefficient from the coordinate system of the original position measuring device to the coordinate system of the second robot is calculated, and the position information of the object measured by the three-dimensional position measuring device is converted by the second conversion coefficient, The second robot is operated based on the converted value.
また第３発明は、第１ロボットの先端に配設された三次元位置計測装置が検知した対象物の位置情報に基づいて前記第１ロボットおよび第２ロボットを動作させる制御方法であって、前記第１ロボットを動作させることにより前記第１ロボットのロボット座標のＸＹ平面上に設定した３つ以上の異なる計測位置及び前記ＸＹ平面に垂直なＺ軸上に設定した２つ以上の異なる計測位置において計測対象物の位置を前記三次元位置計測装置によって計測し、前記第１ロボットの動作量と前記三次元位置計測装置の座標系における計測対象物の各計測位置の位置座標とに基づいて、前記三次元位置計測装置の座標系から前記第１ロボットの座標系への第１変換係数を算出し、前記第２ロボットを動作させることにより前記第２ロボットのロボット座標のＸＹ平面上に設定した３つ以上の異なる計測対象物の位置及び前記ＸＹ平面に垂直なＺ軸方向に２つ以上の異なる計測対象物の位置を前記三次元位置計測装置によって計測し、前記第２ロボットの動作量と前記三次元位置計測装置の座標系における計測対象物の各計測位置の位置座標とに基づいて、前記第１ロボットの先端に配設された三次元位置計測装置の座標系から前記第２ロボットの座標系への第２変換係数を算出し、前記第１変換係数と第２変換係数に基づき第３変換係数を算出し、基準となる第１のワークとは形態が異なる第２のワークに設置された対象物の位置を計測する場合には、第１のワークと第２のワークとの形態の差の情報に基づいて前記第１のロボットを動作させ、さらに、前記第１変換係数によって前記三次元位置計測装置が計測した対象物の位置情報を変換し、この変換した値に基づいて前記第１ロボットを動作させ、第３変換係数によって第１のワークと第２のワークとの形態の差を変換し、この変換した値に基づいて前記第２ロボットを動作させ、さらに、前記第２変換係数によって前記三次元位置計測装置が計測した対象物の位置情報を変換し、この変換した値に基づいて前記第２ロボットを動作させるようにした。 The third invention is a control method for operating the first robot and the second robot based on position information of an object detected by a three-dimensional position measuring device disposed at the tip of the first robot, By operating the first robot, at three or more different measurement positions set on the XY plane of the robot coordinates of the first robot and at two or more different measurement positions set on the Z axis perpendicular to the XY plane The position of the measurement object is measured by the three-dimensional position measurement device, and based on the movement amount of the first robot and the position coordinates of each measurement position of the measurement object in the coordinate system of the three-dimensional position measurement device, A first conversion coefficient from the coordinate system of the three-dimensional position measurement device to the coordinate system of the first robot is calculated, and the robot seat of the second robot is operated by operating the second robot. The three-dimensional position measuring device measures the position of three or more different measurement objects set on the XY plane and the position of two or more different measurement objects in the Z-axis direction perpendicular to the XY plane, Based on the movement amount of the second robot and the position coordinates of each measurement position of the measurement object in the coordinate system of the three-dimensional position measurement device, the coordinates of the three-dimensional position measurement device arranged at the tip of the first robot The second conversion coefficient from the system to the coordinate system of the second robot is calculated, the third conversion coefficient is calculated based on the first conversion coefficient and the second conversion coefficient, and the form of the reference first workpiece is When measuring the position of an object placed on a different second workpiece, the first robot is operated based on information on the difference in form between the first workpiece and the second workpiece, and The three-dimensional by the first transformation coefficient The position information of the object measured by the position measuring device is converted, the first robot is operated based on the converted value, and the difference in form between the first workpiece and the second workpiece is determined by the third conversion coefficient. Converting, operating the second robot based on the converted value, further converting the position information of the object measured by the three-dimensional position measuring device by the second conversion coefficient, and based on the converted value The second robot is operated.
本発明によれば、複数のロボットが協働して動作する際、或いは、ワーク（対象物）の位置が教示された位置とずれている場合でも、ロボットと三次元位置計測装置との相対的な位置関係は維持されるので、その後の動作は変化前と同様の動作で対応できる。 According to the present invention, even when a plurality of robots operate in cooperation with each other, or even when the position of a workpiece (object) is deviated from the taught position, the relative relationship between the robot and the three-dimensional position measurement device is relatively small. Therefore, the subsequent operation can be handled by the same operation as before the change.
また、本発明によれば簡単に座標変換係数を算出することができ、ロボット動作の信頼性を高めることができる。 Further, according to the present invention, the coordinate conversion coefficient can be easily calculated, and the reliability of the robot operation can be improved.
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１に示すように、実施例では第１ロボット１、第２ロボット２及び第３ロボット３が自動車車体Ｗのタイヤ組付けラインに沿って配置されている。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. As shown in FIG. 1, in the embodiment, the first robot 1, the second robot 2, and the third robot 3 are arranged along the tire assembly line of the automobile body W.
第１ロボット１及び第３ロボット３は自動車車体ＷのハブボルトにタイヤＴを本締めするロボットであり、第１ロボット１は前輪のハブ４に対応する箇所に配置され、第３ロボット３は後輪のハブ５に対応する箇所に配置されている。 The first robot 1 and the third robot 3 are the robots that finally tighten the tire T on the hub bolt of the automobile body W. The first robot 1 is disposed at a position corresponding to the hub 4 of the front wheel, and the third robot 3 is the rear wheel. It is arrange | positioned in the location corresponding to the hub 5.
これら第１ロボット１及び第３ロボット３は先端にハブの位置を検出するステレオカメラ（三次元位置計測装置）６，７と締付装置を備えている。 The first robot 1 and the third robot 3 are provided with stereo cameras (three-dimensional position measuring devices) 6 and 7 for detecting the position of the hub at the tip and a fastening device.
一方、第２ロボット２はタイヤ把持部８と締付装置を備え、タイヤ供給部９からタイヤＴを受け取り、前輪及び後輪のハブ４、５にタイヤＴを仮締めする。尚、前記タイヤ供給部９にはタイヤＴが受け渡し位置まで搬入されたか否かを検出するカメラ（センサ）１０を配置している On the other hand, the second robot 2 includes a tire gripping portion 8 and a tightening device, receives the tire T from the tire supply portion 9, and temporarily tightens the tire T to the hubs 4 and 5 of the front and rear wheels. The tire supply unit 9 is provided with a camera (sensor) 10 for detecting whether or not the tire T has been carried to the delivery position.
また、第１ロボット１及び第３ロボット３の近傍には、ハブボルトに締め付けられるナットの供給部１１と、ナットを所定数（４個または５個）だけ整列してセットするテーブル１２が配置されている。 Also, in the vicinity of the first robot 1 and the third robot 3, a nut supply unit 11 to be fastened to the hub bolt and a table 12 for arranging and setting a predetermined number (4 or 5) of nuts are arranged. Yes.
図２に示すように第１ロボット１のステレオカメラ６は第１画像処理装置２１に前輪のハブ４の画像情報を出力し、第３ロボット３のステレオカメラ７は第２画像処理装置２２に後輪のハブ５の画像情報を出力する。この第２画像処理装置２２には前記カメラ（センサ）１０からタイヤＴの画像情報が入力され、画像情報が演算処理される。 As shown in FIG. 2, the stereo camera 6 of the first robot 1 outputs image information of the front wheel hub 4 to the first image processing device 21, and the stereo camera 7 of the third robot 3 is connected to the second image processing device 22. The image information of the wheel hub 5 is output. Image information of the tire T is input to the second image processing device 22 from the camera (sensor) 10 and the image information is processed.
そして、第１画像処理装置２１及び第２画像処理装置２２は、演算部２３に接続され、この演算部２３では前輪のハブ４のハブボルト位置、後輪のハブ５のハブボルト位置、タイヤ供給部９上のタイヤのボルト穴位置が演算され、主制御装置２４に出力する。この主制御装置２４は演算部２３から入力された演算情報に基づいて第１、第２及び第３ロボット１，２，３の動作制御を行う。 The first image processing device 21 and the second image processing device 22 are connected to a calculation unit 23, in which the hub bolt position of the front wheel hub 4, the hub bolt position of the rear wheel hub 5, and the tire supply unit 9. The bolt hole position of the upper tire is calculated and output to the main controller 24. The main controller 24 controls the operation of the first, second, and third robots 1, 2, 3 based on the calculation information input from the calculation unit 23.
また、搬送ライン近傍にはハブの形状をした基準となるマスターＭが配置され、このマスターＭを基準として第１ロボット、第２ロボット２及び第３ロボット３に動作を教示する。 Further, a master M having a hub shape as a reference is arranged in the vicinity of the transfer line, and the first robot, the second robot 2 and the third robot 3 are instructed to operate based on the master M.
第１ロボット１、第２ロボット２及び第３ロボット３が教示された動作を行うことで、タイヤＴを車体Ｗのハブに取り付ける。この実施例にあっては第１ロボット１及び第３ロボット３のステレオカメラ６，７によってハブ４，５の位置を確認し、この確認情報に基づいて第２ロボット２のタイヤ把持部８がタイヤ供給部９からタイヤＴを受け取り、ハブ４，５にタイヤＴを取り付けて仮締めし、この後第１ロボット１及び第３ロボット３が仮締め後のタイヤＴを本締めする。 The tire T is attached to the hub of the vehicle body W by the first robot 1, the second robot 2, and the third robot 3 performing the taught operation. In this embodiment, the positions of the hubs 4 and 5 are confirmed by the stereo cameras 6 and 7 of the first robot 1 and the third robot 3, and the tire gripping portion 8 of the second robot 2 is tired based on this confirmation information. The tire T is received from the supply unit 9, the tire T is attached to the hubs 4 and 5, and temporarily tightened. Thereafter, the first robot 1 and the third robot 3 finally tighten the temporarily tightened tire T.
ところで、第１ロボット１とステレオカメラ６の座標系（座標軸とスケール）とが一致していないと、ステレオカメラ６によるセンシング位置と第１ロボット１の動作位置とがずれ、ハブボルトにナットを締め付けられないなどの不具合が生じる。 By the way, if the coordinate systems (coordinate axes and scales) of the first robot 1 and the stereo camera 6 do not match, the sensing position by the stereo camera 6 and the operating position of the first robot 1 are shifted, and the nut can be tightened on the hub bolt. Problems such as not occurring.
本発明にあっては予めキャリブレーションを行い第１ロボット１とステレオカメラ６の座標系とを一致させている。図３に基づき第１ロボット１のキャリブレーションの方法を以下に説明する。 In the present invention, calibration is performed in advance to make the coordinate system of the first robot 1 and the stereo camera 6 coincide. A calibration method for the first robot 1 will be described below with reference to FIG.
先ず図３に示すように、キャリブレーションのための検査治具３０をマスターＭに取り付ける。この検査治具３０にはマーク３１が設けられている。そして、検査治具３０を用いて第１ロボット１のキャリブレーションを行うには、図３（ａ）に示すようにステレオカメラ６の画面の左上にマーク３１を確認（１ポイント目）し、次いで第１ロボット１によってステレオカメラ６を移動することで、（ｂ）に示すようにステレオカメラ６の画面の右上にマーク３１を確認（２ポイント目）し、順次第１ロボット１によってステレオカメラ６を移動することで、（ｃ）〜（ｅ）に示すようにステレオカメラ６の画面の右下、左下、中央でマーク３１を確認（３〜６ポイント目）する。 First, as shown in FIG. 3, an inspection jig 30 for calibration is attached to the master M. A mark 31 is provided on the inspection jig 30. In order to calibrate the first robot 1 using the inspection jig 30, the mark 31 is confirmed (first point) on the upper left of the screen of the stereo camera 6 as shown in FIG. By moving the stereo camera 6 by the first robot 1, the mark 31 is confirmed at the upper right of the screen of the stereo camera 6 (second point) as shown in (b), and the stereo camera 6 is sequentially moved by the first robot 1. By moving, the mark 31 is confirmed at the lower right, lower left, and center of the screen of the stereo camera 6 as shown in (c) to (e) (third to sixth points).
尚、６ポイント目はＸＹ平面では５ポイント目と重なっているが、Ｚ軸方向に３０ｍｍ移動している。
また、図示例ではＸＹ平面でのポイントを５点とっているが、３点以上であればよい。
The sixth point overlaps the fifth point on the XY plane, but has moved 30 mm in the Z-axis direction.
In the illustrated example, five points on the XY plane are used, but three or more points may be used.
ここで、１ポイント目〜６ポイント目までの座標（ステレオカメラ６の座標系）を、（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、（ｘ３、ｙ３、ｚ３）、（ｘ４、ｙ４、ｚ４）、（ｘ５、ｙ５、ｚ５）、（ｘ６、ｙ６、ｚ６）とする。 Here, the coordinates from the first point to the sixth point (the coordinate system of the stereo camera 6) are (x1, y1, z1), (x2, y2, z2), (x3, y3, z3), (x4, y4, z4), (x5, y5, z5), and (x6, y6, z6).
また第１ロボット１の座標系は各ポイント間のシフト量になる。即ち、
ＸＲＢ …１ポイント目から２ポイント目までのロボットシフト量
Ｘ’ＲＢ…３ポイント目から４ポイント目までのロボットシフト量
ＹＲＢ …２ポイント目から３ポイント目までのロボットシフト量
Ｙ’ＲＢ…４ポイント目から１ポイント目までのロボットシフト量
ＺＲＢ …５ポイント目から６ポイント目までのＺ方向のロボットシフト量
ＸＲＢ ＝Ｘ’ＲＢ
ＹＲＢ ＝Ｙ’ＲＢ
The coordinate system of the first robot 1 is the amount of shift between the points. That is,
X RB ... Robot shift amount from the first point to the second point X ' RB ... Robot shift amount from the third point to the fourth point Y RB ... Robot shift amount from the second point to the third point Y' RB ... Robot shift amount Z RB from the fourth point to the first point Z RB ... Robot shift amount X RB = X ′ RB in the Z direction from the fifth point to the sixth point
Y RB = Y ' RB
上記から３次元の変換係数（第１変換係数）であるスケール値を求める。
スケール＝（ロボット座標）÷（ステレオカメラの座標）なので、
スケールＸ＝ＸＲＢ ÷{（ｘ２−ｘ１）＋（ｘ２−ｘ４）}／２
スケールＹ＝ＹＲＢ ÷{（ｙ４−ｙ１）＋（ｙ３−ｙ２）}／２
スケールＺ＝ＺＲＢ ÷（ｚ５−ｚ６）
From the above, a scale value which is a three-dimensional conversion coefficient (first conversion coefficient) is obtained.
Since scale = (robot coordinates) ÷ (stereo camera coordinates),
Scale X = X RB ÷ {(x2−x1) + (x2−x4)} / 2
Scale Y = Y RB ÷ {(y4−y1) + (y3−y2)} / 2
Scale Z = Z RB ÷ (z5- z6)
例えばステレオカメラの座標を、（ｘ１、ｙ１、ｚ１）＝（０、５、０、）、（ｘ２、ｙ２、ｚ２）＝（５、５、０、）、（ｘ３、ｙ３、ｚ３）＝（５、０、０、）、（ｘ４、ｙ４、ｚ４）-＝（０、０、０、）、（ｘ５、ｙ５、ｚ５）＝（３、３、０、）、（ｘ６、ｙ６、ｚ６）＝（３、３、３、）とし、ロボットの異動量を、ＸＲＢ＝５．１、ＹＲＢ＝ ４．９、ＺＲＢ＝３．１とした場合には、Ｘ、Ｙ、Ｚの各スケール（第１変換係数）は、スケールＸ＝５．１／５．０、スケールＹ＝４．９／５．０、スケールＺ＝３．１／３．０ となる。 For example, the coordinates of a stereo camera are (x1, y1, z1) = (0, 5, 0,), (x2, y2, z2) = (5, 5, 0,), (x3, y3, z3) = ( 5, 0, 0,), (x4, y4, z4)-= (0, 0, 0,), (x5, y5, z5) = (3, 3, 0,), (x6, y6, z6) = (3, 3, 3,) and the amount of movement of the robot is X RB = 5.1, Y RB = When 4.9 and Z RB = 3.1, the scales (first conversion coefficients) of X, Y, and Z are scale X = 5.1 / 5.0, scale Y = 4.9 / 5.0 and scale Z = 3.1 / 3.0.
以上において、先ず第１ロボットは予め教示された位置に先端を移動させ、その位置で第１ロボットに備えたステレオカメラはハブの位置情報を取得する。具体的にはマスターＭの位置情報と実際のハブの位置情報との誤差を認識する。この後、予め計算されたスケールＸ、スケールＹ、スケールＺを、それぞれの座標軸に対する測定値に乗じる。より詳細には、以下のようになる。 In the above, first, the first robot moves the tip to a previously taught position, and the stereo camera provided in the first robot acquires the position information of the hub at that position. Specifically, an error between the position information of the master M and the actual position information of the hub is recognized. Thereafter, the scale X, scale Y, and scale Z calculated in advance are multiplied by the measured values for the respective coordinate axes. In more detail, it is as follows.
変換後のＸ方向の値Ｘ’＝ステレオカメラで測定した計測値Ｘ×スケールＸ
変換後のＹ方向の値Ｙ’＝ステレオカメラで測定した計測値Ｙ×スケールＹ
変換後のＺ方向の値Ｚ’＝ステレオカメラで測定した計測値Ｚ×スケールＺ
Value X ′ after conversion X ′ = Measured value X × scale X measured with a stereo camera
Y-direction value after conversion Y ′ = measured value Y measured with a stereo camera × scale Y
Value Z ′ after conversion Z ′ = Measured value Z × scale Z measured with a stereo camera
例えば、マスター位置に対して実際のハブの位置はｘ方向にプラス５ｍｍ、ｙ方向に５ｍｍ、ｚ方向に３ｍｍずれた位置に配置されたとする。また、前述した方法により求めたスケールＸ＝５．１／５．０、スケールＹ＝４．９／５．０、スケールＺ＝３．１／３．０であるから、
変換後のＸ方向の値Ｘ’＝５×５．１／５．０＝５．１
変換後のＹ方向の値Ｙ’＝５×４．９／５．０＝４．９
変換後のＺ方向の値Ｚ’＝３×３．１／３．０＝３．１となる。
For example, it is assumed that the actual hub position is shifted from the master position by 5 mm in the x direction, 5 mm in the y direction, and 3 mm in the z direction. Moreover, since the scale X obtained by the above-described method is 5.1 / 5.0, the scale Y = 4.9 / 5.0, and the scale Z = 3.1 / 3.0,
Value X ′ after conversion X ′ = 5 × 5.1 / 5.0 = 5.1
Y-direction value after conversion Y ′ = 5 × 4.9 / 5.0 = 4.9
The Z-direction value after conversion Z ′ = 3 × 3.1 / 3.0 = 3.1.
変換後のそれぞれの値によってロボットに動作を指示すると、ステレオカメラで認識した誤差の通り、即ち、予め教示された動作に対して、ｘ方向に５ｍｍ、ｙ方向に５ｍｍ、ｚ方向に３ｍｍずれた位置において動作する。 When the robot is instructed to move according to each value after conversion, it is shifted by 5 mm in the x direction, 5 mm in the y direction, and 3 mm in the z direction with respect to the motion recognized by the stereo camera. Operate in position.
第３ロボットのキャリブレーション方法及び動作手順も同様である。即ち、検査治具３０をマスターＭに取り付け、３次元の変換係数（第１変換係数）を求め、ステレオカメラ７により計測したハブの位置情報を変換し、この変換した値に基づいて第３ロボットを動作させる。 The calibration method and operation procedure of the third robot are the same. That is, the inspection jig 30 is attached to the master M, a three-dimensional conversion coefficient (first conversion coefficient) is obtained, hub position information measured by the stereo camera 7 is converted, and the third robot is based on the converted value. To work.
第２ロボット２は第１ロボット及び第３ロボットとは異なりステレオカメラを備えていない。このキャリブレーションは第２ロボット２の先端に検査治具３０を取り付けて行う。 Unlike the first robot and the third robot, the second robot 2 does not include a stereo camera. This calibration is performed by attaching an inspection jig 30 to the tip of the second robot 2.
第２ロボット２は第１ロボット１及び第３ロボット３のステレオカメラ６，７からの画像情報に基づいて前輪のハブ４及び後輪のハブ５にタイヤＴを仮締めするため、ステレオカメラ６及び７との間のキャリブレーションが必要になる。 The second robot 2 temporarily tightens the tire T on the front wheel hub 4 and the rear wheel hub 5 based on image information from the stereo cameras 6 and 7 of the first robot 1 and the third robot 3. Calibration between 7 is required.
第２ロボット２とステレオカメラ６またはステレオカメラ７との間のキャリブレーションを行うには、図４に示すように、第２ロボット２のタイヤ把持部８に検査治具３０を取り付け、この後は図３に示したと同様に、ステレオカメラ６の画面上に５ポイント（６ポイント目はＺ軸方向に３０ｍｍ）トレースし、ステレオカメラ６に対する第２ロボット２の第２変換係数を求める。 In order to perform calibration between the second robot 2 and the stereo camera 6 or the stereo camera 7, as shown in FIG. 4, an inspection jig 30 is attached to the tire gripping portion 8 of the second robot 2, and thereafter As in the case shown in FIG. 3, 5 points are traced on the screen of the stereo camera 6 (the sixth point is 30 mm in the Z-axis direction), and the second conversion coefficient of the second robot 2 with respect to the stereo camera 6 is obtained.
即ち、検査治具３０を用いて第２ロボット２のキャリブレーションを行うには、図３（ａ）に示すように、ステレオカメラ６の画面の左上にマーク３１を確認（１ポイント目）し、次いで第２ロボット２によって検査治具３０を移動することで、（ｂ）に示すようにステレオカメラ６の画面の右上にマーク３１を確認（２ポイント目）し、順次第２ロボット２によって検査治具３０を移動することで、（ｃ）〜（ｅ）に示すようにステレオカメラ６の画面の右下、左下、中央でマーク３１を確認（３〜６ポイント目）する。尚、６ポイント目はＸＹ平面では５ポイント目と重なっているが、Ｚ軸方向に３０ｍｍ移動している。 That is, in order to calibrate the second robot 2 using the inspection jig 30, as shown in FIG. 3A, the mark 31 is confirmed at the upper left of the screen of the stereo camera 6 (first point), Next, by moving the inspection jig 30 by the second robot 2, a mark 31 is confirmed (second point) on the upper right of the screen of the stereo camera 6 as shown in FIG. By moving the tool 30, as shown in (c) to (e), the mark 31 is confirmed at the lower right, lower left, and center of the screen of the stereo camera 6 (third to sixth points). The sixth point overlaps the fifth point on the XY plane, but has moved 30 mm in the Z-axis direction.
ここで、１ポイント目〜６ポイント目までの座標（ステレオカメラ６の座標系）を、（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、（ｘ３、ｙ３、ｚ３）、（ｘ４、ｙ４、ｚ４）、（ｘ５、ｙ５、ｚ５）、（ｘ６、ｙ６、ｚ６）とする。 Here, the coordinates from the first point to the sixth point (the coordinate system of the stereo camera 6) are (x1, y1, z1), (x2, y2, z2), (x3, y3, z3), (x4, y4, z4), (x5, y5, z5), and (x6, y6, z6).
また第２ロボット２の座標系は各ポイント間のシフト量になる。即ち、
ＸＲＢ …１ポイント目から２ポイント目までのロボットシフト量
Ｘ’ＲＢ…３ポイント目から４ポイント目までのロボットシフト量
ＹＲＢ …２ポイント目から３ポイント目までのロボットシフト量
Ｙ’ＲＢ…４ポイント目から１ポイント目までのロボットシフト量
ＺＲＢ …５ポイント目から６ポイント目までのＺ方向のロボットシフト量
ＸＲＢ ＝Ｘ’ＲＢ
ＹＲＢ ＝Ｙ’ＲＢ
The coordinate system of the second robot 2 is the amount of shift between the points. That is,
X RB ... Robot shift amount from the first point to the second point X ' RB ... Robot shift amount from the third point to the fourth point Y RB ... Robot shift amount from the second point to the third point Y' RB ... Robot shift amount Z RB from the fourth point to the first point Z RB ... Robot shift amount X RB = X ′ RB in the Z direction from the fifth point to the sixth point
Y RB = Y ' RB
上記から３次元の変換係数（第２変換係数）であるスケール値を求める。
スケール＝（ロボット座標）÷（ステレオカメラの座標）なので、
スケールＸ＝ＸＲＢ ÷{（ｘ２−ｘ１）＋（ｘ２−ｘ４）}／２
スケールＹ＝ＹＲＢ ÷{（ｙ４−ｙ１）＋（ｙ３−ｙ２）}／２
スケールＺ＝ＺＲＢ ÷（ｚ５−ｚ６）
From the above, a scale value which is a three-dimensional conversion coefficient (second conversion coefficient) is obtained.
Since scale = (robot coordinates) ÷ (stereo camera coordinates),
Scale X = X RB ÷ {(x2−x1) + (x2−x4)} / 2
Scale Y = Y RB ÷ {(y4−y1) + (y3−y2)} / 2
Scale Z = Z RB ÷ (z5- z6)
例えばステレオカメラの座標を、（ｘ１、ｙ１、ｚ１）＝（０、５、０、）、（ｘ２、ｙ２、ｚ２）＝（５、５、０、）、（ｘ３、ｙ３、ｚ３）＝（５、０、０、）、（ｘ４、ｙ４、ｚ４）-＝（０、０、０、）、（ｘ５、ｙ５、ｚ５）＝（３、３、０、）、（ｘ６、ｙ６、ｚ６）＝（３、３、３、）とし、ロボットの異動量を、ＸＲＢ＝５．１、ＹＲＢ＝ ４．９、ＺＲＢ＝３．１とした場合には、Ｘ、Ｙ、Ｚの各スケール（第１変換係数）は、スケールＸ＝５．１／５．０、スケールＹ＝４．９／５．０、スケールＺ＝３．１／３．０ となる。 For example, the coordinates of a stereo camera are (x1, y1, z1) = (0, 5, 0,), (x2, y2, z2) = (5, 5, 0,), (x3, y3, z3) = ( 5, 0, 0,), (x4, y4, z4)-= (0, 0, 0,), (x5, y5, z5) = (3, 3, 0,), (x6, y6, z6) = (3, 3, 3,) and the amount of movement of the robot is X RB = 5.1, Y RB = When 4.9 and Z RB = 3.1, the scales (first conversion coefficients) of X, Y, and Z are scale X = 5.1 / 5.0, scale Y = 4.9 / 5.0 and scale Z = 3.1 / 3.0.
以上において、第１ロボットに備えたステレオカメラがマスターＭの位置情報と実際のハブの位置情報との誤差を認識する。この後、前記スケールＸ、スケールＹ、スケールＺを、それぞれの座標軸に対する測定値に乗じる。 In the above, the stereo camera provided in the first robot recognizes an error between the position information of the master M and the actual position information of the hub. Thereafter, the scale X, scale Y, and scale Z are multiplied by the measured values for the respective coordinate axes.
変換後のそれぞれの値によって第２ロボット２に動作を指示すると、ステレオカメラで認識した誤差の通り動作する。 When the second robot 2 is instructed to operate according to the converted values, the operation is performed according to the error recognized by the stereo camera.
ところで、マスターＭと実際のハブとのずれが小さい（２０ｍｍ以内）場合には、第１ロボット１に取り付けたステレオカメラ６で実際のハブを検知できるため、上記で得られた第２変換係数を用いて第２ロボット２を動作させればよい。 By the way, when the deviation between the master M and the actual hub is small (within 20 mm), since the actual hub can be detected by the stereo camera 6 attached to the first robot 1, the second conversion coefficient obtained above is used. The second robot 2 may be operated using this.
しかしながら、図５に示すように、マスターＭと機種Ａのハブ４の位置が大きく一致していない場合、具体的には小型車を基準としたマスターと大型車のハブとでは大きくハブの位置がずれることになる。例えば、ステレオカメラ６によって計測したハブ４の位置情報がホイールベースを基準としたマスターＭからのホイールベース方向のずれ（Ｔ）＝３０ｍｍ、トレッド方向のずれ(Ｂ)＝０ｍｍ、高さ方向のずれ（Ｈ）＝２０ｍｍとした場合、第１ロボット１に取り付けたステレオカメラ６の認識範囲を超えるため実際のハブを検知することができない。 However, as shown in FIG. 5, when the positions of the master M and the hub 4 of the model A do not substantially coincide, specifically, the position of the hub largely deviates between the master based on the small car and the hub of the large car. It will be. For example, the position information of the hub 4 measured by the stereo camera 6 is a deviation in the wheel base direction (T) = 30 mm from the master M with reference to the wheel base, a deviation in the tread direction (B) = 0 mm, and a deviation in the height direction. When (H) = 20 mm, the actual hub cannot be detected because it exceeds the recognition range of the stereo camera 6 attached to the first robot 1.
機種（ワーク）変更の場合には、マスターに対してどの程度ハブの位置が異なるか予め機種（ワーク）のデータから予想することができるので、機種変更の際には第１ロボット、第２ロボット、第３ロボットはマスター位置に対する予め予想されるハブの位置（ギャップ）に対応するように教示動作を修正して動作する。 When changing the model (work), it can be predicted in advance from the model (work) data how much the hub position differs from the master. Therefore, when changing the model, the first robot and the second robot The third robot operates by correcting the teaching operation so as to correspond to the hub position (gap) predicted in advance with respect to the master position.
しかしながら、ロボットの座標系はロボットごとに異なるため、前記マスター位置に対する予め予想されるハブの位置（ギャップ）を各ロボットに与えてもそれぞれのロボットで異なった動作をしてしまう。
例えば、ギャップがホイールベース方向に３０ｍｍある場合、各ロボットにこの値を与えても、各ロボットが持つ固有の座標系の違いにより、第１ロボット１では３１ｍｍ、第２ロボット２では２７ｍｍ、第３ロボット３では３０ｍｍになることが考えられる。それぞれのロボットの移動量の差は、ステレオカメラによってセンシングしたハブの位置に対して前述した変換係数を乗じることにより算出した値を与えたとしてもキャンセルすることができない。
However, since the coordinate system of the robot is different for each robot, even if a position (gap) of the hub predicted in advance with respect to the master position is given to each robot, each robot performs different operations.
For example, when the gap is 30 mm in the wheel base direction, even if this value is given to each robot, the first robot 1 is 31 mm, the second robot 2 is 27 mm, It is conceivable that the robot 3 is 30 mm. The difference in the amount of movement of each robot cannot be canceled even if a value calculated by multiplying the hub position sensed by the stereo camera by the conversion coefficient described above is given.
そこで、１つのロボットに合わせて他のロボットを連動させることが考えられる。例えば，３０ｍｍの指令に対して第１ロボット１が３３ｍｍ、第２ロボット２が２７ｍｍ移動してしまうような場合に、第２ロボット２は第１ロボット１に合わせて３３ｍｍ移動するようにすることである。 Therefore, it is conceivable that other robots are linked to one robot. For example, when the first robot 1 moves 33 mm and the second robot 2 moves 27 mm in response to a command of 30 mm, the second robot 2 moves 33 mm along with the first robot 1. is there.
本実施例では、ステレオカメラを備えている第１ロボット１に合わせてステレオカメラを備えていない第２ロボットを連動させるため第３変換係数を算出している。 In the present embodiment, the third conversion coefficient is calculated in order to link the second robot not equipped with the stereo camera in accordance with the first robot 1 equipped with the stereo camera.
前記第３変換係数は第２変換係数を第１変換係数で除したものであり、図６に従って説明すると、第１ロボット１のスケールとして１１／１０が、第２ロボット２のスケールとして９／１０が与えられたと仮定すると、ギャップとして３０が与えられると第１ロボット１は３３の位置を修正して動作し、第２ロボット２は２７の位置を修正して動作する。その結果、３３と２７の位置のずれが発生し、このままでは連動した動きができない。そこで、第３変換係数として２７に１１／９を乗じて３３にすることで第１ロボットの動作に連動して第２ロボットを動作させることができる。 The third conversion coefficient is obtained by dividing the second conversion coefficient by the first conversion coefficient. According to FIG. 6, 11/10 is the scale of the first robot 1 and 9/10 is the scale of the second robot 2. Assuming that 30 is given as a gap, the first robot 1 operates by correcting the position of 33, and the second robot 2 operates by correcting the position of 27. As a result, displacement between positions 33 and 27 occurs, and the interlocked movement cannot be performed as it is. Therefore, by multiplying 27 by 11/9 as the third conversion coefficient to 33, the second robot can be operated in conjunction with the operation of the first robot.
即ち、まとめると以下のようになる。
第３変換係数＝第２変換係数／第１変換係数
第１ロボットに与える値＝機種補正量＋（センシング量×第１変換係数）
第２ロボットに与える値＝（機種補正量×１／第３変換係数）＋（センシング量×第２変換係数）
That is, it is summarized as follows.
Third conversion coefficient = second conversion coefficient / first conversion coefficient Value given to the first robot = model correction amount + (sensing amount × first conversion coefficient)
Value given to the second robot = (model correction amount × 1 / third conversion coefficient) + (sensing amount × second conversion coefficient)
第３ロボットと第２ロボットとの間についても第１ロボットと第２ロボットとの間と同様に、第２変換係数および第３変換係数に相当する変換係数を算出することができ、これら第２変換係数および第３変換係数を第４及び第５の変換係数として、後輪のハブにタイヤを取り付ける際に用いる。 As with the first robot and the second robot, the second conversion coefficient and the conversion coefficient corresponding to the third conversion coefficient can be calculated between the third robot and the second robot. The conversion coefficient and the third conversion coefficient are used as the fourth and fifth conversion coefficients when the tire is attached to the hub of the rear wheel.
本発明は、例えば車体のハブをステレオカメラで検出し、このハブにロボットによってタイヤを自動的に装着するラインに適用することができる。 The present invention can be applied to a line in which, for example, a hub of a vehicle body is detected by a stereo camera and a tire is automatically mounted on the hub by a robot.
１…第１ロボット、２…第２ロボット、３…第３ロボット、４，５…ハブ、６，７…ステレオカメラ、８…把持部、９…タイヤ供給部、１０…カメラ（センサ）、１１…ナットの供給部、１２…テーブル、２１…第１画像処理装置、２２…第２画像処理装置、２３…演算部、２４…主制御装置２４、３０…検査治具、３１…マーク、Ｗ…車体、Ｔ…タイヤ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st robot, 2 ... 2nd robot, 3 ... 3rd robot, 4,5 ... Hub, 6, 7 ... Stereo camera, 8 ... Gripping part, 9 ... Tire supply part, 10 ... Camera (sensor), 11 ... Nut supply unit, 12 ... Table, 21 ... First image processing device, 22 ... Second image processing device, 23 ... Calculation unit, 24 ... Main control device 24, 30 ... Inspection jig, 31 ... Mark, W ... Body, T ... tyre.
Claims (1)
前記第１ロボットを動作させることにより前記第１ロボットのロボット座標のＸＹ平面上に設定した３つ以上の異なる計測位置及び前記ＸＹ平面に垂直なＺ軸上に設定した２つ以上の異なる計測位置において計測対象物の位置を前記三次元位置計測装置によって計測し、前記第１ロボットの動作量と前記三次元位置計測装置の座標系における計測対象物の各計測位置の位置座標とに基づいて、前記三次元位置計測装置の座標系から前記第１ロボットの座標系への第１変換係数を算出し、
前記第２ロボットを動作させることにより前記第２ロボットのロボット座標のＸＹ平面上に設定した３つ以上の異なる計測対象物の位置及び前記ＸＹ平面に垂直なＺ軸方向に２つ以上の異なる計測対象物の位置を前記三次元位置計測装置によって計測し、
前記第２ロボットの動作量と前記三次元位置計測装置の座標系における計測対象物の各計測位置の位置座標とに基づいて、前記第１ロボットの先端に配設された三次元位置計測装置の座標系から前記第２ロボットの座標系への第２変換係数を算出し、
前記第１変換係数と第２変換係数に基づき第３変換係数を算出し、
基準となる第１のワークとは形態が異なる第２のワークに設置された対象物の位置を計測する場合には、第１のワークと第２のワークとの形態の差の情報に基づいて前記第１のロボットを動作させ、
さらに、前記第１変換係数によって前記三次元位置計測装置が計測した対象物の位置情報を変換し、この変換した値に基づいて前記第１ロボットを動作させ、
第３変換係数によって第１のワークと第２のワークとの形態の差を変換し、この変換した値に基づいて前記第２ロボットを動作させ、
さらに、前記第２変換係数によって前記三次元位置計測装置が計測した対象物の位置情報を変換し、この変換した値に基づいて前記第２ロボットを動作させることを特徴とするロボットの制御方法。
In a control method for operating the first robot and the second robot based on position information of an object detected by a three-dimensional position measurement device disposed at the tip of the first robot,
Three or more different measurement positions set on the XY plane of the robot coordinates of the first robot and two or more different measurement positions set on the Z axis perpendicular to the XY plane by operating the first robot , The position of the measurement object is measured by the three-dimensional position measurement device, and based on the movement amount of the first robot and the position coordinates of each measurement position of the measurement object in the coordinate system of the three-dimensional position measurement device, Calculating a first conversion coefficient from the coordinate system of the three-dimensional position measuring device to the coordinate system of the first robot;
The position of three or more different measurement objects set on the XY plane of the robot coordinates of the second robot by operating the second robot and two or more different measurements in the Z-axis direction perpendicular to the XY plane Measure the position of the object with the three-dimensional position measurement device,
Based on the movement amount of the second robot and the position coordinates of each measurement position of the measurement object in the coordinate system of the three-dimensional position measurement apparatus, the three-dimensional position measurement apparatus disposed at the tip of the first robot. Calculating a second conversion coefficient from the coordinate system to the coordinate system of the second robot;
Calculating a third conversion coefficient based on the first conversion coefficient and the second conversion coefficient;
When measuring the position of an object placed on a second workpiece having a different form from the reference first work, it is based on information on the difference in form between the first work and the second work. Operating the first robot;
Further, the position information of the object measured by the three-dimensional position measurement device is converted by the first conversion coefficient, and the first robot is operated based on the converted value,
A difference in form between the first workpiece and the second workpiece is converted by the third conversion coefficient, and the second robot is operated based on the converted value.
The robot control method further comprises converting the position information of the object measured by the three-dimensional position measuring device using the second conversion coefficient, and operating the second robot based on the converted value.
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