JP5906769B2 - ロボット装置およびロボット制御方法 - Google Patents
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この構成によれば、本発明の一態様であるロボット装置は、撮影画像についてパターンマッチング処理を実行することなく、第1のマークに第2のマークを正確に位置合わせさせて、第2の部品を第1の部品に組み合わせることができる。
ここで、前記第1の部品は、第1の歯車であり、前記第2の部品は、第2の歯車であり、前記第1のマーク画像の主方向は、前記第1の歯車の中心から前記第1のマーク画像へ向かう方向であり、前記第2のマーク画像の主方向は、前記第2の歯車の中心から前記第2のマーク画像へ向かう方向であってもよい。
前記移動量取得部は、前記第1の角度と前記第2の角度との差が180度になるように、前記第2の部品の移動量を計算してもよい。
前記移動量取得部は、前記第1の歯車の中心から前記第2の歯車の中心へ向かう方向が、前記基準軸に対する第1のマーク画像の主方向と一致する場合、前記第2の角度が180度になるように、前記第2の部品の移動量を計算してもよい。
この構成によれば、マークの形状が三角形やくさび等の、歯車の歯形状に類似する形状である場合において、歯車の歯をマークとして誤認識するおそれがない。
したがって、本発明の一態様であるロボット装置によれば、歯車に設けられたマークを正確に検出することができる。
この構成によれば、本発明の一態様であるロボット装置は、撮影画像についてパターンマッチング処理を実行することなく、第1のマークに第2のマークを正確に位置合わせさせて、第2の部品を第1の部品に組み合わせることができる。
[5]上記[4]記載のロボット装置において、前記周波数分析は、離散フーリエ変換であり、前記逆周波数分析は、逆離散フーリエ変換であることを特徴とする。
ここで、本発明の一態様であるロボット装置は、例えば、2系統のアームを備えた垂直多関節ロボット(双腕ロボット)である。
この構成によれば、本発明の一態様であるロボット装置は、撮影画像についてパターンマッチング処理を実行することなく、第1のマークに第2のマークを正確に位置合わせさせて、第2の部品を第1の部品に組み合わせることができる。
この構成によれば、本発明の一態様であるロボット制御方法は、撮影画像についてパターンマッチング処理を実行することなく、第1のマークに第2のマークを正確に位置合わせさせて、第2の部品を第1の部品に組み合わせることができる。
[第1の実施の形態]
本発明の第1実施形態におけるロボットシステムは、第1の部品が取り付けられたアセンブリー部品に、ロボット本体が搬送する第2の部品を、第1の部品および第2の部品それぞれに設けられた位置合わせマークの位置を合わせて取り付ける組立てシステムである。本実施形態では、第1の部品および第2の部品が平歯車(以下、歯車という。)である例について説明する。
同図において、ロボットシステム1は、ロボット本体10と、把持部11と、ロボット制御装置20と、撮影装置30と、ケーブル40と、ケーブル41とを含んで構成される。
ロボット本体10とロボット制御装置20とケーブル41とは、ロボット装置に含まれる。
ロボット本体10は、ロボット制御装置20から供給されるロボット制御命令を取り込み、このロボット制御命令による駆動制御によって、把持部11の位置および姿勢を三次元空間内で所望に変更し、また把持部11の爪部を開閉させる。
なお、図1における部品や構造等の縮尺は、図を明りょうなものとするために実際のものとは異なる。
同図に示すように、ロボット制御装置20は、撮影画像取得部21と、テンプレート画像記憶部22と、オブジェクト検出部23と、オブジェクト移動制御部(ロボット駆動制御部)24と、解析条件記憶部25と、マーク角度検出部26と、移動量取得部27と、解析条件決定部28とを備える。
そして、オブジェクト検出部23は、追跡画像から検出したオブジェクトおよびゴールの各位置に基づいて、歯車54を把持している把持部11の現在位置から軸52までの移動方向および移動距離を計算し、これら移動方向および移動距離を示す移動量情報をオブジェクト移動制御部24に供給する。
そして、オブジェクト検出部23は、追跡画像とこの追跡画像における歯車53および歯車54それぞれの画像の位置情報(例えば、中心の位置座標)とを、マーク角度検出部26に供給する。
そして、オブジェクト検出部23は、サンプル画像とこのサンプル画像における歯車および目印の位置情報(例えば、中心の位置座標)とを、解析条件決定部28に供給する。
図6は、ロボット制御装置20が実行する、オブジェクトの組み込み前移動処理の手順を示すフローチャートである。つまり、同図のフローチャートは、ロボット制御装置20が、歯車54を軸52に通す前段階の処理手順を示す。
次に、ステップS2において、オブジェクト検出部23は、撮影画像取得部21から供給される追跡画像を取り込み、テンプレート画像記憶部22からテンプレート画像を読み込む。
次に、ステップS4において、オブジェクト検出部23は、追跡画像から検出したオブジェクトがゴールしたか否かを判定する。オブジェクトがゴールするとは、オブジェクトがゴールに到達するという意味である。そして、オブジェクト検出部23は、オブジェクトがゴールしたと判定した場合(S4:YES)、本フローチャートの処理を終了させる。一方、オブジェクト検出部23は、オブジェクトがゴールしていないと判定した場合(S4:NO)、ステップS5の処理に移す。
次に、オブジェクト移動制御部24は、オブジェクト検出部23から供給される把持部11についての移動量情報を取り込み、この移動量情報に基づいて、ロボット本体10の把持部11の移動先の位置および姿勢を計算する。
次に、オブジェクト移動制御部24は、その計算結果に基づいて、ロボット本体10の各可動部を駆動制御するためのロボット制御命令を生成する。
次に、ステップS23において、マーク角度検出部26は、歯車54の画像について、マーク角度検出処理を実行し、追跡画像における歯車54に設けられた第2のマークの角度を求める。次に、マーク角度検出部26は、第2のマークの角度を示す第2の角度情報を移動量取得部27に供給する。そして、移動量取得部27は、マーク角度検出部26から供給された第2の角度情報を取り込む。
ステップS22およびステップS23それぞれのマーク角度検出処理の詳細については、後述する。
次に、ステップS26において、オブジェクト移動制御部24は、ロボット制御命令をロボット本体10に供給する。
以上で、本フローチャートの処理は終了する。
次に、ステップS42において、マーク角度検出部26は、歯車54の画像から、解析条件に含まれる半径の円を歯車54の画像に設けたときの円周上の一次元の画素列を抽出する。
次に、ステップS43において、マーク角度検出部26は、その画素列を周波数分析して周波数成分を取得する。例えば、マーク角度検出部26は、画素列を離散フーリエ変換して周波数成分を取得する。
次に、ステップS45において、マーク角度検出部26は、縮小周波数成分を逆周波数分析して一次元配列データを取得する。例えば、マーク角度検出部26は、縮小周波数成分を逆離散フーリエ変換して一次元配列データを取得する。
次に、ステップS46において、マーク角度検出部26は、一次元配列データにおける最大値もしくは最小値に対応する角度、または値の変化率が所定のレベルを超える点に対応する角度を求める。
以上で、本フローチャートの処理は終了する。
次に、ステップS62において、解析条件決定部28は、目印の位置情報に基づいて目印の画像の角度を取得する。
次に、ステップS65において、解析条件決定部28は、目印の画像とマークの画像との角度の相関度を計算する。例えば、解析条件決定部28は、目印の画像とマークの画像との角度差の二乗を計算する。
本発明の第2実施形態におけるロボットシステムでは、ロボット本体は、2系統のアームを備える。本実施形態では、各アームにはハンドが取り付けられている。そしてこのロボットシステムは、ロボット本体の一方のアームのハンドに取り付けられた撮影装置によってアセンブリー部品の撮影画像を取得し、他方のアームのハンドに取り付けられた把持部によって部品を搬送させる。
同図において、ロボットシステム2は、ロボット本体60と、撮影装置61と、把持部62と、ロボット制御装置20と、ケーブル63とを含んで構成される。
ロボット本体60とロボット制御装置20とケーブル63とは、ロボット装置に含まれる。
ロボット制御装置20は、第1実施形態と同様の構成であるため、ロボット制御装置20についての詳細な説明を省略する。
把持部62は、物体を把持または挟持可能な爪部を備える。なお、図10では、把持部62を、その機能を示すために模式的に示してある。
また、ロボット制御装置20は、ロボット制御装置20は、撮影装置61から供給される、アセンブリー部品の撮影画像を取り込み、この撮影画像に基づいてロボット本体60の首部60bと頭部60cと第1アーム部60dとの動作を制御し、第1実施形態と同様に、歯車を軸に通してアセンブリー部品に取り付ける。
そして、ロボット制御装置20において、オブジェクト移動制御部24は、移動量に基づきロボット本体10を駆動制御して、第2の歯車を第1の歯車に組み合わせさせる。
したがって、ロボットシステム1およびロボットシステム2によれば、撮影画像についてパターンマッチング処理を実行することなく、第1のマークに第2のマークを正確に位置合わせさせて、歯車54(第2の部品)を歯車53(第1の部品)に組み合わせることができる。
図11は、遊星歯車機構の一例を示す平面図である。同図に示すように、本発明の各実施形態を適用すれば、外歯歯車1011と太陽歯車1012と遊星歯車1013とを噛み合わせて、遊星歯車機構を組み立てることが可能である。
ロボットシステム1およびロボットシステム2は、例えば、太陽歯車1012に対して遊星歯車1013の位置を合わせた後、遊星歯車1013に対して外歯歯車1011の位置を合わせる。歯車対の位置合わせの方法は、第1実施形態において説明したとおりであるので、ここではその説明を省略する。
図12は、多角形穴を有する部材の二つの例を示す平面図である。同図に示すように、本発明の各実施形態を適用すれば、第1の例として、部材1021の六角穴に、この六角形穴に嵌合可能な形状を有する部材を、回転位置を合わせて嵌合させる作業を行うことが可能である。
同様に、第2の例として、部材1022の十字穴に、この十字穴に嵌合可能な形状を有する部材を、回転位置を合わせて嵌合させる作業を行うことが可能である。
図13は、第1実施形態の変形例として、ロボット制御装置20をロボット本体10に内蔵させて構成したロボットシステムの概略の外観図である。同図に示すように、ロボット制御装置20は、例えば、ロボット本体10の支持台10aの内部に収納されている。
図14は、第2実施形態の変形例として、ロボット制御装置20をロボット本体60に内蔵させて構成したロボットシステムの概略の外観図である。同図に示すように、ロボット制御装置20は、例えば、ロボット本体60の本体60aのキャビネットに収納されている。
2 ロボットシステム(ロボット装置)
5 アセンブリー部品
10 ロボット本体
10a 支持台
10b アーム部
10c ハンド部
11 把持部
20 ロボット制御装置
21 撮影画像取得部
22 テンプレート画像記憶部
23 オブジェクト検出部
24 オブジェクト移動制御部
25 解析条件記憶部
26 マーク角度検出部
27 移動量取得部
28 解析条件決定部
30 撮影装置
40 ケーブル
41 ケーブル
50 基台
51 軸
52 軸
53 歯車
54 歯車
60 ロボット本体
60a 本体
60b 首部
60c 頭部
60d 第1アーム部
60e 第2アーム部
60f 搬送部
61 撮影装置
62 把持部
63 ケーブル
Claims (7)
- 第1のマークが設けられた第1の部品に対し、第2のマークが設けられた第2の部品の位置および姿勢を変更して前記第2の部品を移動させるロボット本体と、
撮影画像から、前記第1のマークの画像である第1のマーク画像と前記第2のマークの画像である第2のマーク画像とを検出し、所定の基準軸に対する前記第1のマーク画像の主方向の第1の角度と前記基準軸に対する前記第2のマーク画像の主方向の第2の角度とを求め、
前記第1の角度と前記第2の角度とに基づき、前記第1のマークに対して前記第2のマークの位置を合わせるための前記第2の部品の移動量を計算し、
前記移動量に基づき前記ロボット本体を駆動制御して、前記第2の部品を前記第1の部品に組み合わせさせるロボット制御部を備え、
前記第1の部品は、第1の歯車であり、
前記第2の部品は、第2の歯車であり、
前記第1のマーク画像の主方向は、前記第1の歯車の中心から前記第1のマーク画像へ向かう方向であり、
前記第2のマーク画像の主方向は、前記第2の歯車の中心から前記第2のマーク画像へ向かう方向であることを特徴とするロボット装置。 - 前記ロボット制御部は、前記第1の角度と前記第2の角度との差が180度になるように、前記第2の部品の移動量を計算することを特徴とする請求項1に記載のロボット装置。
- 前記ロボット制御部は、前記第1の歯車の中心から前記第2の歯車の中心へ向かう方向が、前記基準軸に対する第1のマーク画像の主方向と一致する場合、前記第2の角度が180度になるように、前記第2の部品の移動量を計算することを特徴とする請求項2に記載のロボット装置。
- 前記ロボット制御部は、前記撮影画像における前記第1の部品の画像である第1の部品画像と前記第2の部品の画像である第2の部品画像とのそれぞれについて、前記第1の部品画像および前記第2の部品画像それぞれの中心に対して設けられる円の円周によりマーク画像が貫かれる大きさの半径と、前記円の円周上の一次元の画素列にフィルター処理を行って除去する周波数成分の上限値および下限値とを含む解析条件を、解析条件記憶部から読み込み、
前記第1の部品画像および前記第2の部品画像それぞれから、前記解析条件に含まれる前記半径の円を部品画像の中心に対して設けたときの円周上の一次元の画素列を抽出し、前記画素列を周波数分析して周波数成分を取得し、前記周波数成分の前記上限値以上の成分と前記下限値以下の成分とを前記周波数成分から削除した縮小周波数成分を取得し、前記縮小周波数成分を逆周波数分析して一次元配列データを取得し、前記一次元配列データにおける最大値もしくは最小値または値の変化率が所定のレベルを超える点に対応する前記第1の角度および前記第2の角度を求める
ことを特徴とする請求項1〜3いずれか一項記載のロボット装置。 - 前記周波数分析は、離散フーリエ変換であり、
前記逆周波数分析は、逆離散フーリエ変換である
ことを特徴とする請求項4記載のロボット装置。 - 2系統のアームをそれぞれ可動に備え、前記2系統のアームのうち一方のアームにより第2の部品を移動させるロボット本体をさらに備え、
撮影画像から、第1の部品に設けられた第1のマークの画像である第1のマーク画像と前記第2の部品に設けられた第2のマークの画像である第2のマーク画像とを検出し、前記撮影画像における、所定の基準軸に対する前記第1のマーク画像の主方向の第1の角度と前記基準軸に対する前記第2のマーク画像の主方向の第2の角度とを求め、
前記第1の角度と前記第2の角度とに基づき、前記第1のマークに対して前記第2のマークの位置を合わせるための前記第2の部品の移動量をし、
前記移動量に基づき前記ロボット本体を駆動制御して、前記第2の部品を前記第1の部品に組み合わせさせるロボット制御部を備え、
前記第1の部品は、第1の歯車であり、
前記第2の部品は、第2の歯車であり、
前記第1のマーク画像の主方向は、前記第1の歯車の中心から前記第1のマーク画像へ向かう方向であり、
前記第2のマーク画像の主方向は、前記第2の歯車の中心から前記第2のマーク画像へ向かう方向であることを特徴とするロボット装置。 - ロボット制御部が、撮影画像から、第1の部品に設けられた第1のマークの画像である第1のマーク画像と第2の部品に設けられた第2のマークの画像である第2のマーク画像とを検出し、前記撮影画像における、所定の基準軸に対する前記第1のマーク画像の主方向の第1の角度と前記基準軸に対する前記第2のマーク画像の主方向の第2の角度とを求め、
前記第1の角度と前記第2の角度とに基づき、前記第1のマークに対して前記第2のマークの位置を合わせるための前記第2の部品の移動量を計算し、
前記移動量に基づいて外部のロボット本体を駆動制御し、前記第2の部品を前記第1の部品に組み合わせさせるロボット制御ステップを有し、
前記第1の部品は、第1の歯車であり、
前記第2の部品は、第2の歯車であり、
前記第1のマーク画像の主方向は、前記第1の歯車の中心から前記第1のマーク画像へ向かう方向であり、
前記第2のマーク画像の主方向は、前記第2の歯車の中心から前記第2のマーク画像へ向かう方向であることを特徴とするロボット制御方法。
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