JP6565175B2 - ロボットおよびロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、ロボットおよびロボットシステムに関する。

従来、ロボットビジョンを用いてロボットを制御するにあたっては、ロボット座標系と
撮像部の座標系とを校正する処理が必要になる。校正時には、ロボット設置空間内の基準
点の位置をロボット座標系と撮像部の座標系のそれぞれで特定し、一方の座標系で表され
た基準点の位置を、他方の座標系で表された基準点の位置に変換するための行列式が求め
られる。特許文献１に記載された技術によると、３つの基準点を触るようにアームを動か
すことによってロボット座標系で基準点を教示し、その後、アームによって所定位置に移
動させた撮像部によって基準点を示すマーカーを撮像し、基準点を撮像部の座標系で検出
することによって、校正が行われる。

特開平８−２１０８１６号公報

特許文献１に記載された技術によると、３つの基準点を触るようにアームをオペレータ
ーが操作することによって基準点の位置を教示する必要がある。しかし、アームが基準点
に触わるか触らないかの境界の状態を目視で特定しながら、アームを正確に操作すること
は容易ではない。すなわち特許文献１に記載された技術では、基準点の位置を正確に教示
することは容易ではないという問題がある。そして、複数の基準点の位置を正確に教示し
ながら校正を行うとすれば、校正に要する所要時間が長引くという問題があり、校正対象
のロボットが増えるほど、この問題は深刻になる。

本発明は、これらの問題を解決するために創作されたものであって、撮像部の座標系と
ロボットの座標系の校正を容易にすることを目的の一つとする。

上記目的を達成するためのロボットは、校正開始指示を受け付ける指示受付部と、前記
校正開始指示が受け付けられると、基準点を示すマーカーと撮像部との位置関係を変化さ
せるアームと、を備え、前記撮像部と前記マーカーの位置関係が変化した後に前記撮像部
によって前記マーカーが撮像された画像に基づいて、前記撮像部の座標系とロボットの座
標系との校正が行われる。

また上記目的を達成するためのロボットは、３つ以上の基準点を示すマーカーと撮像部
との位置関係を、前記３つ以上の基準点を含む平面と前記撮像部の光軸とが垂直な第一状
態、前記撮像部が前記３つ以上の基準点の少なくともいずれかを示す前記マーカーに合焦
する第二状態、前記撮像部の光軸が前記平面上の第一点を通る第三状態、前記撮像部の光
軸が前記平面上の第二点を通る第四状態、前記撮像部の光軸が前記平面上の第三点を通る
第五状態、の少なくともいずれかに自動で変化させるアームを備え、前記第三状態、前記
第四状態および前記第五状態において前記撮像部によって前記マーカーが撮像された画像
に基づいて前記撮像部の座標系とロボットの座標系との校正が行われる。

これらの発明によると、撮像部とマーカーの位置関係を、撮像部の座標系とロボットの
座標系とを校正するために必要な画像を撮像できる状態に、校正開始指示によって変化さ
せることができる。したがって撮像部の座標系とロボットの座標系の校正が容易である。

ここで、校正開始指示は、撮像部の座標系とロボットの座標系とを校正するために必要
な画像を撮像できる状態に撮像部とマーカーの位置関係を変化させる動作をアームに開始
させるタイミングを特定する指示であれば良く、アームの位置または姿勢の変化量を特定
する目標値を含まなくてもよい。またマーカーは、ロボット座標系の基準点を指し示すも
のであればよい。例えば、平板に記された点や円などの二次元図形をマーカーとして用い
ることができるし、三次元形状を有する物（例えばアームの先端部）をマーカーとして用
いることもできる。そしてマーカーは、アームに設けられても良いし、ロボットが設置さ
れる空間に固定された物（例えば作業台）に設けられても良い。マーカーがアームに設け
られる場合（アームがマーカーになる場合を含む）、撮像部はロボット座標系に固定され
る。ロボット座標系にマーカーが固定される場合、撮像部はアームに設けられる。

なお請求項に記載された各手段の機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資
源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、又はそれらの組み合わせによ
り実現される。また、これら各手段の機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェ
ア資源で実現されるものに限定されない。

図１Ａは本発明の実施形態にかかる模式的な斜視図。図１Ｂは本発明の実施形態にかかるブロック図。 本発明の実施形態にかかる平面図。 本発明の実施形態にかかる模式的な斜視図。 本発明の実施形態にかかるフローチャート。 本発明の実施形態にかかるフローチャート。 本発明の実施形態にかかるフローチャート。 本発明の実施形態にかかる模式図。 本発明の実施形態にかかる画像を示す図。 本発明の実施形態にかかるフローチャート。 本発明の実施形態にかかる模式的な斜視図。 本発明の実施形態にかかるフローチャート。 本発明の実施形態にかかる模式的な斜視図。 本発明の実施形態にかかる模式的な平面図。 本発明の実施形態にかかる模式図。 本発明の実施形態にかかる模式図。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。尚、各図において対応
する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
１．第一実施例
１−１．概要
本発明の第一実施例としてのロボットシステムは、図１に示すように、ロボット１と、
撮像部２と、校正装置としてのＰＣ（Personal Computer）３とを備えている。

ロボット１は、６つの回転軸部材１２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６を
アームに備える６軸ロボットである。ワークを操作するための各種のツールが装着される
回転軸部材１２６の先端の中心をツールセンターポイント（ＴＣＰ）という。ＴＣＰの位
置と姿勢は各種のツールの位置と姿勢の基準となる。ロボット１を制御する際に用いられ
るロボット１の座標系は、それぞれが水平なｘ軸とｙ軸と、鉛直下向きを正方向とするｚ
軸とによって定まる３次元の直交座標系である。またｚ軸周りの回転をｕ、ｙ軸周りの回
転をｖ、ｘ軸周りの回転をｗで表す。ロボット座標系の長さの単位はミリメートル、角度
の単位は度である。

撮像部２は、レンズ２０１の光軸に対して垂直な基準平面内におけるワークの大きさ、
形状および位置を認識するための撮像部である。撮像部２の座標系は、撮像部２から出力
される画像の座標系であって、画像の水平右向きを正方向とするＢ軸と、画像の垂直下向
きを正方向とするＣ軸とによって定まる。撮像部２の座標系の長さの単位はピクセル、角
度の単位は度である。撮像部２の座標系は、撮像部２の光軸に垂直な実空間内の平面の座
標系が、レンズ２０１の光学特性（焦点距離、歪みなど）とエリアイメージセンサー２０
２の画素数と大きさとに応じて非線形変換された２次元の直交座標系である。したがって
、撮像部２が出力する画像に基づいてワークの大きさ、形状または位置を認識して、認識
結果に基づいてロボット１を制御するためには、撮像部２の座標系をロボット１の座標系
とを関係づける処理、すなわち校正が必要になる。

ＰＣ３はロボット１と撮像部２に接続されている。ＰＣ３には、ロボット１の座標系と
撮像部２の座標系とを校正するための校正プログラムがインストールされている。オペレ
ーターは、校正を実行するために校正プログラムを起動し、校正開始指示をＰＣ３に入力
する。校正開始指示は、校正プログラムが校正処理を開始するための単なるトリガーであ
って、ロボット１を操作するための目標値を含んでいない。撮像部２の座標系を校正する
ためには、従来であれば、３つ以上の基準点を含む平面に対して撮像部２の光軸を正確に
垂直な状態にセットしたり、ＴＣＰでタッチアップすることにより３つ以上の基準点を正
確に教示したりといった緻密な準備が必要であった。そして、これらの準備が不正確であ
る場合には校正が失敗することになり、オペレーターは校正の失敗を知ることによって、
準備が不正確であったことを知る。したがって、従来は校正に多大な時間を要していた。

以下に説明する本発明の実施例によると、校正が行われていない状態でのロボットビジ
ョン（撮像部２によって撮像される画像）を用いて校正の準備を自動で行う。自動で行わ
れる校正の準備には、３つ以上の基準点を含む基準平面に対して撮像部２の光軸が垂直で
あって、撮像部２が基準平面に合焦している状態にする操作を含む。このため、基準点と
撮像部との正確な位置関係が定まっていない状態で校正開始指示を入力するだけで、ロボ
ット１の座標系と撮像部２の座標系とを、極めて容易に校正することができる。

１−２．構成
図１Ａに簡略化して示すように、ロボット１は、基台１１０とアーム１１１、１１２、
１１３、１１４、１１５とを備えている。基台１１０は、第一アーム１１１の回転軸部材
１２１を支持している。第一アーム１１１は回転軸部材１２１の中心軸を中心にして回転
軸部材１２１とともに基台１１０に対して回転する。第一アーム１１１は、第二アーム１
１２の回転軸部材１２２を支持している。第二アーム１１２は、回転軸部材１２２の中心
軸を中心にして回転軸部材１２２とともに第一アーム１１１に対して回転する。第二アー
ム１１２は、第三アーム１１３の回転軸部材１２３を支持している。第三アーム１１３は
、回転軸部材１２３の中心軸を中心にして回転軸部材１２３とともに第二アーム１１２に
対して回転する。第三アーム１１３は、第四アーム１１４の回転軸部材１２４を支持して
いる。第四アーム１１４は、回転軸部材１２４の中心軸を中心にして回転軸部材１２４と
ともに第三アーム１１３に対して回転する。第四アーム１１４は、第五アーム１１５の回
転軸部材１２５を支持している。第五アーム１１５は、回転軸部材１２５の中心軸を中心
にして回転軸部材１２５とともに第四アーム１１４に対して回転する。第五アーム１１５
は、回転軸部材１２６を支持している。マニピュレーターの先端にあたる回転軸部材１２
６には図２にツールの取付面が示されているツールチャック１２６１が設けられている。
ツールチャック１２６１にはワークを操作するための各種のツールが取り付けられる。図
２に示すように、ツールチャック１２６１の取付面は、４分割されており、その中央部に
ツールの軸が挿入される。ツールチャック１２６１の取付面の中心がＴＣＰに相当する。

図１Ｂに示すように、ロボット１は、回転軸部材１２１を駆動するモーター１３１と、
回転軸部材１２２を駆動するモーター１３２と、回転軸部材１２３を駆動するモーター１
３３と、回転軸部材１２４を駆動するモーター１３４と、回転軸部材１２５を駆動するモ
ーター１３５と、回転軸部材１２６を駆動するモーター１３６と、モーター１３１〜１３
６を制御する制御部１４とを備えている。モーター１３１〜１３６は、アーム１１１〜１
１５の構成要素である。モーター１３１〜１３６は、目標値と現在値との差分がゼロにな
るようにフィードバック制御されるサーボモーターである。制御部１４は、ＴＣＰの位置
と姿勢を示す目標値をＰＣ３から取得し、ＴＣＰの位置と姿勢を示す目標値に基づいてモ
ーター１３１〜１３６の目標値を導出する。

撮像部２は、レンズ２０１、エリアイメージセンサー２０２、図示しないＡＤ変換器等
を備えるデジタル撮像部である。撮像部２は、図１Ａに示すように、ワークが載置される
テーブル９上の所定位置に、鉛直上向きに撮像できるように設けられる。なお、本実施例
で校正されるロボットビジョンは、予め決められた基準平面を対象とする二次元のロボッ
トビジョンである。このため、レンズ２０１には、被写界深度が浅く（焦点距離が短く）
Ｆ値が小さな単焦点レンズを用いることが好ましい。

ＰＣ３は、図示しないプロセッサ、ＤＲＡＭからなる図示しない主記憶、図示しない入
出力機構、不揮発性メモリからなる図示しない外部記憶、ディスプレイ、指示受付部３０
として機能するキーボード等を備えるコンピューターである。ＰＣ３は、外部記憶に記憶
された校正プログラムをプロセッサで実行することにより、指示受付部３０、画像取得部
３１、目標値導出部３２、出力部３３、校正部３４として機能する。

画像取得部３１は、撮像部２に対して撮像を指示し、指示に応じて基準点を示すマーカ
ーが撮像された画像を撮像部２から取得する。本実施例で用いる基準点は、図３に示すよ
うに任意の位置と姿勢の回転軸部材１２６に垂直な平面上の９つの格子点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ
３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８、Ｐ９である。本実施例では任意の位置と姿勢の回転
軸部材１２６に対して定まる基準点Ｐ１〜Ｐ９を含む平面を基準平面という。基準点Ｐ１
〜Ｐ９同士の相対的な位置関係はロボット座標系で固定されているが、基準点Ｐ１〜Ｐ９
は、自動校正実行中に回転軸部材１２６が動くことにより撮像部２の固定された視野内で
動く。すなわち、校正の過程では、回転軸部材１２６の位置と姿勢（ｘ、ｙ、ｚ、ｕ、ｖ
、ｗ）に応じて基準平面を定めるＸ軸とＹ軸が定められ、基準点の座標はＸ軸座標とＹ軸
座標とで定められる。Ｘ軸とＹ軸は回転軸部材１２６の中心軸に対して垂直でかつ互いに
垂直であり、基準平面を定めるときのＴＣＰを基準平面の原点とする。そして、最終的に
校正された時点での基準平面がロボットビジョンの対象となる。なお、基準平面は回転軸
部材１２６に固定された座標系であるため、基準平面の座標系とロボット座標系の関係は
線形である。本実施例では、基準点Ｐ１〜Ｐ９を示すマーカーとして、図２に示すツール
チャック１２６１の取付面が用いられる。

目標値導出部３２は、ツールチャック１２６１の取付面のテンプレートを保持している
。ツールチャック１２６１の取付面のテンプレートは撮像部２から取得する画像を解析し
て基準点の座標を撮像部２の座標系で検出するために用いられる。目標値導出部３２は、
撮像部２と基準点Ｐ１〜Ｐ９の位置関係を予め決められた状態に変化させるための目標値
を、撮像部２が撮像した画像に基づいて導出する。具体的には、目標値導出部３２は、撮
像部２が撮像した画像に基づいて、予め決められた状態に対応する基準点Ｐ１〜Ｐ９の位
置と姿勢をＴＣＰの目標値として導出する。ここでいう予め決められた状態とは、以下の
状態である。
・垂直状態：基準平面と撮像部２の光軸が垂直な状態
・合焦状態：基準平面に撮像部２が合焦する状態

垂直状態には、基準平面に合焦していない状態で撮像された画像に基づいて導出される
目標値によって定まる低精度垂直状態と、後述する「傾き指標」の閾値によって定まる高
精度垂直状態が含まれる。合焦状態は、合焦の指標である画像のシャープネスによって定
まる。なお、本実施例では、画像の予め決められた領域（部分画像）のシャープネスが最
大になる状態を合焦状態とするが、合焦の指標に閾値を設けることにより合焦状態に何ら
かの幅を持たせても良い。

出力部３３は、目標値導出部３２によって導出された目標値をロボット１の制御部１４
に出力することにより、撮像部２と基準点Ｐ１〜Ｐ９の位置関係を垂直状態、合焦状態に
変化させる。

１−３．自動校正
１−３−１．全体の流れ
次に上述したロボットシステムを用いた自動校正の全体の流れについて図４を参照しな
がら説明する。

ロボットシステムによる自動校正は、オペレーターが校正開始指示をＰＣ３に入力する
ことによって起動し、それ以後、オペレーターに一切の操作を要求することなく完了する
。校正開始指示を入力する前にオペレーターに求められるのは、ロボットシステムの環境
情報をＰＣ３に入力する操作と、所謂ジョグ送りによってマニピュレーター先端の回転軸
部材１２６を撮像部２の光軸が凡そ通る状態にＴＣＰを移動させることだけである。すな
わち、校正開始指示を入力する前にオペレーターに緻密な操作は何ら必要とされない。環
境情報には、エリアイメージセンサー２０２の画素数とサイズとレンズ２０１の焦点距離
とが含まれる。また、本実施例ではツールチャック１２６１の取付面自体を基準点を示す
マーカーとして用いるが、基準点を示すマーカーが表された板などをツールチャック１２
６１に装着する場合には、ＴＣＰに対するマーカーの相対位置や姿勢を入力する必要があ
る。

校正開始指示がＰＣ３に入力されると（Ｓ１）、ＰＣ３は低精度傾き補正を実行する（
Ｓ２）。低精度傾き補正では、校正開始指示が入力された時点でのＴＣＰの位置と姿勢に
対応する基準平面が設定される。続いて、設定された基準平面上の９つの基準点にＴＣＰ
が位置する状態で撮像部２による撮像が行われ、９つの基準点を示すＴＣＰの位置が撮像
部２の座標系で検出される。そして、検出結果に基づいて基準平面と撮像部２の光軸を垂
直な状態（垂直状態）にするための目標値が導出される。導出された目標値がロボット１
に入力されて、目標値に基づいてアーム１１１〜１１５が動くと基準平面と撮像部２の光
軸が凡そ垂直な低精度垂直状態になる。

次にＰＣ３は、焦点調整を実行する（Ｓ３）。焦点調整では、低精度垂直状態の基準平
面に対して垂直な方向にＴＣＰを移動させながら撮像部２による撮像が行われ、画像に写
るツールチャック１２６１のシャープネスが最大になる合焦状態が探索される。続いて探
索結果に基づいて合焦状態にするための目標値が導出される。導出された目標値がロボッ
ト１に入力されて、アーム１１１〜１１５が目標値に基づいて動くと合焦状態になる。

次にＰＣ３は、高精度傾き補正を実行する（Ｓ４）。高精度傾き補正では、低精度垂直
状態でかつ合焦状態の基準平面を微小な角度ずつ傾けながら、撮像部２による撮像が行わ
れる。同一基準平面内の複数の基準点を示すマーカーとしてのツールチャック１２６１が
撮像された複数の画像に基づいて基準平面の傾き指標が導出される。基準平面の傾き指標
は、撮像部２の光軸と基準平面がなす角度と９０度の差と正の相関を持つ値である。導出
された傾き指標に基づいて、垂直状態にするための目標値が導出される。導出された目標
値がロボット１に入力されて、目標値に基づいてアーム１１１〜１１５が動くと高精度垂
直状態になる。

次にＰＣ３は、９点校正を実行する（Ｓ５）。９点校正では、高精度垂直状態の基準平
面に属する９つの基準点の基準平面の座標系の座標と撮像部２の座標系の座標とに基づい
て、ロボット座標系と撮像部２の座標系を校正する最終的な変換式が導出される。

以上、概要を述べたように、校正装置としてのＰＣ３は、低精度傾き補正、焦点調整、
高精度傾き補正を順次することにより、基準平面が撮像部２の光軸に対して垂直で、基準
平面に対して撮像部２が合焦した状態になるように自動でロボット１を制御してロボット
ビジョンの対象となる基準平面を設定した後に、設定された基準平面について９点校正を
実行する。

１−３−２．低精度傾き補正
次に図５を参照しながら低精度傾き補正の詳細を説明する。
まず、目標値導出部３２は、基準平面を設定し、設定した基準平面に属する９つの基準
点にマーカーとしてのＴＣＰを移動させるための目標値を導出する。続いて、出力部３３
がロボット１の制御部１４に目標値を出力し、各基準点にＴＣＰが位置する状態で撮像さ
れた９つの画像を画像取得部３１が撮像部２から取得する（Ｓ２１）。ＴＣＰの移動先で
ある基準点は、校正開始指示が入力された時点でのツールチャック１２６１の位置と姿勢
（ＴＣＰの位置と姿勢）に基づいて導出される。具体的には例えば、中央の基準点Ｐ５を
校正開始指示が入力された時点でのＴＣＰの位置に設定し、校正開始指示が入力された時
点での回転軸部材１２６と垂直な平面を基準平面としてその他の基準点を導出する。出力
部３３は、このようにして導出された９つの基準点のロボット座標系での座標を制御部１
４に目標値として出力する。

ここで撮像部２によって撮像される９つの画像について図７、図８を用いて説明する。
図７は、撮像部２に対する基準平面Ｆ（ｎ）の位置と姿勢を模式的に示している。Ｆ（０
）はステップＳ２１で撮像される基準平面である。９つの基準点Ｐ１〜Ｐ９にマーカーと
してのＴＣＰを移動させる毎に撮像すると、撮像部２から取得する各画像におけるツール
チャック１２６１の位置は、基準点Ｐ１〜Ｐ９の位置に応じて異なることになる。９つの
画像のそれぞれに表れるツールチャック１２６１を１つの画像にまとめて表すと、例えば
図８（Ａ）に示すようにツールチャック１２６１は非格子点に表れる。なお、図８におい
て合焦の程度は反映されていない。ロボット座標系で同一平面内に設定された各基準点を
マーカーが示すようにロボットを動かして、それぞれの基準点におけるマーカーをロボッ
ト座標系において固定された撮像部で撮像したｎ個の画像から得られる基準点の情報は、
ｎ個の基準点を示すマーカーが付されている板をロボットで特定の位置と姿勢に保持し、
その状態で板に付されたマーカーを撮像した１つの画像から得られる基準点の情報と凡そ
同じである。前者の情報には、厳密なロボット座標系と撮像部の座標系の対応関係が反映
され、後者の情報には、ロボット座標系とマーカーが付された板の座標系を合成した座標
系と撮像部の座標系の対応関係が反映される。ロボット座標系とマーカーが付された板の
座標系が線形な関係にあるとは限らないため、厳密にロボット座標系と撮像部の座標系を
校正するには、前者の情報を用いることが好ましい。

続いて目標値導出部３２は、各基準点にＴＣＰが位置する状態で撮像された９つの画像
を解析し、各画像におけるツールチャック１２６１の取付面の中心位置を検出する（Ｓ２
２）。すなわち、目標値導出部３２は、撮像部２の座標系で９つの基準点の位置を検出す
る。

続いて目標値導出部３２は、基準平面の座標系での基準点の座標と、撮像部２の座標系
での基準点の座標とに基づいて、撮像部２の座標系とロボット座標系の対応関係を導出す
る（Ｓ２３）。具体的には、撮像部２の座標系をロボット座標系に変換するための変換行
列を導出する。このような変換行列を求めることは、ステップＳ２１で設定した基準平面
について撮像部２の座標系とロボット座標系とを校正することに他ならない。ただし、こ
こで導出される変換行列は、撮像部２が基準点Ｐ１〜Ｐ９に合焦していない状態で撮像さ
れた画像に基づいて導出されるものであるから、撮像部２の光軸に対する基準平面の姿勢
や基準点Ｐ１〜Ｐ９の位置に正確に対応したものではない。

続いて目標値導出部３２は、ステップＳ２３で導出した変換行列に基づいて、撮像部２
の光軸に対して基準平面が垂直になり、かつ、撮像部２の光軸が中央の基準点Ｐ５を通る
位置と姿勢に基準平面を動かすための目標値を導出する。導出された目標値は、出力部３
３によってロボット１の制御部１４に出力される（Ｓ２４）。入力された目標値に応じて
アーム１１１〜１１５が動くことにより、基準平面は、撮像部２の光軸に対して凡そ垂直
になり、かつ、撮像部２の光軸が中央の基準点Ｐ５を凡そ通る位置と姿勢になる。すなわ
ち、低精度傾き補正を実行して終了すると、撮像部２と基準点Ｐ１〜Ｐ９の位置関係は低
精度垂直状態になる。

１−３−３．焦点調整
次に図６を参照しながら焦点調整の詳細を説明する。
はじめに目標値導出部３２は現在のＴＣＰの位置と姿勢を保存する（Ｓ３１）。すなわ
ち、図７に示すように低精度傾き補正が終了した時点における基準平面Ｆ（１）に対応す
るＴＣＰの位置と姿勢が保存される。

次に、目標値導出部３２は、低精度傾き補正時に導出した基準平面の座標系での基準点
の座標と、撮像部２の座標系での基準点の座標とに基づいて、焦点調整時に取得する画像
内にツールチャック１２６１が写る領域と、撮像部２からツールチャック１２６１までの
距離とを導出する（Ｓ３２）。

続いて画像取得部３１は撮像部２から画像を取得する（Ｓ３３）。このとき、画像取得
部３１は、ステップＳ３２で導出された領域にツールチャック１２６１が写っている画像
を取得することになる。

続いて目標値導出部３２は、撮像部２から取得した画像に基づいて撮像部２の合焦指標
を導出する（Ｓ３４）。合焦指標としては、ツールチャック１２６１が写る領域の微分積
算値（シャープネス）を一定面積で標準化した値を用いることができる。合焦指標を導出
する対象領域は、図８Ｂの点線で囲んだ領域のようにツールチャック１２６１が画像に写
る領域に設定される。すなわち、撮像部２によってマーカーとしてのツールチャック１２
６１が撮像された画像から切り出された部分画像に基づいて合焦指標が導出される。

続いて目標値導出部３２は、焦点調整において撮像部２が撮像した回数が規定回数に達
したか否かを判定する（Ｓ３５）。

焦点調整において撮像部２が撮像した回数が規定回数に達していない場合、目標値導出
部３２は基準平面に対して垂直で撮像部２に接近する方向に所定距離だけＴＣＰを移動さ
せ（Ｓ３６）、ステップＳ３３から処理が繰り返される。すなわち、撮像回数が規定回数
に達するまで、基準平面はロボット１のＴＣＰとともに図７に示すようにＦ（２）、Ｆ（
３）、Ｆ（４）、・・・と移動し、各基準平面について撮像部２による撮像が行われ、撮
像された画像毎に合焦指標が導出される。ツールチャック１２６１が撮像部２に接近する
ほど、ツールチャック１２６１が写る領域は大きくなり、やがてツールチャック１２６１
は図８Ｃに示すように画像に収まらなくなる。そこで合焦指標を導出する対象領域は、ツ
ールチャック１２６１が撮像部２に接近するほど大きく設定され、ツールチャック１２６
１が写る領域が画像の端辺に接した後に画像全体になる。このようにして設定される領域
について合焦指標が導出されると、合焦指標がシャープネスであれば、通常は、徐々に大
きくなった後に徐々に小さくなる。

焦点調整において撮像部２が撮像した回数が規定回数に達すると、目標値導出部３２は
、合焦状態にするための目標値を合焦指標に基づいて導出し、出力部３３は導出された目
標値をロボット１に出力する（Ｓ３６）。具体的には例えば、ステップＳ３４で導出され
る複数の合焦指標のうち最大の合焦指標が得られた位置にＴＣＰを移動させるための目標
値が導出される。導出された目標値がロボット１に出力されると、基準平面は撮像部２に
対して合焦状態になる。通常は、図７において基準平面がＦ（７）からＦ（５）に動くよ
うに、基準平面に対して垂直で撮像部２から離れる方向にＴＣＰが移動するようにアーム
１１１〜１１５が動くことによって合焦状態になる。

以上述べたように、焦点調整では、基準平面と垂直で撮像部２に接近する第一方向に基
準点を接近させた後に、マーカーとしてのツールチャック１２６１が撮像された画像から
切り出された部分画像に基づいて合焦状態にするための目標値が導出される。導出された
目標値に基づいて、アーム１１１〜１１５が基準点と撮像部２との位置関係を合焦状態に
変化させる。ここで焦点調整は低精度垂直状態で行われるため、基準平面と撮像部２の光
軸が垂直である。したがって、基準平面と垂直方向に基準点を移動させることは、撮像部
２の光軸と平行な方向に撮像部２と基準点を変化させることと凡そ同じである。

１−３−４．高精度傾き補正
次に高精度傾き補正について図９を参照しながら詳細に説明する。
はじめに目標値導出部３２は、現在の傾き指標Ｈ^１を導出する（Ｓ４０１）。傾き指標
は、同一の基準平面に属する中央の基準点Ｐ５とその近傍の４つの基準点Ｐ２、Ｐ４、Ｐ
６、Ｐ８の基準平面の座標系の座標と撮像部２の座標系の座標とを用いて導出される。基
準平面が撮像部２の光軸に垂直であって、中央の基準点Ｐ５を撮像部２の光軸が通る状態
で撮像部によって撮像される画像において（図８Ｄ参照）、ツールチャック１２６１が示
す各基準点の間隔ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４は等しくなる。そしてこのとき、基準点Ｐｎの
座標をｐ（ｎ）で表すとすれば、次式が成立する。

ｕ_１＝ｕ_２
ｖ_１＝ｖ_２
ただし、
ｕ_１＝ｐ（５）−ｐ（４）
ｕ_２＝ｐ（６）−ｐ（５）
ｖ_１＝ｐ（５）−ｐ（２）
ｖ_２＝ｐ（８）−ｐ（５）

そして、垂直状態から基準点Ｐ２と基準点Ｐ８を結ぶ直線を軸に基準平面が回転すると
、回転角度に応じてｖ_１とｖ_２の差が大きくなる。また垂直状態から基準点Ｐ４と基準点
Ｐ６を結ぶ直線を軸に基準平面が回転すると、回転角度に応じてｕ_１とｕ_２の差が大きく
なる。したがって、傾き指標として次式のＨ_ｘ、Ｈ_ｙを用いることができる。
Ｈ_ｘ＝｜ｕ_１−ｕ_２｜
Ｈ_ｙ＝｜ｖ_１−ｖ_２｜

次に目標値導出部３２は、導出した傾き指標Ｈ_ｘ、Ｈ_ｙを予め決めた閾値と比較し、傾
き指標Ｈ_ｘ、Ｈ_ｙが予め決められた閾値以下であるか否かを判定する（Ｓ４０２）。傾き
指標Ｈ_ｘ、Ｈ_ｙが予め決められた閾値以下である場合、高精度傾き補正は成功して終了す
る。

傾き指標Ｈ_ｘ、Ｈ_ｙが予め決められた閾値以下でない場合、目標値導出部３２は、後述
するステップＳ４１１の傾き補正の実施回数が予め決められた閾値未満であるか否かを判
定する（Ｓ４０３）。傾き補正の実施回数が予め決められた閾値未満でない場合、高精度
傾き補正は失敗して終了する。高精度傾き補正が失敗して終了する場合、自動校正を終了
しても良いし、低精度傾き補正から自動校正をやり直しても良い。

傾き補正の実施回数が予め決められた閾値未満である場合、目標値導出部３２は現在の
ＴＣＰの姿勢を姿勢（１）として保存する（Ｓ４０４）。

次に目標値導出部３２は基準平面をＹ軸まわりにδ度回転させるための目標値を導出し
、出力部３３は導出された目標値をロボットに出力する（Ｓ４０５）。δは、高精度垂直
状態に許容される誤差に応じて予め決められる微小な角度である。続いて目標値導出部３
２は、目標値に応じてＴＣＰとともに回転した基準平面について新たな基準点を設定し、
新たな各基準点にＴＣＰが位置する状態で撮像された画像を解析することにより、傾き指
標Ｈ^２を導出する（Ｓ４０６）。具体的には、目標値導出部３２は回転後の新たな基準平
面に属する基準点Ｐ２、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ８にＴＣＰを移動させるための目標値を導
出し、出力部３３は導出された目標値をロボット１に出力し、画像取得部３１は各基準点
にＴＣＰが位置する状態で撮像された画像を撮像部２から取得する。目標値導出部３２は
、このように取得された画像をステップＳ４０１と同様に解析することにより、傾き指標
Ｈ^２を導出する。その結果、姿勢（１）に対応する基準平面からＹ軸まわりにδ度回転し
た基準平面について傾き指標Ｈ^２が導出される。続いて出力部３３は、姿勢（１）にＴＣ
Ｐを復帰させるための目標値をロボット１に出力する（Ｓ４０７）。

次に目標値導出部３２は、基準平面をＸ軸まわりにδ度回転させるための目標値を導出
し、出力部３３は導出された目標値をロボットに出力する（Ｓ４０８）。続いて目標値導
出部３２は、目標値に応じてＴＣＰとともに回転した基準平面について新たな基準点を設
定し、新たな各基準点にＴＣＰが位置する状態で撮像された画像を解析することにより、
傾き指標Ｈ^３を導出する（Ｓ４０９）。その結果、姿勢（１）に対応する基準平面からＸ
軸まわりにδ度回転した基準平面について傾き指標Ｈ^３が導出される。

次に目標値導出部３２は、傾き指標Ｈ^１、Ｈ^２、Ｈ^３に基づいて傾き補正量ΔＶ、ΔＷ
を導出する（Ｓ４１０）。傾き補正量ΔＶ、ΔＷは、次式によって導出される。

次に目標値導出部３２は導出された傾き補正量ΔＶ、ΔＷに基づいて目標値を導出し、
導出された目標値を出力部３３がロボットに出力する（Ｓ４１１）。その結果、アーム１
１１〜１１５が動くことによりＸ軸まわりにΔＶ、Ｙ軸周りにΔＷだけ基準平面が回転す
る。

高精度傾き補正では、以上述べたステップＳ４０１からＳ４１１までの処理を、ステッ
プＳ４０２で肯定判定がなされて高精度垂直状態になって終了するか、ステップＳ４０３
で否定判定がなされるまで繰り返される。

１−３−５．９点校正
次に９点校正について説明する。高精度傾き補正が成功した状態では、基準平面は撮像
部２の光軸に対して正確に垂直になっている。このことは、高精度傾き補正が完了するま
でに得られる基準点の座標に基づいて、ロボット座標系と撮像部２の座標系が基準平面に
おいては回転成分と拡大縮小成分について校正できることを意味する。９点校正では、基
準平面上の任意の点について、レンズ２０１の歪みも加味して、正確にロボット座標系と
撮像部２の座標系とを校正する。すなわち、９点校正では、ロボット座標系と撮像部２の
座標系との線形の関係性を非線形に補正するためのパラメーターが、ロボット座標系の９
つの基準点の座標と撮像部２の座標系の９つの基準点の座標とを用いて導出される。具体
的には、出力部３３は、９つの基準点にＴＣＰを移動させるための目標値をロボット１に
出力してアーム１１１〜１１５を動かし、画像取得部３１は各基準点に位置するツールチ
ャック１２６１を撮像した９つの画像を取得する。校正部３４は、各画像を解析してツー
ルチャック１２６１が示す基準点を検出する。続いて校正部３４は、出力部３３がロボッ
ト１に出力した目標値の座標と、画像を解析して取得した基準点の座標とに基づいて、最
終的な校正のための補正パラメーターを導出する。なお、このような非線形補正に用いる
パラメーターを導出するために用いる基準点の数が多いほど校正の精度は高くなる。

１−４．変形例
なお、撮像部２の位置と姿勢がロボット座標系において固定されていれば、上述した方
法で撮像部２の座標系とロボット座標系とを校正することができることはいうまでもない
。例えば、撮像部２を室内の壁に、光軸が水平になるように固定して、垂直な基準平面を
設定しても良い。また例えば、撮像部２を室内の天井に、鉛直下向きに固定して、水平な
基準平面を設定しても良い。

２．第二実施例
第二実施例では、撮像部２２をロボット１の可動部に装着したロボットシステムについ
て説明する。本実施例では、図１０に示すように撮像部２２の光軸が回転軸部材１２６と
平行になるように撮像部２２がアーム１１１にステー等で固定されているものとする。第
一実施例ではロボット座標系に固定された撮像部２のロボットビジョンを校正するために
基準点をロボット座標系で動かしながら校正対象となる基準平面を設定した。これに対し
て第二実施例では校正対象となる基準平面がロボット座標系に対してはじめから固定され
ているため、校正対象となる基準平面に対して光軸が垂直な状態になるように撮像部２２
をロボット１で動かした状態で校正が実行される。

以下、撮像部２２をロボット１の可動部に装着したロボットシステムの自動校正につい
て図１１を参照しながら説明する。
本実施例の自動校正は、撮像部２２の光軸が回転軸部材１２６と凡そ平行になっている
ことを前提として実施される。校正開始指示を入力する前の準備段階でアーム１１５に対
する撮像部２２の撮像位置と撮像姿勢を環境情報として設定する必要がある。撮像位置は
撮像部２２の光軸とエリアイメージセンサー２０２が交わる位置とする。撮像姿勢は光軸
の姿勢とする。ただし、環境情報として設定される撮像部２２のアーム１１５に対する撮
像位置と撮像姿勢が、自動校正を開始する時点で、撮像部２２のアーム１１５への取り付
け状態と厳密に対応している必要はない。

また本実施例の自動校正は、図１２に示すようにロボット座標系に対して固定された９
つの基準点Ｐ２１〜Ｐ２９について実施される。基準点Ｐ２１〜Ｐ２９は任意に設定可能
な１つの基準平面に含まれる格子点である。そこで準備段階において、図１３に示すマー
カー４１〜４９が付されたマーカーボード４が図１０に示すようにテーブル９に固定され
る。マーカーボード４は、円形の輪郭を有する９つのマーカー４１〜４９が平坦な面の所
定の格子点に付された板である。マーカーボード４上の各マーカー４１〜４９の中心位置
はマーカーボード４に固定された２次元の座標系（マーカー座標系）で目標値導出部３２
が保持する。各マーカー４１〜４９の中心が基準点Ｐ２１〜Ｐ２９として定義される。な
お、マーカーはマーカーが撮像された画像からマーカーを検出することにより基準点を特
定可能な形態であればよい。すなわち、特定の点の位置をマーカーの図形に対して幾何学
的に定義できる形態であればよい。マーカーから離れた点が基準点として定義されてもよ
いし、１つのマーカーから複数の基準点が定義されても良いし、互いに離れた複数のマー
カーで１つの基準点が定義されても良い。

指示受付部３０が校正開始指示を受け付けると（Ｓ１）、低精度傾き補正が実行される
（Ｓ２）。マーカーボード４に付されたマーカー４１〜４９が９つの基準点を示すため、
本実施例の低精度傾き補正では基準点毎にロボット１を動かす必要はない。マーカーボー
ド４の全体を撮像部２２で撮像可能な状態で校正開始指示を受け付けると、画像取得部３
１は９つのマーカー４１〜４９が写った１つの画像を撮像部２２から取得する。目標値導
出部３２は、取得した１つの画像を解析してマーカー４１〜４９が示す９つの基準点を撮
像部２２の座標系で検出する。続いて目標値導出部３２は、基準点の撮像部２２の座標系
の座標と、環境情報として入力されている撮像部２２の撮像位置と撮像姿勢と、マーカー
４１〜４９のマーカー座標系の座標とに基づいて、撮像部２２の座標系とロボット座標系
の対応関係を導出する。具体的にはマーカー４１〜４９が位置する基準平面について撮像
部２２の座標系をロボット座標系に変換するための変換行列を導出する。ただし、ここで
導出される変換行列は、撮像部２２がマーカー４１〜４９に合焦していない状態で撮像さ
れた画像に基づいて導出されるものであるから、基準点Ｐ２１〜Ｐ２９に対する撮像部２
２の撮像姿勢や撮像位置に正確に対応したものではない。続いて目標値導出部３２は、導
出した変換行列に基づいて、マーカーボード４に対して撮像部２２の光軸が垂直になり、
かつ、撮像部２２の光軸が中央のマーカー４５の中心を通る位置と姿勢にアーム１１５を
動かすための目標値を導出し、導出した目標値を出力部３３を介してロボット１の制御部
１４に出力する。入力された目標値に応じてアーム１１１〜１１５が動くことにより、撮
像部２２の光軸はマーカーボード４に対して凡そ垂直になり、かつ、撮像部２２の光軸が
中央のマーカー４５の凡そ中心を通るようになる。すなわち、低精度傾き補正を実行して
終了すると、撮像部２２と基準平面の位置関係は低精度垂直状態になる。

次に焦点調整が実行される（Ｓ３）。本実施例の焦点調整は、ツールチャック１２６１
が写る領域のシャープネスが最大になるようにＴＣＰを動かす代わりに、マーカーボード
４の中央のマーカー４５が写る領域のシャープネスが最大になるようにアーム１１５を動
かす点を除けば、第一実施例の焦点調整と同一である。焦点調整が終了すると、撮像部２
２と基準点Ｐ２５の位置関係は合焦状態になる。

次に撮像部姿勢補正が実行される（Ｓ６）。撮像部姿勢補正は、環境情報として設定さ
れている撮像部２２の撮像姿勢と実際の撮像部２２の撮像姿勢とのずれを、環境情報を補
正することにより、補正する処理である。詳細については後述する。

次に高精度傾き補正が実行される（Ｓ５）。高精度傾き補正は、第一実施例の高精度傾
き補正と次の点を除いて同一である。第一実施例で用いた５つの基準点のうちの中央の基
準点Ｐ５を現在の撮像部２２の撮像位置とする。また第一実施例で用いた５つの基準点の
残りの４つの基準点Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６、Ｐ８を、撮像部２２の撮像位置として、撮像部２
２の光軸と垂直で現在の撮像位置を含む平面上に、現在の撮像部２２の撮像位置を中心と
する９０度間隔に設定する。これらの５つの撮像位置の設定には、ステップＳ６で補正さ
れた環境情報である撮像部２２の撮像位置と撮像姿勢と、現在のアーム１１５の位置と姿
勢とが用いられる。画像取得部３１は、このように設定した５つの撮像位置にあって光軸
が５つの撮像位置を含む平面に垂直な撮像部２２でマーカーボード４を撮像し、５つの画
像を取得する。目標値導出部３２は、５つの画像を解析してマーカーボード４の中央のマ
ーカー４５の中心を撮像部２２の座標系で検出する。このようにして検出するマーカー４
５の５つの中心座標を第一実施例の高精度補正において検出した５つの基準点の座標の代
わりに用いて第一実施例と同様の高精度傾き補正を実行する。このような高精度傾き補正
を実行することにより、撮像部２２の光軸がマーカーボード４と垂直で、かつ、撮像部２
２の光軸がマーカー４５の中心を通る状態に対応する目標値が導出される。導出された目
標値がロボット１に入力されると、入力された目標値に基づいてアーム１１１〜１１５が
動き、撮像部２２の光軸がマーカー４５の中心を通りマーカーボード４に対して垂直にな
る。すなわち、高精度傾き補正が成功して終了すると、基準点Ｐ２１〜２９と撮像部２２
の位置関係は高精度垂直状態になる。

ここでステップＳ６の撮像部姿勢補正について詳細に説明する。例えば前述した撮像位
置Ｐ２、Ｐ５、Ｐ８において撮像部２２の光軸が図１４の点線に相当する撮像位置と撮像
姿勢が環境情報として設定されているとする。そして実際には、撮像位置Ｐ２、Ｐ５、Ｐ
８において光軸が基準平面Ｆに対して垂直でない実線Ａ２、Ａ５、Ａ８に相当するように
撮像部２２がアーム１１５に取り付けられているとする。この場合、撮像位置Ｐ２、Ｐ５
、Ｐ８に撮像部２２を位置づけてマーカーボード４を撮像することによって高精度傾き補
正が実行されるとする。しかし、高精度傾き補正で導出された目標値に基づいてアーム１
１１〜１１５が動作しても、撮像部２２の光軸はマーカーボード４に対して垂直にならな
い。高精度傾き補正は、「現実の撮像部２２の光軸」に対して垂直な平面上にある５つの
撮像位置から撮像部２２で中央のマーカー４５が５回撮像されることを前提としているの
に対し、「誤差のある環境情報に対応する光軸」に対して垂直な平面上にある５つの撮像
位置から撮像部２２で撮像された５つの画像に基づいて傾き指標が導出されるからである
。したがって、「現実の撮像部２２の光軸」と「環境情報に対応する光軸」とを一致させ
る補正を高精度補正前に実行する必要がある。高精度補正前に必要なこの補正が撮像部姿
勢補正である。

撮像部姿勢補正では、前述した５つの撮像位置Ｐ２、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ８から光軸
がこれらの撮像位置を含む平面に垂直になる撮像姿勢（補正されるべき環境情報に基づく
撮像姿勢）で撮像部２２による撮像を行い、５つの画像のそれぞれからマーカーボード４
の中央のマーカー４５の中心を検出する。続いて、このようにして検出するマーカー４５
の５つの中心座標を第一実施例の高精度補正において検出した５つの基準点の座標の代わ
りに用いて第一実施例と同様の傾き補正量ΔＶ、ΔＷを導出する。導出した補正量ΔＶ、
ΔＷを用いて環境情報としての撮像部２２の撮像姿勢を補正すると、「現実の撮像部２２
の光軸」と「環境情報に対応する光軸」とを一致させることができる。

高精度傾き補正が成功して終了した後に、９点校正が実施される（Ｓ５）。本実施例の
９点校正では、第一実施例の９つの基準点Ｐ１〜Ｐ９にＴＣＰを動かしながら撮像部２２
で撮像した画像から各基準点の位置を撮像部２２の座標系で検出する代わりに、高精度垂
直状態にある現在の撮像位置と撮像姿勢の撮像部２２から取得する画像から９つのマーカ
ー４１〜４９の中心を基準点２１〜２９として検出する。そして、撮像部２２の座標系で
検出された基準点２１〜２９の座標を、ロボット座標系の基準点２１〜２９の座標に変換
するための最終的な変換式が導出される。

３．第三実施例
ロボット１の状態は、種々のツールが装着されるツールチャック１２６１の位置と姿勢
（すなわちＴＣＰの位置と姿勢）を示す目標値がロボット１に入力されることによって制
御される。したがって、ツールチャック１２６１やその他の部位に装着されるツールの位
置と姿勢を制御するためには、ＴＣＰに対するツールの位置と姿勢を予め環境情報として
設定しておき、ツールの位置と姿勢を、ＴＣＰの対応する位置と姿勢に変換して目標値を
ロボット１に入力する必要がある。本実施例では、各種のツールのＴＣＰに対する位置と
姿勢をロボットビジョンを用いて検出して自動設定する方法について述べる。各種ツール
のＴＣＰに対する位置と姿勢をロボットビジョンを用いて検出するにあたっては、それ以
前に、ロボット座標系と撮像部の座標系の校正が基準平面についてできていることが前提
となる。そこで本実施例では、第一実施例で説明したようにテーブル９に固定された撮像
部２の光軸に対して垂直な基準平面Ｆが設定され、設定された基準平面Ｆ上の９つの基準
点について校正が完了しているとする。この状態で、ＴＣＰに対して位置と姿勢が固定さ
れたツールのＴＣＰに対する位置と姿勢をロボットビジョンを用いて検出する方法につい
て図１５を参照しながら説明する。本実施例において「ツールのＴＣＰに対する位置と姿
勢」は、基準平面上にあるツールの位置と姿勢を、ＴＣＰの位置と姿勢（ｘ，ｙ，ｚ，ｕ
，ｖ，ｗ）から特定するためのオフセット（ΔＸ、ΔＹ、ΔＵ）によって表される。ここ
で（ｘ，ｙ，ｚ，ｕ，ｖ，ｗ）はロボット座標系、（ΔＸ、ΔＹ、ΔＵ）は基準平面の座
標系であるが、既に述べたとおりロボット座標系と基準平面の座標系の関係は線形である
。したがって、ツールの位置と姿勢をロボット座標系と基準平面の座標系のいずれの座標
系で定めるかにおいて幾何学的に何ら違いはない。なお、ΔＵは基準平面に垂直なＺ軸周
りの回転成分である。

はじめに、ＴＣＰをその中心軸が基準平面に対して垂直な姿勢を保って平行移動させる
ことにより、ツールマーカーによって示されるツールの参照点を基準平面上に移動させる
。このときツールチャック１２６１の中心軸を平行移動させれば良く、ツールチャック１
２６１をその中心軸周りに回転させてもよい（ΔＵをオフセットに含めているためである
。）。ツールマーカーは参照点を指し示すものであればよく、ツール自体をツールマーカ
ーとしても良いが、本実施例ではツールにツールマーカーとしてラベルを貼付するものと
する。ラベルはその形状と大きさが既知のものであればよい。参照点はツールに対して固
定された点であればよい。またツールの参照点を基準平面に移動させるとき、ジョグ送り
によってＴＣＰを移動させても良いが、ロボットビジョンを用いて自動的にＴＣＰを移動
させても良い。具体的には、ツールマーカーの形状と大きさが既知であるため、移動前に
撮像されたツールマーカーの画像に基づいて、移動前のツールマーカーの基準平面に対す
る位置を特定する。そして基準平面に対して特定したツールマーカーの位置から基準平面
にツールマーカーを移動させるためのＴＣＰの目標値を導出し、導出した目標値をロボッ
ト１に出力する。さらにこの撮像と移動の処理を繰り返すことにより、ツールマーカーで
示されるツールの参照点を座標平面上に正確に位置づけることが可能である。

次に、基準平面上にツールの参照点が位置する状態でツールマーカーを撮像部２で撮像
し、ツールマーカーによって指し示される参照点の位置を撮像部２の座標系で検出する。
そして、撮像時のＴＣＰから基準平面に下ろした垂線の足の座標と、検出した参照点の座
標とに基づいて、ＴＣＰのロボット座標系での位置と姿勢（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０，ｕ_０，ｖ
_０，ｗ_０）から基準平面上のツールの位置と姿勢を特定するためのオフセット（ΔＸ、Δ
Ｙ、ΔＵ）を導出する。

たとえば第二実施例の撮像部２２をツールとしてオフセット（ΔＸ、ΔＹ、ΔＵ）を導
出することにより、環境情報として必要な撮像部２２の位置と姿勢が特定される。したが
って撮像部２２の位置と姿勢をユーザーに設定させる代わりに、撮像部２２の位置と姿勢
を自動で検出し、検出した撮像部２２の位置と姿勢を環境情報として自動で設定すること
が可能である。そして、そのように環境情報が自動設定された撮像部２２を用いて、撮像
部２２の座標系とロボット座標系とを校正することが可能である。すなわち、ロボット座
標系に固定された撮像部２とロボット１の可動部に固定された撮像部２２のそれぞれの座
標系とロボット座標系との校正を、校正開始指示の入力だけで、自動で完了させることも
可能である。さらに、撮像部２や撮像部２２とは別の撮像部を追加する場合、当該別の撮
像部を撮像部２２で撮像することで、当該別の撮像部の座標系とロボット座標系との校正
をすることも可能になる。つまり、例えば、マーカーボード４を利用して、ロボットが動
作することで、自動で複数の撮像部の座標系とロボット座標系とを校正することができる
。

なお、複数のツールＴ１、Ｔ２について環境情報が必要な場合、それぞれの位置と姿勢
を特定するためのオフセットをツール毎に導出すればよい。すなわち、図１５Ａに示すよ
うにツールＴ１を基準平面Ｆに移動させてツールＴ１についてのオフセットを導出し、図
１５Ｂに示すようにツールＴ２を基準平面Ｆに移動させてツールＴ２についてのオフセッ
トを導出すればよい。またここまで、最終的に１つの校正された基準平面を設定する例に
ついて説明したが、２つ以上の校正された基準平面を設定しても良い。例えば、ツールＴ
１に対応する基準平面とツールＴ２に対応する基準平面とを設定し、それぞれの基準平面
がロボット座標系と校正されても良い。

４．他の実施形態
尚、本発明の技術的範囲は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨
を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、校正開始指示はマウスによるクリック操作やディスプレイに対するタップ操作
や音声によって受け付けても良い。

また、上記実施例で説明した低精度傾き補正、焦点調整、高精度傾き補正の順序を入れ
替え、低精度傾き補正の前に焦点調整を実行してもよいし、低精度傾き補正、焦点調整、
高精度傾き補正のいずれかを省略しても良い。また校正が行われていない状態で撮像部に
よってマーカーが撮像された画像に基づいて導出された目標値を取得し、目標値に基づい
て撮像部と基準点の位置関係を予め決められた状態に変化させる処理が少なくとも１つあ
ればよい。例えば、基準点に合焦させるためのロボット操作をジョグ送りによって行い、
高精度傾き補正だけを画像に基づいて導出された目標値に基づいて実行してもよい。

また、９点校正を実施せずに、高精度傾き補正する際に取得した３点以上の基準点の座
標にもとづいてロボット座標系と撮像部の座標系の校正を行っても良い。すなわち、撮像
部の座標系とロボット座標系の校正は、高精度傾き補正により設定した基準平面上の３以
上の基準点を用いて行えばよく、８以下の基準点を用いて校正を実行してもよいし、１０
以上の基準点を用いて校正を実行しても良い。

またロボットを所定の姿勢に変化させるための何らかの目標値が校正開始指示に含まれ
ても良い。例えば、撮像部またはマーカーボードをテーブルに固定する位置が予め決めら
れている場合に、基準平面と撮像部がほぼ正対する位置にロボットビジョンを用いずにロ
ボットを動かすための目標値が校正開始指示に含まれてもよい。

また本発明は、６軸以外の垂直多関節ロボットにも適用できるし、アームの回転軸が全
て平行なスカラーロボットにも適用できる。そして本発明は、２以上の撮像部を用いる３
次元のロボットビジョンに適用することも可能である。すなわち、３次元のロボットビジ
ョンを実現するための複数の撮像部の座標系とロボット座標系とを校正するにあたって、
本発明を適用することにより、各撮像部とマーカーの位置関係を、撮像部の座標系とロボ
ットの座標系とを校正するために必要な画像を撮像できる状態に、校正開始指示によって
変化させることができる。

１３１〜１３６…モーター、１１１〜１１５…アーム、１…ロボット、２…撮像部、３…
ＰＣ、４…マーカーボード、９…テーブル、１４…制御部、３１…画像取得部、３１…画
像取得部、３２…目標値導出部、３３…出力部、３４…校正部、４１〜４９…マーカー、
１１０…基台、１１１…第一アーム、１１２…第二アーム、１１３…第三アーム、１１４
…第四アーム、１１５…第五アーム、１２１〜１２６…回転軸部材、１３１〜１３６…モ
ーター、２０１…レンズ、２０２…エリアイメージセンサー、１２６１…ツールチャック
、Ｆ…基準平面、Ｐ１〜Ｐ９…基準点、Ｐ２１〜Ｐ２９…基準点

Claims (12)

1. 校正開始指示を受け付ける指示受付部と、
   前記校正開始指示が受け付けられると、基準点を示すマーカーと、単一の焦点距離をもつ撮像部との位置関係を変化させるアームと、
   を備え、
   前記アームは、前記校正開始指示が受け付けられると、前記位置関係を予め決められた状態に変化させ、
   前記撮像部と前記マーカーの位置関係が、前記撮像部が前記マーカーに合焦する状態にあるときに、前記撮像部によって前記マーカーが撮像された画像に基づいて、前記撮像部の座標系とロボットの座標系との校正が行われる、
   ロボット。
2. 前記アームは、前記撮像部によって前記マーカーが撮像された画像に基づいて導出された目標値を取得し、前記目標値に基づいて前記位置関係を前記予め決められた状態に変化させる、
   請求項１に記載のロボット。
3. 前記校正開始指示は、前記位置関係を前記予め決められた状態に変化させるための目標値を含まない、
   請求項１または２に記載のロボット。
4. 前記アームは、前記校正開始指示が受け付けられると、前記撮像部によって前記マーカーが撮像された画像から切り出された部分画像に基づいて導出された目標値を取得し、前記目標値に基づいて前記位置関係を前記撮像部が前記マーカーに合焦する状態に変化させる、
   請求項３に記載のロボット。
5. 前記アームは、３つ以上の前記基準点を含む平面と垂直な第一方向に前記撮像部と前記マーカーの位置関係を変化させた後に前記第一方向と逆向きの第二方向に前記撮像部と前記マーカーの位置関係を変化させることによって前記撮像部を前記マーカーに合焦させる
   請求項４に記載のロボット。
6. 前記予め決められた状態は、３つ以上の前記基準点を含む平面と、前記撮像部の光軸とが垂直な状態を含む、
   請求項１から５のいずれか一項に記載のロボット。
7. 前記予め決められた状態は、前記撮像部の光軸が前記平面を通る位置が互いに異なる３つ以上の状態を含む、
   請求項６に記載のロボット。
8. 前記撮像部は、前記アームに設けられる、
   請求項１から７のいずれか一項に記載のロボット。
9. 前記マーカーは、前記アームに設けられる、
   請求項１から７のいずれか一項に記載のロボット。
10. 校正開始指示を受け付ける指示受付部と、
    前記校正開始指示が受け付けられると、基準点を示すマーカーと単一の焦点距離をもつ撮像部との位置関係を変化させるアームと、
    を備えるロボットと、
    前記撮像部と前記マーカーの位置関係が、前記撮像部が前記マーカーに合焦する状態にあるときに、前記マーカーが前記撮像部によって撮像された画像に基づいて前記撮像部の座標系と前記ロボットの座標系との校正を行う校正装置と、
    を備えるロボットシステム。
11. ３つ以上の基準点を示すマーカーと、単一の焦点距離をもつ撮像部との位置関係を、
    前記３つ以上の基準点を含む平面と前記撮像部の光軸とが垂直な第一状態、
    前記撮像部が前記３つ以上の基準点の少なくともいずれかを示す前記マーカーに合焦する第二状態、
    前記撮像部の光軸が前記平面上の第一点を通る第三状態、
    前記撮像部の光軸が前記平面上の第二点を通る第四状態、
    前記撮像部の光軸が前記平面上の第三点を通る第五状態、
    の順に自動で変化させるアームを備え、
    前記第三状態、前記第四状態および前記第五状態において前記撮像部によって前記マーカーが撮像された画像に基づいて前記撮像部の座標系とロボットの座標系との校正が行われる、
    ロボット。
12. 前記アームは、前記撮像部によって前記マーカーが撮像された画像に基づいて導出される目標値を取得し、前記目標値に基づいて前記位置関係を自動で変化させる、
    請求項１１に記載のロボット。

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