JPH012889A - ロボット視覚座標系校正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の要約 視覚ロボット・システムにおいて１把持部と。

この把持部との位置関係が分かっている認識用バ・ター
ンとを持った座標系校正用治具を使い、ハンドでこの治
具の把持部を把持しかつカメラで治具の認識用パターン
を取り込んで座標系校正を行なう。このことにより、座
標系校正の精度が上がるとともに操作が簡便となる。

発明の背景 技術分野 この発明は、アームの先端部に手先効果器（ハンド）と
カメラを持った平面作業型ロボットにおける視覚座標系
とロボット座標系との校正方法に関する。

従来技術とその問題点 アームの先端部にカメラを持ったロボットの座標系校正
方法には、特開昭ＧＯ−２６２２１５号公報に記載のも
のがある。この方法は、座標系校正用のワークをハンド
によって把持した状態でアームの関節角を読み込み、そ
の後ワークを離し９次にアームを移動させカメラでワー
クを認識するとともにそのときの関節角を読み込み、こ
れらのデータをもとに、座標系間の関係を計算するもの
である。

しかし、この方法においては関節角を読み込んだ後ワー
クを離さなくてはならず、このときにワークの位置がず
れることがある。このため、座標系校正の精度が下がる
という問題点が生じる。

また、この方法は護数段階の操作を必要とするために操
作が面倒であるという問題かある。

発明の概要 発明の目的 この発明は、簡単な操作で、精度よく座標系校正を行う
ことのできる方法を提供することを目的とする。

発明の構成と効果 この発明は、アームとこのアームの先端部に取付けられ
た手先効果器とを備え所定の作業を行なう平面作業型ロ
ボット、上記のアーム先端部に取付けられた二次元視覚
認１用カメラおよびこのカメラによって得た図形の特徴
ごを計算する画像処理装置からなる視覚ロボット中シス
テムにおいて、上記手先効果器によって把持される把持
部を備えているとともに、この把持部との位置関係の特
徴量が分かっている認識用のパターンが設けられた座標
系校正用治具を使用し、上記手先効果器によって上記治
具をその把持部で把持しかつ把持された治具の認識用パ
ターンを上記二次元視覚認識用カメラで認識し、このと
きの−ｈａｄロボットにおけるアーム関節に関するデー
タと、上記カメラによって認識されかつ」１記画像処理
装置によって作成された視覚座標系での１：記認識用パ
ターンの位置等の特徴けと、上記把持部と認識用パター
ンとの既知の位置関係とから、視覚座標系とロボット座
標系との校正を行うことを特徴とする。

この発明によると把持部と、この把持部との位置関係等
の特徴量が分かっている認識用のパターンとを持った座
標系校正用治具をロボットの手先効果器で把持するよう
にし、この状態でロボット・アームの先端部に取り付け
たカメラで上記治具上のパターンを認識できるようにし
た。したがって、座標系校正に必要なパラメータである
アーム関節に関するデータ（関節角など）や視覚座標系
における上記認識用パターンの位置を同時に計測できる
ようになる。このため、ワークを離さなくてもよくなり
座標系校正の精瓜をあげることができるとともに、−凹
の操作で座標系校正に必要なパラメータを読み込み計算
できるので、操作が簡便になる。

実施例の説明 第１図は代表的な平面作業型ロボットである水・（４多
関節型ロボットの一例を示している。ロボット１は、ベ
ース２にに軸支され、水平面内で回転する第１アーム１
１．　　この第１アーム１１の先端部に軸支され、同じ
く水平面内で回転する第２アーム１２．　　この第２ア
ーム１２の先端部に軸支され１回転するとともに垂直方
向に」ニド動する回転直動リンク１３．およびこの回転
直動リンク１３の下端に固定されたハンド（手先効果Ｗ
）１４によって構成されている。第２アーム１２の先端
部には、二次元視覚認識用カメラ７が設けられている。

この二次元視覚認識用カメラ７によって得られた図形は
画像処理装置８で処理され、その図形の特徴徴が計算さ
れる。画像処理装置８はロボット・コントローラ９に接
続されている。このロボット・コントローラ９によりロ
ボット１が駆動される。

座標系校正用治具２０が拡大されて第２図に示されてい
る。座標系校正用治具２０は板状の部材であり、ハンド
１４が精度良く把持できるようにその一部に把持部２１
が形成されている。また、座標系校正用治具２０の表面
には（この例では楕円形状の）Ｊ　Ｊ用パターン２２が
描かれている（ハツチングで示す）。認識用パターン２
２の重心位置および慣性主軸の傾きと把持部２１との位
置関係は既知である。また、認識用パターン２２の面積
も既知である。

ロボット１のハンド１４が座標系校正用治具２０を把持
部２１の所で把持した状態で認識用のパターン２２が二
次元視覚認識用カメラ７の視野内に入るようになってい
る。

次に、座標系校正について第３図および第４図を参照し
て説明する。第３図は、ロボット１の各アームに設定さ
れた座標系を示している。

Ｘ　ｏ　Ｙ　ｏ　Ｚ　ｏはベース２上に設定されたベー
ス座標系、Ｘ　ｔ　Ｙ　１Ｚ　ｔは第１アーム１１土に
設定された座標系、Ｘ２Ｙ２２２は第２アーム１２上に
設定された座標系、Ｘ３Ｙ３Ｚ３は回転直動リンク１３
の回転自由２度に設定された座標系、　Ｘ　４　Ｙ　４
　Ｚ　ｔ。

は同転直動リンク１３の直動自由度に設定された座標系
”ｈ”ｈＺｈはハンド１４に設定されたノ１ンド座標系
である。また第２アーム１２には二次元視覚認識用カメ
ラ７の座標系Ｘ　Ｙ　Ｚ　が設定さＣＣＣ れている。

座標系校正とは、このカメラ座標系ＸＹ　　　　Ｃ Ｚ　で（１）られた対象物の位置や傾きを、ベース座標
系Ｘ　Ｙ　Ｚ　や、ハンド座標系Ｘｂ”ｂｚｈｏ　　　
０　　０ に変換するためのパラメータを求めることである。

ここで必要なパラメータとは、Ｘ２Ｙ２２２座標系とカ
メラ座標系Ｘ　Ｙ　Ｚ　との関係を決定ＣＣＣ する位置ずれΔＸ、ΔＹ、傾きθ、スケール比ｆである
。これらの座標系の関係を第４図に示す。

ＸＹＺ　　座標系からベース座標系ＸｏＹ。

Ｚ　やハンド座標系ＸｈＹｈＺｈへの変換は容易である
エ カメラ座標系ＸＹＺ　　で記述された位置ＣＣＣ （ｘ、’ｙ）は、これらパラメータを使って。

ＣＣ 次式のようにしてＸ　２　Ｙ　２　Ｚ　２座標系で記述
され・・・（１） これらパラメータは１画像処理装置８で計測されたカメ
ラ座標系Ｘ　Ｙ　ｚ　における重心位置ＣＣＣ （Ｘ、Ｖ）、慣性主軸の傾きベクトルｋ　おｇｃ　　　
　　ｇｃ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　Ｃよび面積Ｓ　と、ハンド座標系Ｘ
　ｈ　Ｙ　ｈ　Ｚ　ｈにおける値（ｘ　　　ｙ）、ｋ　
　およびＳｈとを用いｇｈ’　　　　ｇｈ　　　　　　
ｈ て次のようにして計算できる。値（ｘｙ）。

ｇｈ’　　ｇｈ ｋ　およびＳｈは治具２０におけるものであり、これは
上述のように既知である。

ｆ　−ＪＳ　ｈ／Ｓ　ｃ・（２） −１″　１ θ−ｃｏｓ　　ｉｋ２・ｋ、／　（ｌｋ２　ｌ　・ｌｋ
、１月−（３）で得たａが負の場合には、−〇を傾きと
する。

ここで、Ａ３．Ａ４およびＡ　ｈは座標系間の変換を表
す（４Ｘｌ）変換マトリクスであり、Ａｈはハンド座標
系Ｘ　ｈ　Ｙ　ｈ　Ｚ　ｈで記述された位置をＸ４Ｙ４
２４座標系の位置に、Ａ４はＸ４Ｙ４Ｚ４座標系で記述
された位置をＸ３Ｙ３２３座標系の位置に、Ａ　はＸ３
Ｙ３Ｚ３座標系で記述された位置をＸ２Ｙ２Ｚ２座標系
の位置にそれぞれ直換するマトリクスである。またＣ　
　、Ｃ。

ＣはそれぞれＡ、Ａ４．Ａｈの各マトリクス１】３ の（２Ｘ２）主座小行列である。

Ｉ・述した考え方にしたがって行なわれる座標系校正の
処理手順を第５図のフロー・チャートを用いて説明する
。

ロボット・コントローラ９はまず、ハンド１４で座標系
校正用治１ｍ２００把持部２夏を把持し、パターン２２
が二次元視覚認識用カメラ７の視野内に入るようにする
（ステップ３１）。次に関節角（すなわち各アームＩｔ
、　１２の角度位置、リンク１３の回転位置、高さ位置
など）をそのセンサから取込み。

第（６）式、第（４）式にしたがって既知の重心位置（
ｘｙ）および慣性主軸の傾きペクトｇｈ’　　ｇｈ ルｋｈに変換マトリクスをかけあわせることによって第
２アーム１２の座標系Ｘ２Ｙ２２２に関する認識用パタ
ーンの重心位置（ｘ　　　ｙ　　）と慣ｇ２’　　ｇ２ 性主軸の傾きベクトルに２を計算する（ステップ３２）
。

二次元視覚認識用カメラ７によって治具２０のパターン
２２を取り込み１画像処理装置８においてカメラ座標系
Ｘ　Ｙ　Ｚ　における重心位１１４“ＣＣＣ （Ｘ、ｙ　）、慣性を軸の傾きベクトル１（おｇｅ　　
　ｇｃ　　　　　　　　　　　　　　　ｃよび面積Ｓ　
を計算し、ロボット・コントローラ９に計算結果を送る
（ステップ３３）。

ロボット・コントローラ９は第（２）式、第（３）式お
よび第（５）式を用いて必要なパラメータｆ。

θ、ΔＸ、ΔＹを計算し、予め準備されたメモリ上のテ
ーブルにそれらのパラメータを書き込む（ステップ８４
）。

以上のようにして、座標系校正が完了する。

第６図および第７図は座標系校正用治具の他の例を示し
ている。

第６図は、認識用パターン２２ａが複数個の図形である
治具２０を示している。この場合には１画像処理袋２１
′８はカメラの視野内の複数個の図形の処理を行なえる
機能をもつ必要がある。ｔ（数個の図形の各々の重心位
置が計測できれば、それらを使ってパラメータをもとめ
ることができる。たとえば、２つの図形の重心位置から
それらの間の距離、および２点を結ぶ線分の傾きが得ら
れるので、これらの値といずれか一方の重心位置を使え
ば、前述の計算例と同様にしてパラメータを求めること
ができる。図形が３個以−ヒの場合には、さらに多くの
重心位置を利用して、誤差が最小になるようにパラメー
タを決定することもできる。

第７図は、認識用パターン２２ｂ、が多角形である治具
２０を示している。この場合には１画像処理装置８は多
角形の頂点（角部）の位置を計Ａ１１ｌできる能力をも
つ必要がある。頂点位置を＝１°ΔＭできれば、第６図
に示したものと同様にしてパラメータを求めることがで
きる。

前述したパラメータの計算方法は一例であって、この発
明はこれに限定されるものではない。

また、上記実施例では回転関節で構成された平面作業型
ロボットについて説明したが、直交座標型１円筒座標型
などの他のタイプの平面作業型ロボットに対してもこの
発明は同様に適用できる。

また、カメラ取り付は位置は第２アーム上に設定されて
いるが、ハンドで座標系校正用治具を把持したときに認
識用パターンがカメラの視野内に入るという条件さえ満
たす位置であれば、他のリンクまたはアーム（たとえば
１回転直動リンク）上に取り付けてもよい。

以上のようにこの発明によると１把持部と２把持部との
位置関係等の特徴量が分かっている認識用のパターンと
を具備した座標系校正用治具を使用し、上記治具の把持
部をハンド部で把持するとともに認１月パターンを二次
元視覚認ぷ用カメラで認識し、このときの関節角と、視
覚座標系における認識用パターンの測定した位置等の特
徴量と１把持部と認識用パターンとの既知の位置関係と
から、視覚座標系とロボット座標系との間で校正を行う
ようにしたので、関節角と認識用パターンの視覚座標系
における特徴付とをアームの一つの姿勢において計７１
１１１できる。このため、ワークを離さなくてもよくな
るので座標系校正の精度をあげることができるとともに
、−回の操作で座標系校正に必要なパラメータを読み込
み計算できるので、操作が簡便になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すものでロボット・シス
テムの斜視図、第２図は座標系校正用冶具の一例を示す
平面図、第３図はロボットに設定されたいくつかの座標
系を示す図、第４図はカメラの座標系と第２アームの座
標系との関係を示す図、第５図は座標系校正処理手順を
示すフロー・チャート、第６図および第７図は座標系校
正用治具の他の例を示す平面図である。 １・・・ロボット。 ２・・・ベース。 ７・・・二次元視覚認識用カメラ。 ８・・・画像処理装置。 ９・・・ロボット・コントローラ。 １１・・・第１アーム。 １２・・・第２アーム。 １３・・・回転直動リンク。 １４・・・ハンド。 ２０・・・座標系校正用治具。 ２１・・・把持部。 ２２、２２ａ、　２２ｂ・・・認識用パターン。 以　　上 特許出願人　　立石電機株式会社 代　理　人　　　弁理士　牛　久　健　司（外１名） 第１図 第３図 乙 第　　５　　図 手続補正書（自発） 昭和６２年１０月２２日

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）アームとこのアームの先端部に取付けられた手先
   効果器とを備え所定の作業を行なう平面作業型ロボット
   、上記のアーム先端部に取付けられた二次元視覚認識用
   カメラ、およびこのカメラによって得た図形の特徴量を
   計算する画像処理装置からなる視覚ロボット・システム
   において、上記手先効果器によって把持される把持部を
   備えているとともに、この把持部との位置関係の特徴量
   が分かっている認識用のパターンが設けられた座標系校
   正用治具を使用し、 上記手先効果器によって上記治具をその把持部で把持し
   かつ把持された治具の認識用パターンを上記二次元視覚
   認識用カメラで認識し、 このときの上記ロボットにおけるアーム関節に関するデ
   ータと、上記カメラによって認識されかつ上記画像処理
   装置によって作成された視覚座標系での上記認識用パタ
   ーンの位置等の特徴量と、上記把持部と認識用パターン
   との既知の位置関係とから、視覚座標系とロボット座標
   系との校正を行うことを特徴とする、 ロボット視覚座標系校正方法。
2. （２）上記画像処理装置が図形の慣性主軸の傾き、図形
   の面積および図形の重心位置を計測する機能を持った装
   置であり、認識用のパターンの長軸または短軸の傾きと
   、認識用パターンの面積と、認識用パターンの重心位置
   とから座標系校正を行うことを特徴とする特許請求の範
   囲第（１）項に記載のロボット視覚座標系校正方法。
3. （３）上記画像処理装置が複数の図形の重心位置を同時
   に計測できる機能を持った装置であり、認識用のパター
   ンが複数個の形状からなり、それらの重心位置関係から
   座標系校正を行うことを特徴とする特許請求の範囲第（
   １）項に記載のロボット視覚座標系校正方法。
4. （４）上記画像処理装置が多角形の図形の角部の位置を
   計測できる機能を持った装置であり、認識用のパターン
   が多角形状であり、その角部の位置関係から座標系校正
   を行うことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記
   載のロボット視覚座標系校正方法。