JPH03129406A - ロボット制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、動作領域内の線画を画像認識し、この線画
に泊ってツールを自動的に移動させることができるよう
にしたロボット制御装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来より、単純作業や危険作業を人に代えてロボットで
行うことか盛んに行われている。その構造及び機能は、
要求される目的及び作業内容に応じて異なるが、より高
度の操作や複雑な操作を行えるロボット、更には学習な
どのＡＩＩＩ能などの行えるロボットの提供が望まれて
いる。

例えば、前者の１つに特開昭６１−７４３９９号、後者
の１つに特開昭６２−７２００４号がある。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来のロボットにあっては、ツールの移動軌跡
は、予めロボット制御部内のメモリにパターンを記憶さ
せておき、これを実行時に読出す方法をとっている。こ
のため、例えば、動作範囲内に示された線画をデータと
して保持しておらずに、ロボットが移動時に認識してツ
ールを移動させたい場合（例えば、デモンストレーショ
ンなど）、動作範囲内の線画か予め登録していないもの
に対しては、ツールを移動させることができない不具合
があった。

この発明は、予め線画の登録処理を行うことなく、動作
範囲内に図示された線画に沿ってツールを自動的に移動
できるようにしたロボット制御装置の提供を目的とする
。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を遠戚するために、この発明は、ツールの動作
範囲内に図示された線画を原画像として撮像する撮像手
段と、該撮像手段による画像情報から２値化画像を作成
する２値化処理手段と、前記原画像中から特異点を除去
する軌跡輪郭追跡演算手段と、該演算部の演算結果に基
づいて軌跡の始点及び終点を算出する軌跡端点演算手段
と、前記軌跡輪郭追跡演算手段の演算結果に基づいて曲
線輪郭の座標を求め曲線認識を行う画像認識手段と、該
手段による認識に基づいて前記ツールを前記線画に沿っ
て動作範囲内を移動させる制御手段とを設けるようにし
たものである。

［作用］ 上記した手段によれば、撮像手段によって撮像されたツ
ールの動作範囲内の画像に対し２値化を行った後、その
２値化画像の特徴が抽出されると共に曲線の始点と終点
が抽出される。更に、始点から終点までについて直線９
円、楕円曲線などに分割され、始点から終点までの並べ
替えが行われ、これが曲線認識結果になる。従って、予
め移動軌跡を設定登録するのでは無く、与えられた画像
を読取り、これに対する画像認識を行って追跡のトレー
ス作業を行うので、どの様な線画を与えられても、ツー
ルを追従移動させることが可能になる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図はこの発明の一実施例を示すプロ・ンク図である
。ここでは、ロボット本体として、関節型を用いた場合
を例示している。

ここに示す実施例は、ロボット本体３を動作させるため
のプログラム作成及びデータ入力を行う指令制御部ｌ、
ロボット本体３に内蔵されると共に指令制御部１とデー
タを交換しながら該指令制御部ｌの指示通りにロボット
本体３を駆動するための制御を行うロボット制御部２及
び腕９手、指に相当する可動部を備え、その各々の駆動
源として複数のモータ（不図示）を内蔵し、これらモー
タがロボット制御部２によって制御されるロボット本体
３から構成される。

指令制御部１は各種のデータ、設定値及びプログラムな
どの入力を行う為の操作盤１０１．ロボット本体３の可
動先端の動作範囲を視野とするテレビ（ＴＶ）カメラ１
０２．操作盤１０１の出力信号を所定のタイミングで取
込む入力インターフェース１０３．プログラムを実行し
てロボットの可動部を駆動させるための処理を行う中央
処理袋２１（ＣＰＵ）１０４．プログラムを格納したリ
ート・オンリーメモリ（ＲＯＭ）１０５．処理結果やデ
ータを一時的に記憶するランダム・アクセス・メモリ（
ＲＡＭ）１０６．ロボット制御に必要な特定の処理アル
ゴリズム、定数などか格納されるテーブル用メモリｌ　
０７．ロボットを動かすための後記する画像処理及びモ
ニタ１０９に画像を表示させるための画像処理及び制御
を行う画像処理制御部１０８．ＣＰＵ１０４による処理
内容あるいはロボットの動作状態を表示するモニタ１０
９、後記するプリンタ１１１を制御する出力インターフ
ェース１１０．該出力インターフエース１１０の制御の
もとに処理結果などをプリントアウトするプリンタ１１
１．及びロボット制御部２に対しデータを送出すると共
にロボット制御部２からロボット本体３の動作状態情報
を受信する伝送入出力部１１２から４ａｒ＆される。

またＣＰＵ１０４に対し、データ信号、コントロール信
号及びアドレス信号などが接続される各部材とＣＰＵ１
０４間とは、バス１１３によって相互に接続されている
。更に、テレビカメラ１０２とハス１１３との間には、
テレビカメラ１０２の画像出力を２値化、即ち、ディジ
タル化する２値化処理部１１４か接続されている。

なお、説明の便宜上、テレビカメラ１０２を指令ｆｔ１
ｌＷ部工内に含める記載としているが、実際にはロボッ
ト本体３の近傍に設置され、その視野がロボット本体３
の可動部の動作範囲になるようにセツティングされる。

また、ロボット制御部２は伝送入出力部１１２からの信
号を受信すると共に、ロボット本体３の動作状態に関す
る情報などを送出する伝送入出力部２０１．該伝送入出
力部２０１からの信号に基づいてモータ駆動のための制
御情報を出力すると共に指令制御部ｌ側へ送出する情報
の管理を行う制御部２０２．及び該制御部２０２からの
指令に従ってロボット本体３の各モータなどの駆動源を
駆動するモータ駆動部２０３から構成される。

制御部２０２はＣＰＵ及びその周辺回路を含んで構成さ
れ、マスターである指令制御部ｌのＣＰＵ１０４に対し
、スレーブとして動作する。

次に１以上の構成による実施例の動作について、第２図
のフローチャートを参照して説明する。なお、以下にお
いては、フローのステップをＳとして表記している。

まず、実行開始の指令を操作盤１０１でキーインし、装
置を起動させると共に初期化を行い、更にロボットを動
作させるための条件を指定する。

入力された設定条件は、テーブル用メモリ１０７に格納
される。また、動作範囲をテレビカメラ１０２で撮影し
、その画像出力を取込む、ＣＰＵ１０４は、ロボットに
動作させることが可能な内容をモニタ１０９に表示して
待機する。また、必要な情報を伝送入出力部１１２を介
してロボット制御部２へ伝達する。

ロボット制御部２では、第２図に示すフローに従って制
御部２０２が処理を実行すると共に指令制御部ｌとの情
報交換を行う。

まず、電源オンと共にロボット本体３の初期化を行い（
Ｓ　２１）、動作範囲内にある物体に関するデータの初
期設定を行う（Ｓ　２２）、ついで、指令制御部１側に
対し伝送入出力部２０１を介して、どのような動きをす
べきかのロボット動作選択要求を行う（Ｓ　２３）。

指令制御部工では、ロボット制御部２からのロボット動
作選択要求に対し、モニタ１０９に表示されているメニ
ュー（Ｓ　３２）の中から操作者に選択を促し、操作盤
１０１によって選択された動作選択結果をロボット制御
部２へ返送する。これを受けた制御部２０２は、指令制
御部ｌに対し画像処理要求を出し、これを受けた指令制
御部ｌではテレビカメラ１０２から取込んだ画像情報を
画像処理制御部１０８で処理し、その画像処理内容（Ｓ
　３３）をロボット制御部２へ返送する。

また、制御部２０２からは、引続いて画像処理結果要求
か出される（　Ｓ　２５）、この画像処理に対しては、
指令制御部１とロボット制御部２間で複数の往復交換が
行われ、指令制御部ｌで画像処理結果３４が出るまて繰
返えされる。

画像処理の結果が得られると、制御部２０２はケえられ
た動作選択要求及び画像内容に対し、ロボットがとるべ
き動作（即ち、始点と終点の２点間をどのように移動す
るか）を計画する（　Ｓ　２６）。

この計画内容に基づいて制御部２０２は、モータ駆動部
２０３に制御指令を送出し、ロボット本体３のアームな
どの駆動を開始させる。

１つの動作が終了すると、実行すべき次の処理か存在す
るか否かを指令制御部１に間合わせる（　３２８）、こ
の間合わせに対して操作者は、モニタ１０９上のメニュ
ー画面（Ｓ　３５）を見ながら、前回と同一の動作、あ
るいは他の異なる動作を選択する。この選択内容は、伝
送入出力部１１２及び伝送路を介してロボット制御部２
の伝送入出力部２０１に伝送され、制御部２０２に取込
まれる。

制御部２０２は受信内容を判定（Ｓ２９）　シ、それか
同じ動作の再実行である場合には、再度ステップ２７以
降の動作を繰返し・実行する。

また、異なる動作の実行の要求に対しては、それか同一
種類の動作に該′１１７１１ろものか否かを判定（Ｓ３
０）シ、同一である場合にはステップ２４以降の処理を
繰返し実行する。一方、同一種類の動作てない場合、ス
テップ２コて行った動作要求を再び指令制御部１へ要求
するか否かを判定しく　Ｓ　：ｌｌ）、動作再選択の指
示か判定された場合には、ステップ２３以降の処理を再
度実行する。また、動作再選択の指示が無い場合には、
全ての処理を終了する。

ロボット制御部２では、第３図に示すフローに従って制
御部２０２が処理を実行すると共に指令制御部１との情
報交換を行う。

まず、テレビカメラ１０２によって、動作範囲を撮像し
、その画像情報を２値化処理した後、これをメモリ（Ｒ
ＡＭ１０６）に記憶する。一方。

操作盤１０１から使用ツール、連続軌跡、動作精度など
を指定しく５４１）、更にホームポジション待機に入り
１作業道具把持及びツールの高さを指定する（　Ｓ　４
２）。

ついで、次に示すような設定及び演算内容に従った曲線
近似計算を行う（Ｓ　４３）。

■座標系の定義（ロボットのツール座標系を定ａ） ■姿勢制御の指定 ■軌跡制御の指定（移動速度など） ■把持物体の仕様を設定（例えば高さなど）例えば、始
点が（ｘｉ、ｙ＋）で終点が（Ｘｒ＋、Ｙｎ）て示され
るとき、　Ｓ　Ｅ　Ｔ　−Ｔ　ＲＡ　Ｎ　Ｓ　（ｘ　、
Ｙ　。

２、θ、９０．０）のような形式で座標を表す。

次に、この計算による座標を実際にツールの移動開始点
となる目標位置へ移動、即ち曲線の始点へ移動させる（
　Ｓ　４４）、ついで、この始点から曲線トレース作業
を開始する（　Ｓ　４５）、この後、認識画像領域の中
央に曲線が配置されるように、始点及び曲線を移動させ
る（５４５）。

次に２以上の処理結果に基づいて、ツールを実際に求め
た曲線に従ってトレース（Ｍｊ引きトレース）を実行す
る（　Ｓ　４７）、ツールが曲線の終点に到達すると、
ツールなどの可動部をホームポジションに移動させ、作
業道具を取外し、そのまま待機する（　Ｓ　４８）。

次（、第４図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を参照して、画像
処理の詳細を説明する。まず、テレビカメラ１０２によ
って撮像されたツールの動作範囲内の画像が原画像とし
て入力される。この動作範囲（＝カメラの視野範囲）内
には、ツールの移動対象となる線画が描かれている。こ
の原画像を曲線領域に設置したウィンドウに入力する（
　Ｓ　５１）。

ついで、中間輝度レベル変換を行う（Ｓ５２）と共に、
ｆめ定めたコード及び画像解析定数テーブルの設定値に
基づいて基本の画像処理を行う（Ｓ５３）、更に、ステ
ップ５３の処理結果に従って濃淡画像から２値画像を生
成（２値化処理手段）する（　Ｓ　５４）、これによっ
て得られた２値化画像に対し、特徴抽出処理を行う（Ｓ
　ＳＳ）、この軌跡輪郭追跡手段としての特徴抽出処理
は、入力２値化画像に対し、物体の交点数及び輪郭追跡
テーブルからロボットの座標であるワーク用座標を得る
ものである。

次に、第４図（Ｂ）に示すように、ステップ５５で得ら
れた画像に対し、曲線の端点から縮退を行う（Ｓ　５６
）、更に、この縮退画像と入力画像との排他的論理和（
Ｅｘｃｕｌｕｓｉｖｅ　ＯＲ）をとって２つの画像を合
成する。これにより、Ｘ軸、Ｙ軸の投影による端点（始
点と終点）が検出される（軌跡端点演算手段）。

ついで、以下のような画像認識手段によって画像認識処
理が実行される。まず、第１のソーティング処理（曲線
の輪郭部の座標を抽出する処理）が実行される（　Ｓ　
５７）、この処理は、ステップ５５によって得られた画
像における物体に対し、その曲線の内側と外側の各々を
サンプリングして輪郭座標を求め、更に間引き処理を行
って輪郭座標から曲線座標へ座標変換を行うことＣよっ
て遠戚される。

次に、第４図（Ｃ）のように、第２のソーティング処理
を実行する（　３５８）。

ここでは、まず始点からの距ｇＩＤ、 Ｄ＝　　　Ｘｌ−Ｘ。”　＋　（ｙ、−ｙ。）２（但し
、Ｘｏ及びｙｏは始点） か最小になる点（Ｘｔ、ｙ。）を求める。また、その点
から距離りが最小となる次の点を求める。この作業は１
輪郭点数分について終点まで実行される。

次に、第３のソーティング処理を実行する（Ｓ５９）。

この処理は、ソーティングチエツクテーブルの昇順に曲
線座標群の並べ替えを行う。ついで、画像解析定数で決
められた点数分（例えば、４０点分）に間引いてワール
ド座標系へ換算後、昇順に再ソーディングを行う。この
とき、始点〜終点にデータソートが行われており、この
結果は、曲線認識結果テーブルに格納される。

このようにして得られた画像認識結果は、伝送入出力部
１１２を介してロボット制御部２へ伝送され、ロボット
制御部２側に準備されている環境データベースを用いて
２手先姿勢算出、動作経路選定した後、第３図で示した
処理を経て曲線トレース動作が実行される。

［発明の効果］ 以上説明した通り、この発明は、ツールの動作範囲内に
図示された線画を原画像として撮像する撮像手段と、該
撮像手段による画像情報から２値化画像を作成する２値
化処理手段と、前記原画像中から特異点を除去する軌跡
輪郭追跡演算手段と、該演算部の演算結果に基づいて軌
跡の始点及び終点を算出する軌跡端点演算手段と、前記
軌跡輪郭追跡演算手段の演算結果に基づいて曲線輪郭の
座標を求め曲線認識を行う画像認識手段と、該手段によ
る認識に基づいて前記ツールを前記線画に沿って動作範
囲内を移動させる制御手段とを設けるようにしたことに
より、与えられた画像を読取り、これに対する認識を行
ってトレース作業を行うので、どの様な線画を与えられ
ても、ツールを追従移動させることが可能になり、汎用
性に優れたロボットの提供か可能になる。また、従来の
如く、予め移動軌跡を設定する必要が無く、従ってデー
タ入力作業を不要にし、操作性を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の−・実施例を示すブロック図、第２
図は指令制御部１とロボット制御部２の処理の概略を説
明するフローチャート、第３図はこの発明の曲線トレー
ス処理を示すフローチャート、第４図（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）はこの発明における画像処理の詳細を示すフロー
チャートである。 図中。 に指令制御部　　２：ロボット制御部 ３：ロボット本体 ４：外部記憶袋縫 １０１：操作盤 １０４：ＣＰ　Ｕ ＩＯ２：テレビカメラ １０７：テーブル用メモリ １０８：画像処理制御部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ツールの動作範囲内に図示された線画を原画像として撮
   像する撮像手段と、該撮像手段による画像情報から２値
   化画像を作成する２値化処理手段と、前記原画像中から
   特異点を除去する軌跡輪郭追跡演算手段と、該演算部の
   演算結果に基づいて軌跡の始点及び終点を算出する軌跡
   端点演算手段と、前記軌跡輪郭追跡演算手段の演算結果
   に基づいて曲線輪郭の座標を求め曲線認識を行う画像認
   識手段と、該手段による認識に基づいて前記ツールを前
   記線画に沿って動作範囲内を移動させる制御手段とを具
   備することを特徴とするロボット制御装置。