JPH05277973A

JPH05277973A - マニピュレータのキャリブレーション方法

Info

Publication number: JPH05277973A
Application number: JP3342832A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kamiyama; 健司上山
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1991-12-25
Filing date: 1991-12-25
Publication date: 1993-10-26

Abstract

(57)【要約】【目的】簡易な方法で、然も光学系の歪曲収差に拘ら
ず精度の高い結果が得られるマニピュレータのキャリブ
レーション方法を提供する。【構成】ＣＣＤカメラ１の撮影視野を複数領域に分割
して、各領域毎に、カメラ座標系をマニピュレータ座標
系に座標変換するためのカメラパラメータを演算処理回
路４により算出し、該カメラパラメータをメモリ５に記
憶する。そして、実際にマニピュレータを制御するに際
して、前記メモリ５に記憶された領域毎のカメラパラメ
ータを読み出して、領域毎にカメラ座標系のキャリブレ
ーションを行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種マニピュレータの
視覚センサーとなるカメラで捕えた画像の座標系にキャ
リブレーションを施す方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４に示す如き多関節型マニピュレータ
(８)によって、例えば移動物体をアーム先端部で捕獲す
る作業を行なう場合、マニピュレータ(８)上方の一定位
置に設けたＣＣＤカメラ(１)によって移動物体を捕え、
その画像に基づいてマニピュレータ(８)のアーム先端部
を移動物体に追従させる制御が行なわれる。

【０００３】この場合、ＣＣＤカメラ(１)とマニピュレ
ータ(８)とは別体であるため、ＣＣＤカメラ(１)で捕え
られた画像の座標系(カメラ座標系)と、マニピュレータ
(８)自体が有する固有の座標系(マニピュレータ座標系)
とを合致させるためのカメラキャリブレーションが必要
となる。

【０００４】そこで、従来は、図６に示す如くＣＣＤカ
メラの撮影視野(９)の一部をキャリブレーション領域Ｓ
0として設定し、マニピュレータのアーム先端部にＬＥ
Ｄ等の発光体を把持して、該アーム先端部を前記キャリ
ブレーション領域Ｓ0上の複数(ｎ個)の３次元座標位置
へ移動させつつ、キャリブレーションが行なわれてい
た。

【０００５】キャリブレーションにおいては、前記の各
座標位置にて、マニピュレータに指令した移動先の位置
(マニピュレータ座標系での座標データＰw)と、実際に
マニピュレータが移動した後にＣＣＤカメラによって捕
えた発光体の位置(カメラ座標系での座標データＰc)と
がサンプリングされ、夫々ｎ個の座標データＰw及びＰc
に基づいて、カメラ座標系をマニピュレータ座標系に座
標変換するための複数の係数からなるカメラパラメータ
が算出され、その後、実際にマニピュレータを制御する
際には、前記カメラパラメータに基づいてカメラ座標系
をマニピュレータ座標系に変換するのである(例えば、
井口征士・佐藤宏介共著「三次元画像計測」昭晃堂社発
行、第４章第９２頁以降参照)。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来のキャ
リブレーション領域が撮影視野の一部に設定されていた
のは、そもそもカメラキャリブレーションはＣＣＤカメ
ラとマニピュレータの相対的な位置関係に関してカメラ
座標系とマニピュレータ座標系を合致させる目的のもの
であって、そのためには撮影視野の一部におけるキャリ
ブレーションで充分であると考えられていたからであ
る。

【０００７】ところが、上記キャリブレーションを施し
た場合でも、マニピュレータのアーム先端部の追従精度
に限界があり、出願人は、その原因究明のために鋭意研
究を重ねた結果、ＣＣＤカメラのレンズ系が有する歪曲
収差が、無視し得ない大きさでキャリブレーション精度
に影響を及ぼしていることを知見し、本発明の完成に至
った。

【０００８】即ち、従来のキャリブレーション方法で
は、カメラのレンズ系が有する歪曲収差を無視していた
ために、充分なキャリブレーション精度が得られなかっ
たのである。マニピュレータにおいては、画像処理の単
純化等のために、視覚センサーとしては１台のカメラを
用い、該カメラには撮影視野を広げるために広角レンズ
を装備することが一般に行なわれるから、この様な場合
には特にレンズの歪曲収差が大きくなって、キャリブレ
ーション精度が低下することになる。

【０００９】この問題を解決するためには、従来のキャ
リブレーション方法で得られた結果に対し、更にレンズ
の歪曲収差についての補正を施すことが考えられるが、
その補正のための演算が複雑となる問題がある。

【００１０】本発明の目的は、簡易な方法で、然も光学
系の歪曲収差に拘らず精度の高い結果が得られるマニピ
ュレータのキャリブレーション方法を提供することであ
る。

【００１１】

【課題を解決する為の手段】本発明に係るマニピュレー
タのキャリブレーション方法は、カメラの撮影視野を複
数領域に分割して、各領域毎に、カメラ座標系をマニピ
ュレータ座標系に座標変換するための複数の係数からな
るカメラパラメータを算出し、その後、実際にマニピュ
レータを制御するに際して、前記算出された領域毎のカ
メラパラメータに基づいて、領域毎にカメラ座標系のキ
ャリブレーションを行なうものである。

【００１２】

【作用】光学系の歪曲収差は、撮影視野内の位置によっ
て異なるため、撮影視野を複数の領域に分割して、各領
域毎にキャリブレーションを行なうことによって、領域
毎の歪曲収差が夫々の領域についてのカメラパラメータ
に反映し、該カメラパラメータには、カメラ座標系とマ
ニピュレータ座標系の相対的な位置を修正する物理的な
要素と、カメラの光学系の歪曲収差を補正する光学的な
要素とが含まれることになる。

【００１３】

【発明の効果】本発明に係るマニピュレータのキャリブ
レーション方法によれば、物理的な要素と光学的な要素
とが加味された精度の高いキャリブレーション結果が得
られる。又、そのための処理手続きは、撮影視野を分割
した複数の領域の夫々について、従来と同様のキャリブ
レーション演算を施せば可く、レンズの歪曲収差を補正
するための特別な処理は不要である。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき、具体的に説
明する。対象とするマニピュレータ(８)は図４に示す如
く６軸垂直多関節型マニピュレータであって、ＣＣＤカ
メラ(１)はＨ＝１５０ｃｍの高さ位置に設置され、その
撮影視野(９)は横幅Ａ＝１００ｃｍ、奥行Ｂ＝８０ｃｍ
の広さに形成されている。

【００１５】図１に示す如く、ＣＣＤカメラ(１)からの
映像信号はＡ／Ｄコンバータ(２)を経てデジタル信号に
変換され、１画面分のデジタル映像信号がフレームメモ
リ(３)に格納されつつ、演算処理回路(４)によって読み
出される。該演算処理回路(４)はマイクロコンピュータ
から構成され、後述の如く従来と同じキャリブレーショ
ン演算を含む処理手続きが設定されている。

【００１６】演算処理回路(４)には、キャリブレーショ
ン演算の過程で算出されたカメラパメータが格納される
べきメモリ(５)が接続されている。又、演算処理回路
(４)はＲＳ２３２Ｃコントローラ(６)を介してロボット
コントローラ(７)と接続されている。

【００１７】撮影視野(９)は、図５に示す如く複数のキ
ャリブレーション領域Ｓ1〜Ｓ6に分割され、各キャリブ
レーション領域毎にカメラパラメータの算出と、実際の
マニピュレータ動作制御の際のキャリブレーション演算
を行なう。

【００１８】前記メモリ(５)には、図２に示す如く前記
複数のキャリブレーション領域Ｓ1〜Ｓ6毎に、夫々の領
域のＣＣＤカメラ上の座標(Ｘｉ，Ｙｉ)と、カメラパラ
メータＣｉ(ｃ₁…ｃ_n)の格納部が設けられている。

【００１９】図３は、ＣＣＤカメラ(１)及びマニピュレ
ータ(８)を図１の如く設置して、カメラパラメータを算
出し、該カメラパメータに基づいてキャリブレーション
を行なう際の処理手続きを表わしている。

【００２０】マニピュレータのアーム先端部にＬＥＤ等
の発光体を把持した状態で、前記複数のキャリブレーシ
ョン領域Ｓ1〜Ｓ6の夫々について、アーム先端部を各キ
ャリブレーション領域上の複数の３次元座標位置へ移動
させつつ、従来の同様のキャリブレーション演算を行な
い、キャリブレーション領域Ｓ1〜Ｓ6毎のカメラパラメ
ータＣ1〜Ｃ6を算出する(11)。そして、これらのパラメ
ータは、前記メモリ(５)内に各キャリブレーション領域
の座標データと共に書込まれる(図２参照)。

【００２１】次に、実際のマニピュレータの動作制御に
移行し、ＣＣＤカメラによって捕えた画像上の１点の座
標(カメラ座標)を計測する(12)。その後、その座標点が
前記複数のキャリブレーション領域の内、何れの領域に
含まれるかを判断する(13)。

【００２２】その後、判断されたキャリブレーション領
域に応じたカメラパラメータを前記メモリ(５)から選択
的に読み出し(14)、該カメラパラメータを用いてカメラ
座標系をマニピュレータ座標系に座標変換する(15)。

【００２３】そして、座標変換によって得られた値(マ
ニピュレータ座標)を図１のＲＳ２３２Ｃコントローラ
(６)を経てロボットコントローラ(７)へ送出するのであ
る。以後、上記ステップ(12)〜(16)を撮影視野上の画像
の全ての点について繰り返す。

【００２４】上記キャリブレーション方法によれば、例
えばＣＣＤカメラ(１)のレンズ焦点距離が１２.５ｍｍ
であって、Ａ／Ｄコンバータ(２)及びフレームメモリ
(３)からなる画像入力装置の解像度が５１２×４８０画
素の場合、前述の撮影視野(９)を４〜６分割することに
よって、１画素程度のキャリブレーション精度が得られ
ることが確認された。これに対し、従来の単一のキャリ
ブレーション領域による方法では、５画素程度のキャリ
ブレーション誤差が生じていたのである。

【００２５】上述の如く、本発明に係るマニピュレータ
のキャリブレーション方法によれば、従来よりも精度の
高いキャリブレーションが可能であり、然もその処理
は、複数のキャリブレーション領域の夫々について従来
と同様のキャリブレーション演算を繰り返すだけの簡易
な手続きで実現出来、従って演算処理に長い時間は要し
ない。

【００２６】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施すべきマニピュレータの構成を示
すブロック図である。

【図２】メモリに格納すべきデータの内容を示す図表で
ある。

【図３】本発明に係るキャリブレーション手続きを示す
フローチャートである。

【図４】ＣＣＤカメラを具えたマニピュレータの外観を
示す斜視図である。

【図５】本発明における複数のキャリブレーション領域
を示す図である。

【図６】従来における単一のキャリブレーション領域を
示す図である。

【符号の説明】

(１) ＣＣＤカメラ (５) メモリ (７) ロボットコントローラ (９) 撮影視野

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マニピュレータの視覚センサーとなるカ
メラで捕えた画像の座標系(カメラ座標系)にキャリブレ
ーションを施して、マニピュレータの動作制御を行なう
際の基準となる座標系(マニピュレータ座標系)を得る方
法において、カメラの撮影視野を複数領域に分割して、
各領域毎に、カメラ座標系をマニピュレータ座標系に座
標変換するための複数の係数からなるカメラパラメータ
を算出し、その後、実際にマニピュレータを制御するに
際して、前記算出された領域毎のカメラパラメータに基
づいて、領域毎にカメラ座標系のキャリブレーションを
行なうことを特徴とするマニピュレータのキャリブレー
ション方法。