JPH05309590A - ロボット制御装置及びロボット作業部の位置決め方 法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はロボット制御装置の改善，特に、そ
の位置検出手段に関し、照明強度分布が一様な光源を必
要とするテレビカメラに依存することなく、被作業対象
物の三次元情報を取得する位置検出手段の構成を工夫し
て、そのエッジを正確に検出し、ロボット作業部の精度
良い位置決めを行うことを目的とする。 【構成】 各種教示作業をするロボット作業部１１と、
前記ロボット作業部１１の位置合せに係わり被作業対象
物１４の位置検出をする位置検出手段１２と、前記ロボ
ット作業部１１及び位置検出手段１２の入出力を制御す
る制御手段１３とを具備し、前記位置検出手段１２が位
置検出領域に測定光Ｌ０を照射し、該位置検出領域から
帰還する乱反射光Ｌ１や正反射光Ｌ２に基づいて被作業
対象物１４の位置情報Ｄｐを出力することを含み構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】〔目 次〕 産業上の利用分野 従来の技術（図10） 発明が解決しようとする課題（11図） 課題を解決するための手段（図１，２） 作用 実施例（図３〜９） 発明の効果

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボット制御装置及び
ロボット作業部の位置決め方法に関するものであり、更
に詳しく言えば、目的とする対象物にロボット作業部を
位置決めして各種教示作業をする装置及びその位置決め
方法の改善に関するものである。

【０００３】近年、各種電子機器や精密機械の製造工程
の自動化に伴い、目的とする対象物にロボットハンドを
位置決めして、その把持作業，その研磨作業及びセット
作業等の各種教示作業をするロボット制御装置が使用さ
れている。

【０００４】ところで、従来例のロボット制御装置によ
れば、テレビカメラや光センサを利用して被作業対象物
の位置を検出している。このため、被作業対象物の位置
検出手段にテレビカメラを使用した場合には、その周辺
を照明する照明強度が一様な光源を設ける必要がある。
なお、テレビカメラを通して入力した画像は被作業対象
物の二次元的な位置情報であるため、その高さ方向の位
置情報を検出することが困難である。

【０００５】また、被作業対象物の位置検出手段に光セ
ンサを使用した場合、該対象物の表面状態によっては、
そのエッジ検出が不安定となるため、被作業対象物に対
する距離情報の測定精度が低下することとなる。

【０００６】そこで、照明強度分布が一様な光源を必要
とするテレビカメラに依存することなく、被作業対象物
の三次元情報を取得する位置検出手段の構成を工夫し
て、そのエッジを正確に検出し、ロボット作業部の精度
良い位置決めを行うことができる装置及びその方法が望
まれている。

【０００７】

【従来の技術】図10，11は、従来例に係る説明図であ
る。また、図10は、従来例に係るロボット制御装置の構
成図であり、図11はその問題点を説明するセンサ部の構
成図，対象物及び信号レベル図をそれぞれ示している。

【０００８】例えば、テレビカメラ２を利用して位置決
めをするロボット制御装置は図10（ａ）において、ロボ
ットハンド１，テレビカメラ２，コントローラ３，信号
処理部４及び光源５から成る。

【０００９】当該装置の機能は、斜め方向にセットされ
た光源５からテーブル６の上の被作業対象物１４に照明
光Ｌが照射された状態で、テレビカメラ２により被作業
対象物１４が撮像される。また、その二次元に係る画像
取得信号が信号処理部４により信号処理されると、コン
トローラ３に該対象物１４の位置情報が出力される。さ
らに、ロボットハンド１の位置制御情報と該対象物１４
の位置情報と基づいて、該コントローラ３によりテーブ
ル６の上の被作業対象物１４にロボットハンド１が位置
決めされる。

【００１０】これにより、ロボットハンド１が駆動制御
され、例えば、被作業対象物１４がロボットハンド１に
より把持される。なお、テレビカメラ２に代えて三次情
報の取得が可能な光センサ７を利用して位置決めをする
方法がある。これは、被作業対象物１４の高さ情報を検
出する場合に適している。

【００１１】図10（ｂ）は光センサ７の内部構成図であ
り、図10（ｂ）において、三次元位置情報を出力する光
センサ７は、光源７Ａ，結像レンズ７Ｂ，位置検出素子
７Ｃ及び信号処理部７Ｄから成る。

【００１２】当該センサ７の機能は、真上方向にセット
された光源５からテーブル６の上の被作業対象物１４に
測定光Ｌ０が走査された状態で、その乱反射光Ｌ１が結
像レンズ７Ｂを介して、斜め方向に設置された位置検出
素子７Ｃにより検出される。また、その三次元に係る高
さ信号Ｉ４や明るさ信号Ｉ５が信号処理部４により信号
処理されると、その距離情報Ｕや乱反射光情報Ｗがコン
トローラ３に出力される。

【００１３】これにより、ロボットハンド１の位置制御
情報と該対象物１４の距離情報Ｕや乱反射光情報Ｗと基
づいて、該コントローラ３によりテーブル６の上の被作
業対象物１４にロボットハンド１が位置決めされる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来例のロ
ボット制御装置によれば、テレビカメラ２や光センサ７
を利用して被作業対象物１４の位置を検出している。

【００１５】このため、次のような問題がある。 被作業対象物１４の位置検出手段にテレビカメラ２
を使用した場合。被作業対象物１４の周辺を照明するた
めに照明光Ｌを出射する光源５を設ける必要がある。し
かし、光源５からの照明強度が一様でないとテレビカメ
ラ２を通して入力した画像にはムラを生じ、これを原因
として位置検出処理の際に誤認を生ずる恐れがある。

【００１６】また、テレビカメラ２を通して入力した画
像は被作業対象物１４の二次元的な位置情報を指示する
ものである。このため、被作業対象物１４の高さ方向の
位置情報，例えば、ロボットハンド１と被作業対象物１
４との間隔距離（Ｚ方向）を検出することが困難であ
る。かかる場合に、信号処理部４の検出機能強化も考え
られるが、その負担の増加が余儀無くされる。

【００１７】従って、ロボットハンド１により被作業対
象物１４を把持する場合に、該ハンド１のＺ方向の移動
距離の判断が困難となるという問題がある。なお、信号
処理部４は、テレビカメラ２を通して取得した画像デー
タを一時保持するメモリやその信号を比較する比較器等
の構成が複雑で大規模化をする。

【００１８】また、ハンド１を小型化する要求があった
場合に、テレビカメラ自体を小型化する必要がある。 被作業対象物１４の位置検出手段に光センサ７を使
用した場合。

【００１９】被作業対象物１４とテーブル６との反射率
が類似（両者が共に光沢を帯びている場合等）していた
り、該対象物１４の表面が一様な光沢を帯びていない場
合に、そのエッジ検出が不安定となる。

【００２０】これは、図11（ｂ）に示しすように真上方
向から照射された測定光Ｌ０の乱反射光Ｌ１を図10
（ｂ）に示しすような斜め方向に設置された位置検出素
子７Ｃにより検出しているためである。

【００２１】例えば、図11（ａ）において、位置検出素
子７Ｃからの高さ信号Ｉ４がＩ／Ｖ変換回路701 により
電流／電圧変換され、その高さ電圧Ｖ４が減算回路703
に出力される。また、該検出素子７Ｃからの明るさ信号
Ｉ５がＩ／Ｖ変換回路702 により電流／電圧変換され、
その明るさ電圧Ｖ５が加算回路704 に出力される。

【００２２】これにより、両回路703 ，704 からの減算
電圧Ｖ４−Ｖ５，加算電圧Ｖ４＋Ｖ５に基づいて除算回
路705 により距離情報Ｕ＝〔Ｖ４−Ｖ５〕／〔Ｖ４＋Ｖ
５〕が出力される。しかし、図11（ｃ）の距離情報Ｕに
係る信号波形分布や図11（ｄ）の乱反射光情報Ｗに係る
信号波形分布に示すように、そのエッジ部Ａ２，エッジ
部Ａ３の波形が鈍ったり，又は不安定になって、これ等
を原因として位置検出処理において誤認識を招く恐れが
ある。

【００２３】また、被作業対象物１４の表面が一様でな
い場合には、乱反射光情報Ｗに係る加算電圧Ｖ４＋Ｖ５
が小さくなることから除算回路705 の計算精度の悪化を
招き、被作業対象物１４に対する距離情報Ｕの測定精度
が低下をするという問題がある。

【００２４】本発明は、かかる従来例の問題点に鑑み創
作されたものであり、照明強度分布が一様な光源を必要
とするテレビカメラに依存することなく、被作業対象物
の三次元情報を取得する位置検出手段の構成を工夫し
て、そのエッジを正確に検出し、ロボット作業部の精度
良い位置決めを行うことが可能となるロボット制御装置
及びロボット作業部の位置決め方法の提供を目的とす
る。

【００２５】

【課題を解決するための手段】図１（ａ），（ｂ）は、
本発明に係るロボット制御装置の原理図であり、図２
（ａ），（ｂ）は、本発明に係るロボット作業部の位置
決め方法の原理図をそれぞれ示している。

【００２６】本発明のロボット制御装置は図１（ａ）に
示すように、各種教示作業をするロボット作業部１１
と、前記ロボット作業部１１の位置合せに係わり被作業
対象物１４の位置検出をする位置検出手段１２と、前記
ロボット作業部１１及び位置検出手段１２の入出力を制
御する制御手段１３とを具備し、前記位置検出手段１２
が位置検出領域に測定光Ｌ０を照射し、該位置検出領域
から帰還する乱反射光Ｌ１や正反射光Ｌ２に基づいて被
作業対象物１４の位置情報Ｄｐを出力することを特徴と
する。

【００２７】なお、本発明のロボット制御装置におい
て、前記位置検出手段１２が図１（ｂ）に示すように被
作業対象物１４に測定光Ｌ０を出射する光源12Ａと、前
記被作業対象物１４の距離情報や乱反射光情報を検出す
る第１の検出手段12Ｂと、前記被作業対象物１４の正反
射光情報を検出する第２の検出手段12Ｃと、前記距離情
報，乱反射光情報及び正反射光情報を信号処理する信号
処理手段12Ｄから成ることを特徴とする。

【００２８】また、本発明のロボット制御装置におい
て、前記信号処理手段12Ｄが発光タイミング制御に係る
第１の制御信号Ｓ、前記距離情報，乱反射光情報に基づ
いて第１，第２の出力信号Ｐ，Ｑ、前記第１の制御信号
Ｓと第２の出力信号Ｑとに基づいて光量制御に係る第２
の制御信号Ｒ、及び、前記正反射光情報に基づいて第３
の出力信号Ｔをそれぞれ出力することを特徴とする。

【００２９】さらに、本発明のロボット作業部の位置決
め方法は、図２（ｂ）の処理フローチャートに示すよう
に、まず、ステップＰ１で測定光Ｌ０を被作業対象物１
４に照射することにより得られる距離情報，乱反射光情
報や正反射光情報を検出する位置検出手段１２をロボッ
ト制御系のロボット作業部１１に設け（図２（ａ）参
照）、次に、ステップＰ２で前記距離情報，乱反射光情
報や正反射光情報に基づいて被作業対象物１４の位置情
報Ｄｐを取得し、その後、ステップＰ３で前記被作業対
象物１４の位置情報Ｄｐとロボット制御系が具備するロ
ボット作業部１１の位置制御情報Ｄspに基づいて該ロボ
ット作業部１１と被作業対象物１４との位置決めをする
ことを特徴とする。

【００３０】なお、本発明のロボット作業部の位置決め
方法において、ステップＰ２の被作業対象物１４の位置
情報の取得の際に、被作業対象物１４又は位置検出手段
１２が取付けられたロボット作業部１１の二次元走査を
することを特徴とする。

【００３１】また、本発明のロボット作業部の位置決め
方法において、ステップＰ３の前記ロボット作業部１１
と被作業対象物１４との位置決めの際に、前記乱反射光
情報に係る第１の出力信号Ｑ，発光タイミング制御に係
る第１の制御信号Ｓ及び光量制御に係る第２の制御信号
Ｒに基づいて、前記正反射光情報に係る第３の出力信号
Ｔや前記距離に係る第１の出力信号Ｐのサンプリング処
理をすることを特徴とし、上記目的を達成する。

【００３２】

【作 用】本発明のロボット制御装置によれば、図１
（ａ）に示すように、ロボット作業部１１，位置検出手
段１２及び制御手段１３が具備され、該位置検出手段１
２が位置検出領域に測定光Ｌ０を照射し、該位置検出領
域から帰還する乱反射光Ｌ１や正反射光Ｌ２に基づいて
被作業対象物１４の位置情報Ｄｐを出力する。

【００３３】例えば、ロボット作業部１１を被作業対象
物１４に位置合せして、それを把持する場合、位置検出
手段１２が取付けられたロボット作業部１１が制御手段
１３により被作業対象物１４上の領域に移動制御され、
該位置検出手段１２によりその位置が検出される。

【００３４】この際に、位置検出領域に位置検出手段１
２から測定光Ｌ０が照射され、該位置検出領域から帰還
する乱反射光Ｌ１や正反射光Ｌ２が該検出手段１２によ
り検出され、それに基づく被作業対象物１４の位置情報
Ｄｐが制御手段１３に出力される。

【００３５】すなわち、図１（ｂ）に示すように被作業
対象物１４の真上方向に設けられた光源12Ａから被作業
対象物１４に測定光Ｌ０が出射されると、該被作業対象
物１４の距離情報や乱反射光情報が斜め方向に設けられ
た第１の検出手段12Ｂにより検出される。また、被作業
対象物１４の正反射光情報が光学系を介して第２の検出
手段12Ｃにより検出される。

【００３６】さらに、距離情報，乱反射光情報及び正反
射光情報が信号処理手段12Ｄにより信号処理され、ま
た、該処理手段12Ｄから制御手段１３に、発光タイミン
グミング制御に係る第１の制御信号Ｓと、距離情報，乱
反射光情報に基づく第１，第２の出力信号Ｐ，Ｑと、正
反射光情報に基づく第３の出力信号Ｔとがそれぞれ出力
される。なお、光源12Ａには第１の制御信号Ｓと第２の
出力信号Ｑとに基づく光量制御に係る第２の制御信号Ｒ
が出力される。

【００３７】これにより、被作業対象物１４の三次元に
係る位置情報Ｄｐが信号処理手段12Ｄから制御手段１３
に出力されると、ロボット作業部１１の位置制御情報Ｄ
psと該対象物１４の位置情報Ｄｐとに基づいて、該制御
手段１３により被作業対象物１４にロボット作業部１１
が位置決めされる。

【００３８】なお、ロボット作業部１１が駆動制御さ
れ、該対象物１４がロボット作業部１１により把持さ
れ、各種教示作業が行われる。このため、従来例のよう
にテレビカメラを使用する方法に比べて、被作業対象物
１４の周辺を照明するための照明強度が一様な光源を設
ける必要がない。また、テレビカメラを通して入力した
画像に比べて、光源12Ｂから出射された測定光Ｌ０，例
えば、スポット光による走査画像のため、位置検出処理
の際の誤認が極力抑制される。

【００３９】また、テレビカメラによる被作業対象物１
４の二次元的な位置情報に比べてその高さ方向の位置情
報，例えば、ロボット作業部１１と被作業対象物１４と
の間隔距離（Ｚ方向）を精度良く検出することが可能と
なる。

【００４０】これにより、ロボット作業部１１により被
作業対象物１４を把持する場合に、該作業部１１のＺ方
向の移動距離の判断が容易になる。また、信号処理部12
Ｄの検出機能の過度な改善を強いられることなく、簡易
な構成により三次元に係る位置情報を出力することが可
能となる。

【００４１】さらに、本発明のロボット作業部の位置決
め方法によれば、図２（ｂ）の処理フローチャートに示
すように、ステップＰ１で距離情報，乱反射光情報や正
反射光情報を検出する位置検出手段１２がロボット制御
系のロボット作業部１１に設けられる（図２（ａ）参
照）。

【００４２】このため、被作業対象物１４とその周辺と
の反射率が類似（両者が共に光沢を帯びている場合等）
していた場合や、該対象物１４の表面が一様な光沢を帯
びていない場合であっても、そのエッジ部分を正確に検
出することが可能となる。

【００４３】すなわち、ステップＰ２で距離情報，乱反
射光情報や正反射光情報に基づいて被作業対象物１４の
位置情報Ｄｐが取得される。この際に、被作業対象物１
４又は位置検出手段１２を取付けたロボット作業部１１
が二次元走査される。

【００４４】その後、ステップＰ３で被作業対象物１４
の位置情報Ｄｐとロボット制御系が具備するロボット作
業部１１の位置制御情報Ｄspとに基づいて該ロボット作
業部１１と被作業対象物１４とが位置決めされる。この
際に、乱反射光情報に係る第１の出力信号Ｑ，発光タイ
ミング制御に係る第１の制御信号Ｓ及び光量制御に係る
第２の制御信号Ｒに基づいて、正反射光情報に係る第３
の出力信号Ｔや距離に係る第１の出力信号Ｐがサンプリ
ング処理され、被作業対象物１４の位置情報が取得され
る。

【００４５】このため、距離情報に係る信号波形や乱反
射光情報に係る信号波形の立ち上がりや立ち下がり部分
が鈍ったり，又はそれが不安定になった場合であって
も、乱反射光情報に係る第１の出力信号Ｑ，発光タイミ
ング制御に係る第１の制御信号Ｓ及び光量制御に係る第
２の制御信号Ｒに基づいて、正反射光情報に係る第３の
出力信号Ｔや距離に係る第１の出力信号Ｐのサンプリン
グ処理をすることにより、位置検出処理における誤認識
を極力阻止することが可能となる。

【００４６】また、被作業対象物１４の表面が一様でな
い場合であっても、光量制御に係る第２の制御信号Ｒに
より光源12Ａの出力制御をすることから被作業対象物１
４に対する距離情報の測定精度の向上を図ることが可能
となる。

【００４７】これにより、照明強度分布が一様な光源を
必要とするテレビカメラに依存することなく、被作業対
象物の三次元情報を取得する位置検出手段の構成を工夫
することで、そのエッジ部分を正確に検出すること、及
び、ロボット作業部の精度良い位置決めを行うことが可
能となる。

【００４８】

【実施例】次に、図を参照しながら本発明の実施例につ
いて説明をする。図３〜９は、本発明の実施例に係るロ
ボット制御装置及びロボット作業部の位置決め方法を説
明する図であり、図３は、本発明の実施例に係るロボッ
ト制御装置の構成図である。また、図４はその光センサ
部の内部構成図であり、図５はその信号処理部及びその
周辺部の構成図をそれぞれ示している。

【００４９】例えば、位置決め処理に基づいて被作業対
象物１４を把持するロボット制御装置は図３において、
ロボットハンド２１，光学位置センサ２２及びコントロ
ーラ２３から成る。

【００５０】すなわち、ロボットハンド２１はロボット
作業部１１の一実施例であり、各種教示作業の一例とな
る被作業対象物１４を把持する先端手先効果器である。
なお、該手先効果器には、研磨作業のための研磨器や溶
接作業のための溶接器材等が交換取付けされる。

【００５１】光学位置センサ２２は位置検出手段１２の
一実施例であり、ロボットハンド２１の位置合せに係わ
り被作業対象物１４の位置検出をするものである。例え
ば、光学位置センサ２２は位置検出領域に測定光Ｌ０を
照射し、該位置検出領域から帰還する乱反射光Ｌ１や正
反射光Ｌ２に基づいて被作業対象物１４の位置情報Ｄｐ
をコントローラ２３に出力する。なお、光学位置センサ
２２の内部構成については、図４において詳述する。

【００５２】コントローラ２３は制御手段１３の一実施
例であり、ロボットハンド２１及び光学位置センサ２２
の入出力を制御するものである。例えば、コントローラ
２３は位置情報Ｄｐや位置制御信号Ｄspに基づいてロボ
ットハンド２１に駆動制御信号ＤＳを出力し、その出力
制御をする。

【００５３】図４は、本発明の実施例に係る光学位置セ
ンサの内部構成図を示している。図４において、光学位
置センサ２２はレーザー光源22Ａ，ＰＳＤ（Ｐosition
Ｓensitive Ｄevice ）素子22Ｂ，ＰＤ（Ｐhoto Ｄio
de）素子22Ｃ，信号処理回路22Ｄ，結像レンズ22Ｅ及び
ハーフミラー22Ｆから成る。

【００５４】すなわち、レーザー光源22Ａは光源12Ａの
一実施例であり、被作業対象物１４に測定光Ｌ０の一例
となる単一波長のスポット光を出射するものである。ま
た、該光源22Ａの光軸は，例えば、当該光学位置センサ
の幾何学軸（例えば、その法線方向）に並行して設けら
れる。これにより、被作業対象物１４の真上方向からス
ポット光を照射又は走査することができる。

【００５５】ＰＳＤ素子22Ｂは第１の検出手段12Ｂの一
実施例であり、被作業対象物１４の距離情報や乱反射光
情報を検出するものである。例えば、ＰＳＤ素子22Ｂは
光源22Ａの光軸に対して斜め方向に設置され、スポット
光Ｌ０の走査により生ずる被作業対象物１４からの乱反
射光Ｌ１を検出して、高さ信号Ｉ１や明るさ信号１２を
信号処理回路22Ｄに出力するものである。

【００５６】ＰＤ素子22Ｃは第２の検出手段12Ｃの一実
施例であり、被作業対象物１４の正反射光情報を検出す
るものである。例えば、ＰＤ素子22Ｃは光源22Ａの光軸
に設けられたハーフミラー22Ｆにより９０〔°〕に変向
された正反射光Ｌ２を検出して、正反射光信号Ｉ３を信
号処理回路22Ｄに出力するものである。なお、当該ＰＤ
素子22Ｃは従来例の光センサにはなく、本発明の実施例
で導入された。

【００５７】信号処理回路22Ｄは信号処理手段12Ｄの一
実施例であり、高さ信号Ｉ１や明るさ信号１２及び正反
射光信号Ｉ３を信号処理し、位置情報Ｄｐの内容となる
距離信号Ｐ，乱反射光量信号Ｑやその他の制御信号を出
力するものである。例えば、信号処理回路22Ｄは、図５
において、Ｉ／Ｖ変換回路201 ，202 ，206 ，減算回路
203 ，加算回路204 ，除算回路205 ，発振回路207 及び
光量制御回路208 から成る。

【００５８】すなわち、Ｉ／Ｖ変換回路201 は高さ信号
Ｉ１を電流／電圧変換をして高さ電圧Ｖ１を減算回路20
3 や加算回路204 に出力するものであり、Ｉ／Ｖ変換回
路202 は乱反射光Ｌ１に係る明るさ信号Ｉ２を電流／電
圧変換をして明るさ電圧Ｖ２を減算回路203 や加算回路
204 に出力するものである。

【００５９】さらに、減算回路203 は高さ電圧Ｖ１，明
るさ電圧Ｖ２に基づいて減算電圧Ｖ１−Ｖ２を除算回路
205 に出力するものであり、加算回路204 は高さ電圧Ｖ
１，明るさ電圧Ｖ２に基づいて加算電圧Ｖ１＋Ｖ２を第
２の出力信号の一例となる乱反射光量信号Ｑとして、コ
ントローラ２３と光量制御回路207 とに出力するもので
ある。

【００６０】除算回路205 は減算電圧Ｖ１−Ｖ２，加算
電圧Ｖ１＋Ｖ２に基づいて除算電圧〔Ｖ１−Ｖ２〕／
〔Ｖ１＋Ｖ２〕を第１の出力信号の一例となる距離信号
Ｐとしてコントローラ２３に出力するものである。

【００６１】また、Ｉ／Ｖ変換回路206 は正反射光Ｌ２
に係る正反射光信号Ｉ２を電流／電圧変換をして第３の
出力信号の一例となる正反射光量電圧Ｖ３＝Ｔをコント
ローラ２３に出力するものである。なお、当該Ｉ／Ｖ変
換回路206 は従来例に係る光センサにはなく、本発明の
実施例で導入された。

【００６２】発振回路207 は、発光タイミング制御に係
る第１の制御信号の一例となる照射制御信号Ｓを光量制
御回路208 やコントローラ２３に出力するものである。
例えば、発振回路207 は一定周期の方形波を出力する。
光量制御回路208 は乱反射光量信号Ｑ，照射制御信号Ｓ
に基づいて第２の制御信号の一例となる光量制御信号Ｒ
をレーザー光源22Ａに出力するものである。

【００６３】このようにして、本発明の実施例に係るロ
ボット制御装置によれば、図３〜５に示すように、ロボ
ットハンド２１，光学位置センサ２２及びコントローラ
２３が具備され、該光学位置センサ２２が位置検出領域
にスポット光Ｌ０を照射し、該位置検出領域から帰還す
る乱反射光Ｌ１や正反射光Ｌ２に基づいて被作業対象物
１４の位置情報Ｄｐを出力する。

【００６４】例えば、ロボットハンド２１を被作業対象
物１４に位置合せして、それを把持する場合、光学位置
センサ２２が取付けられたロボットハンド２１がコント
ローラ２３により被作業対象物１４上の領域に移動制御
され、該光学位置センサ２２によりその位置が検出され
る。

【００６５】この際に、位置検出領域に光学位置センサ
２２からスポット光Ｌ０が照射され、該位置検出領域か
ら帰還する乱反射光Ｌ１や正反射光Ｌ２が該センサ２２
により検出され、それに基づく被作業対象物１４の位置
情報Ｄｐがコントローラ２３に出力される。

【００６６】すなわち、図４に示すように被作業対象物
１４の真上方向に設けられた光源22Ａから被作業対象物
１４にスポット光Ｌ０が出射されると、該被作業対象物
１４の乱反射光Ｌ１が斜め方向に設けられたＰＳＤ素子
22Ｂにより検出される。また、被作業対象物１４の正反
射光Ｌ２がハーフミラー22Ｆを介してＰＤ素子22Ｃによ
り検出される。

【００６７】さらに、高さ信号Ｉ１，明るさ信号Ｉ２及
び正反射光信号Ｉ３が信号処理回路22Ｄにより信号処理
されると、該処理回路22Ｄからコントローラ２３に距離
信号Ｐ，乱反射光量信号Ｑ，照射制御信号Ｓ，正反射光
量信号Ｔがそれぞれ出力される。また、光源22Ａには光
量制御信号Ｒが出力される。

【００６８】これにより、被作業対象物１４の三次元に
係る位置情報Ｄｐが信号処理回路22Ｄからコントローラ
２３に出力されると、ロボットハンド２１の位置制御情
報Ｄpsと該対象物１４の位置情報Ｄｐとに基づいて、該
コントローラ２３によりロボットハンド２１が被作業対
象物１４に位置決めされる。ここで、ロボットハンド２
１が駆動制御データＤＳに基づいて駆動制御され、該対
象物１４がロボットハンド２１により把持され、各種教
示作業が行われる。

【００６９】このため、従来例のようなテレビカメラを
使用する方法に比べて、被作業対象物１４の周辺を照明
するための照明強度が一様な光源を設ける必要がない。
また、テレビカメラを通して入力した画像に比べて、レ
ーザー光源22Ａから出射されたスポット光Ｌ０による走
査画像のため、位置検出処理の際の誤認が極力抑制され
る。

【００７０】また、テレビカメラによる被作業対象物１
４の二次元的な位置情報に比べてその高さ方向の位置情
報，例えば、ロボットハンド２１と被作業対象物１４と
の間隔距離（Ｚ方向）を精度良く検出することが可能と
なる。

【００７１】このことで、ロボットハンド２１により被
作業対象物１４を把持する場合に、該作業部１１のＺ方
向の移動距離の判断が容易になる。また、信号処理回路
22Ｄの検出機能の過度な改善を強いられることなく、Ｉ
／Ｖ変換回路203 を増設するだけで三次元に係る位置情
報を出力することができる。

【００７２】なお、テレビカメラを通して取得した画像
データを画像処理する方法に比べて、三次元に係る位置
情報を処理方法では、それを一時保持するメモリやその
信号を比較する比較器等の構成も簡素で小規模化が図れ
る。また、ロボットハンド２１を小型化する要求があっ
た場合にも、十分対処できる。

【００７３】次に、本発明の実施例に係るロボットハン
ドの位置決め方法について、当該装置の動作を補足しな
がら説明をする。図６は、本発明の実施例に係るロボッ
トハンドの位置決めの処理フローチャートであり、図
７，８はその補足説明図であり、図９は信号処理部の動
作タイミングチャートをそれぞれ示している。

【００７４】例えば、図７（ａ），（ｂ）に示すような
四隅にエッジ部分Ａ２，Ａ３，Ａ５，Ａ６を有する被作
業対象物１４の把持作業に先立ち、ロボットハンド２１
を該対象物１４に位置合せをする場合、図６において、
まず、ステップＰ１で本発明の実施例に係る光学位置セ
ンサ２２をロボットハンド２１に設ける。この際に、光
学位置センサ２２は手先効果器の邪魔にならない位置，
例えば、ロボットハンド２１の可動部以外の側面部分に
固定をする。また、光学位置センサ２２の光軸が被作業
対象物１４の方向に向くようにセットする（図３参
照）。

【００７５】次に、ステップＰ２〜Ｐ４でロボットハン
ド２１を該対象物１４に位置合せ処理をする。すなわ
ち、ステップＰ２で位置制御情報Ｄspに基づいてロボッ
トハンド２１を被作業対象物１４の領域上に移動する。
この際に、位置制御信号Ｄspに基づいてコントローラ２
３によりロボットハンド２１が移動制御される。

【００７６】次に、ステップＰ３で高さ信号Ｉ１，乱反
射光に係る明るさ信号Ｉ２や正反射光信号Ｉ３に基づい
て被作業対象物１４の位置情報Ｄｐを取得する。この際
に、被作業対象物１４又は光学位置センサ２２が取付け
られたロボットハンド２１の二次元走査をする。

【００７７】例えば、レーザー光源22Ａから出射された
スポット光を図７（ａ）に示すように被作業対象物１４
の真上方向から照射し、それを図７（ｂ）に示すように
Ｘ，Ｙ方向に走査すると、光学位置センサ２２によりそ
の位置が検出される。なお、かかる二次元走査におい
て、被作業対象物１４を載置したテーブル６をＸ，Ｙ方
向に走査しても良い。

【００７８】すなわち、光学位置センサ２２から位置検
出領域にスポット光Ｌ０が照射されると、該位置検出領
域から帰還する乱反射光Ｌ１や正反射光Ｌ２に基づいて
被作業対象物１４の位置情報Ｄｐがコントローラ２３に
出力される。

【００７９】例えば、光学位置センサ２２のＰＳＤ素子
22Ｂによりスポット光Ｌ０の走査により生ずる被作業対
象物１４からの乱反射光Ｌ１が検出され、その高さ信号
Ｉ１や明るさ信号１２が信号処理回路22Ｄに出力され
る。一方、光源22Ａの光軸に設けられたハーフミラー22
Ｆにより９０〔°〕に変向された正反射光Ｌ２がＰＤ素
子22Ｃにより検出され、その正反射光信号Ｉ３が信号処
理回路22Ｄに出力される。

【００８０】また、信号処理回路22ＤではＩ／Ｖ変換回
路201 により、高さ信号Ｉ１が電流／電圧変換され、そ
の高さ電圧Ｖ１が減算回路203 や加算回路204 に出力さ
れる。Ｉ／Ｖ変換回路202 では、乱反射光Ｌ１に係る明
るさ信号Ｉ２が電流／電圧変換され、その明るさ電圧Ｖ
２が減算回路203 や加算回路204 に出力される。

【００８１】さらに、減算回路203 では、高さ電圧Ｖ
１，明るさ電圧Ｖ２に基づいて減算電圧Ｖ１−Ｖ２が除
算回路205 に出力され、加算回路204 では、高さ電圧Ｖ
１，明るさ電圧Ｖ２に基づいて加算電圧Ｖ１＋Ｖ２が乱
反射光量信号Ｑとして、コントローラ２３と光量制御回
路207 とに出力される。なお、図８（ａ）は乱反射光量
信号の信号レベル分布曲線である。

【００８２】これにより、除算回路205 では、減算電圧
Ｖ１−Ｖ２，加算電圧Ｖ１＋Ｖ２に基づいて除算電圧
〔Ｖ１−Ｖ２〕／〔Ｖ１＋Ｖ２〕が距離信号Ｐとしてコ
ントローラ２３に出力される。なお、図７（ｃ）は距離
信号Ｐの信号レベル分布曲線である。

【００８３】一方、Ｉ／Ｖ変換回路206 により、正反射
光Ｌ２に係る正反射光信号Ｉ２が電流／電圧変換され、
その正反射光量電圧Ｖ３＝正反射光量信号Ｔがコントロ
ーラ２３に出力される。なお、図８（ｂ）は正反射光量
信号Ｔ１の信号レベル分布曲線であり、例えば、被作業
対象物１４の表面が鏡面で、テーブル６の表面が正反射
の少ない場合を示している。また、図８（ｃ）は正反射
光量信号Ｔ２の信号レベル分布曲線であり、例えば、被
作業対象物１４の表面が正反射の少ない場合で、テーブ
ル６の表面が鏡面の場合を示している。

【００８４】なお、発振回路207 から光量制御回路208
やコントローラ２３に照射制御信号Ｓが出力される。ま
た、光量制御回路208 では、乱反射光量信号Ｑ，照射制
御信号Ｓに基づいて光量制御信号Ｒがレーザー光源22Ａ
に出力される。

【００８５】その後、ステップＰ４で被作業対象物１４
の位置情報Ｄｐとコントローラ２３が具備するロボット
ハンド２１の位置制御情報Ｄspに基づいて該ロボットハ
ンド２１の位置決めをする。この際に、乱反射光量信号
Ｑ，照射制御信号Ｓ及び光量制御信号Ｒに基づいて、正
反射光量信号Ｔや距離信号Ｐのサンプリング処理をす
る。

【００８６】例えば、図９の信号処理回路の動作タイミ
ングチャートに示すように、照射制御信号Ｓ＝「Ｌ」
（ロー）レベルにおいて、光量制御信号Ｒが一定レベル
になることから正反射光量信号Ｔが有効となる。また、
照射制御信号Ｓ＝「Ｈ」（ハイ）レベルにおいて、光量
制御信号Ｒは乱反射光量信号Ｑにより変化することから
距離信号Ｐが有効となる。

【００８７】これにより、両信号Ｐ，Ｔの有効範囲に基
づいて図７（ｃ），図８（ａ）〜（ｃ）の信号波形の変
化点を検出することにより、被作業対象物１４のエッジ
四隅の部分Ａ２，Ａ３，Ａ５，Ａ６を認識することがで
き、コントローラ２３の具備するロボットハンド２１の
位置制御座標系から該エッジ四隅の位置座標が与えら
れ、これに基づいて該対象物の中心座標Ｏ（Ｘｏ，Ｙ
ｏ）を認識することができる。

【００８８】ここで、ロボットハンド２１に駆動制御信
号ＤＳが出力されることで、その中心座標Ｏ（Ｘｏ，Ｙ
ｏ）にロボットハンド２１の幾何学的な中心軸が位置合
せされ、該ハンド２１により被作業対象物１４が把持さ
れる。

【００８９】このようにして、本発明の実施例に係るロ
ボットハンドの位置決め方法によれば、図６の処理フロ
ーチャートに示すように、ステップＰ１で、被作業対象
物１４の高さ信号Ｉ１，乱反射光に係る明るさ信号Ｉ２
や正反射光信号Ｉ３を検出する光学位置センサ２２がロ
ボット制御系のロボットハンド２１に設けられる（図３
参照）。

【００９０】このため、被作業対象物１４とその周辺と
の反射率が類似（両者が共に光沢を帯びている場合等）
していた場合や、該対象物１４の表面が一様な光沢を帯
びていない場合であっても、そのエッジ部分を正確に測
定することが可能となる。

【００９１】すなわち、ステップＰ３で距離情報，乱反
射光情報や正反射光情報に基づいて被作業対象物１４の
位置情報Ｄｐが取得される。この際に、被作業対象物１
４又は光学位置センサ２２を取付けたロボットハンド２
１が二次元走査される。

【００９２】その後、ステップＰ４で被作業対象物１４
の位置情報Ｄｐとロボット制御系が具備するロボットハ
ンド２１の位置制御情報Ｄspとに基づいて該ロボットハ
ンド２１と被作業対象物１４とが位置決めされる。この
際に、乱反射光量信号Ｑ，照射制御信号Ｓ及び光量制御
信号Ｒに基づいて、正反射光量信号Ｔや距離信号Ｐがサ
ンプリング処理され、被作業対象物１４の四隅のエッジ
部分Ａ２，Ａ３，Ａ５，Ａ６に係る位置情報Ｄｐが取得
される。

【００９３】このため、図７（ｃ）の距離信号Ｐの信号
レベル分布曲線や図８（ａ）の乱反射光量信号Ｑの信号
レベル分布曲線に示すように、そのエッジ部Ａ２（Ａ
５）やエッジ部Ａ３（Ａ６）に係る信号波形の立ち上が
りや立ち下がりが鈍ったり，又はそれが不安定になった
場合であっても、正反射光量信号Ｔにより乱反射光量信
号Ｑや距離信号Ｐをサンプリング処理することにより、
位置検出処理における誤認識を極力阻止することが可能
となる。

【００９４】また、被作業対象物１４の表面が一様でな
い場合であっても、光量制御信号Ｒにより光源22Ａの出
力制御をすることから乱反射光量信号Ｑに係る加算電圧
Ｖ１＋Ｖ２が従来例に比べて大きくなり、除算回路205
の計算精度の向上が図られ、被作業対象物１４に対する
距離情報の測定精度の向上を図ることが可能となる。

【００９５】これにより、照明強度分布が一様な光源を
必要とするテレビカメラに依存することなく、被作業対
象物の三次元情報を取得する簡易な光学位置センサ２２
により、そのエッジ部分を正確に検出すること、及び、
ロボット作業部の精度良い位置決めを行うことが可能と
なる。

【００９６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のロボット
制御装置によれば、ロボット作業部，位置検出手段及び
制御手段が具備され、該位置検出手段から位置検出領域
に測定光が照射されると、該位置検出領域から帰還する
乱反射光や正反射光に基づいて被作業対象物の位置情報
が出力される。

【００９７】このため、従来例のようにテレビカメラを
使用する方法に比べて、被作業対象物の周辺を照明する
照明強度が一様な光源を設ける必要がない。また、従来
例に比べて、スポット光による走査画像のため、位置検
出処理の際の誤認が極力抑制される。

【００９８】なお、テレビカメラによる二次元的な位置
情報に比べてその高さ方向の位置情報を精度良く検出す
ることが可能となる。このことで、ロボット作業部によ
り被作業対象物を把持する場合に、該作業部のＺ方向の
移動距離の判断が容易になる。また、簡易な構成により
三次元に係る位置情報を出力することが可能となる。

【００９９】さらに、本発明のロボット作業部の位置決
め方法によれば、距離情報，乱反射光情報や正反射光情
報を検出する位置検出手段がロボット制御系のロボット
作業部に設けられる。

【０１００】このため、被作業対象物とその周辺との反
射率が類似していた場合や、該対象物の表面が一様な光
沢を帯びていない場合であっても、そのエッジ部分を正
確に検出することが可能となる。

【０１０１】また、距離情報に係る信号波形や乱反射光
情報に係る信号波形の立ち上がりや立ち下がり部分が鈍
ったり，又はそれが不安定になった場合であっても、位
置検出処理における誤認識を極力阻止することが可能と
なる。

【０１０２】さらに、被作業対象物の表面が一様でない
場合であっても、光源が出力制御されることから安定し
た乱反射光情報が得られ、距離情報の測定精度の向上を
図ることが可能となる。このことで、比較的簡易な構成
によりロボット作業部の精度良い位置決めを行うことが
可能となる。

【０１０３】これにより、高精度な位置決め処理に基づ
いて各種教示作業をする汎用ロボット制御装置の提供に
寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るロボット制御装置の原理図であ
る。

【図２】本発明に係るロボット作業部の位置決め方法の
原理図である。

【図３】本発明の実施例に係るロボット制御装置の構成
図である。

【図４】本発明の実施例に係る光学位置センサ部の内部
構成図である。

【図５】本発明の実施例に係る信号処理回路及びその周
辺部の構成図である。

【図６】本発明の実施例に係るロボットハンドの位置決
め処理のフローチャートである。

【図７】本発明の実施例に係る位置決め方法の補足説明
図（その１）である。

【図８】本発明の実施例に係る位置決め方法の補足説明
図（その２）である。

【図９】本発明の実施例に係る信号処理回路の動作タイ
ミングチャートである。

【図10】従来例に係るロボット制御装置の説明図であ
る。

【図11】従来例に係る問題点を説明する光センサ部の構
成図，対象物及び信号レベル図である。

【符号の説明】

１１…ロボット作業部、 １２…位置検出手段、 １３…制御手段、 12Ａ…光源、 12Ｂ…第１の検出手段、 12Ｃ…第２の検出手段、 12Ｄ…信号処理手段、 Ｌ０…測定光、 Ｌ１…乱反射光、 Ｌ２…正反射光、 Ｄｐ…位置情報、 Ｄsp…位置制御情報、 Ｐ，Ｑ，Ｔ…第１〜第３の出力信号、 Ｓ，Ｒ…第１，第２の制御信号。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各種教示作業をするロボット作業部（１
   １）と、前記ロボット作業部（１１）の位置合せに係わ
   り被作業対象物（１４）の位置検出をする位置検出手段
   （１２）と、前記ロボット作業部（１１）及び位置検出
   手段（１２）の入出力を制御する制御手段（１３）とを
   具備し、前記位置検出手段（１２）が位置検出領域に測
   定光（Ｌ０）を照射し、該位置検出領域から帰還する乱
   反射光（Ｌ１）や正反射光（Ｌ２）に基づいて被作業対
   象物（１４）の位置情報（Ｄｐ）を出力することを特徴
   とするロボット制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のロボット制御装置におい
   て、前記位置検出手段（１２）が被作業対象物（１４）
   に測定光（Ｌ０）を出射する光源（12Ａ）と、前記被作
   業対象物（１４）の距離情報や乱反射光情報を検出する
   第１の検出手段（12Ｂ）と、前記被作業対象物（１４）
   の正反射光情報を検出する第２の検出手段（12Ｃ）と、
   前記距離情報，乱反射光情報及び正反射光情報を信号処
   理する信号処理手段（12Ｄ）から成ることを特徴とする
   ロボット制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載のロボット制御装置におい
   て、前記信号処理手段（12Ｄ）が発光タイミング制御に
   係る第１の制御信号（Ｓ）、前記距離情報，乱反射光情
   報に基づいて第１，第２の出力信号（Ｐ，Ｑ）、前記第
   １の制御信号（Ｓ）と第２の出力信号（Ｑ）とに基づい
   て光量制御に係る第２の制御信号（Ｒ）、及び、前記正
   反射光情報に基づいて第３の出力信号（Ｔ）をそれぞれ
   出力することを特徴とするロボット制御装置。
4. 【請求項４】 測定光（Ｌ０）を被作業対象物（１４）
   に照射することにより得られる距離情報，乱反射光情報
   や正反射光情報を検出する位置検出手段（１２）をロボ
   ット制御系のロボット作業部（１１）に設け、前記距離
   情報，乱反射光情報や正反射光情報に基づいて被作業対
   象物（１４）の位置情報（Ｄｐ）を取得し、前記被作業
   対象物（１４）の位置情報（Ｄｐ）とロボット制御系が
   具備するロボット作業部（１１）の位置制御情報（Ｄs
   p）に基づいて該ロボット作業部（１１）と被作業対象
   物（１４）との位置決めをすることを特徴とするロボッ
   ト作業部の位置決め方法。
5. 【請求項５】 請求項４記載のロボット作業部の位置決
   め方法において、前記被作業対象物（１４）の位置情報
   の取得の際に、被作業対象物（１４）又は位置検出手段
   （１２）が取付けられたロボット作業部（１１）の二次
   元走査をすることを特徴とするロボット作業部の位置決
   め方法。
6. 【請求項６】 請求項４記載のロボット作業部の位置決
   め方法において、前記ロボット作業部（１１）と被作業
   対象物（１４）との位置決めの際に、前記乱反射光情報
   に係る第１の出力信号（Ｑ），発光タイミング制御に係
   る第１の制御信号（Ｓ）及び光量制御に係る第２の制御
   信号（Ｒ）に基づいて、前記正反射光情報に係る第３の
   出力信号（Ｔ）や前記距離に係る第１の出力信号（Ｐ）
   のサンプリング処理をすることを特徴とするロボット作
   業部の位置決め方法。