JPH069795B2 - ロボットの手首部位置決め方法 - Google Patents

ロボットの手首部位置決め方法

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JPH069795B2
JPH069795B2 JP60240649A JP24064985A JPH069795B2 JP H069795 B2 JPH069795 B2 JP H069795B2 JP 60240649 A JP60240649 A JP 60240649A JP 24064985 A JP24064985 A JP 24064985A JP H069795 B2 JPH069795 B2 JP H069795B2
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JP
Japan
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work
wrist
robot
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mark
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JP60240649A
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幸彦 三嶋
尚 松崎
朋彦 野田
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、産業用ロボットの手首部に取り付けられた
二次元の撮像手段と作業平面に置いた所要の基準パター
ンを利用して手首部の位置決めを行なうロボットの手首
部位置決め方法に関する。
〔従来の技術〕
産業用ロボット(以下、「ロボット」と云う)の手首部
に取り付けた二次元の撮像手段、所謂ハンドアイによつ
て手首部の位置とワーク位置との位置ずれを認識して、
手首部の位置補正を行なう場合、ハンドアイにおける撮
像素子上の位置ずれ量が実体座標系でどの位の実距離を
対応するのかを求める必要がある。
このため、一般的にはロボットの手首部を予め定めらえ
た一定距離動かし、ハンドアイからの画像によって求め
られるワークの重心位置が、動かす以前と動かした後と
で撮像素子上で実際に何画素動いたのかを求めることで
手首部の単位距離の移動が何画素に相当するのかを求
め、これを補正係数としている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、このような補正係数を求める際、ハンド
アイの撮像面とワークを置いた作業平面とが完全に平行
でないと、手首部の作業平面に対する移動方向とワーク
の手首部に対する位置ずれ方向とが異なる場合、正確な
補正係数が求められない問題がある。
そのため、ハンドアイの撮像面と作業平面とが完全に平
行になるようにする工夫が従来より種々なされていた
が、実用に供せる程のものはなかつた。
また、ハンドアイで捕らえられる画像の歪み(レンズ収
差に基く)をも勘案して手首部の位置補正を行なうとい
うことも行なわれてはいなかった。
この発明は、上述の問題点を解決するためになされたも
のであり、ロボットと手首部の姿勢を作業平面に対して
完全に平行に設定し、かつハンドアイによる撮像画像の
歪みも正確に補正できるようにすることで、手首部の位
置決めを極めて正確に行ないうるロボットの手首部位置
決め方法の提供を目的とする。
[問題点を解決するための手段] ワークを作業平面上の基準位置に載置し、該ワークをロ
ボットの手首軸に取り付けた二次元の撮影手段によって
撮影し、該撮影手段によって撮影された前記ワークの画
像を2値化して前記ワークの重心位置を算出し、互いに
等間隔をおいて分散させた一直線状にない少なくとも3
個以上のマークを有する基準パターンを前記ワークに代
えて前記作業面上に載置し、該基準パターンが有する全
てのマークを前記撮影手段によって撮影し、前記撮影手
段によって撮影された各マークの画像を2値化してそれ
ぞれのマークの重心位置を算出し、該算出された各マー
クの重心位置に基いてそれぞれのマークの間隔がほぼ一
致するように前記手首部の姿勢を調整し、前記手首部の
姿勢調整後における各マークの重心位置から前記撮像手
段のレンズ収差による誤差を算出し、前記ワークを前記
基準パターンに代えて作業平面上に基準位置から所望の
距離ずらして載置し、前記ワークを前記撮影手段によっ
て再度撮影し、該撮影手段によって撮影された前記ワー
クの画像を2値化して前記ワークの重心位置を算出し、
前記基準位置に載置したときに算出されたワークの重心
位置と前記手首の姿勢の調整後に算出されたワークの重
心位置との距離及び前記基準位置とこの位置からずらし
た実際の距離とからワークのずれを認識するための変換
計数と算出し、前記レンズ収差に基く誤差と前記変換計
数とから前記ロボットの手首部を位置きめさせることを
特徴とする。
〔実施例〕
以下、この発明の実施例を図面を基づいて説明する。
第1図は、この発明によるロボツトの手首部姿勢決定方
法を実施するロボツトシステムの一例を示す構成図であ
る。
まず構成を説明すると、1はロボツト、2はロボツト制
御盤、3はロボツト制御盤2に付属するテイーチングペ
ンダント、4は映像モニタ、5は重心演算装置、6は重
心位置表示用端末装置、7は基準パターン、8は二次元
の撮像手段としてのカメラ(以下、「ハンドアイ」と云
う)であり、ロボツト1の先端のハンド1bを装着した
手首部1aに取り付けられている。9はワーク、10は
ワーク9を置いた作業平面である。
第2図(イ)は、第1図は基準パターン7の詳細を示すも
のであり、白色盤面の5ケ所に黒色の円形マークが施さ
れている。
この基準パターン7の各マーク名をA,B,C,D,E
とすると、基準パターン7上では、AD間,BC間,A
B間,DC間の距離が全てLで等しく、ADとABは直
角で、EはA,B,C,Dの中心に位置する。
すなわち、これ等のマークA,B,C,D,Eは、互い
に間隔をおいて分散させた一直線上にない少なくとも3
個以上のマークと云う条件を満足している。
なお、マークの大きさは任意であるが、他の円マークと
の区別が出来る必要がある。
次に、第1図のロボツトシステムによつて、如何にして
手首部1aの姿勢を決定し、且つ位置補正を行なうのか
を第2図を参照しながら順を追つて説明する。
(1)先ず、ワーク9を作業平面10上にある基準位置P
に置き、これをロボツト1のハンド1bはハンドリン
グするためのプログラムのテイーチングをロボツト制御
盤2及びテイーチングペンダント3を操作することによ
つて行なう。
(2)次に、ワーク9を撮像し得る図示の位置までロボツ
ト1を動かした後、ハンドアイ8によつてワーク9を見
て、その重心位置をハンドアイ8から画像データが送ら
れる重心演算装置5で演算し、画面座標におけるワーク
9の重心位置を重心位置表示用端末装置6に表示して、
その重心位置が画像座標の中心に位置するようにテイー
チングペンダント3を使つてロボツト1を動かす。
なお、画面座標の中心はカメラ受光素子中心とし、重心
位置の演算を以下の説明を含めて2値化画像データに基
づいて公知の画像処理技術で行なうものとする。
(3)次に、ワーク9を作業平面10から退けて、代りに
基準パターン7を置き、ハンドアイ8によつて撮像した
基準パターン7における中心のマークEの画面座標にお
ける重心位置を求め、それが画面座標全体の中心に位置
するように基準パターン7の位置を決める。
(4)そして、次に基準パターン7の縦,横夫々がロボツ
ト1のX,Y座標と平行になるように基準パターン7を
回転させる。なお、ハンドアイ8が基準パターン7を撮
像している時には、映像モニタ4には第2図(ロ)に示す
ようにマークA,B,C,D,Eの2値化画像A′,
B′,C′,D′,E′が映し出されている。
(5)この状態で、基準パターン7のマークA,B,C,
Dの各重心演算を重心演算装置5に行なわせながら、A
D間,AB間,BC間,CD間の画面上での距離l
,l,l(第2図(ロ)参照)が全て所要値lに
等しく、マークEの2値化画像E′が画面座標の中心に
位置し、マークA,B,C,Dの各2値化画像A′,B′,
C′,D′を結ぶことによつて得られる平面形状が予め
定めた平面形状であるが正方形となり、マークA,Dの
2値化画像A′,D′を結ぶ線が画面座標におけるX方
向座標と一致し、且つマークB,Cの2値化画像B′,
C′を結ぶ線が画面座標におけるX方向座標と一致する
ように、テイーチングペンダント3を使つてロボツト1
を動かす。
(6)(5)の条件が満たされたなら、その時のロボツト1
の停止装置において、ロボット1の姿勢記憶を行なう。
なお、この時の記憶姿勢では、ハンドアイ8と撮像面と
作業平面10とは完全に平行が保たれている。
(7)次に、基準パターン7を退けて、ワーク9を基準位
置Pから若干ずらして置く。
(8)そして、ロボツト制御盤2を操作して、先にテイー
チングしたハンドリングプログラムの中に、(6)で記憶
した位置で、ワーク9の位置ずれを認識する命令を挿入
する。
(9)重心演算装置5の変換係数L/lとする。
(10)ロボツト制御盤2を操作して、ハンドリングプログ
ラムのプレイバックを行なう。
(11)(6)で記憶した位置でワーク9の重心位置演算を
行ない、画面座標における中心からのX方向,Y方向の
移動量に変換係数L/lをかけて、ロボツト座標におけ
る移動量に(基準位置Pからの位置ずれ量)を求め
て、これをロボツト制御盤2にデータ転送する。
(12)制御盤2はロボツト1がワーク9を取りにゆく位置
を、転送されてきたデータに従つて補正して、ハンド1
bが正しくハンドリングを行なうようにロボツト1をプ
レイバツク制御する。
第3図には、基準パターンの他の実施例を示す。この実
施例は、マークの数を257個として、それ等を互いに
等間隔を格子状に並べたもので、基本的な使用方法は前
実施例と共通である。
但し、この基準パターン17′を用いた場合、全てのマ
ークの重心位置を求めることにより、ハンドアイ8にお
ける撮像レンズのレンズ収差により誤差を補正するデー
タを得ることが出来る。
例えば、ハンドアイ8の受光素子数が499×499と
仮定し、ワーク9の重心が受光素子の中心にある場合、
画面座標(0,0)として画面右方向が+x方向とし、
画面下方向が+yとする。
そして、この基準パターン17をハンドアイ8で見た時
にマーク(1,1),マーク(5,1),マーク(1,
5),マーク(5,5)の重心が夫々画面座標(−20
0,−200),(+200,−200),(−20
0,+200),(+200,+200)の来るように
ロボツト1を動かした後、各アークの画面座標における
重心位置を求める。
この時、例えばマーク(2,3)の重心は(−100,
0)となるはずであるが、レンズ収差により(−98,
0)となつたとする。
ここで、実際にマークを見て、そのマークの重心がマー
ク(2,3)の重心に最も近い場合は、そのマークの重
心に対して(+2,0)の加算をするわけである。
このようにすれば、全てのマークについて以上のような
補正を行なうことにより、レンズ収差の影響を除くこと
が出来る。
なお、上記各実施例では、基準パターンの各マークを正
方形に並べた例について述べたが、これに限るものでは
なく、例えば三角形(正三角形等)に並べたものを利用
することも出来る。
また、上記各実施例において、ハンドアイ8を交換した
場合には、新しいハンドアイの受光素子上での各マーク
の位置が前のハンドアイのそれと同じになるように、ロ
ボツトを再テイーチングすれば良いので、ハンドアイの
取付精度がラフでもそれを充分に吸収することが出来
る。
〔発明の効果] 以上説明したきたように、この発明によれば、ロボツト
の手首部に取り付けた二次元の撮像手段と作業平面に置
いた基準パターンとを用いて撮像面と作業平面とを比較
的簡単に完全に平行にすることができるため、また、撮
像手段のレンズ収差による誤差をも補正できるようにし
たため、手首部の位置決めを非常に高精度で行なうこと
ができるようになる。
【図面の簡単な説明】 第1図はこの発明の一実施例を示すロボツトシステムの
構成図、 第2図(イ)(ロ)は基準パターン及びその2値化画像を
示す図、 第3図(イ)(ロ)は他の実施例の基準パターン及びその
2値化画像を示す図である。 1…産業用ロボツト、1a…手首部 2…ロボツト制御盤 3…テイーチングペンダント、4…映像モニタ 5…重心演算装置、6…重心位置表示用端末装置 7,17…基準パターン 8…ハンドアイ(撮像手段)、9…ワーク 10…作業平面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−194303(JP,A) 特開 昭59−107898(JP,A) 特開 昭52−91462(JP,A) 特公 昭58−1802(JP,B2) 特公 昭53−46061(JP,B2)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ワークを作業平面上の基準位置に載置し、 該ワークをロボットの手首軸に取り付けた二次元の撮影
    手段によって撮影し、 該撮影手段によって撮影された前記ワークの画像を2値
    化して前記ワークの重心位置を算出し、 互いに等間隔をおいて分散させた一直線状にない少なく
    とも3個以上のマークを有する基準パターンを前記ワー
    クに代えて前記作業面上に載置し、 該基準パターンが有する全てのマークを前記撮影手段に
    よって撮影し、 前記撮影手段によって撮影された各マークの画像を2値
    化してそれぞれのマークの重心位置を算出し、 該算出された各マークの重心位置に基いてそれぞれのマ
    ークの間隔がほぼ一致するように前記手首部の姿勢を調
    整し、 前記手首部の姿勢調整後における各マークの重心位置か
    ら前記撮像手段のレンズ収差による誤差を算出し、 前記ワークを前記基準パターンに代えて作業平面上に基
    準位置から所望の距離ずらして載置し、 前記ワークを前記撮影手段によって再度撮影し、 該撮影手段によって撮影された前記ワークの画像を2値
    化して前記ワークの重心位置を算出し、 前記基準位置に載置したときに算出されたワークの重心
    位置と前記手首の姿勢の調整後に算出されたワークの重
    心位置との距離及び前記基準位置とこの位置からずらし
    た実際の距離とからワークのずれを認識するための変換
    計数を算出し、 前記レンズ収差に基く誤差と前記変換計数とから前記ロ
    ボットの手首部を位置きめさせることを特徴とするロボ
    ットの手首部位置決め方法。
JP60240649A 1985-10-29 1985-10-29 ロボットの手首部位置決め方法 Expired - Lifetime JPH069795B2 (ja)

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