JPH09300264A - ロボット制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各種センサの取得時刻の違いにより生じてい
た誤差を低減する。これにより、より正確な作業を実現
する。 【解決手段】 作業対象物や作業環境の情報を検出する
センサ及びロボットの姿勢状態を検出するセンサを複数
個具備し、該各センサが周期的に検出した情報を用いて
ロボットの動作すべき経路を算出するロボット制御装置
において、ロボットの駆動開始時からの時刻を計測する
第一手段と、前記各センサが実際に対象物を検出した時
刻を第一手段より得る第二手段と、各センサ情報と第二
手段より得た時刻とを組とし、該センサ情報と時刻との
組を一定時間の区間分だけ蓄積するメモリと、該メモリ
内を逐次最新のものに更新する第三手段と、前記メモリ
に蓄積された各種センサ情報を用いて各種センサ情報が
同時刻で取得されたように近似補正する第四手段を有す
るものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のセンサを使
用する産業ロボット装置に関し、特に、作業環境や作業
対象物に応じた的確な作業を実現する産業用ロボット装
置のロボット制御装置に適用して有効な技術に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】溶接やシーリングといった作業対象物の
倣い作業をロボットに行わせる場合、ロボットアーム手
先に取り付けられた非接触センサが作業対象物の形状を
検出し、該形状情報をもとにロボットが動作すべき経路
を算出するセンサフィードバック手法がある（例えば、
特開平７−２６６２７２号公報参照）。

【０００３】図２は従来の産業用ロボット装置の概略構
成を示す図であり、Ａはロボット制御装置、１はロボッ
トアーム、２はアーム先端に装着された視覚センサ（例
えば、作業対象物や作業環境の情報を検出するセン
サ）、３は溶接トーチ、４は加工対象物、５は溶接すべ
き線、６はセンサコントローラ、７は座標変換手段、８
は経路生成手段、９はサーボ手段、１０はアンプであ
る。

【０００４】図２において、視覚センサ２は溶接トーチ
３に対して先行するようにロボットアーム１の先端に装
着される。倣い作業時、視覚センサ２は画像情報Ｓａを
排出し、センサコントローラ６は前記画像情報Ｓａを用
いて溶接線５上の点の位置Ｓｃを特定し、該位置情報Ｓ
ｃを座標変換手段７に出力する。ここで、溶接線５上の
点の位置Ｓｃは、センサコントローラ６が定義するセン
サ座標系で表記されている。

【０００５】座標変換手段７は、ロボットの関節に取り
付けられたロータリエンコーダが出力する関節角度情報
Ｓｂを用いてセンサが取り付けられているロボット手先
の位置を世界座標系で求めると同時に、該手先位置を用
いてセンサ座標系表記の位置情報Ｓｃを世界座標系表記
の位置情報Ｓｄに変換する。ここで、世界座標系とはロ
ボット制御装置が定義する座標系であり、ロボットが動
作すべき経路は該世界座標系で表記する必要がある。そ
こで、前記動作すべき経路を算出するために用いられる
指定部位の位置Ｓｃも前述したように世界座標系に変換
する必要がある。

【０００６】経路生成手段８は前記溶接線５上の点位置
Ｓｄを用いて、ロボットが動作すべき経路Ｓｅを生成す
る。サーボ手段９は、前記経路Ｓｅに基づいて算出した
運動指令値信号Ｓｆをアンプ１０に出力し、アンプ１０
は前記運動指令信号Ｓｆを駆動指令信号Ｓｇに変換して
アームを制御する。

【０００７】このように複数のセンサ情報（ここでは、
溶接線５上の点の位置Ｓｃとロボットの関節情報Ｓｂ）
を使用し、ロボットが動作すべき経路を算出するとき、
各センサ情報は同時刻に取得されたものであることが前
提となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、前記従来
の技術を検討した結果、以下の問題点を見い出した。

【０００９】前記従来の技術においては、各情報の取得
時刻には、各センサの検出周期の違いによりずれが生じ
る場合がある。特に、ＣＣＤカメラ等の画像情報を用い
る場合、画像情報から作業対象物の指定部位の位置を特
定する（前記の従来例では、画像情報Ｓａから溶接線５
上の点の位置Ｓｃを特定する）ためには、他のセンサ情
報（前記の従来例では、ロボットアームの関節角度情報
Ｓｂ）の取得間隔時間に比べて相当な処理時間を必要と
する場合が多い。つまり、前記の従来例では、対象物の
画像情報Ｓａを検出した時刻と指定部位の位置Ｓｃが特
定できた時刻にずれが生じ、その結果、座標変換手段７
ではそれぞれ違う時刻に取得されたセンサ情報Ｓｃと関
節角度情報Ｓｂとを使用して世界座標系表記の指定部位
の位置Ｓｄを算出することになる。そのため指定部位の
位置Ｓｄには誤差を生じ、その結果、経路生成手段で算
出するロボットが動作すべき経路にも誤差が含まれ正確
な倣い作業が行えなくなる。ここでは一つの視覚センサ
情報と関節角度情報のみを用いた例を述べたが、さらに
多くのセンサを用いる場合には前記の誤差はより顕著に
なる。

【００１０】本発明の目的は、各種センサの取得時刻の
違いにより生じていた誤差を低減することが可能な技術
を提供することにある。

【００１１】本発明の他の目的は、より正確な作業を実
現することが可能な技術を提供することにある。

【００１２】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すると以下
のとおりである。

【００１４】作業対象物や作業環境の情報を検出するセ
ンサ及びロボットの姿勢状態を検出するセンサを複数個
具備し、該各センサが周期的に検出した情報を用いてロ
ボットの動作すべき経路を算出するロボット制御装置に
おいて、ロボットの駆動開始時からの時刻を計測する第
一手段と、前記各センサが実際に対象物を検出した時刻
を第一手段より得る第二手段と、各センサ情報と第二手
段より得た時刻とを組とし、該センサ情報と時刻との組
を一定時間の区間分だけ蓄積するメモリと、該メモリ内
を逐次最新のものに更新する第三手段と、前記メモリに
蓄積された各種センサ情報を用いて各種センサ情報が同
時刻で取得されたように近似補正する第四手段を有する
ものである。

【００１５】前述の手段によれば、第四手段において、
補正された各種センサ情報同士を用いてロボットが動作
すべき経路を算出するので、従来の取得時刻のずれによ
り生じていた経路誤差を低減することができる。その結
果、より正確な倣い作業をロボットで実現できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態（実施例）を詳細に説明する。

【００１７】図１は本発明の実施形態の産業用ロボット
装置の概略構成を示す図であり、Ｂはロボット制御装
置、１はロボットアーム、２はアーム先端に装着された
視覚センサ（例えば、作業対象物や作業環境の情報を検
出するセンサ）、３は溶接トーチ、４は加工対象物、５
は溶接すべき線、６はセンサコントローラ、７は座標変
換手段、８は経路生成手段、９はサーボ手段、１０はア
ンプ、１１はクロック、１２はセンサ情報を蓄積するた
めのセンサ情報蓄積用メモリ、１３はロボットアームの
関節角度情報を蓄積するための関節角度情報蓄積用メモ
リ、１４はセンサ情報の補正手段である。

【００１８】本実施形態のロボット制御装置Ｂは、図１
に示すように、図２に示す従来のロボット制御装置Ａに
おいて、ロボット駆動開始時からの時刻を測定するクロ
ック１１、センサコントローラ６及びクロック１１の出
力を蓄積するセンサ情報蓄積用メモリ１２、ロボットア
ームの関節角度情報とクロック１１の出力を蓄積する関
節角度情報蓄積用メモリ１３、センサ情報蓄積用メモリ
１２内の情報と関節角度情報蓄積用メモリ１３内の情報
とを入力とする補正手段１４を具備したものである。

【００１９】すなわち、本実施形態のロボット制御装置
Ｂは、前記補正手段１４の出力を座標変換手段７の入力
とすること以外は従来例のロボット制御装置Ａと同一構
成である。

【００２０】次に、本実施形態のロボット制御装置Ｂの
動作について説明する。説明の便宜上、ここでは、視覚
センサ２で取得した画像情報Ｓａから作業対象物の指定
部位の位置Ｓｃを算出するセンサコントローラ６での処
理にｔ１〔ｍｓ〕を要し、一方、アームの関節角度情報
Ｓｂはｔ２〔ｍｓ〕毎に取得できるとする。ここで、ｔ
１＞ｔ２であり、クロック１１はｔ１，ｔ２に比べ十分
に小さな刻み幅で時刻を計測可能とする。また、本実施
形態ではｔ１，ｔ２は一定値であるとして詳述するが、
変動しても良い。

【００２１】初めに、クロック１１はロボット駆動開始
時からの時刻を計測する。次に、倣い動作開始時から、
関節角度情報蓄積用メモリ１３は関節角度情報Ｓｂとク
ロック１１が出力する該角度情報Ｓｂが取得された時刻
Ｔｂを一組として蓄積する。ここで、関節角度情報蓄積
用メモリ１３はｎ×（Ｓｂ＋Ｔｂ）の情報が蓄積できる
大きさを持つリングバッファとし、関節角度情報Ｓｂと
時刻Ｔｂの組を、取得間隔ｔ２毎に逐次蓄積し、常に最
新の（ｎ×ｔ２）時間区間分の情報がｎ個蓄えられるよ
うにする。ここで、ｎは整数である。

【００２２】一方、倣い動作開始時からは、視覚センサ
２は画像情報Ｓａを出力し、センサコントローラ６は該
画像情報Ｓａを用いて溶接線５上の点の位置Ｓｃを特定
する。センサ情報蓄積用メモリ１２はセンサコントロー
ラ６が算出した該溶接線５上の点の位置Ｓｃと該溶接線
５上の点の位置Ｓｃを算出するために用いられた画像情
報Ｓａを取得した時刻Ｔｃを一組にして蓄積する。

【００２３】ここで、センサ情報蓄積用メモリ１２はｍ
×（Ｓｃ＋Ｔｃ）の情報が蓄積できる大きさを持つリン
グバッファとし、溶接線５上の位置Ｓｃと時刻Ｔｃの組
をｔ１毎に逐次蓄積し、常に最新の（ｍ×ｔ１）時間区
間分の情報がｍ個蓄えられるようにする。ｍは整数であ
る。

【００２４】補正手段１４は関節角度情報蓄積用メモリ
１３に蓄積されている関節情報Ｓｂとセンサ情報蓄積用
メモリ１２に蓄積されている指定部位の位置情報Ｓｃを
用いて、取得時刻が同じになるようにそれぞれのセンサ
情報を近似補正して後段の座標変換手段７に出力する。
例えば、後段の経路生成手段８がセンサ情報蓄積用メモ
リ１２に蓄積されているｍ個の指定部位の位置情報Ｓｃ
の内、Ｓｃ（Ｔｃ’）を用いて経路を算出する場合を考
える。ここで、Ｓｃ（Ｔｃ’）は時刻Ｔｃ’に取得され
た位置情報Ｓｃを意味する。このとき、関節角度情報蓄
積用メモリ１３に蓄積されている関節角度情報のうち、
時刻Ｔｃ’の前後に取得された関節角度情報をＳｂ（Ｔ
ｂ’），Ｓｂ（Ｔｂ’＋ｔ２）とすれば、補正手段１４
は時刻Ｔｃ’に取得された関節角度情報Ｓｂ（Ｔｃ’）
を、次の近似式（数１）を用いて算出する。

【００２５】

【００２６】式（１）は時刻Ｔｃ’に取得された関節角
度情報Ｓｂ（Ｔｃ’）を求めるために、その前後に取得
されたＳｂ（Ｔｂ’）とＳｂ（Ｔｂ’＋ｔ２）を用いた
場合の式だが、時刻Ｔｃ’の前後に取得されたさらに多
くの関節角度情報Ｓｂを用い、最小二乗法等の手法によ
りＳｂ（Ｔｃ’）を算出することも可能である。

【００２７】また、センサ情報の取得間隔ｔ１と関節角
度情報の取得間隔ｔ２が微小のとき、位置情報Ｓｃが取
得された時刻Ｔｃ’に最も近い時刻Ｔｂ''に取得された
関節角度情報Ｓｂ（Ｔｂ''）をＳｂ（Ｔｃ’）と近似し
ても良い。

【００２８】補正手段１４は、このようにして求められ
た関節角度情報Ｓｂ（Ｔｃ’）とセンサ情報蓄積用メモ
リ１２より選択した位置情報Ｓｃ（Ｔｃ’）とを後段の
座標変換手段７に出力する。

【００２９】座標変換手段７は補正手段１４から入力さ
れたセンサ座標系表記の指定部位の位置Ｓｃ（Ｔｃ’）
と関節角度情報Ｓｂ（Ｔｃ’）を用いて、世界座標系表
記の指定部位位置Ｓｄを算出する。

【００３０】以下、経路生成手段８、サーボ手段９、ア
ンプ１０が行う実行手順は、前述した図２の従来例と同
じである。

【００３１】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前
記実施形態（実施例）に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であること
は勿論である。

【００３２】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下
のとおりである。

【００３３】それぞれの取得時刻が同じになるように補
正した各種センサ情報を利用してロボットが動作すべき
経路を算出するので、各種センサの取得時刻の違いによ
り生じていた誤差を低減することができる。その結果、
より正確な作業を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の産業ロボット装置の概略構
成を示す図である。

【図２】従来の産業ロボット装置の概略構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１…ロボットアーム、２…視覚センサ、３…溶接トー
チ、４…加工対象物、５…溶接線、６…センサコントロ
ーラ、７…座標変換手段、８…経路生成手段、９…サー
ボ手段、１０…アンプ、１１…クロック、１２…センサ
情報蓄積用メモリ、１３…関節角度情報蓄積用メモリ、
１４…補正手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 津田 雅之 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 荒川 賢一 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 手塚 博久 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 礒田 佳徳 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作業対象物や作業環境の情報を検出する
   センサ及びロボットの姿勢状態を検出するセンサを複数
   個具備し、該各センサが周期的に検出した情報を用いて
   ロボットの動作すべき経路を算出するロボット制御装置
   において、ロボットの駆動開始時からの時刻を計測する
   第一手段と、前記各センサが実際に対象物を検出した時
   刻を第一手段より得る第二手段と、各センサ情報と第二
   手段より得た時刻とを組とし、該センサ情報と時刻との
   組を一定時間の区間分だけ蓄積するメモリと、該メモリ
   内を逐次最新のものに更新する第三手段と、前記メモリ
   に蓄積された各種センサ情報を用いて各種センサ情報が
   同時刻で取得されたように近似補正する第四手段を有す
   ることを特徴とするロボット制御装置。