JPH10105217A - ロボットのトラッキング制御方法およびロボット制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 搬送手段によって移動するロボットの作業対
象物を、正確に高速でトラッキングできるようにする。 【解決手段】 搬送装置によって搬送される作業対象物
に対して追従しながらロボット作業を行うトラッキング
制御方法において、ロボットがトラッキング動作を開始
する時点での作業対象物の位置までロボットが到達する
時間を求める過程と、該過程で求めた到達時間から、ロ
ボットが作業対象物に実際に到達するまでに要する時間
を推定する到達時間推定過程と、該到達時間推定過程で
求めた到達推定時間以内に到達できるかを確認する到達
動作確認過程を備え、該到達動作確認過程において到達
不可であると確認された場合には再度到達時間推定過程
で到達時間を推定しなおす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、搬送手段によっ
て移動中のロボット作業対象物（以下、対象物という）
を視覚センサで認識し、産業用ロボット（以下、ロボッ
トという）で該対象物に対し追従しながら作業を行うト
ラッキング制御方法およびロボット制御システムに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は例えば特開平７−２４４５１２号
公報に示された従来のトラッキング方法を示すブロック
図である。図において、１０１は直線移送コンベアで、
後述するロボット１３０の付加軸として制御されるコン
ベア駆動部１０２によって駆動されている。コンベア駆
動部１０２に含まれる駆動モータ１０２の回転量はパル
スコーダ１０３によってパルス列の形で出力される。１
０４はコンベア１０１上に置かれて移送されてくるワー
クＷを定位置で検出するリミットセンサである。リミッ
トセンサ１０４がワークＷの到来を検知すると直ちにワ
ーク到来検知信号が出力される。

【０００３】１１０は画像処理装置１１１とＣＣＤカメ
ラなどのカメラ１１２から構成される視覚センサを表し
ており、２２１はカメラ１１２の視野を表している。ま
た、１０５は視覚センサ１０で認識可能な形で時間表示
を行う機能を有する視覚時計であり、ロボット制御装置
１２０に接続されている。

【０００４】次に、１２０はロボット１３０を制御する
ロボット制御装置であり、ＣＰＵ、プログラムメモリ、
データメモリ、軸制御器、サーボ制御回路などを有す
る。

【０００５】次に動作について説明する。コンベア１０
１で運ばれるワークＷは視覚センサ１１０によってその
位置と時刻が計測される。計測されたデータを元にロボ
ット制御装置１２０は、ワークＷがロボット１３０を始
動させてトラッキングを開始するのに適した位置Ｑにさ
しかかるのを待つ。そして、ワークＷが適した位置にさ
しかかると補間位置の計算を開始し、さらにこの補間位
置を視覚センサを用いて計測したデータを利用して、次
のように補正する。

【０００６】初期目標位置Ｑへ向かう軌道から計算され
る補正前のｎ番目の補間位置を表す位置ベクトルデータ
を＜ｑｎ＞で表す。また、視覚センサで計測したワーク
位置の位置ベクトルデータを＜Ｘ＞とする。また、視覚
時計を用いて求めた視覚センサでワークを計測してから
ｎ番目の補間位置計算時までの経過時間をＴｎ、その間
の移動量（ベクトル量と考える；パルスコーダ計数値か
ら計算）を＜ｄｎ＞とする。

【０００７】すると、ｎ番目の補間位置計算時における
ワークＷの位置を＜Ｘｎ＞とすれば、＜Ｘｎ＞＝＜Ｘ＞
＋＜ｄｎ＞／Ｔｎとなる。この値と＜ｑｎ＞の偏差＜Ｘ
ｎ＞−＜ｑｎ＞が、トラッキングのために必要な補間量
となる。

【０００８】このような補正計算は逐次的に行われ、補
正された補間位置を目標位置とするロボット移動が、ロ
ボット１３０がワークＷ上の定点Ｗ０に到達するまでく
り返して行われる。Ｗ０に到達後には、必要な動作を行
って処理を終了する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来のトラッキング方
法は以上のように構成されているので、対象物の位置に
ロボットが移動する場合、対象物の移動に合わせてロボ
ットの移動方向を逐次的に修正するため、到達位置まで
大回りすることになり、短時間で到達することができな
いという問題があった。

【００１０】また、対象物のコンベア上の位置をコンベ
アにとりつけられたパルスコーダなどの位置検出器で管
理するため、既存のラインにシステムを導入するには大
幅な改造を要する等の問題があった。

【００１１】さらに、１台のロボット制御装置で視覚セ
ンサから得られたデータの処理及びロボットの指令値の
生成を行っているので、作業内容に応じて容易にロボッ
トの台数を変更できないなどの問題があった。

【００１２】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、対象物までロボットを最短経路
で動作させることにより、高速に動作可能なロボット制
御装置及びトラッキング制御方法を得ることを目的とし
ており、また、既存施設にも容易に導入できるトラッキ
ング制御方法を提供することを目的とする。さらに、作
業の内容に応じて容易にロボットの台数を変更してトラ
ッキング作業の行えるロボット制御システムを提供する
ことを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の構成
は、搬送時間に対して追従しながらロボットが作業を行
うトラッキング制御方法において、ロボットがトラッキ
ング動作を開始する時点での作業対象物の位置までロボ
ットが到達する時間を求める過程と、該過程で求めた到
達時間から、ロボットが作業対象物に実際に到達するま
でに要する時間を推定する到達時間推定過程と、該到達
時間推定過程で求めた到達推定時間以内に到達できるか
を確認する到達動作確認過程を備え、該到達動作確認過
程において到達不可であると確認された場合には、再度
到達時間推定過程で到達時間を推定しなおすことを特徴
とする。

【００１４】また、この発明の第２の構成は、トラッキ
ング動作中にロボットと作業対象物の距離が予め設定し
た値以下にったとき、ロボット動作時における対象物の
位置に応じてロボットの指令値を逐次的に変更すること
を特徴とする。

【００１５】また、この発明の第３の構成は、搬送装置
によって搬送される対象物の速度を、視覚センサを用い
て１つの対象物の位置を複数回計測することによって求
め、順次搬送される対象物の速度を計測し、搬送装置の
速度変化とすることにより、対象物の搬送装置上の位置
を管理することを特徴とする。

【００１６】また、この発明の第４の構成は、前記トラ
ッキング制御方法が実行されるロボット制御システムに
おいて、搬送装置で搬送される作業対象物の位置を計測
する視覚センサと、該視覚センサで計測された対象物の
データを元にロボットの動作指令値を生成する外部計算
機と、該外部計算機で生成された指令値を受け取り、そ
の指令値通りにロボットを制御するロボット制御装置
と、該ロボット制御装置によって制御されるロボット
と、前記視覚センサ、外部計算機、ロボット制御装置を
つなぐネットワークから構成される。

【００１７】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の実施の形態を図につい
て説明する。図１はこの発明の実施の形態１によるロボ
ット制御装置及びトラッキング方法が適用されるシステ
ムを示す構成図である。図において、１はロボット、２
はロボット制御装置であり、後述する画像計測装置３か
ら得られた作業対象物Ｗの位置を元に作業対象物に作業
を行う。３は画像計測装置、４はカメラであり、コンベ
ア５によって搬送される作業対象物Ｗを撮像し、位置、
速度を検出する。５はコンベアであり、ロボットで作業
を行う対象物Ｗ（以下、ワークＷ）を搬送する。

【００１８】次に動作について説明する。画像計測装置
３及びカメラ４は一定時間間隔毎、例えば１秒毎にコン
ベア５上を撮像し、コンベア上のワークの位置を計測す
る。ワークＷはコンベア上を流れてくると、点Ａ、Ｂの
２回カメラ４に撮像され、位置が計測される。このと
き、１回目の計測の時刻及び位置がそれぞれｔ_a 、
ｘ_a、２回目の計測の時刻及び位置がｔ_b 、ｘ_b とする
と、ワークの速度ｖ_w は、 ｖ_w ＝ （ｘ_b − ｘ_a ）／（ｔ_b − ｔ_a ） となる。画像計測装置３で計測された結果はロボット制
御装置２に送信され、ロボット制御装置２では、この結
果を元にワークＷのトラッキング作業を行う。

【００１９】図２は画像計測装置からワークＷの計測結
果が送信された後、トラッキング動作をロボットにさせ
る場合のフローチャートである。また、図３はトラッキ
ングの様子を示す説明図である。以下、このフローチャ
ート及び説明図に従って動作を説明する。まず、ステッ
プＳ１では、ロボットがトラッキング動作を開始する時
刻ｔｒにおけるワークＷの位置Ｐを次のようにして求め
る。

【００２０】図４はコンベア５の速度の変化を表す図で
ある。ワークの速度は前述のようにして求めるが、連続
してワークが流れてきた場合は、計測したワークの速度
をコンベア５の速度とし、図４に示すようなコンベア５
の速度変化が得られる。ワークの位置を計測した時刻ｔ
_b におけるワークの位置ｘ_b とコンベアの速度変化か
ら、時刻ｔｒにおけるワークＷの位置Ｐは、 Ｐ ＝ ｘ_b ＋ Ｓ となる。ここでＳは、図４に示すように時刻ｔb からｔ
ｒまでのコンベアの速度を積分したものである。

【００２１】図２のステップＳ２では、図３に示すよう
にトラッキング動作を開始する時刻ｔｒにおけるロボッ
トの位置ＲからワークＷの位置Ｐまでロボットが動作す
るのに要する時間ｔｍを計算によって求める。ステップ
Ｓ３では、ステップＳ２で求めたｔｍから次式を用いて
ｔｍ’を求める。 ｔｍ’ ＝ α ｔｍ ここで、αはワークＷがロボット１に近づいてくる場合
は原則として１より小さく、遠ざかる場合は１より大き
く設定する。但し、どちらの場合もマージンを持たせて
上記の原則的な値より大きめの値とし、例えば、近づい
てくる場合は１．０前後、遠ざかる場合は１．２から
２．０程度の値とする。これにより、ロボットが実際に
ワークに到達するのに要する時間の推定値を求める。

【００２２】ステップＳ４では、まず、時刻ｔｒ＋ｔ
ｍ’におけるワークＷの位置Ｐ’を求める。このとき、
時刻ｔｒ＋ｔｍ’は、現在の時刻より後なので、コンベ
アの速度はわからない。そこで、現在のコンベアの速度
のままワークＷが搬送されるものとしてＰ’を求める。
次にロボット１が位置ＲからＰ’に移動するのに要する
時間ｔｍ”を求める。ステップＳ５では、ステップＳ３
で求めた時間ｔｍ’とステップＳ４で求めたｔｍ”を比
較し、ロボットがワークに実際に到達できるか否かを確
認する。ｔｍ’がｔｍ”より大きい場合は、位置Ｐ’で
ロボットがワークに追い付くことができるので、ステッ
プＳ６に進み、Ｐ’を目標位置としてロボットを動作さ
せる。このとき、ロボットを構成する各軸のうち最大の
速度が要求される軸の速度が最大となるように動作させ
ることにより、最短時間でワークＷに到達することが可
能となる。

【００２３】ステップＳ５でｔｍ’がｔｍ”以下の場合
には、ロボットがＰ’でワークＷに追い付くことができ
ないのでステップＳ７に進む。ステップＳ７では、次式
でｔｍ’を再度計算する。 ｔｍ’ ＝ β ｔｍ” ここで、β＞１．０とし、たとえば、１．１に設定する
ものとする。これはＳ７→Ｓ４→Ｓ５のループが繰り返
し計算となる場合、繰り返し計算を短時間で終らせるた
めの係数である。このようにして新たな到達時間推定値
ｔｍ’を求めた後、ステップＳ４に戻る。

【００２４】以上のように、ワークＷの速度とロボット
の動作時間から繰り返し計算によってトラッキング動作
の目標位置を推定することにより、精度の高い目標位置
の推定が可能となる。また、ワークの位置に対し逐次的
に目標位置を修正せず、最短時間で到達できる位置へロ
ボットを動作させるため、高速な動作が可能となる。

【００２５】また、ワークの位置、速度をコンベアにと
りつけられた位置検出器を用いず、視覚センサで求める
ことにより、既存の設備に容易かつ安価に導入可能とな
る。さらに連続して流れてくるワークの速度計測結果を
元にコンベア上のワークの位置の管理を行うので、正確
にワークの位置を管理することが可能となる。

【００２６】実施の形態２．図５は、この実施の形態２
によるトラッキング方法の詳細を示したフローチャート
である。このトラッキング方法は、例えば、図１に示し
たロボット制御装置で実行される。図５においてステッ
プＳ１０からＳ１５、Ｓ１８は、それぞれ図２のステッ
プＳ１からＳ７と同様であるので説明を省略する。

【００２７】ステップＳ１６では、ロボットとワークＷ
の距離ｄがあらかじめ設定されたしきい値Ｄより小さい
か否か判断する。距離ｄがしきい値Ｄより大きい場合は
ステップＳ１５に戻ってＰ’を目指してロボットを動作
させる。距離ｄがしきい値Ｄ以下のときは、ステップＳ
１７に進み、ワークの現在位置を目標位置とし、ワーク
の移動に従って目標位置を逐次変更しながらトラッキン
グ動作を行う。

【００２８】このように、ワークに近づくまではロボッ
トの動作時間とワークの推定位置から繰り返し計算によ
って求めた予測目標位置へ向かってロボットを動作さ
せ、ワークに近づいた後は、ワークの現在位置を目指し
て逐次目標位置を計算することにより、コンベアの速度
の変動が大きい場合でも、高速かつ正確にトラッキング
動作が可能となる。

【００２９】実施の形態３．図６は、この発明の実施の
形態３によるロボット制御システムを示す構成図であ
る。図において、１ａ、１ｂは複数のロボット、２ａ、
２ｂはロボット制御装置、３は画像計測装置、４はＣＣ
Ｄカメラなどのカメラ、５はコンベア、６はネットワー
ク、７はネットワーク６を介してロボット制御装置２
ａ、２ｂ、画像計測装置３と通信を行う外部計算機であ
る。なお、この外部計算機を以下の説明ではパーソナル
コンピュータと言う。また、画像計測装置３とカメラ４
を合わせて視覚センサと言う。

【００３０】次に動作について説明する。パーソナルコ
ンピュータ７はネットワークを介して視覚センサ、ロボ
ット制御装置２ａ、２ｂとつながれており、視覚センサ
からの計測データを元にロボットの指令値を生成してロ
ボット制御装置２ａ、２ｂに送信する。

【００３１】コンベア上を流れてきたワークＷは視覚セ
ンサで種類、位置、姿勢を計測され、その結果がパーソ
ナルコンピュータ７に送信される。パーソナルコンピュ
ータ７では、まず、計測したワークをロボット１ａ、１
ｂどちらで作業を行うか決定する。どちらのロボットで
作業するかを決定した後、実施の形態１で述べたトラッ
キング方法に従ってワークＷに対しトラッキング動作を
させる指令値を生成し、ロボットの動作補間周期毎にネ
ットワーク経由でロボット制御装置に送信する。

【００３２】このように視覚センサでワークを計測した
結果を元にパーソナルコンピュータでトラッキング動作
をロボットにさせるための指令値を生成し、ネットワー
クを介してロボット制御装置に送信することにより、容
易にロボットの台数を変更することが可能となる。

【００３３】なお、上記実施の形態３では、トラッキン
グ方法として実施の形態１のトラッキング方法を用いた
が、実施の形態２のトラッキング方法でも良いことは言
うまでもない。

【００３４】また、上記実施の形態では、コンベアに位
置検出器をつけずにトラッキング作業する場合について
述べたが、位置検出器を用いても用いてもよいのは言う
までもない。

【００３５】

【発明の効果】この発明の第１の構成によれば、トラッ
キング動作の目標位置を、作業対象物の速度とロボット
の動作時間から繰り返し計算によって推定するように構
成したので、精度の高い目標位置の推定が可能となり、
また、最短時間で動作可能な目標位置を推定するので高
速な動作が可能となるという効果がある。

【００３６】この発明の第２の構成によれば、作業対象
物に近づくまではロボットの動作時間と対象物の推定値
から繰り返し計算によって求めた目標位置ヘ向かってロ
ボットを動作させ、ワークに近づいた後は、ワークを目
指して逐次目標位置を計算するように構成したので、コ
ンベアの速度変動が大きい場合でも、高速かつ正確にト
ラッキング動作が可能となるという効果がある。

【００３７】この発明の第３の構成によれば、搬送装置
によって搬送される作業対象物の速度を、視覚センサを
用いて複数回対象物の位置と時間を測定することにより
求め、また、連続して流れてくる対象物の計測結果から
搬送装置上の対象物の位置の管理を行うように構成した
ので、位置を管理する位置検出器が不要となり、既存の
設備に容易かつ安価に導入可能となり、また、正確にワ
ークの位置が管理できるという効果がある。

【００３８】この発明の第４の構成によれば、トラッキ
ング動作をロボットにさせるための指令値を外部計算機
で生成し、ネットワークを介して、複数のロボット制御
装置に送信できるように構成したので、トラッキング作
業の作業量、内容に応じて容易にロボットの台数を変更
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１によるロボット制御
装置を示すシステム構成図である。

【図２】 この発明の実施の形態１によるトラッキング
方法を示すフローチャートである。

【図３】 この発明の実施の形態１によるトラッキング
動作の説明図である。

【図４】 この発明の実施の形態１による作業対象物の
速度を示す説明図である。

【図５】 この発明の実施の形態２によるトラッキング
方法を示すフローチャートである。

【図６】 この発明の実施の形態３によるロボット制御
装置を示すシステム構成図である。

【図７】 従来のトラッキング方法を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ ロボット、２，２ａ，２ｂ ロボット
制御装置、３ 画像計測装置、４ カメラ、５ コンベ
ア（搬送装置）、６ ネットワーク、７ パーソナル
コンピュータ（外部計算機）。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 搬送装置によって搬送される作業対象物
   に対して追従しながらロボットが作業を行うトラッキン
   グ制御方法において、ロボットがトラッキング動作を開
   始する時点での作業対象物の位置までロボットが到達す
   る時間を求める過程と、該過程で求めた到達時間から、
   ロボットが作業対象物に実際に到達するまでに要する時
   間を推定する到達時間推定過程と、該到達時間推定過程
   で求めた到達推定時間以内に到達できるかを確認する到
   達動作確認過程を備え、該到達動作確認過程において到
   達不可であると確認された場合には、再度到達時間推定
   過程で到達時間を推定しなおすことを特徴とするロボッ
   トのトラッキング制御方法。
2. 【請求項２】 トラッキング動作中にロボットと作業対
   象物の距離が予め設定した値以下になったとき、ロボッ
   ト動作時における対象物の位置に応じてロボットの指令
   値を逐次的に変更することをを特徴とする請求項１記載
   のロボットのトラッキング制御方法。
3. 【請求項３】 搬送装置によって搬送される対象物の速
   度を、視覚センサを用いて１つの対象物の位置を複数回
   計測することによって求め、順次搬送される対象物の速
   度を計測し、搬送装置の速度変化とすることにより、対
   象物の搬送装置上の位置を管理することを特徴とする請
   求項１及び請求項２記載のロボットのトラッキング制御
   方法。
4. 【請求項４】 前記トラッキング方法が実行されるロボ
   ット制御システムにおいて、搬送装置で搬送される作業
   対象物の位置を計測する視覚センサと、該視覚センサで
   計測された対象物のデータを元にロボットの動作指令値
   を生成する外部計算機と、該外部計算機で生成された指
   令値を受け取り、その指令値通りにロボットを制御する
   ロボット制御装置と、該ロボット制御装置によって制御
   されるロボットと、前記視覚センサ、外部計算機、ロボ
   ット制御装置をつなぐネットワークから構成されること
   を特徴とするロボット制御システム。