JPH1049218A - ロボットの位置教示のための移動制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 視覚センサと視覚ターゲットを利用した教示
作業の効率化。 【解決手段】 視覚センサを利用した教示希望位置到達
状態表現データ入力手段１ａは、教示希望点Ａ1 他に対
するロボット２のＴＣＰ２ｂの教示希望位置Ａ1他への
移動が完了した状態（２ｂ’）における視覚ターゲット
Ｂ1 とロボット手先２ａの相対的な位置関係を表現する
データを予めメモリ４に入力する。オペレータがジョグ
送りボタン等のロボットマニュアル操作手段５を操作
し、軸移動制御手段６に各軸を制御させ、ジョグ移動を
開始させる。更に、ジョグ移動モードから自律移動モー
ドへ移行し、ＴＣＰ２ｂを教示希望位置Ａ1 他へ自律移
動させる。自律移動のための制御は、教示希望位置到達
状態表現データと、視覚センサを利用したロボット手先
視覚ターゲット間相対位置認識手段１ｂで取得されたデ
ータに基づいて行われる。ターゲット手段は、マーク座
標系あるいは光スポット投光手段で具体化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はロボットの位置教示
のための移動制御方式に関し、更に詳しく言えば、視覚
ターゲットとこれを認識する視覚センサを用いてロボッ
トを教示希望位置に素早く移動させるための移動制御方
式に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボットの位置教示方法として最も一般
的に利用されているのは、ジョグ送り（マニュアル入力
によるロボット動作）による方法である。この教示方法
によれば、オペレータは教示操作盤のジョグ送りボタン
を操作してロボットを教示希望位置へ移動させ、その時
の位置をロボットに教示するという作業が行なわれる。
オフライン教示がなされている場合、粗い位置教示が済
んでいる場合あるいは教示位置の修正を行なう場合など
には、ジョグ送りによる教示位置の微調整が行なわれ
る。

【０００３】いずれにしろ、希望する位置へロボットを
移動させる作業は、ロボット手先（あるいはエンドエフ
ェクタ）と教示希望点との相対的な位置・姿勢関係を目
視により確かめながら行なわれるから、オペレータに熟
練を要する。また、教示が必要な点（位置・姿勢）の数
は多数に及ぶことが通例であるから、教示作業に多大な
時間を費やすことも珍しくない。また、オペレータの目
視に頼る教示作業は教示精度にバラツキが生じ易く、信
頼性の点でも問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような状
況を克服するためになされたものである。即ち、本発明
の目的は、教示作業時にオペレータにかかる負担を軽減
し、教示作業の効率と信頼性の向上を可能にしたロボッ
トの位置教示のための移動制御方式を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記従来技術の
問題点に鑑みてなされたもので、視覚センサと適当な視
覚ターゲット手段を利用して、ロボットを自律的に教示
希望位置へ移動出来るようにすることで上記課題を解決
したものである。本発明の方式の諸段階には、ロボット
の教示希望位置到達状態を表現する教示希望位置到達状
態表現データをロボットと視覚センサを含むシステムの
制御手段に記憶させる教示希望位置到達状態記憶段階
と、該制御手段によるロボットの移動制御によってロボ
ットを教示希望位置へ移動させる教示希望位置移動段階
と、教示位置データを制御手段に記憶させる教示位置記
憶段階が含まれる。

【０００６】そして、この教示希望位置移動段階に、教
示希望位置への移動を記憶された教示希望位置到達状態
表現データに基づいて自律的に行なわせる自律移動実行
段階が含まれていることが、本発明の重要な特徴であ
る。

【０００７】この自律移動を可能にするために、教示希
望位置到達状態表現データは、視覚センサによって認識
可能な視覚ターゲット手段を用いて表現された、視覚セ
ンサから見て教示希望位置到達状態と等価な教示希望位
置到達等価状態を、前記視覚センサが認識することを通
して取得される。

【０００８】また、視覚ターゲット手段は、自律移動段
階においては、視覚センサによって認識されることを通
してロボットを前記教示希望位置へ案内するための案内
視覚ターゲット手段として用いられる。

【０００９】自律移動のために制御手段内で実行される
ソフトウェア処理は、視覚センサによる案内視覚ターゲ
ット手段の認識状態が、教示希望位置到達状態表現デー
タに対応する認識状態と一致するようにロボットを誘導
するように実行される。視覚ターゲット手段は、視覚セ
ンサによって認識可能なマーク座標系を含むマーク手段
の形態をとることが出来る。その場合、教示希望位置到
達状態記憶段階で記憶される教示希望位置到達状態表現
データには、画像上におけるマーク座標系の位置・姿勢
を表わすデータが含まれることになる。一方このマーク
手段は、ロボットの自律移動のための案内視覚ターゲッ
ト手段を提供するために、教示希望位置と一定の相対関
係を持つ位置にマーク座標系を用意するために使用され
る。そして、制御手段内で実行されるソフトウェア処理
に基づく移動制御により、視覚センサによるマーク座標
系の認識状態が、教示希望位置到達状態表現データに対
応する認識状態と一致するようにロボットが誘導され
る。

【００１０】マーク手段には、教示作業の対象とされる
代表ワークの面上に固定可能なマーク部材を用いること
が出来る。このマーク部材上には、マーク座標系がドッ
トパターンなどで描かれる。

【００１１】別の利用可能な視覚ターゲット手段の形態
として、ロボットに支持された光ビーム投光手段によっ
て投光面上に形成される光スポットがある。このような
光スポットを視覚ターゲット手段として使用する場合、
教示希望位置到達状態記憶段階において、教示希望位置
到達等価状態を視覚センサに対して用意するために、光
スポットをロボットの教示対象点（教示希望位置に一致
させようとする点のこと。通常は、ツール先端点；ＴＣ
Ｐである。）に一致する位置に形成するための参照投光
面が配置される。

【００１２】光ビーム投光方向を調整し、該参照投光面
上の教示対象点位置に光スポットを形成する。この状態
は、視覚センサにとっての教示位置到達等価状態に相当
している。そこで、視覚センサによって光スポットが認
識され、光スポットの画像上の位置を表わすデータを含
むように教示希望位置到達状態表現データが取得され
る。

【００１３】自律移動段階は、参照投光面を除去し、且
つ、教示希望位置到達等価状態においてカメラから見た
光ビーム投光方向を維持した状態で実行される。即ち、
自律移動実行段階におけるロボットの移動制御は、教示
希望位置の存在する面上に光ビームを投光して形成され
る光スポットを案内視覚ターゲット手段として用いて行
なわれる。ロボットの移動制御のためのソフトウェア処
理は、視覚センサによる光スポットの認識状態が、教示
希望位置到達状態表現データに対応する認識状態と一致
するようにロボットを誘導するように実行される。

【００１４】教示希望位置への自律移動に先だって、教
示希望位置への予備的なアプローチを行なうためにジョ
グ送りを行なうようにしても良い。その際、ジョグ送り
段階から自律移動段階への移行は、視覚センサの出力に
基づく制御手段内の処理によって自動的に行なわれるこ
とが好ましい。

【００１５】また、教示希望位置への自律移動実行段階
におけるソフトウェア処理は、当該時点において視覚セ
ンサによって認識される案内視覚ターゲット手段の画像
上の位置を表わすデータと教示希望位置到達状態表現デ
ータとを比較する処理と、比較結果に基づいてロボット
の各軸を移動制御するための処理と、教示希望位置到達
状態の完了／未完了を判定する処理を、教示希望位置到
達状態完了の判定がなされるまで逐次的に繰り返すとす
ることが出来る。

【００１６】本発明においては、教示希望位置に到達し
た際に観測されるところの視覚ターゲット手段の画像上
の位置のデータが予め入力され、教示希望位置への自律
移動時には、視覚ターゲット手段を視覚センサで観測す
ることでロボット移動のナビゲート指標のように用い、
ロボットを教示希望位置へ向けて誘導させる。

【００１７】この特徴により、オペレータに負担をかけ
ることなく教示希望位置到達状態が効率的に達成され
る。また、ジョグ送りから自律移動への移行をシステム
内の自動切換で行うことで、位置教示作業時のロボット
の至便性を更に向上させることも出来る。従って、教示
希望位置の数が多数あるような場合でも、教示作業の負
担が少なくてすむ。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に従ったロボット
の位置教示のための移動制御方式の全体像を概念的に説
明する図である。符号１ａは教示希望位置到達状態を表
現するデータを入力する教示希望位置到達状態表現デー
タ入力手段を表わしている。この教示希望位置到達状態
表現データ入力手段１ａは、視覚ターゲットＢ1 他に対
するロボット２の教示希望位置への移動が完了した状態
における視覚ターゲットＢ1 とロボット手先２ａの相対
的な位置関係を表現するデータ（以下、「教示希望位置
到達状態表現データ」と言う。）を予めメモリ４に入力
しておく機能を有している。

【００１９】教示希望位置は、代表ワーク３の面３ａ上
の４個の符号Ａ1 〜Ａ4 で例示されている。Ａ1 〜Ａ4
の各近傍に描かれたＢ1 〜Ｂ4 は、Ａ1 〜Ａ4 の表わす
位置を代表する視覚ターゲット手段であり、各対応する
教示希望位置Ａ1 〜Ａ4 と一定の関係を以て与えられ
る。視覚ターゲット手段の具体例については後述する。
通常の形態においては、各視覚ターゲット位置Ｂ1 〜Ｂ
4 と各教示希望位置Ａ1〜Ａ4 とは近接してはいるが一
致はしないように与えられるが、場合によっては両者を
一致させることも可能である。

【００２０】符号２ａ，２ｂは各々ロボットの手先位置
と教示対象点（通常はツール先端点；ＴＣＰ）を表わし
ている。以下の説明において、ロボットの手先位置２ａ
は最終アーム先端のフランジ上に設定された座標系の原
点で代表させるものとする。

【００２１】実際の作業時にあたっては、オペレータが
ジョグ送りボタン等のロボットマニュアル操作手段（ロ
ボット動作指令マニュアル入力手段；教示操作盤など）
５を操作し、軸移動制御手段６にロボット２の各軸を制
御させ、教示希望位置への移動を開始させる。この移動
開始時から、あるいは移動開始後のある時点から、教示
希望位置への自律的な移動のための移動制御が行なわれ
る。この自律的移動のための移動制御は、教示希望位置
到達状態表現データ入力手段１ａによって入力された教
示希望位置到達状態表現データと、各時点におけるロボ
ット手先（これに固定されたカメラ等）と視覚ターゲッ
ト手段との間の相対的な位置関係を表わす相対位置認識
データに基づいて行われる。

【００２２】後者のデータは、移動制御の過程におい
て、ロボット手先視覚ターゲット間相対位置認識手段１
ｂによって少なくとも１回与えられる。教示希望位置到
達状態においては、当然、ＴＣＰ２ｂは教示希望位置の
一つＡ1 （またはＡ2 〜Ａ4 内の一つ）と一致する（符
号２ｂ’で例示）。

【００２３】後述するように、教示希望位置到達状態表
現データ入力手段１ａ及び相対位置認識手段１ｂは、視
覚センサを利用する形で具体化される。また、視覚ター
ゲット手段Ｂ1 〜Ｂ4 は、視覚センサによって認識可能
なマーク座標系あるいはレーザビームによって形成され
る光スポットの形で具体化される。以下の説明では、視
覚ターゲット手段をマーク座標系の形で具体化する形態
を「方式１」と呼び、レーザビームによって形成される
光スポットの形で具体化する形態を「方式２」と呼ぶ。

【００２４】図２は、本実施形態で使用されるシステム
のハードウェア構成の概略をロボット制御装置を中心と
した要部ブロック図で示したものある。符号３０で全体
を指示されたロボット制御装置にはプロセッサボード３
１が装備され、このプロセッサボード３１はマイクロプ
ロセッサからなる中央演算処理装置（以下、ＣＰＵと言
う。）３１ａ、ＲＯＭ３１ｂ並びにＲＡＭ３１ｃを備え
ている。

【００２５】ＣＰＵ３１ａは、ＲＯＭ３１ｂに格納され
たシステムプログラムに従ってロボット制御装置全体を
制御する。ＲＡＭ３１ｃには、作成済みの動作プログラ
ムや各種設定値等の他に、教示希望位置への自律移動を
方式１あるいは方式２に従って実行するに必要なロボッ
ト側の処理を定めたプログラムと関連設定値等が格納さ
れる。また、ＲＡＭ３１ｃの一部はＣＰＵ３１ａが実行
する計算処理等の為の一時的なデータ記憶に使用され
る。なお、プログラムデータや設定値の保存には、適宜
外部装置として用意されたハードディスク装置などが利
用される。

【００２６】プロセッサボード３１はバス３７に結合さ
れ、このバス結合を介してロボット制御装置３０内の他
の部分との間で、指令やデータの授受が行なわれるよう
になっている。先ず、ディジタルサーボ制御回路３２が
プロセッサボード３１に接続されており、ＣＰＵ３１ａ
からの指令を受けて、サーボアンプ３３を経由してサー
ボモータ５１〜５６を駆動する。各軸を動作させるサー
ボモータ５１〜５６は、ロボット２の各軸の機構部に内
蔵されている。

【００２７】通信用インターフェイスを内蔵したシリア
ルポート３４は、バス３７に結合される一方、液晶表示
部付の教示操作盤４０、画像処理装置２０並びにレーザ
発振器６０に接続されている。但し、レーザ発振器６０
は方式２で使用されるもので、方式１では不要である。

【００２８】教示操作盤４０は、オペレータにより持ち
運びができる程度の大きさと重さを有し、そのパネル上
にはロボットマニュアル操作手段として使用されるジョ
グ送りボタン等が設けられている。この他、バス３７に
は、ディジタル信号用の入出力装置（ディジタルＩ／
Ｏ）３５、アナログ信号用の入出力装置（アナログＩ／
Ｏ）３６が結合されている。エンドエフェクタとの信号
授受が必要な場合、エンドエフェクタの制御部は、ディ
ジタルＩ／Ｏ３５あるいはアナログＩ／Ｏ３６に接続さ
れる。後述する例では、アーク溶接ロボットのアプリケ
ーションを考えているので、ディジタルＩ／Ｏ３５には
アーク溶接トーチの電源装置が接続される。

【００２９】画像処理装置２０は、ＣＰＵにプログラム
メモリ、フレームメモリ、画像処理プロセッサ、データ
メモリ、カメラインターフェイス等をバス結合させた通
常のものである。画像処理装置２０は、カメラインター
フェイスを介してカメラ２１が接続されている。このカ
メラは、後述する態様で視覚ターゲット手段の画像を取
得するための撮影に使用される。プログラムメモリに
は、方式１あるいは方式２で必要とされる画像解析用の
プログラムデータが格納される。

【００３０】図３は、教示操作盤４０のパネル面の概略
構成を示す図である。表示画面４１は例えば液晶画面で
あり、移動指令プログラムの詳細データ等が切替え表示
される。ファンクションキー４２は、表示画面４１の下
端部に表示されるメニューを選択するキーである。教示
操作盤有効スイッチ４３は、教示操作盤４０の操作が有
効か無効かを切り換えるスイッチである。

【００３１】非常停止ボタン４４は、ロボット２の動作
を非常停止させるボタンである。カーソルキー４５は、
表示画面４１上で表示されるカーソルの移動を行うキー
である。テンキー部４６には、数字キーやその他のキー
が設けられており、数値および文字の入力、削除等を行
うことができる。

【００３２】一連のジョグ送りボタン４７（Ｊ１〜Ｊ
６）は、従来方式のジョグ送りを行なう通常モードで
は、並進／回転方向及び＋−方向を指定して移動指令の
入力を行うボタンであるが、本実施形態（自律移動モー
ド）では、後述するように、教示希望位置への自律移動
指令入力手段として使用する。以上の事項を前提に、方
式１と方式２について実施形態の詳細を以下に説明す
る。

【００３３】［方式１］ ［１］概要 図４は、方式１による実施形態における自律移動の動作
を説明する図である。図１と同じく符号３で指示された
代表ワークの面３ａ上には、希望する教示点Ａ1 〜Ａ4
の数に見合った数（ここでは４個）のマーク部材ＭＫ１
〜ＭＫ４が貼付されている。各マーク部材上には、後述
するように、同一のマーク座標系がドットパターンで描
かれている。マーク部材ＭＫ１は、教示希望点Ａ1 の位
置・姿勢に正確に対応するような位置・姿勢を以て貼付
されている。同様に、マーク部材ＭＫ２〜ＭＫ４は、教
示希望点Ａ2 〜Ａ4 の位置・姿勢に各々正確に対応する
ような位置・姿勢を以て貼付されている。

【００３４】手先部周辺のみを描示したロボットは、手
先部に溶接トーチ２ｃとカメラ２１を搭載しており、Ｔ
ＣＰ２ｂは溶接トーチ２ｃ先端に設定されている。本実
施形態では、ロボットを移動開始位置Ｐｓから出発し
て、溶接トーチ２ｃの先端に設定されたＴＣＰ２ｂを教
示希望点Ａ1 〜Ａ4 に順次自律移動させ、各教示希望位
置で位置教示を行なうケースを考える。なお、自律移動
の開始位置Ｐｓは最初のマークＭＫ１がカメラ２１の視
野に入る位置であれば、一般には任意である。

【００３５】図５は、方式１による実施形態で使用され
るマーク部材の構成を説明する図である。同図を参照す
ると、マーク座標系ΣM は、マーク部材ＭＫ上に間隔ａ
を以て格子状に配列された５個の円形ドットＤ0 ，Ｄ1
，Ｄ-1，Ｄ2 ，Ｄ-2で構成されている。ドット間隔ａ
は正の一定値である。従って、各ドットの中心位置は、
Ｄ0 （０，０，０），Ｄ1 （ａ，０，０），Ｄ-1（−
ａ，０，０），Ｄ2 （ａ，ａ，０），Ｄ-2（−ａ，ａ，
０）となる。なお、３次元直交座標系を表現出来るもの
であれば、他のパターンでマーク座標系を構成しても良
い。

【００３６】マーク部材ＭＫの適当な定位置には穴ＭＨ
が設けられている。この穴ＭＨは教示希望位置を指し示
すもので、代表ワーク３の面３ａ上に貼付する際には、
その代表点（例えば、中心）が教示希望位置と一致する
ように貼付位置が選ばれる。貼付姿勢はマーク座標系Σ
M の向きを参照して選ぶ。即ち、貼付姿勢が異なると、
後に教示される姿勢も異なって来る。例えば、図４にお
けるＭＫ１とＭＫ４の貼付姿勢は９０度違うため、後に
教示される姿勢も９０度異なったものとなる。

【００３７】［２］準備（カメラのキャリブレーション
と教示希望位置到達状態表現データの取得） １．作業開始に先だって、適当なキャリブレーション法
を適用してカメラのキャリブレーションを行なってお
く。カメラのキャリブレーションには種々の手法が知ら
れているが、ここに示したマーク部材を利用することも
出来る。その概略については、説明の都合上、後で述べ
る。

【００３８】２．教示希望位置到達状態表現データの取
得作業を行なう。先ず、マーク部材ＭＫを適当な位置に
固定する。勿論、代表ワーク３に貼付されたマーク部材
の一つをそのまま使用することも出来る。先ず、通常モ
ード（従来方式）のジョグ操作によってロボットを移動
させ、ツール先端点２ｂをマーク部材ＭＫの穴ＭＨの代
表点ＭＡに一致させ、教示希望姿勢をとらせる。これに
より、マーク部材ＭＫに関して教示希望位置到達状態が
実現されたことになる。

【００３９】３．マーク部材ＭＫに関して教示希望位置
到達状態を実現したら、ロボット制御装置３０を介して
カメラ２１による撮影を行なわせ、教示希望位置到達状
態表現データを作成するための画像を取得する。 ４．取得された画像は画像処理装置２０内で画像処理さ
れ、カメラ２１のカメラ座標系に対するマーク座標系Σ
M の相対的な位置姿勢を表わすデータが作成される（詳
細は後述）。

【００４０】［３］方式１における教示希望位置自律移
動時の処理 図４に示したアプローチ開始位置Ｐｓ（フランジ位置で
表現）から自律教示希望位置への移動を開始して、教示
希望位置Ｐｔ（フランジ位置で表現）への移動を達成す
るための処理のアルゴリズムを説明する。なお、以下の
説明において、記号＜＞はベクトルを表わすために使用
する。 １．アルゴリズムの骨格 図７は、自律的な教示希望位置への移動に必要なアルゴ
リズムの骨格を記したものである。フランジの現在位置
（教示希望位置への移動中の各時点における位置）Ｔ0
、カメラ座標系とマーク座標系の現在相対位置（教示
希望位置への移動過程における各時点における相対位
置）Ｍ0 と、教示希望位置到達状態におけるフランジ位
置Ｔg 、教示希望位置到達状態におけるカメラ座標系と
マーク座標系の相対位置（目標相対位置）Ｍg との幾何
学的な関係は、図４中に記されているようなものであ
る。

【００４１】そして、Ｍg は上記準備作業で取得される
教示希望位置到達状態表現データに相当するものであ
る。また、Ｃはカメラキャリブレーションで教示され
る。これらＴ0 ，Ｍ0 ，Ｔg ，Ｍg の間の関係を規定す
る基本方程式は下記のようになる。 Ｔ0 ＣＭ0 ＝Ｔg ＣＭg ・・・（１） 従って、これをＴg について解いた次式（２）がロボッ
トの直交座標系上での移動目標位置を表わす基本式とな
る。 Ｔg ＝Ｔ0 ＣＭ0 Ｍg^-1 Ｃ^-1 ・・・（２） このＴg を最終的な移動目標点とする位置指令をサーボ
に与えれば、ロボットを教示希望位置へ向けて自律的に
移動させることが出来る。故に、教示希望位置への自律
移動のアルゴリズムを定めることは、（２）式の右辺を
具体的に求める問題に帰着する。

【００４２】（２）式の右辺中、Ｔ0 はロボットの現在
位置データを表わしており、随時ロボット制御装置内で
得られる性質のデータである。Ｃのデータは適当なカメ
ラキャリブレーションによって別途獲得されるものであ
る（キャリブレーションの例は後述）。そこで、Ｍ0 及
びＭg の求め方から説明する。

【００４３】２．Ｍ0 及びＭg の方程式 Ｍ0 ，Ｍg は、いずれもカメラ座標系から見たマーク座
標系ΣM の位置・姿勢（現在及びアプローチ完了時）を
表わしている。

【００４４】本実施形態で用いられるマーク座標系ΣM
（図５参照）を構成する円形ドットＤ0 ，Ｄ1 ，Ｄ-1，
Ｄ2 ，Ｄ-2の配列間隔ａは正の一定値であるから、 ａ＞０ ・・・（３） である。Ｍ0 とＭg は、３次元直交座標系間の位置・姿
勢の関係を表現する４×４の同次変換行列であり、次式
（４）のように置くことが出来る。

【００４５】

【数１】 ここで、ＲM は回転を表わす３×３行列、ｌM は位置を
表わす３×１行列（ベクトル）である。以下、Ｍ0 とＭ
g が満たす方程式として、ＲM とｌM が満たす方程式を
求めることを考える。先ず、次式（５），（６）でベク
トル＜ｅ1 ＞，＜ｅ2 ＞を定義する。

【００４６】

【数２】 マーク座標系ΣM に関して視覚センサから得られる情報
は、各円形ドットＤ0，Ｄ1 ，Ｄ-1，Ｄ2 ，Ｄ-2の中心
がカメラ座標系の原点から見える方向（視線方向）であ
る。これらの方向は、図６に示したように、５個の単位
ベクトル＜ｄ0＞，＜ｄ1 ＞，＜ｄ-1＞，＜ｄ2 ＞，＜
ｄ-2＞で表わすことが出来る。

【００４７】これらベクトルの内積について、次式
（７）で定義されるδijを導入する。 δij＝＜ｄi＞・＜ｄj＞ （i,j=-2,-1,0,1,2） ・・・（７） ここで、＜ｄ0 ＞，＜ｄ1 ＞，＜ｄ-1 ＞，＜ｄ2 ＞，
＜ｄ-2＞の長さはすべて１であるから、δijの絶対値は
１を越えることはない。 ｜δij｜≦１ （等号成立の必要十分条件はｉ＝ｊ） ・・・（８） また、カメラ座標系原点から各ドット中心までの距離は
不明であるが、これをｔi （i=-2,-1,0,1,2）と置く。
当然これらは正の値をとる。

【００４８】 ｔi ＞０ （i=-2,-1,0,1,2） ・・・（９） すると、次の方程式（10）〜（12）が得られる。 ｔ0 ＜ｄ0 ＞＝ｌM ・・・（10） ｔ1 ＜ｄ1 ＞＝ｌM ＋ａＲM ＜ｅ1 ＞ ・・・（11ａ） ｔ-1＜ｄ-1＞＝ｌM −ａＲM ＜ｅ1 ＞ ・・・（11ｂ） ｔ2 ＜ｄ2 ＞＝ｔ1 ＜ｄ1 ＞＋ａＲM ＜ｅ2 ＞ ・・・（12ａ） ｔ-2＜ｄ-2＞＝ｔ-1＜ｄ-1＞＋ａＲM ＜ｅ2 ＞ ・・・（12ｂ） 従って、ｔi を求めながらこれらの方程式をＲM とｌM
に関して解いて行けば、Ｍ0 ，Ｍg を定めることが出来
る。具体的な解法については、４．Ｍ0 及びＭg の求め
方の項で説明することにし、カメラ座標系の位置・姿勢
を表わすＣについて簡単に触れておく。

【００４９】３．Ｃの方程式 Ｃはフランジから見たカメラ座標系の位置・姿勢を表現
する行列であり、そのデータはカメラ２１のキャリブレ
ーションによって得られる。キャリブレーションについ
ては種々の手法が公知になっており、それらを利用する
ことが出来るが、マーク座標系ΣM を用いてもカメラ２
１のキャリブレーションを行なうことも出来る。ここで
は、その要点のみを簡単に記しておく。

【００５０】図４中に符号ＣＢ１〜ＣＢ３で示したよう
な異なる３点において、カメラ２１による撮影を各々実
行し、画像処理を行なってマーク座標系ΣM とカメラ座
標系の原点の間の相対位置に関するデータＰi （i=1,2,
3 ）を得る。それらと各撮影時のロボット位置のデータ
Ｔi （i=1,2,3 ）を組み合わせると、次の３組の方程式
が得られる。なお、Ｐi （i=1,2,3 ）を求める要領はＭ
0 やＭg と同様である。 Ｔ1 ＣＰ1 ＝Ｔ2 ＣＰ2 ＝Ｔ3 ＣＰ3 ・・・（13） ３点ＣＢ１〜ＣＢ３のロボットの姿勢が互いに異なる条
件下では、この方程式をＣに関して解くことが可能であ
る。この条件を（14）とする。 条件：Ｔ1 ，Ｔ2 ，Ｔ3 の各姿勢成分は互いに異なる ・・・（14） 求められたＣのデータは、ロボット制御装置あるいは画
像処理装置に記憶される。なお、方程式の解法について
は、５．Ｃの求め方で補足説明を行なう。

【００５１】４．Ｍ0 及びＭg の求め方 方程式（10）〜（12）を解いてＲM ，ｌM を求めるにあ
たって、先ずｔi （i=-2,-1,0,1,2 ）を求めることを考
える。そのために、次式（15）の置き換えを行う。

【００５２】

【数３】 そして、これを用いて方程式（10）〜（11）を次式（1
6）〜（18）のように変形する。 ＜ｒM ＞＝ｔ0 ＲM^-1 ＜ｄ0 ＞ ・・・（16） ＜ｒM ＞＋ａ＜ｅ1 ＞＝ｔ1 ＲM^-1 ＜ｄ1 ＞ ・・・（17） ＜ｒM ＞−ａ＜ｅ1 ＞＝ｔ-1ＲM^-1 ＜ｄ-1＞ ・・・（18） ここで、ＲM^-1 が回転を表わす行列であることに注意す
ると、次式（19）が成立する。 （ＲM^-1 ＜ｄi ＞）・（ＲM^-1 ＜ｄj ＞）＝＜ｄi ＞・＜ｄj ＞ （i,j=-2,-1,0,1,2） ・・・（19） この（19）式と、（５）〜（８）式及び（16）〜（18）
式を用いると、次の関係式（20）〜（23）が得られる。

【００５３】 ‖＜ｒM ＞‖² ＝ｔ0² ・・・（20） ‖＜ｒM ＞‖² ＋２ａｒMx＋ａ² ＝ｔ1² ・・・（21ａ） ‖＜ｒM ＞‖² −２ａｒMx＋ａ² ＝ｔ-1² ・・・（21ｂ） ‖＜ｒM ＞‖² ＋ａｒMx＝ｔ0 ｔ1 δ0,1 ・・・（22ａ） ‖＜ｒM ＞‖² −ａｒMx＝ｔ0 ｔ-1δ0,-1 ・・・（22ｂ） δ0,1²＜１，δ0,-1² ＜１ ・・・（23） これらの式から条件（３），（９）と式（22ａ），（22
ｂ）から、‖＜ｒM ＞‖² ＋ａｒMxとａδ0,1、‖＜ｒM
＞‖² −ａｒMxとａδ0,-1 とが各々同符号になる事に
注意して整理すれば、次式（24ａ）〜（25ｂ）が得られ
る。

【００５４】

【数４】 式（24ａ），（24ｂ）は更に変形すると、次式（26），
（27）が得られる。 ‖＜ｒM ＞‖² ＝（ａ²β+²）／（１＋β-²） ・・・（26） ｒMx＝（ａβ+ β- ）／（１＋β-²） ・・・（27） 但し、β+ ，β- は次式（28ａ），（28ｂ）で定義され
るものとする。 β+ ＝（α+ ＋α- ）／２ ・・・（28ａ） β- ＝（α+ −α- ）／２ ・・・（28ｂ） そして、式（20）（21ａ），（21ｂ）に式（26）（27）
を代入して条件（３），（９）を用いれば、ｔ0 ，ｔ1
及びｔ-1が次式（29）（30ａ），（30ｂ）で求まる。

【００５５】

【数５】 これらを用いて更に、ｔ2 ，ｔ-2，＜ｌM ＞及びＲM
が次のように求められる。

【００５６】

【数６】 ５．Ｃの求め方 前述の条件（14）の下で、前述の方程式（13）を解く。
方程式（13）を変形すると、次の（31），（32）が得ら
れる。 Ｃ^-1Ｔ1^-1Ｔ3 Ｃ＝Ｐ1 Ｐ3^-1 ・・・（31） Ｃ^-1Ｔ2^-1Ｔ3 Ｃ＝Ｐ2 Ｐ3^-1 ・・・（32） ここで次式（33）〜（37）に従った置き換えを行なう。

【００５７】

【数７】 すると、方程式（31），（32）は次の式（38）〜（41）
に分解される。 ＲC^-1 Ｒ1 ＲC ＝Ｒ2 ・・・（38） ＲC^-1 Ｒ3 ＲC ＝Ｒ4 ・・・（39） （Ｉ−Ｒ1 ）＜ｌC ＞＝＜ｌ1 ＞−ＲC ＜ｌ2 ＞ ・・・（40） （Ｉ−Ｒ3 ）＜ｌC ＞＝＜ｌ3 ＞−ＲC ＜ｌ4 ＞ ・・・（41） 従って、ＲC 及び＜ｌC ＞を求めることが目標となる。
ここで、方程式（38），（39）の形から、回転行列間の
相似Ｒ1 〜Ｒ2 ，Ｒ3 〜Ｒ4 及びそれらの相似関係を表
現する相似変換行列がともにＲC であることが判る。そ
こで、Ｒi （i=1,2,3,4 ）の回転方向を表わすベクトル
を＜ｖi ＞（i=1,2,3,4 ）として、次式（42），（43）
が得られる。ここで、＜ｖi ＞（i=1,2,3,4）は、条件
（14）と定義式（34），（36）から一意的に定めること
が出来る。 ＜ｖ1 ＞＝ＲC ＜ｖ2 ＞ ・・・（42） ＜ｖ3 ＞＝ＲC ＜ｖ4 ＞ ・・・（43） 更に、次式（44）の関係を用いれば、ＲC を求めること
が出来る。 （＜ｖ1 ＞，＜ｖ3 ＞，＜ｖ1 ＞×＜ｖ3 ＞） ＝ＲC （＜ｖ2 ＞，＜ｖ4 ＞，＜ｖ2 ＞×＜ｖ4 ＞） ・・・（44） 方程式（40），（41）に関しては、次式（45）の形にひ
とまとめにして、最小２乗法を適用すれば＜ｌC ＞が求
められる。

【００５８】

【数８】 ６．方式１による移動制御の処理フローの概略以上１．
〜５．の説明事項を前提として、方式１における準備作
業と自律教示希望位置への移動のための処理フローの概
略を説明する。先ず、準備作業について補足すれば、次
のようになる。 （１）作業開始に先だって、上記３，で説明したよう
に、３つの位置ＣＢ１〜ＣＢ３にロボットを順次移動さ
せる。 （２）各位置ＣＢ１〜ＣＢ３で、代表ワーク３上のマー
ク部材ＭＫ１のマーク座標系ΣM （１個）の画像を取得
し、画像処理装置２０内の画像処理によって各ドット中
心の視線方向を表わすデータを取得する。 （３）上記５．で説明したアルゴリズムに従った処理を
画像処理装置２０内で行い、カメラ座標系Ｃのデータ
（ＲC ，＜ｌC ＞のデータ）を算出・記憶する。

【００５９】（４）カメラキャリブレーションが完了し
たら、ロボットを図４に示した位置Ｐｔに移動させ、マ
ークＭＫ１に対する教示希望位置到達状態を現出させ
る。

【００６０】（５）マーク座標系ΣM の画像を取得し、
画像処理装置２０内の画像処理によって各ドット中心の
視線方向を表わすデータを取得する。 （６）上記１．２．４．で説明したアルゴリズムに従っ
た処理を画像処理装置２０内で行い、教示希望位置到達
状態表現データ（Ｍg のデータ）を算出・記憶する。

【００６１】教示希望位置への自律的な移動は、図８の
フローチャートに示したように、次の諸ステップを含む
処理サイクルによって実行される。 〔Ｋ１〕＜ｄ0 ＞，＜ｄ1 ＞，＜ｄ-1＞，＜ｄ2 ＞，＜
ｄ-2＞を画像処理で求め、Ｍ0 を計算する。 〔Ｋ２〕記憶されているＭg のデータとステップＫ１で
求めた＜ｄ0 ＞，＜ｄ1 ＞，＜ｄ-1＞，＜ｄ2 ＞，＜ｄ
-2＞から計算されるＭ0 とを比較し、両者の一致／不一
致を判定する。一致していれば教示希望位置への到達状
態を意味するから、ステップＫ６へ進む。不一致であれ
ば、教示希望位置に到達していないことを意味するか
ら、ステップＫ３〜Ｋ５を経由してステップＫ１へ戻
る。Ｍg とＭ0 の一致度の評価には種々のアルゴリズム
が利用出来る。例えば、次式（46）で判定指標Δを算出
し、Δ＜ε（εは十分小なる正値）であればアプローチ
完了、Δ≧εであればアプローチ未完了とすれば良い。

【００６２】

【数９】 〔Ｋ３〕ロボットの手先（フランジ上に設定された座標
系の原点）の位置・姿勢を表わす４行４列の行列Ｔ0 を
計算・記憶する。 〔Ｋ４〕準備作業で取得したデータ（Ｃ，Ｍg のデー
タ）と上記説明したアルゴリズムを用いて、（２）式の
右辺を計算し、直交移動目標位置Ｔg を求める。

【００６３】〔Ｋ５〕直交移動目標位置Ｔg へ向かうた
めの移動指令を作成してサーボへ渡し、ロボットを移動
させる。システムが無誤差の完璧なものであれば、以上
のステップＫ１〜Ｋ５の１サイクルで教示希望位置到達
状態に至る筈であるが、実際には視覚センサの誤差、計
算の誤差等のために、教示希望位置到達状態は、逐次近
似的に達成される。

【００６４】〔Ｋ６〕ロボットを停止させて処理を終了
する。 ［方式２］ ［１］概要 方式２による実施形態においては、視覚ターゲット手段
として、レーザビームによって形成される光スポットが
利用される。先ず、準備作業と教示作業の概略を、図９
〜図１４を参照図に加えて説明する。図９は準備作業の
諸段階の内ＰＲ１〜ＰＲ３を説明するための図であり、
図１０は残りの段階ＰＲ４〜ＰＲ６を説明するための図
である。また、図１１は、教示作業の諸段階の内ＴＨ１
〜ＴＨ３を説明するための図、図１２は段階ＴＨ４，Ｐ
Ｒ５を説明するための図である。

【００６５】［２］準備作業（教示希望位置到達状態表
現データの取得とカメラのキャリブレーション） （ＰＲ１）先ずフランジ位置２ａで代表されるロボット
の手先に、カメラ２１に加えて、レーザヘッド２２（図
２中に示したレーザ発振器６０の照射ヘッド）と参照ツ
ール２５を取り付ける。レーザヘッド２２は適当な調整
機構２３を介して取り付けられており、レーザビーム２
４の投光方向を調整出来るようになっている。参照ツー
ル２５の先端付近の矢印２７で示した部分には、ＴＣＰ
（２ｂ）を表わすマーク２６が設けられている。但し、
このマーク２６は目視用のものであることに注意する必
要がある。図示されているように、レーザヘッド２２を
取り付けただけの状態では、一般に、レーザビーム２４
が参照ツール２５上のマーク２６には入射しない。

【００６６】（ＰＲ２）レーザヘッド２２の向きを調整
して、レーザビーム２４が参照ツール２５上のマーク２
６に入射するようにする。これにより、マーク２６の位
置、即ち、ＴＣＰの位置２ｂに光スポットが形成され
る。レーザヘッド２２は、以後、この状態で固定され
る。

【００６７】（ＰＲ３）この状態で、ロボット制御装置
３０を介してカメラ２１による撮影を行なわせ、教示希
望位置到達状態表現データを作成するための画像を取得
する。取得された光スポットの画像は画像処理装置２０
内で画像処理され、カメラ２１のカメラ座標系（原点Ｏ
c ）から見た光スポット（ＴＣＰ位置２ｂにある。）の
方向を表わすベクトル＜ｅt ＞のデータが作成・記憶さ
れる。このデータが、教示希望位置到達状態表現データ
として後に利用される。

【００６８】（ＰＲ４）＜ｅt ＞のデータを取得した
ら、参照ツール２５を取り外す。レーザヘッド２２は固
定されたままなので、図示されているように、レーザビ
ーム２４は空中でＴＣＰ（２ｂ）を通ることになる。

【００６９】（ＰＲ５）カメラ座標系の原点Ｏc から見
たレーザビーム２４の存在方向を表わすベクトルとし
て、ベクトル＜ｅh ＞のデータを作成・記憶する。＜ｅ
h ＞は、次の２条件を満たすベクトルである。 条件１；ベクトル＜ｅt ＞とレーザビーム２４が張る平
面内にある。 条件２；＜ｅh ＞⊥＜ｅt ＞を満たす＜ｅh ＞の内、カ
メラ２１からレーザヘッド２２を見た方向に近い方のベ
クトルである。＜ｅh ＞は、例えば図１３に示した方法
で求めることが出来る。

【００７０】即ち、ロボットをジョグ送りで適当な平面
（ここでは代表ワーク面３ａを利用する。）の上方に移
動させ、レーザビーム２４のスポットＦを形成する。そ
して、（１）に示したようにＴＣＰ位置２ｂが面３ａの
上方にある状態から、ロボットの面３ａへの接近によ
り、（２）に示したようにＴＣＰ位置２ｂが面３ａの下
方に来る状態を作る。換言すれば、スポットＦの位置が
ＴＣＰ位置（２ｂ）を見るカメラ２１の視線２１ａと面
３ａの交点Ｎを越えて（１）の状態から反対側に来るよ
うにする。

【００７１】この状態で、カメラ２１による撮影を行な
い、スポットＦの画像を取得する。そして、画像処理装
置２０内で画像処理を行い、カメラ座標系から見たスポ
ットＦの方向を表わすベクトル＜ｅs ＞のデータを求め
る。ベクトル＜ｅh ＞は、この＜ｅs ＞を用いて次式
（47）で算出される。

【００７２】

【数１０】 （ＰＲ６）カメラ２１のキャリブレーションを行なう。
これは、ロボット手先のフランジ面上に設定されている
フランジ座標系（２ａが原点）とカメラ座標系の関係を
求めるためのものである。カメラのキキャリブレーショ
ンの手法については方式１の説明で述べた通り種々のも
のが利用可能である（マーク部材による手法を利用して
も良い）。

【００７３】［３］方式２による教示作業 （ＴＨ１）先ず、ロボットをジョグ送りで最初の教示希
望位置が存在する代表ワーク面３ａの上方に移動させ、
レーザビーム２４のスポットＦを代表ワーク面３ａ上に
形成する。教示希望位置Ａは、視覚センサで認識可能な
適当な教示点マークＡで予めマーキングしておくものと
する。図示した状態のフランジ位置２ａをＰｓとし、位
置Ｐｓから自律移動を開始するものとする。なお、後述
するように、ジョグ送りから自律移動への移行は、例え
ば視覚センサ出力を利用した自動切換とすることが出来
る。

【００７４】図示されているように、ＴＣＰ位置２ｂは
面３ａの上方にあり、レーザビーム２４はこの点を経て
面３ａ上にスポットＦを形成する。この段階ＴＨ１で
は、一般に、教示点マークＡ、スポット位置Ｆ及びＴＣ
Ｐ（２ｂ）の３点は互いに別の位置にある。また、カメ
ラ２１から教示点マークＡを見た視線２１ａはＴＣＰ
（２ｂ）を通らない。

【００７５】（ＴＨ２）自律移動の処理によってロボッ
トを動作させ、カメラ２１から教示点マークＡを見た視
線２１ａがＴＣＰ（２ｂ）を通るようにする。ロボット
の動作としては、カメラ座標系の原点Ｏc 周りの回転が
合理的である。

【００７６】（ＴＨ３）自律移動の処理によってロボッ
トを動作させ、視線２１ａがＴＣＰ（２ｂ）を通る条件
を出来るだけ守りながら、スポットＦの形成位置を教示
点マークＡに接近させる。ロボットの動作としては、視
線２１ａ方向の前進に適宜Ｏc 周りの回転を組み合わせ
たものとする。

【００７７】（ＴＨ４）視線２１ａ方向の前進が過剰に
なったら、視線２１ａがＴＣＰ（２ｂ）を通る条件を出
来るだけ守りながら、適宜視線２１ａ方向に沿って後退
し、適宜Ｏc 周りの回転を組み合わせる。

【００７８】（ＴＨ５）以下、ＴＨ３の動作（前進）と
ＴＨ４（後退）の動作を繰り返して、スポットＦの形成
位置を教示点マークＡに収束させる。この収束点は、Ｔ
ＣＰ（２ｂ）を通り、且つ、教示点マークＡを見る視線
２１ａとＴＣＰ（２ｂ）を通るレーザビームの交点に他
ならないから、従って、結局は教示点マークＡ、スポッ
ト位置Ｆ及びＴＣＰ（２ｂ）の３点が同じ位置に来るこ
とになる。これはとりもなおさず、教示対象点たるＴＣ
Ｐ（２ｂ）が教示希望位置に到達したことを意味する。
この時のフランジ位置２ｂの位置を、方式１の場合と同
じく、Ｐｔで表わす。

【００７９】そこで、この状態におけるロボット位置を
制御手段（ロボット制御装置内の不揮発性メモリ）に記
憶すれば、位置Ａの位置教示が完了する。教示希望位置
（教示点マーク）が複数ある場合（図示は省略するが、
例えば図１中の代表ワーク３上の点Ａ１〜Ａ４を参
照）、２番目以降の各教示点マークに関して上記プロセ
スＴＨ１〜ＴＨ５を適用すれば良い。

【００８０】［４］方式２における教示希望位置自律移
動時の処理 上記［２］で説明したプロセスに従って、自律移動開始
位置Ｐｓ（フランジ位置で表現）から教示希望位置Ｐｔ
（同じく、フランジ位置で表現）への移動を達成するた
めの処理のアルゴリズムを説明する。記号＜＞は方式１
の場合と同じくベクトルを表わすが、ベクトルの定義内
容等は方式１とは別個である。自律的な移動は、図１５
（Ｌ１〜Ｌ１２）及び図１６（Ｌ１３〜Ｌ１９）のフロ
ーチャートに概略を記したアルゴリズムに従った処理サ
イクルに基づいて実行される。以下、各ステップに分け
てアルゴリズムを中心に説明する。説明中の諸記号の意
味は次の通りである。

【００８１】σ0 ，σ1 ；いずれもロボットの前進／後
退を表わすフラグで±１の値をとる。＋１は前進を意味
し、−１は後退を意味する。 ｌ；ロボットの前進／後退の刻み量を表わすレジスタ値 ＜ｄm ＞；図１４に示したように、カメラ座標系の原点
Ｏc から教示点マークＡを見た視線方向を表わす単位ベ
クトル（長さ１）で、画像データから求められる。 ＜ｄs ＞；同じく図１４に示したように、カメラ座標系
の原点Ｏc からスポット位置Ｆ（レーザビーム２４の入
射位置）を見た視線方向を表わす単位ベクトル（長さ
１）で、＜ｄm ＞と同様、画像データから求められる。

【００８２】Ｔ；ロボット座標系上で、ロボットの位置
・姿勢を表わす行列 δr ,δl ；いずれも適当なしきい値で、０に近い正の
定数。 Ｒ；＜ｄm ＞と＜ｅt ＞の方向の関係を記述する回転行
列で、Ｒ＜ｅt ＞＝＜ｄm ＞となる３×３行列の内、最
小の回転を表わすもの。 ｓｇｎ；符号関数で、次のように定義される。 ｓｇｎ（ｘ）＝＋１ （ｘ＞０） ｓｇｎ（ｘ）＝０ （ｘ＝０） ｓｇｎ（ｘ）＝−１ （ｘ＜０） 〔Ｌ１〕フラグσ0 を１に初期設定する。また、ｌを適
当な初期値（例えば３ｃｍ）に初期設定する。 〔Ｌ２〕行列Ｔのデータを表わすレジスタ値をロボット
の現在位置に基づいて更新する。 〔Ｌ３〕カメラ２１を用いて撮影を行い、画像処理装置
２０を用いてベクトル＜ｄm ＞を求めることを試みる。 〔Ｌ４〕もし、ベクトル＜ｄm ＞が求められなければ、
教示点マークＡがカメラ視野で捉えられていないことが
考えられるので、処理を終了する（オペレータは、ジョ
グ送りでロボット位置を調整し、教示点マークＡが確実
にカメラ視野で捉えられる状態とする）。ベクトル＜ｄ
m ＞が求められた場合には、ステップＬ５へ進む。

【００８３】〔Ｌ５〕ベクトル＜ｅt ＞とベクトル＜ｄ
m ＞の外積、＜ｄr ＞＝＜ｅt ＞×＜ｄm ＞を求める。 〔Ｌ６〕ベクトル＜ｄr ＞の絶対値をしきい値δr と比
較し、小さくなければステップＬ７へ進む。小さければ
ステップＬ１０へ進む。

【００８４】〔Ｌ７〕＜ｄm ＞と＜ｅt ＞の方向の関係
を記述する回転行列Ｒを表記の式で算出する。なお、表
記の算出式は、下記の連立方程式をＲについて解いて得
られるものである。 Ｒ＜ｅt ＞＝＜ｄm ＞ ・・・（48） Ｒ＜ｄr ＞＝＜ｄr ＞ ・・・（49） 〔Ｌ８〕行列Ｔのデータを表わすレジスタ値を、新しい
部分行列Ｒを含む表記の行列に対するものに更新する。
この行列は、下記の方程式（50）をＴg について解き、
Ｔg →Ｔとしたものである。

【００８５】

【数１１】 〔Ｌ９〕ロボットを動作させ、ステップＬ８で計算され
た行列Ｔの表わす位置・姿勢に移動させるための処理を
行い、ステップＬ２へ戻る。 〔Ｌ１０〕ステップＬ６で、ベクトル＜ｄr ＞の絶対値
がしきい値δr より小さいと判断されたら、初めてこの
ステップＬ１０が実行される。本ステップでは、カメラ
座標系の原点Ｏc からスポット位置Ｆを見た視線方向を
表わす単位ベクトル＜ｄs ＞を、画像データから求める
ことを試みる。

【００８６】〔Ｌ１１〕ベクトル＜ｄr ＞の絶対値がほ
ぼ０となっているこの時点（ＴＣＰを見る視線と教示点
マークを見る視線が実質一致）でスポットＦがカメラ視
野に収まらないことは、システム異常や設計ミス等がな
い限り起こり得ないと考えられる。従って、殆どのケー
スでは、ベクトル＜ｄs ＞が求められ、ステップＬ１２
へ進む。しかし、万一＜ｄs ＞が求められない場合には
処理を終了する（別途、原因究明等を行なう）。

【００８７】〔Ｌ１２〕＜ｄs ＞と＜ｅt ＞が実質同じ
向きで、且つ、内積１になっているかをチェックする
（δl は非常に小さい正値であることに注意）。 〔Ｌ１３〕ロボットの前進／後退を表わすフラグσ1
を、＜ｄs ＞と＜ｅh ＞の内積が正ならばσ1 ＝−１、
負ならばσ1 ＝１、実質的に０ならばσ1 ＝０とする。 〔Ｌ１４〕σ1 ＝０であればステップＬ１５に進む。σ
1 ＝０でなければステップＬ１６へ進む。 〔Ｌ１５〕σ1 をσ0 に更新し、ステップＬ１８へ進
む。 〔Ｌ１６〕σ1 とσ0 の積が正であればステップＬ１８
へ進む。負であればステップＬ１７へ進む。

【００８８】〔Ｌ１７〕σ0 をσ1 に更新するととも
に、ｌの値を半減する。 〔Ｌ１８〕行列Ｔのデータを表わすレジスタ値を、表記
の行列に対するものに更新する。この行列は、下記の方
程式（51）をＴg について解き、Ｔg →Ｔとしたもので
ある。

【００８９】

【数１２】 〔Ｌ１９〕ロボットを動作させ、ステップＬ１８で計算
された行列Ｔの表わす位置・姿勢に移動させるための処
理を行い、ステップＬ２へ戻る。 以上説明したアルゴリズムに従った処理サイクルの中
で、いずれかの時点でステップＬ１２でイエスの判断出
力が得られたなら、図１２の（ＴＨ５）に示したような
教示希望位置到達状態が実現したと解し、ロボットを停
止させて処理を終了する。

【００９０】以上、方式１、方式２の実施形態について
の説明から理解されるように、本発明に従えば、予め入
力された教示希望位置到達状態の位置および姿勢となる
ように自律的にロボットの教示希望位置への移動が行な
われるので、作業効率が向上する。

【００９１】更に、方式１、方式２いずれの実施形態に
おいても、マニュアル指令入力によるジョグ送りのモー
ドから、自律的に教示希望位置へ向かう自律移動のモー
ドの切換を制御手段（ロボット制御装置３０及び画像処
理装置２０）の内部の処理で自動化することが好まし
い。

【００９２】図１７は、ジョグ送りのモードから自律移
動のモードへの切換をシステム内部で行なう場合につい
て、教示操作盤の操作手順と処理の大要をフローチャー
トで示したものである。各ステップの処理を簡単に記す
と次のようになる。本例ではモード切換のタイミングの
決定に、視覚センサの出力を利用している。 〔Ｓ１〕ジョグ送りボタン４７（いずれか１つ）が押さ
れてジョグ送りの指令がなされたか否かを判断し、なさ
れればステップＳ２に進み、なされなければステップＳ
１を繰り返す。 〔Ｓ２〕ジョグ送りボタン４７で指定された移動内容
（方向、軸等）に応じて、所定の軸を制御して、ロボッ
ト１０のジョグ送り移動を開始する。例えば、Ｊ６軸＋
方向の移動が指定されていれば、Ｊ６軸を＋方向へ進め
る移動指令を作成してサーボに渡す。 〔Ｓ３〕ジョグ送りボタン４７がオフにされたか否かを
判断し、オフにされればステップＳ８に進み、されなけ
ればステップＳ４に進む。 〔Ｓ４〕画像処理装置２０から、カメラ１３の視野内に
教示点マークＡ（方式２の場合、及びスポットＦ）が入
ったことを知らせる信号の受信の有無を確認し、受信し
ていればステップＳ５に進み、受信していなければステ
ップＳ３に戻る。 〔Ｓ５〕自律移動の処理を開始する。具体的な処理内容
の例については、方式１、方式２に分けて前述した通り
である。 〔Ｓ６〕ジョグ送りボタン４７がオフにされたか否かを
判断し、オフにされていればステップＳ８に進み、され
ていなければステップＳ７に進む。 〔Ｓ７〕教示希望位置へ到達したか否かを判断し、到達
していればステップＳ８に進み、未到達であればステッ
プＳ６に戻る。なお、教示希望位置到達／未到達の判断
方式についても、方式１及び方式２の説明の中で述べた
通りである。 〔Ｓ８〕ロボット２の各軸の動作を停止させる。

【００９３】

【発明の効果】本発明によれば、教示希望位置に到達し
た際に観測されるところの視覚ターゲット手段の画像上
の位置のデータが予め入力されているので、視覚ターゲ
ット手段をナビゲート指標のように用い、ロボットを教
示希望位置へ向けて自律的に移動させることが出来る。
従って、ロボットの位置教示作業に要するオペレータの
負担が大幅に軽減される。特に、ジョグ送りから自律移
動への移行をシステム内の自動切換で行うことで、位置
教示作業時のロボットの至便性を更に向上させることも
出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従ったロボットの位置教示のための移
動制御方式の全体像を概念的に説明する図である。

【図２】本実施形態で使用されるシステムのハードウェ
ア構成の概略をロボット制御装置を中心とした要部ブロ
ック図で示したものある。

【図３】教示操作盤４０のパネル面の概略構成を示す図
である。

【図４】方式１による実施形態における自律移動の動作
を説明する図である。

【図５】方式１による実施形態で使用されるマーク部材
の構成を説明する図である。

【図６】方式１による実施形態において、カメラがマー
ク座標系を見る視線方向を記述するベクトルについて説
明する図である。

【図７】方式１による実施形態における教示希望位置自
律移動に必要なアルゴリズムの大要を説明する図であ
る。

【図８】方式１による実施形態における教示希望位置自
律移動の処理の概要を記したフローチャートである。

【図９】方式２による実施形態における準備作業の諸段
階の内ＰＲ１〜ＰＲ３を説明するための図である。

【図１０】方式２による実施形態における準備作業の諸
段階の内ＰＲ４〜ＰＲ６を説明するための図である。

【図１１】方式２による実施形態における教示作業の諸
段階の内ＴＨ１〜ＴＨ３を説明するための図である。

【図１２】方式２による実施形態における教示作業の諸
段階の内ＴＨ４，ＴＨ５を説明するための図である。

【図１３】方式２による実施形態において、ベクトル＜
ｅh ＞を求める方法を説明する図である。

【図１４】方式２による実施形態に関して、ベクトル＜
ｄm ＞，＜ｄs ＞について説明する図である。

【図１５】方式２による実施形態における自律移動の制
御のための処理のアルゴリズムの概要を記したフローチ
ャートの前半部分（Ｌ１〜Ｌ１２）である。

【図１６】方式２による実施形態における自律移動の制
御のための処理のアルゴリズムの概要を記したフローチ
ャートの後半部分（Ｌ１３〜Ｌ１９）である。

【図１７】方式１あるいは方式２による実施形態におい
て、ジョグ送りのモードから自律移動のモードへの切換
をシステム内部で行なう場合について、教示操作盤の操
作手順と処理の大要をフローチャートで示したものであ
る。

【符号の説明】

１ａ 教示希望位置到達状態入力手段 １ｂ ロボット手先視覚ターゲット間相対位置認識手段 ２ ロボット ２ａ フランジ代表点（フランジ座標系原点） ２ｂ 教示対象点（ＴＣＰ；ツール先端点） ２ｂ’ 教示希望位置に到達した教示対象点（ＴＣＰ） ３ 代表ワーク ４ メモリ ５ ロボットマニュアル操作手段 ６ 軸移動制御手段 ２０ 画像処理装置 ２１ カメラ ２２ レーザヘッド（レーザ発振器の照射部） ２３ レーザヘッドの投光方向調整機能 ２４ レーザビーム ３０ ロボット制御装置 ３１ プロセッサボード ３１ａ プロセッサ ３１ｂ ＲＯＭ ３１ｃ ＲＡＭ ３５ ディジタルＩ／Ｏ ３６ アナログＩ／Ｏ ３７ バス ４０ 教示操作盤 ４１ 表示画面 ４２ ファンクションキー ４４ 非常停止ボタン ４５ カーソルキー ４６ テンキー部 ４７（Ｊ１〜Ｊ６） ジョグ送りボタン ５１〜５６ サーボモータ ６０ レーザ発振器 Ａ 教示点マーク（教示希望位置） Ａ1 〜Ａ4 教示希望位置 Ｂ1 〜Ｂ4 視覚ターゲット手段 ＣＢ１〜３ カメラのキャリブレーションを行なう位置 Ｄ0 ，Ｄ1 ，Ｄ-1 ，Ｄ2 ，Ｄ-2 マーク座標系のドッ
ト Ｆ スポット ＭＫ１〜ＭＫ４ マーク部材 ΣM マーク座標系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永山 敦朗 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番 地 ファナック株式会社内 (72)発明者 組谷 英俊 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番 地 ファナック株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットと該ロボットの手先部に取り付
   けられたカメラ手段並びに該カメラ手段を通して取得さ
   れた画像を処理する画像処理手段を備えた視覚センサ
   と、ロボット制御装置とを含むシステムの制御手段を用
   いて前記ロボットを教示希望位置へ移動させるためのロ
   ボットの移動制御方式において、 少なくとも一つの教示希望位置に関して教示希望位置到
   達状態を表現する教示希望位置到達状態表現データを前
   記制御手段に記憶させる教示希望位置到達状態記憶段階
   と、 前記制御手段による前記ロボットの移動制御によって前
   記ロボットを前記教示希望位置へ移動させる教示希望位
   置移動段階と、 教示位置データを前記制御手段に記憶させる教示位置記
   憶段階とを含み、 前記教示希望位置移動段階は、該教示希望位置への移動
   を前記教示希望位置到達状態表現データに基づいて自律
   的に行なわせる自律移動実行段階を含んでおり、 前記教示希望位置到達状態表現データは、前記視覚セン
   サによって認識可能な視覚ターゲット手段を用いて表現
   された前記視覚センサから見て教示希望位置到達状態と
   等価な教示希望位置到達等価状態を前記視覚センサが認
   識することを通して取得されるものであり、 前記視覚ターゲット手段は、前記自律移動段階において
   は、前記視覚センサによって認識されることを通して前
   記ロボットを前記教示希望位置へ案内するための案内視
   覚ターゲット手段を提供するものであり、 前記自律移動段階における前記ロボットの移動制御は前
   記制御手段内のソフトウェア処理によって行なわれ、 前記ソフトウェア処理は、前記視覚センサによる前記案
   内視覚ターゲット手段の認識状態が、前記教示希望位置
   到達状態表現データに対応する認識状態と一致するよう
   に前記ロボットを誘導するための処理を含んでいる、前
   記方式。
2. 【請求項２】 前記視覚ターゲット手段が、前記視覚セ
   ンサによって認識可能なマーク座標系を含むマーク手段
   であり、 前記教示希望位置到達状態記憶段階で記憶される教示希
   望位置到達状態表現データが、画像上における前記マー
   ク座標系の位置・姿勢を表わすデータを含んでおり、 前記マーク手段は、前記案内視覚ターゲット手段を提供
   するために、前記教示希望位置と一定の相対関係を持つ
   位置に前記マーク座標系を用意するものである、請求項
   １に記載された、ロボットの位置教示のための移動制御
   方式。
3. 【請求項３】 前記マーク手段が、教示作業の対象とさ
   れる代表ワークの面上に固定可能なマーク部材であり、
   該マーク部材上に前記マーク座標系が描かれている、請
   求項２に記載されたロボットの位置教示のための移動制
   御方式。
4. 【請求項４】 前記視覚ターゲット手段が、前記ロボッ
   トに支持された光ビーム投光手段によって投光面上に形
   成される光スポットであり、 前記教示希望位置到達状態記憶段階において、前記教示
   希望位置到達等価状態を前記視覚センサに対して用意す
   るために、前記光スポットを前記ロボットの教示対象点
   に一致する位置に形成するための参照投光面が配置さ
   れ、 該参照投光面上に形成された光スポットを前記視覚セン
   サによって認識することを通して、前記光スポットの画
   像上の位置を表わすデータを含むように前記教示希望位
   置到達状態表現データが取得され、 前記自律移動段階は、前記参照投光面を除去し、且つ、
   前記教示希望位置到達等価状態において前記カメラから
   見た前記光ビーム投光方向を維持した状態で実行される
   ものであり、 前記自律移動実行段階における前記ロボットの移動制御
   は、前記教示希望位置の存在する面上に前記光ビームを
   投光して形成される光スポットを前記案内視覚ターゲッ
   ト手段として用いて行なわれ、且つ、前記ロボットの移
   動制御のための前記ソフトウェア処理は、前記視覚セン
   サによる前記光スポットの認識状態が、前記教示希望位
   置到達状態表現データに対応する認識状態と一致するよ
   うに前記ロボットを誘導するための処理を含んでいる、
   請求項１に記載されたロボットの位置教示のための移動
   制御方式。
5. 【請求項５】 前記教示希望位置への移動実行段階に
   は、前記自律教示希望位置への自律移動実行段階に先立
   つジョグ送りの段階が含まれており、 前記ジョグ送り段階から前記自律教示希望位置への移動
   実行段階への移行が、前記視覚センサの出力に基づいて
   前記制御手段によって自動的に行なわれる、請求項１〜
   請求項４のいずれか１項に記載されたロボットの位置教
   示のための移動制御方式。
6. 【請求項６】 前記教示希望位置への自律移動実行段階
   におけるソフトウェア処理が、当該時点において前記視
   覚センサによって認識される前記案内視覚ターゲット手
   段の画像上の位置を表わすデータと、前記教示希望位置
   到達状態表現データとを比較する処理と、前記比較結果
   に基づいてロボットの各軸を移動制御するための処理
   と、教示希望位置到達状態の完了／未完了を判定する処
   理を、教示希望位置到達状態完了の判定がなされるまで
   逐次的に繰り返すものであり、 該教示希望位置到達状態完了の判定がなされた後に、前
   記教示位置記憶段階が実行される、請求項１〜請求項５
   のいずれか１項に記載されたロボットの位置教示のため
   の移動制御方式。