JPH106264A - ロボットアームの状態検出方法および検出システム - Google Patents
ロボットアームの状態検出方法および検出システムInfo
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- JPH106264A JPH106264A JP18530396A JP18530396A JPH106264A JP H106264 A JPH106264 A JP H106264A JP 18530396 A JP18530396 A JP 18530396A JP 18530396 A JP18530396 A JP 18530396A JP H106264 A JPH106264 A JP H106264A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 撮像装置とロボットアームなどの軸との相対
位置・相対姿勢，画像面内の基準面を決定し，画像認識
によりロボットの状態を検出して誤差要因を明確にする
ことにより，画像認識による作業用位置決めを高精度で
実現する。 【解決手段】 方向性のあるマーキング１０３を有した
水平な基準面１０４に対し，ロボットアーム１０１回転
軸上の垂直方向先端にＣＣＤカメラ１０２の撮像方向を
一致させて固定し，ＣＣＤカメラ１０２によりマーキン
グ１０３を撮像し，撮像したマーキング１０３の特徴点
の座標を求める第１の工程と，マーキング画像の方向を
求める第２の工程と，上記結果に基づいてロボットアー
ム１０１の軸回りに適当な角度で回転する第３の工程
と，ロボットアーム１０１の回転前後におけるマーキン
グ１０３の姿勢からロボットアーム１０１の回転中心を
画像内の座標により検出する第４の工程とを含む。
位置・相対姿勢，画像面内の基準面を決定し，画像認識
によりロボットの状態を検出して誤差要因を明確にする
ことにより，画像認識による作業用位置決めを高精度で
実現する。 【解決手段】 方向性のあるマーキング１０３を有した
水平な基準面１０４に対し，ロボットアーム１０１回転
軸上の垂直方向先端にＣＣＤカメラ１０２の撮像方向を
一致させて固定し，ＣＣＤカメラ１０２によりマーキン
グ１０３を撮像し，撮像したマーキング１０３の特徴点
の座標を求める第１の工程と，マーキング画像の方向を
求める第２の工程と，上記結果に基づいてロボットアー
ム１０１の軸回りに適当な角度で回転する第３の工程
と，ロボットアーム１０１の回転前後におけるマーキン
グ１０３の姿勢からロボットアーム１０１の回転中心を
画像内の座標により検出する第４の工程とを含む。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は，ロボットアームを
用いた自動組み立て作業などにおいて，画像処理により
位置決めを行う際，回転軸と画像の座標との相対位置を
検出し，さらに軸のあおり角などの機械的な誤差要因の
検出を行って，これを補正することにより，作業の精度
を向上させるロボットアームの状態検出方法および検出
システムに関する。
用いた自動組み立て作業などにおいて，画像処理により
位置決めを行う際，回転軸と画像の座標との相対位置を
検出し，さらに軸のあおり角などの機械的な誤差要因の
検出を行って，これを補正することにより，作業の精度
を向上させるロボットアームの状態検出方法および検出
システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】現在，工作機械やロボットの位置決め制
御において，人間の目視確認による操作制御に代わり，
画像処理による認識が多く用いられている。この画像処
理を用いた方法として，マーキングを検出対象物や外部
の作業台などに施し，それらを検出する方法や，検出対
象物の特徴点を特定し検出する方法などが応用されてい
る。
御において，人間の目視確認による操作制御に代わり，
画像処理による認識が多く用いられている。この画像処
理を用いた方法として，マーキングを検出対象物や外部
の作業台などに施し，それらを検出する方法や，検出対
象物の特徴点を特定し検出する方法などが応用されてい
る。
【０００３】このような技術に関連するする参考技術文
献として，たとえば特開平４−３１３１０６号公報の
『ロボットアーム相対姿勢補正方法』には，作業用ツー
ルを先端に固定したロボットアームの軸に，撮像方向を
軸方向に一致させ，軸から垂直に取り付けた別の軸の軸
の先端にテレビカメラを固定した構成であって，作業対
象物を中心として複数のマークを作業台に施し，上記ア
ームを回転してそれぞれのマークの位置から作業対象物
の位置を予測し，作業用ツールの相対姿勢を形成する技
術が開示されている。
献として，たとえば特開平４−３１３１０６号公報の
『ロボットアーム相対姿勢補正方法』には，作業用ツー
ルを先端に固定したロボットアームの軸に，撮像方向を
軸方向に一致させ，軸から垂直に取り付けた別の軸の軸
の先端にテレビカメラを固定した構成であって，作業対
象物を中心として複数のマークを作業台に施し，上記ア
ームを回転してそれぞれのマークの位置から作業対象物
の位置を予測し，作業用ツールの相対姿勢を形成する技
術が開示されている。
【０００４】また，実開平５−２８９４号公報の『宇宙
用視覚情報処理装置』には，ロボットのエンドエフェク
タ上にカメラを取付け，組立対象の部材に記したマーク
の撮像パターンを検出し，該パターンの面積と重心とを
計測することにより，アーム先端の組立対象部材との距
離・方向を計算し，アームの駆動経路を決定する技術が
開示されている。
用視覚情報処理装置』には，ロボットのエンドエフェク
タ上にカメラを取付け，組立対象の部材に記したマーク
の撮像パターンを検出し，該パターンの面積と重心とを
計測することにより，アーム先端の組立対象部材との距
離・方向を計算し，アームの駆動経路を決定する技術が
開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記に示されるような
従来の技術において，作業用ツール（エンドエフェク
タ）と撮像装置との相対位置および，作業用ツールまた
はロボットアームの姿勢を明確にする必要がある。しか
しながら，撮像装置におけるフレームと撮像素子との位
置決め精度，設計公差（部品公差の積み上げなど），ロ
ボットの設計公差，組み付け誤差などにより，設計値や
実測値のみで正確に撮像装置とロボットアームなどの軸
との相対位置を知ることができないため，画像認識によ
る作業用の位置決めを不正確なものとするという問題点
があった。
従来の技術において，作業用ツール（エンドエフェク
タ）と撮像装置との相対位置および，作業用ツールまた
はロボットアームの姿勢を明確にする必要がある。しか
しながら，撮像装置におけるフレームと撮像素子との位
置決め精度，設計公差（部品公差の積み上げなど），ロ
ボットの設計公差，組み付け誤差などにより，設計値や
実測値のみで正確に撮像装置とロボットアームなどの軸
との相対位置を知ることができないため，画像認識によ
る作業用の位置決めを不正確なものとするという問題点
があった。
【０００６】本発明は，上記に鑑みてなされたものであ
って，撮像装置とロボットアームなどの軸との相対位置
・相対姿勢，および画像面内における基準面を決定し，
画像認識によりロボットの状態を検出して誤差要因を明
確にすることにより，画像認識による作業用位置決めを
高精度で実現することを目的とする。
って，撮像装置とロボットアームなどの軸との相対位置
・相対姿勢，および画像面内における基準面を決定し，
画像認識によりロボットの状態を検出して誤差要因を明
確にすることにより，画像認識による作業用位置決めを
高精度で実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに，請求項１に係るロボットアームの状態検出方法に
あっては，ロボットアームの先端に装着された撮像手段
により撮像した画像から検出対象物の位置検出・位置決
めを行うロボットアームの状態検出方法において，方向
性のあるマーキングが施されている水平な基準面に対し
前記ロボットアーム回転軸上の垂直方向先端に前記撮像
手段の撮像方向を一致させて固定し，前記撮像手段によ
り前記マーキングを撮像し，該撮像したマーキングの特
徴点の座標を求める第１の工程と，前記第１の工程によ
り求めたマーキング画像の方向を求める第２の工程と，
前記第１の工程および第２の工程の結果に基づいて前記
ロボットアームの軸回りに適当な角度で回転する第３の
工程と，前記ロボットアームの回転前と回転後とにおけ
る前記マーキングの姿勢から前記ロボットアームの回転
中心を前記撮像された画像内の座標により検出する第４
の工程と，を含むものである。
めに，請求項１に係るロボットアームの状態検出方法に
あっては，ロボットアームの先端に装着された撮像手段
により撮像した画像から検出対象物の位置検出・位置決
めを行うロボットアームの状態検出方法において，方向
性のあるマーキングが施されている水平な基準面に対し
前記ロボットアーム回転軸上の垂直方向先端に前記撮像
手段の撮像方向を一致させて固定し，前記撮像手段によ
り前記マーキングを撮像し，該撮像したマーキングの特
徴点の座標を求める第１の工程と，前記第１の工程によ
り求めたマーキング画像の方向を求める第２の工程と，
前記第１の工程および第２の工程の結果に基づいて前記
ロボットアームの軸回りに適当な角度で回転する第３の
工程と，前記ロボットアームの回転前と回転後とにおけ
る前記マーキングの姿勢から前記ロボットアームの回転
中心を前記撮像された画像内の座標により検出する第４
の工程と，を含むものである。
【０００８】すなわち，ロボットなどによる自動組み付
けにおいて画像処理により位置決めを行う際，ロボット
アームの回転軸方向と撮像方向とが一致しており，軸が
軸回りに回転する機構を備えている場合，軸の回転中心
位置と一致する画像面内の座標を検出し，軸の回転中心
を画像面内の基準座標として，軸と検出対象物との相対
位置を検出することにより，ロボットアームとその先端
に固定されている撮像手段とのオフセット量が明確にな
り，回転中心を画像中での座標で得られ，位置決め・位
置検出のロボットアームに対する基準点を決定すること
ができる。
けにおいて画像処理により位置決めを行う際，ロボット
アームの回転軸方向と撮像方向とが一致しており，軸が
軸回りに回転する機構を備えている場合，軸の回転中心
位置と一致する画像面内の座標を検出し，軸の回転中心
を画像面内の基準座標として，軸と検出対象物との相対
位置を検出することにより，ロボットアームとその先端
に固定されている撮像手段とのオフセット量が明確にな
り，回転中心を画像中での座標で得られ，位置決め・位
置検出のロボットアームに対する基準点を決定すること
ができる。
【０００９】また，請求項２に係るロボットアームの状
態検出方法にあっては，ロボットアームの先端に装着さ
れた撮像手段により撮像した画像から検出対象物の位置
検出・位置決めを行うロボットアームの状態検出方法に
おいて，方向性のあるマーキングが施されている水平な
基準面に対し前記ロボットアーム回転軸上の垂直方向先
端に前記撮像手段の撮像方向を一致させて固定し，前記
撮像手段により前記マーキングを既知の光学倍率で撮像
し，該撮像したマーキングの特徴点の座標を求める第１
の工程と，前記第１の工程により求めたマーキング画像
の方向を求める第２の工程と，前記第１の工程および第
２の工程の結果に基づいて前記ロボットアームの軸回り
に適当な角度で回転する第３の工程と，前記ロボットア
ームの回転前と回転後とにおける前記マーキングの姿勢
および前記光学倍率から前記ロボットアームの回転中心
を仮想の拡張撮像画像内の座標により検出する第４の工
程と，を含むものである。
態検出方法にあっては，ロボットアームの先端に装着さ
れた撮像手段により撮像した画像から検出対象物の位置
検出・位置決めを行うロボットアームの状態検出方法に
おいて，方向性のあるマーキングが施されている水平な
基準面に対し前記ロボットアーム回転軸上の垂直方向先
端に前記撮像手段の撮像方向を一致させて固定し，前記
撮像手段により前記マーキングを既知の光学倍率で撮像
し，該撮像したマーキングの特徴点の座標を求める第１
の工程と，前記第１の工程により求めたマーキング画像
の方向を求める第２の工程と，前記第１の工程および第
２の工程の結果に基づいて前記ロボットアームの軸回り
に適当な角度で回転する第３の工程と，前記ロボットア
ームの回転前と回転後とにおける前記マーキングの姿勢
および前記光学倍率から前記ロボットアームの回転中心
を仮想の拡張撮像画像内の座標により検出する第４の工
程と，を含むものである。
【００１０】すなわち，光学倍率を既知の値とすること
により，画像面内に軸の回転中心が存在しなくても，画
像平面を拡張した仮想の画像平面中の座標として回転中
心を検出し，検出対象の位置検出・位置決めを軸の回転
中心を基準として，軸中心と画像による検出対象の相対
位置を補正することが可能となる。
により，画像面内に軸の回転中心が存在しなくても，画
像平面を拡張した仮想の画像平面中の座標として回転中
心を検出し，検出対象の位置検出・位置決めを軸の回転
中心を基準として，軸中心と画像による検出対象の相対
位置を補正することが可能となる。
【００１１】また，請求項３に係るロボットアームの検
出システムにあっては，ロボットアームの先端に装着さ
れ，水平な基準面に設けられた方向性のあるマーキング
を撮像する撮像手段と，前記ロボットアームから前記撮
像手段を着脱可能にし，かつ前記ロボットアームの軸回
りに回転する機構を備えた取付け手段と，前記撮像手段
により得られた画像から座標と角度とを演算する演算手
段と，を具備し，前記演算手段が，前記請求項１または
２に記載のロボットアームの状態検出方法に基づいて，
前記取付け手段の中心を画像面内の座標として検出し，
該検出値を用いて前記ロボットアームと前記取付け手段
とのオフセット補正を実行するものである。
出システムにあっては，ロボットアームの先端に装着さ
れ，水平な基準面に設けられた方向性のあるマーキング
を撮像する撮像手段と，前記ロボットアームから前記撮
像手段を着脱可能にし，かつ前記ロボットアームの軸回
りに回転する機構を備えた取付け手段と，前記撮像手段
により得られた画像から座標と角度とを演算する演算手
段と，を具備し，前記演算手段が，前記請求項１または
２に記載のロボットアームの状態検出方法に基づいて，
前記取付け手段の中心を画像面内の座標として検出し，
該検出値を用いて前記ロボットアームと前記取付け手段
とのオフセット補正を実行するものである。
【００１２】すなわち，ロボットアームが回転機構を備
えていなくても，回転中心位置が分かっている回転機構
をロボットアームの軸の取付け部に設け，上記請求項１
の検出方法により，撮像手段の撮像素子の位置決め誤差
や設計交差などを考慮しなくても，外部より計測可能な
機械誤差要因のみにより画像の基準座標が得られる。
えていなくても，回転中心位置が分かっている回転機構
をロボットアームの軸の取付け部に設け，上記請求項１
の検出方法により，撮像手段の撮像素子の位置決め誤差
や設計交差などを考慮しなくても，外部より計測可能な
機械誤差要因のみにより画像の基準座標が得られる。
【００１３】また，請求項４に係るロボットアームの状
態検出方法にあっては，ロボットアームの先端に装着さ
れた撮像手段により撮像した画像から検出対象物の位置
検出・位置決めを行うロボットアームの状態検出方法に
おいて，前記ロボットアームの回転中心軸と前記撮像手
段の撮像素子とを垂直な一列で合わせ，その一列の任意
の素子を原点として撮像方向を前記ロボットアームに垂
直に固定する第１の工程と，水平な基準面に垂直に半径
を前記ロボットアームの回転中心から前記撮像手段の撮
像距離までの距離をとる円筒を設置し，その円筒の内側
に円周と平行に基準線を設定する第２の工程と，前記ロ
ボットアームの回転軸と前記撮像素子の原点から前記ロ
ボットアームの回転軸へ垂直にのばした線との交点が前
記円筒の中心で，かつ前記基準線の高さになるように前
記ロボットアームを教示する第３の工程と，既知の角度
を持たせながら前記ロボットアームを軸回りに回転し，
任意に前記基準線を撮像する第４の工程と，前記第４の
工程で撮像された基準線の画像面内での原点を通る垂線
との交点での接線と画像の垂線との角度が９０°になる
角度を検出し，前記ロボットアームのあおり角度を検出
する第５の工程と，を含むものである。
態検出方法にあっては，ロボットアームの先端に装着さ
れた撮像手段により撮像した画像から検出対象物の位置
検出・位置決めを行うロボットアームの状態検出方法に
おいて，前記ロボットアームの回転中心軸と前記撮像手
段の撮像素子とを垂直な一列で合わせ，その一列の任意
の素子を原点として撮像方向を前記ロボットアームに垂
直に固定する第１の工程と，水平な基準面に垂直に半径
を前記ロボットアームの回転中心から前記撮像手段の撮
像距離までの距離をとる円筒を設置し，その円筒の内側
に円周と平行に基準線を設定する第２の工程と，前記ロ
ボットアームの回転軸と前記撮像素子の原点から前記ロ
ボットアームの回転軸へ垂直にのばした線との交点が前
記円筒の中心で，かつ前記基準線の高さになるように前
記ロボットアームを教示する第３の工程と，既知の角度
を持たせながら前記ロボットアームを軸回りに回転し，
任意に前記基準線を撮像する第４の工程と，前記第４の
工程で撮像された基準線の画像面内での原点を通る垂線
との交点での接線と画像の垂線との角度が９０°になる
角度を検出し，前記ロボットアームのあおり角度を検出
する第５の工程と，を含むものである。
【００１４】すなわち，ロボットアームの軸方向と回転
軸とが一致していることが予想される場合，軸の回転機
構と，軸方向と垂直な方向を撮像する撮像手段により，
画像面内の水平な列と平行になる角度を検出し，軸のあ
おり方向を検出する。
軸とが一致していることが予想される場合，軸の回転機
構と，軸方向と垂直な方向を撮像する撮像手段により，
画像面内の水平な列と平行になる角度を検出し，軸のあ
おり方向を検出する。
【００１５】また，請求項５に係るロボットアームの状
態検出方法にあっては，前記請求項４に記載の第５の工
程において検出されたあおり角度方向における原点と基
準線との距離を記憶し，前記ロボットアームを軸回りに
１８０°回転し，画像面内の原点と基準線との距離を検
出し，該検出値と前記記憶値とを比較し，前記ロボット
アームのあおり角度を検出するものである。
態検出方法にあっては，前記請求項４に記載の第５の工
程において検出されたあおり角度方向における原点と基
準線との距離を記憶し，前記ロボットアームを軸回りに
１８０°回転し，画像面内の原点と基準線との距離を検
出し，該検出値と前記記憶値とを比較し，前記ロボット
アームのあおり角度を検出するものである。
【００１６】すなわち，請求項４に記載の第５の工程に
おいて検出されたあおり角度方向における原点と基準線
との距離を記憶しておき，さらに，ロボットアームを軸
回りに１８０°回転したときの画像面内の原点と基準線
との距離を検出し，これを上記記憶値とを比較すること
により，あおりによる撮像距離の微妙な変化を無視し
て，ロボットアームのあおり角度を検出することが可能
となる。
おいて検出されたあおり角度方向における原点と基準線
との距離を記憶しておき，さらに，ロボットアームを軸
回りに１８０°回転したときの画像面内の原点と基準線
との距離を検出し，これを上記記憶値とを比較すること
により，あおりによる撮像距離の微妙な変化を無視し
て，ロボットアームのあおり角度を検出することが可能
となる。
【００１７】また，請求項６に係るロボットアームの検
出システムにあっては，水平な基準面に垂直に設定・固
定されたあおり検出のための基準円筒と，ロボットアー
ムの先端に，撮像方向と軸方向とを垂直にして固定され
た撮像手段と，前記ロボットアームの回転中心軸と前記
撮像手段の垂直な一列が平行に，軸方向と撮像方向とが
垂直になるように回転する機構を備えた取付け手段と，
前記請求項４または５に記載のロボットアームの状態検
出方法に基づいて，前記撮像手段により得られた画像か
ら基準線の接線と画像面内の原点を通る垂線とのなす角
度を演算する演算手段と，を具備するものである。
出システムにあっては，水平な基準面に垂直に設定・固
定されたあおり検出のための基準円筒と，ロボットアー
ムの先端に，撮像方向と軸方向とを垂直にして固定され
た撮像手段と，前記ロボットアームの回転中心軸と前記
撮像手段の垂直な一列が平行に，軸方向と撮像方向とが
垂直になるように回転する機構を備えた取付け手段と，
前記請求項４または５に記載のロボットアームの状態検
出方法に基づいて，前記撮像手段により得られた画像か
ら基準線の接線と画像面内の原点を通る垂線とのなす角
度を演算する演算手段と，を具備するものである。
【００１８】すなわち，上記請求項４または５に記載の
ロボットアームの状態検出方法を用いたロボットアーム
のあおり角度を検出するシステムが実現する。
ロボットアームの状態検出方法を用いたロボットアーム
のあおり角度を検出するシステムが実現する。
【００１９】また，請求項７に係るロボットアームの状
態検出方法にあっては，ロボットアームの先端に装着さ
れた撮像手段により撮像した画像から検出対象物の位置
検出・位置決めを行うロボットアームの状態検出方法に
おいて，水平な第１基準面および該第１基準面に対し既
知の角度を持った第２基準面のそれぞれの面に設けら
れ，方向性があり，かつ等距離に設けられたマーキング
を設け，前記撮像手段により水平な第１基準面に設けら
れた第１基準面上のマーキングを撮像する第１の工程
と，前記撮像手段により第２基準面上のマーキングを撮
像する第２の工程と前記第１の工程および第２の工程に
より得られた２つのマーキング画像の特徴点の座標を求
め，さらにマーキングの方向を得る第３の工程と，前記
ロボットアームの中心軸を軸方向に垂直に適当な角度で
回転する第４の工程と，前記ロボットアームの回転前と
回転後とのマーキング姿勢から前記第２基準面方向のあ
おり角度を検出し，補正する第５の工程と，を含むもの
である。
態検出方法にあっては，ロボットアームの先端に装着さ
れた撮像手段により撮像した画像から検出対象物の位置
検出・位置決めを行うロボットアームの状態検出方法に
おいて，水平な第１基準面および該第１基準面に対し既
知の角度を持った第２基準面のそれぞれの面に設けら
れ，方向性があり，かつ等距離に設けられたマーキング
を設け，前記撮像手段により水平な第１基準面に設けら
れた第１基準面上のマーキングを撮像する第１の工程
と，前記撮像手段により第２基準面上のマーキングを撮
像する第２の工程と前記第１の工程および第２の工程に
より得られた２つのマーキング画像の特徴点の座標を求
め，さらにマーキングの方向を得る第３の工程と，前記
ロボットアームの中心軸を軸方向に垂直に適当な角度で
回転する第４の工程と，前記ロボットアームの回転前と
回転後とのマーキング姿勢から前記第２基準面方向のあ
おり角度を検出し，補正する第５の工程と，を含むもの
である。
【００２０】すなわち，あおり方向が既知である場合，
ロボットアームの任意の方向のあおり角を検出し，機械
的なあおりを補正することが可能となる。
ロボットアームの任意の方向のあおり角を検出し，機械
的なあおりを補正することが可能となる。
【００２１】また，請求項８に係るロボットアームの検
出システムにあっては，それぞれの面に方向性を有し，
かつ等距離の位置にマーキングを施した水平な第１基準
面，および該第１基準面に対し既知の角度を持った第２
基準面と，ロボットアームの先端に装着され，前記第１
基準面および第２基準面を撮像する撮像手段と，前記請
求項７に記載のロボットアームの状態検出方法に基づい
て，前記撮像手段により得られた画像から座標および角
度を計算する演算手段と，を具備するものである。
出システムにあっては，それぞれの面に方向性を有し，
かつ等距離の位置にマーキングを施した水平な第１基準
面，および該第１基準面に対し既知の角度を持った第２
基準面と，ロボットアームの先端に装着され，前記第１
基準面および第２基準面を撮像する撮像手段と，前記請
求項７に記載のロボットアームの状態検出方法に基づい
て，前記撮像手段により得られた画像から座標および角
度を計算する演算手段と，を具備するものである。
【００２２】すなわち，上記請求項７に記載のロボット
アームの状態検出方法を用いたロボットアームのあおり
角度を検出するシステムが実現する。
アームの状態検出方法を用いたロボットアームのあおり
角度を検出するシステムが実現する。
【００２３】また，請求項９に係るロボットアームの状
態検出方法にあっては，ロボットアームの先端に装着さ
れた撮像方向が各々１８０°異なる２つ撮像手段により
撮像した画像から検出対象物の位置検出・位置決めを行
うロボットアームの状態検出方法であって，前記２つの
撮像手段でそれぞれ検出した基準線の接線と画像面内を
通る垂線とのなす角度が，前記ロボットアームの回転角
度の変位により１８０°の位相ずれがある場合，前記ロ
ボットアームの回転軸とロボットアームが一致し，鉛直
下向きとはずれていると判断する工程と，前記２つの撮
像手段の何れか一方の基準線と垂線との交点が他方より
も画面内で高い位置にあり，かつ垂線と基準線の接線と
が垂直であれば，前記ロボットアームの回転軸とロボッ
トアームが一致しておらず，回転軸が鉛直下向きと判断
する工程と，上記工程で垂直でなければ前記ロボットア
ームの回転軸とロボットアームとが一致しておらず，回
転軸も鉛直下向きと一致していないと判断する工程と，
を含むものである。
態検出方法にあっては，ロボットアームの先端に装着さ
れた撮像方向が各々１８０°異なる２つ撮像手段により
撮像した画像から検出対象物の位置検出・位置決めを行
うロボットアームの状態検出方法であって，前記２つの
撮像手段でそれぞれ検出した基準線の接線と画像面内を
通る垂線とのなす角度が，前記ロボットアームの回転角
度の変位により１８０°の位相ずれがある場合，前記ロ
ボットアームの回転軸とロボットアームが一致し，鉛直
下向きとはずれていると判断する工程と，前記２つの撮
像手段の何れか一方の基準線と垂線との交点が他方より
も画面内で高い位置にあり，かつ垂線と基準線の接線と
が垂直であれば，前記ロボットアームの回転軸とロボッ
トアームが一致しておらず，回転軸が鉛直下向きと判断
する工程と，上記工程で垂直でなければ前記ロボットア
ームの回転軸とロボットアームとが一致しておらず，回
転軸も鉛直下向きと一致していないと判断する工程と，
を含むものである。
【００２４】すなわち，上記請求項９に記載の各工程に
より，ロボットアームとその回転軸が一致しているかど
うか，および回転軸と鉛直下向きとが一致しているかを
判断することができる。
より，ロボットアームとその回転軸が一致しているかど
うか，および回転軸と鉛直下向きとが一致しているかを
判断することができる。
【００２５】また，請求項１０に係るロボットアームの
検出システムにあっては，水平な基準面に垂直に設定・
固定されたあおり検出のための基準円筒と，ロボットア
ームの先端にそれぞれ撮像方向が１８０°異なる撮像手
段と，前記請求項９に記載のロボットアームの状態検出
方法に基づいて，前記撮像手段により得られた画像から
基準線の接線と画像面内の原点を通る垂線とのなす角度
を演算する演算手段と，を具備するものである。
検出システムにあっては，水平な基準面に垂直に設定・
固定されたあおり検出のための基準円筒と，ロボットア
ームの先端にそれぞれ撮像方向が１８０°異なる撮像手
段と，前記請求項９に記載のロボットアームの状態検出
方法に基づいて，前記撮像手段により得られた画像から
基準線の接線と画像面内の原点を通る垂線とのなす角度
を演算する演算手段と，を具備するものである。
【００２６】すなわち，上記請求項９に記載のロボット
アームの状態検出方法を用いたロボットアームのあおり
状態を検出するシステムが実現する。
アームの状態検出方法を用いたロボットアームのあおり
状態を検出するシステムが実現する。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下，本発明のロボットアームの
状態検出方法および検出システムについて添付図面を参
照し，〔実施の形態１〕〜〔実施の形態１０〕の順にわ
けて詳細に説明する。
状態検出方法および検出システムについて添付図面を参
照し，〔実施の形態１〕〜〔実施の形態１０〕の順にわ
けて詳細に説明する。
【００２８】〔実施の形態１〕 （実施の形態１の構成）図１は，実施の形態１に係るロ
ボットアームの状態検出方法を用いた装置の構成を示す
説明図である。図において，１０１は後述する基準面１
０４に対し垂直で，かつθ方向に回転する回転軸をもつ
ロボットアーム，１０２はロボットアーム１０１の先端
に，軸方向と撮像方向とを一致させて装着され，自動教
示用撮像装置である撮像手段としてのＣＣＤカメラ，１
０４は方向性のあるマーキング１０３が施された水平な
基準面である。
ボットアームの状態検出方法を用いた装置の構成を示す
説明図である。図において，１０１は後述する基準面１
０４に対し垂直で，かつθ方向に回転する回転軸をもつ
ロボットアーム，１０２はロボットアーム１０１の先端
に，軸方向と撮像方向とを一致させて装着され，自動教
示用撮像装置である撮像手段としてのＣＣＤカメラ，１
０４は方向性のあるマーキング１０３が施された水平な
基準面である。
【００２９】（実施の形態１の動作）次に，以上のよう
に構成された装置の動作について説明する。ロボットア
ーム１０１の先端に装着されたＣＣＤカメラ１０２によ
り，基準面１０４上のマーキング１０３を撮像する。さ
らに，この得られたマーキング１０３の画像の特徴点の
座標を求める。
に構成された装置の動作について説明する。ロボットア
ーム１０１の先端に装着されたＣＣＤカメラ１０２によ
り，基準面１０４上のマーキング１０３を撮像する。さ
らに，この得られたマーキング１０３の画像の特徴点の
座標を求める。
【００３０】すなわち，ロボットアーム１０１を時計回
りに角度γだけ回転した場合，図２に示すように，基準
面１０４を撮像した画像２０１中でマーキング１０３の
回転前の検出座標（ａ0 ，ｂ0 ），回転前の画像Ｘ軸と
のなす角α，回転後の検出座標を（ａ1 ，ｂ1 ），回転
前の画像Ｘ軸とのなす角をβとし，画像２０１中にある
ロボットアーム１０１の回転中心の仮想基準座標を
（ｘ，ｙ）とすると，それらの関係は，下記数１で与え
られる。
りに角度γだけ回転した場合，図２に示すように，基準
面１０４を撮像した画像２０１中でマーキング１０３の
回転前の検出座標（ａ0 ，ｂ0 ），回転前の画像Ｘ軸と
のなす角α，回転後の検出座標を（ａ1 ，ｂ1 ），回転
前の画像Ｘ軸とのなす角をβとし，画像２０１中にある
ロボットアーム１０１の回転中心の仮想基準座標を
（ｘ，ｙ）とすると，それらの関係は，下記数１で与え
られる。
【００３１】
【数１】
【００３２】ここで，γ＝β−αとすると，検出すべき
基準座標（ｘ，ｙ）は，下記数２で与えられる。
基準座標（ｘ，ｙ）は，下記数２で与えられる。
【００３３】
【数２】
【００３４】そして，上記求めた基準座標に検出対象の
特徴点の位置を合わせ，回転運動，並進運動を行うこと
により，画像面内での検出が実現すると同時に，ロボッ
トアーム１０１の回転軸を基準にした位置検出を行うこ
とができる。
特徴点の位置を合わせ，回転運動，並進運動を行うこと
により，画像面内での検出が実現すると同時に，ロボッ
トアーム１０１の回転軸を基準にした位置検出を行うこ
とができる。
【００３５】〔実施の形態２〕 （実施の形態２の構成）図３は，実施の形態２に係るロ
ボットアームの状態検出方法を用いた装置の構成を示す
説明図である。この装置は，前述の実施の形態１で説明
した図１の構成に対し，第２のロボットアーム３０２を
持つロボット３０１を設けた構成となっている。
ボットアームの状態検出方法を用いた装置の構成を示す
説明図である。この装置は，前述の実施の形態１で説明
した図１の構成に対し，第２のロボットアーム３０２を
持つロボット３０１を設けた構成となっている。
【００３６】また，他の構成要素およびその機能は実施
の形態１と同様であるため，図１と同一符号を付し，そ
の説明は省略する。
の形態１と同様であるため，図１と同一符号を付し，そ
の説明は省略する。
【００３７】（実施の形態２の動作）次に，以上のよう
に構成された装置の動作について説明する。図３に示す
ように，ロボット３０１の第２のロボットアーム３０２
の回転軸の軸中心を検出したい場合，図４に示すように
ＣＣＤカメラ１０２で基準面１０４のマーキング１０３
を撮像した画像２０１の外部に検出すべき座標（ｘ，
ｙ）がある。
に構成された装置の動作について説明する。図３に示す
ように，ロボット３０１の第２のロボットアーム３０２
の回転軸の軸中心を検出したい場合，図４に示すように
ＣＣＤカメラ１０２で基準面１０４のマーキング１０３
を撮像した画像２０１の外部に検出すべき座標（ｘ，
ｙ）がある。
【００３８】ここで，光学系の要求精度Ｄ，セルサイズ
ｄとし，拡大率をＭとすると， Ｍ ＝ Ｄ／ｄ となる。
ｄとし，拡大率をＭとすると， Ｍ ＝ Ｄ／ｄ となる。
【００３９】また，画像中心座標（ｓ，ｔ）と検出すべ
き座標（ｘ，ｙ）との距離は，ロボット３０１からみ
て， Ｍ｛（ｓ−ｘ）2 ＋（ｔ−ｙ）2 ｝1/2 で与えられる。
き座標（ｘ，ｙ）との距離は，ロボット３０１からみ
て， Ｍ｛（ｓ−ｘ）2 ＋（ｔ−ｙ）2 ｝1/2 で与えられる。
【００４０】なお，ここでは，前述の実施の形態１と同
様に画像面２０１内で検出対象をとらえているが，基準
は仮想平面上に存在している第２のロボットアーム３０
２の回転軸中心になっている。
様に画像面２０１内で検出対象をとらえているが，基準
は仮想平面上に存在している第２のロボットアーム３０
２の回転軸中心になっている。
【００４１】〔実施の形態３〕 （実施の形態３の構成）図５は，実施の形態３に係るロ
ボットアームの検出システムの構成を示す説明図であ
る。このシステムは，前述の実施の形態１で説明した図
１の構成に対し，ＣＣＤカメラ１０２と，ロボットアー
ム１０１とＣＣＤカメラ１０２との着脱部分にロボット
アーム１０１の軸回りに回転を与える取付け手段として
の着脱機構５０１と，外部にＣＣＤカメラ１０２から得
られた画像から座標と角度とを計算する演算手段として
の画像処理装置５０２とを備え，ロボットアーム１０１
と着脱機構５０１の内部を中空にし，ＣＣＤカメラ１０
２のケーブルを通るようにし，ロボットアーム１０１に
回転機構がなくてもＣＣＤカメラ１０２のケーブルが回
転運動に干渉しないような構成となっている。
ボットアームの検出システムの構成を示す説明図であ
る。このシステムは，前述の実施の形態１で説明した図
１の構成に対し，ＣＣＤカメラ１０２と，ロボットアー
ム１０１とＣＣＤカメラ１０２との着脱部分にロボット
アーム１０１の軸回りに回転を与える取付け手段として
の着脱機構５０１と，外部にＣＣＤカメラ１０２から得
られた画像から座標と角度とを計算する演算手段として
の画像処理装置５０２とを備え，ロボットアーム１０１
と着脱機構５０１の内部を中空にし，ＣＣＤカメラ１０
２のケーブルを通るようにし，ロボットアーム１０１に
回転機構がなくてもＣＣＤカメラ１０２のケーブルが回
転運動に干渉しないような構成となっている。
【００４２】（実施の形態３の動作）次に，以上のよう
に構成されたシステムの動作について説明する。前述の
実施の形態１または実施の形態２で説明したロボットア
ームの検出方法を用い，着脱機構５０１の回転中心軸を
ＣＣＤカメラ１０２で撮影し，取り込まれた画像平面内
で検出し，外部から計測可能な着脱機構５０１の回転中
心軸とロボットアーム１０１との相対位置を検出するこ
とにより，ロボットアーム１０１の軸を画像平面内の座
標で検出することが可能となる。
に構成されたシステムの動作について説明する。前述の
実施の形態１または実施の形態２で説明したロボットア
ームの検出方法を用い，着脱機構５０１の回転中心軸を
ＣＣＤカメラ１０２で撮影し，取り込まれた画像平面内
で検出し，外部から計測可能な着脱機構５０１の回転中
心軸とロボットアーム１０１との相対位置を検出するこ
とにより，ロボットアーム１０１の軸を画像平面内の座
標で検出することが可能となる。
【００４３】〔実施の形態４〕 （実施の形態４の構成）図６は，実施の形態４に係るロ
ボットアームの状態検出方法を用いた装置の構成を示す
説明図である。ここでは，ロボットアーム１０１の回転
中心軸とＣＣＤカメラ１０２の垂直な一列を合わせ，そ
の一列の任意の撮像素子を原点として，ＣＣＤカメラ１
０２の撮像方向をロボットアーム１０１に垂直と固定
し，水平な基準面に垂直に，半径をロボットアーム１０
１の回転中心からＣＣＤカメラ１０２の撮像距離先端ま
での距離とする基準円筒６０１を設置し，該基準円筒６
０１の内側に円周と平行に基準線を設定する。
ボットアームの状態検出方法を用いた装置の構成を示す
説明図である。ここでは，ロボットアーム１０１の回転
中心軸とＣＣＤカメラ１０２の垂直な一列を合わせ，そ
の一列の任意の撮像素子を原点として，ＣＣＤカメラ１
０２の撮像方向をロボットアーム１０１に垂直と固定
し，水平な基準面に垂直に，半径をロボットアーム１０
１の回転中心からＣＣＤカメラ１０２の撮像距離先端ま
での距離とする基準円筒６０１を設置し，該基準円筒６
０１の内側に円周と平行に基準線を設定する。
【００４４】（実施の形態４の動作）次に，以上のよう
に構成された装置の動作について説明する。ここで，図
７に円筒の内側に円周と平行に基準線を施した基準円筒
６０１の基準線を撮像した画像を示す。さらに，そのと
きの基準線と撮像方向との関係は図８に示すようにな
る。
に構成された装置の動作について説明する。ここで，図
７に円筒の内側に円周と平行に基準線を施した基準円筒
６０１の基準線を撮像した画像を示す。さらに，そのと
きの基準線と撮像方向との関係は図８に示すようにな
る。
【００４５】これは，ｘ軸からα，ｚ軸からθ傾いた角
度で回転軸が設定されており，Ｓ0が基準線，Ｓ1 が撮
像方向である。Ｓ1 において．ｘ軸からｚ軸回りにφだ
け回転したとき，撮像方向はＢとなる。そのときの基準
線の接線は，ＡにおけるＳ0の接線のＢに接する平面Ｒ
への写像となる。
度で回転軸が設定されており，Ｓ0が基準線，Ｓ1 が撮
像方向である。Ｓ1 において．ｘ軸からｚ軸回りにφだ
け回転したとき，撮像方向はＢとなる。そのときの基準
線の接線は，ＡにおけるＳ0の接線のＢに接する平面Ｒ
への写像となる。
【００４６】図７において，７０１は原点を通る垂線，
７０２は基準線の接線を示している。基準線の接線は図
８におけるＢ点での基準線の接線と画像の垂線とが垂直
となる場合が，ロボットアーム１０１を３６０°回転し
たときに２度存在する。そして画像の接線が上側にある
場合をあおり方向と判断する。
７０２は基準線の接線を示している。基準線の接線は図
８におけるＢ点での基準線の接線と画像の垂線とが垂直
となる場合が，ロボットアーム１０１を３６０°回転し
たときに２度存在する。そして画像の接線が上側にある
場合をあおり方向と判断する。
【００４７】ここで，基準線の接線の平面ＲとＣＣＤカ
メラ１０２の水平方向との角度は，以下に示す数３よう
に簡単な座標計算からも検出できるが，自動でロボット
を調整しながら進めた方が容易である。たとえば，θ＝
１５°，α＝２０°のとき，基準線の接線とＣＣＤカメ
ラ１０２の水平方向との角度は，図９に示すようにな
る。
メラ１０２の水平方向との角度は，以下に示す数３よう
に簡単な座標計算からも検出できるが，自動でロボット
を調整しながら進めた方が容易である。たとえば，θ＝
１５°，α＝２０°のとき，基準線の接線とＣＣＤカメ
ラ１０２の水平方向との角度は，図９に示すようにな
る。
【００４８】
【数３】 が成り立つときのα，φを求めることにより，あおり方
向を求めることができる。
向を求めることができる。
【００４９】〔実施の形態５〕 （実施の形態５の構成）ここでは，前述実施の形態４と
同様に構成された図６に示す装置を用いるものとする。
同様に構成された図６に示す装置を用いるものとする。
【００５０】（実施の形態５の動作）図１０は，実施の
形態５に係るロボットアームの状態検出方法を示す説明
図である。画像から基準線の接線と画像中で設定した原
点との距離をａ，ｂと得たとすると，基準円筒６０１の
直径は撮像距離と機械的な設定値として与えられるた
め，既知の値である。ここでは２ｒとしたが，角度θが
以下の式の値で導出される。すなわち， θ＝ｓｉｎ-1｛（ａ＋ｂ）／２ｒ｝ により与えられる。
形態５に係るロボットアームの状態検出方法を示す説明
図である。画像から基準線の接線と画像中で設定した原
点との距離をａ，ｂと得たとすると，基準円筒６０１の
直径は撮像距離と機械的な設定値として与えられるた
め，既知の値である。ここでは２ｒとしたが，角度θが
以下の式の値で導出される。すなわち， θ＝ｓｉｎ-1｛（ａ＋ｂ）／２ｒ｝ により与えられる。
【００５１】〔実施の形態６〕 （実施の形態６の構成）図１１は，実施の形態６に係る
ロボットアームの状態検出システムを示す説明図であ
る。前述の実施の形態４および５と同様に，ロボットア
ーム１０１の先端に撮像方向と軸方向とを垂直にしたＣ
ＣＤカメラ１０２を固定し，水平な基準面１０４に垂直
に設定したあおり検出用の基準円筒６０１を固定する。
ロボットアームの状態検出システムを示す説明図であ
る。前述の実施の形態４および５と同様に，ロボットア
ーム１０１の先端に撮像方向と軸方向とを垂直にしたＣ
ＣＤカメラ１０２を固定し，水平な基準面１０４に垂直
に設定したあおり検出用の基準円筒６０１を固定する。
【００５２】すなわち，この実施の形態６に係るシステ
ムは，水平な基準面に垂直に設定したあおり検出用の基
準円筒６０１を固定し，ロボットアーム１０１の回転中
心軸とＣＣＤカメラ１０２の垂直な一列が平行に，軸方
向とＣＣＤカメラ１０２の撮像方向とが垂直となるよう
にロボットアーム１０１に対しＣＣＤカメラ１０２が着
脱可能な着脱装置５０１を備えた構成となっている。ま
た，外部には図５と同様に画像処理装置５０２（図示せ
ず）が接続されているものとする。
ムは，水平な基準面に垂直に設定したあおり検出用の基
準円筒６０１を固定し，ロボットアーム１０１の回転中
心軸とＣＣＤカメラ１０２の垂直な一列が平行に，軸方
向とＣＣＤカメラ１０２の撮像方向とが垂直となるよう
にロボットアーム１０１に対しＣＣＤカメラ１０２が着
脱可能な着脱装置５０１を備えた構成となっている。ま
た，外部には図５と同様に画像処理装置５０２（図示せ
ず）が接続されているものとする。
【００５３】（実施の形態６の動作）次に，以上のよう
に構成されたシステムの動作について説明すると，外部
に接続した画像処理装置５０２により，前述した実施の
形態５で説明したロボットアームの状態検出方法を用
い，基準線の接線と画像面内の垂線または水平方向との
なす角を計算する。
に構成されたシステムの動作について説明すると，外部
に接続した画像処理装置５０２により，前述した実施の
形態５で説明したロボットアームの状態検出方法を用
い，基準線の接線と画像面内の垂線または水平方向との
なす角を計算する。
【００５４】〔実施の形態７〕 （実施の形態７の構成）図１２は，実施の形態７に係る
ロボットアームの状態検出方法を用いた装置の構成を示
す説明図である。この装置は，ロボットアーム１０２の
先端に装着されたＣＣＤカメラ１０２を垂直方向および
水平方向に９０°回転する回転機構１２０１を設け，垂
直方向および水平方向の基準面１２０２ａと１２０２ｂ
を持つ部材を用意し，該２つの基準面１２０２ａと１２
０２ｂにはマーキング１２０３ａ，１２０３ｂとがそれ
ぞれ施されている。
ロボットアームの状態検出方法を用いた装置の構成を示
す説明図である。この装置は，ロボットアーム１０２の
先端に装着されたＣＣＤカメラ１０２を垂直方向および
水平方向に９０°回転する回転機構１２０１を設け，垂
直方向および水平方向の基準面１２０２ａと１２０２ｂ
を持つ部材を用意し，該２つの基準面１２０２ａと１２
０２ｂにはマーキング１２０３ａ，１２０３ｂとがそれ
ぞれ施されている。
【００５５】（実施の形態７の動作）次に，以上のよう
に構成された装置の動作について説明する。ロボットア
ーム１０１に装着されたＣＣＤカメラ１０２を回転機構
１２０１により９０°回転させ，撮像方向を９０°変え
て基準面１２０２ａと１２０２ｂ上のマーキング１２０
３ａと１２０３ｂとを撮像する。この撮像し，重ね合わ
せた結果得られた画像が図１３に示す画像１３０１であ
る。すなわち，図１３において，角度θのあおり角度が
検出される。
に構成された装置の動作について説明する。ロボットア
ーム１０１に装着されたＣＣＤカメラ１０２を回転機構
１２０１により９０°回転させ，撮像方向を９０°変え
て基準面１２０２ａと１２０２ｂ上のマーキング１２０
３ａと１２０３ｂとを撮像する。この撮像し，重ね合わ
せた結果得られた画像が図１３に示す画像１３０１であ
る。すなわち，図１３において，角度θのあおり角度が
検出される。
【００５６】〔実施の形態８〕 （実施の形態８の構成）図１４は，実施の形態８に係る
ロボットアームの検出システムの構成を示す説明図であ
る。このシステムは，前述の実施の形態７で説明した検
出方法を用いたものである。
ロボットアームの検出システムの構成を示す説明図であ
る。このシステムは，前述の実施の形態７で説明した検
出方法を用いたものである。
【００５７】すなわち，図５において示したシステムの
ロボットアーム１０１先端に固定したモータからなる着
脱機構の回転軸を図１４に示すように，ロボットアーム
１０１の回転軸と垂直となるように固定する。さらにロ
ボットアーム１０１の回転軸と垂直に撮像方向を変えら
れるように回転機構１２０１にＣＣＤカメラ１０２を装
着し，鉛直方向，水平方向で撮像距離を保てる位置に基
準面１２０２ａ，１２０２ｂを設置したシステムとなっ
ている。また，外部には図５と同様に画像処理装置５０
２（図示せず）が接続されているものとする。
ロボットアーム１０１先端に固定したモータからなる着
脱機構の回転軸を図１４に示すように，ロボットアーム
１０１の回転軸と垂直となるように固定する。さらにロ
ボットアーム１０１の回転軸と垂直に撮像方向を変えら
れるように回転機構１２０１にＣＣＤカメラ１０２を装
着し，鉛直方向，水平方向で撮像距離を保てる位置に基
準面１２０２ａ，１２０２ｂを設置したシステムとなっ
ている。また，外部には図５と同様に画像処理装置５０
２（図示せず）が接続されているものとする。
【００５８】（実施の形態８の動作）次に，以上のよう
に構成されたシステムの動作について説明する。上記実
施の形態７で説明したように，ロボットアーム１０１に
装着されたＣＣＤカメラ１０２を回転機構１２０１によ
り９０°回転させ，撮像方向を９０°変えて基準面１２
０２ａと１２０２ｂ上のマーキング１２０３ａと１２０
３ｂとを撮像する。そして，図１３に示すような重ね合
わせ画像を得て角度θのあおり角度を検出し，機械的な
あおり補正を実行する。
に構成されたシステムの動作について説明する。上記実
施の形態７で説明したように，ロボットアーム１０１に
装着されたＣＣＤカメラ１０２を回転機構１２０１によ
り９０°回転させ，撮像方向を９０°変えて基準面１２
０２ａと１２０２ｂ上のマーキング１２０３ａと１２０
３ｂとを撮像する。そして，図１３に示すような重ね合
わせ画像を得て角度θのあおり角度を検出し，機械的な
あおり補正を実行する。
【００５９】〔実施の形態９〕 （実施の形態９の構成）図１５は，実施の形態９に係る
ロボットアームの状態検出方法を用いた装置の構成を示
す説明図である。この装置は，前述の図１１に対し，ロ
ボットアーム１０１の回転軸方向と垂直にそれぞれ撮像
方向が１８０°異なるＣＣＤカメラ１５０１ａ，１５０
１ｂを固定した構成とする。
ロボットアームの状態検出方法を用いた装置の構成を示
す説明図である。この装置は，前述の図１１に対し，ロ
ボットアーム１０１の回転軸方向と垂直にそれぞれ撮像
方向が１８０°異なるＣＣＤカメラ１５０１ａ，１５０
１ｂを固定した構成とする。
【００６０】（実施の形態９の動作）次に，以上のよう
に構成された装置の動作について説明する。基準円筒６
０１の基準線を撮像し，基準線の接線と撮像面内の水平
方向とのなす角を，片方の角度を１８０°位相をずらし
て比較する。
に構成された装置の動作について説明する。基準円筒６
０１の基準線を撮像し，基準線の接線と撮像面内の水平
方向とのなす角を，片方の角度を１８０°位相をずらし
て比較する。
【００６１】図１６に示すようにロボットアーム１０１
と回転軸とが一致し，あおり成分をもつ場合，片方の位
相を１８０°ずらすと，図１７に示すように，点Ａでの
接線のＲへの写像と点部での接線のなす角度は完全に一
致する。
と回転軸とが一致し，あおり成分をもつ場合，片方の位
相を１８０°ずらすと，図１７に示すように，点Ａでの
接線のＲへの写像と点部での接線のなす角度は完全に一
致する。
【００６２】また，図１８にロボットアーム１０１が回
転軸と一致しておらず，回転軸が鉛直下向きの場合を示
し，その２つのＣＣＤカメラ１５０１ａ，１５０１ｂで
撮像した個々の角度変化を図１９に示す。さらに，図２
０にロボットアーム１０１と回転軸が一致しておらず，
かつ，回転軸と鉛直下向きも一致してない場合を示し，
その２つのＣＣＤカメラ１５０１ａ，１５０１ｂで撮像
した個々の角度変化を図２１に示す。
転軸と一致しておらず，回転軸が鉛直下向きの場合を示
し，その２つのＣＣＤカメラ１５０１ａ，１５０１ｂで
撮像した個々の角度変化を図１９に示す。さらに，図２
０にロボットアーム１０１と回転軸が一致しておらず，
かつ，回転軸と鉛直下向きも一致してない場合を示し，
その２つのＣＣＤカメラ１５０１ａ，１５０１ｂで撮像
した個々の角度変化を図２１に示す。
【００６３】したがって，上記図１９と図２１とでは，
画像で得られる接線の画像面内での高さが異なるため，
両者の結果をずらしている。そして，これらの結果に基
づいて誤差要因を判断する。
画像で得られる接線の画像面内での高さが異なるため，
両者の結果をずらしている。そして，これらの結果に基
づいて誤差要因を判断する。
【００６４】〔実施の形態１０〕 （実施の形態１０の構成）図２２は，実施の形態１０に
係るロボットアームの検出システムの構成を示す説明図
であり，上記実施の形態９に基づくシステム構成をなし
ており，ここではその要部のみを示している。すなわ
ち，ロボットアーム１０１の先端に撮像方向が１８０°
異なるＣＣＤカメラ１５０１ａ，１５０１ｂを装着した
構成となっている。
係るロボットアームの検出システムの構成を示す説明図
であり，上記実施の形態９に基づくシステム構成をなし
ており，ここではその要部のみを示している。すなわ
ち，ロボットアーム１０１の先端に撮像方向が１８０°
異なるＣＣＤカメラ１５０１ａ，１５０１ｂを装着した
構成となっている。
【００６５】（実施の形態１０の動作）次に，以上のよ
うに構成されたシステムの動作について説明する。上記
実施の形態９で説明したように，基準円筒６０１の基準
線を撮像し，基準線の接線と撮像面内の水平方向とのな
す角を，片方の角度を１８０°位相をずらして比較し，
前述と同様な処理を実行する。
うに構成されたシステムの動作について説明する。上記
実施の形態９で説明したように，基準円筒６０１の基準
線を撮像し，基準線の接線と撮像面内の水平方向とのな
す角を，片方の角度を１８０°位相をずらして比較し，
前述と同様な処理を実行する。
【００６６】
【発明の効果】以上説明したように，本発明に係るロボ
ットアームの状態検出方法（請求項１）によれば，ロボ
ットなどによる自動組み付けにおいて画像処理により位
置決めを行う際，ロボットアームの回転軸方向と撮像方
向とが一致しており，軸が軸回りに回転する機構を備え
ている場合，軸の回転中心位置と一致する画像面内の座
標を検出し，軸の回転中心を画像面内の基準座標とし
て，軸と検出対象物との相対位置を検出するため，ロボ
ットアームとその先端に固定されている撮像手段とのオ
フセット量が明確になり，回転中心を画像中での座標で
得られ，位置決め・位置検出のロボットアームに対する
基準点を高精度で決定することができる。
ットアームの状態検出方法（請求項１）によれば，ロボ
ットなどによる自動組み付けにおいて画像処理により位
置決めを行う際，ロボットアームの回転軸方向と撮像方
向とが一致しており，軸が軸回りに回転する機構を備え
ている場合，軸の回転中心位置と一致する画像面内の座
標を検出し，軸の回転中心を画像面内の基準座標とし
て，軸と検出対象物との相対位置を検出するため，ロボ
ットアームとその先端に固定されている撮像手段とのオ
フセット量が明確になり，回転中心を画像中での座標で
得られ，位置決め・位置検出のロボットアームに対する
基準点を高精度で決定することができる。
【００６７】また，本発明に係るロボットアームの状態
検出方法（請求項２）によれば，光学倍率を既知の値と
して用いるため，画像面内に軸の回転中心が存在しなく
ても，画像平面を拡張した仮想の画像平面中の座標とし
て回転中心を検出し，検出対象の位置検出・位置決めを
軸の回転中心を基準として，軸中心と画像による検出対
象の相対位置を高精度で補正することができる。
検出方法（請求項２）によれば，光学倍率を既知の値と
して用いるため，画像面内に軸の回転中心が存在しなく
ても，画像平面を拡張した仮想の画像平面中の座標とし
て回転中心を検出し，検出対象の位置検出・位置決めを
軸の回転中心を基準として，軸中心と画像による検出対
象の相対位置を高精度で補正することができる。
【００６８】また，本発明に係るロボットアームの検出
システム（請求項３）によれば，ロボットアームが回転
機構を備えていなくても，回転中心位置が分かっている
回転機構をロボットアームの軸の取付け部に設け，上記
請求項１の検出方法を用いるため，撮像手段の撮像素子
の位置決め誤差や設計交差などを考慮しなくても，外部
より計測可能な機械誤差要因のみにより画像の基準座標
を得ることができる。
システム（請求項３）によれば，ロボットアームが回転
機構を備えていなくても，回転中心位置が分かっている
回転機構をロボットアームの軸の取付け部に設け，上記
請求項１の検出方法を用いるため，撮像手段の撮像素子
の位置決め誤差や設計交差などを考慮しなくても，外部
より計測可能な機械誤差要因のみにより画像の基準座標
を得ることができる。
【００６９】また，本発明に係るロボットアームの状態
検出方法（請求項４）によれば，ロボットアームの軸方
向と回転軸とが一致していることが予想される場合，軸
の回転機構と，軸方向と垂直な方向を撮像する撮像手段
により，画像面内の水平な列と平行になる角度を検出す
るため，ロボットアーム軸のあおり方向を検出すること
ができる。
検出方法（請求項４）によれば，ロボットアームの軸方
向と回転軸とが一致していることが予想される場合，軸
の回転機構と，軸方向と垂直な方向を撮像する撮像手段
により，画像面内の水平な列と平行になる角度を検出す
るため，ロボットアーム軸のあおり方向を検出すること
ができる。
【００７０】また，本発明に係るロボットアームの状態
検出方法（請求項５）によれば，請求項４に記載の第５
の工程において検出されたあおり角度方向における原点
と基準線との距離を記憶しておき，さらに，ロボットア
ームを軸回りに１８０°回転したときの画像面内の原点
と基準線との距離を検出し，これを上記記憶値とを比較
するため，あおりによる撮像距離の微妙な変化を無視し
て，ロボットアームのあおり角度を検出することができ
る。
検出方法（請求項５）によれば，請求項４に記載の第５
の工程において検出されたあおり角度方向における原点
と基準線との距離を記憶しておき，さらに，ロボットア
ームを軸回りに１８０°回転したときの画像面内の原点
と基準線との距離を検出し，これを上記記憶値とを比較
するため，あおりによる撮像距離の微妙な変化を無視し
て，ロボットアームのあおり角度を検出することができ
る。
【００７１】また，本発明に係るロボットアームの検出
システム（請求項６）によれば，上記請求項４または５
に記載のロボットアームの状態検出方法を用いたロボッ
トアームのあおり角度を検出するシステムが実現する。
システム（請求項６）によれば，上記請求項４または５
に記載のロボットアームの状態検出方法を用いたロボッ
トアームのあおり角度を検出するシステムが実現する。
【００７２】また，本発明に係るロボットアームの状態
検出方法（請求項７）によれば，あおり方向が既知であ
る場合，ロボットアームの任意の方向のあおり角を検出
するため，機械的なあおりを補正することが可能とな
る。
検出方法（請求項７）によれば，あおり方向が既知であ
る場合，ロボットアームの任意の方向のあおり角を検出
するため，機械的なあおりを補正することが可能とな
る。
【００７３】また，本発明に係るロボットアームの検出
システム（請求項８）によれば，上記請求項７に記載の
ロボットアームの状態検出方法を用いたロボットアーム
のあおり角度を検出するシステムが実現する。
システム（請求項８）によれば，上記請求項７に記載の
ロボットアームの状態検出方法を用いたロボットアーム
のあおり角度を検出するシステムが実現する。
【００７４】また，本発明に係るロボットアームの状態
検出方法（請求項９）によれば，上記請求項９に記載の
各工程を用いるため，ロボットアームとその回転軸が一
致しているかどうか，および回転軸と鉛直下向きとが一
致しているかを判断することができる。
検出方法（請求項９）によれば，上記請求項９に記載の
各工程を用いるため，ロボットアームとその回転軸が一
致しているかどうか，および回転軸と鉛直下向きとが一
致しているかを判断することができる。
【００７５】また，本発明に係るロボットアームの検出
システム（請求項１０）によれば，上記請求項９に記載
のロボットアームの状態検出方法を用いたロボットアー
ムのあおり状態を検出するシステムが実現する。
システム（請求項１０）によれば，上記請求項９に記載
のロボットアームの状態検出方法を用いたロボットアー
ムのあおり状態を検出するシステムが実現する。
【図１】実施の形態１に係るロボットアームの状態検出
方法を用いた装置の構成を示す説明図である。
方法を用いた装置の構成を示す説明図である。
【図２】実施の形態１に係るロボットアームの状態検出
方法を示す説明図である。
方法を示す説明図である。
【図３】実施の形態２に係るロボットアームの状態検出
方法を用いた装置の構成を示す説明図である。
方法を用いた装置の構成を示す説明図である。
【図４】実施の形態２に係るロボットアームの状態検出
方法を示す説明図である。
方法を示す説明図である。
【図５】実施の形態３に係るロボットアームの検出シス
テムの構成を示す説明図である。
テムの構成を示す説明図である。
【図６】実施の形態４に係るロボットアームの状態検出
方法を用いた装置の構成を示す説明図である。
方法を用いた装置の構成を示す説明図である。
【図７】実施の形態４に係る円筒の内側に円周と平行に
基準線を施した基準円筒の基準線を撮像した場合の画像
を示す説明図である。
基準線を施した基準円筒の基準線を撮像した場合の画像
を示す説明図である。
【図８】実施の形態４に係るあおり検出原理を示す説明
図である。
図である。
【図９】実施の形態４に係るＣＣＤカメラによる撮像画
像を示す説明図である。
像を示す説明図である。
【図１０】実施の形態５に係るロボットアームの状態検
出方法を示す説明図である。
出方法を示す説明図である。
【図１１】実施の形態６に係るロボットアームの状態検
出システムを示す説明図である。
出システムを示す説明図である。
【図１２】実施の形態７に係るロボットアームの状態検
出方法を用いた装置の構成を示す説明図である。
出方法を用いた装置の構成を示す説明図である。
【図１３】実施の形態７に係るロボットアームの状態検
出方法を示す説明図である。
出方法を示す説明図である。
【図１４】実施の形態８に係るロボットアームの検出シ
ステムの構成を示す説明図である。
ステムの構成を示す説明図である。
【図１５】実施の形態９に係るロボットアームの状態検
出方法を示す説明図である。
出方法を示す説明図である。
【図１６】実施の形態９に係るロボットアームおよびＣ
ＣＤカメラの回転状態例（その１）を示す説明図であ
る。
ＣＤカメラの回転状態例（その１）を示す説明図であ
る。
【図１７】図１６における状態における点Ａでの接線の
Ｒへの写像と点Ｂでの接線のなす角度を示す説明図であ
る。
Ｒへの写像と点Ｂでの接線のなす角度を示す説明図であ
る。
【図１８】実施の形態９に係るロボットアームおよびＣ
ＣＤカメラの回転状態例（その２）を示す説明図であ
る。
ＣＤカメラの回転状態例（その２）を示す説明図であ
る。
【図１９】図１８における２つのＣＣＤカメラでとらえ
た個々の角度変化を示す説明図である。
た個々の角度変化を示す説明図である。
【図２０】実施の形態９に係るロボットアームおよびＣ
ＣＤカメラの回転状態例（その３）を示す説明図であ
る。
ＣＤカメラの回転状態例（その３）を示す説明図であ
る。
【図２１】図２０における２つのＣＣＤカメラでとらえ
た個々の角度変化を示す説明図である。
た個々の角度変化を示す説明図である。
【図２２】実施の形態１０に係るロボットアームの検出
システムの構成を示す説明図である。
システムの構成を示す説明図である。
１０１ ロボットアーム １０２ １５０１ａ，１５０１ｂ ＣＣＤカメラ １０３，１２０３ａ，１２０３ｂ マーキング １０４，１２０２ａ，１２０２ｂ 基準面 ２０１ 基準面の画像 ５０１ 着脱機構 ５０２ 画像処理装置 ６０１ 基準円筒 ７０１ 基準面内の垂線 ７０２ 基準線の接線 １２０１ 回転機構
Claims (10)
- 【請求項１】 ロボットアームの先端に装着された撮像
手段により撮像した画像から検出対象物の位置検出・位
置決めを行うロボットアームの状態検出方法において，
方向性のあるマーキングが施されている水平な基準面に
対し前記ロボットアーム回転軸上の垂直方向先端に前記
撮像手段の撮像方向を一致させて固定し，前記撮像手段
により前記マーキングを撮像し，該撮像したマーキング
の特徴点の座標を求める第１の工程と，前記第１の工程
により求めたマーキング画像の方向を求める第２の工程
と，前記第１の工程および第２の工程の結果に基づいて
前記ロボットアームの軸回りに適当な角度で回転する第
３の工程と，前記ロボットアームの回転前と回転後とに
おける前記マーキングの姿勢から前記ロボットアームの
回転中心を前記撮像された画像内の座標により検出する
第４の工程と，を含むことを特徴とするロボットアーム
の状態検出方法。 - 【請求項２】 ロボットアームの先端に装着された撮像
手段により撮像した画像から検出対象物の位置検出・位
置決めを行うロボットアームの状態検出方法において，
方向性のあるマーキングが施されている水平な基準面に
対し前記ロボットアーム回転軸上の垂直方向先端に前記
撮像手段の撮像方向を一致させて固定し，前記撮像手段
により前記マーキングを既知の光学倍率で撮像し，該撮
像したマーキングの特徴点の座標を求める第１の工程
と，前記第１の工程により求めたマーキング画像の方向
を求める第２の工程と，前記第１の工程および第２の工
程の結果に基づいて前記ロボットアームの軸回りに適当
な角度で回転する第３の工程と，前記ロボットアームの
回転前と回転後とにおける前記マーキングの姿勢および
前記光学倍率から前記ロボットアームの回転中心を仮想
の拡張撮像画像内の座標により検出する第４の工程と，
を含むことを特徴とするロボットアームの状態検出方
法。 - 【請求項３】 ロボットアームの先端に装着され，水平
な基準面に設けられた方向性のあるマーキングを撮像す
る撮像手段と，前記ロボットアームから前記撮像手段を
着脱可能にし，かつ前記ロボットアームの軸回りに回転
する機構を備えた取付け手段と，前記撮像手段により得
られた画像から座標と角度とを演算する演算手段と，を
具備し，前記演算手段が，前記請求項１または２に記載
のロボットアームの状態検出方法に基づいて，前記取付
け手段の中心を画像面内の座標として検出し，該検出値
を用いて前記ロボットアームと前記取付け手段とのオフ
セット補正を実行することを特徴とするロボットアーム
の検出システム。 - 【請求項４】 ロボットアームの先端に装着された撮像
手段により撮像した画像から検出対象物の位置検出・位
置決めを行うロボットアームの状態検出方法において，
前記ロボットアームの回転中心軸と前記撮像手段の撮像
素子とを垂直な一列で合わせ，その一列の任意の素子を
原点として撮像方向を前記ロボットアームに垂直に固定
する第１の工程と，水平な基準面に垂直に半径を前記ロ
ボットアームの回転中心から前記撮像手段の撮像距離ま
での距離をとる円筒を設置し，その円筒の内側に円周と
平行に基準線を設定する第２の工程と，前記ロボットア
ームの回転軸と前記撮像素子の原点から前記ロボットア
ームの回転軸へ垂直にのばした線との交点が前記円筒の
中心で，かつ前記基準線の高さになるように前記ロボッ
トアームを教示する第３の工程と，既知の角度を持たせ
ながら前記ロボットアームを軸回りに回転し，任意に前
記基準線を撮像する第４の工程と，前記第４の工程で撮
像された基準線の画像面内での原点を通る垂線との交点
での接線と画像の垂線との角度が９０°になる角度を検
出し，前記ロボットアームのあおり角度を検出する第５
の工程と，を含むことを特徴とするロボットアームの状
態検出方法。 - 【請求項５】 前記請求項４に記載の第５の工程におい
て検出されたあおり角度方向における原点と基準線との
距離を記憶し，前記ロボットアームを軸回りに１８０°
回転し，画像面内の原点と基準線との距離を検出し，該
検出値と前記記憶値とを比較し，前記ロボットアームの
あおり角度を検出することを特徴とするロボットアーム
の状態検出方法。 - 【請求項６】 水平な基準面に垂直に設定・固定された
あおり検出のための基準円筒と，ロボットアームの先端
に，撮像方向と軸方向とを垂直にして固定された撮像手
段と，前記ロボットアームの回転中心軸と前記撮像手段
の垂直な一列が平行に，軸方向と撮像方向とが垂直にな
るように回転する機構を備えた取付け手段と，前記請求
項４または５に記載のロボットアームの状態検出方法に
基づいて，前記撮像手段により得られた画像から基準線
の接線と画像面内の原点を通る垂線とのなす角度を演算
する演算手段と，を具備することを特徴とするロボット
アームの検出システム。 - 【請求項７】 ロボットアームの先端に装着された撮像
手段により撮像した画像から検出対象物の位置検出・位
置決めを行うロボットアームの状態検出方法において，
水平な第１基準面および該第１基準面に対し既知の角度
を持った第２基準面のそれぞれの面に設けられ，方向性
があり，かつ等距離に設けられたマーキングを設け，前
記撮像手段により水平な第１基準面に設けられた第１基
準面上のマーキングを撮像する第１の工程と，前記撮像
手段により第２基準面上のマーキングを撮像する第２の
工程と前記第１の工程および第２の工程により得られた
２つのマーキング画像の特徴点の座標を求め，さらにマ
ーキングの方向を得る第３の工程と，前記ロボットアー
ムの中心軸を軸方向に垂直に適当な角度で回転する第４
の工程と，前記ロボットアームの回転前と回転後とのマ
ーキング姿勢から前記第２基準面方向のあおり角度を検
出し，補正する第５の工程と，を含むことを特徴とする
ロボットアームの状態検出方法。 - 【請求項８】 それぞれの面に方向性を有し，かつ等距
離の位置にマーキングを施した水平な第１基準面，およ
び該第１基準面に対し既知の角度を持った第２基準面
と，ロボットアームの先端に装着され，前記第１基準面
および第２基準面を撮像する撮像手段と，前記請求項７
に記載のロボットアームの状態検出方法に基づいて，前
記撮像手段により得られた画像から座標および角度を計
算する演算手段と，を具備することを特徴とするロボッ
トアームの検出システム。 - 【請求項９】 ロボットアームの先端に装着された撮像
方向が各々１８０°異なる２つ撮像手段により撮像した
画像から検出対象物の位置検出・位置決めを行うロボッ
トアームの状態検出方法であって，前記２つの撮像手段
でそれぞれ検出した基準線の接線と画像面内を通る垂線
とのなす角度が，前記ロボットアームの回転角度の変位
により１８０°の位相ずれがある場合，前記ロボットア
ームの回転軸とロボットアームが一致し，鉛直下向きと
はずれていると判断する工程と，前記２つの撮像手段の
何れか一方の基準線と垂線との交点が他方よりも画面内
で高い位置にあり，かつ垂線と基準線の接線とが垂直で
あれば，前記ロボットアームの回転軸とロボットアーム
が一致しておらず，回転軸が鉛直下向きと判断する工程
と，上記工程で垂直でなければ前記ロボットアームの回
転軸とロボットアームとが一致しておらず，回転軸も鉛
直下向きと一致していないと判断する工程と，を含むこ
とを特徴とする請求項４または５に記載のロボットアー
ムの状態検出方法。 - 【請求項１０】 水平な基準面に垂直に設定・固定され
たあおり検出のための基準円筒と，ロボットアームの先
端にそれぞれ撮像方向が１８０°異なる撮像手段と，前
記請求項９に記載のロボットアームの状態検出方法に基
づいて，前記撮像手段により得られた画像から基準線の
接線と画像面内の原点を通る垂線とのなす角度を演算す
る演算手段と，を具備することを特徴とするロボットア
ームの検出システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18530396A JP3511551B2 (ja) | 1996-06-27 | 1996-06-27 | ロボットアームの状態検出方法および検出システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18530396A JP3511551B2 (ja) | 1996-06-27 | 1996-06-27 | ロボットアームの状態検出方法および検出システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH106264A true JPH106264A (ja) | 1998-01-13 |
| JP3511551B2 JP3511551B2 (ja) | 2004-03-29 |
Family
ID=16168505
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18530396A Expired - Fee Related JP3511551B2 (ja) | 1996-06-27 | 1996-06-27 | ロボットアームの状態検出方法および検出システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3511551B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN107363823A (zh) * | 2017-06-21 | 2017-11-21 | 深圳市恒科通机器人有限公司 | 机械臂的坐标标定方法 |
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-
1996
- 1996-06-27 JP JP18530396A patent/JP3511551B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| WO2020173240A1 (zh) * | 2019-02-27 | 2020-09-03 | 广东拓斯达科技股份有限公司 | 图像采集装置标定方法、装置、计算机设备和存储介质 |
| CN113795358A (zh) * | 2019-06-17 | 2021-12-14 | 西门子（中国）有限公司 | 一种坐标系校准方法、装置和计算机可读介质 |
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| US11644302B2 (en) | 2020-07-24 | 2023-05-09 | Keenon Robotics Co., Ltd. | Method and apparatus for determining pose information of a robot, device and medium |
| CN114882103A (zh) * | 2022-04-20 | 2022-08-09 | 南昌龙旗信息技术有限公司 | 手写笔螺母对位方法、装置、设备及存储介质 |
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