JPH1089943A - 物体位置決め方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】短時間で安定的に物体の特徴量の検出ができ、
情報処理量の面から参照モデルとの対応付けが容易な物
体位置決め方法及び装置を提供する。 【解決手段】物体の特徴部位をセンサ特徴量として計測
するセンサ３を搭載したマニピュレータ１にて物体の位
置決めを行うに当り、マニピュレータ１の運動をモーシ
ョンコントローラ２、カウンタボード８、パソコンＰＣ
１を介してモニタし、センサ３による計測結果とマニピ
ュレータ１の運動情報に基づいてパソコンＰＣ２にて物
体の位置姿勢を推定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＦＡ（factory au
tomation）分野における加工や組立などで重要となる物
体の位置姿勢を推定する物体の位置決め方法及び装置に
係り、特に物体の位置姿勢推定値を算出するとともにそ
の値の確からしさを表わす信頼度をも同時に算出する物
体位置決め方法及びそれを実施するための装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】今日の製造業界における加工や組立作業
の現場では、ロボットシステムによる自動化が進んでい
る。しかし、このようなロボットシステムの多くは外界
センサを持たないいわゆる教示再生型ロボットである。
したがって、作業対象である物体の位置ずれに脆弱であ
り、ずれが大きい場合には十分な作業品質が得られない
という問題が生じる。

【０００３】かかる問題を解決するため、近年のロボッ
トシステムには、センサにて物体を直接計測し、当該物
体の位置あるいは位置姿勢を決めるためのセンシング技
術の導入が試みられている。特に、２次元視覚システム
による物体の位置決めについてはかなりのレベルまで技
術が成熟し、コストパフォーマンスの高い製品が提供さ
れている。しかし、３次元物体の位置姿勢を高精度に求
めることは今日でもかなり困難な課題を含み、様々な角
度から研究開発が進められている。

【０００４】ところで、３次元物体の位置姿勢の推定に
関する従来技術では、センサによる物体計測とそれを用
いた物体特徴の認識、さらにその結果を用いた位置姿勢
の推定が基本要素になる。このうちセンサによる計測法
には能動法と受動法とがあるが、能動法が多用されてい
る。

【０００５】この能動法は、計測の対象物体に電磁波を
照射しその反射を測定することにより距離を計測するも
ので、レーザ光を用いた光投影法に基づく手法が主流で
ある。現状では計測環境や計測対象に制限はあるが、計
測目的に応じて計測原理を選択すれば高速・高精度計測
が可能となり、コスト的に有利であり、しかも対象の密
な距離画像が取得できるなどの利点があって、実用レベ
ルのものも出ている。

【０００６】しかし、限られた視野しか持たないセンサ
にて対象物体の全距離画像を一度に取得することは一般
的に困難なことから、ロボット等に搭載したセンサによ
り物体の所定箇所の距離画像を逐次計測処理するアクテ
ィブビジョン方式が有力な方法とされている。いずれに
しても物体の距離画像を得ることができれば，次はその
情報から物体のエッジや平面などの特徴を認識し、それ
と予め計算機内に作成しておいた参照モデルとのマッチ
ングをとることにより物体の位置姿勢を推定することに
なる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、３次元物体
の位置姿勢の推定に関する従来技術には次のような問題
がある。まず、特殊な用途のものを除けば現在実用化さ
れている産業用センサの視野はたかだか幅数十mmであ
る。したがって物体をカバーする十分な量の距離画像を
取得するためにはセンサによる計測動作に多大な時間を
費やす必要があるという問題である。

【０００８】次に、センシングして得た画像情報から物
体の平面やエッジなどの特徴量を抽出することになる
が、物体のエッジには一般的に傷や汚れなどが存在する
ことから、安定的にエッジを検出することができない場
合があるという問題である。特に、かかる場合には、参
照モデルの特徴量との対応付けを困難にし、それを補う
ための情報処理には大きな負荷がかかるという問題が生
じる。

【０００９】続いて、物体のエッジなどが抽出された
後、今度はそれらを参照モデルの特徴量と対応付けし、
さらに物体の位置姿勢変化を表す運動パラメータを算出
して、物体の位置姿勢を推定する必要がある。しかし、
従来技術ではその推定結果の確からしさを提示しないた
め、推定結果を受けた後工程での作業や処理に十分な信
頼性が得られないという問題が生じる。

【００１０】ここにおいて本発明の解決すべき主要な目
的は、次の通りである。本発明の第１の目的は、短時間
で安定的に物体の特徴量の検出ができ、参照モデルとの
対応付けが容易な物体位置決め方法及びこれを実施する
ための装置を提供せんとするものである。

【００１１】本発明の第２の目的は、物体の特徴量を用
いた位置姿勢の推定結果の信頼性を提示することによ
り、後工程での作業や処理に十分な信頼性を与える物体
位置決め方法及びこれを実施するための装置を提供せん
とするものである。

【００１２】本発明のその他の目的は、明細書、図面、
特に特許請求の範囲の各請求項の記載から自ずと明らか
となろう。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、マニピュレー
タに搭載したセンサによる計測結果と当該マニピュレー
タの運動情報に基づいて物体の特徴部位をセンサ特徴量
として計測し、物体の位置姿勢を推定する。よって、短
時間で安定的に物体の特徴量の検出ができ、参照モデル
との対応付けが容易となる。さらに具体的詳細に述べる
と、当該課題の解決では、本発明が次に列挙するそれぞ
れの新規な特徴的構成手法または手段を採用することに
より、前記目的を達成する。

【００１４】すなわち、本発明方法の第１の特徴は、物
体の特徴部位をセンサ特徴量として計測するセンサを搭
載したマニピュレータにて当該物体の位置決めを行うに
当り、前記センサによる計測結果と前記マニピュレータ
の運動情報に基づいて前記物体の位置姿勢を推定してな
る物体位置決め方法の構成採用にある。

【００１５】本発明方法の第２の特徴は、前記本発明方
法の第１の特徴における前記センサ特徴量が、前記セン
サにより計測データとして得られた偏向点列のデータ情
報処理することにより認識してなる物体位置決め方法の
構成採用にある。

【００１６】本発明方法の第３の特徴は、前記本発明方
法の第２の特徴における前記センサ特徴量が、前記偏向
点列データに依存したセンサ特徴量の確からしさを表わ
すセンサ特徴量信頼度を付与されてなる物体位置決め方
法の構成採用にある。

【００１７】本発明方法の第４の特徴は、前記本発明方
法の第１、第２又は第３の特徴における前記センサ特徴
量が、前記物体のエッジの屈曲点により認識されてなる
物体位置決め方法の構成採用にある。

【００１８】本発明方法の第５の特徴は、前記本発明方
法の第４の特徴における前記物体のエッジの屈曲点が、
物体の端点を特定してなる物体位置決め方法の構成採用
にある。

【００１９】本発明方法の第６の特徴は、前記本発明方
法の第５の特徴における前記物体の端点の特定が、前記
センサと前記マニピュレータとを統合操作することによ
り、前記センサにて連続して検出可能である前記センサ
特徴量が検出不能となった点、或は前記センサにて検出
不能であった前記センサ特徴量が検出可能となった点と
してなる物体位置決め方法の構成採用にある。

【００２０】本発明方法の第７の特徴は、前記本発明方
法の第５又は６の特徴における前記センサ特徴量信頼度
が、前記マニピュレータの運動情報に基づいて、前記物
体の端点の特定の確からしさを表す第１の信頼度として
算出されてなる物体位置決め方法の構成採用にある。

【００２１】本発明方法の第８の特徴は、前記本発明方
法の第７の特徴における前記第１の信頼度が、前記マニ
ピュレータの移動速度に依存してなる物体位置決め方法
の構成採用にある。

【００２２】本発明方法の第９の特徴は、前記本発明方
法の第６、第７又は第８の特徴における前記センサ特徴
量信頼度が、特定された前記物体の複数の端点と、当該
端点と同数の対応関係が既知である所定の基準点との写
像関係を利用して、計測した物体の縮尺変数を求めて、
当該縮尺変数の値により当該物体の位置姿勢推定の確か
らしさを表わす第２の信頼度として算出されてなる物体
位置決め方法の構成採用にある。

【００２３】本発明方法の第１０の特徴は、前記本発明
方法の第９の特徴における前記写像関係が、回転、並
進、縮尺を表す各変数によって規定されてなる物体位置
決め方法の構成採用にある。

【００２４】本発明方法の第１１の特徴は、前記本発明
方法の第９又は第１０の特徴における前記第２の信頼度
が、最少二乗推定における残差に基づいて算出してなる
物体位置決め方法の構成採用にある。

【００２５】本発明方法の第１２の特徴は、前記本発明
方法の第９、第１０又は第１１の特徴における前記基準
点が、予めモデル物体を基準位置で固定して置き、前記
物体の端点と同様に、前記マニピュレータの運動情報と
前記センサによる計測結果にて前記モデル物体の端点と
して求めてなる物体位置決め方法の構成採用にある。

【００２６】本発明方法の第１３の特徴は、前記本発明
方法の第９、第１０、第１１又は第１２の特徴における
前記第２の信頼度が、前記物体を加工ロボットにて加工
するに当り、当該加工ロボットの前記物体に対するアプ
ローチ距離およびアプローチ速度の決定に利用してなる
物体位置決め方法にある。

【００２７】本発明方法の第１４の特徴は、前記本発明
方法の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第
８、第９、第１０、第１１、第１２又は第１３の特徴に
おける前記センサが、レーザーレンジセンサである物体
位置決め方法の構成採用にある。

【００２８】本発明方法の第１５の特徴は、前記本発明
方法の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第
８、第９、第１０、第１１、第１２、第１３又は第１４
の特徴における前記マニピュレータの運動情報が、各関
節のエンコーダ情報を各関節角情報に変換し、演算処理
して得た前記マニピュレータ手先位置姿勢情報である物
体位置決め方法の構成採用にある。

【００２９】本発明方法の第１６の特徴は、前記本発明
方法の第１５の特徴における前記センサ特徴量が、前記
センサにより得られたセンサ座標系表現を前記マニピュ
レータ手先位置姿勢情報により絶対座標系に変換されて
算出されてなる物体位置決め方法の構成採用にある。

【００３０】本発明装置の第１の特徴は、物体の特徴部
位をセンサ特徴量として計測するセンサと、当該センサ
を搭載したマニピュレータと、当該マニピュレータの先
端に装着され、前記物体を把持するハンドと、前記セン
サによる計測結果と前記マニピュレータの運動情報に基
づいて前記物体の位置姿勢を推定する計算機と、を備え
てなる物体位置決め装置の構成採用にある。

【００３１】本発明装置の第２の特徴は、前記本発明装
置の第１の特徴における前記計算機が、前記センサと前
記マニピュレータとを統合操作することにより、前記セ
ンサにて連続して検出可能である前記センサ特徴量が検
出不能となった点、或は前記センサにて検出不能であっ
た前記センサ特徴量が検出可能となった点を前記物体の
端点として特定し、前記物体の位置姿勢を推定する演算
機能を有してなる物体位置決め装置の構成採用にある。

【００３２】本発明装置の第３の特徴は、前記本発明装
置の第１又は第２の特徴における前記計算機が、前記マ
ニピュレータの運動情報に基づいて、前記物体の端点の
特定の確からしさを表す第１の信頼度を算出する機能を
有してなる物体位置決め装置の構成採用にある。

【００３３】本発明装置の第４の特徴は、前記本発明装
置の第１、第２又は第３の特徴における前記計算機が、
特定された前記物体の複数の端点と、当該端点と同数の
対応関係が既知である所定の基準点との写像関係を利用
して、計測した物体の縮尺変数を求めて、当該縮尺変数
の値により当該物体の位置姿勢推定の確からしさを表す
第２の信頼度を算出する機能を有してなる物体位置決め
装置の構成採用にある。

【００３４】本発明装置の第５の特徴は、前記本発明装
置の第１、第２、第３又は第４の特徴における前記セン
サが、レーザーレンジセンサである物体位置決め装置の
構成採用にある。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の実施の形態を、その装置例、方法例及び応用例に基
づいて説明する。

【００３６】（装置例）図１は本発明に係る装置例の物
体位置決め装置αの構成を示す。同図に示す通り、本装
置例の物体位置決め装置αは、マニピュレータ１、モー
ションコントローラ２、マニピュレータ１に搭載された
１個のセンサ３、センサコントローラ４、マニピュレー
タ１に搭載された１個の空気圧制御多指のハンド５、ワ
ークＷを設置するための１台の作業用のステーション
６、ステーション６上にワークＷを固定するための空気
圧制御多指のハンド７、カウンタボード８、マニピュレ
ータ１の運動情報をモニタするパソコンＰＣ１、空気圧
制御多指のハンド５、７の開閉やセンサコントローラ４
に指令を出すパソコンＰＣ２から構成される。

【００３７】マニピュレータ１は、６自由度を持ち、モ
ーションコントローラー２にて制御される。モーション
コントローラ２には、予め基準位置に置かれたワークＷ
の特徴部分をセンサ３にて検出する教示データが与えら
れている。

【００３８】センサ３は、光切断型レーザレンジセンサ
であって、レーザビームを一定範囲に偏向照射してワー
クＷからの反射光を受光して三角測量の原理でワークＷ
との間の拡がり方向と奥行き方向の２自由度の距離を計
測する。ワークＷのエッジ部分にセンサ３が位置した場
合、計測データは偏向点列Ｄのデータとして得られ、そ
れをセンサコントローラ４で情報処理することにより物
体のエッジの屈曲点をセンサ特徴量として認識する。

【００３９】

【外１】 空気圧多指のハンド５、７は、６本のピンを円周上に配
置し、それを一定の空気圧でコンプライアンスにワーク
Ｗを把持できるものである。ハンド５、７は、マニピュ
レータ１の他にステーション６にも取付けられ、ワーク
Ｗを固定する汎用治具として利用される。

【００４０】（方法例）次に、前記物体位置決め装置α
を使用した物体位置決め方法の方法例を、その概要説明
と詳細説明に分けて述べる。

【００４１】［概要説明］先ず、教示データに基づいて
モーションコントローラ２がマニピュレータ１を動作さ
せる。すると、カウンタボード８では、マニピュレータ
１の内界センサからのエンコーダ情報を関節角度情報に
変換し、トランスピュータＴＲＰ１によりロボット手先
位置姿勢（ロボット運動情報）を計算する。

【００４２】次に、ロボット運動情報は、パソコンＰＣ
１に搭載された２台のトランスピュータＴＲＰ２及びＴ
ＲＰ３に転送される。続いて、パソコンＰＣ２のＣＰＵ
はＳＣＳＩを介してセンサコントローラ４に要求を出
し、センサコントローラ４からセンサ特徴量を取得した
後、パソコンＰＣ１上のトランスピュータＴＲＰ３にロ
ボット運動情報取得のための要求を出す。

【００４３】そして、パソコンＰＣ２にてセンサ特徴量
とロボット運動情報を用いて、絶対座標で表したセンサ
特徴量を算出し、ワークＷの端点検出を行い、ワークＷ
の位置決めを行う。

【００４４】なお、本システムでは、マニピュレータ１
に搭載のセンサ３により得られたセンサ座標系表現のセ
ンサ特徴量がロボット運動情報により絶対座標系に変換
され、センサ特徴量の絶対座標が算出される。計測周期
は、センサ特徴量のみの場合は約16msec、ロボットの運
動情報のみの場合は約32msec、センサ情報とロボット運
動情報の両者を上記の方法で計測する場合には、パソコ
ンＰＣ２のＣＰＵとセンサ３、トランスピュータＴＲＰ
１が非同期であるために約32msecとなる。

【００４５】［詳細説明］図２は物体位置決めの対象と
なるワークＷの一例を示したものである。ワークＷの形
状は、センサ３による断面計測可能なエッジＥを有し、
かつそのエッジＥは端点を有するものとする。産業界に
見られる大部分の機械部品はこのような性状を有してい
る。センシングによりこの端点の近傍がワークＷの端点
Ｐ_wとして検出される。

【００４６】図３はワークの特徴部分を具体的に検出す
るＦＤ−ＬＤ法について示し、図４はＦＤ−ＬＤ法を実
行するためのアルゴリズムのフローを示す。ワークＷの
位置姿勢を算出するに当り、何らかの方法で予め求めた
基準位置に置かれたワークＷの特徴部分を参照モデルと
して保持し、その参照モデルと検出したワークＷの特徴
部分とを比較する必要がある。このワークＷの特徴部分
を検出する手法について示す。ワークＷの特徴部分はワ
ークＷを構成するエッジＥの端点Ｐ_wとする。

【００４７】最初に、マニピュレータ１は、センサ特徴
量Ｐ_sを検出しない位置にセンサ３を移動し、その後ワ
ークＷのエッジＥに沿ってセンサ３を移動させる。

【００４８】エッジＥの端点位置付近にセンサ３が来る
とセンサ特徴量Ｐ_sが検出され、それ以後センサ特徴量
Ｐ_sが検出され続ける。このようにセンサ特徴量Ｐ_sが検
出されない区間から、センサ特徴量Ｐ_sが検出される区
間にセンサ３が移動するとき、最初に検出されたセンサ
特徴量Ｐ_s,iをワークＷの端点Ｐ_w,jとして保持する。こ
の方法をＦＤ（First Detection）法と呼ぶことにす
る。

【００４９】また、マニピュレータ１を予めワークＷの
エッジＥ上に位置付けておき、センサ３がセンサ特徴量
Ｐ_sを検出している位置から、センサ特徴量Ｐ_sが検出さ
れない位置まで、ワークＷのエッジＥに沿ってセンサ３
を移動させる方法も可能である。このようにセンサ特徴
量が検出される区間から、センサ特徴量が検出されない
区間にセンサ３が移動するとき、最後に検出されたセン
サ特徴量Ｐ_s,kをワークの端点Ｐ_w,lとして保持する。こ
の方法をLD（Last Detection）法と呼ぶことにする。

【００５０】以上説明したＦＤ−ＬＤ法では、センサ特
徴量の検出の可否のみでワークＷの端点を認識して特定
するため認識のダイナミックレンジが広く、ほとんどの
物体について安定な計測が可能になるというメリットが
ある。

【００５１】上述したＦＤ−ＬＤ法の実行手順は、図４
に示すように、先ず、パソコンＰＣ２にてセンサコント
ローラ４を介してセンサ３を初期化し（ＳＴ１）、セン
シングを行うか否か（ＳＴ２）、センサ３のレーザがオ
ンか否か（ＳＴ３）判断される。そして、センシングを
行わない場合にはレーザがオフに設定され（ＳＴ４）、
センシングを行う場合にはレーザがオンに設定される
（ＳＴ５）。

【００５２】次に、パソコンＰＣ２はセンサコントロー
ラ４に要求を出し、センサコントローラ４からセンサ特
徴量を取得（ＳＴ６）した後、パソコンＰＣ１上にロボ
ット運動情報取得のための要求を出し、ロボット運動情
報（同次変換行列）を取得する（ＳＴ７）。そして、パ
ソコンＰＣ２にてセンサ特徴量とロボット運動情報を用
いて、ワークＷの端点検出を行い（ＳＴ８）、これをモ
ニタに描画する（ＳＴ９）。

【００５３】続いて、ＦＤ−ＬＤ法を用いたワークＷの
位置決め手順を詳細に説明する。 (a)最初にステーション６の汎用治具である空気圧多指
のハンド７によりワークＷが基準位置で固定されるよう
にし、この基準位置で固定されたワークＷに対して上記
ＦＤ−ＬＤ法によりワークＷの端点を３点以上検出可能
であり十分低速で移動するようにマニピュレータ１を教
示し、得られたワークＷの端点をモデルＰ_m,i（ｉ＝
１，２，…，ｎ）として保持する。

【００５４】(b)ワークＷの供給パレットは予め搬入さ
れるものとし、マニピュレータ１の手先をパレットまで
移動するように教示しておく。 (c)マニピュレータ１がパレットからワークＷを空気圧
多指のハンド５により把持した後、ステーション６上ま
でマニピュレータ１の手先位置が移動するように教示し
ておく。

【００５５】(d)ステーション６上の汎用治具までマニ
ピュレータ１の手先位置が来たら、把持したワークＷを
リリースし、逆に、ステーション６上の空気圧多指のハ
ンド７によりワークＷを固定する。この際、マニピュレ
ータ１側、あるいは治具側でワークＷを把持した後でワ
ークの位置ずれが起こる可能性があり、ワークＷが治具
によりどのように固定されたかはこの段階では未知であ
る。そこで、

【００５６】(e)モデルを得たのと同様な教示経路でマ
ニピュレータ１を移動し、ＦＤ−ＬＤ法によりステーシ
ョン６の汎用治具に固定されているワークＷのワーク端
点Ｐ_{w, j}（ｊ＝１，２，…，ｎ）を検出する。タクトタ
イムの制約上、この動作はある程度高速にせざるをえな
いので、検出されるワークＷの端点にはマニピュレータ
１の移動速度ｖに依存した検出誤差が生じる。

【００５７】図５はワーク端点検出位置とマニピュレー
タ１の手先並進速度ｖとの関係を示す。図５のグラフか
ら判るように、ｖの増加に伴って検出した特徴点位置の
ばらつきが著しくなる。そこで、まず、真値のまわりで
の検出精度が速度によってのみ影響されるとして、速度
ｖにおいてｋ番目に検出されたワーク端点Ｐ_w,kの信頼
度ｒ_v,kを式（1）で与える。

【００５８】

【数１】

【００５９】

【外２】

【００６０】

【外３】

【００６１】(f)ＦＤ−ＬＤ法によればワークＷの端点
がワーク内部（ロボット動作方向）に検出される傾向に
ある。したがってワーク端点Ｐ_wにより推定されるワー
クサイズはＰ_mより規定されるワークサイズに比して縮
尺されて計測される傾向を持つ。そこで、モデルＰ_mと
ワーク端点Ｐ_wとの写像関係を縮尺スケールまで考慮し
て求める。回転Ｒ、並進ｔ、縮尺ｃの各変数を用いる。
ワーク端点信頼度の低いワーク端点の影響を小さくする
ために、各ワーク端点のワーク端点信頼度ｒ_v,kに従っ
て重みづけすると、モデルと現在固定されているワーク
との位置ずれが以下の式で規定される。

【００６２】

【数２】

【００６３】式（2）を最小とするＲ、ｔ、ｃにより、
物体の位置姿勢が決定される。（例えば、Umeyama, "Le
ast-Squares Estimation of Transformation Parameter
s Between Two Point Patterns" ,IEEE Transactions o
n Pattern Analysis andMachine Intelligence,Vol.13,
No.4,APRIL 1991，pp376〜380）以上によって算出した
Ｒ、ｔ、ｃを同時変換行列△Tの形で示すと式（3）とな
る。

【００６４】

【数３】

【００６５】続いて、物体の位置姿勢推定結果について
述べる。図6は物体位置姿勢推定結果のモデルと検出ワ
ークの描画を示し、表１はワークに対するモデルの変換
パラメータを示し、表２はワーク端点の計測データと推
定値の関係を示す。

【００６６】

【表１】

【００６７】

【表２】

【００６８】対象のワークＷは薄板状ゴム（100×100×
3）である。最初にモデルＰ_mを計測し、ついで約１０度
ワークＷを回転させてワーク端点Ｐ_wを計測し、両者か
らΔＴを算出する。ここでは両者ともマニピュレータの
手先速度は十分低速とした。ワーク端点Ｐ_wと、モデル
Ｐ_mにΔＴを作用させた形状推定値Ｐ_mwとは本来一致す
べきである。実験結果によればＰ_wとＰ_mwとのそれぞれ
対応する値はほぼ一致している。したがって、ΔＴが適
切に算出されたことが確認できる。しかし、センシング
には一般に誤差が伴うことから、算出されたΔＴも不確
実性を考慮する必要がある。

【００６９】(g)実際の作業においては、ワークＷの端
点の欠けやエッジの傷、汚れなどにより、ワークＷの位
置姿勢ΔＴが不確実性をもつケースがある。

【外４】

【００７０】

【数４】 上述したように本方法例によれば、ワークＷの特徴量を
用いた位置姿勢の推定結果の信頼性が提示されるので、
後工程での作業や処理に十分な信頼性を与えることがで
きるという効果を奏する。

【００７１】(応用例)次に本発明の応用例について説明
する。図７は本発明の応用例の物体位置決め装置αとセ
ンサつき溶接ロボットβを組み合わせたシステムの構成
を示し、図８及び図９は本システムによる作業手順を示
し、図１０は物体位置決め装置αにより算出された信頼
度ｒwによる溶接ロボットβの溶接開始点変更パラメー
タを示す。

【００７２】物体位置決め装置αでは、先ず、前記方法
例の手法にて、基準位置に置かれたワークＷの端点Ｐ_m
をモデルデータとして与える（Ｓ１）。

【００７３】

【外５】

【００７４】溶接ロボットβでは、予め基準位置に置か
れたワークＷに対して溶接開始点Ｏが教示され、当該教
示データを保持する（Ｓ４）。そして、算出された物体
の位置姿勢推定値により、溶接開始点の推定を行う。こ
のとき、ワークＷに一部欠けがあるような場合には誤っ
た溶接開始点が推定され、最悪の場合、溶接ロボットβ
の手先とワークが干渉する。

【００７５】

【外６】

【００７６】

【外７】

【００７７】このように、物体位置決め装置αが物体の
位置姿勢推定値およびその信頼度を算出することによっ
て、溶接ロボットβの手先とワークＷとの干渉を防ぎ、
なおかつ、高効率高信頼に溶接開始点Ｏを発見すること
が可能となる。

【００７８】以上本発明の代表的な装置例、方法例及び
応用例について説明したが、本発明は必ずしも当該装置
例の手段及び当該方法例の手法等だけに限定されるもの
ではない。本発明の目的を達成し、後述する効果を有す
る範囲内において適宜変更して実施することができるも
のである。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、マ
ニピュレータに搭載したセンサによる計測結果と当該マ
ニピュレータの運動情報に基づいて物体の特徴部位をセ
ンサ特徴量として計測し、物体の位置姿勢を推定するの
で、短時間で安定的に物体の特徴量の検出ができ、情報
処理量の面から参照モデルとの対応付けが容易になると
いう効果を奏する。

【００８０】また、物体の特徴量を用いた位置姿勢の推
定結果の信頼性を提示する手法を取り入れた場合には、
後工程での作業や処理に十分な信頼性を与えることがで
きるので、高効率高信頼な作業が可能になるという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る装置例の物体位置決め装置αの構
成を示すブロック図である。

【図２】一般的なワークＷの形状を説明するための説明
図である。

【図３】ワークの特徴部分を検出するＦＤ−ＬＤ法を説
明するための図である。

【図４】ＦＤ−ＬＤ法を実行するためのアルゴリズムを
示したフローチャートである。

【図５】ワーク端点検出位置とマニピュレータの手先並
進速度ｖとの関係を示したグラフである。

【図６】物体位置姿勢推定結果のモデルと検出ワークの
描画を示した図である。

【図７】本発明の応用例の物体位置決め装置αとセンサ
つき溶接ロボットβを組み合わせたシステムの構成を示
す図である。

【図８】同上のシステムによる作業手順Ｓ１、Ｓ２、Ｓ
３を示した図である。

【図９】同上のシステムによる作業手順Ｓ４、Ｓ５、Ｓ
６を示した図である。

【図１０】物体位置決め装置αにより算出された信頼度
ｒ_wによる溶接ロボットβの溶接開始点変更パラメータ
を示すグラフであって、(i)は溶接ロボットβのアプロ
ーチ速度と物体位置決めの信頼度との関係を示し、(ii)
は溶接ロボットβのアプローチ距離と物体位置決めの信
頼度との関係を示す。

【符号の説明】

１…マニピュレータ ２…モーションコントローラ ３…センサ ４…センサコントローラ ５、７…ハンド ６…ステーション ８…カウンタボード α…物体位置決め装置 β…溶接ロボット Ｄ…偏向点列 Ｅ…エッジ Ｗ…ワーク Ｐ_w…端点（ワーク端点） ＰＣ１、ＰＣ２…パソコン ＴＲＰ１、ＴＲＰ２、ＴＲＰ３…トランスピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体の特徴部位をセンサ特徴量として計測
   するセンサを搭載したマニピュレータにて当該物体の位
   置決めを行うに当り、 前記センサによる計測結果と前記マニピュレータの運動
   情報に基づいて前記物体の位置姿勢を推定する、 ことを特徴とする物体位置決め方法。
2. 【請求項２】前記センサ特徴量は、 前記センサにより計測データとして得られた偏向点列の
   データを情報処理することにより認識する、 ことを特徴とする請求項１に記載の物体位置決め方法。
3. 【請求項３】前記センサ特徴量は、 前記偏向点列データに依存したセンサ特徴量の確からし
   さを表わすセンサ特徴量信頼度を付与される、 ことを特徴とする請求項２に記載の物体位置決め方法。
4. 【請求項４】前記センサ特徴量は、 前記物体のエッジの屈曲点により認識される、 ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の物体位置
   決め方法。
5. 【請求項５】前記物体のエッジの屈曲点は、 物体の端点を特定する、 ことを特徴とする請求項４に記載の物体位置決め方法。
6. 【請求項６】前記物体の端点の特定は、 前記センサと前記マニピュレータとを統合操作すること
   により、前記センサにて連続して検出可能である前記セ
   ンサ特徴量が検出不能となった点、或は前記センサにて
   検出不能であった前記センサ特徴量が検出可能となった
   点とする、 ことを特徴とする請求項５に記載の物体位置決め方法。
7. 【請求項７】前記センサ特徴量信頼度は、 前記マニピュレータの運動情報に基づいて、前記物体の
   端点の特定の確からしさを表す第１の信頼度として算出
   される、 ことを特徴とする請求項５又は６に記載の物体位置決め
   方法。
8. 【請求項８】前記第１の信頼度は、 前記マニピュレータの移動速度に依存する、 ことを特徴とする請求項７に記載の
9. 【請求項９】前記センサ特徴量信頼度は、 特定された前記物体の複数の端点と、当該端点と同数の
   対応関係が既知である所定の基準点との写像関係を利用
   して、計測した物体の縮尺変数を求めて、当該縮尺変数
   の値により当該物体の位置姿勢推定の確からしさを表す
   第２の信頼度として算出される、 ことを特徴とする請求項６、７又は８に記載の物体位置
   決め方法。
10. 【請求項１０】前記写像関係は、 回転、並進、縮尺を表す各変数によって規定される、 ことを特徴とする請求項９に記載の記載の物体位置決め
    方法。
11. 【請求項１１】前記第２の信頼度は、 最少二乗推定における残差に基づいて算出する、 ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の記載の物体
    位置決め方法。
12. 【請求項１２】前記基準点は、 予めモデル物体を基準位置で固定して置き、前記物体の
    端点と同様に、前記マニピュレータの運動情報と前記セ
    ンサによる計測結果にて前記モデル物体の端点として求
    める、 ことを特徴とする請求項９、１０又は１１に記載の物体
    位置決め方法。
13. 【請求項１３】前記第２の信頼度は、 前記物体を加工ロボットにて加工するに当り、当該加工
    ロボットの前記物体に対するアプローチ距離およびアプ
    ローチ速度の決定に利用する、 ことを特徴とする請求項９、１０、１１又は１２に記載
    の物体位置決め方法。
14. 【請求項１４】前記センサは、 レーザーレンジセンサである、ことを特徴とする請求項
    １、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１
    ２又は１３に記載の物体位置決め方法。
15. 【請求項１５】前記マニピュレータの運動情報は、 各関節のエンコーダ情報を各関節角情報に変換し、演算
    処理して得た前記マニピュレータ手先位置姿勢情報であ
    る、 ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８、９、１０、１１、１２、１３又は１４に記載の物体
    位置決め方法。
16. 【請求項１６】前記センサ特徴量は、 前記センサにより得られたセンサ座標系表現を前記マニ
    ピュレータ手先位置姿勢情報により絶対座標系に変換さ
    れて算出される、 ことを特徴とする請求項１５に記載の物体位置決め方
    法。
17. 【請求項１７】物体の特徴部位をセンサ特徴量として計
    測するセンサと、 当該センサを搭載したマニピュレータと、 当該マニピュレータの先端に装着され、前記物体を把持
    するハンドと、 前記センサによる計測結果と前記マニピュレータの運動
    情報に基づいて前記物体の位置姿勢を推定する計算機
    と、を備えた、 ことを特徴とする物体位置決め装置。
18. 【請求項１８】前記計算機は、 前記センサと前記マニピュレータとを統合操作すること
    により、前記センサにて連続して検出可能である前記セ
    ンサ特徴量が検出不能となった点、或は前記センサにて
    検出不能であった前記センサ特徴量が検出可能となった
    点を前記物体の端点として特定し、前記物体の位置姿勢
    を推定する演算機能を有する、 ことを特徴とする請求項１７に記載の物体位置決め装
    置。
19. 【請求項１９】前記計算機は、 前記マニピュレータの運動情報に基づいて、前記物体の
    端点の特定の確からしさを表す第１の信頼度を算出する
    機能を有する、 ことを特徴とする請求項１７又は１８に記載の物体位置
    決め装置。
20. 【請求項２０】前記計算機は、 特定された前記物体の複数の端点と、当該端点と同数の
    対応関係が既知である所定の基準点との写像関係を利用
    して、計測した物体の縮尺変数を求めて、当該縮尺変数
    の値により当該物体の位置姿勢推定の確からしさを表す
    第２の信頼度を算出する機能を有する、 ことを特徴とする請求項１７、１８又は１９に記載の物
    体位置決め装置。
21. 【請求項２１】前記センサは、 レーザーレンジセンサである、 ことを特徴とする請求項１７、１８、１９又は２０に記
    載の物体位置決め装置。