JPS60151711A

JPS60151711A - ロボツト手先視覚座標系較正方式

Info

Publication number: JPS60151711A
Application number: JP636484A
Authority: JP
Inventors: Takushi Okada; 岡田　拓史; Koichi Sugimoto; 浩一杉本; Muneyuki Sakagami; 坂上　志之; Seiji Hata; 清治秦
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-01-19
Filing date: 1984-01-19
Publication date: 1985-08-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、手先視覚を有するロボットにおいて、手先視
覚をロボツ）・に取り付ける際の取り付け１誤差を計算
して較正することにより、特にロボット手先視覚を用い
て位置・姿勢が任意な物体のノ・ンドリングを正確に行
なわせるのに好適なロボット視覚座標系較正方式に関す
るものである。

〔発明の背景〕

従来、視覚を利用してロボツ）・１１こ作業を行なわぜ
る場合、視覚としては平面的な２値−または多値画像を
認識して、それに基づいてハンドリ／グを行なっていた
。したがって、ノ・ントリングがｉ、＋Ｊ能なものは姿
勢が一定な平面的なものに１１（られていた。このとき
には、ロボットの）坐４票系と視覚の＋１１４４票系と
の間の、誤差としてｅ↓−゛１′面上の平行移動フ１↓
及びコ１′−面内での回転のみを考Ｊ低ずればよく、ｊ
Ｙ２標系の較正は比較的容易である。現在実用化されて
いる平面視覚装置においては、この神の較正が行なわれ
て勉る。しかし、ロボットによるハントリノグ作業が増
大し、複雑な物体をつかむ必要が生じるにつれ、平面的
な物体だけではなく、位置・姿勢が定１つていない３次
元的な物体を認識することが必要になってきた。このだ
めの方法として、両眼視や距離画像を用いた３次元物体
認識方法が知られている。このような３次元視覚の場合
には、ロボット座標系と視覚座標系との間の空間的な誤
差を較正する必要があるが、そのような技術は、い捷だ
６（ｍ立されていない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、手先視覚をロボットに取り付ける際の
空間的な誤差を計算することにより、手先視覚座標系と
ロボット座標系とのずれを較正し、手先視覚を利用して
ロボットに作業をさせる際に正確な作業を可能とするロ
ボット手先視覚座標系較正方式を提供することにある。

〔発明の概璧〕

本発明に係るロボット手先視覚座標系較正方式は、ロボ
ットと、そのロボット手先に取り伺けられたロボット手
先視覚と、その画像データの処理をする画像処理装置と
、据え付は誤差測定装置と、上記各部についての制御・
処理をするロボット制御装置とからなり、上記ロボット
制側１装置の：ｌｉｌ］ｌ卸により、上記ロボットを一
定の位置・姿勢で固定された測定物体の定点の近傍の指
定点へ移動さぜるとともに、上記ロボット手先の位置・
姿勢を計算し、まだ、上記のロボット手先視覚及び画像
処理装置により、上記定点の位置・姿勢をｌ］ボット手
先視覚座標系で測定し、更に、」二記据えイτ］け１．
！′ｊ差割算装置により、上記測定結果と」−記ｌＪホ
ット手先の位置・姿勢の上記計３９結果とから上１．市
ｊポット手先視覚の取り付は誤差を１．１算し、ロボッ
ト手先座標系・ロボット手先視覚座標系間のす７１．全
較正するようにしたものである。

なお、これを補足すると次のと分りである。

位置・姿勢が任意の物体をハンドリングさせるには、物
体の位置・姿勢を測定し、その姿勢方向にロボットハン
ドを向ける必要がある。その／Ｃめには、位置・姿勢を
測定する手先視覚座標系と、ロボットハンドのロボット
手先１４（ｑ　Ｉ：’ｉ系とが正確に較正されていなけ
ればならない。これらの座標系間にずれがあれば、手先
視覚で測定した位置・姿勢情報をもとにロボットを動か
しても、ロボットは物体の位置・姿勢からずれだ位置・
姿勢へと動く。そこ−Ｃ１このことを逆に利用し、ロボ
ット手先座標系において、あらかじめ位置・姿勢がわか
・つ−Ｃいる物日、の位置・姿勢を手先視覚で測定し、
測定値と計算値との誤差から、ロボット手先視覚ヲロボ
ツト手先に取り・１月ける際の誤差をめることが＋ｉＪ
能となる。この誤差を用いることにより、ロボット手先
座標系と手先視覚座標系との較正を行なうようにしだも
のである。

〔発明の実埼例〕

以１・、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

第１図Ｃ↓、ロボット手先座標系とロボット視覚外、１
〕−“；糸との相対関係の概念図、第２図は、ロボット
手先ｔ３，１覚による物体の位置・姿勢測定の概念図、
第；１図は、本冗明に係るロボット手先視覚座標系較市
ｂ一式の一実施例の説明図、第４図は、その様１正ブ［
」ツク図である。

ここで、１はロボット、２はロボット制（財）装置、３
はロボット手先視覚、４は画像処理装置、５は据え利は
誤差計算装置、６は測定物体である。

捷ず、ロボット手先視覚３をロボット手先２に取り付け
る際のパラメータとしては、例えば第１図に示すように
、ロボット手先座標系、同手先視覚座像系の各原点Ｏｈ
　、Ｏｖ間の変位を表わすベクトルＬ＝　（Ｌ、、’Ｌ
、、Ｌ、）と当該各座標系間の回転変位を表わず回転角
α、β、ｒの６周がある。このとき、ロボット手先座標
系の原点Ｏｈおよび座標軸ロ与耐ホ該Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ
と、手先視覚座標系の原点Ｏｖおよび座標軸αが１無湊
・・・・・・・・・・・・（２）ここで、Ｍ、、Ｍ、、Ｍ、は、ＸＮ　Ｉ　Ｙ　＠　＋Ｚ
６軸、まわりの回転を表わす３行３列の行列で、・・・
・・・・・・（３）て人わデ（ｌ［る。

第２図に小すように、ロボッＩ・丁先視覚座標系から＋
、Ｊ　ｉ’ｔ−ｉｔ！ＩＩ　′）ｊノ吻１本フッ７・太
線ヘクｌ−ルｉ　ｆ　＝　（ｆ　＋ｔ’〔、、ｖ、（、
ｖ）とすると、ｒ−１−ｘＸ′Ｘｖ−ｔ〔ｙ”’３’、ｉ、、ＶＺｖ　
−−−＝・（４）と／（る。ｉｌ　ｆｌ−＜ＵτＪホッ
ト」−先Ｆ１′・漂系から兄たとき（１）１１１′１と
してめるに＆−，ｌ：　、式（２）、　（３）を用いて
ｘｖ。

ｙｖ　＋　／Ｖ　’ＬＬ　Ｘｈ　＋　３’　ｈ　＋　”
　ｈで表わし、ｆ二ｆつ１０λｈ　−１−ｆ　ｙ”　ｙ
ｈ　Ａ−ｆｚ’ゞＺｈ　・・・・・・・・・（５）と変
換す、ｈばよい。このとき、ロボッ（・手先ａｌＶ＋系
から見た法線ベクトルはｆ−（１−１”　＋　ｆ　ｙ　
”　＋ｆｚ１層である。

１だ、１１１１定物体７上の点を視覚座標系からｐｇ　
、ｒ。

と＠　Ｘ　”　（ｘｖ　ｒ　ｙｖ　＋　／、ｖ　）　（
！：　尾、；３　だトｊ−’己、である。ここで、ロボ
ット手先祝冗３のテレビ力方向につｂてｓＸｙ　”ＦＩ
　ＳＥとすると、Ｘ　−４）　。

ホット十人座標系から児で、弐（１）から−ＥｓＫｚｖ
ｚＶ　・旧・・・（７）人し、式（７）をと変換すれば、ロボット手先座標系から見た定点の位置
はＸ；（Ｘ１１．Ｘ６１．Ｚｌ、）となる。

ロボット手先視覚３をロボット手先２に取りイ＼Ｊける
瞑に生じる誤差としては、し、ｇ　Ｌ　ｙ）　−Ｌ　Ｌ
　Ｈα、β、ｒの誤差ΔＬＸＩ　ΔＬｙ＋　ΔＬｔｌ　
Δα。

」β、Δン′が考えられる。これらのｄ呉差があるとさ
にし】ｊ−１式（１）〜（３）中のり、等のパラメータ
を（ＩＪニー＋ＪＩＪ工）等に置き換えれｖ」：よい。

このとき式（ＩＬ　（２）公りと１１：＜ことかできる。子−ｊ列Ｇの要素ｇｅｔは、
誤差Ｊ　ｌ、、１１′ｉを、ｒｙ、−んでおり、５ｈ４
がわかれは】内当な数毎１．１１−紗夕行うことにより
、Δ１１１．ΔＩＪ　ｙ＋ΔＬア。

Ｊα、Ｊβ、ＪＴをめることができる。

、Ｊ、！：ｌ差がなし）ときには、式（４）〜（８）の
」、うに、ロボ：’　ｈ　丁”ＡＬ　ｉ′、１７．覚３
テＩ’　＝　（１’Ｘｖｌ　ｙｖ＋　「Ｒ”）！Ｘ＝ｌ
λｖ、ｙｖ＋”７）と兄えた測定物体７は、ｘ」ボッｌ
−手尤厘標てはｆ＝　（ｆ、ａ　ｉｌ、ｆ、Ｒ）Ｘ＝　
（Ｘｈ　、Ｙｈ　、Ｚｂ　）にあるはずであるが、実際
は誤、Ω」４−７８等の７こめに、１ｉｌｌｌ定物体７
はｒ′＝（ｒ、ｎ、ｒｙ　、ｒおＩセ′）、マ’　−（
Ｘ　ｈ′。

′Ｒ′ ）・量、′、ｚｈ′）にあると測定される。これらの１
☆置・姿勢のずれによって、式（１）および式（２）は
式（９）に変形されでいるので、位ｉ４５・姿勢のずれ
を測定−Ｊ−ることによつで、行列Ｏの′Ｄ：素ｇｉｊ
を決定することか田゛能である。ｇｉｊがわかれば、ｉ
呉差ｊＬｘ等をめることもできる。

次に、第３図、第４図に状ついて（１１）成、動（’１
１説明をする。

ロボット１は、Ｌｊホツ１−間御装置−６からび）ｆ１
′Ｌ置・姿勢の指令１直に基づいて、（測定物体７１−
１の定点の近傍へ動く。その後、ロボット手先視覚３を
用いて当１Ａ画像を入力し、ぞｔｌ−を画像処理装置４
へ送る。画像処理装置４では物体の位１１″″１′・ｉ
セ勢Ｘ′。

ｒ′をｄ用足する。

一方、据え伺は誤差ゴ１算装置ぺ５にケＪ１１、Δ）ら
乃・しめ物体」二の定点の位置・姿勢を人扛ておき、「
Ｊホット！Ｉｊｌｌ仰装置２からの手先位置・ン勢情報
をもとに、式（１）、　（２）、　（３）を用すてロボ
ット手先視覚ｊべ旧４１ｊ系から兄だ定点の位置・姿勢
Ｘ、ｆを計ｌ！Ｆ′Ｉさせる。

父、ｒ’の計算の際にはパラメータには誤差がないもの
としているのに対し、ロボット手先視覚３で測定しだｘ
／、ｒ／　にはパラメータ誤差が含まれるので、ＸとＸ
′と、ｒとｆ′とは、それぞれ異なる。そこで　ｘ　／
　、ｒ　／　ｕ−もとに式（９）のマトリックスＧをめ
ると、Ｇの各成分に含寸れるパラメータには誤差が含ま
れることになる。よって、式（１）、　（２）中のパラ
メータとＧのパラメータとを比較することにより、パラ
メータ誤差をめることができる。

〔発明の効果〕

以上、；ｉｌ　、：、ｔｌｌに説明したように、本発明
によれば、ロボット手先視覚をロボット手先に取り付け
る際の３次元的な取り付は誤差を、ロボットを動かずこ
とによってめることができるので、（１）３次元的な取
りイ・」け誤差をめ、この誤差を補正することにより、
平面的な物体たけてなく、位置・姿勢がｉｌ意である：
３次元的な物体を、手先視覚を用いて市確にハンドリン
グすることができ　、ロボットを月１いたｒμ）イ（な
作業が用油となり、１だ、（２）ロボットを動かして測
定するたけて取り付は誤差が１す、測定器を用いて直接
に取り付は誤差の測定をするよりも、はるかに較正作業
が簡略化され、ロボット作業の精度向上、効率向上、顕
著な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ロボット手先座標系とロボット手先′視覚座
標系との相対関係の概念図、第２図は、ロボット手先視
覚による物体の位置・姿勢測定の概念図、第３図は、本
発明に係るロボット手先視覚座標系較正方沁−実施例の
８５１．明図、第４図（Ｌま、そ−の機能ブロック図で
ある。１・・・ロボット、２・・・ロボツ１４’ｌＪ、３・・
・ロボット手先視覚、４・・・画像処理装置、５・・・
据え伺は誤差計算装置、６・・・ロボット制御装置、７
・・・測定物体。１）茅　Ｉ　固 τ 茅　２　口第　３　固／＼茅４−　目

Claims

【特許請求の範囲】

１、ロボットと、そのロボット手先に取り付けられたロ
ボット手先祝覚と、その画像データの処理をするｌｌ！
ＩＩ像処ＪＪＩ装置と、据え伺は誤差測定装置と、」二
記各部についての割面４ｊ・処理をするロボット制側１
装置とからなり、上記ロボット制御装置の制御により、
上記ロボットを一定の位置・姿勢で固定された測定物体
の定点の近傍の指定点へ移動させるとともに、−］二記
ロボツＩ・手先の位置・姿勢を計５）礼７、−１／ｃ、
上記のロボット手先視覚及び画像処理装置１′Ｌにより
、−ｊ−記定点の位置・姿勢をロボット手先視覚座標系
で測定し、更に、」二記据え伺は誤、Ｘ、旧算装置によ
り、上記測定結果と上記ロボットＪ昌（じのＬシ、置・
姿勢の上記１１１算結果とから上記ロボット手ツし視覚
の取り伺け１具差を計算し、ロボット手先１′１１仁゛
；系・１ノボツト手先祝覚座標系間のずれを較１にずゐ
Ｌうにしだロホット手先視覚座標系較正力式。