JPS6195410A - ロボツトの教示方法 - Google Patents

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〕 本発明は視覚装置と組合わせたロボットにおいて、視覚
座標系とロボット座標系さらＫはハンド位置との間の相
対関係を決定する座標系の教示方法に関するものである
。

〔発明の背景〕

産業用ロボット等のロボットでは、教示により、人間が
直接的又は間接的に作業を教え込み、動作を記憶させた
後に、これを再生する方法が。

多い。そして例えばこのようなロボットでワークのハン
ドリングを行う場合には、ハンドリングされるワークは
、教示時に定められた場所に正確に位置決めされる必要
があるが、この作業は大変であった。

このような問題を解決するためには、ロボットに視覚装
置を取付けて、ワークの位置・姿勢・形状等を認識して
ハンドリングを行うようにすればよく、ワークが視野内
にあれば比較的簡単にハンドリングな行うことができる
。

この場合には、視覚装置の座標系とロボットの座標系と
の間相対関係をあらかじめ与れておく必要があり、特開
昭５８−１１４８８７号公報に示されるように、マーク
座標のＩｉ！！識により視覚座標系とロボット座標系に
おける原点の相対位置、座標軸の回転、倍率を求める方
法が知られている。

しかしこの方法では、マーク位置を正確に求めておく必
要があり、さらには視覚装置をロボットのアームに取付
けた場合の視覚装置とハンドとの相対位置関係な求める
方法については示されていない。

〔発明の目的〕

本発明は、前記した従来技術の問題点を解決するために
、ロボットと組合わせた視覚装置自体な測定装置として
使用し、視覚座標系、ロボット座標系さらにはハンド位
置との間の相対関係を筒単に求める方法の提供な、その
目的とするものである。

〔発明の概要〕

本発明は、前記目的を達成するために、少くとも平面座
標におけるワークの上下・左右端の点に対応する最大・
最小座標と図心の座標とを認識できる視覚装置を用いて
、視覚座標系上において教示用円形ワークの上下・左右
端の点の座標を１点以上の教示点で認識すると同時に該
円形ワークの図心座標を２点以上の教示点で認識し、さ
らにこれらの認識結果と該２点以上の教示点に対応して
求まるロボット移動量とから、視覚座標系、ロボット座
標系及びハンドとの間の原点の相対位置、座標軸の傾き
、倍率等の相対関係な容易に求めるよ５にしたものであ
る。

〔発明の実施例〕

以下本発明を実施例によって詳細に説明する。

第１図は、本発明による一実施例を示し、視覚装置を移
動するアームに取付けたｘ、ｙ、ｚ方向に動く直交座標
型ロボット１の構成と動作を示す図である。この図にお
いて、２は作業台、３はロボットの固定アーム、４は固
定アーム３上でｓ、ｙ、方向に移動可能な水平移動アー
ム、５は水平移動アーム４に対して上下方向に移動可能
な上下移動アーム、８はワーク、６は上下移動アーム５
の下端に取付けられワーク８を把持するハンド、７は水
平移動アーム４の先端に取付けたビデオカメラ等を利用
した視覚装置である。また９は作業台２上における視覚
装置７の視野、（Ｘ几−０Ｒ−ＹＲ）はロボット座標系
、（Ｘｖ−Ｏｖ−Ｙｖ）は視覚座標系であり、水平移動
アーム４の移動位置く対応して視覚座標系の原点がＯｖ
ａ　、　Ｏｖｂ　、　Ｏｗｅと変化し、これらの各原点
に対してそれぞれ視野９ａ　、　９ｂ　、　９ｃが対応
している。

さらにＰ点は、ハンド６の原点な通り上下移動アーム５
に平行な直ｌａ上の点であり、ハンドリング基準点であ
る。

次に、第２図に、ワークとして外径ｄが既知の教示用円
形ワーク８ａｌ用い、これを一義的につかめるハンドと
して弧状ハンド６ａを用いた場合の把持状態な示す。こ
の図かられかるように円形ワークの場合には、ハンド６
ａのハンドリング基準点Ｐとワークのハンドリング基準
点Ｈ及び図心Ｃとが一致した状態になる。

以上の構成において、ロボー・ト１及び視覚装置７の動
作を第６図に示すフローチャートに基づいて説明する。

（１）　　ハンド６ａにより円形ワーク８ａを把持した
後。

静か九作業台２上忙置く（同図、Ａ）。この結果、ハン
ド６ａのハンドリング基準点ｐ　カワーク８ａのハンド
リング基準点ＨＫ一致するように位置決めされる。また
９ａはこの時の視覚装置７の視野、Ｏｖａは視覚座標系
の原点である。

（２）　　ロボットを動作させ視覚装置７なロボット座
標系においてΔＸＲＩ　、ΔＹＲ１移動し、（１）で位
置決めしたワークが視覚装置７の視野に入るよう和して
（同図、ｉ）、ここで視覚装置７により視覚座標系にお
ける円形ワーク８ａの上下・左右端の点く対応したＸｖ
　。

Ｙｖの座標の最大値Ｘｖｍａｘ　、　Ｙｖｍｍ及び最小
値Ｘｖｍｉｎ　、　’（ｖｍｉｎと図心座標（Ｘｖｔ　
、　Ｙｖｔ　）　　とを認識する（同図、７）。９ｂは
この時の視覚装置７の視野であり、Ｏｖｂは視覚座標系
の原点である。

（３）視覚装置７を、円形ワーク８ａが視野に入る範囲
で、伐）の状態からさらにロボット座標系においてΔか
・２．ΔＹＰ、２移動した後（同図。

ｋ）、再び視覚装置７により視覚座標系におけるワーク
の図心座標（Ｘｖｚ　、　ＹＶ２　）を認識する（同図
、ｔ）。９ｃはこの時の視覚装ｅ７の視野であり、Ｏｖ
ｃは視覚座標系の原点である。

（４）　　以上の操作により、ロボット移動量（△ＸＲ
Ｉ。

△Ｔｈ＋　）　ｌ　（ΔＸＲ２、ΔＹ旧）、及び視覚装
置で認識した円形ワークの最大座標値Ｘｖ巴１Ｙｖｍａ
ｘ　％最小座標値ＸｖｍｉｒＬ、　Ｙｖｍｉｎ及び図心
座標（Ｘｖｔ　、　Ｙｖｔ　）　、　（Ｘｖｚ　、　Ｙ
Ｖ２　）、それと円形ワークの直径ｄを用いて、教示デ
ータ（座標系の相対関係）を求める（同図、扉）。

次に上記（４）項の教示データ算出方法な説明する。

第３図は、第２図の弧状ハンド６ａ及び円形ワーク８ａ
な用いた場合における上記（１）　、　（２）　、　（
３１の動作に対応した各座標系の関係を示す図である。

尚、ｔ：ｆ７）図に＃イ（、Ｘｖａ　−Ｏｖａ　−Ｙｖ
ａ　、　Ｘｖｂ−Ｏｖｂ　−Ｙｖｌ）及びＸｖｃ　−Ｏ
ＶＣ−ＹＶＣは各／ｒ（１１゜（２）　、　（３）の動
作における視覚座標系、ＸＲ−Ｏｎ　−ＹＲはロボット
座標系、ＰＡはぐ）の動作におけるハンド６ａのハンド
リング基準点、Δに１ΔＹＨは、それぞれロボット座標
系における視覚座標原点Ｏｖａに対するＰ点のＸ座標、
ｙ座標を表わす。

またぽ、βは各々Ｚ、ｙ方向の視覚座標系に対するロボ
ット座標系の倍率（出寸法）、θＯはロボット座標系に
対する視覚座標系の傾き、ｄは円形ワーク８ａの直径で
ある。

ここで第３図の各座標値に対して、以下の関係式が成立
つ。

α＝ｄ／（Ｘｖ削ｘ　−Ｘｖｍｉル）　・・・・・・・
・・・・・・・・■β＝ｄ／（Ｙｖｍａ−１ニ−Ｙｖｍ
ｉｙｚ）　　、・・・・、−、−、、■■ｐ、２　ｃｏ
ｓθｏ　−４−ΔＴｈｚ　ｓ　ｉｎθｏ　＝−α（Ｘｖ
ｔ　−ＸＶ２　）　”・■ｔｓＸｎ２ｓ　ｉｎθＯ−Δ
ＹＲ２ＣＯ３θＯ＝β（Ｙｖｔ　−Ｙｖｔ　）　Ｉ−■
ΔＸＨ＝ΔＸＲｔ　＋　（ａＸｖ＋　ｃｏｓθＯ−βＹ
ｖ＋ｓｉｎθｏ）−■ΔＹａ　＝ΔＹｎ＋　＋　（ａＸ
ｖ＋　ｓ：ｎｔ１０＋βＹｖ＋　ｃｏｓθ、）・・・■
そして上記０〜０式よりα、β、θＯ１ΔＸｘ　、　Δ
Ｙｎが求まる。

従って、視覚座標系に対するロボット座標系の倍率（出
寸法）べ、β、ロボット座標系に対する視覚座標系の傾
きθＯ、ロボット座標系における視覚座標原点に対する
ハンドのハンドリング基準点のｘ、ｙ座標（ΔＸＥ　、
　ΔＹｉ　）等の座標系の相対関係な求める。ことがで
きる。

次に第４図は、本発明による他の実施例を示し、視覚装
置１１をＺ　、　ｙ、Ｚ方向に動く直交座標形ロボット
の移動アームとは別に設けたロボット１０の構成と動作
を示す図である。この図において、第１図又は第２図と
同一番号を付したものは同一部分を示す。また１２は視
覚装置１１を固定する固定具であり、視覚装置１１は固
定具１２により一定位置に固定される。すなわちロボッ
ト座標系ＸＲ−ＯＲ−ＹＲＩｃおいて、視覚座標系Ｘｖ
　−０ｖ−Ｙｖは一定の相対関係（原点の位置ずれ、座
標軸の傾き）に位置決めされろ。セして１３は、この時
の視覚装置１１の視野である。

以上の構成において、ロボット１０及び視覚装置１１の
動作を第７図に示す７０−チャートに基づいて説明する
。

（ａ）　　ロボット１０は弧状ハンド６ａにより円形ワ
ーク８ａを把持した後ロボット座標系においてΔＸＲ＋
’　、　ΔＴｈ１’移動し、ワーク８ａを視野１３内に
入るＡ位置に置く（同図、τ）、そしてここで視覚装置
１１により視覚座標系におけるワーク８ａの上下・左右
端の点に対応するＸｖ　、　Ｙｖ座標の最大値Ｘｖｍａ
ｘ　、　Ｙｖｍａｘ及び最小値Ｘｖｍｉｎ　。

Ｙｖｍｉ３と図心座標（Ｘｖ＋　、　Ｙｖｌ）とを認識
する（同図、３）。

ａ３）　　さらに、ロボット１０により、ワーク８ａを
ロボット座標系においてａＸＢ２’　、△Ｙｎｘ’移動
して視野１６内に入る別のＢ位置に置いた後（同図、ｔ
）、再び視覚装置１１により、視覚座標系におけるワー
ク８ａの図心座標（Ｘｖｚ　、　ＹＶ２）を認識する（
同図、ｕ）。

（ｃ）　　以上の操作により、ロボット移動量（ΔＸｎ
＋’。

ΔＴｈ＋’　）　、　（ΔＸＲ２’　、ΔＹＲ２’　）
、及び視覚装置で認識した円形ワークの最大座標値Ｘｖ
ｍａｘ　。

Ｙｖｍａｘ　、　楚小座標値Ｘｖｍｉｎ　、　Ｙｖｍｉ
ｎ　　及び図心座標（Ｘｖｌ、　Ｙｖ＋　）　、　（Ｘ
Ｖ２　、　ＹＶ２　）、それと円形ワークの直径ｄとを
用いて、教示データ（座標系の相対関係）シ求める（同
図、υ）。

次に上記（ｃ）項の教示データ算出方法を説明する。

さらに第５図は、ワークを把持する時のハンドのハンド
リング基準点ｐｌロボット座標系の原点ＯＲに置き、第
２図の弧状ハンド６ａと円形ワーク８ａを用いた場合に
おける上記（ａｌ　、　（ｂｌの動作に対応した各座標
系の関係を示す図である。この図において、Ｐ＋　、　
Ｐ２点はそれぞれワークのＡ位置、Ｂ位置に詔けるハン
ドのハンドリング基準点であり、弧状ハンド６ａ、円形
ワーク８ａを用いていることから、　Ｐ＋　、　Ｐ２と
もワークのハンドリング基準点Ｈ及び図心Ｃと一致する
。さらに、Ｏｖ（ａＸｖ　、ΔＹｖ　）はロボット座標
系における視覚座標原点の座標、Ｐｌ（ΔＸＲＩ’　、
ΔＹＦＬＩ’）はＡ位置におけるワーク８ａのハンドリ
ング基準点の座標であり（ａ）項のロボット移動量から
求まる値である。また第３図の場合と同様に、α、βは
各々Ｚ、ｙ方向の視覚座標系に対するロボット座標系の
倍率（比寸法）、θ０はロボット座標系に対する視覚座
標系の傾きである。

ここで第５図の各座標値に対して、以下の関係式が成立
つ。

’＝（ｔ／ＣＸｒｍａｓニー）Ｃｖｒｎｉｎ）　　　、
、、、旧、、、、、山■β＝ｄ／（Ｙ翔ば−Ｙｖ唱ル）
　　・・・・・川・・旧１■晟２　ＣＯ８θｏ　＋ΔＹ
ａｚ　Ｂ　ｉＨθｏ＝−ＩＴ（ＸＶＩ−ＸＶ２）−■晟
２　Ｓ　ｉ　ｎθＯ−ΔＴｈ２ｃｏｓθ０＝−β（ＹＶ
２−ＹＶＩ　）−＠）ΔＸＶ　ミ品＋　−（ａＸｖ＋　
ｃｏｓｌｏ　−、＃Ｙｖ＋　ｓｉｎθｏ）叫・・◎ΔＹ
ｖ　＝　ΔＹＲ＋　−（ａＸｖ　＋　ｓ　ｉｎθ０＋ｐ
ＹＶ１ｃｏｓｌｉｏ　）　、、印、＠そして上記の〜■
式よりα、β、θｏ、へＸｖ、ΔＹｖが求まる。

ところで０〜０式において、 ΔＸＲ＋’＝−ΔＸＩＩＮ　　　ΔＹＲ１’ニーΔＹＲ
１慈Ｒ２′＝−ΔＸＲ２ΔＹ几２′＝−ΔＹＲ２■Ｙ＝
−Δ后　　ΔＹｖ　＝−ムＹｍ と正負の符号を逆圧して置き換えると、０〜０式は０〜
０式と全く同じ式になる。これは第１図とｆｊｆＩ４図
において視覚装置とワークとの座標関係が、ロボットの
移動に対して反対になるためである。

従って、第４図の場合も第１図と同様の処理により、視
覚座標系に対するロボット座標系の倍率（比寸法）ｎ、
β、ロボット座標系に対する視覚座標系の傾きθ０、ロ
ボット座標系における視覚座標原点位置の座標（ａＸｖ
　、ΔＹｖ　）等の座標系の相対関係を求めることがで
きる。

またこれまでの説明では、第１図及び第４図のロボ−ｙ
）構成ともそれぞれ円形ワークにおける上下・左右端の
点の座標を１点で、図心座標を２点で認識するようにし
ていたが、これに限るものではなく、さらに認識回路な
多くしてそれらを平均した値を用いることも可能である
。

ところで実際のロボットによるワークハンドリング動作
は、事前忙教示データを求めておき、この教示データな
用いて視覚装置による認識結果からロボット動作量デー
タ（ハンドのＸＲ、ＹＲ方向移動量・回転角度）を求め
、このデータに基づいてロボツ）＆動作させることが考
えられる。この場合におけろ全体システムの機器構成の
一例を第８図に示す。第８図において、１８はビデオカ
メラ等の画像入力装置１６と入力画像を処理する画像処
理装置１７とから成る視覚装置、１９はロボット％２０
はティーチングに用いるパソコン等の計算装置である。

以上の構成において、ティーチング時忙は、通信線２１
と２２を結び、計算装置２０からの指令により、ロボッ
トを動作させて、この時のロボット移動量を計算装置２
０に入力すると同時に視覚装置１１１８による認識結果
な計算装置２０に入力して、計算装［２０和より０〜０
式の計算な行い、教示データ（座標系の相対関係）を算
出する。そして求まった教示データを画像処理袋［１７
に転送して記憶しておく。次に実際のワークハンドリン
グ時には、計算装置２０を取りはずし通信線２５のみを
結んで、画像入力装置１６から画像処理装置１７に映像
を取込み、ここで図心等な認識すると同時に、ロボット
動作量データな算出しこのデータなロボット１９に転送
してワークのハンドリングを行う。

この結果、視覚装置１８での演算処理な軽減できると同
時く、計算装置２０は教示時にのみ必要でワークハンド
リング時は不要となるため、視覚装置１８とロボット１
９との複数組の組合せに対して１個の計算装置２０です
み、全体のシステムな安価に構成できることになる。

尚、これまでの説明では、直交座標形ロボットについ℃
、平面座標における視覚座標系とロボット座標系さらに
はハンド位置との相対関係を視覚装置により自動測定す
る方法について述べてきたが、本方法はこれに限るもの
ではなく、円筒座標形、極座標形、スカラ形、多関節形
等他の形態のロボットであっても、ｘ、ｙ方向の直交座
標系で移動量な指示できるロボットであれば、そのまま
適用できろこと、さらには２方向も含む三次元座標Ｋま
で拡張できることは明白である。

さらに以上の説明では、視覚装置と組合わせたロボット
において座標系の相対関係を求める方法を述べてきたが
、本方法はロボットに限らず、視覚装置と組合わせて動
作させる装置であれば、それらの間の座標系の相対関係
を求める場合に一般的に適用できることは明らかである
。

〔発明の効果〕

以上詳細に述べたよ’１ｍ、本発明によれば、ロボット
と組合わせて使用する視覚装置を測定装置として用い、
該視覚装置の視野内において、１点以上の教示点で円形
ワークの上下・左右端の点の座標を認識すると同時ＶＣ
２点以上の教示点で円形ワークの図心座標な認識すると
いう簡単な操作で、視覚座標系とロボット座標系とハン
ド位置との間の相対関係を正確に求めることができ、さ
らには保守等の点でも非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例忙よる視覚装置をアームに
取付けた直交座標型ロボットの構成と動作を示す図、第
２図は、弧状ハンドと円形ワークとの把持状態を示す図
、第３図は、第１図ノロボット動作忙おける座標関係な
示−を図、第４図は、本発明の他の実施例による視覚装
置な別置きにした直交座標型ロボットの構成と動作を示
す図、第５図は、第４図のロボット動作における座標関
係を示す図、第６図、第７図は、ロボット及び視覚装置
の動作を示すフローチャート、第８図は、本発明の全体
システムの機器構成の一例を示す図である。 符号の説明 １．１Ｄ・・・ロボット、 ４・・・水平移動アーム、 ５・・・上下移動アーム、 ６．６ａ・・・ハンド、 ８．８ａ・・・ワーク、 ７．１１・・・視覚装置、 ９．９ａ、９ｂ、９Ｃ，１３＝−＝視野、ＸＲ−ＯＲ−
ＹＲ・・・ロボット座標系、Ｘｖ　−Ｑｖ　＋　Ｙｖ　
、、、視覚座標系、Ｐ、Ｐ、、Ｐ２・・・ハンドの／１
ンドリンク基準点、Ｈ・・・ワークの７１ンドリンク基
準点、Ｃ・・・ワークの図心。 葛１　図 一 軍２　図 詰３図 ０尺　　　　　　− 筑＋図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少くとも、平面座標において、ワークにおける上下
   ・左右端の点に対応する最大・最小座標と図心の座標と
   を認識できる視覚装置と組合わせたロボットにおいて、
   該ロボットを移動して該視覚装置の視野内の１点以上の
   教示点で教示用円形ワークの上下・左右端の点の座標を
   認識すると同時に２点以上の教示点で円形ワークの図心
   を認識することにより、この時に求まる視覚座標系にお
   ける該１点以上の教示点での該円形ワークの上下・左右
   端の点の座標及び該２点以上の教示点での該円形ワーク
   の図心の座標とロボット座標系における該２点以上の教
   示点に対応したロボット移動量とから、該視覚座標系と
   該ロボット座標系さらには上記ロボットのハンド位置と
   の間の相対関係を求めるようにしたことを特徴とするロ
   ボットの教示方法。 ２、上記視覚装置を上記ロボットの移動アームに取付け
   、上記教示用円形ワークを上記ロボットのハンドにより
   一担把持した後離してそのまま位置決めし、次に上記視
   覚装置を動かすことにより、上記視覚座標系上における
   上記１点以上の教示点での円形ワークの上下・左右端の
   点の座標及び上記２点以上の教示点での図心座標を認識
   すると共に、上記ロボット座標系における視覚装置移動
   量を上記ロボット移動量としたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のロボットの教示方法。 ３、上記視覚装置を上記ロボットとは別に設置し、上記
   ロボットのハンドにより上記教示用円形ワークを動かし
   て、上記視覚座標系上における上記１点以上の教示点で
   の円形ワークの上下・左右端の点の座標及び上記２点以
   上の教示点での図心座標を認識すると共に、上記ロボッ
   ト座標系におけるワーク移動量を上記ロボット移動量と
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のロボ
   ットの教示方法。