JPS62106503A - ロボツトの組付動作補正方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、産業用ロボツ１−の手首部に取りイ」けた
二次元の撮像手段の撮像データレこよって組付動作の補
正を行なう方法に関する。

〔従来の技術〕

近時、各種製造業分野では産業用ロボット（以下単に「
ロボット」と云う）による作業の自動化。

省力化が盛んである。

ところで、現在使用されているロボットは、基本的には
予めティーチングしたとおりのプレイバック動作しか出
来ないため、製造ラインへの投入には種々の工夫を施す
必要がある。

例えば、ロボットにワークの組付作業を行なわせる場合
、ロボットが把持したワークとそのワーク組付対象物と
の間の相対位置関係が常にティーチング時の正規の関係
にないと、その組付作業が出来ないことになる。

そこで、従来はロボットが把持したワークとワーク組付
対象物とが常に正確に位置決めされる工夫を行なってき
たが、近時ＩＴＶ、二次元ＣＣＤカメラなどの二次元の
撮像手段の発達と画像処理技術の進歩により、ロボット
に所謂視ｉ機能を持たせて、ロボツ１〜自身が把持した
ワークとワーク絹（＝ｔ　ｌ！、ｆ原物との相対位置関
係を認識して、ティーチングに鳩づく組付動作を補正す
る機能を持たせる。二とが試みられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような近Ｕ、￥′の試みでは、ワー
ク組付対象物における複数の被組付作業部（例えば、ワ
ーク組付用ネジ挿入穴）を全て二次元の撮像手段の一画
面に収める形で撮像して、各被組付作業部の画面座標上
での重心位置を求め、それによってワークとワーク組イ
・］対象物との間の相対位置関係を含む各種の補正演算
に供していたが、ワークの大きさに比較して被組付作業
部が小さく。

しかも、各波相付作業部間の距離が長い場合には、求め
る重心位置の位置精度が作業に必要な位置決め精度に満
たなくなるという問題があった。

例えば、ワークの大きさが縦４００ｍ横４００ｍで、２
つのネジ挿入穴がワークの左端及び右端に離れてあった
とし、カメラの受光素子が２００Ｘ２００画素とすれば
、精度は２ｍとなり、要求精度ｌｌ１Ｉ１１以下が満た
されない。

この発明は、このような問題を解決しようとするもので
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、この発明によるロボットの組付動作補正方法は
、ロボットの手首部に取り付けた二次元の撮像手段によ
ってワーク組付対象物における複数の被組付作業部を各
々個別に撮像して夫々別々の画像データを得ると共に、
それ等の画像データから各被組付作業部の画面座標にお
ける重心位置を求め、さらにそれ等の各重心位置とティ
ーチングによって予め得た各被組付作業部の画面基７１
Ｂ位置とに基づいて、ロボットが把持したワークとワー
ク組付対象物との間の正規の相対位置関係に対する誤差
を求め、この誤差によってロボットのワーク組付位置の
補正演算登行なって該ロボットの組付動作を補正するよ
うにしたものである。

〔実　施　例〕

以下、この発明の実施例を図面を参照しながら説明する
。

第１図は、この発明を実施したロボットシステ１１の一
例を示す構成図である。

この図において、１はアームのみを示す産業用ロボッ１
〜であり、その先端の手首部２の端部には、ハンド３が
取り付けられている。

そして、このロボット１は、そのハンド３によって、例
えば図示のようにワークとして自動車のリアコンビネー
ションランプ４を図示しないパレットから正確な把持状
態で掴み出した後、その把持したリアコンビネーション
ランプ４を、車体５の後方部におけるワーク組付対象物
であるランプハウス６に組み付ける訳であるが５その際
にリアコンビネーションランプ４に設けられた図示しな
いネジ挿入穴と被組付作業部であるランプハウスＳ側の
ネジ挿入穴７，８とが所要の組付錆度内（例えば］圃以
下）で一致するように、後述する補正機能によってティ
ーチング時の組付動作を補正するようになっている。

そして、このロボット１の毛ｄ部２には、ブラケツ１−
９を介して二次元の撮像手段としてのＴＶカメラ（例え
ば、ＩＴＶあるいは二次元のＣＣＤイメージセンサカメ
ラ）（以下、「ハンドアイ」と云う）１０と、このハン
ドアイ１０が撮像するエリアを照明する照明器１１とが
取り付けられている。

１２はロボット制御装置であり、ティーチングペンダン
ト１５からの指令でロボット１をオペレータの指示どお
りに動かしたり、そのティーチングによって得た動作を
ロボット１に記憶させてプレイバックさせたりする機能
を果す。

なお、このロボット制御装置１２は、マイクロコンピュ
ータを主体としてシステム構成されている。

１３は位置補正演算装置であり、ハンドアイ１０からの
画像データ等を画像処理して、後述するような誤差デー
タを演算すると共に、その結果に基づく位置データの補
正を行なった後、その最終的な結果をロボット制御４Ａ
置１２へ転送したり、画像データに基づく２値化画像を
映像モニタ１４に映し出したりする。

なお、映像モニタ１４には、ハンドアイ１０が図示の位
置でネジ挿入穴７付近を拡大して撮像した時の２値化画
像が示してあり、６′がランプハウス６の図面左コーナ
一部の画像を示し、７′がネジ挿入穴７の画像を示す。

次に、第２図を参照して、位置補正演算装置１３の内部
構成を説明する。

同図において、位置補正演算装置１３は、カメラインタ
フェース１３０と５画像メモリ１３１と。

中央処理′！Ａ置（ＣＰＵ）７３２と、演算用メモリ（
ＲＡＭ、ＲＯＭ）＋　３３と、ロボットインタフェース
１３４と、端末用インタフェース１３５と。

画像メモリ１３１乃至端末用インタフェース１３５を結
ぶシステムバス１３６等とからなる。

カメラインタフェース１３０は、ハンドアイ１０からの
画像データを所要のレベルで２値化した２値化画像デー
タを画像メモリ１３１に暑き込むと共に、その２値化画
像データを映像モニタ１４に転送して映像モニタ１４に
２値化画像を映し出す。

画像メモリ１３１は、カメラインタフェース１３０から
の一画面分の２値化画像データを格納する。

ＣＰＵ１３２は１画像メモリ１３１に格納された２値化
画像データ及びロボットインタフェース１５４を介して
もたらされるロボット作業用のティーチデータとしての
位置データを、演算用メモリ１３３に予め格納したプロ
グラムに従って処理して、ハンド３が把持するリアコン
ビネーションランプ４をランプハウス６に正確に組み付
けるための位置データを求め、その結果をロボット制御
装置１２ヘロボツｌ−インタフェース１３４を介して出
力する。

端末用インタフェース１３５は、プログラミング用等の
端末装置１５を位置補正演算装置１６に接続するための
ものである。

次に、第３図乃至第５図をも参照しながら、この実施例
の作用を説明する。

なお、第３図に示すジェネラルフロー図は、第１図及び
第２図に示すロボツ１−制御装置１２内のマイクロコン
ピュータが実行するプログラムの概要を示し、第４図に
示すジェネラルフロー図は、第２図に示す位置補正演算
装置１３のＣＰＵ１３２が実行するプログラムの概要を
示す。

また、以下の説明の前提として、ロボット１は、予めハ
ンドアイ１０が第１図に実線で示すネジ挿入穴７を拡大
してｗｔ像し得る第１位置と、同図に破線で示すネジ挿
入穴８を拡大して撮像し得る第２位置とに移動して停止
するようにティーチングされ、且つハンド３によって把
持したリアコンビネーションランプ４を車体Ｓの後方部
におけるランプハウス６に組み付けるようにもティーチ
ングされているものとする。

先ず、第３図を参照して、ロボット制御装置１２内のマ
イクロコンピュータは１例えば外部より８動指令が入力
されているか否かをチェックすることによって、ロボッ
ト１を起動するか否かを判定し、起動する状態でなけれ
ば待機し、起動するのであれば次のステップでロボッ１
−１の手ｄ部２に取り付けたハンドアイ１０が第１図に
実線で示す第１位置に位置するようにしたロボット１を
プレイバックする移動処理を行なう。

勿論、この時には既にハンド３にはリアコンビネーショ
ンランプ４が正確な把持姿勢で把持されている。

そして、第１位置への位置決めがなされると、照明器１
１を点灯すると共に、ハンドアイ１０を起動した後、次
のステップで位置補正前ｎ装置１３へ第１位置演算指令
を出力してから、次のステップで位置補正演算装置１３
から演算終了信号が入力される。まで待機する。

一方、位置補正演算装置７３のＣＰＵ１３２の方は、第
４図に示す如く起動後ロボット制御装置１２から第１位
置演算指令が入力されるのを待っており、ロボットイン
タフェース１３４を介して該指令が入力されると、次の
ステップで先ずカメラインタフェース１３０を介してハ
ンドアイ１０が撮像しているネジ挿入穴７まわりの一画
面分の２値化画像データを画像メモリ１３１に格納する
、この時、映像モニタ１４には第１図に示すような２値
化画像が映し出される。

そして、画像メモリ１３１への格納処理を終了すると、
直ちに公知の画像処理技術によってネジ挿入穴７の２値
化画像７′　（第１図参照）の画面座標における重心位
！　（ＧＸ、ＧＹ）を求めた後、その求めた重心位置（
ＧＸ＋　、ＧＹ＋　）と、ティーチング時に予め求めた
ネジ挿入穴７の画像基準位置、即ちティーチング時の画
像７′の重心位置（ＶＳＴＤＸ　Ｉ　、ＶＳＴＤＹ　Ｉ
）との差の実体座標系での値（ＸＯＦＴＩ、ＹＯＦＴｌ
）を演算する。

すなわち、ティーチング時の爪心位［（ＶＳＴＤＸＩ、
ＶＳＴＤＹＩ）Ｃ単位はｂ１シ〕　が第５図に画面Ｉで
示すようになっていたものとすると。

今般求めた（ＧＸ＋　、ＧＹ＋　）Ｃ単位はビット〕に
対する差（車体５等の位置決めが正確になされていれば
誤差はゼロ）の第６図に示す実体座標系での値（ＸＯＦ
ＴＩ、ＹＯＦＴＩ）［単位はｍ］は、画面１のＸ方向の
倍率をＶＲＴＯＸ　ｌ　　［ｎｎ／ｂｉ［、］、画面Ｉ
のＹ方向の倍率をＶＲＴＯＹ　１［ｍｍ　／　ｂ　ｉ　
＋、　）とすると、次式で与えられる。

Ｘ０ＦＴ　１　＝　（１”；Ｘ　１−ＶＳＴＤＸ　ｌ　
）　−ＶｎＴＯＸ　ＩＹＯＦＴ　１　＝　（ＧＹ　１−
ＶＳＴＤＹ　ｌ　）・ＶＩＩＴＯＹ　］そして、Ｉ；記
の演算を終了した後、第４図の次ステツプでロボット制
御装置１２へ演算終了信号を出力してから、その次のス
テップでロボット制御装置１２から第２位置演算指令が
入力されるのを待つ。なお、Ｘ０ＦＴＩ、ＹＯＦＴＩは
夫々ｆ寅算用メモリ１３３に保存される。

第３図に戻って、 ロボット制御′！装置１２内のマイクロコンピュータの
方は、位置補正演算装置１３から演算終了信号を受ける
と、前述の待機していたステップから次のステップへ進
んで、ハンドアイ１０が今度は第１図に破線で示す第２
位置に位置するようにロボット１をプレイバックする移
動処理を実行する。

そして、第２位にへの位置決めがなされると。

次のステップへ進んで位置補正演算装置１３へ今度は第
２位置演算指令を出力し、その後次ステツプでハンド６
で把持したリアコンビネーションランプ４をランプハウ
ス６へ組み付ける作業の開始位置にハンド３が位置する
ようにロボット１をプレイバックする移動処理を行ない
、その処理が終ｒすると、その次のステップで位置補正
演算装置１３から補正位置データが入力されるのを待つ
。

なお、第２位置演算指令出力時には、ティーチング時に
得た絹句作業に供する位置データも位置補正演算゛装置
１３に出力する。

第４図において。

（−’を置補正演算装置１３のＣＰＵ１７）２は、ロボ
ット制御装置１２から第２位置演算指令及び位置データ
が入力されると、前述した待機ステップがら次のステッ
プに進んで、ハンドアイ１０が撮像しているネジ挿入穴
８まわりの一画面分の２値化画像データを前述した第１
位置での場合と同様に画像メモリ１３１に格納する。

そして、その格納処理後、前述した第１位置での場合と
同様に、今度はネジ挿入穴８に関して。

第５図に画面Ｈに示すティーチング時の重心位置（ＶＳ
ＴＤＸ２．ＶＳＴＤＹ２）、！１今般ヤハリ公知の画像
処理技術によって求める第６図の重心位置（ＧＸ２．Ｇ
Ｙ２）との差の実体座標系での値（ＸＯＦＴ２．ＹＯＦ
Ｔ２）を画面■のＸ、Ｙ方向の倍率をＶＲＴＯＸ２．Ｖ
ＲＴＯＹ２を使って、次式によって求める。

Ｘ０ＦＴ２　＝　（ＧＸ２−　ＶＳＴＤＸ２）−ＶＲＴ
ＯＸ２　＋　ＤＳＴＤＸＹＯＦＴ２＝　（ＧＹ２−　Ｖ
ＳＴＤＹ２）・ＶＲＴＯＹ２　＋　ＤＳ丁ＤＹ但し、Ｄ
ＳＴＤＸ、ＤＳＴＤｌ！夫々第Ｓ図に示すようにネジ押
入穴７，８間のＸ、Ｙ方向の図面基準値である。

そして、上記のＸ０ＦＴ２．ＹＯＦＴ２を求めたなら、
今度は前回求めたＸ０ＦＴＩ、ＹＯＦＴｌをも使って、
ハンド乙の基準位置とランプハウス６との間のティーチ
ング時の正規の相対位置関係に対する今般プレイバック
時の誤差、即ち第６図に示すハンド３のランプハウス６
に対する相対的なティーチング時の基準位置）ｉ　ｏに
対する今般プレイバック時の基準位［ＨＸのｘ、Ｙ方向
のオフセット凰０ＦＴＸ、ＯＦ　”Ｉ”　Ｙ及び回転量
０ＦＴＨを次式によって求める。

０ＦＴＸ＝ｉ）Ｘ・（１−ｃｏｓ（ＯＦＴＩＩ））　　
＋Ｘ０ＦＴ１＋ＤＹ・５ｉｎ（ＯＦＴＩＩ） ＯＦＴＹ＝−ＤＸ−ｓｉｎ（ＯＦＴＩＩ）＋ＤＹ−（１
−ｃｏｓ（ＯＦＴＨ））＋’１０ＦＴ＋ 但し、ＤＸ、ＤＹは第６図に示すように、ＤＸが（ＧＸ
Ｉ、ＧＹＩ）と）（ｏとの間のＸ方向の寸法で、ＤＹが
ネジ挿入穴７の中心とＨＯとの間のＹ方向の寸法である
。

そして、上記ＯＦ　Ｔ　Ｈ、○ＦＴＸ、０ＦＴＹなる誤
差を演算したなら、第４図の次ステツプにて、次に入力
されたリアコンビネーションランプ４の組付作業に供す
る位置データ髪上記０ＦＴＨ。

○ＦＴＸ、○ＦＴＹに基づく座標変換の手法を使って補
正する。

そして、その補正演算が終了したなら、次のステップで
その補正位置データをロボット制御装置１２へ転送して
５次サイクルの第１位置演算指令が入力されるのを待つ
。

第３図に戻って、ロボット制御装置１２のマイクロコン
ピュータは、位置補正演算装置１３から補正位置データ
を受信すると、前述の待機ステップから次ステツプに進
んでその受信補正位置データに基づく組付作業処理を実
行して、ロボット１のプレイバックを行ない、それによ
ってハンド３が把持したリアコンビネーションランプ４
をランプハウス６に両者のネジ挿入穴が正確に合うよう
に組み付ける。

そして、その組付作業処理を終了したなら、ロボット１
を作業待機位置に戻す図示しない処理を行なった後、次
サイクルのロボット起動入力を待つ。

そして、このような２つのネジ挿入穴７，８を個別に拡
大撮像して処理することによって、リアコンビネーショ
ンランプ４のようにワークが大きくても所要の補正精度
が出せ、失敗のない組付は作業が行なえる。

第７図は、この発明の他の実施例を示す全体構成図であ
り、第１図と対応する部分に同一符号を付しである。

この実施例では、ハンドアイ１０と照明器１１の他に、
もう１組のハンドアイ１６と照明器１７をネジ挿入穴７
，８の位置関係に対応させてロボット１の手ｄ部２にブ
ラケット１８を介して取り付けである。

このようにすれば、ネジ挿入穴７，８の画像を一度に取
り込むことが出来、それによって前実施例におけるネジ
挿入穴を撮像するための動作を１ステツプ省略すること
が出来るため、前実施例の効果に加えてサイクルタイム
を短縮出来る効果がある。

なお、第７図において、１Ｂはハンドカメラ１６が撮像
したネジ挿入穴８まわりの画像を映し出す映像モニタで
あり、６′がランプハウス６の図面右コーナの２値化画
像を示し、８′がネジ挿入穴８の２値化画像を示す。

また、上記各実施例では、ランプハウス６にリアコンビ
ネーションランプ４を組み付ける作業を対象にしたが、
この発明はあらゆる組付作業に実施適用できるものであ
る。

さらに、ｌ二記各実施例では、被組付作業部（ネジ挿入
穴）を２ケ所とした例に就で述べたが、３ケ所以上でも
良いことは勿論である。

但し、誤差を演算するために２ケ所で充分なことは云う
までもない。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明によればワークを組み付け
るワーク組付対象物における複数の被組付作業部を各々
個別に撮影して、ワーク組付位置の補正演算に供する誤
差を求めるようにしているので、組み付けるワークが大
きくても所要の組（＝Ｊ精度が得られ、失敗のない作業
が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す全体構成図、第２図
は第１図の位置補正演算装置１３の内部構成を示すブロ
ック図、 第３図は第１図及び第２図のロボット制御装置１２のマ
イクロコンピュータが実行するプログラムの概要を示す
ジェネラルフロー図。 第４図は第２図のＣＰ０１３２が実行するプログラムの
概要を示すジェネラルフロー図５第５図及び第６図は夫
々第４図における演算内容の説明に供する図、 第７図はこの発明の他の実施例を示す全体構成図である
。 １　・産業用ロボット　２・・・手首部　３・・・ハン
ド４・リアコンビネーションランプ（ワーク）５・・車
体　６・・ランプハウス（ワーク組付対象物）７．８・
・ネジ挿入穴　　９・・・ブラケット１０．１６・・・
ＴＶカメラ（ハンドアイ）〔撮像手段〕１１ｉ７　・照
明器　　１２・・・ロボット制御装置１３・・位置補正
制御装置 １４．１９・・映像モニタ 第１図 １４　吠徽丑二り 第２図 Ｌ 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　ロボットの手首部に取り付けた二次元の撮像手段に
   よつてワーク組付対象物における複数の被組付作業部を
   各々個別に撮像して夫々別々の画像データを得ると共に
   、それ等の画像データから前記各被組付作業部の画面座
   標における重心位置を求め、さらにそれ等の各重心位置
   とテイーチングによつて予め得た前記各被組付作業部の
   画面基準位置とに基づいて、前記ロボットが把持したワ
   ークと前記ワーク組付対象物との間の正規の相対位置関
   係に対する誤差を求め、この誤差によつて前記ロボット
   のワーク組付位置の補正演算を行なつて該ロボットの組
   付動作を補正することを特徴とするロボットの組付動作
   補正方法。