JPH01103292A - ロボットへのカメラ取り付け方式 - 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〕 本発明はロボット手先カメラの取り付け後の調整に係り
、そのカメラの取り付け位置・姿勢を求めることにより
、カメラをロボット軸と平行な位置・姿勢で取り付ける
方法に関するものである。

〔従来の技術〕

ロボットのある軸にカメラをつけた場合、その軸とカメ
ラとの取り付け誤差が問題となる。従来はカメラ座標系
とロボット座標系との較正方式が論じられているが、カ
メラを任意の角度で取り付ける方法については論じられ
ていない。

−〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の技術は、何らかの方式でカメラを取り付けた後の
較正法につき論じたものであり、取り付けたカメラの位
置・姿勢の求め方や調整法については触れられていない
。

本発明は、簡便にその取り付け後の位置・姿勢を求め、
軸と平行の位置・姿勢に取り付ける方式を提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、 （１）　カメラに規準マークを見せ、その軸に沿って移
動（マークを移動するかロボットを移動するかどちらで
もよい）し、軸とカメラの光軸を合わせる。

（２）次いで、カメラの取り付け位置のみを、規準マー
クをみせながら調整する。

ことにより達成させる。

〔作　用〕

カメラを取り付ける際、その取り付け位置と姿勢を同時
に決定しようとすると面倒である。そこでそれらを別々
に行なうことにより簡便で正確な取り付けが可能となる
。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図を用いて説明する。

カメラとロボットの軸との関係は第１図に示すようにＱ
、ｄ、θ、α、β、γと６つある。これは空間の１点の
自由度が６であることを示す。しかし、カメラ１の光軸
２回りの回転γは発生しても特に効果を及ぼすものでな
いためここでは問題としない、これは写真を撮るとき、
カメラのみを焦点軸まわりに回転しても被写体の位置に
関係しないことを考えれば明らかである。これにくらべ
。

他の５つのパラメータはすべて被写体の大きさや位置な
どを変えてしまう原因となる。

取り付け調整は次の３ステツプで行なう。

（１）　カメラ１の焦点軸２とロボットの軸３と合わす
。

（２）　ロボットの軸３と取り付け点４の位置（Ｒ。

ｄ、０で示される）を調整する。

（３）　ロボットの軸３と焦点軸２の角度（α、β）を
調整する。

第１ステツプでは以下のようにしてロボット軸と焦点軸
を合わす。

（ａ）第２図で示す規準マーク５を用意管る。この正方
形の辺ａの長さは既知とする。

（ｂ）規準マーク５を見せ焦点を合わす。そして規準マ
ーク５とカメラ１との相対距離をｈだけ短かくする。こ
れには、規準マーク５をロボットの軸２に沿って動かし
てもよいし、ロボットを軸２に沿って下げてもよい。

この移動の前後の規準マークの点６は第３図に示すよう
に一般に７から８に移動する。

この移動量をカメラ座標系９の成分Δχ、Δｙとして求
める。この求め方は以下の通りである。

カメラで取り込んだ画像は、通常カメラ座標系９の原点
１０の位置を（０，０）とじた２５６Ｘ２５６のような
ピクセルの位置として与えられる。従って１点７，８の
中心もピクセルの位置として求められる。（例えば岩披
講座情籟科学２１「パターン認識と図形処理」のＰ、１
６８等参照）この点７を（ｘ４゜ｙ、）２点８を（！ａ
＊ｙｉ）とする。

また、点８を含む規準マーク１１の１辺の長さが九ピク
セルであるとすると、第３図の画面ではηピクセルが既
知の長さａに対応するから、中心の差のＸ成分１３とν
成分１４は次のように求められる。

Δｘ＝（ｘｌ−χ、）ａ／７１ Δｙ＝（ｙニーｙ＊）ａ／７１ このΔＸ、Δｙは、カメラの焦点軸２とロボットの軸３
とが平行でないと発生する。その両軸のなす角は第４図
を参照すると δ＝ｔａ７１−１（Δ／ｈ） であるから、第１図のα、βは次のように求められる。

α＝　ｔ　（１７１−”　（Δｙ／ｈ）β＝　ｔ　（１
７１−”　　（Δｘ　／　ｈ　）従って、このα、βを
用いてカメラ１の取りつけ角を調整すると、カメラの焦
点軸２とロボットの軸３とを合わすことができる。

実用上は、さらにこれを繰り返すことにより、さらに精
度よく合わすことができるようになる。

第２ステツプでは、取り付け点の位置（Ｑ。

ｄ、θ）を測定し、それを調整する。

（ｃ）第５図に示すように、ロボット座標系　　１５の
ｘｙ平面上（ロボット軸３と垂直な面）にカメラ取り付
け位置１６におけるカメラ座標系の射影座標１７を示す
規準座標図１８を設置する。尚、規準座標図１８には長
さしの既知の直線が描いであるものとする。もしカメラ
１の取付け点がズしていると第６図に示すように見える
。

第６図の点２０と１０の間の距離の成分Δｘ２．Δｙ２
は、長さ既知の直４１１１９を用いて、（ｂ）と同様に
求めることができる。これが求・　　まると第７図を参
照して、本来の位置とのズレΔＱ、Δθは例えば次のよ
うに求められる。

まず点２０を示す位置ベクトルをＰ２゜とする。次いで
Ｐ２゜のχ成分、ｙ成分よりΔｘ２゜Δｙ２を引いた位
置ベクトルをｐＨｌとする。

ΔＲ＝ｌＰ、。１ｌｐｔ。１ 但し＋ｘ＋はベクトルＸの絶対値（長さ）とする。

また Ｐｏ。・Ｐ２゜＝ＩＰ□。１・ｌｐｚ。１（３）Δθで
あるから Δθ＝（５）−’（ＩＰよ。・Ｐ２゜／ＩＰ、。１・Ｉ
ＩＰ２．１）である。

但しｘ−譬はベクトル）ｌｅ’ｌの内積とする。

（ｄ）また、ｄに関する誤差Δｄは次のように求められ
る。

第８図に示すようにレンズ２１と結像面２２との距離（
これは既知である）をＳとするとき、レンズ２１の倍率
はｓ　／　ｄで与えられる。

ここで、規準座標図１８とカメラ１との相対距離を（ｂ
）と同様にｈだけ短かくするとする。この移動の前後に
おける直４９１１９の長さを求めずピクセル数をｍｔ、
ｍ、とする。この差は倍率により発生しているから が成り立つ、これより Δｄ　＝（ｄ−ｍ、−（ｄ　−ｈ）　・ｍａ）／　（ｍ
ｉ　　ｍｉ）となる。

（８）このΔＱ、Δθ、Δｄを用いて、取り付け位置を
ズラしてやると正しくカメラ１を取り付けられることに
なる。

実用的には、この作業（ｃ）（ｄ）（ｓ）をくりかえす
ことにより精度をあげることができる。

本方式を用いると、カメラ１とロボット軸２とのオフセ
ット量誤差Δ悲、Δｄ、ΔＯ９α、βが求められ、正確
なオフセット量を求めることにも用いることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ロボットの軸と平行に手先カメラを設
定し、軸とカメラとのオフセットが正確になるため、カ
メラ座標系とロボット座標系との座標系合わせ（較正）
が楽にできるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、カメラとロボット軸との誤差の種類の説明図
、第２図は傾き調整用マークの表示図、第３図は傾き量
測定のためのカメラ画像の説明図。 第４図は傾きを求めるための説明図、第５図は取り付け
位置測定用の座標系と座標系図、第６図はそのカメラ画
像説明図、第７図は誤差計算用の説明図、ａ４＆　　　
　　　　　第８図は結像状態説明図である。 １・・・カメラ、２・・・カメラ焦点軸、３・・・ロボ
ット軸、４・・・カメラ取付け位置、９・・・カメラ座
標系。 １５・・・ロボット座標系、１６・・・カメラ取り付け
点。 １７・・・カメラ座標系の射影図、１８・・・基準座標
図。 ２０・・・基準座標原点の画像、２１・・・レンズ、２
２−）、 〕　′ 葛　１　図 １　カメラ ２７７メラの声、頁軸 ３　０ボ゛ツト車由 ＋　ηメラ取イ？ｒｌｊ萎 第　３　図 ／２ 第４図 第　５　固 （久） ：ＶＪ　　乙　図 １θ 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ロボットとその軸に取り付けられたＴＶカメラより
   成る装置において、そのＴＶカメラに規準マークを見せ
   、ロボットの軸に沿って動かし再度マークを見ることを
   繰り返すことにより、カメラをその軸に対して平行取り
   つけを可能とすることを特徴とするロボットへのカメラ
   取り付け方式。