JPH012883A - ロボット制御装置 - 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】 発明の要約 カメラ座標系で表現した目標値および測定値で制御系を
構成することにより、高速処理と高精度化を一１１能に
する。

発明の背景 技術分野 二の発明は、視覚装置を備えたロボット・システムにお
いて９把持すべきワークの位置が必ずしも１Ｅ確でない
場合にとくに適用可能なロボ・ノド制御装置に関する。

従来技術とその問題点 ロボットが把持すべきワークの位置や姿勢を正確に設定
するには高価な治具や搬送装置を必要とする。そこで設
備を低廉化するためにワークの位置設定に厳密さを要求
しないようにし、これに代わってロボットの手先に視覚
装置を取付け、この視覚装置によってワークの位置姿勢
を測定し、その情報をもとにロボットの手先部をワーク
に位置決めするやり方が一般に採用されている。

従来のロボットの手先部の位置決めのやり方は、ワーク
の位置を視覚装置固自−の座標系で求め、これをロボッ
トのベース座標系に変換し、さらにそのデータをロボッ
トの関節角に変換していた。この関節角がロボットの動
作目標値となり。

ロボットはその手先部が目標値に近づくように駆動制御
される。

このような従来のやり方においては、座標☆換の演算が
多く、シかもこの演算は複雑であるために動作の高速化
が困難でかつ必ずしも高い精度が得られないという欠点
があった。

発明の概要 発明の目的 この発明はロボットの高速動作と位置決めの高粘度化と
を図ることをＬ１的とする。

発明の構成と効果 この発明によるロボット制御装置は、ロボットのアーム
部材に保持された手先効果器とあらかじめ定められた位
置関係を保つように設けられた視覚装置、視覚装置によ
って把えられたワーク像位置と！−記のあらかじめ定め
られた位置関係によって定まる目標位置との偏差に関す
る量を視覚装置の座標系において演算する第１の演算手
段、第１の演算手段による演算結果を、アーム部材の駆
動のための座標系における所定の量に変換する第２の演
算手段、および第２１の演算手段によって求められた所
定の隘にしたがって２手先効果器の位置が１−１標位置
に近づくよう上記アーム部材を駆動。

制御する手段を備えていることを特徴とする。

この発明は、ワーク像が視覚装置の視野内に入ったのち
に適用すればよく、ワークが視覚装置によって把えられ
ない範囲にあるときには従来の制御のやり方を用いるこ
とができる。手先効果器の所定位置（たとえば中心位置
）は視覚装置の視野内にある。

この発明によると、視覚装置のカメラの視野内にワーク
が入ったのちは、制御系の１」標位置をカメラ座標系内
の一定座標位置に固定し、同じくカメラ座標系によって
表わされたワーク像位置をフィードバック情報としてこ
れらの間の偏差を無くすように制御している。目標位置
およびフィードバック情報のいずれもカメラ座標系で表
わされているので、第１の演算手段による偏差の演算は
きわめて簡単であり、座標系の変換演算は第２の演算手
段による演算ですむ。しかもこの演算も比較的簡単であ
る。

し、たがって、：（雑な座標変換演算が減少し、高速動
作がｉｉＪ能となるとともに、変換演算による精度低下
が防＋Ｌでき高精度の位置決めが可能となる。

実施例の説明 第１図は回転関節で構成された代表的な平面作業型ロボ
ットの一例を示している。ロボット１は、ベース２上に
軸支されかつ水平面内で回転する第１アーム１１．　　
この第１アームｔｔの先端部に軸支されかつ水平面内で
回転する第２アーム１２．　　この第２アーム１２の先
端部に軸支され１回転するとともにその軸方向に動く回
転直動リンク１３．および回転直動リンク１３に固定さ
れたハンド（手先効果器）１４によって構成されている
。第２アーム１２の先端には二次元視覚認識用カメラ（
視覚装置）７が取付けられている。このカメラ７の出力
映像信号は画像処理装置８に送られ、ここで処理されて
ワーク等の特ｍＷ（たとえば中心座標）等が算出される
。画像処理装置８はロボット・コントローラ９に接続さ
れている。ロボット・コントローラ９はロボット１のア
ーム１１．　１２．　　リンク１３等の駆動を制御する
。アーム１１．１２．　　リンク！３等は公知のサーボ
・モータによって駆動される。ロボット・コントローラ
９および画像処理装置８はＣＰＵ、　メモリ、インター
フェイス等から構成されている。

第２図は上述したロボット１におけるロボット・アーム
の関節構造図であり、第１軸Ｋｌ、第２軸に２および第
４軸に４が回転関節、第３軸に３が直動関節である。

ロボットｌにはそのハンド１４によってワークＷｋを把
持すべきｌ−１標点の位置、姿勢に関するデータがあら
かじめ与えられている。しかしなから、ワークＷｋは１
、必ずしもその位置、姿勢にＩＥしく位置決めされてい
る保証はなく、１Ｅｌｉｆな把持動作を行なうためには
カメラ７によりワークＷにの位置、姿勢を測定し、あら
かじめり、えられている１］標点を修市する必要がある
。

二の修！■−動作をしなからハンド１４によってワーク
Ｗｋを把持するまでのロボット１の動作について次に説
明する。第６図はロボット１の動作を制御するためのコ
ントローラ９によって行なわれる処理手順の概要を示し
ている。

第６図を参照して、アームＩＩ、　１２を駆動してハン
ドＩ４があらかじめ与えられているＩＩ標点に向かって
移動するための動作が開始される（ステップ２１）。こ
れは従来から一般的に行なわれている関節角の１１標値
に対するＰＴＰ　（ポイント・トウ・ポイント）動作で
ある。そして、移動中にカメラ７の視野内にワークＷｋ
が入ったかどうかか常にチエツクされる（ステップ２２
）。カメラ７の視野内にワークＷｋが入ったときに、制
御系が以下に詳述するようにカメラ座標の制御系に切換
えられる（ステップ２３）。

第４図にカメラ７の視野°７３が示されている。

符号ＷＩ１１で示される実線の像がワーク画像であり、
その中心位置（ｘ、ｙ）がカメラ７からの映像信号に基
づいて画像処理装置８によって検出される。ワーク画像
Ｗｍの位置は、アーム１１．　１２の移動すなわちカメ
ラ７の移動により視野内において変わる。すなわちその
中心座標（ｘ、ｙ）の値は変化する。

符号Ｗｏで示される破線の像の中心位置（Ｘ　ｄ。

ｙｄ）は、カメラ座標によって１８えられた望ましいワ
ーク位置を表わし、これが目標位置となる。

またこの中心位置（ｘ、ｙ）は、カメラ座標ｄ 内におけるハンド１４の中心位置でもある。中心位置（
ｘ、ｙ）は、カメラ７とハンド１４の幾何ｄ 学的関係からあらかじめ分っている値であり、ロボット
・コントローラ９に与えられている。

ワークＷｋがカメラ７のｌ！Ｐｆ７Ｓ内に入ったのちに
おいてはコントローラ９によって実行される制御系は第
３図に示すようになる。第３図はコントローラ９によっ
て実行される処理をブロック図で表わしたものである。

ワークＷｋの中心位置（ｘ、ｙ）は１ユ述のように画像
処理装置８からフィートノ＜・ツク情報として与えられ
る。１−１標値（ｘ、ｙ、）はあらかじめ設定されてい
る。

まず次の演算が行なわれる。

ΔＸ”Ｘ、−Ｘ ・・・（１） ΔＹ　””　’Ｗ　ｄＹ この演算によって求められたΔＸとΔｙとを用いて、さ
らに なる演算が行なわれる。

ここでＪ−１はカメラ座標系の変位と関節座標の変位と
の関係をつけるヤコビ行列であり、関節角を用いて容易
に求めることができる。関節角はアーム１１．１２（関
節Ｋｌ、に２）の角は位置を検出するエンコーダＥｌ、
Ｅ２によってＰｊられる。

このようにして得られたθ　、０　はワーク像Ｗｉｌｌ
の中心位置（ｘ、ｙ）がカメラ座＋項（Ｘ　ｄ。

ｙｄ）に近づくための第１関ｆｌＫ！、第２関節に２　
　＜アーム１１．１２）の速度指令値としての意味をも
つ。

これらのθ　、θ　に対し、エンコーダＥ１およびＥ２
から得られた位置情報を微分した（Ｓはラプラス演算子
で微分を意味する）速度情報をフィードバックしその偏
差をサーボ・アンプＡＩ、Ａ２への指令値とする。サー
ボ・アンプＡＩ、Ａ２はそれぞれアームＩＩ、　　＋２
を駆動するモータＭｌ、Ｍ２に対し、指令値に応じた電
流を供給する。

以上のようにして、カメラ７による画像の取込み毎に上
記制御が行なわれ、ワークＷｋの中心位置が（ｘ、ｙｄ
）になるようアーム１１．１２が制御される。

」二足の説明ではワーク画像ＷＩＩｌの中心位置（ｘ。

ｙ）をフィードバック情報としたが９画像処理装置８内
で第（１）式の演算を行ない、制御系の１−１１値とし
て、ΔＸ、Δｙを設定してもよい。いずれの場合も、制
御系の機能ブロック図としては第３図に示すようになる
。

以上が位置についての制御であるが１次にワークＷｋの
姿勢について述べる。ハンド１４の中心位置とワークＷ
ｋの中心位置が一致しても、ワークＷｋの姿勢とハンド
１４の姿勢が一致しなければ正確な把持はできない。

ハンド姿勢を一致させることは回転直動リンク１３（ｍ
４関節に４）の回転によって行なわれる。

すなわち、ロボット１のベース２に固定したベース座標
系に対するワーク姿勢を測定し、その姿勢に合うよう第
４関節に４を回転させる。

ワーク姿勢は次のようにして容いに求められる。第５図
を参照して、ワーク画像Ｗｆｆｌのカメラ座標Ｘ。Ｙｏ
に対する傾き角αが画像処理装置８によって求められる
。次にエンコーダＥｌ、Ｅ２から得られるアームＩｔ、
　１２の関節角θ　、θ２によりカメラ座標Ｘ　Ｙ　と
ベース座標Ｘ８Ｙ８の　　Ｃ 傾き角βを求め、これらの角度αとβとからワークＷｋ
のベース座標Ｘ８Ｙ８に対する角度（すなわち姿勢）が
求められる。

第６図に戻り、目標値（ｘ、ｙ）と？ＩＩ定値ｄ （ｘ、ｙ）とが一致すれば、ワークはハンド１４の真ド
に位置することになるので、リンク１３（第３関１ｉｉ
ｊＫ３）を下降させる（ステップ２５）。このとき、必
要ならば−１−述したハンド１４の姿勢変更制御が行な
われる。そして、ハンドＩ４を閉じることによってワー
クＷｋが把持される。

以にのようにカメラ７の視野内にワークＷｋが入った後
は、カメラ座標系を基礎とする制御系に切換えることに
より、演算処理は第（１）式と第（２）式を行なえばよ
く、従来のような護雑な座標変換演算が不要となるため
、高速処理、高速動作が可能となる。また位置決め精度
も向上する。

上記実施例では回転関節で構成された平面作業型ロボッ
トについて述べたが、直交座標型２円筒座標型などの他
のタイプの甲面作業型ロボット。

さらに三次元作業ロボットに対してもこの発明は同様に
適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はロボット・システムの全体を示す斜視図、第２
図は第１図のロボットのアーム関節構造図、第３図は制
御処理を機能の観点から描いたブロック図、第４図はカ
メラの座標系およびその視野に把えられた像を示す図、
第５図はカメラ座標系とベース座標系との関係を示す図
、第６図はコントローラによる処理手順を示すフロー・
チャートである。 １・・・ロボット、　　　　２・・・ベース。 ７・・・カメラ、　　　　　　７８・・・カメラの視野
。 ８・・・画像処理装置。 ９・・・ロボット・コントローラ。 ■、１２・・・アーム、　　　　＋３・・・リンク。 １４・・・ハンド。 Ｋｌ、に２．に３．に４・・・関節。 Ｗｋ・・・ワーク、　　　　　Ｗａ＋・・・ワーク画像
。 Ｗｏ・・・目標位置。 以　　上 特許出願人　　立石電機株式会社 代　理　人　　弁理士　牛久　健司（外１名）第１図 第２図 に２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ロボットのアーム部材に保持された手先効果器とあらか
   じめ定められた位置関係を保つように設けられた視覚装
   置、 視覚装置によって把えられたワーク像位置と上記のあら
   かじめ定められた位置関係によって定まる目標位置との
   偏差に関する量を視覚装置の座標系において演算する第
   １の演算手段、 第１の演算手段による演算結果を、アーム部材の駆動の
   ための座標系における所定の量に変換する第２の演算手
   段、および 第２の演算手段によって求められた所定の量にしたがっ
   て、手先効果器の位置が目標位置に近づくよう上記アー
   ム部材を駆動、制御する手段、を備えたロボット制御装
   置。