JPH04119405A - 位置及び回転角検出装置、その指示具、並びに、それを用いたロボットの動作教示装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、動作の位置及び回転角度を解析するための検
出装置及びそれに用いる指示具に関し、特に、ロボット
の動作教示に適した位置及び回転角検出装置、その指示
具等に関する。

［従来の技術］ 従来、ロボットへその動作を教示するための教示方法と
しては、例えば、特開昭５９−３７０８２号公報などに
示される様に、略相（Ｇ形のいわゆる操作アームを人間
が操作することによってその位置や回転角等を入力する
方式が一般的に行われている。

また、例えば特開昭６０−６０５０２号公報によれば、
ＣＡＤシステムにおける三次元位置入力を容易にするた
めの装置として、発光体を装着したペンを用い、複数の
（２個）のＴＶカメラによってこのペンの三次元におけ
る位置座標を求める三次元位置指定装置が提案されてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、」−記の従来技術において、特に前者で
は、ロポッＩ・の動作の複数個の教示点を」１記の入力
アームを動かしながら各々人手で行わねばならず、教示
作業に非常な手間が掛かるという問題点があった。また
、後者の位置指定装置では、ペンの発光体に対する一点
の三次元位置座標を求めることは可能ではあるが、ロボ
ットに動作を教示する為には、さらに細かな位置情報、
例えばペンの回転角やペン自体の回転角度等が必要とさ
れるため、これをロボッ１への動作教示装置として使用
することは困難であった。

そこで、本発明では、上記の従来技術における問題点に
鑑み、まず、位置及び回転角に加え、更に、それ自体の
回転角度をも含む詳細かつ微細な情報を簡単かつ迅速に
入力することか可能な位置及び回転角検出装置を提供す
ることをその目的とする。

また、本発明では、上記の位置及び回転角検出装置に用
いるための位置及び回転角検出用指示具を提供すること
をその目的とする。

さらに、本発明では、簡単な操作で詳細かつ微細な動作
情報を迅速に入力することの可能なロボットの動作教示
装置を提供することなその目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的は、本発明によれば、まず、人間によって指
示される位置及び回転角の指示具と、」１記指示具を撮
影してその位置及び回転角を検出する検出手段とから成
ると共に、」１記指示具は、その位置及び回転角を表示
することが可能であり、それ自身の回転角をも表示する
ことが可能であることを特徴とする位置及び回転角検出
装置によって達成される。

また、本発明の他の目的は、人間によって指示される位
置及び回転角の指示具であって、上記指示具を撮影して
その位置及び回転角を検出するものにおいて、上記指示
具は、略棒状本体の長手方向両端に設けられてその位置
及び回転角を表示するための第１のマーカと、上記棒状
本体の外周に設けられ、それ自体の回転角を表示するた
めの第２のマーカを備えたことを特徴とする位置及び回
転角検出用指示具によって達成される。

更に、本発明の他の目的は、上記の位置及び回転角検出
装置を用いてロボットにその動作の基準点を分析教示す
ることを特徴とするロボットの動作教示装置によって達
成される。

［作用］ すなわち、上記の本発明によれば、位置及び回転角と共
に、それ自体の回転角度をも表示することが出来る動作
指示具を用い、これを撮影して動作情報を入力すること
により、人間の作業等による位置及び回転角等の詳細か
つ微細な情報を簡単、容易かつ迅速に指示することが可
能になる。

また、」１記の位置及び回転角検出装置をロボッ１−の
動作教示装置に用いることにより、作業者等の人間の通
常の作業動作によって簡単かつ容易に、その動作の基準
点を教示し、迅速に入力することが可能になる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について、添付の図面を参照しな
がら詳細に説明する。

なお、以下に詳細に説明する実施例は、本発明になる位
置及び回転角検出装置を動作教示に用いた半田付作業用
ロボット装置に関している。また、この半田付作業では
、半田ゴテ２００の先端部２０］。は、第６図（ａ）及
びその先端部の拡大図である第６図（ｂ）にも示す様に
、その先端形状から、いわゆる、方向性を有している。

そのため、この様な半田ゴテを操作する半田付作業用ロ
ボットは、その位置や回転角だけではなく、更に、それ
自体の回転角度についても正確に制御することが必要と
なる。

まず、添付の第１図には、上記半田付作業用ロボッ１〜
の概略構成が示されており、この半田付作業用ロボッ１
〜は、いわゆる、ロボット本体部１０と、その動作を制
御するためのロボットコントロ−ラ 業に必要な情報を入力・教示するための、いわゆる作業
教示部３０とから構成されている。さらに、このロボッ
１へ本体部１０は、図にも示す様に、ベース部］１と、
このベース部１１上に設けられた多間接のアーム部１２
と、その先端に取り付けられたハンド部１３とから構成
されたており、これらのアーム部１２やハンドｆｊｒ８
１３は、図には示されないサーボモータ等のアクチュエ
ータによって所定の動作を行うように駆動されると共に
、上記半田作業のための半田ゴテは、そのハンド部上３
によって把持されるものである。

また、上記のロボットコン１〜ローラ２０は、例えばデ
ィジタルコンピュータ等によって構成され、以下に詳細
に説明する作業教示部３０から出力されるロボットの作
業データである位置データＤＰや速度データＤＳに基づ
いて」二記ロボッＩ・本体部のアクチュエータ等を駆動
する駆動信号を発生するものである。

そして、作業教示部３０は、上記ロボッＩ・アーム］２
先端のパン１一部１３に把持される半田ゴテを想定した
作業動作の指示具としてのペン３１と、半田付作業をす
るプリント板３２と、フットスイッチ３３と、ｊ１記プ
リンＩ・板３２のＸ方向及びＹ方向に各々垂直に配置さ
れた複数（この実施例では２個）のＴＶカメラ３４、３
５と、そして、上記フットスイッチ３３からの測定指令
信号ＩＮＳ及び上記ＴＶカメラ３４、３５からの映像信
号■３４、Ｉ３Ｓを入力して上記位置データＤＰや速度
データＤＳを出力する画像処理装置３６とを備えている
。

さらに、第２図には、上記ロボットアーム］−２の先端
のハフ１〜部１３に把持される作業指示用のペン３１の
詳細な構造が示されており、このペン３１は、不透明な
外形略円柱状の本体３１１の長軸方向の両端を尖頭状に
したものである。そして、本体３１］の内部には発光源
（図示されず）を埋め込み、また、その長軸方向の両端
には点（円）状の窓３」２、３」３を、その中央外周面
には隙間Ｗを有する螺旋状の窓３１４を形成したている
。

そして、これらの窓は、それぞれ、例えば窓３］２は赤
（Ｒ）、窓３１３は青（Ｂ）、そして、螺旋状の窓３１
４は緑（Ｇ）の様に、その位置関係を明確にして後述す
るロボッＩ−への作業の教示に必要な三次元座標を決定
するのに有意なパターンを形成することが出来るように
、任意に三原色に色分けされている。

次に、以上に説明した半田付作業用ロボット装置の、特
に、その作業動作の教示・入力いついて、以下に詳細に
説明する。まず、上記の第１−図において、作業者１０
０は上記作業指示用のペン３１をその手に把持しながら
作業動作を行う。同時に、必要に応じてフッ１へスイッ
チ３３を踏みながら」１記の画像処理装置３６へ測定指
令信号ＩＮＳを伝達する。一方、ＴＶカメラ３４、３５
からの映像信号Ｉ　３４、■，５も上記画像処理装置３
６に伝達され、ロボットの制御に必要なデータに変換さ
れ、位置データＤＰや速度データＤ　Ｓとしてロボッ１
ーコンＩ〜ローラ２０に出力されることとなる。

第３図（ａ）及び（ｂ）には、上記ＴＶカメラ３４、３
５からの映像信号Ｌ４、Ｔ３５による画像が、それぞれ
示される。すなわち、ＴＶカメラ３４による画像（第３
図（ａ））及びＴＶカメラ３５による画像（第３図（ｂ
））において、作業者１００がその手に把持している作
業指示用のペン３］−の上端の窓３］２の画像、下端の
窓３１３の画像、螺旋状の窓３１４の画像及びプリント
板３２の画像の一例が示され、図中、同一の符号で示さ
れている。

次いで、第４図は、三次元空間における」１記作業指示
用のペン３１の姿勢を表す座標を示している。すなわち
、直交座標軸ｘ．ｙ．ｚ及び作業指示用のペン３１の回
転角０１、倒れ角θ２、θ３のパラメータにより、三次
元空間におけるあらゆる姿勢を表すことが出来る。

第５図には、上記装置における一連の処理を示すフロー
チャートが示されており、このフローチャートを用いて
その動作を以下に説明する。

まず、作業指示用のペン３１をその手に把持して作業者
１００は、プリント板３２への半田付動作が整った時点
でフットスイッチ３３を踏み、もって、画像処理装置３
６に測定開始を知らせる測定指令信号ＩＮＳを伝達する
（処理ＰＣＩ）。これによって、作業指示用のペン３１
及びプリント板３２の画像をＴＶカメラ３４．３５の映
像信号Ｉ　３４、Ｉ３Ｓによって画像処理装置３６へ伝
達する（処理ＦＣ２）。

ここで、上記にて伝達された画像（第３図（ａ）及び（
ｂ）において、符号３１２．３１３．３］−４及び３２
で示す）において、各パラメータＸ、Ｙ、Ｚ、０１、θ
２、θ３を下記の様にして算出する（処理Ｆ　Ｃ４，）
。

Ｘ・・画像３１３と原点Ｏの平行距離（第３図（ａ））
。

Ｙ・・・画像３１３と原点０の平行距離（第３図（ｂ）
）。

２・・・画像３１３（第３図（ａ））あるいは３ｌ−３
（第３図（ｂ））と原点の垂直距離。

０１・・・画像３１２と画像３］−３を結ぶ直線Ｃ１上
の画像３１２と画像３１４の距離（第３図（ａ））は、
作業指示用のペン３１の回転角０１により異なる為、そ
のデータにより回転角θ１を算出する。但し、上記距離
は画像３１２と画像３１３を結ぶ直線Ｃ２（第３図（ｂ
））の傾きにより変化する為、その傾きより三角関数に
て距離を求める。

θ２・・・画像３１３（第３図（ａ））、画像３１３（
第３図（ｂ））のＸ、Ｙ座標Ｐ１、及び、画像３１２（
第３図（ａ））、画像３１２（第３図（ｂ））のＸ、Ｙ
座標Ｐ２により、三角関数にて０２が求まる。

０３・・・第３図（ａ）の画像において、画像３１２の
Ｚ座標のＹ軸に平行な座標郡の内、画像３１３からその
座標郡の任意の点までの直線距離が、上記θ２で求めた
座標Ｐ１、Ｐ２の直線距離Ｐと一致した点と画像３１３
を結ぶ線のＹ軸との傾きが、求めるθ３となる。

上記の処理ＦＣ３で求めたパラメータＸ、Ｙ、Ｚ、ＯＬ
、０２、θ３を画像処理装置３６の記憶装置に一時記憶
する（処理ＦＣ４’）。

次ぎに、作業者１００がフットスイッチ３３を離してい
なければ、処理ＦＣ２より上記の処理を繰り返す。一方
、フットスイッチ３３を離していれば、次の処理ＦＣ６
へ進む（処理ＦＣ５）。上記処理ＦＣ２から処理ＦＣ４
を繰り返した場合の各処理ステップの時間と、その時間
の画像３１３（第３図（ａ）、あるいは、第３図（ｂ）
）の移動距離により速度を算出する（処理ＦＣ６）。

さらに、」１記処理ＦＣ４で記憶したパラメータ及び処
理ＦＣ６で求めた速度により、送信するデータフォーマ
ットに従ってステップデータへ編集を行う（処理ＦＣ７
）。その後、上記の処理ＦＣ７で編集した各ステップデ
ータを上記ロボットコントローラ２０へ送信して（処理
ＦＣ８）、終了する。

［発明の効果］ 以上の詳細な説明からも明らかな様に、本発明によれば
、動作を表す詳細な座標データを指示具としてのペンを
動作することによって簡単かつ容易に入力することが可
能であることから、これを使用することによって、ロボ
ットへの作業動作の教示作業が簡単かつ迅速に行うこと
が出来、さらには、ロボットへの教示作業の安全性の向
上をも図ることが可能になるという極めて優れた効果を
発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１−図は本発明になる位置及び回転角検出装置を適用
した一実施例である半田付作業用ロボット装置の全体構
成を示すブロック図、第２図は」１記半田付作業用ロボ
ットの教示作業に用いる作業指示用のペンの外観図、第
３図（ａ）及び（ｂ）は、動作を説明するための、」１
記作業指示用のペン及びプリント板のＴＶカメラへの画
像の一例を示す図、第４図は上記作業指示用のペンの姿
勢を決定する座標パラメータの関係を説明する図、第５
図は上記実施例の装置の処理を説明するためのフローチ
ャート、そして、第６図（ａ）及び（ｂ）は上記実施例
の半田付作業用ロボッ１へ装置が作業を行う半田ゴテの
構造を説明する外観図及びその−部拡大図である。 ］Ｏ・ロボット本体部、２０　・ロボッ１ヘコン１ヘロ
ーラ、３０・・作業教示部、３１　作業指示用ペン、３
４．３５・・・ＴＶカメラ、３６・・・画像処理装置、
３１２，３１３　・窓、３１４・・螺旋状窓。 代理人　弁理士　　秋　木　正　実 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 （ａ） （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、人間によって指示される位置及び回転角の指示具と
   、上記指示具を撮影してその位置及び回転角を検出する
   検出手段とから成ると共に、上記指示具は、その位置及
   び回転角を表示することが可能であると共に、それ自身
   の回転角をも表示することが可能であることを特徴とす
   る位置及び回転角検出装置。 ２、人間によって指示される位置及び回転角の指示具で
   あって、上記指示具を撮影してその位置及び回転角を検
   出するものにおいて、上記指示具は、略棒状本体の長手
   方向両端に設けられてその位置及び回転角を表示するた
   めの第１のマーカと、上記棒状本体の外周に設けられ、
   それ自体の回転角を表示するための第２のマーカを備え
   たことを特徴とする位置及び回転角検出用指示具。 ３、上記特許請求の範囲第２項の位置及び回転角検出装
   置用指示具において、上記第２のマーカはストライプ状
   で、かつ、上記棒状本体の周囲に螺旋状に取り付けられ
   ていることを特徴とする位置及び回転角検出用指示具。 ４、上記特許請求の範囲第１項の位置及び回転角検出装
   置を用いてロボットにその動作の基準点を分析教示する
   ことを特徴とするロボットの動作教示装置。