JPH0428518B2 - - Google Patents

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JPH0428518B2
JPH0428518B2 JP57056584A JP5658482A JPH0428518B2 JP H0428518 B2 JPH0428518 B2 JP H0428518B2 JP 57056584 A JP57056584 A JP 57056584A JP 5658482 A JP5658482 A JP 5658482A JP H0428518 B2 JPH0428518 B2 JP H0428518B2
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JP
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slit
robot
image
light
dimensional object
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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    • B25J9/10—Program-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/1005—Program-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements comprising adjusting means
    • B25J9/1015—Program-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements comprising adjusting means using additional, e.g. microadjustment of the end effector
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ロボツトの動作部材を基準にして立
体対象物の有無、位置、姿勢、作業範囲内の空間
的状況を認識し、認識された立体対象物に対して
ロボツトが組立、検査、調整等の各種作業を行う
ようにしたロボツト制御装置に関するものであ
る。
ロボツト視覚として物体の位置、姿勢を認識す
るものとしては、第１図に例示するように作業テ
ーブル１上に像検出器３を置き、周辺から照明器
４で作業テーブル上を照明し、像を検出する。そ
して対象物の位置、姿勢を認識し、その情報に従
い、ロボツトアーム２が動作する。この方法にお
いては、テーブル平面上の物体その平面上におけ
る位置、姿勢が認識できるが、立体的な形状の認
識はできない。例えば、テーブル上に山積みされ
た物体に対し、各物体の傾き情報に従つて、その
物体のグリツプ面に合致するようロボツトアーム
を傾けて、物体にアプローチするということはで
きない。また、対象物と作業テーブルの間にコン
トラスト（濃淡の違い）が明瞭に存在しないと、
テーブル平面上の位置、姿勢も決定できない。
一方、ロボツトの手先に視覚装置を付け、フイ
ードバツクするものがある。第２図は、その例で
あり、溶接作業における溶接線５をトラツキング
するものである。これは、スリツト光投光器６を
ロボツトアーム２の先端につけ、溶接線上にスリ
ツト光８を投光する。そしてその像を、ロボツト
アームの先端につけた像検出器３で検出し、溶接
線の位置を求め、これの目標値からのずれがゼロ
となるようにロボツトアームを制御するものであ
る。しかし、この方式は検出の各タイミングにお
いて溶接線の位置を検出し、フイードバツクする
ものであり、対象物の３次元的な位置、姿勢を認
識することはできない。
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決す
べく、立体対象物の姿勢や形状にかかわらず、立
体対象物の３次元的な位置と姿勢を正確に、且つ
高速で認識して、ロボツトが立体対象物に対して
組立、検査、調整等の各種作業を行うことができ
るようにしたロボツト制御装置を提供することに
ある。
即ち本発明は、上記目的を達成するために、相
互に可動できるよう連結され、動作部材駆動手段
によつて駆動動作する複数の動作部材を備えたロ
ボツトにおいて、スリツト光又はスポツト光を走
査することによつて得られるスリツト状の光を投
光するスリツト投光器と、少なくとも該スリツト
投光器を駆動手段によつて駆動運動させて立体対
象物に複数のスリツト状の光を投光させるスリツ
ト投光器運動手段と、上記スリツト投光器の光軸
に対してある傾斜角度を付けた光軸を有し、且つ
上記スリツト投光器運動手段を作動させてスリツ
ト投光器により立体対象物に投光された複数のス
リツト状の光による光像を撮像して画像信号を得
る像検出器とを上記ロボツトの所定の動作部材
（腕部材、手首等）に取付け、上記像検出器から
出力される画像信号から複数の光切断線画像を抽
出して距離画像信号として順次蓄積し、蓄積され
た距離画像信号に基いて上記立体対象物を見付け
て立体対象物の３次元的な位置と姿勢を認識する
画像処理手段を設け、該画像処理手段によつて認
識された立体対象物の３次元的な位置と姿勢に基
づいて上記ロボツトの動作部材駆動手段を駆動制
御して動作部材を動作させ、ロボツトに所望の作
業を行わせる制御手段を備えたことを特徴とする
ロボツト制御装置である。
即ちロボツトは様々な位置姿勢を取ることがで
きるので、このロボツトに立体形状検出装置を取
付ければ対象物体が置かれている姿勢や形状にか
かわらず、この対象物体の立体形状を検出するこ
とが可能である。また上記立体形状検出装置に像
検出器を走査する装置を設けたのでロボツトを所
定の姿勢及び位置に保持した状態で対象物体の立
体形状を検出できるので、正確に且、高速で対象
物体の立体形状を検出できる。
以下、本発明の一実施例を第３図により説明す
る。本実施例は、スリツト投光器６、像検出器
３、直線移動機構９、モータ１０、モータ制御回
路１１、光切断線抽出回路１２、電子計算機１
３、ロボツトアーム制御駆動回路１４、ロボツト
アーム１５からなる。本実施例では６，３，９，
１０はロボツトのフインガー１６の付けているロ
ボツトの手先１７に付けている。また第３図では
直線移動機構として送りネジとナツトしか描写し
ていないが、実際には摺動機構がある。
第４図は第３図の実施例における光切断ヘツド
をより詳細に示したものである。スリツト投光器
６は直線フイラメントのランプ１８、スリツト１
９、円筒レンズ２０で構成されている。像検出器
は、結像レンズ２１、TVカメラ２２で構成され
ている。図中２３は固体TVカメラ内のセンサ、
チツプを示している。
スリツト投光器はランプ１８が発した光の内、
スリツト１９を投光した直線状の光を、円筒レン
ズ２０により平行光線として前方を照射する。第
４図２５は発せられるスリツト光の面を示してい
る。像検出器３は、保持部２４により、その光軸
がスリツト光面２５に斜めに交わるよう傾けて固
定されている。第４図２６の台形面はスリツト光
面２５中、像検出器が検出する視野を示してい
る。この視野内に物体があると、第５図に例示す
るように輝線２７が物体表面に生じ、この輝線像
が像検出器で検出される。第５図はロボツト作業
の一例としてワイヤのついたコネクタ部品２８の
位置、姿勢を検出し、これを握み、基板２９上の
ピン３０にさし込む作業状況を示している。第６
図は第５図の像検出器の検出画像であり、スリツ
ト輝線像として明るく検出される。この画面は第
４図のスリツト投光器と像検出器の機何的関係で
明らかなように画面上が遠く、下が近い遠近関係
にある。光切断線抽出回路では、第６図のスリツ
ト輝線像を画面上からスリツト輝線までの距離と
して、光切断線を抽出する。第７図にその処理例
を示す。第７図ａは入力画像である。今縦方向の
１本の走査線xiの映像信号を例にとると、それは
第７図ｂのようになつている。これより閾値V1
と映像信号を比較し、V1の交点の中心位置Ziを
求める。各XiについてZiを求め出力すれば第７
図ｃのように光切断線（波形データ）を得ること
ができる。なお、光切断抽出はここに示した閾値
処理で中心を求める他、ピーク位置検出であつて
も良い。また、この例では、Ｚ軸座標は遠い方を
原点としたが、近い原点としても良い。また遠近
法に従つてＺ軸方向を座標変換することも容易に
可能である。またこの処理は電気回路で高速に行
なうことができるが、すべてソフトウエア処理で
あつても良い。
以上の処理をモータ１０により光切断ヘツドを
移動させながら行なうと距離画像を得ることがで
きる。第８図にその例を示す。第８図は光切断線
の間引いて表示した例である。すなわち、xy平
面画像として見ると、明るさが、光切断ヘツドか
らの距離に対応している。明るい方が近い画像で
ある。
ヘツドの移動、すなわち、ｙ軸方向の送りは、
定速モータで行ない、一定時間間隔で光切断線を
サンプリングする。パルスモータで送りながら一
定パルス間隔毎に光切断線をサンプリングする。
DCモータとエンコーダを組合せ一定量移動毎に
サンプリングする等いずれであつても良い。検出
する光切断線の本数は２本以上ロボツト視覚の作
業対象に応じて選定すれば良い。ピツチについて
も同じである。これらは計算機１３により制御さ
れる。計算機１３に入力された距離画像の処理内
容もロボツト視覚の作業対象に応じて選定すれば
良い。ここで、一実施例として第５図の作業対象
について言えば、得られる距離画像は第８図のも
のであるから、これより主要な面の位置と空間的
傾きを求めることができ、これがコネクタの表面
であるかどうかをその面の大きさ、形状から検定
できる。また付近にワイヤのある方向を検知する
ことにより、その反対側がピンを差し込むべき方
向であることを決定できる。残りの２側面がロボ
ツトフインガーが握むべき面である。
以上によりロボツトフインガーの握み点、アプ
ローチすべき位置とその方向が決定できるので、
計算機１３はこれらロボツトアーム制御側の座標
系に変換した上で、ロボツトアーム制御駆動回路
１４に伝達する。１４はこの情報を元にコネクタ
２８を握み、あらかじめ座標値を知つているピン
３０にこれを差込む、 以上が本発明の一実施例の動作例である。
このように光切断検出ヘツドとヘツド移動機構
をロボツトアームに付け、得られた距離画像を認
識処理することにより、従来技術では実現できな
かつた、対象物体の３次元的な位置、姿勢を検出
し、ロボツトアームにフイードバツクすることが
できる。なお、本発明の実施例としては、光切断
法として定常的なスリツト光を使用したが、これ
をストロボ発光としても良い。また本発明の実施
例では、スリツト光を使用したが、片側が明る
く、他の側が暗らい、明暗の直線エツチであつて
も良い。またスリツト光にかわつて、スポツト光
を光切断面２５上を走査させる方式であつても良
い。
また距離画像を光切断検出ヘツドから得るため
には、検出ヘツド走査機構が不可欠であるが、こ
れは実施例第３図に示した直線移動機構の他第９
図に例示するように紙面に垂直な回転軸３１を中
心に回転モータ３２により像検出器３とスリツト
投光器６を揺動させる機構であつても、第１０図
に例示するように、６のみを揺動させる機構であ
つても良い。さらにまた、本発明の実施例は、光
切断検出ヘツドをフインガーと同じ自由度位置す
なわち、手に付けた場合について例示したが、本
来アームの自由度は任意であり、そのどこに検出
ヘツドを付けるかは作業対策により決定されるべ
きものであるが、対象物体の姿勢及び形状は様々
な形態をとるので少くとも３自由度方向から視覚
検出する必要がある。よつて上記走査装置を有す
る光切断検出ヘツドをロボツトの少くとも３自由
度でもつて移動される部材の先に取付けるのがよ
い。即ち、例えばロボツト１５は関節形の場合、
垂直軸Ｚまわりに旋回する旋回台１５ａと、旋回
台１５ａに矢印方向に回転自在に支持された上腕
１５ｂと、上腕１５ｂの回動端に矢印方向に回動
自在に支持された前腕１５ｃと、前腕１５ｃの回
動端に矢印方向に回動自在に支持された手首１５
ｄとを備え、この手首１５ｄにフインガー１６が
設けられた手先１７が取付けられている。ところ
で、３自由度以上でもつて動作する部材の先につ
けるということから、走査装置を有する光切断ヘ
ツドを前腕１５ｃまたは手首１５ｄまたは手先１
７に取り付けるのが望ましい。また、光切断ヘツ
ドで検出された対象物の姿勢、位置情報をロボツ
ト系の座標に変換するのを容易にするためには、
光切断ヘツドを手先１７に取り付けるのがよい。
但し、上記実施例では、関節形ロボツトについて
説明したが、直交形ロボツト、円筒形ロボツトで
も良いことは明らかである。
また、上記実施例では、コネクタのピツクアツ
プ作業について例示したが、作業対象はこれに限
定されず、組立作業、搬送作業、位置決め作業、
溶接等製罐作業、検査、調整、選別作業のいずれ
であつても良いことは明らかである。
以上説明したように本発明によれば、ロボツト
を一定の姿勢及び位置を保持した状態で、スリツ
ト投光器運動手段を作動させてスリツト投光器に
より立体対象物に投光された複数のスリツト状の
光による光像を像検出器により撮像して画像信号
を得、この画像信号から複数の光切断線画像を抽
出して距離画像信号として順次蓄積し、蓄積され
た距離画像信号に基いて立体対象物を見付けて立
体対象物の３次元的な位置と姿勢を認識すること
ができるので、絶対座標に対するロボツト自体の
位置決め精度、検出位置座標に影響を受けること
なく、正確に、しかも重力の大きなロボツトを動
作させる必要がないことから高速度で立体対象物
の３次元的な位置と姿勢を検出でき、この検出結
果に基づいて、ロボツトが所定の作業をおこなう
ことができる効果を奏する。更に本発明によれ
ば、スリツト投光器、スリツト投光器運動手段及
び像検出器から構成された立体形状検出装置をロ
ボツトの所定の動作部材上に取付けたことによ
り、該立体形状検出装置を様々な位置や姿勢に変
えることができ、様々な姿勢や、形状を有する立
体対象物に合わせて立体対象物の位置や姿勢を、
上記のように正確に、且つ高速度で検出できる効
果も奏する。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の平面画像検出によるロボツト制
御を説明する図、第２図は従来の光切断検出器に
よるトラツキング作業を説明する図、第３図は本
発明の一実施例の構成を説明する図、第４図は本
発明の一実施例における光切断ヘツドの構成を説
明する図、第５図は実施例における作業対象を説
明する図、第６図は光切断例の例、第７図は光切
断抽出処理を説明する図、第８図は距離画像の
例、第９図及び第１０図は本発明の他の実施例を
説明する図である。 １……作業テーブル、２……ロボツトアーム、
３……像検出器、４……照明器、５……溶接線、
６……スリツト光投光器、７……溶接ヘツド、８
……スリツト光、９……直線移動機構、１０……
モータ、１１……モータ制御回路、１２……光切
断線抽出回路、１３……電子計算機、１４……ロ
ボツトアーム制御駆動回路、１５……ロボツトア
ーム、１６……ロボツトのフインガー、１７……
ロボツトの手先、１８……ランプ、１９……スリ
ツト、２０……円筒レンズ、２１……結像レン
ズ、２２……TVカメラ、２３……固体TVカメ
ラセンサチツプ、２４……保持部、２５……スリ
ツト投光面、２６……スリツト投光面上の検出視
野、２７……スリツト輝線、２８……コネクタ、
３０……ピン、３１……回転軸、３２……回転モ
ータ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 相互に可動できるように連結され、動作部材
    駆動手段によつて駆動動作する複数の動作部材を
    備えたロボツトにおいて、スリツト光又はスポツ
    ト光を走査することによつて得られるスリツト状
    の光を投光するスリツト投光器と、少なくとも該
    スリツト投光器を駆動手段によつて駆動運動させ
    て立体対象物に複数のスリツト状の光を投光させ
    るスリツト投光器運動手段と、上記スリツト投光
    器の光軸に対してある傾斜角度を付けた光軸を有
    し、且つ上記スリツト投光器運動手段を作動させ
    てスリツト投光器により立体対象物に投光された
    複数のスリツト状の光による光像を撮像して画像
    信号を得る像検出器とを上記ロボツトの所定の動
    作部材に取付け、上記像検出器から出力される画
    像信号から複数の光切断線画像を抽出して距離画
    像信号として順次蓄積し、蓄積された距離画像信
    号に基いて上記立体対象物を見付けて立体対象物
    の３次元的な位置と姿勢を認識する画像処理手段
    を設け、該画像処理手段によつて認識された立体
    対象物の３次元的な位置と姿勢に基づいて上記ロ
    ボツトの動作部材駆動手段を駆動制御して動作部
    材を動作させ、ロボツトに所望の作業を行わせる
    制御手段を備えたことを特徴とするロボツト制御
    装置。 ２ 上記像検出器も、上記スリツト投光器の運動
    に連動して運動するように構成したことを特徴と
    する特許請求の範囲第１項記載のロボツト制御装
    置。
JP57056584A 1982-04-07 1982-04-07 ロボット制御装置 Granted JPS58177295A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57056584A JPS58177295A (ja) 1982-04-07 1982-04-07 ロボット制御装置
US06/482,730 US4575304A (en) 1982-04-07 1983-04-07 Robot system for recognizing three dimensional shapes
EP83103402A EP0091132B1 (en) 1982-04-07 1983-04-07 Robot system
DE8383103402T DE3365240D1 (en) 1982-04-07 1983-04-07 Robot system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57056584A JPS58177295A (ja) 1982-04-07 1982-04-07 ロボット制御装置

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Publication Number Publication Date
JPS58177295A JPS58177295A (ja) 1983-10-17
JPH0428518B2 true JPH0428518B2 (ja) 1992-05-14

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ID=13031218

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP57056584A Granted JPS58177295A (ja) 1982-04-07 1982-04-07 ロボット制御装置

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US (1) US4575304A (ja)
EP (1) EP0091132B1 (ja)
JP (1) JPS58177295A (ja)
DE (1) DE3365240D1 (ja)

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