JPH06206186A - 視覚センサ付き水平多関節型ロボットのハンドリング精度校正法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】視覚センサから得るワークの位置データによっ
て、ロボットの正確なハンドリング作業を実現する。 【構成】作業対象であるワーク１３のハンドリング位置
Ａとロボットのツール軸８とで生じるずれ量と、ロボッ
トのハンド基準位置Ｂとロボットのツール軸８とのオフ
セット量をパラメータとした補正値テーブルをカメラ手
段の撮像位置毎に持たせて、視覚センサの位置データを
補正値テーブルで補正演算しながらワーク１３のハンド
リング作業を行わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットに視覚センサ
を介して得られる位置データを用いてハンドリング作業
を行なわせる際の位置データの校正法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、産業用ロボットの位置指令方式と
して、教示による位置データの入力方式を用いていた。
一方、近年になってオフラインで作成した位置データや
視覚センサを介して得られる位置データを用いてロボッ
トを動作させる方式への要求が高まっている。しかし、
一般に産業用ロボットにとって、ロボット自体の位置決
め再現精度は満足できるものの、ロボットと外界との相
対的な位置決め精度には課題が残る。

【０００３】従来技術の参考例として図５に示す視覚セ
ンサに対するロボット座標系の教示方法を挙げる。この
例では、水平多関節型ロボットＲの第２アーム６の先端
にカメラ手段７を視野方向がロボット作業面に対して鉛
直に取り付けていて、ロボット動作範囲内の任意の点に
撮像位置を移動可能になっている。作業面上には視覚セ
ンサ教示用のプレート１４が設置されてあり、そのプレ
ート１４には互いに間隔の概知な３つの位置決め穴１５
ａ、１５ｂ、及び１５ｃが設けられている。カメラ手段
７はこれら３つの位置決め穴を同時に視野内に納めるこ
とが可能で、カメラ画像位置演算手段はそれぞれの位置
をカメラ座標系の位置データとして算出する事が可能で
ある。また、ツール軸８は３つの位置決め穴１５ａ、１
５ｂ，及び１５ｃに対して挿入可能であって、ロボット
座標系の位置データを把握する事が可能となっている。

【０００４】まず水平多関節型ロボットＲをカメラ手段
７が３つの位置決め穴１５ａ，１５ｂ，及び１５ｃを同
時に撮像できる位置に動作させて、その撮像位置におい
てそれぞれの位置決め穴を撮像し、重心位置をカメラ画
像位置演算手段で求めてカメラ座標系での位置データを
算出する。３つの位置決め穴どうしの間隔は概知なので
カメラ座標系の画素単位の寸法はこの段階で把握でき
る。次にツール軸８をそれぞれの位置決め穴に挿入する
事で各位置決め穴のロボット座標系での位置データを把
握する。それぞれの座標系が示す３点の位置情報から、
カメラ手段７の中心位置Ｄとツール軸８との距離Ｌ_D と
第２アーム６に対する傾き角θ_D を算出する事が可能
で、水平多関節型ロボットＲの各関節角度と各アーム
長、及びカメラ手段７の取り付け位置のパラメータを用
いて任意の撮像位置でのカメラ座標系の位置データをロ
ボット座標系の位置データに換算できるとしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したカメラ座標系
からロボット座標系への換算方法では、ロボットの各ア
ーム長、各関節角度があらかじめ正確に解っていないと
ロボット座標系自身に歪みが生じて、カメラ手段のロボ
ットアームに対する取り付け寸法を正確に算出できな
い。一般に、ロボットの各関節角度を把握することは容
易であるが、各アーム長を正確に求める事は難しく熱膨
張等で変化してしまう。ロボットに対するカメラ取り付
け寸法に関しても、カメラ手段のアームに対する取り付
け角度は正確に求められるがツール軸に対する取り付け
距離を正確に求めるのは難しい。よって、ロボットの各
アーム長、カメラ手段のツール軸に対する取り付け距離
の誤差を主要因として、カメラ画像位置演算手段で求め
るカメラ座標系の位置データをロボット座標系の位置デ
ータに換算する際に誤差を生じてしまう。また、視覚セ
ンサで位置データを認識するワークの姿勢は任意である
ので、ロボットはツール軸に取り付けたハンドを適切な
角度に回転させてワークのピックアップ及びプレース作
業を行なうので、ハンド基準位置とツール軸とのオフセ
ット量も把握してなければ正確なハンドリング作業を行
えない。

【０００６】これらの課題を解決するため、本発明の目
的は、水平多関節型ロボットのアームに取り付けたカメ
ラ手段、及びカメラ画像位置演算手段から得られる位置
データを用いてワークのハンドリング作業を正確に行な
うために、視覚センサから得る位置データの校正法を提
供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、視覚センサより得るワーク認識位置に
ロボットのツール軸を動作させる際に、ロボットの作業
領域中にあらかじめ設定してあるカメラ画像撮像位置毎
に、作業対象ワークのハンドリング位置とロボットのツ
ール軸とで生じるずれ量と、ロボットのハンド基準位置
とロボットのツール軸とのオフセット量を補正値パラメ
ータとした補正値テーブルを持たせて、視覚センサから
得る位置データをそのカメラ画像撮像位置に対応する補
正値テーブルの補正値パラメータで補正演算しながらロ
ボットを動作させることで、視覚センサを用いた正確な
ハンドリング作業を実現する。

【０００８】

【作用】ロボットコントローラの保持するロボットの各
アーム長やカメラ取り付け寸法に誤差がある場合、カメ
ラ手段の撮像位置がロボット作業領域中の任意の位置で
変化すると、カメラ画像位置演算手段より得るワーク認
識位置にロボットのツール軸を動作させた際、作業対象
ワークのハンドリング位置とロボットのツール軸とで生
じるずれ量はカメラ画像撮像位置毎にまちまちに変化す
るので、カメラ画像撮像位置毎にそのずれ量を補正する
補正値テーブルが必要である。また、カメラ画像位置演
算手段で位置データを認識するワークの姿勢は任意であ
るので、ロボットはツール軸に取り付けたハンドを適切
な角度に回転させてワークのピック及びプレース作業を
行なう。よって、カメラ画像位置演算手段から得る位置
データでワークのハンドリング作業をするロボットは、
あらかじめ決められているカメラ手段の各撮像位置毎に
作業対象ワークのハンドリング位置とロボットのツール
軸とのずれ量と、ロボットのハンド基準位置とロボット
のツール軸とのオフセット量とを補正値パラメータとす
る個別の補正値テーブルで視覚センサの位置データを補
正演算することにより、作業対象ワークのハンドリング
位置にロボットのハンド基準位置を動作させることが可
能になる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図１は本説明で引用する視覚セ
ンサ付きの水平多関節型ロボットＲの外観を示してい
る。ここでは、第１旋回軸３を中心に作業面１１方向に
旋回可能な第１アーム４を基台２に設け、第１アーム４
の先端に位置する第２旋回軸５を中心に作業面１１方向
に旋回可能な第２アーム６を設け、第２アーム６の先端
に上下動可能で作業面１１方向に旋回可能なツール軸８
を持つ水平多関節型ロボットＲを例に実施例を説明す
る。ツール軸８の先端には、ワークを吸着機構によって
ハンドリングするハンド９が取り付けてあり、このハン
ド９の吸着ノズル先端はテーパ状に加工されており、作
業者がワークの吸着位置に対してハンド９の先端を教示
しやすくしている。このロボットの第２アーム６の先端
には、画像取り込み用のカメラ手段７を視野方向が作業
面１１に対して鉛直な向きに取り付けている。ロボット
コントローラ１には、ロボットの動作制御手段とカメラ
画像位置演算手段とを内臓している。ロボットコントロ
ーラ１には教示操作を行なう教示装置１０を取り付けて
ある。

【００１０】図２に示すのは、図１で説明した水平多関
節型ロボットＲが行なうハンドリング作業を示す図であ
る。この図が示す作業では、作業領域中に視覚ロボット
対応型のパーツフィーダ１２ａ、１２ｂ，及び１２ｃを
設置してある。各パーツフィーダは、部品を決まった位
置に整列させるのではなく、図中長方形で示される各撮
像領域にワークを任意の姿勢で送り込む。ロボットは、
各撮像領域上に定めたカメラ画像撮像点にカメラ手段７
を移動させてワークを撮像する。ロボットコントローラ
１の動作制御手段とカメラ画像位置制御手段とには、あ
らかじめ求めたロボットの各アーム長、各関節角度、及
びカメラ取り付け寸法、画素単位寸法等の各パラメータ
をあらかじめ入力してある。カメラ画像位置制御手段
は、撮像したワークのカメラ座標系での位置データを、
これらパラメータを用いてロボット座標系の位置データ
に変換してロボット動作制御手段に渡すことで、ロボッ
トは各パーツフィーダの撮像領域中の任意のワークの位
置データを認識してワークのハンドリング作業を行える
様になっている。

【００１１】実際のロボットの各アーム長、及びツール
軸８に対するカメラ取り付け距離がロボットコントロー
ラ１の保持するパラメータと誤差を持つ場合は、図３に
示す様に、カメラ座標系からロボット座標系へ変換され
たカメラ画像位置演算手段の位置データはｘｙ座標で表
されるが、ロボット動作制御手段の持つロボット座標系
（ＸＹ座標）に対してあるオフセット量を持ってしま
う。この様な場合、パーツフィーダ１２ａの撮像領域中
にあるワーク１３の位置データをカメラ手段７を介して
カメラ画像位置演算手段から得て、ロボット動作制御手
段がツール軸８をワーク１３のハンドリング位置に動作
させると、図４に示すモデルの状態になる。この様に、
ワーク１３のハンドリング位置である点Ａに対してツー
ル軸８は点Ｄの位置に動作してしまう。また、ハンド９
の基準位置がロボットのツール軸８に対してオフセット
量を持つ場合は、ツール軸８の角度を０度とした場合に
ロボットのハンド９の基準位置は点Ｂにずれてしまう。

【００１２】カメラ手段７のパーツフィーダ１２ａにつ
いての撮像位置は、ロボット作業中に変化させない固定
点として教示してあり、パーツフィーダ１２ａの撮像領
域はロボットの動作範囲に対して限られた領域である。
よって、図４で示すワークのハンドリング位置を示す点
Ａとロボットのツール軸８の位置を示す点Ｄとで生じる
ずれ量は、一定の値でありその撮像領域に対して１つの
近似値で表すことができる。このことから、ワーク１３
のハンドリング位置を示す点Ａに対する点Ｄ及び点Ｂの
ずれ量を測定することで、パーツフィーダ１２ａの撮像
領域中の任意の姿勢で任意の位置にあるワークを正確に
ハンドリングする為の補正値パラメータを求めることが
できる。

【００１３】まず、図４に示した点Ｂの点Ａに対する位
置を求める。ワーク１３のハンドリング位置を示す点Ａ
に点Ｂにあるハンド９の基準位置を教示装置１０を用い
てツール角度０度のまま移動させる。その時のＸ方向、
Ｙ方向の移動量からＸＹ平面上での点Ａに対する点Ｂの
位置が把握できる。また、ハンド９の基準位置を点Ｂの
位置に戻した後でロボットのツール軸８を１８０度回転
させるとハンド９の基準位置が点Ｃに示す位置にくる。
この点Ｃの位置から、同じように、ハンド９の基準位置
を教示装置１０を用いてツール角度１８０度のまま点Ａ
に移動させ、その時のＸ方向、Ｙ方向の移動量からＸＹ
平面上での点Ａに対する点Ｃの位置を把握できる。

【００１４】ロボットのツール軸８の位置を示す点Ｄ
の、ワーク１３のハンドリング位置を示す点Ａに対する
位置は、点Ｂと点Ｃの中点として求められる。よって、
点Ａの座標を（ｘ_A ，ｙ_A ）とした時、点Ｂの座標を
（ｘ_B ，ｙ_B ）、点Ｃの座標を（ｘ_C ，ｙ_C ）とする
と、ツール軸８の中心を示す点Ｄ（座標（ｘ_D ，
ｙ_D ））とワーク１３のハンドリング位置を示す点Ａと
の距離Ｌ_DA、及びベクトルＤＡのＸ軸に対する角度θ_DA
は、数１より求められる。

【００１５】

【数１】

【００１６】また、ツール軸８が角度０度の場合のハン
ド９の中心を示す点Ｂとツール軸８の中心を示す点Ｄと
の距離Ｌ_BD、及びベクトルＢＤのＸ軸に対する角度θ_BD
は、数２より求められる。

【００１７】

【数２】

【００１８】カメラ手段７、及びカメラ画像位置演算手
段を介して得たパーツフィーダ１２ａの撮像領域中の任
意の姿勢をしたワークの吸着点をＷ（ｘ，ｙ）として、
そのワークを吸着する際のツール軸８の角度をθとする
と、ハンド９の基準位置をワークの吸着点Ｗに動作させ
るための補正演算式は数３で求められる。

【００１９】

【数３】

【００２０】上記の補正演算式に用いるパラメータを、
前述した方法によって各撮像位置毎に求めておくこと
で、ロボットは、視覚センサより得たワークのハンドリ
ング位置によって、あらかじめ決められた領域中にある
任意のワークのハンドリング作業を正確に行えるように
なる。また、複数のワークに対してハンドを交換しなが
ら作業する場合には、ワーク別に補正演算式で用いるパ
ラメータを求めておくことで同じように正確なハンドリ
ング作業を実現できる。

【００２１】上記の例では、カメラ手段をアーム先端に
取り付けた例を挙げたが、ロボットを動作させた際にカ
メラ手段の作業面に対する高さ及び角度が変化しない限
りはカメラ手段の取り付け位置は限定されず、視覚セン
サから得た位置データに対して同様の補正演算を行え
る。また、ツール軸に取り付けるハンドは、ハンドの基
準位置と作業対象のワークのハンドリング位置との関係
を把握できる限りは、本実施例によって制限されない。

【００２２】

【発明の効果】カメラ手段をロボット動作によって移動
可能な状態で使用する場合には、撮像可能領域を広くと
れるが、視覚センサの位置データをカメラ座標系からロ
ボット座標系に変換する際にロボットの各アーム長、及
びツール軸に対するカメラ取り付け距離が正確に把握で
きないとその位置データの精度を保証できなくなる。し
かし、視覚センサの位置情報の精度を、それらパラメー
タを正確に把握することでロボット可動範囲中の全てに
おいて保証するのは困難である。よって、本発明による
ハンドリング精度校正法では、あらかじめ決められた撮
像領域についての視覚センサの位置データに対して、ツ
ール軸に対するハンドのオフセット量も考慮に加えて補
正演算することで、その撮像領域中の任意のワークに対
するハンドリング作業の精度を保証することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例で引用する視覚センサ付き水平
多関節型ロボットの外観図である。

【図２】本発明の実施例で引用する視覚センサ付き水平
多関節型ロボットが行なうハンドリング作業の構成図で
ある。

【図３】本発明の実施例で引用する視覚センサの座標系
のずれを示すモデルである。

【図４】本発明による視覚センサの位置データに対する
補正方法を示すモデルである。

【図５】従来技術例の視覚センサに対するロボット座標
系の教示を行なう構成図である。

【符号の説明】

１ ロボットコントローラ ６ 第２アーム ７ カメラ手段 ８ ツール軸 ９ ハンド １０ 教示装置 １３ ワーク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットアームにカメラ手段を作業面に
   鉛直な向きに取り付けて、カメラ画像位置演算手段を介
   してワーク位置を認識し、作業面に対してツール軸を鉛
   直な姿勢に保ちながらワークのハンドリング作業をする
   水平多関節型ロボットにおいて、カメラ画像位置演算手
   段から得たワークの位置データにロボットのツール軸を
   動作させる際に、ワークのハンドリング位置とロボット
   のツール軸とで生じるずれ量と、ロボットのハンド基準
   位置とロボットのツール軸とのオフセット量とを補正す
   る補正値テーブルをカメラ画像撮像位置毎にもたせて、
   カメラ画像位置演算手段から得るワークの位置データを
   各撮像位置別の補正値テーブルで補正演算しながらロボ
   ットを動作させることを特徴とする視覚センサ付き水平
   多関節型ロボットのハンドリング精度校正法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のハンドリング精度校正
   法において、補正値テーブルの作成に必要な任意のカメ
   ラ画像撮像位置に対しての作業対象ワークのハンドリン
   グ位置とロボットのツール軸との間で生じるずれ量と、
   ロボットのハンド基準位置とロボットのツール軸とのオ
   フセット量を、作業対象ワークに対するハンド基準位置
   の教示作業により同時に計測することを特徴とする視覚
   センサ付き水平多関節型ロボットのハンドリング精度校
   正法。