JPH08388B2

JPH08388B2 - ロボット制御装置

Info

Publication number: JPH08388B2
Application number: JP1266265A
Authority: JP
Inventors: 良司古賀; 正浩野口
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-10-16
Filing date: 1989-10-16
Publication date: 1996-01-10
Anticipated expiration: 2011-01-10
Also published as: JPH03129407A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、動作領域内の閉塞画像（例えば、閉ルー
プ線画）を認識し、この閉塞画像内を自動的に塗り潰す
ことできるようにしたロボット制御装置に関するもので
ある。

［従来の技術］従来より、単純作業や危険作業を人に代えてロボット
で行うことが盛んに行われている。その構造及び機能
は、要求される目的及び作業内容に応じて異なるが、よ
り高度の操作や複雑な操作を行えるロボット、更には学
習などのAI機能などの行えるロボットの提供が望まれて
いる。

例えば、前者の１つに特開昭61−74399号、後者の１
つに特開昭62−72004号がある。

［発明が解決しようとする課題］しかし、従来のロボットにあっては、ツールの移動
は、そのパターンを予めロボット制御部内のメモリに記
憶させておき、これを実行時に読出す方法をとってい
る。このため、動作対象となる画像を予め登録していな
いものに対しては、ツールを移動させることができなか
った。例えば、動作範囲内に図示された閉塞画像を塗り
潰すなど、複雑な作業を自動的に行わせることは困難で
あった。このため、デモンストレーションなど用途に供
するロボットにあっては、見学者が注目するような動作
をさせることはできなかった。

この発明は、予め画像の登録処理を行うことなく、動
作範囲内に図示された閉塞画像を塗り潰すように自動的
にツールを移動できるようにしたロボット制御装置の提
供を目的とする。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために、この発明は、ツールの動
作範囲内に図示された閉領域画像を原画像として撮像す
る撮像手段と、該撮像手段による画像情報から２値化画
像を作成する２値化処理手段と、前記原画像中から特異
点を除去する閉領域ループ演算手段と、該演算手段の演
算結果に基づいて閉領域画像をトレース処理する境界点
を演算する閉領域境界点演算手段と、該手段及び前記閉
領域ループ演算手段の各演算結果に基づいて前記閉領域
内を所定のパターンによって前記ツールをトレースさせ
る制御手段とを設けるようにしたものである。

［作用］上記した手段によれば、撮像手段によって撮像された
ツールの動作範囲内の画像に対し２値化を行った後、そ
の２値化画像の特徴が抽出されると共に輪郭の始点及び
増減値が算出される。更に、輪郭座標をX,Y座標に変換
し、これに対してソーティングを行うことにより閉領域
認識が行われる。従って、予め移動軌跡を設定登録する
などの作業を行うことなく、与えられた画像を読取り、
これに対する輪郭認識を行って、領域内への線引きなど
のトレース作業を行うので、どの様な閉領域の画像を与
えられても、ツールをトレース移動させることが可能に
なる。

［実施例］以下、この発明の実施例について図面を参照しながら
説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図であ
る。ここでは、ロボット本体として、関節型を用いた場
合を例示している。

ここに示す実施例は、ロボット本体３を動作させるた
めのプログラム作成及びデータ入力を行う指令制御部1,
ロボット本体３に内蔵されると共に指令制御部１とデー
タを交換しながら該指令制御部１の指示通りにロボット
本体３を駆動するための制御を行うロボット制御部２及
び腕，手，指に相当する可動部を備え、その各々の駆動
源として複数のモータ（不図示）を内蔵し、これらモー
タがロボット制御部２によって制御されるロボット本体
３から構成される。

指令制御部１は各種のデータ，設定値及びプログラム
などの入力を行う為の操作盤101,ロボット本体３の可動
先端の動作範囲を視野とするテレビ（TV）カメラ102,操
作盤101の出力信号を所定のタイミングで取込む入力イ
ンターフェース103,プログラムを実行してロボットの可
動部を駆動させるための処理を行う中央処理装置（CP
U）104,プログラムを格納したリード・オンリーメモリ
（ROM）105,処理結果やデータを一時的に記憶するラン
ダム・アクセス・メモリ（RAM）106,ロボット制御に必
要な特定の処理アルゴリズム，定数などが格納されるテ
ーブル用メモリ107,ロボットを動かすための後記する画
像処理及びモニタ109に画像を表示させるための画像処
理及び制御を行う画像処理制御部108,CPU104による処理
内容あるいはロボットの動作状態を表示するモニタ109,
後記するプリンタ111を制御する出力インターフェース1
10,該出力インターフェース110の制御のもとに処理結果
などをプリントアウトするプリンタ111,及びロボット制
御部２に対しデータを送出すると共にロボット制御部２
からロボット本体３の動作状態情報を受信する伝送入出
力部112から構成される。

またCPU104に対し、データ信号，コントロール信号及
びアドレス信号などが接続される各部材とCPU104間と
は、バス113によって相互に接続されている。更に、テ
レビカメラ102とバス113との間には、テレビカメラ102
の画像出力を２値化、即ち、ディジタル化する２値化処
理部114が接続されている。

なお、説明の便宜上、テレビカメラ102を指令制御部
１内に含める記載としているが、実際にはロボット本体
３の近傍に設置され、その視野がロボット本体３の可動
部の動作範囲になるようにセッティングされる。

また、ロボット制御部２は伝送入出力部112からの信
号を受信すると共に、ロボット本体３の動作状態に関す
る情報などを送出する伝送入出力部201,該伝送入出力部
201からの信号に基づいてモータ駆動のための制御情報
を出力すると共に指令制御部１側へ送出する情報の管理
を行う制御部202,及び該制御部202からの指令に従って
ロボット本体３の各モータなどの駆動源を駆動するモー
タ駆動部203から構成される。

制御部202はCPU及びその周辺回路を含んで構成され、
マスターである指令制御部１のCPU104に対し、スレーブ
として動作する。

次に、以上の構成による実施例の動作について、第２
図のフローチャートを参照して説明する。なお、以下に
おいては、フローのステップをＳとして表記している。

まず、実行開始の指令を操作盤101でキーインし、装
置を起動させると共に初期化を行い、更にロボットを動
作させるための条件を指定する。入力された設定条件
は、テーブル用メモリ107に格納される。また、動作範
囲をテレビカメラ102で撮影し、その画像出力を取込
む。CPU104は、ロボットに動作させることが可能な内容
をモニタ109に表示して待機する。また、必要な情報を
伝送入出力部112を介してロボット制御部２へ伝達す
る。

ロボット制御部２では、第２図に示すフローに従って
制御部202が処理を実行すると共に指令制御部１との情
報交換を行う。

まず、電源オンと共にロボット本体３の初期化を行い
（S21）、動作範囲内にある物体に関するデータの初期
設定を行う（S22）。ついで、指令制御部１側に対し伝
送入出力部201を介して、どのような動きをすべきかの
ロボット動作選択要求を行う（S23）。

指令制御部１では、ロボット制御部２からのロボット
動作選択要求に対し、モニタ109に表示されているメニ
ュー（S32）の中から操作者に選択を促し、操作盤101に
よって選択された動作選択結果をロボット制御部２へ返
送する。これを受けた制御部202は、指令制御部１に対
し画像処理要求を出し、これを受けた指令制御部１では
テレビカメラ102から取込んだ画像情報を画像処理制御
部108で処理し、画像処理が終了した時点で、画像処理
終了報告（S33）をロボット制御部２へ返送する。

また、制御部202からは、引続いて画像処理結果要求
が出される（S25）。この画像処理結果要求に対して
は、指令制御部１とロボット制御部２間で複数回のデー
タ伝送が行われ、指令制御部１で画像処理結果情報（S3
4）が全て送出完了するまで繰返えされる。

画像処理の結果が得られると、制御部202は与えられ
た動作選択要求及び画像処理結果から、ロボットがとる
べき動作（即ち、始点と終点の２点間をどのように移動
するか）を計画する（S26）。この計画内容に基づいて
制御部202は、モータ駆動部203に制御指令を送出し、ロ
ボット本体３のアームなどの駆動を開始させる。

１つの動作が終了すると、実行すべき次の処理が存在
するか否かを指令制御部１に問合わせる（S28）。この
問合わせに対して操作者は、モニタ109上のメニュー画
面（S35）を見ながら、前回と同一の動作、あるいは他
の異なる動作を選択する。この選択内容は、伝送入出力
部112及び伝送路を介してロボット制御部２の伝送入出
力部201に伝送され、制御部202に取込まれる。制御部20
2は受信内容を判定（S29）し、それが同じ動作の再実行
である場合には、再度ステップ27以降の動作を繰返し実
行する。

また、異なる動作の実行の要求に対しては、それが同
一種類の動作に該当するものか否かを判定（S30）し、
同一である場合にはステップ24以降の処理を繰返し実行
する。一方、同一種類の動作でない場合、ステップ23で
行った動作要求を再び指令制御部１へ要求するか否かを
判定し（S31）、動作再選択の指示が判定された場合に
は、ステップ23以降の処理を再度実行する。また、動作
再選択の指示が無い場合には、全ての処理を終了する。

ロボット制御部２では、第３図に示すフローに従って
制御部202が処理を実行すると共に指令制御部１との情
報交換を行う。

まず、テレビカメラ102によって、動作範囲を撮像
し、その画像情報を２値化処理した後、これをメモリ
（RAM106）に記憶する。一方、操作盤101から使用ツー
ルを指定し（S41）、更にホームポジション待機に入
り、作業道具の把持を行い、更に手先部姿勢の計算など
が行われる（S42）。

ついで、次に示すような定義及び指定を行って目標位
置への移動計算（閉領域の始点）を行う（S43）。

座標系の定義（ロボットのツール座標系を定義）姿勢制御の指定（アーム姿勢，ツール姿勢など）軌跡制御の指定（移動速度など）把持物体の仕様を設定（例えば、高さなど）次に、以上の処理に基づいて閉領域に対するトレース
作業を実行する（S44）。即ち、Ｘ方向に対する線引き
をＹ方向へ一定間隔に行う。ついで、閉領域の全域に対
し線引きトレースが実行されたか否かをチェックする
（S45）。トレースが終了であれば、直ちにツールによ
線引きトレースを開始できるように、ホームポジション
待機モードとする（S46）。そして作業道具を取外し、
そのまま待機する。一方、トレース作業が未終了であれ
ば、ｎ番目の線引きトレースの開始点へ移動させ（S4
7）、ステップ44の処理を続行する。

次に、第４図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を参照して、閉
領域トレースの処理の詳細について説明する。ここで
は、トレースとして、閉領域内を一定間隔に平行線を線
引きする場合を例示する。

まず、テレビカメラ102によって撮像されたツールの動
作範囲内の画像が原画像として入力される。この動作範
囲（＝カメラの視野範囲）内には、ツールの移動対象と
なる線画が描かれている。この原画像を曲線領域に設置
したウィンドウに入力する（S51）。

ついで、中間輝度レベルの変換処理を行う（S52）と
共に、予め定めたコード及び画像解析定数テーブルの設
定値に基づいて基本の画像処理を行う（S53）。更に、
ステップ53において濃淡画像から２値画像を生成（２値
化処理手段）する（S54）。これによって得られた２値
化画像に対し、閉領域ループ演算手段としての特徴抽出
処理を行う（S55）。この特徴抽出処理は、入力２値化
画像に対し、まず、作業対象の閉塞画像か否かを物体の
交点数及び物体数で判定し、更に輪郭追跡テーブルから
ロボットの座標であるワーク用座標（２値出力画像）を
得るものである。

次に、第４図（Ｂ）に示すように、ステップ55で得ら
れた画像に対し、輪郭追跡テーブル内に閉領域輪郭座標
を抽出する（S56）。この処理は、１画素当たりの囲ま
れた領域の輪郭を抽出するものであり、それが真に閉領
域であるか否かの判定は、物体の交点があるか否かの算
出によって行う。即ち、交点があった場合には、閉領域
とは見なさない。次に、輪郭追跡テーブル内の開始点
X₀,Y₀及び増減値ΔX,ΔＹをX,Y座標に変換し、これを輪
郭追跡テーブルに格納する（S57）。

ついで、以下のようなソーティング処理（閉領域境界
点演算手段）が３段階に実行される。まず、第１のソー
ティング処理が実行される（S58）。この処理は、例え
ば、100個の輪郭点数に対し、Ｙ座標の昇順に輪郭座標
のソーティングを行い、Ｙ座標の数字の小さい順に並べ
替える。即ち輪郭座標が下記のような昇順であるとする
と、（輪郭座標）ＸＹ 10 10 ９ 10 ８ 11 ７ 12 ５ 12 ：：：： 15 13 14 12 13 11 12 11 11 10（輪郭点数 100個目）ソーティング後は次のようになる。

（ソーティング後の輪郭座標）ＸＹ 10 10 ９ 10 11 10 ８ 11 13 11 12 11 ７ 12 ５ 12 14 12 ：：：：次に、第４図（Ｃ）のステップ59において、同一座標
グループ内でＸ座標昇順に、下記のようなソーティング
を行う。

（ソーティング後の輪郭座標）ＸＹ９ 10（始点） 10 ↓（終点） 11 ↓ ８ 11 12 ↓ 13 ↓ ５ 12 ７ ↓ 14 ↓ ：：：：そして、同一グループ内の最下位及び最上位データを
テーブルに格納する。この組合わせを１グループとし
て、例えば20グループを抽出し、この始点，終点座標を
閉領域認識結果テーブルに格納する。このとき、ワール
ド座標系に換算後、昇順に再ソーティングする。

このようにして得られた閉領域認識結果は、伝送入出
力部112を介してロボット制御部２へ伝送され、ロボッ
ト制御部２側に準備されている環境データベースを用い
て、手先姿勢算出，動作経路選定処理の後、第３図で示
した処理に従って線引きトレース動作が実行される。

なお、以上の説明では、閉ループ内に一定間隔で平行
線を線引きトレースするものとしたが、直線のほか、点
線，網線，網点，ベタ塗りなどとすることもできる。

また、上記実施例では、閉領域内にトレース処理を施
すものとしたが、領域外を処理対象とすることもでき
る。

［発明の効果］以上説明した通り、この発明は、ツールの動作範囲内
に図示された閉領域画像を原画像として撮像する撮像手
段と、該撮像手段による画像情報から２値化画像を作成
する２値化処理手段と、前記原画像中から特異点を除去
する閉領域ループ演算手段と、該演算手段の演算結果に
基づいて閉領域画像をトレース処理する境界線を演算す
る閉領域境界点演算手段と、該手段及び前記閉領域ルー
プ演算手段の各演算結果に基づいて前記閉領域内を所定
のパターンによって前記ツールをトレースさせる制御手
段とを設けるようにしたので、与えられた画像に対する
輪郭認識を行い、領域内への線引きなどのトレース作業
を行うので、どの様な閉領域の画像を与えられても、ツ
ールをトレース移動させることが可能になる。しかも、
従来のように、予め移動軌跡を設定登録するなどの作業
が不必要になり、汎用性に優れたロボットの提供が可能
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は指令制御部１とロボット制御部２の処理の概略を説明
するフローチャート、第３図はロボット制御部２の動作
を示すフローチャート、第４図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）
はこの発明における閉領域認識処理の詳細を示すフロー
チャートである。図中． 1:指令制御部、2:ロボット制御部 3:ロボット本体、4:外部記憶装置 101:操作盤、102:テレビカメラ 104:CPU、107:テーブル用メモリ 108:画像処理制御部 109:モニタ、112:伝送入出力部 114:2値化処理部、201:伝送入出力部 202:制御部、203:モータ駆動部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ツールの動作範囲内に図示された閉領域画
像を原画像として撮像する撮像手段と、該撮像手段によ
る画像情報から２値化画像を作成する２値化処理手段
と、前記原画像中から特異点を除去する閉領域ループ演
算手段と、該演算手段の演算結果に基づいて閉領域画像
をトレース処理する境界点を演算する閉領域境界点演算
手段と、該手段及び前記閉領域ループ演算手段の各演算
結果に基づいて前記閉領域内を所定のパターンによって
前記ツールをトレースさせる制御手段とを具備すること
を特徴とするロボット制御装置。