JPS629885A

JPS629885A - 対象物の位置決定方法並びにロボツト設備

Info

Publication number: JPS629885A
Application number: JP13801386A
Authority: JP
Inventors: ステフアン　バーク; バーテイル　ゴールドスタム; ペーター　カールステン; ロニー　スベンソン
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1985-06-14
Filing date: 1986-06-13
Publication date: 1987-01-17
Also published as: SE8502962D0; SE456976B; SE8502962L; EP0205175A2; EP0205175A3

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】イ、技術分野本発明は対象物の位置を決定するためのロボット設備に
おける方法に係る。本発明は、さらに、産業用ロボット
並びに対象物の位置を決定するための測定装置を含むロ
ボット設備に係る。

本発明は、例えば、産業用ロボットが対象物に対し作業
運転を実行するようにされたロボット設備に適用される
ことを意図する。そのような作業運転は、対象物に対す
る部品の取付け、前記ロボットによって支持された工具
による対象物の機械加工、接着剤ストランドの配列、塗
装などを含む。

そのような作業運転を実行するためのロボットのプログ
ラミングにおいて、前記ロボットは所望経路に沿って複
数の点へ手動によって運動される。

各点のために、該点の位置及び任意の追加指令、例えば
該点において成る作業運転を実行するための開指令、が
前記ロボット内のメモリーに記憶される。前記ロボット
の自動運転間、該ロボットは記憶された諸点によって画
定された経路に従って運動し、そして所望の諸点におい
て前記プログラムされた作業運転を実行する。前記プロ
グラミングは、しばしば、それに対して後に作業運転が
自動運転間に実行さるべき対象物を用いて行われる。

そのような対象物は前記ロボットに隣接して配置される
。前記ロボットの運転間、前記対象物の位置及び寸法は
、前記プログラミング間に使用された対象物の位置及び
寸法から不可避的に偏移する。

これら偏移はロボットによって走行される経路の、前記
対象物にｒ！ＡＭする位置を、所望の位置から偏移させ
る。作業運転の実行時における公差に対する要求は、対
象物の位置及び寸法の前述偏移が作業運転の正しい遂行
を全く不可能にするくらい厳しいことが多い。従って、
対象物の位置または該対象物の作業運転を実行さるべき
部分の位置を決定する何らかの形式のセンサまたは変換
器を設けることが望ましい。

以下の説明において、概念゛１位置の決定″は、対象物
または該対象物の作業運転に関連する部分の空間位置を
限定するため各特定の場合に必要とされる全ての変数の
決定を意味する。従って、概念゛位置″は、最多６個の
座標を包含しそして、さらに、概念゛１方位″、即ち、
１〜３軸を中心とする回転角を包含する。

ロ、背景技術ロボット設備において、対象物の位置を決定するため、
ロボットのベースプレートに関連して取付けられた位置
センサを配列することは既知である。そのようなセンサ
は、一般的に、大きな測定範囲を有することを要求され
、従って、通常それらの精度は低い。さらに、そのよう
なセンサは、しばしば、対象物の所定作業運転を実行さ
るべき部分とは異なる部分を測定するように配列されな
くてはならない。その場合、該対象物の寸法偏差は、し
ばしば許容公差限度を超える精度不良を生じさせる。

さらに、例えばＡＳＥＡパンフレットＣＫＯ９−１２０
７８から、ロボットによって支持される作業工具、例え
ば溶接工具、の至近位置に距離センサを配列することも
知られている。そのようなセンサは高精度を与えられ得
るが、一般的に、測定範囲が小さく、従って、精密に配
置されなくてはならず、そのことはもし対象物の可能位
置偏差が相当大きいならば、長時間を消費することにな
る。さらにまた、そのようなセンサは、１自由度−距離
−における対象物の位置の決定に役立つに過ぎず、複数
寸法による位置決定のためには、遅く且つ長時間を消費
する方法が要求される。

ハ１問題本発明によって解決される問題は、単一のセンサによる
少なくとも２自由度における迅速且つ精密な位置決定の
達成である。

二１発明の概要本発明に基づく方法においては、ロボットによって支持
されるカメラが測定位置へ制御される。

前記カメラは前記ロボットの表面の一区域の２次元画像
を提供するように構成される。前記カメラに機械的に結
合された光源の助けをかりて、パターン、例えば線、が
前記対象物の表面上の前記区域内に投影される。前記光
源から発射される光線は、前記カメラの光学軸に対して
角度を成す方向を有する。像における投影線の位置に基
づいて、前記カメラの光学軸に対し実質時に平行の方向
における前記対象物の位置の寸法が計算される。前記対
象物の特徴的部分の像における位置に基づいて、前記特
徴的部分の位置の寸法が、前記カメラの光学軸に対して
角度を成す方向に計算される。

本発明の一実施例に従えば、前記投影線は１本の線、例
えば直線、から構成され、それによって、最初に言及し
た方向は前記投影線に対して実質的に垂直であり、そし
て最後に言及した方向は前記投影線に対し実質的に平行
である。位置決定のために、前記対象物の特徴的部分に
よって生じる前記投影線の歪みが利用され得る。前記歪
みは投影線の像においてコーナーから成ることが好まし
い。

代替的に、前記特徴的部分は異なる照度を有する２区域
間の境界線からも構成され得る。本発明に従って、対象
物の方位を決定するために、複数の位置決定が該対象物
の異なる諸点で行われ得る。

対象物の部品の取付けに使用されるロボット設備におい
て、本発明の一推奨実施例に従えば、前記ロボットは最
初に該部品を捕捉するため捕捉位置へ制御され、次に、
測定位置へ制御される。該測定位置において、対象物の
位置の決定が行われ、それに基づいて、取付は作業間に
前記ロボットによって取られるべき位置について計算が
為され、ついで、ロボットは後続位置へ制御される。

本発明に基づくロボット設備は、該ロボットによって担
持される少なくとも１個のカメラを有し、該カメラは対
象物の表面上の一区域の２次元画像を提供するように、
構成される。前記カメラに機械的に結合された光源は、
前記区域内において、前記対象物の表面上にパターンを
投影し、それにより、前記光源から発射される光線が前
記カメラの光学軸に対して角度を成す方向を有するよう
に配置される。本発明は、さらに、前記カメラに結合さ
れた距離決定部材であって前記像における投影パターン
の位置に基づいて、前記カメラの光学軸に沿った方向に
おいて前記対象物の位置を決定するように配列されたも
のを有する。本発明は、さらに、前記カメラに結合され
た位置決定部材であって、前記対象物の特徴的部分の前
記像における位置に基づいて、該部分の位置の寸法を決
定するように配列されたものを有する。−推奨実施例に
従えば、前記カメラはロボット手に固定された作業工具
に結合される。多数の自由度における迅速な位置決定を
可能にするために、−推奨実施例に基づく前記測定部材
は、ロボットによって支持される複数のカメラであって
互いから離された対象物上の複数点の位置を決定するよ
うに配列されたものを含む。

ホ、効果本発明に従った方法並びに装置によって、少なくとも２
寸法による迅速、直接且つ精密な位置決定が、長い時間
を消費する走査運動の必要無しに、単一のセンサの助け
をかりて達成され得る。従って、ロボットの作業サイク
ルの相当な短縮が実現され得、そしてこれらの効果は、
要求公差が厳しく且つ相当な位置偏差または寸法偏差が
作業運転を実行さるべき対象物間において生じ得る作業
運転の場合に特に大きい。

本発明に従って対象物上の異なる諸点において同時測定
を行うように配列された複数のカメラを使用するときは
、前記対象物の作業運転に関連を有する部分の位置の完
全な決定が極めて迅速に実行され得る。

以下、本発明は乗用車のボデーの後窓ガラス及びドアの
取付けに使用されるロボット設備を示す一実施例に関連
して説明されるであろう。

へ、推奨実施例の説明第１図には、乗用車のボデー１上の後窓ガラスの取付け
を行うための作業ステーションが図示される。ボデー１
は例えば組立ライン即ちいわゆるオートキャリヤによっ
て前記作業ステーションに到着する。後窓ガラスは該目
的のために設けられた開口２に取付けられる。取付けの
間、窓ガラス３は、それらが固定装＠（図示せず）に、
よってそれらの位置並びに方位を決定されて配置されて
いる蓄積区域から捕捉される。産業用ロボット４〜８が
前記ボデー１の後右側区域に配置される。前記ロボット
は、ベースプレート４、回転コラム５、上腕６、前腕７
及び手首８を有する。前記ロボットは、例えば、ＡＳＥ
ＡパンフレットＣＫＯ９−１１０２Ｅに記載されるＩＲ
Ｂ６０／２タイプである。前記ロボットは、取付けの間
において後窓ガラスの位置及び方位を調整するとき完全
自由度を有する６軸構成のものであることが好ましい。

前記ロボットの手首８はフレーム９の形式の作業工具を
担持する。４個のビデオカメラ（Ｃ１〜Ｃ４）が前記フ
レーム９に固定的に結合されている。さらに、前記フレ
ーム９は後窓ガラスを捕捉するための吸着力ゝツブを設
けられる。ロボットのプログラミングの為の動作時、ロ
ボットは、既知の態様で、所望の経路を決定する複数個
の点へ逐次順序に従って運転され、それによって、各点
において、例えば前記吸着カップの動作開始及停止、測
定並びに計算作業の開始などのための追加指令が記憶さ
れ得る。自動運転間、前記ロボットはプログラム経路に
従って運動し、そしてプログラム指令を関連諸点におい
て実行する。

第１図に示される捕捉位置に到着するとともに、前記後
窓ガラス３はその周縁部に沿って接着剤を塗布される。

第２図は後方から見たボデー１であり、該ボデー１は開
口２と、前記ボデー１の端縁部に位置される４個の測定
点（Ｐ　〜Ｐ４）とを有する。さらに、第２図は、前記
ロボット及びカメラがそれらの測定位置に在るときの前
記カメラ（Ｃ１〜Ｃ４）の視域（ＣＦ２＝ＣＦ２　）を
示している。

第２図から明らかなように、前記測定点は前記開口２の
比較的直線的部分に位置される。後記説明から明らかな
ごとく、各測定点において、端縁に対して実質的に垂直
の方向に開口２の端縁位置がさらに決定される。これに
よって、測定点が例えば開口２のコーナーに位置された
場合に比べ、より大きい精度が位置決定において得られ
る。さらにまた、決定された位置は、端縁の沿う測定点
の変位によって変更されず、または、極めて僅少の程度
にしか変更されず、これにより、取付位置の修正計算が
簡単化されるとともに、精度が向上され得る。

第３図はボデー１と、該ボデー１の右側から見た開口２
を示している。第３図においては、ロボットの前腕７と
手首８が示されているに過ぎない。

前記ロボット、フレーム９及びカメラ＜０３及びＣ４の
み図示）は、それらのプレプログラム測定位置において
図示されている。該測定位置は前記フレーム９の中心が
点Ｐ３位置されることと、前記フレーム９が図面に示さ
れるプレプログラム方位を取ることとにより確定される
。また、第３図は、取付は間に後窓ガラスを確保するの
に使用される吸着カップのうち、吸着カップ１ｏ、ｉｉ
のみを示している。

第４図は、カメラからの対象物の距離決定原理を示す。

カメラＣはその画面にいわゆるＣＣＤタイプの２次元セ
ンサ１２を有する。光源１４は、第３図においてその紙
面に対して垂直である延長部を有する細い光線１７を、
スリット１５の助けをかりて対象物の表面上に投射する
ように配置されている。光源１４からスリットを通じて
発射された光線１６は、前記カメラの光学軸０−Ｏに対
して固定角αを成す。対象物の表面が前記カメラから公
称距離Ｚ。に在るとき、投射光線は図面に示される位置
１７を取る。このとき前記カメラの対物レンズ１３は前
記位置１７の像１８を生じさせ、モして該像１８は前記
カメラの光学軸上に位置される。もし対象物の表面が、
公称位置から偏移した位置Ｚ１に在るならば、投射光線
は図面に示される位置１７′を取り、そして該光線の像
は前記センサにおいて位置１８′を取る。公称位置１８
から位置１８′までの距９１１１は、公称距離Ｚｏから
の偏差ΔＺに正比例する。前記１とΔ２との間の比例定
数は簡単な幾何計算から得られる。

かくして、カメラ像から１を決定することによって、公
称距離Ｚ。に関連する対象物の距離が直接に得られる。

第５ａ図には、ボデー１のカメラＣ１の視域に在る部分
を通る、後窓ガラスに対し垂直の、平面における断面が
示される。また、第５ａ図には、後窓ガラス３がその取
付けられた位置において破線をもって示される。前記ボ
デー１の薄鋼板の前記開口２に面する端縁は２２をもっ
て表示される。

前記窓開口２の近くにおいて、前記薄鋼板はそれに対し
て窓ガラス３が接着固定される平面部分２４を有する。

前記部分２４はボデー１の外側部分に関して引っ込めら
れ、そしてこの部分に対して、窓ガラスと開口とを包囲
する遷移部分２３によって接続されている。第５ｂ図は
前記カメラＣ１の視域ＣＦ１と、該カメラによって生じ
る像とを示している。前記光源１４と前記スリット１５
は、投射光線が窓開口２の端縁２２に対して概ね垂直で
あるように好適に配列される。さらに、前記カメラはそ
の光学軸が窓ガラス３の平面に対して実質的に垂直であ
るように配列される。傾斜した光線投射方向によって、
像における投射光線は、線２０によって示される外観を
呈するであろう。即ち、前記線２０は図面の右側部分に
おいては直線部分から成り、該部分は点２１において図
面の左側部分の湾曲部分に変化する。図面において破線
Ａ−Ａは、対象物の表面が前記カメラから公称距離２゜
（第４図参照）に在るとき前記線２０の前記右側直線部
分によって取られる位置を表示する。

第４図を参照して既に説明されたように、線２゜の右側
直線部分と基準線Ａ−Ａとの間の距離は、それに対して
窓ガラス３が取付は間に配置される前記平面部分２４の
前記カメラからの距離ｚ１の寸法を構成する。

前記像における点２１で、前記線２１はいわゆるコーナ
ー、即ち、傾斜の突然の変化を有する。

カメラ像におけるそのようなコーナーの位置は、それ自
体周知されている像処理方法の助けをかりて簡単に決定
される。薄鋼板の端縁に対し概ね平行する基準ＩＢ−Ｂ
は、ボデ一部分２３．２４１１の前記遷移区域がその公
称値を有するときの前記コーナー２１の位置、即ち、前
記ロボットのプログラミング及び前記測定装置の較正間
に使用される位置を示す。前記点部ちコーナー２１と前
記基準線Ｂ−８との間の距離は、基準線Ａ−Ａに平行す
る方向における公称位置に関連する前記窓開口２の変位
を直接に示す測度である。該距離は、前記点２１を、そ
の位置が決定されているとき、基準線Ａ−Ａ上の点２１
′へ向かって下方に投射することによって好適に決定さ
れ、ついで、基準線Ｂ−８からの前記点２１′の距離Ｘ
１が決定される。

以上の説明から明らかなように、２自由度によるボデー
１の位置の測度は、距離方向において、且つ、カメラの
光学軸に対し実質的に垂直の方向において、カメラ像か
ら直１妄に得られる。

第６図は、概略的に示されたフレーム９及び該フレーム
に取付けられた４個のカメラのうち１（１１Ｃ１を有す
る産業用ロボット４〜８を示す。前記ロボットが第２図
においてＰＳで示したその測定位置を取ったとき、カメ
ラセンサ１２は、それ自体周知の態様で画素によって画
素読取りされる。

像信号ＰＳ１は、ＡＤ変換器へ供給され、そこにおいて
、所望の解像度を有するアナログ信号がディジタル信号
に変換され、そして毎画素１メモリーセルを有するリフ
レッシュメモリー内Ｍ内に記憶される。その後、前記像
はリフレッシュメモリー内に記憶され、そして像アナラ
イザＰＡへ読み出され得る。これはディジタル計算ユニ
ットから構成される。該ユニットは端縁検出オペレータ
、例えば、いわゆるソベルオペレータ、による像フィル
タリングによって該像の輪郭を強調する。形成された輪
郭はトレースされ、そしていわゆるチェーンコードで描
かれる。前記コードのフィルタリングと差別化とによっ
て、前記輪郭のコーナーがその位置を確認され得る：即
ち、像平面上のそれらの位置が決定され得る。それ自体
周知の態様で、前記像アナライザ（ＰＡ）は例えば、下
記文献に図示される諸原理に従って機能する：Ｗ−Ｋ・
プラット：ディジタル　イメージ　ブロセスイング、ウィリー、ニ
ューヨーク、１９７８（特に、ｐｐ、４８６〜４９１）Ｈ・フリーマン：コンピュータ　プロセスイング　オブ　ライン　ドウロ
ーイング　イメージズ、ＡＣＭ　　コンピユーテイング　サーベイズ６（１）、５７〜９７　（１９７４）Ｈ・フリーマン：シエイブ　ディスクリプジョン　ヴアイアザ　ユース　
オブ　クリティカル　ボインツ、パターン　レコグニシ
ョン、第１０巻（Ｄｉ）、１５９〜１６６）Ｋ−Ｒ・キャッスルマン：ディジタル　イメージ　ブロセスイング、プレンティス
　ホール、エングルウッド　クリツフス、ＮＪ、１９７９（例えば、ｐｐ、３１６〜３２９）上記文献から知られる方法に従って、信号Ｚ１及び×１
は前記像アナライザから得られ、前記信号は、点Ｐ１　
（第２図参照）において決定される２自由度（第５ｂ図
参照）によるボデー１の位置を示す。これら信号は座標
変換ユニットＣＴＵ供給され、該ユニットにおいて前記
カメラＣ１によって検出された位置は各カメラに共通の
座標系、例えば、前記ロボットの手首に、従って、前記
フレーム９に固定された座標系に変換される。かように
して変換された座標Ｚ　′及びＸ　′は計算ユニットＰ
ＣＵへ供給される。これら座標は前記ロボットのプログ
ラミング間に使用される諸位置からの位置偏差を構成し
、そして前記計算ユニットは、既知の幾何学的関係に従
って、前記窓ガラス３が、前記ロボットがかように修正
された取付は位置に在るとき、関連ボデー１の窓開口２
に対して正しい位置を取るように、取付は位置−第３図
における点Ｐ、−のためのプログラム座標を修正するよ
うに構成される。

第６図は単にカメラの１個のための像処理を説明する。

その他のカメラＣ２〜Ｃ４は、おのおの、前記カメラＣ
１に関し第６図で示す回路と同じ方式に構成された信号
処理回路Ａ／Ｄ−ＣＴＵを有する。あるいは代替的に、
前記信号処理回路は完全にまたは部分的に各カメラに対
して共通にされ得る。第６図は他の３個のカメラからの
位置信号が計算ユニットＰＣＵへ供給される態様を概略
的に示しているに過ぎない。前記ユニットＰＣＵにおい
て計算さねた点Ｐｌのための修正座標は、所望のディジ
タル値の形式でロボットの制御システムＣ８へ供給され
、そして該制御システムは、ロボットが点ＰＩｌｌへ制
御されるような制御信号Ｓをロボットのサーボへ送る。

第７図はカメラＣ１からの位置信号が、前記ロボットの
手首８と該手首に結合されたフレーム９とに指向された
、該フレーム９の中心ＰＣに座標原点を有す座標系ｘ　
　、ｙ、、ｚ、に変換される「態様を示す。前記座標系に関連する前記カメラＣ１の位
置は固定されそして既知であり、ベクトルａ１によって
表示される。前記カメラの方位は既知であり、そして該
カメラによって検出される位置信号と協働して、該カメ
ラによって検出される該カメラに関連する位置を表示す
るベクトルｂ１を決定する。これら２ベクトルの和はベ
クトルＣを構成する。ベクトルＣ１は前記座標系におい
て前記カメラによって検出された位置偏差を表示する。

従って、このベクトルは既知の幾何学的関係に基づいて
計算され得る。同様にして、他の３個のカメラのための
座標変換が行われる。

第８図には、以上説明されたロボット設備及び取付は方
法の基本流れ図が図示されている。本プロセスは、例え
ば、ボデー１の作業ステーション到着を１個のセンサ（
図示せず）が検出することによって開始される。ロボッ
トは点Ｐｈ　（第１図参照）へ制御され、そして該点に
達すると同時に、フレーム９に取付けられている吸着カ
ップが動作を開始せしめられる一ブロックＡＧ、その後
、口ポットは測定位置Ｐ、（例えば、第３図参照）へ制
御される。前記ロボットが該位置に到達したとき、関連
ボデー１のため修正された点Ｐ、の座標を決定するため
の前述した測定および計算段階が開始されるーブロック
ＭＣ，この段階が完了したとき、ロボットは取付位置Ｐ
、へ制御され、そして該ロボットがこの位置に達したと
き、窓ガラス３は、例えば、前記吸着カップのばね部材
によって決定される好適な圧力を以て取付端縁２４に対
して圧接配置される。その後、前記吸着カップは動作を
停止せしめられ−ブロックＤＧ−そして前記ロボットは
初位置Ｐ１、例えば第１図に示される位置、へ制御され
る。

次に、第９図〜第１１図を参照して、本発明の一代替実
施例について説明する。この実施例は、産業用ロボット
によって乗用車ボデーに前ドアを取付ける装置に適用さ
れる場合の本発明に係る。

第９図には、ドア３０を取付けるべきボデー１が示され
る。前記ドア３０は前述した方式でロボットによって捕
捉される。該ロボットは、既に説明したそれと叫じ構成
の作業工具を有するが、フレーム９に取付けられたカメ
ラの個数は、４個に代えて３個である。前記ドア３０は
、それがドア開口内に少なくとも部分的に挿嵌されるよ
うに選ばれた予決定測定位置Ｐ、へ運搬される。前記カ
メラの像面はＣＦｌ、ＣＦ２、ＣＦ３をもって表され、
そして前記ドア３０の後縁部及び該ドアの下端縁の前部
に位置される。

第１０ａ図には、ボデー１（実際は、後ドアの前部）の
断面と、カメラＣ１の視域ＣＦｌ内に在りそして測定位
置に在るドア３０が図示される。

後ドアの前端縁は３２をもって表され、そして前ドアの
後端縁は３１をもって表されている。前ドアの端縁は後
ドアの端縁の外側に距離ΔＺを以て位置されるものとし
て図示されており、そして両ドア間の間隙３３は幅Δｘ
を有する。寸法並びに位置偏差のために、前記ΔｘとΔ
Ｚは、通常、所望値Δｘ　とΔＺｏから偏移している。

第１０ｂ図にはカメラＣ１の像が示され、該像は表面３
０′、ドア３０、ボデー１（実際は、後ドア）の表面１
′及び前記ドアと間隙３３のより暗い像３３′との間の
境界３１’　、３２’を含む。

表面間の高さの相違によって、投影線２０の像２０′、
２０″は、前記Δ２に対応しそして、前述した態様で、
Δ２の測度を提供する距離を以て互いから離されて位置
される（第４図とその関連説明参照）。

第１０ｂ図はさらに走査区域３４を示しており、この区
域内で前記境界３１’　、３２’間の像における距離が
決定され、それによって前記間隙３３の幅Δｘの測度が
提供される。

前記幅の決定は第１１図に従って行われ得る。

第１１図は前記走査区域３４の、幅りを有する部分と、
前記境界３１’　、３２’　とを図示している。

前記走査区域３４の境界は予決定されていて既知であり
、境界３１’　、３２’　は像解析によって既知の方式
で得られる。これら４本の線はコーナー３５−３８を有
する偏菱形を画成する。個の偏菱形の表面は積分によっ
て決定され、そしてかくのごとく決定された表面の値と
、前記走査区１ｉ１３４の既知幅りから、間隙幅Δｘが
既知の幾何学的関係から得られる。この方法の結果とし
て、測定が単に一点で行われる場合に比し、前記間隙の
幅はより正確にそしてより信頼的に決定される。

各測定点において、Δ２及びΔｘの決定値は、該点にお
ける所望値Δ２　及びΔｘｏに対して比較される。かく
して得られた偏差に基いて、その後、前記ドアに対して
そのボデー１に関連する正確な位置を与えるのに必要な
、取付位ＵＰ、の修正が計算される。前記ロボットは、
修正された位置ＰＩｌｌへ制御され、そして前記ドアが
前記ボデー１へドアヒンジのねじを締め付けるねじ回し
く図示せず）によって前記ボデーに結合される。

ドアの取付けに関連して以上説明された相対位置の決定
は、前記ロボットの把持工具に関連するドア位置に関す
る精度要求が相当低く設定され得るという利益を提供す
る。

以上述べた説明は、乗用車ボデーにおける窓ガラスまた
はドアの取付けに適用されるときの本発明に基づく設備
並びに方法を説明した。しかし、本発明は、言うまでも
なく、任意の対象物における任意の部品の取付けに一般
的に適用され得る。

諸君において言及されたように、本発明の多数の代替的
適用が考えられ得る。また、説明された方法を位置決定
のみに使用し、それによって、該位置決定があらゆる任
意の目的に利用され得そしてロボットによって実行され
る作業運転によって遂行されることを必要としないよう
にすることも可能である。カメラが本発明と関連して使
用された前述の実施例もその単なる一例であるに過ぎず
、その他のタイプのカメラも全く同様に使用され得る。

第１図〜第８図を参照して、ロボットに結合された座標
系において検出点の絶対位置を決定するため本発明に基
づく位置決定がどのようにして実行されるかについて説
明が為された。代替的に、本発明に基づく方法は、第９
図〜第１１図を参照して説明された方式で２個の対象物
の相対位置を決定するために使用され得る。相対位置の
決定の一追加例として、前記窓ガラス３は測定のため第
５ａ図に示される位置を採用することが仮定される。カ
メラ像において、線２０の右側部分は、従って、破線２
０′に示される外観を取る。線２゜と２０’　との間の
距離ｄ７が次いで検出され得、そして薄鋼板の平面部分
２４と窓ガラス３の外面との間の高さの差の寸法となる
。前述したそれと同じ態様で、゛コーナーＨ２１ＪＪが
投影線の像において生じ、そしてコーナー２１″とコー
ナー２１との間の距離が後窓ガラス３の端縁と窓開口２
の端縁即ち遷移部分２３との間における横方向の位置偏
差の寸法になる。

前述例において投影パターン（線）の歪みを生じる、対
象物の特徴部分は、そこにおいては該対象物の表面の゛
高さ差″である。代替的に、その他の特徴部分が考えら
れ得る。例えば、対象物の端縁又は対象物の穴の縁、ま
たは、異なる反射率を有する２区域間の端縁線がそれで
ある。当該対象物の外観により、投影線は常に必ずしも
コーナーとして出現せず、投影線の所絶あるいは投影線
と他の線との交差線としても出現し得る。

前述例において、投与パターンは線、即ち、細い照射帯
から成る。しかし、投影パターンはその他の外観を有し
得る。例えば、光源はカメラの視域の半分を照射しそし
て他の半分を照射しないようにし、照射区域と非照射区
域との間の境界線を位置決定のために使用するように設
計され得る。

あるいはまた、代替的に、投影パターンは三日月形の形
状、格子状パターンなどからも構成され得る。

第５ｂ図から明らかなように、窓開口２の周囲に延在す
る端縁即ち遷移部分２は、像の隣接部分よりも低い照度
を示す。この比較的暗い照射帯の右側境界線の像におけ
る位置を決定することによって、前記部分２３と２４と
の間のコーナーの位置×１が代替的様式で決定され得る
。

前述した本発明の２修正型は、例えば、乗用車ドアの取
付は間において、最初の決定が、後窓ガラスの取付けに
関連して説明された様式でドア開口位置について行われ
るように総合され得る。その結果として、ボデー位置の
大ぎな偏差が許容され得るドア開口位置が得られる。そ
の後、ドア開口内へのドアの挿入、ボデーに関連するド
ア位置の測定、ドア位置の調整、およびドアの最終的結
合を含む前述方式でのドア取付けが実行される。

もし希望されるならば、カメラ像を解析することによっ
て、追加情報が得られる。例えば、第９図における視域
ＣＦＩのカメラＣ１の像は、後ドアに関連する前ドアの
垂直方向位置の決定にも使用され得る。両ドアの上端縁
は像に輪郭として現れ、そしてこれら輪郭線間の高さ差
が、像の解析によって、それ自体既知の方式で決定され
得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は上から見た、後窓ガラスを取付けるための作業
ステーションを示す面図；第２図は後から見た自動車ボ
デー並びにロボット設備に含まれる４個のカメラのため
の測定点を示す図面；第３図はその測定点に在るロボッ
トを示す図面：第４図は本発明に基づく距離決定原理を
示す図面；第５ａ図はカメラの視域に入る部分の一例で
あって、自動車ボデー及び後窓ガラスの一部を断面で示
した図面；第５ｂ図はカメラによって生じた第５ａ図の
部分の像を示した図面；第６図は実施例において使用さ
れた測定及び制御装置の構成図；第７図はカメラからの
位置情報の通常座標系への変換の原理を示す図面；第８
図は作業運転間の制御システムの作業流れ図；第９図は
ドア取付けの場合における測定点を示す図面；第１０ａ
図はカメラ視域に在る自動車ボデーのドアの一部分を断
面で示した図面；第１０ｂ図は第１０ａ図に示した部分
の′カメラ像を示す図面；第１１図は自動車のドアとボ
デーとの間の間隙寸法が決定される方式を示す図面であ
る。図面上、０１〜Ｃ４は、カメラ；Ｐ　〜Ｐ４は、測定点
；ＣＦＩ〜ＣＦ４は、視域；１は、ボデー；２は、開口
：３は、窓ガラス；９は、フレーム；ｉｏ、１ｉは、吸
着カップ；１２は、センサ；１４は、光源をそれぞれ示
す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ロボット設備に関連して対象物（１）の位置を決
定する方法において：ロボットによって支持されそして
前記対象物の表面上の区域（ＣＦ１）の２次元画像を提
供するように構成されたカメラ（Ｃ１）が測定位置（Ｐ
＿ｓ）へ制御されることと；前記カメラに機械的に結合
された光源（１４、１５）の助けをかりて、パターン（
１７）が前記対象物の前記区域内の表面上に光学的に投
影され、それによって、発射された光線が前記カメラの
光学軸（Ｏ−Ｏ）に対して角度（α）を成す方向を有す
ることと；像における前記投影パターンの位置に基づい
て、前記カメラの光学軸（Ｏ−Ｏ）に対して実質的に平
行の第１の方向における前記対象物の位置の寸法（Ｚ＿
１）が決定されることと；前記対象物の特徴的部分（２
）の像における位置に基づいて、前記カメラの光学軸に
対して角度を成す第２の方向における前記特徴的部分の
位置の寸法（Ｘ＿１）が計算されることとを特徴とする
ロボット設備に関連して対象物の位置を決定する方法。
（２）特許請求の範囲第１項記載の方法において：前記
投影パターンが線から成り、そして像における前記パタ
ーンの位置が前記線に対し角度を成す方向において決定
されることを特徴とするロボット設備に関連して対象物
の位置を決定する方法。
（３）特許請求の範囲第１項記載の方法において：前記
投影線が直線であることを特徴とするロボット設備に関
連して対象物の位置を決定する方法。
（４）特許請求の範囲第１項記載の方法において：前記
特徴的部分によって生じる前記投影パターンの歪み（２
１）の像における位置に基づいて、前記特徴的部分の位
置（Ｘ＿１）が決定されることを特徴とするロボット設
備に関連して対象物の位置を決定する方法。
（５）特許請求の範囲第２項及び第４項に記載される方
法において：前記歪み（２１）の像における位置（ｘ＿
１）が前記投影線（１７、２０）に対して実質的に平行
の方向において決定されることを特徴とするロボット設
備に関連して対象物の位置を決定する方法。
（６）特許請求の範囲第２項及び第４項に記載される方
法において：前記歪みが前記投影線の像におけるコーナ
ーから成ることを特徴とするロボット設備に関連して対
象物の位置を決定する方法。
（７）特許請求の範囲第１項記載の方法において：特徴
的部分（３１、３２）の位置の寸法が、異なる照度を有
する２区域（例えば、３０′、３３′）間の、前記部分
によって生じる、境界線（３１′、３２′）の像におけ
る位置に基いて形成されることを特徴とするロボット設
備に関連して対象物の位置を決定する方法。
（８）特許請求の範囲第７項記載の方法において：前記
像（Δｘ）における前記境界線の位置が、該境界線に対
して実質的に垂直の方向において決定されることを特徴
とするロボット設備に関連して対象物の位置を決定する
方法。
（９）特許請求の範囲第１項記載の方法であって前記カ
メラの光学軸に対して平行の２対象物間の方向における
相対距離を決定するものにおいて：前記パターンが両対
象物上に投影され、そして前記対象物上に投影された、
前記パターンの部分の像（２０′；２０″）間の変位量
（Δｘ）が決定されそして前記相対距離の寸法を構成す
ることを特徴とするロボット設備に関連して対象物の位
置を決定する方法。
（１０）特許請求の範囲第７項記載の方法であって互い
に隣接して位置される２対象物（１、３０）間の間隙（
３３）の幅（Δｘ）を決定するものにおいて：前記間隙
の方向に予決定長さ（ｈ）を有する区域が該間隙の像の
一部によって決定され、該区域に基づいて前記間隙の幅
の寸法（Δｘ）が決定されることを特徴とするロボット
設備に関連して対象物の位置を決定する方法。
（１１）特許請求の範囲第１項記載の方法において：対
象物の位置の複数の決定が、該対象物上の異なる複数の
点（Ｐ＿１〜Ｐ＿４）において行われることを特徴とす
るロボット設備に関連して対象物の位置を決定する方法
。
（１２）特許請求の範囲第１１項記載の方法であって複
数の実質的に直線の端縁を有する対象物の位置を決定す
るものにおいて：各測定点が一端縁に位置されることと
、各測定点において、前記第２の方向が前記端縁に対し
て実質的に垂直であることとを特徴とするロボット設備
に関連して対象物の位置を決定する方法。
（１３）特許請求の範囲第１項記載の方法であって前記
対象物（１）の部分（３）を取付けるためのものにおい
て：ロボットが前記部分を捕捉するため捕捉位置（Ｐ＿
ｈ）へ制御され、そして次に測定点（Ｐ＿ｓ）へ制御さ
れることと、前記測定点において、前記対象物の位置の
決定が行われ、そしてそれに基づいて、取付け間に前記
ロボットによって取られるべき位置（Ｐ＿ｍ）について
計算が行われ、その後、前記ロボットがこの位置へ制御
されることとを特徴とするロボット設備に関連して対象
物の位置を決定する方法。
（１４）産業用ロボットと、対象物の位置を決定するた
めの測定装置とを含むロボット設備において：前記ロボ
ットによって支持される少なくとも１個のカメラ（ＣＦ
１）であって前記対象物の表面の区域（ＣＦ１）の２次
元画像を提供するように構成されたものと；前記カメラ
に機械的に結合されそして前記対象物の前記区域内の表
面上にパターン（１７）を投影し、発射された光線が前
記カメラの光学軸（Ｏ−Ｏ）に対して角度（α）を成す
方向を有するように構成された光源（１４、１５）と；
前記カメラに結合されそして投影されたパターンの像（
ｚ＿１）における位置に基づいて、前記カメラの光学軸
に対して実質的に平行の第１の方向において前記カメラ
と前記対象物との間の距離を決定するように構成された
距離決定装置（ＰＡ）と；前記カメラに結合されそして
、前記対象物（２１）の特徴的部分の像（ｘ＿１）にお
ける位置に基づいて、前記カメラの光学軸に対して角度
を成す第２の方向において前記部分の位置の寸法を、決
定するように構成された位置決定装置（ＰＡ）とを有す
ることを特徴とするロボット設備。
（１５）特許請求の範囲第１４項記載のロボット設備に
おいて：前記測定装置が前記対象物上の複数の点（Ｐ＿
１〜Ｐ＿４）の位置の同時決定のため前記ロボットによ
って支持される複数のカメラ（Ｃ１〜Ｃ４）を有するこ
とを特徴とするロボット設備。
（１６）特許請求の範囲第１５項記載のロボット設備に
おいて：前記カメラがロボット手に固定された作業工具
に機械的に結合されていることを特徴とするロボット設
備。