JPS63315902A - ワ−ク位置ずれ検知装置 - 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、産業用ロボットに係り、特にワークとしての
車体の位置ずれ量を補正する必要のあるシーリングロボ
ットシステムなとに用いて好ａｔ車体位置ずれ検知装置
に関するものである。

「従来の技術」 一般に、ロボットによってワークに所定の作業を施す場
合、例えば下記のような手法によって、ワークの位置を
検出し、その情報をロボットに供給することが必要とさ
れている。

■　ワークがタクトコンベアによって間欠的にロボット
作業位置（作業ステーノヨン）・＼送り込まれる場合、
送り込まれたワーク（車体）の３次元的位（１ソずれを
、前記作業ステーノヨンもしくはその近傍に設けられた
複数側の非接触センサ、例えばテレビカメラで検知して
ワークの画像情報を得、この画像情報から位置ずれ量を
判断する。

■　ワークが流れコンベアによって連続的にロボット作
業（装置を通過して行く場合、前記コンベアの駆動系に
同期したパルスを発生ずるパルス発信器を設けておき、
このパルスのカウント値とワークの流れ方向の移動距離
とが比例するものとして車体の一次元的変位（位置ずれ
）量を判断する。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、上記■の方式は、各方向への変位を検出
しようとするものであって、各座標軸に沿って距離デー
タと位置データを検出するセンサを設け、かつこれらの
センサから得られた多くのデータに複雑な演算処理を施
すことが必要であるとと乙に、停止状態のワークを面提
として位置ずれを検出するものであるから、流れコンベ
アで連続的に搬送されるワークに適用することはできな
い。

また、上記■の方式は、現実のワークの移動量とコンベ
アパルスとが一致していることを前提として位置を求め
ようとするものであるか、例えばコンベアのサージング
等があると、その影響により、厳密には、検出されたパ
ルスと現実の車体の移動量とが比例しないことになり、
実際の車体の位置が異なることになる。また、流れ方向
への一次元的な移動量を検知するに過ぎないから、当然
に、三次元的に位置ずれ検出に適用することができない
という問題がある。

本発明は上記事情に鑑みて提案されたもので、移動中の
ワークについて位置ずれ量をできるだけ少ないデータに
よって算出してロボットに位置情報を供給させることを
目的とするものである。

「問題点を解決するための手段」 上記目的を達成するため、本発明は、ワーク移動経路途
中のロボット作業範囲の一側部に設けられて該作業範囲
全域でワークに光線を照射する光源と、前記ロボット作
業範囲の他側部に前記光源と対向させてかつワークの移
動方向に沿って設けられて前記作業範囲の全域で前記ワ
ークの搬送方向に沿いかつ高さレベルが一致する複数の
検出点の移動をそれぞれ検出する一次元センサと、該一
次元セ〉すに検出されたデータを演算する演算装置とか
ら構成され、前記演算装置は、前記一次元センサから得
られた検出点の移動データから検出点間の距離を演算す
るとともに、算出された距離データと当該距離に関する
既知データとから、前記ワークの特定方向への位置ずれ
量を演算するようにしてなるものである。

１作用」 上記構成によれば、ロボットの作業範囲の全域でワーク
の移動方向に沿う複数の検出点の移動が検知され、この
データを演算処理することにより各レベルにおいて検出
点相互間の距離が演算される。そしてこの距離を既知の
距離データと比較することにより、ワークの位置あるい
は姿勢が基錦からどれほどずれているかを知ることがで
きる。

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

第１図符号ＩＡ〜５ＡおよびＩＢ〜５Ｂは一次元イメー
ジセンサである。これらの一次元イメージセンサＩＡ〜
５ＡおよびＩＢ〜５Ｂは、例えば多数のフォトトランジ
スタを一列に並べた構造のアレイからなるもので、第２
図に示すように、上下に位置をずらして設けられたもの
（例えばＩＡ・ＩＢ）を一対として、ワーク（実施例で
は車体）６の流れ方向、すなわち、第１図に矢印で示す
コンベア（図示略）の移動方向に沿ってコンベアの一側
部に配置されている。

また、前記６対のイメージセンサＩＡ−ＩＢ〜５Ａ・５
Ｂに対向する位置には、光源＋ｃ〜５ｃがそれぞれ設け
られており、これらの光源ｎＣ（ただしｎは１〜５の整
数）から照射され几光線は、ワーク６によって一部が遮
られることにより、ワーク６の移動に伴って所定のパタ
ーンで移動しながら前記各対のイメージセンサｎＡ−ｎ
ＢをＯＮまたはＯＦＦに切替動作させるようになってぃ
る。

また、前記６対のイメージセンサｎＡ−ｎＢは、第２図
に示すように、光源ｎＣから照射された光線を異なる方
向から検知するようになっている。

すなわち、図示例の場合、イメージセンサＩＡが光源Ｉ
Ｃと同レベルに配置され、また、イメージセンサＩＢが
イメージセンサＩＡより上方に配置され、イメージセン
サＩＡ〜光源ＩＣを結ぶ直線と、イメージセンサＩＢ〜
光源ＩＣを結ぶ直線とがαの角度を持つようになってい
る。なお、他の対のイメージセンサ２Ａ・２Ｂ、３Ａ・
３Ｂ１４Ａ・４Ｂ、５Ａ・５Ｂについても、前記イメー
ジセンサＩＡ−ＩＢと同様、各光源２０〜５Ｃへ向かう
直線がαの角度を持つように配置されている。

したがって、光源ＩＣの前をワーク６が通過することに
より、第２図に示すように、ワーク６の前側のピラーの
一部であるところの検出点６Ａに対応するパターンがイ
メージセンサＩＡに、同じく検出点６Ｂに対応するパタ
ーンがイメージセンサＩＢにそれぞれ検知されるように
なっている。

そして、前記イメージセンサＩＡ−ＩＩ３〜５Ａ・５Ｂ
のアナログ出力は、それぞれ変換器７Ａ・７１３〜ＩＩ
Ａ・ＩＩＢによってディノタル信号に変換された後、演
算装置１２に供給されろようになっている。また、演算
装置１２には記憶装置１３が接続されている。

以下上記ワーク位置ずれ検知装置の動作とと６に、前記
演算装置１２における演算処理を説明する。

第１図矢印で示すようにワーク６か搬送されて光源ｔＣ
〜５ＣとイメージセンサＩＡ−ＩＢ〜５Ａ・５Ｂの間ま
で搬送され、ワーク６が（厳密にはワーク６の一部をな
すピラーなどが）光線を遮ると、遮られた部分のイメー
ジセンサ（厳密にはこれを構成するフォトトランノスタ
等の多数の素子）の出力がしきい値以下の「暗」になり
、また、遮られない部分の出力が「明」になる。このと
き演算装置１２は、すべてのイメージセンサＩＡ・ＩＢ
〜５Ａ・５Ｂの出力を常時監視するようになっており、
まず、初めて「明」から「暗」に切替られたイメージセ
ンサ（第１図における５Ａ・５Ｂ）の前方をピラーの検
出点６Ａおよび検出点６Ｂが通過したことを認識する。

なお実施例の場合、第３図に示すように、各イメージセ
ンナの測定範囲は一部オーバラブプするように配置され
ていて、ワーク６の移動が切れ目なく検出されるように
なっている。

また、記憶装置１３には、各イメージセンサＩＡ−ＩＢ
〜５Ａ・５Ｂを構成するｌヒツトの素子とこれに対応す
る移動量との関係があらかじめ記憶されており、このデ
ータに基づいて、各ビットにおける明暗の切替わりがワ
ーク６の移動量の絶対値に換算される。さらに、記憶装
置には、検出ラインＡ（イメージセンサＩＡ〜５Ａによ
り検出される高さに相当するライン）における車体の長
さＱＡＯ％および、検出ラインＢ（イメージセンサＩＢ
〜５Ｂにより検出される高さに相当するライン）におけ
る車体の長さＱＢＯｓが既知の値として記憶されており
、第５図に示すように、フロントピラーの検出点６Ａが
検出された後、 ム。−Δハ　　　　　　・・・・・・　（１）に相当す
る長さ以上に離れた位置で切替動作したイメージセンサ
ＩＡ〜５Ａの特定のビットの位置がリアピラーの検出点
６Ａ’の位置と認識されろ。

なお、上記Δムは、リアピラーの幅（Ｘ方向への寸法）
および傾斜によって、車体の位置ずれに応じて検出ライ
ンＡ上に生じる車体長さ変化量（誤差）を表わし、この
誤差ΔＱＡを見込んで、第５図に示すように、前記（１
）式に対応する長さ以上移動した後にイメージセンサ５
Ａから得られたリアピラーの通過検出データを取り込む
ようになっている。

一方、切替動作が行われる以前には、車体６の一部しか
イメージセンサＩＡ〜５Ａの検出範囲に存在していない
ものとみなされる。さらに、イメージセンサＩＢ〜５Ｂ
においても同様の処理が行われてリアピラーの検出点６
Ｂ’が認識され、これにより、車体６がロボットの作業
範囲に入りに〇のと認識される。

以上のようにして検出点６Ａ・６Ｂ・６　Ａ　’　　・
６Ｂ’の通過が認識されると、第４図に示すように、ど
のイメージセンサのどのビットが切替動作されたかによ
り、検出開始点からフロントピラーの検出点６Ａ・６Ｂ
までの距離Ｘ　ｌ　＋　Ｘ　２が演算され、また、リア
ピラーの検出点６、八”・６Ｂ’までの距離Ｘ３．Ｘ４
か演算される。そして、上記ｘ１〜Ｘ４に基づいて、下
記のように検出ラインＡ・Ｂにおける車体長さハおよび
ＱＢが演算される。

バーＸｌ−Ｘ４　　　　・・・・・・（２）ＱＢ””Ｘ
２Ｘ３　　　　・・・（３）さらに、第４図に示すよう
に、車体６をＸ−ｙ・Ｚの３袖からなる南標系、すなわ
ち、コンベアの流れ方向をＸ軸、左右方向をｙ軸、上下
方向を２軸とする座標系に当て嵌め、ｙ軸方向への平行
な位置ずれ量が僅かであるとして、車体６のＸ軸方向、
Ｚ軸方向への平行な位置ずれ、およびｙ軸を中心とする
回転を求めようとすると、下記のようになる。

すなわち、上記ハおよびσ８は、車体６が移動方向に対
して水平面内で一定の向きに保たれ、かっ上下のぶれを
生じていない場合には既知の一定値、ＱＡＯおよびＱＢ
Ｑと一致するはずであるから、ＱＡ−ＱＡｏ　　　　　
　・・・・＝　（，４）ＱＢ＝　Ｃｅ。　　　　　　・
・・・−（５）が成立すれば、ｙ軸を中心とする回転変
位Δθｙ−Ｏ，ｚ軸方向への平行変位Δ２＝０である姿
勢、すなわら、ずれのない水平姿勢に保たれているとセ
１断することがてき、さらに、車体６の検出開始位置（
後側のピラーの検出点６Ａ’および６１３’か検出開始
点を越えた位置）からの移動距離が×４と一致すること
が認識される。

また、 ａ＾≠ム。　　　　　　・・・・・・（６）ｉ！ａ＃　
（２ｎｏ　　　　　　−−・・−・（７）である場合に
は、車体６が水平姿勢でないと認識され、この場合のず
れ量ΔθｙおよびΔＺと検出ＩａＱＡおよびＱＢとの間
には近似的に下記の関係か成立する。

すなわち、ＩＬおよびρ８なる変数によって表される座
標系からΔθｙおよびΔ２なる変数によって表される座
標系への変換は、一般に と定義される行列■を乗じる操作により行われるしので
あり、この行列Ｔを上記実施例におけるハ・ρ８系から
ΔθｙΔＺ系への変換式 ％式％ として代入し、さらに、上記（９）式を変形すると、 が得られろ。したがって、検出されたΔハおよびΔＱ８
と既知のＴとからずれ量ΔＺおよびΔθｙを求めること
ができる。

なお、上記■は、車種、すなわちワークの形状によって
異なるものであって、例えば、車体６を基準姿勢から既
知のΔ２だけ変位させてΔハ・ΔｅＢを測定し、さらに
、既知のΔθｙだけ変位させてΔハ・ΔＩ２Ｂを測定し
、上記（８）式に従って偏微分することにより求めるこ
とができる。

したがって、車種毎にあらかじめ上記Ｔを求めて記憶装
置１３に記憶させておき、このＴを前記（９）式に適用
することによりΔ２およびΔθｙを求めることができる
。

また、車体６がロボットの作業範囲に入ってからの移動
量Ｘは、車体６の姿勢が基準姿勢にあるならば第４図に
おけるＸ４と一致するが、実際には、車体６の姿勢変化
によって移動量Ｘとの間に誤差がある。この誤差を修正
するための補正量ΔＸは下記の式により近似することが
できる。

上記ｔ１およびｔ、についても、上記■と同様に車種毎
にあらかじめ算出して記憶装置１３に記憶さけておくこ
とにより、容易に補正量ΔＸを求めることができる。

そして、上記（１１）式により得られたΔＸとＸ４とか
ら、 Ｘ　”’　Ｘ　ａ十分Ｘ　　　　　　　　　　・・・・
・・（！　２）の如く移動ｆｔｔｘを得ることができる
。

そして、上記（９）式および（１２）式にしたかって演
算装置１２が算出した［ｘ、Δ２．Δθｙ］は、ロボッ
トの制御装置に車体６の位置修正データとして供給され
、この修正データがロボットの制御装置に供給されて、
車体６の移動および姿勢変化に追従する制御が行われる
るようになっている。なお、ずれｆｆ１ｘは搬送中のワ
ークに対してロボットに作業を実行させるために必須の
データであり、また、ΔＺは、間欠的に支持されたコン
ベアに必然的に生じるたわみに起因して生じるずれであ
り、さらに、Δθｙは、自動車の車体のように搬送方向
と長手方向とか一致した形状のワークにおいて、必然的
に生じるずれ（いわゆるピッチング）であり、一方、他
の方向へのずれ、例えばΔｙ（車体の幅方向に沿う水平
なずれ）、Δθｘ（ｘ袖を中心とケるいわゆるローリン
グ）、へ〇ｚＣｚ軸を中心とするいわゆるヨーイング）
については、上記ｘ１ΔＺ、Δθｙに比して非常に小さ
いから、これらのずれを適切に検知することによって実
用上十分なずれ補正をすることかできる。

「発明の変形実施例」 （１）上記一実施例では、一次元イメージセンサを２系
統設けて上下２つのレベルで測定を行うようにしたが、
ワークあるいはハンガーの形状、重量等の要因により特
定方向へのずれが小さいことが明らかな場合には、１つ
のレベルでの測定のみを行なうように、すなわち、ｌ系
統のイメージセンサｎＡのみを設けて、ハのみを求める
ようにしてもよい。

例えば、ワーク６のローリングΔθＸ１ピッチングΔＯ
ｙ１ヨーイングΔθＺ、およびｙ軸方向へのずれΔｙが
無視できるほど小さい場合には、［ｘ、Δ２］すなわち
、コンベアの搬送に伴う移動の量と上下の平行を多動の
重とについてのずれ量のデータを得ればよく、この場合
、測定されたハに基づいて下記のようにして上記両ずれ
量を算出することができる。

すなわち、一般的な形状の乗用車においては、フロント
ピラーおよびリアピラーは互いに逆方向に一定の角度で
傾斜しているから、車体位置がΔＺたけ変化した場合、
特定高さの検査ライン（例えば検査ラインＡ）に検出さ
れる車体長さハ。と、この検査ラインからΔ２ずれた高
さにおける車体長さｂとの間には、 ΔＱＡ二〇Ａ−ＱＡ。

なる差が生じる。（一般的な乗用車では、両ピラーがい
わゆる据置がり状であるから、検査ラインより上側では
＋２Ａ＜＋２ＡＯとなり、下側では、（！Ａ＞（！ＡＯ
となる。） そして、このような相対関係を持った車体長さΔハとΔ
２との比、すなわち に１−ΔＱＡ／ΔＺ は、一般的な直線状のピラーを備えた自動車においては
、車種毎に一定の値となる（ΔＱＡとΔＺとが一次関数
となる）から、このに１をあらかじめ測定して記憶して
おき、測定された車体長さハに対応して Δｚ−（１／に、）・Δ１　　　　・・・・（１１）な
る演算を行うことにより上下方向への位置ずれ量ΔＺを
求めることができる。

また、萌述のようにΔＺなる位置ずれ（図示の場合、Δ
２が下方へ生じている）が生じると、第６図に示すよう
に車体長さハの測定の始点６　、Ａ　ｚが本来の始点（
Δｚ＝０の場合の始点）６Ａｚ’より上方の位置となり
、点６Ａｚを本来の始点６Ａｚ’と誤って認識して、ワ
ークの搬送方向に１９ってΔＸなる誤差を生じる。

しかしなから、上記ΔＸについても、フロントピラーの
ｇ１度が既知の一定値であるならば、に叩−ΔＸ／ΔＺ なる関係が成立するから、あらかじめ定数に２を求めて
記憶装置１３に記憶させておき、このに２と、面記（１
１）式から得られたΔ２とからΔＸ−ζ、・ΔＺ　　　
　　　　・・・・・（１２）なる式に基づいてΔＸを求
め、このΔＸを、検出されたフロントピラーの位置のデ
ータに加算（あるいは減算）することにより、Ｘ軸方向
（搬送方向）に沿う実際のワークの位置を知ることがで
きる。

なお、ワーク６の」二下動が小さくピッチングが大きい
場合には、上記の場合と同様にしてＸ、ΔＯｙを求める
ことができる。

（１１）一次元イメージセンサの個数は上記一実施例に
限定されるものではなく、ワークの搬送方向に沿って切
れ目なく連続的に検出点を判別することができろもので
あれば、全検出範囲一台でまかなう方式、あるいは、さ
らに多数台を用いる方式のいずれであってもよい。

（１ｉｉ）　　一次元センサの構造は、必ずしも一実施
例のようなイメージセンサである必要はなく、検出点の
移動を一次元的に検知し得る他の方式のもの、あるいは
、二次元イメージセンサを初用して、複数のレベルにお
ける検出点の移動を同時に検知する方式のものを採用し
てもよいのはもちろんである。

「発明の効果」 以上の説明で明らかなように、本発明によれば下記の効
果が得られる。

■　ロボットの作業範囲全域で一次元センサが検出点の
移動を検知するから、搬送中のワークの基準姿勢からの
ずれが連続的に検知され、例えば、このワークの移動量
のデータに基づいて、ロボットをワークの搬送方向に沿
って平行移動させることにより、移動中のワークに対し
てもロボットに自明に作業を行わせることができる。

■　一次元センサからのデータに基づいてワークの移動
量か検知されるから、従来から用いられていたコンベア
駆動系のパルス発信器、あるいは、ワークがロボット作
業範囲に入ったことを検知するスタート光電管が不要に
なる。

■　一次元センサから得られた比較的少数のデータに基
づいてずれ量を算出しているから、例えば、６自由度の
すべてについてのデータを求める方式に比して迅速にず
れ量を判定することができ、したがって、ワークの姿勢
変化にほぼリアルタイムで追従することができる。

■　一次元センサおよびこれに必須の光源は、いずれら
コンベアラインの外側に設置することかできるから、既
設のコンベアラインに同等影響を与えることなく容易に
追加設置することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の一実施例を示すしので、
第１図は平面図、第２図は側面図、第３図は正面図、第
４図は測定原理の説明図、第５図はワークの形状の検出
パルスの波形との関係を示す図、第６図は本発明の他の
実施例における測定原理の説明図である。 ＩＡ〜５Ａ・・・・・・一次元イメージセンサ、ＩＢ〜
５Ｂ・・・・一次元イメージセンサ、ｔＣ〜５Ｃ・・・
・・・光源、６・・・・ワーク（車体）、６Ａ・６Ｂ・
・・・・・検出へ、６．〜°　・６Ｂ’　　・・・・・
検出点、７Ａ−１１Ａ・・変換器、７Ｂ−１１Ｂ・・・
・・・変換器、１２・・・・・・演算装置、１３・・・
・・・記憶装置。 出願人　　ト　キ　コ　株式会社 第１図 −二ト３

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ワーク移動経路途中のロボット作業範囲の一側部
   に設けられて該作業範囲全域でワークに光線を照射する
   光源と、前記ロボット作業範囲の他側部に前記光源と対
   向させてかつワークの移動方向に沿って設けられて前記
   作業範囲の全域で前記ワークの搬送方向に沿いかつ高さ
   レベルが一致する複数の検出点の移動をそれぞれ検出す
   る一次元センサと、該一次元センサに検出されたデータ
   を演算する演算装置とからなり、前記演算装置は、前記
   一次元センサから得られた検出点の移動データから検出
   点間の距離をそれぞれ演算するとともに、前記距離デー
   タと当該距離に関する既知データとから前記ワークの特
   定方向への位置ずれを演算することを特徴とするワーク
   位置ずれ検知装置。
2. （２）上記一次元センサは、異なる高さレベルで前記検
   出点を移動を検知すべく複数系統設けられ、前記演算装
   置は、検出点間の距離を異なる高さレベルについてそれ
   ぞれ演算するとともに、異なる高さレベルにおける既知
   データと前記距離データとから前記ワークの複数方向へ
   の位置ずれを演算することを特徴とする特許請求の範囲
   第（１）項記載のワーク位置ずれ検知装置。