WO1997009154A1 - Apparatus and method for correcting a travelling route for a robot - Google Patents

Description

明 細 書

ロボ ッ トの移動経路を補正するための装置及びその方 法

技 術 分 野

本発明は、 ロボッ ト による作業のと き、 ロボッ ト の手 首先に取り付けられたツールに変形があるこ と に起因す る教示経路からのずれを自動的に補正するための装置お よびそのための方法に関する。

背 景 技 術

アーク溶接やシーリ ングを行う ためにロボッ トの手首 先に取り付けられるツールは、 一般に細長い形状を して お り、 スポッ ト溶接やハン ドリ ングのツールと比べて軽 い衝撃でも曲がりやすい。 このツールが曲がったま まの 状態でロボッ トのプログラムが再生されると、 当然のこ とながら、 教示された経路に沿っ て溶接やシーリ ングを 行う こ とができなく なる。

このため、 従来は、 作業中にツールが曲がった場合に は、 ツールを丸ごと交換するか、 または曲がったツール をある程度修復し、 修復できなかった部分の誤差は、 プ ログラムに教示されている経路を誤差の分だけ補正する こ と によ り調節していた。

しかし、 このよ う な修復作業を行うためには、 ラ イ ン を長時間とめなければならず、 また調整にも時間や手間 がかかるため、 製造効率の低下を招いていた。

また、 オペレータがその場にいない誤った経路で作業

差替 え用鉞（規則 26) が行われて し まい、 不良品が製造されて しま うおそれが めった

発 明 の 開 示

本発明の目 的は、 口ポッ ト による作業の前に、 ロボッ ト の手首先に取り付けられるツールの形状を認識して、 その結果、 ツールに変形が認められたと きはそれによる 教示経路の狂いを 自動的に補正するよう にした、 ロボッ ト のツール形状補正方法及び装置を提供する こ と にある。 上記目的を達成するため、 本発明では、 まず、 ロボッ ト の手首先に取り付けられたツールと該ツールを撮影す るためのカメ ラ とを所定の相対位置関係のも と におき、 ついで、 カメ ラで撮影した画像を取り込んで処理し、 そ の処理した画像データからツールの形状データを求め、 その求めたツール形状データを基準のツール形状データ と比較するこ と によ り ツールの変形量を検出し、 その変 形量に したがってロボッ トの教示経路を補正するよ う に している。

本発明は以上の特徴を有するため、 ロボッ ト による作 業を実行する前にツールの変形の度合いを知り、 その変 形量に応じて教示経路の補正を自動的に行う こ とができ るので、 ツールに変形が生じていても正確な作業を行う こ とができる。

図 面 の 簡 単 な 説 明

図 1 は本発明にしたがって、 ツールの変形を検出 し、 その変形量に応じてプログラムに教示された教示経路を

差替 え 用紙（規則 26) 補正するための装置の概略をプロ ッ ク図によ り示したも のであり、

図 2 は図 1 に示した装置において、 所定撮影位置にお かれたツールと カメ ラ との位置関係を説明するための図 であり、

図 3 は図 1 に示した装置を構成する画像処理装置のハ 一ドウ エ ア構成を示す図であり、

図 4 は図 1 に示した装置を構成するロボッ ト制御装置 のハー ドウ ェ ア構成を示す図であり、

図 5 は図 3 の画像処理装置の処理をフローチャー トで 示したものであり、 そして、

図 6 は図 4 のロボッ ト制御装置の処理をフローチヤ一 トで示したものである。

発 明 を 実施す る た め の最 良 の形態

まず、 ツールの変形を検出し、 その変形量に応じてプ ログラムに教示された教示経路を補正するための装置の 概略を図 1 を用いて説明する。

ロボッ ト 1 はアーム先端にツール 2 を取り 付けている。 このツール 2 によ ってワーク 3 (たとえば車体フレーム） のアーク溶接等の作業 （以下、 本作業という） を行う。 ロポッ ト 1 はロボッ ト制御装置 3 0 によ って制御される。

ツール 2は、 本作業に入る前に、 ロボ ッ ト制御装置 3 0 によ って所定の撮影位置 P 1 に移動させられる。 その 結果、 ツール 2のツールセンタボイ ン トが位置 P 1 に一 致 しかつ所定の姿勢をとる。 この所定位置 P 1 及び所定 差替 え 用紙（規則 26) の姿勢にあるツールを 2台のカメ ラ 4 1 及び 4 2が撮影 する。 一方のカメ ラ 4 1 はツール 2の正面を撮影し、 他 方のカメ ラ 4 2はツール 2の側面を撮影する。

これらカメ ラ 4 1、 4 2 は画像処理装置 2 0から指令 によ ってツール 2 の形状を撮影する。 この画像処理装置 2 0は、 ツール形状認識手段 5、 誤差量算出手段 6及び 基準形状データ格納手段 7から構成される。 ツール形状 認識手段 5 は、 カメ ラ 4が撮影した画像からツール 2の 形状を認識する。 誤差量算出手段 6は、 このツール形状 認識手段 5 によ り認識された現在のツール形状と、 予め 基準形状データ格納手段 7 に格納された基準形状データ と を比較して、 現在のツール形状の基準形状データから のずれ （誤差量、 すなわち、 ツールの変形量である） を 算出する。

誤差量算出手段 6 によ って算出された誤差量はロボッ ト制御装置 3 0 における移動制御手段 8 に送られる。 ― 方、 移動制御手段 8 は、 誤差量算出手段 6から送られて きた誤差量データ に基づいて、 プログラムに教示されて いる経路の補正を行って、 本作業においてはその補正経 路にしたがっ てロボッ ト 1 の移動を制御する。

図 1 における、 ツール 2 と カメ ラ 4 1、 4 2 との位置 関係を、 さ ら に図 2 を用いて説明する。

所定撮影位置 P 1 付近には、 2 台のカメ ラ 4 1 及び 4 2が設置され、 と も にこの撮影位置 P 1 を向いている。 —方のカメ ラ 4 1 が撮影位置 P 1 に向 く 方向は他方の力 差替 え 用紙 （規則 26) メ ラ 4 2が撮影位置 P I に向 く 方向と直交する。 直交 3 軸 （ X、 Y、 Z軸） の機械座標系が図 2に示す通り に設 定されている と、 一方のカメ ラ 4 1はその光軸が Y軸と 平行となるよ う設置されて撮影対象物 （ツール 2 ) の正 面、 すなわち、 X Z平面の像をと らえ、 他方のカメ ラ 4 2はその光軸が X軸と平行となるよ う設置されて撮影対 象物の側面、 すなわち、 Y Z平面の像を と らえる。 この よ う に、 撮影対象物 （ツール 2 ) について 2台のカメ ラ 4 1、 4 2によ って二つの方向からの画像デ一夕を得る ので、 それら画像データを合成処理するこ と によ っ て撮 影対象物の三次元データを得るこ とができる。

画像処理装置 20のハ一 ドウ ァ構成を図 3によ って 説明する。

画像処理装置 2 0のプロセ ッサ 2 1 には、 パス 2 0 a を介して、 R OM 2 2、 R AM 2 3 不揮発制メモ リ 2 4、 通信プロセ ッサ 2 5、 画像処理プロセ ッサ 2 6、 フ レームメモ リ 2 7、 イ ンタフ ェース （ I N T) 28、 2 9力 それぞれ接続されている。

ROM2 2には、 画像処理装置 20を動作させるため の基本プログラムが格納されている。 RAM 2 3には、 —時的な処理や計算を行うためのデータが格納される。 不揮発制メモ リ 24は、 電源でバ ッ クア ップされた C M 0 S等で構成されており、 画像処理装置 2 0の電源切断 後も保持しておきたいデータが格納される。 この不揮発 性メモ リ 24 に格納されるデータ と しては、 所定撮影位 差替 え 用紙（規則 26) 置 P 1 におけるツール 2の基準形状データがある （ した がって、 図 1 に示した基準形状データ格納手段 7とは、 詳し く は図 4の画像処理装置 20における不揮発性メモ リ 24に該当する） 。 基準形状データは、 ツール 2の先 端部分 2 aを所定撮影位置 P 1 に所定の向きで固定した と きの、 カメ ラ 4 1および 4 2の方向から見た 3次元的 な長さや角度をパラメ一夕 と している。

通信プロセ ッサ 2 5は、 通信回線を介してロボッ ト制 御装置 3 0とのデータの授受を行う。 画像処理プロセ ッ サ 2 6は、 カメ ラ 4 1, 4 2で撮影された画像データを イ ン夕フ ェース （ I NT) 28を介して読み取り、 フ レ ームメモ リ 2 7に一旦格納し、 そのフレームメモリ 2 7 内の画像データの輪郭処理等を行う。 カメ ラ 4 1, 4 2 による撮影状況や作業状態等のデータは、 イ ンタフ エ一 ス （ I NT) 2 9を介して図示されていないモニタ に送 られ、 そこで表示される。

プロセ ッサ 2 1 は、 輪郭処理された画像データから、 ツール 2の 3次元的な長さ · 角度からその形状を検出 し. 不揮発性メモ リ 24内の基準形状データ と比較し、 その 誤差量を算出する。 算出した誤差量は、 通信プロセ ッサ 2 5を介してロボッ ト制御装置 3 0に送る。 また、 プロ セ ッサ 2 1 は、 誤差量が予め設定された許容範囲内にあ るか否かを判断してその結果をロボッ ト制御装置 3 0に 通知する。

ロボッ ト制御装置 3 0のハー ドウ ェア構成を図 4を用 差替 え 用紙 （規則 26) いて説明する。

このロボッ ト制御装置 3 0 にはプロセ ッサボー ド 3 1 が設けられている。 このプロセ ッサボー ド 3 1 のプロセ ッ サ 3 1 a には、 ノ ス 3 9 を介して、 R 0 M 3 1 b 及び R A M 3 1 c が接続されている。 プロセ ッサ 3 1 a は、 R 0 M 3 1 b に格納されたシステムプログラムに従って、 ロボッ ト制御装置 3 0全体を制御する。 R A M 3 1 c に は各種のデータが格納され、 ロボッ ト 1 の動作プログラ ムゃ後述の教示経路の補正プログラムも格納される。 R A M 3 1 c の一部は不揮発性メモ リ と して構成されてお り、 動作プログラム或いは補正プログラムは、 この不揮 発性メモリ部分に格納されている。

さ らにこのバス 3 9 には、 ディ ジタルサーポ制御回路 3 2、 シ リ アルポー ト 3 4、 ディ ジタル I ノ O 3 5、 ァ ナログ I Z 0 3 7、 及び大容量メモリ 3 8が接続されて いる。

ディ ジタルサーボ制御回路 3 2 は、 プロセ ッサボー ド 3 1 の C P U 3 1 aからの指令によ って、 サーボア ンプ 3 3 を経由 して、 サ一ボモータ 5 1、 5 2、 5 3、 5 4、 5 5および 5 6 を駆動する。 これらのサーポモータ 5 1 一 5 6 は、 ロボッ ト 1 に内蔵され、 ロボッ ト 1 の各軸を 動作させる。

シ リ アルポー ト 3 4 は、 表示器付き教示操作盤 5 7や その他 R S 2 3 2 C を介して接続される外部機器 5 8 と 接続される。 画像処理装置 2 0 とはこのシ リ アルポー ト 差替 え 用紙 （規則 26) 3 4を介して接続される （すなわち、 これら外部機器 5 8には画像処理装置 20が含まれる） 。 表示器付き教示 操作盤 5 7は、 ツール 2の教示経路等の入力に使用する _c また、 シ リ アルポー ト には、 C R T 3 6 aが接続されて おり、 C R T 3 6 aには座標位置や、 操作画面等が表示 される。 ディ ジタル I Z 03 5には、 操作パネル 3 6 b が接続されている。 アナログ I /O 3 7には、 レーザ装 置の電源装置が接続され、 このアナログ 1 /03 7を介 して溶接電圧の指令が行われる。 大容量メモ リ 3 8には、 教示データ等が格納される。

次に、 以上のよ う なハー ドウ ェ ア構成を備えた画像処 理装置 20及びロボ ッ ト制御装置 30を含む、 ロボッ ト 移動経路の補正装置において、 その画像処理装置 2 0及 びロボッ ト制御装置 30が実行する処理手順を図 5及び 図 6のフローチャー ト を用いて説明する。

まず、 画像処理装置 20の C P U 2 1 の処理手順を図 5のフローチャー ト を用いて説明する。

口ポッ ト制御装置 30から、 ロボッ ト制御装置 3 0が ロボッ ト 1 を移動して撮影対象のツール 2を予め定めた 撮影位置 P 1 に移動したとの情報を受け取つてから、 こ の処理が開始される。

処理が開始される と、 まず、 C P U 2 1 は、 第 1 の力 メ ラ 4 1 に撮影指令を出力 し、 撮影されたツール 2の X Z平面画像データをィ ンタフ ；!：ース 2 7を介して読み込 んでフレームメモリ 2 7に一旦格納する （ステップ S 1 ) , 差替 え用紙（規則 26) 次に、 C P U 2 1 は画像処理プロセ ッサ 2 6 に対象物検 出指令を出力する。 この指令を受けて画像処理プロセ ッ サ 2 6はその画像データに輪郭処理等を施して、 X Z平 面に投影されたツール 2の形状 （すなわち、 ツール 2の 長さ、 角度、 位置） を測定する （ステ ップ S 2 ) 。

同様に、 第 2のカメ ラ 4 2で撮影されたツール 2の Y Z平面画像データをィ ン夕フ ェース 2 7 を介して読み込 んでフレームメモリ 2 7に一旦格納し （ステップ S 3 ) 、 それから、 この画像データ に輪郭処理等を施して、 Y Z 平面に投影されたツール 2の形状を測定する （ステ ップ S 4 ) o

そこで、 ステップ S 2で得た X Z平面に投影されたッ ール 2の形状と、 ステ ップ S 4で得た Y Z平面に投影さ れたツール 2の形状とから、 ツール 2の X Y Z座標空間 における三次元形状データを求める （ステップ S 5 ) 。

そ して、 不揮発性メモリ 2 4から このツール 2の基準の 三次元形状デ一夕を呼び出 して、 これとステ ップ S 5で 求めたツール 2の三次元形状データ とを比較して、 現在 ロボッ ト に取り付けられているツール 2の三次元形状デ 一夕の基準値からのずれである誤差を求める （ステ ップ S 6 )

そ して、 求めた誤差が許容範囲内のものかどうかを判 断し （ステ ップ S 7 ) 、 許容範囲に入っ ていれば、 誤差 が許容範囲内である との情報をロボッ ト制御装置 3 0 に 送信して （ステ ップ S 9 ) 、 この処理を終了する。 一方.

差替 え 用紙 （規則 26) 求めた誤差が許容範囲を逸脱していれば、 この誤差デ一 夕 と、 さ らに該誤差が許容範囲外である との情報をロボ ッ ト制御装置 3 0 に送って （ステ ップ S 8 ) 、 この処理 を終了する。

次に、 口ポッ ト制御装置 3 0の C P U 3 1 の処理手順 を図 6 のフローチャ ー トを用いて説明する。 なお、 この 処理は、 ロボッ ト 1 によ る本作業が 1 工程終了する毎 (すなわち、 次の本作業を開始する前に） に実行される _c ロボッ ト 1 を制御して撮影対象のツール 2 を予め定め た撮影位置 P 1 に移動させる （ステ ップ T 1 ) 。 ツール 2が撮影位置 P 1 に来ると、 その旨の情報を画像処理装 置 2 0 に送信する。 画像処理装置 2 0はこの信号を受け 取る と、 図 5 のフローチャー ト に したがった処理を開始 する。

ツール 2 を撮影位置 P 1 に移動した後は、 画像処理装 置 2 0から誤差が許容範囲の中にあるとの情報または許 容範囲を逸脱しているとの情報を受け取るまで （図 5の ステ ップ S 9、 S 8参照） 待機状態を続ける （ステ ップ T 2 ) 。 そして、 画像処理装置 2 0から誤差が許容の範 囲内にある との情報を受信すると、 プログラムで指定さ れた教示経路にしたがって本作業の実行へ移行する （ス テ ツプ Τ 6 ) 。

—方、 画像処理装置 2 0から誤差が許容範囲の外にある との情報と さ らにその誤差データを受け取る と、 ツール に変形が生じているため教示された移動経路を補正 しな 差替 え用紙 （規則 26) ければならないこ と を C R T 3 6 a に表示するなど して オペレータ に知らせ （ステ ップ T 4 ) 、 それから、 送ら れて来た誤差デ一夕 に基づいて、 プログラムに教示され たツール 2 の教示経路を修正する （ステ ップ Τ 5 ) 。 そ の修正教示経路に したがってロボ ッ ト を動作するこ と に よ って本作業の実行に移行する （ステップ Τ 6 ) 。

このよ う に、 本形態では、 カメ ラ 4 1 および 4 2 によ つ て撮影したツール 2の画像に基づいてツール 2の形状 を測定し、 その測定した形状と基準形状デーダとの誤差 量に基づいて教示経路を補正するよ う に したので、 オペ レー夕が現場にいな く てもツール 2の変形を知り、 その 変形量に応じた経路の補正を自動的に行う こ とができる したがって、 ツールの変形に対処するための経路補正を 実行するのにライ ンを止める必要がないので、 製造効率 が向上すると と もに、 常に正常な作業を行う こ とができ る。 また、 作業場にオペレータが立ち入るこ となく 補正 ができるこ とから、 安全性も確保される。

なお、 本形態では、 ツールの変形が許容範囲を越えた 場合に教示経路の補正を行う よう に したが、 ツールの変 形が許容範囲を大き く 越えた場合には、 ロボッ ト 1 の動 作を停止してツールを交換するよ うな対処に してもよい,

替 え 用紙（規則 26)

Claims

請 求 の 範 囲

ロボッ ト の手首先に取り 付けられたツールを撮影す るためのカメ ラ と、

上記カメ ラで撮影した上記ツールの画像を処理して、 そのツールの形状データを求める画像処理装置と、 上記画像処理装置が求めたツールの形状データ に し たがって教示経路を補正し、 その補正教示経路に した がっ てロボッ ト を移動制御する口ポッ ト制御装置と からなる、

ロボッ ト移動経路の補正装置。

上記ロボ ッ ト制御装置は、 口ボッ ト を制御してッ一 ルを所定撮影位置まで移動させて、 上記画像処理装置 に対してツールが上記撮影位置に来ている との情報を 送信する機能をもち、

—方、 上記画像処理装置はロボッ トからのかかる情 報を受け取ると、 カメラ に上記ツールを撮影するよ う 指令する機能をもつ、

請求の範囲第 1 項記載のロボッ ト移動経路の補正装置 ₍ 上記画像処理装置は、 カメラがと らえたツールのあ る側面の像と、 同 じツールのその側面と直角をなす他 の側面の像とを受け取って、 ツールの三次元形状デー 夕を求める、 請求の範囲第 1 項記載のロボッ ト移動経 路の補正装置。

. 上記の画像処理装置が求めたツールの形状データ に したがって教示経路を補正するのは、 そのツール形状

差替 え 用紙 ( ) を基準のツール形状と比べた結果、 両者の差が所定量 以上であっ たと き に限られる、 請求の範囲第 1 項記載 のロボッ ト移動経路の補正装置。

上記画像処理装置は、

カメ ラが撮影した画像からツールの形状を認識する ツール形状認識手段と、

上記ツールの基準形状データを記憶する基準形状デ 一夕記憶手段と、

上記ツール形状認識手段によ り認識されたツール形 状と上記基準形状データ記憶手段に記憶されている基 準形状データ との誤差量を算出する誤差量算出手段と、 を含む、 請求の範囲第 1 項記載のロボッ ト移動経路の 補正装置。

. ロボッ トの手首先に取り付けられたツールと該ツー ルを撮影するためのカメ ラ とを所定の相対位置関係の も と におき、

カメ ラからの画像を取り込んで処理し、 その処理し た画像データからツールの形状データを求め、

その求めたツール形状データを基準のツール形状デ 一夕 と比較して、 ツールの変形を検出 し、

その検出結果に したがって、 プログラムに教示され ている経路を補正する、

ロボッ トの移動経路補正方法。

. カメ ラは固定位置におかれ、 そのカメ ラの撮影位置 にツールがく るよ う 口ボ ッ トが制御される、 請求の範

差替 え 用紙 （規則 26) 囲第 6項記載のロボッ ト移動経路補正方法。

8 . カメ ラはツールの正面と側面とを撮影し、 その二つ の画像データからツールの三次元形状データを求める よ う に した、 請求の範囲第 6項記載のロボッ ト移動経 路補正方法。

差替 え 用紙 （規則 26)