視覚装置付きロボット装置における座標較正方法

【目的】取付治具の加工精度やハンドのたわみ等の問題にかかわらず、作業ツール取付位置とカメラ取付位置の正確な位置関係を算出することにより、能率的な座標較正方法を提供する。
【構成】手首部にカメラ１７を具備した視覚装置付きロボット装置において、ツール６により作業対象平面上に印を付け、該印をカメラ１７で撮像し、該印が撮像画像内のある一定位置に来るようにハンドを移動することにより、印を付けた時のロボット座標データと、印が撮像画像内のある一定位置にある時のロボット座標データの認識を複数の位置について行い、どの位置においてもツール６とカメラ１７の位置関係は等しいという条件のもとに連立方程式を解いて、ロボット座標系の座標較正を行う。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、視覚装置付きロボット装置における座標較正方法に関し、特に手首部にカメラを具備したロボット装置において作業ツール取付位置とカメラ取付位置の正確な位置関係を算出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ロボットハンドに取り付けられたカメラにより作業対象位置を認識しロボットの位置決めを行うタイプの視覚装置付きロボット装置では、作業ツール先端が作業対象位置にある時のロボット座標データと、その時のカメラの撮像画像内での作業対象位置のカメラ座標データを、ティーチングを行うことによりあらかじめ認識しておく。そして、実際に作業を行う時は、まずティーチング時の作業対象位置にロボットを移動し、その時のカメラの撮像画像内での作業対象位置のカメラ座標データを認識し、ティーチング時のカメラ座標データとのずれのベクトル量を求める。そして、カメラ座標系での作業対象位置のずれのベクトル量をロボット座標系でのベクトル量に変換して作業ツール先端位置の作業対象位置とのずれのベクトル量を認識する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の座標較正方法では、作業対象機種が切り替わる度にツール先端が作業対象位置にある時のカメラの撮像画像内での作業対象位置のカメラ座標データをティーチングする必要があり、能率的でないという問題があった。
【０００４】また、この問題を解決するには、作業ツール取付位置とカメラ取付位置のロボット座標系における位置関係をあらかじめ把握しておけば、わざわざティーチングしなくても、作業対象ワークの設計データに基づいてカメラを作業対象部分の粗位置に移動するだけで、撮像画像内の作業対象位置のカメラ座標データから作業ツール先端位置の作業対象位置とのずれのベクトル量を算出することができる。しかしながら、この際、作業ツール取付位置とカメラ取付位置の位置関係を正確に把握することは、取付治具の加工精度やハンドのたわみ等の問題から非常に困難であった。
【０００５】それ故に、本発明の目的は、取付治具の加工精度やハンドのたわみ等の問題にかかわらず、作業ツール取付位置とカメラ取付位置の正確な位置関係を算出することにより、ティーチングを必要としない能率的な座標較正方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】従って、本発明は、上述の目的を達成するために、ロボットハンド手首部にカメラを具備し、このカメラからの画像データにより作業対象部分の位置を認識しその動作を制御する視覚装置付きロボット装置における座標較正方法において、作業ツール取付位置に取付けた治具により作業対象平面上に印を付け、該印を前記治具とある一定距離離れたカメラで撮像し、該印が撮像画像内のある一定位置に来るようにハンドを移動させ、印を付けた時のロボット座標データと、印が前記カメラの撮像画像内のある一定位置にある時のロボット座標データの認識を複数の位置について行い、どの位置においてもツールとカメラの位置関係が等しいという条件のもとでロボット座標系の座標較正を行うことを特徴とするものである。
【０００７】
【実施例】次に、本発明の一実施例について、図１〜図５R>５を参照して説明する。
【０００８】図１は、本実施例における視覚装置付きロボット装置を示している。ロボット１は、一般的な水平多関節型ロボットであり、Ｘ軸２を中心に第１腕３を、Ｙ軸４を中心に第２腕５を回転することによりツール６の２次元位置を決定する。また、ハンド先端部分のツール６は、エアーシリンダ等により上下動作可能に取付られている。ツール６の斜め後方にはカメラ１７が固定され、ハンド下方に設置された対象ワーク８を撮像する。
【０００９】図３は、本実施例における視覚装置付きロボット装置のシステムブロック図を示している。カメラ１７により撮像された対象ワークの画像データは、画像処理装置１４に転送される。画像処理装置１４は、画像データを処理することにより撮像画像内での認識対象部分のカメラ座標値を算出し、その座標データをホストコンピュータ１３に転送する。一方、ロボット１１の動作を制御するロボット制御装置１２からは、対象ワークを撮像した際の各アームの回転角度データがホストコンピュータ１３に転送される。これらのデータから、ホストコンピュータ１３は認識対象部分のロボット座標値を算出し、算出データはロボット制御装置１２に送られる。そして、ロボット制御装置１２は、ホストコンピュータ１３から送られてきたロボット座標位置にロボット１１を動作させてロボット１１の認識対象部分への位置決めを行う。
【００１０】次に、本実施例の座標較正方法について説明する。今、ツール６は、対象ワーク８上の任意の位置にある。このとき、ツール６をエアーシリンダー等により下方に動作させて対象ワーク８上の作業対象平面にツール６の先端を押し当てる。（ツール６は、バネ等により上下に伸縮可能な専用治具とする。）このとき、対象ワーク８上の感圧紙９にツール６により受けた圧力により印１０−１が付く。この状態でのＸ軸の回転角θ_X1とＹ軸の回転角θ_Y1をホストコンピュータ１３のメモリに記憶しておく。次に、印１０−１がカメラ１７の撮像画像内の中心位置に来た時のＸ軸の回転角θ_X2とＹ軸の回転角θ_Y2をホストコンピュータ１３のメモリに記憶する。図２は、ツール６の先端が印１０−１上にある時のロボットの状態（Ｘ軸回転角θ_X1，Ｙ軸回転角θ_Y1）とカメラ１７中心が印１０−１上にある時のロボットの状態（Ｘ軸回転角θ_X2，Ｙ軸回転角θ_Y2）を示しており、同図から両状態におけるツール６先端の位置関係は、ツール６とカメラ１７との位置関係に等しいことがわかる。ここで、ロボットハンド第１腕３の長さｌ₁とロボットハンド第２腕５の長さｌ₂が正確にわかっていれば、ツール６とカメラ１７の位置関係は次式により求まる。
【００１１】
【数式１】
【００１２】

【００１３】しかしながら、ｌ₁，ｌ₂はハンドのたわみやツール６の取付誤差等により完全に正確な値を把握することは困難である。そこで、対象ワーク上の他の点（例えば図２における印１０−２）についても、上と同様なことを行うことにより、印１０−２についての■〜■式を導き、両点におけるＬの値，θの値は等しいという条件から、ｌ₁，ｌ₂を未知数として連立方程式を立て、それを解くことによってｌ₁，ｌ₂の正確な値と、ツール６とカメラ１７の正確な位置関係を求めることができる。以上に示した座標較正の計算フロー図を、図４に示す。
【００１４】図５は、ホストコンピュータ１３内での処理の流れを示している。ロボット制御装置１２から送られて来る撮像時のアーム回転角データは、図４のフローによりあらかじめ求められたｌ₁，ｌ₂の較正値から、式■，■より較正ロボット座標値に変換される。この撮像時のロボット座標値と画像処理装置から送られて来る撮像画像内での認識対象部分のカメラ座標値、および図４のフローによりあらかじめ得られたツール６とカメラ１７の位置関係から、座標変換アルゴリズムを用いて演算することにより認識対象部分のロボット座標値を求め、ロボット制御装置１２に転送する。
【００１５】以上は、ロボットハンド第１腕３，第２腕５の長さおよびツール６とカメラ１７の位置関係に関する較正方法であったが、各腕の回転角θ_X，θ_Yの値に関しても腕のたわみやツール６の取付誤差等による誤差があると考えられる場合には、その誤差をそれぞれΔθ_X，Δθ_Yとし、θ_X1，θ_Y1，θ_X2，θ_Y2のかわりにθ_X1＋Δθ_X，θ_Y1＋Δθ_Y，θ_X2＋Δθ_X，θ_Y2＋Δθ_Yとして未知数がｌ₁，ｌ₂，Δθ_X，Δθ_Yの４つの場合の連立方程式を、さらに印の数を増やして解くことにより、ツール６とカメラ１７の正確な位置関係を求めることができる。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ツールが印の上にある時のロボット座標データとその印がカメラの撮像画像内のある一定位置にある時のロボット座標データの認識を複数の印について行い、それぞれの印においてツールとカメラの位置関係は等しいという条件のもとに連立方程式を解くことによりロボット座標系の較正を行うようにしたので、ロボットハンドのたわみやツール、カメラの取付誤差があっても、ツールとカメラの正確な位置関係を把握することができ、それにより作業対象位置へのツールとカメラのティーチングを機種が切り替わる度にいちいち行わなくても、対象ワークの設計データ等からカメラを作業対象位置付近へ動かしさえすれば、正確な作業対象位置の認識を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すロボットの側面図である。
【図２】図１に示した実施例の座標系とハンドの状態図である。
【図３】図１に示した実施例のシステムブロック図である。
【図４】座標較正の計算フローチャートである。
【図５】ホストコンピュータ内の処理フローチャートである。
【符号の説明】
１，１１ロボット
２Ｘ軸
３第１腕
４Ｙ軸
５第２腕
６ツール
８対象ワーク
９感圧紙
１０印
１２ロボット制御装置
１３ホストコンピュータ
１４画像処理装置
１７カメラ

【特許請求の範囲】
【請求項１】ロボットハンド手首部にカメラを具備し、このカメラからの画像データにより作業対象部分の位置を認識しその動作を制御する視覚装置付きロボット装置における座標較正方法において、作業ツール取付位置に取付けた治具により作業対象平面上に印を付け、該印を前記治具とある一定距離離れたカメラで撮像し、該印が撮像画像内のある一定位置に来るようにハンドを移動させ、印を付けた時のロボット座標データと、印が前記カメラの撮像画像内のある一定位置にある時のロボット座標データの認識を複数の位置について行い、どの位置においてもツールとカメラの位置関係が等しいという条件のもとでロボット座標系の座標較正を行うことを特徴とする視覚装置付きロボット装置における座標較正方法。

【図１】