JP2009257774A - ビジョンセンサー用マーカ及びアクチュエータへの作業空間認識方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作業平面が多少傾斜していても、測定機器を最小限にして、各マーカの３次元座標を測定できアクチュエータへ作業空間を認識させるアクチュエータへの作業空間認識方法を提供する。
【解決手段】アクチュエータ２により駆動されるロボットアーム１にビジョンセンサー４を備え、該ビジョンセンサー４により作業平面２０ａ上に配置された第１〜第３球体マーカ５〜６を撮影して、アクチュエータ２に作動空間を認識させるので、作業平面２０ａが多少傾斜していても、測定機器を最小限にして、各球体マーカ５〜７の３次元座標を測定することができ、アクチュエータ２へ作業空間を認識させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ビジョンセンサーにより撮影認識されるビジョンセンサー用マーカ及びアクチュエータにより駆動される駆動体、例えばロボットアームの先端にビジョンセンサーを備え、該ビジョンセンサーにより作業平面上に配置された３点のビジョンセンサー用マーカを撮影して、アクチュエータに作動空間を認識させる作動空間認識方法に関するものである。

一般に、ロボットアーム等を駆動させるアクチュエータは固有の作業空間を有しているため、ロボットアームにより作業を行う前に、アクチュエータの固有の作業空間を実作業空間に変換する必要がある。
従来のアクチュエータへの作動空間認識方法は、図４に示すように、作業平面２０ａの外周部上に、＋印の第１〜第３マーカ３１〜３３が、各マーカ３１〜３３を結ぶ形状が平面視で直角三角形を描くように３点配置されており、アクチュエータへこれら第１〜第３マーカ３１〜３３の３次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を認識させる必要がある。その際には、各マーカ３１〜３３の３次元座標の認識時に、ロボットアーム先端に備えられたビジョンセンサー４の姿勢を変化させないことが条件となる。
具体的には、ロボットアーム先端に備えたビジョンセンサー４を、アクチュエータにより第１マーカ３１の上方に移動させて、ビジョンセンサー４による第１マーカ３１の＋印の縦線及び横線の長さの測定値がそれぞれ基準値と一致するビジョンセンサー４の姿勢及び位置を算出し、その後、ビジョンセンサー４の姿勢を変化させずに、該ビジョンセンサー４を、アクチュエータにより、順次、第２及び第３マーカ３２、３３の上方に移動させて、ビジョンセンサー４による第２及び第３マーカ３２、３３の＋印の縦線及び横線の長さの測定値がそれぞれ基準値と一致するビジョンセンサー４の位置を算出して、同一姿勢のビジョンセンサー４に基いた第１〜第３マーカ３１〜３３の３次元座標を算出してアクチュエータへ認識させ、アクチュエータへ作業空間を認識させる必要がある。

しかしながら、ビジョンセンサー４を、アクチュエータにより第１マーカ３１の上方から第２マーカ３２の上方にその姿勢を変化させずに移動させ、ビジョンセンサー４による第２マーカ３２の＋印の縦線及び横線の長さの測定値をそれぞれ基準値と一致させるには、ビジョンセンサー４を、第２マーカ３２に対して垂直方向に配置させる必要があるが、作業平面２０ａが水平方向に対して多少傾斜している場合には、ビジョンセンサー４の姿勢を変化させずに、ビジョンセンサー４を第２マーカ３２に対して垂直方向に配置することは不可能であった。
要するに、従来のアクチュエータへの作動空間認識方法では、ビジョンセンサー４の姿勢を変化させずに、ビジョンセンサー４を、＋印の第１〜第３マーカ３１〜３３の上方に、第１〜第３マーカ３１〜３３に対して垂直方向に配置し、第１〜第３マーカ３１〜３３の３次元座標を算出することは不可能であった。
そのために、従来の作動空間認識方法では、図４に示すように、第１〜第３マーカ３１〜３３の＋印の交点だけをビジョンセンサー４で撮影することで第１〜第３マーカ３１〜３３の２次元座標を算出して、且つレーザ測長機３０を第１〜第３マーカ３１〜３３の上方に配置し、第１〜第３マーカ３１〜３３からレーザ測長機３０までの高さをそれぞれ測定することで、第１〜第３マーカ３１〜３３の３次元座標を算出して、最終的にアクチュエータへ作動空間を認識させていた。

なお、特許文献１には、マークの読み取り作業点を教示する際、撮影映像入力装置をマークの真上に移動し、この位置を教示すると共に、撮影映像入力装置により取り込んだマークの画面上の座標位置を作業動作と共に記憶する無人搬送車搭載ロボットの位置補正方法が開示されている。
特開昭６３−１２００８８号公報

上述したように、従来のアクチュエータへの作動空間認識方法では、図４に示すように、ビジョンセンサー用マーカとして、＋印の各マーカ３１〜３３が使用されているため、各マーカ３１〜３３の３次元座標を測定するためにレーザ測長機３０を採用する必要があり、各測定機器の微調整等、作業が煩雑になり、しかも、設備コストも高くなり問題が多かった。
また、特許文献１の発明に係る無人搬送車搭載ロボットの位置補正方法では、マーカの２次元座標しか算出しておらず、上述した問題を解決することはできない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ビジョンセンサーによりどの方向から撮影されてもその撮影映像が相似形状となるビジョンセンサー用マーカを提供すると共に、作業平面が多少傾斜していても、測定機器を最小限にして、各マーカの３次元座標を測定できアクチュエータへ作業空間を認識させるアクチュエータへの作業空間認識方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のビジョンセンサー用マーカは、球体マーカとして構成されることを特徴としている。
これにより、ビジョンセンサーにより球体マーカをどの方向から撮影してもその撮影映像が円形の相似形状となり好適である。
また、本発明のアクチュエータへの作業空間認識方法は、アクチュエータにより駆動される駆動体にビジョンセンサーを備え、該ビジョンセンサーにより作業平面上に配置された３点のマーカを撮影認識させて、前記アクチュエータへ作動空間を認識させる方法であって、前記各マーカに球体マーカを使用することを特徴としている。
これにより、従来のようにレーザ測長機を採用しなくても、ビジョンセンサーの姿勢を変化させることなく各球体マーカの中心の３次元座標を測定することができ、アクチュエータへ作業空間を認識させることができる。
なお、本発明のビジョンセンサー用マーカ及びアクチュエータへの作業空間認識方法の各種態様およびそれらの作用については、以下の発明の態様の項において詳しく説明する。

（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。なお、各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付して、必要に応じて他の項を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載、実施の形態等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要件を付加した態様も、また、各項の態様から構成要件を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の各項において、（１）乃至（３）の各々が、請求項１乃至３の各々に相当する。

（１）ビジョンセンサーにより撮影認識されるマーカを球体マーカとして構成することを特徴とするビジョンセンサー用マーカ。
従って、（１）項のビジョンセンサー用マーカでは、ビジョンセンサーにより球体マーカをどの方向から撮影してもその撮影映像が円形状の相似形状となる。

（２）アクチュエータにより駆動される駆動体にビジョンセンサーを備え、該ビジョンセンサーにより作業平面上に配置された３点のマーカを撮影認識させて、前記アクチュエータへ作動空間を認識させる方法であって、前記各マーカに球体マーカを使用することを特徴とするアクチュエータへの作業空間認識方法。
従って、（２）項のアクチュエータへの作業空間認識方法では、各マーカに球体マーカが使用されることで、球体マーカをどの方向から撮影しても、その撮影映像が円形となる。これにより、作業平面が多少傾斜していても、ビジョンセンサーの姿勢を変化させることなく、ビジョンセンサーを各球体マーカの測定半径と基準値とが一致するように配置することができ、各球体マーカの中心の３次元座標を測定することができ、アクチュエータへ作業空間を認識させることができる。

（３）前記アクチュエータへの作業空間認識方法は、前記ビジョンセンサーを、前記アクチュエータにより第１球体マーカの上方に移動させると共に、該ビジョンセンサーによる前記第１球体マーカの測定半径と基準半径とが一致するビジョンセンサーの姿勢及び位置を算出する第１ステップと、前記ビジョンセンサーを、前記アクチュエータにより第２球体マーカの上方に前記第１ステップと同じ姿勢で移動させると共に、該ビジョンセンサーによる前記第２球体マーカの測定半径と基準半径とが一致するビジョンセンサーの位置を算出する第２ステップと、さらに第３球体マーカに対して前記第２ステップを繰り返す第３ステップと、の各ステップの算出結果から、同一姿勢のビジョンセンサーに基いた第１〜第３球体マーカの中心座標を算出して前記アクチュエータへ作動空間を認識させることを特徴とする（２）項に記載のアクチュエータへの作業空間認識方法。
従って、（３）項のアクチュエータへの作業空間認識方法では、第１〜第３ステップの算出結果から、同一姿勢のビジョンセンサーに基いた第１〜第３球体マーカの中心の３次元座標が算出され、アクチュエータへ作業空間を認識させることが可能になる。

本発明によれば、ビジョンセンサーによりどの方向から撮影されてもその撮影映像が相似形状となるビジョンセンサー用マーカを提供できると共に、作業平面が多少傾斜していても、測定機器を最小限にして、各マーカの３次元座標を測定できアクチュエータへ作業空間を認識させるアクチュエータへの作業空間認識方法を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図１〜図３に基いて詳細に説明する。
図１に示すように、ロボットアーム（駆動体）１にはアクチュエータ２が連結されており、アクチュエータ２の駆動によりロボットアーム１が作業台３上で所定の作業を行う。
なお、上述しているように、アクチュエータ２は固有の作業空間を有しているため、ロボットアーム１により作業を行う前に、アクチュエータ２の固有の作業空間を実作業空間２０（図２の点線で囲まれた範囲）に変換する必要がある。

ロボットアーム１の先端にはビジョンセンサー４が備えられている。アクチュエータ２及びビジョンセンサー４には制御装置８が接続されている。
制御装置８には、アクチュエータコントローラ、ビジョンセンサーコントローラ、位置記憶手段及び演算手段が備えられている。
作業台３には、本発明の実施の形態に係る第１〜第３球体マーカ５〜７（φ４０ｍｍ）が、各球体マーカ５〜７の中心を結ぶ形状が平面視で直角三角形を描くようにそれぞれ配置されている。各球体マーカ５〜７は、箱状の保持体１０によりそれぞれ保持されている。なお、図１及び図２に示すように、第１〜第３球体マーカ５〜７の中心点の３点で形成される平面と平行な作業台３の範囲（３００ｍｍ×６００ｍｍ）がロボットアーム１（アクチュエータ２）の作業平面２０ａで、該作業平面２０ａからロボットアーム１の上昇可能な高さがロボットアーム１（アクチュエータ２）の作業空間２０（図２の点線で囲まれた範囲）となる。

そして、本発明の実施の形態に係るアクチュエータ２への作業空間認識方法を説明する。
まず、ビジョンセンサー４を、アクチュエータ２により作業台３の作業平面２０ａの上方に移動させて、ビジョンセンサー４の撮影映像から第１球体マーカ５を見付け出す。
次に、ビジョンセンサー４を、アクチュエータ２により第１球体マーカ５の上方に移動させて、図３に示すように、ビジョンセンサー４で撮影された円形状の第１球体マーカ５の半径をビジョンセンサーコントローラで測定し、該測定値が基準値に一致するようにビジョンセンサー４を第１球体マーカ５に近接させる。続いて、ビジョンセンサー４による第１球体マーカ５の測定半径と基準半径とが一致した際のビジョンセンサー４の姿勢及びビジョンセンサー４の位置を制御装置８の位置記憶手段に記憶させておく（第１ステップ）。

次に、図２に示すように、ビジョンセンサー４の姿勢を保持した状態で、ビジョンセンサー４を、アクチュエータ２により第２球体マーカ６の上方に移動させる。続いて、第１球体マーカ５時と同様に、図３に示すように、ビジョンセンサー４で撮影された円形状の第２球体マーカ６の半径をビジョンセンサーコントローラで測定し、該測定値が基準値に一致するようにビジョンセンサー４を第２球体マーカ６に近接させる。続いて、ビジョンセンサー４による第２球体マーカ６の測定半径と基準半径とが一致した際のビジョンセンサー４の位置を制御装置８の位置記憶手段に記憶させておく（第２ステップ）。

次に、図２に示すように、ビジョンセンサー４の姿勢を保持した状態で、ビジョンセンサー４を、アクチュエータ２により第３球体マーカ７の上方に移動させる。続いて、第１及び第２球体マーカ５、６時と同様に、図３に示すように、ビジョンセンサー４で撮影された円形状の第３球体マーカ７の半径をビジョンセンサーコントローラで測定し、該測定値が基準値に一致するようにビジョンセンサー４を第３球体マーカ７に近接させる。続いて、ビジョンセンサー４による第３球体マーカ７の測定半径と基準半径とが一致した際のビジョンセンサー４の位置を制御装置８の位置記憶手段に記憶させておく（第３ステップ）。

そして、制御装置８の演算手段により、第１〜第３球体マーカ５〜７の上方に位置した際のビジョンセンサー４の位置から、同一姿勢のビジョンセンサー４に基いた第１〜第３球体マーカ５〜７の中心の３次元座標を算出してアクチュエータ２へ認識させて、アクチュエータ２へ実際に作業する作業空間２０を認識させる。

以上説明した本発明の実施の形態では、アクチュエータ２へ作業空間２０を認識させる際、ビジョンセンサー用マーカとして第１〜第３球体マーカ５〜７を採用したので、ビジョンセンサー４により各球体マーカ５〜７をどの方向から撮影してもその撮影映像が円形状の相似形状となる。
そのために、作業平面２０ａが傾斜していても、ビジョンセンサー４の姿勢を変化させることなく、ビジョンセンサー４を、ビジョンセンサー４による第１〜第３球体マーカ５〜７の測定半径と基準値とが一致する位置にそれぞれ配置することできる。
その結果、第１〜第３球体マーカ５〜７の上方で、ビジョンセンサー４による第１〜第３球体マーカ５〜７の測定半径と基準値とが一致するビジョンセンサー４の位置を、ビジョンセンサー４の姿勢を変化させることなく測定することができ、ひいては、同一姿勢のビジョンセンサー４に基いた第１〜第３球体マーカ５〜７の中心の３次元座標が算出できると共に、アクチュエータ２へ作業空間２０を認識させることができる。

図１は、本発明の実施の形態に係るアクチュエータへの作業空間認識方法を具現化する装置を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態に係るアクチュエータへの作業空間認識方法を説明するための図である。 図３は、ビジョンセンサーによる球体マーカの撮影映像の図である。 図４は、従来のアクチュエータへの作業空間認識方法を説明するための図である。 図５は、アクチュエータの作業平面図で、従来のアクチュエータへの作業空間認識方法で使用される各マーカを示す図である。

符号の説明

１ ロボットアーム（駆動体），２ アクチュエータ，３ 作業台，４ ビジョンセンサー，５ 第１球体マーカ，６ 第２球体マーカ，７ 第３球体マーカ，８ 制御装置

Claims (3)

1. ビジョンセンサーにより撮影認識されるマーカを球体マーカとして構成することを特徴とするビジョンセンサー用マーカ。
2. アクチュエータにより駆動される駆動体にビジョンセンサーを備え、該ビジョンセンサーにより作業平面上に配置された３点のマーカを撮影認識させて、前記アクチュエータへ作動空間を認識させる方法であって、
   前記各マーカに球体マーカを使用することを特徴とするアクチュエータへの作業空間認識方法。
3. 前記アクチュエータへの作業空間認識方法は、前記ビジョンセンサーを、前記アクチュエータにより第１球体マーカの上方に移動させると共に、該ビジョンセンサーによる前記第１球体マーカの測定半径と基準半径とが一致するビジョンセンサーの姿勢及び位置を算出する第１ステップと、
   前記ビジョンセンサーを、前記アクチュエータにより第２球体マーカの上方に前記第１ステップと同じ姿勢で移動させると共に、該ビジョンセンサーによる前記第２球体マーカの測定半径と基準半径とが一致するビジョンセンサーの位置を算出する第２ステップと、
   さらに第３球体マーカに対して前記第２ステップを繰り返す第３ステップと、
   の各ステップの算出結果から、同一姿勢のビジョンセンサーに基いた第１〜第３球体マーカの中心座標を算出して前記アクチュエータへ作動空間を認識させることを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータへの作業空間認識方法。

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