JP2017071033A - 作業用基準物体、作業用基準物体の製造方法、ロボットアームの調整方法、ビジョンシステム、ロボット装置、及び指標用部材 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボット装置がサーバーから作業用基準物体ごとに測定された指標の位置ずれ情報を取得できない場合でも指標の位置ずれ情報を活用できる作業用基準物体を提供する。【解決手段】トレイ７は、光学的に検知してロボットアーム２の制御に用いる座標系を調整可能なマーカー１１と、光学的に検知してトレイ７に対するマーカー１１の位置ずれ情報を取得可能な誤差情報パターン１２と、を有する。誤差情報の測定処理では、トレイ７における指標の位置ずれ情報を測定する。誤差情報の記録処理では、誤差情報の測定処理により測定した指標の位置ずれ情報を、光学的に読み取り可能な情報画像の一例である誤差情報パターン１２に変換してトレイ７に記録する。ロボット装置１ａは、固定カメラ５でマーカー１１及び誤差情報パターン１２を撮像して取得したマーカー１１の位置情報と位置ずれ情報とに基づいてロボットアーム２の制御に用いる座標系を調整する。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットアームを有するロボット装置で使用される作業用基準物体、作業用基準物体の製造方法、ロボットアームの調整方法、ビジョンシステム、ロボット装置、及び指標用部材に関する。

多自由度のロボットアームを有するロボット装置が広く用いられている。ロボット装置では、多自由度のロボットアームによって出し入れされる複数の部品を配列状態で収容したトレイや、部品を一時的に保持してロボットアームによる作業を行う治工具が作業用基準物体として使用される。

ここで、トレイや治工具に精度のばらつきがある場合、ロボットアームを制御する座標系を一定に保ったままでは、ロボットアームによる部品の出し入れや取り付け作業の誤差が大きくなる。このため、特許文献１では、作業用基準物体に指標を設けてカメラで撮像し、指標の検出位置に合せてロボットアームを制御するための座標系を修正している。

しかし、指標そのものが作業用基準物体に対して位置ずれして設けられている場合、位置ずれした指標に合せてロボットアームを制御するための座標系を調整すると誤差が乗ってしまう。条件によっては、かえって作業用基準物体上でのロボットアームによる作業の誤差が大きくなる場合もあった。

このような指標自体の位置ずれをキャンセルするために、作業用基準物体に対する指標の位置ずれ情報を作業用基準物体ごとに予め測定して補正することが行われている。例えば特許文献２においては、部材の貼合せを行う組立装置を校正するためのガラス製の校正治具について、５つのマーク間の位置関係を事前に測定器において用いることが開示されている。

作業用基準物体が複数存在する場合は、個体ごとに異なる位置ずれ情報を現物と紐づけて管理する必要が生じる。特許文献２に記載されているようなガラス製の校正治具については、個体数が少ないために手作業での管理することも比較的容易である。

しかし、例えば、工場内を数百から数千個単位のトレイが物流している場合などにおいて、作業用基準物体であるトレイの個体差情報を管理するとなると、管理用のサーバーを構築することが一般的である。例えば、作業用基準物体ごとに付与したコードに関連付けて指標の位置ずれ情報をサーバーに保存しておき、使用する作業用基準物体のコードで位置ずれ情報をサーバーから呼び出してロボットアームを制御する座標系を調整することになる。

特開平７−８４６３１号公報 特開２００２−２３８５１号公報

しかし、サーバーからロボット装置へ作業用基準物体に対する指標の位置ずれ情報を呼び出す場合、サーバーに接続されていないロボット装置では、作業用基準物体ごとの位置ずれ情報を呼び出すことができない。海外や遠隔地の工場では、作業用基準物体ごとの位置ずれ情報を呼び出すことができない。大量の作業用基準物体を入れ替わり激しく使用する場合、位置ずれ情報の管理システムの維持管理が高コストになる。

本発明は、ロボット装置がサーバーから作業用基準物体ごとに測定された指標の位置ずれ情報を取得できない場合でも、指標の位置ずれ情報を利用してロボットアームを制御する座標系を調整できる作業用基準物体、作業用基準物体の製造方法、ロボットアームの調整方法、ビジョンシステム、ロボット装置、及び指標用部材を提供することを目的としている。

本発明の作業用基準物体の製造方法は、ロボットアームを有するロボット装置で使用され、光学的に検知して前記ロボットアームの制御に用いる座標系を調整可能な指標を有する作業用基準物体における指標の位置ずれ情報を測定する測定工程と、前記測定工程により測定した前記位置ずれ情報を、光学的に読み取り可能な情報画像に変換して前記作業用基準物体に記録する記録工程と、を有する物の製造方法である。

本発明の作業用基準物体の製造方法では、製造された作業用基準物体に情報画像として作業用基準物体ごとの指標の位置ずれ情報が記録される。このため、ロボット装置がサーバーから位置ずれ情報を取得できない場合でも、作業用基準物体から情報画像を読み取ることで、指標の位置ずれ情報を取得してロボットアームを制御する座標系を調整できる作業用基準物体を提供することができる。

実施の形態１のロボット装置の構成の説明図である。 トレイの構成の説明図である。 誤差情報の測定記録装置の構成の説明図である。 トレイに対する誤差情報の記録処理のフローチャートである。 トレイの１つのマーカー周辺の拡大図である。 ロボットアームの調整制御のフローチャートである。 ロボット動作補正演算処理の説明図である。 実施の形態２における誤差情報の測定記録装置の構成の説明図である。 実施の形態２のロボット装置の構成の説明図である。 実施の形態２におけるワーク保持部の構造の説明図である。 ロボットアームのティーチング制御のフローチャートである。 マーカー位置誤差データの二次元コードの説明図である。 実施の形態３のワーク保持具におけるマーカーの説明図である。 実施の形態３のワーク保持具における誤差情報保持パターンの説明図である。 マーカーの別の例の説明図である 誤差情報パターンの別の例の説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

＜実施の形態１＞
（ロボット装置）
図１は実施の形態１のロボット装置の構成の説明図である。図１に示すように、ロボット装置１ａは、制御部４がロボットアーム２、ロボットハンド３、及びフィンガー３１を制御して、トレイ７内のワーク９ａに対するピッキング作業を行う。ロボット装置１ａは、ロボットアーム２によりトレイ７からワーク９ａを取り出して、図示しない後工程に受け渡す。

ロボットアーム２は、架台１０に固定された６軸垂直多関節のロボットアームである。ロボットアーム２の先端に、ワーク９ａを把持するロボットハンド３が固定されている。ロボットハンド３の先端にフィンガー３１が固定されている。ロボットハンド３は、フィンガー３１の開閉によってワーク９ａを把持及びリリースする。

トレイ７のワーク９ａが無くなると、搬送機構４０１は、ワーク９ａが無くなったトレイ７を排出し、ワーク９ａを収容した新しいトレイ７をロボットアーム２の可動範囲内に搬送してくる。新しいトレイ７がロボット装置１ａの前に位置決め停止され、ロボットアーム２、ロボットハンド３、及びフィンガー３１によってピッキング作業が再開される。

制御部４は、ロボット装置１ａを制御するコンピュータである。ＣＰＵ４１は、演算を行う。ＲＯＭ４２及びＲＡＭ４３は、情報を記憶する。インターフェース部（Ｉ／Ｆ）４４は、外部と通信を行う。ＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３、及びインターフェース部（Ｉ／Ｆ）４４は、バス４５を介して制御部４の内部で互いに通信可能である。

ＣＰＵ４１は、ロボット制御部４１１、ロボット動作補正演算部４１２、画像データ取得部（視覚センサ制御部）４１３、マーカー位置演算部４１４、誤差情報読取部４１５として機能する。これらの演算部及び制御部は、ＲＯＭ４２に記憶されたプログラムをＣＰＵ４１に読み込むことによってＣＰＵ４１内に一時的に形成される。プログラムは、光ディスク等の記録媒体によって制御部４にコピーされてもよい。

ロボットアーム２、ロボットハンド３、及びフィンガー３１は、インターフェース部４４を介してＣＰＵ４１のロボット制御部４１１に電気的に接続されている。ロボット制御部４１１は、指令値を出力して、ロボットアーム２の各関節を駆動し、ロボットアーム２の位置姿勢を制御し、ロボットアーム２の先端部を６自由度に移動させる。ロボット制御部４１１は、指令値を出力して、ロボットハンド３の位置姿勢を調整する。ロボット制御部４１１は、指令値を出力して、フィンガー３１の開閉動作を実行させる。

（座標系）
ロボットアーム２の基端部には、架台１０に対するロボットアーム２の位置姿勢を代表する座標系としてロボット座標系Ｒが設定されている。ロボットハンド３の掌部には、ロボットハンド３の位置姿勢を表す手先座標系Ｔが設定されている。

ロボット制御部４１１は、ロボット座標系Ｒを基準とする手先座標系Ｔの相対位置姿勢^ＲＨ_Ｔの目標値（指令値）に対して、ロボットアーム２の各関節の取るべき角度目標値を算出する（逆運動学計算）。なお、ここで、ロボット座標系Ｒから手先座標系Ｔへの相対位置姿勢を^ＲＨ_Ｔと表した。本明細書においては、任意の座標系Ａから座標系Ｂへの相対位置姿勢及びその相対位置姿勢を表す座標変換行列を^ＡＨ_Ｂ又は^ＡＭ_Ｂのように左肩と右下に座標系の記号を付与することによって表現する。

ロボット制御部４１１は、ロボットアーム２の各関節に設けられた図示しないエンコーダより出力される現在角度が角度目標値に一致するようにサーボ制御を行う。ロボット制御部４１１は、エンコーダから各関節の現在角度情報を取得し、ロボット座標系Ｒに対する手先座標系Ｔの現在の相対位置姿勢である^ＲＨ_Ｔを算出する（順運動学計算）。

ロボット装置１ａは、工場でピッキング作業や組立作業を自動的に精度よく行うために、または治工具やワークに対するティーチングの位置調整を高精度かつ簡便に行うために、ロボットアーム２の位置調整と視覚センサによる計測とを組合せている。

ロボット装置１ａは、視覚センサを用いてトレイ７を検知するビジョンシステムを搭載している。視覚センサとは、測定対象物の位置や姿勢を二次元的または三次元的に計測可能なセンサである。視覚センサを表す言葉として「ビジョン」「ロボットビジョン」「カメラ」などの表現が用いられる。実施の形態１において、視覚センサは、固定カメラ５のことである。

以上説明したように、保持部の一例である搬送機構４０１は、トレイ７をロボットアーム２による処理が可能な位置に保持する。撮像部の一例である固定カメラ５は、搬送機構４０１により保持されたトレイ７の少なくともマーカー１１と誤差情報パターン１２とを含む領域を撮像可能である。画像処理部の一例である誤差情報読取部４１５は、固定カメラ５により撮像された撮像画像を画像処理して、マーカー１１の位置情報とマーカー１１の位置ずれ情報とを取得する。調整部の一例である制御部４は、取得したマーカー１１の位置情報とマーカー１１の位置ずれ情報とに基づいてロボットアーム２の制御に用いる座標系を調整する。

（固定カメラ）
制御部４は、固定カメラ５の撮影画像を画像処理してトレイ７内のワーク９ａの状態を検知する。固定カメラ５は、トレイ７の上空位置に設置され、トレイ７の上面を撮影する。固定カメラ５は、インターフェース部４４を介してＣＰＵ４１の画像データ取得部４１３に電気的に接続されている。

画像データ取得部４１３は、固定カメラ５に対して撮像指令を出力し、固定カメラ５が撮影を行う。画像データ取得部４１３は、固定カメラ５に指令を出力してトレイ７の画像を撮影させ、固定カメラ５から画像データ取得部４１３へ画像データを送信させる。制御部４は、画像データ取得部４１３から画像データを取得してＲＡＭ４３に一時保持する。

固定カメラ５で撮像した撮像画像のピクセルデータを三次元の座標データに変換するためのカメラ内部パラメータ及び外部パラメータは、事前に取得されてＲＯＭ４２に記憶されている。画像データ取得部４１３は、取得した撮像画像の画像データをマーカー位置演算部４１４及び誤差情報読取部４１５に出力する。

マーカー位置演算部４１４は、撮像画像の画像データを画像処理してマーカー１１の位置情報を取得する。誤差情報読取部４１５は、撮像画像の画像データを画像処理して、トレイ７内のワーク９ａに対するマーカー１１の位置ずれ情報を取得する。

ロボット動作補正演算部４１２は、マーカー１１の位置情報と位置ずれ情報とを用いて、ロボットアーム２を制御するための座標系を調整する。ロボット制御部４１１は、ロボット動作補正演算部４１２の演算結果に基づいて、マーカー１１の位置ずれ方向及び位置ずれ量を相殺するように、ロボットアーム２、ロボットハンド３、及びフィンガー３１を動作させる。

固定カメラ５のレンズ主点位置に、固定カメラ５の位置姿勢を代表する固定カメラ座標系Ｆが仮想的に設定されている。固定カメラ座標系Ｆから記述された三次元座標データをロボット座標系Ｒに変換するための校正データも事前に取得され、ＲＯＭ４２に記憶されている。

（トレイ）
図２はトレイの構成の説明図である。図２中、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。図１に示すように、ロボット装置の一例であるロボット装置１ａは、作業用基準物体の一例であるトレイ７を使用する。作業用基準物体の一例であるトレイ７は、ロボットアーム２を有するロボット装置で使用される。

図２の（ａ）に示すように、トレイ７は、ワーク９ａを整列して収容し搬送する容器である。トレイ７は、ロボットアーム２によりワーク９ａが取り出される容器である。トレイ７は、仕切りによってワーク９ａを１６個格納できる。トレイ７は、それぞれの仕切り内に、ワーク９ａに対する不図示の突き当て部を有し、トレイ７に対してワーク９ａを所定の精度範囲で位置決めできる。

図２の（ｂ）に示すように、トレイ７の上面にマーカー１１と誤差情報パターン１２とが隣接して配置される。固定カメラ５の撮像画像は、トレイ７の上面の４つのマーカー１１と、８つの誤差情報パターン１２とを含む。

図１に示すように、トレイ７は、ロボット装置１ａに合わせて新たに設計されたものが好ましい。しかし、実施の形態１では、ロボット装置１ａを導入するにあたって人手作業で使用していたトレイ７、すなわち視覚センサによって計測されることを想定していないトレイ７を流用している。

視覚センサによって計測されることを想定していないため、トレイ７は、固定カメラ５によって測定をおこなうことが難しく、マーカー１１が必要となる可能性が高い。

トレイ７は、トレイ７の１つの面に、指標の一例であるマーカー１１を複数配置している。マーカー１１は、光学的に検知してロボットアーム２の制御に用いる座標系を調整可能である。マーカー１１は、黒色円形のシールをトレイ７に貼り付けることによって実現している。

（誤差情報の記録処理）
図３は誤差情報の測定記録装置の構成の説明図である。図４はトレイに対する誤差情報の記録処理のフローチャートである。実施の形態１では、ロボット装置１ａの動作とは関係なく、別途事前に、図３に示す専用の誤差情報の測定記録装置３００を用いてトレイ７に誤差情報を記録している。制御部３０４は、測定制御部３１３と、記録制御部３１４とを有する。

図３に示すように、測定記録装置３００は、支持部３０１にトレイ７の左側面と下側面を機械的に突き当てた状態で、測定顕微鏡３０５を用いて、トレイ７の基準位置に対するマーカー１１の円の中心の座標値を測定する。測定工程の一例である誤差情報の測定処理では、測定制御部３１３がトレイ７における指標の位置ずれ情報を測定する。

測定記録装置３００は、測定制御部３１３が測定顕微鏡３０５により撮像されたトレイ７の撮像画像を画像処理して、マーカー１１の位置ずれ情報を取得し、位置ずれ情報を誤差情報パターン１２として出力部３１６から出力する。記録工程の一例である誤差情報の記録処理では、記録制御部３１４が、誤差情報の測定処理により測定した指標の位置ずれ情報を、光学的に読み取り可能な情報画像の一例である誤差情報パターン１２に変換してトレイ７に記録する。これにより、実施の形態１のトレイ７が製造される。

図３を参照して図４に示すように、ユーザーは、マーカー１１を付与する前のトレイ７本体を準備し、測定記録装置３００の支持部３０１にセットする（Ｓ０１）。ユーザーは、支持部３０１にセットされたトレイ７にマーカー１１を貼り付ける（Ｓ０２）。

ユーザーは、支持部３０１にセットされたトレイ７にワーク（９ａ）の測定用ダミー３０９ａをセットして測定記録装置３００の不図示の測定開始ボタンを押す。すると、測定記録装置３００は、測定用ダミー３０９ａを撮像して、トレイ７の基準位置に対するマーカー１１の取り付け位置の位置ずれ量を測定する（Ｓ０３）。測定用ダミー３０９ａには、測定用の等間隔のメッシュと中心位置とが形成されている。測定制御部３１３は、測定用ダミー３０９ａをセットしたトレイ７の測定顕微鏡３０５を通じた撮像画像から、トレイ７においてマーカー１１が配置されるべき基準位置を求める。そして、４つのマーカー１１ごとに基準位置と現在のマーカー位置との位置ずれ量を求める。

記録制御部３１４は、後述する定義に合致した誤差情報パターン１２をラベルシールとして作成し、出力部３１６から印刷出力する。測定記録装置３００は、マーカー１１ごとの位置ずれ情報を算出し、マーカー１１の誤差量（ΔＸ、ΔＹ）に応じた誤差情報パターン１２を作成し、出力部３１６から印刷出力する（Ｓ０４）。

ユーザーは、支持部３０１にセットされたトレイ７のマーカー１１に近接した位置に、マーカー１１ごとの誤差情報パターン１２を貼り付ける（Ｓ０５）。このようにして、トレイ７に対するマーカー１１及び誤差情報パターン１２の加工が完了する。

マーカー１１の位置誤差は、マーカー１１をトレイ７に貼付することで初めて発生した誤差である。そして、マーカー１１の位置誤差情報は、マーカー１１をトレイ７に貼付することで初めて発生した情報である。誤差情報パターン１２は、マーカー１１の位置誤差情報を反映している。誤差情報パターン１２は、マーカー１１がトレイ７に設けられた後に、マーカー１１の測定結果に応じてトレイ７に記録される。

したがって、マーカー１１と誤差情報パターン１２は、独立している。「独立」とは、「マーカー１１を加工した後に、誤差情報パターン１２を別個に設けることができる」、「誤差情報パターン１２の保持する位置ずれ情報をマーカー１１の位置情報と別個に読み取ることができる」という意味である。

例えば、マーカー１１と誤差情報パターン１２を同時に１枚のラベルシールに印刷してトレイ７に貼り付けた場合は独立でない。しかし、ドーナツ状に作成したマーカー１１の内側に誤差情報パターン１２を取り付ける場合は独立である。

（誤差情報パターン）
図５はトレイの１つのマーカー周辺の拡大図である。図５中、（ａ）はマーカー、（ｂ）はマーカーの拡大図、（ｃ）は誤差情報パターン、（ｄ）は誤差情報パターンの検出範囲である。

図５の（ａ）に示すように、トレイ７の基準位置としてトレイ７の左下の点を採用する。図５の（ｂ）に示すように、トレイ７の基準位置に仮想的に設定するトレイ座標系Ｗからみた測定結果の座標値を（Ｘ_Ｒ,Ｙ_Ｒ）とし、マーカー位置の座標値の設計値を（Ｘ_Ｄ、Ｙ_Ｄ）とする。このとき、マーカー位置の誤差量（ΔＸ、ΔＹ）は次式のように計算される。

図５の（ｃ）に示すように、誤差情報パターン１２は、マーカー位置の誤差量（ΔＸ、ΔＹ）に比例した長さを有する矩形形状として定義した。誤差情報パターン１２の矩形の長さΔＬ１及びΔＬ２は、マーカー位置誤差ΔＸ、ΔＹの絶対値の５０倍の長さとなるように定義している。また、マーカー１１に対する誤差情報パターン１２の取り付け位置が、誤差方向（すなわち、ΔＸ、ΔＹの正負）と対応している。

図２の（ｂ）に示すように、トレイ７は、情報画像の一例である誤差情報パターン１２を有する。誤差情報パターン１２は、トレイ７のマーカー１１が配置された面において対応するマーカー１１に隣接させて配置され、光学的に検知してトレイ７に対するマーカー１１の位置ずれ情報を取得可能である。位置ずれ情報は、トレイ７に対する指標の位置ずれ方向及び位置ずれ量である。誤差情報パターン１２は、マーカー１１を中心とする直交座標における位置ずれ方向に対応する座標軸の方向に、位置ずれ量の座標軸方向成分に対応する長さを持つ。

（ロボットアームを制御するための座標の調整）
図６はロボットアームの調整制御のフローチャートである。プログラムを読み込んだコンピュータである制御部４は、誤差情報パターン（１２：図２）を用いてロボットアーム２によるトレイ７上の作業位置を調整する。

図１を参照して図６に示すように、制御部４は、保持工程において、搬送機構４０１によって、トレイ７がロボットアーム２の可動範囲内に搬送されてくることを検知する（Ｓ１１）。保持工程では、搬送機構４０１により、トレイ７をロボットアーム２による処理が可能な位置に保持させる。

制御部４は、検知工程において、画像データ取得部４１３により、固定カメラ５を制御して、トレイ７及びワーク９ａを撮影する（Ｓ１２）。制御部４は、画像データ取得部４１３により取得した画像データを、マーカー位置演算部４１４により画像処理して、マーカー１１の位置を取得する（Ｓ１３）。検知工程では、搬送機構４０１により保持されたトレイ７のマーカー１１を、検知部の一例である固定カメラ５により検知して指標の位置を取得する。

制御部４は、読取工程において、画像データ取得部４１３により取得した画像データを、誤差情報読取部４１５により画像処理して、マーカー１１の誤差情報を取得する（Ｓ１４）。読取工程では、搬送機構４０１により保持されたトレイ７の誤差情報パターン１２を、読取部の一例である固定カメラ５により読み取ってマーカー１１の位置ずれ情報を取得する。

制御部４は、調整工程において、マーカー位置演算部４１４が取得したマーカー１１の位置と誤差情報読取部４１５が取得したマーカー１１の誤差情報とを用いて、ロボットアーム２を制御するための座標系の補正量を計算する（Ｓ１５）。調整工程では、ロボット動作補正演算部４１２が、検知工程により取得したマーカー１１の位置と、読取工程により取得したマーカー１１の位置ずれ情報と、に基づいて、ロボットアーム２を制御するための座標系を調整する。

制御部４は、ロボット動作補正演算部４１２により補正された座標系を用いて、ロボット制御部４１１によりロボットアーム２及びロボットハンド３を制御して、トレイ７内のワーク９ａのピッキング作業を行う（Ｓ１６）。

（マーカー位置演算処理）
マーカー位置演算部４１４は、固定カメラ５により撮影した４つのマーカー１１を含む画像全体を二値化処理する。そして、二値化処理画像上で、真円度や外接円半径などの形状特徴量からマーカー１１の領域を特定してマーカー１１のエッジ画像を抽出する。その後、マーカー１１のエッジ画像を円弧フィッティング処理することにより、高精度にマーカー１１の中心を算出する。

マーカー位置演算部４１４は、ピクセル単位の座標データに対して、事前に校正した固定カメラ５の内部パラメータ及び外部パラメータを適用することによって、実スケール（例えばｍｍ単位）に換算したマーカー１１の位置の値（Ｘ，Ｙ）を算出する。

（誤差情報読取処理）
誤差情報読取部４１５は、固定カメラ５により撮影した４つの誤差情報パターンを含むトレイ７の撮影画像の画像データに対して画像処理を行って、パターン１２の位置及び長さを測定することにより、マーカー１１の誤差情報を取得する。

図５の（ｄ）に示すように、誤差情報パターン１２は、マーカー１１を中心とする４つのエリアを画像認識することで、その長さを測定することができる。

マーカー位置演算部４１４により取得したマーカー１１の位置を基準として、点線で示す誤差情報パターン１２の存在候補領域に対して検出処理を行うことにより、誤差情報パターン１２の有無を検知する。このとき、マーカー１１に対して−Ｘ側と＋Ｙ側に誤差情報パターン１２が検出されるので、それによって誤差の正負情報を取得する。

次に、検出された誤差情報パターン１２の内部の黒色矩形に対して測定を行い、長さＬ１及びＬ２を算出する。最後に、誤差情報パターン１２の長さ定義の逆演算を行うことによって、マーカー１１の位置誤差情報を算出する。

このようにして、誤差情報読取部４１５は、１つのマーカー１１における誤差情報パターン１２に埋め込まれたマーカー１１の位置誤差情報を読み取る。誤差情報読取部４１５は、同様な手順で、図２の（ｂ）に示すトレイ７上の４つのマーカー１１におけるそれぞれの誤差情報パターン１２を検知して、トレイ７上の４点分の位置誤差情報を読み取る。

（ロボット動作補正演算処理）
図７はロボット動作補正演算処理の説明図である。図７中、（ａ）は設計データ、（ｂ）は測定データ、（ｃ）はトレイ形状データ、（ｄ）は補正結果データである。

図１に示すように、ロボット動作補正演算部４１２は、４つのマーカー１１に対応するトレイ７上の４点でのフィッティング処理によってトレイ７に収容されたワーク９ａの位置と角度を計算する。

図７の（ａ）に示すように、前提として、ロボット動作補正演算部４１２は、設計データを保有している。すなわち、トレイ座標系Ｗに対するマーカー１１の位置の設計値Ｐ_Ｄ１〜Ｐ_Ｄ４、トレイ座標系Ｗに対するロボットのティーチングポイントの狙い位置であるＴＰ１１〜ＴＰ４４、そしてロボット座標系Ｒに対するトレイ座標系Ｗの設計位置である。

マーカー位置演算部４１４が算出したマーカー位置データは、固定カメラ５の座標系からみた測定値であるため、そのままロボットの補正に用いることはできない。そのため、ロボット動作補正演算部４１２は、マーカー位置演算部４１４が算出したマーカー位置データに対して座標変換を行い、図７の（ｂ）に示すように、ロボット座標系Ｒにおける４つのマーカー１１の座標値Ｐ_Ｍ１〜Ｐ_Ｍ４に変換する。

なお、そのために必要な事前に特定したロボット座標系Ｒと固定カメラ座標系Ｆの関係は、前述した校正により事前に取得されている。

ロボット動作補正演算部４１２は、誤差情報読取部４１５が出力したマーカー１１の位置誤差情報を受け取り、設計データに位置誤差情報を加味したマーカー位置データを算出する。

具体的な処理としては、図７の（ａ）に示すように、４点のマーカー１１に対する位置誤差情報（ΔＸ［ｉ］，ΔＹ［ｉ］）（ｉ＝１，２，３，４）を設計上のマーカー位置の設計値Ｐ_Ｄ１〜Ｐ_Ｄ４に加算することで補正する。補正されたマーカー位置データをトレイ座標系Ｗからみた座標値をＰ_Ｒ１〜Ｐ_Ｒ４とする。

ロボット動作補正演算部４１２は、トレイ座標系Ｗからみた補正後のマーカー位置データの座標値Ｐ_Ｒ１〜Ｐ_Ｒ４を、ロボット座標系Ｒからみたマーカー測定データの座標値Ｐ_Ｍ１〜Ｐ_Ｍ２に重ねるように座標変換する座標変換パラメータ（ｔｘ、ｔｙ、θ）を求める。

具体的な処理としては、図７の（ｃ）に示すように、座標変換パラメータ（ｔｘ、ｔｙ、θ）によって座標値Ｐ_Ｒ１〜Ｐ_Ｒ４を座標変換した後の座標値と、マーカー測定データの座標値Ｐ_Ｍ１〜Ｐ_Ｍ４の座標値の距離の二乗和が最小となるように、座標変換パラメータ（ｔｘ、ｔｙ、θ）を求める。

すなわち、座標変換パラメータ（ｔｘ、ｔｙ、θ）による座標変換を同次変換行列Ｈ（ｔｘ、ｔｙ、θ）と表した場合に、次式となるような座標変換パラメータ（ｔｘ、ｔｙ、θ）を最小二乗法によって求める。次式中、座標値Ｐ_Ｍ［ｉ］およびＰ_Ｒ［ｉ］を、二次元の同次ベクトルＴ（Ｘ_Ｍ［ｉ］，Ｙ_Ｍ［ｉ］，１），Ｔ（Ｘ_Ｒ［ｉ］，Ｙ_Ｒ［ｉ］，１）で表現した。

ロボット動作補正演算部４１２は、座標変換パラメータ（ｔｘ、ｔｙ、θ）を用いて、ロボットのティーチングポイントデータＴＰ１１〜ＴＰ４４を座標変換することにより補正演算して処理を終了する。

（比較例）
比較例１では、特許文献１に示されるように、トレイ、治工具、ワークなどの対象物に設けたマークを基準として、ロボットアーム２の教示位置データを補正する。

比較例１では、トレイ、治工具、ワークなどの対象物に設けられた指標に対してロボットアーム２による処理位置の補正を行う。しかし、実際には、対象物の個体ごとに加工誤差等によるマーカー位置誤差があるために、高精度に補正を行うことが難しい。

比較例２では、特許文献２に示されるように、アライメントマークの位置関係を事前に測定機を用いて測定した誤差データを用いてトレイ、治工具、ワークなどの位置調整を高精度に行う。高精度に補正を行うためには、マーカーの位置誤差をキャンセルするために、事前に測定した個体ごとの測定データをサーバーに保持する必要がある。

しかし、この方法を単純に適用すると、対象物個体差ごとの測定データを管理して紐づける必要があるため、工場内の汎用トレイなどのように数が多い場合や、消耗による追加がある場合や、装置の数が多い場合は管理負荷やミスの可能性が大きくなる。

サーバーで一括管理して装置間ネットワークを構築したり、誤差情報のデータベースを装置内に構築したりすると、システムの大規模化が必要である。

また、別の方法として、トレイごとにメモリタグを設け、事前に測定した誤差データをトレイごとに記録し、読み取って誤差データを使用することが考えられる。しかし、この場合、メモリタグの書き込み装置、読取装置が必要となる。

（実施の形態１の効果）
実施の形態１では、対象物に独立に付与された位置測定用のマーカーと誤差情報保持パターンの両方を同一の視覚センサによって読み取って誤差を補正する構成とした。このため、専用のセンサや誤差情報を保持するサーバーなどを設けない簡素なシステム構成でありながら、対象物に対するマーカーの取り付けや加工の位置誤差をキャンセルして高精度なロボット動作を実現することができる。

実施の形態１では、補正データは、トレイ７の位置姿勢の補正に加えて、トレイ７に対するマーカー１１の位置誤差もキャンセルしている。このため、フィンガー３１をワーク９ａに対して高精度にアプローチさせて作業を行うことができる。

実施の形態１では、トレイ７の個体差情報を管理するためのサーバーやデータベースを設けることなく、簡素な構成でワーク９ａの高精度なピックアップ作業が可能となる。

実施の形態１では、誤差の量と誤差情報保持パターン１２の長さとを対応させ、誤差の方向と誤差情報保持パターン１２の向きとを対応させているため、作業者がトレイ７を見た際に、誤差の量と方向とを直感的に理解できる。

実施の形態１では、トレイ７上のマーカー１１に対して個体差をキャンセルして高精度な作業が可能なロボット装置１ａを簡素な構成で実現できる。

＜実施の形態２＞
図８は実施の形態２における誤差情報の測定記録装置の構成の説明図である。図９は実施の形態２のロボット装置の構成の説明図である。実施の形態２では、図８に示すように、測定記録装置３００を用いて、ワーク保持具８にマーカー１１と二次元コード１３とを取り付ける。そして、図９に示すように、ワーク保持具８に設けられたマーカー１１と二次元コード１３とを手先カメラ６により撮像して、ロボットアーム２のティーチングを行っている。これ以外の構成及び制御内容は実施の形態１と同一であるため、図８、図９中、実施の形態１と共通の構成には図３、図１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。

（測定記録装置）
図８に示すように、ユーザーは、専用の誤差情報の測定記録装置３００を用いて、マーカー１１が取り付けられたワーク保持具８に誤差情報を記録する。測定記録装置３００は、マーカー１１が取り付けられたワーク保持具８の左側面と下側面を支持部３０１に突き当てた状態で、測定顕微鏡３０５を用いて、ワーク保持具８の基準位置に対するマーカー１１の中心座標値を測定する。

測定制御部３１３は、測定顕微鏡３０５により撮像されたワーク保持具８の撮像画像を画像処理して、マーカー１１の位置ずれ情報を取得する。記録制御部３１４は、位置ずれ情報を二次元コード１３に変換して出力部３１６からプリントアウトする。ユーザーは、マーカー１１が取り付けられたワーク保持具８に二次元コード１３を貼付する。

（ロボット装置）
図９に示すように、ロボット装置１ｂは、制御部４がロボットアーム２、ロボットハンド３、及びフィンガー３１を制御して、ワーク保持具８に保持されるワークに対する組立作業を行う。ロボット装置１ｂは、ロボットアーム２によりワーク保持具８にワークを取り付け、ワークに対して他の部品を組み立てる作業を実行する。

（手先カメラ）
図９に示すように、ロボット装置１ｂでは、固定カメラ５ではなく手先カメラ６を用いている。手先カメラ６は、ロボットアーム２の先端のロボットハンド３に取り付けられた２眼のステレオカメラである。

手先カメラ６は、ロボットアーム２のティーチング時にのみロボットハンド３に取り付けられ、実際のワーク（９ｂ：図１０の（ｂ））に対する組み立て作業時にはロボットハンド３から取り外し可能である。手先カメラ６は、事前にカメラ単体でキャリブレーションされており、二眼のカメラのうち一方のレンズ主点に仮想的に設定された手先カメラ座標系Ｖを基準として、画像上の任意の特徴点の三次元座標を測定することができる。手先カメラ６は、ロボットアーム２との間で事前のキャリブレーションが行われており、手先座標系Ｔと手先カメラ座標系Ｖの関係が事前に算出されている。

（ワーク保持具）
図１０は実施の形態２におけるワーク保持具の構造の説明図である。図１０中、（ａ）はワーク非装着状態、（ｂ）はワーク装着状態である。

図９に示すように、ロボット装置１ｂにおけるロボットアーム２の可動範囲内にワーク保持具８が設置されている。作業用基準物体の一例であるワーク保持具８は、ロボットアーム２によりワーク９ｂが取り付けられる治工具である。ワーク保持具８は、着脱部４０２によって作業台４０３に対して着脱可能に取り付けられている。

図１０の（ａ）に示すように、ワーク保持具８は、突き当て部８１、８２と、クランプ部８３、８４を有している。ワーク保持具８の１つの面に指標の一例であるマーカー１１が複数配置される。

ワーク保持具８は、３点のマーカー１１の中央に、３点のマーカー１１の位置ずれ情報を含む１つの二次元コード１３を設けている。情報画像の一例である二次元コード１３は、マーカー１１が配置された面においてマーカー１１から離れて配置され、複数のマーカー１１の位置ずれ情報を含む。二次元コード１３は、二次元コード化された文字情報（数字を含む）である。

図１０の（ｂ）に示すように、クランプ部８３、８４は、図示しない直動機構によってワーク９ｂをクランプする。図９に示すように、ロボット装置１ｂは、ロボットアーム２及びロボットハンド３によって、図１０の（ｂ）に示すようにワーク９ｂをワーク保持具８に載置する。ロボット装置１ｂは、その後、クランプ部８３、８４にクランプ動作を行わせて、クランプ部８３、８４と突き当て部８１、８２との間にワーク９ｂを挟み込んで保持する。

これにより、ワーク９ｂは、突き当て部８１、８２を基準として、ワーク保持具８に対して所定の精度と再現性で位置決めされる。ロボット装置１ｂは、ワーク９ｂをワーク保持具８に保持させたあと、ロボットアーム２とロボットハンド３を用いて、図示しない別部品をワーク９ｂに組み付ける動作を実行する。

（ワーク保持具の精度）
図９に示すように、ロボット装置１ｂは、ワーク保持具の交換時には、ワーク保持具８を取り外して、別のワークを対象とした別のワーク保持具をロボット装置１ｂに取り付ける。ロボット装置１ｂに相当するロボットシステムは、工場内に複数存在しており、ワーク保持具８と同じ設計のワーク保持具が複数存在する。そして、工場内の生産の状況やメンテナンスの状況に応じてワーク保持具８を別の場所のロボット装置に取り付けて使用する場合がある。

ロボット装置１ｂが精度よくワーク９ｂに対して別部品の組み付けを実施するためには、組付作業前に、ロボットアーム２のティーチングポイントを高精度に調整しておく必要がある。特に、ワーク保持具８を交換した直後には、ワーク保持具８の加工個体差があるためにティーチングが重要となる。したがって、実施の形態２は、ロボット装置１ｂにおけるティーチングポイントの調整を対象とする。ロボットアーム２によるワーク保持具８上のティーチングされた作業位置が二次元コード１３から復号された位置ずれ情報によって修正される。

（ロボットアームのティーチング）
図１１はロボットアームのティーチング制御のフローチャートである。実施の形態２では、ユーザーが事前に撮影可能なティーチングポイントを登録しておいて、制御部４がプログラムによりロボットアーム２を制御して移動させる。

図１１に示すように、制御部４は、ロボット制御部４１１によりロボットアーム２を制御して、手先カメラ６がワーク保持具８を撮影可能な位置にロボットアーム２を移動させる（Ｓ２１）。

制御部４は、画像データ取得部４１３により手先カメラ６を作動させてワーク保持具８を撮像してワーク保持具８の画像データを取得する（Ｓ２２）。制御部４は、マーカー位置演算部４１４によりワーク保持具８の画像データを画像処理して、マーカー１１の位置を算出する（Ｓ２３）。

制御部４は、誤差情報読取部４１５により画像データに対して画像処理を実行して、マーカー１１の位置誤差情報を読み取る（Ｓ２４）。制御部４は、ロボット動作補正演算部４１２がロボットの補正計算を行う（Ｓ２５）。

制御部４は、ロボット動作補正演算部４１２により算出された後述する同次変換行列^ＲＭ_Ｔを指令値としてロボットを動作させることにより、ロボットハンド３の位置を調整する（Ｓ２６）。制御部４は、ロボットハンド３の位置を調整して位置決めした状態でロボットの姿勢をティーチングポイントとして登録する（Ｓ２７）。

（マーカー位置演算処理）
画像データ取得部４１３は、マーカー１１及び二次元コード１３を有するワーク保持具８の画像データを取得する処理を実施の形態１と同様に実行する。しかし、手先カメラ６が二眼のステレオカメラであるために、１回の撮影ごとに２枚の画像が取得され、焦点距離方向の情報を取得することができる。

マーカー位置演算部４１４は、画像データ取得部４１３が取得した画像データ上でマーカー１１の位置を算出する処理を実施の形態１と同様に実行する。しかし、手先カメラ６が二眼のステレオカメラであるために、マーカー１１の位置を三次元的に算出することができる。

マーカー位置演算部４１４は、事前にキャリブレーションした手先カメラ６の校正データを用いて、３点のマーカー１１に対して、それぞれ三次元の座標値を算出する。その座標値の同次ベクトルを次式であらわす。次式中、座標値Ｐ_Ｍ［ｉ］は手先カメラ座標系Ｖからみたマーカー１１の座標値である。

（誤差情報読取処理）
図１２はマーカー位置誤差データの二次元コードの説明図である。図９に示すように、誤差情報読取部４１５は、二次元コード１３の画像データを画像処理して、マーカー１１の位置誤差情報を取得する。誤差情報読取部４１５は、ワーク保持具８を撮像した画像データ内の二次元コード１３を復号することによって誤差情報を取得する。

図１２に示すように、二次元コード１３には、実施の形態１と同様に、別途事前に測定記録装置３００を用いて測定したマーカー１１の位置誤差を測定したマーカー位置誤差データが格納されている。マーカー位置誤差データは、３点のマーカー１１の座標値の設計値Ｐ_Ｄ１〜Ｐ_Ｄ３と、マーカー１１の位置を事前に測定記録装置３００で測定した測定値の座標値Ｐ_Ｒ１〜Ｐ_Ｒ３の差分として定義される。

二次元コード１３を復号すると、例えば表１に示すような、各点に対する誤差情報のテーブルデータを読みとることができる。

二次元コード１３の読み取りによって、３点のマーカー１１の誤差情報ΔＰ［ｉ］（ｉ＝１，２，３）が取得される。ここで、ΔＰ［ｉ］は三次元のデータをもつ４行１列の同次ベクトルである。なお、設計値Ｐ_Ｄ１〜Ｐ_Ｄ３及び測定値の座標値Ｐ_Ｒ１〜Ｐ_Ｒ３の値は、ワーク保持具８の突き当て部８１、８２と、ワーク保持具８のワーク載置面から定義されるワーク保持具座標系Ｊからみた座標値として表現されていてもよい。

（ロボット動作補正演算処理）
ロボット動作補正演算部４１２は、補正計算の具体的な方法として、マーカー位置演算部４１４の出力したマーカー計測値の座標値Ｐ_Ｍ［ｉ］（ｉ＝１，２，３）を、手先座標系Ｔからみた座標値に座標変換する。そのためには、事前に校正により取得した手先座標系Ｔと手先カメラ座標系Ｖの関係を、^ＴＨ_Ｖを用いて次式のように計算する。

なお、ここで、ロボット座標系Ｒから手先座標系Ｔへの同次変換行列を^ＲＨ_Ｔとし、手先座標系Ｔから手先カメラ座標系Ｖへの同次変換行列を^ＴＨ_Ｖと記載した。また、座標値Ｐ_Ｍ［ｉ］についてはどの座標系からみた座標値かが明確になるよう、基準とする座標系を文字の左肩に記載した。^ＶＰ_Ｍ［ｉ］は手先カメラ座標系Ｖからみたマーカー測定値の座標値（すなわち、ステップＳ２３で算出した座標値Ｐ_Ｍ［ｉ］）であり、^ＲＰ_Ｍ［ｉ］は同じ点をロボット座標系Ｒからみた座標値である。

また、ロボット座標系Ｒから手先座標系Ｔへの同次変換行列^ＲＨ_Ｔは、撮影時のロボット姿勢を表し、ロボット制御部４１１がロボットアーム２の各関節角度から順運動学演算をおこなうことなどにより算出できる。

次に、ロボット動作補正演算部４１２は、マーカー位置誤差情報を用いてマーカー設計値情報を補正する。マーカー１１のワーク保持具座標系Ｊに対する座標値の設計値Ｐ_Ｄ１〜Ｐ_Ｄ３はあらかじめＲＯＭ４２に格納されている。座標値の設計値Ｐ_Ｄ１〜Ｐ_Ｄ３に誤差情報読取部４１５が読み取った誤差情報ΔＰ［ｉ］（ｉ＝１，２，３）を加算することによって、現在使用しているワーク保持具８固有の寸法値である座標値Ｐ_Ｒ１〜Ｐ_Ｒ３を算出する。この座標値Ｐ_Ｒ１〜Ｐ_Ｒ３はワーク保持具座標系Ｊを基準に記述されたものであるので、その同次ベクトルを^ＪＰ_Ｒ［ｉ］と記述すると次式として算出できる。

最後に、マーカー位置演算部４１４によるマーカー１１の測定値を基にした座標値^ＪＰ_Ｍと、ワーク保持具８の設計値にマーカー１１の位置誤差を加味した座標値^ＪＰ_Ｒを用いて、ロボットアーム２の取るべき位置姿勢を算出する。

ここで、ワーク保持具座標系Ｊに対する手先座標系Ｔの取るべき位置姿勢は事前に設計する事項であり、その既知の座標変換行列を^ＴＭ_Ｊとする。また、ワーク保持具座標系Ｊと手先座標系Ｔの関係を^ＴＭ_Ｊに近づけるためにロボットアーム２が取るべき未知の姿勢を表す三次元の同次変換行列^ＲＭ_Ｔと書くこととする。このとき、以下の最小二乗法を解くことによって、同次変換行列^ＲＭ_Ｔを求めることができる。

上式の中で未知の変数は同次変換行列^ＲＭ_Ｔだけであり、その他の変数はこれまでの処理により既知である。同一直線状にない３点以上のデータがあれば、６自由度の未知数である同次変換行列^ＲＭ_Ｔの最小二乗解を算出することができる。

（実施の形態２の効果）
実施の形態２では、ワーク保持具８に対するマーカー１１の位置ずれ誤差を相殺してロボットアーム２をティーチングすることができるため、マーカー１１の位置ずれ誤差を相殺しない場合に比べて高精度なロボットアーム２の位置決めができる。

実施の形態２では、マーカー１１から離れた位置に設けた二次元コード１３に３つのマーカー１１の位置誤差情報をまとめて持たせるため、高精度な補正を、ワーク個体差情報をサーバーやデータベースに持たせる必要のない簡素な構成で実現可能である。

＜実施の形態３＞
図１３は実施の形態３のワーク保持具におけるマーカーの説明図である。図１４は実施の形態３のワーク保持具における誤差情報保持パターンの説明図である。図１３中、（ａ）はワーク保持具の斜視図、（ｂ）は深さ方向の断面図、（ｃ）はマーカーピンの斜視図である。図１４中、（ａ）は誤差情報の未記録状態、（ｂ）は誤差情報の記録状態である。

実施の形態２では、ワーク保持具の基準面に沿った平面内のマーカーの位置ずれ量を二次元コード化してワーク保持具に貼付した。これに対して、実施の形態３では、ワーク保持具の基準面の高さ方向のマーカーの位置ずれ量を誤差情報保持パターンとしてマーカーに記録する。ワーク保持具（８ｂ：図１３）の誤差情報を用いて、マーカー（１５：図１３）の深さ方向の座標系を補正する。これ以外の構成及び制御内容は実施の形態２と同一であるため、図８、図９を参照して説明する。

（ワーク保持具）
図１３の（ａ）に示すように、作業用基準物体の一例であるワーク保持具８ｂは、４か所の基準穴１４に対してそれぞれマーカーピン１５が挿入されている。ユーザーは、ワーク保持具８ｂ上に基準穴１４を高精度に加工した後、高精度に製作されたマーカーピン１５を手作業で基準穴１４に挿入している。マーカーピン１５の固定に関して、基準穴１４とマーカーピン１５との間の公差の関係をしまり嵌めとなるように設計して、圧入してもよい。また、両者をゆるみ嵌めとして、接着剤等により固定してもよい。

指標用部材の一例であるマーカーピン１５は、ロボットアーム２とワーク保持具８ｂを有するロボット装置１ａで使用される。嵌合部の一例である嵌合部１９は、ワーク保持具８ｂの有する穴部と嵌合する。

指標部の一例であるマーカー部１６は、光学的に検知してロボットアーム２の制御に用いる座標系を調整可能である。一方、情報画像記録部の一例である誤差情報記入部１７は、光学的に読み取ってワーク保持具８ｂに対する指標の位置ずれ情報を取得可能な情報画像をマーカー部１６とは独立に記録可能である。

図１３の（ｂ）に示すように、ワーク保持具８ｂの基準面から後退させて後退方向の位置情報を取得可能な指標の一例であるマーカー部１６が配置される。基準穴１４は、段付きのザグリ穴形状である。基準穴１４には、マーカーピン１５の段付き部が深さ方向に突き当たるところまで、マーカーピン１５が挿入されている。マーカーピン１５は、嵌合部１９によって、基準穴１４に対して所定の精度で嵌合し、位置決めされている。

図１３の（ｂ）に示すように、基準穴１４は、ザグリ深さＬａがマーカーピン１５の段付き部の厚さＬｂよりも長く設計されている。このため、マーカーピン１５の上面は、ワーク保持具８ｂの基準面から突出せず、むしろ後退している。

図１３の（ｃ）に示すように、マーカーピン１５は、段付き形状を有する円筒形状のピンである。マーカーピン１５の上面には、クロスマーク形状を付与したマーカー部１６と、誤差情報記入部１７とが形成されている。マーカー部１６は、クロスマークの交点がマーカーピン１５の中心軸線と所定の精度で一致している。

図１４の（ａ）に示すように、マーカーピン１５は、その上面に、マーカー部１６を囲うように円周状に配置された誤差情報記入部１７を有している。誤差情報記入部１７は、一定間隔の実線または点線の目盛りにより区切られたマス目を有している。誤差情報記入部１７は、１マスが１０μｍの深さ寸法を表しており、１６マスの領域により、０〜１６０μｍの深さを表現できるようになっている。

実施の形態３では、位置ずれ情報は、基準面からマーカー部１６までの後退量である。情報画像の一例である誤差情報保持パターン１８は、マーカー部１６を囲んで配置された基準面からマーカー部１６までの後退量に応じた長さの円弧である。

（ＸＹ方向のマーカー誤差）
図１３の（ａ）に示すように、基準穴１４の穴位置は、ワーク保持具８ｂの機械的基準に対して、基準面に沿ったＸＹ方向については所定の公差に基づいて高精度に加工されている。ワーク保持具８ｂの製作時に、適正な工作機械と刃物を用い、同一の刃物と工作機械とを用いて４か所の基準穴１４を連続的に加工することで、基準面に沿ったＸＹ方向の穴位置を高精度に加工している。

また、嵌合部１９における基準穴１４とマーカーピン１５の嵌め合い公差を適切に管理することで、基準穴１４に対してマーカーピン１５はがたつき無く高精度に位置決められている。このようにして、基準面に沿ったＸＹ方向についてのワーク保持具８ｂに対するマーカー部１６の位置精度は、±１０μｍ程度の高精度を実現している。

（Ｚ方向のマーカー誤差）
図１３の（ｂ）に示すように、マーカー部１６の基準穴１４の深さ方向（Ｚ方向）の誤差は、マーカー部１６の基準面に沿ったＸＹ方向の誤差に比べて一桁大きい。工具の付替えが発生する等の理由により、基準穴１４のザグリ深さＬａを高精度に加工することは、基準面に沿ったＸＹ方向の穴位置を高精度に加工することに比較して困難だからである。工具の付替えが発生する等の理由により、マーカーピン１５の段付き部の厚さ寸法Ｌｂを高精度に加工することも困難だからである。ごみが介在する等の理由により、基準穴１４とマーカーピン１５の深さ方向の突き当て面とが確実に突き当たっているとは限らないからである。

しかし、基準穴１４のザグリ深さＬａ、段付き部の厚さ寸法Ｌｂ、及び基準穴１４とマーカーピン１５の深さ方向の突き当たりを厳しく指定するとワーク保持具８ｂの製作コストがアップする。そこで、マーカー部１６の深さ方向（Ｚ方向）の位置精度は低く設計してある。

（測定記録装置）
図８に示すように、ユーザーは、専用の誤差情報の測定記録装置３００を用いて、マーカー（１５：図１３）が取り付けられたワーク保持具（８ｂ：図１３）に誤差情報を記録する。測定記録装置３００は、ワーク保持具（８ｂ：図１３）に設けられたマーカー（１５：図１３）の表面高さとワーク保持具（８ｂ：図１３）の基準面の段差量を測定する。

測定記録装置３００は、マーカー（１５：図１３）とワーク保持具（８ｂ：図１３）の基準面との段差量を取得し、段差量を出力部３１６の出力画面に表示する。ユーザーは、出力画面に表示された段差量をマーカー（１５：図１３）に設けられた誤差情報記入部（１７：図１３）に記録する。

ユーザーは、ワーク保持具８ｂの基準面からマーカーピン１５の上面（マーカー部１６が配された面）までの深さ寸法（段差量）を測定する。段差量の測定は、比較的簡単な測定機器を用いて高精度に実施できる。たとえば、ワーク保持具８ｂの上面からマーカーピン１５の上面へと、図示しない精密定盤を基準としてダイアルゲージを走査することで深さ寸法を測定してもよい。また、デプスゲージなどの深さ測定器具を用いて測定してもよい。

ユーザーは、ワーク保持具８ｂの基準面に対するマーカーピン１５の上面の深さ測定を実施した後、マーカーピン１５の誤差情報記入部１７に対して、深さの測定値に対応する数のマス目を油性マーカーで塗り潰す。例えば、マーカーピン１５の上面の深さの測定値が７０μｍであった場合、ユーザーは、図１４の（ｂ）に示すように、７つのマス目を油性マーカーで塗り潰す。

ユーザーは、マーカーピン１５の取り付け、マーカー部１６の高さ測定、誤差情報記入部１７への誤差情報の記録を、４か所の基準穴１４、マーカーピン１５に対してそれぞれ実施する。ユーザーは、４か所の基準穴１４で、マーカー部１６の深さ方向の測定結果を誤差情報記入部１７に記録することで、誤差情報保持パターン１８を加工する。このようにして、誤差情報保持パターン１８の加工が完了する。

（ロボット装置）
実施の形態３では、図９に示すように、ロボット装置１ｂは、制御部４がロボットアーム２、ロボットハンド３、及びフィンガー３１を制御して、ワーク保持具８に保持されるワークに対する組立作業を行う。ロボット装置１ａは、ロボットアーム２によりワーク保持具８にワークを取り付け、ワークに対して他の部品を組み立てる作業を実行する。実施の形態２と同様に、ワーク保持具８の４つのマーカー部１６を含む領域を手先カメラによって撮像して位置ずれ情報を取得する。

ワーク保持具８ｂを使用してロボットアーム２の制御に用いる座標系を調整する際には、手先カメラ６によりワーク保持具８の４つの誤差情報記入部１７を撮像する。誤差情報読取部４１５は、ワーク保持具８の撮像画像を画像処理して、誤差情報記入部１７のマス目のうち何マスが誤差情報保持パターン１８として塗りつぶされているかを読み取る。

ロボット動作補正演算部４１２は、４つのマーカーピン１５の位置の基準面に対してＺ方向のみロボットアーム２を制御する座標系の補正を行う。

なお、誤差情報の読み取りに関しては実施の形態１と同様であるため、詳細な説明は省略する。ロボットアーム２を制御する座標系の補正に関しては、実施の形態２においてＸＹの誤差がそれぞれ０である場合と同様であるため、詳細な説明は省略する。

（実施の形態３の効果）
実施の形態３では、Ｚ方向のみの補正として誤差の測定を段差測定のみで完結する構成としたことにより、ダイアルゲージやデプスゲージなどの簡素な測定器具を用いて行うことができる。

実施の形態３では、誤差情報保持パターンとして誤差情報記入部に油性マーカー等で測定した結果を利用する。このため、特別な加工機や測定機械を必要とせず、生産装置の組み立て作業者が現場で容易に誤差情報の埋め込みを実施できる。

実施の形態３では、ステレオカメラ等による三次元測定結果を用いてロボットアームのティーチング等を６自由度で行う場合に、各マーカーの深さ方向の誤差がロボットアームの手先座標系Ｔの傾きの誤差となる。そして、ロボットアームの手先座標系Ｔの傾きの誤差は、ワーク保持具８ｂと手先の距離が離れるに従ってその影響が拡大する。このため、マーカー部１６のＺ方向の誤差を改善することで、ワーク保持具８ｂに対するロボットアームの手先座標系ＴのＸＹ方向の位置精度も改善する。

実施の形態３では、マーカー部１６、誤差情報記入部１７および誤差情報保持パターン１８のＺ方向の位置が、ワーク保持具８ｂの上面に対して一段低くなっている。このため、生産時にワークと直接的に接してマーカー部１６や誤差情報保持パターン１８に傷やかすれ等の損耗が生じるリスクが低くなる。これにより、高い信頼性で長期にわたって誤差の補正を行える。

実施の形態３では、誤差の量と、塗りつぶすマス目の数を対応させているため、作業者がワーク保持具８ｂを見た際に誤差の状態を直感的に理解できる。

＜その他の実施の形態＞
実施の形態１、２、３は、本発明の実施例の一例を示すものであり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更が可能である。実施の形態１、２、３の構成の一部又は全部を等価な構成で置き換えた別の実施の形態でも本発明を実施できる。

（マーカーの形状）
図１５はマーカーの別の例の説明図である。実施の形態１では、マーカー１１は、黒色円形のシールをトレイ７に貼り付けることによって実現している。実施の形態２ではマーカー１１の形状を円形とした。実施の形態３ではマーカー部１６を円で囲んだクロスマークとした。しかし、マーカーの形状は、三角形、四角形など他の任意の形状を採用してもよい。

マーカー１１、マーカー部１６は、トレイ７、ワーク保持具８の金属材料に対してレーザーマーキング、印刷、サンドブラスト等でパターンを直接形成してもよい。マーカー１１、マーカー部１６は、固定カメラ５によって、背景のトレイ７、ワーク保持具８から識別可能であれば加工する手段は問わない。トレイ７、ワーク保持具８の平坦な位置に単純な穴加工を施して、マーカー１１、マーカー部１６としてもよい。

図１５の（ａ）に示すように、円で囲んだクロスマークを採用してもよい。図１５の（ｂ）に示すように、正方形で囲んだクロスマークとしてもよい。図１５の（ｃ）に示すように、対角線の向きを４５°に傾けた正方形としてもよい。クロスマークは中心位置の座標を画像処理によって求めることが容易である。

（誤差情報パターン）
図１６は誤差情報パターンの別の例の説明図である。実施の形態１では、誤差情報パターン１２を矩形形状とし、矩形形状の長さＬ１、Ｌ２をマーカー位置誤差量に比例させる構成としたが、誤差情報パターン１２の取り得る構成はこれに限らない。誤差情報読取部４１５が誤差情報パターン１２の画像データからマーカー１１の位置誤差情報を読み取ることができればよい。

誤差量と誤差情報パターンの寸法の関係は比例関係に限らず、誤差情報パターンの寸法を誤差量に変換することができるように相関を持たせた任意の関数を使用することができる。

実施の形態１では、誤差情報パターン１２が候補領域のどちらにあるかによってマーカー１１の位置誤差の正負の判定を行ったが、単純に誤差情報パターン１２の寸法の大きさがマイナスからプラスまでの誤差量に対応するようにしてもよい。

図１６の（ａ）に示すように、円の径を位置誤差情報として使用することが可能である。図１６の（ｂ）に示すように、特徴点２３ａ、２３ｂの間の距離を位置誤差情報として使用することが可能である。図１６の（ｃ）に示すように、辺２３ｅ、２３ｆの間の距離を位置誤差情報として使用することが可能である。

図１６の（ｄ）に示すように、誤差情報パターン２４内に３点以上の特徴点２３ａ、２３ｂ、２３ｃを設け、特徴点２３ａ、２３ｂの中点２４ｄをゼロ点として、特徴点２３ｃとの相対関係からプラスマイナスを判断する構成としてもよい。これら以外の特徴的な図形の任意の寸法を位置誤差情報として使用することも可能である。

実施の形態２では、情報画像として二次元コード１３を使用する実施例を説明したが、他の方式でマーカー位置の誤差情報を記録してもよい。たとえばバーコードを用いることも可能である。数値情報をそのまま文字としてトレイ７又はワーク保持具８の平坦な面上に印字し、撮像画像タから公知のＯＣＲ技術を用いて文字情報を読み取ることも可能である。

実施の形態３では、誤差情報記入部１７のマス目の数や形状、１マスあたりのあらわす誤差量などを任意に設定可能である。また、誤差情報記入部１７のマス目を塗りつぶす数と誤差量を比例させるのでなく、マス目の一つ一つをビット情報と考えて二進数的に誤差を記入できるようしても良い。この場合は、作業者が誤差の量を直感的に理解しづらくなるが、同一のスペースで表現できる誤差範囲が広がるという利点がある。

実施の形態１では、誤差情報パターン１２は印刷により記録された。しかし、誤差情報パターン１２は、固定カメラ５の撮像画像においてトレイ７の背景から判別可能であれば、レーザーマーキング、エッチング、サンドブラスト、穴明け等の別の記録方法を用いることも可能である。

（作業用基準物体）
実施の形態１ではトレイ７、実施の形態２、３では、トレイ７およびワーク保持具８を作業用基準物体として説明したが、作業用基準物体は、ロボットアーム２で作業が可能な任意の対象物に拡張可能である。作業用基準物体は、ケース、トレイ、通し箱、常盤、治具、チャック、工具、測定器、組み立て部品等であってもよい。

例えば、ロボットアーム２による組立対象の本体部品そのものにマーカー１１を設け、本体部品のマーカー１１を測定してマーカー１１の位置誤差情報を本体部品に印字してもよい。その後、図１に示す固定カメラ５を用いて本体部品を撮像してマーカー１１の位置誤差情報を読み取り、ロボット装置１ａにより本体部品に対する取付部品の組付作業を高精度に行ってもよい。

実施の形態１、２、３では、フィンガー３１の開閉によってワーク９ａを把持する構成を例示した。しかし、ロボットアーム２に取り付けられてワーク９ａに対して作用を行う任意のエンドエフェクタに拡張可能である。例えば、真空吸着によってワーク９ａを取得する吸着パッド、磁力を用いてワーク９ａを取得する電磁石ツール等をロボットハンド３の代わりに採用してもよい。

（制御部）
図１に示す制御部４は、ＲＯＭ４２に記憶されたプログラムをＣＰＵ４１に読み込むことによって一時的に形成されなくてもよい。ロボット制御部４１１、ロボット動作補正演算部４１２、画像データ取得部４１３、マーカー位置演算部４１４、誤差情報読取部４１５は、制御部４としてのコンピュータでプログラムにより一時的に形成される機能には限定されない。

ロボット制御部４１１、ロボット動作補正演算部４１２、画像データ取得部４１３、マーカー位置演算部４１４、誤差情報読取部４１５を個別の回路として備えた制御部４であってもよい。別個に設けられた複数の制御部を組み合わせることによって同等の制御部４の機能を実現してもよい。

実施の形態２では、ユーザーが事前に撮影可能なティーチングポイントを登録しておいて、制御部４がプログラムによりロボットアーム２を制御して移動させる。ただし、作業者が図示しないティーチングペンダントを用いてインチングでロボットアーム２を移動させてもよい。

実施の形態２では、補正動作を１回のみ実行する場合について説明したが、治工具撮像Ｓ２２から位置姿勢調整動作Ｓ２６までを同一のワーク保持具８に対して複数回繰り返すことによって、誤差を収束させていく方法を採用してもよい。その場合、マーカー１１の位置誤差情報は変化しないため、誤差情報読取部４１５による誤差情報読取（Ｓ２４）は２回目以降で省略可能である。また、最後に位置姿勢調整動作Ｓ２６の終了後に再度撮像を行い、所定の誤差範囲内で位置決めが出来ているかを確認してから教示点記憶処理（Ｓ２７）を実行するようにしても良い。

（誤差測定）
画像処理を伴ってマーカー１１の位置を演算する方法には、エッジ画像を円弧フィッティング処理するほかにも種々の方法が公知である。このため、マーカー１１の位置を演算する方法には、公知ないずれの方法を用いても構わない。

マーカー１１のマーカー位置の誤差量（ΔＸ、ΔＹ）の測定には、測定顕微鏡を用いて画像的に測定する以外の公知の方法を用いることも可能である。別の公知の方法としては、トレイ７の表面に印字されたマーカーに対して、支持部３０１にセットしたトレイ７を固定カメラにより撮像し、撮像画像を画像処理してマーカー位置の誤差量（ΔＸ、ΔＹ）を測定することも可能である。さらに別の公知の方法としては、穴などの機械形状をマーカー１１として用いる際には、接触式の三次元測定器などで測定することも可能である。

視覚センサの具体例には、一般的な単眼の工業用カメラや、三次元計測を行うためにカメラを複数用意したステレオカメラ、対象物にシート状のレーザ光やパターン光を投影する光学系とカメラを組み合わせた三次元計測センサなどが含まれる。

実施の形態１では、測定用ダミー３０９ａを用いてマーカー１１の取り付け位置の位置ずれ量を測定する場合について説明した。しかし、位置ずれ量の測定においては、測定用ダミー３０９ａを用いずに、支持部３０１に対するトレイ７の付き当て位置を基準としてマーカー１１の位置の測定値（Ｘ_Ｒ，Ｙ_Ｒ）を取得し位置ずれ量を演算してもかまわない。

実施の形態１では、制御部４が、マーカー１１及び誤差情報パターン１２を検知してロボットアーム２を制御するための座標を調整する実施例を説明した。しかし、これは、制御部４が、マーカー１１及び誤差情報パターン１２を検知してロボットアーム２によるトレイ７上の作業の目標位置を調整する実施例と実質的に同一である。

１ａ、１ｂ ロボット装置（ロボットシステム）
２ ロボットアーム、３ ロボットハンド、４ 制御部
５ 固定カメラ、６ 手先カメラ、７ トレイ
８ ワーク保持具、９ａ、９ｂ ワーク
１０ 架台、１１ マーカー、１２ 誤差情報パターン
１３ 二次元コード、１４ 基準穴
１５ マーカーピン、１６ マーカー部、１７ 誤差情報記入部
１８ 誤差情報保持パターン、１９ 嵌合部
３１ フィンガー、４１ ＣＰＵ、４２ ＲＯＭ、４３ ＲＡＭ
４４ インターフェース部、４５ バス、８１、８２ 突き当て部
８３、８４ クランプ部
３００ 測定記録装置、３０１ 支持部、３０４ 制御部
３０５ 測定顕微鏡、４０１ 搬送機構、４０２ 着脱部
４１１ ロボット制御部、４１２ ロボット動作補正演算部
４１３ 画像データ取得部、４１４ マーカー位置演算部
４１５ 誤差情報読取部

Claims (17)

1. ロボットアームを有するロボット装置で使用され、光学的に検知して前記ロボットアームの制御に用いる座標系を調整可能な指標を有する作業用基準物体における指標の位置ずれ情報を測定する測定工程と、
   前記測定工程により測定した前記位置ずれ情報を、光学的に読み取り可能な情報画像に変換して前記作業用基準物体に記録する記録工程と、を有することを特徴とする作業用基準物体の製造方法。
2. ロボットアームを有するロボット装置で使用される作業用基準物体であって、
   光学的に検知して前記ロボットアームの制御に用いる座標系を調整可能な指標と、
   光学的に読み取って前記作業用基準物体に対する指標の位置ずれ情報を取得可能な情報画像と、を有することを特徴とする作業用基準物体。
3. 前記作業用基準物体の１つの面に前記指標が複数配置され、
   前記情報画像は、前記１つの面において対応する前記指標に隣接させて配置されることを特徴とする請求項２に記載の作業用基準物体。
4. 前記位置ずれ情報は、前記作業用基準物体に対する指標の位置ずれ方向及び位置ずれ量であって、
   前記情報画像は、前記指標を中心とする直交座標における前記位置ずれ方向に対応する座標軸の方向に、前記位置ずれ量の座標軸方向成分に対応する長さを持つことを特徴とする請求項３に記載の作業用基準物体。
5. 前記作業用基準物体の１つの面に前記指標が複数配置され、
   前記情報画像は、前記１つの面において前記指標から離れて配置され、複数の前記指標の位置ずれ情報を含むことを特徴とする請求項２に記載の作業用基準物体。
6. 前記情報画像は、二次元コード化された数値情報であることを特徴とする請求項５に記載の作業用基準物体。
7. 前記作業用基準物体の基準面から後退させて後退方向の位置情報を取得可能な指標が配置され、
   前記位置ずれ情報は、前記基準面から前記指標までの後退量であって、
   前記情報画像は、前記指標と同一部材上に形成され、前記作業用基準物体の前記基準面から後退した位置に配置されることを特徴とする請求項２に記載の作業用基準物体。
8. 前記ロボットアームによりワークが取り出される容器であることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の作業用基準物体。
9. 前記ロボットアームによりワークが取り付けられる治工具であることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の作業用基準物体。
10. 作業用基準物体の保持部と、指標を光学的に検知する検知部と、情報画像を光学的に読み取る読取部と、ロボットアームの制御部と、を有し、請求項２乃至９のいずれか１項に記載の作業用基準物体を使用するロボット装置におけるロボットアームの調整方法であって、
    前記制御部が、前記作業用基準物体を、前記保持部により前記ロボットアームによる処理が可能な位置に保持させる保持工程と、
    前記制御部が、前記保持工程により保持された前記作業用基準物体の指標を、前記検知部により検知して指標の位置を取得する検知工程と、
    前記制御部が、前記保持工程により保持された前記作業用基準物体の情報画像を、前記読取部により読み取って指標の位置ずれ情報を取得する読取工程と、
    前記制御部が、前記検知工程により取得した指標の位置と前記読取工程により取得した指標の位置ずれ情報とに基づいて前記ロボットアームの制御に用いる座標系を調整する調整工程と、を有することを特徴とするロボットアームの調整方法。
11. 請求項１０に記載のロボットアームの調整方法を、コンピュータに実行させるためのプログラム。
12. 請求項１１に記載のプログラムを記録した記録媒体。
13. 請求項２乃至９のいずれか１項に記載の作業用基準物体を検知するビジョンシステムであって、
    作業用基準物体上の少なくとも指標と情報画像とを含む領域を撮像可能な撮像部と、
    前記撮像部により撮像された撮像画像を画像処理して、指標の位置情報と指標の位置ずれ情報とを取得する画像処理部と、を有することを特徴とするビジョンシステム。
14. 請求項２乃至９のいずれか１項に記載の作業用基準物体を使用するロボット装置であって、
    作業用基準物体を前記ロボットアームによる処理が可能な位置に保持する保持部と、
    前記保持部により保持された作業用基準物体上の少なくとも指標と情報画像とを含む領域を撮像可能な撮像部と、
    前記撮像部により撮像された撮像画像を画像処理して、指標の位置情報と指標の位置ずれ情報とを取得する画像処理部と、
    前記画像処理部により取得した指標の位置情報と指標の位置ずれ情報とに基づいて前記ロボットアームの制御に用いる座標系を調整する調整部と、を有することを特徴とするロボット装置。
15. ロボットアームを有するロボット装置で使用される作業用基準物体であって、
    光学的に検知して前記ロボットアームによる前記作業用基準物体上の作業の目標位置を調整可能な指標と、
    光学的に読み取って前記作業用基準物体に対する指標の位置ずれ情報を取得可能な情報画像と、を有することを特徴とする作業用基準物体。
16. 請求項１５に記載の作業用基準物体を使用するロボット装置であって、
    前記作業用基準物体を前記ロボットアームによる処理が可能な位置に保持する保持部と、
    前記保持部により保持された前記作業用基準物体上の少なくとも指標と情報画像とを含む領域を撮像可能な撮像部と、
    前記撮像部により撮像された撮像画像を画像処理して、指標の位置情報と指標の位置ずれ情報とを取得する画像処理部と、
    前記画像処理部により取得した指標の位置情報と指標の位置ずれ情報とに基づいて前記ロボットアームによる前記作業用基準物体上の作業の目標位置を調整する調整部と、を有することを特徴とするロボット装置。
17. ロボットアームと作業用基準物体を有するロボット装置で使用される指標用部材であって、
    光学的に検知して前記ロボットアームの制御に用いる座標系を調整可能な指標部と、
    光学的に読み取って前記作業用基準物体に対する指標の位置ずれ情報を取得可能な情報画像を前記指標部とは独立に記録可能な情報画像記録部と、
    前記作業用基準物体の有する穴部と嵌合する嵌合部と、を有することを特徴とする指標用部材。
    

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