JP2022530589A - ロボット搭載移動装置、システム及び工作機械 - Google Patents
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Abstract
Description
図1及び図2に示すように、第1の実施形態のシステム1は、工作機械10、周辺装置としての材料ストッカ20及び製品ストッカ21、無人搬送車35、この無人搬送車35に搭載されるロボット25、ロボット25に装着されるカメラ31、並びにロボット25及び無人搬送車35を制御する制御装置40などから構成される。
(数式1)
(数式2)
(数式3)
(数式4)
(数式5)
但し、x’軸-y’軸座標系における現在のカメラ31の位置(x’,y’)は、x軸-y軸座標系における現在のカメラ31の位置(x+Δx,y+Δy)と一致する。
(数式6)
(数式7)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。本例のシステムの構成は、図2において、符号1’で示される。同図2に示すように、本例のシステム1’は、制御装置40’における補正量算出部50’が第1の実施形態に係るシステム1とは異なるもので、他の構成については、第1の実施形態に係るシステム1と同じである。したがって、以下では、補正量算出部50’以外の構成については、その説明を省略する。尚、本例では、前記ロボット25の撮像姿勢において、第1の実施形態と同様に、カメラ31を識別図形に対して正対させる方がより高精度な補正ができて好ましいが、正対させることなく、カメラ31の撮像光軸が識別図形に対して斜めに傾斜した姿勢としても、実用的な補正を行うことができる。
前記補正量算出部50’は、まず、前処理として、前記ティーチング操作時に撮像された前記基準画像に基づいて、カメラ31に対応した座標系であるカメラ座標系から、前記識別図形に対した座標系である図形座標系に変換するための座標変換行列
を取得する。尚、この座標変換行列
は、カメラ31の内部パラメータ、識別図形から認識されるホモグラフィ行列、中心座標、コーナ座標及び識別図形の大きさなどから取得することができる。
と、前記カメラ座標系におけるカメラ位置であって、前記ティーチング操作における撮像時のカメラ位置
とに基づいて、前記図形座標系におけるティーチング操作時のカメラ位置
を以下の数式8によって算出する。
(数式8)
次に、補正量算出部50’は、ティーチング操作時のロボット座標系におけるカメラ位置
を以下の数式9によって算出する。
(数式9)
続いて、補正量算出部50’は、ティーチング操作時のカメラ座標系からティーチング操作時のロボット座標系へ変換するための座標変換行列
を以下の数式10によって算出する。
(数式10)
ここで、
の回転行列成分
を基に、x軸、y軸及びz軸回りの各回転角度
、
、
を算出する。
尚、
は、図形座標系からティーチング操作時のロボット座標系へ変換するための座標変換行列である。例えば、図形座標系からティーチング操作時のカメラ座標系へ変換するための座標変換行列
と、前記カメラ座標系からティーチング操作時のロボット座標系へ変換するための座標変換行列
に基づいて、以下の数式11によって取得することができる。
(数式11)
次に、補正量算出部50’は、自動運転時(実動作時)に得られる現在の識別図形の画像に基づいて、上記と同様にして、カメラ座標系から図形座標系に変換するための座標変換行列
を取得した後、当該現在の画像に基づいて、図形座標系における現在のカメラ位置
を以下の数式12によって算出するとともに、前記ティーチング操作時のロボット座標系における現在のカメラ位置
を以下の数式13によって算出する。
(数式12)
(数式13)
続いて、補正量算出部50’は、現在のカメラ座標系からティーチング操作時のロボット座標系へ変換するための座標変換行列
を以下の数式14によって算出する。
(数式14)
ここで、
の回転行列成分
を基に、x軸、y軸及びz軸回りの各回転角度
、
、
を算出する。
次に、補正量算出部50’は、上記のようにして算出したティーチング操作時の座標系におけるティーチング操作時のカメラ角度
、
、
と、ティーチング操作時の座標系における現在のカメラ角度
、
、
とに基づいて、これらの差分を算出することによって、x軸、y軸及びz軸回りの各回転誤差Δrx、Δry及びΔrzを算出する。
但し、
、即ち、回転誤差量を以下の数式15によって算出するとともに、ティーチング操作時のロボット座標系から現在のロボット座標系への並進行列
、即ち、位置誤差量を以下の数式16により算出する。
(数式15)
(数式16)
本例のシステムの構成は、図2に示において、符号1”で示される。図2に示すように、本例のシステム1”は、制御装置40”を構成する補正量算出部50”及び動作プログラム記憶部41”が第1及び第2の実施形態に係るシステム1とは異なるもので、他の構成については、第1及び第2の実施形態に係るシステム1と同じである。したがって、以下では、補正量算出部50”及び動作プログラム記憶部41”以外の構成については、その説明を省略する。
前記補正量算出部50”は、1回目の撮像画像に基づいて、前記補正量算出部50’における「前処理」、「ティーチング操作時のカメラ位置算出処理」、「自動運転時のカメラ位置算出処理」、「誤差量算出処理」及び「補正量算出処理」を実行して、前記x軸及びy軸方向の各位置誤差量、及びz軸回りの回転誤差量を算出するとともに、これらの誤差量を補正するための補正量を算出する。
次に、前記補正量算出部50”は、2回目の撮像画像に基づいて、前記「前処理」、「ティーチング操作時のカメラ位置算出処理」、「自動運転時のカメラ位置算出処理」、「誤差量算出処理」及び「補正量算出処理」を実行して、前記x軸、y軸及びz軸方向の各位置誤差量、及びx軸、y軸及びz軸回りの各回転誤差量を算出するとともに、これらの誤差量を補正するための補正量を算出する。
これまでの実施形態では、位置誤差量Δx,Δy、及び回転誤差量Δrzを算出して、ロボット搭載移動装置の姿勢を補正しているが、この形態に限定されない。基準になる識別図形の位置である第1識別位置と、作業を行う前に位置を確認するためにカメラで撮影した識別図形を含む画像から算出される識別図形の位置である第2識別位置と、に基づいて、ワークなどの対象の対象位置を取得し、ロボットのハンド部の位置を補正する形態でもよい。つまり、位置誤差量Δx,Δy、及回転誤差量Δrzを算出せず、直接、対象位置を取得する形態でもよい。
Claims (11)
- 工作機械内から対象を取り出す動作、または、工作機械内に対象を設置する動作を行う際のロボット搭載移動装置の位置としての第1装置位置に関連する関連情報として、工作機械内に配された識別図形と平行な平面内で設定される第1軸と第2軸とにおける前記第1装置位置における前記識別図形の位置を第1識別位置として記憶され、前記工作機械周辺を移動可能なロボット搭載移動装置であって、
(i)カメラ、(ii)ワークまたは工具を把持するためのハンド部、(iii)前記ハンド部を可動可能に繋いでいる第2アーム部、及び(iv)第2アーム部を可動可能に繋いでいる第1アーム部を有するロボットと、
前記ロボットのハンド部の位置を制御する制御部と、
前記ロボットが搭載され、移動可能な移動部とを備え、
前記制御部は、前記第1装置位置と異なる第2装置位置において、前記カメラで前記識別画像が撮影された際の前記平面内での前記識別図形の位置である第2識別位置と、前記第1識別位置とに基づいて、前記第2装置位置における前記ロボットのハンド部の位置を、前記平面内での(a)第1軸上の移動と、(b)第2軸上の移動と、(c)前記平面内での回転移動とで制御するロボット搭載移動装置。 - ワークに対して所定の加工を行う工作機械と、
画像を撮像するカメラ、及び前記ワークに対して作用する作用部を有し、前記工作機械に対して作業を行うロボットと、
前記ロボットを搭載し、前記工作機械に対して設定された作業位置に移動可能に構成された搬送装置と、
予め設定された動作指令を含む動作プログラムに従って、前記ロボットに、作業開始姿勢、前記工作機械に設けられた姿勢補正用の識別図形に対して前記カメラを対向させることにより、該カメラよって前記識別図形を撮像する撮像姿勢、前記ワークに対して前記作用部を作用させるための1以上の作業姿勢を順次取らせるように構成された制御装置とを備え、
前記作業開始姿勢、撮像姿勢及び作業姿勢は、前記ロボットをティーチング操作することによって予め設定されるシステムであって、
前記識別図形は、所定の平面上に形成されるとともに、前記工作機械の加工領域内に配置され、
前記制御装置は、前記ティーチング操作時に、前記ロボットを撮像姿勢に移行させた状態で、前記カメラを動作させて前記識別図形の画像を基準画像として撮像し、前記動作プログラムに従って、前記ロボットを実動作させる際に、前記搬送装置が前記作業位置に移動した状態で、前記ロボットを、前記作業開始姿勢から前記撮像姿勢に移行させた後に前記カメラにより撮像される前記識別図形の画像、及び前記基準画像に基づいて、前記ロボットの現在の姿勢とティーチング操作時の姿勢との間における前記カメラの位置の誤差量であって、前記識別図形と平行な平面内で設定される相互に直交する第1軸及び第2軸方向における前記カメラの位置誤差量、及び前記第1軸及び第2軸と直交する第3軸回りの前記カメラの回転誤差量を推定し、推定された各誤差量に基づいて、前記作業姿勢における前記作用部に対する補正量を算出し、算出した補正量に基づいて、前記作業姿勢における前記作用部の位置を補正するように構成されたシステム。 - 前記制御装置は、
前記第1軸及び第2軸を、前記ティーチング操作時におけるロボットの姿勢に対応した座標系であるx軸及びy軸として、該x軸-y軸座標系における前記カメラの位置誤差量Δx,Δy、及びx軸及びy軸に直交する第3軸としてのz軸回りの前記カメラの回転誤差量Δrzを推定し、
推定した位置誤差量Δx,Δy、及び回転誤差量Δrzに基づいて、前記x軸-y軸座標系における、ティーチング操作時と現在との間の前記作用部の並進誤差量tx,tyを下記の数式によって算出し、
算出された並進誤差量tx,ty、及び回転誤差量Δrzに基づいて、前記各作業姿勢における前記作用部の位置を補正するように構成された請求項2記載のシステム。
但し、この数式において、x,yは、x軸-y軸座標系におけるティーチング操作時の前記カメラの位置であり、x’,y’は、前記ロボットの現在の姿勢に対応した座標系であるx’軸-y’軸座標系における現在の前記カメラの位置である。 - 前記搬送装置は、前記制御装置によって制御される無人搬送車であり、前記制御装置による制御の下、前記工作機械に対して設定された前記作業位置に経由するように構成されていることを特徴とする請求項2記載のシステム。
- 前記識別図形は、複数の画素が二次元に配列されたマトリクス構造を有するものである請求項2記載のシステム。
- 前記制御装置は、推定された前記第1軸及び第2軸方向における前記カメラの位置誤差量、及び前記第3軸回りの前記カメラの回転誤差量を算出した後、更に、算出した前記第1軸及び第2軸方向の位置誤差量及び前記第3軸回りの回転誤差量に基づいて前記ロボットの撮像姿勢を補正するとともに、補正した撮像姿勢を取るように前記ロボットを動作させた後、前記カメラを動作させて前記識別図形を撮像し、得られた前記識別図形の画像、及び前記基準画像に基づいて、前記ロボットの現在の姿勢とティーチング操作時の姿勢との間における前記カメラの位置の誤差量であって、前記第1及び第2軸方向と直交する第3軸方向における前記カメラの位置誤差量、前記第1軸回りの前記カメラの回転誤差量、及び前記第2軸回りの前記カメラの回転誤差量を推定し、推定された前記第1軸、第2軸及び第3軸方向の各位置誤差量、並びに前記第1軸、第2軸及び第3軸回りの各回転誤差量に基づいて、前記作業姿勢における前記作用部の位置を補正するように構成された請求項2記載のシステム。
- ワークに対して所定の加工を行う工作機械と、
画像を撮像するカメラ、及び前記ワークに対して作用する作用部を有し、前記工作機械に対して作業を行うロボットと、
前記ロボットを搭載し、前記工作機械に対して設定された作業位置に移動可能に構成された搬送装置と、
予め設定された動作指令を含む動作プログラムに従って、前記ロボットに、作業開始姿勢、前記工作機械に設けられた姿勢補正用の識別図形をカメラよって撮像する撮像姿勢、
前記工作機械に設けられた姿勢補正用の識別図形をカメラよって撮像する撮像姿勢、前記ワークに対して前記作用部を作用させるための1以上の作業姿勢を順次取らせるように構成された制御装置とを備え、
前記作業開始姿勢、撮像姿勢及び作業姿勢は、前記ロボットをティーチング操作することによって予め設定されるシステムであって、
前記識別図形は、所定の平面上に形成されるとともに、前記工作機械の加工領域内に配置され、
前記制御装置は、前記ティーチング操作時に、前記ロボットを撮像姿勢に移行させた状態で、前記カメラを動作させて前記識別図形の画像を基準画像として撮像し、前記動作プログラムに従って、前記ロボットを実動作させる際に、前記搬送装置が前記作業位置に移動した状態で、前記ロボットを、前記作業開始姿勢から前記撮像姿勢に移行させた後に前記カメラにより撮像される前記識別図形の画像、及び前記基準画像に基づいて、前記ロボットの現在の姿勢とティーチング操作時の姿勢との間における前記カメラの位置の誤差量であって、前記識別図形と平行な平面内で設定される相互に直交する第1軸及び第2軸方向、並びに前記第1軸及び第2軸と直交する第3軸方向における前記カメラの各位置誤差量と、前記第1軸、第2軸及び第3軸回りの前記カメラの各回転誤差量とを推定し、推定された各位置誤差量及び各回転後誤差量に基づいて、前記作業姿勢における前記作用部の位置を補正するように構成されたシステム。 - 前記制御装置は、
前記基準画像に基づいて、前記ロボットに対応したロボット座標系であって、前記ティーチング操作時のロボット座標系における、該ティーチング操作による撮像時のカメラ位置
を算出する処理と、
前記実動作時に得られる前記識別図形の画像に基づいて、前記ティーチング操作時のロボット座標系における、該実動作による撮像時のカメラ位置
を算出する処理と、
前記ティーチング操作時のロボット座標系における前記カメラ位置
、及び前記カメラ位置
に基づいて、前記実動作時のロボット座標系における前記カメラの前記第1軸、第2軸及び第3軸方向の位置誤差量、並びに前記第1軸、第2軸及び第3軸回りの回転誤差量を推定する処理と、
推定された前記位置誤差量及び回転誤差量に基づいて、前記作業姿勢における前記作用部の位置を補正する処理とを実行するように構成された請求項7記載のシステム。 - 前記制御装置は、
前記ティーチング操作時のロボット座標系における前記カメラ位置
、及び前記カメラ位置
を算出した後、
ティーチング操作時の座標系におけるティーチング操作時のカメラ角度
、
、
と、ティーチング操作時の座標系における現在のカメラ角度
、
、
とに基づいて、これらの差分を算出することによって、前記第1軸をx軸、第2軸をy軸、第3軸をz軸として、x軸、y軸及びz軸回りの各回転誤差量Δrx、Δry及びΔrzを算出し、算出した前記回転誤差量Δrx、Δry及びΔrzに基づいて、前記実動作時のロボット座標系における前記カメラの前記回転誤差量として、ティーチング操作時のロボット座標系と実動作時のロボット座標系との間の回転行列
を算出する処理と、
前記実動作時のロボット座標系における前記カメラの位置誤差量として、前記ティーチング操作時のロボット座標系から前記実動作時のロボット座標系への並進行列
を算出する処理と、
前記回転行列
及び並進行列
に基づいて、補正量
を算出する処理と、
前記補正量
に基づいて、前記作業姿勢における前記作用部の補正された位置
を算出する処理とを実行するように構成された請求項8記載のシステム。 - 工作機械に設けられた識別図形を含む画像を撮像するためのカメラと、ワークに作用する作用部とを有するロボットが搭載され、前記ロボットが前記ワークを保持可能な第1位置に、前記ロボットを搬送するための搬送装置が、前記ロボットを前記第1位置に搬送した後に、前記工作機械に設けられた前記識別図形を含む画像を前記カメラにより撮像し、前記画像の前記識別図形の位置情報に応じてX軸とY軸とZ軸の3次元空間における前記X軸と前記Y軸における前記作用部の第2位置を直線移動と回転移動とを前記作用部にさせることにより補正し、前記第2位置を補正した後に、前記工作機械の内部でワークに前記作用部を作用させる、ワークを加工するための工作機械であって、
前記識別図形は前記工作機械の加工領域内に配置されていることを特徴とする工作機械。
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