JP2023175167A - キャリブレーション方法およびロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】容易にロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションを行うことができるキャリブレーション方法およびロボットシステムを提供すること。【解決手段】所定平面上の基準点がカメラの画像中心に位置する第１状態とし、所定平面に直交しアームの制御点を通る第１仮想軸まわりにカメラを第１回転角度だけ回転させた第２状態とし、基準点がカメラの画像中心に位置する第３状態とし、第１、第３状態の情報および第１回転角度に基づいて、基準点の仮の位置である参照点を導出し、所定平面に直交し参照点を通る第２仮想軸まわりにカメラを第２回転角度だけ回転させた第４状態とし、基準点がカメラの画像中心に位置する第５状態とし、第１、第５状態の情報および第１、第２回転角度または第３、第５状態の情報および第２回転角度から基準点の位置を導出し、導出した基準点の位置に基づいて、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションを行う。【選択図】図５

Description

本発明は、キャリブレーション方法およびロボットシステムに関する。

従来、アームに装着されるツールを用いてワークを処理する前に、アームに対するツールのオフセットを設定する処理が行われている。特許文献１には、アームに装着されたツールを実空間の基準点に位置合わせする操作を、アームの姿勢を変えて複数回実行した結果に基づいて、アームに対するツールのオフセットを導出する方法が開示されている。

特開平８－８５０８３号公報

特許文献１に記載された技術によると、ツールで基準点を触るようにアームをオペレーターが操作することによって基準点の位置を教示する必要がある。しかし、アームが基準点に触るか触らないかの境界の状態を目視で特定しながら、アームを正確に操作することは容易ではない。すなわち、特許文献１に記載された技術では、基準点の位置を正確に教示することは容易ではないという問題がある。そして、基準点の位置を正確に教示しながらツールのオフセットを設定するとすれば、設定に要する所要時間が長引くという問題があり、設定対象のロボットが増えるほど、この問題は深刻になる。

本発明のキャリブレーション方法は、アームを備えるロボットの座標系であるロボット座標系と、前記アームに取り付けられているカメラの座標系であるカメラ座標系と、のキャリブレーション方法であって、
前記ロボットを動かし、所定平面上に位置する基準点が前記カメラの画像の所定位置に位置する第１状態とする工程と、
前記ロボットを動かし、前記所定平面に直交し前記アームに設定されている制御点を通る第１仮想軸まわりに前記カメラを第１回転角度だけ回転させた第２状態とする工程と、
前記ロボットを動かし、前記基準点が前記カメラの画像の前記所定位置に位置する第３状態とする工程と、
前記第１状態の情報、前記第３状態の情報および前記第１回転角度に基づいて、前記基準点の仮の位置である参照点を導出する工程と、
前記ロボットを動かし、前記所定平面に直交し前記参照点を通る第２仮想軸まわりに前記カメラを第２回転角度だけ回転させた第４状態とする工程と、
前記ロボットを動かし、前記基準点が前記カメラの画像の前記所定位置に位置する第５状態とする工程と、
前記第１状態の情報、前記第５状態の情報、前記第１回転角度および前記第２回転角度、または、前記第３状態の情報、前記第５状態の情報および前記第２回転角度から前記基準点の位置を導出する工程と、
導出した前記基準点の位置に基づいて、前記ロボット座標系と前記カメラ座標系とのキャリブレーションを行う工程と、を含んでいる。

本発明のキャリブレーション方法は、アームを備えるロボットの座標系であるロボット座標系と、前記アームに取り付けられているカメラの座標系であるカメラ座標系と、のキャリブレーション方法であって、
前記ロボットを動かし、所定平面上に位置する基準点が前記カメラの画像の所定位置に位置する第１状態とする工程と、
前記ロボットを動かし、前記所定平面に直交し前記アームに設定されている制御点を通る第１仮想軸まわりに前記カメラを第１回転角度だけ回転させた第４状態とする工程と、
前記ロボットを動かし、前記基準点が前記カメラの画像の前記所定位置に位置する第５状態とする工程と、
前記第１状態の情報、前記第５状態の情報および前記第１回転角度から前記基準点の位置を導出する工程と、
導出した前記基準点の位置に基づいて、前記ロボット座標系と前記カメラ座標系とのキャリブレーションを行う工程と、を含んでいる。

本発明のキャリブレーション方法は、アームを備えるロボットの座標系であるロボット座標系と、前記アームに取り付けられているカメラの座標系であるカメラ座標系と、のキャリブレーション方法であって、
前記ロボットを動かし、所定平面上に位置する基準点が前記カメラの画像の所定位置に位置する第６状態とする工程と、
前記基準点の仮の位置である参照点を導出する工程と、
前記ロボットを動かし、前記所定平面に直交し前記参照点を通る第３仮想軸まわりに前記カメラを第３回転角度だけ回転させた第７状態とする工程と、
前記ロボットを動かし、前記基準点が前記カメラの画像の前記所定位置に位置する第８状態とする工程と、
前記第６状態の情報、前記第８状態の情報および前記第３回転角度から前記基準点の位置を導出する工程と、
導出した前記基準点の位置に基づいて、前記ロボット座標系と前記カメラ座標系とのキャリブレーションを行う工程と、を含んでいる。

本発明のロボットシステムは、アームを備えるロボットと、
前記アームに取り付けられているカメラと、
前記ロボットの駆動を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、前記ロボットの座標系であるロボット座標系と、前記カメラの座標系であるカメラ座標系と、のキャリブレーションを行うために、
前記ロボットを動かし、所定平面上に位置する基準点が前記カメラの画像の所定位置に位置する第１状態とする工程と、
前記ロボットを動かし、前記所定平面に直交し前記アームに設定されている制御点を通る第１仮想軸まわりに前記カメラを第１回転角度だけ回転させた第２状態とする工程と、
前記ロボットを動かし、前記基準点が前記カメラの画像の前記所定位置に位置する第３状態とする工程と、
前記第１状態の情報、前記第３状態の情報および前記第１回転角度に基づいて、前記基準点の仮の位置である参照点を導出する工程と、
前記ロボットを動かし、前記所定平面に直交し前記参照点を通る第２仮想軸まわりに前記カメラを第２回転角度だけ回転させた第４状態とする工程と、
前記ロボットを動かし、前記基準点が前記カメラの画像の前記所定位置に位置する第５状態とする工程と、
前記第１状態の情報、前記第５状態の情報、前記第１回転角度および前記第２回転角度、または、前記第３状態の情報、前記第５状態の情報および前記第２回転角度から前記基準点の位置を導出する工程と、
導出した前記基準点の位置に基づいて、前記ロボット座標系と前記カメラ座標系とのキャリブレーションを行う工程と、を実行する。

第１実施形態に係るロボットシステムの全体構成図である。 キャリブレーションの工程を示すフローチャートである。 キャリブレーション開始時のロボットシステムの状態を示す図である。 キャリブレーション開始時にカメラで撮像される画像を示す図である。 第１並進工程終了時のロボットシステムの状態を示す図である。 第１並進工程終了時にカメラで撮像される画像を示す図である。 第１並進工程を詳細に示すフローチャートである。 第１回転工程終了時のロボットシステムの状態を示す図である。 第１回転工程終了時にカメラで撮像される画像を示す図である。 第２並進工程終了時のロボットシステムの状態を示す図である。 第２並進工程終了時にカメラで撮像される画像を示す図である。 第２並進工程を詳細に示すフローチャートである。 第２回転工程終了時のロボットシステムの状態を示す図である。 第２回転工程終了時にカメラで撮像される画像を示す図である。 第３並進工程終了時のロボットシステムの状態を示す図である。 第３並進工程終了時にカメラで撮像される画像を示す図である。 第３並進工程を詳細に示すフローチャートである。 ロボットシステムが行う作業の一例を示す図である。 第２実施形態に係るロボットシステムの全体構成図である。 第３実施形態に係るロボットシステムが行うキャリブレーション方法を示すフローチャートである。 第１並進工程終了時のロボットシステムの状態を示す図である。 第１並進工程終了時にカメラで撮像される画像を示す図である。 第１回転工程終了時のロボットシステムの状態を示す図である。 第１回転工程終了時にカメラで撮像される画像を示す図である。 第２並進工程終了時のロボットシステムの状態を示す図である。 第２並進工程終了時にカメラで撮像される画像を示す図である。

以下、本発明のキャリブレーション方法およびロボットシステムを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るロボットシステムの全体構成図である。図２は、キャリブレーションの工程を示すフローチャートである。図３は、キャリブレーション開始時のロボットシステム状態を示す図である。図４は、キャリブレーション開始時にカメラで撮像される画像を示す図である。図５は、第１並進工程終了時のロボットシステムの状態を示す図である。図６は、第１並進工程終了時にカメラで撮像される画像を示す図である。図７は、第１並進工程を詳細に示すフローチャートである。図８は、第１回転工程終了時のロボットシステムの状態を示す図である。図９は、第１回転工程終了時にカメラで撮像される画像を示す図である。図１０は、第２並進工程終了時のロボットシステムの状態を示す図である。図１１は、第２並進工程終了時にカメラで撮像される画像を示す図である。図１２は、第２並進工程を詳細に示すフローチャートである。図１３は、第２回転工程終了時のロボットシステムの状態を示す図である。図１４は、第２回転工程終了時にカメラで撮像される画像を示す図である。図１５は、第３並進工程終了時のロボットシステムの状態を示す図である。図１６は、第３並進工程終了時にカメラで撮像される画像を示す図である。図１７は、第３並進工程を詳細に示すフローチャートである。図１８は、ロボットシステムが行う作業の一例を示す図である。

図１に示すロボットシステム１は、ロボット２と、カメラ４と、カメラ４が撮像した画像に基づいてロボット２の駆動を制御する制御装置５と、を有している。なお、これら各部は、有線または無線により通信可能とされている。通信は、インターネットのようなネットワークを介してなされてもよい。

－ロボット２－
ロボット２は、例えば、精密機器やこれを構成する部品の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うロボットである。ただし、ロボット２の用途としては、特に限定されない。ロボット２は、６つの回動軸を有する６軸ロボットであり、床、天井等に固定されているベース２１と、ベース２１に連結されているアーム２２と、を有している。

アーム２２は、ベース２１に対して第１回動軸Ｏ１まわりに回動自在に連結されている第１アーム２２１と、第１アーム２２１に対して第２回動軸Ｏ２まわりに回動自在に連結されている第２アーム２２２と、第２アーム２２２に対して第３回動軸Ｏ３まわりに回動自在に連結されている第３アーム２２３と、第３アーム２２３に対して第４回動軸Ｏ４まわりに回動自在に連結されている第４アーム２２４と、第４アーム２２４に対して第５回動軸Ｏ５まわりに回動自在に連結されている第５アーム２２５と、第５アーム２２５に対して第６回動軸Ｏ６まわりに回動自在に連結されている第６アーム２２６と、を有している。

また、第６アーム２２６の先端部には、ツール取付面２２６ａが設けられ、このツール取付面２２６ａにツール２４が装着され、さらに、このツール２４にカメラ４が装着されている。なお、ツール２４は、ロボット２に実行させる作業に応じて適宜選択することができ、本実施形態では開閉する一対の爪部を有するハンドである。また、ツール２４は、第６回動軸Ｏ６に直交して配置されている。ツール２４が第６回動軸Ｏ６に直交しているというのは、ツール取付面２２６ａに対する、ツール２４の先端位置を通る垂線が、第６回動軸Ｏ６とが直交している状態を指す。ここで、「直交」とは、誤差を含む状態でもよく、以下においても同様である。

また、ロボット２では、アーム２２の先端、具体的には、ツール取付面２２６ａの中心に制御点としてのツールセンターポイント（以下、「ＴＣＰ」とも言う）が設定されている。ＴＣＰの位置と姿勢は、ツール２４の位置と姿勢の基準となる。ただし、ＴＣＰの位置は、特に限定されない。

ロボット２を制御する際に用いられるロボット２の座標系は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸によって定まる３次元の直交座標系である。本実施形態では、Ｚ軸が鉛直方向（第１回動軸Ｏ１）に沿うように直交座標系が設定されている。以下、このようなロボット２の座標系を「ロボット座標系」とも言う。

また、ロボット２は、ベース２１に対して第１アーム２２１を回動させる第１駆動装置２５１と、第１アーム２２１に対して第２アーム２２２を回動させる第２駆動装置２５２と、第２アーム２２２に対して第３アーム２２３を回動させる第３駆動装置２５３と、第３アーム２２３に対して第４アーム２２４を回動させる第４駆動装置２５４と、第４アーム２２４に対して第５アーム２２５を回動させる第５駆動装置２５５と、第５アーム２２５に対して第６アーム２２６を回動させる第６駆動装置２５６と、を有している。第１～第６駆動装置２５１～２５６は、それぞれ、例えば、モーターと、モーターの駆動を制御するコントローラーと、モーターの回転量を検出するエンコーダーと、を有している。第１～第６駆動装置２５１～２５６の駆動は、制御装置５によって独立して制御される。

本実施形態のように、ロボット２として６軸ロボットを用いることにより、複雑な動きが可能で、幅広い作業に対応可能なロボット２となる。ただし、ロボット２としては、特に限定されず、例えば、アーム２２が有するアームの数が１本～５本あるいは７本以上であってもよい。また、ロボット２は、例えば、スカラロボット（水平多関節ロボット）、２つのアーム２２を有する双腕ロボット等であってもよい。また、ロボット２は、床、天井等に固定されない自走式のロボットであってもよい。

－カメラ４－
カメラ４は、Ｚ軸に対して垂直な所定平面Ｆ内における対象物の大きさ、形状および位置を認識するために用いられる。カメラ４は、レンズ４２、エリアイメージセンサー４１および図示しないＡＤ変換器等を備えるデジタルカメラである。また、カメラ４は、ツール２４に装着されている。また、カメラ４は、第６回動軸Ｏ６に対してオフセットして配置され、かつ、その光軸は、第６回動軸Ｏ６に直交している。ただし、カメラ４の配置および光軸の向きは、特に限定されない。

また、カメラ４の座標系は、互いに直交するＡ軸、Ｂ軸およびＣ軸によって定まる３次元の直交座標系である。本実施形態では、Ａ軸がカメラ４で撮像される画像Ｐの水平方向に沿い、Ｂ軸が画像Ｐの水平方向およびＡ軸の垂直方向に沿い、Ｃ軸が画像Ｐの垂直方向に沿うように直交座標系が設定されている。以下、カメラ４で撮像される画像Ｐの座標系を「カメラ座標系」とも言う。

なお、カメラ４では、画像Ｐの中心Ｐｏが光学系の中心に対応するようにエリアイメージセンサー４１とレンズ４２の位置関係が定められている。すなわち、レンズ４２の光軸上の点は画像Ｐの中心Ｐｏに撮像される。カメラ座標系では、レンズ４２の光軸に垂直な実空間内の平面の座標系は、レンズ４２の光学特性（焦点距離、歪み等）と、エリアイメージセンサー４１の画素数および大きさと、に応じて非線形変換された２次元の直交座標系となる。したがって、カメラ４で撮像される画像Ｐに基づいて所定平面Ｆ内の対象物の大きさ、形状および位置を認識し、その認識結果に基づいてロボット２の駆動を制御するためには、カメラ座標系をロボット座標系と関係づける処理、すなわちキャリブレーション（校正）が必要になる。このキャリブレーション方法の詳細については、後述する。

－制御装置５－
制御装置５は、ロボット２のベース２１の内部に収納されている。制御装置５は、カメラ４で撮像した画像Ｐに基づいて対象物の位置および姿勢を検出し、その検出結果に基づいてアーム２２およびツール２４の駆動を制御する。これにより、ロボット２に所望の作業を行わせることができる。制御装置５は、例えば、コンピューターから構成され、情報を処理するプロセッサーと、プロセッサーに通信可能に接続されたメモリーと、外部インターフェースと、を有している。メモリーにはプロセッサーにより実行可能な各種プログラムが保存され、プロセッサーは、メモリーに記憶された各種プログラム等を読み込んで実行する。

なお、制御装置５が、ロボット２のベース２１の内部に収納された構成を示したが、これに限らない。制御装置５がロボット２のベース２１の外部に設けられていてもよい。この場合、制御装置５とロボット２とは、ケーブル等を用いて電気的に接続される。

以上、ロボットシステム１の構成について説明した。次に、ロボット２に設定されたロボット座標系とカメラ４に設定されたカメラ座標系とのキャリブレーションについて説明する。ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションは、オペレーターがキャリブレーション開始指示を制御装置５に入力することによって起動し、それ以後、オペレーターに一切の操作を要求することなく、あるいは、簡単な操作で完了する。なお、オペレーターは、キャリブレーション開始指示を入力する前に、カメラ４の向きを実作業中の向きに合わせ、かつ、カメラ４がマーカーＭを撮像可能な位置にＴＣＰを移動させておくことが望ましい。このように、カメラ４がマーカーＭを撮像可能な位置にＴＣＰを移動させておくことにより、マーカーＭの探索が不要となり、キャリブレーションを短時間かつスムーズに行うことができる。なお、カメラ４の実作業中の向きは、作業内容によって異なるが、一般的にはＺ軸に沿っている。そのため、本実施形態でも、カメラ４の光軸をＺ軸に沿わせている。つまり、カメラ４の光軸は、後述する所定平面Ｆに直交している。

ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーション方法（以下、単に「キャリブレーション方法」とも言う。）は、図２に示すように、第１並進工程Ｓ１と、第１回転工程Ｓ２と、第２並進工程Ｓ３と、参照点導出工程Ｓ４と、第２回転工程Ｓ５と、第３並進工程Ｓ６と、基準点導出工程Ｓ７と、キャリブレーション工程Ｓ８と、を含んでいる。このようなキャリブレーション方法は、図１に示すように、所定平面Ｆ上に位置するマーカーＭを用いて行われる。マーカーＭとしては、特に限定されず、例えば、所定平面Ｆ上に載置された物体であってもよいし、所定平面Ｆに貼着されたシールであってもよいし、所定平面Ｆに印刷、塗装等された印であってもよい。

なお、本実施形態では、所定平面Ｆは、ロボット座標系の原点を通りＺ軸に直交するＸ－Ｙ平面であるが、所定平面Ｆの向きや位置は、特に限定されない。以下、キャリブレーション方法の各工程Ｓ１～Ｓ８について、詳細に説明する。

［第１並進工程Ｓ１］
図３および図４に、オペレーターからのキャリブレーション開始指示を取得する前の準備状態を示す。制御装置５は、オペレーターからのキャリブレーション開始指示を取得すると、第１並進工程Ｓ１を開始する。本工程Ｓ１では、制御装置５は、図５および図６に示すように、カメラ４で撮像される画像Ｐの所定位置、本実施形態では画像Ｐの中心ＰｏにマーカーＭの中心である基準点Ｍｏが位置するようにＴＣＰを移動させる。以下では、この状態を「第１状態」とも言う。なお、本実施形態では、画像Ｐは、「カメラ４の視野」と同義である。

具体的には、キャリブレーション開始指示が入力されると、図７に示すように、制御装置５は、カメラ４に撮像を指示してカメラ４から画像Ｐ１を取得する。次に、制御装置５は、取得した画像Ｐ１から基準点Ｍｏのカメラ座標系での位置を検出する。なお、基準点Ｍｏの検出には、予め用意されているマーカーＭのテンプレートが用いられる。つまり、テンプレートマッチングにより、基準点Ｍｏを検出する。ただし、基準点Ｍｏの位置の検出方法は、特に限定されない。次に、制御装置５は、予め決められた距離だけＴＣＰをＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ並進させた後、カメラ４に撮像を指示し、カメラ４から画像Ｐ２を取得する。次に、制御装置５は、取得した画像Ｐ２から基準点Ｍｏのカメラ座標系での位置を検出する。

次に、制御装置５は、画像Ｐ１撮像時のＴＣＰのロボット座標系での座標と、画像Ｐ１から検出した基準点Ｍｏのカメラ座標系での座標と、画像Ｐ２撮像時のＴＣＰのロボット座標系での座標と、画像Ｐ２から検出した基準点Ｍｏのカメラ座標系での座標と、に基づいて、カメラ座標系における基準点Ｍｏの変位を、ロボット座標系における基準点Ｍｏの変位に変換する座標変換行列を導出する。

次に、制御装置５は、画像Ｐ２に基づいて、画像Ｐの中心Ｐｏに対する基準点Ｍｏのずれを導出し、導出したずれを、座標変換行列を用いてロボット座標系のＸ軸方向およびＹ軸方向のずれに変換する。そして、制御装置５は、画像Ｐの中心Ｐｏに基準点Ｍｏを位置させるためのＴＣＰの目標値（Ｘ軸方向への移動量およびＹ軸方向への移動量）を導出する。次に、制御装置５は、導出した前記目標値に基づいてアーム２２を動かす。その結果、ＴＣＰがＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ並進し、画像Ｐの中心Ｐｏに基準点Ｍｏが位置する状態となる。

ここで、画像Ｐの中心Ｐｏは、レンズ４２の光軸上に位置するため、他の部分よりもレンズ４２の歪みの影響を受け難い。したがって、画像Ｐの所定位置を中心Ｐｏとすることにより、より正確な座標変換行列を導出することができる。そのため、より精度の高いキャリブレーションが可能となる。ただし、画像Ｐの所定位置としては中心Ｐｏに限定されず、中心Ｐｏから離間した位置であってもよい。

また、画像Ｐの中心Ｐｏに基準点Ｍｏを移動させる方法としては、特に限定されない。例えば、基準点Ｍｏを中心Ｐｏまで移動させる過程において複数の画像Ｐを撮像し、撮像した複数の画像Ｐに基づいて、画像Ｐの中心Ｐｏに基準点Ｍｏが位置するようにフィードバック制御してもよい。具体的には、制御装置５は、まず、カメラ４から画像Ｐを取得して、画像Ｐの中心Ｐｏに基準点Ｍｏが移動するように目標値を導出し、導出した目標値に基づいてＴＣＰを動かす。次に、制御装置５は、カメラ４から画像Ｐを取得して、画像Ｐの中心Ｐｏと基準点Ｍｏの距離を導出し、中心Ｐｏと基準点Ｍｏとの離間距離が予め決められた閾値未満であるか否かを判定する。中心Ｐｏと基準点Ｍｏの離間距離が閾値未満でなければ、制御装置５は、中心Ｐｏと基準点Ｍｏの離間距離が閾値未満になるまで、中心Ｐｏに基準点Ｍｏが移動するように繰り返し目標値を導出してＴＣＰを動かす。このような方法によっても、正確かつ簡単に、画像Ｐの中心Ｐｏに基準点Ｍｏを移動させることができる。

［第１回転工程Ｓ２］
第１回転工程Ｓ２では、制御装置５は、図８および図９に示すように、ロボット２のアーム２２を動かし、所定平面Ｆに直交しＴＣＰを通る第１仮想軸Ｊａまわりにカメラ４を第１回転角度θ１だけ回転させる。言い換えると、ＴＣＰを回転中心として、カメラ４をＺ軸まわりに第１回転角度θ１だけ回転させる。以下では、回転後の状態を「第２状態」とも言う。

この工程において、カメラ４は、第１仮想軸Ｊａを中心とする円弧の軌跡を描く。円弧の半径ｒ１は、第１仮想軸Ｊａからカメラ４までの距離（ＴＣＰからカメラ４の光軸までの距離）と等しく、円弧の中心角は、第１回転角度θ１と等しい。

なお、第１回転角度θ１（ただし、０＜θ１＜３６０である。）としては、小さくてよく、例えば、４５°以下であることが好ましく、３０°以下であることがより好ましく、１５°以下であることがさらに好ましい。特に、本実施形態では、第１回転角度θ１＝５°である。このように、第１回転角度θ１を比較的小さい角度とすることにより、第１状態から第２状態へ移行する際のカメラ４の移動量が抑えられ、第２状態においても画像Ｐ内にマーカーＭを留めることができる。その結果、次の第２並進工程Ｓ３を容易に行うことができる。また、第１回転工程Ｓ２を短時間で終えることができるため、キャリブレーションにかかる時間を短縮することもできる。なお、第２状態においても画像Ｐ内にマーカーＭを留めることができれば、第１回転角度θ１は、特に限定されない。

［第２並進工程Ｓ３］
第２並進工程Ｓ３では、制御装置５は、図１０および図１１に示すように、カメラ４で撮像される画像Ｐの中心Ｐｏに基準点Ｍｏが位置するようにＴＣＰを移動させる。以下では、この状態を「第３状態」とも言う。

具体的には、第１回転工程Ｓ２を終えると、図１２に示すように、制御装置５は、カメラ４に撮像を指示してカメラ４から画像Ｐ３を取得する。次に、制御装置５は、取得した画像Ｐ３に基づいて、画像Ｐの中心Ｐｏに対する基準点Ｍｏのずれを導出する。次に、制御装置５は、導出したずれを、第１並進工程Ｓ１で導出した座標変換行列を用いてロボット座標系のＸ軸方向およびＹ軸方向のずれに変換する。そして、制御装置５は、画像Ｐの中心Ｐｏに基準点Ｍｏを位置させるためのＴＣＰの目標値を導出する。次に、制御装置５は、導出した目標値に基づいてアーム２２を動かす。その結果、ＴＣＰがＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ並進し、画像Ｐの中心Ｐｏに基準点Ｍｏが位置する状態となる。

ただし、画像Ｐの中心Ｐｏに基準点Ｍｏを位置させる方法としては、特に限定されず、例えば、基準点Ｍｏを中心Ｐｏまで移動させる過程において複数の画像Ｐを撮像し、撮像した複数の画像Ｐに基づいて、画像Ｐの中心Ｐｏに基準点Ｍｏが位置するようにフィードバック制御してもよい。フィードバック制御については、第１並進工程Ｓ１で説明した方法と同様であるため、具体的な説明を省略する。

［参照点導出工程Ｓ４］
参照点導出工程Ｓ４では、第１状態の情報、第３状態の情報および第１回転角度θ１に基づいて、基準点Ｍｏの仮の位置である参照点Ｑを求める。具体的には、制御装置５は、第１状態および第３状態について、それぞれ、ＴＣＰのロボット座標系での座標（Ｘ，Ｙ）を、基準点Ｍｏのロボット座標系での座標（Ｘ，Ｙ）、第１回転角度θ１および半径ｒ１で表した連立方程式を立てる。次に、制御装置５は、この連立方程式を解き、基準点Ｍｏのロボット座標系での座標（Ｘ，Ｙ）を導出する。このようにして導出された基準点Ｍｏの座標（Ｘ，Ｙ）は、基準点Ｍｏの仮の位置であり、以下では「参照点Ｑ」とも言う。このように、基準点Ｍｏの仮の位置である参照点Ｑを導出することにより、後の工程をスムーズに行うことができる。

ここで、第１回転角度θ１が大きい程（１８０°に近い程）、第１状態と第２状態との差が大きくなり、その分、参照点Ｑの導出精度が高くなる。しかしながら、前述したように参照点Ｑは、基準点Ｍｏの仮の位置であるため、その導出精度は、高い必要がない。そこで、前述した第１回転工程Ｓ２では、参照点Ｑの導出精度よりもマーカーＭを画像Ｐ内にとどめることを優先して、第１角度θ１を小さく設定し、本実施形態では、第１回転角度θ１＝５°に設定している。

［第２回転工程Ｓ５］
第２回転工程Ｓ５では、制御装置５は、図１３および図１４に示すように、ロボット２のアーム２２を動かし、所定平面Ｆに直交し参照点Ｑを通る第２仮想軸Ｊｂまわりにカメラ４を第２回転角度θ２だけ回転させる。言い換えると、参照点Ｑを回転中心として、カメラ４をＺ軸まわりに第２回転角度θ２だけ回転させる。以下では、この状態を「第４状態」とも言う。図１３、図１４では、基準点Ｍｏと参照点Ｑが一致している図を示しているが、参照点Ｑは、基準点Ｍｏの仮の位置であるので、導出精度によっては、ずれていることもある。

この工程において、カメラ４は、第２仮想軸Ｊｂを中心とする円弧の軌跡を描く。円弧の半径ｒ２は、第２仮想軸Ｊｂからカメラ４までの距離（第２仮想軸Ｊｂからカメラ４の光軸までの距離）と等しく、円弧の中心角は、第２回転角度θ２と等しい。

なお、第２回転角度θ２（ただし、０＜θ２＜３６０である。）としては、特に限定されないが、前述した第１回転角度θ１よりも大きいことが好ましい。ここで、前記「大きい」とは、１８０°との差が小さいことを意味する。つまり、｜１８０°－θ１｜＞｜１８０°－θ２｜であることが好ましい。具体的には、６０°≦θ２≦３００°であることが好ましく、１２０°≦θ２≦２４０°であることがより好ましく、１７０°≦θ２≦１９０°であることがさらに好ましい。特に、本実施形態では、第２回転角度θ２＝１８０°である。これにより、第１状態と後述する第５状態との差が大きくなり、その分、後の基準点導出工程Ｓ７において、基準点Ｍｏの位置を精度よく導出することができる。

ここで、第４状態では、画像Ｐの中心Ｐｏ付近に参照点Ｑが位置しているため、本工程Ｓ５では、カメラ４が画像Ｐの中心Ｐｏ付近を回転中心としてＺ軸まわりに回転する。したがって、第２回転角度θ２を大きくしても、マーカーＭを画像Ｐ内に留めることができる。これにより、次の第３並進工程Ｓ６を容易に行うことができる。また、第２回転角度θ２を大きくする程、第４状態と第５状態との差が大きくなり、後の基準点導出工程Ｓ７において、基準点Ｍｏをより精度よく導出することができる。

［第３並進工程Ｓ６］
第３並進工程Ｓ６では、制御装置５は、図１５および図１６に示すように、ロボット２のアーム２２を動かして、基準点Ｍｏがカメラ４の画像Ｐの中心Ｐｏに位置するようにＴＣＰを移動させる。以下では、この状態を「第５状態」とも言う。

具体的には、第２回転工程Ｓ５を終えると、図１７に示すように、制御装置５は、カメラ４に撮像を指示してカメラ４から画像Ｐ４を取得する。次に、制御装置５は、取得した画像Ｐ４に基づいて、画像Ｐの中心Ｐｏに対する基準点Ｍｏのずれを導出する。次に、制御装置５は、導出したずれを、第１並進工程Ｓ１で導出した座標変換行列を用いてロボット座標系のＸ軸方向およびＹ軸方向のずれに変換する。そして、制御装置５は、画像Ｐの中心Ｐｏに基準点Ｍｏを位置させるためのＴＣＰの目標値を導出する。次に、制御装置５は、導出した目標値に基づいてアーム２２を動かす。その結果、ＴＣＰがＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ並進し、画像Ｐの中心Ｐｏに基準点Ｍｏが位置する状態となる。

ただし、画像Ｐの中心Ｐｏに基準点Ｍｏを位置させる方法としては、特に限定されず、例えば、基準点Ｍｏを中心Ｐｏまで移動させる過程において複数の画像Ｐを撮像し、撮像した複数の画像Ｐに基づいて、画像Ｐの中心Ｐｏに基準点Ｍｏが位置するようにフィードバック制御してもよい。フィードバック制御については、第１並進工程Ｓ１で説明した方法と同様であるため、ここでの具体的な説明を省略する。

なお、参照点Ｑの導出精度によっては、基準点Ｍｏが中心Ｐｏと一致し、第２回転工程Ｓ５後においても、基準点Ｍｏが中心Ｐｏからずれない場合もある。このような場合には、ＴＣＰをＸ軸方向およびＹ軸方向に並進させる必要はない。

［基準点導出工程Ｓ７］
基準点導出工程Ｓ７では、第１状態の情報と、第５状態の情報と、第１状態から第５状態になるまでに回転した総回転角度θｔ、すなわち、第１回転角度θ１と第２回転角度θ２との和に基づいて、基準点Ｍｏの位置を求める。具体的には、制御装置５は、第３状態および第５状態について、それぞれ、ＴＣＰのロボット座標系での座標（Ｘ，Ｙ）を、基準点Ｍｏのロボット座標系での座標（Ｘ，Ｙ）と、総回転角度θｔと、円弧の半径ｒ２と、で表した連立方程式を立てる。次に、制御装置５は、この連立方程式を解き、基準点Ｍｏのロボット座標系での座標（Ｘ，Ｙ）を導出する。

前述したように、第２回転角度θ２を第１回転角度θ１よりも大きく設定していることから、本工程Ｓ７では、参照点導出工程Ｓ４よりも精度よく基準点Ｍｏの位置を導出することができる。

なお、上記では、第１状態の情報と、第５状態の情報と、総回転角度θｔと、に基づいて、基準点Ｍｏの位置を求めるものを説明したが、これに限らない。たとえば、基準点導出工程Ｓ７では、第３状態の情報と、第５状態の情報と、第２回転角度θ２と、に基づいて、基準点Ｍｏの位置を求めてもよい。

［キャリブレーション工程Ｓ８］
キャリブレーション工程Ｓ８では、基準点導出工程Ｓ７において導出した基準点Ｍｏのロボット座標系での位置に基づいて、ロボット座標系と画像座標系とのキャリブレーションを行う。

以上により、ロボット座標系と画像座標系とのキャリブレーションが終了する。このようなキャリブレーション方法によれば、カメラ４でマーカーＭを撮像可能な位置にＴＣＰを動かしさえすれば、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションを自動的に行うことができる。したがって、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションが容易に短時間で実行可能になる。また、このキャリブレーション方法によれば、例えば、ＴＣＰとカメラ４との相対的位置関係が未知であっても、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションを行うことができるという利点もある。

さらには、並進動作（第１、第２、第３並進工程Ｓ１、Ｓ３、Ｓ６）と、回転動作（第１、第２回転工程Ｓ２、Ｓ５）との組み合わせによってキャリブレーションが行われるため、キャリブレーション中のロボット２の動作が単純である。このように、ロボット２の動きが単純であるため、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションを短時間かつ精度よく行うことができる。さらには、回転動作がＺ軸まわりの回転であるため、本実施形態のように、カメラ４の光軸が第６回動軸Ｏ６に直交する構成においても、画像Ｐ内にマーカーＭを留めることができ、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションを行うことができるという利点もある。

次に、ロボットシステム１が行う作業の一例として、図１８に示すように、テーブルＴ上に山積みにされたワークＷを搬送して目的地まで搬送する作業を説明する。制御装置５は、まず、テーブルＴ上に山積みにされた対象物としてのワークＷをカメラ４で撮像できるように、ＴＣＰを動かす。この状態では、カメラ４の光軸がＺ軸に沿っている。次に、カメラ４に撮像を指示してカメラ４から少なくとも１つのワークＷを含む画像Ｐを取得する。次に、制御装置５は、取得した画像Ｐから少なくとも１つのワークＷを抽出すると共に、例えば、テンプレートマッチング等によって抽出したワークの位置および姿勢を検出する。次に、制御装置５は、抽出したワークＷをツール２４で把持するために取るべきＴＣＰの位置および姿勢を導出し、ＴＣＰが導出した位置および姿勢となるように、ロボット２を動かす。次に、制御装置５は、ツール２４を動かしてワークＷを把持する。次に、制御装置５は、ロボット２を動かしてワークＷを目的地まで搬送する。

以上、ロボットシステム１について説明した。このようなロボットシステム１が行うキャリブレーション方法は、前述したように、アーム２２を備えるロボット２の座標系であるロボット座標系と、アーム２２に取り付けられているカメラ４の座標系であるカメラ座標系と、のキャリブレーション方法であって、ロボット２を動かし、所定平面Ｆ上に位置する基準点Ｍｏがカメラ４の画像Ｐの所定位置である中心Ｐｏに位置する第１状態とする工程である第１並進工程Ｓ１と、ロボット２を動かし、所定平面Ｆに直交しアーム２２に設定されている制御点であるＴＣＰを通る第１仮想軸Ｊａまわりにカメラ４を第１回転角度θ１だけ回転させた第２状態とする工程である第１回転工程Ｓ２と、ロボット２を動かし、基準点Ｍｏがカメラ４の画像Ｐの中心Ｐｏに位置する第３状態とする工程である第２並進工程Ｓ３と、第１状態の情報、第３状態の情報および第１回転角度θ１に基づいて、基準点Ｍｏの仮の位置である参照点Ｑを導出する工程である参照点導出工程Ｓ４と、ロボット２を動かし、所定平面Ｆに直交し参照点Ｑを通る第２仮想軸Ｊｂまわりにカメラ４を第２回転角度θ２だけ回転させた第４状態とする工程である第２回転工程Ｓ５と、ロボット２を動かし、基準点Ｍｏがカメラ４の画像Ｐの中心Ｐｏに位置する第５状態とする工程である第３並進工程Ｓ６と、第１状態の情報、第５状態の情報、第１回転角度θ１および第２回転角度θ２、または、第３状態の情報、第５状態の情報および第２回転角度θ２から基準点Ｍｏの位置を導出する工程である基準点導出工程Ｓ７と、導出した基準点Ｍｏの位置に基づいて、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションを行う工程であるキャリブレーション工程Ｓ８と、を含んでいる。

このようなキャリブレーション方法によれば、カメラ４でマーカーＭを撮像可能な位置にＴＣＰを動かしさえすれば、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションを自動的に行うことができる。したがって、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションが容易に短時間で実行可能になる。また、このキャリブレーション方法によれば、例えば、ＴＣＰとカメラ４との相対的位置関係が未知であっても、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションを行うことができるという利点もある。

さらには、並進動作（第１、第２、第３並進工程Ｓ１、Ｓ３、Ｓ６）と、回転動作（第１、第２回転工程Ｓ２、Ｓ５）との組み合わせによってキャリブレーションが行われるため、キャリブレーション中のロボット２の動作が単純である。このように、ロボット２の動きが単純であるため、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションを短時間かつ精度よく行うことができる。さらには、回転動作がＺ軸まわりの回転であるため、本実施形態のように、カメラ４の光軸が第６回動軸Ｏ６に直交する構成においても、画像Ｐ内にマーカーＭを留めることができ、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションを行うことができるという利点もある。

また、前述したように、第１状態では、カメラ４の光軸は、所定平面Ｆに直交している。これにより、カメラ４の向きを実作業に合わせることができ、実作業と同じ条件でロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションを行うことができる。そのため、実作業をより精度よく行うことができる。

また、前述したように、第２回転角度θ２は、第１回転角度θ１よりも大きい。これにより、基準点導出工程Ｓ７において、参照点導出工程Ｓ４よりも精度よく基準点Ｍｏの位置を導出することができる。

また、前述したように、前記所定位置は、画像Ｐの中心Ｐｏである。画像Ｐの中心Ｐｏは、レンズ４２の光軸上に位置するため、他の部分よりもレンズ４２の歪みの影響を受け難い。したがって、所定位置を画像Ｐの中心Ｐｏとすることにより、より正確な座標変換行列を導出することができる。そのため、より精度の高いキャリブレーションが可能となる。

また、前述したように、第２状態では、基準点Ｍｏがカメラ４の画像Ｐ内に位置している。これにより、次の第２並進工程Ｓ３を容易に行うことができる。

また、前述したように、第４状態では、基準点Ｍｏがカメラ４の画像Ｐ内に位置している。これにより、次の第３並進工程Ｓ６を容易に行うことができる。

また、前述したように、ロボットシステム１は、アーム２２を備えるロボット２と、アーム２２に取り付けられているカメラ４と、ロボット２の駆動を制御する制御装置５と、を有している。そして、制御装置５は、ロボット２の座標系であるロボット座標系と、カメラ４の座標系であるカメラ座標系と、のキャリブレーションを行うために、ロボット２を動かし、所定平面Ｆ上に位置する基準点Ｍｏがカメラ４の画像Ｐの所定位置である中心Ｐｏに位置する第１状態とする工程である第１並進工程Ｓ１と、ロボット２を動かし、所定平面Ｆに直交しアーム２２に設定されている制御点であるＴＣＰを通る第１仮想軸Ｊａまわりにカメラ４を第１回転角度θ１だけ回転させた第２状態とする工程である第１回転工程Ｓ２と、ロボット２を動かし、基準点Ｍｏがカメラ４の画像Ｐの中心Ｐｏに位置する第３状態とする工程である第２並進工程Ｓ３と、第１状態の情報、第３状態の情報および第１回転角度θ１に基づいて、基準点Ｍｏの仮の位置である参照点Ｑを導出する工程である参照点導出工程Ｓ４と、ロボット２を動かし、所定平面Ｆに直交し参照点Ｑを通る第２仮想軸Ｊｂまわりにカメラ４を第２回転角度θ２だけ回転させた第４状態とする工程である第２回転工程Ｓ５と、ロボット２を動かし、基準点Ｍｏがカメラ４の画像Ｐの中心Ｐｏに位置する第５状態とする工程である第３並進工程Ｓ６と、第１状態の情報、第５状態の情報、第１回転角度θ１および第２回転角度θ２、または、第３状態の情報、第５状態の情報および第２回転角度θ２から基準点Ｍｏの位置を導出する工程である基準点導出工程Ｓ７と、導出した基準点Ｍｏの位置に基づいて、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションを行う工程であるキャリブレーション工程Ｓ８と、を実行する。

このようなロボットシステム１によれば、カメラ４でマーカーＭを撮像可能な位置にＴＣＰを動かしさえすれば、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションを自動的に行うことができる。したがって、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションが容易に短時間で実行可能になる。また、このキャリブレーション方法によれば、例えば、ＴＣＰとカメラ４との相対的位置関係が未知であっても、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションを行うことができるという利点もある。

さらには、並進動作（第１、第２、第３並進工程Ｓ１、Ｓ３、Ｓ６）と、回転動作（第１、第２回転工程Ｓ２、Ｓ５）との組み合わせによってキャリブレーションが行われるため、キャリブレーション中のロボット２の動作が単純である。このように、ロボット２の動きが単純であるため、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションを短時間かつ精度よく行うことができる。さらには、回転動作がＺ軸まわりの回転であるため、本実施形態のように、カメラ４の光軸が第６回動軸Ｏ６に直交する構成においても、画像Ｐ内にマーカーＭを留めることができ、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションを行うことができるという利点もある。

なお、上記では、第２並進工程Ｓ３と、参照点導出工程Ｓ４と、第２回転工程Ｓ５と、を含むキャリブレーション方法について説明したが、これに限らない。第１並進工程Ｓ１、第１回転工程Ｓ２、第３並進工程Ｓ６、基準点導出工程Ｓ７、キャリブレーション工程Ｓ８によるキャリブレーション方法としてもよい。

つまり、ロボットシステム１が行うキャリブレーション方法は、アーム２２を備えるロボット２の座標系であるロボット座標系と、アーム２２に取り付けられているカメラ４の座標系であるカメラ座標系と、のキャリブレーション方法であって、ロボット２を動かし、所定平面Ｆ上に位置する基準点Ｍｏがカメラ４の画像Ｐの所定位置である中心Ｐｏに位置する第１状態とする工程である第１並進工程Ｓ１と、ロボット２を動かし、所定平面Ｆに直交しアーム２２に設定されている制御点であるＴＣＰを通る第１仮想軸Ｊａまわりにカメラ４を第１回転角度θ１だけ回転させた第４状態とする工程である第１回転工程Ｓ２と、ロボット２を動かし、基準点Ｍｏがカメラ４の画像Ｐの中心Ｐｏに位置する第５状態とする工程である第３並進工程Ｓ６と、第１状態の情報、第５状態の情報および第１回転角度θ１から基準点Ｍｏの位置を導出する工程である基準点導出工程Ｓ７と、導出した基準点Ｍｏの位置に基づいて、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションを行う工程であるキャリブレーション工程Ｓ８と、を含んでいてもよい。このような方法によっても本実施形態と同様の効果を発揮することができる。

この場合、第１回転角度θ１は、６０°≦θ１≦３００°であることが好ましく、１２０°≦θ１≦２４０°であることがより好ましく、１７０°≦θ１≦１９０°であることがさらに好ましい。これにより、第１状態と第５状態との差が大きくなり、その分、後の基準点導出工程Ｓ７において、基準点Ｍｏの位置を精度よく導出することができる。

また、上記では、カメラ４の光軸は、所定平面Ｆに直交している例を説明したが、これに限らない。カメラ４の光軸は、予定平面Ｆの垂線に対して傾いていてもよい。この場合においても、上記のキャリブレーション方法を実行することにより、同様の効果を発揮することができる。

＜第２実施形態＞
図１９は、第２実施形態に係るロボットシステムの全体構成図である。

本実施形態のロボットシステム１は、アーム２２に装着されるツール２４およびカメラ４の向きが異なること以外は、前述した第１実施形態のロボットシステム１と同様である。以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、本実施形態の図において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図１９に示すように、本実施形態のロボットシステム１では、ツール２４およびカメラ４は、それぞれ、第６回動軸Ｏ６に沿って配置されている。また、ツール２４およびカメラ４は、第６回動軸Ｏ６からオフセットして配置され、第６回動軸Ｏ６の両側に位置している。ツール２４が第６回動軸Ｏ６に沿っているというのは、ツール取付面２２６ａに対する、ツール２４の先端位置を通る垂線が、第６回動軸Ｏ６とが平行である状態を指す。カメラ４が第６回動軸Ｏ６に沿っているというのは、カメラ４の光軸と、第６回動軸Ｏ６とが平行である状態を指す。

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様のキャリブレーション方法を実行することにより、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
図２０は、第３実施形態に係るロボットシステムが行うキャリブレーション方法を示すフローチャートである。図２１は、第１並進工程終了時のロボットシステムの状態を示す図である。図２２は、第１並進工程終了時にカメラで撮像される画像を示す図である。図２３は、第１回転工程終了時のロボットシステムの状態を示す図である。図２４は、第１回転工程終了時にカメラで撮像される画像を示す図である。図２５は、第２並進工程終了時のロボットシステムの状態を示す図である。図２６は、第２並進工程終了時にカメラで撮像される画像を示す図である。

本実施形態のロボットシステム１は、キャリブレーション方法が異なること以外は、前述した第１実施形態のロボットシステム１と同様である。以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、本実施形態の各図において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

本実施形態のキャリブレーション方法は、図２０に示すように、第１並進工程Ｓ９と、参照点導出工程Ｓ１０と、第１回転工程Ｓ１１と、第２並進工程Ｓ１２と、基準点導出工程Ｓ１３と、キャリブレーション工程Ｓ１４と、を含んでいる。

［第１並進工程Ｓ９］
制御装置５は、オペレーターからのキャリブレーション開始指示を取得すると、第１並進工程Ｓ９を開始する。本工程Ｓ９では、制御装置５は、図２１および図２２に示すように、カメラ４で撮像される画像Ｐの所定位置、本実施形態では画像Ｐの中心ＰｏにマーカーＭの中心である基準点Ｍｏが位置するようにＴＣＰを移動させる。以下では、この状態を「第６状態」とも言う。

［参照点導出工程Ｓ１０］
参照点導出工程Ｓ１０では、基準点Ｍｏの仮の位置である参照点Ｑを求める。参照点Ｑの求め方は、特に限定されない。例えば、予めオペ―レーターが参照点Ｑの位置情報を入力しておき、その位置情報に基づいて参照点Ｑを求めてもよい。また、例えば、ツール２４をマーカーＭに接触させるタッチアップ動作によって、参照点Ｑを求めてもよい。

［第１回転工程Ｓ１１］
第１回転工程Ｓ１１では、制御装置５は、図２３および図２４に示すように、ロボット２のアーム２２を動かし、所定平面Ｆに直交し参照点Ｑを通る第３仮想軸Ｊｃまわりにカメラ４を第３回転角度θ３だけ回転させる。言い換えると、参照点Ｑを回転中心として、カメラ４をＺ軸まわりに第３回転角度θ３だけ回転させる。以下では、この状態を「第７状態」とも言う。

なお、第３回転角度θ３（ただし、０＜θ３＜３６０である。）としては、特に限定されないが、例えば、６０°≦θ３≦３００°であることが好ましく、１２０°≦θ３≦２４０°であることがより好ましく、１７０°≦θ３≦１９０°であることがさらに好ましい。特に、本実施形態では、第３回転角度θ３＝１８０°である。これにより、第６状態と後述する第８状態との差が大きくなり、その分、後の基準点導出工程Ｓ１３において、基準点Ｍｏの位置を精度よく導出することができる。

［第２並進工程Ｓ１２］
第２並進工程Ｓ１２では、制御装置５は、図２５および図２６に示すように、ロボット２を、参照点Ｑがカメラ４の画像Ｐの中心Ｐｏに位置するようにＴＣＰを移動させる。以下では、この状態を「第８状態」とも言う。

［基準点導出工程Ｓ１３］
基準点導出工程Ｓ１３では、第６状態の情報、第８状態の情報および第３回転角度θ３に基づいて、基準点Ｍｏの位置を求める。

［キャリブレーション工程Ｓ１４］
キャリブレーション工程Ｓ１４では、基準点導出工程Ｓ１３において導出した基準点Ｍｏのロボット座標系での位置に基づいて、ロボット座標系と画像座標系とのキャリブレーションを行う。

以上により、ロボット座標系と画像座標系とのキャリブレーションが終了する。このようなキャリブレーション方法によれば、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションを自動的に行うことができる。したがって、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションが容易に短時間で実行可能になる。また、このキャリブレーション方法によれば、例えば、ＴＣＰとカメラ４との相対的位置関係が未知であっても、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションを行うことができるという利点もある。

さらには、並進動作と、回転動作との組み合わせによってキャリブレーションが行われるため、キャリブレーション中のロボット２の動作が単純である。このように、ロボット２の動きが単純であるため、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションを短時間かつ精度よく行うことができる。さらには、回転動作がＺ軸まわりの回転であるため、本実施形態のように、カメラ４の光軸が第６回動軸Ｏ６に直交する構成においても、画像Ｐ内にマーカーＭを留めることができ、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションを行うことができるという利点もある。

以上のように、本実施形態のキャリブレーション方法は、アーム２２を備えるロボット２の座標系であるロボット座標系と、アーム２２に取り付けられているカメラ４の座標系であるカメラ座標系と、のキャリブレーション方法であって、ロボット２を動かし、所定平面Ｆ上に位置する基準点Ｍｏがカメラ４の画像Ｐの所定位置である中心Ｐｏに位置する第６状態とする工程である第１並進工程Ｓ９と、基準点Ｍｏの仮の位置である参照点Ｑを導出する工程である参照点導出工程Ｓ１０と、ロボット２を動かし、所定平面Ｆに直交し参照点Ｑを通る第３仮想軸Ｊｃまわりにカメラ４を第３回転角度θ３だけ回転させた第７状態とする工程である第１回転工程Ｓ１１と、ロボット２を動かし、基準点Ｍｏがカメラ４の画像Ｐの中心Ｐｏに位置する第８状態とする工程である第２並進工程Ｓ１２と、第６状態の情報、第８状態の情報および第３回転角度θ３から基準点Ｍｏの位置を導出する工程である基準点導出工程Ｓ１３と、導出した基準点Ｍｏの位置に基づいて、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションを行う工程であるキャリブレーション工程Ｓ１４と、を含んでいる。

このようなキャリブレーション方法によれば、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションを自動的に行うことができる。したがって、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションが容易に短時間で実行可能になる。また、このキャリブレーション方法によれば、例えば、ＴＣＰとカメラ４との相対的位置関係が未知であっても、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションを行うことができるという利点もある。

さらには、並進動作と、回転動作との組み合わせによってキャリブレーションが行われるため、キャリブレーション中のロボット２の動作が単純である。このように、ロボット２の動きが単純であるため、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションを短時間かつ精度よく行うことができる。さらには、回転動作がＺ軸まわりの回転であるため、本実施形態のように、カメラ４の光軸が第６回動軸Ｏ６に直交する構成においても、画像Ｐ内にマーカーＭを留めることができ、ロボット座標系とカメラ座標系とのキャリブレーションを行うことができるという利点もある。

このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

以上、本発明のキャリブレーション方法およびロボットシステムを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

１…ロボットシステム、２…ロボット、２１…ベース、２２…アーム、２２１…第１アーム、２２２…第２アーム、２２３…第３アーム、２２４…第４アーム、２２５…第５アーム、２２６…第６アーム、２２６ａ…ツール取付面、２４…ツール、２５１…第１駆動装置、２５２…第２駆動装置、２５３…第３駆動装置、２５４…第４駆動装置、２５５…第５駆動装置、２５６…第６駆動装置、４…カメラ、４１…エリアイメージセンサー、４２…レンズ、５…制御装置、Ｆ…所定平面、Ｊａ…第１仮想軸、Ｊｂ…第２仮想軸、Ｊｃ…第３仮想軸、Ｍ…マーカー、Ｍｏ…基準点、Ｏ１…第１回動軸、Ｏ２…第２回動軸、Ｏ３…第３回動軸、Ｏ４…第４回動軸、Ｏ５…第５回動軸、Ｏ６…第６回動軸、Ｐ…画像、Ｐ１…画像、Ｐ２…画像、Ｐ３…画像、Ｐ４…画像、Ｐｏ…中心、Ｑ…参照点、Ｓ１…第１並進工程、Ｓ２…第１回転工程、Ｓ３…第３並進工程、Ｓ４…参照点導出工程、Ｓ５…第２回転工程、Ｓ６…第３並進工程、Ｓ７…基準点導出工程、Ｓ８…キャリブレーション工程、Ｓ９…第１並進工程、Ｓ１０…参照点導出工程、Ｓ１１…第１回転工程、Ｓ１２…第２並進工程、Ｓ１３…基準点導出工程、Ｓ１４…キャリブレーション工程、Ｔ…テーブル、Ｗ…ワーク、θ１…第１回転角度、θ２…第２回転角度、θ３…第３回転角度、θｔ…総回転角度

Claims (9)

1. アームを備えるロボットの座標系であるロボット座標系と、前記アームに取り付けられているカメラの座標系であるカメラ座標系と、のキャリブレーション方法であって、
   前記ロボットを動かし、所定平面上に位置する基準点が前記カメラの画像の所定位置に位置する第１状態とする工程と、
   前記ロボットを動かし、前記所定平面に直交し前記アームに設定されている制御点を通る第１仮想軸まわりに前記カメラを第１回転角度だけ回転させた第２状態とする工程と、
   前記ロボットを動かし、前記基準点が前記カメラの画像の前記所定位置に位置する第３状態とする工程と、
   前記第１状態の情報、前記第３状態の情報および前記第１回転角度に基づいて、前記基準点の仮の位置である参照点を導出する工程と、
   前記ロボットを動かし、前記所定平面に直交し前記参照点を通る第２仮想軸まわりに前記カメラを第２回転角度だけ回転させた第４状態とする工程と、
   前記ロボットを動かし、前記基準点が前記カメラの画像の前記所定位置に位置する第５状態とする工程と、
   前記第１状態の情報、前記第５状態の情報、前記第１回転角度および前記第２回転角度、または、前記第３状態の情報、前記第５状態の情報および前記第２回転角度から前記基準点の位置を導出する工程と、
   導出した前記基準点の位置に基づいて、前記ロボット座標系と前記カメラ座標系とのキャリブレーションを行う工程と、を含んでいることを特徴とするキャリブレーション方法。
2. 前記第１状態では、前記カメラの光軸は、前記所定平面に直交している請求項１に記載のキャリブレーション方法。
3. 前記第２回転角度は、前記第１回転角度よりも大きい請求項１に記載のキャリブレーション方法。
4. 前記所定位置は、前記画像の中心である請求項１に記載のキャリブレーション方法。
5. 前記第２状態では、前記基準点が前記カメラの画像内に位置している請求項１に記載のキャリブレーション方法。
6. 前記第４状態では、前記基準点が前記カメラの画像内に位置している請求項１に記載のキャリブレーション方法。
7. アームを備えるロボットの座標系であるロボット座標系と、前記アームに取り付けられているカメラの座標系であるカメラ座標系と、のキャリブレーション方法であって、
   前記ロボットを動かし、所定平面上に位置する基準点が前記カメラの画像の所定位置に位置する第１状態とする工程と、
   前記ロボットを動かし、前記所定平面に直交し前記アームに設定されている制御点を通る第１仮想軸まわりに前記カメラを第１回転角度だけ回転させた第４状態とする工程と、
   前記ロボットを動かし、前記基準点が前記カメラの画像の前記所定位置に位置する第５状態とする工程と、
   前記第１状態の情報、前記第５状態の情報および前記第１回転角度から前記基準点の位置を導出する工程と、
   導出した前記基準点の位置に基づいて、前記ロボット座標系と前記カメラ座標系とのキャリブレーションを行う工程と、を含んでいることを特徴とするキャリブレーション方法。
8. アームを備えるロボットの座標系であるロボット座標系と、前記アームに取り付けられているカメラの座標系であるカメラ座標系と、のキャリブレーション方法であって、
   前記ロボットを動かし、所定平面上に位置する基準点が前記カメラの画像の所定位置に位置する第６状態とする工程と、
   前記基準点の仮の位置である参照点を導出する工程と、
   前記ロボットを動かし、前記所定平面に直交し前記参照点を通る第３仮想軸まわりに前記カメラを第３回転角度だけ回転させた第７状態とする工程と、
   前記ロボットを動かし、前記基準点が前記カメラの画像の前記所定位置に位置する第８状態とする工程と、
   前記第６状態の情報、前記第８状態の情報および前記第３回転角度から前記基準点の位置を導出する工程と、
   導出した前記基準点の位置に基づいて、前記ロボット座標系と前記カメラ座標系とのキャリブレーションを行う工程と、を含んでいることを特徴とするキャリブレーション方法。
9. アームを備えるロボットと、
   前記アームに取り付けられているカメラと、
   前記ロボットの駆動を制御する制御装置と、を有し、
   前記制御装置は、前記ロボットの座標系であるロボット座標系と、前記カメラの座標系であるカメラ座標系と、のキャリブレーションを行うために、
   前記ロボットを動かし、所定平面上に位置する基準点が前記カメラの画像の所定位置に位置する第１状態とする工程と、
   前記ロボットを動かし、前記所定平面に直交し前記アームに設定されている制御点を通る第１仮想軸まわりに前記カメラを第１回転角度だけ回転させた第２状態とする工程と、
   前記ロボットを動かし、前記基準点が前記カメラの画像の前記所定位置に位置する第３状態とする工程と、
   前記第１状態の情報、前記第３状態の情報および前記第１回転角度に基づいて、前記基準点の仮の位置である参照点を導出する工程と、
   前記ロボットを動かし、前記所定平面に直交し前記参照点を通る第２仮想軸まわりに前記カメラを第２回転角度だけ回転させた第４状態とする工程と、
   前記ロボットを動かし、前記基準点が前記カメラの画像の前記所定位置に位置する第５状態とする工程と、
   前記第１状態の情報、前記第５状態の情報、前記第１回転角度および前記第２回転角度、または、前記第３状態の情報、前記第５状態の情報および前記第２回転角度から前記基準点の位置を導出する工程と、
   導出した前記基準点の位置に基づいて、前記ロボット座標系と前記カメラ座標系とのキャリブレーションを行う工程と、を実行することを特徴とするロボットシステム。

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