JP5290324B2 - 空間内において少なくとも1つのオブジェクトを最終姿勢に高精度で位置決めするための方法およびシステム - Google Patents
空間内において少なくとも1つのオブジェクトを最終姿勢に高精度で位置決めするための方法およびシステム Download PDFInfo
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Description
光学的に検出可能な既知の第1の特徴的要素を有する第1のオブジェクトを、第1の産業用ロボットが把持公差内で把持および保持する。
カメラの視界が少なくとも部分的に重なり合うように、前記少なくとも2つのカメラをそれぞれ駆動ユニットによって、前記第1の産業用ロボットの第1の調整ポジショニングに保持された前記第1のオブジェクトの第1の特徴的要素の少なくとも一部に方向づけするステップ。
前記カメラによって別の第1の撮像画像を撮像するステップ。
視界が少なくとも部分的に重なり合うように、前記少なくとも2つのカメラをそれぞれ駆動ユニットによって、前記第1の産業用ロボットの第1の調整ポジショニングに保持された前記第1のオブジェクトの第1の特徴的要素の少なくとも一部に方向づけするステップ。
前記カメラによって別の第1の撮像画像を撮像するステップ。
1.画像センサすなわち撮像画像における該画像点の位置と、
2.各角度測定ユニット4aないしは4bによって検出された各カメラ2aないしは2bの方向と、
3.各光学的撮像装置1aないしは1bの既知の位置と、
4.各校正パラメータと
から得られる、空間座標系内の直線を高精度で定義する。
このような画像処理手法および特徴同定手法は従来技術から公知であり、ここでは詳細に説明する必要はない。
視界8a,8bが少なくとも部分的に重なり合うように前記少なくとも2つのカメラ2a,2bをそれぞれ駆動ユニット3a,3bによって第2のオブジェクト22の第2の特徴的要素23の少なくとも一部に向けて方向決めするステップ。
第2の撮像画像を撮像するステップ。
空間座標系における前記第2のオブジェクト22の第2の最終姿勢を、撮像装置1a,1bの位置Pa,Pbと、角度測定ユニット4a,4bによって検出されたカメラ2a,2bの角度方向と、前記第2の撮像画像と、該第2のオブジェクト22の第2の特徴的要素23の知識とから求めるステップ。
Claims (40)
- 空間内において少なくとも1つのオブジェクトを産業用ロボットによって最終姿勢に高精度で位置決めするための方法において、
前記オブジェクトを位置決めするために、
・所定のポジショニングに位置調整することができる第1の産業用ロボット(11)と、
・3次元の空間座標系で校正され、既知の第1の位置(Pa)に既知の方向に位置決めされた第1の光学的撮像装置(1a)と、
・前記空間座標系で校正され、既知の第2の位置(Pb)に既知の方向で位置決めされた、少なくとも1つの第2の光学的撮像装置(1b)と
を使用し、
前記第1の光学的撮像装置(1a)は、
・所定の第1の視界(8a)内で画像を撮像するための光学的校正された第1のカメラ(2a)と、
・前記第1の視界(8a)を位置調整するために前記第1のカメラ(2a)を方向決めするための第1の駆動ユニット(3a)と、
・前記第1のカメラ(2a)の角度方向を高精度で検出して、前記空間座標系において前記第1の視界(8a)を求めるための、該空間座標系で校正された第1の角度測定ユニット(4a)と
を有し、
前記第2の光学的撮像装置(1b)は、
・所定の第2の視界(8b)内で画像を撮像するための、光学的校正された第2のカメラ(2b)と、
・前記第2の視界(8b)を位置調整するために前記第2のカメラ(2b)を方向決めするための第2の駆動ユニット(3b)と、
・前記第2のカメラ(2b)の角度方向を高精度で検出して、前記空間座標系において前記第2の視界(8b)を求めるための、該空間座標系で校正された第2の角度測定ユニット(4b)と
を有し、
前記第1の位置(Pa)と前記第2の位置(Pb)との間隔は次のように設けられており、すなわち、前記第1の視界(8a)と前記第2の視界(8b)とが少なくとも部分的に重なり合うように、前記第1の光学的撮像装置(1a)および前記第2の光学的撮像装置(1b)によって前記少なくとも1つのオブジェクトの画像が3次元で撮像されるように設けられており、
・光学的に検出可能な既知の第1の特徴的要素(13)を有する第1のオブジェクト(12)を、前記第1の産業用ロボット(11)によって把持公差以内で把持および保持するステップと、
・前記第1の産業用ロボット(11)に対して、前記第1のオブジェクト(12)が前記空間座標系において該第1の産業用ロボット(11)のポジショニングの設定によって調整されるように前記把持公差を補正するための第1の調整量を求めるステップであって、
前記第1の視界(8a)と前記第2の視界(8b)とが少なくとも部分的に重なり合うように、前記第1の産業用ロボット(11)の第1の調整ポジショニングに保持された前記第1のオブジェクト(12)の前記第1の特徴的要素(13)の少なくとも一部に向けて、前記第1のカメラ(2a)および前記第2のカメラ(2b)をそれぞれ前記第1の駆動ユニット(3a)および前記第2の駆動ユニット(3b)によって方向決めするステップと、
第1の撮像画像を撮像するステップと、
前記第1の光学的撮像装置(1a)の第1の位置(Pa)および前記第2の光学的撮像装置(1b)の第2の位置(Pb)と、前記第1の角度測定ユニット(4a)および前記第2の角度測定ユニット(4b)によって検出された前記第1のカメラ(2a)の角度方向および前記第2のカメラ(2b)の角度方向と、前記第1の撮像画像と、前記第1のオブジェクト(12)にある前記第1の特徴的要素(13)の知識とから、前記第1の産業用ロボット(11)の前記第1の調整ポジショニングにおける前記空間座標系での該第1のオブジェクト(12)の姿勢を求めるステップと、
前記第1の産業用ロボット(11)の前記第1の調整ポジショニングと、少なくとも、該第1の産業用ロボット(11)の第1の調整ポジショニングにおける前記第1のオブジェクト(12)の求められた姿勢とを使用して、前記第1の調整量を求めるステップと
を実施するステップと、
・前記第1のオブジェクト(12)を高精度で第1の最終姿勢に位置調整するステップであって、該第1のオブジェクト(12)が該第1の最終姿勢に所定の公差以内で達するまで、
さらなる第1の撮像画像を撮像するステップと、
前記第1の光学的撮像装置(1a)の第1の位置(Pa)および前記第2の光学的撮像装置(1b)の第2の位置(Pb)と、前記第1の角度測定ユニット(4a)および前記第2の角度測定ユニット(4b)によって検出された前記第1のカメラ(2a)の角度方向および前記第2のカメラ(2b)の角度方向と、前記さらなる第1の撮像画像と、前記第1のオブジェクト(12)にある前記第1の特徴的要素(13)の知識とから、前記空間座標系における該第1のオブジェクト(12)の実際の姿勢を求めるステップと、
前記第1のオブジェクト(12)の実際の姿勢と前記第1の最終姿勢との姿勢差を計算するステップと、
前記第1の産業用ロボット(11)の現在のポジショニングと、前記姿勢差に関連する量とから、前記第1の調整量も使用して、前記第1の産業用ロボット(11)の新たな目標ポジショニングを計算するステップと、
前記第1の産業用ロボット(11)を前記新たな目標ポジショニングに位置調整するステップと
を繰り返し行うことにより、前記第1のオブジェクト(12)を高精度で第1の最終姿勢に位置調整するステップ
とを有することを特徴とする方法。 - 前記第1の産業用ロボット(11)によって前記第1のオブジェクト(12)を把持した後、前記第1の調整量を求めるために該第1の産業用ロボット(11)を前記第1の調整ポジショニングに位置調整する、請求項1記載の方法。
- 前記第1のオブジェクト(12)が所定の公差以内で前記第1の最終姿勢に達するまで繰り返し行われる前記ステップの前に、
・前記第1の調整量に基づいて、前記第1の調整ポジショニングから、前記第1のオブジェクト(12)が前記第1の最終姿勢に近い第1の近似姿勢に位置決めされるポジショニングに前記第1の産業用ロボット(11)を位置調整し、
・前記第1の視界(8a)と前記第2の視界(8b)とが少なくとも部分的に重なり合うように、前記第1の近似姿勢に位置決めされた前記第1のオブジェクト(12)の前記第1の特徴的要素(13)の少なくとも一部に向けて、前記第1のカメラ(2a)および前記第2のカメラ(2b)をそれぞれ前記第1の駆動ユニット(3a)および前記第2の駆動ユニット(3b)によって方向決めする、請求項1または2記載の方法。 - 前記第1のオブジェクト(12)を前記第1の最終姿勢に高精度で位置調整する前に、
・第2のオブジェクト(22)を第2の産業用ロボット(21)または手動で把持し、オブジェクトホルダ(24)に配置して前記空間座標系における第2の最終姿勢に位置決めする、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。 - ・前記第2のオブジェクト(22)が前記所定の第2の最終姿勢に高精度で位置決めされるように、前記オブジェクトホルダ(24)は強制センタリングが行われるように設けられている、請求項4記載の方法。
- ・前記第2のオブジェクト(22)は、光学的に検出可能な既知の第2の特徴的要素(23)を有し、
前記第2のオブジェクト(22)を前記オブジェクトホルダ(24)に配置する前に、
前記第1の視界(8a)と前記第2の視界(8b)とが少なくとも部分的に重なり合うように、前記第2のオブジェクト(22)の前記第2の特徴的要素(23)の少なくとも一部に向けて、前記第1のカメラ(2a)および前記第2のカメラ(2b)をそれぞれ前記第1の駆動ユニット(3a)および前記第2の駆動ユニット(3b)によって方向決めし、
第2の撮像画像を撮像し、
前記第1の光学的撮像装置(1a)の第1の位置(Pa)および前記第2の光学的撮像装置(1b)の第2の位置(Pb)と、前記第1の角度測定ユニット(4a)および前記第2の角度測定ユニット(4b)によって検出された前記第1のカメラ(2a)の角度方向および前記第2のカメラ(2b)の角度方向と、前記第2の撮像画像と、前記第2のオブジェクト(22)にある前記第2の特徴的要素(23)の知識とから、前記空間座標系における該第2のオブジェクト(22)の第2の最終姿勢を求める、請求項4記載の方法。 - 前記第1のオブジェクト(12)を前記第1の最終姿勢(Ea)に高精度で位置調整する前に、
・光学的に検出可能な第2の特徴的要素(23)を有する第2のオブジェクト(22)を第2の産業用ロボット(21)によって把持公差以内で把持および保持し、
・前記第2の産業用ロボット(21)を、前記第2のオブジェクト(22)が第2の最終姿勢になる該第2の産業用ロボット(21)の最終ポジショニングに位置調整し、
・前記第1の視界(8a)と前記第2の視界(8b)とが少なくとも部分的に重なり合うように、前記第2のオブジェクト(22)の前記第2の特徴的要素(23)の少なくとも一部に向けて、前記第1のカメラ(2a)および前記第2のカメラ(2b)をそれぞれ前記第1の駆動ユニット(3a)および前記第2の駆動ユニット(3b)によって方向決めし、
第2の撮像画像を撮像し、
前記第1の光学的撮像装置(1a)の第1の位置(Pa)および前記第2の光学的撮像装置(1b)の第2の位置(Pb)と、前記第1の角度測定ユニット(4a)および前記第2の角度測定ユニット(4b)によって検出された前記第1のカメラ(2a)の角度方向および前記第2のカメラ(2b)の角度方向と、前記第2のオブジェクト(22)の前記第2の特徴的要素(23)の知識とから、前記空間座標系における前記第2のオブジェクト(22)の第2の最終姿勢を求める、
請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。 - 前記第1のオブジェクト(12)の前記第1の最終姿勢を、前記第2のオブジェクト(22)の第2の最終姿勢と、該第1のオブジェクト(12)と該第2のオブジェクト(22)との所定の相対姿勢とから計算する、請求項5から7までのいずれか1項記載の方法。
- 前記第1のオブジェクト(12)を前記第1の最終姿勢に高精度で位置調整する前に、
・光学的に検出可能な既知の第2の特徴的要素(23)を有する第2のオブジェクト(22)を第2の産業用ロボット(21)によって把持公差以内で把持および保持し、
・前記第2の産業用ロボット(21)のポジショニングの設定によって前記第2のオブジェクト(22)が前記空間座標系において調整されるように前記第2の産業用ロボット(21)の前記把持公差を補正する第2の調整量を求め、該第2の調整量を求めるために、
前記第1の視界と前記第2の視界とが少なくとも部分的に重なり合うように、前記第2の産業用ロボット(21)の第2の調整ポジショニングに保持される前記第2のオブジェクト(22)の前記第2の特徴的要素(23)の少なくとも一部に向けて、前記第1のカメラ(2a)および前記第2のカメラ(2b)をそれぞれ前記第1の駆動ユニット(3a)および前記第2の駆動ユニット(3b)によって方向決めするステップと、
第2の撮像画像を撮像するステップと、
前記第1の光学的撮像装置(1a)の第1の位置(Pa)および前記第2の光学的撮像装置(1b)の第2の位置(Pb)と、前記第1の角度測定ユニット(4a)および前記第2の角度測定ユニット(4b)によって検出された前記第1のカメラ(2a)の角度方向および前記第2のカメラ(2b)の角度方向と、前記第2の撮像画像と、前記第2のオブジェクト(22)にある前記第2の特徴的要素(23)の知識とから、該第2の産業用ロボット(21)の第2の調整ポジショニングにおける前記第2のオブジェクト(22)の前記空間座標系における姿勢を求めるステップと、
前記第2の産業用ロボット(21)の第2の調整ポジショニングと、少なくとも、該第2の産業用ロボット(21)の前記第2の調整ポジショニングにおける前記第2のオブジェクト(22)の求められた姿勢とを使用して、前記第2の調整量を求めるステップと
を実施するステップと、
・前記第2のオブジェクト(22)を第2の最終姿勢に高精度で位置調整するために、所定の公差以内で前記第2の最終姿勢に達するまで、
さらなる第2の撮像画像を撮像するステップと、
前記第1の光学的撮像装置(1a)の第1の位置(Pa)および前記第2の光学的撮像装置(1b)の第2の位置(Pb)と、前記第1の角度測定ユニット(4a)および前記第2の角度測定ユニット(4b)によって検出された前記第1のカメラ(2a)の角度方向および前記第2のカメラ(2b)の角度方向と、前記さらなる第2の撮像画像と、前記第2のオブジェクト(22)にある前記第2の特徴的要素(23)の知識とから、前記空間座標系における該第2のオブジェクト(22)の実際の姿勢を求めるステップと、
前記第2のオブジェクト(22)の実際の姿勢と前記第2の最終姿勢との間の姿勢差を計算するステップと、
前記第2の産業用ロボット(21)の現在のポジショニングと、前記姿勢差に関連する量とから、前記第2の調整量も使用して、該第2の産業用ロボット(21)の新たな目標ポジショニングを計算するステップと、
前記第2の産業用ロボット(21)を前記新たな目標ポジショニングに位置調整するステップ
とを繰り返すステップと
を実施する、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。 - 前記第2の産業用ロボット(21)によって前記第2のオブジェクト(22)を把持した後、前記第2の調整量を求めるために該第2の産業用ロボット(21)を前記第2の調整ポジショニングに位置調整する、請求項9記載の方法。
- 前記第2のオブジェクト(22)が所定の公差以内で前記第2の最終姿勢に達するまで繰り返し行われる前記ステップの前に、
・前記第2の調整量に基づいて、前記第2の調整ポジショニングから、前記第2のオブジェクト(22)が前記第2の最終姿勢に近い第2の近似姿勢に位置決めされるポジショニングに前記第2の産業用ロボット(21)を位置調整し、
・前記第1の視界(8a)と前記第2の視界(8b)とが少なくとも部分的に重なり合うように、前記第2の近似姿勢に位置決めされた前記第2のオブジェクト(22)の前記第2の特徴的要素(23)の少なくとも一部に向けて、前記第1のカメラ(2a)および前記第2のカメラ(2b)をそれぞれ前記第1の駆動ユニット(3a)および前記第2の駆動ユニット(3b)によって方向決めする、請求項9または10記載の方法。 - ・加工ツールとして構成された第3のオブジェクト(32)を第3の産業用ロボット(31)によって保持公差以内で保持し、
・前記第3の産業用ロボット(31)のポジショニングの設定によって前記空間座標系において前記加工ツール(32)が調整されるように位置調整されるように該第3の産業用ロボット(31)の把持公差を補正する第3の調整量を求め、
前記第3の調整量を求めるために、
・前記加工ツール(32)を前記第3の産業用ロボット(31)の第3の調整ポジショニングに保持し、前記第1の視界(8a)と前記第2の視界(8b)とが少なくとも部分的に重なり合うように、前記第1のカメラ(2a)および前記第2のカメラ(2b)をそれぞれ前記第1の駆動ユニット(3a)および前記第2の駆動ユニット(3b)によって、前記加工ツール(32)または該加工ツール(32)に結合された該第3の産業用ロボット(31)の一部分に設けられた光学的に検出可能な既知の第3の特徴的要素(33)の少なくとも一部に向けて方向決めするステップと、
・第3の撮像画像を撮像するステップと、
・前記第1の光学的撮像装置(1a)第1の位置(Pa)および前記第2の光学的撮像装置(1b)の第2の位置(Pb)と、前記第1の角度測定ユニット(4a)および前記第2の角度測定ユニット(4b)によって検出された前記第1のカメラ(2a)の角度方向および前記第2のカメラ(2b)の角度方向と、前記第3の撮像画像と、前記加工ツール(32)または該加工ツール(32)に結合された前記第3の産業用ロボット(31)の一部分に設けられた光学的に検出可能な既知の第3の特徴的要素(33)の知識とから、前記第3の産業用ロボット(31)の第3の調整ポジショニングにおける前記空間座標系における前記加工ツール(32)の姿勢を求めるステップと、
・前記第3の産業用ロボット(31)の第3の調整ポジショニングと、少なくとも、該第3の産業用ロボット(31)の第3の調整ポジショニングにおける前記加工ツール(32)の求められた姿勢とを使用して、前記第3の調整量を求めるステップ
とを行う、請求項1から11までのいずれか1項記載の方法。 - 前記加工ツール(32)が所定の公差以内で前記第3の最終姿勢に達するまで、
・さらなる第3の撮像画像を撮像するステップと、
・前記第1の光学的撮像装置(1a)の第1の位置(Pa)および前記第2の光学的撮像装置(1b)の第2の位置(Pb)と、前記第1の角度測定ユニット(4a)および前記第2の角度測定ユニット(4b)によって検出された前記第1のカメラ(2a)の角度方向および前記第2のカメラ(2b)の角度方向と、前記さらなる第3の撮像画像と、前記第3の特徴的要素(33)の知識とから、前記空間座標系における前記加工ツール(32)の実際の姿勢を求めるステップと、
・前記第3のオブジェクト(32)の実際の姿勢と前記第3の最終姿勢との姿勢差を計算するステップと、
・前記第3の産業用ロボット(31)の現在のポジショニングと、前記姿勢差に関連する量とから、前記第3の調整量を使用して前記第3の産業用ロボット(31)の新たな目標ポジショニングを計算するステップと、
・前記第3の産業用ロボット(31)を前記新たな目標ポジショニングに位置調整するステップと
を繰り返し実施することにより、前記加工ツール(32)を高精度で前記第3の最終姿勢に位置調整する、請求項12記載の方法。 - 前記姿勢差に関連する量を形成するために、前記姿勢差に1以下の係数を乗算する、請求項1から13までのいずれか1項記載の方法。
- ・前記特徴的要素(13;23;33)は基本的に、電子的なデータ処理装置によって処理されたモデルから既知であり、
・電子的なデータ処理装置によって実施される画像処理により、前記モデルおよび/または前記撮像画像において前記特徴的要素(13;23;33)を同定し、前記モデルの前記特徴的要素(13;23;33)と、前記撮像画像の前記特徴的要素(13;23;33)とを対応付け、
・撮像された前記特徴的要素(13;23;33)の位置であって、前記空間座標系において検出された該特徴的要素(13;23;33)の位置と、対応付けられた前記モデルの前記特徴的要素(13;23;33)および前記撮像画像の前記特徴的要素(13;23;33)とから、該空間座標系における前記オブジェクト(12;22;32)の姿勢を求める、請求項1から14までのいずれか1項記載の方法。 - 撮像された前記特徴的要素(13;23;33)の相互間の相対姿勢を求め、基本的にモデルから既知である前記特徴的要素の相互間の相対姿勢と比較する、請求項15記載の方法。
- 撮像された前記特徴的要素(13;23;33)の相互間の相対姿勢と前記モデルから基本的に既知である前記特徴的要素の相互間の相対姿勢との偏差の超過時に、エラーメッセージを出力する、請求項16記載の方法。
- 前記エラーメッセージの場合、前記オブジェクト(12;22;32)を新たなオブジェクト(12;22;32)と交換する、請求項17記載の方法。
- 前記モデルを、検出された前記オブジェクト(12;22;32)に適合する、請求項16または17記載の方法。
- ・適合された前記モデルが、前記空間座標系における前記最終姿勢を決定する、請求項19記載の方法。
- 前記第1の光学的撮像装置(1a)および前記第2の光学的撮像装置(1b)はそれぞれ、
・前記第1のカメラ(2a)および前記第2のカメラ(2b)が前記第1の駆動ユニット(3a)および前記第2の駆動ユニット(3b)によってそれぞれ、前記空間座標系を基準として水平方向の傾斜軸(Ha;Hb)および垂直方向の鉛直軸(Va;Vb)を中心として方向決めすることができ、
・前記第1の角度測定ユニット(4a)および前記第2の角度測定ユニット(4b)によってそれぞれ、前記空間座標系における前記鉛直軸(Va;Vb)を中心とする水平方向の角度方向(αa;αb)と前記傾斜軸(Ha;Hb)を中心とする垂直方向の角度方向(βa;βb)とが検出される
ように構成されている、請求項1から20までのいずれか1項記載の方法。 - 前記水平方向の傾斜軸(Ha,Hb)と前記垂直方向の鉛直軸(Va;Vb)とは実質的に交差する、請求項21記載の方法。
- 前記第1の光学的撮像装置(1a)および前記第2の光学的撮像装置(1b)はそれぞれ、
・前記第1のカメラ(2a)の投影中心および前記第2のカメラ(2b)の投影中心がそれぞれ、前記水平方向の傾斜軸(Ha;Hb)と前記垂直方向の鉛直軸(Va,Vb)との交点に位置し、
・前記第1のカメラ(2a)の位置および前記第2のカメラ(2b)の位置はそれぞれ、角度方向(αa,βa;αb,βb)に依存せずに前記第1の光学的撮像装置(1a)の第1の位置(Pa)および前記第2の光学的撮像装置(1b)の第2の位置(Pb)に結合され、
前記空間座標系における前記姿勢が、前記第1のカメラ(2a)の位置および前記第2のカメラ(2b)の位置と、前記第1の角度測定ユニット(4a)および前記第2の角度測定ユニット(4b)によって検出された該第1のカメラ(2a)の角度方向(αa,βa)および該第2のカメラ(2b)の角度方向(αb,βb)と、前記撮像画像と、前記特徴的要素(13;23;33)の知識とから求められる
ように構成されている、請求項22記載の方法。 - 前記第1の光学的撮像装置(1a)および前記第2の光学的撮像装置(1b)はそれぞれ、
・前記第1のカメラ(2a)の投影中心および前記第2のカメラ(2b)の投影中心が、前記水平方向の傾斜軸(Ha,Hb)と前記垂直方向の鉛直軸(Va,Vb)との交点の外側に位置し、
・前記第1のカメラ(2a)の位置および前記第2のカメラ(2b)の位置が、前記交点からの該第1のカメラ(2a)の投影中心および該第2のカメラ(2b)の投影中心の所定の偏心率と、前記角度方向(αa,βa;αb,βb)と、前記第1の光学的撮像装置(1a)の第1の位置(Pa)および前記第2の光学的撮像装置(1b)の第2の位置(Pb)とから求められ、
・前記空間座標系における前記姿勢が、前記第1の光学的撮像装置(1a)の第1の位置(Pa)および前記第2の光学的撮像装置(1b)の第2の位置(Pb)と、前記第1のカメラ(2a)の投影中心の偏心率および前記第2のカメラ(2b)の投影中心の偏心率と、前記第1の角度測定ユニット(4a)および前記第2の角度測定ユニット(4b)によって検出された該第1のカメラ(2a)の角度方向および該第2のカメラ(2b)の角度方向と、前記撮像画像と、前記特徴的要素(12;22;32)の知識とから求められる
ように構成されている、請求項22記載の方法。 - 少なくとも前記第1の光学的撮像装置(1a)は、前記第1のカメラ(2a)の第1の視界(8a)内で第1のパターン光(7a)を放出するように構成された第1の発光源(6a)を有し、
前記第1の発光源(6a)は、前記第1の駆動ユニット(3a)によって前記第1のカメラ(2a)と一緒に方向決めされ、
前記第1の発光源(6a)の角度方向は、前記空間座標系でキャリブレーションされた第1の角度測定ユニット(4a)によって高精度で検出され、
前記撮像画像を撮像するステップにおいて、前記第1のパターン光(7a)が前記第2の光学的撮像装置(1b)の第2のカメラ(2b)の視界内に入るように、該第1のパターン光(7a)を前記第1の発光源(6a)から前記オブジェクト(12;22;32)に投影し、
・前記空間座標系における前記オブジェクト(12;22;32)の姿勢を、さらに、前記第1の光学的撮像装置(1a)の第1の位置(Pa)および前記第2の光学的撮像装置(1b)の第2の位置(Pb)と、前記第1の角度測定ユニット(4a)および前記第2の角度測定ユニット(4b)によって検出された前記第1の発光源(6a)の角度方向および前記第2のカメラ(2b)の角度方向と、前記第1のパターン光(7a)を撮像した該第2のカメラ(2b)の撮像画像とから、三角測量によって求める、請求項1から24までのいずれか1項記載の方法。 - 少なくとも前記第2の光学的撮像装置(1b)は、前記第2のカメラ(2b)の第2の視界(8b)内で第2のパターン光(7b)を放出するように構成された第2の発光源(6b)を有し、
前記第2の発光源(6b)は前記第2のカメラ(2b)とともに、前記第2の駆動ユニット(3b)によって方向決め可能であり、
前記第2の発光源(6b)の角度方向は、前記空間座標系においてキャリブレーションされた前記第2の角度測定ユニット(4b)によって高精度で検出され、
前記撮像画像を撮像するステップにおいて、前記第2のパターン光(7b)が前記第1の光学的撮像装置(1a)の第1のカメラ(2a)の視界内に入るように該第2のパターン光(7b)を前記第2の発光源(6b)から前記オブジェクト(12;22;32)の特徴的要素(13;23;33)の少なくとも一部に投影し、
前記空間座標系における前記オブジェクト(12;22;32)の姿勢を、さらに、前記第1の光学的撮像装置(1a)の第1の位置(Pa)および前記第2の光学的撮像装置(1b)の第2の位置(Pb)と、前記第1の角度測定ユニット(4a)および前記第2の角度測定ユニット(4b)によって検出された前記第2の発光源(6b)の角度方向および前記第1のカメラ(2a)の角度方向と、前記第2のパターン光(7b)を撮像した該第1のカメラ(2a)の撮像画像と、前記オブジェクト(12;22;32)における前記特徴的要素(13;23;33)の知識とから、三角測量によって求める、請求項25記載の方法。 - 既知の第3の位置(Pc)に既知の方向で配置された発光装置(1c)が設けられており、
前記発光装置(1c)は、第3のパターン光(7c)を放出するように構成された第3の発光源(6c)を有し、
前記第3の発光源(6c)は第3の駆動ユニット(3c)によって方向決め可能であり、
前記第3の発光源(6c)の角度方向は、前記空間座標系でキャリブレーションされた第3の角度測定方向(4c)によって高精度で検出され、
前記撮像画像を撮像するステップにおいて、前記第3のパターン光(7c)が前記第1の光学的撮像装置(1a)の第1のカメラ(2a)の視界内に入るように該第3のパターン光(7c)を前記第3の発光源(6c)から前記オブジェクト(12;22;32)に投影し、
前記空間座標系における前記オブジェクト(12;22;32)の姿勢を、さらに、前記第1の光学的撮像装置(1a)の第1の位置(Pa)と、前記第1の角度測定ユニット(4a)によって検出された前記第1のカメラ(2a)の角度方向と、前記第3の角度測定ユニット(4c)によって検出された前記第3の発光源(6c)の角度方向と、前記第3のパターン光(7c)を撮像した前記第1のカメラ(2a)の撮像画像とから、三角測量によって求める、請求項1から26までのいずれか1項記載の方法。 - 前記パターン光(7a;7b;7c)を、投影されるレーザ線として形成する、請求項25から27までのいずれか1項記載の方法。
- 前記パターン光(7a;7b;7c)を、レーザ線として扇形に投影されるレーザ点として形成する、請求項25から27までのいずれか1項記載の方法。
- 前記パターン光(7a;7b;7c)を、2次元で投影されるパターンとして、とりわけレーザラスタとして形成する、請求項25から27までのいずれか1項記載の方法。
- 少なくとも前記第1の光学的撮像装置(1a)は第1のレーザ測距器(5a)を有し、
前記第1のレーザ測距器(5a)は前記第1のカメラ(2a)とともに、前記第1の駆動ユニット(3a)によって方向決め可能であり、
前記第1のレーザ測距器(5a)の角度方向は、前記空間座標系においてキャリブレーションされた第1の角度測定ユニット(4a)によって高精度で検出される、請求項1から30までのいずれか1項記載の方法。 - 前記第1のレーザ測距器(5a)によって、位置固定されたターゲットマーク(T)に照準することにより、前記空間座標系における前記第1の光学的撮像装置(1a)の第1の位置(Pa)を検出する、請求項31記載の方法。
- さらに、前記オブジェクト(12;22;32)にある前記特徴的要素(13;23;33)に照準することにより、前記空間座標系における前記オブジェクト(12;22;32)の姿勢を求める、請求項31または32記載の方法。
- 空間内において少なくとも1つのオブジェクトを産業用ロボットによって最終姿勢に高精度で位置決めするためのシステムにおいて、
・所定のポジショニングに位置調整可能な第1の産業用ロボット(11)と、
・3次元の空間座標系でキャリブレーションされ、既知の第1の位置(Pa)に既知の方向で位置決めされた第1の光学的撮像装置(1a)と、
・前記空間座標系でキャリブレーションされ、既知の第2の位置(Pb)に既知の方向で位置決めされた第2の光学的撮像装置(1b)と、
・画像を処理するように構成されたデータ処理装置を有する制御装置(9)と
を有し、
前記第1の光学的撮像装置(1a)は、
・所定の第1の視界(8a)内で画像を撮像するための光学的キャリブレーションされた第1のカメラ(2a)と、
・前記第1の視界(8a)を位置調整するために前記第1のカメラ(2a)を方向決めするための第1の駆動ユニット(3a)と、
・前記第1のカメラ(2a)の角度方向を高精度で検出するための第1の角度測定ユニット(4a)であって、前記空間座標系において前記第1の視界(8a)が求められるように前記空間座標系でキャリブレーションされた第1の角度測定ユニット(4a)と
を有し、
前記第2の光学的撮像装置(1b)は、
・所定の第2の視界(8b)内で画像を撮像するための光学的キャリブレーションされた第2のカメラ(2b)と、
・前記第2の視界(8b)を位置調整するために前記第2のカメラ(2b)を方向決めするための第2の駆動ユニット(3b)と、
・前記第2のカメラ(2b)の角度方向を高精度で検出するための第2の角度測定ユニット(4b)であって、前記空間座標系において前記第2の視界(8b)が求められるように前記空間座標系でキャリブレーションされた第2の角度測定ユニット(4b)と
を有し、
前記第1の位置(Pa)と前記第2の位置(Pb)との間隔は、前記オブジェクトの3次元の画像を前記第1の光学的撮像装置(1a)および前記第2の光学的撮像装置(1b)によって、少なくとも部分的に重なり合う前記第1の視界(8a)および前記第2の視界(8b)によって撮像できるように設けられており、
前記制御装置(9)は、前記第1の産業用ロボット(11)と、前記第1の光学的撮像装置(1a)と、前記第2の光学的撮像装置(1b)とにデータ接続されており、
・前記制御装置(9)に、前記第1のカメラ(2a)および前記第2のカメラ(2b)によって撮像された撮像画像が供給され、
・前記制御装置(9)に、前記第1の角度測定ユニット(4a)および前記第2の角度測定ユニット(4b)によって検出された前記第1のカメラ(2a)の角度方向および前記第2のカメラ(2b)の角度方向が供給され、
・前記第1の駆動ユニット(3a)および前記第2の駆動ユニット(3b)は、前記第1のカメラ(2a)および前記第2のカメラ(2b)を方向決めするように前記制御装置(9)によって駆動制御され、
・前記第1の産業用ロボット(11)は、前記制御装置(9)によって設定されたポジショニングに位置調整され、
前記制御装置(9)および該制御装置(9)のデータ処理装置は、次のように構成されており、すなわち、
・該制御装置(9)に既知である光学的に検出可能な第1の特徴的要素(13)を有する第1のオブジェクト(12)が前記第1の産業用ロボット(11)によって把持公差以内で把持および保持され、
・前記第1の産業用ロボット(11)のポジショニングの設定によって前記第1のオブジェクト(12)が空間座標系において調整されるように位置調整されるように該第1の産業用ロボット(11)の把持公差を補正する第1の調整量が該制御装置(9)によって求められる
ように構成されており、
前記制御装置(9)によって前記第1の調整量を求めるために、
・前記第1の視界(8a)と前記第2の視界(8b)とが少なくとも部分的に重なり合うように、前記第1の産業用ロボット(11)の第1の調整ポジショニングで保持された前記第1のオブジェクト(12)の第1の特徴的要素(13)の少なくとも一部に向けて、前記第1のカメラ(2a)および前記第2のカメラ(2b)をそれぞれ前記第1の駆動ユニット(3a)および前記第2の駆動ユニット(3b)によって方向決めするステップと、
・第1の撮像画像を撮像するステップと、
・前記第1の光学的撮像装置(1a)の第1の位置(Pa)および前記第2の光学的撮像装置(1b)の第2の位置(Pb)と、前記第1の角度測定ユニット(4a)および前記第2の角度測定ユニット(4b)によって検出された前記第1のカメラ(2a)の角度方向および前記第2のカメラ(2b)の角度方向と、前記第1の撮像画像と、前記第1のオブジェクト(12)における第1の特徴的要素(13)の知識とから、前記第1の産業用ロボット(11)の第1の調整ポジショニングにおける前記第1のオブジェクト(12)の姿勢を前記空間座標系において求めるステップと、
・前記第1の産業用ロボット(11)の前記第1の調整ポジショニングと、少なくとも、該第1の産業用ロボット(11)の第1の調整ポジショニングにおける前記第1のオブジェクト(12)の求められた姿勢とを使用して、前記第1の調整量を求めるステップ
とを実施するステップと
が行われ、
前記第1のオブジェクト(12)が所定の公差以内で第1の最終姿勢に達するまで、
・さらなる第1の撮像画像を撮像するステップと、
・前記第1の光学的撮像装置(1a)の第1の位置(Pa)および前記第2の光学的撮像装置(1b)の第2の位置(Pb)と、前記第1の角度測定ユニット(4a)および前記第2の角度測定ユニット(4b)によって検出された前記第1のカメラ(2a)の角度方向および前記第2のカメラ(2b)の角度方向と、前記さらなる第1の撮像画像と、前記第1のオブジェクト(12)における前記第1の特徴的要素(13)の知識とから、前記空間座標系における該第1のオブジェクト(12)の実際の姿勢を求めるステップと、
・前記第1のオブジェクト(12)の実際の姿勢と前記第1の最終姿勢との姿勢差を計算するステップと、
・前記第1の調整量を使用して、前記第1の産業用ロボット(11)の現在のポジショニングと、前記姿勢差に関連する量とから、該第1の産業用ロボット(11)の新たな目標ポジショニングを計算するステップと、
・前記第1の産業用ロボット(11)を前記新たな目標ポジショニングに位置調整するステップと
を繰り返し実施することにより、該第1のオブジェクト(12)は前記制御装置(9)によって高精度で前記第1の最終姿勢に位置調整されることを特徴とする、システム。 - 空間内において少なくとも1つのオブジェクトを産業用ロボットによって最終姿勢に高精度で位置決めするためのシステムにおいて、
・所定のポジショニングに位置調整可能な第1の産業用ロボット(11)と、
・3次元の空間座標系でキャリブレーションされ、既知の第1の位置(Pa)に既知の方向で位置決めされた第1の光学的撮像装置(1a)と、
・前記空間座標系でキャリブレーションされ、既知の第2の位置(Pb)に既知の方向で位置決めされた第2の光学的撮像装置(1b)と、
・画像を処理するように構成されたデータ処理装置を有する制御装置(9)と
を有し、
前記第1の光学的撮像装置(1a)は、
・所定の第1の視界(8a)内で画像を撮像するための光学的キャリブレーションされた第1のカメラ(2a)と、
・前記第1の視界(8a)を位置調整するために前記第1のカメラ(2a)を方向決めするための第1の駆動ユニット(3a)と、
・前記第1のカメラ(2a)の角度方向を高精度で検出するための第1の角度測定ユニット(4a)であって、前記空間座標系において前記第1の視界(8a)が求められるように前記空間座標系でキャリブレーションされた第1の角度測定ユニット(4a)と
を有し、
前記第2の光学的撮像装置(1b)は、
・所定の第2の視界(8b)内で画像を撮像するための光学的キャリブレーションされた第2のカメラ(2b)と、
・前記第2の視界(8b)を位置調整するために前記第2のカメラ(2b)を方向決めするための第2の駆動ユニット(3b)と、
・前記第2のカメラ(2b)の角度方向を高精度で検出するための第2の角度測定ユニット(4b)であって、前記空間座標系において前記第2の視界(8b)が求められるように前記空間座標系でキャリブレーションされた第2の角度測定ユニット(4b)と
を有し、
前記第1の位置(Pa)と前記第2の位置(Pb)との間隔は、前記オブジェクトの3次元の画像を前記第1の光学的撮像装置(1a)および前記第2の光学的撮像装置(1b)によって、少なくとも部分的に重なり合う前記第1の視界(8a)および前記第2の視界(8b)によって撮像できるように設けられており、
前記制御装置(9)は、前記第1の産業用ロボット(11)と、前記第1の光学的撮像装置(1a)と、前記第2の光学的撮像装置(1b)とにデータ接続されており、
・前記制御装置(9)に、前記第1のカメラ(2a)および前記第2のカメラ(2b)によって撮像された撮像画像が供給され、
・前記制御装置(9)に、前記第1の角度測定ユニット(4a)および前記第2の角度測定ユニット(4b)によって検出された前記第1のカメラ(2a)の角度方向および前記第2のカメラ(2b)の角度方向が供給され、
・前記第1の駆動ユニット(3a)および前記第2の駆動ユニット(3b)は、前記第1のカメラ(2a)および前記第2のカメラ(2b)を方向決めするように前記制御装置(9)によって駆動制御され、
・前記第1の産業用ロボット(11)は、前記制御装置(9)によって設定されたポジショニングに位置調整され、
前記制御装置(9)および該制御装置(9)のデータ処理装置は、請求項1,2,3,14〜33のいずれか1項記載の方法を実施するように構成されていることを特徴とするシステム。 - 空間内において少なくとも1つのオブジェクトを産業用ロボットによって最終姿勢に高精度で位置決めするためのシステムにおいて、
・所定のポジショニングに位置調整可能な第1の産業用ロボット(11)と、
・所定のポジショニングに位置調整可能な第2の産業用ロボット(21)と、
・3次元の空間座標系でキャリブレーションされ、既知の第1の位置(Pa)に既知の方向で位置決めされた第1の光学的撮像装置(1a)と、
・前記空間座標系でキャリブレーションされ、既知の第2の位置(Pb)に既知の方向で位置決めされた第2の光学的撮像装置(1b)と、
・画像を処理するように構成されたデータ処理装置を有する制御装置(9)と
を有し、
前記第1の光学的撮像装置(1a)は、
・所定の第1の視界(8a)内で画像を撮像するための光学的キャリブレーションされた第1のカメラ(2a)と、
・前記第1の視界(8a)を位置調整するために前記第1のカメラ(2a)を方向決めするための第1の駆動ユニット(3a)と、
・前記第1のカメラ(2a)の角度方向を高精度で検出するための第1の角度測定ユニット(4a)であって、前記空間座標系において前記第1の視界(8a)が求められるように前記空間座標系でキャリブレーションされた第1の角度測定ユニット(4a)と
を有し、
前記第2の光学的撮像装置(1b)は、
・所定の第2の視界(8b)内で画像を撮像するための光学的キャリブレーションされた第2のカメラ(2b)と、
・前記第2の視界(8b)を位置調整するために前記第2のカメラ(2b)を方向決めするための第2の駆動ユニット(3b)と、
・前記第2のカメラ(2b)の角度方向を高精度で検出するための第2の角度測定ユニット(4b)であって、前記空間座標系において前記第2の視界(8b)が求められるように前記空間座標系でキャリブレーションされた第2の角度測定ユニット(4b)と
を有し、
前記第1の位置(Pa)と前記第2の位置(Pb)との間隔は、前記オブジェクトの3次元の画像を前記第1の光学的撮像装置(1a)および前記第2の光学的撮像装置(1b)によって、少なくとも部分的に重なり合う前記第1の視界(8a)および前記第2の視界(8b)によって撮像できるように設けられており、
前記制御装置(9)は、前記第1の産業用ロボット(11)と、前記第2の産業用ロボット(21)と、前記第1の光学的撮像装置(1a)と、前記第2の光学的撮像装置(1b)とにデータ接続されており、
・前記制御装置(9)に、前記第1のカメラ(2a)および前記第2のカメラ(2b)によって撮像された撮像画像が供給され、
・前記制御装置(9)に、前記第1の角度測定ユニット(4a)および前記第2の角度測定ユニット(4b)によって検出された前記第1のカメラ(2a)の角度方向および前記第2のカメラ(2b)の角度方向が供給され、
・前記第1の駆動ユニット(3a)および前記第2の駆動ユニット(3b)は、前記第1のカメラ(2a)および前記第2のカメラ(2b)を方向決めするように前記制御装置(9)によって駆動制御され、
・前記第1の産業用ロボット(11)および前記第2の産業用ロボット(21)は、前記制御装置(9)によって設定されたポジショニングに位置調整され、
前記制御装置(9)および該制御装置(9)のデータ処理装置は、請求項4から11までのいずれか1項記載の方法を実施するように構成されていることを特徴とするシステム。 - 空間内において少なくとも1つのオブジェクトを産業用ロボットによって最終姿勢に高精度で位置決めするためのシステムにおいて、
・所定のポジショニングに位置調整可能な第1の産業用ロボット(11)と、
・所定のポジショニングに位置調整可能な第2の産業用ロボット(21)と、
・所定のポジショニングに位置調整可能であり、加工ツールとして構成された第3のオブジェクト(32)を保持公差以内で保持する第3の産業用ロボット(31)と、
・3次元の空間座標系でキャリブレーションされ、既知の第1の位置(Pa)に既知の方向で位置決めされた第1の光学的撮像装置(1a)と、
・前記空間座標系でキャリブレーションされ、既知の第2の位置(Pb)に既知の方向で位置決めされた第2の光学的撮像装置(1b)と、
・画像を処理するように構成されたデータ処理装置を有する制御装置(9)と
を有し、
前記加工ツール(32)、または該加工ツール(32)に結合された前記第3の産業用ロボット(31)の部分は、光学的に検出可能な既知の第3の特徴的要素(33)を有し、
前記第1の光学的撮像装置(1a)は、
・所定の第1の視界(8a)内で画像を撮像するための光学的キャリブレーションされた第1のカメラ(2a)と、
・前記第1の視界(8a)を位置調整するために前記第1のカメラ(2a)を方向決めするための第1の駆動ユニット(3a)と、
・前記第1のカメラ(2a)の角度方向を高精度で検出するための第1の角度測定ユニット(4a)であって、前記空間座標系において前記第1の視界(8a)が求められるように前記空間座標系でキャリブレーションされた第1の角度測定ユニット(4a)と
を有し、
前記第2の光学的撮像装置(1b)は、
・所定の第2の視界(8b)内で画像を撮像するための光学的キャリブレーションされた第2のカメラ(2b)と、
・前記第2の視界(8b)を位置調整するために前記第2のカメラ(2b)を方向決めするための第2の駆動ユニット(3b)と、
・前記第2のカメラ(2b)の角度方向を高精度で検出するための第2の角度測定ユニット(4b)であって、前記空間座標系において前記第2の視界(8b)が求められるように前記空間座標系でキャリブレーションされた第2の角度測定ユニット(4b)と
を有し、
前記第1の位置(Pa)と前記第2の位置(Pb)との間隔は、前記オブジェクトの3次元の画像を前記第1の光学的撮像装置(1a)および前記第2の光学的撮像装置(1b)によって、少なくとも部分的に重なり合う前記第1の視界(8a)および前記第2の視界(8b)によって撮像できるように設けられており、
前記制御装置(9)は、前記第1の産業用ロボット(11)と、前記第2の産業用ロボット(21)と、前記第3の産業用ロボット(31)と、前記第1の光学的撮像装置(1a)と、前記第2の光学的撮像装置(1b)とにデータ接続されており、
・前記制御装置(9)に、前記第1のカメラ(2a)および前記第2のカメラ(2b)によって撮像された撮像画像が供給され、
・前記制御装置(9)に、前記第1の角度測定ユニット(4a)および前記第2の角度測定ユニット(4b)によって検出された前記第1のカメラ(2a)の角度方向および前記第2のカメラ(2b)の角度方向が供給され、
・前記第1の駆動ユニット(3a)および前記第2の駆動ユニット(3b)は、前記第1のカメラ(2a)および前記第2のカメラ(2b)を方向決めするように前記制御装置(9)によって駆動制御され、
・前記第1の産業用ロボット(11)、前記第2の産業用ロボット(21)および前記第3の産業用ロボット(31)は、前記制御装置(9)によって設定されたポジショニングに位置調整され、
前記制御装置(9)は、請求項12または13記載の方法を実施するように構成されていることを特徴とするシステム。 - 前記第1の光学的撮像装置(1a)および前記第2の光学的撮像装置(1b)はそれぞれ次のように構成されている、すなわち、
・前記第1のカメラ(2a)および前記第2のカメラ(2b)は前記第1の駆動ユニット(3a)および前記第2の駆動ユニット(3b)によってそれぞれ、前記空間座標系を基準とする水平方向の傾斜軸(Ha;Hb)および垂直方向の鉛直軸(Va;Vb)を中心として方向決め可能であり、
・前記第1の角度測定ユニット(4a)および前記第2の角度測定ユニット(4b)によってそれぞれ、前記空間座標系における前記鉛直軸(Va;Vb)を中心とする水平方向の角度方向(αa;αb)と前記傾斜軸(Ha;Hb)を中心とする垂直方向の角度方向(βa;βb)とが検出される
ように構成されている、請求項34から37までのいずれか1項記載のシステム。 - 前記水平方向の傾斜軸(Ha;Hb)と前記垂直方向の鉛直軸(Va;Vb)とは実質的に交差する、請求項38記載のシステム。
- 前記第1の光学的撮像装置(1a)および前記第2の光学的撮像装置(1b)はそれぞれビデオセオドライトとして構成されている、請求項39記載のシステム。
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