JP6407826B2 - 座標系設定方法、座標系設定装置、及び座標系設定装置を備えたロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、座標系（特にコンベヤ座標系）を設定する方法及び装置に関する。本発明はまた、座標系設定装置を備えたロボットシステムに関する。

コンベヤにより運搬される物品の位置をセンサ（例えば視覚センサ）で検出し、ロボットが、検出された位置に基づきコンベヤから物品を取り上げるシステムは知られている。また、コンベヤにより運搬される物品トレイの位置をセンサ（例えば光電管センサ）で検出し、ロボットが、検出された位置に基づき物品トレイに物品を置くシステムも知られている。この種のロボットシステムでは一般に、コンベヤ上での物品や物品トレイ（本願で「物体」と総称する）の位置を定義するためにコンベヤに与えられる座標系として、ロボットのベース座標系に対し予め定めた関係を有する座標系（本願で「コンベヤ座標系」と称する）が設定される。

例えば特許文献１は、コンベヤにより運搬される複数のワークの位置を視覚センサで認識し、認識した位置に基づき複数台のロボットの各々がトラッキング動作によりワークを取り上げる視覚センサ・ロボットシステムを開示する。このシステムでは、コンベヤ上のワークの位置を定義する座標系として、コンベヤと等速度で同方向に移動するトラッキング座標系が設定される。トラッキング座標系は、初期位置においてロボットのベース座標系よりも所定距離だけ上流側に原点を持ち、そのＸ軸がコンベヤの走行方向と一致するように設定される。

他方、ロボットとコンベヤとを含むロボットシステムにおいて、一旦構築したロボットシステムに対し、ロボットやコンベヤのメンテナンス、システム全体の別の場所への移設等の補足的作業を行った結果、ロボットとコンベヤとの位置関係が補足的作業の実施前後で変化する場合がある。ロボットとコンベヤとの位置関係が変化すると、補足的作業前にロボットに教示した動作教示点を、補足的作業後には位置関係の変化に応じて修正する必要がある。例えば特許文献２は、ロボットシステムの移設の前後に、作業対象物（ワーク）又はその保持装置に定義された３箇所以上についてそれらの３次元位置を視覚センサにより計測し、計測した位置データから、移設前後のロボットとワークとの相対位置の変化が補償されるように、移設前に教示したロボット動作プログラムの教示点位置を修正する教示位置修正方法を開示する。

特開平９−１３１６８３号公報 特許第３７３３３６４号公報

コンベヤにより運搬される物体（例えば、物品、物品トレイ等）の位置を検出し、ロボットが、検出された位置に基づき物体に対し作業（例えば、コンベヤから物品を取り上げる作業、物品トレイに物品を置く作業等）を行うシステムにおいて、コンベヤ上での物体の位置を定義するためのコンベヤ座標系を、再現性良く容易に設定できるようにすることが望まれている。また、一旦構築した上記システムに対しメンテナンスやシステム移設等の補足的作業を行ったときに、補足的作業後のコンベヤ座標系の再設定を容易に実施できるようにすることが望まれている。

本発明の一態様は、コンベヤにより運搬される物体の位置を検出してロボットがその位置に基づき物体に対し作業を行うシステムで、コンベヤ上での物体の位置を定義するための座標系として、ロボットのベース座標系に対し所定の関係を有するコンベヤ座標系を設定する方法であって、コンベヤの、物体運搬動作を行う可動部に、互いに一定の位置関係を有する複数の特徴部を設け、ロボットに、複数の特徴部の各々の位置を非接触に検出可能なセンサを設け、可動部が第１の動作位置にあるときに、センサにより少なくとも２つの特徴部の位置を検出して、検出した位置をベース座標系における少なくとも２つの第１座標として取得し、可動部に第１の動作位置から第２の動作位置に向かって物体運搬動作を実行させ、可動部が第２の動作位置にあるときに、センサにより少なくとも１つの特徴部の位置を検出して、検出した位置をベース座標系における少なくとも１つの第２座標として取得し、物体運搬動作の方向と、少なくとも２つの第１座標と、少なくとも１つの第２座標とに基づき、コンベヤ座標系を決定する、座標系設定方法である。

上記した座標系設定方法は、コンベヤの、物体運搬動作を行わない非可動部の所定箇所に、センサがその位置を非接触に検出可能なマークを定め、センサによりマークの位置を検出して、検出した位置をベース座標系における第３座標として取得し、第３座標をコンベヤ座標系の原点としてコンベヤ座標系を決定する構成とすることができる。

本発明の他の態様は、コンベヤにより運搬される物体の位置を検出してロボットがその位置に基づき物体に対し作業を行うシステムで、コンベヤ上での物体の位置を定義するための座標系として、ロボットのベース座標系に対し所定の関係を有するコンベヤ座標系を設定する装置であって、コンベヤの、物体運搬動作を行う可動部に設けられ、互いに一定の位置関係を有する複数の特徴部と、ロボットに設けられ、複数の特徴部の各々の位置を非接触に検出可能なセンサと、可動部が第１の動作位置にあるときに、センサに少なくとも２つの特徴部の位置を検出させて、検出した位置をベース座標系における少なくとも２つの第１座標として取得する第１座標取得部と、可動部に第１の動作位置から第２の動作位置に向かって物体運搬動作を実行させる運搬動作実行部と、可動部が第２の動作位置にあるときに、センサに少なくとも１つの特徴部の位置を検出させて、検出した位置をベース座標系における少なくとも１つの第２座標として取得する第２座標取得部と、物体運搬動作の方向と、少なくとも２つの第１座標と、少なくとも１つの第２座標とに基づき、コンベヤ座標系を決定する座標系決定部と、を具備する座標系設定装置である。

本発明のさらに他の態様は、コンベヤと、コンベヤにより運搬される物体の位置を検出する物体検出部と、物体検出部が検出した位置に基づき物体に対し作業を行うロボットと、上記した座標系設定装置と、を具備するロボットシステムである。

一態様に係る座標系設定方法及び他の態様に係る座標系設定装置によれば、複数の特徴部を設けたコンベヤに第１の動作位置から第２の動作位置への物体運搬動作を実行させるとともに、ロボットに設けたセンサによって第１の動作位置における少なくとも２つ特徴部の位置と第２の動作位置における少なくとも１つの特徴部の位置とを検出するだけで、コンベヤ座標系を設定できる。したがって、オペレータの熟練を要することなく、また再現性良く、コンベヤ座標系を容易に設定することができる。

また、他の態様に係るロボットシステムでは、上記した座標系設定装置を備えたことにより、オペレータの熟練を要することなく、また再現性良く、コンベヤ座標系を容易に設定することができる。

ロボットシステムの一実施形態の構成を模式図的に示す平面図である。 図１のロボットシステムが有する制御装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 座標系設定装置の一実施形態の構成を示す機能ブロック図である。 図３の座標系設定装置が有する特徴部の一例を示す平面図である。 座標系設定方法の一実施形態における座標系設定手順を示すフローチャートである。 図５の座標系設定手順における位置検出ステップを示す平面図である。 図５の座標系設定手順を実行する現場の状況を模式図的に示す図である。 座標系設定装置の他の実施形態の構成を示す機能ブロック図である。 図８の座標系設定装置が有するマークの一例を示す図で、（ａ）マークの平面図、（ｂ）座標系と共に示す図である。 座標系設定方法の他の実施形態における座標系設定手順を示すフローチャートである。 図１０の座標系設定手順におけるマーク検出ステップのマーク検出手順を示すフローチャートである。 図１１のマーク検出手順における補正量計算ステップを模式的に示す図である。 座標系設定方法のさらに他の実施形態における座標系設定手順を示すフローチャートである。 座標系設定方法のさらに他の実施形態における座標系設定手順を示すフローチャートである。 図１４の座標系設定手順を実行する現場の状況を模式図的に示す図である。 座標系設定方法のさらに他の実施形態における座標系設定手順を示すフローチャートである。 座標系設定方法のさらに他の実施形態における座標系設定手順を示すフローチャートである。 図１７の座標系設定手順における原点変換ステップを模式的に示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。
図１は、本発明の一態様に係るロボットシステムの、一実施形態の構成を模式図的に示す。一実施形態によるロボットシステム１０は、コンベヤ１２と、コンベヤ１２により運搬される物体の位置を検出する物体検出部１４と、物体検出部１４が検出した物体の位置に基づき物体に対し作業を行うロボット１６とを備える。

この実施形態では、コンベヤ１２は、ロボット１６の作業領域に向かって複数の物品Ｒ（すなわち物体）を運搬する物品供給用のコンベヤ１２である。また物体検出部１４は、コンベヤ１２によって運搬される物品Ｒを撮像して画像処理により物品Ｒの位置を検出する視覚センサの構成を有する。またロボット１６は、物体検出部１４が検出した物品Ｒの位置に基づき、コンベヤ１２から物品Ｒを取り上げて他の場所へ移送する作業を行う。ロボットシステム１０では、２台のロボット１６Ａ、１６Ｂがコンベヤ１２の運搬動作方向へ並んで配置され、個々のロボット１６Ａ、１６Ｂがコンベヤ１２から取り上げた物品Ｒの移送先として、２台の排出コンベヤ１８Ａ、１８Ｂ（排出コンベヤ１８と総称する））が、コンベヤ１２に隣接して設置される。

コンベヤ１２は、複数の物品Ｒを適当な配置で支持して一方向（図で矢印α方向）へ運搬可能な公知の搬送部材（すなわち可動部）と、搬送部材を連続的又は断続的に駆動する公知の駆動機構とを有する。ロボットシステム１０は、コンベヤ１２の動作位置等の運搬動作情報を取得するコンベヤセンサ２０を備える。コンベヤセンサ２０は、例えばコンベヤ１２の搬送部材又は駆動機構の位置や速度を検出可能なエンコーダを有することができる。

排出コンベヤ１８Ａ、１８Ｂの各々は、物品Ｒを予め定めた配置で載置可能な物品トレイ（図示せず）を支持して一方向（図で矢印β方向）へ運搬可能な公知の搬送部材（すなわち可動部）と、搬送部材を連続的又は断続的に駆動する公知の駆動機構とを有する。この実施形態では、コンベヤ１２の運搬動作方向αと排出コンベヤ１８Ａ、１８Ｂの運搬動作方向βとは、互いに略直交している。ロボットシステム１０は、各排出コンベヤ１８の動作位置等の運搬動作情報を取得するコンベヤセンサ（図示せず）をさらに備える。コンベヤセンサは、例えば各排出コンベヤ１８の搬送部材又は駆動機構の位置や速度を検出可能なエンコーダを有することができる。

ロボット１６（第１ロボット１６Ａ、第２ロボット１６Ｂ）は、多関節型、ガントリ型、パラレルリンク型等の、公知の種々の機構部（すなわちマニピュレータ）から適宜選択した機構部（図示せず）と、吸着型、把握型等の、公知の種々のハンドから適宜選択したハンド（図示せず）とを備えることができる。コンベヤ１２の運搬動作方向αの上流側に設置される第１ロボット１６Ａは、予め定めた自己の作業領域にて機構部及びハンドが動作して、コンベヤ１２により運搬される複数の物品Ｒのうちの任意の物品Ｒを把持して取り上げ、排出コンベヤ１８Ａに移送する。コンベヤ１２の運搬動作方向αの下流側に設置される第２ロボット１６Ｂは、予め定めた自己の作業領域にて機構部及びハンドが動作して、コンベヤ１２により運搬される複数の物品Ｒのうち、第１ロボット１６Ａが取り上げなかった物品Ｒを把持して取り上げ、排出コンベヤ１８Ｂに移送する。各排出コンベヤ１８に移送される物品Ｒは、排出コンベヤ１８が運搬する物品トレイ（図示せず）の所定の場所に所定の姿勢で置かれ、運搬動作方向βへ運搬される。

ロボットシステム１０は、第１ロボット１６Ａを制御する第１制御装置２２Ａと、第２ロボット１６Ｂを制御する第２制御装置２２Ｂとを備える。第１制御装置２２Ａと第２制御装置２２Ｂとは、ネットワークハブ２４及び有線の通信ケーブル２６を介して、相互にデータを通信することができる。なお通信手段は、有線の通信ケーブル２６に限定されない。各制御装置２２Ａ、２２Ｂ（制御装置２２と総称する）のハードウェア構成の詳細は後述する。

物体検出部１４は、ＣＣＤカメラ等の撮像部２８と、撮像部２８が取得した二次元画像データを画像処理する画像処理部３０とを備えて構成される。撮像部２８は、コンベヤ１２の運搬動作方向αに見て第１ロボット１６Ａのさらに上流側に設置され、コンベヤ１２の運搬動作方向所定範囲に広がる視野３２（一点鎖線で示す）を有する。撮像部２８は、視野３２内に存在する物品Ｒ及びコンベヤ１２の一部分を上方から撮像してそれらの二次元画像データを取得する。撮像部２８は、デジタルカメラであることができ、例えば解像度や撮像範囲を任意に設定することができる。

画像処理部３０は、撮像部２８に視野３２内の物品Ｒ及びコンベヤ１２を撮像させて、撮像部２８が取得した二次元画像データを適宜に画像処理することにより、物品Ｒの存在を検出するとともに、予め定めた三次元座標系における個々の物品Ｒの位置（座標値）及び姿勢（回転角度）の情報を取得する。画像処理部３０が取得する情報は、通常は物品Ｒの位置及び姿勢の情報を含むが、物品Ｒの姿勢の情報を含まなくともよい場合もある。本願では、物品Ｒの位置及び姿勢の情報、並びに物品Ｒの位置の情報を、いずれも「位置情報」と総称する。

画像処理部３０は、第１制御装置２２Ａが有する一機能（ハードウェア及びソフトウェア）として構成される。或いは画像処理部３０は、第１制御装置２２Ａから独立した画像処理装置として構成することもできる。いずれの場合も、画像処理部３０が撮像部２８の二次元画像データから取得した物品Ｒの位置情報は、随時、第１制御装置２２Ａに取得されるとともに、ネットワークハブ２４及び通信ケーブル２６を介して第２制御装置２２Ｂに取得される。なお同様に、コンベヤセンサ２０が検出したコンベヤ１２の運搬動作情報は、随時、第１制御装置２２Ａに取得されるとともに、ネットワークハブ２４及び通信ケーブル２６を介して第２制御装置２２Ｂに取得される。

図２は、第１制御装置２２Ａのハードウェア構成の一例を示す。第１制御装置２２Ａは、マイクロプロセッサからなるＣＰＵ３４を備える。ＣＰＵ３４には、ＲＯＭ３６、ＲＡＭ３８、ＳＲＡＭ４０、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）用データメモリ４２及びデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）４４が、バス４６を介してそれぞれ接続される。ＲＯＭ３６にはシステム全体を制御するプログラムが格納され、ＲＡＭ３８にはＣＰＵ３４で処理されるデータが一時的に格納される。ＳＲＡＭ４０には、第１ロボット１６Ａのための動作プログラムや設定データが格納される。ＤＳＰ４４は、コンベヤセンサ２０の出力信号を処理するためのプロセッサであり、ＤＳＰ用データメモリ４２は、ＤＳＰ４４による処理データや設定パラメータを格納する。ＤＳＰ４４は、ケーブル４８を介してコンベヤセンサ２０に接続され、ＣＰＵ３４の命令に従い任意の時点でコンベヤセンサ２０の出力を検知して、ＤＳＰ用データメモリ４２の所定エリアに書き込む機能を有する。

第１制御装置２２Ａは、第１ロボット１６Ａを制御するための軸制御部５０を有する。軸制御部５０は、サーボ回路５２を介して第１ロボット１６Ａに接続される。これにより第１制御装置２２Ａは、第１ロボット１６Ａの機構部やハンドの動作を制御することができる。さらに第１制御装置２２Ａは、通信インタフェース５４及びＩ／Ｏインタフェース５６を備え、これらを介して、第２制御装置２２Ｂや他の周辺装置と通信することができる。

第１制御装置２２Ａはさらに、画像処理部３０（図１）の構成要素として、外部に設置されるモニタ５８が接続されるモニタインタフェース６０と、ケーブル６２を介して撮像部２８が接続されるカメラインタフェース６４とを備える。モニタインタフェース６０及びカメラインタフェース６４は、バス４６を介してＣＰＵ３４に接続される。撮像部２８が撮像した画像は、カメラインタフェース６４を介してＲＡＭ３８に格納される。ＲＡＭ３８に格納されたデータは、ＣＰＵ３４によって解析され、物品Ｒの位置情報として画像処理部３０に取得される。画像処理部３０は、ＲＡＭ３８に格納された撮像データから、物品Ｒの形状や色等の外観特徴情報を取得することもできる。ＲＯＭ３６には、画像処理部３０における各種設定情報や解析プログラムが格納される。このように、ＣＰＵ３４、ＲＯＭ３６及びＲＡＭ３８は、画像処理部３０と、軸制御部５０を含むロボット制御部との双方に共有されている。

第２制御装置２２Ｂ（図１）は、画像処理部３０を備えない点以外は、第１制御装置２２Ａと同様の構成を有する。すなわち第２制御装置２２Ｂは、ＣＰＵ３４、ＲＯＭ３６、ＲＡＭ３８、ＳＲＡＭ４０、ＤＳＰ用データメモリ４２、ＤＳＰ４４、バス４６、軸制御部５０、サーボ回路５２、通信インタフェース５４及びＩ／Ｏインタフェース５６を備える。

図１に示すように、コンベヤ１２には、コンベヤ１２上での物品Ｒの位置を定義するための座標系として、運搬動作方向αをＸ軸とする三次元のコンベヤ座標系６６が設定される。コンベヤ座標系６６は、コンベヤ１２の運搬動作に伴ってＸ軸方向へ移動する座標系である。他方、ロボット１６（第１ロボット１６Ａ、第２ロボット１６Ｂ）には、機構部やハンドの位置や姿勢を定義するための三次元のベース座標系６８が設定される。コンベヤ座標系６６とベース座標系６８との位置及び姿勢の相対関係を予め求めておくことにより、第１制御装置２２Ａは、コンベヤ座標系６６での指令値に従い第１ロボット１６Ａをコンベヤ座標系６６で動作させて、第１ロボット１６Ａにコンベヤ１２上の物品Ｒを取り上げさせることができ、同様に第２制御装置２２Ｂは、コンベヤ座標系６６での指令値に従い第２ロボット１６Ｂをコンベヤ座標系６６で動作させて、第２ロボット１６Ｂにコンベヤ１２上の物品Ｒを取り上げさせることができる。また物体検出部１４は、コンベヤ座標系６６で撮像部２８のキャリブレーションを行うことにより、検出した物品Ｒの位置情報をコンベヤ座標系６６で表すことができる。

物体検出部１４は、コンベヤ１２の物体運搬動作により移動している複数の物品Ｒの撮像及び検出を、複数の物品Ｒの全てが撮像及び検出されるような周期Ｔで又は一定運搬距離Ｇ毎に実行して、全ての物品Ｒの各々の位置情報をコンベヤ座標系６６で取得する。周期Ｔ及び運搬距離Ｇはそれぞれ、撮像部２８が視野３２の中で個々の物品Ｒの全体像を少なくとも１回は撮像できる周期及び運搬距離である。

具体例を挙げると、視野３２の、コンベヤ１２の運搬動作方向αに見た（つまりコンベヤ座標系６６のＸ軸方向の）長さが４００ｍｍ、物品Ｒの、コンベヤ１２の上方から見た平面形状における最大幅が１００ｍｍ、コンベヤ１２の運搬速度が２００ｍｍ／ｓの構成の場合、コンベヤ１２の物体運搬動作に伴い１つの物品Ｒの全体が視野３２に進入した瞬間から当該物品Ｒの一部が視野３２の外に出るまでの間に、当該物品Ｒを１回撮像するための周期Ｔ及び運搬距離Ｇは、それぞれ以下のようになる。
Ｔ＝（４００(mm)−１００(mm)）／２００(mm/s)＝１．５(s)
Ｇ＝４００(mm)−１００(mm)＝３００(mm)

物体検出部１４は、コンベヤ１２により第１及び第２ロボット１６Ａ、１６Ｂの作業領域に供給される複数の物品Ｒを、撮像部２８が周期Ｔで又は運搬距離Ｇ毎に撮像することにより、画像処理部３０が全ての物品Ｒを、視野３２に存在する間に検出でき、それら物品Ｒの各々の位置情報を取得できる。

第１制御装置２２Ａは、撮像部２８による周期Ｔでの又は運搬距離Ｇ毎の物品Ｒの撮像動作に同期して、コンベヤセンサ２０が検出したコンベヤ１２の運搬動作情報（動作位置等）を取得し、ＤＳＰ用データメモリ４２に格納する。また、第１制御装置２２Ａは、周期Ｔで又は運搬距離Ｇ毎に検出した物品Ｒの位置情報、周期Ｔ又は毎回の運搬距離Ｇに同期して取得したコンベヤ１２の運搬動作情報、及び物品Ｒを通し番号で示した物品ＩＤ、並びに必要に応じて物体検出部１４以外のセンサから得た情報等をひとまとめにした物品情報セットを生成する。第１制御装置２２Ａは、コンベヤセンサ２０から実時間で送られる随時更新される運搬動作情報と、物品情報セットに含まれている周期Ｔ又は毎回の運搬距離Ｇに同期した運搬動作情報とを比較することで、物品Ｒの現在位置をコンベヤ座標系６６で知ることができる。第１制御装置２２Ａは、現在位置にある物品Ｒを第１ロボット１６Ａが把持して取り上げるための動作指令を生成し、この動作指令により第１ロボット１６Ａを制御することで、第１ロボット１６Ａに当該物品Ｒを取り上げさせることができる。第１制御装置２２Ａは、生成した物品情報セットのうち、第１ロボット１６Ａが取り上げた物品Ｒの位置情報を削除し、第１ロボット１６Ａが取り上げなかった物品Ｒの位置情報を第２制御装置２２Ｂへ転送する。

第２制御装置２２Ｂは、第１制御装置２２Ａから転送された物品情報セットに基づき、第１制御装置２２Ａと同様に、随時更新される実時間の運搬動作情報と、物品情報セットに含まれている周期Ｔ又は毎回の運搬距離Ｇに同期した運搬動作情報とを比較することで、第１ロボット１６Ａが取り上げなかった物品Ｒの現在位置を知ることができる。第２制御装置２２Ｂは、現在位置にある物品Ｒを第２ロボット１６Ｂが把持して取り上げるための動作指令を生成し、この動作指令により第２ロボット１６Ｂを制御することで、第２ロボット１６Ｂに当該物品Ｒを取り上げさせることができる。なお、第１ロボット１６Ａ及び第２ロボット１６Ｂによる物品Ｒの把持及び取上げ動作は、コンベヤ１２の物体運搬動作に追従するトラッキング動作として実行することもできるし、コンベヤ１２を一時的に停止させた状態で実行することもできる。

ロボットシステム１０は、上記構成に加えて、コンベヤ１２によって運搬される物体（物品Ｒ）のコンベヤ１２上での位置を定義するためのコンベヤ座標系６６を設定する座標系設定装置７０（図３）を備える。以下、図１〜図４を参照して、本発明の他の態様に係る座標系設定装置の、一実施形態（座標系設定装置７０）の構成を説明する。

図３に示すように、座標系設定装置７０は、コンベヤ１２の、物体運搬動作を行う可動部（すなわち搬送部材）７２に設けられ、互いに一定の位置関係を有する複数の特徴部７４と、ロボット１６に設けられ、複数の特徴部７４の各々の位置を非接触に検出可能なセンサ７６と、可動部７２が第１の動作位置にあるときに、センサ７６に少なくとも２つの特徴部７４の位置を検出させて、検出した位置をベース座標系６８（図１）における少なくとも２つの第１座標として取得する第１座標取得部７８と、可動部７２に第１の動作位置から第２の動作位置に向かって物体運搬動作を実行させる運搬動作実行部８０と、可動部７２が第２の動作位置にあるときに、センサ７６に少なくとも１つの特徴部７４の位置を検出させて、検出した位置をベース座標系６８における少なくとも１つの第２座標として取得する第２座標取得部８２と、物体運搬動作の方向と、少なくとも２つの第１座標と、少なくとも１つの第２座標とに基づき、コンベヤ座標系６６（図１）を決定する座標系決定部８４とを備える。

複数の特徴部７４の各々は、図４に示すように、センサ７６が検出及び識別可能な輪郭、模様、色等を有することができる。それら特徴部７４は、例えば平板状の治具８６の表面の所定位置に、印刷、刻印、焼付け等の公知の様々な手法により形成できる。図４の実施形態では、互いに同一の円形輪郭及びその内側の十字模様と互いに異なる色とを有する２個の特徴部７４Ａ、７４Ｂが、互いに一定の位置関係で、治具８６の表面に形成されている。座標系設定装置７０では、２個の特徴部７４Ａ、７４Ｂを有する治具８６を、コンベヤ１２の可動部７２の物品支持面に固定的に載置して使用する。なお、互いに一定の位置関係を維持できることを前提として、互いに別の部材に形成される複数の特徴部７４を用いることもできる。

センサ７６は、個々の特徴部７４の位置を三次元的に検出可能な視覚センサとして構成できる。座標系設定装置７０では、センサ７６は、コンベヤ１２の可動部７２に載置された治具８６の各特徴部７４Ａ、７４Ｂの位置を、ロボット１６から見た位置として公知の三次元計測手法により検出する。その目的で、センサ７６は、例えばＵＳＢカメラ等の着脱自在な構成を有するカメラ８８（図１）を備え、コンベヤ座標系６６の設定時に、カメラ８８を、ロボット１６の機構部の先端（例えばハンド取付面）に取り付けて使用するように構成できる。或いは、ロボット１６の作業に干渉しない機構部の任意箇所に、恒久的にカメラ８８を設置することもできる。

図１に示すロボットシステム１０では、カメラ８８は、第１ロボット１６Ａと第２ロボット１６Ｂとのいずれかに択一的に取り付けられるとともに、ＵＳＢインタフェースを有する教示操作盤９０にＵＳＢケーブル９２を介して接続される。教示操作盤９０は、教示操作盤ケーブル９４を介して、カメラ８８を取り付けた第１又は第２ロボット１６Ａ、１６Ｂの第１又は第２制御装置２２Ａ、２２Ｂに接続される。オペレータは、教示操作盤９０を用いて、ロボット１６に取り付けたカメラ８８の撮像動作を操作することができる。カメラ８８が撮像した画像データは、教示操作盤９０を経由して第１又は第２制御装置２２Ａ、２２Ｂに送られる。また教示操作盤９０は、オペレータがコンベヤ１２に物体運搬動作を指示したりコンベヤセンサ２０に検出値の取得を指示したりするための構成を有することもできる。

図２に示すように、第１制御装置２２Ａは、教示操作盤９０が接続される教示操作盤インタフェース９６を備える。教示操作盤９０を経由して送られたＵＳＢカメラ８８の画像データは、教示操作盤インタフェース９６を介してＲＡＭ３８に格納されるとともに、ＣＰＵ３４によって解析され、個々の特徴部７４の位置データとして取得される。このように、第１制御装置２２ＡのＣＰＵ３４、ＲＯＭ３６、ＲＡＭ３８及び教示操作盤インタフェース９６は、第１ロボット１６Ａにカメラ８８を取り付けたときのセンサ７６の画像処理部を構成する。第２制御装置２２Ｂも同様に、教示操作盤インタフェース９６を備える。第２制御装置２２ＢのＣＰＵ３４、ＲＯＭ３６、ＲＡＭ３８及び教示操作盤インタフェース９６は、第２ロボット１６Ｂにカメラ８８を取り付けたときのセンサ７６の画像処理部を構成する。

座標系設定装置７０の第１座標取得部７８、第２座標取得部８２及び座標系決定部８４は、制御装置２２（第１制御装置２２Ａ、第２制御装置２２Ｂ）のＣＰＵ３４の一機能として構成できる。また、座標系設定装置７０の運搬動作実行部８０は、コンベヤ１２の駆動機構を制御する制御装置（図示せず）のＣＰＵ（或いは教示操作盤９０が有するＣＰＵ）の一機能として構成できる。

上記構成を有する座標系設定装置７０は、本発明の他の態様に係る座標系設定方法を実行することができる。他の態様に係る座標系設定方法は、コンベヤにより運搬される物体の位置を検出してロボットがその位置に基づき物体に対し作業を行うシステムで、コンベヤ上での物体の位置を定義するための座標系として、ロボットのベース座標系に対し所定の関係を有するコンベヤ座標系を設定する方法であって、コンベヤの、物体運搬動作を行う可動部に、互いに一定の位置関係を有する複数の特徴部を設けるステップと、ロボットに、複数の特徴部の各々の位置を非接触に検出可能なセンサを設けるステップと、可動部が第１の動作位置にあるときに、センサにより少なくとも２つの特徴部の位置を検出して、検出した位置をベース座標系における少なくとも２つの第１座標として取得するステップと、可動部に第１の動作位置から第２の動作位置に向かって物体運搬動作を実行させるステップと、可動部が第２の動作位置にあるときに、センサにより少なくとも１つの特徴部の位置を検出して、検出した位置をベース座標系における少なくとも１つの第２座標として取得するステップと、物体運搬動作の方向と、少なくとも２つの第１座標と、少なくとも１つの第２座標とに基づき、コンベヤ座標系を決定するステップとを有するものである。

以下、図５及び図６を図１〜図４と共に参照して、座標系設定装置７０が実行する座標系設定方法の一実施形態の構成を説明する。

図５に示す座標系設定フローにおいて、まずステップＳ１で、ロボット１６（第１ロボット１６Ａ又は第２ロボット１６Ｂ）の所定箇所にカメラ８８を取り付けるとともに、停止中のコンベヤ１２の可動部７２に治具８６を載置する。このときの可動部７２の動作位置を、第１の動作位置とする。ここで治具８６は、カメラ８８による２個の特徴部７４Ａ、７４Ｂの三次元計測が可能な範囲で、コンベヤ１２の運搬動作方向αの可及的上流側に置かれる。また治具８６は、２個の特徴部７４Ａ、７４Ｂの整列方向が、コンベヤ１２の運搬動作方向αに合致しない向きに配置される。例えば図６に示すように、２個の特徴部７４Ａ、７４Ｂの整列方向が、コンベヤ１２の運搬動作方向αに略直交する向きに、治具８６を配置する。

次にステップＳ２で、可動部７２に治具８６を載置したときのコンベヤセンサ２０（図１）の値（つまり第１の動作位置）Ｅ１を取得する（第１座標取得部７８の行為）。またステップＳ３で、センサ７６により２個の特徴部７４Ａ、７４Ｂのそれぞれの中心点（十字模様の中心）の位置を検出して、それら位置を、ベース座標系６８（図１）における２つの第１座標Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）として取得する（第１座標取得部７８の行為）。

次にステップＳ４で、可動部７２に第１の動作位置からα方向への物体運搬動作を実行させて、治具８６を、カメラ８８による２個の特徴部７４Ａ、７４Ｂの三次元計測が可能な範囲でコンベヤ１２の運搬動作方向αの可及的下流側に移動させ、その位置で可動部７２を停止させる（運搬動作実行部８０の行為）。このときの可動部７２の動作位置を、第２の動作位置とする。

次にステップＳ５で、治具８６を運搬動作方向αへ移動させた後のコンベヤセンサ２０（図１）の値（つまり第２の動作位置）Ｅ２を取得する（第２座標取得部８２の行為）。またステップＳ６で、センサ７６により一方の特徴部７４Ａの中心点（十字模様の中心）の位置を検出して、その位置を、ベース座標系６８（図１）における１つの第２座標Ｐ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）として取得する（第２座標取得部８２の行為）。

次にステップＳ７で、物体運搬動作の方向αと、２つの第１座標Ｐ１、Ｐ２と、１つの第２座標Ｐ３とに基づき、コンベヤ座標系６６を以下の手法により決定する（座標系決定部８４の行為）。まず、コンベヤセンサ２０が有するエンコーダのスケール（エンコーダの値を座標系の値に換算する係数）Ｓを、第１の動作位置Ｅ１、第２の動作位置Ｅ２、第１座標Ｐ１及び第２座標Ｐ３を用いて式１で求める。

コンベヤ座標系６６については、まずＸ軸（基本ベクトルＸ）を、第１座標Ｐ１及び第２座標Ｐ３を用いて式２で求める。このようにして求めたＸ軸の正の方向は、可動部７２の運搬動作方向αと一致する（図６）。

Ｙ軸（基本ベクトルＹ）及びＺ軸（基本ベクトルＺ）は、まず第１座標Ｐ１及びＰ２からベクトルＹ′を式３で求める。

そして外積により、Ｚ軸（基本ベクトルＺ）を式４で求め、次いでＹ軸（基本ベクトルＹ）を式５で求める。

このようにして求めたＺ軸の正の方向は、図６の紙面から手前に向かう方向であり、Ｙ軸の正の方向は、図６の下から上へ向かう方向である。ＸＹＺの各軸の基本ベクトルをこのようにして求めた後、例えば点Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）をコンベヤ座標系６６の原点とすることで、コンベヤ座標系６６を決定する。

コンベヤ座標系６６を決定した後は、ステップＳ８で、ロボット１６（第１ロボット１６Ａ又は第２ロボット１６Ｂ）からカメラ８８を取り外すとともに、停止中のコンベヤ１２の可動部７２から治具８６を取り除く。これにより、コンベヤ座標系６６の設定フローが完了する。

上記した座標系設定フローは、第１ロボット１６Ａに対して実施されることで、第１制御装置２２Ａが第１ロボット１６Ａにコンベヤ１２から物品Ｒを取り上げさせるためのコンベヤ座標系６６を設定でき、また第２ロボット１６Ｂに対して実施されることで、第２制御装置２２Ｂが第２ロボット１６Ｂにコンベヤ１２から物品Ｒを取り上げさせるためのコンベヤ座標系６６を設定できる。

図７は、上記した座標系設定方法を実施するときの現場の状況を模式図的に示す。ロボット１６の機構部のハンド取付面にカメラ８８が取り付けられ、コンベヤ１２の可動部７２に治具８６が置かれている。オペレータ９８は、教示操作盤９０を用いてカメラ８８に治具８６の特徴部７４Ａ、７４Ｂを撮像させている。

上記構成を有する座標系設定装置７０及び座標系設定方法によれば、２個の特徴部７４Ａ、７４Ｂを設けたコンベヤ１２に第１の動作位置から第２の動作位置への物体運搬動作を実行させるとともに、ロボット１６に設けたセンサ７６によって第１の動作位置における２個の特徴部７４Ａ、７４Ｂの位置と第２の動作位置における１個の特徴部７４Ａの位置とを検出するだけで、コンベヤ座標系６６を設定できる。したがって、オペレータの熟練を要することなく、また再現性良く、コンベヤ座標系６６を容易に設定することができる。

上記構成において、ロボットシステム１０が具備するロボット１６、制御装置２２、排出コンベヤ１８の台数は、２台に限定されず、１台又は３台以上であってもよい。ロボット１６の台数が増えるに伴い、コンベヤ１２から排出コンベヤ１８に移送する物品Ｒの個数や移送処理速度を増加させることができる。また、座標系設定装置７０が有する特徴部７４の個数は、２個に限定されず、３個以上であってもよい。特徴部７４の個数が増えるに伴い、コンベヤ座標系６６の設定精度を向上させることができる。

図８は、ロボットシステム１０が具備できる他の実施形態による座標系設定装置１００を示す。座標系設定装置１００は、コンベヤ座標系６６の原点を定めるためのマーク１０２を備える点以外は、前述した座標系設定装置７０と同様の構成を有する。よって、座標系設定装置７０の構成要素と対応する構成要素には、同じ参照符号を付してその詳細説明を省略する。

座標系設定装置１００は、座標系設定装置７０と同様に、コンベヤ１２の可動部７２に設けられる複数の特徴部７４と、ロボット１６に設けられるセンサ７６と、可動部７２が第１の動作位置にあるときの２つの特徴部７４の位置をベース座標系６８（図１）における少なくとも２つの第１座標として取得する第１座標取得部７８と、可動部７２に第１の動作位置から第２の動作位置に向かって物体運搬動作を実行させる運搬動作実行部８０と、可動部７２が第２の動作位置にあるときの少なくとも１つの特徴部７４の位置をベース座標系６８における少なくとも１つの第２座標として取得する第２座標取得部８２と、物体運搬動作の方向と少なくとも２つの第１座標と少なくとも１つの第２座標とに基づき、コンベヤ座標系６６（図１）を決定する座標系決定部８４とを備える。

座標系設定装置１００はさらに、コンベヤ１２の、物体運搬動作を行わない非可動部（例えば搬送部材を担持するフレーム構造）１０２の所定箇所に定められ、センサ７６がその位置を非接触に検出可能なマーク１０４と、センサ７６にマーク１０４の位置を検出させて、検出した位置をベース座標系６８における第３座標として取得する第３座標取得部１０６とを備える。座標系決定部８４は、第３座標取得部１０６が取得した第３座標をコンベヤ座標系６６の原点として、コンベヤ座標系６６を決定する。なお、座標系設定装置１００の第３座標取得部１０６は、第１座標取得部７８、第２座標取得部８２及び座標系決定部８４と同様に、制御装置２２（図１）のＣＰＵ３４の一機能として構成できる。

マーク１０４は、図９（ａ）に示すように、センサ７６が検出及び識別可能な輪郭、模様、色等を有することができる。またマーク１０４は、図６に示すように、非可動部１０２の表面の所定位置に、印刷、刻印、焼付け等の公知の様々な手法により形成できる。或いは、非可動部１０２がその表面に本質的に有している特徴的な部位（輪郭、模様、色等）を、マーク１０４として定めることもできる。図９の実施形態では、円形輪郭及びその内側の十字模様と、十字模様に方向性を付与する１つの直線模様とを有するマーク１０４が、非可動部１０２の表面に形成されている。二次元的な方向性を持つマーク１０４には、図９（ｂ）に示すように、Ｖ軸及びＷ軸を有する直交座標系を仮想的に当てはめることができる。

上記構成を有する座標系設定装置１００は、座標系設定装置７０と同様に、本発明の他の態様に係る座標系設定方法を実行することができる。以下、図１０を図８及び図９と共に参照して、座標系設定装置１００が実行する座標系設定方法の他の実施形態の構成を説明する。

図１０に示す座標系設定フローにおいて、ステップＳ２１〜Ｓ２６は、図５のステップＳ１〜Ｓ６と同一であり、この間に、２個の特徴部７４Ａ、７４Ｂの２つの第１座標Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）と、１個の特徴部７４Ａの１つの第２座標Ｐ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）とが取得される。次にステップＳ２７で、センサ７６によりマーク１０４の位置を検出して、その位置を、ベース座標系６８における第３座標Ｐ０（ｘ０，ｙ０，ｚ０）として取得する（第３座標取得部１０６の行為）。

次にステップＳ２８で、物体運搬動作の方向αと、２つの第１座標Ｐ１、Ｐ２と、１つの第２座標Ｐ３とに基づき、コンベヤ座標系６６のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を、前述した式１〜式５により決定し、ステップＳ２７で求めた点Ｐ０（ｘ０，ｙ０，ｚ０）をコンベヤ座標系６６の原点とすることで、コンベヤ座標系６６を決定する（座標系決定部８４の行為）。最後のステップＳ２９は、図５のステップＳ８と同一である。これにより、コンベヤ座標系６６の設定フローが完了する。

上記構成を有する座標系設定装置１００及び座標系設定方法によれば、前述した座標系設定装置７０が奏する効果と同等の効果が奏される。さらに、コンベヤ１２の非可動部１０２にマーク１０４を定め、センサ７６によりマーク１０４の位置を検出することで、マーク１０４の第３座標Ｐ０を原点とするコンベヤ座標系６６を設定できる。一旦コンベヤ１２の非可動部１０２にマーク１０４を定めれば、コンベヤ座標系６６を設定する際に原点の位置を検証する必要が無いので、再現性良くコンベヤ座標系６６を設定できる。またマーク１０４の個数は１つでよいから、ロボット１２の作業領域が比較的狭い場合であっても、カメラ８８を適宜に移動させて特徴部７４やマーク１０４を撮像できる。

図１０に示す座標系設定フローでは、ステップＳ２７でマーク１０４の位置を検出するようにしたが、ステップＳ２７では、センサ７６によりマーク１０４の姿勢をさらに検出することもできる。ステップＳ２７におけるマーク１０４の位置及び姿勢の検出手順を、図１１及び図１２を参照して説明する。

図１１に示すマーク検出フローにおいて、まずステップＳ４１で、ロボット１６（第１ロボット１６Ａ又は第２ロボット１６Ｂ）の所定箇所にカメラ８８（図１）を取り付ける（或いは、図１０のステップＳ２１でロボット１６にカメラ８８を取り付けた状態を維持する）。次いでステップＳ４２で、ロボット１６を適宜に動作させて、カメラ８８をマーク１０４に対して指定距離の位置で正面に対置する。ここで、カメラ８８の光軸をＺ軸とし、マーク１０４の中心点（十字模様の中心）の位置を原点としたツール座標系を定義する。そしてステップＳ４３で、ツール座標系に対し既知の関係を有するベース座標系６８（図１）におけるロボット１６の位置及び姿勢を、現在位置Ｑとして記録する。

次にステップＳ４４で、カメラ８８の二次元画像において、マーク１０４の中心点の位置とＶ軸（図９（ｂ））の正の方向（つまりマーク１０４の姿勢）とを検出して記録する。マーク１０４の位置の検出は、予め登録したモデルパターンと一致するパターンをカメラ８８が撮像した画像から検索する正規化相関法等の、公知のパターンマッチングの手法によって行うことができる。またＶ軸の正方向の検出については、例えば正規化相関法において、カメラ８８の二次元画像における水平軸方向とマーク１０４のＶ軸方向とが一致した状態でモデルパターンを教示しておくことで、マーク１０４のＶ軸方向を、パターンマッチングの検出用パラメータである回転角度と関連付けることができる。

次にステップＳ４５で、ロボット１６を、ベース座標系６８に対し既知の関係を有するツール座標系においてカメラ８８が＋Ｘ軸方向へ移動するように動作させる。このとき、ツール座標系の＋Ｘ軸方向とカメラ画像上のマーク１０４の＋Ｖ軸方向とが一致していない場合には、図１２に示すように、マーク１０４はカメラ画像上で、＋Ｖ軸に対し非平行な方向へ移動する（移動後のマーク１０４′を示す）。次にステップＳ４６で、カメラ画像上での移動後のマーク１０４′の中心点の位置を、ステップＳ４４と同様の手法で検出して記録し、ステップＳ４７で、ステップＳ４４及びステップＳ４６で記録したマーク１０４、１０４′の位置に基づき、カメラ画像上でのマーク１０４の移動方向を計算する。

次にステップＳ４８で、ステップＳ４４で記録したマーク１０４の姿勢と、ステップＳ４７で得たマーク１０４の移動方向とから、ツール座標系の＋Ｘ軸方向とカメラ画像上のマーク１０４の＋Ｖ軸方向とのずれを表す量として、ツール座標系の＋Ｚ軸周りの補正量θ（図１２）を計算する。そしてステップＳ４９で、補正量θの絶対値を予め定めた閾値Ｋと比較し、Ｋより小さければマーク位置検出フローを終了する。補正量θの絶対値が閾値Ｋ以上の場合は、ステップＳ５０で、ロボット１６を、現在位置Ｑから補正量θだけ移動させ、カメラ８８をツール座標系の＋Ｚ軸周りに角度θだけ回転させる。そしてステップＳ４３に戻り、ステップＳ４４〜ステップＳ４９を再度実行して、補正量θの絶対値が閾値Ｋより小さくなったか否かを判断する。ステップＳ４９の判断結果がＹＥＳになるまで、ステップＳ４４〜ステップＳ５０を繰り返す。なお、補正量θは零に収束することが理想であるが、ロボット１６の動作等に起因する誤差を完全に排除することは困難であるから、経験則等により定めた閾値Ｋを用いている。

上記したマーク位置検出フローにより、マーク１０４の中心点の座標Ｐ０（ｘ０，ｙ０，ｚ０）がロボット１６のベース座標系６８で求められるだけでなく、ロボット１６の現在位置Ｑにおいてマーク１０４のＶ軸方向とツール座標系のＸ軸方向とが実質的に一致することにより、マーク１０４の姿勢とベース座標系６８の姿勢との関係が既知のものとなる。この関係を保持することにより、ロボット１６に対してマーク１０４すなわちコンベヤ１２がどのような方向に向けて配置されているかを、随時、カメラ８８の画像から知ることができる。

コンベヤ１２に対してロボット１６が作業を行うロボットシステム１０では、前述したように、一旦構築したロボットシステム１０に対し、コンベヤ１２やロボット１６のメンテナンス、システム全体の別の場所への移設等の補足的作業を行った結果、コンベヤ１２とロボット１６との位置関係が補足的作業の実施前後で変化する場合がある。座標系設定装置１００は、一旦構築したロボットシステム１０に対しメンテナンスやシステム移設等の補足的作業を行ったときに、そのような補足的作業の後のコンベヤ座標系６６の再設定を行うように構成できる。以下、図１３を図８と共に参照して、補足的作業後のコンベヤ座標系６６の再設定のための、座標系設定装置１００が実行する座標系設定方法のさらに他の実施形態の構成を説明する。

図１３に示す座標系設定フローは、図１０に示す座標系設定フローによりコンベヤ座標系６６の設定（つまりステップＳ２８のコンベヤ座標系６６の決定）が完了した後に、補足的作業（例えばシステム移設）に起因するコンベヤ１２とロボット１６との位置関係の変化を相殺するべく、コンベヤ座標系６６を再設定するものである。まずステップＳ６１で、ロボット１６（第１ロボット１６Ａ又は第２ロボット１６Ｂ）の所定箇所にカメラ８８（図１）を取り付ける。この座標系設定フローでは、図１０の座標系設定フローにおける治具８６の使用及び特徴部７４の検出は行われない。

次にステップＳ６２で、図１１のステップＳ４４と同様の手法により、カメラ８８の二次元画像におけるマーク１０４の位置及び姿勢を検出する。そしてステップＳ６３で、ステップＳ６２で検出したマーク１０４の位置及び姿勢が、補足的作業の前にコンベヤ座標系６６を設定する際に検出した（つまり図１０のステップＳ２７で検出した）マーク１０４の位置及び姿勢から変化している場合に、マーク１０４の位置及び姿勢の変化量に基づきコンベヤ座標系６６を決定し直す。最後にステップＳ６４で、カメラ８８をロボット１６から取り外すことにより、コンベヤ座標系６６の再設定フローが完了する。

ステップＳ６３では、ステップＳ２７で検出したマーク１０４の位置及び姿勢を表す行列をＭ１とし、ステップＳ２８で決定したコンベヤ座標系６６を表す行列をＣ１とし、ステップＳ６２で検出したマーク１０４の位置及び姿勢を表す行列をＭ２とし、ステップＳ６３で決定したコンベヤ座標系６６を表す行列をＣ２として、式６によりコンベヤ座標系６６を再決定する。

上記構成を有する座標系設定装置１００及び座標系設定方法によれば、前述した効果に加えて、マーク１０４の位置及び姿勢を検出するだけでコンベヤ座標系６６を再設定することができるから、一旦構築したロボットシステム１０に対しメンテナンスやシステム移設等の補足的作業を行ったときに、補足的作業後のコンベヤ座標系６６の再設定を容易に実施できる。

ロボットシステム１０が、コンベヤ１２により運搬される物体（物品Ｒ）の位置を検出する物体検出部１４（特に撮像部２８）を、ロボット１６に対し一定の位置関係で備える構成では、一旦構築したロボットシステム１０に対しメンテナンスやシステム移設等の補足的作業を行った結果、コンベヤ１２と撮像部２８との位置関係が補足的作業の実施前後で変化する場合がある。コンベヤ１２と撮像部２８との位置関係が変化した場合には、変化前にコンベヤ座標系６６で撮像部２８のキャリブレーションを行うことにより定めた撮像部２８の座標系（本願でカメラ座標系と称する）を、位置関係の変化後に定め直す必要がある。座標系設定装置１００は、一旦構築したロボットシステム１０に対しメンテナンスやシステム移設等の補足的作業を行ったときに、そのような補足的作業の後の撮像部２８のカメラ座標系の再設定を行うように構成できる。以下、図１４を図８と共に参照して、補足的作業後のカメラ座標系の再設定のための、座標系設定装置１００が実行する座標系設定方法のさらに他の実施形態の構成を説明する。

図１４に示す座標系設定フローは、図１０に示す座標系設定フローによりコンベヤ座標系６６の設定（つまりステップＳ２８のコンベヤ座標系６６の決定）が完了した後であって、図１３に示す座標系設定フローによりコンベヤ座標系６６を再設定する際に、追加の工程として、補足的作業（例えばシステム移設）に起因するコンベヤ１２と物体検出部１４（特に撮像部２８）との位置関係の変化を相殺するべく、撮像部２８のカメラ座標系を再設定するものである。なおこの実施形態において、撮像部２８のカメラ座標系を再設定するという事項は、コンベヤ１２に対する物体検出部１４（特に撮像部２８）の位置関係を変更するという事項と同義である。

図１４に示す座標系設定フローにおいて、ステップＳ７１〜Ｓ７８は、図１０のステップＳ２１〜Ｓ２８と同一であり、この間に、２個の特徴部７４Ａ、７４Ｂの２つの第１座標Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）と、１個の特徴部７４Ａの１つの第２座標Ｐ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）と、マーク１０４の第３座標Ｐ０（ｘ０，ｙ０，ｚ０）とが再び取得されて、コンベヤ座標系６６が再決定される。次にステップＳ７９で、ステップＳ７８で再び決定したコンベヤ座標系６６が、先に決定した（つまり図１０のステップＳ２８で決定した）コンベヤ座標系６６から変化している場合に、コンベヤ座標系６６の変化量に基づき、撮像部２８のカメラ座標系を再設定する（つまりコンベヤ１２に対する物体検出部１４（特に撮像部２８）の位置関係を変更する）。最後のステップＳ８０は、図１０のステップＳ２９と同一である。これにより、コンベヤ座標系６６の再設定フローが完了する。

ステップＳ７９では、補足的作業の前に公知のキャリブレーション方法によって求めた撮像部２８のカメラ座標系を表す行列をＬ１とし、ステップＳ２８で決定したコンベヤ座標系６６を表す行列をＣ１とし、補足的作業の後に公知のキャリブレーション方法によって求めた撮像部２８のカメラ座標系を表す行列をＬ２とし、ステップＳ６３で決定したコンベヤ座標系６６を表す行列をＣ２として、式７によりカメラ座標系を再決定する。

図１５は、上記した座標系設定方法を実施するときの現場の状況を模式図的に示す。物体検出部１４の撮像部２８は、ロボット１６の機構部と共に、架台１０８に取り付けられている。ロボット１６のベース座標系６８と撮像部２８のカメラ座標系１１０との位置及び姿勢の関係は一定であるが、メンテナンスやシステム移設等の補足的作業の前後で、カメラ座標系１１０とコンベヤ座標系６６との位置及び姿勢の関係が変化する場合がある。

上記構成を有する座標系設定装置１００及び座標系設定方法によれば、前述した効果に加えて、特徴部７４の位置及びマーク１０４の位置を検出するだけで撮像部２８のカメラ座標系を再設定することができるから、一旦構築したロボットシステム１０に対しメンテナンスやシステム移設等の補足的作業を行ったときに、補足的作業後のカメラ座標系の再設定を容易に実施できる。

座標系設定装置１００は、撮像部２８のカメラ座標系の再設定を、図１３に示す座標系設定フローにおいて行うこともできる。図１６は、そのようなフローを実行する座標系設定方法のさらに他の実施形態の構成を示す。図１６に示す座標系設定フローにおいて、ステップＳ９１〜Ｓ９３は、図１３のステップＳ６１〜Ｓ６３と同一であり、この間に、マーク１０４の位置及び姿勢が検出されて、マーク１０４の位置及び姿勢の変化量に基づきコンベヤ座標系６６が再決定される。次にステップＳ９４で、マーク１０４の位置及び姿勢の変化量に基づき、撮像部２８のカメラ座標系を再設定する（つまりコンベヤ１２に対する物体検出部１４（特に撮像部２８）の位置関係を変更する）。最後のステップＳ９５は、図１３のステップＳ６４と同一である。これにより、コンベヤ座標系６６の再設定フローが完了する。

ロボットシステム１０のように複数台のロボット１６を具備する構成では、コンベヤ１２の運搬動作方向αの下流側に設置されるロボット１６（図１では第２ロボット１６Ｂ）に対するコンベヤ座標系６６の設定手順を、簡略化することができる。以下、図１７を図８と共に参照して、コンベヤ１２の運搬動作方向αの下流側に設置されるロボット１６に対してコンベヤ座標系６６を設定するための、座標系設定装置１００が実行する座標系設定方法のさらに他の実施形態の構成を説明する。

図１７に示す座標系設定フローは、コンベヤ１２の運搬動作方向αの最上流に設置されるロボット１６（図１では第１ロボット１６Ａ）に対し、図１０に示す座標系設定フローによりコンベヤ座標系６６を設定することを前提として、図１０のステップＳ２７で検出したマーク１０４の位置を用いることで、コンベヤ１２の運搬動作方向αの下流側に設置されるロボット１６（図１では第２ロボット１６Ｂ）に対しては、マーク１０４の位置を再び検出することなくコンベヤ座標系６６を設定することを可能にするものである。

まずステップＳ１０１で、最上流のロボット１６（第１ロボット１６Ａ）に対しコンベヤ座標系６６を決定した後に、図１０のステップＳ２９で治具８６をコンベヤ１２から取り除くことなく可動部７２を運搬動作方向αへ移動させて、治具８６が下流側のロボット１６（第２ロボット１６Ｂ）の作業領域内に進入した位置でコンベヤ１２を停止させる。次にステップＳ１０２で、図１０のステップＳ２９で最上流のロボット１６（第１ロボット１６Ａ）から取り外したカメラ８８を、下流側のロボット１６（第２ロボット１６Ｂ）の所定箇所に取り付ける。

図１７の座標系設定フローにおけるステップＳ１０３〜Ｓ１０７は、図１０のステップＳ２２〜Ｓ２６に対応し、この間に、下流側のロボット１６（第２ロボット１６Ｂ）に対して、２個の特徴部７４Ａ、７４Ｂの２つの第１座標Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）と、１個の特徴部７４Ａの１つの第２座標Ｐ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）とが取得される。次にステップＳ１０８で、下流側のロボット１６（第２ロボット１６Ｂ）に対して、マーク１０４の位置を、センサ７６により検出する代わりに以下のような計算で求める。

最上流のロボット１６（第１ロボット１６Ａ）に対して図１０のステップＳ２２で取得したコンベヤセンサ２０（図１）の値（つまり第１の動作位置）をｅ１とし、下流側のロボット１６（第２ロボット１６Ｂ）に対して図１７のステップＳ１０３で取得したコンベヤセンサ２０（図１）の値（つまり第１の動作位置）をｅ２とする。これらの値ｅ１及びｅ２と、式１で求めたコンベヤセンサ２０のエンコーダのスケールＳとを用いることで、図１０のステップＳ２３における治具８６（したがって特徴部７４Ａ、７４Ｂ）の位置と、図１７のステップＳ１０４における治具８６（したがって特徴部７４Ａ、７４Ｂ）の位置との間の距離ｄを、式８で求める。

最上流のロボット１６（第１ロボット１６Ａ）に対して図１０のステップＳ２８で決定したコンベヤ座標系６６を表す行列をＣ１とし、このコンベヤ座標系６６の原点をマーク１０４ではなくステップＳ２３で検出した第１座標Ｐ１とした座標系を表す行列をＪ１とし、下流側のロボット１６（第２ロボット１６Ｂ）に対して図１７のステップＳ１０７の完了時に得られた座標系の原点をステップＳ１０４で検出した第１座標Ｐ１とした座標系を表す行列をＪｎとし、行列をコンベヤ座標系６６のＸ軸方向に−ｄだけオフセットする変換行列をＤとすると、下流側のロボット１６（第２ロボット１６Ｂ）から見たマーク１０４の位置を原点とするコンベヤ座標系６６を表す行列Ｃｎは、式９により求められる。

このようにして、下流側のロボット１６（第２ロボット１６Ｂ）に対しては、マーク１０４の位置を再び検出することなく、マーク１０４の座標を原点としたコンベヤ座標系６６を設定できる。ロボットシステム１０が３台以上のロボット１６を具備する場合も、最上流のロボット１６以外は、マーク１０４の位置を検出することなく、マーク１０４の座標を原点としたコンベヤ座標系６６を設定することができる。したがって、上記構成を有する座標系設定装置１００及び座標系設定方法によれば、前述した効果に加えて、複数台のロボット１６に対するコンベヤ座標系６６の設定作業を簡略化及び迅速化できる。

以上、本発明の種々の実施形態を説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されない。例えば、図１に示すロボットシステム１０では、排出コンベヤ１８に対してロボット１６が物品トレイ（図示せず）に物品を置く作業を実行できるようにするために、排出コンベヤ１８上での物品トレイの位置を定義するための座標系として、運搬動作方向βをＸ軸とする三次元のコンベヤ座標系（図示せず）が設定される。図３及び図８に示す座標系設定装置７０、１００は、上記した種々の座標系設定方法に対応する座標系設定方法を排出コンベヤ１８に対して実行することで、排出コンベヤ１８に与えられるコンベヤ座標系を設定することができる。なおこの構成では、物品トレイの位置を検出する物体検出部は、前述した物体検出部１４の撮像部２８とは異なり、排出コンベヤ１８に併設される光電管センサ（図示せず）等の非接触検出装置を採用できる。

１０ ロボットシステム
１２ コンベヤ
１４ 物体検出部
１６ ロボット
１８ 排出コンベヤ
２０ コンベヤセンサ
２２ 制御装置
２８ 撮像部
６６ コンベヤ座標系
６８ ベース座標系
７０、１００ 座標系設定装置
７２ 可動部
７４ 特徴部
７６ センサ
７８ 第１座標取得部
８０ 運搬動作実行部
８２ 第２座標取得部
８４ 座標系決定部
８６ 治具
８８ カメラ
１０２ 非可動部
１０４ マーク
１０６ 第３座標取得部

Claims (10)

1. コンベヤにより運搬される物体の位置を検出してロボットが該位置に基づき該物体に対し作業を行うシステムで、コンベヤ上での物体の位置を定義するための座標系として、ロボットのベース座標系に対し所定の関係を有するコンベヤ座標系を設定する方法であって、
   前記コンベヤの、物体運搬動作を行う可動部に、互いに一定の位置関係を有する複数の特徴部を設け、
   前記ロボットに、前記複数の特徴部の各々の位置を非接触に検出可能なセンサを設け、
   前記可動部が第１の動作位置にあるときに、前記センサにより少なくとも２つの前記特徴部の位置を検出して、検出した該位置を前記ベース座標系における少なくとも２つの第１座標として取得し、
   前記可動部に前記第１の動作位置から第２の動作位置に向かって前記物体運搬動作を実行させ、
   前記可動部が前記第２の動作位置にあるときに、前記センサにより少なくとも１つの前記特徴部の位置を検出して、検出した該位置を前記ベース座標系における少なくとも１つの第２座標として取得し、
   前記物体運搬動作の方向と、前記少なくとも２つの第１座標と、前記少なくとも１つの第２座標とに基づき、前記コンベヤ座標系を決定する、
   座標系設定方法。
2. 前記コンベヤの、物体運搬動作を行わない非可動部の所定箇所に、前記センサがその位置を非接触に検出可能なマークを定め、
   前記センサにより前記マークの位置を検出して、検出した該位置を前記ベース座標系における第３座標として取得し、
   前記第３座標を前記コンベヤ座標系の原点として前記コンベヤ座標系を決定する、
   請求項１に記載の座標系設定方法。
3. 前記センサにより前記マークの姿勢をさらに検出し、検出した該姿勢と前記ベース座標系の姿勢との関係を求めて保持する、請求項２に記載の座標系設定方法。
4. 前記コンベヤ座標系を決定した後に、
   前記センサにより前記マークの位置及び姿勢を再び検出し、
   再び検出した前記マークの位置及び姿勢が、前記コンベヤ座標系を決定したときの前記マークの位置及び姿勢から変化している場合に、前記マークの位置及び姿勢の変化量に基づき前記コンベヤ座標系を決定し直す、
   請求項３に記載の座標系設定方法。
5. 前記システムが、前記コンベヤにより運搬される物体の位置を検出する物体検出部を、前記ロボットに対し一定の位置関係で備える構成において、
   前記マークの位置及び姿勢の前記変化量に基づき、前記コンベヤに対する前記物体検出部の位置関係を変更する、
   請求項４に記載の座標系設定方法。
6. 前記システムが、前記コンベヤにより運搬される物体の位置を検出する物体検出部を、前記ロボットに対し一定の位置関係で備える構成において、
   前記コンベヤ座標系を決定した後に、
   前記第１座標、前記第２座標及び前記第３座標を再び取得して、前記コンベヤ座標系を再び決定し、
   再び決定した前記コンベヤ座標系が、先に決定した前記コンベヤ座標系から変化している場合に、前記コンベヤ座標系の変化量に基づき、前記コンベヤに対する前記物体検出部の位置関係を変更する、
   請求項２又は３に記載の座標系設定方法。
7. 前記システムが、前記コンベヤにより運搬される複数の物体に対し、任意の物体を取り上げる作業を各々が行う複数の前記ロボットを備える構成において、
   請求項１に記載の座標系設定方法により、
   前記コンベヤの運搬動作方向の上流側に設置される第１の前記ロボットが用いる第１の前記コンベヤ座標系を決定するとともに、
   前記第１のロボットの前記運搬動作方向の下流側に設置される第２の前記ロボットが用いる第２の前記コンベヤ座標系を決定し、
   前記コンベヤの、物体運搬動作を行わない非可動部の所定箇所に、前記センサがその位置を非接触に検出可能なマークを定め、
   前記第１のコンベヤ座標系を決定する際には、
   前記センサにより前記マークの位置を検出して、検出した該位置を前記ベース座標系における第３座標として取得し、該第３座標を前記第１のコンベヤ座標系の原点とし、
   前記第２のコンベヤ座標系を決定する際には、
   前記第１のコンベヤ座標系を決定したときの前記可動部の前記第１の動作位置と、前記第２のコンベヤ座標系を決定したときの前記可動部の前記第１の動作位置とを用いて、前記第３座標を、前記第２のコンベヤ座標系の原点の座標に変換する、
   座標系設定方法。
8. コンベヤにより運搬される物体の位置を検出してロボットが該位置に基づき該物体に対し作業を行うシステムで、コンベヤ上での物体の位置を定義するための座標系として、ロボットのベース座標系に対し所定の関係を有するコンベヤ座標系を設定する装置であって、
   前記コンベヤの、物体運搬動作を行う可動部に設けられ、互いに一定の位置関係を有する複数の特徴部と、
   前記ロボットに設けられ、前記複数の特徴部の各々の位置を非接触に検出可能なセンサと、
   前記可動部が第１の動作位置にあるときに、前記センサに少なくとも２つの前記特徴部の位置を検出させて、検出した該位置を前記ベース座標系における少なくとも２つの第１座標として取得する第１座標取得部と、
   前記可動部に前記第１の動作位置から第２の動作位置に向かって前記物体運搬動作を実行させる運搬動作実行部と、
   前記可動部が前記第２の動作位置にあるときに、前記センサに少なくとも１つの前記特徴部の位置を検出させて、検出した該位置を前記ベース座標系における少なくとも１つの第２座標として取得する第２座標取得部と、
   前記物体運搬動作の方向と、前記少なくとも２つの第１座標と、前記少なくとも１つの第２座標とに基づき、前記コンベヤ座標系を決定する座標系決定部と、
   を具備する座標系設定装置。
9. 前記コンベヤの、物体運搬動作を行わない非可動部の所定箇所に定められ、前記センサがその位置を非接触に検出可能なマークと、
   前記センサに前記マークの位置を検出させて、検出した該位置を前記ベース座標系における第３座標として取得する第３座標取得部とをさらに具備し、
   前記座標系決定部は、前記第３座標を前記コンベヤ座標系の原点として前記コンベヤ座標系を決定する、
   請求項８に記載の座標系設定装置。
10. コンベヤと、
    前記コンベヤにより運搬される物体の位置を検出する物体検出部と、
    前記物体検出部が検出した前記位置に基づき前記物体に対し作業を行うロボットと、
    請求項８又は９に記載の座標系設定装置と、
    を具備するロボットシステム。