JP7216775B2 - ロボットアームの座標系校正装置及び校正方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットアームに関し、特にロボットアームの座標系校正装置及び校正方法に関する。

ロボットアームの作業を正確な位置で、精密かつ正確に発生させることができるように、通常、ロボットアームにツールを取り付けた直後やツールを一定時間使用した後、或いは新しいツールに交換した後には、ロボットアーム及びロボットアーム上のツールに対して校正（特にツールセンターポイント（Ｔｏｏｌ Ｃｅｎｔｅｒ Ｐｏｉｎｔ， ＴＣＰ）の座標に対する校正）を行う必要がある。

現在、市場でよく見られる校正装置は主に赤外線発射器によってクローズドなエリア内において赤外線を発射し、さらにロボットアームを制御してツールのＴＣＰをクローズドなエリア内で移動させて赤外線を遮断することにより、ＴＣＰのポイント教示動作を行うとともに、ツールパターン（ｐａｔｔｅｒｎ）を構築する。

ツールの使用時間が予め設定された一定の周期を超過した後、或いは新しいツールに交換した後、上記校正装置は再度、上記動作によってツール（新しいツール又は一定時間使用後の古いツール）のＴＣＰに対して測定を行うことにより、現時点のＴＣＰと以前のＴＣＰとを比較した偏差値を得る必要がある。このようにして、ロボットアームに対して制御を行う時、上記ツールパターン及び偏差値に基づいて現時点のＴＣＰに対して補正を行うことで、ツールの校正を実現できる。

但し、上記校正装置の校正動作はツールの現時点のＴＣＰと事前に構築したツールパターンとの間の相対偏差値を計算できるのみであり、ツールの絶対寸法を得ることができないため、ロボットアームのコントロールにおいて依然として多くの不便な点がある。

さらに、上記校正装置はツールのＴＣＰの校正動作を行うのみであって、複数のロボットアーム間の変換関係の構築に用いることはできず、複数のロボットアームが同時に作業を行う環境下においては実質的かつ効果的な有益性を提供することができない。

本発明の主な目的は、変換行列の構築によって位置合わせ装置座標系中のポイントのロボット座標系上における相対位置を計算でき、これにより必要な校正動作を実施できるロボットアームの座標系校正装置及び校正方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明のロボットアームの座標系校正装置は、位置合わせ装置座標系を使用する位置合わせ装置と、ロボット座標系を使用するロボットアームと、ツール座標系を使用するツールと、上記位置合わせ装置及び上記ロボットアームと電気的に接続されたプロセッサとを含む。上記位置合わせ装置は視野範囲内の画像の取得に用いられ、上記視野範囲は三次元空間である。上記ロボットアームの一端にはフランジ面が設けられており、上記ツールの一端は上記フランジ面上に設置され、他端はツールセンターポイントを備えている。上記プロセッサにはアーム末端座標系及び上記ロボット座標系間の変換関係を示すのに用いられる第一同次行列が記録されており、さらに上記プロセッサは上記ツールを制御して異なる姿勢で上記三次元空間中において移動させることによりツール校正工程を実施し、また上記ツール校正工程で得られたデータに基づいて上記ツール座標系及び上記アーム末端座標系間の変換関係を示すのに用いられる第二同次行列を計算する。上記プロセッサは、上記第一同次行列及び上記第二同次行列に基づいて、上記ツール座標系及び上記ロボット座標系間の変換関係を示すのに用いられる第三同次行列を計算し、また上記第三同次行列に基づいて、上記ツールセンターポイントの上記ロボット座標系上における相対位置を計算する。上記プロセッサは、上記ツールセンターポイントを制御して上記三次元空間において三点位置決め工程を実施することで、上記位置合わせ装置座標系中のポイントを上記ツールセンターポイントのポイントとし、さらに上記第三同次行列に基づいて、上記位置合わせ装置座標系及び上記ロボット座標系間の変換関係を示すのに用いられる第四同次行列を計算し、かつ上記第四同次行列に基づいて、上記位置合わせ装置座標系中のポイントの上記ロボット座標系上における相対位置を計算する。

上述の目的を達成するため、本発明のロボットアームの校正方法は校正装置において行われるものである。上記校正装置は、位置合わせ装置と、ロボットアームと、上記ロボットアームの一端のフランジ面上に設置されてツールセンターポイントを備えるツールと、上記位置合わせ装置及び上記ロボットアームと電気的に接続されたプロセッサとを含む。上記ロボットアームはロボット座標系を使用し、上記フランジ面はアーム末端座標系を使用し、上記ツールはツール座標系を使用し、上記位置合わせ装置は位置合わせ装置座標系を使用する。上記座標系校正方法は、下記の手順ａ～ｇを含む。

ａ）上記位置合わせ装置を制御して視野範囲内の画像を取得し、かつ上記視野範囲は三次元空間である
ｂ）上記プロセッサにより上記ツールを制御して異なる姿勢で上記三次元空間中を移動させることでツール校正工程を実施し、上記プロセッサには上記アーム末端座標系及び上記ロボット座標系間の変換関係を示すのに用いられる第一同次行列が記録されている
ｃ）上記ツール校正工程で得られたデータに基づいて、上記ツール座標系及び上記アーム末端座標系間の変換関係を示すのに用いられる第二同次行列を計算する
ｄ）上記第一同次行列及び上記第二同次行列に基づいて、上記ツール座標系及び上記ロボット座標系間の変換関係を示すのに用いられる第三同次行列を計算し、また上記第三同次行列に基づいて、上記ツールセンターポイントの上記ロボット座標系上における相対位置を計算する
ｅ）上記プロセッサにより上記ツールセンターポイントを制御して上記三次元空間中において三点位置決め工程を実施することで、上記位置合わせ装置座標系中のポイントを上記ツールセンターポイントのポイントとする
ｆ）上記第三同次行列に基づいて、上記位置合わせ装置座標系及び上記ロボット座標系間の変換関係を示すのに用いられる第四同次行列を計算する
ｇ）上記第四同次行列に基づいて、上記位置合わせ装置座標系中のポイントの上記ロボット座標系上における相対位置を計算する

関連技術の校正装置及び校正方法と比較して、本発明は位置合わせ装置によってツールの絶対寸法を得ることができ、さらにツールセンターポイントのロボット座標系上における相対位置を正確に計算できる。このように、ロボットアームでの高精度な任務の実施に有利である。

また、さらに本発明は校正によって位置合わせ装置が使用する位置合わせ装置座標系中のポイントのロボット座標系上における相対位置を得ることができ、これにより同一の位置合わせ装置を通じて複数のロボットアームに対して位置合わせ校正を実施可能であり、複数のロボットアーム間の座標変換関係を構築できる。このように、複数のロボットアームが同一の座標系に基づいて操作を行うことが許容され、これによりさらに精密かつ正確に複数のロボットアーム同時作業の仕事環境を構築できる。

本発明の具体的な実施例１の校正装置の概略図である。 本発明の具体的な実施例１の校正装置のブロック図である。 本発明の具体的な実施例１の校正装置の座標系の概略図である。 本発明の具体的な実施例１の座標系校正方法のフローチャートである。 本発明の具体的な実施例２の座標系校正方法のフローチャートである。 本発明の具体的な実施例１のツール校正方法のフローチャートである。 本発明の具体的な実施例１のツール寸法の校正の概略図である。 本発明の具体的な実施例１のツール方向の校正の概略図である。 本発明の具体的な実施例２のツール校正方法のフローチャートである。 本発明の具体的な実施例１の位置合わせ方法のフローチャートである。 本発明の具体的な実施例１の位置決め操作の概略図である。 本発明の具体的な実施例１の光遮断操作の概略図１である。 本発明の具体的な実施例１の光遮断操作の概略図２である。 本発明の具体的な実施例１の複数のロボットアームの座標系の位置合わせの概略図である。 本発明の具体的な実施例２の校正装置の概略図である。 本発明の具体的な実施例２の複数のロボットアームの座標系の位置合わせの概略図である。

本発明の好ましい実施例について、下記のとおり詳細に説明する。

図１及び図２を参照されたい。図１は本発明の具体的な実施例１の校正装置の概略図であり、図２は本発明の具体的な実施例１の校正装置のブロック図である。

図１及び図２に示すとおり、本発明はロボットアーム１１で使用する座標系に対し校正を行うのに用いられる校正装置１を開示している。具体的には、１台のロボットアーム１１上の異なる部品がそれぞれ異なる座標系を使用して位置決めをする可能性があり、さらに異なるロボットアーム１１もまたそれぞれ異なる座標系を使用する可能性がある。本発明の校正装置１は、主にこれらの互いに異なる座標系に対して位置合わせ校正を行うことにより、異なる座標系間の位置偏差をなくし、ユーザーが安心してロボットアーム１１によって高い精度要求を有する加工任務を実施できるようにする。

図１及び図２に示すとおり、本発明の校正装置１は、プロセッサ１０、プロセッサ１０と電気的に接続されたロボットアーム１１及び位置合わせ装置１３を備え、そのうちロボットアーム１１と位置合わせ装置１３はそれぞれ独立して設置されている。

図１に示すとおり、ロボットアーム１１は、一端にフランジ面（Ｆｌａｎｇｅ）１１０を有し、他端がプラットフォーム上に設置されている。校正装置１は、さらにツール（Ｔｏｏｌ）１２を備える。上記ツール１２は、一端がロボットアーム１１のフランジ面１１０上に設置され、他端が少なくとも一つのツールセンターポイント（Ｔｏｏｌ Ｃｅｎｔｅｒ Ｐｏｉｎｔ，ＴＣＰ）１２１を有する。特筆すべき点は、プロセッサ１０は電気的にツール１２と接続することで、ツール１２に対し直接コントロールを行うことができ、或いはロボットアーム１１を通じてツール１２に対し間接的にコントロールを行うことができるという点である。

本発明において、上記位置合わせ装置１３は主にその視野範囲内の画像の取得に用いられるが、その形式は決して図１、図２中に示したものに限定されるわけではない。さらに、ロボットアーム１１に対して校正を行えるように、本発明の位置合わせ装置１３は主に三次元空間中の画像を取得し、画像に基づいて判断・分析ができ、言い換えれば、位置合わせ装置１３の全体の視野範囲を1つの三次元空間とすることができる。

図１、図２の具体的な実施例１において、本発明の位置合わせ装置１３は少なくとも光遮断センサー１４及び２Ｄビジョン取込器１５を含み、また光遮断センサー１４と２Ｄビジョン取込器１５はそれぞれ独立して設置されている。

上記２Ｄビジョン取込器１５は、例えばカメラ又は感光装置等、各種の画像取込器であってよく、予め設定した視野範囲（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ， ＦｏＶ）内において２Ｄ画像１５１を取得するのに用いられる。ロボットアーム１１が動くことでツール１２を移動させ、さらにツールセンターポイント１２１を予め設定した視野範囲内に入れた時、本発明の校正装置１は、２Ｄビジョン取込器１５を通じてツールセンターポイント１２１の画像を含む２Ｄ画像１５１を取得し、また２Ｄ画像１５１によって、ツールセンターポイント１２１の二次元座標（即ち、Ｘ軸座標及びＹ軸座標）を計算して得ることができる。

上記光遮断センサー１４は、外に対してビーム１４１を発射するのに用いられる。具体的には、光遮断センサー１４は対応して設置された投光部及び受光部を備え、上記投光部は上記ビーム１４１を発射するのに用いられ、上記受光部は上記ビーム１４１を受けるのに用いられる。受光部がビーム１４１を受けることができない時、プロセッサ１０はビーム１４１が遮断されたと判断することができる。実施例において、２Ｄビジョン取込器１５は光遮断センサー１４の位置に対応して設置され、またビーム１４１の発射位置は２Ｄビジョン取込器１５の上記視野範囲の中にある。本実施例において、上記ビーム１４１は、可視光であっても不可視光であってもよい。上記ビーム１４１が可視光（例えば赤外線）である時、ビーム１４１は２Ｄビジョン取込器１５の視野範囲の中にあるため、上記２Ｄ画像１５１中にはビーム１４１の画像が含まれる。

上記ビーム１４１が不可視光である場合、ビーム１４１は２Ｄビジョン取込器１５の視野範囲の中で結像しないが、これに限定されない。

特筆すべき点は、光遮断センサー１４は水平面（例えばロボットアーム１１が設置されているのと同じプラットフォーム上）に設置されているため、光遮断センサー１４が発射するビーム１４１は固定の高度（プロセッサ１０の既知の高度であっても又は未知の高度であってもよい）を有する点である。ロボットアーム１１が動くことでツール１２を移動させ、またツールセンターポイント１２１にビーム１４１を遮断させる時、本発明の校正装置１は、光遮断センサー１４の遮断信号によってツールセンターポイント１２１の現在の高度（即ち、Ｚ軸座標）を設定できる。さらに具体的には、ツールセンターポイント１２１がビーム１４１を遮断する時、ツールセンターポイント１２１のＺ軸高度はビーム１４１の発射高度と等しい。

上述のとおり、２Ｄ画像１５１に対する分析によってツールセンターポイント１２１のＸ軸座標とＹ軸座標を得ることができ、また光遮断センサー１４の信号によってツールセンターポイント１２１のＺ軸座標を得ることができる。つまり本発明の具体的な実施例１は、ビーム１４１と２Ｄ画像１５１により共同で前述の三次元空間（三次元の検出空間）を形成できる。さらに具体的には、本発明の校正装置１は、ツールセンターポイント１２１にビーム１４１を遮断する動作をさせることによって、ツールセンターポイント１２１の三次元空間中における座標情報を得て、これにより校正動作を実現できる。

同時に図３を参照されたい。本発明の具体的な実施例１の校正装置の座標系の概略図である。図３に示すとおり、本発明において、上記ロボットアーム１１はロボット座標系ＲＦを使用し、上記フランジ面１２はアーム末端座標系ＥＦを使用し、上記ツール１２はツール座標系ＴＦを使用し、上記位置合わせ装置１３は位置合わせ装置座標系ＡＦを使用する。

前述したとおり、ロボットアーム１１上の各部品はそれぞれ異なる座標系に基づいて動作を行っており、このため長時間稼働後、機械の摩損が発生し、また各部品間で深刻な位置偏差が出現する可能性があり、さらにはロボットアーム１１の精度の低下につながる可能性がある。本発明の技術的特性の１つは、即ち各座標系間の変換関係を構築することであり、変換関係が各部品（特にツールセンターポイント１２１及び位置合わせ装置１３）のロボット座標系ＲＦ上の相対位置を取得することによって、関連技術において相対移動量だけしか取得できずに、校正効果に良くない影響を与えるという問題を解決する。

図２に示すとおり、本発明の校正装置１は、さらにプロセッサ１０に接続されたストレージユニット１６を備える。上記ストレージユニット１６は、プロセッサ１０に内蔵することも、プロセッサ１０の外に独立させることも可能であり、また例えばメモリーでも、ハードディスクでも、クラウドストレージでも良く、特に限定しない。

ストレージユニット１６内には座標変換行列１６１が保存されており、上記座標変換行列１６１は校正装置１中の各部品間の変換関係を記録する。本発明において、主に同次変換行列（Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍａｔｒｉｘ）により上記変換関係を記録しているが、これに限定されない。

具体的には、上記座標変換行列１６１は、少なくとも以下の表１に列挙した同次行列等を含む。

しかし、上記は本発明の具体的な実施例を示したに過ぎず、上記ストレージユニット１６は上記行列の一部分又は全部を記録できるが、上に列挙したものに限定されない。

特筆すべき点は、ロボットアーム１１とロボットアーム上のフランジ面１１０が一体と見なされ、これによりロボット運動学（ｒｏｂｏｔ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ）の関係に基づいて、上記第一同次行列が直接得られ、プロセッサ１０本体が取得して知ることのできる情報に属するという点である。言い換えると、本発明において、プロセッサ１０はいかなる計算プログラムも介することなく、直接、上記第一同次行列を取得できる。或いは、本発明の校正装置１は、製造時に第一同次行列をプロセッサ１０内に直接記録させておくことも可能であり、特に限定しない。

図１、図２の実施例において、上記位置合わせ装置１３は２Ｄ画像１５１の取得に用いられる２Ｄビジョン取込器１５及び高度な情報の取得に用いられる光遮断センサー１４を備えているが、ロボットアーム１１の三次元空間中における移動情報を取得して、ロボットアーム１１に校正を行うことができさえすれば、本発明中の位置合わせ装置１３は特に上記形態に限定されない。

図１４を参照されたい。本発明の具体的な実施例２の校正装置の概略図である。図１４の実施例において、本発明の校正装置１は、プロセッサ（図には表示されていない）、上記ロボットアーム１１及び別の位置合わせ装置１３’を含む。本実施例において、上記位置合わせ装置１３’は３Ｄマシンビジョンセンサーである。

具体的には、上記３Ｄマシンビジョンセンサーは、三次元空間１３１中の立体画像を直接取得可能なセンサーである。ロボットアーム１１がツール１２を制御して三次元空間１３１中での移動を行う時、位置合わせ装置１３’はツール１２の立体画像を直接取得し、さらに立体画像について画像分析を行うことが可能であり、これによりプロセッサは画像分析データに基づいてツール１２の外形、姿勢、位置、傾斜角度等の情報を取得できる。さらに、位置合わせ装置１３’が採用している位置合わせ装置座標系に対応させた後、プロセッサはツールセンターポイント１２１の三次元空間１３１中における座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を直接取得できる。

その他の実施例において、本発明の位置合わせ装置は、その他の形式、例えば２Ｄ画像センサーと深度センサーの組み合わせ（例えばＭｉｃｒｏｓｏｆｔ社が研究開発したＫｉｎｅｃｔ（登録商標））、又は構造化光の発射とスキャンの機能を備えたセンサーの組み合わせ等でもよく、特に限定しない。

図４を参照されたい。本発明の具体的な実施例１の座標系の校正方法のフローチャートである。図４は本発明の校正方法の具体的な実施手順を開示したものであり、以下、図１、図３及び図４を交えながら本発明の校正装置１が上記座標変換行列１６１をどのようにして構築するのかを一緒に説明する。

上記座標変換行列１６１を構築しようとする時、校正装置１はまずプロセッサ１０によって光遮断センサー１４を制御してビーム１４１を発射し（手順Ｓ１０）、さらに２Ｄビジョン取込器１５を制御して視野範囲内において２Ｄ画像１５１を取得する（手順Ｓ１２）。上記ビーム１４１が可視光である場合、２Ｄ画像１５１内に少なくとも上記ビーム１４１の画像が含まれており、かつビーム１４１と２Ｄ画像１５１が共同で１つの三次元空間を構成する。さらに詳しく説明すると、プロセッサ１０は手順Ｓ１０及び手順Ｓ１２を介して位置合わせ装置１３を起動させる。

位置合わせ装置１３を起動した後、プロセッサ１０は引き続いてロボットアーム１１上のツール１２を制御して移動させ、ツール１２に異なる姿勢でビーム１４１を複数回にわたって遮断させ、これによって光遮断センサー１４がツール校正工程を実施する（手順Ｓ１４）。ツール校正工程完了後、プロセッサ１０はツール校正工程の実施により得られたデータに基づいて、前述のツール座標系ＴＦ及びアーム末端座標系ＥＦ間の変換関係を示すのに用いられる第二同次行列を計算できるようになる（手順Ｓ１６）。

特筆すべき点は、手順Ｓ１４において、プロセッサ１０は主に位置合わせ装置１３中の光遮断センサー１４によってツール１２に対しツール寸法校正工程を実施し、これによりツールセンターポイント１２１のフランジ面１１０に相対する移動量を取得し、さらにツール１２の絶対寸法を計算するという点である。また、プロセッサ１０は手順Ｓ１４中において別途、光遮断センサー１４によってツール１２に対しツール方向校正工程を実施し、これによりツールセンターポイント１２１のフランジ面１１０に相対する回転量を取得し、さらにツール１２の方向ベクトル（内容について詳しくは後述する）を取得する。そして、手順Ｓ１６中において、プロセッサ１０は取得した移動量及び回転量に基づいて上記第二同次行列を構築することができる。

同次変換行列の数学的構造及び構築方式は、本技術分野における常用の技術的手段であり、ここでは説明を省略する。

手順Ｓ１６の後、プロセッサ１０はさらに進んで第一同次行列及び第二同次行列に基づいて、前述のツール座標系ＴＦ及びロボット座標系ＲＦ間の変換関係を示すのに用いられる第三同次行列を計算でき、さらに第三同次行列の変換に基づいてツールセンターポイント１２１のロボット座標系ＲＦ上における相対位置を計算する（手順Ｓ１８）。

手順Ｓ１８の後、校正装置１はツール１２（及びツールセンターポイント１２１）の校正動作を完了する。また、プロセッサ１０は手順Ｓ１８の後において、ツールセンターポイント１２１のロボット座標系ＲＦ上における相対位置を直接得ることができ、それはツールセンターポイント１２１の以前に構築したツールパターンに相対する移動量ではないため、これにより関連技術において採用している技術的手段と比較して、本発明の校正装置及び校正方法はさらに良い校正効果を得ることが可能である。

手順Ｓ１８の後、プロセッサ１０はさらに進んでツール１２を制御して移動させ、ツールセンターポイント１２１が上記２Ｄ画像１５１及びビーム１４１により構成した三次元空間中を移動するようにし、さらにツールセンターポイント１２１の上記三次元空間中における少なくとも三つの位置決め点の座標情報を記録することにより、三点位置決め工程を実施する。三点位置決め工程を実施することにより、プロセッサ１０は位置合わせ装置座標系ＡＦ中の各ポイントをツールセンターポイント１２１のポイントとすることができる（手順Ｓ２０）。

具体的には、前述の位置合わせ装置座標系ＡＦ及びロボット座標系ＲＦ間の変換関係を示すのに用いられる第四同次行列を構築するためには、プロセッサ１０はツール座標系ＴＦ及びロボット座標系ＲＦ間の変換関係を示すのに用いられる第三同次行列、並びに位置合わせ装置座標系ＡＦ及びツール座標系ＴＦ間の変換関係を示すのに用いられる第五同次行列をそれぞれ構築しなければならない。具体的には、下記の公式のとおりである。

上記公式中における各同次行列は、上記表１に示したものである。

しかし、ツール座標系ＴＦ及び位置合わせ装置座標系ＡＦ間において、固定の変換関係を取得することができないため、上記第五同次行列を直接得ることができない。この問題を解決するため、本発明の校正装置１は三点位置決め工程を実施することにより位置合わせ装置座標系ＡＦ中のポイントをツールセンターポイント１２１のポイントとし、これによってプロセッサ１０に直接第三同次行列に基づいて位置合わせ装置座標系ＡＦ及びロボット座標系ＲＦ間の変換関係を示すのに用いられる第四同次行列を計算させる（手順Ｓ２２）。これにより、プロセッサ１０はさらに進んで第四同次行列に基づいて位置合わせ装置座標系ＡＦ中の各ポイントのロボット座標系ＲＦ上における相対位置を計算できる（手順Ｓ２４）。

手順Ｓ２４の後は、位置合わせ装置座標系ＡＦ中の任意のポイントの座標を取得しさえすれば、プロセッサ１０は第四同次行列の変換によって上記ポイントのロボット座標系ＲＦ上における相対位置を取得可能となる。このような対応関係によって、本発明の校正装置１は、同一の位置合わせ装置１３を通じて複数のロボットアームに対し位置合わせ校正を行うことが可能となる（内容について詳しくは後述する）。

引き続き、図５を参照されたい。本発明の具体的な実施例２の座標系の校正方法のフローチャートである。図５は本発明の校正方法の別の具体的な実施手順を開示したものであり、本発明の校正装置１が上記座標変換行列１６１をどのようにして構築するのかを説明するのに用いられる。

座標変換行列１６１を構築しようとする時、校正装置１はまずプロセッサ１０によって位置合わせ装置１３（又は位置合わせ装置１３’、以下、位置合わせ装置１３を例にとる）を制御して視野範囲内の画像を取得する（手順Ｓ３０）。本発明において、上記位置合わせ装置１３の視野範囲を１つの三次元空間（例えば、ビーム１４１と２Ｄ画像１５１が構成する三次元空間、又は３Ｄマシンビジョンセンサーが独自に形成した三次元空間）とする。

位置合わせ装置１３を起動した後（即ち、画像の取得を開始した後）、プロセッサ１０はロボットアーム１１上のツール１２を制御して、ツール１２を異なる姿勢で三次元空間中において移動させ、これによってツール校正工程を実施する（手順Ｓ３２）。手順Ｓ３２の後、プロセッサ１０は既知の第一同次行列を直接取得し（手順Ｓ３４）、またツール校正工程の実施により得られたデータに基づいて上記第二同次行列を計算し（手順Ｓ３６）、さらに第一同次行列及び第二同次行列に基づいて上記第三同次行列を計算する（手順Ｓ３８）。引き続き、算出された第三同次行列の変換によって、プロセッサ１０はツールセンターポイント１２１のロボット座標系ＲＦ上における相対位置を計算することができる（手順Ｓ４０）。

具体的には、上記同次変換行列の数学的構造及び構築方式は、本技術分野における常用の技術的手段であり、ここでは説明を省略する。

手順Ｓ４０の後、プロセッサ１０は引き続きツール１２を制御して移動を行い、ツールセンターポイント１２１に上記三次元空間中において三点位置決め工程を実施させることで、位置合わせ装置座標系ＡＦ中の各ポイントをツールセンターポイント１２１のポイントとする（手順Ｓ４２）。

具体的には、上記三点位置決め工程はプロセッサ１０が位置合わせ装置座標系ＡＦ中のポイントをツールセンターポイント１２１のポイントと見なせるようにし、これによってプロセッサ１０は直接第三同次行列及びツールセンターポイント１２１の位置に基づいて前述の位置合わせ装置座標系ＡＦ及びロボット座標系ＲＦ間の変換関係を示すのに用いられる第四同次行列を計算できる（手順Ｓ４４）。このように、プロセッサ１０は第四同次行列に基づいて位置合わせ装置座標系ＡＦ中の各ポイントのロボット座標系ＲＦ上における相対位置を計算できる（手順Ｓ４６）。手順Ｓ４６の後は、位置合わせ装置座標系ＡＦ中の任意のポイントの座標を取得しさえすれば、プロセッサ１０は第四同次行列の変換によって上記ポイントのロボット座標系ＲＦ上における相対位置を取得可能となる。

引き続き、図６、図７及び図８を参照されたい。図６は本発明の具体的な実施例１のツール校正方法のフローチャートであり、図７は本発明の具体的な実施例１のツール寸法の校正の概略図であり、図８は本発明の具体的な実施例１のツール方向の校正の概略図である。図６は、図４の手順Ｓ１４についてさらに詳細な説明をするのに用いられる。

具体的には、図４の手順Ｓ１４において実施するツール校正工程は、ツール寸法校正工程（手順Ｓ５０）及びツール方向校正工程（手順Ｓ５２）を含む。ツール寸法校正工程によって、プロセッサ１０はロボットアーム１１上に現在配置されているツール１２の絶対寸法を取得できる。ツール方向校正工程によって、プロセッサ１０はツール１２の現時点の方向ベクトルを取得できる。

図６に示すとおり、ツール寸法校正工程を実施する時、プロセッサ１０は主にまずロボットアーム１１を制御してツール１２を移動させ、ツール１２に異なる姿勢でツールセンターポイント１２１を同一の位置決め点に到達させるようにし、さらにツールセンターポイント１２１はこの位置決め点上においてちょうどビーム１４１を遮断することができる（手順Ｓ５００）。図７に示すとおり、プロセッサ１０はツール１２を制御して第一姿勢でツールセンターポイント１２１を第一位置決め点Ｐ１に到達させ、第二姿勢でツールセンターポイント１２１を第二位置決め点Ｐ２に到達させ、……、また第Ｎ姿勢でツールセンターポイント１２１を第Ｎ位置決め点Ｐｎに到達させ、その中で、上記位置決め点Ｐ１－Ｐｎはみな同一のポイントであり（即ち、ツール座標系ＴＦ上に同じ座標を有する）、さらにツールセンターポイント１２１はこのポイント上でビーム１４１をちょうど遮断できる（即ち、プロセッサ１０は光遮断センサー１４の信号によってツールセンターポイント１２１のＺ軸高度を取得できる）。

引き続き、プロセッサ１０は、ツール１２の各姿勢（例えば上述の第一姿勢から第Ｎ姿勢）における座標情報をそれぞれ記録する（手順Ｓ５０２）。これらの座標情報によって、プロセッサ１０はツールセンターポイント１２１のフランジ面１１０に相対する移動量を計算し、またこれらの移動量に基づいてツール１２全体の絶対寸法を取得することができる（手順Ｓ５０４）。

ツール１２の絶対寸法を取得した後、プロセッサ１０は上記ツール寸法校正工程を完了する。

ツール方向校正工程を実施する時、プロセッサ１０は主にロボットアーム１１を制御してツール１２を移動させることによって、ツール１２を制御して異なる高度に基づいて移動させビーム１４１の遮断を繰り返す（手順Ｓ５２０）。具体的には、手順Ｓ５２０は、ツール１２の高度を途切れなく変えた（ロボットアーム１１本体に対してであり、フランジ面１１０のＺ軸高度を変えることを指す）後にツール１２を制御して移動させ、またツール１２上の異なる部分でビーム１４１を複数回にわたって遮断する。さらに、プロセッサ１０は同時にツール１２がビーム１４１を遮断できるのに必要なフランジ面１１０の横向移動量（水平移動量）を計算する（手順Ｓ５２２）。

本発明において、プロセッサ１０はツール１２の高度、傾斜方向を複数回変更でき、またツール１２を回転させることもでき、上記手順Ｓ５２２によって複数の横向移動量を取得できる。取得した複数の横向移動量に基づいて、プロセッサ１０はさらに進んでツールセンターポイント１２１のフランジ面１１０に相対する回転量を計算し、かつこれらの回転量に基づいてツール１２の方向ベクトルを取得できる（手順Ｓ５２４）。

図８に示すとおり、ツール１２が一方向に傾斜しており、フランジ面１１０が第一高度に位置している時（ツールセンターポイント１２１が第一位置決め点Ｐ１に位置する）、フランジ面１１０はスタート位置（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）から開始し第一移動量Ｍ１の横向移動（水平移動）をして初めて、ツール１２にビーム１４１を遮断させることができるようになる。フランジ面１１０が第二高度に位置している時（ツールセンターポイント１２１が第二位置決め点Ｐ２に位置する）、フランジ面１１０はスタート位置（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ２）から開始し第二移動量Ｍ２の横向移動をして初めて、ツール１２にビーム１４１を遮断させることができるようになる。第一移動量Ｍ１と第二移動量Ｍ２の比較によって、プロセッサ１０はツール１２の方向ベクトル（第一位置決め点Ｐ１を始点とし、第二位置決め点Ｐ２を終点とするベクトル）を演算できる。

ツール１２の方向ベクトルを取得した後、プロセッサ１０は上記ツール方向校正工程を完了する。

手順Ｓ５０のツール寸法校正工程及び手順Ｓ５２のツール方向校正工程をすべて完了した後、プロセッサ１０は校正工程により得られたデータ（例えば前述の移動量、絶対寸法、回転量、方向ベクトル等）に基づいて、上記ツール座標系ＴＦ及びアーム末端座標系ＥＦ間の変換関係を示すのに用いられる第二同次行列を構築できる。

特筆すべき点は、校正装置１が図１４に示す位置合わせ装置１３’を採用している場合、校正装置１は上記に近い方法によって上記ツール校正工程中のツール寸法校正工程及びツール方向校正工程を実施でき、これによってロボットアーム１１上のツール１２の絶対寸法及びツール１２の方向ベクトルを取得できるという点である。

図９を参照されたい。本発明の具体的な実施例２のツール校正方法のフローチャートである。図９の実施例において、プロセッサ１０がツール寸法校正工程（手順Ｓ６０）を実施する時、主にまずロボットアーム１１を制御して移動させることでツール１２を位置合わせ装置１３’の視野範囲（例えば三次元空間１３１）内に入れ、さらに位置合わせ装置１３’を制御してツール１２の画像を取得するとともに画像分析を行う（手順Ｓ６００）。

引き続き、プロセッサ１０は、画像分析データに基づいてロボットアーム１１を制御してツール１２に異なる姿勢でツールセンターポイント１２１を三次元空間１３１中の同一の位置決め点に到達させる（手順Ｓ６０２）。ツール１２を制御して異なる姿勢でツールセンターポイント１２１を三次元空間１３１中の同一の位置決め点に到達させるという技術的手段に関して、前述の図７中で述べた内容に近いが、異なる点は画像分析結果によってツール１２の外形、姿勢、ツールセンターポイント１２１の座標情報等のデータを位置合わせ装置１３’が直接取得できるため、ビーム１４１を遮断する必要がないという点である。

引き続き、プロセッサ１０はツール１２の各姿勢における座標情報をそれぞれ記録し、かつこれらの座標情報に基づいてツールセンターポイント１２１のフランジ面１１０に相対する移動量を計算し、さらにこれらの移動量に基づいてツール１２全体の絶対寸法を取得する（手順Ｓ６０４）。そしてツール１２の絶対寸法を取得した後、プロセッサ１０は上記ツール寸法校正工程を完了する。

本実施例において、プロセッサ１０がツール方向校正工程（手順Ｓ６２）を実施する時、主にツール１２を制御して異なる高度及び角度に基づいて三次元空間１３１中で移動させ（手順Ｓ６２０）、さらに、位置合わせ装置１３’を制御して三次元空間１３１中の画像を取得し続けるようにし、またツール１２について画像分析を行うことでツール１２の位置及び傾斜角度を取得し、これによりツール１２の方向ベクトルを計算する（手順Ｓ６２２）。

本実施例において、プロセッサ１０はツール１２の高度、傾斜方向、傾斜角度を複数回にわたって変えることができ、またツール１２を回転させることができ、同時に位置合わせ装置１３’によってツール１２の画像を取得して画像分析を行い、これによって画像分析で得られたデータによりツール１２の方向ベクトルを直接計算することができる。図６で示した実施例と比較して、図９で示した実施例は、さらに高速に本発明のツール方向校正工程を完了できる。

ツール１２の方向ベクトルを取得した後、プロセッサ１０は上記ツール方向校正工程を完了する。そして手順Ｓ６０のツール寸法校正工程及び手順Ｓ６２のツール方向校正工程をすべて完了した後、プロセッサ１０は校正工程により得られたデータ（例えば前述の移動量、絶対寸法、方向ベクトル等）に基づいて、上記ツール座標系ＴＦ及びアーム末端座標系ＥＦ間の変換関係を示すのに用いられる第二同次行列を構築できる。

引き続き、図１０及び図１１を参照されたい。図１０は本発明の具体的な実施例１の位置合わせ方法のフローチャートであり、図１１は本発明の具体的な実施例１の位置決め操作の概略図である。図１０は、図４の手順Ｓ２０についてさらに進んだ詳細な説明をするのに用いられる。

上記手順Ｓ２０において、プロセッサ１０は主にツール１２を制御して移動させ、ツールセンターポイント１２１を相次いで同一の二次元平面上の３つの位置決め点に到達させ、さらにこの３つの位置決め点の座標情報に基づいて上記三点位置決め工程を実施する。

具体的には、図１０に示すとおり、三点位置決め工程を実施しようとする時、プロセッサ１０はまずツール１２を制御して移動させてツールセンターポイント１２１を１つの二次元平面上の第一位置決め点Ｐ１に到達させ、また第一位置決め点Ｐ１上でビーム１４１を遮断し（手順Ｓ７０）、さらに、プロセッサ１０はツールセンターポイント１２１が第一位置決め点Ｐ１上に位置する時の座標情報を記録する（手順Ｓ７２）。具体的には、上記座標情報は、ツールセンターポイント１２１のツール座標系ＴＦ上の座標情報、アーム末端座標系ＥＦ上の座標情報、又はロボット座標系ＲＦ上の座標情報であってよく、特に限定しない。

上記二次元平面は、２Ｄビジョン取込器１５の視野範囲内にある。

引き続き、プロセッサ１０はツール１２を制御して移動させてツールセンターポイント１２１を同一の二次元平面上の第二位置決め点Ｐ２に到達させ、また第二位置決め点Ｐ２上でビーム１４１を遮断し（手順Ｓ７４）、さらに、プロセッサ１０はツールセンターポイント１２１が第二位置決め点Ｐ２上に位置する時の座標情報を記録する（手順Ｓ７６）。

図１１に示すとおり、上記第一位置決め点Ｐ１及び第二位置決め点Ｐ２が同一の二次元平面上に位置し、かつツールセンターポイント１２１がこの２つの位置決め点Ｐ１、Ｐ２上に位置する時、ちょうどビーム１４１を遮断でき、言い換えれば、第一位置決め点Ｐ１及び第二位置決め点Ｐ２は同じＺ軸高度を有し、さらに２Ｄビジョン取込器１５の視野範囲内においてビーム１４１と重なる１本の直線を構成することができる。

手順Ｓ７６の後、プロセッサ１０はツール１２を制御して移動させ、ツールセンターポイント１２１を上記二次元平面上の第三位置決め点Ｐ３に到達させ、さらに第三位置決め点Ｐ３をビーム１４１上に投影させる（手順Ｓ７８）。さらに、プロセッサ１０は、ツールセンターポイント１２１が第三位置決め点Ｐ３上に位置する時の座標情報を記録する（手順Ｓ８０）。

図１１に示すとおり、上記第三位置決め点Ｐ３は、第一位置決め点Ｐ１と異なるＺ軸高度を有し、かつ第二位置決め点Ｐ２と異なるＺ軸高度を有する。実施例において、第三位置決め点Ｐ３のＺ軸高度は、第一位置決め点Ｐ１及び第二位置決め点Ｐ２のＺ軸高度より高くてもよく（即ち、ビーム１４１はツール１２によって遮断されない）、別の実施例において、第三位置決め点Ｐ３のＺ軸高度は、第一位置決め点Ｐ１及び第二位置決め点Ｐ２のＺ軸高度より低くてもよい（即ち、ビーム１４１はツール１２によって遮断される）。また第三位置決め点Ｐ３は、第一位置決め点Ｐ１及び第二位置決め点Ｐ２により構成される二次元直線上に上向き又は下向きに投影されてよく、上記直線と１つの二次元平面を構成する。上記二次元平面は、２Ｄ画像１５１及びビーム１４１により構成された三次元空間中にある。

手順Ｓ８０の後、プロセッサ１０はツールセンターポイント１２１の上記第一位置決め点Ｐ１、第二位置決め点Ｐ２及び第三位置決め点Ｐ３上における座標情報に基づいて、三点位置決め工程を実施することができ、これにより位置合わせ装置座標系ＡＦ中のポイントをツールセンターポイント１２１自身のポイントとし（手順Ｓ８２）、さらに上記第三同次行列に基づいて、位置合わせ装置座標系ＡＦ中のポイントのロボット座標系ＲＦ上における相対位置を計算することが可能となる。

上記図１０、図１１の実施例は、光遮断センサー１４及び２Ｄビジョン取込器１５を含んだ位置合わせ装置１３を例として、本発明において採用する三点位置決め工程を説明している。特筆すべき点は、校正装置１は図１４に示す位置合わせ装置１３’を採用した時、依然として図１０、１１に示した方法で三点位置決め工程を実施可能であるという点である。異なる点は、ツール１２が三次元空間１３１中を移動する時、位置合わせ装置１３’はツール１２全体の画像を直接取得して画像分析を行うことが可能で、これによりツールセンターポイント１２１が上記第一位置決め点Ｐ１、第二位置決め点Ｐ２及び第三位置決め点Ｐ３に位置する時の座標情報を直接取得でき、ツールセンターポイント１２１に光遮断センサー１４から発射されたビーム１４１を遮断させる必要がないという点である。

引き続き、図１２Ａ及び図１２Ｂを参照されたい。それぞれ本発明の具体的な実施例１の光遮断操作の概略図１及び２である。図１２Ａ及び図１２Ｂは動作を分解することによって、本発明においてプロセッサ１０がどのようにしてツール１２を制御して移動させ、ツールセンターポイント１２１にビーム１４１を遮断させるのかを説明したものである。

図１２Ａ中の動作（１）及び動作（２）に示すとおり、プロセッサ１０は、まずツール１２を制御してビーム１４１の右側から左側へ移動させ、かつツール１２上の任意の一点によってビーム１４１の右側からビーム１４１を遮断する。この時、プロセッサ１０はツール１２の第一Ｘ軸座標及び第一Ｙ軸座標を記録する。上記Ｘ軸座標及びＹ軸座標は、ツール１２のツール座標系ＴＦ上の座標情報、アーム末端座標系ＥＦ上の座標情報、又はロボット座標系ＲＦ上の座標情報であってよく、特に限定しない。

引き続き、図１２Ａ中の動作（３）及び動作（４）に示すとおり、プロセッサ１０は、ツール１２を制御してビーム１４１の左側から右側へ移動させ、かつツール１２上の任意の一点によってビーム１４１の左側からビーム１４１を遮断する。この時、プロセッサ１０はツール１２の第二Ｘ軸座標及び第二Ｙ軸座標を記録する。

引き続き、図１２Ｂの動作（５）に示すとおり、プロセッサ１０は、第一Ｘ軸座標及び第二Ｘ軸座標によりツール１２がビーム１４１を遮断可能な中間Ｘ軸座標を計算でき（例えば、第一Ｘ軸座標及び第二Ｘ軸座標の平均値を計算する）、また第一Ｙ軸座標及び第二Ｙ軸座標によりツール１２がビーム１４１を遮断可能な中間Ｙ軸座標を計算できる（例えば、第一Ｙ軸座標及び第二Ｙ軸座標の平均値を計算する）。これにより、プロセッサ１０は、ツール１２を制御してビーム１４１を遮断可能な中間位置（即ち、中間Ｘ軸座標及び中間Ｙ軸座標）まで移動させることができる。

引き続き、図１２Ｂの動作（６）に示すとおり、プロセッサ１０はツール１２を制御して上記中間位置上において、ツールセンターポイント１２１がちょうどビーム１４１を遮断可能な臨界位置まで上向きに移動させ、この臨界位置はプロセッサ１０により、ツールセンターポイント１２１がビーム１４１を遮断可能な好ましいポイント（例えば上記三点位置決め工程における第一位置決め点Ｐ１及び第二位置決め点Ｐ２）として記録可能である。

さらに、図１２Ｂの動作（７）に示すとおり、プロセッサ１０はツール１２を制御して臨界位置から上向きまた下向きに移動させ、ツールセンターポイント１２１をビーム１４１上に投影し、これによりビーム１４１と同一の二次元平面中にある１つの投影ポイント（例えば上記三点位置決め工程における第三位置決め点Ｐ３）を取得することができる。

但し、上記説明は本発明の中の１種のポイント記録方式を示したに過ぎず、上述したものに限定されない。例を挙げて説明すると、ビーム１４１が比較的細い場合、プロセッサ１０は上記動作（１）から動作（５）の動作を必要とせずに上記中間Ｘ軸座標及び中間Ｙ軸座標を計算可能である。

前述したとおり、本発明の主な技術的解決手段は、位置合わせ装置１３が採用している位置合わせ装置座標系ＡＦ及びロボットアーム１１が採用しているロボット座標系ＲＦ間の変換関係を示すのに用いられる第四同次行列を構築することである。１つの作業環境中に１つの位置合わせ装置１３及び複数のロボットアーム１１を有し、かつプロセッサ１０によって各ロボットアーム１１と位置合わせ装置１３の第四同次行列をそれぞれ構築した場合、プロセッサ１０は複数の第四同次行列によって各ロボットアームがそれぞれ採用している複数のロボットアーム座標系間の変換関係を取得可能である。

図１３を参照されたい。本発明の具体的な実施例１の複数のロボットアームの座標系の位置合わせ概略図である。

図１３の実施例において、校正装置１は、上記ロボットアーム１１、位置合わせ装置１３及び第二ロボットアーム１７を備えることができる。ロボットアーム１１及び位置合わせ装置１３は、図１、図２、図３及び前述のとおりであるため、ここでは説明を省略する。第二ロボットアーム１７は一端にフランジ面が設けられている。第二ツール１８は、一端が第二ロボットアーム１７のフランジ面に設置され、他端が第二ツールセンターポイント１８１を有する。上記第二ロボットアーム１７は、ロボットアーム１１と同じ又は異なる形態のロボットアームであり、かつロボットアーム１１に似た構造を有するため、ここでは説明を省略する。

図１３に示すとおり、ロボットアーム１１は第一ロボット座標系ＲＦ１を使用し、ツール１２は第一ツール座標系ＴＦ１を使用する。位置合わせ装置１３は、前述したように光遮断センサー１４及び２Ｄビジョン取込器１５を備え、また位置合わせ装置座標系ＡＦを使用する。前述した校正方法により、校正装置１のプロセッサ１０は、以下の表２に示す同次行列を構築可能である。

第二ロボットアーム１７は第二ロボット座標系ＲＦ２を使用し、第二ツール１８は第二ツール座標系ＴＦ２を使用する。同様に、前述した校正方法により、校正装置１のプロセッサ１０は、さらに以下の表３に示す同次行列を構築可能である。

第二ロボット座標系ＲＦ２上のポイントを第一ロボット座標系ＲＦ１上のポイントに変換するにあたり、プロセッサ１０はまず以下の表４に示す同次行列を構築しなければならない。

ここで、以下の数２の関係が成り立つ。

これにより、上記の表２に示す同次行列が既知で、上記の表３に示す同次行列も既知であるという状況において、プロセッサ１０は演算によって、上記の表４に示す同次行列を得ることが可能である。

上記の表４に示す同次行列によって、本発明の校正装置１は、複数のロボットアーム１１、１７のポイント座標について容易に相互対応を行うことができ、さらに同一の座標系に基づいて複数のロボットアーム１１、１７に対し同時に操作を行うことが可能である。このようにして、ロボットアーム１１、１７の動作をより精密かつ正確にし、また複数のロボットアーム１１、１７が同時に作業をする仕事環境を構築するという技術的性能を効果的に達成できる。

図１５を参照されたい。本発明の具体的な実施例２の複数のロボットアームの座標系の位置合わせ概略図である。校正装置１が図１４に示す位置合わせ装置１３’を採用する場合でも、複数のロボットアーム１１、１７は前述の三点位置決め工程によって第一ロボット座標系ＲＦ１及び第二ロボット座標系ＲＦ２間の変換関係を構築可能である。

具体的には、前述の三点位置決め工程を実施する時（図５の手順Ｓ４２のとおり）、プロセッサ１０は、まずロボットアーム１１を制御して移動させ、ツール１２上のツールセンターポイント１２１を三次元空間１３１中において、第一位置決め点Ｐ１、第一位置決め点Ｐ１が位置する同一直線（例えば第一直線）上の第二位置決め点Ｐ２、及び上記第一直線外かつ第一位置決め点Ｐ１と第二位置決め点Ｐ２が形成する二次元平面（例えば第一平面）に位置する第三位置決め点Ｐ３に順番に到達させ、さらにプロセッサ１０は位置合わせ装置１３’の画像分析結果によってツールセンターポイント１２１が上記第一位置決め点Ｐ１、第二位置決め点Ｐ２及び第三位置決め点Ｐ３上に位置する時の座標情報を記録する。

引き続き、プロセッサ１０は、第二ロボットアーム１７を制御して移動させ、第二ツール１８上の第二ツールセンターポイント１８１をまず三次元空間１３１中で同じ第一位置決め点Ｐ１に到達させ、次に、第二ツールセンターポイント１８１を上記第一直線上の任意の第二位置決め点Ｐ２’に到達させてから、最後に、第二ツールセンターポイント１８１を上記第一平面上の任意の第三位置決め点Ｐ３’に到達させる（第三位置決め点Ｐ３’は第一直線外かつ上記第三位置決め点Ｐ３と同じ側に位置決めされる）。同様に、プロセッサ１０は、位置決め装置１３’の画像分析結果によって第二ツールセンターポイント１８１が上記第一位置決め点Ｐ１、任意の第二位置決め点Ｐ２’及び任意の第三位置決め点Ｐ３’上に位置する時の座標情報を記録する。

前述したとおり、プロセッサ１０は三点位置決め工程により位置合わせ装置座標系ＡＦ中のポイントをツールセンターポイント１２１、１８１のポイントとすることができ、これによりプロセッサ１０は上述の工程によって複数のロボットアーム１１、１７間のポイント変換関係を構築できる。

以上の内容は、本発明の好ましい具体的な実施例であり、これにより本発明の特許の範囲を制限するものではなく、本発明の内容を運用し、これに同等の変化を加えたものもすべて同様に本発明の範囲内に含まれることを明らかにしておく。

１…校正装置
１０…プロセッサ
１１…ロボットアーム
１１０…フランジ面
１２…ツール
１２１…ツールセンターポイント
１３、１３’…位置合わせ装置
１３１…三次元空間
１４…光遮断センサー
１４１…ビーム
１５…２Ｄビジョン取込器
１５１…２Ｄ画像
１６…ストレージユニット
１６１…座標変換行列
１７…第二ロボットアーム
１８…第二ツール
１８１…第二ツールセンターポイント
ＲＦ…ロボット座標系
ＲＦ１…第一ロボット座標系
ＲＦ２…第二ロボット座標系
ＥＦ…アーム末端座標系
ＴＦ…ツール座標系
ＴＦ１…第一ツール座標系
ＴＦ２…第二ツール座標系
ＡＦ…位置合わせ装置座標系
Ｍ１…第一移動量
Ｍ２…第二移動量
Ｐ１…第一位置決め点
Ｐ２…第二位置決め点
Ｐ２’…任意の第二位置決め点
Ｐ３…第三位置決め点
Ｐ３’…任意の第三位置決め点
Ｐｎ…第Ｎ位置決め点
Ｓ１０～Ｓ２４、Ｓ３０～Ｓ４６…座標系校正手順
Ｓ５０、Ｓ５００～Ｓ５０４、Ｓ５２、Ｓ５２０～Ｓ５２４、Ｓ６０、Ｓ６００～Ｓ６０４、Ｓ６２、Ｓ６２０～Ｓ６２２…ツール校正手順
Ｓ７０～Ｓ８２…位置合わせ手順

Claims (15)

1. ロボットアームの座標系校正装置であって、
   視野範囲内の画像を取得し、前記視野範囲は三次元空間であり、かつ位置合わせ装置座標系を使用する位置合わせ装置と、
   アーム末端座標系を使用するフランジ面が一端に設けられており、ロボット座標系を使用するロボットアームと、
   一端が前記フランジ面上に設置され、他端にツールセンターポイントを備え、ツール座標系を使用するツールと、
   前記位置合わせ装置及び前記ロボットアームと電気的に接続され、前記アーム末端座標系及び前記ロボット座標系間の変換関係を示すのに用いられる第一同次行列が記録されており、前記ツールを制御して異なる姿勢で前記三次元空間中を移動させることによりツール校正工程を実施し、また前記ツール校正工程で得られたデータに基づいて、前記ツール座標系及び前記アーム末端座標系間の変換関係を示すのに用いられる第二同次行列を計算するプロセッサとを備え、
   前記プロセッサは、前記第一同次行列及び前記第二同次行列に基づいて、前記ツール座標系及び前記ロボット座標系間の変換関係を示すのに用いられる第三同次行列を計算し、また前記第三同次行列に基づいて、前記ツールセンターポイントの前記ロボット座標系上における相対位置を計算し、
   前記プロセッサは、前記ツールセンターポイントを制御して前記三次元空間中において三点位置決め工程を実施することで、前記位置合わせ装置座標系中におけるポイントを前記ツールセンターポイントのポイントとし、また前記第三同次行列に基づいて、前記位置合わせ装置座標系及び前記ロボット座標系間の変換関係を示すのに用いられる第四同次行列を計算し、かつ前記第四同次行列に基づいて、前記位置合わせ装置座標系中のポイントの前記ロボット座標系上における相対位置を計算するロボットアームの座標系校正装置。
2. 前記位置合わせ装置が３Ｄマシンビジョンセンサーである、請求項１に記載のロボットアームの座標系校正装置。
3. 前記ツール校正工程には、前記ツールセンターポイントの前記フランジ面に相対する移動量を取得するのに用いられるツール寸法校正工程、及び前記ツールセンターポイントの前記フランジ面に相対する回転量を取得するのに用いられるツール方向校正工程が含まれ、
   さらに前記プロセッサは前記移動量及び前記回転量に基づいて前記第二同次行列を構築し、
   前記プロセッサが前記ツール寸法校正工程を実施する時、前記位置合わせ装置を制御して前記ツールに対して画像分析を行い、画像分析データに基づいて前記ツールを制御して異なる姿勢で前記ツールセンターポイントを前記三次元空間中の同一の位置決め点に到達させ、同時に前記ツールの各姿勢における座標情報を記録し、前記座標情報に基づいて前記ツールの絶対寸法を計算し、
   前記プロセッサが前記ツール方向校正工程を実施する時、前記ツールを制御して異なる高度及び角度で前記三次元空間中を移動させ、前記位置合わせ装置により前記ツールに対して画像分析を行うことで前記ツールの位置及び傾斜角度を取得し、これにより前記ツールの方向ベクトルを計算する、請求項２に記載のロボットアームの座標系校正装置。
4. 前記位置合わせ装置は光遮断センサー及び２Ｄビジョン取込器を含み、前記光遮断センサーはビームを発射し、前記２Ｄビジョン取込器は前記視野範囲内において２Ｄ画像を取得し、前記ビームは前記視野範囲内にあり、かつ前記ビームと前記２Ｄ画像とにより共同で前記三次元空間を形成し、前記プロセッサは前記ツールを制御して異なる姿勢で前記ビームを遮断することにより前記光遮断センサーが前記ツール校正工程を実施する、請求項１に記載のロボットアームの座標系校正装置。
5. 前記光遮断センサーが水平面に設置され、かつ前記ビームが固定の高度を有する、請求項４に記載のロボットアームの座標系校正装置。
6. 前記ツール校正工程には、前記ツールセンターポイントの前記フランジ面に相対する移動量を取得するのに用いられるツール寸法校正工程、及び前記ツールセンターポイントの前記フランジ面に相対する回転量を取得するのに用いられるツール方向校正工程が含まれ、
   さらに前記プロセッサは前記移動量及び前記回転量に基づいて前記第二同次行列を構築し、
   前記プロセッサが前記ツール寸法校正工程を実施する時、前記ツールを制御して異なる姿勢で前記ツールセンターポイントを同一の位置決め点に到達させ前記ビームを遮断し、前記ツールの各姿勢における座標情報をそれぞれ記録し、前記座標情報に基づいて前記ツールの絶対寸法を計算し、
   前記プロセッサが前記ツール方向校正工程を実施する時、前記ツールを制御して異なる高度に基づいて移動させ前記ビームを遮断し、前記ビームを遮断するのに必要な前記フランジ面の横向移動量をそれぞれ計算し、前記複数の横向移動量に基づいて前記ツールの方向ベクトルを計算する、請求項４または５に記載のロボットアームの座標系校正装置。
7. 前記プロセッサが前記三点位置決め工程を実施する時、前記ツールを制御して移動させ、前記ツールセンターポイントを相次いで前記三次元空間中の同一の二次元平面上の３つの位置決め点に到達させ、前記３つの位置決め点の座標情報に基づいて前記三点位置決め工程を実施する、請求項４～６のいずれか１つに記載のロボットアームの座標系校正装置。
8. 前記プロセッサは、
   前記ツールセンターポイントを制御して前記二次元平面上の第一位置決め点に到達させ、前記ビームを遮断する、
   前記ツールセンターポイントの前記第一位置決め点上における座標情報を記録する、
   前記ツールセンターポイントを制御して前記二次元平面上の第二位置決め点に到達させ、前記ビームを遮断し、かつ前記第二位置決め点と前記第一位置決め点が同じ高度を有するようにする、
   前記ツールセンターポイントの前記第二位置決め点上における座標情報を記録する、
   前記ツールセンターポイントを制御して前記二次元平面上の第三位置決め点に到達させ、かつ前記第三位置決め点の高度は前記第一位置決め点及び前記第二位置決め点の高度とは異なるようにする、
   前記ツールセンターポイントの前記第三位置決め点上における座標情報を記録する、及び、
   前記第一位置決め点、前記第二位置決め点及び前記第三位置決め点の座標情報に基づいて前記三点位置決め工程を実施する、
   という動作を実施する、請求項７に記載のロボットアームの座標系校正装置。
9. 校正装置において行われるロボットアームの座標系校正方法であって、
   前記校正装置は、位置合わせ装置と、ロボットアームと、前記ロボットアームの一端のフランジ面上に設置され、かつツールセンターポイントを備えるツールと、前記位置合わせ装置及び前記ロボットアームと電気的に接続されたプロセッサとを含み、前記ロボットアームはロボット座標系を使用し、前記フランジ面はアーム末端座標系を使用し、前記ツールはツール座標系を使用し、前記位置合わせ装置は位置合わせ装置座標系を使用しており、
   ａ）前記位置合わせ装置を制御して視野範囲内の画像を取得し、かつ前記視野範囲は三次元空間である、
   ｂ）前記プロセッサにより前記ツールを制御して異なる姿勢で前記三次元空間中を移動させることでツール校正工程を実施し、前記プロセッサには前記アーム末端座標系及び前記ロボット座標系間の変換関係を示すのに用いられる第一同次行列が記録されている、
   ｃ）前記ツール校正工程で得られたデータに基づいて、前記ツール座標系及び前記アーム末端座標系間の変換関係を示すのに用いられる第二同次行列を計算する、
   ｄ）前記第一同次行列及び前記第二同次行列に基づいて、前記ツール座標系及び前記ロボット座標系間の変換関係を示すのに用いられる第三同次行列を計算し、また前記第三同次行列に基づいて、前記ツールセンターポイントの前記ロボット座標系上における相対位置を計算する、
   ｅ）前記プロセッサにより前記ツールセンターポイントを制御して前記三次元空間中において三点位置決め工程を実施することで、前記位置合わせ装置座標系中のポイントを前記ツールセンターポイントのポイントとする、
   ｆ）手順ｅの後、前記第三同次行列に基づいて、前記位置合わせ装置座標系及び前記ロボット座標系間の変換関係を示すのに用いられる第四同次行列を計算する、及び、
   ｇ）前記第四同次行列に基づいて、前記位置合わせ装置座標系中のポイントの前記ロボット座標系上における相対位置を計算する、
   という手順を含む、ロボットアームの座標系校正方法。
10. 前記手順ｂは、ツール寸法校正工程を実施することで前記ツールセンターポイントの前記フランジ面に相対する移動量を取得し、またツール方向校正工程を実施することで前記ツールセンターポイントの前記フランジ面に相対する回転量を取得し、さらに前記移動量及び前記回転量に基づいて前記ツール校正工程を完了し、
    前記手順ｃは、前記移動量及び前記回転量に基づいて前記第二同次行列を構築する、請求項９に記載のロボットアームの座標系校正方法。
11. 前記位置合わせ装置が３Ｄマシンビジョンセンサーであり、
    前記手順ｂは、
    ｂ１１）前記位置合わせ装置を制御して前記ツールについて画像分析を行う、
    ｂ１２）画像分析データに基づいて前記ツールを制御して異なる姿勢で前記ツールセンターポイントを前記三次元空間中の同一の位置決め点に到達させる、
    ｂ１３）前記ツールの各姿勢における座標情報を記録し、前記座標情報に基づいて前記移動量を計算し、さらに前記ツールの絶対寸法を得る、
    ｂ１４）前記プロセッサにより前記ツールを制御して異なる高度と角度に基づいて前記三次元空間中において移動させる、及び、
    ｂ１５）前記位置合わせ装置により前記ツールについて画像分析を行うことで、前記ツールの位置及び傾斜角度を取得し、これにより前記ツールの方向ベクトルを計算する、
    という手順を含む、請求項１０に記載のロボットアームの座標系校正方法。
12. 前記位置合わせ装置が光遮断センサー及び２Ｄビジョン取込器を含み、
    前記手順ａ）において前記光遮断センサーを制御してビームを発射し、また前記２Ｄビジョン取込器を制御して前記視野範囲内において２Ｄ画像を取得し、前記ビームは前記視野範囲内にあり、かつ前記ビームと前記２Ｄ画像とにより共同で前記三次元空間が形成され、
    前記手順ｂ）において前記ツールを制御して異なる姿勢で前記ビームを遮断し、これによって前記光遮断センサーが前記ツール校正工程を実施する、請求項９に記載のロボットアームの座標系校正方法。
13. 前記手順ｂは、
    ｂ２１）前記プロセッサにより前記ツールを制御して異なる姿勢で前記ツールセンターポイントを同一の位置決め点に到達させ、前記ビームを遮断する、
    ｂ２２）前記ツールの各姿勢における座標情報をそれぞれ記録する、
    ｂ２３）前記座標情報に基づいて前記移動量を計算し、前記ツールの絶対寸法を得る、
    ｂ２４）前記プロセッサにより前記ツールを制御して異なる高度に基づいて移動させ、前記ビームを遮断する、
    ｂ２５）前記ビームを遮断するのに必要な前記フランジ面の横向移動量をそれぞれ計算する、及び、
    ｂ２６）前記複数の横向移動量に基づいて前記回転量を計算し、前記ツールの方向ベクトルを得る、
    という手順を含む、請求項１２に記載のロボットアームの座標系校正方法。
14. 前記手順ｅは前記ツールを制御して移動させ、前記ツールセンターポイントを相次いで前記三次元空間中の同一の二次元平面上の３つの位置決め点に到達させ、前記３つの位置決め点の座標情報に基づいて前記三点位置決め工程を実施する、請求項１２または１３に記載のロボットアームの座標系校正方法。
15. 前記手順ｅは、
    ｅ１）前記ツールセンターポイントを制御して前記二次元平面上の第一位置決め点に到達させ、前記ビームを遮断する、
    ｅ２）前記ツールセンターポイントの前記第一位置決め点上における座標情報を記録する、
    ｅ３）前記ツールセンターポイントを制御して前記二次元平面上の第二位置決め点に到達させ、前記ビームを遮断し、かつ前記第二位置決め点と前記第一位置決め点が同じ高度を有するようにする、
    ｅ４）前記ツールセンターポイントの前記第二位置決め点上における座標情報を記録する、
    ｅ５）前記ツールセンターポイントを制御して前記二次元平面上の第三位置決め点に到達させ、かつ前記第三位置決め点の高度は前記第一位置決め点及び前記第二位置決め点の高度とは異なるようにする、
    ｅ６）前記ツールセンターポイントの前記第三位置決め点上における座標情報を記録する、及び、
    ｅ７）前記第一位置決め点、前記第二位置決め点及び前記第三位置決め点の座標情報に基づいて前記三点位置決め工程を実施する、
    という手順を含む、請求項１４に記載のロボットアームの座標系校正方法。

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