JPH0493191A - ロボット制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、視覚装置により対象物体の存在位置を検出し
、この存在位置に適合するように自動的にロボットハン
ドの姿勢を決定するようにしだロボット制御装置に関す
る。

〈従来の技術〉 従来、ロボッ１〜による箱内に収納された工作物の取り
出しは、例えば、実開昭５９−１７３５９１号公報に示
されているように、ロポ・ンｌアーＪ１、の先端に三次
元方向に揺動可能なフローティング機構を介して電磁石
を固着した保持本体を取り付けたものを用いていた。こ
の技術によれば、工作物の姿勢に関係なく確実に工作物
の取り出しを行うことができる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上述したような手首部にフローティング機構を有したロ
ボットハンドにより工作物の取り出しを行う技術は第７
図（ａ）に示すように、二次元の画像処理を利用した視
覚装置付のロボ・ン１へ制御装置にも用いられる。この
ようなロボット制御装置において箱２１の周壁近くにあ
る工作物２２を取り出そうとする場合、常に鉛直下向き
への姿勢では、ロボットハンド６２が箱２１の周壁との
干渉を起こし易い。また、二次元方向にフローティング
するフローティング機構９１を介して手首部にロボット
ハントを取り付け、ロボットハンド６２の姿勢が視覚装
置の認識方向Ｂになるように、フローティング方向と無
関係に手首部を傾けた場合、第７図（ｂ）に示されるご
とく、フローティング機構９１によってロボットハンド
６２が垂れ下がるので、ロボットハンド６２の姿勢を傾
けた場合には狙った位置Ｐ１と把持した位置Ｐ２との間
に位置ずれを生じさせたり、狙った工作物２２を把持し
そこねたりすることがある。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、−Ｆ記の問題点を解決するためになされたも
のであり、第１図に示すように、二次元方向にフローテ
ィング可能なフローティング機構を介してロボットの手
首部にロボットハントを取り付け、このロボットハンド
を用いて、箱内に収納された棒状の工作物を取り出すべ
く、ロボットハントの動きを制御するロボット制御装置
において、視覚装置を備え、画像処理により工作物を認
識し、工作物の視覚座標を求める視覚座標検出手段１と
、前記工作物の視覚座標を前記ロボットに対する座標系
に変換し、前記ロボットの動作目標点を算出する動作目
標点算出手段２と、前記ロボットハンドのフローティン
グする面が認識された工作物の長平方向と平行となり、
かつ前記ロボッ１〜ハンドの先端が前記視覚装置により
工作物を認識する方向側に傾けた前記ロボットハンドの
姿勢を算出する姿勢算出手段３と、この姿勢算出手段３
に基づいてロボットハンドの姿勢を決定し、動作目標点
算出手段２の動作目標点に基づいて前記ロボットハント 出しを行う工作物取り出し実行手段４とを備えたもので
ある。

〈作用〉 上記の構成により、視覚装置により工作物の存在位置を
示す視覚座標が求められると、これをロボット６０に対
する座標系に変換し、ロボットハンドの動作目標点を算
出する。ロボット６０は、この動作目標点にロボッ１〜
ハンドを接近させる時の姿勢を、ロボットハンドのフロ
ーティングする面が認識された工作物の長手方向と平行
であり、かつロボットハンドを視覚装置により工作物を
認識する方向側に傾けた方向とし、この姿勢に基づいて
ロボットハンドの姿勢を決定し、ロボットハンドを動作
目標点に移動させて工作物の取り出しを行う。

〈実施例〉 以下に、添付図面によって本発明の詳細な説明する。

第２図および第３図に示す様に、視覚装置２０は、対象
物体である工作物２２を撮像するＣＣＤカメラ２４と、
ＣＣＤカメラ２４から出力される映像信号を画像処理し
て対象物の輪郭を特定し、その対象物の中心位置を存在
位置として演算する画像処理装置２６を包含している。

対象物の存在位置は視覚座標Ｘ，Ｙとして定められる。

工作物２２は視覚座標のＸ軸に対して一般にある傾斜角
度θを有する円柱状の物体であり、箱２１内にほぼ−・
列に向きを揃えて収納されている。この箱２１の略鉛直
上方からは、回路の光源から平行光線２３が照射されて
いる。ＣＣＤカメラ２４ば、この平行光線２３による工
作物２２の反射光を受光することにより映像信号を画像
処理装置２６に出力する。

ロボット６０の制御を行うロボット制御装置５０は、視
覚装置２０とインタフェース５１を介して結ばれたＣＰ
Ｕ５　２と、ロボット６０の位置制御プログラム等を記
憶したＲＯＭ５４、教示データ等を記憶したＲＡＭ５３
、そしてロボット６０の各駆動軸を駆動するザーポモー
タを制御するザーボＣＰＵ５　５を有している。また、
インタフエ−ス５１にば、ロボットハンド６２に固定さ
れた接触センサ７１が取り（＝ｊげられて、接触信号を
ＣＰ　Ｕ　５２に伝えるようになっている。

ロボン１〜６０ば、６軸型の多関節ロボットであり、各
軸を駆動する回路のザーホモータがロボット制御装置５
０によって制御されるようになっている。第３図（ａ）
、　（ｂ）に示すように、電磁マグネッ１−９０が取り
付げられたロボットハンド６２は、フローティング機構
９１を介して手首部に取り付けられている。フローティ
ング機構９１は、手首部先端のフランジ部材７に取り付
けられたブラケット８、電磁マグネット９０を下面に取
り付けたマグネット支持部材９、およびブラケット８と
マグネット支持部材９とを連結するリンク１０とからな
る。電磁マグネット９０は、工作物２２を吸着し易いよ
うに長方形状となっており、吸着面が工作物２２の形状
と対応した曲面となっている。

ブラケッ１−８には上下方向に伸びる長穴８ａが穿設さ
れている。リンク１０は上方のピン１１により、ブラケ
ット８に対し上下移動自在かつ回動自在に連結されてい
る。マグネット支持部材９は、下方のピン１２によりリ
ンク１０に対して回動自在に連結されている。このよう
なフローティング機構９１により、ロボッＩ・ハンド６
２ば、アーム６１に対し」−上移動自在、かつ回動自在
に取り付けられている。

ロボッＩ・ハント６２には、一対の接触センサ７１が取
り付けられている。接触センサ７１は工作物２２に接触
ピン７１ａが当接することにより工作物２２への接触を
検出するものであり、２つの接触センサ７１が設けられ
ているために工作物２２に電磁マグネット９０が正しく
接触していることを確認できる。

次に、本発明のロボット制御装置の作用を第４図および
第５図のフローチャー１・に基づいて説明する。

第５図（ａ）はロボッ１〜６０におけるフローチャート
である。

ステップ１００では、ロボット６０は視覚装置４０に対
して工作物２２の認識指令を出力する。

７ス テップ ２０から工作物２２を認識した結果を受は取ったかを判
断する。もし、受は取ったならば（ＹＥＳ）、ステップ
１０４に移動する。また、受は取っていないならば（Ｎ
Ｏ）、結果を視覚装置２０より受は取るまでステップ１
０２で待機する。

ステップ１０４では、視覚装置２０から受は取った工作
物２２を認識した結果が、工作物２２の存在を示すもの
であるかを判断する。もし、工作物２２が存在すると判
断されたならば（ＹＥＳ）、ステップ１０６に移動する
。また、工作物２２が存在しないと判断されたならば（
Ｎｏ）、ロボッＩ・６０は工作物２２の取り出し作業を
終了する。

ステップ１０６でば、後述する視覚装置２０から受は取
った動作目標点と接近姿勢に基づいてロボットハンド６
２を移動させ、電磁マグネット９０が工作物２２に接触
したことを接触センサ７１が検出すると、工作物２２の
取り出しを行う。この後、次の工作物を取り出すために
ステップ１００に戻り上述した過程を繰り返す。

次に第５図（ｂ）に示ず視覚装置２０におけるフローチ
ャー１−の説明をする。

ステップ２００では、ロボット６０が上述のステップ１
００にて出力した工作物２２を認識する指令を視覚装置
２０が受は取ったかを判断する。

もし、受は取ったならば（ＹＥＳ）、ステップ２０２に
移動する。また、受は取っていないならば（Ｎｏ）、認
識指令をロボット６０より受は取るまでステップ２００
で待機する。

ステップ２０２では、工作物２２の認識を行う。

視覚装置２０は、ＣＣＤカメラ２４を用いて箱２１内の
画像を取り込んだ後、画像処理による工作物２２の認識
を行う。この処理によって工作物２２の存在を確認した
ならば（ＹＥＳ）　、ステップ２０４に移動する。また
、工作物２２の存在が確認されないならば（ＮＯ）、ス
テップ２０８に移動して工作物２２が存在しないことを
ロボ・ント６０に伝える。

ステップ２０４では、工作物２２の認識指令に基づき、
視覚座標系に対する工作物２２の位置（Ｘｗ、Ｙｗ）と
傾きθを求める。

ステップ２０６では、ステップ２０４にて求めた視覚座
標系に対する工作物２２の位置（Ｘｗ。

Ｙｗ）と傾きθを後述する座標変換方法によりロボット
６０の土台を基準としたロボット座標系に変換する。

ステップ２０８では、以上の過程において求めた結果を
ロボット６０に転送する。すなわち、ステップ２０２に
おいて工作物２２が存在するならば、この工作物２２の
ロボット座標を転送し、存在しないならば、工作物２２
が存在しないことを示す指令を転送する。このステップ
での結果は、前述のロボット６０におけるステップ１０
２に転送される。

次に上述の視覚装置２０の処理過程でのステップ２０６
における視覚座標をロボット座標に変換する過程を第４
図と第６図に示すフローチャートにより説明する。

ステップ３００では、工作物２２がロボッ１〜座標系に
おいて、高さｋの位置にあると仮定し、キャリブレーシ
ョン機能、即し、視覚座標系とロボット座標系の対応関
係並びに視覚装置２０の倍率を考慮して、視覚装置２０
により得られた視覚座標系における工作物２２の位置（
χｗ、Ｙｗ）からロボット６０の動作目標点としてのロ
ボット座標系Ｐ　ｘ、　Ｐ　ｙ、　Ｐ　２における工作
物２２の位置（ＰＸ１１＋　　Ｐ　ＹＷ＋　　Ｐ　２Ｗ
）とロボットハンド６２の姿勢を求める。

このロボットハンド６２の姿勢は、ロボットハンド６２
の先端を鉛直下向きとして工作物２２の取り出しを行う
時の姿勢であり、ベタ１−ルｎ、　　。

ａによって示される。

第３図（ｂ）に示すように、ここにおけるａは、ロボッ
トハンド６２を工作物２２に接近させる方向を示すアプ
ローチベクトルである。０はロボットハンド６２の長手
方向と直交する方向に設定したロボットハンド６２の方
向を指定するベクトルである。ｎはベクトルｎ、ｏ、ａ
の３つのハク１〜ルが右手系をなすための法線ベクトル
であり、フローティング機構９１のフローティングする
平面と平行なヘクトルである。

従って、ステップ３００におけるロボットハンド６２の
姿勢は、アプローチベクトルａが鉛直下向きであり、工
作物２２を取り出し易いように法線ベクトルｎは、工作
物２２の長手方向に対して平行かつ水平の状態にある。

このようにヘクトルｎが水平方向の状態では、ロボット
ハンド６２ばフローティング機構９１の影響を受けず、
中立状態を保つことになる。

このステップで得られた結果は次のようになる。

但し、次式においてαはロボット座標系のＰＸ軸と視覚
座標系のＸ軸のなす角であり、θは視覚座標系でのＸ軸
と工作物２２のなす角である。

Ｐｘｗ＝ＸｗＣＯ３α−ＹｗＳ　ＩＮαＰｙｗ＝ＸｗＳ
　ＩＮα＋ＹｗＣＯ３αＰ２．＝ｋ（一定） ｎ−（Ｓ　ＴＮαＳ　ＩＮθ−ＣＯ８αＣＯ３θ。

ＳＩＮαＳＩＮθ−ＣＯ３αＣＯ３θ ｏ−（−ＣＯ３αＳ　ＴＮθ−３ＩＮαＣＯ３θ。

ＣＯ３αＣＯ８θ−３ＩＮαＳＩＮθ ａ−（０，０，−１） ステップ３０２では、ロボットハンド６２のアプローチ
方向を視覚装置２０の認識方向に傾けるために、ステッ
プ３００で求めた工作物２２のロボット座標（ＰＸｗ、
　　Ｐｙ、、　　Ｐ、、）とロボッ１〜座標系からみた
ＣＣＤカメラ２４の位置座標（Ｃｘ。

Ｃｙ、Ｃｚ）からアプローチベクトルａを次のように置
き換える。

ａ−＜ｐｘｗ　　Ｃｘ、Ｐｙｗ　　ｃｙ、ＰＺＷ　　Ｃ
ｚ）ステップ３０４では、ステップ３０２で求めたアプ
ローチ方向のヘクトルａよりロボットハンド６２の向き
を決定する。このためにはベクトルａとベタ１−ルｎの
外積よりベクトルＯを決定すればよい。

０°ａＸｎ ステップ３０６では、ステップ３０４で求めたハク１ヘ
ル盲とベクトルＷの外積よりヘクトルマを求めることに
よりロボットハンド６２のアブローチ方向を補正する。

ａ＝ｎＸ。

この計算により、ヘクトルｎが工作物２２の長手方向に
対して平行な方向であり、かつ水平な方向のままでアプ
ローチベクトルａば、工作物２２を認識する方向側に傾
いた方向となる。従って、ロボットハンド６２はフロー
ティング機構６２の影響を受けることがなく、的確に工
作物２２の狙った位置を捉え、把持を行うことができる
。

以上説明した実施例では、工作物の取り出しの全ての場
合においてロボットハンド６２を認識方向側に角度をも
って接近させる構成としたが、箱２１の周壁の影響が少
ない位置では、ロボットハンド６２鉛直方向に接近させ
る方法を選択できる構成としてもよい。

〈発明の効果〉 以」二述べたように本発明のロボット制御装置は、フロ
ーティング機構によりロボットハンドが中立点より移動
することがなく、適切な角度をもって工作物にロボ７）
ハンドを接近させることができる。よって、ロボットハ
ンドを動作目標点に確実に移動させることができるよう
になり工作物の取り出し率を向上させることができる。

また、工作物が収納されている箱の側壁や他の工作物に
ロボントハンドが干渉してロボントハンドが破損するこ
とを防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクレーム対応図である。第２図から第
６Ｍは本発明にょろりボッＩ・制御装置の一実施例を示
し、第２図はロボット制御装置の全体構成図、第３図は
ロボットハント６２の構成を示した図、第４図は実施例
の作用を説明するだめの回、第５図、第６図は実施例の
処理を説明するためのフローチャーＩ・である。第７図
は従来技術を説明するだめの図である。 １・・・視覚座標検出手段、２・・・動作目標点算出手
段、３・・・接近姿勢算出手段、４・工作物取り出し実
行手段、６０・・・ロボット、２０・・・視覚装置、２
１・・・箱、２２・・・工作物、６２・・・ロボットハ
ント、９１・・・フローティング機構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）二次元方向にフローティング可能なフローティン
   グ機構を介してロボットの手首部にロボットハンドを取
   り付け、このロボットハンドを用いて、箱内に収納され
   た棒状の工作物を取り出すべく、ロボットハンドの動き
   を制御するロボット制御装置において、視覚装置を備え
   、画像処理により工作物を認識し、工作物の視覚座標を
   求める視覚座標検出手段と、前記工作物の視覚座標を前
   記ロボットに対する座標系に変換し、前記ロボットの動
   作目標点を算出する動作目標点算出手段と、前記ロボッ
   トハンドのフローティングする面が認識された工作物の
   長手方向と平行となり、かつ前記ロボットハンドの先端
   が前記視覚装置により工作物を認識する方向側に傾けた
   前記ロボットハンドの姿勢を算出する姿勢算出手段と、
   この姿勢算出手段に基づいてロボットハンドの姿勢を決
   定し、前記動作目標点算出手段の動作目標点に基づいて
   前記ロボットハンドを移動させることにより前記工作物
   の取り出しを行う工作物取り出し実行手段とを備えたこ
   とを特徴とするロボット制御装置。