JPH054180A - ハンドアイ付き多軸ロボツトの座標系整合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単かつ自動的にロボット座標系上のカメラ位
置と実際のカメラ位置すなわち撮像画面上のカメラ位置
との位置ずれを解消し得る座標系間位置ずれ解消方法を
提供する。 【構成】第１発明の方法では、両光軸を平行化した後、
ハンドアイをロボット光軸の回りに回転することによる
視覚座標系上の静止基準点の位置変化に基づいて両光軸
間の位置ずれベクトルを求め、この位置ずれベクトルを
解消するようにどちらかの光軸をシフトする。第２発明
の方法では、両光軸を平行化した後、静止基準点を貫通
しかつロボット光軸の直交する軸の回りにハンドアイを
回転することにより両光軸間の位置ずれベクトルを求
め、この位置ずれベクトルを解消するようにどちらかの
光軸をシフトする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ハンドアイ付き多軸ロ
ボットにおけるハンドアイの視覚座標系と、多軸ロボッ
ト自体のロボット座標系とを整合させる方法に関し、詳
しくは、視覚座標系の原点としてのカメラ位置と、前記
ロボット座標系上の前記カメラ位置との間の位置ずれを
解消する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、多軸ロボットのハンドに二次元固
体撮像素子内蔵のＴＶカメラ（以下、ハンドアイともい
う）を搭載し、ロボットのハンドワ−クを支援する提案
がある。このようなロボットでは、ハンドアイすなわち
ハンドに装着されたＴＶカメラが有する視覚座標系と、
多軸ロボット自体のロボット座標系とを整合させる作業
（以下、キャリブレーションともいう）が必要である。

【０００３】このようなハンドアイ付き多軸ロボットの
キャリブレ−ションでは、ハンドアイの撮像画面上の互
いに直交する２本の直交軸及び光軸を各座標軸とする直
交座標系を視覚座標系とし、この視覚座標系の原点すな
わちカメラ位置と、光軸及び直交軸とを、ロボット座標
系上で整合させるのが簡単である。従来のキャリブレ−
ションでは、所定数の基準点の座標をロボット座標系上
のロボット座標点としてロボットに教示し、次に、この
基準点を所定位置から撮像して視覚座標系上の視覚座標
点として求め、次に、ロボット座標点とそれらに対応す
る視覚座標点との座標関係（座標系変換マトリックス）
を決定している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のキャリ
ブレ−ション方法は、単にロボット座標系と視覚座標系
との変換マトリックスを求めることができるが、多くの
手作業を要し作業が複雑である。また、視覚座標系上の
カメラ光軸（以下、視覚光軸またはｚ軸ともいう）と、
それと平行なロボット座標系が認識するカメラ光軸（以
下、ロボット光軸またはＺ軸ともいう）とがロボット光
軸と直角な面内において位置ずれしていたり、視覚座標
系上の原点すなわちカメラ位置が、絶対空間内において
ロボット座標系が認識するカメラ位置に対してロボット
光軸方向にずれていると、測定誤差を生じてしまう。

【０００５】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
であり、実際のカメラ位置（すなわち視覚座標系の原点
位置）と、ロボット座標系上の前記カメラ位置との位置
ずれを解消し、キャリブレ−ション（座標系整合）作業
を簡単化することを、その解決すべき課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本第１発明は、３次元移
動可能なハンドに固定されたハンドアイの視覚光軸を座
標軸とし前記ハンドアイの位置を原点とする視覚座標系
と、前記ハンドアイの位置を算出可能なロボット座標系
とを有し、前記視覚光軸の前記ロボット座標系上への投
影すなわち前記算出結果としてのロボット光軸と前記視
覚光軸との前記視覚光軸に直交する面内における位置ず
れを解消するハンドアイ付き多軸ロボットの座標系整合
方法であって、前記視覚光軸と前記ロボット光軸とを平
行に調整し、所定の静止基準点を撮像しつつ前記ハンド
アイを前記ロボット光軸の回りに所定角度回転させ、該
回転による前記視覚座標系上の前記静止基準点の位置変
化に基づいて前記視覚座標系上における前記両光軸間の
位置ずれベクトルを求め、前記位置ずれベクトルに応じ
て前記両光軸の少なくとも一方の位置を前記ロボット光
軸と直角な方向に変位させることにより、前記両光軸間
の位置ずれを解消することを特徴としている。

【０００７】本第２発明は、３次元移動可能なハンドに
固定されたハンドアイの視覚光軸を座標軸とし前記ハン
ドアイの位置を原点とする視覚座標系と、前記ハンドア
イの位置を算出可能なロボット座標系とを有し、前記視
覚光軸の前記ロボット座標系上への投影すなわち前記算
出結果としてのロボット光軸と前記視覚光軸との前記視
覚光軸方向における位置ずれを解消するハンドアイ付き
多軸ロボットの座標系整合方法であって、前記視覚光軸
と前記ロボット光軸とを平行に調整し、所定の静止基準
点を撮像しつつ前記ハンドアイを静止基準点を中心とし
て前記ロボット光軸と直交する軸の回りに所定角度回転
させ、該回転による前記視覚座標系上の前記静止基準点
の位置変化に基づいて前記視覚座標系上における前記両
光軸間の位置ずれベクトルを求め、前記位置ずれベクト
ルに応じて前記両光軸の少なくとも一方の位置を前記ロ
ボット光軸の方向に変位させることにより、前記両光軸
間の位置ずれを解消することを特徴としている。

【０００８】本第３発明は、３次元移動可能なハンドに
固定されたハンドアイの視覚光軸を座標軸とし前記ハン
ドアイの位置を原点とする視覚座標系と、前記ハンドア
イの位置を算出可能なロボット座標系とを有し、前記視
覚光軸の前記ロボット座標系上への投影すなわち前記算
出結果としてのロボット光軸と前記視覚光軸との位置ず
れを解消するハンドアイ付き多軸ロボットの座標系整合
方法であって、 前記ハンドアイが所定距離離れた位置
から所定姿勢で注視する所定の静止注視点をロボット座
標系上の代表点とし、前記ロボット座標系上における前
記視覚座標系の前記原点すなわちカメラ位置を前記代表
点からの変位ベクトルとして規定することを特徴として
いる。

【０００９】

【発明の効果】上記した第１発明の方法では、両光軸を
平行化した後、ハンドアイをロボット光軸の回りに回転
することによる視覚座標系上の静止基準点の位置変化に
基づいて両光軸間の位置ずれベクトルを求め、この位置
ずれベクトルを解消するようにどちらかの光軸をシフト
するものであり、このようにすればカメラの実際の光軸
をロボット座標系上に簡単かつ正確に投影することがで
きる。

【００１０】上記した第２発明の方法では、両光軸を平
行化した後、静止基準点を貫通しかつロボット光軸の直
交する軸の回りにハンドアイを回転することにより両光
軸間の位置ずれベクトルを求め、この位置ずれベクトル
を解消するようにどちらかの光軸をシフトするものであ
り、このようにすればカメラの実際の光軸をロボット座
標系上に簡単かつ正確に投影することができる。

【００１１】上記した第３発明の方法では、ハンドアイ
が所定距離離れた位置から所定姿勢で注視する所定の注
視点をロボット座標系上の代表点とし、ロボット座標系
上における前記視覚座標系の原点すなわちカメラ位置を
前記代表点からの変位として規定している。このように
すれば、ハンドアイの実際の光軸すなわち視覚光軸の位
置が、ロボット座標系が算出する前記光軸すなわちロボ
ット光軸の位置とずれた場合、容易にこの位置ずれを解
消できるという優れた効果を奏することができる。

【００１２】すなわちこの場合、ロボット座標系上に注
視点の座標と、この注視点を撮像するハンドアイのベク
トル座標とは予め規定されている。一方、この注視点を
注視するハンドアイの画像からこの注視点を原点とする
ハンドアイの位置や姿勢がわかる。したがって、ハンド
アイの画像から求めたハンドアイのベクトル座標（注視
点を基準）と、予めロボット座標系上に設定されたハン
ドアイのベクトル座標（注視点を基準）とを比較するこ
とにより、両者間の位置ずれを容易に発見することがで
き、更に、両者の位置ずれの分だけロボット座標系上の
ハンドアイのベクトル位置をシフトすることにより、上
記位置ずれを容易に解消することができる。

【００１３】

【実施例】本発明の一実施例を使用する工作機械装置を
図１に示す。この装置は、制御用のロボットコントロ−
ラ（以下単にコントロ−ラという）１０を備え、ハンド
１１を３次元移動可能な多軸ロボット１と、多軸ロボッ
ト１のハンド１１に装着されたハンドアイ３とからな
り、ハンドアイ３には光軸３０を有するレンズ系（図示
せず）と、このレンズ系と直交配置されて撮像する二次
元固体撮像素子（図示せず）が格納されている。

【００１４】ハンド１１の旋回範囲直下の所定位置にキ
ャリブレ−ションプレ−ト４が配置されている。このキ
ャリブレ−ションプレ−ト４は孔４０を有する厚肉の金
属板であって、後述するキャリブレ−ション、すなわ
ち、ハンドアイ３の視覚座標系と、ロボットコントロ−
ラの座標系（ロボット座標系）との整合（補正）を行う
作業に使用される。ハンドアイ３はキャリブレ−ション
プレ−ト４の直上に略所定距離だけ隔てて配置されてい
る。

【００１５】なお、上記キャリブレ−ション（座標系整
合）を実行する前に、孔４０の中心線である基軸Ａにハ
ンドアイ３の光軸３０を合致させ、かつ、ハンドアイ３
とキャリブレ−ション４の孔４０との光軸方向の距離を
確定する光軸、距離設定作業を行う。光軸設定作業は、
後で行うキャリブレ−ション作業において、ハンドアイ
を移動させた場合、基軸Ａの検出が不正確となって測定
誤差が生じるのを排除するためである。また、距離設定
作業は、撮像画面上での画素距離と孔４０表面の実距離
との変換を正確にするためである。

【００１６】以下、各設定作業を順に説明する。 （面直出し）まず、面直出しについて図２に基づいて説
明する。図２において、キャリブレ−ションプレ−ト４
は平坦床面上の所定位置に配設されており、キャリブレ
−ションプレ−ト４に面直アタッチメント５が配設され
ている。

【００１７】この面直アタッチメント５は、平坦な下面
５３を有しキャリブレ−ションプレ−ト４の平坦な上面
に載置される円盤部５５と、この円盤部５５の中央から
下方に突設されキャリブレ−ションプレ−ト４の孔４０
に密着嵌入される下軸部５４と、この円盤部５５の中央
から上方に突設される上軸部５６とを備えている。上軸
部５６及び下軸部５４は円盤部５５と同軸となってお
り、したがって、このアタッチメント軸心は孔４０の軸
心である。。

【００１８】上軸部５６及び円盤部５５の輪郭は上方か
ら撮像した場合、円Ｃ１、Ｃ２となり、円Ｃ１の直径は
ｄ１、円Ｃ２の直径はｄ２に設計されている（図３参
照）。この面直出しをロボットコントロ−ラ１０を用い
て全自動で実施する手順を図４のフロ−チャ−トを参照
して、以下説明する。まず、ハンド１１を制御して、ハ
ンドアイ３をキャリブレ−ションプレ−ト４の略直上位
置に移動させ、かつ光軸３０を基軸Ａに略合致させ、ア
タッチメント５とハンドアイ３との距離Ｌを基準距離Ｌ
ｏに略一致させる（１００）。なおこの実施例では、光
軸３０は画面の中央画素の位置にあるとしている。

【００１９】次に、アタッチメント５を撮像して画像信
号を取り込み（１０１）、得られた画像信号から円Ｃ
１、Ｃ２を抽出し、それを真円に正規化処理して正規化
円Ｃ１’、Ｃ２’を求め、正規化円Ｃ１’、Ｃ２’の中
心座標点（視覚座標系における）Ｐ１（ｘ１，ｙ１）、
Ｐ２（ｘ２，ｙ２）を求める（１０２）。なお、これら
の画像処理はロボットコントロ−ラ１０に内蔵された画
像処理プロセッサ（図示せず）で行う。

【００２０】次に、内円である正規化円Ｃ１’の中心点
Ｐ１が画面（図５参照）の中央位置（光軸３０）にくる
ように、ハンド１１を移動させる（１０４）。次に、両
中心座標点Ｐ１（ｘ１，ｙ１）、Ｐ２（ｘ２，ｙ２）を
結ぶ画面上の直線Ｌｘ（図５参照）を求め、ハンドアイ
３をこの直線Ｌｘと光軸３０とを含む面内で、直線Ｌｘ
の長さが減る方向に揺動させる（１０６）。なお、この
時、ハンドアイ３の揺動角度は直線Ｌｘの大きさに対応
する量（正確には三角関数関係にある量）とする。

【００２１】次に、中心点Ｐ１が画面（図５参照）の中
央位置（光軸３０）にくるように、ハンド１１を再度、
移動させる（１０８）。次に、直線Ｌｘの長さが、微小
な長さΔＬより小さいかどうかを調べ、小さければ面直
出しが行われたとしてル−チンを終了しそうでなければ
ステップ１０６に戻ってル−チンを繰り返す。

【００２２】このようにすれば、面直出しに好適なアタ
ッチメント５を用いているので、面直出しを自動的に高
精度に実行することができる。またこの実施例では、キ
ャリブレ−ションプレ−ト４の孔４０の中心線からなる
基軸と光軸３０とを合致させること、すなわち、孔４０
の中心に光軸３０をセットすることもできる。上記した
実施例は面直アタッチメント５０を用いた面直出しを説
明しているが、この面直アタッチメント５０の形状自体
にも大きな特徴がある。すなわち、このアタッチメント
５０は互いに平行で軸に直交する二面を有し、この二面
から同心円が抽出可能となっている。したがって、両円
の中心点間を結ぶ直線の方向及び長さにより簡単に面直
出しを行うことができる。

【００２３】なお、キャリブレーションプレート４への
アタッチメント５の係止はこのような嵌合構造だけでな
く、他の方法を採用することができる。例えば、キャリ
ブレーションプレート４が磁性体の場合、アタッチメン
トを磁石としてもよい。図６に面直アタッチメントの他
の態様を示す。このアタッチメント５ａでは、上軸部５
６ａが切頭円錐形状を有している。この場合には、照明
光を光軸３０と平行な方向に照射することが好ましい。
このようにすれば斜面５８ａで照明光は全反射して上面
５１ａ．５２ａと斜面５８ａとを視覚的に区別すること
ができる。もちろん、斜面５８ａ又は上面５１ａ．５２
ａのどちらかを着色してもよい。 （距離出し）次に、距離出しについて図８に基づいて説
明する。

【００２４】上記した面直出し及び光軸合わせを行った
後、図８に示すように、キャリブレ−ションプレ−ト４
に距離アタッチメント６を載置する。この距離アタッチ
メント６は、平坦な下面６３を有しキャリブレ−ション
プレ−ト４の平坦な上面に載置される円盤部６５と、こ
の円盤部６５の中央から下方に突設されキャリブレ−シ
ョンプレ−ト４の孔４０に密着嵌入される下軸６４とを
有し、この円盤部６５の中央には上方開口で円形の凹部
６６が穿設されている。 ここで、凹部６６、下軸６
４、円盤部６５は同軸となっており、したがって、この
アタッチメント６の軸心は、孔４０の軸心、すなわち、
基軸Ａに合致している。凹部６６の輪郭は上方から撮像
した場合、円Ｃ３となり、円Ｃ３の直径はｄｏに設計さ
れている（図９参照）。

【００２５】この距離出しをロボットコントロ−ラ１０
を用いて全自動で実施する手順を図１０のフロ−チャ−
トを参照して、以下説明する。まず撮像を行って画像信
号を取り込み（２００）、取り込んだ画像信号を画像処
理プロセッサで処理して凹部６６の輪郭である円Ｃ３の
平均直径ｄを算出する（２０２）。次に、この平均直径
ｄと予め記憶する真の直径ｄｏとの差（ｄ−ｄｏ）が微
小値Δｄより小さいかどうかを調べ（２０４）、小さけ
ればル−チンを終了し（２０４）、そうでなければ、ｄ
がｄｏより小さいかどうかを調べ（２０６）、小さけれ
ばハンドアイ３を所定距離接近させ（２１０）、そうで
なければハンドアイ３を所定距離離遠させ（２１０）、
２０４にリタ−ンする。

【００２６】ただし、コントロ−ラ１０に記憶されてい
る上記真の直径ｄｏは、ハンドアイ３を基準距離Ｌｏに
位置させた場合に画面上に得られる距離すなわち画素距
離で記憶されており、平均直径ｄも画素距離で表示され
る。以上説明したようにこの実施例では、アタッチメン
ト６上に形成され既知の長さを有する明瞭な直線（ここ
では直径）の画素距離の大小によりハンドアイ３のアタ
ッチメント６からの遠近を検出しているので、高精度か
つ高速に距離出しを行うことができる。

【００２７】以下、本実施例の骨子となるキャリブレ−
ション作業を説明する。このキャリブレ−ション作業は
上記光軸設定及び距離設定の後で実施される。 （光軸整合）まず、光軸整合について図１１から図１３
及びフロ−チャ−トである図１４を参照して説明する。

【００２８】最初、図１１に示すように、キャリブレ−
ションプレ−ト４の直上において光軸３０を基軸Ａに合
致させ、キャリブレ−ションプレ−ト４（ここでは、そ
の上面）とハンドアイ３（ここでは、その先端）との距
離を基準距離Ｌに一致させる（４００）。なお、この基
準距離Ｌは、上記距離出しで設定された距離であり、こ
の時のハンドアイ３のポジションはロボット座標系上に
おいてＰｒ１で表示される（図１２参照）。

【００２９】次に、キャリブレ−ションプレ−ト４を撮
像して画像信号を取り込み、得られた画像信号から孔４
０の中心点（本発明でいう静止基準点）を求め、これに
視覚光軸３０を合致させる（４０２）。なおこの実施例
では、上述の面直出しで既に視覚光軸３０は基軸Ａに合
致しているので、このステップは省略することができ
る。

【００３０】次に、この視覚光軸３０の画面上の座標点
を第１視覚座標点Ｐ１として記憶する（４０４、なお、
第１座標点Ｐ１については図１３参照）。ただしこの実
施例では、上述の光軸出しで既に視覚光軸３０は画面の
中央点に設定されているので、第１座標点Ｐ１としてそ
の座標位置を記憶すれば、このステップは省略すること
ができる。

【００３１】次に、ハンドアイ３をロボット光軸に沿っ
て所定距離だけ移動させる（４０６）。なお、コントロ
−ラ１０がロボット座標系上の所定のベクトルだけハン
ド１１の移動を支持する場合、ハンド１１はそのベクト
ルに忠実に変位するものとする。移動後のハンドアイ３
のロボット座標系上のポジションはＰｒ２で表示される
（図１２参照）。

【００３２】次に、このポジションＰｒ２で再度キャリ
ブレ−ションプレ−ト４を撮像し、得た画像信号を画像
処理して、孔４０の中心点の画面上の座標点を第２視覚
座標点Ｐ２として記憶し（４０８）、その後、ハンドア
イ３を元の位置に復帰させる（４１０）。次に、視覚座
標系上の上記第１、第２視覚座標点Ｐ１、Ｐ２間の移動
ベクトル（図１３参照）を算出する（４１２）。もし、
ロボット光軸と視覚光軸とが合致していれば、この移動
ベクトルは０になる筈である。

【００３３】次に、算出した移動ベクトルが充分に小さ
いか（所定の微小値ΔＬより小さいかどうかを調べ（４
１４）、もし小さければロボット光軸と視覚光軸とは合
致しているものとして次のル−チン（図１７）に進む。
もし移動ベクトルが充分に小さくなければ、移動ベクト
ルの大きさに応じてその大きさが縮小する方向にハンド
アイ３を揺動し（４１６）、再度、ステップ４０６にリ
タ−ンする。なお、この揺動はロボット光軸と、視覚座
標系上の移動ベクトルに対応するロボット座標系上のベ
クトルとを含む面内で実施されるが、他の面内で実施し
ても構わない。このようにして、移動ベクトルが充分に
小さくなるまでル−チンを繰り返せば、簡単かつ自動的
に視覚光軸をロボット光軸に合致させることができる。

【００３４】（直交軸整合）次に、視覚光軸と直交して
所定方向に延びる視覚座標系上の所定の視覚直交軸（こ
こでは、画面の水平走査方向であるＸ軸を選択する）
と、このＸ軸と対応するとともに、ロボット光軸と直交
して延びる視覚座標系上のロボッ直交軸（ここでは、ｘ
軸と呼ぶ）との方向を整合させる直交軸整合方法を図１
５、図１６及びフロ−チャ−トである図１７を参照して
説明する。

【００３５】当然、図１７に示すル−チンの開始前に、
ロボット光軸と視覚光軸３０と基軸Ａとは合致してお
り、かつ、ハンドアイ３はポジションＰｒ１に位置して
おり、そして、第１視覚座標点Ｐ１を記憶している。最
初、図１５に示すようにハンドアイ３をロボット直交軸
の一つであるｘ軸（水平軸）方向に距離Ｌだけ移動させ
（５００）、キャリブレ−ションプレ−ト４を撮像して
画像信号を取り込み、得られた画像信号から孔４０の中
心点（本発明でいう静止基準点）を求め、その画面上の
座標点を第３視覚座標点Ｐ３として記憶する（５０２な
お、第３視覚座標点Ｐ３については図１６参照）。

【００３６】次に、視覚座標系上の上記第１、第３視覚
座標点Ｐ１、Ｐ２間の移動ベクトル（図１６参照）を算
出する（５０６）。次に、この移動ベクトルと視覚直交
軸としてのＸ軸との交差角Θを求め（５０８）、交差角
Θが微小値ΔΘより小いかどうかを調べ（５１０）。小
さければ、ロボット直交軸ｘと視覚直交軸Ｘとは合致し
ているとしてル−チンを終了する。

【００３７】一方、交差角Θが微小値ΔΘ以上であれ
ば、交差角Θの大きさに応じて交差角Θが減少する方向
にハンドアイ３を回動させ（５１２）、再度、ステップ
４０６にリタ−ンする。もし、ロボット直交軸のｘ軸と
視覚直交軸のＸ軸（水平走査方向）とが合致していれ
ば、交差角Θは０になる筈である。

【００３８】このようにすれば、簡単かつ自動的に視覚
直交軸とロボット直交軸とを合致させることができる。
上記した光軸整合作業及び直交軸整合作業により、ほぼ
両光軸及び各直交軸は合致する（より正確に言えば、平
行となる）。しかし、例えば図１２からわかるように、
視覚光軸とロボット光軸とが平行であり、かつ、両者が
近接している場合、ハンドアイ３をロボット光軸方向に
所定距離移動しても移動ベクトルの変化は小さい。すな
わち、この方法では、互いに平行な両光軸間の光軸と直
交する方向への位置ずれを正確に補正することは容易で
はない。

【００３９】また、ハンドアイの位置すなわち視覚座標
系の原点位置とロボット座標系が算出するそれとが光軸
方向において位置ずれしている可能性があり、この位置
ずれも補正する必要がある。本発明の特徴をなすこれら
視覚座標系の原点とロボット座標系上のその位置との間
の位置ずれを補正する方法（以下、ポジション合わせと
もいう）を以下に説明する。 （光軸直交方向の位置ずれ解消）まず、光軸直交方向の
位置ずれ解消方法について、図１８の模式図、図１９の
静止基準点移動図、図２０のフロ−チャ−トにより説明
する。

【００４０】この工程を実施する前に、上記した各工程
が全て実施され、視覚光軸とロボット光軸とは平行に調
整されており、互いに近接しているものとする。まずこ
の実施例では、絶対空間内の所定位置に設定される静止
基準点Ｐｈを準備する。なお、この静止基準点Ｐｈとし
ては例えば図１１の基軸Ａを採用すればよい。この実施
例では、この静止基準点Ｐｈをロボット座標系の原点Ｐ
ｒ０として、この原点Ｐｒ０からロボット光軸方向に所
定距離Ｌだけ離れた点をロボット座標系上のカメラ位置
としてハンドアイ３をこのカメラ位置に移動させ（６０
０）、次に、ハンドアイ３を光軸と直交する方向に移動
して視覚光軸（ここでは、撮像画面の中心点を視覚光軸
とする）を静止基準点Ｐｈに一致させる（６０２）。な
お、静止基準点Ｐｈをロボット座標系の原点としたの
は、カメラ位置（視覚座標系の原点）のロボット座標系
上の位置の算出を簡単化するためになされたものであ
り、静止基準点Ｐｈ以外のポイントをロボット座標系の
原点としても構わない。

【００４１】したがって、いま、視覚直交軸をｘ，ｙ軸
とし、視覚光軸をｚ軸とし、ロボット直交軸をＸ、Ｙ軸
とし、ロボット光軸をＺ軸とする場合、静止基準点Ｐｈ
の視覚座標系上での座標（ｘ，ｙ，ｚ）は（０，０，Ｌ
ｚ）となり、また、ロボット座標系上での座標（Ｘ，
Ｙ，Ｚ）は（０，０，０）となる。Ｌｚは視覚座標系に
おける静止基準点Ｐｈとカメラ位置との間の視覚光軸方
向の距離である。

【００４２】そして、この視覚座標系上のｘ−ｙ面にお
ける静止基準点Ｐｈ＝（０，０）をメモリしておく（６
０４）。次に、ハンドアイをロボット光軸（Ｚ軸）を中
心として１８０度回転させる。（６０６）。もしもロボ
ット光軸と視覚光軸とが絶対空間内において一致してお
れば、撮像画面上における静止基準点Ｐｈの位置は変位
しない。そして両者が一致していない場合、撮像画面上
で静止基準点Ｐｈは、図１９に示すように静止基準点Ｐ
ｈ’の位置（視覚座標系上で（ｘ１，ｙ１）の位置）に
シフトする（６０８）。

【００４３】したがって、視覚座標系上のロボット光軸
の実際の位置は点Ｐｈ（０，０）とＰｈ’（ｘ１，ｙ
１）との中点（０．５ｘ１，０．５ｙ１）の位置となる
（６１０）。図１９のＶが本発明でいう位置ずれベクト
ルとなり、この位置ずれベクトルＶは、静止基準点Ｐｈ
とＰｈ’とを結ぶ線分の半分の長さと、Ｐｈ’からＰｈ
に向かう方向とを有する。

【００４４】次に、ロボット座標系上のカメラ位置すな
わち視覚座標系の原点を図１９に示す位置ずれベクトル
Ｖだけ移動するように、カメラ位置をロボット座標系上
で再指定する（６１２）。ここでは元のカメラ位置は
（０，０，Ｌ）であるので、新しいカメラ位置は（−
０．５ｘ１，−０．５ｙ１，Ｌ）となる。ここにＬは、
ロボット座標系が記憶するロボット座標系の原点Ｐｒ０
からカメラ位置までの距離である。

【００４５】次に、位置ずれベクトルＶの絶対値（距
離）が大きいかどうかを調べ、大きければステップ６０
２にリタ−ンして再度ル−チンを行い、大きくなければ
終了する。なお、上記実施例では回転角度を１８０度と
したが、回転角度の設定は当然、自由である。。 （光軸方向の位置ずれ解消）次にハンドアイ３の光軸方
向における実際の位置（正確に言えば視覚座標系上の位
置）とロボット座標系上の算出位置との間の位置ずれを
解消する方法を、図２１の模式図、図２２の静止基準点
移動図、図２３のフロ−チャ−トにより説明する。

【００４６】この工程を実施する前に、上記した各工程
が全て実施され、視覚光軸とロボット光軸とは平行に調
整されているものとする。まずこの実施例では、静止基
準点Ｐｈをロボット座標系の原点Ｐｒｏとして、この原
点Ｐｒ０からロボット光軸方向に所定距離Ｌだけ離れた
点をロボット座標系上のカメラ位置としてハンドアイ３
を移動させ（７００）、次に、ハンドアイ３を光軸と直
交する方向に移動して視覚光軸（ここでは、撮像画面の
中心点を視覚光軸とする）を静止基準点Ｐｈに一致させ
る（７０２）。

【００４７】なお、静止基準点Ｐｈをロボット座標系の
原点としたのは、カメラ位置（視覚座標系の原点）のロ
ボット座標系上の位置の算出を簡単化するためになされ
たものであり、静止基準点Ｐｈ以外のポイントをロボッ
ト座標系の原点としても構わない。したがって、いま、
視覚直交軸をｘ，ｙ軸とし、視覚光軸をｚ軸とし、ロボ
ット直交軸をＸ、Ｙ軸とし、ロボット光軸をＺ軸とする
場合、静止基準点Ｐｈの視覚座標系上での座標（ｘ，
ｙ，ｚ）は（０，０，Ｌｚ）となり、また、ロボット座
標系上での座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は（０，０，０）とな
る。Ｌｚは視覚座標系における静止基準点Ｐｈとカメラ
位置との間の視覚光軸方向の距離である。

【００４８】次に、ハンドアイ３をロボット直交軸であ
るＹ軸の回りにΘだけ回転する（７０４）。ここで、こ
のＹ軸は、上記したようにロボット座標系の原点として
の静止基準点Ｐｈを貫通している（図２１において、Ｙ
軸は静止基準点Ｐｈを貫通して紙面と直角に立ってい
る）。図２１において、もしも静止基準点Ｐｈから回転
前のカメラ位置Ｐｃ０までの実際の距離（すなわち視覚
座標系上で視認した距離）Ｌｚがロボット座標系が認識
する静止基準点Ｐｈから回転前のカメラ位置Ｐｃ０まで
の距離Ｌに等しければ、上記回転により撮像画面上で静
止基準点Ｐｈの位置は変位しない筈である。そして両者
が一致していない場合、撮像画面上で静止基準点Ｐｈ
は、図２２に示すように静止基準点Ｐｈ’の位置（視覚
座標系上で（ｘ２，ｙ２）の位置）にシフトするので、
この位置をメモリする（７０６）。

【００４９】次に、ロボット座標系上に算出されている
静止基準点Ｐｈと視覚座標系上で視認された静止基準点
Ｐｈ’との間の距離ΔＺを求める（７０８）。図２１か
らわかるように、回転前後の視覚座標系（撮像画面）上
の静止基準点Ｐｈの変位距離をΔＬとすれば、ΔＺはΔ
Ｌ／ｓｉｎΘとなる。次に、本発明でいう位置ずれベク
トルである上記ΔＺだけ、ロボット座標系上の静止基準
点Ｐｈの位置をロボット光軸上でシフトする。当然、カ
メラ位置すなわち、視覚座標系の原点はロボット座標系
上でΔＺだけ視覚光軸方向にシフトされ、（０、０、Ｌ
ｚ−ΔＬ）となる（７１０）。

【００５０】次に、上記距離ΔＬが所定距離に比べて小
さいかどうかを調べ、小さければ光軸方向の位置ずれは
解消したものとしてル−チンを終了する。一方、小さく
なければ、ステップ７０２にリタ−ンして再度ル−チン
を実行する。ただし、この偶数回目のル−チンではステ
ップ７０４で右に２Θだけ回転することにより、ハンド
アイ３の位置を振らせ，一方、三回目以降の奇数回目の
ル−チンではステップ７０４で再び左に２Θだけ回転す
ることにより、ハンドアイ３の位置を振らせる。

【００５１】このようにすれば、簡単かつ正確に光軸方
向の位置ずれを補正することができる。更にこの実施例
では、以上説明した静止基準点Ｐｈをこのロボット座標
系におけるロボット代表点としてロボット座標系上の座
標を予め記憶しておく。更にこの静止基準点Ｐｈをこの
ハンドアイ３の注視点とする。ここでいう注視点とは、
ハンドアイ３がこの注視点から所定ベクトル距離離れた
カメラ位置から所定方向に注視する点を意味する。

【００５２】すなわち、この実施例では、ハンドアイ３
の位置（カメラ位置又は視覚座標系の原点）は、注視点
からのベクトル距離として規定され、かつ、この注視点
はロボット代表点としてロボット座標系に規定されてい
るので、カメラ位置はロボット座標系上でロボット代表
点の座標からの上記ベクトル距離だけ変位する位置とし
て簡単に表示することができる。

【００５３】またこのように、カメラ位置を注視点から
のベクトル距離として表示する場合、撮像画面上の静止
基準点Ｐｈすなわち注視点の変位だけ、ロボット座標系
上の注視点すなわちロボット代表点の位置をシフトすれ
ば、カメラ位置をロボット座標系上に正確に補正するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１図は本発明の設定方法を用いた多軸ロボッ
ト系の概略図、

【図２】面直アタッチメントを装着した状態を示す断面
図、

【図３】図２の面直アタッチメントの平面図、

【図４】面直出しル−チンを示すフロ−チャ−ト、

【図５】画面を表す説明図、

【図６】他の面直アタッチメントを装着した状態を示す
断面図、

【図７】図６の面直アタッチメントの平面図、

【図８】距離アタッチメントを装着した状態を示す断面
図、

【図９】図８の距離アタッチメントの平面図、

【図１０】距離出しル−チンを示すフロ−チャ−ト、

【図１１】光軸整合を説明するための説明図、

【図１２】光軸整合を説明するための説明図、

【図１３】光軸整合作業における画面図、

【図１４】光軸整合ル−チンを示すフロ−チャ−ト、

【図１５】直交軸整合を説明するための説明図、

【図１６】直交軸整合作業における画面図、

【図１７】直交軸整合ル−チンを示すフロ−チャ−ト、

【図１８】両光軸間の光軸と直交する方向における位置
ずれを示す説明図、

【図１９】図１８の位置ずれを示す画面図、

【図２０】図１８の位置ずれ解消ル−チンを示すフロ−
チャ−ト、

【図２１】両光軸間の光軸方向における位置ずれを示す
説明図、

【図２２】図２１の位置ずれを示す画面図、

【図２３】図２１の位置ずれ解消ル−チンを示すフロ−
チャ−ト、

【符号の説明】

３はハンドアイ、４はキャリブレ−ションプレ−ト４、
５はハンドアイ、３０は光軸、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】３次元移動可能なハンドに固定されたハン
   ドアイの視覚光軸を座標軸とし前記ハンドアイの位置を
   原点とする視覚座標系と、前記ハンドアイの位置を算出
   可能なロボット座標系とを有し、前記視覚光軸の前記ロ
   ボット座標系上への投影すなわち前記算出結果としての
   ロボット光軸と前記視覚光軸との前記視覚光軸に直交す
   る面内における位置ずれを解消するハンドアイ付き多軸
   ロボットの座標系整合方法であって、前記視覚光軸と前
   記ロボット光軸とを平行に調整し、所定の静止基準点を
   撮像しつつ前記ハンドアイを前記ロボット光軸の回りに
   所定角度回転させ、該回転による前記視覚座標系上の前
   記静止基準点の位置変化に基づいて前記視覚座標系上に
   おける前記両光軸間の位置ずれベクトルを求め、前記位
   置ずれベクトルに応じて前記両光軸の少なくとも一方の
   位置を前記ロボット光軸と直角な方向に変位させること
   により、前記両光軸間の位置ずれを解消することを特徴
   とするハンドアイ付き多軸ロボットの座標系整合方法。
2. 【請求項２】３次元移動可能なハンドに固定されたハン
   ドアイの視覚光軸を座標軸とし前記ハンドアイの位置を
   原点とする視覚座標系と、前記ハンドアイの位置を算出
   可能なロボット座標系とを有し、前記視覚光軸の前記ロ
   ボット座標系上への投影すなわち前記算出結果としての
   ロボット光軸と前記視覚光軸との前記視覚光軸方向にお
   ける位置ずれを解消するハンドアイ付き多軸ロボットの
   座標系整合方法であって、前記視覚光軸と前記ロボット
   光軸とを平行に調整し、所定の静止基準点を撮像しつつ
   前記ハンドアイを静止基準点を中心として前記ロボット
   光軸と直交する軸の回りに所定角度回転させ、該回転に
   よる前記視覚座標系上の前記静止基準点の位置変化に基
   づいて前記視覚座標系上における前記両光軸間の位置ず
   れベクトルを求め、前記位置ずれベクトルに応じて前記
   両光軸の少なくとも一方の位置を前記ロボット光軸の方
   向に変位させることにより、前記両光軸間の位置ずれを
   解消することを特徴とするハンドアイ付き多軸ロボット
   の座標系整合方法。
3. 【請求項３】３次元移動可能なハンドに固定されたハン
   ドアイの視覚光軸を座標軸とし前記ハンドアイの位置を
   原点とする視覚座標系と、前記ハンドアイの位置を算出
   可能なロボット座標系とを有し、前記視覚光軸の前記ロ
   ボット座標系上への投影すなわち前記算出結果としての
   ロボット光軸と前記視覚光軸との位置ずれを解消するハ
   ンドアイ付き多軸ロボットの座標系整合方法であって、
   前記ハンドアイが所定距離離れた位置から所定姿勢で
   注視する所定の静止注視点をロボット座標系上の代表点
   とし、前記ロボット座標系上における前記視覚座標系の
   前記原点すなわちカメラ位置を前記代表点からの変位ベ
   クトルとして規定することを特徴とするハンドアイ付き
   多軸ロボットの座標系整合方法。