JPH0727408B2 - 固定3次元視覚併用ロボットハンドリング装置 - Google Patents

固定3次元視覚併用ロボットハンドリング装置

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JPH0727408B2
JPH0727408B2 JP59006365A JP636584A JPH0727408B2 JP H0727408 B2 JPH0727408 B2 JP H0727408B2 JP 59006365 A JP59006365 A JP 59006365A JP 636584 A JP636584 A JP 636584A JP H0727408 B2 JPH0727408 B2 JP H0727408B2
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拓史 岡田
浩一 杉本
志之 坂上
清治 秦
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Hitachi Ltd
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    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16Programme controls
    • B25J9/1694Programme controls characterised by use of sensors other than normal servo-feedback from position, speed or acceleration sensors, perception control, multi-sensor controlled systems, sensor fusion
    • B25J9/1697Vision controlled systems
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
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    • GPHYSICS
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Manipulator (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、固定視覚装置を用いてロボツトに作業を行な
わせる際に、視覚座標系とロボツト座標系との間の空間
的なずれを較正することにより、特に視覚を用いて位置
・姿勢が任意な物体のハンドリングを正確に行なわせる
のに好適な固定3次元視覚併用ロボットハンドリング装
置に関するものである。
〔発明の背景〕
従来、視覚を利用してロボツトに作業を行なわせる場
合、視覚としては平面的な2値または多値画像を認識し
て、それに基づいてハンドリングを行なつていた。した
がつて、ハンドリングが可能なものは姿勢が一定な平面
的なものに限られていた。このときには、ロボツトの座
標系と視覚の座標系との間の誤差としては平面上の平行
移動量及び平面内での回転のみを考慮すればよく、座標
系の較正は比較的容易である。現在実用化されている平
面視覚装置においては、この種の較正が行なわれてい
る。しかし、ロボツトによるハンドリング作業が増大
し、複雑な物体をつかむ必要が生じるにつれ、平面的な
物体だけでなく、位置・姿勢が定まつていない3次元的
な物体を認識することが必要になつてきた。このための
方法として、両眼視や距離画像を用いた3次元物体認識
方法が知られている。このような3次元視覚において
は、ロボット座標系と視覚座標系との間に空間的な3次
元の誤差について考慮されておらず、ロボット機構が所
望の通りハンドリング等の作業が対象物体に対してでき
ないという課題を有していた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決すべく、固
定3次元視覚手段でロボット機構の手先がハンドリング
作業を施す対象物体の位置および姿勢を認識してロボッ
ト機構の手先が認識された対象物体に対して正確なハン
ドリング作業が施せるようにした固定3次元視覚併用ロ
ボットハンドリング装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、上記目的を達成するために、手先を備え、ロ
ボット座標系に基づいてアクチュエータを駆動して該手
先を動作させるロボット機構と、該ロボット機構の近傍
に固定されて、視覚座標系で撮像して視覚座標系におけ
る3次元画像信号を出力する固定3次元視覚手段と、該
固定3次元視覚手段により出力される3次元画像信号に
基づいて視覚座標系における対象物の位置および姿勢を
演算算出する画像処理手段と、予め前記ロボット座標系
における指令位置Xおよび姿勢fの情報に基づいて前記
ロボット機構のアクチュエータを駆動して手先を動作さ
せて前記手先上の所望の箇所を位置決め制御し、該手先
上の所望の箇所を前記固定3次元視覚手段で撮像して得
られる3次元画像信号に基づいて前記画像処理手段によ
り前記視覚座標系における前記手先上の所定の箇所の位
置″および姿勢″を算出し、前記ロボット座標系に
おける指令位置Xおよび姿勢fの情報を前記視覚座標系
に座標変換演算して算出される前記視覚座標系における
指令位置′および姿勢′の情報との前記視覚座標系
における3次元誤差を算出する視覚座標系における誤差
算出手段と、前記ロボット機構の手先でハンドリング作
業を施す作業対象物の画像を前記固定3次元視覚手段に
より撮像して得られる3次元画像信号から前記画像処理
手段により、前記視覚座標系において算出される作業対
象物の位置および姿勢の情報に対して前記視覚座標系に
おける誤差算出手段により算出された視覚座標系におけ
る3次元誤差により較正し、更に該較正された作業対象
物の位置および姿勢の情報を前記視覚座標系から前記ロ
ボット座標系に座標変換して前記ロボット機構のアクチ
ュエータを駆動制御して前記手先が前記作業対象物に対
してハンドリング作業を施すように制御するロボット制
御手段とを備えたことを特徴とする固定3次元視覚併用
ロボットハンドリング装置である。
なお、これを補足すると次のとおりである。
位置・姿勢が任意の物体をハンドリングさせるには、物
体の位置・姿勢を測定し、その物体の姿勢方向にロボツ
トハンドを向ける必要がある。そのためには、位置・姿
勢を測定する視覚座標系と、ロボツトが動くロボツト座
標系とが正確に較正されていなければならない。これら
の座標系間にずれがあれば、位置・姿勢の指令値に基づ
いてロボツトを動かし、ロボツトの位置・姿勢を視覚で
測定すると、両者間には誤差が生じる。そこで、このこ
とを逆に利用し、ロボツトの位置・姿勢の指令値と視覚
で測定した位置・姿勢との誤差から、視覚をロボツト座
標系に固定する際の取り付け誤差を求めることが可能と
なる。この誤差を用いることにより、ロボツト座標系と
視覚座標系との較正を行なえるようにしたものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
第1図は、本発明に係るロボツト視覚座標系較正方式の
一実施例の説明図、第2図は、ロボツト座標系と固定視
覚座標系との相対関係の概念図、第3図は、固定視覚を
ロボツト座標系に固定する際に生ずる取り付け誤差を説
明する概念図、第4図は、本方式の機能ブロツク図であ
る。
ここで、1はロボツト、2はロボツト据え付け台、3は
固定視覚、4は画像処理装置、5は誤差計算装置、6は
ロボツト制御装置、7は視覚固定治具である。
第2図に示すように、ロボツト座標系と固定視覚座標系
との関係は、ロボツト座標系の原点を、同各軸を
、固定視覚座標系の原点を、同各軸
とすると、次式で表わされる。+L +L +L …(1) ここで、=(L,L,L)はロボツト座標系の原点
と、固定視覚座標系の原点との間の変位を表わ
すベクトル、Mα,Mβ,Mγは両座標系間の3つの回転変
位を表わす行列で、例えば第3図に示すように回転角
α,β,γをとると となる。
いま、ロボツトに指令をして、ロボツト座標系で位置
=(x,y,z),姿勢=(f,f,f)へ動かすと、
パラメータL,L,L,α,β,γが設計値通りであ
つて誤差を含まないとすれば、 =x+y+z …(4) =f +f +f …(5) へ動くはずである。この位置・姿勢を固定視覚3で計算
した値が′=(x′,y′,z′),′=(f′,
f′,f′)であつたとすると、 ′=x′+y′+z′ …(6) ′=f+f+f …(7) である。x,y,zとx′,y′,z′及びf,f,f
′,f′,f′との関係は式(1)〜(3)を用い
れば求まる。
ところが、固定視覚3を取り付ける際に誤差が生じてい
るとすると、誤差はL等の誤差ΔL,ΔL,ΔL
,Δα,Δβ,Δγで表わされる。このときには式
(1)〜(3)中の各パラメータが(L+ΔL),
(α+Δα)等になるので、ロボツトを=(x,y,
z),=(f,f,f)へ動くように指令し、それ
を固定視覚3で測定しても、固定視覚座標系では′=
(x′,y′,z′),′=(f′,f′,f′)とは
ならず、ずれた値″=(x″,y″,z″),″=(f
″,f″,f″)となる。したがつて、x′,y′,z′
とx″,y″,z″、f′,f′,f′とf″,f″,f
″の各ずれを測定すれば、式(1)〜(3)を解くこ
とにより、ΔL,ΔL,ΔL,Δα,Δβ,Δγ
を求めることができる。
第1図の説明図をもとに第4図に従つて本実施例の構
成,動作を説明する。
ロボツト1はロボツト制御装置6からの位置・姿勢指令
値,(式(4),(5))に基づいて移動し、固定
視覚3は移動後のロボツト1の画像を取り込んで画像処
理装置4へ送る。画像処理装置4は固定視覚3から見た
ロボツト1の位置・姿勢″,″を測定する。一方、
誤差計算装置7は、ロボツト制御装置6からの指令値
,をもとに、式(1),(2),(3)を用いて固
定視覚座標系での位置・姿勢′,′(式(6),
(7))を計算する。′,′の計算の際にはパラメ
ータ誤差がないとしているのに対し、固定視覚3で測定
した″,″にはパラメータ誤差が含まれる。したが
つて′と″、′と″の各誤差からパラメータ誤
差を求めることができる。
〔発明の効果〕
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、固定3
次元視覚手段をロボツト座標系に固定する際に生ずる3
次元的な取り付け誤差を、ロボツトを移動することによ
つて求めることができるので、(1)3次元的な取り付
け誤差を求め、この誤差を補正することにより、平面的
な物体だけでなく、位置・姿勢が任意である3次元的な
対象物体を固定3次元視覚を用いて認識して該認識され
た対象物体に対してロボットを用いた複雑なハンドリン
グ作業が可能となり、また、(2)ロボツトを動かして
測定するだけで取り付け誤差が求まり、測定器を用いて
直接取り付け誤差の測定をするよりも、はるかに較正作
業が簡略化され、固定3次元視覚手段で位置・姿勢が認
識された対象物体に対してロボット機構によるハンドリ
ング作業の精度向上および効率向上をはかることができ
る等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係るロボツト視覚座標系較正方式の
一実施例の説明図、第2図は、ロボツト座標系と固定視
覚座標系との相対関係の概念図、第3図は、固定視覚を
ロボツト座標系に固定する際に生ずる取り付け誤差を説
明する概念図、第4図は、本方式の機能ブロック図であ
る。 1……ロボツト、2……ロボツト据え付け台、3……固
定視覚、4……画像処理装置、5……誤差計算装置、6
……ロボツト制御装置、7……視覚固定治具。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秦 清治 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−182205(JP,A) 特開 昭53−98670(JP,A) 特開 昭60−159905(JP,A) 実開 昭57−122384(JP,U)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】手先を備え、ロボット座標系に基づいてア
    クチュエータを駆動して該手先を動作させるロボット機
    構と、該ロボット機構の近傍に固定されて、視覚座標系
    で撮像して視覚座標系における3次元画像信号を出力す
    る固定3次元視覚手段と、該固定3次元視覚手段により
    出力される3次元画像信号に基づいて視覚座標系におけ
    る対象物の位置および姿勢を演算算出する画像処理手段
    と、予め前記ロボット座標系における指令位置Xおよび
    姿勢fの情報に基づいて前記ロボット機構のアクチュエ
    ータを駆動して手先を動作させて前記手先上の所望の箇
    所を位置決め制御し、該手先上の所望の箇所を前記固定
    3次元視覚手段で撮像して得られる3次元画像信号に基
    づいて前記画像処理手段により前記視覚座標系における
    前記手洗上の所定の箇所の位置″および姿勢″を算
    出し、前記ロボット座標系における指令位置Xおよび姿
    勢fの情報を前記視覚座標系に座標変換演算して算出さ
    れる前記視覚座標系における指令位置′および姿勢
    ′の情報との前記視覚座標系における3次元誤差を算
    出する視覚座標系における誤差算出手段と、前記ロボッ
    ト機構の手先でハンドリング作業を施す作業対象物の画
    像を前記固定3次元視覚手段により撮像して得られる3
    次元画像信号から前記画像処理手段により、前記視覚座
    標系において算出される作業対象物の位置および姿勢の
    情報に対して前記視覚座標系における誤差算出手段によ
    り算出された視覚座標系における3次元誤差により較正
    し、更に該較正された作業対象物の位置および姿勢の情
    報を前記視覚座標系から前記ロボット座標系に座標変換
    して前記ロボット機構のアクチュエータを駆動制御して
    前記手先が前記作業対象物に対してハンドリング作業を
    施すように制御するロボット制御手段とを備えたことを
    特徴とする固定3次元視覚併用ロボットハンドリング装
    置。
JP59006365A 1984-01-19 1984-01-19 固定3次元視覚併用ロボットハンドリング装置 Expired - Lifetime JPH0727408B2 (ja)

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EP85100512A EP0151417A1 (en) 1984-01-19 1985-01-18 Method for correcting systems of coordinates in a robot having visual sensor device and apparatus therefor

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JPS60151712A JPS60151712A (ja) 1985-08-09
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