JPH1080881A

JPH1080881A - 多関節ロボットの制御装置及びその制御方法

Info

Publication number: JPH1080881A
Application number: JP23696496A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Shimizu; 哲也清水; Takeyoshi Ninomiya; 健嘉二宮
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-09-06
Filing date: 1996-09-06
Publication date: 1998-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】作業対象物が作業計画に定められたものと一
致しない異常な事態が発生したときに、多関節ロボット
をその異常な事態に応じて動作させることができる多関
節ロボットの制御装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】画像処理部１５０は、ＣＣＤカメラ１４
０で撮像して得られた煉瓦の画像に所定の処理を施し、
煉瓦に関する情報を得る。上位コンピュータ２０は、画
像から得られた煉瓦に関する情報に基づいて、実際に搬
送されてきた煉瓦が生産計画に定められたものと一致す
るかどうかを判定する。一致しないと判定した場合に
は、画像から得られた煉瓦に関する情報をデータ変換部
３０に送る。データ変換部３０は、画像から得られた煉
瓦に関する情報に基づいて、新たにロボット位置・姿勢
制御データを作成する。コントローラ５０は、その新た
なロボット位置・姿勢制御データを用いて、ロボット４
０の動作を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば煉瓦や住
宅用外壁パネル等をパレタイジングする場合等に用いら
れる多関節ロボットの制御装置及びその制御方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】製鉄用煉瓦の製造工場では、プレス成形
された煉瓦は後に乾燥工程に移送されるが、この乾燥工
程を効率よく行うために、煉瓦をパレット上に一定の規
則に従って並べるパレタイジング作業を行っている。か
かるパレタイジング作業を自動化するために、多関節ロ
ボットとしてのパレタイジングロボットが多数導入さ
れ、実用に供されている。従来、パレタイジングロボッ
トは、オペレータが作業に必要な情報をティーチング
し、その情報にしたがって作業を実行させるティーチン
グプレイバック方式により動作されていた。しかし、製
鉄用煉瓦については、典型的な多品種少量生産を行って
いるため、ティーチング作業が膨大になり、オペレータ
の作業負荷が大きいという問題があった。このため、コ
ンピュータ活用によるオフラインティーチング方式やテ
ィーチングレス方式等が開発され、ティーチング作業の
負荷軽減を図っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、煉瓦の製造
工場においては、予め生産計画（作業計画）に定められ
た煉瓦とは寸法・形状が異なったものが、プレス成形工
程からパレタイジング作業工程に送られてくることがあ
る。かかる場合、オペレータにより予めティーチングさ
れた情報は実際に送られた煉瓦に適合しないものとな
る。このため、そのティーチングされた情報にしたがっ
てパレタイジングロボットを動作させると、パレタイジ
ングロボットは煉瓦を把持することができなかったり、
そのパレタイジングロボットのエンドエフェクタが煉瓦
と衝突したりして、作業が停滞してしまう。このように
従来の多関節ロボットの制御方法では、煉瓦のような作
業対象物が作業計画に定められたものと一致しない異常
な事態が発生したときに、多関節ロボットをその異常な
事態に応じて動作させることができないという問題があ
った。

【０００４】本発明は上記事情に基づいてなされたもの
であり、作業対象物が作業計画に定められたものと一致
しない異常な事態が発生したときに、多関節ロボットを
その異常な事態に応じて動作させることができる多関節
ロボットの制御装置及びその制御方法を提供することを
目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの請求項１記載の発明に係る多関節ロボットの制御装
置は、多関節ロボットが所定の作業を施す作業対象物に
関する作業計画を記憶する記憶手段と、前記作業対象物
を撮像する撮像手段と、前記撮像手段で得られた画像に
所定の処理を施すことにより前記作業対象物に関する情
報を得る画像処理手段と、前記作業対象物に関する情報
に基づいて前記作業対象物が前記作業計画に定められた
ものと一致するかどうかを判定する判定手段と、前記判
定手段で前記作業対象物が前記作業計画に定められたも
のと一致しないと判定された場合に前記作業対象物に関
する情報を用いて前記多関節ロボットに前記作業対象物
に応じた動作をさせる制御手段と、を備えることを特徴
とするものである。

【０００６】また、上記の目的を達成するための請求項
２記載の発明は、多関節ロボットに基本的な位置及び姿
勢を教示する複数の基本プログラムを予め作成してお
き、作業対象物に関する作業計画に基づいて、前記複数
の基本プログラムの中から所定のものを選定すると共
に、前記基本的な位置及び姿勢に関する補正データを作
成した後、前記選定された基本プログラムと前記補正デ
ータとに基づいて前記多関節ロボットを動作させる多関
節ロボットの制御方法において、前記作業対象物を撮像
して得られた画像に所定の処理を施すことにより前記作
業対象物に関する情報を得た後、前記作業対象物に関す
る情報に基づいて前記作業対象物が前記作業計画に定め
られたものと一致するかどうかを判定し、前記作業対象
物が前記作業計画に定められたものと一致しないと判定
された場合には、前記作業対象物に関する情報に基づい
て新たな前記補正データを導出し、その新たな前記補正
データを用いて前記多関節ロボットを動作させることを
特徴とするものである。

【０００７】作業計画は、たとえば製品の製造工場にお
ける生産計画のようなものであり、各種の作業対象物に
作業を施す順番、作業対象物の寸法・形状、作業対象物
の重量、作業対象物の個数等を定めたものを意味する。
また、基本的な位置とは、たとえば多関節ロボットが作
業対象物に施す一の作業に関する基準点、いわゆる作業
原点をいう。基本的な姿勢とは、たとえば多関節ロボッ
トのエンドエフェクタの一の作業面についての基準とな
る姿勢をいう。作業対象物に関する情報としては、たと
えば作業対象物の寸法・形状・模様等についての情報が
用いられる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態
である多関節ロボットの制御方法を適用したパレタイジ
ング装置の概略ブロック図、図２はそのパレタイジング
装置の概略構成図である。本実施形態では、煉瓦の製造
工場において、多関節ロボットを用いて、煉瓦をパレッ
ト上に一定の規則にしたがって並べるパレタイジング作
業を行う場合について考える。製鉄用煉瓦については多
品種少量生産を行っているので、本実施形態のパレタイ
ジング装置としては、多関節ロボットのティーチング作
業の負荷を軽減するために、ティーチングを行わないい
わゆるティーチングレスシステムを採用している。

【０００９】かかるパレタイジング装置は、図１及び図
２に示すように、生産計画記憶部１０と、上位コンピュ
ータ２０と、データ変換部３０と、多関節ロボットとし
てのパレタイジングロボット４０と、パレタイジングロ
ボット用コントローラ５０と、記憶部６０と、煉瓦受取
台７０と、パレット台車８０と、スペーサ受取台９０
と、リジェクションコンベア１１０と、重量計測装置１
２０と、寸法計測装置１３０と、ＣＣＤカメラ１４０
と、画像処理部１５０とを備えるものである。

【００１０】煉瓦受取台７０は、煉瓦２を置くための台
である。煉瓦２は、図示しない搬送手段により前工程で
あるプレス成形工程から煉瓦受取台７０に搬送される。
パレット台車８０は、パレット４を置くと共に、そのパ
レット４を搬送するためのものである。スペーサ置台９
０は、スペーサ６を置くための台である。スペーサ６
は、煉瓦２を積んだパレット４を何段にも積み上げる際
に、各パレット４間に挿入する鉄製の保護シートであ
る。このスペーサ６は、たとえばコンベア等によりスペ
ーサ置台９０に搬送される。また、リジェクションコン
ベア１１０は、品質不良の煉瓦を搬送するためのもので
あり、この上に載せられた煉瓦は別の場所に搬送され廃
棄されることになる。

【００１１】パレタイジングロボット４０は、煉瓦受取
台７０上に置かれた煉瓦２を把持し、煉瓦２を重量計測
装置１２０や寸法計測装置１３０上に設置したり、煉瓦
２をパレット４上に指定された積み姿勢でパレタイジン
グしたりするものである。また、パレタイジングロボッ
ト４０のエンドエフェクタ（end effector）４２は、プ
レス成形工程から搬送されるすべての寸法・形状の煉瓦
を把持することができるように、多数のパットを有する
吸着式ハンドとしている。また、図２において、一部切
り欠いた円輪状の領域Ｒ₀が、パレタイジングロボット
４０の作動領域である。

【００１２】記憶部６０は、パレタイジングロボット４
０についての基本プログラムを記憶するものである。か
かる基本プログラムは、パレタイジングロボット４０に
基本的な位置及び姿勢を予めティーチングして作成され
たものである。基本的な位置とは、たとえば、煉瓦受取
台７０から煉瓦２を受け取る際の作業原点Ｏ₁、重量計
測装置１２０上に煉瓦２を載置する際の作業原点Ｏ₂、
寸法計測装置１３０上に煉瓦２を載置する際の作業原点
Ｏ₃、煉瓦２をパレット４上に積む際の作業原点Ｏ₄、
スペーサ受取台９０からスペーサ６を受け取る際の作業
原点Ｏ₅、品質不良な煉瓦２をリジェクションコンベア
１１０に載せるための作業原点Ｏ₆、周辺装置との衝突
を回避するための退避位置Ｏ₀等である。基本的な姿勢
とは、たとえばエンドエフェクタ４２の一の作業面を水
平にするというような基準となる姿勢のことである。ま
た、本実施形態では、パレタイジングロボット４０が一
の作業原点から他の作業原点に移動する際には必ず退避
位置Ｏ₀を経由して移動するようにプログラミングして
いる。このように、基本プログラムにしたがってパレタ
イジングロボット４０を動作させることにより、パレタ
イジングロボット４０と周辺装置との衝突を確実に防止
することができる。

【００１３】生産計画記憶部１０は、煉瓦の製造工場に
おける煉瓦の生産計画を記憶している。生産計画は、煉
瓦の出荷スケジュールに基づいて、各種の煉瓦を生産す
る順番、煉瓦の寸法・形状、煉瓦の重量、煉瓦の総数等
を定めるものである。上位コンピュータ２０は、煉瓦の
生産計画にしたがって、パレタイジング作業工程を含む
各作業工程を管理するものである。特に、パレタイジン
グ作業工程においては、煉瓦の生産計画に基づいて、今
回パレタイジング作業を施す煉瓦について、パレタイジ
ングロボット４０の行動パターンを決定する。この行動
パターンは、パレタイジングロボット４０を各作業原点
にどのような順序で移動させるかを定めたものである。
また、上位コンピュータ２０は、煉瓦の画像から得られ
た煉瓦の寸法・形状に関する情報に基づいて、煉瓦が生
産計画に定められたものと一致しない異常な事態が発生
したかどうかを判定する。

【００１４】データ変換部３０は、上位コンピュータ２
０から送られた行動パターンに関する情報に基づいて、
その行動パターンを実現するために必要な基本プログラ
ムを選定する。また、上位コンピュータ２０から送られ
た生産計画の中の煉瓦の寸法・形状に関する情報に基づ
いて、ロボット位置・姿勢制御データを導出する。この
ロボット位置・姿勢制御データは、基本的な位置及び姿
勢に関する補正データとして算出される。煉瓦をパレタ
イジングする場合には、ロボット位置・姿勢制御データ
として、後述するように、積み位置補正データ、姿勢位
置補正データ、厚み位置補正データ、積み高さ位置補正
データを算出することにしている。

【００１５】パレタイジングロボット用コントローラ５
０は、データ変換部３０で選定された基本プログラムを
記憶部６０から取り出し、その取り出した基本プログラ
ムと、データ変換部３０から送られたロボット位置・姿
勢制御データとに基づいて、パレタイジングロボット４
０の動作を制御する。したがって、かかるパレタイジン
グ装置では、パレタイジングロボット４０のティーチン
グ作業を飛躍的に軽減することができるので、数百種類
の煉瓦に対しても一台のパレタイジングロボット４０で
対応することができる。また、新種の煉瓦が追加された
場合でもティーチング作業を行うことなく容易にパレタ
イジングすることができる。

【００１６】ＣＣＤカメラ１４０は、煉瓦受取台７０に
実際に搬送されてきた煉瓦についての情報を得るため
に、その煉瓦を撮像するものである。ここで、煉瓦につ
いての情報としては、横幅、奥行き、高さといった三次
元的な情報を必要とするので、ＣＣＤカメラ１４０によ
り、煉瓦の上面及び側面を撮像することにしている。画
像処理部１５０は、ＣＣＤカメラ１４０により撮像され
た煉瓦の画像に所定の画像処理を施すものである。具体
的には、煉瓦の画像に二値化処理を施して、二値画像に
変換したり、この二値画像のノイズを除去したり、二値
画像中の煉瓦の境界を強調する処理を行ったりする。ま
た、二値画像中の煉瓦について特徴を抽出し、煉瓦の寸
法・形状に関する情報を得る。こうして画像から得られ
た煉瓦の寸法・形状に関する情報は、上位コンピュータ
２０に出力される。上位コンピュータ２０は、この画像
から得られた煉瓦の寸法・形状に関する情報に基づい
て、実際に搬送されてきた煉瓦が生産計画に定められた
ものと一致するかどうかを判定する。上位コンピュータ
２０は、その煉瓦が生産計画に定められたものと一致し
ないと判定すると、異常な事態が発生したことを検知
し、画像から得られた煉瓦の寸法・形状に関する情報を
データ変換部３０に送る。

【００１７】重量計測装置１２０及び寸法計測装置１３
０は、プレス成形された煉瓦について品質検査を行うた
めのものである。重量計測装置１２０は、ロードセル
（loadcell ）により煉瓦の重量を計測する。寸法計測
装置１３０は、寸法計測ロボット１３２と、寸法計測ロ
ボット用コントローラ１３４と、レーザー変位計１３６
とを備える。寸法計測ロボット１３２としては、三軸直
交ロボットを用いており、この三軸直交ロボットにレー
ザー変位計１３６が搭載されている。重量計測装置１２
０及び寸法計測装置１３０で得られた重量及び寸法の計
測データは、上位コンピュータ２０にフィードバックさ
れる。上位コンピュータ２０は、重量及び寸法の計測デ
ータから比重を算出し、重量、寸法及び比重に関するデ
ータを、生産計画で定められた煉瓦の基準値と比較して
煉瓦の品質を判定する。品質が劣悪であると判定された
煉瓦は、パレタインジングロボット４０によりリジェク
ションコンベア１１０上に運ばれ、廃棄されることにな
る。このように、かかるパレタイジング装置では、重量
計測装置１２０及び寸法計測装置１３０を設けたことに
より、煉瓦の品質検査を行うと共に、煉瓦の品質の確保
を図っている。尚、重量計測及び寸法計測は、必ずしも
すべての煉瓦に対して行われるものではなく、どのよう
な頻度で重量計測及び寸法計測を行うかは、予め生産計
画で定められている。具体的には、生産計画の中に煉瓦
の品質が高級品であると記載されている場合には、すべ
ての煉瓦に対して計測を行い、一方、生産計画の中に煉
瓦の品質が低級品であると記載されている場合には、た
とえば煉瓦十個に対して一個の割合で計測を行う。

【００１８】いま、寸法計測装置１３０において煉瓦の
寸法を計測する方法を図３を用いて具体的に説明する。
図３はレーザー変位計１３６を走らせる軌跡及び測定の
基準点を示す図である。まず、煉瓦２は、パレタイジン
グロボット４０により把持され、煉瓦受取台７０から寸
法計測装置１３０の台盤上の所定位置に置かれる。そし
て、データ変換部３０は、上位コンピュータ２０から送
られた煉瓦の寸法・形状に関する情報に基づいて、寸法
計測ロボット１３２に搭載したレーザー変位計１３６を
初期測定点へ移動するための移動位置データを導出す
る。寸法計測ロボット用コントローラ１３４は、データ
変換部３０から送られた移動位置データに基づいて、レ
ーザー変位計１３６を所定の基準点に移動させると共
に、レーザー変位計１３６を基準点から所定方向に走ら
せながら、煉瓦２の寸法の計測を行う。ここで、図３に
おける点線が、レーザー変位計１３６を移動させる軌跡
を表す。

【００１９】煉瓦２の寸法を計測するために、最初に、
寸法計測装置１３０に定められたＸＹＺ座標系におい
て、煉瓦２の上面の四つの頂点Ｑ₁，Ｑ₂，Ｑ₃，Ｑ₄
の位置座標を求める。まず、レーザー変位計１３６が、
煉瓦２の上面の四つの基準点Ｐ ₀₁，Ｐ₀₂，Ｐ₀₃，Ｐ₀₄か
らＸ軸及びＹ軸に平行な方向であって、正又は負の向き
に移動したときに、これら各基準点Ｐ₀₁，Ｐ₀₂，Ｐ₀₃，
Ｐ₀₄から所定距離以内の範囲において、変位信号の急激
な変化を検出することにより、図３に示すような煉瓦２
のエッジ点Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃，Ｐ₄，Ｐ₅，Ｐ₆，
Ｐ₇，Ｐ₈のＸＹ座標を求める。ここで、エッジ点
Ｐ₂，Ｐ₃は線分Ｑ₁Ｑ₂上に位置し、エッジ点Ｐ ₄，
Ｐ₅は線分Ｑ₂Ｑ₃上に位置し、エッジ点Ｐ₆，Ｐ₇は
線分Ｑ₃Ｑ₄上に位置し、エッジ点Ｐ₈，Ｐ₁は線分Ｑ
₄Ｑ₁上に位置する。そして、かかるエッジ点Ｐ₁〜Ｐ
₈のＸＹ座標を用いて、ＸＹ平面において、エッジ点Ｐ
₂，Ｐ₃を通る直線の方程式、エッジ点Ｐ₄，Ｐ₅を通
る直線の方程式、エッジ点Ｐ₆，Ｐ₇を通る直線の方程
式、エッジ点Ｐ₈，Ｐ₁を通る直線の方程式を求める。
その後、これらの直線の方程式の交点として、頂点
Ｑ₁，Ｑ₂，Ｑ₃，Ｑ₄のＸＹ座標を算出する。次に、
たとえば三つの基準点Ｐ₀₁，Ｐ₀₂，Ｐ₀₃においてレーザ
ー変位計１３６の出力値を求め、かかる出力値を各基準
点Ｐ₀₁，Ｐ₀₂，Ｐ₀₃での高さ寸法（Ｚ座標）に変換す
る。こうして得られた基準点Ｐ₀₁，Ｐ₀₂，Ｐ₀₃のＺ座標
と、基準点Ｐ₀₁，Ｐ₀₂，Ｐ₀₃についての既知のＸＹ座標
とから、煉瓦２の上面についての平面の方程式を求め
る。そして、各頂点Ｑ₁，Ｑ₂，Ｑ₃，Ｑ₄のＸＹ座標
をこの平面の方程式に代入することにより、四つの頂点
Ｑ₁，Ｑ₂，Ｑ₃，Ｑ₄の高さを算出する。こうして、
四つの頂点Ｑ₁，Ｑ₂，Ｑ₃，Ｑ₄のＸＹＺ座標が求め
られ、これから煉瓦２の寸法が計測される。

【００２０】次に、ロボット位置・姿勢制御データの生
成方法について説明する。ここでは、煉瓦として、図４
に示すような二種類のものを用いる場合を考える。図４
（ａ）に示す煉瓦を二面おち煉瓦と称し、図４（ｂ）に
示す煉瓦を四面おち煉瓦と称する。これら煉瓦の上面の
四つの頂点をＱ₁，Ｑ₂，Ｑ₃，Ｑ₄としたときに、そ
れぞれの頂点の高さをＣ，Ｃ1 ，Ｄ，Ｄ1 とする。二面
おち煉瓦では、Ｃ＝Ｃ1 、Ｄ＝Ｄ1 の関係が成り立って
いる。一方、四面おち煉瓦では、Ｃ≠Ｃ1 ≠Ｄ≠Ｄ1 の
関係になっている。

【００２１】最初に、二面おち煉瓦の場合について説明
する。データ変換部３０は、上位コンピュータ２０から
送られた煉瓦の寸法・形状に関する情報に基づいて、ロ
ボット位置・姿勢制御データとして、積み位置補正デー
タｌ、姿勢位置補正データΘ、厚み位置補正データｈ、
及び積み高さ位置補正データｄを求める。積み位置補正
データｌは、図５（ａ）に示すように、積み形態と寸法
情報に応じて定められ、ｌ＝ｆ（積み形態、寸法情報）・・・・（１）で与えられ、パレット上に積み重ねられる煉瓦の中心間
の間隔を定める。姿勢位置補正データΘは、図５（ｂ）
に示すように、 Θ＝ tan^-1（（Ｃ−Ｄ）／Ｗ）・・・・（２）で与えられる。ここで、Ｗは煉瓦の頂点Ｑ₁，Ｑ₂を含
む側面と煉瓦の頂点Ｑ₃，Ｑ₄を含む側面との距離であ
る。この場合、煉瓦の辺Ｑ₁Ｑ₂の方向とパレタイジン
グロボット４０の基準座標系（Ｘ₀Ｙ₀Ｚ₀系）のＺ₀
軸とを一致させ、Ｚ₀軸の回りにエンドエフェクタ４２
をΘだけ回転させることにより、煉瓦の上面とエンドエ
フェクタ４２の作業面とを平行にすることができる。ま
た、厚み位置補正データｈは、図６（ａ）に示すよう
に、ｈ＝（Ｃ＋Ｃ1 ＋Ｄ＋Ｄ1 ）／４・・・・（３）で与えられ、煉瓦の上面の中央における高さを与える。
そして、積み高さ位置補正データｄは、図６（ｂ）に示
すように、積み形態と寸法情報に応じて定められ、ｄ＝ｇ（積み形態、寸法情報）・・・・（４）で与えられる。

【００２２】次に、四面おち煉瓦の場合について説明す
る。この場合、積み位置補正データｌ、厚み位置補正デ
ータｈ、積み高さ位置補正データｄについては、二面お
ち煉瓦の場合と同様にして作成される。しかし、四面お
ち煉瓦は、二面おち煉瓦と異なり四隅の高さがすべて異
なるため、エンドエフェクタ４２の回転軸をパレタイジ
ングロボット４０の基準座標系のＺ₀軸に一致できると
は限らない。したがって、（２）式に示す姿勢位置補正
データだけでは、煉瓦の上面とエンドエフェクタ４２の
作業面とを平行にすることができない。このため、パレ
タイジングロボット４０の基準座標系（Ｘ₀Ｙ₀Ｚ
₀系）から、パレタイジングロボット４０によって把持
される煉瓦の座標系（Ｘ₃Ｙ₃Ｚ₃系；以下、ワーク座
標系と称する。）に変換し、続いて、変換後のワーク座
標系においてエンドエフェクタ４２の姿勢位置補正デー
タを作成するという方法を採用する。

【００２３】いま、基準座標系（Ｘ₀Ｙ₀Ｚ₀系）とワ
ーク座標系（Ｘ₃Ｙ₃Ｚ₃系）とは、一般に、図７に示
すような位置関係にある。ここでは、説明を簡単にする
ために座標系の並進を無視し、Ｘ₀Ｙ₀Ｚ₀系とＸ₃Ｙ
₃Ｚ₃系との原点が一致している場合、すなわち、Ｘ₀
Ｙ₀Ｚ₀系の原点からＸ₃Ｙ₃Ｚ₃系の原点へ引いたベ
クトル（Ａ₀，Ｂ₀，Ｃ₀）がゼロベクトルである場合
を考えることにする。このとき、Ｘ₀Ｙ₀Ｚ₀系とＸ₃
Ｙ₃Ｚ₃系との間には、

【００２４】

【数１】という関係が成り立つ。ここで、変換行列Ｒは、

【００２５】

【数２】で与えられる。（５）式は、最初に、Ｘ₀Ｙ₀Ｚ₀系を
Ｚ₀軸の回りに角度αだけ回転してＸ₁Ｙ₁Ｚ₁系に移
り、次に、そのＸ₁Ｙ₁Ｚ₁系においてＹ₁軸の回りに
角度βだけ回転してＸ₂Ｙ₂Ｚ₂系に移り、さらに、そ
のＸ₂Ｙ₂Ｚ₂系においてＸ₂軸の回りに角度γだけ回
転してＸ₃Ｙ₃Ｚ₃系に移ることを表している。また、
変換行列Ｒを、

【００２６】

【数３】と書くことにすると、変換行列Ｒの各要素ｒ_ijは、Ｘ₀
Ｙ₀Ｚ₀系に対するＸ₃Ｙ₃Ｚ₃系の方向余弦を表す。
また、かかる方向余弦は、パレタイジングロボット４０
の位置と煉瓦の位置との関係から幾何学的に求めること
ができるので、幾何学的に求めた方向余弦の各値を
（６）式で与えられる変換行列Ｒの各要素に等しいとお
くことにより、回転角α，β，γの値を算出することが
できる。

【００２７】いま、パレタイジングロボット４０の位置
と煉瓦の位置との関係から変換行列Ｒの方向余弦を算出
する具体例を示す。ここで、図８に示すように、煉瓦の
上面の四つの頂点Ｑ₁，Ｑ₂，Ｑ₃，Ｑ₄の下側に位置
する下面の頂点をそれぞれＱ ₀₁，Ｑ₀₂，Ｑ₀₃，Ｑ₀₄と
し、頂点Ｑ₁が一番高く、頂点Ｑ₃が一番低いものとす
る。そして、Ｘ₀Ｙ₀Ｚ₀系を、図８（ａ）に示すよう
に設定する。すなわち、Ｘ₀Ｙ₀Ｚ₀系の原点Ｏを、煉
瓦の下面の頂点Ｑ₀₁に一致させ、Ｙ₀軸をＯＱ₁方向
に、Ｘ₀軸をＯＱ₀₂方向に、Ｚ₀軸をＯＱ₀₄方向にと
る。また、Ｘ₃Ｙ₃Ｚ ₃系を、図８（ｂ）に示すように
設定することにする。すなわち、Ｘ₃Ｙ₃Ｚ₃系の原点
は、Ｘ₀Ｙ₀Ｚ₀系の原点に一致させ、Ｙ₃軸をＯＱ₁
方向にとる。そして、Ｚ₃軸を、煉瓦の上面を含む平面
と煉瓦の下面を含む平面との交線に平行となるように設
定する。換言すると、煉瓦の上面を含む平面がＸ₀軸、
Ｙ₀軸、Ｚ₀軸と交わる点をそれぞれＡ，Ｂ，Ｃとする
と、Ｚ₃軸を、直線ＡＣに平行となるように設定する。
この場合、Ｚ₀軸とＺ₃軸とのなす角度δは、 δ＝ tan^-1（ＯＡ／ＯＣ）・・・・（８）で与えられ、Ｘ₀Ｙ₀Ｚ₀系とＸ₃Ｙ₃Ｚ₃系との関係
は、

【００２８】

【数４】で与えられる。この（９）式と（６）式とから、回転角
α，β，γを決定することができる。こうして、基準座
標系（Ｘ₀Ｙ₀Ｚ₀系）からワーク座標系（Ｘ₃Ｙ₃Ｚ
₃系）に変換することができ、回転角α，β，γのデー
タをパレタイジングロボット４０に入力することによ
り、パレタイジングロボット４０にワーク座標系（Ｘ₃
Ｙ₃Ｚ₃系）を認識させることができる。

【００２９】次に、煉瓦の上面を含む平面と煉瓦の下面
を含む平面とのなす角度θを求め、この角度θをワーク
座標系における姿勢位置補正データとする。煉瓦の上面
を表す平面の方程式は、Ｘ₀Ｙ₀Ｚ₀系において、ａＸ₀＋ｂＹ₀＋ｃＺ₀＝１（ここで、ａ＝１／ＯＡ、ｂ＝１／ＯＢ、ｃ＝１／Ｏ
Ｃ）で与えられ、その法線ベクトルｎ₁は、ｎ₁＝（ａ，ｂ，ｃ）である。一方、Ｚ₃Ｘ₃平面の法線ベクトルｎ₂は、ｎ₂＝（０，１，０）で与えられる。したがって、煉瓦の上面を含む平面と煉
瓦の下面を含む平面とのなす角度θは、

【００３０】

【数５】となる。ワーク座標系において、この姿勢位置補正デー
タθだけ、エンドエフェクタ４２をＺ₃軸の回りに回転
させることにより、煉瓦の上面とエンドエフェクタ４２
の作業面を平行することにができる。尚、ＯＡ，ＯＢ，
ＯＣの長さは煉瓦の寸法・形状に関する情報から計算さ
れる。

【００３１】次に、本実施形態の多関節ロボットの制御
方法について説明する。図９はその多関節ロボットの制
御方法を適用したパレタイジング装置の動作を説明する
ためのフローチャートである。まず、データ変換部３０
は、上位コンピュータ２０から送られたパレタイジング
ロボット４０の行動パターンに関する情報に基づいて、
基本プログラムを選定すると共に、生産計画の中の煉瓦
の寸法・形状に関する情報に基づいて、ロボット位置・
姿勢制御データを導出する。次に、パレタイジングロボ
ット用コントローラ５０は、データ変換部３０で選定さ
れた基本プログラムを記憶部６０から取り出し、この取
り出した基本プログラムと、ロボット位置・姿勢制御デ
ータとに基づいて、パレタイジングロボット４０の動作
を制御する。

【００３２】一方、煉瓦がプレス成形工程から煉瓦受取
台７０に搬送されてくると、ＣＣＤカメラ１４０は、煉
瓦を撮像する（step12）。ＣＣＤカメラ１４０で得られ
た煉瓦の画像が、画像処理部１５０に送られると、画像
処理部１５０では、まず、その画像を二値化した後、二
値画像からノイズを除去すると共に、二値画像中の煉瓦
の境界を強調する処理を行う（step14）。そして、その
二値画像に基づいて、煉瓦の特徴を抽出し、煉瓦の寸法
・形状に関する情報を得る（step16）。こうして画像か
ら得られた煉瓦の寸法・形状に関する情報は、上位コン
ピュータ２０に出力される。上位コンピュータ２０は、
画像処理部１５０から出力された煉瓦の寸法・形状に関
する情報に基づいて、煉瓦受取台７０に実際に搬送され
てきた煉瓦が生産計画に定められたものと一致するかど
うかを判定する（step18）。実際に搬送されてきた煉瓦
が生産計画に定められたものと一致する場合には、パレ
タイジングロボット用コントローラ５０は、上記導出さ
れたロボット位置・姿勢制御データを用いて、パレタイ
ジングロボット４０の動作を制御する（step22）。一
方、実際に搬送されてきた煉瓦が生産計画に定められた
ものと一致しない場合には、異常な事態が発生したと判
定される。かかる異常な事態が発生した場合には、上位
コンピュータ２０は、画像から得られた煉瓦の寸法・形
状に関する情報をデータ変換部３０に送り、データ変換
部３０は、その画像から得られた煉瓦の寸法・形状に関
する情報に基づいて、新たにロボット位置・姿勢制御デ
ータを作成する（step24）。そして、パレタイジングロ
ボット用コントローラ５０は、その新たに作成されたロ
ボット位置・姿勢制御データを用いて、パレタイジング
ロボット４０の動作を制御する（step26）。

【００３３】本実施形態の多関節ロボットの制御方法で
は、煉瓦を撮像して得られた画像に所定の処理を施すこ
とによって煉瓦の寸法・形状に関する情報を得た後、そ
の画像から得られた煉瓦の寸法・形状に関する情報に基
づいて煉瓦が生産計画に定められたものと一致するかど
うかを判定することにより、煉瓦が生産計画に定められ
たものと一致しない異常な事態が発生したことを検知す
ることができる。そして、異常な事態が発生したことを
検知した場合には、画像から得られた煉瓦の寸法・形状
に関する情報に基づいて新たなロボット位置・姿勢制御
データを導出し、その新たなロボット位置・姿勢制御デ
ータを用いて多関節ロボットを動作させることにより、
異常な事態が発生しても、その異常な事態に応じて適切
に対処することができるので、パレタイジング作業が停
滞することがなく、したがって作業効率の向上を図るこ
とができる。

【００３４】尚、本発明は上記の実施形態に限定される
ものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が
可能である。上記の実施形態では、煉瓦をパレタイジン
グする場合について説明したが、本発明の多関節ロボッ
トの制御方法は、たとえば住宅用外壁パネルをパレタイ
ジングする場合にも適用することができる。かかる場合
には、ＣＣＤカメラにより住宅用外壁パネルの上面だけ
を撮像すればよい。一般に、製造工場で製造された住宅
用外壁パネルについてはその厚さが大きく変動するとい
うことはない。このため、住宅用外壁パネルの平面的な
寸法・形状に基づいて、住宅用外壁パネルが生産計画に
定められたものと一致するかどうかを判定すれば、住宅
用外壁パネルについて異常の事態が発生したことを検知
することができるからである。

【００３５】また、本発明の多関節ロボットの制御方法
は、パレタイジング作業を行う場合だけでなく、多関節
ロボットを用いて作業対象物に所定の作業を施す場合で
あれば適用でき、その適用範囲は非常に広いものであ
る。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によれば、作業対象物を撮像する撮像手段と、撮像手段
で得られた画像に所定の処理を施すことにより作業対象
物に関する情報を得る画像処理手段と、作業対象物に関
する情報に基づいて作業対象物が作業計画に定められた
ものと一致するかどうかを判定する判定手段と、判定手
段で作業対象物が作業計画に定められたものと一致しな
いと判定された場合に作業対象物に関する情報を用いて
多関節ロボットに作業対象物に応じた動作をさせる制御
手段とを備えることにより、作業対象物が作業計画に定
められたものと一致しない異常な事態が発生した場合に
は、その異常な事態に応じて適切に対処することができ
るので、作業が停滞することがなく、したがって作業効
率の向上を図ることができる多関節ロボットの制御装置
を提供することができる。

【００３７】また、以上説明したように請求項２記載の
発明によれば、作業対象物を撮像して得られた画像に所
定の処理を施すことによって作業対象物に関する情報を
得た後、その画像から得られた作業対象物に関する情報
に基づいて作業対象物が作業計画に定められたものと一
致するかどうかを判定することにより、作業対象物が作
業計画に定められたものと一致しない異常な事態が発生
したことを検知することができ、しかも、異常な事態が
発生したことを検知した場合には、画像から得られた作
業対象物に関する情報に基づいて新たな補正データを導
出し、その新たな補正データを用いて多関節ロボットを
動作させることにより、異常な事態が発生しても、その
異常な事態に応じて適切に対処することができるので、
作業が停滞することがなく、したがって作業効率の向上
を図ることができる多関節ロボットの制御方法を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である多関節ロボットの制
御方法を適用したパレタイジング装置の概略ブロック図
である。

【図２】そのパレタイジング装置の概略構成図である。

【図３】そのパレタンジング装置において寸法計測装置
のレーザー変位計を走らせる軌跡及び測定の基準点を示
す図である。

【図４】（ａ）は二面おち煉瓦を説明するための図、
（ｂ）は四面おち煉瓦を説明するための図である。

【図５】ロボット位置・姿勢制御データを説明するため
の図である。

【図６】ロボット位置・姿勢制御データを説明するため
の図である。

【図７】基準座標系とワーク座標系との関係を説明する
ための図である。

【図８】基準座標系に対するワーク座標系の方向余弦を
算出する具体例を説明するための図である。

【図９】本実施形態である多関節ロボットの制御方法を
適用したパレタイジング装置の動作を説明するためのフ
ローチャートである。

【符号の説明】

２煉瓦４パレット６スペーサ１０生産計画記憶部２０上位コンピュータ３０データ変換部４０パレタイジングロボット４２エンドエフェクタ５０パレタイジングロボット用コントローラ６０記憶部７０煉瓦受取台８０パレット台車９０スペーサ受取台１１０リジェクションコンベア１２０重量計測装置１３０寸法計測装置１３２寸法計測ロボット１３４寸法計測ロボット用コントローラ１３６レーザー変位計１４０ＣＣＤカメラ１５０画像処理部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多関節ロボットが所定の作業を施す作業
対象物に関する作業計画を記憶する記憶手段と、前記作業対象物を撮像する撮像手段と、前記撮像手段で得られた画像に所定の処理を施すことに
より前記作業対象物に関する情報を得る画像処理手段
と、前記作業対象物に関する情報に基づいて前記作業対象物
が前記作業計画に定められたものと一致するかどうかを
判定する判定手段と、前記判定手段で前記作業対象物が前記作業計画に定めら
れたものと一致しないと判定された場合に前記作業対象
物に関する情報を用いて前記多関節ロボットに前記作業
対象物に応じた動作をさせる制御手段と、を備えることを特徴とする多関節ロボットの制御装置。
【請求項２】多関節ロボットに基本的な位置及び姿勢
を教示する複数の基本プログラムを予め作成しておき、
作業対象物に関する作業計画に基づいて、前記複数の基
本プログラムの中から所定のものを選定すると共に、前
記基本的な位置及び姿勢に関する補正データを作成した
後、前記選定された基本プログラムと前記補正データと
に基づいて前記多関節ロボットを動作させる多関節ロボ
ットの制御方法において、前記作業対象物を撮像して得られた画像に所定の処理を
施すことにより前記作業対象物に関する情報を得た後、
前記作業対象物に関する情報に基づいて前記作業対象物
が前記作業計画に定められたものと一致するかどうかを
判定し、前記作業対象物が前記作業計画に定められたも
のと一致しないと判定された場合には、前記作業対象物
に関する情報に基づいて新たな前記補正データを導出
し、その新たな前記補正データを用いて前記多関節ロボ
ットを動作させることを特徴とする多関節ロボットの制
御方法。