JPH1133962A - ロボットの三次元位置センサのキャリブレーション 方法とその装置 - Google Patents
ロボットの三次元位置センサのキャリブレーション 方法とその装置Info
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- JPH1133962A JPH1133962A JP20994097A JP20994097A JPH1133962A JP H1133962 A JPH1133962 A JP H1133962A JP 20994097 A JP20994097 A JP 20994097A JP 20994097 A JP20994097 A JP 20994097A JP H1133962 A JPH1133962 A JP H1133962A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 三次元測定器のセッティングや三次元測定器
自身のキャリブレーションなどで準備に時間がかかり、
三次元測定器のＬＥＤを測定点ごとに人手で動かし、レ
ーザを照射するので作業者の目にレーザが当たる危険が
あり、これらの問題を解決した手段を提供する。 【解決手段】 特徴点（赤色ＬＥＤ）１０を持つ治具４
をロボットのマニピュレータ３に取り付け、基準座標系
における前記特徴点の三次元位置と、撮像用，照準用で
あるセンサ部の２つのカメラ８，７の撮像面における前
記特徴点の位置との組み合せを複数求め、その結果を用
いて前記センサ部の２つのカメラの三次元位置をキャリ
ブレーションするようにして成る。
自身のキャリブレーションなどで準備に時間がかかり、
三次元測定器のＬＥＤを測定点ごとに人手で動かし、レ
ーザを照射するので作業者の目にレーザが当たる危険が
あり、これらの問題を解決した手段を提供する。 【解決手段】 特徴点（赤色ＬＥＤ）１０を持つ治具４
をロボットのマニピュレータ３に取り付け、基準座標系
における前記特徴点の三次元位置と、撮像用，照準用で
あるセンサ部の２つのカメラ８，７の撮像面における前
記特徴点の位置との組み合せを複数求め、その結果を用
いて前記センサ部の２つのカメラの三次元位置をキャリ
ブレーションするようにして成る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、三次元位置センサ
のキャリブレーション(calibration異なる座標系の統合
的処理) に関し、特にマニピュレータを備えたロボット
に搭載される三次元位置センサのキャリブレーションに
係る。
のキャリブレーション(calibration異なる座標系の統合
的処理) に関し、特にマニピュレータを備えたロボット
に搭載される三次元位置センサのキャリブレーションに
係る。
【０００２】
【従来の技術】従来のロボットは工場の、生産ラインな
どに固定され、作業対象も一定のため予めプロミラミン
グされた一連の動作を繰り返すという場合が多かった。
このような場合はロボットの繰り返し位置精度が要求さ
れ、絶対的な位置精度は問題にならなかった。しかし、
最近では作業環境や作業対象の変化にも対応できる柔軟
で高度なロボットシステムの要求が高まり、視覚センサ
や位置センサなどがロボットと組み合わされて使用され
るようになった。その例として様々な環境下で対象物の
位置を位置センサにより測定し、ロボットがマニピュレ
ータでその対象物を掴む作業などが挙げられる。
どに固定され、作業対象も一定のため予めプロミラミン
グされた一連の動作を繰り返すという場合が多かった。
このような場合はロボットの繰り返し位置精度が要求さ
れ、絶対的な位置精度は問題にならなかった。しかし、
最近では作業環境や作業対象の変化にも対応できる柔軟
で高度なロボットシステムの要求が高まり、視覚センサ
や位置センサなどがロボットと組み合わされて使用され
るようになった。その例として様々な環境下で対象物の
位置を位置センサにより測定し、ロボットがマニピュレ
ータでその対象物を掴む作業などが挙げられる。
【０００３】このような場合、マニピュレータの絶対位
置精度に加えて位置センサのもつ座標系とマニピュレー
タのもつ座標系との間のキャリブレーションが重要とな
る。三次元位置センサとして図５のセンサ［従来例１］
を例にとる。図面において、同一符号は同一若しくは相
当部材を表す。図５において５はスリット状のレーザ光
６を発するレーザ投光器、７は測定対象へレーザ光６の
照準を合わせるための照準用カメラ、８は測定対象物及
びレーザスリット光６を撮像する撮像用カメラ、９は測
定対象物である。レーザ投光器５から発せられたレーザ
スリット光６を対象物９に当ててその画像を、カメラ８
で捉え、その結像面での位置から三角測量の原理で対象
物９の位置を算出する。このようなセンサの測定原理や
キャリブレーションは井口・佐藤［三次元画像計測］
（照晃堂）に詳しく述べられているが、以下測定原理を
簡単に述べる。
置精度に加えて位置センサのもつ座標系とマニピュレー
タのもつ座標系との間のキャリブレーションが重要とな
る。三次元位置センサとして図５のセンサ［従来例１］
を例にとる。図面において、同一符号は同一若しくは相
当部材を表す。図５において５はスリット状のレーザ光
６を発するレーザ投光器、７は測定対象へレーザ光６の
照準を合わせるための照準用カメラ、８は測定対象物及
びレーザスリット光６を撮像する撮像用カメラ、９は測
定対象物である。レーザ投光器５から発せられたレーザ
スリット光６を対象物９に当ててその画像を、カメラ８
で捉え、その結像面での位置から三角測量の原理で対象
物９の位置を算出する。このようなセンサの測定原理や
キャリブレーションは井口・佐藤［三次元画像計測］
（照晃堂）に詳しく述べられているが、以下測定原理を
簡単に述べる。
【０００４】カメラ８の結像面の座標系をセンサ座標系
とし、対象物９のおかれた座標系を物体座標系とすると
図６のように、物体座標系の対象点Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は
センサ座標系の点Ｐ’（Ｘｃ，Ｙｃ）へと投影される。
故にセンサ座標系の点Ｐ’は物体座標系の点Ｐを透視変
換と座標変換することによって表現できる。図６で物体
座標系における対象点Ｐからセンサ座標系における点
Ｐ’への変換を行列で表すと式（１）になる。
とし、対象物９のおかれた座標系を物体座標系とすると
図６のように、物体座標系の対象点Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は
センサ座標系の点Ｐ’（Ｘｃ，Ｙｃ）へと投影される。
故にセンサ座標系の点Ｐ’は物体座標系の点Ｐを透視変
換と座標変換することによって表現できる。図６で物体
座標系における対象点Ｐからセンサ座標系における点
Ｐ’への変換を行列で表すと式（１）になる。
【０００５】
【数１】
【０００６】ただし、Ｈは同次変換のための変数であ
る。式（１）はカメラの視線の直線を表し、式（１）の
３×４のＣ行列をカメラパラメータと呼ぶ。このカメラ
パラメータに位置、姿勢、画角など、カメラに関するデ
ータが全て含まれている。また、スリット光６の平面は
物体座標系で式（２）により記述することができる。 Ｐ1 Ｘ＋Ｐ2 Ｙ＋Ｐ3 Ｚ＝Ｐ4 ……………………式（２） Ｐ1 〜Ｐ4 をプロジェクトパラメータといい、直線と平
面の交点Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）はこの２つの式を連立させる
ことで求められる。
る。式（１）はカメラの視線の直線を表し、式（１）の
３×４のＣ行列をカメラパラメータと呼ぶ。このカメラ
パラメータに位置、姿勢、画角など、カメラに関するデ
ータが全て含まれている。また、スリット光６の平面は
物体座標系で式（２）により記述することができる。 Ｐ1 Ｘ＋Ｐ2 Ｙ＋Ｐ3 Ｚ＝Ｐ4 ……………………式（２） Ｐ1 〜Ｐ4 をプロジェクトパラメータといい、直線と平
面の交点Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）はこの２つの式を連立させる
ことで求められる。
【０００７】式（１）を展開して整理すると、 （Ｃ11−Ｃ31Ｘｃ）Ｘ＋（Ｃ12−Ｃ32Ｘｃ）Ｙ＋（Ｃ13−Ｃ33Ｘｃ）Ｚ ＝Ｃ34Ｘｃ−Ｃ14 ……………………式（３） （Ｃ21−Ｃ31Ｙｃ）Ｘ＋（Ｃ22−Ｃ32Ｙｃ）Ｙ＋（Ｃ23−Ｃ33Ｙｃ）Ｚ ＝Ｃ34Ｙｃ−Ｃ24 ……………………式（４）
【０００８】
【数２】
【０００９】とおくと式（２），式（３），式（４）は
まとめて Ｆ＝ＱＶ ……………………式（８） と行列演算の形で表現できる。従ってＱの逆行列が存在
するならば Ｖ＝Ｑ-1Ｆ ……………………式（９） から交点Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を求めることができる。つま
り対象物にスリット光６を当てたとき、そのセンサ座標
系における位置からこれらのパラメータを使って対象物
の物体座標系における位置を求めることができる。ま
た、逆に物体座標系における位置が既知である物体を計
測することでこれらのパラメータをキャリブレーション
できる。
まとめて Ｆ＝ＱＶ ……………………式（８） と行列演算の形で表現できる。従ってＱの逆行列が存在
するならば Ｖ＝Ｑ-1Ｆ ……………………式（９） から交点Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を求めることができる。つま
り対象物にスリット光６を当てたとき、そのセンサ座標
系における位置からこれらのパラメータを使って対象物
の物体座標系における位置を求めることができる。ま
た、逆に物体座標系における位置が既知である物体を計
測することでこれらのパラメータをキャリブレーション
できる。
【００１０】位置センサの各パラメータのキャリブレー
ションを行うとき、従来の具体例は図７のような三次元
測定器［従来例２］を用いていた。図７において１９は
ＬＥＤ（発光ダイオード）であり、２０，２１はＬＥＤ
１９を撮像するカメラ、２２は三次元測定器本体、２３
は三次元測定器を操作するコンソールである。位置セン
サ２の測定範囲（撮像用カメラ８の視界）をカバーでき
るようカメラ２０，２１をロボット１の両側面に配置
し、先ず三次元測定器のキャリブレーションを行う。そ
の後、図７のようにＬＥＤ１９を三脚などを使って位置
センサ２のレーザスリット光６をＬＥＤ１９に当て、撮
像用カメラ８の撮像面上でのＬＥＤ１９の位置を画像処
理によって特定する。同じ位置で三次元測定器の座標系
におけるＬＥＤ１９の三次元位置をカメラ２０，２１を
用いた三角測量により測定する。
ションを行うとき、従来の具体例は図７のような三次元
測定器［従来例２］を用いていた。図７において１９は
ＬＥＤ（発光ダイオード）であり、２０，２１はＬＥＤ
１９を撮像するカメラ、２２は三次元測定器本体、２３
は三次元測定器を操作するコンソールである。位置セン
サ２の測定範囲（撮像用カメラ８の視界）をカバーでき
るようカメラ２０，２１をロボット１の両側面に配置
し、先ず三次元測定器のキャリブレーションを行う。そ
の後、図７のようにＬＥＤ１９を三脚などを使って位置
センサ２のレーザスリット光６をＬＥＤ１９に当て、撮
像用カメラ８の撮像面上でのＬＥＤ１９の位置を画像処
理によって特定する。同じ位置で三次元測定器の座標系
におけるＬＥＤ１９の三次元位置をカメラ２０，２１を
用いた三角測量により測定する。
【００１１】人手によりＬＥＤ１９をレーザスリット光
６の平面に沿って少しづつ動かし、同様にして三次元測
定器の座標系におけるＬＥＤ１９の位置とセンサ座標系
における位置とを測定する。数十点で測定を行った後、
最小二乗法によりパラメータを計算する。然し、三次元
測定器の座標系を物体座標系としてパラメータを計算し
ているため、このままで測定を行うと三次元測定器の座
標系における位置が算出されてしまう。実際の作業では
さらにマニピュレータの座標系へと変換する行列を決定
するためのキャリブレーションを行っていた。
６の平面に沿って少しづつ動かし、同様にして三次元測
定器の座標系におけるＬＥＤ１９の位置とセンサ座標系
における位置とを測定する。数十点で測定を行った後、
最小二乗法によりパラメータを計算する。然し、三次元
測定器の座標系を物体座標系としてパラメータを計算し
ているため、このままで測定を行うと三次元測定器の座
標系における位置が算出されてしまう。実際の作業では
さらにマニピュレータの座標系へと変換する行列を決定
するためのキャリブレーションを行っていた。
【００１２】さらに、この種の従来技術として特開平５
−８１８６号公報［従来例３］がある。それは画像処理
装置と自動機械間のキャリブレーションを自動的に行う
方式であり、キャリブレーション治具データ及びキャリ
ブレーション時に治具をカメラで撮影させる治具を取り
付けたロボットの位置を設定教示しておき、キャリブレ
ーション指令により、治具を取り付けたロボットは教示
点に移動し、移動後に画像処理装置は治具を撮影し画像
を取込み、撮影した画像データと、設定されている治具
データ及びロボットの位置により、キャリブレーション
処理を行い、一度、治具データ及び教示点を設定教示し
ておくだけで、以後のキャリブレーションは、ロボット
に治具を取り付けて、キャリブレーション指令を入力す
るのみで自動的にキャリブレーションが実行されるとい
う手段である。
−８１８６号公報［従来例３］がある。それは画像処理
装置と自動機械間のキャリブレーションを自動的に行う
方式であり、キャリブレーション治具データ及びキャリ
ブレーション時に治具をカメラで撮影させる治具を取り
付けたロボットの位置を設定教示しておき、キャリブレ
ーション指令により、治具を取り付けたロボットは教示
点に移動し、移動後に画像処理装置は治具を撮影し画像
を取込み、撮影した画像データと、設定されている治具
データ及びロボットの位置により、キャリブレーション
処理を行い、一度、治具データ及び教示点を設定教示し
ておくだけで、以後のキャリブレーションは、ロボット
に治具を取り付けて、キャリブレーション指令を入力す
るのみで自動的にキャリブレーションが実行されるとい
う手段である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来例２の方
法では三次元測定器のセッティングや三次元測定器自身
のキャリブレーションなどで準備に時間がかかってい
た。また、三次元測定器のＬＥＤを測定点ごとに人手で
動かさねばならず、このときレーザスリット光の平面に
沿って動かすために、レーザを照射するので作業者の目
にレーザが当たらないよう注意する必要があった。さら
に、三次元測定器とロボットが別々のシステムのため三
次元測定器の座標系とマニピュレータの座標系との間の
キャリブレーションが必要であるなど、キャリブレーシ
ョンに多くの時間と人手がかかるという問題があった。
法では三次元測定器のセッティングや三次元測定器自身
のキャリブレーションなどで準備に時間がかかってい
た。また、三次元測定器のＬＥＤを測定点ごとに人手で
動かさねばならず、このときレーザスリット光の平面に
沿って動かすために、レーザを照射するので作業者の目
にレーザが当たらないよう注意する必要があった。さら
に、三次元測定器とロボットが別々のシステムのため三
次元測定器の座標系とマニピュレータの座標系との間の
キャリブレーションが必要であるなど、キャリブレーシ
ョンに多くの時間と人手がかかるという問題があった。
【００１４】また、従来例３はロボット適用の自動流れ
工程において、経時的にカメラのずれ、光学的環境の変
化等の異変時に一々キャリブレーションを繰り返すこと
なく設定教示をしておけば、必要に応じてキャリブレー
ションが行えるという手段であるから、本発明の考究す
るところとは些か趣を異にする。そこで、本発明は短時
間・少人数で行うことができ、かつ安全なキャリブレー
ション法を提供することを目的とする。
工程において、経時的にカメラのずれ、光学的環境の変
化等の異変時に一々キャリブレーションを繰り返すこと
なく設定教示をしておけば、必要に応じてキャリブレー
ションが行えるという手段であるから、本発明の考究す
るところとは些か趣を異にする。そこで、本発明は短時
間・少人数で行うことができ、かつ安全なキャリブレー
ション法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明の請求項１に記載の発明は、特徴点を持つ治
具をロボットのマニピュレータに取り付け、基準座標系
における前記特徴点の三次元位置と、撮像用，照準用で
あるセンサ部の２つのカメラの撮像面における前記特徴
点の位置との組み合せを複数求め、その結果を用いて前
記センサ部の２つのカメラの三次元位置をキャリブレー
ションすることを特徴とするロボットの三次元位置セン
サのキャリブレーション方法である。
め、本発明の請求項１に記載の発明は、特徴点を持つ治
具をロボットのマニピュレータに取り付け、基準座標系
における前記特徴点の三次元位置と、撮像用，照準用で
あるセンサ部の２つのカメラの撮像面における前記特徴
点の位置との組み合せを複数求め、その結果を用いて前
記センサ部の２つのカメラの三次元位置をキャリブレー
ションすることを特徴とするロボットの三次元位置セン
サのキャリブレーション方法である。
【００１６】このようにして、キャリブレーションの際
に三次元測定器を用いる必要がなくなり、ロボットシス
テム内のみでキャリブレーションが完了するため、短時
間化と省力化とが実現され、作業者の測定作業方向へレ
ーザを発射することがなく、安全にキャリブレーション
を行えるという特段の効果を奏することができる。
に三次元測定器を用いる必要がなくなり、ロボットシス
テム内のみでキャリブレーションが完了するため、短時
間化と省力化とが実現され、作業者の測定作業方向へレ
ーザを発射することがなく、安全にキャリブレーション
を行えるという特段の効果を奏することができる。
【００１７】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のロボットの三次元位置センサのキャリブレーション方
法において、レーザ投光器と、該レーザ投光器から発せ
られるレーザ光の照準を合わせるための照準用カメラ
と、該照準用カメラから一定の間隔をもって一定の角度
傾いて取り付けられ対象物及び前記レーザ光を撮像する
撮像用カメラとから構成され、それらを前記マニピュレ
ータと共に、ロボットに搭載し、前記対象物に前記レー
ザ光を当て、前記撮像用カメラの撮像面上での前記レー
ザ光の位置から三角測量の原理で前記対象物の位置を測
定することを特徴とするロボットの三次元位置センサの
キャリブレーション方法である。
のロボットの三次元位置センサのキャリブレーション方
法において、レーザ投光器と、該レーザ投光器から発せ
られるレーザ光の照準を合わせるための照準用カメラ
と、該照準用カメラから一定の間隔をもって一定の角度
傾いて取り付けられ対象物及び前記レーザ光を撮像する
撮像用カメラとから構成され、それらを前記マニピュレ
ータと共に、ロボットに搭載し、前記対象物に前記レー
ザ光を当て、前記撮像用カメラの撮像面上での前記レー
ザ光の位置から三角測量の原理で前記対象物の位置を測
定することを特徴とするロボットの三次元位置センサの
キャリブレーション方法である。
【００１８】かくして、キャリブレーションの際に三次
元測定器を用いる必要がなくなり、ロボットシステム内
のみでキャリブレーションが完了するため、短時間化と
省力化とが実現され、さらにレーザを発射することなく
安全にキャリブレーションを行える顕著な効果がある。
元測定器を用いる必要がなくなり、ロボットシステム内
のみでキャリブレーションが完了するため、短時間化と
省力化とが実現され、さらにレーザを発射することなく
安全にキャリブレーションを行える顕著な効果がある。
【００１９】請求項３に記載の発明は、ロボットに搭載
された、レーザ投光器と、該レーザ投光器から発せられ
るレーザ光の照準を合わせるための照準用カメラと、該
照準用カメラから一定の間隔をもって一定の角度傾いて
取り付けられ、対象物及び前記レーザ光を撮像する撮像
用カメラと、キャリブレーション用治具を動かすマニピ
ュレータと、前記キャリブレーション用治具に設けられ
たＬＥＤと、ロボット制御部に内蔵された、全ての制御
の演算を行うＣＰＵと、データを記憶するメモリと、前
記照準用カメラと前記撮像用カメラの画像を処理する画
像処理部と、前記マニピュレータの動きを制御するマニ
ピュレータ制御部と、前記レーザ投光器と前記ＬＥＤへ
の入出力を変換するＩ／Ｏ部とをそれぞれ備えると共
に、オペレータからの各種指令で前記制御部を操作し、
オペレータへの画像表示とパラメータ表示を行う操作部
を具備したことを特徴とするロボットの三次元位置セン
サのキャリブレーション装置である。
された、レーザ投光器と、該レーザ投光器から発せられ
るレーザ光の照準を合わせるための照準用カメラと、該
照準用カメラから一定の間隔をもって一定の角度傾いて
取り付けられ、対象物及び前記レーザ光を撮像する撮像
用カメラと、キャリブレーション用治具を動かすマニピ
ュレータと、前記キャリブレーション用治具に設けられ
たＬＥＤと、ロボット制御部に内蔵された、全ての制御
の演算を行うＣＰＵと、データを記憶するメモリと、前
記照準用カメラと前記撮像用カメラの画像を処理する画
像処理部と、前記マニピュレータの動きを制御するマニ
ピュレータ制御部と、前記レーザ投光器と前記ＬＥＤへ
の入出力を変換するＩ／Ｏ部とをそれぞれ備えると共
に、オペレータからの各種指令で前記制御部を操作し、
オペレータへの画像表示とパラメータ表示を行う操作部
を具備したことを特徴とするロボットの三次元位置セン
サのキャリブレーション装置である。
【００２０】従って、本発明は至って簡潔な回路構成と
安全性に優れた装置が実現され、作業効率と信頼性の向
上が得られ、三次元位置センサのキャリブレーション装
置が確立できるという格段の効果が認められる。
安全性に優れた装置が実現され、作業効率と信頼性の向
上が得られ、三次元位置センサのキャリブレーション装
置が確立できるという格段の効果が認められる。
【００２１】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
のロボットの三次元位置センサのキャリブレーション装
置において、三次元的に位置を変化できるマニピュレー
タの先端部にＬＥＤを搭載し、該ＬＥＤの点滅により三
次元位置センサのキャリブレーションを行うことを特徴
とするロボットの三次元位置センサのキャリブレーショ
ン装置であり、キャリブレーションを行う特徴点が明確
かつ安全に求められ、作業の普遍性に著しい貢献をなす
ことが可能である。
のロボットの三次元位置センサのキャリブレーション装
置において、三次元的に位置を変化できるマニピュレー
タの先端部にＬＥＤを搭載し、該ＬＥＤの点滅により三
次元位置センサのキャリブレーションを行うことを特徴
とするロボットの三次元位置センサのキャリブレーショ
ン装置であり、キャリブレーションを行う特徴点が明確
かつ安全に求められ、作業の普遍性に著しい貢献をなす
ことが可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を図に基づい
て説明する。図１は本発明の実施の形態１の主要部を表
す斜視図である。図１において、１はロボット本体、２
はロボット本体１のセンサ部、３はロボット本体１のマ
ニピュレータ、４はマニピュレータ３に取り付けられた
キャリブレーション用治具である。
て説明する。図１は本発明の実施の形態１の主要部を表
す斜視図である。図１において、１はロボット本体、２
はロボット本体１のセンサ部、３はロボット本体１のマ
ニピュレータ、４はマニピュレータ３に取り付けられた
キャリブレーション用治具である。
【００２３】図２に示すように、治具の先端には赤色Ｌ
ＥＤ１０が取り付けられており、ロボット本体１からの
指令により点灯する。図３は、この実施の形態１による
キャリブレーションを実行中に撮像カメラから見た画像
を示す正面図である。
ＥＤ１０が取り付けられており、ロボット本体１からの
指令により点灯する。図３は、この実施の形態１による
キャリブレーションを実行中に撮像カメラから見た画像
を示す正面図である。
【００２４】そして、図４はこのキャリブレーションを
実行する回路構成を表すブロック図であり、５はレーザ
投光器、１１はロボット制御器であり、その内部にはＣ
ＰＵ（中央処理装置）１２、情報を記憶するメモリ１
３、画像を処理する画像処理部１４、マニピュレータ３
を制御するマニピュレータ制御部１５、レーザ投光器５
とＬＥＤ１０への出力情報を変換して適切な電気信号に
して送出するＩ／Ｏ部１６をそれぞれ備えており、この
制御器１１はオペレータ１８からの各種指令で操作され
る操作部１７からの指令を受け、かつ画像表示，パラメ
ータ表示などを操作部１７を介してオペレータ１８へ帰
還させる。
実行する回路構成を表すブロック図であり、５はレーザ
投光器、１１はロボット制御器であり、その内部にはＣ
ＰＵ（中央処理装置）１２、情報を記憶するメモリ１
３、画像を処理する画像処理部１４、マニピュレータ３
を制御するマニピュレータ制御部１５、レーザ投光器５
とＬＥＤ１０への出力情報を変換して適切な電気信号に
して送出するＩ／Ｏ部１６をそれぞれ備えており、この
制御器１１はオペレータ１８からの各種指令で操作され
る操作部１７からの指令を受け、かつ画像表示，パラメ
ータ表示などを操作部１７を介してオペレータ１８へ帰
還させる。
【００２５】マニピュレータ３の治具取付面からみたＬ
ＥＤ１０の中心までの位置は予めロボットシステムに記
録されている。またマニピュレータ３は既にキャリブレ
ーションが完了しているとする。マニピュレータ３を測
定点へと移動させ、オペレータ１８の操作で治具先端の
ＬＥＤ１０が点灯する。この点滅のタイミングに合わせ
て撮像用カメラ８並びに照準用カメラ７から見たＬＥＤ
１０点灯時、消灯時の画像を画像処理部１４に取込み、
点灯画像と消灯画像との差画像からＬＥＤ１０の点灯部
分のみを抜き出す。
ＥＤ１０の中心までの位置は予めロボットシステムに記
録されている。またマニピュレータ３は既にキャリブレ
ーションが完了しているとする。マニピュレータ３を測
定点へと移動させ、オペレータ１８の操作で治具先端の
ＬＥＤ１０が点灯する。この点滅のタイミングに合わせ
て撮像用カメラ８並びに照準用カメラ７から見たＬＥＤ
１０点灯時、消灯時の画像を画像処理部１４に取込み、
点灯画像と消灯画像との差画像からＬＥＤ１０の点灯部
分のみを抜き出す。
【００２６】この画像を二値化して重心を求め、それぞ
れのカメラ撮像面におけるＬＥＤ１０の位置を特定す
る。同時にマニピュレータ３の座標系における治具先端
のＬＥＤ１０の三次元位置をマニピュレータ３の制御部
１５から読み込む。オペレータ１８の操作によりマニピ
ュレータ３を次の測定点に移動させ同様の作業を行う。
所定の点数に達するまで同じ作業を繰り返し、測定が終
了するとそれまでの測定結果を基に照準用カメラ７、撮
像用カメラ８についてそれぞれのカメラパラメータが自
動的に計算される。
れのカメラ撮像面におけるＬＥＤ１０の位置を特定す
る。同時にマニピュレータ３の座標系における治具先端
のＬＥＤ１０の三次元位置をマニピュレータ３の制御部
１５から読み込む。オペレータ１８の操作によりマニピ
ュレータ３を次の測定点に移動させ同様の作業を行う。
所定の点数に達するまで同じ作業を繰り返し、測定が終
了するとそれまでの測定結果を基に照準用カメラ７、撮
像用カメラ８についてそれぞれのカメラパラメータが自
動的に計算される。
【００２７】ここで、照準用カメラ７から見たレーザス
リット光６が常に一定の位置にあることを利用してプロ
ジェクトパラメータを求める。照準用カメラ７のカメラ
パラメータをＣ’11〜Ｃ’34とすると式（３）及び式
（４）と同様に （Ｃ’11−Ｃ’31 Ｘ'c) Ｘ＋（Ｃ’12−Ｃ’32 Ｘ'c) Ｙ ＋（Ｃ’13−Ｃ’33 Ｘ'c) Ｚ＝Ｃ’34 Ｘ'c−Ｃ’14…………式（１０） （Ｃ’21−Ｃ’31 Ｙ'c) Ｘ＋（Ｃ’22−Ｃ’32 Ｙ'c) Ｙ ＋（Ｃ’23−Ｃ’33 Ｙ'c) Ｚ＝Ｃ’34 Ｙ'c−Ｃ’24…………式（１１） が成立する。式（１０）と式（１１）を連立させると、
式（５）〜式（７）は
リット光６が常に一定の位置にあることを利用してプロ
ジェクトパラメータを求める。照準用カメラ７のカメラ
パラメータをＣ’11〜Ｃ’34とすると式（３）及び式
（４）と同様に （Ｃ’11−Ｃ’31 Ｘ'c) Ｘ＋（Ｃ’12−Ｃ’32 Ｘ'c) Ｙ ＋（Ｃ’13−Ｃ’33 Ｘ'c) Ｚ＝Ｃ’34 Ｘ'c−Ｃ’14…………式（１０） （Ｃ’21−Ｃ’31 Ｙ'c) Ｘ＋（Ｃ’22−Ｃ’32 Ｙ'c) Ｙ ＋（Ｃ’23−Ｃ’33 Ｙ'c) Ｚ＝Ｃ’34 Ｙ'c−Ｃ’24…………式（１１） が成立する。式（１０）と式（１１）を連立させると、
式（５）〜式（７）は
【００２８】
【数３】
【００２９】と書き変えることができる。Ｆ及びＱ行列
の３行目の成分がプロジェクトパラメータを示す。ここ
で、Ｘ'cが一定であれば、照準用カメラ７のカメラパラ
メータの一部を用いてプロジェクトパラメータを求める
ことができる。具体的にはレーザ投光器５を照準用カメ
ラ７の視線と平行な向きに配置すれば、レーザスリット
光６は照準用カメラ７からは常に一定の位置に見える。
以上の方法ではプロジェクトパラメータも自動的に計算
され、カメラパラメータとともにオペレータ１８に示さ
れる。また、実際にはマニピュレータ３の各測定点の位
置をキャリブレーション用のジョブとしてティーチング
しており、再現性を持たせている。
の３行目の成分がプロジェクトパラメータを示す。ここ
で、Ｘ'cが一定であれば、照準用カメラ７のカメラパラ
メータの一部を用いてプロジェクトパラメータを求める
ことができる。具体的にはレーザ投光器５を照準用カメ
ラ７の視線と平行な向きに配置すれば、レーザスリット
光６は照準用カメラ７からは常に一定の位置に見える。
以上の方法ではプロジェクトパラメータも自動的に計算
され、カメラパラメータとともにオペレータ１８に示さ
れる。また、実際にはマニピュレータ３の各測定点の位
置をキャリブレーション用のジョブとしてティーチング
しており、再現性を持たせている。
【００３０】
【発明の効果】以上述べたように本発明は、マニピュレ
ータの座標系とセンサの座標系との関係を直接求めるた
めキャリブレーションが１回ですみ、三次元測定器が不
要になる。その結果キャリブレーションの省力化・短時
間化が実現する。またレーザ光を照射しないので安全に
キャリブレーションを行うことができる。かくして、キ
ャリブレーションの効率化と安全性に特段の効果を奏す
ることができ、斯界に貢献するところが大きいと言え
る。
ータの座標系とセンサの座標系との関係を直接求めるた
めキャリブレーションが１回ですみ、三次元測定器が不
要になる。その結果キャリブレーションの省力化・短時
間化が実現する。またレーザ光を照射しないので安全に
キャリブレーションを行うことができる。かくして、キ
ャリブレーションの効率化と安全性に特段の効果を奏す
ることができ、斯界に貢献するところが大きいと言え
る。
【図１】本発明の実施の形態１を示す主要部の斜視図
【図２】本発明で使用するキャリブレーション用治具を
示す側面図
示す側面図
【図３】本発明によるキャリブレーションを実行中に撮
像用カメラから見た画像を示す正面図
像用カメラから見た画像を示す正面図
【図４】本発明の実施の形態１の回路構成を示すブロッ
ク図
ク図
【図５】三次元位置センサの例を示す斜視図［従来例
１］
１］
【図６】センサ座標系と物体座標系の関係を斜視図で示
す説明図
す説明図
【図７】従来例２の三次元測定器を使ったキャリブレー
ションの様子を示す斜視図
ションの様子を示す斜視図
１ ロボット本体 ２ 三次元位置センサ部 ３ マニピュレータ ４ キャリブレーション用治具 ５ レーザ投光器 ６ レーザスリット光 ７ 照準用カメラ ８ 撮像用カメラ ９ 測定対象物 １０ 赤色ＬＥＤ １１ ロボット制御器 １２ ＣＰＵ １３ メモリ １４ 画像処理部 １５ マニピュレータ制御部 １６ Ｉ／Ｏ（入力／出力・変換）部 １７ 操作部 １８ オペレータ １９ 三次元測定器のＬＥＤ ２０，２１ 三次元測定器のカメラ ２２ 三次元測定器本体 ２３ 三次元測定器コンソール
Claims (4)
- 【請求項１】 特徴点を持つ治具をロボットのマニピュ
レータに取り付け、 基準座標系における前記特徴点の三次元位置と、撮像
用，照準用であるセンサ部の２つのカメラの撮像面にお
ける前記特徴点の位置との組み合せを複数求め、 その結果を用いて前記センサ部の２つのカメラの三次元
位置をキャリブレーションすることを特徴とするロボッ
トの三次元位置センサのキャリブレーション方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載のロボットの三次元位置
センサのキャリブレーション方法において、 レーザ投光器と、該レーザ投光器から発せられるレーザ
光の照準を合わせるための照準用カメラと、該照準用カ
メラから一定の間隔をもって一定の角度傾いて取り付け
られ対象物及び前記レーザ光を撮像する撮像用カメラと
から構成され、 それらを前記マニピュレータと共に、ロボットに搭載
し、 前記対象物に前記レーザ光を当て、前記撮像用カメラの
撮像面上での前記レーザ光の位置から三角測量の原理で
前記対象物の位置を測定することを特徴とするロボット
の三次元位置センサのキャリブレーション方法。 - 【請求項３】 ロボットに搭載された、 レーザ投光器と、 該レーザ投光器から発せられるレーザ光の照準を合わせ
るための照準用カメラと、 該照準用カメラから一定の間隔をもって一定の角度傾い
て取り付けられ、対象物及び前記レーザ光を撮像する撮
像用カメラと、 キャリブレーション用治具を動かすマニピュレータと、 前記キャリブレーション用治具に設けられたＬＥＤと、 ロボット制御部に内蔵された、 全ての制御の演算を行うＣＰＵと、 データを記憶するメモリと、 前記照準用カメラと前記撮像用カメラの画像を処理する
画像処理部と、 前記マニピュレータの動きを制御するマニピュレータ制
御部と、 前記レーザ投光器と前記ＬＥＤへの入出力を変換するＩ
／Ｏ部とをそれぞれ備えると共に、 オペレータからの各種指令で前記制御部を操作し、オペ
レータへの画像表示とパラメータ表示を行う操作部を具
備したことを特徴とするロボットの三次元位置センサの
キャリブレーション装置。 - 【請求項４】 請求項３に記載のロボットの三次元位置
センサのキャリブレーション装置において、三次元的に
位置を変化できるマニピュレータの先端部にＬＥＤを搭
載し、該ＬＥＤの点滅により三次元位置センサのキャリ
ブレーションを行うことを特徴とするロボットの三次元
位置センサのキャリブレーション装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20994097A JPH1133962A (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | ロボットの三次元位置センサのキャリブレーション 方法とその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20994097A JPH1133962A (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | ロボットの三次元位置センサのキャリブレーション 方法とその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1133962A true JPH1133962A (ja) | 1999-02-09 |
Family
ID=16581189
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20994097A Pending JPH1133962A (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | ロボットの三次元位置センサのキャリブレーション 方法とその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1133962A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002228442A (ja) * | 2000-11-30 | 2002-08-14 | Mixed Reality Systems Laboratory Inc | 位置姿勢の決定方法及び装置並びに記憶媒体 |
| US6542840B2 (en) | 2000-01-27 | 2003-04-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Calibration system, target apparatus and calibration method |
| KR100752782B1 (ko) | 2006-05-26 | 2007-08-29 | 주식회사 에이티엠 | 로봇 작업위치의 3차원적 현출 시스템 및 방법 |
| JP2011011321A (ja) * | 2009-07-06 | 2011-01-20 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | ロボットシステム及びロボットシステムのキャリブレーション方法 |
| JP2011507714A (ja) * | 2007-12-27 | 2011-03-10 | ライカ ジオシステムズ アクチェンゲゼルシャフト | 空間内において少なくとも１つのオブジェクトを最終姿勢に高精度で位置決めするための方法およびシステム |
| JP2011235400A (ja) * | 2010-05-11 | 2011-11-24 | Daihen Corp | マニピュレータのキャリブレーション方法及びロボット制御システム |
| CN103363899A (zh) * | 2013-07-05 | 2013-10-23 | 科瑞自动化技术(深圳)有限公司 | 一种用于标定机器手坐标系的标定装置及标定方法 |
| JP2019014030A (ja) * | 2017-07-11 | 2019-01-31 | セイコーエプソン株式会社 | ロボットの制御装置、ロボット、ロボットシステム、並びに、カメラの校正方法 |
| JP2021088003A (ja) * | 2019-12-02 | 2021-06-10 | ジック株式会社 | ロボット用の座標系アライメント方法及びアライメントシステム並びにアライメント装置 |
| CN116468797A (zh) * | 2023-03-09 | 2023-07-21 | 北京航天众信科技有限公司 | 一种挂轨式机器人瞄准方法、装置及计算机设备 |
-
1997
- 1997-07-18 JP JP20994097A patent/JPH1133962A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN103363899B (zh) * | 2013-07-05 | 2016-09-14 | 深圳科瑞技术股份有限公司 | 一种用于标定机器手坐标系的标定装置及标定方法 |
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| JPWO2021111868A1 (ja) * | 2019-12-02 | 2021-06-10 | ||
| WO2021111868A1 (ja) * | 2019-12-02 | 2021-06-10 | ジック株式会社 | ロボット用の座標系アライメント方法及びアライメントシステム並びにアライメント装置 |
| CN116468797A (zh) * | 2023-03-09 | 2023-07-21 | 北京航天众信科技有限公司 | 一种挂轨式机器人瞄准方法、装置及计算机设备 |
| CN116468797B (zh) * | 2023-03-09 | 2023-11-24 | 北京航天众信科技有限公司 | 一种挂轨式机器人瞄准方法、装置及计算机设备 |
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