JPS60136806A - ロボツト作業教示装置 - 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】 本発明は、ロボットが作業する３次元空間において、オ
ペレータが指示する任意の３次元位置および姿勢などの
３次元情報をめることのできるロボット作業教示装置に
関するものである。

従来、ロボットの作業教示法として９人間がロボットの
手先を直接持ったり、ティーチング・ボックスを用いて
ロボットを動かし１作業手順を記録してプレイ／１−ツ
クさせる方式が多く用いられている。［７かし、この方
法はロボットの誤動作や入間の教示ミスにより異常事態
が発生することがあり、またロボットの台数が増すと教
示に要する１１ｊ７間と労力は多大となり１人間にとっ
て危険で負ロボット作業教示装置を提供することを目的
としてなされたものである。

以下、未発明について説明する。

本発明のシステム禍成の概合図８第１図に示しその概略
について述へる。

まず、計算機１からの命令により、制御用計算機２を通
して作業教示器３の上面に取伺けた複φシ個の発光素子
４を指定された１町序に発光させる。

次に、そのスポット光の映像をイメージセンサ５によっ
て検出しそのＸ、Ｙ座標値の出力をＡ／Ｄ変換して制御
用計算機２に読み込む。これらの値と複数個の発光素子
４の各点間の幾何学的位置関係により、複数個の発光素
子４の３次元位置をめ、これから作業教示器３の指ン１
（部先端における３次元位置と姿勢か得られる。オペレ
ータは、複数個の発光素子４を備えた作業教示器３を用
いてロボン）・の作業パスをｔα接教示し、得られた３
次元情報は計ｒＪ、機１に転送され、ロボン）・の作業
に、利用される。

第２図に、複数個の発光素子４を備えた作業教／ｊ＜器
３の指示部先端における３次元情報を計測する座標系を
示す。０ｒを原点とするロボット座標系を　（Ｘｒ、　
Ｙｒ、　Ｚｒ　）、イメージセンサ５の座標系を（ＸＳ
、Ｙｓ　、　Ｚｓ　）とする。ロボッＩ・座標系におけ
るイメージヤ／す５の原点をＯｓ（Ｘｏｓ　。

Ｙｏｓ　、　Ｚｏｓ　）　、イメージセンサ５の座標系
の各軸まわりの回転角を　α、β、γとすると、２つの
座標系の関係は９次のようになる。

ここで１回転マトリックスＲは。

置ある。

′また。イメージセンサ５の座標系において、スポント
光のイメージセンサ５にょるＸ、Ｙ座標出力を（Ｘｉ、
Ｙｉ　）、レンズの焦点距離をＦとすると。

次の２式か得られる。

Ｘｉ　＝　−Ｆ　ａＸｓ／　Ｚｓ　＋　ＳＸ　（２）Ｙ
ｉ　＝　−Ｆ　＠Ｙｓ／　Ｚｓ　＋　Ｓｙ　（３）以−
にの（１）〜　（３）式により、既知である複数個の発
光素子４の３次元位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ　）とこれに
対応するイメージセンサ５の出力値（Ｘｉ、Ｙｉ　）に
ついての５　Ｍｉ以上のチークからギヤリブレージＪノ
を行ない９個の未知パラメータ　（Ｘｏｓ、　Ｙｏｓ。

’ｌｏｓ、ａ、β、　ｙ　、　Ｆ　、ＳＸ、ＳＹ　）を
める。

次に、３次元空間において同一平面上にある４点の畿何
学的位置関係が既知の場合、イメージセフ′す５］二で
これら４点の対応点が得られると、投影の逆変換から４
点の３次元位置か一意に決定される。よって、ここでは
４個の発光素子４を備えｍ−う 、メージセンサ５上の対応点までのベクトルをｐｌ（ｉ
＝１　、・・・４）とすると、透視変換により→　、→ ｑｌ　−８１轡ｐ　Ｉ、ｓ　ｉ　）　０　（ｉ＝１．、
、．４　）　（４）である。

→ ここで、ｑ　＝　（Ｘｓ、　Ｙｓ、　Ｚｓ　）７　＝　
（Ｘｉ、　Ｙｉ。

−Ｆ）。

４個の発光素子４は、同一平面上の長方形の頂点にある
ので。

、−’）、　＋ｉ　＝　−１）＞　、　ｑ＞ｌ　（５）
１　ｉ”２−Ｆｌ＝Ｉ　６−５１＝　Ｄ　’（８）１　
自−ｒｔ　＋　＝　ｌ　ｑ’ａ　−ｉｌ　＝５−７（７
１→　→ Ｉ　ｑ３−ｑ２１＝ｌ　ｑｌ−ｑ４１＝ｄ　（８）の４
式か得られる。（５）式は、対角線の中点が一致し、（
８）〜　（８）式は、二辺の長さがり、ｄてあり、力］
に直交していることを示している。以」−の関係式から
、（４）式（１）　ｓ　ｉ　ｔ’ｊヨＵ　ｑ　ｉ　（Ｘ
ｓ、Ｙｓ。

そｋめられる。

Ｊ（４３に示すように、４個の発光素子４を備えたヒ）
ミ業〃示器３の指示部先端の３次χ位置をＨ，４→　→
　→ 個の発光素子４の３次元位置をＩ、ｌ　、　Ｌ２　、　
Ｌ３　。

→ し４とおき、姿勢マトリックスをＰ　（ｒ％、ｎ、ｌｉ
　Ｉ（ただしＡ、、−ｉ、６は長さ１の力量べり１１７
．）。

４個の発光−に子４を備えた作業教示器３の本体のＴ’
；　＋　ａ　−７＄＋　ｄ／２　・ｙｔ＋（Ｉ］＋ｂ）
　・’ｉｉ−β’！（１０’１ＴＦ十ａ　−Ｊ＋　ｄｔ
２−　ｙｔ＋　ｂ−＠　＝　廿（１１）曾＋□−Ｎ−ａ
ｔ２−爵や　５．９８　廿（１２）の４式か得られる。

　ここで、姿勢マトリックスＰは１次の３式からめられ
る。

け＝　ｄｘ　６　’　（１３） ｉ・　（廿−＊　）／Ｄ　（１４） 廿＝　（０−け）／ｄ（１５） ４個の発光素子４を備えた作業教示器３の指示トしてま
る。

これらからロボット作業空間におけ、る任意の３次元位
置と姿勢が得られる。

Ｌ記の作業教示器３の例では、装置の上面にのみ４個の
発光素子４を取り付けているが、この他に前後左右の側
面に同様なものを取り付けて１ｌｌｌ定箇所を広げるこ
とも可能であり１発光素子を４１内以上取り付けて信頼
性をＬげることも考えられる、またイメージセンサを複
数台用いる場合、２台のイメージセンサによりステレオ
ビジョンを構成し、３測具Ｈの発光素子の３次元位値お
よび姿勢をめ、同時に各々のイメージセンサにおいてｌ
−記のアルゴリズムを併用して１．１頼性をト−げるこ
とが可能である。

以上説明したように１本発明のロボット作業教示装置は
、オペレータが毛に持って人間の作業動作なロポｙ）へ
安全に教示でき、かつ教示時間も短縮が図れる効果を有
するものである。さらに。

本発明のロボット作業教示装置によって得られた１３次
元情報は、ロボットハンドの位置と姿勢を示１しており
、これらはデータベースに保存され９口縁、ント言諜り
やオフラインプログラミングと芽４〜合することにより
様々な有効な使用法が考えられる。

４、図面（７）　Ｉ！１　、”ｌｉ　す説明第１図は１
本発明によるロポｙ　ｌ・作業教示装置のシステム構成
の概念図を説明するだめの図、第２図は、ロボット座標
系とイメージセンサ５の座標系における複数個の発光素
子４を備えた作業教示器３の幾何学的関係を説明するた
めの図、第３図は、複数個の発光素子４を備えた作業教
示器３の指示部先端の３次元位置と姿勢の幾何学的関係
を説明するための図である。

図中、ｌは計算機、２は制御用計算機、３は作業教示装
置 センサである。

第　１　図 第２　図 Ｙｈ 第３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ロボットの作業空間における３次元位ｔ０姿勢などの３
   次元情報をめ、これを用いてロボットの作業を教示する
   装置において。 複数個の発光素子を備えた作業教示器と。 該発光素子のスポット光を検出する少なくともシ一台の
   テレビカメラなどのイメージセンサと。 １前記複数個の発光素子の夫々の３次元位置を５１４す
   ることによりオペレータが指示する３次元位置や姿勢を
   算出する制御用計算機と。 から成ることを特徴とするロボット作業教示装６つ