JPS6257892A - 視覚付ロボツトのカメラ座標較正方法 - Google Patents

視覚付ロボツトのカメラ座標較正方法

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JPS6257892A
JPS6257892A JP19511485A JP19511485A JPS6257892A JP S6257892 A JPS6257892 A JP S6257892A JP 19511485 A JP19511485 A JP 19511485A JP 19511485 A JP19511485 A JP 19511485A JP S6257892 A JPS6257892 A JP S6257892A
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JP
Japan
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camera
robot
coordinate system
mark
plane
Prior art date
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Pending
Application number
JP19511485A
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English (en)
Inventor
三富 隆
佐藤 和克
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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】 産業上の利用分野 ハンドにカメラをつけて移動できる2次元視覚機能をも
つロボットにおいては、カメラから入力された画像上で
のXY座標系と絶対座標系との関係づけを頻繁に行う必
要のあることがある。教示やプログラムにより指定され
る基準パタンの位置等の視覚認識データと、ロボットの
実際の作業時に視覚認Rを行なって得られるデータをも
とに、作業時のワークの基準バタンからの相対的位置変
位等を求めてロボットの動作位置や姿勢を補正して作業
する場合には、カメラ座標系におけるベクトルの向きと
大きさが、絶対座標系においていかなる向きと大きさに
対応するかを知ることができれば、前記2つの座標系の
関係づけを十分にできることが多い。
本発明は、上記のようなカメラ座標系のベクトルを絶対
座標系のベクトルに変換するためのパラメータを得る際
の較正方式に関するものである。
従来の技術 従来カメラ座標系と絶対座標系の変換のための較正方式
としては、カメラを適当な位置に固定し、モニタテレビ
全利用してカメラ視野内の適当な複数点のカメラ座標1
N′に読みとり、前記複数点の絶対座標系での+it測
定し、両者の座標値音用いて変換パラメータを求めると
いうものであった。
また、上記の方法を自動化するものとしては、一定距離
の間隔全あけて並べられた2つの特定マーク全絶対座標
系の特定圧機軸方向に沿って置き、前記2つの特定マー
クのカメラ座標における位置を視覚認識し、そのマーク
間のカメラ座標におけるベクトルの向きと大きさからカ
メラ座標系と絶対座標系の変換を行うためのパラメータ
を求めるという方法があった。
発明が解決しようとする問題点 従来の技術では、カメラ視野内の複数点について正確な
測定金するか、または、特定マークの並びのパターンを
ロボットの一座標系に合わせて正確に配置する必要があ
った。ところが、場合によっては、カメラ視野内の対象
を実際に測定することが難しかったり、対象がカメラに
対して凹凸があるために特定マークの並びのパターンを
う1く配置できないことがある。また、特定マークの並
びを使用する場合、カメラ視野の大きさや認識装置の分
解能等に応じて特定マークの並びを作成しなければなら
ないことがある。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明の視覚付ロボット
のカメラ座標較正方式では、カメラで入力される平面を
指定し、その平面内の一点を示すマークを、前記平面に
平行にハンドを移動して得られる複数のカメラ位置で認
識し、各認識における前記マークのカメラ座標値とハン
ド移動量から、カメラ座標系から絶対座標系への変換の
ためのパ・ラメータを求めるという方法をとって因る。
作  用 本発明の方法により、固定された同一点を認識し、ハン
ドの移動量を用いて変換のためのパラメータを求めるこ
とになるので、認識対象についての測定や、複数マーク
の特定配置が必要ではなくなる〇 ハンド移動量とカメラ座標値からカメラ座標系と絶対座
標系との関係は次のようにして求められる。
第1図に示すように、第1のカメラ位置7で認識したと
きのマーク5のカメラ座標値が(x4.yl)、ハンド
を認識対象の平面に平行に移動させ、第2のカメラ位置
6で認識したときのマーク5のカメラ座標値が(x2.
y2)で、第1・第2のカメラ位置の絶対座標系での座
標値がそれぞれ(ul、v4.wl)、(u 2 、 
V2 、VV2 )であるとすると、カメラ座標系での
ベクトル(xl−x2.yl−y2)は、絶対座標系で
のベクトル(u2−ul、v2−vl、W2−Wl)に
対応することがわかる。
実施例 第2図は、実施例における視覚付ロボットシステムの構
成を示すものである。9は、所定動作範囲内でハンドの
位置・姿勢を自由に動かすことのできる6自由度の軸構
成をもつ多関節ロボットである。ハンドにはカメラ11
が取り付けられている。1Qは、ロボットのコントロー
ラおよび視覚認識装置であり、プログラムされた引算機
を内蔵するコントローラからの指令により、ロボットは
ハンドを適当に移動させカメラ11に任意の位置・姿勢
をとらせることができ、視覚認識装置はカメラ11から
画像入力してパターン認識を行い、対象位置におけるカ
メラ座標値等をコン)o−ラに返す。コントローラは視
覚認識装置から返されたデータをもとにその後のロボッ
トの動作を変えることができる。8は、視覚認識の対象
となる平面である。
まず、平面8の向きを教示または設定する。平面の向き
の教示・設定には、ティーチングペンダント等を用いて
実際にロボットを動かして平面上の3点をロボット先端
で指示した時のロボットの各関節の角度を読み込むこと
により教示する場合と、キーボード等を用いて平面の向
きを指定する数値を直接コントローラに入力して設定す
る場合がある。便宜上、教示・設定された平面の向きか
ら平面上の適当な2次元直交座標系を考え、その座標軸
を〜軸・Yw軸とする。xw軸・7w軸方向の単位ベク
トルが絶対座標系においてWx、Wyと表わさねるとき
、平面の向きは、WxとWyで指定される。
次に、前記平面の任意の一点に、視覚認識装置に認識で
きるマークを置くか、または、視覚認識装置に認識でき
るマークと見なし得る一点を前記平面上に選ぶ。前記マ
ークまたはマークと見なし得る一点を、視覚認識装置に
よって認識できるように視覚認識装置に適当なデータの
設定および教示を行う。
そして、マーク位置を認識して、カメラ姿勢をそのま1
にして認識平面に平行に移動させ、再度同一マーク位置
を認識して、認識されたマークのカメラ座標値とカメラ
移動量をもとにカメラ座標系から絶対座標系への変換パ
ラメータを求める。
これについて第3図のフローチャートをもとに説明する
。第1のカメラ位置姿勢においてマーク位置を認識し、
得られるカメラ座標値を01= (xl + yl)T
とする。次にカメラ姿勢を第1のカメラ位置姿勢と同じ
にして、位置だけ認識平面に平行に移動した、第2のカ
メラ位置姿勢に、カメラを移動する。
認識平面に平行にカメラを移動することは、前に平面の
向きを教示設定しているので、ハンド姿勢を一定にして
平面の向きにしたがってハンドを移動することにより実
現できる。このときのハンドの移動量を、認識平面上の
座標系(xw、Yw)で表現したとき、Rw”(’工、
rア)Tであるとする。その次に、再度マーク位置を認
識し得られるカメラ座標値を02”(”2F72)”と
する。カメラ座標系から絶対座標系への変換パラメータ
は、次のように求める。
カメラ座標系のベクトルV、=(X、、yC)から認識
平面上の座標系のベクトルVW−(”W l yW)へ
の変換が、 y  ==A*V。
ただし という関係で行い、変換パラメータに、θを求める。
k = l RwI/ I C2−01’a、=k (
xl−x2) C2=k (y 、−72) b=a12+a22 θ=ATAN2 ((−C2・rx+a1−ry)/b
 。
(al・rx+a2・ry)/b) ただしATAN2(I)、CI)  は、p ==si
nθ、q=cO3θとなるθを与える関数とする。
さらに、認識平面上の座標系のxw軸および7w軸方向
の単位ベクトルが絶対座標系において、それぞれ Wx=(wxl、Wx2.Wx3)T Wy= (wyl、Wy2.Wy3) とするとき とおくと、カメラ座標系におけるベクトル■。から、絶
対座標系におけるベクトル■への変換は、V=B−A、
VC という関係として求まる。
以上の実施例は、同一マーク位置を2つのカメラ位置で
認識する最も簡単な例である。上記の場合、第2のカメ
ラ位置を決める際、第1のカメラ位置から一定の変位の
位置をとる。そのため変位が小さいと、変位量と視覚認
識装置の分解能の関係から、求められる変換パラメータ
の精度が悪くなる場合がある。また逆に変位が大きいと
、第2のカメラ位置においてマークがカメラ視野内に入
らないことがあり得る。第4図のフローチャートのよう
に、はじめにカメラ視野内からマークが出ない程度の小
変位でカメラ位置を決め、おおまかな変換パラメータを
求め、次に求められたおおまかな変換パラメータを用い
て、カメラ視野にはいる2点で変位量の大きな位置を、
カメラ座標値から逆に変換して求めて第3・第4のカメ
ラ位置とし、第3・第4のカメラ位置にハンド移動を行
ないマーク位置を認識することによって、よシ精度のよ
い変換パラメータを求める場合もある。
また、実施例において、マーク位置認識、カメラ位置移
動とマーク位置認識、変換パラメータの計算といっだ一
連の手続きは、プログラムされたコントローラによって
自動的に行なわれる。
発明の効果 以上のように本発明は、カメラ視野内の固定された一点
のみを、ハンドを移動して複数のカメラ位置から認識し
て、変換パラメータを求める方式であるので、認識対象
について別の手段で測定する必要がなく、まだ、特別な
パターンを絶対座標系に沿って配置する必要もなく、カ
メラ座標から絶対座標へのベクトルの変換パラメータを
求めることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の詳細な説明図、第2図は本発明の一実
施例における視覚付ロボットシステムの構成図、第3図
は同実施例における、2つのカメラ位置でのマーク認識
を行う方式のフローチャート図、第4図は同実施例にお
ける、4つのカメラ位置でのマーク認識を行う方式のフ
ローチャート図である。 1・・・・・・第1のカメラ位置におけるロボットハン
ド、2・・・・・・第2のカメラ位置におけるロボット
ハンド、3・・・・・・第1のカメラ位置におけるカメ
ラ、4・・・・・・第2のカメラ位置におけるカメラ、
5・・・・・・マークまだはマークと見なし得る認識対
象、6・・・・・・第1のカメラ位置、7・・・・・・
第2のカメラ位置、o、x、y、z・・・・・・絶対座
標系の原点および座標軸、ol、xl、yl・・・・・
・第1のカメラ位置における第1のカメラ座標系の原点
および座標軸、o2゜x2.Y2・・・・・・第2のカ
メラ位置における第2のカメラ座標系の原点および座標
軸、”1+3’1・・・・・・第1のカメラ座標系にお
けるマーク位置座標、X2 。 y2・・・・・・第2のカメラ座標系におけるマーク位
置座標、8・・・・・・認識対象平面、9・・・・・・
6自由度の軸構成をもつロボット、1o・・・・・・コ
ントローラおよび視覚認識装置1.11・・・・・・ロ
ボットハンドにとりつけられたカメラ、x7.Yw  
・・・・・・平面8の上の座標系の座標軸。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名1−
−−%+噌ηメラ信Lrh喝ナラロ・4て”y)へンy
2−−−罵2褐 3−−− X +す194klbtk+f%nPj”−
−1Iqm声フiたt 7−−茅211   Hl O,X、Y=1−Mfl&4N、 o+x+、Yt−−−%+mtrpy度確釈D9.XJ
t−$24    − 第2図 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 2次元視覚認識装置と、認識に用いる画像入力のための
    カメラをハンドに取り付けたロボットと、ロボットが絶
    対座標系のもとで自由に動作できるようにプログラムさ
    れた計算機を含むコントローラとから構成される視覚付
    ロボットシステムにおいて、2次元視覚認識の対象とな
    る平面の向きを教示または設定し、カメラ視野内の前記
    平面上に、正確に認識できるマークを置くか、または、
    カメラ視野内の前記平面上の正確に認識できる対象物を
    マークと見なし、ロボットハンドを前記平面に平行に移
    動して複数のカメラ位置から同一の前記マークの位置を
    認識し、各認識のカメラ位置の絶対座標値と認識された
    マーク位置のカメラ座標値とから、カメラ座標系とロボ
    ットの絶対座標系との変換パラメータを得ることを特徴
    とする視覚付ロボットのカメラ座標較正方法。
JP19511485A 1985-09-04 1985-09-04 視覚付ロボツトのカメラ座標較正方法 Pending JPS6257892A (ja)

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Cited By (5)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63254575A (ja) * 1987-04-13 1988-10-21 Fanuc Ltd 視覚センサのキヤリブレ−シヨン装置
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