JPH1011146A - 移動体の停止姿勢補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 産業用ロボット等の移動体の作業後の原点位
置からのずれ量を回転角度の測定精度を向上させること
により的確に検出する。 【解決手段】 移動体１０が作用する対象体２０表面の
所定位置に、所定間隔で設けた所定の合マークを記載し
たマークシート２、移動体１０の所定位置にＣＣＤカメ
ラ１Ｃ及び２軸の傾斜角検出機能１Ｇを備え、ＣＣＤカ
メラ１Ｃによりマークシート２上の合マークを検出し、
該合マークの検出データと傾斜角検出機能１Ｇの検出値
とによって対象体２０の所定位置と移動体の所定位置と
の間の位置及び姿勢誤差を検出し、この位置及び姿勢誤
差を補正するように構成した。この場合、上記傾斜角検
出機能１Ｇとして２次元ジャイロを用いるのが適当であ
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、産業用ロボット等
の移動体のように位置確認・補正等を行う必要がある移
動体の停止姿勢補正装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】産業用ロボット等の移動体は、通常、そ
の移動位置を予め教示することにより教示された位置を
基準にして停止時の姿勢補正を行うように作られて用い
られているが、移動体が移動して作業をする内に、移動
に伴い停止時の姿勢が一定でなく、誤差を生じてしまっ
て始めに教示された位置において所要の動作を行うこと
ができない。そこで、例えば移動体の移動する前の位置
を原点位置とし、一度、作業が終了した後、原点位置に
戻り、原点位置における移動後の誤差を検出し、その補
正を行う必要がある。このような用途に用いられる従来
の移動体の停止姿勢補正装置は、例えば図４のように構
成されていた。図４において、１Ｃは産業用ロボットの
アーム先端に設けた作業機の所定位置にマークシート２
に相対する姿勢で設けたＣＣＤカメラ、１ａはＣＣＤカ
メラ１Ｃの画像データの送信及び電源供給を行うコード
である。マークシート２は、１つ又は複数個の所定形状
で所定寸法の合マークを適切な間隔で記載している。図
４では６個の合マーク２ａを矩形状を形成する位置に配
置している。なお、マークシート２は移送すべき対象で
あるワーク、カセット等を保持する地上装置の所定位置
に装着されているものとする。上記構成において、ロボ
ット本体（図示せず）の背及び各アーム類（図示せず）
を教示通りに停止した状態でＣＣＤカメラ１Ｃで合マー
ク２ａを撮像し、撮像された６個の合マーク像の相互形
状から、基準位置を示す原点に対するずれた度合いを、
長さ、角度等の量として３次元的に検出して補正してい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の従来
の停止姿勢補正装置の姿勢計測手段では、３次元のすべ
ての軸に関して精度良く計測することは困難であった。
即ち、３次元上の計測すべきすべての軸は、図５に示す
ようにｘ、ｙ、ｚの３軸の位置情報とｘ、ｙ、ｚの３軸
に対するα、β、δの３個の回転情報が必要である。Ｃ
ＣＤカメラのマークシートに対する停止姿勢の状況に対
応して、例えば、図６に示すような画像が得られる。図
６の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）において、図示のようにｘ
軸、ｙ軸、ｚ軸をとった場合、ａは求める停止姿勢が満
足された状況における基準画像、ｂは撮像された画像で
あるとする。即ち、同図（Ａ）はｘ方向にｘ₁、ｙ方向
にｙ₁ずれると共にｚ軸に対してδ₁回転した状況を示
し、同図（Ｂ）はｘ軸に対してα₁回転した状況を、同
図（Ｃ）は軸方向の回転はなくｚ軸方向に移動した状況
を示している。ところで、上述したマークシートの実現
できる寸法は、当然、現実的には制限を生じ、例えば４
０ミリ×８０ミリというような寸法になる。従って、図
６から明らかなように、ｘ軸回りの微小な回転誤差の計
測精度を十分に高めることが困難である。同様に、ｙ軸
回りの微小な回転誤差の計測精度を十分に高めることも
困難である。本発明は、従来のものの上記課題（問題
点）を解決し、回転角度の測定精度を高めた移動体の停
止姿勢補正装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の移動体の停止姿
勢補正装置は、上記課題を解決するために、移動体が作
用する対象体表面の所定位置に、所定間隔で設けた所定
の合マークを記載したマークシート、移動体の所定位置
にＣＣＤカメラ及び２軸の傾斜角検出機能を備え、ＣＣ
Ｄカメラによりマークシート上の合マークを検出し、こ
の合マークの検出データと傾斜角検出機能の検出値とに
よって対象体の所定位置と移動体の所定位置との間の位
置及び姿勢誤差を検出し、この位置及び姿勢誤差を補正
するように構成した。上記傾斜角検出機能としては、２
次元ジャイロを用いるようにすれば良い。こように構成
すれば、回転角による誤差も精度良く計測され、移動体
の対象体に対する停止姿勢を精度良く補正することがで
きる。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明の最適な実施の形態を図を
参照して詳細に説明する。図１は、本発明の停止姿勢補
正装置を装着した移動体の一例である産業用ロボットと
産業用ロボットが移送すべきカセットを配置した地上装
置との組み合わせを示している。図２は上記の停止姿勢
補正装置に組み込まれる制御機能の概要、図３は制御機
能がコンピュータ等で構成された場合の動作を示すフロ
ーを示している。図１において、１０は移動体である産
業用ロボット（以下ロボットと称す）であって、ロボッ
ト本体に複数のアーム１２、１３を連結し、アーム１３
の先端部に作業機として、このロボットが移送すべき被
移送体を把持する機構を設けた把持機能部１が結合され
ている。各アーム１２、１３及び把持機能部１は、相互
に回転するように構成されている。また、把持機能部１
には、所定方向（図では下方向）に撮像方向を固定した
ＣＣＤカメラ１Ｃが装着され、ｘ軸方向とｙ軸方向の傾
斜角度、即ち、図５に示した回転角度αとβを計測する
ように形成した２次元の傾斜角検出機能１Ｇ、例えば２
次元ジャイロ（以下ジャイロとして説明する）が内装さ
れている。把持機能部１の先端部には被移送体を把持す
る機構１Ｈが、被移送体の構造等の条件に対応して可動
可能に構成されて結合されている。２０は把持機能部１
の停止姿勢の基準になる対象体で、地上装置２１、カセ
ット２２より成り、地上装置２１の例えば上面にはカセ
ット２２が置かれている。また、地上装置２１の上部の
所定位置にはマークシート２が基準姿勢で配置されてい
る。

【０００６】図２は、本発明の停止姿勢補正装置を実行
する制御機能の構成を示す接続図である。同図におい
て、１Ｃは図１で説明したＣＣＤカメラの撮像した電子
信号の処理部（以下ＣＣＤカメラと称す）、１Ｇは図１
で説明したジャイロ（傾斜角検出機能）で、その電子信
号の処理部を含めて示している。ＣＣＤカメラ１Ｃ及び
ジャイロ１Ｇから出力される信号は信号（データ）処理
機能部２Ｃに入力している。信号（データ）処理機能部
２Ｃはロボットの操作信号を処理する機能も備え、この
ロボット１０の上位システム及び／又は手動操作機能等
から指令信号ＳＭが入力している。指令信号ＳＭは複数
の信号源から伝送される信号伝送ラインによる信号であ
るが、ここでは１入力で代表して示している。信号（デ
ータ）処理機能部２Ｃは、例えば、コンピュータを主体
にして構成されていて入力信号が処理され、ロボットの
各アーム等の駆動部３に操作信号を出力している。ロボ
ットの操作されるべき駆動部は複数の要素で構成されて
いるが、ここでは１個のブロック３で代表して示してい
る。

【０００７】次に、図３によって信号（データ）処理機
能部２Ｃが実行する本発明に基づく信号処理動作を説明
する。図３において、上位システム等から伝送された指
令に従って、ロボット本体及び各アーム等の機構部が所
定位置に停止すると、信号処理機能部２Ｃの内部で３次
元センタリング指令が出力される（ステップ１）。３次
元センタリング指令が出力されると、ＣＣＤカメラの撮
像信号を処理する視覚機能モードにおいては、ＣＣＤカ
メラの撮像するビデオ信号を取り込み（Ｓ１）、合マー
クを抽出する（Ｓ２）。即ち、撮像信号から各合マーク
の直径と各合マーク間の間隔寸法が求められる。これら
の数値から合マークの重心値（重心の位置を示す座標）
を算出し、所定の記憶機能に記録する（Ｓ３）。この
後、信号処理機能部２Ｃ内に設けたカウンタ機能に１を
加算し（Ｓ４）、カウンタ機能内容値が予め設定した数
Ｎ、例えば、５になるまでは、上記したＳ１からＳ４ま
での動作を繰り返す（Ｓ５）。カウンタ機能内容値がＮ
に一致すると（Ｓ５）、カウンタ機能の内容値をリセッ
トすると共に、上記したＮ個の合マークの重心値の平均
値（データ）を求める（Ｓ６）。上記の重心値の大きさ
と位置データをこの信号処理機能部２Ｃ内に設けた基準
点データと比較して、ｘ軸を中心とする回転に関する回
転角度成分とｙ軸を中心とする回転に関する回転角度成
分を除いて、その他の把持機能部の３次元停止姿勢を計
算する（Ｓ７）。

【０００８】一方、３次元センタリング指令が出力され
ると、ジャイロの出力信号を処理する傾斜角検出機能モ
ードにおいては、ジャイロのデータを取り込み（Ｓ１−
１）、ｘ軸を回転の中心とする回転角度（φ）の値（デ
ータ）を出力し（Ｓ２−１）、ｙ軸を回転の中心とする
回転角度（θ）の値（データ）を出力する（Ｓ３−
１）。

【０００９】視覚機能モードで得たデータと傾斜角検出
機能モードで得たデータを合成して把持機能部１の３次
元停止姿勢が得られるので、予め指令されている指令値
と比較し、夫々の位置ずれ量と回転ずれ量を算出し（ス
テップ２）、ロボットの各機構部の駆動機能に対して上
記のずれ量を補正する補正指令を出力する（ステップ
３）。この補正指令によって各機構部の停止姿勢が補正
され（ステップ４）、ロボットは次のステップ動作に進
み、例えば、カセットを把持する。

【００１０】本発明は上述のフローの説明に限定されな
い。 例えば、上記のフローでは、ステップ１でロボット本
体及び各アーム等の機構部が所定位置に停止した後、停
止姿勢の補正動作を行うように説明したが、各機構部が
停止すべき所定位置に近接すると、上記の補正動作を作
動して、ＣＣＤカメラによる撮像データと２次元ジャイ
ロの出力データを連続繰り返して処理し、正しい停止姿
勢で停止するようにしても良い。 ステップ３で補正指令を出力し、ステップ４で、その
補正を実行するように説明したが、補正指令を出した
後、各機構部を作動させながら視覚機能モード及び傾斜
角検出機能モードの夫々のＳ１及びＳ１−１に戻り、Ｃ
ＣＤカメラによる撮像データと２次元ジャイロの出力デ
ータを連続繰り返して処理し、正しい停止姿勢で停止す
るようにしても良い。 視覚機能モードにおいては、合マークの重心値を求
め、重心を示すデータによって停止姿勢のずれ量を求め
るように説明したが、重心値と夫々の合マークを示すデ
ータを複合し、又は撮像された夫々の合マークの直径値
と、相互位置関係を基準パタンと比較して停止姿勢のず
れ量を求めるようにしても良い。

【００１１】上述した実施の形態は、本発明を適用した
一例を示すものであって、例えば、次のように変形可能
である。 マークシートは矩形状に配置した夫々が円形の６個の
合マークによって構成するように説明したが、撮像され
たマークシート上のマークデータと基準停止姿勢を示す
データとをコンピュータ上で比較して、その停止姿勢の
ずれ量が求められれば、合マークの数と形状は任意適切
に設定すれば良い。例えば合マークを１個の四辺形、そ
の他適切な形状と数及び配置図形にし、この図形に対応
させた処理機能を設けるようにすれば良い。 本発明の停止姿勢補正装置はロボット（移動体）の信
号（データ）処理機能部に搭載するように説明したが、
専用の信号（データ）処理機能として構成しても良い
し、視覚機能と傾斜角検出機能を個別専用の信号（デー
タ）処理機能にしても良い。また、フローに記した全て
の機能又は所定機能は電子部品によるハードウェアで構
成しても、コンピュータのプログラムで処理するように
しても良い。 上述のフローは本発明に基づく機能を実行するための
一例であって、上述した機能を実行するために必要な順
序と構成でフローとそのフローを実行できる機能を形成
するようにすれば良い。 上記実施の形態では移動体を産業用ロボットとし、そ
の構造例によって説明したが、その他の構造の移動体で
あっても、上記の技術思想を適用すれば容易に実現でき
ることは明らかである。 本発明は撮像機能をＣＣＤカメラとして記したが、合
マークの構成に対応して上記の機能を実行できるＣＣＤ
カメラと相当の画像検出機能を使用しても良い。 傾斜角検出機能として、２次元ジャイロを用いれば、
実績のある特性が得られるが、所望の計測角度精度が得
られれば、他の傾斜角センサであっても良い。

【００１２】

【発明の効果】本発明は、上述のような構成としたの
で、移動体の所定箇所の３移動軸及び３回転軸の目標値
からの誤差が容易確実に検出判定できるので、精度の良
い作業が実行できるという優れた効果を有する。なお、
傾斜角検出機能として、２次元ジャイロを用いれば、傾
斜角センサとしての実績があるので、設計・組み立てが
容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する移動体と対象体との構成を示
す概要側面図である。

【図２】本発明を適用する信号処理機能の構成を示す概
要ブロック図である。

【図３】本発明の実施の形態を説明する概要フロー図で
ある。

【図４】本発明と従来技術の両者で使用する視覚機能例
を説明する概要斜視図である。

【図５】移動体のずれの種類を説明するベクトル図であ
る。

【図６】図４に示した視覚機能例における停止姿勢ずれ
の判定理論を説明する図で、同図（Ａ）はｘ軸とｙ軸方
向の位置ずれとｚ軸に対する回転δが合成された場合、
同図（Ｂ）はｘ軸に対する回転αの場合、同図（Ｃ）は
ｚ軸方向の位置ずれの場合を夫々示している。

【符号の説明】

１：把持機能部 １Ｃ：ＣＣＤカメラ １Ｇ：傾斜角検出機能（２次元ジャイロ） ２：マークシート ２ａ：合マーク １０：移動体（産業用ロボット） １１：移動体（産業用ロボット）本体 １２、１３：アーム ２０：対象体 ２１：地上装置 ２２：被移送体（カセット）

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【手続補正書】

【提出日】平成８年８月９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】一方、３次元センタリング指令が出力され
ると、ジャイロの出力信号を処理する傾斜角検出機能モ
ードにおいては、ジャイロのデータを取り込み（Ｓ１−
１）、ｘ軸を回転の中心とする回転角度（α）の値（デ
ータ）を出力し（Ｓ２−１）、ｙ軸を回転の中心とする
回転角度（β）の値（データ）を出力する（Ｓ３−
１）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動体が作用する対象体表面の所定位置
   に、所定間隔で設けた所定の合マークを記載したマーク
   シート、該移動体の所定位置にＣＣＤカメラ及び２軸の
   傾斜角検出機能を備え、上記ＣＣＤカメラにより上記マ
   ークシート上の合マークを検出し、該合マークの検出デ
   ータと上記傾斜角検出機能の検出値とによって上記対象
   体の所定位置と移動体の所定位置との間の位置及び姿勢
   誤差を検出し、この位置及び姿勢誤差を補正するように
   したことを特徴とする移動体の停止姿勢補正装置。
2. 【請求項２】 上記傾斜角検出機能として２次元ジャイ
   ロを用いるようにした請求項１記載の移動体の停止姿勢
   補正装置。