(57)【要約】【課題】ロボットアームを搭載した自走式ロボットにおいて、走行に伴う滑りなどによる誤差に対処して、ロボットアームの確実な位置および姿勢の補正を可能とする。【解決手段】自走式ロボット１は、自走可能な走行部２と、走行部２に搭載されたロボットアーム部３とを有している。走行経路上の走行誤差測定位置７で、カメラ１３によって走行路面５上の検出マーク１４を撮影することによって、走行部２の設定された位置および姿勢からの誤差を検出し、その誤差を走行部２の動作によって補正する。さらに、カメラ２０によって作業対象物８を撮影することによって、ロボットアーム部３の設定された位置および姿勢からの誤差を検出し、その誤差をロボットアーム部３の動作によって補正する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自走可能な走行部と、該走行部に搭載されたロボットアーム部とを有する自走式ロボットの位置および姿勢の補正方法であって、
走行経路上の所定の位置で、前記走行部の設定された位置および姿勢からの誤差を第１の誤差として検出し、該第１の誤差を補正するように前記走行部の動作を制御する工程と、
前記ロボットアーム部が作業対象物に対して作業を行う前記走行経路上の所定の作業位置で、前記ロボットアーム部の設定された位置および姿勢からの誤差を第２の誤差として検出し、該第２の誤差を補正するように前記ロボットアーム部の動作を制御する工程と、
を有する、自走式ロボットの位置および姿勢の補正方法。
【請求項２】
前記自走式ロボットに搭載された第１の検出機器により走行経路の周辺に位置する所定の対象物を検出することによって前記第１の誤差を検出する、請求項１に記載の自走式ロボットの位置および姿勢の補正方法。
【請求項３】
走行経路の周辺に配置された第１の検出機器により前記自走式ロボット上の所定の対象物を検出することによって前記第１の誤差を検出する、請求項１に記載の自走式ロボットの位置および姿勢の補正方法。
【請求項４】
前記第１の検出機器による検出情報を無線通信で前記自走式ロボットへ伝達する、請求項３に記載の自走式ロボットの位置および姿勢の補正方法。
【請求項５】
前記第１の検出機器が撮像装置であり、画像認識によって位置および姿勢を検出する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の自走式ロボットの位置および姿勢の補正方法。
【請求項６】
前記自走式ロボットに搭載された第２の検出機器により前記作業対象物を検出することによって、前記第２の誤差を検出する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の自走式ロボットの位置および姿勢の補正方法。
【請求項７】
前記第２の検出機器が撮像装置であり、画像認識によって位置および姿勢を検出する、請求項６に記載の自走式ロボットの位置および姿勢の補正方法。
【請求項８】
前記第１の誤差の検出と、前記第２の誤差の検出とに共通の検出機器を用いる、請求項１〜７に記載の自走式ロボットの位置および姿勢の補正方法。
【請求項９】
前記第１の誤差の検出を行う前記走行経路上の前記所定の位置から前記作業位置への走行時に、検出された前記第１の誤差の分だけ走行の移動量を変化させることによって当該第１の誤差の補正を行う、請求項１〜８のいずれか１項に記載の自走式ロボットの位置および姿勢の補正方法。
【請求項１０】
前記第１の誤差の検出を行う前記走行経路上の前記所定の位置を繰返し通るように前記自走式ロボットを繰返し動作させ、前記所定の位置を通るたびに、前記第１の誤差を検出し、該第１の誤差を補正する動作を行う、請求項１〜９のいずれか１項に記載の自走式ロボットの位置および姿勢の補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自走式ロボットに関し、特に、ロボットアームを搭載し所定の場所を走行しつつ繰返し作業を行う自走式ロボットの位置および姿勢の補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
路面上を自由に走行可能な自走部上にロボットアームを搭載した自走式ロボットは、路面や天井に配置したレール上を移動するロボットよりも生産システムのレイアウトの変更に対する柔軟性に富む点で優れている。このため、自走式ロボットは、部品のロード・アンロードなどの作業に適しており、また、それ以外にも、生産現場において部品の搬送を伴う種々の作業への適用が期待されている。
【０００３】
一方、自走式ロボットでは、走行機構の構造により程度の違いはあるものの、走行路面に対してロボットが滑り、理論的な移動位置に対して実際の移動位置にずれを生じやすい。このため、このようなずれに対する対処技術として様々な手法が提案されている。
【０００４】
特許文献１では、所定箇所に記録されたマークをロボットアームに取り付けた画像検出手段で検出し、実作業時に検出したマーク位置と教示時に検出したマーク位置とのずれからロボットの実位置を補正する位置補正方法が提案されている。同文献の技術では、補正された実位置に基づいてロボットアームの動作を制御することによって、ロボットアームによる操作点が正確な位置となるようにしている。
【０００５】
また、特許文献２では、所定位置に設けられた較正マークを撮影し、較正マークが撮影画像における所定位置、所定形状および所定サイズに対して所定のずれ量の範囲内に入るようにロボットアームを粗位置決めしている。そして、再び撮影した撮影画像から検出した較正マークの所定位置、所定形状および所定サイズからのずれ量からより精度の高い位置および姿勢の較正量を求めている。この較正量によって、ロボットアームの教示データを三次元的に較正している。
【０００６】
また、特許文献３でも、所定位置に設けられたマークをロボットアームに取り付けられた画像入力手段によって撮影している。そして、自走式ロボットの位置・姿勢のずれにより、マークが撮影画像内に入りきらずに一部欠けていた場合、マークの全体が撮影画像内に入るようにロボットアームを移動させている。そして、その状態で撮影したマークの画像と教示時の補正マークの撮影画像を比較して、ロボットアームの位置補正を行っている。
【０００７】
その他、自走式ロボットの走行によって生じるずれに対する対処方法としては、走行路面にガイドラインを設置し、このガイドラインに磁気的手法や光学的手法により追従するように自走式ロボットを走行させる方法が考案されている。また、走行領域内で有効なＧＰＳ装置により現在位置を検出して位置・姿勢を補正しながら走行させる方法、走行領域付近の建屋の側壁などとの距離を検出して一定の距離を維持するように走行を制御する方法などが考案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第２６８０２９８号
【特許文献２】特許第３４６６３４０号
【特許文献３】特許第２７４３６１３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１，２に開示された手法では、自走式ロボット全体の位置・姿勢の誤差が小さければ問題はないが、誤差が大きくなった場合には、マークが撮影範囲から外れ、補正が困難となることが考えられる。特許文献３に開示された手法では、マークの一部が撮影範囲から外れた場合でも対応可能としているが、やはり、マークがある程度は撮影範囲内にある必要があり、誤差が大きくなると対応は困難になると考えられる。また、特許文献１〜３に開示された手法では、所定箇所のマークの撮影結果から算出した自走式ロボット全体の位置・姿勢の誤差をロボットアーム部の動作のみによって補正しているため、補正可能な誤差の範囲は、ロボットアーム部の動作可能範囲に限られる。
【００１０】
自走式ロボット全体の位置および姿勢の誤差については、特に、走行動作が繰返されることによって、ずれが蓄積され、誤差が大きくなっていくことが考えられる。したがって、特に、多数回の繰返し走行が必要な用途では、自走式ロボットの走行に伴う滑りなどに起因するずれに対してさらに改善された対処方法が望まれる。
【００１１】
また、磁気的手法や光学的手法により、走行路面に設置されたガイドラインに追従させて自走式ロボットを走行させる方法では、自走式ロボットの走行経路にわたってガイドラインを設置する必要がある。そのため、ガイドラインの設置に時間を要し、生産システムのレイアウトの変更に伴う自走式ロボットの走行経路の変更に柔軟に対応することが困難である。
【００１２】
また、走行領域内で有効なＧＰＳ装置を用いる方法では、位置および姿勢の検出精度があまり高くない。また、設備費用が高価となりがちである。
【００１３】
また、走行領域付近の側壁などとの距離を検出して走行を制御する方法では、例えば、検出対象とする側壁と自走式ロボットの間に障害物が置かれた場合、側壁の検出が妨げられて制御が困難となる。このため、自走式ロボットの走行領域周辺で生産システムのレイアウトを容易に変更できないという困難がある。
【００１４】
そこで、本発明は、上記に鑑み、ロボットアームを搭載した自走式ロボットにおいて、走行に伴う滑りなどによる誤差に対処して、ロボットアームの確実な位置および姿勢の補正が可能な自走式ロボットの位置および姿勢の補正方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述の目的を達成するため、本発明による自走式ロボットの位置および姿勢の補正方法は、自走可能な走行部と、走行部に搭載されたロボットアーム部とを有する自走式ロボットの位置および姿勢の補正方法であって、走行経路上の所定の位置で、走行部の設定された位置および姿勢からの誤差を第１の誤差として検出し、第１の誤差を補正するように走行部の動作を制御する工程と、ロボットアーム部が作業対象物に対して作業を行う走行経路上の所定の作業位置で、ロボットアーム部の設定された位置および姿勢からの誤差を第２の誤差として検出し、第２の誤差を補正するようにロボットアーム部の動作を制御する工程とを有することを特徴とする。
【００１６】
このように、本発明では、滑りによって誤差の生じやすい走行部の位置および姿勢に対して、その誤差をロボットアーム部の動作によって補正するだけでなく、走行部自体の動作によって補正する。それによって、ロボットアーム部のみの動作によって補正を行おうとした場合のように補正が困難となるのを抑制し、適切な動作制御が可能となる。
【００１７】
この際、走行経路全体にわたって動作誘導を行うのとは異なり、１ヶ所または数ヵ所の所定の位置で誤差の検出を行うので、生産システムのレイアウト変更への対応も容易であり、補正のために必要な構成要素も少なくて済む。
【００１８】
また、作業位置で、ロボットアーム部の位置および姿勢の誤差の補正を行うことによって高精度の作業が行われることが保証される。特に、上述のように走行経路上の所定の位置で検出された誤差を補正しても、その位置から作業位置に走行する際にも、走行位置および姿勢には、原理的に誤差が生じるので、その誤差も、作業位置でのロボットアーム部の誤差補正によって補償することができる。この際、本発明では、走行位置および姿勢の誤差が、走行部の動作によって補正されるので、ロボットアーム部の位置が、走行位置および姿勢の誤差のために大きくずれるのが抑制され、そのため、ロボットアーム部の位置および姿勢の誤差を適切に検出することができ、適切に補正を行うことができることが保証される。
【００１９】
本発明において、第１の誤差の検出は、自走式ロボットに搭載された第１の検出機器により走行経路の周辺に位置する所定の対象物を検出することによって行うことができる。あるいは、走行経路の周辺に配置された第１の検出機器により自走式ロボット上の所定の対象物を検出することによって、第１の誤差を検出してもよい。
【００２０】
第１の検出機器を自走式ロボットに搭載すれば、誤差の検出を互いに比較的大きく離れた複数の場所で行う必要がある場合でも、単一の検出機器で誤差の検出を行うことができる。一方、第１の検出機器を走行経路の周辺に配置すれば、１つの検出機器を複数の自走式ロボットの誤差を検出するのに共用することができる。
【００２１】
第１の検出機器を走行経路の周辺に配置する場合、第１の検出機器による検出情報を無線通信で自走式ロボットへ伝達するのが好ましい。それによって、自走式ロボットは、自身の自走部の位置および姿勢の誤差を即時に認識することができ、迅速かつ適切な補正を行うことができる。
【００２２】
第１の検出機器としては、具体的には撮像装置を用い、画像認識によって位置および姿勢を検出するのが好ましい。画像認識を用いれば、比較的容易かつ迅速に位置および姿勢の検出を行うことができる。
【００２３】
また、本発明において、第２の誤差の検出は、自走式ロボットに搭載された第２の検出機器により作業対象物を検出することによって行うのが好ましい。このように、作業位置での誤差の検出を自走式ロボットに搭載された検出機器により行うことによって、任意の作業位置で誤差の検出を行うことができる。したがって、複数の作業位置で作業を行う場合にも、単一の検出機器によって誤差を検出することができ、生産システムのレイアウト変更にも対処しやすい。第２の検出機器についても撮像装置を好適に用いることができる。
【００２４】
本発明では、第１の誤差の検出と第２の誤差の検出に共通の検出機器を用いることができる。それによって、必要な検出機器の数を減らし、コストの軽減を図ることができる。
【００２５】
走行部の位置および姿勢の誤差の補正は、走行部の設定された位置および姿勢からの誤差の検出を行う走行経路上の所定の位置から、ロボットアーム部が作業対象物に対して作業を行う走行経路上の所定の作業位置への走行時に、検出された走行部の位置および姿勢の誤差の分だけ走行の移動量を変化させることによって行うことができる。それによって、補正のための別途の動作が不要となり、作業効率を向上させることができる。
【００２６】
また、本発明では、特に、第１の誤差の検出を行う走行経路上の所定の位置を繰返し通るように自走式ロボットを繰返し動作させ、所定の位置を通るたびに、走行部の設定された位置および姿勢からの誤差を検出し、誤差を補正する動作を行うようにするのが好ましい。それによって、走行に伴う滑りなどによる誤差を、繰返し動作を行う毎に補正して、繰返し動作で誤差が蓄積されるのを抑制することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ロボットアームを搭載した自走式ロボットにおいて、走行に伴う滑りなどによる誤差に対処して、ロボットアームの確実な位置および姿勢の補正を行い、適切な動作制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係る自走式ロボットを用いた生産システムを示す斜視図である。
【図２】画像認識によって自走式ロボットの走行位置および姿勢を検出するための検出マークの一例を示す図である。
【図３】図１の自走式ロボットの一例の走行パターンを示す平面図である。
【図４】図３の停止位置３０において生じる走行位置および姿勢のずれを例示する平面図である。
【図５】ロボットアームの動作を補正するためにロボットアーム部にカメラが搭載された図１の変形例の生産システムを示す斜視図である。
【図６】図１の他の変形例の生産システムを示す斜視図である。
【図７】自走式ロボットの走行位置および姿勢を検出するためのカメラを走行領域の周辺に設置した図１のさらに他の変形例の生産システムを示す斜視図である。
【図８】走行領域の周辺に設置したカメラによって複数台の自走式ロボットの走行位置および姿勢を検出する図１のさらに他の変形例の生産システムを示す斜視図である。
【図９】自走式ロボットの走行位置および姿勢を検出するための検出機器として距離センサを用いた図１のさらに他の変形例の生産システムを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００３０】
図１は、一実施形態に係る自走式ロボット１を用いた生産システムを示している。図１では、自走式ロボット１の走行動作を説明するために、便宜上、自走式ロボット１を互いに異なる２つの位置に示しているが、ここでは、１台の自走式ロボット１を用いた生産システムを想定している。
【００３１】
自走式ロボット１は、走行部２とロボットアーム部３を有している。走行部２は、自走式ロボット１全体を走行路面５上で走行させるための機構部である。走行部２については、これまで様々な構成が考案されているが、コストや制御性の面から、タイヤまたは車輪を走行路面５に接触するように配置し、モータなどの駆動源によって駆動する構成が最も一般的に用いられている。本実施形態における走行部２にも、このような構成を採用することができるが、これに限られるものではない。
【００３２】
ロボットアーム部３は走行部２上に取り付けられている。図には、垂直多関節型ロボットの形態のロボットアーム部３を示しているが、ロボットアーム部３は、プログラムに応じた自動制御により所望の作業を実行可能な機構であればよく、水平多関節型ロボットやパラレルリンクロボットなどの形態であってもよい。ロボットアーム部３は、走行部２上に複数取り付けられていてもよい。
【００３３】
ロボットアーム部３の先端には、ハンド４を装着することができる。ハンド４としては、用途に応じた構成のものを用いることができ、例えば、ロード・アンロードする部品に応じてそれを保持可能な種々の大きさおよび形状を有するものとすることができる。また、製品の自動組立や溶接・塗装などの処理をするための機構が組み込まれたハンド４を用いることもでき、それによって広範な用途へ自走式ロボット１を適用することができる。
【００３４】
また、自走式ロボット１の走行部２の内部には、走行部２とロボットアーム部３の両者を制御するための制御装置および駆動用バッテリ(不図示)が搭載されている。自走式ロボット１は、駆動用バッテリを搭載することによって電気供給のためのケーブルを通常は接続しない形態としているが、ケーブルを接続した状態で動作する構成としてもよい。また、制御装置を自走式ロボット１の外部に配置し、ケーブルなどの電気的接続手段によって自走式ロボット１に接続した構成としてもよい。
【００３５】
このような自走式ロボット１は、例えば、部品のロード・アンロード用途で用いるのに好適であり、すなわち、部品を互いに離れた所定の場所の間、例えば集積部と作業部の間で搬送するのに用いることができる。また、その他の用途として、溶接や塗装などの作業を行うハンド４を備えるロボットアーム部３を様々な場所に移動させて処理を行わせることが考えられる。それによって、作業が必要な場所毎にロボットを配置するのに比べて、ロボット導入数を減らし１台あたりの稼働率を向上させ、安価なコストで高い生産性を有する生産システムを構築することができる。
【００３６】
ここで、自走式ロボット１は、固定レール上を移動する構成ではなく、走行部２によって生産現場内の走行路面５上を自在に走行する構成である。このため、製品の構成や仕様の変更に伴って製造工程や必要な処理装置の配置などの生産システムのレイアウトの変更が行われる場合にも、自走式ロボット１は、動作手順を変更することで、引き続き使用することができる。したがって、自走式ロボット１の構成は、生産製品の変更に伴う生産システムのレイアウト変更が比較的頻繁に必要となる多品種少中量生産の生産現場において、非常に効率的なロボット構成の一つであると言える。
【００３７】
次に動作について説明すると、概して、自走式ロボット１は、走行部２によって作業位置６に移動し、ロボットアーム３によって作業対象物８に対して所定の作業を行う。ロボットアーム３による作業としては、部品のロード・アンロードや溶接・塗装など種々の作業を設定することができる。このようなロボットアーム３の動作は、公知のように実行することができ、本発明には直接関係しないので詳細な説明は省略する。
【００３８】
本実施形態では、自走式ロボット１は、作業位置６の他に、走行誤差測定位置７にも移動させられる。走行誤差測定位置７には、走行路面５上に検出マーク１４が設けられている。自走式ロボット１の走行部２の一側面には、この検出マーク１４を撮影するカメラ１３が取り付けられている。カメラ１３は、走行路面５上の検出マーク１４を適切に撮影することができるように下向きに取り付けられている。
【００３９】
図２は、検出マーク１４の一例を示している。この例のように、検出マーク１４としては、所定の一方向を他の方向と異なる、したがって区別できる形状を有するものとするのが好ましい。それによって、検出マーク１４を撮影し画像処理することによって、検出マーク１４に対するカメラ１３の位置だけでなく、姿勢（走行路面５に平行な面内での向き）も判定することができる。姿勢を検出するためには、複数個所に設けたマークを検出する構成としてもよいが、単一箇所の検出マーク１４で姿勢を判定できるようにすることによって、検出速度を速めることができる。
【００４０】
実際には、自走式ロボット１は、通常、走行部２を有しているという利点を生かして、複数の作業位置６に移動して作業を行う。図３は、このような走行パターンの一例を示している。すなわち、同図に示す例では、自走式ロボット１は、走行誤差測定位置７に対応する停止位置３０から２つの作業位置６に対応する停止位置３１，３２に順に移動し、停止位置３０に戻るというパターンで繰返し動作する。
【００４１】
ここで、走行部２による走行位置および姿勢は、走行路面５上に設定された基準座標系１０にしたがって表すことができる。すなわち、自走式ロボット１の水平面内での中心などの基準箇所の、基準座標系１０にしたがった位置ｘ，ｙ、および、自走式ロボット１の基準面、例えば走行部２の一側面の、基準座標系１０の例えばｘ軸に対する角度θによって表すことができる。図３において、（ｘ３０，ｙ３０，θ３０）といった記載は、このような基準座標系１０を用いて各停止位置３０，３１，３２を表現したものである。
【００４２】
このようなｘ，ｙ，θを用いた表現は、直感的にわかりやすく取り扱いやすいことから、オペレータによる動作位置の指定や、制御装置における停止位置の記憶情報の形式などとして利用するのに好ましい。実際の制御には、他の表現形式を用いることもできるのはもちろんである。
【００４３】
走行部２による各停止位置３０，３１，３２間の走行は、各停止位置３０，３１，３２の位置および姿勢の情報に応じて、走行部２の各車輪などを適切なパターンで動作させることによって実行することができる。しかしながら、原理的に、実際の動作位置には、誤差が生じるのを避けられない。したがって、図４に示すように、走行誤差測定位置７に対応する停止位置３０で、自走式ロボット１は、停止位置３１，３２を経て停止位置３０に戻る動作後には、理論的な位置および姿勢（ｘ３０，ｙ３０，θ３０）からずれた位置および姿勢（ｘ３０’，ｙ３０’，θ３０’）となる。
【００４４】
本実施形態では、走行誤差測定位置７における自走式ロボット１の走行位置および姿勢のこのようなずれ（第１の誤差）を、自走式ロボット１が走行誤差測定位置７に移動させられた状態で、検出マーク１４をカメラ１３によって撮影し、画像認識することによって検出する。すなわち、概して、撮影画像上での検出マーク１４の位置および向きのずれは、自走式ロボット１の走行位置および姿勢のずれに対応している。したがって、例えば、自走式ロボット１を走行誤差測定位置７のずれの無い位置に配置した状態、例えば、教示時の位置にある状態でカメラ１３によって撮影した検出マーク１４の画像と、実稼動時に撮影した画像との比較によって、走行位置および姿勢のずれを求めることができる。あるいは、検出マーク１４の実際の大きさなどに基づいて理論的にカメラ１３と検出マーク１４の位置関係を求め、それに基づいて走行位置および姿勢のずれを求めてもよい。
【００４５】
そして、次に、自走式ロボット１を走行部２の走行によって停止位置３１に移動させる際、走行誤差測定位置７である停止位置３０における自走式ロボット１の走行位置および姿勢の上述のように求めたずれ分だけ走行量を変化させることによって、ずれを補正することができる。あるいは、補正動作を独立して行い、すなわち、例えば、停止位置３０において、求めた走行位置および姿勢のずれ分だけ、走行部２を動作させてもよい。しかし、停止位置３１への移動量を補正する方法の方が、独立した補正動作が不要となり処理時間が長くなるのを抑制することができる点で好ましい。また、走行部２のタイヤや車輪の軸線方向にずれが生じていた場合の補正では、その場での補正動作は複雑になるが、停止位置３０，３１間での走行量を変化させる形での動作によれば、このような補正も比較的容易に実行可能である。
【００４６】
また、自走式ロボット１には、ロボットアーム部３にもカメラ２０が取り付けられており、図５に示すように、作業位置６において、カメラ２０によって画像が撮影され、それがロボットアーム部３の動作制御に用いられる。すなわち、作業位置６において、カメラ２０によって、例えば、作業対象物８などの画像を撮影することによって、ロボットアーム部３の先端などの操作部の作業対象物８に対する位置や姿勢を判定することができる。そして、教示動作などによって設定された操作部の位置や姿勢とのずれ（第２の誤差）を求め、そのずれ分だけ、ロボットアーム部３の動作を補正することにより、ロボットアーム部３によって高い精度で所定の作業を行うことができる。
【００４７】
この際、走行誤差測定位置７である停止位置３０で、またはそこから停止位置３１へ移動する間に走行位置および姿勢のずれが補正されるものの、停止位置３０から３１や３２に走行する間にも、滑りなどによる誤差が生じる。このため、ロボットアーム部３の位置や姿勢のずれには、自走式ロボット１の走行位置や姿勢のずれによるずれ分が含まれる。走行部２による走行では、特に滑りによって誤差を生じやすいのに対して、ロボットアーム部３の動作には誤差を生じにくい。したがって、カメラ２０による作業対象物８の撮影によって求められる誤差においては、走行位置および姿勢の誤差が支配的である場合が多く、また、走行位置および姿勢の誤差を求めることができるように、ロボットアーム部３の動作の影響を受けないようにカメラ２０を配置したり、誤差の演算処理を行ったりしてもよい。
【００４８】
また、本発明では、走行位置や姿勢のずれは、繰返し動作の各サイクル毎に補正されるため、蓄積されて大きくなることはなく、比較的小さく抑えられる。このため、作業対象物８などの所定の撮影対象物がカメラ２０の撮影範囲から外れるほどカメラ２０の位置および姿勢のずれが大きくなるのを抑制することができる。したがって、カメラ２０によって適切に所定の撮影対象物を撮影することができ、その撮影画像に基づいてロボットアーム部３の動作を適切に補正して制御することができる。
【００４９】
ここで、ロボットアーム部３の動作制御に用いるカメラ２０は、上記のような操作部の位置および姿勢の誤差を補正する以外の目的で用いられる場合がある。例えば、ロボットアーム部３によって部品のロード・アンロードを行う場合、作業対象物８が、部品が、いわゆる「バラ積み」をされ、正確に予め定められた位置に配置されるものではない場合がある。この場合、実稼動時に作業対象物８の正確な位置を認識する必要があり、そのために、カメラ２０による画像認識を利用することができる。この際にも、走行位置および姿勢の誤差が小さく抑えられることによって、「バラ積み」された作業対象物８を適切にカメラ２０によって撮影し、適切な作業を実行することができる。
【００５０】
この際、「バラ積み」される部品のロード・アンロードなどの作業を可能とするカメラは、部品の積載部に設置しておくことも考えられるが、自走式ロボット１に搭載したカメラ２０を用いることで、任意の場所で作業が可能となる。それによって、生産システムのレイアウト変更に柔軟に対応できるなどの利点が得られる。
【００５１】
カメラ２０を用いた画像認識による位置および姿勢の誤差の算出は、例えば、自走式ロボット１を正確に作業位置６に位置させた時、例えば教示時に、基準画像を撮影し、実稼動時に撮影した画像と基準画像との差に基づいて実行することができる。この際、「バラ積み」の場合には、稼動時の撮影画像と教示時の撮影画像の差は、作業対象物８が「バラ積み」されているために教示時とは位置がずれていることに基づく差と、カメラ２０の位置のずれに基づく差とが足し合わされたものとなる。ロボットアーム部３によって作業対象物８のロード・アンロードを行う場合、ロボットアーム部３はこの足し合わされた差分を補正して作業対象物８をロードするが、ロードした作業対象物８を基準座標系１０に対して位置が定義された所定の場所にアンロードする際は、アンロードする場所が所定の場所に対してカメラ２０の位置のずれに基づく差の分ずれることとなる。この場合には、例えば作業対象物８の支持台の位置を用いるなどして、カメラ２０の位置のずれ、すなわち、ロボットアーム部３の位置および姿勢のずれを必要に応じて求め、ロボットアーム部３の動作制御に利用することができる。
【００５２】
なお、ロボットアーム部３の動作の補正を行うためのカメラ２０は、走行部２上に配置してもよい。また、ロボットアーム部３の動作の補正を行うのと、走行部２による走行位置および姿勢の補正を行うのとに、共用のカメラを用いてもよい。それによって、カメラの数を減らして生産システムのコストを低減することができる。カメラを共用とする場合、カメラは、ロボットアーム部３上に取り付けるのが好ましい。それによって、検出マーク１４の検出時と作業対象物８の検出時とで、ロボットアーム部３の姿勢を、それぞれを撮影するのに適した姿勢に適宜変更して、適切な撮影を行うことができる。
【００５３】
以上説明した本実施形態によれば、自走式ロボット１の走行に伴う滑りなどによる走行位置および姿勢のずれに対して走行部２により補正動作を行うことによって、自走式ロボット１を精度よく動作させることができる。走行路面５上を自由に走行できる自走式ロボット１では、走行の自由度が高く走行に制限が加えられないことから、走行路面５上での滑りなどによって、特に高速での走行を行った場合、走行位置および姿勢に誤差を生じやすい。そのため、走行位置および姿勢のずれに対して補正を行うことによって、動作精度の向上に大きく貢献することができる。また、繰返し動作時の各サイクル毎に走行位置および姿勢のずれを補正することができるため、複数サイクルでのずれが蓄積されて、ずれが大きくなるのを回避することができる。
【００５４】
また、本実施形態では、走行誤差測定位置７でのみ走行誤差の測定を行っている。したがって、ガイドラインを設けたり、走行領域付近の側壁との距離を測定したりして、走行経路全体にわたって動作誘導を行う場合に比べて、生産システムのレイアウト変更に柔軟に対応することができる。すなわち、検出マーク１４の近辺以外の部分であれば、走行誤差の補正に関する構成を変更することなく、レイアウトを変更することができる。そのため、生産システムのレイアウトを変更しても、誤差の補正が困難となったり、補正のための構成を変更する必要が生じたりしにくい。したがって、レイアウト変更時に、走行誤差の補正に関する構成については必要最小限の変更で済ませることができ、低費用かつ短時間で対応することができる。また、走行経路全体にわたってガイドラインを設けるのに比べて、所定の個所に検出マーク１４を設ければ済むので、構成が簡素でありコストを抑えることができる。
【００５５】
なお、上述の実施形態は本発明を例示するものであり、特許請求の範囲に規定する本発明の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、複数台の自走式ロボット１を同一の領域内で走行させる場合にも、本発明は適用可能である。
【００５６】
また、カメラ１３は、走行位置および姿勢を検出するため、ロボットアーム部３の動作の影響を受けないように走行部２に取り付けるのが好ましいが、ロボットアーム部３に取り付けられた構成としてもよい。
【００５７】
また、走行誤差測定位置７は、作業位置６と別の位置ではなく、複数の作業位置６のうちの１つを走行誤差測定位置７とし、すなわち、当該作業位置６に検出マーク１４を配置し、その撮影によって走行ロボット１の走行位置を検出してもよい。また、作業位置６は、３つ以上あってもよく、特に多数の作業位置６がある場合、幾つかの作業位置６毎に１つずつ、全体として複数の走行誤差測定位置７を設定してもよい。走行誤差測定位置７をどの程度設定するかは、走行部２のタイヤまたは車輪の形状や材質と走行路面５の路面状況に左右される両者の間の摩擦係数や、自走式ロボット１の走行速度などを考慮して、走行位置および姿勢の誤差が大きくなり過ぎないように適宜設定すればよい。また、繰返し動作の１サイクルで生じる走行位置および姿勢の誤差が十分に小さい場合には、補正動作を数サイクルに一度行うようにしてもよい。
【００５８】
また、上述の実施形態におけるように、検出マーク１４を走行路面５上に配置すれば、例えば、生産システム内に複数の自走式ロボットを配置する場合でも、他の自走式ロボットに視野を遮られることなくカメラ１３によって検出マーク１４を撮影することができ好ましい。さらには、自走式ロボット１の位置や姿勢にずれが生じても、自らの走行部２およびロボットアーム部３や走行領域周辺の他の障害物などによってカメラ１３の視野が遮られるのを抑制することができる。しかし、走行路面５上に検出マーク１４を配置するのが困難な場合などには、図６に示すように、自走式ロボット１の走行領域の周辺の工作機械や建屋などの構造物の側面などに検出マーク１４を配置してもよい。
【００５９】
また、図７に示すように、自走式ロボット１の走行領域の周辺にカメラ１１を配置し、自走式ロボット１に設けた検出マーク２４を撮影する構成としてもよい。この場合、カメラ１１によって取得した情報を自走式ロボット１に伝達する必要があるが、特に無線通信を使うことにより、情報の即時性を失うことなく自走式ロボット１への伝達を行うことができる。ロボットアーム３の先端などの操作部の位置および姿勢の検出にも、自走式ロボット１の走行領域の周辺に配置したカメラを用いることも考えられる。
【００６０】
また、自走式ロボット１の走行領域の周辺にカメラ１１を配置する場合、図８に示すように、複数の自走式ロボット１に対してカメラ１１を共用してもよい。それによって、各自走式ロボット１にカメラ１３を設けるよりも、カメラの台数を減らすことができ、全体として設備コストを安価に抑えることができる場合がある。
【００６１】
一方、自走式ロボット１の走行領域が広い場合や、多数の自走式ロボット１を用いる場合、自走式ロボット１がどの位置にいても確実に精度よく検出を行うことができるように、走行領域の周辺の複数個所にカメラ１１を配置してもよい。自走式ロボット１にカメラ１３を設ける構成では、走行範囲が広くてもカメラを増やす必要がなく、走行路面５上の検出マーク１４だけを増やせば済む。このため、自走式ロボット１の台数が少なく、走行範囲が広い場合には、自走式ロボット１にカメラを設けた方が、生産システムの全体としてのコストや構築時間などの面で有利な場合もある。したがって、カメラを自走式ロボット１に設けるか、自走式ロボット１の走行領域の周辺に設けるかは、生産システムの構成に応じて適宜選択することができる。
【００６２】
また、カメラ１３，１１による自走式ロボット１の位置検出を行うのには、特別な検出マーク１４，２４を設けなくても、代わりに、画像などから識別できる特定の対象物を利用してもよい。すなわち、例えば、走行路面５、走行領域周辺の構造物、あるいは自走式ロボット１の特徴的な構造の部分や、元々存在している特徴的な塗装部などをカメラ１３，１１によって撮影して、位置の判定を行ってもよい。
【００６３】
また、カメラ１３，１１，２０のような撮像装置を用い、画像認識によって位置および姿勢を検出する方法は、今日の技術としては、比較的容易で、かつ位置だけでなく姿勢も含めて迅速に検出を行うことができるものであり、優れた手法の一つであるが、他の検出機器を用いてもよい。このような例として、図９には、距離センサを用いた構成を示している。
【００６４】
位置および姿勢を検出するための検出機器として距離センサを用いる場合、走行部２に最低２個以上の距離センサを搭載する必要がある。また、距離センサによる被検出体も複数配置することで、自走式ロボット１の位置および姿勢を精度よく検出することができる。
【００６５】
すなわち、図９には、走行部２の一側面に２つの距離センサ１１ａ，１１ｂを設けた例を示している。２つの距離センサ１１ａ，１１ｂによって、走行領域の周辺の構造物に配置した被検出体１２ａ，１２ｂとの距離を検出する。すると、各距離センサ１１ａ，１１ｂと各被検出体１２ａ，１２ｂとの距離から、各距離センサ１１ａ，１１ｂの位置（ｘａ，ｙａ）、（ｘｂ，ｙｂ）を算出することができる。そして、これらの位置から、自走式ロボット１の位置および姿勢を算出することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１    自走式ロボット
２    走行部
３    ロボットアーム部
１３，２０    カメラ
１４    検出マーク
【図１】
2010162635.tif 000003
【図２】
2010162635.tif 000004
【図３】
2010162635.tif 000005
【図４】
2010162635.tif 000006
【図５】
2010162635.tif 000007
【図６】
2010162635.tif 000008
【図７】
2010162635.tif 000009
【図８】
2010162635.tif 000010
【図９】
2010162635.tif 000011