(57)【要約】【課題】  １台のカメラで自動ティーチングを実現したロボット制御装置を提供すること。【解決手段】  直交する３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸）に沿って移動可能な直交座標ロボットを制御するロボット制御装置が、ロボットが押圧する操作面を撮像する撮像手段と、操作面に平行なＸＹ平面上をロボットと共に移動し、ロボットのＺ方向延長線と操作面との交点にポインタを照射する照射手段と、ロボットの操作面への圧力検出手段とを備え、ロボットのＸＹ方向移動ベクトルを撮像画像上でのポインタ移動ベクトルに変換するベクトルを算出し、撮像画像上での操作者指定の所望点までのポインタ移動ベクトルをＸＹ方向移動ベクトルに変換してロボットを移動させ、撮像画像上でポインタが所望点から所定の範囲内に位置するか判断し、否であれば補正し、このＸＹ平面位置と、ロボットをＺ方向に移動させ、検出圧力が所定値を越えたときのＺ方向位置とを所望点と関連付けて記憶する。【選択図】  図２
2006302019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交する３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸）に沿って移動可能な直交座標ロボットを制御するロボット制御装置であって、
前記ロボットが押圧する操作面を撮像する撮像手段と、
前記操作面に平行なＸＹ平面上を前記ロボットと共に移動し、該ロボットのＺ方向延長線と前記操作面との交点にポインタを照射する照射手段と、
前記ロボットの前記操作面に対向する面に設けられ、該ロボットが前記操作面を押圧する圧力を検出する圧力検出手段とを有し、
前記ロボットのＸＹ平面上での移動ベクトルを前記撮像手段により撮像された画像上での前記ポインタの移動ベクトルに変換するための変換ベクトルを算出し、
前記撮像手段により撮像された画像上での前記ポインタの現在位置から操作者により指定された前記操作面上の所望点までの移動ベクトルを前記変換ベクトルを用いて前記ロボットのＸＹ平面上での移動ベクトルに変換し、この求められた移動ベクトルに従って前記ロボットをＸＹ平面上で移動させ、
移動後、前記撮像手段により撮像された画像上で前記ポインタが前記所望点から所定の範囲内に位置するか否かを判断し、位置していなければ前記ロボットのＸＹ平面上での位置を補正し、このＸＹ平面上でのロボット位置を前記所望点と関連付けて記憶し、
ＸＹ方向位置決定後、前記ロボットをＺ方向に移動させ、前記圧力検出手段により検出された圧力が所定の閾値を越えたときのＺ方向位置を前記所望点と関連付けて記憶する、ことを特徴とするロボット制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、直交座標ロボットを制御するロボット制御装置に係り、特に、１台のカメラで自動ティーチングを実現したロボット制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直交する３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸）に沿って移動可能な直交座標ロボットを制御するロボット制御装置が知られている。
【０００３】
また、ロボットの３次元座標は、通常、２台のカメラを用い、撮像された２つの２次元画像から求められる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
押しボタン式スイッチを検査目的で自動操作する直交座標ロボット及びその制御装置の一例を図１に示す。ここでは、図１紙面左右方向をＸ軸、垂直方向をＹ軸、上下方向をＺ軸とし、Ｘ軸に沿って配置されたスイッチ面Ｐ上のスイッチをロボットによって押すものとする。
【０００５】
図１の例において、ロボット制御装置１００により制御される直交座標ロボット１０１は、Ｘ軸に沿って設けられたフレーム１０２によって担持され、フレーム１０２上に設けられたＸ方向軌道上を移動可能な第一のキャリッジ１０３と、第一のキャリッジ１０３によって担持され、第一のキャリッジ１０３上に設けられたＹ方向軌道上を移動可能な第二のキャリッジ１０４と、第二のキャリッジ１０４上にＺ軸に平行に設けられ、Ｚ軸に沿って伸縮可能な操作アーム１０５とから成る。
【０００６】
このような構成により、操作アーム１０５の先端は、所定の稼動範囲内で任意の３次元座標をとることができる。
【０００７】
図１の例では、操作アーム１０５の先端の３次元位置を２台のカメラ１０６、１０７を用いて検出する。カメラ１０６は、ＸＹ平面を撮像するカメラであり、操作アーム１０５の先端のＸＹ平面上での位置を撮像する。カメラ１０７は、ＹＺ平面を撮像するカメラであり、操作アーム１０５の先端のＹＺ平面上での位置、特にＺ軸方向の奥行きを撮像する。
【０００８】
２つのカメラ１０６、１０７によって撮像された画像は画像処理用ＰＣ１０８によってディスプレイ上に表示される。スイッチ操作のための３次元座標をティーチング（教示）する際、操作者は、ディスプレイ上に表示された２つの２次元画像を見て、操作アーム１０５の先端があるスイッチを操作するのに適切な３次元位置にあるときにその座標をロボットコントローラ１０９に記憶させる。
【０００９】
ロボットコントローラ１０９は、あるスイッチを操作するように操作者から要求されると、当該スイッチについて予めティーチングされた３次元位置へロボット１０１を移動ささせる。
【００１０】
このように、従来の直交座標ロボット及びその制御装置によれば、ロボットの３次元位置は２台のカメラによって検出され、所望の操作位置は操作者によって手動で設定されるのが通常であると考えられる。
【特許文献１】実公平６−４７６７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記のような従来手法では、例えば完成車両の車室内においてインパネに設けられたスイッチを検査する場合など、狭い空間内での利用が難しい。
【００１２】
図１に例示したような構造・手法で車両インパネスイッチを操作する場合、ＸＹ平面を撮像するカメラ１０６については、ステアリングハンドルやシートのヘッドレストなどの障害物及びロボット自体によって撮像面が遮られないように設置するのが困難である。
【００１３】
また、ＹＺ平面（奥行き）を撮像するカメラ１０７については、Ａピラーやドアが障害となって設置困難である。
【００１４】
このような障害物やロボット自体を避けるように２台のカメラを異なる２つのいずれも斜めの方向からインパネＰを撮像するように設置すると、２つの撮像画像を合成して３次元座標を得る演算が複雑となる。
【００１５】
さらに、上記のような従来手法では、操作対象ボタンの各々についてティーチングするためには、操作者が、ロボットを移動させて、操作アームが各ボタンを押すのに適切な３次元座標に位置することをディスプレイ上で確認し、当該座標を設定する、という手動による一連の手順が必要となり、工数が多く手間が掛かるだけでなく、多くの時間が必要となる。
【００１６】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、１台のカメラで自動ティーチングを実現したロボット制御装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、直交する３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸）に沿って移動可能な直交座標ロボットを制御するロボット制御装置であって、
上記ロボットが押圧する操作面を撮像する撮像手段と、
上記操作面に平行なＸＹ平面上を上記ロボットと共に移動し、該ロボットのＺ方向延長線と上記操作面との交点にポインタを照射する照射手段と、
上記ロボットの上記操作面に対向する面に設けられ、該ロボットが上記操作面を押圧する圧力を検出する圧力検出手段とを有し、
上記ロボットのＸＹ平面上での移動ベクトルを上記撮像手段により撮像された画像上での上記ポインタの移動ベクトルに変換するための変換ベクトルを算出し、
上記撮像手段により撮像された画像上での上記ポインタの現在位置から操作者により指定された上記操作面上の所望点までの移動ベクトルを上記変換ベクトルを用いて上記ロボットのＸＹ平面上での移動ベクトルに変換し、この求められた移動ベクトルに従って上記ロボットをＸＹ平面上で移動させ、
移動後、上記撮像手段により撮像された画像上で上記ポインタが上記所望点から所定の範囲内に位置するか否かを判断し、位置していなければ上記ロボットのＸＹ平面上での位置を補正し、このＸＹ平面上でのロボット位置を上記所望点と関連付けて記憶し、
ＸＹ方向位置決定後、上記ロボットをＺ方向に移動させ、上記圧力検出手段により検出された圧力が所定の閾値を越えたときのＺ方向位置を上記所望点と関連付けて記憶する、ことを特徴とするロボット制御装置である。
【００１８】
この一態様において、ロボットとは、例えば押しボタン式スイッチを自律的に押してその機能を検査するためのロボットであり、操作面とは、検査対象となる例えば押しボタン式スイッチが配列されたパネル面（例えば、自動車のインパネ）である。
【００１９】
また、この一態様において、撮像手段は、ロボットによって遮られないように、操作面に対して斜めに設置されることが好ましい。
【００２０】
この一態様によれば、撮像手段と、圧力検出手段と、上記のような変換ベクトルの演算により、撮像された２次元画像上で指定した点を適切な圧力を押圧するための３次元位置（座標）をロボットが自動的に検出し、記憶することができるため、所望の３次元座標をロボットに記憶させるためのティーチング作業を１つの撮像手段のみを用いて自動化することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、１台のカメラで自動ティーチングを実現したロボット制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。なお、直交座標ロボット及びその制御装置の基本概念、主要なハードウェア構成、作動原理、及び基本的な制御手法等については当業者には既知であるため、詳しい説明を省略する。
【００２３】
また、以下の一実施例の説明では、既述の図１の場合と同様に、押しボタン式スイッチを検査目的で自動操作する直交座標ロボット及びその制御装置の例に挙げる。中でも特に、狭い車室内での動作が必要となる完成車両のインパネに配置されたボタンを自律的に押す検査ロボットの場合を例に挙げる。
【実施例】
【００２４】
図２は、本発明の一実施例に係る直交座標ロボット２０１及びその制御装置２００の概略構成図である。ここでは、インパネＰ上のスイッチをロボット２０１によって押すものとし、図２紙面左右方向をＸ軸、垂直方向をＹ軸、上下方向をＺ軸とする。すなわち、インパネＰは、ＸＹ平面に平行とする。
【００２５】
ロボット制御装置２００により制御される直交座標ロボット２０１は、Ｘ軸に沿って設けられたフレーム２０２によって担持され、フレーム２０２上に設けられたＸ方向軌道（図示せず）上を移動可能な第一のキャリッジ２０３と、第一のキャリッジ２０３によって担持され、第一のキャリッジ１０３上に設けられたＹ方向軌道（図示せず）上を移動可能な第二のキャリッジ２０４と、第二のキャリッジ２０４上にＺ軸に平行に設けられ、Ｚ軸に沿って伸縮可能な操作アーム２０５とから成る。
【００２６】
このような構成により、操作アーム２０５の先端は、所定の稼動範囲内で任意の３次元座標をとることができる。なお、フレーム２０２は、例えば、両端に運転席及び助手席のドア上部のルーフ部分に設けられた取っ手に引っ掛けて固定するための取り付け部材を設けることによって、検査対象車両に固定される。
【００２７】
操作アーム２０５の先端には、スイッチ面Ｐに対向するように圧力センサ２０６が設けられる。圧力センサ２０６は、操作アーム２０５がスイッチ面Ｐと当接後、操作アーム２０５をスイッチ面Ｐに向けて更に延ばし押圧した際の圧力を検出する。
【００２８】
第二のキャリッジ２０４上には、所定の方向にレーザポインタを照射するレーザポインタ装置２０７が設けられる。このレーザポインタ装置２０７は、第二のキャリッジ２０４上に設けられるため、第一のキャリッジ２０３及び第二のキャリッジ２０４と共にＸＹ平面上を移動するが、Ｚ軸方向には移動しない。また、レーザポインタ装置２０７は、操作アーム２０５のＺ軸方向延長線がインパネＰと交わる点にレーザポインタを照射するように照射方向が設定・固定される。
【００２９】
ロボット制御装置２００は、更に、フレーム２０２上に所定の角度に固定的に設置され、インパネＰのうち少なくとも操作アーム２０５によって押圧され得るエリアを撮像可能なカメラ２０８を有する。カメラ２０８は、ステアリングハンドルやロボット２０１自体によって遮られないように、図示するように斜めからインパネＰを撮像するように設置される。障害物回避のため、仰角方向の角度が付けられてもよい。
【００３０】
したがって、カメラ２０８は、インパネＰ上のスイッチ類及びレーザポインタ装置２０７によって照射されたインパネＰ上のレーザポインタとを撮像することが可能となる。
【００３１】
カメラ２０８によって撮像された画像は画像処理用ＰＣ２０９によってディスプレイ（図示せず）上に表示される。また、操作者は、ロボットコントローラ２１０を通じて、ロボット２０１を所望のＸＹＺ座標に移動させることができる。
【００３２】
次いで、図３〜５を用いて、このような構成のロボット制御装置２００を用いた自動ティーチング処理の流れを説明する。
【００３３】
図３は、ロボット制御装置２００を用いた自動ティーチング及び自動検査の概略的な流れを示すフローチャートである。
【００３４】
まず、操作者は、検査対象となる車両にフレーム２０２を固定し、ロボット２０１が車室内で移動できるように設置作業を行う（Ｓ３０１）。
【００３５】
ロボットが作動可能にセットアップされると、最初に、ロボット２０１のＸＹ平面上での移動ベクトルをカメラ２０８によって撮像された撮像画面上の移動ベクトルへ変換するための変換ベクトルを求める処理を行う（Ｓ３０２）。
【００３６】
まず、画像処理用ＰＣ２０９は、カメラ２０８によって撮像された撮像画面上における現在のポインタの位置（例えば初期位置）を記録する。
【００３７】
次いで、ロボットコントローラ２１０は、第一のキャリッジ２０３及び第二のキャリッジ２０４をそれぞれ所定量動かすことによって、ロボット２０１をＸＹ平面上で所定の移動ベクトルで移動させる。
【００３８】
移動後、画像処理用ＰＣ２０９は、ロボット２０１移動後の撮像画像上でのポインタ位置を記録する。
【００３９】
一例を図４に示す。図４は、カメラ２０８による撮像画像の一例を示す。点Ａが移動前のポインタ位置、点Ｂがロボット２０１が所定のＸＹ平面ベクトルで移動させられた後のポインタ位置である。
【００４０】
画像処理用ＰＣ２０９は、この撮像画像上でのポインタの移動ベクトルＶＤを計算する。カメラ２０８がインパネＰに対して斜めから撮像していること、及び、図２では図示を省略しているが、実際の車両インパネには意匠上設けられた凹凸や傾斜などがあることから、ロボット２０１のＸＹ平面における移動ベクトルと、撮像画像上でのポインタ移動ベクトルは必ずしも一致しない。
【００４１】
次いで、画像処理用ＰＣ２０９は、既知であるロボットのＸＹ方向移動ベクトルと、この移動に伴う撮像画像上でのポインタ移動ベクトルＶＤとの対応関係を求める。すなわち、ロボットのＸＹ平面での移動ベクトルから撮像画像上でのポインタ移動ベクトルを求めるための変換ベクトルを求める。
【００４２】
これを式で表すと、
撮像画像上でのポインタ移動ベクトル＝変換ベクトル×ロボット移動ベクトル
となる。
【００４３】
このようにして、初期設定の一環として変換ベクトルが算出されると、次いで、検査対象とする各スイッチについてそれを押すためのロボット３次元位置のティーチング処理に進む（Ｓ３０３）。
【００４４】
撮像画像の一例を図５に示す。いま、ポインタは初期位置Ｓに照射されており、操作者は、まず、スイッチα、β、γのうち、スイッチαを押すためのロボット３次元座標をティーチングするものとする。
【００４５】
このために、操作者は、画像処理用ＰＣ２０９に接続されたマウスやタッチパネルなどのユーザ入力装置（図示せず）を用いて、撮像画像上でのスイッチαの位置をティーチング位置として指定する（図５の×印）。
【００４６】
次いで、画像処理用ＰＣ２０９は、撮像画像上での位置Ｓから指定された位置（×）までの移動ベクトルＶＤを求める。そして、この撮像画像上での移動ベクトルを先に求めた変換ベクトルを用いてロボットのＸＹ平面上での移動ベクトルに変換し、ロボットコントローラ２１０へ送る。
【００４７】
ロボットコントローラ２０１は、ロボットのＸＹ平面上での移動ベクトルを受け取ると、この移動ベクトルに従った移動が実現されるように、第一のキャリッジ２０３及び第二のキャリッジ２０４をそれぞれ移動させる。
【００４８】
移動が完了すると、画像処理用ＰＣ２０９は、撮像画像上でポインタとユーザ指定の点（×）とが一致しているかを判定する。操作アーム２０５先端の大きさやスイッチの面積を考慮して、多少のずれは許容される。
【００４９】
許容できないほどずれていれば、すなわち、このまま操作サーム２０５をインパネＰ方向に伸ばしてもユーザ指定のスイッチを押すことができないと判断された場合、画像処理用ＰＣ２０９は、ロボットコントローラ２１０のロボット２０１のＸＹ位置の修正を要求する。ロボットコントローラ２１０は、要求された補正量・補正方向を学習していくことが好ましい。
【００５０】
撮像画像上でポインタとユーザ指定点との一致が確認されると、当該ＸＹ位置がそのスイッチを押す際のロボット２０１のＸＹ方向位置として決定され、当該スイッチ位置と関連付けて記憶される。
【００５１】
次いで、ロボットコントローラ２１０は、圧力センサ２０７の出力を監視しながら、操作アーム２０５をインパネＰ方向に伸ばす。検出された圧力が所定の閾値を越えたとき、ロボットコントローラ２１０は、人間がスイッチを軽く押したときと同様の押圧が実現されたものと判断し、そのときのＺ軸方向位置を当該スイッチを押す際のＺ方向位置として決定し、当該スイッチ位置と関連付けて記憶する。
【００５２】
このようにして、操作者が画像処理用ＰＣ２０９のディスプレイ上でティーチングしたいスイッチ位置（この時点では２次元位置）を指定するだけで、自動的にそのスイッチを押すための３次元座標をロボットコントローラ２１０に憶え込ませることができる。
【００５３】
したがって、以降、そのスイッチを検査のために押すには、そのスイッチ位置を指定するだけで、ロボット２０１が自動的にそのスイッチを押す３次元座標へ移動することになる（Ｓ３０４）。
【００５４】
このように、本実施例によれば、１台のカメラで自動ティーチングを実現することができる。自動ティーチングにより、操作者は、撮像画像上で押させたいスイッチの２次元座標を指定するだけで、ロボットが自律的にそのスイッチを押すための３次元座標を取得することができ、操作者の手間が大幅に削減されると共に、ティーチングに要する処理時間が大幅に短縮される。また、自動化により再現性も向上する。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、検査目的等のために対象物を自律的に押圧する直交座標ロボットの制御装置に利用できる。対象物は例えば押しボタン式スイッチなど任意のものでよく、その機能やサイズ等は問わない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】従来の直交座標ロボット及びカメラを２台利用した制御装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の一実施例に係る直交座標ロボット制御装置の概略構成図である。
【図３】本発明の一実施例に係る直交座標ロボット制御装置を用いた自動ティーチング及び自動検査の概略的な流れを示すフローチャートである。
【図４】撮像画像上でのポインタ移動ベクトルを示す図である。
【図５】所望点までの撮像画像上での移動ベクトルを示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
２００  ロボット制御装置
２０１  ロボット
２０２  Ｘ軸フレーム
２０３  Ｘ方向キャリッジ
２０４  Ｙ方向キャリッジ
２０５  操作アーム
２０６  圧力センサ
２０７  レーザポインタ
２０８  カメラ
２０９  画像処理用ＰＣ
２１０  ロボットコントローラ
【図１】
2006302019.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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