(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
較正板を用いて、センサ（１０）の固有のパラメータと、世界座標系（Ｏ）に対する前記センサ（１０）のセンサ座標系（ＯC）とを較正するステップＳ１００と、
複数の異なるポーズで同一の目標点に到達するためにロボット（２０）上に取り付けられたツール（３０）のツール座標系（Ｏt）の原点を移動するように前記較正されたセンサ（１０）の案内の下で前記ロボット（２０）を制御プログラムによって自動的に制御し、前記同一の目標点における前記ロボット（２０）のポーズデータに基づいて前記ロボット（２０）のツール中心点座標系（ＯTcp）に対する前記ツール座標系（Ｏt）の変換行列TcpＴtを計算するステップＳ２００を備えるロボットシステムのための自動較正方法。
【請求項２】
前記ツール座標系（Ｏt）の前記原点の、前記センサ（１０）によって検出された実際の位置と前記目標点の位置との間の位置誤差に基づき、前記位置誤差がゼロになるまで前記ロボット（２０）に対して閉ループフィードバック制御を行う請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ステップＳ２００の後、
取得した前記変換行列TcpＴtに基づき、ロボット座標系（ＯR）に対する前記ツール座標系（Ｏt）の変換行列（RＴt）を計算するステップＳ２１１と、
既知の目標ポーズに到達するために前記ロボット（２０）に取り付けられた前記ツール（３０）を移動するように前記センサ（１０）の前記案内の下で前記ロボット（２０）を前記制御プログラムによって自動的に制御し、前記世界座標系（Ｏ）に対する前記既知の目標ポーズの変換行列Ｔと前記計算された変換行列RＴtとに基づいて前記世界座標系（Ｏ）に対する前記ロボット座標系（ＯR）に対する変換行列ＴRを計算するステップＳ２１２をさらに備える請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記センサ（１０）によって検出された前記ツール（３０）の実際のポーズと前記目標ポーズとの間のポーズ誤差に基づき、前記ポーズ誤差がゼロになるまで前記ロボット（２０）に対して閉ループフィードバック制御を行う請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記センサ（１０）を較正した後、
較正された前記センサ（１０）を用いて前記世界座標系（Ｏ）に対する前記ツール（３０）によって機械加工される対象の物体（４０）の変換行列ＴOを特定するステップＳ３００と、
較正された前記センサ（１０）を用いて物体座標系（ＯO）に対する前記物体（４０）上の目標領域（５０）の変換行列OＴPを特定するステップＳ４００をさらに備える請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記物体座標系（Ｏo）に対する前記物体（４０）上の前記目標領域（５０）の前記変換行列OＴPは一定である請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記世界座標系（Ｏ）に対する前記物体（４０）のポーズは一定であるか又は連続的に変化する請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記センサ（１０）は視覚センサ又はレーザトラッカーである請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記センサ（１０）はカメラであり、前記センサ（１０）の前記固有のパラメータは、焦点距離、レンズの歪み、画素比率、および前記カメラのチップポーズとレンズポーズの間の幾何学的関係のうちの少なくとも１つを備える請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ロボットシステムは、１つ又は２つ以上のカメラを備える請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ロボットシステムは、１つ又は２つ以上のロボット（２０）を備える請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記カメラは、前記ロボットシステムを較正するために、かつ、前記物体（４０）を機械加工するために前記ロボット（２０）を視覚的に案内するように構成される請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記ツール（３０）が新たなツールと交換された後、前記ロボットシステムは、前記ロボット（２０）のツール中心点座標系（ＯTcp）に対する前記新たなツールのツール座標系（Ｏt）の変換行列TcpＴtを自動的にかつ迅速に再特定する請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
較正板を用いて、センサ（１０）の固有のパラメータと、世界座標系（Ｏ）に対する前記センサ（１０）のセンサ座標系（ＯC）とを較正するステップＳ１０と、
第１のグループの異なるポーズで同一の第１の目標点に到達するためにロボット（２０）に取り付けられたツール（３０）のツール座標系（Ｏt）の原点を移動するように前記較正されたセンサ（１０）の案内の下で前記ロボット（２０）を制御プログラムによって自動的に制御し、前記第１の目標点における前記ロボット（２０）のポーズデータに基づいて前記ロボット（２０）のツール中心点座標系（ＯTcp）に対する前記ツール座標系（Ｏt）の第１の変換行列TcpＴtを計算するステップＳ２０と、
第２のグループの異なるポーズで同一の第２の目標点に到達するために前記ロボット（２０）に取り付けられた前記ツール（３０）の前記ツール座標系（Ｏt）の前記原点を移動するように前記較正されたセンサ（１０）の案内の下で前記ロボット（２０）を前記制御プログラムによって自動的に制御し、前記第２の目標点における前記ロボット（２０）のポーズデータに基づいて前記ロボット（２０）の前記ツール中心点座標系（ＯTcp）に対する前記ツール座標系（Ｏt）の第２の変換行列TcpＴtを計算するステップＳ３０と、
前記第１の変換行列と前記第２の変換行列との間の誤差が許容範囲内であるか否かを判断し、前記誤差が前記許容範囲を超えている場合は、前記ステップＳ１０に戻り、前記誤差が前記許容範囲内であれば、前記ロボット（２０）の前記ツール中心点座標系（ＯTcp）に対する前記ツール座標系（Ｏt）の変換行列TcpＴtとして前記第１の変換行列と前記第２の変換行列の平均を使用するステップＳ４０を備えるロボットシステムのための自動較正方法。
【請求項１５】
較正板を用いて、センサ（１０）の固有のパラメータと、世界座標系（Ｏ）に対する前記センサ（１０）のセンサ座標系（ＯC）とを較正するステップと、
複数の異なるポーズで第１〜第Ｎの目標点夫々に到達するためにロボット（２０）上に取り付けられたツール（３０）のツール座標系（Ｏt）の原点を移動するように前記較正されたセンサ（１０）の案内の下で前記ロボット（２０）を制御プログラムによって自動的に制御するステップと、
Ｎは２以上の整数である前記第１〜第Ｎの目標点夫々における前記ロボット（２０）のポーズデータに基づいて前記ロボット（２０）のツール中心点座標系（ＯTcp）に対する前記ツール座標系（Ｏt）の第１の変換行列〜第Ｎの変換行列を計算するステップと、
最小二乗法を使用することによって前記第１の変換行列〜前記第Ｎの変換行列を処理し、前記ロボット（２０）のツール中心点座標系（ＯTcp）に対する前記ツール座標系（Ｏt）の変換行列TcpＴtとして前記最小二乗法を使用することによって処理された変換行列を使用するステップを備えるロボットシステムのための自動較正方法。
【請求項１６】
Ｎは３以上の整数である請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、中国知識産権局にて２０１４年２月１１日に出願された中国特許出願第２０１４１００４７１１５．６号の利益を主張し、その全開示は、参照によって本明細書に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、ロボットシステムのための自動較正方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
先行技術では、ロボットシステムのための較正は、一般的に、人工教示方法によって行われている。例えば、オペレータは、ロボットを、複数の異なるポーズで（例えば、６軸ロボットであれば、一般的には４つ以上の異なるポーズで）同一の目標点に到達するように、ロボットに取り付けられたツールを移動するように手動で制御する。しかしながら、上記の方法では、オペレータの目によって、ツールが同一の目標点に移動したか否かを決定することが必要である。それにより、人工教示方法では、誤差が避けられず、それにより、ロボットのツール中心点座標系に対するツールの変換行列が不正確になる。
【０００４】
さらに、異なるポーズで同一の目標点に到達するようにロボットを手動で制御し、かつ、ロボットが同一の目標点に至ったか否かを目視で決定することは、非常に時間が掛かることであり、作業効率を大幅に低下させる。
【０００５】
さらに、ロボットシステムにおいてツールを頻繁に交換する必要がある場合は、ロボットシステムは、ツールが新たなツールと交換される度に再較正されなければならず、これは非常に厄介で時間が掛かる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の欠点の少なくとも一部を克服又は軽減するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的によれば、ロボットシステムのための自動較正方法が提供される。この方法により、ロボットシステムの較正は、高精度かつ高効率で達成される。
【０００８】
本発明の一態様によれば、
較正板を用いて、センサの固有のパラメータと、世界座標系に対する前記センサのセンサ座標系とを較正するステップＳ１００と、
複数の異なるポーズで同一の目標点に到達するためにロボット上に取り付けられたツールのツール座標系の原点を移動させるために前記較正されたセンサの案内の下で前記ロボットを制御し、前記同一の目標点における前記ロボットのポーズデータに基づいて前記ロボットのツール中心点座標系に対する前記ツール座標系の変換行列TcpＴtを計算するステップＳ２００を備えるロボットシステムのための自動較正方法が提供される。
【０００９】
本発明の一例示的実施形態によれば、上記方法において、前記ツール座標系の前記原点の、前記センサによって検出された実際の位置と前記目標点の位置との間の位置誤差に基づき、前記位置誤差がゼロになるまで前記ロボットに対して閉ループフィードバック制御を行う。
【００１０】
本発明の他の一例示的実施形態によれば、前記ステップＳ２００の後、上記方法は、
前記取得した変換行列TcpＴtに基づき、ロボット座標系に対する前記ツール座標系の変換行列RＴtを計算するステップＳ２１１と、
既知の目標ポーズに到達するために前記ロボットに取り付けられた前記ツールを移動するように前記センサの前記案内の下で前記ロボットを制御し、前記世界座標系に対する前記既知の目標ポーズの変換行列Ｔと前記計算された変換行列RＴtとに基づいて前記世界座標系に対する前記ロボット座標系の変換行列ＴRを計算するステップＳ２１２とをさらに備える。
【００１１】
本発明の他の一例示的実施形態によれば、上記方法では、前記センサによって検出された前記ツールの実際のポーズと前記目標ポーズとの間のポーズ誤差に基づき、前記ポーズ誤差がゼロになるまで前記ロボットに対して閉ループフィードバック制御を行う。
【００１２】
本発明の他の一例示的実施形態によれば、前記センサを較正した後、上記方法は、
前記較正されたセンサを用いて前記世界座標系に対する前記ツールによって機械加工される対象の物体の変換行列ＴOを特定するステップＳ３００と、
前記較正されたセンサを用いて物体座標系に対する前記物体上の目標領域の変換行列OＴPを特定するステップＳ４００をさらに備える。
【００１３】
本発明の他の一例示的一実施形態によれば、前記物体座標系に対する前記物体上の前記目標領域の前記変換行列OＴPは一定である。
【００１４】
本発明の他の一例示的実施形態によれば、前記世界座標系に対する前記物体のポーズは一定である又は連続的に変化する。
【００１５】
本発明の他の一例示的実施形態によれば、前記センサは視覚センサ又はレーザトラッカーである。
【００１６】
本発明の他の一例示的実施形態によれば、前記センサはカメラであり、前記センサの前記固有のパラメータは、焦点距離、レンズの歪み、画素比率、および前記カメラのチップポーズとレンズポーズとの間の幾何学的関係のうちの少なくとも１つを備える。
【００１７】
本発明の他の一例示的実施形態によれば、前記ロボットシステムは、１つ又は２つ以上のカメラを備える。
【００１８】
本発明の他の一例示的実施形態によれば、前記ロボットシステムは、１つ又は２つ以上のロボットを備える。
【００１９】
本発明の他の一例示的実施形態によれば、前記カメラは、前記ロボットシステムを較正するように、かつ、前記物体を機械加工するために前記ロボットを視覚的に案内するように構成される。
【００２０】
本発明の他の一例示的実施形態によれば、前記ツールが新たなツールと交換された後、前記ロボットシステムは、前記ロボットのツール中心点座標系に対する前記新たなツールのツール座標系の変換行列TcpＴtを自動的にかつ迅速に再特定する。
【００２１】
本発明の他の一例示的実施形態によれば、
較正板を用いて、センサの固有のパラメータと、世界座標系に対する前記センサのセンサ座標系とを較正するステップＳ１０と、
第１のグループの異なるポーズで同一の第１の目標点に到達するためにロボットに取り付けられたツールのツール座標系の原点を移動するように前記較正されたセンサの案内の下で前記ロボットを制御し、前記第１の目標点における前記ロボットのポーズデータに基づいて前記ロボットのツール中心点座標系に対する前記ツール座標系の第１の変換行列TcpＴtを計算するステップＳ２０と、
第２のグループの異なるポーズで同一の第２の目標点に到達するために前記ロボットに取り付けられた前記ツールの前記ツール座標系の前記原点を移動するように前記較正されたセンサの前記案内の下で前記ロボットを制御し、前記第２の目標点における前記ロボットのポーズデータに基づいて前記ロボットの前記ツール中心点座標系に対する前記ツール座標系の第２の変換行列TcpＴtを計算するステップＳ３０と、
前記第１の変換行列と前記第２の変換行列との間の誤差が許容範囲内であるか否かを判断し、前記誤差が前記許容範囲を超えている場合は、前記ステップＳ１０に戻り、前記誤差が前記許容範囲内であれば、前記ロボットの前記ツール中心点座標系に対する前記ツール座標系の変換行列TcpＴtとして前記第１の変換行列と前記第２の変換行列の平均を使用するステップＳ４０を備えるロボットシステムのための自動較正方法が提供される。
【００２２】
本発明の他の一例示的実施形態によれば、
較正板を用いて、センサの固有のパラメータと、世界座標系に対する前記センサのセンサ座標系とを較正するステップと、
複数の異なるポーズで第１〜第Ｎの目標点夫々に到達するためにロボット上に取り付けられたツールのツール座標系の原点を移動するように前記較正されたセンサの案内の下で前記ロボットを制御するステップと、
Ｎは２以上の整数である前記第１〜第Ｎの目標点夫々における前記ロボットのポーズデータに基づいて前記ロボットのツール中心点座標系に対する前記ツール座標系の第１の変換行列〜第Ｎの変換行列を計算するステップと、
最適に処理された変換行列を得るために最小二乗法を使用することによって前記第１の変換行列〜前記第Ｎの変換行列を最適に処理し、前記ロボットのツール中心点座標系に対する前記ツール座標系の変換行列TcpＴtとして前記最適に処理された変換行列を使用するステップとを備えるロボットシステムのための自動較正方法が提供される。
【００２３】
本発明の他の一例示的実施形態によれば、Ｎは３以上の整数である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の様々な実施形態に係る上記方法では、センサがまず較正され、次にロボットの実際の位置が、較正されたセンサによって検出され、ロボットの位置が、閉ループ制御によって、実際の位置と目標位置との間の位置誤差に基づいて制御される。その結果、ロボットは、複数の異なるポーズで同一の目標点に正確に移動することができ、ロボットシステムの較正精度を改善する。さらに、ロボットシステムの較正は、制御プログラムによって自動的に行われ、較正効率を上げ、較正作業を簡単にする。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
本発明の上記およびその他の特徴は、その例示的実施形態を、添付の図面を参照して詳細に説明することによってより明らかになる。
【図１】本発明の例示的実施形態に係るロボットシステムの例示的な斜視図である。
【図２】本発明の例示的実施形態に係るツールの位置に対する閉ループフィードバック制御を行う例示的なブロック図である。
【図３】本発明の例示的実施形態に係るツールのポーズに対して閉ループフィードバック制御を行う例示的なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
同様の参照番号が同様の要素を指す添付の図面を参照して、本開示の例示的実施形態が以下に詳細に説明される。しかしながら、本開示は、様々な形態で実施されることができ、本明細書で示される実施形態に制限されるものとみなされるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示が十分かつ完全なものになり、当業者に本開示の概念を十分に伝えるように提供されるものである。
【００２７】
以下の詳細な説明では、説明のために、開示の実施形態の十分な理解を提供するために多くの具体的な細部が示される。しかし、これらの具体的な細部を備えずに１つ以上の実施形態が実施されることができることは明らかだろう。場合によっては、図面を簡素にするために、既知の構造および装置は概略的に示されている。
【００２８】
本発明の一般的な概念によれば、較正板を用いて、センサの固有のパラメータと、世界座標系に対する前記センサのセンサ座標系を較正するステップと、複数の異なるポーズで同一の目標点に到達するためにロボットに取り付けられたツールのツール座標系の原点を移動するように前記較正されたセンサの前記案内の下で前記ロボットを制御するステップと、前記同一の目標点における前記ロボットのポーズデータに基づき、前記ロボットのツール中心点座標系に対して前記ツール座標系の変換行列TcpＴtを較正するステップを備えるロボットシステムのための自動較正方法が提供される。
【００２９】
図１は、本発明の例示的実施形態に係るロボットシステムの例示的な斜視図である。
【００３０】
本発明の例示的実施形態では、ロボットシステムのための自動較正方法が開示される。図１に示すように、このロボットシステムは、６軸ロボットシステムであることができる。しかしながら、本発明はこれに限られず、このロボットシステムは、任意の適当な多自由度ロボットシステム、例えば、４軸ロボットシステム又は５軸ロボットシステムでもよい。
【００３１】
図１に示すように、このロボットシステムは、カメラ（センサ）１０と、６軸ロボット２０と、ロボット２０に取り付けられた、物体４０を機械加工するためのツール３０とを備える。
【００３２】
図示の実施形態では、カメラ１０は、視覚センサとして使用される。カメラ１０は、ツール３０、物体４０、および物体４０上の目標領域５０の画像を撮影し、かつ、撮影した画像に基づき、ツール３０、物体４０、および目標領域５０のポーズ（位置および姿勢）データを特定するように構成されている。
【００３３】
図示の実施形態では、世界座標系Ｏ、カメラ座標系Ｏc、ロボット座標系ＯR、ツール中心点座標系ＯTCP、ツール座標系Ｏt、物体座標系Ｏo、および目標領域座標系ＯPを備える、複数の座標系が構築されている。
【００３４】
尚、本明細書で言及されるツール中心点ＴＣＰは、ツール３０を取り付けるためのロボット２０の先端設置部の中心点を指し、本明細書で言及されるツール中心点座標系ＯTcpは、ロボット２０の先端設置部の座標系を指す。
【００３５】
図示の実施形態では、世界座標系Ｏに対するカメラ座標系Ｏcの変換行列Ｔc、世界座標系Ｏに対するロボット座標系ＯRの変換行列ＴR、ロボット座標系ＯRに対するツール中心点座標系ＯTcpの変換行列RＴTcp、ツール中心点座標系ＯTcpに対するツール座標系Ｏtの変換行列TcpＴt、ロボット座標系ＯRに対するツール座標系Ｏtの変換行列RＴt、世界座標系Ｏに対する物体座標系Ｏoの変換行列Ｔo、および物体座標系ＯOに対する目標領域座標系ＯPの変換行列OＴPを備える、上記座標系の間の変換行列（４つの行および４つの列を有するポーズ行列）も示されている。
【００３６】
尚、ロボット座標系ＯRに対するツール中心点座標系ＯTcpの変換行列RＴTcpは既知であり、ロボット２０の制御システムによって提供されることができ、或いは、ロボット２０の教示装置から読み出されることができる。
【００３７】
図示されていないが、ロボットシステムは、さらに、予め記憶されたプログラムに基づいてロボットシステムを制御するためのコントローラと、カメラによって得られた画像データを処理するためのプロセッサとを備える。
【００３８】
以下、図１を参照してロボットシステムの較正処理を説明する。
【００３９】
まず、較正板（又は較正目標と呼ばれる）を用いて、カメラ１０の固有のパラメータと、世界座標系Ｏに対するカメラ１０のセンサ座標系ＯCとを較正する。較正板を用いてカメラ１０を較正することについては、先行技術を参照することができ、その説明は本明細書では省略される。
【００４０】
次に、カメラ１０が較正された後、較正されたカメラ１０に基づき、ツール中心点座標系ＯTcpに対するツール座標系Ｏtの変換行列TcpＴt、世界座標系Ｏに対するロボット座標系ＯRの変換行列ＴR、ロボット座標系ＯRに対するツール座標系Ｏtの変換行列RＴt、世界座標系Ｏに対する物体座標系ＯOの変換行列TO、物体座標系ＯOに対する目標領域座標系ＯPの変換行列OＴPを特定する。
【００４１】
以下、較正されたカメラ１０に基づいてツール中心点座標系ＯTcpに対するツール座標系Ｏtの変換行列TcpＴtを特定する作業を説明する。
【００４２】
まず、世界座標系における目標点を定め、カメラ１０を用いて目標点を認識する。次に、ロボット２０を、較正されたセンサ１０の案内の下、複数の異なるポーズで同一の目標点に到達するためにロボット２０に取り付けられたツール３０のツール座標系Ｏtの原点を動かすように制御する。次に、同一の目標点におけるロボット２０のポーズデータに基づき、ロボット２０のツール中心点座標系ＯTcpに対するツール座標系Ｏtの変換行列TcpＴtを計算する。
【００４３】
ロボット２０に取り付けられたツール３０のツール座標系Ｏtの原点を同一の目標点に正確に移動させるために、一実施形態では、構成されたカメラ１０に基づいてロボット２０に対して閉ループフィードバック制御を行う。例えば、ツール座標系Ｏtの原点の、センサ１０によって検出された実際の位置と目標点の位置との間の位置誤差に基づき、この位置誤差がゼロになるまでロボット２０に対して閉ループフィードバック制御を行う。このようにして、ツール座標系Ｏtの原点が、同一の目標点に正確に移動されることが保証されることができ、ロボット２０のツール中心点座標系ＯTcpに対するツール座標系Ｏtの変換行列TcpＴtの認識精度を改善する。
【００４４】
図２は、本発明の例示的実施形態に係るツールの位置に対して閉ループフィードバック制御を行う例示的なブロック図である。
【００４５】
図２に示すように、カメラ１０は、世界座標系Ｏにおけるツール３０の画像を撮影し、撮影した画像を、撮影した画像の特徴を抽出するように処理し、抽出した特徴に基づき、世界座標系Ｏにおけるツール３０の実際の位置を取得する。そして、実際の位置Ｐと目標位置Ｐ*の間の位置誤差が得られる。その後、制御アルゴリズム（本明細書では、典型的な比例積分微分（ＰＩＤ）制御アルゴリズムでもよい）が、実際の位置Ｐと目標位置Ｐ*の間の位置誤差がゼロになるまでロボットを制御するように位置誤差に対応する制御値を生成する。
【００４６】
以下、較正されたカメラ１０に基づいて世界座標系Ｏに対するロボット座標系ＯRの変換行列ＴRを特定する作業を説明する。
【００４７】
まず、以下の式（数１）に従い、取得した変換行列TcpＴtに基づき、ロボット座標系ＯRに対するツール座標系Ｏtの変換行列RＴtを計算する。
【００４８】
【数１】
0006505729.tif 000002
【００４９】
次に、世界座標系Ｏにおけるツール３０の目標ポーズを定め、カメラ１０によって目標ポーズを認識し、世界座標系Ｏに対する認識された目標ポーズの変換行列Ｔを取得する。
【００５０】
次に、認識された目標ポーズに到達するためにツール３０を移動するようにカメラ１０の案内の下でロボット２０を制御し、以下の式（数２）に従って、世界座標系Ｏに対する認識された目標ポーズの変換行列Ｔと、計算された変換行列RＴtとに基づき、世界座標系Ｏに対するロボット座標系ＯRの変換行列ＴRを計算する。ここで、RＴt-1は、RＴtの逆行列である。
【００５１】
【数２】
0006505729.tif 000003
【００５２】
認識された目標ポーズへツール３０を正確に移動するために、本発明の一実施形態では、カメラ１０によって検出されたツール３０の実際のポーズと目標ポーズとの間のポーズ誤差に基づいて、ポーズ誤差がゼロになるまでロボット２０に対して閉ループフィードバック制御を行う。
【００５３】
図３は、本発明の例示的実施形態に係るツールのポーズに対して閉ループフィードバック制御を行う例示的なブロック図である。
【００５４】
図３に示すように、カメラ１０は、世界座標系Ｏにおいてツール３０の画像を撮影し、撮影した画像を、撮影した画像の特徴を抽出するように処理し、抽出した特徴に基づいて世界座標系Ｏにおけるツール３０の実際のポーズを取得する。そして、実際のポーズＳと目標ポーズＳ*との間のポーズ誤差が得られる。その後、制御アルゴリズム（本明細書では、典型的な比例積分微分（ＰＩＤ）制御アルゴリズムでもよい）が、実際のポーズＳと目標ポーズＳ*との間のポーズ誤差がゼロになるまでロボットを制御するように、ポーズ誤差に対応する制御値を生成する。
【００５５】
なお、実際のポーズＳは、センサに基づいて計算されたポーズ情報又はセンサ空間から読み出されたポーズデータであることができる。センサ空間とポーズ空間との間には、例えば、ｓ＝Ｌ*ｐというマッピング関係があり、ｓは、センサ空間から読み出されたポーズデータを指し、ｐは、ポーズ空間における実際のポーズデータを指し、Ｌは、センサ空間とポーズ空間との間のマッピング行列を指す。それにより、本発明の一実施形態では、ロボットは、ポーズ空間において制御されることができる、すなわち、フィードバック信号Ｓが、センサから読み出されたポーズデータに基づいて計算されたポーズ信号である。別の実施形態では、ロボットは、センサ空間において制御されることができ、すなわち、フィードバック信号Ｓは、センサから直接読み出されたポーズ信号である。当然のことながら、センサ空間においてロボットを制御するための制御アルゴリズムは、ポーズ空間においてロボットを制御するための制御アルゴリズムとは異なる。
【００５６】
以下、較正されたカメラ１０に基づいて世界座標系Ｏに対する物体座標系ＯOの変換行列ＴOを認識する方法を説明する。
【００５７】
まず、較正されたカメラ１０によって物体４０の画像を撮影し、撮影した画像を、物体座標系ＯOを取得するように処理する。そして、世界座標系Ｏに対する物体座標系ＯOの変換行列ＴOが得られる。
【００５８】
一般に、機械加工対象の物体４０は固定されており、従って、世界座標系Ｏに対する物体４０のポーズは一定である。この場合、物体座標系ＯOおよび変換行列ＴOを一度だけ特定する必要がある。
【００５９】
しかしながら、状況によっては、機械加工対象の物体４０が連続的又は断続的に移動しており、物体４０のポーズは、連続的又は断続的に変化する。このような状況では、物体座標系ＯOおよび変換行列ＴOを連続的又は断続的に認識する必要がある。
【００６０】
以下、較正されたカメラ１０に基づいて物体座標系ＯOに対する目標領域座標系ＯPの変換行列OＴPを認識する方法を説明する。
【００６１】
まず、較正されたカメラ１０によって物体４０に対して目標領域５０の画像を撮影し、撮影された画像を、目標領域座標系ＯPを取得するように処理する。そして、物体座標系ＯOに対する目標領域座標系ＯPの変換行列OＴPが得られる。
【００６２】
物体座標系ＯOにおける目標領域５０のポーズは一致であるため、変換行列OＴPは一定である。
【００６３】
図１に示す一実施形態では、センサ１０の固有のパラメータは、焦点距離、レンズの歪み、画素比率、およびカメラのチップポーズとレンズポーズの間の幾何学的関係のうちの少なくとも１つを備える。
【００６４】
図１に示す例示的実施形態では、カメラ１０は、視覚センサとして使用されている。しかしながら、本発明はこれに限られず、このセンサは、任意の他の適当なセンサ、例えば、レーザトラッカーでもよい。
【００６５】
図１に示す実施形態ではカメラは１つしかないが、本発明は、図示の実施形態に限られず、このロボットシステムは、２つ以上のカメラを含んでもよく、このロボットシステムは、２つ以上の較正されたカメラに基づいて較正されてもよい。
【００６６】
図１に示す実施形態ではロボット２０は１つしかないが、本発明は、図示の実施形態に限られず、このロボットシステムは、２つ以上のロボット２０を含んでもよい。
【００６７】
図示の実施形態では、カメラ１０は、ロボットシステムを較正するだけではなく、物体４０を機械加工するためにロボット２０を視覚的に案内するようにも構成されている。他の一実施形態では、カメラ１０は、ロボットシステムを較正するためだけに使用されてもよく、物体４０を機械加工するためにロボット２０を案内するように、他のカメラが個別に使用されてもよい。
【００６８】
一実施形態では、ツール３０を頻繁に交換する必要がある。この場合、ツール３０が新たなツールと交換された後、ロボットシステムは、ロボット２０のツール中心点座標系ＯTcpに対する新たなツールのツール座標系Ｏtの変換行列TcpＴtを自動的にかつ迅速に再認識する。
【００６９】
本発明の一例示的実施形態によれば、
較正板を用いて、センサ１０の固有のパラメータと、世界座標系Ｏに対するセンサ１０のセンサ座標系ＯCとを較正するステップＳ１００と、
複数の異なるポーズで同一の目標点に到達するためにロボット２０上に取り付けられたツール３０のツール座標系Ｏtの原点を移動するように、較正されたセンサ１０の案内の下でロボット２０を制御し、同一の目標点におけるロボット２０のポーズデータに基づいてロボット２０のツール中心点座標系ＯTcpに対するツール座標系Ｏtの変換行列TcpＴtを計算するステップＳ２００を備えるロボットシステムのための自動較正方法が開示される。
【００７０】
上記ステップＳ２００では、ツール座標系Ｏtの原点の、センサ１０によって検出された実際の位置と目標点の位置との間の位置誤差に基づき、この位置誤差がゼロになるまでロボット２０に対して閉ループフィードバック制御を行う。
【００７１】
本発明の他の一例示的実施形態によれば、
較正板を用いて、センサ１０の固有のパラメータと、世界座標系Ｏに対するセンサ１０のセンサ座標系ＯCとを較正するステップＳ１０と、
第１のグループの異なるポーズで同一の第１の目標点に到達するためにロボット２０に取り付けられたツール３０のツール座標系Ｏtの原点を移動するように、較正されたセンサ１０の案内の下でロボット２０を制御し、第１の目標点におけるロボット２０のポーズデータに基づいてロボット２０のツール中心点座標系ＯTcpに対するツール座標系Ｏtの第１の変換行列TcpＴtを計算するステップＳ２０と、
第２のグループの異なるポーズで同一の第２の目標点に到達するためにロボット２０に取り付けられたツール３０のツール座標系Ｏtの原点を移動するように、較正されたセンサ１０の案内の下でロボット２０を制御し、第２の目標点におけるロボット２０のポーズデータに基づいてロボット２０のツール中心点座標系ＯTcpに対するツール座標系Ｏtの第２の変換行列TcpＴtを計算するステップＳ３０と、
第１の変換行列と第２の変換行列との間の誤差が許容範囲内であるか否かを判断し、この誤差が許容範囲を超えている場合は、ステップＳ１０に戻り、この誤差が許容範囲内であれば、ロボット２０のツール中心点座標系ＯTcpに対するツール座標系Ｏtの変換行列TcpＴtとして第１の変換行列と第２の変換行列の間の平均を使用するステップＳ４０を備えるロボットシステムのための自動較正方法が開示される。
【００７２】
上記ステップＳ３０では、ツール座標系Ｏtの原点の、センサ１０によって検出された実際の位置と第１の目標点の位置との間の位置誤差に基づき、この位置誤差がゼロになるまでロボット２０に対して閉ループフィードバック制御を行う。
【００７３】
上記ステップＳ４０では、ツール座標系Ｏtの原点の、センサ１０によって検出された実際の位置と第２の目標点の位置との間の位置誤差に基づいて、この位置誤差がゼロになるまでロボット２０に対して閉ループフィードバック制御を行う。
【００７４】
本発明の他の一例示的実施形態によれば、
較正板を用いて、センサ１０の固有のパラメータと、世界座標系Ｏに対するセンサ１０のセンサ座標系ＯCとを較正するステップと、
複数の異なるポーズで、第１〜第Ｎの目標点に夫々到達するためにロボット２０に取り付けられたツール３０のツール座標系Ｏtの原点を移動するように、較正されたセンサ１０の案内の下でロボット２０を制御するステップと、
Ｎは２以上の整数である第１〜第Ｎの目標点におけるロボット２０のポーズデータに基づいてロボット２０のツール中心点座標系ＯTcpに対するツール座標系Ｏtの第１の変換行列〜第Ｎの変換行列を計算するステップと、
最適に処理された変換行列を得るために、最小二乗法を使用することによって第１の変換行列〜第Ｎの変換行列を最適に処理し、その最適に処理された変換行列を、ロボット２０のツール中心点座標系ＯTcpに対するツール座標系Ｏtの変換行列TcpＴtとして使用するステップとを備えるロボットシステムのための自動較正方法が開示される。
【００７５】
好適な実施形態では、Ｎは、３以上の整数でもよい。このようにして、３つ以上の異なる目標点における３つ以上の変換行列を得てもよい。そして、得られた３以上の変換行列は、最終的な最適に処理された変換行列を得るために最小二乗法を使用して最適に処理され、最終的な変換行列TcpＴtの精度を改善する。
【００７６】
当業者には、上記実施形態は一例であって、制限的なものではないことが理解されるはずである。例えば、上記実施形態に対しては、当業者によって多くの修正がなされることができ、異なる実施形態において説明された様々な特徴は、構成又は原理において矛盾することなく、互いに自由に組み合わせられ得る。
【００７７】
一部の例示的な実施形態が示され、説明されたが、当業者には、これらの実施形態において、特許請求の範囲およびその均等物によってその範囲が定められる本開示の原理および精神から逸脱することなく、様々な変更又は修正がなされ得ることが理解されるだろう。
【００７８】
本明細書にて使用されるように、単数形で記載され、語「ａ」や「ａｎ」で始まる要素は、特に明記されない限りは、複数の当該要素又はステップを排除しないものと理解されるべきである。さらに、本発明の「一実施形態（ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」との言及は、記載された特徴も組み込んだ更なる実施形態の存在を排除するものと解釈されることは意図していない。さらに、特に明記されない限り、ある性質を有する１つの要素又は複数の要素を「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」又は「有する（ｈａｖｉｎｇ）」実施形態は、その性質を有しない更なる当該要素を含み得る。
【図１】
0006505729.tif 000004
【図２】
0006505729.tif 000005
【図３】
0006505729.tif 000006