(57)【要約】【課題】工具各部の位置の指定や、円筒・半球の大きさの指定にミスが生じないようにし、生じても確認することができるようにする。【解決手段】工具の映像を撮像する少なくとも１台の撮像手段１０１と、撮像手段で撮像された映像を提示する少なくとも１台の映像提示手段１０２と、撮像手段と映像提示手段の位置関係とロボットと撮像手段の位置関係とを記憶する校正データ１１０と、工具各部の位置を入力する入力手段１０３と、入力手段で入力された工具各部の位置を校正データを用いて映像提示手段の位置に変換する座標変換手段１０５と、座標変換手段で変換された位置に映像提示手段上にマークを表示する表示制御手段１０４を備える。【選択図】    図１
2004243454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットコントローラによって少なくとも１つの座標系に基づいて制御されるロボットの手首フランジに工具を装着し、前記工具各部の形状を指定する装置において、
前記工具の映像を撮像する少なくとも１台の撮像手段と、前記撮像手段で撮像された映像を提示する少なくとも１台の映像提示手段と、前記撮像手段と前記映像提示手段の位置関係と前記ロボットと前記撮像手段の位置関係とを記憶する校正データと、前記工具各部の位置を入力する入力手段と、前記入力手段で入力された前記工具各部の位置を前記校正データを用いて前記映像提示手段の位置に変換する座標変換手段と、前記座標変換手段で変換された位置に前記映像提示手段上にマークを表示する表示制御手段と、を備えることを特徴とするロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置。
【請求項２】
ロボットコントローラによって少なくとも１つの座標系に基づいて制御されるロボットの手首フランジに工具を装着し、前記工具各部の形状を指定する装置において、
前記工具の映像を撮像する少なくとも２台の撮像手段と、前記撮像手段で撮像された映像を提示する少なくとも１台の映像提示手段と、前記撮像手段と前記映像提示手段の位置関係と前記ロボットと前記撮像手段の位置関係とを記憶する校正データと、前記映像提示手段に装着して前記映像提示手段上で位置を指定する位置指定手段と、前記位置指定手段で指定された位置から前記校正データを用いて前記工具各部の位置を演算する工具位置変換手段と、前記位置指定手段で指定された位置に前記映像提示手段上にマークを表示する表示制御手段と、を備えることを特徴とするロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置。
【請求項３】
前記撮像手段は、前記ロボットに装着して利用することを特徴とする請求項１または請求項２記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置。
【請求項４】
前記表示制御手段は、前記マークと、図形画像に予め記憶されている図形とを表示するように構成することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載のロボットの工具干渉チェック装置。
【請求項５】
ロボットコントローラによって少なくとも１つの座標系に基づいて制御されるロボットの手首フランジに工具を装着し、前記工具各部の形状を指定する装置において、
前記工具各部の位置を指し示す治具と、前記ロボットと前記治具の位置関係を記憶する校正データと、前記治具によって指し示された前記工具各部の位置を前記校正データを用いて演算する工具位置演算手段と、を備えることを特徴とするロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置。
【請求項６】
前記治具は、前記ロボットに装着して利用することを特徴とする請求項５記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置。
【請求項７】
請求項１または請求項２記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置と、請求項５記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置と、を組み合わせて利用することを特徴とするロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置。
【請求項８】
請求項３記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置と、請求項５記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置と、を組み合わせて利用することを特徴とするロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置。
【請求項９】
請求項４記載のロボットの工具干渉チェック装置と、請求項５記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置と、を組み合わせて利用することを特徴とするロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置。
【請求項１０】
請求項１または請求項２記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置と、請求項６記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置と、を組み合わせて利用することを特徴とするロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置。
【請求項１１】
請求項３記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置と、請求項６記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置と、を組み合わせて利用することを特徴とするロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置。
【請求項１２】
請求項４記載のロボットの工具干渉チェック装置と、請求項６記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置と、を組み合わせて利用することを特徴とするロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットの工具各部の形状を指定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
少なくとも２台以上のロボットが同時に作業することを想定し、これらロボットの衝突を防ぐために、ロボット同士の干渉をチェックする方法がいくつか開示されている。例えば、特許文献１（協調作業教示におけるロボット干渉検出方式）では、ロボットの各部を円筒と半球で覆い、これら立体間の干渉をチェックすることでロボット同士の干渉を検出する。この場合、ロボットの各部を円筒と半球で覆うために円筒と半球の位置を決定する必要があり、そのため、ロボット各部の位置を求める必要がある。ロボットの関節に半球を、リンクに円筒をそれぞれ設定するとすると、関節の位置はロボットの順運動学を解くことによって求めることができ、その位置に半球を設定する。円筒は、それら位置間に設定する。
ところで、一般に、ロボット先端には工具を装着するが、ロボット同士の干渉をチェックするためには、その工具をも円筒と半球で覆う必要がある。従って、工具各部に設定する円筒と半球の位置を決定する必要がある。この場合、一般に、工具を装着するロボットのフランジ面に設定された座標系から見た工具各部の位置を指定する。以下、図８を用いて、従来の円筒・半球設定方法を説明する。図８は、工具への円筒・半球設定方法を表す図である。図８において、８０１がロボットの手首で、フランジ８０２が固定されている。フランジ８０２には工具８０３が装着されている。この例では、工具８０３として溶接トーチを用いている。８０４はフランジ座標系で、フランジ８０２に固定されている。前述のように、工具８０３を円筒と半球で覆う必要があるが、その際、工具８０３各部の位置と、それら円筒と半球の大きさ（半径）を決定する必要がある。工具８０３各部の位置は、図８中、第１の位置８０５から第５の位置８０９に相当する。また、円筒は第１の円筒８１０から第４の円筒８１３、半球は第１の半球８１４から第５の半球８１８に、それぞれ相当する。尚、第２の半球８１５から第４の半球８１７は、説明簡易化のため、隣り合う円筒の端部の半球の合成として表示している。
従来、工具８０３に関する、第１の位置８０５から第５の位置８０９の指定と、第１の円筒８１０から第４の円筒８１３および第１の半球８１４から第５の半球８１８の大きさ（半径）の指定と、は工具８０３に関する機械図面を見ながら人により行われるものであった。あるいは、人により工具８０３を実測し、その実測値に基づき指定するものであった。どちらの場合でも、第１の位置８０５から第５の位置８０９は、フランジ座標系８０４から見た位置を指定することになる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−２１７４１０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の、機械図面を参照する方法、工具を実測する方法共に、位置の指定や、円筒・半球の大きさ（半径）の指定にミスを生じる可能性があり、ミスを生じても確認する手段がないという問題があった。この場合、干渉チェックをすべき円筒や半球が工具を覆わない位置に設定されるか、工具を覆わない大きさに設定されてしまうため、干渉チェックが正しく行われず、工具が他の物体と衝突し、工具や他の物体を破壊する危険性が生じるという問題があった。また、工具等の破壊による飛散のため、人に対する安全性が低下するという問題もあった。
そこで、本発明は、工具等の破壊の危険性を減少し、それに伴う人に対する安全性を向上するために、工具各部の位置の指定や、円筒・半球の大きさの指定にミスの生じない、生じても確認することのできるロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明の請求項１記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置は、ロボットの工具各部の形状を指定する装置において、前記工具の映像を撮像する少なくとも１台の撮像手段と、前記撮像手段で撮像された映像を提示する少なくとも１台の映像提示手段と、前記工具各部の位置を入力する入力手段と、前記入力手段で入力された前記工具各部の位置を前記映像提示手段の位置に変換する座標変換手段と、前記座標変換手段で変換された位置に前記映像提示手段上にマークを表示する表示制御手段と、を備えるようにするものである。
この請求項１記載の装置によれば、人が入力手段により入力した工具各部の位置を、映像提示手段により視覚的に確認することができるので、工具各部の位置の指定にミスが生じず、また生じてもそのミスを確認することができるので、工具各部の位置を正しく指定することができる。
また、本発明の請求項２記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置は、ロボットの工具各部の形状を指定する装置において、前記工具の映像を撮像する少なくとも２台の撮像手段と、前記撮像手段で撮像された映像を提示する少なくとも１台の映像提示手段と、前記映像提示手段に装着して前記映像提示手段上で位置を指定する位置指定手段と、前記位置指定手段で指定された位置から前記工具各部の位置を演算する工具位置変換手段と、前記位置指定手段で指定された位置に前記映像提示手段上にマークを表示する表示制御手段と、を備えるようにするものである。
この請求項２記載の装置によれば、人が位置指定手段により指定した工具各部の位置を、工具位置変換手段により自動的に演算することができるので、工具各部の位置の指定にミスが生じず、工具各部の位置を試行錯誤なく正しく指定することができる。この場合、試行錯誤なく自動的に演算するため、作業効率を向上させることができる。また、人が位置指定手段により指定した工具各部の位置を、映像提示手段により視覚的に確認することができるので、工具各部の位置の指定にミスが生じず、また生じてもそのミスを確認することができるので、工具各部の位置を正しく指定することができる。
また、本発明の請求項３記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置は、請求項１または請求項２記載の前記撮像手段を、ロボットに装着して利用するものである。
この請求項３記載の装置によれば、ロボットに撮像手段を装着しているので、工具の映像を撮像する位置を、ロボットを操作することにより容易に変更することができる。従って、工具の変更によっても容易に対応でき、作業効率を向上させることができる。
また、本発明の請求項４記載のロボットの工具干渉チェック装置は、請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の前記表示制御手段を、前記マークと、予め保持された図形とを表示するように構成するものである。
この請求項４記載の装置によれば、表示制御手段が、マークの他に、工具を覆う円筒や半球等の図形を映像提示手段に表示することができるので、円筒や半球等の大きさの指定にミスが生じず、また生じてもそのミスを確認することができるので、工具を覆う立体の大きさを正しく指定することができる。
また、本発明の請求項５記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置は、ロボットの工具各部の形状を指定する装置において、前記工具各部の位置を指し示す治具と、前記治具によって指し示された前記工具各部の位置を演算する工具位置演算手段と、を備えるようにするものである。
この請求項５記載の装置によれば、治具により工具各部の位置を指し示し、工具位置演算手段により工具各部の位置を自動的に演算することができるので、工具各部の位置の指定にミスが生じず、工具各部の位置を正しく指定することができる。この場合、自動的に演算するため、作業効率を向上させることができる。
また、本発明の請求項６記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置は、請求項５記載の前記治具を、ロボットに装着して利用するものである。
この請求項６記載の装置によれば、ロボットに治具を装着しているので、工具各部を指し示す位置を、ロボットを操作することにより容易に変更することができる。従って、工具の変更によっても容易に対応でき、作業効率を向上させることができる。
また、本発明の請求項７記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置は、請求項１または請求項２記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置と、請求項５記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置と、を組み合わせて利用するものである。
また、本発明の請求項８記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置は、請求項３記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置と、請求項５記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置と、を組み合わせて利用するものである。
また、本発明の請求項９記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置は、請求項４記載のロボットの工具干渉チェック装置と、請求項５記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置と、を組み合わせて利用するものである。
また、本発明の請求項１０記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置は、請求項１または請求項２記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置と、請求項６記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置と、を組み合わせて利用するものである。
また、本発明の請求項１１記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置は、請求項３記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置と、請求項６記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置と、を組み合わせて利用するものである。
また、本発明の請求項１２記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置は、請求項４記載のロボットの工具干渉チェック装置と、請求項６記載のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置と、を組み合わせて利用するものである。
これら請求項７から請求項１２までに記載の装置によれば、入力手段と治具等、複数の手段を組み合わせて利用することができ、一方の手段で指定した工具各部の位置の正確さを、他方の手段で確認することができるので、より確実に工具各部の位置を指定することができる。
以上、本発明の全ての請求項によれば、工具各部の位置と工具を覆う立体の大きさを正しく指定することができるので、その結果、ロボットの干渉チェックを正しく行うことができ、工具と他の物体との衝突による工具等の破壊の危険性を減少させ、それに伴う人に対する安全性を向上させることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置について、図１を用いて説明する。尚、本実施の形態は、請求項１記載の第１例に相当する。図１は、第１の実施の形態に関するブロック図である。尚、図８を用いて説明した構成要素については、同一の符号を付して説明を割愛する。図１において、１０１は撮像手段で、工具８０３を含むシーンを撮像する。撮像手段１０１としては、一般に用いられるＣＣＤカメラ等を利用すれば良い。尚、撮像手段１０１は、工具８０３が撮像できる位置に固定されている。１０２は映像提示手段で、撮像手段１０１で取得された映像を提示する。映像提示手段１０２としては、一般に用いられるＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ等を用いれば良い。１０６はロボットコントローラで、（図示なし）ロボットを動作させたり、ロボットの位置を演算したりする。ロボットコントローラ１０６は産業用ロボットに接続される一般的なものを利用すれば良い。尚、図１では、ロボットを図示していないため、ロボットとロボットコントローラ１０６との接続線のロボット側は、手首８０１に接続している。１０３は入力手段で、人により、フランジ座標系８０４から見た工具８０３各部の位置、例えば第２の位置８０６を入力する。入力手段１０３としては、人が操作し易いペンダント形状の入力装置等を用いれば良い。１０５は座標変換手段で、入力手段１０３で入力された工具８０３各部の位置を、映像提示手段１０２に表示できる位置に変換する。１１０の校正データは、その変換に必要な予め保存されているデータである。１０４は表示制御手段で、座標変換手段１０５で変換された、映像提示手段１０２に表示できる位置に、映像提示手段１０２上、例えば、丸印等のマークを表示する。１０７はロボット座標系で、ロボットのベースに固定されている。１０８は撮像座標系で、撮像手段１０１に固定されている。１０９は映像座標系で、撮像手段１０１の撮像面に固定されている。図１では、撮像面の映像が映像提示手段１０２に提示されるため、映像座標系１０９を映像提示手段１０２に付けている。尚、ロボット座標系１０７と撮像座標系１０８、撮像座標系１０８と映像座標系１０９は、それぞれ位置関係が校正されているものとする。校正方法としては、参照点を設けて、ロボット座標系１０７から見た参照点位置と映像座標系１０９から見た参照点位置とをいくつか取得し、それら位置から導出される関係式から校正する一般的な方法等を用いれば良い。以下、工具８０３各部の位置を決定する具体的内容を説明する。まず、人が入力手段１０３により、フランジ座標系８０４から見た工具８０３各部の位置、例えば第２の位置８０６を入力する。この位置を
【０００７】
【数１】
2004243454.tif 000003
【０００８】
と表す。この表現方法は、ロボット工学の分野で一般的に用いられる同次座標表現であり、４行１列の行列である。ロボットコントローラ１０６では、ロボット座標系１０７から見たフランジ座標系８０４の位置と姿勢を演算しており、これを同次座標表現で
【０００９】
【数２】
2004243454.tif 000004
【００１０】
と表す（４行４列の行列）。座標変換手段１０５では、式（２）のロボット座標系１０７から見たフランジ座標系８０４の位置と姿勢と、式（１）のフランジ座標系８０４から見た工具８０３各部の位置と、校正データ１１０であるロボット座標系１０７から見た撮像座標系１０８の位置と姿勢
【００１１】
【数３】
2004243454.tif 000005
【００１２】
と、撮像座標系１０８から見た映像座標系１０９の位置と姿勢
【００１３】
【数４】
2004243454.tif 000006
【００１４】
と、を入力し、
【００１５】
【数５】
2004243454.tif 000007
【００１６】
を演算する。そして、映像座標系１０９からみた工具８０３各部の位置を出力する。表示制御手段１０４では、式（５）の映像座標系１０９からみた工具８０３各部の位置を入力し、映像提示手段１０２上のその位置にマークを表示する。図１の場合、丸印を表示している。
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態（請求項１記載の第１例）は、人が入力手段１０３によって入力した工具８０３各部の位置が、座標変換手段１０５によって映像提示手段１０２上に表示できる位置に変換され、表示制御手段１０４によって映像提示手段１０２上にマークを付して表示されるため、入力した工具８０３各部の位置を、視覚的に確認することができる。従って、工具８０３各部の位置の指定にミスが生じず、また生じてもそのミスを確認することができるので、工具８０３各部の位置を正しく指定することができるという効果がある。
本発明の第２の実施の形態のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置について、図２を用いて説明する。尚、本実施の形態は、請求項１記載の第２例に相当する。図２は、第２の実施の形態に関するブロック図である。尚、図８、図１を用いて説明した構成要素については、同一の符号を付して説明を割愛する。図２において、１０１ａは第１の撮像手段、１０１ｂは第２の撮像手段である。また、１０２ａは第１の映像提示手段、１０２ｂは第２の映像提示手段、１０９ａは第１の映像座標系、１０９ｂは第２の映像座標系である。図１を用いて説明した第１の実施の形態との構成上の相違点は、撮像手段１０１と映像提示手段１０２をそれぞれ２台とした点である。以下、工具８０３各部の位置を決定する具体的内容を説明する。座標変換手段１０５では、式（２）のロボット座標系１０７から見たフランジ座標系８０４の位置と姿勢と、式（１）のフランジ座標系８０４から見た工具８０３各部の位置と、校正データである式（３）のロボット座標系１０７から見た撮像座標系１０８の位置と姿勢と、撮像座標系１０８から見た第１の映像座標系１０９ａの位置と姿勢
【００１７】
【数６】
2004243454.tif 000008
【００１８】
と、撮像座標系１０８から見た第２の映像座標系１０９ｂの位置と姿勢
【００１９】
【数７】
2004243454.tif 000009
【００２０】
と、を入力し、
【００２１】
【数８】
2004243454.tif 000010
【００２２】
を演算する。そして、第１の映像座標系１０９ａ、第２の映像座標系１０９ｂから見た工具８０３各部の位置を出力する。表示制御手段１０４では、式（８）の第１の映像座標系１０９ａ、第２の映像座標系１０９ｂから見た工具８０３各部の位置を入力し、第１の映像提示手段１０２ａ、第２の映像提示手段１０２ｂ上のその位置にマークを表示する。図２の場合、丸印を表示している。
以上説明したように、本発明の第２の実施の形態（請求項１記載の第２例）は、人が入力手段１０３によって入力した工具８０３各部の位置が、座標変換手段１０５によって映像提示手段１０２ａおよび１０２ｂ上に表示できる位置に変換され、表示制御手段１０４によって映像提示手段１０２ａおよび１０２ｂ上にマークを付して表示されるため、入力した工具８０３各部の位置を、視覚的に確認することができる。従って、工具８０３各部の位置の指定にミスが生じず、また生じてもそのミスを確認することができるので、工具８０３各部の位置を正しく指定することができるという効果がある。また、図１を用いて説明した第１の実施の形態では、１台の撮像手段１０１しか用いていないため、すなわち、工具８０３を１方向からしか見ていないため、入力した工具８０３各部の位置が、工具８０３の中心線上とはならない場合がある。そのため、ロボットの操作により、工具８０３を移動させ、複数の映像を用いて工具８０３各部の位置を入力する必要がある。それに対して、第２の実施の形態では、２台の撮像手段１０１ａおよび１０１ｂを用いているため、すなわち、工具８０３を２方向から見るため、第１の実施の形態のように、工具８０３を移動する必要がなく、手間が省けるという効果がある。
尚、本実施の形態では、撮像手段１０１ａおよび１０１ｂを２台としたが、本発明はこれに限るものではなく、３台以上の撮像手段を用いても良い。また、映像提示手段１０２ａおよび１０２ｂを２台としたが、本発明はこれに限るものではなく、２台以上の撮像手段の映像を１台の映像提示手段で分割して提示しても良い。
本発明の第３の実施の形態のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置について、図３を用いて説明する。尚、本実施の形態は、請求項２記載の例に相当する。図３は、第３の実施の形態に関するブロック図である。尚、図８、図１、図２を用いて説明した構成要素については、同一の符号を付して説明を割愛する。図３において、３０１ａは第１の位置指定手段、３０１ｂは第２の位置指定手段で、人が表面を指し示すことで第１の映像提示手段１０２ａ、第２の映像提示手段１０２ｂ上の位置を指定する。第１の位置指定手段３０１ａ、第２の位置指定手段３０１ｂとしては、タッチパネル等を利用すれば良い。尚、図３では、構造を理解し易くするため、第１の映像提示手段１０２ａと第１の位置指定手段３０１ａ、第２の映像提示手段１０２ｂと第２の位置指定手段３０１ｂは共に、ずらして表示しているが、実際には、それぞれ、ずれなく重なり合うように装着される。３０２は工具位置変換手段で、第１の位置指定手段３０１ａ、第２の位置指定手段３０１ｂで指定された第１の映像座標系１０９ａ、第２の映像座標系１０９ｂから見た工具８０３各部の位置を、フランジ座標系８０４から見た位置に変換する。以下、工具８０３各部の位置を決定する具体的内容を説明する。まず、人が第１の映像提示手段１０２ａ、第２の映像提示手段１０２ｂを見て、工具８０３各部の位置を、第１の位置指定手段３０１ａ、第２の位置指定手段３０１ｂで指し示す。これら位置を
【００２３】
【数９】
2004243454.tif 000011
【００２４】
とする。工具変換手段３０２では、式（９）の第１の映像座標系１０９ａ、第２の映像座標系１０９ｂから見た工具８０３各部の位置と、校正データ１１０である式（６）、（７）の撮像座標系１０８から見た第１の映像座標系１０９ａ、第２の映像座標系１０９ｂの位置と姿勢と、を入力し、撮像座標系１０８から見た工具８０３各部の位置
【００２５】
【数１０】
2004243454.tif 000012
【００２６】
を演算する。この撮像座標系１０８から見た工具８０３各部の位置の演算は、三角測量の原理を用いた両眼立体視法等の一般に良く用いられる手法で容易に求めることができる。また、工具位置変換手段３０２では、式（２）のロボット座標系１０７から見たフランジ座標系８０４の位置と姿勢と、校正データ１１０である式（３）のロボット座標系１０７から見た撮像座標系１０８の位置と姿勢と、を入力し、式（１０）の撮像座標系１０８から見た工具８０３各部の位置を用いて、
【００２７】
【数１１】
2004243454.tif 000013
【００２８】
を演算する。そして、フランジ座標系８０４から見た工具８０３各部の位置を出力する。表示制御手段１０４では、式（９）の第１の映像座標系１０９ａ、第２の映像座標系１０９ｂから見た工具８０３各部の位置を入力し、第１の映像提示手段１０２ａ、第２の映像提示手段１０２ｂ上のその位置にマークを表示する。図３の場合、丸印を表示している。
以上説明したように、本発明の第３の実施の形態（請求項２記載の例）は、人が映像提示手段１０２ａおよび１０２ｂを見ながら、位置指定手段３０１ａおよび３０２ｂによって映像座標系１０９ａおよび１０９ｂから見た工具８０３各部の位置を指定し、指定された工具８０３各部の位置を工具位置変換手段３０２によってフランジ座標系８０４から見た位置として、自動的に演算することができるので、第１、第２の実施の形態のように試行錯誤しながら指定する必要がない。従って、工具８０３各部の位置の指定にミスが生じず、工具８０３各部の位置を正しく指定することができるという効果がある。この場合、試行錯誤なく自動的に演算するため、作業効率を向上させることができるという効果がある。また、人が位置指定手段３０１ａおよび３０１ｂによって指定した工具８０３各部の位置を、表示制御手段１０４によって映像提示手段１０２ａおよび１０２ｂ上にマークを付して表示されるため、指定した工具８０３各部の位置を視覚的に確認することができる。従って、工具８０３各部の位置の指定にミスが生じず、また生じてもそのミスを確認することができるので、工具８０３各部の位置を正しく指定することができるという効果がある。また、第２の実施の形態と同様、工具８０３を２方向から見るため、第１の実施の形態のように、工具８０３を移動する必要がなく、手間が省けるという効果がある。
尚、本実施の形態では、撮像手段１０１ａおよび１０１ｂを２台としたが、本発明はこれに限るものではなく、３台以上の撮像手段を用いても良い。また、映像提示手段１０２ａおよび１０２ｂを２台としたが、本発明はこれに限るものではなく、２台以上の撮像手段の映像を１台の映像提示手段で分割して提示しても良い。また、位置指定手段３０１ａおよび３０１ｂを２台としたが、本発明はこれに限るものではなく、撮像手段１０１ａおよび１０１ｂの映像の位置を指定できるように、１台の位置指定手段で構成しても良い。
本発明の第４の実施の形態のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置について、図４を用いて説明する。尚、本実施の形態は、請求項３記載の例に相当する。図４は、第４の実施の形態に関するブロック図である。尚、図８、図１から図３を用いて説明した構成要素については、同一の符号を付して説明を割愛する。図４において、８０２ａは第１のフランジ、８０２ｂは第２のフランジ、８０３ａは第１の工具、８０３ｂは第２の工具、８０４ａは第１のフランジ座標系、８０４ｂは第２のフランジ座標系である。１０７ａは第１のロボット座標系、１０７ｂは第２のロボット座標系で、それぞれのロボットのベースに固定されている。第１のロボット座標系１０７ａと第２のロボット座標系１０７ｂ、第１のフランジ座標系８０４ａと撮像座標系１０８は、それぞれ位置関係が校正されているものとする。第１のロボット座標系１０７ａと第２のロボット座標系１０７ｂの校正方法としては、参照点を設けて第１のロボット座標系１０７ａから見た参照点位置と、第２のロボット座標系１０７ｂから見た参照点位置とをいくつか取得し、それら位置関係から導出される関係式から校正する一般的な方法等を用いれば良い。第１のフランジ座標系８０４ａと撮像座標系１０８の校正方法としては、第１の実施の形態で述べたのと同様の方法等を適用すれば良い。図１を用いて説明した第１の実施の形態では、撮像手段１０１を工具８０３が撮像できる位置に固定していたが、本実施の形態では、撮像手段１０１を、第１のフランジ８０２ａに装着している。また、図１から図３を用いて説明した第１から第３の実施の形態では、１台のロボットを利用していたが、本実施の形態では、２台のロボットを利用している。以下、工具８０３ｂ各部の位置を決定する具体的内容を説明する。まず、撮像手段１０１が装着されている側のロボットを、人が操作し、第２の工具８０３ｂを含むシーンを撮像する。次に、人が入力手段１０３により、第２のフランジ座標系８０４ｂから見た工具８０３ｂ各部の位置を入力する。この位置を
【００２９】
【数１２】
2004243454.tif 000014
【００３０】
とする。座標変換手段１０５では、第１のロボット座標系１０７ａから見た第１のフランジ座標系８０４ａの位置と姿勢
【００３１】
【数１３】
2004243454.tif 000015
【００３２】
と、第２のロボット座標系１０７ｂから見た第２のフランジ座標系８０４ｂの位置と姿勢
【００３３】
【数１４】
2004243454.tif 000016
【００３４】
と、式（１２）の第２のフランジ座標系８０４ｂから見た工具８０３ｂ各部の位置と、校正データ１１０である式（４）の撮像座標系１０８から見た映像座標系１０９の位置と姿勢と、第１のフランジ座標系８０４ａから見た撮像座標系１０８の位置と姿勢
【００３５】
【数１５】
2004243454.tif 000017
【００３６】
と、第１のロボット座標系１０７ａから見た第２のロボット座標系１０７ｂの位置と姿勢
【００３７】
【数１６】
2004243454.tif 000018
【００３８】
と、を入力し、
【００３９】
【数１７】
2004243454.tif 000019
【００４０】
を演算する。そして、映像座標系１０９から見た工具８０３ｂ各部の位置を出力する。表示制御手段１０４では、式（１７）の映像座標系１０９から見た工具８０３ｂ各部の位置を入力し、映像提示手段１０２上のその位置にマークを表示する。図４の場合、丸印を表示している。
以上説明したように、本発明の第４の実施の形態（請求項３記載の例）は、人が入力手段１０３によって入力した工具８０３ｂ各部の位置が、座標変換手段１０５によって映像提示手段１０２上に表示できる位置に変換され、表示制御手段１０４によって映像提示手段１０２上にマークを付して表示されるため、入力した工具８０３ｂ各部の位置を、視覚的に確認することができる。従って、工具８０３ｂ各部の位置の指定にミスが生じず、また生じてもそのミスを確認することができるので、工具８０３各部の位置を正しく指定することができるという効果がある。また、本実施の形態は、図１から図３を用いて説明した第１から第３の実施の形態とは異なり、ロボットのフランジ８０２ａまたは８０２ｂに撮像手段１０１を装着しているので、工具８０３ａまたは８０３ｂの映像を撮像する位置を、ロボットを操作することにより容易に変更することができる。従って、工具８０３ａまたは８０３ｂの変更によっても容易に対応でき、作業効率を向上させることができるという効果がある。
尚、本実施の形態は、図１を用いて説明した第１の実施の形態の撮像手段１０１を、ロボットのフランジ８０２ａに装着して構成したものであるが、図２、図３を用いて説明した第２、第３の実施の実施の形態の第１の撮像手段１０１ａ、第２の撮像手段１０１ｂをフランジ８０２ａに装着して構成しても良い。
本発明の第５の実施の形態のロボットの工具干渉チェック装置について、図５を用いて説明する。尚、本実施の形態は、請求項４記載の例に相当する。図５は、第５の実施の形態に関するブロック図である。尚、図８、図１から図４を用いて説明した構成要素については、同一の符号を付して説明を割愛する。図５において、５０１は図形画像で、円筒、半球、球、直方体等の図形が予め保持されている。本実施の形態は、図１を用いて説明した第１の実施の形態に、この図形画像５０１を付加したものである。以下、工具８０３各部の位置を決定する具体的内容を説明する。まず、人が入力手段１０３により、フランジ座標系８０４から見た工具８０３各部の位置と、その位置あるいは位置間に設定する立体の種類とそれら立体の大きさ（半径等）である属性を入力する。座標変換手段１０５では、式（２）のロボット座標系１０７から見たフランジ座標系８０４の位置と姿勢と、式（１）のフランジ座標系８０４から見た工具８０３各部の位置と、校正データ１１０である式（３）のロボット座標系１０７から見た撮像座標系１０８の位置と姿勢と、式（４）の撮像座標系１０８から見た映像座標系１０９の位置と姿勢と、を入力し、式（５）を演算する。そして、映像座標系１０９から見た工具８０３各部の位置を出力する。表示制御手段１０４では、式（５）の映像座標系１０９から見た工具８０３各部の位置と、属性と、属性によって指定された図形画像５０１内の図形と、を入力し、映像提示手段１０２上のその位置にマークと図形とを表示する。図５の場合、位置に丸印と半球を、位置間に円筒を表示している。
以上説明したように、本発明の第５の実施の形態（請求項４記載の例）は、人が入力手段１０３によって入力した工具８０３各部の位置が、座標変換手段１０５によって映像提示手段１０２上に表示できる位置に変換され、表示制御手段１０４によって映像提示手段１０２上にマークを付して表示されるため、入力した工具８０３各部の位置を、視覚的に確認することができる。従って、工具８０３各部の位置の指定にミスが生じず、また生じてもそのミスを確認することができるので、工具８０３各部の位置を正しく指定することができるという効果がある。また、表示制御手段１０４が、マークの他に、工具８０３を覆う円筒や半球等の図形を映像提示手段１０２に表示することができるので、円筒や半球等の大きさの指定にミスが生じず、また生じてもそのミスを確認することができる。従って、工具８０３を覆う立体の大きさを正しく指定することができるという効果がある。
尚、本実施の形態は、図１を用いて説明した第１の実施の形態に、図形画像５０１を付加したものであるが、図２から図４を用いて説明した第２から第４の実施の形態に、図形画像５０１を付加しても良い。
本発明の第６の実施の形態のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置について、図６を用いて説明する。尚、本実施の形態は、請求項５記載の例に相当する。図６は、第６の実施の形態に関するブロック図である。尚、図８、図１から図５を用いて説明した構成要素については、同一の符号を付して説明を割愛する。図６において、６０１は治具で、工具８０３各部の位置を指し示すことができるよう尖った形状に加工されている。治具６０１は、ロボットの動作により工具８０３各部が届く位置に固定されている。工具位置演算手段６０２は、治具６０１に工具８０３各部が指し示された状態で、その時のロボット座標系１０７から見たフランジ座標系８０４の位置と姿勢から、フランジ座標系８０４から見た工具８０３各部の位置を演算する。ロボット座標系１０７から見た治具６０１先端の位置は、予め校正されているものとする。校正方法としては、治具６０１先端の位置をいくつか指し示して演算する一般的な方法等を用いれば良い。以下、工具８０３各部の位置を決定する具体的内容を説明する。まず、人がロボットを操作し、工具８０３各部の位置を治具６０１の先端に接触させる。工具位置演算手段６０２では、その時の式（２）のロボット座標系１０７から見たフランジ座標系８０４の位置と姿勢と、校正データ１１０であるロボット座標系１０７から見た治具６０１先端の位置
【００４１】
【数１８】
2004243454.tif 000020
【００４２】
を入力し、
【００４３】
【数１９】
2004243454.tif 000021
【００４４】
を演算する。そして、フランジ座標系８０４から見た工具８０３各部の位置を出力する。
以上説明したように、本発明の第６の実施の形態（請求項５記載の例）は、人によるロボットの操作により、治具６０１に工具８０３各部を指し示し、工具位置演算手段６０２により工具８０３各部の位置を自動的に演算することができるので、第１、第２、第４、第５の実施の形態のように試行錯誤する必要がない。従って、工具８０３各部の位置の指定にミスが生じず、工具８０３各部の位置を正しく指定することができるという効果がある。この場合、試行錯誤なく自動的に演算するため、作業効率を向上させることができるという効果がある。
本発明の第７の実施の形態のロボットの工具形状指定装置および工具干渉チェック装置について、図７を用いて説明する。尚、本実施の形態は、請求項６記載の例に相当する。図７は、第７の実施の形態に関するブロック図である。尚、図８、図１から図６を用いて説明した構成要素については、同一の符号を付して説明を割愛する。図６を用いて説明した第６の実施の形態では、治具６０１を工具８０３の各部が届く位置に固定していたが、本実施の形態では、治具６０１を第１のフランジ８０４ａに装着している。また、第６の実施の形態では、１台のロボットを利用していたが、本実施の形態では、２台のロボットを利用している。第１のロボット座標系１０７ａと第２のロボット座標系１０７ｂ、第１のフランジ座標系８０４ａと治具６０１先端の位置は、それぞれ位置関係が校正されているものとする。第１のフランジ座標系８０４ａと治具６０１先端の位置の校正方法としては、ロボットに装着する工具を校正する一般的な方法等を用いれば良い。以下、工具８０３ｂ各部の位置を決定する具体的内容を説明する。まず、治具６０１が装着されている側のロボットを、人が操作し、治具６０１の先端が、第２の工具８０３ｂ各部の位置に接触させるようにする。工具位置演算手段６０２では、その時の式（１３）の第１のロボット座標系１０７ａから見た第１のフランジ座標系８０４ａの位置と姿勢と、式（１４）の第２のロボット座標系１０７ｂから見た第２のフランジ座標系８０４ｂの位置と姿勢と、校正データ１１０であるの第１のフランジ座標系８０４ａから見た治具６０１先端の位置
【００４５】
【数２０】
2004243454.tif 000022
【００４６】
と、式（１６）の第１のロボット座標系１０７ａから見た第２のロボット座標系１０７ｂの位置と姿勢と、を入力し、
【００４７】
【数２１】
2004243454.tif 000023
【００４８】
を演算する。そして、第２のフランジ座標系８０４ｂからみた第２の工具８０３ｂ各部の位置を出力する。
以上説明したように、本発明の第７の実施の形態（請求項６記載の例）は、人によるロボットの操作により、治具６０１に工具８０３ｂ各部を指し示し、工具位置演算手段６０２により工具８０３ｂ各部の位置を自動的に演算することができるので、第１、第２、第４、第５の実施の形態のように試行錯誤する必要がない。従って、工具８０３ｂ各部の位置の指定にミスが生じず、工具８０３ｂ各部の位置を正しく指定することができる。この場合、試行錯誤なく自動的に演算するため、作業効率を向上させることができるという効果がある。また、図６を用いて説明した第６の実施の形態とは異なり、ロボットのフランジ８０２ａまたは８０２ｂに治具６０１を装着しているので、工具８０３ａまたは８０３ｂ各部を指し示す位置を、ロボットを操作することにより容易に変更することができる。従って、工具８０３ａまたは８０３ｂの変更によっても容易に対応でき、作業効率を向上させることができるという効果がある。
尚、第６の実施の形態と、第７の実施の形態では、治具６０１によって指し示す工具８０３または８０３ｂ各部の位置は、工具８０３または８０３ｂの表面となり、工具８０３または８０３ｂの中心線上とはならない。ところが、例えば、工具８０３または８０３ｂが円の断面を持つものであれば、少なくとも３点以上の位置を指定して、それらから円の中心を計算により求めることができる。従って、この円の中心を工具８０３または８０３ｂ各部の位置とすれば良い。その他の断面を持つ場合は、工具８０３または８０３ｂの形状が既知であれば、形状に応じて工具８０３または８０３ｂの中心線上の位置を計算により求めるようにすれば良い。
また、本発明の別の実施の形態として、図１を用いて説明した第１の実施の形態と、図６を用いて説明した第６の実施の形態と、を組み合わせて利用するものもある。例えば、人が入力手段１０３によって入力した工具８０３各部の位置を、治具６０１で指し示した工具８０３各部の位置と比較する。これは請求項７記載の例に相当する。更に別の実施の形態として、請求項８から請求項１２までに記載の方法に相当する組み合わせ例がある。
以上説明したように、本発明の別の実施の形態（請求項７から請求項１２までに記載の例）は、入力手段１０３と治具６０１等、複数の手段を組み合わせて利用することができ、一方の手段で指定した工具８０３各部の位置の正確さを、他方の手段で確認することができるので、より確実に工具８０３各部の位置を指定することができるという効果がある。
以上説明した全ての実施の形態は、工具（８０３、８０３ａ、８０３ｂ）各部の位置と工具（８０３、８０３ａ、８０３ｂ）を覆う立体の大きさを正しく指定することができるので、その結果、ロボットの干渉チェックを正しく行うことができ、工具（８０３、８０３ａ、８０３ｂ）と他の物体との衝突による工具（８０３、８０３ａ、８０３ｂ）等の破壊の危険性を減少させ、それに伴う人に対する安全性を向上させることができるという効果がある。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１記載の装置によれば、人が入力手段によって入力した工具各部の位置が、座標変換手段によって映像提示手段上に表示できる位置に変換され、表示制御手段によって映像提示手段上にマークを付して表示されるため、入力した工具各部の位置を、視覚的に確認することができる。従って、工具各部の位置の指定にミスが生じず、また生じてもそのミスを確認することができるので、工具各部の位置を正しく指定することができるという効果がある。また、複数台の撮像手段を用いた場合には、工具を複数方向から見ることができるため、工具を移動する必要がなく、手間が省けるという効果がある。本発明の請求項２記載の装置によれば、人が映像提示手段を見ながら、位置指定手段によって映像座標系から見た工具各部の位置を指定し、指定された工具各部の位置を工具位置変換手段によってフランジ座標系から見た位置として、自動的に演算することができるので、試行錯誤しながら指定する必要がない。従って、工具各部の位置の指定にミスが生じず、工具各部の位置を正しく指定することができるという効果がある。この場合、試行錯誤なく自動的に演算するため、作業効率を向上させることができるという効果がある。また、人が位置指定手段によって指定した工具各部の位置を、表示制御手段によって映像提示手段上にマークを付して表示されるため、指定した工具各部の位置を視覚的に確認することができる。従って、工具各部の位置の指定にミスが生じず、また生じてもそのミスを確認することができるので、工具各部の位置を正しく指定することができるという効果がある。また、複数台の撮像手段を用いて、工具を複数方向から見ることができるため、工具を移動する必要がなく、手間が省けるという効果がある。
本発明の請求項３記載の装置によれば、ロボットのフランジに撮像手段を装着しているので、工具の映像を撮像する位置を、ロボットを操作することにより容易に変更することができる。従って、工具の変更によっても容易に対応でき、作業効率を向上させることができるという効果がある。
本発明の請求項４記載の装置によれば、表示制御手段が、マークの他に、工具を覆う円筒や半球等の図形を映像提示手段に表示することができるので、円筒や半球等の大きさの指定にミスが生じず、また生じてもそのミスを確認することができる。従って、工具を覆う立体の大きさを正しく指定することができるという効果がある。
本発明の請求項５記載の装置によれば、人によるロボットの操作により、治具に工具各部を指し示し、工具位置演算手段により工具各部の位置を自動的に演算することができるので、工具各部の位置の指定にミスが生じず、工具各部の位置を正しく指定することができるという効果がある。この場合、試行錯誤なく自動的に演算するため、作業効率を向上させることができるという効果がある。
本発明の請求項６記載の装置によれば、ロボットのフランジに治具を装着しているので、工具各部を指し示す位置を、ロボットを操作することにより容易に変更することができる。従って、工具の変更によっても容易に対応でき、作業効率を向上させることができるという効果がある。
本発明の請求項７から請求項１２までに記載の装置によれば、入力手段と治具等、複数の手段を組み合わせて利用することができ、一方の手段で指定した工具各部の位置の正確さを、他方の手段で確認することができるので、より確実に工具各部の位置を指定することができるという効果がある。
本発明の全ての請求項に記載の装置によれば、工具各部の位置と工具を覆う立体の大きさを正しく指定することができるので、その結果、ロボットの干渉チェックを正しく行うことができ、工具と他の物体との衝突による工具等の破壊の危険性を減少させ、それに伴う人に対する安全性を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に関するブロック図。
【図２】第２の実施の形態に関するブロック図。
【図３】第３の実施の形態に関するブロック図。
【図４】第４の実施の形態に関するブロック図。
【図５】第５の実施の形態に関するブロック図。
【図６】第６の実施の形態に関するブロック図。
【図７】第７の実施の形態に関するブロック図。
【図８】工具への円筒・半球設定方法を表す図。
【符号の説明】
１０１  撮像手段
１０１ａ  第１の撮像手段
１０１ｂ  第２の撮像手段
１０２  映像提示手段
１０２ａ  第１の映像提示手段
１０２ｂ  第２の映像提示手段
１０３  入力手段
１０４  表示制御手段
１０５  座標変換手段
１０６  ロボットコントローラ
１０７  ロボット座標系
１０７ａ  第１のロボット座標系
１０７ｂ  第２のロボット座標系
１０８  撮像座標系
１０９  映像座標系
１０９ａ  第１の映像座標系
１０９ｂ  第２の映像座標系
１１０  校正データ
３０１ａ  第１の位置指定手段
３０１ｂ  第２の位置指定手段
３０２  工具位置変換手段
５０１  図形画像
６０１  治具
６０２  工具位置演算手段
８０１  手首
８０２  フランジ
８０２ａ  第１のフランジ
８０２ｂ  第２のフランジ
８０３  工具
８０３ａ  第１の工具
８０３ｂ  第２の工具
８０４    フランジ座標系
８０４ａ  第１のフランジ座標系
８０４ｂ  第２のフランジ座標系
８０５    第１の位置
８０６    第２の位置
８０７    第３の位置
８０８    第４の位置
８０９    第５の位置
８１０    第１の円筒
８１１    第２の円筒
８１２    第３の円筒
８１３    第４の円筒
８１４    第１の半球
８１５    第２の半球
８１６    第３の半球
８１７    第４の半球
８１８    第５の半球
【図１】
2004243454.tif 000024
【図２】
2004243454.tif 000025
【図３】
2004243454.tif 000026
【図４】
2004243454.tif 000027
【図５】
2004243454.tif 000028
【図６】
2004243454.tif 000029
【図７】
2004243454.tif 000030
【図８】
2004243454.tif 000031