(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット手先部に支持されたエンドエフェクタにツール座標系を設定するとともに、前記ツール座標系と固定的な位置・姿勢関係にある治具座標系の原点位置と座標軸の方向を３次元視覚センサによる認識が可能な形態で表現する治具座標系表現手段を具備する治具を設け、
前記ロボットの周辺に前記３次元視覚センサを配置し、前記ロボットのツール座標系を補正設定する方法であって、
（ａ）前記ロボット手先部に対する前記エンドエフェクタの位置・姿勢が、前記ツール座標系の設定時のそれから変化していない初期状態において、前記ロボットを前記３次元視覚センサによる前記治具座標系の位置・姿勢の検出が可能な治具座標系検出ロボット位置に位置決めする段階と、
（ｂ）前記３次元視覚センサを用いて前記治具座標系の位置・姿勢を検出する段階と、
（ｃ）前記ロボット手先部に対する前記エンドエフェクタの位置・姿勢が、前記ツール座標系の設定時のそれから変化している可能性が生じた治具座標系再検出機会の到来時に、前記ロボットを前記治具座標系検出ロボット位置に位置決めする段階と、
（ｄ）前記３次元視覚センサを用いて前記治具座標系の位置・姿勢を検出する段階と、
（ｅ）前記（ｂ）の段階及び（ｄ）の段階で求められた前記治具座標系の位置・姿勢に基づいて、前記設定されていたツール座標系を再設定する段階を含む、
前記ロボットのツール座標系補正設定方法。
【請求項２】
前記エンドエフェクタが、アダプタを介して前記ロボット手先部に支持されている、請求項１に記載されたロボットのツール座標系補正設定方法。
【請求項３】
前記アダプタが力センサである、請求項１または請求項２に記載されたロボットのツール座標系を補正設定する方法。
【請求項４】
前記エンドエフェクタがハンドである、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載されたロボットのツール座標系補正設定方法。
【請求項５】
前記３次元視覚センサが、スリット光投光手段と撮影手段と画像処理手段を備えている、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載されたロボットのツール座標系補正設定方法。
【請求項６】
前記治具座標系表現手段が、前記治具座標系の原点位置と座標軸の方向を表現する平坦面と稜線を備えている、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載されたロボットのツール座標系補正設定方法。
【請求項７】
ロボット手先部に支持されたエンドエフェクタにツール座標系を設定するとともに、前記ツール座標系と固定的な位置・姿勢関係にある治具座標系の位置・姿勢の変化を前記ロボットの周辺に配置された３次元視覚センサを用いて検出し、前記ツール座標系を補正設定する方法に使用される前記エンドエフェクタであって、
前記治具座標系の原点位置と座標軸の方向を表現する治具座標系表現手段を備え、
該治具座標系表現手段は、前記ツール座標系に対して前記固定的な位置・姿勢関係を以て設けられており、且つ、前記原点位置と前記座標軸の方向は、前記３次元視覚センサによって認識が可能である、前記エンドエフェクタ。
【請求項８】
前記治具座標系表現手段が、前記治具座標系の原点位置と座標軸の方向を表現する平坦面と稜線を備えている、請求項７に記載されたエンドエフェクタ。
【請求項９】
ロボット手先部に支持されたハンドにツール座標系を設定するとともに、前記ツール座標系と固定的な位置・姿勢関係にある治具座標系の位置・姿勢の変化を前記ロボットの周辺に配置された３次元視覚センサを用いて検出し、前記ツール座標系を補正設定する方法に使用される前記ハンドであって、
前記治具座標系の原点位置と座標軸の方向を表現する治具座標系表現手段を備え、
該治具座標系表現手段は、前記ツール座標系に対して前記固定的な位置・姿勢関係を以て設けられており、且つ、前記原点位置と前記座標軸の方向は、前記３次元視覚センサによって認識が可能である、前記ハンド。
【請求項１０】
前記治具座標系表現手段が、前記治具座標系の原点位置と座標軸の方向を表現する平坦面と稜線を備えている、請求項９に記載されたハンド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハンド等のエンドエフェクタ（手先効果器）をツールとして取り付けたロボットにおけるツール座標系補正設定方法、並びに該方法に使用するエンドエフェクタに関する。本発明は、例えばロボットとエンドエフェクタの間に介在させるアダプタの交換等に伴って生じるエンドエフェクタの位置・姿勢ずれを補償するようにツール座標系を再設定する際に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
ロボットを各種作業に適用するに際しては、ロボットアーム先端のフェイスプレート（メカニカルインターフェイス）にハンド等のエンドエフェクタを取り付ることが通例である。そして、ロボットに所望の作業を実行させる為に、ロボットに、フェイスプレートに対するエンドエフェクタの位置・姿勢を表わすデータを与える必要がある。
【０００３】
エンドエフェクタの位置・姿勢を代表する点は一般にツール先端点（ＴＣＰ）と呼ばれており、このツール先端点を原点とするツール座標系を設定することで、ロボットにエンドエフェクタの位置・姿勢が教示される。一般に、ツール座標系の設定データは、フェイスプレート代表点（通常は中心点）を原点とするフェイスプレート座標系から見たツール座標系の相対的な位置・姿勢を記述する行列を表わすデータとしてロボットに与えられる。
【０００４】
一旦ツール座標系の設定を行なった後、ロボットの干渉事故等の原因でエンドエフェクタのフェイスプレートに対する相対的な位置・姿勢に変化を生じることがある。特に、力センサのように破損し易いアダプタがフェイスプレートとエンドエフェクタの間に介在している場合、アダプタを交換する機会も多く、それに伴ってエンドエフェクタの位置・姿勢ずれが発生することが避けられない。
【０００５】
このような事態に対する対処方法としては、次の３つが考えられる。
（１）エンドエフェクタの取付位置・姿勢を精密に調整し直し、元の（位置・姿勢ずれ発生前の）エンドエフェクタ位置・姿勢を正確に再現する。
（２）位置・姿勢ずれを起したエンドエフェクタをそのまま使えるように、教示をやり直す。
（３）エンドエフェクタの位置・姿勢ずれを補償するように、ツール座標系を補正設定（再設定）する。
【０００６】
しかし、（１）の方法は調整作業自体に熟練と時間を要し、ユーザである作業者にかかる負担が大きい。特に、エンドエフェクタがハンドであった場合、ツール先端点は教示作業上の便宜を考えてハンドの複数の爪の間（空中の点）に設定されることも多く、元のエンドエフェクタ位置・姿勢を再現することは非常に難しくなる。
【０００７】
また、（２）の方法も教示済みのプログラムが多い場合など、作業に要する時間が膨大となる。
（３）のタイプに属する技術としては、図１に示したような方法が知られている。この方法によれば、（ａ）ツール先端点（ＴＣＰ）として設定を希望するツール（エンドエフェクタ）の特定点が、空間内の同一点Ｐ0 に一致するような３つの姿勢ＲＢ１〜ＲＢ３をロボットにとらせ、（ｂ）各姿勢におけるロボットの現在位置データに基づいてツール先端点のフェイスプレートに対する相対位置を求め、更に、（ｃ）ツール座標系の座標軸の方向を別途教示する手順が実行される。
【０００８】
このような方法は、尖頭状のエンドエフェクタの先端にツール先端点を設定するというような単純なケースであれば比較的実行容易と考えられるが、エンドエフェクタがハンドであるような場合には、ロボットの３姿勢におけるツール先端点を同一点Ｐ0 に一致させることが困難になる。また、この方法では、ツール座標系の原点位置（ツール先端点位置）は取得出来るが、座標軸の方向を取得することが出来ないという問題点もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、これら従来技術の問題点を克服し、エンドエフェクタの形状やツール先端点の設定位置に左右されずに、簡単な作業で安定した補正精度を以てツール座標系を補正設定することが出来る方法を提供するとともに、本方法を実行するに適したエンドエフェクタを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のツール座標系補正設定方法は、ロボット手先部に支持されたエンドエフェクタにツール座標系を設定するとともに、ツール座標系と固定的な位置・姿勢関係にある治具座標系の原点位置と座標軸の方向を３次元視覚センサによる認識が可能な形態で表現する治具座標系表現手段を具備する治具を設け、ロボットの周辺に前記３次元視覚センサを配置し、ロボットのツール座標系を補正設定するものであり、次の諸段階を含んでいる。
【００１１】
（ａ）ロボット手先部に対する前記エンドエフェクタの位置・姿勢が、ツール座標系の設定時のそれから変化していない初期状態において、ロボットを前記３次元視覚センサによる前記治具座標系の位置・姿勢の検出が可能な治具座標系検出ロボット位置に位置決めする段階
（ｂ）３次元視覚センサを用いて前記治具座標系の位置・姿勢を検出する段階（ｃ）ロボット手先部に対するエンドエフェクタの位置・姿勢が、ツール座標系の設定時のそれから変化している可能性が生じた治具座標系再検出機会の到来時に、ロボットを治具座標系検出ロボット位置に位置決めする段階
（ｄ）３次元視覚センサを用いて治具座標系の位置・姿勢を検出する段階
（ｅ）上記（ｂ）の段階及び（ｄ）の段階で求められた治具座標系の位置・姿勢に基づいて、それまで設定されていたツール座標系を再設定する段階
エンドエフェクタは例えばハンドであり、力センサなどのアダプタを介してロボット手先部に支持されていても良い。典型的な実施形態においては、３次元視覚センサはスリット光投光手段と撮影手段と画像処理手段を備えた型のものが使用される。
【００１２】
典型的な実施形態において、治具に具備される治具座標系表現手段は、治具座標系の原点位置と座標軸の方向を表現する平坦面と稜線を備えている。また、ツール座標系と固定的な位置・姿勢関係にある治具座標系の原点位置と座標軸の方向を３次元視覚センサによる認識が可能な形態で表現する治具座標系表現手段を備えたハンドあるいは他のエンドエフェクタを用意しておくことは、上記ツール座標系補正設定方法を円滑に実施する上で好ましい。典型的な実施形態において使用されるエンドエフェクタは、治具座標系表現手段として、治具座標系の原点位置と座標軸の方向を表現する平坦面と稜線を備えている。ここで、該治具座標系表現手段は、前記ツール座標系に対して前記固定的な位置・姿勢関係を以て設けられており、且つ、前記原点位置と前記座標軸の方向は、前記３次元視覚センサによって認識が可能となっている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係るツール座標系補正設定方法は、エンドエフェクタがロボットの手先部（メカニカルインターフェイス）に直接、あるいはアダプタを介して適正に取り付けられた状態（位置・姿勢ずれ発生前の状態。以下、「初期状態」とも言う。）において開始される。はじめに、実施時の手順と基礎となる計算の概要を図２を参照して説明しておく。
【００１４】
１．初期状態において、作業に適したツール座標系Ｂを設定する。なお、このようなツール座標系Ｂの設定は、エンドエフェクタの形態や作業内容に即して実行される極めて一般的なものである。初期状態（位置・姿勢ずれ発生前）において、メカニカルインターフェイスの代表点（フェイスプレートに設定された座標系の原点Ｆ）に対するツール座標系Ｂの位置・姿勢を表わす同次変換行列を、図２に示したように FＴB とする。
２．初期状態が保たれている間に（ツール座標系Ｂの設定の前後いずれも可）、ロボットを３次元視覚センサの周辺の適当な位置に位置決めし、エンドエフェクタに固定された治具座標系Ａの位置・姿勢を検出する。以後、この検出を行なった際のロボットの位置（フェイスプレート座標系原点Ｆの位置で代表）を「治具座標系検出ロボット位置」と言う。
【００１５】
初期状態（位置・姿勢ずれ発生前）において、メカニカルインターフェイスの代表点（フェイスプレートに設定された座標系の原点Ｆ）に対する治具座標系Ａの位置・姿勢を表わす同次変換行列を、図２に示したように FＴA とする。行列
FＴA と FＴB の間には下記（１）式の関係が成立する。
FＴB ＝  FＴA AＴB                                  ・・・（１）
ここで、行列 AＴB は治具座標系Ａに対するツール座標系Ｂの位置・姿勢を表わしている。
【００１６】
３．初期状態が壊れたと思われる時に（例えば、アダプタ交換時）、ロボットを再度治具座標系検出ロボット位置に位置決めし、３次元視覚センサ覚センサを用いて治具座標系の位置・姿勢を検出する。このように、エンドエフェクタの位置・姿勢変化の可能性の発生に伴い、治具座標系の再検出が行なわれる機会のことを「治具座標系再検出機会」という。治具座標系再検出機会における治具座標系をＡ’のフェイスプレート座標系原点Ｆに対する位置・姿勢を表わす同次変換行列を、図２に示したように、 FＴA'とする。
【００１７】
同様に、初期状態で設定されたツール座標系Ｂが位置・姿勢ずれを起したものをＢ’で表わせば、治具座標系再検出機会におけるツール座標系Ｂ’のフェイスプレート座標系原点Ｆに対する位置・姿勢を表わす同次変換行列 FＴB'は、下記（２）式で与えられる。
FＴB'＝ FＴA'A'ＴB'                                  ・・・（２）
ここで、行列 A'ＴB' は治具座標系再検出機会における治具座標系Ａ’に対するツール座標系Ｂ’の位置・姿勢を表わしているが、治具座標系がエンドエフェクタに固定されているという条件下では（即ち、エンドエフェクタ自身が変形しない限り）、両者の相対的な関係は保持されるから、
A'ＴB'＝ AＴB                                        ・・・（３）
となる。（１）〜（３）式から、次式（４）の関係が得られる。
【００１８】
FＴB'＝ FＴA' AＴB ＝ FＴA' FＴA-1 FＴB             ・・・（４）
４．（４）式の最右辺を計算し、ツール座標系Ｂ’の再設定データとしてロボットに教示すれば、ツール座標系の位置・姿勢ずれを補償する形でツール座標系の再設定を行なうことが可能になる。
【００１９】
５．（４）式の右辺中の行列 FＴB は、初期状態において設定されたツール座標系のデータで与えられる。従って、残る乗算項 FＴA' FＴA-1 を３次元視覚センサによって検出される治具座標系Ａ及びＡ’の位置・姿勢から求めれば良いことになる。 FＴA'及び FＴA-1 は各々次のように表わすことが出来る。
FＴA'＝ FＴR RＴA'                                  ・・・（５）
FＴA-1 ＝（ FＴR RＴA ）-1＝ RＴA-1 FＴR-1         ・・・（６）
ここで、
FＴR ；フェイスプレート座標系から見たロボット座標系の位置・姿勢を表わす同次変換行列
RＴA'；ロボット座標系から見た治具座標系Ａ’の位置・姿勢を表わす同次変換行列
RＴA ；ロボット座標系から見た治具座標系Ａの位置・姿勢を表わす同次変換行列
である。
【００２０】
上記（５），（６）式から、
0004020994.tif 000002
となる。ここで、 RＴS はロボット座標系Ｒ（ロボットに設定済みの任意の３次元直交座標系）に対する３次元視覚センサのセンサ座標系Ｓの位置・姿勢を表わす同次変換行列であり、適当なキャリブレーションによって取得される。
６．結局、再設定されるツール座標系を表わす（４）式は、
0004020994.tif 000003
となる。特殊なケースとして、エンドエフェクタの位置・姿勢に全くずれが生じていない場合には、当然 SＴA'＝ SＴA となるから、（８）式は下記（９）式となる。
FＴB'＝ FＴB                                         ・・・（９）
（８）式の右辺に含まれる行列の出所をまとめて記せば次のようになる。
FＴR ， FＴR-1 ；治具座標系検出ロボット位置における現在位置データから求められる。
RＴS ， RＴS-1 ；ロボット座標系Ｒとセンサ座標系Ｓを結合させるキャリブレーションデータから求められる。
SＴA-1 ；初期状態における治具座標系Ａの検出データ（センサデータ）から求められる。
SＴA' ；治具座標系再検出機会における治具座標系Ａ’の検出データ（センサデータ）から求められる。
FＴB  ；初期状態における治具座標系Ａの設定データである。
なお、上記（４）式において、 AＴB （座標系Ａ，Ｂの位置・姿勢関係）の正確なデータが用意出来る場合には、
0004020994.tif 000004
から、 FＴB'を求めても良い。但し、この場合も FＴR ， RＴS のデータは必要である。そして、（８）式には FＴR と FＴR-1 、 RＴS と RＴS-1 が乗算関係で含まれているために、治具座標系検出ロボット位置や３次元視覚センサのキャリブレーションデータに多少の誤差があっても、それが FＴB'の計算結果に現れ難い。従って、（１０）式を使用するよりも、（８）式を使用することが好ましい。
【００２１】
このようにして、ツール座標系を再設定すれば、ロボット動作の再教示を行なわなくとも、エンドエフェクタが位置・姿勢ずれを起しす前と同じロボット作業を実行することが出来る。
【００２２】
図３は、本発明の方法を実施する際に使用可能なシステムの制御部を構成するロボット制御装置並びに関連接続関係を説明する要部ブロック図である。ロボット制御装置５は、ここでは３次元視覚センサの画像処理装置内蔵型のものが採用されており、中央演算処理装置（以下、ＣＰＵ）５１を備え、ＣＰＵ５１には、ＲＯＭからなるメモリ５２、ＲＡＭからなるメモリ５３、不揮発性メモリ５４、液晶ディスプレイを備えた教示操作盤５５、ロボットの各軸を制御するためのデジタルサーボ回路５６、ストラクチャライトユニット用インターフェイス６１、画像処理プロセッサ６２、モニタインターフェイス６３、フレームメモリ６４、プログラムメモリ６５、データメモリ６６及び汎用インターフェイス６７がバス５８を介して接続されている。
【００２３】
デジタルサーボ回路５６は、ロボットＲＢの各軸を制御するために、サーボアンプ５７を介してロボットＲＢの機構部に接続されている。また、ストラクチャライトユニット用インターフェイス６１にはストラクチャライトユニットＳＵが接続され、モニタインターフェイス６３には例えばＣＲＴからなるモニタディスプレイＭＯが接続されている。ストラクチャライトユニットＳＵは、後述するように、３次元視覚センサの投光部及び撮影部をユニット化したものである。
【００２４】
汎用インターフェイス６７には、必要に応じて各種の外部装置を接続することが出来るが、ここではロボット手先部のフェイスプレートとエンドエフェクタの間に介在するアダプタを構成する力センサ２が示されている。
【００２５】
ＲＯＭ５２には、システム各部の制御に必要なシステムログラムが格納されている。ＲＡＭ５３はデ−タの一時記憶や演算の為に利用されるメモリである。不揮発性メモリ５４には、ロボットＲＢ、ストラクチャライトユニットＳＵ、力センサ２などの外部装置の動作を規定した動作プログラムのデータ、座標系（座標系Ｒを含む；図１参照。）の設定データ、３次元視覚センサのキャリブレーションデータ（前述した行列 RＴS のデータを含む；図１参照。）、関連設定値等が格納される。
【００２６】
ストラクチャライトユニット用インターフェイス６１は、ストラクチャライトユニットＳＵの各部を制御するための指令の授受やＣＣＤカメラ（図４（ａ）参照）で撮影された画像の取り込みに用いられる。取り込まれた画像はグレイスケールに変換後、一旦フレームメモリ６４に格納される。フレームメモリ６４に格納された画像はモニタディスプレイＭＯ上に表示することが出来るようになっている。
【００２７】
プログラムメモリ６５には、画像処理プロセッサ６２を利用した画像処理と解析を行なうためのプログラムが格納され、データメモリ６６には画像処理と解析に関連した設定データ等が格納される。本実施形態では、特に、治具座標系の位置・姿勢を求めるための処理を定めたプログラムデータ並びに関連設定データがこれら格納データに含まれている。なお、処理の内容は後述する。
【００２８】
図４は、ストラクチャライトユニットＳＵの一般的構成を説明するもので、図４（ａ）にストラクチャライトユニットＳＵの要部構造、図４（ｂ）ストラクチャライトの形成方法を間単に記した。図４（ａ）に示されたストラクチャライトユニットＳＵは、ストラクチャライトＳＬとしてスリット光を投光するもので、投光部はレーザ発振器１２、円柱レンズ１３、偏向ミラーを備えたガルバノメータ１４（ステッピングモータで駆動）及び投光窓１１を備え、撮影部はＣＣＤカメラ２０及び撮影窓２１を備えている。
【００２９】
図４（ｂ）に示したように、レーザ発振器１２から出射されたレーザビームは円柱レンズ１３によってスリット光ＳＬに変換される。スリット光ＳＬは、ステッピングモータによる高速駆動が可能なガルバノメータ１４で投光方向を指示する指令値に従って所定の方向に偏向され、投光窓１１から被計測対象物１６上に投光される。被計測対象物Ｗ上に形成された輝線１５を含む画像がＣＣＤカメラ２０による影で取得され、画像処理装置を内蔵したロボット制御装置５に取り込まれる。
【００３０】
ロボット制御装置５は、前述した画像処理機能を利用して輝線１５を含む画像を解析し、輝線１５の端点位置１５１，１５２等の３次元位置を求める。なお、端点位置１５１，１５２等の３次元位置を求める原理とそれに基づく計算処理の詳細については周知事項なのでここでは説明を省略する。
【００３１】
次に、図５は図３、図４を参照して説明した構成と機能を利用して本発明の方法を実施する際の全体配置の概要を説明する模式図である。
ロボットＲＢは、ここではテーブルＴＢ上に供給されるワークＷ２にワークＷ１を嵌合する力制御ロボットとして描かれている。ロボットＲＢの手先部１には６軸力を検出する力センサ２が装着され、この力センサ２にエンドエフェクタとしてハンド３が取り付けられている。即ち、力センサ２はエンドエフェクタ（ハンド３）取付のためのアダプタの役割を果している。
【００３２】
ワークＷ１はハンド３の複数本の爪３１で把持され、テーブルＴＢ上のワークＷ２に嵌合される。力センサ２はワークＷ１を介して受ける力／モーメントを検出し、ロボット制御装置５に伝える。ロボット制御装置５は、力センサ２の出力を利用した力制御を実行し、嵌合動作が円滑に行なわれるようにする。
【００３３】
本実施形態でエンドエフェクタとして使用されているハンド３には、本発明の特徴に従って、治具座標系表現手段を備えた治具４が設けられている。治具４は、ハンド３に対して必要時に装着しても良く、また、ハンド３の一部として固設された構造としても良い。
【００３４】
本実施形態では、図示されているロボット姿勢を治具座標系検出ロボット位置に採用し、テーブルＴＢ上の適当な位置（治具４上の治具座標系表現手段の検出に好適な位置）にストラクチャライトユニットＳＵを設置する。ストラクチャライトユニットＳＵを含む３次元視覚センサのキャリブレーションは周知の適当な手法を用いて完了済み（ロボットＲＢに設定されている座標系Ｒとセンサ座標系Ｓが結合済み）であるとする。
【００３５】
治具４上の治具座標系の位置・姿勢を検出する際には、ストラクチャライトユニットＳＵの投光部からスリット光ＳＬが治具４に向けて投光され、撮影部で治具座標系表現手段上に形成された輝線像が撮影される。
【００３６】
治具４には、治具座標系の原点位置と座標軸の方向を知るために必要な情報を、３次元視覚センサによって認識可能な形態で提供する治具座標系表現手段が設けられている。本実施形態では、スリット光投光型の３次元視覚センサを採用していることを考慮して、スリット光ＳＬの投光により端点を持つ直線状の輝線が形成されるように、異なる方向を向いた複数本の稜線を提供する表面形状手段を以て治具座標系表現手段とする。
【００３７】
図６は本実施形態で採用される治具４の治具座標系表現形態の一例を説明するために、ロボット手先部１の周辺部を拡大描示し、治具座標系とツール座標系の関係を併記した見取り図である。図６に示したように、ロボットの手先部１に力センサ２を介して取り付けられたハンド３の周面上に設けられた治具４は、治具座標系表現手段（表面形状手段）として、長方形帯状の平坦面領域４１とそれに取り囲まれた凹部４２を備えている。
【００３８】
長方形枠状の平坦面領域４１は、内側の一つのコーナを以て治具座標系Ａ（図１も参照）の原点ＯA を表現し、原点ＯA から横方向及び縦方向に延びる稜線４１ａ，４１ｂ以て各々ＸA 軸、ＹA 軸を表現する。これに対してツール座標系Ｂ（図１も参照）は、ハンド３の３本の爪３１に囲まれた位置に原点ＯB を持ち、ハンド３の軸方向がＺB 軸となるように設定されている。
【００３９】
図１に関連して説明したように、ハンド３が変形しない限り、一旦固定された両座標系Ａ，Ｂの相対的な位置・姿勢関係は不変である。しかし、治具座標系Ａとツール座標系Ｂの相対的な位置・姿勢関係を特定のものとする必要はなく、予め知る必要もない。従って、治具４の取付位置に関して正確な位置決めを行なう負担は生じない。但し、前述の（１０）式を用いてツール座標系の設定データを更新する場合には、 AＴB を定めるための正確なデータが事前に必要となる。
【００４０】
図７は図６中に示された治具４のみを拡大抽出し、スリット光による輝線の形成状況を併記したものである。同図を参照し、治具座標系Ａ（またはＡ’）の位置・姿勢を３次元視覚センサを用いて検出する手順の概略を説明すれば、次の様になる。
ロボットＲＢが図５に示した如き治具座標系検出ロボット位置にある状態で、ストラクチャライトユニットＳＵを使ってスリット光を治具４の平坦面領域４１を斜めに横切るように投光する。投光は２回（またはそれ以上）行い、平坦面領域４１上に輝線Ｌ１（第１回目投光）、Ｌ２（第２回目投光）を形成する。輝線Ｌ１，Ｌ２の一部は凹部４２上にも形成されるが、ここでは座標系検出には利用されない。ストラクチャライトユニットＳＵとロボット制御装置５を合わせた３次元視覚センサを用いて治具座標系Ａ（またはＡ’）を定める手順は、例えば次のものとすることが出来る。説明の便宜上、この手順を「手順１」と呼ぶ。
【００４１】
［手順１］
１．輝線Ｌ１が稜線４１ａ，４１ｂを横切る点に対応する端点Ｃ2 、Ｃ3 の３次元位置を求める。
２．輝線Ｌ２が稜線４１ａ，４１ｂを横切る点に対応する端点Ｃ6 、Ｃ7 の３次元位置を求める。
３．端点Ｃ2 とＣ6 の位置から稜線４１ａが表わす直線を求める。
４．端点Ｃ3 とＣ7 の位置から稜線４１ｂが表わす直線を求める。
５．両者の交点として原点ＯA の３次元位置を求める。
６．端点Ｃ6 からＣ2 に向かうベクトル＜ｕ＞で治具座標系Ａ（Ａ’）のＸA 軸の方向を定める。
７．端点Ｃ3 からＣ7 に向かうベクトル＜ｗ＞で治具座標系Ａ（Ａ’）のＺA 軸の方向を定める。
８．＜ｖ＞＝＜ｗ＞×＜ｕ＞で治具座標系Ａ（Ａ’）のＹA 軸の方向を定める。
【００４２】
なお、端点Ｃ1 ，Ｃ5 ，Ｃ4 ，Ｃ8 を含めた端点の内の３個以上を使って平坦面４１の方向を求め、ＹA 軸の方向を定めても良い。
【００４３】
図８は本実施形態で採用される治具４の治具座標系表現形態の別の例を説明する図で、治具４を拡大描示し、スリット光による輝線の形成状況を併記されている。同図に示したように、本例の治具４は、治具座標系表現手段として、互いに直交した３つの平坦面領域４３〜４５を備えた三角錐形状部を備えている。そして、三角錐形状部は隣接する平坦面領域４３〜４５間の交線として、３本の互いに直交した稜線Ｈ１〜Ｈ３が提供されている。
【００４４】
これら稜線Ｈ１〜Ｈ３は、治具座標系Ａ（またはＡ’）のＸA 軸、ＹA 軸及びＺA 軸を表現し、それらの交点（三角錐の頂点）が原点ＯA を表現する。本例の治具４をハンド３に設けた場合について、治具座標系Ａ（またはＡ’）の位置・姿勢を３次元視覚センサを用いて検出する手順の概略を説明すれば、次の様になる。
図７に示した治具の場合と同じくロボットＲＢが図５に示した如き治具座標系検出ロボット位置にある状態で、ストラクチャライトユニットＳＵを使ってスリット光を治具４の平坦面領域４３〜４５の内の２つを横切るように投光する。投光は４回（またはそれ以上）行い、平坦面領域４３，４４上に輝線Ｌ３（第１回目投光）、Ｌ４（第２回目投光）を形成し、平坦面領域４３，４５上に輝線Ｌ５（第３回目投光）、Ｌ６（第４回目投光）を形成しする。
【００４５】
ストラクチャライトユニットＳＵとロボット制御装置５を合わせた３次元視覚センサを用いて治具座標系Ａ（またはＡ’）を定める手順は、例えば次のものとすることが出来る。説明の便宜上、この手順を「手順２」と呼ぶ。
【００４６】
［手順２］
１．輝線Ｌ３が稜線Ｈ１を横切る点に対応する端点Ｄ2 の３次元位置を求める。
【００４７】
２．輝線Ｌ４が稜線Ｈ１を横切る点に対応する端点Ｄ5 の３次元位置を求める。
【００４８】
３．輝線Ｌ５が稜線Ｈ２を横切る点に対応する端点Ｄ8 の３次元位置を求める。
【００４９】
４．輝線Ｌ４が稜線Ｈ２を横切る点に対応する端点Ｄ11の３次元位置を求める。
【００５０】
５．端点Ｄ2 とＤ5 の位置から稜線Ｈ１が表わす直線を求める。
６．端点Ｄ8 とＤ11の位置から稜線Ｈ２が表わす直線を求める。
７．両者の交点として原点ＯA の３次元位置を求める。
８．端点Ｄ5 からＤ2 に向かうベクトル＜ｐ＞で治具座標系Ａ（Ａ’）のＸA 軸の方向を定める。
９．端点Ｄ8 からＤ11に向かうベクトル＜ｑ＞で治具座標系Ａ（Ａ’）のＹA 軸の方向を定める。
１０．＜ｒ＞＝＜ｐ＞×＜ｑ＞で治具座標系Ａ（Ａ’）のＺA 軸の方向を定める。
【００５１】
なお、端点Ｄ1 ，Ｄ4 ，Ｄ7 ，Ｄ10，Ｄ3 ，Ｄ6 ，Ｄ9 ，Ｄ12等の端点のデータを加えて平坦面４３〜４５の方向を求め、各座標軸の方向を定めても良い。  図９は、上記説明した実施形態においてロボット制御装置５で実行される処理の概要をまとめて記したフローチャートで、各ステップＭ１〜Ｍの要点は次の通りである。なお、３次元視覚センサのキャリブレーション、作業に適したツール座標系Ｂ（図６参照）の設定等の準備作業は完了済みとする。また、治具４は図７あるいは図８に示したものが、ハンド３に既に装着または固設されているものとする。
【００５２】
［Ｍ１］ロボットＲＢを治具座標系検出ロボット位置（図５参照）へ移動させる。治具座標系検出ロボット位置が未教示であればこれを不揮発性メモリ５４に記憶する。但し、治具座標系検出ロボット位置の記憶は、ステップＭ２の後で実行しても良い。
［Ｍ２］３次元視覚センサを起動させ、手順１（図７の治具使用の場合）または手順２（図８の治具使用の場合）に従った処理を行い、治具座標系Ａの位置・姿勢を検出して不揮発性メモリ５４に記憶する（前出の同次変換行列 SＴA を表わすデータまたは RＴA を表わすデータで記憶）。
［Ｍ３］治具座標系再検出機会が到来したならば、ロボットＲＢを治具座標系検出ロボット位置（図５参照）へ移動させる。治具座標系再検出機会は、例えば力センサ２の破損等によって、力センサ２（交換品）とハンド３（非交換品）を取り付け直した時に到来する。また、力センサ２の破損等が無くとも、メンテナンスのためのツール座標系設定状態チェック時に治具座標系再検出機会をもたせても良い。
【００５３】
［Ｍ４］３次元視覚センサを起動させ、手順１（図７の治具使用の場合）または手順２（図８の治具使用の場合）に従った処理を行い、治具座標系Ａ’の位置・姿勢を検出して不揮発性メモリ５４に記憶する（（前出の同次変換行列 SＴA'を表わすデータまたは RＴA'を表わすデータで記憶）。
［Ｍ５］前述した（８）式の計算を行なって FＴB'を求め、ツール座標系の設定データを更新する。これによって、ツール座標系Ｂ’の補正設定が完了する。
【００５４】
以上、本実施形態では３次元視覚センサとして他の型のものを採用しても良い。例えば、ストラクチャライトユニットＳＵの投光部に、スポット光投光走査型の投光部を装備したものを用いることも出来る。その場合、ストラクチャライトによって治具座標系表現手段上に形成される輝線は、連続または断続（輝点の列）のスポット光軌跡となる。
【００５５】
また、治具に具備される治具座標系表現手段も、上述した２例に限るものではない。例えば、治具座標系の原点位置と座標軸の方向を表現する数個のドットを記したマークを描いた治具を用い、これを２台のカメラで撮影し、治具座標系の位置・姿勢を定めるようにしても良い。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、エンドエフェクタの形状やツール先端点の設定位置に左右されずに、簡単な作業で安定した補正精度を以てツール座標系を補正設定することが出来る。例えば、ハンドの爪の間など、エンドエフェクタの構成部材上にない位置にツール座標系の原点が設定されるケースであっても、ツール座標系の補正設定に全く支障がない。また、３次元視覚センサによる治具座標系の位置・姿勢の検出に適合した治具座標系表現手段を具備したエンドエフェクタを利用することで、本方法がより円滑に実行することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンドエフェクタの位置・姿勢ずれを補償するように、ツール座標系を補正設定（再設定）するための従来技術について説明する図である。
【図２】本発明に係るツール座標系補正設定方法の概要を説明する概念図である。
【図３】本発明の方法を実施する際に使用可能なシステムの制御部を構成するロボット制御装置並びに関連接続関係を説明する要部ブロック図である。
【図４】（ａ）ストラクチャライトユニットの要部構造と、（ｂ）ストラクチャライトの形成方法を例示した模式図である。
【図５】本発明の方法を実施する際の全体配置の概要を説明する模式図である。
【図６】本実施形態で採用される治具４の治具座標系表現形態の一例を説明するために、ロボット手先部１の周辺部を拡大描示し、治具座標系とツール座標系の関係を併記した見取り図である。
【図７】図６中に示された治具４のみを拡大抽出し、スリット光による輝線の形成状況を併記したものである。
【図８】本実施形態で採用される治具４の治具座標系表現形態の別の例を説明する図である。
【図９】実施形態においてロボット制御装置５で実行される処理の概要をまとめて記したフローチャートである。
【符号の説明】
１  ロボットの手先部
２  力センサ（アダプタ）
３  ハンド（エンドエフェクタ）
４  治具
５  ロボット制御装置（画像処理装置内蔵型）
１１  投光窓
１２  レーザ発振器
１３  円柱レンズ
１４  ガルバノメータ
１５，Ｌ１〜Ｌ６  輝線
１６  被計測対象物
２０  ＣＣＤカメラ
２１  撮影窓
３１  ハンドの爪
４１  平坦面領域（長方形帯状）
４１ａ，４１ｂ，Ｈ１〜Ｈ３  稜線
４２  凹部
４３〜４５  互いに直交する平坦面領域（三角錐状）
５１  中央演算処理装置（ＣＰＵ）
５２  ＲＯＭメモリ
５３  ＲＡＭメモリ
５４  不揮発性メモリ
５５  教示操作盤
５６  デジタルサーボ回路
５７  サーボアンプ
５８  バス
６１  ストラクチャライトユニット用インターフェイス
６２  画像処理プロセッサ
６３  モニタインターフェイス
６４  フレームメモリ
６５  プログラムメモリ
６６  データメモリ
６７  汎用インターフェイス
１５１，１５２，Ｃ1 〜Ｃ8 ，Ｄ1 〜Ｄ12  輝線の端点
Ａ  治具座標系（初期状態）
Ａ’  治具座標系（位置・姿勢ずれ発生後）
Ｂ  ツール座標系（初期状態）
Ｂ’  ツール座標系（位置・姿勢ずれ発生後）
Ｆ  フェイスプレート代表点（フェイスプレート座標系原点）
ＭＯ  モニタディスプレイ
ＯA   治具座標系の原点
Ｒ  ロボット座標系
ＲＢ  ロボット
ＲＢ１〜ＲＢ３  ロボット姿勢
Ｓ  センサ座標系
ＳＬ  スリット光
ＳＵ  ストラクチャライトユニット
ＴＢ  テーブル
Ｗ１，Ｗ２  ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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