(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワーク保持機構を移動及び位置決め可能でかつワーク保持機構はその移動方向に対して垂直な回転軸回りに回転可能なロボットのワーク保持機構で２つの基準マークを持つ計測ピースを把持し、
前記計測ピースを把持したワーク保持機構をカメラ位置まで移動させて移動停止し、
前記ワーク保持機構を移動停止した状態で、前記ワーク保持機構を前記回転軸回りに１８０度回転させるとともにその回転の前と後に、前記カメラで前記計測ピースの前記２つの基準マーク位置を撮影することで、１８０度異なる２つの位置で前記計測ピースの前記２つの基準マークの位置を認識し、
前記認識された基準マーク位置とロボット本体側の制御位置に基づく基準マークのあるべき位置との差により位置ずれを計測し、計測した位置ずれ量に基づいて前記ロボット座標と前記カメラ座標とを合わせ、
その後、前記ワーク保持機構でワークを取り上げて保持し、前記ワークをカメラ位置まで移動させて前記カメラでワークを撮像することでワークの保持位置を認識し、ワークの保持位置の位置ずれを補正してワークを対象物に装着するロボットによる装着方法。
【請求項２】
計測ピースは、ワーク形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のロボットによる装着方法。
【請求項３】
計測ピースは、光を透過しない材料から成る計測ピース本体に検出穴を形成し、前記検出穴に光を拡散透過させる部材を配設して成ることを特徴とする請求項１記載のロボットによる装着方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラと画像処理装置を備えてピックアンドプレースを行うロボットに関し、特にロボット本体とカメラの座標合わせを自動的に行う自動キャリブレーション機能付きロボットによる装着方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カメラと画像処理装置を備えたロボットでピックアンドプレースを行う場合、必ずロボット本体とカメラの座標合わせを行う必要がある。これをキャリブレーションと呼ぶ。
【０００３】
従来は、図５に示すように、ロボットハンド２２ａを装着したロボット本体２２と、カメラ２４と、画像処理装置２３とを備えたロボットにおけるキャリブレーションの方法としては、ロボットハンド２２ａをカメラ２４の視野内の所定位置に位置決めし、そのロボットハンド２２ａをカメラ２４で撮像してその位置をＴＶモニタ２５上の画像を用いて目視で計測し、その位置に基づいてロボット本体２２とカメラ２４の座標合わせを行う方法が取られている。すなわち、ロボットハンド２２ａの位置計測は背景との識別が困難であるために自動計測が困難であり、目視にて計測を行っている。
【０００４】
また、図６に示すように、ロボット本体２２に装着したロボットハンド２２ａにてワーク２６を把持し、このワーク２６をロボット本体２２にてカメラ２４の視野内の所定位置に位置決めしてカメラ２４上に配置したガラス受板２７上に載置し、このワーク２６をカメラ２４で撮像してその画像から画像処理装置２３にてワーク２６の位置を自動計測し、ロボット本体２２とカメラ２４の座標合わせを行う方法がある。
【０００５】
さらに、上記ワーク２６に代えて計測用治具をガラス受板２７上に載置し、ロボット本体２２を手動にてインチング動作させて計測用治具に対してロボットハンド２２ａの位置合わせを行ってロボット本体２２側の位置を読み取り、その後計測用治具をカメラ２４で撮像してその位置を画像処理装置２３で自動計測し、ロボット本体２２とカメラ２４の座標合わせを行う方法もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図５に示した方法では、ロボットハンド２２ａの位置を計測する目視計測時に作業者によって誤差を生じてしまうという問題がある。
【０００７】
また、図６に示した方法では、背景の識別が明確となってワーク２６の位置計測は自動計測にて精度良く行うことができるが、ワーク２６自体の寸法精度が低いために高い精度で座標合わせを行うことができないという問題がある。
【０００８】
また、精度の高い計測用治具を用いる場合は、その位置の計測は自動計測できるが、インチング動作にてロボットハンド２２ａを計測用治具に位置合わせする時に作業者によって誤差を生じてしまうという問題がある。
【０００９】
従って、初期設定時はともかく、メカニズムの経時的な位置ずれを校正する方法として従来の方法では十分ではないという問題がある。
【００１０】
さらに、メカニズム的な経時変化の要因としては、ロボット本体２２だけでなく、ロボット本体２２とロボットハンド２２ａとの位置ずれがあるが、従来の方法ではこれを知ることができず、特に回転補正が必要なロボットではロボット本体２２とロボットハンド２２ａとの位置ずれは大きな問題になる。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、簡単に座標合わせの校正が可能な自動キャリブレーション機能付きロボットによる装着方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のロボットによる装着方法は、ワーク保持機構を移動及び位置決め可能でかつワーク保持機構はその移動方向に対して垂直な回転軸回りに回転可能なロボットのワーク保持機構で２つの基準マークを持つ計測ピースを把持し、前記計測ピースを把持したワーク保持機構をカメラ位置まで移動させて移動停止し、前記ワーク保持機構を移動停止した状態で、前記ワーク保持機構を前記回転軸回りに１８０度回転させるとともにその回転の前と後に、前記カメラで前記計測ピースの前記２つの基準マーク位置を撮影することで、１８０度異なる２つの位置で前記計測ピースの前記２つの基準マークの位置を認識し、前記認識された基準マーク位置とロボット本体側の制御位置に基づく基準マークのあるべき位置との差により位置ずれを計測し、計測した位置ずれ量に基づいて前記ロボット座標と前記カメラ座標とを合わせ、その後、前記ワーク保持機構でワークを取り上げて保持し、前記ワークをカメラ位置まで移動させて前記カメラでワークを撮像することでワークの保持位置を認識し、ワークの保持位置の位置ずれを補正してワークを対象物に装着することを特徴とする。
本発明によれば計測ピースをセットするだけでワーク保持機構で把持されてロボット本体にて位置決めされた計測ピースの位置が画像処理装置にて精度良く自動計測されて自動的に座標合わせが成され、誰でも簡単に座標合わせの校正が可能になり、ロボットの維持管理が容易になる。また、ロボット本体だけでなくロボット本体とワーク保持機構との位置ずれも加味した位置合わせが可能であり、特に回転補正が必要なロボットでの高精度の校正作業ができる。
【００１３】
また、計測ピースは、ワーク形状に形成されているのが好適である。
【００１４】
また、計測ピースとして、光を透過しない材料から成る計測ピース本体に形成した検出穴に光を拡散透過させる部材を配設したものを用いるようにすれば、ロボットハンドに把持したままの状態でも背景に全く影響を受けずに高精度に計測ピース位置を計測して、より高精度の校正作業ができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態のロボットによる装着方法を図１〜図４を参照して説明する。本発明のロボットは、ワークをワーク保持機構で取り上げ、対象物に装着するものであるが、下記のような自動キャリブレーション機能を備えているものである。
【００１６】
図１において、自動キャリブレーション時には、まず高精度にワーク形状に形成され、ロボットハンド２ａに把持可能でかつ寸法精度の高い計測ピース１を用いて、この計測ピース１をロボット本体２のロボットハンド２ａに把持させる。
【００１７】
次に、計測ピース１をロボットハンド２ａに把持させた状態で、ロボットハンド２ａを画像処理装置３に接続されたカメラ４の上に移動させる。ロボットハンド２ａがカメラ４の上に移動を完了した時点でロボット本体２は画像処理装置３に計測ピース１の位置を計測する計測ピース位置の計測指令を発行する。画像処理装置３は、ロボット本体２からの命令に従い、計測ピース１の位置を自動計測する。このような動作を複数回行った後、ロボット本体２における制御位置と、画像処理装置３による計測ピース１の計測位置に基づいて、ロボット本体２とカメラ４の座標合わせ計算を行う。このような一連の作業をロボット本体２のプログラムにより自動的に行う。
【００１８】
上記キャリブレーションの一連の作業をロボット本体２のプログラムにより自動化したフローチャートを図２に示す。すなわち、ステップ＃１で計測回数の初期化を行った後、ステップ＃２で計測回数毎に設定されている所定の計測ポイントに計測ピース１を移動させ、ステップ＃３で画像処理装置３に計測命令を発行し、ステップ＃４で画像処理装置３で計測した結果の計測ピース位置のデータを受け取り、以降ステップ＃５、＃６により所定回数まで以上の動作を繰り返した後、ステップ＃７でロボット本体２の制御位置と計測位置とからロボット本体２とカメラ４の座標合わせ計算を行う。
【００１９】
このように計測ピース１をロボットハンド２ａに把持させて座標合わせを自動化することにより、誰でも簡単に座標合わせの校正作業が可能になり、メカニズムの経時的な位置ずれを定期的に管理することが容易となる。また、ロボット本体２の精度に応じた高精度の計測ピース１を製作することによって必要な管理を簡単に行うことができる。
【００２０】
次に、ロボット本体２とロボットハンド２ａとの位置ずれを計測する方法を図３、図４を参照して説明する。計測ピース１は、図４に示すように、計測ピース本体１０に２つの検出穴１１を持っており、図３には、この計測ピース１をロボット本体２によりＸＹ位置は同じで、回転軸を１８０°異なる２箇所に移動させて計測する例を示している。このときのロボットハンド２ａの移動位置２箇所をポジション１及び２とすると、図３において、５はポシション１における検出穴１１の計測位置であり、６はポジション２における検出穴１１の計測位置である。
【００２１】
そして、初期設定時に検出穴１１の計測位置５、６を用いて、
ＬO ：ロボット中心と治具中心との距離（初期設定時）
ＡO ：ロボットと治具との取付角度（初期設定時）
ＢO ：ロボット角度（初期設定時）
を計算しておく。
【００２２】
その後、メカニズムの経時的な位置ずれを校正する校正作業時に、ポジション１における検出穴１１の計測位置７とポジション２におけ検出穴１１の計測位置８を用いて以下の量を求める。
【００２３】
Ｌk ：ロボット中心と治具中心との距離（校正時）
Ａk ：ロボットと治具との取付角度（校正時）
Ｂk ：ロボット角度（校正時）
このとき、ＬO 、ＡO 、ＢO と、Ｌk 、Ａk 、Ｂk の差によりロボット本体２とロボットハンド２ａとの位置ずれが計測可能となる。
【００２４】
このようにしてロボット本体２とロボットハンド２ａとの位置ずれを計測する手段を設けることにより、ロボット本体２だけでなく、ロボット本体２とロボットハンド２ａとの位置ずれも加味した位置合わせが可能であり、特に回転補正が必要なロボットでは高精度の校正作業が可能となる。
【００２５】
さらに、計測ピース１の計測ピース本体１０は、鉄、アルミ、樹脂等の光を透過しない材料から成り、好適には表面に光を反射しないように黒色塗装等を施されたものが用いられる。また、計測ピース本体１０の検出穴１１には光を拡散透過させる材料でできた拡散板１２が取付けられる。その拡散板１２としては、乳白色アクリル板やテープ等がよい。このように構成すると、検出穴１１が拡散板１２により明るく映り、計測ピース本体１０は暗く映る。すなわち、検出穴１１と計測ピース本体１０のコントラストが非常に良くなり、画像処理装置３において高精度に計測することが可能となる。なお、図４において、１ａはロボットハンド２ａに突設されているワーク位置決めピンが嵌入する位置規制穴である。
【００２６】
なお、計測ピース１としては、上記のような構成をとらなくても、当然計測は可能である。しかしながら、計測ピース１の精度を確保しながら画像処理装置３で処理しやすい画像になるように計測ピース１の表面での光反射を確保するのは困難な場合がある。本実施形態では、計測ピース１の表面の光反射にとらわれずに画像処理装置で処理しやすい画像を簡単に確保することができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、計測ピースをセットするだけでロボットのワーク保持機構で把持された状態でロボット本体にて位置決めされた計測ピースの位置を画像処理装置にて精度良く自動計測して自動的に座標合わせができ、誰でも簡単にかつ高精度に座標合わせの校正が可能になり、ロボットによる装着時にそのロボットの維持管理を容易に行うことができるという効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自動キャリブレーション機能付きロボットの一実施形態の構成図である。
【図２】同実施形態の自動キャリブレーション動作のフローチャートである。
【図３】同実施形態におけるロボット本体とロボットハンドの位置ずれ計測方法の説明図である。
【図４】同実施形態における計測ピースの詳細斜視図である。
【図５】従来例のロボットにおけるキャリブレーション作業の説明図である。
【図６】他の従来例のロボットにおけるキャリブレーション作業の説明図である。
【符号の説明】
１  計測ピース
２  ロボット本体
２ａ  ロボットハンド
３  画像処理装置
４  カメラ
１０  計測ピース本体
１１  検出穴
１２  拡散板
【図１】
0003999308.tif 000002
【図２】
0003999308.tif 000003
【図３】
0003999308.tif 000004
【図４】
0003999308.tif 000005
【図５】
0003999308.tif 000006
【図６】
0003999308.tif 000007