(57)【要約】  産業用ロボット（２）の測定システムが、ツールホルダ（１０）を含む複数の可動アームと、産業用ロボットによって支持された３Ｄカメラ（１）とを備える。測定システムは、現実対象物（１２）のミラー対象物（１２ｉ）を作り出すためのミラー（３）をさらに備える。３Ｄカメラは、ミラー対象物（１２ｉ）の測定のために可動アームの１つ（７）に固定されている。【選択図】図１
2020513333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
産業用ロボット（２）の測定システムであって、前記産業用ロボット（２）が、ツールホルダ（１０）を含む複数の可動アーム（５〜１０）と、前記産業用ロボットによって支持された３Ｄカメラ（１）とを備える、測定システムにおいて、現実対象物（１２）のミラー対象物（１２ｉ）を作り出すためのミラー（３）をさらに備え、前記３Ｄカメラは、前記ミラー対象物（１２ｉ）の測定のために前記可動アームの１つ（７）に固定されていることを特徴とする、測定システム。
【請求項２】
前記ミラー（３）は、その平面を規定する少なくとも３つのポジションマーク（１３）を備える、請求項１に記載の測定システム。
【請求項３】
前記３Ｄカメラ（１）は、前記ミラー対象物（１２ｉ）の三角測量計算によって前記現実対象物（１２）の位置を計算するための手段を備える、請求項１または２に記載の測定システム。
【請求項４】
前記３Ｄカメラ（１）は、前記第２のアーム（７）の最も内側の部分に固定されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の測定システム。
【請求項５】
前記産業用ロボット（２）は、６つの可動アーム（５〜１０）を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の測定システム。
【請求項６】
前記現実対象物（１２）は、前記産業用ロボット（２）のツールセンタポイント（ＴＣＰ）を備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の測定システム。
【請求項７】
産業用ロボット（２）によって把持された現実対象物（１２）を測定するための方法であって、前記産業用ロボット（２）が、ツールホルダ（１０）を含む複数の可動アーム（５〜１０）と、前記産業用ロボットによって支持された３Ｄカメラ（１）とを備える、方法において、前記ロボットの作業エリア内にミラー（３）を用意することと、前記３Ｄカメラ（１）を前記可動アームの１つ（７）に固定することと、前記産業用ロボットを移動させて前記現実対象物（１２）のミラー対象物（１２ｉ）を作り出すことと、前記ミラー対象物（１２ｉ）の三角測量によって前記現実対象物（１２）の位置を計算することとを含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
前記方法は、前記ミラー上の少なくとも３つのポジションマーク（１３）から前記ミラー（３）の平面を測定することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
請求項７または８に記載の方法を制御システムのプロセッサが実行するための命令を含む、コンピュータ使用可能な媒体に記憶可能なコンピュータプログラム製品。
【請求項１０】
インターネット上などのネットワーク上に少なくとも部分的に設けられている、請求項９に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１１】
請求項９に記載のコンピュータプログラム製品を含むことを特徴とするコンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は産業用ロボットに関する。より正確に、本発明は、産業用ロボットの作業エリア内の対象物を決定するための測定方法に関する。産業用ロボットという表現は、複数の可動部分および制御システムを有するマニピュレータと理解されるべきである。産業用ロボットの構造は、以下の文章において、マニピュレータまたはロボットと表記されることがある。
【背景技術】
【０００２】
産業環境内で産業用ロボットを動作させるために、ロボットは、ローカル座標系で較正されなければならない。このことは、ツールセンタポイント（ＴＣＰ）がローカル座標系の全ての位置で正確に知られることを意味する。多くの場合、ロボットのローカル座標系は、作業ピースの位置が特定され得るグローバル座標系に適合するように較正されなければならない。
【０００３】
非常に多くの較正方法が知られている。往々にして、ロボットは、検知ユニットによってグローバル座標系で検知される異なる位置に較正ツールを移動させる。そのような検知ユニットは、例えば、接触検知ユニット、クロスレーザビームまたはカメラユニットを備え得る。較正のためにタッチスクリーンを使用することも知られている。
【０００４】
国際公開第２０１５／１６５０６２号により、産業用ロボットのツールセンタポイントを較正するための方法が従前に知られている。方法は、第１のレーザビームおよび第２のレーザビームを有するクロスビームセンサを伴う。
【０００５】
国際公開第２０１２／０７６０３８号により、ロボットユニットを較正するための方法が従前に知られている。目的は、対象物識別ユニットの第２の座標系を用いてルートユニットの第１の座標系を較正するための方法を提供することである。方法は、較正のためにロボットユニットによって較正ツールが移動されるべき複数のターゲットポイントを生成することを含む。ターゲットポイントは、カメラユニットの使用によって評価される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１６５０６２号
【特許文献２】国際公開第２０１２／０７６０３８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の主な目的は、産業用ロボットの測定システムおよび方法を改良する方法を求めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、本発明によれば、独立請求項１の特徴を特徴とする測定システム、または独立請求項７のステップを特徴とする方法によって達成される。好適な実施形態が従属請求項に記載される。
【０００９】
本発明によれば、産業用ロボットは、３Ｄカメラを支持し、現実対象物の位置を決定するためにミラーを使用して現実対象物のミラー対象物を作り出す。測定の前に、３Ｄカメラはロボット構造に固定される。よって、３Ｄカメラの位置および向きは、ローカル座標系で既知である。ある実施形態において、ローカル座標系は、産業用ロボットの座標系と同じである。ミラーもローカル座標系で規定され、よって、ミラー対象物に関する測定が、現実対象物を規定するために使用され得る。
【００１０】
３Ｄカメラが、現実対象物の３次元イメージを生成するための手段を備える。一般に、３Ｄカメラは、レンズおよびイメージセンサをそれぞれ有する２つの光学ラインを含むステレオカメラを備える。そのようなステレオカメラにより、ロボット作業エリア内の任意の対象物が空間内で決定され得る。ステレオカメラは、平面内の対象物を決定するのみならず、対象物までの距離も決定する。しかし、ロボット構造に固定されたステレオカメラは、対象物を認識できない見通しのきかない領域を有する。本発明によれば、作業エリア内にミラーを導入することで、これらの見通しのきかない領域は、ミラーイメージの使用によって無くされる。ある実施形態において、３Ｄカメラは、コンピュータプログラムによる命令を実行するためにプロセッサ手段およびメモリ手段を備える。
【００１１】
ミラーを使用することで、ロボットは、自身を映して、カメラによってその固定位置から認識できない部分を見出し得る。このことは、ロボットによってピックアップされた対象物の場所を特定するときに、または例えば、摩耗または損傷した、ドリルなどツールの新たなＴＣＰを規定するために、大きな助けとなる。ロボットは、ミラーの前で対象物を把持するように制御される。ステレオカメラは、ミラー上の少なくとも３つのポジションマークを測定することによってミラーの平面を規定する。よって、ミラーの平面は、ローカル座標系で規定される。ミラー位置および向きが規定されると、３Ｄカメラは、三角測量によってツール先端の位置をミラー対象物から計算する。対象物上の複数のポイントを測定することで、対象物の向きも決定され得る。
【００１２】
本発明によれば、ロボットによって把持された任意の対象物の位置および向きが、ミラー技術によって調査され得る。よって、ピックアップ産業の場合、３Ｄカメラを支持するロボットが、ピックアップされる対象物の位置を特定し、ピックアップツール内の対象物の位置および向きを規定し、対象物を既知の容器内の所定の位置に置くことができる。ある実施形態において、ミラーは、既知の位置および向きを有するスクリーンまたは壁を備える。ある実施形態において、ミラーはマニピュレータに取り付けられる。
【００１３】
本発明の第１の態様において、目的は、産業用ロボットの測定システムであって、産業用ロボットが、ツールホルダを含む複数の可動アームと、産業用ロボットによって支持された３Ｄカメラとを備える、測定システムにおいて、現実対象物のミラー対象物を作り出すためのミラーをさらに備え、３Ｄカメラは、ミラー対象物の測定のために可動アームの１つに固定されている、測定システムによって達成される。
【００１４】
ある実施形態において、ミラーは、その平面を規定するための少なくとも３つのポジションマークを備える。ある実施形態において、３Ｄカメラは、ミラー対象物の三角測量計算によって現実対象物の位置を計算するための手段を備える。さらなる実施形態において、３Ｄカメラは、第２のアームの最も内側の部分に固定されており、産業用ロボットは、６つの可動アームを備え、現実対象物は、産業用ロボットのツールセンタポイント（ＴＣＰ）を備える。
【００１５】
本発明の第２の態様において、目的は、産業用ロボットによって把持された現実対象物を測定するための方法であって、産業用ロボットが、ツールホルダを含む複数の可動アームと、産業用ロボットによって支持された３Ｄカメラとを備える、方法において、ロボットの作業エリア内にミラーを用意し、３Ｄカメラを可動アームの１つに固定し、産業用ロボットを移動させて現実対象物のミラー対象物を作り出し、ミラー対象物の三角測量によって現実対象物の空間位置を計算することによって達成される。ある実施形態において、方法は、ミラー上の少なくとも３つのポジションマークからミラーの平面を測定することをさらに含む。ある実施形態において、方法は、コンピュータプログラムの実行によって行われる。
【００１６】
本発明の他の特徴および利点が、添付図面と併せて以下の詳細な説明から当業者にとってより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ミラーの前にある、本発明による産業用ロボットの３次元図である。
【図２】本発明により使用される、３Ｄカメラおよび三角測量法の原理図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
ロボットによって把持された対象物を測定するための、本発明によるシステムが図１に示される。３Ｄカメラ１が産業用ロボットのマニピュレータ２に固定され、ミラー３がマニピュレータの作業エリア内に配置される。図に示される実施形態において、マニピュレータは、回転可能に配置された台５を支持する脚部４を備える。台は、枢動可能に配置された第２のアーム７を支持する枢動可能に配置された第１のアーム６を支持する。第２のアームは、その外側端部に、回転可能なリスト部８と、回転可能なツールホルダ１０を支持する枢動可能なハンド部９とを支持する。図示の実施形態において、ツールホルダは、ドリル１２を有するドリル装置１１を支持する。
【００１９】
図示の実施形態において、ミラー３は、ドリル１２が３Ｄカメラ１によって認識されるように、マニピュレータ２の作業エリア内に位置する。ミラーは、少なくとも３つのポジションマーク１３を有する平面構造を備える。カメラは、マニピュレータの構造上のその位置からドリルを認識することができない。マニピュレータは、ドリルが３Ｄカメラによって検出され得るように、ミラーの前でドリルを動かしている。この位置でミラー上の３つのポジションマークを測定することで、ミラーの距離および向きが決定される。ローカル座標系にミラーを導入することで、ドリルの位置が３Ｄカメラによって測定され計算される。
【００２０】
ミラー３の使用によって対象物１４の位置を計算する方法が図２に示される。図示の実施形態において、ミラーの位置および向きは、ミラー平面上の３つのポジションマークを測定することによって従前に決定される。よって、ミラーの使用により、現実対象物１２のミラー対象物１２ｉが３Ｄカメラ１によって認識される。３Ｄカメラは、センタライン１７をそれぞれ有する２つのレンズ１６を備え、センタライン間には既知の距離cがある。対象物が２つのレンズ１６を通して投影され、イメージセンサ１９上でイメージ１８として検出される。カメラでは、レンズとイメージセンサとの間の焦点距離fが既知である。明確性のために、カメラの右側部のみに図の符号が付けられている。
【００２１】
ミラー対象物１２ｉからの光線が、各レンズを通して各イメージセンサ１９に投影される。カメラの左側部では、ミラー対象物１２ｉの投影が、センタライン１７からの距離ａで検出される。カメラの右側部では、ミラーイメージ１２ｉの投影が、センタライン１７からの距離ｂで検出される。よって、三角測量により、対象物の距離および位置が、カメラ内の計算手段によって計算され得る。
【００２２】
ミラーは、任意のサイズであり得るが、平面でなければならない。ミラーは、ロボットの作業エリア内に固定され得るが、必要なときに所定場所に置かれ得る。マニピュレータによって支持された装置が決定されなければならないときはいつも、ミラーの位置および向きがまず決定されなければならない。その後に、対象物またはツール先端の位置が調査され得る。対象物上の複数のポイントの測定により、対象物の向きも決定され得る。ミラーが壁の全体または一部などの大きな表面を有する場合、ミラーの位置および向きの決定が複数の測定に使用され得る。
【００２３】
実施形態に示されるマニピュレータは６軸を有するが、本発明によるマニピュレータは複数の軸を備え得る。よって、本発明は、例えば、２軸または自由度２のみを有する任意のマニピュレータで使用され得る。ドリリングまたはピックアップに使用される多くのマニピュレータは、僅かな自由度のみを有することがある。そのような場合、３Ｄカメラは、可動部分のいずれかに固定され得る。カメラのサイズを考慮すると、カメラは、ツール自体と干渉しないためにロボットの最も外側から第２または第３の部品に固定されるべきである
【００２４】
３Ｄカメラをロボット構造に固定することで、カメラによって視覚化された全ての対象物が、ロボットのローカル座標系で決定され得る。よって、ローカル座標系を取り巻くグローバル座標系でロボットまたはその作業対象物を測位する必要がない。ミラーの助けにより、ロボットは、作業対象物のうちカメラによって認識されない部分を視覚化し得る。同様に、カメラは、カメラの見通しのきかない領域に位置するツールのような対象物を、ミラーによって決定し得る。本発明のある実施形態において、ミラー技術は、産業用ロボットの較正のために使用され得る。
【００２５】
好適ではあるが、本発明の範囲は、提示される実施形態によって限定されるものではなく、当業者にとって自明である実施形態も含む。例えば、単一の２Ｄカメラが２つの位置で使用され得る。しかし、空間における対象物のそのような決定は、３Ｄカメラの使用よりも多くの時間を要し、正確性に劣る。さらに、対象物は、２つのカメラ位置の間の位置から移動されてはならない。本発明によれば、複数のミラーが使用され得る。
【図１】
2020513333.tif 000003
【図２】
2020513333.tif 000004
【国際調査報告】
2020513333.tif 000005
2020513333.tif 000006
2020513333.tif 000007
2020513333.tif 000008