JPH05204423A - Coordinate correcting method for robot device provided with visual device - Google Patents
Coordinate correcting method for robot device provided with visual deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、視覚装置付きロボット
装置における座標較正方法に関し、特に手首部にカメラ
を具備したロボット装置において作業ツール取付位置と
カメラ取付位置の正確な位置関係を算出する方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a coordinate calibration method in a robot apparatus with a visual device, and more particularly to a method for calculating an accurate positional relationship between a work tool mounting position and a camera mounting position in a robot apparatus equipped with a camera on the wrist. Regarding
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、ロボットハンドに取り付けられた
カメラにより作業対象位置を認識しロボットの位置決め
を行うタイプの視覚装置付きロボット装置では、作業ツ
ール先端が作業対象位置にある時のロボット座標データ
と、その時のカメラの撮像画像内での作業対象位置のカ
メラ座標データを、ティーチングを行うことによりあら
かじめ認識しておく。そして、実際に作業を行う時は、
まずティーチング時の作業対象位置にロボットを移動
し、その時のカメラの撮像画像内での作業対象位置のカ
メラ座標データを認識し、ティーチング時のカメラ座標
データとのずれのベクトル量を求める。そして、カメラ
座標系での作業対象位置のずれのベクトル量をロボット
座標系でのベクトル量に変換して作業ツール先端位置の
作業対象位置とのずれのベクトル量を認識する。2. Description of the Related Art Conventionally, in a robot apparatus with a visual device of a type in which a position of a robot is recognized by recognizing a work target position by a camera attached to a robot hand, the robot coordinate data when the work tool tip is at the work target position The camera coordinate data of the work target position in the captured image of the camera at that time is recognized in advance by teaching. And when actually doing the work,
First, the robot is moved to the work target position during teaching, the camera coordinate data of the work target position in the captured image of the camera at that time is recognized, and the vector amount of the deviation from the camera coordinate data during teaching is obtained. Then, the vector amount of the deviation of the work target position in the camera coordinate system is converted into the vector amount of the robot coordinate system to recognize the vector amount of the deviation of the work tool tip position from the work target position.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】従来の座標較正方法で
は、作業対象機種が切り替わる度にツール先端が作業対
象位置にある時のカメラの撮像画像内での作業対象位置
のカメラ座標データをティーチングする必要があり、能
率的でないという問題があった。In the conventional coordinate calibration method, the camera coordinate data of the work target position in the image captured by the camera when the tool tip is at the work target position is taught each time the work target model is switched. It was necessary and inefficient.
【０００４】また、この問題を解決するには、作業ツー
ル取付位置とカメラ取付位置のロボット座標系における
位置関係をあらかじめ把握しておけば、わざわざティー
チングしなくても、作業対象ワークの設計データに基づ
いてカメラを作業対象部分の粗位置に移動するだけで、
撮像画像内の作業対象位置のカメラ座標データから作業
ツール先端位置の作業対象位置とのずれのベクトル量を
算出することができる。しかしながら、この際、作業ツ
ール取付位置とカメラ取付位置の位置関係を正確に把握
することは、取付治具の加工精度やハンドのたわみ等の
問題から非常に困難であった。Further, in order to solve this problem, if the positional relationship between the work tool mounting position and the camera mounting position in the robot coordinate system is known in advance, the design data of the work target work can be obtained without the need for teaching. Just move the camera to the rough position of the work area based on
The vector amount of the deviation of the work tool tip position from the work target position can be calculated from the camera coordinate data of the work target position in the captured image. However, at this time, it is very difficult to accurately grasp the positional relationship between the work tool mounting position and the camera mounting position due to problems such as the processing accuracy of the mounting jig and the deflection of the hand.
【０００５】それ故に、本発明の目的は、取付治具の加
工精度やハンドのたわみ等の問題にかかわらず、作業ツ
ール取付位置とカメラ取付位置の正確な位置関係を算出
することにより、ティーチングを必要としない能率的な
座標較正方法を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to perform teaching by calculating an accurate positional relationship between the work tool mounting position and the camera mounting position regardless of problems such as the processing accuracy of the mounting jig and the deflection of the hand. It is to provide an efficient coordinate calibration method that is not needed.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】従って、本発明は、上述
の目的を達成するために、ロボットハンド手首部にカメ
ラを具備し、このカメラからの画像データにより作業対
象部分の位置を認識しその動作を制御する視覚装置付き
ロボット装置における座標較正方法において、作業ツー
ル取付位置に取付けた治具により作業対象平面上に印を
付け、該印を前記治具とある一定距離離れたカメラで撮
像し、該印が撮像画像内のある一定位置に来るようにハ
ンドを移動させ、印を付けた時のロボット座標データ
と、印が前記カメラの撮像画像内のある一定位置にある
時のロボット座標データの認識を複数の位置について行
い、どの位置においてもツールとカメラの位置関係が等
しいという条件のもとでロボット座標系の座標較正を行
うことを特徴とするものである。Therefore, in order to achieve the above-mentioned object, the present invention comprises a camera on the wrist of the robot hand, and recognizes the position of the work target part by the image data from this camera. In a coordinate calibration method in a robot device with a visual device for controlling operation, a jig attached to a work tool attachment position makes a mark on a work target plane, and the mark is imaged by a camera separated from the jig by a certain distance. , The robot coordinate data when the hand is moved so that the mark comes to a certain fixed position in the captured image, and the robot coordinate data when the mark is at a certain fixed position in the captured image of the camera Recognition is performed at multiple positions, and coordinate calibration of the robot coordinate system is performed under the condition that the positional relationship between the tool and the camera is the same at any position. Than it is.
【０００７】[0007]
【実施例】次に、本発明の一実施例について、図１〜図
５を参照して説明する。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
【０００８】図１は、本実施例における視覚装置付きロ
ボット装置を示している。ロボット１は、一般的な水平
多関節型ロボットであり、Ｘ軸２を中心に第１腕３を、
Ｙ軸４を中心に第２腕５を回転することによりツール６
の２次元位置を決定する。また、ハンド先端部分のツー
ル６は、エアーシリンダ等により上下動作可能に取付ら
れている。ツール６の斜め後方にはカメラ１７が固定さ
れ、ハンド下方に設置された対象ワーク８を撮像する。FIG. 1 shows a robot apparatus with a visual device according to this embodiment. The robot 1 is a general horizontal articulated robot, and the first arm 3 around the X axis 2
By rotating the second arm 5 around the Y-axis 4, the tool 6
Determine the two-dimensional position of. The tool 6 at the tip of the hand is attached by an air cylinder or the like so as to be vertically movable. A camera 17 is fixed obliquely behind the tool 6 and images the target work 8 installed below the hand.
【０００９】図３は、本実施例における視覚装置付きロ
ボット装置のシステムブロック図を示している。カメラ
１７により撮像された対象ワークの画像データは、画像
処理装置１４に転送される。画像処理装置１４は、画像
データを処理することにより撮像画像内での認識対象部
分のカメラ座標値を算出し、その座標データをホストコ
ンピュータ１３に転送する。一方、ロボット１１の動作
を制御するロボット制御装置１２からは、対象ワークを
撮像した際の各アームの回転角度データがホストコンピ
ュータ１３に転送される。これらのデータから、ホスト
コンピュータ１３は認識対象部分のロボット座標値を算
出し、算出データはロボット制御装置１２に送られる。
そして、ロボット制御装置１２は、ホストコンピュータ
１３から送られてきたロボット座標位置にロボット１１
を動作させてロボット１１の認識対象部分への位置決め
を行う。FIG. 3 is a system block diagram of a robot apparatus with a visual device in this embodiment. The image data of the target work imaged by the camera 17 is transferred to the image processing device 14. The image processing device 14 calculates the camera coordinate value of the recognition target portion in the captured image by processing the image data, and transfers the coordinate data to the host computer 13. On the other hand, from the robot controller 12 that controls the operation of the robot 11, the rotation angle data of each arm when the target work is imaged is transferred to the host computer 13. From these data, the host computer 13 calculates the robot coordinate value of the recognition target portion, and the calculated data is sent to the robot controller 12.
Then, the robot control device 12 sets the robot 11 at the robot coordinate position sent from the host computer 13.
Is operated to position the robot 11 at the recognition target portion.
【００１０】次に、本実施例の座標較正方法について説
明する。今、ツール６は、対象ワーク８上の任意の位置
にある。このとき、ツール６をエアーシリンダー等によ
り下方に動作させて対象ワーク８上の作業対象平面にツ
ール６の先端を押し当てる。（ツール６は、バネ等によ
り上下に伸縮可能な専用治具とする。）このとき、対象
ワーク８上の感圧紙９にツール６により受けた圧力によ
り印１０−１が付く。この状態でのＸ軸の回転角θX1と
Ｙ軸の回転角θY1をホストコンピュータ１３のメモリに
記憶しておく。次に、印１０−１がカメラ１７の撮像画
像内の中心位置に来た時のＸ軸の回転角θX2とＹ軸の回
転角θY2をホストコンピュータ１３のメモリに記憶す
る。図２は、ツール６の先端が印１０−１上にある時の
ロボットの状態（Ｘ軸回転角θX1，Ｙ軸回転角θY1）と
カメラ１７中心が印１０−１上にある時のロボットの状
態（Ｘ軸回転角θX2，Ｙ軸回転角θY2）を示しており、
同図から両状態におけるツール６先端の位置関係は、ツ
ール６とカメラ１７との位置関係に等しいことがわか
る。ここで、ロボットハンド第１腕３の長さｌ1とロボ
ットハンド第２腕５の長さｌ2が正確にわかっていれ
ば、ツール６とカメラ１７の位置関係は次式により求ま
る。Next, the coordinate calibration method of this embodiment will be described. Now, the tool 6 is at an arbitrary position on the target work 8. At this time, the tool 6 is moved downward by an air cylinder or the like to press the tip of the tool 6 against the work target plane on the target work 8. (The tool 6 is a dedicated jig that can be expanded and contracted up and down by a spring or the like.) At this time, the mark 10-1 is attached to the pressure-sensitive paper 9 on the target work 8 by the pressure received by the tool 6. The rotation angle θ X1 of the X axis and the rotation angle θ Y1 of the Y axis in this state are stored in the memory of the host computer 13. Next, the rotation angle θ X2 of the X axis and the rotation angle θ Y2 of the Y axis when the mark 10-1 comes to the center position in the captured image of the camera 17 are stored in the memory of the host computer 13. FIG. 2 shows a state of the robot (X-axis rotation angle θ X1 , Y-axis rotation angle θ Y1 ) when the tip of the tool 6 is on the mark 10-1, and when the center of the camera 17 is on the mark 10-1. The state of the robot (X-axis rotation angle θ X2 , Y-axis rotation angle θ Y2 ) is shown.
From the figure, it can be seen that the positional relationship between the tip of the tool 6 in both states is equal to the positional relationship between the tool 6 and the camera 17. Here, if the length l 2 of the length l 1 and the robot hand a second arm 5 of the robot hand first arm 3 Knowing exactly the positional relationship between the tool 6 and the camera 17 is determined by the following equation.
【００１１】[0011]
【数式１】[Formula 1]
【００１２】 [0012]
【００１３】しかしながら、ｌ1，ｌ2はハンドのたわみ
やツール６の取付誤差等により完全に正確な値を把握す
ることは困難である。そこで、対象ワーク上の他の点
（例えば図２における印１０−２）についても、上と同
様なことを行うことにより、印１０−２についての〜
式を導き、両点におけるＬの値，θの値は等しいとい
う条件から、ｌ1，ｌ2を未知数として連立方程式を立
て、それを解くことによってｌ1，ｌ2の正確な値と、ツ
ール６とカメラ１７の正確な位置関係を求めることがで
きる。以上に示した座標較正の計算フロー図を、図４に
示す。However, it is difficult to grasp a completely accurate value of l 1 and l 2 due to the deflection of the hand, the mounting error of the tool 6, and the like. Therefore, the same operation is performed for other points (for example, the mark 10-2 in FIG. 2) on the target work, so that
Leads to the formula, the value of L in both points, from the condition that the value of θ is equal, making a simultaneous equations as unknowns l 1, l 2, and the exact value of l 1, l 2 by solving it, tool An accurate positional relationship between 6 and the camera 17 can be obtained. FIG. 4 shows a calculation flow chart of the coordinate calibration described above.
【００１４】図５は、ホストコンピュータ１３内での処
理の流れを示している。ロボット制御装置１２から送ら
れて来る撮像時のアーム回転角データは、図４のフロー
によりあらかじめ求められたｌ1，ｌ2の較正値から、式
，より較正ロボット座標値に変換される。この撮像
時のロボット座標値と画像処理装置から送られて来る撮
像画像内での認識対象部分のカメラ座標値、および図４
のフローによりあらかじめ得られたツール６とカメラ１
７の位置関係から、座標変換アルゴリズムを用いて演算
することにより認識対象部分のロボット座標値を求め、
ロボット制御装置１２に転送する。FIG. 5 shows the flow of processing in the host computer 13. The arm rotation angle data at the time of imaging sent from the robot controller 12 is converted from the calibration values of l 1 and l 2 previously obtained by the flow of FIG. The robot coordinate value at the time of this image capturing, the camera coordinate value of the recognition target portion in the captured image sent from the image processing apparatus, and FIG.
Tool 6 and camera 1 obtained in advance by the flow of
From the positional relationship of 7, the robot coordinate value of the recognition target portion is obtained by calculation using a coordinate conversion algorithm,
Transfer to the robot controller 12.
【００１５】以上は、ロボットハンド第１腕３，第２腕
５の長さおよびツール６とカメラ１７の位置関係に関す
る較正方法であったが、各腕の回転角θX，θYの値に関
しても腕のたわみやツール６の取付誤差等による誤差が
あると考えられる場合には、その誤差をそれぞれΔ
θX，ΔθYとし、θX1，θY1，θX2，θY2のかわりにθ
X1＋ΔθX，θY1＋ΔθY，θX2＋ΔθX，θY2＋ΔθYと
して未知数がｌ1，ｌ2，ΔθX，ΔθYの４つの場合の連
立方程式を、さらに印の数を増やして解くことにより、
ツール６とカメラ１７の正確な位置関係を求めることが
できる。The above is the calibration method concerning the lengths of the first and second arms 3 and 5 of the robot hand and the positional relationship between the tool 6 and the camera 17, but regarding the values of the rotation angles θ X and θ Y of each arm. If it is considered that there is an error due to arm deflection or tool 6 mounting error, etc.
theta X, and Δθ Y, θ X1, θ Y1 , θ X2, instead of theta Y2 theta
Solve the simultaneous equations with four unknowns l 1 , l 2 , Δθ X , Δθ Y as X1 + Δθ X , θ Y1 + Δθ Y , θ X2 + Δθ X , θ Y2 + Δθ Y by increasing the number of marks. By
The exact positional relationship between the tool 6 and the camera 17 can be obtained.
【００１６】[0016]
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ツール
が印の上にある時のロボット座標データとその印がカメ
ラの撮像画像内のある一定位置にある時のロボット座標
データの認識を複数の印について行い、それぞれの印に
おいてツールとカメラの位置関係は等しいという条件の
もとに連立方程式を解くことによりロボット座標系の較
正を行うようにしたので、ロボットハンドのたわみやツ
ール、カメラの取付誤差があっても、ツールとカメラの
正確な位置関係を把握することができ、それにより作業
対象位置へのツールとカメラのティーチングを機種が切
り替わる度にいちいち行わなくても、対象ワークの設計
データ等からカメラを作業対象位置付近へ動かしさえす
れば、正確な作業対象位置の認識を行うことができる。As described above, the present invention recognizes the robot coordinate data when the tool is on the mark and the robot coordinate data when the mark is at a certain fixed position in the image captured by the camera. The robot coordinate system was calibrated by solving simultaneous equations under the condition that the positional relationship between the tool and camera was the same for each mark. Even if there is an error in mounting, it is possible to grasp the exact positional relationship between the tool and the camera, which allows the teaching of the tool and camera to the work target position to be performed without changing each time the model is switched. Accurate recognition of the work target position can be performed only by moving the camera near the work target position from the design data and the like.
【図１】本発明の一実施例を示すロボットの側面図であ
る。FIG. 1 is a side view of a robot showing an embodiment of the present invention.
【図２】図１に示した実施例の座標系とハンドの状態図
である。FIG. 2 is a state diagram of a coordinate system and a hand of the embodiment shown in FIG.
【図３】図１に示した実施例のシステムブロック図であ
る。FIG. 3 is a system block diagram of the embodiment shown in FIG.
【図４】座標較正の計算フローチャートである。FIG. 4 is a calculation flowchart of coordinate calibration.
【図５】ホストコンピュータ内の処理フローチャートで
ある。FIG. 5 is a processing flowchart in the host computer.
【符号の説明】 １，１１ ロボット ２ Ｘ軸 ３ 第１腕 ４ Ｙ軸 ５ 第２腕 ６ ツール ８ 対象ワーク ９ 感圧紙 １０ 印 １２ ロボット制御装置 １３ ホストコンピュータ １４ 画像処理装置 １７ カメラ[Explanation of Codes] 1, 11 Robot 2 X Axis 3 First Arm 4 Y Axis 5 Second Arm 6 Tool 8 Target Work 9 Pressure Sensitive Paper 10 Mark 12 Robot Control Device 13 Host Computer 14 Image Processing Device 17 Camera
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｄ 3/12 Ｋ 9179−3Ｈ Ｗ 9179−3Ｈ Ｔ 9179−3Ｈ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI Technical display location G05D 3/12 K 9179-3H W 9179-3H T 9179-3H
Claims (1)
し、このカメラからの画像データにより作業対象部分の
位置を認識しその動作を制御する視覚装置付きロボット
装置における座標較正方法において、作業ツール取付位
置に取付けた治具により作業対象平面上に印を付け、該
印を前記治具とある一定距離離れたカメラで撮像し、該
印が撮像画像内のある一定位置に来るようにハンドを移
動させ、印を付けた時のロボット座標データと、印が前
記カメラの撮像画像内のある一定位置にある時のロボッ
ト座標データの認識を複数の位置について行い、どの位
置においてもツールとカメラの位置関係が等しいという
条件のもとでロボット座標系の座標較正を行うことを特
徴とする視覚装置付きロボット装置における座標較正方
法。1. A work tool attachment position in a coordinate calibration method in a robot device with a visual device, comprising a camera on a wrist of a robot hand, and recognizing a position of a work target part by image data from the camera and controlling the operation thereof. Make a mark on the plane to be worked by the jig attached to the camera, take an image of the mark with the camera at a certain distance from the jig, and move the hand so that the mark comes to a certain position in the captured image. , The robot coordinate data when the mark is made and the robot coordinate data when the mark is at a certain fixed position in the image captured by the camera are recognized for a plurality of positions, and the positional relationship between the tool and the camera at any position. A coordinate calibration method for a robot device with a visual device, characterized in that coordinate calibration of a robot coordinate system is performed under the condition that the two are equal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4014196A JPH05204423A (en) | 1992-01-29 | 1992-01-29 | Coordinate correcting method for robot device provided with visual device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4014196A JPH05204423A (en) | 1992-01-29 | 1992-01-29 | Coordinate correcting method for robot device provided with visual device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05204423A true JPH05204423A (en) | 1993-08-13 |
Family
ID=11854372
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4014196A Pending JPH05204423A (en) | 1992-01-29 | 1992-01-29 | Coordinate correcting method for robot device provided with visual device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05204423A (en) |
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-
1992
- 1992-01-29 JP JP4014196A patent/JPH05204423A/en active Pending
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