機(jī)器人控制裝置、機(jī)器人控制方法、程序和記錄介質(zhì)的制作方法
【專利摘要】計算照相機(jī)坐標(biāo)系中的手部單元的第一坐標(biāo)系CA、第一工件的第二坐標(biāo)系CB以及第二工件的第三坐標(biāo)系CC（S2、S3和S4）。計算第一和第二坐標(biāo)變換矩陣ATB和ATC（S5和S6）。在第一工件的坐標(biāo)系中設(shè)定目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)（S7）。在第二工件的坐標(biāo)系中設(shè)定指令點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)（S8）。使用第一坐標(biāo)變換矩陣ATB對目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)變換（S9）。使用第二坐標(biāo)變換矩陣ATC對指定點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)變換（S10）。使用轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)數(shù)據(jù)生成操作指令（S11）。
【專利說明】機(jī)器人控制裝置、機(jī)器人控制方法、程序和記錄介質(zhì)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能夠?qū)⒈粰C(jī)器人抓住的物體附接到另一物體的機(jī)器人控制裝置、機(jī)器人控制方法、程序和記錄介質(zhì)。
【背景技術(shù)】
[0002]通常已經(jīng)使用如下這樣的機(jī)器人，該機(jī)器人包括機(jī)器人體部，該機(jī)器人體部具有包括多個鉸鏈部件的多關(guān)節(jié)臂部單元和設(shè)置在該臂部單元端部的手部單元，該機(jī)器人使用手部單元抓住用作第一工件的物體，并且將抓住的物體附接到用作第二工件的另一物體。
[0003]此外，已經(jīng)使用了包括立體方法的使用照相機(jī)測量位置的各種技術(shù)，并且通過這樣的技術(shù)可測量通過照相機(jī)捕獲的圖像中包含的物體的特征點的3D位置。此外，可通過測量物體的多個特征點來測量物體的位置和取向。而且，作為照相機(jī)的替代組合地使用光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)來測量位置的各種技術(shù)已被使用。
[0004]通常，已經(jīng)使用如下這樣的機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)被配置為使得用于捕獲被抓住物體以及另一物體的圖像以測量被抓住物體以及另一物體的位置和取向的照相機(jī)被固定于照相機(jī)安裝臺架，該照相機(jī)安裝臺架被設(shè)置在操作位置上方，在該操作位置，通過機(jī)器人體部使被抓住物體附接到另一物體(PTL1)。此外，固定于照相機(jī)體部的手部單元的照相機(jī)已被使用(PTL2)。
[0005]這里，如果手部單元以不同的次數(shù)抓住物體的不同位置，難以準(zhǔn)確地將被抓住物體附接到另一物體。因此，被抓住物體和另一物體的位置和取向的測量結(jié)果應(yīng)被反饋，使得用于指定機(jī)器人體部的軌跡的操作指令被生成。
[0006]這里，被抓住物體和另一物體的位置和取向由照相機(jī)基于照相機(jī)坐標(biāo)系計算，然而被生成用于在預(yù)定軌跡中操作機(jī)器人體部的操作指令是基于機(jī)器人坐標(biāo)系的。因此，應(yīng)獲得用于將照相機(jī)坐標(biāo)系中的代表所測量的位置和取向的坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至機(jī)器人坐標(biāo)系中的坐標(biāo)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)變換矩陣。
[0007]因此，通常，由于估計固定于照相機(jī)安裝臺架的照相機(jī)的在照相機(jī)坐標(biāo)系中的位置和取向相對于機(jī)器人坐標(biāo)系是恒定的，已經(jīng)使用了包含預(yù)設(shè)恒定值的坐標(biāo)變換矩陣。
[0008]此外，當(dāng)照相機(jī)被固定于手部單元時，照相機(jī)坐標(biāo)系中的位置和取向響應(yīng)于機(jī)器人體部的操作而相對于機(jī)器人坐標(biāo)系被改變。因此，相對于機(jī)器人坐標(biāo)系的照相機(jī)坐標(biāo)系中的位置和取向可根據(jù)手部的端部的位置和取向被估計，其中該手部的端部的位置和取向根據(jù)正向動力學(xué)使用機(jī)器人體部的關(guān)節(jié)角度被獲得。坐標(biāo)變換矩陣通常根據(jù)如上所述被估計的照相機(jī)坐標(biāo)系和機(jī)器人坐標(biāo)系之間的關(guān)系被計算。
[0009]引文列表
[0010]專利文獻(xiàn)
[0011]PTLl:日本專利特開 N0.5-108126
[0012]PTL2:日本專利特開 N0.8-174457
【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]技術(shù)問題
[0014]近年來，已經(jīng)非常需要由機(jī)器人體部執(zhí)行的更加準(zhǔn)確的組裝操作。例如，已經(jīng)需要由機(jī)器人體部執(zhí)行的將設(shè)置在柔性線纜的末端的連接器連接到電子裝置的連接器的操作。
[0015]但是，通常，認(rèn)為照相機(jī)相對于諸如照相機(jī)安裝臺架或手部單元的固定物的位置是固定的，即，相對于機(jī)器人坐標(biāo)系的照相機(jī)坐標(biāo)系被預(yù)先獲得或者可被導(dǎo)出。因此，照相機(jī)坐標(biāo)系中的位置和取向的偏移沒有被想到。
[0016]但是，從實際觀點看，照相機(jī)坐標(biāo)系中的位置和取向由于各種原因而改變。例如，照相機(jī)安裝臺架可根據(jù)機(jī)器人的操作而搖動，并且安裝位置可由于環(huán)境溫度的改變或者照相機(jī)溫度的改變而偏移。類似地，當(dāng)照相機(jī)固定于手部單元時，照相機(jī)的位置可相對于手部單元偏移。具體而言，從實際觀點看，照相機(jī)的位置偏移，因此難以基于機(jī)器人坐標(biāo)系準(zhǔn)確地指定照相機(jī)坐標(biāo)系中的位置和取向。此外，由于組裝位置由于照相機(jī)位置的偏移而偏移，因而難以執(zhí)行準(zhǔn)確的組裝操作。
[0017]實際上，當(dāng)要由手部單元抓住的物體不是剛性體而是柔性體(柔軟體)時，要被抓住的物體的位置和取向根據(jù)手部單元的取向或被抓住位置而顯著改變。因此，被轉(zhuǎn)換成機(jī)器人坐標(biāo)系中的坐標(biāo)數(shù)據(jù)的被抓住物體的位置和取向的坐標(biāo)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度尤其重要。但是，當(dāng)照相機(jī)的位置改變時，所計算的機(jī)器人坐標(biāo)系中的坐標(biāo)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度劣化。因此，難以執(zhí)行準(zhǔn)確的組裝操作，并且當(dāng)被抓住物體是柔性體時尤其困難。
[0018]因此，本發(fā)明提出了一種機(jī)器人控制裝置、機(jī)器人控制方法、程序和記錄介質(zhì)，該機(jī)器人控制裝置能夠執(zhí)行控制以使得即使當(dāng)照相機(jī)偏移時仍不需要照相機(jī)坐標(biāo)系和機(jī)器人坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)數(shù)據(jù)的校正，并且即使當(dāng)被手部單元抓住的第一工件中的位置偏移或者第一工件變形時仍執(zhí)行準(zhǔn)確的組裝。
[0019]對于問題的解決方案
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種控制機(jī)器人體部的機(jī)器人控制裝置，該機(jī)器人體部包括具有相互耦接的多個鏈接部件的臂部單元以及設(shè)置在臂部單元的端部處的手部單元，該手部單元抓住第一工件并且使所抓住的第一工件附接到第二工件。該機(jī)器人控制裝置包括照相機(jī)，被配置為輸出通過捕獲機(jī)器人體部、第一工件和第二工件的圖像而獲得的圖像數(shù)據(jù)；第一坐標(biāo)系計算單元，被配置為從圖像數(shù)據(jù)計算代表在照相機(jī)的照相機(jī)坐標(biāo)系中的手部單元的位置和取向的第一坐標(biāo)系；第二坐標(biāo)系計算單元，被配置為從圖像數(shù)據(jù)計算代表在照相機(jī)的照相機(jī)坐標(biāo)系中的第一工件的位置和取向的第二坐標(biāo)系；第三坐標(biāo)系計算單元，被配置為從圖像數(shù)據(jù)計算代表在照相機(jī)的照相機(jī)坐標(biāo)系中的第二工件的位置和取向的第三坐標(biāo)系；第一坐標(biāo)變換矩陣計算單元，被配置為計算用于將第二坐標(biāo)系轉(zhuǎn)變至第一坐標(biāo)系的第一坐標(biāo)變換矩陣；第二坐標(biāo)變換矩陣計算單元，被配置為計算用于將第三坐標(biāo)系轉(zhuǎn)變至第一坐標(biāo)系的第二坐標(biāo)變換矩陣；目標(biāo)點設(shè)定單元，被配置為在第一工件的坐標(biāo)系中設(shè)定相對于第一工件具有恒定的位置和取向的目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)；指令點設(shè)定單元，被配置為在第二工件的坐標(biāo)系中設(shè)定允許目標(biāo)點以相對于第二工件恒定的位置和取向通過的指令點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)；第一坐標(biāo)變換單元，被配置為使用第一坐標(biāo)變換矩陣對通過目標(biāo)點設(shè)定單元設(shè)定的目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)執(zhí)行坐標(biāo)變換；第二坐標(biāo)變換單元，被配置為使用第二坐標(biāo)變換矩陣對通過指令點設(shè)定單元設(shè)定的指令點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)執(zhí)行坐標(biāo)變換；操作指令生成單元，被配置為生成用于操作機(jī)器人體部以使得機(jī)器人體部遵循軌跡的操作指令，該軌跡被獲得為使得已經(jīng)受第一坐標(biāo)變換單元執(zhí)行的坐標(biāo)變換的目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過已經(jīng)受由第二坐標(biāo)變換單元進(jìn)行的坐標(biāo)變換的指令點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)的位置；以及操作指令輸出單元，被配置為將通過操作指令生成單元生成的操作指令輸出至機(jī)器人體部。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了一種用于控制機(jī)器人體部的機(jī)器人控制方法，該機(jī)器人體部包括具有相互耦接的多個鏈接部件的臂部單元以及設(shè)置在臂部單元的端部處的手部單元，該手部單元抓住第一工件并且使所抓住的第一工件附接到第二工件。該機(jī)器人控制方法包括圖像捕獲步驟，用于通過使用照相機(jī)捕獲機(jī)器人體部、第一工件和第二工件的圖像而獲得圖像數(shù)據(jù)；第一坐標(biāo)系計算步驟，用于從圖像數(shù)據(jù)計算代表在照相機(jī)的照相機(jī)坐標(biāo)系中的手部單元的位置和取向的第一坐標(biāo)系；第二坐標(biāo)系計算步驟，用于從圖像數(shù)據(jù)計算代表在照相機(jī)的照相機(jī)坐標(biāo)系中的第一工件的位置和取向的第二坐標(biāo)系；第三坐標(biāo)系計算步驟，用于從圖像數(shù)據(jù)計算代表在照相機(jī)的照相機(jī)坐標(biāo)系中的第二工件的位置和取向的第三坐標(biāo)系；第一坐標(biāo)變換矩陣計算步驟，用于計算用于將第二坐標(biāo)系轉(zhuǎn)變至第一坐標(biāo)系的第一坐標(biāo)變換矩陣；第二坐標(biāo)變換矩陣計算步驟，用于計算用于將第三坐標(biāo)系轉(zhuǎn)變至第一坐標(biāo)系的第二坐標(biāo)變換矩陣；目標(biāo)點設(shè)定步驟，用于在第一工件的坐標(biāo)系中設(shè)定相對于第一工件具有恒定的位置和取向的目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)；指令點設(shè)定步驟，用于在第二工件的坐標(biāo)系中設(shè)定允許目標(biāo)點以相對于第二工件恒定的位置和取向通過的指令點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)；第一坐標(biāo)變換步驟，用于使用第一坐標(biāo)變換矩陣對在目標(biāo)點設(shè)定步驟中設(shè)定的目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)執(zhí)行坐標(biāo)變換；第二坐標(biāo)變換步驟，用于使用第二坐標(biāo)變換矩陣對在指令點設(shè)定步驟中設(shè)定的指令點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)執(zhí)行坐標(biāo)變換；操作指令生成步驟，用于生成用于操作機(jī)器人體部以使得機(jī)器人體部遵循軌跡的操作指令，該軌跡被獲得為使得已經(jīng)受第一坐標(biāo)變換步驟中執(zhí)行的坐標(biāo)變換的目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過已經(jīng)受第二坐標(biāo)變換步驟中進(jìn)行的坐標(biāo)變換的指令點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)的位置；以及操作指令輸出步驟，用于將通過操作指令生成步驟中生成的操作指令輸出至機(jī)器人體部。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的還另一實施例，提供了一種使得控制機(jī)器人體部的計算機(jī)執(zhí)行以下步驟的程序，該機(jī)器人體部包括具有相互耦接的多個鏈接部件的臂部單元以及設(shè)置在臂部單元的端部處的手部單元，該手部單元抓住第一工件并且使所抓住的第一工件附接到第二工件:圖像捕獲步驟，用于通過使用照相機(jī)捕獲機(jī)器人體部、第一工件和第二工件的圖像而獲得圖像數(shù)據(jù)；第一坐標(biāo)系計算步驟，用于從圖像數(shù)據(jù)計算代表在照相機(jī)的照相機(jī)坐標(biāo)系中的手部單元的位置和取向的第一坐標(biāo)系；第二坐標(biāo)系計算步驟，用于從圖像數(shù)據(jù)計算代表在照相機(jī)的照相機(jī)坐標(biāo)系中的第一工件的位置和取向的第二坐標(biāo)系；第三坐標(biāo)系計算步驟，用于從圖像數(shù)據(jù)計算代表在照相機(jī)的照相機(jī)坐標(biāo)系中的第二工件的位置和取向的第三坐標(biāo)系；第一坐標(biāo)變換矩陣計算步驟，用于計算用于將第二坐標(biāo)系轉(zhuǎn)變至第一坐標(biāo)系的第一坐標(biāo)變換矩陣；第二坐標(biāo)變換矩陣計算步驟，用于計算用于將第三坐標(biāo)系轉(zhuǎn)變至第一坐標(biāo)系的第二坐標(biāo)變換矩陣；目標(biāo)點設(shè)定步驟，用于在第一工件的坐標(biāo)系中設(shè)定相對于第一工件具有恒定的位置和取向的目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)；指令點設(shè)定步驟，用于在第二工件的坐標(biāo)系中設(shè)定允許目標(biāo)點以相對于第二工件恒定的位置和取向通過的指令點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)；第一坐標(biāo)變換步驟，用于使用第一坐標(biāo)變換矩陣對在目標(biāo)點設(shè)定步驟中設(shè)定的目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)執(zhí)行坐標(biāo)變換；第二坐標(biāo)變換步驟，用于使用第二坐標(biāo)變換矩陣對在指令點設(shè)定步驟中設(shè)定的指令點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)執(zhí)行坐標(biāo)變換；操作指令生成步驟，用于生成用于操作機(jī)器人體部以使得機(jī)器人體部遵循軌跡的操作指令，該軌跡被獲得為使得已經(jīng)受第一坐標(biāo)變換步驟中執(zhí)行的坐標(biāo)變換的目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過已經(jīng)受第二坐標(biāo)變換步驟中進(jìn)行的坐標(biāo)變換的指令點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)的位置；以及操作指令輸出步驟，用于將在操作指令生成步驟中生成的操作指令輸出至機(jī)器人體部。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的還另一實施例，提供了一種作為存儲該程序的計算機(jī)可讀記錄介質(zhì)的記錄介質(zhì)。
[0024]本發(fā)明的有利效果
[0025]因此，即使當(dāng)被手部單元抓住的第一工件的位置偏移或者第一工件變形時仍實現(xiàn)準(zhǔn)確的組裝。此外，即使當(dāng)照相機(jī)的位置偏移時，仍實現(xiàn)準(zhǔn)確的組裝。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的機(jī)器人的配置的示圖。
[0027]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的機(jī)器人控制器的功能框圖。
[0028]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的機(jī)器人控制裝置的操作的流程圖。
[0029]圖4是示出圖像數(shù)據(jù)中的連接器的示圖。
[0030]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的機(jī)器人所獲得的第一工件的軌跡的示圖。
[0031]圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的機(jī)器人所獲得的第一工件的軌跡的示圖。
[0032]圖7是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的機(jī)器人的配置的示圖。
[0033]圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的機(jī)器人所執(zhí)行的使得長的第一工件通過在第二工件中形成的通孔的操作的示圖
[0034]圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的機(jī)器人控制裝置的操作的流程圖。
[0035]圖10是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的機(jī)器人的配置的示圖。
【具體實施方式】
[0036]以后將參照附圖描述本發(fā)明的實施例。
[0037]第一實施例
[0038]圖1是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的機(jī)器人的配置的示圖。機(jī)器人100包括機(jī)器人體部101和控制該機(jī)器人體部101的機(jī)器人控制裝置102。
[0039]機(jī)器人體部101包括多關(guān)節(jié)臂部單元6以及設(shè)置在該臂部單元6的端部處的手部單元1，該臂部單元6包含多個鏈接部件6a至6f。臂部單元6包含串聯(lián)地相互耦接的鏈接單元6a至6f并且可在關(guān)節(jié)部處擺動或旋轉(zhuǎn)。
[0040]在鏈接部件6a至6f之中，設(shè)置在臂部單元6的近端部(一個端部)的鏈接部件6a固定于基部5的固定表面(上表面)。此外，手部單元I附接到鏈接部件6a至6f之中的設(shè)置在臂部單元6的遠(yuǎn)端部(另一個端部)的鏈接部件6f。此實施例的手部單元I包含一對手指Ia和lb，并且可通過打開和閉合該對手指Ia和Ib來抓住物體或松開物體。此外，機(jī)器人體部101具有多個驅(qū)動單元7a至7f，該多個驅(qū)動單元7a至7f驅(qū)動鏈接部件6a至6f以及手部單元1，使得鏈接部件6a至6f和手部單元I旋轉(zhuǎn)或擺動。驅(qū)動單元7a至7f例如為電動機(jī)。[0041]在此實施例中，將描述要被手部單元I抓住的物體(第一工件)為柔性線纜2的情況，其中，該柔性線纜2在其端部處包含連接器2a。此外，將描述該柔性線纜2的連接器2a附接到作為另一物體(第二工件)的連接器3a的情況。連接器3a是固定于基部5的固定表面的電子裝置3的一部分。
[0042]機(jī)器人控制裝置102包括照相機(jī)4和機(jī)器人控制器(下文被簡稱為“控制器”)10，其獲得從照相機(jī)4輸出的圖像數(shù)據(jù)，計算坐標(biāo)變換矩陣，并且控制機(jī)器人體部101 (驅(qū)動單元)。應(yīng)指出，照相機(jī)4是所謂的數(shù)字靜物照相機(jī)，并且可被認(rèn)為是視覺傳感器或視覺。但是，在此實施例中，照相機(jī)4被認(rèn)為是包含數(shù)字靜物照相機(jī)、視覺傳感器和視覺的含義的“照相機(jī)”。在照相機(jī)4可捕獲機(jī)器人體部101 (尤其是手部單元I)、線纜2 (尤其是連接器2a)和連接器3a的圖像的位置(即，在機(jī)器人體部101、柔性線纜2和連接器3a被包含在單個圖像中的位置)，例如位于基部5正上方的位置，照相機(jī)4固定于未示出的照相機(jī)安裝臺架。
[0043]控制器10包含用作計算機(jī)的CPU100a、R0M10b和RAMlOc。ROMlOb存儲由CPUlOl使用以控制整個機(jī)器人100的程序以及機(jī)器人語言所描述的多個命令。該命令被用于操作機(jī)器人體部101并且基于機(jī)器人體部101的坐標(biāo)系(機(jī)器人坐標(biāo)系)被描述。RAMlOc是臨時存儲數(shù)據(jù)的存儲器等。
[0044]圖2是示出控制器10的功能框圖。控制器10包含第一至第三坐標(biāo)系計算單元11至13以及第一和第二坐標(biāo)變換矩陣計算單元14和15。控制器10進(jìn)一步包括目標(biāo)點設(shè)定單元16、指令點設(shè)定單元17、第一和第二坐標(biāo)變換單元18和19、操作指令生成單元20和操作指令輸出單元21。具體而言，CPUlOa通過讀取并執(zhí)行ROMlOb中記錄的程序來用作第一坐標(biāo)系計算單元11至操作指令輸出單元21。應(yīng)指出，盡管如圖1所示控制器10包括單個CPUlOa，但是本發(fā)明不限于此，并且控制器10可包含多個CPU，該多個CPU共享第一坐標(biāo)系計算單元11至操作指令輸出單元21的功能。當(dāng)控制器10包括兩個CPU時，例如，一個(PU可用作第一坐標(biāo)系計算單元11至第二坐標(biāo)變換單元19，并且另一個CPU可用作操作指令生成單元20和操作指令輸出單元21。
[0045]下文，將參照圖3所示的操作流程圖描述機(jī)器人控制裝置102的操作。首先，CPUlOa操作照相機(jī)4并且使得照相機(jī)4捕獲機(jī)器人體部101 (尤其是手部單元I)、線纜2和連接器3a的圖像。在由通過此捕獲操作所獲得的圖像數(shù)據(jù)所表示的圖像中，機(jī)器人體部101 (尤其是手部單元I)、線纜2和連接器3a被捕獲。然后，照相機(jī)4輸出作為圖像捕獲的結(jié)果而獲得的圖像數(shù)據(jù)，并且CPUlOa獲得從照相機(jī)4輸出的圖像數(shù)據(jù)(在步驟S1:圖像捕獲過程中)。應(yīng)指出，圖像捕獲緊接在手部單元I抓住線纜2之后執(zhí)行。
[0046]接下來，第一坐標(biāo)系計算單元11從通過照相機(jī)4獲得的圖像數(shù)據(jù)計算固定于手部單元I的第一坐標(biāo)系Ca (在步驟S2:第一坐標(biāo)系計算過程中)。此外，第二坐標(biāo)系計算單元12從通過照相機(jī)4獲得的圖像數(shù)據(jù)計算固定于連接器2a的第二坐標(biāo)系Cb (在步驟S3:第二坐標(biāo)系計算過程中)。此外，第三坐標(biāo)系計算單元13從通過照相機(jī)4獲得的圖像數(shù)據(jù)計算固定于連接器3a的第三坐標(biāo)系C。(在步驟S4:第三坐標(biāo)系計算過程中)。應(yīng)指出，步驟S2至S4中的操作的順序不限于此，并且步驟S2至S4中的操作中的任一個可被首先執(zhí)行。
[0047]步驟S2至S4中獲得的第一坐標(biāo)系Ca、第二坐標(biāo)系Cb和第三坐標(biāo)系C。是基于照相機(jī)4的照相機(jī)坐標(biāo)系的相對坐標(biāo)系，并且分別代表照相機(jī)坐標(biāo)系中的手部單元1、線纜2(連接器2a)和連接器3a的位置和取向。[0048]下文，將參照具體示例描述獲得第三坐標(biāo)系Cc的操作。應(yīng)指出，將僅僅描述第三坐標(biāo)系C。，這是因為第一坐標(biāo)系Ca和第二坐標(biāo)系Cb可被類似地獲得。圖4是示出圖像數(shù)據(jù)中的連接器3a的示圖。首先，第三坐標(biāo)系計算單元13測量連接器3a的多個特征點，即對應(yīng)于來自通過照相機(jī)4獲得的圖像數(shù)據(jù)的立方體的三個頂點(特征點)的3D坐標(biāo)位置P0、P1和P2。此操作由普通圖像處理執(zhí)行。
[0049]接下來，包含這三個特征點的坐標(biāo)位置Pp P1和P2的平面的法線方向被確定為Z軸。Z軸的方向?qū)?yīng)于右旋螺釘當(dāng)沿從坐標(biāo)位置Ptl通過坐標(biāo)位置P1到坐標(biāo)位置P2的方向旋轉(zhuǎn)時沿其所前進(jìn)的方向。接下來，通過兩個特征點(即，坐標(biāo)位置Ptl和P2)的軸被確定為X軸，并且X軸從坐標(biāo)點Ptl指向坐標(biāo)點P2。接下來，與X軸和Z軸正交的軸被確定為Y軸。坐標(biāo)線Po被確定為原點。
[0050]這樣，獲得第三坐標(biāo)Cc。具體而言，第三坐標(biāo)系Cc由如表達(dá)式(I)所示的四行四列的矩陣表示。
[0051][數(shù)學(xué)式I]
[0052]
【權(quán)利要求】
1.一種控制機(jī)器人體部的機(jī)器人控制裝置，該機(jī)器人體部包括具有相互耦接的多個鏈接部件的臂部單元以及設(shè)置在臂部單元的端部處的手部單元，該手部單元抓住第一工件并且使所抓住的第一工件附接到第二工件，該機(jī)器人控制裝置包括: 照相機(jī)，被配置為輸出通過捕獲機(jī)器人體部、第一工件和第二工件的圖像而獲得的圖像數(shù)據(jù)； 第一坐標(biāo)系計算單元，被配置為從圖像數(shù)據(jù)計算代表在照相機(jī)的照相機(jī)坐標(biāo)系中的手部單元的位置和取向的第一坐標(biāo)系； 第二坐標(biāo)系計算單元，被配置為從圖像數(shù)據(jù)計算代表在照相機(jī)的照相機(jī)坐標(biāo)系中的第一工件的位置和取向的第二坐標(biāo)系； 第三坐標(biāo)系計算單元，被配置為從圖像數(shù)據(jù)計算代表在照相機(jī)的照相機(jī)坐標(biāo)系中的第二工件的位置和取向的第三坐標(biāo)系； 第一坐標(biāo)變換矩陣計算單元，被配置為計算用于將第二坐標(biāo)系轉(zhuǎn)變至第一坐標(biāo)系的第一坐標(biāo)變換矩陣； 第二坐標(biāo)變換矩陣計算單元，被配置為計算用于將第三坐標(biāo)系轉(zhuǎn)變至第一坐標(biāo)系的第二坐標(biāo)變換矩陣； 目標(biāo)點設(shè)定單元，被配置為在第一工件的坐標(biāo)系中設(shè)定相對于第一工件具有恒定的位置和取向的目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)； 指令點設(shè)定單元，被配置為`在第二工件的坐標(biāo)系中設(shè)定允許目標(biāo)點以相對于第二工件恒定的位置和取向通過的指令點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)； 第一坐標(biāo)變換單元，被配置為使用第一坐標(biāo)變換矩陣對通過目標(biāo)點設(shè)定單元設(shè)定的目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)執(zhí)行坐標(biāo)變換； 第二坐標(biāo)變換單元，被配置為使用第二坐標(biāo)變換矩陣對通過指令點設(shè)定單元設(shè)定的指令點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)執(zhí)行坐標(biāo)變換； 操作指令生成單元，被配置為生成用于操作機(jī)器人體部以使得機(jī)器人體部遵循軌跡的操作指令，該軌跡被獲得為使得已經(jīng)受第一坐標(biāo)變換單元執(zhí)行的坐標(biāo)變換的目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過已經(jīng)受由第二坐標(biāo)變換單元進(jìn)行的坐標(biāo)變換的指令點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)的位置；以及操作指令輸出單元，被配置為將通過操作指令生成單元生成的操作指令輸出至機(jī)器人體部。
2.一種用于控制機(jī)器人體部的機(jī)器人控制方法，該機(jī)器人體部包括具有相互稱接的多個鏈接部件的臂部單元以及設(shè)置在臂部單元的端部處的手部單元，該手部單元抓住第一工件并且使所抓住的第一工件附接到第二工件，該機(jī)器人控制方法包括: 圖像捕獲步驟，用于通過使用照相機(jī)捕獲機(jī)器人體部、第一工件和第二工件的圖像而獲得圖像數(shù)據(jù)； 第一坐標(biāo)系計算步驟，用于從圖像數(shù)據(jù)計算代表在照相機(jī)的照相機(jī)坐標(biāo)系中的手部單兀的位置和取向的第一坐標(biāo)系； 第二坐標(biāo)系計算步驟，用于從圖像數(shù)據(jù)計算代表在照相機(jī)的照相機(jī)坐標(biāo)系中的第一工件的位置和取向的第二坐標(biāo)系； 第三坐標(biāo)系計算步驟，用于從圖像數(shù)據(jù)計算代表在照相機(jī)的照相機(jī)坐標(biāo)系中的第二工件的位置和取向的第三坐標(biāo)系；第一坐標(biāo)變換矩陣計算步驟，用于計算用于將第二坐標(biāo)系轉(zhuǎn)變至第一坐標(biāo)系的第一坐標(biāo)變換矩陣； 第二坐標(biāo)變換矩陣計算步驟，用于計算用于將第三坐標(biāo)系轉(zhuǎn)變至第一坐標(biāo)系的第二坐標(biāo)變換矩陣； 目標(biāo)點設(shè)定步驟，用于在第一工件的坐標(biāo)系中設(shè)定相對于第一工件具有恒定的位置和取向的目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)； 指令點設(shè)定步驟，用于在第二工件的坐標(biāo)系中設(shè)定允許目標(biāo)點以相對于第二工件恒定的位置和取向通過的指令點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)； 第一坐標(biāo)變換步驟，用于使用第一坐標(biāo)變換矩陣對在目標(biāo)點設(shè)定步驟中設(shè)定的目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)執(zhí)行坐標(biāo)變換； 第二坐標(biāo)變換步驟，用于使用第二坐標(biāo)變換矩陣對在指令點設(shè)定步驟中設(shè)定的指令點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)執(zhí)行坐標(biāo)變換； 操作指令生成步驟，用于生成用于操作機(jī)器人體部以使得機(jī)器人體部遵循軌跡的操作指令，該軌跡被獲得為使得已經(jīng)受第一坐標(biāo)變換步驟中執(zhí)行的坐標(biāo)變換的目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過已經(jīng)受第二坐標(biāo)變換步驟中進(jìn)行的坐標(biāo)變換的指令點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)的位置；以及操作指令輸出步驟，用于將在操作指令生成步驟中生成的操作指令輸出至機(jī)器人體部。
3.一種用于控制機(jī)器人體部的機(jī)器人控制方法，該機(jī)器人體部固定于基部并且包括具有相互耦接的多個鏈接部件的臂部單元以及設(shè)置在臂部單元的端部處的手部單元，該手部單元抓住第一工件并且使所抓住的第一工件附接到第二工件，該機(jī)器人控制方法包括:圖像捕獲步驟，用于通過使用照相機(jī)捕獲基部、第一工件和第二工件的圖像而獲得圖像數(shù)據(jù)； 第一坐標(biāo)系計算步驟，用于計算代表在照相機(jī)的照相機(jī)坐標(biāo)系中的基部的位置和取向的基部坐標(biāo)系，此后根據(jù)正向運(yùn)動學(xué)從基部坐標(biāo)系計算代表在照相機(jī)的照相機(jī)坐標(biāo)系中的手部單元的位置和取向的第一坐標(biāo)系； 第二坐標(biāo)系計算步驟，用于從圖像數(shù)據(jù)計算代表在照相機(jī)的照相機(jī)坐標(biāo)系中的第一工件的位置和取向的第二坐標(biāo)系； 第三坐標(biāo)系計算步驟，用于從圖像數(shù)據(jù)計算代表在照相機(jī)的照相機(jī)坐標(biāo)系中的第二工件的位置和取向的第三坐標(biāo)系； 第一坐標(biāo)變換矩陣計算步驟，用于計算用于將第二坐標(biāo)系轉(zhuǎn)變至第一坐標(biāo)系的第一坐標(biāo)變換矩陣； 第二坐標(biāo)變換矩陣計算步驟，用于計算用于將第三坐標(biāo)系轉(zhuǎn)變至第一坐標(biāo)系的第二坐標(biāo)變換矩陣； 目標(biāo)點設(shè)定步驟，用于在第一工件的坐標(biāo)系中設(shè)定相對于第一工件具有恒定的位置和取向的目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)； 指令點設(shè)定步驟，用于在第二工件的坐標(biāo)系中設(shè)定允許目標(biāo)點以相對于第二工件恒定的位置和取向通過的指令點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)； 第一坐標(biāo)變換步驟，用于使用第一坐標(biāo)變換矩陣對在目標(biāo)點設(shè)定步驟中設(shè)定的目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)執(zhí)行坐標(biāo)變換；第二坐標(biāo)變換步驟，用于使用第二坐標(biāo)變換矩陣對在指令點設(shè)定步驟中設(shè)定的指令點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)執(zhí)行坐標(biāo)變換； 操作指令生成步驟，用于生成用于操作機(jī)器人體部以使得機(jī)器人體部遵循軌跡的操作指令，該軌跡被獲得為使得已經(jīng)受第一坐標(biāo)變換步驟中執(zhí)行的坐標(biāo)變換的目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過已經(jīng)受由第二坐標(biāo)變換步驟中進(jìn)行的坐標(biāo)變換的指令點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)的位置；以及操作指令輸出步驟，用于將在操作指令生成步驟中生成的操作指令輸出至機(jī)器人體部。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的機(jī)器人控制方法，其中，目標(biāo)點設(shè)定步驟包括選擇步驟，該選擇步驟在第二坐標(biāo)系計算步驟之前被執(zhí)行，該選擇步驟用于在由第一工件的不同特征點所規(guī)定的不同坐標(biāo)系中設(shè)定多個目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)并且從所述多個目標(biāo)點中選擇還沒有通過指令點的目標(biāo)點， 在第二坐標(biāo)系計算步驟中，提取規(guī)定了在所述選擇步驟中選擇的目標(biāo)點的坐標(biāo)系的特征點，并且使用所提取的特征點計算第二坐標(biāo)系，以及 在第一坐標(biāo)變換步驟中，使用第一坐標(biāo)變換矩陣對在所述選擇步驟中從在目標(biāo)點設(shè)定步驟中設(shè)定的多個目標(biāo)點中所選擇的目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)變換。
5.一種使得控制機(jī)器人體部的計算機(jī)執(zhí)行以下步驟的程序，該機(jī)器人體部包括具有相互耦接的多個鏈接部件的臂部單元以及設(shè)置在臂部單元的端部處的手部單元，該手部單元抓住第一工件并且使所抓住的第一工件附接到第二工件: 圖像捕獲步驟，用于通過 使用照相機(jī)捕獲機(jī)器人體部、第一工件和第二工件的圖像而獲得圖像數(shù)據(jù)； 第一坐標(biāo)系計算步驟，用于從圖像數(shù)據(jù)計算代表在照相機(jī)的照相機(jī)坐標(biāo)系中的手部單兀的位置和取向的第一坐標(biāo)系； 第二坐標(biāo)系計算步驟，用于從圖像數(shù)據(jù)計算代表在照相機(jī)的照相機(jī)坐標(biāo)系中的第一工件的位置和取向的第二坐標(biāo)系； 第三坐標(biāo)系計算步驟，用于從圖像數(shù)據(jù)計算代表在照相機(jī)的照相機(jī)坐標(biāo)系中的第二工件的位置和取向的第三坐標(biāo)系； 第一坐標(biāo)變換矩陣計算步驟，用于計算用于將第二坐標(biāo)系轉(zhuǎn)變至第一坐標(biāo)系的第一坐標(biāo)變換矩陣； 第二坐標(biāo)變換矩陣計算步驟，用于計算用于將第三坐標(biāo)系轉(zhuǎn)變至第一坐標(biāo)系的第二坐標(biāo)變換矩陣； 目標(biāo)點設(shè)定步驟，用于在第一工件的坐標(biāo)系中設(shè)定相對于第一工件具有恒定的位置和取向的目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)； 指令點設(shè)定步驟，用于在第二工件的坐標(biāo)系中設(shè)定允許目標(biāo)點以相對于第二工件恒定的位置和取向通過的指令點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)； 第一坐標(biāo)變換步驟，用于使用第一坐標(biāo)變換矩陣對在目標(biāo)點設(shè)定步驟中設(shè)定的目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)執(zhí)行坐標(biāo)變換； 第二坐標(biāo)變換步驟，用于使用第二坐標(biāo)變換矩陣對在指令點設(shè)定步驟中設(shè)定的指令點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)執(zhí)行坐標(biāo)變換； 操作指令生成步驟，用于生成用于操作機(jī)器人體部以使得機(jī)器人體部遵循軌跡的操作指令，該軌跡被獲得為使得已經(jīng)受第一坐標(biāo)變換步驟中執(zhí)行的坐標(biāo)變換的目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過已經(jīng)受第二坐標(biāo)變換步驟中進(jìn)行的坐標(biāo)變換的指令點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)的位置；以及操作指令輸出步驟，用于將在操作指令生成步驟中生成的操作指令輸出至機(jī)器人體部。
6.一種使得控制機(jī)器人體部的計算機(jī)執(zhí)行以下步驟的程序，該機(jī)器人體部固定于基部并且包括具有相互耦接的多個鏈接部件的臂部單元以及設(shè)置在臂部單元的端部處的手部單元，該手部單元抓住第一工件并且使所抓住的第一工件附接到第二工件: 圖像捕獲步驟，用于通過使用照相機(jī)捕獲基部、第一工件和第二工件的圖像而獲得圖像數(shù)據(jù)； 第一坐標(biāo)系計算步驟，用于計算代表在照相機(jī)的照相機(jī)坐標(biāo)系中的基部的位置和取向的基部坐標(biāo)系，此后根據(jù)正向運(yùn)動學(xué)從基部坐標(biāo)系計算代表在照相機(jī)的照相機(jī)坐標(biāo)系中的手部單元的位置和取向的第一坐標(biāo)系； 第二坐標(biāo)系計算步驟，用于從圖像數(shù)據(jù)計算代表在照相機(jī)的照相機(jī)坐標(biāo)系中的第一工件的位置和取向的第二坐標(biāo)系； 第三坐標(biāo)系計算步驟，用于從圖像數(shù)據(jù)計算代表在照相機(jī)的照相機(jī)坐標(biāo)系中的第二工件的位置和取向的第三坐標(biāo)系； 第一坐標(biāo)變換矩陣計算步驟，用于計算用于將第二坐標(biāo)系轉(zhuǎn)變至第一坐標(biāo)系的第一坐標(biāo)變換矩陣； 第二坐標(biāo)變換矩陣計算 步驟，用于計算用于將第三坐標(biāo)系轉(zhuǎn)變至第一坐標(biāo)系的第二坐標(biāo)變換矩陣； 目標(biāo)點設(shè)定步驟，用于在第一工件的坐標(biāo)系中設(shè)定相對于第一工件具有恒定的位置和取向的目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)； 指令點設(shè)定步驟，用于在第二工件的坐標(biāo)系中設(shè)定允許目標(biāo)點以相對于第二工件恒定的位置和取向通過的指令點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)； 第一坐標(biāo)變換步驟，用于使用第一坐標(biāo)變換矩陣對在目標(biāo)點設(shè)定步驟中設(shè)定的目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)執(zhí)行坐標(biāo)變換； 第二坐標(biāo)變換步驟，用于使用第二坐標(biāo)變換矩陣對在指令點設(shè)定步驟中設(shè)定的指令點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)執(zhí)行坐標(biāo)變換； 操作指令生成步驟，用于生成用于操作機(jī)器人體部以使得機(jī)器人體部遵循軌跡的操作指令，該軌跡被獲得為使得已經(jīng)受第一坐標(biāo)變換步驟中執(zhí)行的坐標(biāo)變換的目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過已經(jīng)受由第二坐標(biāo)變換步驟中進(jìn)行的坐標(biāo)變換的指令點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)的位置；以及操作指令輸出步驟，用于將在操作指令生成步驟中生成的操作指令輸出至機(jī)器人體部。
7.一種計算機(jī)可讀記錄介質(zhì)，其記錄根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的程序。
【文檔編號】B25J9/16GK103459102SQ201280017069
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月24日
【發(fā)明者】根岸真人, 鈴木秀明, 飯塚信輔 申請人:佳能株式會社