專利名稱：機(jī)器人機(jī)構(gòu)的校準(zhǔn)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及產(chǎn)業(yè)用的多關(guān)節(jié)機(jī)器人機(jī)構(gòu)參數(shù)的校準(zhǔn)裝置及校準(zhǔn)方法，特 別涉及自動(dòng)生成在校準(zhǔn)的測量中使用的機(jī)器人的位置以及姿勢(有時(shí)也稱做位 置姿勢)的裝置以及方法。
技術(shù)背景為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的高定位精度，公知測定機(jī)器人的輸入位移和輸出位移的 關(guān)系，根據(jù)其測定結(jié)果推定機(jī)器人的機(jī)構(gòu)參數(shù)的最優(yōu)值進(jìn)行補(bǔ)正的方法。這樣 的補(bǔ)正方法一般稱為校準(zhǔn)。眾所周知，校準(zhǔn)的精度依賴于測量精度以及機(jī)構(gòu)的 誤差模型，同時(shí)也大大受測量中使用的機(jī)器人的位置以及姿勢的影響。關(guān)于校準(zhǔn)中使用的機(jī)器人的位置以及姿勢的選定以及評價(jià)的研究，在學(xué)術(shù)級上已有很多。例如在日本機(jī)械學(xué)會論文集(C編)69巻682號(2003—6 )、 pp. 1691 —1698中，說明了測量中使用的選定方法以及評價(jià)中使用的評價(jià)值。 另外在特開2005—201824號公報(bào)中公開了一種測量裝置，它在使用在機(jī)器人 的臂尖端部上安裝的攝像機(jī)、PSD等光接收裝置測量要測定的目標(biāo)時(shí)，不需要 如傳統(tǒng)那樣使用專用的校準(zhǔn)用板的校準(zhǔn)，能夠用簡1更的方法求從攝像機(jī)朝向目 標(biāo)的視線。該測量裝置，通過以用在機(jī)器人的臂尖端周圍裝備的光接收設(shè)備(典 型的是攝像機(jī))的光接收面捕捉來自目標(biāo)的光、使其在規(guī)定位置(例如攝像機(jī) 圖像中心)映射那樣地移動(dòng)機(jī)器人來取得機(jī)器人位置的功能為勤出，通過與使 光接收設(shè)備取各種姿勢來移動(dòng)機(jī)器人組合，能夠求機(jī)器人和攝像機(jī)的視線的關(guān) 系。然后，如果能夠一旦求得該關(guān)系，如果能夠從兩方向用光接收設(shè)備捕捉目 標(biāo)，則通過立體測量原理能夠取得目標(biāo)的三維位置。盡管如上述在學(xué)術(shù)級上的關(guān)于校準(zhǔn)的研究很多，但是在現(xiàn)場中，在進(jìn)行 關(guān)于校準(zhǔn)的測量時(shí)使用的機(jī)器人位置，還在使用根據(jù)經(jīng)驗(yàn)規(guī)律得到的、均分機(jī) 器人的動(dòng)作區(qū)域所決定的或者根據(jù)和均分等價(jià)的概率分布所決定的位置。作為 一例，本申請的申請人，如在特開2005—201824號公報(bào)或者申請的特愿2006—183375號說明書中記載的那樣，開發(fā)了使用包含攝像機(jī)等非接觸式光接收 設(shè)備的測量裝置的校準(zhǔn)方法。關(guān)于上述那樣的校準(zhǔn)方法，希望其完全自動(dòng)化，即也自動(dòng)生成用于測量 的機(jī)器人的位置以及姿勢。這里，機(jī)器人的位置以及姿勢需要滿足以下兩個(gè)條 件。即該位置及姿勢是機(jī)器人能夠到達(dá)的位置及姿勢、和通過根據(jù)該位置及姿 勢中的測量結(jié)果的校準(zhǔn)必須提高機(jī)器人的定位精度?，F(xiàn)場中關(guān)于校準(zhǔn)的最大的問題之一是，只要在未結(jié)束校準(zhǔn)中的測量、補(bǔ) 正及其驗(yàn)證這樣的一系列作業(yè)，就不能判斷選定的機(jī)器人的位置及姿勢是否適 當(dāng)。特別是，在基于經(jīng)驗(yàn)的機(jī)器人的位置姿勢在某現(xiàn)場不可能實(shí)現(xiàn)、使與該現(xiàn) 場環(huán)境一致變更機(jī)器人的位置姿勢的場合，在得到驗(yàn)證結(jié)果前不能預(yù)測校準(zhǔn)的 結(jié)果。因此在機(jī)器人的定位精度變差的場合，需要再測量或變更機(jī)器人的位置 姿勢后進(jìn)行測量，再次進(jìn)行精度的驗(yàn)證。另 一方面，在學(xué)術(shù)級的校準(zhǔn)中如在日本機(jī)械學(xué)會論文集(C編)69巻682 號(2003—6)、 pp. 1691 —1698等中記載的那樣，關(guān)于測量用的機(jī)器人的位置 姿勢的事前評價(jià)及關(guān)于其選定的研究獲得了長足發(fā)展。但是，適合現(xiàn)場的實(shí)用 化的東西卻很少。作為其理由，可以舉出離線選定的機(jī)器人的位置姿勢不一定 在現(xiàn)場中能夠經(jīng)常實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際的機(jī)器人使用現(xiàn)場，由于周邊機(jī)械、機(jī)床、安 全柵或者柱等干涉物的存在機(jī)器人的動(dòng)作范圍大受限制的場合很多，需要考慮 這些限制來決定機(jī)器人的位置姿勢。但是，加進(jìn)和這些干涉物的干涉來使機(jī)器人的動(dòng)作范圍公式化是需要非 常多的人工時(shí)間的作業(yè)。另外，即使能夠?qū)崿F(xiàn)定式化，因?yàn)樵谌S空間內(nèi)機(jī)器 人能夠取得的位置以及姿勢的組合達(dá)到龐大的數(shù)，其研究非常費(fèi)時(shí)。例如，即使是機(jī)器人的位置參數(shù)以及姿勢角參數(shù)各有三個(gè)、各參數(shù)包含 三個(gè)數(shù)值這樣非常簡單的場合，機(jī)器人的位置姿勢的數(shù)成為729種，在假定從 中選定3個(gè)的場合，必須研究超過6千萬的組合。在日本機(jī)械學(xué)會論文集(C 編)69巻682號(2003—6)、 pp. 1691 — 1698中，為縮短該研究時(shí)間采用探索 的方法。但是在探索的方法中，存在當(dāng)細(xì)分機(jī)器人的動(dòng)作范圍時(shí)探索時(shí)間會變 長、反之分割粗的話探索結(jié)果從最優(yōu)值偏離的可能性增高這樣的，包含折衷的 關(guān)系的問題。另一方面，在校準(zhǔn)中的測量中使用的測量裝置一般多為外附類型，所以 一定存在安裝誤差。取決于該誤差的大小，在離線生成的機(jī)器人的位置姿勢中， 目標(biāo)不一定進(jìn)入測量裝置的可測量范圍內(nèi)，這也妨礙機(jī)器人的位置姿勢的自動(dòng) 生成算法的實(shí)用化。 發(fā)明內(nèi)容因此本發(fā)明的目的是提供用于解決上述課題的校準(zhǔn)裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個(gè)形態(tài)提供一種裝置，其為用于進(jìn)行多關(guān)節(jié)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)的校準(zhǔn)的裝置，具有位置對準(zhǔn)部，用于進(jìn)行使在機(jī)器人的一 部分上固定的第一坐標(biāo)系和在該機(jī)器人的外部固定的第二坐標(biāo)系的相對位置 關(guān)系滿足規(guī)定的條件的位置對準(zhǔn)；初始位置指定部，用于為在多個(gè)位置分別進(jìn) 行所述位置對準(zhǔn)，指定所述第一坐標(biāo)系和所述第二坐標(biāo)系的相對位置關(guān)系大體 滿足規(guī)定的條件的機(jī)器人的位置作為初始位置；預(yù)備位置生成部，用于根據(jù)通 過所述初始位置指定部指定的初始位置、所述第一坐標(biāo)系以及規(guī)定的參數(shù)自動(dòng) 生成用于進(jìn)行所述位置對準(zhǔn)的多個(gè)預(yù)備位置；判定部，用于在進(jìn)行所述位置對 準(zhǔn)前，判定通過所述預(yù)備位置生成部生成的所述多個(gè)預(yù)備位置是否在所述機(jī)器 人的動(dòng)作范圍內(nèi)存在；和位置修正部，用于把通過所述判定部判定為不在所述 動(dòng)作范圍內(nèi)存在的預(yù)備位置修正成存在于所述動(dòng)作范圍內(nèi)。上述裝置可以進(jìn)一步具有評價(jià)部，對于包含通過所述位置修正部修正 過的位置的全部預(yù)備位置，在進(jìn)行所述位置對準(zhǔn)前，評價(jià)使用該預(yù)備位置的才交 準(zhǔn)的精度是否滿足規(guī)定的要求基準(zhǔn)；以及再生成部，在通過所述評價(jià)部評價(jià)為 不滿足所述要求基準(zhǔn)的場合，再生成所述預(yù)備位置。上述裝置可以進(jìn)一步具有在所述機(jī)器人的尖端部附近安裝的攝像機(jī)、 輸入所述攝像機(jī)拍攝的圖像的圖像輸入部、從通過所述圖像輸入部輸入的圖像 中檢測所述第二坐標(biāo)系上的目標(biāo)點(diǎn)的檢測部、和為所述位置對準(zhǔn)控制所述機(jī)器 人使通過所述檢測部檢測出來的所述目標(biāo)點(diǎn)在所述圖像中滿足規(guī)定的條件的 控制裝置?；蛘呱鲜鲅b置可以進(jìn)一步具有在所述機(jī)器人的外部固定的攝像機(jī)、所 述圖像輸入部、從通過所述圖像輸入部輸入的圖像中斥企測所述第 一坐標(biāo)系上的 目標(biāo)點(diǎn)的檢測部、和為所述位置對準(zhǔn)控制所述機(jī)器人使通過所述檢測部檢測出來的所述目標(biāo)點(diǎn)在所述圖像中滿足規(guī)定的條件的控制裝置。另外，本發(fā)明的另一形態(tài)提供一種方法，其為用于進(jìn)行多關(guān)節(jié)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)的校準(zhǔn)的方法，具有以下步驟進(jìn)行使在機(jī)器人的一部分上固定的第一坐 標(biāo)系和在該機(jī)器人的外部固定的第二坐標(biāo)系的相對位置關(guān)系滿足規(guī)定的條件 的位置對準(zhǔn)的步驟；為在多個(gè)位置分別進(jìn)行所述位置對準(zhǔn)，指定所述第一坐標(biāo) 系和所述第二坐標(biāo)系的相對位置關(guān)系大體滿足規(guī)定的條件那樣的機(jī)器人的位 置作為初始位置的步驟；根據(jù)指定的初始位置、所述第一坐標(biāo)系以及規(guī)定的參 數(shù)自動(dòng)生成用于進(jìn)行所迷位置對準(zhǔn)的多個(gè)預(yù)備位置的步驟；在進(jìn)行所述位置對 準(zhǔn)前，判定所述多個(gè)預(yù)備位置是否在所述機(jī)器人的動(dòng)作范圍內(nèi)存在的步驟；和 把判定為不在所述動(dòng)作范圍內(nèi)存在的預(yù)備位置修正成存在于所述動(dòng)作范圍內(nèi) 的步驟。上述方法可以進(jìn)一步具有對于包含被修正的位置的全部預(yù)備位置，在 進(jìn)行所述位置對準(zhǔn)前，評價(jià)使用該預(yù)備位置的校準(zhǔn)的精度是否滿足規(guī)定的要求 基準(zhǔn)的步驟；和在評價(jià)為不滿足所述要求基準(zhǔn)的場合，再生成所述預(yù)備位置的 步驟。


本發(fā)明的上述或者其他目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)，通過參照附圖對以下優(yōu)選 的實(shí)施形態(tài)的說明會更加明了 。圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形態(tài)的全體結(jié)構(gòu)的概略的圖。 圖2是表示本發(fā)明的另 一實(shí)施形態(tài)的全體結(jié)構(gòu)的概略的圖。 圖3是表示本發(fā)明的再一實(shí)施形態(tài)的全體結(jié)構(gòu)的概略的圖。 圖4是表示本發(fā)明的再另 一實(shí)施形態(tài)的全體結(jié)構(gòu)的概略的圖。 圖5是表示實(shí)施形態(tài)中使用的機(jī)器人控制裝置的框結(jié)構(gòu)的圖。 圖6是表示實(shí)施形態(tài)中使用的圖像處理裝置的框結(jié)構(gòu)的圖。 圖7是表示本實(shí)施形態(tài)中執(zhí)行的處理全體的概略的流程圖。 圖8是與圖7的流程圖的步驟T3的處理關(guān)聯(lián)的說明圖。 圖9是表示攝像機(jī)和目標(biāo)的相對位置關(guān)系以及監(jiān)視器畫面的圖。 圖IO是表示從圖9的狀態(tài)使目標(biāo)對準(zhǔn)了規(guī)定位置的狀態(tài)的圖。 圖11是表示圖7的流程圖的步驟T3的細(xì)節(jié)的流程圖。圖12是表示本發(fā)明的再一實(shí)施形態(tài)的全體結(jié)構(gòu)的概略的圖。 圖13是示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的校準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)的倒。
具體實(shí)施方式
如上述，為執(zhí)行機(jī)器人的機(jī)構(gòu)校準(zhǔn)，需要測定機(jī)器人的輸入位移和輸出 位移的關(guān)系。 一般，所謂輸入位移，是機(jī)器人的各驅(qū)動(dòng)軸的位移，通過編碼器 檢測。理想的輸出位移，希望是在靜止坐標(biāo)系中的機(jī)器人的機(jī)械接口坐標(biāo)系上 的點(diǎn)的絕對位移，但是因?yàn)槿缟鲜鲈跍y量裝置自身中也存在安裝誤差，所以在 多數(shù)場合把在靜止坐標(biāo)系中的機(jī)器人的機(jī)械接口坐標(biāo)系上的點(diǎn)的相對的位移 作為測量對象。在本發(fā)明中，為使通過測量裝置產(chǎn)生的誤差最小，釆用這樣的方法，即 進(jìn)行機(jī)器人的位置以及姿勢角的調(diào)整(位置對準(zhǔn))，使機(jī)器人的機(jī)械接口坐標(biāo) 系上的固定點(diǎn)和靜止坐標(biāo)系上的固定點(diǎn)的相對位置關(guān)系成為規(guī)定值，把進(jìn)行了 了位置對準(zhǔn)時(shí)刻的機(jī)器人位置作為測量結(jié)果。該測量方法，有不需要特別的測 量裝置，例如不特別需要傳統(tǒng)使用的通過針進(jìn)行的修整方法、或者特愿2006 —183375號說明書中提出的測量裝置的校準(zhǔn)的通過攝像機(jī)等非接觸式的光接 收設(shè)備進(jìn)行的自動(dòng)檢測。在采用這些測量方法的場合，事前選定的機(jī)器人位置 未必一定與測量結(jié)果一致，即未必一定與機(jī)器人的機(jī)械接口坐標(biāo)系上的固定點(diǎn) 和靜止坐標(biāo)系上的固定點(diǎn)的相對位置關(guān)系是規(guī)定值的機(jī)器人位置一致。為方便 把該事前生成的機(jī)器人位置稱為預(yù)備位置，另夕卜，把作為測量結(jié)果得到的機(jī)器 人位置稱為位置對準(zhǔn)的位置，進(jìn)而為使校準(zhǔn)中的識別計(jì)算簡單，把位置對準(zhǔn)的 各驅(qū)動(dòng)軸的位置作為對應(yīng)的機(jī)器人的輸入位移的代表值。在生成機(jī)器人的預(yù)備位置時(shí)，首先與實(shí)際的機(jī)器人的使用環(huán)境一致，把 處于機(jī)器人的動(dòng)作范圍內(nèi)的、機(jī)器人的機(jī)械接口坐標(biāo)系上的固定點(diǎn)和靜止坐標(biāo) 系上的固定點(diǎn)的相對位置關(guān)系大體成為規(guī)定值的一個(gè)機(jī)器人位置作為初始位 置進(jìn)行示教。如果示教位于動(dòng)作范圍的中心或其附近的機(jī)器人位置，則自動(dòng)生 成的機(jī)器人位置的到達(dá)可能性也升高。然后粗略求機(jī)械接口坐標(biāo)系上的固定點(diǎn) 位置，使生成的預(yù)備位置不脫離測量裝置的測量范圍。其次，使用事前通過研 究設(shè)定的預(yù)備位置的參數(shù)，根據(jù)初始位置和粗略求得的機(jī)械接口坐標(biāo)系上的固 定點(diǎn)位置和機(jī)器人的動(dòng)作限制，自動(dòng)生成機(jī)器人的預(yù)備位置。對于生成的機(jī)器人的預(yù)備位置，首先判斷是否進(jìn)入了作為機(jī)器人單體考慮的動(dòng)作范圍內(nèi)。對于 不能到達(dá)的預(yù)備位置，進(jìn)行調(diào)整使接近處于實(shí)際的動(dòng)作范圍內(nèi)的初始位置。通 過該方法，能夠用少的計(jì)算量生成作為機(jī)器人單體進(jìn)入動(dòng)作范圍的預(yù)備位置。 根據(jù)情況，即使不能到達(dá)的預(yù)備位置，也可以與離線環(huán)境和實(shí)際環(huán)境無關(guān)簡單 地修正預(yù)備位置使接近初始位置。這樣，用少的計(jì)算量以及示教時(shí)間，能夠獲 得進(jìn)入機(jī)器人的動(dòng)作范圍的多個(gè)預(yù)備位置。進(jìn)而通過和攝像機(jī)等測量裝置組 合，使以上的一套作業(yè)自動(dòng)化。通過提高如上述自動(dòng)生成的預(yù)備位置的實(shí)用性，在進(jìn)行實(shí)際的位置對準(zhǔn) 前，使用公知的評價(jià)指標(biāo)，也能夠編入多個(gè)預(yù)備位置組和校準(zhǔn)結(jié)果的關(guān)系的評 價(jià)。把評價(jià)結(jié)果向操作者提示，然后根據(jù)評價(jià)結(jié)果進(jìn)行機(jī)器人的預(yù)備位置的改 進(jìn)或者追加，這樣，就能夠消除試行錯(cuò)誤的時(shí)間，提高校準(zhǔn)的效率。本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)的不同，除了能夠得到更實(shí)用的預(yù)備位置以外，因?yàn)?通過根據(jù)機(jī)器人的動(dòng)作范圍調(diào)整預(yù)備位置進(jìn)行預(yù)備位置的設(shè)置的最優(yōu)性，所以量的計(jì)算時(shí)間和探索結(jié)果的最優(yōu)性問題。下面參照

本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。首先，圖1是表示本發(fā)明的一個(gè) 實(shí)施形態(tài)的測量裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖。如圖l所示，機(jī)器人l,可以是公知的典型的機(jī)器人，被連接在控制機(jī)器人1的機(jī)器人控制裝置5上，具有臂部la 以及基部lb。在臂部la的尖端部亦即工具安裝面32上安裝攝像機(jī)4。在機(jī)器 人1上，設(shè)定在機(jī)器人的基部lb上固定的機(jī)器人坐標(biāo)系Sb、和在工具安裝面 32上固定的機(jī)械接口坐標(biāo)系Sf。機(jī)器人控制裝置5能夠隨時(shí)知道機(jī)械接口坐 標(biāo)系2f的原點(diǎn)的位置以及姿勢(現(xiàn)在位置)。另外，具有公知的手動(dòng)操作鍵的 示教操作盤18被連接在機(jī)器人控制裝置5上，操作者通過操作該手動(dòng)操作鍵， 能夠操作機(jī)器人l。攝像機(jī)4，例如是CCD攝像機(jī)，是具有用光接收面(CCD陣列面上)檢 測通過拍攝的二維圖像的功能的公知的光接收設(shè)備。攝像機(jī)4連接具有由 LCD、 CRT等組成的圖像處理裝置2。在本實(shí)施形態(tài)中，攝像機(jī)4拍攝在用機(jī) 器人坐標(biāo)系Sb表示的空間內(nèi)固定的目標(biāo)6上的標(biāo)記7。另外，作為另一優(yōu)選的實(shí)施形態(tài)，如圖2所示，也可以把目標(biāo)6在工具安裝面32亦即機(jī)械接口坐標(biāo)系內(nèi)固定，4巴攝像機(jī)4在用機(jī)器人坐標(biāo)系Sb 表示的空間內(nèi)固定。這樣光接收設(shè)備以及目標(biāo)的設(shè)置自由度高，另外兩者的相 對位置關(guān)系如后述能夠自動(dòng)而且高精度地修正，所以不需要關(guān)于光接收設(shè)備或 者目標(biāo)的設(shè)置的精度管理。進(jìn)而如圖3所示，也可以構(gòu)成為使在機(jī)械接口坐標(biāo)系內(nèi)固定的工具的 指定點(diǎn)例如針33的尖端和靜止坐標(biāo)系上的修整針34的尖端進(jìn)行位置對準(zhǔn)。另外，再如圖4所示，也可以構(gòu)成為不與在機(jī)械接口坐標(biāo)系Sf內(nèi)固定的 針33的尖端那樣的指定點(diǎn)進(jìn)行位置對準(zhǔn)，而直接測定指定點(diǎn)的位置。作為此 時(shí)可以使用的測定裝置，可以舉出激光干涉計(jì)或者雙球桿35等的一軸方向的 測定裝置、攝像機(jī)或交叉光柵比例尺(KGM)等二維測定裝置、或者激光追 尾式測定系統(tǒng)等三維測定裝置。此外因?yàn)橥ㄟ^圖2~圖4的結(jié)構(gòu)的測量過程可 以認(rèn)為和圖1的測量過程同樣，所以以下的說明對于圖1的形態(tài)進(jìn)行。圖1中概略表示的機(jī)器人控制裝置5具有圖5所示的公知的框結(jié)構(gòu)。亦 即在主CPU(以下簡單稱CPU) 11上連接的總線17上，并聯(lián)由RAM、 ROM、 非易失存儲器等組成的存儲器12、示教操作盤用接口 13、外部裝置用的輸入 輸出接口 16、伺服控制部15以及通信接口 14。在示教操作盤接口 13上連接的示教操作盤18附有通常的顯示器功能， 操作者通過該示教操作盤18的手動(dòng)操作，進(jìn)行機(jī)器人的動(dòng)作程序的制作、修 正、登記、或者各種參數(shù)的設(shè)定，此外，執(zhí)行示教的動(dòng)作程序的再生運(yùn)行、微 動(dòng)給進(jìn)等。支持機(jī)器人以及機(jī)器人控制裝置的基本功能的系統(tǒng)程序在存儲器 12的ROM內(nèi)存儲。另夕卜，根據(jù)應(yīng)用示教的機(jī)器人的動(dòng)作程序以及關(guān)聯(lián)的設(shè)定 數(shù)據(jù)在存儲器12的非易失存儲器中存儲。另外，用于后述的各處理(用于與 求機(jī)構(gòu)參數(shù)關(guān)聯(lián)的機(jī)器人移動(dòng)以及為此和圖像處理裝置的通信的處理)的程 序、參數(shù)等的數(shù)據(jù)也在存儲器12的非易失存儲器中存儲。存儲器12的RAM,用作在CPU11進(jìn)行的各種運(yùn)算處理中的數(shù)據(jù)的臨時(shí) 存儲的存儲區(qū)域。伺服控制部15具有伺服控制器#1~#11 (n是機(jī)器人的總軸 數(shù)，這里設(shè)n=6),接受通過用于機(jī)器人控制的運(yùn)算處理(軌道計(jì)劃制作及基 于它的插補(bǔ)、逆變換等)制作好的移動(dòng)指令，與從在各軸上附屬的脈沖編碼器 (省略圖示)接收到的反饋信號一起，向伺服放大器Al An輸出轉(zhuǎn)矩指令。各伺服放大器Al ~ An根據(jù)各轉(zhuǎn)矩指令給各軸的伺服電動(dòng)機(jī)供給電流，驅(qū)動(dòng)它 們。通信接口 14連接圖像處理裝置2 (參照圖1),通過該通信接口 2,在和 機(jī)器人控制裝置之間進(jìn)行與后述的測量關(guān)聯(lián)的指令、測量結(jié)果數(shù)據(jù)等的收發(fā)。圖像處理裝置2具有圖6所示的公知的框結(jié)構(gòu)。亦即，圖像處理裝置2 具有由微處理器組成的CPU20，在CPU20上，通過總線30分別連接ROM21、 圖像處理處理器22、攝像機(jī)接口 23、監(jiān)視器接口 24、輸入輸出設(shè)備(1/0)25、 幀存儲器(圖像存儲器)26、非易失存儲器27、 RAM28以及通信接口 29。在攝像機(jī)接口 23上連接作為拍攝設(shè)備的攝像機(jī)(這里是CCD攝像機(jī))。 通過攝像機(jī)接口 23發(fā)送拍攝指令時(shí)，通過在攝像機(jī)內(nèi)設(shè)定的電子快門功能執(zhí) 行拍攝。通過攝像機(jī)接口 23視頻信號以灰度級信號的形式在幀存儲器26中存 儲。在監(jiān)^f見器接口 24上作為監(jiān)視器(參照圖1)連接CRT、 LCD等顯示器， 根據(jù)需要顯示攝像機(jī)拍攝中的圖像、在幀存儲器26中存儲的過去的圖像、接 收到的通過圖像處理處理器22的處理的圖像。如圖1所示，攝^象機(jī)4拍攝在用機(jī)器人坐標(biāo)系Sb表示的空間內(nèi)固定的目 標(biāo)6上的標(biāo)記7。在幀存儲器26中存儲的標(biāo)記7的視頻信號利用圖像處理處 理器22進(jìn)行解析，求其二維位置及大小等(細(xì)節(jié)后述)。此外，為此的程序、 參數(shù)等在非易失存儲器27中存儲。另外，RAM28用于臨時(shí)存儲CPU20執(zhí)行 的各種處理所需要的數(shù)據(jù)。通信接口 29通過上述機(jī)器人控制裝置側(cè)的通信接 口 14連接在機(jī)器人控制裝置上。另外，圖1中表示的攝像機(jī)4的視線40,是從攝像機(jī)4的代表點(diǎn)(例如 攝像機(jī)透鏡的中心)朝向目標(biāo)6的直線。與視線40關(guān)聯(lián)，圖1表示的坐標(biāo)系 Sv是表示從攝像機(jī)4的代表點(diǎn)(例如攝像機(jī)透鏡的中心)朝向目標(biāo)6的視線 40的坐標(biāo)系，設(shè)其原點(diǎn)位于視線40上， 一個(gè)坐標(biāo)軸(例如Z軸)與視線40 一致。此外，機(jī)械接口坐標(biāo)系Sf如上述是代表工具安裝面32的位置以及姿勢 的坐標(biāo)系，同時(shí)在這里也是"代表機(jī)器人1的位置以及姿勢(姿勢角)的坐標(biāo) 系"。亦即，所謂"機(jī)器人位置"是"機(jī)器人坐標(biāo)系2b上的、機(jī)械接口坐標(biāo)系 Sf的原點(diǎn)的位置"。另外，只要不特別聲明，關(guān)于機(jī)器人使用的"位置"是包 含機(jī)器人的位置以及姿勢的概念。因此，在稱"定位，，的場合，只要不特別聲 明，就意味要決定位置以及姿勢雙方。下面，參照圖7的流程圖說明通過圖1的結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的校準(zhǔn)的過程。 但是通常，因?yàn)樵陂_始一系列處理前機(jī)器人、目標(biāo)以及攝像機(jī)間的相對位置關(guān) 系為未知，所以需要事前求出為使圖像上的目標(biāo)在打算的方向上僅移動(dòng)打算的 距離如何移動(dòng)機(jī)器人這樣的、圖像上的移動(dòng)方向以及移動(dòng)距離和機(jī)器人的移動(dòng) 方向以及移動(dòng)距離的關(guān)系。例如，在圖1中的Sf的XYZ的任意方向上多次移 動(dòng)機(jī)器人，在其每一次檢測在光接收面上成像的標(biāo)記7的圖形的特征值，求機(jī) 器人的各軸的移動(dòng)方向以及移動(dòng)距離和所述特征值的變換的關(guān)系的方法是可 能的。因?yàn)橥ㄟ^這樣的方法求移動(dòng)方向以及移動(dòng)距離的關(guān)系自身公知，所以省 略詳細(xì)的說明。假定此前的準(zhǔn)備在以下敘述的步驟前已經(jīng)完成。步驟T1在本發(fā)明中，不需要把目標(biāo)以及攝像機(jī)設(shè)置在正確的位置上，只要標(biāo)記7 進(jìn)入攝像機(jī)間的4的視野即可。在步驟Tl,操作者移動(dòng)機(jī)器人，使標(biāo)記7進(jìn) 入攝像機(jī)間的4的視野內(nèi)(具體說例如在圖像處理裝置2的監(jiān)視器3上映射標(biāo) 記7)。另外這里，把移動(dòng)后的機(jī)器人的位置作為初始位置進(jìn)行示教。步驟T2下一步驟T2,發(fā)展了通過本申請的申請人的特愿2006—183375號說明 書中記載的方法。亦即，在自動(dòng)計(jì)算在機(jī)械接口坐標(biāo)系Sf中的攝像機(jī)的注視 點(diǎn)31的位置、以及機(jī)器人坐標(biāo)系Sb中的標(biāo)記7的規(guī)定點(diǎn)(例如后述的機(jī)器人 的TCP)的位置的同時(shí)，使攝像機(jī)的注視點(diǎn)31的位置和標(biāo)記7的規(guī)定點(diǎn)一致。 在該方法中，在機(jī)器人坐標(biāo)系Sb中的標(biāo)記7的規(guī)定點(diǎn)從多個(gè)方向(在多個(gè)機(jī) 器人位置)進(jìn)行攝像機(jī)的注視點(diǎn)的測量，計(jì)算Sf中的攝像機(jī)的注視點(diǎn)31的位 置和機(jī)器人坐標(biāo)系Sb中的標(biāo)記7的規(guī)定點(diǎn)的位置。這點(diǎn)因?yàn)榕c傳統(tǒng)上把機(jī)器 人的在機(jī)械接口坐標(biāo)系2f中安裝的工具的尖端點(diǎn)(TCP: Tool Center Point), 在機(jī)器人坐標(biāo)系的規(guī)定點(diǎn)從多個(gè)方法機(jī)械地進(jìn)行修整后，計(jì)算TCP以及該 規(guī)定點(diǎn)的方法類似，所以省略詳細(xì)的說明。此外，在該階段，不需要高精度計(jì) 算攝像機(jī)以及目標(biāo)的位置。亦即，在使注視點(diǎn)和目標(biāo)的規(guī)定點(diǎn)一致的狀態(tài)下圍 繞注視點(diǎn)使機(jī)器人的姿勢變化時(shí)，只要目標(biāo)不離開攝像機(jī)的視野的程度就足夠 了。因此，如果滿足目標(biāo)不離開攝像機(jī)的視野這樣的條件，則也可以通過設(shè)計(jì) 值或者目測設(shè)定TCP的值來使用。步驟T3在步驟T3，根據(jù)計(jì)算出來的機(jī)械接口坐標(biāo)系中的攝像機(jī)的注視點(diǎn)31 的位置和機(jī)器人坐標(biāo)系中的標(biāo)記7的規(guī)定點(diǎn)的位置，自動(dòng)計(jì)算在機(jī)器人的 動(dòng)作范圍內(nèi)包含的多個(gè)預(yù)備位置，在存儲器裝置中登記。作為多個(gè)預(yù)備位置的 具體例，有攝像機(jī)4和標(biāo)記7上的規(guī)定點(diǎn)(例如中心)的距離 一定而且通過該 規(guī)定點(diǎn)的視線的斜率不同的多個(gè)機(jī)器人位置，或者通過標(biāo)記7上的規(guī)定點(diǎn)的視 線的姿勢一定而且攝像機(jī)4和該規(guī)定點(diǎn)的距離不同的多個(gè)機(jī)器人位置等。圖8 表示前者即攝像機(jī)4和標(biāo)記7上的規(guī)定點(diǎn)的距離 一定而且通過規(guī)定點(diǎn)的視線的 斜率不同的3個(gè)機(jī)器人位置。此外，關(guān)于步驟T3的細(xì)節(jié)后述。步驟T4、 T5在步驟T4，以在T3中規(guī)定記錄的各預(yù)備位置作為起點(diǎn)進(jìn)行以下敘述的 "自動(dòng)修整處理"。接著，移動(dòng)機(jī)器人使在光接收面上成像的標(biāo)記7的圖形的 幾何學(xué)特征值滿足規(guī)定的條件，在存儲器中存儲機(jī)器人的移動(dòng)結(jié)束的時(shí)刻的機(jī) 器人位置(亦即位置對準(zhǔn)后的位置)(步驟T5)。亦即與多個(gè)預(yù)備位置的起點(diǎn) 對應(yīng)，把多個(gè)位置對準(zhǔn)后的位置作為測量結(jié)果在存儲器中存儲。作為該"自動(dòng)修整"處理，在特開2005—201824號公報(bào)中記載的方法是 合適的。亦即基本是對于多個(gè)不同的機(jī)器人位置，移動(dòng)機(jī)器人，使表示在光接 收面上成像的標(biāo)記7的形狀的幾何學(xué)特征的值或者參數(shù)滿足規(guī)定的條件。這里使用圖9以及圖10，說明對應(yīng)一個(gè)預(yù)備位置移動(dòng)機(jī)器人使在攝像機(jī) 4的光接收面上成像的標(biāo)記7的形狀的幾何學(xué)特征值滿足規(guī)定的條件的處理。 此外假定標(biāo)記7的形狀由圖1所示那樣的圓以及表示其中線的十字線構(gòu)成。在 光接收面上成像的標(biāo)記7的圖像7a的幾何學(xué)特征值，取圖9以及圖10所示那 樣的橢圓(因?yàn)閿z像機(jī)4的光接收面一般和標(biāo)記7不是正對，所以光接收面上 的標(biāo)記形狀即圖像7a成為橢圓形狀)的中心位置以及長軸長度。圖9以及圖 10,使圖像上的橢圓的中心向規(guī)定點(diǎn)(這里是光接收面的中心M)移動(dòng)、進(jìn) 而使橢圓的長軸長度與規(guī)定值(這里是標(biāo)記7的直徑) 一致的作業(yè)與攝像機(jī)4 以及目標(biāo)6的相對位置關(guān)系的變化一起顯示。在圖9中，在成像后的圖像亦即 橢圓7a從規(guī)定點(diǎn)M偏離之外，橢圓的長軸長度也比標(biāo)記7的直徑短。這里， 如圖10所示，通過使機(jī)器人1移動(dòng)變化攝像機(jī)4和目標(biāo)6的相對位置關(guān)系，作為結(jié)果使橢圓的中心和規(guī)定點(diǎn)M —致，而且使其長軸長度和標(biāo)記7的直徑 一致。具體說，自動(dòng)執(zhí)行在光接收面中使橢圓和圓的中心位置的差以及長軸長 度和直徑的差成為規(guī)定的誤差內(nèi)的處理。通過光接收面上的圖像處理(因?yàn)榭梢允褂霉母鞣N方法，所以在這里省略其細(xì)節(jié))能夠檢測橢圓的特征值，能 夠計(jì)算它和規(guī)定值的差。步驟T6使用在步驟T5中存儲的"自動(dòng)修整處理"結(jié)束時(shí)刻的多個(gè)機(jī)器人位置， 識別計(jì)算機(jī)器人的機(jī)構(gòu)參數(shù)。所謂本發(fā)明中要補(bǔ)正的機(jī)器人的機(jī)構(gòu)參數(shù)指在決 定機(jī)器人控制時(shí)使用的機(jī)器人的各驅(qū)動(dòng)軸的位移(輸入位移)和機(jī)器人的尖端 位置(輸出位移)的相互關(guān)系的關(guān)系式中使用的參數(shù)。該參數(shù)的代表例是連桿 長度和各驅(qū)動(dòng)軸的原點(diǎn)位置。另外，也可以舉出通過軸的旋轉(zhuǎn)方向產(chǎn)生的后坐 力、連桿的彈性形變、減速機(jī)的彈性形變量等。在本發(fā)明中，不特別限定識別 計(jì)算的機(jī)構(gòu)參數(shù)的種類，只要是能夠公式化而且互相不從屬的參數(shù)即可。接著，說明在與全部的測量結(jié)果對應(yīng)的位置對準(zhǔn)后的位置上，把攝像機(jī)4 的注視點(diǎn)31和標(biāo)記7的規(guī)定點(diǎn)一致作為前提，計(jì)算機(jī)器人的機(jī)構(gòu)參數(shù)的方法。 在執(zhí)行校準(zhǔn)前，僅了解機(jī)構(gòu)參數(shù)的設(shè)定值或者初始值P。，機(jī)構(gòu)參數(shù)的真值P， 通過求表示P和PG的偏離的誤差5來確定。這里把np個(gè)機(jī)構(gòu)參數(shù)的初始值Pk, o = [Pk,o，i, Pk,o，2，…Pk,o,叩]的誤差A(yù)Pk、 Sf中的注視點(diǎn)31的位置Ps-[Xs， Ys, Zs] 的誤差A(yù)PS、 Sb中的標(biāo)記7上的規(guī)定點(diǎn)的位置的初始值Pm =[Xm, Ym， Zm]的誤 差A(yù)Pm表示為作為識別計(jì)算對象的機(jī)構(gòu)參數(shù)的誤差PID=[APk， APS, APm]。在理 想狀態(tài)，亦即Pro的全部成分是零的場合，使用被記錄的第i號的位置對準(zhǔn)后 的位置以及中的注視點(diǎn)31的位置Ps的雙方計(jì)算的中的注視點(diǎn)31的位 置Pj、和中的標(biāo)記7上的規(guī)定點(diǎn)的位置Pm應(yīng)該是完全一致的。但是通常通過包含機(jī)構(gòu)參數(shù)的誤差的PID的誤差在&和Pm之間產(chǎn)生用式(1 )表示的位置誤差e"e「P「Pm (1)從幾何學(xué)的關(guān)系可知，在把機(jī)器人的各驅(qū)動(dòng)軸的值固定為一定值考慮的場合，Pj成為Pro的函數(shù)。因此e;也成為Pro的函數(shù)。在本實(shí)施例中，使用牛頓拉普遜法，求ns個(gè)位置對準(zhǔn)后的位置中的Sb中的注視點(diǎn)31的位置Pj和Sb中的標(biāo)記7上的規(guī)定點(diǎn)的位置Pm的誤差E-[e,, e2，…,ens]成為最小的PID。在該計(jì)算中，首先如下式(2)那樣求對于ei的第J 號的識別參數(shù)PID,的微分值gi，j。gi，j = dei / dPID, j = (e,i，j- ei) / APID， j (2) 式中，e，u是在Pro，j上加上微小誤差量時(shí)的、第i號的位置對準(zhǔn)后的位置中 的中的注視點(diǎn)31的位置PV和中的標(biāo)記7上的規(guī)定點(diǎn)的位置Pm的誤 差。使用上述式(2),可以像以下的式(3)那樣用矩陣[G]表示求得的gi，j。7"..《 l力e問=A .(3)6m'j通過使用上述矩陣[G],可以用以下的線性式(4)表示誤差關(guān)系。E丁 = [G] PTID ( 4 )因此，Pro可以從以下的式(5)求。 PTID = [G]+ET (5) 式中，[G]+是[G]的偽逆矩陣，可以通過以下的式(6)求。[g]、([g]t[g])"[g;T (6)從以上可知，機(jī)構(gòu)參數(shù)Pkj可以通過下面的式(7)求。[Pk, 1， Ps， b Pm,!] = [ Pk, 0, Ps, 0, Pm' 0] + PlD ( 7 )因?yàn)樵赑ID和Pi的關(guān)系中存在非線性性，所以用式(7 )求得的[Pk, h Ps, l5 Pm, J還包含誤差。因此根據(jù)牛頓拉普遜法，代替[Pk，O，Ps，O,Pm，O]使用[Pk,!，Ps，,，Pm, d，重復(fù)進(jìn)行式(1)到式(7)的計(jì)算，直到PID的全部成分變得很小。實(shí)際上，在Pro的各成分變得在規(guī)定的閾值以下前重復(fù)進(jìn)行上述計(jì)算。作為校準(zhǔn)中使用的其他的算法，有遺傳算法、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等非線性問題的最優(yōu)化方法，因 為哪一種都是7>知的方法所以省略說明。步驟T7在步驟T7，為使之反映到機(jī)器人的控制中，用求得的機(jī)器人的機(jī)構(gòu)參數(shù) 更新在機(jī)器人控制器中存儲的已有的機(jī)構(gòu)參數(shù)。圖11是表示上述的圖7的步驟T3亦即預(yù)備位置的自動(dòng)生成及其評價(jià)處 理的細(xì)節(jié)的流程圖。以下說明在步驟T3中包含的各步驟的要點(diǎn)。 步驟S1首先，把在圖7的步驟T2中吻合攝像機(jī)的注視點(diǎn)31和標(biāo)記7上的規(guī)定 點(diǎn)的位置得到的機(jī)器人的位置作為基本位置?；疚恢玫淖饔米陨砗统跏嘉恢?相同，但是根據(jù)基本位置生成的預(yù)備位置比根據(jù)初始位置生成的預(yù)備位置更接 近對準(zhǔn)后的機(jī)器人的位置。步驟S2如以下的式(8)所示，在將攝像機(jī)的注視點(diǎn)的位置做成了一定之后，在 機(jī)器人基本位置的姿勢角轉(zhuǎn)動(dòng)、俯仰、偏轉(zhuǎn)角(Wo， Po， Rq)上加上規(guī)定值 (dWiw， dPiP, dRiR)，制作機(jī)器人的預(yù)備位置的初始值(W,， PP R,)這里， iw=l,…，nw， iP=l，…，np, iR=l，…，nR。(W!， P" R') = (W。+dWiw, P0+dPiP, R0+dRiR) (8) 步驟S3判斷機(jī)器人是否能夠到達(dá)在步驟S2求得的預(yù)備位置的初始值。此時(shí)的判 斷基準(zhǔn)，可以舉出預(yù)備位置的初始值是否在機(jī)器人的動(dòng)作區(qū)域內(nèi)，再有機(jī)器人 是否和外部設(shè)備等干涉。更具體說，關(guān)于前者，可以舉出機(jī)器人的各軸的位移 是否能夠?qū)崿F(xiàn)，是否超過限制值，再有預(yù)備位置的初始值是否不是特異位置等。 另外關(guān)于后者，可以舉出與預(yù)備位置的初始值對應(yīng)的機(jī)器人的各部是否不包含 在預(yù)先設(shè)定的干涉區(qū)域內(nèi)。步驟S4在判斷機(jī)器人的預(yù)備位置的初始值不能實(shí)現(xiàn)即到達(dá)的場合，調(diào)整預(yù)備位 置使接近基本位置。具體說，考慮通過重復(fù)使用下式(9)，使用預(yù)定的步驟值 使預(yù)備位置中包含的姿勢角接近基本位置的姿勢角。在式(9)中，有 0<kw、 Kp、 KR< 1。(Wn， Pn， Rn)=((Wn.廣Wo) X kw+W。，(Pn-廣Po) X kp+Po,(Ho) X kP+P0) (9)這里，因?yàn)橥ㄟ^在上述(9)式中使用的kw、 Kp、 Kr得到的姿勢角也有過于進(jìn)入機(jī)器人的動(dòng)作范圍的內(nèi)側(cè)的可能性，所以根據(jù)在該場合得到的探索結(jié)果進(jìn)行更高精度的探索，亦即減小kw、 Kp、 KR求位于動(dòng)作范圍的邊界附近的 最優(yōu)值。在這樣的探索步驟中，因?yàn)槭箘?dòng)作范圍可變來優(yōu)化探索精度以及探索 時(shí)間的方法是公知的所以省略說明。另外，作為使在預(yù)備位置中包含的姿勢角 接近基本位置的姿勢角的方法，也有代替式(9),在(W^， P^， Rn4)的各 成分上加上規(guī)定值的方法。另外，也可以使如上述所加上的規(guī)定值的大小可變。 步驟S5在現(xiàn)實(shí)中，因?yàn)樵谧鳛樾?zhǔn)結(jié)果的機(jī)構(gòu)參數(shù)的誤差的識別值中也包含誤 差，所以在步驟S5進(jìn)行預(yù)備位置的評價(jià)。作為該誤差的原因，要考慮誤差模 型的不完全性以及測量誤差。另外，與校準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算方法無關(guān)，上述 的式(4) 一定成立。所以通過誤差模型的不完全性以及測量誤差引起的測量 數(shù)據(jù)的誤差A(yù)E和機(jī)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算誤差A(yù)PID的關(guān)系用下式(10 )表示。 APID=[G]+AE (10)另外，校準(zhǔn)后的機(jī)構(gòu)參數(shù)的誤差A(yù)PID、和實(shí)際作業(yè)中的機(jī)器人的定位誤 差5E的關(guān)系，可用下式(11)表示。這里[G，]是匯總了機(jī)器人的實(shí)際作業(yè)中 的全部與機(jī)器人位置對應(yīng)的輸入輸出關(guān)系的矩陣?！鱁 = [G，]APD (11) 通常，因?yàn)樵谛?zhǔn)中位置對準(zhǔn)后的位置在動(dòng)作區(qū)域內(nèi)廣泛分布，所以式 (11)的[G，]可用式(10)的矩陣[G]代用。因此，校準(zhǔn)后的機(jī)器人的定位誤差 犯和測量數(shù)據(jù)的誤差A(yù)E的關(guān)系用下式(12)表示。 △E = [G][G]+AE (12) 一般，如果是批量生產(chǎn)的同種的機(jī)器人，則重復(fù)誤差的大小大體是相同 的水平。另外，同種的攝像機(jī)等的測量裝置的測定誤差的大小也相同。因此， 如果使用同種的機(jī)器人以及同種的測量裝置，則可以期待測量數(shù)據(jù)的誤差A(yù)E 成為大體相同水平的大小。這里如果能夠評Y介[G] [G]+,則能夠發(fā)現(xiàn)校準(zhǔn)后的 機(jī)器人定位誤差。另外，如果預(yù)備位置和位置對準(zhǔn)后的位置沒有大的偏離，則 通過決定預(yù)備位置決定[G],即使不進(jìn)行校準(zhǔn)后的機(jī)器人的定位誤差的事前評 價(jià)也可以。作為用一個(gè)數(shù)值表示矩陣[G]的方法，例如有以下的方法。如果使用矩陣 [G]的特異值cj,則[G] [G]+的評價(jià)指標(biāo)EI可以從下式(13)求。EI = CT[g〗;另外，評價(jià)指標(biāo)EI也可以通過用更少的計(jì)算量就能實(shí)現(xiàn)的下式(14)來求。EI叫l(wèi)[G川xll[G]+l1 (14) 這里| I [G] 11，使用[G]的第j號的列矢量的各成分的絕對值的和l I hj I |從下 式(15)求。||[G]|| = maX||hj|| (15) 代替[G]，為減低測量誤差，不用說可以使用更多預(yù)備位置來使用G成為 非正方矩陣[G]t [G]。另外，也可以使用標(biāo)準(zhǔn)化了的矩陣。再有，雖然省略了 細(xì)節(jié)，也已經(jīng)公開了代替積[G] [G]+僅評價(jià)[G]或[G]+,代替把[G]的最大特異 值作為代表值而把全部特異值的積作為代表值等的研究。 步驟S6、 S7在步驟S6,在預(yù)備位置的組合亦即集合的評價(jià)指標(biāo)不滿足規(guī)定的條件(不 到規(guī)定的閾值)的場合，通過如下式(16)那樣增大姿勢角的規(guī)定值增大預(yù)備 位置的集合的評價(jià)指標(biāo)(步驟S7)。但是，Aw、 Ap、 Ar的任何一個(gè)都是比1 大的值。如果必要，也可以重復(fù)使用式(16)。另外，代替式(16)，作為增大 姿勢角的規(guī)定值的方法，也有在dWiw、 dPiP、 RiR上加上規(guī)定值的方法。另外 如上述，也可以使用于增大要被加上的規(guī)定值的值可變。dW,iw= dWiw x AwdP，iP=dPiPx AP (16)dR，iR=dRiRx AR另外，通過機(jī)器人的動(dòng)作范圍的限制，即使增大姿勢角的規(guī)定值，有時(shí) 可能到達(dá)的預(yù)備位置的姿勢角也不增大。在該場合，如下式(17)所示，通過 對于預(yù)備位置的姿勢角生成用參數(shù)的各個(gè)求中間值作為生成用參數(shù)相加，增加 生成的預(yù)備位置的數(shù)，提高預(yù)備位置的集合的校準(zhǔn)效果。 dWnW+m=(dWm+ dWm+1)/2 dPnP+m=(dPm+dPm+1)/2 (17) dRnR+m=(dRm+dRm+1)/2 以上說明的機(jī)器人位置的自動(dòng)生成的計(jì)算式，僅是一例。因此即使測量位置的條件變化，例如在滿足目標(biāo)經(jīng)常位于攝像機(jī)的相同視線上這樣的條件的 預(yù)備位置的自動(dòng)生成中，僅通過變更對應(yīng)的預(yù)備位置的生成參數(shù)、生成式以及 校準(zhǔn)的識別式，就能夠以同樣的過程進(jìn)行預(yù)備位置的生成和校準(zhǔn)。生成式自身， 也如上述式(8)所示，不僅規(guī)定參數(shù)的任意組合，而且也可以僅組合例如直 接指定各個(gè)的測量姿勢的方法、或者特定的參數(shù)，或者組合不同的生成式來Y吏 用。另外，在預(yù)備位置的自動(dòng)生成的過程中，也可以在每次生成一個(gè)預(yù)備位置 時(shí)進(jìn)行判定，如果需要?jiǎng)t進(jìn)行位置修正。再有，為使用更少數(shù)目的預(yù)備位置進(jìn)行測量，在生成預(yù)備位置后，可以和在日本機(jī)械學(xué)會論文集(C編)69巻682 號(2003—6)、 pp. 1691 — 1698中記載的方法進(jìn)行組合。此外，在本實(shí)施形態(tài)中，光接收設(shè)備是拍攝二維圖像的CCD攝像機(jī)，但 是也可以是具有同等功能的別的設(shè)備(CMOS攝像機(jī)等)。另外，目標(biāo)6也可 以置換為被認(rèn)為是點(diǎn)光源的發(fā)光體等，在那樣的場合作為光接收設(shè)備可以使用 求光接收量的重心位置(二維位置)的二維PSD ( Position Sensitive Detector )。 但是，在使用PSD的場合，不用說圖像處理裝置2也相應(yīng)置換為適合的裝置。 例如，在釆用PSD的場合，使用具有處理其輸出信號求光接收量的重心位置 (二維位置)的功能的處理裝置。另外，根據(jù)本發(fā)明的上述的校準(zhǔn)過程是一例，根據(jù)測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也可 以變更過程。例如，對于實(shí)際的機(jī)器人的誤差，也有進(jìn)行一樣的定式化即對于 機(jī)器人的全動(dòng)作區(qū)域有效的定式化困難的場合。另外，由于障礙物等的影響， 也有根據(jù)一個(gè)基本位置生成的預(yù)備位置僅對應(yīng)窄的動(dòng)作區(qū)域的可能。因此，考慮適應(yīng)機(jī)器人的動(dòng)作區(qū)域設(shè)置多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行多次測量。作為一例，可以舉出如 圖12所示那樣關(guān)于多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行測量的例子。在圖12中，在機(jī)器人的坐標(biāo)系 內(nèi)配置兩個(gè)目標(biāo)6a以及6b。在該場合的測量過程中，首先在圖7的步驟Tl 由操作者進(jìn)行使各個(gè)目標(biāo)進(jìn)入攝像機(jī)的視野的示教，接著兩次重復(fù)從步驟T2 到T5的一系列作業(yè)，其后執(zhí)行T6以及T7。另外，通過對于一個(gè)目標(biāo)設(shè)置多 個(gè)攝像機(jī)，也可以提高一次測量中的精度。再有，不一定在執(zhí)行步驟T2后使用基本位置，而也可以在T2的執(zhí)行前 單獨(dú)示教基本位置。另外，如圖3所示在使用針的系統(tǒng)中，因?yàn)椴皇褂脠D像處理裝置2，所以不能得到不依賴自動(dòng)測量的操作者的技能不費(fèi)人工和時(shí)間這樣的優(yōu)點(diǎn)，但是即 使沒有校準(zhǔn)的經(jīng)驗(yàn)，也能夠高效率地生成修整的預(yù)備位置，來提高校準(zhǔn)的機(jī)器 人的精度。也可以作為在不滿足攝像機(jī)等的自動(dòng)測量的條件的場合的代替方案 使用。根據(jù)本發(fā)明的上述的校準(zhǔn)過程是一例，根據(jù)測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也可以有過 程的變形。例如，對于實(shí)際的機(jī)器人的誤差，也有進(jìn)行一樣的定式化即對于機(jī) 器人的全動(dòng)作區(qū)域有效的定式化困難的場合。因此，為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的全動(dòng)作范 圍內(nèi)的精度提高，考慮設(shè)置多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行多次測量。作為一例，可以舉出對于如圖IO所示那樣的多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行測量的例子。在圖10中，在機(jī)器人的坐標(biāo)系 內(nèi)配置兩個(gè)目標(biāo)6a以及6b。在該場合的測量過程中，首先在圖5的步驟T1 由操作者進(jìn)行使各個(gè)目標(biāo)進(jìn)入攝像機(jī)的視野的示教，接著兩次重復(fù)從步驟T2 到T5的一系列作業(yè)，其后執(zhí)行T6以及T7。另外，通過對于一個(gè)目標(biāo)設(shè)置多 個(gè)攝像機(jī)，也可以提高一次測量中的精度。此外如圖4所示，在代替圖像處理裝置2使用雙球桿等接觸式的測定裝 置的場合，也可以進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。根據(jù)本發(fā)明的預(yù)備位置的自動(dòng)生成算法，不 受測量方法的約束，也能夠編入其他現(xiàn)有公知的校準(zhǔn)方法中。圖13是示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的校準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)的圖。校準(zhǔn)裝置50 具有位置對準(zhǔn)部51、初始位置設(shè)定部52、預(yù)備位置生成部53、判定部54以 及位置》務(wù)正部55,進(jìn)而也可以具有評價(jià)部56以及再生成部57。但是在實(shí)際中， 各部的功能由機(jī)器人l、圖像處理裝置2、攝像機(jī)4或者機(jī)器人控制裝置5或 者它們的組合承擔(dān)。根據(jù)本發(fā)明，在執(zhí)行通過機(jī)器人的校準(zhǔn)時(shí)，自動(dòng)地生成機(jī)器人可能到達(dá) 的預(yù)備位置，進(jìn)而能夠進(jìn)行該校準(zhǔn)中的預(yù)備位置的事前評價(jià)和通過該事前評價(jià) 的自動(dòng)修正。因此提高了校準(zhǔn)的效率。另外通過和攝像機(jī)等非接觸式的光接收設(shè)備的組合，能夠不依賴操作員的技能，即使在對機(jī)器人的動(dòng)作范圍制約多的場合也能夠高效率地進(jìn)行高精度 的校準(zhǔn)。參照為說明選定的特定實(shí)施形態(tài)說明了本發(fā)明，但是，顯然，對于專業(yè) 人員來說，在不脫離本發(fā)明的基本概念以及范圍的情況下可以進(jìn)行多種變更。
權(quán)利要求
1.一種裝置(50)，其用于進(jìn)行多關(guān)節(jié)機(jī)器人(1)的機(jī)構(gòu)的校準(zhǔn)，其特征在于，具有位置對準(zhǔn)部(51)，其用于進(jìn)行使在機(jī)器人(1)的一部分上固定的第一坐標(biāo)系和在該機(jī)器人(1)的外部固定的第二坐標(biāo)系的相對位置關(guān)系滿足規(guī)定的條件的位置對準(zhǔn)；初始位置指定部(52)，其用于為在多個(gè)位置分別進(jìn)行所述位置對準(zhǔn)，指定所述第一坐標(biāo)系和所述第二坐標(biāo)系的相對位置關(guān)系大體滿足規(guī)定的條件那樣的機(jī)器人(1)的位置作為初始位置；預(yù)備位置生成部(53)，其用于根據(jù)通過所述初始位置指定部(52)指定的初始位置、所述第一坐標(biāo)系以及規(guī)定的參數(shù)自動(dòng)生成用于進(jìn)行所述位置對準(zhǔn)的多個(gè)預(yù)備位置；判定部(54)，其用于在進(jìn)行所述位置對準(zhǔn)前，判定通過所述預(yù)備位置生成部(53)生成的所述多個(gè)預(yù)備位置是否在所述機(jī)器人(1)的動(dòng)作范圍內(nèi)存在；和位置修正部(55)，其用于把通過所述判定部(54)判定為在所述動(dòng)作范圍內(nèi)不存在的預(yù)備位置修正成存在于所述動(dòng)作范圍內(nèi)。
2. 才艮據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中， 進(jìn)一步具有評價(jià)部(56)，其對于包含通過所述位置修正部(55)修正過的位置的全 部預(yù)備位置，在進(jìn)行所述位置對準(zhǔn)前，評價(jià)使用該預(yù)備位置的校準(zhǔn)的精度是否 滿足M^定的要求基準(zhǔn)；和再生成部(57),其在通過所述評價(jià)部(56)評價(jià)為不滿足所述要求基準(zhǔn) 的場合，再生成所述預(yù)備位置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中， 進(jìn)一步具有在所述機(jī)器人(1)的尖端部附近安裝的攝像機(jī)(4); 輸入所述攝像機(jī)(4)拍攝的圖像的圖像輸入部(2);從通過所述圖像輸入部(2)輸入的圖像中檢測所述第二坐標(biāo)系上的目標(biāo) 點(diǎn)的檢測部(2);和為進(jìn)行所述位置對準(zhǔn)，控制所述機(jī)器人(1 )使通過所述檢測部(2)檢 測出來的所述目標(biāo)點(diǎn)在所述圖像中滿足規(guī)定的條件的控制裝置(5 )。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中， 進(jìn)一步具有在所述機(jī)器人(1)的外部固定的攝像機(jī)(4); 所述圖像輸入部(2);從通過所述圖像輸入部(2)輸入的圖像中檢測所述第一坐標(biāo)系上的目標(biāo) 點(diǎn)的沖企測部(2);和為進(jìn)行所述位置對準(zhǔn)，控制所述機(jī)器人(1 )使通過所述檢測部(2)檢 測出來的所述目標(biāo)點(diǎn)在所述圖像中滿足規(guī)定的條件的控制裝置(5 )。
5. —種方法，其用于進(jìn)行多關(guān)節(jié)機(jī)器人(l)的機(jī)構(gòu)的校準(zhǔn)，其特征在于， 具有以下步驟進(jìn)行使在機(jī)器人(1)的一部分上固定的第一坐標(biāo)系和在該機(jī)器人(1 ) 的外部固定的第二坐標(biāo)系的相對位置關(guān)系滿足規(guī)定的條件的位置對準(zhǔn)的步驟；為在多個(gè)位置分別進(jìn)行所述位置對準(zhǔn)，指定所述第一坐標(biāo)系和所述第二 坐標(biāo)系的相對位置關(guān)系大體滿足規(guī)定的條件那樣的機(jī)器人(1)的位置作為初 始位置的步驟；根據(jù)指定的初始位置、所述第一坐標(biāo)系以及規(guī)定的參數(shù)，自動(dòng)生成用于 進(jìn)行所述位置對準(zhǔn)的多個(gè)預(yù)備位置的步驟；在進(jìn)行所述位置對準(zhǔn)前，判定所述多個(gè)預(yù)備位置是否在所述機(jī)器人(1) 的動(dòng)作范圍內(nèi)存在的步驟；和把判定為在所述動(dòng)作范圍內(nèi)不存在的預(yù)備位置修正成存在于所述動(dòng)作范 圍內(nèi)的步驟。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中， 進(jìn)一步具有以下步驟對于包含被修正過的位置的全部預(yù)備位置，在進(jìn)行所述位置對準(zhǔn)前，評 價(jià)使用該預(yù)備位置的校準(zhǔn)的精度是否滿足規(guī)定的要求基準(zhǔn)的步驟；和 在評價(jià)為不滿足所迷要求基準(zhǔn)的場合，再生成所述預(yù)備位置的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種機(jī)器人機(jī)構(gòu)的校準(zhǔn)裝置及方法。其是用于自動(dòng)生成校準(zhǔn)的測量中使用的機(jī)器人的位置以及姿勢的校準(zhǔn)裝置以及方法。根據(jù)指定的基本位置首先生成機(jī)器人的預(yù)備位置的初始位置，判定預(yù)備位置的初始值是否在機(jī)器人的動(dòng)作區(qū)域內(nèi)。在判斷為機(jī)器人的預(yù)備位置的初始值不能實(shí)現(xiàn)即不能到達(dá)的場合，調(diào)整預(yù)備位置使接近基本位置。在能夠到達(dá)的場合，計(jì)算預(yù)備位置的評價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行其評價(jià)，在評價(jià)指標(biāo)不滿足規(guī)定的條件的場合，增大姿勢角的初始值。
文檔編號G05B19/404GK101239469SQ200810008968
公開日2008年8月13日 申請日期2008年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月5日
發(fā)明者伴一訓(xùn), 崗 沈, 瀧澤克俊 申請人:發(fā)那科株式會社