利用了視覺反饋的機器人系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種使用照相機來修正機器人的動作的機器人系統(tǒng)，特別涉及一種為 了不需要進行機器人的坐標系和照相機的坐標系的對位而使用了視覺反饋的機器人系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 大多的產(chǎn)業(yè)機器人根據(jù)一種被稱為示教再現(xiàn)的方式進行動作。即，作為程序預(yù)先 示教希望機器人進行的動作和作業(yè)，通過再生程序來使機器人進行希望的作業(yè)。機器人能 夠正確地重復(fù)示教的動作和作業(yè)。但是，如果在與示教程序時不同的位置放置了對象物，則 無法對該對象物正確地進行作業(yè)。
[0003] 對此，進行以下動作，即使用照相機等視覺傳感器來識別對象物的位置，使用視覺 傳感器識別出的對象物的位置信息來修正機器人的動作。通過這樣，即使在與程序示教時 不同的位置放置對象物，也能夠正確地對對象物進行作業(yè)。
[0004] 通過視覺傳感器發(fā)現(xiàn)的對象物的位置通過成為視覺傳感器的測量基準的坐標系 (以下稱為"視覺坐標系"）來表現(xiàn)。為了根據(jù)由視覺傳感器發(fā)現(xiàn)的位置信息修正機器人的 動作，需要將通過視覺坐標系表現(xiàn)的位置信息變換為成為機器人的動作控制基準的坐標系 (以下稱為"機器人坐標系"）中的位置信息。把用于將通過視覺坐標系表示的位置信息變 換為通過機器人坐標系表示的位置信息的數(shù)據(jù)稱為"照相機的校準數(shù)據(jù)"，將用于取得照相 機的校準數(shù)據(jù)的作業(yè)稱為"校準照相機"（例如，日本專利公開公報JP-A-10-49218)。
[0005] 另一方面，作為不進行照相機的校準而能夠進行使用了視覺傳感器的機 器人位置修正的方法之一，知道被稱為視覺反饋的方法（例如，日本專利公開公報 JP-A-2003-211381。以下稱為"專利文獻2"）。例如，使機器人移動到對象物的抓持位置， 通過安裝在機器人上的照相機拍攝對象物，將該對象物的外觀作為目標數(shù)據(jù)進行存儲。并 且，在實際作業(yè)時，每次移動機器人時通過照相機拍攝對象物，為了成為與目標數(shù)據(jù)相同的 外觀而重復(fù)控制機器人的位置姿勢，在誤差收斂為零的地方執(zhí)行機械手的抓持。
[0006] 專利文獻2所記載的方法在誤差為零的位置通過機械手進行抓持。就是說，在將 機器人定位于抓持對象物的位置的狀態(tài)下，需要將照相機拍攝到的對象物的外觀作為目標 數(shù)據(jù)進程存儲。因此，安裝在機器人的機械臂前端部的機械手和照相機的位置關(guān)系存在制 約，無法自由地設(shè)計。
[0007] 另外，這個方法只能夠在誤差為零的位置對對象物進行作業(yè)，所以在使機器人進 行抓持對象物這種簡單的作業(yè)時沒有問題。但是，例如在使機器人進行按照預(yù)定的路徑對 于對象物涂布粘合劑這種的需要復(fù)雜的動作路徑的作業(yè)時無法使用。
[0008] 另一方面，還提出一種方法（例如，日本專利公報JP-B-4265088)，將對于基準對 象物設(shè)定了目標數(shù)據(jù)時的機器人的位置和進行抓持基準對象物的動作時的機器人的位置 之間的差預(yù)先存儲為位置變換矩陣，在為了使誤差成為零而使機器人進行了收斂動作后， 進行由存儲的位置變換矩陣所表示的動作然后進行抓持動作。在該發(fā)明中，與專利文獻2 記載的方法相比，安裝在機器人的機械臂前端部的機械手和照相機的位置關(guān)系沒有制約。 但是，沒有解決在想要使機器人進行需要復(fù)雜的動作路徑的作業(yè)時無法使用的問題。
[0009] 當在工作臺等平臺上放置了對象物的情況下，在為了成為與目標數(shù)據(jù)相同的外觀 而控制機器人的位置姿勢時，希望進行控制以使安裝在機器人的機械臂前端部的照相機和 放置了對象物的工作臺的距離沒有變化。另外，在對象物的朝向發(fā)生變化時，需要控制機器 人使照相機和對象物的相對的朝向成為相同，但是希望進行控制使照相機圍繞與工作臺面 垂直的軸進行旋轉(zhuǎn)，從而使照相機和工作臺的相對的傾斜不變。
[0010] 但是，在通常的視覺反饋中，無法保證照相機和工作臺的距離不變、照相機和工作 臺的相對的傾斜不變。結(jié)果，有時會花費為了成為與目標數(shù)據(jù)相同的外觀而控制機器人所 需要的時間以上的時間。
[0011] 為了避免該問題，在機器人上設(shè)定與工作臺面平行的坐標系，以此為根據(jù)可以進 行照相機的移動。例如，將機器人的機械手上的任意一點設(shè)定為TCP(ToolCenterPoint 工具中心點），使機器人的TCP接觸工作臺面上的不在一條直線上的3個地方，讀取從各個 地方的機器人坐標系觀察到的TCP的坐標值，由此能夠在工作臺面上設(shè)定機器人的坐標系 (例如，日本專利公開公報JP-A-2010-076054)。
[0012] 但是，通過這種方法設(shè)定坐標系的作業(yè)存在根據(jù)作業(yè)者的技術(shù)設(shè)定精度出現(xiàn)差別 的問題和因為使機器人的機械手與工作臺物理地接觸，所以具有由于操作失誤對機械手和 工作臺造成損傷的危險的問題。
[0013] 本發(fā)明的目的在于提供以下的方法，即在使用視覺反饋修正機器人的動作的系統(tǒng) 中，能夠使對象物進行復(fù)雜的路徑的作業(yè)，并且即使作業(yè)者對于機器人的坐標系沒有意識， 通過使照相機在工作臺面上平行移動，并圍繞與工作臺面垂直的軸進行旋轉(zhuǎn)，從而高效地 使照相機移動到預(yù)定的位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明的一實施方式的機器人系統(tǒng)的特征在于，具有：機器人，通過包含動作指令 的程序被進行控制，該動作指令是使用安裝在機器人的機械臂前端部的裝置對放置在平面 上的第一對象物位置的對象物進行預(yù)定的作業(yè)的動作指令；照相機，其被安裝在機械臂前 端部，拍攝對象物；第一機器人位置存儲部，其存儲相對于第一對象物位置，處于預(yù)定的相 對位置關(guān)系的機械臂前端部的位置來作為第一機器人位置；目標到達狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲部，其 在將對象物放置在第一對象物位置，并將機械臂前端部定位在第一機器人位置的狀態(tài)即目 標到達狀態(tài)下，存儲照相機的圖像上的該對象物的位置、姿勢以及大小中的至少一個特征 量來作為目標到達狀態(tài)數(shù)據(jù)；機器人移動量計算部，其求出機械臂前端部從任意的初始位 置開始的移動量，該移動量用于使在將機器人的機械臂前端部定位在任意的初始位置的狀 態(tài)下，通過照相機對放置在平面上的第二對象物位置的對象物進行了拍攝時的該對象物在 照相機的圖像上的位置、姿勢以及大小中的至少一個特征量與目標到達狀態(tài)數(shù)據(jù)中的對應(yīng) 的特征量一致；以及修正數(shù)據(jù)計算部，其根據(jù)在基于移動量使機械臂前端部移動時的機械 臂前端部的位置即第二機器人位置與第一機器人位置的差來計算用于修正程序的修正數(shù) 據(jù)。
【附圖說明】
[0015] 通過參照以下的附圖，更明確地理解本發(fā)明。
[0016] 圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的機器人系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的圖。
[0017] 圖2是在本發(fā)明中使用的機器人控制裝置的框圖。
[0018] 圖3是表示本發(fā)明的機器人系統(tǒng)啟動時的流程的流程圖。
[0019] 圖4是表示本發(fā)明的機器人系統(tǒng)執(zhí)行作業(yè)時的處理的流程圖。
[0020] 圖5是表示放置在第一以及第二對象物位置的對象物的位置的平面圖。
[0021] 圖6是表示位移后的虛擬的機器人坐標系的圖。
[0022] 圖7是用于說明工具坐標系的定義的圖。
[0023] 圖8是表不工具坐標系和照相機的位置關(guān)系的圖。
[0024] 圖9是表不工具坐標系和第二工具坐標系的位置關(guān)系的圖。
[0025] 圖10是從上觀察將工具坐標系圍繞Z軸進行旋轉(zhuǎn)移動的樣態(tài)的圖。
【具體實施方式】
[0026] 以下參照附圖對本發(fā)明的機器人系統(tǒng)進行說明。但是，本發(fā)明的技術(shù)范圍不限定 于這些實施方式，請注意涉及權(quán)利要求書中記載的發(fā)明及其等同物。
[0027] 圖1是表示本發(fā)明的實施方式的機器人系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的圖。本發(fā)明的實施方式 的機器人系統(tǒng)的特征在于，具備：機器人1，通過包含動作指令的程序被進行控制，該動作 指令是使用設(shè)置在機器人1的機械臂前端部的機械接口部32上安裝的裝置即工具30,對放 置在平面5上的第一對象物位置上的對象物4進行預(yù)定的操作的動作指令；照相機3,安裝 在機械接口部32上，拍攝對象物4 ;第一機器人位置存儲部（以下也簡單地稱為"機器人位 置存儲部")12a(圖2)，存儲相對于第一對象物位置處于預(yù)定的相對位置關(guān)系的機械接口部 32的位置，來作為第一機器人位置；目標到達狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲部12b，在將對象物4放置在第 一對象物位置，將機械接口部32定位在第一機器人位置的狀態(tài)即目標到達狀態(tài)下，存儲照 相機3的