專利名稱：機(jī)械手系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包含多個(gè)機(jī)械手的機(jī)械手系統(tǒng)，更詳細(xì)地講，涉及一種簡單而且高精度進(jìn)行與在該機(jī)械手系統(tǒng)中包含的機(jī)械手之間的相對(duì)位置有關(guān)的校準(zhǔn)的技術(shù)。本發(fā)明所涉及的機(jī)械手系統(tǒng)，例如在通過使多個(gè)機(jī)械手協(xié)調(diào)動(dòng)作進(jìn)行工件的搬運(yùn)或者對(duì)工件的加工那樣的應(yīng)用中十分有用。
背景技術(shù)：
作為使用產(chǎn)業(yè)用機(jī)械手的系統(tǒng)的一個(gè)類型，有通過在兩臺(tái)機(jī)械手之間的協(xié)調(diào)動(dòng)作進(jìn)行必要的作業(yè)(搬運(yùn)，加工等)的系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，需要從動(dòng)機(jī)械手根據(jù)先導(dǎo)機(jī)械手的位置計(jì)算成為移動(dòng)目標(biāo)的位置。為正確進(jìn)行這一計(jì)算，必須預(yù)先了解在各機(jī)械手上設(shè)定的機(jī)械手坐標(biāo)系的相對(duì)位置關(guān)系。
以這樣的意圖預(yù)先求兩臺(tái)機(jī)械手之間的坐標(biāo)系的相對(duì)位置關(guān)系是用于在機(jī)械手之間進(jìn)行坐標(biāo)系結(jié)合的一種校準(zhǔn)。作為用于在這一機(jī)械手之間進(jìn)行坐標(biāo)系結(jié)合的校準(zhǔn)如果遵照一般已知的代表性方法的話，則首先要在各個(gè)機(jī)械手的臂前端部安裝定位用的夾具(jig)。然后，依順序使各機(jī)械手移動(dòng)到在兩機(jī)械手可能到達(dá)的范圍內(nèi)準(zhǔn)備的3個(gè)或3個(gè)以上位置的3維空間中的位置，此時(shí)根據(jù)各機(jī)械手得到的當(dāng)前位置的數(shù)據(jù)，可以求表示在兩機(jī)械手上設(shè)定的機(jī)械手坐標(biāo)系的相對(duì)位置關(guān)系。
作為把機(jī)械手移動(dòng)到3個(gè)或3個(gè)以上3維空間中的位置的方法有直接使機(jī)械手彼此(在各機(jī)械手的前端部安裝的夾具的尖端彼此)接觸的方法，還有在互相離開機(jī)械手的地方準(zhǔn)備固定的校準(zhǔn)用夾具，各機(jī)械手(在前端部安裝的夾具的尖端)通過使其夾具接觸而間接接觸的方法。
但是，對(duì)于一般的機(jī)械手，未發(fā)現(xiàn)詳細(xì)公布上述方法的文獻(xiàn)。此外，關(guān)于機(jī)械手和定位器的校準(zhǔn)，在特開平8-129408號(hào)公報(bào)中有所記載。根據(jù)該記載，提出了使機(jī)械手和定位器直接接觸的方法。
在上述現(xiàn)有的機(jī)械手之間的校準(zhǔn)方法中，存在幾個(gè)問題。其中作為現(xiàn)有方法需要定位用的夾具這一點(diǎn)，由于成本和操作者的負(fù)擔(dān)，問題很大。即無論通過直接接觸還是間接接觸進(jìn)行校準(zhǔn)的場合，都需要在各個(gè)機(jī)械手前端部準(zhǔn)備定位用的夾具，首先會(huì)產(chǎn)生夾具相關(guān)的費(fèi)用。另外，在通過間接接觸進(jìn)行校準(zhǔn)的方法中，除必須準(zhǔn)備固定的夾具以外，要考慮其后的維護(hù)的話，該夾具不僅在示教時(shí)、就是在機(jī)械手系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)也需要總是固定，在多個(gè)機(jī)械手系統(tǒng)中共用很困難。再有，為得到校準(zhǔn)的精度，必須準(zhǔn)備大尺寸的夾具。
另外，在通過直接接觸進(jìn)行校準(zhǔn)的方法中，需要考慮使在兩臺(tái)機(jī)械手之間的距離離開的情況下夾具的尖端不彎曲那樣的機(jī)械手前端部的夾具的剛性。此外也有示教的問題。無論在直接接觸還是間接接觸的校準(zhǔn)方法中，為計(jì)算安裝夾具的兩機(jī)械手的坐標(biāo)系彼此的相對(duì)位置，需要使3維空間中的3個(gè)或3個(gè)以上的地方的兩臺(tái)機(jī)械手定位到同一位置、存儲(chǔ)各機(jī)械手的位置，但是為提高精度，在盡可能寬的范圍內(nèi)設(shè)置3個(gè)示教位置，需要對(duì)機(jī)械手進(jìn)行示教，以使在各處定位、夾具正確一致。在這一示教中，除要求正確性外，因?yàn)槭峭ㄟ^接觸的方法，所以存在由于常有的誤操作(夾具給進(jìn)錯(cuò)誤)使夾具與其他物體碰撞引起破損事故的危險(xiǎn)。
這樣使用現(xiàn)有的夾具的方法，因?yàn)闊o論何種都會(huì)加大使用者的負(fù)擔(dān)，因此強(qiáng)烈要求改進(jìn)。本發(fā)明的目的是消除存在于求在各機(jī)械手上設(shè)定的機(jī)械手坐標(biāo)系間的相對(duì)位置的校準(zhǔn)中的這些問題，減輕使用者的負(fù)擔(dān)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的校準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過導(dǎo)入下述方法解決上述問題，在作為被校準(zhǔn)對(duì)象的兩臺(tái)機(jī)械手的一方上搭載包含受光設(shè)備的計(jì)量裝置，另一方面，在另一方的機(jī)械手上搭載準(zhǔn)備有特征部的物體，組合通過計(jì)量裝置對(duì)特征部的計(jì)量(包含位置的2維特征量的計(jì)量)和兩臺(tái)機(jī)械手的相對(duì)移動(dòng)，取得校準(zhǔn)中所需要的數(shù)據(jù)。
更具體說，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，適用于包含設(shè)定第一機(jī)械手坐標(biāo)系的第一機(jī)械手和設(shè)定第二機(jī)械手坐標(biāo)系的第二機(jī)械手的機(jī)械手系統(tǒng)，其特征在于具有在上述第一機(jī)械手或者在該第一機(jī)械手上安裝的物體上搭載的、包含受光設(shè)備的計(jì)量裝置；定位上述第一機(jī)械手和上述第二機(jī)械手到初始狀態(tài)的各位置的部件；使用上述受光設(shè)備捕捉在上述第二機(jī)械手或者在該第二機(jī)械手上安裝的物體上的特征部、檢測在上述受光設(shè)備的受光面上成像的特征部的部件；根據(jù)上述檢測結(jié)果求上述第二機(jī)械手的移動(dòng)量使包含在上述受光面上的上述特征部的位置的2維特征量與預(yù)先確定的目標(biāo)值一致的部件；對(duì)應(yīng)該求得的上述第二機(jī)械手的移動(dòng)量使上述第二機(jī)械手移動(dòng)的部件；取得并存儲(chǔ)該移動(dòng)后的上述第二機(jī)械手的位置信息的部件；和在上述初始狀態(tài)給定3個(gè)或3個(gè)以上的場合使用在每一初始狀態(tài)中存儲(chǔ)的上述第二機(jī)械手的位置信息計(jì)算上述第一機(jī)械手坐標(biāo)系和上述第二機(jī)械手坐標(biāo)系的相對(duì)位置的部件。
這里，在上述機(jī)械手系統(tǒng)中，可以還包括在上述第二機(jī)械手的上述移動(dòng)后在取得并存儲(chǔ)上述第二機(jī)械手的位置前判定包含在上述受光設(shè)備的受光面上成像的特征部的上述受光面上的位置的2維特征量是否在規(guī)定的誤差內(nèi)與上述目標(biāo)值一致的一致判定部件(第二實(shí)施例)。
另外，也可以具有在通過上述一致判定部件不能判定在上述規(guī)定的誤差內(nèi)一致的場合使上述第二機(jī)械手的位置再次成為初始狀態(tài)的部件(第三實(shí)施例)。
下面，有關(guān)第四實(shí)施例的機(jī)械手系統(tǒng)，包含設(shè)定第一機(jī)械手坐標(biāo)系的第一機(jī)械手和設(shè)定第二機(jī)械手坐標(biāo)系的第二機(jī)械手，其特征在于具有在上述第一機(jī)械手或者在該第一機(jī)械手上安裝的物體上搭載的、包含受光設(shè)備的計(jì)量裝置；定位上述第一機(jī)械手和上述第二機(jī)械手的初始狀態(tài)各位置的部件；使用上述受光設(shè)備捕捉在上述第二機(jī)械手或者在該第二機(jī)械手上安裝的物體上的特征部、檢測在上述受光設(shè)備的受光面上成像的特征部的部件；根據(jù)上述檢測結(jié)果求上述第一機(jī)械手的移動(dòng)量使包含在上述受光面上的上述特征部的位置的2維特征量與預(yù)先確定的目標(biāo)值一致的部件；對(duì)應(yīng)該求得的上述第一機(jī)械手的移動(dòng)量使上述第一機(jī)械手移動(dòng)的部件；取得并存儲(chǔ)該移動(dòng)后的上述第一機(jī)械手的位置信息的部件；和在上述初始狀態(tài)給定3個(gè)或3個(gè)以上的場合使用在每一初始狀態(tài)中存儲(chǔ)的上述第一機(jī)械手的位置信息計(jì)算上述第一機(jī)械手坐標(biāo)系和上述第二機(jī)械手坐標(biāo)系的相對(duì)位置的部件。
這里，在機(jī)械手系統(tǒng)中，可以還包括在上述第一機(jī)械手的上述移動(dòng)后在取得并存儲(chǔ)上述第一機(jī)械手的位置前判定包含在上述受光設(shè)備的受光面上成像的特征部的上述受光面上的位置的2維特征量是否在規(guī)定的誤差內(nèi)與上述目標(biāo)值一致的一致判定部件(第五實(shí)施例)。另外，也可以具有在通過上述一致判定部件不能判定在上述規(guī)定的誤差內(nèi)一致的場合使上述第一機(jī)械手的位置再次成為初始狀態(tài)的部件(第六實(shí)施例)。
于是，在涉及以上任一發(fā)明的機(jī)械手系統(tǒng)中，可以把上述第一機(jī)械手和上述第二機(jī)械手連接在各自的機(jī)械手控制裝置上，使用通信部件連接兩機(jī)械手控制裝置之間(第七實(shí)施例)。或者也可以把上述第一機(jī)械手和上述第二機(jī)械手連接在同一機(jī)械手控制裝置上(第八實(shí)施例)。另外，上述計(jì)量裝置的搭載，也可以在計(jì)算上述第一機(jī)械手和上述第二機(jī)械手的相對(duì)位置時(shí)臨時(shí)執(zhí)行(第九實(shí)施例)。再有，關(guān)于上述特征部，也可以在計(jì)算上述第一機(jī)械手和上述第二機(jī)械手的相對(duì)位置時(shí)臨時(shí)設(shè)置(第十實(shí)施例)。在上述計(jì)量裝置上裝備的受光設(shè)備典型的是拍攝2維圖像的照相機(jī)(第十一實(shí)施例)，但也可以選用PSD(Position Sensing Detector位置檢測型檢測器)(第十二實(shí)施例)。
根據(jù)本發(fā)明，求機(jī)械手間的相對(duì)位置的校準(zhǔn)作業(yè)成為以非接觸式、確保精度，而且簡單地進(jìn)行。其結(jié)果，在同時(shí)使用多個(gè)機(jī)械手的機(jī)械手系統(tǒng)中，可以減輕用戶負(fù)擔(dān)的示教成本以及與夾具的使用關(guān)聯(lián)的成本。
根據(jù)由附圖所示的本發(fā)明的示教實(shí)施例的詳細(xì)說明，本發(fā)明的這些以及其他的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將十分明顯。


圖1是表示在本發(fā)明的實(shí)施例中的全體結(jié)構(gòu)的概略的圖。
圖2是表示實(shí)施例中使用的機(jī)械手控制裝置的塊結(jié)構(gòu)的例圖。
圖3是表示實(shí)施例中使用的圖像處理裝置的塊結(jié)構(gòu)的例圖。
圖4是記述在實(shí)施例中執(zhí)行的準(zhǔn)備步驟的概要的流程圖。
圖5是表示目標(biāo)值設(shè)定用基準(zhǔn)狀態(tài)中的特征部的位置和照相機(jī)的搭載位置的關(guān)系的圖。
圖6是表示目標(biāo)值設(shè)定用基準(zhǔn)狀態(tài)中的特征部的圖像的例圖。
圖7是說明在實(shí)施例中執(zhí)行的校準(zhǔn)步驟的流程圖。
圖8是說明實(shí)施例中使特征部的位置和大小與圖像上目標(biāo)值一致地移動(dòng)的圖。
圖9是說明實(shí)施例中使特征部的位置和大小與圖像上目標(biāo)值一致的移動(dòng)步驟的流程圖。
圖10是表示取一臺(tái)機(jī)械手控制裝置的變形例的圖。
圖11是記述求從∑f’看的特征部代表點(diǎn)的位置Sf’的步驟的概略的流程圖。
圖12是使用監(jiān)視器畫面表示使特征部代表點(diǎn)移動(dòng)到規(guī)定點(diǎn)M的情況的圖。
圖13是與步驟T4相關(guān)聯(lián)的處理的說明圖。
圖14a是與步驟T8的處理相關(guān)聯(lián)的說明圖，表示通過旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的坐標(biāo)系∑v1的移動(dòng)的情況。
圖14b是與步驟T8的處理相關(guān)聯(lián)的說明圖，表示旋轉(zhuǎn)移動(dòng)和坐標(biāo)系∑v2的位置的關(guān)系。
圖15是與求Sf’的處理相關(guān)聯(lián)的說明圖。
圖16是記述求從∑f看的特征部代表點(diǎn)的位置Vf的步驟的概略的流程圖。
圖17是與步驟T4’的處理相關(guān)聯(lián)的說明圖。
圖18a是與步驟T8’的處理相關(guān)聯(lián)的說明圖，表示通過旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的坐標(biāo)系∑v1的移動(dòng)的情況。
圖18b是與步驟T8’的處理相關(guān)聯(lián)的說明圖，表示旋轉(zhuǎn)移動(dòng)和坐標(biāo)系∑v2的位置的關(guān)系。
圖19是與求特征部代表點(diǎn)的3維位置的處理相關(guān)聯(lián)的說明圖。
具體實(shí)施例方式
下面，順序參照

本發(fā)明的實(shí)施例。首先，圖1是表示在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的全體結(jié)構(gòu)的概略圖。在該圖中，作為校準(zhǔn)對(duì)象的機(jī)械手是機(jī)械手R1和機(jī)械手R2，連接到各自的機(jī)械手控制裝置5、6上。
一個(gè)機(jī)械手(這里是第一機(jī)械手)R1的臂前端部上安裝照相機(jī)4。照相機(jī)4例如是CCD照相機(jī)，是公知的具有通過拍攝用受光面(CCD陣列面上)檢測2維圖像的功能的受光設(shè)備。此外，如后所述，作為受光設(shè)備也可以使用PSD(Position Sensing Detector位置檢測型檢測器)。照相機(jī)4連接到具有由LCD、CRT等構(gòu)成的監(jiān)視器3的圖像處理裝置2。
在另一個(gè)機(jī)械手(這里是第二機(jī)械手)R2的臂前端部上準(zhǔn)備特征部30。該特征部30，可以是在機(jī)械手R2上原來具有的特征部(例如螺栓的頭部、螺栓孔、機(jī)體上印刷的標(biāo)記等)，也可以安裝描繪用于校準(zhǔn)的標(biāo)記等的物體。另外，也可以在機(jī)械手R2的臂前端部上新描繪用于校準(zhǔn)的特征部30。符號(hào)31是代表特征部30的位置的點(diǎn)(特征部代表點(diǎn))。如后所述，在本實(shí)施例中，特征部30取具有圓形輪廓的標(biāo)記，特征部代表點(diǎn)31取該圓形輪廓的中心點(diǎn)。
此外，該特征部30只要在后述的校準(zhǔn)作業(yè)的執(zhí)行中固定的話就足夠了，在校準(zhǔn)開始前或結(jié)束后取出完全無礙。這一事實(shí)對(duì)于在機(jī)械手R1上安裝的照相機(jī)4也同樣，照相機(jī)4只要在校準(zhǔn)作業(yè)的執(zhí)行中固定的話就足夠了，在校準(zhǔn)開始前或結(jié)束后自由取出。當(dāng)然，在校準(zhǔn)結(jié)束后還把照相機(jī)4原樣安裝在機(jī)械手R1上，為了本來的作業(yè)(處理等)把照相機(jī)4作為視覺傳感器的頭部使用也行。另外，在為了校準(zhǔn)而描繪特征部30的場合，在校準(zhǔn)結(jié)束后將其拆除也無不可。
在機(jī)械手R1上，設(shè)定在機(jī)械手底座上固定的機(jī)械手坐標(biāo)系∑b和在工具安裝面上固定的機(jī)械接口坐標(biāo)系∑f(圖1中省略圖示；參照圖5)，在機(jī)械手控制裝置5內(nèi)，從執(zhí)行校準(zhǔn)以前，可以隨時(shí)知道該機(jī)械接口坐標(biāo)系(∑f)的原點(diǎn)的位置、姿勢(當(dāng)前位置)。
同樣，在機(jī)械手R2上，設(shè)定在機(jī)械手底座上固定的機(jī)械手坐標(biāo)系∑b’和在工具安裝面上固定的機(jī)械接口坐標(biāo)系∑f’(圖1中省略圖示；參照圖5)，在機(jī)械手控制裝置6內(nèi)，從執(zhí)行校準(zhǔn)以前，可以隨時(shí)知道該機(jī)械接口坐標(biāo)系(∑f’)的原點(diǎn)的位置、姿勢(當(dāng)前位置)。
機(jī)械手控制裝置5具有如圖2所示的公知的塊結(jié)構(gòu)。亦即，在連接主CPU(以下簡單稱CPU)11的總線17上，并聯(lián)連接由RAM、ROM、非易失性存儲(chǔ)器等組成的存儲(chǔ)器12、示教操作盤用接口13、通信接口14、伺服控制部15、外部裝置用的輸入輸出接口16。
伺服控制部15的伺服控制器#1～#n(n是機(jī)械手R1的軸數(shù)，這里取n＝6)，接收經(jīng)為進(jìn)行機(jī)械手R1的控制的運(yùn)算處理(軌道計(jì)劃生成和基于此的插補(bǔ)、逆變換等)生成的移動(dòng)指令，合并從附屬各軸的脈沖編碼器(省略圖示)接受的反饋信號(hào)、向伺服放大器輸出轉(zhuǎn)矩指令。
各伺服放大器A1～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)其運(yùn)轉(zhuǎn)。通信接口14通過通信線路分別連接圖像處理裝置2以及第二機(jī)械手R2的機(jī)械手控制裝置6(參照圖1)的通信接口(省略圖示)，通過這些通信線路，在圖像處理裝置2以及機(jī)械手控制裝置6之間進(jìn)行與后述的計(jì)量相關(guān)聯(lián)的指令、計(jì)量結(jié)果數(shù)據(jù)以及各機(jī)械手R1、R2的當(dāng)前位置數(shù)據(jù)等的收發(fā)。
機(jī)械手控制裝置6的結(jié)構(gòu)和功能因?yàn)楹蜋C(jī)械手控制裝置5相同，所以省略詳細(xì)說明。但是示教操作盤用接口和示教操作盤在機(jī)械手控制裝置6中省略。亦即在示教操作盤用接口13上連接的示教操作盤18為機(jī)械手R1、R2共用，操作員通過該示教操作盤18的手工操作，執(zhí)行各機(jī)械手R1、R2的動(dòng)作程序(根據(jù)需要包含協(xié)調(diào)動(dòng)作的動(dòng)作程序)的生成、修正、登錄、或者在各種參數(shù)的設(shè)定以外示教的動(dòng)作程序的再生運(yùn)行、進(jìn)給等。支持機(jī)械手R1、R2以及機(jī)械手控制裝置5、6的基本功能的系統(tǒng)程序存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器12的ROM中。
另外，根據(jù)應(yīng)用示教的機(jī)械手的動(dòng)作程序(例如工件處理的程序)以及關(guān)聯(lián)設(shè)定數(shù)據(jù)，被適當(dāng)分配存儲(chǔ)在機(jī)械手控制裝置5的存儲(chǔ)器12的非易失性存儲(chǔ)器以及機(jī)械手控制裝置6的同樣的存儲(chǔ)器(省略圖示)中。
另外，用于后述的各種處理(關(guān)聯(lián)校準(zhǔn)的機(jī)械手移動(dòng)以及和為此的圖像處理裝置的通信的處理)的程序、參數(shù)等數(shù)據(jù)也存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器12非易失性存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)器12的RAM用作臨時(shí)存儲(chǔ)主CPU11執(zhí)行的各種運(yùn)算處理中的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)域。機(jī)械手控制裝置6內(nèi)的存儲(chǔ)器的RAM也用作臨時(shí)存儲(chǔ)機(jī)械手控制裝置6的主CPU(省略圖示)執(zhí)行的各種運(yùn)算處理中的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)域。
圖像處理裝置2具有圖3所示的公知的塊結(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50分別連接ROM21、圖像處理處理器22、照相機(jī)接口23、監(jiān)視器接口24、輸入輸出設(shè)備(I/O)、幀存儲(chǔ)器(圖像存儲(chǔ)器)26、非易失性存儲(chǔ)器27、RAM28以及通信接口29。
在照相機(jī)接口23上連接作為拍攝部件的照相機(jī)(這里是照相機(jī)4；參照圖1)，通過照相機(jī)接口23在送出拍攝指令時(shí)，通過在照相機(jī)4上設(shè)定的電子快門功能進(jìn)行拍攝，通過照相機(jī)接口23把影像信號(hào)以灰度色標(biāo)的形式存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器26中。在監(jiān)視器接口24上連接監(jiān)視器(這里是監(jiān)視器3；參照圖1)，根據(jù)需要顯示照相機(jī)正在拍攝的圖像、在幀存儲(chǔ)器26中存儲(chǔ)的過去的圖像、接受通過圖像處理處理器22處理的圖像等。
下面說明以上述結(jié)構(gòu)和功能為前提，使用本發(fā)明的技術(shù)思想，求在第一機(jī)械手R1上設(shè)定的機(jī)械手坐標(biāo)系∑b和在第二機(jī)械手R2上設(shè)定的機(jī)械手坐標(biāo)系∑b’相對(duì)的位置姿勢關(guān)系的步驟。此外，受光設(shè)備，作為在圖像處理裝置2上連接的照相機(jī)(CCD照相機(jī))來說明，但是，如上所述，不用說也可以置換為適宜的其他受光設(shè)備和適合它們的信號(hào)處理裝置。
首先，使用圖4的流程圖中所示的步驟執(zhí)行必要的準(zhǔn)備。各步驟的要點(diǎn)如下所記。
步驟F1；移動(dòng)機(jī)械手R1、R2的一方或者兩方，作為“目標(biāo)值設(shè)定用基準(zhǔn)狀態(tài)”。這里，在目標(biāo)值設(shè)定用基準(zhǔn)狀態(tài)中，只要是在照相機(jī)4的視野中以適當(dāng)?shù)拇笮〔蹲教卣鞑?0得到的狀態(tài)，一般，機(jī)械手R1、R2的位置可以任意決定。例如，使用示教操作盤18進(jìn)給移動(dòng)機(jī)械手R1、R2的一方或者兩方，使照相機(jī)4和特征部30隔開適當(dāng)?shù)木嚯x，在幾乎正對(duì)的狀態(tài)下(參照圖1)定位機(jī)械手R1和/或機(jī)械手R2，將該狀態(tài)作為“目標(biāo)值設(shè)定用基準(zhǔn)狀態(tài)”。
圖5是表示目標(biāo)值設(shè)定用基準(zhǔn)狀態(tài)中的特征部30的位置和照相機(jī)的搭載位置的關(guān)系的圖。圖中40表示連接照相機(jī)4的透鏡中心和特征部代表點(diǎn)31的直線(視線)。另外，Vf表示從在機(jī)械手R1的工具安裝面上固定的機(jī)械接口坐標(biāo)系∑f看特征部代表點(diǎn)31的位置(行列式)，Sf’表示從在機(jī)械手R2的工具安裝面上固定的機(jī)械接口坐標(biāo)系∑f’看特征部代表點(diǎn)31的位置(行列式)。
步驟F2；在目標(biāo)值設(shè)定用基準(zhǔn)狀態(tài)下，使用照相機(jī)4執(zhí)行拍攝，檢測包含在特征部30的畫面上的位置的2維特征量。在本實(shí)施例中，檢測特征部30的受光畫面上的位置(特征部代表點(diǎn)31的受光畫面上的位置)和大小，作為“目標(biāo)值”存儲(chǔ)(設(shè)定)。圖6表示目標(biāo)值設(shè)定用基準(zhǔn)狀態(tài)中的特征部30的圖像的例子。這里，因?yàn)榘褕A形的特征部30和照相機(jī)4幾乎正對(duì)的狀態(tài)定為目標(biāo)值設(shè)定用基準(zhǔn)狀態(tài)，所以大體在畫面的中央形成了圓形的像30c。31c是其中心點(diǎn)。此外，一般考慮照相機(jī)4斜著看圓形的特征部30的可能性，“特征部30的受光面上的大小”用“特征部30的受光面上的最大直徑(沿橢圓長軸的直徑)”代表。
步驟F3；關(guān)于在第二機(jī)械手R2上安裝的特征部30，使用照相機(jī)4以及圖像處理裝置2測量從在機(jī)械手R2的工具安裝面上固定的機(jī)械接口坐標(biāo)系∑f’看的位置，亦即看特征部代表點(diǎn)31的位置(行列式)Sf’。在該計(jì)量中，可以利用在特愿2004-113451號(hào)的說明書/附圖中記載的方法。其要點(diǎn)后述。
步驟F4；關(guān)于在第二機(jī)械手R2上安裝的特征部30，使用照相機(jī)4以及圖像處理裝置2測量從機(jī)械手R1的機(jī)械手坐標(biāo)系∑b看的位置，亦即看特征部代表點(diǎn)31的位置(行列式)，存儲(chǔ)結(jié)果。在該計(jì)量中，可以利用在特愿2004-9848號(hào)的說明書/附圖中記載的方法。其要點(diǎn)后述。
步驟F5；根據(jù)步驟F4的結(jié)果和在得到該結(jié)果時(shí)的機(jī)械手R1的當(dāng)前位置(在∑b上的∑f的位置)，求從在機(jī)械手R1的工具安裝面上固定的機(jī)械接口坐標(biāo)系∑f看的特征部30的位置，亦即看特征部代表點(diǎn)31的位置(行列式)Vf并存儲(chǔ)，結(jié)束準(zhǔn)備作業(yè)。
在以上的準(zhǔn)備下，以圖7的流程圖所示步驟執(zhí)行。各步驟的要點(diǎn)如下所記。
步驟G1；把第一機(jī)械手R1和第二機(jī)械手R2移動(dòng)到第一初始狀態(tài)的各位置。第一初始狀態(tài)的各位置(機(jī)械手R1的第一初始位置和機(jī)械手R2的第一初始位置)，和后述的第二、第三初始位置一樣，只要是在照相機(jī)4的視野中以適當(dāng)?shù)拇笮〔蹲教卣鞑?0得到的初始狀態(tài)，一般，可以在3維空間內(nèi)任意決定。一般，在初始狀態(tài)下，照相機(jī)4和特征部30成為從對(duì)應(yīng)上述的目標(biāo)值的位置(在本實(shí)施例中受光面中央附近；參照圖6)稍微偏離的位置。這里，設(shè)通過使用照相機(jī)4拍攝得到在監(jiān)視器3中圖8中用符號(hào)30a表示那樣的特征部(圖像)位置的狀態(tài)為第一初始狀態(tài)。符號(hào)31a是30a的中心位置(特征部代表點(diǎn)的位置)。在向初始狀態(tài)的移動(dòng)中，例如可以利用使用示教操作盤18的進(jìn)給移動(dòng)。
步驟G2；從第一初始狀態(tài)，移動(dòng)第一機(jī)械手R1，以使得到上述目標(biāo)值。圖8中的符號(hào)30b表示對(duì)應(yīng)目標(biāo)值的特征部30的圖像。符號(hào)31b是特征部30的圖像30b的中心位置(特征部代表點(diǎn)的位置)。
該移動(dòng)方法比較簡單。例如，可以在最初對(duì)于∑f的X、Y、Z的各方向，試分別移動(dòng)一定的量，觀察在各圖像上在哪個(gè)方向上移動(dòng)有多大程度的變化，導(dǎo)出第一機(jī)械手R1(∑f)的3維空間內(nèi)的移動(dòng)量和圖像上的目標(biāo)值變化(圖像上的移動(dòng)量的變化和大小的變化)的關(guān)系，使機(jī)械手R1移動(dòng)。
因?yàn)樵摲椒ㄗ陨肀娝苤?，所以省略詳?xì)說明。圖9示出在使特征部30的圖像上的位置和大小與目標(biāo)值一致之前的流程圖。首先，進(jìn)行最初拍攝，檢測特征部(步驟S1)。檢查檢測結(jié)果在位置、大小方面對(duì)于目標(biāo)值是否在預(yù)先設(shè)定的誤差范圍內(nèi)(步驟S2)，如在誤差范圍內(nèi)則結(jié)束處理。例如，如果關(guān)于位置、大小的目標(biāo)值的偏離都在0.1％或以下，則認(rèn)為在誤差范圍內(nèi)。
不在誤差范圍內(nèi)的情況下，以當(dāng)前的檢測結(jié)果為基礎(chǔ)，決定第一機(jī)械手R1的移動(dòng)量(步驟S3)。此外，該移動(dòng)作為不改變∑f的姿勢的平移決定其移動(dòng)量。接著，執(zhí)行該決定的平移(步驟S4)，返回步驟S1。通過重復(fù)以上的步驟，最終可以使檢測結(jié)果吻合目標(biāo)值。
步驟G3；達(dá)到目標(biāo)值的話，對(duì)于第一機(jī)械手R1和第二機(jī)械手R2兩者都取入其當(dāng)前位置，進(jìn)行存儲(chǔ)。分別用P1、Q1表示這些機(jī)械手R1、R2的當(dāng)前位置。
步驟G4；改變步驟G1中的初始狀態(tài)的各位置，同時(shí)重復(fù)N次(N≥3)上述步驟G1～步驟G3。例如在N＝3的場合，可以分別選擇關(guān)于機(jī)械手R1的3個(gè)初始位置、關(guān)于機(jī)械手R2的3個(gè)初始位置，生成3種初始狀態(tài)。但是，使關(guān)于機(jī)械手R1的3個(gè)初始位置以及關(guān)于機(jī)械手R2的3個(gè)初始位置的哪一個(gè)都不在一直線上排列。
步驟G5；根據(jù)通過N次重復(fù)得到的機(jī)械手R1的位置P1…PN和機(jī)械手R2的位置Q1…QN，求表示從∑b到∑b’的坐標(biāo)變換的行列式T。為此應(yīng)該解的方程式如下決定。
即，關(guān)于上述各位置的集合Pi，Qi(i＝1～N)，因?yàn)槌闪⑾率?，所以通過將其作為聯(lián)立方程式求解，可以得到T。
T*Qi*Sf’＝Pi*Vf這里，Sf’以及Vf的數(shù)據(jù)使用在上述的準(zhǔn)備作業(yè)中已存儲(chǔ)的值。
此外，這樣的聯(lián)立方程式的解法眾所周知，這里不詳細(xì)涉及。另外，在這里向目標(biāo)值實(shí)現(xiàn)的機(jī)械手的移動(dòng)取設(shè)置特征部30的機(jī)械手R1的移動(dòng)，但是因?yàn)橐苿?dòng)照相機(jī)或移動(dòng)計(jì)量對(duì)象是相對(duì)的，所以不需要特別說明可以通過用移動(dòng)機(jī)械手R2達(dá)到目標(biāo)值的同樣的方法來計(jì)算T。另外，迄今說明了使用通信線路連接各個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)，但是，如在圖10中用符號(hào)1所示，也可以取1臺(tái)機(jī)械手控制裝置，通過1臺(tái)機(jī)械手控制裝置來控制第一機(jī)械手和第二機(jī)械手兩者。在這一場合，當(dāng)然不需要在兩臺(tái)機(jī)械手控制裝置的場合下必要的機(jī)械手控制裝置之間的通信線路。此外，在圖10中，省略了連接照相機(jī)4及機(jī)械手控制裝置1的圖像處理裝置的圖示。
最后，說明上述的、求“從機(jī)械手R2的機(jī)械接口坐標(biāo)系∑f’看特征部代表點(diǎn)31的位置(行列式)Sf’”、和“從機(jī)械手R1的機(jī)械手坐標(biāo)系∑b看特征部代表點(diǎn)31的位置(行列式)Vf”的方法的要點(diǎn)。首先，敘述Sf’的求法。
在圖5中，記載有照相機(jī)4的視線40。視線40是從照相機(jī)4的代表點(diǎn)(例如透鏡中心)朝向特征部代表點(diǎn)31的直線。關(guān)聯(lián)視線40，在圖5中記載坐標(biāo)系∑v。即，設(shè)坐標(biāo)系∑v是表示從照相機(jī)4的代表點(diǎn)(例如透鏡中心)朝向特征部代表點(diǎn)31的視線40的坐標(biāo)系，原點(diǎn)在視線40上，1個(gè)坐標(biāo)軸(例如Z軸)與視線40一致。另外，如所述，∑f是在機(jī)械手R1的工具安裝面上固定的機(jī)械接口的坐標(biāo)系，∑f’是在機(jī)械手R2的工具安裝面上固定的機(jī)械接口的坐標(biāo)系。
圖11的流程圖表示求從∑f’看的特征部代表點(diǎn)31的位置Sf’的步驟的概略。此外，在圖11的流程圖中，設(shè)“機(jī)械手”指機(jī)械手R2。
在求使用上述結(jié)構(gòu)的特征部代表點(diǎn)31的相對(duì)位置的場合，“求視線40”成為基本操作。一般，公知用于求視線的所謂的照相機(jī)校準(zhǔn)的方法，但是這里不需要那樣的方法。即，為不依賴照相機(jī)校準(zhǔn)的方法獲得關(guān)于視線40的信息，使在特征部代表點(diǎn)31的受光面上的位置朝向(到達(dá))受光面上的規(guī)定地方那樣來移動(dòng)機(jī)械手的處理成為基本的處理。這里，“受光面上的規(guī)定地方”具體說例如如“受光面上的中心點(diǎn)(幾何學(xué)重心位置)”，因?yàn)樽鳛椤耙?guī)定的點(diǎn)”預(yù)先被定義，所以在下面稱這一處理為“規(guī)定點(diǎn)移動(dòng)處理”。
首先在步驟T1，移動(dòng)機(jī)械手R2朝向照相機(jī)4把特征部代表點(diǎn)31收在視野中的適當(dāng)?shù)某跏嘉恢?定位機(jī)械手到初始位置)。接著，執(zhí)行如下述的規(guī)定點(diǎn)移動(dòng)處理(步驟T2)。即，使用受光設(shè)備(照相機(jī)，PSD等)捕捉的特征部代表點(diǎn)31在朝向“受光面上的規(guī)定點(diǎn)”那樣的方向上移動(dòng)工具30(利用機(jī)械手移動(dòng))，實(shí)際上，執(zhí)行在受光面上在規(guī)定的誤差內(nèi)使特征部代表點(diǎn)31與規(guī)定點(diǎn)一致的處理。
使用在步驟F2中存儲(chǔ)的“目標(biāo)值”作為“受光面上的規(guī)定點(diǎn)”。圖12是表示使用監(jiān)視器畫面表示使特征部代表點(diǎn)31與“目標(biāo)值”一致的情況的圖。在該圖中，設(shè)定監(jiān)視器3的畫面，以使點(diǎn)M與“目標(biāo)值”對(duì)應(yīng)。當(dāng)前，設(shè)機(jī)械手R2處于定位在適當(dāng)?shù)某跏嘉恢玫臓顟B(tài)，特征部30、特征部代表點(diǎn)31的像30d、31d在圖示那樣的位置顯現(xiàn)。
在這一場合，像31d在畫面上朝向點(diǎn)M在斜左下方向移動(dòng)的方向上移動(dòng)機(jī)械手R2應(yīng)該是不錯(cuò)的。這是和為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)值移動(dòng)機(jī)械手是同樣的移動(dòng)，比較簡單，具體說，例如可以執(zhí)行試在機(jī)械接口坐標(biāo)系∑f’的XY平面內(nèi)任意的幾個(gè)方向(多個(gè)方向)上移動(dòng)機(jī)械手R2，每次觀察特征部代表點(diǎn)的像31d在圖像上在哪個(gè)方向上移動(dòng)，求機(jī)械手R2的移動(dòng)方向和圖像上的特征部代表點(diǎn)的移動(dòng)方向的關(guān)系、以及機(jī)械手的移動(dòng)量和圖像上的特征部代表點(diǎn)的移動(dòng)量的關(guān)系的步驟。
因?yàn)楦鶕?jù)這樣的方法求移動(dòng)方向以及移動(dòng)量這件事自身眾所周知，因此省略詳細(xì)說明。另外，在以下的說明中，假設(shè)到這里的準(zhǔn)備已經(jīng)完成。使通過照相機(jī)4拍攝的特征部代表點(diǎn)(像31d)和圖像上的規(guī)定點(diǎn)M一致的處理，因?yàn)楹蛨D9的流程圖中所示的相同，因此極簡單地記述。
首先，執(zhí)行特征部30的拍攝，在圖像處理裝置2內(nèi)求特征部代表點(diǎn)31的圖像上的位置31d。接著，判斷該位置是否在預(yù)先設(shè)定的誤差范圍內(nèi)與圖像上的規(guī)定點(diǎn)M一致。如果在誤差范圍內(nèi)一致(像31e與點(diǎn)M一致)，則結(jié)束規(guī)定點(diǎn)移動(dòng)處理。如果不在誤差范圍內(nèi)，則計(jì)算把像31d在圖像上移動(dòng)到規(guī)定點(diǎn)M(像31e)的機(jī)械手平移指令(坐標(biāo)系∑f’的姿勢一定)。據(jù)此移動(dòng)機(jī)械手R2，移動(dòng)結(jié)束的話再檢查一致度。以下同樣，在做出“一致”的判斷前重復(fù)上述循環(huán)。
以上是“規(guī)定點(diǎn)移動(dòng)處理”，在該處理結(jié)束的時(shí)刻，亦即如果從拍攝在圖12中用符號(hào)31d表示的特征部代表點(diǎn)的圖像的機(jī)械手的初始位置，通過上述規(guī)定點(diǎn)移動(dòng)處理，如果結(jié)束向獲得在規(guī)定點(diǎn)M用符號(hào)31e表示的特征部代表點(diǎn)像的機(jī)械手位置的移動(dòng)的話，則取得機(jī)械手坐標(biāo)系∑b’上的坐標(biāo)系∑f’的位置Qf1，并存儲(chǔ)。
下面，前進(jìn)到求視線40的方向的處理。視線40，在規(guī)定點(diǎn)M顯現(xiàn)特征部代表點(diǎn)像的狀態(tài)下，是連接相當(dāng)于規(guī)定點(diǎn)M的照相機(jī)拍攝面上的點(diǎn)M和特征部代表點(diǎn)31的直線。這里，該直線對(duì)于表示機(jī)械手的機(jī)械接口的坐標(biāo)系∑f’求朝向哪個(gè)方向。為此首先通過步驟T4的處理使機(jī)械手R2平移。圖13是關(guān)聯(lián)這一處理的說明圖，在該圖中，坐標(biāo)系∑v1是為求視線40的方向考慮的坐標(biāo)系，設(shè)滿足下面的條件。
(I)坐標(biāo)系∑f’和坐標(biāo)系∑v1具有同一原點(diǎn)。
(II)坐標(biāo)系∑v1的Z軸方向和視線40的方向一致。
該坐標(biāo)系∑v1的Z軸，求在規(guī)定點(diǎn)移動(dòng)處理結(jié)束時(shí)在坐標(biāo)系∑f’上朝向哪個(gè)方向。更具體說，考慮求表示坐標(biāo)系∑f’上的坐標(biāo)系∑v1的姿勢的歐拉角(W，P，R)內(nèi)的(W，P)分量。
為此，首先執(zhí)行的是該步驟T4的平移。在該移動(dòng)中，不改變工具的姿勢使機(jī)械手向特征部代表點(diǎn)31和照相機(jī)的距離不同的位置平移(參照箭頭A)。圖13中的符號(hào)30a、30b表示移動(dòng)前、移動(dòng)后的工具。
一執(zhí)行通過步驟T4的平移，當(dāng)然，一般特征部代表點(diǎn)31的像就再次從規(guī)定點(diǎn)M離開。因此，再次執(zhí)行規(guī)定點(diǎn)移動(dòng)處理(步驟T5)。關(guān)于規(guī)定點(diǎn)移動(dòng)處理如在步驟T2中說明的一樣，使特征部代表點(diǎn)31的像從規(guī)定點(diǎn)M再次回到誤差范圍內(nèi)的位置。在步驟T5結(jié)束后，取得并存儲(chǔ)機(jī)械手坐標(biāo)系∑b’上的坐標(biāo)系∑f’的位置Qf2(步驟T6)。
連接在上述步驟T3得到的Qf1和在上述步驟T6得到的Qf2的直線表示視線40的方向。設(shè)在步驟T4的機(jī)械手移動(dòng)前的∑f’上看到的從Qf1向Qf2的相對(duì)移動(dòng)量為dX、dY、dZ，則可以使用下式計(jì)算表示坐標(biāo)系∑f’上的坐標(biāo)系∑v1的姿勢的歐拉角(W，P，R)。由此，通過決定坐標(biāo)系∑v1，其Z軸方向表示視線40的方向。
(公式1)W=tan-1(-dY(dX)2+(dZ)2)]]>P=tan-1(dXdZ)]]>R＝0[關(guān)于步驟T8、T9、T10、T11]在步驟T7是求視線40的方向，下面前進(jìn)到求視線40的位置的處理。圖14a、14b是關(guān)聯(lián)這一處理的說明圖，在圖14b中，設(shè)坐標(biāo)系∑v2是表示視線40的位置和方向的坐標(biāo)系，對(duì)應(yīng)作為圖5中的坐標(biāo)系∑v表記的內(nèi)容，滿足下面的條件。
(III)坐標(biāo)系∑v2在視線40上具有原點(diǎn)。
(IV)坐標(biāo)系∑v2的Z軸方向和視線40的方向一致。
視線40的方向已經(jīng)作為坐標(biāo)系∑v1(參照圖14a)的Z軸求得，坐標(biāo)系∑v2的Z軸方向和坐標(biāo)系∑v1的Z軸方向相同。為求得原點(diǎn)位置，使機(jī)械手向把Qf1圍繞坐標(biāo)系∑v1的Z軸旋轉(zhuǎn)180度的位置移動(dòng)(步驟T8)，接著再次執(zhí)行規(guī)定點(diǎn)移動(dòng)處理(步驟T9)。圖14a合并記載該旋轉(zhuǎn)移動(dòng)(參照箭頭B)、通過規(guī)定點(diǎn)移動(dòng)處理的移動(dòng)結(jié)束后的狀態(tài)，在圖14b中，表示坐標(biāo)系∑v2的原點(diǎn)位置。坐標(biāo)系∑v2的原點(diǎn)位置由旋轉(zhuǎn)移動(dòng)前后的坐標(biāo)系∑f的中點(diǎn)給出。
于是，取得并存儲(chǔ)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)結(jié)束后的機(jī)械手位置Qf3(步驟T10)。然后，求該Qf1和Qf3的中點(diǎn)作為坐標(biāo)系∑v2的原點(diǎn)位置。
然后，把在通過步驟T8的機(jī)械手移動(dòng)前的坐標(biāo)系∑f’上看去的從Qf1到Qf3的相對(duì)移動(dòng)量作為dX、dY、dZ，使用下式求在坐標(biāo)系∑f’上看的坐標(biāo)系∑v2的原點(diǎn)(X，Y，Z)。因?yàn)樽鴺?biāo)系∑v2的姿勢和坐標(biāo)系∑v1的姿勢相同，結(jié)果，成為求通過步驟T8的機(jī)械手移動(dòng)前的坐標(biāo)系∑f’上看的坐標(biāo)系∑v2的位置、姿勢(步驟T11)。
(公式2)X=dX2]]>Y=dY2]]>Z=dZ2]]>[關(guān)于步驟T12、T13、T14、T15]最后，利用視線40的位置、姿勢，執(zhí)行求特征部代表點(diǎn)的位置的處理。圖15是關(guān)聯(lián)這點(diǎn)的說明圖。使機(jī)械手傾斜移動(dòng)到把Qf1圍繞坐標(biāo)系∑v2的Y軸傾斜的位置(步驟T12)。然后再次執(zhí)行規(guī)定點(diǎn)移動(dòng)處理(步驟T13)。圖15一起表示該處理結(jié)束后的狀態(tài)和工具30b(坐標(biāo)系∑v2移動(dòng)到坐標(biāo)系∑v2’)。此外，符號(hào)30a表示傾斜移動(dòng)前的特征部。取得步驟T13結(jié)束后的機(jī)械手位置Qf4(步驟T14)，進(jìn)行存儲(chǔ)。
這里，從機(jī)械手定位Qf4時(shí)的∑f’看的∑v2’用V表示，機(jī)械手定位Qf1時(shí)的∑v2表示為Qf4-1·Qf1·V求兩者的Z軸的交點(diǎn)的話，其成為位于機(jī)械手位置Qf4的特征部代表點(diǎn)31的位置(坐標(biāo)系∑b’上的位置)。通過使用機(jī)械手位置Qf4將其變換為Sf’，可以求坐標(biāo)系∑b’的特征部代表點(diǎn)31的位置Sf’(步驟T15)。
下面敘述求Vf的方法。求從∑f看的特征部代表點(diǎn)31的位置Vf的步驟的概略在圖16的流程圖中表示。此外，設(shè)在圖16的流程圖中“機(jī)械手”指機(jī)械手R1。另外，為方便起見，和圖11的流程圖共用一部分記號(hào)，但是希望注意這些僅在圖16的流程圖內(nèi)及其說明中有效。
規(guī)定點(diǎn)移動(dòng)處理，因?yàn)橐院蜕鲜霾襟ET1、T2同樣的處理進(jìn)行所以省略詳細(xì)說明，但是總之，使受光設(shè)備在用受光設(shè)備(照相機(jī)，PSD等)捕捉的特征部代表點(diǎn)31在朝向“受光面上的規(guī)定點(diǎn)”那樣的方向上移動(dòng)，實(shí)際上，是在受光面上在規(guī)定的誤差內(nèi)使特征部代表點(diǎn)31與規(guī)定點(diǎn)一致的處理。使用在步驟F2中存儲(chǔ)的“目標(biāo)值”作為“受光面上的規(guī)定點(diǎn)”(規(guī)定點(diǎn)M)。
在規(guī)定點(diǎn)移動(dòng)處理結(jié)束的時(shí)刻，亦即如果在向在規(guī)定點(diǎn)M獲得特征部代表點(diǎn)像的機(jī)械手位置的移動(dòng)結(jié)束后，取得并存儲(chǔ)機(jī)械手坐標(biāo)系∑b上的坐標(biāo)系∑f的位置Qf1。
下面，前進(jìn)到求視線40的方向的處理。視線40，是在規(guī)定點(diǎn)M顯現(xiàn)特征部代表點(diǎn)像的狀態(tài)下，連接相當(dāng)于規(guī)定點(diǎn)M的照相機(jī)拍攝面上的點(diǎn)M和特征部代表點(diǎn)31的直線。這里，該直線對(duì)于表示機(jī)械手R1的機(jī)械接口的坐標(biāo)系∑f求朝向哪個(gè)方向。為此首先通過步驟T4’的處理使機(jī)械手R1平移。
圖17是關(guān)聯(lián)這一處理的說明圖，在該圖中，坐標(biāo)系∑v1是為求視線40的方向考慮的坐標(biāo)系，設(shè)滿足下面的條件。
(I)坐標(biāo)系∑f和坐標(biāo)系∑v1具有同一原點(diǎn)。
(II)坐標(biāo)系∑v1的Z軸方向和視線40的方向一致。
該坐標(biāo)系∑v1的Z軸，求在規(guī)定點(diǎn)移動(dòng)處理結(jié)束時(shí)在坐標(biāo)系∑f上朝向哪個(gè)方向。更具體說，考慮求表示坐標(biāo)系∑f上的坐標(biāo)系∑v1的姿勢的歐拉角(W，P，R)內(nèi)的(W，P)分量。
為此，首先執(zhí)行的是該步驟T4’的平移。在該移動(dòng)中，不改變照相機(jī)的姿勢使機(jī)械手R1向照相機(jī)和特征部代表點(diǎn)31的距離不同的位置平移(參照箭頭A)。圖17中的符號(hào)4a、4b表示移動(dòng)前、移動(dòng)后的照相機(jī)。

一執(zhí)行通過步驟T4’的平移，當(dāng)然，一般特征部代表點(diǎn)31的像就再次從規(guī)定點(diǎn)M離開。因此，再次執(zhí)行規(guī)定點(diǎn)移動(dòng)處理(步驟T5’)。關(guān)于規(guī)定點(diǎn)移動(dòng)處理已經(jīng)說明，使特征部代表點(diǎn)31的像從規(guī)定點(diǎn)M再次回到誤差范圍內(nèi)的位置。在步驟T5’結(jié)束后，取得并存儲(chǔ)機(jī)械手坐標(biāo)系∑b上的坐標(biāo)系∑f的位置Qf2(步驟T6’)。
連接在上述步驟T3’得到的Qf1和在上述步驟T6’得到的Qf2的直線表示視線40的方向。設(shè)在步驟T4’的機(jī)械手R1移動(dòng)前的∑f上看到的從Qf1向Qf2的相對(duì)移動(dòng)量為dX、dY、dZ則可以使用下式計(jì)算表示坐標(biāo)系∑f上的坐標(biāo)系∑v1的姿勢的歐拉角(W，P，R)。由此，通過決定坐標(biāo)系∑v1，其Z軸方向表示視線40的方向。
(公式3)W=tan-1(-dY(dX)2+(dZ)2)]]>P=tan-1(dXdZ)]]>R＝0[關(guān)于步驟T8’、T9’、T10’、T11’]在步驟T7’是求視線40的方向，下面前進(jìn)到求視線40的位置的處理。圖18a、18b是關(guān)聯(lián)這一處理的說明圖，在圖18b中，設(shè)坐標(biāo)系∑v2是表示視線40的位置和方向的坐標(biāo)系，對(duì)應(yīng)作為圖5中的坐標(biāo)系∑v表記的內(nèi)容，滿足下面的條件。
(III)坐標(biāo)系∑v2在視線40上具有原點(diǎn)。
(IV)坐標(biāo)系∑v2的Z軸方向和視線40的方向一致。
視線40的方向已經(jīng)作為坐標(biāo)系∑v1(參照圖18a )的姿勢的Z軸求得，坐標(biāo)系∑v2的Z軸方向和坐標(biāo)系∑v1的Z軸方向相同。為求得原點(diǎn)位置，使機(jī)械手向把Qf1圍繞坐標(biāo)系∑v1的Z軸旋轉(zhuǎn)180度的位置移動(dòng)(步驟T8’)，接著再次執(zhí)行規(guī)定點(diǎn)移動(dòng)處理(步驟T9’)。圖18a合并記載該旋轉(zhuǎn)移動(dòng)(參照箭頭B)、通過規(guī)定點(diǎn)移動(dòng)處理的移動(dòng)結(jié)束后的狀態(tài)，在圖18b中，表示坐標(biāo)系∑v2的原點(diǎn)位置。坐標(biāo)系∑v2的原點(diǎn)位置由旋轉(zhuǎn)移動(dòng)前后的坐標(biāo)系∑f的中點(diǎn)給出。
于是，取得并存儲(chǔ)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)結(jié)束后的機(jī)械手R1的位置Qf3(步驟T10’)。然后，求該Qf1和Qf3的中點(diǎn)作為坐標(biāo)系∑v2的原點(diǎn)位置。
把在通過步驟T8’的機(jī)械手R1移動(dòng)前的坐標(biāo)系∑f上看去的從Qf1到Qf3的相對(duì)移動(dòng)量作為dX、dY、dZ，使用下式求在坐標(biāo)系∑f上看的坐標(biāo)系∑v2的原點(diǎn)(X，Y，Z)。因?yàn)樽鴺?biāo)系∑v2的姿勢和坐標(biāo)系∑v1的姿勢相同，結(jié)果，成為求通過步驟T8’的機(jī)械手R1移動(dòng)前的坐標(biāo)系∑f上看的坐標(biāo)系∑v2的位置、姿勢(步驟T11’)。
(公式4)X=dX2]]>Y=dY2]]>Z=dZ2]]>[關(guān)于步驟T12’、T13’、T14’、T15’]最后，利用視線40的位置、姿勢，執(zhí)行求特征部代表點(diǎn)的3維位置的處理。圖19是關(guān)聯(lián)這點(diǎn)的說明圖。使機(jī)械手R1傾斜移動(dòng)到把Qf1圍繞坐標(biāo)系∑v2的Y軸傾斜的位置(步驟T12’)。
然后再次執(zhí)行規(guī)定點(diǎn)移動(dòng)處理(步驟T13’)。圖19一起表示該處理結(jié)束后的狀態(tài)和視線40b(坐標(biāo)系∑v2移動(dòng)到坐標(biāo)系∑v2’)。此外，視線40a表示傾斜移動(dòng)前的視線，視線40b表示傾斜移動(dòng)后的視線。在步驟T13’結(jié)束后取得機(jī)械手R1的位置Qf4(步驟T14’)，進(jìn)行存儲(chǔ)。
這里，從機(jī)械手R1定位Qf1時(shí)(參照步驟T3’)的∑f看的∑v2用V表示，另一方面，機(jī)械手定位Qf4時(shí)的∑v2’表示為Qf1-1·Qf4·V。
從這些公式求兩者的Z軸的交點(diǎn)的話，其成為機(jī)械手位置Qf1的特征部代表點(diǎn)(被測定目標(biāo))31的3維位置。通過使用機(jī)械手位置將其變換為Vf，可以求從坐標(biāo)系∑f看的特征部代表點(diǎn)31的位置Vf(步驟T15’)。
在本發(fā)明中，是以機(jī)械手位置Qf1中的特征部30的在受光面上的大小和在步驟F2中存儲(chǔ)的“大小目標(biāo)值”相同為前提的。
這樣根據(jù)本發(fā)明，可以不需要校準(zhǔn)夾具進(jìn)行求機(jī)械手之間的相對(duì)位置的校準(zhǔn)作業(yè)。而且，在本發(fā)明中，校準(zhǔn)作業(yè)是非接觸式，可以確保精度，而且簡單地執(zhí)行。其結(jié)果，在同時(shí)使用多個(gè)機(jī)械手的機(jī)械手系統(tǒng)中可以減輕關(guān)聯(lián)用戶負(fù)擔(dān)的示教成本以及使用夾具的成本。
雖然以示教實(shí)施例表示和說明了本發(fā)明，但是熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人應(yīng)該理解，在上述實(shí)施例內(nèi)或者對(duì)其可以進(jìn)行上述和各種改變、刪減和添加，而不離開本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)械手系統(tǒng)，具有設(shè)定第一機(jī)械手坐標(biāo)系(∑b)的第一機(jī)械手(R1)和設(shè)定第二機(jī)械手坐標(biāo)系(∑b’)的第二機(jī)械手(R2)，其特征在于，包括在上述第一機(jī)械手(R1)或者在該第一機(jī)械手(R1)上安裝的物體上搭載的、包含受光設(shè)備(4)的計(jì)量裝置，把上述第一機(jī)械手(R1)和上述第二機(jī)械手(R2)定位在初始狀態(tài)的各位置的部件(5，6)，使用上述受光設(shè)備(4)捕捉在上述第二機(jī)械手(R2)或者在該第二機(jī)械手(R2)上安裝的物體上的特征部(30)、檢測在上述受光設(shè)備(4)的受光面上成像的特征部(30)的部件(11)，根據(jù)上述檢測結(jié)果求上述第二機(jī)械手(R2)的移動(dòng)量使包含在上述受光面上的上述特征部(30)的位置的2維特征量與預(yù)先確定的目標(biāo)值一致的部件(11)，根據(jù)該求得的上述第二機(jī)械手(R2)的移動(dòng)量使上述第二機(jī)械手(R2)移動(dòng)的部件(6)，取得并存儲(chǔ)該移動(dòng)后的上述第二機(jī)械手(R2)的位置信息的部件(12)；和在上述初始狀態(tài)給定3個(gè)或3個(gè)以上的情況下使用在每一初始狀態(tài)中存儲(chǔ)的上述第二機(jī)械手(R2)的位置信息和上述初始狀態(tài)下的上述第1機(jī)械手(R1)的位置信息，計(jì)算上述第一機(jī)械手坐標(biāo)系(∑b)和上述第二機(jī)械手坐標(biāo)系(∑b’)的相對(duì)位置的部件(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械手系統(tǒng)，其特征在于，還包括在上述第二機(jī)械手(R2)的上述移動(dòng)后、在取得并存儲(chǔ)上述第二機(jī)械手(R2)的位置前，判定包含上述受光設(shè)備(4)的受光面上成像的特征部(30)的上述受光面上的位置的2維特征量在規(guī)定的誤差內(nèi)是否與上述目標(biāo)值一致的一致判定部件(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)械手系統(tǒng)，其特征在于，還包括在通過上述一致判定部件不能判定在上述規(guī)定的誤差內(nèi)一致的情況下使上述第二機(jī)械手(R2)的位置再次成為初始狀態(tài)的部件(11)。
4.一種機(jī)械手系統(tǒng)，具有設(shè)定第一機(jī)械手坐標(biāo)系(∑b)的第一機(jī)械手(R1)和設(shè)定第二機(jī)械手坐標(biāo)系(∑b’)的第二機(jī)械手(R2)，其特征在于，包括在上述第一機(jī)械手(R1)或者在該第一機(jī)械手(R1)上安裝的物體上搭載的、包含受光設(shè)備(4)的計(jì)量裝置，把上述第一機(jī)械手(R1)和上述第二機(jī)械手(R2)定位在初始狀態(tài)的各位置的部件(5，6)，使用上述受光設(shè)備(4)捕捉在上述第二機(jī)械手(R2)或者在該第二機(jī)械手(R2)上安裝的物體上的特征部(30)、檢測在上述受光設(shè)備(4)的受光面上成像的特征部(30)的部件(11)，根據(jù)上述檢測結(jié)果求上述第一機(jī)械手(R1)的移動(dòng)量使包含在上述受光面上的上述特征部(30)的位置的2維特征量與預(yù)先確定的目標(biāo)值一致的部件(11)，根據(jù)該求得的上述第一機(jī)械手(R1)的移動(dòng)量使上述第一機(jī)械手(R1)移動(dòng)的部件(5)，取得并存儲(chǔ)該移動(dòng)后的上述第一機(jī)械手(R1)的位置信息的部件(12)，和在上述初始狀態(tài)給定3個(gè)或3個(gè)以上的場合使用在每一初始狀態(tài)中存儲(chǔ)的上述第一機(jī)械手(R1)的位置信息和上述初始狀態(tài)下的上述第2機(jī)械手(R2)的位置信息，計(jì)算上述第一機(jī)械手坐標(biāo)系(∑b)和上述第二機(jī)械手坐標(biāo)系(∑b’)的相對(duì)位置的部件(11)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)械手系統(tǒng)，其特征在于，還包括在上述第一機(jī)械手(R1)的上述移動(dòng)后在取得并存儲(chǔ)上述第一機(jī)械手(R1)的位置前判定包含在上述受光設(shè)備(4)的受光面上成像的特征部(30)的上述受光面上的位置的2維特征量是否在規(guī)定的誤差內(nèi)與上述目標(biāo)值一致的一致判定部件(11)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的機(jī)械手系統(tǒng)，其特征在于，包括在通過上述一致判定部件不能在上述規(guī)定的誤差內(nèi)判定一致的情況下使上述第一機(jī)械手(R1)的位置再次成為初始狀態(tài)的部件(11)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任意一項(xiàng)所述的機(jī)械手系統(tǒng)，其特征在于，上述第一機(jī)械手(R1)連接在第一機(jī)械手控制裝置(5)上，另一方面，上述第二機(jī)械手(R2)連接在和上述第一機(jī)械手控制裝置(5)不同的第二機(jī)械手控制裝置(6)上，上述第一機(jī)械手控制裝置(5)和上述第二機(jī)械手控制裝置(6)使用通信部件連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任意一項(xiàng)所述的機(jī)械手系統(tǒng)，其特征在于，上述第一機(jī)械手(R1)和上述第二機(jī)械手(R2)連接在同一機(jī)械手控制裝置上(1)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任意一項(xiàng)所述的機(jī)械手系統(tǒng)，其特征在于，在計(jì)算上述第一機(jī)械手(R1)和上述第二機(jī)械手(R2)的相對(duì)位置時(shí)臨時(shí)搭載上述計(jì)量裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任意一項(xiàng)所述的機(jī)械手系統(tǒng)，其特征在于，在計(jì)算上述第一機(jī)械手(R1)和上述第二機(jī)械手(R2)的相對(duì)位置時(shí)臨時(shí)設(shè)置上述特征部(30)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任意一項(xiàng)所述的機(jī)械手系統(tǒng)，其特征在于，上述受光設(shè)備(4)是拍攝2維圖像的照相機(jī)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任意一項(xiàng)所述的機(jī)械手系統(tǒng)，其特征在于，上述受光設(shè)備(4)是PSD。
全文摘要
在第一機(jī)械手(R1)上搭載視覺傳感器的照相機(jī)，在第二機(jī)械手(R2)上設(shè)置特征部。使機(jī)械手(R1、R2)取第一初始狀態(tài)(G1)，從該狀態(tài)移動(dòng)機(jī)械手(R1)或者(R2)使特征部的圖像成為目標(biāo)位置/大小(G2)，存儲(chǔ)當(dāng)前位置P1、Q1(G3)。以下，改變初始狀態(tài)的各機(jī)械手位置，同時(shí)重復(fù)N次(N≥3)(G4)。根據(jù)重復(fù)N次得到的P1...PN和Q1...QN，求表示從∑b向∑b’的坐標(biāo)變換的行列式T。取一臺(tái)或者兩臺(tái)機(jī)械手控制裝置都可以。由此，以高精度簡單地執(zhí)行求機(jī)械手之間的相對(duì)位置的校準(zhǔn)作業(yè)，削減伴隨夾具使用的成本。
文檔編號(hào)G05B19/19GK1704210SQ20051007321
公開日2005年12月7日 申請日期2005年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月2日
發(fā)明者伴一訓(xùn), 管野一郎, 山田慎, 井上俊彥 申請人:發(fā)那科株式會(huì)社