利用了视觉反馈的机器人系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种使用照相机来修正机器人的动作的机器人系统，特别涉及一种为 了不需要进行机器人的坐标系和照相机的坐标系的对位而使用了视觉反馈的机器人系统。
【背景技术】
[0002] 大多的产业机器人根据一种被称为示教再现的方式进行动作。即，作为程序预先 示教希望机器人进行的动作和作业，通过再生程序来使机器人进行希望的作业。机器人能 够正确地重复示教的动作和作业。但是，如果在与示教程序时不同的位置放置了对象物，则 无法对该对象物正确地进行作业。
[0003] 对此，进行以下动作，即使用照相机等视觉传感器来识别对象物的位置，使用视觉 传感器识别出的对象物的位置信息来修正机器人的动作。通过这样，即使在与程序示教时 不同的位置放置对象物，也能够正确地对对象物进行作业。
[0004] 通过视觉传感器发现的对象物的位置通过成为视觉传感器的测量基准的坐标系 (以下称为"视觉坐标系"）来表现。为了根据由视觉传感器发现的位置信息修正机器人的 动作，需要将通过视觉坐标系表现的位置信息变换为成为机器人的动作控制基准的坐标系 (以下称为"机器人坐标系"）中的位置信息。把用于将通过视觉坐标系表示的位置信息变 换为通过机器人坐标系表示的位置信息的数据称为"照相机的校准数据"，将用于取得照相 机的校准数据的作业称为"校准照相机"（例如，日本专利公开公报JP-A-10-49218)。
[0005] 另一方面，作为不进行照相机的校准而能够进行使用了视觉传感器的机 器人位置修正的方法之一，知道被称为视觉反馈的方法（例如，日本专利公开公报 JP-A-2003-211381。以下称为"专利文献2"）。例如，使机器人移动到对象物的抓持位置， 通过安装在机器人上的照相机拍摄对象物，将该对象物的外观作为目标数据进行存储。并 且，在实际作业时，每次移动机器人时通过照相机拍摄对象物，为了成为与目标数据相同的 外观而重复控制机器人的位置姿势，在误差收敛为零的地方执行机械手的抓持。
[0006] 专利文献2所记载的方法在误差为零的位置通过机械手进行抓持。就是说，在将 机器人定位于抓持对象物的位置的状态下，需要将照相机拍摄到的对象物的外观作为目标 数据进程存储。因此，安装在机器人的机械臂前端部的机械手和照相机的位置关系存在制 约，无法自由地设计。
[0007] 另外，这个方法只能够在误差为零的位置对对象物进行作业，所以在使机器人进 行抓持对象物这种简单的作业时没有问题。但是，例如在使机器人进行按照预定的路径对 于对象物涂布粘合剂这种的需要复杂的动作路径的作业时无法使用。
[0008] 另一方面，还提出一种方法（例如，日本专利公报JP-B-4265088)，将对于基准对 象物设定了目标数据时的机器人的位置和进行抓持基准对象物的动作时的机器人的位置 之间的差预先存储为位置变换矩阵，在为了使误差成为零而使机器人进行了收敛动作后， 进行由存储的位置变换矩阵所表示的动作然后进行抓持动作。在该发明中，与专利文献2 记载的方法相比，安装在机器人的机械臂前端部的机械手和照相机的位置关系没有制约。 但是，没有解决在想要使机器人进行需要复杂的动作路径的作业时无法使用的问题。
[0009] 当在工作台等平台上放置了对象物的情况下，在为了成为与目标数据相同的外观 而控制机器人的位置姿势时，希望进行控制以使安装在机器人的机械臂前端部的照相机和 放置了对象物的工作台的距离没有变化。另外，在对象物的朝向发生变化时，需要控制机器 人使照相机和对象物的相对的朝向成为相同，但是希望进行控制使照相机围绕与工作台面 垂直的轴进行旋转，从而使照相机和工作台的相对的倾斜不变。
[0010] 但是，在通常的视觉反馈中，无法保证照相机和工作台的距离不变、照相机和工作 台的相对的倾斜不变。结果，有时会花费为了成为与目标数据相同的外观而控制机器人所 需要的时间以上的时间。
[0011] 为了避免该问题，在机器人上设定与工作台面平行的坐标系，以此为根据可以进 行照相机的移动。例如，将机器人的机械手上的任意一点设定为TCP(ToolCenterPoint 工具中心点），使机器人的TCP接触工作台面上的不在一条直线上的3个地方，读取从各个 地方的机器人坐标系观察到的TCP的坐标值，由此能够在工作台面上设定机器人的坐标系 (例如，日本专利公开公报JP-A-2010-076054)。
[0012] 但是，通过这种方法设定坐标系的作业存在根据作业者的技术设定精度出现差别 的问题和因为使机器人的机械手与工作台物理地接触，所以具有由于操作失误对机械手和 工作台造成损伤的危险的问题。
[0013] 本发明的目的在于提供以下的方法，即在使用视觉反馈修正机器人的动作的系统 中，能够使对象物进行复杂的路径的作业，并且即使作业者对于机器人的坐标系没有意识， 通过使照相机在工作台面上平行移动，并围绕与工作台面垂直的轴进行旋转，从而高效地 使照相机移动到预定的位置。
【发明内容】
[0014] 本发明的一实施方式的机器人系统的特征在于，具有：机器人，通过包含动作指令 的程序被进行控制，该动作指令是使用安装在机器人的机械臂前端部的装置对放置在平面 上的第一对象物位置的对象物进行预定的作业的动作指令；照相机，其被安装在机械臂前 端部，拍摄对象物；第一机器人位置存储部，其存储相对于第一对象物位置，处于预定的相 对位置关系的机械臂前端部的位置来作为第一机器人位置；目标到达状态数据存储部，其 在将对象物放置在第一对象物位置，并将机械臂前端部定位在第一机器人位置的状态即目 标到达状态下，存储照相机的图像上的该对象物的位置、姿势以及大小中的至少一个特征 量来作为目标到达状态数据；机器人移动量计算部，其求出机械臂前端部从任意的初始位 置开始的移动量，该移动量用于使在将机器人的机械臂前端部定位在任意的初始位置的状 态下，通过照相机对放置在平面上的第二对象物位置的对象物进行了拍摄时的该对象物在 照相机的图像上的位置、姿势以及大小中的至少一个特征量与目标到达状态数据中的对应 的特征量一致；以及修正数据计算部，其根据在基于移动量使机械臂前端部移动时的机械 臂前端部的位置即第二机器人位置与第一机器人位置的差来计算用于修正程序的修正数 据。
【附图说明】
[0015] 通过参照以下的附图，更明确地理解本发明。
[0016] 图1是表示本发明的第一实施方式的机器人系统的整体结构的图。
[0017] 图2是在本发明中使用的机器人控制装置的框图。
[0018] 图3是表示本发明的机器人系统启动时的流程的流程图。
[0019] 图4是表示本发明的机器人系统执行作业时的处理的流程图。
[0020] 图5是表示放置在第一以及第二对象物位置的对象物的位置的平面图。
[0021] 图6是表示位移后的虚拟的机器人坐标系的图。
[0022] 图7是用于说明工具坐标系的定义的图。
[0023] 图8是表不工具坐标系和照相机的位置关系的图。
[0024] 图9是表不工具坐标系和第二工具坐标系的位置关系的图。
[0025] 图10是从上观察将工具坐标系围绕Z轴进行旋转移动的样态的图。
【具体实施方式】
[0026] 以下参照附图对本发明的机器人系统进行说明。但是，本发明的技术范围不限定 于这些实施方式，请注意涉及权利要求书中记载的发明及其等同物。
[0027] 图1是表示本发明的实施方式的机器人系统的整体结构的图。本发明的实施方式 的机器人系统的特征在于，具备：机器人1，通过包含动作指令的程序被进行控制，该动作 指令是使用设置在机器人1的机械臂前端部的机械接口部32上安装的装置即工具30,对放 置在平面5上的第一对象物位置上的对象物4进行预定的操作的动作指令；照相机3,安装 在机械接口部32上，拍摄对象物4 ;第一机器人位置存储部（以下也简单地称为"机器人位 置存储部")12a(图2)，存储相对于第一对象物位置处于预定的相对位置关系的机械接口部 32的位置，来作为第一机器人位置；目标到达状态数据存储部12b，在将对象物4放置在第 一对象物位置，将机械接口部32定位在第一机器人位置的状态即目标到达状态下，存储照 相机3的