ロボットの位置情報復元装置および位置情報復元方法
【課題】モータ交換等により無効となったセンサ信号による位置情報を容易に有効化する。
【解決手段】モータ駆動により支持部材３１に対して回動可能な可動部材３２を有するロボット１において、支持部材３１と可動部材３２との位置関係を表す視覚マーク３０を設け、モータ交換の前後において、それぞれカメラ４により視覚マーク３０を撮影するとともに、カメラ４からの画像信号に基づいてモータ交換の前後の視覚マーク３０の位置関係が同一の位置関係となるようにサーボモータＭを制御する。これらモータ制御後のセンサ信号に対応した軸角度θref-n，θref-n’に基づいて、モータ交換後のセンサ信号による軸角度θｎを補正する。
【解決手段】モータ駆動により支持部材３１に対して回動可能な可動部材３２を有するロボット１において、支持部材３１と可動部材３２との位置関係を表す視覚マーク３０を設け、モータ交換の前後において、それぞれカメラ４により視覚マーク３０を撮影するとともに、カメラ４からの画像信号に基づいてモータ交換の前後の視覚マーク３０の位置関係が同一の位置関係となるようにサーボモータＭを制御する。これらモータ制御後のセンサ信号に対応した軸角度θref-n，θref-n’に基づいて、モータ交換後のセンサ信号による軸角度θｎを補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットの関節軸における基準位置に基づく位置情報を復元するロボットの位置情報復元装置および位置情報復元方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ駆動により回動される関節軸を有するロボットにおいては、一般に、モータ駆動量に応じたセンサ信号を出力するセンサが設けられ、関節軸を基準位置に位置合わせした上で、センサ信号と関節軸の軸角度との対応関係が定められる。この位置合わせは一般に、ロボットを所定の姿勢（形態）にすることで各関節軸が所定の状態になることを利用するものが多く、ロボットを所定の姿勢（形態）にするためにロボットの機構構造に合わせた治具を用いる方法などが様々知られている。それらの例として、関節軸を構成する一対の構造体にそれぞれピン孔を設け、各ピン孔の両方に貫通するピンを挿入して基準位置を規定する方法（例えば特許文献１参照）や、関節軸を構成する一方の構造体にＶ溝を設けるとともに、他方の構造体にＶ溝に対応して近接センサを設け、近接センサからの信号により基準位置を特定する方法（例えば特許文献２参照）などがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−２７８７８７号公報
【特許文献２】特開２００５−１７７９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種のロボットにおいて、モータやモータに連結された減速機等が保守点検等により着脱または交換されると、基準位置に基づくセンサ信号による位置情報が無効となる。したがって、センサ信号による位置情報を有効とするためには、再度、位置合わせ等の作業が必要となる。しかしながら、上記特許文献１記載の方法では、ピン孔部の加工精度不足や関節部の組み付け誤差等によりピン孔の相対位置がずれることがあり、位置合わせ作業が容易でなく、また位置合わせの精度低下を招き易い。また、上記特許文献２記載の方法では、近接センサを関節軸の運動方向に対して精度よく設置する必要があるため、位置合わせ作業に手間と時間を要する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、関節軸を介して互いに相対移動可能に接続された第１の部材及び第２の部材と、第１の部材に対し第２の部材を相対移動させるモータと、モータの駆動量に応じたセンサ信号を出力するセンサとを有するロボットに設けられ、関節軸の基準位置を基準としてセンサ信号と第１の部材に対する第２の部材の相対移動量との対応関係が定められた後に、この対応関係に影響を及ぼす部品の着脱または交換が行われたことによって無効となった、基準位置に基づくセンサ信号による位置情報を有効化するロボットの位置情報復元装置であって、第１の部材および第２の部材には、互いの位置関係を表す第１マークおよび第２マークがそれぞれ設けられ、第１マークおよび第２マークを含む領域の画像信号を取得する撮像手段と、部品の着脱または交換が行われる前の第１時点に撮像手段により得られた画像信号に基づいて、第１時点における第１マークと第２マークとの第１の位置関係を演算するとともに、部品の着脱または交換が行われた後の第２時点に撮像手段により得られた画像信号に基づいて、第２時点における第１マークと第２マークとの第２の位置関係を演算するマーク位置演算手段と、マーク位置演算手段により演算された第１の位置関係が所定の位置関係となるように第１時点においてモータを制御するとともに、マーク位置演算手段により演算された第２の位置関係が所定の位置関係となるように第２時点においてモータを制御するモータ制御手段と、第１時点におけるモータ制御手段による制御後にセンサが出力した第１のセンサ信号と、第２時点におけるモータ制御手段による制御後にセンサが出力した第２のセンサ信号とに基づき、第２時点後にセンサが出力するセンサ信号による位置情報を補正する補正手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明によるロボットの位置情報復元装置は、第１マークおよび第２マークを含む領域の画像信号を取得する撮像手段と、部品の着脱または交換が行われる前の第１時点に撮像手段により得られた画像信号に基づいて、第１時点における第１マークと第２マークとの第１の位置関係を演算するとともに、部品の着脱または交換が行われた後の第２時点に撮像手段により得られた画像信号に基づいて、第２時点における第１マークと第２マークとの第２の位置関係を演算するマーク位置演算手段と、マーク位置演算手段により演算された第１の位置関係と第２の位置関係とに基づき、第１時点と第２時点との間の第１の部材に対する第２の部材の位置変化量を演算するとともに、この位置変化量と、第１時点にセンサが出力した第１のセンサ信号と、第２時点にセンサが出力した第２のセンサ信号とに基づき、第２時点後にセンサが出力するセンサ信号による位置情報を補正する補正手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明は、関節軸を介して互いに相対移動可能に接続された第１の部材及び第２の部材と、第１の部材に対し第２の部材を相対移動させるモータと、モータの駆動量に応じたセンサ信号を出力するセンサとを有するロボットを備え、関節軸の基準位置を基準としてセンサ信号と第１の部材に対する第２の部材の相対移動量との対応関係が定められた後に、この対応関係に影響を及ぼす部品の着脱または交換が行われたことによって無効となった、基準位置に基づくセンサ信号による位置情報を有効化するロボットの位置情報復元方法であって、第１の部材および第２の部材には、互いの位置関係を表す第１マークおよび第２マークがそれぞれ設けられ、部品の着脱または交換が行われる前の第１時点において、第１のマークおよび第２のマークを含む領域をカメラにより撮影する第１の撮影手順と、第１の撮影手順により取得された画像信号に基づいて、第１時点における第１マークと第２マークとの第１の位置関係を演算し、この位置関係が所定の位置関係となるようにモータを制御する第１のモータ制御手順と、部品の着脱または交換が行われた後の第２時点において、第１のマークおよび第２のマークを含む領域をカメラにより撮影する第２の撮影手順と、第２の撮影手順により取得された画像信号に基づいて、第１時点における第１マークと第２マークとの第２の位置関係を演算し、この位置関係が所定の位置関係となるようにモータを制御する第２のモータ制御手順と、第１のモータ制御手順によりモータを制御した後にセンサが出力した第１のセンサ信号と、第２のモータ制御手順によりモータを制御した後にセンサが出力した第２のセンサ信号とに基づき、第２時点後にセンサが出力するセンサ信号による位置情報を補正する補正手順とを含むことを特徴とする。
また、本発明によるロボットの位置情報復元方法は、部品の着脱または交換が行われる前の第１時点において、第１マークおよび第２マークを含む領域をカメラにより撮影する第１の撮影手順と、第１の撮影手順により取得された画像信号に基づいて、第１時点における第１マークと第２マークとの第１の位置関係を演算する第１の演算手順と、部品の着脱または交換が行われた後の第２時点において、第１マークおよび第２マークを含む領域をカメラにより撮影する第２の撮影手順と、第２の撮影手順により取得された画像信号に基づいて、第２時点における第１マークと第２マークとの第２の位置関係を演算する第２の演算手順と、第１の撮影手順により演算された第１の位置関係と、第２の演算手順により演算された第２の位置関係とに基づき、第１時点と第２時点との間の第１の部材に対する第２の部材の相対移動量を演算し、この相対移動量と、第１時点においてセンサが出力した第１のセンサ信号と、第２時点においてセンサが出力した第２のセンサ信号とに基づき、第２時点後にセンサが出力するセンサ信号による位置情報を補正する補正手順とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、モータ交換等の前後における、第１の部材と第２の部材との位置関係を表す第１マークおよび第２マークの画像信号に基づいて、基準位置に基づくセンサ信号による位置情報を補正するので、モータ交換等により無効となったセンサ信号による位置情報を容易に有効とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係る位置情報復元装置が適用される産業用ロボットの一例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る位置情報復元装置を有するロボットシステムの全体構成を示す図である。
【図３】図２のロボット制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図２の画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図５】（ａ），（ｂ）はそれぞれ関節部に設けられた視覚マークの一例を示す図である。
【図６】図５の変形例を示す図である。
【図７】カメラの校正を説明する図である。
【図８】ロボット制御装置の第１処理部で実行される第１の処理の一例を示すフローチャートである。
【図９】（ａ），（ｂ）は第１の処理の具体的手法を説明する図である。
【図１０】ロボット制御装置の第２処理部で実行される第２の処理の一例を示すフローチャートである。
【図１１】第２の処理の具体的手法を説明する図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係る位置情報復元方法の手順を示す図である。
【図１３】図５，６の比較例を示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る位置情報復元方法の手順を示す図である。
【図１５】第２の実施の形態に係る位置情報復元方法によるモータ交換前の撮影動作を示す図である。
【図１６】第２の実施の形態に係る位置情報復元方法によるモータ交換後の撮影動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
−第１の実施の形態−
以下、図１〜図１３を参照して本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る位置情報復元装置が適用される産業用ロボット１の一例を示す図である。図１のロボット１は、回転可能な６つの関節軸を有する多関節ロボットであり、各関節軸の回転方向はそれぞれ矢印Ｊ１〜Ｊ６で示されている。ロボット１の関節軸はモータの駆動により回転され、ロボット１の関節軸の回転量を適宜調整することで、アーム先端部ＡＴを任意の位置と姿勢に位置決めできる。
【００１０】
図２は、本実施の形態に係る位置情報復元装置を有するロボットシステムの全体構成を示す図である。図では一部のみ示すが、各関節軸を形成するロボット機構部３には、それぞれサーボモータＭが設けられている。各サーボモータＭには、モータ駆動量に応じたセンサ信号を出力するパルスコーダＰＣが、それぞれモータ回転角のフィードバック用として一体に設けられている。サーボモータＭの出力軸は、減速機を介してあるいは減速機を介さずに各関節軸に連結されている。関節軸は直動軸でもよく、その場合には、ボールねじあるいはプーリーとタイミングベルト等によってサーボモータＭの回転運動が直線運動に変換される。
【００１１】
このような産業用ロボット１においては、ロボット機構部３が組み立てられた後、機構キャリブレーションと称する作業が行われ、次式(I)に示すような各関節軸における回転角（軸角度）θ１〜θ６とアーム先端部ＡＴの位置および姿勢との対応関係が定められる。
（Ｊ１，Ｊ２，・・，Ｊ６）＝（θ１，θ２，・・，θ６）
←→（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｗ，Ｐ，Ｒ） (I)
なお、上式において、Ｘ，Ｙ，Ｚは、アーム先端部ＡＴの直交三軸座標系におけるＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標であり、Ｗ，Ｐ，ＲはそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向周りの回転角度である。
【００１２】
機構キャリブレーションは、一例として各関節軸を予め定めた基準位置の姿勢にセットして行われ、基準位置を基準としてパルスコーダＰＣの信号（センサ信号）と軸角度θ１〜θ６との対応関係が定められる。このとき、軸角度θ１〜θ６のゼロ点（θ＝０）が定義され、Ｊ１〜Ｊ６は、ゼロ点を基準にして表される。ゼロ点は、例えば基準位置において定義され、この基準位置におけるセンサ信号、つまりゼロ点に対応したセンサ信号が基準信号としてメモリに記憶される。
【００１３】
上述の機構キャリブレーションが既に完了している状態で、保守作業等によりサーボモータＭや減速機が取り外されると、ゼロ点を基準としたセンサ信号による位置情報が変化し、位置情報が無効となる。また、サーボモータＭが交換されると、パルスコーダＰＣも同時に交換されるため、この場合にも、ゼロ点を基準としたセンサ信号による位置情報が無効となる。本実施の形態では、このゼロ点基準の位置情報が無効な状態から後述するようにして有効な状態に復帰させる。
【００１４】
図２に示すように、本実施の形態に係る位置情報復元装置では、ロボット１から離れた位置にカメラ４が設置されている。カメラ４は例えばＣＣＤ等の撮像素子を有する電子カメラであり、撮像により２次元画像を受光面（ＣＣＤアレイ面上）で検出する機能を持つ周知の受光デバイスである。カメラ４はカメラスタンドにより支持され、カメラ４により、ロボット１の関節部に設けられた視覚マーク３０（図５）が撮影される。なお、作業者がカメラ４を手持ちで保持してもよい。
【００１５】
カメラ４からの信号は画像処理装置２に出力され、画像処理装置２からの信号に基づき、ロボット制御装置５は、サーボモータＭを制御する。図３は、ロボット制御装置５の構成を示すブロック図である。ロボット制御装置５は、メインＣＰＵ１１に接続されたバス１７に、ＲＡＭ，ＲＯＭ，不揮発性メモリ等からなるメモリ１２、教示操作盤用インターフェイス１３、外部装置用の入出力インターフェイス１６、サーボ制御部１５及び通信インターフェイス１４が並列に接続されている。ＣＰＵ１１は、第１処理部５ａ、第２処理部５ｂおよび補正部５ｃを有し、これら各部で後述の処理が実行される。
【００１６】
教示操作盤用インターフェイス１３に接続される教示操作盤１８は、通常のディスプレイ機能付きのものであり、作業者は、この教示操作盤１８のマニュアル操作を通じて、ロボット１の動作プログラムの作成、修正、登録、あるいは各種パラメータの設定等を実行する他、後述の制御プログラムの開始指令等を入力する。メモリ１２の不揮発性メモリには、この制御プログラムを含む各種制御プログラムが格納される。
【００１７】
サーボ制御部１５は、サーボ制御器＃１〜＃ｎ（ｎはロボット１の総軸数であり、ここではｎ＝６）を備え、ロボット制御のための演算処理によって作成された移動指令を受け、各軸に付属したパルスコーダＰＣから受け取るフィードバック信号と併せてサーボアンプＡ１〜Ａｎに駆動指令を出力する。各サーボアンプＡ１〜Ａｎは、各駆動指令に基づいて各関節軸のサーボモータＭに電流を供給し、それらを駆動する。通信インターフェイス１４は、画像処理装置２（図２）に接続されており、この通信インターフェイス１４を介してカメラによる撮像の開始指令や画像処理の開始指令などが画像処理装置２に出力され、また画像処理装置２による処理結果が入力される。
【００１８】
画像処理装置２は、図４に示した周知のブロック構成を有する。すなわち、画像処理装置２は、マイクロプロセッサからなるＣＰＵ２０を有し、ＣＰＵ２０には、バスライン３０を介してＲＯＭ２１、画像処理プロセッサ２２、カメラインターフェイス２３、モニタインターフェイス２４、入出力機器（Ｉ／Ｏ）２５、フレームメモリ（画像メモリ）２６、不揮発性メモリ２７、ＲＡＭ２８及び通信インターフェイス２９が各々接続されている。なお、画像処理装置２をロボット制御装置５内に設けることもできる。
【００１９】
カメラインターフェイス２３には、カメラ４が接続される。カメラインターフェイス２３を介して撮影指令が送られたときに、カメラ４に設定された電子シャッタ機能により撮影が実行され、カメラインターフェイス２３を介して画像信号がグレイスケール信号の形でフレームメモリ２６に格納される。モニタインターフェイス２４にはモニタとしてＣＲＴ，ＬＣＤ等のディスプレイが接続され、カメラが撮影中の画像、フレームメモリ２６に格納された過去の画像、画像処理プロセッサ２２による処理を受けた画像等が必要に応じて表示される。
【００２０】
図５は、関節部に設けられた視覚マーク３０の一例を示す図である。なお、図５（ａ）では、関節部の回転軸方向から見てマーク３０を付した例を、図５（ｂ）では、関節部の回転軸の側方から見てマーク３０を付した例をそれぞれ示している。関節部では、支持部材３１に対して可動部材３２が回転可能に支持されている。
【００２１】
視覚マーク３０は、ドット形状をなす５つのドットマークからなり、これらドットマークＰ１〜Ｐ５は十字形状に配設されている。すなわち、中央のドットマークＰ３を挟んで図の横方向両側にそれぞれドットマークＰ２，Ｐ４が等間隔に並設され、さらに中央のドットマークＰ３を挟んで図の縦方向両側にそれぞれドットマークＰ１，Ｐ５が配設されている。ドットマークＰ２〜Ｐ５は支持部材３１に、ドットマークＰ１は可動部材３２にそれぞれ設けられ、可動部材３２の回転によりドットマークＰ１が矢印方向に移動し、視覚マーク３０の形状、すなわちドットマークＰ１とドットマークＰ２〜Ｐ５との位置関係が変化する。
【００２２】
図５では、横方向および縦方向に配置されたドットマークＰ１〜Ｐ５により視覚マーク３０を構成したが、視覚マーク３０を構成する個々の形状を画像処理によって検出できるのであれば、視覚マーク３０の構成は上述したものに限らない。図６は、視覚マーク３０の他の例を示す図である。図６（ａ）では、支持部材側のドットマークの配置が図５のものと異なっている。図６（ｂ）では、ドットマークの一部をバー形状のマークに置き換えている。図６（ｃ）では、ドットマークの代わりにバー形状のマークを用いている。以上の視覚マーク３０は、シール状のものを貼り付けるようにしてもよく、各部材３１，３２の表面に丸穴等により視覚マーク３０を加工してもよい。
【００２３】
視覚マーク３０を撮影するカメラ４は、予め校正されたものを用いる。校正とは、カメラ内の撮像素子上の画像座標系とカメラ４の外部座標系との関係を既知のものとすることを言う。図７は、校正の一例を説明する図であり、カメラ光軸が撮像素子４１の中心を通り、レンズ４２に歪がないことを前提としたカメラモデルを用いている。この場合、撮像素子４１の有効画素数Ｎ、それに対応する撮像素子４１のサイズＳ、レンズ４２の焦点距離ｆが既知情報として用いられる。
【００２４】
ここで、撮像素子４１の中心を画像座標系の原点とし、外部空間座標においてカメラ光軸からＸだけ離れた位置にある対象物４３が、画像座標系において第ｐ画素目に写ったとすると、次式(II)の関係が成り立つ。
Ｘ＝Ｄ・Ｓ・ｐ／（ｆ・Ｎ） (II)
上式(II)のＤは、レンズ中心から対象物までのカメラ光軸に沿った距離である。これにより画像座標系上で捕らえられた対象物４３について、画像座標系上の座標値に基づき、実際の対象物４３とカメラ４の光学中心（レンズ中心）とを結ぶ視線の方向、すなわち角度φを求めることができる。
【００２５】
カメラ４は、レンズが視覚マーク３０に対向して配置される。したがって、対象物４３を図５のドットマークＰ１〜Ｐ５に置き換えれば、レンズ中心から個々のドットマークＰ１〜Ｐ５に向かう視線を求めることができ、後述するように所定の条件を加味すればこの視線に基づきレンズ中心からドットマークＰ１〜Ｐ５までの距離を求めることができる。この場合、支持部材３１と可動部材３２とが図５（ｂ）や図６に示すような関係にあれば、支持部材３１と可動部材３２との間に段差がなく、視覚マーク３０を構成する個々の形状はほぼ同一面上にあると見なせる。一方、例えば図５（ａ）に示すような関係にあれば、支持部材３１と固定部材３２との間に紙面垂直方向に段差がある場合があり、この場合にはドットマークＰ１〜Ｐ５の距離の算出に当たり、段差が考慮される。
【００２６】
なお、視覚マーク３０の撮影は、例えば１msec以下の露光時間で行う。このような露光時間で撮影すれば、作業者が手にもったカメラ４で撮影する場合にも、手ぶれの影響のない静止画像の取得が可能である。
【００２７】
第１の実施の形態では、サーボモータＭや減速機の着脱または交換等（以下ではモータ交換で代表する）により無効となった、基準位置（ゼロ点）に関するセンサ信号による位置情報を有効化するために、モータ交換の前後にそれぞれ視覚マーク３０を含む関節部の撮影を行う。この場合、まず、ロボット機構部３が組み立てられた後に、機構キャリブレーションが実行され、第ｎ軸（Ｊｎ）の軸角度θｎのゼロ点が設定される。なお、ゼロ点とは、θｎ＝０となる位置である。
【００２８】
次に、モータ交換前の第１時点（例えば機構キャリブレーションの直後）において、手動によりロボット制御装置５および画像処理装置２を介してカメラ４に撮影指令を出力して視覚マーク３０の撮影を行う。この際、手動によりサーボモータＭを駆動して図５の縦列のドットマークＰ１，Ｐ３，Ｐ５をほぼ直線上に位置させ、撮影領域の中心部に全てのドットマークＰ１〜Ｐ５が含まれるようにした後に、視覚マーク３０を撮影する。この場合、視覚マーク３０に向けてカメラ４をセットして視覚マーク３０の撮影を１回行った後に、カメラ４の位置または姿勢を変更して同一の視覚マーク３０を再度撮影する。すなわち、視覚マーク３０を２回撮影する。以上の機構キャリブレーションと第１時点における撮影作業は、例えばロボット１を製造するメーカにおいて、ロボット機構部３を製造する際に行われる。
【００２９】
その後、モータ交換後の第２時点において、第１時点と同様にして手動によりカメラ４に撮影指令を出力して視覚マーク３０の撮影を行う。この場合も、手動によりサーボモータＭを駆動して図５の縦列のドットマークＰ１，Ｐ３，Ｐ５をほぼ直線上に位置させ、撮影領域の中心部に全てのドットマークＰ１〜Ｐ５が含まれるようにした後に、視覚マーク３０を撮影する。モータ交換後はモータ交換前と異なり、視覚マーク３０の撮影を１回のみ行う。以上の第２時点における撮影作業は、ロボット１が一般ユーザに使用されて、例えば保守などのためのモータや減速機の交換等、ゼロ点に関するセンサ信号が無効となるような作業が行われた後に実行される。
【００３０】
図８は、第１時点における２回の撮影後に、ロボット制御装置５の第１処理部５ａ（図３）で実行される第１の処理を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えばモータ交換前に、カメラ４による２回目の撮影が行われた直後に自動的に開始される。
【００３１】
ステップＳ１では、カメラ４によって１回目に撮影された視覚マーク３０の画像信号を読み込み、画像上から視覚マーク３０を検出する。より詳細には、ステップＳ１ではロボット制御装置５から通信インターフェイス１４を介して画像処理装置２に対して所定の指令が出力され、画像処理装置２によって視覚マーク３０の検出が行われる。その検出結果は通信インターフェイス１４を介してロボット制御装置５側に送られる。ステップＳ２では、この検出結果に基づき、視覚マーク３０の位置を計測する。具体的には、レンズ中心から視覚マーク３０までの視線の方向および距離を算出する。この点について、図９（ａ）に示すような関節部の撮影が行われたものとして説明する。なお、図９（ｂ）は視覚マーク３０とレンズ中心との位置関係を示す図９（ａ）の矢視ｖ図である。
【００３２】
図９（ｂ）において、支持部材３１側のドットマークＰ２〜Ｐ５は同一面上に位置しており、ドットマークＰ５はドットマークＰ３の影に隠れ、ドットマークＰ２とドットマークＰ３およびドットマークＰ３とドットマークＰ４はそれぞれ既知の距離Ａだけ離れている。一方、可動部材３２側のドットマークＰ１はドットマークＰ２〜Ｐ５よりも未知の距離Δｄだけ異なる高さに位置している。視覚マーク３０の撮影は、図の縦方向のドットマークＰ１，Ｐ３，Ｐ５が直線上に並ぶように可動部材３２を回転した後に行われるが、可動部材３２の回転方向においてドットマークＰ１は正確に位置設定されるわけではなく、ドットマークＰ１はドットマークＰ３から軸回転方向に未知の距離Δｘだけ離れている。またレンズ中心Ｑは図９（ａ）において、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を通り紙面に垂直な平面内におおむね位置するものとする。
【００３３】
カメラ４は予め校正された状態になっており、ステップＳ２では、上式(II)の関係からレンズ中心Ｑから各ドットマークＰ１〜Ｐ４への視線Ｌ１〜Ｌ４の方向を算出する。これにより図９（ｂ）の視線Ｌ２とＬ３とのなす角度Θ１、視線Ｌ３とＬ４とのなす角度Θ２、および視線Ｌ１とＬ３とのなす角度Φをそれぞれ算出する。
【００３４】
さらに、算出された角度Θ１，Θ２を用いて、レンズ中心からドットマークＰ２，Ｐ３，Ｐ４までの距離ｃ１，ｂ，ｃ２をそれぞれ算出する。この場合、角度Θ１，Θ２と各距離ｃ１，ｂ，ｃ２との間には次式（III),(IV),(V)が成立する。
Ａ２＝ｂ２＋ｃ１２−２ｂ・ｃ１・cosΘ１ (III)
Ａ２＝ｂ２＋ｃ２２−２ｂ・ｃ２・cosΘ２ (IV)
ｃ１・sinΘ１＝ｃ２・sinΘ２ （V）
【００３５】
上式（III）,(IV),(V)を連立させて解くことにより、ｃ１，ｂ，ｃ２をそれぞれ算出する。これにより、レンズ中心ＱとドットマークＰ２〜Ｐ４の相対位置を特定でき、レンズ中心ＱからＰ１に向かう視線Ｌ１とＰ２〜Ｐ４の相対関係を把握できる。この場合、Ｐ１に関しては視線Ｌ１の方向が求められるだけであり、この段階ではＰ１の位置を表す値（Δｄ、Δｘ）までは特定できない。
【００３６】
ステップＳ３では、カメラ２によって２回目に撮影された視覚マーク３０の画像信号を読み込み、画像上から視覚マーク３０を検出する。その詳細はステップＳ１と同様である。ステップＳ４では、この検出結果に基づき視覚マーク３０の位置を計測する。具体的には、ステップＳ２と同様にして、レンズ中心から視覚マーク３０までの視線を算出し、とくにレンズ中心からドットマークＰ１に向かう視線Ｌ１とＰ２、Ｐ３、Ｐ４の相対関係を把握する。ステップＳ５では、ステップＳ２で求められた視線Ｌ１と、ステップＳ４で求められた視線Ｌ１との交点をＰ１として算出し、Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４に対するＰ１の位置を特定する（ステレオ視の原理）。すなわち、図９（ｂ）のΔｄとΔｘの値を算出する。
【００３７】
ステップＳ６では、Δｘの絶対値が予め定めた許容値Ｔより小さいか否かを判定する。許容値Ｔは、Ｐ３に対するＰ１の軸回転方向への最大ずれ量を規定する値であり、例えばほぼ０に近い値が設定されている。ステップＳ６が否定されるとステップＳ９に進む。
【００３８】
ステップＳ９では、サーボモータＭに制御信号を出力し、関節軸を−Δｘ／Ｒだけ回転させる。ここで、Ｒは関節軸の中心からドットマークＰ１までの距離（回転半径）であり、設計値や実測値を用いることができる。実測値としては、例えば上述のステレオ視の原理でΔｘが求められることを利用し、関節軸の角度がθ１であるときのΔｘ１、θ２であるときのΔｘ２をそれぞれ求め、Ｒ＝（Δｘ１−Δｘ２）／（θ１−θ２）によりＲを求めればよい。
【００３９】
ステップＳ９で関節軸を−Δｘ／Ｒだけ回転すると、ドットマークＰ２〜Ｐ４に対するドットマークＰ１の位置関係が変化し、Ｐ３に対するＰ１の軸回転方向のずれ量Δｘが減少する。そこで、ステップＳ１０では、モニタに制御信号を出力して、視覚マーク３０を撮影することを促すようなメッセージを作業者に対して表示し、第１の処理を終了する。これにより、作業者はカメラ４により視覚マーク３０の撮影を再度行い、第１の処理が再び実行される。
【００４０】
一方、ステップＳ６で、Δｘの絶対値がＴより小さいと判定されると、視覚マーク３０の縦列が正確に直線上に揃ったとみなし、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、このときのセンサ信号による軸角度θをθref-nとしてメモリに記憶する。なお、ｎは第ｎ番目の関節軸であることを表す添え字である。次いで、ステップＳ８で、ステップＳ５で算出されたΔｄを、第ｎ番目の関節軸の視覚マーク３０の段差Δｄ-nとしてメモリに記憶し、第１の処理を終了する。
【００４１】
図１０は、第２時点における視覚マーク３０の撮影後に、ロボット制御装置５の第２処理部５ｂ（図３）で実行される第２の処理を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えばモータ交換後に、カメラ４による撮影が行われた直後に自動的に開始される。
【００４２】
ステップＳ１１では、第２ステップにおいてカメラ４により撮影された視覚マーク３０の画像信号を読み込み、画像上から視覚マーク３０を検出する。より詳細には、ステップＳ１１ではロボット制御装置５から通信インターフェイス１４を介して画像処理装置２に対して所定の指令が出力され、画像処理装置２によって視覚マーク３０の検出が行われる。その検出結果は通信インターフェイス１４を介してロボット制御装置５側に送られる。
【００４３】
ステップＳ１２では、この検出結果に基づき、視覚マーク３０の位置を計測する。すなわち、上述のステップＳ２と同様にしてレンズ中心から視覚マーク３０までの視線の方向および距離を算出する。より具体的には、図１１に示すように、ドットマークＰ３における法線とＱからＰ３に向かう視線Ｌ３とのなす角度α、および視線Ｌ３とＱからＰ１に向かう視線Ｌ１とのなす角度Φをそれぞれ算出するとともに、ＱからＰ３までの距離ｂを算出する。距離ｂは、上述のステップＳ２でｃ１、ｂ、ｃ２を算出したのと同様の処理を行うことによって得られる。なお、ステップＳ１２ではステップＳ２と同様に、レンズ中心Ｑは図９（ａ）において、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を通り紙面に垂直な平面内におおむね位置するものとする。
【００４４】
ステップＳ１３では、上述の処理（ステップＳ８）によりメモリに記憶されたΔｄと、ステップＳ１２で求めた角度α、Φ、距離ｂを用いて、次式(VI)によりＰ３に対するＰ１の軸回転方向のずれ量Δｘ（図１１）を算出する。
Δｘ＝ｂsinα−（ｂcosα＋Δｄ）tan（α−Φ） (VI)
【００４５】
次いで、ステップＳ１４で、ステップＳ６と同様、Δｘの絶対値が予め定めた許容値Ｔより小さいか否かを判定する。ステップＳ１４が否定されるとステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、ステップＳ９と同様、サーボモータＭに制御信号を出力し、関節軸を−Δｘ／Ｒだけ回転させる。次いで、ステップＳ１７でモニタに制御信号を出力し、カメラ４による再撮影を促すようなメッセージを作業者に対して表示し、第２の処理を終了する。これにより、作業者は視覚マーク３０の撮影を再度行い、第２の処理が再び実行される。
【００４６】
一方、ステップＳ１４で、Δｘの絶対値がＴより小さいと判定されると、視覚マーク３０の縦列（Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５）が正確に直線上に揃ったとみなし、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、このときのセンサ信号による軸角度θをθref-n’としてメモリに記憶し、第２の処理を終了する。
【００４７】
第２の処理が終了すると、以降、ロボット制御装置５の補正部５ｃ（図３）は、メモリに記憶された軸角度θref-n，θref-n’を用いて、次式(VII)によりセンサ信号による第ｎ軸の軸角度θｎを補正する。
θｎ−（θref-n’−θref-n）→θｎ (VII)
【００４８】
上式(VII)は、軸角度θｎの基準値を（θref-n’−θref-n）だけずらすことを意味する。これによりゼロ点が有効な状態となり、ロボット機構部はθｎ＝０のときに、モータ交換前と同じ姿勢をとるようになる。すなわち基準位置に基づくセンサ信号による軸角度θｎが復元されたことになる。
【００４９】
第１の実施の形態に係る位置情報復元方法をまとめると次のようになる。まず、図１２に示すように、手順１ａとして機構キャリブレーションを実行し、関節軸のゼロ点を基準としたセンサ信号と軸角度θｎとの対応関係を定める。次に、手順２ａとして、モータ交換等が行われる前の第１時点において、視覚マーク３０の縦列（Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５）がほぼ直線上に位置するように、手動でサーボモータＭに駆動指令を出力して関節軸を回転させた後、この視覚マーク３０を含む領域を、カメラ４により撮影する（第１の撮影手順）。さらに、手順３ａとして、カメラ４からの画像信号に基づいて第１時点におけるドットマークＰ１〜Ｐ５の位置関係を算出し、ドットマークＰ１，Ｐ３，Ｐ５が許容値Ｔ内で精度よく直線上に位置するようにサーボモータＭを制御し、視覚マーク３０の位置を調整する（第１のモータ制御手順）。このときのセンサ信号よる軸角度θref-nはメモリに記憶される。
【００５０】
その後、モータ交換等が行われると、手順４ａとして、モータ交換後の第２時点において、視覚マーク３０の縦列（Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５）がほぼ直線上に位置するように、手動でサーボモータＭに駆動指令を出力して関節軸を回転させた後、この視覚マーク３０を含む領域をカメラ４により撮影する（第２の撮影手順）。次いで、手順５ａとして、カメラ４からの画像信号に基づいて第２時点におけるドットマークＰ１〜Ｐ５の位置関係を算出し、ドットマークＰ１，Ｐ３，Ｐ５が許容値Ｔ内で精度よく直線上に位置するようにサーボモータＭを制御し、視覚マーク３０の位置を調整する（第２のモータ制御手順）。最後に、手順６ａとして、このときのセンサ信号による軸角度θref-n’と、モータ交換前にメモリに記憶された軸角度θref-nとに基づき、センサ信号による軸角度θｎを補正する（補正手順）。
【００５１】
第１の実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）モータ交換の前後において、それぞれカメラ４により視覚マーク３０を撮影するとともに、カメラ４からの画像信号に基づいてモータ交換の前後の視覚マーク３０の位置関係が同一の位置関係となるようにサーボモータＭを制御した。そして、これらモータ制御後のセンサ信号に対応した軸角度θref-n，θref-n’に基づいて、モータ交換後のセンサ信号による軸角度θｎを補正するようにした。これにより関節軸の基準位置への手間のかかる位置合わせ作業が不要となり、モータ交換により無効となったゼロ点からのセンサ信号による位置情報を容易に有効とすることができる。
【００５２】
すなわち、本実施の形態では、カメラ４からの画像信号を用いて視覚マーク３０を位置合わせするので、関節部にピンを挿入して位置合わせしたり、Ｖ溝と近接センサを設けて位置合わせする場合に比べ、作業の手間が少なく、位置合わせ作業が容易である。また、図１３に示すように、支持部材３１と可動部材３２にそれぞれけがき線３３ａ，３３ｂを形成し、両方のけがき線３３ａ，３３ｂが一致するように目視によって位置合わせする手法では、作業者がけがき線３３ａ，３３ｂを見る方向によっては位置合わせの誤差が発生しやすく、作業者の技量によっても位置合わせの精度が左右される。これに対し、本実施の形態では、作業者の技量に左右されることなく、精度よく視覚マーク３０を位置合わせすることができる。
【００５３】
（２）視覚マーク３０の位置合わせは、モータ交換の前後において同一の位置で行うのであれば、任意の位置で行うことができる。このため関節軸を、ゼロ点を設定した基準位置に回動させなくても位置合わせが可能となり、位置合わせの自由度が向上する。
（３）モータ交換前にカメラ４の位置または姿勢を変化させて、同一の視覚マーク３０を複数回撮影するので、支持部材３１と可動部材３２との間に段差があるような場合にも、視覚マーク３０を精度よく位置合わせすることができる。
（４）モータ交換後の撮影は１回で済むので、センサ信号による位置情報を有効とするためにユーザ側で行う作業は少なく、ユーザの負担を軽減できる。
【００５４】
−第２の実施の形態−
図１４〜図１６を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。第１の実施では、モータ交換等の前後において、カメラ４からの画像信号に基づき視覚マーク３０を位置合わせし、この位置合わせ後のセンサ信号に基づいてセンサ信号による位置情報を補正するようにしたが、第２の実施の形態では、視覚マーク３０を位置合わせすることなく、モータ交換等の前後の視覚マーク３０の位置に基づいてセンサ信号による位置情報を補正する。なお、第１の実施の形態と同一の箇所には同一の符号を付し、以下では、第１の実施の形態との相違点を主に説明する。
【００５５】
図１４は、第２の実施の形態に係る位置情報復元方法の手順を示す図である。第２の実施の形態では、まず、手順１ｂとして、第１の実施の形態と同様に機構キャリブレーションを実行する。次いで、モータ交換前の第１時点において、手順２ｂとして、視覚マーク３０の縦列（Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５）がほぼ直線上に位置するように、手動でサーボモータＭに駆動指令を出力して関節軸を回転させた後、カメラ４により関節部の視覚マーク３０を含む領域を撮影する（第１の撮影手順）。
【００５６】
この場合、図１５に示すように視覚マーク３０の位置を固定したまま、カメラ４を第１の姿勢として視覚マーク３０を撮影し、さらにカメラ４を第２の姿勢として視覚マーク３０を撮影する。すなわち、第１の実施の形態の手順２ａ（図１２）と同様、カメラ４の位置または姿勢を変更して、視覚マーク３０の撮影を複数回（２回）行う。次いで、手順３ｂとして、このときの画像信号に基づいて、第１の実施の形態と同様に、第１時点における視覚マーク３０の位置関係、すなわちドットマークＰ３，Ｐ５に対するドットマークＰ１の軸回転方向のずれ量Δｘ１およびＰ３とＰ１との段差Δｄ（図１５におけるＰ３とＰ１の紙面に垂直な方向の高低差）を演算する（第１の演算手順）。演算されたΔｘ１とΔｄ、およびセンサ信号による軸角度θ１はメモリに記憶される。
【００５７】
その後、モータ交換等が行われると、手順４ｂとして、モータ交換後の第２時点において、視覚マーク３０の縦列（Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５）がほぼ直線上に位置するように、手動でサーボモータＭに駆動指令を出力して関節軸を回転させた後、図１６に示すように、視覚マーク３０を含む領域をカメラ４により撮影する（第２の撮影手順）。次いで、手順５ｂとして、このときの画像信号に基づき、第１時点でメモリに記憶されたΔｄを用いて、第２時点における視覚マーク３０の位置関係、すなわちドットマークＰ３，Ｐ５に対するドットマークＰ１の軸回転軸方向のずれ量Δｘ２を演算する（第２の演算手順）。このときのセンサ信号による軸角度はθ２である。
【００５８】
最後に手順６ｂとして、演算されたΔｘ２と、センサ信号による軸角度θ２と、第１時点においてメモリに記憶されたΔｘ１およびθ１と、関節軸の中心からドットマークＰ１までの距離Ｒとを用いて、次式(VIII)によりセンサ信号による軸角度θｎを補正する（補正手順）。
θｎ−（θ２−θ１）＋（Δｘ２−Δｘ１）／Ｒ→θｎ (VIII)
【００５９】
以上の手順のうち、手順３ｂにおける視覚マーク３０の位置関係の演算はロボット制御装置５の第１処理部５ａで、手順５ｂにおける視覚マーク３０の位置関係の演算は第２処理部５ｂで、軸角度θｎの補正は補正部５ｃでそれぞれ実行される。この場合、第１処理部５ａと第２処理部５ｂでは、図８，１０に関して説明したのと同様の処理を行えばよく、この点についての具体的な説明は省略する。
【００６０】
第２の実施の形態によれば、モータ交換等の前後において、それぞれカメラ４により視覚マーク３０を撮影するとともに、カメラ４からの画像信号に基づいて実際の軸角度θの変化量（Δｘ２−Δｘ１）／Ｒを算出し、この変化量とセンサ信号による軸角度の変化量（θ２−θ１）とに基づき、モータ交換後のセンサ信号による軸角度θｎを補正するようにした。これによりモータ交換等により無効となったゼロ点からのセンサ信号による位置情報を容易に有効とすることができる。また、第１の実施の形態と異なり、サーボモータＭを制御して視覚マーク３０の位置合わせをする必要がないので、位置情報の復元作業が容易である。
【００６１】
なお、上記実施の形態では、ドットマークＰ１〜Ｐ５により支持部材３１と可動部材３２の位置関係を表すようにしたが、カメラ４により識別可能なのであれば、互いの位置関係を表す第１マーク（Ｐ２〜Ｐ５）および第２マークＰ１の形状はいかなるものでもよい。撮像手段として、ＣＣＤを介して画像信号を取得するのではなく、ＣＭＯＳを介して画像信号を取得するようにしてもよい。上記実施の形態では、第１処理部５ａでの処理（ステップＳ１〜ステップＳ５）によりモータ交換前の視覚マーク３０の位置関係（第１の位置関係）を演算し、第２処理部５ｂでの処理（ステップＳ１１〜ステップＳ１３）により処理によりモータ交換後の視覚マーク３０の位置関係（第２の位置関係）を演算するようにしたが、マーク位置演算手段の構成は上述したものに限らない。
【００６２】
第１の実施の形態では、モータ交換の前後における視覚マーク４の撮影後に、ドットマークＰ１，Ｐ３，Ｐ５の縦列が揃うようにサーボモータＭを制御するようにしたが（ステップＳ９、ステップＳ１６）、視覚マーク３０が他の所定の位置関係となるようにサーボモータ３０を制御してもよく、モータ制御手段としての第１処理部５ａおよび第２処理部５ｂの構成は上述したものに限らない。モータ交換前の第１時点におけるモータ制御後のセンサ信号による軸角度θref-nと、モータ交換後の第２時点におけるモータ制御後のセンサ信号による軸角度θref-n’とに基づいて、第２時点後の軸角度θｎを補正するようにしたが、第１時点におけるモータ制御後のセンサ信号（第１のセンサ信号）と第２時点におけるモータ制御後のセンサ信号（第２のセンサ信号）とに基づいて軸角度θｎを補正するのであれば、補正手段としての補正部５ｃの構成は上述したものに限らない。
【００６３】
第２の実施の形態において、モータ交換前の第１時点における視覚マーク３０の位置関係（図１５）と、モータ交換後の第２時点における視覚マーク３０の位置関係（図１６）とに基づき、第１時点と第２時点との間の軸角度θｎの変化量（支持部材３１に対する可動部材３２の相対移動量）を演算するとともに、この変化量と、第１時点におけるセンサ信号（第１のセンサ信号）と、第２時点におけるセンサ信号（第２のセンサ信号）とに基づき軸角度θｎを補正するのであれば、補正手段としての補正部５ｃの構成は上述したものに限らない。
【００６４】
上記第１および第２の実施の形態では、機構キャリブレーションによりセンサ信号と関節軸の軸角度θｎとの対応関係を定めた後に、サーボモータＭや減速機の着脱や交換等によって無効となった基準位置に基づくθｎを、第１時点におけるモータ制御後のセンサ信号と第２時点におけるモータ制御後のセンサ信号とに基づいて補正することにより、あるいは、θｎの変化量と第１時点におけるセンサ信号と第２時点におけるセンサ信号とに基づいて補正することにより有効化するようにしたが、センサ信号と軸角度θｎとの対応関係に影響を及ぼす他の部品の着脱や交換が行われた場合にも、同様にしてθｎを補正することで、θｎを有効化できる。基準位置に基づくセンサ信号による位置情報として軸角度θｎを有効化するようにしたが、他の位置情報を有効化してもよい。
【００６５】
上記実施の形態では、視覚マーク３０の位置関係を把握するために、モータ交換前の第１時点において、視覚マーク３０を異なるカメラ位置または姿勢で２回撮影するようにしたが、Δｄが予め既知の場合には、第１時点における撮影を１回だけ行うようにしてもよい。視覚マーク３０の位置関係の算出精度を高めるために、視覚マーク３０を３回以上撮影してもよい。
【００６６】
サーボモータＭにより支持部材３１に対し可動部材３２を相対移動させるようにしたが、他のモータを用いてもよい。モータ駆動量に応じたセンサ信号を出力するのであれば、パルスコーダＰＣ以外のセンサを用いることもできる。モータ駆動により関節軸を介して互いに相対移動可能な支持部材３１（第１の部材）と可動部材３２（第２の部材）とを有するロボットであれば、他のロボットにも本願発明を同様に適用できる。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の位置情報復元装置に限定されない。
【符号の説明】
【００６７】
１ ロボット
２ 画像処理装置
４ カメラ
５ ロボット制御装置
５ａ 第１処理部
５ｂ 第２処理部
５ｃ 補正部
３０ 視覚マーク
３１ 支持部材
３２ 可動部材
Ｐ１〜Ｐ５ ドットマーク
Ｍ サーボモータ
ＰＣ パルスコーダ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットの関節軸における基準位置に基づく位置情報を復元するロボットの位置情報復元装置および位置情報復元方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ駆動により回動される関節軸を有するロボットにおいては、一般に、モータ駆動量に応じたセンサ信号を出力するセンサが設けられ、関節軸を基準位置に位置合わせした上で、センサ信号と関節軸の軸角度との対応関係が定められる。この位置合わせは一般に、ロボットを所定の姿勢（形態）にすることで各関節軸が所定の状態になることを利用するものが多く、ロボットを所定の姿勢（形態）にするためにロボットの機構構造に合わせた治具を用いる方法などが様々知られている。それらの例として、関節軸を構成する一対の構造体にそれぞれピン孔を設け、各ピン孔の両方に貫通するピンを挿入して基準位置を規定する方法（例えば特許文献１参照）や、関節軸を構成する一方の構造体にＶ溝を設けるとともに、他方の構造体にＶ溝に対応して近接センサを設け、近接センサからの信号により基準位置を特定する方法（例えば特許文献２参照）などがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−２７８７８７号公報
【特許文献２】特開２００５−１７７９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種のロボットにおいて、モータやモータに連結された減速機等が保守点検等により着脱または交換されると、基準位置に基づくセンサ信号による位置情報が無効となる。したがって、センサ信号による位置情報を有効とするためには、再度、位置合わせ等の作業が必要となる。しかしながら、上記特許文献１記載の方法では、ピン孔部の加工精度不足や関節部の組み付け誤差等によりピン孔の相対位置がずれることがあり、位置合わせ作業が容易でなく、また位置合わせの精度低下を招き易い。また、上記特許文献２記載の方法では、近接センサを関節軸の運動方向に対して精度よく設置する必要があるため、位置合わせ作業に手間と時間を要する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、関節軸を介して互いに相対移動可能に接続された第１の部材及び第２の部材と、第１の部材に対し第２の部材を相対移動させるモータと、モータの駆動量に応じたセンサ信号を出力するセンサとを有するロボットに設けられ、関節軸の基準位置を基準としてセンサ信号と第１の部材に対する第２の部材の相対移動量との対応関係が定められた後に、この対応関係に影響を及ぼす部品の着脱または交換が行われたことによって無効となった、基準位置に基づくセンサ信号による位置情報を有効化するロボットの位置情報復元装置であって、第１の部材および第２の部材には、互いの位置関係を表す第１マークおよび第２マークがそれぞれ設けられ、第１マークおよび第２マークを含む領域の画像信号を取得する撮像手段と、部品の着脱または交換が行われる前の第１時点に撮像手段により得られた画像信号に基づいて、第１時点における第１マークと第２マークとの第１の位置関係を演算するとともに、部品の着脱または交換が行われた後の第２時点に撮像手段により得られた画像信号に基づいて、第２時点における第１マークと第２マークとの第２の位置関係を演算するマーク位置演算手段と、マーク位置演算手段により演算された第１の位置関係が所定の位置関係となるように第１時点においてモータを制御するとともに、マーク位置演算手段により演算された第２の位置関係が所定の位置関係となるように第２時点においてモータを制御するモータ制御手段と、第１時点におけるモータ制御手段による制御後にセンサが出力した第１のセンサ信号と、第２時点におけるモータ制御手段による制御後にセンサが出力した第２のセンサ信号とに基づき、第２時点後にセンサが出力するセンサ信号による位置情報を補正する補正手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明によるロボットの位置情報復元装置は、第１マークおよび第２マークを含む領域の画像信号を取得する撮像手段と、部品の着脱または交換が行われる前の第１時点に撮像手段により得られた画像信号に基づいて、第１時点における第１マークと第２マークとの第１の位置関係を演算するとともに、部品の着脱または交換が行われた後の第２時点に撮像手段により得られた画像信号に基づいて、第２時点における第１マークと第２マークとの第２の位置関係を演算するマーク位置演算手段と、マーク位置演算手段により演算された第１の位置関係と第２の位置関係とに基づき、第１時点と第２時点との間の第１の部材に対する第２の部材の位置変化量を演算するとともに、この位置変化量と、第１時点にセンサが出力した第１のセンサ信号と、第２時点にセンサが出力した第２のセンサ信号とに基づき、第２時点後にセンサが出力するセンサ信号による位置情報を補正する補正手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明は、関節軸を介して互いに相対移動可能に接続された第１の部材及び第２の部材と、第１の部材に対し第２の部材を相対移動させるモータと、モータの駆動量に応じたセンサ信号を出力するセンサとを有するロボットを備え、関節軸の基準位置を基準としてセンサ信号と第１の部材に対する第２の部材の相対移動量との対応関係が定められた後に、この対応関係に影響を及ぼす部品の着脱または交換が行われたことによって無効となった、基準位置に基づくセンサ信号による位置情報を有効化するロボットの位置情報復元方法であって、第１の部材および第２の部材には、互いの位置関係を表す第１マークおよび第２マークがそれぞれ設けられ、部品の着脱または交換が行われる前の第１時点において、第１のマークおよび第２のマークを含む領域をカメラにより撮影する第１の撮影手順と、第１の撮影手順により取得された画像信号に基づいて、第１時点における第１マークと第２マークとの第１の位置関係を演算し、この位置関係が所定の位置関係となるようにモータを制御する第１のモータ制御手順と、部品の着脱または交換が行われた後の第２時点において、第１のマークおよび第２のマークを含む領域をカメラにより撮影する第２の撮影手順と、第２の撮影手順により取得された画像信号に基づいて、第１時点における第１マークと第２マークとの第２の位置関係を演算し、この位置関係が所定の位置関係となるようにモータを制御する第２のモータ制御手順と、第１のモータ制御手順によりモータを制御した後にセンサが出力した第１のセンサ信号と、第２のモータ制御手順によりモータを制御した後にセンサが出力した第２のセンサ信号とに基づき、第２時点後にセンサが出力するセンサ信号による位置情報を補正する補正手順とを含むことを特徴とする。
また、本発明によるロボットの位置情報復元方法は、部品の着脱または交換が行われる前の第１時点において、第１マークおよび第２マークを含む領域をカメラにより撮影する第１の撮影手順と、第１の撮影手順により取得された画像信号に基づいて、第１時点における第１マークと第２マークとの第１の位置関係を演算する第１の演算手順と、部品の着脱または交換が行われた後の第２時点において、第１マークおよび第２マークを含む領域をカメラにより撮影する第２の撮影手順と、第２の撮影手順により取得された画像信号に基づいて、第２時点における第１マークと第２マークとの第２の位置関係を演算する第２の演算手順と、第１の撮影手順により演算された第１の位置関係と、第２の演算手順により演算された第２の位置関係とに基づき、第１時点と第２時点との間の第１の部材に対する第２の部材の相対移動量を演算し、この相対移動量と、第１時点においてセンサが出力した第１のセンサ信号と、第２時点においてセンサが出力した第２のセンサ信号とに基づき、第２時点後にセンサが出力するセンサ信号による位置情報を補正する補正手順とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、モータ交換等の前後における、第１の部材と第２の部材との位置関係を表す第１マークおよび第２マークの画像信号に基づいて、基準位置に基づくセンサ信号による位置情報を補正するので、モータ交換等により無効となったセンサ信号による位置情報を容易に有効とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係る位置情報復元装置が適用される産業用ロボットの一例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る位置情報復元装置を有するロボットシステムの全体構成を示す図である。
【図３】図２のロボット制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図２の画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図５】（ａ），（ｂ）はそれぞれ関節部に設けられた視覚マークの一例を示す図である。
【図６】図５の変形例を示す図である。
【図７】カメラの校正を説明する図である。
【図８】ロボット制御装置の第１処理部で実行される第１の処理の一例を示すフローチャートである。
【図９】（ａ），（ｂ）は第１の処理の具体的手法を説明する図である。
【図１０】ロボット制御装置の第２処理部で実行される第２の処理の一例を示すフローチャートである。
【図１１】第２の処理の具体的手法を説明する図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係る位置情報復元方法の手順を示す図である。
【図１３】図５，６の比較例を示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る位置情報復元方法の手順を示す図である。
【図１５】第２の実施の形態に係る位置情報復元方法によるモータ交換前の撮影動作を示す図である。
【図１６】第２の実施の形態に係る位置情報復元方法によるモータ交換後の撮影動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
−第１の実施の形態−
以下、図１〜図１３を参照して本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る位置情報復元装置が適用される産業用ロボット１の一例を示す図である。図１のロボット１は、回転可能な６つの関節軸を有する多関節ロボットであり、各関節軸の回転方向はそれぞれ矢印Ｊ１〜Ｊ６で示されている。ロボット１の関節軸はモータの駆動により回転され、ロボット１の関節軸の回転量を適宜調整することで、アーム先端部ＡＴを任意の位置と姿勢に位置決めできる。
【００１０】
図２は、本実施の形態に係る位置情報復元装置を有するロボットシステムの全体構成を示す図である。図では一部のみ示すが、各関節軸を形成するロボット機構部３には、それぞれサーボモータＭが設けられている。各サーボモータＭには、モータ駆動量に応じたセンサ信号を出力するパルスコーダＰＣが、それぞれモータ回転角のフィードバック用として一体に設けられている。サーボモータＭの出力軸は、減速機を介してあるいは減速機を介さずに各関節軸に連結されている。関節軸は直動軸でもよく、その場合には、ボールねじあるいはプーリーとタイミングベルト等によってサーボモータＭの回転運動が直線運動に変換される。
【００１１】
このような産業用ロボット１においては、ロボット機構部３が組み立てられた後、機構キャリブレーションと称する作業が行われ、次式(I)に示すような各関節軸における回転角（軸角度）θ１〜θ６とアーム先端部ＡＴの位置および姿勢との対応関係が定められる。
（Ｊ１，Ｊ２，・・，Ｊ６）＝（θ１，θ２，・・，θ６）
←→（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｗ，Ｐ，Ｒ） (I)
なお、上式において、Ｘ，Ｙ，Ｚは、アーム先端部ＡＴの直交三軸座標系におけるＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標であり、Ｗ，Ｐ，ＲはそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向周りの回転角度である。
【００１２】
機構キャリブレーションは、一例として各関節軸を予め定めた基準位置の姿勢にセットして行われ、基準位置を基準としてパルスコーダＰＣの信号（センサ信号）と軸角度θ１〜θ６との対応関係が定められる。このとき、軸角度θ１〜θ６のゼロ点（θ＝０）が定義され、Ｊ１〜Ｊ６は、ゼロ点を基準にして表される。ゼロ点は、例えば基準位置において定義され、この基準位置におけるセンサ信号、つまりゼロ点に対応したセンサ信号が基準信号としてメモリに記憶される。
【００１３】
上述の機構キャリブレーションが既に完了している状態で、保守作業等によりサーボモータＭや減速機が取り外されると、ゼロ点を基準としたセンサ信号による位置情報が変化し、位置情報が無効となる。また、サーボモータＭが交換されると、パルスコーダＰＣも同時に交換されるため、この場合にも、ゼロ点を基準としたセンサ信号による位置情報が無効となる。本実施の形態では、このゼロ点基準の位置情報が無効な状態から後述するようにして有効な状態に復帰させる。
【００１４】
図２に示すように、本実施の形態に係る位置情報復元装置では、ロボット１から離れた位置にカメラ４が設置されている。カメラ４は例えばＣＣＤ等の撮像素子を有する電子カメラであり、撮像により２次元画像を受光面（ＣＣＤアレイ面上）で検出する機能を持つ周知の受光デバイスである。カメラ４はカメラスタンドにより支持され、カメラ４により、ロボット１の関節部に設けられた視覚マーク３０（図５）が撮影される。なお、作業者がカメラ４を手持ちで保持してもよい。
【００１５】
カメラ４からの信号は画像処理装置２に出力され、画像処理装置２からの信号に基づき、ロボット制御装置５は、サーボモータＭを制御する。図３は、ロボット制御装置５の構成を示すブロック図である。ロボット制御装置５は、メインＣＰＵ１１に接続されたバス１７に、ＲＡＭ，ＲＯＭ，不揮発性メモリ等からなるメモリ１２、教示操作盤用インターフェイス１３、外部装置用の入出力インターフェイス１６、サーボ制御部１５及び通信インターフェイス１４が並列に接続されている。ＣＰＵ１１は、第１処理部５ａ、第２処理部５ｂおよび補正部５ｃを有し、これら各部で後述の処理が実行される。
【００１６】
教示操作盤用インターフェイス１３に接続される教示操作盤１８は、通常のディスプレイ機能付きのものであり、作業者は、この教示操作盤１８のマニュアル操作を通じて、ロボット１の動作プログラムの作成、修正、登録、あるいは各種パラメータの設定等を実行する他、後述の制御プログラムの開始指令等を入力する。メモリ１２の不揮発性メモリには、この制御プログラムを含む各種制御プログラムが格納される。
【００１７】
サーボ制御部１５は、サーボ制御器＃１〜＃ｎ（ｎはロボット１の総軸数であり、ここではｎ＝６）を備え、ロボット制御のための演算処理によって作成された移動指令を受け、各軸に付属したパルスコーダＰＣから受け取るフィードバック信号と併せてサーボアンプＡ１〜Ａｎに駆動指令を出力する。各サーボアンプＡ１〜Ａｎは、各駆動指令に基づいて各関節軸のサーボモータＭに電流を供給し、それらを駆動する。通信インターフェイス１４は、画像処理装置２（図２）に接続されており、この通信インターフェイス１４を介してカメラによる撮像の開始指令や画像処理の開始指令などが画像処理装置２に出力され、また画像処理装置２による処理結果が入力される。
【００１８】
画像処理装置２は、図４に示した周知のブロック構成を有する。すなわち、画像処理装置２は、マイクロプロセッサからなるＣＰＵ２０を有し、ＣＰＵ２０には、バスライン３０を介してＲＯＭ２１、画像処理プロセッサ２２、カメラインターフェイス２３、モニタインターフェイス２４、入出力機器（Ｉ／Ｏ）２５、フレームメモリ（画像メモリ）２６、不揮発性メモリ２７、ＲＡＭ２８及び通信インターフェイス２９が各々接続されている。なお、画像処理装置２をロボット制御装置５内に設けることもできる。
【００１９】
カメラインターフェイス２３には、カメラ４が接続される。カメラインターフェイス２３を介して撮影指令が送られたときに、カメラ４に設定された電子シャッタ機能により撮影が実行され、カメラインターフェイス２３を介して画像信号がグレイスケール信号の形でフレームメモリ２６に格納される。モニタインターフェイス２４にはモニタとしてＣＲＴ，ＬＣＤ等のディスプレイが接続され、カメラが撮影中の画像、フレームメモリ２６に格納された過去の画像、画像処理プロセッサ２２による処理を受けた画像等が必要に応じて表示される。
【００２０】
図５は、関節部に設けられた視覚マーク３０の一例を示す図である。なお、図５（ａ）では、関節部の回転軸方向から見てマーク３０を付した例を、図５（ｂ）では、関節部の回転軸の側方から見てマーク３０を付した例をそれぞれ示している。関節部では、支持部材３１に対して可動部材３２が回転可能に支持されている。
【００２１】
視覚マーク３０は、ドット形状をなす５つのドットマークからなり、これらドットマークＰ１〜Ｐ５は十字形状に配設されている。すなわち、中央のドットマークＰ３を挟んで図の横方向両側にそれぞれドットマークＰ２，Ｐ４が等間隔に並設され、さらに中央のドットマークＰ３を挟んで図の縦方向両側にそれぞれドットマークＰ１，Ｐ５が配設されている。ドットマークＰ２〜Ｐ５は支持部材３１に、ドットマークＰ１は可動部材３２にそれぞれ設けられ、可動部材３２の回転によりドットマークＰ１が矢印方向に移動し、視覚マーク３０の形状、すなわちドットマークＰ１とドットマークＰ２〜Ｐ５との位置関係が変化する。
【００２２】
図５では、横方向および縦方向に配置されたドットマークＰ１〜Ｐ５により視覚マーク３０を構成したが、視覚マーク３０を構成する個々の形状を画像処理によって検出できるのであれば、視覚マーク３０の構成は上述したものに限らない。図６は、視覚マーク３０の他の例を示す図である。図６（ａ）では、支持部材側のドットマークの配置が図５のものと異なっている。図６（ｂ）では、ドットマークの一部をバー形状のマークに置き換えている。図６（ｃ）では、ドットマークの代わりにバー形状のマークを用いている。以上の視覚マーク３０は、シール状のものを貼り付けるようにしてもよく、各部材３１，３２の表面に丸穴等により視覚マーク３０を加工してもよい。
【００２３】
視覚マーク３０を撮影するカメラ４は、予め校正されたものを用いる。校正とは、カメラ内の撮像素子上の画像座標系とカメラ４の外部座標系との関係を既知のものとすることを言う。図７は、校正の一例を説明する図であり、カメラ光軸が撮像素子４１の中心を通り、レンズ４２に歪がないことを前提としたカメラモデルを用いている。この場合、撮像素子４１の有効画素数Ｎ、それに対応する撮像素子４１のサイズＳ、レンズ４２の焦点距離ｆが既知情報として用いられる。
【００２４】
ここで、撮像素子４１の中心を画像座標系の原点とし、外部空間座標においてカメラ光軸からＸだけ離れた位置にある対象物４３が、画像座標系において第ｐ画素目に写ったとすると、次式(II)の関係が成り立つ。
Ｘ＝Ｄ・Ｓ・ｐ／（ｆ・Ｎ） (II)
上式(II)のＤは、レンズ中心から対象物までのカメラ光軸に沿った距離である。これにより画像座標系上で捕らえられた対象物４３について、画像座標系上の座標値に基づき、実際の対象物４３とカメラ４の光学中心（レンズ中心）とを結ぶ視線の方向、すなわち角度φを求めることができる。
【００２５】
カメラ４は、レンズが視覚マーク３０に対向して配置される。したがって、対象物４３を図５のドットマークＰ１〜Ｐ５に置き換えれば、レンズ中心から個々のドットマークＰ１〜Ｐ５に向かう視線を求めることができ、後述するように所定の条件を加味すればこの視線に基づきレンズ中心からドットマークＰ１〜Ｐ５までの距離を求めることができる。この場合、支持部材３１と可動部材３２とが図５（ｂ）や図６に示すような関係にあれば、支持部材３１と可動部材３２との間に段差がなく、視覚マーク３０を構成する個々の形状はほぼ同一面上にあると見なせる。一方、例えば図５（ａ）に示すような関係にあれば、支持部材３１と固定部材３２との間に紙面垂直方向に段差がある場合があり、この場合にはドットマークＰ１〜Ｐ５の距離の算出に当たり、段差が考慮される。
【００２６】
なお、視覚マーク３０の撮影は、例えば１msec以下の露光時間で行う。このような露光時間で撮影すれば、作業者が手にもったカメラ４で撮影する場合にも、手ぶれの影響のない静止画像の取得が可能である。
【００２７】
第１の実施の形態では、サーボモータＭや減速機の着脱または交換等（以下ではモータ交換で代表する）により無効となった、基準位置（ゼロ点）に関するセンサ信号による位置情報を有効化するために、モータ交換の前後にそれぞれ視覚マーク３０を含む関節部の撮影を行う。この場合、まず、ロボット機構部３が組み立てられた後に、機構キャリブレーションが実行され、第ｎ軸（Ｊｎ）の軸角度θｎのゼロ点が設定される。なお、ゼロ点とは、θｎ＝０となる位置である。
【００２８】
次に、モータ交換前の第１時点（例えば機構キャリブレーションの直後）において、手動によりロボット制御装置５および画像処理装置２を介してカメラ４に撮影指令を出力して視覚マーク３０の撮影を行う。この際、手動によりサーボモータＭを駆動して図５の縦列のドットマークＰ１，Ｐ３，Ｐ５をほぼ直線上に位置させ、撮影領域の中心部に全てのドットマークＰ１〜Ｐ５が含まれるようにした後に、視覚マーク３０を撮影する。この場合、視覚マーク３０に向けてカメラ４をセットして視覚マーク３０の撮影を１回行った後に、カメラ４の位置または姿勢を変更して同一の視覚マーク３０を再度撮影する。すなわち、視覚マーク３０を２回撮影する。以上の機構キャリブレーションと第１時点における撮影作業は、例えばロボット１を製造するメーカにおいて、ロボット機構部３を製造する際に行われる。
【００２９】
その後、モータ交換後の第２時点において、第１時点と同様にして手動によりカメラ４に撮影指令を出力して視覚マーク３０の撮影を行う。この場合も、手動によりサーボモータＭを駆動して図５の縦列のドットマークＰ１，Ｐ３，Ｐ５をほぼ直線上に位置させ、撮影領域の中心部に全てのドットマークＰ１〜Ｐ５が含まれるようにした後に、視覚マーク３０を撮影する。モータ交換後はモータ交換前と異なり、視覚マーク３０の撮影を１回のみ行う。以上の第２時点における撮影作業は、ロボット１が一般ユーザに使用されて、例えば保守などのためのモータや減速機の交換等、ゼロ点に関するセンサ信号が無効となるような作業が行われた後に実行される。
【００３０】
図８は、第１時点における２回の撮影後に、ロボット制御装置５の第１処理部５ａ（図３）で実行される第１の処理を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えばモータ交換前に、カメラ４による２回目の撮影が行われた直後に自動的に開始される。
【００３１】
ステップＳ１では、カメラ４によって１回目に撮影された視覚マーク３０の画像信号を読み込み、画像上から視覚マーク３０を検出する。より詳細には、ステップＳ１ではロボット制御装置５から通信インターフェイス１４を介して画像処理装置２に対して所定の指令が出力され、画像処理装置２によって視覚マーク３０の検出が行われる。その検出結果は通信インターフェイス１４を介してロボット制御装置５側に送られる。ステップＳ２では、この検出結果に基づき、視覚マーク３０の位置を計測する。具体的には、レンズ中心から視覚マーク３０までの視線の方向および距離を算出する。この点について、図９（ａ）に示すような関節部の撮影が行われたものとして説明する。なお、図９（ｂ）は視覚マーク３０とレンズ中心との位置関係を示す図９（ａ）の矢視ｖ図である。
【００３２】
図９（ｂ）において、支持部材３１側のドットマークＰ２〜Ｐ５は同一面上に位置しており、ドットマークＰ５はドットマークＰ３の影に隠れ、ドットマークＰ２とドットマークＰ３およびドットマークＰ３とドットマークＰ４はそれぞれ既知の距離Ａだけ離れている。一方、可動部材３２側のドットマークＰ１はドットマークＰ２〜Ｐ５よりも未知の距離Δｄだけ異なる高さに位置している。視覚マーク３０の撮影は、図の縦方向のドットマークＰ１，Ｐ３，Ｐ５が直線上に並ぶように可動部材３２を回転した後に行われるが、可動部材３２の回転方向においてドットマークＰ１は正確に位置設定されるわけではなく、ドットマークＰ１はドットマークＰ３から軸回転方向に未知の距離Δｘだけ離れている。またレンズ中心Ｑは図９（ａ）において、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を通り紙面に垂直な平面内におおむね位置するものとする。
【００３３】
カメラ４は予め校正された状態になっており、ステップＳ２では、上式(II)の関係からレンズ中心Ｑから各ドットマークＰ１〜Ｐ４への視線Ｌ１〜Ｌ４の方向を算出する。これにより図９（ｂ）の視線Ｌ２とＬ３とのなす角度Θ１、視線Ｌ３とＬ４とのなす角度Θ２、および視線Ｌ１とＬ３とのなす角度Φをそれぞれ算出する。
【００３４】
さらに、算出された角度Θ１，Θ２を用いて、レンズ中心からドットマークＰ２，Ｐ３，Ｐ４までの距離ｃ１，ｂ，ｃ２をそれぞれ算出する。この場合、角度Θ１，Θ２と各距離ｃ１，ｂ，ｃ２との間には次式（III),(IV),(V)が成立する。
Ａ２＝ｂ２＋ｃ１２−２ｂ・ｃ１・cosΘ１ (III)
Ａ２＝ｂ２＋ｃ２２−２ｂ・ｃ２・cosΘ２ (IV)
ｃ１・sinΘ１＝ｃ２・sinΘ２ （V）
【００３５】
上式（III）,(IV),(V)を連立させて解くことにより、ｃ１，ｂ，ｃ２をそれぞれ算出する。これにより、レンズ中心ＱとドットマークＰ２〜Ｐ４の相対位置を特定でき、レンズ中心ＱからＰ１に向かう視線Ｌ１とＰ２〜Ｐ４の相対関係を把握できる。この場合、Ｐ１に関しては視線Ｌ１の方向が求められるだけであり、この段階ではＰ１の位置を表す値（Δｄ、Δｘ）までは特定できない。
【００３６】
ステップＳ３では、カメラ２によって２回目に撮影された視覚マーク３０の画像信号を読み込み、画像上から視覚マーク３０を検出する。その詳細はステップＳ１と同様である。ステップＳ４では、この検出結果に基づき視覚マーク３０の位置を計測する。具体的には、ステップＳ２と同様にして、レンズ中心から視覚マーク３０までの視線を算出し、とくにレンズ中心からドットマークＰ１に向かう視線Ｌ１とＰ２、Ｐ３、Ｐ４の相対関係を把握する。ステップＳ５では、ステップＳ２で求められた視線Ｌ１と、ステップＳ４で求められた視線Ｌ１との交点をＰ１として算出し、Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４に対するＰ１の位置を特定する（ステレオ視の原理）。すなわち、図９（ｂ）のΔｄとΔｘの値を算出する。
【００３７】
ステップＳ６では、Δｘの絶対値が予め定めた許容値Ｔより小さいか否かを判定する。許容値Ｔは、Ｐ３に対するＰ１の軸回転方向への最大ずれ量を規定する値であり、例えばほぼ０に近い値が設定されている。ステップＳ６が否定されるとステップＳ９に進む。
【００３８】
ステップＳ９では、サーボモータＭに制御信号を出力し、関節軸を−Δｘ／Ｒだけ回転させる。ここで、Ｒは関節軸の中心からドットマークＰ１までの距離（回転半径）であり、設計値や実測値を用いることができる。実測値としては、例えば上述のステレオ視の原理でΔｘが求められることを利用し、関節軸の角度がθ１であるときのΔｘ１、θ２であるときのΔｘ２をそれぞれ求め、Ｒ＝（Δｘ１−Δｘ２）／（θ１−θ２）によりＲを求めればよい。
【００３９】
ステップＳ９で関節軸を−Δｘ／Ｒだけ回転すると、ドットマークＰ２〜Ｐ４に対するドットマークＰ１の位置関係が変化し、Ｐ３に対するＰ１の軸回転方向のずれ量Δｘが減少する。そこで、ステップＳ１０では、モニタに制御信号を出力して、視覚マーク３０を撮影することを促すようなメッセージを作業者に対して表示し、第１の処理を終了する。これにより、作業者はカメラ４により視覚マーク３０の撮影を再度行い、第１の処理が再び実行される。
【００４０】
一方、ステップＳ６で、Δｘの絶対値がＴより小さいと判定されると、視覚マーク３０の縦列が正確に直線上に揃ったとみなし、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、このときのセンサ信号による軸角度θをθref-nとしてメモリに記憶する。なお、ｎは第ｎ番目の関節軸であることを表す添え字である。次いで、ステップＳ８で、ステップＳ５で算出されたΔｄを、第ｎ番目の関節軸の視覚マーク３０の段差Δｄ-nとしてメモリに記憶し、第１の処理を終了する。
【００４１】
図１０は、第２時点における視覚マーク３０の撮影後に、ロボット制御装置５の第２処理部５ｂ（図３）で実行される第２の処理を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えばモータ交換後に、カメラ４による撮影が行われた直後に自動的に開始される。
【００４２】
ステップＳ１１では、第２ステップにおいてカメラ４により撮影された視覚マーク３０の画像信号を読み込み、画像上から視覚マーク３０を検出する。より詳細には、ステップＳ１１ではロボット制御装置５から通信インターフェイス１４を介して画像処理装置２に対して所定の指令が出力され、画像処理装置２によって視覚マーク３０の検出が行われる。その検出結果は通信インターフェイス１４を介してロボット制御装置５側に送られる。
【００４３】
ステップＳ１２では、この検出結果に基づき、視覚マーク３０の位置を計測する。すなわち、上述のステップＳ２と同様にしてレンズ中心から視覚マーク３０までの視線の方向および距離を算出する。より具体的には、図１１に示すように、ドットマークＰ３における法線とＱからＰ３に向かう視線Ｌ３とのなす角度α、および視線Ｌ３とＱからＰ１に向かう視線Ｌ１とのなす角度Φをそれぞれ算出するとともに、ＱからＰ３までの距離ｂを算出する。距離ｂは、上述のステップＳ２でｃ１、ｂ、ｃ２を算出したのと同様の処理を行うことによって得られる。なお、ステップＳ１２ではステップＳ２と同様に、レンズ中心Ｑは図９（ａ）において、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を通り紙面に垂直な平面内におおむね位置するものとする。
【００４４】
ステップＳ１３では、上述の処理（ステップＳ８）によりメモリに記憶されたΔｄと、ステップＳ１２で求めた角度α、Φ、距離ｂを用いて、次式(VI)によりＰ３に対するＰ１の軸回転方向のずれ量Δｘ（図１１）を算出する。
Δｘ＝ｂsinα−（ｂcosα＋Δｄ）tan（α−Φ） (VI)
【００４５】
次いで、ステップＳ１４で、ステップＳ６と同様、Δｘの絶対値が予め定めた許容値Ｔより小さいか否かを判定する。ステップＳ１４が否定されるとステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、ステップＳ９と同様、サーボモータＭに制御信号を出力し、関節軸を−Δｘ／Ｒだけ回転させる。次いで、ステップＳ１７でモニタに制御信号を出力し、カメラ４による再撮影を促すようなメッセージを作業者に対して表示し、第２の処理を終了する。これにより、作業者は視覚マーク３０の撮影を再度行い、第２の処理が再び実行される。
【００４６】
一方、ステップＳ１４で、Δｘの絶対値がＴより小さいと判定されると、視覚マーク３０の縦列（Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５）が正確に直線上に揃ったとみなし、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、このときのセンサ信号による軸角度θをθref-n’としてメモリに記憶し、第２の処理を終了する。
【００４７】
第２の処理が終了すると、以降、ロボット制御装置５の補正部５ｃ（図３）は、メモリに記憶された軸角度θref-n，θref-n’を用いて、次式(VII)によりセンサ信号による第ｎ軸の軸角度θｎを補正する。
θｎ−（θref-n’−θref-n）→θｎ (VII)
【００４８】
上式(VII)は、軸角度θｎの基準値を（θref-n’−θref-n）だけずらすことを意味する。これによりゼロ点が有効な状態となり、ロボット機構部はθｎ＝０のときに、モータ交換前と同じ姿勢をとるようになる。すなわち基準位置に基づくセンサ信号による軸角度θｎが復元されたことになる。
【００４９】
第１の実施の形態に係る位置情報復元方法をまとめると次のようになる。まず、図１２に示すように、手順１ａとして機構キャリブレーションを実行し、関節軸のゼロ点を基準としたセンサ信号と軸角度θｎとの対応関係を定める。次に、手順２ａとして、モータ交換等が行われる前の第１時点において、視覚マーク３０の縦列（Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５）がほぼ直線上に位置するように、手動でサーボモータＭに駆動指令を出力して関節軸を回転させた後、この視覚マーク３０を含む領域を、カメラ４により撮影する（第１の撮影手順）。さらに、手順３ａとして、カメラ４からの画像信号に基づいて第１時点におけるドットマークＰ１〜Ｐ５の位置関係を算出し、ドットマークＰ１，Ｐ３，Ｐ５が許容値Ｔ内で精度よく直線上に位置するようにサーボモータＭを制御し、視覚マーク３０の位置を調整する（第１のモータ制御手順）。このときのセンサ信号よる軸角度θref-nはメモリに記憶される。
【００５０】
その後、モータ交換等が行われると、手順４ａとして、モータ交換後の第２時点において、視覚マーク３０の縦列（Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５）がほぼ直線上に位置するように、手動でサーボモータＭに駆動指令を出力して関節軸を回転させた後、この視覚マーク３０を含む領域をカメラ４により撮影する（第２の撮影手順）。次いで、手順５ａとして、カメラ４からの画像信号に基づいて第２時点におけるドットマークＰ１〜Ｐ５の位置関係を算出し、ドットマークＰ１，Ｐ３，Ｐ５が許容値Ｔ内で精度よく直線上に位置するようにサーボモータＭを制御し、視覚マーク３０の位置を調整する（第２のモータ制御手順）。最後に、手順６ａとして、このときのセンサ信号による軸角度θref-n’と、モータ交換前にメモリに記憶された軸角度θref-nとに基づき、センサ信号による軸角度θｎを補正する（補正手順）。
【００５１】
第１の実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）モータ交換の前後において、それぞれカメラ４により視覚マーク３０を撮影するとともに、カメラ４からの画像信号に基づいてモータ交換の前後の視覚マーク３０の位置関係が同一の位置関係となるようにサーボモータＭを制御した。そして、これらモータ制御後のセンサ信号に対応した軸角度θref-n，θref-n’に基づいて、モータ交換後のセンサ信号による軸角度θｎを補正するようにした。これにより関節軸の基準位置への手間のかかる位置合わせ作業が不要となり、モータ交換により無効となったゼロ点からのセンサ信号による位置情報を容易に有効とすることができる。
【００５２】
すなわち、本実施の形態では、カメラ４からの画像信号を用いて視覚マーク３０を位置合わせするので、関節部にピンを挿入して位置合わせしたり、Ｖ溝と近接センサを設けて位置合わせする場合に比べ、作業の手間が少なく、位置合わせ作業が容易である。また、図１３に示すように、支持部材３１と可動部材３２にそれぞれけがき線３３ａ，３３ｂを形成し、両方のけがき線３３ａ，３３ｂが一致するように目視によって位置合わせする手法では、作業者がけがき線３３ａ，３３ｂを見る方向によっては位置合わせの誤差が発生しやすく、作業者の技量によっても位置合わせの精度が左右される。これに対し、本実施の形態では、作業者の技量に左右されることなく、精度よく視覚マーク３０を位置合わせすることができる。
【００５３】
（２）視覚マーク３０の位置合わせは、モータ交換の前後において同一の位置で行うのであれば、任意の位置で行うことができる。このため関節軸を、ゼロ点を設定した基準位置に回動させなくても位置合わせが可能となり、位置合わせの自由度が向上する。
（３）モータ交換前にカメラ４の位置または姿勢を変化させて、同一の視覚マーク３０を複数回撮影するので、支持部材３１と可動部材３２との間に段差があるような場合にも、視覚マーク３０を精度よく位置合わせすることができる。
（４）モータ交換後の撮影は１回で済むので、センサ信号による位置情報を有効とするためにユーザ側で行う作業は少なく、ユーザの負担を軽減できる。
【００５４】
−第２の実施の形態−
図１４〜図１６を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。第１の実施では、モータ交換等の前後において、カメラ４からの画像信号に基づき視覚マーク３０を位置合わせし、この位置合わせ後のセンサ信号に基づいてセンサ信号による位置情報を補正するようにしたが、第２の実施の形態では、視覚マーク３０を位置合わせすることなく、モータ交換等の前後の視覚マーク３０の位置に基づいてセンサ信号による位置情報を補正する。なお、第１の実施の形態と同一の箇所には同一の符号を付し、以下では、第１の実施の形態との相違点を主に説明する。
【００５５】
図１４は、第２の実施の形態に係る位置情報復元方法の手順を示す図である。第２の実施の形態では、まず、手順１ｂとして、第１の実施の形態と同様に機構キャリブレーションを実行する。次いで、モータ交換前の第１時点において、手順２ｂとして、視覚マーク３０の縦列（Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５）がほぼ直線上に位置するように、手動でサーボモータＭに駆動指令を出力して関節軸を回転させた後、カメラ４により関節部の視覚マーク３０を含む領域を撮影する（第１の撮影手順）。
【００５６】
この場合、図１５に示すように視覚マーク３０の位置を固定したまま、カメラ４を第１の姿勢として視覚マーク３０を撮影し、さらにカメラ４を第２の姿勢として視覚マーク３０を撮影する。すなわち、第１の実施の形態の手順２ａ（図１２）と同様、カメラ４の位置または姿勢を変更して、視覚マーク３０の撮影を複数回（２回）行う。次いで、手順３ｂとして、このときの画像信号に基づいて、第１の実施の形態と同様に、第１時点における視覚マーク３０の位置関係、すなわちドットマークＰ３，Ｐ５に対するドットマークＰ１の軸回転方向のずれ量Δｘ１およびＰ３とＰ１との段差Δｄ（図１５におけるＰ３とＰ１の紙面に垂直な方向の高低差）を演算する（第１の演算手順）。演算されたΔｘ１とΔｄ、およびセンサ信号による軸角度θ１はメモリに記憶される。
【００５７】
その後、モータ交換等が行われると、手順４ｂとして、モータ交換後の第２時点において、視覚マーク３０の縦列（Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５）がほぼ直線上に位置するように、手動でサーボモータＭに駆動指令を出力して関節軸を回転させた後、図１６に示すように、視覚マーク３０を含む領域をカメラ４により撮影する（第２の撮影手順）。次いで、手順５ｂとして、このときの画像信号に基づき、第１時点でメモリに記憶されたΔｄを用いて、第２時点における視覚マーク３０の位置関係、すなわちドットマークＰ３，Ｐ５に対するドットマークＰ１の軸回転軸方向のずれ量Δｘ２を演算する（第２の演算手順）。このときのセンサ信号による軸角度はθ２である。
【００５８】
最後に手順６ｂとして、演算されたΔｘ２と、センサ信号による軸角度θ２と、第１時点においてメモリに記憶されたΔｘ１およびθ１と、関節軸の中心からドットマークＰ１までの距離Ｒとを用いて、次式(VIII)によりセンサ信号による軸角度θｎを補正する（補正手順）。
θｎ−（θ２−θ１）＋（Δｘ２−Δｘ１）／Ｒ→θｎ (VIII)
【００５９】
以上の手順のうち、手順３ｂにおける視覚マーク３０の位置関係の演算はロボット制御装置５の第１処理部５ａで、手順５ｂにおける視覚マーク３０の位置関係の演算は第２処理部５ｂで、軸角度θｎの補正は補正部５ｃでそれぞれ実行される。この場合、第１処理部５ａと第２処理部５ｂでは、図８，１０に関して説明したのと同様の処理を行えばよく、この点についての具体的な説明は省略する。
【００６０】
第２の実施の形態によれば、モータ交換等の前後において、それぞれカメラ４により視覚マーク３０を撮影するとともに、カメラ４からの画像信号に基づいて実際の軸角度θの変化量（Δｘ２−Δｘ１）／Ｒを算出し、この変化量とセンサ信号による軸角度の変化量（θ２−θ１）とに基づき、モータ交換後のセンサ信号による軸角度θｎを補正するようにした。これによりモータ交換等により無効となったゼロ点からのセンサ信号による位置情報を容易に有効とすることができる。また、第１の実施の形態と異なり、サーボモータＭを制御して視覚マーク３０の位置合わせをする必要がないので、位置情報の復元作業が容易である。
【００６１】
なお、上記実施の形態では、ドットマークＰ１〜Ｐ５により支持部材３１と可動部材３２の位置関係を表すようにしたが、カメラ４により識別可能なのであれば、互いの位置関係を表す第１マーク（Ｐ２〜Ｐ５）および第２マークＰ１の形状はいかなるものでもよい。撮像手段として、ＣＣＤを介して画像信号を取得するのではなく、ＣＭＯＳを介して画像信号を取得するようにしてもよい。上記実施の形態では、第１処理部５ａでの処理（ステップＳ１〜ステップＳ５）によりモータ交換前の視覚マーク３０の位置関係（第１の位置関係）を演算し、第２処理部５ｂでの処理（ステップＳ１１〜ステップＳ１３）により処理によりモータ交換後の視覚マーク３０の位置関係（第２の位置関係）を演算するようにしたが、マーク位置演算手段の構成は上述したものに限らない。
【００６２】
第１の実施の形態では、モータ交換の前後における視覚マーク４の撮影後に、ドットマークＰ１，Ｐ３，Ｐ５の縦列が揃うようにサーボモータＭを制御するようにしたが（ステップＳ９、ステップＳ１６）、視覚マーク３０が他の所定の位置関係となるようにサーボモータ３０を制御してもよく、モータ制御手段としての第１処理部５ａおよび第２処理部５ｂの構成は上述したものに限らない。モータ交換前の第１時点におけるモータ制御後のセンサ信号による軸角度θref-nと、モータ交換後の第２時点におけるモータ制御後のセンサ信号による軸角度θref-n’とに基づいて、第２時点後の軸角度θｎを補正するようにしたが、第１時点におけるモータ制御後のセンサ信号（第１のセンサ信号）と第２時点におけるモータ制御後のセンサ信号（第２のセンサ信号）とに基づいて軸角度θｎを補正するのであれば、補正手段としての補正部５ｃの構成は上述したものに限らない。
【００６３】
第２の実施の形態において、モータ交換前の第１時点における視覚マーク３０の位置関係（図１５）と、モータ交換後の第２時点における視覚マーク３０の位置関係（図１６）とに基づき、第１時点と第２時点との間の軸角度θｎの変化量（支持部材３１に対する可動部材３２の相対移動量）を演算するとともに、この変化量と、第１時点におけるセンサ信号（第１のセンサ信号）と、第２時点におけるセンサ信号（第２のセンサ信号）とに基づき軸角度θｎを補正するのであれば、補正手段としての補正部５ｃの構成は上述したものに限らない。
【００６４】
上記第１および第２の実施の形態では、機構キャリブレーションによりセンサ信号と関節軸の軸角度θｎとの対応関係を定めた後に、サーボモータＭや減速機の着脱や交換等によって無効となった基準位置に基づくθｎを、第１時点におけるモータ制御後のセンサ信号と第２時点におけるモータ制御後のセンサ信号とに基づいて補正することにより、あるいは、θｎの変化量と第１時点におけるセンサ信号と第２時点におけるセンサ信号とに基づいて補正することにより有効化するようにしたが、センサ信号と軸角度θｎとの対応関係に影響を及ぼす他の部品の着脱や交換が行われた場合にも、同様にしてθｎを補正することで、θｎを有効化できる。基準位置に基づくセンサ信号による位置情報として軸角度θｎを有効化するようにしたが、他の位置情報を有効化してもよい。
【００６５】
上記実施の形態では、視覚マーク３０の位置関係を把握するために、モータ交換前の第１時点において、視覚マーク３０を異なるカメラ位置または姿勢で２回撮影するようにしたが、Δｄが予め既知の場合には、第１時点における撮影を１回だけ行うようにしてもよい。視覚マーク３０の位置関係の算出精度を高めるために、視覚マーク３０を３回以上撮影してもよい。
【００６６】
サーボモータＭにより支持部材３１に対し可動部材３２を相対移動させるようにしたが、他のモータを用いてもよい。モータ駆動量に応じたセンサ信号を出力するのであれば、パルスコーダＰＣ以外のセンサを用いることもできる。モータ駆動により関節軸を介して互いに相対移動可能な支持部材３１（第１の部材）と可動部材３２（第２の部材）とを有するロボットであれば、他のロボットにも本願発明を同様に適用できる。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の位置情報復元装置に限定されない。
【符号の説明】
【００６７】
１ ロボット
２ 画像処理装置
４ カメラ
５ ロボット制御装置
５ａ 第１処理部
５ｂ 第２処理部
５ｃ 補正部
３０ 視覚マーク
３１ 支持部材
３２ 可動部材
Ｐ１〜Ｐ５ ドットマーク
Ｍ サーボモータ
ＰＣ パルスコーダ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
関節軸を介して互いに相対移動可能に接続された第１の部材及び第２の部材と、前記第１の部材に対し前記第２の部材を相対移動させるモータと、前記モータの駆動量に応じたセンサ信号を出力するセンサとを有するロボットに設けられ、前記関節軸の基準位置を基準として前記センサ信号と前記第１の部材に対する前記第２の部材の相対移動量との対応関係が定められた後に、この対応関係に影響を及ぼす部品の着脱または交換が行われたことによって無効となった、前記基準位置に基づくセンサ信号による位置情報を有効化するロボットの位置情報復元装置であって、
前記第１の部材および前記第２の部材には、互いの位置関係を表す第１マークおよび第２マークがそれぞれ設けられ、
前記第１マークおよび前記第２マークを含む領域の画像信号を取得する撮像手段と、
前記部品の着脱または交換が行われる前の第１時点に前記撮像手段により得られた画像信号に基づいて、前記第１時点における前記第１マークと前記第２マークとの第１の位置関係を演算するとともに、前記部品の着脱または交換が行われた後の第２時点に前記撮像手段により得られた画像信号に基づいて、前記第２時点における前記第１マークと前記第２マークとの第２の位置関係を演算するマーク位置演算手段と、
前記マーク位置演算手段により演算された前記第１の位置関係が所定の位置関係となるように前記第１時点において前記モータを制御するとともに、前記マーク位置演算手段により演算された前記第２の位置関係が前記所定の位置関係となるように前記第２時点において前記モータを制御するモータ制御手段と、
前記第１時点における前記モータ制御手段による制御後に前記センサが出力した第１のセンサ信号と、前記第２時点における前記モータ制御手段による制御後に前記センサが出力した第２のセンサ信号とに基づき、前記第２時点後に前記センサが出力するセンサ信号による位置情報を補正する補正手段とを備えることを特徴とするロボットの位置情報復元装置。
【請求項２】
関節軸を介して互いに相対移動可能に接続された第１の部材及び第２の部材と、前記第１の部材に対し前記第２の部材を相対移動させるモータと、前記モータの駆動量に応じたセンサ信号を出力するセンサとを有するロボットに設けられ、前記関節軸の基準位置を基準として前記センサ信号と前記第１の部材に対する前記第２の部材の相対移動量との対応関係が定められた後に、この対応関係に影響を及ぼす部品の着脱または交換が行われたことによって無効となった、前記基準位置に基づくセンサ信号による位置情報を有効化するロボットの位置情報復元装置であって、
前記第１の部材および前記第２の部材には、互いの位置関係を表す第１マークおよび第２マークがそれぞれ設けられ、
前記第１マークおよび前記第２マークを含む領域の画像信号を取得する撮像手段と、
前記部品の着脱または交換が行われる前の第１時点に前記撮像手段により得られた画像信号に基づいて、前記第１時点における前記第１マークと前記第２マークとの第１の位置関係を演算するとともに、前記部品の着脱または交換が行われた後の第２時点に前記撮像手段により得られた画像信号に基づいて、前記第２時点における前記第１マークと前記第２マークとの第２の位置関係を演算するマーク位置演算手段と、
前記マーク位置演算手段により演算された前記第１の位置関係と前記第２の位置関係とに基づき、前記第１時点と前記第２時点との間の前記第１の部材に対する前記第２の部材の位置変化量を演算するとともに、この位置変化量と、前記第１時点に前記センサが出力した第１のセンサ信号と、前記第２時点に前記センサが出力した第２のセンサ信号とに基づき、前記第２時点後に前記センサが出力するセンサ信号による位置情報を補正する補正手段とを備えることを特徴とするロボットの位置情報復元装置。
【請求項３】
関節軸を介して互いに相対移動可能に接続された第１の部材及び第２の部材と、前記第１の部材に対し前記第２の部材を相対移動させるモータと、前記モータの駆動量に応じたセンサ信号を出力するセンサとを有するロボットを備え、前記関節軸の基準位置を基準として前記センサ信号と前記第１の部材に対する前記第２の部材の相対移動量との対応関係が定められた後に、この対応関係に影響を及ぼす部品の着脱または交換が行われたことによって無効となった、前記基準位置に基づくセンサ信号による位置情報を有効化するロボットの位置情報復元方法であって、
前記第１の部材および前記第２の部材には、互いの位置関係を表す第１マークおよび第２マークがそれぞれ設けられ、
前記部品の着脱または交換が行われる前の第１時点において、前記第１のマークおよび前記第２のマークを含む領域をカメラにより撮影する第１の撮影手順と、
前記第１の撮影手順により取得された画像信号に基づいて、前記第１時点における前記第１マークと前記第２マークとの第１の位置関係を演算し、この位置関係が所定の位置関係となるように前記モータを制御する第１のモータ制御手順と、
前記部品の着脱または交換が行われた後の第２時点において、前記第１のマークおよび前記第２のマークを含む領域を前記カメラにより撮影する第２の撮影手順と、
前記第２の撮影手順により取得された画像信号に基づいて、前記第１時点における前記第１マークと前記第２マークとの第２の位置関係を演算し、この位置関係が前記所定の位置関係となるように前記モータを制御する第２のモータ制御手順と、
前記第１のモータ制御手順により前記モータを制御した後に前記センサが出力した第１のセンサ信号と、前記第２のモータ制御手順により前記モータを制御した後に前記センサが出力した第２のセンサ信号とに基づき、前記第２時点後に前記センサが出力するセンサ信号による位置情報を補正する補正手順とを含むことを特徴とするロボットの位置情報復元方法。
【請求項４】
関節軸を介して互いに相対移動可能に接続された第１の部材及び第２の部材と、前記第１の部材に対し前記第２の部材を相対移動させるモータと、前記モータの駆動量に応じたセンサ信号を出力するセンサとを有するロボットを備え、前記関節軸の基準位置を基準として前記センサ信号と前記第１の部材に対する前記第２の部材の相対移動量との対応関係が定められた後に、この対応関係に影響を及ぼす部品の着脱または交換が行われたことによって無効となった、前記基準位置に基づくセンサ信号による位置情報を有効化するロボットの位置情報復元方法であって、
前記第１の部材および前記第２の部材には、互いの位置関係を表す第１マークおよび第２マークがそれぞれ設けられ、
前記部品の着脱または交換が行われる前の第１時点において、前記第１マークおよび前記第２マークを含む領域をカメラにより撮影する第１の撮影手順と、
前記第１の撮影手順により取得された画像信号に基づいて、前記第１時点における前記第１マークと前記第２マークとの第１の位置関係を演算する第１の演算手順と、
前記部品の着脱または交換が行われた後の第２時点において、前記第１マークおよび前記第２マークを含む領域を前記カメラにより撮影する第２の撮影手順と、
前記第２の撮影手順により取得された画像信号に基づいて、前記第２時点における前記第１マークと前記第２マークとの第２の位置関係を演算する第２の演算手順と、
前記第１の撮影手順により演算された第１の位置関係と、前記第２の演算手順により演算された第２の位置関係とに基づき、前記第１時点と前記第２時点との間の前記第１の部材に対する前記第２の部材の相対移動量を演算し、この相対移動量と、前記第１時点において前記センサが出力した第１のセンサ信号と、前記第２時点において前記センサが出力した第２のセンサ信号とに基づき、前記第２時点後に前記センサが出力するセンサ信号による位置情報を補正する補正手順とを含むことを特徴とするロボットの位置情報復元方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載のロボットの位置情報復元方法において、
前記第１の撮影手順では、前記カメラを複数の異なる位置または姿勢にして、前記第１マークおよび前記第２マークを含む領域を複数回撮影することを特徴とするロボットの位置情報復元方法。
【請求項１】
関節軸を介して互いに相対移動可能に接続された第１の部材及び第２の部材と、前記第１の部材に対し前記第２の部材を相対移動させるモータと、前記モータの駆動量に応じたセンサ信号を出力するセンサとを有するロボットに設けられ、前記関節軸の基準位置を基準として前記センサ信号と前記第１の部材に対する前記第２の部材の相対移動量との対応関係が定められた後に、この対応関係に影響を及ぼす部品の着脱または交換が行われたことによって無効となった、前記基準位置に基づくセンサ信号による位置情報を有効化するロボットの位置情報復元装置であって、
前記第１の部材および前記第２の部材には、互いの位置関係を表す第１マークおよび第２マークがそれぞれ設けられ、
前記第１マークおよび前記第２マークを含む領域の画像信号を取得する撮像手段と、
前記部品の着脱または交換が行われる前の第１時点に前記撮像手段により得られた画像信号に基づいて、前記第１時点における前記第１マークと前記第２マークとの第１の位置関係を演算するとともに、前記部品の着脱または交換が行われた後の第２時点に前記撮像手段により得られた画像信号に基づいて、前記第２時点における前記第１マークと前記第２マークとの第２の位置関係を演算するマーク位置演算手段と、
前記マーク位置演算手段により演算された前記第１の位置関係が所定の位置関係となるように前記第１時点において前記モータを制御するとともに、前記マーク位置演算手段により演算された前記第２の位置関係が前記所定の位置関係となるように前記第２時点において前記モータを制御するモータ制御手段と、
前記第１時点における前記モータ制御手段による制御後に前記センサが出力した第１のセンサ信号と、前記第２時点における前記モータ制御手段による制御後に前記センサが出力した第２のセンサ信号とに基づき、前記第２時点後に前記センサが出力するセンサ信号による位置情報を補正する補正手段とを備えることを特徴とするロボットの位置情報復元装置。
【請求項２】
関節軸を介して互いに相対移動可能に接続された第１の部材及び第２の部材と、前記第１の部材に対し前記第２の部材を相対移動させるモータと、前記モータの駆動量に応じたセンサ信号を出力するセンサとを有するロボットに設けられ、前記関節軸の基準位置を基準として前記センサ信号と前記第１の部材に対する前記第２の部材の相対移動量との対応関係が定められた後に、この対応関係に影響を及ぼす部品の着脱または交換が行われたことによって無効となった、前記基準位置に基づくセンサ信号による位置情報を有効化するロボットの位置情報復元装置であって、
前記第１の部材および前記第２の部材には、互いの位置関係を表す第１マークおよび第２マークがそれぞれ設けられ、
前記第１マークおよび前記第２マークを含む領域の画像信号を取得する撮像手段と、
前記部品の着脱または交換が行われる前の第１時点に前記撮像手段により得られた画像信号に基づいて、前記第１時点における前記第１マークと前記第２マークとの第１の位置関係を演算するとともに、前記部品の着脱または交換が行われた後の第２時点に前記撮像手段により得られた画像信号に基づいて、前記第２時点における前記第１マークと前記第２マークとの第２の位置関係を演算するマーク位置演算手段と、
前記マーク位置演算手段により演算された前記第１の位置関係と前記第２の位置関係とに基づき、前記第１時点と前記第２時点との間の前記第１の部材に対する前記第２の部材の位置変化量を演算するとともに、この位置変化量と、前記第１時点に前記センサが出力した第１のセンサ信号と、前記第２時点に前記センサが出力した第２のセンサ信号とに基づき、前記第２時点後に前記センサが出力するセンサ信号による位置情報を補正する補正手段とを備えることを特徴とするロボットの位置情報復元装置。
【請求項３】
関節軸を介して互いに相対移動可能に接続された第１の部材及び第２の部材と、前記第１の部材に対し前記第２の部材を相対移動させるモータと、前記モータの駆動量に応じたセンサ信号を出力するセンサとを有するロボットを備え、前記関節軸の基準位置を基準として前記センサ信号と前記第１の部材に対する前記第２の部材の相対移動量との対応関係が定められた後に、この対応関係に影響を及ぼす部品の着脱または交換が行われたことによって無効となった、前記基準位置に基づくセンサ信号による位置情報を有効化するロボットの位置情報復元方法であって、
前記第１の部材および前記第２の部材には、互いの位置関係を表す第１マークおよび第２マークがそれぞれ設けられ、
前記部品の着脱または交換が行われる前の第１時点において、前記第１のマークおよび前記第２のマークを含む領域をカメラにより撮影する第１の撮影手順と、
前記第１の撮影手順により取得された画像信号に基づいて、前記第１時点における前記第１マークと前記第２マークとの第１の位置関係を演算し、この位置関係が所定の位置関係となるように前記モータを制御する第１のモータ制御手順と、
前記部品の着脱または交換が行われた後の第２時点において、前記第１のマークおよび前記第２のマークを含む領域を前記カメラにより撮影する第２の撮影手順と、
前記第２の撮影手順により取得された画像信号に基づいて、前記第１時点における前記第１マークと前記第２マークとの第２の位置関係を演算し、この位置関係が前記所定の位置関係となるように前記モータを制御する第２のモータ制御手順と、
前記第１のモータ制御手順により前記モータを制御した後に前記センサが出力した第１のセンサ信号と、前記第２のモータ制御手順により前記モータを制御した後に前記センサが出力した第２のセンサ信号とに基づき、前記第２時点後に前記センサが出力するセンサ信号による位置情報を補正する補正手順とを含むことを特徴とするロボットの位置情報復元方法。
【請求項４】
関節軸を介して互いに相対移動可能に接続された第１の部材及び第２の部材と、前記第１の部材に対し前記第２の部材を相対移動させるモータと、前記モータの駆動量に応じたセンサ信号を出力するセンサとを有するロボットを備え、前記関節軸の基準位置を基準として前記センサ信号と前記第１の部材に対する前記第２の部材の相対移動量との対応関係が定められた後に、この対応関係に影響を及ぼす部品の着脱または交換が行われたことによって無効となった、前記基準位置に基づくセンサ信号による位置情報を有効化するロボットの位置情報復元方法であって、
前記第１の部材および前記第２の部材には、互いの位置関係を表す第１マークおよび第２マークがそれぞれ設けられ、
前記部品の着脱または交換が行われる前の第１時点において、前記第１マークおよび前記第２マークを含む領域をカメラにより撮影する第１の撮影手順と、
前記第１の撮影手順により取得された画像信号に基づいて、前記第１時点における前記第１マークと前記第２マークとの第１の位置関係を演算する第１の演算手順と、
前記部品の着脱または交換が行われた後の第２時点において、前記第１マークおよび前記第２マークを含む領域を前記カメラにより撮影する第２の撮影手順と、
前記第２の撮影手順により取得された画像信号に基づいて、前記第２時点における前記第１マークと前記第２マークとの第２の位置関係を演算する第２の演算手順と、
前記第１の撮影手順により演算された第１の位置関係と、前記第２の演算手順により演算された第２の位置関係とに基づき、前記第１時点と前記第２時点との間の前記第１の部材に対する前記第２の部材の相対移動量を演算し、この相対移動量と、前記第１時点において前記センサが出力した第１のセンサ信号と、前記第２時点において前記センサが出力した第２のセンサ信号とに基づき、前記第２時点後に前記センサが出力するセンサ信号による位置情報を補正する補正手順とを含むことを特徴とするロボットの位置情報復元方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載のロボットの位置情報復元方法において、
前記第１の撮影手順では、前記カメラを複数の異なる位置または姿勢にして、前記第１マークおよび前記第２マークを含む領域を複数回撮影することを特徴とするロボットの位置情報復元方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−２５１３６５（Ｐ２０１１−２５１３６５Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２６１４８（Ｐ２０１０−１２６１４８）
【出願日】平成２２年６月１日（２０１０．６．１）
【特許番号】特許第４８１９９５７号（Ｐ４８１９９５７）
【特許公報発行日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１日（２０１０．６．１）
【特許番号】特許第４８１９９５７号（Ｐ４８１９９５７）
【特許公報発行日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
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