JPH08386B2 - ロボット制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、アームなどの動作の始点と終点を指定す
るのみで、途中の障害物を避けて自動的に２点間を移動
できるようにするロボット制御装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 従来より、単純作業や危険作業を人に代えてロボット
で行うことが盛んに行われている。その構造及び機能
は、要求される目的及び作業内容に応じて異なるが、よ
り高度の操作や複雑な操作を行えるボロット、更には学
習などのAI機能などの行えるロボットの提供が望まれて
いる。

例えば、前者の１つに特開昭61−74399号，後者の１つ
に特開昭62−72004号がある。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来のロボットにあっては、デモンストレー
ションを行う場合、あるいは選別工程で多種の物体中か
ら特定の物体のみを取出す場合などのように、アームな
どの動作の始点と終点を指定（あるいは物品を指定）
し、その２点間を自動的に移動させたい場合、動作でき
なくなる場合がある。

即ち、動作範囲内の指定した２点間に複数の障害物が
存在すると、従来は、物体の特徴を認識する方法をとっ
ていたため、類似の物があると認識が不能になり、その
点からアームが進めなくなる不具合がある。

この発明は、動作範囲内に類似のものが複数個存在して
も、指定した２点間の軌跡を自動的に生成できるように
したロボット制御装置の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、この発明はツールの動作
範囲を撮像した画像情報を原画像として出力する撮像手
段と、該撮像手段による画像情報から２値化画像を作成
する２値化処理手段と、前記原画像中に含まれる複数の
物体の各々を識別するためにラベリングするラベリング
処理手段と、該手段による処理結果に基づいて物体の重
心位置，向き及び占有領域を算出する物体占有領域算出
手段と、該手段による処理結果に基づいて前記ツールの
移動軌跡を演算する物体移動軌跡演算手段とを設けるよ
うにしたものである。

［作用］ 上記した手段によれば、撮像手段によって撮像された
ツールの動作範囲内の画像がディジタル化され、その動
作範囲内に存在する複数の物体にラベリングがなされ、
この結果から占有領域が算出され、更にツールの移動軌
跡が演算される。従って、動作範囲内に複数の物体が存
在する場合でも、目標とする物体を把持して移動するこ
とが可能になる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例について図面を参照しながら
説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図であ
る。ここでは、ロボット本体として、関節型を用いた場
合を例示している。

ここに示す実施例は、ロボット本体３を動作させるた
めのプログラム作成及びデータ入力を行う指令制御部1,
ロボット本体３に内蔵されると共に指令制御部１とデー
タを交換しながら該指令制御部１の指示通りにロボット
本体３を駆動するための制御を行うロボット制御部２及
び腕，手，指に相当する可動部を備え、その各々の駆動
源として複数のモータ（不図示）を内蔵し、これらモー
タがロボット制御部２によって制御されるロボット本体
３から構成される。

指令制御部１は各種のデータ，設定値及びプログラム
などの入力を行う為の操作盤101,ロボット本体３の可動
先端の動作範囲を視野とするテレビ（TV）カメラ102,操
作盤101の出力信号を所定のタイミングで取込む入力イ
ンターフェース103,プログラムを実行してロボットの可
動部を駆動させるための処理を行う中央処理装置（CP
U）104,プログラムを格納したリード・オンリーメモリ
（ROM）105,処理結果やデータを一時的に記憶するラン
ダム・アクセス・メモリ（RAM）106,ロボット制御に必
要な特定の処理アルゴリズム，定数などが格納されるテ
ーブル用メモリ107,ロボットを動かすための後記する画
像処理及びモニタ109に画像を表示させるための画像処
理及び制御を行う画像処理制御部108,CPU104による処理
内容あるいはロボットの動作状態を表示するモニタ109,
後記するプリンタ111を制御する出力インターフェース1
10,該出力インターフェース110の制御のもとに処理結果
などをプリントアウトするプリンタ111,及びロボット制
御部２に対しデータを送出すると共にロボット制御部２
からロボット本体３の動作状態情報を受信する伝送入出
力部112から構成される。

またCPU104に対し、データ信号，コントロール信号及
びアドレス信号などが接続される各部材とCPU104間と
は、バス113によって相互に接続されている。更に、テ
レビカメラ102とバス113との間には、テレビカメラ102
の画像出力を２値化、即ち、ディジタル化する２値化処
理部114が接続されている。

なお、説明の適宜上、テレビカメラ102を指令制御部
１内に含める記載としているが、実際にはロボット本体
３の近傍に設置され、その視野がロボット本体３の可動
部の動作範囲になるようにセッティングされる。

また、ロボット制御部２は伝送入出力部112からの信
号を受信すると共に、ロボット本体３の動作状態に関す
る情報などを送出する伝送入出力部201,該伝送入出力部
201からの信号に基づいてモータ駆動のための制御情報
を出力すると共に指令制御部１側へ送出する情報の管理
を行う制御部202,及び該制御部202からの指令に従って
ロボット本体３の各モータなどの駆動源を駆動するモー
タ駆動部203から構成される。

制御部202はCPU及びその周辺回路を含んで構成され、
マスターである指令制御部１のCPU104に対し、スレーブ
として動作する。

次に、以上の構成による実施例の動作について、第２
図のフローチャートを参照して説明する。なお、以下に
おいては、フローのステップをＳとして表記している。

まず、実行開始の指令を操作盤101でキーインし、装
置を起動させると共に初期化を行い、更にロボットを動
作させるための条件を指定する。入力された設定条件
は、テーブル用メモリ107に格納される。また、動作範
囲をテレビカメラ102で撮影し、その画像出力を取込
む。CPU104は、ロボットに動作させることが可能な内容
をモニタ109に表示して待機する。また、必要な情報を
伝送入出力部112を介してロボット制御部２へ伝達す
る。

ロボット制御部２では、第２図に示すフローに従って
制御部202が処理を実行すると共に指令制御部１との情
報交換を行う。

まず、電源オンと共にロボット本体３の初期化を行い
（S21）、動作範囲内にある物体に関するデータの初期
設定を行う（S22）。ついで、指令制御部１側に対し伝
送入出力部201を介して、どのような動きをすべきかの
ロボット動作選択要求を行う（S23）。

指令制御部１では、ロボット制御部２からのロボット
動作選択要求に対し、モニタ109に表示されているメニ
ュー（S32）の中から操作者に選択を促し、操作盤101に
よって選択された動作選択結果をロボット制御部２へ返
送する。これを受けた制御部202は、指令制御部１に対
し画像処理要求を出し、これを受けた指令制御部１では
テレビカメラ102から取込んだ画像情報を画像処理制御
部108で処理し、その画像処理内容（S33）をロボット制
御部２へ返送する。

また、制御部202からは、引続いて画像処理結果要求
が出される（S25）。この画像処理に対しては、指令制
御部１とロボット制御部２間で複数の往復交換が行わ
れ、指令制御部１で画像処理結果34が出るまで繰返えさ
れる。

画像処理の結果が得られると、制御部202は与えられ
た動作選択要求及び画像内容に対し、ロボットがとるべ
き動作（即ち、始点と終点の２点間をどのように移動す
るか）を計画する（S26）。この計画内容に基づいて制
御部202は、モータ駆動部203に制御指令を送出し、ロボ
ット本体３のアームなどの駆動を開始させる。

１つの動作が終了すると、実行すべき次の処理が存在
するか否かを指令制御部１に問合わせる（S28）。この
問合わせに対して操作者は、モニタ109上のメニュー画
面（S35）を見ながら、前回と同一の動作、あるいは他
の異なる動作を選択する。この選択内容は、伝送入出力
部112及び伝送路を介してロボット制御部２の伝送入出
力部201に伝送され、制御部202に取込まれる。制御部20
2は受信内容を判定（S29）し、それが同じ動作の再実行
である場合には、再度ステップ27以降の動作を繰返し実
行する。

また、異なる動作の実行の要求に対しては、それが同
一種類の動作に該当するものか否かを判定（S30）し、
同一である場合にはステップ24以降の処理を繰返し実行
する。一方、同一種類の動作でない場合、ステップ23で
行った動作要求を再び指令制御部１へ要求するか否かを
判定し（S31）、動作再選択の指示が判定された場合に
は、ステップ23以降の処理を再度実行する。また、動作
再選択の表示が無い場合には、全ての処理を終了する。

次に、第３図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を参照して、画
像処理の詳細を説明する。なお、上記の説明では、始点
と終点を指示してアームなどの移動を行うものとした
が、ここでは、動作範囲内の複数の物体の内の１つの特
徴をデータとして与え、この特定した物体を画像処理を
行って捜し出すことにより把持する場合について説明す
る。

まず、第３図（Ａ）のように、テレビカメラ102によ
ってツールの動作範囲内の被写体が撮像される。これが
原画像となる（S41）。この動作範囲（＝カメラの視野
範囲）内には、複数の物体が存在しており、この内の１
つがロボットによる把持対象となる。

ついで、基本画像処理を実行し（S42）、これに対し
２値化画像を作成する（S43）。これによって得られた
２値化画像に対し、ラベリング処理を行う（S44）。こ
のラベリング処理は、入力２値化画像に濃淡を付与した
画像情報にし、かつ各物体に番号を付してラベリングす
る。

次に、第３図（Ｂ）に示すように、ラベリング処理が
成された濃淡画像に対し、２値化した画像を作成（S4
6）し、更に、個々の物体の物体位置，物体の向き及び
占有領域を算出する（S47）。この処理は、ラベリング
処理情報に基づいて次の各々を算出することにより達成
される。

物体位置：物体の重心座標を算出 物体の向き：慣性主軸とＸ軸のなす角度 物体の占有領域:X,Y方向の最大，最小座標 ついで、テレビ撮像画面における画像座標系を、ロボ
ットの座標であるワールド座標系に変換する。画像座標
系の原点x,yに対し、 Ｘ＝ａ＊ｘ＋ｃ（mm） Ｙ＝−ｄ＊ｙ＋ｆ（mm） （但し、ａはｘ方向の１画素の測定長（mm）、ｃはワ
ールド座標系内での画像系ｘ原点、ｄはｙ方向１画素測
定長（mm）、ｆはワールド座標系内で画像系ｙ原点位置
（mm）である） 次に、物体の幾何属性を算出、即ち物体の特徴量を算
出する（S48）。１つの物体について解析定数テーブル
で定めたスカラー特徴を発行し、その幾何属性値を算出
する。これによって得られた値は、幾何属性ワークテー
ブルに格納される。

次に、第３図（Ｃ）に示すように、物体のナンバーを
決定する（S49）。この決定は幾何属性テーブル内の最
近の値をもって判断する。ついで、物体のナンバーが把
持対象のものであるか否かを判定する（S50）。ナンバ
ーが一致した場合、物体の把持位置及び把持方向をデー
タとして、物体の把持方法テーブル及び物体ナンバー対
応レコードに格納する（S51）。

ついで、物体ナンバーと移動目標物体ナンバーとが一
致したか否かをチェックする（S52）。なお、ステップ5
0において、物体ナンバーと把持対象物体ナンバーとが
不一致であった場合、処理はステップ52に移行する。ス
テップ52において、物体ナンバーと移動目標物体ナンバ
ーとの一致が判定された場合、物体外形のデータ（長
さ，幅，高さなど）を入力し、これを物体把持方法テー
ブルに格納する（S53）。

また、物体認識結果テーブルにデータを格納する（S5
4）。この後、処理は第３図（Ｂ）のステップ45に戻
り、以降の処理を実行する。ステップ45で全ての物体に
対する処理の終了が判定されると、ロボット制御部２は
物体認識結果に基づいて第２図に示したステップ26以降
の処理を逐次実行し、指定された物体に最短距離で接近
し、これを把持する。

［発明の効果］ 以上説明した通り、この発明はツールの動作範囲を撮
像した画像情報を原画像として出力する撮像手段と、該
撮像手段により画像情報から２値化画像を作成する２値
化処理手段と、前期原画像中に含まれる複数の物体の各
々を識別するためにラベリングするラベリング処理手段
と、該手段による処理結果に基づいて物体の重心位置，
向き及び占有領域を算出する物体占有領域算出手段と、
該手段による処理結果に基づいて前記ツールの移動軌跡
を演算する物体移動軌跡演算手段とを設けるようにした
ので、動作範囲内に複数の物体が存在する場合でも、移
動軌跡を自動的に作成し、目標とする物体を把持して移
動することが可能なる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は指令制御部１とロボット制御部２の処理の概略を説明
するフローチャート、第３図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は
この発明における画像処理の詳細を示すフローチャート
である。 図中． 1:指令制御部、2:ロボット制御部 3:ロボット本体、4:外部記憶装置 101:操作盤、102:テレビカメラ 104:CPU、107:テーブル用メモリ 108:画像処理制御部 109:モニタ、112:伝送入出力部 114:2値化処理部、201:伝送入出力部 202:制御部、203:モータ駆動部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ツールの動作範囲を撮像した画像情報を原
   画像として出力する撮像手段と、該撮像手段による画像
   情報から２値化画像を作成する２値化処理手段と、前記
   原画像中に含まれる複数の物体の各々を識別するために
   ラベリングするラベリング処理手段と、該手段による処
   理結果に基づいて物体の重心位置，向き及び占有領域を
   算出する物体占有領域算出手段と、該手段による処理結
   果に基づいて前記ツールの移動軌跡を演算する物体移動
   軌跡演算手段とを具備することを特徴とするロボット制
   御装置。