ソリューションの設計

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以下では、ドリフト自動補正ソリューションを手動で導入する際の「使用前提条件」、「ソリューションの選択」、「キャリブレーションボールの設置方法と移動経路点の設定」、および「キャリブレーションボールの型番選択」について説明します。

ソリューション使用の前提条件

ソリューションの補正効果を保証するためには、ロボットの優れた 繰り返し精度 が不可欠です。このソリューションを使用する前に、ロボットの繰り返し精度を確認する必要があります。

繰り返し位置決め誤差が一定のしきい値を超える場合（例：XYZ軸方向で0.1mm以上）、補正効果が低下し、場合によっては補正後の誤差が増大することがあります。このような場合は、まず ロボットの繰り返し精度を改善 するか、精度要件を満たすロボットに交換 する必要があります。

主要メーカーのロボットは通常、高い繰り返し精度を備えているため、ドリフト自動補正ソリューションをより効果的に活用できます。

ソリューションの選択

ソリューションの分類

カメラの取り付け方式に応じて、キャリブレーションボールの設置場所が異なります。

  • カメラが EIH方式 で取り付けられている場合、キャリブレーションボールはカメラの視野内にある 地面またはブラケット に取り付けられます。

  • カメラが ETH方式 で取り付けられている場合、キャリブレーションボールは ロボット に取り付けられ、ロボットがキャリブレーションボールを動かします。

そのため、キャリブレーションボールの設置方法に基づき、ドリフト自動補正ソリューションは、EIHドリフト自動補正 と ETHドリフト自動補正 に分類されます。

ソリューションを選択

異なる適用シーンに対応するため、5つのドリフト自動補正ソリューションが用意されており、最適なドリフト自動補正効果を実現します。

EIHドリフト自動補正

EIHドリフト補正は、1つのカメラ/2台カメラ に応じて以下の2つのソリューションに分類されます。

適用シーン ソリューション

1つのカメラのみを使用する場合

EIH_1つのカメラ

2台カメラを使用する場合

EIH_2台カメラ_点群結合

ETHドリフト自動補正

ETHドリフト自動補正を行う際には、移動経路点の到達可能性 と ワークがカメラ視野を占める割合 を考慮する必要があります。

  • 移動経路点の到達可能性：ドリフト自動補正ソリューションを使用する際、ロボットは通常、キャリブレーションボールを動かしてすべての経路点に移動します。しかし、機械構造の制限（ロボットハンドとコンテナ底面の衝突など）により、ロボットは低い層のワークに近づけない場合があります（高さ差が200mm以内）。そのため、移動経路点の到達可能性に基づいて、ETHドリフト自動補正ソリューションは「全ての経路点が到達可能」と「到達できない移動経路点がある」に分けられます。

  • ワークがカメラ視野を占める割合：ドリフト自動補正の過程において、コンテナ内のワークの点群がカメラの水平視野に占める割合が半分以下の場合、移動経路点を少なく設定して作業を軽減できます。一方、占める割合が半分以上の場合、より精密な移動経路点設定が必要です。そのため、ワーク点群がカメラの視野内で占める割合に応じて、ETHドリフト自動補正ソリューションは「ワーク点群がカメラ視野内で半分以下を占める」と「ワーク点群がカメラ視野内で半分以上を占める」に分けられます。

solution design1

そのため、ETHドリフト自動補正には3つのソリューションが含まれています。下表を参考にして、適切なドリフト自動補正ソリューションを選択してください。

適用シーン ソリューション その他の説明

到達できない移動経路点が存在する場合

ETH_1つのカメラ_到達できない移動経路点がある

一部の移動経路点に到達できないため、ドリフト自動補正ソリューションを「拡張」して使用し、到達不可能な位置に対するドリフト自動補正効果を確保します。

すべての移動経路点が到達できる場合

コンテナ内の全てのワークの点群がカメラの水平視野で占める割合が半分以上の場合

ETH_1つのカメラ_全ての移動経路点が到達可能_目標点群がカメラ視野内で半分以上を占める

標準のキャリブレーションボールの移動経路点設定を使用します。

コンテナ内の全てのワークの点群がカメラの水平視野で占める割合が半分以下の場合

ETH_1つのカメラ_全ての移動経路点が到達可能_目標点群がカメラ視野内で半分以下を占める

簡略化されたキャリブレーションボールの移動経路点設定を使用します。

キャリブレーションボールの設置方法と移動経路点の設定

EIH_1つのカメラ

  • キャリブレーションボールの設置方法：ロボット周囲の空きスペースで、3つのキャリブレーションボールをカメラの視野内の地面またはブラケットに設置します。

  • キャリブレーションボールの移動経路点の設定：キャリブレーションボール2とキャリブレーションボール3の位置を結ぶ線は、カメラの基線方向（カメラの長辺方向）とほぼ平行です。3つのキャリブレーションボールを結ぶ線が形成する形状は、ほぼ二等辺三角形となり、各ボールからカメラ視野の境界までの距離は、カメラ視野のサイズの約0.15倍です。

solution design2

ワークが複数層ある場合、キャリブレーションボールを複数の経路点で撮影する必要がある場合があります。撮影経路点の数はワークとカメラの距離によって異なり、主に以下の2つのパターンに分かれます。

  • パターン1：各層のワークにそれぞれの撮影経路点があり、各層のワークとカメラの距離がすべて約h1の場合。この場合、1つの撮影経路点が必要で、カメラとキャリブレーションボールの距離はh1になります。

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  • パターン2：各層のワークが1つの撮影経路点を共有し、ワークとカメラの距離がそれぞれh1、h2、h3の場合。この場合、3つの撮影経路点が必要で、カメラとキャリブレーションボールの距離はh1、h2、h3になります。

    solution design4

EIH_2台カメラ_点群結合

キャリブレーションボールの設置方法や移動経路点の設定については、EIH_1つのカメラ と同様ですので、該当部分を参考にして操作を行ってください。

ETH_1つのカメラ_到達できない移動経路点がある

  • キキャリブレーションボールの設置方法：キャリブレーションボールはロボットに取り付けられ、しっかりと固定され、撮影時に遮られないことを確認します。

  • キャリブレーションボールの移動経路点の設定：まず、キャリブレーションボールが到達可能な最も低い位置から最下層のワークまでの距離を測定し、その距離を ZLackDistance とします。この最も低い位置の上に3層以上の移動経路点を設置し、これらの3層のキャリブレーションボールの位置姿勢のデータを使用して到達できないワークの補正情報を推定します。この3層の移動経路点の高さの差は通常、ZLackDistance 以上である必要があります。

    例えば、ZLackDistanceが350mm の場合、ZLackDistanceの上方に200mmごとに1層ずつキャリブレーションボールの移動経路点を追加し、最終的に3層の経路点の高さが400mmになります。さらに上にワーク層がある場合は、3層のキャリブレーションボールの移動経路点の上にさらにボール層を追加します。

    solution design5

    ZLackDistance が小さく、最も低い位置の上にある全てのワーク層の高さの差も小さい場合、キャリブレーションボールの層間隔を適切に縮小することができます。

    例えば、ZLackDistanceが250mm で、最も低い位置の上にある全てのワーク層の高さの差が 300mm の場合、キャリブレーションボールの層間隔を 150mm に縮小できます。

    ただし、補正効果を確保するため、どのような場合でもキャリブレーションボールの層間隔は 200mm を超えないようにすることが推奨されます。各層のキャリブレーションボールがカバーする高さが不足している場合は、層を追加してデータ取得範囲を拡大することができます。

    下図は、上記のルールに従って各層に9つのキャリブレーションボールの移動経路点を設置した例です。

    solution design6
ロボットはキャリブレーションボールの層の順序に従って、各層の経路点に順次到達する必要があります。

ETH_1つのカメラ_全ての移動経路点が到達可能_目標点群がカメラ視野内で半分以上を占める

  • キャリブレーションボールの設置方法：キャリブレーションボールはロボットに取り付けられ、しっかり固定され、撮影時に遮られないことを確認します。

  • キャリブレーションボールの移動経路点の設定：下図は、前述のルールに従って各層に9つのキャリブレーションボールの移動経路点を設置した例です。

    solution design7
ロボットはキャリブレーションボールの層の順序に従って、各層の経路点に順次到達する必要があります。

ETH_1つのカメラ_全ての移動経路点が到達可能_目標点群がカメラ視野内で半分以下を占める

  • キャリブレーションボールの設置方法：キャリブレーションボールはロボットに取り付けられ、しっかり固定され、撮影時に遮られないことを確認します。

  • キャリブレーションボールの移動経路点の設定：すべての位置におけるワーク点群がカメラの視野内で水平方向の長さと幅に対して約0.5以下を占める場合、各層のワーク領域内でキャリブレーションボールを三角形に配置した3つの経路点を移動させるだけで十分です。

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ロボットはキャリブレーションボールの層の順序に従って、各層の経路点に順次到達する必要があります。

その他の注意事項

ワークの層間隔が 200mm以下 の場合、キャリブレーションボールの移動経路点層を共用することが可能です（「ETH__到達できない経路点がある 」の場合を除く）。詳細は下表の通りです。

ワークの層数が4の場合、2層ごとにキャリブレーションボールの経路点層を共有できます。 ワークの層数が奇数の場合、最後の層のワークに対応するキャリブレーションボールの経路点層は、そのワーク層の高さと同じになります。
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solution design10

キャリブレーションボールの型番選択

  • Mech-Mindが提供する 直径60mm のキャリブレーションボールキットを推奨します。このボールは、カメラのワーキングディスタンスが0.5m～3mの範囲内で使用するのに適しています。

  • カメラのワーキングディスタンスが0.5m～3mを超える場合は、適切なサイズのキャリブレーションボールを評価・選定する必要がありますので、Mech-Mindのテクニカルサポートまでお問い合わせください。

キャリブレーションボールの取扱説明書については、付録 からご確認ください。

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