CN108326848B - 机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够满足所需求的机器人臂的重复定位精度，并且实现低成本化的机器人。机器人具备：基座；机器人臂，设置成能够相对于所述基座绕旋转轴旋转；标记，随着所述机器人臂相对于所述基座绕所述旋转轴的旋转而旋转；摄像元件，拍摄所述标记；存储部，存储标准图像；以及判断部，通过对所述摄像元件拍摄到的图像使用所述标准图像并通过子像素推测法进行模板匹配，判断所述机器人臂的旋转状态，当设所述摄像元件的每一像素的视野尺寸为B(m)，设所述旋转轴和所述标记的中心之间的距离为R(m)，设所述旋转轴和所述机器人臂的前端部之间的最大距离为L(m)，设所述机器人臂的前端部的重复定位精度为X(m)时，满足2R/B≤L/X≤100R/B的关系。

Description

机器人
技术领域
本发明涉及机器人。
背景技术
例如，在具备具有可旋转的关节部的机器人臂的机器人中，通常，通过编码器检测出关节部的旋转角度、旋转位置、转数、转速等旋转状态，基于上述检测出的结果来控制关节部的驱动。
例如，在专利文献1中记载的编码器，利用摄像元件读取形成有格雷码等数值图案和条纹状图案的编码板，并从读取到的数值图案和条纹状图案中检测出位置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭63-187118号公报。
为了提高机器人臂的重复位置精度等重复定位精度，例如，在使用了专利文献1中记载的编码器时，需要增大设置于图案和摄像元件之间的光学部件的倍率；减小摄像元件的像素尺寸。然而，在以往中，在想要提高机器人臂的重复定位精度时，不得不使用具有所需以上的高性能的昂贵的光学部件和摄像元件，其结果，存在导致编码器的高成本化，甚至导致机器人的高成本化的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供能够满足所需求的机器人臂的重复定位精度，并且实现低成本化的机器人。
上述目的通过下述的本发明达成。
本发明的机器人的特征在于，具备：基座；机器人臂，设置成能够相对于所述基座绕旋转轴旋转；标记，随着所述机器人臂进行所述旋转而绕所述旋转轴旋转；摄像元件，拍摄所述标记；存储部，存储标准图像；以及判断部，通过对所述摄像元件拍摄到的图像使用所述标准图像并通过子像素推测法进行模板匹配，判断所述机器人臂的旋转状态，当设所述摄像元件的每一像素的视野尺寸为B(m)，设所述旋转轴和所述标记的中心之间的距离为R(m)，设所述旋转轴和所述机器人臂的前端部之间的最大距离为L(m)，设所述前端部的重复定位精度为X(m)时，满足2R/B≤L/X≤100R/B的关系。
根据这样的机器人，通过使视野尺寸B、最大距离L、距离R以及重复定位精度X的关系最适宜化，能够选择满足所需求的机器人臂的定位精度(重复定位精度)所需的足够规格的摄像元件和光学部件，其结果，能够实现编码器的低成本化，甚至实现机器人的低成本化。例如，由于不过度增大设置在标记和摄像元件之间的光学元件的倍率，或不过度减小摄像元件的像素尺寸就可以完成，因此可以使用相对便宜的光学部件和摄像元件，其结果，能够实现编码器的低成本化。
本发明的机器人的特征在于，具备：机器人臂，具有第一臂和设置成能够相对于所述第一臂绕旋转轴旋转的第二臂；标记，随着所述第二臂进行所述旋转而绕所述旋转轴旋转；摄像元件，拍摄所述标记；存储部，存储标准图像；以及判断部，通过对所述摄像元件拍摄到的图像使用所述标准图像并通过子像素推测法进行模板匹配，判断所述第二臂相对于所述第一臂的所述旋转状态，当将所述摄像元件的每一像素的视野尺寸作为B(m)，将所述旋转轴和所述标记的中心之间的距离作为R(m)，将所述旋转轴和所述机器人臂的前端部之间的最大距离作为L(m)，将所述机器人臂的前端部的重复定位精度作为X(m)时，满足2R/B≤L/X≤100R/B的关系。
根据这样的机器人，通过使视野尺寸B、最大距离L、距离R以及重复定位精度X的关系最适宜化，能够选择满足所需求的机器人臂的定位精度(重复定位精度)所需的足够规格的摄像元件和光学部件，其结果，能够实现编码器的低成本化，甚至实现机器人的低成本化。
在本发明的机器人中，优选具备：支承所述第一臂可绕第一旋转轴旋转的部件；第一编码器，具有随着所述第一臂相对于所述部件旋转而绕所述第一旋转轴旋转的第一标记和拍摄所述第一标记的第一摄像元件，使用从所述第一摄像元件输出的信号检测出所述第一臂相对于所述部件的旋转状态；以及第二编码器，具有绕作为所述旋转轴的第二旋转轴旋转的作为所述标记的第二标记和作为所述摄像元件的第二摄像元件，满足所述第二摄像元件的每一像素的视野尺寸与所述第一摄像元件的每一像素的视野尺寸相等以及所述第二旋转轴和所述第二标记的中心之间的距离与所述第一旋转轴和所述第一标记的中心之间的距离相等中的至少一方，所述第一编码器和所述第二编码器各自的每一转的分辨率是14位以上。
由此，可以提高机器人的轨迹精度。此外，能够实现这些编码器的低成本化，同时降低处理速度的下降。
在本发明的机器人中，优选具有多个所述标记，所述摄像元件拍摄包含盐绕所述旋转轴的圆周方向彼此相邻的整个两个所述标记的区域。
由此，即使摄像元件拍摄的两个标记中的一方标记因被弄脏等而无法正确地读取，也可以读取另一方的标记并进行检测。
在本发明的机器人中，优选所述判断部在所述拍摄图像的一部分区域上设定搜索区域，并在所述搜索区域内进行所述模板匹配。
由此，能够减少用于模板匹配的搜索区域的像素数，并且缩短与模板匹配有关的运算时间。为此，即使在标记的角速度快时，也能够进行高精度的检测。此外，由于配置在摄像元件和标记之间的透镜的像差，即使摄像元件的拍摄图像的外周部分的歪斜、模糊变大，只要通过将那样的歪斜、模糊少的区域用作搜索区域，就能够降低检测精度的下降。
在本发明的机器人中，优选所述判断部可以基于对所述标记的过去的所述旋转状态的判断结果中，绕所述旋转轴旋转的角速度，改变所述拍摄图像内的所述搜索区域在第一方向上的位置和长度中的至少一方。
由此，可以设定对应标记的旋转状态(角速度)且浪费少的搜索区域，并进一步减少用于模板匹配的搜索区域的像素数。
在本发明的机器人中，优选所述判断部基于过去两次以上的所述旋转状态的判断结果，算出所述角速度。
由此，能够相对简单地设定对应标记的旋转状态(角速度)的搜索区域。
在本发明的机器人中，优选所述判断部可以基于对所述标记过去的所述旋转状态的判断结果中，绕所述旋转轴旋转的角加速度，改变所述拍摄图像内的所述搜索区域在第一方向上的位置和长度中的至少一方。
由此，可以设定对应标记的旋转状态(角速度)的变化(角加速度)且浪费更少的搜索区域。
在本发明的机器人中，优选所述判断部基于过去3次以上的所述旋转状态的判断结果，算出所述角加速度。
由此，能够相对简单地设定对应标记的旋转状态(角速度)的变化(角加速度)的搜索区域。
在本发明的机器人中，优选所述判断部可以基于所述拍摄图像内的所述搜索区域在所述第一方向上的位置，改变所述拍摄图像内的所述搜索区域在垂直于所述第一方向的第二方向上的位置和长度中的至少一方。
由此，能够设定对应标记的旋转状态(旋转角度)且浪费少的搜索区域，并进一步减少用于模板匹配的搜索区域的像素数。
在本发明的机器人中，优选所述判断部可以基于对所述标记的过去的所述旋转状态的判断结果中，绕所述旋转轴的旋转角度来改变所述标准图像的姿势。
由此，即使当在搜索区域内的标记图像的姿势变化大时，也能够降低模板匹配的运算量，并且提高模板匹配的精度。
在本发明的机器人中，优选所述判断部判断所述标记绕所述旋转轴的旋转角度是否大于设定角度，并基于其判断结果改变所述标准图像的姿势。
由此，能够实现模板匹配的高精度化，并且进一步降低模板匹配的运算量。
在本发明的机器人中，优选具备设置在上述机器人臂上的惯性传感器。
由此，通过基于惯性传感器检测出的结果(角速度、加速度等)操作控制机器人臂，能够降低机器人臂的振动。为此，能够高精度且高速地进行机器人臂的前端部的定位。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式涉及的机器人的侧视图。
图2是用于说明图1所示的机器人具备的编码器(第一编码器)的截面图。
图3是用于说明图2所示的编码器具备的标记的图。
图4是用于说明图1所示的机器人具备的编码器(第二编码器)的截面图。
图5是用于说明图2所示的编码器具备的摄像元件的每一像素的视野尺寸的图。
图6是用于说明当摄像元件是CCD时的每一像素的视野尺寸的图。
图7是用于说明当摄像元件是CMOS时的每一像素的视野尺寸的图。
图8是用于说明拍摄图像中的标记的图。
图9是用于说明图2所示的编码器具备的摄像元件的拍摄图像的图。
图10是用于说明在设定于图9所示的拍摄图像内的搜索区域上的模板匹配的图。
图11是示出在模板匹配时从相关值变为最大或最小的状态偏移一像素的量的状态的图。
图12是示出在模板匹配时相关值变为最大或最小的状态的图。
图13是示出在模板匹配时从相关值变为最大或最小的状态向与图11所示的状态相反一侧偏移1像素的量的状态的图。
图14是示出在模板匹配时所获得的标准像素的X位置(图5中在X1方向的位置)与相关值的关系的图表。
图15是用于说明本发明的第二实施方式涉及的编码器的搜索区域(考虑标记的角速度而设定的区域)的图。
图16是用于说明图15所示的搜索区域(考虑标记的移动轨迹而设定的区域)的图。
图17是用于说明本发明的第三实施方式涉及的编码器的搜索区域(考虑标记的角速度和角加速度而设定的区域)的图。
图18是用于说明本发明的第四实施方式涉及的编码器的搜索区域(考虑标记的旋转角度而设定的区域)的图。
图19是用于说明在本发明的第五实施方式涉及的编码器的搜索区域内的标准图像(模板)的图。
图20是示出使图19所示的标准图像的姿势改变后的状态的图。
图21是用于说明本发明的第六实施方式涉及的机器人具备的编码器(第二编码器)的截面图。
图22是用于说明本发明的第七实施方式涉及的机器人具备的编码器(第一编码器)的截面图。
图23是示出本发明的第八实施方式涉及的机器人的立体图。
图24是示出图23所示的机器人的机器人臂的前端位于侧方的最远位置的状态的侧视图。
附图标记说明
1编码器；1A编码器；1B编码器；2标记部；3标记检测部；5判断部；6存储部；10机器人；10B机器人；10C机器人；21标记；21A标记图像；21An标记图像；21An-1标记图像；21An-2标记图像；21An-3标记图像；21B标记图像；21X标记图像；31摄像元件；32透镜；51图像识别电路；100机器人臂；110基座；111第一电动机；112第一减速机；114支承部件；115轴承；120第一臂；121臂主体部；122轴部；123轴部；130第二臂；131第二电动机；132第二减速机；134支承部件；135轴承；140工作头；141花键轴；150末端执行器；160布线引导部；170惯性传感器；200机器人臂；210基座；220第一臂；230第二臂；240第三臂；250第四臂；260第五臂；270第六臂；300手；1111旋转轴；1311旋转轴；B视野尺寸；C1圆弧；C2圆弧；CP前端部；CP1前端部；G拍摄图像；J1第一轴(旋转轴)；J2第二轴(旋转轴)；J3轴；L最大距离；L0像素范围；L1像素范围；L10最大距离；L11最大距离；L2像素范围；L20最大距离；L21距离；L22距离；L23距离；LY中心线；O1第一旋转轴(旋转轴)；O2第二旋转轴；O3第三旋转轴；O4第四旋转轴；O5第五旋转轴；O6第六旋转轴；P0原点像素；PC中心；PE结束像素；PRI像素；PS开始像素；R距离；RI拍摄区域；RS搜索区域；RU有效视野区域；TA标准图像；ΔX中心间距；ΔX1中心间距；ΔX2中心间距；β倾斜角度。
具体实施方式
以下，基于附图所示的优选的实施方式详细地说明本发明的机器人。
<第一实施方式>
(机器人)
图1是示出本发明的实施方式涉及的机器人的侧视图。需要注意的是，在下文中，为了方便说明，将图1中的上侧称为“上”，将下侧称为“下”。此外，将图1中的基座一侧称为“基端侧”，将与其相反的一侧(末端执行器一侧)称为“前端侧”。此外，将图1的上下方向作为“铅垂方向”，将左右方向作为“水平方向”。
图1所示的机器人10是所谓的水平多关节型机器人(SCARA机器人)，例如可以用在制造精密仪器等的制造工序等中，进行精密仪器、部件等的把持、输送等。
如图1所示，机器人10具有：基座110、第一臂120、第二臂130、工作头140、末端执行器150、布线引导部160以及惯性传感器170。在此，第一臂120、第二臂130以及工作头140构成机器人臂100。以下，对机器人10的各部分依次进行简单地说明。
基座110例如通过螺栓等固定在未图示的地面上。在基座110的上端部连结有第一臂120。第一臂120可以相对于基座110沿铅垂方向绕第一轴J1旋转。
在基座110内设置有产生使第一臂120旋转的驱动力的第一电动机111和减速第一电动机111的驱动力的第一减速机112。第一减速机112的输入轴与第一电动机111的旋转轴连结，第一减速机112的输出轴与第一臂120连结。为此，当第一电动机111驱动，其驱动力经由第一减速机112传递给第一臂120时，第一臂120相对于基座110绕第一轴J1在水平面内旋转。此外，在基座110和第一臂120上，设置有检测出第一臂120相对于基座110的旋转状态的作为第一编码器的编码器1。
在第一臂120的前端部连结有第二臂130。第二臂130可以相对于第一臂120沿铅垂方向绕第二轴J2旋转。在第二臂130内，设置有产生使第二臂130旋转的驱动力的第二电动机131和减速第二电动机131的驱动力的第二减速机132。而且，通过第二电动机131的驱动力经由第二减速机132传递给第一臂120，第二臂130相对于第一臂120绕第二轴J2在水平面内旋转。此外，在第一臂120和第二臂130上设置有检测出第二臂130相对于第一臂120的旋转状态的作为第二编码器的编码器1A。
此外，在第二臂130上设置有惯性传感器170。该惯性传感器170例如是具有使用硅或水晶构成的振动元件的振动型角速度传感器(陀螺仪传感器)。在本实施方式中，惯性传感器170具有检测出机器人臂100绕第一轴J1以及第二轴J2中的至少一方的轴的角速度的功能。这样的惯性传感器170检测出的结果输入至未图示的控制装置中，用于机器人臂100的驱动控制。由此，能够降低机器人臂100的振动。需要注意的是，也可以在第一臂120上设置与惯性传感器170相同的惯性传感器，使用该惯性传感器检测出的结果驱动控制机器人臂100。
在第二臂130的前端部配置有工作头140。工作头140具有花键轴141，花键轴141插入通过同轴配置于第二臂130的前端部的花键螺母以及滚珠丝杠螺母(均未图示)。花键轴141可以相对于第二臂130绕其轴旋转，且可以沿上下方向移动(升降)。
虽未图示，但在第二臂130内配置有旋转电动机和升降电动机。当旋转电动机的驱动力通过未图示的驱动力传递机构传递给花键螺母而花键螺母正反旋转时，花键轴141沿着铅垂方向绕轴J3正反旋转。此外，虽未图示，但在旋转电动机上设置有检测出花键轴141相对于第二臂130的旋转状态的第三编码器。
另一方面，当升降电动机的驱动力通过未图示的驱动力传递机构传递给滚珠丝杠螺母而滚珠丝杠螺母正反旋转时，花键轴141沿上下移动。在升降电动机上设置有检测出花键轴141相对于第二臂130的移动量的第四编码器。
在花键轴141的前端部(下端部)连结有末端执行器150。作为末端执行器150没有特别限定，例如可以列举把持被输送物的末端执行器、加工被加工物的末端执行器等。
与配置在第二臂130内的各电子部件(例如，第二电动机、旋转电动机、升降电动机、第一至第四编码器等)连接的多根布线穿过连结第二臂130和基座110的管状布线引导部160内而被引导至基座110内。进而，这样的多根布线通过被汇集到基座110内，与连接第一电动机111和编码器1的布线一同被引导至设置在基座110的外部并且集中控制机器人10的未图示的控制装置。
以上，对机器人10的结构进行了简单地说明。如上所述，该机器人10具备：检测出第一臂120相对于基座110的旋转状态的编码器1(第一编码器)、检测出第二臂130相对于第一臂120的旋转状态的编码器1A(第二编码器)。以下，对编码器1、1A进行详细说明。
(编码器)
-第一编码器-
图2是用于说明图1所示的机器人具备的编码器(第一编码器)的截面图。图3用于说明图2所示的编码器具备的标记的图。
如图2所示，上述的机器人10的基座110具有支承第一电动机111和第一减速机112的支承部件114，用于收纳第一电动机111和第一减速机112。在这样的基座110上，第一臂120设置成可绕第一轴J1旋转。
在此，第一臂120具有沿水平方向延伸的臂主体部121和从臂主体部121向下方凸出的轴部122，它们彼此连接。而且，轴部122经由轴承115可绕第一轴J1旋转地被支承在基座110上，并且与第一减速机112的输出轴连接。此外，第一减速机112的输入轴与第一电动机111的旋转轴1111连接。
在这样的相对旋转的基座110和第一臂120上设置有检测出它们的旋转状态的编码器1。
编码器1具有：设置于第一臂120的标记部2；标记检测部3，设置于基座110，用于检测出标记部2；判断部5，基于标记检测部3检测出的结果，判断基座110和第一臂120的相对的旋转状态；以及存储部6，与判断部5电连接。
标记部2设置于臂主体部121的与基座110相对的部分，即臂主体部121的下表面的包围轴部122的部分。如图3所示，该标记部2具有在与第一轴J1不同的位置上沿着第一轴J1周围配置的多个标记21。在此，标记21设置在第一臂120的表面。由此，不需要有别于基座110和第一臂120另外设置用于设置标记21的部件。为此，能够减少部件件数。
需要注意的是，标记21不限于直接设置在第一臂120的表面的情况，例如，也可以设置于粘在第一臂120的表面的片状的部件上，还可以设置在以与第一臂120一同旋转的方式设置的板状的部件上。即，设置有标记21的部件只要是与第一臂120一同相对于基座110绕第一轴J1旋转的部件即可。
如图3所示，在本实施方式中，多个标记21是沿着绕第一轴J1的同心圆上的圆周方向等间隔(从第一轴J1等距离且等角度间隔)地排列配置的彼此不同的多个位置识别标记。图3所示的多个标记21是彼此不同的希腊字母(罗马字)，在图示中，从A到X的24个文字配置成按照希腊字母的顺序沿圆周方向等间隔地排列。作为这样的各标记21的形成方法，例如可以列举激光制标、印刷、切削、蚀刻等。
需要注意的是，标记21的数量和大小根据需要的分辨率、后述的摄像元件31的分辨率等来确定，不限于图示的例子，可以是任意。此外，多个标记21之间在圆周方向的间隔也可以是不等间隔。此外，各标记21不限于图示的罗马字，例如也可以使用数字，使用阿拉伯文字、汉字等其它的文字，还可以使用文字以外的记号、符号、标志、徽章、图案、文字等。此外，各标记21只要是可由判断部5识别的标记即可，不需要必须是人类可识别的标记。例如，也可以使用一维条码、QR编码(注册商标)这样的标记代替各标记21。
图2所示的标记检测部3具有设置于基座110内的摄像元件31和设置于基座110具有的开口的透镜32，摄像元件31隔着透镜32拍摄位于标记部2的圆周方向上的一部分(图3所示的拍摄区域RI)的标记21。需要注意的是，可以根据需要设置照明摄像元件31的拍摄区域RI的光源。
作为摄像元件31，例如可以列举CCD(Charge Coupled Devices：电荷耦合器件)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)等。这样的摄像元件31将所拍摄的图像转换成每像素的电信号而输出。摄像元件31可应用二维摄像元件(区域图像传感器)或一维摄像元件(线图像传感器)中的任意一种。一维摄像元件最好配置在像素的排列与臂的回转圆相切的方向上。在使用了二维摄像元件时，能够获取信息量大的二维图像，并且容易提高通过后述的模板匹配的标记21的检测精度。结果，能够高精度地检测出第一臂120的旋转状态。在使用了一维摄像元件时，由于图像获取周期，也就是帧速率高，因此可以提高检测频率，在高速运转时有利。
透镜32是放大光学系统。由此，能够提高摄像元件31在拍摄区域(图3所示的拍摄区域RI)的分辨率。在此，如图3所示，摄像元件31的拍摄区域RI以与标记部2的圆周方向上的一部分重叠的方式设定在第一臂120的下表面上。由此，摄像元件31能够拍摄位于拍摄区域RI内的标记21。因此，通过读取位于拍摄区域RI的标记21，能够知晓第一臂120的旋转状态。
图2所示的判断部5基于标记检测部3的检测结果判断基座110及第一臂120的相对的旋转状态。作为该旋转状态，例如可以列举旋转角度、旋转速度、旋转方向等。
尤其是判断部5具有图像识别电路51，通过对摄像元件31的拍摄图像(拍摄图像数据)使用标准图像(标准图像数据)进行模板匹配而图像识别标记21，使用该图像识别电路51的识别结果，判断基座110和第一臂120的相对的旋转状态。在此，判断部5构成为可以基于在摄像元件31的拍摄图像内的标记21的图像的位置，更细致地判断基座110和第一臂120的相对的旋转角度(以下也简称为“第一臂120的旋转角度”)。此外，判断部5构成为还可以基于检测出标记21的时间间隔求出旋转速度；基于所检测出的标记21的种类的顺序判断旋转方向。而且，判断部5输出对应上述的判断结果的信号，即对应基座110和第一臂120的旋转状态的信号。该信号例如输入至未图示的电脑等控制装置中，用于机器人10的动作的控制。需要注意的是，上述的判断部5的至少一部分可以作为硬件或软件组装到该控制装置中。
此外，判断部5还具有截取摄像元件31的拍摄图像的一部分(包含标记21的图像的部分)生成标准图像(模板)的功能。该标准图像的生成是用于判断基座110和第一臂120的相对的旋转状态而事先或根据需要适时对各标记21的每个所进行。而且，生成的标准图像对应各标记21存储在存储部6中。而且，判断部5使用存储在存储部6的标准图像(模板)进行模板匹配。需要注意的是，对于模板匹配和使用其的旋转状态的判断，在后文中进行详细叙述。
在此，将上述的标准图像(标准图像数据)和与其对应的标记21的种类相关的信息(识别信息)、与在拍摄图像内的坐标(后述的标准像素的坐标)相关的信息以及与第一臂120的旋转角度相关的信息(角度信息)一同对应各标记21，存储在存储部6中。作为这样的存储部6，可以使用非易失性存储器、易失性存储器中的任一种，但从即使不供电也能够保持存储信息的状态，并且能够实现省电化的观点出发，优选使用非易失性存储器。
-第二编码器-
图4是用于说明图1所示的机器人具备的编码器(第二编码器)的截面图。
如图4所示，上述的机器人10的第二臂130具有支承第二电动机131和第二减速机132的支承部件134，用于收纳第二电动机131和第二减速机132。这样的第二臂130设置成可相对于第一臂120绕第二轴J2旋转。
在此，第一臂120除上述的臂主体部121和轴部122之外，还具有从在沿水平方向延伸的臂主体部121的与上述的轴部122不同的长边方向上的位置向上方凸出的轴部123。而且，轴部123隔着轴承135支承第二臂130，使其可绕第二轴J2旋转，并且与第二减速机132的输出轴连接。此外，第二减速机132的输入轴与第二电动机131的旋转轴1311连接。
在这样相对旋转的第一臂120和第二臂130上设置有检测出它们的旋转状态的编码器1A。
编码器1A具有与上述的编码器1相同的结构。即，编码器1A具有：设置于第一臂120上的标记部2；标记检测部3，设置于第二臂130上，用于检测出标记部2；判断部5，基于标记检测部3检测出的结果，判断第一臂120和第二臂130的相对的旋转状态；以及与判断部5电连接的存储部6。
如上所述，机器人10具备：基座110；机器人臂100，设置成可相对于基座110绕第一轴J1(旋转轴)旋转；以及编码器1，检测出机器人臂100相对于基座110绕第一轴J1的旋转状态。在此，编码器1具有随着机器人臂100相对于基座110绕第一轴J1的旋转而旋转的标记21和拍摄标记21的摄像元件31，使用从摄像元件31输出的信号，检测出机器人臂100相对于基座110绕第一轴J1的旋转状态。
尤其是在机器人10中，当设编码器1的摄像元件31的每一像素的视野尺寸为B(m)，设第一轴J1(旋转轴)与编码器1的标记21的中心之间的距离为R(m)，设第一轴J1和机器人臂100的前端部CP之间的最大距离L10为L(m)，设机器人臂100的前端部CP的重复定位精度为X(m)时，满足2R/B≤L/X≤100R/B的关系。
这样，通过使视野尺寸B、最大距离L(L10)、距离R及重复定位精度X的关系最适宜化，能够选择满足所需求的机器人臂100的定位精度(重复定位精度)所需的足够规格(性能、特性等)的摄像元件31和透镜32(光学部件)，结果，能够实现编码器1的低成本化，甚至实现机器人10的低成本化。例如，由于不过度增大设置在标记21和摄像元件31之间的透镜32的倍率，不过度减小摄像元件31的像素尺寸就能够完成，因此可以使用相对便宜的透镜32和摄像元件31，其结果，能够实现编码器1的低成本化。
尤其是由于编码器1检测出机器人臂100的最靠近基座110一侧的旋转部分的旋转状态，因此对检测精度相关的要求比编码器1A高。为此，对于编码器1，当满足该关系时，则可以说上述那样的效果较大。
需要注意的是，“重复定位精度X”是以JIS B8432为基准所测量的“位置走过头的量”或“路径重复精度”，在机器人的产品目录中记载为“重复精度”或“位置重复精度”。此外，“第一轴J1和机器人臂100的前端部CP之间的最大距离L10”是从沿着第一轴J1(旋转轴)的方向观察时，机器人臂100的前端部CP从第一轴J1到变为最远的状态的第一轴J1和前端部CP之间的距离(第一轴J1和轴J3的轴间距)。此外，机器人臂100的前端部CP是花键轴141的前端面的中心(末端执行器150的安装中心)或末端执行器150的中心(TCP：工具中心点)中的任一个。
在此，编码器1具有判断部5，该判断部5通过对摄像元件31的拍摄图像使用标准图像进行模板匹配而检测出标记21，使用其检测出的结果判断第一臂120相对于基座110的旋转状态。由此，即使不使用高精细的标记21，基于在摄像元件31的拍摄图像内的标记21的图像的位置，也能够高精度地判断标记21的旋转状态。此外，即使标记21因被弄脏等而模糊不清时，也能够通过模板匹配而高精度地检测出在摄像元件31的拍摄图像内的标记21的图像的位置。为此，能够实现低成本化，并且提高检测精度。
尤其是判断部5的模板匹配优选使用子像素推测法。由此，可以使用重复定位精度X优异，并且相对便宜的透镜32和摄像元件31。以下，对该点进行说明。
图5是用于说明图2所示的编码器具备的摄像元件的每一像素的视野尺寸。图6是用于说明当摄像元件是CCD时的每一像素的视野尺寸。图7是用于说明当摄像元件是CMOS时的每一像素的视野尺寸。图8是用于说明拍摄图像中的标记的图。
如图5所示，由摄像元件31拍摄的标记21在作为摄像元件31的视野的拍摄区域RI内。当该拍摄区域RI由与摄像元件31的多个像素对应，沿相互正交的X1轴方向和Y1轴方向配置成矩阵状的多个像素PRI构成时，一个像素PRI在X1轴方向的长度是“摄像元件31的每一像素的视野尺寸B”需要注意的是，X1轴方向是沿着标记21的移动方向的方向。
此外，“标记21的中心”是指特别是相对于标记21的移动方向垂直的方向(图5中的Y1方向)的中央的宽度方向(图5中的X1方向)上的任意的点。“每一像素的视野尺寸B”是指由(摄像元件31的分辨率的倒数)×(光学倍率的倒数)得到的量。在此，“摄像元件31的分辨率的倒数”是指沿着摄像元件31的拍摄面的一方向(图5中X1方向上的距离)的每单位长度的像素的数值的倒数，换言之，是指摄像元件31的像素间隙(图5中X1方向上的距离)。“光学倍率”是指相对于标记21的实际尺寸，由摄像元件31拍摄的标记21的尺寸的比率，具体而言，在本实施方式中是指配置在标记21和摄像元件31之间的光学系统的总倍率(透镜32的倍率)。
此外，“一像素”是指在图案匹配(模板匹配)时，进行模板和拍摄区域的亮度对比的最小单位。
如图6所示，在摄像元件31是CCD时，例如，摄像元件31具有：配置成矩阵状的多个光电二极管311；每隔一列多个光电二极管311设置的多个垂直输送路径312；与多个垂直输送路径312电连接的水平输送路径313；设置在各光电二极管311和垂直输送路径312之间的栅314；以及与水平传输路径313电连接的增幅器315。在此，当摄像元件31进行单色拍摄时，各光电二极管311的每个的区域PX1构成摄像元件31的一个像素PX。此外，当摄像元件31进行全色拍摄时，例如，每个由一个红色用、两个绿色用以及一个青色用形成的四个光电二极管311的区域PX2构成摄像元件31的一个像素PX。
此外，当拍拍摄素31是CMOS时也可以同样地定义一像素PX。即，此时，例如，如图7所示，摄像元件31具有：配置成矩阵状的多个光电二极管311；每隔一个多个光电二极管311的列设置的多个垂直信号线316；水平信号线317；设置在各光电二极管311和垂直信号线316之间的增幅器318和像素选择开关319；设置在各垂直信号线316和水平信号线317之间的列电路320和列选择开关321。在此，当摄像元件31进行单色拍摄时，各光电二极管311的每个的区域PX1构成摄像元件31的一个像素PX。此外，当摄像元件31进行全色拍摄时，例如，每个由一个红色用、两个绿色用以及一个青色用形成的四个光电二极管311的区域PX2构成摄像元件31的一个像素PX。
需要注意的是，图6和图7所示的光电二极管311的配置及形状等是一个例子，但不限于此。此外，一像素PX在摄像元件31进行全色拍摄时，是可示出实像的颜色信息的最小范围，例如，也可以是每个由一个红色用、一个绿色用以及一个青色用形成的三个光电二极管311的区域。
由这样的摄像元件31拍摄的标记21例如，如图9所示，可作为摄像元件31的每个像素PX的灰度信息。
当假设机器人臂100的前端部CP的重复定位精度X(m)仅由通过编码器1的摄像元件31的标记21的检测精度而确定时，在不使用子像素推测法时，满足2πL/X＝2πR/B的关系式(以下也称为“关系式1”)。因此，此时，为了满足重复定位精度X，需要视野尺寸B比由该关系式1求出的值小。为此，例如当使最大距离L为0.6m左右，重复定位精度X(m)为±0.00001m(±10μm)左右时，需要极度增大透镜32的倍率；极度减小摄像元件31的像素尺寸，从而透镜32及摄像元件31变得昂贵。
相对于此，在使用子像素推测法时可以假定将摄像元件31的分辨率提高2倍以上100倍以下的程度。因此，此时，假设的视野尺寸成为不使用子像素推测法时的视野尺寸B的0.01倍以上0.5倍以下左右。当认为可将这样的假设的视野尺寸套用上述的关系式1时，可以获得2πR/0.5B≤2πL/X≤2πR/0.01B的关系，由此，如上所述可以获得2R/B≤L/X≤100R/B的关系。需要注意的是，对于通过子像素推测法提高分辨率，与后述的判断使用了模板匹配的旋转状态的说明一同进行详细叙述。
如上所述，通过在判断部5的模板匹配中使用子像素推测法，可以使用重复定位精度X优异，并且相对便宜的透镜32和摄像元件31。作为在判断部5的模板匹配中使用的子像素推测法，没有特别限定，可以列举SSD(Sum of Squared Difference：差值平方和)法、SAD(Sum of Absolute Difference:绝对差值和)法、零均值归一化互相关(ZNCC：Zero-meanNormalized Cross-Correlation)法、纯相位相关(POC：Phase Only Correlation)法等相关方法。
此外，在机器人10中，如上所述，具备设置在机器人臂100上的惯性传感器170。由此，通过基于惯性传感器170检测出的结果(角速度、加速度等)操作控制机器人臂100，能够降低机器人臂100的振动。为此，能够高精度且高速地进行机器人臂的前端部CP的定位。
此外，对于编码器1A也可以与编码器1同样地考虑。如上所述，机器人10具备机器人臂100和编码器1A。在此，机器人臂100具有第一臂120和设置成可相对于第一臂120绕第二轴J2(旋转轴)旋转的第二臂130。此外，编码器1A具有随着第二臂130相对于第一臂120绕第二轴J2的旋转而旋转的标记21和拍摄标记21的摄像元件31，使用从摄像元件31输出的信号，检测出第二臂130相对于第一臂120绕第二轴J2的旋转状态。
尤其是在机器人10中，与上述的编码器1同样，当将编码器1A的摄像元件31的每一像素的视野尺寸作为B(m)，将第二轴J2(旋转轴)与编码器1A的标记21的中心之间的距离作为R(m)，将第二轴J2和机器人臂100的前端部CP之间的最大距离L11作为L(m)，将机器人臂100的前端部CP的重复定位精度作为X(m)时，满足2R/B≤L/X≤100R/B的关系。
这样，通过使视野尺寸B、最大距离L(L11)、距离R及重复定位精度X的关系最适宜化，能够选择满足所需求的机器人臂100的定位精度(重复定位精度)所需的足够规格的编码器1A的摄像元件31和透镜32，结果，能够实现编码器1A的低成本化，甚至实现机器人10的低成本化。
此外，由于最大距离L11比最大距离L10短，因此编码器1A使用的摄像元件31的每一像素的视野尺寸B可以比编码器1使用的摄像元件31的每一像素的视野尺寸B大。为此，可以使编码器1A使用的摄像元件31的像素宽度大于编码器1使用的摄像元件31的像素宽度；使编码器1A使用的透镜32的倍率小于编码器1使用的透镜32的倍率。此外，也可以使编码器1A使用的标记21的大小(面积)小于编码器1使用的标记21的大小(面积)。
需要注意的是，“第二轴J2和机器人臂100的前端部CP之间的最大距离L11”是从沿着第二轴J2(旋转轴)的方向观察时，第二轴J2与前端部CP之间的距离(第二轴J2与轴J3的轴间距离)。
这样，机器人10具备：基座110，作为支承第一臂120使其可绕第一轴J1(第一旋转轴)旋转的“部件”；编码器1，作为检测出第一臂120相对于基座110的旋转状态的“第一编码器”；以及编码器1A，作为检测出第二臂130相对于第一臂120的旋转状态的“第二编码器”。
在此，编码器1(第一编码器)具备的标记21是随着第一臂120相对于基座110的旋转而绕第一轴J1旋转的“第一标记”。此外，编码器1具备的摄像元件31是拍摄标记21(第一标记)的“第一摄像元件”。此外，编码器1A(第二编码器)具备的标记21是绕第二轴J2(第二旋转轴)旋转的“第二标记”。此外，编码器1A具备的摄像元件31是“第二摄像元件”。
而且，优选满足编码器1A的摄像元件31(第二摄像元件)的每一像素的视野尺寸B与编码器1的摄像元件31(第一摄像元件)的每一像素的视野尺寸B相等以及第二轴J2和编码器1A的标记21(第二标记)的中心之间的距离R与第一轴J1和编码器1的标记21(第一标记)的中心之间的距离R相等中的至少一方。由此，能够实现编码器1、1A的低成本化，并且降低处理速度的下降。此外，优选编码器1和编码器1A各自的每一转的分辨率是14位以上。由此，能够提高机器人10的轨迹精度。
在此，机器人10的视野尺寸B、最大距离L、距离R以及重复定位精度X的具体的值没有特别限定，但如下所示。
最大距离L例如优选是0.10m以上0.85以下。尤其是第一轴J1和机器人臂100的前端部CP之间的最大距离L10例如优选是0.175m以上0.85m以下。此外，第二轴J2和机器人臂100的前端部CP之间的最大距离L11例如优选是0.1m以上0.45m以下。
此外，编码器1的摄像元件31的每一像素的视野尺寸B例如优选是2×10-6m以上1×10-5m以下(1μm以上10μm以下)，更优选是4×10-6m以上6×10-6m以下(4μm以上6μm以下)。
此外，第一轴J1(旋转轴)和编码器1的标记21的中心之间的距离R例如优选是0.02m以上0.2m以下(20mm以上200mm以下)，更优选是0.03m以上0.1m以下(30mm以上100mm以下)。
此外，机器人臂100的前端部CP的重复定位精度X例如优选是5×10-6m以上4×10- 5m以下(5μm以上40μm以下)。
(对模板匹配及使用其的旋转状态的判断)
以下，对判断部5的模板匹配和使用其的旋转状态的判断进行详细说明。需要注意的是，在下文中，以判断作为旋转状态的旋转角度的情况为代表进行说明。此外，在下文中，以编码器1为代表进行说明，但编码器1A也与编码器1相同。
－标准图像的获取－
在编码器1中，为了使用模板匹配判断第一臂120相对于基座110的旋转状态，预先获取该模板匹配使用的标准图像。该标准图像的获取可以在最先的模板匹配之前仅进行一次即可，但也可以在之后根据需要适时进行。此时，可以将模板匹配使用的标准图像更新成新获取的标准图像。
在获取标准图像时，适当地使第一臂120相对于基座110绕第一轴J1旋转，由摄像元件31对多个标记21一个一个进行拍摄。然后，通过微调所获得的各拍摄图像，生成每个标记21的标准图像。将所生成的标准图像与其识别信息、像素坐标信息以及角度信息相关联一同存储在存储部6中。以下，基于图6对该点进行详细叙述。
图9是用于说明图2所示的编码器具备的摄像元件的拍摄图像的图。
当第一臂120相对于基座110绕第一轴J1旋转时，例如，如图9所示，作为示出映现在摄像元件31的拍摄图像G内的文字“A”的标记21的图像的标记图像21A在拍摄图像G内沿着圆弧C1、C2移动。在此，圆弧C1是随着第一臂120相对于基座110的旋转而标记图像21A的图9中下端描绘的轨迹，圆弧C2是随着第一臂120相对于基座110的旋转而标记图像21A的图9中上端描绘的轨迹。此外，在图9中，除标记图像21A之外，还图示了作为示出文字“B”的标记21的图像的标记图像21B以及作为示出文字“X”的标记21的图像的标记图像21X映现在拍摄图像G内的情况。
在此，通过摄像元件31拍摄所获得的拍摄图像G是对应于拍摄区域RI的形状，并且成为具有沿着X轴方向延伸的两个边和沿着Y轴方向延伸的两个边的矩形。此外，沿着拍摄图像G的X轴方向延伸的两个边配置成尽量沿着圆弧C1、C2。此外，拍摄图像G具有沿X轴方向和Y轴方向排列成矩阵状的多个像素。在此，像素的位置由以“X”表示在X轴方向上的像素的位置以及以“Y”表示在Y轴方向上的像素的位置表示的像素坐标系(X，Y)表示。此外，将除去拍摄图像G的外周部的中央区域作为有效视野区域RU，将有效视野区域RU的图中左上端的像素设定成像素坐标系(X，Y)的原点像素(0，0)。
例如，在生成用于检测出示出文字“A”的标记21的标准图像TA时，使第一臂120相对于基座110适当旋转，使标记图像21A位于有效视野区域RU内的指定位置(在图示中在设定于X轴方向上的中央的中心线LY上)上。在此，标记图像21A位于该指定位置时的第一臂120相对于基座110的旋转角度θA0通过测量等预先获得。
通过对这样的拍摄图像G在包含标记图像21A的成为必要最小限的范围的矩形的像素范围内进行微调，获得标准图像TA(示出文字“A”的标记21的检测用的模板)。所获得的标准图像TA存储在存储部6中。此时，将标准图像TA与其图像的种类(在图示的情况下，是文字“A”)相关的识别信息、上述的旋转角度θA0相关的角度信息以及标准图像TA的像素范围的作为标准像素(在图示中是左上端的像素)的像素坐标的标准像素坐标(XA0，YA0)相关的像素坐标信息相关联一同存储。即，标准图像TA和与其对应的识别信息、角度信息以及像素坐标信息成为模板匹配使用的一个模板组。
－使用了模板匹配的旋转状态的判断－
接下来，基于图10至图14对使用了像上述那样生成的标准图像TA的模板匹配进行说明。
图10是用于说明在设定于图9所示的拍摄图像内的搜索区域中的模板匹配。图11是在模板匹配时从相关值成为最大或最小的状态偏移一像素的量的状态。图12是示出模板匹配时相关值成为最大或最小的状态的图。图13是示出在模板匹配时从相关值为最大或最小的状态向与图11所示的状态相反一侧偏移一像素的量的状态的图。图14是示出在模板匹配时所获得的标准像素的X位置(图5中在X1方向上的位置)与相关值的关系的图表。
如图10所示，当在有效视野区域RU内存在标记图像21A时，使用标准图像TA对有效视野区域RU的图像进行模板匹配。在本实施方式中，将有效视野区域RU整个区域作为搜索区域RS，在搜索区域RS上重叠标准图像TA，对搜索区域RS一像素一像素偏移标准图像TA，同时算出搜索区域RS和标准图像TA的重合部分的相关值。在此，从开始像素PS(原点像素P0)到结束像素PE一像素一像素地移动标准图像TA的标准像素的像素坐标，对搜索区域RS整个区域的像素按照标准图像TA的每个标准像素的像素坐标算出搜索区域RS和标准图像TA重合的部分的相关值(相关值数据)。而且，相关值作为拍摄图像数据和标准图像数据的相关值数据，与标准图像TA的标准像素的像素坐标相关联存储在存储部6中。
接下来，在存储在存储部6中的每个像素坐标的多个相关值中，选择成为最大值的相关值，将成为所选择的相关值的标准图像TA的像素坐标(XA1，YA1)确定为标记图像21A的像素坐标。这样，能够检测出在拍摄图像G内的标记图像21A的位置。
尤其是使用子像素推测法求出标记图像21A的像素坐标。如图11至图12所示，在相关值成为最大的附近，标准图像TA与标记21重合。图12所示的状态比图11、图13所示的状态(从图12所示的状态偏移一像素的状态)的相关值大，相关值成为最大。然而，如图12所示的状态，在标准图像TA相对于标记21不完全一致地重合的情况下，当将图12所示的状态判断成标记图像21A的像素位置时，该偏移成为误差。该偏移最大时成为视野尺寸B。即，在不使用子像素推测法时，视野尺寸B成为最小的分辨率(精度)。
相对于此，当使用子像素推测法时，如图13所示，可以以抛物线等(也可以是等角直线)匹配每个视野尺寸B的相关值，补足(近似)这些相关值之间(像素间隙之间)。为此，可以更精确地求出标记图像21A的像素坐标。需要注意的是，在上述的说明中，以相关值成为最大的像素坐标成为标记图像21A的像素位置时为例进行了说明，但也可以以相关值成为最小的像素坐标成为标记图像21A的像素位置的方式进行模板匹配。图13示出以相关值成为最小的像素坐标成为标记图像21A的像素位置的方式进行模板匹配的情况。
这样，判断5在作为拍摄图像G的一部分的区域的有效视野区域RU内设定搜索区域RS，并在搜索区域RS内进行模板匹配。由此，可以减少用于模板匹配的搜索区域RS的像素数，并且缩短模板匹配相关的运算时间。为此，即使在第一臂120绕第一轴J1的角速度(标记21的角速度)快时，也能够进行高精度的检测。此外，通过配置在摄像元件31和标记21之间的透镜32的像差，即使拍摄图像G的外周部分的歪斜、模糊变大，也可以通过将那样的歪斜、模糊少的区域作为搜索区域RS使用而降低检测精度的下降。需要注意的是，还可以将拍摄图像G的整个区域作为搜索区域RS使用来进行标准图像TA的生成和模板匹配，此时，优选根据需要进行考虑像差的校正。
在本实施方式中，由于拍摄区域RI和第一轴J1之间的距离足够长，因此在拍摄图像G内，圆弧C1、C2分别可以几乎近似成直线。因此，在拍摄图像G内，标记图像21A的移动方向可以认为与X轴方向一致。
这样，标记图像21A位于相对于位于标准像素坐标(XA0，YA0)的标准图像TA在X轴方向上偏移像素数(XA1-XA0)的量的位置。因此，当将拍摄区域RI的中心和第一轴J1之间的距离R作为r，将对应摄像元件31的一像素的拍摄区域RI上的区域的宽度(摄像元件31的每一像素的视野尺寸B)作为W时，第一臂120相对于基座110的旋转角度θ可以使用下述式(1)求出。
(数学式1)
Figure BDA0001529261530000231
在该式(1)中，(XA1-XA0)×W相当于标准图像TA对应于标准像素坐标(XA0，YA0)的实际位置和上述的相关值成为最大值时的标准图像TA对应于像素坐标(XA1，YA1)的实际位置之间的距离。此外，2rπ相当于第一臂120相对于基座110旋转360度时的标记21的轨迹的长度(圆周的长度)。
在像这样求出旋转角度θ时，也可以以抛物线或抛物曲面匹配邻接像素坐标(XA1，YA1)的像素的相关值，确定成为最大的相关值的坐标，也就是可以使用子像素推测法。由此，能够以比像素单位更小的分辨率求出在拍拍摄素G内的标记图像21A的位置，结果，能够提高旋转角度θ的检测精度。
以上那样的模板匹配及使用其的旋转角度θ的算出对于其它的(示出文字“A”的标记21以外)标记21也同样进行。在此，在任意的旋转角度θ中，在有效视野区域RU内至少显现够一个标记21，且记录对应各标记21的标准图像以使能够进行模板匹配。由此，能够防止产生不能够进行模板匹配的角度范围。
在上述的图9中，在任意的旋转角度θ中，以在有效视野区域RU内显现够一个标记21的方式构成了标记21和有效视野区域RU，但优选在任意的旋转角度θ中，以在有效视野区域RU内显现够多个标记21的方式构成了标记21和有效视野区域RU。此时，在任意的旋转角度θ中，使用对应于彼此相邻的两个以上标记21的两个以上的标准图像进行模板匹配，以使对显现在有效视野区域RU内的多个标记21可以进行模板匹配。此时，该两个以上的标准图像也可以使相互部分重合。
即，优选在第一臂120上配置有多个标记21，摄像元件31拍摄包括绕第一轴J1(旋转轴)的圆周方向彼此相邻的两个标记21整体的区域。由此，即使摄像元件31拍摄的两个标记中的一方标记21由于被弄脏等无法正确地读取，也能够读取另一方的标记21并进行检测。为此，有所谓的易于保证高精度的检测精度的优点。
<第二实施方式>
图15是用于说明本发明的第二实施方式涉及的编码器的搜索区域(考虑标记的角速度而设定的区域)的图。图16是用于说明图15所示的搜索区域(考虑标记的移动轨迹而设定的区域)的图。
以下，对第二实施方式进行说明，但以与上述的实施方式不同的点为主进行说明，省略相同事项的说明。
本实施方式除搜索区域的设定范围不同以外，与上述的第一实施方式同样地进行。
在上述的第一实施方式中，将有效视野区域RU的整个区域设定成搜索区域RS。即，在上述的第一实施方式中，对有效视野区域RU的整个区域的像素进行模板匹配，并算出相关值。在此，使用模板匹配的旋转角度θ的判断所需要的运算时间与搜索区域RS的像素数成比例。此外，求出旋转角度θ所需要的像素坐标只是相关值成为最大的像素坐标(在使用子像素推测时，还需要与其相邻的像素坐标)。因此，在第一实施方式中，有时将运算时间的大部分耗费在徒劳的运算上。
因此，在本实施方式中，利用过去的旋转角度θ的经时变化，预测在接下来的拍摄中标记21显现的位置，仅将其位置附近的限定的像素区域设定成搜索区域RS。通过这样设定搜索区域RS，能够大幅度降低与模板匹配相关的运算量，并大幅度缩短运算时间。
当具体说明时，判断部5使与旋转角度θ相关的判断结果的信息与各标记21的每个对应存储在存储部6中。然后，判断部5使用存储在存储部6中的过去的与判断结果(旋转角度θ)相关的信息，设定(更新)搜索区域RS的位置及范围。
详细而言，在摄像元件31的拍摄时机的时间间隔恒定时，当将上一次拍摄标记21(在图示中，示出文字“A”的标记21)判断的旋转角度θ作为θ11，将上上次拍摄该标记21判断的旋转角度θ作为θ12，将此次拍摄该标记21所判断的旋转角度θ的预测旋转角度θ作为θ14时，只要第一臂120相对于基座110的旋转速度(角速度)恒定，则θ11、θ12以及θ14由下述式(2)表示。
(数学式2)
θ14＝θ11+(θ11-θ12)…(2)
在此，如图15所示，式(2)意味着作为由上次拍摄的标记图像21A的标记图像21An-1和作为由此次拍摄的标记图像21A的标记图像21An之间的中心间距与作为由上上次拍摄的标记图像21A的标记图像21An-2和作为由上次拍摄的标记图像21A的标记图像21An-1的中心间距ΔX相等。然而，实际上，由于第一臂120相对于基座110的旋转速度(角速度)通常是变动的，因此将该变量作为Δθ，将此次的实际的旋转角度θ作为θ13时，由下述式(3)表示。
(数学式3)
θ13＝θ14±Δθ…(3)
在此，只要Δθ的最大值为已知，则通过将其最大值作为Δθ，就能够明确地确定θ13的范围。此外，只要确定θ14，就能够确定从存在于有效视野区域RU内作为标准图像TA的角度信息的旋转角度θA0的偏移(θ14-θA0)。而且，由于旋转角度θA0为已知，因此基于偏移(θ14-θA0)，可以预测在有效视野区域RU内哪一个像素范围内有与标准图像TA吻合的标记图像21A。
由于θ13具有变量Δθ的宽度，因此搜索区域RS在X轴方向的像素范围L1成为在以θ14为标准对应标准图像TA的像素范围上至少加上相当于变量Δθ的宽度的像素的量的范围。
此外，搜索区域RS在Y轴方向的像素范围可以如上述第一实施方式所述是有效视野区域RU在Y轴方向的整个区域，但如第一实施方式所述，当标记图像21A在有效视野区域RU内移动的轨迹(圆弧C1、C2)被视为直线时，可以是标准图像TA在Y轴方向的像素范围或比其稍大的范围。此外，当在有效视野区域RU内的圆弧C1、C2不被视为直线时，如图16所示，在有效视野区域RU内的圆弧C1、C2在Y轴方向的像素范围L0(最大范围)内设定搜索区域RS在Y轴方向的像素范围L2。
通过这样设定搜索区域RS，即使有效视野区域RU内的标记图像21A沿Y轴方向的位置变化变大，也可以适当地设定搜索区域RS。此外，通过使搜索区域RS在Y轴方向上的像素范围成为有效视野区域RU在Y轴方向上的一部分，能够大幅度减少模板匹配的运算量。在此，由于与在相对大范围进行二维图像的搜索的通常的模板匹配不同，在搜索区域RS内的模板匹配主要沿X轴方向一维地进行即可，因此与通常的模板匹配相比，以一半以下的运算量就能够完成。
由于以上的原因，在本实施方式中，判断部5可以基于第一臂120或标记21绕第一轴J1(旋转轴)的角速度相关的信息，改变拍摄图像G内的搜索区域RS在作为“第一方向”的X轴方向上的位置及长度中的至少一方。由此，能够设定对应第一臂120或标记21的旋转状态(角速度)且浪费少的搜索区域RS，并且进一步减少用于模板匹配的搜索区域RS的像素数。
在此，判断部5基于过去两次以上的旋转角度θ(旋转状态)的判断结果，算出第一臂120或标记21相对于基座110(底部)绕第一轴J1的角速度相关的信息。由此，能够相对简单地设定对应第一臂120或标记21的旋转状态(角速度)的搜索区域RS。
通过以上所说明的第二实施方式也能够实现低成本化，并且提高检测精度。
<第三实施方式>
图17是用于说明本发明的第三实施方式涉及的编码器的搜索区域(考虑标记的角速度和角加速度而设定的区域)的图。
以下，对第三实施方式进行说明，但以与上述的实施方式不同的点为主进行说明，省略相同事项的说明。
本实施方式除搜索区域的设定范围不同以外，与上述的第一实施方式同样地进行。
在上述的第二实施方式中，在设定搜索区域RS时，由于只使用从过去两次的旋转角度θ(θ11、θ12)相关的信息预测的刚刚的第一臂120的角速度，因此需要设定考虑了角速度的变量Δθ的最大值的大小的搜索区域RS。
在本实施方式中，在设定搜索区域RS时，使用过去三次以上的旋转角度θ相关的信息。由此，除第一臂120的角速度以外，角加速度也可以通过简单的计算而预测。由于只要像这样使用角加速度，就能明确地确定上述式(3)的Δθ，因此也可以将θ13确定为一个值。需要注意的是，由于该确定的θ13到底是预测值，因此需要进行模板匹配，求出实际的高精度的旋转角度θ。
例如，如图17所示，在作为由上次(第n-1次)的拍摄的标记图像21A的标记图像21An-1和作为由上上次(第n-2次)的拍摄的标记图像21A的标记图像21An-2的中心间距ΔX大于作为由上上次(第n-2次)的拍摄的标记图像21A的标记图像21An-2和作为由三次前(第n-3次)的拍摄的标记图像21A的标记图像21An-3的中心间距ΔX1时，作为由上次拍摄的标记图像21An-1和作为由此次拍摄的标记图像21A的标记图像21An的中心间距ΔX2也大于中心间距ΔX。
由于以上的原因，在本实施方式中，判断部5可以基于第一臂120或标记21绕第一轴J1(旋转轴)的角加速度相关的信息，改变拍摄图像G内的搜索区域RS在作为“第一方向”的X轴方向上的位置及长度中的至少一方。由此，能够设定对应第一臂120或标记21的旋转状态(角速度)的变化(角加速度)且浪费更少的搜索区域RS。
在此，判断部5基于过去三次以上的旋转角度θ(旋转状态)的判断结果，算出第一臂120或标记21相对于基座110(底部)绕第一轴J1的角加速度相关的信息。由此，能够相对简单地设定对应第一臂120或标记21的旋转状态(角速度)的变化(角加速度)的搜索区域RS。
通过以上所说明的第三实施方式也能够实现低成本化，并且提高检测精度。
<第四实施方式>
图18是用于说明本发明的第四实施方式涉及的编码器的搜索区域(考虑标记的旋转角度而设定的区域)的图。
以下，对第四实施方式进行说明，但以与上述的实施方式不同的点为主进行说明，省略相同事项的说明。
本实施方式除搜索区域的设定范围不同以外，与上述的第一实施方式同样地进行。
上述的圆弧C1、C2可以基于拍摄区域RI的中心和第一轴J1之间的距离r(或距离R)通过计算求出，此外，即使无法准确知道距离r(或距离R)，也可以通过在使第一臂120旋转的同时由摄像元件31进行拍摄而预先知晓。只要事前知晓圆弧C1或C2，则求出上述的旋转角度θ13后，就可以将圆弧C1或C2上相当于旋转角度θ13的像素坐标作为标记图像21A的预测像素坐标(预测位置)，将比标准图像TA的像素尺寸仅大指定范围的像素范围作为搜索区域RS而设定。此时，可以使搜索区域RS在Y轴方向上的像素范围L2成为最小限(例如，相对于标准图像TA的像素尺寸上下放大一像素左右)。由此，能够使搜索区域RS的像素数进一步减少，并且削减运算量。
由于以上的原因，在本实施方式中，判断部5可以基于拍摄图像G内的搜索区域RS在X轴(第一方向)上的位置，改变拍摄图像G内的搜索区域RS在相对于X轴方向垂直的Y轴方向(第二方向)上的位置及长度中的至少一方。由此，能够设定对应第一臂120或标记21的旋转状态(旋转角度)且浪费少的搜索区域RS，并减少用于模板匹配的搜索区域RS的像素数。
通过以上所说明的第四实施方式也能够实现低成本化并提高检测精度。
(第五实施方式)
图19是用于说明在本发明的第五实施方式涉及的编码器的搜索区域内的标准图像(模板)的图。图20是示出使图19所示的标准图像的姿势改变后的状态的图。
以下，对第五实施方式进行说明，但以与上述的实施方式不同的点为主进行说明，省略相同事项的说明。
本实施方式除对模板匹配的标准图像适当进行角度校正以外，与上述的第一至第四实施方式相同。
如上所述，由于有效视野区域RU内的标记21的图像沿着圆弧C1、C2移动，因此根据该图像的位置，该图像的姿势相对于X轴或Y轴倾斜。此外，当标记21的图像相对于标准图像TA的倾斜变大时，导致模板匹配的误差变大(例如，即使位置一致，相关值也变小)，旋转角度的判断精度降低。作为防止这样的旋转角度的判断精度降低的方法，认为有像上述那样在搜索区域RS内一个像素一个像素偏移标准图像TA，同时对每个标准图像TA的像素位置求出相关值，然后对相关值是规定值以上的几个像素位置例如，一点一点变更标准图像TA的姿势(角度)，同时计算修正相关值，确定相关值成为最大时的像素位置和角度。然而，在该方法中，运算量急剧增加。
因此，在本实施方式中，着眼于在有效视野区域RU内的标记21的图像的倾斜随着旋转角度θ变化，例如，基于与上述的第二实施方式或第三实施方式同样地求出的旋转角度θ13，变更标准图像TA的姿势(以下，也称为“倾斜校正”)。只要知道旋转角度θ13，就能够明确地确定标准图像TA应该校正的倾斜角度，从而仅补加一次倾斜校正标准图像TA的运算就能完成。虽然由于该补加的运算，运算量或多或少增加，但能够提高旋转角度θ的判断精度。
然而，在上述的实施方式中，说明了将标准图像TA的标准像素设定成左上端像素的情况，但在像本实施方式这样进行标准图像TA的倾斜校正时，如图19所示，优选将标准图像TA的尽量靠近中心PC的像素设定成标准像素，将该标准像素作为标准(中心)使标准图像TA旋转倾斜角度β进行倾斜校正。由此，能够降低起因于标准图像TA的倾斜校正的标准图像TA的位置偏移。需要注意的是，也可以将中心PC作为标准进行标准图像TA的放大或缩小的校正。
此外，在进行标准图像TA的倾斜校正时，优选在标准图像TA的外周补加指定宽度的像素，放大标准图像TA的像素范围之后，使该像素范围旋转对应倾斜校正的角度(倾斜角度β)，将该旋转后的像素范围微调成原来的标准图像TA的像素范围的大小。由此，如图20所示，能够降低在倾斜校正后的标准图像TA上产生缺陷像素。需要注意的是，即使在标准图像TA上产生缺陷像素，虽然检测精度降低，但模板匹配也并非不能够进行。此外，即使不对标准图像TA进行倾斜校正，通过对搜索区域RS进行倾斜校正，虽然运算量的增加变大，但能够同样地提高判断精度。
此外，这样的标准图像TA的倾斜校正可以对标准图像TA的每个像素位置进行，但在标记21的倾斜较小时，也可以不进行标准图像TA的倾斜校正，对旋转角度θ的判断精度几乎没有影响。因此，例如，当向上述那样预测了θ13时，判断该预测的θ13是否是指定角度以下，在比指定角度大时，进行标准图像TA的倾斜校正，另一方面，在是指定角度以下时省略标准图像TA的倾斜校正从而缩短运算时间。
由于以上那样的原因，在本实施方式中，判断部5可以基于第一臂120或标记21相对于基座110(底部)的旋转角度θ13(预测值)相关的信息，变更拍摄图像G内的标准图像TA的姿势。由此，即使当在搜索区域RS内标记21的图像的姿势变化大时，也能够降低模板匹配的运算量，同时提高模板匹配的精度。
此外，判断部5判断第一臂120或标记21相对于基座110(底部)的旋转角度θ13(预测值)是否大于设定角度，基于其判断结果变更拍摄图像G内的标准图像TA的姿势。由此，能够实现模板匹配的高精度化，并且进一步降低模板匹配的运算量。
(第六实施方式)
图21是用于说明本发明的第六实施方式涉及的机器人具备的编码器(第二编码器)的截面图。
以下，对第六实施方式进行说明，但以与上述的实施方式不同的点为主进行说明，省略相同事项的说明。
本实施方式除检测出第二臂相对于第一臂的旋转状态的编码器的结构不同以外，与上述的第一实施方式相同。
图21所示的机器人10B具备检测出第二臂130相对于第一臂120的旋转状态的编码器1B。
该编码器1B与上述第一实施方式的编码器1A的基本结构要素相同，但标记部2和标记检测部3的配置与编码器1A相反。即，编码器1B具有：设置在第二臂130上的标记部2；标记检测部3，设置在第一臂120上，用于检测出标记部2；判断部5，基于标记检测部3检测出的结果，判断第一臂120和第二臂130的相对的旋转状态；以及存储部6，与判断部5电连接。
这样的编码器1B也可以认为与第一实施方式的编码器1A相同。因此，当将编码器1B的摄像元件31的每一像素的视野尺寸作为B(m)，将第二轴J2(旋转轴)与编码器1B的标记21的中心之间的距离作为R(m)，将第二轴J2和机器人臂100的前端部CP之间的最大距离L11作为L(m)，将机器人臂100的前端部CP的重复定位精度作为X(m)时，满足2R/B≤L/X≤100R/B的关系。由此，能够满足所要求的机器人臂100的重复定位精度X(重复位置精度)，并且实现机器人10B的低成本化。
此外，在本实施方式中，由于需要电线等的标记检测部3设置在比第二臂130更靠近基座110一侧的第一臂120上，因此不需要使该电线等经由第一臂120和第二臂130的关节部而设置，与标记检测部3设置在比第一臂120更靠近前端侧的第二臂130上的情况相比，还有能够简化该电线等的引导的优点。
(第七实施方式)
图22是用于说明本发明的第七实施方式涉及的机器人具备的编码器(第一编码器)的截面图。
以下，对第七实施方式进行说明，但以与上述的实施方式不同的点为主进行说明，省略相同事项的说明。
本实施方式除编码器具有的标记的设置位置以及与其相关的结构不同以外，与上述的第一实施方式相同。
图22所示的机器人10D具备检测出第一臂120相对于基座110的旋转状态的编码器1D。该编码器1D具有：标记部2D，设置在第一臂120的轴部122的圆周面上；标记检测部3，设置在基座110上，用于检测出标记部2D具有的标记(未图示)；判断部5，基于标记检测部3检测出的结果，判断基座110和第一臂120的相对旋转状态；以及存储部6，与判断部5电连接。
虽未图示，但标记部2D具有沿着圆周方向配置在轴部122的外周面上的多个标记。该多个标记例如，可以使用与上述的第一实施方式的标记21相同的标记。即，在轴部122的圆周面(圆筒面)上，沿着圆周方向并排地配置有文字、数字、记号等能够识别的多个标记。需要注意的是，标记部2D具有的标记既可以直接设置在轴部122的表面，也可以设置在安装在轴部122上的圆筒状的部件上。
在本实施方式中，标记检测部3具有的摄像元件31和透镜32以能够检测出标记部2D的标记的方式而配置。即，标记部2D的标记和标记检测部3排列的方向是与第一轴J1交叉的方向(在本实施方式中是正交的方向)。由此，能够使标记部2D的标记和标记检测部3靠近第一轴J1。结果，能够实现基座110的小型化、轻量化。
此外，在这样的编码器1D中，在轴部122的外周面上设定有摄像元件31的拍摄区域。而且，与上述的第一实施方式同样地进行模板匹配。此时，由于标记部2D的标记设置在轴部122的外周面上，因此随着轴部122的旋转保持恒定的姿势在该拍摄区域内直线地移动。为此，有如下优点：在进行模板匹配时，由于不需要根据在该拍摄区域内的该标记的姿势使标准图像(模板)的朝向改变，仅使标准图像向一方向移动就能完成，因此能够减少模板匹配的运算量。
但是，由于轴部122的外周面是弯曲的，因此当透镜32是通常的放大光学系统时，在摄像元件31的拍摄区域内的标记部2D的标记的大小对应该拍摄区域内的位置变化。因此，在模板匹配时，从提高其精度的观点来看，优选进行标准图像的放大或缩小。此外，即使不进行那样的标准图像的放大或缩小，通过将搜索区域设定在认为不发生那样的标记部2D的标记的大小的变化的小范围，或通过设计透镜32，以使摄像元件31的搜索区域内的标记部2D的标记的大小不改变，也能够进行高精度的模板匹配。
根据以上说明的第七实施方式，通过使视野尺寸B、最大距离L、距离R以及重复位置决定精度X的关系最适宜化，也能够选择满足所需求的机器人臂的定位精度X(重复定位精度)所需的足够规格的摄像元件31和透镜32，结果，能够实现编码器1D的低成本化，甚至实现机器人10D的低成本化。
(第八实施方式)
图23是示出本发明的第八实施方式涉及的机器人的立体图。图24是示出图23所示的机器人的机器人臂的前端位于侧方的最远位置的状态的侧视图。需要注意的是，在下文中，将机器人10C的基座210一侧称为“基端侧”，手300一侧称为“前端侧”。
图23所示的机器人10C是垂直多关节(六轴)型机器人。该机器人10C具有基座210和机器人臂200，机器人臂200具备：第一臂220、第二臂230、第三臂240、第四臂250、第五臂260以及第六臂270，这些臂从基端侧向前端侧按照该顺序连结。如图24所示，在第六臂270的前端部可装卸地安装有例如，把持精密仪器、部件等的手300等末端执行器。此外，虽未图示，但机器人10C具备控制机器人10C的各部分的操作的个人电脑(PC)等机器人控制装置(控制部)。
在此，基座210例如固定在地面、墙或屋顶等上。第一臂220可以相对于基座210绕第一旋转轴O1旋转。第二臂230可以相对于第一臂220绕与第一旋转轴O1正交的第二旋转轴O2旋转。第三臂240可以相对于第二臂230绕与第二旋转轴O2平行的第三旋转轴O3旋转。第四臂250可以相对于第三臂240绕与第三旋转轴O3正交的第四旋转轴O4旋转。第五臂260可以相对于第四臂250绕与第四旋转轴O4正交的第五旋转轴O5旋转。第六臂270可以相对于第五臂260绕与第五旋转轴O5正交的第六旋转轴O6旋转。需要注意的是，对于第一旋转轴O1至第六旋转轴O6，“正交”也包括两个轴所成的角度是90°偏移±5°的范围内的情况，此外，“平行”也包括两个轴的一方相对于另一方在±5°的范围内倾斜的情况。
此外，虽未图示，但在基座210及第一臂220至第六臂270的各连结部(关节)上设置有具有电动机及减速机的驱动源。在此，在使第一臂220相对于基座210旋转的驱动源上设置有编码器1。该编码器1检测出的结果例如，输入至未图示的机器人控制装置中，用于使第一臂220相对于基座210旋转的驱动源的驱动控制。此外，虽未图示，但也可以在其它的关节部上设置编码器，作为该编码器，可以使用编码器1。
对于这样的机器人10C具备的编码器1，也可以认为与第一实施方式的编码器1相同。因此，在机器人10C中，当将编码器1的摄像元件31的每一像素的视野尺寸作为B(m)，将第一旋转轴O1(旋转轴)与编码器1的标记21的中心之间的距离作为R(m)，将第一旋转轴O1和机器人臂200的前端部CP1之间的最大距离L20作为L(m)，将机器人臂200的前端部CP1的重复定位精度作为X(m)时，满足2R/B≤L/X≤100R/B的关系。
这样，通过使视野尺寸B、最大距离L(L20)、距离R以及重复定位精度X的关系最适宜化，能够选择满足所需求的机器人臂200的定位精度X(重复定位精度)所需的足够规格的编码器1的摄像元件31和透镜32，结果，能够实现编码器1的低成本化，甚至实现机器人10C的低成本化。
需要注意的是，在机器人10C中，“第一旋转轴O1和机器人臂200的前端部CP1之间的最大距离L20”是从沿着第一旋转轴O1(旋转轴)的方向观察时，在机器人臂200的前端部CP1离第一旋转轴O1最远的状态的第一旋转轴O1和前端部CP1之间的距离。此外，机器人臂200的前端部CP1是P点(第五旋转轴O5和第六旋转轴O6的交点)、第六臂270的前端面的中心(末端执行器的安装中心)或手300的中心(TCP：工具中心点)中的任一个。
在上文中，说明了编码器1检测出第一臂220相对于基座210的旋转状态的情况，但编码器1检测出其它臂的旋转状态时也同样地可以使视野尺寸B、最大距离L、距离R以及重复定位精度X的关系最适宜化。需要注意的是，此时，将编码器1检测出旋转状态的两个臂中的一方作为“第一臂”，另一方作为“第二臂”。
在此，当编码器1检测出第二臂230相对于第一臂220的旋转状态时，将第二旋转轴O2和机器人臂200的前端部CP1之间的最大距离，即从沿着第二旋转轴O2(旋转轴)的方向观察时，在机器人臂200的前端部CP1离第二旋转轴O2最远的状态的第二旋转轴O2和前端部CP1之间的距离(与最大距离L20相等)作为“最大距离L”即可。在此，距离L20没有特别限定，例如优选0.175m以上0.85m以下。
此外，当编码器1检测出第三臂240相对于第二臂230的旋转状态时，将第三旋转轴O3和机器人臂200的前端部CP1之间的最大距离，即从沿着第三旋转轴O3(旋转轴)的方向观察时，在机器人臂200的前端部CP1离第三旋转轴O3最远的状态的第三旋转轴O3和前端部CP1之间的距离L21作为“最大距离L”即可。在此，距离L21没有特别限定，例如优选0.1m以上0.45m以下。
此外，当编码器1检测出第四臂250相对于第三臂240的旋转状态时，将第四旋转轴O4和机器人臂200的前端部CP1之间的最大距离，即从沿着第四旋转轴O4(旋转轴)的方向观察时，在机器人臂200的前端部CP1离第四旋转轴O4最远的状态的第四旋转轴O4和前端部CP1之间的距离L22作为“最大距离L”即可。
此外，当编码器1检测出第五臂260相对于第四臂250的旋转状态时，将第五旋转轴O5和机器人臂200的前端部CP1之间的最大距离，即从沿着第五旋转轴O5(旋转轴)的方向观察时，在机器人臂200的前端部CP1离第五旋转轴O5最远的状态的第五旋转轴O5和前端部CP1之间的距离L23作为“最大距离L”即可。
此外，当编码器1检测出第六臂270相对于第五臂260的旋转状态时，由于通常从沿着第六旋转轴O6(旋转轴)的方向观察时，机器人臂200的前端部CP1与第六旋转轴O6一致，因此无法套用上述的关系式，但当前端部CP1从第六旋转轴O6偏移时(例如，将手300的TCP作为前端部CP，其TCP从第六旋转轴O6偏移时)，将第六旋转轴O6与机器人臂200的前端部CP1之间的距离作为“最大距离L”即可。
以上，基于图示的优选实施方式说明了本发明的机器人，但本发明不限于此，各部分的结构也可以替换成具有相同功能的任意的结构。此外，也可以附加其它任意的结构物。此外，也可以组合上述的两个以上的实施方式的结构。
此外，在上述的第一实施方式的编码器1中，标记检测部3设置在基座110上，标记部2设置在第一臂120上，但也可以将标记部2设置在基座110上，标记检测部3设置在第一臂120上。
此外，编码器的设置位置不限于上述的实施方式所述的关节部，也可以是相对旋转的任意的两个臂的关节部。
此外，在上述的实施方式中，机器人臂的数量是上述的实施方式中的一个，但机器人臂的数量不限于此，例如也可以是两个以上。即，本发明的机器人例如也可以是双臂机器人等多臂机器人。
此外，在上述的实施方式中，机器人臂具有的臂的数量不限于上述的实施方式的数量，例如可以是3个以上5个以下，或7个以上。
此外，本发明的机器人不限于固定设置在建筑物等结构物上，例如，也可以是具有腿部的腿式步行(行走)机器人。

Claims (13)

1.一种机器人，其特征在于，具备：
基座；
机器人臂，设置成能够相对于所述基座绕旋转轴旋转；
标记，随着所述机器人臂进行所述旋转而绕所述旋转轴旋转；
摄像元件，拍摄所述标记；
存储部，存储标准图像；以及
判断部，通过对所述摄像元件拍摄到的图像使用所述标准图像并通过子像素推测法进行模板匹配，判断所述机器人臂的旋转状态，
当设所述摄像元件的每一像素的视野尺寸为B，设所述旋转轴和所述标记的中心之间的距离为R，设所述旋转轴和所述机器人臂的前端部之间的最大距离为L，设所述前端部的重复定位精度为X时，
满足2R/B≤L/X≤100R/B的关系，所述B、所述R、所述L、所述X以m为单位。
2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，
所述判断部基于对所述标记的过去的所述旋转状态的判断结果中绕所述旋转轴的旋转角度，能够变更所述标准图像的姿势。
3.根据权利要求2所述的机器人，其特征在于，
所述判断部判断所述标记绕所述旋转轴的旋转角度是否大于设定角度，并基于其判断结果，变更所述标准图像的姿势。
4.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，
所述机器人还具备设置于所述机器人臂上的惯性传感器。
5.一种机器人，其特征在于，具备：
机器人臂，具有第一臂和设置成能够相对于所述第一臂绕旋转轴旋转的第二臂；
标记，随着所述第二臂进行所述旋转而绕所述旋转轴旋转；
摄像元件，拍摄所述标记；
存储部，存储标准图像；以及
判断部，通过对所述摄像元件拍摄到的图像使用所述标准图像并通过子像素推测法进行模板匹配，判断所述第二臂相对于所述第一臂的旋转状态，
当设所述摄像元件的每一像素的视野尺寸为B，设所述旋转轴和所述标记的中心之间的距离为R，设所述旋转轴和所述机器人臂的前端部之间的最大距离为L，设所述机器人臂的前端部的重复定位精度为X时，
满足2R/B≤L/X≤100R/B的关系，所述B、所述R、所述L、所述X以m为单位。
6.根据权利要求5所述的机器人，其特征在于，
所述机器人还具备：
支承所述第一臂使所述第一臂能够绕第一旋转轴旋转的部件；
第一编码器，具有随着所述第一臂相对于所述部件旋转而绕所述第一旋转轴旋转的第一标记和拍摄所述第一标记的第一摄像元件，使用从所述第一摄像元件输出的信号，检测出所述第一臂相对于所述部件的旋转状态；以及
第二编码器，具有绕作为所述旋转轴的第二旋转轴旋转的作为所述标记的第二标记和作为所述摄像元件的第二摄像元件，
满足所述第二摄像元件的每一像素的视野尺寸与所述第一摄像元件的每一像素的视野尺寸相等以及所述第二旋转轴和所述第二标记的中心之间的距离与所述第一旋转轴和所述第一标记的中心之间的距离相等中的至少一方，
所述第一编码器及所述第二编码器各自的每一转的分辨率是14位以上。
7.根据权利要求1或5所述的机器人，其特征在于，
所述机器人具有多个所述标记，
所述摄像元件拍摄沿绕所述旋转轴的圆周方向彼此相邻的整个两个所述标记。
8.根据权利要求1或5所述的机器人，其特征在于，
所述判断部在所述拍摄图像的一部分的区域上设定搜索区域，并在所述搜索区域内进行所述模板匹配。
9.根据权利要求8所述的机器人，其特征在于，
所述判断部基于对所述标记的过去的所述旋转状态的判断结果中绕所述旋转轴的角速度，能够变更所述拍摄图像内的所述搜索区域在第一方向上的位置及长度中的至少一方。
10.根据权利要求9所述的机器人，其特征在于，
所述判断部基于过去两次以上的所述旋转状态的判断结果，算出所述角速度。
11.根据权利要求8所述的机器人，其特征在于，
所述判断部基于对所述标记的过去的所述旋转状态的判断结果中绕所述旋转轴的角加速度，能够变更所述拍摄图像内的所述搜索区域在第一方向上的位置及长度中的至少一方。
12.根据权利要求11所述的机器人，其特征在于，
所述判断部基于过去三次以上的所述旋转状态的判断结果，算出所述角加速度。
13.根据权利要求8所述的机器人，其特征在于，
所述判断部基于所述拍摄图像内的所述搜索区域在第一方向上的位置，能够变更所述拍摄图像内的所述搜索区域在相对于所述第一方向垂直的第二方向上的位置及长度中的至少一方。
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