CN108789362B - 机器人及打印机 - Google Patents

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Abstract

一种机器人及打印机，能够减少编码器的检测精度的下降。上述机器人的特征在于，具备：基台；机器人臂，设置成能够相对于所述基台绕转动轴转动；以及编码器，具有随着所述机器人臂的所述转动而绕所述转动轴转动的标记、以及对所述标记进行摄像的摄像元件，所述编码器使用从所述摄像元件输出的信号来检测所述机器人臂的所述转动的状态，所述编码器具有配置于所述摄像元件和所述标记之间的远心光学系统。

Description

机器人及打印机
技术领域
本发明涉及机器人及打印机。
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，通常通过编码器来检测关节部的旋转角度、旋转位置、旋转次数、旋转速度等旋转状态，并基于该检测结果控制关节部的驱动。
例如，在专利文献1所记载的编码器中，通过摄像元件对形成有格雷码等数字图案和条纹状图案的编码板进行读取，并根据所读取的数字图案和条纹状图案来检测位置。
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
然而，在专利文献1所记载的编码器中，当摄像元件和图案之间的距离改变时，摄像元件的成像倍率改变，其结果，会导致检测精度降低的问题。例如，像机器人臂那样存在相对于旋转轴不对称的重量分布的情况下，摄像元件和图案之间的距离容易变化，这样的问题会变得突出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够减少编码器的检测精度下降的机器人及打印机。
本发明是为了解决上述技术问题中的至少一部分而作出的，可以通过如下适用例或方式来实现。
根据本应用例的机器人，其特征在于，具备：基台；机器人臂，设置成能够相对于所述基台绕转动轴转动；以及编码器，具有随着所述机器人臂的所述转动而绕所述转动轴转动的标记、以及对所述标记进行摄像的摄像元件，所述编码器使用从所述摄像元件输出的信号来检测所述机器人臂的所述转动的状态，所述编码器具有配置于所述摄像元件和所述标记之间的远心光学系统。
根据这样的机器人，由于在摄像元件和标记之间配置有远心光学系统(成像光学系统)，因此，即使标记和摄像元件之间的距离发生改变，也能够减少摄像元件的成像倍率的变化，其结果，能够减少编码器的检测精度的下降。
根据本应用例的机器人，其特征在于，具备：机器人臂，具有第一臂以及设置成能够相对于所述第一臂绕转动轴转动的第二臂；以及编码器，具有随着所述第二臂的所述转动而绕所述转动轴转动的标记、以及对所述标记进行摄像的摄像元件，所述编码器使用从所述摄像元件输出的信号来检测所述第二臂相对于所述第一臂的所述转动的状态，所述编码器具有配置于所述摄像元件和所述标记之间的远心光学系统。
根据这样的机器人，由于在摄像元件和标记之间配置有远心光学系统(成像光学系统)，因此，即使标记和摄像元件之间的距离发生变化，也能够减少摄像元件的成像倍率的变化，其结果，能够减少编码器的检测精度的下降。
在本应用例的机器人中，优选为，所述远心光学系统是物侧远心。
由此，能够减少用于远心光学系统的透镜的数量(例如一枚)，其结果，能够实现远心光学系统的低成本化，进而能够实现编码器的低成本化。
在本应用例的机器人中，优选为，所述远心光学系统是双侧远心。
由此，即使当远心光学系统所具有的透镜和摄像元件之间的距离发生改变，也能够减少摄像元件的成像倍率的变化。因此，具有远心光学系统的组装变得容易的优点。
在根据本应用例的机器人中，优选为，所述机器人还具备光源部，所述光源部从相对所述远心光学系统的光轴倾斜的方向向所述标记照射光。
由此，与使用同轴落射照明的情况相比，能够提高摄像元件的摄像图像的对比度。另外，与使用同轴落射照明的情况相比，还具有远心光学系统小型化的优点。
在本应用例的机器人中，优选为，所述光源部配置成绕所述光轴呈环状。
由此，能够均匀地照亮标记，其结果，能够提高摄像元件的摄像图像的品质。
在本应用例的机器人中，优选为，所述标记使用颜料构成。
由此，能够容易地进行标记的形成。另外，由于颜料通常包含使光散射的颗粒，因此，在使用倾斜照明时，能够提高摄像元件的摄像图像的对比度。
在本应用例的机器人中，优选为，所述标记使用凹凸构成。
由此，能够提高标记的耐久性。另外，在使用倾斜照明时，通过利用凹凸使光散射，能够增强摄像元件的摄像图像的对比度。
在本应用例的机器人中，优选为，所述编码器具备覆盖所述标记的透光性的涂层。
由此，能够保护标记。其中，在使用同轴落射照明的情况下，难以获得对比度良好的摄像图像，但在使用倾斜照明的情况下，能够获得对比度良好的摄像图像。
在本应用例的机器人中，优选为，所述标记位于所述基台的表面或所述机器人臂的表面。
由此，无需另外设置用于设置标记的部件，减少了部件的数量，能够实现低成本化。
在本应用例的机器人中，优选为，所述标记位于所述第一臂的表面或所述第二臂的表面。
由此，无需另外设置用于设置标记的部件，减少了部件的数量，能够实现低成本化。
根据本应用例的打印机，其特征在于，具备编码器，所述编码器具有绕转动轴转动的标记以及对所述标记进行摄像的摄像元件，并使用从所述摄像元件输出的信号来检测绕所述转动轴的所述转动的状态，所述编码器具有配置于所述摄像元件和所述标记之间的远心光学系统。
根据这样的打印机，由于在摄像元件和标记之间配置有远心光学系统(成像光学系统)，因此，即使标记和摄像元件之间的距离发生改变，也能够减少摄像元件的成像倍率的变化，其结果，能够减少编码器的检测精度的下降。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式的机器人的侧视图。
图2是用于说明图1所示的机器人所具备的编码器的剖视图。
图3是用于说明图2所示的编码器所具备的标记的图。
图4是用于说明图2所示的编码器所具备的摄像元件的摄像图像的图。
图5是用于说明设定于图4所示的摄像图像内的探索区域中的模板匹配的图。
图6是在模板匹配时相关系数从最大或最小的状态偏移了一个像素的状态。
图7是示出模板匹配时相关系数为最大或最小的状态。
图8是示出在模板匹配时相关系数从最大或最小的状态向与图6所示的状态相反一侧偏移了一个像素的状态。
图9是图2所示的编码器所具备的远心光学系统(成像光学系统)的沿着光轴的剖视图。
图10是用于说明设置于图9所示的远心光学系统中的光源部的局部放大剖视图。
图11是用于说明图9所示的远心光学系统的变形例的局部放大剖视图。
图12是利用同轴落射照明的远心相机对使用颜料涂料(白色涂料背景上的黑色标记)形成的标记进行摄像之后的摄像图像。
图13是利用倾斜照明的远心相机对使用颜料涂料(白色涂料背景上的黑色标记)形成的标记进行摄像之后的摄像图像。
图14是利用同轴落射照明的远心相机对使用颜料涂料(白色涂料背景上的黑色标记)形成且被透明涂料涂覆的状态下的标记进行摄像之后的摄像图像。
图15是利用倾斜照明的远心相机对使用颜料涂料(白色涂料背景上的黑色标记)形成且被透明涂料涂覆的状态下的标记进行摄像之后的摄像图像。
图16是本发明的第二实施方式的编码器所具备的远心光学系统(成像光学系统)的沿着光轴的剖视图。
图17是用于说明本发明的第三实施方式的机器人所具备的编码器的剖视图。
图18是示出本发明的第四实施方式的机器人的立体图。
图19是示出本发明的打印机的实施方式的简要构成的图。
附图标记说明：
1...编码器；1B...编码器；2...标记部；3...标记检测部；3A...传感器单元；4...照明单元；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；21B...标记图像；21X...标记图像；30...远心光学系统；30A...远心光学系统；31...摄像元件；32...光学单元；32A...光学单元；33...壳体；33A...壳体；34...透镜；35...透镜；36...光圈；36A...光圈；37...基板；38...光源部；39...遮光部件；51...图像识别电路；100...机器人臂；110...基台；111...第一电机；112...第一减速器；114...支承部件；115...轴承；120...第一臂；121...臂主体部；122...轴部；130...第二臂；131...第二电机；132...第二减速器；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...基台；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；331...筒状部件；331A...筒状部件；332...底部件；361...开口；371...开口；391...贯通孔；1000...打印机；1007...激光扫描仪装置；1102...绕出部；1103...处理部；1104...卷取部；1111...旋转轴；1115...头单元；1120...绕出轴；1121...从动辊；1130...压纸卷筒鼓；1130s...鼓轴；1131...从动辊；1132...从动辊；1133...从动辊；1134...从动辊；1140...卷取轴；1141...从动辊；1151...记录头；1161...第一UV光源；1162...第二UV光源；1401...激光振荡器；1402...驱动装置；1403...第一透镜；1406...驱动装置；1407...第一反射镜；1408...驱动装置；1409...第二反射镜；B...视野尺寸；C1...圆弧；C2...圆弧；Ds...输送方向；G...摄像图像；J1...第一轴；J2...第二轴；J3...轴；LA...激光；LL...光；LY...中心线；O1...第一转动轴；O2...第二转动轴；O3...第三转动轴；O4...第四转动轴；O5...第五转动轴；O6...第六转动轴；PO...原点像素；PE...终点像素；PS...起始像素；R...距离；RI...摄像区域；RS...探索区域；RU...有效视野区域；Ra...范围；S...片材；Sc...输送路径；Se...传感器；TA...基准图像；a...光轴；f1...焦距；f2...焦距。
具体实施方式
以下，基于附图所示的优选实施方式来详细描述本发明的机器人和打印机。
<第一实施方式>
(机器人)
图1是示出本发明的第一实施方式的机器人的侧视图。需要说明的是，在下文中，为便于说明，将图1中的上侧称为“上”，将下侧称为“下”。另外，将图1中的基台110侧称为“基端侧”，将其相反侧(末端执行器150侧)称为“前端侧”。另外，将图1中的上下方向设为“垂直方向”，将左右方向设为“水平方向”。
图1所示的机器人10是所谓的水平多关节机器人(SCARA Robot)，例如，在制造精密仪器等的制造工序等中被使用，能够进行精密仪器、部件等的握持、搬运等。
如图1所示，机器人10具有基台110、第一臂120、第二臂130、工作头140、末端执行器150以及布线引导部160。其中，第一臂120、第二臂130以及工作头140构成机器人臂100。以下，依次对机器人10的各部分进行简要说明。
基台110例如通过螺栓等固定于未图示的地面。基台110的上端部连结有第一臂120。第一臂120可以相对于基台110绕沿垂直方向的第一轴J1转动。
在基台110内设置有产生使第一臂120转动的驱动力的第一电机111、以及使第一电机111的驱动力衰减的第一减速器112。第一减速器112的输入轴连结至第一电机111的旋转轴，第一减速器112的输出轴连结至第一臂120。因此，当第一电机111驱动且其驱动力经由第一减速器112传递到第一臂120时，第一臂120相对于基台110在水平面内绕第一轴J1转动。另外，在基台110和第一臂120上设置有作为第一编码器的编码器1，该编码器1检测第一臂120相对于基台110的转动状态。
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绕沿垂直方向的第二轴J2转动。在第二臂130内设置有产生使第二臂130转动的驱动力的第二电机131、以及使第二电机131的驱动力衰减的第二减速器132。并且，通过使第二电机131的驱动力经由第二减速器132传递到第一臂120，第二臂130相对于第一臂120在水平面内绕第二轴J2转动。另外，但在第一臂120和第二臂130上设置有作为第二编码器的编码器1，该编码器1检测第二臂130相对于第一臂120的转动状态。
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，该花键轴141供同轴地设置于第二臂130的前端部的花键螺母和滚珠丝杠螺母(均未图示)插通。花键轴141可以相对于第二臂130绕其轴转动，并且可以沿上下方向移动(升降)。
虽未图示，但在第二臂130内配置有旋转电机和升降电机。旋转电机的驱动力通过未图示的驱动力传递机构传递至花键螺母，当花键螺母正转或反转时，花键轴141绕沿垂直方向的轴J3正转或反转。另外，虽未图示，但在旋转电机中设置有检测花键轴141相对于第二臂130的转动状态的第三编码器。另一方面，升降电机的驱动力通过未图示的驱动力传递机构传递至滚珠丝杠螺母，当滚珠丝杠螺母正转或反转时，花键轴141上下移动。在升降电机中设置有检测花键轴141相对于第二臂130的移动量的第四编码器。
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，可以举出把持被输送物的末端执行器、对被加工物进行加工的末端执行器等。
与配置于第二臂130内的各电子部件(例如，第二电机、旋转电机、升降电机、第一编码器至第四编码器等)连接的多个布线通过连结第二臂130和基台110的管状的布线引导部160的内而被引至基台110内。此外，该多个布线通过在基台110内被汇集而与连接至第一电机111及编码器的布线一起被引导至设置于基台110的外部且统一控制机器人110的未图示的控制装置。
以上，对机器人10的构成进行了简单的说明。如上所述，该机器人10包括：检测第一臂120相对于基台110的转动状态的编码器1、以及检测第二臂130相对于第一臂120的转动状态的编码器1。以下，对编码器1进行详细叙述。需要说明的是，在以下说明中，代表性地说明了检测第一臂120相对于基台110的转动状态的编码器1，关于检测第二臂130相对于第一臂120的转动状态的编码器1，由于内容相同，因此省略其说明。
(编码器)
图2是用于说明图1所示的机器人所具备的编码器的剖视图。图3是用于说明图2所示的编码器所具备的标记的图。
如图2所示，上述的机器人10的基台110具有支承第一电机111和第一减速器112的支承部件114，并容纳第一电机111和第一减速器112。这样的基台110中，第一臂120设置成可以第一轴J1转动。
其中，第一臂120具有沿着水平方向延伸的臂主体部121和从臂主体部121向下方突出的轴部122，臂主体部121和轴部122彼此连接。并且，轴部122经由轴承115而被支承为可以绕第一轴J1转动，并连接至第一减速器112的输出轴。另外，第一减速器112的输入轴连接至第一电机111的旋转轴1111。
在这种相对转动的基台110和第一臂120中设置有检测其转动状态的编码器1。
编码器1具有：标记部2(标度)，设置在第一臂120上；标记检测部3，设置于基台110，检测标记部2；判断部5，基于标记检测部3的检测结果来判断基台110和第一臂120的相对转动状态；以及存储部6，电连接至判断部5。
标记部2设置于臂主体部121的与基台110对置的部分，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在与第一轴J1不同的位置具有绕第一轴J1配置的多个标记21。其中，标记21设置于第一臂120的表面。由此，无需在基台110和第一臂120之外单独地设置用于设置标记21的部件。因此，能够减少部件的数量。
需要说明的是，标记21并不限定于直接设置于第1臂120的表面的情况，例如，也可以设置于粘贴在第1臂120的表面上的片状部件，还可以设置于以与第一臂120一起转动的方式设置的板状部件。即，设置有标记21的部件只要是与第一臂120一起相对于基台110绕第一轴J1转动的部件即可。
在本实施方式中，如图3所示，多个标记21是在环绕第一轴J1的同心圆的圆周方向上等间隔(与第一轴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中所示的多个标记21是彼此不同的字母(罗马字母)，在附图中，从A到X的24个字母按字母顺序在圆周方向上等间隔地排列设置。作为这样的各个标记21的形成方法，例如可以举出激光加工、印刷、切割、蚀刻等方法。
需要说明的是，标记21的数量和大小根据所需的分辨率、后述的摄像元件31的分辨率等来确定，并且不限于图示的例子，而是任意的。另外，多个标记21彼此在圆周方向上的间隔可以不是等间隔。另外，各标记21不限定于图示的罗马字母，例如可以使用数字，也可以使用阿拉伯文字、汉字等其他文字，还可以使用文字以外的记号、符号、标志、标章、图案等。另外，各标记21只要是判定部5能够识别的即可，不一定非要是人能够识别的。例如，可以使用一维条形码、QR码(注册商标)这样的标记、或者使用由点、直线、曲线构成的随机图案来代替标记21。
图2所示的标记检测部3具有：摄像元件31，设置在基台110内；以及光学单元32，包括设置于基台110所具有的开口中的远心光学系统30，摄像元件31经由远心光学系统30对位于标记部2的圆周方向上的一部分(图3所示的摄像区域RI)的标记21进行摄像。
作为摄像元件31，例如，可以举出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为每个像素的电信号并输出。摄像元件31可以应用二维摄像元件(面图像传感器)或一维摄像元件(线图像传感器)。优选的是，一维摄像元件沿像素的排列与臂的旋转圆接触的方向排列。在使用二维摄像元件的情况下，能够取得信息量多的二维图像，并容易提高基于后述的模板匹配(template matching)的标记21的检测精度。其结果，能够高精度地检测第一臂120的转动状态。在使用一维摄像元件的情况下，由于图像采集周期即所谓的帧率高，因此，能够提高检测频率，这在高速操作中是有利的。
光学单元32所包括的远心光学系统30是配置于标记21和摄像元件31之间的成像光学系统，且至少物体侧(标记21的一侧)是远心的。由此，即使标记21和摄像元件31之间的距离改变，也能够减少摄像元件31的成像倍率的变化，其结果，能够减少编码器1的检测精度的下降。特别地，本实施方式的远心光学系统30是双侧远心系统。由此，即使远心光学系统30所具有的透镜和摄像元件31之间的距离改变，也能够减少摄像元件31的成像倍率的变化。因此，具有远心光学系统30的组装变得容易这个优点。需要说明的是，对于远心光学系统30和光学单元32的构成，将在后面描述。
其中，如图3所示，摄像元件31的摄像区域RI以与标记部2的圆周方向上的一部分重叠的方式在第一臂120的下表面上进行设定。由此，摄像元件31能够对位于摄像区域RI中的标记21进行摄像。因此，通过读取位于摄像区域RI中的标记21，能够知道第一臂120的转动状态。
图2所示的判断部5基于标记检测部3的检测结果，判断基台110和第一臂120的相对转动状态。作为该转动状态，例如可以列举转动角度、转动速度、转动方向等。
特别地，判断部5具有图像识别电路51，该图像识别电路51通过使用基准图像(基准图像数据)对摄像元件31的摄像图像(摄像图像数据)进行模板匹配，从而对标记21进行图像识别，判断部5使用该图像识别电路51的识别结果，判断基台110和第一臂120的相对转动状态。其中，判断部5构成为可以基于摄像元件31的摄像图像内的标记21的图像位置来更详细地判断基台110与第一臂120的相对转动角度(以下简称为“第一臂120的转动角度“)。另外，判断部5还可以构成为基于检测到标记21的时间间隔来求出转动速度，或者基于所检测的标记21的种类的顺序来判断转动方向。并且，判断部5输出与上述的判断结果对应的信号，即与基台110和第一臂120的转动状态对应的信号。该信号例如被输入到未图示的计算机(未图示出)等控制装置，用于控制机器人10的动作。需要说明的是，优选为，判断部5通过使用例如ASIC、FPGA等而硬件化(从处理速度、小型化以及低成本化的角度出发)。或者判断部5可以构成为包括CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)和SRAM(StaticRandom Access Memory：静态随机存取存储器)，且判断部5的至少一部分可以作为硬件或软件内置于该控制装置。
另外，判断部5还具有截取摄像元件31的摄像图像的一部分(包括标记21的图像的部分)并生成基准图像(模板)的功能。在判断基台110和第一臂120的相对转动状态之前，或者根据需要适时地对每个标记21执行该基准图像的生成。并且，所生成的基准图像与各标记21对应地被存储于存储部6。并且，判断部5使用存储在存储部6中的基准图像(模板)来执行模板匹配。需要说明的是，关于模板匹配及使用该模板匹配的转动状态的判断，将在后面详细说明。
其中，在存储部6中与各标记21对应地一并存储有与上述基准图像(基准图像数据)所对应的标记21的种类相关的信息(识别信息)、与摄像图像中的坐标(后述的基准像素的坐标)相关的信息、以及与第一臂120的转动角度相关的信息(角度信息)。作为这样的存储部6，能够使用非易失性存储器、易失性存储器中的任一种，但是从即使不提供电力也能够保持存储信息且节省电力的角度出发，优选使用非易失性存储器。
(模板匹配以及使用了模板匹配的对转动状态的判断)
以下，将详细说明判断部5中的模板匹配以及使用了模板匹配的转动状态的判断。需要说明的是，在下文中，作为转动状态，代表性地对判断转动角度的情况进行说明。另外，以下所说明的模板匹配的方法仅作为一例，而并不限定于此。
—基准图像的取得—
在编码器1中，在使用模板匹配判断第一臂120相对于基台110的转动状态之前，取得用于该模板匹配的基准图像。该基准图像的获取可以在最初的模板匹配之前仅执行一次即可，但之后也可以根据需要来执行。在这种情况下，能够将用于模板匹配的基准图像更新为新取得的基准图像。
在取得基准图像时，使第一臂120绕第一轴J1相对于基台110适当地转动，并通过摄像元件31针对每个标记21对多个标记21进行摄像。然后，通过对所得到各摄像图像进行修剪，生成各标记21每个的基准图像。所生成的基准图像与该识别信息、像素坐标信息和角度信息一起建立关联地存储于存储部6。以下，将基于图4对这一点进行详细叙述。
图4是用于说明图2所示的编码器所具备的摄像元件的摄像图像的图。
当第一臂120相对于基台110绕第一轴J1转动时，例如，如图4所示，标记图像21A沿着圆弧C1、C2移动，标记图像21A是映入摄像元件31的摄像图像G内的显示文字“A”的标记21的图像。其中，圆弧C1是随着第一臂120相对于基台110的转动，标记图像21A的图4中下端所描绘的轨迹，圆弧C2是随着第一臂120相对于基台110的转动，标记图像21A的图4中上端所描绘的轨迹。另外，在图4中，除了标记图像21A之外，还图示了显示文字“B”的标记21的图像即标记图像21B以及显示文字“X”的标记21的图像即标记图像21X映入摄像图像G内的情况。
在此，由摄像元件31进行摄像而得到的摄像图像G是与摄像区域RI对应的形状，呈具有沿着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。另外，摄像图像G的沿着X轴方向延伸的两个边被配置为尽可能沿着圆弧C1和C2。另外，摄像图像G具有沿X轴方向和Y轴方向排列成行列状的多个像素。其中，像素的位置是由指示像素在X轴方向上的位置的“X”以及指示像素在Y轴方向上的位置的“Y”所表示的像素坐标系(X，Y)来表示。另外，将摄像图像G的外周部以外的中央区域设定为有效视野区域RU，有效视野区域RU的途中左上端的像素被设定为图像坐标系(X，Y)的原点像素(0，0)。
例如，在生成用于检测表示文字“A”的标记21的基准图像TA时，使第一臂120相对于基台110适当地转动，并使标记图像21A位于有效视野区域RU内的预定位置(在图中为在设定于X轴方向的中央的中心线LY上)。其中，标记图像21A位于该预定位置时的第一臂120相对于基台110的转动角度θA0事前通过测量等方法取得。
通过在包含标记图像21A的必要最小限度范围的矩形的像素范围内修剪这样的摄像图像G，得到基准图像TA(用于检测表示文字“A”的标记21的模板)。所得到的基准图像TA存储于存储部6。这时，基准图像TA与与该图像的种类(在所示情况下，文字“A”)相关的识别信息、与上述的转动角度θA0相关的角度信息、以及与基准图像TA的像素范围内的基准像素(图示中为左上端的像素)的像素坐标即基准像素坐标(XA0，YA0)相关的像素坐标信息一起建立关联地存储。即，基准图像TA及其相对应的识别信息、角度信息和像素坐标信息是用于模板匹配的一个模板集合。
—使用模板匹配判断转动状态—
接着，基于图5至图8对使用上述那样生成的基准图像TA的模板匹配进行说明。
图5是用于说明设定于图4所示的摄像图像内的探索区域中的模板匹配的图。图6是在模板匹配时相关系数从最大或最小的状态偏移了一个像素的状态。图7是示出在模板匹配时相关系数为最大或最小的状态。图8是示出在模板匹配时相关系数从最大或最小的状态向与图6所示的状态相反一侧偏移了一个像素的状态。
如图5所示，当在有效视野区域RU内存在标记图像21A时，使用基准图像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的整个区域设为探索区域RS，将基准图像TA重叠于探索区域RS，并一边将基准区域TA相对于探索区域RS偏移一个像素，一边计算探索区域RS与基准图像TA的重叠部分的相关系数。其中，基准图像TA为，其基准像素的像素坐标从起始像素PS(原点像素P0)到终点像素PE逐个像素地移动，对于探索区域RS整个区域的像素，按照基准图像TA的基准像素的每个像素坐标，算出探索区域RS与基准图像TA的重叠部分的相关系数(相关系数数据)。并且，相关系数作为摄像图像数据与基准图像数据的相关系数数据而与基准图像TA的基准像素的像素坐标建立关联地存储于存储部6。
接着，从存储于在存储部6的每个像素坐标的多个相关系数中选择最大值的相关系数，并将所选择的相关系数的基准图像TA的像素坐标(XA1，YA1)确定为标记图像21A的像素坐标。以这种方式，能够检测摄像图像G内的标记图像21A的位置。
其中，优选使用子像素估算法来求出标记图像21A的像素坐标。在相关系数为最大的附近，如图6至图8所示，基准图像TA与标记21重叠。图7所示的状态是，与图6和图8所示的状态(从图7所示的状态偏移了一个像素PX的状态)相比相关系数大，且相关系数变为最大。但是，如图7所示的状态那样，在基准图像TA不完全一致而是有偏差地重叠于标记21时，如果将图7所示的状态判断为标记图像21A的像素位置，则该偏差成为误差。这种偏差最大时就是视野尺寸B。即，当不使用子像素估算法时，视野尺寸B是最小的分辨率(精度)。
与此相对，如果使用子像素估算法，则能够使用抛物线等(也可以是等角直线)拟合每个视野尺寸B的相关系数，并对这些相关系数(像素之间间距)进行内插(近似)处理。因此，能够更高精度地求得标记图像21A的像素坐标。需要说明的是，作为求出相关系数的方法，可以使用零均值归一化互相关法(ZNCC：Zero-based Normalized CrossCorrelation)、绝对误差和法(SAD：Sum of Absolute Difference)、误差平方和法(SSD：Sum of Squared Difference)、相位限制相关法(POC)等。
这样，判断部5在摄像图像G的一部分区域即有效视野区域RU中设定探索区域RS，并在探索区域RS内进行模板匹配。由此，能够减少用于模板匹配的探索区域RS的像素的数量，并能够缩短与模板匹配相关的运算时间。因此，即使在第一臂120绕第一轴J1的角速度(标记21的角速度)快的情况下，也能够进行高精度的检测。另外，即使由于配置于摄像元件31和标记21之间的远心光学系统30的像差(aberration)而导致摄像图像G的外周部分的失真、模糊变大，通过将这种失真、模糊小的区域用作探索区域RS，能够减少检测精度的降低。需要说明的是，可以使用摄像图像G的整个区域作为探索区域RS来执行基准图像TA的生成和模板匹配，这种情况下，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与第一轴J1之间的距离足够长，因此，在摄像图像G中，圆弧C1和C2几乎能够近似于直线。因此，在摄像图像G中，可以认为标记图像21A的移动方向与X轴方向一致。
这样，标记图像21A位于在X轴方向上从位于基准像素坐标(XA0，YA0)的基准图像TA偏移了像素数量(XA1-XA0)的位置处。因此，当将摄像区域RI的中心与第一轴J1之间的距离R设为r，将摄像元件31的一个像素所对应的摄像区域RI上的区域的宽度(摄像元件31的每个像素的视野尺寸B)设为W时，能够使用以下式(1)来求出第一臂120相对于基台110的转动角度θ。
【数学式1】
Figure BDA0001616894600000161
在该式(1)中，(XA1-XA0)×W相当于基准图像TA的基准像素坐标(XA0，YA0)所对应的实际位置与上述相关系数为最大值的基准图像TA的像素坐标(XA1，YA1)所对应的实际位置之间的距离。另外，2r的相当于第一臂120相对于基台110旋转360°之后的标记21的轨迹的长度(圆周的长度)。
在以这种方式求得转动角度θ时，也能够使用所谓的子像素估算法，即通过抛物线或抛物面拟合与像素坐标(XA1，YA1)邻接的像素的相关系数，确定最大的相关系数的坐标。由此，能够以比像素单元更精细的分辨率求得摄像图像G内的标记图像21A的位置，其结果，能够提高转动角度θ的检测精度。
对于其他(除表示文字[A]的标记21以外的)标记21，也同样进行上述的模板匹配和使用该模板匹配的转动角度θ的计算。其中，对于任意的转动角度θ，在有效视野区域RU中显现至少一个标记21，并以能够进行模板匹配的方式加载与各标记21对应的基准图像。由此，能够防止出现不能进行模板匹配的角度范围。
在上述的图4中，标记21和有效视野区域RU构成为，对于任意转动角度θ，在有效视野区域RU中显现一个标记21，但优选的是，标记21和有效视野区域RU构成为，对于任意转动角度θ，在有效视野区域RU中显现多个标记21。这种情况下，对于任意的转动角度θ，使用与彼此相邻的两个以上的标记21对应的两个以上的基准图像进行模板匹配，以能够对在有效视野区域RU中显现的多个标记21进行模板匹配。此时，该两个以上的基准图像可以彼此部分地重叠。
即，优选的是，在第一臂120上配置多个标记21，摄像元件31包括在绕第一轴J1(旋转轴)的圆周方向上彼此相邻的两个标记21整体地进行摄像。由此，即使摄像元件31所拍摄的两个标记21中的一方由于污染等而不能被正确地读取，也能够读取另一个标记21来进行检测。因此，具有容易确保高精度的检测精度这样的优点。
(远心光学系统)
以下，对远心光学系统30及其相关的构成进行详细叙述。
图9是图2所示的编码器所具备的远心光学系统(成像光学系统)的沿着光轴的剖视图。
如图9所示，光学单元32具有呈一端开口的有底筒状的壳体33、以及收容在壳体33内的远心光学系统30和照明单元4。其中，远心光学系统30具有透镜34、35和光圈36。
壳体33具有呈筒状的筒状部件331(镜筒)、以及封闭该筒状部件331的一端开口的底部件332。作为筒状部件331和底部件332的构成材料并没有特别限定，例如可以列举金属材料、树脂材料等。另外，在筒状部件331的内表面和底部件332的内表面实施有防止光反射的处理，例如黑色涂层等处理。
在壳体33的底部件332的内表面(在筒状部件331内露出的表面)上配置有摄像元件31。另外，在筒状部件331的内，从底部件332侧(摄像元件31侧)朝向开口侧(标记部2侧)依次配置有透镜35、光圈36、透镜34、照明单元4，这些部件通过例如粘接等方式固定于筒状部件331的内周表面。
其中，透镜34被设置成使得透镜34和光圈36之间的中心距离以及透镜34的中心和标记部2之间的距离分别等于透镜34的焦距f1。另外，透镜35被设置成使得透镜35和光圈36之间的中心距离以及透镜35的中心和摄像元件31的摄像表面之间的距离分别等于透镜35的焦距f2。另外，光圈36在光轴a上具有开口361。另外，当设远心光学系统30的成像倍率为N时，满足N＝f2/f1的关系。
需要说明的是，透镜34的中心与标记部2之间的距离可以在透镜34的焦点深度的范围内偏移。另外，透镜35的中心和摄像元件31的摄像表面之间的距离可以在透镜35的焦点深度范围内偏移。
在这种远心光学系统30中，在标记部2和透镜34之间，主光线(通过光圈36的中心的光线)平行于光轴a。因此，即使标记部2和透镜34之间的距离改变，摄像元件31的成像倍率也不会改变。换句话说，即使标记部2和透镜34之间的距离改变，摄像元件31上的成像位置也不会改变。
照明单元4具有基板37、以及设置于基板37的与透镜34相反一侧的表面上的多个光源部38。
基板37例如是布线基板，对多个光源部38进行支撑并与其电连接。在本实施方式中，基板37具有开口371，绕光轴a而呈环状。另外，基板37具有遮光性，具有阻止来自光源部38的光入射到透镜34侧的功能。
多个光源部38沿着基板37的圆周方向在以光轴a为中心的同一圆周上排列设置。各个光源部38是例如发光二极管。其中，从减少因透镜34、35的色像差引起的检测精度的降低的观点出发，优选从光源部38射出的光为单一波长，更优选为其波长小。另外，由于摄像元件31的灵敏度也良好，因此，优选为从光源部38射出的光为例如蓝光。另外，发射蓝光的发光二极管相对便宜。需要说明的是，尽管光源部38的数量、设置等不限于图示那些示例，但从摄像元件31进行清晰的摄像的观点来看，优选尽可能均匀地照亮标记部2。另外，在光源部38上，可以根据需要设置漫射光的光学部件。
图10是用于说明在图9所示的远心光学系统中设置的光源部的局部放大剖视图。图11是用于说明图9所示的远心光学系统的变形例的局部放大剖视图。
照明单元4构成从相对于光轴a倾斜的方向照亮标记部2的倾斜照明。
其中，如图10所示，当来自光源部38的光LL经由基板37的开口371入射到透镜34侧时，有时会使摄像元件31摄像画质变差。因此，在照明单元4中，优选设定基板37的开口371的形状、多个光源部38的配置及朝向等，以尽可能地使来自光源部38的光LL不会经由基板37的开口371入射到透镜34侧。
另外，如图11所示，可以在基板37上设置遮光部件39，该遮光部件39阻止来自光源部38的光LL经由基板37的开口371进入透镜34侧。该遮光部件39呈具有与基板37的开口部371对应的贯通孔391的筒状，并从基板37的光源部38侧的表面突出。作为遮光部件39的构成材料并没有特别限定，可以举出例如树脂材料、金属材料等。另外，优选的是，遮光部件39的内周面与壳体33的内周表面同样地施有防止光的反射的处理。另外，遮光部件39的外周面可以与壳体33的内周面同样地施有防止光的反射的处理，也可以具有光反射性。在遮光部件39的外周面具有光反射性的情况下，优选的是，遮光部件39的外周面具有使光散射的功能。由此，能够无浪费地使用来自光源部38的光，另外，能够均匀地照明标记部2。
图12是利用同轴落射照明的远心相机对使用颜料涂料(白色涂料背景上的黑色标记)形成的标记进行摄像之后的摄像图像。图13是利用倾斜照明的远心相机对使用颜料涂料(白色涂料背景上的黑色标记)形成的标记进行摄像之后的摄像图像。其中，“远心相机”是指具有远心光学系统和摄像元件，并经由远心光学系统使用摄像元件进行摄像的设备。
在使用颜料涂料(白色涂料背景上的黑色标记)形成标记21(本例是“A”文字)的情况下，与利用同轴落射照明的远心相机进行摄像时(参照图12)相比，利用倾斜照明的远心相机进行拍摄时(参照图13)的摄像图像的对比度更高。
图14是利用同轴落射照明的远心相机对使用颜料涂料(白色涂料背景上的黑色标记)形成且被透明涂料涂覆的状态下的标记进行摄像之后的摄像图像。图15是利用倾斜照明的远心相机对使用颜料涂料(白色涂料背景上的黑色标记)形成且被透明涂料涂覆的状态下的标记进行摄像之后的摄像图像。
在使用透明涂料对使用颜料涂料(白色油漆背景上的黑色标记)形成的标记21(在本例是“B”文字)进行了涂覆的情况下，与利用同轴落射照明的远心相机进行摄像时(参照图14)的摄像图像的对比度极低的情况相反，利用倾斜照明的远心相机进行摄像时(参照图15)的摄像图像可获得良好的对比度。
这样，在观察使用涂料形成的标记时，当使用远心相机进行摄像时，与使用同轴落射照明相比，使用倾斜照明能够获得具有更好对比度的摄像图像。
另外，在将远心光学系统30应用于同轴落射照明的情况下，必须将光源设置在壳体33的外部，使包含照明的远心光学系统30整体大型化。另外，在这种情况下，必须在光轴a上设置半反射镜，并且需要光量多的光源来确保成像光量。
与此相对，倾斜照明能够像照明单元4那样配置于外壳33内，并且不存在如使用上述同轴落射照明时那样的大型化问题。另外，不需要在光轴a上设置半反射镜，与使用同轴落射照明的情况相比，从成像光量的观点来看也是有利的。
其中，如本实施方式那样，在组合使用远心相机和倾斜照明的情况下，标记21需要使光散射。从这样的观点出发，在摄像图像中作为标记部2的亮部的标记21，优选例如使用颜料涂料、颜料油墨那样的颜料形成，或通过微小的凹凸处理而形成。另一方面，在摄像图像中作为标记部2的暗部(标记21之外的部分)的部分，优选例如使用来自光源38的光的补色或黑色的涂料、油墨(颜料、染料均可)来形成，或形成为镜面，以吸收来自光源部38的光。另外，标记部2可以被上述透明涂层那样的透光性膜覆盖。
如上所述，机器人10具备：基台110；机器人臂100，设置为可以相对于基台110绕第一轴J1(转动轴)转动；以及编码器1，检测机器人臂100的转动状态。其中，编码器1具有随着机器人臂100转动而绕第一轴J1转动的标记21以及对标记21进行摄像的摄像元件31，并使用从摄像元件31输出的信号来检测机器人臂100的转动状态。特别地，编码器1具有配置于摄像元件31和标记21之间的远心光学系统30。
根据这样的机器人10，由于在摄像元件31与标记21之间配置有远心光学系统30(成像光学系统)，因此，即使标记21与摄像元件31之间的距离发生变化，也能够减少摄像元件31的成像倍率的变化，其结果，能够减少编码器1的检测精度的下降。
在本实施方式中，远心光学系统30是双侧(物侧和像侧)远心。由此，即使远心光学系统30所具有的透镜35和摄像元件31之间的距离改变，也能够减少摄像元件31的成像倍率的变化。因此，具有远心光学系统30的组装变得容易的优点。
另外，编码器1具备光源部38，该光源部38从相对于远心光学系统30的光轴a倾斜的方向对标记21照射光。由此，与使用同轴落射照明的情况相比，能够提高摄像元件31的摄像图像的对比度。另外，与使用同轴落射照明的情况相比，还存在远心光学系统30小型化的优点。
此外，光源部38绕光轴a而配置成环状。由此，能够均匀地照亮标记21，其结果，能够提高摄像元件31的摄像图像的品质。
另外，标记21优选使用颜料构成，或者使用凹凸构成。通过使用颜料来构成标记21，能够容易地进行标记21的形成。另外，由于颜料通常含有使光散射的颗粒，因此，当使用倾斜照明时，能够提高摄像元件31的摄像图像的对比度。另外，通过使用凹凸来构成标记21，不会像涂膜那样剥落，与用涂膜来构成标记21的情况相比，难以划损，因此，能够提高标记21的耐用性。另外，在使用倾斜照明的情况下，通过由凹凸来使光散射，能够提高摄像元件31的摄像图像的对比度。
其中，编码器1优选具备覆盖标记21的透光性的涂层。由此，能够保护标记21。其中，在使用同轴落射照明的情况下，难以获得具有良好对比度的摄像图像，但在使用倾斜照射的情况下，能够获得具有良好对比度的摄像图像。
在本实施方式中，标记21位于机器人臂100(更具体而言是第一臂120)的表面。由此，无需另外设置用于设置标记21的部件，减少了部件数量，能够实现低成本化。
另外，检测第二臂130相对于第一臂120的转动状态的编码器1也具有与检测第一臂120相对于上述基台110的转动状态的编码器1相同的构成，可以起到相同的效果。
即，机器人10具备：机器人臂100，具有第一臂120以及设置为能够相对于第一臂120绕第二轴J2(转动轴)转动的第二臂；以及编码器1，检测第二臂130相对于第一臂120的转动状态。其中，编码器1具有随着第二臂130转动而绕第二轴J2转动的标记21以及对标记21进行摄像的摄像元件31，并使用从摄像元件31输出的信号检测第二臂130相对于第一臂120的转动状态。特别地，编码器1具有配置于摄像元件31和标记21之间的远心光学系统30。由此，能够减少检测第二臂130相对于第一臂120的转动状态的编码器1的检测精度的下降。
在检测第二臂130相对于第一臂120的转动状态的编码器1中，优选标记21位于第一臂120的表面或第二臂130的表面上。由此，无需另外设置用于设置标记21的部件，减少了部件数量，能够实现低成本化。
<第二实施方式>
图16是本发明的第二实施方式的编码器所具备的远心光学系统(成像光学系统)的沿着光轴的剖视图。
以下，对第二实施方式进行说明，但以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，对于相同的事项则省略其说明。
本实施方式除了远心光学系统的构成不同之外，其余与上述第一实施方式相同。
如图16所示，本实施方式的传感器单元3A所具备的光学单元32A具有呈一端开口的有底筒状的壳体33A、被收纳于壳体33A内的远心光学系统30A及照明单元4。其中，远心光学系统30A具有透镜34和光圈36A，并且是物侧远心。
壳体33A具有呈筒状的筒状部件331A(镜筒)以及封闭该筒状部件331A的一端开口的底部件332。
在这样的壳体33A的筒状部件331A中，从底部件332侧(摄像元件31侧)朝向开口侧(标记部2侧)依次配置有光圈36A、透镜34以及照明单元4，这些部件通过例如粘接等方式固定于筒状部件331A的内周面。
其中，光圈36A在光轴a上具有开口361A，并被设置成使得光圈36A的中心和摄像元件31的摄像表面之间的距离等于透镜34的焦距f1。另外，透镜34被设置成使得透镜34和光圈36之间的中心距离等于透镜34的焦距f1，且透镜34的中心和标记部2之间的距离等于透镜34的焦距f1的2倍。
需要说明的是，透镜34的中心和标记部2之间的距离可以不完全等于透镜34的焦距f1两倍，而是可以在透镜34的焦点深度的范围内偏移。
在这种远心光学系统30A中，即使标记部2和透镜34之间的距离改变，摄像元件31的成像倍率也不会改变。
如上所述，远心光学系统30A是物侧远心。由此，能够减少用于远心光学系统30A的透镜的数量(例如1枚)，其结果，能够实现远心光学系统30A的低成本化，进一步能够实现编码器的低成本化。
根据如上所述的第二实施方式，能够减少编码器的检测精度的下降。
<第三实施方式>
图17是用于说明本发明的第三实施方式的机器人所具备的编码器的剖视图。
以下，对第三实施方式进行说明，但以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，对于相同的事项则省略其说明。
本实施方式除了标记、摄像元件和远心透镜的配置不同之外，其余与上述第一实施方式相同。
图17所示的机器人10B具备检测第一臂120相对于基台110的转动状态的编码器1B。
该编码器1B的基本的构成要素与上述第一实施方式的编码器1相同，但标记部2及标记检测部3的配置与编码器1相反。即，编码器1B具有：标记部2，设置于基台110；标记检测部3，设置于第一臂120，检测标记部2；判断部5，基于标记检测部3的检测结果判断基台110和第一臂120的相对转动状态；以及存储部6，电连接到判断部5。
如上所述，在本实施方式中，标记21位于基台110的表面上。由此，无需另外设置用于设置标记21的部件，减少了部件数量，能够实现低成本化。
根据如上所述的第三实施方式，还能够减少编码器1B的检测精度的下降。
<第四实施方式>
图18是示出本发明第四实施方式的机器人的立体图。需要说明的是，在以下，将机器人10C的基台210侧称为“基端侧”，将末端执行器侧称为“前端侧”。
以下，对第四实施方式进行说明，但以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，对于相同的事项则省略其说明。
图18所示的机器人10C是垂直多关节(6轴)机器人。该机器人10C具有基台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和第六臂270，这些臂从基端侧朝向前端侧按照所列的顺序连结。在第六臂270的前端部，虽未进行图示，但例如可装拆地安装有把持精密设备、部件等的手等的末端执行器。另外，虽未图示，但机器人10C具备控制机器人10C的各部分的动作的个人计算机(PC)等机器人控制装置(控制部)。
其中，基台210固定于例如地板、墙壁或天花板等。第一臂220能够相对于基台210绕第一转动轴O1转动。第二臂230能够相对于第一臂220绕与第一转动轴O1正交的第二转动轴O2转动。第三臂240能够相对于第二臂230绕与第二转动轴O2平行的第三转动轴O3转动。第四臂250能够相对于第三臂240绕与第三转动轴O3正交的第四转动轴O4转动。第五臂260能够相对于第四臂250绕与第四转动轴O4正交的第五转动轴O5转动。第六臂270能够相对于第五臂260绕与第五转动轴O5正交的第六转动轴O6转动。需要说明的是，关于第一转动轴O1至第六转动轴O6，“正交”还包括两个轴所构成的角度在90°±5°的范围内偏移的情况，另外，“平行”还包括两个轴中的一方相对于另一方在±5°范围内倾斜的情况。
另外，虽未进行图示，但在基台210、第一臂220至第六臂270的各个连结部(关节)设置有具有电机和减速器的驱动源。其中，在使第一臂220相对于基台210转动的驱动源中设置有编码器1。该编码器1的检测结果例如被输入到未图示的机器人控制装置，用于使第一臂220相对于基台210转动的驱动源的驱动控制。另外，虽未进行图示，但在其他关节部分中也设置有编码器，作为该编码器，能够使用编码器1。
如上所述，机器人10C具备：基台210；机器人臂200，设置为能够相对于基台210为第一转动轴O1(转动轴)转动；以及编码器1，检测机器人臂200的转动状态。其中，编码器1具有随着机器人臂100的转动而绕第一转动轴O1转动的标记21、以及对标记21进行摄像的摄像元件31，并使用从摄像元件31输出的信号来检测机器人臂200的转动状态。特别地，编码器1具有配置于摄像元件31和标记21之间的远心光学系统30。
在以上，说明了编码器1检测第一臂220相对于基台210的转动状态的情况，但也可以使编码器1以检测其他臂的转动状态的方式设置于其他关节部中。在这种情况下，也可以将编码器1检测转动状态的两个臂中的一方视为“第一臂”，将另一方视为“第二臂”。
(打印机)
图19是示出本发明的打印机的一实施方式的简要构成的图。
图19所示的打印机1000是具备鼓状的压纸卷筒的标签印刷装置。在该打印机1000中，两端以卷筒状卷绕于绕出轴1120和卷取轴1140的作为记录介质的纸张、薄膜类等的一张片材S(网状物)架设于绕出轴1120和卷取轴1140之间，片材S沿着以这种方式架设的输送路径Sc，从绕出轴1120被向卷取轴1140输送。并且，打印机1000构成为，通过对沿着该输送路径Sc输送的片材S喷出功能液体而在片材S上记录(形成)图像。
作为示意性构造，打印机1000构成为包括：绕出部1102，,从绕出轴1120绕出片材S；处理部1103，在从绕出部1102绕出的片材S上记录图像；激光扫描装置1007，对通过处理部1103进行了图像记录的片材S进行剪切；以及卷取部1104，将片材S卷取于卷取部1140上。
绕出部1102具有：绕出轴1120，卷绕片材S的一端；以及从动辊1121，卷挂从绕出轴1120拉出的片材S。
处理部1103是，一边由作为支承部的压纸卷筒鼓1130支承从绕出部1102绕出的片材S，一边通过配置于沿着压纸卷筒鼓1130的外周面配置的头单元1115的记录头1151等进行适当处理，从而在片材S上记录图像的部件。
压纸卷筒鼓1130是被未图示的支承机构支承为以鼓轴1130s为中心旋转自如的圆筒形的鼓，并从片材S的背面侧(与记录面相反一侧的面)卷挂从绕出部1102向卷取部1104输送的片材S。该压纸卷筒鼓1130因受到与片材S之间的摩擦力而向片材S的输送方向Ds从动地旋转，同时在圆周方向上的遍及范围Ra地从片材S的背面侧支承片材S的部件。其中，在处理部1103中，在压纸卷筒鼓1130的卷挂部的两侧设置有折返片材S的从动辊1133、1134。另外，在绕出轴1120和从动辊1133之间设置有从动辊1121、1131以及传感器Se，在卷取轴1140和从动辊1134之间设置有从动辊1132、1141。
处理部1103具备头单元1115，并且在头单元1115中设置有与黄色、青色、品红色和黑色对应的四个记录头1151。各记录头1151与卷挂于压纸卷筒鼓1130的片材S的表面隔开一些容隙(压纸卷筒间隙)而对置，并以喷墨方式从喷嘴喷出相应颜色的功能液体。并且，各个记录头1151将功能液体喷射到向输送方向Ds输送的片材S上，由此在片材S的表面上形成彩色图像。
其中，作为功能液体，使用通过照射紫外线(光)而固化的UV(ultraviolet：紫外线)油墨(光固化油墨)。因此，为了使UV油墨临时固化而定影于片材S，在处理部1103的头单元1115中，在多个记录头1151的各个之间设置有第一UV光源1161(光照射部)。另外，在输送方向Ds上的相对于多个记录头1151(头单元1115)的下游侧设置有作为用于主固化的硬化部的第二UV光源1162。
激光扫描仪装置1007被设置为部分地剪切或分割记录有图像的片材S。由激光扫描仪装置1007的激光振荡器1401振荡过的激光，经由被包含编码器1的驱动装置1402、1406、1408控制位置或转动位置(角度)的第一透镜1403和第一反射镜1407、第二反射器1409等，而照射到作为被加工物的片材S上。这样，照射在片材S上的激光LA的照射位置被驱动装置1402、1406和1408控制，激光LA能够照射到片材S上的期望位置。片材S的被激光LA照射的部分熔融，被部分地剪切或分割。
如上所述，打印机1000具备编码器1。即，打印机1000具备具有绕转动轴转动的标记21以及对标记21进行摄像的摄像元件31，并使用从摄像元件31输出的信号来检测转动状态的编码器1，编码器1具有配置于摄像元件31和标记21之间的远心光学系统30。根据这样的打印机1000，由于在摄像元件31与标记21之间配置有远心光学系统30(成像光学系统)，因此，即使标记21和摄像元件31之间的距离发生变化，也能够减少摄像元件31的成像倍率的变化，其结果，能够减少编码器1的检测精度的下降。
以上，基于图示的优选实施方式对本发明的机器人和打印机进行了说明，但本发明不限于此，且各部分的构成可以替换成具有相同功能的任意构成。另外，也可以添加其他的任意构成物。另外，可以将上述的两个以上的实施方式的构成进行组合。
另外，编码器的设置位置不限于如上述实施方式中的关节部，可以是相对转动的任意的两个臂的关节部。
另外，在上述实施方式中，机器人臂的数量为一个，但机器人臂的数量不限定于此，例如可以是两个以上。也就是说，本发明的机器人例如可以双臂机器人等的多臂机器人。
另外，在上述实施方式中，机器人所具有的臂数不限定于上述实施方式中的数量，例如可以为3个以上5个以下，也可以为7个以上。
另外，本发明的机器人不限于固定设置于建筑物等结构物，例如也可以是具有脚部的脚式步行(行走)机器人。

Claims (17)

1.一种机器人，其特征在于，具备：
基台；
机器人臂，设置成能够相对于所述基台绕转动轴转动；
编码器，具有随着所述机器人臂的所述转动而绕所述转动轴转动的标记、以及对所述标记进行摄像的摄像元件，所述编码器使用从所述摄像元件输出的信号来检测所述机器人臂的所述转动的状态，所述编码器具有配置于所述摄像元件和所述标记之间的远心光学系统；以及
光源部，所述光源部从相对于所述远心光学系统的光轴倾斜的方向向所述标记照射光；
其中所述机器人臂相对于所述基台的转动角度θ计算如下
Figure FDA0003972251710000011
其中θA0表示标记图像在基准像素坐标时所述机器人臂相对于所述基台的转动角度θ，
XA0表示所述标记图像的基准像素坐标，
XA1表示像素之间间距为最大值或最小值时所述标记图像的像素坐标，
W表示所述摄像元件的一个像素所对应的摄像区域上的区域的宽度，
r表示所述摄像区域的中心与所述转动轴之间的距离。
2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述远心光学系统是物侧远心。
3.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述远心光学系统是双侧远心。
4.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述光源部配置成绕所述光轴呈环状。
5.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述标记使用颜料构成。
6.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述标记使用凹凸构成。
7.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述编码器具备覆盖所述标记的透光性的涂层。
8.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述标记位于所述基台的表面或所述机器人臂的表面。
9.一种机器人，其特征在于，具备：
机器人臂，具有第一臂以及设置成能够相对于所述第一臂绕转动轴转动的第二臂；
编码器，具有随着所述第二臂的所述转动而绕所述转动轴转动的标记、以及对所述标记进行摄像的摄像元件，所述编码器使用从所述摄像元件输出的信号来检测所述第二臂相对于所述第一臂的所述转动的状态，
所述编码器具有配置于所述摄像元件和所述标记之间的远心光学系统；以及
光源部，所述光源部从相对于所述远心光学系统的光轴倾斜的方向向所述标记照射光；
其中所述机器人臂相对于基台的转动角度θ计算如下
Figure FDA0003972251710000031
其中θA0表示标记图像在基准像素坐标时所述机器人臂相对于所述基台的转动角度θ，
XA0表示所述标记图像的基准像素坐标，
XA1表示像素之间间距为最大值或最小值时所述标记图像的像素坐标，
W表示所述摄像元件的一个像素所对应的摄像区域上的区域的宽度，
r表示所述摄像区域的中心与所述转动轴之间的距离。
10.根据权利要求9所述的机器人，其特征在于，所述远心光学系统是物侧远心。
11.根据权利要求9所述的机器人，其特征在于，所述远心光学系统是双侧远心。
12.根据权利要求9所述的机器人，其特征在于，所述光源部配置成绕所述光轴呈环状。
13.根据权利要求9所述的机器人，其特征在于，所述标记使用颜料构成。
14.根据权利要求9所述的机器人，其特征在于，所述标记使用凹凸构成。
15.根据权利要求9所述的机器人，其特征在于，所述编码器具备覆盖所述标记的透光性的涂层。
16.根据权利要求9所述的机器人，其特征在于，所述标记位于所述第一臂的表面或所述第二臂的表面。
17.一种打印机，其特征在于，具备编码器，所述编码器具有绕转动轴转动的标记以及对所述标记进行摄像的摄像元件，并使用从所述摄像元件输出的信号来检测绕所述转动轴的所述转动的状态，
所述编码器具有配置于所述摄像元件和所述标记之间的远心光学系统；以及
光源部，所述光源部从相对于所述远心光学系统的光轴倾斜的方向向所述标记照射光；
其中机器人臂相对于基台的转动角度θ计算如下
Figure FDA0003972251710000041
其中θA0表示标记图像在基准像素坐标时所述机器人臂相对于所述基台的转动角度θ，
XA0表示所述标记图像的基准像素坐标，
XA1表示像素之间间距为最大值或最小值时所述标记图像的像素坐标，
W表示所述摄像元件的一个像素所对应的摄像区域上的区域的宽度，
r表示所述摄像区域的中心与所述转动轴之间的距离。
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