CN110160566A - 编码器单元、角度检测方法及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供编码器单元、角度检测方法及机器人。该编码器单元及角度检测方法可以提高检测精度，并且，该机器人具备该编码器单元。对第一摄像元件拍摄到的图像进行模板匹配，求得第一标记沿着周向的第一移动量，对第二摄像元件拍摄到的图像进行模板匹配，求得第二标记沿着周向的第二移动量，并采用所述第一移动量及所述第二移动量计算转动角度并输出。

Description

编码器单元、角度检测方法及机器人

技术领域

本发明涉及编码器单元、角度检测方法及机器人。

背景技术

在现有技术中，作为编码器的一种，已知有光学式的旋转编码器。例如，专利文献1记载的旋转编码器具备刻度盘、设置于刻度盘的周缘附近的码型、以及读取对称位置的码型的一对CCD线性传感器。这里，通过一对CCD线性传感器读取码型，取所获得的读取角度的平均，从而降低刻度盘的偏心导致的误差。进而，预先存储关于刻度盘的偏心的偏心因子，在用户进行了测角时，进一步用偏心因子对测角值进行校正，去除相对于刻度盘的转动轴的偏心所导致的角度误差。

专利文献1：日本专利特开2007-178320号公报

旋转编码器有时会用于检测波动减速器等减速器的输出轴的转动角度。这里，减速器的输出轴随着旋转而产生轴向偏摆(动态偏心)。因此，在这种情况下，如专利文献1记载的方法那样，如果为了去除偏心导致的角度误差而采用预先求得的偏心因子，则存在缘于前述的轴向偏摆而无法充分地降低刻度盘的偏心导致的误差、难以提高检测精度的问题。

发明内容

本发明的应用例所涉及的编码器单元具有：减速器，具有输出轴，所述输出轴绕转动轴旋转，并输出驱动力；以及编码器，检测所述输出轴的转动角度，所述编码器具有：转动部，随着所述输出轴的转动，绕所述转动轴转动；刻度部，沿着绕所述转动轴的周向配置于所述转动部，并包括第一标记和第二标记；第一摄像元件，对所述第一标记进行拍摄；第二摄像元件，配置于相对于所述转动轴与所述第一摄像元件对称的位置上，对所述第二标记进行拍摄；处理部，进行基于所述第一摄像元件及所述第二摄像元件拍摄到的摄像结果求得所述转动部的转动角度的处理；以及存储部，存储能够由所述处理部读取的指示，所述处理部执行：从所述存储部读取所述指示；对所述第一摄像元件拍摄到的图像进行模板匹配，求得所述第一标记沿着所述周向的第一移动量；对所述第二摄像元件拍摄到的图像进行模板匹配，求得所述第二标记沿着所述周向的第二移动量；以及采用所述第一移动量及所述第二移动量计算转动角度并输出。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式所涉及的机器人的侧视图。

图2是示出本发明的第一实施方式所涉及的编码器单元的截面图。

图3是示出编码器单元的编码器的框图。

图4是用于说明编码器单元的编码器具备的刻度部的图。

图5是用于说明编码器具备的第一摄像元件或第二摄像元件拍摄到的图像的图。

图6是用于说明设定于摄像图像内的搜索区域中的模板匹配的图。

图7是示出模板匹配时从相似度最大的状态偏离一像素的状态的图。

图8是示出模板匹配时相似度最大的状态的图。

图9是示出模板匹配时从相似度最大的状态向与图7所示状态的相反侧偏离了一像素的状态的图。

图10是用于说明刻度部具有的多个标记的图。

图11是示出通过模板匹配检测多个标记中的一个标记的状态的图。

图12是用于说明在接模板匹配(在先的模板匹配)之后的在后的模板匹配中采用的基准图像的预测的图。

图13是示出在最开始的模板匹配中采用的基准图像的确定方法的流程图。

图14是示出在后的模板匹配中采用的基准图像的确定方法(预测方法)的流程图。

图15是示出转动轴的偏摆与第一移动量及第二移动量的关系的示意图。

图16是示出有效视野区域与刻度部的移动轨迹的关系的示意图。

图17是示出采用第一摄像元件的角度检测中的转动角度与误差的关系的图表。

图18是示出采用第二摄像元件的角度检测中的转动角度与误差的关系的图表。

图19是示出采用第一摄像元件及第二摄像元件的角度检测中的转动角度与检测误差的关系的图表。

图20是示出第一摄像元件及第二摄像元件的位置偏移与检测误差的关系的图表。

图21是示出本发明的第二实施方式中的有效视野区域与刻度部的移动轨迹的关系的示意图。

图22是用于说明本发明的第二实施方式中的校正系数的图。

图23是示出求得本发明的第二实施方式中的校正系数的流程的图。

图24是示出本发明的第三实施方式所涉及的机器人的立体图。

附图标记说明

1编码器；2刻度部；3a第一检测部；3b第二检测部；4电路部；5处理部；6存储部；10编码器单元；20点；21标记；21A标记图像；21B标记图像；21X标记图像；21a第一标记；21b第二标记；21i标记；21i-1标记；21i-2标记；21i+1标记；21i+2标记；31摄像元件；31a第一摄像元件；31b第二摄像元件；32光学系统；32a第一光学系统；32b第二光学系统；100机器人；100C机器人；110基台；111电机；112减速器；114支承部件；115轴承；120第一臂部；121臂主体部；122轴部；130第二臂部；140作业头；141花键轴；150末端执行器；160布线走线部；200机械臂；210基台；220第一臂部；230第二臂部；240第三臂部；250第四臂部；260第五臂部；270第六臂部；1111转动轴；BX像素尺寸；C圆弧；C1圆弧；C2圆弧；G摄像图像；J1第一轴；J2第二轴；J3轴；La直线；Lb直线；LY中心线；Lx X轴方向分量；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；P0原点像素；PE结束像素；PS开始坐标；R1第一区域；R2第二区域；RI摄像区域；RS搜索区域；RU有效视野区域；S11步骤；S12步骤；S13步骤；S14步骤；S15步骤；S16步骤；S17步骤；S18步骤；S31步骤；S32步骤；S33步骤；S34步骤；S35步骤；S36步骤；S41步骤；S42步骤；S43步骤；S44步骤；S45步骤；S46步骤；S47步骤；S48步骤；TA基准图像；V移动矢量；Va移动矢量；Vb移动矢量；a角度；h像素移动量；v像素移动量；Dx移动量；Dx’移动量；Dy移动量；Dy’移动量；β角度；η倾斜角度；θ转动角度。

具体实施方式

下面，基于附图所示的优选实施方式对本发明的编码器单元、角度检测方法及机器人进行详细说明。

1.机器人

图1是示出本发明的实施方式所涉及的机器人的侧视图。需要说明的是，下面，为了便于说明，将图1中的上侧称为“上”、下侧称为“下”。此外，将图1中的基台侧称为“基端”、其相反侧(末端执行器侧)称为“前端侧”。此外，将图1的上下方向设为“铅直方向”、左右方向设为“水平方向”。

图1所示的机器人100是所谓的水平多关节机器人(SCARA机器人)，例如用于制造精密设备等的制造工序等，可以进行精密设备、零部件等的把持、传送等。

如图1所示，机器人100具有基台110、第一臂部120、第二臂部130、作业头140、末端执行器150以及布线走线部160。下面，依次对机器人100的各部进行简单说明。

基台110例如通过螺栓等固定于未图示的地板面上。第一臂部120连结于基台110的上端部。第一臂部120可以相对于基台110绕沿着铅直方向的第一轴J1转动。

在基台110内设置有：作为第一电机的电机111，该电机111产生使第一臂部120转动的驱动力；以及作为第一减速器的减速器112，该减速器112使电机111的驱动力减速。减速器112的输入轴与电机111的转动轴连结，减速器112的输出轴与第一臂部120连结。因此，当电机111驱动，且其驱动力通过减速器112传递至第一臂部120时，第一臂部120相对于基台110绕第一轴J1在水平面内转动。

此外，作为第一编码器的编码器1设置于基台110及第一臂部120，该编码器1通过检测减速器112的输出轴的转动角度来检测第一臂部120相对于基台110的转动状态。这里，编码器1及减速器112构成了编码器单元10。

第二臂部130连结于第一臂部120的前端部。第二臂部130可以相对于第一臂部120绕沿铅直方向的第二轴J2转动。虽然没有图示，但在第二臂部130内设置有产生使第二臂部130转动的驱动力的第二电机、以及使第二电机的驱动力减速的第二减速器。此外，第二电机的驱动力通过第二减速器传递至第一臂部120，从而第二臂部130相对于第一臂部120绕第二轴J2在水平面内转动。此外，虽然没有图示，但在第二电机中设置有检测第二臂部130相对于第一臂部120的转动状态的第二编码器。

在第二臂部130的前端部配置有作业头140。作业头140具有花键轴141，该花键轴141插入穿过同轴配置于第二臂部130的前端部的花键螺母及滚珠丝杆副(均未图示)。花键轴141相对于第二臂部130可以绕其轴转动、且可以在上下方向上移动(升降)。

在第二臂部130内，虽然没有图示，但配置有旋转电机及升降电机。旋转电机的驱动力通过未图示的驱动力传递机构被传递至花键螺母，当花键螺母进行正反旋转时，花键轴141绕沿铅直方向的轴J3进行正反旋转。此外，虽然没有图示，但检测花键轴141相对于第二臂部130的转动状态的第三编码器设置于旋转电机。

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被传递至滚珠丝杆副，当滚珠丝杆副进行正反旋转时，花键轴141进行上下移动。检测花键轴141相对于第二臂部130的移动量的第四编码器设置于升降电机。

末端执行器150连结于花键轴141的前端部(下端部)。作为末端执行器150，并没有特别的限定，例如可以列举出把持被传送物的末端执行器、对被加工物进行加工的末端执行器等。

连接于第二臂部130内配置的各电子零部件(例如，第二电机、旋转电机、升降电机、第一～第四编码器等)的多条布线通过连结第二臂部130和基台110的管状的布线走线部160内而走线至基台110内。进而，这样的多条布线通过在基台110内汇集，从而与连接于电机111及编码器1的布线一起走线至设置于基台110的外部并综合控制机器人100的未图示的控制装置。

以上，对机器人100的构成进行了简单说明。如前所述，该机器人100具备作为第一部件的基台110、相对于基台110进行转动的作为第二部件的第一臂部120、以及编码器单元10。这里，编码器单元10具有：减速器112，具有绕转动轴旋转并输出驱动力的输出轴；以及编码器1，检测减速器112的输出轴的转动角度。此外，减速器112设置于基台110内，减速器112的输出轴与第一臂部120连接。根据这样的机器人100，如后所述，可以高精度地检测第一臂部120的转动角度，并基于其检测结果，高精度地进行第一臂部120的驱动控制。

这里，后述的编码器1的转动部是第一臂部120(第二部件)。由此，可以减少零部件数量。

2.编码器单元

<第一实施方式>

下面，对编码器单元10进行详细说明。需要说明的是，下面以将编码器单元10组装于机器人100的情况为例进行说明。

图2是示出本发明的第一实施方式所涉及的编码器单元的截面图。图3是示出编码器单元的编码器的框图。图4是用于说明编码器单元的编码器具备的刻度部的图。需要说明的是，在各图中，为了便于说明，适当地变更了各部的比例尺，图示的构成并不一定与实际的比例尺一致，此外，适当地简化了各部的图示。

如图2所示，前述的机器人100的基台110具有支承电机111和减速器112的支承部件114而容纳有电机111及减速器112。第一臂部120以能够绕第一轴J1转动的方式设置于这样的基台110。

第一臂部120具有沿水平方向延伸的臂主体部121、以及从臂主体部121向下方突出的轴部122，它们相互连接。此外，轴部122通过轴承115以能够绕第一轴J1转动的方式支承于基台110，且与减速器112的输出轴连接。此外，减速器112的输入轴与电机111的转动轴1111连接。作为减速器112，并没有特别的限定，例如可以列举出波动减速器、行星齿轮减速器、摆线减速器、RV减速器等。

这里，基台110是施加基台110的自重、基台110支承的其它质量的载荷的结构体。同样地，第一臂部120也是施加第一臂部120的自重、第一臂部120支承的其它质量的载荷的结构体。作为这样的基台110及第一臂部120的构成材料，各自并没有特别的限定，例如可以列举出金属材料。

在本实施方式中，基台110及第一臂部120的外表面构成了机器人100的外表面的一部分。需要说明的是，在基台110及第一臂部120的外表面上也可以装配盖、冲击吸收件等外装部件。

在这样的相对转动的基台110及第一臂部120中设置有检测它们的转动状态的编码器1。

编码器1具有：刻度部2，设置于第一臂部120；第一检测部3a和第二检测部3b，设置于基台110，对刻度部2进行检测；以及电路部4，电连接于第一检测部3a和第二检测部3b。这里，电路部4具有处理部5以及存储部6。

如图2所示，刻度部2设置于臂主体部121的与基台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4所示，该刻度部2在与第一轴J1不同的位置具有沿着第一轴J1周围配置的不规则的图案。这里，刻度部2设置于第一臂部120的表面。由此，无需在基台100及第一臂部120之外另行设置用于设置刻度部2的部件。因此，可以减少零部件数量。需要说明的是，并不限定于刻度部2直接设置于第一臂部120的表面的情况，例如也可以设置于粘贴在第一臂部120的表面上的片状的部件，还可以设置于以和第一臂部120一起转动的方式而设置的板状的部件。即、设置刻度部2的部件只要是和第一臂部120一起相对于基台110绕第一轴J1转动的部件即可。因此，在编码器1中设置刻度部2的部件可以称为转动部。此外，前述的第二部件是第一臂部120，因此转动部是第一臂部120。

如图4所示，刻度部2(不规则图案)由多个点20(花样)不规则地配置而构成。这里，“不规则图案”是指使刻度部2绕第一轴J1在必要的角度范围(在本实施方式中为第一臂部120能够相对于基台110转动的角度范围)内转动时，在后述的摄像图像G内的规定区域(例如，后述的有效视野区域RU或搜索区域RS)中，相同的图案(处理部5不能识别的图案)不会以与后述的基准图像TA对应的大小出现两次以上。因此，可以将刻度部2的彼此位置不同的多个部分分别用作用于刻度部2的周向上的位置识别的标记21。这样，刻度部2可以说具有能够识别刻度部2的周向上的彼此不同的位置的彼此不同的多个标记21。需要说明的是，在图4中，图示出了多个标记21沿着以第一轴J1为中心的圆周排列的情况。此外，图4所示的标记21的位置、大小、数量等仅为一个例子，并不限定于此。此外，也可以与图2相反，将刻度部2配置于基台110侧，将检测部3a、3b配置于第一臂部120侧。

这样的刻度部2(图案)优选分别设计并印刷描绘彼此不同的独一无二的图案花样。在本实施例中，在白底上配置点状的黑点形成独一无二的图案。

此外，刻度部2的图案绕第一轴J1连续地配置，因此，如后所述，在处理部5生成基准图像(模板)时，转动方向(周向)上的位置的限制少，自由度增高。此外，在摄像图像G的Y轴方向上，在有效视野区域RU之外也配置有刻度部2的图案，因此即便是未高精度地进行刻度部2(图案)相对于第一臂部120的对位，也可以生成基准图像(模板)，可以进行该转动状态的推断。

需要说明的是，刻度部2也可以沿着周向而浓淡渐变。即、多个点20的密度(配置密度)也可以沿着第一轴J1(转动轴)周围产生变化。此外，刻度部2的点20(花样)的颜色并没有特别的限定，可以是任何颜色，但优选与刻度部2的点20以外的部分的颜色不同，更优选为黑色或暗色。由此，可以增大后述的第一摄像元件31a及第二摄像元件31b的摄像图像的对比度，其结果是，可以提高检测精度。

此外，刻度部2的点20(花样)的形状在图示中为圆形，但并不限定于此，例如也可以是椭圆形、四角形、异形等。此外，刻度部2的图案并不限定于前述的由多个点20构成的图案那样的点图案(花样的重复)，例如也可以是直线状的线构成的图案、曲线状的线构成的图案、组合点、直线状的线及曲线状的线中的至少两种而构成的图案、或者它们的反转图案等。

进而，刻度部2的图案只要是能够通过后述的第一摄像元件31a及第二摄像元件31b拍摄的图案，则不限定于前述的采用印刷装置以染料、颜料等油墨形成的图案，例如也可以是基于凹凸形状的图案、形成于自然物的图案等。作为基于凹凸形状的图案，例如可以列举出通过蚀刻、切削、喷丸、喷沙、锉等而形成的加工面的粗糙或不均匀导致的凹凸；纸、布(不织布、织布)等的表面的纤维导致的凹凸；涂膜表面的凹凸等。此外，作为形成于自然物的图案，例如可以列举出木纹等。此外，例如，通过混入有黑色的珠子的透明涂料来形成涂膜时，可以获得黑色的多个珠子不规则地配置的涂膜，也可以将这样的涂膜的多个珠子作为不规则的图案用于刻度部2。

此外，刻度部2的标记21并不限定于采用前述的不规则图案，例如既可以采用数字，也可以采用拉丁字母、阿拉伯字母、汉字等字符，还可以采用字符之外的记号、符号、印记、标记、设计图、一维条形码、QR码(注册商标)等。

图2所示的第一检测部3a(第一照相机)具有设置于基台110内的第一摄像元件31a以及设置于基台110所具有的开口的第一光学系统32a，第一摄像元件31a经由第一光学系统32a对刻度部2的周向上的一部分(图4中右侧的摄像区域RI1)进行拍摄。需要说明的是，也可以根据需要，设置对第一摄像元件31a的摄像区域RI1进行照明的光源。

作为第一摄像元件31a，例如可以列举出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。这样的第一摄像元件31a将所拍摄到的图像转换为每像素的电信号进行输出。第一摄像元件31a既可以应用二维摄像元件(面型图像传感器)，也可以应用一维摄像元件(线图像传感器)。希望的是，一维摄像元件配置于像素的排列与臂部的旋转圆相切的方向。在采用了二维摄像元件的情况下，可以获取信息量多的二维图像，易于提高基于后述的模板匹配的标记21的检测精度。其结果是，可以高精度地检测第一臂部120的转动状态。在采用了一维摄像元件的情况下，图像获取周期、即所谓的帧率高，因此可以提高检测频度，在高速动作时有利。

第一光学系统32a是配置于刻度部2和第一摄像元件31a之间的成像光学系统。该第一光学系统32a优选至少物体侧(刻度部2侧)是远心的。由此，即便是刻度部2与第一摄像元件31a之间的距离产生变动，也可以减少向第一摄像元件31a的成像倍率的变化，其结果是，可以降低编码器1的检测精度的下降。特别是，在第一光学系统32a是双侧远心的情况下，即便是第一光学系统32a具有的透镜与第一摄像元件31a之间的距离产生变动，也可以减少向第一摄像元件31a的成像倍率的变化。因此，具有可以容易地进行第一光学系统32a的组装的优点。

这里，如图4所示，第一摄像元件31a的摄像区域RI1设定成在第一臂部120的下表面与刻度部2的周向上的一部分重叠。由此，第一摄像元件31a可以对位于摄像区域RI1内的标记21进行拍摄。因此，通过读取位于摄像区域RI1的标记21，可以获知第一臂部120的转动状态。

另一方面，第二检测部3b(第二照相机)配置在相对于第一轴J1与第一检测部3a对称的位置上。第二检测部3b与前述的第一检测部3a同样地构成。即、第二检测部3b具有设置于基台110内的第二摄像元件31b、以及设置于基台110所具有的开口的第二光学系统32b，第二摄像元件31b经由第二光学系统32b对刻度部2的周向上的一部分(图4中左侧的摄像区域RI2)进行拍摄。

这里，优选第二摄像元件31b以和第一摄像元件31a相同的分辨率对刻度部2进行拍摄。由此，在采用后述的第一移动量及第二移动量来计算转动角度时，其计算变得简单。从这样的方面来看，优选第二摄像元件31b与第一摄像元件31a为相同的尺寸及像素数，此外，优选第二光学系统32b与第一光学系统32a为相同倍率。

图2及图3所示的电路部4具有CPU(Central Processing Unit：中央处理器)等处理部5(处理器)、以及ROM(Read only memory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等存储部6(存储器)。这里，存储部6中存储有能够由处理部5读取的指示，处理部5通过从存储部6适当地读取指示并执行，从而实现各种功能。这样的电路部4例如可以采用ASIC(application specific integrated circuit：专用集成电路)或者FPGA(field-programmable gate array：现场可编程门阵列)等构成。这样，通过采用ASIC或FPGA而使电路部4硬件化，从而可以实现电路部4的高处理速度化、小型化及低成本化。需要说明的是，电路部4的至少一部分也可以嵌入前述的机器人100的控制装置。

处理部5基于第一检测部3a及第二检测部3b的检测结果，推断基台110及第一臂部120的相对转动状态。作为该转动状态，例如可以列举出转动角度、转动速度、转动方向等。

特别是，处理部5针对第一摄像元件31a及第二摄像元件31b的摄像图像(摄像图像数据)，通过采用基准图像(基准图像数据)进行模板匹配来对标记21进行图像识别，并采用其识别结果来推断基台110及第一臂部120的相对转动状态。这样，通过采用第一摄像元件31a及第二摄像元件31b双方的摄像图像来推断转动状态，从而可以降低随着减速器112的输出轴的旋转的轴向偏摆(偏心)所导致的检测误差，与采用第一摄像元件31a和第二摄像元件31b中任一方的摄像图像来推断转动状态时相比，可以提高检测精度。需要说明的是，关于这一点将在后面详细描述。

这里，处理部5构成为可以基于第一摄像元件31a及第二摄像元件31b的摄像图像内的标记21的图像的位置，更加细致地推断基台110及第一臂部120的相对转动角度(下面，也简称为“第一臂部120的转动角度”)。此外，处理部5构成为还可以基于检测出标记21的时间间隔来求得转动速度、或者基于检测出的标记21的种类的顺序来推断转动方向。然后，处理部5输出与前述的推断结果相应的信号、即与基台110及第一臂部120的转动状态相应的信号。该信号例如被输入未图示的控制装置，用于机器人100的动作的控制。

此外，处理部5还具有截取第一摄像元件31a及第二摄像元件31b的摄像图像的一部分来生成基准图像(模板)的功能。该基准图像的生成是在推断基台110及第一臂部120的相对转动状态之前、或者根据需要适时地对应于基台110及第一臂部120的各相对转动角度而进行的。然后，生成的基准图像对应于基台110及第一臂部120的各相对转动角度存储于存储部6。然后，处理部5采用存储于存储部6的基准图像(模板)进行模板匹配。需要说明的是，关于模板匹配以及采用该模板匹配的转动状态的推断，将在后面详细描述。

在存储部6中，除了能够由处理部5读取的指示(程序)之外，还存储有能够由处理部5读取的各种信息(数据)。具体而言，对应于基台110及第一臂部120的各相对转动状态，前述的基准图像(基准图像数据)和与其对应的摄像图像内的坐标(后述的基准像素的坐标)相关的信息以及第一臂部120的转动角度相关的信息(角度信息)一起存储于存储部6中。这样的存储部6既可以是非易失性存储器，也可以是易失性存储器，但从即便是不供给电力也可以保持存储有信息的状态、可以实现省电化的角度出发，优选为非易失性存储器。

(模板匹配及采用了模板匹配的转动状态的推断)

下面，对处理部5中的模板匹配以及采用了模板匹配的转动状态的推断进行详细说明。下面，首先，以采用第一摄像元件31a和第二摄像元件31b中任一方的摄像图像推断作为转动状态的转动角度的情况为代表进行说明。需要说明的是，关于采用第一摄像元件31a及第二摄像元件31b双方的摄像图像来推断作为转动状态的转动角度的情况将在后面详细描述。

基准图像的获取

在编码器1中，在采用模板匹配推断第一臂部120相对于基台110的转动状态之前，获取用于该模板匹配的基准图像。该基准图像的获取在最开始的模板匹配之前仅进行一次即可，但之后也可以根据需要适时进行。在这种情况下，可以将用于模板匹配的基准图像更新为新获取的基准图像。

在获取基准图像时，使第一臂部120相对于基台110绕第一轴J1适当地转动，通过第一摄像元件31a及第二摄像元件31b按每个标记21对多个标记21进行拍摄。然后，通过修剪所获得的各摄像图像，生成每个标记21的基准图像。生成的基准图像以与其像素坐标信息及角度信息建立对应的方式和它们一起存储于存储部6。下面，基于图5对这一点进行详细说明。

图5是用于说明编码器具备的第一摄像元件或第二摄像元件拍摄到的图像(摄像图像、即摄像结果)的图。

当第一臂部120相对于基台110绕第一轴J1进行转动时，例如如图5所示，拍到第一摄像元件31a或第二摄像元件31b的摄像图像G内的标记21的图像、即标记图像21A沿圆弧C1、C2在摄像图像G内移动。这里，圆弧C1是随着第一臂部120相对于基台110的转动，标记图像21A的图5中下端所描绘的轨迹，圆弧C2是随着第一臂部120相对于基台110的转动，标记图像21A的图5中上端所描绘的轨迹。此外，图5图示出了在图4所示的摄像区域RI内包括三个标记21的情况，与此对应地，在图5所示的摄像图像G中，除了标记图像21A之外，还包括相对于标记图像21A位于周向上的一侧的标记图像21B、以及位于另一侧的标记图像21X。需要说明的是，摄像区域RI具有前述的摄像区域RI1、RI2。

这里，通过第一摄像元件31a或第二摄像元件31b进行拍摄所获得的摄像图像G为对应于摄像区域RI的形状，呈具有沿X轴方向延伸的两条边和沿Y轴方向延伸的两条边的矩形。此外，摄像图像G的沿X轴方向延伸的两条边尽量沿着圆弧C1、C2而配置。此外，摄像图像G具有在X轴方向及Y轴方向上排列为行列状的多个像素。这里，像素的位置通过像素坐标系(X、Y)来表现，像素坐标系(X、Y)由表示X轴方向上的像素的位置的“X”、以及表示Y轴方向上的像素的位置的Y来表现。此外，在摄像图像G的范围内从透镜的像差少的区域截取期望的区域作为有效视野区域RU，有效视野区域RU的图中左上端的像素被设定为像素坐标系(X、Y)的原点像素(0、0)。

例如，在生成与标记图像21A对应的基准图像TA的情况下，使第一臂部120相对于基台110适当地进行转动，使标记图像21A位于有效视野区域RU内的规定位置(在图示中，为设定于X轴方向上的中央的中心线LY上)。这里，通过测量等事先获取了标记图像21A位于该规定位置时第一臂部120相对于基台110的转动角度θA0。

通过在包含标记图像21A的最小必要限度范围那样的矩形像素范围内对这样的摄像图像G进行修剪，从而获得基准图像TA(标记21的检测用模板)。获得的基准图像TA存储于存储部6。此时，基准图像TA同前述的转动角度θA0相关的角度信息、以及基准图像TA的像素范围中的基准像素(在图示中为左上端的像素)的像素坐标、即基准像素坐标(XA0、YA0)相关的像素信息建立对应地和它们一起被存储。即、基准图像TA、角度信息及像素坐标信息为用于模板匹配的一个模板组。

采用了模板匹配的转动状态的推断

下面，基于图6至图9，对采用了如前所述生成的基准图像TA的模板匹配进行说明。

图6是用于说明设定于摄像图像内的搜索区域中的模板匹配的图。图7是示出模板匹配时从相似度最大的状态偏离了一像素的状态的图。图8是示出模板匹配时相似度最大的状态的图。图9是示出模板匹配时从相似度最大的状态向图7所示的状态的相反侧偏离了一像素的状态的图。作为求得相似度的方法，有SAD、SSD、ZNCC等。若是SAD、SSD的话，其值最小时，相似度最大，若是ZNCC的话，其值最大时，相似度最大。

如图6所示，在有效视野区域RU内存在标记图像21A时，采用基准图像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整个区域作为搜索区域RS，使基准图像TA与搜索区域RS重叠，边使基准图像TA相对于搜索区域RS一像素一像素地错开，边计算搜索区域RS和基准图像TA的重叠部分的相似度。这里，基准图像TA是使其基准像素的像素坐标从开始坐标PS(原点像素P0)一像素一像素地移动至结束像素PE，关于搜索区域RS整个区域的像素，按基准图像TA的基准像素的各像素坐标计算搜索区域RS和基准图像TA的重叠部分的相似度。然后，计算出的相似度作为摄像图像数据和基准图像数据的相似度数据与基准图像TA的基准像素的像素坐标建立对应地存储于存储部6。

接着，从存储于存储部6的每个像素坐标的多个相似度中，选择成为最大值的相似度，将成为该所选择出的相似度的基准图像TA的像素坐标(XA1、YA1)确定为标记图像21A的像素坐标。这样，可以检测出摄像图像G内的标记图像21A的位置。

这里，在求取标记图像21A的像素坐标时，优选采用亚像素估计法。如图7至图9所示，在相似度最大的附近，基准图像TA与标记图像21A重叠。图8所示的状态与图7、图9所示的状态(从图8所示的状态偏离了一像素的状态)相比，相似度更大，且相似度最大。但是，在如图8所示的状态那样，基准图像TA未与标记图像21A完全一致而有所偏离地重叠时，如果将图8所示的状态判断为标记图像21A的像素位置，则该偏离成为误差。该偏离最大为像素尺寸BX。即、在未采用亚像素估计法的情况下，像素尺寸BX为最小的分辨率(精度)。针对于此，在亚像素估计法中，根据通过模板匹配以像素尺寸BX间隔获得的相似度的映射，以抛物曲面对相似度最大的坐标和与其相邻的八个坐标的相似度的值进行拟合，从而可以对这些相似度之间(像素节距之间)进行内插(近似)。因此，可以更高精度地求得标记图像21A的像素坐标。

这样，处理部5在作为摄像图像G的一部分区域的有效视野区域RU设定搜索区域RS，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，缩短模板匹配相关的运算时间。因此，即便是在第一臂部120的绕第一轴J1的角速度快的情况下，也可以进行高精度的检测。此外，即便是由于配置于第一摄像元件31a或第二摄像元件31b与标记21之间的第一光学系统32a或第二光学系统32b的像差导致摄像图像G的外周部分的歪斜、模糊变大，通过将这样的歪斜、模糊少的区域用作搜索区域RS，从而可以降低检测精度的下降。需要说明的是，也可以采用摄像图像G整个区域进行基准图像TA的生成及模板匹配，在这种情况下，优选根据需要进行考虑到像差的校正。

在本实施方式中，摄像区域RI与第一轴J1之间的距离足够长，因此，在摄像图像G内，圆弧C1、C2可以分别近似为大致直线。因此，可以认为在摄像图像G内，标记图像21A的移动方向与X轴方向一致。

这样，图6所示的标记图像21A位于相对于位于基准像素坐标(XA0、YA0)的基准图像TA在X轴方向上偏离了与像素数(XA1-XA0)相应的量的位置。因此，在将摄像区域RI的中心与第一轴J1之间的距离设为R、将与摄像元件31的一像素对应的摄像区域RI上的区域在X轴方向上的宽度(摄像元件31的每一像素的视野尺寸)设为BX时，可以采用下式(1)来求得第一臂部120相对于基台110的转动角度θ。

在该式(1)中，(XA1-XA0)×BX相当于与基准图像TA的基准像素坐标(XA0、YA0)对应的真实位置和与前述的相似度为最大值的基准图像TA的像素坐标(XA1、YA1)对应的真实位置之间的距离。此外，2πR相当于第一臂部120相对于基台110旋转了360°时的标记21的轨迹的长度(圆周的长度)。需要说明的是，θA0如前所述，是标记图像21A位于规定位置时的、第一臂部120相对于基台110的转动角度。此外，转动角度θ是第一臂部120相对于基台110从基准状态(0°)开始转动后的角度。

关于其它的标记21也同样地进行如上的模板匹配及采用了该模板匹配的转动角度θ的计算。这里，在任意的转动角度θ下，至少一个标记21无缺失地拍到有效视野区域RU内，且以能够进行模板匹配的方式登记有与各标记21对应的基准图像。由此，可以防止产生不能进行模板匹配的角度范围。

在前述的图5中，以在任意的转动角度θ下，一个标记21无缺失地拍到有效视野区域RU内的方式构成了标记21及有效视野区域RU，但优选以在任意的转动角度θ下，多个标记21无缺失地拍到有效视野区域RU内的方式构成标记21及有效视野区域RU。在这种情况下，以在任意的转动角度θ下，可以对拍到有效视野区域RU内的多个标记21进行模板匹配的方式，采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。此时，该两个以上的基准图像也可以是彼此局部重叠。

即、优选摄像元件31拍摄作为模板匹配的对象的多个标记21中的至少两个标记21全体。由此，即便是摄像元件31拍摄到的两个标记21中的一个标记21由于污渍等而无法准确地读取，也可以读取另一个标记21来进行检测。因此，具有易于保证高精度的检测精度的优点。这样，优选处理部5同时采用多个基准图像对搜索区域RS进行模板匹配。由此，可以提高检测精度。

基准图像的确定

图10是用于说明刻度部具有的多个标记的图。图11是示出通过模板匹配检测多个标记中的一个标记的状态的图。图12是用于说明在接着模板匹配(在先的模板匹配)之后的在后的模板匹配中采用的基准图像的预测的图。需要说明的是，在图10中图示出刻度部2的图案，但在图11及图12中，为了便于说明，省略了刻度部2的图案的图示。

如图10所示，在刻度部2中设定有沿其转动方向排列的多个标记21。在图10中，示出了从第i-2个至第i+2个共五个标记21i-2～21i+2拍到摄像图像G中的状态。需要说明的是，i是按其排列顺序给各标记21编的编号，在将设定于刻度部2的标记21的个数设为n个(n为3以上的整数)时，i为1以上n以下的整数。

如图11所示，在摄像图像G中设定有前述的搜索区域RS。该搜索区域RS设定为总是无缺失地拍到一个标记21。在图示中，标记21i拍到搜索区域RS，处理部5采用与标记21i对应的基准图像(下面，也称为“基准图像i”)，如前所述地进行模板匹配，检测标记21i的位置。然后，处理部5基于其检测到的位置，如前所述地推断转动状态。

这里，如果刻度部2进行转动，则随着其转动，标记21i在搜索区域RS内沿刻度部2的转动方向(图11中左右方向)进行移动。此时，处理部5边使基准图像i追随着标记21i的移动，边进行模板匹配(下面，也称为“在先的模板匹配”)，相继检测标记21i的位置。

这样的标记21i的位置的检测可以在标记21i拍到搜索区域RS内时进行。如果随着刻度部2的转动，标记21i不再拍到搜索区域RS内，则与标记21i相邻的标记21i-1或21i+1拍到搜索区域RS内。因此，如果标记21i不再拍到搜索区域RS内，则处理部5采用与标记21i-1对应的基准图像(下面，也称为“基准图像i-1”)或与标记21i+1对应的基准图像(下面，也称为“基准图像i+1”)进行模板匹配(下面，也称为“在后的模板匹配”)，检测标记21i-1或21i+1的位置。

这里，处理部5基于在先的模板匹配的结果(标记21i的检测位置)，预测在后的模板匹配中采用的基准图像。更具体地进行说明，相对于搜索区域RS，在标记21i的移动方向上的一侧(图11中右侧)相邻地设定有第一区域R1(第一检测区域)，在另一侧(图11中左侧)相邻地设定有第二区域R2(第二检测区域)。此外，如图12所示，在标记21i到达了第二区域R2时，换言之，在标记21i的图中左侧端离开了搜索区域RS时，处理部5预测在后的模板匹配中采用的基准图像是与标记21i+1对应的基准图像。另一方面，虽未图示，但在标记21i到达了第一区域R1时，换言之，在标记21i的图中右侧端离开了搜索区域RS时，处理部5预测在后的模板匹配中采用的基准图像是与标记21i-1对应的基准图像。

这样，通过预测在后的模板匹配中采用的基准图像，可以在在后的模板匹配中尽早地进行标记21i+1或21i-1的位置的检测。因此，可以减少产生未进行标记21的位置的检测的空白状态，其结果是，可以提高检测精度。

与此相对地，在未进行如前所述的用于在后的模板匹配的基准图像的预测的情况下，在标记21i不再拍到搜索区域RS内时，需要依次循环地采用与n个标记21对应的基准图像进行模板匹配来选择相似度最高的基准图像。因此，处理部5中的模板匹配所需的运算量增多，其结果是，未进行标记21的位置的检测的空白状态的时间变长，有降低检测精度的可能性。

需要说明的是，在图11及图12中，虽然第一区域R1及第二区域R2分别未与搜索区域RS重叠，但只要在先的标记21到达了第一区域R1或第二区域时，在后的标记21无缺失地拍到搜索区域RS内即可，也可以设定为第一区域R1及第二区域R2的至少一部分分别与搜索区域RS重叠。

下面，基于图13及图14，对处理部5中的基准图像的确定流程进行说明。

图13是示出用于最开始的模板匹配的基准图像的确定方法的流程图。

图14是示出用于之后的模板匹配的基准图像的确定方法(预测方法)的流程图。

在最开始的模板匹配中，首先，如图13所示，设定i为1(步骤S31)。然后，采用基准图像i(最开始i＝1)进行搜索区域RS内的搜索，最大相似度Ci与编号i相对应地存储于存储部6(步骤S32)。之后，判断编号i是否等于N(步骤S33)，在不等于的情况下(步骤S33的否)，设定i为i+1(步骤S34)，转移至前述的步骤S32。由此，从基准图像i(i＝1)至基准图像i(i＝N)的最大相似度Ci(C1～CN)与编号i(1～N)相对应地存储于存储部6。

在编号i等于N的情况下(步骤S33的是)，根据存储于存储部6的信息，求得从基准图像i(i＝1)至基准图像i(i＝N)的最大相似度Ci(C1～CN)中为最大的最大相似度Ci的编号i(步骤S35)，确定基准图像i(步骤S36)。

如上所述，处理部5于在先进行的模板匹配之前，针对摄像图像G，依次采用N个(三个以上)的基准图像，求得摄像图像G与各基准图像的最大相似度Ci，基于该最大相似度Ci，从N个(三个以上)的基准图像中选择至少一个基准图像。由此，可以在初始状态(开始模板匹配之前)下，确定用于模板匹配的基准图像i。确定这样的基准图像i之后是辨别出拍到搜索区域RS内的标记21i的状态，因此，基于以下的流程进行基准图像的预测。

首先，如图14所示，通过采用了基准图像i的模板匹配检测标记21i的位置(步骤S11)。之后，基于该检测到的位置，运算作为刻度部2的转动角度的角度A(步骤S12)。然后，输出作为该运算结果的角度A(步骤S13)。

接着，判断追随着标记21i的基准图像i是否到达了第二区域R2(步骤S14)。然后，在基准图像i到达了第二区域R2的情况下(步骤S14的是)，设定i为i+1(步骤S15)。即、在这种情况下，预测用于在后的模板匹配的基准图像是与标记21i+1对应的基准图像i+1。之后，判断是否有结束指示(步骤S18)，在没有结束指示的情况下(步骤S18的否)，转移至前述的步骤S11，采用基准图像i+1进行之后的模板匹配。

另一方面，在追随着标记21i的基准图像i未到达第二区域R2的情况下(步骤S14的否)，判断追随着标记21i的基准图像i是否到达了第一区域R1(步骤S16)。然后，在基准图像i到达了第一区域R1的情况下(步骤S16的是)，设定i为i-1(步骤S17)。即、在这种情况下，预测用于在后的模板匹配的基准图像是与标记21i-1对应的基准图像i-1。之后，判断是否有结束指示(步骤S18)，在没有结束指示的情况下(步骤S18的否)，转移至前述的步骤S11，采用基准图像i-1进行之后的模板匹配。

此外，在追随着标记21i的基准图像i既未到达第一区域R1也未到达第二区域R2的情况下(步骤S14的否、步骤S16的否)，反复进行前述的步骤S11～S13，直至基准图像i到达第一区域R1或第二区域R2、或有结束指示为止。

起因于轴向偏摆的检测误差及其降低

图15是示出转动轴的偏摆与第一移动量及第二移动量的关系的示意图。图16是示出有效视野区域与刻度部的移动轨迹的关系的示意图。图17是示出采用了第一摄像元件的角度检测中的转动角度与误差的关系的图表。图18是示出采用了第二摄像元件的角度检测中的转动角度与误差的关系的图表。图19是示出采用了第一摄像元件及第二摄像元件的角度检测中的转动角度与检测误差的关系的图表。图20是示出第一摄像元件及第二摄像元件的位置偏差与检测误差的关系的图表。

如前所述，处理部5通过采用第一摄像元件31a及第二摄像元件31b双方的摄像图像(摄像结果)来推断转动状态，从而降低伴随着减速器112的输出轴的旋转的轴向偏摆所导致的检测误差。下面，关于该原理进行说明。需要说明的是，下面，为了便于说明，第一检测部3a及第二检测部3b分别设置为作为标记21的轨迹的圆弧C与中心线LY的交点处的圆弧C所对应的切线平行于X轴。此外，如图15及图16所示，将在有效视野区域RU内移动的标记21朝向的方向设为X轴的正方向，将在有效视野区域RU内移动的标记21远离第一轴J1的方向设为Y轴的正方向。此外，优选有效视野区域RU是透镜的像差或像畸变少的区域。

在时刻0，标记21拍到第一摄像元件31a及第二摄像元件31b的有效视野区域RU的中央。之后，在时刻t，如图15所示，在刻度部2以第一轴J1为中心顺时针转动了转动角度θ、且第一轴J1进行了平移时，如果该平移矢量在第一摄像元件31a的坐标系中通过(Dx、Dy)来表示，则在第二摄像元件31b的坐标系中通过(-Dx、-Dy)来表示。也就是说，在第一摄像元件31a及第二摄像元件31b的坐标系中，平移矢量完全相反地被表示。

这里，如果对第一摄像元件31a及第二摄像元件31b各自的有效视野区域RU进行模板匹配，则获得基准图像的移动矢量Va、Vb。移动矢量Va、Vb是未发生第一轴J1的平移时的原本的移动矢量V与前述的平移矢量的合成矢量。因此，如果将这些移动矢量Va、Vb相加再除以2，则抵消平移矢量，可以获得原本的移动矢量(Lx、Ly)。需要说明的是，移动矢量Va是第一摄像元件31a拍摄到的第一标记21a的第一移动量。此外，移动矢量Vb是第二摄像元件31b拍摄到的第二标记21b的第二移动量。

此外，由于圆弧C的半径足够大，因此，可以将有效视野区域RU内的圆弧C近似为仅X轴方向分量的直线。因此，如果已知原本的移动矢量的X轴方向分量Lx，则可以采用θ＝arcsin(Lx/R)的关系式求得转动角度θ。

在该关系式中，R是圆弧C的半径。在时刻0，将第一轴J1与第一摄像元件31a之间的距离设为RA、第一轴J1与第二摄像元件31b之间的距离设为RB时(RA和RB均未图示)，在时刻0及时刻t，距离RA、RB的平均值均为(RA+RB)/2＝R，为一定。因此，如果事先准确地计测出半径R，则通过上述方法，可以在不受第一轴J1的平移的影响的情况下求得转动角度θ。此外，在转动角度θ微小时，可以近似为sinθ≈θ[弧度]，可以根据θ＝Lx/R的关系式通过简单的计算求得转动角度θ。需要说明的是，例如在通过将圆弧C近似为仅X轴方向分量的直线而产生的误差能够容许至1arcsec(1/3600度)时，可以在θ为0.041rad(2.3度)以下的范围内应用该关系式。

这样，可以采用对第一摄像元件31a的摄像图像G进行模板匹配而求得的移动矢量Va(第一移动量)、以及对第二摄像元件31b的摄像图像G进行模板匹配而求得的移动矢量Vb(第二移动量)，计算转动角度θ。

在仅采用移动矢量Va(第一移动量)计算出转动角度θ时，缘于伴随着减速器112的输出轴的转动的第一轴J1的动态偏心(轴向偏摆)，例如如图17所示，产生随时间推移而变化的角度误差(下面，也称为“第一角度误差”)。另一方面，在仅采用移动矢量Vb(第二移动量)计算出转动角度θ时，缘于伴随着减速器112的输出轴的转动的第一轴J1的动态偏心，例如如图18所示，产生随时间推移而变化的角度误差(下面，也称为“第二角度误差”)。

这里，第一角度误差及第二角度误差中一方向正侧变大时，另一方向负侧变大。因此，如前所述，如果采用移动矢量Va(第一移动量)和移动矢量Vb(第二移动量)计算出转动角度θ，则第一角度误差及第二角度误差彼此抵消或减小，如图19所示，角度误差变小。

这样，为了减小角度误差，如图15所示，最优选从沿着第一轴J1(转动轴)的方向观察时，连接第一轴J1和第一摄像元件31a的直线La与连接第一轴J1和第二摄像元件31b的直线Lb所成的角度β为180度，但可以容许相对于180度在±6度的范围内的角度偏移(下面，也简称为“角度偏移”)。下面，对其理由进行说明。

伴随着一般的减速器(例如波动减速器)中的输出轴的转动的动态的转动轴的偏心量为±20μm左右。在这样的情况下，如图20所示，角度偏移越大，则动态偏心导致的角度误差越大。这里，假设总的容许精度误差为1arcsec时，优选将偏心导致的角度误差控制在0.5arcsec左右。这样，由图20可知，优选角度偏移在6度以内。

这样，优选从沿着第一轴J1(转动轴)的方向观察时，连结第一轴J1和第一摄像元件31a的直线La与连结第一轴J1和第二摄像元件31b的直线Lb所成的角度β在174度以上186度以下的范围内。由此，可以使精度误差为1arcsec以下。进一步优选角度偏移为4度以下，由此，可以使偏心导致的角度误差为0.2arcsec以下。

如上所述，编码器单元10具有：减速器112，具有绕第一轴J1(转动轴)旋转并输出驱动力的输出轴；以及编码器1，检测减速器112的输出轴的转动角度。编码器1具有：作为转动部的第一臂部120，伴随着减速器112的输出轴的转动，绕第一轴J1转动；刻度部2，沿着绕第一轴J1的周向配置于第一臂部120，并包括第一标记21a及第二标记21b；第一摄像元件31a，对第一标记21a进行拍摄；第二摄像元件31b，配置于相对于第一轴J1与第一摄像元件31a对称的位置上，对第二标记21b进行拍摄；处理部5，进行基于第一摄像元件31a及第二摄像元件31b的摄像结果，求得第一臂部120的转动角度的处理；以及存储部6，存储能由处理部5读取的指示。此外，处理部5执行：从存储部6读取指示，对第一摄像元件31a拍摄到的图像进行模板匹配，求得第一标记21a的沿着绕第一轴J1的周向的移动矢量Va(第一移动量)，并对第二摄像元件31b拍摄到的图像进行模板匹配，求得第二标记21b的沿着绕第一轴J1的周向的移动矢量Vb(第二移动量)，采用移动矢量Va及移动矢量Vb计算转动角度θ并输出。

根据这样的编码器单元10，可以减少缘于减速器112的输出轴的轴向偏摆的刻度部2的偏心所导致的误差，其结果是，可以提高检测精度。

这里，优选地，处理部5在求得移动矢量Va(第一移动量)时，采用与角度相关信息建立对应的基准图像(与第一标记21a对应的第一基准图像)进行模板匹配。由此，可以将第一臂部120的转动角度作为绝对角度来检测。需要说明的是，优选地，处理部5在求得移动矢量Vb(第二移动量)时，也同样地采用与角度相关信息建立对应的基准图像(与第二标记21b对应的第二基准图像)进行模板匹配。

此外，在本实施方式的角度检测方法中，采用编码器1对减速器112的输出轴的转动角度进行检测，该编码器1具有：作为转动部的第一臂部120，伴随着减速器112的输出轴的转动，绕第一轴J1转动，该减速器112具有绕第一轴J1(转动轴)旋转并输出驱动力的输出轴；刻度部2，沿着绕第一轴J1的周向配置于第一臂部120，并包括第一标记21a及第二标记21b；第一摄像元件31a，对第一标记21a进行拍摄；以及第二摄像元件31b，配置于相对于第一轴J1与第一摄像元件31a对称的位置上，对第二标记21b进行拍摄。这里，这样的角度检测方法具有以下步骤：对第一摄像元件31a拍摄到的图像进行模板匹配，求得第一标记21a的沿着周向的移动矢量Va(第一移动量)；对第二摄像元件31b拍摄到的图像进行模板匹配，求得第二标记21b的沿着周向的移动矢量Vb(第二移动量)；以及采用移动矢量Va及移动矢量Vb计算第一臂部120的转动角度并输出。

根据这样的角度检测方法，可以减少缘于减速器112的输出轴的轴向偏摆的刻度部2的偏心所导致的误差，其结果是，可以提高检测精度。

<第二实施方式>

图21是示出本发明的第二实施方式中的有效视野区域与刻度部的移动轨迹的关系的示意图。图22是用于说明本发明的第二实施方式中的校正系数的图。图23是示出求得本发明的第二实施方式中的校正系数的流程的图。

下面，对第二实施方式进行说明，但围绕与前述实施方式的不同点进行说明，关于同样的事项，则省略其说明。

本实施方式除了在转动角度的计算时采用有关摄像区域的倾斜的校正系数之外，与前述的第一实施方式同样。

在前述的第一实施方式中，就作为标记21的轨迹的圆弧C与中心线LY的交点处的圆弧C所对应的切线平行于X轴的情况进行了说明。但是，高精度地调整有效视野区域RU的姿势花费精力。下面，就作为标记21的轨迹的圆弧C与中心线LY的交点处的圆弧C所对应的切线不平行于X轴时的问题点及其校正方法进行说明。

在将X轴相对于作为标记21的轨迹的圆弧C与中心线LY的交点处的圆弧C的切线的倾斜角度设为η，将与前述的第一实施方式中描述的内容同样地第一轴J1以平移分量(Dx、Dy)进行了平移时通过第一摄像元件31a或第二摄像元件31b观察的平移分量设为(Dx’、Dy’)时，它们满足以下的关系。

由该式可知，在第一摄像元件31a和第二摄像元件31b间倾斜角度η不同的情况下，光是靠前述的第一实施方式那样将移动矢量Va、Vb相加再除以2，无法使平移矢量为零。于是，事先求得与第一摄像元件31a及第二摄像元件31b各自的倾斜角度η相关的校正系数α，在计算转动角度θ时，采用该校正系数α。如图22所示，将和作为标记21的轨迹的圆弧C与中心线LY的交点处的圆弧C所对应的切线平行的线段上的两个坐标设为(x1、y1)、(x2、y2)、并设h＝x1-x2、v＝y1-y2时，该校正系数α为下面，基于图23对求得校正系数α的流程的一个例子进行说明。

首先，以有效视野区域RU的中央为原点，生成、保存位于原点的像素尺寸的图像作为临时的模板(步骤S41)。接着，使刻度部2正转规定的角度a(例如1度)(步骤S42)，之后，采用临时模板进行模板匹配，获得最大相关坐标(x1、y1)(步骤S43)。接着，使刻度部2反转角度a而返回至原点(步骤S44)，进一步反转角度a(步骤S45)，之后，同样地采用临时模板进行模板匹配，获得最大相关坐标(x2、y2)(步骤S46)。然后，根据所获得的两个坐标(x1、y1)、(x2、y2)求得像素移动量h、v(步骤S47)，根据像素移动量h、v求得校正系数α(步骤S48)。

如上所述，求得校正系数α。该校正系数α是用于将倾斜了η的坐标系转换为η＝0的坐标系的系数。通过将校正系数α与倾斜了η的坐标系中观测到的移动量Dx’相乘，从而可以获得η＝0的坐标系中的真实的移动量Dx。即、Dx＝Dx’×α。通过对第一摄像元件31a及第二摄像元件31b分别进行这样的转换，从而关于两元件的有效视野区域RU，可以视为η＝0。然后，在转换之后，只要和前述第一实施方式同样地求得转动角度θ即可。

如上所述，第一摄像元件31a具有在沿着彼此正交的X轴及Y轴的方向上排列成行列状的多个像素。存储部6存储有角度偏移信息，该角度偏移信息是第一摄像元件31a与第二摄像元件31b排列的方向(Y轴方向)和沿着X轴的方向的角度偏移相关的信息。然后，处理部5采用该角度偏移信息计算第一臂部120的转动角度。由此，可以无关于第一摄像元件31a的姿势来提高检测精度。需要说明的是，关于这一点，第二摄像元件31b也是同样的。

作为角度偏移信息，并没有特别的限定，但在本实施方式中，处理部5采用校正系数α作为角度偏移信息。这里，在使刻度部2的任意位置从第一摄像元件31a的摄像图像G内的第一位置(x1、y1)移动至了与第一位置不同的第二位置(x2、y2)时，将沿着X轴的方向上的第一位置与第二位置之间的距离设为h、将沿着Y轴的方向上的第一位置与第二位置之间的距离设为v、将校正系数设为α时，满足的关系。由此，可以容易地获取作为角度偏移信息的校正系数α。

此外，在本实施方式的角度检测方法中，除了前述的第一实施方式的步骤之外，还具有在求得第一移动量及第二移动量之前求得校正系数α并使其存储于存储部6的步骤，在计算并输出转动角度θ的步骤中，采用校正系数α计算转动角度θ。由此，可以无关于第一摄像元件的姿势地提高检测精度。

通过如上说明的第二实施方式，也可以起到与前述的第一实施方式同样的效果。

<第三实施方式>

图24是示出本发明的第三实施方式所涉及的机器人的立体图。需要说明的是，下面，将机器人100C的基台210侧称为“基端侧”、将末端执行器侧称为“前端侧”。

下面，对第三实施方式进行说明，但围绕与前述的实施方式的不同点进行说明，关于同样的事项，则省略其说明。

图24所示的机器人100C是垂直多关节(六轴)机器人。该机器人100C具有基台210和机械臂200，机械臂200具备第一臂部220、第二臂部230、第三臂部240、第四臂部250、第五臂部260及第六臂部270，这些臂部从基端侧向前端侧按上述顺序而连结。虽然没有图示，但在第六臂部270的前端部例如可安装拆卸地安装有把持精密设备、零部件等的手爪等末端执行器。此外，虽然没有图示，但机器人100C具备控制机器人100C的各部的动作的个人计算机(PC)等机器人控制装置(控制部)。

这里，基台210例如固定于地板、墙壁或天花板等。第一臂部220可以相对于基台210绕第一转动轴O1转动。第二臂部230可以相对于第一臂部220绕与第一转动轴O1正交的第二转动轴O2转动。第三臂部240可以相对于第二臂部230绕与第二转动轴O2平行的第三转动轴O3转动。第四臂部250可以相对于第三臂部240绕与第三转动轴O3正交的第四转动轴O4转动。第五臂部260可以相对于第四臂部250绕与第四转动轴O4正交的第五转动轴O5转动。第六臂部270可以相对于第五臂部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～第六转动轴O6，所谓“正交”也包括两个轴所成的角度在±5°的范围内偏离90°的情况，此外，所谓“平行”也包括两个轴中的一方相对于另一方在±5°的范围内倾斜的情况。

此外，电机(未图示)及编码器单元10设置于使第一臂部220相对于基台210转动的驱动源。该编码器单元10具有的编码器1的检测结果例如被输入未图示的机器人控制装置，用于使第一臂部220相对于基台210转动的驱动源的驱动控制。此外，虽然没有图示，但电机及编码器单元也设置于其它的关节部，作为该编码器单元，可以采用编码器单元10。

如上所述，机器人100C具备作为第一部件的基台210、相对于基台210转动的作为第二部件的第一臂部220、以及编码器单元10。这里，如前所述，编码器单元10具有：减速器112，具有绕转动轴旋转并输出驱动力的输出轴；以及编码器1，检测减速器112的输出轴的转动角度。此外，减速器112的输出轴连接于第一臂部220。根据这样的机器人100C，可以高精度地检测第一臂部220的转动角度，并基于其检测结果，高精度地进行第一臂部220的驱动控制。

以上，对编码器1检测第一臂部220相对于基台210的转动状态的情况进行了说明，但也可以将编码器1设置于其它关节部，以检测其它臂部的转动状态。在这种情况下，将相对于关节部位于一侧的臂部作为第一部件、将另一侧的臂部作为第二部件来理解即可。

以上，基于图示的优选实施方式对本发明的编码器单元、角度检测方法及机器人进行了说明，但本发明并不限定于此，各部的构成可以替换为具有同样功能的任意的构成。此外，也可以添加其它任意的构成物。此外，还可以组合前述两个以上的实施方式的构成。

此外，本发明的编码器也可以应用于绝对型及增量型中任一种形式。

此外，在前述实施方式中，以将机器人的基台设为“基部(第一部件)”、将第一臂部设为“转动部(第二部件)”的情况为例进行了说明，但并不限定于此，可以将进行相对转动的任意两个部件中的一方设为“基部”、将另一方设为“转动部”。即、编码器的设置部位并不限定于基台和第一臂部的关节部，也可以是进行相对转动的任意两个臂部的关节部。此外，编码器的设置部位并不限定于机器人具有的关节部。

此外，在前述实施方式中，机械臂的数量为一个，但机械臂的数量并不限定于此，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，在前述的实施方式中，机械臂具有的臂部的数量为两个或六个，但臂部的数量并不限定于此，既可以是一个，也可以是三个以上五个以下或七个以上。

此外，在前述实施方式中，本发明的机器人的设置部位并不限定于地板面，例如也可以是天花板面、侧壁面等，还可以是AGV(Automatic Guided Vehicle：自动导引车)等移动体。此外，本发明的机器人并不限定于固定设置于建筑物等结构物的机器人，例如也可以是具有腿部的脚式步行(行走)机器人。

Claims (9)

1.一种编码器单元，其特征在于，具有：

减速器，具有输出轴，所述输出轴绕转动轴旋转，并输出驱动力；以及

编码器，检测所述输出轴的转动角度，

所述编码器具有：

转动部，随着所述输出轴的转动，绕所述转动轴转动；

刻度部，沿着绕所述转动轴的周向配置于所述转动部，并包括第一标记和第二标记；

第一摄像元件，对所述第一标记进行拍摄；

第二摄像元件，配置于相对于所述转动轴与所述第一摄像元件对称的位置上，对所述第二标记进行拍摄；

处理部，进行基于所述第一摄像元件及所述第二摄像元件拍摄到的摄像结果求得所述转动部的转动角度的处理；以及

存储部，存储能够由所述处理部读取的指示，

所述处理部执行：

从所述存储部读取所述指示；

对所述第一摄像元件拍摄到的图像进行模板匹配，求得所述第一标记沿着所述周向的第一移动量；

对所述第二摄像元件拍摄到的图像进行模板匹配，求得所述第二标记沿着所述周向的第二移动量；以及

采用所述第一移动量及所述第二移动量计算转动角度并输出。

2.根据权利要求1所述的编码器单元，其特征在于，

所述处理部在求得所述第一移动量时，采用与角度的信息建立对应的基准图像进行模板匹配。

3.根据权利要求1或2所述的编码器单元，其特征在于，

从沿着所述转动轴的方向观察时，连接所述转动轴和所述第一摄像元件的直线与连接所述转动轴和所述第二摄像元件的直线所成的角度在174度以上且186度以下的范围内。

4.根据权利要求1所述的编码器单元，其特征在于，

所述第一摄像元件具有在沿着彼此正交的X轴及Y轴的方向上排列成行列状的多个像素，

所述存储部存储角度偏移信息，所述角度偏移信息是所述第一摄像元件与所述第二摄像元件排列的方向和沿着所述X轴的方向的角度偏移相关的信息，

所述处理部采用所述角度偏移信息计算所述转动角度。

5.根据权利要求4所述的编码器单元，其特征在于，

所述处理部采用校正系数作为所述角度偏移信息，

在使所述刻度部的任意位置从所述第一摄像元件的摄像图像内的第一位置移动至了与所述第一位置不同的第二位置时，将沿着所述X轴的方向上的所述第一位置与所述第二位置之间的距离设为h、将沿着所述Y轴的方向上的所述第一位置与所述第二位置之间的距离设为v、将所述校正系数设为α时，的关系被满足。

6.一种角度检测方法，其特征在于，

采用编码器检测具有绕转动轴旋转并输出驱动力的输出轴的减速器的所述输出轴的转动角度，所述编码器具有：转动部，随着所述输出轴的转动，绕所述转动轴进行转动；刻度部，沿着绕所述转动轴的周向配置于所述转动部，并包括第一标记和第二标记；第一摄像元件，对所述第一标记进行拍摄；以及第二摄像元件，配置于相对于所述转动轴与所述第一摄像元件对称的位置上，对所述第二标记进行拍摄，

所述角度检测方法具有以下步骤：

对所述第一摄像元件拍摄到的图像进行模板匹配，求得所述第一标记沿着所述周向的第一移动量；

对所述第二摄像元件拍摄到的图像进行模板匹配，求得所述第二标记沿着所述周向的第二移动量；以及

采用所述第一移动量及所述第二移动量计算转动角度并输出。

7.根据权利要求6所述的角度检测方法，其特征在于，

所述角度检测方法还具有在求得所述第一移动量及所述第二移动量之前求得校正系数并存储于存储部的步骤，

在计算所述转动角度并输出的步骤中，采用所述校正系数计算所述转动角度。

8.一种机器人，其特征在于，具备：

第一部件；

相对于所述第一部件进行转动的第二部件；以及

权利要求1至5中任一项所述的编码器单元，

所述输出轴连接于所述第二部件。

9.根据权利要求8所述的机器人，其特征在于，

所述第二部件是臂部，

所述转动部是所述臂部。