JP2002166380A - ロボット視覚装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロボット視覚装置に関し、周囲の対象物の形
状認識を広範囲で可能とする。 【解決手段】 ロボット本体１には多機能アーム１０，
１１，１２，１３が設けられ、本体１の上部にはカメラ
２０が設けられる。カメラ２０はモータにより前方１８
０度回転し、全域の画像を取込み、これを一時記憶させ
る。ＣＰＵがこれら記憶画像を取込み、編集することに
より１８０度前方の全域における地形、物体の形状を正
確に認識し、この情報を多機能アーム１０〜１３の制御
に反映させ、ロボットの正確な制御行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はロボット、人工衛
星、等に用いられる視覚装置に関し、宇宙機器用のロボ
ットや地上プラントの作業ロボット、プラントの各種設
備等に適用され、形状認識、距離認識、対象物の性状を
確実に把握して視覚装置にて検知するデータの信頼性を
向上させる装置である。

【０００２】

【従来の技術】ロボットの一例を図７に示す。図におい
て、１は本体であり、下面に複数本の多機能アーム１
０，１１，１２，１３が設けられている。多機能アーム
１０は連結部１０ａ，１０ｂ，１０ｃで連結されて三次
元方向に自由に回動可能であり、同様に、多機能アーム
１１は連結部１１ａ，１１ｂ，１１ｃで、多機能アーム
１２は連結部１２ａ，１２ｂ，１２ｃで、又、多機能ア
ーム１３も連結部１３ａ，１３ｂ，１３ｃでそれぞれ連
結され、４本のアーム１０，１１，１２，１３を伸縮自
在に変化させて自由に移動できる構成である。

【０００３】各アーム１０，１１，１２，１３の連結部
１０ｃ，１１ｃ，１２ｃ，１３ｃには操作具２が連結さ
れている。操作具２には側面にカメラ３とライト４が取
付けられ、図示省略の制御装置によりライト４を点灯
し、カメラ３の映像を取り込んでデータ処理し、状況監
視及び位置の確認を行う。操作具２は構造体を取付けて
いる四隅のボルト頭、等を把持するアダプタを備え、又
はボルトを外し、アームを固定するためのネジアダプ
タ、等が装着されている。このような構造のロボットに
は制御装置、即ち、制御用ＣＰＵ１４を有し、各多機能
アーム１０〜１３の各連結部のモータの駆動や、アーム
先端の操作具２の操作を制御し、ロボット本体１を構造
体に沿って操作具２で構造体の突起物、例えばボルト頭
を把持して多機能アーム１０〜１３を順次移動させ、作
動させるものである。このようなロボットは本体１内の
単一の制御用ＣＰＵ１４により各アームの運動を統轄し
て制御している。ロボットには各連結部の各々に三次元
方向の動きを行うモータや、各々の操作具を駆動させる
多数のモータ、アクチュエータが装備されている。又、
図示省略しているが、操作具２のカメラ３の他に、本体
１にはロボット視覚用としてカメラが装備されている。
ここで、カメラとは、ＴＶカメラ、赤外線カメラ等、視
覚対象の性状を電気的に把握するため、視覚対象により
設定される任意のカメラを意味する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、現在計
画されている宇宙での作業用ロボットには視覚装置が設
けられており、カメラからの画像信号を制御用ＣＰＵへ
取込み、画像処理を行って周囲の物体の形状識別を行っ
ている。しかし、現状のカメラでは、ロボットの進行方
向、又は限られた前方の視界範囲の視野はカバーできる
が、ロボットの左右、後方は充分に観察できず、総合的
に広範囲の地形や周囲の障害物の形状を認識し、ロボッ
トの活動範囲を広め、正確な制御をすることが望まれて
いる。

【０００５】そこで本発明は、カメラを１８０゜回転さ
せてロボット周囲の画像を取込み、この画像を記憶させ
ることにより編集して周囲前面の全画像を正確に認識
し、又は広範囲な視界の画像を取込む広角度のレンズに
より前面の画像を一度に取込んで全周囲の画像を正確に
認識し、この情報に基づいてロボットのアーム制御に反
映させることのできるロボット視覚装置を提供すること
を課題としてなされたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決するために、次の（１）〜（３）の手段を提供する。

【０００７】（１）本体に多関節を有するアームを複数
本備えてなるロボットにおいて、前記本体上面に取付け
られたカメラと、同カメラを水平方向に回転させる回転
装置と、前記カメラからの画像信号を取込み前記回転装
置により定まる所定角度内の画像信号を画像データとし
て一時記憶する記憶装置と、同記憶装置からの画像デー
タを取込み画像処理することによりロボット前方の地形
や物体の形状を認識する演算装置とを備えたことを特徴
とするロボット視覚装置。

【０００８】（２）前記カメラへは反射鏡を介して画像
が取込まれ、前記回転装置は前記反射鏡を回転させるこ
とを特徴とする（１）記載のロボット視覚装置。

【０００９】（３）本体に多関節を有するアームを複数
本備えてなるロボットにおいて、前記本体上面に取付け
られたカメラと、同カメラの前部周囲を覆い前方の半球
面の領域から入射する光線を同カメラへ集中して入射さ
せることにより前方全周囲の画像をカメラに取込むこと
が可能な広角レンズと、前記カメラからの画像信号を画
像データとして取込み画像処理することによりロボット
前方の地形や物体の形状を認識する演算装置とを備えた
ことを特徴とするロボット視覚装置。

【００１０】本発明の（１）においては、カメラは回転
装置により所定の角度の範囲、例えば１８０度回転し、
カメラの視野領域を１８０度回転した全領域の画像を取
込む。取込まれた画像信号は画像データに変換されて１
８０度の領域を含む画像データが記憶装置に記憶され
る。記憶された画像データは演算装置に取込まれ、画像
処理されて１８０度の全領域の画像の地形や物体の形
状、大きさ、位置が正確に把握されて認識される。認識
された情報はロボットのアームの制御に反映され、ロボ
ットのアームを高精度に制御することができる。

【００１１】本発明の（２）では、カメラへの画像は反
射鏡を介して取込まれ、回転するのはカメラではなく反
射鏡であり、精密な装置のカメラを動かさないので故障
が少なくなり、上記（１）の発明と同じ効果が得られる
と共に、信頼性がより一層向上するものである。

【００１２】本発明の（３）では、カメラへ取込まれる
画像は、カメラを固定したまま、広角レンズにより、前
方の半球面の全領域から入射する画像をカメラに集中し
て取込むので、カメラを動かす必要がなく、これら画像
信号は演算装置に取込まれ、画像処理されて前方半球面
の全領域の画像の地形や物体の形状、大きさ、位置が正
確に把握されて認識される。認識された情報はロボット
のアームの制御に反映され、ロボットのアームを高精度
に制御することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の第１形態に係るロボット視覚装置を適用したロボッ
トの側面図である。図において、ロボットは本体１、多
機能アーム１０，１１，１２，１３、各アームの連結部
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１
２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ及び操
作具２を有する構成は図７に示すロボットと同じであ
り、本発明では本体１の上面にカメラ２０を装備したも
のである。

【００１４】カメラ２０は後述するように垂直軸の周囲
に１８０度回転可能であり、ロボット周囲の画像を取込
み、この画像を編集して１８０度全方向の地形や物体の
形状、大きさ、位置を一度に認識し、この情報をロボッ
トのアームの制御に反映させ、ロボットの制御を正確に
行うようにするものである。

【００１５】図２は上記に説明のカメラを示し、（ａ）
はその斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図であ
る。（ａ）図において、カメラ２０は回転軸２３に固定
され、回転軸２３は支持軸２１内へ挿入され、内部のモ
ータ２２に接続される。モータ２２を回転することによ
りカメラ２０のレンズ２０ａの方向は水平面で１８０度
回転可能な構成である。

【００１６】（ｂ）図は水平面内のカメラ２０の回転を
示し、水平面内でカメラレンズ２ａの垂直方向が１８０
度回転するものであり、（ｃ）図に示すように、カメラ
２０の上下方向の視野角度をαとすると角度αの範囲の
視野が１８０度転回して入手できるものである。

【００１７】図３は本発明の実施の第１形態に係るロボ
ット視覚装置の制御系統図である。図において、カメラ
２０はモータ２２によって回転駆動され前方視野の１８
０度全域の画像を取込む。３１は画像データ変換装置で
カメラ２０からの画像信号を画像データに変換する。３
２は一時記憶装置で、画像データ変換装置３１からの画
像データを一時記憶する装置である。３０はＣＰＵであ
り、カメラ２０の起動開閉、停止の制御、モータ２２の
駆動の制御を行うと共に、一時記憶装置３２からの画像
データを取込み、これを編集して周囲の地形の形状や障
害物の形状、大きさ、位置、等を認識する。又、ＣＰＵ
３０は、これら得られた画像情報を多機能アーム１０の
制御に反映し、駆動部６０ａ〜６０ｎを制御し、モータ
６１ａ〜６１ｎを駆動する。なお、同様の制御は多機能
アーム１１，１２，１３においてもなされる。

【００１８】上記構成の実施の第１形態においては、Ｃ
ＰＵ３０の制御によりカメラ２０をモータ２２で水平方
向に１８０度回転させ、前方視野の１８０度の全範囲の
画像を取込み、これを画像データ変換装置３１で画像デ
ータへ変換し、一時記憶装置３２に記憶させる。ＣＰＵ
３０は、一時記憶装置３２からの前方１８０度の範囲の
全画像データを取込み、これを１フレームの画像として
編集し、かつ画像処理することにより１８０度全域の地
形形状や障害物の形状、大きさ、位置、等の物体の形
状、大きさ、距離を認識し、これらデータを多機能アー
ムの制御に反映し、ロボットのアームの制御を正確に行
うものである。

【００１９】図４は本発明の実施の第２形態に係るロボ
ット視覚装置を示し、（ａ）はその側面図、（ｂ）はＡ
−Ａ矢視図である。（ａ）図において、本体１には凹部
１ａが形成され、凹部１ａ内には中心にカメラ２０、他
端にモータ２６が配置され、モータ２６には回転歯車２
４が連結されている。回転歯車２４は鏡支持リング２７
に連結し、支持リング２７には４本の支持棒２８で反射
鏡２５が固定されている。反射鏡２５は平板の鏡からな
り、その前方からの視界の像は反射してカメラ２０にお
いて入射するように配置されている。回転歯車２４はモ
ータ２６に連結し、モータ２６を回転することにより歯
車２４、支持リング２７を回転させ、支持リング２７に
支持棒２８で支持されている反射鏡２５を回転させる。
又、支持リング２７は支持円筒２９に回転可能に搭載さ
れており、歯車２４により回転自在となっている。

【００２０】上記構成の実施の第２形態において、モー
タ２６が回転すると歯車２４が回転し、支持リング２７
を回転させる。支持リング２７が回転すると、支持リン
グ２７に支持棒２８で支持されている反射鏡２５が回転
する。反射鏡２５はその中心回りに回転するので回転し
ても反射光はすべて支持円筒２９内のカメラ２０に取込
まれ、回転角度方向のすべての画像を取込むことができ
る。

【００２１】図５は実施の第２形態におけるロボット視
覚装置の制御系統図である。図において、反射鏡２５は
ＣＰＵからの指令によりモータ２６で支持リング２７を
介して回転駆動され、前方視野の１８０度全域の画像を
カメラ２０へ反射させ、カメラ２０でこれらの全画像を
取込む。これら画像信号は画像データ変換装置３１で画
像データに変換され、一時記憶装置３１へ記憶される。
ＣＰＵ３０は一時記憶装置３２からの前方１８０度の範
囲の全画像データを取込み、これを１フレームの画像と
して編集し、かつ画像処理することにより１８０度全域
の地形形状や障害物の形状、大きさ、位置、等の物体の
形状、大きさ、距離を認識し、これらデータを多機能ア
ームの制御に反映し、ロボットのアームの制御を正確に
行うものである。

【００２２】図６は本発明の実施の第３形態に係るロボ
ット視覚装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はその側
面図である。本実施の第３形態ではカメラは回転せず、
本体１に固定して設置しておき、広角のレンズを使用
し、前方の半球面の全域の画像を取込む機能としたもの
である。

【００２３】図６においてカメラ２０の周囲には広角レ
ンズ４０が装着されている。広角レンズ４０は前方の半
球面の全領域から入射する光線の焦点がすべて一点で結
ぶレンズであり、カメラ２０の前方、上下、左右の全方
向からの像がすべてカメラ２０に集中することにより、
前方の全周囲の画像が一度に取込めるので、図３，図４
で示した一時記憶装置３１が不要となり、又、ＣＰＵ３
０では画像データを一時記憶装置３１から取込んで編集
するような演算が不要となり、画像処理が簡素化され、
迅速な処理が可能となる。

【００２４】なお、本実施の第１形態ではカメラ２０
を、又、実施の第２形態では反射鏡２５をそれぞれ１８
０度回転する方式で説明したが、１８０度に限定せず任
意の角度に設定するようにしても良く、又、３６０度回
転させるようにしても良いことはもちろんである。

【００２５】

【発明の効果】本発明のロボット視覚装置は、（１）本
体に多関節を有するアームを複数本備えてなるロボット
において、前記本体上面に取付けられたカメラと、同カ
メラを水平方向に回転させる回転装置と、前記カメラか
らの画像信号を取込み前記回転装置により定まる所定角
度内の画像信号を画像データとして一時記憶する記憶装
置と、同記憶装置からの画像データを取込み画像処理す
ることによりロボット前方の地形や物体の形状を認識す
る演算装置とを備えたことを特徴としている。

【００２６】上記構成により、カメラは回転装置により
所定の角度の範囲、例えば１８０度回転し、カメラの視
野領域を１８０度回転した全領域の画像を取込む。取込
まれた画像信号は画像データに変換されて１８０度の領
域を含む画像データが記憶装置に記憶される。記憶され
た画像データは演算装置に取込まれ、画像処理されて１
８０度の全領域の画像の地形や物体の形状、大きさ、位
置が正確に把握されて認識される。認識された情報はロ
ボットのアームの制御に反映され、ロボットのアームを
高精度に制御することができる。

【００２７】本発明の（２）では、カメラへの画像は反
射鏡を介して取込まれ、回転するのはカメラではなく反
射鏡であり、精密な装置のカメラを動かさないので故障
が少なくなり、上記（１）の発明と同じ効果が得られる
と共に、信頼性がより一層向上するものである。

【００２８】本発明の（３）では、カメラへ取込まれる
画像は、カメラを固定したまま広角レンズにより、前方
の半球面の全領域から入射する画像をカメラに集中して
取込むので、カメラを動かす必要がなく、これら画像信
号は演算装置に取込まれ、画像処理されて前方半球面の
全領域の画像の地形や物体の形状、大きさ、位置が正確
に把握されて認識される。認識された情報はロボットの
アームの制御に反映され、ロボットのアームを高精度に
制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態に係るロボット視覚装
置を適用したロボットの側面図である。

【図２】本発明の実施の第１形態に係るロボット視覚装
置のカメラを示し、（ａ）はカメラの斜視図、（ｂ）は
平面図、（ｃ）は側面図である。

【図３】本発明の実施の第１形態に係るロボット視覚装
置の制御系統図である。

【図４】本発明の実施の第２形態に係るロボット視覚装
置を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）はＡ−Ａ矢視図であ
る。

【図５】本発明の実施の第２形態に係るロボット視覚装
置の制御系統図である。

【図６】本発明の実施の第３形態に係るロボット視覚装
置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図を示す。

【図７】現在計画されている宇宙用ロボットの斜視図で
ある。

【符号の説明】

１ 本体 ２０ カメラ ２１ 支持軸 ２２，２６ モータ ２３ 回転軸 ２５ 反射鏡 ２７ 支持リング ２８ 支持棒 ２９ 支持円筒 ３０ ＣＰＵ ３１ 画像データ変換装置 ３２ 一時記憶装置 ４０ 広角レンズ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 本体に多関節を有するアームを複数本備
   えてなるロボットにおいて、前記本体上面に取付けられ
   たカメラと、同カメラを水平方向に回転させる回転装置
   と、前記カメラからの画像信号を取込み前記回転装置に
   より定まる所定角度内の画像信号を画像データとして一
   時記憶する記憶装置と、同記憶装置からの画像データを
   取込み画像処理することによりロボット前方の地形や物
   体の形状を認識する演算装置とを備えたことを特徴とす
   るロボット視覚装置。
2. 【請求項２】 前記カメラへは反射鏡を介して画像が取
   込まれ、前記回転装置は前記反射鏡を回転させることを
   特徴とする請求項１記載のロボット視覚装置。
3. 【請求項３】 本体に多関節を有するアームを複数本備
   えてなるロボットにおいて、前記本体上面に取付けられ
   たカメラと、同カメラの前部周囲を覆い前方の半球面の
   領域から入射する光線を同カメラへ集中して入射させる
   ことにより前方全周囲の画像をカメラに取込むことが可
   能な広角レンズと、前記カメラからの画像信号を画像デ
   ータとして取込み画像処理することによりロボット前方
   の地形や物体の形状を認識する演算装置とを備えたこと
   を特徴とするロボット視覚装置。