JP2010060451A - ロボット装置及び物体の位置姿勢推定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係るロボット装置1は、作業環境内に存在する物体との距離を計測してレンジデータを生成する距離センサ101と、生成したレンジデータを形状データ103と照合することによって、物体の形状と位置姿勢を推定する初期照合部102と、物体を撮像した画像データを生成するカメラ部104と、画像データの特徴を抽出する特徴抽出部105と、初期照合部102により推定した物体の形状と位置姿勢を初期値として、特徴抽出部105で抽出した画像データの特徴と、物体の形状と位置姿勢との誤差を評価関数とした最小化問題を解くことで、物体の位置姿勢を推定する姿勢推定部106と、を備えるものである。
【選択図】図1
Description
さらに、本発明は、レーザレンジファインダ等のアクティブ距離センサを利用して物体の位置姿勢を推定する際に、初期照合時の頑健性を向上させることが可能なロボット装置及び物体の位置姿勢推定方法をも提供することを他の目的とする。
さらに、レーザレンジファインダ等のアクティブ距離センサを利用して物体の位置姿勢を推定する際に、初期照合時の頑健性を向上させることが可能なロボット装置及び物体の位置姿勢推定方法をも提供することができる。
本実施の形態1にかかるロボット1の要部構成を図1に示す。ロボット1は、レーザレンジファインダ101及びカメラ部104の2つのセンサによって外界の情報を入力し、これら2つのセンサによって取得したレンジデータ及び画像データの夫々に基づいて物体の位置姿勢を推定することができる。物体の位置姿勢の推定に際しては、取得したレンジデータに基づく初期照合結果を用いて、画像データと形状データとの誤差を評価関数とした最小化問題を解くことで、物体の位置姿勢を少ない計算時間で、かつ、正確に推定することができる。以下、図1を参照してロボット1が有する各機能ブロックについて説明する。
上述した実施の形態1で位置姿勢の推定対象とする物体について、距離センサの走査面上であり、かつ、物体の表面上に、距離センサの照射光を反射する反射マーカを設けるようにしてもよい。さらに、反射マーカを、物体の角部に設けるようにしてもよい。これにより、レーザレンジファインダ等のアクティブ距離センサを利用して物体の位置姿勢を推定する際に、初期照合時の頑健性を向上させることができる。例えば図10(a)に示すように、物体2の角部の表面上に反射マーカ4a、4b、4c、4dを設ける。また、反射マーカ4a、4b、4c、4dは、距離センサの走査面(距離センサの照射光の走査線3上の平面)に設ける。図10(b)は、距離センサにより取得したレンジデータを示す概念図であり、反射マーカ4a、4b、4c、4dを設けることで、物体2の形状や位置姿勢の推定精度を向上させることができる。
101 レーザレンジファインダ、 102 初期照合部、
103 形状データ、 104 カメラ部、104a、104b カメラ、
105 特徴抽出部、 106 姿勢推定部、
Claims (16)
- 作業環境内に存在する物体との距離を計測してレンジデータを生成する距離センサと、
前記生成したレンジデータを形状データと照合することによって、前記物体の形状と位置姿勢を推定する初期照合部と、
前記物体を撮像した画像データを生成するカメラ部と、
前記画像データの特徴を抽出する特徴抽出部と、
前記初期照合部により推定した前記物体の形状と位置姿勢を初期値として、前記特徴抽出部で抽出した前記画像データの特徴と、前記物体の形状と位置姿勢との誤差を評価関数とした最小化問題を解くことで、前記物体の位置姿勢を推定する姿勢推定部と、
を備えるロボット装置。 - 前記特徴抽出部は、
前記カメラ部で生成した画像データから、エッジ処理により線分を抽出すると共に、ステレオ処理により距離画像を取得する
ことを特徴とする請求項1記載のロボット装置。 - 前記姿勢推定部は、
前記初期照合部により推定した前記物体の形状と位置姿勢を中心としてパーティクルを複数個設定し、前記各パーティクルに対して前記物体の形状と位置姿勢を射影するモデル射影部と、
前記特徴抽出部で抽出した前記画像データの特徴と、前記モデル射影部で設定した前記パーティクルに含まれる前記物体の形状と位置姿勢とを比較する比較部と、
前記比較部による比較結果に応じて前記各パーティクルの重みを評価する評価部と、を備え、
前記評価部による評価結果が収束するまでの間、前記パーティクルに対する処理を繰り返す
ことを特徴とする請求項1又は2記載のロボット装置。 - 前記初期照合部は、
前記生成したレンジデータから前記物体の形状が棒形状であるか又は辺形状であるかを識別する識別器と、
前記物体の形状が棒形状である場合に、前記物体を前記形状データと照合することによって、前記物体の形状と位置姿勢を推定する棒形状初期位置推定器と、
前記物体の形状が辺形状である場合に、前記物体を前記形状データと照合することによって、前記物体の形状と位置姿勢を推定する辺形状初期位置推定器と、を備える
ことを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項記載のロボット装置。 - 前記距離センサの走査面上であり、かつ、前記物体の表面上に、前記距離センサの照射光を反射する反射マーカを設ける
ことを特徴とする請求項1乃至4いずれか1項記載のロボット装置。 - 前記反射マーカを、前記物体の角部に設ける
ことを特徴とする請求項5記載のロボット装置。 - 前記距離センサは、
前記作業環境内に存在する物体との距離と、前記距離センサの照射光の反射強度とを計測して前記レンジデータを生成する
ことを特徴とする請求項1乃至6いずれか1項記載のロボット装置。 - 前記距離センサは、
前記計測した作業環境内に存在する物体との距離に応じて、前記照射光の反射強度に対して所定の閾値を設定し、前記閾値以上の反射強度を有する照射光から前記レンジデータを生成する
ことを特徴とする請求項7記載のロボット装置。 - 距離センサによって作業環境内に存在する物体との距離を計測してレンジデータを生成し、
前記生成したレンジデータを形状データと照合することによって、前記物体の初期形状と初期位置姿勢を推定し、
カメラによって撮像した前記物体の画像データを生成し、
前記生成した画像データの特徴を抽出し、
前記推定した前記物体の初期形状と初期位置姿勢を初期値として、前記抽出した前記画像データの特徴と、前記物体の形状と位置姿勢との誤差を評価関数とした最小化問題を解くことで、前記物体の位置姿勢を推定する
物体の位置姿勢推定方法。 - 前記生成した画像データから、エッジ処理により線分を抽出すると共に、ステレオ処理により距離画像を取得する
ことを特徴とする請求項9記載の物体の位置姿勢推定方法。 - 前記推定した前記物体の初期形状と初期位置姿勢を中心としてパーティクルを複数個設定し、前記各パーティクルに対して前記物体の形状と位置姿勢を射影し、
前記抽出した前記画像データの特徴と、前記設定した前記パーティクルに含まれる前記物体の形状と位置姿勢とを比較し、
前記比較結果に応じて前記各パーティクルの重みを評価し、
前記評価結果が収束するまでの間、前記パーティクルに対する処理を繰り返す
ことを特徴とする請求項9又は10記載の物体の位置姿勢推定方法。 - 前記生成したレンジデータから前記物体の形状が棒形状であるか又は辺形状であるかを識別し、
前記物体の形状が棒形状である場合に、前記物体を前記形状データと照合することによって、前記物体の形状と位置姿勢を推定し、
前記物体の形状が辺形状である場合に、前記物体を前記形状データと照合することによって、前記物体の形状と位置姿勢を推定する
ことを特徴とする請求項9乃至11いずれか1項記載の物体の位置姿勢推定方法。 - 前記距離センサの走査面上であり、かつ、前記物体の表面上に、前記距離センサの照射光を反射する反射マーカを設ける
ことを特徴とする請求項9乃至12いずれか1項記載の物体の位置姿勢推定方法。 - 前記反射マーカを、前記物体の角部に設ける
ことを特徴とする請求項13記載の物体の位置姿勢推定方法。 - 前記距離センサにより、
前記作業環境内に存在する物体との距離と、前記距離センサの照射光の反射強度とを計測して前記レンジデータを生成する
ことを特徴とする請求項9乃至14いずれか1項記載の物体の位置姿勢推定方法。 - 前記距離センサにより、
前記計測した作業環境内に存在する物体との距離に応じて、前記照射光の反射強度に対して所定の閾値を設定し、前記閾値以上の反射強度を有する照射光から前記レンジデータを生成する
ことを特徴とする請求項15記載の物体の位置姿勢推定方法。
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