JP2011058858A - 視覚装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 隠れた位置にある目標の位置を検知できる視覚装置を提供する。
【解決手段】 プレート６の３次元位置を検知することができるが、プレート６の奥に位置するプレート７に形成された穴８の位置を検知することはできない。そこで、カメラ部３によって穴８を視認することができる位置まで視認装置１を下げ、この状態で反射機構部２の前面に設けたリング状のＬＥＤ照明装置９から発せられプレート７で第３の方向に反射した光Ｌ３は、前記ハーフミラー２１ｂ、２２ｂを透過し前記感知領域４の結像エリア４ｃに入光して結像する。これによって目標である穴８の２次元位置（カメラと穴８との水平距離）を検出することができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ロボットのマニプレータの先端付近に設けられるステレオカメラを備えた視覚装置に関し、特に１台のカメラで複数の視点から観察したと同じ効果を発揮する視覚装置に関する。

従来からステレオカメラによって目標位置を認識し、その認識した位置情報に基づいてロボットのマニプレータ位置を補正して目標に対して正確な作業を行う技術が特許文献１〜３に提案されている。

特許文献１には、被計測物から異なる方向に発する物体光をそれぞれ３つのミラーで反射し、この反射光を別のミラーで画像平面上にそれぞれ反射し、更に画像平面上の画像を３色に分解してそれぞれに対応するＣＣＤカメラで電気信号に変換し、この電気信号に基いて被計測物の位置を算出する内容が開示されている。

特許文献２には、ワークの載置位置の近傍に設置された大きな視差を有する第一のステレオカメラがワーク周辺の画像を撮影し、この画像を位置姿勢演算手段が解析してワークの位置および姿勢を求め、次いで、前記位置姿勢演算手段によって求められたワーク位置の近傍までハンドを移動させ、視差の小さな第二のステレオカメラを作動させて画像を撮影し、前記位置姿勢演算手段によって求められたワークの位置および姿勢に対するワークの実位置および実姿勢のズレ量を求めるようにした内容が開示されている。

特許文献３には、対象物体からの入射光を重複しない複数の波長帯の光に分離し、例えば２波長帯の光を互いに異なる長さの光路を通過させた後、合成して一方向に出射せしめ、出射した光を前記２つの波長帯に分離し、２つの波長帯毎の２次元画像を得た後、この２次元画像を使用して対象物体の３次元情報を求めるようにした内容が開示されている。

特開平８−１６６２１０号公報 特開２００４−００１１２２号公報 特開２００７−０５７３８６号公報

ステレオカメラで目標の位置を確認しつつ、それをフィードバックすることでリアルタイムで締付装置などのエンドエフェクタを目標位置まで移動させて作業などを行う場合には、作業の邪魔になるのでエンドエフェクタとステレオカメラを同じ軸線上に配置することはできない。

一方、エンドエフェクタとステレオカメラはできるだけ近い箇所に設けた方が位置補正に有利であるため、エンドエフェクタの直上などにステレオカメラを配置し、ステレオカメラで目標位置を確認しつつエンドエフェクタを移動して作業を行うことになる。

しかしながら、図８に示すように、締付装置の直上などにステレオカメラを固定すると、締付装置の軸線に対しステレオカメラのセンシングの方向が斜めになってしまう。その結果、例えばドアパネルの穴の奥にセンシングの対象となる穴（目標）が位置する場合には、その位置を検知することができない。

上記の課題を解決するため本発明は、多関節マニプレータの先端に設けたエンドエフェクタによって加工される目標位置をセンシングする視覚装置であって、この視覚装置は前記エンドエフェクタの近傍にエンドエフェクタと一体的に移動可能に取り付けられるとともに目標からの光を受ける感知領域を有し、前記感知領域には前記目標から発せられた第１の方向に発光する第１の光が第１の反射機構を介して入光し、また、前記目標から発せられた第２の方向に発光する第２の光が第２の反射機構を介して入光し、更に、前記目標から発せられた第３の方向に発光する第３の光が反射せずに入光する構成とした。

リアルタイムで処理するには、前記感知領域を複数の領域に分け、それぞれの分割された領域に対応して前記第１、第２及び第３の光を入光せしめる。

前記第１及び第２の反射機構としては、全反射ミラーとハーフミラーを備えたものとし、全反射ミラーによって目標からの光をハーフミラーに向け、ハーフミラーで反射させて感知領域に入光させる。

請求項１乃至請求項３の何れかに記載の視覚装置において、前記感知領域に入光する前記第１及び第２の光は異なる波長成分の光、例えば赤色光と青色光とする。

前記第１及び第２の光から目標の３次元的位置を検知し、前記第３の光から目標の２次元的位置を検知することができる。

本発明によれば、１台のカメラ（視覚装置）を用いて、例えば壁の穴にある目標の位置を検知することができる。目標の３次元的位置を検知するステレオカメラの他に目標の２次元位置を検知する別のカメラを設ければよいが、この構成にすると、装置が大型化し且つ重量が増加するのでロボットのマニプレータに取り付けると、ロボットの動きが制限されてしまう。
したがって、本発明に係る視覚装置は軽量でしかも極めて扱いやすい視覚装置である。

（ａ）は本発明に係る視認装置の概略斜視図、（ｂ）は感知領域の分割状態を説明した図 同視認装置の３次元的位置を検知している状態の縦断面図 図２のＡ−Ａ方向から見た平面図 同視認装置の２次元的位置を検知している状態の縦断面図 図４のＢ−Ｂ方向から見た平面図 反射機構部の別実施例を示す図 （ａ）は斜めセンシングの問題点を説明した図、（ｂ）は（ａ）の問題点を解消する反射機構部の別実施例を示す図 従来の問題点を説明した図

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明に係る視認装置１は、反射機構部２とカメラ部３とからなり、例えば図８で示した従来と同様のロボットアーム先端のエンドエフェクタの周りに取り付けられる。

反射機構部２は第１の反射機構２１と第２の反射機構２２からなり、それぞれの反射機構２１、２２は角度調整可能な全反射ミラー２１ａ、２２ａとハーフミラー２１ｂ、２２ｂからなる。

一方、カメラ部３はＣＭＯＳ素子からなる感知領域４を備え、この感知領域４は３つの結像エリア４ａ、４ｂ、４ｃに分割されている。感知領域４の形状は円形、矩形等任意である。

また、ＬＥＤ面発光照明装置５から発せられた光は、プレート６に照射される。尚、実際の目標はプレート６に形成された開口の奥に位置するプレート７に形成された穴８である。

ＬＥＤ面発光照明装置５から発せられプレート６で第１の方向に反射した光Ｌ１は、第１の反射機構２１の全反射ミラー２１ａでハーフミラー２１ｂに向けて反射し、ハーフミラー２１ｂで反射して前記感知領域４の結像エリア４ａに入光する。

ＬＥＤ面発光照明装置５から発せられプレート６で第２の方向に反射した光Ｌ２は、第２の反射機構２２の全反射ミラー２２ａでハーフミラー２２ｂに向けて反射し、ハーフミラー２２ｂで反射して前記感知領域４の結像エリア４ｂに入光する。

上記したように１台のカメラであっても異なる方向からの入光を異なる結像エリア４ａ、４ｂで結像させ、２つの画像にそれぞれ処理を施すことで、２つのカメラで撮像したと同じ効果が得られるので、目標の３次元位置を検出し、エンドエフェクタの位置合せを行う。

上記によってプレート６の３次元位置を検知することができるが、プレート６の奥に位置するプレート７に形成された穴８の位置を検知することはできない。このような穴８の位置は予め分かっているので、図４及び図５に示すように、カメラ部３によって穴８を視認することができる位置まで視認装置１を教示動作させる。

この状態で反射機構部２の前面に設けたリング状のＬＥＤ面発光照明装置９から発せられプレート７で第３の方向に反射した光Ｌ３は、前記ハーフミラー２１ｂ、２２ｂを透過し前記感知領域４の結像エリア４ｃに入光して結像する。これによって目標である穴８の２次元位置（カメラと穴８との水平距離）を検出することができる。

前記検出した穴８の２次元位置を記憶し、記憶した目標位置にエンドエフェクタを位置合わせし、締付作業を行う。

図６は反射機構部の別実施例を示す図であり、反射機構部２を全反射ミラー２３とダイクロイックミラー２４で構成している。ダイクロイックミラー２４は例えば赤色を反射し青色を透過するものとする。この実施例では全反射ミラー２３とダイクロイックミラー２４が前記実施例の第１の反射機構及び第２の反射機構に相当する。

目標からの第１の方向に発光する第１の光Ｌ１は全反射ミラー２３で反射してダイクロイックミラー２４に向い、このダイクロイックミラー２４で赤色成分のみが反射されてカメラ３に入光し、また目標からの第２の方向に発光する第２の光Ｌ２はダイクロイックミラー２４で青色成分のみが透過してカメラ３に入光する。

カメラ３では前記赤色成分及び青色成分の光は２値化され、それぞれ画像処理された後にステレオ処理がなされ、３次元位置が検知される。

また図７（ａ）に示すように、斜めからセンシングしていると、奥まった位置にセンシングの対象穴がある場合には、センシングできないことになる。そこで、図７（ｂ）に示す構造も考えられる。

図７（ｂ）に示す実施例では、反射機構部２を全反射ミラー２５、ハーフミラー２６及びシャッター２７で構成している。前記ハーフミラー２６としては例えば反射率７０％、透過率３０％のものを用いる。

この実施例では第１及び第２の方向の光Ｌ１、Ｌ２と第３の方向の光Ｌ３を分け、第１及び第２の方向の光Ｌ１、Ｌ２についてはハーフミラー２６で７０％が反射してレンズに入り、第３の方向の光Ｌ３については３０％がハーフミラー２６を透過してレンズに入る構成になっている。

１…視認装置、２…反射機構部、３…カメラ部、４…感知領域、４ａ、４ｂ、４ｃ…結像エリア、５、９…ＬＥＤ面発光照明装置、６、７…プレート、８…穴、２１…第１の反射機構、２２…第２の反射機構、２１ａ、２２ａ、２３、２５…全反射ミラー、２１ｂ、２２ｂ、２６…ハーフミラー、２４…ダイクロイックミラー、２７…シャッター。

Claims (5)

1. 多関節マニプレータの先端に設けたエンドエフェクタによって加工される目標位置をセンシングする視覚装置であって、
   この視覚装置は前記エンドエフェクタの近傍にエンドエフェクタと一体的に移動可能に取り付けられるとともに目標からの光を受ける感知領域を有し、
   前記感知領域には前記目標から発せられた第１の方向に発光する第１の光が第１の反射機構を介して入光し、また、前記目標から発せられた第２の方向に発光する第２の光が第２の反射機構を介して入光し、更に、前記目標から発せられた第３の方向に発光する第３の光が反射せずに入光することを特徴とする視覚装置。
2. 請求項１に記載の視覚装置において、前記感知領域は複数の領域に分けられ、それぞれの分割された領域に対応して前記第１、第２及び第３の光が入光することを特徴とする視覚装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の視覚装置において、前記第１及び第２の反射機構は、全反射ミラーとハーフミラーを備え、ハーフミラーは前記第３の光が透過するものであることを特徴とする視覚装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載の視覚装置において、前記感知領域に入光する前記第１及び第２の光は異なる波長成分の光であることを特徴とする視覚装置。
5. 請求項１乃至請求項４の何れかに記載の視覚装置において、前記第１及び第２の光から目標の３次元的位置を検知し、前記第３の光から目標の２次元的位置を検知することを特徴とする視覚装置。