JP2013024735A - Mobile body and movement surface detection system - Google Patents

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Ryoji Otsu
良司 大津
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect the position and posture of a mobile body moving on a movement surface with low contrast and also the shape of the movement surface under an environment with low illuminance.SOLUTION: A mobile body and movement surface detection system 1 includes: a mobile body 3; a light emission part 4 arranged on the mobile body 3; a stereo camera 5 and a ranging sensor 6 which are arranged at positions to look down at the mobile body 3; a processing part 7 for processing the outputs of the stereo camera 5 and the ranging sensor 6; and a display part 8 for displaying the output of the processing part 7. The stereo camera 5 captures the stereo image of the light emission part 4. The ranging sensor 6 emits light toward the movement surface and ranges the movement surface on the basis of the flight time of light to be returned after reflection against the movement surface. The processing part 7 detects the position and posture of the mobile body 3 on the basis of the stereo image captured by the stereo camera 5 and detects the shape of the movement surface on the basis of the output of the ranging sensor 6. The display part 8 displays the position and posture of the mobile body 3 and the shape of the movement surface.

Description

本発明は、ロボット等の移動体の位置及び姿勢、並びにその移動体が移動する移動面の形状を検出するシステムに関する。   The present invention relates to a system for detecting the position and posture of a moving body such as a robot and the shape of a moving surface on which the moving body moves.

従来から、製油所において、原油を反応炉で水素化脱硫処理する精製が行われている。この処理には粒状の触媒が用いられている。図5に示されるように、反応炉2は、油が透過し、触媒が通り抜けない炉内床面22を有する。炉内床面22は、触媒が通り抜ける孔23を有する。炉内床面22上には、孔23の周囲に安息角を成す残触媒24の斜面が形成される。残触媒24を反応炉2外に排出するため、反応炉2の上部開口から反応炉2内に梯子25を仮設し、作業員が反応炉2内に入って残触媒24の斜面を崩し、触媒を孔23から排出する。排出された触媒は、回収され、再生される。   Conventionally, refining is performed in a refinery by hydrodesulfurizing crude oil in a reaction furnace. A granular catalyst is used for this treatment. As shown in FIG. 5, the reaction furnace 2 has an in-furnace floor surface 22 through which oil permeates and the catalyst does not pass. The furnace floor 22 has holes 23 through which the catalyst passes. On the in-furnace floor surface 22, a slope of the residual catalyst 24 forming an angle of repose around the hole 23 is formed. In order to discharge the remaining catalyst 24 to the outside of the reaction furnace 2, a ladder 25 is temporarily installed in the reaction furnace 2 from the upper opening of the reaction furnace 2, and an operator enters the reaction furnace 2 to break the slope of the remaining catalyst 24. Is discharged from the hole 23. The discharged catalyst is recovered and regenerated.

反応炉2内は、揮発油や水素など爆発や火災の危険性がある物質が存在する。爆発や火災を防止するため、作業時に反応炉2内に窒素を充満させ、無酸素状態にされる場合がある。また、反応炉2内は、薄暗く、粉塵が立ちこめており、視界が良くない。このように、反応炉2内の作業環境は、大変厳しい。反応炉2内の作業に先立って、残触媒24を水漬け状態にする場合もある。この場合、反応炉2全体が水で満たされ、所定時間経過後に水抜きが行われる。これにより、反応炉2内が洗浄され、反応炉2内に残った触媒は、水を含んだ状態となる。触媒が水を含むと、爆発や火災が防止され、粉塵も低減される。また、酸素を反応炉2内に入れても触媒の発熱が抑えられるので、作業員の酸欠作業が回避される。しかし、水を含んだ触媒は、再生することができない。触媒は高価であるため、残触媒24に水を散布すると、原油精製のコストが著しく増大する。   In the reaction furnace 2, there are substances such as volatile oil and hydrogen that may cause an explosion or fire. In order to prevent an explosion or a fire, the reactor 2 may be filled with nitrogen at the time of work to be made oxygen-free. Further, the inside of the reaction furnace 2 is dim and dust is standing up, and the visibility is not good. Thus, the working environment in the reaction furnace 2 is very severe. Prior to work in the reaction furnace 2, the remaining catalyst 24 may be immersed in water. In this case, the entire reactor 2 is filled with water, and water is drained after a predetermined time. Thereby, the inside of the reaction furnace 2 is washed, and the catalyst remaining in the reaction furnace 2 is in a state containing water. If the catalyst contains water, explosions and fires are prevented and dust is reduced. Further, even if oxygen is put into the reaction furnace 2, heat generation of the catalyst can be suppressed, so that an oxygen deficiency operation by an operator is avoided. However, the catalyst containing water cannot be regenerated. Since the catalyst is expensive, when water is sprayed on the remaining catalyst 24, the cost of refining crude oil increases significantly.

作業員を反応炉2内の過酷な作業から解放するため、無人作業のためのロボットの開発と導入が望まれている。このロボットは、残触媒24から成る不安定な斜面上を移動するため、ロボットの位置だけでなく姿勢も検出する必要がある。また、ロボットの移動や作業に伴って移動面21である斜面が変形するため、移動面21の傾斜や凹凸等の形状を検出する必要がある。   In order to relieve workers from harsh work in the reactor 2, it is desired to develop and introduce a robot for unmanned work. Since this robot moves on an unstable slope composed of the remaining catalyst 24, it is necessary to detect not only the position of the robot but also its posture. Moreover, since the slope which is the movement surface 21 deform | transforms with the movement and operation | work of a robot, it is necessary to detect shapes, such as an inclination of the movement surface 21, an unevenness | corrugation.

移動するロボットは、可視光のビデオカメラを搭載し、搭載したビデオカメラが撮像した映像に基づいて周囲の状況や自己位置を把握することが一般的である。しかし、反応炉2内は照度が低く、残触媒24から成る移動面21はコントラストが極めて低いモノトーンであるため、ロボットに搭載したビデオカメラでは、ロボットの位置や移動面21の形状を把握することが困難である。   In general, a moving robot is equipped with a visible light video camera and grasps the surrounding situation and the self-position based on an image captured by the mounted video camera. However, since the illuminance is low in the reaction furnace 2 and the moving surface 21 made of the remaining catalyst 24 is a monotone with extremely low contrast, the position of the robot and the shape of the moving surface 21 can be grasped with a video camera mounted on the robot. Is difficult.

移動する物体(移動体)に複数の発光ダイオードを設け、その発光ダイオードを3台の固定されたカメラで撮影し、撮影した画像に基づいて物体の位置及び姿勢を検出する装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、反応炉2内は照度が低く、移動面21がモノトーンであるため、このような装置で移動面21を撮影しても、移動面21の形状を検出することができない。   2. Description of the Related Art A device is known in which a plurality of light emitting diodes are provided on a moving object (moving body), the light emitting diodes are photographed with three fixed cameras, and the position and orientation of the object are detected based on the photographed images. (For example, refer to Patent Document 1). However, since the illuminance is low in the reactor 2 and the moving surface 21 is monotone, even if the moving surface 21 is photographed with such an apparatus, the shape of the moving surface 21 cannot be detected.

特開2004−50356号公報JP 2004-50356 A

本発明は、上記問題を解決するものであり、照度の低い環境において、コントラストが低い移動面上を移動する移動体の位置及び姿勢、並びにその移動面の形状を検出することを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above-described problem and to detect the position and posture of a moving body that moves on a moving surface with low contrast and the shape of the moving surface in an environment with low illuminance.

本発明の移動体及び移動面検出システムは、移動面上を移動する移動体と、前記移動体上に配置された3つ以上の点状光源を有する発光部と、前記移動体を俯瞰する位置に設けられたステレオカメラ及び測距センサと、前記ステレオカメラ及び測距センサの出力を処理する処理部と、前記処理部の出力を表示する表示部とを備え、前記ステレオカメラは、前記発光部のステレオ画像を撮像し、前記測距センサは、移動面に光を出射し、移動面で反射されて戻ってくる光の飛行時間に基づいて移動面を測距し、前記処理部は、前記ステレオカメラが撮像したステレオ画像に基づいて移動体の位置及び姿勢を検出するとともに、前記測距センサの出力に基づいて移動面の形状を検出し、移動体の位置及び姿勢と、移動面の形状とを前記表示部に表示することを特徴とする。   The moving body and the moving surface detection system of the present invention include a moving body that moves on the moving surface, a light emitting unit that includes three or more point light sources arranged on the moving body, and a position overlooking the moving body. A stereo camera and a distance sensor, a processing unit that processes the output of the stereo camera and the distance sensor, and a display unit that displays the output of the processing unit, the stereo camera including the light emitting unit The distance measuring sensor emits light to the moving surface, measures the distance of the moving surface based on the flight time of the light reflected and returned by the moving surface, and the processing unit The position and orientation of the moving object are detected based on the stereo image captured by the stereo camera, and the shape of the moving surface is detected based on the output of the distance measuring sensor, and the position and orientation of the moving object and the shape of the moving surface are detected. Is displayed on the display section. Characterized in that it.

この移動体及び移動面検出システムにおいて、前記点状光源の各々は、分光分布が互いに異なるとともに、前記測距センサが出射する光の波長と異なる波長域の光を出射することが好ましい。   In the moving body and the moving surface detection system, it is preferable that each of the point light sources emits light having a wavelength range different from the wavelength of light emitted from the distance measuring sensor while having different spectral distributions.

この移動体及び移動面検出システムにおいて、前記移動体の移動を遠隔操作する操作部を有することが好ましい。   In the moving body and moving surface detection system, it is preferable that the moving body and the moving surface detection system include an operation unit that remotely controls the movement of the moving body.

この移動体及び移動面検出システムにおいて、前記移動体は、前記処理部が検出した移動体の位置及び姿勢並びに移動面の形状に基づいて自律移動することが好ましい。   In the moving body and moving surface detection system, it is preferable that the moving body autonomously moves based on the position and posture of the moving body detected by the processing unit and the shape of the moving surface.

本発明によれば、発光する発光部のステレオ画像をステレオカメラが撮像するので、照度の低い環境においてもステレオ画像を撮像でき、そのステレオ画像に基づき、移動体の位置及び姿勢を検出することができる。測距センサが光の飛行時間に基づいて移動面を測距するので、移動面のコントラストが低くても、移動面の形状を検出することができる。   According to the present invention, since the stereo camera captures a stereo image of the light emitting unit that emits light, the stereo image can be captured even in a low illuminance environment, and the position and orientation of the moving object can be detected based on the stereo image. it can. Since the distance measuring sensor measures the moving surface based on the flight time of light, the shape of the moving surface can be detected even when the contrast of the moving surface is low.

本発明の一実施形態に係る移動体及び移動面検出システムのブロック構成図。The block block diagram of the mobile body and moving surface detection system which concern on one Embodiment of this invention. 同システムが設けられた反応炉の断面図。Sectional drawing of the reactor provided with the system. 同システムにおける移動体の斜視図。The perspective view of the moving body in the system. 同システムにおける点状光源の位置の算出を説明する図。The figure explaining calculation of the position of the point light source in the system. 従来の反応炉の断面図。Sectional drawing of the conventional reactor.

本発明の一実施形態に係る移動体及び移動面検出システム(以下、検出システムという)を図1乃至図4を参照して説明する。図1及び図2に示されるように、本実施形態では、検出システム1は、反応炉2において用いられる。検出システム1は、移動面21上を移動する移動体3と、移動体3上に配置された発光部4と、ステレオカメラ5及び測距センサ6とを反応炉2内に備える。発光部4は、3つ以上の点状光源41を有する。本実施形態では点状光源41の数は、3つとしている。ステレオカメラ5及び測距センサ6は、移動体3を俯瞰する位置に設けられる。検出システム1は、処理部7と、表示部8とを反応炉2外に備える。処理部7は、ステレオカメラ5及び測距センサ6の出力を処理する。表示部8は、処理部7の出力を表示する。   A moving body and a moving surface detection system (hereinafter referred to as a detection system) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 1 and 2, in the present embodiment, the detection system 1 is used in a reaction furnace 2. The detection system 1 includes a moving body 3 that moves on a moving surface 21, a light emitting unit 4 disposed on the moving body 3, a stereo camera 5, and a distance measuring sensor 6 in the reaction furnace 2. The light emitting unit 4 includes three or more point light sources 41. In the present embodiment, the number of point light sources 41 is three. The stereo camera 5 and the distance measuring sensor 6 are provided at a position overlooking the moving body 3. The detection system 1 includes a processing unit 7 and a display unit 8 outside the reaction furnace 2. The processing unit 7 processes the outputs of the stereo camera 5 and the distance measuring sensor 6. The display unit 8 displays the output of the processing unit 7.

ステレオカメラ5は、発光部4のステレオ画像を撮像する。測距センサ6は、移動面21に光を出射し、移動面21で反射されて戻ってくる光の飛行時間に基づいて移動面21を測距する。処理部7は、ステレオカメラ4が撮像したステレオ画像に基づいて移動体3の位置及び姿勢を検出するとともに、測距センサ6の出力に基づいて移動面21の形状を検出する。移動体3の姿勢とは、移動体3の3次元空間における向きであり、例えば、ヨー・ピッチ・ロールの角度で表される。移動面21の形状は、移動面21の傾斜及び凹凸、移動面21の反応炉2壁面との境界等である。処理部7は、移動体3の位置及び姿勢と、移動面21の形状とを表示部8に表示する。   The stereo camera 5 captures a stereo image of the light emitting unit 4. The distance measuring sensor 6 emits light to the moving surface 21 and measures the distance of the moving surface 21 based on the flight time of the light reflected by the moving surface 21 and returning. The processing unit 7 detects the position and orientation of the moving body 3 based on the stereo image captured by the stereo camera 4, and detects the shape of the moving surface 21 based on the output of the distance measuring sensor 6. The posture of the moving body 3 is the orientation of the moving body 3 in the three-dimensional space, and is represented by, for example, the angle of yaw, pitch, and roll. The shape of the moving surface 21 is the inclination and unevenness of the moving surface 21, the boundary of the moving surface 21 with the wall surface of the reactor 2, and the like. The processing unit 7 displays the position and posture of the moving body 3 and the shape of the moving surface 21 on the display unit 8.

反応炉2は、例えば、原油を水素化脱硫処理する炉である。反応炉2は、内部に粒状の触媒が充填される。反応炉2は、油が透過し、触媒が通り抜けない炉内床面22を有する。炉内床面22は、触媒が通り抜ける孔23を有する。反応炉2内に充填されていた触媒は、孔23から自然落下によって反応炉2外に排出される。炉内床面22上には、孔23の周囲に安息角を成す残触媒24の斜面が形成される。この斜面が、移動体3の移動面21である。移動面21は、不安定であり、その上を移動体3が移動することによって形状が変化する。   The reaction furnace 2 is, for example, a furnace that hydrotreats crude oil. The reaction furnace 2 is filled with a granular catalyst. The reaction furnace 2 has an in-furnace floor surface 22 through which oil passes and the catalyst does not pass through. The furnace floor 22 has holes 23 through which the catalyst passes. The catalyst filled in the reaction furnace 2 is discharged out of the reaction furnace 2 by natural dropping from the hole 23. On the in-furnace floor surface 22, a slope of the residual catalyst 24 forming an angle of repose around the hole 23 is formed. This slope is the moving surface 21 of the moving body 3. The moving surface 21 is unstable, and its shape changes as the moving body 3 moves on it.

移動体3は、残触媒24を押しながら移動するロボットであり、図3に示されるように、本体31と、本体31の左右両側部に設けられたクローラ32と、前部に設けられたブレード33と、前照灯34と、前方を監視するためのビデオカメラ35とを有する。移動体3の上部は、保護枠36によって保護されている。この移動体3は、本体31に内蔵された駆動装置によってクローラ32を駆動して移動し、前方に設けられたブレード33で残触媒24を押す。ブレード33は、アクチュエータ37によって上下に動かすことができる。ビデオカメラ35によって撮影された監視映像は、反応炉2外に伝送され、表示部8に表示される。監視映像を表示部8とは別のディスプレイに表示してもよい。   The moving body 3 is a robot that moves while pushing the remaining catalyst 24, and as shown in FIG. 3, the main body 31, the crawlers 32 provided on the left and right sides of the main body 31, and the blade provided on the front part. 33, a headlamp 34, and a video camera 35 for monitoring the front. The upper part of the moving body 3 is protected by a protective frame 36. The moving body 3 is moved by driving a crawler 32 by a driving device built in the main body 31 and pushes the remaining catalyst 24 with a blade 33 provided in front. The blade 33 can be moved up and down by an actuator 37. The monitoring video imaged by the video camera 35 is transmitted outside the reaction furnace 2 and displayed on the display unit 8. The monitoring video may be displayed on a display different from the display unit 8.

発光部4は、3つの点状光源41を2次元又は3次元的に配置したものであり、移動体3の位置及び姿勢を検出するためのマーカーとして機能する。点状光源41の各々は、分光分布が互いに異なるとともに、測距センサ6が出射する光の波長と異なる波長域の光を出射する。本実施形態では、点状光源41は、本体31上の前中央、左後ろ、右後ろに配置され、それぞれ赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、青色発光ダイオードである。個々の点状光源41は、発光の色によって識別される。点状光源41の配置及び発光の色は、これに限定されない。   The light emitting unit 4 has three point light sources 41 arranged two-dimensionally or three-dimensionally, and functions as a marker for detecting the position and posture of the moving body 3. Each of the point light sources 41 has different spectral distributions and emits light in a wavelength region different from the wavelength of the light emitted from the distance measuring sensor 6. In the present embodiment, the point light sources 41 are arranged at the front center, the left rear, and the right rear on the main body 31, and are a red light emitting diode, a green light emitting diode, and a blue light emitting diode, respectively. Each point light source 41 is identified by the color of light emission. The arrangement of the point light source 41 and the color of light emission are not limited to this.

ステレオカメラ5は、1対のビデオカメラを有する(図2参照)。このビデオカメラは、点状光源41が出射する光に感度を有し、測距センサ6が出射する光にはほとんど感度を有しない。ステレオカメラ5に、測距センサ6が出射する波長域の光を遮る赤外線カットフィルタを設けてもよい。ステレオカメラ5における1対のビデオカメラは、焦点距離、撮像面の形状及び大きさ、画素数等の仕様が同一であり、略平行等位に配置される。平行等位は、1対のビデオカメラの光軸を平行にして撮像面を同一平面上に並べるとともに、撮像面の横軸を一致させたカメラ配置である。各々のビデオカメラの光軸は、本実施形態では略鉛直下向きとされる。ステレオカメラ5が撮像したステレオ画像は、ディジタル信号として処理部7に入力される。   The stereo camera 5 has a pair of video cameras (see FIG. 2). This video camera is sensitive to the light emitted from the point light source 41 and has little sensitivity to the light emitted from the distance measuring sensor 6. The stereo camera 5 may be provided with an infrared cut filter that blocks light in the wavelength region emitted from the distance measuring sensor 6. The pair of video cameras in the stereo camera 5 have the same specifications such as the focal length, the shape and size of the imaging surface, the number of pixels, and the like, and are arranged substantially in parallel. Parallel equiposition is a camera arrangement in which the optical axes of a pair of video cameras are parallel and the imaging surfaces are arranged on the same plane, and the horizontal axes of the imaging surfaces are matched. In this embodiment, the optical axis of each video camera is substantially vertically downward. A stereo image captured by the stereo camera 5 is input to the processing unit 7 as a digital signal.

測距センサ6は、光を出射し、対象物で反射されて測距センサ6に戻ってくる光の飛行時間(TOF: Time of flight)を計測し、対象物までの距離を距離画像として出力するセンサであり、TOFカメラと呼ばれることもある(例えば、米国特許US2011/0025843号明細書参照)。測距センサ6は、反応炉2内の移動面21全体を測距できる位置に設けられる(図2参照)。測距センサ6が出射する光は赤外線であり、点状光源41が出射する可視光線とは波長域が異なる。   The distance measuring sensor 6 emits light, measures the time of flight (TOF) of light that is reflected by the object and returns to the distance measuring sensor 6, and outputs the distance to the object as a distance image. This sensor is sometimes called a TOF camera (see, for example, US Pat. No. 2011/0025843). The distance measuring sensor 6 is provided at a position where the entire moving surface 21 in the reaction furnace 2 can be measured (see FIG. 2). The light emitted from the distance measuring sensor 6 is infrared light and has a wavelength range different from that of visible light emitted from the point light source 41.

ステレオカメラ5及び測距センサ6は、フレーム51に取り付けられる。フレーム51は、チェーン52等によって炉内床面22より一定の高さに吊下される。この構成により、本実施形態では、ステレオカメラ5及び測距センサ6は、炉内床面22より約2m程度の高さに設けられる。   The stereo camera 5 and the distance measuring sensor 6 are attached to the frame 51. The frame 51 is suspended from the in-furnace floor surface 22 at a certain height by a chain 52 or the like. With this configuration, in this embodiment, the stereo camera 5 and the distance measuring sensor 6 are provided at a height of about 2 m from the furnace floor 22.

処理部7は、画像処理プログラム等が記憶されたメモリと、画像処理プログラム等を実行するCPU等を有する。処理部7における処理速度を高めるために、FPGA(Field Programmable Logic Gate Array)等から成る画像処理用のハードウェアを付加してもよい。ステレオカメラ5におけるビデオカメラの光軸が物理的に平行でない場合、処理部7は、ステレオ画像が平行等位の画像となるように画像処理によって補正する。また、処理部7は、ステレオカメラ5のレンズによる画角の歪み等を補正する。これらの補正をするため、市松模様のような単純でコントラストの強い模様を予め撮像し、それを補正用のデータとして処理部7内に保持している。処理部7は、補正後のステレオ画像と、ステレオカメラの光軸間隔及び焦点距離とに基づいて点状光源41の空間位置を算出する。処理部7は、発光部4の少なくとも1つの点状光源41の空間位置を算出することによって、移動体3の位置を検出し、3つの点状光源41の各々の空間位置を算出することによって移動体3の姿勢を検出する。また、処理部7は、測距センサ6が出力する距離画像を処理し、反応炉2の壁面認識や、ケーブル等の不要物除去を行い、移動面21の形状を検出する。処理部7は、反応炉2内の地図データを有しており、画像処理においてその地図データを参照している。   The processing unit 7 includes a memory that stores an image processing program and the like, and a CPU that executes the image processing program and the like. In order to increase the processing speed in the processing unit 7, hardware for image processing such as an FPGA (Field Programmable Logic Gate Array) may be added. When the optical axis of the video camera in the stereo camera 5 is not physically parallel, the processing unit 7 corrects the stereo image by image processing so that the stereo image becomes an image of parallel equivalence. Further, the processing unit 7 corrects distortion of the angle of view caused by the lens of the stereo camera 5. In order to perform these corrections, a simple pattern with a strong contrast such as a checkered pattern is captured in advance, and is stored in the processing unit 7 as correction data. The processing unit 7 calculates the spatial position of the point light source 41 based on the corrected stereo image, the optical axis interval and the focal length of the stereo camera. The processing unit 7 detects the position of the moving body 3 by calculating the spatial position of at least one point light source 41 of the light emitting unit 4, and calculates the spatial position of each of the three point light sources 41. The posture of the moving body 3 is detected. Further, the processing unit 7 processes the distance image output from the distance measuring sensor 6, recognizes the wall surface of the reaction furnace 2 and removes unnecessary objects such as cables, and detects the shape of the moving surface 21. The processing unit 7 has map data in the reactor 2 and refers to the map data in image processing.

ここで、処理部7が空間位置を算出する原理を図4を参照して説明する(実吉敬二著「ステレオ法による立体画像認識の基礎と車載カメラへの応用」株式会社トリケップス発行、2007年、参照)。右のビデオカメラ(以下、右カメラという)の右光軸ARと、左のビデオカメラ(以下、左カメラという)の左光軸ALとは、平行である。右カメラによる右撮像面SRと、左カメラによる左撮像面SLとは、同一平面上に位置する。右カメラの焦点FRを原点とする実際の空間の座標系を(X,Y,Z)とする。右撮像面SRにおける右光軸ARとの交点を原点とした座標系を(xR,yR)とする。左撮像面SLにおける左光軸ALとの交点を原点とした座標系を(xL,yL)とする。X,xR,xLの各軸は、左カメラの焦点FLから右カメラの焦点FRに向かう方向とする。yL=yRである。実際の空間の点P(X,Y,Z)の右撮像面SRにおける投影点をmR(xR,yR)、左撮像面SLにおける投影点をmL(xL,yL)とする。視差は、(xL−xR)である。焦点距離をf、ステレオカメラの光軸間隔をBとする。このとき、Z=B・f/(xL−xR)、X=Z・xR/f、Y=Z・yR/fであり、点Pの空間位置(X,Y,Z)が算出される。   Here, the principle by which the processing unit 7 calculates the spatial position will be described with reference to FIG. 4 (Keiji Miyoshi, “Basics of Stereoscopic Image Recognition by Stereo Method and Application to In-Vehicle Camera”, published by Triqueps Co., Ltd., 2007, reference). The right optical axis AR of the right video camera (hereinafter referred to as the right camera) and the left optical axis AL of the left video camera (hereinafter referred to as the left camera) are parallel. The right imaging surface SR by the right camera and the left imaging surface SL by the left camera are located on the same plane. Let (X, Y, Z) be the actual space coordinate system with the focal point FR of the right camera as the origin. A coordinate system having the origin at the intersection with the right optical axis AR on the right imaging surface SR is defined as (xR, yR). A coordinate system having an origin at the intersection with the left optical axis AL on the left imaging surface SL is defined as (xL, yL). The X, xR, and xL axes are directions from the left camera focal point FL to the right camera focal point FR. yL = yR. The projection point of the actual space point P (X, Y, Z) on the right imaging surface SR is mR (xR, yR), and the projection point on the left imaging surface SL is mL (xL, yL). The parallax is (xL-xR). The focal length is f, and the optical axis interval of the stereo camera is B. At this time, Z = B · f / (xL−xR), X = Z · xR / f, and Y = Z · yR / f, and the spatial position (X, Y, Z) of the point P is calculated.

表示部8は、液晶ディスプレイ等の視覚表示装置であり、処理部7に接続される。処理部7は、移動体3の姿勢を表す画像と、移動面21の形状を表す画像とを位置合わせして重ねて表示部8に表示させる。   The display unit 8 is a visual display device such as a liquid crystal display, and is connected to the processing unit 7. The processing unit 7 aligns and superimposes the image representing the posture of the moving body 3 and the image representing the shape of the moving surface 21 on the display unit 8.

検出システム1は、上記の構成に加えて、移動体3の移動を遠隔操作する操作部9を有する。操作部9は、操作入力を受け付けるキーボードやマウス等の入力装置と、操作入力に応じて移動体3の移動を制御するための制御信号を生成するCPU等を有し、表示部8の近くに設置される。処理部7のCPUを操作部9のCPUと兼用してもよい。操作部9は、ケーブル91によって移動体3に接続される。操作部9が生成した制御信号は、ケーブル91を介して移動体3に出力される。ケーブル91は、移動体3を反応炉内に入れる際、移動体3を吊り下げる索体としても機能する。ケーブル91を介して移動体3に動作エネルギーを供給してもよい。   In addition to the above configuration, the detection system 1 includes an operation unit 9 that remotely controls the movement of the moving body 3. The operation unit 9 includes an input device such as a keyboard and a mouse that accepts an operation input, a CPU that generates a control signal for controlling the movement of the moving body 3 in accordance with the operation input, and is near the display unit 8. Installed. The CPU of the processing unit 7 may also be used as the CPU of the operation unit 9. The operation unit 9 is connected to the moving body 3 by a cable 91. The control signal generated by the operation unit 9 is output to the moving body 3 via the cable 91. The cable 91 also functions as a cable body that suspends the moving body 3 when the moving body 3 is put into the reaction furnace. Operating energy may be supplied to the moving body 3 via the cable 91.

移動体3は、測距センサ6が測距した移動面21の形状並びに処理部7が検出した移動体3の位置及び姿勢に基づいて自律移動するように構成してもよい。このような移動体3は、自律移動ロボットであり、反応炉2内の地図データが予め記憶された記憶部を備え、この地図データを参照して移動面21上を自律的に走行する。   The moving body 3 may be configured to autonomously move based on the shape of the moving surface 21 measured by the distance measuring sensor 6 and the position and orientation of the moving body 3 detected by the processing unit 7. Such a moving body 3 is an autonomous mobile robot, and includes a storage unit in which map data in the reactor 2 is stored in advance, and autonomously travels on the moving surface 21 with reference to the map data.

上記のように構成された検出システム1において、反応炉2内に窒素を充満させてから、移動体3が反応炉2内に入れられる。移動体3の位置及び姿勢と、測距センサ6が検出した移動面21の形状とが表示部8に表示される。移動体3の移動を遠隔操作する場合、作業員は、反応炉2外のオフィス内等にいて、表示部8の表示を見ながら操作部9を操作する。移動体3を自律移動させる場合、処理部7が検出した移動体3の位置及び姿勢並びに移動面21の形状の情報は、ケーブル91を介して移動体3に伝送される。移動体は、これらの情報に基づき、地図データを参照して自律移動する。移動体3は、ブレード33で残触媒24の斜面を崩しながら移動し、残触媒24を孔23から排出する。残触媒24が排出されたことは、表示部8に表示される移動面21の形状によって確認される。   In the detection system 1 configured as described above, the moving body 3 is placed in the reaction furnace 2 after the reaction furnace 2 is filled with nitrogen. The position and orientation of the moving body 3 and the shape of the moving surface 21 detected by the distance measuring sensor 6 are displayed on the display unit 8. In the case of remotely controlling the movement of the moving body 3, the worker operates the operation unit 9 while looking at the display on the display unit 8 in an office or the like outside the reaction furnace 2. When the moving body 3 is autonomously moved, information on the position and posture of the moving body 3 and the shape of the moving surface 21 detected by the processing unit 7 is transmitted to the moving body 3 via the cable 91. Based on such information, the mobile body moves autonomously with reference to map data. The moving body 3 moves while breaking the slope of the remaining catalyst 24 with the blade 33, and discharges the remaining catalyst 24 from the hole 23. The discharge of the residual catalyst 24 is confirmed by the shape of the moving surface 21 displayed on the display unit 8.

本実施形態に係る検出システム1によれば、発光する発光部4のステレオ画像をステレオカメラ5が撮像するので、反応炉2内の照度の低い環境においてもステレオ画像を撮像でき、そのステレオ画像に基づき、移動体3の位置及び姿勢を検出することができる。測距センサ6が光の飛行時間に基づいて移動面を測距するので、移動面21のコントラストが低くても、移動面21の形状を検出することができる。また、移動体3の位置及び姿勢と、移動面21の形状とが表示部8に表示されるので、移動面21の形状に対する移動体3の位置及び姿勢を把握でき、移動体3の移動の制御が容易になる。   According to the detection system 1 according to the present embodiment, since the stereo camera 5 captures a stereo image of the light emitting unit 4 that emits light, a stereo image can be captured even in an environment with low illuminance in the reactor 2, and the stereo image Based on this, the position and orientation of the moving body 3 can be detected. Since the distance measuring sensor 6 measures the distance of the moving surface based on the time of flight of light, the shape of the moving surface 21 can be detected even if the contrast of the moving surface 21 is low. Further, since the position and orientation of the moving body 3 and the shape of the moving surface 21 are displayed on the display unit 8, the position and orientation of the moving body 3 with respect to the shape of the moving surface 21 can be grasped, and the movement of the moving body 3 can be understood. Control becomes easy.

点状光源41の各々は、分光分布が互いに異なる光(色が互いに異なる光)を出射するので、個々の点状光源41を識別することができ、各々の点状光源41の位置を検出することにより、移動体3の姿勢を検出することができる。また、点状光源41は、測距センサが出射する光(赤外線)の波長と異なる波長域の光(可視光線)を出射するので、測距センサ6とステレオカメラ5の動作が相互に干渉しない。   Since each of the point light sources 41 emits light having different spectral distributions (lights having different colors), each point light source 41 can be identified and the position of each point light source 41 is detected. Thus, the posture of the moving body 3 can be detected. Further, since the point light source 41 emits light (visible light) in a wavelength range different from the wavelength of light (infrared rays) emitted from the distance measuring sensor, the operations of the distance measuring sensor 6 and the stereo camera 5 do not interfere with each other. .

移動体3の移動が遠隔操作されるので、厳しい環境から離れて移動体3を操作することができ、作業員は、過酷な作業から解放される。   Since the movement of the moving body 3 is remotely operated, the moving body 3 can be operated away from a harsh environment, and the worker is released from the harsh work.

移動体3を自律移動させる場合、作業が省力化される。   When the mobile body 3 is moved autonomously, work is saved.

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、検出システム1が用いられる対象は、反応炉2に限定されない。移動体3は、ブレード33に替えて、ロボットアームや工具等を取り付けることにより、種々の作業に用いることができる。発光部4の点状光源41の数を4つ以上としてもよい。これにより、一部の点状光源41が出射する光が触媒等によって遮られても、3つの点状光源41の発光がステレオカメラ5で撮像される確率が高まり、移動体3の姿勢を検出する確率が高まる。   In addition, this invention is not restricted to the structure of said embodiment, A various deformation | transformation is possible in the range which does not change the summary of invention. For example, the target for which the detection system 1 is used is not limited to the reaction furnace 2. The moving body 3 can be used for various operations by attaching a robot arm, a tool or the like instead of the blade 33. The number of point light sources 41 of the light emitting unit 4 may be four or more. Thereby, even if light emitted from some of the point light sources 41 is blocked by a catalyst or the like, the probability that the light emitted from the three point light sources 41 is captured by the stereo camera 5 is increased, and the posture of the moving body 3 is detected. The probability of doing will increase.

1 移動体及び移動面検出システム
3 移動体
4 発光部
41 点状光源
5 ステレオカメラ
6 測距センサ
7 処理部
8 表示部
9 操作部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mobile body and moving surface detection system 3 Mobile body 4 Light emission part 41 Point light source 5 Stereo camera 6 Distance sensor 7 Processing part 8 Display part 9 Operation part

Claims (4)

移動面上を移動する移動体と、
前記移動体上に配置された3つ以上の点状光源を有する発光部と、
前記移動体を俯瞰する位置に設けられたステレオカメラ及び測距センサと、
前記ステレオカメラ及び測距センサの出力を処理する処理部と、
前記処理部の出力を表示する表示部とを備え、
前記ステレオカメラは、前記発光部のステレオ画像を撮像し、
前記測距センサは、移動面に光を出射し、移動面で反射されて戻ってくる光の飛行時間に基づいて移動面を測距し、
前記処理部は、前記ステレオカメラが撮像したステレオ画像に基づいて移動体の位置及び姿勢を検出するとともに、前記測距センサの出力に基づいて移動面の形状を検出し、移動体の位置及び姿勢と、移動面の形状とを前記表示部に表示することを特徴とする移動体及び移動面検出システム。
A moving body that moves on the moving surface;
A light emitting section having three or more point light sources arranged on the moving body;
A stereo camera and a distance measuring sensor provided at a position overlooking the moving body;
A processing unit for processing outputs of the stereo camera and the distance measuring sensor;
A display unit for displaying the output of the processing unit,
The stereo camera captures a stereo image of the light emitting unit,
The distance measuring sensor emits light to the moving surface, measures the distance of the moving surface based on the flight time of the light reflected and returned by the moving surface,
The processing unit detects the position and orientation of the moving body based on a stereo image captured by the stereo camera, detects the shape of the moving surface based on the output of the distance measuring sensor, and detects the position and orientation of the moving body. And a moving surface detection system for displaying the shape of the moving surface on the display unit.
前記点状光源の各々は、分光分布が互いに異なるとともに、前記測距センサが出射する光の波長と異なる波長域の光を出射することを特徴とする請求項1に記載の移動体及び移動面検出システム。   2. The moving body and the moving surface according to claim 1, wherein each of the point light sources emits light having a wavelength range different from a wavelength of light emitted from the distance measuring sensor while having different spectral distributions. Detection system. 前記移動体の移動を遠隔操作する操作部を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の移動体及び移動面検出システム。   The moving body and moving surface detection system according to claim 1, further comprising an operation unit that remotely controls movement of the moving body. 前記移動体は、前記処理部が検出した移動体の位置及び姿勢並びに移動面の形状に基づいて自律移動することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の移動体及び移動面検出システム。

The moving body and moving surface detection system according to claim 1, wherein the moving body moves autonomously based on the position and posture of the moving body detected by the processing unit and the shape of the moving surface. .

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