JP2016085106A - 対象物の位置を検出する位置検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】凹部または凸部を有する対象物の位置を正確に検出する位置検出システムを提供する。
【解決手段】位置検出システム１は、対象物の凹部または凸部に倣って嵌合する倣い部３３を備えた接触子３０と、接触子と一体的に構成された摺動部材２４と、摺動部材を互いに垂直な二つの方向に摺動させる摺動部２１〜２３と、二つの方向がなす平面に対して垂直な方向に接触子を移動させて接触子の倣い部を対象物の凹部または凸部に倣わせて嵌合させる移動部１１と、摺動部の基部と固定位置関係にあって、平面における接触子の位置を検出する接触子検出部１２と、倣い部が凹部または凸部に倣うときに摺動部材が摺動部を摺動する前後における接触子の移動量に基づいて、対象物の位置を検出する対象物位置検出部１０とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、凹部または凸部を有する対象物の位置を検出する位置検出システムに関する。

特許文献１に記載されるように、視覚センサまたはカメラを用いて取得された対象物の検出データを補正して、対象物の正確な位置を求めることが一般的に行われている。また、特許文献２には、ロボットに備えられた視覚センサで対象物を検出した後で、ロボットにより視覚センサを移動させ、移動された視覚センサにより同一の対象物を検出している。そして、特許文献２では、視覚センサの検出結果が同一の対象物に関するものであるかを判定している。

特開平05-241626号公報 特開2005-251086号公報

しかしながら、対象物が視覚センサにより検出することが困難な部位、例えば凹部または凸部を有する場合には、誤検出が発生する。このため、対象物の正確な位置を検出できず、作業効率が低下する。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、凹部または凸部を有する対象物であっても、そのような対象物の位置を正確に検出することのできるを位置検出システムを提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、凹部または凸部を有する対象物の位置を検出する位置検出システムにおいて、前記対象物の前記凹部または前記凸部に倣って嵌合する倣い部を備えた接触子と、該接触子と一体的に構成された摺動部材と、該摺動部材を互いに垂直な二つの方向に摺動させる摺動部と、前記二つの方向がなす平面に対して垂直な方向に前記接触子を移動させて前記接触子の前記倣い部を前記対象物の前記凹部または凸部に倣わせて嵌合させる移動部と、前記摺動部の基部と固定位置関係にあって、前記平面における前記接触子の位置を検出する接触子検出部と、前記接触子の前記倣い部が前記対象物の前記凹部または前記凸部に倣うときに前記摺動部材が前記摺動部を摺動する前後において前記接触子検出部により検出された前記接触子の位置に基づいて、前記対象物の位置を検出する対象物位置検出部とを具備する位置検出システムが提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記移動部が前記接触子を前記二つの方向のうちの少なくとも一つの方向に移動させた場合には、前記移動部による前記接触子の移動量と前記摺動部材が前記摺動部を摺動したときの前記接触子の移動量とに基づいて、前記対象物の位置を検出する。
３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記接触子検出部がカメラである。
４番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明において、前記移動部がロボットである。
５番目の発明によれば、１番目から４番目のいずれかの発明において、前記対象物が凹部を有しており、前記接触子が前記凹部に嵌合可能な錐体である。
６番目の発明によれば、１番目から４番目のいずれかの発明において、前記対象物が錐体状の凸部を有しており、前記接触子が前記凸部に嵌合可能な筒体を有する。

１番目の発明においては、対象物の物理的特徴を利用して、接触子を対象物に倣って嵌合させている。そして、接触子検出部が接触子を検出して対象物の位置を間接的に把握する。このため、凹部または凸部を有する対象物であっても、対象物の位置を正確に検出することができる。従って、接触子検出部による対象物の誤検出が減少し、作業効率を向上させられる。
２番目の発明においては、移動部によって接触子を移動させた場合には、広範な領域にわたって対象物を検出することができる。
３番目の発明においては、カメラが撮像することにより得られた画像を解析することにより、接触子の位置を簡単に検出できる。
４番目の発明においては、簡単なプログラムでロボットを動作させることにより、対象物に容易にアプローチできる。
５番目および６番目の発明においては、比較的単純な構成により、接触子を対象物に倣って嵌合させられる。

添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれら目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明解になるであろう。

本発明に基づく位置検出システムを示す斜視図である。 図１に示される位置検出システムの動作を示すフローチャートである。 位置検出システムの動作を説明するための第一の斜視図である。 位置検出システムの動作を説明するための第二の斜視図である。 位置検出システムの動作を説明するための第三の斜視図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づく位置検出システムを示す斜視図である。図１に示されるように位置検出システム１は、移動部１１と、接触子検出部１２と、移動部１１および接触子検出部１２を制御する制御装置１０とを主に含んでいる。また、制御装置１０は、後述するように対象物の位置を検出する対象物位置検出部としての役目を果たす。

移動部１１は例えば垂直多関節ロボットであるが、他の形態のロボットや、垂直方向に移動することのできる他の機構部であってもよい。また、接触子検出部１２は視覚センサまたはカメラである。以下においては、移動部１１がロボットであり、接触子検出部１２がカメラであるものとして説明する。

図示されるように、ロボット１１の先端にはベース部材１３が取付けられている。そして、ベース部材１３に対して概ね垂直に延びるよう固定された腕木１４の先端には、カメラ１２が取付けられている。

さらに、ベース部材１３には摺動機構部２０が取付けられている。具体的には、摺動機構部２０の互いに平行な二つのＸ軸レール２１がベース部材１３の上面に設けられている。ベース部材１３、腕木１４、カメラ１２および二つのＸ軸レール２１の位置関係は互いに固定されており、ロボット１１が移動するときには、これらは一体的に移動するものとする。さらに、図示されるように、二つのＸ軸レール２１には、摺動機構部２０の第一スライダ２３が摺動可能に配置されている。

そして、摺動機構部２０の互いに平行な二つのＹ軸レール２２が第一スライダ２３の上面に設けられている。これらＹ軸レール２２は、前述したＸ軸レールに対して垂直である。そして、二つのＹ軸レール２２には、摺動機構部２０の第二スライダ２４が摺動可能に配置されている。

さらに、第二スライダ２４の中央に設けられた開口部には略円筒形の接触子３０が挿入されて固定されている。接触子３０の上面３１は第二スライダ２４の上面に対して平行であり、ターゲットＴが設けられている。図１から分かるようにターゲットＴは、カメラ１２の視野の範囲内でカメラ１２の下方に位置している。なお、Ｘ軸レール２１により規定されるＸ方向とＹ軸レール２２により規定されるＹ方向とは、いずれも水平面内に在るのが好ましい。このため、第二スライダ２４の上面は水平面内にある。

図１に示されるように、接触子３０は二つのＹ軸レール２２の間および二つのＸ軸レールの間を通って下方に延びている。そして、接触子３０の下面から、延長部３２が延びており、延長部３２の先端には倣い部３３が設けられている。これら接触子３０、延長部３２および倣い部３３は共通の中心軸線を有するのが好ましい。

ここで、延長部３２は、後述する対象物に形成された凹部よりも大きい寸法を有している。そして、倣い部３３は、対象物の凹部に倣って嵌合するのに適した形状である。例えば図１においては、延長部３２は凹部の直径よりも大きい直径を有する円柱状であり、倣い部３３は延長部３２の先端に設けられた錐体、例えば円錐の形状である。

図２は図１に示される位置検出システムの動作を示すフローチャートである。さらに、図３Ａ〜図３Ｃは位置検出システムの動作を説明するための斜視図である。以下、これら図面を参照して、本発明の位置検出システムの動作を説明する。

位置検出システム１の動作前においては、第一スライダ２３および第二スライダ２４はそれぞれの所定の初期位置に位置決めされている。そして、単にロボット１１が水平方向および／または垂直方向に移動しただけでは、第一スライダ２３および第二スライダ２４はその位置を変えないものとする。

また、図３Ａに示されるように対象物Ｗは略立方体形状であり、その頂面に開口部Ｗ０が形成されている。そして開口部Ｗ０から筒型の凹部が対象物Ｗの内部に延びている。同様な凹部を有する他の形状の対象物Ｗであっても以下の説明が適用されるものとする。

はじめに、図２のステップＳ１１において、制御装置１０がロボット１１を移動させて、ベース部材１３を対象物Ｗの上方にまで接近させる。ロボット１１は簡単なプログラムで動作させられるので、本発明では、ベース部材１３を対象物Ｗの上方まで容易且つ正確にアプローチさせられる。

前述したようにベース部材１３、腕木１４、カメラ１２および二つのＸ軸レール２１は一体的に動作するので、ベース部材１３が移動されると、カメラ１２も同様に移動される。これにより、図３Ａに示されるように、接触子３０が対象物Ｗの略上方に位置決めされる。

ここで、ステップＳ１１におけるベース部材１３等の移動は、水平方向および垂直方向の移動の両方を含んでもよい。また、図３Ａに示される接触子３０と対象物Ｗとの間の距離は所定の範囲内にあるのが好ましい。接触子３０が対象物Ｗの略上方に位置決めされると、カメラ１２が接触子３０のターゲットＴを撮像し、その画像は制御装置１０に記憶される。

そして、ステップＳ１２においては、図３Ａに矢印で示されるように、ロボット１１によってベース部材１３等をワークＷに向かって下方にのみ移動させる。これにより、図３Ｂに示されるように、倣い部３３の先端が開口部Ｗ０内に進入し、倣い部３３の側面の一部分が開口部Ｗ０の一部分に接触する。

ロボット１１によってベース部材１３等がさらに下方に移動されると、倣い部３３は開口部Ｗ０に倣って下降する。この下降動作に伴い、接触子３０および第二スライダ２４はＸ軸レール２１、Ｙ軸レール２２に沿ってＸ方向およびＹ方向のうちの少なくとも一方にわずかながら移動する。そして、図３Ｃに示されるように、倣い部３３の側面の一部分が周方向全体にわたって開口部Ｗ０に嵌合するようになる。接触子３０の倣い部３３が開口部Ｗ０に嵌合すると、接触子３０はＸ方向およびＹ方向にそれ以上移動しない。そして、ロボット１１による下降動作も終了させる。

次いで、ステップＳ１３において、カメラ１２によって接触子３０のターゲットＴを撮像し、その画像が制御装置１０に記憶される。そして、制御装置１０は、ステップＳ１３において撮像した画像を、前述した画像と比較して、接触子３０のＸ方向およびＹ方向における移動量を検出する。最終的に、ステップＳ１４においては、接触子３０のＸ方向およびＹ方向における移動量に基づいてＸＹ平面における対象物Ｗの位置を検出する。

あるいは、制御装置１０は、ステップＳ１３において撮像した画像を画像処理し、第一スライダ２３および第二スライダ２４のそれぞれの初期位置からの移動量を検出し、これらを接触子３０の移動量として対象物Ｗの位置を検出してもよい。この場合には、ステップＳ１１でカメラ１２が撮像する必要はなく、一度の撮像処理で足りる。

このように、本発明においては、カメラ１２が対象物Ｗを直接的に検出するのではなく、対象物Ｗに倣って嵌合した接触子３０を検出している。接触子３０の倣い部３３が対象物Ｗの開口部Ｗ０に勘合する際に、接触子３０はＸ軸レール２１およびＹ軸レール２２に沿ってＸ方向およびＹ方向に移動している。このため、カメラ１２を用いて接触子３０の移動量を検出することにより対象物Ｗの位置を間接的に把握することができる。

従って、本発明においては、凹部または凸部を有する対象物Ｗであっても、対象物Ｗの位置を正確に検出することが可能となる。言い換えれば、カメラ１２が対象物Ｗの形状を直接的に検出しないので、本発明においては、対象物Ｗの特徴に影響されることなしに、安定した検出が可能となる。それゆえ、カメラ１２による対象物Ｗの誤検出が減少し、作業効率を向上させられる。

また、ステップＳ１１において、ロボット１１はベース部材１３およびカメラ１２等を水平方向にも移動させてよい。この場合には、制御装置１０は、ロボット１１によってベース部材１３等がＸ方向およびＹ方向に移動された移動量をそれぞれ記憶する。そして、ステップＳ１４において、接触子３０のＸ方向およびＹ方向における移動量と、ベース部材１３等のＸ方向およびＹ方向における記憶された移動量との両方を用いて、対象物Ｗの位置を検出する。このような場合には、ロボット１１よってベース部材１３等を移動させられるので、広範な領域にわたって対象物Ｗを検出できるのが分かるであろう。

また、図示しない実施形態においては、対象物が凸部、例えば錐体状の凸部を有する。そのような場合には、凸部に嵌合可能であって前述したのと同様な凹部が接触子３０の延長部３２の下面に形成されているものとする。この場合、凹部の形状は、錐体状の凸部の底面に対応した形状である。また、凸部や凹部の断面の形状が異なる場合、凸部や凹部が筒体である場合であっても、本発明の範囲に含まれるものとする。

典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、前述した変更および種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。

１ 位置検出システム
１０ 制御装置（対象物位置検出部）
１１ ロボット（移動部）
１２ カメラ（接触子検出部）
１３ ベース部材
１４ 腕木
２０ 摺動機構部
２１ Ｘ軸レール（摺動部）
２２ Ｙ軸レール（摺動部）
２３ 第一スライダ（摺動部）
２４ 第二スライダ（摺動部材）
３０ 接触子
３１ 上面
３２ 延長部
３３ 倣い部

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、凹部または凸部を有する対象物の位置を検出する位置検出システムにおいて、前記対象物の前記凹部または前記凸部に倣って嵌合する倣い部を備えた接触子と、該接触子と一体的に構成された摺動部材と、該摺動部材を互いに垂直な二つの方向に摺動させる摺動部と、前記二つの方向がなす平面に対して垂直な方向に前記接触子を移動させて前記接触子の前記倣い部を前記対象物の前記凹部または凸部に倣わせて嵌合させる移動部と、前記摺動部の基部と固定位置関係にあって、前記平面における前記接触子の位置を検出するカメラと、前記対象物の位置を検出する対象物位置検出部とを具備し、前記接触子の上面にはターゲットが設けられており、該ターゲットは、前記カメラの視野の範囲内に位置しており、前記対象物位置検出部は、前記接触子の前記倣い部が前記対象物の前記凹部または前記凸部に倣う前に前記カメラにより撮像された前記ターゲットの画像と、前記接触子の前記倣い部が前記対象物の前記凹部または前記凸部に倣って前記摺動部材が前記摺動部を摺動した後で前記カメラにより撮像された前記ターゲットの画像とから検出された前記接触子の移動量に基づいて、前記対象物の位置を検出する、位置検出システムが提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記移動部が前記接触子を前記二つの方向のうちの少なくとも一つの方向に移動させた場合には、前記移動部による前記接触子の移動量と前記摺動部材が前記摺動部を摺動したときの前記接触子の移動量とに基づいて、前記対象物の位置を検出する。
３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記移動部がロボットである。
４番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明において、前記対象物が凹部を有しており、前記接触子が前記凹部に嵌合可能な錐体である。
５番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明において、前記対象物が錐体状の凸部を有しており、前記接触子が前記凸部に嵌合可能な筒体を有する。

１番目の発明においては、対象物の物理的特徴を利用して、接触子を対象物に倣って嵌合させている。そして、接触子検出部が接触子を検出して対象物の位置を間接的に把握する。このため、凹部または凸部を有する対象物であっても、対象物の位置を正確に検出することができる。従って、接触子検出部による対象物の誤検出が減少し、作業効率を向上させられる。さらに、カメラが撮像することにより得られた画像を解析することにより、接触子の位置を簡単に検出できる。
２番目の発明においては、移動部によって接触子を移動させた場合には、広範な領域にわたって対象物を検出することができる。
３番目の発明においては、簡単なプログラムでロボットを動作させることにより、対象物に容易にアプローチできる。
４番目および５番目の発明においては、比較的単純な構成により、接触子を対象物に倣って嵌合させられる。

Claims (6)

1. 凹部または凸部を有する対象物の位置を検出する位置検出システム（１）において、
   前記対象物の前記凹部または前記凸部に倣って嵌合する倣い部（３３）を備えた接触子（３０）と、
   該接触子と一体的に構成された摺動部材（２４）と、
   該摺動部材を互いに垂直な二つの方向に摺動させる摺動部（２１〜２３）と、
   前記二つの方向がなす平面に対して垂直な方向に前記接触子を移動させて前記接触子の前記倣い部を前記対象物の前記凹部または凸部に倣わせて嵌合させる移動部（１１）と、
   前記摺動部の基部と固定位置関係にあって、前記平面における前記接触子の位置を検出する接触子検出部（１２）と、
   前記接触子の前記倣い部が前記対象物の前記凹部または前記凸部に倣うときに前記摺動部材が前記摺動部を摺動する前後における前記接触子の移動量に基づいて、前記対象物の位置を検出する対象物位置検出部（１０）とを具備する位置検出システム。
2. 前記移動部が前記接触子を前記二つの方向のうちの少なくとも一つの方向に移動させた場合には、前記移動部による前記接触子の移動量と前記摺動部材が前記摺動部を摺動したときの前記接触子の移動量とに基づいて、前記対象物の位置を検出する、請求項１に記載の位置検出システム。
3. 前記接触子検出部がカメラである請求項１または２に記載の位置検出システム。
4. 前記移動部がロボットである請求項１から３のいずれか一項に記載の位置検出システム。
5. 前記対象物が凹部を有しており、前記接触子が前記凹部に嵌合可能な錐体である請求項１から４のいずれか一項に記載の位置検出システム。
6. 前記対象物が錐体状の凸部を有しており、前記接触子が前記凸部に嵌合可能な筒体を有する請求項１から４のいずれか一項に記載の位置検出システム。

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