JP2020038075A - 三次元計測装置、ロボット制御装置およびロボット - Google Patents

Abstract

【課題】より迅速にかつ精度よく対象物の三次元計測を行うことのできる三次元計測装置、ロボット制御装置およびロボットを提供すること。【解決手段】三次元計測装置は、ロボットアームに設置され、レーザー光を用いて対象物の三次元計測を行う三次元計測装置であって、前記対象物を含む領域に前記レーザー光によるパターン光を投影する投影部と、前記投影部を収納する筐体と、前記筐体に接続され、間隙を空けて配置された複数のフィンを有する放熱部と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、三次元計測装置、ロボット制御装置およびロボットに関するものである。

特許文献１に記載されているロボットは、ワーク等の対象物の三次元計測を行うための三次元計測装置を備えている。また、三次元計測装置は、三次元計測用の投影パターンを投影するための光源と、光源を冷却するためのファンと、を備えており、光源の過度な昇温を抑制するシステムとなっている。ここで、ファンは、振動源となるため、特許文献１のロボットでは、ファンを停止した状態で対象物の三次元計測を行うように構成されている。これにより、三次元計測装置のぶれを防ぎ、より精度よく対象物の三次元計測を行うことができる。

特開２０１３−１１７３８０号公報

しかしながら、このような構成では、ファンが停止するまで三次元計測の開始を待たなければならず、三次元計測に時間がかかってしまうという問題がある。

本発明の三次元計測装置は、ロボットアームに設置され、レーザー光を用いて対象物の三次元計測を行う三次元計測装置であって、
前記対象物を含む領域に前記レーザー光によるパターン光を投影する投影部と、
前記投影部を収納する筐体と、
前記筐体に接続され、間隙を空けて配置された複数のフィンを有する放熱部と、を備えることを特徴とする。

本発明の第１実施形態に係るロボットを備えたロボットシステムの全体構成を示す図である。 三次元計測装置の全体構成を示す図である。 三次元計測装置を示す斜視図である。 三次元計測装置の内部を示す斜視図である。 投影部により投影されるパターン光の一例を示す平面図である。 三次元計測装置が有する光走査部を示す平面図である。 三次元計測装置が有する放熱部を示す斜視図である。 放熱部を示す側面図である。 放熱部を示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係るロボットが有する三次元計測装置の背面図である。 本発明の第３実施形態に係るロボットが有する三次元計測装置を示す斜視図である。 本発明の第４実施形態に係るロボットが有する三次元計測装置を示す斜視図である。

以下、本発明の三次元計測装置、ロボット制御装置およびロボットを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るロボットシステムの全体構成を示す図である。図２は、三次元計測装置の全体構成を示す図である。図３は、三次元計測装置を示す斜視図である。図４は、三次元計測装置の内部を示す斜視図である。図５は、投影部により投影されるパターン光の一例を示す平面図である。図６は、三次元計測装置が有する光走査部を示す平面図である。図７は、三次元計測装置が有する放熱部を示す斜視図である。図８は、放熱部を示す側面図である。図９は、放熱部を示す平面図である。

図１に示すロボットシステム１は、ロボット２と、レーザー光Ｌを用いて対象物Ｗの三次元計測を行う三次元計測装置４と、三次元計測装置４の計測結果に基づいてロボット２の駆動を制御するロボット制御装置５と、ロボット制御装置５と通信可能なホストコンピューター６と、を有している。なお、これら各部は、有線または無線により通信可能とされ、該通信は、インターネットのようなネットワークを介してなされてもよい。

−ロボット−
ロボット２は、例えば、精密機器やこれを構成する部品の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うロボットである。ただし、ロボット２の用途としては、特に限定されない。本実施形態のロボット２は、６軸ロボットであり、図１に示すように、床や天井に固定されるベース２１と、ベース２１に連結されたロボットアーム２２と、を有する。

ロボットアーム２２は、ベース２１に第１軸Ｏ１まわりに回動自在に連結された第１アーム２２１と、第１アーム２２１に第２軸Ｏ２まわりに回動自在に連結された第２アーム２２２と、第２アーム２２２に第３軸Ｏ３まわりに回動自在に連結された第３アーム２２３と、第３アーム２２３に第４軸Ｏ４まわりに回動自在に連結された第４アーム２２４と、第４アーム２２４に第５軸Ｏ５まわりに回動自在に連結された第５アーム２２５と、第５アーム２２５に第６軸Ｏ６まわりに回動自在に連結された第６アーム２２６と、を有している。また、第６アーム２２６には、ロボット２に実行させる作業に応じたエンドエフェクター２４が装着される。なお、以下では、各アーム２２１〜２２６のエンドエフェクター２４側を「先端」または「先端側」とも言い、ベース２１側を「基端」または「基端側」とも言う。

また、ロボット２は、ベース２１に対して第１アーム２２１を回動させる第１駆動装置２５１と、第１アーム２２１に対して第２アーム２２２を回動させる第２駆動装置２５２と、第２アーム２２２に対して第３アーム２２３を回動させる第３駆動装置２５３と、第３アーム２２３に対して第４アーム２２４を回動させる第４駆動装置２５４と、第４アーム２２４に対して第５アーム２２５を回動させる第５駆動装置２５５と、第５アーム２２５に対して第６アーム２２６を回動させる第６駆動装置２５６と、を有している。第１〜第６駆動装置２５１〜２５６は、それぞれ、例えば、駆動源としてのモーターと、モーターの駆動を制御するコントローラーと、モーターの回転量を検出するエンコーダーと、を有している。そして、第１〜第６駆動装置２５１〜２５６は、それぞれ、ロボット制御装置５によって独立して制御される。

なお、ロボット２としては、本実施形態の構成に限定されず、例えば、ロボットアーム２２が有するアームの数が１本〜５本であってもよいし、７本以上であってもよい。また、例えば、ロボット２の種類は、スカラロボットや、２つのロボットアーム２２を有する双腕ロボットであってもよい。

−ロボット制御装置−
ロボット制御装置５は、ホストコンピューター６からロボット２の位置指令を受け、各アーム２２１〜２２６が受けた位置指令に応じた位置となるように、第１〜第６駆動装置２５１〜２５６の駆動をそれぞれ独立して制御する。ロボット制御装置５は、例えば、コンピューターから構成され、情報を処理するプロセッサー（ＣＰＵ）と、プロセッサーに通信可能に接続されたメモリーと、外部インターフェースと、を有している。メモリーにはプロセッサーにより実行可能な各種プログラムが保存され、プロセッサーは、メモリーに記憶された各種プログラム等を読み込んで実行することができる。

−三次元計測装置−
三次元計測装置４は、位相シフト法を用いて対象物Ｗの三次元計測を行う。図２に示すように、三次元計測装置４は、対象物Ｗを含む領域にレーザー光Ｌによる三次元計測用のパターン光ＰＬを投影する投影部４１と、パターン光ＰＬが投影された対象物Ｗを含む領域を撮像した撮像画像を取得する撮像部４７と、投影部４１および撮像部４７の駆動を制御する制御部４８と、撮像画像に基づいて対象物Ｗの三次元形状を計測する計測部４９と、これら各部を収納する筐体４０と、筐体４０に接続された放熱部４６と、を備えている。

図３に示すように、筐体４０は、ロボット２の第５アーム２２５に固定されている。また、筐体４０は、箱状をなし、第５アーム２２５に固定された底面４０１と、底面４０１と対向する頂面４０２と、第５アーム２２５の先端側に位置する前面４０３と、第５アーム２２５の基端側に位置する背面４０４と、一対の側面４０５、４０６と、を有している。そして、図４に示すように、このような筐体４０内に、投影部４１、撮像部４７、制御部４８および計測部４９が収納されている。ただし、筐体４０の形状としては、特に限定されない。また、筐体４０の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種樹脂、各種金属（合金を含む）、各種セラミックスを用いることができる。ただし、放熱性の観点から、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等の熱伝導率の優れた材料を用いることが好ましい。また、筐体４０の底面４０１は、ロボット２の第５アーム２２５に図示されない接合部を介して固定される構成であってもよい。

投影部４１は、第５アーム２２５の先端側に向けてレーザー光Ｌを照射するように筐体４０内に配置され、撮像部４７は、第５アーム２２５の先端側を向き、レーザー光Ｌの照射範囲を含む領域を撮像するように筐体４０内に配置されている。なお、図３に示すように、筐体４０の前面４０３には、レーザー光Ｌの出射を許容する窓部４０３ａが設けられている。

ここで、第５アーム２２５の先端側にエンドエフェクター２４が位置するという状態は、第５アーム２２５以外のアーム２２１〜２２４、２２６が動いても維持される。そのため、第５アーム２２５に三次元計測装置４を固定することにより、三次元計測装置４は、常に、エンドエフェクター２４の先端側にレーザー光Ｌを出射することができると共に、エンドエフェクター２４の先端側を撮像することができる。したがって、エンドエフェクター２４により対象物Ｗを把持しようとするときの姿勢、つまり、エンドエフェクター２４が対象物Ｗに対して如何なる姿勢で対向しても、当該姿勢において対象物Ｗに向けてレーザー光Ｌを照射することができると共に、対象物Ｗを撮像することができる。そのため、より確実に対象物Ｗの三次元計測を行うことができる。

ただし、三次元計測装置４の配置は、特に限定されず、第１〜第４アーム２２１〜２２４や第６アーム２２６に固定されていてもよい。また、例えば、投影部４１と撮像部４７とが互いに異なるアームに固定されていてもよい。また、例えば、制御部４８や計測部４９は、筐体４０外に配置されていてもよく、例えば、ロボット制御装置５やホストコンピューター６に含まれていてもよい。

投影部４１は、対象物Ｗに向けてレーザー光Ｌを照射することにより、対象物Ｗに対し図５に示すようなパターン光ＰＬを投影する機能を有する。このような投影部４１は、図２および図４に示すように、レーザー光Ｌを出射するレーザー光源４２と、レーザー光Ｌが通過する複数のレンズを含む光学系４４と、光学系４４を通過したレーザー光Ｌを対象物Ｗに向けて走査する光走査部４５と、を有する。レーザー光源４２としては、特に限定されず、例えば、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）、外部共振器型垂直面発光レーザー（ＶＥＣＳＥＬ）等の半導体レーザーを用いることができる。

光学系４４は、レーザー光源４２から出射されるレーザー光Ｌを対象物Ｗ付近に集光する集光レンズ４４１と、集光レンズ４４１によって集光されたレーザー光Ｌを後述する回動軸Ｊと平行な方向すなわち図２の紙面奥行き方向に延びるライン状とするロッドレンズ４４２と、を有する。

光走査部４５は、ロッドレンズ４４２によってライン状となったレーザー光Ｌを走査する機能を有する。光走査部４５としては、特に限定されず、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）、ガルバノミラー、ポリゴンミラー等を用いることができる。

本実施形態の光走査部４５は、ＭＥＭＳで構成されている。図６に示すように、光走査部４５は、可動部４５１と、可動部４５１を支持する支持部４５２と、可動部４５１と支持部４５２とを接続し、可動部４５１を支持部４５２に対して回動軸Ｊまわりに回動可能とする梁部４５３と、可動部４５１の表面に配置され、レーザー光Ｌを反射するミラー４５４と、可動部４５１の裏面に設けられた永久磁石４５５と、永久磁石４５５と対向配置されたコイル４５６と、を有する。

このような光走査部４５は、回動軸Ｊがライン状のレーザー光Ｌの延在方向とほぼ一致するように配置されている。そして、コイル４５６に駆動信号が印加されると、可動部４５１が回動軸Ｊまわりに所定の周期で正・逆交互に回動し、これにより、ライン状のレーザー光Ｌが面状に走査される。

以上、投影部４１について説明したが、その構成としては、対象物Ｗに所定のパターン光ＰＬを投影することができれば、特に限定されない。例えば、本実施形態では、光学系４４によってレーザー光Ｌをライン状に拡散しているが、これに限定されず、例えば、ＭＥＭＳやガルバノミラーを用いてライン状に拡散させてもよい。つまり、２つの光走査部４５を用いてレーザー光Ｌを二次元走査してもよい。また、例えば、２軸自由度を有するジンバル型のＭＥＭＳを用いてレーザー光Ｌを二次元走査してもよい。

撮像部４７は、少なくとも１つの対象物Ｗにパターン光ＰＬが投影されている状態を撮像する。すなわち、撮像部４７は、パターン光ＰＬを含む少なくとも１つの対象物Ｗを撮像する。図２に示すように、撮像部４７は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサー、ＣＣＤイメージセンサー等の撮像素子４７２と集光レンズ４７３とを備えたカメラ４７１で構成されている。カメラ４７１は、計測部４９に接続され、画像データを計測部４９に送信する。

制御部４８は、コイル４５６に駆動信号を印加することにより、光走査部４５の駆動を制御すると共に、レーザー光源４２に駆動信号を印加することにより、レーザー光源４２の駆動を制御する。制御部４８は、可動部４５１の回動と同期させてレーザー光源４２からレーザー光Ｌを出射し、例えば、図５に示すような、輝度値の明暗で表現した縞模様のパターン光ＰＬを対象物Ｗ上に投影する。ただし、パターン光ＰＬとしては、後述するような位相シフト法に用いることができるものであれば、特に限定されない。また、制御部４８は、カメラ４７１の駆動を制御し、所定のタイミングで対象物Ｗを含む領域を撮像する。

例えば、制御部４８は、パターン光ＰＬを対象物Ｗに位相をπ／２ずつずらして４回投影し、その都度、パターン光ＰＬが投影された対象物Ｗを撮像部４７で撮像する。ただし、パターン光ＰＬの投影回数は、特に限定されず、撮影結果から位相が計算できる枚数であればよい。また、ピッチの大きなパターンや逆に小さなパターンを用いて同様の投影と撮影を行い、位相接続を行ってもよい。ピッチの種類を増やすほど、計測範囲と分解能を向上させることができるが、撮影回数が増す分、画像データを取得するのに要する時間が増えて、ロボット２の稼働効率が低下する。そのため、三次元計測の精度および計測範囲とロボット２の稼働効率との兼ね合いからパターン光ＰＬの投影回数を適宜設定すればよい。

計測部４９は、撮像部４７が取得した複数の撮像画像（画像データ）に基づいて、対象物Ｗの三次元計測を行う。具体的には、対象物Ｗの姿勢、空間座標等を含む三次元情報を算出する。そして、計測部４９は、算出した対象物Ｗの三次元情報をホストコンピューター６に送信する。

このような制御部４８および計測部４９は、例えば、コンピューターから構成され、情報を処理するプロセッサー（ＣＰＵ）と、プロセッサーに通信可能に接続されたメモリーと、外部インターフェースと、を有する。メモリーにはプロセッサーにより実行可能な各種プログラムが記憶されており、プロセッサーは、メモリーに記憶された各種プログラム等を読み込んで実行することができる。

放熱部４６は、筐体４０内の熱を筐体４０外へ放熱する機能を有している。前述したように、筐体４０には、発熱源となるレーザー光源４２、制御部４８および計測部４９等が収納されているため、これらが過度に昇温してしまうと、例えば、レーザー光源４２の発光効率が低下してしまったり、制御部４８および計測部４９の処理速度が低下してしまったりするおそれがある。また、撮像部４７に悪影響を与えるおそれもある。そこで、放熱部４６によって筐体４０内の熱を外に逃がすことにより、レーザー光源４２を含む投影部４１、撮像部４７、制御部４８および計測部４９等の過度な昇温を抑制することができ、これらの性能低下を抑制することができる。

図７に示すように、放熱部４６は、筐体４０の背面４０４に設置されたフィン４６１を有している。フィン４６１は、筐体４０の背面４０４もしくは背面４０４に接触する板材から延びる突起状の構造物である。このように、フィン４６１を設けることにより、放熱部４６の表面積が増大し、放熱効果がより向上する。さらに、複数のフィン４６１（ヒートシンク）を設けることにより、表面積がより増大するため、より効果的に、筐体４０内の熱を外に逃がすことができる。また、複数のフィン４６１を背面４０４に配置することにより、フィン４６１によって、投影部４１によるパターン光ＰＬの投影および撮像部４７による対象物Ｗの撮像が阻害されることがない。

ただし、複数のフィン４６１の配置としては、特に限定されず、例えば、底面４０１に配置されていてもよいし、頂面４０２に配置されていてもよいし、前面４０３の窓部４０３ａおよびカメラ４７１を除く部分に配置されていてもよいし、側面４０５、４０６に配置されていてもよい。また、底面４０１、頂面４０２、前面４０３、背面４０４、側面４０５、４０６の２面以上に亘って配置されていてもよい。

また、複数のフィン４６１は、それぞれ、筐体４０の横方向すなわち側面４０５、４０６が並ぶ方向に沿って延在しており、筐体４０の縦方向すなわち底面４０１と頂面４０２とが並ぶ方向に沿って互いに間隔Ｑを空けて設けられている。また、放熱部４６は、間隔Ｑに雰囲気である空気を流入させる開口面４６２を有する。開口面４６２は、複数のフィン４６１の少なくとも３つ以上の基端（突起部の先端）が接する面であり、好ましくは複数のフィン４６１の角部に位置するフィン４６１の基端を頂点とする多角形の形状をした平面である。また、開口面４６２は、放熱部４６の基端側（フィン４６１の自由端側）に位置する第１開口面４６２Ａと、放熱部４６の横側（フィン４６１の延在方向両端側）に位置する第２開口面４６２Ｂと、を有している。開口面４６２を介して間隔Ｑに雰囲気が流入することにより、フィン４６１と雰囲気との間で熱交換が効率的に行われ、筐体４０内の熱を外部に効率的に放出することができる。

なお、複数のフィン４６１の構成材料としては、特に限定されないが、熱伝導率の高い材料であるのが好ましく、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、銅、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、錫、チタン、タングステン等の各種金属、またはこれらのうちの少なくとも１種を含む合金等を用いることができる。また、例えば、複数のフィン４６１は、それぞれ、筐体４０と別体として形成され、筐体４０に固定されていてもよいし、その少なくとも１つが筐体４０と一体的に形成されていてもよい。

以上のように、放熱部４６は、複数のフィン４６１で構成されており、ファンのような振動源となるものを有していない。したがって、簡易な構成で効率のよい放熱ができると共に、対象物Ｗの三次元計測を精度よく迅速に行うことができる。

−ホストコンピューター−
ホストコンピューター６は、計測部４９が算出した対象物Ｗの三次元情報からロボット２の位置指令を生成し、生成した位置指令をロボット制御装置５に送信する。ロボット制御装置５は、ホストコンピューター６から受信した位置指令に基づいて第１〜第６駆動装置２５１〜２５６をそれぞれ独立して駆動し、第１〜第６アーム２２１〜２２６を指示された位置に移動させる。なお、本実施形態では、ホストコンピューター６と計測部４９とが別体となっているが、これに限定されず、ホストコンピューター６に計測部４９としての機能が搭載されていてもよい。

以上、ロボットシステム１の構成について詳細に説明した。ここで、ロボット制御装置５は、隣り合う一対のフィン４６１の間に位置する間隔Ｑへ雰囲気を流入させる開口面４６２に垂直で放熱部４６の外部に向いた法線ベクトル（法線単位ベクトル）と三次元計測装置４の移動ベクトルとの成す角が鋭角となるように第５アーム２２５の駆動を制御する。ここで、放熱部４６の外部とは、複数のフィン４６１によって間隔Qが形成されていない空間のことである。なお、前述したように、本実施形態では、ホストコンピューター６が位置指令を生成し、それに基づいてロボット制御装置５が各アーム２２１〜２２６の駆動を制御するため、「ホストコンピューター６が隣り合う一対のフィン４６１の間に位置する間隔Ｑへ雰囲気を流入させる開口面４６２に垂直で放熱部４６の外部に向いた法線ベクトル（法線単位ベクトル）と三次元計測装置４の移動ベクトルとの成す角が鋭角となるように第５アーム２２５の駆動を制御する」とも言える。

例えば、図８に示すように、第１開口面４６２Ａの法線をＬ１とすれば、ロボット制御装置５は、法線Ｌ１に沿って放熱部４６の外部に向いた法線ベクトル（法線単位ベクトル）との成す角θ１が鋭角となる移動ベクトルＶ１に沿って第５アーム２２５を移動させる。このように第５アーム２２５を移動させることにより、第１開口面４６２Ａを介して間隙Ｑに雰囲気が効率的に流入し、放熱部４６による放熱効果をより効果的に発揮することができる。また、例えば、図９に示すように、第２開口面４６２Ｂの法線をＬ２とすれば、ロボット制御装置５は、法線Ｌ２に沿って放熱部４６の外部への向きをもつ法線ベクトル（法線単位ベクトル）との成す角θ２が鋭角となる移動ベクトルＶ２に沿って第５アーム２２５を移動させる。このように第５アーム２２５を移動させることにより、第２開口面４６２Ｂを介して間隙Ｑに雰囲気が効率的に流入し、放熱部４６による放熱効果をより効果的に発揮することができる。

なお、角θ１、θ２としては、鋭角すなわち９０°未満であれば、特に限定されないが、例えば、６０°以下であることが好ましく、４５°以下であることがより好ましく、３０°以下であることがさらに好ましい。角θ１、θ２をこのような範囲内とすることにより、より効率的に雰囲気を間隙Ｑに流入させることができ、放熱部４６による放熱効果がより顕著なものとなる。

以上のように、本実施形態の三次元計測装置４は、ロボットアーム２２に設置され、レーザー光Ｌを用いて対象物Ｗの三次元計測を行う。このような三次元計測装置４は、対象物Ｗを含む領域にレーザー光Ｌによるパターン光ＰＬを投影する投影部４１と、投影部４１を収納する筐体４０と、筐体４０に接続され、間隙Ｑを空けて配置された複数のフィン４６１を有する放熱部４６と、を備えている。このような構成によれば、複数のフィン４６１から筐体４０内の熱を逃がすことができるため、筐体４０に収納された投影部４１、特にレーザー光Ｌを出射するレーザー光源４２の過度な昇温を効果的に抑制することができる。そのため、レーザー光源４２の発光効率の低下を抑制することができる。また、フィン４６１を用いた放熱でるため、当然、従来のファンのような振動源を有さない。したがって、ロボットアーム２２が対象物Ｗの三次元計測を行うための所定の姿勢となった後、速やかに対象物Ｗの三次元計測を開始することができる。そのため、三次元計測にかかる時間が短くなり、その分、ロボット２の稼働効率が向上する。

また、前述したように、放熱部４６は、間隔Ｑへ雰囲気が流入する開口面４６２を有している。そして、ロボットアーム２２の駆動に伴う三次元計測装置４の移動ベクトルＶ１、Ｖ２と開口面４６２に垂直で（開口面４６２の法線Ｌ１、Ｌ２に沿って）放熱部４６の外部に向いた法線ベクトルとの成す角θ１、θ２が鋭角である。これにより、雰囲気が開口面４６２を介して間隙Ｑに流入し易くなり、放熱部４６による放熱効果が向上する。

また、前述したように、ロボット制御装置５は、レーザー光Ｌを用いて対象物Ｗの三次元計測を行う三次元計測装置４が設置されているロボットアーム２２の駆動を制御するロボット制御装置であって、三次元計測装置４は、対象物Ｗを含む領域にレーザー光Ｌによるパターン光ＰＬを投影する投影部４１と、投影部４１を収納する筐体４０と、筐体４０に接続され、間隙Ｑを空けて配置された複数のフィン４６１と、間隔Ｑへ雰囲気を流入させる開口面４６２と、を有する放熱部４６と、を備え、開口面４６２に垂直で（法線Ｌ１、Ｌ２に沿って）放熱部４６の外部への向きをもつ法線ベクトルと三次元計測装置４の移動ベクトルＶ１、Ｖ２との成す角θ１、θ２が鋭角となるようにロボットアーム２２の駆動を制御する。このような構成のロボット制御装置５によれば、ロボットアーム２２の駆動時に、雰囲気を開口面４６２を介して効率的に間隙Ｑに流入させることができるため、放熱部４６が優れた放熱効果を発揮することができる。

また、前述したように、ロボット制御装置５は、レーザー光Ｌを用いて対象物Ｗの三次元計測を行う三次元計測装置４が設置されているロボットアーム２２の駆動を制御するものであり、開口面４６２に垂直で（法線Ｌ１、Ｌ２に沿って）放熱部４６の外部への向きをもつ法線ベクトルと三次元計測装置４の移動ベクトルＶ１、Ｖ２との成す角が鋭角となるようにロボットアーム２２の駆動を制御するプロセッサーを有する。このような構成のロボット制御装置５によれば、ロボットアーム２２の駆動時に、雰囲気を開口面４６２を介して効率的に間隙Ｑに流入させることができるため、放熱部４６が優れた放熱効果を発揮することができる。

また、前述したように、ロボット２は、ロボットアーム２２と、ロボットアーム２２に設置され、レーザー光Ｌを用いて対象物Ｗの三次元計測を行う三次元計測装置４と、を備えている。さらに、三次元計測装置４は、対象物Ｗを含む領域にレーザー光Ｌによるパターン光ＰＬを投影する投影部４１と、投影部４１を収納する筐体４０と、筐体４０に接続され、間隙Ｑを空けて配置された複数のフィン４６１を有する放熱部４６と、を備えている。このような構成によれば、複数のフィン４６１から筐体４０内の熱を逃がすことができるため、筐体４０に収納された投影部４１、特にレーザー光Ｌを出射するレーザー光源４２の過度な昇温を効果的に抑制することができる。そのため、レーザー光源４２の発光効率の低下を抑制することができる。また、フィン４６１を用いた放熱は、当然、従来のようにファンを用いた冷却のような振動が生じない。したがって、ロボットアーム２２が対象物Ｗの三次元計測を行うための所定の姿勢となった後、速やかに対象物Ｗの三次元計測を開始することができる。そのため、三次元計測にかかる時間が短くなり、その分、ロボット２の稼働効率が向上する。

＜第２実施形態＞
図１０は、本発明の第２実施形態に係るロボットが有する三次元計測装置の背面図である。

以下の説明では、第２実施形態のロボットシステム１について前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。第２実施形態のロボットシステム１は、三次元計測装置４が有する放熱部４６の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態のロボットシステム１とほぼ同様である。なお、図１０では、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。

図１０に示すように、複数のフィン４６１は、開口面４６２と直交する第１軸Ｊ１に沿う方向すなわち筐体４０の横方向に沿う方向と、第１軸Ｊ１に直交する第２軸Ｊ２に沿う方向すなわち筐体４０の縦方向のそれぞれに間隙Ｑを空けて並んで配置されている。すなわち、複数のフィン４６１は、行列状に配置されている。このように、複数のフィン４６１を行列状に配置することにより、第１軸Ｊ１に沿った雰囲気の流路Ｒ１と、第２軸Ｊ２に沿った雰囲気の流路Ｒ２と、を形成することができる。そのため、雰囲気である空気を間隙Ｑ内により効率的に流入させることができ、放熱部４６による放熱効果を向上させることができる。

特に、三次元計測装置４を矢印Ｙ１で示すように上方に移動させる場合、第１実施形態のような放熱部４６の構成では、一旦、矢印Ｓ１で示すように、第５アーム２２５を９０°回転させてから、矢印Ｓ２で示すように、第５アーム２２５を上方に移動させなければ、間隙Ｑ内に効率的に雰囲気を流入させることができない。これに対して、本実施形態では、流路Ｒ２が形成されているため、矢印Ｓ１で示す９０°回転を行うことなく矢印Ｙ１で示す上方への移動を行っても間隙Ｑ内に効率的に雰囲気を流入させることができる。そのため、第１実施形態と比べてロボット２の移動にかかる時間が短くなり、ロボット２の稼働効率が向上する。

なお、本実施形態では、第１軸Ｊ１が筐体４０の横方向に沿い、第２軸Ｊ２が筐体４０の縦方向に沿っているが、これに限定されず、例えば、第１軸Ｊ１が筐体の縦方向に沿い、第２軸Ｊ２が筐体の横方向に沿っていてもよい。また、本実施形態では、第１軸Ｊ１と第２軸Ｊ２とが直交しているが、これに限定されず、交差していればよい。

また、複数のフィン４６１は、それぞれ、長尺状であり、第１軸Ｊ１に沿う方向を長手方向としている。このように、各フィン４６１を同じ方向に延在させることにより、間隙Ｑ内を雰囲気がよりスムーズに流動する。そのため、放熱部４６による放熱効果をより向上させることができる。なお、各フィン４６１は、第２軸Ｊ２に沿う方向を長手方向としていてもよい。また、第１軸Ｊ１に沿う方向を長手方向とするフィン４６１と、第２軸Ｊ２に沿う方向を長手方向とするフィン４６１と、が混在していてもよい。また、少なくとも１つのフィン４６１は、長手形状となっていなくてもよく、例えば、円柱、三角柱、四角柱等の柱状であってもよい。

また、間隙Ｑは、第１軸Ｊ１に直交する方向（第２軸Ｊ２）に隣り合う一対のフィン４６１の間に位置する第１間隙Ｑ１と、第２軸Ｊ２に直交する方向（第１軸）に隣り合う一対のフィン４６１の間に位置する第２間隙Ｑ２と、を有している。そして、第２間隙Ｑ２の幅Ｗ２は、第１間隙Ｑ１の幅Ｗ１よりも大きい。ここで、第２間隙Ｑ２によって流路Ｒ２が形成されているが、流路Ｒ２は、フィン４６１の延在方向に直交している。そこで、第２間隙Ｑ２の幅Ｗ２を第１間隙Ｑ１の幅Ｗ１よりも大きくすることにより、雰囲気が流路Ｒ２内をよりスムーズに流動することができるようになる。そのため、より多くの雰囲気を取り込むことが出来るようになり、放熱部４６による放熱効果がより向上する。ただし、幅Ｗ１、Ｗ２の大小関係は、特に限定されず、Ｗ１≦Ｗ２であってもよい。

以上のように、本実施形態では、複数のフィン４６１は、開口面４６２と直交する第１軸Ｊ１に沿う方向と第１軸Ｊ１と交差する第２軸Ｊ２に沿う方向に間隙Ｑを空けて並んで配置されている。このように、複数のフィン４６１を行列状に配置することにより、第１軸Ｊ１に沿った雰囲気の流路Ｒ１と、第２軸Ｊ２に沿った雰囲気の流路Ｒ２と、を形成することができる。そのため、雰囲気を間隙Ｑ内により効率的に流入させることができ、放熱部４６による放熱効果を向上させることができる。

また、前述したように、複数のフィン４６１は、第１軸Ｊ１に沿う方向を長手方向とする長尺状をなしている。このように、各フィン４６１を同じ方向に延在させることにより、間隙Ｑ内を雰囲気がよりスムーズに流動する。そのため、放熱部４６による放熱効果をより向上させることができる。

また、前述したように、第１軸Ｊ１に沿う方向に並ぶ複数のフィン４６１の間隙である第２間隙Ｑ２は、第２軸Ｊ２に沿う方向に並ぶ複数のフィン４６１の間隙である第１間隙Ｑ１よりも大きい。これにより、雰囲気が流路Ｒ２内をよりスムーズに流動することができるようになる。そのため、放熱部４６による放熱効果がより向上する。

＜第３実施形態＞
図１１は、本発明の第３実施形態に係るロボットが有する三次元計測装置を示す斜視図である。

以下の説明では、第３実施形態のロボットシステム１について前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。第３実施形態のロボットシステム１は、三次元計測装置４が有する放熱部４６の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態のロボットシステム１とほぼ同様である。なお、図１１では、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。

図１１に示すように、三次元計測装置４は、放熱部４６の第１開口面４６２Ａを覆う板状の蓋部９を有している。蓋部９を配置することにより、筐体４０と蓋部９との間に、複数のフィン４６１で仕切られ、一対の第２開口面４６２Ｂを両端とする複数の管状の流路Ｒ３が形成される。このように、管状の流路Ｒ３を形成することにより、間隙Ｑ内に、よりスムーズに雰囲気を流入させることができ、放熱部４６による放熱効果が向上する。

特に、本実施形態では、蓋部９にも互いに間隙を空けて配置された複数のフィン９１が形成されている。これにより、筐体４０内の熱を蓋部９からも効率的に放出することができる。なお、本実施形態では、蓋部９に形成された複数のフィン９１は、フィン４６１と同じ方向に沿って延在しているが、これに限定されず、例えば、フィン４６１と直交する方向すなわち筐体４０の縦方向に沿って延在していてもよい。このように、フィン４６１の延在方向とフィン９１の延在方向とを交差させることにより、前述した第２実施形態と同様の効果を発揮することができる。また、フィン９１は、省略してもよい。

なお、蓋部９の構成材料としては、特に限定されないが、フィン４６１と同様、熱伝導率の高い材料であるのが好ましく、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、銅、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、錫、チタン、タングステン等の各種金属、またはこれらのうちの少なくとも１種を含む合金等を用いることができる。

以上のように、本実施形態では、放熱部４６は、間隔Ｑへ雰囲気を流入させる開口面４６２を有している。そして、三次元計測装置４は、開口面４６２のうち、放熱部４６の筐体４０とは反対側に位置する部分である第１開口面４６２Ａを覆う蓋部９を有している。これにより、筐体４０と蓋部９との間に管状の流路Ｒ３が形成され、間隙Ｑ内に、よりスムーズに雰囲気を流入させることができる。そのため、放熱部４６による放熱効果が向上する。また、前述したように、蓋部９にもフィン９１を形成することにより、筐体４０内の熱をより効果的に外に放出することができる。

＜第４実施形態＞
図１２は、本発明の第４実施形態に係るロボットが有する三次元計測装置を示す斜視図である。

以下の説明では、第４実施形態のロボットシステム１について前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。第４実施形態のロボットシステム１は、三次元計測装置４が有する放熱部４６の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態のロボットシステム１とほぼ同様である。なお、図１２では、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。

図１２に示すように、放熱部４６は、筐体４０と別体として形成されており、基部４６９と、基部４６９に接続された複数のフィン４６１と、を有している。このような構成の放熱部４６は、基部４６９において筐体４０に対して、背面４０４の法線に沿う軸Ｊ３まわりに回動可能に連結され、放熱部４６の回動は、例えば、ロボット制御装置５によって制御される。ただし、これに限定されず、例えば、第５アーム２２５の移動による慣性によって放熱部４６が回動するようになっていてもよい。

そして、ロボット制御装置５は、前述した図８で示した角θ１または前述した図９で示した角θ２が鋭角となるように、三次元計測装置４の移動方向に合わせて放熱部４６の向きを制御する。このような構成によれば、三次元計測装置４の移動方向に合わせてフィン４６１の向きを変更することができるため、放熱部４６による放熱効果をより向上させることができる。

以上のように、本実施形態では、放熱部４６は、筐体４０に対して回動する。このような構成によれば、移動ベクトルＶ１の方向に合わせてフィン４６１の向きを変更することができるため、放熱部４６による放熱効果をより向上させることができる。

以上、本発明の三次元計測装置、ロボット制御装置およびロボットを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

１…ロボットシステム、２…ロボット、２１…ベース、２２…ロボットアーム、２２１…第１アーム、２２２…第２アーム、２２３…第３アーム、２２４…第４アーム、２２５…第５アーム、２２６…第６アーム、２４…エンドエフェクター、２５１…第１駆動装置、２５２…第２駆動装置、２５３…第３駆動装置、２５４…第４駆動装置、２５５…第５駆動装置、２５６…第６駆動装置、４…三次元計測装置、４０…筐体、４０１…底面、４０２…頂面、４０３…前面、４０３ａ…窓部、４０４…背面、４０５…側面、４０６…側面、４１…投影部、４２…レーザー光源、４４…光学系、４４１…集光レンズ、４４２…ロッドレンズ、４５…光走査部、４５１…可動部、４５２…支持部、４５３…梁部、４５４…ミラー、４５５…永久磁石、４５６…コイル、４６…放熱部、４６１…フィン、４６２…開口面、４６２Ａ…第１開口面、４６２Ｂ…第２開口面、４６９…基部、４７…撮像部、４７１…カメラ、４７２…撮像素子、４７３…集光レンズ、４８…制御部、４９…計測部、５…ロボット制御装置、６…ホストコンピューター、９…蓋部、９１…フィン、Ｊ…回動軸、Ｊ１…第１軸、Ｊ２…第２軸、Ｊ３…軸、Ｌ…レーザー光、Ｌ１…法線、Ｌ２…法線、Ｏ１…第１軸、Ｏ２…第２軸、Ｏ３…第３軸、Ｏ４…第４軸、Ｏ５…第５軸、Ｏ６…第６軸、ＰＬ…パターン光、Ｑ…間隙、Ｑ１…第１間隙、Ｑ２…第２間隙、Ｒ１…流路、Ｒ２…流路、Ｒ３…流路、Ｓ１…矢印、Ｓ２…矢印、Ｖ１…移動ベクトル、Ｖ２…移動ベクトル、Ｗ…対象物、Ｗ１、Ｗ２…幅、Ｙ１…矢印、θ１…角、θ２…角

Claims (10)

1. ロボットアームに設置され、レーザー光を用いて対象物の三次元計測を行う三次元計測装置であって、
   前記対象物を含む領域に前記レーザー光によるパターン光を投影する投影部と、
   前記投影部を収納する筐体と、
   前記筐体に接続され、間隙を空けて配置された複数のフィンを有する放熱部と、を備えることを特徴とする三次元計測装置。
2. 前記放熱部は、前記間隙へ雰囲気が流入する開口面を有し、
   ロボットアームの駆動に伴う前記三次元計測装置の移動ベクトルと前記開口面に垂直で前記放熱部の外側への向きをもつ法線ベクトルとの成す角が鋭角である請求項１に記載の三次元計測装置。
3. 前記放熱部は、前記筐体に対して回動する請求項１または２に記載の三次元計測装置。
4. 前記複数のフィンは、前記開口面と直交する第１軸に沿う方向と前記第１軸と交差する第２軸に沿う方向に前記間隙を空けて並んで配置されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の三次元計測装置。
5. 前記フィンは、前記第１軸に沿う方向を長手方向とする長尺状をなしている請求項４に記載の三次元計測装置。
6. 前記第１軸に沿う方向に並ぶ前記複数のフィンの前記間隙は、前記第２軸に沿う方向に並ぶ前記複数のフィンの前記間隙よりも大きい請求項４または５に記載の三次元計測装置。
7. 前記放熱部は、前記間隔へ雰囲気を流入させる開口面を有し、
   前記開口面のうち、前記放熱部の前記筐体とは反対側に位置する部分を覆う蓋部を有している請求項１ないし６のいずれか１項に記載の三次元計測装置。
8. レーザー光を用いて対象物の三次元計測を行う三次元計測装置が設置されているロボットアームの駆動を制御するロボット制御装置であって、
   前記三次元計測装置は、
   前記対象物を含む領域に前記レーザー光によるパターン光を投影する投影部と、
   前記投影部を収納する筐体と、
   前記筐体に接続され、間隙を空けて配置された複数のフィンと、前記間隔へ雰囲気を流入させる開口面と、を有する放熱部と、を備え、
   前記開口面に垂直で前記放熱部の外部への向きをもつ法線ベクトルと前記三次元計測装置の移動ベクトルとの成す角が鋭角となるように前記ロボットアームの駆動を制御することを特徴とするロボット制御装置。
9. ロボットアームと、
   前記ロボットアームに設置され、レーザー光を用いて対象物の三次元計測を行う三次元計測装置と、を備え、
   前記三次元計測装置は、
   前記対象物を含む領域に前記レーザー光によるパターン光を投影する投影部と、
   前記投影部を収納する筐体と、
   前記筐体に接続され、間隙を空けて配置された複数のフィンを有する放熱部と、を備えることを特徴とするロボット。
10. レーザー光を用いて対象物の三次元計測を行う三次元計測装置が設置されているロボットアームの駆動を制御するロボット制御装置であって、
    前記三次元計測装置は、
    前記対象物を含む領域に前記レーザー光によるパターン光を投影する投影部と、
    前記投影部を収納する筐体と、
    前記筐体に接続され、間隙を空けて配置された複数のフィンと、前記間隔へ雰囲気を流入させる開口面と、を有する放熱部と、を備え、
    前記開口面に垂直で前記放熱部の外部への向きをもつ法線ベクトルと前記三次元計測装置の移動ベクトルとの成す角が鋭角となるように前記ロボットアームの駆動を制御するプロセッサーを有することを特徴とするロボット制御装置。

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