JP2546037B2 - ターゲットマーク - Google Patents

ターゲットマーク

Info

Publication number
JP2546037B2
JP2546037B2 JP2172205A JP17220590A JP2546037B2 JP 2546037 B2 JP2546037 B2 JP 2546037B2 JP 2172205 A JP2172205 A JP 2172205A JP 17220590 A JP17220590 A JP 17220590A JP 2546037 B2 JP2546037 B2 JP 2546037B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mark
target
ring
image
robot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2172205A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0460686A (ja
Inventor
自 森川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
Priority to JP2172205A priority Critical patent/JP2546037B2/ja
Publication of JPH0460686A publication Critical patent/JPH0460686A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2546037B2 publication Critical patent/JP2546037B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Automatic Assembly (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はターゲットマークに関し、時にロボットなど
を用いて物体把持、組立、ドッキング作業などを行う際
に必要となるロボットと物体間の相対位置計測を行うた
めのターゲットマークに関するものである。
〔従来の技術〕
従来より、組立、ドッキング作業等において対象とな
るターゲットにマークを取りつけ、マーク像をカメラに
入力して画像処理することにより位置決めする方法が用
いられてきた。位置決めのためのマークとしてはいくつ
が考案されているが、代表的な2種類のマークについて
説明する。
第1のマークはターゲットにつけた4角形の頂点のマ
ークとその中心部より立てたポール上のマークの5点の
マークで第4図(a)に示す。頂点31〜34の像または頂
点31〜34を結ぶ辺の像をカメラで読み取り、4頂点31〜
34及び対角線の交点の座標を用いて射影幾何学の複比の
定理によりターゲットの3次元空間内での位置、姿勢を
推定し、さらにポール35上のマークによりピッチ、ヨー
角の検出精度を向上させたターゲットマークである。こ
のマークに関しては文献:町田他,“宇宙近接作業セン
サの試作",宇宙用人工知能ロボットオートメーションシ
ンポジウム,pp51〜pp54(1988)に述べられている。
第2のマークはGFT(クラブルフィクスチャターゲッ
ト)パターンと呼ばれる立体マークであり、第4図
(b)に示すように、同心円の縞41に長方形42を重ね合
わせたもので、同心円のリングの一部に切れ目41aが設
けてある。又、リング中心よりポール43が立ててあり、
ポール43の先端にもやはりマークがつけてある。予め記
憶させたGFTの中心部分のパターンと比較し、マークの
傾き、拡大率を求めて、アフィン変換やパターンマッチ
ングによりマークに含まれる特徴点の座標を求めること
により、物体の位置、姿勢を推定することができる。こ
のマークに関しては例えば、山脇他,“マニピュレータ
系の画像による位置検出システムの検討",宇宙用人工知
能ロボットオートメーションシンポジウム,pp193〜PP19
6(1987)に述べられている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来のターゲットマークにおいて、第1のマ
ークでは、一般的には平面上の4点の画像データと各点
の実際の形状寸法データの対応をとることが困難であ
り、さらに角度によれば、ポール上のマークと平面上の
マークが重なる可能性ががり、位置姿勢検出範囲がかな
り狭められるという問題がある。またこのマーク形状で
は人間が目視によりマークの識別や概略の相対位置関係
を把持することは困難であり、遠隔操作を行なうロボッ
ト用のターゲットマークとして適当ではない。
第2のマークでは、従来よりオペレータがマニュアル
でロボット操作しながら作業を行なう場合に用いられて
きたもので、人間にはある程度相対位置関係が把持で
き、マークの識別も容易であるが、画像処理等により自
動的に相対位置の計測を行なう場合、複雑な処理が必要
であり、エッジ検出などでは誤差の影響を受けやすいな
どの課題があった。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は物体の組立、把持、ドッキング作業等を行う
システムに用いられ対象物の接合面に設置する近接セン
サ用のターゲットマークにおいて、平面上に設けられ面
積最大のリング状マークと、それぞれ円形をなして一つ
だけ面積が異なり且つ前記平面上における前記リング状
マークの外側に該リング状マークの中心位置を中心とす
る正方形に配置された4つの円形マークと、前記リング
状マークと同心円で且つ該リング状マークの内側をくり
抜いた底面に設置されたマークとを具備し、前記リング
状マーク及び前記円形マーク及び前記マークの部分に他
の部分とは異なる色を塗布してなっている。
〔実施例〕
次に、本発明について図面を参照して説明する。
まず、本発明に従うターゲットマークを用いた画像計
測により相対位置計測を行なうための原理作用について
説明する。
第1図に本発明の一実施例のターゲットマークの構造
を示す。第1図(a)は本実施例を正面から見た図であ
り、第1図(b)は本実施例の断面図である。
本実施例のターゲットマークは、平面7上に正方形状
に配置したマーク(A)1、マーク(B)2、マーク
(C)3及びマーク(D)4があり、マーク(A)1の
み他の3つのマークに比べて面積が大きくなっている。
又、この4つのマークがつくる正方形の内部にリング状
のマーク(E)5があり、リングの内部は円錐状のテー
パをつけてくり抜いてあり、円錐中心に円形のマーク
(F)6がリングと同心円状に設けられている。これら
マークの部分を白とし、他の部分を黒のペイントで塗布
している。
第2図に観測系のカメラより本実施例のターゲットマ
ーク画像を取り込んだ一例を示す。座標系は同図に示す
ように、観測系のカメラの画像平面0上にX,Y座標を、
画像中心より画像平面0に垂直方向にZ軸をとる。ター
ゲットマークの原点はマーク(E)5の重心位置にx,y,
zとする。またマーク形状寸法すなわち、マーク座標系
における6つのマーク1〜6の3次元位置は既知とす
る。
以下、本実施例のターゲットマークを用いることによ
り、観測系からのターゲットマークまでの相対位置すな
わち、X,Y,Z方向の位置の3自由度とX,Y,Z軸回りの姿勢
の3自由度の計6自由度についての計測方法を説明す
る。
まず、観測系より取り込んだカメラ画像における各マ
ーク重心の座標値、及びマークの面積を計測する。重心
座標値とマークの対応をとるため、重心座標値に対応す
るマークの面積について比較を行なうと、リング状のマ
ーク(E)5は最も面積が大きいので、マーク(E)5
の対応点が判別できる。マーク(F)6はマーク(E)
5の内部にあるため、マーク(E)5の重心座標点に最
も距離が近い重心座標点がマーク(F)6に対応する。
残り4点のうちマーク(A)1が最も面積が大きいの
で、マーク(A)1の対応点も判別できる。あとの3点
については、第2図に示すマーク(E)5を画像原点と
したX′,Y′座標系における重心座標値を求め、例えば
マーク(A)1の座標が第一象限にある場合はマーク
(B)2の座標は第二象限に、マーク(C)3の座標は
第三象限にあるなどの条件判定によりすべてのマークと
計測座標値との対応判別が可能となる。相対位置関係に
よれば、マーク(F)6が観測画像面上で観測できない
場合があるが、この場合でも、他の5点の計測により対
象物との相対位置計測が可能である。
以上のように各座標点とマークとの対応が決定すれ
ば、まず平面7上のマーク1〜4について、文献:島
崎,「投影変換の逆行列に関する2,3の考察」,電子通
信学会研究会資料IE79−15にあるような方法を用いて各
4つのマークの相当位置が幾何的に決定できる。さらに
これら4点の3次元位置を用いればターゲットマークと
の相当位置姿勢が計算可能である。この場合、姿勢に関
してピッチ、ヨー角の検出精度がロール角に比べて低く
なるが、さらに中心のマーク(F)6の座標が計測され
ている場合には、このマーク情報を用いてニュートン法
などを用いた繰り返し収束計算等により、より高精度の
ピッチ、ヨー角の検出が可能である。
以上の処理により、本実施例のターゲットマークを用
いて、画像処理により6自由度方向の相対位置姿勢の計
測が可能となる。
次に、本実施例の具体的な適用例について、図面を用
いて説明する。
第3図は本実施例の応用例を示すロボット遠隔操作物
体把持システムの構成図である。
ターゲットマーク8及び把持グリップ9を把持対象物
10に設置し、ハンド・アイカメラ22と遠隔操作ロボット
アーム20、ロボットハンド21を用いて把持対象物10の把
持作業を行なう場合について説明する。オペレータはロ
ボット操作手段25を用いてロボット操作命令を入力し、
ロボット制御手段23によりロボットの操作を行なう。ハ
ンド・アイカメラ22の画像データはロボット操作手段25
に入力することによりオペレータに提示され、また画像
処理手段24により画像計測処理が行なわれる。
条件として把持グリップ9をロボットハンド21によっ
て把持する位置を目標位置とし、目標位置では、ターゲ
ットマーク8とハンド・アイカメラ22の相対位置はZ軸
方向のみある値を持ち、他の自由度方向については、相
対位置姿勢の差はないようにターゲットマーク8、把持
グリップ9、ハンド・アイカメラ22を配置する。このと
きのハンド・アイカメラ22座標系は第2図と同じとす
る。またターゲットマーク8から把持グリップ9までの
相対位置及び形状寸法、カメラ22からロボットハンド21
までの相対位置及び形状寸法は既知とする。
まず、オペレータはロボットアーム20を操作しながら
ハンド・アイカメラ22を用いて把持対象物10を探索す
る。把持対象物10が発見できれば、さらに把持対象物10
に設置したターゲットマーク8を識別し、カメラ視野内
に最低マーク(A)1〜マーク(E)5が判別できるよ
うにロボットアーム20を遠隔操作してカメラ視点位置の
調整を行なう。上述のマーク画像が得られれば、後は画
像処理により、カメラ22からターゲットマーク8までの
相対位置が計測できる。さらに計測精度を向上させるた
め、まず計測データに基づき、Z軸方向のみ一定にし
て、他の自由度方向の相対位置誤差を解消する方向にロ
ボットアーム20を移動する。そこで再度画像計測により
相対位置の計測を行なう。さらに高い精度が要求される
場合はZ軸方向に段階的に近づけ、その都度相対計測を
行なえば良い。
最後はZ方向に目標となる相対位置まで移動すれば、
ハンドの位置決めが完了するので、ハンドの把持動作に
より対象物体の把持作業が行える。さらにこのときマー
クの現在画像と接合完了時の輪郭などのリファレンス画
像が重ね合わせできるようにしておけば、人間の目視に
より位置決め状況が確認できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は、近接覚センサとして
カメラ系とターゲットマークからなる構成により、3次
元空間に置かれた任意の対象物の相対位置検出が可能で
ある。上述の処理は、リング状のマークを目標に人間が
画像を見ながら遠隔操作によりターゲットマークを容易
に認識でき、目視によってもある程度の相対位置関係が
把握可能である。さらに処理すべきターゲットマーク画
像が得られれば、画像処理により相対位置計測が可能で
ある。また凹状の立体マークであるため姿勢方向につい
ても高精度の計測が可能であり、例えば5つのマークが
ある平面上にないもう一つのマークが観測できなくても
相対位置の計測が可能である。この場合、計測後、観測
位置を変更して繰り返し計測することにより計測精度を
向上させることが可能である。
以上の説明より、本発明のターゲットマークは平面マ
ークと立体マークの特性を合わせ持ち、さらにリング状
のマークを設けることにより人間にもある程度マーク形
状から相対位置関係が把握でき、マークの認識も容易と
なるなど単なる画像計測のみならず、遠隔操作を行なう
ロボットシステムにおいて特に有効である。
従って本発明によれば、上記の効果を持ち、従来のタ
ーゲットマークが持っていた課題を解決したターゲット
マークが得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)及び(b)は本発明のターゲットマークの
一実施例の構造を示す正面図及び断面図、第2図は本実
施例のターゲットマークのカメラ画像を示す正面図、第
3図は本実施例の応用例を示す物体把持システムの構成
図、第4図(a)及び(b)は従来のターゲットマーク
の二例を示す斜視図である。 0……カメラ画像平面、1……マーク(A)、2……マ
ーク(B)、3……マーク(C)、4……マーク
(D)、5……マーク(E)、6……マーク(F)、7
……平面、8……ターゲットマーク、9……把持グリッ
プ、10……把持対象物、20……ロボットアーム、21……
ロボットハンド、22……ハンド・アイカメラ、23……ロ
ボット制御手段、24……画像処理手段、25……ロボット
操作手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G06K 19/00 G06K 19/00 Q

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】物体の組立、把持、ドッキング作業等を行
    うシステムに用いられ対象物の接合面に設置する近接セ
    ンサ用のターゲットマークにおいて、平面上に設けられ
    面積最大のリング状マークと、それぞれ円形をなして一
    つだけ面積が異なり且つ前記平面上における前記リング
    状マークの外側に該リング状マークの中心位置を中心と
    する正方形に配置された4つの円形マークと、前記リン
    グ状マークと同心円で且つ該リング状マークの内側をく
    り抜いた底面に設置されたマークとを具備し、前記リン
    グ状マーク及び前記円形マーク及び前記マークの部分に
    他の部分とは異なる色を塗布してなることを特徴とする
    ターゲットマーク。
JP2172205A 1990-06-29 1990-06-29 ターゲットマーク Expired - Fee Related JP2546037B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2172205A JP2546037B2 (ja) 1990-06-29 1990-06-29 ターゲットマーク

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2172205A JP2546037B2 (ja) 1990-06-29 1990-06-29 ターゲットマーク

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0460686A JPH0460686A (ja) 1992-02-26
JP2546037B2 true JP2546037B2 (ja) 1996-10-23

Family

ID=15937537

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2172205A Expired - Fee Related JP2546037B2 (ja) 1990-06-29 1990-06-29 ターゲットマーク

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2546037B2 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2569087Y2 (ja) * 1992-06-18 1998-04-22 株式会社エヌ・ティ・ティ・建築総合研究所 X線撮影用ゲージ
GB9915880D0 (en) * 1999-07-08 1999-09-08 British Aerospace Optical target and apparatus and method for automatic identification thereof
JP4717279B2 (ja) * 2001-08-02 2011-07-06 本田技研工業株式会社 ワークの位置出し方法
JP4966524B2 (ja) * 2005-08-08 2012-07-04 西日本旅客鉄道株式会社 計測システム、計測方法、トンネル断面の計測方法及びプラットホームとレールの離隔の計測方法
JP2009198329A (ja) * 2008-02-21 2009-09-03 Kajima Corp 位置計測システムおよび位置計測方法
JP2017120216A (ja) * 2015-12-28 2017-07-06 川崎重工業株式会社 位置計測システムおよび方法
KR102044738B1 (ko) * 2017-11-27 2019-11-14 한국해양과학기술원 수중 소나 및 광학 센서 겸용 인공 표식 제조 장치 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0460686A (ja) 1992-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3242108B2 (ja) ターゲットマークの認識・追跡システム及び方法
CN107214692B (zh) 机器人系统的自动标定方法
JP6261016B2 (ja) マーカ画像処理システム
JP4191080B2 (ja) 計測装置
CN101370624B (zh) 自动化攫握零件的方法和系统
JP2004508954A (ja) 位置決め装置およびシステム
JPH05312521A (ja) ターゲットマーク
CN111278608A (zh) 用于3d视觉机器人系统的校准物品
JP2546037B2 (ja) ターゲットマーク
JP2002071313A (ja) ターゲットマーカとこれを用いた対象物の位置計測方法及びロボットシステム
JPH0780790A (ja) 三次元物体把持システム
Lin et al. Real-time robot pose correction on curved surface employing 6-axis force/torque sensor
Maier et al. Whole-body self-calibration via graph-optimization and automatic configuration selection
Nissler et al. Robot-to-camera calibration: a generic approach using 6D detections
JP2890874B2 (ja) ロボットアーム相対姿勢補正方法
JP2616225B2 (ja) 相対位置決め方式
JPH0847881A (ja) ロボットの遠隔操作方法
JP3754340B2 (ja) 位置検出装置
KR102333281B1 (ko) 툴이 이동할 위치를 티칭하는 로봇암 및 로봇암의 동작 방법
JP3516668B2 (ja) 3次元形状認識方法、装置およびプログラム
JPH02110788A (ja) 3次元物体の形状認識方法
Erceg et al. Stereo vision based robot welding
Liang et al. A general framework for robot hand-eye coordination
JPH03170289A (ja) ターゲットグリップ
JPH03131710A (ja) 位置決めマーク

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees