JP4689813B2

JP4689813B2 - 距離測定装置

Info

Publication number: JP4689813B2
Application number: JP2000352868A
Authority: JP
Inventors: 千秋青山
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-11-20
Filing date: 2000-11-20
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2020-11-20
Also published as: JP2002156226A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体にスリット光を投射してその像を撮影し、物体上に設定された着目点の撮像画面内の位置、スリット光の投射位置および撮像位置の位置関係から着目点までの距離を測定し出力する距離測定装置に関し、特に、装置間の相互干渉による誤測定を回避可能とした距離測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
二足歩行ロボットでは、歩行時の脚部の制御を行うために、床面の凹凸の検出が行われる。この床面の凹凸を検出するための手法の一つとして、光切断法による距離測定が行われる。すなわち、図４に例示するように、レーザ光源と撮像装置とを含む距離測定装置のヘッド部Ａがロボットの腹部などに装着され、足元から少し前方の床面までにわたって開き角度６０°程度の扇形状のスリット光が投射される。
【０００３】
図４のヘッド部Ａは、図３に示すように、スリット光を前方に投射するレーザ光源Ｂとこのレーザ光源から距離Ｌ離れて設置され、床面に投射されたスリット光の像を撮影する撮像装置Ｃから構成されている。そして、三角測量の原理に基づいて、物体上の各箇所までの距離が測定される。すなわち、既知の二点ａ，ｂ間の距離Ｌ（以下、これを「基線長」という）と、これら２点ａ，ｂと物体上の着目点ｘとを頂点とする三角形の内角θｃとから、Ｄ＝Ｌ／tan θc に従って光源から物体上の未知の点Ｘまでの距離Ｄが測定される。内角θｃは、物体上に設定された着目点の撮像画面内の位置から算定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の距離測定装置では、複数のロボットが床面上に歩行する場合などには、各ロボットに装着された複数の距離測定装置が非同期状態でかつ互いに適宜な周期でスリット光を投射することになる。従って、ロボットどうしが接近するにつれて、各ロボットに装着された各距離測定装置が、他のロボットに装着された他の距離測定装置によって投射されたスリット光の像を撮影し、これを自装置が投射したスリット光の像として誤って処理してしまう事態が生じる。すなわち、この種の距離測定装置どうしの相互干渉に起因する誤測定が生じる。
【０００５】
従って、本発明の一つの目的は、相互間の干渉による誤測定を有効に回避できるこの種の距離測定装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記従来の課題を解決する本発明の距離測定装置は、物体にスリット光を投射してその像を撮影し、物体上に設定された着目点の撮像画面内の位置、スリット光の投射位置および撮像位置の位置関係から上記物体上の着目点までの距離を測定し出力する距離測定装置である。そして、この距離測定装置は、上記スリット光の投射とその撮像とを一定周期で反復される期間内に各期間の始点からの時間が疑似ランダム的になるように設定した時点で行わせるタイミング制御手段を備えことにより、他の装置との干渉を避けると共に、この投射と撮像の時点を完全にランダムにする場合よりも処理時間を短縮できるように構成されている。
【０００７】
さらに、本発明の距離測定装置によれば、距離の測定が複数回連続して行われ複数回の平均値が出力されることにより、たとえ同種の装置間の干渉が生じた場合であっても、これに起因する誤測定を軽減できるように構成されている。
【０００８】
さらに、本発明の距離測定装置によれば、複数回の測定値のうち平均値よりも所定値以上離れたものが廃棄され、残りの測定値について新たに平均値が算定し直されることにより、例え同種の装置間の相互干渉が生じた場合であっても、これに起因する測定精度の低下が回避可能なように構成されている。
【０００９】
さらに、本発明の距離測定装置によれば、スリット光の照射位置との距離が異なるように配置された二つの撮像装置によって撮像が行われることにより、測定精度と視野との間の二律背反性が解決できるように構成されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の一つの好適な実施の形態によれば、二足歩行ロボットが歩行する床面の凹凸を検出するためにこの二足歩行ロボットに装着されることにより、複数の二足歩行ロボットどうしの相互干渉の問題を有効に解決できるように構成されている。
【００１１】
【実施例】
図１は本発明の一実施例の距離測定装置の構成を示す機能ブロック図である。この距離測定装置は、タイミング制御部１１、レーザ光源１２、短基線長カメラ１３、長基線長カメラ１４、画像メモリ１５、距離算定部１６を備えている。レーザ光源１２、短基線長カメラ１３および長基線長カメラ１４は、図４のロボットの腹部に装着されるヘッド部Ａに該当する。
【００１２】
この実施例の距離計測装置は、基線長の異なる二つのカメラ、すなわち、短基線長カメラ１３と、長基線長カメラ１４とを備えている。図３を参照すると、基線長Ｌの増加につれて、レーザ光源から物体に投射されたスリット光を観察する角度θｃが増大するため、距離計測精度は向上する。これは、物体上の着目点までの距離を正面方向から測定するよりも、横方向から測定する法が精度が向上するからである。その反面、基線長Ｌの増加につれて、カメラがその固有の視野のもとでロボットの前方を見渡せる距離範囲が狭まり、遠方を見渡せなくなる。
【００１３】
この基線長Ｌに関する精度と視野の二律背反性を解決するために、基線長Ｌの短い短基線長カメラ１３と、基線長Ｌの長い長基線長カメラ１４とを別個に設置しておき、遠方を粗い精度で計測する際は短基線長カメラ１３による撮像画面を解析し、ロボット前方の近傍を高い精度で計測する際は長基線長カメラ１４による撮像画面を解析するという、基線長に関するハイブリッド構成が採用されている。
【００１４】
このハイブリッド構成による一計測方法として、短基線長カメラ１３を用いて大まかな距離を推定し、この推定結果を踏まえて長基線長カメラ１４を用いた高精度の距離計測を行うという具合に、各カメラを用いた測定を時間の前後関係として組み合わせる構成とすることもできる。
【００１５】
レーザ光源１２から床面へのスリット光の投射と、床面に投射されたスリット光の短基線長カメラ１３と長基線長カメラ１４とによる撮影は、タイミング制御部１１から供給されるトリガ信号に同期して、同時にかつ反復的に行われる。このトリガ信号は、疑似ランダム的に発生される。
【００１６】
すなわち、図２のタイミングチャ−トを参照すると、タイミング制御部１１は、その内部において一定周期Ｔの基準信号を発生する。そして、トリガ信号は、各基準信号の始点から計った遅延時間τ₁，τ₂・・・・が最大値Ｔを越えないという条件のもとで、疑似ランダム的になるように発生される。この遅延時間は、適宜な方法、例えば排他的論理和ゲートの帰還ループを有するシフトレジスタによって構成される疑似ランダムパルス発生回路を用いて発生される。このトリガ信号を受けたレーザ光源１２では、トリガ信号に同期して一定の時間にわたってスリット光が照射される。
【００１７】
トリガ信号を完全にランダム的に発生させた場合、このトリガ信号の発生から次の発生までの時間が極めて長くなる場合も起こり得る。この場合、距離の測定に時間がかかり、この結果、ロボットの歩行の制御など、実時間処理に支障を来すおそれがある。このような問題点を回避するうえで、トリガ信号の発生タイミングを遅延時間τがＴ以下に制限された疑似ランダム的なものとし、トリガ信号の発生から次の発生までの時間が最大でも２Ｔ以内に納まるように設定されている。
【００１８】
ＣＣＤカメラなどで構成される短基線長カメラ１３と長基線長カメラ１４におていは、タイミング制御部１１から供給されるトリガ信号に同期して、一定の時間にわたってシャッタが開放され、床上に投影されたスリット光の撮影が行われる。各カメラによる撮像は、タイミング制御部１１から供給されるトリガ信号に同期して画像メモリ１５に書き込まれる。
【００１９】
距離算定部１６は、画像メモリ１５に書き込まれている画像を読み出して分析することにより、床上に設定した着目点の撮像画面内の位置と各カメラの基線長とから床上の着目点までの距離を測定し、測定結果をロボットの歩行制御部に供給する。
【００２０】
実際には、同一の着目点について、スリット光の床面への投射と撮像、画像メモリへの取り込み、および距離算定を複数回にわたって反復し、その平均値をその着目点までの真の距離として算定する。このようにすれば、たとえこの種の測定装置どうしで相互干渉が生じた場合でも、この干渉による測定精度の低下を軽減することができる。
【００２１】
あるいは、上記平均値から所定値以上離れた測定値を廃棄し、残りの測定値のみを対象として新たな平均値を算定し直す構成を採用することもできる。このような構成によれば、たとえ、この種の距離測定装置どうしの干渉が発生しても、これに起因する測定精度の低下が有効に回避される。
【００２２】
床面の各部について距離を測定するには、スリット光を床面のある範囲にわたって走査する必要がある。この実施例では、測定時間を短縮するために、単一のスリット光を走査するのではなく、回折格子を用いたビームスプリッタによって単一のスリット光を一定角度ずつ離れた２０本程度のスリット光に分割し、これらを床面に一斉に投射している。
【００２３】
以上、トリガ信号を、各基準信号の始点から計った遅延時間τ₁，τ₂・・・・が最大値Ｔを越えないという条件のもとで、疑似ランダム的になるように発生させる構成を例示した。しかしながら、このトリガ信号を、基準信号と組合せることなく、疑似ランダムパルス発生回路を用いて疑似ランダム的に発生させる構成とすることもできる。
【００２４】
さらに、実時間制御のための処理時間の制限がない用途などにおいては、トリガ信号を、雑音発生用のツェナーダイオードを利用してランダム的に発生させる構成とすることもできる。
【００２５】
また、二足歩行ロボットに装着する場合を例にとって本発明の距離計測装置を説明した。しかしながら、本発明の距離計測装置を他の自律移動型ロボットにも適用でき、更に、製造ライン上を流れる製品の外観に関する良否判定などに適用することもできる。この場合、物体の各箇所までの距離から物体の輪郭が検出され、この輪郭が標準の輪郭とほぼ一致するか否かによって外観の良否の判定が行われる。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の距離測定装置は、スリット光の投射とその撮像とをランダム的又は疑似ランダム的に設定した時点で反復して行わせるタイミング制御手段を備えているので、他の同種の装置との干渉による誤測定を有効に回避できるという効果が奏される。
【００２７】
また、本発明の距離測定装置によれば、疑似ランダム的に設定される時点が一定周期で反復される期間内に各期間の始点からの時間が所定値以下の条件のもとで疑似ランダム的になるように設定されることにより、完全にランダム的にした場合よりも、処理時間が短縮できるという効果が奏される。
【００２８】
本発明の距離測定装置によれば、距離の測定は複数回連続して行われ複数回の平均値が出力されることにより、たとえ同種の装置間の干渉が生じた場合でも、誤測定を回避できるという効果が奏される。
【００２９】
さらに、本発明の距離測定装置によれば、複数回の測定値のうち平均値よりも所定値以上離れたものが廃棄され、残りの測定値について新たに平均値が算定され、出力されることにより、たとえ同種の装置間の相互干渉が生じた場合でも、測定精度の低下が回避できるという効果が奏される。
【００３０】
さらに、本発明の距離測定装置によれば、スリット光の照射位置との距離が異なるように配置された二つの撮像装置によって撮像が行われることにより、測定精度と視野との間の二律背反性が有効に解決できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の距離計測装置の構成を示す機能ブロック図形である。
【図２】上記距離計測装置によるスリット光の投射とカメラのシャッタの開放のタイミングを例示するタイミングチャートである。
【図３】光切断法による距離計測の原理を説明するための概念図である。
【図４】上記実施例の距離計測装置を二足歩行ロボットの腹部に装着し、スリット光を照射する様子を説明するための図である。
【符号の説明】
Ａヘッド部
11 タイミング制御部
12 レーザ光源
13 短基線長カメラ
14 長基線長カメラ
15 画像メモリ
16 距離算定部

Claims

物体にスリット光を投射してその像を撮影し、物体上に設定された着目点の撮像画面内の位置、スリット光の投射位置および撮像位置の位置関係から前記物体上の着目点までの距離を測定し出力する距離測定装置であって、
前記スリット光の投射とその撮像とを一定周期で反復される期間内に各期間の始点からの時間が疑似ランダム的になるように設定した時点で行わせることにより、他の装置との干渉を避けると共に処理時間を短縮するタイミング制御手段を備えたことと、
前記距離の測定が複数回連続して行われ、この複数回の平均値が出力されることと、
前記複数回の測定値のうち前記平均値よりも所定値以上離れたものが廃棄され残りの測定値について新たな平均値が算定し直されることと、
前記撮像が前記スリット光の照射位置との距離が異なるように配置された二つの撮像装置によって行われることと
を特徴とする距離測定装置。
請求項１において、
二足歩行ロボットが歩行する床面の凹凸を検出するためにこの二足歩行ロボットに装着されたことを特徴とする距離測定装置。