JP6000789B2

JP6000789B2 - ロボットシステム及び無線カメラ装置

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Publication number: JP6000789B2
Application number: JP2012220348A
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Inventors: 林　禎; 禎林
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Publication date: 2016-10-05
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Description

本発明は、ロボットアームに取り付けられ、撮像により生成した画像データの信号を無線で送信する無線カメラ装置を備えたロボットシステム、及びロボットアーム用の無線カメラ装置に関する。

従来、さまざまな角度から被写体であるワークを観察するために、ロボットアームの先端に取り付けられ、観察する向きを変えながらワークを撮像するカメラ装置を備えたロボット装置が知られている。このようなロボット装置は、ロボットアームの先端にカメラ装置と共に取り付けられ、ワークに対して作業（例えば組み付けやねじ締めなどの作業）を行うツール類やハンド等のエンドエフェクタを有している。カメラ装置の撮像により得られた画像を処理装置に伝送し、作業を行うための情報を抽出すれば、そのまま連続的に作業を行うことができるメリットがある。

このような画像計測を行う場合、精度や分解能が必要なため、近年では数百万画素の撮像素子を有するカメラ装置を用いる場合が多くなった。撮像した画像のデータ伝送を行う場合は、画像のデータサイズが大きいため、有線にて複数の高速信号線を用いて伝送していた。

しかしながら、複数の高速信号線を含むケーブルは太くて重く高価である。また、ケーブルをロボットアームに取り付ける際、ケーブルの耐久性能や取り回し性を改善するために、特殊なケーブルやケーブルを捌くための装置が必要であった。

これに対して、広い帯域を持つミリ波等の電波や光を用いて、高解像度の画像データを無線で伝送する無線カメラ装置が提案されている（特許文献１参照）。画像データの無線伝送により、ケーブルの耐久性向上や取り回しの工夫は必要ない。

２００７−３２４７１８号公報

しかしながら、直進性が高いミリ波等の電波や光を用いた無線通信では、周辺の障害物等によって通信が遮断されてしまうため、電波や光が放射される方向に応じて無線受信装置を複数用意する必要があった。特に、ロボットアームの周辺にさまざまなツール類が置いてある場合、ツール類は金属で作られているものが多いため、信号の送信時にツール類で信号が反射することによる干渉が起きて、伝送エラーが発生する恐れもあった。さらには、作業時間を短縮するために、画像のデータ伝送中でもツール類が移動することもあるので、最初はデータ伝送ができていたとしても、途中でデータ伝送が遮断される恐れがあった。

これに対して、特許文献１に記載のカメラ装置では、カメラ装置側の送信アンテナに適切な指向性を持たせて混信を防ぐとともに、無線制御回路が最適な無線受信装置をサーチしてその方向に、送信アンテナを向ける制御を行っていた。

しかし、特許文献１に記載のカメラ装置では、送信アンテナを駆動するための駆動部が必要であるため、装置が大掛かりで重量がある。ロボットアームに搭載するカメラ装置は少しでも軽量かつ小型化する必要があるため、特許文献１に記載のカメラ装置をロボットアームに搭載することは、本質的に不向きであった。

そこで、本発明は、被写体を撮像した画像データの伝送時に通信が途切れることのないロボットシステム及び無線カメラ装置を提供することを目的とするものである。

本発明のロボットシステムは、多関節のロボットアームと、前記ロボットアームに取り付けられ、被写体を撮像するカメラ部と、前記カメラ部に設けられた指向性を有する送信アンテナと、前記カメラ部に設けられ、前記カメラ部より取得した画像データの信号を、前記送信アンテナを通じて無線で送信する無線送信部と、被写体の周囲の所定範囲に配置される受信アンテナと、前記受信アンテナを通じて画像データの信号を無線で受信する無線受信部と、前記無線受信部より取得した画像データに基づいて、前記ロボットアームを制御するロボット制御部と、を備え、前記送信アンテナは、前記カメラ部の撮像方向に向かって信号を送信する姿勢で前記カメラ部に固定されていることを特徴とする。

本発明によれば、被写体の撮像した際に安定して画像データを無線伝送することが可能となる。

実施形態に係るロボットシステムの概略構成を示す説明図である。実施形態に係るロボットシステムを示すブロック図である。無線カメラ装置の構成を示すブロック図である。送信アンテナの指向方向を示す説明図である。受信アンテナの位置関係を示す模式図である。図５に示す直線Ｌ−Ｌ’上の電波強度を示すグラフである。実施形態のカメラ部からワーキングディスタンス離れた位置での撮像範囲及び指向範囲を示す図である。送信アンテナの設置位置を示す図である。受信アンテナの設置位置を示す図である。比較例の送信アンテナの指向方向を示す説明図である。比較例のカメラ部からワーキングディスタンス離れた位置での撮像範囲及び指向範囲を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るロボットシステムの概略構成を示す説明図である。図２は、本発明の実施形態に係るロボットシステムを示すブロック図である。

図１に示すように、ロボットシステム１００は、ロボットアーム１０１と、ロボットアーム１０１の先端に取り付けられたエンドエフェクタとしてのロボットハンド１０２と、無線カメラシステム２００と、ロボット制御部としての制御装置３００と、を備えている。ロボットアーム１０１は、複数のリンクが関節で連結された、垂直型の多関節（本実施形態では、６軸関節）のロボットアームである。ロボットアーム１０１の基端は、作業台５００の平面（作業平面）上に固定されている。また、被写体であるワークＷは、作業台５００の平面上に載置されている。なお、エンドエフェクタがロボットハンド１０２である場合について説明するが、ワークＷに作業を施すためのツール類であってもよい。

無線カメラシステム２００は、ロボットアーム用の無線カメラ装置２０１と、受信アンテナ２１１と、無線受信部２１２とを備えている。無線カメラ装置２０１は、カメラ部２０２と、送信アンテナ２０３と、無線送信部２０４とを有して構成される。図１では、ロボットアーム１０１によって被写体であるワークＷにカメラ部２０２が正対するように、制御装置３００によりロボットアーム１０１の位置姿勢が制御されている。

制御装置３００は、図２に示すように、画像生成部３０１と、画像計測部３０２と、軌道生成部３０３と、ロボット駆動部３０４と、を有して構成される。

カメラ部２０２は、被写体であるワークＷを撮像するものである。このカメラ部２０２は、図１に示すように、ロボットアーム１０１の先端に取り付けられており、位置及び姿勢を自在に変更することができるようになっている。

図３は、無線カメラ装置の構成を示すブロック図である。カメラ部２０２は、筐体２３１（図１）と、光学レンズ２３２（図１）と、シャッタ装置２３３と、撮像素子２３４と、ＡＤコンバータ２３５と、シリアライザ２３６と、を有している。光学レンズ２３２は、外部に露出するように筐体２３１に配置されている。筐体２３１の内部には、シャッタ装置２３３、撮像素子２３４、ＡＤコンバータ２３５及びシリアライザ２３６が配置されている。撮像素子２３４は、ＣＭＯＳイメージセンサ又はＣＣＤイメージセンサ等の撮像センサである。本実施形態では、カメラ部２０２は、焦点位置を調整するフォーカス機構を有しておらず、ワーキングディスタンスは一定であるとして説明するが、カメラ部２０２がフォーカス機構を有していてもよい。ここで、ワーキングディスタンスとは、カメラ部２０２の光学レンズ２３２の先端と、光学レンズ２３２による焦点との距離である。

送信アンテナ２０３は、カメラ部２０２の筐体２３１の外側面に固定して取り付けられている。送信アンテナ２０３は、鋭い指向性を有する平面型の八木式アンテナである。この送信アンテナ２０３は、光軸方向に開いている面であれば、いずれの外側面であっても設置可能である。本実施形態では、筐体２３１の４つの外側面のうち、１つの外側面が支持部材でロボットアーム１０１に取り付けられるので、送信アンテナ２０３は、残りの３つの外側面のいずれの外側面であっても設置可能である。また、送信アンテナ２０３は、レンズ鏡筒が筐体２３１に対して突き出している場合は、影を小さくするためになるべく前方に設置するとよい。

無線送信部２０４は、発振器２４１及び無線変調増幅器２４２を有して構成され、カメラ部２０２の筐体２３１の内部に設けられている。

受信アンテナ２１１は、ワークＷの周囲であって、作業台５００の平面上に固定して配置されている。受信アンテナ２１１は、無指向性または図２で右方に向けて立体角９０度以上の広い指向性を有し、図２上の右方から来る電波を受信できるようになっている。

ワークＷの位置計測を行って作業を行う場合は、ロボットアーム１０１によってカメラ部２０２の位置決めがなされた後、カメラ部２０２によりワークＷの撮像が行われる。撮像された画像データは、無線送信部２０４により無線通信可能な信号に変換されて、送信アンテナ２０３を通じて無線で送信される。

無線受信部２１２は、受信アンテナ２１１を通じて無線で受信した画像データの信号を復調してシリアルの画像データをリアルタイムに制御装置３００に伝送する。制御装置３００は、画像データに基づいて位置計測や検査などを行い、ロボットアーム１０１の動作を制御する。

ここでいうリアルタイムとは、カメラ部２０２による撮像後、データ転送や計測がロボットアーム１０１の移動などの他の動作の前に行われることである。特に撮像終了後、一旦画像データを記憶装置などに格納し、制御装置３００に伝送するためにデータ送受信が可能なホットスポットに移動する動作や、撮像終了後、データ伝送のためにカメラ部２０２の姿勢を変えるなどの動作を行わないことを指す。撮像終了後、データの転送前に画像処理を行うものに関しては、データ転送のための前記のような動作をおこなわなければ、転送までの間、ロボットアーム１０１の動作は行われないのでリアルタイムであるとする。

以下、制御装置３００の具体的な動作について説明する。画像生成部３０１は、無線受信部２１２から取得したシリアルの画像データから画像を生成する。画像計測部３０２は、画像生成部３０１が生成した画像に基づいて、ワークＷの位置姿勢を計測する。軌道生成部３０３は、画像計測部３０２で計測したワークＷの位置姿勢のデータに基づいて、ロボットアーム１０１及びロボットハンド１０２の作業軌道を計算する。ロボット駆動部３０４は、軌道生成部３０３の指令に従ってロボットアーム１０１およびロボットハンド１０２を駆動する。これにより、ロボットアーム１０１及びロボットハンド１０２に必要な作業を行わせることができる。

ここで、画像計測部３０２及び軌道生成部３０３の計測処理と軌道計算処理は、汎用的なデジタル処理なので、図２では２つに分けて示したが、一つの処理装置で実施することも可能である。なお、ワークＷの位置計測や検査、ロボットアーム１０１の軌道計算などの詳細なアルゴリズムについては、種々の方式が可能であるが、詳細な説明は省略する。

次に、無線カメラ装置２０１について詳細に説明する。光学レンズ２３２によって結像された像は、シャッタ装置２３３によって露光時間を制御された後、撮像素子２３４にて捉えられ、画素ごとに画像データｄａが順次読み出される。画像データｄａは、ＡＤコンバータ２３５によってデジタルデータｄｐに変換された後、シリアライザ２３６によって画像の同期信号ｓｙｎｃを付加したシリアルデータｄｓに変換される。

無線変調増幅器２４２は、発振器２４１により出力されるミリ波（例えば数十ＧＨｚ）の無線搬送信号ＲＦｃをシリアルデータｄｓにより１変調して増幅する。その後、無線変調増幅器２４２は、出力信号ＲＦｏを、送信アンテナ２０３を通じて無線で送信する。なお、シリアルデータに変換するデータの並び順、同期信号の付加、および変調に関する方式や規格は種々あるが、詳細な説明は省略する。

本実施形態では、送信アンテナ２０３は、カメラ部２０２の撮像方向に向かって信号を送信する姿勢でカメラ部２０２に固定されている。

そして、受信アンテナ２１１は、ロボットアーム１０１がカメラ部２０２によりワークＷを撮像する姿勢のとき、即ちカメラ部２０２がワークＷを撮像する位置姿勢のときに、送信アンテナ２０３から信号を受信可能な所定範囲に入る位置に設置されている。換言すると、送信アンテナ２０３は、ワークＷの周囲に配置した受信アンテナ２１１にて信号が受信可能な指向性を有している。

図４は、実施形態の送信アンテナの指向方向を示す説明図である。詳細には、図４には、受信アンテナ２１１がカメラ部２０２の撮像方向に向かって信号を送信する姿勢でカメラ部２０２に固定された場合に、無線カメラ装置２０１の位置姿勢を変えてワークＷを撮像するときの送信アンテナ２０３の指向方向を示している。図１０は、比較例の送信アンテナの指向方向を示す説明図である。詳細には図１０には、受信アンテナ１２１１，２２１１がカメラ部の撮像方向に向かって信号を送信する姿勢とは異なる姿勢でカメラ部に固定された場合に、無線カメラ装置１２０１の位置姿勢を変えてワークＷを撮像するときの送信アンテナの指向方向を示している。なお、アンテナには、主指向性（メインローブ）のほかに副指向性（サイドローブ）が存在するが、八木式アンテナでは、その差が大きいのでサイドローブは無視する。

カメラ部２０２によりワークＷを撮像するときのロボットアーム１０１の姿勢が複数あり、ワークＷを撮像するときのカメラ部２０２の位置姿勢が複数ある。そして、ロボットアーム１０１の動作によりカメラ部２０２を、ワークＷを撮像するときの各々の位置姿勢にすることで、カメラ部２０２はワークＷを複数の方向から撮像することができる。なお、いずれの位置姿勢であっても、カメラ部２０２は、ワークＷに正対し、ワーキングディスタンスの分、ワークＷから離れている。

図４及び図１０では、ワークＷを３方向から撮像する場合を示している。即ち、無線カメラ装置２０１，１２０１をロボットアーム１０１により位置Ａ，Ｂ，Ｃに移動させ、ワークＷの撮像を行う。ここで、一点鎖線で示したのは、各位置Ａ，Ｂ，Ｃでの無線カメラ装置２０１，１２０１の送信アンテナの送信指向性である。

図４では、受信アンテナ２１１は、可能な限り撮像するワークＷの近傍であって、ロボットハンド１０２やカメラ部２０２がアプローチする方向が開口となるように取り付けられている。なお、図１０において、無線カメラ装置１２０１からの画像データの信号を受信する受信アンテナ１２１１，２２１１は、ワークＷから離れた位置に配置されている。

図４及び図１０において、ロボットアーム１０１の周りには、別のロボットアーム１１０１や天井から吊り下げられたツール類１１０２，１１０３が配置されている。ツール類１１０２，１１０３は、作業時間を短縮するため、別のロボットアーム１１０１を使って並列で作業を行い、ロボットアーム１０１と独立して駆動することが可能である。

無線カメラ装置２０１，１２０１のカメラ部が撮像中であっても、ツール類１１０２，１１０３の位置姿勢は、撮像を妨げなければ任意の位置姿勢をとることができ、また撮像中に位置を変えることも可能となっている。

図１０に示す比較例の場合は、無線カメラ装置１２０１の位置姿勢によって受信アンテナへの指向方向が大きく変わってしまうため、撮像シーンに応じて複数の受信アンテナ１２１１，２２１１を用意して順次切り替えていく必要がある。

また図１０で無線カメラ装置１２０１が位置Ａにあるときには、指向方向が他のロボットアーム１１０１やツール類１１０２，１１０３のある方向となるため、このままではダイレクトに無線で飛んでくる画像データの信号を受信することはできない。

したがって受信アンテナ１２１１，２２１１の指向方向を可変として制御するか、何度か構造物に多重反射した電波をとらえる必要がある。このためには、指向性制御回路や多重反射波と直接波との干渉を考慮した無線受信装置設計などが必要となってくるため、非常に煩雑となる。さらにはロボットアーム１１０１や並列作業のためツール類１１０２，１１０３が動く場合は、動的に高速にそれらを切り替える必要があり、技術的な難易度が高い。

加えて位置Ｃのように電波が飛ぶ方向が装置の外側を向く場合があったり、反射波を利用するため電波強度を強める必要があったりして、隣接する無線カメラ装置との干渉を考慮しなくてはならない恐れもある。

これに対し、図４に示す本実施形態では、無線カメラ装置２０１のカメラ部２０２がワークＷを撮像するどの位置及び姿勢であっても、カメラ部２０２の送信アンテナ２０３の指向方向は撮像するワークＷの方向に向く。つまり、カメラ部２０２は、ワークＷを撮像するどの位置姿勢であっても、撮像方向に向かって信号を送信するので、ワークＷに向かって信号を送信することになる。

受信アンテナ２１１は、ワークＷの周囲であって、カメラ部２０２がいずれの位置姿勢であっても送信アンテナ２０３から送信された信号を受信可能な所定範囲に配置されている。したがって、１つの受信アンテナ２１１及び無線受信部２１２であっても、送信アンテナ２０３から送信された信号を確実に受信することができる。

また撮像中は、ワークＷを撮像するために見通し方向があいている必要があり、画角方向に障害物が存在したり侵入したりする可能性はない。即ち、ロボットアーム１１０１、ツール類１１０２，１１０３がたとえ作業のために許される任意の位置に移動したとしても、カメラ部２０２による撮像が干渉されることなく、受信アンテナ２１１を通じて画像データの信号の受信を行うことができる。

また、受信アンテナ２１１の相対的な位置がほとんど変わらないので、送信アンテナ２０３の指向性を鋭くすることができ、無線送信部２０４の消費電力を抑えることができる。

ロボットハンド１０２による作業位置は、通常、装置の中央付近にとられるので、電波の飛ぶ方向が装置の内向きであり、外部装置との干渉を起こしにくい。さらに直接波により安定した状態で伝送可能なので、電波強度を抑え、隣接する他の無線カメラ装置に対する干渉を防ぐことができるという副次的な効果も有する。

以上のように、送信アンテナ２０３は、カメラ部２０２の撮像方向に向かって信号を送信する姿勢でカメラ部２０２に固定されている。また、受信アンテナ２１１は、ロボットアーム１０１がカメラ部２０２によりワークＷを撮像する姿勢のときに送信アンテナ２０３から信号を受信可能な所定範囲に設置されている。これにより、カメラ部２０２の位置や姿勢、外部装置の位置にかかわらず、安定して画像データの信号のリアルタイム伝送が可能となる。

次に、受信アンテナ２１１の配置位置について詳細に説明する。図５は、受信アンテナ２１１の位置関係を示す模式図である。この図５には、カメラ部２０２がワークＷを撮像する位置姿勢となっているときのカメラ部２０２の撮像範囲及び送信アンテナ２０３の指向範囲を示している。図５（ａ）は撮像時の状況を側方から見た図であり、図５（ｂ）はワークの位置での撮像面を示している。図５（ａ）及び図５（ｂ）において、点線は、カメラ部２０２による撮像範囲Ｒ_Ｂを示し、一点鎖線は、障害物がない場合のカメラ部２０２に設けた送信アンテナ２０３からの電波の指向範囲Ｒ_Ａを示す。この指向範囲Ｒ_Ａは、送信アンテナ２０３の送信利得がピーク方向の１／２以上となる範囲を示している。

カメラ部２０２は、ワークＷに正対してワークＷからワーキングディスタンス（一定の距離）離れた位置で撮像するものとする。また、カメラ部２０２の光学レンズ２３２による焦点を通過し、カメラ部２０２の撮像素子２３４の受光面に平行な平面を、撮像面Ｐとする。つまり、撮像面Ｐは、カメラ部２０２の光軸方向にカメラ部２０２からワーキングディスタンス離れた位置を通過する、カメラ部２０２の撮像素子２３４の受光面に平行な平面である。この撮像面Ｐ上の直線を直線Ｌ−Ｌ’とする。

図５（ｂ）に示すように、送信アンテナ２０３は、送信アンテナ２０３の指向範囲Ｒ_Ａがカメラ部２０２の撮像範囲Ｒ_Ｂよりも広い指向性のものである。なお、指向範囲Ｒ_Ａの範囲外であっても、受信アンテナ２１１により送信アンテナ２０３からの信号を受信可能な二点鎖線で示す受信可能範囲Ｒ_Ｃがある。この受信可能範囲Ｒ_Ｃは、指向範囲Ｒ_Ａを包含している。また、指向範囲Ｒ_Ａは、撮像範囲Ｒ_Ｂを包含している。

図５（ａ）の直線Ｌ−Ｌ’上において、送信アンテナ２０３の指向範囲Ｒ_Ａの境界と重なる点が点Ｌ_Ａ及び点Ｌ_Ａ’であり、カメラ部２０２の撮像範囲Ｒ_Ｂの境界と重なる点が点Ｌ_Ｂ及び点Ｌ_Ｂ’である。また、受信可能範囲Ｒ_Ｃの境界と重なる点Ｌ_Ｃ及び点Ｌ_Ｃ’である。

図６は、図５に示す直線Ｌ−Ｌ’上の電波強度を示すグラフである。横軸は直線Ｌ−Ｌ’上の位置を示し、縦軸は直線Ｌ−Ｌ’上の電波強度を示している。電波強度は、点Ｌ_Ａ，Ｌ_Ａ’、即ち指向範囲Ｒ_Ａの境界では、ピーク強度の１／２となり、点Ｌ_Ｂ，Ｌ_Ｂ’付近、即ち撮像範囲Ｒ_Ｂ付近では十分な電波強度が確保されている。

受信アンテナ２１１が設置される所定範囲は、カメラ部２０２がワークＷを撮像する位置姿勢のときの受信可能範囲Ｒ_Ｃに包含される範囲に設定されている。より具体的には、所定範囲は、カメラ部２０２がワークＷを撮像する各位置姿勢における複数の受信可能範囲Ｒ_Ｃが重なる範囲に包含される範囲に設定されている。

このように、受信アンテナ２１１は、所定範囲として、カメラ部２０２がワークＷを撮像する位置姿勢のときに送信アンテナ２０３により送信された信号を受信可能な範囲に入る位置に設置されている。

この受信アンテナ２１１は、送信アンテナ２０３の指向範囲Ｒ_Ａに入る位置に設置されているのが好ましい。つまり、受信アンテナ２１１が設置される所定範囲は、カメラ部２０２がワークＷを撮像する位置姿勢のときの指向範囲Ｒ_Ａに包含される範囲に設定されるのが好ましい。より具体的には、所定範囲は、カメラ部２０２がワークＷを撮像する各位置姿勢における複数の指向範囲Ｒ_Ａが重なる範囲に包含される範囲に設定されているのが好ましい。換言すると、送信アンテナ２０３は、カメラ部２０２がワークＷを撮像する位置姿勢のときに送信アンテナ２０３の指向範囲Ｒ_Ａ内に受信アンテナ２１１が入る姿勢でカメラ部２０２に固定されているのが好ましい。

このように、受信アンテナ２１１が、所定範囲として、カメラ部２０２がワークＷを撮像する位置姿勢のときに送信アンテナ２０３の指向範囲に入る位置に設置されることで、より信号の受信感度が高まり、より安定して画像データの信号を受信することができる。

また、受信アンテナ２１１は、カメラ部２０２の撮像範囲Ｒ_Ｂに入る位置に設置されているのがより好ましい。つまり、受信アンテナ２１１が設置される所定範囲は、カメラ部２０２がワークＷを撮像する位置姿勢のときの撮像範囲Ｒ_Ｂに包含される範囲に設定されるのがより好ましい。より具体的には、所定範囲は、カメラ部２０２がワークＷを撮像する各位置姿勢における複数の撮像範囲Ｒ_Ｂが重なる範囲に包含される範囲に設定されているのがより好ましい。換言すると、送信アンテナ２０３は、カメラ部２０２がワークＷを撮像する位置姿勢のときに送信アンテナ２０３の指向範囲Ｒ_Ａがカメラ部２０２の撮像範囲Ｒ_Ｂを包含する姿勢でカメラ部２０２に固定されているのが好ましい。

このように、受信アンテナ２１１が、所定範囲として、カメラ部２０２がワークＷを撮像する位置姿勢のときにカメラ部２０２の撮像範囲に入る位置に設置されることで、更に信号の受信感度が高まる。これにより、更に安定して画像データの信号を受信することができる。

また、カメラ部２０２の撮像範囲Ｒ_Ｂに受信アンテナ２１１が入っており、送信アンテナ２０３から受信アンテナ２１１が見通し位置にあることが保証されている。したがって、ワークＷまたはワークＷを保持する治具（不図示）、ロボットアーム１０１やその先端に取り付けられたロボットハンド１０２の位置によって電波が遮られる恐れがない。すなわち、ワークＷまたはワークＷを保持する治具、ロボットアーム１０１の先端に取り付けられたロボットハンド１０２の位置などによらず、受信アンテナ２１１は直接電波を受けることができるため、安定した受信が可能である。

また、画像上に受信アンテナ２１１が写るため、撮像位置の初期設定をする際にカメラ部２０２、ワークＷ、及び受信アンテナ２１１の位置関係を補正することが可能となる。すなわち、ロボットアーム１０１や治具の製造誤差や組み立て誤差などがあっても、画像上にワークＷおよび受信アンテナ２１１が写っているので、理想状態の画像を保存しておけば画像情報を元にして、パターンマッチングなどで最適な位置を求めればよい。そして、ロボットアーム１０１を移動することにより補正することが可能となる。

また同様にして温度上昇や機械的な衝撃などによってワークＷや治具位置、ロボットアーム１０１の状態に変化があっても、画像情報を元にして最適なカメラ位置になるようにロボットアーム１０１を駆動して補正することが可能となる。

ところで、カメラ部２０２の撮像方向には光学レンズ２３２があるため、撮像方向の中心軸すなわち光軸と、送信アンテナ２０３の送信利得が最大となる軸との間にはオフセットが生じる。

図７は、実施形態のカメラ部からワーキングディスタンス離れた位置での撮像範囲及び指向範囲を示す図である。図７（ａ）は、カメラ部２０２の光軸Ｌ_Ｏと送信アンテナ２０３の送信利得が最大となる軸Ｍとを示す模式図である。図７（ｂ）は、カメラ部２０２の位置姿勢を変えて撮像する際の撮像面Ｐにおける撮像範囲と指向範囲とを示す平面図である。

図１１は、比較例のカメラ部からワーキングディスタンス離れた位置での撮像範囲及び指向範囲を示す図である。図１１（ａ）は、カメラ部１２０２の光軸Ｌ_Ｏと送信アンテナ１２０３の送信利得が最大となる軸Ｍとを示す模式図である。図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）は、カメラ部１２０２の位置姿勢を変えて撮像する際の撮像面Ｐにおける撮像範囲と指向範囲とを示す平面図である。

図１１（ａ）に示すように、カメラ部１２０２の光軸Ｌ_Ｏと送信アンテナ１２０３の最大送信利得の軸Ｍとが平行である場合、カメラ部１２０２の破線で示す撮像範囲と、送信アンテナ１２０３の一点鎖線で示す指向範囲とがずれている。

図１１（ｂ）では、適切な指向範囲であるが、光軸Ｌ_Ｏと送信利得が最大となる軸Ｍとのオフセットが大きく、カメラ部１２０２がワークに正対したときに撮像範囲が指向範囲に含まれない。また、図１１（ｃ）では、光軸Ｌ_Ｏと軸Ｍとのオフセットは小さいが、指向性が鋭く、指向範囲が撮像範囲をカバーしていない。図１１（ｂ）や図１１（ｃ）の場合のように、撮像する際の位置姿勢によっては、受信アンテナ１２１１において電波を受信できない場合がある。

これに対し本実施形態では、図７（ａ）に示すように、物理的または電気的に光軸Ｌ_Ｏと送信アンテナ２０３の送信利得が最大となる軸Ｍとの間に角度をつけている。具体的に説明すると、送信アンテナ２０３は、カメラ部２０２の光軸Ｌ_Ｏと送信アンテナ２０３の送信利得が最大となる軸Ｍとが、カメラ部２０２からワーキングディスタンス離れた位置で交わる姿勢でカメラ部２０２に固定されている。

従って、カメラ部２０２がどのような位置姿勢でワークＷを撮像しても、カメラ部２０２からワーキングディスタンス離れた位置では、破線で示す撮像範囲と一点鎖線で示す指向範囲との重なりを大きくすることができる。これにより、受信アンテナ２１１は、送信アンテナ２０３からの信号を確実に受信することが可能となる。特に、受信アンテナ２１１が撮像範囲に入る位置に配置されている場合には、受信アンテナ２１１は、より確実に送信アンテナ２０３から送信された信号を受信することが可能となる。

なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

上記実施形態では、送信アンテナ２０３が八木式アンテナである場合について説明したが、これに限定されない。送信アンテナ２０３は、例えばミリ波無線において用いられる、パッチアンテナなどの平面アンテナであってもよい。このアンテナはアンテナが形成された平面の法線方向に緩い指向性を有するアンテナである。

この場合の送信アンテナ２０３の設置位置は、図８（ａ）のように、筐体２３１のレンズ鏡筒のある面に設置してもよいし、図８（ｂ）のように、筐体２３１の４つある外側面のいずれかに送信アンテナ２０３を有するアンテナ基板を立設してもよい。

また応用例としてステレオカメラへの適用も考えられる。この場合、図８（ｃ）のように、２つのカメラ部２０２_１，２０２_２の間、すなわちベースライン上に送信アンテナ２０３を置けば筐体２３１の体積を増やさずアンテナ実装が可能となる。

また、送信アンテナ２０３が、八木式アンテナのような面内方向に指向方向をもつアンテナの場合は、図８（ｄ）のように、筐体２３１の上面に送信アンテナ２０３を実装してもよい。

また、図８（ｅ）のように、筐体２３１の内部であって、２つのカメラ部２０２_１，２０２_２の間に実装し、カメラ前面（レンズのある面）に電波放射のための開口２３１ａを設ければよい。

また、上記実施形態では、受信アンテナ２１１の取り付け部位が作業台５００の平面上に固定した場合について説明したが、これに限定するものではない。例えば図９（ａ）に示すように、受信アンテナ２１１を被写体であるワークＷを固定するチャック４０の上面に設置してもよい。また、例えば図９（ｂ）に示すように、複数の部品Ｗ_１〜Ｗ_８を供給する供給トレー４１の１か所を空きとして、そこに受信アンテナ２１１を設置してもよい。

また、上記実施形態では、送信アンテナ２０３の指向方向が主方向のみである場合について説明したが、指向方向が主方向以外に複数あってもよい。送信アンテナ２０３として、混信が問題にならなければ、例えばダイポールアンテナのような２つの指向性を有するアンテナも使用可能である。ダイポールアンテナのように対称な双指向性のアンテナを用いる場合は、どちらか片方を撮像方向に向ければよい。ただし混信を起こさないように送信に用いない側のメインローブには十分注意すればよい。

また、上記実施形態では、ミリ波などの広帯域で直進性の高い電波を用いた無線カメラ装置の場合について説明したが、光を用いた無線カメラ装置でも本発明を適用することが可能であり、同様の効果を得ることができる。ミリ波の場合は、金属体表面である程度反射が起きるが、光の場合は鏡面でないと反射強度は著しく落ちるため、本発明の効果はより大きくなる。ただし、画像に影響を与えないように赤外光や紫外光のようにセンサ感度のない波長を用いるか、或いはカメラ部にフィルタを設けて通信光に感光しないよう工夫すればよい。

また、上記実施形態では、垂直型の多関節のロボットアームに無線カメラ装置を搭載する場合について説明したが、水平型の多関節のロボットアームや、パラレルリンクのロボットアームに無線カメラ装置を搭載しても本発明は適用可能である。

また、上記実施形態では、ロボットアームの先端にエンドエフェクタを取り付ける場合について説明したが、エンドエフェクタの代わりに、無線カメラ装置を取り付ける場合であっても本発明は適用可能である。

１００…ロボットシステム、１０１…ロボットアーム、２０１…無線カメラ装置、２０２…カメラ部、２０３…送信アンテナ、２０４…無線送信部、２１１…受信アンテナ、２１２…無線受信部、３００…制御装置（ロボット制御部）

Claims

多関節のロボットアームと、
前記ロボットアームに取り付けられ、被写体を撮像するカメラ部と、
前記カメラ部に設けられた指向性を有する送信アンテナと、
前記カメラ部に設けられ、前記カメラ部より取得した画像データの信号を、前記送信アンテナを通じて無線で送信する無線送信部と、
被写体の周囲の所定範囲に配置される受信アンテナと、
前記受信アンテナを通じて画像データの信号を無線で受信する無線受信部と、
前記無線受信部より取得した画像データに基づいて、前記ロボットアームを制御するロボット制御部と、を備え、
前記送信アンテナは、前記カメラ部の撮像方向に向かって信号を送信する姿勢で前記カメラ部に固定されていることを特徴とするロボットシステム。
前記受信アンテナは、前記所定範囲として、前記カメラ部が被写体を撮像する位置姿勢のときに前記送信アンテナにより送信された信号を受信可能な範囲に入る位置に設置されていることを特徴とする請求項１に記載のロボットシステム。
前記受信アンテナは、前記所定範囲として、前記カメラ部が被写体を撮像する位置姿勢のときに前記送信アンテナの指向範囲に入る位置に設置されていることを特徴とする請求項２に記載のロボットシステム。
前記受信アンテナは、前記所定範囲として、前記カメラ部が被写体を撮像する位置姿勢のときに前記カメラ部の撮像範囲に入る位置に設置されていることを特徴とする請求項３に記載のロボットシステム。
前記送信アンテナは、前記カメラ部の光軸と前記送信アンテナの利得が最大となる軸とが、前記カメラ部からワーキングディスタンス離れた位置で交わる姿勢で前記カメラ部に固定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のロボットシステム。
多関節のロボットアームに取り付けられ、被写体を撮像するカメラ部と、
前記カメラ部に設けられた指向性を有する送信アンテナと、
前記カメラ部に設けられ、前記カメラ部より取得した画像データの信号を、前記送信アンテナを通じて、被写体の周囲の所定範囲に配置された受信アンテナに無線で送信する無線送信部と、を備え、
前記送信アンテナは、前記カメラ部の撮像方向に向かって信号を送信する姿勢で前記カメラ部に固定されていることを特徴とするロボットアーム用の無線カメラ装置。