JP6941956B2 - Calculation method for changing the arrangement of the external state sensor - Google Patents
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Description
本発明は、ロボットなどの移動体に対して取り付けられ、当該移動体の環境を走査することにより当該環境における状態を検知するための外界状態センサの、当該移動体に対する相対的な配置態様の変化量を計算する技術に関する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is a change in the arrangement mode of an external state sensor, which is attached to a moving body such as a robot and for detecting a state in the moving body by scanning the environment of the moving body, relative to the moving body. Regarding the technique of calculating the quantity.
センサによる較正用マーカの観測結果に基づき、当該センサの位置ずれを較正する技術が提案されている(特許文献1参照)。3次元視覚センサを用いて検知される2次元パターンの形状の歪みおよび明暗比率の変化の比較に基づき、認識対象物の位置および傾きを調整する方法が提案されている(特許文献2参照)。ロボットの腕体に白色補正版を取り付ける技術が提案されている(特許文献3参照)。 A technique for calibrating the displacement of the sensor based on the observation result of the calibration marker by the sensor has been proposed (see Patent Document 1). A method of adjusting the position and inclination of a recognition object has been proposed based on the comparison of the distortion of the shape of the two-dimensional pattern and the change of the light-dark ratio detected by using the three-dimensional visual sensor (see Patent Document 2). A technique for attaching a white correction plate to the arm of a robot has been proposed (see Patent Document 3).
しかし、ロボット等の移動体に対して取り付けられているセンサの当該移動体に対する相対的な配置態様が変化した場合、移動体とは別個の較正用マーカの観測結果に基づき、当該変化量を計算することは困難である。 However, when the arrangement mode of the sensor attached to the moving body such as a robot changes relative to the moving body, the amount of change is calculated based on the observation result of the calibration marker separate from the moving body. It's difficult to do.
そこで、本発明は、外界状態センサの移動体に対する配置態様の変化量を簡易に計算する方法を提供することを課題とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a method for easily calculating the amount of change in the arrangement mode of the external state sensor with respect to the moving body.
本発明の配置態様変化計算方法は、センサ座標系の相互に直交する第1軸線および第2軸線のそれぞれの回りに回動する走査ビームを出射する外界状態センサが移動体に対して取り付けられ、かつ、前記外界状態センサにより検知される特徴量が場所に応じて変化するように構成されている標識要素が前記移動体に形成または配置されている状態で、前記外界状態センサに前記標識要素を走査させることにより、複数のサンプリングポイントのうち、指定されたサンプリングポイントに関して、前記外界状態センサを基準とした方向を表わす回転角度と前記標識要素による前記特徴量との相関関係に由来する第1因子を検知する検知過程と、前記検知過程により検知された前記第1因子の時系列に基づき、前記移動体に対する前記外界状態センサの相対的な配置態様の変化量を表わす第2因子を計算する計算過程と、を備え、前記標識要素は、パターンマーカとして移動体座標系の所定方向に相互に離間して並列され、かつ、傾きが相互に相違する複数の帯状領域により構成されていることを特徴とする。 In the arrangement mode change calculation method of the present invention, an external state sensor that emits a scanning beam rotating around each of the first axis and the second axis orthogonal to each other in the sensor coordinate system is attached to the moving body. In addition, in a state where the marker element configured so that the feature amount detected by the external world state sensor changes according to the location is formed or arranged on the moving body, the sign element is applied to the external world state sensor. By scanning, the first factor derived from the correlation between the rotation angle representing the direction with respect to the external state sensor and the feature quantity by the labeling element with respect to the specified sampling point among the plurality of sampling points. Based on the detection process that detects The marker element comprises a process, and is characterized in that the marker element is composed of a plurality of strip-shaped regions that are arranged side by side in a predetermined direction of a moving body coordinate system as pattern markers and have different inclinations. And.
本発明の配置態様変化計算方法によれば、移動体に形成または配置されている標識要素により、外界状態センサによる複数のサンプリングポイントのうち一または一群のサンプリングポイントの特徴量と他のサンプリングポイントの特徴量との間に差異が生じる。当該差異が反映された、各サンプリングポイントの外界状態センサを基準とした方向と特徴量との相関関係が用いられることにより、移動体に対する当該外界状態センサの配置態様の変化量が容易に計算される。 According to the arrangement mode change calculation method of the present invention, the feature amount of one or a group of sampling points among a plurality of sampling points by the external state sensor and the other sampling points are determined by the marker element formed or arranged on the moving body. There is a difference from the feature amount. By using the correlation between the feature amount and the direction of each sampling point with respect to the external state sensor, which reflects the difference, the amount of change in the arrangement mode of the external state sensor with respect to the moving object can be easily calculated. NS.
(第1実施形態)
(構成)
図1に示されている本発明の第1実施形態に係る移動体としてのロボット1は脚式移動ロボットである。移動体は、車両等の移動機能を有するあらゆる装置であってもよい。人間と同様に基体10と、基体10の上部に設けられた頭部11と、基体10の上部左右両側から延設された左右の腕体12(第1肢体)と、腕体12の先端部に設けられたハンド13(手部)と、基体10の下部から下方に延設された左右の脚体14(第2肢体)と、脚体14の先端部に取り付けられている足平部15とを備えている。ロボット1は、アクチュエータから伝達される力によって、人間の肩関節、肘関節、手首関節、股関節、膝関節、足首関節等の複数の関節に相当する複数の関節機構において腕体12および脚体14を屈伸運動させることができる。
(First Embodiment)
(composition)
The
腕体12は肩関節機構を介して基体10に連結された第1腕リンクと、一端が第1腕リンクの端部に肘関節機構を介して連結され、他端が手首関節を介してハンド13の付根部に連結されている第2腕リンクとを備えている。肩関節機構は、ヨー軸およびピッチ軸のそれぞれの回りの2つの回転自由度を有する。肘関節機構は、ピッチ軸回りの1つの回転自由度を有する。手首関節機構は、ロール軸およびピッチ軸のそれぞれの回りの2つの回転自由度を有する。
The
ハンド13は、手の平部および当該手の平部に対して可動な一または複数の指機構(可動部材)を備え、当該指機構の動作により一もしくは複数の指機構および手の平部の間で、または、複数の指機構の間で対象物を把持することができるように構成されている。
The
脚体14は股関節機構を介して基体10に連結された第1脚リンクと、一端が第1脚リンクの端部に膝関節機構を介して連結され、他端が足首関節を介して足平部15に連結されている第2脚リンクとを備えている。股関節機構は、ヨー軸、ピッチ軸およびロール軸のそれぞれの回りの3つの回転自由度を有する。膝関節機構は、ピッチ軸回りの1つの回転自由度を有する。足首関節機構は、ピッチ軸およびロール軸のそれぞれ回りの2つの回転自由度を有する。ロボット1は、左右の脚体14のそれぞれの離床および着床の繰り返しを伴う動きによって自律的に移動することができる。
The
頭部11の左側および右側のそれぞれには、一対の外界状態センサS1のそれぞれが配置されている。外界状態センサS1は、回転テーブル上に固定されている2次元レーザーレンジファインダーにより構成されている。2次元レーザーレンジファインダーはスリット状レーザービームを外部に照射して、その反射光を検出することでレーザービームの照射方向(走査方向)に存在する物体までの距離および当該物体の輝度(リフレクタ値)を特徴量として検知する。
A pair of external state sensors S 1 are arranged on each of the left side and the right side of the
外界状態センサS1を構成する回転テーブル、ひいてはスリット状レーザービームが、センサ座標系(x,y,z)のz軸回りに回転するように構成されている。これにより、例えば図3Aに示されているように、外界状態センサS1によるx−y平面におけるレーザービームの第1走査範囲R1は扇形状(例えば中心角が270°)に広がっている。第1走査範囲R1は、x軸線を基準として反転対称性を有していてもよく、非対称であってもよい。 The rotary table constituting the external state sensor S 1 , and thus the slit-shaped laser beam, is configured to rotate around the z-axis of the sensor coordinate system (x, y, z). As a result, for example, as shown in FIG. 3A, the first scanning range R 1 of the laser beam in the xy plane by the external state sensor S 1 extends in a fan shape (for example, the central angle is 270 °). The first scanning range R 1 may have inversion symmetry with respect to the x-axis line, or may be asymmetric.
外界状態センサS1は、センサ座標系における原点からサンプリングポイントまでのベクトルのz軸方向の高さを変化させるように構成されている。これにより、例えば図3Bに示されているように、外界状態センサS1によるx−z平面におけるレーザービームの第2走査範囲R2(またはスリット状レーザービーム)は扇形状(例えば中心角が150°)に広がっている。第2走査範囲R2は、x軸線を基準として反転対称性を有していてもよく、非対称であってもよい。 The external state sensor S 1 is configured to change the height of the vector from the origin to the sampling point in the sensor coordinate system in the z-axis direction. As a result, as shown in FIG. 3B, for example , the second scanning range R 2 (or slit-shaped laser beam) of the laser beam in the x-z plane by the external state sensor S 1 has a fan shape (for example, a central angle of 150). It spreads to °). The second scanning range R 2 may have inversion symmetry with respect to the x-axis line or may be asymmetric.
頭部11の左側および右側のそれぞれには、頭部座標系(X,Y,Z)のZ軸方向に平行な中心軸を有する円柱の側面部分に沿う凹曲面111が形成されている(図3Aおよび図4参照)。凹曲面111のうち一部が外界状態センサS1の走査範囲に含まれ、当該一部にはパターンマーカ112が配置されている。本実施形態では、凹曲面111の単一領域が、x−y平面における第1走査範囲R1の一部である第1指定範囲r1(図3A参照)およびx−z平面における第2走査範囲R2の一部である第2指定範囲r2(図3B参照)に含まれている。パターンマーカ112は、凹曲面111に塗布された塗料により構成されていてもよく、凹曲面111に取り付けられる湾曲板状部材およびそれに塗布された塗料により構成されていてもよい。
A concave
凹曲面111は、第1の特徴量としての「距離」が不連続となる距離境界を構成する第1の標識要素を構成している。パターンマーカ112は、第2の特徴量としての「輝度(またはリフレクタ値)」が不連続となる輝度境界(塗料の種類が異なる領域の境界および塗料がある領域および塗料がない領域の境界を含む。)を構成する第2の標識要素を構成している。パターンマーカ112の一方の側縁、上縁および下縁部分のうち少なくとも1つが、凹曲面111の一方の側縁、上縁および下縁部分のうち少なくとも1つに一致していてもよい。
The concave
凹曲面111により画定されたスペースを利用して、外界状態センサS1の一部が頭部11の中央部に近づけられるように配置されている。これにより、外界状態センサS1の頭部11の左右への突出量の抑制が図られている。
A part of the external state sensor S 1 is arranged so as to be close to the central portion of the
図5Aには、パターンマーカ112が、a−b平面に展開された状態で示されている。頭部座標系のZ軸およびセンサ座標系のz軸が平行である初期状態において、「a」はレーザービームのz軸線回りの回転角または方位角θzに相当し、「b」はレーザービームのx−y平面を基準とした仰角θyに相当する(図4参照)。頭部11の右側(または左側)の凹曲面111の縁の一部に相当するa=a1(b1<b<b2)(またはa=a2(b1<b<b2))、b=b1(a1<a<a2)およびb=b2(a1<a<a2)が距離境界を構成する。パターンマーカ112の4つの矩形領域を区画する十字形の線分a=0(b1<b<b2)およびb=0(a1<a<a2)が輝度境界を構成する。
FIG. 5A shows the
外界状態センサS1によりレーザービームがz軸およびy軸のそれぞれの回りに回動されるため、図5Aに示されているようにレーザービームの走査線‥Li1、‥Li2‥は、a−b平面において傾斜している。走査線Liの当該傾斜角度は、レーザービームのz軸回りの回動速度に対する、レーザービームのy軸回りの回動速度の比率により表わされる。走査線Liは、方位角θz(離散値)を表わす第1指数iにより特定される。外界状態センサS1による走査線Li上のサンプリングポイントは、第1指数iに加えて、仰角θy(離散値)を表わす第2指数jにより特定される。 Since the laser beam is rotated around the z-axis and the y-axis by the external state sensor S 1, the scanning lines of the laser beam ‥ L i1 ‥ L i2 ‥ are a as shown in FIG. 5A. It is tilted in the −b plane. The angle of inclination of the scanning line L i is for z-axis of the turning speed of the laser beam is represented by the ratio of y-axis of the rotating speed of the laser beam. The scanning line L i is specified by a first exponent i representing an azimuth angle θ z (discrete value). The sampling point on the scanning line L i by the external state sensor S 1 is specified by the second index j representing the elevation angle θ y (discrete value) in addition to the first index i.
(制御装置の構成)
図2に示されている制御装置2はロボット1に搭載されているプログラマブルコンピュータまたは電子制御ユニット(CPU,ROM,RAM,I/O回路等により構成されている。)により構成されている。制御装置2は外界状態センサS1および内界状態センサS2のそれぞれの出力信号に基づいて種々の状態変数の値を認識し、当該認識結果に基づいて各アクチュエータの動作を制御するように構成されている。
(Control device configuration)
The
外界状態センサS1のほか、基体10に搭載されている赤外光を用いたアクティブ型センサ等の他の外界状態センサが設けられていてもよい。
In addition to the external state sensor S 1 , other external state sensors such as an active sensor using infrared light mounted on the
内界状態センサS2にはロボット1の位置(重心位置)を測定するためのGPS測定装置または加速度センサのほか、基体10の姿勢を測定するためのジャイロセンサ、各関節機構の各軸回りの関節角度等を測定するロータリーエンコーダ、ハンド13に作用する外力を測定する6軸力センサ等が含まれている。
The internal state sensor S 2 includes a GPS measuring device or an acceleration sensor for measuring the position (center of gravity position) of the
制御装置2は、記憶装置20と、第1因子検知要素22と、第2因子計算要素24と、動作生成要素28と、を備えている。
The
記憶装置20は、外界状態センサS1を通じて取得された世界座標系における構造物の配置態様を表わす「環境情報」など、ロボット1の動作生成に必要な情報を記憶保持する。第1因子検知要素22は、外界状態センサS1に凹曲面111(第1の標識要素)に配置されているパターンマーカ112(第2の標識要素)を走査させる。これにより、複数のサンプリングポイントのうち、指定されたサンプリングポイントに関して、外界状態センサS1を基準とした方向を表わす回転角度と標識要素による特徴量との相関関係に由来する第1因子を検知する。第2検知要素24は、第1検知要素22により検知された第1因子の時系列的な変化態様に基づき、ロボット1に対する外界状態センサS1の相対的な配置態様の変化量を表わす第2因子を計算する。
動作生成要素28は、外界状態センサS1により検知されたロボット1の外界状態および内界状態センサS2により検知されたロボット1の内界状態に基づき、腕体12およびハンド13の動作、ならびに、基体10の位置・姿勢を変化させるような脚体14の動作を含むロボット1の動作または歩容を生成する。
単一のプロセッサ(演算処理装置)が当該複数の要素22、24および28として機能してもよいし、複数のプロセッサ(マルチコアプロセッサ)が相互通信により連携しながら当該複数の要素22、24および28として機能してもよい。
A single processor (arithmetic processor) may function as the plurality of
(作用)
レーザービームの方位角θzおよび仰角θyを変化させながら、外界状態センサS1によるパターンマーカ112の走査が実行される(図3A両矢印および図3B両矢印参照)。この過程において、パターンマーカ112の指定点における第1指数iおよび第2指数jのそれぞれの値の組み合わせが検知され、かつ、制御装置2を構成する記憶装置に記憶保持される(図6/STEP12)。
(Action)
The
例えば図5Aに示されているa−b座標系における第1象限および第2象限のそれぞれにおける矩形領域の境界線分の上端点(0,b2(>0))(輝度境界および距離境界の交点)と、第3象限および第4象限のそれぞれにおける矩形領域の境界線分の下端点(0,b1(<0))(輝度境界および距離境界の交点)と、が指定されている。指定点(0,b1)および(0,b2)のそれぞれについて(i,j)=(i1,j1)、(i2,j2)が第1因子として検知される。輝度境界および距離境界の交点のほか、輝度境界および距離境界のうち一方またはそれぞれの任意の点が指定されていてもよい。 For example, the upper end point (0, b 2 (> 0)) of the boundary line segment of the rectangular region in each of the first quadrant and the second quadrant in the ab coordinate system shown in FIG. 5A (brightness boundary and distance boundary). (Intersection) and the lower end point (0, b 1 (<0)) (intersection of the brightness boundary and the distance boundary) of the boundary line segment of the rectangular region in each of the third quadrant and the fourth quadrant are specified. For each of the designated points (0, b 1 ) and (0, b 2 ), (i, j) = (i 1 , j 1 ) and (i 2 , j 2 ) are detected as the first factor. In addition to the intersection of the luminance boundary and the distance boundary, one or any point of each of the luminance boundary and the distance boundary may be specified.
続いて、指定条件が満たされているか否かが判定される(図6/STEP14)。「指定条件」には、ロボット1に対して指定値以上の外力が作用したこと、最後の(i,j)検知(図6/STEP12参照)からロボット1が所定距離以上移動したこと、最後の(i,j)検知(図6/STEP12またはSTEP16)から所定時間以上が経過したこと、ロボット1が外部の構造物に対して所定の相互作用を伴うタスクを指定回数以上にわたり実行したことなど、頭部座標系に対するセンサ座標系の位置・姿勢が変化する蓋然性がある事象が発生したという条件が含まれる。当該事象の発生有無は、例えば内界状態センサS2のうち少なくとも一部のセンサにより検知される。
Subsequently, it is determined whether or not the designated condition is satisfied (FIG. 6 / STEP14). The "designated conditions" include that an external force of a specified value or more has acted on the
当該判定結果が否定的である場合(図6/STEP14‥NO)、一定期間後に指定条件が満たされているか否かが再び判定される(図6/STEP14)。その一方、当該判定結果が肯定的である場合(図6/STEP14‥YES)、レーザービームの方位角θzおよび仰角θyを変化させながら、外界状態センサS1によるパターンマーカ112の走査が実行される。そして、パターンマーカ112の指定点における第1指数iおよび第2指数jのそれぞれの値の組み合わせが第1因子として検知され、かつ、制御装置2を構成する記憶装置に記憶保持される(図6/STEP16)。これにより、例えば図5Bに示されているa−b座標系における指定点(0,b1)および(0,b2)のそれぞれについて(i,j)=(i1’,j1’)、(i2’,j2’)が検知される。
If the determination result is negative (FIG. 6 / STEP14 ... NO), it is determined again after a certain period of time whether or not the designated condition is satisfied (FIG. 6 / STEP14). On the other hand, when the determination result is positive (FIG. 6 / STEP14 ... YES), the
そして、各指定点における第1指数iおよび第2指数jの初期検知結果(または前回検知結果)および最新検知結果(または今回検知結果)に基づき、頭部座標系(または移動体座標系)に対するセンサ座標系(ひいては外界状態センサS1)の姿勢変化量が第2因子として計算される(図6/STEP18)。 Then, based on the initial detection result (or the previous detection result) and the latest detection result (or the current detection result) of the first index i and the second index j at each designated point, the head coordinate system (or the moving body coordinate system) is subjected to. The amount of change in attitude of the sensor coordinate system (and thus the external state sensor S 1 ) is calculated as the second factor (FIG. 6 / STEP 18).
例えば、初期検知結果および最新検知結果のそれぞれにおける第1指数の偏差(=i1’−i1およびi2’−i2)の平均値と、隣接する走査線の間隔に相当する単位方位角偏差との乗算結果が、センサ座標系のz軸回りの姿勢変化量Δθzとして算出される(図5Aおよび図5B参照)。また、初期検知結果および最新検知結果のそれぞれにおける第2指数の偏差(=j1’−j1およびj2’−j2)の平均値と、同一走査線におけるサンプリングポイントのz軸方向の間隔に相当する単位仰角偏差との乗算結果が、センサ座標系のy軸回りの姿勢変化量Δθyとして算出される。さらに、初期検知結果における2つの指定点の第1指数の偏差に対する第2指数の偏差の比率(j2−j1)/(i2−i1)と、最新検知結果における当該比率(j2’−j1’)/(i2’−i1’)との偏差と、指定の単位角度との乗算結果がセンサ座標系のx軸回りの姿勢変化量Δθxとして算出される。 For example, initial detection results and the average value and the unit azimuth angle corresponding to the spacing of adjacent scanning lines of the first index deviation at each of the most recent detection result (= i 1 '-i 1 and i 2' -i 2) The result of multiplication with the deviation is calculated as the amount of change in attitude Δθ z around the z-axis of the sensor coordinate system (see FIGS. 5A and 5B). The initial detection results and the average value and, in the z-axis direction of the sampling points in the same scan line interval of the deviation of the second index in each of the latest detection result (= j 1 '-j 1 and j 2' -j 2) The result of multiplication with the unit elevation deviation corresponding to is calculated as the amount of change in attitude Δθ y around the y-axis of the sensor coordinate system. Further, the ratio of the deviation of the second index to the deviation of the first index of the two designated points in the initial detection result (j 2- j 1 ) / (i 2- i 1 ) and the ratio (j 2 ) in the latest detection result. '-j 1') / (i 2 '-i 1') and the deviation between the multiplication result of the unit angle of the phrase is calculated as the x-axis around the posture change amount [Delta] [theta] x of the sensor coordinate system.
(第2実施形態)
(構成)
本発明の第2実施形態に係るロボット1は、パターンマーカ112の構成を除いては第1実施形態と同様であるため、同様の構成については説明を省略する。
(Second Embodiment)
(composition)
Since the
パターンマーカ112は、図7A上側および図7B上側に示されているように、横方向(a軸方向)に相互に離間して並列され、かつ、傾きが相互に相違する複数(例えば3つ)の帯状領域により構成されている。帯状領域の幅および相互間隔は、外界状態センサS1のa軸方向の分解能(隣り合う走査線の間隔)よりも十分に大きく設定されている。
As shown on the upper side of FIG. 7A and the upper side of FIG. 7B, the
頭部11の右側(または左側)の凹曲面111の縁の一部に相当するa=a1(b1<b<b2)(またはa=a2(b1<b<b2))、b=b1(a1<a<a2)およびb=b2(a1<a<a2)が距離境界を構成する。パターンマーカ112の複数の帯状領域(低輝度領域)およびその左右の領域(高輝度領域)の境界が輝度境界を構成する。
A = a 1 (b 1 <b <b 2 ) (or a = a 2 (b 1 <b <b 2 )) corresponding to a part of the edge of the concave
(作用)
外界状態センサS1によるパターンマーカ112の走査が実行される。この過程において、第1指数i=i1、i2およびi3が指定された第1サンプリングポイント群(走査線Li1、Li2およびLi3のそれぞれにおける複数のサンプリングポイント)の、第2指数jの値の変化に応じた輝度の変化態様が第1因子として検知され、かつ、制御装置2を構成する記憶装置に記憶保持される(図8/STEP22)。これにより、例えば図7A上側に示されている走査線Li1、Li2およびLi3のそれぞれについて、同図下側に示されているような第2指数jの値の変化に応じた輝度の変化態様が検知される。
(Action)
Scanning of the
次に、指定条件が満たされているか否かが判定される(図8/STEP24)。当該判定結果が否定的である場合(図8/STEP24‥NO)、一定期間後に指定条件が満たされているか否かが再び判定される(図8/STEP24)。その一方、当該判定結果が肯定的である場合(図8/STEP24‥YES)、外界状態センサS1によるパターンマーカ112の走査が実行される過程において、第1指数i=i1、i2およびi3が指定された第1サンプリングポイント群(走査線Li1、Li2およびLi3のそれぞれにおける複数のサンプリングポイント)の、第2指数jの値の変化に応じた輝度の変化態様が第1因子として検知され、かつ、制御装置2を構成する記憶装置に記憶保持される(図8/STEP26)。これにより、例えば図7B上側に示されている走査線Li1、Li2およびLi3のそれぞれについて、同図下側に示されているような第2指数jの値の変化に応じた特徴量の変化態様が検知される。
Next, it is determined whether or not the designated condition is satisfied (FIG. 8 / STEP24). If the determination result is negative (FIG. 8 / STEP24 ... NO), it is determined again after a certain period of time whether or not the designated condition is satisfied (FIG. 8 / STEP24). On the other hand, when the determination result is affirmative (FIG. 8 / STEP24 ... YES) , the first exponents i = i 1 , i 2 and in the process of scanning the
そして、走査線Li1、Li2およびLi3のそれぞれについて、第2指数jの値の変化に応じた特徴量の変化態様の初期検知結果(または前回検知結果)および最新検知結果(または今回検知結果)に基づき、頭部座標系に対するセンサ座標系(ひいては外界状態センサS1)の初期(または前回)から最新検知時(または今回)までの時系列的な姿勢変化量が計算される(図8/STEP28)。 Then, for each of the scanning lines L i1, L i2 and L i3, early detection results of the feature quantity of variants in accordance with the change in the value of the second index j (or previous detection results) and the latest detection result (or sensing current based on the results), the initial (or at the latest detected from the previous time) (or chronological posture variation to this) of the sensor coordinate system with respect to the head coordinate system (and thus external state sensor S 1) is calculated (Fig. 8 / STEP28).
例えば、図7A下側および図7B下側のそれぞれに示されている走査線Li1〜Li3のそれぞれの特徴量曲線の変曲点前、後または前および後の所定数の点における異なる2つの時点における(または時系列的な)輝度偏差に基づき、センサ座標系のx軸回りの姿勢変化量Δθxが算出される。前回および今回の輝度偏差の正負の別はΔθxの正負の別を表わしており、前回および今回の輝度偏差の大小はΔθxの大小を表わしている。このような定性的関係がテーブルまたは算出式として記憶装置20に記憶保持されており、輝度偏差に基づいてΔθxが算出される。
For example, different 2 at a predetermined number of points before, after, or before, and after the inflection point of each feature amount curve of the scanning lines L i1 to L i3 shown in the lower side of FIG. 7A and the lower side of FIG. 7B, respectively. Based on the (or time-series) brightness deviation at one time point, the amount of change in attitude Δθ x around the x-axis of the sensor coordinate system is calculated. The positive / negative distinction between the previous and current luminance deviations represents the positive / negative distinction of Δθ x , and the magnitude of the previous and current luminance deviations represents the magnitude of Δθ x. Such a qualitative relationship is stored in the
(第3実施形態)
(構成)
本発明の第3実施形態に係るロボット1は、パターンマーカ112の構成を除いては第2実施形態と同様であるため、同様の構成については説明を省略する。
(Third Embodiment)
(composition)
Since the
パターンマーカ112は、図9A上側および図9B上側に示されているように、縦方向(b軸方向)に相互に離間して並列され、かつ、傾きが相互に相違する複数(例えば3つ)の帯状領域により構成されている。帯状領域の幅および相互間隔は、外界状態センサS1のb軸方向の分解能(同一走査線上のサンプリングポイントの間隔)よりも十分に大きく設定されている。
As shown on the upper side of FIG. 9A and the upper side of FIG. 9B, the
頭部11の右側(または左側)の凹曲面111の縁の一部に相当するa=a1(b1<b<b2)(またはa=a2(b1<b<b2))、b=b1(a1<a<a2)およびb=b2(a1<a<a2)が距離境界を構成する。パターンマーカ112の複数の帯状領域(低輝度領域)およびその上下の領域(高輝度領域)の境界が輝度境界を構成する。
A = a 1 (b 1 <b <b 2 ) (or a = a 2 (b 1 <b <b 2 )) corresponding to a part of the edge of the concave
(作用)
外界状態センサS1によるパターンマーカ112の走査が実行される。この過程において、第2指数j(または第1指数iおよび第2指数jの組み合わせの群)が指定された第2サンプリングポイント群G1〜G3のそれぞれにおける、第1指数iの変化に応じた輝度の変化態様が第1因子として検知され、かつ、制御装置2を構成する記憶装置に記憶保持される(図10/STEP32)。異なる第2サンプリングポイント群のそれぞれを構成する、第1指数iが同一のサンプリングポイントの第2指数jの差異は一定であってよく不定であってもよい。これにより、例えば図9A上側に示されているサンプリングポイント群G1、G2およびG3のそれぞれについて、同図下側に示されているような第1指数iの値の変化に応じた輝度の変化態様が検知される。
(Action)
Scanning of the
次に、指定条件が満たされているか否かが判定される(図10/STEP34)。当該判定結果が否定的である場合(図10/STEP34‥NO)、一定期間後に指定条件が満たされているか否かが再び判定される(図10/STEP34)。その一方、当該判定結果が肯定的である場合(図10/STEP34‥YES)、走外界状態センサS1によるパターンマーカ112の走査が実行される過程において、第2指数jが指定された第2サンプリングポイント群G1〜G3のそれぞれにおける、第1指数iの変化に応じた輝度の変化態様が第1因子として検知され、かつ、制御装置2を構成する記憶装置に記憶保持される(図10/STEP36)。これにより、例えば図9B上側に示されているサンプリングポイント群G1、G2およびG3のそれぞれについて、同図下側に示されているような第1指数iの値の変化に応じた輝度の変化態様が検知される。
Next, it is determined whether or not the designated condition is satisfied (FIG. 10 / STEP34). If the determination result is negative (FIG. 10 / STEP34 ... NO), it is determined again after a certain period of time whether or not the designated condition is satisfied (FIG. 10 / STEP34). Meanwhile, if the determination result is positive (Fig. 10 / STEP34 ‥ YES), in the process of scanning is performed in the
そして、サンプリングポイント群G1、G2およびG3のそれぞれについて、第1指数iの値の変化に応じた輝度の変化態様の初期検知結果(または前回検知結果)および最新検知結果(または今回検知結果)に基づき、頭部座標系に対するセンサ座標系(ひいては外界状態センサS1)の姿勢変化量が計算される(図10/STEP38)。 Then, for each of the sampling point groups G 1 , G 2 and G 3 , the initial detection result (or the previous detection result) and the latest detection result (or the current detection result) of the change mode of the brightness according to the change of the value of the first index i based on the results), posture variation of the sensor coordinate system (and thus external state sensor S 1) with respect to the head coordinate system are calculated (Fig. 10 / STEP 38).
例えば、図9A下側および図9B下側のそれぞれに示されているサンプリングポイント群G1〜G3のそれぞれの輝度曲線の変曲点前、後または前および後の所定数の点における輝度偏差に基づき、センサ座標系のx軸回りの姿勢変化量Δθxが算出される。当該輝度偏差は、変曲点前では正値であり、変曲点後では負値になっているが、前回および今回の輝度偏差の正負の別はΔθxの正負の別を表わしており、前回および今回の輝度偏差の大小はΔθxの大小を表わしている。このような定性的関係がテーブルまたは算出式として記憶装置20に記憶保持されており、輝度偏差に基づいてΔθxが算出される。
For example, the luminance deviation at inflection temae, a predetermined number of points after or before and after each of the luminance curve of the sampling point group G 1 ~G 3 shown in each of FIGS. 9A lower side and Figure 9B lower Based on, the amount of change in attitude Δθ x around the x-axis of the sensor coordinate system is calculated. The luminance deviation at inflection temae a positive value, although the post-inflection point is a negative value, the previous and other positive and negative current luminance deviation represents a different positive and negative [Delta] [theta] x, The magnitude of the brightness deviations of the previous time and this time represents the magnitude of Δθ x. Such a qualitative relationship is stored in the
(本発明の他の実施形態)
第1〜第3実施形態のそれぞれにおけるパターンマーカ112の任意の組み合わせが、凹曲面111に配置されていてもよい。パターンマーカ112の配列方向および配列順位などの配列態様は任意に変更されてもよい。
(Other Embodiments of the present invention)
Any combination of the
前記実施形態では凹曲面111の縁の一部により距離境界が形成されていたが、他の実施形態としてロボット1(移動体)の形状に由来する稜線または谷筋の一部により距離境界が形成されていてもよい。
In the above embodiment, the distance boundary is formed by a part of the edge of the concave
前記実施形態において、外界状態センサS1を基準としたx軸、y軸およびz軸のうち少なくとも1つの軸線方向が指定されたサンプリングポイントの距離が第1因子として検知され、当該距離の検知結果の偏差に基づき、外界状態センサS1のロボット1に対する当該少なくとも1つの軸線方向についての変位量が第2因子として計算されてもよい。
In the above embodiment, the distance of the sampling point in which at least one of the x-axis, y-axis, and z-axis with respect to the external state sensor S 1 is designated is detected as the first factor, and the detection result of the distance. The amount of displacement of the external state sensor S 1 with respect to the
前記実施形態では、凹曲面111の単一領域が、x−y平面における第1走査範囲R1の一部である第1指定範囲r1(図3A参照)およびx−z平面における第2走査範囲R2の一部である第2指定範囲r2(図3B参照)に含まれ、当該単一領域にパターンマーカ112が設けられていたが(図3A参照)、他の実施形態においてロボット1の頭部11における凹曲面111の形状、位置・姿勢または外界状態センサS1の凹曲面111に対する配置態様等に応じて凹曲面111におけるパターンマーカ112の配置態様がさまざまに変更されてもよい。例えば、図11に示されているように、凹曲面111の相互に離間した一対の領域のそれぞれが、x−y平面における第1走査範囲R1の一部である一対の第1指定範囲r1に含まれ、当該一対の領域のそれぞれにパターンマーカ112が設けられていてもよい。一対の領域に配置されるパターンマーカ112またはその組み合わせは同一であってもよく異なっていてもよい。
In the above embodiment, the single region of the concave
前記実施形態において、指定条件の充足性判定処理(図6/STEP14、図8/STEP24、図10/STEP34参照)が省略され、定期的に(例えば、制御装置2のクロック周波数に応じた周期などの一定周期ごとに)センサ座標系の姿勢変化量の計算(図6/STEP16、18、図8/STEP26、28、図10/STEP36、38参照)が実行されてもよい。 In the above embodiment, the sufficiency determination process of the designated conditions (see FIG. 6 / STEP14, FIG. 8 / STEP24, FIG. 10 / STEP34) is omitted, and periodically (for example, a cycle according to the clock frequency of the control device 2). Calculation of the amount of change in the attitude of the sensor coordinate system (see FIGS. 6 / STEP16, 18, FIG. 8 / STEP26, 28, FIG. 10 / STEP36, 38) may be executed.
1‥ロボット(移動体)、2‥制御装置(計算装置)、10‥基体、11‥頭部、20‥記憶装置、22‥第1因子検知要素、24‥第2因子計算要素、28‥動作生成装置、111‥凹曲面(第1の標識要素)、112‥パターンマーカ(第2の標識要素)、S1‥外界状態センサ、S2‥内界状態センサ。 1 Robot (moving body), 2 Control device (calculation device), 10 Base, 11 Head, 20 Storage device, 22 First factor detection element, 24 Second factor calculation element, 28 Operation Generator, 111 ... concave curved surface (first marker element), 112 ... pattern marker (second marker element), S 1 ... external state sensor, S 2 ... internal state sensor.
Claims (6)
前記外界状態センサに前記標識要素を走査させることにより、複数のサンプリングポイントのうち、指定されたサンプリングポイントに関して、前記外界状態センサを基準とした方向を表わす回転角度と前記標識要素による前記特徴量との相関関係に由来する第1因子を検知する検知過程と、
前記検知過程により検知された前記第1因子の時系列に基づき、前記移動体に対する前記外界状態センサの相対的な配置態様の変化量を表わす第2因子を計算する計算過程と、を備え、
前記標識要素は、パターンマーカとして移動体座標系の所定方向に相互に離間して並列され、かつ、傾きが相互に相違する複数の帯状領域により構成されていることを特徴とする配置態様変化計算方法。 An external state sensor that emits scanning beams that rotate around the first axis and the second axis that are orthogonal to each other in the sensor coordinate system is attached to the moving body and is detected by the external state sensor. In a state where a marker element whose feature amount is configured to change depending on the location is formed or arranged on the moving body.
By causing the external state sensor to scan the marking element, the rotation angle representing the direction with respect to the external world sensor and the feature amount by the marking element with respect to the designated sampling point among the plurality of sampling points. The detection process to detect the first factor derived from the correlation of
Based on the time series of the first factor detected by the detection process, a calculation process for calculating a second factor representing the amount of change in the relative arrangement mode of the external state sensor with respect to the moving body is provided .
The arrangement mode change calculation is characterized in that the marker elements are arranged as pattern markers in parallel in a predetermined direction of the moving body coordinate system so as to be separated from each other, and are composed of a plurality of strip-shaped regions having different inclinations. Method.
前記検知過程において、前記特徴量が不連続となる境界上の点の前記第2軸線回りの第2回転角度を第1因子として検知し、
前記計算過程において、前記第2回転角度の偏差に基づき、前記外界状態センサの前記移動体に対する、前記第2軸線回りの角度変化量を前記第2因子として計算することを特徴とする配置態様変化計算方法。 In the arrangement mode change calculation method according to claim 1,
In the detection process, the second rotation angle around the second axis of the point on the boundary where the feature amount is discontinuous is detected as the first factor.
In the calculation process, based on the deviation of the second rotation angle, the amount of change in the angle of the external state sensor with respect to the moving body around the second axis is calculated as the second factor. Method of calculation.
前記検知過程において、前記特徴量が不連続となる境界上の点の、前記第1軸線回りの第1回転角度を第1因子として検知し、
前記計算過程において、前記第1回転角度の偏差に基づき、前記外界状態センサの前記移動体に対する、前記第1軸線回りの角度変化量を前記第2因子として計算することを特徴とする配置態様変化計算方法。 In the arrangement mode change calculation method according to claim 2,
In the detection process, the first rotation angle around the first axis of the point on the boundary where the feature amount is discontinuous is detected as the first factor.
In the calculation process, based on the deviation of the first rotation angle, the amount of change in the angle of the external state sensor with respect to the moving body around the first axis is calculated as the second factor. Method of calculation.
前記検知過程において、前記特徴量が不連続となる境界上の一対の点の、前記第1軸線回りの第1回転角度と前記第2軸線回りの第2回転角度とを前記第1因子として検知し、前記計算過程において、前記一対の点の間での前記第1回転角度の偏差と前記第2回転角度の偏差との比率の偏差に基づき、前記外界状態センサの前記移動体に対する、前記第1軸線および前記第2軸線のそれぞれに対して垂直な第3軸線回りの角度変化量を前記第2因子として計算することを特徴とする配置態様変化計算方法。 In the arrangement mode change calculation method according to claim 2 or 3,
In the detection process, the first rotation angle around the first axis and the second rotation angle around the second axis of a pair of points on the boundary where the feature quantities are discontinuous are detected as the first factor. Then, in the calculation process, based on the deviation of the ratio of the deviation of the first rotation angle and the deviation of the second rotation angle between the pair of points, the first external state sensor with respect to the moving body. An arrangement mode change calculation method, characterized in that the amount of change in angle around a third axis perpendicular to each of the first axis and the second axis is calculated as the second factor.
前記検知過程において、前記第1軸線回りの第1回転角度が指定された第1サンプリングポイント群の、前記第2軸線回りの第2回転角度の変化に応じた前記特徴量の変化態様を前記第1因子として検知し、
前記計算過程において、前記特徴量の変化態様の偏差に基づき、前記外界状態センサの前記移動体に対する、前記第2軸線回りの角度変化量を前記第2因子として計算することを特徴とする配置態様変化計算方法。 In the arrangement mode change calculation method according to any one of claims 1 to 4,
In the detection process, the said first sampling point group first rotation angle of the first axis line is specified, the feature quantity of variants in accordance with the change of the second rotation angle of the second axis around the Detected as one factor,
In the calculation process, the arrangement mode is characterized in that the amount of change in the angle around the second axis with respect to the moving body of the external state sensor is calculated as the second factor based on the deviation of the change mode of the feature amount. Change calculation method.
前記検知過程において、前記第2回転角度が指定された第2サンプリングポイント群の、前記第1回転角度の変化に応じた前記特徴量の変化態様を前記第1因子として検知し、
前記計算過程において、前記特徴量の変化態様の偏差に基づき、前記外界状態センサの前記移動体に対する、前記第1軸線回りの角度変化量を前記第2因子として計算することを特徴とする配置態様変化計算方法。 In the arrangement mode change calculation method according to claim 5,
In the detection process, the change mode of the feature amount in response to the change in the first rotation angle of the second sampling point group in which the second rotation angle is specified is detected as the first factor.
In the calculation process, the arrangement mode is characterized in that the amount of change in the angle around the first axis with respect to the moving body of the external state sensor is calculated as the second factor based on the deviation of the change mode of the feature amount. Change calculation method.
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