JP7372513B2 - 撮像デバイス、撮像システム、および産業用ロボット - Google Patents

Description

本発明は、一般に、撮像デバイス、撮像システム、および産業用ロボットに関し、より具体的には、各コンポーネントが長尺の円筒状のハウジング内に設けられ、さらに、自身が取得した画像の歪みを補正するためのパラメーターを自身が備えるメモリー内に保存している撮像デバイス、並びに、該撮像デバイスを含む撮像システムおよび産業用ロボットに関する。

近年、生産性向上に対するニーズに答えるために、従来からの部品製造の分野に加えて、部品組立や製品梱包等の労働集約的分野においても、産業用ロボットを導入することが一般的に行われている。このような労働集約的分野において用いられる産業用ロボットは、ロボットアームと、対象物をピックアップするためのロボットハンドと、対象物を認識するための撮像デバイスと、を備え、従来人間の手によって行われていた部品等の対象物のピックアップ、組み立て、梱包等の作業を、自身のロボットアームおよびロボットハンドを用いて実行するよう構成されている。

このような産業用ロボットは、設定に応じて、様々なサイズ、重さ、形状を有する対象物をピックアップ、組み立て、または梱包するよう構成されている。様々なサイズ、重さ、形状を有する対象物をピックアップ、組み立て、または梱包するためには、産業用ロボットは、撮像デバイスによって、対象物の正確な位置、サイズおよび形状を特定する必要がある。

例えば、特許文献１は、図１に示すような、部品等の対象物６００のピックアップを実行する産業用ロボット５００を開示している。図１に示す産業用ロボット５００は、複数の屈曲可能な可動部から構成されるロボットアーム５１０と、ロボットアーム５１０の先端部内に設けられた撮像デバイス５２０と、を備えている。ロボットアーム５１０は、複数のリンクと、複数のジョイントとが直列に接続され、３軸以上の動作自由度（典型的には、６軸自由度）を有するシリアルリンク多関節機構によって構成されており、３次元空間作業を実行することができる。

また、ロボットアーム５１０は、先端部に設けられたロボットハンド５１１を有しており、ロボットハンド５１１を用いて対象物６００を把持することにより、対象物６００をピックアップすることができる。このような産業用ロボット５００では、撮像デバイス５２０は、撮像デバイス５２０の向き（撮像デバイス５２０のレンズユニットの光軸方向）と、ロボットハンド５１１の向きとが一致するように、ロボットアーム５１０の先端部に設けられている。このような構成により、撮像デバイス５２０を用いて、産業用ロボット５００のロボットハンド５１１の動きに追従した画像を取得することができる。

撮像デバイス５２０によって対象物６００を撮像することにより、対象物６００の位置、対象物６００のサイズおよび形状等を特定することができるので、産業用ロボット５００は、対象物６００のピックアップを実行することができる。

図１に示すような産業用ロボット５００では、可動部であるロボットアーム５１０の先端に撮像デバイス５２０が設けられる。そのため、撮像デバイス５２０の重量が大きいと、ロボットアーム５１０を駆動させ、対象物６００をピックアップするためにより大きな駆動力（より大きなロボットアーム５１０の先端でのトルク）が必要となる。そのため、撮像デバイス５２０の重量が大きいと、産業用ロボット５００の消費電力の増大、コストの増加といった問題を引き起こす。また、撮像デバイス５２０のサイズが大きいと、撮像デバイス５２０を搭載するためのロボットアーム５１０の先端部も大きくなってしまい、ロボットアーム５１０の先端部のサイズおよび重量が増加してしまう。そのため、撮像デバイス５２０のサイズが大きいと、産業用ロボット５００の消費電力の増大、コストの増加、サイズの増加といった問題を引き起こす。このような理由により、産業用ロボット５００のような産業用ロボットにおいて用いられる撮像デバイス５２０の軽量化および小型化の強いニーズが存在する。

一方、撮像デバイス５２０を小型化すると、必然的に撮像デバイス５２０において用いられるレンズユニットおよび画像センサーも小さくなる。そのため、レンズユニットの収差、画像センサーの樹脂固定の際に発生する画像センサーの反り、レンズユニットと画像センサーの組み立ての際の組み立て誤差を抑制することが困難になり、結果として、撮像デバイス５２０によって取得される画像の歪みが発生してしまう。画像の歪みがあると、産業用ロボット５００のロボットハンド５１１がピックアップすべき対象物６００の位置、サイズ、および形状を、取得した画像から正確に測定することができなくなってしまう。

一般的に、このような画像の歪みを補正するために、撮像デバイス５２０によって取得される画像の歪みを表す近似式のパラメーターを求め、該パラメーターを用いて画像の歪みを補正するための画像処理を画像に施すことが行われている。撮像デバイス５２０を用いて産業用ロボット５００を製造するユーザーは、画像の歪みを補正するための画像処理に必要なパラメーターを求めるために、「キャリブレーション」と呼ばれる作業を実行する。キャリブレーションでは、ユーザーは、撮像デバイス５２０を用いて、市松模様チャートのように、サイズが予め既知の構成要素が連続して並んでいる所定の基準チャートを様々な角度で撮影することにより、画像の歪みを表す近似式のパラメーターを特定する。

このようなキャリブレーションにおける作業では、精度の高い基準チャートを用意し、正確に基準チャートを何回も撮影する必要があることから、キャリブレーションは、産業用ロボット５００を製造するユーザーにとって困難で煩雑な作業である。そのため、撮像デバイス５２０の軽量化および小型化のニーズと共に、産業用ロボット５００を製造する際のキャリブレーションの必要性を除去したいというニーズがあった。

特開２０１８－１４６５２１号公報

本発明は、上記従来の問題点を鑑みたものであり、その目的は、撮像デバイスを軽量化および小型化すると共に、産業用ロボットを製造する際のキャリブレーションの必要性を除去可能な撮像デバイス、並びに、該撮像デバイスを含む撮像システムおよび産業用ロボットを提供することにある。

このような目的は、以下の（１）～（９）の本発明により達成される。
（１）画像処理デバイスに通信可能に接続される撮像デバイスであって、
先端側および基端側に開口を有する長尺の円筒状のハウジングと、
前記ハウジング内に設けられ、制御プロセッサーおよびメモリーを有する制御部と、
前記制御部の前記制御プロセッサーからの制御に応じて、前記ハウジングの前記先端側の前記開口から、前記ハウジングの前記先端側の外部を撮影可能に前記ハウジング内に設けられたカメラモジュールと、
前記ハウジング内に、先端部が前記ハウジングの前記基端側の前記開口から前記ハウジングの前記基端側の外部に露出するよう設けられたコネクターと、を備え、
前記制御部の前記メモリーは、前記カメラモジュールによって取得された画像の歪みを補正するためのパラメーターを保存しており、
前記カメラモジュールによって取得された前記画像の前記歪みを補正するための前記パラメーターは、前記撮像デバイスのキャリブレーションによって取得されており、
前記撮像デバイスは、前記コネクターを介した有線接続によって、前記画像処理デバイスに通信可能に接続されており、
前記制御部の前記メモリー内に保存されている前記パラメーターは、前記画像処理デバイスによって直接読み出され、
前記画像処理デバイスによって直接読み出された前記パラメーターは、前記カメラモジュールによって取得された前記画像の前記歪みを補正するために、前記画像処理デバイスによって実行される画像処理において用いられることを特徴とする撮像デバイス。

（２）前記ハウジングは、前記ハウジングの前記基端側に形成された円筒状の拡径部と、前記拡径部よりも前記ハウジングの前記先端側に形成された円筒状の小径部とを有しており、
前記拡径部の外径は、前記小径部の外径よりも大きく、
前記小径部の外周には、ネジ山が形成されている上記（１）に記載の撮像デバイス。

（３）前記ハウジングの前記拡径部および前記小径部は、一体的に形成されている上記（２）に記載の撮像デバイス。

（４）前記小径部の前記ネジ山は、所定の工業規格に従う雌ネジ構造を有する固定具と螺合可能に構成されている上記（２）または（３）に記載の撮像デバイス。

（５）前記ハウジングは、導電性材料から構成されており、
前記コネクターは、前記コネクターの上面と前記ハウジングの内面との間に設けられた導電性の弾性部材によって、前記ハウジング内で固定されている上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の撮像デバイス。

（６）前記コネクターは、前記コネクターに相手側コネクターが挿入されたときに、前記相手側コネクターのグランド端子が、前記導電性の弾性部材を介して、前記ハウジングと電気的に接続されるよう構成されている上記（５）に記載の撮像デバイス。

（７）前記カメラモジュールは、レンズユニットと画像センサーとを有しており、前記レンズユニットの光軸が、前記ハウジングの長尺方向と平行となるように、前記ハウジング内に設けられている上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の撮像デバイス。

（８）上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の撮像デバイスと、
前記コネクターを介した有線接続によって、前記画像処理デバイスに通信可能に接続されており、前記撮像デバイスの前記カメラモジュールによって取得された前記画像を受信し、さらに、前記撮像デバイスの前記制御部の前記メモリー内に保存されている前記パラメーターを直接読み出し、前記撮像デバイスの前記制御部の前記メモリーから直接読み出した前記パラメーターを用いて前記画像の前記歪みを補正するための前記画像処理を実行する前記画像処理デバイスと、を含むことを特徴とする撮像システム。

（９）対象物をピックアップするための産業用ロボットであって、
前記対象物をピックアップするためのロボットハンドを有するロボットアームと、
前記ロボットアームの先端側に設けられ、先端側および基端側に開口を有する長尺の円筒状のハウジングと、前記ハウジング内に設けられ、制御プロセッサーおよびメモリーを有する制御部と、前記制御部の前記制御プロセッサーからの制御に応じて、前記ハウジングの前記先端側の前記開口から、前記ハウジングの前記先端側の外部を撮影可能に前記ハウジング内に設けられたカメラモジュールと、前記ハウジング内に、先端部が前記ハウジングの前記基端側の前記開口から前記ハウジングの前記基端側の外部に露出するよう設けられたコネクターと、を備える撮像デバイスと、
前記コネクターを介した有線接続によって、前記撮像デバイスに通信可能に接続され、前記撮像デバイスの前記カメラモジュールによって取得された画像を受信する制御デバイスと、を含み、
前記撮像デバイスの前記制御部の前記メモリーは、前記カメラモジュールによって取得された画像の歪みを補正するためのパラメーターを保存しており、
前記カメラモジュールによって取得された前記画像の前記歪みを補正するための前記パラメーターは、前記撮像デバイスのキャリブレーションによって取得されており、
前記制御デバイスは、前記撮像デバイスの前記制御部の前記メモリー内に保存されている前記パラメーターを直接読み出すよう構成されており、
前記制御デバイスによって直接読み出された前記パラメーターは、前記カメラモジュールによって取得された前記画像の前記歪みを補正するために、前記制御デバイスによって実行される画像処理において用いられ、
前記制御デバイスは、前記撮像デバイスの前記制御部の前記メモリーから直接読み出した前記パラメーターを用いて、前記画像の前記歪みを補正するための前記画像処理を実行し、さらに、前記画像処理が施された前記画像に基づいて、前記ロボットアームを制御し、前記ロボットハンドに前記対象物をピックアップさせるよう構成されていることを特徴とする産業用ロボット。

本発明においては、撮像デバイスは、所定の工業規格に従う雄ネジ（例えば、Ｍ１０ネジ）と同等またはそれ以下のレベルにまで軽量化および小型化されている。そのため、本発明の撮像デバイスを産業用ロボットの駆動部（ロボットアーム）の先端部に設けた場合に必要とされる産業用ロボットの駆動力を小さくすることができる。本発明の撮像デバイスを用いることにより、産業用ロボットの消費電力の抑制、低コスト化および小型化を実現することができる。

さらに、本発明においては、撮像デバイスによって取得された画像の歪みを補正するために必要なパラメーターが、撮像デバイスの制御部のメモリー内に保存されている。撮像デバイスを用いて産業用ロボットを製造するユーザーは、撮像デバイスの制御部のメモリー内に保存されているパラメーターを読み込むだけで、撮像デバイスによって取得された画像の歪みを補正するために必要なパラメーターを取得することができる。そのため、本発明の撮像デバイスを用いることにより、産業用ロボットを製造する際のキャリブレーションの必要性を除去することができる。

産業用ロボットにおいて用いられる従来の撮像デバイスを説明するための概略図である。 本発明の実施形態に係る撮像デバイスを示す斜視図である。 図２に示す撮像デバイスを別の角度から見た斜視図である。 図２に示す撮像デバイスの内部構造体を示すための分解斜視図である。 図４に示す撮像デバイスの内部構造体の分解斜視図である。 図２に示す撮像デバイスのＹＺ平面断面図である。 図２に示す撮像デバイスを取り付けるためのアタッチメントの１例を示す斜視図である。 撮像デバイスが図７に示すアタッチメントに取り付けられた状態を示す斜視図である。 撮像デバイスが図７に示すアタッチメントに取り付けられた状態のＸＺ平面断面図である。 図２に示す撮像デバイスを取り付けるためのアタッチメントの別の例を示す斜視図である。 撮像デバイスが図１０に示すアタッチメントに取り付けられた状態を示す斜視図である。 撮像デバイスが図１０に示すアタッチメントに取り付けられた状態のＸＺ平面断面図である。 本発明の実施形態に係る撮像システムを示す概略図である。 本発明の実施形態に係る産業用ロボットのロボットアームを示す概略図である。

以下、本発明の撮像デバイス、撮像システム、および産業用ロボットを、添付図面に示す好適な実施形態に基づいて、説明する。なお、以下で参照する各図は、本発明の説明のために用意された模式的な図である。図面に示された各構成要素の寸法（長さ、幅、厚さ等）は、必ずしも実際の寸法を反映したものではない。また、各図において、同一または対応する要素には、同じ参照番号が付されている。以下の説明において、各図のＺ軸の正方向を「先端側」といい、Ｚ軸の負方向を「基端側」といい、Ｙ軸の正方向を「上側」といい、Ｙ軸の負方向を「下側」といい、Ｘ軸の正方向を「手前側」といい、Ｘ軸の負方向を「奥側」ということがある。

＜撮像デバイス＞
最初に、図２～図１２を参照して、本発明の実施形態に係る撮像デバイスを詳述する。図２は、本発明の実施形態に係る撮像デバイスを示す斜視図である。図３は、図２に示す撮像デバイスを別の角度から見た斜視図である。図４は、図２に示す撮像デバイスの内部構造体を示すための分解斜視図である。図５は、図４に示す撮像デバイスの内部構造体の分解斜視図である。図６は、図２に示す撮像デバイスのＹＺ平面断面図である。図７は、図２に示す撮像デバイスを取り付けるためのアタッチメントの１例を示す斜視図である。図８は、撮像デバイスが図７に示すアタッチメントに取り付けられた状態を示す斜視図である。図９は、撮像デバイスが図７に示すアタッチメントに取り付けられた状態のＸＺ平面断面図である。図１０は、図２に示す撮像デバイスを取り付けるためのアタッチメントの別の例を示す斜視図である。図１１は、撮像デバイスが図１０に示すアタッチメントに取り付けられた状態を示す斜視図である。図１２は、撮像デバイスが図１０に示すアタッチメントに取り付けられた状態のＸＺ平面断面図である。

図２および図３に示す撮像デバイス１は、主として、産業用ロボットのロボットアームの先端側部分に取り付けられ、産業用ロボットがピックアップすべき部品等の対象物を撮影するために用いられる。なお、本明細書では、撮像デバイス１は、産業用ロボットのロボットアームの先端側部分に取り付けられるものとして撮像デバイス１を詳述するが、撮像デバイス１が用いられる領域は、産業用ロボットに限られない。例えば、撮像デバイス１は、車、スマートフォンやパソコン等の任意のデバイス、ドアや窓等の構造物に取り付けられて用いられてもよい。

図２および図３に示すように、撮像デバイス１は、略雄ネジ形状の外観を有している。撮像デバイス１のサイズおよび重量は特に限定されないが、例えば、本実施形態では、撮像デバイス１の全長は、約３５．５ｍｍであり、撮像デバイス１の重量は、約５ｇとなっている。Ｍ１０ネジの規格に従う標準的な雄ネジの全長は数十ｍｍであり、標準的な雄ネジの重量は数十ｇなので、撮像デバイス１は、所定の工業規格に従う雄ネジ（例えば、Ｍ１０ネジ）と同等またはそれ以下のレベルにまで軽量化および小型化されている。

図４に示すように、撮像デバイス１は、先端側開口２１および基端側開口２２を有する長尺の円筒状のハウジング２と、ハウジング２内に収納される内部構造体３と、を備えている。また、図５に示すように、内部構造体３は、ハウジング２内に設けられ、制御プロセッサー４２（図６参照）およびメモリー４３を有する制御部４と、ハウジング２の先端側開口２１から、ハウジング２の先端側の外部を撮影可能にハウジング２内に設けられたカメラモジュール５と、ハウジング２内に、先端部（相手側コネクターの挿入口）がハウジング２の基端側開口２２からハウジング２の基端側の外部に露出するよう設けられたコネクター６と、制御部４、カメラモジュール５、およびコネクター６をハウジング２内で固定するためのホルダー７と、カメラモジュール５を保護するためのカバーガラス８と、コネクター６の上面とハウジング２の内面との間に設けられ、ハウジング２内においてコネクター６を固定する導電性の弾性部材９と、を備えている。

図４に戻り、ハウジング２は、先端側開口２１および基端側開口２２を有する長尺の円筒形状を有しており、その内部において内部構造体３を収納する機能を有している。ハウジング２の円筒形状は、ハウジング２の全長がハウジング２の最大外径よりも少なくとも２倍以上長い長尺形状となっており、略雄ネジ状の全体外観を形成している。ハウジング２の全長および最大外径は特に限定されないが、例えば、本実施形態では、ハウジング２の全長（Ｚ軸方向の長さ）は約３４ｍｍであり、ハウジング２の最大外径は約１２ｍｍである。

ハウジング２は、金属材料等の導電性材料から構成することができるが、特に、アルミニウムまたはアルミニウム合金を用いてハウジング２を構成することが好ましい。アルミニウムまたはアルミニウム合金は高い導電性を有し、さらに、非常に軽いので、アルミニウムまたはアルミニウム合金を用いてハウジング２を構成することにより、撮像デバイス１を軽量化することができる。

ハウジング２は、ハウジング２の基端側に形成された円筒状の拡径部２３と、ハウジング２の先端側に形成された円筒状の小径部２４と、拡径部２３と小径部２４とを接続する円筒状の接続部２５と、を備えている。拡径部２３、小径部２４、および接続部２５の外径を比較すると、拡径部２３の外径が最も大きく、次いで、接続部２５の外径が大きく、小径部２４の外径が最も小さい。

拡径部２３、小径部２４、および接続部２５は、一体的に形成されている。拡径部２３の先端面に、接続部２５が一体的に形成されており、接続部２５の先端側に、小径部２４が一体的に形成されている。

拡径部２３、小径部２４、および接続部２５は、各々の長尺方向の中心軸が互いに一致するよう形成されている。また、図６に示すように、ハウジング２の内部において、拡径部２３の内面によって規定される空間と、小径部２４の内面によって規定される空間と、接続部２５の内面によって規定される空間とが直線状に連通している。

図４に戻り、ハウジング２の基端側開口２２が、拡径部２３の基端部分によって規定される。内部構造体３がハウジング２の基端側開口２２を介して、ハウジング２内部に挿入される。図６に示すように、撮像デバイス１が組み立てられた状態において、コネクター６の先端部（相手側コネクターの挿入口）が、ハウジング２の基端側開口２２を介して、ハウジング２の基端側の外部に露出する。拡径部２３のサイズは、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、拡径部２３の外径は約１２ｍｍであり、全長は約１６ｍｍである。

図４に示すように、拡径部２３は、拡径部２３の外周のＸ軸方向の両側に形成された一対のＤカット部２３１と、拡径部２３の外周の下面側（Ｙ軸の負方向側）に形成された貫通孔２３２（図３参照）と、拡径部２３の基端側端面の上側（Ｙ軸の正方向側）に形成された一対の係合凹部２３３と、を有している。

一対のＤカット部２３１のそれぞれは、拡径部２３の外周のＸ軸方向の一部を加工し、Ｘ軸およびＺ軸に対して垂直となるよう形成された平坦面である。一対のＤカット部２３１は、撮像デバイス１を後述するアタッチメント１０Ａまたは１０Ｂ（図７および図１０参照）に取り付けた際に、アタッチメント１０Ａまたは１０Ｂと係合し、撮像デバイス１の回転を防止する。一対のＤカット部２３１のそれぞれのサイズは特に限定されないが、例えば、本実施形態では、Ｄカット部２３１のそれぞれは、約６ｍｍの長さ（Ｚ軸方向の長さ）、約１０ｍｍの幅（Ｙ軸方向の長さ）、および約２ｍｍの深さを有している。

図３および図６に示すように、貫通孔２３２は、拡径部２３の外周の下側（Ｙ軸の負方向側）に形成されており、内部構造体３をハウジング２内で固定するための止めネジ２３４（図４参照）が挿通される。ハウジング２内に内部構造体３が収納された状態において、止めネジ２３４が、貫通孔２３２を介して、内部構造体３のホルダー７に形成されたネジ孔７１７（図６参照）と螺合することにより、内部構造体３がハウジング２内で固定される。

一対の係合凹部２３３のそれぞれは、拡径部２３の基端側端面の上側（Ｙ軸の正方向側）に、互いに所定の距離離間するよう形成されたＵ字状の切り欠きである。ハウジング２の基端側開口２２を介して、内部構造体３をハウジング２に収納する際、一対の係合凹部２３３に内部構造体３のホルダー７に形成された一対の係合凸部７１５が係合するよう内部構造体３をハウジング２内に挿入することにより、内部構造体３のハウジング２に対する位置決めが実行される。

ハウジング２の先端側開口２１が、小径部２４の先端部分によって規定される。図６に示すように、撮像デバイス１が組み立てられた状態において、カメラモジュール５が先端側開口２１を介してハウジング２の先端側の外部を向いており、カメラモジュール５が、ハウジング２内から、ハウジング２の先端側の外部を撮影可能となっている。

小径部２４の外周面上には、ネジ山２４１が形成されており、小径部２４は、所定の工業規格に従う雄ネジのネジ部分に対応する形状を有している。例えば、小径部２４がＭ１０ネジの規格に従う雄ネジのネジ部分に対応する形状を有している場合、Ｍ１０ネジの規格に従い、小径部２４の外径（ネジ山２４１の頂点部分の外径）は約１０ｍｍであり、ネジ山２４１のピッチやネジ山の高さ等も、所定の工業規格に従った値となっている。そのため、小径部２４のネジ山２４１は、所定の工業規格に従う雌ネジ構造を有するナット等の固定具と螺合可能である。また、小径部２４の長さは特に限定されないが、例えば、本実施形態では、小径部２４の全長は約１３ｍｍである。

接続部２５は、拡径部２３の先端面と小径部２４の基端面との間を接続している。接続部２５の先端側にはテーパー部２５１が形成されており、先端側に向かうにつれ接続部２５のテーパー部２５１の外径が単調減少し、小径部２４との接続部分において、テーパー部２５１の外径が、小径部２４のネジ山２４１の谷部分の外径と略等しくなっている。

このように、ハウジング２の外観形状は、雄ネジ状となっており、拡径部２３が雄ネジのネジ頭に相当し、小径部２４が雄ネジのネジ部分に相当している。また、小径部２４のネジ山２４１は、所定の工業規格に従う雌ネジ構造を有するナット等の固定具と螺合可能に構成されているため、所定の工業規格に従う汎用品の固定具を用いて、撮像デバイス１を固定または取り付けることができる。そのため、撮像デバイス１を産業用ロボットのロボットアーム等の任意のデバイスに容易に取り付けることができる。

次に図５および図６を参照して、ハウジング２に内に収納される内部構造体３の各コンポーネントを詳述する。内部構造体３の制御部４は、カメラモジュール５の動作を制御する機能を有している。制御部４は、ハウジング２内に設けられた制御基板４１と、制御基板４１上に実装された制御プロセッサー４２と、メモリー４３と、コネクター６を接続するためのコネクター端子群４４と、カメラモジュール５を接続するためのカメラモジュールコネクター４５と、ＬＤＯ（Ｌｏｗ Ｄｒｏｐｏｕｔ）チップ４６と、クロックチップ４７と、を有している。

制御基板４１は、平面視において略長方形状の基板であり、ハウジング２内に配置される。制御基板４１としては、ＰＣＢ基板等を用いることができる。制御基板４１上に制御部４の各コンポーネントが実装され、制御基板４１上に形成された配線を介して、制御部４の各コンポーネントが互いに電気的に接続される。

図６に示すように、制御プロセッサー４２は、制御基板４１の裏面の略中央部分上に実装されており、カメラモジュール５の動作を制御する。制御プロセッサー４２は、例えば、１つ以上のマイクロプロセッサー、マイクロコンピューター、マイクロコントローラー、デジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、メモリーコントロールユニット（ＭＣＵ）、画像処理用演算処理装置（ＧＰＵ）、状態機械、論理回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、またはこれらの組み合わせ等のコンピューター可読命令に基づいて信号操作等の任意の演算処理を実行する演算ユニットである。

メモリー４３は、制御基板４１の表面の略中央部分上に実装されており、制御プロセッサー４２によって用いられるデータ、コンピューター可読命令等を保存している。メモリー４３としては、不揮発性記憶媒体（例えば、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリー）を用いることができる。さらに、本発明の撮像デバイス１においては、メモリー４３は、カメラモジュール５によって取得された画像の歪みを補正するためのパラメーターを保存している。

従来技術の欄において述べたように、カメラモジュール５によって取得された画像の歪みを補正するために必要なパラメーターは、撮像デバイス１を用いて、所定の基準チャートを様々な角度で撮影することにより、画像の歪みを表す近似式のパラメーターを特定する「キャリブレーション」と呼ばれる作業により取得される。

キャリブレーションは、撮像デバイス１の製造時または出荷時に撮像デバイス１の製造者または管理者等によって実行され、撮像デバイス１の製造時または出荷時に、メモリー４３内に保存される。そのため、撮像デバイス１を購入し、撮像デバイス１を用いて産業用ロボットを製造するユーザーは、撮像デバイス１のキャリブレーションを実行しなくとも、メモリー４３内に保存されているパラメーターを読み込むことにより、カメラモジュール５によって取得された画像の歪みを補正するために必要なパラメーターを取得することができる。よって、撮像デバイス１を購入し、撮像デバイス１を用いて産業用ロボットを製造するユーザーは、産業用ロボットを製造する際に、撮像デバイス１のキャリブレーションを実行する必要がない。このような理由により、本発明の撮像デバイス１を用いれば、産業用ロボットを製造するユーザーの作業負担を低減することができる。

コネクター端子群４４は、制御基板４１の表面上の基端側部分に設けられており、コネクター６を制御部４に接続するために用いられる。コネクター６の端子群がコネクター端子群４４に接続され、コネクター６と制御部４の各コンポーネントとの間の電気的接続が提供される。

カメラモジュールコネクター４５は、制御基板４１の表面上の先端側部分上に設けられており、カメラモジュール５を制御部４に接続するために用いられる。カメラモジュールコネクター４５にカメラモジュール５の対応するコネクター５４（図５参照）が接続されることにより、カメラモジュールコネクター４５と制御部４の各コンポーネントとの間の電気的接続が提供される。

ＬＤＯチップ４６は、制御基板４１の表面上のコネクター端子群４４とメモリー４３との間の部分上に設けられており、コネクター端子群４４に接続されたコネクター６を介して供給される電力の電圧を安定化させるために用いられる。コネクター６を介して供給された電力は、ＬＤＯチップ４６に入力され、ＬＤＯチップ４６から、安定した電圧の電力が、制御プロセッサー４２等の制御部４の各コンポーネントに入力される。クロックチップ４７は、制御基板４１の裏面上の制御プロセッサー４２よりも基端側の部分上に設けられており、制御プロセッサー４２にクロック信号を送信する。

内部構造体３のカメラモジュール５は、図６に示すように、撮像デバイス１が組み立てられた状態において、ハウジング２内部の制御部４よりも先端側に位置する。カメラモジュール５は、制御部４の制御プロセッサー４２からの制御に応じて、ハウジング２の先端側開口２１から、ハウジング２の先端側の外部を撮影するよう構成されている。図５に示すように、カメラモジュール５は、レンズユニット５１と、画像センサー５２と、画像センサー５２と制御部４との間を繋ぐ配線を有するＦＰＣ基板５３と、制御部４のカメラモジュールコネクター４５に接続されるコネクター５４と、を有している。

レンズユニット５１は、１枚以上の球面または非球面レンズから構成された固定焦点光学系である。また、カメラモジュール５は、レンズユニット５１の光軸が、撮像デバイス１の長尺方向と平行になるよう、ハウジング２内に設けられている。撮像デバイス１は、産業用ロボットのロボットアームの先端側部分に取り付けられるため、カメラモジュール５と撮影対象との間の距離が小さい。本実施形態では、レンズユニット５１のＦナンバーは２．４であり、レンズユニット５１の焦点距離は１．０３５ｍｍである。

画像センサー５２は、レンズユニット５１の後方側（Ｚ軸の負方向側）に、画像センサー５２の撮像面がレンズユニット５１の光軸と垂直となり、かつ、画像センサー５２の撮像面の中心とレンズユニット５１の光軸とが略一致するよう、配置される。レンズユニット５１と画像センサー５２との間の離間距離は、必要とされるカメラモジュール５のフォーカス距離（レンズユニット５１の前側主点から、撮影対象がベストピントとなる位置までの距離）に応じて、カメラモジュール５の製造時に調整され、レンズユニット５１が画像センサー５２に対して固定される。カメラモジュール５のフォーカス距離は特に限定されないが、例えば、本実施形態では、レンズユニット５１と画像センサー５２との間の離間距離に応じて、任意の値を取ることができる。

画像センサー５２は、白黒画像センサーまたはカラー画像センサーである。画像センサーとしては、ＣＣＤ画像センサーやＣＭＯＳ画像センサーを用いることができる。画像センサー５２のサイズや画素数は、取得された画像から、産業用ロボットが対象物をピックアップするために必要とされる対象物の位置、サイズ、および形状等を特定可能な解像度を確保できれば、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、画像センサー５２の画素数は、１２８０×８００ピクセルであり、各画素のサイズは１．１２μｍ×１．１２μｍである。

ＦＰＣ基板５３は、画像センサー５２と制御部４との間を繋ぐ配線を有しており、ＦＰＣ基板５３の先端側は画像センサー５２に接続されており、ＦＰＣ基板５３の基端側は、コネクター５４に接続されている。ＦＰＣ基板５３上に設けられたコネクター５４を制御部４のカメラモジュールコネクター４５に接続することにより、制御部４と画像センサー５２との間の電気的接続が提供される。

なお、カメラモジュール５は、制御部４の制御プロセッサー４２からの制御に応じて、ハウジング２の先端側の外部を撮影するが、カメラモジュール５は、制御プロセッサー４２からの制御に応じて、所定の期間毎に実行されてもよいし、任意のタイミングで撮影を実行してもよい。

内部構造体３のコネクター６は、制御部４のコネクター端子群４４に接続され、図６に示すように、撮像デバイス１が組み立てられた状態において、コネクター６の先端部（相手側コネクターの挿入口）がハウジング２の基端側開口２２を介して外部に露出するよう、ハウジング２内に設けられている。コネクター６は、対となる相手側のプラグコネクターを挿入可能なレセプタクルコネクターである。ハウジング２の基端側開口２２を介して外部に露出するコネクター６の挿入口に相手側コネクターが挿入されると、撮像デバイス１と外部デバイスとの電気的接続が提供される。また、コネクター６を介して、外部デバイスから制御部４の各コンポーネントへ電力が提供される。

コネクター６は、撮像デバイス１と外部デバイスとの電気的接続を提供することができれば特に限定されず、例えば、ＵＳＢコネクターをコネクター６として用いることができる。さらに、図６に示すように、撮像デバイス１が組み立てられた状態において、コネクター６の上面とハウジング２の内面との間には導電性の弾性部材９が設けられている。撮像デバイス１が組み立てられた状態において、導電性の弾性部材９によってコネクター６が上側から押圧され、コネクター６がハウジング２内で固定される。これにより、相手側コネクターをコネクター６の挿入口に挿入する際のコネクター６のぐらつきが防止される。

さらに、コネクター６は、相手側コネクターがコネクター６の挿入口内に挿入された際に、相手側コネクターのグランド端子が導電性の弾性部材９を介してハウジング２に電気的に接続されるよう構成されている。このような構成により、相手側コネクターのグランド電位が、撮像デバイス１のグランド電位と等しくなる。

内部構造体３のホルダー７は、前述の制御部４、カメラモジュール５、およびコネクター６をハウジング２内において固定的に保持するために用いられる。図５に示すように、ホルダー７は、後側ホルダー７１と、前側ホルダー７２と、カメラモジュールホルダー７３と、を備えている。また、ホルダー７は、全体として、ハウジング２の内面に対応する長尺の略円筒形状を有している。ホルダー７は、絶縁性材料から構成されるが、撮像デバイス１の軽量化の観点から、ホルダー７を絶縁性樹脂材料で構成することが好ましい。

図４に示すように、制御部４、カメラモジュール５、およびコネクター６を保持した状態で、後側ホルダー７１、前側ホルダー７２、およびカメラモジュールホルダー７３を互いに接続することにより、制御部４、カメラモジュール５、およびコネクター６を固定的に保持するホルダー７が形成される。

図６に示すように、後側ホルダー７１は、撮像デバイス１が組み立てられた状態において、ハウジング２の基端側に位置する。後側ホルダー７１は、ハウジング２の基端側開口２２を閉塞する基部７１１と、基部７１１の先端側の面から前方に突出する圧入部７１２と、圧入部７１２から前方に突出する半筒状部７１３と、を有している。

基部７１１は、ハウジング２の拡径部２３の外径と略同じ外径を有するディスク状の部位である。図６に示すように、撮像デバイス１が組み立てられた状態において、基部７１１は、ハウジング２の基端側の外部に位置している。また、基部７１１には、コネクター６の先端部（相手側コネクターの挿入口）をハウジング２の基端側の外部に露出させるための開口７１４が形成されている。さらに、基部７１１の先端側面の上側縁部から、一対の係合凸部７１５が前方に突出するよう形成されている。上述のように、内部構造体３をハウジング２内に挿入する際、一対の係合凸部７１５が、ハウジング２の拡径部２３の一対の係合凹部２３３に係合され、ハウジング２に対する内部構造体３の位置決めが実行される。

圧入部７１２は、基部７１１の先端側の面から前方に向かって突出するディスク状の部位である。圧入部７１２の外径は、ハウジング２の拡径部２３の内径と略等しく、圧入部７１２をハウジング２の拡径部２３内に圧入することにより、ホルダー７がハウジング２内において固定される。

半筒状部７１３は、圧入部７１２の下側部分から前方に突出する半筒状の部位である。図４に示すように、半筒状部７１３の上側端面上に制御部４の制御基板４１の基端側のＸ軸方向の縁部が載置される。また、図５に示すように、半筒状部７１３の先端側には、前側ホルダー７２の挿入突起７２６を受けるための凹部７１６が形成されている。前側ホルダー７２の挿入突起７２６を凹部７１６内に挿入することにより、後側ホルダー７１と前側ホルダー７２とが接続される。図６に示すように、撮像デバイス１が組み立てられた状態において、後側ホルダー７１の圧入部７１２および半筒状部７１３は、ハウジング２の拡径部２３の内部に位置する。また、半筒状部７１３の下側部分には、止めネジ２３４と螺合するネジ孔７１７が形成されている。

前側ホルダー７２は、筒状部７２１と、筒状部７２１から後方に突出するよう形成された半筒状部７２２と、を有している。筒状部７２１は、後方側が開口しており、前方側が閉塞されている筒状部材である。また、筒状部７２１の外周のＸ軸方向の一部が切り欠かれている。筒状部７２１の切り欠かれた部分の基端側端面には、制御部４の制御基板４１の先端部を挿入するためのスリット７２３が形成されており、制御部４の制御基板４１の先端部をスリット７２３に挿入することにより、制御部４を固定的に保持することができる。さらに、筒状部７２１の前端側の面には、カメラモジュール５を載置するための円柱部７２４と、前側ホルダー７２とカメラモジュールホルダー７３とを接続するための一対の係合凸部７２５が形成されている。

円柱部７２４は、筒状部７２１よりも小さい外径を有する円柱状の部位であり、図６に示す撮像デバイス１が組み立てられた状態において、カメラモジュール５の画像センサー５２が円柱部７２４上に載置される。一対の係合凸部７２５は、筒状部７２１の前端側であって、円柱部７２４のＸ軸方向の両側に、前方に突出するよう形成された凸部である。

半筒状部７２２は、筒状部７２１の基端側端面から後方に突出する半筒状の部位である。図４および図６に示すように、半筒状部７１３の上側端面上に制御部４の制御基板４１の先端側のＸ軸方向の縁部が載置される。図６に示すように、制御部４の制御基板４１が後側ホルダー７１の半筒状部７１３の上側端面および前側ホルダー７２の半筒状部の上側端面上に載置され、制御基板４１の基端側端面が後側ホルダー７１の基部７１１によって抑えられ、さらに、制御基板４１の先端部がスリット７２３に挿入されると、制御部４がホルダー７によって固定的に保持される。

さらに、半筒状部７２２の基端側端面には後側ホルダー７１の凹部７１６内に挿入される挿入突起７２６が形成されており、挿入突起７２６を後側ホルダー７１の凹部７１６内に挿入することにより、後側ホルダー７１と前側ホルダー７２とが接続される。また、半筒状部７１３および半筒状部７２２の下面には、カメラモジュール５のＦＰＣ基板５３を挿通させるための開口７２７が形成されている。図６に示すように、撮像デバイス１が組み立てられた状態において、前側ホルダー７２の筒状部７２１の大部分は、ハウジング２の接続部２５および小径部２４の内側に位置しており、前側ホルダー７２の半筒状部７２２は、ハウジング２の拡径部２３の内側に位置している。

カメラモジュールホルダー７３は、前側ホルダー７２の前方に取り付けられ、前側ホルダー７２の円柱部７２４とカメラモジュールホルダー７３との間でカメラモジュール５を保持するために用いられる。カメラモジュールホルダー７３は、円筒状の本体７３１と、本体７３１の先端面に形成された開口７３２および凹部７３３と、本体７３１に基端側端面に形成された係合凹部７３４と、を有している。

本体７３１は、円筒形状を有しており、その内部においてカメラモジュール５を保持する。図６に示すように、前側ホルダー７２の円柱部７２４上にカメラモジュール５の画像センサー５２を載置した状態で、カメラモジュールホルダー７３の係合凹部７３４と前側ホルダー７２の係合凸部７２５とを係合させることにより、前側ホルダー７２とカメラモジュールホルダー７３とが接続され、前側ホルダー７２とカメラモジュールホルダー７３との間でカメラモジュール５が固定的に保持される。また、前側ホルダー７２とカメラモジュールホルダー７３との間でカメラモジュール５が保持された状態において、カメラモジュール５がカメラモジュールホルダー７３の開口７３２から、ホルダー７の先端側の外部を撮影可能となっている。

また、本体７３１の先端面には、カメラモジュール５を保護するためのカバーガラス８を取り付けるための凹部７３３が形成されている。カバーガラス８は、凹部７３３内に接着剤等によって固定される。

このようなホルダー７よって、制御部４、カメラモジュール５、およびコネクター６が固定的に保持される。内部構造体３をハウジング２内に挿入した状態で、止めネジ２３４をハウジング２に形成された貫通孔２３２に挿通させ、ホルダー７に形成されたネジ孔７１７と螺合させることにより、内部構造体３がハウジング２に固定され、撮像デバイス１が組み立てられる。

ここまで詳述したように、本発明の撮像デバイス１は、所定の工業規格に従う雄ネジ（例えば、Ｍ１０ネジ）と同等またはそれ以下のレベルにまで軽量化および小型化されている。そのため、本発明の撮像デバイス１を産業用ロボットのロボットアーム（駆動部）の先端部において用いることにより、ロボットアームの軽量化および小型化を実現することができ、その結果、産業用ロボットの消費電力の抑制、低コスト化および小型化を実現することができる。

さらに、本発明の撮像デバイス１においては、カメラモジュール５によって取得された画像の歪みを補正するために必要なパラメーターが、制御部４のメモリー４３内に保存されている。撮像デバイス１を用いて産業用ロボットを製造するユーザーは、制御部４のメモリー４３内に保存されているパラメーターを読み込むだけで、カメラモジュール５によって取得された画像の歪みを補正するために必要なパラメーターを取得することができる。そのため、本発明の撮像デバイス１を用いることにより、産業用ロボットを製造する際のキャリブレーションの必要性を除去することができる。

さらに、上述のように、撮像デバイス１のハウジング２の小径部２４には、所定の工業規格に従うネジ山２４１が形成されているので、撮像デバイス１の固定および取り付けが非常に容易である。

図７には、撮像デバイス１用のアタッチメントの１例が示されている。図７に示すアタッチメント１０Ａは、金属材料等の剛性材料で構成された略Ｌ字状の部位である。アタッチメント１０Ａは、平板上の長辺部１１と、長辺部１１の先端側の縁部から立設する平板上の短片部１２と、を有している。

長辺部１１は、ロボットアームの側面等に対向する部位である。長辺部１１には、ネジ等の固定具を挿通させるための貫通孔１３が形成されている。短片部１２は、長辺部１１の先端側の縁部から立設する平板上の部位である。短片部１２には、撮像デバイス１を挿入するための矩形状の開口１４が形成されている。矩形状の開口１４のサイズは、ハウジング２の接続部２５の外径よりも大きく、ハウジング２の拡径部２３のＤカット部２３１が形成されている部分のサイズと略等しい。そのため、撮像デバイス１を矩形状の開口１４内に挿通すると、ハウジング２の拡径部２３のＤカット部２３１の端面がアタッチメント１０Ａの短片部１２に突き当たる。

図８に示すように、撮像デバイス１の先端側を、アタッチメント１０Ａの矩形状の開口１４内に挿入し、さらに、矩形状の開口１４を介して先端側に突出する撮像デバイス１のハウジング２の小径部２４のネジ山２４１に、所定の工業規格（例えば、Ｍ１０ネジ）に従う雌ネジ構造を有する固定具２０を螺合することにより、撮像デバイス１をアタッチメント１０Ａに容易に固定することができる。

図９に示すように、撮像デバイス１がアタッチメント１０Ａに取り付けられた状態において、ハウジング２の拡径部２３に形成されたＤカット部２３１がアタッチメント１０Ａの矩形状の開口１４に係合し、撮像デバイス１の回転が防止される。さらに、ハウジング２の拡径部２３のＤカット部２３１の端面がアタッチメント１０Ａの短片部１２に突き当たり、撮像デバイス１のアタッチメント１０Ａに対する位置決めが実行される。

このようにしてアタッチメント１０Ａに撮像デバイス１が固定された状態で、アタッチメント１０Ａの長辺部１１をロボットアームの先端側部分に対向させる。その後、アタッチメント１０Ａの長辺部１１に形成された貫通孔１３にネジ等の固定具を挿通させ、さらに、貫通孔１３を挿通する固定具と、ロボットアームの先端側部分に形成された雌ネジ構造とを螺合させることにより、アタッチメント１０Ａをロボットアーム先端側部分に容易に取り付けることができる。

図１０には、撮像デバイス１用のアタッチメントの別の例が示されている。図１０に示すアタッチメント１０Ｂは、開口１４の形状およびサイズが変更されている点、および、短片部１２の基端側面上に溝１５が形成されている点を除き、図７に示したアタッチメント１０Ａと同様の構成を有している。

短片部１２には、撮像デバイス１を挿入するための円形の開口１４が形成されている。円形の開口１４の径は、ハウジング２の接続部２５の外径と略等しい。そのため、撮像デバイス１を円形の開口１４内に挿通すると、ハウジング２の拡径部２３の端面が、アタッチメント１０Ａの短片部１２に突き当たり、さらに、ハウジング２の拡径部２３のＤカット部２３１がアタッチメント１０Ａの溝１５に係合する。

図１１に示すように、撮像デバイス１の先端側を、アタッチメント１０Ａの円形の開口１４内に挿入し、さらに、円形の開口１４を介して先端側に突出する撮像デバイス１のハウジング２の小径部２４のネジ山２４１に、所定の工業規格（例えば、Ｍ１０ネジ）に従う雌ネジ構造を有する固定具２０を螺合することにより、撮像デバイス１をアタッチメント１０Ｂに容易に固定することができる。

図１２に示すように、撮像デバイス１がアタッチメント１０Ｂに取り付けられた状態において、ハウジング２の拡径部２３がアタッチメント１０Ａの短片部１２に係合し、さらに、ハウジング２の拡径部２３のＤカット部２３１がアタッチメント１０Ａの溝１５に係合することにより、撮像デバイス１の回転が防止され、さらに、撮像デバイス１のアタッチメント１０Ｂに対する位置決めが実行される。このようなアタッチメント１０Ｂを用いても、アタッチメント１０Ａと同様に、本発明の撮像デバイス１を容易にロボットアームの先端側部分に取り付けることが可能である。

このように、本発明の撮像デバイス１は、非常にシンプルなアタッチメント１０Ａまたは１０Ｂによって、ロボットアームに容易に取り付けることができる。したがって、本発明の撮像デバイス１を用いることにより、産業用ロボットを製造するユーザーの作業負担を大幅に低減することができる。

なお、上述のアタッチメント１０Ａおよび１０Ｂは、本発明の撮像デバイス１用のシンプルなアタッチメントの例示に過ぎない。本分野における当業者であれば、本発明の撮像デバイス１をロボットアームの先端部に取り付けるためのアタッチメントの様々な構成に想到可能であろうし、そのようなアタッチメントを用いても、本発明の撮像デバイス１をロボットアームの先端側部分に容易に取り付けることができるであろう。

＜撮像システム＞
次に、図１３を参照して、本発明の実施形態に係る撮像システムを詳述する。図１３は、本発明の実施形態に係る撮像システムを示す概略図である。

図１３に示す撮像システム１００は、本発明の撮像デバイス１と、撮像デバイス１のコネクター６を介した有線接続によって、撮像デバイス１に通信可能に接続された画像処理デバイス３０と、を含む。画像処理デバイス３０は、ラップトップコンピューター、デスクトップコンピューター、ノートパソコン、ワークステーション、メインフレームコンピューター、サーバー等の任意の演算デバイスである。画像処理デバイス３０は、撮像デバイス１のカメラモジュール５によって取得された画像を受信し、さらに、撮像デバイス１の制御部４のメモリー４３内に保存されているパラメーターを参照し、画像の歪みを補正するための画像処理を実行するよう構成されている。

撮像システム１００においては、撮像デバイス１は、制御部４の制御プロセッサー４２からの制御に応じて、所定の間隔（例えば、数秒毎、数十秒毎、数分毎等）または任意のタイミングで、部品等の対象物４０を撮影する。なお、制御プロセッサー４２からの制御に応じた対象物４０の撮影の間隔および撮影タイミングは、画像処理デバイス３０等の外部デバイスを用いて任意に設定可能である。

画像処理デバイス３０は、撮像デバイス１のカメラモジュール５によって取得された画像を受信する。その後、画像処理デバイス３０は、撮像デバイス１の制御部４のメモリー４３にアクセスし、メモリー４３内に保存されている画像の歪みを補正するために必要なパラメーターを読み出す。さらに、画像処理デバイス３０は、メモリー４３内に保存されているパラメーターを用いて、画像の歪みを補正するための画像処理を実行する。

これにより、本発明の撮像システム１００は、撮像デバイス１によって取得された画像の歪みを補正することができる。画像処理により歪みが補正された画像は、様々な用途に利用可能である。例えば、画像処理により歪みが補正された画像に基づいて、対象物４０の位置、サイズ、および形状を正確に特定することができ、そのような対象物４０の位置、サイズ、および形状は、対象物４０のピックアップ、組み立て、梱包等を行う産業用ロボットのロボットアームの制御に利用することができる。

＜産業用ロボット＞
次に、図１４を参照して、本発明の実施形態に係る産業用ロボットを詳述する。図１４は、本発明の実施形態に係る産業用ロボットのロボットアームを示す概略図である。

本発明の実施形態に係る産業用ロボットは、部品等の対象物をピックアップするためのロボットハンド２１０を有するロボットアーム２００と、ロボットアーム２００の先端側部分に設けられた１つ以上の本発明の撮像デバイス１と、撮像デバイス１のカメラモジュール５によって取得された画像を受信し、さらに、撮像デバイス１の制御部４のメモリー４３内に保存されているパラメーターを参照し、画像の歪みを補正するための画像処理を実行する制御デバイス（図示せず）と、を含んでいる。

ロボットアーム２００は、複数のリンクと、複数のリンクを接続する複数のジョイントとが直列に接続され、３軸以上の動作自由度を有するシリアルリンク多関節機構によって構成されている。ロボットアーム２００は、有線接続または無線接続を介して、制御デバイスと通信可能に接続されており、制御デバイスからの制御に応じて、３軸以上の動きを実行することができる。

ロボットアーム２００は、ロボットハンド２１０を有している。ロボットハンド２１０は、ロボットアーム２００の先端部に設けられた１つ以上のロボットフィンガーから構成されており、制御デバイスからの制御に応じて、ロボットフィンガーを駆動し、部品等の対象物をピックアップすることができる。

１つ以上の本発明の撮像デバイス１がロボットアーム２００の先端側に、図７～図１２に示したアタッチメント１０Ａまたは１０Ｂのような任意のアタッチメントおよび固定具２０によって、取り付けられている。図示の形態では、２つの撮像デバイス１がロボットアーム２００の先端側に取り付けられているが、ロボットアーム２００の先端側に取り付けられる撮像デバイス１の数は、必要に応じて適宜変更することができる。撮像デバイス１のそれぞれは、自身のコネクター６を介した有線接続によって、制御デバイスに通信可能に接続されている。

制御デバイスは、ラップトップコンピューター、デスクトップコンピューター、ノートパソコン、ワークステーション、メインフレームコンピューター、サーバー等の任意の演算デバイスである。制御デバイスは、撮像デバイス１のカメラモジュール５によって取得された画像を受信し、さらに、撮像デバイス１の制御部４のメモリー４３内に保存されているパラメーターを参照し、画像の歪みを補正するための画像処理を実行するよう構成されている。さらに、制御デバイスは、画像処理が施され、歪みが補正された画像に基づいて、ロボットアーム２００を制御し、ロボットアーム２００のロボットハンド２１０に部品等の対象物をピックアップさせるよう構成されている。

本発明の産業用ロボットでは、撮像デバイス１は、制御部４の制御プロセッサー４２からの制御に応じて、所定の間隔（例えば、数秒毎、数十秒毎、数分毎等）または任意のタイミングで、カメラモジュール５を用いて、部品等の対象物を撮影し、制御デバイスは、カメラモジュール５によって取得された画像を受信する。なお、制御プロセッサー４２からの制御に応じた対象物の撮影の間隔および撮影タイミングは、制御デバイス等の外部デバイスを用いて任意に設定可能である。

その後、制御デバイスは、撮像デバイス１の制御部４のメモリー４３にアクセスし、メモリー４３内に保存されている画像の歪みを補正するために必要なパラメーターを読み出す。さらに、制御デバイスは、メモリー４３内に保存されているパラメーターを用いて、画像の歪みを補正するための画像処理を実行する。これにより、制御デバイスは、歪みが補正された対象物の画像を取得することができる。

その後、制御デバイスは、歪みが補正された対象物の画像を用いて、対象物の位置、サイズ、および形状を特定する。対象物の画像の歪みは画像処理によって補正されているので、制御デバイスは、対象物の画像に基づいて、対象物の位置、サイズ、および形状を正確に特定することができる。

さらに、２つ以上の撮像デバイス１が産業用ロボットにおいて用いられている場合には、２つの撮像デバイス１によって取得された画像間の視差を測定することによって、ロボットハンド２１０から対象物までの距離を特定することができる。

制御デバイスは、対象物の位置、サイズ、および形状（２つ以上の撮像デバイス１が産業用ロボットにおいて用いられている場合には、さらに、ロボットハンド２１０から対象物までの距離）に基づいて、ロボットアーム２００を制御し、ロボットアーム２００のロボットハンド２１０に対象物をピックアップさせる。

上述のように、撮像デバイス１は、所定の工業規格に従う雄ネジ（例えば、Ｍ１０ネジ）と同等またはそれ以下のレベルにまで軽量化および小型化されている。そのため、本発明の撮像デバイス１をロボットアーム２００の先端部において用いることにより、ロボットアーム２００の軽量化および小型化を実現することができ、その結果、本発明の産業用ロボットの消費電力の抑制、低コスト化および小型化を実現することができる。

さらに、撮像デバイス１においては、カメラモジュール５によって取得された画像の歪みを補正するために必要なパラメーターが、制御部４のメモリー４３内に保存されている。撮像デバイス１を用いて産業用ロボットを製造するユーザーは、制御部４のメモリー４３内に保存されているパラメーターを読み込むだけで、カメラモジュール５によって取得された画像の歪みを補正するために必要なパラメーターを取得することができる。そのため、撮像デバイス１を用いることにより、本発明の産業用ロボットを製造する際のキャリブレーションの必要性を除去することができる。

以上、本発明の撮像デバイス、撮像システム、および産業用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い。本発明の各構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、本発明の各構成に任意の構成のものを付加することができる。

本発明の属する分野および技術における当業者であれば、本発明の原理、考え方、および範囲から有意に逸脱することなく、記述された本発明の撮像デバイス、撮像システム、および産業用ロボットの構成の変更を実行可能であろうし、変更された構成を有する撮像デバイス、撮像システム、および産業用ロボットもまた、本発明の範囲内である。

例えば、図２～図１２に示された撮像デバイス、図１３に示された撮像システム、および図１４に示された産業用ロボットの構成要素の数や種類は、説明のための例示にすぎず、本発明は必ずしもこれに限られない。本発明の原理および意図から逸脱しない範囲において、任意の構成要素が追加若しくは組み合わされ、または任意の構成要素が削除された態様も、本発明の範囲内である。

１…撮像デバイス ２…ハウジング ２１…先端側開口 ２２…基端側開口 ２３…拡径部 ２３１…Ｄカット部 ２３２…貫通孔 ２３３…係合凹部 ２３４…止めネジ ２４…小径部 ２４１…ネジ山 ２５…接続部 ２５１…テーパー部 ３…内部構造体 ４…制御部 ４１…制御基板 ４２…制御プロセッサー ４３…メモリー ４４…コネクター端子群 ４５…カメラモジュールコネクター ４６…ＬＤＯチップ ４７…クロックチップ ５…カメラモジュール ５１…レンズユニット ５２…画像センサー ５３…ＦＰＣ基板 ５４…コネクター ６…コネクター ７…ホルダー ７１…後側ホルダー ７１１…基部 ７１２…圧入部 ７１３…半筒状部 ７１４…開口 ７１５…係合凸部 ７１６…凹部 ７１７…ネジ孔 ７２…前側ホルダー ７２１…筒状部 ７２２…半筒状部 ７２３…スリット ７２４…円柱部 ７２５…係合凸部 ７２６…挿入突起 ７２７…開口 ７３…カメラモジュールホルダー ７３１…本体 ７３２…開口 ７３３…凹部 ７３４…係合凹部 ８…カバーガラス ９…弾性部材 １０Ａ…アタッチメント １０Ｂ…アタッチメント １１…長辺部 １２…短片部 １３…貫通孔 １４…開口 １５…溝 ２０…固定具 ３０…画像処理デバイス ４０…対象物 １００…撮像システム ２００…ロボットアーム ２１０…ロボットハンド ５００…産業用ロボット ５１０…ロボットアーム ５１１…ロボットハンド ５２０…撮像デバイス ６００…対象物

Claims (9)

1. 画像処理デバイスに通信可能に接続される撮像デバイスであって、
   先端側および基端側に開口を有する長尺の円筒状のハウジングと、
   前記ハウジング内に設けられ、制御プロセッサーおよびメモリーを有する制御部と、
   前記制御部の前記制御プロセッサーからの制御に応じて、前記ハウジングの前記先端側の前記開口から、前記ハウジングの前記先端側の外部を撮影可能に前記ハウジング内に設けられたカメラモジュールと、
   前記ハウジング内に、先端部が前記ハウジングの前記基端側の前記開口から前記ハウジングの前記基端側の外部に露出するよう設けられたコネクターと、を備え、
   前記制御部の前記メモリーは、前記カメラモジュールによって取得された画像の歪みを補正するためのパラメーターを保存しており、
   前記カメラモジュールによって取得された前記画像の前記歪みを補正するための前記パラメーターは、前記撮像デバイスのキャリブレーションによって取得されており、
   前記撮像デバイスは、前記コネクターを介した有線接続によって、前記画像処理デバイスに通信可能に接続されており、
   前記制御部の前記メモリー内に保存されている前記パラメーターは、前記画像処理デバイスによって直接読み出され、
   前記画像処理デバイスによって直接読み出された前記パラメーターは、前記カメラモジュールによって取得された前記画像の前記歪みを補正するために、前記画像処理デバイスによって実行される画像処理において用いられることを特徴とする撮像デバイス。
2. 前記ハウジングは、前記ハウジングの前記基端側に形成された円筒状の拡径部と、前記拡径部よりも前記ハウジングの前記先端側に形成された円筒状の小径部とを有しており、
   前記拡径部の外径は、前記小径部の外径よりも大きく、
   前記小径部の外周には、ネジ山が形成されている請求項１に記載の撮像デバイス。
3. 前記ハウジングの前記拡径部および前記小径部は、一体的に形成されている請求項２に記載の撮像デバイス。
4. 前記小径部の前記ネジ山は、所定の工業規格に従う雌ネジ構造を有する固定具と螺合可能に構成されている請求項２または３に記載の撮像デバイス。
5. 前記ハウジングは、導電性材料から構成されており、
   前記コネクターは、前記コネクターの上面と前記ハウジングの内面との間に設けられた導電性の弾性部材によって、前記ハウジング内で固定されている請求項１ないし４のいずれかに記載の撮像デバイス。
6. 前記コネクターは、前記コネクターに相手側コネクターが挿入されたときに、前記相手側コネクターのグランド端子が、前記導電性の弾性部材を介して、前記ハウジングと電気的に接続されるよう構成されている請求項５に記載の撮像デバイス。
7. 前記カメラモジュールは、レンズユニットと画像センサーとを有しており、前記レンズユニットの光軸が、前記ハウジングの長尺方向と平行となるように、前記ハウジング内に設けられている請求項１ないし６のいずれかに記載の撮像デバイス。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の撮像デバイスと、
   前記コネクターを介した有線接続によって、前記画像処理デバイスに通信可能に接続されており、前記撮像デバイスの前記カメラモジュールによって取得された前記画像を受信し、さらに、前記撮像デバイスの前記制御部の前記メモリー内に保存されている前記パラメーターを直接読み出し、前記撮像デバイスの前記制御部の前記メモリーから直接読み出した前記パラメーターを用いて前記画像の前記歪みを補正するための前記画像処理を実行する前記画像処理デバイスと、を含むことを特徴とする撮像システム。
9. 対象物をピックアップするための産業用ロボットであって、
   前記対象物をピックアップするためのロボットハンドを有するロボットアームと、
   前記ロボットアームの先端側に設けられ、先端側および基端側に開口を有する長尺の円筒状のハウジングと、前記ハウジング内に設けられ、制御プロセッサーおよびメモリーを有する制御部と、前記制御部の前記制御プロセッサーからの制御に応じて、前記ハウジングの前記先端側の前記開口から、前記ハウジングの前記先端側の外部を撮影可能に前記ハウジング内に設けられたカメラモジュールと、前記ハウジング内に、先端部が前記ハウジングの前記基端側の前記開口から前記ハウジングの前記基端側の外部に露出するよう設けられたコネクターと、を備える撮像デバイスと、
   前記コネクターを介した有線接続によって、前記撮像デバイスに通信可能に接続され、前記撮像デバイスの前記カメラモジュールによって取得された画像を受信する制御デバイスと、を含み、
   前記撮像デバイスの前記制御部の前記メモリーは、前記カメラモジュールによって取得された画像の歪みを補正するためのパラメーターを保存しており、
   前記カメラモジュールによって取得された前記画像の前記歪みを補正するための前記パラメーターは、前記撮像デバイスのキャリブレーションによって取得されており、
   前記制御デバイスは、前記撮像デバイスの前記制御部の前記メモリー内に保存されている前記パラメーターを直接読み出すよう構成されており、
   前記制御デバイスによって直接読み出された前記パラメーターは、前記カメラモジュールによって取得された前記画像の前記歪みを補正するために、前記制御デバイスによって実行される画像処理において用いられ、
   前記制御デバイスは、前記撮像デバイスの前記制御部の前記メモリーから直接読み出した前記パラメーターを用いて、前記画像の前記歪みを補正するための前記画像処理を実行し、さらに、前記画像処理が施された前記画像に基づいて、前記ロボットアームを制御し、前記ロボットハンドに前記対象物をピックアップさせるよう構成されていることを特徴とする産業用ロボット。

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