JPH0972713A - 三次元位置姿勢計測装置 - Google Patents
三次元位置姿勢計測装置Info
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- JPH0972713A JPH0972713A JP7225430A JP22543095A JPH0972713A JP H0972713 A JPH0972713 A JP H0972713A JP 7225430 A JP7225430 A JP 7225430A JP 22543095 A JP22543095 A JP 22543095A JP H0972713 A JPH0972713 A JP H0972713A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】複数本のスリット上の多数の点の三次元位置を
計算することなしに、特徴点の三次元位置と平面部の法
線ベクトルを算出する。 【解決手段】三次元物体の平面部に対し、縦スリット投
光器２で縦スリット光を照射すると共に、横スリット投
光器３で横スリット光を照射する。画像カメラ１は、三
次元物体の平面部の画像を撮像する。特徴点計測部４
は、上記画像上の平面部に存在する明るさの異なる領域
の特徴点の二次元座標（画像座標系）を計測する。縦ス
リット計測部５は、上記画像上での縦スリット光の二次
元直線方程式を計測し、横スリット計測部６は、上記画
像上での横スリット光の二次元直線方程式を計測する。
三次元位置姿勢演算部７は、上記特徴点の画像上での位
置と、特徴点を含む平面部に投射された縦スリット及び
横スリットの画像上での直線方程式から、特徴点の三次
元位置及び平面部の法線ベクトルを算出する。
計算することなしに、特徴点の三次元位置と平面部の法
線ベクトルを算出する。 【解決手段】三次元物体の平面部に対し、縦スリット投
光器２で縦スリット光を照射すると共に、横スリット投
光器３で横スリット光を照射する。画像カメラ１は、三
次元物体の平面部の画像を撮像する。特徴点計測部４
は、上記画像上の平面部に存在する明るさの異なる領域
の特徴点の二次元座標（画像座標系）を計測する。縦ス
リット計測部５は、上記画像上での縦スリット光の二次
元直線方程式を計測し、横スリット計測部６は、上記画
像上での横スリット光の二次元直線方程式を計測する。
三次元位置姿勢演算部７は、上記特徴点の画像上での位
置と、特徴点を含む平面部に投射された縦スリット及び
横スリットの画像上での直線方程式から、特徴点の三次
元位置及び平面部の法線ベクトルを算出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、組み立て作業ロボ
ットにおいて、ネジ締め作業等に要求される高精度な位
置決め行なうための三次元位置姿勢計測装置に関する。
ットにおいて、ネジ締め作業等に要求される高精度な位
置決め行なうための三次元位置姿勢計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ロボットを用いた組み立て工程に
おける位置決めの方法として、主に予めロボット作業位
置を教示することを前提に、部品が同じ位置になるよう
に専用の治具を準備して固定する方法が利用されてい
る。また、画像処理を用いて、画像カメラより入力した
部品の画像から、ネジ穴や、予め付けたマーカー等の明
るさが異なる領域について、その画像中での位置を計測
し、これをもとに位置決めを行なう方法がある。
おける位置決めの方法として、主に予めロボット作業位
置を教示することを前提に、部品が同じ位置になるよう
に専用の治具を準備して固定する方法が利用されてい
る。また、画像処理を用いて、画像カメラより入力した
部品の画像から、ネジ穴や、予め付けたマーカー等の明
るさが異なる領域について、その画像中での位置を計測
し、これをもとに位置決めを行なう方法がある。
【０００３】更に、計測対象にスリット光を投射して、
その画像を入力し、スリット光と画像カメラの位置関係
から、画像上でのスリットの各点の三次元位置を求め、
対象物の物体識別や三次元位置姿勢を認識することも試
みられている。例えば平面部を有する対象物にスリット
光を投射して、平面部上でのスリットの各点の三次元位
置を求められれば、原理的には同一直線上にない３点の
座標が分かれば平面の方程式は解けるので、２本以上の
異なるスリットの各点の三次元座標を求めることによ
り、平面部の平面方程式を算出することができる。
その画像を入力し、スリット光と画像カメラの位置関係
から、画像上でのスリットの各点の三次元位置を求め、
対象物の物体識別や三次元位置姿勢を認識することも試
みられている。例えば平面部を有する対象物にスリット
光を投射して、平面部上でのスリットの各点の三次元位
置を求められれば、原理的には同一直線上にない３点の
座標が分かれば平面の方程式は解けるので、２本以上の
異なるスリットの各点の三次元座標を求めることによ
り、平面部の平面方程式を算出することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ネジ締め等に要求され
る高精度の位置決めについては、部品の形状が複雑であ
ったり、部品の加工精度といった問題から、専用に治具
で固定する方法だけでは高い精度を得るのが困難であ
る。従って、画像処理等を用いて高い精度で三次元位置
姿勢を計測し、教示した位置を補正する必要がある。し
かし、単なる画像処理のみの方法では、原理的に特徴点
の画像位置、つまり二次元座標（画像座標系）しか計測
できないので、これから位置決めのために必要となる三
次元座標を得るためには、（１）対象物が画像カメラに
正対しており、かつ、（２）対象物と画像カメラの距離
が既知であるか、別に距離センサ等を設けて、その距離
を計測する必要があった。
る高精度の位置決めについては、部品の形状が複雑であ
ったり、部品の加工精度といった問題から、専用に治具
で固定する方法だけでは高い精度を得るのが困難であ
る。従って、画像処理等を用いて高い精度で三次元位置
姿勢を計測し、教示した位置を補正する必要がある。し
かし、単なる画像処理のみの方法では、原理的に特徴点
の画像位置、つまり二次元座標（画像座標系）しか計測
できないので、これから位置決めのために必要となる三
次元座標を得るためには、（１）対象物が画像カメラに
正対しており、かつ、（２）対象物と画像カメラの距離
が既知であるか、別に距離センサ等を設けて、その距離
を計測する必要があった。
【０００５】また、ネジ締め等の位置決めにスリット光
を用いる方法では、原理的には、２本以上のスリット上
の同一直線上にない３点の三次元座標から平面部の位置
姿勢を求めることができるが、各点の座標には計測誤差
が含まれるので、高い位置決め精度を得るためには数多
くの点の三次元座標を求めて最小自乗法により平面の位
置姿勢を計算する必要が生じる。更に、計測対象となる
平面部には、部品の構造上、凹凸やネジ穴等が存在して
いる場合が多いので、これら同一平面にない点を除いて
平面の位置姿勢を求めるためにもスリット上の多くの三
次元座標を計算する必要が生じる。このため計算量が増
大し、計算に時間がかかったり、高価な計算機を必要と
する等、工業的に利用できないという欠点があった。
を用いる方法では、原理的には、２本以上のスリット上
の同一直線上にない３点の三次元座標から平面部の位置
姿勢を求めることができるが、各点の座標には計測誤差
が含まれるので、高い位置決め精度を得るためには数多
くの点の三次元座標を求めて最小自乗法により平面の位
置姿勢を計算する必要が生じる。更に、計測対象となる
平面部には、部品の構造上、凹凸やネジ穴等が存在して
いる場合が多いので、これら同一平面にない点を除いて
平面の位置姿勢を求めるためにもスリット上の多くの三
次元座標を計算する必要が生じる。このため計算量が増
大し、計算に時間がかかったり、高価な計算機を必要と
する等、工業的に利用できないという欠点があった。
【０００６】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、複数本のスリット上の多数の点の三次元位
置を計算することなしに、特徴点の三次元位置と平面部
の法線ベクトルを算出でき、ロボットを用いた組み立て
工程において、ネジ締め作業等の高い精度が要求される
位置決めに適用できる三次元位置姿勢計測装置を提供す
ることを目的とする。
れたもので、複数本のスリット上の多数の点の三次元位
置を計算することなしに、特徴点の三次元位置と平面部
の法線ベクトルを算出でき、ロボットを用いた組み立て
工程において、ネジ締め作業等の高い精度が要求される
位置決めに適用できる三次元位置姿勢計測装置を提供す
ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る三次元位置
姿勢計測装置は、任意の方向を向いた平面部を有する三
次元物体に対し、その平面部の画像を入力するように配
置された画像カメラと、上記平面部に対しスリット光を
照射し、それが画像上において縦方向に写るように配置
された縦スリット投光器と、上記平面部に対しスリット
光を照射し、それか画像上において横方向に写るように
配置された横スリット投光器と、上記平面部に存在する
明るさの異なる領域の位置（特徴点）の画像上での二次
元座標（画像座標系）を計測する手段と、上記画像上で
の縦スリット光の二次元直線方程式（画像座標系）を計
測する手段と、上記画像上での横スリット光の二次元直
線方程式（画像座標系）を計測する手段と、上記特徴点
の画像上での位置（画像座標系）と、特徴点を含む平面
部に投射された縦スリット及び横スリットの画像上での
直線方程式（画像座標系）から、特徴点の三次元位置及
び平面部の法線ベクトルを算出する演算部と、を具備し
たことを特徴とする。
姿勢計測装置は、任意の方向を向いた平面部を有する三
次元物体に対し、その平面部の画像を入力するように配
置された画像カメラと、上記平面部に対しスリット光を
照射し、それが画像上において縦方向に写るように配置
された縦スリット投光器と、上記平面部に対しスリット
光を照射し、それか画像上において横方向に写るように
配置された横スリット投光器と、上記平面部に存在する
明るさの異なる領域の位置（特徴点）の画像上での二次
元座標（画像座標系）を計測する手段と、上記画像上で
の縦スリット光の二次元直線方程式（画像座標系）を計
測する手段と、上記画像上での横スリット光の二次元直
線方程式（画像座標系）を計測する手段と、上記特徴点
の画像上での位置（画像座標系）と、特徴点を含む平面
部に投射された縦スリット及び横スリットの画像上での
直線方程式（画像座標系）から、特徴点の三次元位置及
び平面部の法線ベクトルを算出する演算部と、を具備し
たことを特徴とする。
【０００８】（作用）上記の構成とすることにより、任
意の方向を向いた平面部を有する三次元物体における平
面部に存在する明るさの異なる領域の位置（特徴点）に
ついて、画像カメラで入力した特徴点の二次元座標（画
像座標系）と、平面部に照射した縦スリット光と横スリ
ット光の直線方程式（画像座標系）を計測し、これら二
次元の画像処理による計測手段のみから特徴点の三次元
位置と姿勢を同時に算出することができるようになる。
このため、任意の方向を向いた三次元物体の高精度な位
置決めが可能になる。更に、平面部の位置や姿勢を算出
するのに、従来必要であったスリット上の三次元座標を
多数算出する必要がなくなり、安価な計算機を用いても
短時間で処理することができる。
意の方向を向いた平面部を有する三次元物体における平
面部に存在する明るさの異なる領域の位置（特徴点）に
ついて、画像カメラで入力した特徴点の二次元座標（画
像座標系）と、平面部に照射した縦スリット光と横スリ
ット光の直線方程式（画像座標系）を計測し、これら二
次元の画像処理による計測手段のみから特徴点の三次元
位置と姿勢を同時に算出することができるようになる。
このため、任意の方向を向いた三次元物体の高精度な位
置決めが可能になる。更に、平面部の位置や姿勢を算出
するのに、従来必要であったスリット上の三次元座標を
多数算出する必要がなくなり、安価な計算機を用いても
短時間で処理することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係
る三次元位置姿勢計測装置２０の全体構成を示す図で、
（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。同図におい
て、２１はケースで、その前面部に画像カメラ１、縦ス
リット投光器２、横スリット投光器３及び照明灯２２が
設けられる。また、ケース２１には、前面上方部位にツ
ール装着部２３が設けられ、背面側にアーム装着部２４
が設けられる。
実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係
る三次元位置姿勢計測装置２０の全体構成を示す図で、
（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。同図におい
て、２１はケースで、その前面部に画像カメラ１、縦ス
リット投光器２、横スリット投光器３及び照明灯２２が
設けられる。また、ケース２１には、前面上方部位にツ
ール装着部２３が設けられ、背面側にアーム装着部２４
が設けられる。
【００１０】図２は、上記三次元位置姿勢計測装置２０
をネジ締め作業用ロボットに組み込んだ場合の構成例を
示したものである。同図において、３１はロボット本体
で、ロボットアーム３２を備え、例えば車輪３３により
自走可能に構成されている。上記ロボット本体３１及び
ロボットアーム３２は、ロボット本体３１内に設けられ
た制御装置（図示せず）により位置制御される。そし
て、ロボットアーム３２の先端に三次元位置姿勢計測装
置２０のアーム装着部２４が装着される。また、ツール
装着部２３には、ツールとして例えば電導ドライバ３４
が装着される。
をネジ締め作業用ロボットに組み込んだ場合の構成例を
示したものである。同図において、３１はロボット本体
で、ロボットアーム３２を備え、例えば車輪３３により
自走可能に構成されている。上記ロボット本体３１及び
ロボットアーム３２は、ロボット本体３１内に設けられ
た制御装置（図示せず）により位置制御される。そし
て、ロボットアーム３２の先端に三次元位置姿勢計測装
置２０のアーム装着部２４が装着される。また、ツール
装着部２３には、ツールとして例えば電導ドライバ３４
が装着される。
【００１１】上記のように三次元位置姿勢計測装置２０
を組み込んだロボットによりネジ締め作業を行なう場
合、予め教示されたネジ締め作業位置にロボット本体３
１及びロボットアーム３２を移動させ、三次元位置姿勢
計測装置２０によりネジ締めを行なうネジ穴の三次元位
置姿勢を高精度に計測する。そして、この三次元位置姿
勢計測装置２０で計測された結果をもとに、ロボット本
体３１の制御装置により教示位置を補正して位置決めを
行ない、電導ドライバ３４にてネジ締め作業を行なう。
を組み込んだロボットによりネジ締め作業を行なう場
合、予め教示されたネジ締め作業位置にロボット本体３
１及びロボットアーム３２を移動させ、三次元位置姿勢
計測装置２０によりネジ締めを行なうネジ穴の三次元位
置姿勢を高精度に計測する。そして、この三次元位置姿
勢計測装置２０で計測された結果をもとに、ロボット本
体３１の制御装置により教示位置を補正して位置決めを
行ない、電導ドライバ３４にてネジ締め作業を行なう。
【００１２】次に上記三次元位置姿勢計測装置２０の詳
細について説明する。図３は、三次元位置姿勢計測装置
２０の主要部の構成を示すブロック図である。同図にお
いて、１は画像カメラ、２は縦スリット投光器、３は横
スリット投光器、４は特徴点計測部、５は縦スリット計
測部、６は横スリット計測部、７は三次元位置姿勢演算
部である。上記縦スリット投光器２は、三次元物体の平
面部に対して縦スリット光を照射し、横スリット投光器
３は上記平面部に横スリット光を照射する。画像カメラ
１は、上記縦スリット光及び横スリット光が照射された
平面部を撮像し、その画像を特徴点計測部４、縦スリッ
ト計測部５及び横スリット計測部６に入力する。特徴点
計測部４は、画像カメラ１より送られてくる画像から明
るさの異なる領域の位置（特徴点）の２次元座標（ｘ，
ｙ）を計測し、三次元位置姿勢演算部７に出力する。縦
スリット計測部５は、入力画像から縦スリット光の二次
元の直線方程式（画像座標系）を計測し、その直線パラ
メータ（ｃ，ｄ）を三次元位置姿勢演算部７に入力す
る。横スリット計測部６は、入力画像から横スリット光
の二次元の直線方程式（画像座標系）を計測し、その直
線パラメータ（ａ，ｂ）を三次元位置姿勢演算部７に入
力する。三次元位置姿勢演算部７は、上記特徴点の画像
上での位置（画像座標系）と、特徴点を含む平面部に投
射された縦スリット光及び横スリット光の画像上での直
線方程式（画像座標系）から、特徴点の三次元位置Ｐ
（ＰX ，ＰY ，ＰZ ）及び平面部の法線ベクトル（Ｑ
X ，ＱY ，ＱZ ）を算出する。
細について説明する。図３は、三次元位置姿勢計測装置
２０の主要部の構成を示すブロック図である。同図にお
いて、１は画像カメラ、２は縦スリット投光器、３は横
スリット投光器、４は特徴点計測部、５は縦スリット計
測部、６は横スリット計測部、７は三次元位置姿勢演算
部である。上記縦スリット投光器２は、三次元物体の平
面部に対して縦スリット光を照射し、横スリット投光器
３は上記平面部に横スリット光を照射する。画像カメラ
１は、上記縦スリット光及び横スリット光が照射された
平面部を撮像し、その画像を特徴点計測部４、縦スリッ
ト計測部５及び横スリット計測部６に入力する。特徴点
計測部４は、画像カメラ１より送られてくる画像から明
るさの異なる領域の位置（特徴点）の２次元座標（ｘ，
ｙ）を計測し、三次元位置姿勢演算部７に出力する。縦
スリット計測部５は、入力画像から縦スリット光の二次
元の直線方程式（画像座標系）を計測し、その直線パラ
メータ（ｃ，ｄ）を三次元位置姿勢演算部７に入力す
る。横スリット計測部６は、入力画像から横スリット光
の二次元の直線方程式（画像座標系）を計測し、その直
線パラメータ（ａ，ｂ）を三次元位置姿勢演算部７に入
力する。三次元位置姿勢演算部７は、上記特徴点の画像
上での位置（画像座標系）と、特徴点を含む平面部に投
射された縦スリット光及び横スリット光の画像上での直
線方程式（画像座標系）から、特徴点の三次元位置Ｐ
（ＰX ，ＰY ，ＰZ ）及び平面部の法線ベクトル（Ｑ
X ，ＱY ，ＱZ ）を算出する。
【００１３】次に図４を用いて画像カメラ１、縦スリッ
ト投光器２、横スリット投光器３の配置関係について説
明する。まず、画像カメラ１の中心にカメラ座標系
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の原点Ａ0 をおき、座標軸を図４に示す
ようにとる。縦スリット投光器２の中心位置は、画像カ
メラ１からの距離ＤX のＸ軸上の点０V （−ＤX ，０，
０）であり、縦スリット光８の法線ベクトルはＶ（Ｖ
X ，ＶY ，ＶZ ）である。また、横スリット投光器３の
中心位置は、画像カメラ１から距離ＤY のＹC 軸上の点
０H （０，ＤY ，０）であり、横スリット光９の法線ベ
クトルはＨ（ＨX ，ＨY ，ＨZ ）である。
ト投光器２、横スリット投光器３の配置関係について説
明する。まず、画像カメラ１の中心にカメラ座標系
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の原点Ａ0 をおき、座標軸を図４に示す
ようにとる。縦スリット投光器２の中心位置は、画像カ
メラ１からの距離ＤX のＸ軸上の点０V （−ＤX ，０，
０）であり、縦スリット光８の法線ベクトルはＶ（Ｖ
X ，ＶY ，ＶZ ）である。また、横スリット投光器３の
中心位置は、画像カメラ１から距離ＤY のＹC 軸上の点
０H （０，ＤY ，０）であり、横スリット光９の法線ベ
クトルはＨ（ＨX ，ＨY ，ＨZ ）である。
【００１４】次に図４，図５を用いて画像カメラ１によ
り得られる画像と特徴点計測部４、縦スリット計測部
５、横スリット計測部６との関係について説明する。ま
ず、図４のカメラ座標系において、原点Ａ0 から光軸
（Ｚ軸）方向に焦点距離ｆだけ離れた位置に光軸と直角
に交わる平面をおき、これを画像平面１０とし、画像座
標系（ｘ，ｙ）の原点Ａ1 を画像平面１０と光軸との交
点におき、その座標軸を画像平面１０の上に図５のよう
にとる。このときカメラ座標系原点Ａ0からみて画像平
面１０に写る像が画像カメラ１により得られる。特徴点
計測部４は、画像カメラ１により得られた三次元物体の
平面部１１のネジ穴１２の画像を入力し、ネジ穴中心の
画像座標（ｐx ，ｐy ）を出力する。縦スリット計測部
５は、画像カメラ１により得られた縦スリット光８の画
像を入力し、その直線方程式（画像座標系） ｘ＝ｃｙ＋ｄ のパラメータ（ｃ，ｄ）を出力する。
り得られる画像と特徴点計測部４、縦スリット計測部
５、横スリット計測部６との関係について説明する。ま
ず、図４のカメラ座標系において、原点Ａ0 から光軸
（Ｚ軸）方向に焦点距離ｆだけ離れた位置に光軸と直角
に交わる平面をおき、これを画像平面１０とし、画像座
標系（ｘ，ｙ）の原点Ａ1 を画像平面１０と光軸との交
点におき、その座標軸を画像平面１０の上に図５のよう
にとる。このときカメラ座標系原点Ａ0からみて画像平
面１０に写る像が画像カメラ１により得られる。特徴点
計測部４は、画像カメラ１により得られた三次元物体の
平面部１１のネジ穴１２の画像を入力し、ネジ穴中心の
画像座標（ｐx ，ｐy ）を出力する。縦スリット計測部
５は、画像カメラ１により得られた縦スリット光８の画
像を入力し、その直線方程式（画像座標系） ｘ＝ｃｙ＋ｄ のパラメータ（ｃ，ｄ）を出力する。
【００１５】横スリット計測部６は、画像カメラ１によ
り得られた横スリット光９の画像を入力し、その直線の
方程式（画像座標系） ｙ＝ａｘ＋ｂ のパラメータ（ａ，ｂ）を出力する。
り得られた横スリット光９の画像を入力し、その直線の
方程式（画像座標系） ｙ＝ａｘ＋ｂ のパラメータ（ａ，ｂ）を出力する。
【００１６】次に三次元位置姿勢演算部７について説明
する。三次元位置姿勢演算部７では、特徴点計測部４、
縦スリット計測部５、横スリット計測部６から、ネジ穴
１２の中心位置（ｐx ，ｐy ）や、横スリット光９の直
線方程式のパラメータ（ａ，ｂ）、縦スリット光８の直
線方程式のパラメータ（ｃ，ｄ）を入力し、ネジ穴中心
の三次元位置Ｐ（ＰX ，ＰY ，ＰZ ）及びネジ穴１２を
含む平面の法線ベクトルＱ（ＱX ，ＱY ，ＱZ ）を出力
する。ここで、特徴点計測部４、縦スリット計測部５、
横スリット計測部６から入力される（ｐx ，ｐy ，ａ，
ｂ，ｃ，ｄ）の６つの値からネジ穴中心の三次元位置Ｐ
（ＰX ，ＰY ，ＰZ ）及びネジ穴１２を含む平面の法線
ベクトルＱ（ＱX ，ＱY ，ＱZ ）を算出する原理を説明
する。
する。三次元位置姿勢演算部７では、特徴点計測部４、
縦スリット計測部５、横スリット計測部６から、ネジ穴
１２の中心位置（ｐx ，ｐy ）や、横スリット光９の直
線方程式のパラメータ（ａ，ｂ）、縦スリット光８の直
線方程式のパラメータ（ｃ，ｄ）を入力し、ネジ穴中心
の三次元位置Ｐ（ＰX ，ＰY ，ＰZ ）及びネジ穴１２を
含む平面の法線ベクトルＱ（ＱX ，ＱY ，ＱZ ）を出力
する。ここで、特徴点計測部４、縦スリット計測部５、
横スリット計測部６から入力される（ｐx ，ｐy ，ａ，
ｂ，ｃ，ｄ）の６つの値からネジ穴中心の三次元位置Ｐ
（ＰX ，ＰY ，ＰZ ）及びネジ穴１２を含む平面の法線
ベクトルＱ（ＱX ，ＱY ，ＱZ ）を算出する原理を説明
する。
【００１７】まず、ネジ穴１２の中心位置Ｐ（ＰX ，Ｐ
Y ，ＰZ ）とその画像座標（ｐx ，ｐy ）との関係は次
式となる。 ｐx ＝（ＰX ／ＰZ ）ｆ …（１） ｐy ＝（ＰY ／ＰZ ）ｆ …（２） 次にネジ穴１２を含む平面部１１上の適当な点Ｒの位置
ベクトルをＲ（ＲX ，ＲY ，ＲZ ）とすれば、横及び縦
スリット光のパラメータ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）は次式とな
る。
Y ，ＰZ ）とその画像座標（ｐx ，ｐy ）との関係は次
式となる。 ｐx ＝（ＰX ／ＰZ ）ｆ …（１） ｐy ＝（ＰY ／ＰZ ）ｆ …（２） 次にネジ穴１２を含む平面部１１上の適当な点Ｒの位置
ベクトルをＲ（ＲX ，ＲY ，ＲZ ）とすれば、横及び縦
スリット光のパラメータ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）は次式とな
る。
【００１８】
【数１】
【００１９】そこで、ＺC 軸上に点Ｒをとり、ＲX ＝Ｒ
Y ＝０とし、 α1 ＝ＱX ／ＱZ α2 ＝ＱY ／ＱZ α3 ＝ＲZ ｝…（７） とすれば、（３）〜（６）式を変形して次式を得ること
ができる。
Y ＝０とし、 α1 ＝ＱX ／ＱZ α2 ＝ＱY ／ＱZ α3 ＝ＲZ ｝…（７） とすれば、（３）〜（６）式を変形して次式を得ること
ができる。
【００２０】
【数２】
【００２１】この（８）式を利用すれば、最小自乗法を
用いて（α1 ，α2 ，α3 ）について解くことができ
る。そして、ネジ穴中心の位置Ｐ（ＰX ，ＰY ，ＰZ ）
とネジ穴１２を含む平面部１１の法線ベクトルＱ（Ｑ
X ，ＱY ，ＱZ ）は、（α1 ，α2 ，α3 ）を使用して
次式により算出できる。
用いて（α1 ，α2 ，α3 ）について解くことができ
る。そして、ネジ穴中心の位置Ｐ（ＰX ，ＰY ，ＰZ ）
とネジ穴１２を含む平面部１１の法線ベクトルＱ（Ｑ
X ，ＱY ，ＱZ ）は、（α1 ，α2 ，α3 ）を使用して
次式により算出できる。
【００２２】
【数３】
【００２３】上記のように三次元物体における平面部１
１に存在する明るさの異なる領域の位置（特徴点）につ
いて、画像カメラ１で入力した特徴点の二次元座標（画
像座標系）と、平面部１１に照射した縦スリット光８と
横スリット光９の直線方程式（画像座標系）を計測し、
これら二次元の画像処理による計測手段のみから特徴点
の三次元位置と姿勢を同時に算出することができる。
１に存在する明るさの異なる領域の位置（特徴点）につ
いて、画像カメラ１で入力した特徴点の二次元座標（画
像座標系）と、平面部１１に照射した縦スリット光８と
横スリット光９の直線方程式（画像座標系）を計測し、
これら二次元の画像処理による計測手段のみから特徴点
の三次元位置と姿勢を同時に算出することができる。
【００２４】従って、例えば図２に示したように三次元
位置姿勢計測装置２０を組み込んだロボットによりネジ
締め作業を行なう場合、予め教示されたネジ締め作業位
置にロボット本体３１及びロボットアーム３２を移動さ
せた後、三次元位置姿勢計測装置２０によりネジ締めを
行なうネジ穴の三次元位置及び姿勢を高精度に計測する
ことができる。そして、この三次元位置姿勢計測装置２
０で計測された結果をもとに、ロボット本体３１の制御
装置により教示位置を補正して正確な位置決めが可能と
なり、電導ドライバ３４にてネジ締め作業を確実に行な
うことができる。
位置姿勢計測装置２０を組み込んだロボットによりネジ
締め作業を行なう場合、予め教示されたネジ締め作業位
置にロボット本体３１及びロボットアーム３２を移動さ
せた後、三次元位置姿勢計測装置２０によりネジ締めを
行なうネジ穴の三次元位置及び姿勢を高精度に計測する
ことができる。そして、この三次元位置姿勢計測装置２
０で計測された結果をもとに、ロボット本体３１の制御
装置により教示位置を補正して正確な位置決めが可能と
なり、電導ドライバ３４にてネジ締め作業を確実に行な
うことができる。
【００２５】
【発明の効果】以上詳記したように本発明の三次元位置
姿勢計測装置によれば、任意の方向を向いた三次元物体
の平面部に横スリット光と縦スリット光を照射し、それ
を画像カメラで撮像して入力し、これを画像処理するこ
とで得られた平面部に存在する特徴点の位置（画像座標
系）と両スリットの直線方程式（画像座標系）から、両
スリット上の多数の点の三次元位置を計算することなし
に、特徴点の三次元位置と平面部の法線ベクトルを算出
できるので、ロボットを用いた組み立て工程において、
ネジ締め作業等の高い精度が要求される位置決めに適用
することができる。
姿勢計測装置によれば、任意の方向を向いた三次元物体
の平面部に横スリット光と縦スリット光を照射し、それ
を画像カメラで撮像して入力し、これを画像処理するこ
とで得られた平面部に存在する特徴点の位置（画像座標
系）と両スリットの直線方程式（画像座標系）から、両
スリット上の多数の点の三次元位置を計算することなし
に、特徴点の三次元位置と平面部の法線ベクトルを算出
できるので、ロボットを用いた組み立て工程において、
ネジ締め作業等の高い精度が要求される位置決めに適用
することができる。
【図１】本発明の一実施形態に係る三次元位置姿勢計測
装置の全体構成図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面
図。
装置の全体構成図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面
図。
【図２】本発明に係る三次元位置姿勢計測装置をネジ締
め作業ロボットに適用した場合の構成図。
め作業ロボットに適用した場合の構成図。
【図３】本発明の一実施形態に係る三次元位置姿勢計測
装置の主要部の構成を示すブロック図。
装置の主要部の構成を示すブロック図。
【図４】同実施形態における縦スリット投光器、横スリ
ット投光器及び画像平面等の配置関係を示す図。
ット投光器及び画像平面等の配置関係を示す図。
【図５】同実施形態における入力画像の模式図。
１ 画像カメラ ２ 縦スリット投光器 ３ 横スリット投光器 ４ 特徴点計測部 ５ 縦スリット計測部 ６ 横スリット計測部 ７ 三次元位置姿勢演算部 ８ 縦スリット光 ９ 横スリット光 １０ 画像平面 １１ 平面部 １２ ネジ穴 ２０ 三次元位置姿勢計測装置 ２１ ケース ２２ 照明灯 ２３ ツール装着部 ２４ アーム装着部
Claims (1)
- 【請求項１】 任意の方向を向いた平面部を有する三次
元物体に対し、その平面部の画像を入力するように配置
された画像カメラと、 上記平面部に対しスリット光を照射し、それが画像上に
おいて縦方向に写るように配置された縦スリット投光器
と、 上記平面部に対しスリット光を照射し、それか画像上に
おいて横方向に写るように配置された横スリット投光器
と、 上記平面部に存在する明るさの異なる領域の位置（特徴
点）の画像上での二次元座標（画像座標系）を計測する
手段と、 上記画像上での縦スリット光の二次元直線方程式（画像
座標系）を計測する手段と、 上記画像上での横スリット光の二次元直線方程式（画像
座標系）を計測する手段と、 上記特徴点の画像上での位置（画像座標系）と、特徴点
を含む平面部に投射された縦スリット及び横スリットの
画像上での直線方程式（画像座標系）から、特徴点の三
次元位置及び平面部の法線ベクトルを算出する演算部
と、 を具備したことを特徴とする三次元位置姿勢計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7225430A JPH0972713A (ja) | 1995-09-01 | 1995-09-01 | 三次元位置姿勢計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7225430A JPH0972713A (ja) | 1995-09-01 | 1995-09-01 | 三次元位置姿勢計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0972713A true JPH0972713A (ja) | 1997-03-18 |
Family
ID=16829254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7225430A Withdrawn JPH0972713A (ja) | 1995-09-01 | 1995-09-01 | 三次元位置姿勢計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0972713A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002324239A (ja) * | 2001-04-25 | 2002-11-08 | Olympus Optical Co Ltd | 情報呈示システム |
| CN102589530A (zh) * | 2012-02-24 | 2012-07-18 | 合肥工业大学 | 基于二维相机和三维相机融合的非合作目标位姿测量方法 |
-
1995
- 1995-09-01 JP JP7225430A patent/JPH0972713A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002324239A (ja) * | 2001-04-25 | 2002-11-08 | Olympus Optical Co Ltd | 情報呈示システム |
| CN102589530A (zh) * | 2012-02-24 | 2012-07-18 | 合肥工业大学 | 基于二维相机和三维相机融合的非合作目标位姿测量方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20021105 |