JPH10128689A - 無人移動体の視覚補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 どのような環境条件であっても撮像手段によ
って明確に合マークが検出でき、かつ／又は、無人移動
体の位置偏差及び／又は姿勢偏差を補正を行いながら、
教示された通りの作業ができるようにした無人移動体の
視覚補正装置を提供する。 【解決手段】 無人移動体のマニピュレータに取り付け
られた撮像手段（１）と、地上側に設置され、該撮像手
段（１）との対向面に所定の合マーク２ａ1〜２ａ6が形
成された被検出板２とを具備してなり、前記撮像手段
（１）が前記対向面を撮像して前記マニピュレータの位
置検出を行う無人移動体の視覚補正装置において、前記
被検出板２は、前記合マーク２ａ1〜２ａ6に対応する形
状の透光部（３ａ1〜３ａ6）とそれ以外の遮光部から構
成されると共に、前記対向面に相対する裏面側から前記
透光部（３ａ1〜３ａ6）のみを照射する発光手段を設け
て構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業用ロボット等
の無人移動体に取り付けられたマニピュレータ作業のよ
うに、指定された作業の前に位置確認を行うために移動
体に取り付けられたマニピュレータの位置検出を行う無
人移動体の視覚補正装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】産業用ロボット等の無人移動体は、予め
教示された位置に移動して教示された姿勢をとり、取り
付けられたマニピュレータ等の作業機による予め教示さ
れた作業を行うように構成されている。ところで、例え
ば、物品移送用の産業用ロボットは、車輪等で移動する
本体に装着され、相互に回転又は伸縮するように、相互
に連続して結合した複数のアームの先端にワークやワー
ク類を搭載したカセット等の移動物を把握するいわゆる
マニピュレータ等の作業機が設けられている。そのため
に、本体の位置や姿勢、本体に対するマニピュレータ先
端部の停止位置等が制御装置の機能以内で停止しても各
部の偏差が重畳し、或いは、教示通りにロボット本体及
び各マニピュレータを構成するアームが正しく停止して
も、本体の車輪が完全にバランスしていないと、アーム
の先端の作業機、例えば把持機能の位置／姿勢がその作
業に必要な状態からずれ、把持機能が移送すべきワーク
やカセット等の被移送体を正しく把持できない場合が発
生する等のために、教示された通りの作業を行うことが
できないという問題があった。そのために、このような
用途に用いられる従来の無人移動体の停止位置／姿勢補
正装置（視覚補正機能）は、例えば図１１（Ａ）のよう
に構成されていた。図１１（Ａ）において、１は撮像手
段として一般に使用されるＣＣＤカメラ、１ａはＣＣＤ
カメラ１の画像データの送信及び電源供給を行うコード
である。２Ａは被検出板で、図示しない検出目標物の所
定位置に装着されているものとする。ここで、被検出板
２Ａ上には１つ又は複数個の合マークの位置、本例では
６つ（２Ａａ1〜２Ａａ6）の合マーク位置があり、その
内の所定数の位置、例えば図示のものでは３つの位置に
黒丸で示した合マーク２Ａｂ1〜２Ａｂ3が設けられてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の無人
移動体の停止位置姿勢補正装置（視覚補正装置）は、上
記のように構成されていたので、次のような問題点があ
った。 （１）合マークからの反射光が室内の蛍光灯のちらつき
や他の装置の光源の点滅、人の移動により照明を遮るこ
とに基づく影の発生等による光学的外乱が生じ易い。 （２）このため、ＣＣＤカメラによる合マークの検出の
都度、明るさが変化し、合マークの検出が不正確となる
ので、移動体の位置も正確に検出できなかった。 （３）上記対策として、図１１（Ｂ）に示すように、被
検出板（マークシート）の合マーク部を遮光性、合マー
ク部以外を透光性とし、背面から照射することによっ
て、環境光の変動による影響を除く手段が考えられる
が、この場合、均一な照度の広い発光面とするためにＬ
ＥＤ等の発光手段Ｈ1〜Ｈnを多数並べないといけない。
このことは、高価格となるので、さらに実用性のある対
策が求められていた。 （４）一方、上述した従来の無人移動体の構成におい
て、移動体に設けられた撮像手段により、検出目標物に
装着された被検出板上に設けられた黒丸の合マークを検
出し、移動後の位置における移動体の姿勢の変化を原点
位置と比較し、ずれた度合いを長さ、角度等の量として
３次元的に検出し、具体的に停止位置／姿勢の補正を
し、教示されたとおりの作業を再開できるような機能を
備える必要がある。しかし、無人移動体の停止位置／姿
勢の補正のために必要な、マニピュレータ等によるカセ
ット等の被移送体の移載精度については、測定方法が明
確ではなかった。従って、移載精度の測定法を確立し、
移載精度を所定の目標値に収まるように無人移動体の停
止位置やマニピュレータ等の姿勢の補正を行う必要があ
る。本発明は、従来のものの上記課題（問題点）を解決
するために、どのような環境条件であっても撮像手段に
よって明確に合マークが検出でき、かつ／又は、無人移
動体の位置偏差及び／又は姿勢偏差を補正を行いなが
ら、教示された通りの作業ができるようにした無人移動
体の視覚補正装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の無人移動体の視
覚補正装置は、上記課題を解決するために、請求項１記
載のものでは、無人移動体のマニピュレータに取り付け
られた撮像手段と、地上側に設置され、該撮像手段との
対向面に所定の合マークが形成された被検出板とを具備
してなり、前記撮像手段が前記対向面を撮像して前記マ
ニピュレータの位置検出を行う無人移動体の視覚補正装
置において、前記被検出板は、前記合マークに対応する
形状の透光部とそれ以外の遮光部から構成されると共
に、前記対向面に相対する裏面側から前記透光部のみを
照射する発光手段を設けて構成した。このようにする
と、どのような環境条件であってもＣＣＤカメラによっ
て明確に合マークが検出できる。

【０００５】請求項２に記載の無人移動体の視覚補正装
置は、無人移動体のマニピュレータに取り付けられた撮
像手段と、地上側に設置され、該撮像手段との対向面に
所定の合マークが形成された被検出板とを具備してな
り、前記撮像手段が前記対向面を撮像して前記マニピュ
レータの位置検出を行う無人移動体の視覚補正装置にお
いて、前記撮像手段により前記被検出板上の合マークを
検出し、当該合マークの検出画像データを用いて、前記
無人移動体の所定位置からの位置偏差及び姿勢偏差を検
出し、当該位置偏差及び／又は姿勢偏差を補正する機能
を備えた構成とした。無人移動体の視覚補正装置をこの
ように構成することにより、無人移動体の位置偏差及び
／又は姿勢偏差を補正を行いながら、教示された通りの
作業ができるようになる。

【０００６】上記無人移動体の所定位置からの位置偏差
及び／又は姿勢偏差を補正する手段として、具体的には
請求項３に記載したように、上記無人移動体の所定位置
からの位置偏差及び／又は姿勢偏差を補正する手段とし
て、上記撮像手段により合マークの撮像を行い、前記画
像データを基に合マークの２次元的な中心位置を算出
し、撮像手段と合マークとの中心位置の位置合わせを行
い、上記撮像手段により合マークの撮像を再度行い、前
記画像データを基に合マークの３次元的な中心位置を算
出し、撮像手段と合マークとの中心位置の位置合わせを
行い、前記撮像手段により合マークの撮像を再々度行
い、当該合マークの画像を解析することにより、上記無
人移動体の３次元的位置／姿勢解析を行い、その解析結
果に基づいて、当該無人移動体の位置偏差及び／又は姿
勢偏差を補正するようにすれば良い。

【０００７】本発明の無人移動体の視覚補正装置の具体
的構成としては、請求項４に記載のように、上記撮像手
段としてＣＣＤカメラを、上記被検出板として請求項１
に記載の被検出板を用いれば、どのような環境条件であ
ってもＣＣＤカメラによって明確に合マークが検出で
き、当該無人移動体の位置偏差及び／又は姿勢偏差の補
正を確実に行うことができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】

第１の実施の形態：以下、図１乃至図４を参照して、請
求項１に記載した本発明の無人移動体の視覚補正装置の
第１の実施の形態を具体的に説明する。図１は、本発明
に基づく撮像手段としてのＣＣＤカメラと発光機能によ
って形成した複数の合マークで構成した被検出板との組
み合せを示し、図２にこの被検出板の構造例の詳細を示
し、図３は、本発明に基づく視覚補正装置を装着した無
人移動体の一例であるマニピュレータを搭載した産業用
ロボットとロボットが移送すべきカセットを配置した地
上装置の組み合わせを示している。図４はロボットに組
み込まれる制御機能の構成を示す概要ブロック図であ
る。図１において、１は撮像手段としてのＣＣＤカメ
ラ、１ａはＣＣＤカメラ１の画像データの送信及び電源
供給を行うコードである。２は詳細構成を図２によって
後述する被検出板で、被検出板２は図１に示すように地
となる部分を黒色の遮光板３に形成し、複数個の合マー
ク位置夫々に、透光部を設けて合マーク２ａ1〜２ａ6を
光点となるように形成した点に構成上の特徴がある。な
お、この被検出板２は後述するように、図１には示され
ていないＣＣＤカメラを搭載した工業用ロボット等移動
体の停止目標とされる固定された対象装置に装着される
ものとする。本実施の形態においては、前記の光点は予
め設定した６個の合マーク２ａ1〜２ａ6の位置に夫々配
設している。同図に示す２ｂは電源用のコードである。
合マークの配設間隔と形状及び各合マーク位置の光点の
形状と寸法及びその輝度等は、詳細を後述する機能を満
足するように、ＣＣＤカメラ１の搭載位置と被検出板２
との間隔及び必要な補正精度等に対応して適切に設定す
れば良い。また、合マークの配設形状によって、その被
検出板を配設した個所の番地を表示することもできる。

【０００９】図２に示すように、被検出板２には、最上
面に設けられる遮光部となる遮光板３、この遮光板３上
の図１に示す合マーク２ａ1〜２ａ6の相当位置に形成さ
れる開孔３ａ1〜３ａ6、次に第２層となる光拡散板４、
空間部４Ｈを隔てて設けた背面板５、この背面板５上の
開孔３ａ1〜３ａ6の対向位置に設けたＬＥＤ等の発光素
子６ａ1〜６ａ6により構成される。従って、開孔３ａ1
〜３ａ6は遮光板３中に形成されていることになる。な
お、これらの発光素子６ａ1〜６ａ6の電源コードは図２
に示すコード２ｂ3、２ｂ2・・・がまとめられて、図１
に示す電源コード２ｂが構成されているものである。上
記のように、合マーク２ａ1〜２ａ6は開孔３ａ1〜３ａ6
に対して光拡散板４を介して発光素子６ａ1〜６ａ6から
の発光光線が与えられて、各開孔３ａ1〜３ａ6が光点を
形成することにより構成されるものである。なお、光拡
散板４としては、例えば凹レンズのほか、シボ付きの透
明材料乳半の平板材料等のように、光を透光し、所要の
光の拡散特性を有する材料を用いれば良い。

【００１０】次に、図３、図４によって本発明の構成、
動作について補充説明する。図３は、視覚補正装置を装
着した無人移動体の一例である産業用ロボットと、この
視覚補正装置の対象体である産業用ロボットによって移
送すべきカセットを搭載した本発明に基づく被検出板を
装着した地上装置の組み合わせを示している。同図にお
いて、１０は無人移動体である産業用ロボット（以下ロ
ボットと称する）であって、ロボット本体１１には、マ
ニピュレータとして複数のアーム１２、１３を連結し、
アーム１３の先端部に、作業機として、このロボット１
０が移送すべき被移送体を把持する機構を設けた把持機
能部１４が結合されている。各アーム１２、１３及び把
持機能部１４は相互に回転するように構成されている。
また、把持機能部１４には、所定方向（図では下方向）
に撮像方向を固定したＣＣＤカメラ１が装着されてい
る。２０は把持機能部１４の停止位置／姿勢の基準にな
る対象体であって、地上装置２１には所定位置に所定姿
勢で被移送体、例えば、内部にワーク類を収めたカセッ
ト２２が置かれている。また、地上装置２１の上部の所
定位置には図１に示した被検出板２が基準姿勢で配置さ
れている。

【００１１】図４に、本発明に基づく視覚補正機能を実
行する制御機能の構成の概要を示している。同図におい
て、１はＣＣＤカメラで、ＣＣＤカメラ１の撮像した電
子信号の処理部を含めて示したものである。ＣＣＤカメ
ラ１から出力される画像信号は信号（データ）処理機能
部２５に入力し、信号（データ）処理機能部２５の出力
信号はロボットの操作機能部２６に入力している。信号
（データ）処理機能部２５は、ＣＣＤカメラ１の撮像画
像信号と、予め設定された基準画像信号とを比較し、偏
差量をロボットの視覚補正信号としてロボットの操作機
能部２６に入力する。ロボットの操作機能部２６におい
ては、入力信号に応じてロボットの各アーム等の各所定
機能部を駆動する出力信号を出力端子Ｓ１から出力す
る。ロボットの操作機能部２６には、オペレータによる
操作機能又は上位制御機能からの操作指令信号が入力部
Ｓ２から入力し、ロボットの各機能部に装着された各種
センサから得られる位置情報等は入力部Ｓ３から入力し
ている。

【００１２】上記構成において、図３におけるロボット
１０に設けられたＣＣＤカメラ１により、地上装置２１
に装着された被検出板２上に設けられた合マーク２ａ1
〜２ａ6（図１参照）を検出し、この検出結果と上記の
視覚補正装置の補正結果に基づいて、地上装置２１上の
カセット２２等の把持対象の正常位置／姿勢にロボット
１０の把持機能部１４が移動するように、ロボット１０
の停止時の位置／姿勢又はロボットのアーム１２、１
３、即ち、マニピュレータの位置姿勢を補正するもので
ある。

【００１３】この場合、本発明の被検出板２は図２に示
す構成となっており、発光素子６ａ1〜６ａ6からの発光
光が開孔３ａ1〜３ａ6に対し光拡散板４を介して与えら
れ、合マーク２ａ1〜２ａ6が光点を形成しており、これ
が被検出板２の地となる遮光板３に対して浮かび出てい
るので、外乱光に影響されないで、地上装置に装着され
ている被検出板２の合マークをＣＣＤカメラ１で的確に
検出することができる。しかも、このために要する発光
素子の数は合マークの数（本実施の形態のものでは６
個）を照らすだけの数を備えればよいので、経済的であ
る。

【００１４】第２の実施の形態：次に、本発明の無人移
動体の視覚補正装置の第２の実施の形態について、図３
乃至図１０を用いて説明する。なお、図５（Ａ）〜
（Ｃ）、図６（Ａ）、図７及び図９のフローチャートで
は、各手順のステップを符号Ａ〜Ｆに添字番号を付して
示してある。図５は、図３に示す無人移動体であるロボ
ット１０の作業手順の一例を示した図で、同図（Ａ）
は、ロボット１０の主動作のフローチャート、同図
（Ｂ）は、図３に示すカセット２２等の被移送体を移載
する際の細部動作を示すフローチャート、同図（Ｃ）
は、本発明の無人移動体の視覚補正装置によるロボット
１０の位置偏差及び／又は姿勢偏差を補正するための補
正動作の手順を示したフローチャートである。ロボット
１０の主動作を図５（Ａ）のフローチャートに示すが、
ロボット１０は図３に示す地上装置２１の所定の停止位
置に到着後（Ａ１）、カセット２２等の被移送体を移送
するために移載作業を行い（Ａ２）、それから移送先に
向かうための走行動作に入る（Ａ３）。

【００１５】上述したカセット２２等の被移送体を移載
する際のロボット１０の細部動作を図５（Ｂ）のフロー
チャートに示し、図３を参照してその細部動作を説明す
る。先ず、図３に示すロボットのアーム１２、１３によ
る移載動作を開始し（Ｂ１）、視覚装置へアクセス許可
を光Ｉ／Ｏで確認する（Ｂ２）。次に、ＣＣＤカメラ１
を被検出板２上の合マーク上に移動させ（Ｂ３）、合マ
ークをＣＣＤカメラ１で撮像することにより合マークを
認識する（Ｂ４）。なお、合マークの認識からロボット
１０の位置／姿勢偏差の補正までの動作は、後述するス
テップＣ１〜Ｃ１２で説明する。位置／姿勢偏差の補正
後、被移送体であるカセット２２を移載するためのアク
セス許可を光Ｉ／Ｏで確認し（Ｂ５）、カセット２２を
把持機能部１４で持ち上げるために、カセット２２が積
載されているステージに移動する（Ｂ６）。更に、把持
したカセット２２をロボット１０の荷台へ移載し（Ｂ
７）、ロボットのアーム１２、１３を走行姿勢に移す
（Ｂ８）。以上がカセット２２等の被移送体を移載する
際のロボット１０の細部動作である。

【００１６】ところで、この移載作業時において、上述
したように基準位置／基準姿勢からの偏差があり、ロボ
ット１０は教示された通りの作業を行うことができない
ので、図５（Ｃ）のフローチャートに示すような位置偏
差及び／又は姿勢偏差を補正する必要がある。この補正
の手順の概略は以下の通りである。 （１）ＣＣＤカメラ１等の撮像手段により検出された上
記合マークの２次元的な中心位置を算出し、撮像手段と
合マークとの中心位置の位置合わせをする。 （２）撮像手段と合マークとの中心位置の２次元的な位
置合わせをすることにより、合マークを上記撮像手段で
一層確実に撮像できるようになるので、合マークの撮像
を再度行い、合マークの３次元的な中心位置を算出し、
撮像手段と合マークとの３次元的な中心位置の位置合わ
せをする。 （３）上記撮像手段により、合マークの撮像を再々度行
い、当該合マークの画像を解析することにより、上記無
人移動体の３次元的位置／姿勢解析を行い、その解析結
果に基づいて、当該無人移動体の位置偏差及び／又は姿
勢偏差を補正するようにすれば、被移送体の移載精度を
所定の目標値以内に収めることができる。

【００１７】次に、図３、図４、図５（Ｃ）及び図６
（Ａ）〜（Ｅ）を用いて上述した撮像手段と合マークと
の２次元的な中心位置の位置合わせ（２次元センタリン
グ）についての詳細な説明をする。図５（Ｃ）に視覚補
正の手順を示したフローチャートを示す。先ず、視覚補
正装置によるロボット１０の位置／姿勢偏差の補正をス
タートさせ（Ｃ１）、前記視覚補正装置に２次元センタ
リング指令をする（Ｃ２）。次に、後述する手法によ
り、２次元センタリング座標の計算をし（Ｃ３）、図３
に示すロボットのアーム１２、１３により、上記撮像手
段のＣＣＤカメラ１との中心の位置合わせを行う。この
際、ＣＣＤカメラ１の中心を合わせた２次元センタリン
グ座標が、所定の２次元センタリングを終了しても良い
範囲内かどうかを判断し（Ｃ４）、その範囲内であれば
次の３次元センタリング指令（Ｃ６）に移行し、後述す
るように３次元センタリング指令によるロボットのアー
ム１２、１３の位置／姿勢偏差の補正を行う（Ｃ７〜Ｃ
１２）。一方、ステップＣ４の判断で、上記範囲内でな
い場合はロボットのアーム１２、１３を移動させて（Ｃ
５）２次元センタリング指令（Ｃ２）を再度行い、所定
の２次元センタリングを終了しても良い範囲内に収まる
まで、この手順（Ｃ２〜Ｃ５）を繰り返すものとする。

【００１８】上記の２次元センタリング座標の算出方法
について、更に、図６（Ａ）〜（Ｅ）を用い、図３を参
照して補足説明すると次の通りである。先ず、図３に示
すロボット１０のＣＣＤカメラ１を被検出板２上に移動
させ、被検出板２上の合マークの画像の取り込みを行う
（Ｄ１）。次に、取り込んだ画像を基に合マークの抽出
を行う（Ｄ２）。ここで、合マークがＣＣＤカメラ１で
撮像した画像に抽出できたか否かの認定は、所定の合マ
ークの抽出条件を、撮像された各合マークが満たすか否
かにより判断される。この抽出条件は具体的には、図６
（Ｂ）に示すように、合マーク２ａ1の面積、外接四角
形Ｓqの面積、縦横比、合マーク２ａ1の面積と外接四角
形Ｓqの面積の比を求め、各値が所望の精度に対応した
所定の条件を満たすか否かにより認定される。

【００１９】次に、抽出できた各合マークの重心値を算
出し（Ｄ３）、その算出された各合マークの重心値によ
り、合マークの中心座標である２次元センタリング座標
（Ｘc、Ｙc）の算出を行う（Ｄ４）。この中心座標の算
出は、抽出された合マークの数と種類により、以下の通
り算出される。但し、被検出板２の合マークは、矩形状
に縦方向に３段、横方向に２列配列され、上段と下段の
４つは黒色合マーク、中段の２つは白抜き合マークで構
成されている例で説明する。 （１）撮像により抽出された白抜きの合マークが１個、
黒色の合マークが２個のときは、中心座標は３個の重心
座標の平均値とする（図６（Ｃ））。 （２）白抜きの合マークが１個、黒色の合マークが３個
のときは、中心座標は黒色マーク３個の重心座標の平均
値とする（図６（Ｄ））。 （３）白抜きの合マークが２個、黒色の合マークが１乃
至４個のときは、中心座標は白抜き合マーク２個の重心
座標の平均値とする（図６（Ｅ））。 （４）上記（１）乃至（３）以外の場合は、アーム位置
の微調整をすることにより、再び画像取り込みを行い、
（１）乃至（３）に示す画像となるまで画像取り込みを
繰り返すものとする。なお、図６（Ｃ）〜（Ｅ）中にお
いて、矢印の先端位置が合マークの中心座標を示してい
る。

【００２０】２次元センタリング終了後、本発明の無人
移動体の視覚補正装置は、図５（Ｃ）のフローチャート
に示すように、３次元センタリング指令（Ｃ６）を具体
的に実行するが、その詳細な手順を図７及び図５（Ｃ）
を用い、図３を参照して説明する。先ず、２次元センタ
リングにより、図３の被検出板２上の合マークをより正
確に撮像できるようになるので、その合マークの画像を
ＣＣＤカメラ１により再度取り込む（Ｅ１）。その後、
上述した２次元センタリングの場合と同様に各合マーク
の抽出を行い（Ｅ２）、この結果から各合マークの３次
元的な重心値を算出する（Ｅ３）。ここで、合マーク重
心値の精度を向上させるために、画像取り込み（Ｅ１）
からマークの重心値の算出（Ｅ３）までの作業を、図７
のフローチャートに示すように複数回（図示では５回）
繰り返すものとする。次に、複数回測定した各合マーク
重心座標の平均値を算出して（Ｅ４）から、ロボット１
０の３次元位置／姿勢計算を行う（Ｅ５）。ロボット１
０の３次元位置／姿勢計算（Ｅ５）を基に、３次元セン
タリング座標（Ｘc、Ｙc、Ｚc、φc、θc、ψc）を計算し
（Ｃ７）、３次元センタリング座標が所定のセンタリン
グ終了範囲内であるか否かの判断を行い（Ｃ８）、範囲
内である場合は、次のロボット１０の位置／姿勢補正指
令（Ｃ１０）に移行し、範囲外の場合は、図３に示すロ
ボットのアーム１２、１３を移動し（Ｃ９）、上述した
手順（Ｃ６〜Ｃ９）を、センタリング終了範囲内に収ま
るまで繰り返すものとする。

【００２１】ここで、図７のステップＥ５で述べた３次
元位置／姿勢計算の原理について、図８（Ａ）〜（Ｄ）
を用い、図３及び図４を参照して補足説明すると次の通
りである。なお、図８（Ａ）〜（Ｃ）は、無人移動体が
基準画像から位置偏差／姿勢偏差した場合の合マークの
画像の具体例を示すもので、同図（Ａ）は、基準画像か
らＸ軸方向にＸ1、Ｙ軸方向にＹ1移動し、Ｚ軸について
ψ1回転した位置偏差、姿勢偏差が生じた場合に得られ
るＣＣＤカメラ１による画像で、同図（Ｂ）は、同じ
く、基準画像からＸ軸について軸回転した場合の画像、
同図（Ｃ）は、基準画像からＺ軸方向の移動が生じた場
合について得られる画像である。また、同図（Ｄ）は、
ＣＣＤカメラ座標系、ロボットのロボット座標系及びロ
ボット本体の本体座標系を示す斜視図である。仮に、図
３のロボット１０が位置／姿勢偏差が生ぜず、教示され
た通りの基準位置及び基準姿勢で合マークを撮像したと
すれば、ＣＣＤカメラ１が撮像する合マークの画像は、
図８（Ａ）〜（Ｃ）中、破線で示した基準画像と一致す
るはずである。しかし、上述の原因により、ロボット１
０には位置／姿勢偏差が生じる。従って、ＣＣＤカメラ
１により取り込んだ合マークの画像は、例えば図８
（Ａ）〜（Ｃ）に例示するように、基準画像から偏差し
た画像が得られる。即ち、予め図４に示す信号（デー
タ）処理機能部２５に基準画像を記憶させておき、ロボ
ット１０の位置／姿勢偏差の補正の過程において実際に
得られたの画像とを比較することにより、ロボット１０
の３次元位置／姿勢計算を行うことができる。なお、マ
ニピュレータの位置偏差、姿勢偏差は、ＣＣＤカメラ座
標系における位置偏差、姿勢偏差、無人移動体であるロ
ボットのロボット座標系における位置偏差、姿勢偏差、
ロボット本体の本体座標系における位置偏差／姿勢偏差
を総合して示してある。

【００２２】ＣＣＤカメラ１の３次元センタリング終了
後、本発明の無人移動体の視覚補正装置は図５（Ｃ）の
ステップＣ１０に示すように、ロボット１０の位置／姿
勢補正指令を実行するが、その詳細な手順を図９を用
い、図１、図３及び図５を参照して説明する。先ず、図
３に示すロボット１０の位置／姿勢補正のために、再々
度被検出板２上の合マーク２ａ1〜２ａ6のＣＣＤカメラ
１による画像の取り込みがされる（Ｆ１）。次に、上述
した３次元センタリングの場合同様に合マークの抽出を
行い（Ｆ２）、この結果から合マークの３次元的な重心
値を算出する（Ｆ３）。ここで、合マーク重心値の精度
を向上させるために、図９のフローチャートに示すよう
に、画像取り込みから合マークの重心値の算出までの手
順（Ｆ１〜Ｆ３）を複数回（図示では２０回）繰り返す
ものとする。次に、複数回算出した各合マークの重心の
平均値を算出してから（Ｆ４）、ロボット１０の３次元
位置／姿勢計算を行う（Ｆ５）。この３次元位置／姿勢
計算の原理については、上記説明と同様である。ロボッ
ト１０の３次元位置／姿勢計算を行った（Ｆ５）後に、
位置／姿勢補正座標（Ｘc、Ｙc、Ｚc、φc、θc、ψc）の計
算を実行する（Ｃ１１）。次に、その位置／姿勢補正座
標（Ｘc、Ｙc、Ｚc、φc、θc、ψc）の計算結果に基づい
て、ロボットのアーム１２、１３を図４のロボットの操
作機能部２６に操作することにより、ロボットの位置／
姿勢のずれを補正する（Ｃ１２）。以上の手順により、
ロボット１０の位置／姿勢偏差の補正（Ｂ４）が終了
し、カセット２２の移載作業（Ｂ５〜Ｂ８）に移行す
る。

【００２３】本発明の無人移動体の視覚補正装置を産業
用ロボットに搭載して、カセットの移載精度を実際に測
定した実施例について図１０を用いて説明する。実施例
の条件は以下の通りである。 被検出板上の合マークとＣＣＤカメラ１の距離：２８０ｍｍ 合マークとカセット２２の距離 ：４００ｍｍ以下 アームの動作範囲 ：図１０参照 ＣＣＤカメラのしぼり ：４．０又は５．６ 照度範囲 ：１００〜７００ＬＸ 以上の条件で、本発明の無人移動体の視覚補正装置を搭
載した産業用ロボット１０を操作し、移載精度±１ｍｍ
を達成することができた。なお、図１０において、ハッ
チングした部分ＳＨは上記実施例におけるアーム１２、
１３の動作範囲を示し、黒塗りした部分ＳＢは移載精度
が悪化するアーム１２、１３の動作範囲を示している。

【００２４】その他の実施の形態：本発明は上述した第
１の実施の形態に限定されず、次のような各種の構成上
の変形が考えられる。 （１）第１の実施の形態においては、被検出板の背面に
設けた光源によって合マークが光点になるように照明し
た例について説明したが、１個の光源から光ファイバに
よって各合マークに導光するようにしても良い。 （２）第１の実施の形態においては、被検出板に６個の
合マークを矩形状に配置して使用するように説明した
が、移動体の構造と用途に応じてＣＣＤカメラの装着位
置や姿勢等及び被検出板の装着場所に対応して、その他
の個数の合マークを適切な形状に配置して構成するよう
にしても良い。この場合は、信号（データ）処理機能部
に設ける画像処理と判定機能もこの合マークの個数と形
状に対応させ、第１の実施の形態を参照して適切に設定
すればよい。 （３）第１の実施の形態においては、ＣＣＤカメラをロ
ボットのマニピュレータの把持部に装着するように説明
したが、移動体の適切な基準位置にＣＣＤカメラを装着
して地上部の基準位置に装着した被検出板との位置関係
を計測し、ロボットのアーム等作業機部の先端位置は、
移動体の基準位置からの位置関係をロボット等移動体自
体の機能によって算出しても良い。 （４）第１の実施の形態では移動体をロボットとし、そ
の構造例によって説明したが、その他の構造の移動体で
あっても、その移動体の条件に対応して上記の技術思想
が適応できる。 （５）本発明は撮像手段としてＣＣＤカメラを示した
が、合マークの構成に対応して上記の機能を実行できる
ＣＣＤカメラに相当する他の画像検出手段を使用しても
良い。

【００２５】

【発明の効果】本発明の無人移動体の視覚補正装置は上
記のように構成されるので、次のような優れた効果を有
する。 （１）被検出板中の合マークを発光するように形成し、
その他の地は遮光部に構成したので、合マークが黒地に
光点として、くっきり浮き出るので外乱光に影響される
ことなくＣＣＤカメラで合マークを的確に検出すること
ができる。 （２）従って、無人移動体の停止時の位置補正における
ばらつきを生じないようにすることができる。 （３）このための構成として、被検出板は図２に示すよ
うに遮光板、光拡散板、背面板及び発光素子よりなる簡
単な構成で良く、発光素子も合マークの数だけを照らせ
る数を設ければ良いので、装置を安価に構成でき、実用
性大である。 （４）本発明の無人移動体の視覚補正装置により、当該
無人移動体の位置偏差及び／又は姿勢偏差を補正しなが
ら、被移送体の移載を行うので、被移送体の移載精度を
所定の目標値以内に収めることができる。 （５）無人移動体の位置偏差及び／又は姿勢偏差を補正
する機能と、被検出板中の合マークを発光するように形
成し、その他の地は遮光部に構成した被検出板を組み合
わせると、移載精度が一層向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態である撮像手段と被
検出板との組み合わせの配置を示す斜視図である。

【図２】図１に示す被検出板の詳細構造を説明する被検
出板の拡大縦断側面図である。

【図３】本発明の無人移動体の視覚補正装置の実施の形
態を示す正面図である。

【図４】本発明を適用する信号処理機能の構成を示す概
要ブロック図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態を示す図で、図３に
示す無人移動体（ロボット）の視覚補正装置の作業手順
を示し、同図（Ａ）は、ロボットの主動作のフローチャ
ート、同図（Ｂ）は、被移送体を移載する際の細部動作
を示すフローチャート、同図（Ｃ）は、位置偏差及び／
又は姿勢偏差を補正するための補正動作の手順を示した
フローチャートである。

【図６】ＣＣＤカメラの２次元センタリングの手法を示
す図で、同図（Ａ）は、２次元センタリングの手順を示
すフローチャート、同図（Ｂ）は、合マーク抽出の条件
を説明する図、同図（Ｃ）〜（Ｅ）は、合マークの撮像
画面のサンプルである。

【図７】ＣＣＤカメラの３次元センタリングの手順を示
すフローチャートである。

【図８】同図（Ａ）〜（Ｃ）は、基準画像と無人移動体
の位置偏差／姿勢偏差の補正過程で得られる画像との対
比を示す図、同図（Ｄ）は、本説明で用いた座標系を示
す斜視図である

【図９】無人移動体の停止位置／姿勢補正の手法を説明
するフローチャートである。

【図１０】本発明の無人移動体の視覚補正装置の実施例
を示す図面で、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は側面
図である。

【図１１】同図（Ａ）は従来の無人移動体の停止位置／
姿勢補正装置（視覚補正機能）におけるＣＣＤカメラと
被検出板との組み合わせの配置を示す斜視図、同図
（Ｂ）は従来のものの被検出板の問題点を説明する要部
縦断側面図である。

【符号の説明】

１：ＣＣＤカメラ ２：被検出板 ２ａ1〜２ａ6：合マーク（光点） ３：遮光板（遮光部） ３ａ1〜３ａ6：開孔 ４：光拡散板 ５：背面板 ６ａ1〜６ａ6：発光素子 １０：無人移動体（産業用ロボット） １１：無人移動体（産業用ロボット）本体 １２、１３：ロボットのアーム（マニピュレータ） ２０：対象体 ２１：地上装置 ２２：被移送体（カセット）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無人移動体のマニピュレータに取り付け
   られた撮像手段と、地上側に設置され、該撮像手段との
   対向面に所定の合マークが形成された被検出板とを具備
   してなり、前記撮像手段が前記対向面を撮像して前記マ
   ニピュレータの位置検出を行う無人移動体の視覚補正装
   置において、 前記被検出板は、前記合マークに対応する形状の透光部
   とそれ以外の遮光部から構成されると共に、前記対向面
   に相対する裏面側から前記透光部のみを照射する発光手
   段を設けたことを特徴とする無人移動体の視覚補正装
   置。
2. 【請求項２】 無人移動体のマニピュレータに取り付け
   られた撮像手段と、地上側に設置され、該撮像手段との
   対向面に所定の合マークが形成された被検出板とを具備
   してなり、前記撮像手段が前記対向面を撮像して前記マ
   ニピュレータの位置検出を行う無人移動体の視覚補正装
   置において、 前記撮像手段により前記被検出板上の合マークを検出
   し、当該合マークの検出画像データを用いて、前記無人
   移動体の所定位置からの位置偏差及び姿勢偏差を検出
   し、当該位置偏差及び／又は姿勢偏差を補正する機能を
   備えた無人移動体の視覚補正装置。
3. 【請求項３】 上記無人移動体の所定位置からの位置偏
   差及び／又は姿勢偏差を補正する手段として、 上記撮像手段により合マークの撮像を行い、前記画像デ
   ータを基に合マークの２次元的な中心位置を算出し、撮
   像手段と合マークとの中心位置の位置合わせを行い、 上記撮像手段により合マークの撮像を再度行い、前記画
   像データを基に合マークの３次元的な中心位置を算出
   し、撮像手段と合マークとの中心位置の位置合わせを行
   い、 前記撮像手段により合マークの撮像を再々度行い、当該
   合マークの画像を解析することにより、上記無人移動体
   の３次元的位置／姿勢解析を行い、その解析結果に基づ
   いて、当該無人移動体の位置偏差及び／又は姿勢偏差を
   補正する機能を備えた請求項２に記載の無人移動体の視
   覚補正装置。
4. 【請求項４】 上記撮像手段としてＣＣＤカメラを、上
   記被検出板として請求項１に記載の被検出板を用いたこ
   とを特徴とする請求項２又は３に記載の無人移動体の視
   覚補正装置。