JPS59147288A - 姿勢位置検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は超音波を使用した姿勢位置検出方法に関する。

従来例の構成とその問題点 第１図は従来の超音波姿勢位置検出装置の概略の構成を
示すシステム図である。第２図は超音波姿勢位置検出装
置の概略の構成を示す斜視である。

第１図において超音波送波素子１に第３図に示す高電圧
パルス１７を印加すると媒体（空気生徒たは水中）に所
定の周波数の超音波パルスが発射される。この超音波パ
ルスか対象物体１３で反射され、反射信号か超音波受波
素子１に到達し受波信号増巾器３で増巾された後、所定
の時間でアナロクーテンタル変換されてメモリ６に記憶
される。

第３図にメモリ１５に記憶された受波信号を示す。３７
．３８．３９は対象物体１３の各辺１４゜１５．１６か
らの反射信号を示す。つきにメモリ５に記憶された受波
信号は、小型電子計算機６に転送され、第３図に示した
反射信号３了、３８．３９の特定点（例えば基準電圧信
号に対して七ロクロスする点）を検出して反射信号の伝
播時間４０゜４１．４２を測定し、それによって対象物
体の各辺１４，１５．１６−ｉでの距離を測定している
。

また第２図において超音波送受波素子１は小型電子計算
機６からの制御信号によりパルスモータドライバ１１及
びパルスモータ１ｏを介して矢印Ａ。

Ｂ方向に回転スキャンする構成となっておシ、パルスモ
ータ１ｏを所定の角度でステップしながら対象物体１３
間で上記の距離測定を行・なう。所定の回転スキャンで
得た受波信号をもとにして第４図が得られる。第４図か
ら反射信号音圧が最大値を示すときの超音波送受波素子
１の回転角から対象物体１３の各辺１４，１５．１６の
方向を検出しており、前述の距離情報と合わせて第２図
の対象物体１３の辺１４，１５．１６の位置を検出して
おり、小型電子計算機６でＦＤＤｓから予め入カスドア
されている検出対象物体に関するデータベースとマツチ
ングをとることによって対象物体１３の姿勢位置を検出
することができる。

しかしながら従来の姿勢位置検出方法では、対象物体１
３の各辺１４，１５．１６からの微弱な反射信号をとら
えて姿勢位置を検出するので電気的音響的ノイズの影響
を受けてミスセンシングを行い易く、信頼性が低いとい
う欠点があった。さらに対象物体１３の各辺１４，１５
．１６の方向情報は各反射信号音圧が最大値を示すとき
の超音波送受波素子１の回転角から得ておシ、方向精度
はパルスモータ１０のステップ角度に大きく依存する。

方向精度を向上するだめにはパルスモータ１０のステッ
プ角度を微少角度に設定する必要があり姿勢位置検出時
間の高速化をはかるうえで大きな問題点となっていた。

発明の目的 本発明は上述の欠点をなくし対象物体の姿勢位置を高速
・高精度に検出できる検出方法を提供することを目的と
する。

発明の構成 本発明はマニピュレータ上に設けた超音波送受波手段に
よシ対象物体間で超音波を送受波して前記対象物体の第
１の面までの距離と姿勢を検出する工程と前記マニピュ
レータを移動して前記対象物体の第１の面に隣接する第
２の面に超音波送受波手段を対向する工程と前記対象物
体の第２の面間で超音波を送受波して、前記対象物体の
第２の面までの距離を検出する工程と前記対象物体の第
１の面までの距離と第１の面の姿勢と前記対象物体の第
２の面までの距離から前記対象物体の姿勢と位置を検出
する工程により対象物体の姿勢位置を高速・高精度に検
出できる検出方法を提供するものである。

実施例の説明 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第５図は本発明の一実施例における対象物体の姿勢位置
検出装置の概略の構成を示すシステム図である。第５図
において５ｏはロボットのマニピュレータであり、デー
タ処理制御装置５１からの制御信号によりマニピュレー
タ制御装置５２を介して制御される。丑だマニピュレー
タ６ｏ上には第６＠に示すようにパルスモータ５３が設
けられ、データ処理制御装置５１の制御信号によりパル
スモータドライバ５４を介して駆動される。さらにパル
スモータ６３の出力軸６３には送受兼用の超音波トラン
スデユーサ５６が結合され矢印Ａ、Ｂ方向べ回転スキャ
ンする構成となっている。６４は対象物体である。

超音波トランスデユーサ５６は、発振器５６により高電
圧パルスを印加されて所定の周波数の超音波パルスを対
象物体６４に向けて発射し、またその反射信号を受波し
ている。

超音波トランスデユーサ５５が出力する受波信号は受波
信号増幅器５７を経て、アナログ−デジタル変換器６８
（以下Ａ／Ｄ変換器という。）によってデジタル値に変
換され、メモリ５９に記憶される。さらにデータ処理制
御装置５１が設けられるが、このデータ処理制御装置５
１はインタフェイスコントロールユニツ）ｅｏ　（以下
ＩＣＵという。　）・フロッピディスクドライブ装置６
１（以下ＦＤＤという。）および小型電子計算機６２（
以下ＣＰＵという。）から構成される。ＩＣＵ６ＱはＦ
ＤＤ６１およびＣＰＵ６２に接続されるとともに、上述
した発振器５６のＡ／Ｄ変換器６８およびメモリ６９に
接続される。ＦＤＤ６１は本装置を用いて姿勢位置検出
を行なうためのプログラム或は諸条件を入力する。この
データ処理制御装置５１においては、発振器５６を動作
させるための制御信号の出力、Ａ／Ｄ変換器６８の条件
設定および動作のための制御信号の出力、メモリ５９を
動作させるための制御信号の出力、マニピュレータ５ｏ
の動作を制御するマニピュレータ制御装置５１への制御
信号の出力を行なうとともに、メモリ５９から転送され
た受波信号を入力としＩＣＵｅｏにより、この入力信号
を前処理した後に、ＦＤＤｅｌから予め入カスドアされ
ているプログラムに使ってＣＰＵ６２にて反射信号伝播
時間の検出、対象物体との距離及び姿勢位置の演算処理
。

マニピュレータ６０の移動量の演算処理を行なう。

次に上記のように構成した位置姿勢検出装置の動作を説
明する。なお本実施例では超音波トランスデユーサ５５
を設けたマニピュレータ６０の機械原点は対象物体６４
と第７図に示す相対位置関係にある場合について説明す
る。なお対象物体の形状は６０跋Ｘ９０Ｍである。

姿勢位置検出はＦＤＤｅｌから予め入カスドアされた第
８図のフローチャートに示す姿勢位置検出プログラムの
手順に従って行なわれる。第８図のフローチャートにお
いてまずステップ１でデータ処理制御装置５１からの制
御信号によりパルスモータドライバ５４を介してパルス
モータ５３を駆動して原点位置に復帰した後にデータ処
理制御装置５１からの制御信号によりＡ／Ｄ変換器５８
の受波信号サンプリング時間間隔（たとえば１μｓｅｃ
　）を設定する。

次にステップ２でデータ処理制御装置５１からの制御信
号によシ発振器５６を動作させ超音波トランスデユーサ
５５で所定の周波数の超音波パルスを発射すると同時に
、Ａ／Ｄ変換器５８．メモリ５９を動作させて超音波ト
ランスデユーサＳ５の受波信号をメモリ５９に記憶する
。

次にステップ３でメモリ５９に記憶された受波信号をＩ
ＣＵｅｏを介してＣＰＵ６２に転送する。

ＣＰＵ６２でばＦＤＤｅｌから予め入カスドアされてい
るプログラムに従って反射信号伝播時間を検出する。第
９図の６９は対象物体６４の面７１からの反射信号であ
シ、基準電圧信号７０とのゼロクロス点から反射信号伝
播時間ｔ１を検出し、さらにこれから距離を演算により
求める。

次にステップ４ではマニピュレータ５０のＹ方向への移
動距離を判定して所定の移動距離に達してい−なければ
、ステップ５でマニピュレータ５０を第７図のＹ方向へ
所定の距離（本実施例でＩ′ｉ１０編）移動してステッ
プ２，３を繰返して実行する。

次にステップ６ではマニピュレータ５ｏＱＹ方向ヘリニ
ヤスキヤンして対象物体６４間で超音波を送受波して得
られた対象物体６４との距離情報から対象物体６４の面
７１までの距離と面７１の姿勢を検出する。第１０図は
りニヤスキャンによって得られた対象物体６４０面７１
までの距離情報を１とめたもので、７３．７４はそれぞ
れ超音波トランスデユーサ５５の移動距離が５０ｍ、９
０鵡の時の距離情報を表わす。これによシ超音波トラン
スデユーサ５５を前述の機械原点においたときの対象物
体６４の面７１までの距離と面７１の姿勢を検出する。

次にステ、ツブ７でデータ処理制御装置５１かもの制御
信号によりマニピュレータ５０を機械原点に復帰し、さ
らにパルスモータドライバ５４を介してパルスモータ５
３を回転させ、超音波トランスデユーサ５５の送受波面
を対象物体６４に対向させる。本実施例では対象物体６
４の面７１と面７２のなす角９０°に回転を設定する。

次にステップ８ではマニピュレータ５０をＸ方向へ移動
する。Ｘ方向への移動量は対象物体６４の形状大きさに
よって設定する。本実施例では前述のステップ６で検出
した対象物件６４の面７１までの最短距離約７４脇に２
０ｍ島を加えた９４賜に設定した。

次にステップ９でデータ処理制御装置５１からの制御信
号により発振器５６を動作させ超音波トランスデユーサ
５５で所定の周波数の超音波パルスを発射すると同時に
、へ／Ｄ変換器５８．メモリ５９を動作させて超音波ト
ランスデー−サ５５の受波信号をメモリ５９に記憶する
。

次にステップ１ｏでメモリ５９に記憶された受波信号を
ＩＣＵ６０を介してＣ！ＰＵ６２に転送する。ＣＰＵ６
２ではＦＤＤ６１から予め入カスドアされているプログ
ラムに従って、前述のステップ３と同様にして反射信号
伝播時間を検出し、さらにこれから距離を演算により求
める。

次にステップ１１ではＣＰＵ６２でＦＤＤ６１から予め
入カスドアされた検出対象物体に関するデータベースと
第１１図に示すようにステップ６で検、出した対象物体
６４の面７１に関する情報７５とステップ１２で検出し
た対象物体６４の面７２に関する情報γ６から図中破線
で示した対象物体の位置と姿勢を検出することができる
。

以上のように本実施例によればマニピュレータ５０をリ
ニヤスキャンして対象物体６４の面７１の位置とに関す
る情報と、面７１に隣接する面７２までの距離情報を検
出しデータベースとマツチングをとることにより対象物
体６４の位置と姿勢を検出することができる。この方法
によれば対象物体６４の面７１．７２からの反射信号に
よシ対象物体の位置・姿勢を検出することができ、従来
例のように対象物体の各辺からの微弱な反射信号を処理
してその方向情報から対象物体の姿勢を検出する方法に
比して位置姿勢検出の信頼性が大巾に向上した。

また対象物体の姿勢位置検出精度は距離情報のみに依存
しており、従来の超音波送受波素子の回転スキャン角に
検出精度が依存する方法に比して検出精度の大巾な向上
と検出時間の大巾な短縮化を達成することができた。

発明の効果 以上のように本発明はマニピュレータ上に設けた超音波
送受波手段により超音波を送受波して前記対象物体の第
１の面までの距離と姿勢を検出し、前記マニピュレータ
を移動して前記対象物体の第１の面に隣接する第２の面
に超音波送受波手段を対向させ前記対象物体の第２の面
までの距離を検出し、前記対象物体の第１の面までの距
離と姿勢と前記対象物体の第２の面までの距離から対象
物体の位置と姿勢を検出するので従来に比して高速高精
度に対象物体の位置と姿勢を検出でき、その実用的効果
は犬なるものがある０

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超音波姿勢位置検出装置の概略の構成を
示すシステム図、第２図は従来の超音波姿勢位置検出装
置の概略の構成を示す斜視図、第３図は従来や装置の動
作波形を示す図、第４図は超音波トランスデユーサスキ
ャン角と反射信号音圧との関係図、第５図は本発明の一
実施例における検出方法を説明するだめの装置の概略の
構成を示すシステム図、第６図は本発明の一実施例の検
出方法を説明するだめの装置の概略の構成を示す斜視図
、第７図は同平面図、第８図は本発明の一実施例におけ
る姿勢位置検出のだめのプログラムを示すフローチャー
ト図、第９図は本発明の一実施例の検出方法を説明する
ための装置の動作波形を示す図、第１０図は超音波トラ
ンスデユーサ移動距離と対象物体までの距離の関係図、
第１１図は本発明の一実施例における姿勢位置検出方法
の検出結果を示す図である。 ６０・・・・・・マニピュレータ、６５・・・・・・超
音波送受波手段、６４・・・・・・対象物体、７１・・
・・・・対象物体の第１の面、７２・・・・・・対象物
体の第２の面。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
１　図 第３図 第４図 第７図 、夕、１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. マニピュレータ上に設けた超音波送受波手段により対象
   物体間で超音波を送受波して前記対象物体の第１の面ま
   での距離および第１の面の姿勢を検出する工程と、前記
   マニピュレータを移動させ前記超音波送受波手段を前記
   対象物体の第１の面に隣接する第２の面に対向させる工
   程と、前記対象物体の第２の面間で超音波を送受波し前
   記対象物体の第２の面までの距離を検出する工程と、前
   記対象物体の第１の面までの距離と第１の面の姿勢と前
   記対象物体の第２の面までの距離から前記対象物体の姿
   勢と位置を検出する工程からなる姿勢位置検出方法。