JPS61149819A - マニピユレ−タ用の作業対象物形状認識装置 - 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、１県業対象現場にマニピュレータ操作者が容
易に近ずけない場合に用いるマニピュレータ用の作業対
象物形状認識装置に関するものである。

「従来の技術」 マニピュレータに、対象物に対しての作業を行わせる場
合には、予めマニピュレータに対象物の全体像およびそ
の距離情報を認識させておく必要がある。

従来、対象物の認識方法については、マニピュレータが
屋内作業を主体に用いられている関係から、操作者がマ
ニピュレータを作業対象物の必要な位置へ移動させるこ
とによって教示する方法が用いられている。

「発明が解決しようとする問題点」 上記従来のように対象物の位置を直接教示する方法は、
マニピュレータを屋内で用いる場合、人間が直接作業現
場に行きずらい場所が多〈実施できないことがある。そ
の場合、マニピュレータに対策物を認識させる方法とし
ては、Ｉ　Ｔ　Ｖカメラ等の視覚センサーをマニピュレ
ータに取り付けて、その視覚センサーによる画像を処理
することによりて対策物の形状を認識させる方法がある
。しかし、この認識方法では、必要とされるＩＴＶカメ
ラ等の視覚センサー、およびその画像処理装置等のシス
テムがきわめて大掛かりで高価なものとなるという問題
があった。

Ｆ問題点を解決するための手段」 本発明のマニピュレータ用の作業対象物形状認識装置は
、テレビカメラを用いてマニピュレータの全体の作業環
境の認識をすると共に、超音波距離センサーを用いて作
業対象物に関する詳細な形状認識を収集するように構成
したものである。

「実施例」 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、１はマニピュレータであり、その先端
には超音波距離センサー２が備えられている。マニピュ
レータ１自体はマニピュレータ用移動装置３に載せられ
ており、またその移動装置３に設けられたテレビカメラ
用電！＆ｆ台制御装置４にはテレビカメラ５が備えられ
ている。６は作ｉｉｉ物である。マニピュレータ１は、
マニピュレータ制御装置７によって制御されて作業対象
物６に対する所定の作業を行う。超音波距離センサー２
の距離情報は、後述するように形状認識装置（計算８り
８によって処理される。テレビカメラ５の写す画像はマ
ニピュレータ操作者用のテレビモニター９にて表示され
、またテレビカメラ用雲台制御装置４には電動雲台１０
が接続されていてテレビカメラ５の向きを変える。移動
装置３は移動装置用制御装置１１によって制御されてマ
ニピュレータ１を移動させる。

次に、作用につい゛Ｃ説明する。

本実施例では、操作者が作業対象物６の近傍まで近寄れ
ない場合を想定している。

作業対象物６の全体像およびその周面の環境状態は、テ
レビモニター９を通してマニピュレータ１から離れた場
所にて認識される。その際、電動雲台４によってテレビ
カメラ２の向すを修正する。

この環境状態の認識については、画像処理等の高級な処
理を行わず、単に画像情報のみを操作者にダ、える。こ
の情報を基に操作者は、マニピュレータ１の作業領域の
環境状態を認識し、実際にマニピュレータ１に作業をさ
せる。作業対象物６に対する距離情報およびその形状に
ついては、計Ｗ、慨８が超音波距離センサー２の測定デ
ータを数値処理してマニピュレータ１に教示する。その
形状認識の方法は次の通りである。

第２図に作業対象物６の形状認識の原理図を示ｔ、ｔｉ
中ｉ２はマニピュレータ１の関節であり、１３はマニピ
ュレータ１の剛体部のアームである。

作業対象物６の形状認識を行うためにはその作業対象物
６の表面像を再生できればよく、これは作業対象物６の
表面を構成する各点について、マニピュレータ１からの
位置ベクトルＳを求めることに相当する６表面上の位置
ベクトルＳは、超音波距離センサー２から作業対象物６
までのベクトルｂト、マニピュレータ１の原点からアー
ム１３の先端までの位置ベクトル１１を用いて次式で与
えられる。

位置ベクトルｈはマニピュレータ１の関浦角から計算さ
れ、作業対＆物６までのベクトルＩＪは、作業対象物６
の法線力向に対応ｒる最大受信電力の方向と、作業対象
物６までの距離情報から計算される。作業対象物６の周
囲のスキャニングの方法は、超音波距離センサー２の方
向を制御して最大受信電力が得られる方向を求め、そし
てその時の距離を測定して位置ベクトルＳを求めて、作
業対象物６の全面を非接触で微少量ずつ移動しながらそ
の全面の位置ベクトル百を求めて行く方法である。この
測定ゲータを基に、計重Ｉを用いて数値処理し、作業対
象物６の形状認識およびマニピュレータ１からの詳細な
距離情報を演算し、マニピュレータ１に教示する。マニ
ピュレータ１は、この作業対象物６の形状情報と距離情
報を基に、精密な作業を行うことができる。

具体例として、測定精度が最も要求されるキャップを穴
に挿入するほめあい作業を行わせた結果シこついて述べ
る。ｐｌＳ３図に、はめあい作業を行わせる壁面の形状
認識結果を示す。この図に示針ように、壁面からの反射
波がある地点をＯ印、反射波がない地点を・印とし、・
印が構成する平面図の重心を求め、その結果をＸ印で示
している。重心Ｘ印をはめあい用の穴の中心として、マ
ニピュレータ１を用いてキャップのはめあい作業を行わ
せたところ、はめあい作業に充分に供し得る誤差範囲内
であった。また、形状認識結果の測定精度の向上につい
ては、センシング時間が大きくなることを犠牲にすれば
、測定点を多くするほど向上が図れる。

次に、作業対象物として、１４図（、）に示す三次元物
体の形状認識結果を第４図（ｂ）に示す、この図に示す
ように、マニピュレータ１の自由度を用いることによっ
て超音波距離センサー２による三次元物体の形状認識も
可能となる。第４図（ｂ）の結果は、その形状認識結果
が主眼となるのではなく、その結果は、マニピュレータ
１の原点から対象物の表面距離情報がすべて取得できる
ことを意味しており、この結果を用いると、マニピュレ
ータ１は作業対象物への各種精密作業を容易に行うこと
がｔ′きる。

「発明の効果」 以上、説明したように、本発明のマそビュレータ用の作
業対象物形状、ｌ！識１１１ｉ！は、マニピュレータ作
業領域の全体的な環境認識はテレビカメラを用いてその
映像情報をマニピュレータ扱作者に教示し、実際の作業
を行わせる対象物の形状認識および距離情報は超音波距
離センサーを用いて測定を行うシステムであるから、映
像を画像解析することにより形状！！識お上り距離情報
を得る画像解析システムに比較して非常に安価なシステ
ムである。また、超音波距離センサーを用いた作業対象
物のセンシングには若干の時間を要するが、本発明では
、作業領域全体については超音波記離センサーを用いて
センシングを行うのではなく、テレビカメラを用いて概
略的な全体像の把握を行なうので、センシングの時間も
大幅に短縮できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は全体の概略構成
図、第２図は超音波距離センサーを用いた対象物形状の
認識測定原理図、第３図は超音波距離センサーを用いた
はめあい用の穴の形状認識結果図、第４図は超音波距離
センサーを用いた三次元対象物の形状認識結果図である
。 １・・・・・・・・・・・・マニピュレータ、２・・・
・・・・・・・・・超音波距離センサー、３・・・・・
・・・・・・・マニピュレータ用移動装置、４・・・・
・・・・・・・・テレビカメラ用電動雲台、５・・・・
・・・・・・・・テレビカメラ、６・・・・・・・・・
・・・作業対象物、７・・・・・・・・・・・・マニピ
ュレータ制御装置、８・・・・・・・・・・・・形状認
識装置（計算機）。 ９・・・・・・・・・・・・テレビモニター、１０・・
・・・・・・・・・・電動雲台、１１・・・・・・・・
・・・・移動装置用制御装置、１２・・・・・・・・・
・・・マニピュレータの関節、１３・・・・・・・・・
・・・マニピュレータのアーム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. マニピュレータの近傍に設置され、マニピュレータの作
   業領域を写してその画像情報を表示するテレビカメラと
   、マニピュレータの先端に備えられた超音波距離センサ
   ーと、マニピュレータを動作させて前記超音波距離セン
   サーによって作業対象物の表面を走査させ、超音波距離
   センサーの位置とこの超音波距離センサーの検出情報か
   ら作業対象物の形状およびマニピュレータと作業対象物
   の間の距離を求める計算機とからなることを特徴とする
   マニピュレータ用の作業対象物形状認識装置。