JPS61187606A - 集合体の配置形態認識装置 - Google Patents

集合体の配置形態認識装置

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JPS61187606A
JPS61187606A JP2644185A JP2644185A JPS61187606A JP S61187606 A JPS61187606 A JP S61187606A JP 2644185 A JP2644185 A JP 2644185A JP 2644185 A JP2644185 A JP 2644185A JP S61187606 A JPS61187606 A JP S61187606A
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JP2644185A
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Yoshinobu Nakamura
喜信 中村
Akira Nakao
彰 中尾
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Mitsui Miike Machinery Co Ltd
Mitsui Miike Engineering Corp
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Mitsui Miike Machinery Co Ltd
Mitsui Miike Engineering Corp
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)

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、産業用ロボットの視覚センサとして好適な形
状認識装置に関するものである。
(従来の技術) 従来、種々の用途を具えた産業用ロボットが実用化され
ている。この産業用ロボットを駆動するには環境を認識
する入力機能が必要であり、例えば被制御対象物の形状
を正確に認識できる形状認識装置を具える必要がある。
特に、パレット上に積載した袋物をロボットにより荷役
運搬する場合、ロボットに装着した形状認識装置により
積載した袋物の荷姿を正確に検出し、検出した荷姿に基
いてハンドリング開始位置を定め順次運搬するように構
成されているため、被制御対象物の形状を正確に検出で
きる形状認識装置の開発は重要な課題となっている。
従来の形状認識方法としては、レーザ光や超音波を被制
御対象に向けて投射しその反射光に基いて形状認識する
方法が既知である。例えば「日本シュミレーション学会
第4回、シュミレーションテクノロジーコンファレンス
」にはスリット光や普通光を物体に投射しテレビカメラ
にその画像を入力し、エツジ強調などの処理を行ない計
算によって各面の法線方向を求め、濃淡画像と組合せて
3次元物体を認識する方法が提案されている。また、2
台のテレビカメラを用いて3角測量の原理に基いて基準
点から物体までの距離を求め形状認識する方法も提案さ
れている。更に、超音波を用いて形状認識する方法とし
て、例えば「日本ロボット学会講演予稿集1984年1
1月」には、強い指向性を有する超音波距離センサを用
い、この指向性超音波で対象物表面を走査し、各基準点
から物体表面までの距離を計測して形状を認識する方法
が提案されている。
(発明が解決しようとする問題点) 上述した従来の形状認識方法は、不特定の任意形状の物
体の形状認識を目的としているため、動物の目のように
多くの情報が必要であり、従って物体からの情報信号を
解析して画像信号に変換し更に画像信号に基いて複雑な
図形処理を行なうため解析処理に長時間かかるばかりで
な(、処理装置が大型化する欠点があった。特に図形処
理を行なうには複雑な解析処理を伴なうため図形処理装
置が大型化するばかりでなく図形処理に長時間かかる欠
点があった。また、光学的形状認識方法及び指向性超音
波で走査する方法ではセンサから投射した光束及び超音
波が物体表面上で幾何光学的に反射するため物体からの
反射光及び反射波が複雑になり不規則な反射光や反射波
が多すぎてしまい画像解析が極めて困難であり、画像処
理装置が大型化し装置が高価になると共に形状認識に長
時間かかる欠点があった。従って、従来の形状認識装置
を産業用ロボットの視覚センサに適用するには処理時間
、価格及び装置の大型化の点より極めて困難であった。
一方、産業用ロボットの制御対象物には形状が予め定ま
っている物が多く、一定の形状の物を規則的に積載、配
列、連結等した場合の集合状態を、  認識できれば十
分目的を達成できる場合が多い。
従って、産業用ロボットの視覚センサに用いる形状認識
装置としては、一定形状の物の集合状態を正確且つ簡易
に検出することが要求されている。
(問題点を解決するための手段) 本発明の目的は上述した欠点を解消し、簡易に画像解析
できコストを低減できると共に短時間で形状認識でき、
産業用ロボットの視覚センサに好適な形状認識装置を提
供するものである。
本発明による形状認識装置は、認識すべき物体に向けて
超音波を投射する手段と、物体からの反射波を受信する
手段と、受信信号に基いて認識パターンを形成する手段
と、認識すべき物体の形状毎の認識パターンを基準パタ
ーンとして予め記憶する手段と、認識すべき物体から得
られる認識パターンと基準パターンとに基いて物体の形
状を特定する手段とを具えることを特徴とするものであ
る。
(作 用) 本発明による形状認識装置は、一定形状の物体が複数個
集まった集合体に向けて超音波を投射し、集合体からの
反射波を検出し、この反射波の受信信号に基いて所定個
数毎の基準認識パターンを作り、予めメモリに記憶する
。そして、認識すべき任意個数の集合体からの反射波の
受信信号から認識パターンを作り、このパターンを基準
認識パターンと比較して物体の集合状態、集合体として
の形状、個数等を認識する。この結果、基準パターンと
の比較だけで形状を認識することができ、複雑な図形処
理が全く不要になる。
(実施例) 第1図は本発明による形状認識装置を用いて形状認識す
る状態を示す斜視図である。形状認識すべき集合体1は
、はぼ同一形状の6個の袋物2が2段に積載されパレッ
ト3上に載置されている。
ロボット4の回動アーム4aの先端部に超音波発振装置
5と受信装置6とから成る超音波センサ7を回動自在に
装着する。
この超音波センサ7は水平及び垂直方向に自在に駆動で
きるものとし、超音波発振装置5から所定の方向で集合
体1に向けて超音波を投射する。
投射された超音波は放射状に進行し、集合体1の超音波
センサ7と対面するほぼ全面に到達し集合体1表面で反
射し、集合体1の各部で反射した反射光が受信装置6に
入射する。そして、受信信号に基いて集光体1の形状す
なわち袋物2の荷姿を認識し、認識した荷姿に基いてロ
ボット4の駆動アーム(図示せず)のハンドリング開始
位置を定め、駆動アームにより、パレット3上に載置し
た袋物2を順次運搬する。尚、超音波センサ7は超音波
発振装置5と受信装置6とを一体構造としたものも使用
できる。
第2図は超音波発振装置5から超音波パルスを投射した
とき受信装置6で受信される受信信号の一例を示すグラ
フである。横軸は時間を示し縦軸は出力値を示す。受信
信号には、まず放射された超音波が直接受信装置6に入
力するバイパス成分が観測され、その後反射波成分だけ
が明瞭に観測される。この受信信号中の反射波の出力波
形は超音波センサ7の集合体1に対する角度及び集合体
1の形状によって大きく変化する。しかし、発明者が種
々の実験解析を行なった結果、一定の方向から集合体1
に向けて超音波を投射した場合、反射波の出力波形は袋
物2の荷姿、すなわち袋物の積載個数及び積載方法に従
って変化し、集合体1(袋物2の荷姿)毎の出力波形の
差異を明瞭に観測できることが判明した。すなわち、集
合体1に向けて投射された超音波は、集合体1の表面で
変調され表面形状に応じた受信信号を得ることができ、
受信信号の出力波形は被測定物の形状毎に特徴付けられ
た出力波形として観測される。従って、受信信号の出力
波形を被測定物毎に特徴付けられたパターンとして位置
付けることができ、受信信号から各周波数域の信号成分
を抽出してパターン化することもできる。よって、予め
形状が特定されている物体の受信信号に基いて認識パタ
ーンを形成し、この認識パターンを基準パターンとして
記憶しておき、形状が未知の被測定物のパターンと比較
すれば複雑な図形処理を行なうことなく容易に集合体1
の形状を特定することができる。一方、認識すべき集合
体lを構成する袋物2の形状を予め特定しておけば、集
合体1の全体形状は袋物2の個数及び積載方法で定まる
から、集合体1が有限個の袋物2から成る場合には有限
個のパターンを記憶しておけば認識でき、少ない記憶容
量の処理装置で容易に集合体1の形状を特定することが
できる。
第3図は本発明による形状認識装置の信号処理回路の一
例の構成を示すブロック図である。
本発明では実際に形状認識する前に集合体1を構成する
袋物2の各個数及び積載方法毎に基準パターンを作り、
この基準パターンをメモリに記憶する。その後任意の個
数の集合体の形状認識を行なうものとする。走査者が認
識指令を行なうとCPU10からI10エクスパンダ1
1を経て高周波発生器12に制御パルスが供給され、高
周波発生器12から超音波発振装置5にバースト状パル
ス信号を供給し、超音波発振装置5から集合体1に向け
て超音波を投射する。集合体1の表面で反射した反射波
は、超音波音響レンズ、圧電トランスジューサを具える
超音波受信装置6で受信され電気信号に変換され増巾器
13を経て帯域フィルタ14に入力する。この帯域フィ
ルタ14では反射波の各周波数の信号成分を抽出して各
信号成分をA/D変換器15を経てCPU 10に供給
する。CPU 10では各周波数域の信号成分に基いて
受信信号の周波数スペクトラムを形成する。そして、集
合体を構成する袋物2の各個数及び積載方法により特定
される形状毎に周波数スペクトラムを求め、各周波数ス
ペクトラムを基準パターンとしてメモリ16に入力する
。全ての個数の基準パターンをメモリ16に入力した後
、任意個数の袋物から成る集合体1の形状認識を行なう
操作者が認識指令を行なうと任意個数の集合体1に超音
波が投射され、集合体1からの反射波が受信されCPU
 10で反射波の周波数スペクトラムを検出する。そし
て、検出した周波数スペクトラムを認識パターンとし、
この認識パターンを基準パターンと比較し、一番近似し
ている基準パターンを求め、求めた基準パターンから集
合体1の形状を特定する。次に、特定した集合体1の形
状に基きCPU 10からI10エクスバング17を経
て制御回路18に制御信号を供給し、制御回路18から
ロボット4に駆動信号を供給する。 第4図〜第6図は
3種類の形状の集合体の受信信号出力及び周波数スペク
トラムの測定結果を示すものであり、第4図〜第6図A
は集合体の形状を示す斜視図、第4図〜第6図Bは受信
信号の出力波形、第4図〜第6図Cは周波数スペクトラ
ムを示すグラフである。第4図〜第6図において、同一
形状の直方体を2段に積載し、左右の段の積載個数を変
えて集合体としての形状を変えている。第4図〜第6図
に示すように集合体の形状に応じて受信信号出力波形及
び周波数スペクトラムが共に変化していることが理解で
きる。特に、周波数スペクトラムは、各形状に応じて顕
著な差異が観測できた。従って、観測した任意形状の集
合体のスペクトラムパターンを基準パターンと比較すれ
ば、容易に集合体の形状を特定できる。
本発明は上述した実施例だけに限定されるものではなく
、幾多の変更や変形が可能である。例えば、上述した実
施例では袋物を積載した集合体の形状認識について説明
したが、ビンやダンボール箱等予め形状が特定されてい
る一種又は二種以上の物体を規則性をもって配列、積載
、連結した集合体の形状認識についても適用できる。
また、認識パターンは各形状において差異が観測できる
ものであればよく、反射波の受信信号の出力波形を認識
パターンとしてもよく、周波数スペクトラムを認識パタ
ーンとしてもよ(、更に、帯域フィルタの出力信号中の
特定の周波数域の出力波形に基いて認識パターンを作る
こともできる。
更に、上述した実施例では被測定物に向けて一方向から
超音波を投射する構成としたが、センサの角度を変えて
複数方向から超音波を投射し、各反射波を各別に受信し
、各方向からの反射波に基いて認識パターンを作るよう
に構成することもできる。また、複数個の超音波受信装
置を配置し、複数方向からの反射波を各別に受信して認
識パターンを作るようにしてもよい。このように複数方
向から超音波を投射し、また複数方向からの反射波を各
別に受信する構成とすれば、より多くの情報量を利用で
き、認識精度を向上させることができる。
更に、上述した実施例では帯域フィルタを設は受信信号
の周波数スペクトラムを求める構成としたが、帯域フィ
ルタを設けずCPUでフーリエ変換を行ない周波数スペ
クトラムを求めるように構成してもよい。
更に、cpuに入力装置を設け、既に別に形成した基準
パターンを入力し、この基準パターンと検出した認識パ
ターンとに基いて形状認するようにしてもよい。
(発明の効果) 以上説明したように本発明によれば、予め形状が特定さ
れている物体の集合体からの反射波の受信信号から認識
パターンを求め、各個数毎のパターンを基準パターンと
して記憶し、任意形状の集合体のパターンと基準パター
ンとに基いて形状認識するように構成しているから、複
雑な図形処理が不要になり記憶容量の小さい簡単な処理
装置を用いて短時間で形状認識することができる。
また、被測定物に向けて超音波を投射し、その反射波の
受信信号から認識パターンを作る構成としているから、
レーザ光や指向性超音波を用いて被測定物を走査する方
法に比べ、簡単な画像処理で認識パターンを作ることが
でき、複雑な解析処理装置が不要になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による形状認識装置の一例の構成を示す
線図、 第2図は受信信号の一例を示すグラフ、第3図は本発明
による形状装置の処理回路の一例を示すブロック図、 第4図〜第6図は集合体の形状と受信信号及び周波数ス
ペクトラムとの関係を示すグラフである。 1・・・集合体     2・・・袋物3・・・パレッ
ト    4・・・ロボット5・・・超音波発振装置 
6・・・超音波受信装置7・・・超音波センサ  10
・・・CPU11.17・・・I10エクスパンダ 12・・・高周波発生器  13・・・増巾器14・・
・帯域フィルタ  15・・−A/D変換器16・・・
メモリ     18・・・制御回路第1図 第2図 1!?間− −ギや豐         −@寮例 ζ「 第5図 晴間− 用液改− 第6図 晴間− 周パ−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、認識すべき物体に向けて超音波を投射する手段と、
    物体からの反射波を受信する手段と、受信信号に基いて
    認識パターンを形成する手段と、認識すべき物体の形状
    毎の認識パターンを基準パターンとして予め記憶する手
    段と、認識すべき物体から得られる認識パターンと基準
    パターンとに基いて物体の形状を特定する手段とを具え
    ることを特徴とする形状認識装置。 2、前記認識パターン形成手段に受信信号から特定周波
    数の信号成分を抽出する手段を設け、抽出した信号成分
    をもって認識パターンとしたことを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の形状認識装置。 3、前記認識パターン形成手段に受信信号の周波数スペ
    クトラムを求める手段を設け、この周波数スペクトラム
    パターンをもって認識パターンとしたことを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の形状認識装置。
JP2644185A 1985-02-15 1985-02-15 集合体の配置形態認識装置 Granted JPS61187606A (ja)

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JPS61187606A true JPS61187606A (ja) 1986-08-21
JPH0347682B2 JPH0347682B2 (ja) 1991-07-22

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