WO2023067645A1

WO2023067645A1 - キャリブレーション装置

Info

Publication number: WO2023067645A1
Application number: PCT/JP2021/038377
Authority: WO
Inventors: 健李; 裕紀谷崎; 雅信本江
Original assignee: 株式会社Pfu
Priority date: 2021-10-18
Filing date: 2021-10-18
Publication date: 2023-04-27
Also published as: JPWO2023067645A1

Abstract

キャリブレーション装置は、搬送路（１６）のうちのカメラ（２８）に撮像される撮像領域（２１）に配置される第１部材（２）と、第１部材（２）に固定される第２部材（３）と、第２部材（３）に印（Ｓ１，１～ＳＭ，Ｎ）をつけるマーカ（４１）と、搬送路（１６）に沿って搬送される物体を搬送路（１６）のうちの撮像領域（２１）と異なる把持領域（２２）で把持する把持部（５１）が支持される支持部材（３４）にマーカ（４１）を取り付ける取付部材（４２）と、撮像領域（２１）と把持部（５１）との位置関係を算出する位置関係計算部（５６）とを備えている。

Description

キャリブレーション装置

　本開示の技術は、キャリブレーション装置に関する。

　搬送路に沿って搬送される複数のごみから資源ごみを自動的に分別する資源ごみ自動分別装置が知られている。資源ごみ自動分別装置は、搬送路のうちの選別領域に配置されるごみの画像を撮像するカメラと、ごみの画像に基づいて算出された資源ごみの位置に基づいて、搬送路のうちの選別領域の下流側の除去領域から資源ごみを除去するロボットとを備えている。このとき、資源ごみ自動分別装置は、カメラとロボットとの位置関係が事前に測定され、ロボットは、その位置関係に基づいて、資源ごみが除去されるように、制御される（特開２０１９－１４１９３５号公報）。

特開２０１９－１４１９３５号公報

　しかしながら、資源ごみ自動分別装置は、カメラとロボットとの位置関係が適切に測定されていないときに、ごみの画像に基づいてロボットが資源ごみを適切に把持しないことがあり、資源ごみが搬送路から除去されないことがある。

　開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、物体の画像を撮像するカメラと、物体を処理するロボットとの位置関係を高精度に測定するキャリブレーション装置を提供することを目的とする。

　本開示の一態様によるキャリブレーション装置は、搬送路のうちのカメラに撮像される撮像領域に配置される第１部材と、前記第１部材に固定される第２部材と、前記第２部材に印をつけるマーカと、前記搬送路に沿って搬送される物体を前記搬送路のうちの前記撮像領域と異なる把持領域で把持する把持部が支持される支持部材に前記マーカを取り付ける取付部材と、前記撮像領域と前記把持部との位置関係を算出する位置関係計算部とを備えている。

　開示のキャリブレーション装置は、物体の画像を撮像するカメラと、物体を処理するロボットとの位置関係を高精度に測定することができる。

図１は、実施例のキャリブレーション装置に設けられているキャリブレーション用ジグを示す平面図である。図２は、実施例のキャリブレーション装置が利用される資源ごみ自動分別装置を示す平面図である。図３は、資源ごみ自動分別装置を示す斜視図である。図４は、資源ごみ自動分別装置を示す断面図である。図５は、物体処理装置を示すブロック図である。図６は、撮像領域と把持部との位置関係を算出する動作を示すフローチャートである。図７は、搬送路に適切に配置されるキャリブレーション用ジグを示す平面図である。図８は、第２部材が撮像領域に適切に配置されるキャリブレーション用ジグを示す平面図である。図９は、複数の印のうちの１つの印を示す平面図である。図１０は、ロボット座標系がジグ座標系に対してジグ座標系Ｙ軸まわりに回転しているＹ軸回転角度を示すロボット本体の側面図である。図１１は、ロボット座標系がジグ座標系に対してジグ座標系Ｘ軸まわりに回転しているＸ軸回転角度を示すロボット本体の他の側面図である。図１２は、複数の印が付けられている刻みチャートを示す平面図である。図１３は、第２部材が撮像領域に他の向きで配置されるキャリブレーション用ジグを示す平面図である。

　以下に、本願が開示する実施形態にかかるキャリブレーション装置について、図面を参照して説明する。なお、以下の記載により本開示の技術が限定されるものではない。また、以下の記載においては、同一の構成要素に同一の符号を付与し、重複する説明を省略する。

　実施例のキャリブレーション装置には、図１に示されているように、キャリブレーション用ジグ１が設けられている。図１は、実施例のキャリブレーション装置に設けられているキャリブレーション用ジグ１を示す平面図である。キャリブレーション用ジグ１は、第１部材２と第２部材３とフレーム５とを備えている。第１部材２は、板状に形成されている。第１部材２には、パターンチャート６が描かれている。パターンチャート６は、光学系の収差が測定されるときに利用されるテストチャートであり、たとえば、チェス盤テストチャートである。パターンチャート６は、さらに、ジグ座標系を示し、ジグ座標系原点Ｏｊとジグ座標系Ｘ軸方向Ｘｊとジグ座標系Ｙ軸方向Ｙｊとを示している。ジグ座標系Ｘ軸方向Ｘｊは、第１部材２のうちのパターンチャート６が描かれている面が沿う平面に平行である。ジグ座標系Ｙ軸方向Ｙｊは、第１部材２のうちのパターンチャート６が描かれている面が沿う平面に平行であり、かつ、ジグ座標系Ｘ軸方向Ｘｊに垂直である。

　第２部材３は、板状に形成されている。第２部材３には、刻みチャート７と矢印８とが描かれている。刻みチャート７には、複数のＸ軸方向直線と複数のＹ軸方向直線とが描かれている。複数のＸ軸方向直線は、互いに平行であり、等間隔に並んでいる。複数のＹ軸方向直線は、互いに平行であり、複数のＸ軸方向直線が沿う直線に垂直である方向に平行であり、等間隔に並んでいる。すなわち、刻みチャート７は、複数のＸ軸方向直線と複数のＹ軸方向直線とにより区切られた複数の長方形で敷き詰められている。

　フレーム５は、複数の棒材から形成されている。第１部材２は、フレーム５に固定されている。第２部材３は、第１部材２と第２部材３とがジグ座標系Ｙ軸方向Ｙｊに並ぶように、配置されている。第２部材３は、複数のＸ軸方向直線がジグ座標系Ｘ軸方向Ｘｊに平行になるように、複数のＹ軸方向直線がジグ座標系Ｙ軸方向Ｙｊに平行になるように、かつ、パターンチャート６から刻みチャート７に向かう方向を矢印８が示すように、配置されている。第２部材３は、フレーム５に固定され、フレーム５を介して第１部材２に固定されている。このため、複数のＸ軸方向直線がそれぞれ配置される複数の位置のＹ座標と、複数のＹ軸方向直線がそれぞれ配置される複数の位置のＸ座標とは、刻みチャート７と矢印８とが映し出される画像から読み取ることができる。

　実施例のキャリブレーション装置は、図２に示される資源ごみ自動分別装置１０で利用される。図２は、実施例のキャリブレーション装置が利用される資源ごみ自動分別装置１０を示す平面図である。資源ごみ自動分別装置１０は、搬送装置１１と物体処理装置１２とを備えている。搬送装置１１は、ベルトコンベアから形成され、ベルトコンベアフレーム１４とベルト１５とを備え、図示されていないベルト駆動装置を備えている。ベルトコンベアフレーム１４は、資源ごみ自動分別装置１０が設置される設置面１７に載置されている。ベルト１５は、可撓性を有する材料から形成され、ループ状の帯に形成されている。

　搬送装置１１には、搬送路１６が形成されている。搬送路１６は、設置面１７が沿う平面に平行である他の平面に沿い、搬送路１６が沿う直線は、設置面１７が沿う平面に平行である搬送方向１８に平行である。ベルト１５は、搬送路対向部分１９を備えている。搬送路対向部分１９は、搬送路１６の下に配置され、搬送路１６に沿っている。ベルト１５は、さらに、移動可能にベルトコンベアフレーム１４に支持されている。ベルト駆動装置は、搬送路対向部分１９が搬送方向１８に移動するように、ベルト１５を移動させる。

　搬送路１６は、撮像領域２１と把持領域２２とを含み、図示されていない物体供給領域を含んでいる。把持領域２２は、撮像領域２１の搬送方向１８の下流側に配置されている。物体供給領域は、撮像領域２１の搬送方向１８の上流側に配置されている。

　物体処理装置１２は、物体認識装置２３とロボット２４とを備えている。物体認識装置２３は、撮像領域２１の近傍に配置されている。物体認識装置２３は、筐体２５を備えている。筐体２５は、光を遮光する材料から形成され、概ね箱形に形成されている。筐体２５は、搬送路１６の撮像領域２１の上に配置され、撮像領域２１を覆っている。筐体２５は、ベルトコンベアフレーム１４に固定され、ベルトコンベアフレーム１４を介して設置面１７に固定されている。ロボット２４は、把持領域２２の近傍に配置されている。

　図３は、資源ごみ自動分別装置１０を示す斜視図である。ロボット２４は、ロボット本体２６とロボットカバー２７とを備えている。ロボット本体２６は、把持領域２２に配置される物体を把持し、その把持された物体を搬送路１６から除去し、その把持された物体を資源ごみ置き場（図示されていない）に移動させる。ロボットカバー２７は、概ね箱形に形成されている。ロボットカバー２７は、搬送路１６の把持領域２２とロボット本体２６とがロボットカバー２７の内部に配置されるように、把持領域２２の上に配置されている。ロボットカバー２７は、ベルトコンベアフレーム１４に固定され、ベルトコンベアフレーム１４を介して設置面１７に固定されている。ロボットカバー２７は、ロボット本体２６が把持領域２２で物体を取り扱うときに、搬送路１６に沿って搬送される物体が把持領域２２から飛散することを防止する。

　図４は、資源ごみ自動分別装置１０を示す断面図である。物体認識装置２３は、撮像カメラ２８をさらに備えている。撮像カメラ２８は、撮像領域２１に向けられ、撮像領域２１の上に配置され、筐体２５の内部に配置されている。撮像カメラ２８は、筐体２５に固定され、筐体２５を介してベルトコンベアフレーム１４に固定されている。撮像カメラ２８は、このように配置されることにより、撮像領域２１に配置される物体が写る画像を、真上から見たように、撮像する。

　ロボット本体２６は、第１支持部材３２とＸ軸Ｙ軸アクチュエータ３３と第２支持部材３４とＺ軸アクチュエータ３５と把持部取付部材３６とを備えている。第１支持部材３２は、Ｘ軸Ｙ軸アクチュエータ３３を介してロボット座標系Ｘ軸方向Ｘｒまたはロボット座標系Ｙ軸方向Ｙｒに平行に並進可能に、設置面１７に固定されている土台に支持されている。ロボット座標系Ｙ軸方向Ｙｒは、搬送方向１８に概ね平行であり、すなわち、搬送路１６が沿う平面に概ね平行である。ロボット座標系Ｘ軸方向Ｘｒは、Ｙ軸方向に垂直であり、かつ、搬送路１６が沿う平面に概ね平行である。Ｘ軸Ｙ軸アクチュエータ３３は、第１支持部材３２をロボット座標系Ｘ軸方向Ｘｒに平行に並進させ、第１支持部材３２をロボット座標系Ｙ軸方向Ｙｒに平行に並進させる。第２支持部材３４は、Ｚ軸アクチュエータ３５を介してロボット座標系Ｚ軸方向Ｚｒに平行に並進可能に第１支持部材３２に支持されている。ロボット座標系Ｚ軸方向Ｚｒは、ロボット座標系Ｘ軸方向Ｘｒに垂直であり、かつ、ロボット座標系Ｙ軸方向Ｙｒに垂直であり、すなわち、搬送路１６が沿う平面に概ね垂直である。Ｚ軸アクチュエータ３５は、第１支持部材３２に対して第２支持部材３４をロボット座標系Ｚ軸方向Ｚｒに平行に並進させる。

　キャリブレーション装置は、マーカ４１とマーカ取付部材４２とを備えている。マーカ４１は、ペンから形成されている。マーカ４１は、第２部材３に接触することにより、第２部材３に印をつける。マーカ４１は、マーカ取付部材４２を介して第２支持部材３４に着脱可能に取り付けられ、第２支持部材３４に取り付けられているときに第２支持部材３４に固定されている。

　物体処理装置１２は、図５に示されているように、把持部５１と通知装置５２と制御装置５３とをさらに備えている。図５は、物体処理装置１２を示すブロック図である。把持部５１は、把持部取付部材３６を介して第２支持部材３４に着脱可能に取り付けられ、第２支持部材３４に取り付けられているときに第２支持部材３４に固定されている。把持部５１は、制御装置５３に制御されることにより、物体を把持したり、把持されている物体を解放したりする。通知装置５２は、表示装置と音声装置とを備えている。通知装置５２は、制御装置５３に制御されることにより、制御装置５３により作成された画面を表示し、制御装置５３により作成された音声メッセージを発声する。

　制御装置５３は、コンピュータであり、記憶装置５４とＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）５５とを備えている。記憶装置５４は、制御装置５３にインストールされるコンピュータプログラムを記録し、ＣＰＵ５５により利用される情報を記録する。ＣＰＵ５５は、制御装置５３にインストールされるコンピュータプログラムを実行することにより、情報処理し、記憶装置５４を制御し、撮像カメラ２８とＸ軸Ｙ軸アクチュエータ３３とＺ軸アクチュエータ３５と把持部５１と通知装置５２とを制御する。

　制御装置５３にインストールされるコンピュータプログラムは、制御装置５３に複数の機能をそれぞれ実現させる複数のコンピュータプログラムを含んでいる。その複数の機能は、位置関係計算部５６と選別部５７とロボット制御部５８とを含んでいる。

　位置関係計算部５６は、搬送路１６の撮像領域２１に配置される第１部材２のパターンチャート６の像が映っているパターンチャート画像が撮像されるように、物体認識装置２３の撮像カメラ２８を制御する。位置関係計算部５６は、パターンチャート画像に基づいて、撮像領域２１に対してキャリブレーション用ジグ１が配置される相対位置を算出し、カメラ画像－ジグ座標変換情報を算出する。

　位置関係計算部５６は、第２支持部材３４にマーカ４１が取り付けられているときに、把持領域２２に配置される第２部材３に、複数の目標位置に対応する複数の印が付くように、Ｘ軸Ｙ軸アクチュエータ３３とＺ軸アクチュエータ３５とを制御する。すなわち、位置関係計算部５６は、第１支持部材３２が複数の目標位置に配置されるように、Ｘ軸Ｙ軸アクチュエータ３３に移動信号を送信する。位置関係計算部５６は、第１支持部材３２が複数の目標位置のうちの１つの目標位置に配置されているときに、搬送路１６の把持領域２２に配置される第２部材３に印が付くように、Ｚ軸アクチュエータ３５を制御する。

　位置関係計算部５６は、搬送路１６の撮像領域２１に配置される第２部材３の刻みチャート７に付けられた複数の印の像が映っている刻みチャート画像が撮像されるように、物体認識装置２３の撮像カメラ２８を制御する。位置関係計算部５６は、刻みチャート画像を画像処理し、複数の印に対応する複数の印座標を算出し、キャリブレーション用ジグ１に対して把持部５１が配置される相対位置を算出する。複数の印座標のうちのある印に対応する印座標は、刻みチャート７のうちのその印の中心が配置される位置のジグ座標系における座標を示している。位置関係計算部５６は、複数の目標位置と複数の印座標とに基づいてジグ－ロボット座標変換情報を算出する。位置関係計算部５６は、カメラ画像－ジグ座標変換情報とジグ－ロボット座標変換情報とに基づいて撮像領域２１に対して把持部５１が配置される相対位置を算出し、カメラ画像－ロボット座標変換情報を算出する。

　選別部５７は、搬送路１６の撮像領域２１に配置される複数の物体をそれぞれ写す複数の像が映っているごみ選別用画像が撮像されるように、物体認識装置２３の撮像カメラ２８を制御する。選別部５７は、ごみ選別用画像を画像処理し、複数の選別データを算出する。

　ロボット制御部５８は、位置関係計算部５６により算出されたカメラ画像－ロボット座標変換情報と、選別部５７により算出された複数の選別データとに基づいて複数の制御データを算出する。ロボット制御部５８は、搬送路１６の把持領域２２に配置される複数の物体のうちの複数の処理対象資源ごみが搬送路１６から除去されて資源ごみ置き場に移動するように、複数の制御データに基づいてロボット２４を制御する。

［資源ごみ自動分別装置１０の動作］
　資源ごみ自動分別装置１０の動作は、撮像領域２１と把持部５１との位置関係を算出する動作と、搬送路１６に沿って複数のごみを搬送する動作と、複数の処理対象資源ごみを搬送路１６から除去する動作とを備えている。

　図６は、撮像領域２１と把持部５１との位置関係を算出する動作を示すフローチャートである。撮像領域２１と把持部５１との位置関係を算出する動作は、搬送路１６に沿って複数のごみを搬送する動作と、複数の処理対象資源ごみを搬送路１６から除去する動作とが実行される前に実行される。撮像領域２１と把持部５１との位置関係を算出する動作では、まず、ユーザは、把持部取付部材３６を操作することにより、ロボット本体２６の第２支持部材３４から把持部５１を取外す。ユーザは、把持部５１が第２支持部材３４から取外された後に、マーカ取付部材４２を操作することにより、マーカ４１を第２支持部材３４に取り付ける（ステップＳ１）。

　ユーザは、さらに、図７に示されているように、第１部材２が撮像領域２１に配置されるように、かつ、第２部材３が把持領域２２に配置されるように、キャリブレーション用ジグ１を搬送路対向部分１９に載置する（ステップＳ２）。図７は、搬送路１６に適切に配置されるキャリブレーション用ジグ１を示す平面図である。キャリブレーション用ジグ１は、このように搬送路対向部分１９に載置されることにより、搬送路１６に適切に配置される。

　制御装置５３は、キャリブレーション用ジグ１が搬送路１６に適切に配置されているときに、撮像カメラ２８を制御することにより、パターンチャート６が写るパターンチャート画像を撮像する（ステップＳ３）。制御装置５３は、パターンチャート画像を画像処理し、撮像領域２１に対してキャリブレーション用ジグ１が配置される相対位置を算出し、ジグ位置情報を算出する（ステップＳ４）。ジグ位置情報は、パターンチャート６を写す像がパターンチャート画像に映し出される位置と向きとを示している。すなわち、ジグ位置情報は、ジグ座標系原点Ｏｊの位置のカメラ画像座標系における座標と、ジグ座標系Ｘ軸方向Ｘｊのカメラ画像座標系における方向と、ジグ座標系Ｙ軸方向Ｙｊのカメラ画像座標系における方向とを示している。

　制御装置５３は、さらに、ジグ位置情報に基づいて、カメラ画像座標系とジグ座標系との位置関係を算出し、カメラ画像－ジグ座標変換情報を算出する（ステップＳ５）。カメラ画像－ジグ座標変換情報は、次の（１）式で示されるカメラ画像－ジグ回転行列Ｒｃｊとカメラ画像－ジグ平行移動行列Ｔｃｊとを示している。

　制御装置５３は、複数の目標位置と目標回数とが予め設定されている。目標回数は、複数の目標位置の個数に等しい。制御装置５３は、Ｘ軸Ｙ軸アクチュエータ３３に移動信号を送信することにより、複数の目標位置のうちの１番目の目標位置に第１支持部材３２を配置する（ステップＳ６）。制御装置５３は、第１支持部材３２が目標位置に配置されたときに（ステップＳ７、Ｙｅｓ）、Ｚ軸アクチュエータ３５を制御することにより、ロボット座標系Ｚ軸方向Ｚｒに平行に第２支持部材３４を下降させる。マーカ４１は、第２支持部材３４が下降することにより、キャリブレーション用ジグ１の第２部材３に接触し、刻みチャート７に印をつける（ステップＳ８）。制御装置５３は、マーカ４１が第２部材３に接触した後に、Ｚ軸アクチュエータ３５を制御することにより、ロボット座標系Ｚ軸方向Ｚｒに平行に第２支持部材３４を上昇させる。

　制御装置５３は、第１支持部材３２を目標位置に配置した回数が目標回数より小さいときに（ステップＳ９、Ｎｏ）、Ｘ軸Ｙ軸アクチュエータ３３に次の移動信号を送信することにより、次の目標位置に第１支持部材３２を配置する（ステップＳ１０）。制御装置５３は、第１支持部材３２が次の目標位置に配置された後に、ステップＳ７～Ｓ９の処理を再度実行する。

　制御装置５３は、第１支持部材３２を目標位置に配置した回数が目標回数に到達したときに（ステップＳ９、Ｙｅｓ）、通知装置５２を制御することより、予め定められた画面を表示し、音声メッセージを発声する（ステップＳ１１）。画面と音声メッセージとは、刻みチャート７と矢印８とが撮像領域２１に配置されるように、キャリブレーション用ジグ１を搬送路対向部分１９に載置し直す指示を示している。ユーザは、キャリブレーション用ジグ１を搬送方向１８の反対方向に並進させ、図８に示されているように、第２部材３が撮像領域２１に配置されるように、キャリブレーション用ジグ１を搬送路対向部分１９に載置し直す。図８は、第２部材３が撮像領域２１に適切に配置されるキャリブレーション用ジグ１を示す平面図である。第２部材３は、刻みチャート７と矢印８とが撮像領域２１に配置されることにより、撮像領域２１に適切に配置される。

　制御装置５３は、第２部材３が撮像領域２１に適切に配置されているときに、撮像カメラ２８を制御することにより、刻みチャート７と矢印８とが写る刻みチャート画像を撮像する（ステップＳ１２）。制御装置５３は、刻みチャート画像を画像処理し、複数の印Ｓ^１，１～Ｓ^Ｍ，Ｎに対応する複数の印座標を算出する（ステップＳ１３）。図９は、複数の印Ｓ^１，１～Ｓ^Ｍ，Ｎのうちの１つの印Ｓ^ｍ，ｎを示す平面図である。複数の印座標のうちの印Ｓ^ｍ，ｎに対応する印座標は、印Ｓ^ｍ，ｎの中心の位置のジグ座標系における座標を示している。たとえば、制御装置５３は、Ｓ^ｍ，ｎの中心から、Ｙ座標が既知であるＸ軸方向直線までの距離と、Ｓ^ｍ，ｎの中心から、Ｘ座標が既知である複数のＹ軸方向直線までの距離とに基づいて、印Ｓ^ｍ，ｎの中心の位置のジグ座標系における座標を算出する。

　図１０は、ロボット座標系がジグ座標系に対してジグ座標系Ｙ軸まわりに回転しているＹ軸回転角度θ_Ｙ ^ｍを示すロボット本体２６の側面図である。印Ｓ^ｍ，１は、第１支持部材３２が目標位置Ｇ^ｍ，１に配置されているときに、刻みチャート７に付けられたものである。印Ｓ^ｍ，２は、第１支持部材３２が目標位置Ｇ^ｍ，２に配置されているときに、刻みチャート７に付けられたものである。印Ｓ^ｍ，Ｎは、第１支持部材３２が目標位置Ｇ^ｍ，Ｎに配置されているときに、刻みチャート７に付けられたものである。複数の目標位置Ｇ^ｍ，１～Ｇ^ｍ，Ｎのロボット座標系におけるＹ座標は、互いに等しい。制御装置５３は、次の（２）式を用いてＹ軸回転角度θ_Ｙ ^ｍを算出し、同様に、複数のＹ軸回転角度θ_Ｙ ^１～θ_Ｙ ^Ｍを算出する。

　ここで、Ｘ座標Ｘ_ｊ ^ｍ，ｎは、印Ｓ^ｍ，ｎのジグ座標系におけるＸ座標を示している。Ｘ座標Ｘ_ｒ ^ｍ，ｎは、目標位置Ｇ^ｍ，ｎのロボット座標系におけるＸ座標を示している。

　図１１は、ロボット座標系がジグ座標系に対してジグ座標系Ｘ軸まわりに回転しているＸ軸回転角度θＸｎを示すロボット本体２６の他の側面図である。印Ｓ^１，ｎは、第１支持部材３２が目標位置Ｇ^１，ｎに配置されているときに、刻みチャート７に付けられたものである。印Ｓ^２，ｎは、第１支持部材３２が目標位置Ｇ^２，ｎに配置されているときに、刻みチャート７に付けられたものである。印Ｓ^Ｍ，ｎは、第１支持部材３２が目標位置Ｇ^Ｍ，ｎに配置されているときに、刻みチャート７に付けられたものである。複数の目標位置Ｇ^１，ｎ～Ｇ^Ｍ，ｎのロボット座標系におけるＸ座標は、互いに等しい。制御装置５３は、次の（３）式を用いてＸ軸回転角度θ_Ｘ ^ｎを算出し、同様に、複数のＸ軸回転角度θ_Ｘ ^１～θ_Ｘ ^Ｎを算出する。

　ここで、Ｙ座標Ｙ_ｊ ^ｍ，ｎは、印Ｓ^ｍ，ｎのジグ座標系におけるＹ座標を示している。Ｙ座標Ｙ_ｒ ^ｍ，ｎは、目標位置Ｇ^ｍ，ｎのロボット座標系におけるＹ座標を示している。

　第１支持部材３２を目標位置に配置した回数が目標回数に到達したときに（ステップＳ９、Ｙｅｓ）、刻みチャート７には、図１２に示されているように、複数の印Ｓ^１，１～Ｓ^Ｍ，Ｎが付けられている。図１２は、複数の印Ｓ^１，１～Ｓ^Ｍ，Ｎが付けられている刻みチャート７を示す平面図である。複数の印Ｓ^１，１～Ｓ^１，Ｎが刻みチャート７に付けられたときに第１支持部材３２がそれぞれ配置されていた複数の目標位置は、ロボット座標系におけるＸ座標が互いに異なり、ロボット座標系におけるＹ座標が互いに等しい。複数の印Ｓ^Ｍ，１～Ｓ^Ｍ，Ｎが刻みチャート７に付けられたときに第１支持部材３２がそれぞれ配置されていた複数の目標位置は、ロボット座標系におけるＸ座標が互いに異なり、ロボット座標系におけるＹ座標が互いに等しい。制御装置５３は、複数の印Ｓ^１，１～Ｓ^１，Ｎに基づいて回帰直線Ｌ^１を算出し、同様に、複数の回帰直線Ｌ^１～Ｌ^Ｍを算出する。制御装置５３は、さらに、回帰直線Ｌ^１とジグ座標系におけるＸ軸との間のＺ軸回転角度θ_Ｚ ^１を算出し、同様に、複数のＺ軸回転角度θ_Ｚ ^１～θ_Ｚ ^Ｍを算出する。

　ロボット座標系は、ロボット本体２６が設置されるときの誤差により、ジグ座標系に対してジグ座標系Ｘ軸まわりにＸ軸回転角度θＸだけ回転していることがある。ロボット座標系は、ロボット本体２６が設置されるときの誤差により、ジグ座標系に対してジグ座標系Ｙ軸まわりにＹ軸回転角度θＹだけ回転していることがある。ロボット座標系は、ロボット本体２６が設置されるときの誤差により、ジグ座標系に対してジグ座標系Ｚ軸まわりにＺ軸回転角度θＺだけ回転していることがある。制御装置５３は、次の（４）式を用いてＸ軸回転角度θＸとＹ軸回転角度θＹとＺ軸回転角度θＺとを算出する。

　制御装置５３は、複数の印座標と複数の目標位置とＸ軸回転角度θＸとＹ軸回転角度θＹとＺ軸回転角度θＺに基づいて、キャリブレーション用ジグ１に対して把持部５１が配置される相対位置を算出し、ジグ－ロボット座標変換情報を算出する（ステップＳ１４）。ジグ－ロボット座標変換情報は、次の（５）式で示されるジグ－ロボット回転行列Ｒｊｒとジグ－ロボット平行移動行列Ｔｊｒとを示している。

　ジグ－ロボット平行移動行列Ｔｊｒは、次の（６）式により算出される。

　制御装置５３は、カメラ画像－ジグ座標変換情報とジグ－ロボット座標変換情報とに基づいてカメラ画像－ロボット座標変換情報を算出する（ステップＳ１５）。カメラ画像－ロボット座標変換情報は、次の（７）式で示されるカメラ画像－ロボット回転行列Ｒｃｒとカメラ画像－ロボット平行移動行列Ｔｃｒとを示している。

　キャリブレーション装置は、キャリブレーション用ジグ１を用いることにより、搬送装置１１が物体を搬送する搬送速度に無関係に、撮像カメラ２８とロボット本体２６との位置関係を測定することができる。このため、キャリブレーション装置は、搬送装置１１が物体を搬送する搬送速度が変動する場合でも、撮像カメラ２８とロボット本体２６との位置関係を高精度に測定することができる。

　搬送路１６に沿って複数のごみを搬送する動作では、まず、ユーザは、搬送装置１１を操作することにより、搬送装置１１を起動させる。搬送装置１１のベルト駆動部は、搬送装置１１が起動することにより、予め定められた一定の搬送速度で搬送路対向部分１９が搬送方向１８に並進するように、ベルト１５を移動させる。

　ユーザは、さらに、ベルト１５の搬送路対向部分１９のうちの物体供給領域に対向する部分に複数のごみを載置する。複数のごみは、複数の処理対象資源ごみを含んでいる。複数の処理対象資源ごみは、搬送路１６から除去する必要がある資源ごみであり、資源ごみ置き場に移動する必要がある資源ごみである。複数の処理対象資源ごみとしては、予め定められた色（たとえば、茶色）に着色されたガラスから形成されたびんが例示される。搬送路対向部分１９に載置された複数のごみは、ベルト１５が移動することにより、搬送路１６に沿って搬送速度で搬送方向１８に搬送される。搬送路１６に沿って搬送される複数のごみは、撮像領域２１に配置される。撮像領域２１に配置された複数のごみは、搬送路１６に沿ってさらに搬送されることにより、筐体２５の把持領域２２に配置される。把持領域２２に配置された複数のごみは、搬送路１６に沿ってさらに搬送されることにより、把持領域２２の下流側の領域に配置される。

　複数の処理対象資源ごみを搬送路１６から除去する動作は、搬送路１６に沿って複数のごみを搬送する動作が実行される最中に並行して実行される。制御装置５３は、撮像カメラ２８を制御することにより、撮像領域２１に配置される複数のごみが写るごみ選別用画像を撮像する。制御装置５３は、ごみ選別用画像が撮像された撮像時刻に対応付けて、ごみ選別用画像を記憶装置５４に記録する。制御装置５３は、ごみ選別用画像を画像処理することにより、ごみ選別用画像に写る複数のごみから複数の処理対象資源ごみを選択し、複数の処理対象資源ごみの位置を算出し、複数の選別データを作成する。複数の選別データは、ごみ選別用画像に写る複数のごみのうちの複数の処理対象資源ごみに対応している。複数の選別データのうちのある処理対象資源ごみに対応する選別データは、撮像時刻と重心座標とを示している。撮像時刻は、ごみ選別用画像が撮像された時刻を示している。重心座標は、その処理対象資源ごみの重心が撮像時刻に配置される重心位置のカメラ画像座標系における座標を示している。

　制御装置５３は、さらに、複数の選別データとカメラ画像－ロボット座標変換情報とに基づいて、複数の処理対象資源ごみに対応する複数の制御データを算出する。複数の制御データのうちのある処理対象資源ごみに対応する制御データは、把持タイミングと把持座標とを示している。把持タイミングは、その処理対象資源ごみが把持領域２２を通過するタイミングを示している。把持座標は、把持タイミングにその処理対象資源ごみの重心が配置される位置のロボット座標系における座標を示している。制御装置５３は、複数の制御データに基づいてロボット２４を制御することにより、把持タイミングに把持座標に配置される処理対象資源ごみを把持タイミングに把持して搬送路１６から除去し、処理対象資源ごみを資源ごみ置き場に移動させる。

　資源ごみ自動分別装置１０は、キャリブレーション装置により撮像カメラ２８とロボット本体２６との位置関係が高精度に測定されていることにより、カメラ画像－ロボット座標変換情報に基づいて把持位置を適切に算出することができる。資源ごみ自動分別装置１０は、把持位置が適切に算出されることにより、処理対象資源ごみを適切に把持することができ、処理対象資源ごみを適切に搬送路１６から除去することができる。

［実施例のキャリブレーション装置の効果］
　実施例のキャリブレーション装置は、第１部材２と第２部材３とマーカ４１とマーカ取付部材４２とを備えている。第１部材２は、搬送路１６のうちの撮像カメラ２８に撮像される撮像領域２１に配置される。第２部材３は、第１部材２に固定されている。マーカ４１は、第２部材３に印をつける。マーカ取付部材４２は、搬送路１６に沿って搬送される物体を搬送路１６のうちの撮像領域２１と異なる把持領域２２で把持する把持部５１が支持される第２支持部材３４にマーカ４１を取り付ける。

　この場合、実施例のキャリブレーション装置は、搬送されていないキャリブレーション用ジグ１を用いていることにより、搬送装置１１が物体を搬送する搬送速度に無関係に、撮像カメラ２８とロボット本体２６との位置関係を測定することができる。このため、キャリブレーション装置は、搬送装置１１が物体を搬送する搬送速度が変動する場合でも、撮像カメラ２８とロボット本体２６との位置関係を高精度に測定することができる。資源ごみ自動分別装置１０は、撮像カメラ２８とロボット本体２６との位置関係が高精度に測定されることにより、処理対象資源ごみを把持する把持位置を適切に算出することができ、処理対象資源ごみを搬送路１６から適切に除去することができる。

　また、実施例のキャリブレーション装置は、位置関係計算部５６をさらに備えている。位置関係計算部５６は、第１部材２が写るパターンチャート画像が撮像されるように撮像カメラ２８を制御し、撮像領域２１に対して第１部材２が配置される第１相対位置をパターンチャート画像に基づいて算出する。位置関係計算部５６は、さらに、第２部材３に第１印が付くように、第２支持部材３４を移動させるＸ軸Ｙ軸アクチュエータ３３とＺ軸アクチュエータ３５とを制御する。位置関係計算部５６は、さらに、第２部材３のうちの第１印がつけられた印位置に基づいて、第１部材２に対して把持部５１が配置される第２相対位置を算出する。位置関係計算部５６は、さらに、撮像領域２１に対して把持部５１が配置される第３相対位置を第１相対位置と第２相対位置とに基づいて算出する。実施例のキャリブレーション装置は、ユーザが撮像カメラ２８とＸ軸Ｙ軸アクチュエータ３３とＺ軸アクチュエータ３５とを操作したり、相対位置を算出したりする必要がなく、ユーザの作業を低減することができ、ヒューマンエラーを低減することができる。

　ところで、既述の実施例のキャリブレーション装置では、制御装置５３が、撮像カメラ２８とＸ軸Ｙ軸アクチュエータ３３とＺ軸アクチュエータ３５とを制御し、相対位置を算出しているが、ユーザが実行してもよい。この場合でも、実施例のキャリブレーション装置は、搬送されていないキャリブレーション用ジグ１を用いていることにより、撮像カメラ２８とロボット本体２６との位置関係を高精度に測定することができる。

　また、実施例のキャリブレーション装置の位置関係計算部５６は、撮像領域２１に第２部材３が配置されたときに、第２部材３が写る刻みチャート画像が撮像されるように、撮像カメラ２８を制御し、刻みチャート画像に基づいて印位置を算出する。この場合、実施例のキャリブレーション装置は、印の位置をユーザが測定する必要がなく、ユーザの作業を低減することができ、ヒューマンエラーを低減することができる。

　ところで、既述の実施例のキャリブレーション装置では、刻みチャート画像を用いて印の位置を算出しているが、ユーザが印の位置を測定してもよい。この場合でも、実施例のキャリブレーション装置は、搬送されていないキャリブレーション用ジグ１を用いていることにより、撮像カメラ２８とロボット本体２６との位置関係を高精度に測定することができる。

　また、実施例のキャリブレーション装置の位置関係計算部５６は、第２部材３のうちの印位置と異なる他の印位置に第２印が付くように、Ｘ軸Ｙ軸アクチュエータ３３とＺ軸アクチュエータ３５とを制御する。位置関係計算部５６は、第１印が付いたときから第２印が付いたときに第２支持部材３４が移動する方向を刻みチャート画像に基づいて算出する。この場合、実施例のキャリブレーション装置は、刻みチャート画像に複数の印をつけることにより、把持部５１が配置される複数の位置の撮像カメラ２８に対する相対位置を算出することができる。資源ごみ自動分別装置１０は、把持部５１が配置される複数の位置の撮像カメラ２８に対する相対位置が算出されることにより、把持領域２２のうちの複数の位置で処理対象資源ごみを適切に把持することができる。

　ところで、既述の実施例のキャリブレーション装置では、刻みチャート７に付けられた複数の印に基づいて相対位置が算出されているが、刻みチャート７に付けられた１つの印の位置に基づいて相対位置が算出されてもよい。この場合でも、実施例のキャリブレーション装置は、搬送されていないキャリブレーション用ジグ１を用いていることにより、撮像カメラ２８とロボット本体２６との位置関係を高精度に測定することができる。

　ところで、既述の実施例のキャリブレーション装置では、キャリブレーション用ジグ１を搬送方向１８の反対方向に並進させることにより、第２部材３を撮像領域２１に配置させているが、他の向きで第２部材３を撮像領域２１に配置させてもよい。図１３は、第２部材３が撮像領域２１に他の向きで配置されるキャリブレーション用ジグ１を示す平面図である。キャリブレーション用ジグ１は、第２部材３が撮像領域２１に適切に配置され、かつ、第１部材２が第２部材３より搬送方向１８の下流側に配置されるように、配置されている。このとき、制御装置５３は、矢印８を写す像が刻みチャート画像に写し出される位置または向きにさらに基づいて複数の印座標を算出する。たとえば、制御装置５３は、矢印８の位置または向きに基づいて刻みチャート画像に写る複数のＸ軸方向直線と複数のＹ軸方向直線とを特定し、複数のＸ軸方向直線と複数のＹ軸方向直線とに基づいて複数の印座標を算出する。キャリブレーション装置は、このように向きに無頓着に第２部材３が撮像領域２１に配置された場合でも、刻みチャート画像に写る矢印８の向きに基づいて第２部材３の向きを判定することができ、印の位置を適切に算出することができる。

　ところで、既述の実施例のキャリブレーション装置の第２部材３には、矢印８が付けられているが、矢印８が省略されてもよい。制御装置５３は、矢印８が省略された場合に、たとえば、刻みチャート画像に写るフレーム５の位置または向きに基づいて刻みチャート画像に写る複数のＸ軸方向直線と複数のＹ軸方向直線とを特定することができる。

　ところで、既述の実施例のキャリブレーション装置のキャリブレーション用ジグ１は、フレーム５を介して第１部材２と第２部材３とが互いに固定されているが、フレーム５が省略されてもよい。キャリブレーション用ジグ１は、フレーム５が省略されたときに、第１部材２と第２部材３とが直接に接合されたり、第１部材２と第２部材３とが一体の部材で形成されたりすることにより、形成される。キャリブレーション装置は、フレーム５が省略されたキャリブレーション用ジグを、既述のキャリブレーション用ジグ１と同様に用いることにより、把持部５１の撮像カメラ２８に対する相対位置を高精度に算出することができる。

　ところで、既述の実施例のキャリブレーション装置は、位置関係計算部５６を実現するコンピュータが、選別部５７とロボット制御部５８とを実現するコンピュータと同一であるが、異なっていてもよい。キャリブレーション装置は、位置関係計算部５６を実現するコンピュータが、選別部５７とロボット制御部５８とを実現するコンピュータと異なる場合でも、同様に、把持部５１の撮像カメラ２８に対する相対位置を高精度に算出することができる。

　以上、実施例を説明したが、前述した内容により実施例が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、実施例の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。

　１　：キャリブレーション用ジグ
　２　：第１部材
　３　：第２部材
　６　：パターンチャート
　７　：刻みチャート
　８　：矢印
　１０：資源ごみ自動分別装置
　１１：搬送装置
　１２：物体処理装置
　１６：搬送路
　１８：搬送方向
　２１：撮像領域
　２２：把持領域
　２８：撮像カメラ
　３３：Ｘ軸Ｙ軸アクチュエータ
　３４：第２支持部材
　３５：Ｚ軸アクチュエータ
　４１：マーカ
　４２：マーカ取付部材
　５１：把持部
　５６：位置関係計算部

Claims

　搬送路のうちのカメラに撮像される撮像領域に配置される第１部材と、
　前記第１部材に固定される第２部材と、
　前記第２部材に印をつけるマーカと、
　前記搬送路に沿って搬送される物体を前記搬送路のうちの前記撮像領域と異なる把持領域で把持する把持部が支持される支持部材に前記マーカを取り付ける取付部材と、
　前記撮像領域と前記把持部との位置関係を算出する位置関係計算部
　とを備えるキャリブレーション装置。
　前記位置関係計算部は、
　前記第１部材が写る第１画像が撮像されるように前記カメラを制御し、
　前記撮像領域に対して前記第１部材が配置される第１相対位置を前記第１画像に基づいて算出し、
　前記第２部材に第１印が付くように、前記支持部材を移動させるアクチュエータを制御し、
　前記第２部材のうちの前記第１印がつけられた印位置に基づいて、前記第１部材に対して前記把持部が配置される第２相対位置を算出し、
　前記撮像領域に対して前記把持部が配置される第３相対位置を前記第１相対位置と前記第２相対位置とに基づいて算出する
　請求項１に記載のキャリブレーション装置。
　前記位置関係計算部は、
　前記撮像領域に前記第２部材が配置されたときに、前記第２部材が写る第２画像が撮像されるように、前記カメラを制御し、
　前記第２画像に基づいて前記印位置を算出する
　請求項２に記載のキャリブレーション装置。
　前記第２部材には、前記第２部材の向きを示す印がつけられている
　請求項３に記載のキャリブレーション装置。
　前記位置関係計算部は、
　前記第２部材のうちの前記印位置と異なる他の印位置に第２印が付くように、前記アクチュエータを制御し、
　前記第１印が付いたときから前記第２印が付いたときに前記支持部材が移動する方向を前記第２画像に基づいて算出する
　請求項３に記載のキャリブレーション装置。