特許 6059890 姿勢検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6059890

(24)【登録日】2016年12月16日

(45)【発行日】2017年1月11日

(54)【発明の名称】姿勢検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/30 20060101AFI20161226BHJP

【ＦＩ】

   G01B7/30 Z

【請求項の数】3

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-120215(P2012-120215)

(22)【出願日】2012年5月25日

(65)【公開番号】特開2013-246058(P2013-246058A)

(43)【公開日】2013年12月9日

【審査請求日】2015年5月19日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 電気工学科２０１１年卒業研究概要集（２０１２年１月３１日）、ｐ．５７−６０に発表

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(73)【特許権者】

【識別番号】599016431

【氏名又は名称】学校法人 芝浦工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(72)【発明者】

【氏名】藤井 正和

(72)【発明者】

【氏名】村上 弘記

(72)【発明者】

【氏名】吉見 卓

(72)【発明者】

【氏名】金澤 鷹尭

(72)【発明者】

【氏名】河浪 将大

【審査官】 梶田 真也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−０１４１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２４１２６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２１９３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０３９６７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１６５２９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ７／００ − ７／３４

Ｇ０１Ｃ １／００ − １／１４

Ｇ０１Ｃ ５／００ − １１／３４

Ｇ０１Ｃ １３／００ − １５／１４

Ｇ０１Ｓ ７／００ − ７／４２

Ｇ０１Ｓ １３／００ − １３／９５

Ｇ０６Ｋ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検出物体に設置されると共に各々が固有情報を有する複数のＲＦＩＤタグと、
前記ＲＦＩＤタグからの信号を受信すると共に検出面となる平面上において縦横に複数配列される複数のアンテナを有する検出装置と、
前記ＲＦＩＤタグからの信号を受信した前記アンテナの位置情報に基づいて前記被検出物体の姿勢を求める算出手段と
を備え、
前記アンテナが基板の表面に形成されたアンテナパターンからなり、
前記基板は、前記アンテナパターンが形成される表面が前記検出面に対して交差する姿勢で設置されている
ことを特徴とする姿勢検出装置。

【請求項2】

前記検出装置は、
前記アンテナ同士の間に配置されると共に前記アンテナ同士の磁束干渉を防止する遮蔽板を備えることを特徴とする請求項１記載の姿勢検出装置。

【請求項3】

安定姿勢の被検出物体の下面に対して２つ以上のＲＦＩＤタグが設置されていることを特徴とする請求項１または２記載の姿勢検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、姿勢検出装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、環境及び作業情報構造化の技術を用いて、仕上げ作業に必要な情報を工具と加工対象とに分散配置し、その情報から動作プログラムを自動生成することで作業を行うロボットシステムが提案されている。その際、仕上げロボットが収納トレー内の加工対象を把持して仕上げ作業を行うためには、加工対象の位置及び姿勢情報の取得を行う必要がある。

【0003】

一般的には、ロボットによって物体を把持する場合、カメラやレーザセンサ等によって物体の位置や姿勢を検出し、検出した物体の位置及び姿勢情報を取得する。ところが、カメラやレーザセンサを用いる方法では、物体の表面状態や物体に照射される外光の影響によって正確な位置情報が得られず、物体の位置や姿勢の検出精度が落ちたり、物体が検出されなかったりする場合もある。特に、仕上げ作業で用いられる加工対象の多くが金属光沢のある金属製であり、カメラやレーザセンサによる位置及び姿勢情報の取得が容易ではない。

【0004】

そこで、特許文献１には、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグを用いて物体の位置及び姿勢情報を取得する方法が提案されている。この特許文献１では、座標情報（物体の局所座標）や操作部位の位置（把持場所）等が記録されたＲＦＩＤタグと、物体の姿勢に応じて見え方が変わる微小な識別マークとを物体に設置している。このように物体に設置されたＲＦＩＤタグをロボットのハンドに設置された検出器で検出して物体の位置（物体の局所座標系の原点）を取得し、さらにレーザセンサ等で識別マークを検出してその見え方から物体の姿勢を求めている。そして、得られた物体の位置や姿勢をロボットの座標系に変換することで、ロボットに対する物体の位置及び姿勢情報を取得している。

【0005】

また、特許文献２には、円筒状の物体の外壁面の全周に亘って幅のある二次元バーコード等の識別マークを設け、この識別マークを検出することで物体の位相を検出し、この位相すなわち姿勢に基づいてロボットによって物体を把持する方法が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００４−９００９９号公報

【特許文献2】特開平５−３１９４１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述のように、カメラを用いた物体の位置や姿勢の検出は、照明の状態等の周囲の環境状態に影響を受けやすく、特に、照明光の届き難い物体の奥行き方向の位置や傾きについては検出精度が悪く、検出そのものに失敗することがある。また、レーザセンサを用いた物体の位置や姿勢の検出は、周囲の環境状態に影響は受け難いものの、物体がレーザ光を反射する金属材等からなるような場合には迷光等が生じることから用いることができない。また、レーザセンサを用いた方法では、物体の全域にレーザ光を照射し、その戻り光から物体の形状を求めてから、物体の姿勢を算出することになるため、演算が複雑となり、姿勢を算出するまでに時間を要することがある。

【0008】

特許文献１の方法では、ＲＦＩＤタグを用いることで物体の大まかな位置や姿勢を知ることができるため、識別マークを用いた位置や姿勢の検出するときの検出範囲を限定することができる。しかしながら、特許文献１の方法では、ＲＦＩＤタグを用いた大まかな位置や姿勢の検出と、識別マークを用いたレーザセンサによる位置や姿勢の検出との２段階の検出が必要となり、装置及び制御が複雑化し、最終的に位置や姿勢を検出するまでの時間が長くなる。このような特許文献１の方法は、ＲＦＩＤタグの周辺に位置及び姿勢計測を容易にするために、画像処理を補助する識別マークを貼っていることが特徴であり、必ず識別マークを必要とするものである。

【0009】

特許文献２の方法は、物体の外周面の全周に亘って識別マークを設け、物体を転がしながら移動させるときの位相を姿勢として検出するものであることから、物体の形状が限定される。また、特許文献２の方法は、物体が配置される位置が限定されており、また物体の移動方向は１方向のみに限定されている。

【0010】

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、姿勢検出装置において、被検出物体の形状に寄らず、簡易な構成でかつ正確に被検出物体の姿勢を検出可能とすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

【0012】

第１の発明は、姿勢検出装置であって、被検出物体に設置されると共に各々が固有情報を有する複数のＲＦＩＤタグと、前記ＲＦＩＤタグからの信号を受信すると共に検出面となる平面に沿って縦横に複数配列される複数のアンテナを有する検出装置と、前記ＲＦＩＤタグからの信号を受信した前記アンテナの位置情報に基づいて前記被検出物体の姿勢を求める算出手段とを備えるという構成を採用する。

【0013】

第２の発明は、上記第１の発明において、上記検出装置が、上記アンテナ同士の間に配置されると共に上記アンテナ同士の磁束干渉を防止する遮蔽板を備えるという構成を採用する。

【0014】

第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記アンテナが基板の表面に形成されたアンテナパターンからなり、上記基板が、上記アンテナパターンが形成される表面が上記検出面に対して交差する姿勢で設置されているという構成を採用する。

【0015】

第４の発明は、上記第１〜第３いずれかの発明において、安定姿勢の被検出物体の下面に対して２つ以上のＲＦＩＤタグが設置されているという構成を採用する。

【発明の効果】

【0016】

本発明においては、検出装置が、検出面となる平面に沿って縦横に複数配列されたアンテナを有している。１つのアンテナのＲＦＩＤタグの読み取り範囲は限られているため、このような本発明では、被検出物体が検出面に対向配置されたときに、ＲＦＩＤタグが存在する範囲に位置するアンテナのみでＲＦＩＤタグから信号を受信する。このため、本発明では、ＲＦＩＤタグが存在する位置を特定することができる。さらに、ＲＦＩＤタグが固有情報を有していることから、本発明によれば、ＲＦＩＤタグから受信した信号に基づいて、どのＲＦＩＤタグがどの位置に存在するかを特定することができる。

【0017】

また、本発明においては、上述のようにＲＦＩＤタグからの信号を受信したアンテナの位置情報（すなわちＲＦＩＤタグの存在位置）から、算出手段によって、上記位置情報に基づいて被検出物体の姿勢を求める。よって、本発明によれば、被検出物体の姿勢を知ることが可能となる。

【0018】

このような本発明によれば、カメラやレーザセンサを用いることなく被検出物体の姿勢を知ることができる。また、カメラのように照明状態等の周囲の環境が検出精度に影響を与えることがなく、また金属材からなる物体であってもＲＦＩＤタグからの信号をアンテナにて受信することができる。したがって、常に正確な被検出物体の姿勢を容易に求めることができる。また、本発明によれば、特許文献１のように２段階の検出を行う必要がなくなり、装置及び制御が簡単になり、短時間にて被検出物体の姿勢を検出することができる。また、本発明によれば、被検出物体に対しては、複数のＲＦＩＤタグを設置するのみで被検出物体の姿勢を求めることができる。したがって、被検出物体がどのような形状であっても、被検出物体の姿勢を容易に検出することができる。以上のように、本発明によれば、被検出物体の形状に寄らず、簡易な構成でかつ正確に被検出物体の姿勢を検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係る姿勢検出装置の概略構成を模式的に示した全体図であり、（ａ）が平面図であり、（ｂ）がブロック図である。

【図2】（ａ）が本発明の一実施形態に係る姿勢検出装置がアンテナ基板の模式図であり、（ｂ）が本発明の一実施形態の姿勢検出装置が備えるアンテナの読み取り範囲を示す模式図である。

【図3】（ａ）が本発明の一実施形態に係る姿勢検出装置によって姿勢が検出される金属部品の下面図であり、（ｂ）が本発明の一実施形態に係る姿勢検出装置による金属部品の姿勢検出方法について説明する説明図である。

【図4】（ａ）が本発明の一実施形態に係る姿勢検出装置が備えるタグリーダの変形例を示す模式図であり、（ｂ）が本発明の一実施形態に係る姿勢検出装置の変形例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

まず、本実施形態の姿勢検出装置の考え方について説明する。以下に説明する姿勢検出装置は、ロボットによって金属部品の仕上げ作業を行うに当たり、当該金属部品の位置及び姿勢を検出し、金属部品の座標をロボットの座標に変換する用途に用いられることを想定する。このため、本発明のＲＦＩＤタグとして、金属用のＲＦＩＤタグを使用することとした。金属用のＲＦＩＤタグは金属に貼り付けていても読み取り可能であるが、通常のタグと比べ読み取り範囲が１０分の１程度になる。この特性を逆に利用して金属部品の位置及び姿勢の検出分解能を高めるようにしている。

【0021】

また、近い範囲に存在するＲＦＩＤタグを読み取る為に近接型のタグリーダを使用する。このタグリーダには、ＲＦＩＤタグとの間で電波（信号や電力）をやり取りするためのアンテナを複数備えているものとする。また、位置情報とともに姿勢情報を取得する為にＲＦＩＤタグを金属部品の両端に各々貼り付ける。金属部品に対するＲＦＩＤタグの貼り付け位置を情報としてこれらのＲＦＩＤタグに記述しておく。そして、給電するアンテナを１枚１枚切り替えながらＲＦＩＤタグの読み取りを行い、読み取りが出来たアンテナの位置とＲＦＩＤタグに記載された情報より位置及び姿勢情報を取得する。

【0022】

ここで、金属部品の姿勢情報を取得する方法について説明する。金属部品の両端に貼り付けられたＲＦＩＤタグ間の距離をａとする。距離ａは貼り付けたＲＦＩＤタグに情報として記述しておき、アンテナでＲＦＩＤタグを読み取るときに情報として取得し、姿勢の計算に利用する。例えば、直交座標系におけるＲＦＩＤタグ同士のＸ軸方向の距離をｂ、Ｙ軸方向の距離をｃとすると、パラメータａ，ｂ，ｃより、下式（１）あるいは（２）を用いて金属部品のＸ軸に対する傾きθが求まる。なお、式（１）と式（２）のいずれからも傾きθを求めることができる。ただし、誤差を減らすために、距離ｂと距離ｃとのうち、値が大きくなった方をパラメータとする式を用いることが好ましい。

【0023】

【数1】

【0024】

【数2】

【0025】

姿勢検出装置では、タグリーダにおいてマトリクス状にアンテナを並べ、電波を透過可能な材料で形成されたトレーに金属部品を入れてタグリーダ上に載置し、金属部品に貼り付けられたＲＦＩＤタグを検出したアンテナの位置情報に基づいて金属部品の位置及び姿勢情報の取得を行う。

【0026】

このような姿勢検出装置では、ＲＦＩＤタグに対するアンテナの読み取り範囲を重ね、１枚のＲＦＩＤタグを複数のアンテナで読み取ることで、位置検出の精度を上げることが考えられる。ただし、ＲＦＩＤタグをこのように並べると、アンテナの種類によっては、読み取り範囲が重なる部分でＲＦＩＤタグの読み取りができないことがある。たとえば、使用するアンテナの読み取り範囲が１５ｍｍ×３０ｍｍである場合には、１５ｍｍ以上の誤差が出てしまう可能性がある。

【0027】

そこで、ＲＦＩＤタグに対してアンテナを平行ではなく、垂直に配置することによってＲＦＩＤタグに対する読み取り範囲を狭くすることが考えられる。これによって１つのアンテナの読み取り範囲を狭くなり、読み取り範囲が重ならないようにアンテナを密に配列することができる。しかし、この方法では、アンテナ間の距離が縮まるため、アンテナ同士で磁束干渉し読み取りが行えない場合がある。そこで、磁束干渉を防ぐため、アンテナ間に遮蔽板を挟むことが考えられる。遮蔽板を挟むことにより、アンテナの磁束を遮蔽板が吸収するため、隣のアンテナとの磁束干渉を防ぐ事が出来る。

【0028】

このような姿勢検出装置に対する評価実験を行った。本実験では、溝のあるアクリル板のレールに遮蔽板を固定し、遮蔽板の一方側の面にアンテナを貼り付けるようにアンテナが形成された基板を配置したこと。また、遮蔽板として１ｍｍと３ｍｍのアルミニウム板を用いた。また、１ｍｍの遮蔽板を用いたときのアンテナから対向する遮蔽板までの距離は５ｍｍであり、３ｍｍの遮蔽板を用いたときのアンテナから対向する遮蔽板までの距離は３ｍｍである。なお、本実験では、トレーを用いずに金属部品を直接タグリーダ上に置き、読み取りを行った。また、金属部品をアンテナ上に置き、金属部品を１ｍｍずつずらし、その際に読み取りを行うことができる範囲を調べた。

【0029】

本実験では、３ｍｍの遮蔽板を用いたときには、ＲＦＩＤタグの読み取りを行うことができなかった。これは、アンテナ上ではＲＦＩＤタグに対して磁束が平行に発生しているため、十分に磁束が鎖交しなかったと考えられる。また、１ｍｍの遮蔽板を用いたときには、上方から見て、アンテナが形成された基板の裏面とアルミ板とのごく薄い領域にてＲＦＩＤタグの検出ができなかったが、遮蔽板と遮蔽板とに挟まれた領域においてＲＦＩＤタグを検出することができた。アンテナの種類や他の条件によっては必ずしも３ｍｍ以上の遮蔽板を用いたときにＲＦＩＤタグの読み取りを行うことができないとまでは言えないが、遮蔽板が薄い方が読み取り精度が高いことが分かる。

【0030】

続いて、図面を参照して、本発明に係る姿勢検出装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

【0031】

図１は、本実施形態の姿勢検出装置１の概略構成を模式的に示した全体図であり、（ａ）が平面図であり、（ｂ）がブロック図である。これらの図に示すように、本実施形態の姿勢検出装置１は、タグリーダ２（検出装置）と、位置姿勢算出装置３（算出手段）と、ＩＤタグ４（ＲＦＩＤタグ）と、ＩＤタグ５（ＲＦＩＤタグ）とを備えている。

【0032】

タグリーダ２は、図１（ａ）に示すように、基台２ａと、複数のアンテナ基板２ｂとを備えている。基台２ａは、アンテナ基板２ｂを支持するための台である。アンテナ基板２ｂは、図２（ａ）に示すように、基板２ｂ１と、当該基板２ｂ１の表面に形成されたアンテナパターン２ｂ２（アンテナ）とから構成されている。このようなアンテナ基板２ｂは、基台２ａの上面にアンテナを上方に向けた状態で固定されている。これによって、タグリーダ２の上面がＩＤタグ４及びＩＤタグ５から電波を受信するための検出面とされている。

【0033】

本実施形態においては、２５個のアンテナ基板２ｂが、水平面（Ｘ−Ｙ平面）に沿って縦横に複数配列されている。なお、以下の説明において、水平な軸をＸ軸及びＹ軸とし、垂直な軸をＺ軸とする。そして、アンテナ基板２ｂは、図１（ａ）に示すように、Ｘ方向に５個並び、これを１列としてＹ方向に５列並んで配置されている。なお、図１（ａ）に示すように、最も＋Ｙ側で−Ｘ側に配置されたアンテナ基板２ｂが備えるアンテナをアンテナａとし、当該アンテナａからＸ方向に向けて配列順にアンテナｂ、アンテナｃ、アンテナｄ、アンテナｅとし、列を変えながら配列順にアンテナｆ〜ｙとする。これらのアンテナａ〜ｙは、位置姿勢算出装置３に対して電気的に接続されており、ＩＤタグ４あるいはＩＤタグ５から読み取った情報を位置姿勢算出装置３に向けて出力する。

【0034】

図２（ｂ）は、アンテナａ〜ｙの読み取り範囲を模式的に示した図である。この図に示すように、アンテナａ〜ｙは、アンテナ同士の間に読み取り範囲が重なる領域が存在する間隔で配列されている。この読み取り範囲が重なる領域では、２つあるいは４つのアンテナが、ＩＤタグ（ＩＤタグ４あるいはＩＤタグ５）と電波の送受信が可能となっている。

【0035】

図１に戻り、位置姿勢算出装置３は、例えばコンピュータから構成されており、予め記憶するプログラム、アンテナａ〜ｙで取得した情報、予め記憶するアンテナａ〜ｙの位置情報等に基づいて、金属部品Ｘの位置及び姿勢情報を算出する。この位置姿勢算出装置は、予めアンテナａ〜ｙの位置（ＸＹ座標値）を記憶している。そして、位置姿勢算出装置３は、ＩＤタグ４及びＩＤタグ５の位置情報等から金属部品Ｘの姿勢を算出する。なお、本実施形態における金属部品Ｘの姿勢算出方法については、後に説明する。

【0036】

ＩＤタグ４及びＩＤタグ５は、固有情報を有するＩＣチップからなり、タグリーダ２からの電波（信号）を受信して動作するパッシブタグである。なお、本実施形態においては、ＩＤタグ４及びＩＤタグ５がパッシブタグである構成について説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＩＤタグ（ＲＦＩＤタグ）として、電池を内蔵したアクティブタグやセミアクティブタグを用いることもできる。また、ＩＤタグ４及びＩＤタグ５とタグリーダ２との信号の伝達方式は、電磁誘導方式であっても電波方式であっても良い。

【0037】

図３（ａ）は、金属部品Ｘの下面図である。この図に示すように、ＩＤタグ４とＩＤタグ５とは、安定姿勢とされる金属部品Ｘの下面Ｘ１に対して設置されている。ＩＤタグ４は、長尺状の金属部品Ｘの一方の端部に設置されており、ＩＤタグ５は、同じ金属部品Ｘのもう一方の端部に設置されている。すなわち、ＩＤタグ４とＩＤタグ５とは、金属部品Ｘの長手方向に配列され、できる限り互いの距離が長くなるように配置されている。なお、金属部品Ｘの安定姿勢とは、金属部品Ｘがタグリーダ２上に載置されるときに、最も安定する姿勢であり、例えば最も広い面を下面とする姿勢であったり、最も重心が下となる姿勢であったりする。

【0038】

図１（ｂ）に示すように、ＩＤタグ４は、個体情報である固有番号と、ＩＤタグ４からＩＤタグ５までの距離ａと、金属部品Ｘの操作部位の位置座標（操作部位ｗｘと操作部位ｘｙ）とを固有情報として記憶している。なお、金属部品Ｘの操作部位の位置座標とは、図３（ａ）に示すように、金属部品Ｘの形状を規定する部品座標系における操作部位の位置を示す座標である。操作部位とは、ロボットによって把持される部位である。また、本実施形態においては、部品座標系は、ＩＤタグ４が設置される位置を原点とし、金属部品Ｘの長手方向をＸ軸方向とし、金属部品Ｘの短手方向をＹ方向する直交座標系とされている。そして、金属部品Ｘの操作部位の位置座標は、部品座標系における操作部位のＸ軸方向での位置を示す座標ｗｘと、部品座標系における操作部位のＹ軸方向での位置を示す座標ｗｙとして、ＩＤタグ４に記憶されている。また、ＩＤタグ５は、個体情報である固有番号を記憶している。

【0039】

次に、本実施形態の姿勢検出装置１による金属部品Ｘの姿勢検出方法について説明する。なお、ここでは、図１（ａ）に示すように、ＩＤタグ４がアンテナｉのみの読み取り範囲に位置し、ＩＤタグ５がアンテナｑとアンテナｖとの間（アンテナｑの読み取り範囲とアンテナｖの読み取り範囲とが重なる領域）に位置した状態で金属部品Ｘがタグリーダ２に載置されているものとする。

【0040】

まず位置姿勢算出装置３は、アンテナｉからＩＤタグ４の固有番号と、ＩＤタグ４とＩＤタグ５との距離ａと、操作部位ｗｘと、操作部位ｗｙとを取得し、これらの情報をアンテナｉで取得した情報として記憶する。また、位置姿勢算出装置３は、アンテナｑ，ｖからＩＤタグ５の固有番号を取得し、アンテナｑ，ｖで取得した情報として記憶する。

【0041】

続いて、位置姿勢算出装置３は、図１（ｂ）に示すように、操作部位ｗｘと、操作部位ｗｙと、距離ａと、ＩＤタグ４の位置と、ＩＤタグ５の位置とからなる、姿勢算出用データ群Ｄを作成する。操作部位ｗｘと、操作部位ｗｙと、距離ａとは、アンテナｂで取得した情報に含まれる情報を移動させて姿勢算出用データ群Ｄに含める。ＩＤタグ４の位置は、ＩＤタグ４のＸ軸方向の位置と、Ｙ軸方向の位置とからなるデータである。ここで、ＩＤタグ４のＸ軸方向の位置及びＹ軸方向の位置は、アンテナｉの座標であるｘ１，ｙ１とする。ＩＤタグ５の位置は、ＩＤタグ５のＸ軸方向の位置と、Ｙ軸方向の位置とからなるデータである。ここで、ＩＤタグ５のＸ軸方向の位置は、アンテナｑのＸ軸方向の座標とアンテナｖのＸ軸方向の座標とを平均することによって得られるｘ２とする。また、ＩＤタグ５のＹ軸方向の位置は、アンテナｑのＹ軸方向の座標とアンテナｖのＹ軸方向の座標とを平均することによって得られるｙ２とする。

【0042】

続いて、位置姿勢算出装置３は、姿勢算出用データ群Ｄから金属部品Ｘの姿勢を算出する。ＩＤタグ４のＸ軸方向の位置ｘ１とＩＤタグ５のＸ軸方向の位置ｘ２との差分の絶対値を、Ｘ軸方向におけるＩＤタグ４とＩＤタグ５との距離ｂ（図３（ｂ）参照）とし、ＩＤタグ４のＹ軸方向の位置ｙ１とＩＤタグ５のＹ軸方向の位置ｙ２との差分の絶対値を、Ｙ軸方向におけるＩＤタグ４とＩＤタグ５との距離ｃ（図３（ｂ）参照）とする。ここで、位置姿勢算出装置３は、距離ｂと距離ｃとのうち長い方を選択し、選択した距離をパラメータとする演算式（上述の式（１）あるいは式（２））に選択した距離と、さらに距離ａを代入することによって、金属部品Ｘの姿勢（傾きθ）を算出する。

【0043】

そして、位置姿勢算出装置３は、求められた金属部品Ｘの姿勢から、操作部位ｗｘと操作部位ｗｙとを、ロボットの座標系で表される座標に変換する。例えば、ロボットの座標系が、本実施形態のＸ軸とＹ軸とからなる座標系である場合には、Ｘ軸に対する傾きθから、下式（３）に基づいて、操作部位の座標（ｗｘ，ｗｙ）をロボットの座標（Ｗｘ，Ｗｙ）に変換することができる。

【0044】

【数3】

【0045】

以上、説明したような本実施形態の姿勢検出装置１においては、タグリーダ２がマトリクス状に配列される複数のアンテナａ〜ｙを備え、１つのアンテナａ〜ｙの読み取り範囲は限られているため、このような姿勢検出装置１では、金属部品Ｘがタグリーダ２に載置されたときに、ＩＤタグ４とＩＤタグ５とが存在する範囲に位置するアンテナのみでＩＤタグ４及びＩＤタグ５から信号を受信する。このため、本実施形態の姿勢検出装置１では、アンテナａ〜ｙの位置情報に基づけば、ＩＤタグ４及びＩＤタグ５が存在する位置を特定することができる。さらに、ＩＤタグ４及びＩＤタグ５が固有情報を有していることから、本実施形態の姿勢検出装置１によれば、ＩＤタグ４及びＩＤタグ５から受信した信号に基づいて、どのＩＤタグがどの位置に存在するかを特定することができる。そして、本実施形態の姿勢検出装置１では、このようにして特定したＩＤタグ４とＩＤタグ５との位置情報から金属部品Ｘの姿勢を求める。

【0046】

このような本実施形態の姿勢検出装置１によれば、カメラやスキャナを用いることなく金属部品Ｘの姿勢を検出することができ、また正確な操作部位の座標を得るために複数回に分けての検出を行う必要がない。よって、簡易な構成でかつ正確に金属部品Ｘの姿勢を検出することができる。

【0047】

また、本実施形態の姿勢検出装置１においては、金属部品Ｘに対しては、２つのＩＤタグ４及びＩＤタグ５を設置するのみで金属部品Ｘの姿勢を求めることができる。したがって、金属部品Ｘがどのような形状であっても、金属部品Ｘの姿勢を容易に検出することができる。

【0048】

また、本実施形態の姿勢検出装置１においては、安定姿勢の金属部品Ｘの下面Ｘ１に対して２つのＩＤタグ（ＩＤタグ４及びＩＤタグ５）が設置されている。このため、金属部品Ｘをタグリーダ２に載置したときに、確実にタグリーダ２に複数のＩＤタグを対向させることができる。よって、確実に金属部品Ｘの姿勢を検出することができる。

【0049】

なお、ＩＤタグ５及びＩＤタグ６については、短距離でのみ検出が可能なものを用いることが好ましい。これによって、遠くのアンテナａ〜ｆがＩＤタグ５及びＩＤタグ６を検出することを防止し、ＩＤタグ５及びＩＤタグ６の位置をより正確に得ることが可能となる。ただし、このような場合には、ＩＤタグ５及びＩＤタグ６がアンテナａ〜ｆから遠方に存在したり、アンテナａ〜ｆから見て金属部品Ｘの裏側に存在したりすると、ＩＤタグ５及びＩＤタグ６の検出ができなくなる。このため、上述のように、安定姿勢の金属部品Ｘの下面Ｘ１に対して２つのＩＤタグ５及びＩＤタグ６を設置する等によって、ＩＤタグ５及びＩＤタブ６を設置する位置をアンテナａ〜ｆのいずれかで確実に検出するようにすることが好ましい。

【0050】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

【0051】

例えば、上記実施形態においては、基板２ｂ１上のアンテナパターン２ｂ２が上方に向くように配置されたタグリーダ２を用いる構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、図４（ａ）に示すように、アンテナ基板２ｂを縦置きにしたタグリーダ２Ａを用いても良い。このようなタグリーダ２では、アンテナパターン２ｂ２が形成される基板２ｂ１の表面が検出面に対して交差する姿勢となるように、アンテナ基板２ｂが設置される。これによって、検出面側（図４（ａ）で図示されている側）から見たアンテナの設置領域が狭まり、同側からみたときに磁界範囲が小さくなる。したがって、検出面におけるアンテナの読み取り範囲が小さくなり、より検出の分解能を向上させることができる。

【0052】

また、図４（ａ）に示すように、アンテナ基板２ｂ同士の間（すなわちアンテナ同士の間）に遮蔽板６を設置することが好ましい。この遮蔽板６は、磁束を吸収するアルミニウム等の材料によって形成されており、アンテナ同士の磁束干渉を防止する。アンテナの種類によっては、上記実施形態において示した２つのアンテナの読み取り範囲が重なる領域でＩＤタグの検出ができなくなるものが存在する。このようなアンテナを用いる場合には、上記のように遮蔽板６を設置することによってアンテナ同士の磁束干渉を防止し、読み取り範囲が重なることを防止できる。このため、読み取り範囲が重ならないようにアンテナを密に配置することができる。また、図４（ａ）に示すように、アンテナ基板２ｂを縦置きした場合には、上記実施形態よりも密にアンテナを配置することもできるが、この場合には磁束干渉が生じ易くなる。これに対して、遮蔽板６を設置することによって、磁束干渉が生じることを防ぎつつ、上記実施形態よりも密にアンテナを配置することができる。

【0053】

また、上記実施形態においては、ＩＤタグ４が、ＩＤタグ４からＩＤタグ５までの距離ａと、金属部品Ｘの操作部位の位置座標（操作部位ｗｘと操作部位ｘｙ）とを記憶している構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、図４（ｂ）に示すように、位置姿勢算出装置３が、ＩＤタグ４からＩＤタグ５までの距離ａと、金属部品Ｘの操作部位の位置座標（操作部位ｗｘと操作部位ｘｙ）とを記憶するようにしても良い。

【0054】

また、上記実施形態においては、姿勢を検出する対象が金属部品Ｘである構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、金属以外の材料からなる部品等を姿勢検出の対象とすることも可能である。すなわち、本発明の被検出物体は、材料が限定されるものではない。

【0055】

また、上記実施形態においては、金属部品Ｘの下方にタグリーダ２が配置される構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、タグリーダ２を金属部品Ｘの上方や側方に配置することも可能である。このときには、被検出物体が磁束を通さない金属材からなるときには、被検出物体のタグリーダ２側の面に２つ以上のＩＤタグを設ける必要がある。

【0056】

また、上記実施形態においては、２つのＩＤタグが金属部品Ｘに設置された構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、３つ以上のＩＤタグを金属部品Ｘに設置しても良い。このような場合には、例えば、ＩＤタグの位置からＩＤタグを頂点する多角形状を導き、この多角形状の向きから金属部品Ｘの姿勢を検出しても良い。

【0057】

また、上記実施形態においては、小型の金属部品Ｘの姿勢を検出する構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、大型の部品を被検出物体とし、例えばクレーン等で大型の部品を搬送するときにこの大型の部品の姿勢を検出するために用いることも可能である。このような場合には、数ｃｍ単位での分解能が必要なくなる場合もあり、例えば、ＩＤタグとしてアクティブタグを用いてよりＩＤタグの読み取り可能範囲を拡大させても良い。

【符号の説明】

【0058】

１……姿勢検出装置、２……タグリーダ（検出装置）、２ａ……基台、２Ａ……タグリーダ（検出装置）、２ｂ……アンテナ基板、２ｂ１……基板、２ｂ２……アンテナパターン、３……位置姿勢算出装置（算出装置）、４……ＩＤタグ（ＲＦＩＤタグ）、５……ＩＤタグ（ＲＦＩＤタグ）、６……遮蔽板、Ｘ……金属部品（被検出物体）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】