特開 2022-184269 ロボットビジョンシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022184269

(43)【公開日】2022-12-13

(54)【発明の名称】ロボットビジョンシステム

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/00 20060101AFI20221206BHJP

   B25J 13/08 20060101ALI20221206BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20221206BHJP

【ＦＩ】

G01B11/00 H

B25J13/08 A

G01C3/06 120P

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021092021

(22)【出願日】2021-06-01

(71)【出願人】

【識別番号】000005197

【氏名又は名称】株式会社不二越

(74)【代理人】

【識別番号】100120400

【弁理士】

【氏名又は名称】飛田 高介

(74)【代理人】

【識別番号】100124110

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 大介

(72)【発明者】

【氏名】三本木 將夫

【テーマコード（参考）】

2F065

2F112

3C707

【Ｆターム（参考）】

2F065AA04

2F065AA06

2F065BB05

2F065DD02

2F065FF05

2F065JJ03

2F065LL30

2F065MM06

2F065MM16

2F065PP25

2F065QQ03

2F065QQ21

2F065QQ24

2F065QQ28

2F065QQ29

2F065QQ31

2F065UU05

2F112AC06

2F112BA10

2F112CA04

2F112CA12

2F112DA32

2F112FA03

2F112FA07

2F112FA21

2F112FA35

2F112FA45

3C707AS01

3C707BS10

3C707CY36

3C707KS03

3C707KS04

3C707KS07

3C707KS36

3C707KT01

3C707KT05

3C707KT11

3C707KX06

(57)【要約】

【課題】複数のカメラを用いることなく複数の画像を得ることができ、装置の小型化および装置コストの削減を図ることが可能なロボットビジョンシステムを提供する。
【解決手段】本発明のロボットビジョンシステム１００の構成は、カメラ１０６を有するロボットビジョンシステム１００において、ロボットのハンド軸の回転中心と光軸とを一致させて配置されたカメラ１０６と、カメラ１０６の瞳を半分遮蔽するシャッタ１０８と、カメラを光軸を中心に回転させて撮像した複数の画像から視差情報を算出する視差情報算出部１１６と、視差情報から被写体（ワーク２００）の距離情報を算出する距離情報算出部１１８とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

カメラを有するロボットビジョンシステムにおいて、
ロボットのハンド軸の回転中心と光軸とを一致させて配置されたカメラと、
前記カメラの瞳を半分遮蔽するシャッタと、
前記カメラを光軸を中心に回転させて撮像した複数の画像から視差情報を算出する視差情報算出部と、
前記視差情報から被写体の距離情報を算出する距離情報算出部とを備えたことを特徴とするロボットビジョンシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、カメラを有するロボットビジョンシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、工場等の生産現場において、ロボットアーム等の産業用機械が用いられている。例えば特許文献１には、ロボットとステレオカメラから構成されるロボットシステムが開示されている。特許文献１のステレオカメラは、第１の撮像部および第２の撮像部を有する。そして、ステレオカメラは、第１の撮像部および第２の撮像部から第１の広角画像と第２の広角画像、ならびに第１の望遠画像と第２の望遠画像を同時に取得する。また第１の撮影光学系を構成する広角光学系と望遠光学系とは光軸が一致し、同様に第２の撮影光学系も同様に構成されている。

【0003】

特許文献１の構成によれば、ステレオ画像である２つの広角画像とステレオ画像である２つの望遠画像とを同時に取得することができる。特に２つの望遠画像を取得する際に２つの望遠光学系の光軸上で測定対象物を確実に捕捉することができる。これにより、正確な距離情報に基づいてロボットを駆動させることができるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－１３４７１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１のロボットシステムでは、第１の撮像部および第２の撮像部からなるステレオカメラを用いている。このような構成であると、撮像部およびそれに付随する光学系が複数必要であるため、装置が大型化し、装置コストが増大してしまう。

【0006】

また従来から、ロボットアームにカメラを搭載して、カメラでワークをねらいながらロボットアームを円弧運動させることによって視差画像を得ることも行われている。しかしながらロボットアームを移動させるためには時間がかかる上、ロボットアーム全体を動かすとカメラの位置の精度が向上させづらいという問題がある。

【0007】

本発明は、このような課題に鑑み、複数のカメラを用いることなく複数の画像を得ることができ、装置の小型化および装置コストの削減を図ることが可能なロボットビジョンシステムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明のロボットビジョンシステムの代表的な構成は、カメラを有するロボットビジョンシステムにおいて、ハンド軸の回転中心と光軸とを一致させて配置されたカメラと、カメラの瞳を半分遮蔽するシャッタと、カメラを光軸を中心に回転させて撮像した複数の画像から視差情報を算出する視差情報算出部と、視差情報から被写体の距離情報を算出する距離情報算出部とを備えたことを特徴とする。

【0009】

距離情報とは、ハンドからワークまでの距離、ワークの寸法、ワークの位置などの絶対値をいう。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、複数のカメラを用いることなく複数の視差画像を得ることができ、装置の小型化および装置コストの削減を図ることが可能なロボットビジョンシステムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本実施形態にかかるロボットビジョンシステムを説明する概略図である。

【図2】カメラとシャッタを説明する図である。

【図3】本実施形態のロボットビジョンシステムの動作を説明するフローチャートである。

【図4】撮像した画像を例示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に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詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0013】

図１は、本実施形態にかかるロボットビジョンシステム１００を説明する概略図である。本実施形態のロボットビジョンシステム１００では、産業用機械としてロボットアーム１０２、ロボット制御装置１１０、およびワーク２００を撮影するカメラ１０６を含んで構成される。ロボットアーム１０２は、ワーク２００を把持し、かかるワーク２００を所定の位置まで移動する。

【0014】

ロボット制御装置１１０は、アーム移動部１１２を有する。アーム移動部１１２は、ロボットアーム１０２に対して所定の位置への移動を指示する。またロボット制御装置１１０は、回転制御部１１４と、視差情報算出部１１６と、距離情報算出部１１８をさらに備える。

【0015】

図２はカメラとシャッタを説明する図である。カメラ１０６は、ロボットアーム１０２のハンド軸１０４の先端に、ハンド軸１０４の回転中心と光軸とを一致させて配置されている。ハンド軸１０４とは、例えばハンド１０５のようなエンドエフェクタを回転させる軸であり、６軸ロボットであれば６軸（６番目の軸）、５軸ロボットであれば５軸と呼ばれる軸である。したがってハンド軸１０４を回転させると、カメラ１０６は、位置は変わらずに角度を回転させた画像を撮像することができる。

【0016】

カメラ１０６には、カメラ１０６にある図示しない光学系の瞳を半分遮蔽するシャッタ１０８が取り付けられている。瞳とはカメラの光学系の絞りの開口のことを意味していて、シャッタ１０８はカメラの内部の絞りに隣接して設けることが理想的である。ただし、絞りに近い位置であれば光学系の外側（カメラモジュールの外側）であってもよい。なお、シャッタ１０８が絞りからあまり離れると撮像した画像にシャッタ１０８そのものが写り込んでしまうので、シャッタ１０８が写り込まない位置に配置する必要がある。

【0017】

本発明は１つのカメラの光学系の瞳を半分遮蔽することによって視点をずらし、カメラを回転させて複数枚の画像を撮像することにより、視差画像を得るものである。

【0018】

シャッタ１０８によって瞳を遮蔽する位置は、一般的にはシャッタ１０８を移動させることが考えられる。しかしカメラ１０６にそのようなシャッタ機構を設けることは、特別なカメラモジュールを必要としてしまう。そこで本発明においては、ハンド軸１０４を回転させることによって、ワーク２００に対して相対的に遮蔽する位置を切り替える。

【0019】

図３は本実施形態のロボットビジョンシステム１００の動作を説明するフローチャート、図４は撮像した画像を例示する図である。本実施形態のロボットビジョンシステム１００では、まずロボット制御装置１１０は、アーム移動部１１２によってロボットアーム１０２を移動し、ワーク２００が画角に入る所定の位置で撮像する（Ｓ２０２）。

【0020】

このとき、図４（ａ）に示すように、カメラ１０６の瞳の半分がシャッタ１０８によって遮蔽された状態である。ワーク２００は台座２０２の中心に配置されているとする。仮にカメラ１０６にシャッタ１０８を備えていない場合のワーク２００の輪郭を破線で示す。これを、カメラ１０６の瞳１０６ａの左半分をシャッタ１０８によって遮蔽した状態で撮像すると、ワーク２００は右側から見た姿勢２００ａで撮像される。

【0021】

次に回転制御部１１４は、ロボットアーム１０２のハンド軸１０４を１８０度回転させる（Ｓ２０４）。すると、ワーク２００に対してカメラ１０６の瞳がシャッタ１０８によって遮蔽される位置が反転する。そしてロボット制御装置１１０は、カメラ１０６によって画像を撮像する（Ｓ２０６）。

【0022】

図４（ｂ）において、破線で示したワーク２００の輪郭は図４（ａ）と同じである。そしてカメラ１０６の瞳１０６ａの右半分をシャッタ１０８によって遮蔽した状態で撮像することになり、ワーク２００は左側から見た姿勢２００ｂで撮像される。

【0023】

画像を撮影したら、ロボット制御装置１１０は、撮像が所定回数（複数回）行われたかを判断する（Ｓ２０８）。撮像回数が所定回数に満たない場合（Ｓ２０８のＮＯ）、撮像回数が所定回数に達するまでＳ２０４からＳ２０８の処理を繰り返す。例えば、視差画像２枚から距離情報を算出する場合は、Ｓ２０６で１度目の撮像をしているから、所定回数は１回となる。さらに複数の視点（アングル）からの視差画像を得たい場合には、１８０度だけでなく、９０度や６０度などに角度を変えて所定回数撮像する。

【0024】

撮像回数が所定回数行われたら（Ｓ２０８のＹＥＳ）、視差情報算出部１１６は、複数の画像から視差情報を算出する（Ｓ２１０）。そして距離情報算出部１１８は、Ｓ２１２において算出された視差情報から、ワーク２００（被写体）の距離情報（ハンド１０５からワーク２００までの距離、ワーク２００の寸法、ワーク２００の位置などの絶対値）を算出する（Ｓ２１２）。

【0025】

上記説明したように本実施形態のロボットビジョンシステム１００によれば、１つのカメラ１０６を用いて複数の視差画像を得ることができ、ワーク２００の距離情報を算出することができる。したがって、複数のカメラ１０６を用いることなく複数の画像を得ることができ、装置の小型化および装置コストの削減を図ることが可能となる。

【0026】

また本実施形態のロボットビジョンシステム１００では、カメラ１０６に対してシャッタ１０８を取り付け、ハンド軸を回転させて撮像するという変更のみで上述した効果が得られる。したがって、従来のカメラに適用しやすく、カメラの交換を不要とすることが可能となる。

【0027】

またロボットアーム全体を動かして視差画像を得る場合と比べると、ハンド軸を回転させるだけであるため動作が短時間で済み、またカメラの位置精度も飛躍的に高められるという利点を有している。

【0028】

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、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【産業上の利用可能性】

【0029】

本発明は、カメラを有するロボットビジョンシステムとして利用することができる。

【符号の説明】

【0030】

１００…ロボットビジョンシステム、１０２…ロボットアーム、１０６…カメラ、１０６ａ…瞳、１０８…シャッタ、１１０…ロボット制御装置、１１２…アーム移動部、１１４…回転制御部、１１６…視差情報算出部、１１８…距離情報算出部、２００…ワーク、２００ａ…右側から見た姿勢、２００ｂ…左側から見た姿勢、２０２…台座

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】