JPH0192605A - 物体認識装置 - 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】

本発明はロボット等の把持動作に必要な物体の高さの認
識を容易にした物体認識装置に関する。

【従来技術】

従来、ロボット装置において物体を把持する場合、物体
の高さを認識することが必要となっている。その物体の
高さを認識する方法として第７図に示すような光切断法
が知られている。 即ち、スリット光投光器５０からスリット光５１を対象
物体５２に上方から照射し、対象物体５２上に光切断線
５４を作成する。又、対象物体５２の斜め上方に設けら
れたテレビジョンカメラ５３によりこの対象物体５２を
撮像して対象物体５２上に形成された光切断線５４を抽
出する。そして、スリット光投光器５０をスライドさせ
、光切断線５４を対象物体５２上で順次走査して、各光
切断線５４を抽出することにより、対象物体５２の高さ
方向の輪郭を順次得ることができる。

【発明が解決しようとする問題点】

しかし、上記方法は対象物体５２に投光されたスリット
光５１を走査しながら対象物体５２を撮像し、得られた
画像信号から対象物体５２の高さを求めるという操作を
行うために、対象物体５２の高さを測定するのに時間が
かかるという問題がある。又、スリット光投光器５０を
スライドさせる特別な装置が必要となったり、画像信号
から対象物体５２の高さに関する輪郭を抽出してその輪
郭の変化から対象物体の高さを認識する必要があるため
、その処理装置が複雑になるという問題がある。

【問題点を解決するための手段】

上記問題点を解決するための発明の構成は、所定の強度
分布を有する照射光を基台の所定領域に斜め上方から照
射する第１の照射手段と、前記第１の照射手段と同一の
強度分布の照射光を有し、前記所定領域の照射光の強度
分布が前記第１の照射手段による強度分布と左右対称的
となるように配置された第２の照射手段と、前記基台の
前記所定領域に載置された物体を上方から撮影する撮影
手段と、前記撮影手段から出力される映像信号の明暗レ
ベルに応じて前記物体の高さを測定する高さ測定手段と
を備えることを特徴とする。

【作用】

本発明の一例を示す第１図の原理図を参照して本発明の
詳細な説明する。第１の照射手段Ａと第２の照射手段Ｂ
は左右対称的に配置されており、その照射光の強度分布
は階段状に成っている。そして、第１の照射手段Ａａ第
２の照射手段Ｂとから放射された照射光が重畳し、その
重畳された光の強度分布は高さに応じて変化する。従っ
て、対象物体からの反射光の強度は反射位置（高さ）に
応じて変化し、その反射光の強度から対象物体の高さを
直接認識することができる。 尚、上記説明は発明の作用の理解を容易にするため、第
１の照射手段Ａと第２の照射手段Ｂの照射光の強度分布
を階段状としているが、後述する実施例で示されるよう
に、他の強度分布でも対象物体の高さを直接認識するこ
とが可能である。

【実施例】

以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。 第１図は本実施例装置の原理図を示すものである。第１
の照射手段Ａは中央部から端部にかけて０〜６ステツプ
に強度が変化した照射光を斜め上方から基台りの所定領
域Ｅに照射している。又、第２の照射手段Ｂは第１の照
射手段Ａと左右対称の位置に設けられ、中央部から端部
にかけて０〜６ステツプに強度が変化した照射光を斜め
上方から所定領域Ｅに照射している。 そして、第１の照射手段Ａと第２の照射手段Ｂからの照
射光は重畳し、その合成された光の明るさの分布は基台
りの面を明るさ６として、基台りから高さ方向に遠ざか
るに連れ、順次１２まで増加するピラミッド型の階段状
となる。 そこで、基台りの所定領域Ｅに対象物体Ｗが載置されて
いるとすると、その対象物体Ｗの上面Ｗａでの明るさは
その上面Ｗａの位置での合成された照射光の明るさとな
り、基台りからの高さに応じて変化する。 従って、この対象物体Ｗの映像を対称物体Ｗの上方に置
かれた撮影装置Ｃによって撮影し、その撮影装置Ｃの出
力する映像信号の明暗レベルから直接その対象物体Ｗの
高さを測定することが可能となる。 第１図の例では、対象物体Ｗの上面Ｗａは重畳された光
の強度分布において、第９ステツプと第１０ステツプの
間の位置に存在するので、上面Ｗａで反射された光の強
度は第９ステツプと第１０ステップの明るさの縞状とな
る。 第２図は第１の照射手段Ａ（又は第２の照射手段Ｂ）を
示したものであり、第１の照射手段Ａの枠体の内部には
長尺状の投光器１０が設けられており、その投光器１０
の前方にはスリット１１が設けられている。そのスリッ
ト１１は、通過した光の明暗レベルを階段状に変化させ
るため、透過率が階段状に分布した構成となっている。 そして、スリット１１を通過した光は、対象物体Ｗに斜
め上方から照射されるようにな′っている。 第３図は、本発明の物体認識装置を用いたロボット装置
全体の構成を示す構成図である。、２０はロボットであ
り、アーム２１の先端に対象物体Ｗを把持するハンド２
２が取り付けられている。３０はロボット２０を制御す
るために制御装置であり、そのロボット制御装置３０は
、ＣＰＵ３１と制御プログラムを記憶したＲＯＭ３３と
データ等を記憶するＲＡＭ３２とインタフェース３４，
３６及びサーボＣＰＵ３５を有している。 ロボッ）２０のハンド２２の動作軌跡を制御する教示デ
ータは、インタフェース３４を介してフロッピィディス
ク３７からＲＡＭ３２に入力される。又、操作指令を行
うためにキーボード３８が接続されている。 一方、物体認識装置は、第１の照射手段Ａ、第２の照射
手段Ｂとを有し、基台りに置かれた対象物体Ｗを上方か
ら撮像するＣＣＤから成る撮像装置４１を有している。 第１の照射手段Ａ及び第２の照射手段Ｂは同期装置４２
から出力される信号に同期して照射光を対象物体Ｗに照
射している。 そして、撮像装置４１から出力された映像信号はディジ
タル化されて画像メモリ４３に記憶され、その画像メモ
リ４３に記憶されたデータは２値化処理装置４４におい
て所定の２値化レベルと対比されることにより明暗いず
れかのレベルに２値化された後、その２値化されたデー
タはＣＰＵ４５に出力される。 次に、ＣＰＵ４５の処理手順について第４図のフローチ
ャートを参照して説明する。ステップ１００において、
第１の照射手段Ａ及び第２の照射手段Ｂを駆動すると共
に撮像装置４１から出力された画像信号を画像メモリ４
３に記憶する。その画像信号は基台りの所定領域Ｅに対
象物体Ｗが存在しない場合には基台りからの反射光に対
応したものとなるので、その明度は全領域で６となる。 それに対し、対象物体Ｗが所定の領域Ｅに存在すると、
上面Ｗａでの反射光により画像信号が作成されるので、
その明度は反射光の強度、即ち、対象物体Ｗの高さに対
応した値となる。第１図では明度１０と明度９との縞状
となる。 次に、ステップ１０２でその画像メモリ４３に記憶され
ている映像データと所定の２値化レベルとを対比し、所
定の２値化レベル以上の明レベルと所定の２値化レベル
より小さい暗レベルとに２値化される。 次に、ステップ１０４に移行して２値化されたデータか
ら明レベルを示す領域の面積が演算され、その面積が一
定値以上となった時に２値化レベルに対応した高さの対
象物体Ｗが基台り上に存在すると認識される。 ステップ１０４で対象物体Ｗが存在しないと判定された
場合には、次のステップ１０６へ移行して２値化レベル
が暗レベルの方向に下げられ、次のステップ１０８で２
値化レベルが基準値に等しいか否が判定され、等しくな
い場合にはステップ１０２へ戻り上記と同様にして映像
信号が２値化され対象物体Ｗが存在するか否かが判定さ
れる。 ステップ１０４で対象物体Ｗが存在すると判定された場
合には、ステップ１１０へ移行して２値化された明レベ
ルのパターンから対象物体Ｗの位置や基台りの面上の傾
斜が演算される。そして、ステップ１１２へ移行してそ
の時の２値化レベルより対象物体Ｗの高さが演算され、
次のステップ１１４でロボット制御装置３０へ対象物体
Ｗの高さと位置と傾斜のデータが転送される。そして、
ロボット制御装置３０はそのデータに基づきロボッ）−
２０のハンド２２で対象物体Ｗを適切に把持するように
ロボット２０の動作を制御する。 又、ステップ１０８で２値化レベルが基準値に等しくな
った場合には、対象物体Ｗが基台り上に存在しないと判
定され、ステップ１１６へ移行してロボット制御装置３
０にその旨のデータが出力され、ロボット制御装置３０
は対象物体Ｗが存在しない時の処理を実行する。 このようにして、対象物体Ｗの高さや、最上面の位置、
傾斜等を認識することにより対象物体を適切に把持する
ことが可能となる。 次に第２実施例について説明する。 第２実施例では第１の照射手段Ａと第２の照射手段Ｂが
第５図に示すように構成されている。即ち、第１の照射
手段Ａ及び第２の照射手段Ｂには第１スリット板６１．
７１、第２スリツト板６２゜７２、第３スリット板６３
．７３が具備されており、第１スリット板６１．７１は
全領域を２等分して光を通過する領域「１」と通過しな
い領域「０」とを有している。又、第２スリツト板６２
゜７２は全領域を４等分して交互に光を通過する領域「
１」と通過しない領域「０」とを有している。 又、第３スリット板６３．７３は全領域を８等分して交
互に光を通過する領域「１」と通過しない領域「０」と
を有している。 そして、第１の照射手段Ａのスリット板６１゜６２．６
３と第２の照射手段Ｂのスリット板７１゜７２．７３の
光透過率は左右対象的に配置されている。 次に実施例装置の作用を第６図のフローチャートに従っ
て説明する。 第１スリツト板６１と第１スリツ１〜板７１とを用いて
対象物体Ｗに光を照射し、その時の対象物体Ｗが撮影さ
れ、ステップ２００においてディジタル化された映像デ
ータＸが画像メモリ４３に記憶される。次に、第２スリ
ツト板６２と第２スリツト板７２とを用いて対象物体Ｗ
に照射され、その時の対象物体Ｗが撮影され、ステップ
２０２においてディジタル化された映像データＹが画像
メモリ４３に記憶される。次に、第３スリツト板６３と
第３スリツト板７３とを用いて対象物体Ｗに照射され、
その時の対象物体Ｗが撮影され、ステップ２０４でディ
ジタル化された映像データＺが画像メモリ４３に記憶さ
れる。 次に、ステップ２０６において、各スリット板により得
られた映像データを２進数の各桁の数値として合成する
ことにより、８段階の明暗レベルが得られる。この後、
この８段階の明暗レベルの映像データの処理は第１実施
例と同様にして処理される。

【発明の効果】

本発明は、所定の強度分布を有する照射光を基台の所定
領域に斜め上方から照射する第１の照射手段と第２の照
射手段とを左右対称的となるように配置し、基台の所定
領域に載置された物体を上方から撮影しているので、物
体の高さが映像信号の明暗レベルで直接測定することが
可能となる。 従って、測定速度が向上すると共に照射手段等の装置構
成が簡単となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を１例により示した原理図。第２
図は本発明の具体的の一実施例に係る物体認識装置の照
射手段の構成を示した斜視図。第３図は同実施例装置の
電気的構成を示したプロ・ツクダイヤグラム。第４図は
同実施例装置の作用を示したフローチャート。第５図は
他の実施例に係る照射手段の構成を示した構成図。第６
図のその実施例装置の作用を示したフローチャート。第
７図は物体の高さを認識する従来の装置を示した斜視図
である。 Ａ゛゛゛第１射手段　Ｂ−第２の照射手段Ｃ−・撮影装
置　Ｄ°゛°基台　Ｅ　所定領域２０　′ロボット　２
１−アーム　２２−ハンド３０−ロボット制御装置　４
１　゛撮像装置特許出願人　　豊田工機株式会社 代　理　人　　弁理士　藤谷　修

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の強度分布を有する照射光を基台の所定領域
   に斜め上方から照射する第１の照射手段と、 前記第１の照射手段と同一の強度分布の照射光を有し、
   前記所定領域の照射光の強度分布が前記第１の照射手段
   による強度分布と左右対称的となるように配置された第
   ２の照射手段と、 前記基台の前記所定領域に載置された物体を上方から撮
   影する撮影手段と、 前記撮影手段から出力される映像信号の明暗レベルに応
   じて前記物体の高さを測定する高さ測定手段と を備えることを特徴とする物体認識装置。
2. （２）前記第１の照射手段と前記第２の照射手段は階段
   状に変化する強度分布の照射光を有していることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の物体認識装置。
3. （３）前記第１の照射手段と前記第２の照射手段は階段
   状に変化する強度分布の各区画の明暗レベルを２進数で
   表記した時、その各桁毎の明暗強度分布を発生する２値
   化手段を有し、 前記高さ測定手段は前記２値化手段により順次各桁の明
   暗強度分布で照射された時に前記撮影手段から出力され
   る映像信号に各桁の重みを掛けて合成する合成手段を有
   し、その合成結果に応じて前記物体の高さを測定するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の物体認識装
   置。