JPH0783640A

JPH0783640A - 傾斜角検出装置及び同傾斜角検出装置を備えたロボット

Info

Publication number: JPH0783640A
Application number: JP23388393A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Murase; 有一村瀬
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1993-09-20
Filing date: 1993-09-20
Publication date: 1995-03-28

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、離隔した作業対象に対し所要の作
業を行なう自律型ロボットに用いて好適の傾斜角検出装
置に関し、単一の照射点により測定対象の傾斜角を検出
できるようにすることを目的とする。【構成】測定対象に対しビーム光を照射するビーム投
光部１０１と、ビーム投光部１０１による測定対象の照
射点からの反射光を受光する受光部１０２と、受光部１
０２の受光量を計量する受光量検出手段１０３とをそな
え、受光部１０３および受光量検出手段１０３が同一照
射点に対し複数個設けられるとともに、検出された複数
の受光量の相対関係により上記測定対象の傾斜角を検出
する傾斜角検出手段１０４を設けるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（目次）産業上の利用分野従来の技術（図１７〜図２１）発明が解決しようとする課題課題を解決するための手段（図１〜図６）作用（図１〜図６）実施例・第１実施例の説明（図７〜図１０）・第２実施例の説明（図１１）・第３実施例の説明（図１２）・第４実施例の説明（図１３）・第５実施例の説明（図１４〜図１６）発明の効果

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、離隔した作業対象に対
し所要の作業を行なう自律型ロボットに用いて好適の傾
斜角検出装置及びこの傾斜角検出装置を備えたロボット
に関する。かかる傾斜角検出装置は、自律型ロボットに
装備され、作業対象面への距離および作業対象面の傾斜
を計測し、マイクロコンピュータ等を用いたフィードバ
ック制御により自動的に正対姿勢をとらせるような動作
のために用いられる。

【０００３】

【従来の技術】従来の傾斜角検出装置は、図１７〜図２
１に示すように構成されているが、図１７はその受光部
の構造を示す摸式的断面図、図１８はその受光部の動作
を説明するための摸式図、図１９はその要部構成を示す
摸式的ブロック図、図２０はその傾斜角度検出動作を説
明するための摸式図、図２１はビーム投光に対する反射
光量特性を示す摸式図である。

【０００４】図１７，図１８において、１はフォトセン
シングデバイス（以下、ＰＳＤと表記する）で、このＰ
ＳＤ１は入射光の強さに対応した出力電流が得られるも
のである。すなわち、ＰＳＤ１は、Ｐ層２，Ｉ層（平板
状シリコン）３，Ｎ層４、電極５，６をそなえて構成さ
れており、これにより、入射した光は光電変換され、Ｐ
層２に付けられた電極から分割出力されるようになって
いる。

【０００５】また、入射位置において、光エネルギーに
比例した電荷が発生し、発生した電荷が光電流として抵
抗層（Ｐ層２）を通り、電極より出力されることによ
り、光電変換が行なわれる。ここで、抵抗層は全面に均
一な抵抗値を持つように作られているので、光電流は電
極までの距離に逆比例して分割され取り出される。

【０００６】したがって、電極間の距離をＬ、光電流を
Ｉ₀、各電極５，６から取り出される電流をＩ₁，
Ｉ₂，入射光位置の偏位をΔＬとすれば、次の様な関係
が成立する。Ｉ₀＝Ｉ₁＋Ｉ₂ ・・・（１）Ｉ₁：Ｉ₂＝（Ｌ／２−ΔＬ）：（Ｌ／２＋ΔＬ）・・（２）これにより、 ΔＬ＝Ｌ（Ｉ₂−Ｉ₁）／２（Ｉ₁＋Ｉ₂）・・・（３）となり、電流Ｉ₁，Ｉ₂により入射光の偏位ΔＬが算出
されることがわかる。

【０００７】このようなＰＳＤ１が、カメラのオートフ
ォーカスをはじめとして、光学式測距装置等に幅広く使
われており、図１９はその概略構成を示している。すな
わち、この図１９において、７は測定対象、１０１は投
光部、１０２は受光部であり、投光部１０１から照射さ
れたレーザー光が、測定対象７に反射され、この反射光
が受光部１０２に受光されるようになっている。

【０００８】投光部１０１は、投光レンズ８，ＬＥＤ
９，ＬＥＤ駆動回路１０をそなえており、ＬＥＤ駆動回
路１０により駆動されるＬＥＤ９からレーザー光が、測
定対象７に焦点を合わせるべく、投光レンズ８を介し照
射されるようになっている。また、受光部１０２は、受
光レンズ１１，ＰＳＤ１，距離検出手段１２をそなえて
おり、これにより、受光レンズ１１を通じて受光される
反射光がＰＳＤ１に入射され、前述のようにして光電変
換された電流Ｉ₁，Ｉ₂が距離検出手段１２に入力され
て、受光部１０２から照射点へ至る距離が検出されるよ
うになっている。

【０００９】ここで、距離検出手段１２は、アンプ１
３，１４，信号処理回路１５，１６，距離演算回路１
７，信号変換回路１８をそなえて構成されており、この
ような構成により、電流Ｉ₁，Ｉ₂がアンプ１３，１４
で増幅され、信号処理回路１５，１６で処理されて、距
離演算回路１７に入力され、距離演算回路１７におい
て、前述の（３）式を用いたΔＬを算出する演算が行な
われるとともに、測定対象への距離Ｌ₀をΔＬから算出
する演算が行なわれて、信号変換回路１８におけるＡ／
Ｄ変換等の処理の後、出力されるようになっている。

【００１０】上述のようにして、測定対象７への距離Ｌ
₀が検出されるが、測定対象７の傾斜角θは、従来、図
２０に示す摸式図におけるようにして算出されている。
すなわち、図２０において、２０１，２０２は距離セン
サで、距離センサ２０１，２０２は、前述した投光部１
０１および受光部１０２をそなえたもので、そのそれぞ
れにおいて、測定対象７への距離ｄ１，ｄ２が検出され
るようになっている。

【００１１】そして、次式（４）により、傾斜角θが算
出される。 θ＝ａｒｃｔａｎ〔（ｄ１−ｄ２）／Ｌ〕・・・（４）

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来、上述のようにし
て距離Ｌ₀および傾斜角θが検出され、ロボット等の動
作が行なわれていたが、このような従来の手段では、次
のような課題がある。図１９に示す従来型距離センサでは、一点の照射によ
る測定対象の傾斜角θ検出を行なうことができず、所要
以上の間隔をおいた照射点ごとに距離センサ２０１，２
０２を設置する必要がある。

【００１３】検出される傾斜角θの精度は、照射点の
間隔に依存しており、所要の精度を得るためには、その
精度に見合った広さの測定対象面が必要となる。また、
測定対象面にボルトの頭部があるなど局部的な突起等が
あると正確な測定を行なえず、安定した動作を期待でき
ない。投光部１０１を複数個必要とするため、省電力化、小
型化が困難である。

【００１４】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、単一の照射点により測定対象の傾斜角を検出
できるようにした、傾斜角検出装置及びこの傾斜角検出
装置を備えたロボットを提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に記
載の傾斜角検出装置は、図１の原理構成図に示すように
構成されている。図１において、１０１はビーム投光部
で、このビーム投光部１０１は測定対象７に対しビーム
光を照射するものである。１０２は受光部で、この受光
部１０２はビーム投光部１０１による測定対象７の照射
点７Ａからの反射光を受光するものである。１０３は受
光量検出手段で、この受光量検出手段１０３は受光部１
０２の受光量を計量するものである。そして、受光部１
０２および受光量検出手段１０３が同一照射点に対し複
数個設けられている。

【００１６】１０４は傾斜角検出手段で、この傾斜角検
出手段１０４は複数の受光量検出手段１０３により検出
された複数の受光量の相対関係により測定対象７の傾斜
角を検出するものである。また、請求項２に記載の傾斜
角検出装置は、図２の原理構成図に示すように構成され
ている。

【００１７】図２においても、１０１はビーム投光部
で、このビーム投光部１０１は測定対象７に対しビーム
光を照射するものであり、１０２は受光部で、この受光
部１０２はビーム投光部１０１による測定対象７の照射
点７Ａからの反射光を受光するものであり、１０３は受
光量検出手段で、この受光量検出手段１０３は受光部１
０２の受光量を計量するものであるが、受光部１０２お
よび受光量検出手段１０３は同一照射点に対し１対個設
けられている。

【００１８】また、受光部１０２はビーム投光部１０１
の投光軸に関し対向する状態で配設されている。１０４
は傾斜角検出手段で、この傾斜角検出手段１０４は１対
の受光量検出手段１０３により検出された１対の受光量
の相対関係を反射光量分布の偏在に対応させて測定対象
７の傾斜角を検出するものである。

【００１９】１２は距離検出手段で、この距離検出手段
１２はビーム投光部１０１から照射点へ至る距離を検出
するものである。また、１０５は１次元傾き成分検出手
段で、この１次元傾き成分検出手段１０５は一対の受光
量に対し差分演算を行なう差分演算回路１０６を用いて
１次元傾き成分を検出するものである。そして、このよ
うに構成された距離検出手段１２および１次元傾き成分
検出手段１０５を傾斜角検出手段１０４がそなえてい
る。

【００２０】さらに、請求項３に記載の傾斜角検出装置
は、図３の原理構成図に示すように構成されている。図
３においても、１０１はビーム投光部で、このビーム投
光部１０１は測定対象７に対しビーム光を照射するもの
であり、１０２は受光部で、この受光部１０２はビーム
投光部１０１による測定対象７の照射点７Ａからの反射
光を受光するものであり、１０３は受光量検出手段で、
この受光量検出手段１０３は受光部１０２の受光量を計
量するものであるが、受光部１０２および受光量検出手
段１０３が同一照射点に対し２対設けられている。

【００２１】また、受光部１０２はビーム投光部１０１
の投光軸に関し各対ごとに対向し対相互が投光軸に直交
する平面方向の９０度回転変位する状態で配設されてい
る。１０４は傾斜角検出手段で、この傾斜角検出手段１
０４は各対の受光量検出手段１０３により検出された各
対の受光量の相対関係を反射光量分布の偏在に対応させ
て測定対象７の傾斜角を検出するものである。

【００２２】１２は距離検出手段で、この距離検出手段
１２はビーム投光部１０１から照射点へ至る距離を検出
するものであり、１０５は１次元傾き成分検出手段で、
この１次元傾き成分検出手段１０５は一対の受光量に対
し差分演算を行なう差分演算回路１０６を用いて１次元
傾き成分を検出するものであり、１０７は２次元傾き検
出手段で、この２次元傾き検出手段１０７は１次元傾き
成分検出手段１０５により各対において検出された１次
元傾き成分を用いて測定対象７の２次元傾きを検出する
ものである。そして、このように構成された距離検出手
段１２，１次元傾き成分検出手段１０５および２次元傾
き検出手段１０７を傾斜角検出手段１０４がそなえてい
る。

【００２３】さらに、請求項４に記載の傾斜角検出装置
は、図４の原理構成図に示すように構成されている。図
４においても、１０１はビーム投光部で、このビーム投
光部１０１は測定対象７に対しビーム光を照射するもの
であり、１０２は受光部で、この受光部１０２はビーム
投光部１０１による測定対象７の照射点７Ａからの反射
光を受光するものであり、１０３は受光量検出手段で、
この受光量検出手段１０３は受光部１０２の受光量を計
量するものであるが、受光部１０２および受光量検出手
段１０３は同一照射点に対し３個設けられている。

【００２４】また、受光部１０２はビーム投光部１０１
の投光軸に対向し相互が投光軸に直交する平面方向の１
２０度回転変位する状態で配設されている。１０４は傾
斜角検出手段で、この傾斜角検出手段１０４は各対の受
光量検出手段１０３により検出された３個の受光量の相
対関係を反射光量分布の偏在に対応させて測定対象７の
傾斜角を検出するものである。

【００２５】１２は距離検出手段で、この距離検出手段
１２はビーム投光部１０１から照射点へ至る距離を検出
するものであり、１０５は１次元傾き成分検出手段で、
この１次元傾き成分検出手段１０５は一対の受光量に対
し差分演算を行なう差分演算回路１０６を用いて１次元
傾き成分を検出するもので、１０７は２次元傾き検出手
段で、この２次元傾き検出手段１０７は１次元傾き成分
検出手段１０５により各対において検出された１次元傾
き成分を用いて測定対象７の２次元傾きを検出するもの
である。そして、このように構成された距離検出手段１
２，１次元傾き成分検出手段１０５および２次元傾き検
出手段１０７を傾斜角検出手段１０４がそなえている。

【００２６】請求項５に記載の傾斜角検出装置は、図５
の原理構成図に示すように構成されている。図５におい
ても、１０１はビーム投光部で、このビーム投光部１０
１は測定対象７に対しビーム光を照射するものであり、
１０２は受光部で、この受光部１０２はビーム投光部１
０１による測定対象７の照射点７Ａからの反射光を受光
するものであり、１０３は受光量検出手段で、この受光
量検出手段１０３は受光部１０２の受光量を計量するも
のであり、受光部１０２および受光量検出手段１０３は
同一照射点に対し複数個設けられている。

【００２７】１０４は傾斜角検出手段で、この傾斜角検
出手段１０４は複数の受光量検出手段１０３により検出
された複数の受光量の相対関係により測定対象７の傾斜
角を検出するものである。１２は距離検出手段で、この
距離検出手段１２はビーム投光部１０１から照射点へ至
る距離を検出するものであり、１０８は平均処理手段
で、この平均処理手段１０８は検出された複数の距離値
を平均処理するするものである。

【００２８】ところで、請求項６に記載の傾斜角検出装
置を備えたロボットは、図６の原理構成図に示すように
構成されている。図６において、１１１はハンドで、こ
のハンド１１１は作業対象に向かい所要の移動動作を行
なうようになっている。１２は距離検出手段で、この距
離検出手段１２はハンド１１１に装備されハンド１１１
の移動動作に際し作業対象７との距離を計測するもので
あり、１０４は傾斜角検出手段で、この傾斜角検出手段
１０４はハンド１１１に装備されその動作方向と作業対
象７の表面との傾斜角を検出するもので、１１２は動作
方向補正手段で、この動作方向補正手段１１２は傾斜角
検出手段１０４の検出信号に基づきハンド１１１の動作
方向を補正するものである。

【００２９】そして、距離検出手段１２および傾斜角検
出手段１０４には、作業対象へビーム光を照射するビー
ム投光部１０１と、このビーム投光部１０１による作業
対象の照射点からの反射光を受光する受光部１０２と、
この受光部１０２の受光量を計量する受光量検出手段１
０３とが付設されている。また、上記受光部１０２およ
び上記受光量検出手段１０３が同一照射点に対し複数個
設けられている。さらに、検出された複数の受光量の相
対関係により上記測定対象の傾斜角を検出する傾斜角検
出手段１０４の検出信号に基づき、動作方向補正手段１
１２によるハンド１１１の動作方向補正が行なわれるよ
うになっている。

【００３０】なお、図６において、１１３は制御部、１
１４はアクチュエータである。

【００３１】

【作用】上述の請求項１に記載の傾斜角検出装置では、
ビーム投光部１０１が測定対象７に対しビーム光を照射
し、受光部１０２がビーム投光部１０１による測定対象
７の照射点７Ａからの反射光を受光して、受光量検出手
段１０３が受光部１０２の受光量を計量する。そして、
同一照射点に対し検出された複数の受光量の相対関係に
より、傾斜角検出手段１０４は測定対象７の傾斜角を検
出する。

【００３２】また、請求項２に記載の傾斜角検出装置で
は、ビーム投光部１０１が測定対象７に対しビーム光を
照射し、受光部１０２がビーム投光部１０１による測定
対象７の照射点７Ａからの反射光を受光して、受光量検
出手段１０３が受光部１０２の受光量を計量する。そし
て、同一照射点に対し検出された複数の受光量の相対関
係により、傾斜角検出手段１０４は測定対象７の傾斜角
を検出する。そして、ビーム投光部１０１の投光軸に関
し対向する状態で同一照射点に対し１対設けられた受光
部１０２および受光量検出手段１０３により１対の受光
量が検出され、傾斜角検出手段１０４は１対の受光量の
相対関係を反射光量分布の偏在に対応させて測定対象７
の傾斜角を検出する。そして、距離検出手段１２はビー
ム投光部１０１から照射点へ至る距離を検出し、１次元
傾き成分検出手段１０５は一対の受光量に対し差分演算
を行なう差分演算回路１０６を用いて１次元傾き成分を
検出する。

【００３３】さらに、請求項３に記載の傾斜角検出装置
では、ビーム投光部１０１が測定対象７に対しビーム光
を照射し、受光部１０２がビーム投光部１０１による測
定対象７の照射点７Ａからの反射光を受光して、受光量
検出手段１０３が受光部１０２の受光量を計量する。そ
して、同一照射点に対し検出された複数の受光量の相対
関係により、傾斜角検出手段１０４は測定対象７の傾斜
角を検出する。そして、ビーム投光部１０１の投光軸に
関し対向する状態で同一照射点に対し２対設けられた受
光部１０２および受光量検出手段１０３により２対の受
光量が検出され、傾斜角検出手段１０４は各対の受光量
の相対関係を反射光量分布の偏在に対応させて測定対象
７の２方向における傾斜角を検出する。また、距離検出
手段１２はビーム投光部１０１から照射点へ至る距離を
検出し、１次元傾き成分検出手段１０５は各対の受光量
に対し差分演算を行なう差分演算回路１０６を用いて１
次元傾き成分を検出する。そして、２次元傾き検出手段
１０７は、１次元傾き成分検出手段１０５により、各対
において検出された、投光軸に直交する平面内の９０度
回転変位する方向への１次元傾き成分を用いて、測定対
象７の２次元傾きを検出する。

【００３４】そして、請求項４に記載の傾斜角検出装置
では、ビーム投光部１０１が測定対象７に対しビーム光
を照射し、受光部１０２がビーム投光部１０１による測
定対象７の照射点７Ａからの反射光を受光して、受光量
検出手段１０３が受光部１０２の受光量を計量する。そ
して、同一照射点に対し検出された複数の受光量の相対
関係により、傾斜角検出手段１０４は測定対象７の傾斜
角を検出する。そして、ビーム投光部１０１の投光軸に
対向する状態で同一照射点に対し３個設けられた受光部
１０２および受光量検出手段１０３により３個の受光量
が検出され、傾斜角検出手段１０４は３個の受光量の相
対関係を反射光量分布の偏在に対応させて測定対象７の
２方向における傾斜角を検出する。また、距離検出手段
１２はビーム投光部１０１から照射点へ至る距離を検出
し、１次元傾き成分検出手段１０５は各対の受光量に対
し差分演算を行なう差分演算回路１０６を用いて１次元
傾き成分を検出する。そして、２次元傾き検出手段１０
７は、１次元傾き成分検出手段１０５により、各対にお
いて検出された、投光軸に直交する平面内の１２０度回
転変位する方向への１次元傾き成分を用いて、測定対象
７の２次元傾きを検出する。

【００３５】そして、請求項５に記載の傾斜角検出装置
では、ビーム投光部１０１が測定対象７に対しビーム光
を照射し、受光部１０２がビーム投光部１０１による測
定対象７の照射点７Ａからの反射光を受光して、受光量
検出手段１０３が受光部１０２の受光量を計量する。そ
して、同一照射点に対し検出された複数の受光量の相対
関係により、傾斜角検出手段１０４は測定対象７の傾斜
角を検出する。そして、距離検出手段１２はビーム投光
部１０１から照射点へ至る距離を検出し、平均処理手段
１０８は複数のビーム投光部１０１のそれぞれにより検
出された距離値を平均処理する。

【００３６】ところで、請求項６に記載の傾斜角検出装
置を備えたロボットでは、ハンド１１１が作業対象に向
かい所要の移動動作を行なうが、距離検出手段１２は、
ハンド１１１の移動動作に際し作業対象７との距離を計
測する。また、傾斜角検出手段１０４はハンド１１１の
動作方向と作業対象７の表面との傾斜角を検出する。そ
して、動作方向補正手段１１２は傾斜角検出手段１０４
の検出信号に基づきハンド１１１の動作方向を補正す
る。この補正動作に際し、傾斜角検出手段１０４は、複
数の受光量検出手段１０３で検出された複数の受光量の
相対関係により測定対象７の傾斜角を検出する。

【００３７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。（ａ）第１実施例の説明図７は本発明の第１実施例を示す概略構成図、図８〜図
１０は本発明の実施例における作動を説明するための摸
式図であるが、図７において、１０１はビーム投光部
で、このビーム投光部１０１は測定対象７に対しビーム
光を照射するもので、投光レンズ８，ＬＥＤ９，ＬＥＤ
駆動回路１０等をそなえている。これにより、ＬＥＤ駆
動回路１０により駆動されるＬＥＤ９からレーザー光
が、測定対象７に焦点を合わせるべく、投光レンズ８を
介し照射されるようになっている。

【００３８】１０２Ａ，１０２Ｂは受光部で、各受光部
１０２Ａ，１０２Ｂは、ビーム投光部１０１による測定
対象７の照射点７Ａからの反射光を受光するもので、そ
れぞれ受光レンズ１１，ＰＳＤ１等をそなえている。そ
して、この受光部１０２Ａ，１０２Ｂは同一照射点に対
し１対設けられている。また、各受光部１０２Ａ，１０
２Ｂはビーム投光部１０１の投光軸に関し対向する状態
で配設されている。

【００３９】１０３Ａ，１０３Ｂは受光量検出手段で、
この受光量検出手段１０３Ａ，１０３Ｂは、対応する受
光部１０２Ａ，１０２Ｂの受光量を計量するもので、そ
れぞれアンプ１３，１４，信号処理回路１５，１６等を
そなえて構成されている。１０４は傾斜角検出手段で、
この傾斜角検出手段１０４は１対の受光量検出手段１０
３Ａ，１０３Ｂにより検出された１対の受光量の相対関
係を反射光量分布の偏在に対応させて測定対象７の傾斜
角を検出するものである。

【００４０】また、１２は距離検出手段で、この距離検
出手段１２はビーム投光部１０１から照射点へ至る距離
を検出するものである。１０５は１次元傾き成分検出手
段（角度演算回路）で、この１次元傾き成分検出手段１
０５は一対の受光量に対し差分演算を行なう差分演算回
路１０６を用いて１次元傾き成分を検出するものであ
る。

【００４１】そして、このように構成された距離検出手
段１２および１次元傾き成分検出手段１０５を傾斜角検
出手段１０４がそなえている。このような構成により、
本実施例では、ビーム投光部１０１が測定対象７に対し
ビーム光を照射し、受光部１０２Ａ，１０２Ｂがビーム
投光部１０１による測定対象７の照射点７Ａからの反射
光を受光して、受光量検出手段１０３Ａ，１０３Ｂが受
光部１０２Ａ，１０２Ｂの受光量を計量する。

【００４２】そして、同一照射点に対し検出された複数
の受光量の相対関係により、傾斜角検出手段１０４は測
定対象７の傾斜角を検出する。すなわち、ビーム投光部
１０１の投光軸に関し対向する状態で同一照射点に対し
１対設けられた受光部１０２Ａ，１０２Ｂおよび受光量
検出手段１０３Ａ，１０３Ｂにより１対の受光量が検出
され、傾斜角検出手段１０４は１対の受光量の相対関係
を反射光量分布の偏在に対応させて測定対象７の傾斜角
を検出する。

【００４３】この検出原理は、図８〜図１０により説明
される。図８に示すように、ビーム投光部１０１からの
投光ビームが測定対象７の表面に対し垂直である場合に
は、受光部１０２Ａ，１０２Ｂは測定対象７に対し同一
の相対的傾き角α，βを持つ状態にある。この場合にお
ける反射光量分布は、図２１に示すようにビーム投光軸
に関し対称な回転体形状であり、相対的傾き角α，βに
対応する反射光量（受光による電流Ｉα，Ｉβ）は等し
い。

【００４４】一方、図９に示すように、ビーム投光部１
０１からの投光ビームが測定対象７の表面に対し垂直で
ない場合には、受光部１０２Ａ，１０２Ｂは測定対象７
に対し異なる相対的傾き角α’，β’を持つ状態にあ
る。この場合における反射光量分布は、図１０に示すよ
うに、正反射成分の影響でビーム投光軸に関し非対称な
非回転体形状であり、相対的傾き角α’，β’に対応す
る反射光量（受光による電流Ｉα’，Ｉβ’）は異な
る。

【００４５】このような、反射光量の差（受光による電
流の差ΔＩ） ΔＩ＝Ｉα’−Ｉβ’ が、差分演算を行なう差分演算回路１０６を用いて算出
され、この差ΔＩの全体光電流Ｉ₀（＝Ｉα’＋Ｉ
β’）に対する割合Ｋを、反射光量分布の偏在（反射光
量分布における光量差の変化割合）に対応させることに
より、測定対象７の傾斜角θが求められる。

【００４６】なお、上述の受光による電流Ｉα，Ｉβ，
Ｉα’，Ｉβ’は、受光部１０２Ａにおいて検出される
電流Ｉ_1a，Ｉ_1bと、受光部１０２Ｂにおいて検出される
電流Ｉ_2a，Ｉ_2bとにより算出される。すなわち、ＩαおよびＩα’＝Ｉ_1a＋Ｉ_1b ＩβおよびＩβ’＝Ｉ_2a＋Ｉ_2b の演算が１次元傾き成分検出手段１０５において行なわ
れる。

【００４７】一方、測定対象７への距離Ｌ₀は受光部１
０２Ａの受光による電流Ｉ_1a，Ｉ_1bにより、（Ｉ_1a−Ｉ
_1b）／（Ｉ_1a＋Ｉ_1b）を距離検出手段１２において算出
し、従来例と同様にして検出される。このようにして、
測定対象７における単一の照射点７Ａにより測定対象７
の傾斜角θが検出されるようになり、従来要していた計
測用面積を必要とせず、ロボット等に装備した場合に
は、作業対象の自由度が増加する。

【００４８】（ｂ）第２実施例の説明ところで、本発明の第２実施例は、図１１に示すように
構成されている。すなわち、図１１は本発明の第２実施
例を示す概略構成図であるが、この図１１においても、
１０１はビーム投光部で、このビーム投光部１０１は測
定対象７に対しビーム光を照射するものである。

【００４９】また、１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１
０２Ｄは受光部で、各受光部１０２Ａ，１０２Ｂ，１０
２Ｃ，１０２Ｄはビーム投光部１０１による測定対象７
の照射点７Ａからの反射光を受光するものである。そし
て、受光部１０２Ａと受光部１０２ＢとはＸ軸方向に沿
い対をなし、受光部１０２Ｃと受光部１０２Ｄとが、Ｙ
軸方向に沿い異なる対を構成している。

【００５０】すなわち、受光部１０２Ａ，１０２Ｂ，１
０２Ｃ，１０２Ｄは同一照射点７Ａに対し２対設けられ
ている。また、受光部１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，
１０２Ｄは、ビーム投光部１０１の投光軸に関し各対ご
とに対向し、対相互が投光軸に直交する平面方向の９０
度回転変位する状態で配設されている。したがって、受
光部１０２Ａと受光部１０２Ｂとの対が平面座標系にお
けるＸ軸に対応し、受光部１０２Ｃと受光部１０２Ｄと
の対が平面座標系におけるＹ軸に対応するように構成さ
れている。

【００５１】そして、受光部１０２Ａ，１０２Ｂ，１０
２Ｃ，１０２Ｄの信号処理系は各対ごとに第１実施例と
同様に構成されており、同様な演算および動作が行なわ
れる。また、１０７は２次元傾き検出手段で、この２次
元傾き検出手段１０７は１次元傾き成分検出手段１０５
により各対において検出された１次元傾き成分を用いて
測定対象７の２次元傾きを検出するものである。

【００５２】このような構成により、本実施例では、受
光部１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄにおける
各対ごとに第１実施例と同様の演算および動作が行なわ
れ、受光部１０２Ａと受光部１０２Ｂとの対により平面
座標系におけるＸ軸に対応した方向の１次元傾き成分が
検出され、受光部１０２Ｃと受光部１０２Ｄとの対によ
り平面座標系におけるＹ軸に対応した方向の１次元傾き
成分が検出される。

【００５３】そして、２次元傾き検出手段１０７によ
り、１次元傾き成分検出手段１０５で検出された、Ｘ方
向の１次元傾き成分とＹ方向の１次元傾き成分とを用い
て、測定対象７の２次元傾きが検出される。このように
して、測定対象７における単一の照射点７Ａにより測定
対象７の２次元傾斜角θが検出されるようになり、従来
要していた計測用面積を必要とせず、ロボット等に装備
した場合には、作業対象の自由度が増加する。

【００５４】（ｃ）第３実施例の説明図１２は本発明の第３実施例を示す概略構成図である
が、この図１２においても、１０１はビーム投光部で、
このビーム投光部１０１は測定対象７に対しビーム光を
照射するものであり、更に１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２
Ｃは受光部で、各受光部１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ
はビーム投光部１０１による測定対象７の照射点７Ａか
らの反射光を受光するものであるが、受光部１０２Ａ，
１０２Ｂ，１０２Ｃは同一照射点７Ａに対し３個設けら
れている。受光部１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃはビー
ム投光部１０１の投光軸に対向し、相互が投光軸に直交
する平面方向の１２０度回転変位する状態で配設されて
いる。

【００５５】したがって、受光部１０２Ａ，１０２Ｂ，
１０２Ｃが平面座標系における１２０度おきの極座標軸
に対応するように構成されている。そして、受光部１０
２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃの信号処理系は各対ごとに第
１実施例と同様に構成されており、同様な演算および動
作が行なわれる。また、１０７は２次元傾き検出手段
で、この２次元傾き検出手段１０７は１次元傾き成分検
出手段１０５により検出された１次元傾き成分を用いて
測定対象７の２次元傾きを検出するものである。

【００５６】このような構成により、本実施例では、受
光部１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃごとに第１実施例と
同様の演算および動作が行なわれ、平面座標系における
各極座標軸に対応した方向の１次元傾き成分が検出され
る。そして、２次元傾き検出手段１０７により、１次元
傾き成分検出手段１０５で検出された、各極座標方向の
１次元傾き成分を用いて、測定対象７の２次元傾きが検
出される。

【００５７】このようにして、測定対象７における単一
の照射点７Ａにより測定対象７の２次元傾斜角θが検出
されるようになり、従来要していた計測用面積を必要と
せず、ロボット等に装備した場合には、作業対象の自由
度が増加する。（ｄ）第４実施例の説明図１３は本発明の第４実施例を示す概略構成図である
が、この図１３においても、１０１はビーム投光部で、
このビーム投光部１０１は測定対象７に対しビーム光を
照射するものであり、１０２Ａ，１０２Ｂは受光部で、
各受光部１０２Ａ，１０２Ｂはビーム投光部１０１によ
る測定対象７の照射点７Ａからの反射光を受光するもの
である。

【００５８】そして、受光部１０２Ａ，１０２Ｂの信号
処理系も第１実施例と同様に構成されており、同様な演
算および動作が行なわれる。また、１２は距離検出手段
で、この距離検出手段１２もビーム投光部１０１から照
射点へ至る距離を検出するものである。距離検出手段１
２は受光部１０２Ａ，１０２Ｂのそれぞれに設けられて
おり、ビーム投光部１０１と受光部１０２Ａとの組およ
びビーム投光部１０１と受光部１０２Ｂとの組のそれぞ
れによる距離Ｌ₀検出が行なわれるように構成されてい
る。

【００５９】１０８は平均処理手段で、この平均処理手
段１０８は受光部の組のそれぞれにより検出された距離
値を平均処理する。このような構成により、本実施例で
は、受光部１０２Ａ，１０２Ｂの出力信号に対する第１
実施例と同様の演算および動作が行なわれ、受光部１０
２Ａと受光部１０２Ｂとの対により１次元傾き成分が検
出されれる。

【００６０】そして、距離検出手段１２はビーム投光部
１０１から照射点へ至る距離を検出する。この検出は、
受光部１０２Ａ，１０２Ｂのそれぞれに対し行なわれ、
これらの検出値の平均処理が平均処理手段１０８により
行なわれて、平均値が距離Ｌ ₀の出力となる。これによ
り、距離Ｌ₀の検出精度が向上し、本装置を装備された
ロボット等の作動特性が向上する。

【００６１】なお、測定対象７の傾斜角θ検出は、第１
実施例と同様に行なわれる。（ｅ）第５実施例の説明ところで、本発明の第５実施例にかかるロボットは、図
１４〜図１６に示すように構成されている。すなわち、
図１４は本発明の第５実施例を示す概略構成図、図１５
は本発明の第５実施例の動作を示す摸式図、図１６は本
発明の第５実施例の動作を示すフローチャートである
が、まず、図１４において、１１１はハンドであり、こ
のハンド１１１は作業対象に向かい所要の移動動作を行
なうものである。

【００６２】また、１２は距離検出手段で、この距離検
出手段１２はハンド１１１に装備されハンド１１１の移
動動作に際し作業対象７との距離を計測するものであ
る。１０４は傾斜角検出手段で、この傾斜角検出手段１
０４はハンド１１１に装備されその動作方向と作業対象
７の表面との傾斜角を検出するものである。１１２は動
作方向補正手段で、動作方向補正手段１１２は傾斜角検
出手段１０４の検出信号に基づきハンド１１１の動作方
向を補正するものである。

【００６３】１１３は制御部で、この制御部１１３は、
ハンド１１１に所要の動作を行なわせるが、この動作に
際し、所望の位置にハンド１１１を誘導するため、動作
方向補正手段１１２の出力信号を参照しながらフィード
バック制御を行なうようになっている。１１４Ａ〜１１
４Ｆはアクチュエータで、これらのアクチュエータ１１
４Ａ〜１１４Ｆは制御部１１３の制御信号を受けて、ハ
ンド１１１を所望の位置に移動させるべく、各部位を駆
動する。

【００６４】その他、距離検出手段１２、傾斜角検出手
段１０４等に関しては、第１実施例と同様の構成をそな
えている（図７参照）。このような構成により、次のよ
うな作動が行なわれる。まず、あらかじめ与えられたプ
ログラム等に対応して制御部１１３から制御信号が出力
され、アクチュエータ１１４Ａ〜１１４Ｆを介してハン
ド１１１が駆動される。

【００６５】この駆動に際し、ハンド１１１を所望の位
置に誘導すべく、傾斜角検出手段１０４の検出信号に基
づいて、動作方向補正手段１１２によるハンド１１１の
動作方向補正が行なわれる。そして、この動作方向補正
によるフィードバック制御は、図１６のフローチャート
に沿って行なわれる。そして、かかる制御時のハンド１
１１の様子は図１５のようになる。

【００６６】まず、図１５（Ａ）に示すように、マニュ
アル指令により初期動作位置にハンド１１１を駆動し、
作業面（測定面）７への粗いアクセスを行なう（ステッ
プＳ１）。ついで、距離検出手段１２によりハンド１１
１と作業面（測定面）７との距離ＬＬを計測する（ステ
ップＳ２）。

【００６７】そして、図１５（Ｂ）に示すように、アク
チュエータ１１４により距離ＬＬが適正距離ＬＬ₀₀にな
るように駆動する（ステップＳ３）。ここで、図１５
（Ｃ）に示すように、傾斜角検出手段１０４により、ハ
ンド１１１と作業面（測定面）７との傾斜角θを計測す
る（ステップＳ４）。次に、図１５（Ｄ）に示すよう
に、ハンド１１１の位置と作業面（測定面）７の傾斜角
θとにより照射点７Ａを算出し、制御部１１３からの制
御信号で、ハンド１１１に照射点７Ａを中心とする傾斜
角θの回転を行なわせる（ステップＳ５）。

【００６８】これにより、ハンド１１１は作業面（測定
面）７から距離ＬＬ₀だけ離れて正対した姿勢となり
（ステップＳ６）、この後、作業面（測定面）７へ部品
設置等の動作が行なわれる。なお、ステップＳ３におけ
る距離ＬＬ₀₀の検出およびステップＳ４における傾斜角
検出の際には、第１実施例と同様の動作が行なわれる
が、その他、第２〜４実施例の装置を本実施例と同様の
ロボットに装備することもでき、このようにした場合に
は、距離ＬＬ₀₀の検出および傾斜角検出は、それぞれ対
応する実施例の動作が行なわれる。

【００６９】このようにして、ロボットの姿勢制御に際
し、作業面（測定面）７における単一の照射点７Ａによ
り作業面（測定面）７の２次元傾斜角θが検出されるよ
うになり、従来要していた計測用面積を必要とせず、作
業対象の自由度が増加するとともに、精度の良い的確な
姿勢制御が安定して行なわれるようになる。

【００７０】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜５記載
の本発明の傾斜角検出装置によれば、測定対象における
単一の照射点により測定対象の傾斜角が検出されるよう
になり、従来要していた計測用面積を必要とせず、ロボ
ット等に装備した場合には、作業対象の自由度が増加す
る利点がある。また、複数の投光部を必要としないた
め、省電力化、小型化がはかられる利点がある。

【００７１】また、請求項３記載の発明の傾斜角検出装
置によれば、平面座標系のＸ軸、Ｙ軸のそれぞれに対応
した１次元傾き成分が検出され、この１次元成分により
２次元傾き成分が、測定対象における単一の照射点によ
り測定対象の傾斜角が検出されるようになり、従来要し
ていた計測用面積を必要とせず、ロボット等に装備した
場合には、作業対象の自由度が増加する利点がある。

【００７２】さらに、請求項４記載の発明の傾斜角検出
装置によれば、平面座標系における１２０度おきの極座
標軸に対応した１次元傾き成分が検出され、この１次元
成分により２次元傾き成分が、測定対象における単一の
照射点により測定対象の傾斜角が検出されるようにな
り、従来要していた計測用面積を必要とせず、ロボット
等に装備した場合には、作業対象の自由度が増加する利
点がある。

【００７３】また、請求項５記載の発明の傾斜角検出装
置によれば、単一の照射点により測定対象の傾斜角を検
出できるようにしながら、作業面（測定面）への距離を
より精度良く計測できるようになり、受光部の有効利用
がはかられるとともに、ロボット等に装備した場合に
は、より的確な動作を行なわせうるようになる利点があ
る。

【００７４】さらに、請求項６記載の発明の傾斜角検出
装置を備えたロボットによれば、ロボットの姿勢制御に
際し、作業面（測定面）における単一の照射点により作
業面（測定面）の傾斜角が検出されるようになり、従来
要していた計測用面積を必要とせず、作業対象の自由度
が増加するとともに、精度の良い的確な姿勢制御が安定
して行なわれるようになる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に記載の発明の原理構成図である。

【図２】請求項２に記載の発明の原理構成図である。

【図３】請求項３に記載の発明の原理構成図である。

【図４】請求項４に記載の発明の原理構成図である。

【図５】請求項５に記載の発明の原理構成図である。

【図６】請求項６に記載の発明の原理構成図である。

【図７】本発明の第１実施例を示す概略構成図である。

【図８】本発明の実施例における作動を説明するための
摸式図である。

【図９】本発明の実施例における作動を説明するための
摸式図である。

【図１０】本発明の実施例における作動を説明するため
の摸式図である。

【図１１】本発明の第２実施例を示す概略構成図であ
る。

【図１２】本発明の第３実施例を示す概略構成図であ
る。

【図１３】本発明の第４実施例を示す概略構成図であ
る。

【図１４】本発明の第５実施例を示す概略構成図であ
る。

【図１５】本発明の第５実施例の動作を示す摸式図であ
る。

【図１６】本発明の第５実施例の動作を示すフローチャ
ートである。

【図１７】従来の傾斜角検出装置における受光部の構造
を示す摸式的断面図である。

【図１８】従来の傾斜角検出装置における受光部の動作
を説明するための摸式図である。

【図１９】従来の傾斜角検出装置の要部構成を示す摸式
的ブロック図である。

【図２０】従来の傾斜角検出装置における傾斜角度検出
動作を説明するための摸式図である。

【図２１】従来の傾斜角検出装置における反射光量特性
を示す摸式図である。

【符号の説明】

１ＰＳＤ２Ｐ層３Ｉ層（平板状シリコン）４Ｎ層５，６電極７作業面（測定面）７Ａ照射点８投光レンズ９ＬＥＤ１０ＬＥＤ駆動回路１１受光レンズ１２距離検出手段１３，１４アンプ１５，１６信号処理回路１７距離演算回路１８信号変換回路１０１ビーム投光部１０２，１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄ受
光部１０３，１０３Ａ，１０３Ｂ受光量検出手段１０４傾斜角検出手段１０５１次元傾き成分検出手段１０６差分演算回路１０７２次元傾き検出手段１１１ハンド１１２動作方向補正手段１１３制御部１１４，１１４Ａ〜１１４Ｆアクチュエータ２０１，２０２距離センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定対象に対しビーム光を照射するビー
ム投光部（１０１）と、該ビーム投光部（１０１）による測定対象の照射点から
の反射光を受光する受光部（１０２）と、該受光部（１０２）の受光量を計量する受光量検出手段
（１０３）とをそなえ、上記受光部（１０３）および上記受光量検出手段（１０
３）が同一照射点に対し複数個設けられるとともに、検出された複数の受光量の相対関係により上記測定対象
の傾斜角を検出する傾斜角検出手段（１０４）が設けら
れたことを特徴とする、傾斜角検出装置。
【請求項２】測定対象に対しビーム光を照射するビー
ム投光部（１０１）と、該ビーム投光部（１０１）による測定対象の照射点から
の反射光を受光する受光部（１０２）と、該受光部（１０２）の受光量を計量する受光量検出手段
（１０３）とをそなえ、上記受光部（１０２）および上記受光量検出手段（１０
３）が同一照射点に対し１対設けられ、上記受光部（１０２）が上記ビーム投光部（１０１）の
投光軸に関し対向する状態で配設されるとともに、検出された一対の受光量の相対関係を反射光量分布の偏
在に対応させて上記測定対象の傾斜角を検出する傾斜角
検出手段（１０４）が設けられ、該傾斜角検出手段（１０４）が、上記ビーム投光部（１０１）から上記照射点へ至る距離
を検出する距離検出手段（１２）と、上記一対の受光量に対し差分演算を行なう差分演算回路
（１０６）を用いて１次元傾き成分を検出する１次元傾
き成分検出手段（１０５）とをそなえて構成されたこと
を特徴とする、傾斜角検出装置。
【請求項３】測定対象に対しビーム光を照射するビー
ム投光部（１０１）と、該ビーム投光部（１０１）による測定対象の照射点から
の反射光を受光する受光部（１０２）と、該受光部（１０２）の受光量を計量する受光量検出手段
（１０３）とをそなえ、上記受光部（１０２）および上記受光量検出手段（１０
３）が同一照射点に対し２対設けられ、上記受光部（１０２）が上記ビーム投光部（１０１）の
投光軸に関し各対ごとに対向し対相互が投光軸に直交す
る平面方向の９０度回転変位する状態で配設されるとと
もに、検出された一対の受光量の相対関係を反射光量分布の偏
在に対応させて上記測定対象の傾斜角を検出する傾斜角
検出手段（１０４）が設けられ、該傾斜角検出手段（１０４）が、上記ビーム投光部（１０１）から上記照射点へ至る距離
を検出する距離検出手段（１２）と、上記各対の受光量に対し差分演算を行なう差分演算回路
（１０６）を用いて１次元傾き成分を検出する１次元傾
き成分検出手段（１０５）と、該１次元傾き成分検出手段（１０５）により各対におい
て検出された１次元傾き成分を用いて上記測定対象の２
次元傾きを検出する２次元傾き検出手段（１０７）とを
そなえて構成されたことを特徴とする、傾斜角検出装
置。
【請求項４】測定対象に対しビーム光を照射するビー
ム投光部（１０１）と、該ビーム投光部（１０１）による測定対象の照射点から
の反射光を受光する受光部（１０２）と、該受光部（１０２）の受光量を計量する受光量検出手段
（１０３）とをそなえ、上記受光部（１０２）および上記受光量検出手段（１０
３）が同一照射点に対し３個設けられ、上記受光部（１０２）のそれぞれが上記ビーム投光部
（１０１）の投光軸に対向し相互が投光軸に直交する平
面方向の１２０度回転変位する状態で配設されるととも
に、検出された３個の受光量の相対関係を反射光量分布の偏
在に対応させて上記測定対象の傾斜角を検出する傾斜角
検出手段（１０４）が設けられ、該傾斜角検出手段（１０４）が、上記ビーム投光部（１０１）から上記照射点へ至る距離
を検出する距離検出手段（１２）と、上記３個の受光量に対し差分演算を行なう差分演算回路
（１０６）を用いて上記測定対象の２次元傾き成分を検
出する２次元傾き検出手段（１０７）とをそなえて構成
されたことを特徴とする、傾斜角検出装置。
【請求項５】測定対象に対しビーム光を照射するビー
ム投光部（１０１）と、該ビーム投光部（１０１）による測定対象の照射点から
の反射光を受光する受光部（１０２）と、該受光部（１０２）の受光量を計量する受光量検出手段
（１０３）とをそなえ、上記受光部（１０２）および上記受光量検出手段（１０
３）が同一照射点に対し複数個設けられるとともに、検出された複数の受光量の相対関係により上記測定対象
の傾斜角を検出する傾斜角検出手段（１０４）が設けら
れ、該傾斜角検出手段（１０４）が、上記ビーム投光部（１０１）から上記照射点へ至る距離
を検出する距離検出手段（１２）をそなえて構成され
て、該距離検出手段（１２）が、検出された複数の距離値を平均処理する平均処理手段
（１０８）をそなえて構成されたことを特徴とする、傾
斜角検出装置。
【請求項６】作業対象に向かい所要の移動動作を行な
うハンド（１１１）と、該ハンド（１１１）に装備され上記移動動作に際し上記
作業対象との距離を計測する距離検出手段（１２）と、上記ハンド（１１１）に装備され上記動作方向と上記作
業対象の表面との傾斜角を検出する傾斜角検出手段（１
０４）と、該傾斜角検出手段（１０４）の検出信号に基づき上記ハ
ンド（１１１）の動作方向を補正する動作方向補正手段
（１１２）とをそなえ、上記距離検出手段（１２）および上記傾斜角検出手段
（１０４）が、上記作業対象へビーム光を照射するビーム投光部と、該ビーム投光部による作業対象の照射点からの反射光を
受光する受光部と、該受光部の受光量を計量する受光量検出手段とをそなえ
て構成されるとともに、上記受光部および上記受光量検出手段が同一照射点に対
し複数個設けられ、検出された複数の受光量の相対関係により上記測定対象
の傾斜角を検出する傾斜角検出手段が設けられて、該傾斜角検出手段の検出信号に基づき上記動作方向補正
手段（１１２）による上記ハンド（１１１）の動作方向
補正が行なわれるように構成されたことを特徴とする、
傾斜角検出装置を備えたロボット。