JPS60231208A - 自動機械の制御方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、ロボット等の自動機械において、作業対象
物体の形状等の三次元位置をセンサにより認識し操作を
行わせるようにした自動機械の制御方法に関するもので
ある。

〔従来技術〕

まず、従来の自動機械の操作の一例として、ページめく
りを例にとって以下説明する。

第１図は従来のペー、ジめくり方法の一例を示すもので
、この図で、１．５はＴＶカメラ、２は作業対象物体、
例えば本（以下水というン、３はコンピュータ、４はマ
ニピュレータであり、本２の上方ＫＴＶＴＶカメラ設置
し、こｎＫより入力さｔｌｙ：画像にコンピュータ３の
指令で微分を施し、こｔ′Ｌヲ解析することにより本２
の位置、形状を認識するように構成さｊているので、本
２の厚さや紙面の曲面情報が得らｎない。また、紙面と
背景のコントラストが低いと紙面の輪郭の認識が困難で
あり、さらに、紙面上の文字等と紙面の縁部とを区別す
るのが難しいといった欠点があった。また、この欠点を
解決するのＫＴＶＴＶカメラ本２の横に設置する方法も
あるが、ＴＶカメラが２台必要である。あるいはＴＶカ
メラン駆動する機構が必要であるため、コストがかかる
という欠点があった。

〔発明の概要Ｊ この発明は、これらの欠点を除去するため、作業対象物
体の傾きおよび作業対象物体までの距離を計測できるセ
ンサを自動機械に適用し、こｔ′ＬＫより作業対象物体
が、例えば本であればその本の湾曲状態０本の厚さ１本
の位置０本の形状’ｔ−ａｍし、ページめくり動作を確
実に行えるようにしたものである。以下図面についてこ
の発明の詳細な説明する。なお、以下の説明では従来例
と同じくページめ（すを例にして説明する。

〔発明の実施例〕

第２図はこの発明の一実施例の構成を示す■である。こ
の図において、６は前記率２の形状および位置ｔｇ識す
るセンサである。こｔｉｌに動作するには、センサ６に
より認識さ？１に本２の形状１位置情報に基づき、コン
ピュータ３の指令によりマニピュレータ４を制御し、本
２のページをめ（る。

センサ６は本２の傾鎗および本２までの距離を計測する
ものであるが、その−例として特願昭５８−６４２１１
４号に記載の方法の原理な第３図に示す。

第３図で、Ｔはレーザ元等の直進性の高い元を発する投
光素子、８はＣＯＤカメラ等の視覚センサである。テな
わら、半径Ｒの同一円周上に配置された複数個の投光素
子Ｔがら投光を行い、本２の表面上に楕円パターンを形
成し、視覚センサ８からこの画像を入力し曲面の形状ｖ
ｋ：Ｓ析する。さらｋ、投光素子７からの投光の角度θ
を制御してスポットＶ一点に集光させることにより、そ
の時の角度θより物体までの距ｙ１ｍｌは １＝Ｒａｏｔθ（Ｒは投光素子７のある円の中径ン よりまる。その結果、本２の厚さがめられる。

セン、す６の実際の構成は、第４図のよう忙マニピュン
ータ４Ｖｃ搭載するものと、第５図のよう忙マニピュン
ータ４とは別個に設置されるものとが考えられる。第４
図で、９はレバー機構、１ｏはポールねじ、Ｐ＋　Ｉ　
Ｐａ　、Ｐｍ　は枢着点であり、第５図で、１１はＸ−
Ｙステージである。ボールねじ１ｏの回動によりレバー
機構９が上下動し、七ｔｔＫより投光素子１を枢着点Ｐ
ｓＹ支点として回動させ角度θを変化させる。

ＪＩＩＪ図の場合は、センサ６はマニピュレータ４の動
きにより３次元駆動される。認識対象である本２との相
対位置を変えられるので、本２の形状や本２の厚さを検
出するのに適している。

＃！５図の方式では、センサ６をＸ−Ｙステージ１１等
に搭載して置き、適当な間隔の走査を行５にめ、マニピ
ュレータ４の負荷が減り、高精度な位置決めが可能であ
る。

第４図の方式で第３図の角度θを制御するレバー機構９
を設けると重畳が重くなるので、第６図（ａ）、（ｂ）
のように、投光距離の異なる投光素子１へ７ｂ、７ｃ・
・・等を複数個組み合せて設けることにより、重ｔ′ｆ
Ｉ！：増すことなくほぼ同じ機能を果丁こ゛とができる
。以下第５図の場合を例にし【、本２の認識処理の説ｕ
Ａ′４Ｉ：行う。

ページめ（リロボットのページめくり機能を果てために
は、本２の大きさ１本２の位置１本２の厚さｗｕｆｌａ
する必要かある。また、このジポットを用いて本２の紙
面上の情報を読み取るためＫは、視覚センサ８を紙面の
湾曲に沿って走査する必要がある。したがって、本２の
１面を認識することＪｉＬ、ｒｌ−１１１ｗナト１ 第７図にセンサ６に関する幾何学的関係を示す。

＃Ｉ７図でＡは円の中心、Ｓは′ｙｔ、Ｍが円の中心線
上に集光する点、ＢおよびＣは物体表面上に形成された
楕円の長袖の両端の点、φは円の中心線と光線のなす角
度、αは本２０面の傾きである。いま、点Ｂとπの距離
ｖｂ、点Ｃど奪の距離ｖｃとすると、 となる。ｂおよびＣは、長さの比が分かればよいから、
視覚センサ８から入力した画偉上忙おけるスポットを一
点に集光させることにより、本２までの距離が前述のよ
うにまる。

紙面の曲面を認識するためには、センサ６を紙面上を何
点か走査し、各点の距離と傾きをめる。

これらｔデータとして任意の滑らかな曲面は、第８図の
ような曲面バッチによりその形状を表現する。砥面の湾
曲を曲面バッチャ表理予弁ｉば−遣当なオフセットを設
けることにより、文書情報式Ｑ、は２つのパラメータＵ
、Ｗ方向の曲線の接線ベクトルを表している。曲面バッ
チＰ　（ｕ　＊　ｗ）は次のように表さｎる。

Ｐ（ｕ、ｗ）＝（Ｈｏｊｕ）　Ｈｏ、＋（ｕｌ　Ｈ＋、
ｏ（ｕ）　Ｌａ（ｕ））ｙ、＝　ｒ　Ｌ、塩。（ｔｌ＝
（ｔ−１）”　（２ｔ＋１）ＨＪｔ）＝　ｔ”　（３−
２をン Ｈ１，。（ｔ）＝（ｔ−１）”、ｔ Ｈｘ４（ｔ）　＝　（ｔ　−１）　ｔ”であり、ｔはＵ
まｋはｗＹあられ丁。

位置ベクトルＱは、本２との距ａｈおよびＸ−Ｙ方向走
査量からｆる。接線ベクトルＱ、、Ｑ。

は、第９図のように本２の紙面の傾きαおよび楕円の長
袖か基準のＸ軸とな丁角βより、法線ベクトルδが δ＝　（ｃｏｏαｃｏｓβｃｏｓ（Ｘ　ｓｌｎβｗｉｎ
α）１となるので、δ・Ｑ、　＝　０　、δ・Ｑ、＝Ｏ
およびＵ。

Ｗ方向ｖＸ＊７方向と一致させること忙よりとなる。ｋ
、１言定数である。

以上で、紙面の曲面が認識できるが、紙面の縁等は濃淡
画像に基づきめる。例えば第１０図のように、入力画像
の微分から輪郭候補がまりセンサ６の走査を点線のよう
に行い、物体の傾會および位置の測定＋１各格子点で行
うとき、走査と輪郭候補が交差するか否かを調べる。交
差しているときは、その格子点間で細かいピッチで距離
の計測を行い、第１１図（ａ）、（ｂ）のようなグラフ
を得る。これｔ用いて、真の輪郭か文字等の紙面上の情
報かを判定する。

輪郭の場合は曲面バッチでは近似できないので、この点
の両側Ｋｆｆｒたにバッチを設けて表現する（第１１図
Ａ−ｂ、ｂ−ＢＫ分割するン。このようＫして、紙面の
縁部を□近似すれば、結果として本紙面）２の大きさを
めることがで炒る。

まに１本２によっては、第１２図のように本２の縁部が
不ぞろいであり、ページめくり動作の障害になるが、第
４図の方式を用いて距離計測な行えば縁部の凹凸を計測
することかで會る。

次に、この発明の動作を第１３図のフローチャートによ
り説明する。なお、図中の（１）〜（１３）は各ステッ
プを示す。

まず、本２の含まｎる画像を濃淡画像として取り込み（
１）、微分処理’＆ｍＬｋ後（２）、適当なしきい値で
２値化を行う（３）。この結果に対して、第１Ｏ図に示
した走査Ｍ（点線）と輪郭候補（微分値がしきい値より
大きい画素）と交差するか否かを調べ（４）、もし、交
差していればセンサ６により距離計測を行い（５）、第
１１図のようなグラフを得、輪郭かどうかを判定しく６
）、記憶する（７）。画面全体に対してこの処理を行っ
たら＠）、輪郭線を追跡することにより、本２の大きさ
や置かれている位置を認識できる（９）。この結果に基
づき、ページめ（り動作を行い、ページをめくる（　１
０）。

次に、本２の紙面に対応する場所に、第７図のようなス
ポットの投光を行うこと忙より、前述の曲面を表子パラ
メータＱ、Ｑ、、Ｑ＝　請求める。

紙面全体の結果から、紙面の３次元形状がｇ織できるの
でｈ　ｌ）、高解偉度入力用ヘッド等を紙面の曲率に沿
って走査すること忙より、紙面上の情報を入力すること
ができる（１２）。さら忙、ページめくり動作を行つと
きは（１３）　、再び濃淡画像の入力から始まる。

第１４図はこの発明の一実施例の構成を示すグｐツク図
であり、この図において、１０１は画像メモリ、１０２
は微分回路、１０３は２値化回路、１０４は２値画儂メ
モリ、１０５はアドレス指令回路、１０６はバッファ、
１０７は判定回路、１０８は距離計測指令回路、１０ｇ
はコントローラ、１１０はレーザ光透過フィルタ、１１
１はモータ、１１２はメモリ、１１３は判定回路、１１
４はメモリ、１１５は本の位置、形状ｉ＆！！！織回路
、１１６はページめくり動作指示回路、１１１は曲面認
識指令回路、１１８はメモリ、１１９は入力ヘッド指令
回路、１２０は入力用ヘッドであり、その他の２．４，
６．８は第４図、第５図と同じである。

次に、動作について説明する。まず、ＴＶ左カメラの視
覚センサ８がら本２の濃淡画像を入力し、画像メモ！Ｊ
ｔＯＩＫ格納する。次に、この画像データに対し、微分
回路１Ｇ２で微分処理を施し、２値化回路１０３で適嶺
なしきい値を用いて２値化を行い、２値画像メモリ１０
４に格納する。アドレス指令回路１０５の指令に従い、
走査線（第１θ図の点線）上のデータ音バッファ１０６
に読み出し、判定回路１０１で輪郭候補画素があるが否
かを判定する。もし、ある場合は距離計測指令回路１０
８の指令をフントローラ１０９に与える。

コントルーラ１０９では、まず、レーザ元透過フィルタ
１１０を視覚センサ８の前にセットする。

さらに、センサ６のモータ１１１を制御することにより
、スポットを一点に集光させる。このときのモータ１１
１の回転角より距離がまるので、こｔｔｙメモ！７１１
２に格納する。単位区間分の距離がメモ！７１１２に格
納されに後、判定回路１１３で真に輪郭か否かの判定を
行い、輪郭の場合には、その座標値をメモリ１１４に格
納する。

アドレス指令回路１０５では画面全体の走査が終つに時
点で信号を、本の位置、形状認識回路１１５およびメモ
リ１１４に与え、メモリ１１４から読み出された輪郭座
標に基づき、本の位置、形状認識回路１１５で本２の位
置および形状を計算する。その結果に基づき、ページめ
くり動作指示回路１１６で認識した本２に適したページ
め（り軌道をめ、マニピュレータ４を駆動してページを
めくる。ページめくり動作が終了したら曲面認識指令回
路１１７により、本２０紙面に対応する位置にスポット
パターンの走査を行い、曲面を表子パラメータＱ、Ｑ、
、Ｑ、を計算し、メモリ１１８に格納する。これに従い
、入力ヘッド指令回路１１９で入力用ヘッド１２０の軌
道を発生し、本２の曲率に沿って入力用ヘッド１２０）
ｋ駆動することにより、紙面上の情報を入力する。

なお、上記では作業対象物体として本２の場合をとり、
ページめくりの操作について説明したが、この発明はこ
ｎＶｃ限定されず楕々の制御に適用できることは云うま
でもない。

〔発明の効果〕

以上詳細忙説明し文ように、この発明は自動機械に、作
業対象物体の三次元位置を検知するセンサを具備せしめ
、このセンサを用いて作業対象物体の形状、大きさ、傾
きを認識して所要の操作を行わせるようＫしたので、常
に正確な操作を行わせることができ、ページめくりをは
じめ各棟の自動機械の制御に広く適用できる利点がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の自動機械の制御方法の一例としてのペー
ジめくり方法の説明図、第２図はこの発明の一実施例と
してのページめくり方法の概略構成を示す図、第３図は
作業対象物体の形状位置等を認識するセンサの動作原理
の説明図、第４図。 第５図はそｔぞれマニビュンータ搭載形の構成例を示す
斜視図、第６図（ａ）、（ｂ戸まセンサの他の例を示す
もので、複数個の投光距離を有する方法を説明するため
の説明図と、その人矢視方向の図、第７図は第６図にお
ける各部の幾何学的関係を示す図、第８図は曲面パンチ
の説明図、第９図は接線ベクトルのめ方の説明図、第１
θ図は濃度急変部のある場合の例を示す図、第１．１図
（ａ）、（ｂ）は距離計測例の説明図、第１２図は本の
縁部の不ぞろい例を示す要部の図、第１３図はこの発明
の動作説明のためのフローチャート、第１４図はこの発
明を実施する自動機械の一例の構成を示すブロック図で
ある。 図中、１．５はＴＶ左カメラ２は本、３はコンピュータ
、４はマニピュレータ、６はセンサ、７゜７！＋７ｂ＋
７ｃは投光素子、８は視覚センサ、９はレバー機構、１
０はポールネジ、１１はＸ−Ｙステージ、１０１は画像
メモリ、１０２は微分回路、１０３は２値化回路、１０
４は２値画像メモリ、１０５はアドレス指令回路、１０
６はバッファ、１０７，１１３は判定回路、１０８は距
離計測指令回路、１０９はコントルーラ、１１０はレー
ザ元透過フィルタ、１１１はモータ、１１２゜１１４，
１１８はメモリ、１１５は本の位置、形状認識回路、１
１６はページめくり動作指示回路、１１７は曲面認識指
令回路、１１９は入力ヘッド指令回路、１２０は入力用
ヘッドである。 第１図　第２図 第３図 第４図 第５図 第６図　第８図 第７図 第９図 第１１図 第１２図 第１３図 ト（四＝ 曙 Ｈ帆、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 作業対象物体を遠隔操作する自動機械において、前記作
   業対象物体の三次元位置を検知するセンサを具備せしめ
   、このセンサを用いて前記作業対象物体の形状、大きさ
   、傾きを認識して前記作業対象物体の操作を行わせるこ
   とを特徴とする自動機械の制御方法。