(57)【要約】【課題】  ロボットアームにカメラを取り付けた構成では、撮影位置とワークの把持位置とでロボットを移動させなければならない。【解決手段】  レンズ鏡筒の前面に配置され、複数の羽根が互いに重なりながら摺動可能に構成されたバリア機構を備え、バリア機構の羽根のレンズ側に位置する面に反射面を形成する。【選択図】  図１
2020043497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアームに取り付け可能な撮像装置であって、
被写体像を撮像する撮像手段と、
前記被写体像を前記撮像手段に導くためのレンズ鏡筒と、
前記レンズ鏡筒の前面に配置され、摺動可能な複数の羽根から構成されたバリア機構と、を備え、
前記バリア機構は前記複数の羽根のレンズ鏡筒側に位置する面に反射面を形成したことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記バリア機構は、前記レンズ鏡筒の前面を露出するように退避してレンズ鏡筒の光軸上にある被写体像を撮影する開状態と、前記レンズ鏡筒の前面を覆う閉状態とで保持されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記バリア機構は、前記レンズ鏡筒の光軸上以外の位置にある被写体像を反射させるように前記反射面を有する羽根を前記レンズ鏡筒の光軸上に位置させると共に、その他の羽根を前記レンズ鏡筒の光路を遮らない位置に退避した半開状態で保持されるにように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記ロボットアームが把持する対象物を俯瞰状態で撮影する場合に前記バリア機構が開状態になるように制御され、前記対象物を近接状態で撮影する場合に前記バリア機構が半開状態になるように制御されることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記バリア機構が閉状態にある場合に、前記バリア機構が前記ロボットアームの先端よりも突出しないことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記バリア機構の複数の羽根は、前記レンズ鏡筒の光軸に垂直な面上にある軸を中心に回動して開閉する構造であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記バリア機構は、少なくとも一部が弾性体で形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のロボット技術の発展とともに、工業製品の組み立てや一般家庭内での高齢者の介護のような、これまで人間が行っていた複雑なタスクをロボットが代わりに行うようになりつつある。特許文献１には、ワークを把持するためにワークの形状やロボットとの相対的な位置等の情報を取得するための撮像装置と、得られた情報に基づいて移動しワークを把持するフィンガーとを設けることが記載されている。また、撮像装置がフィンガーの移動領域を遮らないようにするべく、フィンガーを備えるアームの先端に撮像装置が設けられている。
【０００３】
このようなロボットでは、ワークを把持する際に次のような動作を行う。まず、ワークから離れた位置にロボットアームを移動させ、ロボットアームの先端に設けられた撮像装置でワークを撮影する。そして、撮影した画像からロボットとワークのおおまかな位置関係を把握し、ワークに近づくようにロボットアームを移動させる。
【０００４】
ワークにロボットアームが近づくと、ワークの上に撮像装置が位置するようにロボットアームを移動させて撮影し、ワークの形状や詳細な位置関係を把握して把持方法を決定する。その後、ワークの上にフィンガーが位置するようにロボットアームを移動させてワークを把持する。把持した後は、ワークが元々あった位置上部に撮像装置が位置するようにロボットアームを移動させ、把持の失敗が無いかを確認する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−４３２３１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の構成では、フィンガーを備えるアームの先端に撮像装置が設けられていることにより、ワークの撮影位置と把持位置とでロボットアームを移動させなければならない。そのため、工場の組み立て作業などの時間を要求される場面ではタイムロスとなっていた。
【０００７】
また、撮影位置と把持位置がずれるため、把持位置でワークの位置や形状を確認することができず、ワークの把持を失敗する可能性があった。さらに、ワークの周囲に突出部がある場合には、ワークを把持する際にカメラが突出部を避けるようにロボットアームを動作させなくてはならず、更なるタイムロスの原因となっていた。
【０００８】
本発明の目的は、撮影位置と把持位置との間でロボットを移動させなくてもハンド先端やワークを撮影でき、さらに、撮像装置のレンズ前面を保護しながら不要光を低減可能な小型の撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、ロボットアームに取り付け可能な撮像装置であって、被写体像を撮像する撮像手段と、前記被写体像を前記撮像手段に導くためのレンズ鏡筒と、前記レンズ鏡筒の前面に配置され、摺動可能な複数の羽根から構成されたバリア機構と、を備え、前記バリア機構は前記複数の羽根のレンズ鏡筒側に位置する面に反射面を形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、撮影位置と把持位置との間でロボットを移動させなくても、ロボットアームの先端部や把持する対象物を撮影することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態の撮像装置とロボットアームの要部断面図。
【図２】本発明の実施形態のバリア機構の説明図。
【図３】本発明の実施形態のバリア機構の開閉状態を示す要部断面図。
【図４】本発明の実施形態の撮像装置とロボットアームの動作を説明する要部断面図。
【図５】本発明の実施形態の制御に関するフローチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を好適な実施例に基づき、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る撮像装置とロボットアームの要部断面図である。
【００１３】
図１において、撮像装置１は、撮像装置筺体１０、レンズ鏡筒１１、レンズ前面を保護するためのバリア機構１２、撮像装置１をロボットアームに取り付けるための固定部１５から構成される。また、レンズ鏡筒１１から取り込んだ被写体像を撮像して電気信号に変換する撮像素子１３、撮像素子１３から得られた画像データの画像処理や映像出力等の制御を行うメイン基板ユニット１４を備えている。
【００１４】
ロボットアーム２は、アーム部２０、撮像装置１０を取り付けるハンド部２１、ハンド部２１に対して摺動可能に設けられたフィンガー部２２、ハンド部２１に撮像装置１を取り付けるための台座部２３から構成される。アーム部２０は複数の関節を有して腕のように稼働し、ワークを把持して移動するなどの動作を行う。ハンド部２１はアーム部２０に対して軸Ａを中心軸として回転可能に備えられており、ワークの把持姿勢を変更する。フィンガー部２２は、ハンド部２１に対して図面奥行き方向に開閉可能に備えられており、フィンガー部２２を開いた状態でワークを挟み込み、フィンガー部２２を閉じることでワークを把持する。
【００１５】
撮像装置１とハンド部２１とは、撮像装置１の固定部１５を台座部２３に嵌め合わせ、不図示のねじによって強固に締結される。撮像装置１とロボットアーム２とは、不図示のケーブルによって電気的に接続され、撮像装置１はロボットアーム２からの電源供給を受けると共に、撮影した画像をロボットアーム２にケーブルを通じて送信する。
【００１６】
次に、バリア機構１２の構造とその動作方法について説明する。図２は、バリア機構１２の構造を示す斜視図である。
【００１７】
図２（ａ）は、バリア機構１２を撮像装置１の外側から見た斜視図、図２（ｂ）は、バリア機構１２を撮像装置１の背面側から見た斜視図、図２（ｃ）は、バリア機構１２の断面図である。図２において、バリア機構１２は、複数の羽根部材１２１〜１２４により構成され、軸Ｂを回転軸として回動可能に保持されている。
【００１８】
図２（ｃ）に示すように、羽根部材１２１〜１２３は、レンズ鏡筒の光軸に垂直な面上にある軸Ｂを中心として互いに異なる半径の円弧形状から成る。そして、その半径の大きさは羽根部材１２１の半径ａ＜羽根部材１２２の半径ｂ＜羽根部材１２３の半径ｃという関係で成り立っている。羽根部材１２４は、羽根部材１２３の半径ｃよりも大きな距離ｄから成る平面を有する。
【００１９】
また、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、羽根部材１２４のレンズ鏡筒側に位置する面上には、反射面１２４ａを備えている。反射面１２４ａは鏡などの反射部材から成り、羽根部材１２４に接着されている。反射面１２４ａの効果については後述する。
【００２０】
図３は、バリア機構１２の動作を説明するための要部断面図である。図３を用いてバリア機構１２の動作について説明する。図３（ａ）は、開状態のバリア機構１２を示し、図３（ｂ）は、半開状態のバリア機構１２を示し、図３（ｃ）は、閉状態のバリア機構１２を示す。
【００２１】
図３（ａ）に示すように、バリア機構１２が開状態にある場合には、羽根部材１２１〜１２４がレンズ鏡筒１１の上部に退避した状態で保持され、レンズ鏡筒１１の前面を露出する。これにより、一点鎖線Ｃで示すように入射光束がまっすぐ撮像素子１３に導かれる。
【００２２】
このとき、反射面１２４ａとレンズ鏡筒１１の間には、羽根部材１２３が位置している。そのため、一点鎖線Ｄで示すように、外光が反射面１２４ａで反射したとしても、羽根部材１２３によってレンズ鏡筒１１に入射することが妨げられ、不要光の入射を低減することができる。
【００２３】
一方、図３（ｂ）に示すように、バリア機構１２が半開状態にある場合には、羽根部材１２１〜１２３は、互いに重なるようにしてレンズ鏡筒１１の上部に光路を遮らない位置に退避した状態で保持される。そして、羽根部材１２４のみが軸Ｂを回転軸として回動し、レンズ鏡筒１１の光軸上に保持される。そして、レンズ鏡筒１１の光軸上以外の一点鎖線Ｅで示す方向から入射した被写体像が、反射面１２４ａによって一点鎖線Ｃで示す方向に折り曲げられて撮像素子１３に導かれる。
【００２４】
このとき、撮像素子１３に入射する光像は、反射面１２４ａの反射によって上下逆になるため、メイン基板ユニット１４の画像処置部によって撮影画像の上下を反転させる処理が行われる。なお、レンズ鏡筒１１の正面から上部は羽根部材１２１〜１２４によって覆われているため、レンズ鏡筒１１上部から侵入する光線が撮像素子１３に入射するのを防ぐことができる。
【００２５】
また、図３（ｃ）に示すように、バリア機構１２が閉状態にある場合には、羽根部材１２１〜１２４によってレンズ鏡筒１１が覆われ、レンズの前面を外力や粉塵から保護することができる。なお、本実施形態のバリア機構１２は、開位置、半開位置、閉位置との間で羽根部材１２１〜１２４を駆動保持することが可能なように、各羽根部材に駆動モータ（不図示）が設けられている。また、半開位置での羽根部材１２４の角度は、フィンガー部２２の形状やワークの形状によってユーザーが最適な角度に変更可能に構成されている。
【００２６】
次に、図４は、撮像装置１とロボットアーム２の動作を示す要部断面図である。ワークを把持して移動させる動作を例にして、図４、図５を用いてロボットアーム２と撮像装置１の動作を説明する。
【００２７】
図４に示すように、複数の対象物であるワーク３として、ワーク３１〜ワーク３４がトレイの中に並べられている。本実施例では、ワーク３１を把持するものとする。
【００２８】
図４（ａ）は、ワーク３１の位置を把握するために俯瞰状態で撮影している状態を示す。図４（ａ）に示すように、撮像装置１のバリア機構１２は開状態であり、撮像装置１の光軸は真っすぐワーク３を捉えている。前述したように羽根部材１２４の反射面１２４ａとレンズ鏡筒１１の間には羽根部材１２３が収納されているため、反射面１２４ａによって反射した光がレンズ鏡筒１１に入射するのを防いでいる。
【００２９】
また、撮像装置１上部（図４（ａ）における左側）からの光もバリア機構１２によって遮断されている。不要光の入射を防ぐことによって、撮像装置１で得られる画像データが劣化しないようにしている。このとき、撮像装置１とワーク３との距離は十分にあるため、撮像装置１の光軸とフィンガー部２２は略平行であるが、ワーク３１〜ワーク３４は撮影画角内におさまっている。
【００３０】
撮影画像から得られた位置データと、撮像装置１とフィンガー部２２の位置関係から、ワーク３１の中心とフィンガー部２２の把持位置との相対距離を算出することができる。メイン基板ユニット１４の画像処理部によりワーク３１の位置を検出し、この画像処理は、例えばエッジ検出やパターンマッチングなど公知の技術である。また、撮像装置１は、自動焦点調節（ＡＦ）機能を備えていてもよく、撮影時にＡＦ動作を行い合焦した点を撮影するようにしてもよい。
【００３１】
図４（ｂ）は、図４（ａ）によって算出した相対距離に基づいて、フィンガー部２２をワーク３１の近傍上部に向けて移動させた状態を示す。この状態で再度撮影をして位置検出を行うことで、ワーク３１の詳細形状を把握して把持方法を決定し、フィンガー部２２とワーク３１との距離を詳細に算出することができる。
【００３２】
図４（ｂ）に示すように、撮像装置１のバリア機構１２は半開状態であり、撮像装置１の光軸は反射面１２４ａに反射して折り曲げられ、フィンガー部２２の先端と対象物であるワーク３１の近辺を近接状態で撮像している。このように、アーム２の先端に撮像装置１が設けられていても、ロボットアーム２を移動させることなく、バリア機構１２の開閉状態を変更することによって、俯瞰状態での撮影とフィンガー部２２先端の撮影とを行うことが可能となる。そのため、ワークの位置を把握するための撮影位置と、ワークを把持するための位置とでロボットを移動させる必要がなく、工数を削減することができる。
【００３３】
図４（ｃ）は、フィンガー部２２が図面奥行き方向に開いてワーク３１を把持する状態を示す。図４（ｃ）に示すように、撮像装置１のバリア機構１２は閉状態であり、撮影は行わない。また、閉状態では、バリア機構１２がフィンガー部２２の先端より突出しない。そのため、撮影を行わない場合にバリア機構１２を閉状態とすることにより、ワーク３１の隣のワーク３２にレンズ前面が衝突するなど不用意にレンズを傷つけてしまうことが無いよう保護している。
【００３４】
また、衝突回避のためにロボットを遠回りさせる必要もないため、工数削減に繋がる。さらに、バリア機構１２の羽根部材１２１〜１２４の外観面を、ゴムなどの硬度の低い材料（弾性体）で形成することで、ワークを傷つけないようにしても良い。
【００３５】
図５は、ロボットを制御する不図示のコンピュータにより、ロボットアーム２と撮像装置１の制御を実行する処理のフローチャートである。図５の左側に撮像装置１の動作を指示する処理を示し、図５の右側にロボットアーム２の動作を指示する処理を示す。
【００３６】
まず、操作者によりロボットアーム２がワーク３１を把持する動作の開始が指示されると、ワークが並べられたトレイの上部にフィンガー部２２が位置するようにロボットを作業開始位置に移動させる（ステップＳ１）。
【００３７】
ワーク上部にフィンガー部２２が移動すると、撮像装置１のバリア機構１２を開状態にしてワークを俯瞰撮影するように制御し、撮影画像からワーク３１の中心位置を検出する（ステップＳ２）。
【００３８】
ステップＳ２において得られたワーク３１の位置情報からフィンガー部２２とワーク３１のおおまかな相対距離を算出し、図４（ｂ）に示すようにワーク３１近傍の上部にフィンガー部２２が位置するようにロボットを移動させる（ステップＳ３）。
【００３９】
ワーク３１近傍の上部にフィンガー部２２が移動すると、撮像装置１のバリア機構１２を半開状態にしてワーク３１を撮影するように制御し、ワーク３１の詳細形状や位置情報を取得する（ステップＳ４）。
【００４０】
ステップＳ４において得られた情報からフィンガー部２２とワーク３１の相対距離を詳細に算出し、把持方法を決定する（ステップＳ５）。
【００４１】
続いて、撮像装置１のバリア機構１２を閉状態にするように制御し（ステップＳ６）、ロボットを移動させてフィンガー部２２を開いてワーク３１を把持するように制御し、フィンガー部２２によりワーク３１を把持したら、ロボットを上昇させる（ステップＳ７）。
【００４２】
その後、撮像装置１のバリア機構１２を開状態にして、ワーク３１が入っていたトレイを俯瞰撮影するように制御する（ステップＳ８）。
【００４３】
ステップＳ８で撮影した画像をステップＳ２で撮影した画像と比較することによりワーク３１の有無を判定し、ワーク３１を把持できているかどうかを判断する（ステップＳ９）。
【００４４】
ステップＳ９において、ワーク３１を把持できていなかったと判断した場合にはステップＳ２に戻り、再度ワーク３１の撮影画像からフィンガー部２２とワーク３１の相対距離を算出する。
【００４５】
ステップＳ９において、ワーク３１を把持できていたと判断した場合にはステップＳ１０に進み、ワーク３１を運ぶ目標位置に向けてロボットを移動させる（ステップＳ１０）。
【００４６】
目標位置の上部に移動すると、撮像装置１のバリア機構１２を開状態にして目標位置を俯瞰撮影するように制御し、ワーク３１を下ろす位置を検出する（ステップＳ１１）。
【００４７】
得られた位置情報からワーク３１を下ろす位置とフィンガー部２２に把持されたワーク３１との相対距離を算出し、下ろす姿勢を決定する（ステップＳ１２）。
【００４８】
その後、撮像装置１のバリア機構１２を閉状態にするように制御し（ステップＳ１３）、フィンガー部２２を下降させてワーク３１を目標位置に下ろすように制御する（ステップＳ１４）。
【００４９】
ステップＳ１５において、フィンガー部２２を上昇させた後に、撮像装置１のバリア機構１２を開状態にして、ワーク３１を下ろした位置を撮影するように制御する（ステップＳ１６）。
【００５０】
ステップＳ１６で撮影した画像をステップＳ１１で撮影した画像と比較することにより、ワーク３１を目標位置に正確に下ろすことができたかどうかを判断する（ステップＳ１７）。
【００５１】
ステップ１７において、ワーク３１を下ろせていなかった、又は正確な位置に下ろすことができていなかったと判断した場合にはステップＳ１１に戻り、再度ワーク３１を下ろす位置を確認し、ステップＳ１２において相対距離を算出する。
【００５２】
その場合、ステップ１４ではなく、ステップＳ１８に進んで、最初にワーク３１が置かれた位置でフィンガー部２２を下降させてワーク３１を把持し、さらに正しい位置に移動させてからワーク３１を下ろすように制御する。
【００５３】
ステップＳ１７において、ワーク３１を正確な位置に下ろすことができたと判断した場合にはバリア機構１２を閉状態にするように制御し（ステップＳ１９）、一連の動作を終了する。また、次のワークを移動させる場合には、ステップＳ１に戻る。
【００５４】
なお、ステップＳ３、Ｓ１０などにおけるロボットの移動時にバリア機構１２を閉状態としてもよい。バリア機構１２を閉状態にして移動することで不用意に外力がかかってもレンズ鏡筒１１を保護することができる。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態によれば、バリア機構の少なくとも一番内側ではない羽根部材のレンズ側に位置する面に反射面を設けたことにより、バリアの開閉角度によって反射面をレンズ鏡筒の光軸上に配置することができる。これにより、光線を反射面によって反射させ、フィンガー部先端の近接撮影を行うことが可能となる。
【００５６】
そのため、アームの先端に撮像装置が設けられていても、撮影位置と把持位置との間でロボットを移動させなくても撮影と把持動作を行うことができるため、工数を削減することができる。また、バリア機構が開状態のときには、反射面をその他の羽根部材で覆うようにして退避することにより、反射面に反射した光線がレンズ鏡筒に入射するのを防ぐため、不要光を低減できる。
【００５７】
ワークを把持する際にはバリア機構が閉状態であり、フィンガー先端よりもバリア機構が突出しないよう配置されている。これにより、ワーク周辺の突出部に撮像装置が衝突してもレンズ前面を保護することができる。また、バリア機構の一部に反射面を有しているため、部品点数を削減しつつ小型な撮像装置を提供することが可能となる。
【００５８】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。
【００５９】
本実施形態では、ロボットは複数の関節を有するロボットアームとしているが、ヒト型ロボットなどその他のロボットでもよい。また、ワークを把持して目標位置に移動させるという動作を例に説明してきたが、本発明はこれに限られるものではなく、撮像装置を用いた他の動作でもよい。また、ロボットのフィンガー部は、図面奥行き方向に開閉するものとしているが、例えば回転動作を行うフィンガーなどその他のフィンガー構成でもよい。
【００６０】
本実施形態のバリア機構は、開状態、半開状態、閉状態の３段階で制御されているが、開閉状態は適宜変更可能であり、ロボットに取り付けたフィンガー形状やワークの形状に応じて最適な撮影画像になるように開閉角度を変更してもよい。また、本実施形態のバリア機構は４枚の羽根部材から構成されているが、本発明はこれに限られるものではなく、反射面を有する羽根部材がバリアの開閉状態に応じて他の羽根部材によって覆われる構成となっていればよい。
【００６１】
（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１  撮像装置
１１  レンズ鏡筒
１２  バリア機構
２  ロボットアーム
２０  アーム部
２１  ハンド部
２２  フィンガー部
１２１  羽根部材
１２２  羽根部材
１２３  羽根部材
１２４  羽根部材
１２４ａ  反射面
【図１】
2020043497.tif 000003
【図２】
2020043497.tif 000004
【図３】
2020043497.tif 000005
【図４】
2020043497.tif 000006
【図５】
2020043497.tif 000007