(57)【要約】【課題】レンジセンサの配置位置をシミュレーションにより評価する。【解決手段】三次元の仮想空間内の所定領域に、バラ積みされた複数の物品に対応する物品モデルを配置する物品配置部１１と、一対のカメラモデルとプロジェクタモデルとを含むセンサモデルを仮想空間内に配置するセンサ配置部１２と、一対のカメラモデルに対向する所定領域内における仮想平面を等間隔に分割した複数の分割線を含む複数の第１平面を生成する第１平面群生成部１４と、プロジェクタモデルから仮想平面に縞状のパターン光を投影したと仮定したときのパターン光の境界面により複数の第２平面を生成する第２平面群生成部１５と、第１平面と第２平面との交線を算出する交線算出部１６と、交線と一対のカメラモデルに面する物品モデルの表面との交点の個数をカウントする交点個数算出部１７とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のカメラと縞状のパターン光を投影するプロジェクタとを有するレンジセンサの配置位置を、シミュレーションにより評価するレンジセンサの配置位置評価装置であって、
三次元の仮想空間内の所定領域に、バラ積みされた複数の物品に対応する物品モデルを配置する物品配置部と、
前記レンジセンサに対応するセンサモデルであって、前記一対のカメラに対応する一対のカメラモデルと前記プロジェクタに対応するプロジェクタモデルとを含むセンサモデルを、前記所定領域を計測範囲に含むように前記仮想空間内に配置するセンサ配置部と、
前記一対のカメラモデルに対向する前記所定領域内における仮想平面を等間隔に分割した複数の分割線と、前記一対のカメラモデルから各々の前記分割線に向けて延ばしたカメラ視線とを含む、複数の第１平面を生成する第１平面群生成部と、
前記プロジェクタモデルから前記仮想平面に前記縞状のパターン光を投影したと仮定したときの、該パターン光の境界面により複数の第２平面を生成する第２平面群生成部と、
前記複数の第１平面と前記複数の第２平面とが交差する複数の交線を算出する交線算出部と、
前記複数の交線と前記一対のカメラモデルに面する前記物品モデルの表面との交点の個数をカウントする交点個数算出部と、を備えることを特徴とするレンジセンサの配置位置評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレンジセンサの配置位置評価装置において、
前記交点個数算出部は、前記物品モデルの表面上における前記交点と前記一対のカメラモデルとを接続する直線と、前記交点を通る前記物品モデルの表面に対する法線とのなす角が、所定角度以下である交点の個数をカウントすることを特徴とするレンジセンサの配置位置評価装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレンジセンサの配置位置評価装置において、
前記物品を収容する収容部に対応する収容部モデルを含む、障害物モデルを配置する障害物配置部をさらに有し、
前記交点個数算出部は、前記カメラモデルと前記交点との間に前記障害物モデルが存在しない交点の個数をカウントすることを特徴とするレンジセンサの配置位置評価装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のレンジセンサの配置位置評価装置において、
前記交点個数算出部によりカウントされた前記交点の個数に基づいて前記センサモデルの配置位置を評価する配置位置評価部をさらに備えることを特徴とするレンジセンサの配置位置評価装置。
【請求項５】
請求項４に記載のレンジセンサの配置位置評価装置において、
前記物品配置部は、複数の配置パターンで前記物品モデルを配置し、
前記交点個数算出部は、各々の配置パターンに対しそれぞれ前記交点の個数をカウントし、
前記配置位置評価部は、各々の配置パターンに対しカウントした前記交点の個数を合計した合計値に基づき前記センサモデルの配置位置を評価することを特徴とするレンジセンサの配置位置評価装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載のレンジセンサの配置位置評価装置において、
前記センサ配置部は、複数の配置パターンで前記センサモデルを配置し、
前記交点個数算出部は、各々の配置パターンに対しそれぞれ前記交点の個数をカウントし、
前記配置位置評価部は、前記交点の個数が最も多い前記センサモデルの配置パターンを出力することを特徴とするレンジセンサの配置位置評価装置。
【請求項７】
請求項６に記載のレンジセンサの配置位置評価装置において、
前記センサモデルの配置範囲を指定するセンサ配置範囲指定部をさらに備え、
前記センサ配置部は、前記センサ配置範囲指定部で指定された配置範囲内で、前記センサモデルの配置パターンを変更することを特徴とするレンジセンサの配置位置評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンジセンサの配置位置をシミュレーションにより評価するレンジセンサの配置位置評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンジセンサ（測域センサ）は、三次元空間における物品の広範囲の位置情報を取得する際に用いられる。このレンジセンサを用いて、三次元空間にバラ積みされた物品の位置情報を取得し、その位置情報に基づいて物品の位置および姿勢を認識し、認識した物品をロボットにより取り出すようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１には、２台のカメラと１台のプロジェクタとによりレンジセンサを構成する点が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１０１０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、三次元空間においてレンジセンサが配置される位置は、従来、作業者の経験等に基づいて決定されており、レンジセンサを最適な位置に配置することが困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様は、一対のカメラと縞状のパターン光を投影するプロジェクタとを有するレンジセンサの配置位置を、シミュレーションにより評価するレンジセンサの配置位置評価装置であって、三次元の仮想空間内の所定領域に、バラ積みされた複数の物品に対応する物品モデルを配置する物品配置部と、レンジセンサに対応するセンサモデルであって、一対のカメラに対応する一対のカメラモデルとプロジェクタに対応するプロジェクタモデルとを含むセンサモデルを、所定領域を計測範囲に含むように仮想空間内に配置するセンサ配置部と、一対のカメラモデルに対向する所定領域内における仮想平面を等間隔に分割した複数の分割線と、一対のカメラモデルから各々の分割線に向けて延ばしたカメラ視線とを含む、複数の第１平面を生成する第１平面群生成部と、プロジェクタモデルから仮想平面に縞状のパターン光を投影したと仮定したときの、パターン光の境界面により複数の第２平面を生成する第２平面群生成部と、複数の第１平面と複数の第２平面とが交差する複数の交線を算出する交線算出部と、複数の交線と一対のカメラモデルに面する物品モデルの表面との交点の個数をカウントする交点個数算出部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、レンジセンサに対応するセンサモデルとバラ積みされた物品に対応する物品モデルとを用いて、シミュレーションにより、レンジセンサの計測点に対応する物品モデル表面の交点の個数をカウントするので、レンジセンサの最適な配置位置を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るレンジセンサの配置評価装置で用いられるシミュレーションモデルを示す図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るレンジセンサの配置位置評価装置の構成を示すブロック図。
【図３】図２の物品配置部における処理を説明する図。
【図４】センサモデルの配置の一例を示す図。
【図５】図２の第１平面群生成部における処理を説明する図。
【図６】図２の第２平面群生成部における処理を説明する図。
【図７】図２の交線算出部における処理を説明する図。
【図８】図２の交点個数算出部における処理を説明する図。
【図９】図２の交点個数算出部における処理を説明する図。
【図１０】図２の交点個数算出部における処理を説明する図。
【図１１】図２の演算部で実行される処理の一例を示すフローチャート。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係るレンジセンサの配置位置評価装置の構成を示すブロック図。
【図１３】本発明の第２の実施形態におけるレンジセンサの配置範囲を示す図。
【図１４】図１２の演算部で実行される処理の一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
−第１の実施形態−
以下、図１〜図１１を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。第１の実施形態に係るレンジセンサの配置位置評価装置は、三次元空間におけるレンジセンサが配置される位置の適否をシミュレーションにより評価するものである。レンジセンサは、バラ積みされた物品をロボットにより取り出す場合において、物品の位置情報を取得するために用いられる。
【０００９】
図１は、配置位置評価装置によるシミュレーションの対象となるシミュレーションモデルの全体構成を概略的に示す図である。図１に示すように、シミュレーションモデルは、ロボット１０をモデル化したロボットモデル１と、物品２０（ワーク）をモデル化した物品モデル２と、収容部３０をモデル化した収容部モデル３と、レンジセンサ４０をモデル化したセンサモデル４とを含む。これらシミュレーションモデル１〜４は、直交３軸（ＸＹＺ軸）の座標系を有する仮想空間内で形状が定義される。すなわち、シミュレーションモデル１〜４は仮想空間内の三次元モデルであり、仮想空間内の所定位置に所定姿勢で配置される。
【００１０】
ロボット１０は、多関節型ロボットであり、アーム先端部に物品を把持可能な把持部１０ａを有する。収容部３０は、例えば上面が開放したコンテナであり、ＸＹ平面上に延設された低壁部３０ａと、低壁部の周縁部からＺ軸方向に沿って上方に延設された側壁部３０ｂとを有する。物品２０は、収容部３０内にバラ積みされて収容されており、互いに同一の直方体形状を呈する。
【００１１】
レンジセンサ４０は、２台のカメラ４１と１台のプロジェクタ４２とを有する測距センサであり、これらカメラ４１およびプロジェクタ４２は、それぞれカメラモデル５およびプロジェクタモデル６としてモデル化されている。カメラ４１は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を有するデジタルビデオカメラあるいはデジタルスチルカメラであり、収容部３０の上方に配置され、物品２０の表面を撮像する。プロジェクタ４２は、収容部３０の上方に配置され、２台のカメラ４１の視野内に縞状のパターン光を投影する。このパターン光に基づいて物品２０の表面に複数の計測点を設定し、２台のカメラ４１により計測点の３次元位置情報、すなわちＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標を取得する。
【００１２】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る配置位置評価装置１００の構成を示すブロック図である。図２に示すように、配置位置評価装置１００は、入力部１０１と、出力部１０２と、演算部１０とを有する。入力部１０１は、シミュレーションに要する各種指令を入力するものであり、キーボード等により構成される。出力部１０２は、シミュレーション結果を表示するものであり、ディスプレイ等により構成される。演算部１０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含むコンピュータにより構成され、機能的構成として、物品配置部１１と、センサ配置部１２と、障害物配置部１３と、第１平面群生成部１４と、第２平面群生成部１５と、交線算出部１６と、交点個数算出部１７と、配置位置評価部１８とを有する。
【００１３】
物品配置部１１は、収容部モデル３内に、バラ積み状態で複数の物品モデル２を配置する。図３は、物品配置部１１における処理を説明する図である。まず、入力部１０１を介してユーザが作成した所定形状の１つまたは複数の３次元の物品モデル２を、図３（ａ）に示すように、仮想空間内に重力を無視して配置する。次いで、図３（ｂ）に示すように、物品モデル２に重力を付加し、収容部モデル３内に落下させる。この際、物品モデル２と収容部モデル３との干渉点（図３（ｂ）の点ａ）および物品モデル２と他の物品モデル２との干渉点（図３（ｂ）の点ｂ）において、物品モデル２の位置を規制することで、物品モデル２のバラ積み状態における位置および姿勢が決定される。
【００１４】
センサ配置部１２は、収容部モデル３の上方にセンサモデル４（カメラモデル５およびプロジェクタモデル６）を配置する。センサモデル４の計測範囲は、バラ積みされた物品モデル２に対するセンサモデル４の位置に応じて変化する。この計測範囲は、収容部モデル３の全域を含むことが好ましく、これを必要計測範囲と呼ぶ。本実施形態では、２台のカメラモデル５の視野内およびプロジェクタモデル６の投影範囲内に、必要計測範囲が収まるように、センサモデル４を配置する。すなわち、収容部モデル３の全域が計測範囲に含まれるようにセンサモデル４を配置する。これにより、収容部モデル３内に配置された全ての物品モデル２の位置計測が可能となる。
【００１５】
図４は、センサモデル４の配置の一例を示す図である。とくに図４（ａ）は斜視図を、図４（ｂ）は平面図を示している。図４では、プロジェクタモデル６が収容部モデル３の中央部上方に配置され、プロジェクタモデル６の両側に一対のカメラモデル５が互いに対称に、かつ、プロジェクタモデル６と一対のカメラモデル５とがＸ軸と平行な直線上に配置されている。図４（ａ）に示すように、収容部モデル３の全域を含むようにＸＹ平面と平行な仮想平面７を定義すると、仮想平面７上におけるプロジェクタモデル６の投影範囲は、収容部モデル３内のＸＹ領域の全域を含んでおり、かつ、カメラモデル５の視野範囲と一致している。なお、２台のカメラモデル５の視野内およびプロジェクタモデル６の投影範囲内に、必要計測範囲が含まれるのであれば、視野範囲と投影範囲とは一致しなくてもよく、それらの一部が重なったのでもよい。仮想平面７は、例えば、収容部モデル３内に配置された最上部の物品モデル２の上面近傍に設定される（図８参照）。収容部モデル３の底面または底面から所定高さに、ＸＹ平面に平行に仮想平面７を設定してもよい。
【００１６】
障害物配置部１３は、レンジセンサ４０による位置計測の妨げとなる障害物をモデル化した障害物モデルを配置する。すなわち、レンジセンサ４とレンジセンサ４に面した物品２０との間に障害物があると、レンジセンサ４による位置計測ができない。この点を考慮して、障害物モデルを配置する。図１では、ロボットモデル１および収容部モデル３が障害物モデルに相当する。
【００１７】
第１平面群生成部１４は、カメラモデル５の配置位置に基づいて、視野範囲を等間隔に分割する複数の第１平面を生成する。図５は、第１平面群生成部１４における処理を説明する図である。図５に示すように、まず、一対のカメラモデル５に対向する仮想平面７を、一対のカメラモデル５の焦点を接続した直線３２と平行に、所定間隔ΔＹで等間隔に分割し、Ｘ軸と平行な複数の分割線３３を設定する。このとき、直線３２と各分割線３３とによって得られた複数の平面を、それぞれ第１平面３１と定義し、複数の第１平面３１を第１平面群と呼ぶ。各第１平面３１は、一対のカメラモデル５から各分割線３３に向けて延ばしたカメラ視線を含む。
【００１８】
第２平面群生成部１５は、プロジェクタモデル６の配置位置に基づいて、第２平面３４を生成する。図６は、第２平面群生成部１５における処理を説明する図である。図６に示すように、第２平面３４は、プロジェクタモデル６から仮想平面７に縞状のパターン光を投影したと仮定したときの、パターン光の境界面に沿って生成される。生成される複数の第２平面３４を第２平面群と呼ぶ。パターン光は、仮想平面７上に、Ｘ軸に沿って交互に、所定幅の明暗のパターンを生じさせる。明暗のパターンは、第２平面３４と仮想平面７とが交差する境界線３５によって規定され、境界線３４の間隔ΔＸは、第１平面３１の分割線３３の間隔ΔＹと同一ないしほぼ同一である。
【００１９】
交線算出部１６は、複数の第１平面３１と複数の第２平面３４とが交差する複数の交線を算出する。図７は、交線算出部１６における処理を説明する図であり、とくに図７（ａ）は、第１平面３１と第２平面３４との斜視図を、図７（ｂ）は、平面図を示している。図７（ａ）に示すように、第１平面３１と第２平面３４とは直交ないしほぼ直交しており、第１平面３１と第２平面３４とが交差する交線３６は、プロジェクタモデル６の光投影部から延びている。図７（ｂ）に示すように、仮想平面７上において、第１平面３１の端部の分割線３３と第２平面３４の端部の境界線３５とは格子状に交差し、分割線３３と境界線３５との交点３７を、交線３６が通過する。
【００２０】
交点個数算出部１７は、交線３６と物品モデル２の表面２ａとが交差する交点の個数をカウントする。交点は、レンジセンサ４０による物品表面の計測点に相当し、交点の個数が多いほど多くの計測点が得られる。図８〜図１０は、交点個数算出部１７における処理を説明する図である。交点個数算出部１７は、まず、図８に示すように、レンジセンサ４に面した物品モデル２の表面２ａと交線３６との交点（計測点）３８を求める。図８では、交線３６が仮想平面７を通過して延びており、交点３８は仮想平面７の下方に位置する。
【００２１】
ここで、「レンジセンサ４に面した」とは、図９に示すように、交点３８と各カメラモデル５の焦点とをそれぞれ直線で結んだ線分３９上に、他の物品モデル２や収容部モデル３、ロボットモデル１が存在しない場合をいう。すなわち、線分３９上に他の物品モデル２等が存在すると、カメラモデル５から交点３８に至るカメラ視線が遮られ、カメラ４１は交点３８の位置を認識できない。したがって、この場合には、物品モデル２の表面２ａはセンサモデル４に面しておらず、交点個数算出部１７は、その交点３８をカウントしない。換言すると、有効な交点３８は、カメラモデル５から出発したカメラ視線（線分３９）が最初に通過する物品モデル２の表面２ａにのみ存在する。交点個数算出部１７は、このようにして求められた複数の交点３８の三次元座標（ＸＹＺ座標）をそれぞれ算出する。
【００２２】
次いで、交点個数算出部１７は、図１０（ａ）に示すように物品モデル２の形状および姿勢に基づいて、交点３８における物品モデル２の表面２ａに垂直かつ表面２ａから外側（センサモデル４側）に向けた法線ベクトル４５を算出する。さらに図１０（ｂ）に示すように、法線ベクトル４５と各線分３９とのなす角θ１，θ２が予め定めた角度θａよりも大きいか否かを判定する。θａは、有効な交点か否かを判断するための閾値であり、９０°より小さい値（例えば４０°〜５０°）に設定される。すなわち、角度θ１，θ２が大きすぎると、カメラ４１は物品表面の位置を精度よく認識できない。したがって、角度θ１，θ２の少なくとも一方がθａより大きい場合には、物品モデル２の表面２ａがセンサモデル４に面していたとしも、交点個数算出部１７は、その表面２ａ上の交点３８を有効な交点３８に含めず、その交点３８をカウントしない。
【００２３】
配置位置評価部１８は、交点個数算出部１７でカウントされた交点３８の個数に基づき、センサモデル４の配置位置の妥当性を評価する。例えば、カウントされた交点３８の個数が、予め定めた所定数以上である場合、レンジセンサ４０によって物品表面の多くの三次元点を計測できるため、センサモデル４の配置位置が妥当であると判断する。配置位置評価部１８は、その判断結果を出力部１０２に出力する。これにより、作業者は、レンジセンサ４０の最適な配置位置を決定できる。なお、配置位置評価部１８は、交点個数算出部１７により算出された交点３８の三次元座標を併せて出力部１０２に出力してもよい。これによりユーザは、レンジセンサ４０によって得られる物品表面の位置情報を、予めシミュレーションに予測することができる。
【００２４】
図１１は、本発明の第１の実施形態に係る配置位置評価装置１００の演算部１０で実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えば入力部１０１を介してシミュレーション開始指令が入力されると開始される。
【００２５】
ステップＳ１では、物品配置部１１、センサ配置部１２および障害物配置部１３での処理により、三次元仮想空間にシミュレーションモデル（ロボットモデル１、物品モデル２、収容部モデル３、センサモデル４）を配置する。ステップＳ２では、第１平面群生成部１４での処理により、図５に示すようにカメラモデル５の配置位置に基づいて複数の第１平面３１（第１平面群）を生成する。ステップＳ３では、第２平面群生成部１５での処理により、図６に示すようにプロジェクタモデル６の配置位置に基づいて複数の第２平面３４（第２平面群）を生成する。ステップＳ４では、交線算出部１６での処理により、図７に示すように複数の第１平面３１と複数の第２平面３４とが交差する複数の交線３６を算出する。
【００２６】
ステップＳ５では、交点個数算出部１７での処理により、図８に示すように、交線３６とセンサモデル４に面した物品モデル２の表面２ａとの交点３８の個数をカウントするとともに、交点３８の三次元座標を算出する。この場合、図１０に示すように、カメラモデル５と交点３８とを結ぶ線分（カメラ視線）３９と、物品モデル２の表面２ａに対する法線ベクトル４５とのなす角度θ１，θ２を算出し、角度θ１，θ２が所定角度θａより大きい場合には、その交点３８をカウントしない。ステップＳ６では、配置位置評価部１８での処理により、カウントされた交点３８の個数に基づき、センサモデル４の配置位置の妥当性を評価して、処理を終了する。
【００２７】
本発明の第１の実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）レンジセンサの配置位置評価装置１００は、三次元の仮想空間内の所定領域（収容部モデル３内）に物品モデル２を配置する物品配置部１１と、一対のカメラモデル５とプロジェクタモデル６とを含むセンサモデル４を、所定領域を計測範囲に含むように仮想空間内に配置するセンサ配置部１２と、一対のカメラモデル５に対向する所定領域内における仮想平面７を等間隔に分割した複数の分割線３３と、一対のカメラモデル５の焦点同士を接続した直線３２とを含む複数の第１平面３１を生成する第１平面群生成部１４と、プロジェクタモデル６から仮想平面７に縞状のパターン光を投影したと仮定したときの、パターン光の境界面により複数の第２平面３４を生成する第２平面群生成部１５と、複数の第１平面３１と複数の第２平面３４との複数の交線３６を算出する交線算出部１６と、複数の交線３６と一対のカメラモデル５に面する物品モデル２の表面２ａとの交点３８の個数をカウントする交点個数算出部１７とを備える。交点３８の個数は、レンジセンサ４０の計測点の数に対応しており、これによりレンジセンサ４０の最適な配置位置を求めることができる。
【００２８】
（２）交点個数算出部１７は、物品モデル２の表面２ａ上における交点３８と一対のカメラモデル５とを接続する直線３９と、物品モデル２の表面２ａに対する交点３８からの法線ベクトル４５とのなす角θ１，θ２が、所定角度θａ以下である交点３８を、有効な交点であるとしてカウントする。したがって、レンジセンサ４０が精度よく計測できない物品表面上の位置は、交点３８の個数に含まれず、レンジセンサ４０の配置位置の妥当性をシミュレーションにより良好に評価することができる。
【００２９】
（３）配置位置評価装置１００は、収容部モデル３を含む障害物モデルを配置する障害物配置部１３をさらに有し、交点個数算出部１７は、カメラモデル５と交点３８との間に障害物モデルが存在しない交点３８の個数をカウントするので、カメラモデル５から交点３８へのカメラ視線が収容部モデル３によって遮られる場合には、その交点３８はカウントされず、レンジセンサ４０の配置位置の妥当性をシミュレーションにより精度よく評価することができる。
【００３０】
（４）配置位置評価装置１００は、交点個数算出部１７によりカウントされた交点３８の個数に基づいてレンジセンサ４０の配置位置を評価する配置位置評価部１８をさらに備える。この場合、レンジセンサ４０の配置位置の評価をユーザの判断によらずに行うため、レンジセンサ４０の最適な配置位置を容易に求めることができる。
【００３１】
この場合、配置位置評価部１８は、各々の配置パターンに対してカウントした交点３８の個数を合計し、その合計値に基づいてレンジセンサ４０の配置位置を評価すればよい。例えば、合計値が大きいほど、レンジセンサ４０の配置が適切であると評価する。このように物品モデル２の複数の配置パターンに対しそれぞれ交点３８の個数を求め、交点３８の個数の合計値に基づいてレンジセンサ４０の配置位置を評価することで、バラ積みされた物品２０に対するレンジセンサ４０の配置位置を良好に評価することができる。
【００３２】
−第２の実施形態−
図１２〜図１４を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、レンジセンサ４０の最適な配置位置を自動的に求める。図１２は、本発明の第２の実施形態に係る配置位置評価装置１００の構成を示すブロック図である。なお、図２と同一の箇所には同一の符号を付し、以下では図２との相違点を主に説明する。
【００３３】
図１２に示すように、演算部１０は、上述した物品配置部１１と、センサ配置部１２と、障害物配置部１３と、第１平面群生成部１４と、第２平面群生成部１５と、交線算出部１６と、交点個数算出部１７と、配置位置評価部１８とに加え、レンジセンサ４０の配置可能範囲（配置範囲ＡＲ）を指定するセンサ配置範囲指定部１９を有する。
【００３４】
図１３は、レンジセンサ４０の配置範囲ＡＲを示す図である。配置範囲ＡＲは、物品２０の表面位置を計測可能なレンジセンサ４０の配置範囲であり、例えば受容部３０の上方の三次元空間に、入力部１０１の操作によりユーザが指定することができる。センサ配置部１２は、指定された配置範囲ＡＲ内において、センサモデル４の配置位置を変更する。例えば、図１３に示す基準位置から、図１３の矢印方向にセンサモデル４の全体あるいは一部（カメラモデル５、プロジェクタモデル６）を所定量ずつ移動して、あるいはセンサモデル４の傾斜角度を所定量ずつ変化させることで、センサモデル４の配置位置を変更する。
【００３５】
図１４は、第２の実施形態に係る配置位置評価装置１００の演算部１０で実行される処理の一例を示すフローチャートである。なお、図１１と同一の処理を行う部分には同一の符号を付し、以下では図１１との相違点を主に説明する。ステップＳ１１では、センサ配置範囲指定部１９での処理により、センサモデル４の配置範囲ＡＲを指定する。ステップＳ１２では、センサ配置部１２での処理により、指定された配置範囲ＡＲ内で、センサモデル４の位置または姿勢、すなわちセンサモデル４の配置を変更する。
【００３６】
ステップＳ５では、この変更後のセンサモデル４の位置または姿勢に基づいて交点３８の個数をカウントする。その後、ステップＳ１３で、配置範囲ＡＲ内におけるセンサモデル４の全ての配置可能位置に、センサモデル４が既に配置されたか否か、すなわち、センサモデル４の配置可能位置が全て選択されたか否かを判定する。ステップＳ１３が否定されるとステップＳ１２に戻り、未だ選択されていないセンサモデル４の位置または姿勢に、センサモデル４の配置を変更する。ステップＳ１３が肯定されるとステップＳ１４に進み、配置位置評価部１８での処理により、交点３８の個数が最大であるセンサモデル４の配置位置を選択し、出力部１０２に出力する。これにより、レンジセンサ４の最適な配置位置を求めることができる。
【００３７】
このように第２の実施形態では、センサ配置部１２が、複数の配置パターンでセンサモデル４を配置し、交点個数算出部１７が、各々の配置パターンに対しそれぞれ交点３８の個数をカウントし、配置位置評価部１８が、交点３８の個数が最も多いセンサモデル４の配置パターンを出力する。これにより、レンジセンサ４０の最適な配置位置を自動的に求めることができ、レンジセンサ４０による物品表面の最適な位置計測が可能となる。また、配置位置評価装置１００は、センサモデル４の配置範囲ＡＲを指定するセンサ配置範囲指定部１９をさらに備え、センサ配置部１２は、センサ配置範囲指定部１９で指定された配置範囲内で、センサモデル４の配置パターンを変更するので、センサモデル４の配置パターンの変更を容易かつ最適に行うことができる。
【００３８】
なお、上記第１および第２の実施形態では、物品配置部１１での処理により、三次元仮想空間に物品モデル２をバラ積みして配置するようにしたが、物品２０をバラ積みして配置する場合には、物品２０の位置および姿勢に規則性はなく、様々な配置パターンが考えられる。そこで、物品配置部１１が複数の配置パターンで物品モデル２を配置し、交点個数算出部１７が、各々の配置パターンに対しそれぞれ交点の個数をカウントするようにしてもよい。複数の配置パターンで物品モデル２を配置する場合、ユーザが入力部１０１の操作により図３（ａ）の物品モデル２の位置および姿勢を変更すればよい。物品配置部１１が所定の規則に従い、図３（ａ）の物品モデル２の配置パターンを自動的に変更してもよい。
【００３９】
上記実施形態では、配置位置評価部１８が、交点個数算出部１７によりカウントされた交点３８の個数に基づいてセンサモデル４の配置位置が妥当であるか否かを判断し、その判断結果を出力部１０２に出力するようにした。すなわち、配置位置評価部１８がセンサモデル４の配置位置を評価するようにしたが、配置位置評価部１８を省略し、交点個数算出部１７によってカウントされた交点３８の個数をそのまま出力部１０２に出力するようにしてもよい。
【００４０】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態および変形例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００４１】
２    物品モデル
４    センサモデル
５    カメラモデル
６    プロジェクタモデル
１１    物品配置部
１２    センサ配置部
１３    障害物配置部
１４    第１平面群生成部
１５    第２平面群生成部
１６    交線算出部
１７    交点個数算出部
１８    配置位置評価部
１００    配置位置評価装置
【図１】
2015215259.tif 000003
【図２】
2015215259.tif 000004
【図３】
2015215259.tif 000005
【図１１】
2015215259.tif 000006
【図１２】
2015215259.tif 000007
【図１３】
2015215259.tif 000008
【図１４】
2015215259.tif 000009
【図４】
2015215259.tif 000010
【図５】
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【図６】
2015215259.tif 000012
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2015215259.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成27年8月25日(2015.8.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明の一態様は、一対のカメラと縞状のパターン光を投影するプロジェクタとを有するレンジセンサの配置位置を、シミュレーションにより評価するレンジセンサの配置位置評価装置であって、三次元の仮想空間内の所定領域に、バラ積みされた複数の物品に対応する物品モデルを配置する物品配置部と、レンジセンサに対応するセンサモデルであって、一対のカメラに対応する一対のカメラモデルとプロジェクタに対応するプロジェクタモデルとを含むセンサモデルを、所定領域を計測範囲に含むように仮想空間内に配置するセンサ配置部と、一対のカメラモデルに対向する所定領域内における仮想平面を等間隔に分割した複数の分割線と、一対のカメラモデルから各々の分割線に向けて延ばしたカメラ視線とを含む、複数の第１平面を生成する第１平面群生成部と、プロジェクタモデルから仮想平面に縞状のパターン光を投影したと仮定したときの、パターン光の境界面により複数の第２平面を生成する第２平面群生成部と、複数の第１平面と複数の第２平面とが交差する複数の交線を算出する交線算出部と、複数の交線と一対のカメラモデルに面する物品モデルの表面との交点の個数をカウントする交点個数算出部と、交点個数算出部によりカウントされた交点の個数に基づいてセンサモデルの配置位置を評価する配置位置評価部と、を備えることを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のカメラと縞状のパターン光を投影するプロジェクタとを有するレンジセンサの配置位置を、シミュレーションにより評価するレンジセンサの配置位置評価装置であって、
三次元の仮想空間内の所定領域に、バラ積みされた複数の物品に対応する物品モデルを配置する物品配置部と、
前記レンジセンサに対応するセンサモデルであって、前記一対のカメラに対応する一対のカメラモデルと前記プロジェクタに対応するプロジェクタモデルとを含むセンサモデルを、前記所定領域を計測範囲に含むように前記仮想空間内に配置するセンサ配置部と、
前記一対のカメラモデルに対向する前記所定領域内における仮想平面を等間隔に分割した複数の分割線と、前記一対のカメラモデルから各々の前記分割線に向けて延ばしたカメラ視線とを含む、複数の第１平面を生成する第１平面群生成部と、
前記プロジェクタモデルから前記仮想平面に前記縞状のパターン光を投影したと仮定したときの、該パターン光の境界面により複数の第２平面を生成する第２平面群生成部と、
前記複数の第１平面と前記複数の第２平面とが交差する複数の交線を算出する交線算出部と、
前記複数の交線と前記一対のカメラモデルに面する前記物品モデルの表面との交点の個数をカウントする交点個数算出部と、
前記交点個数算出部によりカウントされた前記交点の個数に基づいて前記センサモデルの配置位置を評価する配置位置評価部と、を備えることを特徴とするレンジセンサの配置位置評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレンジセンサの配置位置評価装置において、
前記交点個数算出部は、前記物品モデルの表面上における前記交点と前記一対のカメラモデルとを接続する直線と、前記交点を通る前記物品モデルの表面に対する法線とのなす角が、所定角度以下である交点の個数をカウントすることを特徴とするレンジセンサの配置位置評価装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレンジセンサの配置位置評価装置において、
前記物品を収容する収容部に対応する収容部モデルを含む、障害物モデルを配置する障害物配置部をさらに有し、
前記交点個数算出部は、前記カメラモデルと前記交点との間に前記障害物モデルが存在しない交点の個数をカウントすることを特徴とするレンジセンサの配置位置評価装置。
【請求項４】
請求項１に記載のレンジセンサの配置位置評価装置において、
前記物品配置部は、複数の配置パターンで前記物品モデルを配置し、
前記交点個数算出部は、各々の配置パターンに対しそれぞれ前記交点の個数をカウントし、
前記配置位置評価部は、各々の配置パターンに対しカウントした前記交点の個数を合計した合計値に基づき前記センサモデルの配置位置を評価することを特徴とするレンジセンサの配置位置評価装置。
【請求項５】
請求項１または４に記載のレンジセンサの配置位置評価装置において、
前記センサ配置部は、複数の配置パターンで前記センサモデルを配置し、
前記交点個数算出部は、各々の配置パターンに対しそれぞれ前記交点の個数をカウントし、
前記配置位置評価部は、前記交点の個数が最も多い前記センサモデルの配置パターンを出力することを特徴とするレンジセンサの配置位置評価装置。
【請求項６】
請求項５に記載のレンジセンサの配置位置評価装置において、
前記センサモデルの配置範囲を指定するセンサ配置範囲指定部をさらに備え、
前記センサ配置部は、前記センサ配置範囲指定部で指定された配置範囲内で、前記センサモデルの配置パターンを変更することを特徴とするレンジセンサの配置位置評価装置。