(57)【要約】      （修正有）【課題】距離センサを装備しているロボットの定期検査、出荷試験におけるセンサ精度の保証、校正の実施に際し、管理者の負荷を軽減し、また、高額な試験治具などを使うことなく効率的に校正を行うシステム及び方法を提供すること。【解決手段】校正ロボットは被校正ロボットに対し、両ロボット間距離が指定した距離になるよう移動を指示する。移動後の両ロボット間の距離を各々計測し、被校正ロボットは校正ロボットの計測距離と自ら計測した距離の値より距離センサを校正する。従い、校正のためにロボット操縦用の新たな装置、あるいは操縦用の外部機器を使用せずに実施できる。【選択図】図１
2008290184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
距離センサを備え移動可能な校正ロボットにより距離センサを備えた被校正ロボットの距離センサを校正する校正ロボットシステムの距離センサ校正方法であって、
前記校正ロボットは、前記被校正ロボットとの距離を算出し評価する距離評価手段と、
前記被校正ロボットの距離センサの校正を指示する校正指示手段と、を備え、
前記被校正ロボットは、前記校正ロボットとの距離の計測データからロボット間距離の算出と、前記校正ロボットからの校正指示により前記算出ロボット間距離を校正する距離センサ校正手段と、を備え、
前記校正ロボットは、前記被校正ロボットとのロボット間距離を設定し、
前記被校正ロボットが移動可能な場合は前記被校正ロボットに前記ロボット間距離に移動するよう指示し、
前記被校正ロボットが移動不可能な場合は前記校正ロボットが前記ロボット間距離に移動し、
前記校正ロボットは前記移動後のロボット間距離を算出し、前記算出したロボット間距離を前記被校正ロボットに送信し、
前記被校正ロボットは前記移動後のロボット間のデータを計測し、
前記計測データより前記校正ロボット間距離を算出し、
前記前記校正ロボットが算出したロボット間距離と、前記被校正ロボットの前記計測データ、前記算出した校正ロボット間距離と、より、前記被校正ロボットの距離センサの校正を行なうことを特徴とする距離センサの校正方法。
【請求項２】
距離センサを備え移動可能な校正ロボットにより距離センサを備えた被校正ロボットの距離センサを校正する校正ロボットシステムであって、
前記校正ロボットは、前記被校正ロボットとの距離を算出し評価する距離評価手段と、
前記被校正ロボットの距離センサの校正を指示する校正指示手段と、を備え、
前記被校正ロボットは、前記校正ロボットとの距離の計測データからロボット間距離の算出と、前記校正ロボットからの校正指示を受け前記算出したロボット間距離を校正する距離センサ校正手段と、を備え、
前記校正ロボットは、前記被校正ロボットとのロボット間距離を設定し、
前記被校正ロボットが移動可能な場合は前記被校正ロボットに前記ロボット間距離に移動するよう指示し、
前記被校正ロボットが移動不可能な場合は前記校正ロボットが前記ロボット間距離に移動し、
前記校正ロボット及び前記被校正ロボットは各々前記移動後のロボット間距離を算出し、
前記距離センサ校正手段は、前記校正ロボットが算出したロボット間距離と、前記被校正ロボットの前記計測データ、前記算出した校正ロボット間距離と、より、前記被校正ロボットの距離センサの校正を行なうことを特徴とする校正ロボットシステム。
【請求項３】
請求項１記載の被校正ロボットの距離センサ校正手段は距離算出モデルで構成し、
前記距離算出モデルは、前記校正ロボットとの距離を前記校正ロボットが算出したロボット間距離と前記距離センサが計測したデータと、を使用して算出し、
前記算出した前記校正ロボットとのロボット間距離を前記校正ロボットに返信し、
前記校正ロボットは、前記被校正ロボットから送信された前記ロボット間距離を評価し、
前記評価結果が校正されていないと判断した場合は、順次、次のロボット間距離を設定して何れかのロボット移動後の前記距離算出モデルが算出したロボット間距離の評価を繰り返し行ない、前記被校正ロボットの距離センサの校正を行なうことを特徴とする請求項１記載の距離センサの校正方法。
【請求項４】
請求項３記載の前記被校正ロボットの距離算出モデルは直線モデルであることを特徴とする請求項３記載の距離センサの校正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットに備えたセンサを校正する校正ロボットに係り、特に校正ロボットが被校正ロボットに対し、距離センサ校正の指示を行ない被校正ロボットの距離センサ校正を行なう校正ロボットシステム、及び距離センサの校正方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
作今、多種・多様のサービスロボットが考えられ、様々な場所でそのサービス機能を発揮しつつある。それらの多くは距離センサを備えている。例えば、自律走行ロボットは走行経路の障害物との距離を距離センサで計測しながら自律走行する。あるいは、特定の場所（危険区域等）に位置して所定距離以内に近寄る人間他の移動物体に警告するロボットも移動物体との距離を距離センサにより計測して危険を防止する。
【０００３】
ロボットの自律走行経路の障害物の検出、あるいは移動物体と一定距離以上の間隔を監視するためにはロボットに備えた距離センサが正確に校正されていることが、ロボットがその役割を行なうための前提である。
【０００４】
距離センサはセンサ単体での精度に加え、組み立てられた完成体として精度の検証が必要であり、また、目的の稼動位置で期待されている機能を実行する場合も距離センサを定期的に校正することが重要となる。
【０００５】
距離センサの校正には専用の高価な治具が必要であり、また、校正作業は、人間の操作他多くの工数、手順が必要となる。
【０００６】
特許文献１には、自律移動型ロボットの距離センサの校正を走行面上の検知可能域の最遠部のターゲットからの反射を受光して校正する技術が開示されている。
【０００７】
特許文献２には、複数の距離測定センサによりセル状構造の各セルを測定し、測定したセルの数とセルの分類の仕方を評価し、多数のセンサと異なる測定を行なったセンサは故障と判定する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−２３１４７７号公報
【特許文献２】特表２００１−５０１７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
距離センサを装備しているロボットの定期検査、出荷試験等での距離センサの精度の確認、校正において、管理者の負荷を軽減し、また、高額な試験治具などを使うことなく効率的に校正を行うことが課題である。また、校正のためのロボット操縦用の外部機器を使用せずに実施することも重要である。
【０００９】
本発明は、校正が被校正ロボットと連動して被校正ロボットの距離センサの校正を行なうことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、距離センサを備え移動可能な校正ロボットにより距離センサを備えた被校正ロボットの距離センサを校正する校正ロボットシステムの距離センサ校正方法である。
【００１１】
前記校正ロボットは、前記被校正ロボットとの距離を算出し評価する距離評価手段と、前記被校正ロボットの距離センサの校正を指示する校正指示手段と、を備える。
【００１２】
前記被校正ロボットは、前記校正ロボットとの距離の計測データからロボット間距離の算出と、前記校正ロボットからの校正指示により前記算出ロボット間距離を校正する距離センサ校正手段と、を備える。
【００１３】
前記校正ロボットは、前記被校正ロボットとのロボット間距離を設定し、前記被校正ロボットが移動可能な場合は前記被校正ロボットに前記ロボット間距離に移動するよう指示し、前記被校正ロボットが移動不可能な場合は前記校正ロボットが前記ロボット間距離に移動し、前記校正ロボットは前記移動後のロボット間距離を算出し、前記算出したロボット間距離を前記被校正ロボットに送信し、前記被校正ロボットは前記移動後のロボット間のデータを計測し、前記計測データより前記校正ロボット間距離を算出し、前記前記校正ロボットが算出したロボット間距離と、前記被校正ロボットの前記計測データ、前記算出した校正ロボット間距離と、より、前記被校正ロボットの距離センサの校正を行なう。
【００１４】
第２の発明は、距離センサを備え移動可能な校正ロボットにより距離センサを備えた被校正ロボットの距離センサを校正する校正ロボットシステムである。
【００１５】
前記校正ロボットは、前記被校正ロボットとの距離を算出し評価する距離評価手段と、前記被校正ロボットの距離センサの校正を指示する校正指示手段と、を備える。
【００１６】
前記被校正ロボットは、前記校正ロボットとの距離の計測データからロボット間距離の算出と、前記校正ロボットからの校正指示を受け前記算出したロボット間距離を校正する距離センサ校正手段と、を備える。
【００１７】
前記校正ロボットは、前記被校正ロボットとのロボット間距離を設定し、前記被校正ロボットが移動可能な場合は前記被校正ロボットに前記ロボット間距離に移動するよう指示し、前記被校正ロボットが移動不可能な場合は前記校正ロボットが前記ロボット間距離に移動し、前記校正ロボット及び前記被校正ロボットは各々前記移動後のロボット間距離を算出し、前記距離センサ校正手段は、前記校正ロボットが算出したロボット間距離と、前記被校正ロボットの前記計測データ、前記算出した校正ロボット間距離と、より、前記被校正ロボットの距離センサの校正を行なう。
【００１８】
第３の発明は、第１の発明の被校正ロボットの距離センサ校正段は距離算出モデルで構成する。
【００１９】
前記距離算出モデルは、前記校正ロボットとの距離を前記校正ロボットが算出したロボット間距離と前記距離センサが計測したデータと、を使用して算出し、前記算出した前記校正ロボットとのロボット間距離を前記校正ロボットに返信し、前記校正ロボットは、前記被校正ロボットから送信された前記ロボット間距離を評価し、前記評価結果が校正されていないと判断した場合は、順次、次のロボット間距離を設定して何れかのロボット移動後の前記距離算出モデルが算出したロボット間距離の評価を繰り返し行ない、前記被校正ロボットの距離センサの校正を行なう。前記評価結果が校正されたと判断した場合に校正終了の情報を前記被校正ロボットに送信して前記被校正ロボットの前記距離算出モデルの校正を終了する。
【００２０】
第４の発明は、第３の発明の前記被校正ロボットの距離算出モデルは直線モデルである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明により、被校正ロボットの距離センサの校正が校正ロボットの指示により特別の治具、ロボット操縦用の外部機器を使うことなく実現できる。さらにロボットが稼動している場所で実施できる利便性もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（実施例１）
図１は本発明の校正ロボットシステムを示す図である。校正ロボット１は被校正ロボット２と相対して被校正ロボット２の距離センサの校正を行なう。
【００２３】
校正ロボット１は校正管理制御部１０、視覚計測部（距離センサ）１１、移動指示生成部１２、コマンド送信部１３、移動制御・機構部１４で構成する。
【００２４】
被校正ロボット２も同様に校正管理制御部２０、視覚計測部（複数距離センサ）２１、コマンド受信部２２、移動指示解読部２３、移動制御・機構部２４で構成する。
１）校正管理制御部１０（校正ロボット）
視覚計測部（距離センサ）１１で計測した計測データを収集し、データを処理して被校正ロボット２との距離を算出し、算出した距離と目的の距離との誤差の計算を行なう。また、被校正ロボット２に指示するロボット間距離の設定と被校正ロボット２への移動指示、計測したロボット間距離と算出した誤差の評価、被校正ロボット２から算出したロボット間距離の評価を行ない、被校正ロボット２への校正指示をコマンド送信部１３を介して被校正ロボット２に送信する。
２）視覚計測部（距離センサ）１１（校正ロボット）
対象物体（被校正ロボット２）との距離を計測するセンサである。対象物体との間の距離算出のため計測した計測データは校正管理制御部１０に送る。
３）移動指示生成部１２
被校正ロボット２に指示するロボット間距離への移動指示、距離センサの校正指示、計測したロボット間距離などの指示のコマンドを生成する。なお、被校正ロボット２が移動しないロボットの場合は、校正ロボット１が自己の移動制御・機構部１４に指示して校正ロボット１が移動する。
４）コマンド送信部１３
移動指示生成部１２で生成したコマンドを被校正ロボット２に送信する。また、被校正ロボット２が算出したロボット間距離を受信する。
５）移動制御・機構部１４
移動を行なうための移動制御、そのための機構部である。ここでは距離センサの校正に直接関係ない箇所をまとめて自律移動制御・機構部としている。被校正ロボット２が、自律移動しないロボットの場合への対応のため、自律移動機能を備えることも考えられる。この場合、移動指示生成部１２と連携して被校正ロボット２との距離が指定の距離の位置に自律移動する。
６）校正管理制御部２０（被校正ロボット）
校正ロボット１からのロボット間距離への移動指示を移動制御・機構部２４に行なう。距離センサで計測した計測データを収集し、データを処理して校正ロボット１との距離を算出する。また、校正ロボット１から送信されたロボット間距離と自ら視覚計測部（複数距離センサ）２１で計測したロボット間距離の計測データを用いて距離センサの校正を行なう。また、算出したロボット間距離の値を校正ロボット１に返信する。
７）視覚計測部（複数距離センサ）２１（被校正ロボット）
校正ロボット１との距離を計測するセンサであり、自律移動ロボットの場合は一般に複数の距離センサを備えている。対象物体との間の距離算出のため計測した計測データは校正管理制御部２０に送る。
８）コマンド受信部２２
校正ロボット１のコマンド送信部１３からのコマンドを受信し、移動指示解読部２３に送信する。また、被校正ロボット２が算出したロボット間距離を校正ロボット１に送信する。
９）移動指示解読部２３
校正ロボット１からの指示をコマンド通信部２２より受信し、解読し、校正管理制御部２０に送信する。
１０）移動制御・機構部（被校正ロボット）２４
移動を行なうための移動制御、そのための機構部であり、ここでは距離センサの校正に直接関係ない箇所をまとめて移動制御・機構部としている。被校正ロボット２が、自律移動しないロボットの場合は、移動に係る機能は備えていない。
【００２５】
図２は本発明の校正の基本手順を示す図である。校正ロボットの指示により被校正ロボットの距離センサを逐次的に校正する手順を示している。
Ｓ１：校正ロボットは次ぎの初期設定を行なう。
ア．校正回数の設定
イ．ロボット間距離の設定
Ｓ２：被校正ロボットの機能に対応して定めた校正手順に基ずき校正ロボットまたは被校正ロボットの何れかが自律移動する。被校正ロボットが自律移動可能なロボットの場合は被校正ロボットが基本的に移動する。
Ｓ３：両ロボットはロボット間の距離を計測し、その結果（ｘａ，ｙａ）、（ｘｂ，ｙｂ）を取得する。ここで、ｘは距離センサで計測するデータであり、ｙは計測データｘから差算出する距離である。また、添え字「ａ」は校正ロボット、添え字「ｂ」は被校正ロボットに対応する。例えば、ｘａは校正ロボットが計測した計測データ、ｙａは計測データｘａから校正ロボットが算出するロボット間距離である。
Ｓ４：校正ロボットは算出した距離データ「ｙａ」を被校正ロボットに送信する。
Ｓ５：被校正ロボットは校正ロボットからの「ｙａ」と計測データ「ｘｂ」を使い距離センサのモデルを修正する。モデル及び校正方法は図５、図６で説明する。
Ｓ６：被校正ロボットは修正後のモデルを使い算出した距離「ｙｂ＊」を校正ロボットに送信する。
Ｓ７：校正ロボットは「ｙａ」と被校正ロボットからの［ｙｂ＊］より誤差（ｙａ−ｙｂ＊）を算出する。
Ｓ８：誤差が所定範囲以下か確認し、規定値以下の場合、距離センサは正確であるとして校正を終了する。誤差が所定範囲外の場合は、Ｓ９に進む。
Ｓ９、Ｓ１０：校正回数は所定範囲以下の場合は次ぎのロボット間距離を設定してＳ２に戻る。校正回数は所定範囲を超えている場合はＳ１１に進む。
Ｓ１１：校正ロボットは被校正ロボットの距離センサが異常と判断し所定の処理を行なう。
【００２６】
図３は本発明のロボット間距離の計測を示す図である。校正ロボット１に対し、被校正ロボット２が相対して位置し、各々に備えた距離センサによりお互いのロボット間の距離を計測するイメージを示している。
【００２７】
図４は本発明のロボット間距離の計測（複数センサ）を示す図である。被校正ロボットが自律移動ロボットの場合には複数の距離センサで周囲との距離を計測しながら、自律移動を行なう。このため、複数の距離センサを備えた被校正ロボットの各距離センサを校正するために被校正ロボットに回転を指示し、校正ロボットと向き合った距離センサの校正を順次行なうイメージを示している。
【００２８】
図５は本発明の直線モデルによる距離センサの計測データと距離算出の考え方（その１）を示す図である。図６は本発明の直線モデルによる距離センサの計測データと距離算出の考え方（その２）を示す図である。被校正ロボットのセンサデバイス計測データと算出距離データの関係を示している。
【００２９】
距離の算出はセンサが計測する距離に関連するセンサデバイスに依存した計測データより距離算出のモデルより算出する。ここでは計測データの具体的内容は省略する。
（１）センサデバイスの計測データｘ（以下計測データと記述）に対し、算出距離をｙとする。モデルを（式１）で示す直線とし、その係数を「Ａ」、「Ｂ」とする。デバイスの計測データからロボット間距離を実測して係数「Ａ」、「Ｂ」を導き出す。
【００３０】
【数１】
2008290184.tif 000003
（２）複数の計測データ「ｘｉ」に対応する算出距離をｙｉ」（ｉ＝１〜ｎ）
（３）直線近似した場合のＬＳＭ（Ｌｅａｓｔ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｍｅａｎ）距離を（式２）とし、二乗距離が最小となる係数「Ａ」、「Ｂ」を求め、センサデバイスの計測した計測データから距離を算出する。
【００３１】
【数２】
2008290184.tif 000004
（４）直線モデル係数「Ａ」、「Ｂ」を（式３）、（式４）、（式５）より算出する。
【００３２】
【数３】
2008290184.tif 000005
【００３３】
【数４】
2008290184.tif 000006
【００３４】
【数５】
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校正されている校正ロボットのモデルの場合、係数「Ａ」、「Ｂ」をロボットの計測データと実測した距離より算出しておくことになる。
【００３５】
図７は本発明の一実施形態の被校正ロボットの直線モデル係数の修正手順を示す図である。図５、図６で述べた直線モデルによる計測データ「ｘ」と算出距離データ「ｙ」の関係を使い校正ロボットによる被校正ロボットのモデルの係数を校正する手順を示している。
Ｓ２０：校正ロボットがロボット間距離を設定し、何れかのロボットが移動し、両者が距離を計測する。
【００３６】
なお、校正ロボットの計測データと算出距離データを、「ｘａ」、「ｙａ」、被校正ロボットの計測データと算出距離データを「ｘｂ」、「ｙｂ」、とし、各々添え字「ａ」、「ｂ」で区別する。
Ｓ２１：被校正ロボットは校正ロボットから受信した距離ｙａ１と自らが計測データｘｂ１の組み合わせ（ｘｂ１，ｙａ１）を取得する。
Ｓ２２：従来からの（ｘｉ，ｙｉ）の組み合わせに新たな（ｘｂ１，ｙａ１）を加えて直線モデルの係数「Ａ」、「Ｂ」を（式３）、（式４）、（式５）により修正する。修正後の係数を「Ａ１」、「Ｂ１」とする。
Ｓ２３：被校正ロボットは修正された係数「Ａ１」、「Ｂ１」、「ｘｂ１」を用いて距離を算出する。算出した結果ｙｂ１とする。
Ｓ２４：被校正ロボットは算出した「ｙｂ１」を校正ロボットに送る。
Ｓ２５：校正ロボットは修正後の「ｙｂ１」を「ｙａ１」と比較し評価する。
Ｓ２６：校正ロボットは校正ができたと判断した場合はＳ２８に進む。校正未と判断時はＳ２７に進む。
Ｓ２７：校正ロボットは次のロボット間距離を設定し、何れかのロボットが移動後、両者がロボット間距離を計測する。
Ｓ２８：被校正ロボットは最終の算出係数「Ａｎ」、「Ｂｎ」を直線モデルの係数とする。すなわち、校正ロボットが被校正ロボットが算出するロボット間距離が所定の範囲に収束するまで、上記係数「Ａ」、「Ｂ」の校正を繰り返して校正を行なう。
【００３７】
図８は本発明の被校正ロボットの直線モデル係数修正の変化推移を示す図である。図８は図６、図７の説明で述べたモデル係数の逐次修正のイメージを図の上で示している。点線で示した直線モデルが実線の直線モデルになり校正が終了する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は本発明の校正ロボットシステムを示す図である。
【図２】図２は本発明の校正の基本手順を示す図である。
【図３】図３は本発明のロボット間距離の計測を示す図である。
【図４】図４は本発明のロボット間距離の計測（複数センサ）を示す図である。
【図５】図５は本発明の直線モデルによる距離センサの計測データと距離算出の考え方（その１）を示す図である。
【図６】図６は本発明の直線モデルによる距離センサの計測データと距離算出の考え方（その２）を示す図である。
【図７】図７は本発明の一実施形態の被校正ロボットの直線モデル係数の修正手順を示す図である。
【図８】図８は本発明の被校正ロボットの直線モデル係数修正の変化推移を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１                  校正ロボット
２                  被校正ロボット
３                  距離センサ：（校正ロボット）
４−１〜４−ｎ      距離センサ：（被校正ロボット）
１０                校正管理制御部
１１                視覚計測部（距離センサ）：（校正ロボット）
１２                移動指示生成部
１３                コマンド送信部
１４                移動制御・機構部：（校正ロボット）
２０                校正管理制御部：（被校正ロボット）
２１                視覚計測部（距離センサ）：（被校正ロボット）
２２                コマンド受信部
２３                移動指示解読部
２４                移動制御・機構部：（校正ロボット）
【図１】
2008290184.tif 000008
【図２】
2008290184.tif 000009
【図３】
2008290184.tif 000010
【図４】
2008290184.tif 000011
【図５】
2008290184.tif 000012
【図６】
2008290184.tif 000013
【図７】
2008290184.tif 000014
【図８】
2008290184.tif 000015