(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められた周波数で内部同期信号として生成された垂直同期信号及び水平同期信号に同期させて、垂直同期信号、水平同期信号及び画像データを含む映像信号を出力する内部同期機能と、外部同期信号として提供された前記内部同期信号と同じ周波数の垂直同期信号及び水平同期信号に同期させて、垂直同期信号、水平同期信号及び画像データを含む映像信号を出力する外部同期機能とを有し、前記外部同期信号が供給されていないときは前記内部同期機能により前記内部同期信号に同期させて映像信号を出力し、前記外部同期信号が供給されているときは前記外部同期機能により前記外部同期信号に同期させて映像信号を出力するカメラと、
前記カメラが接続されるロボット制御装置と、を備え、
前記外部同期機能により前記カメラから出力された映像信号を前記ロボット制御装置に取り込んで画像処理を行い、該画像処理の結果に基づいてロボットを制御するロボットシステムにおいて、
前記映像信号から内部水平同期信号を分離する同期信号分離部と、
前記ロボット制御装置から前記カメラに提供される外部水平同期信号の位相と、同期信号分離部により分離された内部水平同期信号の位相とを比較する位相比較部と、
前記位相比較部による位相比較結果の経時変化に基づいて、前記カメラが前記外部水平同期信号に同期して動作しているか否かを判定する同期判定部と、
を備えたロボットシステム。
【請求項２】
前記同期判定部は、前記位相比較部による位相比較結果と、基準となる位相差とを比較し、その差分が定められたマージンより大きいときに前記カメラが前記外部水平同期信号に同期して動作していないと判定する、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記位相比較部は、前記ロボット制御装置から前記カメラに提供される外部水平同期信号を検出した後、前記同期信号分離部により分離した内部水平同期信号を検出する前に、外部水平同期信号を再度検出した場合はアラームを出力する、請求項１又は２に記載のロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラの異常検出機能を備えたロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボット位置の補正やワークの良否判定を行ういくつかのロボットシステムでは、ロボット制御装置に接続されたカメラの画素数と同期信号の周波数が既知であり、該カメラに応じた同期信号を出力し画像を取込み、その画素数に応じたデータ量をＲＡＭ等の記憶装置に格納して画像処理をしていた。
【０００３】
例えば特許文献１には、カメラ４８から内部同期信号に同期させて出力された映像信号から水平同期信号を分離する同期信号分離回路３２と、分離された水平同期信号の周波数を検出する水平同期周波数検出回路３８と、垂直同期信号及び水平同期信号を生成する同期信号生成回路４４とを備える画像処理装置３０が記載されている。ここでは、同期信号生成回路４４は、所望のタイミングで垂直同期信号を生成した後、水平同期周波数検出回路３８によって検出された内部同期信号の水平同期信号の周波数で水平同期信号を生成させ、生成された垂直同期信号及び水平同期信号を外部同期信号としてカメラ４８に提供する、とされている。
【０００４】
また特許文献２には、カメラから出力されるビデオ信号を受け、このビデオ信号から分離された同期信号と基本クロックとの位相を比較して、位相差に応じて出力に基づいて異常を検出する画像処理装置が記載されている。
【０００５】
さらに特許文献３には、カメラヘッド及びカメラコントロールユニットの各々にＣＰＵを搭載し、各ＣＰＵが独立に故障診断を行い、各々の診断結果を他方のＣＰＵへ伝送可能とした故障診断方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１９０５８号公報
【特許文献２】特開平９−２３３５０１号公報
【特許文献３】特開２００３−２８９５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、カメラ自体が故障したり、カメラとロボット制御装置とを接続するカメラケーブルが断線したりした場合に、その故障や断線を検出・特定する手段がなかった。このため、不正な画像が得られた場合に、それが撮像した被写体やその撮像する環境に問題があったのか、或いはカメラ又はカメラケーブルの異常によるものであるかを容易に判断することができなかった。
【０００８】
一方、特許文献２や特許文献３の発明では、位相比較器、電圧制御発振器、電圧計測のためのＡＤコンバータといった専用のアナログ回路が必要となるため、その分のコストがかかる。また、位相比較器や電圧制御発振器を用いた回路はフィードバック制御系を構成するため、安定に動作させるための制御系の設計には手間がかかる。さらに、ロボット制御装置には画素数の異なる複数の種類のカメラが接続される場合があり、位相比較器及び電圧制御発振器を用いた回路が異なる画素数のカメラに対応できるようにするためには、単一のカメラに対応する場合よりも、さらに制御系の設計が複雑となる。
【０００９】
そこで本発明は、外部同期信号をカメラに出力し、この外部同期信号と同期してカメラから出力された画像データを処理するロボットシステムにおいて、上記課題を解決し、簡単な構成でカメラの異常を検出することができるロボットシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本願第１の発明は、予め定められた周波数で内部同期信号として生成された垂直同期信号及び水平同期信号に同期させて、垂直同期信号、水平同期信号及び画像データを含む映像信号を出力する内部同期機能と、外部同期信号として提供された前記内部同期信号と同じ周波数の垂直同期信号及び水平同期信号に同期させて、垂直同期信号、水平同期信号及び画像データを含む映像信号を出力する外部同期機能とを有し、前記外部同期信号が供給されていないときは前記内部同期機能により前記内部同期信号に同期させて映像信号を出力し、前記外部同期信号が供給されているときは前記外部同期機能により前記外部同期信号に同期させて映像信号を出力するカメラと、前記カメラが接続されるロボット制御装置と、を備え、前記外部同期機能により前記カメラから出力された映像信号を前記ロボット制御装置に取り込んで画像処理を行い、該画像処理の結果に基づいてロボットを制御するロボットシステムにおいて、前記映像信号から内部水平同期信号を分離する同期信号分離部と、前記ロボット制御装置から前記カメラに提供される外部水平同期信号の位相と、同期信号分離部により分離された内部水平同期信号の位相とを比較する位相比較部と、前記位相比較部による位相比較結果の経時変化に基づいて、前記カメラが前記外部水平同期信号に同期して動作しているか否かを判定する同期判定部と、を備えたロボットシステムを提供する。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、前記同期判定部は、前記位相比較部による位相比較結果と、基準となる位相差とを比較し、その差分が定められたマージンより大きいときに前記カメラが前記外部水平同期信号に同期して動作していないと判定する、ロボットシステムを提供する。
【００１２】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記位相比較部は、前記ロボット制御装置から前記カメラに提供される外部水平同期信号を検出した後、前記同期信号分離部により分離した内部水平同期信号を検出する前に、外部水平同期信号を再度検出した場合はアラームを出力する、ロボットシステムを提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、カメラに関する異常が、ロボット制御装置の出力する外部水平同期信号を伝達する信号線の断線によるものか、或いはカメラ自体が故障して外部水平同期信号と同期できないことによるものかが判定できる。さらに、画素数の異なる複数種のカメラがロボット制御装置に接続されるロボットシステムの場合は、ロボット制御装置はカメラの種類に応じて定められた周期の外部水平同期信号を各カメラに送る必要があるが、本発明によれば、設定ミス等によってロボット制御装置の出力する外部水平同期信号とカメラの内部水平同期信号との不一致が発生している状態をも検出できる。
【００１４】
ロボット制御装置からカメラに提供される外部水平同期信号を検出した後、同期信号分離部により分離した内部水平同期信号を検出する前に、外部水平同期信号を再度検出した場合はアラームを出力することにより、カメラの未接続、カメラの故障、又はコンポジット映像信号を伝達する信号線の断線が発生していることを検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るロボットシステムの制御装置の概略構成を示す図である。
【図２】水平同期信号とビデオ信号とが同期している場合を示す図である。
【図３】水平同期信号とビデオ信号とが同期していない場合を示す図である。
【図４】水平同期信号位相比較回路での処理を説明する図である。
【図５】同期判定回路での処理を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本願発明の好適な実施形態に係るロボット制御装置１０のブロック図であり、特に、概略図示したロボット８を制御するロボット制御装置１０のうち画像処理に関する部分のみ（画像処理装置）を表示したものである。ロボット制御装置１０は、同期信号分離部１２と、Ａ／Ｄ変換部１４と、クランプ部１６と、水平同期信号の位相比較を行う水平同期信号位相比較部１８と、水平同期信号が同期しているか否かを判定する同期判定部２０と、画像取込部２２と、処理部２４と、垂直同期信号及び水平同期信号を外部同期信号として生成する同期信号生成部２６と、カメラ２８をロボット制御装置１０に接続するためのコネクタ３０とを備えている。なお図示例では、同期信号分離部１２、Ａ／Ｄ変換部１４、クランプ部１６、水平同期信号位相比較部１８、同期判定部２０、画像取込部２２、及び同期信号生成部２６は、いずれも回路として構成されている。
【００１７】
カメラ２８は、予め定められた周波数で内部同期信号として生成された垂直同期信号及び水平同期信号に同期させて、垂直同期信号、水平同期信号及び画像データを含む映像信号を出力する内部同期機能と、外部同期信号として提供された、内部同期信号と同じ周波数の垂直同期信号及び水平同期信号に同期させて、垂直同期信号、水平同期信号及び画像データを含む映像信号を出力する外部同期機能とを有し、外部同期信号が供給されていないときは内部同期機能により内部同期信号に同期させて映像信号を出力し、外部同期信号が供給されているときは外部同期機能により前記外部同期信号に同期させて映像信号を出力する。また外部同期機能によりカメラ２８から出力された映像信号は、ロボット制御装置１０に取り込まれて画像処理され、該画像処理の結果に基づいてロボット８が制御される。
【００１８】
処理部２４は、例えばレジスタ３２を備えたＣＰＵ３４、ＲＯＭ３６及びＲＡＭ３８等を有して構成され、同期信号生成回路２６を制御して、カメラ２８に撮像を要求することができる。レジスタ３２には、水平同期信号の周波数等が格納される。ＲＯＭ３６には、ロボット制御装置１０に接続可能な種々のカメラについて、それらのカメラの種類と、内部水平同期信号の周波数と、画素数との対応関係に関する情報が予め記憶されている。またＲＡＭ３８には、画像処理プログラムやカメラ特定プログラムなどの各種プログラムが格納されるとともに、画素数に応じて画像処理用データ領域が割り付けられる。ＣＰＵ３４は、ＲＡＭ３８に格納された各種プログラムに従って、画像データに基づく画像処理を行う。
【００１９】
カメラ２８は、ロボット制御装置１０からの要求に応じてコンポジット画像データ等の映像信号を出力する。同期信号分離回路１２は、カメラ２８からのコンポジット画像データから、アナログのビデオ信号と水平同期信号とを分離し、アナログのビデオ信号はＡ／Ｄ変換回路１４でデジタル化された後に画像取込回路２２に入力される。画像取込回路２２は、Ａ／Ｄ変換回路１４から入力されたデジタル画像データを処理部２４に送る。
【００２０】
クランプ回路１６は、同期信号分離回路１２からＡ／Ｄ変換回路１４に入力される映像信号のＤＣレベルの変動を抑えてＤＣレベルを一定にするために、同期信号分離回路１２から入力される水平同期信号を用いて画像データの黒レベルをＡ／Ｄ変換回路１４の黒レベルに保つ機能を果たす。クランプ回路１６を用いることにより、Ａ／Ｄ変換回路１４において画像データを正確にＡ／Ｄ変換することができる。
【００２１】
一方、同期信号分離回路１２において分離された水平同期信号は、内部水平同期信号としてクランプ回路１６と位相比較回路１８に入力される。位相比較回路１８は、ロボット制御装置１０（ここでは同期信号生成回路２６）からカメラ２８に提供される外部同期信号のうち外部水平同期信号と、同期信号分離回路１２により分離された内部水平同期信号との位相差を比較し、位相比較結果を同期判定回路２０に入力する。同期判定回路２０は、位相比較結果が同期状態か非同期状態かを判定し、非同期状態と判定した場合は、処理部２４にアラームを通知する。
【００２２】
ロボット制御装置１０では、ロボット側のタイミングで制御するために、ロボット制御装置１０側（図１の例では同期信号生成回路２６）からカメラ２８に対して外部同期信号を送り、カメラ２８をロボットに同期させて動作させる必要がある。ロボット制御装置１０からカメラ２８に提供される外部水平同期信号の位相と、同期信号分離回路１２により分離された水平同期信号の位相との間には、ロボット制御装置１０とカメラ２８を接続するケーブル３９の線長に応じた遅延と、カメラ２８の種類によって定められた遅延により、位相差が発生する。この位相差は、ケーブル線長とカメラ２８の種類に応じて、様々な値となり得るが、カメラ２８が外部同期信号に同期して動作している限りにおいて、誤差を無視すれば一定値となる。しかし、カメラ２８が外部同期信号に同期して動作しない場合、カメラ２８は自身の内部回路（図示せず）で生成した内部同期信号に同期して動作する。ここで内部同期信号を生成するためのクロックは、カメラの内部回路に存在するものであり、ロボット制御装置１０の出力する外部同期信号を生成するクロックとは別のものであるため、両者のクロックの周波数には通常、一定のずれが存在する。このため、カメラ２８が内部同期信号に同期して動作している場合、外部水平同期信号の位相と、同期信号分離回路１２により分離された水平同期信号の位相は、時間経過に伴って、徐々に位相差が拡大していく。このことを図２及び図３を参照して説明する。
【００２３】
図２は、カメラへ入力される外部水平同期信号と、カメラが出力するビデオ信号とが同期状態にあることを示す図である。図２に示すような外部水平同期信号４０及びビデオ信号４２が得られた場合、外部水平同期信号４０の立ち下がりエッジ４４とビデオ信号４２の立ち下がりエッジ４６との時間間隔ΔＴ1、ΔＴ2、ΔＴ3、…ΔＴkは概ね等しい（ΔＴ1≒ΔＴ2≒ΔＴ3≒ΔＴk）ので、この場合はカメラが外部同期信号に同期していることになる。
【００２４】
一方図３は、外部水平同期信号とビデオ信号とが非同期状態にあることを示す図である。図３に示すような外部水平同期信号５０及びビデオ信号５２が得られた場合、外部水平同期信号５０の立ち下がりエッジ５４とビデオ信号５２の立ち下がりエッジ５６との時間間隔ΔＴ1′、ΔＴ2′、ΔＴ3′、…ΔＴk′は徐々に大きくなっており、すなわち互いに等しくない（ΔＴ1′≠ΔＴ2′≠ΔＴ3′≠ΔＴk′）ので、この場合はカメラが外部同期信号に同期せず、非同期状態（逆に言えば内部同期状態）となっている。
【００２５】
次に、位相比較回路１８の詳細について説明する。ロボット制御装置１０からカメラ２８に提供される外部水平同期信号の位相と、同期信号分離回路１２により分離された内部水平同期信号の位相との間には、ロボット制御装置１０とカメラ２８とを接続するケーブル３９の線長に応じた遅延と、カメラ２８の種類によって定められた遅延とによって位相差が生じるが、この位相差に起因する遅延時間は、カメラの１画素に対応する基本クロックの数十倍程度となる。従って位相比較回路１８は、カメラ２８の１画素に対応する基本クロックを使用したカウンタ回路を用いて構成でき、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）といった集積回路に容易に組み込むことができる。
【００２６】
位相比較回路１８での具体的な処理について、図４を参照して説明する。先ず、ロボット制御装置１０からカメラ２８に提供される外部水平同期信号６０の立ち上がり（又は立ち下がり）エッジ６２を検出して、カウンタ６４に示すようなカウントアップを開始する。このカウントアップのインクリメントは基本クロック６６毎（波形の立ち上がり又は立ち下がり毎）に行われる。次に、同期信号分離回路１２により分離された内部水平同期信号６８の立ち上がり（又は立ち下がり）エッジ７０が検出されたら、カウントを停止する。この停止時のカウント値（ここではｎ）が、位相比較結果として同期判定回路２０に入力され、前回の位相比較結果（ここではｍ）が今回の位相比較結果（ここではｎ）に更新される。位相比較回路１８は、外部水平同期信号が入力される度に動作し、更新された位相比較結果を同期判定回路２０に出力する。
【００２７】
次に、同期判定回路２０での処理について、図５を参照して説明する。外部同期機能を有するカメラ２８は、外部同期信号の入力が開始され、予め定めた時間経過（待機）後に外部同期状態となる。従って同期判定回路２０は、同期信号生成部２６で生成した同期信号の出力開始から、予め定めた時間が経過するまでは、同期判定を行わない。予め定めた時間経過後（ステップＳ１）、カメラ２８は外部同期状態になるので、予め定めた時間経過後の最初の位相比較結果を同期状態判定の基準値として読み込み、ＣＰＵ３４のレジスタ３２に格納する（ステップＳ２）。
【００２８】
以降、ステップＳ３及びＳ４に示すように、位相比較結果が更新される（例えば上述のｍ→ｎ）度に、基準値と更新された位相比較結果との比較を行う。具体的には、誤差等の影響を考慮して、予めマージンを設定しておき、基準値と更新された位相比較結果との差分が該マージン以上となった場合に、同期判定回路２０は非同期状態である旨のアラームを処理部２４に出力する（ステップＳ５）。例えば上述の図３のような非同期状態の場合、ΔＴ1′とΔＴ2′の差分は誤差範囲（マージン以下）なので非同期状態ではないと判定されることもあり得るが、非同期状態であればΔＴk′は時間経過に伴い増大していくので、いずれ非同期状態と判定される（ΔＴ1′とΔＴk′の差分はマージンより大きい）ことになる。このように、位相比較回路１８における位相比較結果の経時変化を判定することにより、カメラ２８が外部同期信号に同期して動作しているか否かを判定することができる。
【００２９】
以上の処理は、処理部２４内で行うことも可能であるし、マイコン等を使用して実現することも可能である。また、該処理をステートマシンとしてのデジタルデバイスによって実現することも容易であり、該デジタルデバイスはＡＳＩＣやＦＰＧＡといった集積回路に組み込むことができる。
【００３０】
本発明によれば、以下に示すようなカメラに関する種々の異常を検出できる。
（１）ロボット制御装置１０が出力する水平同期信号をカメラ２８伝達する信号線の断線
（２）カメラ２８が故障して外部水平同期信号と同期できない状態
（３）画素数の異なる複数種のカメラがロボット制御装置に接続されているシステムでは、ロボット制御装置はカメラの種類に応じて定められた周期の水平同期信号を各カメラに送る必要があるが、設定ミス等によってロボット制御装置の出力する外部水平同期信号とカメラの内部水平同期信号との不一致が発生している状態
【００３１】
なお位相比較回路１８は、上述のようにロボット制御装置１０からカメラ２８に提供される外部水平同期信号の立ち上がりエッジを検出した後から、カメラの映像信号から分離された内部水平同期信号の立ち上がりエッジが検出されるまでカウントアップを続行するが、内部水平同期信号の立ち上がりエッジを検出する前に、外部水平同期信号の立ち上がりエッジを再度検出する場合もある。この場合は、同期信号分離回路１２により分離された水平同期信号に異常があると判断されるので、位相比較回路１８は、該異常を知らせるアラームを同期判定回路２０又は処理部２４に出力することができる。この異常は、カメラ２８の未接続又は故障、コンポジット映像信号を伝送する信号線やビデオ信号を送信するケーブルの断線を意味している。
【符号の説明】
【００３２】
８    ロボット
１０    ロボット制御装置
１２    同期信号分離回路
１４    Ａ／Ｄ変換回路
１６    クランプ回路
１８    水平同期信号位相比較回路
２０    同期判定回路
２２    画像取込回路
２４    処理部
２６    同期信号生成回路
２８    カメラ
３０    コネクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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