(57)【要約】【課題】姿勢検出装置において、被検出物体の形状に寄らず、簡易な構成でかつ正確に被検出物体の姿勢を検出可能とする。【解決手段】被検出物体Ｘに設置されると共に各々が固有情報を有する複数のＲＦＩＤタグ５，６と、上記ＲＦＩＤタグ５，６からの信号を受信すると共に検出面３ｃにおいて少なくとも一方向に配列される複数のアンテナを有する検出装置３と、上記被検出物体Ｘと上記検出装置３とを上記検出面３ｃに上記被検出物体Ｘが対向するように相対移動させる移動手段２と、上記ＲＦＩＤタグ５，６からの信号を受信した上記アンテナの位置情報に基づいて上記被検出物体Ｘの姿勢を求める算出手段４とを備える。【選択図】図１
2013246057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出物体に設置されると共に各々が固有情報を有する複数のＲＦＩＤタグと、
前記ＲＦＩＤタグからの信号を受信すると共に検出面において少なくとも一方向に配列される複数のアンテナを有する検出装置と、
前記被検出物体と前記検出装置とを前記検出面に前記被検出物体が対向するように相対移動させる移動手段と、
前記ＲＦＩＤタグからの信号を受信した前記アンテナの位置情報に基づいて前記被検出物体の姿勢を求める算出手段と
を備えることを特徴とする姿勢検出装置。
【請求項２】
前記検出装置は、
前記アンテナ同士の間に配置されると共に前記アンテナ同士の磁束干渉を防止する遮蔽板を備えることを特徴とする請求項１記載の姿勢検出装置。
【請求項３】
前記アンテナが基板の表面に形成されたアンテナパターンからなり、
前記基板は、前記アンテナパターンが形成される表面が前記検出面に対して交差する姿勢で設置されている
ことを特徴とする請求項１または２記載の姿勢検出装置。
【請求項４】
前記検出装置が、前記一方向に配列される複数のアンテナからなると共に前記被検出物体と前記検出装置との相対移動方向に離間して配列される複数のアンテナ列を備え、
第１のアンテナ列を形成するアンテナと第２のアンテナ列を形成するアンテナとが前記アンテナの配列方向においてずれて配置されている
ことを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の姿勢検出装置。
【請求項５】
安定姿勢の被検出物体の下面に対して２つ以上のＲＦＩＤタグが設置されていることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の姿勢検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、姿勢検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境及び作業情報構造化の技術を用いて、仕上げ作業に必要な情報を工具と加工対象とに分散配置し、その情報から動作プログラムを自動生成することで作業を行うロボットシステムが提案されている。その際、仕上げロボットが収納トレー内の加工対象を把持して仕上げ作業を行うためには、加工対象の位置及び姿勢情報の取得を行う必要がある。
【０００３】
一般的には、ロボットによって物体を把持する場合、カメラやレーザセンサ等によって物体の位置や姿勢を検出し、検出した物体の位置及び姿勢情報を取得する。ところが、カメラやレーザセンサを用いる方法では、物体の表面状態や物体に照射される外光の影響によって正確な位置情報が得られず、物体の位置や姿勢の検出精度が落ちたり、物体が検出されなかったりする場合もある。特に、仕上げ作業で用いられる加工対象の多くが金属光沢のある金属製であり、カメラやレーザセンサによる位置及び姿勢情報の取得が容易ではない。
【０００４】
そこで、特許文献１には、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグを用いて物体の位置及び姿勢情報を取得する方法が提案されている。この特許文献１では、座標情報（物体の局所座標）や操作部位の位置（把持場所）等が記録されたＲＦＩＤタグと、物体の姿勢に応じて見え方が変わる微小な識別マークとを物体に設置している。このように物体に設置されたＲＦＩＤタグをロボットのハンドに設置された検出器で検出して物体の位置（物体の局所座標系の原点）を取得し、さらにレーザセンサ等で識別マークを検出してその見え方から物体の姿勢を求めている。そして、得られた物体の位置や姿勢をロボットの座標系に変換することで、ロボットに対する物体の位置及び姿勢情報を取得している。
【０００５】
また、特許文献２には、円筒状の物体の外壁面の全周に亘って幅のある二次元バーコード等の識別マークを設け、この識別マークを検出することで物体の位相を検出し、この位相すなわち姿勢に基づいてロボットによって物体を把持する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−９００９９号公報
【特許文献２】特開平５−３１９４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、カメラを用いた物体の位置や姿勢の検出は、照明の状態等の周囲の環境状態に影響を受けやすく、特に、照明光の届き難い物体の奥行き方向の位置や傾きについては検出精度が悪く、検出そのものに失敗することがある。また、レーザセンサを用いた物体の位置や姿勢の検出は、周囲の環境状態に影響は受け難いものの、物体がレーザ光を反射する金属材等からなるような場合には迷光等が生じることから用いることができない。また、レーザセンサを用いた方法では、物体の全域にレーザ光を照射し、その戻り光から物体の形状を求めてから、物体の姿勢を算出することになるため、演算が複雑となり、姿勢を算出するまでに時間を要することがある。
【０００８】
特許文献１の方法では、ＲＦＩＤタグを用いることで物体の大まかな位置や姿勢を知ることができるため、識別マークを用いた位置や姿勢の検出するときの検出範囲を限定することができる。しかしながら、特許文献１の方法では、ＲＦＩＤタグを用いた大まかな位置や姿勢の検出と、識別マークを用いたレーザセンサによる位置や姿勢の検出との２段階の検出が必要となり、装置及び制御が複雑化し、最終的に位置や姿勢を検出するまでの時間が長くなる。このような特許文献１の方法は、ＲＦＩＤタグの周辺に位置及び姿勢計測を容易にするために、画像処理を補助する識別マークを貼っていることが特徴であり、必ず識別マークを必要とするものである。
【０００９】
特許文献２の方法は、物体の外周面の全周に亘って識別マークを設け、物体を転がしながら移動させるときの位相を姿勢として検出するものであることから、物体の形状が限定される。また、特許文献２の方法は、物体が配置される位置が限定されており、また物体の移動方向は１方向のみに限定されている。
【００１０】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、姿勢検出装置において、被検出物体の形状に寄らず、簡易な構成でかつ正確に被検出物体の姿勢を検出可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【００１２】
第１の発明は、姿勢検出装置であって、被検出物体に設置されると共に各々が固有情報を有する複数のＲＦＩＤタグと、上記ＲＦＩＤタグからの信号を受信すると共に検出面において少なくとも一方向に配列される複数のアンテナを有する検出装置と、上記被検出物体と上記検出装置とを上記検出面に上記被検出物体が対向するように相対移動させる移動手段と、上記ＲＦＩＤタグからの信号を受信した上記アンテナの位置情報に基づいて上記被検出物体の姿勢を求める算出手段とを備えるという構成を採用する。
【００１３】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記検出装置が、上記アンテナ同士の間に配置されると共に上記アンテナ同士の磁束干渉を防止する遮蔽板を備えるという構成を採用する。
【００１４】
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記アンテナが基板の表面に形成されたアンテナパターンからなり、上記基板が、上記アンテナパターンが形成される表面が上記検出面に対して交差する姿勢で設置されているという構成を採用する。
【００１５】
第４の発明は、上記第１〜第３いずれかの発明において、上記検出装置が、上記一方向に配列される複数のアンテナからなると共に上記被検出物体と上記検出装置との相対移動方向に離間して配列される複数のアンテナ列を備え、第１のアンテナ列を形成するアンテナと第２のアンテナ列を形成するアンテナとが上記アンテナの配列方向においてずれて配置されているという構成を採用する。
【００１６】
第５の発明は、上記第１〜第４いずれかの発明において、安定姿勢の被検出物体の下面に対して２つ以上のＲＦＩＤタグが設置されているという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明においては、検出装置が一方向に配列される複数のアンテナを備え、移動手段によって、ＲＦＩＤタグが複数設置された被検出物体が検出装置に対して相対移動される。１つのアンテナのＲＦＩＤタグの読み取り範囲は限られているため、このような本発明では、被検出物体が検出装置に対して相対移動されたときに、ＲＦＩＤタグが通過した範囲に位置するアンテナのみでＲＦＩＤタグから信号を受信する。このため、本発明では、ＲＦＩＤタグが通過した位置を特定することができる。さらに、ＲＦＩＤタグが固有情報を有していることから、本発明によれば、ＲＦＩＤタグから受信した信号に基づいて、どのＲＦＩＤタグがどの位置を通過したかを特定することができる。また、アンテナにおいてＲＦＩＤタグから信号を受信した時間に基づけば、ある所定の時間にどのＲＦＩＤタグがどの位置に存在するのかを特定することも可能である。
【００１８】
また、本発明においては、上述のようにＲＦＩＤタグからの信号を受信したアンテナの位置情報（すなわちＲＦＩＤタグの存在位置）から、算出手段によって、上記位置情報に基づいて被検出物体の姿勢を求める。よって、本発明によれば、被検出物体の姿勢を知ることが可能となる。
【００１９】
このような本発明によれば、カメラやレーザセンサを用いることなく被検出物体の姿勢を知ることができる。また、カメラのように照明状態等の周囲の環境が検出精度に影響を与えることがなく、また金属材からなる物体であってもＲＦＩＤタグからの信号をアンテナにて受信することができる。したがって、常に正確な被検出物体の姿勢を容易に求めることができる。また、本発明によれば、特許文献１のように２段階の検出を行う必要がなくなり、装置及び制御が簡単になり、短時間にて被検出物体の姿勢を検出することができる。また、本発明によれば、被検出物体に対しては、複数のＲＦＩＤタグを設置するのみで被検出物体の姿勢を求めることができる。したがって、被検出物体がどのような形状であっても、被検出物体の姿勢を容易に検出することができる。以上のように、本発明によれば、被検出物体の形状に寄らず、簡易な構成でかつ正確に被検出物体の姿勢を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る姿勢検出装置の概略構成を模式的に示した全体図であり、（ａ）が側面図であり、（ｂ）がブロック図である。
【図２】（ａ）が本発明の一実施形態に係る姿勢検出装置が備えるタグリーダを模式的に示す平面図であり、（ｂ）が（ａ）が本発明の一実施形態の姿勢検出装置が備えるアンテナ基板の模式図であり、（ｃ）が本発明の一実施形態の姿勢検出装置が備えるアンテナの読み取り範囲を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る姿勢検出装置によって姿勢が検出される金属部品の下面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る姿勢検出装置による金属部品の姿勢検出方法について説明する動作説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る姿勢検出装置が備えるタグリーダの変形例を示す模式図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る姿勢検出装置の変形例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
まず、本実施形態の姿勢検出装置の考え方について説明する。以下に説明する姿勢検出装置は、ロボットによって金属部品の仕上げ作業を行うに当たり、当該金属部品の位置及び姿勢を検出し、金属部品の座標をロボットの座標に変換する用途に用いられることを想定する。このため、本発明のＲＦＩＤタグとして、金属用のＲＦＩＤタグを使用することとした。金属用のＲＦＩＤタグは金属に貼り付けていても読み取り可能であるが、通常のタグと比べ読み取り範囲が１０分の１程度になる。この特性を逆に利用して金属部品の位置及び姿勢の検出分解能を高めるようにしている。
【００２２】
また、近い範囲に存在するＲＦＩＤタグを読み取る為に近接型のタグリーダを使用する。このタグリーダには、ＲＦＩＤタグとの間で電波（信号や電力）をやり取りするためのアンテナを複数備えているものとする。また、位置情報とともに姿勢情報を取得する為にＲＦＩＤタグを金属部品の両端に各々貼り付ける。金属部品に対するＲＦＩＤタグの貼り付け位置を情報としてこれらのＲＦＩＤタグに記述しておく。そして、給電するアンテナを１枚１枚切り替えながらＲＦＩＤタグの読み取りを行い、読み取りが出来たアンテナの位置とＲＦＩＤタグに記載された情報より位置及び姿勢情報を取得する。
【００２３】
ここで、金属部品の姿勢情報を取得する方法について説明する。金属部品の両端に貼り付けられたＲＦＩＤタグ間の距離をａとする。距離ａは貼り付けたＲＦＩＤタグに情報として記述しておき、アンテナでＲＦＩＤタグを読み取るときに情報として取得し、姿勢の計算に利用する。例えば、直交座標系におけるＲＦＩＤタグ同士のＸ軸方向の距離をｂ、Ｙ軸方向の距離をｃとすると、パラメータａ，ｂ，ｃより、下式（１）あるいは（２）を用いて金属部品のＸ軸に対する傾きθが求まる。なお、式（１）と式（２）のいずれからも傾きθを求めることができる。ただし、誤差を減らすために、距離ｂと距離ｃとのうち、値が大きくなった方をパラメータとする式を用いることが好ましい。
【００２４】
【数１】
2013246057.tif 000003
【００２５】
【数２】
2013246057.tif 000004
【００２６】
姿勢検出装置では、タグリーダにおいてライン状にアンテナを並べ、アンテナとＲＦＩＤタグのどちらか一方を固定し、もう一方を移動させて、金属部品に貼り付けられたＲＦＩＤタグを読み取ることで位置及び姿勢情報の取得を行う。例えば、アンテナと金属部品とを相対的に移動させ、ＲＦＩＤタグの読み取り開始時刻とＲＦＩＤタグの読み取り終了時刻とその時の移動速度から金属部品に貼り付けたＲＦＩＤタグの位置を検出し、金属部品の位置及び姿勢情報の取得を行う。このように、アンテナと金属部品とを相対的に移動させると、タグリーダにおいて平面状に多数のアンテナを配置する必要がなく、少数のアンテナで金属部品の位置及び姿勢情報の取得を行える。また、例えば、タグリーダのアンテナを、１つ置きに、アンテナと金属部品との相対移動方向にずらして配置することによって、上記相対移動方向から見たときのアンテナの配置間隔を密にすることができるため、精度高く位置及び姿勢情報の取得を行える。
【００２７】
例えば、金属部品を固定し、タグリーダ（アンテナ）を移動させ、アンテナが配列される方向を直交水平面座標系のＹ軸方向とし、アンテナが移動される方向をＸ軸方向とする。そして、ＲＦＩＤタグを貼り付けた面を下にして金属部品をトレー内に置き、タグリーダをトレーに向けて等速で動かす。このとき、タグリーダのアンテナにＲＦＩＤタグが近接すると、当該アンテナによってＲＦＩＤタグが検出される。このため、ＲＦＩＤタグを検出したアンテナの位置から、ＲＦＩＤタグのＹ軸方向の位置を取得することができる。また、タグリーダの移動速度と、ＲＦＩＤタグの検出タイミングとから、ＲＦＩＤタグのＸ軸方向の位置を取得することができる。金属部品の両端に設けられたＲＦＩＤタグの各々のＸ軸方向の位置及びＹ軸方向の位置を取得することができる。そして、これらのＲＦＩＤタグのＸ軸方向の位置同士の差分及びＹ軸方向の位置同士の差分のいずれかあるいは両方向から、上式（１）及び（２）を用いて金属部品の姿勢（傾きθ）を求めることができる。
【００２８】
また、ＲＦＩＤタグには、自らの情報を示す固有情報を記憶させておく。これによって、タグリーダによって検出されるＲＦＩＤタグが金属部品のどの位置に設けられたＲＦＩＤタグであるかの情報を取得することができる。このため、複数ＲＦＩＤタグの区別がつき、正確に金属部品の姿勢を求めることができる。
【００２９】
なお、タグリーダに用いられるアンテナは、種類によっては、アンテナ同士を近づけて配置すると、磁束干渉によってＲＦＩＤタグの読み取りができなくなるものがある。そこで、Ｘ軸方向にアンテナを複数段に分け、各段におけるアンテナのＹ軸方向の位置をずらして配置することによって、Ｘ軸方向から見たときのアンテナの配置間隔を変化させることなくアンテナ同士を離間させることができ、磁束干渉を防止することができる。
【００３０】
また、上述のように、Ｘ軸方向にアンテナを複数段に分け、さらに各段におけるアンテナのＹ軸方向の配列間隔を（磁束干渉が起きない程度に）近づけることによって、Ｘ軸方向から見たときのアンテナの配置間隔を狭めて位置検出の分解能を高めることも可能である。例えば、Ｙ軸方向の読み取り範囲が１５ｍｍのアンテナを用い、２段目のアンテナを１段目のアンテナよりもＹ軸方向に１０ｍｍずらし、３段目のアンテナをさらにＹ軸方向１０ｍｍずらして配置する。このとき、２段目のアンテナの読み取り範囲の上側３分の１をＲＦＩＤタグが通過したときには、１段目のアンテナと２段目のアンテナとによってＲＦＩＤタグが検出される。また、２段目のアンテナの読み取り範囲の下側３分の１をＲＦＩＤタグが通過したときには、２段目のアンテナと３段目のアンテナとによってＲＦＩＤタグが検出される。また、２段目のアンテナの中央部をＲＦＩＤタグが通過したときには、２段目のアンテナのみでＲＦＩＤタグが検出される。したがって、Ｙ軸方向の読み取り範囲が１５ｍｍのアンテナを各段において１０ｍｍずつＹ軸方向にずらすことによって、分解能が３倍（Ｙ軸方向の読み取り分解能が５ｍｍ）となる。
【００３１】
なお、実際に、Ｙ軸方向の読み取り範囲が１５ｍｍのアンテナをＸ軸方向に３段に分けて配置し、２段目のアンテナを１段目のアンテナよりもＹ軸方向に１０ｍｍずらし、３段目のアンテナをさらにＹ軸方向１０ｍｍずらして配置し、ＲＦＩＤタグをＹ軸方向に１ｍｍずつずらしながら複数回の読み取り実験を行った。この結果、１ｍｍ程度の誤差が確認された。このため、タグリーダにおける検出誤差は、分解能の５ｍｍの半分に実験によって求められた１ｍｍを足した値である３．５ｍｍとなる。ロボットが金属部品を把持する場合に、実用上許容できる誤差は５ｍｍ程度であることから、上記構成によって十分に実用に適することが分かった。
【００３２】
また、Ｘ軸方向での位置情報の取得実験も行った。この実験では、アンテナの読み取り範囲の形状が楕円形に近いことに着目して行った。読み取り範囲が楕円形に近いため、楕円の長辺と同じ方向にアンテナを移動させる事によって、アンテナの読み取り中心からの距離は読み取り開始点と読み取り終了点の距離でほぼ等しくなる。この特徴を利用して、等速でタグリーダを移動させ、アンテナによるＲＦＩＤタグの読み取り開始時刻、終了時刻からＲＦＩＤタグがアンテナの中央位置を通過した時刻求める。タグがアンテナの中央を通過した時刻を求めることにより、トレー上の金属部品に貼りつけられたＲＦＩＤタグのトレーに対する位置を算出する。また、本実験ではアンテナをＹ軸方向に１ｍｍずつずらしながら、複数回の読み取り実験を行った。なお、アンテナの読み取り範囲の中心を基準として読み取り開始点と読み取り終了点までの距離を測定し、誤差を求めた。そして、この実験の結果、Ｘ軸方向における誤差は１ｍｍ程度であることが分かった。
【００３３】
なお、Ｘ軸方向の誤差が１ｍｍであるときには、Ｘ軸方向におけるＲＦＩＤタグ同士の距離（上述の距離ｂ）を用いることで姿勢誤差（傾きθの誤差）は、０°であった。また、Ｙ軸方向の誤差が３．５ｍｍであるときには、式（３）に基づいて求められる姿勢誤差は、例えば、ＲＦＩＤタグ同士の距離が２００ｍｍである場合には、＋方向及び−方向において１．７°となり、ＲＦＩＤタグ同士の距離が３００ｍｍである場合には、＋方向及び−方向において１．１°となる。
【００３４】
【数３】
2013246057.tif 000005
【００３５】
したがって、Ｘ軸方向における位置情報を用いて姿勢情報を算出する方が、Ｙ軸方向における位置情報を用いて姿勢を算出するよりも誤差が少ないことが分かる。また、Ｙ軸方向における位置情報を用いる場合であっても、ＲＦＩＤタグ同士の距離が離れているほど姿勢誤差は小さくなる。したがって、ＲＦＩＤタグは、金属部品の長手方向に配列し、できるだけ距離を長くするようにして配置することが好ましい。
【００３６】
また、アンテナからＲＦＩＤタグまでの距離によってアンテナの読み取り範囲がどのように変化するかの実験も行った。この実験では、アンテナとして、寸法が３０ｍｍ×１５ｍｍ×０．９ｍｍの「ＴＲ３−４０１」を用いた。また、ＲＦＩＤタグとして、寸法がΦ２０ｍｍ×（ｔ０．６ｍｍ）の「ＴＧ−Ｐａ７６１２−Ｎ」を用いた。そして、寸法が２４９ｍｍ×３０ｍｍ×３０ｍｍのアルミニウム製の角柱にＲＦＩＤタグを貼り付け、読み取り範囲の測定を行った。この結果、アンテナからＲＦＩＤタグまでの距離が３ｍｍである場合には、読み取り範囲は、アンテナを中心にほぼ対称形状となり、ＲＦＩＤタグの位置において横幅３６ｍｍで縦幅４４ｍｍの範囲となった。一方、アンテナからＲＦＩＤタグまでの距離が１６ｍｍである場合には、読み取り範囲は、横幅１５ｍｍで縦幅２２ｍｍの範囲となった。このことから、アンテナからＲＦＩＤタグまでの距離を長くするほど、アンテナの読み取り範囲を狭めることができ、分解能を高めることが可能となる。
【００３７】
続いて、図面を参照して、本発明に係る姿勢検出装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００３８】
図１は、本実施形態の姿勢検出装置１の概略構成を模式的に示した全体図であり、（ａ）が側面図であり、（ｂ）がブロック図である。これらの図に示すように、本実施形態の姿勢検出装置１は、ベルトコンベア２（移動手段）と、タグリーダ３（検出装置）と、位置姿勢算出装置４（算出手段）と、ＩＤタグ５（ＲＦＩＤタグ）と、ＩＤタグ６（ＲＦＩＤタグ）とを備えている。
【００３９】
ベルトコンベア２は、被検出物体である金属部品Ｘが載置されるベルト２ａと、このベルト２ａを回転走行させる駆動ローラ２ｂと、ベルト２ａを案内する従動ローラ２ｃとを備えている。このベルトコンベア２は、ベルト２ａ上に載置された金属部品Ｘを駆動ローラ２ｂの駆動によって移動させるものである。なお、以下の説明では、ベルトコンベア２による金属部品Ｘの移動方向をＸ軸方向とする。
【００４０】
また、ベルトコンベア２は、図１（ａ）に示すように、金属部品Ｘがタグリーダ３の上方を通過するように金属部品Ｘを移動させる。このようにして移動される金属部品Ｘは、ベルト２ａを挟んでタグリーダ３の検出面３ｃに対向するようにして移動される。なお、ベルト２ａは、電波を透過可能な樹脂材料によって形成されている。このため、金属部品Ｘに設置されるＩＤタグ５及びＩＤタグ６とタグリーダ３との間で電波の送受信が可能とされている。
【００４１】
タグリーダ３は、図１（ａ）に示すように、不図示のフレームによって支持されており、無端回転するベルト２ａの内側に配置されている。図２（ａ）は、タグリーダ３を上方から見た平面図である。この図に示すように、タグリーダ３は、基台３ａと、複数のアンテナ基板３ｂとを備えている。基台３ａは、アンテナ基板３ｂを支持するための台である。アンテナ基板３ｂは、図２（ｂ）に示すように、基板３ｂ１と、当該基板３ｂ１の表面に形成されたアンテナパターン３ｂ２（アンテナ）とから構成されている。このようなアンテナ基板３ｂは、基台３ａの上面にアンテナを上方に向けた状態で固定されている。これによって、タグリーダ３の上面がＩＤタグ５及びＩＤタグ６から電波を受信するための検出面３ｃとされている。
【００４２】
本実施形態においては、６つのアンテナ基板３ｂが、金属部品Ｘの移動方向と直交する水平方向に直線状に等間隔にて配列されている。なお、以下の説明においては、アンテナ基板３ｂの配列方向をＹ軸方向とする。また、最も＋Ｙ側に配置されたアンテナ基板３ｂが備えるアンテナをアンテナａとし、当該アンテナａから配列順にアンテナｂ、アンテナｃ、アンテナｄ、アンテナｅ、アンテナｆと称する。これらのアンテナａ〜ｆは、図１（ｂ）に示すように、位置姿勢算出装置４に対して電気的に接続されており、ＩＤタグ５あるいはＩＤタグ６から読み取った情報を位置姿勢算出装置４に向けて出力する。
【００４３】
図２（ｃ）は、アンテナａ〜ｆの読み取り範囲を模式的に示した図である。この図に示すように、アンテナａ〜ｆは、アンテナ同士の間に読み取り範囲が重なる領域が存在する間隔で配列されている。この読み取り範囲が重なる領域では、２つのアンテナが、ＩＤタグ（ＩＤタグ５あるいはＩＤタグ６）と電波の送受信が可能となっている。
【００４４】
図１に戻り、位置姿勢算出装置４は、例えばコンピュータから構成されており、予め記憶するプログラム、アンテナａ〜ｆで取得した情報、予め記憶するアンテナａ〜ｆの位置情報等に基づいて、金属部品Ｘの位置及び姿勢情報を算出する。この位置姿勢算出装置は、予めアンテナａ〜ｆのＹ軸方向の位置（図２（ｂ）におけるアンテナａ〜ｆのＹ位置）を記憶している。そして、位置姿勢算出装置４は、ＩＤタグ５及びＩＤタグ６の位置情報等から金属部品Ｘの姿勢を算出する。なお、本実施形態における金属部品Ｘの姿勢算出方法については、後に説明する。
【００４５】
ＩＤタグ５及びＩＤタグ６は、固有情報を有するＩＣチップからなり、タグリーダ３からの電波（信号）を受信して動作するパッシブタグである。なお、本実施形態においては、ＩＤタグ５及びＩＤタグ６がパッシブタグである構成について説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＩＤタグ（ＲＦＩＤタグ）として、電池を内蔵したアクティブタグやセミアクティブタグを用いることもできる。また、ＩＤタグ５及びＩＤタグ６とタグリーダ３との信号の伝達方式は、電磁誘導方式であっても電波方式であっても良い。
【００４６】
図３は、金属部品Ｘの下面図である。この図に示すように、ＩＤタグ５とＩＤタグ６とは、安定姿勢とされる金属部品Ｘの下面Ｘ１に対して設置されている。ＩＤタグ５は、長尺状の金属部品Ｘの一方の端部に設置されており、ＩＤタグ６は、同じ金属部品Ｘのもう一方の端部に設置されている。すなわち、ＩＤタグ５とＩＤタグ６とは、金属部品Ｘの長手方向に配列され、できる限り互いの距離が長くなるように配置されている。なお、金属部品Ｘの安定姿勢とは、金属部品Ｘがベルト２ａ上に載置されるときに、最も安定する姿勢であり、例えば最も広い面を下面とする姿勢であったり、最も重心が下となる姿勢であったりする。
【００４７】
図１（ｂ）に示すように、ＩＤタグ５は、個体情報である固有番号と、ＩＤタグ５からＩＤタグ６までの距離ａと、金属部品Ｘの操作部位の位置座標（操作部位ｗｘと操作部位ｘｙ）とを固有情報として記憶している。なお、金属部品Ｘの操作部位の位置座標とは、図３に示すように、金属部品Ｘの形状を規定する部品座標系における操作部位の位置を示す座標である。操作部位とは、ロボットによって把持される部位である。また、本実施形態においては、部品座標系は、ＩＤタグ５が設置される位置を原点とし、金属部品Ｘの長手方向をＸ軸方向とし、金属部品Ｘの短手方向をＹ方向する直交座標系とされている。そして、金属部品Ｘの操作部位の位置座標は、部品座標系における操作部位のＸ軸方向での位置を示す座標ｗｘと、部品座標系における操作部位のＹ軸方向での位置を示す座標ｗｙとして、ＩＤタグ５に記憶されている。また、ＩＤタグ６は、個体情報である固有番号を記憶している。
【００４８】
次に、本実施形態の姿勢検出装置１による金属部品Ｘの姿勢検出方法について説明する。ここでは、図４（ａ）〜（ｅ）に示すように、Ｘ軸に対して傾斜して配置された金属部品Ｘが、ベルトコンベア２によってＸ軸方向に移動され、ＩＤタグ５がアンテナｂのみによって検出される領域を通過し、ＩＤタグ６がアンテナｄとアンテナｅとによって検出される領域を通過するものとする。なお、ベルトコンベア２及び位置姿勢算出装置４は、不図示の制御装置によって制御されているものとする。
【００４９】
まず位置姿勢算出装置４は、ＩＤタグ５がアンテナｂによって検出されたときのベルト２ａの移動量ｘ１ａをベルトコンベア２から取得して記憶する。なお、制御上、ベルト２ａの移動量の基点が定められていない場合には、例えば、ＩＤタグ５がアンテナｂによって検出されたときのベルト２ａの位置を基点とし、このときには上記移動量ｘ１ａは「０」となる。また、位置姿勢算出装置４は、アンテナｂによって検出されていたＩＤタグ５が検出されなくなったときのベルト２ａの移動量ｘ１ｂをベルトコンベア２から取得して記憶する。なお、上記移動量ｘ１ａと移動量ｘ１ｂとは、アンテナｂのＸ軸方向の位置情報を示すものであり、いずれもアンテナｂから入力される信号に関連して取得されるものである。このため、位置姿勢算出装置４は、これらの移動量ｘ１ａと移動量ｘ１ｂをアンテナｂで取得した情報として管理する。また、位置姿勢算出装置４は、ＩＤタグ５から、ＩＤタグ５の固有番号と、ＩＤタグ５とＩＤタグ６との距離ａと、操作部位ｗｘと、操作部位ｗｙとを取得し、これらの情報をアンテナｂで取得した情報として記憶する。
【００５０】
続いて、位置姿勢算出装置４は、ＩＤタグ６がアンテナｄ，ｅによって検出されたときのベルト２ａの移動量ｘ２ａをベルトコンベアから取得して記憶する。また、位置姿勢算出装置４は、アンテナｄ，ｅによって検出されていたＩＤタグ６が検出されなくなったおきのベルト２ａの移動量ｘ２ｂをベルトコンベア２から取得して記憶する。なお、上記移動量ｘ２ａと移動量ｘ２ｂとは、アンテナｄ，ｅのＸ軸方向の位置情報を示すものであり、いずれかもアンテナｄ，ｅから入力される信号に関連して取得されるものである。このため、位置姿勢算出装置４は、これらの移動量ｘ２ａと移動量ｘ２ｂをアンテナｄ，ｅで取得した情報として管理する。また、位置姿勢算出装置４は、ＩＤタグ６から、ＩＤタグ６の固有番号を取得し、アンテナｄ，ｅで取得した情報として記憶する。
【００５１】
続いて、位置姿勢算出装置４は、図１（ｂ）に示すように、操作部位ｗｘと、操作部位ｗｙと、距離ａと、ＩＤタグ５の位置と、ＩＤタグ６の位置とからなる、姿勢算出用データ群Ｄを作成する。操作部位ｗｘと、操作部位ｗｙと、距離ａとは、アンテナｂで取得した情報に含まれる情報を移動させて姿勢算出用データ群Ｄに含める。ＩＤタグ５の位置は、ＩＤタグ５のＸ軸方向の移動量と、Ｙ軸方向の位置とからなるデータである。ここで、ＩＤタグ５のＸ軸方向の移動量は、アンテナｂで取得した情報に含まれる移動量ｘ１ａと移動量ｘ１ｂとを平均することによって得られるｘ１とする。また、ＩＤタグ５のＹ軸方向の位置は、アンテナｂのＹ軸方向の位置ｙ１とする。ＩＤタグ６の位置は、ＩＤタグ６のＸ軸方向の移動量と、Ｙ軸方向の位置とからなるデータである。ここで、ＩＤタグ６のＸ軸方向の移動量は、アンテナｄ，ｅで取得した情報に含まれる移動量ｘ２ａと移動量ｘ２ｂとを平均することによって得られるｘ２とする。また、ＩＤタグ６のＹ軸方向の位置は、アンテナｄのＹ軸方向の位置とアンテナｅのＹ軸方向の位置とを平均したｙ２とする。
【００５２】
続いて、位置姿勢算出装置４は、姿勢算出用データ群Ｄから金属部品Ｘの姿勢を算出する。ＩＤタグ５の移動量ｘ１とＩＤタグ６の移動量との差分の絶対値を、Ｘ軸方向におけるＩＤタグ５とＩＤタグ６との距離ｂ（図４（ａ）参照）とし、ＩＤタグ５のＹ軸方向の位置ｙ１とＩＤタグ６のＹ軸方向の位置ｙ２との差分の絶対値を、Ｙ軸方向におけるＩＤタグ５とＩＤタグ６との距離ｃ（図４（ａ）参照）とする。ここで、位置姿勢算出装置４は、距離ｂと距離ｃとのうち長い方を選択し、選択した距離をパラメータとする演算式（上述の式（１）あるいは式（２））に選択した距離と、さらに距離ａを代入することによって、金属部品Ｘの姿勢（傾きθ）を算出する。
【００５３】
そして、位置姿勢算出装置４は、求められた金属部品Ｘの姿勢から、操作部位ｗｘと操作部位ｗｙとを、ロボットの座標系で表される座標に変換する。例えば、ロボットの座標系が、本実施形態のＸ軸とＹ軸とからなる座標系である場合には、Ｘ軸に対する傾きθから、下式（４）に基づいて、操作部位の座標（ｗｘ，ｗｙ）をロボットの座標（Ｗｘ，Ｗｙ）に変換することができる。
【００５４】
【数４】
2013246057.tif 000006
【００５５】
以上、説明したような本実施形態の姿勢検出装置１においては、タグリーダ３がライン状に配列される複数のアンテナａ〜ｆを備え、ベルトコンベア２によって、ＩＤタグ５及びＩＤタグ６が設置された金属部品Ｘが移動される。アンテナａ〜ｆの読み取り範囲は限られているため、このような姿勢検出装置１では、金属部品Ｘがタグリーダ３に対して移動されたときに、ＩＤタグ５とＩＤタグ６とが通過した範囲に位置するアンテナのみでＩＤタグ５及びＩＤタグ６から信号を受信する。このため、本実施形態の姿勢検出装置１では、アンテナａ〜ｆの位置情報に基づけば、ＩＤタグ５及びＩＤタグ６が通過した位置を特定することができる。さらに、ＩＤタグ５及びＩＤタグ６が固有情報を有していることから、本実施形態の姿勢検出装置１によれば、ＩＤタグ５及びＩＤタグ６から受信した信号に基づいて、どのＩＤタグがどの位置を通過したかを特定することができる。そして、本実施形態の姿勢検出装置１では、このようにして特定したＩＤタグ５とＩＤタグ６との位置情報から金属部品Ｘの姿勢を求める。
【００５６】
このような本実施形態の姿勢検出装置１によれば、カメラやスキャナを用いることなく金属部品Ｘの姿勢を検出することができ、また正確な操作部位の座標を得るために複数回に分けての検出を行う必要がない。よって、簡易な構成でかつ正確に金属部品Ｘの姿勢を検出することができる。
【００５７】
また、本実施形態の姿勢検出装置１においては、金属部品Ｘに対しては、２つのＩＤタグ５及びＩＤタグ６を設置するのみで金属部品Ｘの姿勢を求めることができる。したがって、金属部品Ｘがどのような形状であっても、金属部品Ｘの姿勢を容易に検出することができる。
【００５８】
また、本実施形態の姿勢検出装置１においては、安定姿勢の金属部品Ｘの下面Ｘ１に対して２つのＩＤタグ（ＩＤタグ５及びＩＤタグ６）が設置されている。このため、金属部品Ｘをベルトコンベア２に載置したときに、確実にタグリーダ３に複数のＩＤタグを対向させることができる。よって、確実に金属部品Ｘの姿勢を検出することができる。
【００５９】
なお、ＩＤタグ５及びＩＤタグ６については、短距離でのみ検出が可能なものを用いることが好ましい。これによって、遠くのアンテナａ〜ｆがＩＤタグ５及びＩＤタグ６を検出することを防止し、ＩＤタグ５及びＩＤタグ６の位置をより正確に得ることが可能となる。ただし、このような場合には、ＩＤタグ５及びＩＤタグ６がアンテナａ〜ｆから遠方に存在したり、アンテナａ〜ｆから見て金属部品Ｘの裏側に存在したりすると、ＩＤタグ５及びＩＤタグ６の検出ができなくなる。このため、上述のように、安定姿勢の金属部品Ｘの下面Ｘ１に対して２つのＩＤタグ５及びＩＤタグ６を設置する等によって、ＩＤタグ５及びＩＤタブ６を設置する位置をアンテナａ〜ｆのいずれかで確実に検出するようにすることが好ましい。
【００６０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００６１】
例えば、上記実施形態においては、基板３ｂ１上のアンテナパターン３ｂ２が上方に向くように配置されたタグリーダ３を用いる構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、図５（ａ）に示すように、アンテナ基板３ｂを縦置きにしたタグリーダ３Ａを用いても良い。このようなタグリーダ３では、アンテナパターン３ｂ２が形成される基板３ｂ１の表面が検出面に対して交差する姿勢となるように、アンテナ基板３ｂが設置される。これによって、検出面側（図５（ａ）で図示されている側）から見たアンテナの設置領域が狭まり、同側からみたときに磁界範囲が小さくなる。したがって、検出面におけるアンテナの読み取り範囲が小さくなり、より検出の分解能を向上させることができる。
【００６２】
また、図５（ａ）に示すように、アンテナ基板３ｂ同士の間（すなわちアンテナ同士の間）に遮蔽板７を設置することが好ましい。この遮蔽板７は、磁束を吸収するアルミニウム等の材料によって形成されており、アンテナ同士の磁束干渉を防止する。アンテナの種類によっては、上記実施形態において示した２つのアンテナの読み取り範囲が重なる領域でＩＤタグの検出ができなくなるものが存在する。このようなアンテナを用いる場合には、上記のように遮蔽板７を設置することによってアンテナ同士の磁束干渉を防止し、読み取り範囲が重なることを防止できる。このため、読み取り範囲が重ならないようにアンテナを密に配置することができる。また、図５（ａ）に示すように、アンテナ基板３ｂを縦置きした場合には、上記実施形態よりも密にアンテナを配置することもできるが、この場合には磁束干渉が生じ易くなる。これに対して、遮蔽板７を設置することによって、磁束干渉が生じることを防ぎつつ、上記実施形態よりも密にアンテナを配置することができる。
【００６３】
また、例えば、図５（ｂ）に示すように、図５（ａ）に示すタグリーダ３Ａを１つのアンテナ列とし、さらに各アンテナ列におけるアンテナがアンテナ配列方向にずれるように複数のアンテナ列を金属部品Ｘの移動方向にずらして配置してなるタグリーダ３Ｂを用いることもできる。このようなタグリーダ３Ｂによれば、金属部品Ｘの移動方向から見たときのアンテナの配置間隔を密に配置することができる。したがって、検出の分解能を向上させることが可能となる。
【００６４】
また、上記実施形態においては、ＩＤタグ５が、ＩＤタグ５からＩＤタグ６までの距離ａと、金属部品Ｘの操作部位の位置座標（操作部位ｗｘと操作部位ｘｙ）とを記憶している構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、図６に示すように、位置姿勢算出装置４が、ＩＤタグ５からＩＤタグ６までの距離ａと、金属部品Ｘの操作部位の位置座標（操作部位ｗｘと操作部位ｘｙ）とを記憶するようにしても良い。
【００６５】
また、上記実施形態においては、姿勢を検出する対象が金属部品Ｘである構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、金属以外の材料からなる部品等を姿勢検出の対象とすることも可能である。すなわち、本発明の被検出物体は、材料が限定されるものではない。
【００６６】
また、上記実施形態においては、ベルトコンベア２によって金属部品Ｘを移動させる構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、他の移動手段によって金属部品Ｘを移動させても良い。また、移動させるのは金属部品Ｘではなく、タグリーダ３とすることも可能である。
【００６７】
また、上記実施形態においては、金属部品Ｘの下方にタグリーダ３が配置される構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、タグリーダ３を金属部品Ｘの上方や側方に配置することも可能である。このときには、被検出物体が磁束を通さない金属材からなるときには、被検出物体のタグリーダ３側の面に２つ以上のＩＤタグを設ける必要がある。
【００６８】
また、上記実施形態においては、２つのＩＤタグが金属部品Ｘに設置された構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、３つ以上のＩＤタグを金属部品Ｘに設置しても良い。このような場合には、例えば、ＩＤタグの位置からＩＤタグを頂点する多角形状を導き、この多角形状の向きから金属部品Ｘの姿勢を検出しても良い。
【００６９】
また、上記実施形態においては、小型の金属部品Ｘの姿勢を検出する構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、大型の部品を被検出物体とし、例えばクレーン等で大型の部品を搬送するときにこの大型の部品の姿勢を検出するために用いることも可能である。このような場合には、数ｃｍ単位での分解能が必要なくなる場合もあり、例えば、ＩＤタグとしてアクティブタグを用いてよりＩＤタグの読み取り可能範囲を拡大させても良い。
【符号の説明】
【００７０】
１……姿勢検出装置、２……ベルトコンベア（移動手段）、２ａ……ベルト、２ｂ……駆動ローラ、２ｃ……従動ローラ、３……タグリーダ（検出装置）、３ａ……基台、３Ａ……タグリーダ（検出装置）、３ｂ……アンテナ基板、３Ｂ……タグリーダ（検出装置）、３ｂ１……基板、３ｂ２……アンテナパターン、３ｃ……検出面、４……位置姿勢算出装置（算出装置）、５……ＩＤタグ（ＲＦＩＤタグ）、６……ＩＤタグ（ＲＦＩＤタグ）、７……遮蔽板、Ｘ……金属部品（被検出物体）
【図１】
2013246057.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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