(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
距離画像計測装置、物体存在領域表現装置、距離画像座標変換装置、距離・干渉計算装置、監視領域設定装置及び監視領域座標変換装置から形成される空間マーキング装置において、複数の距離画像計測装置による距離画像から得られる物体存在領域と、監視領域設定装置を用いて自由に設定できる監視領域とをそれぞれ距離画像座標変換装置、監視領域座標変換装置により同一の座標系に変換し、距離・干渉計算装置により距離・干渉情報として制御機器へ出力することにより監視領域への物体の侵入及び接近等が検出された場合に制御機器を介して外部機器を制御することを特徴とする空間マーキング装置。
【請求項２】
監視領域を複数設定することを特徴とする請求項１記載の空間マーキング装置。
【請求項３】
距離画像計測装置としてステレオ視覚装置またはレンジファインダを利用することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の空間マーキング装置。
【請求項４】
制御機器に接続して、スイッチングを行うスイッチング装置を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の空間マーキング装置。
【請求項５】
制御機器に接続して、監視領域へ侵入または接近した物体に対して照明を当てることによりその侵入を表示する照明装置を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の空間マーキング装置。
【請求項６】
制御機器に接続して、監視領域への侵入または接近を検出した場合に警告音または音声などの音響効果を発する音響装置を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の空間マーキング装置。
【請求項７】
制御機器に接続して、監視領域への侵入または接近を検出した場合に警告灯または照明の変化など視覚効果を発する視覚装置を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の空間マーキング装置。
【請求項８】
複数の監視領域を設定し、それぞれに音響的、視覚的効果などを割り付けて音楽を奏でたり、照明を変化させたりする音響・視覚装置を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の空間マーキング装置。
【請求項９】
作業内容に応じて空間軌道が変化するロボットにおいて、動作前に予想される軌道上に監視領域を設定することにより予測軌道と他の物体との干渉の有無または予測軌道への侵入に対する警告を発する空間動作予告・安全確認装置を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の空間マーキング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間を監視し定められた空間への他の物体の侵入を検出する侵入監視装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、空間への侵入監視装置としては、(１)赤外線、静電容量などを用い、検出器への近接情報を利用したもの、(２)床などへ敷設したスイッチなどによる接触情報を利用したもの、(３)赤外線ビームなどを用いビームの遮断情報を利用したもの、(４)監視カメラなどにより視野内への物体の侵入を検出するものなどがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、(１)の場合は、検出器に対して決められた方向と決められた距離範囲の領域しか監視できない。(２)の場合は、検出器に接触をする必要がある。(３)の場合は、ビームを直接切る必要があるし、逆にどこでビームを切ったかは検出することができない。(４)の場合は、多くの場合視野全体が監視領域であるし、監視領域を視野内で限定したとしても、その奥行に関しては設定することができない、という問題があった。
【０００４】
以上のように、従来の装置では、検出器に対して限定された領域の監視しかできなかった。このため特定の領域を監視するためには、それに応じた検出器の配置が必要となっており、何もない空間中の任意の領域を監視することはほとんど不可能であった。
【０００５】
また、従来の装置では検出器設置時に設定した監視する領域を変更することは容易でなかった。このため、たとえばロボットのアームのような何もない空間を移動する物体の軌道を動作に応じて、そのつど変更しながら監視するなど、そのつどの作業に必要な領域を動的に変更して監視することは不可能であった。
【０００６】
本発明は、ステレオ視覚装置やレンジファインダなどの距離画像計測装置を利用して、その距離画像と指定された領域との干渉を調べ、指定領域への物体の侵入や物体までの距離を検出することにより、何もない空間中に指定された任意形状の監視領域(空間マーキング領域)への物体の侵入や接近を検出可能とすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のマーキング装置は、距離画像計測装置、物体存在領域表現装置、距離画像座標変換装置、距離・干渉計算装置、監視領域設定装置及び監視領域座標変換装置から形成される空間マーキング装置において、複数の距離画像計測装置による距離画像から得られる物体存在領域と、監視領域設定装置を用いて自由に設定できる監視領域とをそれぞれ距離画像座標変換装置、監視領域座標変換装置により同一の座標系に変換し、距離・干渉計算装置により距離・干渉情報として制御機器へ出力することにより監視領域への物体の侵入及び接近等が検出された場合に制御機器を介して外部機器を制御する。
また、本発明のマーキング装置は、監視領域を複数設定することを特徴とする。
また、本発明のマーキング装置は、距離画像計測装置としてステレオ視覚装置またはレンジファインダを利用することを特徴とする。
また、本発明のマーキング装置は、制御機器に接続して、スイッチングを行うスイッチング装置を設けたことを特徴とする。
また、本発明のマーキング装置は、制御機器に接続して、監視領域へ侵入または接近した物体に対して照明を当てることによりその侵入を表示する照明装置を設けたことを特徴とする。
また、本発明のマーキング装置は、制御機器に接続して、監視領域への侵入または接近を検出した場合に警告音または音声などの音響効果を発する音響装置を設けたことを特徴とする。
また、本発明のマーキング装置は、制御機器に接続して、監視領域への侵入または接近を検出した場合に警告灯または照明の変化など視覚効果を発する視覚装置を設けたことを特徴とする。
また、本発明のマーキング装置は、複数の監視領域を設定し、それぞれに音響的、視覚的効果などを割り付けて音楽を奏でたり、照明を変化させたりする音響・視覚装置を設けたことを特徴とする。
また、本発明のマーキング装置は、作業内容に応じて空間軌道が変化するロボットにおいて、動作前に予想される軌道上に監視領域を設定することにより予測軌道と他の物体との干渉の有無または予測軌道への侵入に対する警告を発する空間動作予告・安全確認装置を設けたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明の空間マーキング装置の第１の実施形態の原理図を示したものである。
空間マーキング装置は、検出手段としての距離画像計測装置１、物体存在領域表現装置２、距離画像座標変換装置３、距離・干渉計算装置４、監視領域設定装置５および監視領域座標変換装置６より構成される。距離画像計測装置１としては、例えば、特開昭６２−１６２１７５号公報、特開２００１−９１２４８号公報に記載のもののように少なくとも２組のステレオ視覚画像を得るようにしたステレオ視覚装置または特開昭６１−７５２１０号公報、特開平１０−４８３３６号公報記載のもののように三次元視覚装置を備えたレンジファインダを利用する。
【０００９】
距離画像とは、距離画像計測装置１から見通して最初に他の物体に当たるまでの奥行(距離)を、画像のように見通し線の方向に対応した縦横の場所に表現したものである。これを用いると物体の存在する領域の表面形状を３次元的に得ることができる。図１はそれを１つの断面から見たものである。
８は距離画像計測装置１の視野を表したもので、たとえば視野８内に第１の物体９および第２の物体１０があるとすると、距離画像から太い点線で示す物体存在領域１２を得ることができる。１１は背景または距離画像計測装置の計測限界を示すものである。
【００１０】
１３の細い点線で囲まれた領域が監視領域であり、これは監視領域設定装置５を用いてユーザが自由に設定することができる。この設定は、計算機などを用いて、必要に応じて自動的に行うことも可能であり、また、CADで用いられる物体モデルなど数値的な表現で指定することにより、必要に応じて随時変更することが可能である。さらに、監視領域１３は必要に応じて単数あるいは複数設ける。
物体存在領域１２と監視領域１３はそれぞれ距離画像座標変換装置３、監視領域座標変換装置６により同一の座標系での表現に変換されて距離・干渉計算装置４により距離・干渉が計算され、距離・干渉情報７として出力される。なお、場合によっては、距離画像座標変換装置３および監視領域座標変換装置６は省略可能である。
【００１１】
空間マーキング装置からの距離・干渉情報７は、物体９、１０と監視領域１３との干渉１４の有無、干渉している場合には干渉領域の位置などである。この距離・干渉情報７を、コンピュータなどの制御機器２３へ出力することにより、監視領域１３への物体の侵入や接近が検出された場合に、制御機器２３を介して外部機器類を制御するようになっている。外部機器として、監視領域１３への侵入や接近を検出した場合に、他の装置の電源をｏｎ／ｏｆｆするスイッチング装置２４、監視領域１３へ侵入や接近した物体に対して照明を当てることによりその侵入を表示する照明装置２５、監視領域１３への侵入や接近を検出した場合に、警告音や音声などの音響効果を発する音響装置２６および警告灯や照明の変化などの視覚効果を発する視覚装置２７が接続されている。
【００１２】
図１においては、１４の部分で監視領域１３と物体存在領域１２との干渉が生じている。
図２は、本発明の空間マーキング装置の第２の実施形態の原理図を示したものである。この実施の形態では、干渉はなく、監視領域１３と物体存在領域１２の最近点間の長さ１５がその距離として計算されるものである。
図１および図２の原理図では、物体、監視領域とも簡単のため円で表現しているが実際には自由な形状で良い。
また、監視領域１３を複数設定した場合、それぞれに音響的、視覚効果を割り付けて音楽を奏でたり、照明を変化させたりする音響・視覚装置を設けておくことにより（図示せず）、人間が何もない空間をさわって音楽を演奏したり、ボールなどの物体を投げ、その軌道に応じて音や光が発生する娯楽装置を実現することができる。
【００１３】
図１からも分かるように、１つの距離画像計測装置１から得られた物体存在領域１２は本当に物体が存在している領域ではない。たとえば、図３、図４を参照するに、両図に示されたものは、ともに１つの距離画像からは同じ物体存在領域となるが、実際の物体１２が監視領域１３と干渉しているかどうかを区別して判断することはできない。
明らかな干渉が分かるのは物体存在領域１２の表面だけで、内部および側面では干渉の可能性があることしか分からない。
【００１４】
図５および図６は、本発明の空間マーキング装置の第３の実施形態の原理図を示したものであり、複数の距離画像計測装置１、１を利用することによりこの検出誤りを減少させることができる例を示したものである。すなわち、図５、図６においては、異る方向に複数の距離計測装置１、１を配置した複数の空間マーキング装置１６、１６を用いている。
図５の場合は右側の距離画像計測装置１から得られた物体存在領域１２が監視領域１３と重なっていないことから、物体９と監視領域１３との干渉がないことが分かるし、図６の場合には２つの距離画像計測装置１、１から得られる２つの物体存在領域１２、１２が監視領域１３と重なっていることから干渉していることが分かる。
【００１５】
図５、図６においてそれぞれの空間マーキング装置１６、１６に対してあらかじめ同じ監視領域１３を設定しておく。干渉または距離合成装置１７では、干渉に関しては、
(a)いずれか１つの空間マーキング装置で干渉していなければ干渉なし、
(b)いずれか１つの空間マーキング装置で明らかに干渉してれば干渉あり、
(c)いずれの空間マーキング装置で不明の場合には干渉の可能性あり、
として合成する。
また、距離に関しては、それぞれの空間マーキング装置の出力の最大のものを採用する。１８は、改善された距離・干渉情報である。
【００１６】
図５、図６において誤差領域（濃い網かけ部分）１９と物体９の内部は不明領域であるが、さらに異る場所に配置する空間マーキング装置の台数を増やして行けば、不明領域を減少させ、１７の干渉または合成装置により検出誤りを減少させることができる。
【００１７】
図７は、本発明の空間マーキング装置の第４の実施形態の原理図を示したものであり、ロボット２８などの作業内容に応じて空間軌道が変化するものにおいて、ロボット２８の動作前に予想される軌道上に、予測軌道領域２０（監視領域）を空間マーキングしておくことにより予測軌道と他の物体との干渉の有無や予測軌道への侵入者に対する警告を発する空間動作予告・安全確認装置２２を構成する。なお、２１は、ロボットコントローラである。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、 本発明は次の効果を奏する。
１．何もない空間の領域を、随時その形状、場所を変更しながら、監視することができる。また、請求項２に記載のように監視領域を複数設定することも自在にできる。
２．請求項３に記載のように検出手段として、公知のステレオ視覚装置やレンジファインダなどの距離画像計測装置を利用することができる。
３．請求項４に記載のように、複数の距離計測装置を設けることにより、検出誤りを減少させることができる。
４．請求項５に記載のように、コンピュータなどの制御機器へのインタフェース装置を持たせることにより空間マーキングされた領域への侵入や接近を検出した場合に、それら外部機器類に通知し、利用することができる。
５．外部機器として、請求項６にあるようにスイッチング装置を設けることにより、 空間マーキングされた監視領域への侵入や接近の検出を利用して、他の装置の電源のｏｎ／ｏｆｆを行うことができる。
６．外部機器として、請求項７に記載のように、侵入物体等に照明を当てる照明装置を設けることにより、その侵入を表示し、あたかも、空間マーキングされた領域に光が存在しているように見せかけることができる。
７．また外部機器として、請求項８および請求項９記載のように音響効果を発する音響装置、視覚効果を発する視覚装置を設けることにより、監視領域への侵入や接近を検出した場合に、警告音や音声などの音響効果を利用したり、警告灯や照明の変化など音や音声など視覚的効果を利用して侵入を知らせる装置を構成することができる。
８．請求項１０記載のように、ロボットなど作業内容に応じて空間軌道が変化するものにおいて、動作前に予想される軌道上に、空間マーキングすることにより、予測軌道と他の物体との干渉の有無や予測軌道への侵入者に対する警告を発する空間動作予告・安全確認装置を構成することができる。
９．請求項１１記載のように、複数の監視領域を設定し、それぞれに音響・視覚装置を設けることにより、人間が何もない空間をさわって音楽を演奏したり、ボールなどの物体を投げ、その軌道に応じて音や光が発生する娯楽装置を実現することができる。また設定したその存在を音や光で確認できる空間マーキング領域を移動させ、それを人間が追いかけると言っ た娯楽装置も実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空間マーキング装置の第１の実施形態の原理図を示したものである。
【図２】本発明の空間マーキング装置の第２の実施形態の原理図を示したものである。
【図３】干渉の有無の検出が不正確になる場合で、実際は干渉がない場合を説明した図である。
【図４】干渉の有無の検出が不正確になる場合で、実際に干渉している場合を説明した図である。
【図５】本発明の空間マーキング装置の第３の実施形態の原理図を示したもので物体と監視領域との干渉がない状態を示している。
【図６】本発明の空間マーキング装置の第３の実施形態の原理図を示したもので物体と監視領域との干渉している状態を示している。
【図７】本発明の空間マーキング装置の第４の実施形態の原理図を示したものである。
【符号の説明】
１  距離画像計測装置
２  物体存在領域表現装置
３  距離画像座標変換装置
４  距離・干渉計算装置
５  監視領域設定装置
６  監視領域座標変換装置
７  距離・干渉情報
８  距離画像計測装置の視野
９  物体
１０  物体
１１  背景または距離画像計測装置の計測限界
１２  物体存在領域
１３  監視領域
１４  干渉部分
１５  監視領域と物体存在領域の最近点間の長さ
１６  空間マーキング装置
１７  干渉または距離合成装置
１８  改善された距離・干渉情報
１９  誤差領域
２０  予測軌道領域（監視領域）
２１  ロボットコントローラ
２２  空間動作予告・安全確認装置
２３  制御機器
２４  スイッチング装置
２５  照明装置
２６  音響装置
２７  視覚装置
【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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【図６】
0003749945.tif 000007
【図７】
0003749945.tif 000008