JP4284765B2 - ロボットハンド位置計測装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はロボットハンド位置計測装置に係り、特に、ロボットハンドの基準部位の３次元座標を計測するロボットハンド位置計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工場の生産ライン等で多数用いられているロボットハンドは、先端部に設けられたハンドにより、例えばワークを吸着又は把持して保持したり、切削、ねじ締め、溶接等の様々な作業を実行可能とされている。ハンドはアームによって３次元的に移動可能とされており、ロボットハンド設置位置にワークが搬送されてくる毎に、作業空間内の予め複数定められた移動目標位置へハンドが順次移動するようにアームが駆動される。これにより、順次搬送されてくるワークに対して搬送、組立、加工等の所期の作業が行われる。
【０００３】
ところで、ロボットハンドは、移動目標位置をロボットハンド固有の３次元座標系（ロボットハンド座標系）における座標値として記憶しているが、先端部を移動目標位置へ精度良く移動させるためには、作業空間内の一定位置を原点とする絶対座標系を定め、ロボットハンドの先端部が移動可能範囲内の各位置（例えば移動目標位置）に位置している状態での先端部の絶対座標系における座標値を計測し、絶対座標系とロボットハンド座標系とのずれを検知する必要がある。
【０００４】
上記に関連して特許第２６８２７６３号公報には、ロボット機体の最先端リンクに装着した撮像装置によりロボットのベース近傍の固定被写点（点光源(32))を撮影し、撮像装置の２次元画像上における固定被写点の撮影による像の位置と計算によって得られる理論上の像の位置とのずれに基づいて、ロボット機体の各リンク要素間の相対位置関係における理論値と実際値との誤差を求めるようにしたロボット機体の作動誤差の自動測定方法が開示されている。
【０００５】
また、特開平４−２９１１１１号公報には、移動物体を同時に撮像する２台のビデオカメラを、パン角及びチルト角が可変の２台の雲台にそれぞれ取付け、両カメラの撮影画面上での移動物体の目標点が画面中央に引き込まれるように両雲台のパン角及びチルト角を制御し、三角測量法の演算によって移動物体の位置を３次元座標値で検出する技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許第２６８２７６３号公報に記載の技術は、単一の撮像装置による撮像によって得られた２次元画像を用いているので、各リンク要素間の相対位置関係の誤差を求めることはできても、ロボットハンド先端部の絶対座標系における３次元座標値を計測することはできず、絶対座標系とロボットハンド座標系とのずれを検知することは不可能である。従って、例えばロボット機体のベース(12)及び点光源(32)の設置位置が所期の位置に対してずれている等によりロボットハンド座標系が絶対座標系に対してずれていた場合、ロボットハンドの先端部を、絶対座標系の座標値で与えられた移動目標位置へ精度良く移動させることは困難である。
【０００７】
ロボットハンド先端部の絶対座標系における座標値は、例えば先の特開平４−２９１１１１号公報に記載の技術等を利用し、絶対座標系における座標値が既知の所定位置にカメラ等の撮像手段を設置すれば計測可能である。この場合、撮像手段の撮像方向をロボットハンド先端部の存在する方向に一致させるための駆動機構（例えば特開平４−２９１１１１号公報に記載の雲台のパン角及びチルト角を変化させる駆動機構）の駆動源としては、回転軸の回転角度を精密かつ簡易に制御可能なステッピングモータが好適である。
【０００８】
しかしながら、ステッピングモータは、回転軸を微小な一定角度ずつステップ回転させる構成であるので、撮像手段の撮像方向がロボットハンド先端部の方向に正確には一致しないことも多く、撮像方向がロボットハンド先端部の方向と若干ずれた状態で計測を行った場合、絶対座標系におけるロボットハンド先端部の正確な座標値が得られないという問題があった。
【０００９】
本発明は上記事実を考慮して成されたもので、ロボットハンドの位置計測精度の向上を実現できるロボットハンド位置計測装置を得ることが目的である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明に係るロボットハンド位置計測装置は、姿勢角、又は位置、又は姿勢角と位置に関する少なくとも２種類のパラメータの値を変更可能で、前記パラメータの値を変更することで指向方向が変化すると共に、ズームレンズを介して前記指向方向を撮像する撮像素子を備えた指向手段と、前記指向手段の前記撮像素子による撮像によって得られる画像上での前記ズームレンズの光学中心に対応する撮像中心位置を、前記ズームレンズのズーム値毎に記憶する記憶手段と、前記指向方向がロボットハンドの基準部位の存在する方向に略一致した状態で、前記指向手段の指向方向と前記基準部位の存在する方向との偏差として、前記指向手段の前記撮像素子による撮像によって得られる画像上での、前記ズームレンズの現在のズーム値に対応する前記撮像中心位置と、前記基準部位の像の重心位置との偏差を検出する第１検出手段と、指向手段の前記少なくとも２種類のパラメータの値を所定の３次元座標系を基準にして検出する第２検出手段と、前記指向方向が前記基準部位の存在する方向に略一致した状態で、前記第１検出手段によって検出された前記偏差、及び前記第２検出手段によって検出された前記パラメータの値に基づいて、前記指向方向が前記基準部位の存在する方向に一致した状態での前記パラメータの値を演算し、演算したパラメータの値を用いて前記所定の３次元座標系における前記基準部位の座標を演算する演算手段と、を含んで構成されている。
【００１１】
請求項１の発明では、姿勢角、又は位置、又は姿勢角と位置に関する少なくとも２種類のパラメータの値を変更可能で、前記パラメータの値を変更することで指向方向が変化すると共に、ズームレンズを介して指向方向を撮像する撮像素子を備えた指向手段が設けられている。なお、姿勢角に関する２種類のパラメータとしては、例えば請求項２に記載した方位角と仰角を用いることができ、姿勢角と位置に関する２種類のパラメータとしては、例えば請求項３に記載した仰角と単一の水平方向（水平面内の任意の１方向）に沿った位置を用いることができ、位置に関する２種類のパラメータとしては、例えば請求項４に記載した各々水平でかつ互いに交差する２方向（互いに交差する水平面内の任意の２方向）に沿った位置を用いることができる。
【００１２】
上記のパラメータの値を変更して指向手段の指向方向を変化させることで、指向手段の指向方向を、ロボットハンドの基準部位（例えばロボットハンド先端やその近傍）の存在する方向に一致（又は略一致）させることが可能となる。なお、前記パラメータの値を変更するための駆動源としてはステッピングモータを用いてもよいし（この場合、指向手段の前記パラメータの値及び指向方向は段階的に変化する）、前記パラメータの値及び指向方向を連続的に変更可能な他の駆動源を用いてもよい。
【００１３】
また請求項１の発明は、指向手段の撮像素子による撮像によって得られる画像上でのズームレンズの光学中心に対応する撮像中心位置が、ズームレンズのズーム値毎に記憶手段に記憶されており、第１検出手段は、指向方向がロボットハンドの基準部位の存在する方向に略一致した状態で、指向手段の指向方向とロボットハンドの基準部位の存在する方向との偏差として、指向手段の撮像素子による撮像によって得られる画像上での、ズームレンズの現在のズーム値に対応する撮像中心位置と、基準部位の像の重心位置との偏差を検出する。第１検出手段による偏差の検出を考慮すると、ロボットハンドの基準部位は他の部位との識別が容易であることが望ましく、例えばロボットハンドの基準部位に光源を取付けることが好ましい。基準部位に光源を取付ける態様において、指向手段の指向方向とロボットハンドの基準部位の存在する方向（すなわち前記光源が存在する方向）との偏差は、例えば基準部位に取付けられた光源からの光の受光位置を検出し、指向方向が光源の存在する方向に一致していた場合の光源からの光の受光位置に対し、検出した受光位置のずれに基づいて検出することができる。これにより、ロボットハンドに光を照射して基準部位で反射された光を検出する場合と比較して、検出光量が基準部位の光反射率の影響を受けたり基準部位の反射面の向きに応じて変化することが抑制される。
【００１４】
また、上記のように基準部位に光源を取付けることに代えて、例えば基準部位を特定の色に塗装したり、或いは基準部位に特定のパターンを記録する等によっても、ロボットハンドの基準部位を他の部位と光学的に容易に識別することができる。基準部位を光学的に識別する態様（例えば基準部位に光源を取付ける等の態様）において、第１の検出手段としては、例えば撮像方向が指向手段の指向方向と一致するように指向手段に取付けられた撮像手段や、複数の光センサから成り光検出方向が指向手段の指向方向と一致するように指向手段に取付けられた光検出手段で構成することができる。
【００１５】
また請求項１の発明は、指向手段の前記少なくとも２種類のパラメータの値を所定の３次元座標系を基準にして検出する第２検出手段を備えている。第２検出手段は、前記少なくとも２種類のパラメータの各々の種類に応じて、例えばロータリーエンコーダ等の姿勢角検出手段やリニアエンコーダ等の位置検出手段を含んで構成することができる。
【００１６】
また、請求項１の発明に係る演算手段は、指向方向がロボットハンドの基準部位の存在する方向に略一致した状態で、第１検出手段によって検出された偏差、及び第２検出手段によって検出された前記パラメータの値に基づいて、指向方向が前記基準部位の存在する方向に一致した状態での前記パラメータの値を演算する。なお、指向方向が基準部位の存在する方向に一致した状態でのパラメータの値は、具体的には、例えば指向手段の指向方向と基準部位の存在する方向との偏差が各々所定値未満でかつ前記パラメータの値が互いに異なる複数の状態において、第１検出手段によって各々検出された偏差と第２検出手段によって各々検出された前記パラメータの値に基づき補間演算（内挿でも外挿でもよい）によって求めることができる。
【００１７】
これにより、例えば指向方向を連続的に変化させることができない（段階的に変化する）等の理由で、指向手段の指向方向を基準部位の存在する方向に正確に一致させることができない場合、或いは計測時間の短縮等を目的として指向手段の指向方向が基準部位の存在する方向に正確には一致していない状態で計測（前記パラメータの値の検出）を行った等の場合にも、指向方向が基準部位の存在する方向に一致したときの指向手段の前記パラメータの値を得ることができる。
【００１８】
そして演算手段は、上記の演算によって求めた、指向方向が基準部位の存在する方向に一致した状態での前記パラメータの値を用いて所定の３次元座標系における基準部位の座標を演算するので、指向手段の指向方向が基準部位の存在する方向に正確には一致していない状態で計測を行ったことに起因する誤差を排除することができる。また、第１検出手段は、指向手段の指向方向とロボットハンドの基準部位の存在する方向との偏差として、指向手段の撮像素子による撮像によって得られる画像上での、ズームレンズの現在のズーム値に対応する撮像中心位置と、基準部位の像の重心位置との偏差を検出するので、ズームレンズのズーム値の変更に伴ってズームレンズの光軸中心がずれることが、第１検出手段による偏差検出の精度に悪影響を与え、ロボットハンドの位置計測精度の低下を招くことも防止することができる。従って、請求項１の発明によれば、ロボットハンドの位置計測精度の向上を実現できる。
【００１９】
ところで、ロボットハンドの基準部位の３次元座標を求めるためには、単一の指向手段の指向方向が基準部位の存在する方向に一致した状態での少なくとも２種類のパラメータの値を計測する以外に、基準部位の３次元座標に関連する少なくとも一種類の別の物理量も計測する必要がある。
【００２０】
このため、請求項２記載の発明は、請求項１の発明において、前記指向手段は複数設けられ、各指向手段はロボットハンドの移動可能範囲近傍の互いに異なる一定の位置に各々設置され、前記姿勢角に関する２種類のパラメータとして方位角及び仰角を各々変更可能とされており、前記演算手段は、各指向手段の指向方向が前記基準部位の存在する方向に略一致した状態での各指向手段の方位角及び仰角を用いて前記基準部位の座標を演算することを特徴としている。
【００２１】
請求項２の発明では、ロボットハンドの移動可能範囲近傍の互いに異なる一定の位置に、姿勢角に関する２種類のパラメータとして方位角及び仰角を各々変更可能な複数の指向手段が各々設置されており、各指向手段の指向方向が基準部位の存在する方向に略一致した状態での各指向手段の方位角及び仰角を用いてロボットハンドの基準部位の座標が演算される。これにより、ロボットハンドの基準部位の３次元座標を高精度に計測することができる。また、請求項２の発明では、複数の指向手段が互いに異なる一定の位置に設置されている（すなわち各指向手段の水平面内における位置が変化しない）ので、本発明に係るロボットハンド位置計測装置の設置に必要なスペースを削減することができる。
【００２２】
また、請求項３記載の発明は、請求項１の発明において、前記指向手段は複数設けられ、各指向手段は、前記姿勢角と位置に関する２種類のパラメータとして仰角及び各々水平でかつ互いに交差する２方向のうちの互いに異なる単一の方向に沿った位置を各々変更可能とされており、前記演算手段は、各指向手段の指向方向が前記基準部位の存在する方向に略一致した状態での各指向手段の仰角及び前記単一の方向に沿った位置を用いて前記基準部位の座標を演算することを特徴としている。
【００２３】
請求項３記載の発明では、姿勢角と位置に関する２種類のパラメータとして仰角及び各々水平でかつ互いに交差する２方向のうちの互いに異なる単一の方向に沿った位置を各々変更可能な複数の指向手段が設けられており、各指向手段の指向方向が基準部位の存在する方向に略一致した状態での各指向手段の仰角及び前記単一の方向に沿った位置を用いてロボットハンドの基準部位の座標が演算される。これにより、ロボットハンドの基準部位の３次元座標を高精度に計測することができる。
【００２４】
また、請求項３の発明において、複数の指向手段として、双方の指向手段が互いに直交する方向に沿った位置を変更可能な一対の指向手段を設ける場合、指向手段の位置を変更させるための機構として安価なＸＹステージを利用することが可能となるので、ロボットハンド位置計測装置を安価に構成することができる。
【００２５】
また、請求項４記載の発明は、請求項１の発明において、前記指向手段は、前記位置に関する２種類のパラメータとして、各々水平でかつ互いに交差する２方向に沿った位置を各々変更可能とされており、鉛直方向に沿ったロボットハンドの基準部位の高さを検出する第３検出手段を更に備え、前記演算手段は、前記指向手段の指向方向が前記基準部位の存在する方向に略一致した状態での指向手段の前記２方向に沿った位置と、前記第３検出手段によって検出されたロボットハンドの基準部位の高さと、を用いて前記基準部位の座標を演算することを特徴としている。
【００２６】
請求項４記載の発明では、位置に関する２種類のパラメータとして各々、水平でかつ互いに交差する２方向に沿った位置を各々変更可能な指向手段が設けられていると共に、鉛直方向に沿ったロボットハンドの基準部位の高さを検出する第３検出手段が設けられており、指向方向が基準部位の存在する方向に略一致した状態での指向手段の前記２方向に沿った位置と、第３検出手段によって検出されたロボットハンドの基準部位の高さと、を用いてロボットハンドの基準部位の座標が演算される。これにより、ロボットハンドの基準部位の３次元座標を高精度に計測することができる。なお第３検出手段は、例えば三角測量の原理を利用して基準部位の高さを検出するものであってもよいし、基準部位に接触することで基準部位の高さを検出するものであってもよいし、基準部位との距離を測定することで基準部位の高さを検出するものであってもよい。
【００２７】
なお、請求項１〜請求項４の何れかの発明において、請求項５に記載したように、前記指向手段の指向方向を変化させる駆動手段と、前記ズームレンズのズーム値が前記撮像中心位置が既知の第１のズーム値となっている状態で、前記指向手段の前記撮像素子による撮像によって得られる画像上での前記基準部位の像の重心位置が前記第１のズーム値に対応する前記撮像中心位置に一致するように、前記駆動手段によって前記指向手段の指向方向を制御した後に、前記ズームレンズのズーム値を前記撮像中心位置が未知の第２のズーム値へ変化させ、前記指向手段の前記撮像素子による撮像によって得られる画像上での、前記第１のズーム値に対応する前記撮像中心位置と、前記基準部位の像の重心位置とのずれ量を検出し、前記第１のズーム値に対応する前記撮像中心位置に対して前記検出したずれ量だけずれた位置を、前記第２のズーム値に対応する撮像中心位置として前記記憶手段に記憶させる撮像中心位置取得手段と、を更に設けることが好ましい。これにより、撮像中心位置が未知のズーム値についても、当該ズーム値に対応する撮像中心位置を得ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
【００２９】
〔第１実施形態〕
図１には、本第１実施形態に係るロボットハンド位置計測装置１０が示されている。ロボットハンド位置計測装置１０は、ＣＰＵと、ＲＯＭ・ＲＡＭ・入出力ポート等の周辺回路とを含んで構成された制御部１２を備えている。制御部１２には、各種の情報を入力するための情報入力手段としてのキーボード１４、及び各種の情報を表示するための表示手段としてのディスプレイ１６が接続されている。なお、ディスプレイ１６としては、ＬＣＤやＣＲＴディスプレイ等の各種のディスプレイを適用可能である。また、キーボード１４に加えてポインティングデバイス（例えばマウス等）の他の情報入力手段も設けてもよい。
【００３０】
また、制御部１２はロボットハンド駆動部１８に接続されている。ロボットハンド駆動部１８は、一例として図２に示すロボットハンド２０を駆動する。図２に示したロボットハンド２０は、基準水平面３０に対して旋回可能とされた基部２２と、回動可能に基部２２に軸支された第１アーム２４と、第１アーム２４の先端部に回動可能に軸支された第２アーム２６と、第２アーム２６の先端部に取付けられたハンド２８と、から構成されている。ロボットハンド駆動部１８はマイクロコンピュータ等を含んで構成され、例えばステッピングモータ等から成る駆動源を複数備えている。ロボットハンド駆動部１８は、前記複数の駆動源の駆動力によって基部２２を旋回させたり第１アーム２４や第２アーム２６を回動させることが可能とされている。
【００３１】
ロボットハンド２０のハンド２８の先端部の移動目標位置はロボットハンド２０に固有の３次元座標系における座標値として与えられ、ロボットハンド駆動部１８は、移動目標位置を表す座標値を、基部２２の旋回方向及び角度・第１アーム２４の回動方向及び角度・第２アーム２６の回動方向及び角度に変換し、ハンド２８の先端部が移動目標位置へ移動するように基部２２の旋回・第１アーム２４及び第２アーム２６の回動を制御する。
【００３２】
なお、図２に示したロボットハンドの構成は単なる一例であり、本発明が適用可能なロボットハンドは、図２に示した構成のロボットハンド２０に限定されるものではなく、上記で説明したロボットハンド駆動部１８の構成も、駆動対象のロボットハンドの構成に応じて変更されることは言うまでもない。
【００３３】
ロボットハンド２０及びロボットハンド駆動部１８は一定の位置に固定的に設置されているが、本実施形態に係るロボットハンド位置計測装置は設置位置を移動可能とされており、後述する座標設定処理や位置計測処理を行うときにロボットハンド２０の設置位置の近傍に移動され、制御部１２がコネクタを介してロボットハンド駆動部１８と接続される。
【００３４】
また、制御部１２には第１の読取望遠鏡４０及び第２の読取望遠鏡４２が各々接続されている。図２に示すように、ロボットハンド２０のハンド２８の移動可能空間近傍の基準水平面３０上には、読取望遠鏡４０、４２（又は後述する座標設定用点光源５４）を設置可能なステージ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃが互いに異なる位置に設けられている。なお図２には、ステージ３２Ａに第１の読取望遠鏡４０が設置され、ステージ３２Ｂに第２の読取望遠鏡４２が設置され、ステージ３２Ｃに座標設定用点光源５４が設置された状態が示されている。
【００３５】
ステージ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは互いに同一の構成とされており、図３に示すように、ステージ３２は円形状の上面３４が基準水平面３０と面一となるように基準水平面３０に取付けられており、上面３４の中央には鉛直方向に沿って円溝（ノック穴）３６が穿設されている。また、ステージ３２Ａとステージ３２Ｂは、ステージ３２Ａの中央（ノック穴３６の軸線位置）とステージ３２Ｂの中央の間隔が予め定められた距離Ｌに一致するように取付位置が調整されている（図２も参照）。
【００３６】
また、第１の読取望遠鏡４０と第２の読取望遠鏡４２も同一の構成であり、以下では第１の読取望遠鏡４０を例に、その構成を説明する。図３に示すように、第１の読取望遠鏡４０は円筒状の基部４０Ａを備え、基部４０Ａの軸線方向に沿った一端部には、外径寸法が基部４０Ａよりも小さくされた（ノック穴３６の内径寸法と略同径とされた）円筒状の挿入部４０Ｂが、基部４０Ａと同軸に形成されている。図３に想像線で示すように、第１の読取望遠鏡４０は挿入部４０Ｂがステージ３２のノック穴３６に挿入されることでステージ３２に設置される。この状態で基部４０Ａ及び挿入部４０Ｂの軸線は鉛直方向に一致し、第１の読取望遠鏡４０は鉛直方向に沿った軸周り（方位角θ方向）に回動可能となる。
【００３７】
このように、本実施形態ではステージ３２のノック穴３６に読取望遠鏡の挿入部を挿入することで、基準水平面３０上の一定の位置に読取望遠鏡を設置することができると共に、設置した読取望遠鏡を方位角方向に回動可能とすることができるので、読取望遠鏡の設置を極めて容易に行うことができる。また、読取望遠鏡の設置位置の精度についても、単にノック穴３６の内径及び挿入部の外径の寸法精度を高く（公差を小さく）することで確保することができる。また、ステージ３２の設置位置が後述するＸＹＺ絶対座標系の基準となるので、座標系の基準となる物体を別に設ける必要もない。
【００３８】
図１に示すように、第１の読取望遠鏡４０は、第１の読取望遠鏡４０を方位角方向に回動させる方位角方向駆動部４４と、第１の読取望遠鏡４０の方位角方向の回動角度を検出する方位角検出部４６を有している。
【００３９】
方位角方向駆動部４４は図示しないステッピングモータを備えており、制御部１２からの指示に応じたステップ数だけステッピングモータの回転軸が回転するようにステッピングモータを駆動する。ステッピングモータの回転軸の回転は図示しない駆動伝達機構を介して伝達され、第１の読取望遠鏡４０は回転軸の回転量に比例した回動量だけ方位角方向に回転される。
【００４０】
また、方位角検出部４６は制御部１２から方位角方向駆動部４４に指示されたステップ数に基づいて第１の読取望遠鏡４０の方位角方向の回動角度を算出する。これにより、方位角検出部４６を低コストで構成できると共に、読取望遠鏡の方位角方向の回動角度を高分解能で算出（検出）できる。方位角検出部４６によって算出された第１の読取望遠鏡４０の方位角方向の回動角度は制御部１２に入力される。なお、方位角方向駆動部４４及び方位角検出部４６は、基準水平面３０側に配置される構成、及び第１の読取望遠鏡４０側に配置される構成の何れを採用してもよい。
【００４１】
また、第１の読取望遠鏡４０の基部４０Ａの軸線方向に沿った他端部には、軸線方向が基部４０Ａの軸線方向と直交するように配置された円筒状の旋回部４０Ｃが配置されている。旋回部４０Ｃは図示しない軸支機構を介し、旋回部４０Ｃの軸線周り（仰角φ方向）に回動可能に基部４０Ａに軸支されている。図１に示すように、第１の読取望遠鏡４０は、旋回部４０Ｃを仰角方向に回動させる仰角方向駆動部４８と、旋回部４０Ｃの仰角方向の回動角度を検出する仰角検出部５０を有している。
【００４２】
仰角方向駆動部４８は、方位角方向駆動部４４と同様に、図示しないステッピングモータを備えており、制御部１２からの指示に応じたステップ数だけステッピングモータの回転軸が回転するようにステッピングモータを駆動する。ステッピングモータの回転軸の回転は図示しない駆動伝達機構を介して伝達され、旋回部４０Ｃは回転軸の回転量に比例した回動量だけ仰角方向に回転される。
【００４３】
また、仰角検出部５０は制御部１２から仰角方向駆動部４８に指示されたステップ数に基づいて第１の読取望遠鏡４０の仰角方向の回動角度を算出する。これにより、仰角検出部５０を低コストで構成できると共に、読取望遠鏡の仰角方向の回動角度を高分解能で算出（検出）できる。仰角検出部５０によって算出された旋回部４０Ｃの仰角方向の回動角度は制御部１２に入力される。なお、仰角方向駆動部４８及び仰角検出部５０についても、基部４０Ａ側に配置される構成、及び旋回部４０Ｃ側に配置される構成の何れを採用してもよい。
【００４４】
また、第１の読取望遠鏡４０は撮像部５２を備えている。撮像部５２は、旋回部４０Ｃの内部に配置されたレンズ及びエリアＣＣＤ等の撮像素子と、撮像素子から出力された画像信号に対して増幅やデジタルの画像データへの変換等の処理を行う信号処理部とを含んで構成されている。第１の読取望遠鏡４０の撮像部５２から出力された画像データは制御部１２に入力される。なお、撮像部５２は本発明の第１検出手段に対応している。
【００４５】
第１の読取望遠鏡４０がステージ３２に設置されている状態で、撮像部５２の撮像素子による撮像方向は、第１の読取望遠鏡４０の方位角方向の回動、及び旋回部４０Ｃの仰角方向の回動に応じて変化するが、撮像素子は、第１の読取望遠鏡４０の方位角方向の回動中心軸と旋回部４０Ｃの仰角方向の回動中心軸の交点に受光面の中心が位置するように旋回部４０Ｃ内に取付けられている。これにより、第１の読取望遠鏡４０の方位角方向の回動、及び旋回部４０Ｃの仰角方向の回動に拘わらず、撮像素子の受光面の中心は一定の位置に保持される。
【００４６】
なお、第１の読取望遠鏡４０及び第２の読取望遠鏡４２の基部、挿入部、旋回部、方位角方向駆動部４４及び仰角方向駆動部４８は本発明の指向手段（詳しくは請求項２に記載の指向手段）に対応しており、方位角検出部４６及び仰角検出部４８は本発明の第２検出手段に対応している。
【００４７】
また制御部１２には、後述する座標設定処理を行うときに使用される座標設定用点光源５４、及び後述する位置計測処理を行うときにロボットハンド２０のハンド２８の先端部に取付けられるターゲット点光源５８（図２も参照）が接続されている。
【００４８】
図２に示すように、座標設定用点光源５４は基台５６に取付けられている。基台５６は、第１の読取望遠鏡４０と同様に、ステージ３２に挿入するための挿入部（図示省略）が設けられており、ステージ３２に設置された状態で、座標設定用点光源５４がステージ３２の中央を通る鉛直線上に位置し、かつ座標設定用点光源５４の高さ（鉛直方向に沿った基準水平面３０との距離）が、第１の読取望遠鏡４０（又は第２の読取望遠鏡４２）がステージ３２に設置された状態での撮像部５２の撮像素子の受光面の中心の高さと等しくなるように、形状及び座標設定用点光源５４の取付位置が調整されている。
【００４９】
また、基準水平面３０上には予め３次元直交座標系（本発明に係る所定の３次元座標系に相当：以下、ＸＹＺ絶対座標系と称する）が設定されている。第１実施形態では、上記のＸＹＺ絶対座標系として、ステージ３２Ａに第１の読取望遠鏡４０（又は第２の読取望遠鏡４２）が設置された状態で該読取望遠鏡の撮像素子の受光面の中心に相当する位置を原点とし、この原点と、ステージ３２Ｂに第２の読取望遠鏡４２（又は第１の読取望遠鏡４０）が設置された状態での該読取望遠鏡の撮像素子の受光面の中心とを通る軸をＸ軸、基準水平面３０と平行でＸ軸と直交する軸をＹ軸、鉛直方向に沿いＸ軸及びＹ軸と各々直交する軸をＺ軸とするＸＹＺ座標系を用いている。
【００５０】
次に本第１実施形態の作用として、ロボットハンド２０固有の座標系をＸＹＺ絶対座標系と対応させるための作業及び処理について説明する。この作業及び処理は、ロボットハンド２０の設置時や、ロボットハンド２０の故障や異物との衝突によって前記座標系の対応がずれた等の場合に実施され、まずロボットハンド位置計測装置１０がロボットハンド２０設置位置の近傍に移動され、制御部１２がコネクタ等を介してロボットハンド駆動部１８と電気的に接続される。
【００５１】
次に制御部１２に対して座標設定処理の実行が指示される。座標設定処理はロボットハンド位置計測装置１０の方位角検出値及び仰角検出値をＸＹＺ絶対座標系に対応させるための処理であり、前記指示に従って制御部１２のＣＰＵで実行される。以下、この座標設定処理について、図４のフローチャートを参照して説明する。
【００５２】
ステップ１００では、ステージ３２Ａ（以下、便宜的に位置Ａという）に座標設定用点光源５４を設置すると共に、ステージ３２Ｃ（以下、便宜的に位置Ｃという）に第１の読取望遠鏡４０（第２の読取望遠鏡４２でもよい）に設置することをオペレータに要請するメッセージをディスプレイ１６に表示する。上記の要請に従い、オペレータによって座標設定用点光源５４及び第１の読取望遠鏡４０が設置されると、次のステップ１０２において、位置Ａに設置されている座標設定用点光源５４を捕捉対象の点光源、位置Ｃに設置されている第１の読取望遠鏡４０を制御対象の読取望遠鏡として点光源捕捉制御処理を行う。この点光源捕捉制御処理について、図５のフローチャートを参照して説明する。
【００５３】
ステップ１５０では、捕捉対象の点光源と制御対象の読取望遠鏡との位置関係（位置Ａと位置Ｃの位置関係）に基づき、制御対象の読取望遠鏡の撮像部５２の撮像素子の受光面内に捕捉対象の点光源像が結像されるように、制御対象の読取望遠鏡の方位角及び仰角を方位角方向駆動部４４及び仰角方向駆動部４８によって制御する。上記の制御により、捕捉対象の点光源が存在している方向に対する制御対象の読取望遠鏡の撮像方向の偏差が一定値以下とされ、撮像部５２からは点光源に相当する領域（点光源領域という）が存在している画像（例として図６（Ａ）を参照）を表す画像データが入力される。
【００５４】
次のステップ１５２以降では、捕捉対象の点光源が存在している方向（点光源の方向）に対する制御対象の読取望遠鏡の撮像方向の方位角方向に沿った偏差が０のときの方位角値θを求める。すなわち、ステップ１５２では制御対象の読取望遠鏡の方位角検出部４６から方位角の検出値を取り込む。ステップ１５４では制御対象の読取望遠鏡の撮像部５２から入力された画像データを取り込み、ステップ１５６では、取り込んだ画像データが表す画像中の点光源領域を抽出し、抽出した点光源領域の重心位置を演算する。画像中の点光源領域は他の領域と比較して明らかに高輝度であるので、点光源領域の抽出は二値化等の処理によって容易に実現できる。
【００５５】
ところで、本実施形態では、点光源領域の重心位置が画像の中心に一致している状態を、撮像方向が点光源の方向に一致している状態と定義しており、点光源の方向に対して撮像方向が方位角方向にずれていた場合、点光源領域の重心位置は画像の中心に対して図６（Ａ）に示す方位角方向に沿って偏倚し、点光源の方向に対して撮像方向が仰角方向にずれていた場合、点光源領域の重心位置は画像中心に対して図６（Ａ）に示す仰角方向（方位角方向に直交する方向）に沿って偏倚する。
【００５６】
このためステップ１５８では、先に取り込んだ画像データが表す画像に対し、画像の中心を原点とし、方位角方向に平行な第１座標軸と仰角方向に平行な第２座標軸とが原点で直交する直交座標系を設定し（図６（Ａ）では各座標軸を一点鎖線で示す）、ステップ１５６で求めた点光源領域の重心位置を上記の直交座標系における座標値に変換し、得られた座標値から方位角方向に沿った位置に相当する座標値を抽出することで、制御対象の読取望遠鏡の撮像方向が点光源の方向に一致しているときの点光源領域の重心位置に対する、現在の点光源領域の重心位置の方位角方向に沿った偏差（方位角偏差）を求める。
【００５７】
ステップ１６０ではステップ１５８で求めた方位角偏差が０か否か判定する。判定が否定された場合にはステップ１６２で方位角偏差の符号を判定する。そして、次のステップ１６４では今回の周期で演算した方位角偏差の符号が前回の周期で演算した方位角偏差の符号に対して変化したか否か判定する。今回の周期で初めて方位角偏差を演算した場合には上記判定は無条件に否定され、ステップ１６６へ移行する。
【００５８】
ステップ１６６では、制御対象の読取望遠鏡の方位角方向駆動部４４のステッピングモータの回転軸を１ステップ回転させ、制御対象の読取望遠鏡の方位角を１ステップ分変更する。なお、このときの方位角の変更方向は、先のステップ１５８で演算した方位角偏差の符号と逆の方向（方位角偏差の絶対値が減少する方向）である。ステップ１６６の処理を行うとステップ１５２に戻り、ステップ１６０又はステップ１６４の判定が肯定される迄ステップ１５２〜１６６を繰り返し、制御対象の読取望遠鏡の方位角を１ステップ分ずつ順次変更する。
【００５９】
本実施形態では方位角方向駆動部４４及び仰角方向駆動部４８の駆動源がステッピングモータであるので、駆動部４４又は駆動部４８によって読取望遠鏡の方位角又は仰角を変更した場合、読取望遠鏡の方位角又は仰角は段階的に（とびとびに）変化する。このため、ステップ１５２〜１６６を繰り返しても、例として図６（Ａ）に示すように、ｎステップ目では点光源領域の重心位置が方位角方向に沿って画像中心の左側に位置し、ｎ＋１ステップ目では点光源領域の重心位置が方位角方向に沿って画像中心の右側に位置する等のように、方位角偏差が０の状態が生じないことが多い。
【００６０】
上記のような場合には、ステップ１６０の判定が肯定されずにステップ１６４の判定が肯定されてステップ１６８へ移行し、前回及び今回の周期で演算した方位角偏差、前回及び今回の周期での方位角検出値に基づいて、方位角偏差が０のときの方位角値θを補間演算によって求める。一例として、前回の周期での方位角偏差をｄn、今回の周期での方位角偏差をｄn+1、前回の周期での方位角検出値をθn、今回の周期での方位角検出値をθn+1とすると、方位角値θは次式によって求めることができる。
θ＝θn＋ｄn／（ｄn＋ｄn+1）・（θn+1−θn）
上記により、例として図６（Ｂ）にも示すように方位角偏差が０のときの方位角値θを得ることができる。
【００６１】
なお上記の演算では、図６（Ｂ）からも明らかなように、点光源領域の重心位置の変化に対する方位角値の変化を線形近似して方位角値θを求めているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば最小自乗法等を適用し非線形近似によって方位角偏差が０のときの方位角値θを求めるようにしてもよい。
【００６２】
なお、ステップ１５２〜１６６を繰り返して方位角偏差が０の状態が生じた場合には、ステップ１６０の判定が肯定されてステップ１７０へ移行し、ステップ１５２で取り込んだ方位角検出値を、方位角偏差が０のときの方位角値θとして設定する。
【００６３】
次のステップ１７２以降では、上述したステップ１５２〜１７０と同様にして点光源の方向に対する撮像方向の仰角方向に沿った偏差（仰角偏差）が０のときの仰角値φを求める。すなわち、ステップ１７２では仰角検出部５０から仰角検出値を取り込む。ステップ１７４では撮像部５２から入力された画像データを取り込み、ステップ１７６では、取り込んだ画像データが表す画像中の点光源領域の重心位置を演算する。
【００６４】
次のステップ１７８では、撮像方向が点光源の方向に一致しているときの点光源領域の重心位置に対する、現在の点光源領域の重心位置の仰角方向に沿った偏差（仰角偏差）を求める。ステップ１８０では仰角偏差が０か否か判定する。判定が否定された場合には、ステップ１８２で仰角偏差の符号を判定し、次のステップ１８４において、今回の周期で演算した仰角偏差の符号が前回の周期で演算した仰角偏差の符号に対して変化したか否か判定する。
【００６５】
ステップ１８４の判定が否定された場合にはステップ１８６へ移行し、仰角方向駆動部４８のステッピングモータの回転軸を１ステップ回転させ、制御対象の読取望遠鏡の仰角を仰角偏差の符号と逆の方向へ１ステップ分変更した後にステップ１７２に戻り、ステップ１８０又はステップ１８４の判定が肯定される迄ステップ１７２〜１８６を繰り返し、制御対象の読取望遠鏡の仰角を１ステップ分ずつ順次変更する。
【００６６】
ステップ１７２〜１８６を繰り返しても仰角偏差が０の状態が生じなかった場合には、ステップ１８４の判定が肯定されてステップ１８８へ移行し、先のステップ１６８と同様に、前回及び今回の周期で演算した仰角偏差、前回及び今回の周期での仰角検出値に基づいて、仰角偏差が０のときの仰角値φを補間演算によって求める。一方、仰角偏差が０の状態が生じた場合には、ステップ１８０の判定が肯定されてステップ１９０へ移行し、ステップ１７２で取り込んだ仰角検出値を、仰角偏差が０のときの仰角値φとして設定する。
【００６７】
上記の点光源捕捉制御処理により、捕捉対象の点光源を制御対象の読取望遠鏡で捕捉したときに、撮像方向が点光源の方向に一致した状態（方向方位角偏差が０かつ仰角偏差が０の状態）における方位角値θ及び仰角値φが得られることになる。
【００６８】
点光源捕捉制御処理を終了すると図４のフローチャートのステップ１０４へ移行し、ステップ１０２の点光源捕捉制御処理によって得られた、位置Ａの座標設定用点光源５４を位置Ｃの第１の読取望遠鏡４０で捕捉して方位角偏差が０となったときの方位角値θを取り込む。ステップ１０６では、位置Ａに設置されている座標設定用点光源５４を、ステージ３２Ｂ（以下、便宜的に位置Ｂという）に設置（移動）することをオペレータに要請するメッセージをディスプレイ１６に表示する。
【００６９】
上記の要請に従い、オペレータによって座標設定用点光源５４の設置位置が移動されると、次のステップ１０８において、位置Ｂに設置されている座標設定用点光源５４を捕捉対象の点光源、位置Ｃに設置されている第１の読取望遠鏡４０を制御対象の読取望遠鏡として点光源捕捉制御処理を行う。点光源捕捉制御処理が終了すると、ステップ１１０では、ステップ１０８の点光源捕捉制御処理によって得られた方位角値θ（位置Ｂの座標設定用点光源５４を位置Ｃの第１の読取望遠鏡４０で捕捉して方位角偏差が０となったときの方位角値θ）を取り込み、この方位角値θと先のステップ１０４で取り込んだ方位角値θとに基づいて角度∠ＡＣＢを演算し、演算結果をＲＡＭ等に記憶する。
【００７０】
次のステップ１１２では、第１の読取望遠鏡４０を位置Ａ（第１の読取望遠鏡４０の本来の設置位置）に設置することをオペレータに要請するメッセージをディスプレイ１６に表示する。上記の要請に従い、オペレータによって第１の読取望遠鏡４０が設置されると、次のステップ１１４において、位置Ｂに設置されている座標設定用点光源５４を捕捉対象の点光源、位置Ａに設置されている第１の読取望遠鏡４０を制御対象の読取望遠鏡として点光源捕捉制御処理を行う。
【００７１】
点光源捕捉制御処理が終了すると、次のステップ１１６では、ステップ１１４の点光源捕捉制御処理によって得られた方位角値θ（位置Ｂの座標設定用点光源５４を位置Ａの第１の読取望遠鏡４０で捕捉して方位角偏差が０となったときの方位角値θ）を取り込む。そして次のステップ１１８では、取り込んだ方位角値θを、第１の読取望遠鏡４０の方位角０°に対応する方位角値としてＲＡＭ等に記憶する。従って第１の望遠鏡４０は、撮像方向が位置Ｂの方向に一致したときの方位角が方位角０°とされることになる。
【００７２】
次のステップ１２０では、ステップ１１４の点光源捕捉制御処理によって得られた仰角値φ（位置Ｂの座標設定用点光源５４を位置Ａの第１の読取望遠鏡４０で捕捉して仰角偏差が０となったときの仰角値φ）を取り込む。そしてステップ１２２では、取り込んだ仰角値φを、第１の読取望遠鏡４０の仰角０°に対応する仰角値としてＲＡＭ等に記憶する。座標設定用点光源５４の高さは第１の読取望遠鏡４０及び第２の読取望遠鏡４２の撮像部５２の撮像素子の受光面の中心の高さと等しくされているので、第１の望遠鏡４０は撮像方向が水平のときの仰角が仰角０°とされることになる。
【００７３】
ステップ１２４では、位置Ｂに設置されている座標設定用点光源５４を位置Ｃに設置（移動）することをオペレータに要請するメッセージをディスプレイ１６に表示する。上記の要請に従い、オペレータによって座標設定用点光源５４の設置位置が移動されると、次のステップ１２６において、位置Ｃに設置されている座標設定用点光源５４を捕捉対象の点光源、位置Ａに設置されている第１の読取望遠鏡４０を制御対象の読取望遠鏡として点光源捕捉制御処理を行う。
【００７４】
点光源捕捉制御処理が終了すると、次のステップ１２８では、ステップ１２６の点光源捕捉制御処理によって得られた方位角値θ（位置Ｃの座標設定用点光源５４を位置Ａの第１の読取望遠鏡４０で捕捉して方位角偏差が０となったときの方位角値θ）を取り込み、この方位角値θと先のステップ１１６で取り込んだ方位角値θとに基づいて角度∠ＣＡＢを演算し、演算結果をＲＡＭ等に記憶する。そしてステップ１３０では、ステップ１２８で演算した角度∠ＣＡＢとステップ１１０で演算した角度∠ＡＣＢとに基づいて角度∠ＣＢＡを演算し、演算結果をＲＡＭ等に記憶する。
【００７５】
続いてステップ１３２では、第２の読取望遠鏡４２を位置Ｂに設置することをオペレータに要請するメッセージをディスプレイ１６に表示する。上記の要請に従い、オペレータによって第２の読取望遠鏡４２が設置されると（これにより図２に示した状態になる）、次のステップ１３４において、位置Ｃに設置されている座標設定用点光源５４を捕捉対象の点光源、位置Ｂに設置されている第２の読取望遠鏡４２を制御対象の読取望遠鏡として点光源捕捉制御処理を行う。
【００７６】
点光源捕捉制御処理が終了すると、次のステップ１３６では、ステップ１３４の点光源捕捉制御処理によって得られた方位角値θ（位置Ｃの座標設定用点光源５４を位置Ｂの第２の読取望遠鏡４２で捕捉して方位角偏差が０となったときの方位角値θ）を取り込む。そして次のステップ１３８では、取り込んだ方位角値θから角度∠ＣＢＡを減算した値を、第２の読取望遠鏡４２の方位角０°に対応する方位角値としてＲＡＭ等に記憶する。従って第２の読取望遠鏡４０は、撮像方向が位置Ａの方向に一致したときの方位角が方位角０°とされることになる。
【００７７】
ステップ１４０では、ステップ１３４の点光源捕捉制御処理によって得られた仰角値φを取り込む。そしてステップ１４２では、取り込んだ仰角値φを、第２の読取望遠鏡４２の仰角０°に対応する仰角値としてＲＡＭ等に記憶する。これにより、第２の読取望遠鏡４２についても、撮像方向が水平のときの仰角が仰角０°とされることになる。
【００７８】
次のステップ１４４では、位置Ｃから座標設定用点光源５４を除去すると共に、ロボットハンド２０のハンド２８の先端部にターゲット点光源５８を取り付けることをオペレータに要請するメッセージをディスプレイ１６に表示し、座標設定処理を終了する。
【００７９】
上記の座標設定処理が終了し、位置Ｃから座標設定用点光源５４が除去されると共に、ロボットハンド２０のハンド２８の先端部（本発明に係る基準部位に相当）にターゲット点光源５８が取り付けられると、制御部１２のＣＰＵにおいて、ロボットハンド２０固有の座標系をＸＹＺ絶対座標系と対応させるための位置計測処理が行われる。以下、この位置計測処理について、図７のフローチャートを参照して説明する。
【００８０】
ステップ２００ではロボットハンド駆動部１８に対し、ロボットハンド２０のハンド２８の先端部の移動目標位置として所定の計測位置の座標値（ロボットハンド２０固有の座標系における座標値）を入力し、ロボットハンド２０のハンド２８の先端部（ターゲット点光源５８）を所定の計測位置へ移動させる。
【００８１】
次のステップ２０２では、ターゲット点光源５８を捕捉対象の点光源、位置Ａに設置されている第１の読取望遠鏡４０を制御対象の読取望遠鏡として点光源捕捉制御処理を行う。なお、このときの点光源捕捉制御処理におけるステップ１５０では、移動目標位置としてロボットハンド駆動部１８に入力した所定の計測位置の座標値に基づいて第１の読取望遠鏡４０の方位角及び仰角が制御される。また、位置計測処理時に行われる点光源捕捉制御処理（ステップ２０２及び後述するステップ２０８）は本発明の演算手段に対応している。
【００８２】
この点光源捕捉制御処理により、第１の読取望遠鏡４０の撮像方向がターゲット点光源５８の方向（すなわち基準部位が存在する方向）に正確に一致（方位角偏差が０かつ仰角偏差が０）したときの方位角値θ及び仰角値φが得られる。点光源捕捉制御処理が終了すると、次のステップ２０４では、ステップ２０２の点光源捕捉制御処理によって得られた方位角偏差が０のときの方位角値θを方位角θ1（図２も参照）としてＲＡＭに記憶すると共に、仰角偏差が０のときの仰角値φを仰角φ1（図２も参照）としてＲＡＭに記憶する。
【００８３】
次のステップ２０８では、ターゲット点光源５８を捕捉対象の点光源、位置Ｂに設置されている第２の読取望遠鏡４２を制御対象の読取望遠鏡として点光源捕捉制御処理を行う。この点光源捕捉制御処理により、第２の読取望遠鏡４２の撮像方向がターゲット点光源５８の方向に正確に一致（方位角偏差が０かつ仰角偏差が０）したときの方位角値θ及び仰角値φが得られる。点光源捕捉制御処理が終了すると、次のステップ２０８では、ステップ２０６の点光源捕捉制御処理によって得られた方位角偏差が０のときの方位角値θを方位角θ2（図２も参照）としてＲＡＭに記憶すると共に、仰角偏差が０のときの仰角値φを仰角φ2（図２も参照）としてＲＡＭに記憶する。
【００８４】
そしてステップ２１０では、上記処理によって得られた方位角θ1，θ2、仰角φ1，φ2、位置Ａと位置Ｂとの距離Ｌに基づいて、ＸＹＺ絶対座標系におけるターゲット点光源５８（所定の計測位置）の座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を次式に従って演算する。
Ｘ＝（Ｌ・ｔａｎθ2）／（ｔａｎθ1＋ｔａｎθ2）
Ｙ＝Ｘ・ｔａｎθ1 Ｚ＝√（Ｘ2＋Ｙ2）・ｔａｎφ1
上記により、所定の計測位置のＸＹＺ絶対座標系における座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を高精度に求めることができる。所定の計測位置のロボットハンド２０固有の座標系における座標値は既知であるので、所定の計測位置におけるロボットハンド２０固有の座標系とＸＹＺ絶対座標系との対応がとれることになる。
【００８５】
所定の計測位置は予め複数定められており、次のステップ２１２では、全ての計測位置について上記の処理を行ったか否か判定する。判定が否定された場合にはステップ２００に戻り、ステップ２００以降を繰り返す。全ての計測位置に対してステップ２００〜２１０の処理を行うと、ステップ２１２の判定が肯定されて位置計測処理を終了する。
【００８６】
上述した作業・処理により、ロボットハンド２０のハンド２８の移動可能空間内の複数の計測位置において、ロボットハンド２０固有の座標系とＸＹＺ絶対座標系との対応が各々とれることになり、ハンド２８の移動目標位置をＸＹＺ絶対座標系における座標値として与えれば、該座標値によって表される位置へハンド２８が精度良く移動されることになる。
【００８７】
また、本第１実施形態では、第１の読取望遠鏡４０、第２の読取望遠鏡４２がステージ３２Ａ、３２Ｂに設置された状態で方位角方向や仰角方向に回動することでターゲット点光源５８を捕捉することができるので、読取望遠鏡の移動範囲が小さく、読取望遠鏡４０、４２を含むロボットハンド位置計測装置１０を設置するために必要なスペースを小さくすることができる。
【００８８】
また、読取望遠鏡４０、４２を含むロボットハンド位置計測装置１０は、位置計測処理が終了すればロボットハンド２０の設置位置近傍から除去することができるので、例えば複数台のロボットハンド２０が設置されている等の状況において、個々のロボットハンド２０に対応してステージ３２のみを設けておけば、単一のロボットハンド位置計測装置１０を複数台のロボットハンド２０で共有することも可能となる。
【００８９】
なお、上記では距離Ｌの値を一定値として記憶していたが、熱膨張等によって距離Ｌが変動することによる影響が無視できない程大きい等の場合には、例えば第１の読取望遠鏡４０及び第２の読取望遠鏡に相互の距離（距離Ｌ）を測定する機構を設けてもよい。
【００９０】
また、本第１実施形態において、点光源捕捉制御処理（図５）における点光源捕捉精度を向上させる（これに伴って位置計測処理における位置計測精度も向上する）ためには、点光源像の画素分解能を或る値以上とする（画像中の点光源領域の大きさ（点光源領域の画素数）を所定値以上とする）ために、撮像される画面範囲の大きさと撮像される点光源像の大きさを調整することが望ましい。ロボットハンド２０のハンド２８の先端部の全ての移動範囲で上記のような条件を満たして点光源像を結像させる１つの方法として、撮像部５２のレンズをズームレンズで構成し、点光源捕捉制御処理のステップ１５０において、画像中の点光源領域の大きさが所定値以上になるように、捕捉対象の点光源の奥行距離（読取望遠鏡から見た奥行方向に沿った距離）に応じてズームレンズのズーム値（ズーム倍率）を変更することが考えられる。
【００９１】
しかしながら、ズームレンズのズーム値を変更すると、レンズの光軸中心がずれることで撮像素子の受光面内における点光源像の結像位置がずれ、例として図８（Ａ）に示すように画像中の点光源領域の重心位置が変化するので、計測精度の低下に繋がる。このため、以下の手順でズームレンズの光軸ずれを補正することが望ましい。
【００９２】
すなわち、まずロボットハンド２０のハンド２８の先端部の移動範囲に基づいて、読取望遠鏡によって撮像すべき空間（撮像空間）の範囲を求め、求めた撮像空間を、読取望遠鏡から見た奥行方向に沿って所定距離毎に複数の範囲に区画する。複数の範囲への区画は、単一の範囲の奥行方向に沿った距離範囲（前記所定距離に相当）が、単一の範囲内の各位置を或る一定のズーム値で撮像したときに、前記各位置で点光源像の重心演算が可能な程度の結像が得られる値となるように行われる。これにより、各撮像範囲毎にズーム値が決定される。そして、各撮像範囲毎に、決定した各ズーム値においてレンズの光軸中心に対応する撮像面内位置（撮像中心）を調べ、調べた撮像中心を各撮像範囲毎に記憶しておく。
【００９３】
そして、点光源捕捉制御処理においては、ステップ１５０で捕捉対象の点光源の奥行距離に応じてズームレンズのズーム値を変更した後に、変更後のズーム値に対応する撮像中心に点光源像の重心位置が一致した状態を方位角偏差及び仰角偏差が０の状態とし、方位角偏差が０のときの方位角値θ及び仰角偏差が０のときの仰角値φを求める。これにより、ズームレンズの光軸のずれを補正することができる。
【００９４】
また、予め単一のズーム値についてのみ撮像中心を調べておき、図８（Ｂ）に示す撮像中心演算処理を行うことで、各ズーム値における撮像中心を求めてもよい。この方法では、予め単一のズーム値についてのみ撮像中心を調べておき、そのズーム値を設定し（ステップ２５０）、設定した現在のズーム値に対応する撮像範囲内へロボットハンド２０（のハンド２８の先端部）を移動させる（ステップ２５２）。続いて、点光源捕捉制御処理と同様に、撮像によって得られた画像の点光源領域の重心が現在のズーム値における撮像中心に一致するように読取望遠鏡の方位角及び仰角を制御して、方位角偏差が０のときの方位角値θ及び仰角偏差が０のときの仰角値φを求める（ステップ２５４）。
【００９５】
次に、点光源の位置を固定したままでズーム値を変更する（ステップ２５６）。このときのズーム値の変更量は、ボケによる影響がある場合にも点光源像の重心演算が可能な程度の大きさとする。そして撮像によって得られた画像中の点光源像の重心位置を演算し（ステップ２５８）、点光源像の重心位置と前回のズーム値における点光源像の重心位置とのずれ量を計測する（ステップ２６０）。このずれ量は、ステップ２５８におけるズーム値の変更に伴うズームレンズの光軸位置のずれ量に相当するので、次のステップ２６２において、前回のズーム値における撮像中心に対し計測したずれ量だけずれた位置を、現在のズーム値における撮像中心として記憶する。
【００９６】
他のズーム値における撮像中心を求める場合（ステップ２６４の判定が否定された場合）にはステップ２５２に戻り、ステップ２５６で変更した現在のズーム値に対応する撮像範囲内へロボットハンドを移動させ、ステップ２５４以降の処理を繰り返す。上記の撮像中心演算処理を行うことで、各ズーム値における撮像中心が各々求まることになる。
【００９７】
〔第２実施形態〕
次に本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。図９に示すように、本第２実施形態に係るロボットハンド位置計測装置６０は、第１実施形態で説明した読取望遠鏡４０、４２に代えて、Ｘ軸撮像装置６２、Ｙ軸撮像装置６４、Ｘ軸ステージ６６及びＹ軸ステージ６８が設けられており、これらは各々制御部１２に接続されている。
【００９８】
図１０（Ｂ）に示すように、Ｘ軸撮像装置６２は円筒状の旋回部６２Ａを備えており、旋回部６２Ａの軸線周り（仰角φ方向）に回動可能に基部６２Ｂに軸支されている。Ｘ軸撮像装置６２は、第１実施形態で説明した読取望遠鏡４０、４２と同様に、旋回部６２Ａを仰角方向に回動させる仰角方向駆動部４８と、旋回部６２Ａの仰角方向の回動角度を検出する仰角検出部５０と、エリアＣＣＤ等の撮像素子を備えた撮像装置５２と、を有している。なお、Ｙ軸撮像装置６４はＸ軸撮像装置６２と同一の構成であるので説明を省略する。
【００９９】
図１０（Ａ）に示すように、Ｘ軸ステージ６６及びＹ軸ステージ６８は、各々一定方向に沿って延設されたレールを備えており、互いのレールの延設方向が直交している状態で一体化されている。Ｘ軸ステージ６６及びＹ軸ステージ６８は、底部の複数箇所に脚部７０が取付けられており、基準水平面３０には、該脚部７０に対応してステージ３２が複数設けられている。Ｘ軸ステージ６６及びＹ軸ステージ６８は、複数の脚部７０の先端部がステージ３２のノック穴３６に各々挿入されることにより、基準水平面３０上の一定位置に設置される。
【０１００】
Ｘ軸ステージ６６には、旋回部６２Ａの軸線方向がレールの延設方向（Ｘ軸ステージ６６及びＹ軸ステージ６８が基準水平面３０上の一定位置に設置された状態でのＸ軸方向）と平行になるようにＸ軸撮像装置６２が取付けられており、Ｘ軸撮像装置６２はレールの延設方向に沿って移動可能とされている。図９に示すように、Ｘ軸ステージ６６は、Ｘ軸撮像装置６２をレールに沿って移動させるＸ軸方向駆動部７２と、レールの延設方向に沿ったＸ軸撮像装置６２の位置（Ｘ軸方向位置）を検出するＸ軸位置検出部７４を備えている。
【０１０１】
Ｘ軸方向駆動部７２は、第１実施形態で説明した方位角方向駆動部４４及び仰角方向駆動部４８と同様にステッピングモータを駆動源とし、ステッピングモータの回転軸の回転を図示しない駆動伝達機構を介して伝達することで、Ｘ軸撮像装置６２を回転軸の回転量に比例した移動量だけ移動させる。また、Ｘ軸位置検出部７４はリニアエンコーダ等で構成され、Ｘ軸撮像装置６２の位置として、Ｘ軸ステージ６６のレールの延設方向とＹ軸ステージ６８のレールの延設方向との交差位置からの距離（詳しくは前記交差位置とＸ軸撮像装置６２の撮像素子の受光面の中心との水平方向に沿った距離）を検出する。
【０１０２】
またＹ軸ステージ６８には、レールの延設方向に沿って移動可能にＹ軸撮像装置６４が取付けられている。図９に示すように、Ｙ軸ステージ６８は、Ｙ軸撮像装置６４をレールに沿って移動させるＹ軸方向駆動部７６と、レールの延設方向に沿ったＹ軸撮像装置６４の位置（Ｙ軸方向位置）を検出するＹ軸位置検出部７８を備えている。なお、Ｙ軸方向駆動部７６はＸ軸方向駆動部７２と同様の構成であり、Ｙ軸位置検出部７８はＸ軸位置検出部７４と同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。
【０１０３】
なお、Ｘ軸撮像装置６２及びＹ軸撮像装置６４の旋回部、基部及び仰角方向駆動部４８と、Ｘ軸ステージ６６及びＹ軸ステージ６８は本発明の指向手段（詳しくは請求項３に記載の指向手段）に対応しており、仰角検出部５０、Ｘ軸位置検出部７４及びＹ軸位置検出部７８は本発明の第２検出手段に対応している。
【０１０４】
本第２実施形態では、ＸＹＺ絶対座標系として、Ｘ軸ステージ６６及びＹ軸ステージ６８が基準水平面３０上の一定位置に設置された状態で、Ｘ軸ステージ６６のレールの延設方向とＹ軸ステージ６８のレールの延設方向との交差位置を通る鉛直線上で、Ｘ軸撮像装置６２及びＹ軸撮像装置６４の撮像素子の受光面の中心に相当する高さの位置を原点とし、原点を通りＸ軸ステージ６６のレールの延設方向に平行な軸をＸ軸、原点を通りＹ軸ステージ６８のレールの延設方向に平行な軸をＹ軸、原点を通り鉛直方向に沿った軸をＺ軸とするＸＹＺ座標系を用いている。
【０１０５】
次に本第２実施形態の作用を説明する。本第２実施形態では、ＸＹＺ絶対座標系の原点、Ｘ軸及びＹ軸を規定するＸ軸ステージ６６、Ｙ軸ステージ６８、Ｘ軸撮像装置６２及びＹ軸撮像装置６４が予め一体に組付けられているので、Ｘ軸位置検出部７４によって検出されるＸ軸方向位置及びＹ軸位置検出部７８によって検出されるＹ軸方向位置をＸＹＺ絶対座標系に対応させる処理を組付け時に行っておくことで、座標設定処理では上記の処理を省略可能であり、仰角検出部５０によって検出される仰角検出値をＸＹＺ絶対座標系に対応させるための処理のみを第１実施形態と同様にして行えばよい。
【０１０６】
また、Ｘ軸撮像装置６２は撮像方向をＸ軸方向及び仰角方向に変更可能とされており、Ｙ軸撮像装置６４は撮像方向をＹ軸方向及び仰角方向に変更可能とされているので、本第２実施形態に係る点光源捕捉制御処理では、第１実施形態のように方位角偏差が０のときの方位角値θを求めることに代えて、Ｘ軸方向偏差（又はＹ軸方向偏差）が０のときのＸ軸方向位置ｘ（又はＹ軸方向位置ｙ）を求めればよい。
【０１０７】
すなわち、Ｘ軸撮像装置６２（又はＹ軸撮像装置６４）の撮像方向が点光源（座標設定用点光源５４又はターゲット点光源５８）の方向に一致しているときの点光源領域の重心位置に対する、現在の点光源領域の重心位置のＸ軸方向（又はＹ軸方向）に沿った偏差を求めることを、Ｘ軸撮像装置６２（又はＹ軸撮像装置６４）のＸ軸方向位置（又はＹ軸方向位置）を１ステップ分ずつ順次変更しながら繰り返す。
【０１０８】
このとき、Ｘ軸撮像装置６２（又はＹ軸撮像装置６４）のＸ軸方向位置（又はＹ軸方向位置）は段階的に（とびとびに）変化するので、Ｘ軸方向偏差（又はＹ軸方向偏差）が０の状態が生じなかった場合には、Ｘ軸方向偏差（又はＹ軸方向偏差）が０のときのＸ軸方向位置ｘ（又はＹ軸方向位置ｙ）を、第１実施形態と同様にして補間演算によって求める。なお、仰角偏差が０のときの仰角値φについては第１実施形態と同様の処理によって求めることができる。
【０１０９】
また、位置計測処理においては、ターゲット点光源５８を捕捉対象の点光源、Ｘ軸撮像装置６２を制御対象の撮像装置として点光源捕捉制御処理を行い、得られたＸ軸方向位置ｘ及び仰角φを記憶すると共に、ターゲット点光源５８を捕捉対象の点光源、Ｙ軸撮像装置６４を制御対象の撮像装置として点光源捕捉制御処理を行い、得られたＹ軸方向位置ｙを記憶し、ＸＹＺ絶対座標系におけるターゲット点光源５８の座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を次式に従って演算する。
Ｘ＝ｘ Ｙ＝ｙ Ｚ＝Ｙ・ｔａｎφ
上記により、所定の計測位置のＸＹＺ絶対座標系における座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を高精度に求めることができる。
【０１１０】
〔第３実施形態〕
次に本発明の第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態及び第２実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。図１１に示すように、本第３実施形態に係るロボットハンド位置計測装置８２は、第２実施形態で説明したＸ軸ステージ６６及びＹ軸ステージ６８に代えてＸＹステージ８４が設けられている。
【０１１１】
図１２（Ａ）に示すように、ＸＹステージ８４は互いに直交するように配置された第１シャフト８６及び第２シャフト８８を備えている。第１シャフト８６の両端部は、第１シャフト８６の長手方向と直交する方向（図１２に示すＸ軸方向）に沿って延設された一対のレール（図示省略）に各々支持されており、第１シャフト８６はＸ軸方向に沿ってスライド移動可能とされている。また、第２シャフト８８の両端部も、第２シャフト８８の長手方向と直交する方向（図１２に示すＹ軸方向）に沿って延設された一対のレール（図示省略）に各々支持されており、第２シャフト８８はＹ軸方向に沿ってスライド移動可能とされている。
【０１１２】
図１１に示すように、ＸＹステージ８４は、ステッピングモータを駆動源として第１シャフト８６をＸ軸方向に沿って移動させるＸ軸方向駆動部７２と、Ｘ軸方向に沿った第１シャフト８６の位置を検出するＸ軸位置検出部７４と、ステッピングモータを駆動源として第２シャフト８８をＹ軸方向に沿って移動させるＹ軸方向駆動部７６と、Ｙ軸方向に沿った第２シャフト８８の位置を検出するＹ軸位置検出部７８と、を備えている。
【０１１３】
また、第１シャフト８６と第２シャフト８８の交差位置には、第１シャフト８６のＸ軸方向に沿った移動に追従して移動すると共に、第２シャフト８８のＹ軸方向に沿った移動に追従して移動するプレート９０が設けられている。図示は省略するが、第１シャフト８６を支持するレール及び第２シャフト８８を支持するレールは一体化されていると共に、第２実施形態で説明した脚部７０と同様の脚部が複数取付けられており、各脚部の先端部が、各脚部に対応して基準水平面３０に複数設けられているステージ３２のノック穴３６に各々挿入されることにより、ＸＹステージ８４は基準水平面３０上の一定位置に設置される。
【０１１４】
また、本第３実施形態では、第１実施形態で説明した読取望遠鏡４０、４２、第２実施形態で説明した撮像装置６２、６４に代えて、点光源検出装置９２が設けられている。点光源検出装置９２は撮像部５２と、ターゲット点光源５８の高さ（Ｚ軸方向距離）を検出するＺ軸距離検出部９４から構成されている。撮像部５２とＺ軸距離検出部９４はプレート９０上に一定距離隔てて配置されている。Ｚ軸距離検出部９４としては種々の構成を採用可能であるが、例えば図１２（Ａ）に示す三角測量用ＴＶカメラ９４Ａを含んでＺ軸距離検出部９４を構成することができる。
【０１１５】
なお、ＸＹステージ８４及びプレート９０は本発明の指向手段（詳しくは請求項４に記載の指向手段）に対応しており、Ｘ軸位置検出部７４及びＹ軸位置検出部７８は本発明の第２検出手段に対応している。また、Ｚ軸距離検出部９４は請求項４に記載の第３検出手段に対応している。
【０１１６】
次に本第３実施形態の作用を説明する。本第３実施形態では、ＸＹステージ８４及び点光源検出装置９２が予め一体に組付けられているので、Ｘ軸位置検出部７４によって検出されるＸ軸方向位置、Ｙ軸位置検出部７８によって検出されるＹ軸方向位置、及びＺ軸距離検出部９４によって検出されるＺ軸方向距離をＸＹＺ絶対座標系に各々対応させる処理を組付け時に行っておくことで、ロボットハンド２０固有の座標系をＸＹＺ絶対座標系と対応させるための作業及び処理を行うに際して座標設定処理の実行を省略可能である。
【０１１７】
また、位置計測処理においては、ターゲット点光源５８を捕捉対象の点光源、撮像装置５２を制御対象の撮像装置として点光源捕捉制御処理を行う。すなわち、まず撮像装置５２の撮像方向がターゲット点光源５８の方向に一致しているときの点光源領域の重心位置（画像の中心位置）に対する、現在の点光源領域の重心位置のＸ軸方向に沿った偏差を求めることを、撮像装置５２のＸ軸方向位置をＸ軸方向駆動部７２によって１ステップ分ずつ順次変更しながら繰り返す。このとき、撮像装置５２のＸ軸方向位置は段階的に（とびとびに）変化するので、Ｘ軸方向偏差が０の状態が生じなかった場合には、Ｘ軸方向偏差が０のときのＸ軸方向位置ｘを補間演算によって求める。
【０１１８】
続いて、現在の点光源領域の重心位置の画像の中心位置に対するＹ軸方向に沿った偏差を求めることを、撮像装置５２のＹ軸方向位置をＹ軸方向駆動部７６によって１ステップ分ずつ順次変更しながら繰り返す。このとき、撮像装置５２のＹ軸方向位置は段階的に（とびとびに）変化するので、Ｙ軸方向偏差が０の状態が生じなかった場合には、Ｙ軸方向偏差が０のときのＹ軸方向位置ｙを補間演算によって求める。
【０１１９】
上記により、撮像方向がターゲット点光源５８の方向に正確に一致（Ｘ軸方向偏差が０かつＹ軸方向偏差が０）したときのＸ軸方向位置ｘ及びＹ軸方向位置ｙ（すなわちＸＹＺ絶対座標系におけるＸ座標値及びＹ座標値）が得られると共に、図１２（Ａ）に示すように、撮像部５２はターゲット点光源５８の略鉛直下に位置される。
【０１２０】
次にターゲット点光源５８のＺ軸方向距離をＺ軸距離検出部９４によって検出する。三角測量用ＴＶカメラ９４Ａを含んでＺ軸距離検出部９４を構成した場合、撮像部５２がターゲット点光源５８の略鉛直下に位置している状態でＺ軸方向距離（すなわちＸＹＺ絶対座標系におけるＺ座標値）の検出を行う。
【０１２１】
図１２（Ａ）に示すように、三角測量用ＴＶカメラ９４Ａは上記の状態でターゲット点光源５８が撮像範囲内に入るように撮像方向が調整されており、前記状態で三角測量用ＴＶカメラ９４Ａによる撮像によって得られる画像中には、ターゲット点光源５８に対応する点光源領域が存在している。三角測量用ＴＶカメラ９４Ａと撮像部５２との距離は既知であるので、ターゲット点光源５８のＺ軸方向距離は、三角測量の原理により、前記画像上での点光源領域のＺ方向に対応する方向に沿った位置（詳しくは重心位置）から一意に定まる。
【０１２２】
このため、例えば三角測量用ＴＶカメラ９４Ａによる撮像によって得られる画像から点光源領域を抽出し、抽出した点光源領域の重心位置を算出し、画像上でのＺ方向に対応する方向に沿った位置をターゲット点光源５８のＺ軸方向距離と対応させて記憶することを、ターゲット点光源５８のＺ軸方向距離を変化させながら繰り返すことで、ターゲット点光源５８のＺ軸方向距離と、画像中の点光源領域のＺ方向に対応する方向に沿った重心位置と、の関係を予め求めておくことで、三角測量用ＴＶカメラ９４Ａによる撮像によって得られる画像からターゲット点光源５８のＺ軸方向距離を求めることができる。これにより、所定の計測位置のＸＹＺ絶対座標系における座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を高精度に求めることができる。
【０１２３】
なお、上記構成において、図１２（Ｂ）に示すように三角測量用ＴＶカメラ９４Ａを複数設け、それぞれのカメラ９４Ａの撮像範囲がＺ軸方向に沿って互いに異なりかつ一部重複している範囲となるように撮像範囲を調整すれば、Ｚ軸方向距離の検出可能範囲に比して個々のカメラの撮像範囲を小さくすることができ、Ｚ軸方向距離の検出精度を向上させることができる。
【０１２４】
また、例として図１３に示すように、Ｚ軸距離検出部９４は磁気式のリニアスケール（接触式測距装置）９５を含んで構成することも可能である。リニアスケール９５は三角測量用ＴＶカメラ９４Ａと同様にプレート９０上に設置することができる。この場合、撮像部５２の撮像方向がターゲット点光源５８の方向に一致している状態でのＸ軸方向位置ｘ及びＹ軸方向位置ｙを求めた後に、求めたＸ軸方向位置ｘ及びＹ軸方向位置ｙに基づいてリニアスケール９５がターゲット点光源５８の鉛直下に位置するようにプレート９０を移動させ、続いてリニアスケール９５のアームがターゲット点光源５８に接触する迄アームを伸長させ、ターゲット点光源５８に接触したときのアームの伸長量からＺ軸方向距離を求めることができる。これにより、所定の計測位置のＸＹＺ絶対座標系における座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を高精度に求めることができる。
【０１２５】
また、例として図１４（Ａ）に示すように、Ｚ軸距離検出部９４は光レーダ装置９８を含んで構成することも可能である。この場合、プレート９０上には光レーダ装置９８の投受光器９８Ａのみを設置することが望ましい。また位置計測処理の実施に際しては、ハンド２８の先端部にターゲット点光源５８及び反射ミラー９６を取付ける。この態様におけるＺ軸方向距離の検出は、前述のようにＸ軸方向位置ｘ及びＹ軸方向位置ｙを求めた後に、求めたＸ軸方向位置ｘ及びＹ軸方向位置ｙに基づいて投受光器９８Ａがターゲット点光源５８の鉛直下に位置するようにプレート９０を移動させた状態で行う。
【０１２６】
図１４（Ｂ）に示すように、光レーダ装置９８は、発振器から出力される一定周波数の信号によって光源から射出された光の強度を変調し、強度変調した光を投受光器９８Ａから鉛直方向に沿って射出させると共に、電気信号に変換して参照光信号として位相差検出器に入射させる。投受光器９８Ａから射出された光はハンド２８の先端部に取付けられた反射ミラー９６で反射され、投受光器９８Ａに内蔵されている光検出器によって検出される。位相差検出器では参照光信号と光検出器から出力された反射光信号との位相差を検出し、検出した位相差に基づいて反射ミラー９６との距離、すなわちハンド２８の先端部のＺ軸方向距離を検出する。これにより、所定の計測位置のＸＹＺ絶対座標系における座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を高精度に求めることができる。
【０１２７】
なお、上記では本発明に係る第１検出手段として、撮像素子を含んで構成された撮像部５２を用いた例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば受光面を複数の領域（例えば図６（Ａ）において、２本の一点鎖線で区分されて成る４個の領域）に分割し、各領域に設けた各光センサによる検出光量を比較することで、点光源が存在している方向に対する指向方向の偏差を検出することも可能である。
【０１２８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記の実施形態は、特許請求の範囲に記載した事項の実施態様以外に、以下に記載した事項の実施態様を含んでいる。
【０１２９】
（１）ロボットハンドの移動可能空間の近傍に前記指向手段を着脱自在に支持するための支持部が複数設けられており、前記指向手段は、前記支持部に装着されることで前記移動可能空間内の近傍の一定の位置に設置されることを特徴とする請求項１記載のロボットハンド位置計測装置。
【０１３０】
（２）方位角及び仰角を変更可能で、ロボットハンドの移動可能空間の近傍に設けられた支持部に着脱自在かつ方位角を変更可能に支持され、方位角及び仰角の少なくとも一方を変更することで指向方向が変化する複数の指向手段と、前記各指向手段の指向方向とロボットハンドの基準部位に取付けられた光源の存在する方向との偏差を各々検出する第１検出手段と、各指向手段の方位角及び仰角を所定の３次元座標系を基準にして各々検出する第２検出手段と、各指向手段の指向方向が前記光源の存在する方向に略一致した状態で、前記第２検出手段によって検出された方位角及び仰角に基づいて、前記所定の３次元座標系における前記基準部位の座標を演算する演算手段と、を含むロボットハンド位置計測装置。
【０１３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、姿勢角、又は位置、又は姿勢角と位置に関する少なくとも２種類のパラメータの値を変更可能で、前記パラメータの値を変更することで指向方向が変化すると共に、ズームレンズを介して指向方向を撮像する撮像素子を備えた指向手段を設け、指向手段の指向方向がロボットハンドの基準部位の存在する方向に略一致した状態で、指向方向と基準部位の存在する方向との偏差として、指向手段の撮像素子による撮像によって得られる画像上での、ズームレンズの現在のズーム値に対応する撮像中心位置と、基準部位の像の重心位置との偏差を検出すると共に、前記２種類のパラメータの値を所定の３次元座標系を基準にして検出し、検出した偏差及び前記２種類のパラメータの値に基づいて、指向方向が基準部位の存在する方向に一致した状態での前記パラメータの値を演算し、該パラメータの値を用いて所定の３次元座標系における基準部位の座標を演算するので、ロボットハンドの位置計測精度の向上を実現できる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態に係るロボットハンド位置計測装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】 ロボットアーム、読取望遠鏡、座標設定用点光源を各々示す斜視図である。
【図３】 読取望遠鏡及びステージの詳細を示す斜視図である。
【図４】 座標設定処理の内容を示すフローチャートである。
【図５】 点光源捕捉制御処理の内容を示すフローチャートである。
【図６】 （Ａ）は方位角偏差が０のときの方位角値の補間演算に用いる一対の画像の一例を示すイメージ図、（Ｂ）は補間演算の一例を示す線図である。
【図７】 位置計測処理の内容を示すフローチャートである。
【図８】 撮像部のレンズをズームレンズで構成した場合の、（Ａ）はズーム値の変更に伴う画像中の点光源領域の重心位置の変化の一例を示すイメージ図、（Ｂ）は撮像中心演算処理の内容を示すフローチャートである。
【図９】 第２実施形態に係るロボットハンド位置計測装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】 （Ａ）はＸ軸ステージ、Ｙ軸ステージ、Ｘ軸撮像装置、Ｙ軸撮像装置を各々示す斜視図、（Ｂ）は撮像装置の斜視図である。
【図１１】 第３実施形態に係るロボットハンド位置計測装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】 （Ａ）及び（Ｂ）は三角測量用ＴＶカメラを含んでＺ軸距離検出部を構成した場合の、ＸＹステージ、撮像装置、三角測量用ＴＶカメラを各々示す斜視図である。
【図１３】 リニアスケールを含んでＺ軸距離検出部を構成した場合の、ＸＹステージ、撮像装置、リニアスケールを各々示す斜視図である。
【図１４】 （Ａ）は光レーダを含んでＺ軸距離検出部を構成した場合の、ＸＹステージ、撮像装置、光レーダを各々示す斜視図、（Ｂ）は光レーダによるＺ軸距離の検出の原理を説明するための概略ブロック図である。
【符号の説明】
１０ ロボットハンド位置計測装置
１２ 制御部
２０ ロボットハンド
４０ 第１の読取望遠鏡
４２ 第２の読取望遠鏡
５２ 撮像部
６４ Ｙ軸撮像装置
５８ ターゲット点光源
６０ ロボットハンド位置計測装置
６２ Ｘ軸撮像装置
６４ Ｙ軸撮像装置
８２ ロボットハンド位置計測装置
９２ 点光源検出装置
９４ Ｚ軸距離検出部
【発明の属する技術分野】
本発明はロボットハンド位置計測装置に係り、特に、ロボットハンドの基準部位の３次元座標を計測するロボットハンド位置計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工場の生産ライン等で多数用いられているロボットハンドは、先端部に設けられたハンドにより、例えばワークを吸着又は把持して保持したり、切削、ねじ締め、溶接等の様々な作業を実行可能とされている。ハンドはアームによって３次元的に移動可能とされており、ロボットハンド設置位置にワークが搬送されてくる毎に、作業空間内の予め複数定められた移動目標位置へハンドが順次移動するようにアームが駆動される。これにより、順次搬送されてくるワークに対して搬送、組立、加工等の所期の作業が行われる。
【０００３】
ところで、ロボットハンドは、移動目標位置をロボットハンド固有の３次元座標系（ロボットハンド座標系）における座標値として記憶しているが、先端部を移動目標位置へ精度良く移動させるためには、作業空間内の一定位置を原点とする絶対座標系を定め、ロボットハンドの先端部が移動可能範囲内の各位置（例えば移動目標位置）に位置している状態での先端部の絶対座標系における座標値を計測し、絶対座標系とロボットハンド座標系とのずれを検知する必要がある。
【０００４】
上記に関連して特許第２６８２７６３号公報には、ロボット機体の最先端リンクに装着した撮像装置によりロボットのベース近傍の固定被写点（点光源(32))を撮影し、撮像装置の２次元画像上における固定被写点の撮影による像の位置と計算によって得られる理論上の像の位置とのずれに基づいて、ロボット機体の各リンク要素間の相対位置関係における理論値と実際値との誤差を求めるようにしたロボット機体の作動誤差の自動測定方法が開示されている。
【０００５】
また、特開平４−２９１１１１号公報には、移動物体を同時に撮像する２台のビデオカメラを、パン角及びチルト角が可変の２台の雲台にそれぞれ取付け、両カメラの撮影画面上での移動物体の目標点が画面中央に引き込まれるように両雲台のパン角及びチルト角を制御し、三角測量法の演算によって移動物体の位置を３次元座標値で検出する技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許第２６８２７６３号公報に記載の技術は、単一の撮像装置による撮像によって得られた２次元画像を用いているので、各リンク要素間の相対位置関係の誤差を求めることはできても、ロボットハンド先端部の絶対座標系における３次元座標値を計測することはできず、絶対座標系とロボットハンド座標系とのずれを検知することは不可能である。従って、例えばロボット機体のベース(12)及び点光源(32)の設置位置が所期の位置に対してずれている等によりロボットハンド座標系が絶対座標系に対してずれていた場合、ロボットハンドの先端部を、絶対座標系の座標値で与えられた移動目標位置へ精度良く移動させることは困難である。
【０００７】
ロボットハンド先端部の絶対座標系における座標値は、例えば先の特開平４−２９１１１１号公報に記載の技術等を利用し、絶対座標系における座標値が既知の所定位置にカメラ等の撮像手段を設置すれば計測可能である。この場合、撮像手段の撮像方向をロボットハンド先端部の存在する方向に一致させるための駆動機構（例えば特開平４−２９１１１１号公報に記載の雲台のパン角及びチルト角を変化させる駆動機構）の駆動源としては、回転軸の回転角度を精密かつ簡易に制御可能なステッピングモータが好適である。
【０００８】
しかしながら、ステッピングモータは、回転軸を微小な一定角度ずつステップ回転させる構成であるので、撮像手段の撮像方向がロボットハンド先端部の方向に正確には一致しないことも多く、撮像方向がロボットハンド先端部の方向と若干ずれた状態で計測を行った場合、絶対座標系におけるロボットハンド先端部の正確な座標値が得られないという問題があった。
【０００９】
本発明は上記事実を考慮して成されたもので、ロボットハンドの位置計測精度の向上を実現できるロボットハンド位置計測装置を得ることが目的である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明に係るロボットハンド位置計測装置は、姿勢角、又は位置、又は姿勢角と位置に関する少なくとも２種類のパラメータの値を変更可能で、前記パラメータの値を変更することで指向方向が変化すると共に、ズームレンズを介して前記指向方向を撮像する撮像素子を備えた指向手段と、前記指向手段の前記撮像素子による撮像によって得られる画像上での前記ズームレンズの光学中心に対応する撮像中心位置を、前記ズームレンズのズーム値毎に記憶する記憶手段と、前記指向方向がロボットハンドの基準部位の存在する方向に略一致した状態で、前記指向手段の指向方向と前記基準部位の存在する方向との偏差として、前記指向手段の前記撮像素子による撮像によって得られる画像上での、前記ズームレンズの現在のズーム値に対応する前記撮像中心位置と、前記基準部位の像の重心位置との偏差を検出する第１検出手段と、指向手段の前記少なくとも２種類のパラメータの値を所定の３次元座標系を基準にして検出する第２検出手段と、前記指向方向が前記基準部位の存在する方向に略一致した状態で、前記第１検出手段によって検出された前記偏差、及び前記第２検出手段によって検出された前記パラメータの値に基づいて、前記指向方向が前記基準部位の存在する方向に一致した状態での前記パラメータの値を演算し、演算したパラメータの値を用いて前記所定の３次元座標系における前記基準部位の座標を演算する演算手段と、を含んで構成されている。
【００１１】
請求項１の発明では、姿勢角、又は位置、又は姿勢角と位置に関する少なくとも２種類のパラメータの値を変更可能で、前記パラメータの値を変更することで指向方向が変化すると共に、ズームレンズを介して指向方向を撮像する撮像素子を備えた指向手段が設けられている。なお、姿勢角に関する２種類のパラメータとしては、例えば請求項２に記載した方位角と仰角を用いることができ、姿勢角と位置に関する２種類のパラメータとしては、例えば請求項３に記載した仰角と単一の水平方向（水平面内の任意の１方向）に沿った位置を用いることができ、位置に関する２種類のパラメータとしては、例えば請求項４に記載した各々水平でかつ互いに交差する２方向（互いに交差する水平面内の任意の２方向）に沿った位置を用いることができる。
【００１２】
上記のパラメータの値を変更して指向手段の指向方向を変化させることで、指向手段の指向方向を、ロボットハンドの基準部位（例えばロボットハンド先端やその近傍）の存在する方向に一致（又は略一致）させることが可能となる。なお、前記パラメータの値を変更するための駆動源としてはステッピングモータを用いてもよいし（この場合、指向手段の前記パラメータの値及び指向方向は段階的に変化する）、前記パラメータの値及び指向方向を連続的に変更可能な他の駆動源を用いてもよい。
【００１３】
また請求項１の発明は、指向手段の撮像素子による撮像によって得られる画像上でのズームレンズの光学中心に対応する撮像中心位置が、ズームレンズのズーム値毎に記憶手段に記憶されており、第１検出手段は、指向方向がロボットハンドの基準部位の存在する方向に略一致した状態で、指向手段の指向方向とロボットハンドの基準部位の存在する方向との偏差として、指向手段の撮像素子による撮像によって得られる画像上での、ズームレンズの現在のズーム値に対応する撮像中心位置と、基準部位の像の重心位置との偏差を検出する。第１検出手段による偏差の検出を考慮すると、ロボットハンドの基準部位は他の部位との識別が容易であることが望ましく、例えばロボットハンドの基準部位に光源を取付けることが好ましい。基準部位に光源を取付ける態様において、指向手段の指向方向とロボットハンドの基準部位の存在する方向（すなわち前記光源が存在する方向）との偏差は、例えば基準部位に取付けられた光源からの光の受光位置を検出し、指向方向が光源の存在する方向に一致していた場合の光源からの光の受光位置に対し、検出した受光位置のずれに基づいて検出することができる。これにより、ロボットハンドに光を照射して基準部位で反射された光を検出する場合と比較して、検出光量が基準部位の光反射率の影響を受けたり基準部位の反射面の向きに応じて変化することが抑制される。
【００１４】
また、上記のように基準部位に光源を取付けることに代えて、例えば基準部位を特定の色に塗装したり、或いは基準部位に特定のパターンを記録する等によっても、ロボットハンドの基準部位を他の部位と光学的に容易に識別することができる。基準部位を光学的に識別する態様（例えば基準部位に光源を取付ける等の態様）において、第１の検出手段としては、例えば撮像方向が指向手段の指向方向と一致するように指向手段に取付けられた撮像手段や、複数の光センサから成り光検出方向が指向手段の指向方向と一致するように指向手段に取付けられた光検出手段で構成することができる。
【００１５】
また請求項１の発明は、指向手段の前記少なくとも２種類のパラメータの値を所定の３次元座標系を基準にして検出する第２検出手段を備えている。第２検出手段は、前記少なくとも２種類のパラメータの各々の種類に応じて、例えばロータリーエンコーダ等の姿勢角検出手段やリニアエンコーダ等の位置検出手段を含んで構成することができる。
【００１６】
また、請求項１の発明に係る演算手段は、指向方向がロボットハンドの基準部位の存在する方向に略一致した状態で、第１検出手段によって検出された偏差、及び第２検出手段によって検出された前記パラメータの値に基づいて、指向方向が前記基準部位の存在する方向に一致した状態での前記パラメータの値を演算する。なお、指向方向が基準部位の存在する方向に一致した状態でのパラメータの値は、具体的には、例えば指向手段の指向方向と基準部位の存在する方向との偏差が各々所定値未満でかつ前記パラメータの値が互いに異なる複数の状態において、第１検出手段によって各々検出された偏差と第２検出手段によって各々検出された前記パラメータの値に基づき補間演算（内挿でも外挿でもよい）によって求めることができる。
【００１７】
これにより、例えば指向方向を連続的に変化させることができない（段階的に変化する）等の理由で、指向手段の指向方向を基準部位の存在する方向に正確に一致させることができない場合、或いは計測時間の短縮等を目的として指向手段の指向方向が基準部位の存在する方向に正確には一致していない状態で計測（前記パラメータの値の検出）を行った等の場合にも、指向方向が基準部位の存在する方向に一致したときの指向手段の前記パラメータの値を得ることができる。
【００１８】
そして演算手段は、上記の演算によって求めた、指向方向が基準部位の存在する方向に一致した状態での前記パラメータの値を用いて所定の３次元座標系における基準部位の座標を演算するので、指向手段の指向方向が基準部位の存在する方向に正確には一致していない状態で計測を行ったことに起因する誤差を排除することができる。また、第１検出手段は、指向手段の指向方向とロボットハンドの基準部位の存在する方向との偏差として、指向手段の撮像素子による撮像によって得られる画像上での、ズームレンズの現在のズーム値に対応する撮像中心位置と、基準部位の像の重心位置との偏差を検出するので、ズームレンズのズーム値の変更に伴ってズームレンズの光軸中心がずれることが、第１検出手段による偏差検出の精度に悪影響を与え、ロボットハンドの位置計測精度の低下を招くことも防止することができる。従って、請求項１の発明によれば、ロボットハンドの位置計測精度の向上を実現できる。
【００１９】
ところで、ロボットハンドの基準部位の３次元座標を求めるためには、単一の指向手段の指向方向が基準部位の存在する方向に一致した状態での少なくとも２種類のパラメータの値を計測する以外に、基準部位の３次元座標に関連する少なくとも一種類の別の物理量も計測する必要がある。
【００２０】
このため、請求項２記載の発明は、請求項１の発明において、前記指向手段は複数設けられ、各指向手段はロボットハンドの移動可能範囲近傍の互いに異なる一定の位置に各々設置され、前記姿勢角に関する２種類のパラメータとして方位角及び仰角を各々変更可能とされており、前記演算手段は、各指向手段の指向方向が前記基準部位の存在する方向に略一致した状態での各指向手段の方位角及び仰角を用いて前記基準部位の座標を演算することを特徴としている。
【００２１】
請求項２の発明では、ロボットハンドの移動可能範囲近傍の互いに異なる一定の位置に、姿勢角に関する２種類のパラメータとして方位角及び仰角を各々変更可能な複数の指向手段が各々設置されており、各指向手段の指向方向が基準部位の存在する方向に略一致した状態での各指向手段の方位角及び仰角を用いてロボットハンドの基準部位の座標が演算される。これにより、ロボットハンドの基準部位の３次元座標を高精度に計測することができる。また、請求項２の発明では、複数の指向手段が互いに異なる一定の位置に設置されている（すなわち各指向手段の水平面内における位置が変化しない）ので、本発明に係るロボットハンド位置計測装置の設置に必要なスペースを削減することができる。
【００２２】
また、請求項３記載の発明は、請求項１の発明において、前記指向手段は複数設けられ、各指向手段は、前記姿勢角と位置に関する２種類のパラメータとして仰角及び各々水平でかつ互いに交差する２方向のうちの互いに異なる単一の方向に沿った位置を各々変更可能とされており、前記演算手段は、各指向手段の指向方向が前記基準部位の存在する方向に略一致した状態での各指向手段の仰角及び前記単一の方向に沿った位置を用いて前記基準部位の座標を演算することを特徴としている。
【００２３】
請求項３記載の発明では、姿勢角と位置に関する２種類のパラメータとして仰角及び各々水平でかつ互いに交差する２方向のうちの互いに異なる単一の方向に沿った位置を各々変更可能な複数の指向手段が設けられており、各指向手段の指向方向が基準部位の存在する方向に略一致した状態での各指向手段の仰角及び前記単一の方向に沿った位置を用いてロボットハンドの基準部位の座標が演算される。これにより、ロボットハンドの基準部位の３次元座標を高精度に計測することができる。
【００２４】
また、請求項３の発明において、複数の指向手段として、双方の指向手段が互いに直交する方向に沿った位置を変更可能な一対の指向手段を設ける場合、指向手段の位置を変更させるための機構として安価なＸＹステージを利用することが可能となるので、ロボットハンド位置計測装置を安価に構成することができる。
【００２５】
また、請求項４記載の発明は、請求項１の発明において、前記指向手段は、前記位置に関する２種類のパラメータとして、各々水平でかつ互いに交差する２方向に沿った位置を各々変更可能とされており、鉛直方向に沿ったロボットハンドの基準部位の高さを検出する第３検出手段を更に備え、前記演算手段は、前記指向手段の指向方向が前記基準部位の存在する方向に略一致した状態での指向手段の前記２方向に沿った位置と、前記第３検出手段によって検出されたロボットハンドの基準部位の高さと、を用いて前記基準部位の座標を演算することを特徴としている。
【００２６】
請求項４記載の発明では、位置に関する２種類のパラメータとして各々、水平でかつ互いに交差する２方向に沿った位置を各々変更可能な指向手段が設けられていると共に、鉛直方向に沿ったロボットハンドの基準部位の高さを検出する第３検出手段が設けられており、指向方向が基準部位の存在する方向に略一致した状態での指向手段の前記２方向に沿った位置と、第３検出手段によって検出されたロボットハンドの基準部位の高さと、を用いてロボットハンドの基準部位の座標が演算される。これにより、ロボットハンドの基準部位の３次元座標を高精度に計測することができる。なお第３検出手段は、例えば三角測量の原理を利用して基準部位の高さを検出するものであってもよいし、基準部位に接触することで基準部位の高さを検出するものであってもよいし、基準部位との距離を測定することで基準部位の高さを検出するものであってもよい。
【００２７】
なお、請求項１〜請求項４の何れかの発明において、請求項５に記載したように、前記指向手段の指向方向を変化させる駆動手段と、前記ズームレンズのズーム値が前記撮像中心位置が既知の第１のズーム値となっている状態で、前記指向手段の前記撮像素子による撮像によって得られる画像上での前記基準部位の像の重心位置が前記第１のズーム値に対応する前記撮像中心位置に一致するように、前記駆動手段によって前記指向手段の指向方向を制御した後に、前記ズームレンズのズーム値を前記撮像中心位置が未知の第２のズーム値へ変化させ、前記指向手段の前記撮像素子による撮像によって得られる画像上での、前記第１のズーム値に対応する前記撮像中心位置と、前記基準部位の像の重心位置とのずれ量を検出し、前記第１のズーム値に対応する前記撮像中心位置に対して前記検出したずれ量だけずれた位置を、前記第２のズーム値に対応する撮像中心位置として前記記憶手段に記憶させる撮像中心位置取得手段と、を更に設けることが好ましい。これにより、撮像中心位置が未知のズーム値についても、当該ズーム値に対応する撮像中心位置を得ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
【００２９】
〔第１実施形態〕
図１には、本第１実施形態に係るロボットハンド位置計測装置１０が示されている。ロボットハンド位置計測装置１０は、ＣＰＵと、ＲＯＭ・ＲＡＭ・入出力ポート等の周辺回路とを含んで構成された制御部１２を備えている。制御部１２には、各種の情報を入力するための情報入力手段としてのキーボード１４、及び各種の情報を表示するための表示手段としてのディスプレイ１６が接続されている。なお、ディスプレイ１６としては、ＬＣＤやＣＲＴディスプレイ等の各種のディスプレイを適用可能である。また、キーボード１４に加えてポインティングデバイス（例えばマウス等）の他の情報入力手段も設けてもよい。
【００３０】
また、制御部１２はロボットハンド駆動部１８に接続されている。ロボットハンド駆動部１８は、一例として図２に示すロボットハンド２０を駆動する。図２に示したロボットハンド２０は、基準水平面３０に対して旋回可能とされた基部２２と、回動可能に基部２２に軸支された第１アーム２４と、第１アーム２４の先端部に回動可能に軸支された第２アーム２６と、第２アーム２６の先端部に取付けられたハンド２８と、から構成されている。ロボットハンド駆動部１８はマイクロコンピュータ等を含んで構成され、例えばステッピングモータ等から成る駆動源を複数備えている。ロボットハンド駆動部１８は、前記複数の駆動源の駆動力によって基部２２を旋回させたり第１アーム２４や第２アーム２６を回動させることが可能とされている。
【００３１】
ロボットハンド２０のハンド２８の先端部の移動目標位置はロボットハンド２０に固有の３次元座標系における座標値として与えられ、ロボットハンド駆動部１８は、移動目標位置を表す座標値を、基部２２の旋回方向及び角度・第１アーム２４の回動方向及び角度・第２アーム２６の回動方向及び角度に変換し、ハンド２８の先端部が移動目標位置へ移動するように基部２２の旋回・第１アーム２４及び第２アーム２６の回動を制御する。
【００３２】
なお、図２に示したロボットハンドの構成は単なる一例であり、本発明が適用可能なロボットハンドは、図２に示した構成のロボットハンド２０に限定されるものではなく、上記で説明したロボットハンド駆動部１８の構成も、駆動対象のロボットハンドの構成に応じて変更されることは言うまでもない。
【００３３】
ロボットハンド２０及びロボットハンド駆動部１８は一定の位置に固定的に設置されているが、本実施形態に係るロボットハンド位置計測装置は設置位置を移動可能とされており、後述する座標設定処理や位置計測処理を行うときにロボットハンド２０の設置位置の近傍に移動され、制御部１２がコネクタを介してロボットハンド駆動部１８と接続される。
【００３４】
また、制御部１２には第１の読取望遠鏡４０及び第２の読取望遠鏡４２が各々接続されている。図２に示すように、ロボットハンド２０のハンド２８の移動可能空間近傍の基準水平面３０上には、読取望遠鏡４０、４２（又は後述する座標設定用点光源５４）を設置可能なステージ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃが互いに異なる位置に設けられている。なお図２には、ステージ３２Ａに第１の読取望遠鏡４０が設置され、ステージ３２Ｂに第２の読取望遠鏡４２が設置され、ステージ３２Ｃに座標設定用点光源５４が設置された状態が示されている。
【００３５】
ステージ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは互いに同一の構成とされており、図３に示すように、ステージ３２は円形状の上面３４が基準水平面３０と面一となるように基準水平面３０に取付けられており、上面３４の中央には鉛直方向に沿って円溝（ノック穴）３６が穿設されている。また、ステージ３２Ａとステージ３２Ｂは、ステージ３２Ａの中央（ノック穴３６の軸線位置）とステージ３２Ｂの中央の間隔が予め定められた距離Ｌに一致するように取付位置が調整されている（図２も参照）。
【００３６】
また、第１の読取望遠鏡４０と第２の読取望遠鏡４２も同一の構成であり、以下では第１の読取望遠鏡４０を例に、その構成を説明する。図３に示すように、第１の読取望遠鏡４０は円筒状の基部４０Ａを備え、基部４０Ａの軸線方向に沿った一端部には、外径寸法が基部４０Ａよりも小さくされた（ノック穴３６の内径寸法と略同径とされた）円筒状の挿入部４０Ｂが、基部４０Ａと同軸に形成されている。図３に想像線で示すように、第１の読取望遠鏡４０は挿入部４０Ｂがステージ３２のノック穴３６に挿入されることでステージ３２に設置される。この状態で基部４０Ａ及び挿入部４０Ｂの軸線は鉛直方向に一致し、第１の読取望遠鏡４０は鉛直方向に沿った軸周り（方位角θ方向）に回動可能となる。
【００３７】
このように、本実施形態ではステージ３２のノック穴３６に読取望遠鏡の挿入部を挿入することで、基準水平面３０上の一定の位置に読取望遠鏡を設置することができると共に、設置した読取望遠鏡を方位角方向に回動可能とすることができるので、読取望遠鏡の設置を極めて容易に行うことができる。また、読取望遠鏡の設置位置の精度についても、単にノック穴３６の内径及び挿入部の外径の寸法精度を高く（公差を小さく）することで確保することができる。また、ステージ３２の設置位置が後述するＸＹＺ絶対座標系の基準となるので、座標系の基準となる物体を別に設ける必要もない。
【００３８】
図１に示すように、第１の読取望遠鏡４０は、第１の読取望遠鏡４０を方位角方向に回動させる方位角方向駆動部４４と、第１の読取望遠鏡４０の方位角方向の回動角度を検出する方位角検出部４６を有している。
【００３９】
方位角方向駆動部４４は図示しないステッピングモータを備えており、制御部１２からの指示に応じたステップ数だけステッピングモータの回転軸が回転するようにステッピングモータを駆動する。ステッピングモータの回転軸の回転は図示しない駆動伝達機構を介して伝達され、第１の読取望遠鏡４０は回転軸の回転量に比例した回動量だけ方位角方向に回転される。
【００４０】
また、方位角検出部４６は制御部１２から方位角方向駆動部４４に指示されたステップ数に基づいて第１の読取望遠鏡４０の方位角方向の回動角度を算出する。これにより、方位角検出部４６を低コストで構成できると共に、読取望遠鏡の方位角方向の回動角度を高分解能で算出（検出）できる。方位角検出部４６によって算出された第１の読取望遠鏡４０の方位角方向の回動角度は制御部１２に入力される。なお、方位角方向駆動部４４及び方位角検出部４６は、基準水平面３０側に配置される構成、及び第１の読取望遠鏡４０側に配置される構成の何れを採用してもよい。
【００４１】
また、第１の読取望遠鏡４０の基部４０Ａの軸線方向に沿った他端部には、軸線方向が基部４０Ａの軸線方向と直交するように配置された円筒状の旋回部４０Ｃが配置されている。旋回部４０Ｃは図示しない軸支機構を介し、旋回部４０Ｃの軸線周り（仰角φ方向）に回動可能に基部４０Ａに軸支されている。図１に示すように、第１の読取望遠鏡４０は、旋回部４０Ｃを仰角方向に回動させる仰角方向駆動部４８と、旋回部４０Ｃの仰角方向の回動角度を検出する仰角検出部５０を有している。
【００４２】
仰角方向駆動部４８は、方位角方向駆動部４４と同様に、図示しないステッピングモータを備えており、制御部１２からの指示に応じたステップ数だけステッピングモータの回転軸が回転するようにステッピングモータを駆動する。ステッピングモータの回転軸の回転は図示しない駆動伝達機構を介して伝達され、旋回部４０Ｃは回転軸の回転量に比例した回動量だけ仰角方向に回転される。
【００４３】
また、仰角検出部５０は制御部１２から仰角方向駆動部４８に指示されたステップ数に基づいて第１の読取望遠鏡４０の仰角方向の回動角度を算出する。これにより、仰角検出部５０を低コストで構成できると共に、読取望遠鏡の仰角方向の回動角度を高分解能で算出（検出）できる。仰角検出部５０によって算出された旋回部４０Ｃの仰角方向の回動角度は制御部１２に入力される。なお、仰角方向駆動部４８及び仰角検出部５０についても、基部４０Ａ側に配置される構成、及び旋回部４０Ｃ側に配置される構成の何れを採用してもよい。
【００４４】
また、第１の読取望遠鏡４０は撮像部５２を備えている。撮像部５２は、旋回部４０Ｃの内部に配置されたレンズ及びエリアＣＣＤ等の撮像素子と、撮像素子から出力された画像信号に対して増幅やデジタルの画像データへの変換等の処理を行う信号処理部とを含んで構成されている。第１の読取望遠鏡４０の撮像部５２から出力された画像データは制御部１２に入力される。なお、撮像部５２は本発明の第１検出手段に対応している。
【００４５】
第１の読取望遠鏡４０がステージ３２に設置されている状態で、撮像部５２の撮像素子による撮像方向は、第１の読取望遠鏡４０の方位角方向の回動、及び旋回部４０Ｃの仰角方向の回動に応じて変化するが、撮像素子は、第１の読取望遠鏡４０の方位角方向の回動中心軸と旋回部４０Ｃの仰角方向の回動中心軸の交点に受光面の中心が位置するように旋回部４０Ｃ内に取付けられている。これにより、第１の読取望遠鏡４０の方位角方向の回動、及び旋回部４０Ｃの仰角方向の回動に拘わらず、撮像素子の受光面の中心は一定の位置に保持される。
【００４６】
なお、第１の読取望遠鏡４０及び第２の読取望遠鏡４２の基部、挿入部、旋回部、方位角方向駆動部４４及び仰角方向駆動部４８は本発明の指向手段（詳しくは請求項２に記載の指向手段）に対応しており、方位角検出部４６及び仰角検出部４８は本発明の第２検出手段に対応している。
【００４７】
また制御部１２には、後述する座標設定処理を行うときに使用される座標設定用点光源５４、及び後述する位置計測処理を行うときにロボットハンド２０のハンド２８の先端部に取付けられるターゲット点光源５８（図２も参照）が接続されている。
【００４８】
図２に示すように、座標設定用点光源５４は基台５６に取付けられている。基台５６は、第１の読取望遠鏡４０と同様に、ステージ３２に挿入するための挿入部（図示省略）が設けられており、ステージ３２に設置された状態で、座標設定用点光源５４がステージ３２の中央を通る鉛直線上に位置し、かつ座標設定用点光源５４の高さ（鉛直方向に沿った基準水平面３０との距離）が、第１の読取望遠鏡４０（又は第２の読取望遠鏡４２）がステージ３２に設置された状態での撮像部５２の撮像素子の受光面の中心の高さと等しくなるように、形状及び座標設定用点光源５４の取付位置が調整されている。
【００４９】
また、基準水平面３０上には予め３次元直交座標系（本発明に係る所定の３次元座標系に相当：以下、ＸＹＺ絶対座標系と称する）が設定されている。第１実施形態では、上記のＸＹＺ絶対座標系として、ステージ３２Ａに第１の読取望遠鏡４０（又は第２の読取望遠鏡４２）が設置された状態で該読取望遠鏡の撮像素子の受光面の中心に相当する位置を原点とし、この原点と、ステージ３２Ｂに第２の読取望遠鏡４２（又は第１の読取望遠鏡４０）が設置された状態での該読取望遠鏡の撮像素子の受光面の中心とを通る軸をＸ軸、基準水平面３０と平行でＸ軸と直交する軸をＹ軸、鉛直方向に沿いＸ軸及びＹ軸と各々直交する軸をＺ軸とするＸＹＺ座標系を用いている。
【００５０】
次に本第１実施形態の作用として、ロボットハンド２０固有の座標系をＸＹＺ絶対座標系と対応させるための作業及び処理について説明する。この作業及び処理は、ロボットハンド２０の設置時や、ロボットハンド２０の故障や異物との衝突によって前記座標系の対応がずれた等の場合に実施され、まずロボットハンド位置計測装置１０がロボットハンド２０設置位置の近傍に移動され、制御部１２がコネクタ等を介してロボットハンド駆動部１８と電気的に接続される。
【００５１】
次に制御部１２に対して座標設定処理の実行が指示される。座標設定処理はロボットハンド位置計測装置１０の方位角検出値及び仰角検出値をＸＹＺ絶対座標系に対応させるための処理であり、前記指示に従って制御部１２のＣＰＵで実行される。以下、この座標設定処理について、図４のフローチャートを参照して説明する。
【００５２】
ステップ１００では、ステージ３２Ａ（以下、便宜的に位置Ａという）に座標設定用点光源５４を設置すると共に、ステージ３２Ｃ（以下、便宜的に位置Ｃという）に第１の読取望遠鏡４０（第２の読取望遠鏡４２でもよい）に設置することをオペレータに要請するメッセージをディスプレイ１６に表示する。上記の要請に従い、オペレータによって座標設定用点光源５４及び第１の読取望遠鏡４０が設置されると、次のステップ１０２において、位置Ａに設置されている座標設定用点光源５４を捕捉対象の点光源、位置Ｃに設置されている第１の読取望遠鏡４０を制御対象の読取望遠鏡として点光源捕捉制御処理を行う。この点光源捕捉制御処理について、図５のフローチャートを参照して説明する。
【００５３】
ステップ１５０では、捕捉対象の点光源と制御対象の読取望遠鏡との位置関係（位置Ａと位置Ｃの位置関係）に基づき、制御対象の読取望遠鏡の撮像部５２の撮像素子の受光面内に捕捉対象の点光源像が結像されるように、制御対象の読取望遠鏡の方位角及び仰角を方位角方向駆動部４４及び仰角方向駆動部４８によって制御する。上記の制御により、捕捉対象の点光源が存在している方向に対する制御対象の読取望遠鏡の撮像方向の偏差が一定値以下とされ、撮像部５２からは点光源に相当する領域（点光源領域という）が存在している画像（例として図６（Ａ）を参照）を表す画像データが入力される。
【００５４】
次のステップ１５２以降では、捕捉対象の点光源が存在している方向（点光源の方向）に対する制御対象の読取望遠鏡の撮像方向の方位角方向に沿った偏差が０のときの方位角値θを求める。すなわち、ステップ１５２では制御対象の読取望遠鏡の方位角検出部４６から方位角の検出値を取り込む。ステップ１５４では制御対象の読取望遠鏡の撮像部５２から入力された画像データを取り込み、ステップ１５６では、取り込んだ画像データが表す画像中の点光源領域を抽出し、抽出した点光源領域の重心位置を演算する。画像中の点光源領域は他の領域と比較して明らかに高輝度であるので、点光源領域の抽出は二値化等の処理によって容易に実現できる。
【００５５】
ところで、本実施形態では、点光源領域の重心位置が画像の中心に一致している状態を、撮像方向が点光源の方向に一致している状態と定義しており、点光源の方向に対して撮像方向が方位角方向にずれていた場合、点光源領域の重心位置は画像の中心に対して図６（Ａ）に示す方位角方向に沿って偏倚し、点光源の方向に対して撮像方向が仰角方向にずれていた場合、点光源領域の重心位置は画像中心に対して図６（Ａ）に示す仰角方向（方位角方向に直交する方向）に沿って偏倚する。
【００５６】
このためステップ１５８では、先に取り込んだ画像データが表す画像に対し、画像の中心を原点とし、方位角方向に平行な第１座標軸と仰角方向に平行な第２座標軸とが原点で直交する直交座標系を設定し（図６（Ａ）では各座標軸を一点鎖線で示す）、ステップ１５６で求めた点光源領域の重心位置を上記の直交座標系における座標値に変換し、得られた座標値から方位角方向に沿った位置に相当する座標値を抽出することで、制御対象の読取望遠鏡の撮像方向が点光源の方向に一致しているときの点光源領域の重心位置に対する、現在の点光源領域の重心位置の方位角方向に沿った偏差（方位角偏差）を求める。
【００５７】
ステップ１６０ではステップ１５８で求めた方位角偏差が０か否か判定する。判定が否定された場合にはステップ１６２で方位角偏差の符号を判定する。そして、次のステップ１６４では今回の周期で演算した方位角偏差の符号が前回の周期で演算した方位角偏差の符号に対して変化したか否か判定する。今回の周期で初めて方位角偏差を演算した場合には上記判定は無条件に否定され、ステップ１６６へ移行する。
【００５８】
ステップ１６６では、制御対象の読取望遠鏡の方位角方向駆動部４４のステッピングモータの回転軸を１ステップ回転させ、制御対象の読取望遠鏡の方位角を１ステップ分変更する。なお、このときの方位角の変更方向は、先のステップ１５８で演算した方位角偏差の符号と逆の方向（方位角偏差の絶対値が減少する方向）である。ステップ１６６の処理を行うとステップ１５２に戻り、ステップ１６０又はステップ１６４の判定が肯定される迄ステップ１５２〜１６６を繰り返し、制御対象の読取望遠鏡の方位角を１ステップ分ずつ順次変更する。
【００５９】
本実施形態では方位角方向駆動部４４及び仰角方向駆動部４８の駆動源がステッピングモータであるので、駆動部４４又は駆動部４８によって読取望遠鏡の方位角又は仰角を変更した場合、読取望遠鏡の方位角又は仰角は段階的に（とびとびに）変化する。このため、ステップ１５２〜１６６を繰り返しても、例として図６（Ａ）に示すように、ｎステップ目では点光源領域の重心位置が方位角方向に沿って画像中心の左側に位置し、ｎ＋１ステップ目では点光源領域の重心位置が方位角方向に沿って画像中心の右側に位置する等のように、方位角偏差が０の状態が生じないことが多い。
【００６０】
上記のような場合には、ステップ１６０の判定が肯定されずにステップ１６４の判定が肯定されてステップ１６８へ移行し、前回及び今回の周期で演算した方位角偏差、前回及び今回の周期での方位角検出値に基づいて、方位角偏差が０のときの方位角値θを補間演算によって求める。一例として、前回の周期での方位角偏差をｄn、今回の周期での方位角偏差をｄn+1、前回の周期での方位角検出値をθn、今回の周期での方位角検出値をθn+1とすると、方位角値θは次式によって求めることができる。
θ＝θn＋ｄn／（ｄn＋ｄn+1）・（θn+1−θn）
上記により、例として図６（Ｂ）にも示すように方位角偏差が０のときの方位角値θを得ることができる。
【００６１】
なお上記の演算では、図６（Ｂ）からも明らかなように、点光源領域の重心位置の変化に対する方位角値の変化を線形近似して方位角値θを求めているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば最小自乗法等を適用し非線形近似によって方位角偏差が０のときの方位角値θを求めるようにしてもよい。
【００６２】
なお、ステップ１５２〜１６６を繰り返して方位角偏差が０の状態が生じた場合には、ステップ１６０の判定が肯定されてステップ１７０へ移行し、ステップ１５２で取り込んだ方位角検出値を、方位角偏差が０のときの方位角値θとして設定する。
【００６３】
次のステップ１７２以降では、上述したステップ１５２〜１７０と同様にして点光源の方向に対する撮像方向の仰角方向に沿った偏差（仰角偏差）が０のときの仰角値φを求める。すなわち、ステップ１７２では仰角検出部５０から仰角検出値を取り込む。ステップ１７４では撮像部５２から入力された画像データを取り込み、ステップ１７６では、取り込んだ画像データが表す画像中の点光源領域の重心位置を演算する。
【００６４】
次のステップ１７８では、撮像方向が点光源の方向に一致しているときの点光源領域の重心位置に対する、現在の点光源領域の重心位置の仰角方向に沿った偏差（仰角偏差）を求める。ステップ１８０では仰角偏差が０か否か判定する。判定が否定された場合には、ステップ１８２で仰角偏差の符号を判定し、次のステップ１８４において、今回の周期で演算した仰角偏差の符号が前回の周期で演算した仰角偏差の符号に対して変化したか否か判定する。
【００６５】
ステップ１８４の判定が否定された場合にはステップ１８６へ移行し、仰角方向駆動部４８のステッピングモータの回転軸を１ステップ回転させ、制御対象の読取望遠鏡の仰角を仰角偏差の符号と逆の方向へ１ステップ分変更した後にステップ１７２に戻り、ステップ１８０又はステップ１８４の判定が肯定される迄ステップ１７２〜１８６を繰り返し、制御対象の読取望遠鏡の仰角を１ステップ分ずつ順次変更する。
【００６６】
ステップ１７２〜１８６を繰り返しても仰角偏差が０の状態が生じなかった場合には、ステップ１８４の判定が肯定されてステップ１８８へ移行し、先のステップ１６８と同様に、前回及び今回の周期で演算した仰角偏差、前回及び今回の周期での仰角検出値に基づいて、仰角偏差が０のときの仰角値φを補間演算によって求める。一方、仰角偏差が０の状態が生じた場合には、ステップ１８０の判定が肯定されてステップ１９０へ移行し、ステップ１７２で取り込んだ仰角検出値を、仰角偏差が０のときの仰角値φとして設定する。
【００６７】
上記の点光源捕捉制御処理により、捕捉対象の点光源を制御対象の読取望遠鏡で捕捉したときに、撮像方向が点光源の方向に一致した状態（方向方位角偏差が０かつ仰角偏差が０の状態）における方位角値θ及び仰角値φが得られることになる。
【００６８】
点光源捕捉制御処理を終了すると図４のフローチャートのステップ１０４へ移行し、ステップ１０２の点光源捕捉制御処理によって得られた、位置Ａの座標設定用点光源５４を位置Ｃの第１の読取望遠鏡４０で捕捉して方位角偏差が０となったときの方位角値θを取り込む。ステップ１０６では、位置Ａに設置されている座標設定用点光源５４を、ステージ３２Ｂ（以下、便宜的に位置Ｂという）に設置（移動）することをオペレータに要請するメッセージをディスプレイ１６に表示する。
【００６９】
上記の要請に従い、オペレータによって座標設定用点光源５４の設置位置が移動されると、次のステップ１０８において、位置Ｂに設置されている座標設定用点光源５４を捕捉対象の点光源、位置Ｃに設置されている第１の読取望遠鏡４０を制御対象の読取望遠鏡として点光源捕捉制御処理を行う。点光源捕捉制御処理が終了すると、ステップ１１０では、ステップ１０８の点光源捕捉制御処理によって得られた方位角値θ（位置Ｂの座標設定用点光源５４を位置Ｃの第１の読取望遠鏡４０で捕捉して方位角偏差が０となったときの方位角値θ）を取り込み、この方位角値θと先のステップ１０４で取り込んだ方位角値θとに基づいて角度∠ＡＣＢを演算し、演算結果をＲＡＭ等に記憶する。
【００７０】
次のステップ１１２では、第１の読取望遠鏡４０を位置Ａ（第１の読取望遠鏡４０の本来の設置位置）に設置することをオペレータに要請するメッセージをディスプレイ１６に表示する。上記の要請に従い、オペレータによって第１の読取望遠鏡４０が設置されると、次のステップ１１４において、位置Ｂに設置されている座標設定用点光源５４を捕捉対象の点光源、位置Ａに設置されている第１の読取望遠鏡４０を制御対象の読取望遠鏡として点光源捕捉制御処理を行う。
【００７１】
点光源捕捉制御処理が終了すると、次のステップ１１６では、ステップ１１４の点光源捕捉制御処理によって得られた方位角値θ（位置Ｂの座標設定用点光源５４を位置Ａの第１の読取望遠鏡４０で捕捉して方位角偏差が０となったときの方位角値θ）を取り込む。そして次のステップ１１８では、取り込んだ方位角値θを、第１の読取望遠鏡４０の方位角０°に対応する方位角値としてＲＡＭ等に記憶する。従って第１の望遠鏡４０は、撮像方向が位置Ｂの方向に一致したときの方位角が方位角０°とされることになる。
【００７２】
次のステップ１２０では、ステップ１１４の点光源捕捉制御処理によって得られた仰角値φ（位置Ｂの座標設定用点光源５４を位置Ａの第１の読取望遠鏡４０で捕捉して仰角偏差が０となったときの仰角値φ）を取り込む。そしてステップ１２２では、取り込んだ仰角値φを、第１の読取望遠鏡４０の仰角０°に対応する仰角値としてＲＡＭ等に記憶する。座標設定用点光源５４の高さは第１の読取望遠鏡４０及び第２の読取望遠鏡４２の撮像部５２の撮像素子の受光面の中心の高さと等しくされているので、第１の望遠鏡４０は撮像方向が水平のときの仰角が仰角０°とされることになる。
【００７３】
ステップ１２４では、位置Ｂに設置されている座標設定用点光源５４を位置Ｃに設置（移動）することをオペレータに要請するメッセージをディスプレイ１６に表示する。上記の要請に従い、オペレータによって座標設定用点光源５４の設置位置が移動されると、次のステップ１２６において、位置Ｃに設置されている座標設定用点光源５４を捕捉対象の点光源、位置Ａに設置されている第１の読取望遠鏡４０を制御対象の読取望遠鏡として点光源捕捉制御処理を行う。
【００７４】
点光源捕捉制御処理が終了すると、次のステップ１２８では、ステップ１２６の点光源捕捉制御処理によって得られた方位角値θ（位置Ｃの座標設定用点光源５４を位置Ａの第１の読取望遠鏡４０で捕捉して方位角偏差が０となったときの方位角値θ）を取り込み、この方位角値θと先のステップ１１６で取り込んだ方位角値θとに基づいて角度∠ＣＡＢを演算し、演算結果をＲＡＭ等に記憶する。そしてステップ１３０では、ステップ１２８で演算した角度∠ＣＡＢとステップ１１０で演算した角度∠ＡＣＢとに基づいて角度∠ＣＢＡを演算し、演算結果をＲＡＭ等に記憶する。
【００７５】
続いてステップ１３２では、第２の読取望遠鏡４２を位置Ｂに設置することをオペレータに要請するメッセージをディスプレイ１６に表示する。上記の要請に従い、オペレータによって第２の読取望遠鏡４２が設置されると（これにより図２に示した状態になる）、次のステップ１３４において、位置Ｃに設置されている座標設定用点光源５４を捕捉対象の点光源、位置Ｂに設置されている第２の読取望遠鏡４２を制御対象の読取望遠鏡として点光源捕捉制御処理を行う。
【００７６】
点光源捕捉制御処理が終了すると、次のステップ１３６では、ステップ１３４の点光源捕捉制御処理によって得られた方位角値θ（位置Ｃの座標設定用点光源５４を位置Ｂの第２の読取望遠鏡４２で捕捉して方位角偏差が０となったときの方位角値θ）を取り込む。そして次のステップ１３８では、取り込んだ方位角値θから角度∠ＣＢＡを減算した値を、第２の読取望遠鏡４２の方位角０°に対応する方位角値としてＲＡＭ等に記憶する。従って第２の読取望遠鏡４０は、撮像方向が位置Ａの方向に一致したときの方位角が方位角０°とされることになる。
【００７７】
ステップ１４０では、ステップ１３４の点光源捕捉制御処理によって得られた仰角値φを取り込む。そしてステップ１４２では、取り込んだ仰角値φを、第２の読取望遠鏡４２の仰角０°に対応する仰角値としてＲＡＭ等に記憶する。これにより、第２の読取望遠鏡４２についても、撮像方向が水平のときの仰角が仰角０°とされることになる。
【００７８】
次のステップ１４４では、位置Ｃから座標設定用点光源５４を除去すると共に、ロボットハンド２０のハンド２８の先端部にターゲット点光源５８を取り付けることをオペレータに要請するメッセージをディスプレイ１６に表示し、座標設定処理を終了する。
【００７９】
上記の座標設定処理が終了し、位置Ｃから座標設定用点光源５４が除去されると共に、ロボットハンド２０のハンド２８の先端部（本発明に係る基準部位に相当）にターゲット点光源５８が取り付けられると、制御部１２のＣＰＵにおいて、ロボットハンド２０固有の座標系をＸＹＺ絶対座標系と対応させるための位置計測処理が行われる。以下、この位置計測処理について、図７のフローチャートを参照して説明する。
【００８０】
ステップ２００ではロボットハンド駆動部１８に対し、ロボットハンド２０のハンド２８の先端部の移動目標位置として所定の計測位置の座標値（ロボットハンド２０固有の座標系における座標値）を入力し、ロボットハンド２０のハンド２８の先端部（ターゲット点光源５８）を所定の計測位置へ移動させる。
【００８１】
次のステップ２０２では、ターゲット点光源５８を捕捉対象の点光源、位置Ａに設置されている第１の読取望遠鏡４０を制御対象の読取望遠鏡として点光源捕捉制御処理を行う。なお、このときの点光源捕捉制御処理におけるステップ１５０では、移動目標位置としてロボットハンド駆動部１８に入力した所定の計測位置の座標値に基づいて第１の読取望遠鏡４０の方位角及び仰角が制御される。また、位置計測処理時に行われる点光源捕捉制御処理（ステップ２０２及び後述するステップ２０８）は本発明の演算手段に対応している。
【００８２】
この点光源捕捉制御処理により、第１の読取望遠鏡４０の撮像方向がターゲット点光源５８の方向（すなわち基準部位が存在する方向）に正確に一致（方位角偏差が０かつ仰角偏差が０）したときの方位角値θ及び仰角値φが得られる。点光源捕捉制御処理が終了すると、次のステップ２０４では、ステップ２０２の点光源捕捉制御処理によって得られた方位角偏差が０のときの方位角値θを方位角θ1（図２も参照）としてＲＡＭに記憶すると共に、仰角偏差が０のときの仰角値φを仰角φ1（図２も参照）としてＲＡＭに記憶する。
【００８３】
次のステップ２０８では、ターゲット点光源５８を捕捉対象の点光源、位置Ｂに設置されている第２の読取望遠鏡４２を制御対象の読取望遠鏡として点光源捕捉制御処理を行う。この点光源捕捉制御処理により、第２の読取望遠鏡４２の撮像方向がターゲット点光源５８の方向に正確に一致（方位角偏差が０かつ仰角偏差が０）したときの方位角値θ及び仰角値φが得られる。点光源捕捉制御処理が終了すると、次のステップ２０８では、ステップ２０６の点光源捕捉制御処理によって得られた方位角偏差が０のときの方位角値θを方位角θ2（図２も参照）としてＲＡＭに記憶すると共に、仰角偏差が０のときの仰角値φを仰角φ2（図２も参照）としてＲＡＭに記憶する。
【００８４】
そしてステップ２１０では、上記処理によって得られた方位角θ1，θ2、仰角φ1，φ2、位置Ａと位置Ｂとの距離Ｌに基づいて、ＸＹＺ絶対座標系におけるターゲット点光源５８（所定の計測位置）の座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を次式に従って演算する。
Ｘ＝（Ｌ・ｔａｎθ2）／（ｔａｎθ1＋ｔａｎθ2）
Ｙ＝Ｘ・ｔａｎθ1 Ｚ＝√（Ｘ2＋Ｙ2）・ｔａｎφ1
上記により、所定の計測位置のＸＹＺ絶対座標系における座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を高精度に求めることができる。所定の計測位置のロボットハンド２０固有の座標系における座標値は既知であるので、所定の計測位置におけるロボットハンド２０固有の座標系とＸＹＺ絶対座標系との対応がとれることになる。
【００８５】
所定の計測位置は予め複数定められており、次のステップ２１２では、全ての計測位置について上記の処理を行ったか否か判定する。判定が否定された場合にはステップ２００に戻り、ステップ２００以降を繰り返す。全ての計測位置に対してステップ２００〜２１０の処理を行うと、ステップ２１２の判定が肯定されて位置計測処理を終了する。
【００８６】
上述した作業・処理により、ロボットハンド２０のハンド２８の移動可能空間内の複数の計測位置において、ロボットハンド２０固有の座標系とＸＹＺ絶対座標系との対応が各々とれることになり、ハンド２８の移動目標位置をＸＹＺ絶対座標系における座標値として与えれば、該座標値によって表される位置へハンド２８が精度良く移動されることになる。
【００８７】
また、本第１実施形態では、第１の読取望遠鏡４０、第２の読取望遠鏡４２がステージ３２Ａ、３２Ｂに設置された状態で方位角方向や仰角方向に回動することでターゲット点光源５８を捕捉することができるので、読取望遠鏡の移動範囲が小さく、読取望遠鏡４０、４２を含むロボットハンド位置計測装置１０を設置するために必要なスペースを小さくすることができる。
【００８８】
また、読取望遠鏡４０、４２を含むロボットハンド位置計測装置１０は、位置計測処理が終了すればロボットハンド２０の設置位置近傍から除去することができるので、例えば複数台のロボットハンド２０が設置されている等の状況において、個々のロボットハンド２０に対応してステージ３２のみを設けておけば、単一のロボットハンド位置計測装置１０を複数台のロボットハンド２０で共有することも可能となる。
【００８９】
なお、上記では距離Ｌの値を一定値として記憶していたが、熱膨張等によって距離Ｌが変動することによる影響が無視できない程大きい等の場合には、例えば第１の読取望遠鏡４０及び第２の読取望遠鏡に相互の距離（距離Ｌ）を測定する機構を設けてもよい。
【００９０】
また、本第１実施形態において、点光源捕捉制御処理（図５）における点光源捕捉精度を向上させる（これに伴って位置計測処理における位置計測精度も向上する）ためには、点光源像の画素分解能を或る値以上とする（画像中の点光源領域の大きさ（点光源領域の画素数）を所定値以上とする）ために、撮像される画面範囲の大きさと撮像される点光源像の大きさを調整することが望ましい。ロボットハンド２０のハンド２８の先端部の全ての移動範囲で上記のような条件を満たして点光源像を結像させる１つの方法として、撮像部５２のレンズをズームレンズで構成し、点光源捕捉制御処理のステップ１５０において、画像中の点光源領域の大きさが所定値以上になるように、捕捉対象の点光源の奥行距離（読取望遠鏡から見た奥行方向に沿った距離）に応じてズームレンズのズーム値（ズーム倍率）を変更することが考えられる。
【００９１】
しかしながら、ズームレンズのズーム値を変更すると、レンズの光軸中心がずれることで撮像素子の受光面内における点光源像の結像位置がずれ、例として図８（Ａ）に示すように画像中の点光源領域の重心位置が変化するので、計測精度の低下に繋がる。このため、以下の手順でズームレンズの光軸ずれを補正することが望ましい。
【００９２】
すなわち、まずロボットハンド２０のハンド２８の先端部の移動範囲に基づいて、読取望遠鏡によって撮像すべき空間（撮像空間）の範囲を求め、求めた撮像空間を、読取望遠鏡から見た奥行方向に沿って所定距離毎に複数の範囲に区画する。複数の範囲への区画は、単一の範囲の奥行方向に沿った距離範囲（前記所定距離に相当）が、単一の範囲内の各位置を或る一定のズーム値で撮像したときに、前記各位置で点光源像の重心演算が可能な程度の結像が得られる値となるように行われる。これにより、各撮像範囲毎にズーム値が決定される。そして、各撮像範囲毎に、決定した各ズーム値においてレンズの光軸中心に対応する撮像面内位置（撮像中心）を調べ、調べた撮像中心を各撮像範囲毎に記憶しておく。
【００９３】
そして、点光源捕捉制御処理においては、ステップ１５０で捕捉対象の点光源の奥行距離に応じてズームレンズのズーム値を変更した後に、変更後のズーム値に対応する撮像中心に点光源像の重心位置が一致した状態を方位角偏差及び仰角偏差が０の状態とし、方位角偏差が０のときの方位角値θ及び仰角偏差が０のときの仰角値φを求める。これにより、ズームレンズの光軸のずれを補正することができる。
【００９４】
また、予め単一のズーム値についてのみ撮像中心を調べておき、図８（Ｂ）に示す撮像中心演算処理を行うことで、各ズーム値における撮像中心を求めてもよい。この方法では、予め単一のズーム値についてのみ撮像中心を調べておき、そのズーム値を設定し（ステップ２５０）、設定した現在のズーム値に対応する撮像範囲内へロボットハンド２０（のハンド２８の先端部）を移動させる（ステップ２５２）。続いて、点光源捕捉制御処理と同様に、撮像によって得られた画像の点光源領域の重心が現在のズーム値における撮像中心に一致するように読取望遠鏡の方位角及び仰角を制御して、方位角偏差が０のときの方位角値θ及び仰角偏差が０のときの仰角値φを求める（ステップ２５４）。
【００９５】
次に、点光源の位置を固定したままでズーム値を変更する（ステップ２５６）。このときのズーム値の変更量は、ボケによる影響がある場合にも点光源像の重心演算が可能な程度の大きさとする。そして撮像によって得られた画像中の点光源像の重心位置を演算し（ステップ２５８）、点光源像の重心位置と前回のズーム値における点光源像の重心位置とのずれ量を計測する（ステップ２６０）。このずれ量は、ステップ２５８におけるズーム値の変更に伴うズームレンズの光軸位置のずれ量に相当するので、次のステップ２６２において、前回のズーム値における撮像中心に対し計測したずれ量だけずれた位置を、現在のズーム値における撮像中心として記憶する。
【００９６】
他のズーム値における撮像中心を求める場合（ステップ２６４の判定が否定された場合）にはステップ２５２に戻り、ステップ２５６で変更した現在のズーム値に対応する撮像範囲内へロボットハンドを移動させ、ステップ２５４以降の処理を繰り返す。上記の撮像中心演算処理を行うことで、各ズーム値における撮像中心が各々求まることになる。
【００９７】
〔第２実施形態〕
次に本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。図９に示すように、本第２実施形態に係るロボットハンド位置計測装置６０は、第１実施形態で説明した読取望遠鏡４０、４２に代えて、Ｘ軸撮像装置６２、Ｙ軸撮像装置６４、Ｘ軸ステージ６６及びＹ軸ステージ６８が設けられており、これらは各々制御部１２に接続されている。
【００９８】
図１０（Ｂ）に示すように、Ｘ軸撮像装置６２は円筒状の旋回部６２Ａを備えており、旋回部６２Ａの軸線周り（仰角φ方向）に回動可能に基部６２Ｂに軸支されている。Ｘ軸撮像装置６２は、第１実施形態で説明した読取望遠鏡４０、４２と同様に、旋回部６２Ａを仰角方向に回動させる仰角方向駆動部４８と、旋回部６２Ａの仰角方向の回動角度を検出する仰角検出部５０と、エリアＣＣＤ等の撮像素子を備えた撮像装置５２と、を有している。なお、Ｙ軸撮像装置６４はＸ軸撮像装置６２と同一の構成であるので説明を省略する。
【００９９】
図１０（Ａ）に示すように、Ｘ軸ステージ６６及びＹ軸ステージ６８は、各々一定方向に沿って延設されたレールを備えており、互いのレールの延設方向が直交している状態で一体化されている。Ｘ軸ステージ６６及びＹ軸ステージ６８は、底部の複数箇所に脚部７０が取付けられており、基準水平面３０には、該脚部７０に対応してステージ３２が複数設けられている。Ｘ軸ステージ６６及びＹ軸ステージ６８は、複数の脚部７０の先端部がステージ３２のノック穴３６に各々挿入されることにより、基準水平面３０上の一定位置に設置される。
【０１００】
Ｘ軸ステージ６６には、旋回部６２Ａの軸線方向がレールの延設方向（Ｘ軸ステージ６６及びＹ軸ステージ６８が基準水平面３０上の一定位置に設置された状態でのＸ軸方向）と平行になるようにＸ軸撮像装置６２が取付けられており、Ｘ軸撮像装置６２はレールの延設方向に沿って移動可能とされている。図９に示すように、Ｘ軸ステージ６６は、Ｘ軸撮像装置６２をレールに沿って移動させるＸ軸方向駆動部７２と、レールの延設方向に沿ったＸ軸撮像装置６２の位置（Ｘ軸方向位置）を検出するＸ軸位置検出部７４を備えている。
【０１０１】
Ｘ軸方向駆動部７２は、第１実施形態で説明した方位角方向駆動部４４及び仰角方向駆動部４８と同様にステッピングモータを駆動源とし、ステッピングモータの回転軸の回転を図示しない駆動伝達機構を介して伝達することで、Ｘ軸撮像装置６２を回転軸の回転量に比例した移動量だけ移動させる。また、Ｘ軸位置検出部７４はリニアエンコーダ等で構成され、Ｘ軸撮像装置６２の位置として、Ｘ軸ステージ６６のレールの延設方向とＹ軸ステージ６８のレールの延設方向との交差位置からの距離（詳しくは前記交差位置とＸ軸撮像装置６２の撮像素子の受光面の中心との水平方向に沿った距離）を検出する。
【０１０２】
またＹ軸ステージ６８には、レールの延設方向に沿って移動可能にＹ軸撮像装置６４が取付けられている。図９に示すように、Ｙ軸ステージ６８は、Ｙ軸撮像装置６４をレールに沿って移動させるＹ軸方向駆動部７６と、レールの延設方向に沿ったＹ軸撮像装置６４の位置（Ｙ軸方向位置）を検出するＹ軸位置検出部７８を備えている。なお、Ｙ軸方向駆動部７６はＸ軸方向駆動部７２と同様の構成であり、Ｙ軸位置検出部７８はＸ軸位置検出部７４と同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。
【０１０３】
なお、Ｘ軸撮像装置６２及びＹ軸撮像装置６４の旋回部、基部及び仰角方向駆動部４８と、Ｘ軸ステージ６６及びＹ軸ステージ６８は本発明の指向手段（詳しくは請求項３に記載の指向手段）に対応しており、仰角検出部５０、Ｘ軸位置検出部７４及びＹ軸位置検出部７８は本発明の第２検出手段に対応している。
【０１０４】
本第２実施形態では、ＸＹＺ絶対座標系として、Ｘ軸ステージ６６及びＹ軸ステージ６８が基準水平面３０上の一定位置に設置された状態で、Ｘ軸ステージ６６のレールの延設方向とＹ軸ステージ６８のレールの延設方向との交差位置を通る鉛直線上で、Ｘ軸撮像装置６２及びＹ軸撮像装置６４の撮像素子の受光面の中心に相当する高さの位置を原点とし、原点を通りＸ軸ステージ６６のレールの延設方向に平行な軸をＸ軸、原点を通りＹ軸ステージ６８のレールの延設方向に平行な軸をＹ軸、原点を通り鉛直方向に沿った軸をＺ軸とするＸＹＺ座標系を用いている。
【０１０５】
次に本第２実施形態の作用を説明する。本第２実施形態では、ＸＹＺ絶対座標系の原点、Ｘ軸及びＹ軸を規定するＸ軸ステージ６６、Ｙ軸ステージ６８、Ｘ軸撮像装置６２及びＹ軸撮像装置６４が予め一体に組付けられているので、Ｘ軸位置検出部７４によって検出されるＸ軸方向位置及びＹ軸位置検出部７８によって検出されるＹ軸方向位置をＸＹＺ絶対座標系に対応させる処理を組付け時に行っておくことで、座標設定処理では上記の処理を省略可能であり、仰角検出部５０によって検出される仰角検出値をＸＹＺ絶対座標系に対応させるための処理のみを第１実施形態と同様にして行えばよい。
【０１０６】
また、Ｘ軸撮像装置６２は撮像方向をＸ軸方向及び仰角方向に変更可能とされており、Ｙ軸撮像装置６４は撮像方向をＹ軸方向及び仰角方向に変更可能とされているので、本第２実施形態に係る点光源捕捉制御処理では、第１実施形態のように方位角偏差が０のときの方位角値θを求めることに代えて、Ｘ軸方向偏差（又はＹ軸方向偏差）が０のときのＸ軸方向位置ｘ（又はＹ軸方向位置ｙ）を求めればよい。
【０１０７】
すなわち、Ｘ軸撮像装置６２（又はＹ軸撮像装置６４）の撮像方向が点光源（座標設定用点光源５４又はターゲット点光源５８）の方向に一致しているときの点光源領域の重心位置に対する、現在の点光源領域の重心位置のＸ軸方向（又はＹ軸方向）に沿った偏差を求めることを、Ｘ軸撮像装置６２（又はＹ軸撮像装置６４）のＸ軸方向位置（又はＹ軸方向位置）を１ステップ分ずつ順次変更しながら繰り返す。
【０１０８】
このとき、Ｘ軸撮像装置６２（又はＹ軸撮像装置６４）のＸ軸方向位置（又はＹ軸方向位置）は段階的に（とびとびに）変化するので、Ｘ軸方向偏差（又はＹ軸方向偏差）が０の状態が生じなかった場合には、Ｘ軸方向偏差（又はＹ軸方向偏差）が０のときのＸ軸方向位置ｘ（又はＹ軸方向位置ｙ）を、第１実施形態と同様にして補間演算によって求める。なお、仰角偏差が０のときの仰角値φについては第１実施形態と同様の処理によって求めることができる。
【０１０９】
また、位置計測処理においては、ターゲット点光源５８を捕捉対象の点光源、Ｘ軸撮像装置６２を制御対象の撮像装置として点光源捕捉制御処理を行い、得られたＸ軸方向位置ｘ及び仰角φを記憶すると共に、ターゲット点光源５８を捕捉対象の点光源、Ｙ軸撮像装置６４を制御対象の撮像装置として点光源捕捉制御処理を行い、得られたＹ軸方向位置ｙを記憶し、ＸＹＺ絶対座標系におけるターゲット点光源５８の座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を次式に従って演算する。
Ｘ＝ｘ Ｙ＝ｙ Ｚ＝Ｙ・ｔａｎφ
上記により、所定の計測位置のＸＹＺ絶対座標系における座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を高精度に求めることができる。
【０１１０】
〔第３実施形態〕
次に本発明の第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態及び第２実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。図１１に示すように、本第３実施形態に係るロボットハンド位置計測装置８２は、第２実施形態で説明したＸ軸ステージ６６及びＹ軸ステージ６８に代えてＸＹステージ８４が設けられている。
【０１１１】
図１２（Ａ）に示すように、ＸＹステージ８４は互いに直交するように配置された第１シャフト８６及び第２シャフト８８を備えている。第１シャフト８６の両端部は、第１シャフト８６の長手方向と直交する方向（図１２に示すＸ軸方向）に沿って延設された一対のレール（図示省略）に各々支持されており、第１シャフト８６はＸ軸方向に沿ってスライド移動可能とされている。また、第２シャフト８８の両端部も、第２シャフト８８の長手方向と直交する方向（図１２に示すＹ軸方向）に沿って延設された一対のレール（図示省略）に各々支持されており、第２シャフト８８はＹ軸方向に沿ってスライド移動可能とされている。
【０１１２】
図１１に示すように、ＸＹステージ８４は、ステッピングモータを駆動源として第１シャフト８６をＸ軸方向に沿って移動させるＸ軸方向駆動部７２と、Ｘ軸方向に沿った第１シャフト８６の位置を検出するＸ軸位置検出部７４と、ステッピングモータを駆動源として第２シャフト８８をＹ軸方向に沿って移動させるＹ軸方向駆動部７６と、Ｙ軸方向に沿った第２シャフト８８の位置を検出するＹ軸位置検出部７８と、を備えている。
【０１１３】
また、第１シャフト８６と第２シャフト８８の交差位置には、第１シャフト８６のＸ軸方向に沿った移動に追従して移動すると共に、第２シャフト８８のＹ軸方向に沿った移動に追従して移動するプレート９０が設けられている。図示は省略するが、第１シャフト８６を支持するレール及び第２シャフト８８を支持するレールは一体化されていると共に、第２実施形態で説明した脚部７０と同様の脚部が複数取付けられており、各脚部の先端部が、各脚部に対応して基準水平面３０に複数設けられているステージ３２のノック穴３６に各々挿入されることにより、ＸＹステージ８４は基準水平面３０上の一定位置に設置される。
【０１１４】
また、本第３実施形態では、第１実施形態で説明した読取望遠鏡４０、４２、第２実施形態で説明した撮像装置６２、６４に代えて、点光源検出装置９２が設けられている。点光源検出装置９２は撮像部５２と、ターゲット点光源５８の高さ（Ｚ軸方向距離）を検出するＺ軸距離検出部９４から構成されている。撮像部５２とＺ軸距離検出部９４はプレート９０上に一定距離隔てて配置されている。Ｚ軸距離検出部９４としては種々の構成を採用可能であるが、例えば図１２（Ａ）に示す三角測量用ＴＶカメラ９４Ａを含んでＺ軸距離検出部９４を構成することができる。
【０１１５】
なお、ＸＹステージ８４及びプレート９０は本発明の指向手段（詳しくは請求項４に記載の指向手段）に対応しており、Ｘ軸位置検出部７４及びＹ軸位置検出部７８は本発明の第２検出手段に対応している。また、Ｚ軸距離検出部９４は請求項４に記載の第３検出手段に対応している。
【０１１６】
次に本第３実施形態の作用を説明する。本第３実施形態では、ＸＹステージ８４及び点光源検出装置９２が予め一体に組付けられているので、Ｘ軸位置検出部７４によって検出されるＸ軸方向位置、Ｙ軸位置検出部７８によって検出されるＹ軸方向位置、及びＺ軸距離検出部９４によって検出されるＺ軸方向距離をＸＹＺ絶対座標系に各々対応させる処理を組付け時に行っておくことで、ロボットハンド２０固有の座標系をＸＹＺ絶対座標系と対応させるための作業及び処理を行うに際して座標設定処理の実行を省略可能である。
【０１１７】
また、位置計測処理においては、ターゲット点光源５８を捕捉対象の点光源、撮像装置５２を制御対象の撮像装置として点光源捕捉制御処理を行う。すなわち、まず撮像装置５２の撮像方向がターゲット点光源５８の方向に一致しているときの点光源領域の重心位置（画像の中心位置）に対する、現在の点光源領域の重心位置のＸ軸方向に沿った偏差を求めることを、撮像装置５２のＸ軸方向位置をＸ軸方向駆動部７２によって１ステップ分ずつ順次変更しながら繰り返す。このとき、撮像装置５２のＸ軸方向位置は段階的に（とびとびに）変化するので、Ｘ軸方向偏差が０の状態が生じなかった場合には、Ｘ軸方向偏差が０のときのＸ軸方向位置ｘを補間演算によって求める。
【０１１８】
続いて、現在の点光源領域の重心位置の画像の中心位置に対するＹ軸方向に沿った偏差を求めることを、撮像装置５２のＹ軸方向位置をＹ軸方向駆動部７６によって１ステップ分ずつ順次変更しながら繰り返す。このとき、撮像装置５２のＹ軸方向位置は段階的に（とびとびに）変化するので、Ｙ軸方向偏差が０の状態が生じなかった場合には、Ｙ軸方向偏差が０のときのＹ軸方向位置ｙを補間演算によって求める。
【０１１９】
上記により、撮像方向がターゲット点光源５８の方向に正確に一致（Ｘ軸方向偏差が０かつＹ軸方向偏差が０）したときのＸ軸方向位置ｘ及びＹ軸方向位置ｙ（すなわちＸＹＺ絶対座標系におけるＸ座標値及びＹ座標値）が得られると共に、図１２（Ａ）に示すように、撮像部５２はターゲット点光源５８の略鉛直下に位置される。
【０１２０】
次にターゲット点光源５８のＺ軸方向距離をＺ軸距離検出部９４によって検出する。三角測量用ＴＶカメラ９４Ａを含んでＺ軸距離検出部９４を構成した場合、撮像部５２がターゲット点光源５８の略鉛直下に位置している状態でＺ軸方向距離（すなわちＸＹＺ絶対座標系におけるＺ座標値）の検出を行う。
【０１２１】
図１２（Ａ）に示すように、三角測量用ＴＶカメラ９４Ａは上記の状態でターゲット点光源５８が撮像範囲内に入るように撮像方向が調整されており、前記状態で三角測量用ＴＶカメラ９４Ａによる撮像によって得られる画像中には、ターゲット点光源５８に対応する点光源領域が存在している。三角測量用ＴＶカメラ９４Ａと撮像部５２との距離は既知であるので、ターゲット点光源５８のＺ軸方向距離は、三角測量の原理により、前記画像上での点光源領域のＺ方向に対応する方向に沿った位置（詳しくは重心位置）から一意に定まる。
【０１２２】
このため、例えば三角測量用ＴＶカメラ９４Ａによる撮像によって得られる画像から点光源領域を抽出し、抽出した点光源領域の重心位置を算出し、画像上でのＺ方向に対応する方向に沿った位置をターゲット点光源５８のＺ軸方向距離と対応させて記憶することを、ターゲット点光源５８のＺ軸方向距離を変化させながら繰り返すことで、ターゲット点光源５８のＺ軸方向距離と、画像中の点光源領域のＺ方向に対応する方向に沿った重心位置と、の関係を予め求めておくことで、三角測量用ＴＶカメラ９４Ａによる撮像によって得られる画像からターゲット点光源５８のＺ軸方向距離を求めることができる。これにより、所定の計測位置のＸＹＺ絶対座標系における座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を高精度に求めることができる。
【０１２３】
なお、上記構成において、図１２（Ｂ）に示すように三角測量用ＴＶカメラ９４Ａを複数設け、それぞれのカメラ９４Ａの撮像範囲がＺ軸方向に沿って互いに異なりかつ一部重複している範囲となるように撮像範囲を調整すれば、Ｚ軸方向距離の検出可能範囲に比して個々のカメラの撮像範囲を小さくすることができ、Ｚ軸方向距離の検出精度を向上させることができる。
【０１２４】
また、例として図１３に示すように、Ｚ軸距離検出部９４は磁気式のリニアスケール（接触式測距装置）９５を含んで構成することも可能である。リニアスケール９５は三角測量用ＴＶカメラ９４Ａと同様にプレート９０上に設置することができる。この場合、撮像部５２の撮像方向がターゲット点光源５８の方向に一致している状態でのＸ軸方向位置ｘ及びＹ軸方向位置ｙを求めた後に、求めたＸ軸方向位置ｘ及びＹ軸方向位置ｙに基づいてリニアスケール９５がターゲット点光源５８の鉛直下に位置するようにプレート９０を移動させ、続いてリニアスケール９５のアームがターゲット点光源５８に接触する迄アームを伸長させ、ターゲット点光源５８に接触したときのアームの伸長量からＺ軸方向距離を求めることができる。これにより、所定の計測位置のＸＹＺ絶対座標系における座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を高精度に求めることができる。
【０１２５】
また、例として図１４（Ａ）に示すように、Ｚ軸距離検出部９４は光レーダ装置９８を含んで構成することも可能である。この場合、プレート９０上には光レーダ装置９８の投受光器９８Ａのみを設置することが望ましい。また位置計測処理の実施に際しては、ハンド２８の先端部にターゲット点光源５８及び反射ミラー９６を取付ける。この態様におけるＺ軸方向距離の検出は、前述のようにＸ軸方向位置ｘ及びＹ軸方向位置ｙを求めた後に、求めたＸ軸方向位置ｘ及びＹ軸方向位置ｙに基づいて投受光器９８Ａがターゲット点光源５８の鉛直下に位置するようにプレート９０を移動させた状態で行う。
【０１２６】
図１４（Ｂ）に示すように、光レーダ装置９８は、発振器から出力される一定周波数の信号によって光源から射出された光の強度を変調し、強度変調した光を投受光器９８Ａから鉛直方向に沿って射出させると共に、電気信号に変換して参照光信号として位相差検出器に入射させる。投受光器９８Ａから射出された光はハンド２８の先端部に取付けられた反射ミラー９６で反射され、投受光器９８Ａに内蔵されている光検出器によって検出される。位相差検出器では参照光信号と光検出器から出力された反射光信号との位相差を検出し、検出した位相差に基づいて反射ミラー９６との距離、すなわちハンド２８の先端部のＺ軸方向距離を検出する。これにより、所定の計測位置のＸＹＺ絶対座標系における座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を高精度に求めることができる。
【０１２７】
なお、上記では本発明に係る第１検出手段として、撮像素子を含んで構成された撮像部５２を用いた例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば受光面を複数の領域（例えば図６（Ａ）において、２本の一点鎖線で区分されて成る４個の領域）に分割し、各領域に設けた各光センサによる検出光量を比較することで、点光源が存在している方向に対する指向方向の偏差を検出することも可能である。
【０１２８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記の実施形態は、特許請求の範囲に記載した事項の実施態様以外に、以下に記載した事項の実施態様を含んでいる。
【０１２９】
（１）ロボットハンドの移動可能空間の近傍に前記指向手段を着脱自在に支持するための支持部が複数設けられており、前記指向手段は、前記支持部に装着されることで前記移動可能空間内の近傍の一定の位置に設置されることを特徴とする請求項１記載のロボットハンド位置計測装置。
【０１３０】
（２）方位角及び仰角を変更可能で、ロボットハンドの移動可能空間の近傍に設けられた支持部に着脱自在かつ方位角を変更可能に支持され、方位角及び仰角の少なくとも一方を変更することで指向方向が変化する複数の指向手段と、前記各指向手段の指向方向とロボットハンドの基準部位に取付けられた光源の存在する方向との偏差を各々検出する第１検出手段と、各指向手段の方位角及び仰角を所定の３次元座標系を基準にして各々検出する第２検出手段と、各指向手段の指向方向が前記光源の存在する方向に略一致した状態で、前記第２検出手段によって検出された方位角及び仰角に基づいて、前記所定の３次元座標系における前記基準部位の座標を演算する演算手段と、を含むロボットハンド位置計測装置。
【０１３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、姿勢角、又は位置、又は姿勢角と位置に関する少なくとも２種類のパラメータの値を変更可能で、前記パラメータの値を変更することで指向方向が変化すると共に、ズームレンズを介して指向方向を撮像する撮像素子を備えた指向手段を設け、指向手段の指向方向がロボットハンドの基準部位の存在する方向に略一致した状態で、指向方向と基準部位の存在する方向との偏差として、指向手段の撮像素子による撮像によって得られる画像上での、ズームレンズの現在のズーム値に対応する撮像中心位置と、基準部位の像の重心位置との偏差を検出すると共に、前記２種類のパラメータの値を所定の３次元座標系を基準にして検出し、検出した偏差及び前記２種類のパラメータの値に基づいて、指向方向が基準部位の存在する方向に一致した状態での前記パラメータの値を演算し、該パラメータの値を用いて所定の３次元座標系における基準部位の座標を演算するので、ロボットハンドの位置計測精度の向上を実現できる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態に係るロボットハンド位置計測装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】 ロボットアーム、読取望遠鏡、座標設定用点光源を各々示す斜視図である。
【図３】 読取望遠鏡及びステージの詳細を示す斜視図である。
【図４】 座標設定処理の内容を示すフローチャートである。
【図５】 点光源捕捉制御処理の内容を示すフローチャートである。
【図６】 （Ａ）は方位角偏差が０のときの方位角値の補間演算に用いる一対の画像の一例を示すイメージ図、（Ｂ）は補間演算の一例を示す線図である。
【図７】 位置計測処理の内容を示すフローチャートである。
【図８】 撮像部のレンズをズームレンズで構成した場合の、（Ａ）はズーム値の変更に伴う画像中の点光源領域の重心位置の変化の一例を示すイメージ図、（Ｂ）は撮像中心演算処理の内容を示すフローチャートである。
【図９】 第２実施形態に係るロボットハンド位置計測装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】 （Ａ）はＸ軸ステージ、Ｙ軸ステージ、Ｘ軸撮像装置、Ｙ軸撮像装置を各々示す斜視図、（Ｂ）は撮像装置の斜視図である。
【図１１】 第３実施形態に係るロボットハンド位置計測装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】 （Ａ）及び（Ｂ）は三角測量用ＴＶカメラを含んでＺ軸距離検出部を構成した場合の、ＸＹステージ、撮像装置、三角測量用ＴＶカメラを各々示す斜視図である。
【図１３】 リニアスケールを含んでＺ軸距離検出部を構成した場合の、ＸＹステージ、撮像装置、リニアスケールを各々示す斜視図である。
【図１４】 （Ａ）は光レーダを含んでＺ軸距離検出部を構成した場合の、ＸＹステージ、撮像装置、光レーダを各々示す斜視図、（Ｂ）は光レーダによるＺ軸距離の検出の原理を説明するための概略ブロック図である。
【符号の説明】
１０ ロボットハンド位置計測装置
１２ 制御部
２０ ロボットハンド
４０ 第１の読取望遠鏡
４２ 第２の読取望遠鏡
５２ 撮像部
６４ Ｙ軸撮像装置
５８ ターゲット点光源
６０ ロボットハンド位置計測装置
６２ Ｘ軸撮像装置
６４ Ｙ軸撮像装置
８２ ロボットハンド位置計測装置
９２ 点光源検出装置
９４ Ｚ軸距離検出部
Claims (5)
- 姿勢角、又は位置、又は姿勢角と位置に関する少なくとも２種類のパラメータの値を変更可能で、前記パラメータの値を変更することで指向方向が変化すると共に、ズームレンズを介して前記指向方向を撮像する撮像素子を備えた指向手段と、
前記指向手段の前記撮像素子による撮像によって得られる画像上での前記ズームレンズの光学中心に対応する撮像中心位置を、前記ズームレンズのズーム値毎に記憶する記憶手段と、
前記指向方向がロボットハンドの基準部位の存在する方向に略一致した状態で、前記指向手段の指向方向と前記基準部位の存在する方向との偏差として、前記指向手段の前記撮像素子による撮像によって得られる画像上での、前記ズームレンズの現在のズーム値に対応する前記撮像中心位置と、前記基準部位の像の重心位置との偏差を検出する第１検出手段と、
指向手段の前記少なくとも２種類のパラメータの値を所定の３次元座標系を基準にして検出する第２検出手段と、
前記指向方向が前記基準部位の存在する方向に略一致した状態で、前記第１検出手段によって検出された前記偏差、及び前記第２検出手段によって検出された前記パラメータの値に基づいて、前記指向方向が前記基準部位の存在する方向に一致した状態での前記パラメータの値を演算し、演算したパラメータの値を用いて前記所定の３次元座標系における前記基準部位の座標を演算する演算手段と、
を含むロボットハンド位置計測装置。 - 前記指向手段は複数設けられ、各指向手段はロボットハンドの移動可能範囲近傍の互いに異なる一定の位置に各々設置され、前記姿勢角に関する２種類のパラメータとして方位角及び仰角を各々変更可能とされており、
前記演算手段は、各指向手段の指向方向が前記基準部位の存在する方向に略一致した状態での各指向手段の方位角及び仰角を用いて前記基準部位の座標を演算する
ことを特徴とする請求項１記載のロボットハンド位置計測装置。 - 前記指向手段は複数設けられ、各指向手段は、前記姿勢角と位置に関する２種類のパラメータとして仰角及び各々水平でかつ互いに交差する２方向のうちの互いに異なる単一の方向に沿った位置を各々変更可能とされており、
前記演算手段は、各指向手段の指向方向が前記基準部位の存在する方向に略一致した状態での各指向手段の仰角及び前記単一の方向に沿った位置を用いて前記基準部位の座標を演算する
ことを特徴とする請求項１記載のロボットハンド位置計測装置。 - 前記指向手段は、前記位置に関する２種類のパラメータとして、各々水平でかつ互いに交差する２方向に沿った位置を各々変更可能とされており、
鉛直方向に沿ったロボットハンドの基準部位の高さを検出する第３検出手段を更に備え、
前記演算手段は、前記指向手段の指向方向が前記基準部位の存在する方向に略一致した状態での指向手段の前記２方向に沿った位置と、前記第３検出手段によって検出されたロボットハンドの基準部位の高さと、を用いて前記基準部位の座標を演算する
ことを特徴とする請求項１記載のロボットハンド位置計測装置。 - 前記指向手段の指向方向を変化させる駆動手段と、
前記ズームレンズのズーム値が前記撮像中心位置が既知の第１のズーム値となっている状態で、前記指向手段の前記撮像素子による撮像によって得られる画像上での前記基準部位の像の重心位置が前記第１のズーム値に対応する前記撮像中心位置に一致するように、前記駆動手段によって前記指向手段の指向方向を制御した後に、前記ズームレンズのズーム値を前記撮像中心位置が未知の第２のズーム値へ変化させ、前記指向手段の前記撮像素子による撮像によって得られる画像上での、前記第１のズーム値に対応する前記撮像中心位置と、前記基準部位の像の重心位置とのずれ量を検出し、前記第１のズーム値に対応する前記撮像中心位置に対して前記検出したずれ量だけずれた位置を、前記第２のズーム値に対応する撮像中心位置として前記記憶手段に記憶させる撮像中心位置取得手段と、
を更に備えたことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項記載のロボットハンド位置計測装置。
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