JPH04204010A - 光応用距離センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、産業用ロボット等に塔載するに好適な、光
を用いた小型軽量の距離センサに関する。

〔従来の技術］ 近年、アール、エイ、ジャービス　アンド　ジェイ、シ
ー、ビルジ　゛′ファンオートメ−ティラド　カイデイ
ラド　ビークル　ウィズマツプ　ビルディング　アンド
　パス　ファインディングケイパビリティーズ′″ プリプリンツ　オブ　シ　フォース　インターナショナ
ル　シンポジウム　オブ　ロホティックス　リサーチ　
ページ、１５５−１６２　１９８７（ＲｏＡ、Ｊａｒｖ
ｉｓ　ａｎｄ　Ｊ、　Ｃ，Ｂｙｒｎｅ　”Ａｎ　Ａｕｔ
ｏｍａｔｅｄＧｕｉｄｅｄ　　Ｖｅｈｉｃｌｅ　　ｗｉ
ｔｈ　　Ｍａｐ　　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　　ａｎｄ　　Ｐ
ａｔｈ　　Ｆｉ−ｄｉｎｇ　Ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ
”Ｐｒｅｐｒｉｎｔｓ　　ｏｆ　　Ｔｈｅ　　４ｔｈ　
　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｎａｌ　　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍｏ
ｆ　Ｒｏｂｏｔｉｃｓ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　ｐｐ、１５
５−１６２１９８７以降、公知例１と呼ぶ。）にあるよ
うなスリットを用いてリングパターンを投光する発光器
とこの発光器がら呂るリングパターンの光を反射して平
面光にするための円錐形ミラーからなる３６００の投光
角を持つ平面光投光器と同じく円錐形ミラーを利用し、
３６０６の視野を持つ受光装置による障害物センサの実
験が行われている。この方式では、受光用円錐形ミラー
は発光装置ＣＣＤカメラの間に置かれ、その視野は受光
用ＣＣＤカメラらみ見て受光用円錐形ミラーの側からの
反射光を得るのに適した配置と成っている。この方式を
利用した場合、受光装置で得られる画像上での反射光位
置は、測距対象物までの距離が遠いほど画像上で中心に
近く、距離が近いほど、画像中心から離けた所に得られ
る。対象物までの距離は、画像上での反射光位置から計
算されるが、反射光位置は画素単位で得られる。公知例
１の方式では測距対象物までの距離を一定とし、全周に
わたって移動させたとすると反射光位置は、円を描く。

測距対象物までの距離が遠い場合はど円は小さく、その
位置を示す画素の数は少ないことになる。測距対象物の
位置計算は、画素を単位として行うための画素数が少な
いということは、特定できる位置が少ないということに
なる。ところが、実際の世界では、センサを中心に円を
書いた場合、−距離が遠いほど円周は大きく、測距対象
物の取りつる位置は多い。

従って、公知例１の方式では、遠距離になるほど極端に
精度が下がる。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のミラーを利用した平面光投光器と凸状鏡を利用し
た広視野型受光装置を用いて広い視野を持つアクティブ
ステレオ型のロボット用光応用センサでは、遠距離にな
るほど極端に精度が下がるという問題があった。本発明
の目的は、遠距離でも高精度の測定ができる光応用距離
センサを提供することにある。

［課題を解決するための手段１ 上記目的は、発光器と前記発光器から発光される光を平
面光として投光させるミラーとからなる発光装置と、二
次元画像が得られる受光器と前記受光器に前記発光器か
ら投光された光が対象物上で反射した光を導く凸状鏡と
からなる受光装置を備える光応用距離センサにおいて、
前記凸状鏡と前記ミラーとの間に前記受光器を設けるこ
とによって達成される。

また、さらに、精度を向上させることは、受光装置の凸
状鏡の形状を、受光器への測距対象物からの反射光の入
射角と、測距対象物までの距離が比例するような形状、
または、前記受光器から見て測距対象物からの反射光を
反射している凸状鏡上の点から凸状鏡の頂点までの水平
距離と、測距対象物までの距離か比例するような形状と
する二とによって実現される。

［作用］ 発光器と前記発光器から発光される光を平面光として投
光させるミラーとからなる発光装置と、二次元画像が得
られる受光器と前記受光器に前記発光器から投光された
光が対象物上で反射した光を導く凸状鏡とからなる受光
装置を備える光応用距離センサにおいて、前記凸状鏡と
前記ミラーとの間に前記受光器を設けることにより、前
記した対象物上での反射光は、前記二次元受光から見て
前記ミラーのある方向から入る。測距対象物までの距離
を一定とし、これをセンサを中心に全周に渡って移動さ
せた場合、前記平面光の測距対象物上で反射光は受光装
置によって得られる画像データ上で円を描く。公知例−
の場合とは逆に、実世界において、取りつる位置が多い
、つまり、距離が遠いほど、画像データ上において取り
つる画素数が多いことになり、遠距離における極端な精
度の低下を避けることができる。

さらに、受光装置の凸状態の形状を受光器への測距対象
物からの反射光の入射角と、測距対象物までの距離が比
例するような形状、または、凸状鏡の頂点から前記受光
器から見て測距対象物からの反射光を反射している凸状
鏡上の点から凸状鏡の頂点までの水平距離と、測距対象
物までの距離が比例するような形状とすることにより、
画像平面上−画素当たりの実際の測距距離の変化を均−
化又は近似的な均一化でき、遠距離における測距精度を
向上できる。

［実施例］ 第１図は本発明による光応用距離センサの説明図、第２
図は発光装置の説明図、第３図は受光装置の説明図、第
４図は距離計算原理説明図、第５図は各方式による測距
精度の説明図、第６図は凸状鏡上の点から凸状鏡の頂点
までの水平距離と、測距対象物までの距離が比例するよ
うな凸状鐘形状の説明図、第７図はそれを近似的に実現
するための球面形状と円錐台形状の組み合わせによる凸
状鏡の説明図、−第８図は本光応用距離センサを無人搬
送車に適用した場合の説明図、第９図に無人搬送車上の
センサ視野の説明図、第１０図にマニピュレータ型産業
用ロボットへの適用例の説明図を示す。以下、図に従っ
て説明する。

第１図において、センサヘッドは、発光器１と平面光投
光要ミラー２からなる発光装置、二次元受光器３と受光
用凸状鏡４から受光装置及びこれらを支え、保護するた
めの無色透明円筒５により構成される。発光装置から投
光された平面光は測距対象物１ｏに当たり、その反射光
８が受光装置に入るという構成になっている。

第２図は発光装置の構成例である。発光器１から投光さ
れた平行ビームは９０°の頂角をもつ円錐形ミラーであ
る平面光投光ミラー２によって反射され、３６００の方
向に平面光を出力する。

第３図において、平面光の測距対象物上での反射光８は
、受光用凸状鏡４によって反射され、ＣＣＤカメラであ
る二次元受光器３に導かれる。

第４図は、本方式による測距原理を表わす図である。セ
ンサから測距対象物までの距離りは、Ｘ１３とＳ１４の
和として表わされＬ＝Ｘ＋Ｓである。Ｓ１４はＳ＝＝　
（Ｄ＋Ｙ）ｔａｎαである。

ここで、Ｄｌｌおよび凸状鏡４の形状が分がっていると
すると、θ１６は画像平面上における反射光位置からも
とめることができるので、Ｘ１３とＹ１２は求めること
ができ、α１５も求めることができる。これにより、測
距対象物までの距離を計算することができる。

第５図は、請求項４を満たす受光用凸状鏡の表面形状曲
線の一例である。図中原点が凸状鏡の頂点であり、実際
の鏡面はこれをＹ軸を中心とした回転体とした形状とな
る。これを用いることにより、凸状鏡の頂点から受光器
から見て測距対象物からの反射光を反射している凸状鏡
上の点から凸状鏡の頂点までの水平距離と、測距対象物
までの距離が比例することになり、画像平面上−画素当
たりの実際の測距距離の変化を均一化、又は、近似的に
均一化でき、遠距離における測距精度を向上できる。　
第６図は、各方式による誤差と測距距離の関係の特性を
表わしたものである。この図から分かるように、公知例
−の方式では近距離における精度は高いものの距離が遠
くなるに誤差が大きくなっていくことが分かる。これに
対し、本発明による凸状鐘形状を用いた場合、遠距離に
なっても誤差が大きくならないことが分かる。

第７図は、請求項４または、５を満たす凸状鏡の表面形
状曲線を近似するための球面形状１８と円錐形状１９の
組み合わせによる凸状鐘形状の例である。第５図に示し
たような凸状鐘形状を実際に作るのは難しく、費用がか
かる。そこで、前述の形状を球面形状１８と円錐台形状
１９の組み合わせによる形状で近似し、遠距離における
測距精度を向上するものである。

第８図は、本発明による光応用距離センサ２０を無人搬
送車２２に適用した例である。これにより、第９図に示
すように無人搬送車２２周囲の測距対象物２３を検品す
ることができる。本方式による光応用距離センサでは、
遠距離でも測距精度が比較的高いので、このデータをも
とに無人搬送車２２は障害物回避、パスプランニングな
どを行うことができる。

第１０図は、光応用距離センサ２０を障害物センサとし
てマニピュレータ型産業用ロボット２６に塔載した例で
ある。アームの両脇にセンサ２゜を付けることにより３
６０度の視野を確保し、アームの旅回範囲内の障害物を
感知することができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、全周の視野を持つ光応用距離センサの
遠距離における測距精度を上げることが可能となる。本
方式は、測距精度の向上を受光用凸状ミラーの形状と受
光装置と発光装置の配置の仕方によって行うため、処理
装置への負担も少なく、比較的安価に実現できる。また
、この構成によれば、発光装置、受光装置とも視野角、
投光角の割に小型化でき、ロボットに塔載するという条
件で優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の光応用距離センサの説明図
、第２偏は発光装置の説明図、第３図は受光装置の説明
図、第４図は距離計算原理の説明図、第５図は各方式に
よる測距精度の説明図、第６図は凸状鏡上の点から凸状
鏡の頂点までの水平距離と、測距対象物までの距離が比
例するような凸状鐘形状の説明図、第７図はそれを近似
的に実現するための球面形状と円錐台形状の組み合わせ
による凸状鏡の説明図、第８図は本光応用距離センサを
無人搬送車に適用した場合の斜視図、第９図は無人搬送
車上のセンサ視野の説明図、第１０図にマニピュレータ
型産業用ロボットへの適用例の説明図を示す。 ｌ・・・発光器、２・・・平面光投光ミラー、３・・・
二次元受光器、４・・・受光用凸状鏡、５・・・無色透
明円筒、６・・・処理装置、７・・・平面光、８・・・
反射光、９・・・測距対象物上で反射光の当たっている
部分、１０・・案１の １０：ｉＩＪ誌幻幕物 第Ｚの 第３０ 第仔の 蔓５の 第６０ ｚ更’ＪＪｌ−ｒＥＬ２遥ｔ→ 早７の 第δ固 υ：先た出圧雑ＬＪ Ｚｌ：賊ｔｓへＳ荷物 ｎ、無、人移αＬ埠 第９０ 遍：’、ｐ’ｒａ対策物 ｚ４　　須’Ｊａ可能範団しホ１円

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発光器と前記発光器から発光させる光を平面光とし
   て投光させるミラーとからなる発光装置と、二次元画像
   が得られる受光器と前記受光器に前記発光器から投光さ
   れた光が対象物上で反射した光を導く凸状鏡とからなる
   受光装置を備えた光応用距離センサにおいて、 前記凸状鏡と前記ミラーとの間に前記受光器を設けたこ
   とを特徴とする光応用距離センサ。