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JP7549221B2 - Recognition System - Google Patents
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JP7549221B2 - Recognition System - Google Patents

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JP7549221B2 JP2021030062A JP2021030062A JP7549221B2 JP 7549221 B2 JP7549221 B2 JP 7549221B2 JP 2021030062 A JP2021030062 A JP 2021030062A JP 2021030062 A JP2021030062 A JP 2021030062A JP 7549221 B2 JP7549221 B2 JP 7549221B2
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Description

この明細書における開示は、認識システムに関する。 The disclosure in this specification relates to a recognition system.

特許文献1は、二次元画像と距離画像とを利用して高速に位置姿勢を計測できる位置姿勢計測装置を開示している。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。 Patent document 1 discloses a position and orientation measurement device that can measure position and orientation at high speed using two-dimensional images and range images. The contents of the prior art documents are incorporated by reference as explanations of the technical elements in this specification.

特開2015-132523号公報JP 2015-132523 A

先行技術文献の構成では、距離計測用の画像を撮影している最中に、二次元画像に対する処理を並行して行うことで全体的な処理を高速化している。二次元画像に対する処理としては、二次元画像からエッジを検出して、位置姿勢の概略値を得る処理が開示されている。このように、位置姿勢認識においては、認識を高速に完了させることが求められる。しかしながら、位置姿勢認識を高速化する手法は1つではなく、必要な精度や演算処理能力等に応じて様々な手法を採用可能である。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、認識システムにはさらなる改良が求められている。 In the configuration of the prior art document, while capturing an image for distance measurement, processing of a two-dimensional image is performed in parallel, thereby speeding up overall processing. As processing of a two-dimensional image, processing is disclosed in which edges are detected from a two-dimensional image to obtain approximate values of position and orientation. In this way, in position and orientation recognition, it is required to complete the recognition quickly. However, there is not just one method for speeding up position and orientation recognition, and various methods can be adopted depending on the required accuracy, computational processing power, etc. In the above-mentioned respects, or in other respects not mentioned, further improvements are required in recognition systems.

開示される1つの目的は、高速に位置姿勢を認識可能な認識システムを提供することにある。 One disclosed objective is to provide a recognition system capable of quickly recognizing position and orientation.

ここに開示された認識システムは、計測対象物(41)の位置姿勢を認識するための位置姿勢認識を行う認識システムであって、
計測対象物の表面画像を撮像し、表面画像の画素と対応する位置の三次元座標を計測対象物の三次元点群として算出する計測ユニット(20、220)と、
表面画像に基づいて計測対象物におけるエッジ部分の位置を示す情報である二次元エッジ情報を抽出する二次元抽出部(73)と、
三次元点群におけるエッジ部分の位置を示す情報である三次元エッジ情報を抽出する三次元抽出部(74)と、
三次元エッジ情報に基づいて計測対象物の位置姿勢を認識する認識実行部(79)とを備え、
三次元抽出部は、二次元エッジ情報に基づいて三次元点群の中から三次元エッジ情報を抽出し、
計測ユニットは、表面画像の画素ごとに計測対象物と計測ユニットとの距離を示す距離情報を取得し、
二次元抽出部は、距離情報からエッジ部分であるか否かを判断して二次元エッジ情報を抽出する。
また、開示された認識システムは、計測対象物(41)の位置姿勢を認識するための位置姿勢認識を行う認識システムであって、
計測対象物の表面画像を撮像し、表面画像の画素と対応する位置の三次元座標を計測対象物の三次元点群として算出する計測ユニット(20、220)と、
表面画像に基づいて計測対象物におけるエッジ部分の位置を示す情報である二次元エッジ情報を抽出する二次元抽出部(73)と、
三次元点群におけるエッジ部分の位置を示す情報である三次元エッジ情報を抽出する三次元抽出部(74)と、
三次元エッジ情報に基づいて計測対象物の位置姿勢を認識する認識実行部(79)とを備え、
三次元抽出部は、二次元エッジ情報に基づいて三次元点群の中から三次元エッジ情報を抽出し、
計測ユニットは、表面画像の画素ごとに、輝度を示す輝度情報と、計測対象物と計測ユニットとの距離を示す距離情報とを取得し、
二次元抽出部は、輝度情報と距離情報との両方の情報からエッジ部分であるか否かを判断して二次元エッジ情報を抽出する。
The recognition system disclosed herein is a recognition system that performs position and orientation recognition for recognizing a position and orientation of a measurement object (41),
a measurement unit (20, 220) that captures a surface image of a measurement object and calculates three-dimensional coordinates of positions corresponding to pixels of the surface image as a three-dimensional point cloud of the measurement object;
a two-dimensional extraction unit (73) that extracts two-dimensional edge information that is information indicating the position of an edge portion in the measurement object based on the surface image;
a three-dimensional extraction unit (74) that extracts three-dimensional edge information that is information indicating the positions of edge portions in a three-dimensional point cloud;
A recognition execution unit (79) for recognizing a position and orientation of a measurement object based on three-dimensional edge information,
The three-dimensional extraction unit extracts three-dimensional edge information from the three-dimensional point cloud based on the two-dimensional edge information;
The measurement unit acquires distance information indicating a distance between the measurement target and the measurement unit for each pixel of the surface image;
The two-dimensional extraction unit determines whether or not an area is an edge portion from the distance information, and extracts two-dimensional edge information .
The disclosed recognition system is a recognition system that performs position and orientation recognition for recognizing a position and orientation of a measurement object (41),
a measurement unit (20, 220) that captures a surface image of a measurement object and calculates three-dimensional coordinates of positions corresponding to pixels of the surface image as a three-dimensional point cloud of the measurement object;
a two-dimensional extraction unit (73) that extracts two-dimensional edge information that is information indicating the position of an edge portion in the measurement object based on the surface image;
a three-dimensional extraction unit (74) that extracts three-dimensional edge information that is information indicating the positions of edge portions in a three-dimensional point cloud;
A recognition execution unit (79) for recognizing a position and orientation of a measurement object based on three-dimensional edge information,
The three-dimensional extraction unit extracts three-dimensional edge information from the three-dimensional point cloud based on the two-dimensional edge information;
The measurement unit acquires, for each pixel of the surface image, luminance information indicating luminance and distance information indicating a distance between the measurement object and the measurement unit;
The two-dimensional extraction unit determines whether or not an area is an edge portion from both the luminance information and the distance information, and extracts two-dimensional edge information.

開示された認識システムによると、二次元エッジ情報に基づいて三次元点群の中から三次元エッジ情報を抽出する三次元抽出部を備えている。このため、二次元エッジ情報を用いて三次元エッジ情報を抽出することで、二次元エッジ情報を用いることなく三次元エッジ情報を抽出する場合に比べて、高速に三次元エッジ情報を抽出可能である。したがって、位置姿勢認識の制御における三次元エッジ情報の抽出を高速に完了することができる。よって、高速に位置姿勢を認識可能な認識システムを提供できる。 The disclosed recognition system includes a three-dimensional extraction unit that extracts three-dimensional edge information from a three-dimensional point cloud based on two-dimensional edge information. Therefore, by extracting three-dimensional edge information using two-dimensional edge information, it is possible to extract three-dimensional edge information at higher speeds than when three-dimensional edge information is extracted without using two-dimensional edge information. Therefore, extraction of three-dimensional edge information in position and orientation recognition control can be completed at high speeds. Therefore, a recognition system capable of recognizing position and orientation at high speeds can be provided.

また、二次元抽出部は、輝度情報からエッジ部分であるか否かを判断して二次元エッジ情報を抽出する構成としてもよい。この場合、二次元計測において表面画像の画素ごとに距離を算出して、距離の差からエッジ部分であるか否かを判断する必要がない。したがって、高速に二次元エッジ情報を抽出しやすい。 The two-dimensional extraction unit may also be configured to determine whether or not an edge portion is present from the luminance information and extract two-dimensional edge information. In this case, it is not necessary to calculate the distance for each pixel of the surface image in two-dimensional measurement and determine whether or not an edge portion is present from the difference in distance. This makes it easier to extract two-dimensional edge information at high speed.

また、二次元抽出部は、距離情報からエッジ部分であるか否かを判断して二次元エッジ情報を抽出する構成としてもよい。この場合、輝度情報以外の情報からエッジ部分であるか否かを判断できる。また、エッジ部分か否かの判断に用いるエッジ距離差を調整することで、二次元エッジ情報のデータ量を調整しやすい。 The two-dimensional extraction unit may also be configured to determine whether or not an area is an edge part from distance information and extract two-dimensional edge information. In this case, it is possible to determine whether or not an area is an edge part from information other than luminance information. In addition, by adjusting the edge distance difference used to determine whether or not an area is an edge part, it is easy to adjust the amount of data in the two-dimensional edge information.

また、二次元抽出部は、輝度情報と距離情報との両方の情報からエッジ部分であるか否かを判断して二次元エッジ情報を抽出する構成としてもよい。この場合、輝度情報と距離情報とのどちらか一方の情報に基づいてエッジ部分であるか否かを判断する場合に比べて、エッジ部分であるか否かの判断精度を調整しやすい。このため、位置姿勢認識の精度と位置姿勢認識に要する時間とのバランスを調整しやすい。 The two-dimensional extraction unit may also be configured to extract two-dimensional edge information by determining whether or not an area is an edge part from both the luminance information and the distance information. In this case, it is easier to adjust the accuracy of the determination of whether or not an area is an edge part, compared to when the determination is based on either the luminance information or the distance information alone. This makes it easier to adjust the balance between the accuracy of position and orientation recognition and the time required for position and orientation recognition.

ここに開示された認識システムは、計測対象物(41)の位置姿勢を認識するための位置姿勢認識を行う認識システムであって、
計測対象物の表面画像を撮像し、表面画像の画素と対応する位置の三次元点群を算出可能な計測ユニット(20、220)と、
認識システムを制御する制御部(70)と、を備え、
制御部は、
計測ユニットによる形状計測を実行し、
表面画像に基づいて計測対象物におけるエッジ部分の位置を示す情報である二次元エッジ情報を抽出し、
エッジ部分の三次元点群である三次元エッジ情報を算出し、
三次元エッジ情報に基づいて計測対象物の位置姿勢を認識し、
制御部は、二次元エッジ情報を抽出するための形状計測である二次元計測を実行した後、三次元エッジ情報を算出するための形状計測である三次元計測を実行し、三次元計測における計測対象物の内、二次元エッジ情報に基づいてエッジ部分であると判断した画素に対応する画素の三次元点群を算出し、エッジ部分ではないと判断した画素に対応する画素の三次元点群を算出しない。
The recognition system disclosed herein is a recognition system that performs position and orientation recognition for recognizing a position and orientation of a measurement object (41),
A measurement unit (20, 220) capable of capturing a surface image of a measurement object and calculating a three-dimensional point cloud at positions corresponding to pixels of the surface image;
A control unit (70) for controlling the recognition system,
The control unit
Perform shape measurement using the measurement unit ,
extracting two-dimensional edge information that is information indicating the position of an edge portion of the measurement object based on the surface image;
Calculate three-dimensional edge information, which is a three-dimensional point cloud of the edge portion ,
Recognize the position and orientation of the measurement target based on the 3D edge information ,
The control unit performs two-dimensional measurement, which is shape measurement for extracting two-dimensional edge information, and then performs three-dimensional measurement, which is shape measurement for calculating three-dimensional edge information, and calculates a three-dimensional point cloud of pixels corresponding to pixels of the measurement object in the three-dimensional measurement that are determined to be an edge part based on the two-dimensional edge information, and does not calculate a three-dimensional point cloud of pixels corresponding to pixels that are determined not to be an edge part.

開示された認識システムによると、計測対象物の内、二次元エッジ情報に基づいてエッジ部分であると判断した部分の三次元点群を算出し、エッジ部分ではないと判断した部分の三次元点群を算出しない三次元算出部を備えている。このため、計測対象物の平面部分を含む全体の三次元点群を算出してから三次元エッジ情報を抽出する場合に比べて、高速に三次元エッジ情報を算出しやすい。したがって、高速に位置姿勢を認識可能な認識システムを提供できる。 The disclosed recognition system includes a three-dimensional calculation unit that calculates a three-dimensional point cloud for a portion of the measurement object that is determined to be an edge portion based on two-dimensional edge information, and does not calculate a three-dimensional point cloud for a portion that is determined not to be an edge portion. This makes it easier to calculate three-dimensional edge information quickly compared to a case where a three-dimensional point cloud for the entire measurement object, including planar portions, is calculated and then three-dimensional edge information is extracted. Therefore, a recognition system capable of quickly recognizing position and orientation can be provided.

また、計測ユニットは、カラーパターン光に基づいて三次元点群を算出する構成としてもよい。この場合、パターン光の位相を変えて投光と受光を複数回繰り返す必要がない。したがって、位置姿勢認識の制御における形状計測を高速に完了することができる。 The measurement unit may also be configured to calculate a three-dimensional point cloud based on a color light pattern. In this case, there is no need to change the phase of the light pattern and repeat light projection and reception multiple times. Therefore, shape measurement in position and orientation recognition control can be completed quickly.

また、計測ユニットは、ロボットに設けられている構成としてもよい。この場合、形状計測における計測ユニットの位置をロボットの動きを制御することで調整することができる。したがって、計測ユニットの位置を調整する目的で専用の装置を設ける必要がない。 The measurement unit may also be provided on the robot. In this case, the position of the measurement unit during shape measurement can be adjusted by controlling the movement of the robot. Therefore, there is no need to provide a dedicated device for adjusting the position of the measurement unit.

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。 The various aspects disclosed in this specification employ different technical means to achieve their respective objectives. The claims and the reference symbols in parentheses in this section are illustrative of the corresponding relationships with the embodiments described below, and are not intended to limit the technical scope. The objectives, features, and advantages disclosed in this specification will become clearer with reference to the detailed description that follows and the accompanying drawings.

認識システムの概略構成を示す構成図である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a recognition system. 認識システムの制御に関するブロック図である。FIG. 2 is a block diagram relating to control of the recognition system. 認識システムの制御に関するフローチャートである。11 is a flowchart relating to control of the recognition system. 第2実施形態における認識システムの概略構成を示す構成図である。FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of a recognition system according to a second embodiment. 第2実施形態における認識システムの制御に関するフローチャートである。10 is a flowchart relating to control of a recognition system in a second embodiment. 第3実施形態における認識システムの制御に関するブロック図である。FIG. 13 is a block diagram relating to control of the recognition system in the third embodiment. 第3実施形態における認識システムの制御に関するフローチャートである。13 is a flowchart relating to control of a recognition system in a third embodiment.

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび/または構造的に対応する部分および/または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および/または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。 Several embodiments will be described with reference to the drawings. In several embodiments, functionally and/or structurally corresponding and/or associated parts may be given the same reference numerals or reference numerals that differ in the hundredth or higher digit. For corresponding and/or associated parts, the descriptions of other embodiments may be referred to.

第1実施形態
図1において、認識システム1は、既知の形状である計測対象物41の位置姿勢を認識するためのシステムである。計測対象物41の位置姿勢とは、計測対象物41の位置および計測対象物41の姿勢を意味する。ただし、必ずしも位置と姿勢の両方を認識する必要はなく、位置と姿勢のどちらか一方を認識する構成としてもよい。
1, a recognition system 1 is a system for recognizing the position and orientation of a measurement object 41, which has a known shape. The position and orientation of the measurement object 41 means the position and orientation of the measurement object 41. However, it is not always necessary to recognize both the position and orientation, and a configuration in which either the position or the orientation is recognized may be used.

認識システム1は、計測ユニット20を用いて撮像した計測対象物41の三次元座標を複数の計測点について算出する形状計測を行う。さらに、認識システム1は、計測対象物41のモデル形状を示すデータであるモデルデータを保持している。これにより、認識システム1は、形状計測で得られた三次元座標とモデルデータとをマッチングして計測対象物41の位置姿勢認識を行う。認識システム1は、種類の異なる複数のモデルデータを用いてマッチングを実行してもよい。これによると、計測対象物41がどのモデルデータにマッチングするかを特定することで、計測対象物41がどの部品であるかを判別する判別作業を実行可能である。計測ユニット20の詳細については、後に説明する。 The recognition system 1 performs shape measurement to calculate the three-dimensional coordinates of a measurement object 41 captured using the measurement unit 20 for multiple measurement points. Furthermore, the recognition system 1 holds model data that is data indicating the model shape of the measurement object 41. As a result, the recognition system 1 matches the three-dimensional coordinates obtained by the shape measurement with the model data to recognize the position and orientation of the measurement object 41. The recognition system 1 may perform matching using multiple different types of model data. This makes it possible to perform a discrimination task of determining which part the measurement object 41 is by identifying which model data the measurement object 41 matches. Details of the measurement unit 20 will be described later.

認識システム1は、ロボット10を用いた様々な作業に利用可能である。ロボット10を用いた作業の例としては、部品を特定の箇所に組み付ける組み付け作業、部品をピッキングするピッキング作業、部品に傷や欠けがないかを検査する外観検査、部品を把持する把持作業等が挙げられる。ただし、ロボット10を用いることのない作業に認識システム1を用いてもよい。 The recognition system 1 can be used for various tasks using a robot 10. Examples of tasks using a robot 10 include an assembly task in which a part is assembled in a specific location, a picking task in which a part is picked, a visual inspection in which a part is inspected for scratches or chips, and a gripping task in which a part is gripped. However, the recognition system 1 may also be used for tasks that do not use a robot 10.

ロボット10は、ベース11とロボットアーム15とロボットハンド16とを備えている。ロボット10は、垂直多関節型ロボットである。ただし、ロボット10として水平多関節型ロボット等を採用してもよい。ベース11は、ロボット10が設置されている設置面にボルト等を用いて固定されている。 The robot 10 comprises a base 11, a robot arm 15, and a robot hand 16. The robot 10 is a vertical articulated robot. However, a horizontal articulated robot or the like may also be used as the robot 10. The base 11 is fixed to the installation surface on which the robot 10 is installed using bolts or the like.

ロボットアーム15は、複数の軸部品13を関節部品12によって連結して構成されている。関節部品12には、モータが含まれており、モータを制御することで関節部品12の角度を自在に制御することができる。複数の軸部品13は、関節部品12を介して互いに相対回転可能に連結されている。ロボットアーム15は、ベース11に連結されている。 The robot arm 15 is configured by connecting multiple shaft parts 13 via joint parts 12. The joint parts 12 include a motor, and the angle of the joint part 12 can be freely controlled by controlling the motor. The multiple shaft parts 13 are connected to each other via the joint parts 12 so that they can rotate relative to each other. The robot arm 15 is connected to the base 11.

ロボットハンド16は、ロボットアーム15の先端部に取り付けられている。ロボットハンド16には、モータが含まれている。ロボットハンド16は、モータを制御することでロボットアーム15が備えている軸部品13の軸周りに相対回転可能に構成されている。 The robot hand 16 is attached to the tip of the robot arm 15. The robot hand 16 includes a motor. The robot hand 16 is configured to be able to rotate relatively around the axis of the shaft part 13 provided on the robot arm 15 by controlling the motor.

ロボットハンド16は、爪部を備えている。この爪部は、ロボットハンド16の回転軸を回転中心として回転する。ロボットハンド16は、爪部同士の間隔を拡大および縮小する開閉動作を行うことで、作業台31に載置された計測対象物41を把持可能に構成されている。また、ロボット10は、ロボットハンド16が計測対象物41を把持した状態でロボットアーム15やロボットハンド16を動かすことができる。これにより、計測対象物41の位置や姿勢を変えることができる。ただし、計測対象物41を把持するためには、計測対象物41の位置姿勢を正確に認識する必要がある。 The robot hand 16 has a claw portion. This claw portion rotates around the rotation axis of the robot hand 16. The robot hand 16 is configured to be able to grasp a measurement object 41 placed on the work table 31 by performing an opening and closing operation to expand and contract the distance between the claw portions. Furthermore, the robot 10 can move the robot arm 15 and the robot hand 16 with the robot hand 16 grasping the measurement object 41. This makes it possible to change the position and orientation of the measurement object 41. However, in order to grasp the measurement object 41, it is necessary to accurately recognize the position and orientation of the measurement object 41.

計測対象物41は、作業台31に載置されている。作業台31は、四角形状の板部材である。ただし、作業台31の種類や形状は、上述の例に限られない。作業台31として箱型形状の部品箱を採用してもよい。また、作業台31としてベルトコンベア等の可動する装置を採用してもよい。作業台31に載置された計測対象物41の数は、1つに限られない。例えば、複数の計測対象物41が互いに重なった状態で作業台31に載置されていてもよい。計測対象物41は、作業台31の略中央に設定されている標準位置に位置している。標準位置とは、計測対象物41の載置される標準的な位置のことである。標準位置は、認識システム1において事前に設定されている。 The measurement object 41 is placed on the work table 31. The work table 31 is a rectangular plate member. However, the type and shape of the work table 31 are not limited to the above example. A box-shaped parts box may be used as the work table 31. A movable device such as a belt conveyor may also be used as the work table 31. The number of measurement objects 41 placed on the work table 31 is not limited to one. For example, multiple measurement objects 41 may be placed on the work table 31 in a state where they overlap each other. The measurement object 41 is located at a standard position set approximately in the center of the work table 31. The standard position is a standard position where the measurement object 41 is placed. The standard position is set in advance in the recognition system 1.

計測対象物41は、任意の形状の物体を採用可能であるが、一例として、直径の異なる2つの円盤を同軸上に隣り合って並べた形状の物体を採用している。計測対象物41は、直径の小さな円盤部分が上側に位置するように作業台31に載置されている。 The measurement object 41 can be an object of any shape, but as an example, an object in the shape of two disks of different diameters arranged side by side on the same axis is used. The measurement object 41 is placed on the work table 31 so that the disk part with the smaller diameter is located on the upper side.

計測ユニット20は、計測対象物41の形状を計測するための装置である。計測ユニット20としては、計測対象物41の表面画像を撮像する機能と、計測対象物41の三次元点群を算出する機能とを備えている。三次元点群とは、計測対象物41の計測点における三次元座標を複数の計測点について算出したデータのことである。言い換えると、計測点は計測対象物41の座標を表現する各点である。三次元座標は、X座標とY座標とZ座標とを座標成分として有している。 The measurement unit 20 is a device for measuring the shape of the measurement object 41. The measurement unit 20 has a function for capturing a surface image of the measurement object 41 and a function for calculating a three-dimensional point cloud of the measurement object 41. A three-dimensional point cloud is data obtained by calculating the three-dimensional coordinates at multiple measurement points of the measurement object 41. In other words, the measurement points are each point that expresses the coordinates of the measurement object 41. The three-dimensional coordinates have X, Y, and Z coordinates as coordinate components.

計測ユニット20による形状計測は、表面画像を得るための二次元計測と、三次元座標を得るための三次元計測とが含まれる。二次元計測と三次元計測とは、互いに並行して同時に実行可能である。計測ユニット20としては、例えば三角測量の原理を用いて距離を算出する距離画像センサを採用可能である。 Shape measurement by the measurement unit 20 includes two-dimensional measurement to obtain a surface image and three-dimensional measurement to obtain three-dimensional coordinates. The two-dimensional measurement and the three-dimensional measurement can be performed simultaneously in parallel with each other. The measurement unit 20 can be, for example, a distance image sensor that calculates distance using the principle of triangulation.

計測ユニット20は、二次元計測において、計測対象物41の上面における表面画像を撮像する。計測対象物41の表面で反射する反射光の量は、計測対象物41の形状によって変化する。このため、計測対象物41の形状に応じて、表面画像における輝度が画素ごとに変化する。より詳細には、計測対象物41のエッジ部分では、表面画像において輝度が周囲の輝度に比べて大きく変化する。また、計測対象物41の平面部分では、表面画像において輝度が周囲の輝度と比べてほとんど変化しない。エッジ部分の一例は、計測対象物41の外縁部分である。エッジ部分の一例は、リブや開口等の段差部分である。 In two-dimensional measurement, the measurement unit 20 captures a surface image of the top surface of the measurement object 41. The amount of light reflected from the surface of the measurement object 41 varies depending on the shape of the measurement object 41. For this reason, the brightness in the surface image varies for each pixel depending on the shape of the measurement object 41. More specifically, at the edge parts of the measurement object 41, the brightness in the surface image varies significantly compared to the surrounding brightness. Also, at the flat parts of the measurement object 41, the brightness in the surface image varies very little compared to the surrounding brightness. An example of an edge part is the outer edge part of the measurement object 41. An example of an edge part is a step part such as a rib or an opening.

表面画像は、画像を構成する画素ごとに、二次元座標と輝度情報とをセットで備えている。表面画像を構成する1つ1つの画素は、計測対象物41の1つ1つの計測点に対応している。輝度情報とは、計測対象物41の表面で反射した反射光のうち、計測ユニット20が受光した反射光の明るさの情報である。 The surface image includes a set of two-dimensional coordinates and brightness information for each pixel that constitutes the image. Each pixel that constitutes the surface image corresponds to each measurement point on the measurement object 41. The brightness information is information about the brightness of the reflected light that is reflected by the surface of the measurement object 41 and received by the measurement unit 20.

表面画像が画素ごとに二次元座標とセットで備える情報は、輝度情報に限られない。例えば、表面画像が画素ごとに二次元座標と距離情報とをセットで備えていてもよい。距離情報とは、計測ユニット20の基準点から計測点までの距離の情報である。例えば、表面画像が画素ごとに二次元座標とエッジ情報とをセットで備えていてもよい。エッジ情報とは、計測点がエッジ部分であるか否かを示す情報である。また、表面画像が輝度情報と距離情報とエッジ情報との複数の情報を二次元座標とセットで備える構成としてもよい。 The information that the surface image has for each pixel in a set with two-dimensional coordinates is not limited to luminance information. For example, the surface image may have a set of two-dimensional coordinates and distance information for each pixel. Distance information is information on the distance from the reference point of the measurement unit 20 to the measurement point. For example, the surface image may have a set of two-dimensional coordinates and edge information for each pixel. Edge information is information indicating whether the measurement point is an edge portion. The surface image may also be configured to have multiple pieces of information, luminance information, distance information, and edge information, in a set with two-dimensional coordinates.

計測ユニット20は、計測対象物41における三次元点群を算出する。計測対象物41の三次元点群は、位相シフト法等の三角測量の原理を用いた方法で取得することができる。位相シフト法を採用する場合、計測ユニット20は、計測対象物41にパターン光を投光する投光装置21と、計測対象物41で反射したパターン光を受光する受光装置22とを備えることとなる。投光装置21と受光装置22の詳細については、後に説明する。位相シフト法では、計測対象物41に対して縞模様等のパターン光を投光し、計測対象物41で反射したパターン光を受光する。この時、投光するパターン光の位相を変化させて投光および受光を繰り返す。これにより、投光したパターン光と受光したパターン光との違いから計測対象物41の三次元形状を計測する。 The measurement unit 20 calculates a three-dimensional point cloud on the measurement object 41. The three-dimensional point cloud on the measurement object 41 can be obtained by a method using the principle of triangulation such as the phase shift method. When the phase shift method is adopted, the measurement unit 20 is equipped with a light projecting device 21 that projects a pattern light on the measurement object 41, and a light receiving device 22 that receives the pattern light reflected by the measurement object 41. The details of the light projecting device 21 and the light receiving device 22 will be described later. In the phase shift method, a pattern light such as a striped pattern is projected on the measurement object 41, and the pattern light reflected by the measurement object 41 is received. At this time, the phase of the projected pattern light is changed and the projection and reception are repeated. As a result, the three-dimensional shape of the measurement object 41 is measured from the difference between the projected pattern light and the received pattern light.

位相シフト法の一種として、投光装置21からカラーパターン光を投光するカラー位相シフト法を採用可能である。カラーパターン光とは、赤、緑、青等の互いに異なる波長、かつ、互いに異なる位相の光を合成したパターン光である。単色のパターン光は、赤、緑、青のいずれか1色の輝度が画像の一方向には正弦波状に変化し、その一方向と直交する方向は輝度が一定である。 As one type of phase shift method, a color phase shift method can be used in which a color pattern light is projected from the light projector 21. A color pattern light is a pattern light that combines light of different wavelengths and different phases, such as red, green, and blue. In a monochromatic pattern light, the luminance of one of the colors red, green, and blue varies sinusoidally in one direction of the image, and the luminance is constant in the direction perpendicular to that direction.

また、カラーパターン光は、3色の単色パターン光の位相が所定の角度だけずれている。一例としては、赤色の単色パターン光の位相が最も進んでおり、緑色の単色パターン光の位相がそれよりも2π/3だけ遅れている。青色の単色パターン光は、緑色の単色パターン光よりもさらに2π/3だけ位相が遅れている。カラー位相シフト法においては、パターン光の投光と受光を繰り返す代わりに、カラーパターン光の輝度変化方向に対する輝度の位相を変化させて投光および受光を行うこととなる。以下では、カラー位相シフト法を用いて三次元座標を算出する場合を例に説明する。 In addition, the color pattern light has three monochromatic pattern lights whose phases are shifted by a predetermined angle. As an example, the red monochromatic pattern light has the most advanced phase, and the green monochromatic pattern light lags behind by 2π/3. The blue monochromatic pattern light lags behind the green monochromatic pattern light by an additional 2π/3 in phase. In the color phase shift method, instead of repeatedly projecting and receiving pattern light, the phase of the luminance in the direction of luminance change of the color pattern light is changed to project and receive light. The following describes an example of calculating three-dimensional coordinates using the color phase shift method.

計測ユニット20は、計測対象物41の上面全体における計測点の三次元座標を算出して三次元点群とする。このため、計測対象物41のエッジ部分と平面部分とを含む複数の計測点について三次元座標を算出することとなる。 The measurement unit 20 calculates the three-dimensional coordinates of the measurement points on the entire top surface of the measurement object 41 to generate a three-dimensional point cloud. Therefore, the three-dimensional coordinates are calculated for multiple measurement points including the edge and flat portions of the measurement object 41.

二次元計測における撮像時の画角と三次元計測における撮像時の画角とを一致させる。さらに、二次元計測における撮像時と三次元計測における撮像時とで計測対象物41の位置姿勢を一致させる。このように構成することで、計測ユニット20で撮像した表面画像と算出した三次元座標とは、画素単位の座標系で対応づけられることとなる。言い換えると、二次元計測で得られた表面画像の画素と三次元計測で得られた三次元座標とが対応づけられることとなる。例えば、表面画像の二次元座標(x1、y1)と三次元座標(x1、y1、z1)とは、画素単位の座標系で対応づけられていると言える。これは、表面画像のX座標成分と三次元座標のX座標成分とがx1で一致し、表面画像のY座標成分と三次元座標のY座標成分とがy1で一致しているためである。 The angle of view at the time of imaging in the two-dimensional measurement is made to match the angle of view at the time of imaging in the three-dimensional measurement. Furthermore, the position and orientation of the measurement object 41 at the time of imaging in the two-dimensional measurement is made to match the position and orientation of the measurement object 41 at the time of imaging in the three-dimensional measurement. With this configuration, the surface image captured by the measurement unit 20 and the calculated three-dimensional coordinates are made to correspond in a pixel-by-pixel coordinate system. In other words, the pixels of the surface image obtained by the two-dimensional measurement are made to correspond to the three-dimensional coordinates obtained by the three-dimensional measurement. For example, it can be said that the two-dimensional coordinates (x1, y1) of the surface image and the three-dimensional coordinates (x1, y1, z1) are made to correspond in a pixel-by-pixel coordinate system. This is because the X-coordinate component of the surface image and the X-coordinate component of the three-dimensional coordinates match at x1, and the Y-coordinate component of the surface image and the Y-coordinate component of the three-dimensional coordinates match at y1.

計測ユニット20は、ロボットハンド16に設けられている。このため、ロボットアーム15やロボットハンド16の位置を制御することで、計測ユニット20の位置を調整可能である。言い換えると、ロボット10の動きを制御することで、計測ユニット20による投光方向や投光位置および受光位置を調整可能である。 The measurement unit 20 is provided on the robot hand 16. Therefore, the position of the measurement unit 20 can be adjusted by controlling the positions of the robot arm 15 and the robot hand 16. In other words, the direction and position of light projection and light reception by the measurement unit 20 can be adjusted by controlling the movement of the robot 10.

図2において、認識システム1の制御を行う制御部70は、ロボット10と計測ユニット20とに接続している。制御部70は、ロボット10の各回転軸の回転位置等を取得する。また、制御部70は、ロボット10の動きを制御する。 In FIG. 2, the control unit 70 that controls the recognition system 1 is connected to the robot 10 and the measurement unit 20. The control unit 70 acquires the rotational position of each rotation axis of the robot 10, etc. The control unit 70 also controls the movement of the robot 10.

計測ユニット20は、投光装置21と受光装置22とを備えている。投光装置21としては、カラー位相シフト法に用いるカラーパターン光を投光可能なプロジェクタを採用可能である。投光装置21から投光する光は、蛍光灯の光や太陽光とは、強度および波長により区別可能であることが好ましい。 The measurement unit 20 includes a light-projecting device 21 and a light-receiving device 22. The light-projecting device 21 may be a projector capable of projecting a color pattern light used in the color phase shift method. It is preferable that the light projected from the light-projecting device 21 be distinguishable from fluorescent light and sunlight in terms of intensity and wavelength.

受光装置22としては、カラーパターン光が投光されている状態の計測対象物41を撮像するカメラを採用可能である。受光装置22は、フォトダイオードなどの光検出素子を受光面に縦横に多数備えたカメラを採用可能である。受光装置22は、1つ1つの光検出素子が1つの画素に相当する。受光装置22は、少なくとも投光装置21で投光した光の波長と同じ波長の光を受光可能な装置である。 The light receiving device 22 may be a camera that captures an image of the measurement target 41 with color pattern light projected onto it. The light receiving device 22 may be a camera that has a large number of light detection elements, such as photodiodes, arranged vertically and horizontally on the light receiving surface. Each light detection element of the light receiving device 22 corresponds to one pixel. The light receiving device 22 is a device that can receive light of at least the same wavelength as the wavelength of the light projected by the light projecting device 21.

計測ユニット20は、投光装置21と受光装置22とが1つの筐体内に収納されている。このため、投光装置21と受光装置22との間の距離は、常に一定である。ただし、投光装置21と受光装置22とを互いに別の筐体に収納する構成としてもよい。この場合、投光装置21と受光装置22とのどちらか一方のみをロボット10に設ける構成を採用可能である。制御部70は、計測ユニット20で形状計測した計測結果を取得する。制御部70は、計測ユニット20を制御して形状計測を実行する。 The measurement unit 20 has the light-projecting device 21 and the light-receiving device 22 housed in a single housing. Therefore, the distance between the light-projecting device 21 and the light-receiving device 22 is always constant. However, the light-projecting device 21 and the light-receiving device 22 may be housed in separate housings. In this case, it is possible to adopt a configuration in which only one of the light-projecting device 21 and the light-receiving device 22 is provided on the robot 10. The control unit 70 acquires the measurement results of the shape measurement performed by the measurement unit 20. The control unit 70 controls the measurement unit 20 to perform the shape measurement.

制御部70は、計測実行部71とデータ取得部72と二次元抽出部73と三次元抽出部74と認識実行部79とを備えている。計測実行部71は、計測ユニット20を用いて二次元計測と三次元計測とを含む形状計測を実行する。データ取得部72は、計測ユニット20を用いた形状計測の計測結果を取得する。計測結果には、表面画像と三次元点群とが含まれる。 The control unit 70 includes a measurement execution unit 71, a data acquisition unit 72, a two-dimensional extraction unit 73, a three-dimensional extraction unit 74, and a recognition execution unit 79. The measurement execution unit 71 executes shape measurement including two-dimensional measurement and three-dimensional measurement using the measurement unit 20. The data acquisition unit 72 acquires the measurement results of the shape measurement using the measurement unit 20. The measurement results include a surface image and a three-dimensional point cloud.

二次元抽出部73は、二次元計測で得られた表面画像から二次元エッジ情報を抽出する。二次元エッジ情報とは、撮像画像の内、計測対象物41のエッジ部分が撮像されている部分を示す情報である。二次元エッジ情報には、計測対象物41の平面部分が撮像されている部分は含まれない。三次元抽出部74は、三次元計測で得られた三次元点群から三次元エッジ情報を抽出する。三次元エッジ情報とは、三次元点群の内、計測対象物41のエッジ部分をなす部分を示す情報である。三次元エッジ情報には、計測対象物41の平面部分をなす三次元座標は含まれない。 The two-dimensional extraction unit 73 extracts two-dimensional edge information from the surface image obtained by the two-dimensional measurement. The two-dimensional edge information is information that indicates the portion of the captured image where the edge portion of the measurement object 41 is imaged. The two-dimensional edge information does not include the portion where the planar portion of the measurement object 41 is imaged. The three-dimensional extraction unit 74 extracts three-dimensional edge information from the three-dimensional point cloud obtained by the three-dimensional measurement. The three-dimensional edge information is information that indicates the portion of the three-dimensional point cloud that forms the edge portion of the measurement object 41. The three-dimensional edge information does not include the three-dimensional coordinates that form the planar portion of the measurement object 41.

認識実行部79は、三次元抽出部74で算出した三次元エッジ情報の三次元座標とモデルデータとをマッチングすることで、位置姿勢認識を実行する。マッチングに使用する三次元座標の数が多いほど、マッチングの精度を高められる。一方、マッチングに使用する三次元座標の数が少ないほど、マッチングに要する時間を短くできる。このため、マッチングの精度とマッチングに要する時間とを考慮して、マッチングに使用する三次元座標の数を調整することが好ましい。 The recognition execution unit 79 performs position and orientation recognition by matching the three-dimensional coordinates of the three-dimensional edge information calculated by the three-dimensional extraction unit 74 with the model data. The more three-dimensional coordinates used for matching, the higher the matching accuracy. On the other hand, the fewer the three-dimensional coordinates used for matching, the shorter the time required for matching. For this reason, it is preferable to adjust the number of three-dimensional coordinates used for matching, taking into account the matching accuracy and the time required for matching.

制御部70は、ロボット操作部81を備えている。ロボット操作部81は、ロボットハンド16の爪部を開閉する制御等を行い、位置姿勢が認識された状態の計測対象物41の把持作業などを実行する。 The control unit 70 includes a robot operation unit 81. The robot operation unit 81 controls the opening and closing of the claws of the robot hand 16, and performs operations such as gripping the measurement target 41 whose position and orientation have been recognized.

認識システム1を用いて計測対象物41の位置姿勢を認識する位置姿勢認識の流れについて、以下に説明する。図3において、ロボット10の電源がユーザによってオンされるなどして、位置姿勢認識に関する制御を開始すると、ステップS101で計測実行部71が計測対象物41の形状計測を実行する。より詳細には、二次元計測によって表面画像を撮像し、三次元計測によって三次元点群を算出する。以下では、表面画像として二次元座標と輝度情報とをセットで備えている場合を例に説明する。形状計測を実行した後、ステップS111に進む。 The flow of position and orientation recognition for recognizing the position and orientation of the measurement object 41 using the recognition system 1 will be described below. In FIG. 3, when control related to position and orientation recognition is started, for example by turning on the power of the robot 10 by the user, the measurement execution unit 71 executes shape measurement of the measurement object 41 in step S101. More specifically, a surface image is captured by two-dimensional measurement, and a three-dimensional point cloud is calculated by three-dimensional measurement. The following describes an example in which the surface image includes a set of two-dimensional coordinates and brightness information. After executing the shape measurement, proceed to step S111.

ステップS111では、データ取得部72が形状計測で得られた計測結果を取得する。より詳細には、二次元計測で得られた表面画像のデータと三次元計測で得られた三次元点群のデータとを取得する。計測結果を取得した後、ステップS115に進む。 In step S111, the data acquisition unit 72 acquires the measurement results obtained by shape measurement. More specifically, surface image data obtained by two-dimensional measurement and three-dimensional point cloud data obtained by three-dimensional measurement are acquired. After acquiring the measurement results, the process proceeds to step S115.

ステップS115では、二次元抽出部73が表面画像から二次元エッジ情報を抽出する。より詳細には、表面画像に含まれる画素ごとの輝度からエッジ部分であるか否かを判断して、計測対象物41におけるエッジ部分の画素を抽出する。隣り合う画素において輝度の差が所定のエッジ輝度差以上である部分はエッジ部分であると判断でき、エッジ輝度差未満であれば平面部分であると判断できる。二次元エッジ情報を抽出した後、ステップS135に進む。 In step S115, the two-dimensional extraction unit 73 extracts two-dimensional edge information from the surface image. More specifically, it determines whether or not each pixel in the surface image is an edge portion from the luminance of the pixel, and extracts the pixels of the edge portion of the measurement object 41. A portion where the difference in luminance between adjacent pixels is equal to or greater than a predetermined edge luminance difference can be determined to be an edge portion, and a portion where the difference is less than the edge luminance difference can be determined to be a flat portion. After extracting the two-dimensional edge information, proceed to step S135.

ステップS135では、三次元抽出部74が三次元点群からエッジ部分の三次元座標である三次元エッジ情報を抽出する。エッジ部分の三次元座標であるか否かは、二次元エッジ情報に基づいて判断する。より詳細には、二次元エッジ情報に含まれる画素に対応する位置の三次元座標を残し、それ以外の三次元座標を三次元点群から除去することで三次元エッジ情報として抽出する。三次元エッジ情報を抽出した後、ステップS141に進む。 In step S135, the three-dimensional extraction unit 74 extracts three-dimensional edge information, which is the three-dimensional coordinates of the edge portion, from the three-dimensional point cloud. Whether or not it is the three-dimensional coordinates of the edge portion is determined based on the two-dimensional edge information. More specifically, the three-dimensional coordinates of the positions corresponding to the pixels included in the two-dimensional edge information are left, and the other three-dimensional coordinates are removed from the three-dimensional point cloud to extract the three-dimensional edge information. After extracting the three-dimensional edge information, proceed to step S141.

ステップS141では、認識実行部79が位置姿勢認識を実行する。より詳細には、三次元エッジ情報とモデルデータとをマッチングする。このマッチングにおいては、計測対象物41のエッジ部分における三次元座標と、モデルデータのエッジ部分における三次元座標とを一致させることとなる。例えば、特定の1点の座標を一致させた後、その点に隣接する点の座標を一致させる処理を繰り返すことで、全ての点について座標を一致させる。ただし、三次元エッジ情報には、多少の測定誤差が含まれているため、各点の座標を完全に一致させる必要はない。例えば、モデルデータと三次元エッジ情報との対応する点同士の距離の総和が最小となる位置姿勢をマッチング結果としてもよい。 In step S141, the recognition execution unit 79 performs position and orientation recognition. More specifically, the three-dimensional edge information is matched with the model data. In this matching, the three-dimensional coordinates of the edge portion of the measurement object 41 are matched with the three-dimensional coordinates of the edge portion of the model data. For example, after matching the coordinates of one specific point, the process of matching the coordinates of points adjacent to that point is repeated to match the coordinates of all points. However, since the three-dimensional edge information contains some measurement error, it is not necessary to match the coordinates of each point perfectly. For example, the matching result may be the position and orientation in which the sum of the distances between corresponding points in the model data and the three-dimensional edge information is minimized.

位置姿勢認識において、マッチングの精度を段階的に変更してもよい。例えば、位置姿勢認識を第1認識と第2認識とに分けて二段階で実行可能である。第1認識とは、計測対象物41のおおまかな位置姿勢を認識するためのマッチングである。第2認識とは、第1認識の完了後に行う処理であって、大まかな位置からの微調整を行うためのマッチングである。これによると、マッチングの精度を段階的に変更しない構成に比べて、スムーズに正確な位置姿勢を認識しやすい。第1認識において三次元エッジ情報を用いるため、二次元エッジ情報を用いて大まかな位置姿勢を認識する場合に比べて、大まかな位置姿勢を高精度に認識しやすい。また、第2認識において三次元エッジ情報を用いるため、平面部分を含む三次元点群を用いて微調整する場合に比べて、位置姿勢を高速に認識しやすい。位置姿勢認識を実行した後、位置姿勢認識に関する一連の制御を終了する。 In the position and orientation recognition, the matching accuracy may be changed in stages. For example, the position and orientation recognition can be divided into first recognition and second recognition and executed in two stages. The first recognition is matching for recognizing the rough position and orientation of the measurement object 41. The second recognition is a process performed after the completion of the first recognition, and is matching for making fine adjustments from the rough position. This makes it easier to recognize the accurate position and orientation smoothly compared to a configuration in which the matching accuracy is not changed in stages. Since the first recognition uses three-dimensional edge information, it is easier to recognize the rough position and orientation with high accuracy compared to a case in which the rough position and orientation is recognized using two-dimensional edge information. In addition, since the second recognition uses three-dimensional edge information, it is easier to recognize the position and orientation quickly compared to a case in which fine adjustments are made using a three-dimensional point cloud including a planar portion. After executing the position and orientation recognition, a series of controls related to the position and orientation recognition is terminated.

一連の位置姿勢認識が終了した後、ロボット操作部81がロボット10を操作して必要な作業を行う。より詳細には、位置姿勢の認識が完了した計測対象物41に対して、ロボット操作部81が把持作業等の作業を行う。ロボット10を用いた作業が完了した後、他にも位置姿勢認識をすべき計測対象物41がある場合には、位置姿勢認識に関する制御を繰り返す。 After the series of position and orientation recognition steps are completed, the robot operation unit 81 operates the robot 10 to perform the necessary tasks. More specifically, the robot operation unit 81 performs tasks such as gripping the measurement object 41 whose position and orientation have been recognized. After the task using the robot 10 is completed, if there are other measurement objects 41 whose position and orientation need to be recognized, control related to the position and orientation recognition is repeated.

以下、上述した実施形態による効果を説明する。上述した実施形態によると、三次元抽出部74は、二次元エッジ情報に基づいて三次元点群の中から三次元エッジ情報を抽出する。二次元エッジ情報を用いることなく三次元座標からエッジ部分か否かを判断する方法としては、三次元点群の全ての計測点について、隣り合う計測点同士の距離を算出する方法が想定できる。しかしながら、三次元点群の全ての計測点について隣り合う計測点同士の距離を算出する方法は、算出すべき距離のデータが多く、処理にかかる負荷が大きくなりやすい。このため、二次元エッジ情報を用いて三次元エッジ情報を抽出することで、二次元エッジ情報を用いることなく三次元エッジ情報を抽出する場合に比べて、高速に三次元エッジ情報を抽出可能である。したがって、位置姿勢認識の制御における三次元エッジ情報の抽出を高速に完了することができる。よって、高速に位置姿勢を認識可能な認識システム1を提供できる。 The effects of the above-described embodiment will be described below. According to the above-described embodiment, the three-dimensional extraction unit 74 extracts three-dimensional edge information from the three-dimensional point cloud based on the two-dimensional edge information. As a method for determining whether or not an edge portion is present from three-dimensional coordinates without using two-dimensional edge information, a method of calculating the distance between adjacent measurement points for all measurement points in the three-dimensional point cloud can be assumed. However, the method of calculating the distance between adjacent measurement points for all measurement points in the three-dimensional point cloud requires a large amount of distance data to be calculated, and the processing load is likely to be large. For this reason, by extracting three-dimensional edge information using two-dimensional edge information, it is possible to extract three-dimensional edge information at a high speed compared to the case where three-dimensional edge information is extracted without using two-dimensional edge information. Therefore, the extraction of three-dimensional edge information in the control of position and orientation recognition can be completed at a high speed. Therefore, a recognition system 1 capable of recognizing position and orientation at a high speed can be provided.

二次元抽出部73は、二次元座標ごとの輝度情報からエッジ部分であるか否かを判断して二次元エッジ情報を抽出する。このため、二次元計測において表面画像の画素ごとに距離を算出して、距離の差からエッジ部分であるか否かを判断する必要がない。したがって、高速に二次元エッジ情報を抽出できる。特に、平面部分に対するエッジ部分の凹凸の大きさが小さい場合であっても、エッジ部分か否かを正確に判断しやすい。 The two-dimensional extraction unit 73 extracts two-dimensional edge information by determining whether or not an edge portion is present from the luminance information for each two-dimensional coordinate. Therefore, it is not necessary to calculate the distance for each pixel of the surface image in two-dimensional measurement and determine whether or not an edge portion is present from the difference in distance. Therefore, two-dimensional edge information can be extracted at high speed. In particular, even if the unevenness of the edge portion relative to the flat portion is small, it is easy to accurately determine whether or not an edge portion is present.

計測ユニット20は、受光装置22が受光したカラーパターン光に基づいて三次元点群を算出する。このため、パターン光の位相を変えて投光と受光を複数回繰り返す必要がない。したがって、位置姿勢認識の制御における形状計測を高速に完了することができる。 The measurement unit 20 calculates a three-dimensional point cloud based on the color pattern light received by the light receiving device 22. This eliminates the need to change the phase of the pattern light and repeat light projection and reception multiple times. This makes it possible to quickly complete shape measurement in position and orientation recognition control.

計測ユニット20は、ロボット10に設けられている。このため、形状計測における計測ユニット20の位置をロボット10の動きを制御することで調整することができる。したがって、計測ユニット20の位置を調整する目的で専用の装置を設ける必要がない。また、計測対象物41の大きさや位置に応じて計測ユニット20の位置を調整することができる。よって、計測対象物41を計測しやすい位置に計測ユニット20を配置することで、形状計測の精度を高めやすい。 The measurement unit 20 is provided on the robot 10. Therefore, the position of the measurement unit 20 during shape measurement can be adjusted by controlling the movement of the robot 10. Therefore, there is no need to provide a dedicated device for the purpose of adjusting the position of the measurement unit 20. In addition, the position of the measurement unit 20 can be adjusted according to the size and position of the measurement object 41. Therefore, by placing the measurement unit 20 in a position where it is easy to measure the measurement object 41, it is easy to improve the accuracy of the shape measurement.

また、計測ユニット20がロボット10に設けられている場合、ロボット10が形状計測のための動きと把持等の作業のための動きとを繰り返すことになる。このため、形状計測を含む位置姿勢認識を高速に完了させることは、ロボット10を用いた把持作業等を素早く開始するために非常に重要である。 In addition, when the measurement unit 20 is provided on the robot 10, the robot 10 will repeat movements for shape measurement and movements for tasks such as grasping. For this reason, quickly completing position and orientation recognition, including shape measurement, is extremely important in order to quickly start tasks such as grasping using the robot 10.

第2実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、二次元抽出部73が二次元座標ごとの輝度情報と距離情報との両方の情報からエッジ部分であるか否かを判断して二次元エッジ情報を抽出する。
Second Embodiment This embodiment is a modification based on the preceding embodiment, in which a two-dimensional extraction unit 73 determines whether or not an edge portion is present from both the luminance information and the distance information for each two-dimensional coordinate, and extracts two-dimensional edge information.

図4において、計測ユニット220は、ロボット10とは独立して作業台31および計測対象物41の上側に固定されている。このため、ロボット10の動きによらず計測ユニット220を用いた形状計測を実行できる。 In FIG. 4, the measurement unit 220 is fixed to the upper side of the work table 31 and the measurement object 41 independently of the robot 10. Therefore, shape measurement can be performed using the measurement unit 220 regardless of the movement of the robot 10.

認識システム1を用いて計測対象物41の位置姿勢を認識する位置姿勢認識の流れについて、以下に説明する。図5において、ロボット10の電源がユーザによってオンされるなどして、位置姿勢認識に関する制御を開始すると、ステップS101で計測実行部71が計測対象物41の形状計測を実行する。その後、ステップS111に進み、データ取得部72が形状計測で得られた計測結果を取得する。その後、ステップS212に進む。 The flow of position and orientation recognition for recognizing the position and orientation of the measurement object 41 using the recognition system 1 will be described below. In FIG. 5, when control related to position and orientation recognition is started, for example when the power of the robot 10 is turned on by the user, the measurement execution unit 71 executes shape measurement of the measurement object 41 in step S101. Then, the process proceeds to step S111, where the data acquisition unit 72 acquires the measurement results obtained by the shape measurement. Then, the process proceeds to step S212.

ステップS212では、制御部70が三次元座標に基づいて、表面画像の画素毎の距離情報を算出する。より詳細には、表面画像の画素に対応する三次元座標と計測ユニット220の基準点との距離を各画素について算出する。これにより、表面画像として画素毎に二次元座標と輝度情報と距離情報とをセットで備えることとなる。距離情報を算出した後、ステップS215に進む。 In step S212, the control unit 70 calculates distance information for each pixel of the surface image based on the three-dimensional coordinates. More specifically, the control unit 70 calculates the distance between the three-dimensional coordinates corresponding to the pixel of the surface image and the reference point of the measurement unit 220 for each pixel. This results in the surface image having a set of two-dimensional coordinates, brightness information, and distance information for each pixel. After calculating the distance information, proceed to step S215.

ステップS215では、二次元抽出部73が表面画像から二次元エッジ情報を抽出する。より詳細には、表面画像に含まれる輝度情報と距離情報との両方からエッジ部分であるか否かを判断して、計測対象物41におけるエッジ部分の画素を抽出する。隣り合う画素において輝度の差が所定のエッジ輝度差以上である部分はエッジ部分の可能性が高く、エッジ輝度差未満であればエッジ部分の可能性が低いと判断できる。また、隣り合う画素において距離の差が所定のエッジ距離差以上である部分はエッジ部分の可能性が高く、エッジ距離差未満であればエッジ部分の可能性が低いと判断できる。 In step S215, the two-dimensional extraction unit 73 extracts two-dimensional edge information from the surface image. More specifically, it determines whether or not it is an edge portion from both the brightness information and distance information contained in the surface image, and extracts pixels of the edge portion of the measurement object 41. A portion where the brightness difference between adjacent pixels is equal to or greater than a predetermined edge brightness difference is likely to be an edge portion, and if it is less than the edge brightness difference, it can be determined that it is unlikely to be an edge portion. Furthermore, a portion where the distance difference between adjacent pixels is equal to or greater than a predetermined edge distance difference is likely to be an edge portion, and if it is less than the edge distance difference, it can be determined that it is unlikely to be an edge portion.

輝度情報と距離情報との両方の情報からエッジ部分の可能性が高いと判断された部分については、エッジ部分であると判断する。一方、輝度情報と距離情報との両方の情報からエッジ部分の可能性が低いと判断された部分については、平面部分であると判断する。また、輝度情報による判断結果と距離情報による判断結果とが異なる場合には、不明部分であると判断する。 A part that is determined to be highly likely to be an edge part based on both the luminance information and the distance information is determined to be an edge part. On the other hand, a part that is determined to be unlikely to be an edge part based on both the luminance information and the distance information is determined to be a flat part. Furthermore, if the judgment results based on the luminance information and the distance information differ, the part is determined to be an unknown part.

二次元エッジ情報の抽出においては、平面部分または不明部分と判断された部分を除去し、エッジ部分と判断された部分のみを残すことで、二次元エッジ情報を抽出する。ただし、二次元エッジ情報として抽出されたエッジ部分が極端に少ない場合には、認識精度が低くなってしまう場合がある。このため、平面部分と判断された部分を除去し、エッジ部分または不明部分と判断された部分を残すことで、二次元エッジ情報を抽出してもよい。二次元エッジ情報を抽出した後、ステップS135に進む。 When extracting two-dimensional edge information, the parts determined to be planar or unclear parts are removed, and only the parts determined to be edge parts are left, thereby extracting the two-dimensional edge information. However, if the number of edge parts extracted as the two-dimensional edge information is extremely small, the recognition accuracy may be reduced. For this reason, the two-dimensional edge information may be extracted by removing the parts determined to be planar parts, and leaving the parts determined to be edge parts or unclear parts. After extracting the two-dimensional edge information, proceed to step S135.

ステップS135では、三次元抽出部74が三次元点群からエッジ部分の三次元座標である三次元エッジ情報を抽出する。その後、ステップS141に進み、認識実行部79が位置姿勢認識を実行する。位置姿勢認識を実行した後、位置姿勢認識に関する制御を終了し、必要に応じて把持作業などのロボット10を用いた作業を行う。 In step S135, the three-dimensional extraction unit 74 extracts three-dimensional edge information, which is the three-dimensional coordinates of the edge portion, from the three-dimensional point cloud. Then, the process proceeds to step S141, where the recognition execution unit 79 executes position and orientation recognition. After executing position and orientation recognition, control related to position and orientation recognition is terminated, and as necessary, a task using the robot 10, such as a grasping task, is performed.

以下、上述した実施形態による効果を説明する。上述した実施形態によると、二次元抽出部73は、二次元座標ごとの輝度情報と距離情報との両方の情報からエッジ部分であるか否かを判断して二次元エッジ情報を抽出する。このため、輝度情報と距離情報とのどちらか一方の情報に基づいてエッジ部分であるか否かを判断する場合に比べて、エッジ部分であるか否かの判断精度を調整しやすい。例えば、不明部分をエッジ部分に含まないことで、エッジ部分と判断した部分に誤って平面部分が含まれてしまうことを抑制し、二次元エッジ情報の精度を高めやすい。一方、不明部分をエッジ部分に含めることで、エッジ部分と判断される計測点の数を増やして、二次元エッジ情報のデータ量を多く確保しやすい。 The effects of the above-described embodiment are described below. According to the above-described embodiment, the two-dimensional extraction unit 73 extracts two-dimensional edge information by determining whether or not an edge portion is present from both the luminance information and the distance information for each two-dimensional coordinate. For this reason, it is easier to adjust the accuracy of determining whether or not an edge portion is present, compared to when determining whether or not an edge portion is present based on either the luminance information or the distance information alone. For example, by not including an unknown portion in an edge portion, it is possible to prevent a portion determined to be an edge portion from erroneously including a flat portion, making it easier to increase the accuracy of the two-dimensional edge information. On the other hand, by including an unknown portion in an edge portion, it is possible to increase the number of measurement points determined to be edge portions, making it easier to secure a large amount of data for the two-dimensional edge information.

三次元座標から距離情報を算出する場合を例に説明を行ったが、計測ユニット220が輝度情報と距離情報とを二次元計測によって得る構成としてもよい。この場合、三次元計測と独立して、輝度情報と距離情報とを得ることができる。 Although the above description takes as an example a case where distance information is calculated from three-dimensional coordinates, the measurement unit 220 may be configured to obtain brightness information and distance information by two-dimensional measurement. In this case, the brightness information and distance information can be obtained independently of the three-dimensional measurement.

第3実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、二次元抽出部73が二次元座標ごとの輝度情報と距離情報との両方の情報からエッジ部分であるか否かを判断して二次元エッジ情報を抽出する。また、二次元エッジ情報として抽出されたエッジ部分について三次元計測を行い、三次元エッジ情報を算出する。
Third embodiment This embodiment is a modification of the preceding embodiment as a basic form. In this embodiment, the two-dimensional extraction unit 73 judges whether or not an edge portion is present from both the luminance information and the distance information for each two-dimensional coordinate, and extracts two-dimensional edge information. In addition, three-dimensional measurement is performed on the edge portion extracted as the two-dimensional edge information, and three-dimensional edge information is calculated.

図6において、制御部70は、三次元算出部374を備えている。三次元算出部374は、計測対象物41のエッジ部分のみについて実行される三次元計測に基づいて三次元点群を算出する。 In FIG. 6, the control unit 70 includes a three-dimensional calculation unit 374. The three-dimensional calculation unit 374 calculates a three-dimensional point cloud based on three-dimensional measurements performed only on the edge portion of the measurement object 41.

認識システム1を用いて計測対象物41の位置姿勢を認識する位置姿勢認識の流れについて、以下に説明する。図7において、ロボット10の電源がユーザによってオンされるなどして、位置姿勢認識に関する制御を開始すると、ステップS301で計測実行部71が計測対象物41の二次元計測を実行する。より詳細には、二次元計測によって表面画像を撮像する。以下では、表面画像として二次元座標と距離情報とをセットで備えている場合を例に説明する。形状計測を実行した後、ステップS311に進む。 The flow of position and orientation recognition for recognizing the position and orientation of the measurement object 41 using the recognition system 1 will be described below. In FIG. 7, when control related to position and orientation recognition is started, for example by turning on the power of the robot 10 by the user, the measurement execution unit 71 executes two-dimensional measurement of the measurement object 41 in step S301. More specifically, a surface image is captured by the two-dimensional measurement. In the following, an example will be described in which the surface image includes a set of two-dimensional coordinates and distance information. After executing the shape measurement, proceed to step S311.

ステップS311では、データ取得部72が二次元計測で得られた計測結果を取得する。表面画像は、二次元座標と距離情報とをセットで備えているため、計測ユニット20の基準点から計測点までの距離の情報が画素ごとに得られることとなる。情報計測結果を取得した後、ステップS315に進む。 In step S311, the data acquisition unit 72 acquires the measurement results obtained by the two-dimensional measurement. Since the surface image includes a set of two-dimensional coordinates and distance information, information on the distance from the reference point of the measurement unit 20 to the measurement point is obtained for each pixel. After acquiring the information measurement results, proceed to step S315.

ステップS315では、二次元抽出部73が表面画像から二次元エッジ情報を抽出する。より詳細には、表面画像に含まれる距離情報からエッジ部分であるか否かを判断して、計測対象物41におけるエッジ部分の画素を抽出する。隣り合う画素において距離の差が所定のエッジ距離差以上である部分はエッジ部分であり、エッジ距離差未満であれば平面部分と判断できる。 In step S315, the two-dimensional extraction unit 73 extracts two-dimensional edge information from the surface image. More specifically, it determines whether or not the pixel is an edge portion from the distance information included in the surface image, and extracts pixels of the edge portion of the measurement object 41. A portion where the difference in distance between adjacent pixels is equal to or greater than a predetermined edge distance difference is an edge portion, and a portion where the difference is less than the edge distance difference can be determined to be a flat portion.

エッジ部分か否かの判断において、エッジ距離差を大きく設定するほどエッジ部分と判断されにくくなり、二次元エッジ情報のデータ量は小さくなる。一方、エッジ距離差を小さく設定するほどエッジ部分と判断されやすくなり、二次元エッジ情報のデータ量は大きくなる。このため、エッジ距離差の大きさを調整することで、エッジ部分と判断される部分を増減させることができる。二次元エッジ情報を抽出した後、ステップS321に進む。 When determining whether or not an edge part is present, the larger the edge distance difference is set, the less likely it is to be determined as an edge part, and the smaller the data amount of the two-dimensional edge information. On the other hand, the smaller the edge distance difference is set, the more likely it is to be determined as an edge part, and the larger the data amount of the two-dimensional edge information. For this reason, by adjusting the magnitude of the edge distance difference, it is possible to increase or decrease the part determined as an edge part. After extracting the two-dimensional edge information, proceed to step S321.

ステップS321では、計測対象物41のうちエッジ部分と判断された部分について計測実行部71が三次元計測を実行する。言い換えると、計測対象物41全体ではなく、計測対象物41の一部について三次元計測を実行することとなる。より詳細には、二次元エッジ情報に含まれる画素と対応する位置の三次元座標を算出する。 In step S321, the measurement execution unit 71 performs three-dimensional measurement on the portion of the measurement object 41 that is determined to be an edge portion. In other words, three-dimensional measurement is performed on a portion of the measurement object 41, rather than on the entire measurement object 41. More specifically, the three-dimensional coordinates of a position corresponding to a pixel included in the two-dimensional edge information are calculated.

ステップS335では、三次元抽出部74が三次元エッジ情報を算出する。三次元計測によって、二次元エッジ情報に含まれる画素に対応する画素の三次元座標のみが算出されている。このため、三次元計測で得られた三次元座標をそのまま三次元エッジ情報に採用可能である。三次元エッジ情報を算出した後、ステップS141に進む。 In step S335, the three-dimensional extraction unit 74 calculates three-dimensional edge information. Only the three-dimensional coordinates of pixels corresponding to pixels included in the two-dimensional edge information are calculated by the three-dimensional measurement. Therefore, the three-dimensional coordinates obtained by the three-dimensional measurement can be used as the three-dimensional edge information as is. After calculating the three-dimensional edge information, proceed to step S141.

ステップS141では、認識実行部79が三次元エッジ情報とモデルデータとをマッチングすることで位置姿勢認識を実行する。位置姿勢認識に関する制御を終了した後、必要に応じて把持作業などのロボット10を用いた作業を行う。 In step S141, the recognition execution unit 79 performs position and orientation recognition by matching the three-dimensional edge information with the model data. After control related to position and orientation recognition is completed, a task using the robot 10, such as a grasping task, is performed as necessary.

以下、上述した実施形態による効果を説明する。上述した実施形態によると、二次元抽出部73は、二次元座標ごとの距離情報からエッジ部分であるか否かを判断して二次元エッジ情報を抽出する。このため、輝度情報以外の情報からエッジ部分であるか否かを判断できる。また、エッジ部分か否かの判断に用いるエッジ距離差を調整することで、二次元エッジ情報のデータ量を調整しやすい。 The effects of the above-described embodiment are described below. According to the above-described embodiment, the two-dimensional extraction unit 73 extracts two-dimensional edge information by determining whether or not an area is an edge from distance information for each two-dimensional coordinate. This makes it possible to determine whether or not an area is an edge from information other than luminance information. In addition, by adjusting the edge distance difference used to determine whether or not an area is an edge, it is easy to adjust the amount of data in the two-dimensional edge information.

三次元算出部374は、計測対象物41の内、二次元エッジ情報に基づいてエッジ部分であると判断した部分の三次元点群を算出し、エッジ部分ではないと判断した部分の三次元点群を算出しない。このため、計測対象物41の平面部分を含む全体の三次元点群を算出してから三次元エッジ情報を抽出する場合に比べて、高速に三次元エッジ情報を算出しやすい。したがって、高速に位置姿勢を認識可能な認識システム1を提供できる。 The three-dimensional calculation unit 374 calculates a three-dimensional point cloud for a portion of the measurement object 41 that is determined to be an edge portion based on the two-dimensional edge information, and does not calculate a three-dimensional point cloud for a portion that is determined not to be an edge portion. This makes it easier to calculate three-dimensional edge information quickly compared to a case where a three-dimensional point cloud for the entire measurement object 41, including the planar portions, is calculated and then three-dimensional edge information is extracted. This makes it possible to provide a recognition system 1 that is capable of recognizing position and orientation quickly.

他の実施形態
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および/または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および/または要素が省略されたものを包含する。開示は、1つの実施形態と他の実施形態との間における部品および/または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
Other embodiments The disclosure in this specification and drawings, etc. is not limited to the exemplified embodiments. The disclosure includes the exemplified embodiments and modifications by those skilled in the art based thereon. For example, the disclosure is not limited to the combination of parts and/or elements shown in the embodiments. The disclosure can be implemented by various combinations. The disclosure can have additional parts that can be added to the embodiments. The disclosure includes the omission of parts and/or elements of the embodiments. The disclosure includes the substitution or combination of parts and/or elements between one embodiment and another embodiment. The disclosed technical scope is not limited to the description of the embodiments. Some disclosed technical scopes are indicated by the description of the claims, and should be interpreted as including all modifications within the meaning and scope equivalent to the description of the claims.

明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。 The disclosure in the specification and drawings, etc. is not limited by the claims. The disclosure in the specification and drawings, etc. encompasses the technical ideas described in the claims, and extends to more diverse and extensive technical ideas than the technical ideas described in the claims. Therefore, various technical ideas can be extracted from the disclosure in the specification and drawings, etc., without being bound by the claims.

本開示に記載の制御部およびその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された1つないしは複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサを構成する専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の装置およびその手法は、専用ハードウェア論理回路により、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の装置およびその手法は、コンピュータプログラムを実行するプロセッサと1つ以上のハードウェア論理回路との組み合わせにより構成された1つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。 The control unit and the method described in the present disclosure may be realized by a dedicated computer comprising a processor programmed to execute one or more functions embodied in a computer program. Alternatively, the device and the method described in the present disclosure may be realized by a dedicated hardware logic circuit. Alternatively, the device and the method described in the present disclosure may be realized by one or more dedicated computers configured by a combination of a processor that executes a computer program and one or more hardware logic circuits. In addition, the computer program may be stored in a computer-readable non-transient tangible recording medium as instructions executed by the computer.

1 認識システム、 10 ロボット、 12 関節部品、 13 軸部品、 15 ロボットアーム、 16 ロボットハンド、 20 計測ユニット、 21 投光装置、 22 受光装置、 41 計測対象物、 70 制御部、 71 計測実行部、 72 データ取得部、 73 二次元抽出部、 74 三次元抽出部、 79 認識実行部、 81 ロボット操作部、 220 計測ユニット、 374 三次元算出部 1 Recognition system, 10 Robot, 12 Joint part, 13 Axis part, 15 Robot arm, 16 Robot hand, 20 Measurement unit, 21 Light projector, 22 Light receiver, 41 Measurement object, 70 Control unit, 71 Measurement execution unit, 72 Data acquisition unit, 73 Two-dimensional extraction unit, 74 Three-dimensional extraction unit, 79 Recognition execution unit, 81 Robot operation unit, 220 Measurement unit, 374 Three-dimensional calculation unit

Claims (5)

計測対象物(41)の位置姿勢を認識するための位置姿勢認識を行う認識システムであって、
前記計測対象物の表面画像を撮像し、前記表面画像の画素と対応する位置の三次元座標を前記計測対象物の三次元点群として算出する計測ユニット(20、220)と、
前記表面画像に基づいて前記計測対象物におけるエッジ部分の位置を示す情報である二次元エッジ情報を抽出する二次元抽出部(73)と、
前記三次元点群における前記エッジ部分の位置を示す情報である三次元エッジ情報を抽出する三次元抽出部(74)と、
前記三次元エッジ情報に基づいて前記計測対象物の位置姿勢を認識する認識実行部(79)とを備え、
前記三次元抽出部は、前記二次元エッジ情報に基づいて前記三次元点群の中から前記三次元エッジ情報を抽出し、
前記計測ユニットは、前記表面画像の画素ごとに前記計測対象物と前記計測ユニットとの距離を示す距離情報を取得し、
前記二次元抽出部は、前記距離情報から前記エッジ部分であるか否かを判断して前記二次元エッジ情報を抽出する認識システム。
A recognition system for performing position and orientation recognition for recognizing a position and orientation of a measurement object (41), comprising:
a measurement unit (20, 220) that captures a surface image of the measurement object and calculates three-dimensional coordinates of positions corresponding to pixels of the surface image as a three-dimensional point cloud of the measurement object;
a two-dimensional extraction unit (73) that extracts two-dimensional edge information that is information indicating a position of an edge portion in the measurement object based on the surface image;
a three-dimensional extraction unit (74) that extracts three-dimensional edge information that is information indicating the position of the edge portion in the three-dimensional point cloud;
a recognition execution unit (79) for recognizing a position and orientation of the measurement object based on the three-dimensional edge information;
The three-dimensional extraction unit extracts the three-dimensional edge information from the three-dimensional point cloud based on the two-dimensional edge information,
the measurement unit acquires distance information indicating a distance between the measurement object and the measurement unit for each pixel of the surface image;
The two-dimensional extraction unit is a recognition system that determines whether or not an object is an edge portion from the distance information and extracts the two-dimensional edge information .
計測対象物(41)の位置姿勢を認識するための位置姿勢認識を行う認識システムであって、
前記計測対象物の表面画像を撮像し、前記表面画像の画素と対応する位置の三次元座標を前記計測対象物の三次元点群として算出する計測ユニット(20、220)と、
前記表面画像に基づいて前記計測対象物におけるエッジ部分の位置を示す情報である二次元エッジ情報を抽出する二次元抽出部(73)と、
前記三次元点群における前記エッジ部分の位置を示す情報である三次元エッジ情報を抽出する三次元抽出部(74)と、
前記三次元エッジ情報に基づいて前記計測対象物の位置姿勢を認識する認識実行部(79)とを備え、
前記三次元抽出部は、前記二次元エッジ情報に基づいて前記三次元点群の中から前記三次元エッジ情報を抽出し、
前記計測ユニットは、前記表面画像の画素ごとに、輝度を示す輝度情報と、前記計測対象物と前記計測ユニットとの距離を示す距離情報とを取得し、
前記二次元抽出部は、前記輝度情報と前記距離情報との両方の情報から前記エッジ部分であるか否かを判断して前記二次元エッジ情報を抽出する認識システム。
A recognition system for performing position and orientation recognition for recognizing a position and orientation of a measurement object (41), comprising:
a measurement unit (20, 220) that captures a surface image of the measurement object and calculates three-dimensional coordinates of positions corresponding to pixels of the surface image as a three-dimensional point cloud of the measurement object;
a two-dimensional extraction unit (73) that extracts two-dimensional edge information that is information indicating a position of an edge portion in the measurement object based on the surface image;
a three-dimensional extraction unit (74) that extracts three-dimensional edge information that is information indicating the position of the edge portion in the three-dimensional point cloud;
a recognition execution unit (79) for recognizing a position and orientation of the measurement object based on the three-dimensional edge information;
The three-dimensional extraction unit extracts the three-dimensional edge information from the three-dimensional point cloud based on the two-dimensional edge information,
the measurement unit acquires, for each pixel of the surface image, luminance information indicating luminance and distance information indicating a distance between the measurement object and the measurement unit;
The two-dimensional extraction unit extracts the two-dimensional edge information by determining whether or not the object is an edge portion from both the luminance information and the distance information .
計測対象物(41)の位置姿勢を認識するための位置姿勢認識を行う認識システムであって、
前記計測対象物の表面画像を撮像し、前記表面画像の画素と対応する位置の三次元点群を算出可能な計測ユニット(20、220)と、
前記認識システムを制御する制御部(70)と、を備え、
前記制御部は、
前記計測ユニットによる形状計測を実行し、
前記表面画像に基づいて前記計測対象物におけるエッジ部分の位置を示す情報である二次元エッジ情報を抽出し、
前記エッジ部分の前記三次元点群である三次元エッジ情報を算出し、
前記三次元エッジ情報に基づいて前記計測対象物の位置姿勢を認識し、
前記制御部は、前記二次元エッジ情報を抽出するための前記形状計測である二次元計測を実行した後、前記三次元エッジ情報を算出するための前記形状計測である三次元計測を実行し、前記三次元計測における前記計測対象物の内、前記二次元エッジ情報に基づいて前記エッジ部分であると判断した画素に対応する画素の前記三次元点群を算出し、前記エッジ部分ではないと判断した画素に対応する画素の前記三次元点群を算出しない認識システム。
A recognition system for performing position and orientation recognition for recognizing a position and orientation of a measurement object (41), comprising:
a measurement unit (20, 220) capable of capturing a surface image of the measurement object and calculating a three-dimensional point cloud at positions corresponding to pixels of the surface image;
A control unit (70) that controls the recognition system,
The control unit is
A shape measurement is performed by the measurement unit ;
extracting two-dimensional edge information that is information indicating a position of an edge portion of the measurement object based on the surface image;
Calculating three-dimensional edge information, which is the three-dimensional point cloud of the edge portion ;
Recognizing the position and orientation of the measurement object based on the three-dimensional edge information;
The control unit performs two-dimensional measurement, which is the shape measurement to extract the two-dimensional edge information, and then performs three-dimensional measurement, which is the shape measurement to calculate the three-dimensional edge information, and calculates the three-dimensional point cloud of pixels corresponding to pixels of the measurement object in the three-dimensional measurement that are determined to be the edge portion based on the two-dimensional edge information, and does not calculate the three-dimensional point cloud of pixels corresponding to pixels that are determined not to be the edge portion.
前記計測ユニットは、互いに異なる波長、かつ、輝度変化の位相が互いに異なる複数の光を合成したカラーパターン光を前記計測対象物に投光する投光装置(21)と、前記計測対象物で反射した前記カラーパターン光を受光する受光装置(22)とを有し、前記受光装置が受光した前記カラーパターン光に基づいて前記三次元点群を算出する請求項1から請求項のいずれかに記載の認識システム。 4. The recognition system according to claim 1, wherein the measurement unit includes a light-projecting device (21) that projects a color pattern light, which is a combination of a plurality of lights having different wavelengths and different phases of luminance change, onto the measurement object, and a light-receiving device (22) that receives the color pattern light reflected by the measurement object, and calculates the three -dimensional point cloud based on the color pattern light received by the light-receiving device. 複数の軸部品(13)が関節部品(12)を介して互いに相対回転可能に連結されているロボット(10)を備え、
前記計測ユニットは、前記ロボットに設けられている請求項1から請求項のいずれかに記載の認識システム。
The robot (10) includes a plurality of shaft parts (13) connected to each other via joint parts (12) so as to be capable of rotating relative to each other;
The recognition system according to claim 1 , wherein the measurement unit is provided on the robot.
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