JP7845261B2 - Rotation state derivation device and robot system - Google Patents
Rotation state derivation device and robot systemInfo
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- JP7845261B2 JP7845261B2 JP2023068315A JP2023068315A JP7845261B2 JP 7845261 B2 JP7845261 B2 JP 7845261B2 JP 2023068315 A JP2023068315 A JP 2023068315A JP 2023068315 A JP2023068315 A JP 2023068315A JP 7845261 B2 JP7845261 B2 JP 7845261B2
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Description
本開示は、回転状態導出装置及びロボットシステムに関する。 This disclosure relates to a rotational state derivation device and a robotic system.
一般的に球体の回転状態を導出する場合、特許文献1に開示されているように、球体をセンサで検出した複数の画像データ夫々において、球体に設けられたマークを特徴部として抽出し、当該特徴部の時系列の変位に基づいて球体の回転状態を導出している。 Generally, when deriving the rotational state of a sphere, as disclosed in Patent Document 1, marks on the sphere are extracted as feature parts from each of the multiple image data of the sphere detected by a sensor, and the rotational state of the sphere is derived based on the time-series displacement of these feature parts.
本出願人は、以下の課題を見出した。球体がセンサに接近した場合、球体におけるセンサで検出できる領域が狭くなり、例えば、球体の特徴部がセンサの検出範囲から外れてしまい、球体の回転状態を良好に導出できない場合がある。 The applicant has identified the following problem: When a sphere approaches a sensor, the area of the sphere that can be detected by the sensor narrows. For example, a characteristic feature of the sphere may fall outside the sensor's detection range, making it difficult to accurately determine the sphere's rotational state.
本開示は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、球体の回転状態を良好に導出可能な回転状態導出装置及びロボットシステムを実現する。 This disclosure was made in view of the above problems, and aims to realize a rotation state derivation device and robot system capable of accurately deriving the rotation state of a sphere.
本開示の一態様に係る回転状態導出装置は、球体をセンサで検出した画像データに基づいて前記球体の回転状態を導出する回転状態導出装置であって、
動体に固定された前記センサと前記球体との距離が予め設定された第1の閾値以上の場合、前記球体の特徴部を抽出し、抽出した前記特徴部の時系列の変位に基づいて前記球体の回転状態を導出し、
前記センサと前記球体との距離が前記第1の閾値未満の場合、過去に導出した前記球体の回転状態を示すデータに基づいて現時刻の前記球体の姿勢を推定して当該球体の回転状態を導出する。
A rotation state derivation device according to one aspect of the present disclosure is a rotation state derivation device that derives the rotation state of a sphere based on image data detected by a sensor on the sphere,
If the distance between the sensor fixed to the moving body and the sphere is greater than or equal to a preset first threshold, the feature portion of the sphere is extracted, and the rotational state of the sphere is derived based on the time-series displacement of the extracted feature portion.
If the distance between the sensor and the sphere is less than the first threshold, the orientation of the sphere at the current time is estimated based on data indicating the rotation state of the sphere derived in the past, and the rotation state of the sphere is derived.
本開示によれば、球体の回転状態を良好に導出可能な回転状態導出装置及びロボットシステムを実現できる。 According to this disclosure, a rotation state derivation device and robot system capable of accurately determining the rotation state of a sphere can be realized.
以下、本開示を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本開示が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。 The following describes specific embodiments applying this disclosure, with reference to the drawings. However, this disclosure is not limited to the following embodiments. Furthermore, the following description and drawings have been simplified as appropriate.
<実施の形態1>
先ず、本実施の形態のロボットシステムの構成を説明する。図1は、本実施の形態のロボットシステムの構成を示すブロック図である。本実施の形態のロボットシステム1は、図1に示すように、ロボット2、センサ3、回転状態導出装置4及びデータベース(DB)5を備えており、これらのロボット2とセンサ3と回転状態導出装置4とDB5とは、ネットワーク6を介して接続されている。ここで、ネットワーク6は、有線又は無線の通信回線、例えば、インターネットである。
<Embodiment 1>
First, the configuration of the robot system of this embodiment will be described. Figure 1 is a block diagram showing the configuration of the robot system of this embodiment. As shown in Figure 1, the robot system 1 of this embodiment includes a robot 2, a sensor 3, a rotation state derivation device 4, and a database (DB) 5. These robot 2, sensor 3, rotation state derivation device 4, and DB 5 are connected via a network 6. Here, the network 6 is a wired or wireless communication line, for example, the internet.
ロボット2は、例えば、一般的なヒューマロイドロボットで構成することができる。つまり、詳細な図示は省略するが、ロボット2は、頭部、胴部、腕部、手部及び脚部を備えている。ここで、ロボット2の腕部と手部とでロボットアームを構成し、ロボット2の手部でロボットアームのハンド部を構成する。 Robot 2 can be composed of, for example, a general humanoid robot. That is, although detailed illustrations are omitted, robot 2 comprises a head, torso, arms, hands, and legs. Here, the arms and hands of robot 2 form a robotic arm, and the hands of robot 2 form the hand portion of the robotic arm.
ロボット2は、頭部、胴部、腕部、手部及び脚部の夫々の関節部に設けられたアクチュエータ2aを制御部2bによって制御することで、所定の動作を実現可能な構成とされている。例えば、ロボット2は、バスケットボール選手の動作を模した動作(バスケットボールの把持、ドリブル及びフリースローなど)を実現可能な構成とされているとよい。 Robot 2 is configured to perform predetermined actions by controlling actuators 2a, located at the joints of its head, torso, arms, hands, and legs, via a control unit 2b. For example, Robot 2 may be configured to perform actions that mimic those of a basketball player (such as grasping a basketball, dribbling, and free throws).
センサ3は、例えば、三次元測距センサで構成することができる。図2は、本実施の形態のロボットシステムにおけるセンサの検出範囲(即ち、画角)などを説明するための図である。ここで、図2では、一点鎖線によってセンサ3の検出範囲Rを示している。 Sensor 3 can be configured, for example, as a three-dimensional distance measuring sensor. Figure 2 is a diagram illustrating the detection range (i.e., field of view) of the sensor in the robot system of this embodiment. Here, in Figure 2, the detection range R of sensor 3 is indicated by a dashed line.
センサ3は、例えば、図2に示すように、ロボットアーム2cのハンド部2dの付け根部分、即ち、ロボット2における手部の手根部分に固定されており、手の平側に検出範囲Rを有する。 The sensor 3 is fixed, for example, to the base of the hand portion 2d of the robot arm 2c, that is, to the carpal portion of the hand of the robot 2, as shown in Figure 2, and has a detection range R on the palm side.
回転状態導出装置4は、詳細は後述するが、例えば、図2に示すように、バスケットボール10をセンサ3によって検出した画像データに基づいて当該バスケットボール10の回転状態(例えば、バスケットボール10の回転量及び回転方向など)を導出する。DB5は、画像データ及び過去に導出したバスケットボール10の回転状態を示すデータなどを格納する。 The rotation state derivation device 4, as detailed later, derives the rotation state of the basketball 10 (for example, the amount and direction of rotation of the basketball 10) based on image data detected by the sensor 3, as shown in Figure 2. DB 5 stores the image data and data indicating the rotation state of the basketball 10 that has been previously derived.
次に、本実施の形態のロボットシステム1における回転状態導出装置4の処理の流れを説明する。図3は、本実施の形態のロボットシステムにおける回転状態導出装置の処理の流れを示すフローチャート図である。ここで、本実施の形態では、バスケットボール10の回転状態を導出するものとする。 Next, the processing flow of the rotation state derivation device 4 in the robot system 1 of this embodiment will be explained. Figure 3 is a flowchart showing the processing flow of the rotation state derivation device in the robot system of this embodiment. In this embodiment, the rotation state of the basketball 10 is derived.
先ず、回転状態導出装置4は、バスケットボール10をセンサ3によって検出した画像データを取得する(S1)。そして、回転状態導出装置4は、当該画像データに基づいてバスケットボール10までの距離(即ち、センサ3とバスケットボール10との距離)を算出すると共に、DB5から前回、導出したバスケットボール10の回転状態を示すデータに含まれる当該バスケットボール10の回転量を取得する。 First, the rotation state derivation device 4 acquires image data of the basketball 10 detected by the sensor 3 (S1). Then, based on this image data, the rotation state derivation device 4 calculates the distance to the basketball 10 (i.e., the distance between the sensor 3 and the basketball 10) and acquires the amount of rotation of the basketball 10 from the DB 5, which was previously derived from the data indicating the rotation state of the basketball 10.
次に、回転状態導出装置4は、バスケットボール10までの距離が第1の閾値以上であって、且つバスケットボール10の回転量が第2の閾値未満か否かを判定する(S2)。ここで、図4(a)は、ロボットのハンド部の指先がバスケットボールに触れている状態でのセンサの検出範囲などを説明するための図であり、図4(b)は、ロボットのハンド部の指先がバスケットボールに触れている状態でセンサによって検出された画像データを示す図であり、図4(c)は、ロボットのハンド部でバスケットボールを掴んでいる状態でのセンサの検出範囲などを説明するための図であり、図4(d)は、ロボットのハンド部でバスケットボールを掴んでいる状態でセンサによって検出された画像データを示す図である。 Next, the rotation state derivation device 4 determines whether the distance to the basketball 10 is greater than or equal to the first threshold, and whether the amount of rotation of the basketball 10 is less than the second threshold (S2). Here, Figure 4(a) is a diagram illustrating the sensor's detection range when the fingertips of the robot's hand are touching the basketball; Figure 4(b) shows image data detected by the sensor when the fingertips of the robot's hand are touching the basketball; Figure 4(c) is a diagram illustrating the sensor's detection range when the robot's hand is grasping the basketball; and Figure 4(d) shows image data detected by the sensor when the robot's hand is grasping the basketball.
図2に示すように、センサ3の検出範囲R内にバスケットボール10の略全域が存在する状態となる、バスケットボール10までの距離が第1の閾値以上の場合、センサ3によってバスケットボール10の略全域を検出することができる。そのため、バスケットボール10の模様(即ち、特徴部)の変位を良好に検出することができる。 As shown in Figure 2, when the distance to the basketball 10 is greater than or equal to the first threshold, and the basketball 10 is substantially within the detection range R of the sensor 3, the sensor 3 can detect substantially the entire basketball 10. Therefore, the displacement of the basketball's pattern (i.e., its characteristic features) can be detected effectively.
一方、図4(a)及び図4(c)に示すように、センサ3の検出範囲R内にバスケットボール10の略全域が存在しない状態となる、バスケットボール10までの距離が第1の閾値未満の場合、図4(b)及び図4(d)に示すように、センサ3によってバスケットボール10の略全域を検出することができない。そのため、バスケットボール10の模様の変位を良好に検出することができない場合がある。 On the other hand, as shown in Figures 4(a) and 4(c), when the distance to the basketball 10 is less than the first threshold, meaning that substantially the entire basketball 10 is not within the detection range R of the sensor 3, the sensor 3 cannot detect substantially the entire basketball 10, as shown in Figures 4(b) and 4(d). Therefore, it may not be possible to accurately detect the displacement of the pattern on the basketball 10.
また、例えば、バスケットボール10のような模様が対称などの規則性を有する場合、前回、センサ3によって検出された画像データに示されるバスケットボール10の模様と、今回、センサ3によって検出された画像データに示されるバスケットボール10の模様と、の変位を明確に認識できない状態となる、バスケットボール10の回転量が第2の閾値以上の場合、相互の模様の変位を良好に検出することができない場合がある。 Furthermore, for example, if the pattern on a basketball 10 has a regularity such as symmetry, it may be difficult to clearly recognize the displacement between the pattern of the basketball 10 shown in the image data previously detected by sensor 3 and the pattern of the basketball 10 shown in the image data currently detected by sensor 3. If the rotation amount of the basketball 10 exceeds the second threshold, it may be difficult to accurately detect the displacement between the patterns.
そこで、バスケットボール10までの距離が第1の閾値以上であって、且つバスケットボール10の回転量が第2の閾値未満の場合(S2のYES)、回転状態導出装置4は、通常の回転状態導出処理を実行する(S3)。図5は、通常の回転状態導出処理の流れを説明するための図である。 Therefore, if the distance to the basketball 10 is greater than or equal to the first threshold, and the amount of rotation of the basketball 10 is less than the second threshold (YES in S2), the rotation state derivation device 4 performs the normal rotation state derivation process (S3). Figure 5 is a diagram illustrating the flow of the normal rotation state derivation process.
詳細には、先ず、回転状態導出装置4は、センサ3によって検出された図5(a)に示すような画像データに基づいて三次元点群データを取得する。そして、回転状態導出装置4は、例えば、三次元点群データからRANSAC(Random Sample Consensus)アルゴリズムなどの手法を用いて、図5(b)に示すようなバスケットボール10の球形状及び環境内のバスケットボール10の位置(即ち、座標)を示す点群データを取得する。 In detail, first, the rotation state derivation device 4 acquires three-dimensional point cloud data based on image data detected by the sensor 3, as shown in Figure 5(a). Then, the rotation state derivation device 4 uses a method such as the RANSAC (Random Sample Consensus) algorithm to acquire point cloud data indicating the spherical shape of the basketball 10 and its position (i.e., coordinates) within the environment, as shown in Figure 5(b).
次に、回転状態導出装置4は、センサ3によって検出された画像データに基づいて図5(c)に示すような二次元画像を取得する。そして、回転状態導出装置4は、例えば、二次元画像からSIFT(Scale-Invariant Feature Transform)やFAST(Features from Accelerated Segment Test)などの手法を用いて特徴部抽出を実行し、図5(d)に示すようなバスケットボール10の模様を取得する。 Next, the rotation state derivation device 4 acquires a two-dimensional image as shown in Figure 5(c) based on the image data detected by the sensor 3. Then, the rotation state derivation device 4 performs feature extraction from the two-dimensional image using techniques such as SIFT (Scale-Invariant Feature Transform) or FAST (Features from Accelerated Segment Test) to acquire the pattern of the basketball 10 as shown in Figure 5(d).
次に、回転状態導出装置4は、バスケットボール10の模様に該当する部分の点群データを抽出し、図5(e)に示すような前回、取得したバスケットボール10の模様に該当する部分の点群データに対する、図5(f)に示すような今回、取得したバスケットボール10の模様に該当する部分の点群データの変位に基づいて、バスケットボール10の回転状態を導出する。 Next, the rotation state derivation device 4 extracts point cloud data corresponding to the pattern on the basketball 10, and derives the rotation state of the basketball 10 based on the displacement of the point cloud data corresponding to the pattern on the basketball 10 acquired this time (as shown in Figure 5(f)) relative to the point cloud data corresponding to the pattern on the basketball 10 acquired previously (as shown in Figure 5(e)).
一方、バスケットボール10までの距離が第1の閾値以上であって、且つバスケットボール10の回転量が第2の閾値未満ではない場合(S2のNO)、つまり、バスケットボール10までの距離が第1の閾値未満、又はバスケットボール10の回転量が第2の閾値以上の場合、回転状態導出装置4は、通常の回転状態導出処理を行わず、過去に導出したバスケットボール10の回転状態を示すデータに基づいて、現時刻のバスケットボール10の姿勢を推定して当該バスケットボール10の回転状態を導出する(S4)。 On the other hand, if the distance to the basketball 10 is greater than or equal to the first threshold, and the amount of rotation of the basketball 10 is not less than the second threshold (NO in S2), that is, if the distance to the basketball 10 is less than the first threshold, or the amount of rotation of the basketball 10 is greater than or equal to the second threshold, the rotation state derivation device 4 does not perform the normal rotation state derivation process, but instead estimates the current posture of the basketball 10 based on data indicating the rotation state of the basketball 10 derived in the past, and derives the rotation state of the basketball 10 (S4).
詳細には、例えば、回転状態導出装置4は、DB5から前回及び前々回、導出したバスケットボール10の回転状態を示すデータを取得し、これらのデータに基づいて、現時刻のバスケットボール10の姿勢を推定して当該姿勢での点群データを生成する。 In detail, for example, the rotation state derivation device 4 acquires data indicating the rotation state of the basketball 10, which was derived from DB5 in the previous and the time before that. Based on this data, it estimates the current orientation of the basketball 10 and generates point cloud data for that orientation.
そして、回転状態導出装置4は、推定した現時刻のバスケットボール10の姿勢での点群データから、今回、バスケットボール10をセンサ3で検出した図4(b)又は図4(d)に示すような画像データに基づく点群データ(第1の点群データ)に対応する領域の点群データ(第2の点群データ)を抽出し、第1の点群データに対して第2の点群データをマッチングすることで、バスケットボール10の回転状態を導出する。 The rotation state derivation device 4 then extracts point cloud data (second point cloud data) corresponding to the region of point cloud data (first point cloud data) based on image data (first point cloud data) as shown in Figure 4(b) or Figure 4(d) where the basketball 10 was detected by sensor 3, from the estimated point cloud data of the basketball 10's orientation at the current time. By matching the second point cloud data with the first point cloud data, the rotation state of the basketball 10 is derived.
このようにバスケットボール10までの距離が第1の閾値未満、又はバスケットボール10の回転量が第2の閾値以上の場合、過去に導出したバスケットボール10の回転状態を示すデータに基づいて、現時刻のバスケットボール10の姿勢を推定して当該バスケットボール10の回転状態を導出する。 In this manner, if the distance to basketball 10 is less than the first threshold, or if the amount of rotation of basketball 10 is greater than or equal to the second threshold, the current orientation of basketball 10 is estimated based on previously derived data indicating the rotation state of basketball 10, and the rotation state of basketball 10 is derived.
つまり、今回、バスケットボール10をセンサ3によって検出した画像データのみに依存せずに、現時刻のバスケットボール10の回転状態を導出する。そのため、バスケットボール10の回転状態を良好に導出可能である。ここで、マッチングは、ICP(Iterative Closest Point)などの手法を用いることができる。 In other words, this method derives the rotational state of the basketball 10 at the current time, without relying solely on image data detected by the sensor 3. Therefore, it is possible to accurately derive the rotational state of the basketball 10. Here, matching can be performed using methods such as ICP (Iterative Closest Point).
次に、上述のように導出したバスケットボール10の回転状態を示すデータに基づいて、ロボット2がバスケットボール10をドリブルする際の制御の流れを説明する。図6は、ロボットがバスケットボールをドリブルする際の制御の流れを示すフローチャート図である。 Next, based on the data indicating the rotation state of the basketball 10 derived as described above, we will explain the control flow when the robot 2 dribbles the basketball 10. Figure 6 is a flowchart showing the control flow when the robot dribbles the basketball.
先ず、ロボット2の制御部2bは、DB5から現時刻のバスケットボール10の回転状態を示すデータを取得する(S11)。そして、ロボット2の制御部2bは、現時刻のバスケットボール10の回転状態を示すデータに含まれる当該バスケットボール10のトップスピン量が予め設定された回転範囲内か否かを判定する(S12)。 First, the control unit 2b of robot 2 acquires data from DB5 indicating the current rotation state of basketball 10 (S11). Then, the control unit 2b of robot 2 determines whether the amount of topspin of basketball 10 included in the data indicating the current rotation state of basketball 10 is within a preset rotation range (S12).
バスケットボール10のトップスピン量が当該回転範囲内の場合(S12のYES)、ロボット2の制御部2bは、バスケットボール10の回転にトップスピン又はバックスピンを付加しない通常のドリブルを行うように、ロボット2の各アクチュエータ2aを制御する(S13)。つまり、ロボット2の制御部2bは、各アクチュエータ2aを基本制御する。 If the amount of topspin in the basketball 10 is within the specified rotation range (YES in S12), the control unit 2b of the robot 2 controls each actuator 2a of the robot 2 to perform a normal dribble without adding topspin or backspin to the rotation of the basketball 10 (S13). In other words, the control unit 2b of the robot 2 provides basic control of each actuator 2a.
一方、バスケットボール10のトップスピン量が当該回転範囲内でない場合、即ち、バスケットボール10のトップスピン量が当該回転範囲外の場合(S12のNO)、ロボット2の制御部2bは、バスケットボール10のトップスピン量が当該回転範囲より多いか否かを判定する(S14)。 On the other hand, if the amount of topspin of the basketball 10 is not within the rotation range, that is, if the amount of topspin of the basketball 10 is outside the rotation range (NO in S12), the control unit 2b of the robot 2 determines whether the amount of topspin of the basketball 10 is greater than the rotation range (S14).
バスケットボール10のトップスピン量が当該回転範囲より多い場合(S14のYES)、ロボット2の制御部2bは、バスケットボール10の回転にバックスピンが付加されるように、ロボット2の各アクチュエータ2aを制御する(S15)。 If the amount of topspin on the basketball 10 exceeds the specified rotation range (YES in S14), the control unit 2b of the robot 2 controls each actuator 2a of the robot 2 so that backspin is added to the rotation of the basketball 10 (S15).
一方、バスケットボール10のトップスピン量が当該回転範囲より多くない場合(S14のNO)、即ち、バスケットボール10のトップスピン量が当該回転範囲より少ない場合、ロボット2の制御部2bは、バスケットボール10の回転にトップスピンが付加されるように、ロボット2の各アクチュエータ2aを制御する(S16)。 On the other hand, if the amount of topspin of the basketball 10 is not greater than the rotation range (NO in S14), that is, if the amount of topspin of the basketball 10 is less than the rotation range, the control unit 2b of the robot 2 controls each actuator 2a of the robot 2 so that topspin is added to the rotation of the basketball 10 (S16).
本実施の形態のロボット2において、バスケットボール10をドリブルする場合、センサ3にバスケットボール10が接近して当該バスケットボール10までの距離が第1の閾値未満になるが、上述のように良好に導出した現時刻のバスケットボール10の回転状態を示すデータに基づいて、ロボット2にバスケットボール10をドリブルさせることができる。そのため、ロボット2にバスケットボール10を精度良くドリブルさせることができる。 In this embodiment, when the robot 2 dribbles the basketball 10, the basketball 10 approaches the sensor 3, and the distance to the basketball 10 falls below the first threshold. However, based on the data indicating the current rotation state of the basketball 10, which has been accurately derived as described above, the robot 2 can be made to dribble the basketball 10. Therefore, the robot 2 can dribble the basketball 10 with high accuracy.
このように本実施の形態の回転状態導出装置4は、バスケットボール10までの距離が第1の閾値未満、又はバスケットボール10の回転量が第2の閾値以上の場合、過去に導出したバスケットボール10の回転状態を示すデータに基づいて、現時刻のバスケットボール10の姿勢を推定して当該バスケットボール10の回転状態を導出する。 Thus, in this embodiment, the rotation state derivation device 4 estimates the current orientation of the basketball 10 based on previously derived data indicating the rotation state of the basketball 10, and derives the rotation state of the basketball 10, when the distance to the basketball 10 is less than the first threshold, or the amount of rotation of the basketball 10 is greater than or equal to the second threshold.
つまり、今回、センサ3によって検出された画像データのみに依存せずに、現時刻のバスケットボール10の回転状態を導出する。そのため、バスケットボール10の回転状態を良好に導出可能である。 In other words, this method derives the rotational state of the basketball 10 at the current time, without relying solely on the image data detected by sensor 3. Therefore, it is possible to accurately derive the rotational state of the basketball 10.
また、本実施の形態のロボットシステム1は、上述のように導出した現時刻のバスケットボール10の回転状態を示すデータに基づいて、ロボット2にバスケットボール10をドリブルさせる。そのため、ロボット2にバスケットボール10を精度良くドリブルさせることができる。 Furthermore, the robot system 1 of this embodiment causes the robot 2 to dribble the basketball 10 based on the data indicating the rotational state of the basketball 10 at the current time, as derived as described above. Therefore, the robot 2 can dribble the basketball 10 with high precision.
ここで、ロボット2がバスケットボール10をフリースローするためにハンド部2dに載せた際の当該バスケットボール10の回転状態(即ち、バスケットボール10が止まった状態での模様の配置)に対する、バスケットボール10をフリースローした際のロボット2の各アクチュエータ2aの動作を、例えば、教師有り学習させるとよい。 Here, it is advisable to supervise the robot 2's operation of each actuator 2a when it makes a free throw of the basketball 10, based on the rotational state of the basketball 10 when it is placed on the hand part 2d for a free throw (i.e., the arrangement of the pattern when the basketball 10 is stationary).
これにより、ハンド部2dにバスケットボール10を載せた際の当該バスケットボール10の回転状態に応じてロボット2の各アクチュエータ2aを動作させることができ、ロボット2にバスケットボール10をリングに向かって高い精度でフリースローさせることができる。 This allows the actuators 2a of the robot 2 to be operated according to the rotational state of the basketball 10 when it is placed on the hand unit 2d, enabling the robot 2 to throw free throws with high precision towards the hoop using the basketball 10.
<実施の形態2>
実施の形態1では、バスケットボール10の回転量が第2の閾値以上の場合、過去に導出したバスケットボール10の回転状態を示すデータに基づいて、現時刻のバスケットボール10の姿勢を推定して当該バスケットボール10の回転状態を導出しているが、例えば、以下のようにバスケットボール10の回転状態を導出してもよい。
<Embodiment 2>
In Embodiment 1, when the amount of rotation of the basketball 10 is greater than or equal to a second threshold, the current posture of the basketball 10 is estimated based on data indicating the rotation state of the basketball 10 derived in the past, and the rotation state of the basketball 10 is derived. However, for example, the rotation state of the basketball 10 may be derived as follows.
例えば、通常の回転状態導出処理と同様に、回転状態導出装置4は、前回、取得したバスケットボール10の模様に該当する部分の点群データに対して、今回、取得したバスケットボール10の模様に該当する部分の点群データをマッチングさせた後に、マッチングに成功した点群同士を除去することで、規則性を有する模様に該当する部分の点群データを排除する。 For example, similar to the normal rotation state derivation process, the rotation state derivation device 4 matches the point cloud data corresponding to the pattern of the basketball 10 acquired in the previous step with the point cloud data corresponding to the pattern of the basketball 10 acquired in the current step. Then, by removing point clouds that successfully matched, it eliminates point cloud data corresponding to patterns with regularity.
言い換えると、回転状態導出装置4は、規則性を有する模様に該当する部分の点群データのマッチングの成功率に対して、マッチングの成功率が低い文字などのユニークな模様に該当する部分の点群データを、前回及び今回、取得したバスケットボール10の模様に該当する部分の点群データから抽出する。 In other words, the rotation state derivation device 4 extracts point cloud data corresponding to unique patterns, such as characters, from the point cloud data of the basketball 10's pattern acquired in the previous and current sessions. This data is obtained based on the success rate of matching point cloud data corresponding to regular patterns.
そして、回転状態導出装置4は、前回、取得したバスケットボール10の文字などのユニークな模様に該当する部分の点群データに対する、今回、取得したバスケットボール10の文字などのユニークな模様に該当する部分の点群データの変位に基づいて、バスケットボール10の回転状態を導出する。 The rotation state derivation device 4 then derives the rotation state of the basketball 10 based on the displacement of the point cloud data corresponding to the unique patterns, such as letters, on the basketball 10, which was acquired in the previous session, and the point cloud data corresponding to the unique patterns, such as letters, on the basketball 10, which was acquired in the current session.
このようにバスケットボール10の規則性を有する模様に該当する部分の点群データを排除し、文字などのユニークな模様に該当する部分の点群データを用いてバスケットボール10の回転状態を導出するので、バスケットボール10のような規則性を有する模様が存在しても、バスケットボール10の回転状態を良好に導出することができる。 In this way, by excluding the point cloud data corresponding to the regular pattern of the basketball 10 and using the point cloud data corresponding to unique patterns such as letters, the rotation state of the basketball 10 can be derived accurately even if a regular pattern like the basketball 10 exists.
ここで、点群データのマッチングにはICPなどの手法が用いられるが、データ数が多い場合、回転状態導出装置4の演算負荷が高くなってしまうため、マッチングの際にダウンサンプリングするとよい。このとき、マッチングによってダウンサンプリング量を変化させるとよい。 Here, while methods such as ICP are used for point cloud data matching, the computational load on the rotation state derivation device 4 becomes high when the amount of data is large. Therefore, it is advisable to downsample during matching. In this case, it is good practice to vary the downsampling amount based on the matching process.
例えば、バスケットボール10をセンサ3で検出した画像データに基づいて当該バスケットボール10の点群データを抽出するために、前回、バスケットボール10をセンサ3で検出した画像データに基づく点群データと、今回、バスケットボール10をセンサ3で検出した画像データに基づく点群データと、をマッチングする場合、ダウンサンプリング量を第1の減少量とするとよい。 For example, when extracting point cloud data of a basketball 10 based on image data detected by sensor 3, and matching the point cloud data based on previously detected image data with the point cloud data based on the currently detected image data, the downsampling amount should be set to the first reduction amount.
そして、規則性を有する模様に該当する部分の点群データをマッチングする場合、ダウンサンプリング量を第1の減少量に対して少ない第2の減少量とし、ユニークな模様に該当する部分の点群データをマッチングする場合、ダウンサンプリング量を第2の減少量に対して少ない第3の減少量とする(例えば、ダウンサンプリングしない)とよい。これにより、回転状態導出装置4の演算負担を低減することができる。 Furthermore, when matching point cloud data corresponding to a pattern with regularity, the downsampling amount should be set to a second reduction amount, which is smaller than the first reduction amount. When matching point cloud data corresponding to a unique pattern, the downsampling amount should be set to a third reduction amount, which is smaller than the second reduction amount (for example, no downsampling). This reduces the computational burden on the rotation state derivation device 4.
<他の実施の形態>
上記実施の形態では、本開示をハードウェアの構成として説明したが、本開示はこれに限定されるものではない。本開示は、各処理を、CPU(Central Processing Unit)にプログラムを実行させることにより実現することも可能である。
<Other Embodiments>
In the embodiments described above, the disclosure was explained as a hardware configuration, but the disclosure is not limited thereto. The disclosure can also be implemented by having a CPU (Central Processing Unit) execute a program for each process.
ここで、プログラムは、コンピュータに読み込まれた場合に、1又はそれ以上の機能をコンピュータに行わせるための命令群(又はソフトウェアコード)を含む。プログラムは、非一時的なコンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体に格納されてもよい。限定ではなく例として、コンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体は、random-access memory(RAM)、read-only memory(ROM)、フラッシュメモリ、solid-state drive(SSD)又はその他のメモリ技術、CD-ROM、digital versatile disc(DVD)、Blu-ray(登録商標)ディスク又はその他の光ディスクストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ又はその他の磁気ストレージデバイスを含む。プログラムは、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体上で送信されてもよい。限定ではなく例として、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体は、電気的、光学的、音響的、またはその他の形式の伝搬信号を含む。 Here, a program includes a set of instructions (or software code) that, when loaded into a computer, cause the computer to perform one or more functions. A program may be stored on a non-temporary computer-readable medium or a physical storage medium. Examples, but not limited to, include random-access memory (RAM), read-only memory (ROM), flash memory, solid-state drives (SSDs), or other memory technologies, CD-ROMs, digital versatile discs (DVDs), Blu-ray® discs, or other optical disc storage, magnetic cassettes, magnetic tapes, magnetic disk storage, or other magnetic storage devices. A program may be transmitted over a temporary computer-readable medium or a communication medium. Examples, but not limited to, include temporary computer-readable mediums or communication media that include electrically, optically, acoustically, or otherwise propagating signals.
本開示は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
例えば、上記実施の形態では、センサ3がロボット2のハンド部2dに固定されているため、ロボット2の各関節部の回転角度などに基づいて、センサ3の位置や姿勢を導出することができるが、センサ3の位置や姿勢を導出できない場合、センサ3で検出した画像データに示されるバスケットボール10以外の環境部分の点群データに基づいて、センサ3の位置や姿勢を導出することができる。
例えば、上記実施の形態では、バスケットボール10の回転状態を導出したが、球体であればよい。また、上記実施の形態では、センサ3がロボット2に固定されているが、センサ3は動体に固定されていればよい。
例えば、上記実施の形態では、バスケットボール10の回転量が第2の閾値以上の場合、回転状態導出装置4は、過去に導出したバスケットボール10の回転状態を示すデータに基づいて、現時刻のバスケットボール10の姿勢を推定して当該バスケットボール10の回転状態を導出したり、バスケットボール10の文字などのユニークな模様に該当する部分の点群データの変位に基づいて、バスケットボール10の回転状態を導出したり、しているが、少なくとも、バスケットボール10までの距離が第1の閾値以上の場合、過去に導出したバスケットボール10の回転状態を示すデータに基づいて、現時刻のバスケットボール10の姿勢を推定して当該バスケットボール10の回転状態を導出すればよい。
This disclosure is not limited to the embodiments described above, and may be modified as appropriate without departing from the spirit of the invention.
For example, in the above embodiment, since the sensor 3 is fixed to the hand portion 2d of the robot 2, the position and orientation of the sensor 3 can be derived based on the rotation angles of each joint of the robot 2. However, if the position and orientation of the sensor 3 cannot be derived, the position and orientation of the sensor 3 can be derived based on the point cloud data of the environmental portion other than the basketball 10 shown in the image data detected by the sensor 3.
For example, in the above embodiment, the rotational state of the basketball 10 was derived, but any sphere would suffice. Also, in the above embodiment, the sensor 3 is fixed to the robot 2, but the sensor 3 can be fixed to any moving object.
For example, in the above embodiment, if the amount of rotation of the basketball 10 is greater than or equal to the second threshold, the rotation state derivation device 4 estimates the current orientation of the basketball 10 based on data indicating the rotation state of the basketball 10 derived in the past and derives the rotation state of the basketball 10, or derives the rotation state of the basketball 10 based on the displacement of point cloud data of parts corresponding to unique patterns such as letters on the basketball 10. However, at least if the distance to the basketball 10 is greater than or equal to the first threshold, it is sufficient to estimate the current orientation of the basketball 10 based on data indicating the rotation state of the basketball 10 derived in the past and derive the rotation state of the basketball 10.
1 ロボットシステム
2 ロボット、2a アクチュエータ、2b 制御部、2c ロボットアーム、2d ハンド部
3 センサ
4 回転状態導出装置
5 データベース
6 ネットワーク
10 バスケットボール
R センサの検出範囲
1 Robot system 2 Robot, 2a Actuator, 2b Control unit, 2c Robot arm, 2d Hand unit 3 Sensor 4 Rotation state extraction device 5 Database 6 Network 10 Basketball® Sensor detection range
Claims (5)
動体に固定された前記センサと前記球体との距離が予め設定された第1の閾値以上の場合、前記球体の特徴部を抽出し、抽出した前記特徴部の時系列の変位に基づいて前記球体の回転状態を導出し、
前記センサと前記球体との距離が前記第1の閾値未満の場合、過去に導出した前記球体の回転状態を示すデータに基づいて現時刻の前記球体の姿勢を推定して当該球体の回転状態を導出する、回転状態導出装置。 A rotation state derivation device that derives the rotation state of a sphere based on image data detected by a sensor on the sphere,
If the distance between the sensor fixed to the moving body and the sphere is greater than or equal to a preset first threshold, the feature portion of the sphere is extracted, and the rotational state of the sphere is derived based on the time-series displacement of the extracted feature portion.
A rotation state derivation device that, when the distance between the sensor and the sphere is less than the first threshold, estimates the orientation of the sphere at the current time based on data indicating the rotation state of the sphere derived in the past, and derives the rotation state of the sphere.
前記センサと前記球体との距離が前記第1の閾値未満の場合、前記球体を前記センサで検出した画像データに基づく第1の点群データに対して、前記推定した現時刻の前記球体の姿勢での点群データのうち前記第1の点群データに対応する領域の第2の点群データをマッチングし、前記球体の回転状態を導出する、請求項1から3のいずれか1項に記載の回転状態導出装置。 The aforementioned sensor is a three-dimensional distance measuring sensor.
A rotation state derivation device according to any one of claims 1 to 3, wherein, when the distance between the sensor and the sphere is less than the first threshold, a second point cloud data of the region corresponding to the first point cloud data from the estimated point cloud data of the sphere's orientation at the current time is matched with a first point cloud data based on image data of the sphere detected by the sensor, and the rotation state of the sphere is derived.
ロボットアームを有するロボットと、
前記ロボットアームのハンド部の付け根部分に固定されたセンサと、
球体を前記センサで検出した画像データから導出した前記球体の回転状態に基づいて前記ロボットアームを制御する制御部と、
を備え、
前記球体の回転状態を示すデータに含まれる当該球体のトップスピン量が予め設定された回転範囲より多い場合、前記制御部は、前記球体にバックスピンが付加されるように前記ロボットアームを制御し、
前記球体の回転状態を示すデータに含まれる当該球体のトップスピン量が前記回転範囲より少ない場合、前記制御部は、前記球体にトップスピンが付加されるように前記ロボットアームを制御する、ロボットシステム。 A rotation state derivation device according to claim 1 or 2,
A robot with a robotic arm,
A sensor fixed to the base of the hand portion of the robot arm,
A control unit that controls the robot arm based on the rotation state of the sphere derived from image data of the sphere detected by the sensor,
Equipped with,
If the amount of top spin of the sphere included in the data indicating the rotation state of the sphere is greater than a preset rotation range, the control unit controls the robot arm so that back spin is added to the sphere.
A robot system in which, if the amount of top spin of the sphere included in the data indicating the rotation state of the sphere is less than the rotation range, the control unit controls the robot arm so that top spin is added to the sphere.
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