[发明专利]探测设备、探测方法和操纵器

说明书

技术领域

本发明涉及一种探测设备和一种用于实时控制包括探测设备的操纵器的操作的方法，所述探测设备包括安装到机器人等的操纵器的光束辐射设备和单眼成像摄像机，所述探测设备探测由摄像机所拍摄的物体的三维位置。

背景技术

近年来，使用由摄像机等成像的用于机器人的工作的图像变得越来越流行。通过使用被成像的图像，工作对象被识别到，或者工作物体的位置和姿势信息被获得以控制机器人的操作。

然而，一般使用复眼摄像机获得物体的三维位置。有时围绕机械手安装摄像机。然而，多数时候，摄像机被安装在机器人外部，安装在机器人主体上或者安装在机器人头部上。

由复眼摄像机所成像的图像能够被制作成伪三维图像。通过选择和固定立体帧以增加图像的深度感来实现上述目的。同时，只要从摄像机到目标平面的距离已知，即使是自前方得到的图像也能够被做成三维图像。通过处理这些图像，执行诸如快速拾取的工作。

工业机器人旨在提高生产率。为此，期望利用工业机器人提高操作速度和精确地重复操作。为了使得机器人工作，需要以固定的方式配送和接收工作物体。然而，有时由于增大的成本，很难把握机械准备位置和物体的姿势以配送给机器人。在此情况下，通过使用被成像的图像而获得诸如物体的姿势和位置的信息以解决该问题。

由摄像机所成像的图像是连续图像。然而，在以上描述的现有技术中，通过分割连续图像中的一个可执行机器人的操作控制。这不能很好地利用作为连续图像的一个特征的时间变化。

连续图像的时间变化与机器人的工作质量有关，包括探测工作物体的拾取失误或者监视工作的完成。工业机器人今后应该解决这些问题。

当使用复眼摄像机时，需要一些复杂的处理，并且需要相当多的分析时间(大约0.4秒)以从二维成像图像中获得三维信息。这是使用连续图像中的一个的原因。然而，通过使用复眼摄像机，通过固定成像框架(摄像机)和识别从摄像机到目标拍摄平面的距离而获得三维信息。

当使用复眼摄像机时，虽然成像框架中存在柔韧性，但是还是需要时间处理。一方面，当使用单眼摄像机时，成像框架被固定，但是需要较少的时间进行处理。这与用于探测至目标拍摄平面的距离的时间有关。

日本专利申请特开No.2011-257267公开了一种用于实时探测从目标拍摄平面到摄像机的焦点的距离以及目标拍摄平面的方向的方法。通过使用安装到机械手的单眼摄像机和三条光束来探测上述距离和方向。然而，很难探测多个装置的布置方式和调整该布置方式以与数学表达式相适应。此外，工作物体的探测和机械手的操作控制是在将来待解决的问题。

发明内容

根据本发明的一个方面，在待连接到成像单元的探测设备中，所述成像单元被设置在具有光束辐射单元的操纵器上，其中，水平成像平面被定义为包括所述成像单元的光轴和定义在所述成像单元的成像平面中的水平x轴线的平面，竖直平面被定义为包括所述光轴和定义在所述成像平面中的竖直y轴线的平面，其中1)来自所述光束辐射单元的光束在所述水平成像平面上的投影以及2)来自所述光束辐射单元的光束在所述竖直成像平面上的投影分别与所述成像单元的光轴形成一个夹角，所述探测设备包括：计算单元，所述计算单元设置为：通过从由所述成像单元所成像的图像中获得光束辐射点在目标拍摄平面的所述成像平面上的位置以及获得光束辐射点在物体上的目标拍摄平面上的位置，计算所述光束辐射单元和与光束辐射方向正交的所述目标拍摄平面之间的距离L，其中，所述计算单元设置为：参考预先形成的关系表达式，获得用于所获得的所述光束辐射点在所述成像平面上的位置的相应的距离L，关系表达式基于如下的数据而形成：3)所述光束辐射点在所述成像平面上的位置(xi，yi)(i＝0，1，2，…N)；4)所述目标拍摄平面和所述光束辐射单元之间的用于所述光束辐射点在所述成像平面上的相应位置(xi，yi)的距离Li的实际测量值，其中，所述计算单元被构造为基于所获得的相应距离L而探测被成像物体的三维位置。