JP3322278B2 - ３次元物体位置姿勢検出法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、予めレンジセンサ等の
距離計測により対象物体の３次元形状データを獲得し、
それを基に対象物体が未知の姿勢に置かれた場合を想定
して計測した距離のデータを用いて当該対象物体の現在
置かれた未知なる位置と姿勢を検出する３次元物体位置
姿勢検出法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に物体の３次元データはスリット光
投影法（長島，坂内，中嶋著「３次元画像データの取得
・蓄積・表示」画像電子学会誌第２０巻第４号１９９１
年ｐｐ．５０８−５２２）等によって次のように獲得さ
れる。図１４（ａ）に示すよう投影部１から投影された
スリット光２が物体αに照射され、照射された光を受光
部３で撮影し、三角測量の原理でスリット光２の照射さ
れた部分α１の距離が算出される。ここで、回転テーブ
ル４を回転させながら距離データを得ることにより、物
体モデルα′の全３次元形状データが作成される。

【０００３】図１４（ａ）のような平面のみによって構
成される物体αの場合、得られた距離データに対して平
面を割付け、図１４（ｂ）に示すようＳ１〜Ｓ６の平面
で物体モデルα′を表現する。隣接する平面の関係を示
すと図１４（ｄ）のようになる。

【０００４】次に物体αが未知の姿勢の状態に置かれた
場合に、その物体モデルα″の位置と姿勢を検出する方
法として、前記物体モデルα′のデータ作成時と同様に
して物体モデルα″を表現すると、隣接する平面の関係
は図１４（ｅ）に示すようになる。

【０００５】平面が割付けられれば、その形状や面積に
着目することにより物体モデルα′上の平面と物体モデ
ルα″上の平面との対応関係が得られる。例えば図１４
（ｂ）と図１４（ｃ）において平面Ｓ１と平面Ｐ１が対
応し、平面Ｓ２と平面Ｐ５が対応することが分かったと
すると、図１４（ｄ）及び図１４（ｅ）から全ての平面
の対応が取れ、未知姿勢の物体モデルα″の距離データ
上に割付けられた平面３次元空間内の位置と向きが明か
となるので、物体αの位置と姿勢が算出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の検出方法では、平面の組合わせによる物体αにのみ
しか適用できず、また、物体αの位置姿勢検出に先立
ち、得られた距離データに平面を割付け、未知の姿勢状
態の物体モデルα″の全形状を再構成し、物体モデル
α′の面と再構成された物体モデルα″の面との対応づ
けをしなければならないので、検出に多大な処理時間を
要する等の問題点がある。

【０００７】更に、手法の制約として、使用できるレン
ジセンサがポイントセンサのみの組合わせやラインセン
サのみに限定される等、ある特定の種類にしか使用でき
ない検出方法であり、様々な形状の物体αの位置姿勢を
検出し得るものではない。ここにおいて、本発明は前記
従来の課題に鑑み、予め対象物体の３次元形状データを
レンジセンサにより計測し、対象物体が未知の姿勢状態
に置かれた場合を想定し、ポイントセンサ、ラインセン
サ、エリアセンサ等の任意の組合わせによる３次元距離
測定装置によって得られる３次元形状データを用いて、
対象物体の表面が平面に限らず任意の形状を有する物体
においても位置及び姿勢の検出が行える３次元物体位置
姿勢検出法を提供せんとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題の解決は、本発
明が次に列挙する新規な特徴的構成方式を採用すること
により達成される。即ち、本発明の第１の特徴は、物体
の形状である物体モデルに基づいて物体の位置及び姿勢
を検出する方法において、まず、対象物体の形状を予め
計測して前記物体モデルを作成するとともに、当該物体
モデルの各座標軸の符号を反転させることにより得られ
る反転モデルを生成しておき、次いで、未知の位置姿勢
に置かれた当該対象物体に対して、予め位置と計測方向
が決定されている二個以上の任意個数及び任意種別の距
離センサーにより当該対象物体の距離を観測し、引続
き、前記物体あるいは物体モデル上の着目点に対する前
記反転モデル上の点を前記距離センサー観測点に一致さ
せた時の当該反転モデルの表面を当該各距離センサー計
測点について得、全ての共通領域を求めることにより前
記物体モデル上の任意の一点としての着目点の位置及び
方向を定め、前記物体の位置及び姿勢を確定してなる３
次元物体位置姿勢検出法である。

【０００９】本発明の第２の特徴は、物体の形状である
物体モデルに基づいて物体の位置及び姿勢を検出する方
法において、まず、対象物体の形状を予め計測して前記
物体モデルを作成するとともに、当該物体モデルの各座
標軸の符号を反転させることにより得られる反転モデル
を生成しておき、次いで、未知の位置姿勢に置かれた当
該対象物体に対して、予め位置と計測方向が決定されて
いる二個以上の任意個数及び任意種別の距離センサーに
より当該対象物体の距離を観測し、引続き、前記物体あ
るいは物体モデル上の着目点に対する前記反転モデル上
の点を前記距離センサー観測点に一致させた時の当該反
転モデルの表面を前記各距離センサー計測点について
得、全ての共通領域を求めることにより前記物体モデル
上の任意の一点としての着目点の位置及び方向を定め、
さらに、前記物体の置かれる作業台あるいは当該物体を
固定するための治具部材の存在位置によって前記物体モ
デル上の任意の一点としての着目点の存在候補領域を限
定することにより、前記物体の位置及び姿勢を確定して
なる３次元物体位置姿勢検出法である。

【００１０】本発明の第３の特徴は、物体の形状である
物体モデルに基づいて物体の位置及び姿勢を検出する方
法において、まず、対象物体の形状を予め計測して前記
物体モデルを作成するとともに、当該物体モデルの各座
標軸の符号を反転させることにより得られる反転モデル
を生成しておき、次いで、予め作業台に水平な面で前記
物体を切断した断面輪郭パターンを作業台からの距離に
応じて複数用意しておき、引続き、姿勢検出時は未知の
位置姿勢に置かれた当該対象物体に対して、予め位置と
計測方向が決定されている二個以上の任意個数及び任意
種別の距離センサーにより当該対象物体の距離を観測
し、さらに、１点目の計測点に対する前記断面輪郭パタ
ーン上の各点について、１点目の計測座標に対する座標
変換を施した上で、２点目以降の計測点に対する当該断
面輪郭パターンを参照し、参照したパターンの値が前記
断面輪郭を示す場合に位置姿勢の候補の一つとし、参照
したパターンの値が前記断面輪郭を示さない場合には、
当該点は候補から除外する操作を繰り返すことにより前
記各距離センサー計測点の座標に応じて重ね合わせた前
記断面輪郭パターン共通領域を求めることで前記物体モ
デル上の任意の一点としての着目点の位置及び方向を定
めることにより、前記物体の位置及び姿勢を確定してな
る３次元物体位置姿勢検出法である。

【００１１】本発明の第４の特徴は、物体の形状である
物体モデルに基づいて物体の位置及び姿勢を検出する方
法において、まず、対象物体の形状を予め計測して前記
物体モデルを作成するとともに、当該物体モデルの各座
標軸の符号を反転させることにより得られる反転モデル
を生成しておき、次いで、予め作業台に水平な面で前記
物体を切断した断面輪郭パターンを作業台からの距離に
応じて複数用意しておき、引続き、姿勢検出時は未知の
位置姿勢に置かれた当該対象物体に対して、予め位置と
計測方向が決定されている二個以上の任意個数及び任意
種別の距離センサーにより当該対象物体の距離を観測
し、さらに、１点目の計測点に対する前記断面輪郭パタ
ーン上の各点について、１点目の計測座標に対する座標
変換を施した上で、２点目以降の計測点に対する当該断
面輪郭パターンを参照し、参照したパターンの値が前記
断面輪郭を示す場合に位置姿勢の候補の一つとし、参照
したパターンの値が前記断面輪郭を示さない場合には、
当該点は候補から除外する操作を繰り返すことにより前
記各距離センサー計測点の座標に応じて重ね合わせた前
記断面輪郭パターンの共通領域を求めることで前記物体
モデル上の任意の一点としての着目点の位置及び方向を
定め、その上、前記物体の置かれる作業台あるいは前記
物体を固定するための治具部材の存在位置によって前記
物体モデル上の任意の一点としての着目点の存在候補領
域を限定することにより、前記物体の位置及び姿勢を確
定してなる３次元物体位置姿勢検出法である。

【００１２】

【作用】本発明は、前記のような手法を講じたため、本
発明では、モデルに基づく物体の位置及び姿勢を検出す
るにあたり、先ず、対象のモデルを作成するために、回
転台に対象物体を置いて、台を回転させながら距離計測
を行って物体モデルを作成し、続いて、得られた物体モ
デルを用いて、物体の反転モデルおよび断面形状パター
ンを作成する。

【００１３】以上の処理を前処理として行った上で、モ
デルと同一形状の物体が未知の姿勢の状態におかれた場
合の姿勢検出処理を行なう。姿勢検出に用いるセンサー
の個数、種類は任意の組み合わせが可能である。物体の
形状、作業対象箇所に応じて、ポイントセンサー、ライ
ンセンサー等、複数各種センサーの配置を行なう。

【００１４】姿勢検出位置及び姿勢が未知の物体に対し
て、各センサーによる計測を行なう。物体自体の位置お
よび姿勢は、物体モデル上の任意の着目点の位置および
方向を定めることにより決定できるので、その着目点の
位置を求めればよい。姿勢検出処理は、任意個数および
任意種別のセンサーにより観測される位置データ、およ
び、物体の置かれる作業台等は物体表面のいずれかの部
分で物体と接触することにより、物体の存在し得る範囲
が限られた範囲内に拘束されるという原理に基づくもの
である。

【００１５】各センサー計測点に対する反転モデルの候
補領域の共通部分、あるいは、断面形状パターンの共通
領域を求める。この処理により、各センサーによる姿勢
候補を統合して、物体の位置・姿勢を得ることができ
る。存在候補の領域を順次狭めたり、回転の刻み幅を徐
々に変えることにより、検出精度を向上させることがで
きる。なお、この処理は、物体の大まかな位置決め処理
として用い、モデルと観測データとの距離の二乗誤差を
最小化する精モードの姿勢検出法としての後処理を設け
ることもできる。

【００１６】以上の処理の流れにおいて、本発明の物体
位置姿勢検出方法では、物体の位置姿勢を求める操作
は、物体上の着目点の位置・姿勢を求めることであり、
この操作は、３次元物体の反転モデル上の着目点をセン
サー計測点に位置させた時に、各センサー計測点に対す
る反転モデルの共通領域を求める操作として効率的に、
かつ、物体の形状に依存することなく柔軟に行なうこと
ができる。

【００１７】更に詳しくは、物体モデル上の任意の１点
としての着目点の位置および方向を定めることにより、
物体自体の位置および姿勢が決定できること、さらに、
任意個数および任意種別のセンサーにより観測される位
置データ、および、物体の置かれる作業台、等は物体表
面のいずれかの部分で物体と接触することによって物体
の存在し得る範囲が限られた範囲内に拘束されるという
原理に基づいて、モデルに基づく物体の位置および姿勢
を検出する方法である。

【００１８】即ち、物体モデルの各座標軸の符号を反転
させることにより得られる反転モデルを生成し、物体上
の着目点に対する反転モデル上の点をセンサー観測点に
一致させた時の反転モデルの表面を、各センサー計測点
について得、全ての共通領域を求めることにより、物体
の位置および姿勢を確定する。

【００１９】並びに、３次元物体の姿勢検出において、
反転モデル上の着目点をセンサー計測点に一致させた時
に、各センサー計測点に対する反転モデルの共通領域を
求めるにあたり、予め作業台に水平な面で物体を切断し
た断面輪郭パターンを、作業台からの距離に応じて複数
用意しておき、姿勢検出時は、各センサー計測点の座標
に応じて重ね合わせた断面輪郭パターンの共通領域を求
めるために、１点目の計測点に対する断面輪郭パターン
上の各点について、１点目の計測座標に対する座標変換
を施した上で、２点目移行の断面輪郭パターンを参照
し、参照したパターンの値が断面輪郭を示す場合に位置
姿勢の候補点とし、参照したパターンの値が断面輪郭を
示さない場合には、当該点は候補点から除外する操作を
繰り返すことで、候補領域を限定することにより、物体
の位置姿勢を確定するという、極めてに簡素な構成によ
る。

【００２０】従って、物体形状の違い、センサーの種別
および個数に依存せず、複数のセンサーの計測結果を統
合することにより、物体の位置姿勢検出処理が高速に行
なえ、センサーの個数や観測条件の不足により、位置や
姿勢を限定できない場合でも、物体の位置および姿勢の
候補を領域として示すことができる。

【００２１】

【実施例】本発明の実施例を図面につき詳説する。ここ
で、本実施例の説明に先立って、その基本原理について
図面を参照しながら説明する。図１（ａ）（ｂ）（ｃ）
はそれぞれ物体モデル図と複数のセンサーによる物体の
距離計測図と１つのポイントセンサーの計側点に対して
存在し得る着目点の軌跡図、図２（ａ）（ｂ）はそれぞ
れ反転モデル図と反転モデルを用いた着目点の存在領域
の検出手順を示す図である。図中、βは平面物体、β′
は平面物体モデル、β″は反転平面モデル、５ａ〜５ｃ
はポイントセンサーである。

【００２２】図１（ａ）に示すように、円弧β１と３本
の直線β２〜β４によって構成される対象平面物体βを
ポイントセンサー５ａ〜５ｃで計測しそれを基に平面物
体モデルβ′を作成する。この平面物体モデルβ′の位
置と姿勢は、２次元平面上での座標と回転の３つの値に
よって表現できる。これは、平面物体モデルβ′上の任
意の１点のｘ，ｙ座標と回転の３つの値であり、例えば
図１（ａ）に示す点Ａを選んでもよい。

【００２３】図１（ａ）に示すように、３個のポイント
センサー５ａ〜５ｃにより距離データが得られたとする
（ポイントセンサーは平面物体βに当る１点のみの座標
値を計測する）。平面物体モデルβ′はポイントセンサ
ー５ａ〜５ｃにより計測された計測点Ｋ１〜Ｋ３に必ず
接する。平面物体モデルβ′の回転を図１（ａ）に示す
向きに固定して考えると、ポイントセンサー５ａによっ
て計測され得る平面物体モデルβ′は、図１（ｃ）に示
すように様々な位置を取り得る。

【００２４】このとき、固定回転された平面物体モデル
β′上の点Ａの軌跡として図１（ｃ）における領域Ｌが
作成される。同様にして、ポイントセンサー５ｂ，５ｃ
についても図示しない点Ａの軌跡が作成される。これら
軌跡が点Ａの存在範囲の候補領域Ｌであり、ポイントセ
ンサー５ａ〜５ｃまでに関する点Ａの軌跡の交点を求め
ることで実際の点Ａの位置が確定できる。

【００２５】ポイントセンサー５ａに対する平面物体モ
デルβ′上の点Ａの候補領域Ｌを求めるには、ポイント
センサー５ａの計測点Ｋ１に平面物体モデルβ′を接す
るようにしたのであるから、その平面物体モデルβ′上
の任意の点は、平面物体モデルβ′の表面形状に対し
て、ｘ，ｙ平面上で考えればｘ方向に−ｘ，ｙ方向に−
ｙの反転を行なった形状を描く。

【００２６】例えば２次元対象平面物体βの平面物体モ
デルβ′の表面の形状をｙ＝ｆ（ｘ）（但しこれは原点
を通りｆ（０）＝０）、各ポイントセンサー５ａ〜５ｃ
により計測された点をＰ（ｘp ，ｙp ）とし、平面物体
モデルβ′の表面を点Ｐに接した場合、平面物体モデル
β′上の原点（０，０）が描く点は（ｘp −ｘ，ｙp−
ｙ）となり、これは平面物体モデルβ′を原点を中心に
点対称に反転させ、さらに（ｘp ，ｙp ）だけ平行移動
させて得られる形状となる。

【００２７】更に一般的に示すと、ｘ，ｙ平面上で、平
面物体モデルβ′がｆ（ｘ，ｙ）＝０で表されるものと
すると、姿勢検出のために着目する点Ａを（ｘ _A ，
ｙ _A ）とする。なお、点Ａは平面物体モデルβ′上の点
である。ここで未知の位置に置かれた対象平面物体βを
観測した時の各ポイントセンサー５ａ〜５ｃの計測点を
Ｐ（ｘ _p ，ｙ _p ）とする。平面物体モデルβ′の全外形
（外形上の任意の点をＸ0 とする）を計測点Ｐに接した
ときの点Ａの軌跡は次式の通り、（ｘ _T ，ｙ _T ）として
示される。

【００２８】

【数１】 点Ｘ0 はｆ（ｘ0 ，ｙ0 ）を満たすので、次式を得る。

【数２】 上式は、反転平面モデルβ″上の点Ａ′を計測点Ｐまで
平行移動させた時の反転平面モデルβ″の外形を示して
いる。

【００２９】但し、センシング方向の制約により、１つ
のポイントセンサー５ａによって計測され得る対象平面
物体βの表面範囲は、対象平面物体β表面の法線ベクト
ルと、ポイントセンサー５ａ〜５ｃの方向ベクトルとの
内積が負である範囲である（ポイントセンサー５ａの方
向ベクトルは、センサー本体を始点として計測方向を向
くものである）。

【００３０】ここで、図１（ａ）における平面物体モデ
ルβ′をｘ，ｙ方向に反転させ、得られるモデルを図２
（ａ）に示すように反転平面モデルβ″とすると、図１
（ａ）における平面物体モデルβ′上の点Ａに対する図
２（ａ）における反転平面モデルβ″上の点は点Ａ′と
なる。以上により、１つのポイントセンサー５ａ対する
平面物体モデルβ′上の点Ａの軌跡を求めるには、ポイ
ントセンサー５ａの計測点Ｋ１に反転平面モデルβ″の
点Ａ′を一致させ、平面物体モデルβ′の表面の法線方
向ベクトルと、ポイントセンサー５ａの方向ベクトルと
の関係に応じて計測され得る表面の部分を描くことによ
り、図１（ｃ）に示す点Ａの存在範囲の候補領域として
領域Ｌが得られる。

【００３１】これを図２（ｂ）に示すよう全てのポイン
トセンサー５ａ〜５ｃについて行うことにより、ポイン
トセンサー５ａ〜５ｃに対応する点Ａ′の軌跡である領
域Ｌ１〜Ｌ３が得られ、平面物体モデルβ′上の点Ａの
存在範囲の候補となる。実際の点Ａの位置はこれらの存
在範囲の候補が一致する点、即ち領域Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３
が交わる領域であり図２（ｂ）に示す点Ｃ１として平面
物体モデルβ′の点Ａの位置が得られる。

【００３２】次に、平面対象物体βの回転方向の拘束を
外す場合は、反転平面モデルβ″を微小量ずつ回転させ
るごとに、前記の点Ａの存在範囲を求める処理を行うこ
とにより、平面物体モデルβ′の姿勢を求めることがで
きる。なお、処理速度を向上させるため、反転平面モデ
ルβ″を回転させる時の回転角度の刻み幅θに応じて次
のような処理を行う。即ち、図２（ｂ）における、１つ
のポイントセンサー５ａによって得られる点Ａの軌跡で
ある領域Ｌ１を図３に示すようポイントセンサー５ａの
計測点Ｋ１の回りにθだけ回転させて得られる斜線部の
領域が、ポイントセンサー５ａに対する候補領域であ
り、他のポイントセンサー５ｂ，５ｃに対しても同様
に、Ｌ２，Ｌ３の領域を各々Ｋ２，Ｋ３の回りにθだけ
回転させて得られる領域が、ポイントセンサー５ｂ，５
ｃの候補領域となる。このようにして３つのセンサー５
ａ，５ｂ，５ｃに対する候補領域に共通範囲が存在すれ
ば、その範囲内で回転の刻み幅θを小さくし、再び共通
の存在範囲を求めることにより、平面物体モデルβ′の
位置及び姿勢の検出精度を向上することができる。

【００３３】しかして、図４（ａ）に示すよう異種のセ
ンサーを用いて平面物体の未知なる位置及び姿勢を確定
するには、１つのポイントセンサー５ａと１つのライン
センサー６ａ（投影光の平面と平面物体表面との交線上
の点列の座標値を計測する）を用いて、直角三角形ＤＥ
Ｆを平面対象物体γとし、その位置及び姿勢を検出する
場合、始めに図４（ａ）に示すようにポイントセンサー
５ｄとラインセンサー６ａにより対象平面物体γの距離
計測を行い、計測点Ｋ４を端点とした点列ｔ１と、計測
点Ｋ５で対象平面物体γと接触するという結果に基づき
平面物体モデルγ′を作成する。ここでは、対象平面物
体γは回転しないものとする。

【００３４】図４（ｂ）に示すように、平面物体モデル
γ′の点Ｆに対する反転平面モデルγ″上の点Ｆ′を計
測点Ｋ４，Ｋ５に合わせ、前記で述べたように点Ｆの存
在範囲の候補領域Ｌ４，Ｌ５を求めると、ラインセンサ
ー６ａによる候補領域Ｌ４とする軌跡と、ポイントセン
サー５ｄによる候補領域Ｌ５とする軌跡が得られ、共通
領域Ｌ４，Ｌ５とする軌跡相互の交点である点Ｃ２が対
象平面物体γの点Ｆの位置となる。但し、ラインセンサ
ー６ａに対する点Ｆの候補領域Ｌ４とする軌跡は、実際
の計測領域が点列ｔ１で示す幅を有しているので、反転
平面モデルγ″上の点Ｄ′より点列ｔ１の長さ分、Ｅ′
方向に変位した点から点Ｅ′までの範囲となる。

【００３５】次に、対象平面物体γが回転し得るものと
し、例えば直角三角形ＤＥＦの辺ＤＥが水平となる場
合、平面物体モデルγ′の点Ｄの位置を確定するものと
して、図４（ｃ）に示すように反転平面モデルγ″の点
Ｄ′を計測点Ｋ６，Ｋ７に一致させ、前記同様にして点
Ｄの候補領域Ｌ６，Ｌ７とする軌跡を得、軌跡相互の交
点である点Ｃ３が対象平面物体γの点Ｄの位置として得
られる。これにより得られた平面物体モデルγ′の状態
は図４（ｃ）の破線によって示される。

【００３６】図４（ａ）（ｂ）で示した２種類のセンサ
ー５ｄ，６ａによる計測の結果、角度条件を変えること
により複数の姿勢候補が得られたが、計測点不足により
限定されない複数の物体モデルγ′の姿勢候補を得るこ
とが可能であるということが言える。

【００３７】さらに、平面物体γが作業台等の拘束面７
上に置かれた場合につき図面を参照しながら説明する。
図５（ａ）に示すよう対象平面物体γが拘束面７上に置
かれている。但し、対象平面物体γの辺ＥＦは拘束面７
に接するように置かれているものとする。ポイントセン
サー５ｅ，５ｆの計測の結果、計測点Ｋ８，Ｋ９で対象
平面物体γと接することが分かったとする。これにより
平面物体モデルγ′を作成し、前記で述べたように反転
平面モデルγ″により点Ｆの存在範囲の候補領域を求め
る。

【００３８】この場合対象平面物体γは拘束面７を横切
ることはあり得ないので、図５（ｂ）に示すよう計測点
Ｋ８に対する点Ｆの候補領域として領域Ｌ８を得、計測
点Ｋ９に対する点Ｆの候補領域として領域Ｌ９を得る。
平面物体モデルγ′上の点Ｆの位置は、前記両候補領域
である領域Ｌ８と領域Ｌ９との共通領域である交点Ｃ４
として求められる。

【００３９】対象平面物体γの辺ＥＦが拘束面７に接し
ていることが分かっているとすれば、点Ｆは、拘束面７
上にあることになるので、一方向のみの計測点Ｋ８又は
計測点９に対する領域Ｌ８又は領域Ｌ９と拘束面７との
交点を、点Ｃ４の位置とすることができる。次に図５
（ａ）における対象物体γが図５（ｃ）に示すよう１８
０度回転した状態にあるとする。但しポイントセンサー
５ｅ，５ｆによる計測点は同じ点Ｋ８，Ｋ９とする。

【００４０】図５（ｄ）に示すように反転平面モデル
γ″より計測点Ｋ８に対する点Ｆの候補領域として領域
Ｌ１０と領域Ｌ１１を得、計測点Ｋ９に対する点Ｆの候
補領域として領域Ｌ１２を得る。領域Ｌ１１と領域Ｌ１
２は点Ｃ５において交わるが、平面物体モデルγ′は拘
束面７から距離ｄ１以上（ｄ１は対象平面物体γの辺Ｄ
Ｆの長さ）離れていなければならないので、点Ｃ５は平
面物体モデルγ′の点Ｆの位置とはならない。

【００４１】図６（ａ）は図５（ａ）における対象平面
物体γの辺ＤＥが拘束面７にある間隔で平行になるよう
にした状態にあるとした時の平面物体モデルγ′上の点
Ｄの候補領域を求めるものであり、前記と同様にして図
６（ｂ）に示すように計測点Ｋ８，Ｋ９に対する平面物
体モデルγ′の点Ｄの候補領域である領域Ｌ１３，Ｌ１
４の共通領域として点Ｃ６が得られる。図６（ｂ）に示
す破線は求められた平面物体モデルγ′の姿勢を示すも
のである。

【００４２】

【外１】

【００４３】以上の２次元対象平面物体γの未知なる位
置および姿勢の確定手順を踏まえて以下の本発明の３次
元物体位置姿勢検出法に応用した実施例につき説明す
る。

【００４４】（実施例１） 本発明の第１実施例を図面につき説明する。図７（ａ）
（ｂ）はそれぞれ本実施例において３次元物体に対しラ
インセンサーとポイントセンサーによる計測斜視図と反
転モデルを用いて着目点の位置を求める手順の説明図で
ある。

【００４５】図中、δは物体、δ′は物体モデル、５ｇ
はポイントセンサー、６ｂはラインセンサー、８は作業
台である。本実施例は図７（ａ）に示すような５面体Ｄ
ＥＦＧＨＩである３次元の対象物体δの位置姿勢検出を
ポイントセンサー５ｇとラインセンサー６ｂを用いて行
う場合を説明する。

【００４６】対象物体δが３次元である場合も前記２次
元の対象平面物体γのときと同様にして行える。図７
（ａ）に示すように対象物体δが作業台８上に置かれて
いるものとする。これに対してポイントセンサー５ｇに
よる計測点Ｋ１７及び、ラインセンサー６ｂによる計測
点Ｋ１８を端点とした点列ｔ２が得られたとする。これ
を基に物体モデルδ′を作成する。

【００４７】物体モデルδ′上の点Ｄに対する反転モデ
ルδ″上の点Ｄ′を図７（ｂ）に示すように、計測点Ｋ
１７と計測点Ｋ１８に合わせると、計測点Ｋ１７に対す
る物体モデルδ′上の点Ｄの存在範囲の候補領域は、面
ＤＨＧに対する反転モデルδ″上の面Ｄ′Ｈ′Ｇ′であ
り、計測点Ｋ１８に対する物体モデルδ′上の点Ｄの存
在範囲の候補領域は、面ＦＧＨＩに対する反転モデル
δ″上の面Ｆ′Ｇ′Ｈ′Ｉ′となり、２つの面の交線が
物体モデルδ′上の点Ｄの候補領域となる。

【００４８】しかしながら、対象物体δは作業台８上に
置かれているので、点Ｄは作業台８上に存在することに
なり、図７（ｂ）に示すように計測点Ｋ１７に対する候
補領域は領域Ｌ１９，計測点Ｋ１８を端点としたセンサ
域ｔ２に対する候補領域は領域Ｌ１８となり、２つの領
域Ｌ１８，Ｌ１９の交点Ｃ８が求める物体モデルδ′上
点Ｄの存在位置となる。

【００４９】（実施例２）本発明の第２実施例を図面に
ついて説明する。図８（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ本
実施例において３次元物体が作業台上に置かれた時の２
つのラインセンサーによる計測斜視図と反転モデルを用
いた着目点の位置を求める図と同図（ｂ）を真上から見
た平面図である。図中、δは物体、δ′は物体モデル、
６ｃ，６ｄはラインセンサー、８は作業台である。

【００５０】本実施例では、２つのラインセンサー６
ｃ，６ｄを用いて前記３次元の対象物体δを位置姿勢検
出を行う。前記同様、図８（ａ）に示すように対象物体
δが作業台８上に置かれているものとし、これに対して
２つのラインセンサー６ｃ，６ｄによる点列ｔ３，ｔ４
が得られたとする。これを基に物体モデルδ′を作成す
る。

【００５１】ラインセンサーの計測結果による物体モデ
ル上の着目点の存在領域を得る場合は、次のようにして
もよい。姿勢未知の状態として、図８（ａ）に示すよう
に、５面体が置かれており、２つのラインセンサー６ｃ
及び６ｄによって計測された結果、点列ｔ３ 及び点列
ｔ４が得られたとする。点列ｔ３の両端点をＫ１９及び
Ｋ２０とし、各々、作業台８からの高さをｈ１及びｈ２
とする。また、点列ｔ４の一方の端点をＫ２１、中間の
一点をＫ２２、終点をＫ２３とし、各々、作業台８から
の高さをｈ３，ｈ４及びｈ５とする。ここでは、反転モ
デルδ″を用いて、物体δ上の点Ｅの位置を求めるもの
とする。

【００５２】点列ｔ３及びｔ４は文字通り点の集合であ
るので、点列上の各点について、前述のポイントセンサ
ーの計測点に対する存在候補領域獲得の処理と同様の処
理を施すことにより、点列に対する着目点の存在候補領
域を得ることができる。例えば、点列ｔ４上の計測点Ｋ
２１に反転モデルδ″の点Ｅ′を合わせた反転モデル
δ″をδ２″、計測点Ｋ２２に対するものをδ３″など
のように、反転モデルδ″上の点Ｅ′を点列ｔ４に沿っ
てスライドさせる。物体モデルδ′上の面ＤＥＩＨに対
応する反転モデルδ″上の面も、これに伴ってスライド
するが、スライドした全ての反転モデルδ″上の面の共
通範囲が、求める点Ｅの存在範囲候補領域となる。

【００５３】点列ｔ３ についても同様の処理を行な
い、全てのセンサー６ｃ，６ｄにより得られる反転モデ
ルδ″上の着目点の存在範囲候補領域の共通部分をもと
めることにより、物体モデルδ′の点Ｅの位置、即ち、
未知姿勢にある物体δの姿勢を定めることができる。な
お、センサー数の制限により、物体δの姿勢が一つの状
態に確定できなくとも、そのセンサー数およびセンサー
配置におけるセンサー計測結果に対して、可能な物体δ
の位置・姿勢の状態を得ることができる。

【００５４】図８（ｂ）に示すように、点列ｔ３，ｔ４
上の各点について、反転モデルδ″を合わせ、対応する
候補領域の共通範囲を求めることにより、候補領域を得
ることができるが、着目する物体δ上の点が、作業台８
上に存在することが分かっていれば、次のように処理を
簡素化して示すことができる。

【外２】 ンサー６ｃ，６ｄによる観測点の高さ（作業台からの高
さ）における物体モデル

【外３】

【００５５】また、センサー６ｃ，６ｄによる計測点Ｋ
１９，Ｋ２０，Ｋ２１，Ｋ２２，Ｋ

【外４】

【外５】 は、

【数３】 で得られる。

【００５６】式（３）の原理を図８（ｃ）により説明す
る。図８（ｃ）は図８（ａ）を真上から見た図となって
いる。例として、図８（ａ）のセンサー計測点Ｋ１９
に、点Ｅに対応する反転モデルδ″上の点Ｅ′を合わせ
たとき、作業台８と反転モデルδ″との交線は、物体モ
デルδ′をＫ１９の高さの水平面、即ち、高さｈ１の平
面で切って得られる断面を反転させたものとなる。この
結果、図８（ｃ）に示すように、Ｋ１９に対応する候補
領域として、長方形Ｊ１の上辺が得られ、同様に、Ｋ２
０に対応する候補領域として長方形Ｊ２の上辺が得られ
る。

【００５７】反転モデルδ″の点Ｅ′をセンサー計測点
列ｔ３に添ってスライドさせた時の候補の共通領域とし
て、図８（ｃ）のＬ２０が得られる。一方、センサー計
測点列ｔ４に関しても同様の処理を行なうことにより、
例えば、計測点Ｋ２１，Ｋ２２，Ｋ２３に対する候補領
域として、図８（ｃ）の長方形Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３の左辺
が得られ、共通領域としてＬ２１が得られる。Ｌ２０と
Ｌ２１との共通点Ｃ９が求めるＥ点の位置となる。

【００５８】各計測点に対応する着目点の存在領域の広
さは、計測点の違い応じて可変としてもよい。例えば、
センサーの観測方向と、物体面の法線方向との関係に応
じて、観測される距離データの信頼性が異なる場合、信
頼性が高い部分では候補領域を狭くしておき、信頼性が
低い部分では候補領域にさらに幅を持たせるようにして
もよい。

【００５９】（実施例３）本発明の第３実施例を図面に
ついて説明する。図９（ａ）は本実施例において作業平
面と平行な面上の点列による物体モデルの表現図、同図
（ｂ）（ｃ）（ｄ）はそれぞれ断面輪郭パターンの説明
図および交差点座標値表図、図１０（ａ）（ｂ）はそれ
ぞれ本実施例において作業テーブル上で断面輪郭パター
ンの共通領域を求める手順についての説明図および交差
点座標値表図である。

【００６０】本実施例の実行手順では、図１４（ａ）に
示すように、テーブル４を回転させながら距離データを
獲得することにより得られた物体モデルα′のデータを
用いて、図９（ａ）に示すように、水平面に平行な断面
形状によって、モデルを作成し直すことが容易にでき
る。即ち、高さに応じて、Ｈ１，Ｈ２，…Ｈｉ，…のよ
うな点列によって構成される輪郭を得ることができる。
なお、図１４（ａ）で示した操作により得られたデータ
のみでは、回転刻みの粗さのために各水平面の一周分の
輪郭を表現できない場合には、データを補間して、Ｈｉ
（ｉ＝１，２，…）などの輪郭点列を作成すればよい。
また、水平断面の高さ方向の刻みは任意に設定すればよ
い。

【００６１】各水平断面の輪郭は、図９（ｂ）に示すパ
ターンとして表現できる。輪郭部の値を１、その他を０
で示している。値が１の点を図９（ｃ）のようなテーブ
ルとして表にしておくこともできる。また、物体のモデ
ルの外形形状の精度に応じて、図９（ｂ）で示す水平断
面の輪郭に厚みを設けてもよい。さらに、値が０または
１の２値に限らず、図９（ｄ）に示すように、輪郭を表
す箇所の値を多値とし、例えば、断面の中央部に高い値
を設定し、周辺部に低い値を設定するようにしてもよ
い。

【００６２】以上の準備の後、図８（ｃ）で示した原理
により、姿勢を検出することができる。図８（ｃ）の長
方形Ｊ１，Ｊ２，Ｕ３，Ｕ２，Ｕ３等が図９（ｂ）の断
面形状の輪郭に相当するものである。前述したように、
検出原理は、各観測点に応じて得られる、反転モデル
δ″上の候補点の共通部分を求めることである。図９
（ｂ）のパターンを用いれば、図１０（ａ）に示すよう
に、物体上の着目する１点の候補領域として、各観測点
に対してＨ１，Ｈ２，Ｈ３の領域ができる。これらの共
通部分Ｓが、求める着目点の位置となる。この際の操作
として、まず、初期状態として、全要素の値が０の作業
テーブルに、Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の各領域の値を累積加算
して行き、累積値が候補領域の個数と同じ値（この場合
は３）である領域を得る操作を行えばよい。

【００６３】断面形状の共通領域を得る処理の高速化の
ために、値が加算累積された領域についてのみ、さらに
断面形状を重ねた際の共通領域存在の判定を行なうよう
にしてもよい。例えば、図１０（ａ）において、Ｈ１，
Ｈ２の共通領域についてのみ、Ｈ３との共通領域が存在
するかどうかのチェックを行なうようにすればよい。

【００６４】図１０（ｂ）に示す例では、各水平断面形
状の全てが共通領域を有する領域は存在しない。Ｈ１と
Ｈ２が点１および点２で共通領域を持つとする。図１０
（ｃ）に示すように、点１および点２の座標を示す交差
点テーブルを作成することができる。続いて、Ｈ３との
共通領域を求める場合は、交差点テーブルに記述された
座標に対してのみ、Ｈ３との共通領域が存在するかどう
かのチェックを行なえばよい。共通領域存在のチェック
は次のように、２次元パターン参照操作として実現する
ことができる。

【００６５】

【外６】 とする。また、観測点１の高さに対する水平断面輪郭を
示すパターン（図９（ｂ）のパターンに相当する）をＨ
１とし、Ｈ１上の点を（ＸH1，ＹH1）とする。そ

【外７】 ｙj ，ｚj ）とする。また、観測点ｊの高さに対する水
平断面輪郭を示すパターンＨｊ上の点を（ＸHj，ｙHj）
とする。ここで、回転θに対する行列Ａθ をつぎの通
り定める。即ち、

【数４】 とする。

【００６６】物体の回転をθとした場合、観測点ｊの３
次元座標に対して、次式による変換を行なうことによっ
て得られる点（ＸGj，ＹGj）における、水平断面輪郭パ
ターンＨｊの値を参照する。

【数５】

【００６７】即ち、参照した値が、輪郭の存在を示す値
（“１”あるいは“ＯＮ”）であれば、共通領域が存在
することがいえる。また、断面輪郭が、図９（ｄ）に示
すような多値で表現される場合は、参照した値の大きさ
により、共通領域が存在する程度を得ることもできる。
参照した値がＯＮ（あるいは図９（ｄ）の多値のパター
ンに関して、ある指定した値以上）であった点を、図１
０（ｃ）に示す交差点テーブルに記述する。次回以降の
交差点判定の際には、（５）式における点（ＸH1，ＹH
1）として、交差点テーブルに記述された点のみについ
て、判定を行ない、２次元パターン参照操作の結果に従
って、交差点テーブルを更新してゆくようにすればよ
い。

【００６８】図９（ｄ）の多値パターンを参照する場
合、交差点テーブルに、座標値と参照値とを共に記述す
るようにしてもよい。この場合、例えば、Ｈ1 とＨ2 と
の共通領域チェックでは参照値が低くても、他の断面形
状輪郭との共通領域チェックにおいて参照値が高けれ
ば、候補から削除しないように処理することができる。

【００６９】回転θを微小刻みずつ変化させながら、上
記操作を行なうことにより、物体の位置姿勢を求めるこ
とができる。センサーの観測方向によっては、図３
（ｂ）等で示したように、着目点の存在候補の領域は、
物体の断面輪郭の全部ではなく、一部分のみになるた
め、図９および図１０の方法おいても、センサーの観測
方向を考慮した、共通領域存在のチェックを行なうよう
にしてもよい。

【００７０】以上の前記第１乃至第３実施例において、
物体の姿勢がある範囲まで限定され、計測点が対応する
物体モデル上の範囲が限定されれば、最小二乗法などに
より、物体の姿勢を確定することができる。即ち、前記
第１乃至第３実施例の物体の位置姿勢検出法によって、
図１１に示すように、ポイントセンサーとラインセンサ
ーの観測点と、物体モデル上の点との対応関係が、斜線
で示すように、ある程度の局所領域にまで、限定され
る。この場合、さらに精度の高い位置姿勢を算出するた
めに、複数のセンサーによる全ての計測点データを用い
て、物体モデル上の対応位置の点をｘ，ｙ方向の並進と
回転を施した結果の位置と、センサーによる計測位置と
の差の二乗和が最小となるように、並進量と回転角を決
定すればよい。

【００７１】

【外８】 とした時、

【数６】

【外９】 上述では、物体として、全形状の分かっているモデルを
用いていたが、作業によって、物体の局所部の位置・姿
勢が分かればよい場合、モデルとして物体の全形状をと
らなくてもよく、局所部のみのデータをモデルとしても
っておくようにしてもよい。

【００７２】また、用いるセンサーはレーザーや超音波
等を用いた非接触式もの、触覚センサーによる接触式の
ものなど、計測の方式には依存しない。３次元の場合、
センサーとしてエリアセンサーを使用することができ
る。また、上述の説明では、ラインセンサーによる観測
点では、１つの平面と物体との交線によって示される３
次元点列が観測されるものとしたが、これに限らず、任
意の点列の組が観測されるものとしてよい。例えば、ポ
イントセンサーの方向を任意の方向に振りながら計測さ
れる点列とすることもできる。

【００７３】図１２により、手法の流れについて説明す
る。先ず、回転台に対象物体をおいて距離計測すること
により、対象の形状を入力する。続いて、得られた距離
データを用いて、物体の反転モデルおよび断面形状パタ
ーンを作成する。物体の形状、作業対象箇所に応じて、
複数各種センサーの配置を行なう。ここまでの処理を、
前処理として行なう。即ち、物体の形状が同じ物につい
ては、以上の処理を一回で行なった上で、未知の姿勢に
置かれた同一値形状の物体に対して、以下の処理を行な
う。

【００７４】姿勢検出位置及び姿勢が未知の物体に対し
て、各センサーによる計測を行なう。物体の位置・姿勢
は、物体上の一点の位置と向きによって示すことができ
るので、その着目点の位置を求めるために、各センサー
計測点に対する反転モデルの候補領域の共通部分、ある
いは、断面形状パターンの共通領域を求める。この処理
により、各センサーによる姿勢候補を統合して、物体の
位置・姿勢を得ることができる。存在候補の領域を順次
狭めたり、回転の刻み幅を徐々に変えることにより、検
出精度を向上させることができる。この処理のみによ
り、精度の向上も可能であるが、以上の結果を大まかな
位置決め処理として用い、モデルと観測データとの距離
の二乗誤差を最小化するなどの方法により、精モードの
姿勢検出を行なうことができる。

【００７５】断面パターン同士が共通領域を有するかど
うかのチェックにおいて、２値パターンの参照処理を行
なう方法を示したが、これに限らず、例えば、図１３に
示すように、断面輪郭形状を覆う外接矩形枠を、予め階
層的に作成しておき、矩形枠同士の交差判定処理を行な
い、交差していれば、下層の矩形枠について同様な交差
判定を行なうという、たんざく木（strip tree）（文献
参照：Ballard Brown:“コンピュータ・ビジョン”，p
p．３０７−３１２，日本コンピュータ協会）を用いる
交差判定を行なうようにしてもよい。

【００７６】

【発明の効果】かくして、本発明によれば、極めて簡素
な構成により次の優れた効果が得られる。即ち、物体形
状の違いに依存せず、また、センサーの種別に依存せ
ず、統一した手法で物体の位置姿勢検出が行なえるとと
もに、複数のセンサーの計測結果を統合することにより
姿勢決定が行なえ、しかも、センサーの個数や観測条件
の不足により、位置や姿勢を限定できない場合でも、物
体の位置および姿勢の候補を領域として示すことができ
る。その上、反転モデルあるいは断面形状パターンの共
通領域が存在するかどうかのチェックにより物体の位置
姿勢の候補を得ることができるので、高速処理が可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本原理の説明図であって、（ａ）は
ある物体の平面図、（ｂ）は複数のポイントセンサーに
よるある物体の観測図、（ｃ）は一つのポイントセンサ
ーの観測点に対して存在し得る着目点の軌跡図である。

【図２】同上、（ａ）は反転モデルの平面図、（ｂ）は
反転モデルを用いた着目点の存在領域の検出手順を示す
図である。

【図３】同上、回転の刻み幅に応じた着目点の存在候補
の領域の広がりを示す図である。

【図４】２次元平面物体を用いた本発明の説明図であっ
て、（ａ）は直角三角形平面物体をポイントセンサーと
ラインセンサーによる２種類のセンサーでの計測図、
（ｂ）（ｃ）は同・反転平面モデルをそれぞれ用いた姿
勢確定手順の説明図である。

【図５】同上、平面物体の位置を拘束する面が存在する
場合、（ａ）は直角三角形平面物体を拘束面上に置いた
計測図、（ｂ）（ｃ）（ｄ）は同・反転平面モデルをそ
れぞれ用いた姿勢確定手順の説明図である。

【図６】同上、（ａ）は直角三角形平面物体のＤＥ底辺
が拘束面に対し平行に置いた計測図、（ｂ）は同・反転
モデルを用いた姿勢確定手順の説明図、（ｃ）は同・Ｅ
Ｆ底辺が拘束面に対し３０°回転した計測図、（ｄ）は
同・反転モデルを用いた姿勢確定手順の説明図である。

【図７】本発明の第１実施例であって、（ａ）は３次元
物体に対してラインセンサーとポイントセンサーによる
計測斜面図、（ｂ）は同・反転モデルを用いて着目点の
位置を求める手順の説明図である。

【図８】本発明の第２実施例であって、（ａ）は３次元
物体が作業台上に置かれたときの２つのラインセンサー
による計測斜面図、（ｂ）は反転モデルを用いてセンサ
ー観測点の高さに応じた物体断面形状の共通領域を求め
ることにより着目点位置を確定する手順についての説明
図、（ｃ）は（ａ）の真上から見た図である。

【図９】本発明の第３実施例であって、（ａ）は作業平
面と平行な面上の点列による物体モデルの表現図、
（ｂ）（ｃ）（ｄ）は同・それぞれ断面輪郭パターンの
説明図および交差点座標値表図である。

【図１０】同上、（ａ）（ｂ）は作業テーブル上で断面
輪郭パターンの共通領域を求める手順に付いての説明
図、（ｃ）は交差点座標値表図である。

【図１１】精モードの姿勢算出のために、センサー観測
点とそれぞれ対応する物体モデル上の局所領域を示す図
である。

【図１２】本発明の実施例における物体モデルの獲得か
ら姿勢検出までの流れ図である。

【図１３】断面形状輪郭パターンに対して、短冊木を適
用した場合について説明する図である。

【図１４】（ａ）はスリット光投影による３次元物体の
距離計測斜面図、（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は従来の多
面体の姿勢検出手順の説明図である。

【符号の説明】

α，δ，δ２，δ３…物体 α１…部分 α′，α″，δ′…物体モデル α″，δ″…反転モデル β，γ…平面物体 β′，γ′…平面物体モデル β″，γ″…反転平面モデル β１…円弧 β２〜β４…直線 θ…幅 １…３次元物体 ２…投影部 ３…受光部 ４…テーブル ５ａ〜５ｇ…ポイントセンサー ６ａ〜６ｄ…ラインセンサー ７…拘束面 ８…作業台 Ａ，Ａ′，Ｄ，Ｄ′，Ｅ，Ｅ′，Ｆ，Ｆ′，Ｑ…点 Ｃ，Ｃ１〜Ｃ９…交点 Ｋ１〜Ｋ２３，Ｒ，ｊ…計測点 Ｈ１〜Ｈ３，Ｌ，Ｌ１〜Ｌ２１…領域 ｄ１，ｄ２…距離 ｈ１〜ｈｉ…高さ ｔ１〜ｔ４…点列

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体の形状である物体モデルに基づいて物
   体の位置及び姿勢を検出する方法において、まず、対象
   物体の形状を予め計測して前記物体モデルを作成すると
   ともに、当該物体モデルの各座標軸の符号を反転させる
   ことにより得られる反転モデルを生成しておき、次い
   で、未知の位置姿勢に置かれた当該対象物体に対して、
   予め位置と計測方向が決定されている二個以上の任意個
   数及び任意種別の距離センサーにより当該対象物体の距
   離を観測し、引続き、前記物体あるいは物体モデル上の
   着目点に対する前記反転モデル上の点を前記距離センサ
   ー観測点に一致させた時の当該反転モデルの表面を当該
   各距離センサー計測点について得、全ての共通領域を求
   めることにより前記物体モデル上の任意の一点としての
   着目点の位置及び方向を定め、前記物体の位置及び姿勢
   を確定することを特徴とした３次元物体位置姿勢検出
   法。
2. 【請求項２】物体の形状である物体モデルに基づいて物
   体の位置及び姿勢を検出する方法において、まず、対象
   物体の形状を予め計測して前記物体モデルを作成すると
   ともに、当該物体モデルの各座標軸の符号を反転させる
   ことにより得られる反転モデルを生成しておき、次い
   で、未知の位置姿勢に置かれた当該対象物体に対して、
   予め位置と計測方向が決定されている二個以上の任意個
   数及び任意種別の距離センサーにより当該対象物体の距
   離を観測し、引続き、前記物体あるいは物体モデル上の
   着目点に対する前記反転モデル上の点を前記距離センサ
   ー観測点に一致させた時の当該反転モデルの表面を前記
   各距離センサー計測点について得、全ての共通領域を求
   めることにより前記物体モデル上の任意の一点としての
   着目点の位置及び方向を定め、さらに、前記物体の置か
   れる作業台あるいは当該物体を固定するための治具部材
   の存在位置によって前記物体モデル上の任意の一点とし
   ての着目点の存在候補領域を限定することにより、前記
   物体の位置及び姿勢を確定することを特徴とした３次元
   物体位置姿勢検出法。
3. 【請求項３】物体の形状である物体モデルに基づいて物
   体の位置及び姿勢を検出する方法において、まず、対象
   物体の形状を予め計測して前記物体モデルを作成すると
   ともに、当該物体モデルの各座標軸の符号を反転させる
   ことにより得られる反転モデルを生成しておき、次い
   で、予め作業台に水平な面で前記物体を切断した断面輪
   郭パターンを作業台からの距離に応じて複数用意してお
   き、引続き、姿勢検出時は未知の位置姿勢に置かれた当
   該対象物体に対して、予め位置と計測方向が決定されて
   いる二個以上の任意個数及び任意種別の距離センサーに
   より当該対象物体の距離を観測し、さらに、１点目の計
   測点に対する前記断面輪郭パターン上の各点について、
   １点目の計測座標に対する座標変換を施した上で、２点
   目以降の計測点に対する当該断面輪郭パターンを参照
   し、参照したパターンの値が前記断面輪郭を示す場合に
   位置姿勢の候補の一つとし、参照したパターンの値が前
   記断面輪郭を示さない場合には、当該点は候補から除外
   する操作を繰り返すことにより前記各距離センサー計測
   点の座標に応じて重ね合わせた前記断面輪郭パターン共
   通領域を求めることで前記物体モデル上の任意の一点と
   しての着目点の位置及び方向を定めることにより、前記
   物体の位置及び姿勢を確定することを特徴とした３次元
   物体位置姿勢検出法。
4. 【請求項４】物体の形状である物体モデルに基づいて物
   体の位置及び姿勢を検出する方法において、まず、対象
   物体の形状を予め計測して前記物体モデルを作成すると
   ともに、当該物体モデルの各座標軸の符号を反転させる
   ことにより得られる反転モデルを生成しておき、次い
   で、予め作業台に水平な面で前記物体を切断した断面輪
   郭パターンを作業台からの距離に応じて複数用意してお
   き、引続き、姿勢検出時は未知の位置姿勢に置かれた当
   該対象物体に対して、予め位置と計測方向が決定されて
   いる二個以上の任意個数及び任意種別の距離センサーに
   より当該対象物体の距離を観測し、さらに、１点目の計
   測点に対する前記断面輪郭パターン上の各点について、
   １点目の計測座標に対する座標変換を施した上で、２点
   目以降の計測点に対する当該断面輪郭パターンを参照
   し、参照したパターンの値が前記断面輪郭を示す場合に
   位置姿勢の候補の一つとし、参照したパターンの値が前
   記断面輪郭を示さない場合には、当該点は候補から除外
   する操作を繰り返すことにより前記各距離センサー計測
   点の座標に応じて重ね合わせた前記断面輪郭パターンの
   共通領域を求めることで前記物体モデル上の任意の一点
   としての着目点の位置及び方向を定め、その上、前記物
   体の置かれる作業台あるいは前記物体を固定するための
   治具部材の存在位置によって前記物体モデル上の任意の
   一点としての着目点の存在候補領域を限定することによ
   り、前記物体の位置及び姿勢を確定することを特徴とし
   た３次元物体位置姿勢検出法。