KR101430511B1 - 자세 검출 장치 - Google Patents

Abstract

이 자세 검출 장치(1)는 피검출 물체(X)에 설치됨과 동시에 각각이 고유 정보를 가진 복수의 RFID 태그(4, 5)와, RFID 태그(4, 5)를 검출하는 측에 위치하는 검출면 및 RFID 태그(4, 5)로부터의 신호를 수신함과 동시에 상기 검출면을 따라 서로 직교하는 2방향으로 각각 복수 배열되는 복수의 안테나(2b2)를 가진 검출 장치(2)와, RFID 태그(4, 5)로부터의 신호를 수신한 안테나(2b2)의 위치 정보에 근거하여 피검출 물체(X)의 자세를 구하는 산출 수단(3)을 구비한다.

Description

자세 검출 장치{Attitude-detecting apparatus}

본 발명은 자세 검출 장치에 관한 것이다.

최근 환경 구조화 및 작업 정보 구조화 기술을 이용하여 마무리 작업에 필요한 정보를 공구와 가공 대상에 분산 배치하고, 그 정보로부터 동작 프로그램(동작 시퀀스)을 자동 생성함으로써 작업을 실시하는 로봇 시스템이 제안되고 있다. 그때 마무리 로봇이 수납 트레이 내의 가공 대상을 파지(把持)하여 마무리 작업을 하기 위해서는 가공 대상의 위치 정보 및 자세 정보를 취득할 필요가 있다.

일반적으로는 로봇에 의해 물체를 파지할 경우, 카메라나 레이저 센서 등에 의해 물체의 위치나 자세를 검출하고, 검출한 물체의 위치 정보 및 자세 정보를 취득한다. 그런데 카메라나 레이저 센서를 이용하는 방법에서는, 물체의 표면 상태나 물체에 조사되는 외광의 영향에 의해 정확한 위치 정보를 얻을 수 없어 물체의 위치나 자세의 검출 정밀도가 떨어지거나 물체가 검출되지 않는 경우도 있다. 특히 마무리 작업에 이용되는 가공 대상의 대부분이 금속 광택이 있는 금속제로서, 카메라나 레이저 센서에 의한 위치 정보 및 자세 정보의 취득이 용이하지 않다.

특허문헌 1에는 RFID(Radio Frequency IDentification) 태그를 이용하여 물체의 위치 정보 및 자세 정보를 취득하는 방법이 제안되어 있다. 이 특허문헌 1에서는 좌표 정보(물체의 국소 좌표)나 조작 부위의 위치(파지 부분) 등이 기록된 RFID 태그와, 물체의 자세에 따라 다르게 보이는 작은 식별 마크를 물체에 설치하였다. 이와 같이 물체에 설치된 RFID 태그를 로봇의 핸드에 설치된 검출기로 검출하여 물체의 위치(물체의 국소 좌표계의 원점)를 취득하고, 또한 레이저 센서 등으로 식별 마크를 검출하여 보이는 대로 물체의 자세를 구하였다. 얻어진 물체의 위치나 자세를 로봇의 좌표계로 변환함으로써 로봇에 대한 물체의 위치 정보 및 자세 정보를 취득하였다.

또 특허문헌 2에는 원통형 물체의 외벽면 전체에 걸쳐 폭이 있는 이차원 바코드 등의 식별 마크를 붙이고 이 식별 마크를 검출함으로써 물체의 위상을 검출하고, 이 위상, 즉 자세에 근거하여 로봇이 물체를 파지하는 방법이 제안되어 있다.

특허문헌 1: 일본특개2004-90099호 공보 특허문헌 2: 일본특개평5-319414호 공보

상술한 바와 같이, 카메라를 이용한 물체의 위치나 자세의 검출은 조명 상태 등 주위의 환경 상태에 영향을 받기 쉽고, 특히 조명광이 잘 닿지 않는 물체의 깊이 방향의 위치나 기울기에 대해서는 검출 정밀도가 나빠 검출 자체에 실패하는 경우가 있다. 또 레이저 센서를 이용한 물체의 위치나 자세의 검출은 주위의 환경 상태에 영향은 받지 않지만 물체가 레이저광을 반사하는 금속재 등으로 이루어진 경우에는 미광(迷光)이 생기기 때문에 이 검출법을 이용하기 힘들다. 또 레이저 센서를 이용한 방법에서는 물체의 전역에 레이저광을 조사하여 그 귀환광으로부터 물체의 형상을 구한 후에 물체의 자세를 산출한다. 따라서 연산이 복잡해져 자세를 산출하기까지 시간이 필요한 경우가 있다.

특허문헌 1의 방법에서는 RFID 태그를 이용함으로써 물체의 대략적인 위치나 자세를 알 수 있기 때문에 식별 마크를 이용하여 위치나 자세를 검출할 때의 검출 범위를 한정할 수 있다. 그러나 특허문헌 1의 방법에서는 RFID 태그를 이용한 대략의 위치나 자세의 검출과, 식별 마크를 이용한 레이저 센서에 의한 위치나 자세의 검출의 2단계 검출이 필요하게 되므로 장치 및 제어가 복잡해지고 최종적으로 위치나 자세를 검출하기까지의 시간이 길어진다. 이러한 특허문헌 1의 방법은 RFID 태그 주변에 위치 및 자세의 계측을 용이하게 하기 위해 화상 처리를 보조하는 식별 마크를 붙이는 것이 특징이며, 반드시 식별 마크를 필요로 한다.

특허문헌 2의 방법은 물체의 외주면 전체에 걸쳐 식별 마크를 붙이고 물체를 굴리면서 이동시킬 때의 위상을 자세로서 검출하기 때문에 물체의 형상이 한정된다. 또 특허문헌 2의 방법은 물체가 배치되는 위치가 한정되어 있고, 또한 물체의 이동 방향은 한 방향으로만 한정되어 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 피검출 물체의 형상에 제한이 없어 간단한 구성으로 정확하게 피검출 물체의 자세를 검출할 수 있는 자세 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서 이하의 구성을 채용한다.

본 발명의 제1 태양에 의하면, 자세 검출 장치는 피검출 물체에 설치됨과 동시에 각각이 고유 정보를 가진 복수의 RFID 태그와, 상기 RFID 태그를 검출하는 측에 위치하는 검출면 및 상기 RFID 태그로부터의 신호를 수신함과 동시에 상기 검출면을 따라 서로 직교하는 2방향으로 각각 복수 배열되는 복수의 안테나를 가진 검출 장치와, 상기 RFID 태그로부터의 신호를 수신한 상기 안테나의 위치 정보에 근거하여 상기 피검출 물체의 자세를 구하는 산출 수단을 구비한다.

본 발명의 제2 태양에 의하면, 상기 제1 태양에서 상기 검출 장치가 상기 복수의 안테나 사이에 배치됨과 동시에 상기 복수의 안테나 간의 자속 간섭을 방지하는 차폐판을 구비한다.

본 발명의 제3 태양에 의하면, 상기 제1 또는 제2 태양에서 상기 안테나가 기판의 표면에 형성된 안테나 패턴으로 이루어지고, 상기 기판이 상기 안테나 패턴이 형성되는 표면이 상기 검출면에 대해 교차되는 자세로 설치되어 있다.

본 발명의 제4 태양에 의하면, 상기 제1∼제3 중 어느 한 태양에서 안정 자세의 피검출 물체의 하면에 대해 2개 이상의 RFID 태그가 설치되어 있다.

본 발명에서는 검출 장치가 검출면이 되는 평면을 따라 종횡(서로 직교하는 2방향)으로 각각 복수 배열된 안테나를 가지고 있다. 1개 안테나의 RFID 태그에 대한 독출 범위는 한정되어 있기 때문에, 이러한 본 발명에서는 피검출 물체가 검출면에 대향 배치되었을 때 독출 범위에 RFID 태그가 존재하는 안테나만이 RFID 태그로부터 신호를 수신한다. 따라서 본 발명에서는 안테나가 배치된 위치에 근거하여 RFID 태그가 존재하는 위치를 특정할 수 있다. 또한 RFID 태그가 고유 정보를 가지고 있기 때문에, 본 발명에 의하면 RFID 태그로부터 수신한 신호에 근거하여 어느 RFID 태그가 어느 위치에 존재하는지를 특정할 수 있다.

또 본 발명에서는 상술한 바와 같이 RFID 태그로부터의 신호를 수신한 안테나의 위치 정보(즉 RFID 태그의 존재 위치)로부터, 산출 수단에 의해 피검출 물체의 자세를 구한다. 따라서 본 발명에 의하면, 피검출 물체의 자세를 알 수 있게 된다.

이러한 본 발명에 의하면, 카메라나 레이저 센서를 이용하지 않고 피검출 물체의 자세를 알 수 있다. 또 카메라와 같이 조명 상태 등 주위 환경이 검출 정밀도에 영향을 주지 않고, 또 금속재로 이루어진 물체라도 RFID 태그로부터의 신호를 안테나로 수신할 수 있다. 따라서 항상 정확한 피검출 물체의 자세를 쉽게 구할 수 있다. 또 본 발명에 의하면, 특허문헌 1과 같이 2단계 검출을 실시할 필요가 없기 때문에 장치 및 제어가 간단해져 단시간에 피검출 물체의 자세를 검출할 수 있다. 또 본 발명에 의하면, 피검출 물체에 대해서는 복수의 RFID 태그를 설치하는 것만으로도 피검출 물체의 자세를 구할 수 있다. 따라서 피검출 물체가 어떠한 형상이든 피검출 물체의 자세를 용이하게 검출할 수 있다. 이상과 같이 본 발명에 의하면, 피검출 물체의 형상을 고려하지 않고 간단한 구성으로 정확하게 피검출 물체의 자세를 검출할 수 있게 된다.

도 1a는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 자세 검출 장치의 개략 구성을 모식적으로 도시한 평면도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 자세 검출 장치의 개략 구성을 모식적으로 도시한 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 자세 검출 장치가 구비한 안테나 기판의 모식도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시 형태의 자세 검출 장치가 구비한 안테나 독출 범위를 도시한 모식도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 자세 검출 장치에 의해 자세가 검출되는 금속 부품의 저면도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 자세 검출 장치에 의한 금속 부품의 자세 검출 방법에 대해 설명하는 설명도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 자세 검출 장치가 구비한 태그 리더의 변형예를 도시한 모식도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 자세 검출 장치의 변형예를 도시한 블록도이다.

우선, 본 실시 형태의 자세 검출 장치의 관점에 대해 설명하기로 한다. 이하 설명하는 자세 검출 장치는 로봇에 의해 금속 부품의 마무리 작업을 하는 것에 해당하며, 이 금속 부품의 위치 및 자세를 검출하여 금속 부품의 좌표를 로봇의 좌표로 변환하는 용도로 이용되는 것을 상정한다. 따라서 본 발명의 RFID 태그로서 금속용 RFID 태그를 채용하였다. 금속용 RFID 태그는 금속에 붙여도 독출 가능하지만, 통상의 태그에 비해 독출 범위가 10분의 1정도가 된다. 본 발명은 이 특성을 역이용하여 금속 부품의 위치 및 자세의 검출 분해 능력을 높인다.

또 가까운 범위에 존재하는 RFID 태그를 독출하기 위해 근접형 태그 리더를 사용한다. 이 태그 리더는 RFID 태그와의 사이에 전파(신호나 전력)를 교환하기 위한 안테나를 복수 개 구비하고 있다. 또 위치 정보와 함께 자세 정보를 취득(산출)하기 위해 RFID 태그를 금속 부품의 양단에 각각 붙인다. 금속 부품에 대한 RFID 태그의 부착 위치를 정보로서 이들 RFID 태그에 기록해 둔다. 급전하는 안테나를 1장 1장 교체하면서 RFID 태그의 독출을 실시하여, 독출이 가능한 안테나의 위치와 RFID 태그에 기재된 정보로부터 금속 부품의 위치 정보 및 자세 정보를 취득한다.

금속 부품의 자세 정보를 취득(산출)하는 방법을 이하에 설명하기로 한다. 금속 부품의 양단에 부착된 1쌍의 RFID 태그 간 거리를 a로 한다. 거리(a)는 부착한 RFID 태그에 정보로서 기록해 두고 안테나로 RFID 태그를 독출할 때 정보로서 취득하여 자세의 계산에 이용한다. 예를 들면, 직교 좌표계에서의 1쌍의 RFID 태그 간의 X축방향 거리를 b, Y축방향 거리를 c로 하면, 파라미터(a, b, c)로부터 하기 식(1) 혹은 (2)을 이용하여 금속 부품의 X축에 대한 기울기(θ)가 구해진다. 아울러 식(1)과 식(2) 모두로부터 기울기(θ)를 구할 수 있다. 단, 오차를 줄이기 위해 거리(b)와 거리(c) 중 값이 큰 쪽을 파라미터로 하는 식을 이용하는 것이 바람직하다. 아울러 오차가 커지기 때문에 바람직하지는 않지만 tan^-1(c/b)로부터 기울기(θ)를 구하는 것도 가능하다.

자세 검출 장치에서는, 태그 리더에서 매트릭스 형태로 안테나를 배열하고 전파를 투과할 수 있는 재료로 형성된 트레이에 금속 부품을 넣어 태그 리더상에 재치(載置)하고, 금속 부품에 부착된 RFID 태그를 검출한 안테나의 위치 정보에 근거하여 금속 부품의 위치 정보 및 자세 정보를 취득한다.

이러한 자세 검출 장치에서는, RFID 태그에 대한 안테나 독출 범위가 서로 겹치도록 복수의 안테나를 배치하고 1장의 RFID 태그를 복수의 안테나로 독출함으로써 위치 검출의 정밀도(분해 능력)를 높이는 것을 생각할 수 있다. 단, 안테나를 이와 같이 배열하면 안테나의 종류에 따라서는, 독출 범위가 겹치는 부분에서 RFID 태그를 독출할 수 없는 경우가 있다. 독출 범위가 겹치지 않게 배치하고 사용하는 안테나 독출 범위가 15㎜×30㎜인 경우에는 15㎜이상의 오차가 생길 가능성이 있다.

그래서 RFID 태그(즉, 태그 리더의 검출면)에 대해 안테나를 평행이 아닌 수직으로 배치함으로써 RFID 태그에 대한 독출 범위를 좁히는 것을 생각할 수 있다. 보다 상세하게는, 안테나가 형성되는 기판 표면이 검출면에 대해 수직(또는 교차)하도록 안테나를 배치한다. 이로써 1개의 안테나 독출 범위가 좁아져 독출 범위가 겹치지 않도록 안테나를 촘촘하게 배열할 수 있다. 그러나 이 방법에서는 안테나 간의 거리가 줄어들기 때문에 안테나끼리 자속 간섭하여 독출을 할 수 없는 경우가 있다. 그래서 자속 간섭을 방지하기 위해 복수의 안테나 간에 차폐판을 끼우는 것을 생각할 수 있다. 차폐판을 끼움으로써 안테나의 자속을 차폐판이 흡수하기 때문에 옆 안테나와의 자속 간섭을 방지할 수 있다.

이러한 자세 검출 장치에 대한 평가 실험을 실시했다. 본 실험에서는, 홈이 있는 아크릴판의 레일에 차폐판을 고정시키고 차폐판의 한쪽 면에 안테나를 붙이도록 하여 안테나가 형성된 기판을 배치했다. 또 차폐판으로서 1㎜와 3㎜의 알루미늄판을 이용했다. 또 1㎜의 차폐판을 이용했을 때 안테나에서 대향하는 차폐판까지의 거리는 5㎜이며, 3㎜의 차폐판을 이용했을 때 안테나에서 대향하는 차폐판까지의 거리는 3㎜이다. 아울러 본 실험에서는, 트레이를 이용하지 않고 금속 부품을 직접 태그 리더 위에 놓고 독출을 실시했다. 또 금속 부품을 안테나(태그 리더) 위에 놓고 금속 부품을 1㎜씩 어긋나게 하여, 그때에 독출할 수 있는 범위를 조사하였다.

본 실험에서는 3㎜의 차폐판을 이용했을 때에는 RFID 태그를 독출할 수 없었다. 이것은 안테나상에서는 RFID 태그에 대해 자속이 평행하게 발생하기 때문에 자속이 충분히 쇄교(interlinkage)되지 않았다고 생각된다. 또 1㎜의 차폐판을 이용했을 때에는 위쪽에서 보아 안테나가 형성된 기판의 이면과 알루미늄판의 매우 얇은 영역에서 RFID 태그를 검출할 수 없었으나, 차폐판과 차폐판에 끼워진 영역에서 RFID 태그를 검출할 수 있었다. 안테나의 종류나 다른 조건에 따라서는 3㎜ 이상의 차폐판을 이용했을 때에도 RFID 태그를 독출할 수 있는 조건이 존재한다고 생각되는데, 차폐판이 얇은 것이 독출 정밀도가 높다는 것을 알 수 있다.

계속해서 도면을 참조하여 본 발명에 관한 자세 검출 장치의 일 실시 형태에 대해 설명하기로 한다.

아울러 이하의 도면에서 각 부재를 인식 가능한 크기로 하기 위해 각 부재의 축척을 적절히 변경하였다.

도 1a는 본 실시 형태의 자세 검출 장치(1)의 개략 구성을 모식적으로 도시한 평면도이며, 도 1b는 자세 검출 장치(1)의 개략 구성을 모식적으로 도시한 블록도이다. 이들 도면에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 자세 검출 장치(1)는 태그 리더(2)(검출 장치)와, 위치 자세 산출 장치(3)(산출 수단)와, ID 태그(4)(RFID 태그)와, ID 태그(5)(RFID 태그)를 구비하고 있다.

태그 리더(2)는 도 1a에 도시한 바와 같이 기대(2a)와 복수의 안테나 기판(2b)을 구비하고 있다. 기대(2a)는 안테나 기판(2b)을 지지하기 위한 대이다. 안테나 기판(2b)은 도 2a에 도시한 바와 같이 기판(2b1)과, 기판(2b1)의 표면에 형성된 안테나 패턴(2b2)(안테나)으로 구성되어 있다. 이러한 안테나 기판(2b)은 기대(2a)의 상면에 안테나를 위쪽으로 향하게 한 상태로 고정되어 있다. 이로써 태그 리더(2)의 상면이 ID 태그(4) 및 ID 태그(5)로부터 전파를 수신하기 위한 검출면이 된다. 아울러 이 검출면은 태그 리더(2)의 ID 태그(4, 5)를 검출하는 측(본 실시 형태에서는 상면)에 위치하는 면으로서 구성되어 있으며 그 형상은 한정되지 않으며 완전한 평면형이 아니어도 좋다.

본 실시 형태에서는, 25개의 안테나 기판(2b)이 수평면(X-Y평면)을 따라 종횡(서로 직교하는 2방향)으로 각각 복수 배열되어 있다. 아울러 이하의 설명에서, 수평 축을 X축 및 Y축으로 하고, 수직 축을 Z축으로 한다. 안테나 기판(2b)은 도 1a에 도시한 바와 같이 X방향으로 5개 배열되고, 이것을 1열로 하여 Y방향으로 5열 배열되어 배치되어 있다. 아울러 도 1a에 도시한 바와 같이, 가장 ＋Y측 및 -X측에 배치된 안테나 기판(2b)이 구비한 안테나를 안테나a로 하고, 이 안테나a에서 X방향을 향해 배열 순서대로 안테나b, 안테나c, 안테나d, 안테나e로 하고, -Y측으로 열을 바꾸면서 배열 순서대로 안테나f∼y로 한다. 이들 안테나a∼y는 위치 자세 산출 장치(3)에 대해 전기적으로 접속되어 있고, ID 태그(4) 혹은 ID 태그(5)에서 독출한 정보를 위치 자세 산출 장치(3)를 향해 출력한다.

도 2b는 안테나a∼y의 독출 범위를 모식적으로 도시한 도면이다. 이 도면에 도시한 바와 같이 안테나a∼y는 안테나 간에 독출 범위가 겹치는 영역이 존재하는 간격으로 배열되어 있다. 이 독출 범위가 겹치는 영역에서는, 2개 또는 4개의 안테나와 ID 태그(ID 태그(4) 혹은 ID 태그(5))의 전파 송수신이 가능하다.

아울러 안테나 독출 범위는 평면 내의 직교하는 2방향에서 서로 다른 독출폭을 갖는 경우가 있다. 예를 들면, 한 방향의 분해 능력을 다른 방향보다 높이고 싶은 경우에는, 안테나의 좁은 독출폭의 측이 상기 한 방향과 일치하도록 안테나를 배치함으로써 상기 한 방향에서의 복수의 안테나 간격을 좁힐 수 있어 검출의 분해 능력을 향상시킬 가능성이 있다.

도 1b로 되돌아와 위치 자세 산출 장치(3)는 예를 들면 컴퓨터로 구성되어 있으며, 미리 기억하는 프로그램, 안테나a∼y로 취득한 정보, 미리 기억하는 안테나a∼y의 위치 정보 등에 근거하여 금속 부품(X)의 위치 정보 및 자세 정보를 산출한다. 이 위치 자세 산출 장치(3)는 미리 안테나a∼y의 각 위치(XY좌표치)를 기억하고 있다. 위치 자세 산출 장치(3)는 ID 태그(4) 및 ID 태그(5)의 위치 정보 등으로부터 금속 부품(X)의 자세를 산출한다. 아울러 본 실시 형태에서의 금속 부품(X)의 자세 산출 방법에 대해서는 후술하기로 한다.

ID 태그(4) 및 ID 태그(5)는 고유 정보를 가진 IC칩으로 이루어지고, 태그 리더(2)로부터의 전파(신호)를 수신하여 동작하는 패시브 태그이다. 아울러 본 실시 형태에서는, ID 태그(4) 및 ID 태그(5)가 패시브 태그인 구성에 대해 설명하는데, 본 발명은 이에 한정되지는 않으며, ID 태그(RFID 태그)로서 전지를 내장한 액티브 태그나 세미 액티브 태그를 이용할 수도 있다. 또 ID 태그(4) 및 ID 태그(5)와 태그 리더(2)의 신호 전달 방식은 전자기 유도 방식이어도 좋고 전파 방식이어도 좋다.

도 3a는 금속 부품(X)의 저면도이다. 이 도면에 도시한 바와 같이, ID 태그(4)와 ID 태그(5)는 안정 자세에 있는 금속 부품(X)의 하면(X1)에 대해 설치되어 있다. ID 태그(4)는 길쭉한 금속 부품(X)의 한쪽 단부에 설치되어 있고, ID 태그(5)는 같은 금속 부품(X)의 다른 쪽 단부에 설치되어 있다. 즉, ID 태그(4)와 ID 태그(5)는 금속 부품(X)의 길이 방향으로 배열되고, 최대한 서로의 거리가 길어지도록 양단에 배치되어 있다. 아울러 금속 부품(X)의 안정 자세란, 금속 부품(X)이 태그 리더(2)상에 재치될 때 가장 안정적인 자세로서, 예를 들면 가장 넓은 면을 하면으로 하는 자세나, 중심이 가장 아래쪽에 위치할 때의 자세이다.

도 1b에 도시한 바와 같이, ID 태그(4)는 개체 정보인 고유 번호와, ID 태그(4)에서 ID 태그(5)까지의 거리(a)와, 금속 부품(X)의 조작 부위의 위치 좌표(조작 부위wx와 조작 부위wy)를 고유 정보로서 기억하고 있다. 아울러 조작 부위란, 금속 부품(X)이 로봇에 의해 파지되는 부위이다. 금속 부품(X)의 조작 부위의 위치 좌표란, 도 3a에 도시한 바와 같이 금속 부품(X)의 형상을 규정하는 부품 좌표계에서의 조작 부위의 위치를 나타내는 좌표이다. 또 본 실시 형태에서는, 부품 좌표계는 ID 태그(4)가 설치되는 위치를 원점으로 하고, 금속 부품(X)의 길이 방향을 X축방향으로 하고, 금속 부품(X)의 짧은 방향을 Y방향으로 하는 직교 좌표계로 되어 있다. 금속 부품(X)의 조작 부위의 위치 좌표는 부품 좌표계에서의 조작 부위의 X축방향에서의 위치를 나타내는 좌표(wx)와, 부품 좌표계에서의 조작 부위의 Y축방향에서의 위치를 나타내는 좌표(wy)로서 ID 태그(4)에 기억되어 있다. 또 ID 태그(5)는 개체 정보인 고유 번호를 기억하고 있다.

다음으로, 본 실시 형태의 자세 검출 장치(1)에 의한 금속 부품(X)의 자세 검출 방법에 대해 설명하기로 한다. 이하, 도 1a에 도시한 바와 같이, ID 태그(4)가 안테나i의 독출 범위에만 위치하고, ID 태그(5)가 안테나q와 안테나v 사이(안테나q의 독출 범위와 안테나v의 독출 범위가 겹치는 영역)에 위치한 상태에서 금속 부품(X)이 태그 리더(2)에 재치되어 있는 경우를 설명하기로 한다.

우선 위치 자세 산출 장치(3)는 안테나i로부터 ID 태그(4)의 고유 번호와, ID 태그(4)와 ID 태그(5) 간의 거리(a)와, 조작 부위wx와 조작 부위wy를 취득하고, 이들 정보를 안테나i로 취득한 정보로서 기억한다. 또 위치 자세 산출 장치(3)는 안테나q, v로부터 ID 태그(5)의 고유 번호를 취득하고, 안테나q, v로 취득한 정보로서 기억한다.

계속해서 위치 자세 산출 장치(3)는 도 1b에 도시한 바와 같이 조작 부위wx와 조작 부위wy와 거리(a)와 ID 태그(4)의 위치와 ID 태그(5)의 위치로 이루어진 자세 산출용 데이터군(D)을 작성한다. 조작 부위wx와 조작 부위wy와 거리(a)는 안테나b로 취득한 정보에 포함되는 정보를 이동시켜 자세 산출용 데이터군(D)에 포함시킨다.

ID 태그(4)의 위치는 ID 태그(4)의 X축방향 위치와 Y축방향 위치로 이루어진 데이터이다. ID 태그(4)의 X축방향 위치(x1) 및 Y축방향 위치(y1)는 안테나i의 XY좌표계에서의 각 좌표로 한다. 아울러 안테나i의 XY좌표계에서의 각 좌표는 미리 위치 자세 산출 장치(3)에 기록되어 있으며, 예를 들면 안테나i의 패턴 중심 좌표나 안테나i의 독출 가능 범위의 중심 좌표이다.

ID 태그(5)의 위치는 ID 태그(5)의 X축방향 위치와 Y축방향 위치로 이루어진 데이터이다. ID 태그(5)의 Y축방향 위치(y2)는 안테나q의 Y축방향의 좌표와 안테나v의 Y축방향의 좌표를 평균함으로써 얻을 수 있다. 이 위치(y2)는 예를 들면 안테나q의 패턴 중심 좌표와 안테나v의 패턴 중심 좌표를 평균한 위치나, 안테나q의 독출 가능 범위의 중심 좌표와 안테나v의 독출 가능 범위의 중심 좌표를 평균한 위치이다. 아울러 ID 태그(5)의 X축방향 위치(x2)는 안테나q와 안테나v의 X축방향에서의 좌표가 동일하기 때문에 이들 안테나 중 한쪽의 좌표를 ID 태그(5)의 위치(x2)로 하면 된다.

아울러 본 실시 형태에서는 자세히 설명하지는 않았으나, 동일한 ID 태그를, X축방향에서 이웃한 2개의 안테나(예를 들면, 안테나s와 t)가 검출할 가능성도 있다. 이 경우 ID 태그의 X축방향에서의 위치는 상술한 ID 태그(5)의 Y축방향 위치(y2)의 산출 방법에 준하여 산출하면 된다. 또 안테나s와 t의 Y축방향에서의 좌표가 동일하기 때문에 이들 안테나 중 하나의 좌표를 ID 태그의 Y축방향에서의 위치로 하면 된다.

계속해서 위치 자세 산출 장치(3)는 자세 산출용 데이터군(D)으로부터 금속 부품(X)의 자세를 산출한다. ID 태그(4)의 X축방향 위치(x1)와 ID 태그(5)의 X축방향 위치(x2)의 차분의 절대치를 X축방향에서의 ID 태그(4)와 ID 태그(5)의 거리(b)(도 3b 참조)로 하고, ID 태그(4)의 Y축방향 위치(y1)와 ID 태그(5)의 Y축방향 위치(y2)의 차분의 절대치를 Y축방향에서의 ID 태그(4)와 ID 태그(5)의 거리(c)(도 3b 참조)로 한다. 위치 자세 산출 장치(3)는 거리(b)와 거리(c) 중 긴 쪽을 선택하고, 선택한 거리를 파라미터로 하는 연산식(상술한 식(1) 혹은 식(2))에 선택한 거리와 또 거리(a)를 대입함으로써 금속 부품(X)의 자세(기울기(θ))를 산출한다. 아울러 거리(b)와 거리(c)가 완전히 동일한 경우에는 높은 분해 능력을 가진 측의 거리를 파라미터로 하는 연산식을 이용하는 것이 바람직하다.

위치 자세 산출 장치(3)는 구해진 금속 부품(X)의 자세로부터, 조작 부위wx와 조작 부위wy를 로봇의 좌표계로 표시되는 좌표로 변환한다. 예를 들면 로봇의 좌표계가 본 실시 형태의 X축과 Y축으로 이루어진 좌표계인 경우에는, X축에 대한 기울기(θ)로부터, 하기 식(3)에 근거하여 조작 부위의 좌표(wx,wy)를 로봇의 좌표(Wx,Wy)로 변환할 수 있다.

이상, 설명한 본 실시 형태의 자세 검출 장치(1)에서는, 태그 리더(2)가 매트릭스 형태로 배열되는 복수의 안테나a∼y를 구비하고, 1개 안테나a∼y의 독출 범위는 한정되어 있기 때문에, 이러한 자세 검출 장치(1)에서는 금속 부품(X)이 태그 리더(2)에 재치되었을 때 독출 범위에 ID 태그(4)와 ID 태그(5)가 존재하는 안테나만이 ID 태그(4) 및 ID 태그(5)로부터 신호를 수신한다. 따라서 본 실시 형태의 자세 검출 장치(1)에서는, 안테나a∼y의 위치 정보에 근거하여 ID 태그(4) 및 ID 태그(5)가 존재하는 위치를 특정할 수 있다. 또한 ID 태그(4) 및 ID 태그(5)가 고유 정보를 가지고 있기 때문에 본 실시 형태의 자세 검출 장치(1)에 의하면, ID 태그(4) 및 ID 태그(5)로부터 수신한 신호에 근거하여 어느 ID 태그가 어느 위치에 존재하는지를 특정할 수 있다. 본 실시 형태의 자세 검출 장치(1)에서는, 이와 같이 하여 특정한 ID 태그(4)와 ID 태그(5)의 위치 정보로부터 금속 부품(X)의 자세를 구한다.

이러한 본 실시 형태의 자세 검출 장치(1)에 의하면, 카메라나 스캐너를 이용하지 않고 금속 부품(X)의 자세를 검출할 수 있고 또 정확한 조작 부위의 좌표를 얻기 위해 여러 번에 걸쳐 검출할 필요가 없다. 따라서 간단한 구성으로 정확하게 금속 부품(X)의 자세를 검출할 수 있다.

또 본 실시 형태의 자세 검출 장치(1)에서는, 금속 부품(X)에 대해서는 2개의 ID 태그(4) 및 ID 태그(5)를 설치하는 것만으로도 금속 부품(X)의 자세를 구할 수 있다. 따라서 금속 부품(X)이 어떠한 형상이든 금속 부품(X)의 자세를 용이하게 검출할 수 있다.

또 본 실시 형태의 자세 검출 장치(1)에서는, 안정 자세의 금속 부품(X)의 하면(X1)에 대해 2개의 ID 태그(ID 태그(4) 및 ID 태그(5))가 설치되어 있다. 따라서 금속 부품(X)을 태그 리더(2)에 재치했을 때 태그 리더(2)에 복수의 ID 태그를 확실하게 대향시킬 수 있다. 따라서 금속 부품(X)의 자세를 확실하게 검출할 수 있다.

아울러 ID 태그(4) 및 ID 태그(5)에 대해서는, 단거리에서만 검출 가능한 것이 바람직하다. 이로써, 안테나a∼y 중 대부분의 안테나가 ID 태그(4) 및 ID 태그(5)를 검출하는 것을 방지하여 ID 태그(4) 및 ID 태그(5)의 위치를 보다 정확하게 얻을 수 있게 된다. 단, 이러한 경우에는 ID 태그(4) 및 ID 태그(5)가 안테나a∼y에서 먼 위치에 존재하거나 안테나a∼y와 ID 태그 사이에 금속 부품(X)이 존재하면, ID 태그(4) 및 ID 태그(5)를 검출할 수 없게 되는 경우가 있다. 따라서 상술한 바와 같이, 안정 자세의 금속 부품(X)의 하면(X1)에 대해 2개의 ID 태그(4) 및 ID 태그(5)를 설치함으로써 ID 태그(4) 및 ID 태그(5)를 안테나a∼y 중 어느 하나로 확실하게 검출할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이상, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되지는 않는다. 상술한 실시 형태에서 나타낸 각 구성 부재의 모든 형상이나 조합 등은 일례로서, 본 발명의 취지에서 벗어나지 않는 범위에서 설계 요구 등에 근거하여 구성의 부가, 생략, 치환 및 기타 변경이 가능하다. 본 발명은 전술한 설명에 의해 한정되지는 않으며 첨부한 청구범위에 의해서만 한정된다.

예를 들면, 상기 실시 형태에서는 기판(2b1)상의 안테나 패턴(2b2)이 위쪽을 향하도록 배치된 태그 리더(2)를 이용하는 구성에 대해 설명하였다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지는 않으며, 도 4a에 도시한 바와 같이 안테나 기판(2b)을 세로 배치한 태그 리더(2A)를 이용해도 좋다. 이러한 태그 리더(2A)에서는, 안테나 패턴(2b2)이 형성되는 기판(2b1)의 표면이 검출면에 대해 교차되는 자세가 되도록 안테나 기판(2b)이 설치된다. 즉, 기판(2b1)의 표면이 연직 방향에 대해 평행이 아니어도 좋고, 기울어져 있어도 좋다.

이로써 검출면측(도 4a에 도시되어 있는 측)에서 본 안테나의 설치 영역을 좁힐 수 있어 같은 측에서 보았을 때 자계 범위가 작아진다. 따라서 검출면에서의 안테나 독출 범위가 작아져 검출의 분해 능력을 더욱 향상시킬 수 있다.

또 도 4a에 도시한 바와 같이, 복수의 안테나 기판(2b) 사이(즉 복수의 안테나 사이)에 차폐판(6)을 각각 설치해도 좋다. 이 차폐판(6)은 자속을 흡수하는 알루미늄 등의 재료로 형성되어 있어 안테나 간의 자속 간섭을 방지한다. 안테나의 종류에 따라서는, 상기 실시 형태에서 나타낸 2개의 안테나 독출 범위가 겹치는 영역에서 ID 태그를 검출할 수 없게 되는 안테나가 존재한다. 이러한 안테나를 이용할 경우에는 상기와 같이 차폐판(6)을 설치함으로써 안테나 간의 자속 간섭을 방지하여 독출 범위가 겹치는 것을 방지할 수 있다. 따라서 독출 범위가 겹치지 않도록 안테나를 촘촘하게 배치할 수 있다. 또 도 4a에 도시한 바와 같이, 안테나 기판(2b)을 세로 배치할 경우에는 상기 실시 형태보다 촘촘하게 안테나를 배치할 수도 있지만, 이 경우에는 자속 간섭이 쉽게 발생한다. 이에 대해 차폐판(6)을 설치함으로써 자속 간섭의 발생을 방지하면서 상기 실시 형태보다 촘촘하게 안테나를 배치할 수 있다.

또 상기 실시 형태에서는 ID 태그(4)가 ID 태그(4)에서 ID 태그(5)까지의 거리(a)와, 금속 부품(X)의 조작 부위의 위치 좌표(조작 부위wx와 조작 부위wy)를 기억하고 있는 구성에 대해 설명하였다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지는 않으며, 도 4b에 도시한 바와 같이 위치 자세 산출 장치(3)가 ID 태그(4)에서 ID 태그(5)까지의 거리(a)와, 금속 부품(X)의 조작 부위의 위치 좌표(조작 부위wx와 조작 부위wy)를 기억하도록 해도 좋다.

또 상기 실시 형태에서는, 자세를 검출하는 대상이 금속 부품(X)인 구성에 대해 설명하였다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지는 않으며, 금속 이외의 재료로 이루어진 부품 등을 자세 검출의 대상으로 할 수도 있다. 즉, 본 발명의 피검출 물체는 재료가 한정되지 않는다.

또 상기 실시 형태에서는, 금속 부품(X)의 하부에 태그 리더(2)가 배치되는 구성에 대해 설명하였다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지는 않으며, 태그 리더(2)를 금속 부품(X)의 위쪽이나 옆쪽에 배치할 수도 있다. 이때에는 피검출 물체가 자속을 통과시키지 않는 금속재로 이루어질 때에는, 피검출 물체의 태그 리더(2)측 면에 2개 이상의 ID 태그를 설치할 필요가 있다.

또 상기 실시 형태에서는, 2개의 ID 태그가 금속 부품(X)에 설치된 구성에 대해 설명하였다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지는 않으며 3 이상의 ID 태그를 금속 부품(X)에 설치해도 좋다. 이러한 경우에는, 예를 들면 ID 태그의 위치로부터 ID 태그를 꼭지점으로 하는 다각형 모양을 산출하고, 이 다각형 모양의 방향에서 금속 부품(X)의 자세를 검출해도 좋다.

또 상기 실시 형태에서는, 소형의 금속 부품(X)의 자세를 검출하는 구성에 대해 설명하였다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지는 않으며, 대형 부품을 피검출 물체로 하고, 예를 들면 크레인 등으로 대형 부품을 반송할 때 이 대형 부품의 자세를 검출하기 위해 이용할 수도 있다. 이러한 경우에는 수 ㎝ 단위의 분해 능력이면 충분한 경우도 있고, 예를 들면 ID 태그로서 액티브 태그를 이용하여 ID 태그의 독출 가능 범위를 더욱 확대시켜도 좋다.

1…자세 검출 장치
2, 2A…태그 리더(검출 장치)
2a…기대
2b…안테나 기판
2b1…기판
2b2…안테나 패턴(안테나)
3…위치 자세 산출 장치(산출 장치)
4, 5…ID 태그(RFID 태그)
6…차폐판
X…금속 부품(피검출 물체)

Claims (6)

1. 피검출 물체에 설치됨과 동시에 각각이 고유 정보를 가진 적어도 2개의 RFID 태그,
   상기 RFID 태그를 검출하는 측에 위치하는 검출면 및 상기 RFID 태그로부터의 신호를 수신함과 동시에 상기 검출면을 따라 서로 직교하는 2방향으로 각각 복수 배열되는 복수의 안테나를 가진 검출 장치,
   상기 2개의 RFID 태그 중 하나의 RFID 태그로부터의 신호를 수신한 상기 안테나의 위치 정보, 및 상기 2개의 RFID 태그 중 다른 하나의 RFID 태그로부터의 신호를 수신한 상기 안테나의 위치 정보에 근거하여 상기 피검출 물체의 자세를 구하는 산출 수단
   을 구비한 자세 검출 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 검출 장치는,
   상기 복수의 안테나 사이에 배치됨과 동시에 상기 복수의 안테나 간의 자속 간섭을 방지하는 차폐판을 구비한 자세 검출 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 안테나가 기판의 표면에 형성된 안테나 패턴으로 이루어지고,
   상기 기판은 상기 안테나 패턴이 형성되는 표면이 상기 검출면에 대해 교차되는 자세로 설치되어 있는 자세 검출 장치.
4. 제1항에 있어서, 안정 자세의 피검출 물체의 하면에 대해 2개 이상의 RFID 태그가 설치되어 있는 자세 검출 장치.
5. 제2항에 있어서, 안정 자세의 피검출 물체의 하면에 대해 2개 이상의 RFID 태그가 설치되어 있는 자세 검출 장치.
6. 제3항에 있어서, 안정 자세의 피검출 물체의 하면에 대해 2개 이상의 RFID 태그가 설치되어 있는 자세 검출 장치.

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