專利名稱：具有攝像機的異常檢測功能的機器人系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有攝像機的異常檢測功能的機器人系統(tǒng)。
背景技術：
在進行機器人位置的修正或工件的良莠判定的若干機器人系統(tǒng)中，與機器人控制裝置連接的攝像機的像素數(shù)和同步信號的頻率為已知，輸出與該攝像機對應的同步信號并取入圖像，將與該像素數(shù)對應的數(shù)據(jù)量存儲在RAM等存儲裝置中，進行圖像處理。例如，在日本特開2011-19058號公報中記載了圖像處理裝置30，該圖像處理裝置 30具有同步信號分離電路32，其從與內(nèi)部同步信號同步地從攝像機48輸出的影像信號中分離水平同步信號；水平同步頻率檢測電路38，其檢測分離出的水平同步信號的頻率；同步信號生成電路44，其生成垂直同步信號以及水平同步信號。在此，同步信號生成電路44在希望的定時生成垂直同步信號后，以通過水平同步頻率檢測電路38檢測出的內(nèi)部同步信號的水平同步信號的頻率生成水平同步信號，將所生成的垂直同步信號以及水平同步信號作為外部同步信號提供給攝像機48。此外，在日本特開平9-233501號公報中記載了接受從攝像機輸出的視頻信號，比較從該視頻信號中分離出的同步信號和基本時鐘的相位，基于與相位差對應的輸出來檢測異常的圖像處理裝置。另外，在日本特開2003-289554號公報中記載了在攝像機頭以及攝像機控制單元中分別搭載CPU，由各CPU獨立地進行故障診斷，能夠?qū)⒏髯缘脑\斷結果向另一方的CPU傳送的故障診斷方法。以往，在攝像機本身故障，或者連接攝像機和機器人控制裝置的攝像機電纜斷線的情況下，沒有用于檢測、確定該故障或斷線的手段。因此，在得到不正確的圖像的情況下，無法容易地判斷該情況是所拍攝的被拍攝體或其攝像的環(huán)境存在問題，還是由于攝像機或者攝像機電纜的異常而導致的。另一方面，在日本特開平9-233501號公報或者日本特開2003-289554號公報的發(fā)明中，需要相位比較器、壓控振蕩器、用于電壓測量的AD變換器這樣的專用的模擬電路，因此需要相應的成本。此外，使用相位比較器或壓控振蕩器的電路構成反饋控制系統(tǒng)，因此，在用于穩(wěn)定地動作的控制系統(tǒng)的設計上花費功夫。并且，有時在機器人控制裝置上連接像素數(shù)不同的多種攝像機，為了使使用了相位比較器以及壓控振蕩器的電路能夠與不同的像素數(shù)的攝像機對應，相比于與單一的攝像機對應的情況，控制系統(tǒng)的設計變得更復雜。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種機器人系統(tǒng)，其向攝像機輸出外部同步信號，對與該外部同步信號同步地從攝像機輸出的圖像數(shù)據(jù)進行處理，為了解決上述課題，能夠通過簡單的結構檢測攝像機的異常。為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種機器人系統(tǒng)，其具有攝像機，其具有如下功能與以預先決定的頻率作為內(nèi)部同步信號而生成的垂直同步信號以及水平同步信號同步地輸出包含垂直同步信號、水平同步信號以及圖像數(shù)據(jù)的影像信號的內(nèi)部同步功能；與作為外部同步信號提供的與所述內(nèi)部同步信號頻率相同的垂直同步信號以及水平同步信號同步地輸出包含垂直同步信號、水平同步信號以及圖像數(shù)據(jù)的影像信號的外部同步功能，該攝像機在沒有被供給所述外部同步信號時，通過所述內(nèi) 部同步功能與所述內(nèi)部同步信號同步地輸出影像信號，在被供給所述外部同步信號時，通過所述外部同步功能與所述外部同步信號同步地輸出影像信號；以及連接了所述攝像機的機器人控制裝置，將通過所述外部同步功能從所述攝像機輸出的影像信號取入所述機器人控制裝置，進行圖像處理，根據(jù)該圖像處理的結果來控制機器人，該機器人系統(tǒng)具有從所述影像信號中分離出內(nèi)部水平同步信號的同步信號分離部；比較從所述機器人控制裝置向所述攝像機提供的外部水平同步信號的相位、和通過同步信號分離部分離出的內(nèi)部水平同步信號的相位的相位比較部；以及根據(jù)所述相位比較部的相位比較結果的隨時間的變化，判定所述攝像機是否與所述外部水平同步信號同步地進行動作的同步判定部。在優(yōu)選的實施方式中，所述同步判定部比較所述相位比較部的相位比較結果和成為基準的相位差，在其差分大于所決定的余量時，判定為所述攝像機不與所述外部水平同步信號同步地進行動作。 在優(yōu)選的實施方式中，所述相位比較部在檢測出從所述機器人控制裝置向所述攝像機提供的外部水平同步信號后，在檢測出通過所述同步信號分離部分離出的內(nèi)部水平同步信號前再次檢測出外部水平同步信號的情況下，輸出報警。


本發(fā)明的上述以及其他目的、特征以及長處，通過參照

以下的優(yōu)選實施方式可以進一步明了。圖I是表示本發(fā)明的一個實施方式的機器人系統(tǒng)的控制裝置的概要結構的圖。圖2是表不水平同步/[目號和視頻/[目號同步的情況的圖。圖3是表不水平同步/[目號和視頻/[目號不同步的情況的圖。圖4是用于說明水平同步信號相位比較電路中的處理的圖。圖5是用于說明同步判定電路中的處理的流程圖。
具體實施例方式圖I是本申請發(fā)明的優(yōu)選實施方式的機器人控制裝置10的框圖，特別是僅表示了控制概要圖示的機器人8的機器人控制裝置10中的與圖像處理有關的部分(圖像處理裝置)的圖。機器人控制裝置10具有同步信號分離部12 ；A/D變換部14 ;鉗位部16 ;進行水平同步信號的相位比較的水平同步信號相位比較部18 ;判定水平同步信號是否同步的同步判定部20 ;圖像取入部22 ;處理部24 ;將垂直同步信號以及水平同步信號作為外部同步信號來生成的同步信號生成部26 ;用于將攝像機28與機器人控制裝置10連接的連接器30。此外，在圖示例子中，同步信號分離部12、A/D變換部14、鉗位部16、水平同步信號相位比較部18、同步判定部20、圖像取入部22以及同步信號生成部26都作為電路而構成。攝像機28具有如下功能與以預先決定的頻率作為內(nèi)部同步信號生成的垂直同步信號以及水平同步信號同步地輸出包含垂直同步信號、水平同步信號以及圖像數(shù)據(jù)的影像信號的內(nèi)部同步功能；與作為外部同步信號提供的與內(nèi)部同步信號頻率相同的垂直同步信號以及水平同步信號同步地，輸出包含垂直同步信號、水平同步信號以及圖像數(shù)據(jù)的影像信號的外部同步功能，在沒有被供給外部同步信號時，通過內(nèi)部同步功能與內(nèi)部同步信號同步地輸出影像信號，在被供給外部同步信號時，通過外部同步功能與所述外部同步信號同步地輸出影像信號。此外，通過外部同步功能從攝像機28輸出的影像信號被取入機器人控制裝置10后進行圖像處理，根據(jù)該圖像處理的結果控制機器人8。處理部24例如具有具有寄存器32的CPU34、R0M36以及RAM38等，能夠控制同步信號生成電路26，向攝像機28請求攝像。在寄存器32中存儲水平同步信號的頻率等。在R0M36中，關于可與機器人控制裝置10連接的各種攝像機，預先存儲與這些攝像機的種類、內(nèi)部水平同步信號的頻率、像素數(shù)的對應關系有關的信息。此外，在RAM38中存儲圖像處理程序或攝像機特定程序等各種程序，并且根據(jù)像素數(shù)對圖像處理用數(shù)據(jù)區(qū)域進行分配。 CPU34按照在RAM38中存儲的各種程序，進行基于圖像數(shù)據(jù)的圖像處理。 攝像機28根據(jù)來自機器人控制裝置10的請求，輸出合成圖像數(shù)據(jù)等影像信號。同步信號分離電路12從來自攝像機28的合成圖像數(shù)據(jù)中分離出模擬的視頻信號和水平同步信號，模擬的視頻信號通過A/D變換電路14被數(shù)字化后，被輸入到圖像取入電路22。圖像取入電路22將從A/D變換電路14輸入的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到處理部24。鉗位電路16為了抑制從同步信號分離電路12輸入到A/D變換電路14的影像信號的DC電平的變動，使DC電平保持恒定，而使用從同步信號分離電路12輸入的水平同步信號，發(fā)揮將圖像數(shù)據(jù)的黑電平保持為A/D變換電路14的黑電平的功能。通過使用鉗位電路16能夠在A/D變換電路14中準確地對圖像數(shù)據(jù)進行A/D變換。另一方面，在同步信號分離電路12中分離出的水平同步信號被作為內(nèi)部水平同步信號，輸入到鉗位電路16和相位比較電路18。相位比較電路18比較從機器人控制裝置10 (在此為同步信號生成電路26)提供給攝像機28的外部同步信號中的外部水平同步信號、和通過同步信號分離電路12分離出的內(nèi)部水平同步信號的相位差，將相位比較結果輸入到同步判定電路20。同步判定電路20判定相位比較結果是同步狀態(tài)還是非同步狀態(tài)，在判定為非同步狀態(tài)的情況下，向處理部24通知報警。在機器人控制裝置10中，為了按機器人側的定時進行控制，而需要從機器人控制裝置10側(在圖I的例子中為同步信號生成電路26)對攝像機28發(fā)生外部同步信號，使攝像機28與機器人同步來動作。在從機器人控制裝置10向攝像機28提供的外部水平同步信號的相位、和通過同步信號分離電路12分離出的水平同步信號的相位之間，由于與連接機器人控制裝置10和攝像機28的電纜39的線長對應的延遲和由攝像機28的種類所決定的延遲而產(chǎn)生相位差。該相位差根據(jù)電纜線長和攝像機28的種類可以成為各種各樣的值，但是，只要攝像機28與外部同步信號同步地動作，如果忽視誤差，則為恒定值。但是，在攝像機28與外部同步信號不同步動作的情況下，攝像機28與通過自身的內(nèi)部電路(未圖示)生成的內(nèi)部同步信號同步地動作。在此，用于生成內(nèi)部同步信號的時鐘是存在于攝像機內(nèi)部電路中的時鐘，與生成機器人控制裝置10輸出的外部同步信號的時鐘不同，因此，在兩者的時鐘的頻率中通常存在一定的偏差。因此，在攝像機28與內(nèi)部同步信號同步動作的情況下，外部水平同步信號的相位和通過同步信號分離電路12分離出的水平同步信號的相位，隨著時間經(jīng)過，相位差漸漸擴大。參照圖2以及圖3說明這種情況。圖2是表示向攝像機輸入的外部水平同步信號和攝像機輸出的視頻信號為同步狀態(tài)的圖。在得到圖2所示的外部水平同步信號40以及視頻信號42的情況下，外部水平同步信號40的下降沿44和視頻信號42的下降沿46的時間間隔A Tl、A T2、A T3、…、A Tk大致相等(ATlh AT2h AT3N A Tk),因此，在這種情況下，攝像機與外部同步信號同步。另一方面，圖3是表示外部水平同步信號和視頻信號為非同步狀態(tài)的圖。在得到了圖3所示的外部水平同步信號50以及視頻信號52的情況下，外部水平同步信號50的下降沿54和視頻信號52的下降沿56的時間間隔A Tl’、A T2’、A T3’、…、A Tk’逐漸變大，即互相不相等(ATI’關AT2’關AT3’關A Tk’)，因此，在這種情況下，攝像機與外部同步信號不同步，成為非同步狀態(tài)(反過來說為內(nèi)部同步狀態(tài))。接下來，說明相位比較電路18的細節(jié)。在從機器人控制裝置10向攝像機28提供的外部水平同步信號的相位、和通過同步信號分離電路12分離出的內(nèi)部水平同步信號·的相位之間，由于與連接機器人控制裝置10和攝像機28的電纜39的線長對應的延遲和由攝像機28的種類決定的延遲而產(chǎn)生相位差，但是，該相位差引起的延遲時間為與攝像機的一個像素對應的基本時鐘的數(shù)十倍左右。因此，相位比較電路18可以利用已經(jīng)使用了與攝像機28的一個像素對應的基本時鐘的計數(shù)器電路來構成，能夠容易地裝入ASIC(Application Specific Integrated Circuit)或FPGA(Field Programmable Gate Array)這樣的集成電路中。關于相位比較電路18中的具體的處理，參照圖4進行說明。首先，檢測從機器人控制裝置10向攝像機28提供的外部水平同步信號60的上升(或者下降)沿62，開始計數(shù)器64所示的遞增計數(shù)(count up)o在每個基本時鐘66 (每個波形的上升或者下降)進行該遞增計數(shù)的增加。然后，當檢測出通過同步信號分離電路12分離出的內(nèi)部水平同步信號68的上升(或者下降)沿70時，停止計數(shù)。該停止時的計數(shù)值(在此為n)作為相位比較結果被輸入到同步判定電路20，將上次的相位比較結果(在此為m)更新為此次的相位比較結果(在此為n)。相位比較電路18每當被輸入了外部水平同步信號時進行動作，將更新后的相位比較結果輸出到同步判定電路20。然后，參照圖5說明同步判定電路20中的處理。具有外部同步功能的攝像機28開始外部同步信號的輸入，在經(jīng)過預定的時間(待機)后，成為外部同步狀態(tài)。從而，同步判定電路20從同步信號生成部26生成的同步信號的輸出開始，到經(jīng)過了預先決定的時間為止，不進行同步判定。在經(jīng)過了預先決定的時間后(步驟SI )，攝像機28成為外部同步狀態(tài)，因此，將經(jīng)過了預先決定的時間后的最初的相位比較結果作為同步狀態(tài)判定的基準值來讀入，存儲到CPU34的寄存器32中(步驟S2)。以后，如步驟S3以及S4所示,每當更新相位比較結果(例如上述的m — n)時,進行基準值和更新后的相位比較結果的比較。具體來說，考慮誤差等的影響，預先設定了余量，在基準值和更新后的相位比較結果的差分為該余量以上的情況下，同步判定電路20向處理部24輸出為非同步狀態(tài)的意思的報警(步驟S5)。例如，在上述的圖3那樣的非同步狀態(tài)的情況下，因為A Tl’和A T2’的差分在誤差范圍(余量以下)，所以能夠判定為不是非同步狀態(tài)，但是如果為非同步狀態(tài)，則A Tk’隨著時間經(jīng)過而增大，因此，都判定為非同步狀態(tài)(A Tl’和A Tk’的差分大于余量)。這樣，通過判定相位比較電路18中的相位比較結果的隨時間變化，能夠判定攝像機28是否與外部同步信號同步地進行動作。以上的處理可以在處理部24內(nèi)進行，也可以使用微型計算機等來實現(xiàn)。此外，通過作為狀態(tài)機的數(shù)字設備實現(xiàn)該處理也很容易，能夠?qū)⒃摂?shù)字設備裝入到ASIC或FPGA這樣的集成電路中。根據(jù)本發(fā)明，能夠檢測以下所示的與攝像機有關的各種異常。(I)將 機器人控制裝置10輸出的水平同步信號傳送到攝像機28的信號線的斷線、(2)攝像機28故障而無法與外部水平同步信號同步的狀態(tài)、(3)在像素數(shù)不同的多種攝像機與機器人控制裝置連接的系統(tǒng)中，機器人控制裝置需要向各攝像機發(fā)送根據(jù)攝像機的種類決定的周期的水平同步信號，但是，由于設定失誤等，發(fā)生機器人控制裝置輸出的外部水平同步信號與攝像機的內(nèi)部水平同步信號不一致的狀態(tài)。此外，相位比較電路18，如上所述，在檢測出從機器人控制裝置10向攝像機28提供的外部水平同步信號的上升沿后到檢測出從攝像機的影像信號中分離出的內(nèi)部水平同步信號的上升沿之前，繼續(xù)進行遞增計數(shù)，但是，有時在檢測出內(nèi)部水平同步信號的上升沿之前再次檢測出外部水平同步信號的上升沿。在這種情況下，判斷為在通過同步信號分離電路12分離出的水平同步信號中有異常，因此，相位比較電路18能夠?qū)⑼ㄖ摦惓５膱缶敵龅酵脚卸娐?0或者處理部24。該異常表示攝像機28的未連接或故障、傳送合成影像信號的信號線或發(fā)送視頻信號的電纜的斷線。根據(jù)本發(fā)明，能夠判定關于攝像機的異常，是用于傳送機器人控制裝置輸出的外部水平同步信號的信號線的斷線所導致，還是攝像機自身故障而無法與外部水平同步信號同步所導致。并且，在像素數(shù)不同的多種攝像機與機器人控制裝置連接的機器人系統(tǒng)的情況下，機器人控制裝置需要向各攝像機發(fā)送根據(jù)攝像機的種類決定的周期的外部水平同步信號，但是，根據(jù)本發(fā)明，能夠檢測由于設定失誤等而發(fā)生機器人控制裝置輸出的外部水平同步信號和攝像機的內(nèi)部水平同步信號不一致的狀態(tài)。在檢測出從機器人控制裝置提供給攝像機的外部水平同步信號后，在檢測出通過同步信號分離部分離出的內(nèi)部水平同步信號之前再次檢測出外部水平同步信號的情況下輸出報警，由此，能夠檢測出發(fā)生了攝像機的未連接、攝像機的故障、或者傳送合成影像信號的信號線的斷線。
權利要求
1.一種機器人系統(tǒng),其具有 攝像機(28)，其具有如下功能與以預先決定的頻率作為內(nèi)部同步信號而生成的垂直同步信號以及水平同步信號同步地輸出包含垂直同步信號、水平同步信號以及圖像數(shù)據(jù)的影像信號的內(nèi)部同步功能；與作為外部同步信號提供的與所述內(nèi)部同步信號頻率相同的垂直同步信號以及水平同步信號同步地輸出包含垂直同步信號、水平同步信號以及圖像數(shù)據(jù)的影像信號的外部同步功能，該攝像機(28)在沒有被供給所述外部同步信號時，通過所述內(nèi)部同步功能與所述內(nèi)部同步信號同步地輸出影像信號，在被供給所述外部同步信號時，通過所述外部同步功能與所述外部同步信號同步地輸出影像信號；以及 連接了所述攝像機(28)的機器人控制裝置(10)， 將通過所述外部同步功能從所述攝像機(28)輸出的影像信號取入所述機器人控制裝置(10)，進行圖像處理，根據(jù)該圖像處理的結果來控制機器人(8)，該機器人系統(tǒng)的特征在于， 具有 從所述影像信號中分離出內(nèi)部水平同步信號的同步信號分離部(12); 比較從所述機器人控制裝置(10)向所述攝像機(28)提供的外部水平同步信號的相位、和通過同步信號分離部(12)分離出的內(nèi)部水平同步信號的相位的相位比較部(18);以及 根據(jù)所述相位比較部(18)的相位比較結果的隨時間的變化，判定所述攝像機(28)是否與所述外部水平同步信號同步地進行動作的同步判定部(20)。
2.根據(jù)權利要求I所述的機器人系統(tǒng)，其特征在于， 所述同步判定部(20)比較所述相位比較部(18)的相位比較結果和成為基準的相位差，在其差分大于所決定的余量時，判定為所述攝像機(28)不與所述外部水平同步信號同步地進行動作。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的機器人系統(tǒng)，其特征在于， 所述相位比較部(18 )在檢測出從所述機器人控制裝置(10 )向所述攝像機(28 )提供的外部水平同步信號后，在檢測出通過所述同步信號分離部(12)分離出的內(nèi)部水平同步信號前再次檢測出外部水平同步信號的情況下，輸出報警。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有攝像機的異常檢測功能的機器人系統(tǒng)，其具有將外部同步信號輸出到攝像機，對與該外部同步信號同步地從攝像機輸出的圖像數(shù)據(jù)進行處理的功能，能夠通過簡單的結構檢測攝像機的異常。機器人控制裝置具有同步信號分離電路、A/D變換電路、鉗位電路、進行水平同步信號的相位比較的水平同步信號相位比較電路、判定水平同步信號是否同步的同步判定電路、圖像取入電路、處理部、將垂直同步信號以及水平同步信號作為外部同步信號來生成的同步信號生成部或者電路、以及用于將攝像機與機器人控制裝置連接的連接器。
文檔編號G05B19/04GK102957939SQ20121030713
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月24日 優(yōu)先權日2011年8月26日
發(fā)明者高橋精吾 申請人:發(fā)那科株式會社