JP2003254709A - 指示物体の座標情報を検出する座標検出装置 - Google Patents
指示物体の座標情報を検出する座標検出装置Info
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Abstract
置から離れた場所の座標を測ることは出来なかった。ま
た装置自体大掛かりなものであり、個人が片手で操作で
きるようなものではなかった。 【課題を解決するための手段】指示物体を指し示すレー
ザー光照射装置と、台座とレーザー光照射装置を連結す
る複数のアーム及び複数の関節、各関節の角度を検出す
る角度センサーとから構成され、レーザー光と指示平面
との交点を計算し指示物体の座標を検出する方式とする
ことで、装置から離れた場所の位置座標を検出可能と
し、機器も小型化し片手でも操作できるようにした。
Description
よって指示された指示物体の座標情報を取得するための
座標検出装置に関するものである。
を行う方法として、例えば特開平9−53937号公報
(以下、前記発明1という)に記載の発明がある。前記
発明1の座標測定機は、複数基のレーザービーム投光器
より同一指示物体に投光して、複数基の投光基より得ら
れる角度より、指示物体の三次元座標を測定可能とする
ものである。
て、例えば特開平5−127815号公報(以下、前記
発明2という)に記載の座標入力装置がある。前記発明
2の座標入力装置は、複数の棒と、これらの棒を直列に
しかも二自由度を有して連結するとともに前後の棒の角
度を検知するセンサーを内蔵している複数の節と、節を
介して直列に連結された棒の一端に連結されている指示
部と、節を介して直列に連結された棒の他端に連結され
各角度センサーからの角度信号に基づいて指示部の三次
元座標を算出する台座兼座標変換装置とを具備する装置
である。
基のレーザービーム投光基を離れた場所に設置する必要
があり、1人で操作するのは難しく、前記発明2では指
示部のとどかない座標入力装置から離れた場所の座標を
測ることは出来ない。またどちらも、装置自体大掛かり
なものであり、個人が片手で操作できるようなものでは
なかった。
置は、指示物体を指し示すレーザー光照射装置と、台座
とレーザー光照射装置を連結する複数のアーム及び複数
の関節、各関節の角度を検出する角度センサーと、指示
位置を決定した時点で押すスイッチと、各角度センサー
からの信号とスイッチからの信号より座標を計算する演
算部からなり、指示平面(例えば床面)からの本装置の
設置位置を予め設定しておく設定手段を持ち、レーザー
光と指示平面との交点を計算することで、指示物体の座
標を検出する構成をとっている。これによって前述の課
題を解決しようとするものである。
ム間の角度情報を演算部に伝達する。座標検出装置のレ
ーザー光照射装置から照射されるレーザー光にて指示平
面にある指示物体を指し示して、スイッチを押すと、あ
らかじめ設定してある座標検出装置の位置情報と、各角
度センサーの角度情報から、指示平面上の指示物体の座
標が算出される。
いて説明する。図1の実施例は、水平面上を旋回する第
1回転関節5と、第1回転関節の回転方向とは直交する
方向に回転する第2回転関節6と、第1回転関節と第2
回転関節を連結する第1アーム2と、指示物体にレーザ
ー光を照射するレーザー光照射装置1と、レーザー光照
射装置に取り付けられたスイッチ13と、レーザー光照
射装置と第2回転関節を連結する第2アーム3と、第1
回転関節及び第2回転関節に取りつけられた角度検出用
の第1関節回転角度センサー8及び第2関節回転角度セ
ンサー9と、各角度センサーからの信号とスイッチから
の信号により座標を計算する演算部11から構成されて
いる。
本装置の設置位置を予め設定しておく設定手段を持ち、
レーザー光照射装置と指示平面との交点を計算すること
で、指示物体の座標を検出する。図2は平面座標の算出
方法を説明するための立体斜視図であり、次式は図2を
例に平面座標を算出する式である。
数関節を有する最終端のアームに取り付けられていると
する。ここで,台座に搭載された最初の関節を第1関節
と呼び,その回転関節角度をθ1として,第1関節とと
もに動くアームを第1アームとする。全く同様に,連結
する第(i−1)アーム上に取り付けられた第i関節の
回転関節角度をθiとして第i関節とともに動くアーム
を第iアームとする。これより,台座は第0アームとみ
なすことができ,最終端アームは第Nアームとなる。さ
らに,第i関節の回転中心をJiと表すことにして,第
iアーム上に設定した,Jiを原点とする固定直交座標
系をiΣと表記する。なお,J0は台座とともに動くこ
とのない適当な点を表すとする。また,任意の3次元ベ
クトルをiΣ座標系で成分表示する場合,そのベクトル
の右上肩に添え字iを付すものと約束する。
アーム長さは設計製作段階において既知であるから,第
(i−1)関節中心Ji−1から第i関節中心Jiまで
の関節長さベクトル Ji−1Ji の(i−1)Σ座
標系での成分は定数成分となる。すなわち,すべてのi
(=1,2,・・・,N)に対して下記の数式1の関係
が成り立つ。
ムに固定されているから,レーザー光照射装置の照射方
向ベクトルをeとし,照射方向ベクトルが通過する最終
端アーム(第Nアーム)上の適当な点をPとすると,下
記の数式2の関係が成り立つ。
座標系から第(i−1)直交座標系への座標変換を3行
3列の座標変換行列i−1Riで表現することにする
と,本行列は関節角θiを含む直交行列i−1Ri(θ
i)になることが知られており,陽に記述することがで
きる。また,第i直交座標系から第0直交座標系への座
標変換を3行3列の座標変換行列0Riで表現すること
にすると,この行列は隣接する座標変換行列の積で表さ
れ,下記の数式3となる。
の点Pを通る直線(光線)の方程式は,直線上の任意の
点をQとし,その位置ベクトルをxとすると下記の数式
4により与えられる。
体を,座標系0Σで表現すると下記の数式5を得る。
利用することにより,数式5は次のように表現される。
分を求めるのに必要な関節角θiは,各関節に取り付け
られた角度を検出するセンサから得られ,また,数式6
を構成するベクトル i−1(Ji−1Ji) , N
(JNP) , Ne は,数式1と数式2の関係から
既知であるから,数式6により0Σ座標系表現の照射光
線の方程式が決定されている。
程式は,原点をJ0とする0Σ座標系表現を採用するこ
ととすると,下記の数式7で与えられる。ここで,0x
は指示平面上の任意の点を表し,0x0は指示平面上の
特定の適当な点を表し,0nは指示平面の法線ベクトル
を表す。
表し,数式7はベクトルの内積がゼロ(法線ベクトルと
平面内ベクトルが直交)を表している。照射光線と指示
平面の交点は,数式6および数式7を同時に満足するよ
うな位置0xで与えられるから,数式6を数式7に代入
して実数kを決定すればよい。この計算を実行すると下
記の数式8を得る。
kを得る。
数式6を構成する項のまとまりとして,0aと0bとを
先に算出する。
位置0xが下記の数式12により得られる。
向に回転するように、また2つの角度センサーの稼動方
向を直交させたが、これは座標計算を簡便化するためで
あり、これに限定されるものではなく、水平面上に回転
ないし直交させない場合はオフセット分を考慮した座標
計算を行えば良いのは自明である。
関節及び関節を連結するアームの数は本実施例に限定さ
れるものではなく、関節を多くすることで指示物体を指
示する操作感を向上させることができるのは自明であ
る。
体までの距離を測定可能な距離計と併用することで、空
間座標を検出することも可能とした場合の構成図であ
り、図4は空間座標の算出方法を説明するための立体斜
視図であり、次式は図4を例に空間座標を算出する式で
ある。
載された距離計の設置基準点が,照射装置の光線上にあ
る場合を採り上げる.距離計の基準点が光線上にない場
合は光線から設置基準点までのオフセット分だけを考慮
すればよい。
にあるから,数式1〜数式6はそのまま成立する。距離
計の設置基準点Pの位置ベクトル0xpおよび光線上に
ある任意の点の位置ベクトルを0xとすると,数式6を
利用して,それぞれの位置ベクトルは以下のように表現
される。
記の数式15が成り立つ。
体指示点までの距離rを検出するから,その指示点の位
置ベクトルを0xrとすると,下記の数式16を満足す
る(||*||は絶対値を示す)。
クトルを決定する実数kは下記の数式17を満足する。
ら,実数kは正である.したがって,指示点の位置ベク
トルを決定する実数kは下記の数式18で与えられる。
は,数式15を利用して,下記の数式19により算出さ
れる。
11を算出して,下記の数式20により指示点の位置ベ
クトル0xrが得られる。
を想定した場合の座標検出装置の利用例を示したもので
ある。座標検出装置は車椅子の肘掛け等適当な位置に固
定し、演算部は座席の下部等邪魔にならない適当な位置
に取り付ける。
レーザー光照射装置から照射されるレーザー光にて床面
にある指示物体を指し示して、スイッチを押すと、指示
物体の位置が算出される。
りの利用者が、特殊な機械装置を利用して床にある物を
拾い上げようとした場合、この座標検出装置によって取
得した物体の座標情報を基にその機械装置が動作し、床
にある物を拾い上げることが可能となる。
ので、片手で操作できるほど小型軽量で、離れた場所の
座標情報を非常に簡単かつ直接的に検出できる従来にな
い優れた座標検出装置を提供することができる。
の距離を測定可能な距離計と併用することで、三次元空
間座標を検出することも可能になる。
図
応用例
図
装置の利用例
Claims (3)
- 【請求項1】 指示物体を指し示すレーザー光照射装置
と、台座とレーザー光照射装置を連結する複数のアーム
及び複数の関節、各関節の角度を検出する角度センサー
とから構成され、レーザー光と指示平面との交点を計算
することで、指示物体の座標を検出することを特徴とす
る座標検出装置。 - 【請求項2】 指示平面からの本装置の設置位置を予め
設定しておく設定手段を持ち、各角度センサーからの角
度情報に基づいて前記指示平面との交点の座標を算出す
る機能を備えていることを特徴とする請求項1記載の座
標検出装置。 - 【請求項3】 レーザー光照射装置と、反射光などを利
用して指示位置までの距離を測定可能な距離計と併用す
ることで、三次元空間座標を検出する機能を備えている
ことを特徴とする請求項1記載の座標検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002056662A JP2003254709A (ja) | 2002-03-01 | 2002-03-01 | 指示物体の座標情報を検出する座標検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002056662A JP2003254709A (ja) | 2002-03-01 | 2002-03-01 | 指示物体の座標情報を検出する座標検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003254709A true JP2003254709A (ja) | 2003-09-10 |
Family
ID=28667112
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002056662A Pending JP2003254709A (ja) | 2002-03-01 | 2002-03-01 | 指示物体の座標情報を検出する座標検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003254709A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009058503A (ja) * | 2007-08-10 | 2009-03-19 | Leica Geosystems Ag | 非接触で対象表面の座標を測定する測定方法および測定システム |
US9020240B2 (en) | 2007-08-10 | 2015-04-28 | Leica Geosystems Ag | Method and surveying system for noncontact coordinate measurement on an object surface |
-
2002
- 2002-03-01 JP JP2002056662A patent/JP2003254709A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2009058503A (ja) * | 2007-08-10 | 2009-03-19 | Leica Geosystems Ag | 非接触で対象表面の座標を測定する測定方法および測定システム |
US9020240B2 (en) | 2007-08-10 | 2015-04-28 | Leica Geosystems Ag | Method and surveying system for noncontact coordinate measurement on an object surface |
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