JPH06222130A - 3次元位置測定方法および3次元位置測定装置 - Google Patents
3次元位置測定方法および3次元位置測定装置Info
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- JPH06222130A JPH06222130A JP1065293A JP1065293A JPH06222130A JP H06222130 A JPH06222130 A JP H06222130A JP 1065293 A JP1065293 A JP 1065293A JP 1065293 A JP1065293 A JP 1065293A JP H06222130 A JPH06222130 A JP H06222130A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】超音波源の送波タイミングを知ることなく超音
波源の3次元の座標位置を求める。 【構成】4個の受波装置2a,2b,2c,2dが1つ
の円周上には位置しないように配置され、各受波装置2
a,2b,2c,2dにおいて超音波源1からの超音波
を受波する。路程差算出手段4は、いずれか1つの受波
装置2aと超音波源1との距離を基準距離としておき、
他の受波装置2b,2c,2dと超音波源1との間の距
離と基準距離との路程差を求める。位置演算手段5は、
各受波装置2a,2b,2c,2dと超音波源1との距
離を、路程差と基準距離との和として扱い、4個の関係
式に基づいて超音波源1の3次元の座標位置と基準距離
とを求める。
波源の3次元の座標位置を求める。 【構成】4個の受波装置2a,2b,2c,2dが1つ
の円周上には位置しないように配置され、各受波装置2
a,2b,2c,2dにおいて超音波源1からの超音波
を受波する。路程差算出手段4は、いずれか1つの受波
装置2aと超音波源1との距離を基準距離としておき、
他の受波装置2b,2c,2dと超音波源1との間の距
離と基準距離との路程差を求める。位置演算手段5は、
各受波装置2a,2b,2c,2dと超音波源1との距
離を、路程差と基準距離との和として扱い、4個の関係
式に基づいて超音波源1の3次元の座標位置と基準距離
とを求める。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波源から送波され
る方向性を持たない超音波を受信することによって、規
定の座標空間内での超音波源の位置座標を測定する3次
元位置測定方法および3次元位置測定装置に関するもの
である。
る方向性を持たない超音波を受信することによって、規
定の座標空間内での超音波源の位置座標を測定する3次
元位置測定方法および3次元位置測定装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来より、図4に示すように、異なる位
置に固定的に配置された3個の受波装置2a,2b,2
cを用いて、超音波源1から間欠的に送波されるパルス
状の超音波を受波することによって、超音波源1と各受
波装置2a,2b,2cとの距離を求め、求めた距離に
基づいて超音波源1の座標位置を決定するようにした3
次元位置測定装置が提案されている。超音波源1と各受
波装置2a,2b,2cとの距離を求める方法として
は、超音波源1から超音波を送波してから各受波装置2
a,2b,2cでその超音波を受波するまでの時間を求
める方法が一般的である。この方法では、超音波源1で
の超音波の送波タイミングを受信側でも知ることが必要
であるから、超音波信号処理手段3によって超音波源1
の送波タイミングを制御し、受波装置2a,2b,2c
で受波した受波信号を送波タイミングを基準にして処理
するようになっている。ここに、超音波信号処理手段3
によって超音波源1の送波タイミングを制御するため
に、図4に示すようにケーブル9を介して直接接続する
ほか、図5に示すようにワイヤレス送信部7とワイヤレ
ス受信部8とを設けることによって、光や電波を媒体と
するワイヤレス信号を介して送波タイミングを伝送する
ことも考えられている。受波装置2a,2b,2cで受
信され超音波信号処理手段3で増幅、波形整形などの処
理が施された受波信号は、距離算出手段6に入力されて
超音波源1と各受波装置2a,2b,2cとの距離が求
められる。さらに、この距離に基づいて位置演算手段5
では超音波源1の3次元の座標位置を求めるのである。
距離算出手段6は、音速を考慮することによって超音波
源1から各受波装置2a,2b,2cに超音波が到達す
るまでの時間を距離に換算する。
置に固定的に配置された3個の受波装置2a,2b,2
cを用いて、超音波源1から間欠的に送波されるパルス
状の超音波を受波することによって、超音波源1と各受
波装置2a,2b,2cとの距離を求め、求めた距離に
基づいて超音波源1の座標位置を決定するようにした3
次元位置測定装置が提案されている。超音波源1と各受
波装置2a,2b,2cとの距離を求める方法として
は、超音波源1から超音波を送波してから各受波装置2
a,2b,2cでその超音波を受波するまでの時間を求
める方法が一般的である。この方法では、超音波源1で
の超音波の送波タイミングを受信側でも知ることが必要
であるから、超音波信号処理手段3によって超音波源1
の送波タイミングを制御し、受波装置2a,2b,2c
で受波した受波信号を送波タイミングを基準にして処理
するようになっている。ここに、超音波信号処理手段3
によって超音波源1の送波タイミングを制御するため
に、図4に示すようにケーブル9を介して直接接続する
ほか、図5に示すようにワイヤレス送信部7とワイヤレ
ス受信部8とを設けることによって、光や電波を媒体と
するワイヤレス信号を介して送波タイミングを伝送する
ことも考えられている。受波装置2a,2b,2cで受
信され超音波信号処理手段3で増幅、波形整形などの処
理が施された受波信号は、距離算出手段6に入力されて
超音波源1と各受波装置2a,2b,2cとの距離が求
められる。さらに、この距離に基づいて位置演算手段5
では超音波源1の3次元の座標位置を求めるのである。
距離算出手段6は、音速を考慮することによって超音波
源1から各受波装置2a,2b,2cに超音波が到達す
るまでの時間を距離に換算する。
【0003】一方、位置演算手段5は、以下の演算を行
うことによって超音波源1の座標位置を求める。いま、
図6に示すように、受波装置2aを3次元座標の原点に
配置し、他の受波装置2b,2cをそれぞれy軸上、x
軸上に配置し、各受波装置2a,2b,2cの3次元の
座標位置はそれぞれ(0,0,0)、(0,b,0)、
(c,0,0)であって、求めるべき超音波源1の座標
位置は(x0 ,y0 ,z0 )であるものとする。ここ
で、距離算出手段6により求めた超音波源1と各受波装
置2a,2b,2cとの距離が、それぞれLa,Lb,
Lcであったとする。
うことによって超音波源1の座標位置を求める。いま、
図6に示すように、受波装置2aを3次元座標の原点に
配置し、他の受波装置2b,2cをそれぞれy軸上、x
軸上に配置し、各受波装置2a,2b,2cの3次元の
座標位置はそれぞれ(0,0,0)、(0,b,0)、
(c,0,0)であって、求めるべき超音波源1の座標
位置は(x0 ,y0 ,z0 )であるものとする。ここ
で、距離算出手段6により求めた超音波源1と各受波装
置2a,2b,2cとの距離が、それぞれLa,Lb,
Lcであったとする。
【0004】上記条件のもとで超音波源1の座標位置
(x0 ,y0 ,z0 )に関する関係式を、各受波装置2
a,2b,2cの座標位置(0,0,0)、(0,b,
0)、(c,0,0)と、距離La,Lb,Lcとによ
って表すことを考える。すなわち、ピタゴラスの定理を
適用すれば、次の3個の関係式が得られる。 La2 −y0 2 =Lb2 −(b−y0 )2 La2 −x0 2 =Lc2 −(c−x0 )2 x0 2 +y0 2 +z0 2 =La2 ここで、超音波源1が室内のような限定された空間に存
在し、z0 ≧0に規定することができるものとすると
き、超音波源1の座標位置(x0 ,y0 ,z0 )は、上
式をそれぞれ変形して以下のように求めることができる
のである。 x0 =(La2 −Lc2 +c2 )/2c y0 =(La2 −Lb2 +b2 )/2b z0 ={La2 −(x0 2 +y0 2 )}1/2 上述した例では、3個の受波装置2a,2b,2cの1
個を3次元の座標空間の原点、他の2個を座標軸上に配
置しているが、一般には2個によって1つの座標軸が規
定できるときに他の1個は座標軸上に配置できない場合
もある。たとえば、受波装置2aを原点、受波装置2b
をy軸上に規定したときに、受波装置2cの座標位置を
一般化した形で表せば(cx ,cy ,0)となる。ただ
し、z座標が0であるのは、座標変換によって受波装置
2cをxy平面上に位置させることができるからであ
る。この場合には以下の3個の関係式が得られる。 La2 −y0 2 =Lb2 −(b−y0 )2 La2 −x0 2 =Lc2 −(cx −x0 )2 −cy (c
y −2y0 ) x0 2 +y0 2 +z0 2 =La2 したがって、一般化した場合であっても3個の受波装置
2a,2b,2cで得た情報に超音波源1の送波タイミ
ングに関する情報を加えることによって3次元の座標位
置を求めることができる。
(x0 ,y0 ,z0 )に関する関係式を、各受波装置2
a,2b,2cの座標位置(0,0,0)、(0,b,
0)、(c,0,0)と、距離La,Lb,Lcとによ
って表すことを考える。すなわち、ピタゴラスの定理を
適用すれば、次の3個の関係式が得られる。 La2 −y0 2 =Lb2 −(b−y0 )2 La2 −x0 2 =Lc2 −(c−x0 )2 x0 2 +y0 2 +z0 2 =La2 ここで、超音波源1が室内のような限定された空間に存
在し、z0 ≧0に規定することができるものとすると
き、超音波源1の座標位置(x0 ,y0 ,z0 )は、上
式をそれぞれ変形して以下のように求めることができる
のである。 x0 =(La2 −Lc2 +c2 )/2c y0 =(La2 −Lb2 +b2 )/2b z0 ={La2 −(x0 2 +y0 2 )}1/2 上述した例では、3個の受波装置2a,2b,2cの1
個を3次元の座標空間の原点、他の2個を座標軸上に配
置しているが、一般には2個によって1つの座標軸が規
定できるときに他の1個は座標軸上に配置できない場合
もある。たとえば、受波装置2aを原点、受波装置2b
をy軸上に規定したときに、受波装置2cの座標位置を
一般化した形で表せば(cx ,cy ,0)となる。ただ
し、z座標が0であるのは、座標変換によって受波装置
2cをxy平面上に位置させることができるからであ
る。この場合には以下の3個の関係式が得られる。 La2 −y0 2 =Lb2 −(b−y0 )2 La2 −x0 2 =Lc2 −(cx −x0 )2 −cy (c
y −2y0 ) x0 2 +y0 2 +z0 2 =La2 したがって、一般化した場合であっても3個の受波装置
2a,2b,2cで得た情報に超音波源1の送波タイミ
ングに関する情報を加えることによって3次元の座標位
置を求めることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した構
成では、超音波源1の送波タイミングを受信側で知るた
めに、有線ないし無線によって送波タイミングを超音波
信号処理手段3に入力することが必要であるから、超音
波源1を移動体に搭載して移動体の位置を測定する場合
などには、以下のような問題が生じることになる。
成では、超音波源1の送波タイミングを受信側で知るた
めに、有線ないし無線によって送波タイミングを超音波
信号処理手段3に入力することが必要であるから、超音
波源1を移動体に搭載して移動体の位置を測定する場合
などには、以下のような問題が生じることになる。
【0006】すなわち、有線であるとすれば、移動体は
ケーブル9を引き回すことになり、ケーブル9の長さや
ケーブル9を引き回す場所によって移動体の移動範囲が
制約を受けるという問題が生じることになる。一方、ワ
イヤレス信号によって送波タイミングを伝送する場合に
は、ケーブル9のような制約は生じないものの、ワイヤ
レス信号の伝送を妨げる障害物が存在していたり、外乱
ノイズが存在していると送波タイミングを正確に伝送で
きないことがあり、この場合に座標位置を正確に算出す
ることができなくなるという問題が生じる。また、ワイ
ヤレス信号を用いる場合には、ワイヤレス信号の授受の
ために構成が複雑化するという問題があり、しかも、移
動体に超音波源1だけではなくワイヤレス送信部7を搭
載することになるから、移動体の小型化・軽量化を妨げ
るという問題もある。
ケーブル9を引き回すことになり、ケーブル9の長さや
ケーブル9を引き回す場所によって移動体の移動範囲が
制約を受けるという問題が生じることになる。一方、ワ
イヤレス信号によって送波タイミングを伝送する場合に
は、ケーブル9のような制約は生じないものの、ワイヤ
レス信号の伝送を妨げる障害物が存在していたり、外乱
ノイズが存在していると送波タイミングを正確に伝送で
きないことがあり、この場合に座標位置を正確に算出す
ることができなくなるという問題が生じる。また、ワイ
ヤレス信号を用いる場合には、ワイヤレス信号の授受の
ために構成が複雑化するという問題があり、しかも、移
動体に超音波源1だけではなくワイヤレス送信部7を搭
載することになるから、移動体の小型化・軽量化を妨げ
るという問題もある。
【0007】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、超音波源からの超音波の送波タイミングを受
信側に伝送することなく超音波源の座標位置を求めるこ
とができるようにした3次元位置測定方法および3次元
位置測定装置を提供しようとするものである。
のであり、超音波源からの超音波の送波タイミングを受
信側に伝送することなく超音波源の座標位置を求めるこ
とができるようにした3次元位置測定方法および3次元
位置測定装置を提供しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明の3次元
位置測定方法では、上記目的を達成するために、3次元
の座標位置が既知であって1つの円周上には位置しない
少なくとも4個の受波装置で超音波源より送波された方
向性を持たない超音波を受波し、いずれか1つの受波装
置と超音波源との距離を未知の基準距離とおいて他の受
波装置と超音波源との距離と基準距離との路程差を求め
た後、各受波装置の座標位置と路程差とに基づいて超音
波源の3次元の座標位置に関する関係式を基準距離を含
んだ形で4個以上求め、これらの関係式より基準距離お
よび超音波源の3次元の座標位置を求めることを特徴と
する。
位置測定方法では、上記目的を達成するために、3次元
の座標位置が既知であって1つの円周上には位置しない
少なくとも4個の受波装置で超音波源より送波された方
向性を持たない超音波を受波し、いずれか1つの受波装
置と超音波源との距離を未知の基準距離とおいて他の受
波装置と超音波源との距離と基準距離との路程差を求め
た後、各受波装置の座標位置と路程差とに基づいて超音
波源の3次元の座標位置に関する関係式を基準距離を含
んだ形で4個以上求め、これらの関係式より基準距離お
よび超音波源の3次元の座標位置を求めることを特徴と
する。
【0009】請求項2の発明の3次元位置測定装置で
は、上記目的を達成するために、方向性を持たない超音
波を送波する超音波源と、3次元の座標位置が既知であ
って1つの円周上には位置しないように配置され超音波
源からの超音波を受波する少なくとも4個の受波装置
と、いずれか1つの受波装置と超音波源との距離を未知
の基準距離とおいて他の受波装置と超音波源との距離と
基準距離との路程差を求める路程差算出手段と、各受波
装置の座標位置と路程差とに基づいて基準距離を含んだ
形で求めることができる超音波源の3次元の座標位置に
関する4個以上の関係式によって基準距離および超音波
源の3次元の座標位置を求める位置演算手段とを具備す
ることを特徴とする。
は、上記目的を達成するために、方向性を持たない超音
波を送波する超音波源と、3次元の座標位置が既知であ
って1つの円周上には位置しないように配置され超音波
源からの超音波を受波する少なくとも4個の受波装置
と、いずれか1つの受波装置と超音波源との距離を未知
の基準距離とおいて他の受波装置と超音波源との距離と
基準距離との路程差を求める路程差算出手段と、各受波
装置の座標位置と路程差とに基づいて基準距離を含んだ
形で求めることができる超音波源の3次元の座標位置に
関する4個以上の関係式によって基準距離および超音波
源の3次元の座標位置を求める位置演算手段とを具備す
ることを特徴とする。
【0010】
【作用】本発明では、1つの円周上ではない少なくとも
4箇所に受波装置を配置して超音波源からの超音波を受
波するのであり、4個の受波装置のうちの1つと超音波
源との距離を未知の基準距離としておき、残りの3個の
受波装置と超音波源との間の距離と基準距離との路程差
を求めることによって、各受波装置と超音波源との距離
を、超音波源からの送波タイミングを用いずに基準距離
と路程差との和という形で表すのである。ここで、受波
装置を4個以上設けていることによって、超音波源の3
次元の座標位置に関して4個以上の関係式を設定するこ
とができるから、座標位置に関する3個の未知数と未知
の基準距離という4個の未知数について4個以上の関係
式から求めることができるのであって、結果的に超音波
源からの送波タイミングを用いることなく、超音波源の
座標位置を求めることができるのである。すなわち、送
波タイミングを知る必要がある従来例に比較すれば、移
動体に超音波源を搭載する際にはケーブルが不要である
ことから移動体の移動範囲の制約が少なくなり、またワ
イヤレス信号を用いる必要がないから障害物や外乱ノイ
ズの影響を受けにくく移動体の移動場所による制約が少
なくなるのである。しかも、ワイヤレス信号を送受する
手段が不要であって簡単な構成で実現できるのである。
4箇所に受波装置を配置して超音波源からの超音波を受
波するのであり、4個の受波装置のうちの1つと超音波
源との距離を未知の基準距離としておき、残りの3個の
受波装置と超音波源との間の距離と基準距離との路程差
を求めることによって、各受波装置と超音波源との距離
を、超音波源からの送波タイミングを用いずに基準距離
と路程差との和という形で表すのである。ここで、受波
装置を4個以上設けていることによって、超音波源の3
次元の座標位置に関して4個以上の関係式を設定するこ
とができるから、座標位置に関する3個の未知数と未知
の基準距離という4個の未知数について4個以上の関係
式から求めることができるのであって、結果的に超音波
源からの送波タイミングを用いることなく、超音波源の
座標位置を求めることができるのである。すなわち、送
波タイミングを知る必要がある従来例に比較すれば、移
動体に超音波源を搭載する際にはケーブルが不要である
ことから移動体の移動範囲の制約が少なくなり、またワ
イヤレス信号を用いる必要がないから障害物や外乱ノイ
ズの影響を受けにくく移動体の移動場所による制約が少
なくなるのである。しかも、ワイヤレス信号を送受する
手段が不要であって簡単な構成で実現できるのである。
【0011】さらに、装置としては従来構成に比較して
受波装置を追加し、かつ距離算出手段に代えて路程差算
出手段を設け、位置演算手段での処理を変更しているだ
けであるから、全体構成としても従来構成に比較してハ
ードウェアおよびソフトウェアのいずれについても複雑
になることがないのである。
受波装置を追加し、かつ距離算出手段に代えて路程差算
出手段を設け、位置演算手段での処理を変更しているだ
けであるから、全体構成としても従来構成に比較してハ
ードウェアおよびソフトウェアのいずれについても複雑
になることがないのである。
【0012】
【実施例】本実施例では、図1に示すように、4個の受
波装置2a,2b,2c,2dを設けている。ただし、
各受波装置2a,2b,2c,2dは一つの円周上に位
置しないように配置する。超音波信号処理手段3では、
各受波装置2a,2b,2c,2dで受波した受波信号
に対して雑音除去、増幅、波形整形などの所定の処理を
行う。超音波信号処理手段3により処理された受波信号
は、路程差算出手段4に入力され、超音波を最初に受波
した受波装置(たとえば2a)の受波時刻を基準として
他の受波装置(たとえば2b,2c,2d)での超音波
の受波時刻との時間差を求め、この時間差を距離に換算
する。このことは、受波装置2aと超音波源1との距離
を未知の基準距離としておき、他の各受波装置2b,2
c,2dと超音波源1との間の距離と基準距離との路程
差を求めることに相当する。たとえば、図2に示すよう
に、超音波原1から時刻t0 に超音波を送出した後、各
受波装置2b,2c,2dでは受波装置2aでの超音波
の受波時刻t1 に対してそれぞれ時間Tb,Tc,Td
だけ遅れて超音波を受波したとすれば、これらの時間T
b,Tc,Tdを用いて路程差を求めることができるの
である。このようにして、3個の受波装置2b,2c,
2dについて路程差を求めることにより、超音波源1の
3次元の座標位置に関して基準距離を含んだ形で4個の
関係式を得ることが可能になる。すなわち、3次元の座
標位置についての3個の未知数と未知の基準距離との合
計4個の未知数に対して4個の関係式が得られるから、
各未知数の値を求めることができるのであって、超音波
源1について3次元の座標位置を決定することができる
のである。このような演算は、位置演算手段5において
なされる。ここにおいて、路程差算出手段4および位置
演算手段5は、マイクロプロセッサと適当なソフトウェ
アとを用いることによって実現される。
波装置2a,2b,2c,2dを設けている。ただし、
各受波装置2a,2b,2c,2dは一つの円周上に位
置しないように配置する。超音波信号処理手段3では、
各受波装置2a,2b,2c,2dで受波した受波信号
に対して雑音除去、増幅、波形整形などの所定の処理を
行う。超音波信号処理手段3により処理された受波信号
は、路程差算出手段4に入力され、超音波を最初に受波
した受波装置(たとえば2a)の受波時刻を基準として
他の受波装置(たとえば2b,2c,2d)での超音波
の受波時刻との時間差を求め、この時間差を距離に換算
する。このことは、受波装置2aと超音波源1との距離
を未知の基準距離としておき、他の各受波装置2b,2
c,2dと超音波源1との間の距離と基準距離との路程
差を求めることに相当する。たとえば、図2に示すよう
に、超音波原1から時刻t0 に超音波を送出した後、各
受波装置2b,2c,2dでは受波装置2aでの超音波
の受波時刻t1 に対してそれぞれ時間Tb,Tc,Td
だけ遅れて超音波を受波したとすれば、これらの時間T
b,Tc,Tdを用いて路程差を求めることができるの
である。このようにして、3個の受波装置2b,2c,
2dについて路程差を求めることにより、超音波源1の
3次元の座標位置に関して基準距離を含んだ形で4個の
関係式を得ることが可能になる。すなわち、3次元の座
標位置についての3個の未知数と未知の基準距離との合
計4個の未知数に対して4個の関係式が得られるから、
各未知数の値を求めることができるのであって、超音波
源1について3次元の座標位置を決定することができる
のである。このような演算は、位置演算手段5において
なされる。ここにおいて、路程差算出手段4および位置
演算手段5は、マイクロプロセッサと適当なソフトウェ
アとを用いることによって実現される。
【0013】以下に位置演算手段5における演算の原理
について説明する。ここで、図3に示すように、受波装
置2aを3次元座標の原点に配置し、受波装置2b,2
dをy軸上に配置し、受波装置2cをx軸上に配置する
ものとし、各受波装置2a,2b,2c,2dの3次元
の座標位置はそれぞれ(0,0,0)、(0,b,
0)、(c,0,0)、(0,d,0)であって、求め
るべき超音波源1の座標位置は(x0 ,y0 ,z0 )で
あるものとする。また、受波装置2aと超音波源1との
距離は未知であるが基準距離としてL0 とおき、路程差
算出手段4により求めた各受波装置2b,2c,2dと
超音波源1との間の距離と基準距離L0 との路程差はそ
れぞれDb,Dc,Ddであったとする。
について説明する。ここで、図3に示すように、受波装
置2aを3次元座標の原点に配置し、受波装置2b,2
dをy軸上に配置し、受波装置2cをx軸上に配置する
ものとし、各受波装置2a,2b,2c,2dの3次元
の座標位置はそれぞれ(0,0,0)、(0,b,
0)、(c,0,0)、(0,d,0)であって、求め
るべき超音波源1の座標位置は(x0 ,y0 ,z0 )で
あるものとする。また、受波装置2aと超音波源1との
距離は未知であるが基準距離としてL0 とおき、路程差
算出手段4により求めた各受波装置2b,2c,2dと
超音波源1との間の距離と基準距離L0 との路程差はそ
れぞれDb,Dc,Ddであったとする。
【0014】この条件で、超音波源1の座標位置
(x0 ,y0 ,z0 )に関する関係式を、各受波装置2
a,2b,2c,2dの座標位置(0,0,0)、
(0,b,0)、(c,0,0)、(0,d,0)と、
路程差Db,Dc,Ddとによって表すことを考える。
この場合、各受波装置2a,2b,2c,2dと超音波
源1との距離は、それぞれL0 、(L0 +Db)、(L
0 +Dc)、(L0 +Dd)になるから、ピタゴラスの
定理を適用すれば、従来構成と同様にして次の4個の関
係式が得られる。 L0 2 −y0 2 =(L0 +Db)2 −(b−y0 )2 L0 2 −x0 2 =(L0 +Dc)2 −(c−x0 )2 x0 2 +y0 2 +z0 2 =L0 2 L0 2 −y0 2 =(L0 +Dd)2 −(d−y0 )2 超音波源1が室内のような限定された空間に存在すれば
z0 ≧0に規定することができるから、超音波源1の座
標位置(x0 ,y0 ,z0 )は、上式をそれぞれ変形し
て未知数である基準距離L0 を含んだ形で以下のように
求めることができる。 x0 ={−Dc(Dc+2L0 )+c2 }/2c …(1) y0 ={−Db(Db+2L0 )+b2 }/2b …(2) y0 ={−Dd(Dd+2L0 )+d2 }/2d …(3) z0 ={L0 2 −(x0 2 +y0 2 )}1/2 …(4) このような形で4個の関係式を求めれば、(2)式と
(3)式とにより基準距離L0 を求めることができるか
ら、結果的に超音波源1の座標位置(x0 ,y0 ,
z0 )が決定されるのである。なお、上記説明では計算
を容易に行うことができる位置に受波装置2a,2b,
2c,2dを配置しているが、任意の位置の受波装置2
a,2b,2c,2dに対して適当な座標変換を施すこ
とによって、受波装置2aを原点、受波装置2bをy軸
上、受波装置2cをxy平面上、受波装置2dを任意の
位置とすることができるから、このようなモデルによっ
て一般化が可能である。その場合、受波装置2cの座標
位置を(cx ,cy ,0)、受波装置2dの座標位置を
(dx ,dy ,dz )として、以下の4個の関係式が得
られる。 L0 2 −y0 2 =(L0 +Db)2 −(b−y0 )2 L0 2 −x0 2 =(L0 +Dc)2 −(cx −x0 )2
−cy (cy −2y0 ) x0 2 +y0 2 +z0 2 =L0 2 L0 2 −y0 2 =(L0 +Dd)2 −(dy −y0 )2
−dz (dz −2z0 )−dx (dx −2x0 ) これらの関係式においても未知数は4個であって、z0
以外の未知数の2次の項は消去されるから、超音波源1
の3次元の座標位置と基準距離とを求めることができる
のである。
(x0 ,y0 ,z0 )に関する関係式を、各受波装置2
a,2b,2c,2dの座標位置(0,0,0)、
(0,b,0)、(c,0,0)、(0,d,0)と、
路程差Db,Dc,Ddとによって表すことを考える。
この場合、各受波装置2a,2b,2c,2dと超音波
源1との距離は、それぞれL0 、(L0 +Db)、(L
0 +Dc)、(L0 +Dd)になるから、ピタゴラスの
定理を適用すれば、従来構成と同様にして次の4個の関
係式が得られる。 L0 2 −y0 2 =(L0 +Db)2 −(b−y0 )2 L0 2 −x0 2 =(L0 +Dc)2 −(c−x0 )2 x0 2 +y0 2 +z0 2 =L0 2 L0 2 −y0 2 =(L0 +Dd)2 −(d−y0 )2 超音波源1が室内のような限定された空間に存在すれば
z0 ≧0に規定することができるから、超音波源1の座
標位置(x0 ,y0 ,z0 )は、上式をそれぞれ変形し
て未知数である基準距離L0 を含んだ形で以下のように
求めることができる。 x0 ={−Dc(Dc+2L0 )+c2 }/2c …(1) y0 ={−Db(Db+2L0 )+b2 }/2b …(2) y0 ={−Dd(Dd+2L0 )+d2 }/2d …(3) z0 ={L0 2 −(x0 2 +y0 2 )}1/2 …(4) このような形で4個の関係式を求めれば、(2)式と
(3)式とにより基準距離L0 を求めることができるか
ら、結果的に超音波源1の座標位置(x0 ,y0 ,
z0 )が決定されるのである。なお、上記説明では計算
を容易に行うことができる位置に受波装置2a,2b,
2c,2dを配置しているが、任意の位置の受波装置2
a,2b,2c,2dに対して適当な座標変換を施すこ
とによって、受波装置2aを原点、受波装置2bをy軸
上、受波装置2cをxy平面上、受波装置2dを任意の
位置とすることができるから、このようなモデルによっ
て一般化が可能である。その場合、受波装置2cの座標
位置を(cx ,cy ,0)、受波装置2dの座標位置を
(dx ,dy ,dz )として、以下の4個の関係式が得
られる。 L0 2 −y0 2 =(L0 +Db)2 −(b−y0 )2 L0 2 −x0 2 =(L0 +Dc)2 −(cx −x0 )2
−cy (cy −2y0 ) x0 2 +y0 2 +z0 2 =L0 2 L0 2 −y0 2 =(L0 +Dd)2 −(dy −y0 )2
−dz (dz −2z0 )−dx (dx −2x0 ) これらの関係式においても未知数は4個であって、z0
以外の未知数の2次の項は消去されるから、超音波源1
の3次元の座標位置と基準距離とを求めることができる
のである。
【0015】なお、路程差を求める方法としては、時間
差以外に超音波源1からの超音波の位相差を利用するこ
とも可能であり、また4個の受波装置2a,2b,2
c,2dでは死角が形成されるような場合には、5個以
上の受波装置を設けるようにしてもよい。受波装置が5
個以上の場合であっても1つの円周上ではない4箇所に
配置されている4個の受波装置によって得た情報を用い
れば超音波源1の座標位置を決定することができる。
差以外に超音波源1からの超音波の位相差を利用するこ
とも可能であり、また4個の受波装置2a,2b,2
c,2dでは死角が形成されるような場合には、5個以
上の受波装置を設けるようにしてもよい。受波装置が5
個以上の場合であっても1つの円周上ではない4箇所に
配置されている4個の受波装置によって得た情報を用い
れば超音波源1の座標位置を決定することができる。
【0016】
【発明の効果】本発明は上述のように、少なくとも4箇
所に受波装置を配置して超音波源からの超音波を受波す
るのであって、4個の受波装置のうちの1つと超音波源
との距離を未知の基準距離としておき、残りの3個の受
波装置と超音波源との間の距離と基準距離との路程差を
求めるので、各受波装置と超音波源との距離を、超音波
源からの送波タイミングを用いずに基準距離と路程差と
の和という形で表すことができる。ここで、受波装置を
4個以上設けていることによって、超音波源の3次元の
座標位置に関して4個以上の関係式を設定することがで
きるから、座標位置に関する3個の未知数と未知の基準
距離という4個の未知数について4個以上の関係式から
求めることができるのであって、結果的に超音波源から
の送波タイミングを用いることなく、超音波源の座標位
置を求めることができるという効果を奏するのである。
すなわち、送波タイミングを知る必要がある従来例に比
較すれば、移動体に超音波源を搭載する際にはケーブル
が不要であることから移動体の移動範囲の制約が少なく
なるという利点があり、またワイヤレス信号を用いる必
要がないから障害物や外乱ノイズの影響を受けにくく移
動体の移動場所による制約が少なくなるという利点があ
る。しかも、ワイヤレス信号を送受する手段が不要であ
るから構成も簡単になるのである。
所に受波装置を配置して超音波源からの超音波を受波す
るのであって、4個の受波装置のうちの1つと超音波源
との距離を未知の基準距離としておき、残りの3個の受
波装置と超音波源との間の距離と基準距離との路程差を
求めるので、各受波装置と超音波源との距離を、超音波
源からの送波タイミングを用いずに基準距離と路程差と
の和という形で表すことができる。ここで、受波装置を
4個以上設けていることによって、超音波源の3次元の
座標位置に関して4個以上の関係式を設定することがで
きるから、座標位置に関する3個の未知数と未知の基準
距離という4個の未知数について4個以上の関係式から
求めることができるのであって、結果的に超音波源から
の送波タイミングを用いることなく、超音波源の座標位
置を求めることができるという効果を奏するのである。
すなわち、送波タイミングを知る必要がある従来例に比
較すれば、移動体に超音波源を搭載する際にはケーブル
が不要であることから移動体の移動範囲の制約が少なく
なるという利点があり、またワイヤレス信号を用いる必
要がないから障害物や外乱ノイズの影響を受けにくく移
動体の移動場所による制約が少なくなるという利点があ
る。しかも、ワイヤレス信号を送受する手段が不要であ
るから構成も簡単になるのである。
【図1】実施例を示すブロック回路図である。
【図2】実施例の動作説明図である。
【図3】実施例の原理説明図である。
【図4】従来例を示すブロック回路図である。
【図5】他の従来例を示すブロック回路図である。
【図6】従来例の原理説明図である。
1 超音波源 2a 受波装置 2b 受波装置 2c 受波装置 2d 受波装置 3 超音波信号処理手段 4 路程差算出手段 5 位置演算手段
Claims (2)
- 【請求項1】 3次元の座標位置が既知であって1つの
円周上には位置しない少なくとも4個の受波装置で超音
波源より送波された方向性を持たない超音波を受波し、
いずれか1つの受波装置と超音波源との距離を未知の基
準距離とおいて他の受波装置と超音波源との距離と基準
距離との路程差を求めた後、各受波装置の座標位置と路
程差とに基づいて超音波源の3次元の座標位置に関する
関係式を基準距離を含んだ形で4個以上求め、これらの
関係式より基準距離および超音波源の3次元の座標位置
を求めることを特徴とする3次元位置測定方法。 - 【請求項2】 方向性を持たない超音波を送波する超音
波源と、3次元の座標位置が既知であって1つの円周上
には位置しないように配置され超音波源からの超音波を
受波する少なくとも4個の受波装置と、いずれか1つの
受波装置と超音波源との距離を未知の基準距離とおいて
他の受波装置と超音波源との距離と基準距離との路程差
を求める路程差算出手段と、各受波装置の座標位置と路
程差とに基づいて基準距離を含んだ形で求めることがで
きる超音波源の3次元の座標位置に関する4個以上の関
係式によって基準距離および超音波源の3次元の座標位
置を求める位置演算手段とを具備することを特徴とする
3次元位置測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1065293A JPH06222130A (ja) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | 3次元位置測定方法および3次元位置測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1065293A JPH06222130A (ja) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | 3次元位置測定方法および3次元位置測定装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06222130A true JPH06222130A (ja) | 1994-08-12 |
Family
ID=11756160
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1065293A Withdrawn JPH06222130A (ja) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | 3次元位置測定方法および3次元位置測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06222130A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003043143A (ja) * | 2001-07-31 | 2003-02-13 | Amano Corp | 車両等の検出装置 |
KR100609244B1 (ko) * | 2004-05-04 | 2006-08-08 | 김칠수 | 파원 위치 측정 장치 및 측정 방법 |
WO2010038577A1 (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-08 | 三菱重工業株式会社 | 面で囲まれる空間内部で作業を行う位置を特定する方法及び作業結果管理装置 |
JP2013167559A (ja) * | 2012-02-16 | 2013-08-29 | Mitsuru Sato | 位置確認機構を備えた照明器具及び位置確認システム |
WO2019216027A1 (ja) * | 2018-05-10 | 2019-11-14 | 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 | 位置推定装置、空調システム、位置推定方法及びプログラム |
CN114305495A (zh) * | 2022-01-07 | 2022-04-12 | 京东方科技集团股份有限公司 | 基于超声换能器的超声成像方法、超声换能器及*** |
-
1993
- 1993-01-26 JP JP1065293A patent/JPH06222130A/ja not_active Withdrawn
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003043143A (ja) * | 2001-07-31 | 2003-02-13 | Amano Corp | 車両等の検出装置 |
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WO2010038577A1 (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-08 | 三菱重工業株式会社 | 面で囲まれる空間内部で作業を行う位置を特定する方法及び作業結果管理装置 |
JP2010085280A (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 面で囲まれる空間内部で作業を行う位置を特定する方法及び作業結果管理装置 |
CN101960325A (zh) * | 2008-09-30 | 2011-01-26 | 三菱重工业株式会社 | 在由面围成的空间内部进行作业的位置的确定方法及作业结果管理装置 |
US8630147B2 (en) | 2008-09-30 | 2014-01-14 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Method of determining position where work is done in space surrounded by surfaces and work result management device |
JP2013167559A (ja) * | 2012-02-16 | 2013-08-29 | Mitsuru Sato | 位置確認機構を備えた照明器具及び位置確認システム |
WO2019216027A1 (ja) * | 2018-05-10 | 2019-11-14 | 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 | 位置推定装置、空調システム、位置推定方法及びプログラム |
JP2019196999A (ja) * | 2018-05-10 | 2019-11-14 | 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 | 位置推定装置、空調システム、位置推定方法及びプログラム |
CN114305495A (zh) * | 2022-01-07 | 2022-04-12 | 京东方科技集团股份有限公司 | 基于超声换能器的超声成像方法、超声换能器及*** |
CN114305495B (zh) * | 2022-01-07 | 2024-01-12 | 京东方科技集团股份有限公司 | 基于超声换能器的超声成像方法、超声换能器及*** |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000404 |