JPH03165203A

JPH03165203A - 移動体用距離・姿勢測定装置

Info

Publication number: JPH03165203A
Application number: JP30525989A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Nishida; 信一郎西田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-11-24
Filing date: 1989-11-24
Publication date: 1991-07-17
Anticipated expiration: 2013-07-09
Also published as: JP2774624B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業の利用分野）この発明は、例えば宇宙空間に構築されるマニピュレー
タにテレビジョンカメラ（ＴＶカメラ）、レザレーダ等
の撮像装置を搭載して、その撮像した画像より作業対象
物等の測定対象物との相互間の距離及び姿勢を測定する
のに用いられる移動体用距離・姿勢測定装置に関する。

（従来の技術）最近、宇宙開発の分野においては、宇宙ステーション等
の有人宇宙計画が推進され、これにともない宇宙空間に
大形宇宙構造物を建設する計画が推進されている。この
大形宇宙構造物建設計画にあっては、構造物の取付け・
組立て作業用として、マニピュレータシステムの利用が
考えられている。そして、このようなマニピュレータシ
ステムにおいて要請されることは、特に、その安全性と
共に、正確な作業を簡便に行い得るように構成すること
である。この要請を満足するためには、マニピュレータ
に対するｉ’ｌ）Ｊ定対象物、例えば作業対象の距離及
び姿勢を正確に把握する必要がある。

上記距離及び姿勢測定手段としては、例えばレーザ発射
装置をマニピュレータ側に設け、レーザ発射装置よりレ
ーザ光を測定対象物に照射して、その反射光を、再びマ
ニピュレータ側に設けたＣＣＤ等の検出センサで検出す
ることにより、相互間の相対的距離及び姿勢を求める方
法が考えられている。

しかしながら、距離・姿勢測定手段では、重量の嵩むレ
ーザ発射装置や、光学系を備えなければ、正確な測定が
困難なために、重量が重くなるうえ、その構成が非常に
複雑となることにより、信頼性が低いという問題を有し
ていた。これら重量が重くなると共に、信頼性が低いと
いう点については、軽量化及び高信頼性の要求される宇
宙開発の分野において、特に大きな問題となる。

なお、係る事情は、宇宙用マニピュレータシステムに限
ることなく、重力環境で使用されるマニピュレータシス
テムにおけるマニピュレータにおいても同様のものであ
る。

（発明が解決しようとする課題）以上述べたように、従来の距離・姿勢測定手段では、信
頼性が低いと共に、重量が重くなるという問題を有して
いた。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、構成簡
易にして、軽量化の促進を図り得、且つ、高精度な測定
を実現し得るようにした移動体用距離・姿勢測定装置を
提供することを目的とする。

［発明の構成〕（課題を解決するための手段）この発明は、測定対象物に設けられ、直角三角の３つの
頂点に形成される第１乃至第３の被測定部及び前記直角
三角形の斜辺の中間点に前記頂点より突出して形成され
る第４の被測定部が配置された標的部材と、移動体に設
けられ、前記標的部材を撮像する撮像手段と、この撮像
手段で撮影した画像より前記第１乃至第４の被測定部の
画像を抽出する画像処理手段と、この画像処理手段で抽
出した画像より前記第１乃至第４の被測定部の各重心を
求めて相互間を結ぶベクトルを算出して、前記第１乃至
第３の被測定部のうち直角三角形の直角頂点の被測定部
及び第４の被測定部を検出し、これらと直角三角形の斜
辺の関係より傾き角を求めると共に、第４の被測定部か
らの３本のベクトルの長さ比より傾き角を求め、これら
の傾き角と前記直角頂点における被測定部からのベクト
ルとより前記測定対象物と前記移動体との相対的姿勢・
距離を算出する演算手段とを備えて移動体用距離・姿勢
測定装置を構成したものである。

（作用）上記構成によれば、標的部材に直角三角形の頂点に第１
乃至第３の被測定部及び直角三角形の斜辺の中間部に第
４の被測定部が設けられていることにより、移動体と測
定対象物との相対的距離及び姿勢は、標的部材を移動′
体に設けた撮像手段で撮影して、その撮影した画像から
画像処理手段で標的部材の第１乃至第４の被測定部の画
像を抽出し、抽出した画像の第１乃至第４の被測定部に
おける重心を求めて各重心を結ぶベクトルを求め、この
ベクトルより第４の被測定部及び直角三角形の直角頂点
の被測定部を検出して、これらと直角三角形の斜辺の関
係から傾斜角を求めると共に、第４の被測定部からの３
本のベクトルより傾斜角を求め、これらの傾斜角と前記
第４の被測定部からのベクトルを基に算出される。これ
により、画像における第１乃至第４の被測定部の高精度
な検出と共に、正確な傾斜角の検出が実現される。従っ
て、移動体と測定対象物との相対的距離及び姿勢の高精
度な検出が比較的広範囲に亘って検出することができる
。

（実施例）以下、この発明の実施例について、図面を参照して詳細
に説明する。

第１図はこの発明の一実施例に係る移動体用距離・姿勢
測定装置を示すもので、マニピュレータ等の移動体１０
と対向配置される測定対象物１１にはこの発明の特徴と
する標的部材１２が設けられる。標的部材１２は、第２
図に示すように平面状の板材１２ａ上に第１乃至第３の
被測定部１３８〜１３ｃが直角三角形の頂点位置に配設
される。そして、直角三角形の斜辺上の第１及び第２の
被測定部１３ａ、１３ｂの中間部には第４の測定部１３
ｄが第１乃至第３の被測定部１３ａ〜１３ｃより突出さ
れて設けられる。これら第１乃至第４の被測定部１３ａ
〜１３ｄは、例えば標的部材１２の平面に比して可視光
及びレーザ光に対して高い反射率を有するように設定さ
れる。

また、移動体１０には撮像手段、例えばテレビジョンカ
メラ（以下、ＴＶ左カメラ記す）１４が搭載される。Ｔ
Ｖ左カメラ４には画像処理部１５が接続され、この画像
処理部１５には演算部１６が接続される。画像処理部１
５は入力した画像信号をしきい値による二値化等の処理
を施して第３図に示す如き標的部材１２の第１乃至第４
の被測定部１３ａ〜１３ｄの画像１７ａ　〜１７ｄを抽
出して演算部１６に出力する。演算部１６は入力した画
像１７ａ〜１７ｄより第１乃至第４の被測定部１３ａ〜
１３ｄの各重心を、いわゆるセントロイド法等により求
めて重心を結ぶベクトルを算出し、後述するように移動
体１０と測定対象物１１との相対的距離及び姿勢を算出
して、図示しない表示部に出力して表示する。

上記構成において、ＴＶ左カメラ４で撮影した画像が画
像処理部１５に入力されると、画像処理部１５は第１乃
至第４の被測定部１３ａ〜１３ｄの画像１７ａ〜１７ｄ
を抽出して、その画像データを演算部１６に出力する。

演算部１６は、画像１７ａ〜１７ｄのデータが入力され
ると、第３図に示すようにステップＳ１で演算を開始し
、ステップＳ２で抽出した第１乃至第４の被測定部１３
ａ　〜１３ｄの画像１７　ａ　〜１７　ｄの各重心を上
述したように求めて、これら画像１７８〜１７ｄの重心
を結ぶ５本のベクトル（あるいは６本のベクトル）を算
出して、ステップＳ３で、これらベクトルのうち第４の
被測定部１３ｄを結ぶベクトルのうち方向の似た２本（
あるいは３本）を選択する。そして、ステップＳ４では
、選択した２本のベクトル（あるいは３本のベクトル）
に連結されていない被測定部を直角三角形の直角頂点の
第３の被測定部１３ｃと判定して、繋っている被測定部
を斜辺上頂点の第１及び第２の被比測定部１３ａ、１３
ｂと判定し、その後、ステップＳ５で第３の被測定部１
３Ｃ１斜辺上頂点の第１及び第２の被測定部１３ａ、１
３ｂ及び斜辺の関係より、傾き角を求める。次に、ステ
ップＳ６では、第４の被測定部１３ｄからの２本のベク
トルの長さの比から傾斜角を求め、ステップＳ７でステ
ップＳ５及びＳ６で求めた傾斜角と第４の被測定部１３
ｄからの２本のベクトルとより相対的距離及び姿勢を算
出し、ステップＳ８で終了する。

そして、演算部１６は算出した距離及び姿勢データを、
上記表示部（図示せず）に出力して表示させる。

なお、ステップＳ２で抽出される画像１７ａ〜１７ｄの
うち第４の被測定部１３ｄの画像１７ｄは、該第４の被
測定部１３ｄが第１乃至第３の被測定部１３ａ〜１３ｃ
に比して突出して形成されていることにより、相互間の
相対的傾斜角に応じて、第３図（ａ）に示す如き直角三
角形の斜辺上に位置する場合と、例えば同図（ｂ）に示
すように直角三角形内に位置する如き斜辺上に位置しな
い場合がある。したがって、ステップＳ２で算出される
ベクトルの本数は、同図（ａ）の状態で、第１乃至第４
の被測定部１３ａ〜１３ｄを結同図（ｂ）の状態で、Ａ
Ｂ、ＡＣ，ＡＤ、ＢＤ。

ＢＣ，ＤＤ−の６本が存在することとなる。

このように、上記移動体用距離・姿勢測定装置は、直角
三角形の頂点に第１乃至第３の被測定部１３ａ〜１３ｃ
が配設され、かつ直角三角形の斜辺の中間部に第４の被
測定部１３ｄが配設された標的部材１２を測定対象物１
１に設け、この標的部材１１を移動体１０に設けたＴＶ
左カメラ４で撮影して、その撮影した画像から標的部材
１２の第１乃至第４の被測定部１３ａ〜１３ｄの画像１
７ａ〜１７ｄを抽出し、抽出した画像１７ａ〜１７ｄの
重心を求めてこれら重心を結ぶベクトルから第４の被測
定部１３ｄ及び直角三角形の直角頂点の第３の被測定部
１３ｃを検出して、これらと直角三角形の斜辺の関係か
ら傾斜角を求めると共に、第４の被測定部１３ｄからの
３本のベクトルより傾斜角を求め、これらの傾斜角と第
４の被測定部１３ｄからのベクトルを基に相対的距離及
び姿勢を算出するように構成した。これによれば、画像
より簡易にして、正確に第１乃至第４の被測定部１３ａ
〜１３ｄの配置位置が検出されると共に、正確な傾斜角
の測定が実現されるうえ、移動体１０と測定対象物１１
との相対的距離及び姿勢の高精度な測定が比較的広範囲
に亘って実施することができる。また、これによれば、
従来のようなレーザ光発射装置及び反射光受光装置を備
えたものに比して構成の簡略化が図れ、可及的に軽量化
の促進が実現される。

なお、この発明は移動体として、例えば宇宙航行体や、
地上における自動車等の各種のものに適用することも可
能で、これらの移動体と目標物を測定対象物として、相
対的な距離及び姿勢を測定するように構成することが可
能である。

よって、この発明は上記実施例に限ることなく、その他
、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施
し得ることは勿論のことである。

［発明の効果］以上詳述したように、この発明によれば、構成簡易にし
て、軽量化の促進を図り得、且つ、高精度な測定を実現
し得るようにした移動体用距離・姿勢測定装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る移動体用距離・姿勢
測定装置を示した構成図、第２図は第１図の標的部材を
取り出して示した図、第３図は第１図は動作を説明する
ために示した図、第４図は第１図の演算部の動作を説明
するために示したフローチャートである。１０・・・移動体、１１・・・測定対象物、１２・・・
標的部材、１２ａ・・・板材、１３ａ〜１３ｄ・・・第
１乃至第４の被測定部、１４・・・ＴＶ左カメラ１５・
・・画像処理部、１６・・・演算部、１７ａ〜１７ｄ・
・・画像。

Claims

【特許請求の範囲】測定対象物に設けられ、直角三角の３つの頂点に形成さ
れる第１乃至第３の被測定部及び前記直角三角形の斜辺
の中間点に前記頂点より突出して形成される第４の被測
定部が配置された標的部材と、移動体に設けられ、前記標的部材を撮像する撮像手段と
、この撮像手段で撮影した画像より前記第１乃至第４の被
測定部の画像を抽出する画像処理手段と、この画像処理
手段で抽出した画像より前記第１乃至第４の被測定部の
各重心位置を求めて相互間を結ぶベクトルを算出して、
前記第１乃至第３の被測定部のうち直角三角形の直角頂
点の被測定部及び第４の被測定部を検出し、これらと直
角三角形の斜辺の関係より傾き角を求めると共に、第４
の被測定部からの３本のベクトルの長さ比より傾き角を
求め、これらの傾き角と前記直角頂点における被測定部
からのベクトルとより前記測定対象物と前記移動体との
相対的姿勢・距離を算出する演算手段とを具備したこと
を特徴とする移動体用距離・姿勢測定装置。