JPH0357409B2 - - Google Patents

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JPH0357409B2
JPH0357409B2 JP14138185A JP14138185A JPH0357409B2 JP H0357409 B2 JPH0357409 B2 JP H0357409B2 JP 14138185 A JP14138185 A JP 14138185A JP 14138185 A JP14138185 A JP 14138185A JP H0357409 B2 JPH0357409 B2 JP H0357409B2
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JP
Japan
Prior art keywords
axis
pattern
marks
attitude angle
coordinate system
Prior art date
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Expired
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JP14138185A
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English (en)
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JPS622106A (ja
Inventor
Hidehiko Takano
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] 本発明は、一つの円周上の4等分位置にマーク
があるパターンによつて、それに対する相対的な
2次元姿勢角を検出する方法に関するものであ
る。 [従来の技術] 例えば、自動車の車輪は、リム内のデイスク部
における一つの円周上の4等分位置にボルト孔が
あり、この車輪を車体の車輪取付け部に自動的に
取付けようとする場合には、上記車輪のボルト孔
及び車体の車輪取付け部におけるボルトの位置を
検出し、両者の位置を合わせて車輪を装着する必
要がある。 また、上記自動車の車輪ばかりでなく、各種工
業部品には、一つの円周上の4等分位置に孔等の
何らかのマークがある場合が多く、その部品の組
立て等を自動的に行うには、それらの孔の位置、
即ち部品の姿勢を自動検出することが必要にな
る。 さらに、例えば適宜空間内を移動する移動ロボ
ツト等の移動体が、自分の姿勢を測定する場合に
は、上記空間内の適当な位置に、一つの円周上の
4等分位置に円形等のマークがある簡単で特徴的
なパターンを表示し、そのパターンを移動体にお
いて検出することにより、移動体自体の姿勢を計
測することができる。 従来、このようなパターンの姿勢検出は、比較
的高度なパターン認識技術を利用することにより
行うことができるとしても、簡単で安価な装置に
よつて行う方法については提案されていない。 [発明が解決しようとする問題点] 本発明の目的は、非常に簡単で安価な装置によ
り、かつ、実時間処理で上記パターンとの間の相
対的な2次元的姿勢、即ち、直交する2軸のまわ
りにおける相対的な回転角度を自動検出する方法
を提供することにある。 [問題点を解決するための手段] 上記目的を達成するため、本発明の方法は、一
つの円周上の4等分位置にそれぞれマークがある
パターンが、互いに直交するy軸及びz軸のまわ
りにおいて適宜回転した姿勢をとる状態におい
て、上記円の中心に対して対向位置にある2対の
マークについて、z軸方向にとつた視線方向と直
交しかつ互いに直交するx軸及びy軸方向の位置
ずれを計測し、それらに基づいて上記y軸及びz
軸のまわりの相対的な姿勢角を検出するという技
術的手段を採用している。 このような本発明の方法によれば、ITVカメ
ラ等を用いて検出した上記パターンについての画
像から、必要なマークの位置ずれを計測して簡単
な演算を行うだけで、実時間で所要の姿勢角を計
測することができる。 本発明の方法をさらに詳細に説明すると、第1
図Aに示すようなある空間におけるxyz固定座標
系において、y軸のまわりに角度ψだけ回転し、
また2軸のまわりに角度θだけ回転し、それによ
り新たに得られた回転座標系を、第1図Bに示す
ようなx′y′z′座標系とすると、上記xyz固定座標
系からx′y′z′回転座標系への座標変換は、幾何学
的な計算により、第1表に示すような関係で行う
ことができる。
【表】 本発明において2次元的姿勢を検出すべきパタ
ーンは、第2図Aに示すように、半径r0の円周上
の4等分位置に、ほぼ同径の円形、その他任意形
状のマーク1〜4があるもので、このパターン
が、xyz固定座標系に対してy軸及びz軸のまわ
りの回転を与えることにより任意の姿勢をとらせ
たx′y′z′回転座標系のx′y′平面上に、マーク1〜
4を配列させた円の中心を回転座標系の原点上に
一致させて存在するものとする。 なお、上記パターンは、少なくとも四つのマー
クが容易に識別可能に付設されたものであればよ
く、従つて付加的なマークや図形が混在していて
も差支えない。また、上記パターンを前述した移
動体の姿勢検出に利用する場合などには、移動体
の走行域に設ける複数のパターンにおけるマーク
形状を異ならしめ、そのマーク形状を移動体の位
置の検出に利用することができる。 上記回転座標系におけるパターンを、第2図B
に示すようにxyz固定座標系から観察するため
に、x′y′z′回転座標系におけるマーク1′及び
2′の座標を、それぞれ、 P1′(r0,0,0) P2′(0,r0,0) とし、それらのマークの座標をxyz固定座標系に
おける座標P1,P2に変換すると、座標P1,P2
各座標値は、第1表を参照することにより次のよ
うに表わすことができる。 P1(cosθ・cosψ・r0,Sinθ・r0,−cosθ・sinψ

r0) P2(−sinθ・cosψ・r0,cosθ・r0,sinθ・
sinψ・r0) ここで、上記マーク1〜4を配列させた円の中
心に対して対向位置にある2対のマーク、即ちマ
ーク1,3とマーク2,4のそれぞれについて、
視線方向(z軸方向)と直交するx軸方向の位置
ずれを、P31→(x)及びP42→(x)とし、上
記z軸及びx軸に直交するy軸方向の位置ずれ
を、P31→(y)及びP42→(y)とする。そし
て、それらの位置ずれのうちで以下の計算に必要
なものを計測し、それらの値に基づいて、次のよ
うなγ11〜γ16のいずれか、及びγ21,γ22のいずれ
かを計算すれば、非常に単純化された式により、
上記y軸及びz軸のまわりの相対的な姿勢角ψ及
びθを計測することができる。 なお、ここに示す姿勢角θ及びψの計算式は、
単に例示したものであつて、これらに限定される
ものではない。 (1)θの計測 (a) γ11=P42(y)/P31(y)=2cosθ・r0/2sin
θ・r0=1/tanθ (b) γ12=√P231(y)+P242(y)/P31(y)=2r
0/2sinθ・r0 =1/sinθ (c) γ13=P31(y)/P42(y)=2sinθ・r0/2cos
θ・r0=tanθ (e) γ15=√P231(y)+P242(y)/P42(y)=2r
0/2cosθ・r0 =1/cosθ (2) ψの計測 (a) γ21=P42(y)/P31(x)=2cosθ・r0/2cos
θ cosψ・r0=1/cosψ (b) γ22=P31(x)/P42(y)=2cosθ cosψ・r0
/2cosθ・r0=cosψ 上式からわかるように、前記パターンのz軸の
まわりの姿勢角θは、y軸のまわりの姿勢角ψと
は無関係に検出することができる。また、これら
の姿勢角θ、ψは、上記パターンとそれを検出す
るITVカメラ等との間の距離とも無関係である。 なお、x軸からマーク1とマーク3までの距離
は同等であり、さらにx軸からマーク2とマーク
4までの距離も同等であるから、上記γijを求める
に際し、マーク1,3相互間及びマーク2,4相
互間の距離を計測する代りに、それぞれx軸から
マークまでの距離を計測することもできる。ま
た、y軸からマーク1とマーク3までの距離、y
軸からマーク2とマーク4までの距離についても
同様である。 次に、このようなパターンの姿勢角検出におけ
る計測誤差について考察するに、姿勢角θについ
ての計測誤差Δθ、及び姿勢角ψについての計測
誤差Δψは、上記比γijについての計測精度をΔγij
とするとき、次のように表わされる。 (1) 姿勢角θについての計測誤差Δθ (a) Δγ11=−1/sin2θ・Δθ ∴Δθ=−sin2θ・Δγ11[rad] (b) Δγ12=−cosθ/sin2θ・Δθ ∴Δθ=−sin2θ/cosθ・Δγ12[rad] (c) Δγ13=1/cos2θ・Δθ ∴Δθ=cos2θ・Δγ13[rad] (d) Δγ14=cosθ・Δθ ∴Δθ=1/cosθ・Δγ14[rad] (e) Δγ15=sinθ/cos2θ・Δθ ∴Δθ=cos2θ/sinθ・Δγ15[rad] (f) Δγ16=−sinθ・Δθ ∴Δθ=−1/sinθ・Δγ16[rad] (2) 姿勢角ψについての計測誤差Δψ (a) Δγ21=sinψ/cos2ψ・Δψ ∴Δψ=cos2ψ/sinψ・Δγ21[rad] (b) Δγ22=−sinψ・Δψ ∴Δψ=−1/sinψ・Δγ22[rad] 第3図ないし第6図は、上記姿勢角θを計測す
るに際して(a)〜(d)の計算を行う場合の誤差Δθを
示し、また第7図及び第8図は姿勢角ψを(a),(b)
の式によつて計算する場合の誤差Δψを示してい
る。なお、姿勢角θを(e)及び(f)の式によつて計算
する場合の誤差は、第7図及び第8図と同じ傾向
を示すことになる。 これらの図面においては、上記パターンについ
ての画像入力装置による入力処理時に、20メツシ
ユについての測定誤差がKSメツシユの割合であ
るとし、そのKSの値を変えてΔθ及びΔψを求め
た場合を示している。一般に、64×48メツシユの
画像入力装置において、上記パターンの画像を20
×20メツシユでとらえたとき、KSは0.5〜0.25程
度とすることができ、画像処理をその4倍(256)
で行うことはテレビカメラにおいて通常行われて
いることであるから、そのような画像処理を行う
ことにより、計測精度は単純にその1/4となり、
すぐれた計測精度を容易に得ることができる。 第3図ないし第8図によれば、計算方法の差異
によつて誤差に差異があることがわかるが、どの
ような計算方法を採用すべきかは、他の計測条件
との関連で決定されるべきである。 なお、上述した姿勢角検出方法を実施するため
の装置は、ITVカメラその他の画像入力装置を
用いて上記パターンを画像化し、その画像入力装
置に接続した演算装置において、上記パターンに
おける対向位置の2組のマークについての位置ず
れを計測し、前述の演算をできるように構成すれ
ばよく、それによつて上記姿勢角θ及びψを検出
することができる。 [実施例] 平板上に第2図Aに示すような図形を表示し、
その平板を鉛直軸のまわりにψ=−60゜〜60゜の範
囲で回転させて、誤差の計測を行つた。第9図は
その計測結果を示している。なお、姿勢角θの計
測は前記(c)の式によつて行い、姿勢角ψの計測は
前記(b)の式によつて行つた。また、前記KSの値
は0.25である。 この実験結果は、前記計算値とよく符合してい
るため、上記計算値の信頼性が確認されたことに
なる。 [発明の効果] 以上に詳述したように、本発明の姿勢角検出方
法によれば、非常に簡単で安価な装置により上記
パターンの2次元的な姿勢を精度よく自動検出す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図A,Bは本発明の姿勢角検出方法につい
て説明するための固定座標系及び回転座標系に関
する説明図、第2図A,Bは上記両座標系間にお
けるパターンの座標変換についての説明図、第3
図ないし第8図は本発明によつて姿勢角を検出す
る場合の誤差についての説明図、第9図は本発明
についての実験結果を示すグラフである。 1〜4…マーク。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 一つの円周上の4等分位置にそれぞれマーク
    があるパターンが、互いに直交するy軸及びz軸
    のまわりにおいて適宜回転した姿勢をとる状態に
    おいて、上記円の中心に対して対向位置にある2
    対のマークについて、z軸方向にとつた視線方向
    と直交しかつ互いに直交するx軸及びy軸方向の
    位置ずれを計測し、それらに基づいて上記y軸及
    びz軸のまわりの相対的な姿勢角を検出すること
    を特徴とするマークパターンを用いた2次元姿勢
    角の検出方法。
JP14138185A 1985-06-27 1985-06-27 マ−クパタ−ンを用いた2次元姿勢角の検出方法 Granted JPS622106A (ja)

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JP14138185A JPS622106A (ja) 1985-06-27 1985-06-27 マ−クパタ−ンを用いた2次元姿勢角の検出方法

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JPS622106A JPS622106A (ja) 1987-01-08
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JP6197425B2 (ja) 2013-07-12 2017-09-20 セイコーエプソン株式会社 ドット記録装置、ドット記録方法、及び、そのためのコンピュータープログラム
JP2015016671A (ja) 2013-07-12 2015-01-29 セイコーエプソン株式会社 ドット記録装置、ドット記録方法、及び、そのためのコンピュータープログラム

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JPS622106A (ja) 1987-01-08

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