JPH11508041A - オブジェクトの位置を決定する方法及び既知の位置を有する一組のオブジェクトを製造する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本装置は、未知の位置にある複数のオブジェクトから信号を受信し、トランスデューサからオブジェクトまでの方向を検知するトランスデューサ（Ｇ）を有する。複数のオブジェクトに対するサイトラインの方向は少なくとも二つの離れたトランスデューサロケーションから検知される。トランスデューサ信号は計算手段（ＣＵ）に供給され、ここでオブジェクトの位置が計算される。

Description

【発明の詳細な説明】 オブジェクトの位置を決定する方法及び 既知の位置を有する一組のオブジェクトを製造する装置 技術分野 本発明は、オブジェクトとトランスデューサの間を直線的に伝達される信号を 出力する一組のオブジェクトから信号を受信するよう設計された少なくとも一つ のトランスデューサと、前記トランスデューサとの関係でトランスデューサから オブジェクトに対するサイトラインの方向を規定する方向決定信号を発生させる 部材とからなる装置において、オブジェクトの位置を決定する方法に関する。 さらに、本発明は上記のタイプの装置において既知の位置を有する一組のオブ ジェクトを製造する装置に関する。 本明細書中で、オブジェクトのロケーションとは、オブジェクトの位置及び／ 又は方向によって規定されるものであり、オブジェクトの位置とは、いくつかの 移行座標によって規定されるものであり、オブジェクトの配向とは、いくつかの 回転座標によって規定されるものである。 さらに、オブジェクトという用語は、トランスデューサによって受信可能な信 号を発することのできる物体を示し、特にオブジェクトとトランスデューサとの 間を直線的に伝達される信号を発するオブジェクトを示す。このような信号は主 に可視波長領域内もしくはその外の領域の周波数を有する光信号であって、例え ば赤外線である。オブジェクトの例としては光源（例：電球や発光ダイオード） 、反射器（例：マーカーや反射テープ）、および画像分析によって認知可能なト ランスデューサの周辺の特徴（例：特定の形状を有し、周辺から浮き出る色や明 度を有する角、穴、光点やマーカー）がある。代替として他の信号、例えば超音 波やマイクロ波信号、を使用することができるが、この場合、オブジェクトがこ のような信号源もしくはその反射器である必要がある。 背景技術 既知の位置トランスデューサがスウェーデン特許明細書第４４４５３０号に開 示される。この装置は好ましくは光信号を使用する。光トランスデューサはトラ ンスデューサからの複数の光源に対する方向を検知することにより、各光源との 関係でトランスデューサの位置を割り出す。トランスデューサは少なくとも三個 の光源に対する方向を検知する。該装置は計算手段を有し、上記のように検知さ れた方向に基づいて、トランスデューサから光源までの各サイトラインの角度を 決定し、これらの方向、角度、既知の各光源の位置からトランスデューサの位置 を計算し、かつ可能であれば、光源との配向関係を計算する。 類似の位置トランスデューサがスウェーデン特許明細書第４５８４２７号に示 される。このトランスデューサは、その周辺の二次元画像を形成する装置を有す る。画像分析システムは、画像の情報内容を受け取り、互いの位置関係が既知で ある周辺における複数の（少なくとも三個の）既定の認知可能な特徴（ｄｅｔａ ｉｌｓ）を探して走査をおこなう。画像分析システムは、画像における特徴位置 を決定する。この装置はさらに計算手段を含み、画像の特徴の位置から、トラン スデューサから特徴物までのサイトラインの方向を決定し、サイトライン同士の 角度を計算し、これらの方向と角度から、トランスデューサの位置を計算し、か つ可能であれば、特徴物との配向関係を計算する。 より以前のスウェーデン特許明細書第９４０３２５５−４号には、オペレータ によって保持される、例えばフリーハンドル形状を有する制御デバイスを使用す る制御装置が記載されている。制御デバイスは上記２つの節に記載されたものと 同様のトランスデューサを有する。トランスデューサの作用によって、互いに既 知の位置にある複数のオブジェクト（例えば、光源、マーカー、および画像分析 によって認知しうる周辺の特徴物）との方向が規定される。この装置はさらに、 このようにして記載される方向に基づいて、各オブジェクトとの間のサイトライ ン同士の角度を計算し、これらの方向、角度、およびオブジェクトの既知の位置 によって、制御デバイスの位置を計算し、かつ可能であれば、オブジェクトとの 配向関係を計算する。 上記のようなタイプの装置は、トランスデューサが、常にその可視領域に少な くとも既知の位置にある三個のオブジェクトを有する必要がある（場合によって は、四個のオブジェクトを要する）。このタイプの典型的なトランスデューサは 、使用中の位置及び／又は配向といったロケーションの変更が可能なある作業領 域 に限られてしまう。トランスデューサがその可視領域に十分な数の、適切に位置 づけられたオブジェクトを常に納めていることを確信するために、作業領域の実 際の位置に係わらず、したがって、三個以上のオブジェクトが一般的に必要とさ れ、作業領域が広ければ、相対的に多くのオブジェクトが必要とされる。これら オブジェクトの相対的な位置は高い精度で認識される必要がある。それゆえ、オ ブジェクトの位置は、装置が指定を受けたときと、作業領域が拡張もしくは変更 されるときの両方で、測定されなければならない。 このタイプの装置におけるオブジェクトの位置を測定するために、距離及び／ または角度測量、および三角測量等といった既知の測定方法が採用されている。 このような高い精度での位置の測定には、特別な装置、例えばセオドライト、お よび専門的知識が必要とされるばかりでなく、複雑で時間のかかる作業が不可欠 である。この状況は、実体的かつ経済的な欠点となっている。 発明の開示 本発明の目的は、特別な装置を必要とせずにもしくは最低限の装置で、上述の タイプの装置において使用される既知の高精度な位置を有する一組のオブジェク トを、迅速にかつ容易に製造する方法及び装置を提供することである。 本発明の方法及び装置の特徴は後述の請求項に記載の通りである。 図面の簡単な説明 本発明を図１乃至５を参照してさらに詳細に説明する。図１ａは一つのオブジ ェクトと二つのトランスデューサロケーションを有する場合における座標システ ムを示す。図１ｂは同じ規模のより一般的な場合の任意の数のトランスデューサ ロケーションの場合における座標システムを示す。図１ｃは本発明に係る方法を 実施する装置の斜視図である。図２ａは本発明に係る測定方法の例を示すフロー チャートである。図２ｂは決定プロセスの間に行われる計算のフローチャートで ある。図２ｃは決定方法の代替方法を図示する。図３ａは本発明に係るポータブ ルフレームと基準マーカーを図示する。図３ｂは前記フレームの詳細図である。 図３ｃと３ｄは図３ｂのフレームに配置されるマーカーの形の例を示す。図４ａ は本発明に係る方法において二つのトランスデューサロケーションを有するビー ムがいかに使用されるかを示す。図４ｂは二つのセンサを有する、手に持って使 用するトランスデューサユニットを図示する。図５は、変換装置の作業領域を拡 張する際に、いかに既知の位置にあるオブジェクトを新しいオブジェクトの位置 を決定するために使用するかを示す。 発明を実施するための最良の形態 図１ａは二つの離れたトランスデューサロケーションを想定した簡易なケース において、本発明に係る方法で使用される規模を示す。トランスデューサＧが互 いに既知の二つのロケーションＰ₁およびＰ₂に図示されている。トランスデュー サは上述の引用文献に開示されるタイプのものであってもよい。図において上の 部分には広角レンズ１１が示され、その視野は実質的に図における上方向に向け られる。図１に示す例にあって、トランスデューサは手に持つようデザインされ 、下部はハンドル１２となっている。二つのトランスデューサロケーションの位 置は、原点Ｏと軸ｘ、ｙ、ｚを有する直行座標システムにおいて、以下のベクト ルによって表示される。 二つのトランスデューサロケーションの配向は、同様にこの座標システムｘ、 ｙ、ｚによって知りうる。各トランスデューサロケーションはこのように、６次 元ベクトルによって表すことができる。 二つのトランスデューサロケーション（位置及び配向の両方を含む）は、上述 の引用文献に記載の通り、既知の位置にあるオブジェクトに対する測定によって 決定される。二つのトランスデューサロケーションはそのようにして既知のオブ ジェクトの座標システム内で認知され、さらに相対的にも認知される。代替的に 、以下により詳細に示すとおり、二つのトランスデューサロケーションを、互い の関係が認知されるように、機械的に固定して二つのトランスデューサロケーシ ョンを配置することによって、決定することもできる。二つのトランスデューサ ロケーションは、機械的システムに関連して固定された座標システムの中で決定 される。この座標システムは図１に示されるものである。 上述の引用文献に記載の方法で、トランスデューサロケーションＰ₁にあるト ランスデューサは、トランスデューサから未知の位置Ｑ₁にあるオブジェクトに のびるサイトラインＳＬ₁の方向を決定する。この決定に基づくオブジェクトの 位置は、この時点でベクトル によって示され、ここで ｔ₁₁は未知のパラメータ ｋ₁₁＝（α₁₁，β₁₁，ｙ₁₁）は、一部はトランスデューサ の配向から、そして一部はトランスデューサの座標システムのサイトラインの方 向から計算されたサイトラインの方向のユニットベクトルである。 ベクトルｖ₁₁は以下の成分を有する。 これに対応して、トランスデューサから同じオブジェクトに対するサイトライ ンＳＬ₂の方向が、トランスデューサロケーションＰ₂において決定される。この 測定に基づくオブジェクトの位置は、同様にベクトル によって示され、ここで ｔ₁₂は未知のパラメータ ｋ₁₂＝（α₁₂，β₁₂，γ₁₂）は、一部はトランスデューサ の配向から、そして一部はトランスデューサの座標システムのサイトラインの方 向から計算されたサイトラインの方向のユニットベクトルである。 ベクトルｖ₁₂は以下の成分を有する。 理想的にはオブジェクトは二つのサイトラインの交差する点に位置する。この 点は以下の方程式を解くことによって得ることができる。 つまり 図においては、測定が正確であり、二つのサイトラインがオブジェクトＱ₁に おいて交差することとされる。しかしながら、避けられない測定ミスによって、 二つのサイトラインは互いに正確に交差しないことがある。その場合、オブジェ クトのもっとも可能性のある位置は適切な基準との関係で決定され、その位置は 、例えば、一方のサイトライン上の任意の点と、もう一方のサイトライン上の任 意の点との間に描くことのできる最短ラインの中間に位置すると考えられる。こ のオブジェクトの位置は、位置を決定されるべきｎ個のオブジェクト（１≦ｉ≦ ｎ）のグループのシリアルナンバー「ｉ」を有し、以下においてＶ₁と示す。 問題のオブジェクトに対するトランスデューサからのサイトラインがそれぞれ 異なるように、複数のトランスデューサロケーションは選択される。トランスデ ューサが一つのロケーションから他のロケーションに移動したときの、サイトラ インの角度の変化が大きいほど、精度は増加する。 図１ｂはさらに一般的なケースであって、任意の数の離れたトランスデューサ ロケーションＰ₁…Ｐ_j…Ｐ_mを有し、ここでｍ≧２、かつ１≦ｊ≦ｍである。ト ランスデューサロケーションＰ₁、Ｐ_j、Ｐ_mが図示される。簡易化のため、位置 Ｑ₁にある一つのオブジェクトのみに対する測定が図示される。しかしながら、 このオブジェクトは任意の大きなオブジェクトグループ（１≦ｉ≦ｎ）のなかの ｎ個のオブジェクトのうちの一つである。測定はグループ中の他のオブジェクト に対するのと同じ方法によって行われる。つまり、グループ中の各オブジェクト に対するサイトラインは各トランスデューサロケーションで決定される。 トランスデューサロケーションの位置は以下のベクトルによって示される。 各トランスデューサロケーションＰ_jにおいて、上述の引用文献に記載されて いる方法で、トランスデューサはオブジェクトに対するサイトラインの方向を決 定する。この測定に基づくオブジェクトの位置は以下のベクトルによって同様に 示され、 その成分は以下の通りである。 上述の通り、オブジェクトの位置Ｑ₁は成分ｘ_i、ｙ_i、ｚ_iを有するベクトルＶ_i によって示される。図２ｂに関連してサイトライン方向ｋ_ijに基づいてどのよ うにして位置が決定されるかの例示が示される。 図１ｃは本発明に係る方法を実施する装置の斜視図である。装置は、レンズ１ １とハンドル１２を有するトランスデューサＧからなる。トランスデューサはケ ーブル形状の信号チャネルＩＬ、例えば、光コンダクタやＩＲリンク、によって 計算ユニットＣＵに接続される。トランスデューサ、信号チャネルおよび計算ユ ニットは前述の引用文献に記載されたどのような方法で設計されてもよく、計算 ユニットは測定を制御し、測定結果を記憶し、必要な計算を実行するようにプロ グラムされたコンピュータを有することができる。図１ｃに図示した方法以外に も、トランスデューサロケーションを決定する手段があり、例えば以下に記載す る既知の位置にあるオブジェクトによるものである。手段はさらに信号源を含む ことができる。これらはオブジェクト自体を含むこともでき、また、例えば反射 器の形をとるオブジェクトに対して光信号を発生させるよう構成することもでき る。 図２ａは本発明に係る測定ステップを図示する。トランスデューサは第１トラ ンスデューサロケーションＰ₁（ブロックＧＴＰ₁）に配置され、シリアルナンバ ーｊはｊ＝１にセットされる。シリアルナンバー「ｉ」は１にセットされる（ブ ロックｉ＝１）。その後、測定される第１オブジェクト（ブロックＤＥＳＯ_i） が指定される（選択される）。次のブロックにおいて（ＤＰ_ij／ＳＳＬ_ij）トラ ンスデューサ装置はトランスデューサの現在ロケーションを、例えば上述の引用 文献に記載された方法で既知のオブジェクトを測定することにより決定し、さら にその関連するオブジェクトに対する方向ｋ_ijを決定する。トランスデューサの 位置Ｖ_ojおよびサイトライン方向ｋ_ijはオブジェクトの位置のこれ以降の計算に 使用するために記憶される。次のブロックで（ＡＬＬ ｉ？）測定されるべき全 てのオブジェクトに対して方向が決定されたかどうかの調査が行われる。もしそ うでなければ、シリアルナンバー「ｉ」が１増加し（ブロックｉ＝ｉ＋１）、次 のオブジェクトが指定される。前述のステップがこのオブジェクトについても繰 り返される。全てのオブジェクトについて行われると、つまり、ｉ＝ｎとなると 、トランスデューサは次のトランスデューサロケーションＰ_j（ＧＴＰ_j）に移動 され、シリアルナンバーｊはｊ＋１にセットされ、シリアルナンバー「ｉ」は再 度１にセットされる（ブロックｉ＝１）。測定されるべきオブジェクトが指定さ れ、個々のシリアルナンバー「ｉ」を割り当てられる。トランスデューサ装置は ここでロケーションＰ₁について説明したのと同様にオブジェクトを一つ一つ測 定し、トランスデューサ位置Ｖ_ojとサイトライン方向ｋ_ijを各測定について記憶 する（ブロックＤＰ_ij／ＳＳＬ_ij）。全てのオブジェクトが測定されると（ブロ ックｉ＝ｎ？）全ての所望のトランスデューサロケーションが含まれたかどうか の決定がなされる（ブロックＡＬＬ ｊ？）。もしそうでなければ、測定ステッ プは次のトランスデューサロケーションに対して繰り返される。全ての所望のト ランスデューサロケーションが使用されると、トランスデューサ装置は記憶され た測定値に基づいて決定されるべきオブジェクトの位置を計算し、これらの位置 を記憶する。計算及び記憶はブロックＣＳＰ_iで実行される。 図２ｂはフローチャートの形式で計算プロセスを示す。リーストスクウェア方 式が、様々なトランスデューサのロケーションからオブジェクトに対して測定さ れるサイトラインに基づいて、オブジェクトの位置を決定する基準として使用さ れる。つまり、オブジェクトは位置とサイトライン間の距離の二乗の合計の最小 となる位置にあると判断される。計算の開始においてｉ＝１にセットされる。つ まり、計算はシリアルナンバー１を有するオブジェクトに対して最初に実行され 、ｍ個（ｍ≧２）の異なるトランスデューサロケーションから決定されるサイト ラインに基づいて行われる。第一に（ブロックｄ_ij）任意の点ｖ_i＝（ｘ_iｙ_iｚ_i ）からの距離ｄ_ijが、シリアルナンバーｊ（１≦ｊ≦ｍ）を有するｍ個のトラン スデューサロケーションからシリアルナンバーｉのオブジェクトまでの各サイト ラインについて表される。距離は によって得られ、ここで、 その後、距離ｄ_ijの二乗の合計ＳがブロックＳ＝Σｄ_ij ²に形成される。つまり 、 ｘ_iｙ_iｚ_iにかかる合計の最小はブロック で求められる。つまり、合計Ｓは、三つの微分方程式がゼロになるようにセット された後、ｘ_iｙ_iｚ_iについて微分される。このようにして得られる方程式は以 下の通りである。 ここで、α_ij、β_ij、γ_ij、Ｘ_oj、ｙ_ojおよびｚ_ojは既知である。方程式は周知 の方法で解かれる。合計Ｓの物理的最低値（最高値でなく）であるから、方程式 によって得られるｘ_i、ｙ_i、ｚ_iの値は所望のオブジェクトのロケーションを構 成する。 このようにして得られた、シリアルナンバーｉを有するオブジェクトの位置は 、ブロックＳＴＯｘ_i、ｙ_i、ｚ_iで記憶される。ブロックｉ＝ｎ？でチェックが 行われ、全てのｎオブジェクトについて位置の計算が行われたことが確認される 。もしそうでなければ、ｉ＝ｉ＋１にセットされ、次のオブジェクトに対して計 算が繰り返される。 上述は少なくとも二つの離れたトランスデューサロケーションからサイトライ ン方向を決定することによって、どのようにして決定プロセスが実行されるかの 説明である。原理的には、決定されるべき位置のオブジェクトの一つに対して二 つのトランスデューサロケーションが同一のサイトライン上に並ばない限り、二 つのトランスデューサロケーションで十分である。しかしながら、より多くの測 定を行うことが好ましい。これは、例えば、トランスデューサの位置と配向を実 質的に任意に変化させ、その間、システムは好ましくは自動的にかつ短いインタ ーバルで（必要な時に）トランスデューサのロケーションを決定し、さらに各ロ ケーションにおいて決定されるべきオブジェクトに対するサイトラインの方向を 決定することによって達成しうる。十分な数の測定（例えば、１００から１００ ００回の測定）が実行されると、オブジェクトの位置が全ての測定結果を用いて 計算される。これにより、位置を決定する精度は向上する。 これに代わる測定方法によると、トランスデューサは実質的に継続して（つま り特定のロケーションで止まることなく）移動する。様々なオブジェクトに対す るサイトラインはその間継続的に測定される。参照オブジェクトに対するサイト ラインの測定は適当なインターバルを持って実行され、サイトラインが新しいオ ブジェクトに対して測定される度に、例えば各サイトラインから各オブジェクト に対する測定の補間法によって、トランスデューサの実際のロケーションが得ら れる。このような方法は図２ｃに示される。トランスデューサＧが第１トランス デューサロケーションＰ_aから第２トランスデューサロケーションＰ_bをつなぐパ スを継続的に通過する。第１オブジェクト，第２オブジェクト，第３オブジェク トおよびそれ以降に対するサイトラインが、パスに沿った複数の点１，２，３お よびそれ以降の点で測定される。未知の位置にある新しいオブジェクトグループ 中の第１，第２，第３及びそれ以降のオブジェクトに対するサイトラインがパス に沿った複数の点Ａ，Ｂ，Ｃおよびそれ以降の点で測定される。測定は好ましく は自動的に実行され、目的のオブジェクトに対するサイトラインは、新しいオブ ジェクトに対するサイトラインの測定の毎に、補間法によってトランスデューサ ロケーションが十分な精度で得られる程度に頻繁なインターバルで、測定される 。 複数のオブジェクトと複数のトランスデューサロケーションが使用されるとき 、全てのトランスデューサロケーションから全てのオブジェクトが見えるかどう かはわからない。この場合、オブジェクトを見ることのできるトランスデューサ ロケーションからの情報が各オブジェクトの位置を決定するのに使用される。（ しかしながら、オブジェクトは少なくとも二つの異なるトランスデューサロケー ションから見ることができなければならない。） 上記からわかるように、導入部分で説明されたタイプのトランスデューサ装置 が上述の方法で使用される。各装置が計算手段を含むため、この計算手段を上述 のオブジェクト位置を決定するプロセスで必要とされる計算にも使用することが できる。トランスデューサ装置の計算手段は、好ましくは適切にプログラムされ たデジタルプロセッサ装置を有する。上記の計算を実行するようプログラムする こともできる。 上述の方法はこのようにして未知の位置を有する複数のオブジェクトに決定さ れた位置を与え、その位置を記憶することができる。その後、これらの位置は導 入部分で説明されたタイプのトランスデューサ装置に補助されて位置決定に使用 することができる。 図３ａは、本発明の一実施例によって、図中の未知の位置にあるオブジェクト を測定するときにトランスデューサのロケーションを決定するための、スタンド ＣＦの使用方法を示している。スタンドは例えば１メートルほどの横寸法を有す ることができるが、その寸法は用途に適していなければならない。スタンドはそ の内側を向いたオブジェクトを有し、オブジェクトはマーカーＭ₁−Ｍ₄の形を取 っている。位置を決定されるべきオブジェクトはＯＢ₁−ＯＢ₃と指定される。こ のスタンドは穴があいており、またなるべくオープンであって、トランスデュー サとオブジェクトＯＢ₁−ＯＢ₃との間の視線の妨げを最小限としている。測定中 トランスデューサＧはスタンドの中で保持され、異なるロケーション間を移動す る。後のロケーションは、各ロケーションにおいて、トランスデューサが少なく とも三つのマーカーＭ₁−Ｍ₄と、少なくとも一つのオブジェクトＯＢ₁−ＯＢ₃を 同時に視野に入れるように決定される。マーカーＭ₁−Ｍ₄の相対的な位置は既知 であり、これによりトランスデューサ装置は各トランスデューサロケーションに おいて、既知のマーカー位置情報およびマーカーに対する方向を検知することに より、トランスデューサの位置を決定する。オブジェクトの位置は上記のように 決定されたトランスデューサロケーションとオブジェクトＯＢ₁−ＯＢ₃に対する 方向の検知に基づいて上述の通り決定される。 簡易化のため、図３ａでは４個のマーカーのみが図示される。しかしながら、 トランスデューサのロケーションが信頼性高く決定されるためには、スタンドは 好ましくは図より多くの、スタンド中での配向及びロケーションが独立したマー カーを有することが好ましい。マーカーは各角部およびスタンドの側部の中間に 配置することができる（図３ｂ参照）。マーカーはさらに多くの情報を供給する ため、異なるタイプであってもよい。 スタンドＣＦは、マーカーの相対的な位置が十分な精度を保つよう、対角やコ ーナープレートといった適切な補強を有する金属部分のフレームの形であっても よいし、ロッドであってもよい。スタンドは好ましくは平行六面体形であって、 実施例によれば折りたたんで持ち運びが可能である。必要なマーカーが配置され ると、もしくは他の適当なオブジェクトが決定されると、スタンドはオブジェク ト／マーカーとの好ましい位置関係に配置され、測定が実行される。スタンドは その後取り外され、トランスデューサ装置が決定されたオブジェクトを有効に利 用する。 上述のタイプのスタンドは記載された方法の測定にのみ使用されるわけではな く、トランスデューサ装置の作業中にも使用することができる。トランスデュー サの作業領域は実質的にスタンドの内側ということになり、作業中、トランスデ ューサはスタンドに取り付けられたマーカーを使用する。スタンドの形状及び寸 法は、トランスデューサ装置及びそれを支持する装置（例えば、作業ロボット） が十分に広い作業スペースの中で自由に作業できるように調整される。スタンド を組み立て、所望の位置に置くだけで、トランスデューサ装置は素早くかつ簡単 に作業に従事することができる。同様のことが作業スペースを移動するときにも いえ、このときはスタンドを新しい位置に移動するだけでよい。本願において、 スタンドは外部オブジェクトをはっきりと見える構成である必要はない。 図３ｂは上述のスタンドＣＦの実施例を示す。スタンドは側面がオープンな平 行六面体ボックスからなる。ボックスは例えば、金属やプラスチックからなる。 一実施例によると、トランスデューサ装置が配送の際に梱包される箱からなる。 箱は内側にマーカーがすでに印刷され、オープンされるべき側面の部分を取り除 くよう指示する印のついた厚紙であってもよい。マーカーの相対的な位置はトラ ンスデューサ装置にプログラム済みであってもよい。この実施例はトランスデュ ーサ装置を簡易にかつ迅速に使用開始することを可能とし、また作業スペースを 簡易かつ迅速に移動することを可能とする。 図３ｃに、マーカーをスタンド内の側部ＣＦ１の中間部分に配置する方法を例 示する。マーカーは小さな塗りつぶされた丸Ｍ_10aとそれを取り巻く丸Ｍ_10bとか らなる。マーカーは、トランスデューサに取り付けられた光源に対して光る反射 ペンキやテープからなることも可能である。さらに、紫外線を発する光源に対し て光る蛍光ペンキからなることも可能である。スタンドが厚紙製の箱である場合 、マーカーは製造時に箱に印刷もしくは取り付けられる。これは角部に配置され るマーカーであっても同じことである。 図３ｄには、代替的に箱のタブＣＦ２にマーカーＭ₅を配置する方法が示され る。タブは製造中に箱の底の一部を形成し、三つの面に沿って切り取るよう指示 が書き添えられる。タブは四つ目の面に沿って面ＣＦ１の垂直部分に向かって折 られ、テープによって、もしくはＣＦ１にあらかじめ形成されるスリットに挿入 することによって、ＣＦ１の垂直部分に連結される。 図３ａ−３ｄに関連して説明した構造は、基準マーカーＭ₁，Ｍ₂等を配置する 構造の単なる実施例にすぎない。関連する信号を通過させる構造は上述の代わり に、使用される波長領域を透過させる材質の壁を有する球体その他の容器（例え ば光信号を使用する際のガラスやプラスチック）からなることが可能であり、こ こでも基準マーカーは壁内部に配置されたマーカーや反射テープから成ることも 可能である。図３ａ−３ｄに関連して説明した構造は平行六面体形のフレームか らなる。もちろん、形は平行六面体形に限らず、どのような多面体であってもよ い。 図４ａは二つのトランスデューサロケーションを有する長方形のビーム（梁） ＴＢを図示する。トランスデューサＧはトランスデューサロケーションのいずれ かに配置される。これらが形成されるので、各トランスデューサロケーション内 のトランスデューサロケーションはビームに対して注意深く決定される。トラン スデューサはその相対的な位置が正確に理解されるロケーションＰ₁とＰ₂の位置 をとる。ロケーションのうちの一つ、例えばＰ₁、に配置されたトランスデュー サから測定を実行するとき、オブジェクトＯＢ₁−ＯＢ_nに対する方向がまず決定 される。その後、ビームの位置や配向を変えることなく、同じことがロケーショ ンＰ₂に配置されたトランスデューサから行われる。このようにして二つの離れ た位置からの各オブジェクトに対するサイトラインの方向がわかり、かつビーム 上の二つのトランスデューサロケーションによって規定されることにより、相対 的な位置がわかる。図１及び２に係る説明からもわかるとおり、これによってオ ブジェクトの位置を決定することができる。これらの位置はビームの座標システ ムにおいて決定される。しかしながら、オブジェクトの位置が座標システム上で 明らかであるので、オブジェクト同士の相対的な位置もわかる。トランスデュー サシステムの使用はこれらの相対的な位置の知識を必要とし、相対的な位置は、 絶対位置が決定された座標システムの中では独立である。 図４ａのビームＴＢは斜視的にのみ示される。ビームは両端にトランスデュー サのホルダーを有するロッドや金属部品などの様々な設計を有することができる 。代替的に、ビームＴＢは各トランスデューサロケーションに一つずつ配置され る二つのトランスデューサを有することもできる。二つのトランスデューサ間で 測定を行うことにより、ビームを動かす必要がなくなる。 上記の装置は、二以上のトランスデューサもしくはトランスデューサロケーシ ョンを有することも可能である。例えばそれは三つのトランスデューサロケーシ ョンを有する三角形のフレームからなる。同様に、ビーム／フレームを配向する にあたってさらに大きな自由を与えるために、別々の方向を向く二以上のトラン スデューサを用いたり、トランスデューサロケーションをビームやフレームに配 置することもできる。 上記の装置は二以上のトランスデューサを有する、統合されて、例えば手に持 つことのできるトランスデューサユニットの形を取ることもできる。このような トランスデューサユニットは新しいオブジェクトの位置を自動的に決定するよう に設定することも可能である。このタイプのトランスデューサユニットは図４ｂ に示される。このユニットは、手で確実に保持可能なように構成された中央部１ ２を有する。前述のタイプの方向検知センサ１１ａおよび１１ｂが各端部に取り 付けられる。センサは相対的に角度を有するように配置され、または互いに平行 であっても（図４ａ参照）互いに反対向きであってもよい。 図３に関連して述べたとおり、異なるロケーションにあるビームに対して複数 回の測定を行うことにより、測定精度は増加する。 図５は作業に際して、例えば上述の方法によってすでに位置が決定されている オブジェクトである、既知の位置にある一組ＯＳＡのオブジェクト（ＯＢＡ₁， ＯＢＡ₂…）を利用するトランスデューサＧを示す。作業領域を拡張するとき、 これらのオブジェクトは一組ＯＳＢの新しいオブジェクト（ＯＢＢ₁、ＯＢＢ₂… ）の位置を決定するために使用される。これは、図１−３に関連する記載の中で 説明される方法によって実行されうる。つまり、複数の（少なくとも二つの）離 れたトランスデューサロケーション（図５のＰ１とＰ２）の各で、上述の方法に よって組ＯＳＢのオブジェクトの位置が計算された後、トランスデューサのロケ ーションは、既知のオブジェクト組ＯＳＡの補助により、かつ組ＯＳＢのオブジ ェクトに対する方向から、決定される。 上記の説明からわかるとおり、本発明は未知の位置にあるオブジェクトの位置 を、簡単な機械的構造を補助的に使用し、決定されたオブジェクトを利用するト ランスデューサ装置以外の測定装置を必要とせずに、迅速かつ簡単に、高精度で 決定する方法を提供する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，Ｂ Ｙ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ， ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． オブジェクトとトランスデューサの間を直線的に伝達される信号を発する 一組のオブジェクト（ＯＢ₁−ＯＢ_n、Ｍ₁−Ｍ_n、ＯＳＡ、ＯＳＢ）の補助により トランスデューサの位置および／または配向を決定する装置におけるオブジェク ト（ＯＢ₁−ＯＢ_n、ＯＳＢ）の位置を決定する方法であって、該装置は、 前記一組中のオブジェクトによって発せられる信号を受信するよう設計された トランスデューサ（Ｇ）と、 前記トランスデューサおよび前記トランスデューサから前記複数のオブジェク トに向かうサイトラインとの関係において方向を規定するための方向規定信号を 発生させる部材と、および 互いの相対的な位置が既知である複数のオブジェクト（Ｍ₁−Ｍ_n、ＯＳＡ）に 対する方向を規定する信号に基づいて、トランスデューサの位置および／または 配向を決定する情報を発生するよう構成される計算手段とからなり、 各複数のオブジェクト（ＯＢ₁−ＯＢ_n、ＯＳＢ）の位置を決定するために、オ ブジェクトに対するサイトラインの方向は、互いの相対的な位置が既知である少 なくとも二つの離れたトランスデューサロケーション（Ｐ₁、Ｐ₂）に配置される トランスデューサ（Ｇ）の補助を受けて決定され、 少なくとも特定のトランスデューサロケーション（Ｐ₁、Ｐ₂）は、互いの相対 的な位置が既知である複数の参照オブジェクト（Ｍ₁−Ｍ_n、ＯＳＡ）の補助を受 けて決定され、ここでトランスデューサロケーションは参照オブジェクトの位置 及びトランスデューサの検知した参照オブジェクトに向かうサイトラインの方向 に基づいて計算され、 位置を決定すべきオブジェクトに対して、オブジェクトの位置（ｖ₁）および ／または配向の測定が、前記トランスデューサロケーション（Ｐ₁、Ｐ₂）および トランスデューサの補助により決定されたオブジェクトの方向（ｋ_ij）に基づい て計算されることを特徴とする方法。 ２． 前記参照オブジェクトを支持する機械的構造（ＣＦ）が前記オブジェクト の決定の際に使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。 ３． 三次元構造（ＣＦ）が測定の際に使用され、前記トランスデューサロケー ションは少なくともそのうちのいくつかが該構造の内部に配置されるように選択 されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。 ４． 前記決定プロセスで使用されるトランスデューサは手に保持されることを 特徴とする、請求項１に記載の方法。 ５． オブジェクトとトランスデューサの間を直線的に伝達される信号を発する 一組のオブジェクト（ＯＢ₁−ＯＢ_n、Ｍ₁−Ｍ_n、ＯＳＡ、ＯＳＢ）の補助により トランスデューサの位置および／または配向を決定する装置において使用する、 既知の位置にある一組のオブジェクトの製造装置であって、前記決定する装置は 前記一組中のオブジェクトによって発せられる信号を受信するよう設計された トランスデューサ（Ｇ）と、 前記トランスデューサおよび前記トランスデューサから前記複数のオブジェク トに向かうサイトラインとの関係において方向を規定するための方向規定信号を 発生させる部材と、および 互いの相対的な位置が既知である複数のオブジェクト（Ｍ₁−Ｍ_n、ＯＳＡ）に 対する方向を規定する信号に基づいて、トランスデューサの位置および／または 配向を決定する情報を発生するよう構成される計算手段とからなり、 トランスデューサの位置および／または配向を決定するために、前記製造装置 は、互いの相対的位置が既知である複数の参照オブジェクト（例えばＭ₁−Ｍ₄） を支持する機械的構造（ＣＦ）を有することを特徴とする装置。 ６． 前記機械的構造はフレームからなることを特徴とする、請求項５に記載の 装置。 ７． 前記機械的構造は三次元構造であり、前記参照オブジェクト（例えばＭ₁ −Ｍ₄）は構造の内側を向いて支持され、前記構造及び前記参照オブジェクトは 、前記トランスデューサが該構造の中で複数の異なるトランスデューサロケーシ ョンに配置されることを可能とするように構成されることを特徴とする、請求項 ５または６に記載の装置。 ８． 前記機械的構造が持ち運び可能であることを特徴とする、請求項５、６ま たは７に記載の装置。 ９． 前記機械的構造は多面体であることを特徴とする、請求項５、６、７また は８に記載の装置。