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JP2006201092A - 6-DOF mobile body position / posture measurement method and position / posture measurement apparatus - Google Patents
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JP2006201092A - 6-DOF mobile body position / posture measurement method and position / posture measurement apparatus - Google Patents

6-DOF mobile body position / posture measurement method and position / posture measurement apparatus Download PDF

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JP2006201092A JP2005014784A JP2005014784A JP2006201092A JP 2006201092 A JP2006201092 A JP 2006201092A JP 2005014784 A JP2005014784 A JP 2005014784A JP 2005014784 A JP2005014784 A JP 2005014784A JP 2006201092 A JP2006201092 A JP 2006201092A
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Bunno Cho
文農 張
Takashi Manba
崇 萬羽
Yuji Nakamura
裕司 中村
Atsushi Hagiwara
萩原  淳
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Yaskawa Electric Corp
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Yaskawa Electric Corp
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Abstract

【課題】 複数のセンサを用いて簡単かつ正確に6自由度移動体の位置・姿勢を計測する。
【解決手段】 固定子と、固定子に対して6自由度変位する移動子と、複数のセンサとを備えた6自由度移動体の位置・姿勢計測装置において、適当な移動座標系と固定座標系を設定し、一定順番の回転座標変換を含む座標変換を行い、複数のギャップセンサ1、2、3、及び二次元センサ5、6を適切な場所に設置し、複数のセンサの検出情報および与えられた初期位置情報に基づいて可動子が変位した後の位置および姿勢を計算する。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To easily and accurately measure the position / posture of a mobile body with 6 degrees of freedom using a plurality of sensors.
In a position / posture measuring apparatus for a six-degree-of-freedom moving body comprising a stator, a mover that is displaced by six degrees of freedom with respect to the stator, and a plurality of sensors, an appropriate moving coordinate system and fixed coordinates are provided. Set a system, perform coordinate transformation including rotational coordinate transformation in a fixed order, install a plurality of gap sensors 1, 2, 3, and two-dimensional sensors 5, 6 at appropriate locations, The position and orientation after the mover is displaced are calculated based on the given initial position information.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、複数センサを用いて6自由度移動体の位置・姿勢を計測する計測装置に関する。   The present invention relates to a measuring apparatus that measures the position and orientation of a 6-DOF moving body using a plurality of sensors.

従来の6自由度移動体の位置・姿勢計測装置は、x、y、zの3方向に全部で6つ変位センサを設置し計測装置を構成している(例えば、特許文献1参照)。図9は従来技術の6自由度移動体の位置・姿勢計測装置の構成を示すブロック図である。
図9において、21は移動子であり、アクチュエータ(不図示)に駆動されて6自由度の位置・姿勢変位する。31はx方向変位センサであり、x方向の変位量を計測する。32と33はy方向変位センサであり、y方向の変位量およびz軸まわりの回転角を計測する。また、34、35および36はz方向変位センサであり、z方向の変位量およびx、y軸のまわりの回転角度を計測する。
各軸のまわりの回転運動量が小さい場合は、回転が並進変位量の計測に与える影響が小さいためそれを無視でき、移動子が変位した後の位置・姿勢を簡単に求められる。
このように、従来技術の6自由度移動体の位置・姿勢計測方法は、x、y、zの3方向向きに設置した6つの変位センサ31〜36からの変位情報を用いて移動子21が変位した後の位置・姿勢を計算するものである。
特開平10−194450号公報
A conventional 6-DOF moving body position / posture measuring apparatus has a measuring apparatus in which a total of six displacement sensors are installed in three directions of x, y, and z (see, for example, Patent Document 1). FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a conventional 6-DOF moving body position / posture measuring apparatus.
In FIG. 9, reference numeral 21 denotes a mover that is driven by an actuator (not shown) to be displaced in position / posture with 6 degrees of freedom. Reference numeral 31 denotes an x-direction displacement sensor that measures the amount of displacement in the x-direction. Reference numerals 32 and 33 denote y-direction displacement sensors, which measure a displacement amount in the y-direction and a rotation angle around the z-axis. Reference numerals 34, 35 and 36 denote z-direction displacement sensors which measure the displacement amount in the z direction and the rotation angle around the x and y axes.
When the rotational momentum around each axis is small, the influence of rotation on the measurement of the translational displacement is small, so that it can be ignored, and the position / posture after the moving element is displaced can be easily obtained.
As described above, the position / posture measurement method of the movable body with six degrees of freedom according to the prior art uses the displacement information from the six displacement sensors 31 to 36 installed in the three directions of x, y, and z. The position / posture after displacement is calculated.
JP 10-194450 A

しかしながら、従来の6自由度移動体の位置・姿勢計測方法は、回転運動量が大きい又は計測精度が高く要求される場合に、移動子が変位した後の位置・姿勢を正確に計測することが困難であるため、要求された仕様を満足できないという問題があった。
そこで、本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、各種の適宜なセンサを適切な位置に設置し、適宜な座標変換を行うことで、簡単かつ正確に6自由度移動体の位置・姿勢を計測することができて、回転運動量が大きい場合や高い計測制度が要求される場合にも移動子が変位した後の位置・姿勢の正確な計測が可能な6自由度移動体の位置・姿勢計測方法および位置・姿勢計測装置を提供することを目的とする。
However, the conventional position / posture measurement method for a 6-DOF moving body is difficult to accurately measure the position / posture after the mover is displaced when the rotational momentum is large or the measurement accuracy is required to be high. Therefore, there is a problem that the requested specification cannot be satisfied.
Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and can easily and accurately move 6 degrees of freedom by installing various appropriate sensors at appropriate positions and performing appropriate coordinate conversion. 6-degree-of-freedom movement that can measure the position and posture of the body and can accurately measure the position and posture after displacement of the mover even when the rotational momentum is large or a high measurement system is required An object is to provide a body position / posture measurement method and position / posture measurement apparatus.

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項1に記載の発明は、固定子と、前記固定子に対して6自由度変位する移動子と、複数のセンサとを備えた6自由度移動体の位置・姿勢計測方法において、移動座標系と固定座標系に基づいて前記固定子および前記移動子に複数のセンサを設置し、該複数のセンサの検出情報および与えられた初期位置情報に基づいて前記移動子が変位した後の該移動子の前記固定子に対する位置および姿勢を計算して前記移動子上の任意点の位置を求める際に、固定座標系xyzoを前記固定子に固定し、移動座標系XYZOを前記移動子に固定し、前記移動子が変位する前に移動座標系と固定座標系を重ねるように移動座標系と固定座標系を設定し、x軸、y軸およびz軸のまわりの前記移動子の回転角度をそれぞれα、βおよびγとし、移動座標系の原点の絶対座標を(xo,yo,zo)とし、前記移動子上の任意固定点の絶対座標をこの任意固定点の移動座標と移動座標系の原点の絶対座標(xo,yo,zo)および回転角度α、βおよびγで表すように座標変換して計算するという手順を特徴としている。
また、請求項2に記載の発明は、前記複数のセンサは、ギャップセンサのヘッドとギャップセンサのターゲット平面との距離を計る第1のギャップセンサ、第2のギャップセンサおよび第3のギャップセンサを含み、回転座標変換を固定座標系のx軸、y軸、z軸の順で行い、前記第1のギャップセンサ、前記第2のギャップセンサおよび前記第3のギャップセンサに対して、すべてのヘッドが前記固定子に固定されて平面yoz又は平面xozに対して対称であり、すべてのターゲット平面が前記移動子に固定されて平面XOYに平行であるように前記第1のギャップセンサ、前記第2のギャップセンサおよび前記第3のギャップセンサを設置するという手順を特徴としている。
In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
According to a first aspect of the present invention, there is provided a six-degree-of-freedom moving body position / posture measuring method comprising a stator, a mover that is displaced by six degrees of freedom with respect to the stator, and a plurality of sensors. A plurality of sensors are installed on the stator and the moving element based on a system and a fixed coordinate system, and the movement after the moving element is displaced based on detection information of the plurality of sensors and given initial position information When calculating the position and orientation of a child relative to the stator to obtain the position of an arbitrary point on the movable element, the fixed coordinate system xyzo is fixed to the stator, and the movable coordinate system XYZO is fixed to the movable element. The moving coordinate system and the fixed coordinate system are set so that the moving coordinate system and the fixed coordinate system are overlapped before the moving element is displaced, and the rotation angles of the moving elements around the x axis, the y axis, and the z axis are respectively set. Let α, β and γ be Absolute coordinates of the point (x o, y o, z o) and then, the absolute coordinates (x o of the origin of the absolute arbitrary fixed point coordinates and the movement coordinate system moving coordinates of any fixed point on the mover, y o , z o ) and rotation angles α, β, and γ, and the procedure of calculating the coordinates is calculated.
According to a second aspect of the present invention, the plurality of sensors includes a first gap sensor, a second gap sensor, and a third gap sensor that measure the distance between the head of the gap sensor and the target plane of the gap sensor. And rotating coordinate conversion in the order of the x-axis, y-axis, and z-axis of the fixed coordinate system, and all the heads with respect to the first gap sensor, the second gap sensor, and the third gap sensor. Are fixed to the stator and symmetrical with respect to the plane yoz or the plane xoz, and all the target planes are fixed to the movable element and parallel to the plane XOY, the first gap sensor, the second The gap sensor and the third gap sensor are installed.

また、請求項3に記載の発明は、前記複数のセンサは、直交2方向の変位量を検出する第1の二次元センサおよび第2の二次元センサを含み、前記第1の二次元センサと前記第2の二次元センサに対して、すべてのヘッドが前記固定子に固定され、すべてのターゲットが前記移動子に固定され、すべてのターゲット側における初期測定点のZ移動座標が同じであり、前記第1の二次元センサの2つ測定方向と前記第2の二次元センサの2つ測定方向が共にx軸又はy軸に平行であるように前記第1の二次元センサと前記第2の二次元センサを設置するという手順を特徴としている。
また、請求項4に記載の発明は、前記複数のセンサは、直線方向の変位量を検出する第1の一次元センサ、第2の一次元センサおよび第3の一次元センサを含み、前記第1の一次元センサ、前記第2の一次元センサおよび前記第3の一次元センサに対して、前記第1の一次元センサと前記第2の一次元センサの測定方向が共にy方向で、前記第3の一次元センサの測定方向がx方向であり、前記第1の一次元センサのターゲット側の初期測定点と前記第2の一次元センサのターゲット側の初期測定点とを通る直線がx軸に平行であるように前記第1の一次元センサ、前記第2の一次元センサおよび前記第3の一次元センサを設置するという手順を特徴としている。
また、請求項5に記載の発明は、前記複数のセンサは、直線方向の変位量を検出する第1の一次元センサ、第2の一次元センサおよび第3の一次元センサを含み、前記第1の一次元センサ、前記第2の一次元センサおよび前記第3の一次元センサに対して、前記第1の一次元センサの測定方向がy方向で、前記第2の一次元センサの測定方向と前記第3の一次元センサの測定方向が共にx方向であり、前記第2の一次元センサのターゲット側の初期測定点と前記第3の一次元センサのターゲット側の初期測定点とを通る直線がy軸に平行であるように前記第1の一次元センサ、前記第2の一次元センサおよび前記第3の一次元センサを設置するという手順を特徴としている。
The invention according to claim 3 is characterized in that the plurality of sensors include a first two-dimensional sensor and a second two-dimensional sensor for detecting a displacement amount in two orthogonal directions, and the first two-dimensional sensor and For the second two-dimensional sensor, all the heads are fixed to the stator, all the targets are fixed to the moving element, and the Z movement coordinates of the initial measurement points on all the target sides are the same, The first two-dimensional sensor and the second two-dimensional sensor and the second two-dimensional sensor have two measurement directions parallel to the x-axis or the y-axis. It features a procedure of installing a two-dimensional sensor.
According to a fourth aspect of the present invention, the plurality of sensors include a first one-dimensional sensor, a second one-dimensional sensor, and a third one-dimensional sensor that detect a displacement amount in a linear direction. With respect to one one-dimensional sensor, the second one-dimensional sensor, and the third one-dimensional sensor, the measurement directions of the first one-dimensional sensor and the second one-dimensional sensor are both y-direction, The measurement direction of the third one-dimensional sensor is the x direction, and a straight line passing through the initial measurement point on the target side of the first one-dimensional sensor and the initial measurement point on the target side of the second one-dimensional sensor is x The first one-dimensional sensor, the second one-dimensional sensor, and the third one-dimensional sensor are installed so as to be parallel to an axis.
In the invention according to claim 5, the plurality of sensors include a first one-dimensional sensor, a second one-dimensional sensor, and a third one-dimensional sensor that detect a displacement amount in a linear direction. With respect to one one-dimensional sensor, the second one-dimensional sensor, and the third one-dimensional sensor, the measurement direction of the first one-dimensional sensor is the y direction, and the measurement direction of the second one-dimensional sensor And the measurement direction of the third one-dimensional sensor is the x direction, and passes through the initial measurement point on the target side of the second one-dimensional sensor and the initial measurement point on the target side of the third one-dimensional sensor. The first one-dimensional sensor, the second one-dimensional sensor, and the third one-dimensional sensor are installed so that a straight line is parallel to the y-axis.

また、請求項6に記載の発明は、前記複数のセンサは、ギャップセンサのヘッドとギャップセンサのターゲット平面との距離を計る第1のギャップセンサ、第2のギャップセンサおよび第3のギャップセンサを含み、前記第1のギャップセンサ、前記第2のギャップセンサおよび前記第3のギャップセンサに対して、すべてのヘッドが前記移動子に固定されて平面YOZ又は平面XOZに対して対称であり、すべてのターゲット平面が前記固定子に固定されて平面xoyに平行であるように前記第1のギャップセンサ、前記第2のギャップセンサおよび前記第3のギャップセンサを設置するという手順を特徴としている。
また、請求項7に記載の発明は、請求項2又は請求項6のいずれかに記載の6自由度移動体の位置・姿勢計測装置に第4のギャップセンサを追加した6自由度移動体の位置・姿勢計測装置において、
前記第1のギャップセンサ、前記第2のギャップセンサ、前記第3のギャップセンサおよび前記第4のギャップセンサが座標系に対して対称になるように前記第4のギャップセンサを設置し、前記第1のギャップセンサ、前記第2のギャップセンサ、前記第3のギャップセンサおよび前記第4のギャップセンサから任意の3つギャップセンサの検出情報および与えられた初期位置情報に基づいて前記移動子が変位した後の前記移動子の前記固定子に対する位置および姿勢を計算し、このように得られた4組のデータの平均値を取るという手順を特徴としている。
また、請求項8に記載の発明は、6自由度変位する移動子と、1つ方向の変位量および2つの回転角度を検出する第1の三次元センサと、直交2つの方向の変位量および1つの回転角度を検出する第2の三次元センサとを備えた6自由度移動体の位置・姿勢計測装置において、固定座標系xyzoを大地に固定し、移動座標系XYZOを移動子に固定し、前記移動子が変位する前に移動座標系と固定座標系を重ねるように移動座標系と固定座標系を設定し、x軸、y軸およびz軸のまわりの前記移動子の回転角度をそれぞれα、βおよびγとし、移動座標系の原点の絶対座標を(xo,yo,zo)とし、前記移動子上の任意固定点の絶対座標をこの任意固定点の移動座標と移動座標系の原点の絶対座標(xo,yo,zo)および回転角度α、βおよびγで表すように座標変換し、前記第1の三次元センサがz軸に平行である固定直線と移動子に固定された前記第1の三次元センサのターゲット平面との交点の移動距離およびxとy軸のまわりの前記移動子の回転角度αとβを検出し、前記第2の三次元センサが移動子に固定されたターゲット測定点におけるx方向の変位量およびy方向の変位量とz軸のまわりの前記移動子の回転角度γを検出するように前記第1の三次元センサと前記第2の三次元センサを設置し、前記第1の三次元センサと前記第2の三次元センサとの検出情報および与えられた初期位置情報に基づいて前記移動子が変位した後の前記移動子の前記固定子に対する位置および姿勢を計算するという手順を特徴としている。
According to a sixth aspect of the present invention, the plurality of sensors includes a first gap sensor, a second gap sensor, and a third gap sensor that measure the distance between the head of the gap sensor and the target plane of the gap sensor. All the heads are fixed to the moving element and symmetrical with respect to the plane YOZ or the plane XOZ with respect to the first gap sensor, the second gap sensor, and the third gap sensor, The first gap sensor, the second gap sensor, and the third gap sensor are installed so that the target plane is fixed to the stator and parallel to the plane xoy.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a six-degree-of-freedom moving body obtained by adding a fourth gap sensor to the six-degree-of-freedom moving body position / posture measuring apparatus according to any one of the second or sixth aspect. In the position and orientation measurement device,
The fourth gap sensor is installed such that the first gap sensor, the second gap sensor, the third gap sensor, and the fourth gap sensor are symmetrical with respect to a coordinate system, and The movable element is displaced based on detection information of any three gap sensors and given initial position information from one gap sensor, the second gap sensor, the third gap sensor, and the fourth gap sensor. After that, the position and orientation of the movable element with respect to the stator are calculated, and the procedure is to take an average value of the four sets of data thus obtained.
Further, the invention described in claim 8 is a moving element that is displaced by 6 degrees of freedom, a first three-dimensional sensor that detects a displacement amount in one direction and two rotation angles, a displacement amount in two orthogonal directions, and In a 6-DOF moving body position / posture measuring apparatus equipped with a second three-dimensional sensor that detects one rotation angle, the fixed coordinate system xyzo is fixed to the ground, and the moving coordinate system XYZO is fixed to the moving element. The moving coordinate system and the fixed coordinate system are set so that the moving coordinate system and the fixed coordinate system are overlapped before the moving element is displaced, and the rotation angles of the moving elements around the x axis, the y axis, and the z axis are respectively set. α, β, and γ, the absolute coordinates of the origin of the moving coordinate system are (x o , yo , z o ), and the absolute coordinates of the arbitrary fixed point on the moving element are the moving coordinates and moving coordinates of the arbitrary fixed point. absolute coordinates of the origin of the system (x o, y o, z o) and the rotation angle α The coordinate is transformed to be represented by β and γ, and the moving distance of the intersection of the fixed line that the first three-dimensional sensor is parallel to the z-axis and the target plane of the first three-dimensional sensor fixed to the moving element And the rotational angles α and β of the movable element around the x and y axes, and the displacement amount in the x direction and the displacement amount in the y direction at the target measurement point where the second three-dimensional sensor is fixed to the movable element The first three-dimensional sensor and the second three-dimensional sensor are installed so as to detect the rotation angle γ of the movable element around the z axis and the first three-dimensional sensor and the second tertiary It is characterized by the procedure of calculating the position and orientation of the moving element relative to the stator after the moving element is displaced based on detection information with the original sensor and given initial position information.

本発明によれば、各種の適宜な変位センサを適切な位置に設置し、適宜な座標系を設定することで、各センサの設置位置の情報および各センサが検出した信号に基づいて移動子に固定されている移動座標系の原点位置および姿勢を求めることができる。
また、移動子上の任意点の移動座標と移動座標系の変位後の原点位置および姿勢を用いて正確に移動子が変位した後この点の位置を計算することができるので、回転運動量が大きい場合や高い計測制度が要求されるような場合にも移動子が変位した後の位置・姿勢を正確に計測することが可能になると言う効果がある。
According to the present invention, various appropriate displacement sensors are installed at appropriate positions, and an appropriate coordinate system is set, so that the moving element can be controlled based on information on the installation positions of the sensors and signals detected by the sensors. The origin position and orientation of the fixed moving coordinate system can be obtained.
In addition, since the position of this point can be calculated after the mover is accurately displaced using the movement coordinates of the arbitrary point on the mover and the origin position and orientation after displacement of the movement coordinate system, the rotational momentum is large. In some cases, even when a high measurement system is required, it is possible to accurately measure the position / posture after the moving element is displaced.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施例1における6自由度移動体の位置・姿勢計測装置の構成を示す図である。
図1において、21は移動子であり、アクチュエータ(不図示)に駆動されて6自由度の位置・姿勢変位する。22は固定子である。1、2および3はギャップセンサ(光学式、静電式等がある)であり、ヘッドが固定子に固定され、ターゲットが移動子に固定され、ヘッドとターゲット平面との距離を検出する。そして、5と6は二次元センサ(面検出可能)であり、垂直2方向の変位量を検出する。
図1に示した本実施例の6自由度移動体の位置・姿勢計測装置が図9に示した特許文献1の6自由度移動体の位置・姿勢計測装置と異なる部分は、x、y軸方向向きに設置した3つ1自由度の変位センサの代わりに2つの二次元センサ5、6を備えた部分である。その他の構成は同一である。
以下、本実施例の計測原理について説明する。
ここで、位置・姿勢を厳密かつ明確に計算するため、固定子に固定される固定座標系xyzoと移動子に固定されて移動子と一緒に変位する移動座標系XYZOとを導入する。そして、固定座標系xyzoが初期(移動子の変位が0である時)の移動座標系XYZOと重なるように移動座標系と固定座標系を設定する。 移動子が変位した後に、移動座標系の原点Oの絶対座標を(xO,yO,zO)とし、移動座標系に対して固定座標系のx軸、y軸、z軸の順で回転座標変換を行う場合の姿勢角度を(α,β,γ)とし、座標変換行列をGとすると、移動座標が(X,Y,Z)である点の絶対座標(x,y,z)を次式で表すことができる。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a 6-DOF moving body position / posture measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, reference numeral 21 denotes a mover that is driven by an actuator (not shown) to displace a position / posture of 6 degrees of freedom. 22 is a stator. Reference numerals 1, 2 and 3 denote gap sensors (optical, electrostatic, etc.), the head is fixed to the stator, the target is fixed to the movable element, and the distance between the head and the target plane is detected. Reference numerals 5 and 6 are two-dimensional sensors (surface detection is possible), which detect the amount of displacement in two vertical directions.
The six-degree-of-freedom moving body position / posture measuring apparatus of the present embodiment shown in FIG. 1 differs from the six-degree-of-freedom moving body position / posture measuring apparatus of Patent Document 1 shown in FIG. This is a part provided with two two-dimensional sensors 5 and 6 instead of three one-degree-of-freedom displacement sensors installed in the direction. Other configurations are the same.
Hereinafter, the measurement principle of the present embodiment will be described.
Here, in order to calculate the position and orientation precisely and clearly, a fixed coordinate system xyzo fixed to the stator and a moving coordinate system XYZO fixed to the mover and displaced together with the mover are introduced. Then, the moving coordinate system and the fixed coordinate system are set so that the fixed coordinate system xyzo overlaps the initial moving coordinate system XYZO (when the displacement of the moving element is 0). After the mover is displaced, the absolute coordinates of the origin O of the moving coordinate system are (x O , y O , z O ), and in the order of the fixed coordinate system x-axis, y-axis, z-axis with respect to the moving coordinate system The absolute coordinates (x, y, z) of the point where the moving coordinates are (X, Y, Z), where (α, β, γ) is the orientation angle when rotating coordinate transformation is performed and G is the coordinate transformation matrix. Can be expressed by the following equation.

Figure 2006201092
Figure 2006201092

ただし、G11=cosβcosγ,
12=cosβsinγ,
13=−sinβ,
21=sinαsinβcosγ−cosαsinγ,
22=sinαsinβsinγ+cosαcosγ,
23=sinαcosβ,
31=cosαsinβcosγ+sinαsinγ,
32=cosαsinβsinγ−sinαcosγ,
33=cosαcosβ.
上式により、移動座標系の原点位置(xO,yO,zO)および姿勢(α,β,γ)を求めれば、移動子上の任意点の位置を求めることができる。
Where G 11 = cos βcos γ,
G 12 = cos βsin γ,
G 13 = −sin β,
G 21 = sin αsin βcosγ-cosαsinγ,
G 22 = sinαsinβsinγ + cosαcosγ,
G 23 = sin α cos β,
G 31 = cosαsinβcosγ + sinαsinγ,
G 32 = cosαsinβsinγ-sinαcosγ,
G 33 = cos α cos β.
If the origin position (x O , y O , z O ) and the posture (α, β, γ) of the moving coordinate system are obtained from the above equation, the position of an arbitrary point on the moving element can be obtained.

以上の座標系に基づいて各センサの設置方法について詳細に説明する。
ギャップセンサ1、ギャップセンサ2およびギャップセンサ3のヘッド側の測定点をそれぞれH1、H2およびH3とし、ターゲット側の測定点をそれぞれT1、T2およびT3とする。この3つのギャップセンサは、すべてのターゲット平面が平面XOYに平行であり、点H1と点H2とが平面yozに対して対称であり、点H2と点H3とが平面xozに対して対称であり、そして移動子の変位がない時直線H11、H22およびH33が全てz軸に平行であるように設置される。また、二次元センサ5と二次元センサ6のターゲット側の測定点をそれぞれPとQとする。この2つの二次元センサは、直線PQが平面XOYに平行であり、そしてセンサの2つの測定方向がx軸又はy軸に平行であるように設置される。
従って、点H1、H2およびH3の絶対座標をそれぞれ(xH1,yH1,zH1)、(xH2,yH2,zH2)および(xH3,yH3,zH3)とし、点Pおよび点Qの移動座標をそれぞれ(XP,YP,ZP)および(XQ,YQ,ZQ)とすると、
H2=xH3 … (2)
H1=yH2 … (3)
および
H1=zH2=zH3, ZP=ZQ … (4)
が成り立つ。
以下、各センサからの検出情報および与えられた各センサの初期位置に基づいて移動子が変位した後の移動座標系の原点位置(xO,yO,zO)および姿勢(α,β,γ)を求める。
まず、3つのギャップセンサの検出情報および初期位置情報に基づいてαおよびβを求める。
ギャップセンサ1のターゲット側の測定点T1の初期z絶対座標をzT10とすると、ギャップセンサ1が測定した初期ギャップは
10=zT10−zH1 … (5)
となる。
ギャップセンサのターゲット平面が常に平面XOYに平行であるので、変位後ギャップセンサのターゲット平面の法線ベクトルは
Based on the above coordinate system, the installation method of each sensor is demonstrated in detail.
The measurement points on the head side of the gap sensor 1, the gap sensor 2 and the gap sensor 3 are H 1 , H 2 and H 3 , respectively, and the measurement points on the target side are T 1 , T 2 and T 3 , respectively. In these three gap sensors, all target planes are parallel to the plane XOY, the points H 1 and H 2 are symmetric with respect to the plane yoz, and the points H 2 and H 3 are with respect to the plane xoz. And straight lines H 1 T 1 , H 2 T 2 and H 3 T 3 are all set parallel to the z-axis when there is no displacement of the slider. The measurement points on the target side of the two-dimensional sensor 5 and the two-dimensional sensor 6 are P and Q, respectively. The two two-dimensional sensors are installed such that the straight line PQ is parallel to the plane XOY and the two measurement directions of the sensor are parallel to the x-axis or y-axis.
Therefore, the absolute coordinates of the points H 1 , H 2 and H 3 are (x H1 , y H1 , z H1 ), (x H2 , y H2 , z H2 ) and (x H3 , y H3 , z H3 ), respectively. If the movement coordinates of point P and point Q are (X P , Y P , Z P ) and (X Q , Y Q , Z Q ), respectively,
x H2 = x H3 (2)
y H1 = y H2 (3)
And z H1 = z H2 = z H3 , Z P = Z Q (4)
Holds.
Hereinafter, the origin position (x O , y O , z O ) and posture (α, β,) of the moving coordinate system after the mover is displaced based on the detection information from each sensor and the given initial position of each sensor. γ) is obtained.
First, α and β are obtained based on detection information and initial position information of the three gap sensors.
When the initial z absolute coordinate of the measurement point T 1 on the target side of the gap sensor 1 is z T10 , the initial gap measured by the gap sensor 1 is d 10 = z T10 −z H1 (5)
It becomes.
Since the target plane of the gap sensor is always parallel to the plane XOY, the normal vector of the target plane of the gap sensor after displacement is

Figure 2006201092
Figure 2006201092

となる。また、ギャップセンサ1のターゲット平面とZ軸との交点C1の移動座標が(0,0,zT10)であるので、変位した後の絶対座標は It becomes. Further, since the moving coordinates of the intersection C1 between the target plane of the gap sensor 1 and the Z axis are (0, 0, z T10 ), the absolute coordinates after the displacement are

Figure 2006201092
Figure 2006201092

となる。よって、移動子が変位した後にギャップセンサ1のターゲット平面の方程式は
x−xO−G13T10)G13+(y−yO−G23T10)G23
+(z−zO−G33T10)G33=0 … (8)
となる。
また、G13 2+G23 2+G33 2=1を考慮して上式を整理すると、
G13+yG23+zG33=dO+zT10 … (9)
となる。ただし、
O=xO13+yO23+zO33 … (10)
である。
従って、点(xH1,yH1,zH1)とギャップセンサ1のターゲット平面との距離、すなわち、移動子が変位した後にギャップセンサ1が測定したギャップは
1=dO+zT10−xH113−yH123−zH133 … (11)
となる。
式(5)および式(11)によると、移動子が変位する前後第1ギャップセンサが検出した第1ギャップの変化量は
Δd1≡d1−d10=dO−xH113−yH123−zH133−zH1 … (12)
を満たす。
そして、同じ理由で移動子が変位する前後第2と第3ギャップセンサがそれぞれ検出した第2と第3ギャップの変化量Δd2とΔd3
Δd2=dO−xH213−yH223−zH233−zH2 … (13)
および
Δd3=dO−xH313−yH323−zH333−zH3 … (14)
を満たす。
式(2)〜式(4)および式(12)〜式(14)によると、
Δd1−Δd2=(xH2−xH1)G13 …(15)
および
Δd2−Δd3=(yH3−yH2)G23 … (16)
となる。
13=−sinβおよびG23=sinαcosβを上の2式に代入すると、αおよびβは次のように与えられる。
β=arcsin{(Δd1−Δd2)/(xH1−xH2)} … (17)
α=arcsin{(Δd2−Δd3)/(yH3−yH2)/cosβ} … (18)
1、H2、H3は固定点なので、xH1、xH2、yH2およびyH3を予め測定しておけば上の2式からαおよびβを求めることができる。
次に、求めたα、βの値、2つの二次元センサの検出情報および初期位置情報に基づいてγ、xOおよびyOを求める。
点Pおよび点Qの絶対座標をそれぞれ(xP,yP,zP)および(xQ,yQ,zQ)とし、式(1)によると、
It becomes. Therefore, the equation of the target plane of the gap sensor 1 after the movable element is displaced x-x O -G 13 z T10 ) G 13 + (y-y O -G 23 z T10) G 23
+ (Z−z O −G 33 z T10 ) G 33 = 0 (8)
It becomes.
In addition, when the above equation is arranged in consideration of G 13 2 + G 23 2 + G 33 2 = 1,
x G13 + y G23 + z G33 = d O + z T10 ... (9)
It becomes. However,
d O = x O G 13 + y O G 23 + z O G 33 (10)
It is.
Therefore, the distance between the point (x H1 , y H1 , z H1 ) and the target plane of the gap sensor 1, that is, the gap measured by the gap sensor 1 after the mover is displaced is d 1 = d O + z T10 −x H1 G 13 -y H1 G 23 -z H1 G 33 ... (11)
It becomes.
According to the equations (5) and (11), the amount of change of the first gap detected by the first gap sensor before and after the mover is displaced is Δd 1 ≡d 1 −d 10 = d O −x H1 G 13 −y H1 G 23 -z H1 G 33 -z H1 ... (12)
Meet.
For the same reason, the change amounts Δd 2 and Δd 3 of the second and third gaps detected by the second and third gap sensors before and after the displacement of the moving element are respectively: Δd 2 = d O −x H2 G 13 −y H2 G 23 -z H2 G 33 -z H2 ... (13)
And Δd 3 = d O -x H3 G 13 -y H3 G 23 -z H3 G 33 -z H3 ... (14)
Meet.
According to Formula (2) to Formula (4) and Formula (12) to Formula (14),
Δd 1 −Δd 2 = (x H2 −x H1 ) G 13 (15)
And Δd 2 −Δd 3 = (y H3 −y H2 ) G 23 (16)
It becomes.
Substituting G 13 = −sin β and G 23 = sin αcos β into the above two equations gives α and β as follows.
β = arcsin {(Δd 1 −Δd 2 ) / (x H1 −x H2 )} (17)
α = arcsin {(Δd 2 −Δd 3 ) / (y H3 −y H2 ) / cos β} (18)
Since H 1 , H 2 , and H 3 are fixed points, α and β can be obtained from the above two equations by measuring x H1 , x H2 , y H2, and y H3 in advance.
Next, γ, x O and y O are obtained based on the obtained α and β values, detection information of the two two-dimensional sensors, and initial position information.
The absolute coordinates of point P and point Q are (x P , y P , z P ) and (x Q , y Q , z Q ), respectively, and according to equation (1),

Figure 2006201092
Figure 2006201092

および and

Figure 2006201092
Figure 2006201092

となる。
P=ZQを考慮して式(19)から式(20)を引くと、
It becomes.
Subtracting equation (20) from equation (19) taking Z P = Z Q into account,

Figure 2006201092
Figure 2006201092

となる。
また、xPQ=xP−xQ,XPQ=XP−XQ,yPQ=yP−yQ
および、YPQ=YP−YQとし、
11=cosβcosγ,
12=cosβsinγ,
21=sinαsinβcosγ−cosαsinγ、
および
22=sinαsinβsinγ+cosαcosγ
を上の2式に代入し、整理すると、
It becomes.
Further, x PQ = x P −x Q , X PQ = X P −X Q , y PQ = y P −y Q
And Y PQ = Y P −Y Q
G 11 = cos βcos γ,
G 12 = cos βsin γ,
G 21 = sin αsin βcosγ-cosαsinγ,
And G 22 = sinαsinβsinγ + cosαcosγ
Substituting into the above two formulas and rearranging,

Figure 2006201092
Figure 2006201092

となる。この方程式を解くと、 It becomes. Solving this equation gives

Figure 2006201092
Figure 2006201092

となる。従って、γは次式のように与えられる。 It becomes. Therefore, γ is given by the following equation.

Figure 2006201092
Figure 2006201092

上式中、xPQはxPとxQとの差、yPQはyPとyQとの差である。
また、(xP,yP)と(xQ,yQ)はそれぞれ点Pと点Qの変位後の絶対座標であり、直接センサから得られない。
しかし、(XP,YP)と(XQ,YQ)は既知であり、二次元センサ5が測定した点Pの変位量を(SPx,SPy)とし、二次元センサ6が測定した点Qの変位量を(SQx,SQy)とすると、点Pと点Qの変位後の絶対座標は次のように与えられる。
(xP,yP)=(XP,YP)+(SPx,SPy) … (25)
(xQ,yQ)=(XQ,YQ)+(SQx,SQy) … (26)
以上のようにα、β、γの値が決められると、式(1)より、回転座標変換行列Gの全ての要素Gij(i=1,2,3、j=1,2,3)は決められる。点Pの移動座標(XP,YP,ZP)および変位後の点Pのxy絶対座標(xP,yP)を式(1)に代入し変形すると、変位後移動座標の原点のxy絶対座標は次のように与えられる。
O=xP−(G11P+G12P+G13P) …(27)
O=yP−(G21P+G22P+G23P) …(28)
また、同じ理由で変位前後の点Qの情報を用いて変位後移動座標の原点のxy絶対座標を次のように与えられる。
O=xQ−(G11Q+G12Q+G13Q) …(29)
O=yQ−(G21Q+G22Q+G23Q) …(30)
式(27)、(28)又は式(29)、(30)を用いて得た2通りデータの平均値を変位後移動座標の原点のxy絶対座標とすることで計測精度を上げることができる。また、この2通りのデータを用いて検出エラーの判断を行うことも可能である。
In the above equation, x PQ is the difference between x P and x Q, and y PQ is the difference between y P and y Q.
Further, (x P , y P ) and (x Q , y Q ) are absolute coordinates after displacement of the points P and Q, respectively, and cannot be obtained directly from the sensor.
However, (X P , Y P ) and (X Q , Y Q ) are known, and the displacement of the point P measured by the two-dimensional sensor 5 is (S Px , S Py ), and the two-dimensional sensor 6 measures it. If the displacement amount of the point Q is (S Qx , S Qy ), the absolute coordinates after the displacement of the point P and the point Q are given as follows.
(X P , y P ) = (X P , Y P ) + (S Px , S Py ) (25)
(X Q , y Q ) = (X Q , Y Q ) + (S Qx , S Qy ) (26)
When the values of α, β, and γ are determined as described above, all elements G ij (i = 1, 2, 3, j = 1, 2, 3) of the rotational coordinate transformation matrix G are obtained from the equation (1). Is decided. By substituting the moving coordinates (X P , Y P , Z P ) of the point P and the xy absolute coordinates (x P , y P ) of the displaced point P into the equation (1), the origin of the displaced moving coordinates The xy absolute coordinates are given as follows:
x O = x P - (G 11 X P + G 12 Y P + G 13 Z P) ... (27)
y O = y P - (G 21 X P + G 22 Y P + G 23 Z P) ... (28)
For the same reason, the xy absolute coordinates of the origin of the movement coordinates after displacement are given as follows using the information of the point Q before and after displacement.
x O = x Q - (G 11 X Q + G 12 Y Q + G 13 Z Q) ... (29)
y O = y Q - (G 21 X Q + G 22 Y Q + G 23 Z Q) ... (30)
Measurement accuracy can be improved by using the average value of the two types of data obtained by using Expressions (27), (28) or Expressions (29), (30) as the xy absolute coordinates of the origin of the movement coordinates after displacement. . It is also possible to determine a detection error using these two types of data.

最後に、zOを求める。
式(10)と式(11)によると、
1=zT10+(xO−xH1)G13+(yO−yH1)G23+(zO−zH1)G33 …(31)
となる。
上式により、zOは次式のように与えられる。
O=zH1+{d1−zT10−(xO−xH1)G13−(yO−yH1)G23}/G33 …(32)
以上では、ギャップセンサ1の情報を用いてzOを計算しているが、同じ理由でギャップセンサ2或いはギャップセンサ3の情報を用いて次のようにzOを計算することができる。
O=zH2+{d2−zT20−(xO−xH2)G13−(yO−yH2)G23}/G33 …(33)
或いは
O=zH3+{d3−zT30−(xO−xH3)G13−(yO−yH3)G23}/G33 …(34)
式(32)又は式(33)又は式(34)を用いて得た3通りデータの平均値を変位後移動座標の原点のz絶対座標とすることで計測精度を上げることができる。また、この3通りのデータを用いて検出エラーの判断を行うことも可能である。
Finally, find z O.
According to equations (10) and (11),
d 1 = z T10 + (x O -x H1) G 13 + (y O -y H1) G 23 + (z O -z H1) G 33 ... (31)
It becomes.
From the above equation, z O is given by the following equation.
z O = z H1 + {d 1 -z T10 - (x O -x H1) G 13 - (y O -y H1) G 23} / G 33 ... (32)
In the above, although to calculate the z O using information gap sensor 1, it is possible to calculate the z O as follows by using the information of the gap sensor 2 or the gap sensor 3 for the same reason.
z O = z H2 + {d 2 -z T20 - (x O -x H2) G 13 - (y O -y H2) G 23} / G 33 ... (33)
Alternatively z O = z H3 + {d 3 -z T30 - (x O -x H3) G 13 - (y O -y H3) G 23} / G 33 ... (34)
The measurement accuracy can be improved by using the average value of the three kinds of data obtained by using the equation (32), the equation (33), or the equation (34) as the z absolute coordinate of the origin of the displacement coordinate after the displacement. It is also possible to determine a detection error using these three types of data.

このように、3つのギャップセンサは、すべてのヘッドが固定子に固定されて平面yoz又は平面xozに対して対称であり、すべてのターゲット平面が移動子に固定されてxoy平面に平行であるように設置され、また、2つの二次元センサは、すべてのヘッドが前記固定子に固定され、すべてのターゲットが前記移動子に固定され、すべてのターゲット側における初期測定点のZ移動座標が同じであるように設置されると、各センサの設置位置の情報および各センサが検出した信号に基づいて移動子に固定されている移動座標系の原点位置および姿勢を高精度に求めることができる。
また、移動子上の任意点の移動座標と移動子が変位した後の移動座標系の原点位置および姿勢を用いて正確に移動子が変位した後この点の位置を計算することができる。
これによって、特許文献1の場合のような移動子の変位量の制御が近似計算により装置稼働前の採取データと比較する方式に対して、より正確な演算による制御が可能となり、例えば、最近の大型化・長尺化する液晶デバイス、半導体デバイスの基板の製造等において回転運動量が大きくなっても、高精度な位置制御により対応することで、製品の劣化を防止し歩留まりを改善できる。
Thus, the three gap sensors are such that all heads are fixed to the stator and symmetrical with respect to the plane yoz or the plane xoz, and all target planes are fixed to the movable element and parallel to the xy plane. The two two-dimensional sensors have all the heads fixed to the stator, all the targets fixed to the moving element, and the Z movement coordinates of the initial measurement points on all the target sides are the same. When installed in a certain manner, the origin position and orientation of the moving coordinate system fixed to the moving element can be obtained with high accuracy based on the information on the installation position of each sensor and the signal detected by each sensor.
Further, the position of this point can be calculated after the mover is accurately displaced using the moving coordinates of an arbitrary point on the mover and the origin position and orientation of the moving coordinate system after the mover is displaced.
As a result, the control of the displacement amount of the moving element as in the case of Patent Document 1 can be controlled by a more accurate calculation with respect to the method of comparing with the collected data before the operation of the apparatus by the approximate calculation. Even when the rotational momentum increases in the manufacture of large-sized and long-sized liquid crystal devices and semiconductor device substrates, etc., it is possible to prevent product deterioration and improve yield by responding with high-accuracy position control.

次に本発明の実施例2について図を参照して説明する。
図2は、本発明の実施例2における6自由度移動体の位置・姿勢計測装置の構成を示す図である。
図2に示した本実施例の6自由度移動体の位置・姿勢計測装置が図1に示した実施例1の6自由度移動体の位置・姿勢計測装置と異なる部分は、2つ二次元センサの代わりに3つ変位センサを備えた部分である。その他の構成は同一である。
図2において、7、8および9は変位センサ(光学式、静電式、磁気式等)であり、移動子に固定されているターゲット測定点における1方向の変位量を検出する。また、変位センサ7と変位センサ8との測定方向はy方向で、変位センサ9の測定方向はx方向であり、変位センサ7のターゲット測定点Dと変位センサ8のターゲット測定点Eとを通る直線がx軸に平行であるようにこの3つセンサを設置する。変位センサ7、変位センサ8および変位センサ9のターゲット測定点の移動座標をそれぞれD(XD,YD,ZD)、E(XE,YE,ZE)およびF(XF,YF,ZF)とすると、
D=YE, ZD=ZE … (35)
が成り立つ。
以下、各センサからの情報および各センサの初期位置に基づいて移動子が変位した後の移動座標系の原点位置(xO,yO,zO)および姿勢(α,β,γ)を求める。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a 6-DOF moving body position / posture measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention.
The six-degree-of-freedom moving body position / posture measuring apparatus of the present embodiment shown in FIG. 2 differs from the six-degree-of-freedom moving body position / posture measuring apparatus of the first embodiment shown in FIG. It is a part provided with three displacement sensors instead of the sensor. Other configurations are the same.
In FIG. 2, reference numerals 7, 8 and 9 denote displacement sensors (optical, electrostatic, magnetic, etc.), which detect the amount of displacement in one direction at a target measurement point fixed to the moving element. Further, the measurement direction of the displacement sensor 7 and the displacement sensor 8 is the y direction, the measurement direction of the displacement sensor 9 is the x direction, and passes through the target measurement point D of the displacement sensor 7 and the target measurement point E of the displacement sensor 8. These three sensors are installed so that the straight line is parallel to the x-axis. The movement coordinates of the target measurement points of the displacement sensor 7, the displacement sensor 8, and the displacement sensor 9 are respectively expressed as D (X D , Y D , Z D ), E (X E , Y E , Z E ), and F (X F , Y F , Z F )
Y D = Y E , Z D = Z E (35)
Holds.
Hereinafter, based on the information from each sensor and the initial position of each sensor, the origin position (x O , y O , z O ) and posture (α, β, γ) of the moving coordinate system after the mover is displaced are obtained. .

まず、実施例1と同じように3つのギャップセンサ1、2、3の検出情報および初期位置情報に基づいてαおよびβを求める。
次に、求めたα、βの値、3つの変位センサ7、8、9の検出情報および初期位置情報に基づいてγ、xOおよびyOを求める。
変位センサ7および変位センサ8が検出した変位量をそれぞれSDおよびSEとすると、移動子が変位した後点Dおよび点Eのy絶対座標はそれぞれ
D=YD+SD, yE=YE+SE …(36)
で求められる。また、式(1)によると、
D=yO+(G21D+G22D+G23D) …(37)
および
E=yO+(G21E+G22E+G23E) …(38)
が成り立つ。式(35)を考慮して式(37)から式(38)を引くと、
D−yE=G21(XD−XE) …(39)
となる。G21=sinαsinβcosγ−cosαsinγを上式に代入してγを求めると、
γ=A−arcsin{k(yD−yE)/(XD−XE)} … (40)
となる。
ただし、A=arcsin(ksinαsinβ),
k=1/√(sin2αsin2β+cos2α).
また、変位センサ9が検出した変位量をSFとすると、移動子が変位した後点Fのx絶対座標は
F=XF+SF …(41)
で求められる。
式(1)により、xOは次式のように与えられる。
O=xF−(G11F+G12F+G13F) …(42)
また、式(37)により、yOは次式のように与えられる。
O=yD−(G21D+22D+G23D) …(43)
最後に、実施例1と同じようにzOを計算する。
このように、3つギャップセンサと3つ変位センサを用いることで、正確に移動子の変位した後の位置・姿勢を計測することができる。
本実施例は実施例1と較べ、センサが1つ増えるので設置場所を大きく取る必要になるが、変位センサが二次元センサより廉価であるためコストを下げることができる。
First, as in the first embodiment, α and β are obtained based on the detection information and initial position information of the three gap sensors 1, 2, and 3.
Next, the obtained alpha, the value of beta, based on the detected information and the initial position information of the three displacement sensors 7, 8, 9 gamma, seek x O and y O.
Assuming that the displacement amounts detected by the displacement sensor 7 and the displacement sensor 8 are SD and SE, respectively, the y absolute coordinates of the point D and the point E after the displacement of the moving element are y D = Y D + SD and y E = Y E, respectively. + S E (36)
Is required. Also, according to equation (1):
y D = y O + (G 21 X D + G 22 Y D + G 23 Z D) ... (37)
And y E = y O + (G 21 X E + G 22 Y E + G 23 Z E) ... (38)
Holds. Subtracting equation (38) from equation (37) considering equation (35)
y D -y E = G 21 ( X D -X E) ... (39)
It becomes. G 21 = sin αsin βcos γ−cos αsin γ is substituted into the above equation to obtain γ,
γ = A−arcsin {k (y D −y E ) / (X D −X E )} (40)
It becomes.
Where A = arcsin (ksinαsinβ),
k = 1 / √ (sin2αsin2β + cos2α).
When the displacement amount detected by the displacement sensor 9 is SF, the x absolute coordinate of the point F after the displacement of the moving element is x F = X F + S F (41)
Is required.
According to the equation (1), x O is given by the following equation.
x O = x F - (G 11 X F + G 12 Y F + G 13 Z F) ... (42)
Further, according to the equation (37), y O is given by the following equation.
y O = y D - (G 21 X D + G 22 Y D + G 23 Z D) ... (43)
Finally, z O is calculated in the same manner as in the first embodiment.
Thus, by using the three gap sensors and the three displacement sensors, it is possible to accurately measure the position / posture after the moving element is displaced.
Compared with the first embodiment, this embodiment requires one more installation place because one sensor is added. However, since the displacement sensor is less expensive than the two-dimensional sensor, the cost can be reduced.

次に、本発明の実施例3について図を参照して説明する。
図3は、本発明の実施例3における6自由度移動体の位置・姿勢計測装置の構成を示す図である。
図3に示した本実施例の6自由度移動体の位置・姿勢計測装置が図2に示した実施例2の6自由度移動体の位置・姿勢計測装置と異なる部分は、3つ変位センサの設置方法が違う部分である。その他の構成は同一である。
図3において、変位センサ7の測定方向はy方向で、変位センサ8と変位センサ9との測定方向はx方向であり、変位センサ8のターゲット測定点Eと変位センサ9のターゲット測定点Fとを通る直線がy軸に平行であるように3つの一次元センサを設置する。
変位センサ7、変位センサ8および変位センサ9のターゲット測定点の移動座標をそれぞれD(XD,YD,ZD)、E(XE,YE,ZE)およびF(XF,YF,ZF)とすると、
E=XF, ZE=ZF … (44)
が成り立つ。
以下、各センサからの情報および各センサの初期位置に基づいて移動子が変位した後の移動座標系の原点位置(xO,yO,zO)および姿勢(α,β,γ)を求める。
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a 6-DOF moving body position / posture measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention.
The position / posture measuring apparatus of the six-degree-of-freedom moving body of the present embodiment shown in FIG. 3 is different from the position / posture measuring apparatus of the six-degree-of-freedom moving body of the second embodiment shown in FIG. The installation method is different. Other configurations are the same.
In FIG. 3, the measurement direction of the displacement sensor 7 is the y direction, the measurement direction of the displacement sensor 8 and the displacement sensor 9 is the x direction, and the target measurement point E of the displacement sensor 8 and the target measurement point F of the displacement sensor 9 are Three one-dimensional sensors are installed so that the straight line passing through is parallel to the y-axis.
The movement coordinates of the target measurement points of the displacement sensor 7, the displacement sensor 8, and the displacement sensor 9 are respectively expressed as D (X D , Y D , Z D ), E (X E , Y E , Z E ), and F (X F , Y F , Z F )
X E = X F , Z E = Z F (44)
Holds.
Hereinafter, based on the information from each sensor and the initial position of each sensor, the origin position (x O , y O , z O ) and posture (α, β, γ) of the moving coordinate system after the mover is displaced are obtained. .

まず、実施例1と同じように3つのギャップセンサ1、2、3の検出情報および初期位置情報に基づいてαおよびβを求める。
次に、求めたα、βの値、3つの変位センサ7、8、9の検出情報および初期位置情報に基づいてγ、xOおよびyOを求める。
変位センサ8および変位センサ9が検出した変位量をそれぞれSEおよびSFとすると、変位後の点Eおよび点Fのx絶対座標はそれぞれ
E=XE+SE, xF=XF+SF …(45)
で求められる。
式(1)によると、
E=xO+(G11E+G12E+G13E) …(46)
および
F=xO+(G11F+G12F+G13F) …(47)
となる。
式(44)を考慮して式(46)から式(47)を引くと、
E−xF=G12(YE−YF) … (48)
となる。
12=cosβsinγを上式に代入し、γを次式のように与えられる。
γ=arcsin{(xE−xF)/(YE−YF)/cosβ}…(49)
式(46)により、xOを次式のように求めることができる。
O=xE−(G11E+G12E+G13E) …(50)
また、変位センサ7が検出した変位量をSDとすると、移動子が変位した後点Dのy絶対座標は
D=YD+SD …(51)
で求められる。
式(1)により、yOを次式のように求めることができる。
O=yD−(G11D+G12D+G13D) …(52)
最後に、実施例1と同じようにzOを計算する。
First, as in the first embodiment, α and β are obtained based on the detection information and initial position information of the three gap sensors 1, 2, and 3.
Next, the obtained alpha, the value of beta, based on the detected information and the initial position information of the three displacement sensors 7, 8, 9 gamma, seek x O and y O.
Assuming that the displacement amounts detected by the displacement sensor 8 and the displacement sensor 9 are S E and S F , respectively, the x absolute coordinates of the point E and the point F after the displacement are x E = X E + S E and x F = X F + S, respectively. F (45)
Is required.
According to equation (1):
x E = x O + (G 11 X E + G 12 Y E + G 13 Z E) ... (46)
And x F = x O + (G 11 X F + G 12 Y F + G 13 Z F) ... (47)
It becomes.
Subtracting equation (47) from equation (46) considering equation (44)
x E -x F = G 12 ( Y E -Y F) ... (48)
It becomes.
Substituting G 12 = cos βsin γ into the above equation, γ is given by the following equation.
γ = arcsin {(x E −x F ) / (Y E −Y F ) / cos β} (49)
From the equation (46), x O can be obtained as the following equation.
x O = x E - (G 11 X E + G 12 Y E + G 13 Z E) ... (50)
When the displacement detected by the displacement sensor 7 is SD, the y absolute coordinate of the point D after the displacement of the moving element is y D = Y D + S D (51)
Is required.
From the equation (1), y O can be obtained as the following equation.
y O = y D - (G 11 X D + G 12 Y D + G 13 Z D) ... (52)
Finally, z O is calculated in the same manner as in the first embodiment.

このように、3つギャップセンサと3つ変位センサを用いることで、簡単かつ正確に移動子変位後位置・姿勢を計測することができる。本実施例は実施例2と較べ、センサの数と種類が全く同じであるが、x方向の移動範囲が大きい場合に実施例2の方が計測に使われるスペースが小さく、y方向の移動範囲が大きい場合に本実施例の方が計測に使われるスペースが小さい。   Thus, by using the three gap sensors and the three displacement sensors, it is possible to easily and accurately measure the post-mover position / posture. Compared with the second embodiment, the present embodiment has the same number and types of sensors, but when the movement range in the x direction is larger, the second embodiment uses less space for measurement, and the movement range in the y direction. In the case of a large value, the space used for measurement is smaller in this embodiment.

次に、本発明の実施例3について図を参照して説明する。
本実施例は、実施例1において、ギャップセンサの設置方法を変えたものである。
図4は、本発明の実施例4における6自由度移動体の位置・姿勢計測装置の構成を示す図である。
図4において、移動座標系と固定座標系との設置方法は実施例1と同じになっている。3つのギャップセンサ1、2、3は、すべてのヘッドが移動子に固定され、すべてのターゲットが固定子に固定されるようになっている。
また、ターゲット平面が全て平面xoyに平行であり、点H1と点H2とが平面YOZに対して対称であり、点H2と点H3とが平面XOZに対して対称である。なお、ベクトルH11、H22およびH33が全てz軸の負方向と一致する。従って、点H1、H2およびH3の移動座標をそれぞれ(XH1,YH1,ZH1)、(XH2,YH2,ZH2)および(XH3,YH3,ZH3)とすると、
H2=XH3 …(53)
H1=YH2 …(54)
および
H1=ZH2=ZH3 …(55)
が成り立つ。
固定座標系のz軸、y軸、x軸の順で回転座標変換行い、対応する移動子の回転角度を(γ,β,α)とし、座標変換行列をGとし、また、移動子が変位した後の移動座標系の原点位置(xO,yO,zO)とすると、移動座標が(X,Y,Z)である点の絶対座標(x,y,z)を次式で表すことができる。
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to the drawings.
In this embodiment, the gap sensor installation method is changed in the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a 6-DOF moving body position / posture measuring apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
In FIG. 4, the installation method of the moving coordinate system and the fixed coordinate system is the same as that of the first embodiment. The three gap sensors 1, 2, and 3 are configured such that all the heads are fixed to the moving element and all the targets are fixed to the fixing element.
The target planes are all parallel to the plane xoy, the points H 1 and H 2 are symmetric with respect to the plane YOZ, and the points H 2 and H 3 are symmetric with respect to the plane XOZ. The vectors H 1 T 1 , H 2 T 2 and H 3 T 3 all coincide with the negative direction of the z axis. Therefore, if the movement coordinates of the points H 1 , H 2 and H 3 are (X H1 , Y H1 , Z H1 ), (X H2 , Y H2 , Z H2 ) and (X H3 , Y H3 , Z H3 ), respectively. ,
X H2 = X H3 (53)
Y H1 = Y H2 (54)
And Z H1 = Z H2 = Z H3 (55)
Holds.
Rotation coordinate conversion is performed in the order of the z-axis, y-axis, and x-axis in the fixed coordinate system, the rotation angle of the corresponding mover is (γ, β, α), the coordinate conversion matrix is G, and the mover is displaced Assuming that the origin position (x O , y O , z O ) of the moving coordinate system is after the absolute coordinates (x, y, z) of the point whose moving coordinates are (X, Y, Z) are be able to.

Figure 2006201092
Figure 2006201092

ただし、H11=cosβcosγ,
12=sinαsinβcosγ−cosαsinγ,
13=cosαsinβcosγ+sinαsinγ,
21=cosβsinγ,
22=sinαsinβsinγ+cosαcosγ,
23=cosαsinβsinγ−sinαcosγ,
31=−sinβ,
32=sinαcosβ,
33=cosαcosβ.
以下、各センサからの検出情報および各センサの初期位置に基づいて移動子が変位した後の移動座標系の原点位置(xO,yO,zO)および姿勢(α,β,γ)を求める。
まず、3つのギャップセンサの検出情報および初期位置情報に基づいてαおよびβを求める。
ギャップセンサ1、ギャップセンサ2およびギャップセンサ3のターゲット平面の方程式をそれぞれ
z=zT1, z=zT2, z=zT3 …(57)
とし、ギャップセンサ1、ギャップセンサ2およびギャップセンサ3が検出したギャップ信号をそれぞれd1、d2およびd3とすると、変位後点H1、H2およびH3のz絶対座標はそれぞれ
H1=zT1+d1, zH2=zT2+d2, zH3=zT3+d3 …(58)
となる。
一方、式(56)により、
H1=zO+XH131+YH132+ZH133 …(59)
H2=zO+XH231+YH232+ZH233 …(60)
および
H3=zO+XH331+YH332+ZH333 …(61)
が成り立つ。
式(53)〜式(55)を考慮して式(59)から式(60)を引き、式(60)から式(61)を引くと、
H1−zH2=(XH1−XH2)H31 …(62)
および
H2−zH3=(YH2−YH3)H32 …(63)
となる。
H31=−sinβおよびH32=sinαcosβを上の2式に代入すると、αおよびβは次のように与えられる。
β=arcsin{(zH2−zH1)/(XH1−XH2)} …(64)
α=arcsin{(zH2−zH3)/(YH2−YH3)/cosβ}…(65)
また、ギャップセンサ1、ギャップセンサ2およびギャップセンサ3のターゲット平面がすべて同じ平面にあるようになっていれば、
T1=zT2=zT3
が成り立つので、式(58)により、
β=arcsin{(d2−d1)/(XH1−XH2)} …(66)
α=arcsin{(d2−d3)/(YH2−YH3)/cosβ}…(67)
となる。
Where H 11 = cos βcos γ,
H 12 = sin αsin βcosγ-cosαsinγ,
H 13 = cosαsinβcosγ + sinαsinγ,
H 21 = cos βsin γ,
H 22 = sinαsinβsinγ + cosαcosγ,
H 23 = cosαsinβsinγ-sinαcosγ,
H 31 = −sin β,
H 32 = sin α cos β,
H 33 = cos α cos β.
Hereinafter, the origin position (x O , y O , z O ) and posture (α, β, γ) of the moving coordinate system after the moving element is displaced based on the detection information from each sensor and the initial position of each sensor will be described. Ask.
First, α and β are obtained based on detection information and initial position information of the three gap sensors.
Equations of target planes of the gap sensor 1, the gap sensor 2, and the gap sensor 3 are respectively z = z T1 , z = z T2 , z = z T3 (57)
Assuming that the gap signals detected by the gap sensor 1, the gap sensor 2 and the gap sensor 3 are d 1 , d 2 and d 3 , respectively, the z absolute coordinates of the post-displacement points H 1 , H 2 and H 3 are respectively z H1. = Z T1 + d 1 , z H2 = z T2 + d 2 , z H3 = z T3 + d 3 (58)
It becomes.
On the other hand, according to equation (56)
z H1 = z O + X H1 H 31 + Y H1 H 32 + Z H1 H 33 (59)
z H2 = z O + X H2 H 31 + Y H2 H 32 + Z H2 H 33 ... (60)
And z H3 = z O + X H3 H 31 + Y H3 H 32 + Z H3 H 33 ... (61)
Holds.
Substituting the equation (60) from the equation (59) in consideration of the equations (53) to (55) and subtracting the equation (61) from the equation (60),
z H1 -z H2 = (X H1 -X H2) H 31 ... (62)
And z H2 −z H3 = (Y H2 −Y H3 ) H 32 (63)
It becomes.
H31 = -sinβ and Substituting H 32 = sinαcosβ the two equations above, the α and β is given as follows.
β = arcsin {(z H2 −z H1 ) / (X H1 −X H2 )} (64)
α = arcsin {(z H2 −z H3 ) / (Y H2 −Y H3 ) / cos β} (65)
If the target planes of the gap sensor 1, the gap sensor 2 and the gap sensor 3 are all in the same plane,
z T1 = z T2 = z T3
Therefore, according to the equation (58),
β = arcsin {(d 2 −d 1 ) / (X H1 −X H2 )} (66)
α = arcsin {(d 2 −d 3 ) / (Y H2 −Y H3 ) / cos β} (67)
It becomes.

T1、zT2、zT3、XH1、XH2およびXH3は一定なので予め測定しておけば、式(58)および式(64)〜(67)により、ギャップセンサ1、ギャップセンサ2およびギャップセンサ3が検出したギャップ信号d1、d2およびd3に基づいてαおよびβを求めることができる。
次に、求めたα、βの値、2つの二次元センサの検出情報および初期位置情報に基づいてγ、xOおよびyOを求める。
点Pおよび点Qの絶対座標をそれぞれ(xP,yP,zP)および(xQ,yQ,zQ)とし、式(56)によると、
Since z T1 , z T2 , z T3 , X H1 , X H2, and X H3 are constant, if measured beforehand, the gap sensor 1, the gap sensor 2, and the formulas (58) and (64) to (67) are obtained. Α and β can be obtained based on the gap signals d 1 , d 2 and d 3 detected by the gap sensor 3.
Next, γ, x O and y O are obtained based on the obtained α and β values, detection information of the two two-dimensional sensors, and initial position information.
The absolute coordinates of the points P and Q are (x P , y P , z P ) and (x Q , y Q , z Q ), respectively, and according to the equation (56),

Figure 2006201092
Figure 2006201092

および and

Figure 2006201092
Figure 2006201092

となる。
P=ZQを考慮して式(68)から式(69)を引くと、
It becomes.
Subtracting equation (69) from equation (68) taking into account Z P = Z Q ,

Figure 2006201092
Figure 2006201092

となる。
また、xPQ=xP−xQ,XPQ=XP−XQ,yPQ=yP−yQ
および、YPQ=YP−YQとし、
11=cosβcosγ,
12=sinαsinβcosγ−cosαsinγ,
21=cosβsinγ、
および、H22=sinαsinβsinγ+cosαcosγを
上の2式に代入し、整理すると、
It becomes.
Further, x PQ = x P −x Q , X PQ = X P −X Q , y PQ = y P −y Q
And Y PQ = Y P −Y Q
H 11 = cos βcos γ,
H 12 = sin αsin βcosγ-cosαsinγ,
H 21 = cosβsinγ,
Substituting H 22 = sin αsin βsin γ + cos α cos γ into the above two equations and rearranging,

Figure 2006201092
Figure 2006201092

となる。この方程式を解くと、 It becomes. Solving this equation gives

Figure 2006201092
Figure 2006201092

となる。従って、γを次式のように与えられる。 It becomes. Therefore, γ is given by the following equation.

Figure 2006201092
Figure 2006201092

上式中、xPQはxPとxQとの差、yPQはyPとyQとの差である。
また、(xP,yP)と(xQ,yQ)はそれぞれ点Pと点Qの変位後の絶対座標であり、直接センサから得られない。
しかし、(XP,YP)と(XQ,YQ)は既知であり、二次元センサ5が測定した点Pの変位量を(SPx,SPy)とし、二次元センサ6が測定した点Qの変位量を(SQx,SQy)とすると、点Pと点Qの変位後の絶対座標は次のように与えられる。
(xP,yP)=(XP,YP)+(SPx,SPy) …(74)
(xQ,yQ)=(XQ,YQ)+(SQx,SQy) …(75)
以上のようにα、β、γの値が決められると、式(56)より、回転座標変換行列Hの全ての要素Hij(i=1,2,3、j=1,2,3)は決められる。
点Pの移動座標(XP,YP,ZP)および変位後の点Pのxy絶対座標(xP,yP)を式(56)に代入し変形すると、変位後移動座標の原点のxy絶対座標は次のように与えられる。
O=xP−(H11P+H12P+H13P) …(76)
O=yP−(H21P+H22P+H23P) …(77)
最後に、式(59)により、zOを次式のように求めることができる。
O=zH1−(XH131+YH132+ZH133) …(78)
In the above equation, x PQ is the difference between x P and x Q, and y PQ is the difference between y P and y Q.
Further, (x P , y P ) and (x Q , y Q ) are absolute coordinates after displacement of the points P and Q, respectively, and cannot be obtained directly from the sensor.
However, (X P , Y P ) and (X Q , Y Q ) are known, and the displacement of the point P measured by the two-dimensional sensor 5 is (S Px , S Py ), and the two-dimensional sensor 6 measures it. If the displacement amount of the point Q is (S Qx , S Qy ), the absolute coordinates after the displacement of the point P and the point Q are given as follows.
(X P , y P ) = (X P , Y P ) + (S Px , S Py ) (74)
(X Q , y Q ) = (X Q , Y Q ) + (S Qx , S Qy ) (75)
When the values of α, β, and γ are determined as described above, all the elements H ij (i = 1, 2, 3, j = 1, 2, 3) of the rotational coordinate transformation matrix H are obtained from the equation (56). Is decided.
When the movement coordinates (X P , Y P , Z P ) of the point P and the xy absolute coordinates (x P , y P ) of the point P after displacement are substituted into the equation (56) and transformed, the origin of the movement coordinate after displacement is calculated. The xy absolute coordinates are given as follows:
x O = x P - (H 11 X P + H 12 Y P + H 13 Z P) ... (76)
y O = y P - (H 21 X P + H 22 Y P + H 23 Z P) ... (77)
Finally, z O can be obtained by the following equation using equation (59).
z O = z H1 - (X H1 H 31 + Y H1 H 32 + Z H1 H 33) ... (78)

このように、実施例1と較べ、ギャップセンサのヘッドが移動子上に固定されているため、信号検出ための配線が移動子の運動の妨げになるが、計算は簡単になる。   Thus, compared with the first embodiment, since the head of the gap sensor is fixed on the moving element, the signal detection wiring hinders the movement of the moving element, but the calculation is simplified.

次に、本発明の実施例5について図を参照して説明する。
本実施例は、実施例2において、ギャップセンサの設置方法を変えたものである。
図5は、本発明の実施例5における6自由度移動体の位置・姿勢計測装置の構成を示す図である。
図5において、移動座標系と固定座標系との設置方法およびギャップセンサの設置方法は実施例4と同じようになっている。
一方、3つの変位センサの設置方法は実施例2と同じようになっている。また、座標変換は実施例4と同じように行う。
以下、各センサからの情報および各センサの初期位置に基づいて移動子が変位した後の移動座標系の原点位置(xO,yO,zO)および姿勢(α,β,γ)を求める。
まず、実施例4と同じように3つのギャップセンサ1、2、3の検出情報および初期位置情報に基づいてαおよびβを求める。
次に、求めたα、βの値、3つの変位センサの検出情報および初期位置情報に基づいてγ、xOおよびyOを求める。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In this embodiment, the gap sensor installation method is changed in the second embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating the configuration of a 6-DOF moving body position / posture measuring apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
In FIG. 5, the installation method of the moving coordinate system and the fixed coordinate system and the installation method of the gap sensor are the same as those in the fourth embodiment.
On the other hand, the installation method of the three displacement sensors is the same as in the second embodiment. The coordinate conversion is performed in the same manner as in the fourth embodiment.
Hereinafter, based on the information from each sensor and the initial position of each sensor, the origin position (x O , y O , z O ) and posture (α, β, γ) of the moving coordinate system after the mover is displaced are obtained. .
First, as in the fourth embodiment, α and β are obtained based on the detection information and initial position information of the three gap sensors 1, 2, and 3.
Next, γ, x O and y O are obtained based on the obtained α, β values, detection information of the three displacement sensors and initial position information.

変位センサ7および変位センサ8が検出した変位量をそれぞれSDおよびSEとすると、移動子が変位した後点Dおよび点Eのy絶対座標はそれぞれ
D=YD+SD, yE=YE+SE …(79)
で求められる。また、式(56)によると、
D=yO+(H21D+H22D+H23D) …(80)
および
E=yO+(H21E+H22E+H23E) …(81)
が成り立つ。式(35)を考慮して式(80)から式(81)を引くと、
D−yE=H21(XD−XE) …(82)
となる。H21=cosβsinγを上式に代入してγを求めると、
γ=arcsin{(yD−yE)/(XD−XE)/cosβ} …(83)
となる。
また、変位センサ9が検出した変位量をSFとすると、移動子が変位した後点Fのx絶対座標は
F=XF+SF …(84)
で求められる。式(56)により、xOは次式のように与えられる。
O=xF−(H11F+H12F+H13F) … (85)
また、式(80)により、yOは次式のように与えられる。
O=yD−(H21D+H22D+H23D) …(86)
最後に、実施例4と同じようにzOを計算する。
Assuming that the displacement amounts detected by the displacement sensor 7 and the displacement sensor 8 are S D and S E , respectively, the y absolute coordinates of the point D and the point E after the displacement of the movable element are y D = Y D + SD , y E = Y E + S E (79)
Is required. Further, according to the equation (56),
y D = y O + (H 21 X D + H 22 Y D + H 23 Z D) ... (80)
And y E = y O + (H 21 X E + H 22 Y E + H 23 Z E) ... (81)
Holds. Subtracting equation (81) from equation (80) taking into account equation (35),
y D -y E = H 21 ( X D -X E) ... (82)
It becomes. Substituting H 21 = cos βsin γ into the above equation to obtain γ,
γ = arcsin {(y D −y E ) / (X D −X E ) / cos β} (83)
It becomes.
Further, if the displacement amount detected by the displacement sensor 9 is SF, the x absolute coordinate of the point F after the displacement of the movable element is x F = X F + S F (84)
Is required. According to the equation (56), x O is given by the following equation.
x O = x F - (H 11 X F + H 12 Y F + H 13 Z F) ... (85)
Further, according to the equation (80), y O is given by the following equation.
y O = y D - (H 21 X D + H 22 Y D + H 23 Z D) ... (86)
Finally, z O is calculated in the same manner as in the fourth embodiment.

このように、実施例2と較べ、ギャップセンサのヘッドが移動子上に固定されているため、信号検出ための配線が移動子の運動の妨げになるが、計算は簡単になる。また、実施例4と較べ、センサが1つ増えるので設置場所を大きく取る必要になるが、変位センサが二次元センサより廉価であるためコストを下げることができる。   Thus, as compared with the second embodiment, since the head of the gap sensor is fixed on the moving element, the signal detection wiring hinders the movement of the moving element, but the calculation is simplified. Further, compared to the fourth embodiment, since one sensor is added, it is necessary to take a large installation place. However, since the displacement sensor is less expensive than the two-dimensional sensor, the cost can be reduced.

次に、本発明の実施例6について図を参照して説明する。
実施例6は、実施例3において、ギャップセンサの設置方法を変えたものである。
図6は、本発明の実施例6における6自由度移動体の位置・姿勢計測装置の構成を示す図である。
図6において、移動座標系と固定座標系との設置方法およびギャップセンサの設置方法は実施例4と同じようになっている。
一方、3つの変位センサの設置方法は実施例3と同じようになっている。また、座標変換は実施例4と同じように行う。
以下、各センサからの情報および各センサの初期位置に基づいて移動子が変位した後の移動座標系の原点位置(xO,yO,zO)および姿勢(α,β,γ)を求める。
まず、実施例4と同じように3つのギャップセンサ1、2、3の検出情報および初期位置情報に基づいてαおよびβを求める。
次に、求めたα、βの値、3つの変位センサの検出情報および初期位置情報に基づいてγ、xOおよびyOを求める。
変位センサ8および変位センサ9が検出した変位量をそれぞれSEおよびSFとすると、変位後の点Eおよび点Fのx絶対座標はそれぞれ
E=XE+SE, xF=XF+SF …(87)
で求められる。式(56)によると、
E=xO+(H11E+H12E+H13E) … (88)
および
F=xO+(H11F+H12F+H13F) …(89)
となる。式(44)を考慮して式(88)から式(89)を引くと、
E−xF=H12(YE−YF) …(90)
となる。
12=sinαsinβcosγ−cosαsinγ
を上式に代入してγを求めると、
γ=A−arcsin{k(yE−yF)/(XE−XF)} …(91)
となる。
ただし、A=arcsin(ksinαsinβ),
k=1/√(sin2αsin2β+cos2α).
Next, Embodiment 6 of the present invention will be described with reference to the drawings.
The sixth embodiment is different from the third embodiment in that the gap sensor installation method is changed.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a position / posture measuring apparatus for a six-degree-of-freedom moving body according to a sixth embodiment of the present invention.
In FIG. 6, the installation method of the moving coordinate system and the fixed coordinate system and the installation method of the gap sensor are the same as those in the fourth embodiment.
On the other hand, the installation method of the three displacement sensors is the same as in the third embodiment. The coordinate conversion is performed in the same manner as in the fourth embodiment.
Hereinafter, based on the information from each sensor and the initial position of each sensor, the origin position (x O , y O , z O ) and posture (α, β, γ) of the moving coordinate system after the mover is displaced are obtained. .
First, as in the fourth embodiment, α and β are obtained based on the detection information and initial position information of the three gap sensors 1, 2, and 3.
Next, γ, x O and y O are obtained based on the obtained α, β values, detection information of the three displacement sensors and initial position information.
Assuming that the displacement amounts detected by the displacement sensor 8 and the displacement sensor 9 are S E and S F , respectively, the x absolute coordinates of the point E and the point F after the displacement are x E = X E + S E and x F = X F + S, respectively. F ... (87)
Is required. According to equation (56):
x E = x O + (H 11 X E + H 12 Y E + H 13 Z E) ... (88)
And x F = x O + (H 11 X F + H 12 Y F + H 13 Z F) ... (89)
It becomes. Subtracting equation (89) from equation (88) taking into account equation (44),
x E -x F = H 12 ( Y E -Y F) ... (90)
It becomes.
H 12 = sinαsinβcosγ-cosαsinγ
Substituting
γ = A−arcsin {k (y E −y F ) / (X E −X F )} (91)
It becomes.
Where A = arcsin (ksinαsinβ),
k = 1 / √ (sin2αsin2β + cos2α).

式(88)により、xOを次式のように求めることができる。
O=xE−(H11E+H12E+H13E) …(92)
また、変位センサ7が検出した変位量をSDとすると、移動子が変位した後点Dのy絶対座標は
D=YD+SD …(93)
で求められる。
式(56)により、yOを次式のように求めることができる。
O=yD−(H11D+H12D+H13D) …(94)
最後に、実施例4と同じようにzOを計算する。
From Expression (88), x O can be obtained as the following expression.
x O = x E - (H 11 X E + H 12 Y E + H 13 Z E) ... (92)
If the displacement amount detected by the displacement sensor 7 is SD, the y absolute coordinate of the point D after the displacement of the moving element is y D = Y D + S D (93)
Is required.
From the equation (56), y O can be obtained as the following equation.
y O = y D - (H 11 X D + H 12 Y D + H 13 Z D) ... (94)
Finally, z O is calculated in the same manner as in the fourth embodiment.

このように、3つのギャップセンサと3つの変位センサを用いることで、簡単かつ正確に移動子変位後位置・姿勢を計測することができる。
本実施例は実施例5と較べ、センサの数と種類が全く同じであるが、x方向の移動範囲が大きい場合に実施例5の方が計測に使われるスペースが小さく、y方向の移動範囲が大きい場合に本実施例の方が計測に使われるスペースが小さい。
As described above, by using the three gap sensors and the three displacement sensors, it is possible to easily and accurately measure the post-displacement position / posture.
Compared with the fifth embodiment, the present embodiment has exactly the same number and type of sensors, but when the moving range in the x direction is larger, the space used for the measurement in the fifth embodiment is smaller, and the moving range in the y direction. In the case of a large value, the space used for measurement is smaller in this embodiment.

次に、本発明の実施例7について図を参照して説明する。
実施例7は、実施例1又は実施例2又は実施例3又は実施例4又は実施例5又は実施例6のいずれかにおいて、1つのギャップセンサを追加した例である。
図7は、本発明の実施例7における6自由度移動体の位置・姿勢計測装置の構成を示す図である。
図7において、ギャップセンサ1、ギャップセンサ2およびギャップセンサ3は実施例1又は実施例2又は実施例3又は実施例4又は実施例5又は実施例6のいずれかと同じように設置され、ギャップセンサ4はギャップセンサ1、ギャップセンサ2およびギャップセンサ3と座標系に対して対称であるように設置されている。
実施例1又は実施例2又は実施例3又は実施例4又は実施例5又は実施例6では、3つのギャップセンサの情報に基づいてαおよびβを求めた。ここでは、4つのギャップセンサの中から任意の3つの情報に基づいて実施例1と全く同じ方法でαおよびβを求める。 これで、αおよびβに関する4通りのデータを得ることができる。また、4つのギャップセンサとすべてのアクチュエータは移動子の構造に対して対称であれば、4通りのデータを平均化することで移動子の曲げモードによる機械振動成分を打ち消すことができる。
Next, Embodiment 7 of the present invention will be described with reference to the drawings.
The seventh embodiment is an example in which one gap sensor is added to any one of the first embodiment, the second embodiment, the third embodiment, the fourth embodiment, the fifth embodiment, or the sixth embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a 6-DOF moving body position / posture measuring apparatus according to Embodiment 7 of the present invention.
In FIG. 7, the gap sensor 1, the gap sensor 2, and the gap sensor 3 are installed in the same manner as any one of the first embodiment, the second embodiment, the third embodiment, the fourth embodiment, the fifth embodiment, or the sixth embodiment. 4 is installed so as to be symmetrical to the gap sensor 1, the gap sensor 2, and the gap sensor 3 with respect to the coordinate system.
In Example 1 or Example 2 or Example 3 or Example 4 or Example 5 or Example 6, α and β were obtained based on the information of the three gap sensors. Here, α and β are obtained by exactly the same method as in the first embodiment based on arbitrary three pieces of information from the four gap sensors. Thus, four types of data regarding α and β can be obtained. If the four gap sensors and all the actuators are symmetrical with respect to the structure of the moving element, the mechanical vibration component due to the bending mode of the moving element can be canceled by averaging the four kinds of data.

このように、本実施例は実施例1又は実施例2又は実施例3又は実施例4又は実施例5又は実施例6と較べ、1つセンサが増えるが、4通りのデータを平均化することでαおよびβの計測精度をあげることができる。また、この4通りのデータを用いて検出エラーの判断を行うことも可能である。   In this way, this example increases one sensor compared to Example 1 or Example 2 or Example 3 or Example 4 or Example 5 or Example 6, but averages four types of data. Can increase the measurement accuracy of α and β. It is also possible to determine a detection error using these four types of data.

次に、本発明の実施例8について図を参照して説明する。
図8は、本発明の実施例8における6自由度移動体の位置・姿勢計測装置の構成を示す図である。
図8において、21は移動子であり、アクチュエータ(不図示)に駆動されて6自由度の位置・姿勢変位する。10は三次元センサ(第1)であり、1つの方向の変位量と2つの回転角度を検出する。また、11は三次元センサ(第2)であり、直交2つの方向の変位量と1つの回転角度を検出する。
実施例1と同じように絶対座標系と固定座標系を設定し、座標変換を行う。以下、2つの三次元センサ10、11の設置方法および6自由度移動体の位置・姿勢計測方法について詳細に説明する。
三次元センサ10は、ターゲット平面が平面XOYに平行であるようにターゲットが移動子に固定され、常にz軸に平行である1つの固定直線(ここで測定線と呼ぶ)とターゲット平面との交点Mのz方向の変位量SMz、x軸のまわりの移動子の回転角度αおよびy軸のまわりの移動子の回転角度βを検出する。
また、三次元センサ11は、ターゲットが移動子に固定され、ターゲット測定点Nのx方向変位量SNxとy方向変位量SNyおよびz軸のまわりの移動子の回転角度γを検出する。
以上のように、姿勢(α,β,γ)の情報は直接2つの三次元センサ10、11から得られた。
以下、移動子が変位した後の移動座標系の原点位置(xO,yO,zO)を求める。
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 8 is a diagram illustrating the configuration of a 6-DOF moving body position / posture measuring apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.
In FIG. 8, reference numeral 21 denotes a mover which is driven by an actuator (not shown) and is displaced by 6 degrees of freedom. Reference numeral 10 denotes a three-dimensional sensor (first), which detects a displacement amount in one direction and two rotation angles. Reference numeral 11 denotes a three-dimensional sensor (second), which detects a displacement amount and two rotation angles in two orthogonal directions.
As in the first embodiment, an absolute coordinate system and a fixed coordinate system are set, and coordinate conversion is performed. Hereinafter, the installation method of the two three-dimensional sensors 10 and 11 and the position / posture measurement method of the six-degree-of-freedom moving body will be described in detail.
The three-dimensional sensor 10 is configured such that the target is fixed to the slider so that the target plane is parallel to the plane XOY, and the intersection of one fixed straight line (referred to as a measurement line here) always parallel to the z axis and the target plane. The displacement amount S Mz of M in the z direction, the rotational angle α of the movable element around the x axis, and the rotational angle β of the movable element around the y axis are detected.
Further, the three-dimensional sensor 11 has a target fixed to the moving element, and detects an x-direction displacement amount S Nx and a y-direction displacement amount S Ny of the target measurement point N and a rotation angle γ of the moving element around the z axis.
As described above, the posture (α, β, γ) information is obtained directly from the two three-dimensional sensors 10 and 11.
Hereinafter, the origin position of the moving coordinate system after the movable element is displaced (x O, y O, z O) Request.

まず、xOとyOを求める。
点Nのx方向とy方向との変位量(SNx,SNy)および点Nのx方向とy方向との初期絶対座標(XN,YN)から、変位後点Nの絶対座標を次のように与えられる。
(xN,yN)=(XN,YN)+(SNx,SNy) …(95)
また、α、β、γの値が検出されると、式(1)より、回転座標変換行列Gの全ての要素Gij(i=1,2,3、j=1,2,3)が決定され、そして、点Nの移動座標(XN,YN,ZN)が既知なので、式(1)により、変位後移動座標の原点Oのxy絶対座標は次のように与えられる。
O=xN−(G11N+G12N+G13N) …(96)
O=yN−(G21N+G22N+G23N) …(97)
次に、zOを求める。
三次元センサ10の測定点Mの初期絶対座標を(xM0,yM0,zM0)とすると、変位前三次元センサ10のターゲット平面の方程式は
z=zM0 …(98)
となる。
また、点Mを通る三次元センサ10の測定線MLの方程式は
x=xM0, y=yM0 …(99)
となる。
また、実施例1におけるギャップセンサ1のターゲット平面の変位した後の方程式を求めることと同じように三次元センサ10のターゲット平面の変位した後の方程式は次式のように与えられる。
xG13+yG23+zG33=dO+zM0 …(100)
となる。ただし、
O=xO13+yO23+zO33 …(101)
である。従って、移動子が変位した後の点Mのz絶対座標は、
M=(dO+zM0−xM013−yM023)/G33 …(102)
となる。
よって、三次元センサ10が検出した点Mのz方向の変位量は
Mz≡zM−zM0
=(dO+zM0−xM013−yM023)/G33−zM0 …(103)
となる。
式(101)を式(103)に代入してzOを求めると、
O=SMz+zM0―{zM0+(x0−xM0)G13+(y0−yM0)G23}/G33 …(104)
となる。
First, the x O and y O.
From the displacement amount (S Nx , S Ny ) of the point N in the x direction and y direction and the initial absolute coordinate (X N , Y N ) of the point N in the x direction and y direction, the absolute coordinate of the point N after displacement is Given as follows:
(X N , y N ) = (X N , Y N ) + (S Nx , S Ny ) (95)
When the values of α, β, and γ are detected, all the elements G ij (i = 1, 2, 3, j = 1, 2, 3) of the rotational coordinate transformation matrix G are obtained from the equation (1). Since it is determined and the moving coordinates (X N , Y N , Z N ) of the point N are known, the xy absolute coordinates of the origin O of the moving coordinates after displacement are given by the following equation (1).
x O = x N - (G 11 X N + G 12 Y N + G 13 Z N) ... (96)
y O = y N - (G 21 X N + G 22 Y N + G 23 Z N) ... (97)
Next, z O is obtained.
If the initial absolute coordinates of the measurement point M of the three-dimensional sensor 10 are (x M0 , y M0 , z M0 ), the equation of the target plane of the three-dimensional sensor 10 before displacement is z = z M0 (98)
It becomes.
The equation of the measurement line ML of the three-dimensional sensor 10 passing through the point M is x = x M0 , y = y M0 (99)
It becomes.
Further, the equation after the displacement of the target plane of the three-dimensional sensor 10 is given by the following equation in the same manner as the equation after the displacement of the target plane of the gap sensor 1 in the first embodiment is obtained.
xG 13 + yG 23 + zG 33 = d O + z M0 ... (100)
It becomes. However,
d O = x O G 13 + y O G 23 + z O G 33 (101)
It is. Therefore, the z absolute coordinate of the point M after the displacement of the slider is
z M = (d O + z M0 -x M0 G 13 -y M0 G 23) / G 33 ... (102)
It becomes.
Therefore, the displacement amount in the z direction of the point M detected by the three-dimensional sensor 10 is S Mz ≡z M −z M0
= (D O + z M0 -x M0 G 13 -y M0 G 23) / G 33 -z M0 ... (103)
It becomes.
When determining the z O by substituting equation (101) into equation (103),
z O = S Mz + z M0 - {z M0 + (x 0 -x M0) G 13 + (y 0 -y M0) G 23} / G 33 ... (104)
It becomes.

このように、2つ三次元センサの検出情報および初期位置情報に基づいて正確に移動子が変位した後の位置・姿勢を計測することができる。   As described above, the position / posture after the moving element is accurately displaced can be measured based on the detection information and the initial position information of the two three-dimensional sensors.

次に、本発明の実施例9について図を参照して説明する。
実施例9は、実施例8と同様の図8の構成において、座標変換に式(1)でなく式(56)を用いた場合の実施例である。姿勢(α,β,γ)および移動子が変位した後の移動座標系の原点位置(xO,yO)は実施例8と同様にして求める。このときのzOは以下のようにして求める。
移動子が変位した後の三次元センサ10の測定点Mの絶対座標を(xM,yM,zM)、測定点Mの移動座標を(XM,YM,ZM)とする。
M=xM0,yM=yM0であるから、式(56)より以下の式が成り立つ。
ただし、ZMは既知である。
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
Example 9 is an example in the case where Expression (56) is used instead of Expression (1) for coordinate conversion in the configuration of FIG. The posture (α, β, γ) and the origin position (x O , y O ) of the moving coordinate system after the mover is displaced are obtained in the same manner as in the eighth embodiment. Z O at this time is obtained as follows.
Assume that the absolute coordinates of the measurement point M of the three-dimensional sensor 10 after the displacement of the slider is (x M , y M , z M ), and the movement coordinates of the measurement point M are (X M , Y M , Z M ).
Since x M = x M0 and y M = y M0 , the following equation is established from equation (56).
However, Z M is known.

Figure 2006201092
Figure 2006201092

式(105)の上の2行より   From the two lines above equation (105)

Figure 2006201092
Figure 2006201092

となる。これを解くと It becomes. Solving this

Figure 2006201092
Figure 2006201092

となる。得られたXM,YMよりzOを求める。
O=SMz+zM0―H31M―H32M―H33M …(108)
It becomes. Z O is obtained from the obtained X M and Y M.
z O = S Mz + z M0 -H 31 X M -H 32 Y M -H 33 Z M ... (108)

次に、本発明の実施例10について図を参照して説明する。
実施例10は、実施例3と同様の図3の構成において、座標変換に式(1)でなく式(56)を用いた場合の実施例である。
6自由度移動体の位置・姿勢計測装置の構成、移動座標系と固定座標系との設置方法、ギャップセンサ1〜3、および3つの変位センサ7〜9の設置方法は実施例3と同じである。
以下、各センサからの情報および各センサの初期位置に基づいて移動子が変位した後の移動座標系の原点位置(xO,yO,zO)および姿勢(α,β,γ)を求める。
まず、実施例6と同じ方法でα、β、γ、xOおよびyOを求める。
このときのzOは以下のようにして求める。
ギャップセンサ1のヘッド位置の絶対座標を(xH1,yH1,zH1)、移動子が変位した後のギャップセンサ1の測定点T1の絶対座標を(xT1,yT1,zT1)、測定点T1の移動座標を(XT1,YT1,ZT1)とする。
図3の構成では、以下の式が成り立つ。
T1=xH1 …(109)
T1=yH1 …(110)
T1=zH1+d1 …(111)
ただし、xH1、yH1、ZT1は移動しない既知の座標である。
式(56)より、以下の式が成り立つ。
Next, Embodiment 10 of the present invention will be described with reference to the drawings.
Example 10 is an example in which, in the configuration of FIG. 3 similar to Example 3, not Expression (1) but Expression (56) is used for coordinate conversion.
The configuration of the position / orientation measuring apparatus for a 6-degree-of-freedom moving body, the installation method of the moving coordinate system and the fixed coordinate system, the installation methods of the gap sensors 1 to 3 and the three displacement sensors 7 to 9 are the same as in the third embodiment. is there.
Hereinafter, based on the information from each sensor and the initial position of each sensor, the origin position (x O , y O , z O ) and posture (α, β, γ) of the moving coordinate system after the mover is displaced are obtained. .
First, α, β, γ, x O and y O are obtained by the same method as in the sixth embodiment.
Z O at this time is obtained as follows.
The absolute coordinates of the head position of the gap sensor 1 are (x H1 , y H1 , z H1 ), the absolute coordinates of the measurement point T1 of the gap sensor 1 after the moving element is displaced (x T1 , y T1 , z T1 ), The moving coordinates of the measurement point T 1 are assumed to be (X T1 , Y T1 , Z T1 ).
In the configuration of FIG. 3, the following equation is established.
x T1 = x H1 (109)
y T1 = y H1 (110)
z T1 = z H1 + d 1 (111)
However, x H1 , y H1 and Z T1 are known coordinates that do not move.
From the equation (56), the following equation is established.

Figure 2006201092
Figure 2006201092

式(112)の上の2行より From the two lines above formula (112)

Figure 2006201092
Figure 2006201092

となる。これを解くと、 It becomes. Solving this,

Figure 2006201092
Figure 2006201092

となる。
得られたXT1,YT1を用いて、以下の式によりzOを求める。
O=zH1+d1―H31T1―H32T1―H33T1 …(115)
It becomes.
Using the obtained X T1 and Y T1 , z O is obtained by the following equation.
z O = z H1 + d 1 -H 31 XT 1 -H 32 Y T1 -H 33 Z T1 (115)

本発明の技術は、複数センサの検出情報および初期位置情報に基づいて6自由度変位する移動子の位置・姿勢を正確に計測することができるので、多自由度かつ高精度な位置・姿勢制御を行う制御装置のフィードバック信号を計測するという用途にも適応できる。   Since the technology of the present invention can accurately measure the position / posture of a movable element displaced by six degrees of freedom based on the detection information and initial position information of a plurality of sensors, the position / posture control can be performed with a high degree of freedom and high accuracy. It can also be applied to the use of measuring a feedback signal of a control device that performs the above.

本発明の実施例1における6自由度移動体の位置・姿勢計測装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the position and attitude | position measuring apparatus of a 6-DOF moving body in Example 1 of this invention. 本発明の実施例2における6自由度移動体の位置・姿勢計測装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the position and attitude | position measuring apparatus of a 6-DOF moving body in Example 2 of this invention. 本発明の実施例3における6自由度移動体の位置・姿勢計測装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the position and attitude | position measuring apparatus of a 6-DOF moving body in Example 3 of this invention. 本発明の実施例4における6自由度移動体の位置・姿勢計測装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the position and attitude | position measuring apparatus of a 6 degrees-of-freedom moving body in Example 4 of the present invention. 本発明の実施例5における6自由度移動体の位置・姿勢計測装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the position and attitude | position measuring apparatus of a 6-DOF moving body in Example 5 of this invention. 本発明の実施例6における6自由度移動体の位置・姿勢計測装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the position and attitude | position measuring apparatus of a 6-DOF moving body in Example 6 of this invention. 本発明の実施例7における6自由度移動体の位置・姿勢計測装置のギャップセンサの配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the gap sensor of the position and attitude | position measuring apparatus of a 6-DOF moving body in Example 7 of this invention. 本発明の実施例8における6自由度移動体の位置・姿勢計測装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the position and attitude | position measuring apparatus of a 6 degrees-of-freedom moving body in Example 8 of the present invention. 従来技術の6自由度移動体の位置・姿勢計測装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the position and attitude | position measuring apparatus of a 6 degree-of-freedom moving body of a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1、2、3、4 ギャップセンサ
5、6 二次元センサ
7、8、9 変位センサ
10、11 三次元センサ
21 移動子
22 固定子
1, 2, 3, 4 Gap sensor 5, 6 Two-dimensional sensor 7, 8, 9 Displacement sensor 10, 11 Three-dimensional sensor 21 Mover 22 Stator

Claims (8)

固定子と、前記固定子に対して6自由度変位する移動子と、複数のセンサとを備えた6自由度移動体の位置・姿勢計測方法において、
移動座標系と固定座標系に基づいて前記固定子および前記移動子に複数のセンサを設置し、該複数のセンサの検出情報および与えられた初期位置情報に基づいて前記移動子が変位した後の該移動子の前記固定子に対する位置および姿勢を計算して前記移動子上の任意点の位置を求める際に、固定座標系xyzoを前記固定子に固定し、移動座標系XYZOを前記移動子に固定し、前記移動子が変位する前に移動座標系と固定座標系を重ねるように移動座標系と固定座標系を設定し、
x軸、y軸およびz軸のまわりの前記移動子の回転角度をそれぞれα、βおよびγとし、移動座標系の原点の絶対座標を(xo,yo,zo)とし、前記移動子上の任意固定点の絶対座標をこの任意固定点の移動座標と移動座標系の原点の絶対座標(xo,yo,zo)および回転角度α、βおよびγで表すように座標変換して計算する、という手順で処理することを特徴とする6自由度移動体の位置・姿勢計測方法。
In a position / posture measurement method for a 6-degree-of-freedom moving body comprising a stator, a mover that is displaced by 6 degrees of freedom relative to the stator, and a plurality of sensors
A plurality of sensors are installed on the stator and the moving element based on a moving coordinate system and a fixed coordinate system, and the moving element is displaced based on detection information of the plurality of sensors and given initial position information. When calculating the position and orientation of the mover relative to the stator to obtain the position of an arbitrary point on the mover, the fixed coordinate system xyzo is fixed to the stator, and the move coordinate system XYZO is set to the mover. Fixed, set the moving coordinate system and the fixed coordinate system to overlap the moving coordinate system and the fixed coordinate system before the mover is displaced,
The rotation angles of the mover around the x-axis, y-axis, and z-axis are α, β, and γ, respectively, and the absolute coordinates of the origin of the moving coordinate system are (x o , yo , z o ), and the mover The absolute coordinate of the arbitrary fixed point above is transformed so that it can be expressed by the moving coordinate of this arbitrary fixed point and the absolute coordinate (x o , yo , z o ) of the origin of the moving coordinate system and the rotation angles α, β and γ. A 6-DOF moving body position / posture measurement method, characterized in that processing is performed in accordance with a procedure of calculating by
前記複数のセンサは、ギャップセンサのヘッドと該ギャップセンサのターゲット平面との距離を計る第1のギャップセンサ、第2のギャップセンサおよび第3のギャップセンサを含み、回転座標変換を固定座標系のx軸、y軸、z軸の順で行い、前記第1のギャップセンサ、前記第2のギャップセンサおよび前記第3のギャップセンサに対して、すべてのヘッドが前記固定子に固定されて平面yoz又は平面xozに対して対称であり、すべてのターゲット平面が前記移動子に固定されて平面XOYに平行であるように前記第1のギャップセンサ、前記第2のギャップセンサ2および前記第3のギャップセンサ3を設置することを特徴とする請求項1記載の6自由度移動体の位置・姿勢計測方法。   The plurality of sensors includes a first gap sensor, a second gap sensor, and a third gap sensor that measure the distance between the head of the gap sensor and a target plane of the gap sensor. The x-axis, y-axis, and z-axis are used in this order. With respect to the first gap sensor, the second gap sensor, and the third gap sensor, all the heads are fixed to the stator so that the plane yoz Or the first gap sensor, the second gap sensor 2 and the third gap so that they are symmetrical with respect to the plane xoz and all target planes are fixed to the slider and parallel to the plane XOY. The position / posture measurement method for a six-degree-of-freedom moving body according to claim 1, wherein a sensor 3 is installed. 前記複数のセンサは、直交2方向の変位量を検出する第1の二次元センサおよび第2の二次元センサを含み、前記第1の二次元センサと前記第2の二次元センサに対して、すべてのヘッドが前記固定子に固定され、すべてのターゲットが前記移動子に固定され、すべてのターゲット側における初期測定点のZ移動座標が同じであり、前記第1の二次元センサの2つの測定方向と前記第2の二次元センサの2つの測定方向が共にx軸又はy軸に平行であるように前記第1の二次元センサと前記第2の二次元センサを設置することを特徴とする請求項1記載の6自由度移動体の位置・姿勢計測方法。   The plurality of sensors include a first two-dimensional sensor and a second two-dimensional sensor that detect a displacement amount in two orthogonal directions, and with respect to the first two-dimensional sensor and the second two-dimensional sensor, All the heads are fixed to the stator, all the targets are fixed to the moving element, the Z movement coordinates of the initial measurement points on all the target sides are the same, and the two measurements of the first two-dimensional sensor The first two-dimensional sensor and the second two-dimensional sensor are installed such that the direction and the two measurement directions of the second two-dimensional sensor are both parallel to the x-axis or the y-axis. The position / attitude measurement method for a six-degree-of-freedom moving body according to claim 1. 前記複数のセンサは、直線方向の変位量を検出する第1の一次元センサ、第2の一次元センサおよび第3の一次元センサを含み、前記第1の一次元センサ、前記第2の一次元センサおよび前記第3の一次元センサに対して、前記第1の一次元センサと前記第2の一次元センサの測定方向が共にy方向で、前記第3の一次元センサの測定方向がx方向であり、前記第1の一次元センサのターゲット側の初期測定点と前記第2の一次元センサのターゲット側の初期測定点とを通る直線がx軸に平行であるように前記第1の一次元センサ、前記第2の一次元センサおよび前記第3の一次元センサを設置することを特徴とする請求項1記載の6自由度移動体の位置・姿勢計測方法。   The plurality of sensors include a first one-dimensional sensor, a second one-dimensional sensor, and a third one-dimensional sensor that detect a displacement amount in a linear direction, and the first one-dimensional sensor and the second primary sensor For the original sensor and the third one-dimensional sensor, the measurement directions of the first one-dimensional sensor and the second one-dimensional sensor are both y-direction, and the measurement direction of the third one-dimensional sensor is x And the first straight line passing through the target-side initial measurement point of the first one-dimensional sensor and the target-side initial measurement point of the second one-dimensional sensor is parallel to the x-axis. The six-degree-of-freedom moving body position / posture measurement method according to claim 1, wherein a one-dimensional sensor, the second one-dimensional sensor, and the third one-dimensional sensor are installed. 前記複数のセンサは、直線方向の変位量を検出する第1の一次元センサ、第2の一次元センサおよび第3の一次元センサを含み、前記第1の一次元センサ、前記第2の一次元センサおよび前記第3の一次元センサに対して、前記第1の一次元センサの測定方向がy方向で、前記第2の一次元センサの測定方向と前記第3の一次元センサの測定方向が共にx方向であり、前記第2の一次元センサのターゲット側の初期測定点と前記第3の一次元センサのターゲット側の初期測定点とを通る直線がy軸に平行であるように前記第1の一次元センサ、前記第2の一次元センサおよび前記第3の一次元センサを設置することを特徴とする請求項1記載の6自由度移動体の位置・姿勢計測方法。   The plurality of sensors include a first one-dimensional sensor, a second one-dimensional sensor, and a third one-dimensional sensor that detect a displacement amount in a linear direction, and the first one-dimensional sensor and the second primary sensor With respect to the original sensor and the third one-dimensional sensor, the measurement direction of the first one-dimensional sensor is the y direction, the measurement direction of the second one-dimensional sensor and the measurement direction of the third one-dimensional sensor Are both in the x direction, and the straight line passing through the target-side initial measurement point of the second one-dimensional sensor and the target-side initial measurement point of the third one-dimensional sensor is parallel to the y-axis. The 6-degree-of-freedom moving body position / posture measurement method according to claim 1, wherein the first one-dimensional sensor, the second one-dimensional sensor, and the third one-dimensional sensor are installed. 前記複数のセンサは、ギャップセンサのヘッドとギャップセンサのターゲット平面との距離を計る第1のギャップセンサ、第2のギャップセンサおよび第3のギャップセンサ3を含み、前記第1のギャップセンサ、前記第2のギャップセンサおよび前記第3のギャップセンサに対して、すべてのヘッドが前記移動子に固定されて平面YOZ又は平面XOZに対して対称であり、すべてのターゲット平面が前記固定子に固定されて平面xoyに平行であるように前記第1のギャップセンサ、前記第2のギャップセンサおよび前記第3のギャップセンサを設置することを特徴とする請求項1記載の6自由度移動体の位置・姿勢計測方法。   The plurality of sensors includes a first gap sensor, a second gap sensor, and a third gap sensor 3 that measure a distance between a head of the gap sensor and a target plane of the gap sensor, and the first gap sensor, With respect to the second gap sensor and the third gap sensor, all heads are fixed to the moving element and symmetrical with respect to the plane YOZ or the plane XOZ, and all target planes are fixed to the stator. The position of the six-degree-of-freedom movable body according to claim 1, wherein the first gap sensor, the second gap sensor, and the third gap sensor are installed so as to be parallel to the plane xoy. Posture measurement method. 請求項2又は請求項6のいずれかに記載の6自由度移動体の位置・姿勢計測装置に、第4のギャップセンサを追加した6自由度移動体の位置・姿勢計測方法において、
前記第1のギャップセンサ、前記第2のギャップセンサ、前記第3のギャップセンサおよび前記第4のギャップセンサが座標系に対して対称になるように前記第4のギャップセンサを設置し、前記第1のギャップセンサ、前記第2のギャップセンサ、前記第3のギャップセンサおよび前記第4のギャップセンサから任意の3つギャップセンサの検出情報および与えられた初期位置情報に基づいて前記移動子が変位した後の該移動子の前記固定子に対する位置および姿勢を計算し、このように得られた4組のデータの平均値を取ることを特徴とする6自由度移動体の位置・姿勢計測方法。
In the 6-DOF moving body position / posture measuring device according to claim 2 or 6, wherein a fourth gap sensor is added to the 6-DOF moving body position / posture measuring apparatus.
The fourth gap sensor is installed such that the first gap sensor, the second gap sensor, the third gap sensor, and the fourth gap sensor are symmetrical with respect to a coordinate system, and The movable element is displaced based on detection information of any three gap sensors and given initial position information from one gap sensor, the second gap sensor, the third gap sensor, and the fourth gap sensor. A position / posture measurement method for a six-degree-of-freedom moving body, characterized in that the position and posture of the movable body relative to the stator after calculation are calculated and an average value of the four sets of data thus obtained is taken.
6自由度変位する移動子と、1つの方向の変位量および2つの回転角度を検出する第1の三次元センサと、直交2つの方向の変位量および1つの回転角度を検出する第2の三次元センサとを備えた6自由度移動体の位置・姿勢計測方法において、
固定座標系xyzoを大地に固定し、移動座標系XYZOを移動子に固定し、前記移動子が変位する前に移動座標系と固定座標系を重ねるように移動座標系と固定座標系を設定し、x軸、y軸およびz軸のまわりの前記移動子の回転角度をそれぞれα、βおよびγとし、移動座標系の原点の絶対座標を(xo,yo,zo)とし、前記移動子上の任意固定点の絶対座標をこの任意固定点の移動座標と移動座標系の原点の絶対座標(xo,yo,zo)および回転角度α、βおよびγで表すように座標変換し、前記第1の三次元センサがz軸に平行である固定直線と移動子に固定された前記第1の三次元センサのターゲット平面との交点の移動距離およびxとy軸のまわりの前記移動子の回転角度αとβを検出し、前記第2の三次元センサが移動子に固定されたターゲット測定点におけるx方向の変位量およびy方向の変位量とz軸のまわりの前記移動子の回転角度γを検出するように前記第1の三次元センサと前記第2の三次元センサを設置し、前記第1の三次元センサと前記第2の三次元センサとの検出情報および与えられた初期位置情報に基づいて前記移動子が変位した後の前記移動子の前記固定子に対する位置および姿勢を計算するという手順で処理することを特徴とする6自由度移動体の位置・姿勢計測方法。
A moving element that is displaced by six degrees of freedom, a first three-dimensional sensor that detects a displacement amount and two rotation angles in one direction, and a second cubic that detects a displacement amount and one rotation angle in two orthogonal directions In the 6-DOF moving body position / posture measurement method equipped with the original sensor,
The fixed coordinate system xyzo is fixed to the ground, the moving coordinate system XYZO is fixed to the moving element, and the moving coordinate system and the fixed coordinate system are set so that the moving coordinate system and the fixed coordinate system are overlapped before the moving element is displaced. , X, y, and z, the rotation angles of the mover are α, β, and γ, respectively, and the absolute coordinates of the origin of the moving coordinate system are (x o , yo , z o ), and the movement Coordinate transformation so that the absolute coordinates of the arbitrary fixed point on the child are expressed by the moving coordinates of this arbitrary fixed point, the absolute coordinates of the origin of the moving coordinate system (x o , yo , z o ), and the rotation angles α, β, and γ The moving distance of the intersection of the fixed line in which the first three-dimensional sensor is parallel to the z-axis and the target plane of the first three-dimensional sensor fixed to the mover, and the x and y axes around the axis Rotation angles α and β of the slider are detected, and the second three-dimensional sensor The first three-dimensional sensor and the second three-dimensional so as to detect the amount of displacement in the x direction and the amount of displacement in the y direction at the fixed target measurement point and the rotation angle γ of the movable element around the z axis. A sensor is installed, and the movable element is displaced with respect to the stator after the movable element is displaced based on detection information of the first three-dimensional sensor and the second three-dimensional sensor and given initial position information. A 6-DOF moving body position / posture measuring method, wherein processing is performed by a procedure of calculating a position and a posture.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8115349B2 (en) 2007-09-04 2012-02-14 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Magnetic levitation system
KR20210104893A (en) * 2018-12-28 2021-08-25 상하이 마이크로 일렉트로닉스 이큅먼트(그룹) 컴퍼니 리미티드 Mask posture monitoring method, device and mask particle size detection equipment
JP2021126040A (en) * 2020-02-07 2021-08-30 キヤノン株式会社 Transport equipment, production systems, and manufacturing methods for goods
JP2022524443A (en) * 2019-03-13 2022-05-02 ユニバーシティ オブ フロリダ リサーチ ファンデーション インコーポレーティッド Guidance and tracking system for templated and targeted biopsies and treatments
CN115235462A (en) * 2022-08-01 2022-10-25 夏剑静 A method for intelligently detecting three-dimensional coordinates of spatial locations and its application
WO2024104293A1 (en) * 2022-11-16 2024-05-23 中国科学院光电技术研究所 Multi-point flatness detection and leveling method and apparatus
US12387621B2 (en) 2015-01-10 2025-08-12 University Of Florida Research Foundation, Incorporated Simulation features combining mixed reality and modular tracking

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04205113A (en) * 1990-11-30 1992-07-27 Hitachi Ltd Sample table driving device
JPH10194450A (en) * 1997-01-06 1998-07-28 Nikon Corp Substrate transfer method and substrate transfer device
JP2002022407A (en) * 2000-05-09 2002-01-23 Korea Advanced Inst Of Sci Technol An apparatus for measuring six degrees of freedom using a multi-directional reflector and a swing arm optical system for measuring six degrees of freedom of a hard disk drive slider to which the apparatus is applied.

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04205113A (en) * 1990-11-30 1992-07-27 Hitachi Ltd Sample table driving device
JPH10194450A (en) * 1997-01-06 1998-07-28 Nikon Corp Substrate transfer method and substrate transfer device
JP2002022407A (en) * 2000-05-09 2002-01-23 Korea Advanced Inst Of Sci Technol An apparatus for measuring six degrees of freedom using a multi-directional reflector and a swing arm optical system for measuring six degrees of freedom of a hard disk drive slider to which the apparatus is applied.

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8115349B2 (en) 2007-09-04 2012-02-14 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Magnetic levitation system
US12387621B2 (en) 2015-01-10 2025-08-12 University Of Florida Research Foundation, Incorporated Simulation features combining mixed reality and modular tracking
JP7216828B2 (en) 2018-12-28 2023-02-01 シャンハイ マイクロ エレクトロニクス イクイプメント(グループ)カンパニー リミティド Mask posture monitoring method, device and mask particle size detector
JP2022515493A (en) * 2018-12-28 2022-02-18 シャンハイ マイクロ エレクトロニクス イクイプメント(グループ)カンパニー リミティド Mask posture monitoring method, device and mask particle size detection device
KR102672568B1 (en) * 2018-12-28 2024-06-07 상하이 마이크로 일렉트로닉스 이큅먼트(그룹) 컴퍼니 리미티드 Mask posture monitoring method, device, and mask particle size detection equipment
KR20210104893A (en) * 2018-12-28 2021-08-25 상하이 마이크로 일렉트로닉스 이큅먼트(그룹) 컴퍼니 리미티드 Mask posture monitoring method, device and mask particle size detection equipment
JP2022524443A (en) * 2019-03-13 2022-05-02 ユニバーシティ オブ フロリダ リサーチ ファンデーション インコーポレーティッド Guidance and tracking system for templated and targeted biopsies and treatments
JP7483271B2 (en) 2019-03-13 2024-05-15 ユニバーシティ オブ フロリダ リサーチ ファンデーション インコーポレーティッド Guidance and Tracking System for Templated and Targeted Biopsy and Procedures
US12575815B2 (en) 2019-03-13 2026-03-17 University Of Florida Research Foundation, Inc. Guidance and tracking system for templated and targeted biopsy and treatment
JP2021126040A (en) * 2020-02-07 2021-08-30 キヤノン株式会社 Transport equipment, production systems, and manufacturing methods for goods
JP7625411B2 (en) 2020-02-07 2025-02-03 キヤノン株式会社 TRANSPORTATION APPARATUS, PRODUCTION SYSTEM, AND PRODUCTION METHOD OF ARTICLE
CN115235462A (en) * 2022-08-01 2022-10-25 夏剑静 A method for intelligently detecting three-dimensional coordinates of spatial locations and its application
WO2024104293A1 (en) * 2022-11-16 2024-05-23 中国科学院光电技术研究所 Multi-point flatness detection and leveling method and apparatus

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