JP3056764B2 - Position and attitude measurement device for moving objects - Google Patents
Position and attitude measurement device for moving objectsInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、例えば宇宙空間等に構築されるマニピュ
レ−タにテテビジョンカメラ(TVカメラ)を搭載し、そ
の撮像した画像より作業対象等の測定対象物との相互間
の位置及び姿勢を測定する移動体用位置及び姿勢測定装
置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Purpose of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a manipulator built in, for example, outer space or the like, in which a television camera (TV camera) is mounted, and an image taken by the television camera is taken. More specifically, the present invention relates to a position and posture measuring device for a moving body that measures a position and a posture between the work and a measurement object.
(従来の技術) 最近、宇宙開発の分野においては、宇宙ステ−ション
等の有人宇宙計画が推進され、これにともない宇宙空間
に大形宇宙構造物を建設する計画がある。この大形宇宙
構造建設計画にあっては、構造物の取付け・組立て作業
用として、マニピュレ−タシステムの利用が考えられて
いる。そして、このようなマニピュレ−タシステムにお
いて、要請されることは、特に、その安全性と共に、正
確な作業を簡便に行ない得るように構成することであ
る。そこで、この要請を満足するには、そのマニピュレ
−タに対する測定対象物、例えば作業対象の位置及び姿
勢角を正確に把握する必要がある。(Prior Art) Recently, in the field of space development, a manned space program such as a space station has been promoted, and accordingly, there is a plan to construct a large space structure in outer space. In this large space structure construction plan, use of a manipulator system is considered for mounting and assembling structures. What is demanded of such a manipulator system is, in particular, to be configured so that accurate work can be easily performed together with its safety. Therefore, in order to satisfy this requirement, it is necessary to accurately grasp the position and the posture angle of the measurement object, for example, the work object with respect to the manipulator.
このような位置及び姿勢測定手段としては、レ−ザ光
を測定対象物に照射して、その反射光をCCD等の検出セ
ンサで検出する方法が考えられている。As such a position and orientation measuring means, a method of irradiating a measurement object with laser light and detecting the reflected light with a detection sensor such as a CCD has been considered.
しかしながら、上記位置及び姿勢測定手段では、測定
対象物からの充分かつ安定した輝度の反射光を受光しな
ければ、正確な測定が困難なために、測定対象物に測距
用のレ−ザ発射装置や反射鏡を備えなければならず、そ
の構成が複雑となると共に、重量が嵩むという問題を有
していた。However, the above-mentioned position and orientation measuring means cannot accurately measure unless the reflected light of sufficient and stable luminance is received from the object to be measured. A device and a reflecting mirror must be provided, and the configuration is complicated, and the weight is increased.
係る事情は、宇宙用マニピュレ−タシステムに限るこ
となく、重力環境で使用するマニピュレ−タシステムに
おいても同様のものである。Such a situation is not limited to the manipulator system for space, but is the same in a manipulator system used in a gravitational environment.
(発明が解決しようとする課題) 以上述べたように、従来のマニピュレ−タと測定対象
物との位置及び姿勢を検出する測定手段では、構成が複
雑であると共に、重量が嵩むという問題を有していた。(Problems to be Solved by the Invention) As described above, the conventional measuring means for detecting the position and orientation of the manipulator and the object to be measured has a problem that the configuration is complicated and the weight increases. Was.
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、構成
簡易にして、軽量化を図り得、かつ、高精度な測定を実
現し得るようにした移動体用位置及び姿勢測定装置を提
供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a position and orientation measuring apparatus for a moving body that has a simple configuration, can be reduced in weight, and can realize highly accurate measurement. With the goal.
[発明の構成] (課題を解決するための手段) この発明は、3個一組の標的を有し、該標的の少なく
とも1個が、2個の標的を結ぶ一直線上になく且つ空間
上に配置される、測定対象物に設けられる標的部材と、
移動体に設けられ、前記標的部材を撮像する撮像手段
と、この撮像手段で撮像した画像を表示する表示手段
と、この表示手段に前記撮像手段で撮像した前記標的部
材の画像を静止させる画像静止手段と、前記表示手段に
表示された標的部材の静止画像における標的にカ−ソル
を重畳して標的部材の標的の静止画像における位置を検
出する標的位置検出手段と、前記移動体の角度を検出す
る角度検出手段と、前記標的位置検出手段で検出した前
記標的部材の標的の位置及び前記表示手段に表示された
標的部材の静止画像の撮像時における前記角度検出手段
の検出値を基に前記移動体に対する前記測定対象物との
位置及び姿勢角を求める演算手段とを備えて移動体用位
置及び姿勢測定装置を構成したものである。[Constitution of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present invention has a set of three targets, and at least one of the targets is not in a straight line connecting the two targets and is not in space. A target member provided on the measurement object to be arranged,
Imaging means provided on a moving body for imaging the target member, display means for displaying an image taken by the imaging means, and image stillness for stopping the image of the target member taken by the imaging means on the display means Means, target position detecting means for superimposing a cursor on the target in the still image of the target member displayed on the display means to detect the position of the target member in the still image, and detecting the angle of the moving body Angle detection means, and the movement based on the position of the target of the target member detected by the target position detection means and the detection value of the angle detection means at the time of capturing a still image of the target member displayed on the display means A position and posture measuring device for a moving body is provided, comprising a calculation means for calculating a position and a posture angle of the measurement object with respect to a body.
(作用) 上記構成によれば、移動体に対する測定対象物の位置
及び姿勢角は、標的部材の静止画像より検出した撮像手
段に対する標的部材の位置及び姿勢角と、その検出時に
おける移動体の角度より求めた移動体の基部(取り付け
部)に対する移動体の先端部の撮像手段の位置及び姿勢
角とが合成されて求めることにより、移動体の基部(取
付け部)と標的部材との関係において求められる。従っ
て、移動体に付与されるバックラッシュ等による振動の
影響と無関係に正確な測定が行われることとなり、移動
体の測定対象物に対する正確な位置及び姿勢角を基にし
て、移動体の正確にして、安全な操作制御が可能とな
る。また、これによれば、撮像手段を監視用テレビジョ
ンカメラ等を兼用することが可能となることにより、可
及的に構成の簡略化と共に、小形・軽量化の促進に寄与
できる。(Operation) According to the above configuration, the position and the posture angle of the measurement target object with respect to the moving body are the position and the posture angle of the target member with respect to the imaging unit detected from the still image of the target member, and the angle of the moving body at the time of the detection. The position and the attitude angle of the imaging means at the tip of the moving body with respect to the base (attaching part) of the moving body obtained above are combined and obtained to obtain the relationship between the base (mounting part) of the moving body and the target member. Can be Therefore, accurate measurement is performed irrespective of the influence of vibration due to backlash or the like applied to the moving body, and the moving body can be accurately determined based on the accurate position and attitude angle of the moving body with respect to the measurement object. As a result, safe operation control becomes possible. Further, according to this, the imaging means can be used also as a monitoring television camera or the like, which can contribute to the simplification of the configuration as much as possible and the promotion of miniaturization and weight reduction.
(実施例) 以下、この発明の実施例について、図面を参照して詳
細に説明する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第1図はこの発明の一実施例に係る移動体用位置及び
姿勢測定装置を示すもので、マニピュレ−タ1には撮像
手段として、監視用テレビジョン(TV)カメラ2が搭載
される。このTVカメラ2は信号処理部3を介して表示部
4に接続される。信号処理部3は操作部5を介して選択
的にTVカメラ2で撮像した画像の静止画像を表示部4に
表示する。また、表示部4には、操作部5の操作に対応
して、カ−ソル4aが表示される。このカ−ソル4aは操作
部5の操作に連動してカ−ソル発生部6を介して移動設
定され、その設定位置に対応してカ−ソル位置デ−タを
演算部7に出力する。この演算部7は、マニピュレ−タ
1に設けた関節角度検出センサ8の出力端が接続されて
おり、この関節角度検出センサ8の検出信号が入力され
ている。FIG. 1 shows a position and orientation measuring apparatus for a moving body according to an embodiment of the present invention. A manipulator 1 is equipped with a monitoring television (TV) camera 2 as an image pickup means. This TV camera 2 is connected to a display unit 4 via a signal processing unit 3. The signal processing unit 3 selectively displays a still image of an image captured by the TV camera 2 via the operation unit 5 on the display unit 4. A cursor 4a is displayed on the display unit 4 in accordance with the operation of the operation unit 5. The cursor 4a is moved and set via the cursor generating unit 6 in conjunction with the operation of the operation unit 5, and outputs cursor position data to the arithmetic unit 7 corresponding to the set position. The calculation unit 7 is connected to an output terminal of a joint angle detection sensor 8 provided on the manipulator 1, and receives a detection signal of the joint angle detection sensor 8.
一方、TVカメラ2に撮像される測定対象物9には、測
定用標的部材10が所定の位置に取付けられる。この標的
部材10は、例えば第2図に示すように、標的103が、標
的101,102を結ぶ一直線上に位置せず、且つ、空間上に
位置する略三角形状の頂点に配置された3個の標的101
〜103で形成される。On the other hand, the measurement target member 10 is attached to a predetermined position on the measurement target 9 imaged by the TV camera 2. For example, as shown in FIG. 2, the target member 10 includes three targets 103 which are not located on a straight line connecting the targets 101 and 102, and which are arranged at substantially triangular vertices located in space. 101
~ 103.
上記構成においては、マニピュレ−タ1に対する測定
対象物9の位置及び姿勢角を測定する場合は、先ず、TV
カメラ2で撮像した標的部材10を含む測定対象物9の画
像デ−タを信号処理部3で処理して表示部4に表示させ
る。次に、操作者は、標的部材10が表示部4に表示され
ているのを確認した状態で、操作部5を操作して、静止
画像指令信号を信号処理部3に出力し、画像デ−タの静
止画像を表示部4に表示させる。ここで、操作者は、操
作部5のカ−ソル操作部を操作してカ−ソル発生部6を
介してカ−ソル4aを標的部材10の標的101〜103に順に合
せる。このカ−ソル4aが標的部材10の標的101〜103に対
応されると、操作部5は、そのカ−ソル位置デ−タを演
算部7に出力する。また、上記の静止画像指令信号と同
時刻に、関節角度検出センサ8は、マニピュレ−タ1の
関節角度を検出し、その関節角度デ−タを演算部7に出
力する。演算部7は、先ずカ−ソル位置デ−タから位置
及び姿勢角を演算して求め、その演算値にマニピュレ−
タ1の関節角度デ−タを合成してマニピュレ−タ1に対
する測定対象物2の位置及び姿勢角を後述するように求
める。In the above configuration, when measuring the position and attitude angle of the measuring object 9 with respect to the manipulator 1, first, the TV
Image data of the measurement object 9 including the target member 10 captured by the camera 2 is processed by the signal processing unit 3 and displayed on the display unit 4. Next, while confirming that the target member 10 is displayed on the display unit 4, the operator operates the operation unit 5 to output a still image command signal to the signal processing unit 3 and output the image data. The display unit 4 displays a still image of the data. Here, the operator operates the cursor operation unit of the operation unit 5 to sequentially align the cursor 4 a with the targets 101 to 103 of the target member 10 via the cursor generation unit 6. When the cursor 4a corresponds to the targets 101 to 103 of the target member 10, the operation unit 5 outputs the cursor position data to the calculation unit 7. At the same time as the still image command signal, the joint angle detection sensor 8 detects the joint angle of the manipulator 1 and outputs the joint angle data to the arithmetic unit 7. The calculation unit 7 first calculates and obtains a position and an attitude angle from the cursor position data, and calculates the calculated value by using a manipulator.
By combining the joint angle data of the data 1, the position and the attitude angle of the measuring object 2 with respect to the manipulator 1 are obtained as described later.
すなわち、カ−ソル位置デ−タから静止画像指令送出
時刻における標的部材10の標的方向の単位ベクトル▲
▼,▲▼,▲▼(第2図参照)がカメラ基準
座標XM,YM,ZM(第2図参照)に対して求められる。例え
ば第3図に示すように、標的基準点Pi(i=1,2,3)に
対応する画像上のカ−ソル位置をXi,Yiとし、Pi方向の
単位ベクトル▲▼、TVカメラ2の水平画角を2λO
(第3図中では、2XOに対する角度に相当)、垂直画角
2μO(第3図中では、2YOに対する角度に相当)とす
ると、点Piの方位角λi及び上下角μiは より求まる。従って、単位ベトル▲▼は となる。また、標的101〜103の3点の位置関係▲
▼,▲▼,▲▼(第4図参照)は、既知として
良いものであるから、これと▲▼,▲▼,▲
▼とより、以下に述べるように、カメラ基準座標に対
する標的原点10a(第4図参照)の位置と測定対象物9
の姿勢角が求められる。That is, the unit vector in the target direction of the target member 10 at the still image command transmission time from the cursor position data
▼, ▲ ▼, ▲ ▼ (see FIG. 2) are obtained for the camera reference coordinates X M , Y M , Z M (see FIG. 2). For example, as shown in FIG. 3, mosquitoes on the image corresponding to the target reference point P i (i = 1,2,3) - Sol position and X i, Y i, unit vector P i direction ▲ ▼, a horizontal angle of view of the TV camera 2 2λ O
(In the third drawing, corresponds to an angle relative to 2X O), (in the third figure, corresponds to an angle with respect to 2Y O) Vertical angle 2.mu. O When the azimuth lambda i and the vertical angle of the point P i mu i Is Find more. Therefore, the unit vector ▲ ▼ is Becomes In addition, the positional relationship of the three points of the targets 101 to 103
▼, ▲ ▼, ▲ ▼ (refer to FIG. 4) are known and good.
As described below, the position of the target origin 10 a (see FIG. 4) with respect to the camera reference coordinates and the measurement object 9 are described below.
Is required.
第5図は、座標軸XT,YT,ZTからなる標的座標系を示す
もので、▲▼,▲▼,▲▼は、座標軸XT,Y
T,ZTに沿った単位ベクトルを示すものである。FIG. 5 shows a target coordinate system composed of coordinate axes X T , Y T , and Z T , where ▲ ▼, ▲ ▼, ▲ ▼ indicate coordinate axes X T , Y
It shows a unit vector along T and ZT.
一方、測定対象物9に第2図及び第4図に示すような
標的部材10が取付けられているとすると、次の関係式 が成立する。On the other hand, assuming that a target member 10 as shown in FIGS. Holds.
ここで、▲▼,▲▼,▲▼は、カメラ基
準点2aと標的101〜103を結ぶ単位ベクトル、l1,l2,l3は
カメラ基準点2aから標的101〜103までの各距離である。Here, ▲ ▼, ▲ ▼, ▲ ▼ are unit vectors connecting the camera reference point 2a and the targets 101 to 103, and l 1 , l 2 , l 3 are the distances from the camera reference point 2a to the targets 101 to 103, respectively. is there.
また、標的101〜103の相互関係を規定するベクトル▲
▼,▲▼,▲▼は、 であり、第2図及び第4図に示した図示では、 であり、これらの条件が付加されて、上記(2)式は、 となる。Also, a vector ▲ that defines the interrelationship of the targets 101 to 103
▼, ▲ ▼, ▲ ▼ In the illustrations shown in FIGS. 2 and 4, And with these conditions added, the above equation (2) becomes Becomes
ここで、r1,r3及び▲▼,▲▼(スカラ積)
は、既知の値であり、l1,l2,l3は、未知の決定すべき値
であり、また、▲▼,▲▼は、ベクトル▲
▼,▲▼のなす角度φijの余弦と等しい。即ち、 で表わすことができる。Where r 1 , r 3 and ▲ ▼, ▲ ▼ (scalar product)
Are known values, l 1 , l 2 , l 3 are unknown values to be determined, and ▲ ▼, ▲ ▼ are vector ▲
It is equal to the cosine of the angle φ ij between ▼ and ▲ ▼. That is, Can be represented by
一方、上記(5)式の解l1,l2,l3を求めるためには、 なる関数を導入して Xi=li+δli(i=1,2,3) …(8) とすれば、(7)式のliまわりのテ−ラ−展開より、 が得られる。ここで、fi,gi,hiは、それぞれXiに関する
導関数を意味する。上記(9)式を行列形式に書き直す
と、 このように(5)式の解l1,l2,l3の近傍の値を設定し
て(7)式及び(9)式の係数を求めると、(10)式よ
り(8)式によって表現される偏位量δliが求まること
になる。即ち、 (11)式により導出したδliを用いて Xi−δli→Xi として再びδliを求めることにより、Xiはliに漸近し、
liが求まることになる。On the other hand, to find the solutions l 1 , l 2 , l 3 of the above equation (5), By introducing the following function, X i = l i + δl i (i = 1,2,3) (8), then from the tailor expansion around l i in equation (7), Is obtained. Here, f i , g i , and h i each mean a derivative with respect to X i . When the above equation (9) is rewritten into a matrix form, In this way, by setting values in the vicinity of the solutions l 1 , l 2 , and l 3 of the equation (5) and calculating the coefficients of the equations (7) and (9), the equation (8) is obtained from the equation (10). deviation amount .DELTA.l i expressed so that is obtained. That is, (11) by again seeking .DELTA.l i as X i -δl i → X i with .DELTA.l i derived by formula, X i is asymptotic to l i,
l i will be obtained.
次に、(2)式に対して求めたliの値を代入すると、 となり、▲▼,▲▼はカメラ座標軸に対して、
それらの成分が求められたことになる。これにより、第
5図に示した標的座標軸XT,YT,ZTに沿った単位ベクトル
▲▼,▲▼,▲▼は、 となり、標的座標軸への変換マトリックスCM Tは、 によって求まる。Next, by substituting the value of l i found in equation (2), And ▲ ▼, ▲ ▼ with respect to the camera coordinate axis,
These components are required. Thus, the unit vectors ▲ ▼, ▲ ▼, ▲ ▼ along the target coordinate axes X T , Y T , Z T shown in FIG. And the transformation matrix C M T to the target coordinate axis is Determined by
(15)式の行列の成分は、オイラ角に関係付けられる
ことによって、これにより通常の計算によって、回転順
序の定義にあったオイラ角を導出すれば良い。The components of the matrix of the expression (15) are related to the Euler angles, so that the Euler angles that satisfy the definition of the rotation order may be derived by ordinary calculation.
一例としてオイラ角をカメラ基準座標に対し、方位角
ψ(YM軸)、ピッチ角θ(XM軸)、ロ−ル角φ(ZM軸)
の回転順序で定義すれば、CM Tのij成分をCijとすれば、
オイラ角は の式により求められる。As an example, the Euler angle is defined as the azimuth angle ψ (Y M axis), pitch angle θ (X M axis), and roll angle φ (Z M axis) with respect to the camera reference coordinates.
If defined by a rotating sequence, if a ij component of C M T and C ij,
Euler angle is It is obtained by the following equation.
ここで、座標変換マトリックスCM Tとオイラ角の関係
は、 より求められる。Here, the relationship between the coordinate transformation matrix C M T and the Euler angle is More required.
また、カメラ基準点2aから標的原点10aまでの位置ベ
クトルは、 で与えられる。Also, the position vector from the camera reference point 2a to the target origin 10a is Given by
以上のように表示部4に表示された標的部材10の静止
画像より標的101〜103の静止画像における位置を検出し
て、この標的101〜103の位置を基に演算部7は、前述し
たた演算を実施して、各標的基準点の方向(単位ベクト
ル)を求め、これと各標的基準点間の位置関係(既知)
を用いてめ、標的部材10の静止画化した時刻におけるTV
カメラ2の基準点2aに対する標的部材10の位置及び姿勢
角を求める。As described above, the positions in the still images of the targets 101 to 103 are detected from the still images of the target member 10 displayed on the display unit 4, and the arithmetic unit 7 is described above based on the positions of the targets 101 to 103. An operation is performed to determine the direction (unit vector) of each target reference point, and the positional relationship between this and each target reference point (known)
At the time when the target member 10 is turned into a still image.
The position and the posture angle of the target member 10 with respect to the reference point 2a of the camera 2 are obtained.
同時に、演算部7には、標的部材10の静止画化した時
刻におけるマニピュレ−タ1の関節角度が関節角度検出
センサ8により入力され、その値を基にマニピュレ−タ
1の取付け部(基部)1aに対するア−ム先端部のカメラ
基準点2aの位置及び姿勢角を求め、その求めた値と、前
述したように求めたTVカメラ2の基準点2aに対する前記
標的部材10の位置及び姿勢角とを合成してマニピュレ−
タ1の基部1aに対する標的部材10の位置及び姿勢角を求
める。At the same time, the joint angle of the manipulator 1 at the time when the target member 10 is turned into a still image is input to the arithmetic unit 7 by the joint angle detection sensor 8, and based on the value, the mounting unit (base) of the manipulator 1 is used. The position and posture angle of the camera reference point 2a at the arm tip with respect to 1a are obtained, and the obtained values, and the position and posture angle of the target member 10 with respect to the reference point 2a of the TV camera 2 obtained as described above are obtained. Is synthesized into a manipure
The position and the posture angle of the target member 10 with respect to the base 1a of the table 1 are obtained.
例えば、第6図に示すような2自由度(2関節)のマ
ニピュレ−タ1の場合には、TVカメラ2のカメラ基準点
2a及びカメラ基準座標軸(XM,YM,ZM)とすると、基準点
2aから標的部材10の標的原点10aまでの距離L及びカメ
ラ基準座標軸に対する標的座標軸(XT,YT,ZT)の姿勢が と表される。但し、Lはカメラ座標軸に対するベクトル
成分で示しており、ψ,θ,φは、前記(16)式に示す
オイラ角である。また、マニピュレ−タのア−ム長を|
▲▼|=L及び|▲▼|=L、静止画化した時
刻の関節角を第6図のようにr1,r2とする。For example, in the case of a manipulator 1 having two degrees of freedom (two joints) as shown in FIG.
2a and the camera reference coordinate axes (X M , Y M , Z M )
The distance L and the target coordinate axes with respect to the camera reference coordinate axis from 2a to the target origin 10a of the target member 10 (X T, Y T, Z T) is the attitude of the It is expressed as Here, L is represented by a vector component with respect to the camera coordinate axis, and ,, θ, and φ are Euler angles shown in the above equation (16). The arm length of the manipulator is |
▲ ▼ | = L and | ▲ ▼ | = L, and the joint angles at the time of making the still image are r 1 and r 2 as shown in FIG.
このとき、マニピュレ−タ1の基部1aに対する標的部
材10の標的原点10aの位置L′=(LX′,LY′,LZ′)
は、基部1aに固定した座標軸(XB,YB,ZB)に対して として求められる。また、基部1aを固定して座標軸
(XB,YB,ZB)に対する標的部材10の標的座標軸(XT,YT,
ZT)のオイラ角は、前記(16)式と同様に定義すると、 ψ=r1+r2+α+β,θ=0,φ=0 …(21) として求められる。これにより、マニピュレ−タ1の基
部1aに対する標識部材10(測定対称物9)の位置及び姿
勢角が求められる。At this time, Manipyure - position L of the target origin 10a of the target member 10 with respect to the base 1a of the motor 1 '= (L X', L Y ', L Z')
The coordinate axes fixed to the base 1a (X B, Y B, Z B) against Is required. Further, the base 1a is fixed and the target coordinate axes (X T , Y T , Y T ) of the target member 10 with respect to the coordinate axes (X B , Y B , Z B )
If the Eulerian angle of Z T ) is defined in the same manner as in the above equation (16), オ = r 1 + r 2 + α + β, θ = 0, φ = 0 (21) Thus, the position and the attitude angle of the marker member 10 (the object 9 to be measured) with respect to the base 1a of the manipulator 1 are obtained.
このように、上記移動体用位置及び姿勢測定装置は、
表示部4に標的部材10の静止画像を表示してこの静止画
像より、その標的101〜103に対する静止画像におけるカ
−ソル位置を求めてTVカメラ2に対する標的部材10の位
置及び姿勢角を算出し、その検出時におけるマニピュレ
−タ1の関節角度よりマニピュレ−タ1の基部1aに対す
るア−ム先端部のTVカメラ2との位置及び姿勢角を求め
て、これらの値を合成してマニピュレ−タ1に対する標
的部材10の位置及び姿勢角を算出するように構成した。
これによれば、マニピュレ−タ1の基部1aに対する標的
部材10の位置及び姿勢角を求めることができることによ
り、例えばマニピュレ−タ1の関節に対していわゆるバ
ックラッシュ等による振動が付与される状態においても
その振動と無関係に正確な測定を行なうことができるた
め、マニピュレ−タ1の正確にして、高精度な操作制御
が可能となると共に、安全性の向上が図れる。また、こ
れによれば、TVカメラ2を監視操作用テレビジョンカメ
ラを兼用することが可能となることにより、可及的に構
成の簡略化と共に、小形・軽量化の促進に寄与できる。As described above, the position and orientation measuring device for a moving object includes:
A still image of the target member 10 is displayed on the display unit 4, and a cursor position in the still image for the target 101 to 103 is obtained from the still image to calculate a position and a posture angle of the target member 10 with respect to the TV camera 2. From the joint angle of the manipulator 1 at the time of the detection, the position and the attitude angle of the arm tip with respect to the base 1a of the manipulator 1 with respect to the TV camera 2 are obtained, and these values are combined to obtain the manipulator. The position and the posture angle of the target member 10 with respect to 1 are configured to be calculated.
According to this, since the position and the posture angle of the target member 10 with respect to the base 1a of the manipulator 1 can be obtained, for example, in a state where vibration due to so-called backlash or the like is applied to the joint of the manipulator 1 Since accurate measurement can be performed irrespective of the vibration, the manipulator 1 can be accurately controlled, and highly accurate operation control can be performed, and safety can be improved. According to this, the TV camera 2 can also be used as a television camera for surveillance operation, thereby contributing to simplification of the configuration as much as possible and promotion of miniaturization and weight reduction.
なお、上記実施例においては、説明の便宜上、2自由
度のマニピュレ−タを用いて説明したが、この自由度の
数のマニピュレ−タに限ることなく、適用可能で、その
自由度の数が増加した場合にも、同様に、周知のマニピ
ュレ−タの順運動学解析により、求められる。Although the above embodiment has been described using a manipulator having two degrees of freedom for convenience of explanation, the present invention is not limited to the manipulator having the number of degrees of freedom, but the present invention is applicable and the number of degrees of freedom is limited. In the case of an increase, similarly, it can be determined by a forward kinematic analysis of a known manipulator.
また、上記実施例では、標的部材10として、標的101
〜103を略三角形状の頂点に配置したものを用いて説明
したが、これに限ることなく、少なくとも1個の標的
を、他と2個の標的を結ぶ一直線上に位置することな
く、且つ、空間上に位置するように配置した3個以上の
標的を有した標的部材を用いて構成することが可能であ
る。In the above embodiment, the target member 10 is used as the target 101.
103103 has been described using an arrangement of approximately triangular vertices, but without being limited to this, at least one target is not located on a straight line connecting the other and the two targets, and It is possible to use a target member having three or more targets arranged to be located in space.
さらに、上記実施例では、マニピュレ−タ用として構
成した場合で説明したが、これに限ることなく、宇宙航
行体の測定対象物に対する位置及び姿勢を測定するよう
に構成することも可能である。また、移動体としては、
地上における自動車等の測定対象物に対する位置及び姿
勢を測定するように構成することも可能である。Further, in the above-described embodiment, the case where the spacecraft is used for a manipulator has been described. However, the present invention is not limited to this, and the spacecraft can be configured to measure the position and attitude of the spacecraft with respect to a measurement target. In addition, as a mobile object,
It is also possible to configure so as to measure the position and the attitude of a measurement object such as a car on the ground.
よって、この発明は上記実施例に限ることなく、その
他、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実
施し得ることは勿論のことである。Therefore, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[発明の効果] 以上詳述したように、この発明によれば、構成簡易に
して、軽量化を図り得、かつ、確実な測定を実現し得る
ようにした移動体用位置及び姿勢測定装置を提供するこ
とができる。[Effects of the Invention] As described above in detail, according to the present invention, there is provided a position and orientation measuring apparatus for a moving body which has a simple configuration, can be reduced in weight, and can realize a reliable measurement. Can be provided.
第1図はこの発明の一実施例に係る移動体用位置及び姿
勢測定装置を示すブロック図、第2図は第1図の標的部
材を取出して示す図、第3図乃至第6図は第1図の動作
を説明するために示した図である。 1……マニピュレ−タ、1a……基部、2……TVカメラ、
2a……カメラ基準点、3……信号処理部、4……表示
部、5……操作部、6……カ−ソル発生部、7……演算
部、8……関節角度検出センサ、9……測定対象物、10
……標識部材、101〜103……標的、10a……標的原点。FIG. 1 is a block diagram showing a position and orientation measuring device for a moving object according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a target member of FIG. 1 taken out, and FIGS. FIG. 2 is a diagram shown to explain the operation of FIG. 1; 1 ... manipulator, 1a ... base, 2 ... TV camera,
2a: Camera reference point, 3: Signal processing unit, 4: Display unit, 5: Operation unit, 6: Cursor generation unit, 7: Operation unit, 8: Joint angle detection sensor, 9 …… Measurement object, 10
... Marking member, 101 to 103... Target, 10a.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−129508(JP,A) 特開 昭61−277010(JP,A) 特開 昭61−256207(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-61-129508 (JP, A) JP-A-61-277010 (JP, A) JP-A-61-256207 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 11/00-11/30
Claims (1)
も1個が、2個の標的を結ぶ一直線上になく且つ空間上
に配置される、測定対象物に設けられる標的部材と、 移動体に設けられ、前記標的部材を撮像する撮像手段
と、 この撮像手段で撮像した画像を表示する表示手段と、 この表示手段に前記撮像手段で撮像した前記標的部材の
画像を静止させる画像静止手段と、 前記表示手段に表示された標的部材の静止画像における
標的にカ−ソルを重畳して標的部材の標的の静止画像に
おける位置を検出する標的位置検出手段と、 前記移動体の角度を検出する角度検出手段と、 前記標的位置検出手段で検出した前記標的部材の標的の
位置及び前記表示手段に表示された標的部材の静止画像
の撮像時における前記角度検出手段の検出値を基に前記
移動体に対する前記測定対象物との位置及び姿勢角を求
める演算手段と を具備したことを特徴とする移動体用位置及び姿勢測定
装置。1. A target member provided on an object to be measured, having a set of three targets, at least one of the targets being arranged not in a straight line connecting two targets but in space. An imaging unit provided on a moving body for imaging the target member; a display unit for displaying an image captured by the imaging unit; and an image for stopping the image of the target member captured by the imaging unit on the display unit. Stationary means; target position detecting means for superimposing a cursor on the target in the still image of the target member displayed on the display means to detect the position of the target member in the still image; Angle detection means for detecting, the position of the target of the target member detected by the target position detection means and the detected value of the angle detection means at the time of capturing a still image of the target member displayed on the display means, Mobile object position and orientation measuring apparatus, characterized by comprising a calculating means for calculating the position and attitude angle of the measurement object relative to the moving object.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2099431A JP3056764B2 (en) | 1990-04-17 | 1990-04-17 | Position and attitude measurement device for moving objects |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2099431A JP3056764B2 (en) | 1990-04-17 | 1990-04-17 | Position and attitude measurement device for moving objects |
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|---|---|
| JPH03296604A JPH03296604A (en) | 1991-12-27 |
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|---|---|---|---|---|
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- 1990-04-17 JP JP2099431A patent/JP3056764B2/en not_active Expired - Fee Related
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