JP2004198330A - Method and apparatus for detecting position of subject - Google Patents

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JP2004198330A
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Makoto Kajitani
Shintaro Sakamoto
Yukinobu Tanaka
誠 梶谷
幸悦 田中
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Makoto Kajitani
Shinryo Corp
新菱冷熱工業株式会社
誠 梶谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable absorption of errors due to unevenness of a floor face by accurately detecting the position of a moving subject in a certain area without installing a great number of marks. <P>SOLUTION: Two laser lights are irradiated toward two known points to the subject from a laser pointer robot installed in the area, received with a point receiver of the inside of the subject, a centroid position of a first laser spot and a second laser spot on the point receiver is measured in the subject inside coordinate system, and the position in the area coordinate system of the subject is detected. The point receiver has a horizontal screen receiving spot irradiation of the laser light; a CCD camera for photographing the laser spot on the horizontal screen; an image processing mechanism; and a control mechanism for calculating the position, and further has a height measuring mechanism for measuring a height by receiving horizontal laser irradiation from the laser pointer robot and correcting an irradiating position on the horizontal screen. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は、ロボットを用いて移動物体の位置を検出する方法と装置に関し、特に一定のエリア内にある対象物体に向けてロボットからレーザ光を照射することにより、その対象物体の正確な現在位置を測定する方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for detecting the position of the moving object using the robot, by irradiating a laser beam from the robot, particularly toward the target object in the certain area, accurate present position of the target object to a method and apparatus for measuring.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
移動物体の現在位置を検出するには、移動経路中の要所に各種のランドマーク(誘導標識)を設置しておいて移動物体側からそのランドマークを見て現在位置を検出する方法と、固定位置に設置した観測装置から移動物体を見て移動物体の現在位置を検出する方法とがある。 To detect the current position of the moving object, a method of looking at the landmark from the moving object side various landmarks strategic points in the movement path (the guidance sign.) If installed to detect the current position, and a method of detecting the current position of the moving object from the installed observation device in a fixed position by looking at the moving object.
【0003】 [0003]
特開平11−183174号「移動体の位置計測装置」では、2個以上の反射物体を移動経路の周囲に配置し、移動体からレーザ光などを投射し、その反射光などから相対距離・進行方向・相対角度などを計測し演算している。 In JP-A-11-183174 "position measuring device of a mobile", two or more reflecting objects disposed around the movement path, and a laser beam is projected from the mobile, the relative distance and progress from such reflected light It is calculated by measuring the like direction and a relative angle. この場合、2個以上の反射物体は既知の位置に正確に設置する必要があるから、設置の手間が煩雑で、基準の数が増えるほど作業量が多くなる。 In this case, two or more reflective objects because it is necessary to accurately installed at a known position, a complicated labor installation, becomes large workload as the number increases of the reference. また測角と測距の2つの手段が必要となる。 Also it requires two means of angle measurement distance measurement.
特開平8−150582号「移動ロボット走行システム」では、2つの光学装置からそれぞれレーザ光を照射し、各光学系の光軸と規準線とのなす角度及び規準線の長さを用いて、三角測量の原理により位置を求めている。 In JP-A-8-150582 "mobile robot travel system", respectively from the two optical devices is irradiated with laser light, with the length of the angle and the reference line of the optical axis and the reference line of the optical system, a triangular seeking position in accordance with the principles of surveying. この場合、レーザ照射装置を2カ所に正確に設置する必要がある。 In this case, it is necessary to accurately set up the laser irradiation apparatus in two places.
【0004】 [0004]
特開平7−5242号「移動体の位置計測装置」では、反射手段を有する標識位置から位置計測装置までの距離及び方位を光ビームと画像処理手段を用いて算出しており、特に移動体の近傍に障害物があった場合でも、赤外線発光ダイオードとビデオカメラを用いて物体を検出している。 In JP-A-7-5242 "position measuring device of the moving body", and calculates the distance and direction from the marker position to the position measuring device with a reflecting means with a light beam and an image processing unit, in particular of a mobile even if there is an obstacle in the vicinity, and detects the object by using an infrared light emitting diode and a video camera. この場合、ビデオカメラによる画像が複雑となるため、制御手段が高度な構成となる。 In this case, since the image of the video camera becomes complicated, the control means is advanced configuration.
本発明者等の先願である特開平9−128041号(特許第3340606号)「移動ロボットの誘導方法と誘導システム」では、1枚の標識に複数の基準点を設定し移動体の位置計測を行っている。 The present inventors have a prior application JP 9-128041 (Japanese Patent No. 3340606), the "induction method and guidance system of the mobile robot", position measurement of setting a plurality of reference points on one label mobile It is carried out. このように基準点間の角度を参照して位置計測する方法では、基準点間距離が大きければ大きいほど位置計測誤差は小さくなるが、1枚の標識に採用できる基準点間距離は通常200mm程度であり、精度を上げることが難しい。 In the method of position measurement with reference to the angle comprised between the reference points, the reference inter-point distance is enough position measurement error is larger the smaller, between the reference points can be employed on a single label distance is usually about 200mm in it, it is difficult to improve the accuracy.
【0005】 [0005]
一般にレーザ光を用いて位置を検出する方法では、レーザ光などを検出するためにPSD(Position Sensitive Device )などの半導体位置検出素子を用いているが、PSDの大きさが小さいので(最大で20×20mm程度)、レーザ光を素子に当てるための制御が複雑になるという欠点がある。 In general, the process of detecting a position using a laser beam, is used a semiconductor position detecting element such as a PSD (Position Sensitive Device) to detect a laser beam, since a small size of the PSD (up to 20 × about 20 mm), there is a drawback that the control for directing the laser beam to the device becomes complicated.
【0006】 [0006]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
本発明の主たる目的は、多数の標識を設置することなく、一定のエリア内における移動物体の位置を正確に検出する方法と装置を提供することにある。 The main object of the present invention, without installing a large number of labels is to provide a method and apparatus for accurately detecting the position of the moving object in a certain area.
本発明の他の目的は、床面の凹凸による誤差を吸収して正確な位置検出を可能とする位置検出装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a position detecting apparatus which enables accurate position detection by absorbing error due to unevenness of the floor surface.
【0007】 [0007]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
前述した目的を達成するため、本発明はその第1の態様において、一定のエリア内に存在する物体の位置を検出する方法であって、エリア内の基準位置に設置したレーザポインタロボットから、対象とする物体に対してエリア座標系における既知の2点に向けて2本のレーザ光を照射し、それら2本のレーザ光を前記物体内部のポイントレシーバで受け、前記ポイントレシーバ上の第1のレーザスポットと第2のレーザスポットとの重心位置を前記物体の物体内座標系で測定し、これにより対象物体のエリア座標系での位置を検出する物体の位置検出方法を提供する。 To achieve the above object, the present invention provides a first aspect, a method of detecting the position of an object present in a certain area from the laser pointer robot installed in a reference position in the area, the subject towards known two points irradiated with two laser beams in the area coordinate system to the object to receive their two laser beams at the object inside the point receiver, on the first of said points receiver the center of gravity of the laser spot and the second laser spot was measured by the object within the coordinate system of the object, thereby providing a position detecting method of the object for detecting the position of an area coordinate system of the target object.
【0008】 [0008]
【作用】 [Action]
本発明の方法によれば次のような作用効果が得られる。 The following operational effects according to the method of the present invention is obtained.
1 多数のマーカーを設置する必要がない。 1 is not necessary to install a large number of markers. 基準が1つであり、設置の手間が少ない。 Standards is one, little effort installation. また、測距手段が無く装置が簡略化できる2 基準の設置は1カ所でよいので手間が少ない3 標識に相当する基準点がアクティブにレーザ光を照射して位置を示すので、移動物体から標識を選び出す必要が無く装置が簡略化できる4 標識を大きくする必要がない5 スクリーンから距離をとってCCDカメラを配置すれば、レーザスポットの検出範囲は大きくとれる(実施例で100×100mm)。 Further, since the reference point corresponding to time it is small 3 labeled since the installation of the second reference distance measurement means no device can be simplified good in one place indicates the position irradiated with laser light to activate label from the moving object by arranging the CCD camera taking the distance from the 5 screen requires no apparatus is not required to increase the 4 labels can be simplified to single out, detection range of the laser spot can be made large (100 × 100 mm in this embodiment). これにより、概略座標データと実座標データとに誤差が生じても、レーザスポットを検出することができる。 Thus, even if an error occurs in the schematic coordinate data and the actual coordinate data, it is possible to detect the laser spot.
【0009】 [0009]
さらに本発明はその第2の態様として、物体の位置検出装置を提供する。 The present invention as its second aspect provides a position detecting device of an object. この装置は、一定のエリア内でレーザ光を水平下方又は水平上方に向けて照射可能なレーザポインタロボットと、位置を検出する対象物体上に搭載可能なポイントレシーバとを備え、前記ポイントレシーバは、レーザ光のスポット照射を受けるための水平スクリーンと、この水平スクリーン上のレーザスポットを撮影するCCDカメラと、前記CCDカメラの映像から対象物体の物体内座標系におけるレーザスポットの位置を計測する画像処理機構と、前記画像処理機構により測定された値に基づいて対象物体のエリア座標系における位置を計算する制御機構とを有しており、前記レーザポインタロボットから照射される複数のレーザ光が前記スクリーンに照射する位置を計測することにより対象物体の位置を検出する。 This device includes a laser pointer robot capable of irradiating toward the laser beam in a horizontal downward or horizontal upper and a mountable point receiver on the object to detect a position within a certain area, the point receiver, image processing for measuring the horizontal screen for receiving a spot irradiated with the laser light, and a CCD camera for photographing a laser spot on the horizontal screen, the position of the laser spot in the object in the coordinate system of the target object from the image of the CCD camera mechanism and the image processing has a control mechanism to calculate the position in the area coordinate system of the target object based on the measured value by a mechanism, a plurality of laser beams the screen to be emitted from the laser pointer robot detecting the position of the target object by measuring the position to be irradiated to.
【0010】 [0010]
このような装置を実際に使用する際に問題となるのが、床面の凹凸によって生じる移動体のZ軸方向の位置の変化、すなわちレーザポインタロボットとポイントレシーバの床面のレベルが変化した際の測定誤差の問題である。 Such devices become a problem when actually using the change in position of the Z-axis direction of the moving body caused by the unevenness of the floor surface, i.e. when the level of the floor of the laser pointer robot and point receiver has changed which is the measurement error of the problem. そこで本発明では、前記ポイントレシーバにさらに、前記レーザポインタロボットからの水平レーザ照射を受けて高さを計測し水平スクリーン上へ照射する位置を補正するための高さ測定機構を設けることができる。 In this invention, further to the point receiver, it can be provided height measuring mechanism for correcting the position of irradiating onto a horizontal screen receives horizontal laser irradiation to measure the height from the laser pointer robot. この高さ測定機構は受光板とCCDカメラを包含することが好適である。 The height measuring mechanism is preferable to include the light receiving plate and a CCD camera.
【0011】 [0011]
本発明による方法及び装置は測定対象物体とレーザポインタロボットで構成される。 Method and apparatus according to the present invention consists of a measurement target object and the laser pointer robot. 測定対象物体は、ワイヤレスモデム、コンピュータ、傾斜計、レーザポインタロボットからのレーザ光を受光する測定対象物体に水平に設置されたスクリーン、スクリーンからの反射光を検出するCCDカメラからなるポイントレシーバ、高さ測定装置、などから構成されている。 Measured object is a wireless modem, a computer, inclinometer, horizontally installed screen the measurement target object for receiving the laser beam from the laser pointer robot, point receiver comprising a CCD camera for detecting light reflected from the screen, high and a measuring device, such as is.
レーザポインタロボット(LPR)は、ワイヤレスモデム、コンピュータ、レーザポインタ、レーザポインタを水平・垂直方向に回転させる機構及び実際のレーザ光投射角度を測定するための機構などから構成されている。 Laser pointer robot (LPR) is a wireless modem, a computer, a laser pointer, and a like mechanism for measuring mechanism and actual laser beam projection angle for rotating the laser pointer in the horizontal and vertical directions.
レーザポインタロボットは、レーザ光源を水平(α:レーザ光源の含まれる水平面(X−Y平面)上において、レーザ光軸がx軸となす角)・垂直(β:レーザ光軸が水平面となす角)方向に回転させて、2次元平面における任意の位置をレーザスポットで指し示すことができる。 The laser pointer robot laser light sources horizontal (alpha: on a horizontal plane containing the laser light source (X-Y plane) angle laser optical axis forms with the x-axis) and vertical (beta: angle laser light axis horizontal ) is rotated in the direction, it is possible to point to any location in the two-dimensional plane by the laser spot.
上記2台はそれぞれコンピュータで制御され、2つのコンピュータは無線による通信ができる。 Two above are respectively controlled by a computer, two computers can communicate by wireless.
【0012】 [0012]
このシステムを用いて測定対象物体の自己位置検出を行う過程を以下に示す(1)レーザポインタロボットを基準位置に設置する(2)測定対象物体をエリア内に置く(3)測定対象物体の位置における概略の座標データ(x,y)をレーザポインタロボットに入力する(4)レーザポインタロボットから水平方向にレーザ光を照射する。 Put installing the measuring process of performing self-position detection of the target object shown in the following (1) laser pointer robot using this system as a reference position (2) measured object in the area (3) position of the measurement object inputting coordinate data (x, y) of the outline of the laser pointer robot in (4) is irradiated with laser light from the laser pointer robot horizontally. 測定対象物体は高さ測定装置によりレーザ光を受光し、レーザ光の高さを測定する(5)測定対象物体の傾斜(高さのずれ)を前記レーザ光の高さから計算して高さの補正を行い、測定対象物体の正しい高さを計算し、そのデータをレーザポインタロボットへ送信する(6)レーザポインタロボットは、測定対象物体の既知の概略の座標データと正しい高さから、測定対象物体の床面高さの補正を行った概略座標位置に対するレーザ光照射角α1,β1を算出する【0013】 Measured object receives the laser beam by the height measuring apparatus, measuring the height of the laser beam (5) inclined Get (deviation of height) from the height of the laser beam height measured object perform the correction, the measurement was calculated correct height of the object, and transmits the data to the laser pointer robot (6) laser pointer robot from the known coordinate data and correct height of the outline of the measured object, measuring laser light irradiation angle α1 with respect to outline coordinate position was corrected floor level of the target object, and calculates the β1 [0013]
(7)レーザポインタロボットは、算出された角α1,β1に向けてレーザ光を照射する(8)測定対象物体はレーザ光をスクリーンで受光し、受光したことをレーザポインタロボットに送信する。 (7) a laser pointer robot corners α1 calculated, irradiates laser light toward the .beta.1 (8) measured object receives the laser beam on the screen, and transmits that it has received the laser pointer robot. スクリーン上の第1受光ポイントの位置をコンピュータに記録する(9)レーザポインタロボットは概略位置から規定値だけ離れた近傍の位置に対する照射角α2,β2を計算し、その角度にレーザ光を照射する(10)測定対象物体は、スクリーン上に第2受光ポイントを検出し、受光したことをレーザポインタロボットに送信する。 Recording the position of the first light receiving point on the screen to the computer (9) laser pointer robot calculates the irradiation angle [alpha] 2, .beta.2 with respect to the position of the near distant by a predetermined value from the approximate position, irradiating a laser beam on the angle (10) measured object detects the second light receiving points on the screen, and transmits that it has received the laser pointer robot. スクリーン上の第2受光ポイントの位置をコンピュータに記録する(11)測定対象物体は、記録された第1受光ポイントと第2受光ポイントの記録データから、自己の正確な位置をコンピュータで検出する。 Recording a position of the second light receiving point on the screen to the computer (11) measured object from the recording data of the first light receiving point and the second light receiving point recorded to detect the exact position of the self-in computer.
【0014】 [0014]
さらに具体的には、レーザスポットの位置を検出するために、広い面積を有するスクリーンを測定対象物体に水平に取り付け、スクリーン内で受光したレーザスポットを撮像できるようにCCDカメラを取り付け、画像処理装置を用いてスポットの重心位置を計測する。 More specifically, in order to detect the position of the laser spot, mounted horizontally screen to the measurement object having a large area, fitted with a CCD camera so that it can image the laser spot of light received by the screen, the image processing apparatus to measure the position of the center of gravity of the spot using.
以下、本発明による好適な実施形態を添付図面を参照しながら説明する。 It will be described below with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment according to the present invention.
【0015】 [0015]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
まず本発明による自己位置計測法の基本原理について説明する。 Described basic principle of the self-position measuring method according to the present invention first.
図1に示すように本発明は、レーザ光により目標位置を示すレーザポインタロボット(LPR)12と、レーザ光を受光して自己位置を算出するポイントレシーバ(PRV)14を搭載した測定対象物体10とで構成される。 The present invention, as shown in FIG. 1, the measurement object 10 to the laser pointer robot (LPR) 12 indicating the target position by the laser beam, equipped with point receivers (PRV) 14 for calculating its own position by receiving the laser beam constituted by the. 測定対象物体10は一定のエリアS内を移動し、レーザポインタロボット12は原則として一定の位置S1に設置される。 Measured object 10 moves within a certain area S, the laser pointer robot 12 is installed in a fixed position S1 in principle.
【0016】 [0016]
図2はレーザポインタロボット12が床面へレーザ光を照射して投射位置Tを指示する様子を示している。 Figure 2 shows a state that indicates the projection position T is irradiated with a laser beam to the laser pointer robot 12 the floor. ここでは、レーザポインタロボットのxy平面は床面のXY平面と平行であり、x軸y軸はそれぞれ対応するX軸Y軸と平行とする。 Here, xy plane of the laser pointer robot is parallel to the XY plane of the floor surface, and parallel to the X-axis Y-axis corresponding respectively x-axis y-axis. レーザポインタロボットのレーザ光照射部の回転中心は、床面から高さHのところにある。 The rotation center of the laser beam irradiation portion of the laser pointer robot, there is to the floor height H. レーザ光照射部を水平角α,仰角βの方向に向けると、床面上の投射位置T(x,y)にレーザスポットを照射して位置を指示することができる。 Horizontal angle α to the laser beam irradiation unit, when directed to the direction of the elevation angle beta, it is possible to indicate the position by irradiating a laser spot projection position T on the floor surface (x, y). これらの関係式は次式で表される。 These relations can be expressed by the following equation.
x=r・cosα x = r · cosα
y=r・sinα y = r · sinα
r=h/tanβ r = h / tanβ
【0017】 [0017]
ポイントレシーバ(PRV)は一定の大きさのスクリーンを持ち、スクリーンに照射されたレーザ光(これをレーザポイントと呼ぶ)の座標を測定する装置である。 Point receiver (PRV) has a screen of a certain size, a device for measuring the coordinates of the irradiated on the screen the laser beam (this is referred to as laser points). ここでは、原理を簡単に説明するために、レーザ光が照射される床面とポイントレシーバのスクリーンは同一平面にあるものとする。 Here, in order to explain the principles briefly, screen floor and point receivers which laser light is irradiated it is intended to be on the same plane. 図3に示すようにエリアの床面の座標系(XY座標系)において、レーザポインタロボットによって床面に照射されたスポットA(x A ,y A )は測定対象物体上のスクリーン(UV座標系)ではスポットA(u A ,v A )と測定される。 The coordinate system of the floor area as shown in FIG. 3 at (XY coordinate system), Spot A (x A, y A) irradiated on the floor surface by a laser pointer robot screen (UV coordinate system on the measurement object ) the spot a (u a, v a) to be measured. ロボット位置R(x R ,y R )と姿勢θ Rは2点A,Bから以下の手順で求めることができる。 Robot position R (x R, y R) and orientation theta R can be obtained two points A, from B by the following procedure.
【0018】 [0018]
まず、姿勢θ Rは、スポットを通る直線と2つの座標系とのなす角θ AB ,φ ABとの関係により、次式から求められる。 First, the orientation theta R, the angle theta AB between the straight line and the two coordinate systems through the spot, the relationship between phi AB, determined from the following equation. 負の値は絶対値とする。 Negative value is an absolute value.
θ R =θ AB −φ AB θ R = θ AB AB
ここで、θ ABとφ ABはそれぞれ次式で与えられる。 Here, theta AB and phi AB are respectively given by the following equation.
【数1】 [Number 1]
【0019】 [0019]
次に、位置R(x R ,y R )は次式から求められる。 Then, the position R (x R, y R) is determined from the following equation.
R =x A −r A cos(θ R +φ A x R = x A -r A cos (θ R + φ A)
R =y A −r A sin(θ R +φ A y R = y A -r A sin (θ R + φ A)
ここで、φ Aはロボットから見たスポットAの方向、r Aはロボット中心とスポットAとの距離で、それぞれ次式で与えられる。 Here, phi A is the direction of the spot A as viewed from the robot, the distance between r A robot center and the spot A, is respectively given by the following equation.
【数2】 [Number 2]
【0020】 [0020]
【実施例】 【Example】
一般にレーザ光などを検出するためにPSD(Position Sensitive Device )などの半導体位置検出素子を用いるが、PSDの大きさが小さいので(最大で20×20mm程度)、レーザ光を素子に当てるための制御が複雑になる。 Generally it uses a semiconductor position detecting element such as a PSD (Position Sensitive Device) to detect a laser beam, since a small size of the PSD (approximately up to 20 × 20 mm), the control for directing the laser beam to the element It becomes complicated.
本発明では、レーザスポットの位置を検出するために、スクリーン内で受光したレーザスポットをCCDカメラで撮像して、画像処理装置を用いてスポットの重心位置を計測する。 In the present invention, in order to detect the position of the laser spot, by imaging the laser spot of light received by the screen by a CCD camera to measure the position of the center of gravity of the spot with the image processing apparatus.
本発明のように、スクリーンから距離をとってCCDカメラを配置すれば、レーザスポットの検出範囲は大きくとれる(実施例で100×100Amm)。 As in the present invention, by arranging the CCD camera taking distance from the screen, the detection range of the laser spot is made large (Example in 100 × 100Amm). これにより、オドメトリ情報(自動車の走行距離計に対応する走行距離データ)での移動の際に誤差が生じても、レーザスポットを検出することができる。 Thus, even if an error occurs during the movement in the odometry information (traveling distance data corresponding to the odometer of a motor vehicle), it is possible to detect a laser spot.
【0021】 [0021]
レーザポインタロボット(LPR)は、レーザ光を水平方向(回転角α)と垂直方向(回転角β)に回転させて、作業領域内にレーザ光を投射する機能を持つ投光部とその制御装置で構成される。 Laser pointer robot (LPR) is rotated the laser beam horizontally (angle of rotation alpha) in the vertical direction (rotation angle beta), the light projecting unit and a control unit having a function of projecting a laser beam in the working area in constructed.
図4はレーザポインタロボット12の投光部の外観を表している。 Figure 4 is an appearance of a light projecting portion of the laser pointer robot 12. レーザ光源26には素子出力5mW、波長670nmの半導体レーザを使用し、コリメータレンズを用いて距離5mでスポット径5mmにしている。 Laser light source 26 to the device output 5 mW, using a semiconductor laser with a wavelength of 670 nm, and the spot diameter 5mm distance 5m with the collimator lens. レーザ光源26は垂直回転軸に取り付けられている。 The laser light source 26 is attached to the vertical shaft. 投光部の各軸は、減速機付きDCサーボモータ28,29とスチールベルトによる減速機構(減速比1/300)により駆動される。 Each axis of the light projecting section is driven by the reduction mechanism by the DC servo motor 28, 29 and steel belted speed reducer (reduction ratio 1/300). 位置決め分解能は軸換算で1.07”(0.0003°)である。レーザ光の投射角度の測定には、各軸に直接取り付けたエンコーダ32,33(目盛本数18000本)を使用し、波形成形回路(内挿回路)とカウンタ回路により測定分解能は1.8”(0.0005°)である。 Positioning resolution is in axial translation 1.07 "(0.0003 °). To measure the projection angle of the laser beam, using an encoder 32, 33 mounted directly on each axis (the line count 18000 present), the waveform measurement resolution by shaping circuit (interpolation circuits) a counter circuit is 1.8 "(0.0005 °). 投光部のベース36は、水平調整を行うため3点支持機構(図示せず)とした。 Base 36 of the light projecting unit has a three-point support mechanism for performing leveling (not shown).
制御装置24は、無線モデムを通じて移動ロボットや他のシステムと通信し、レーザを投射している方向の情報(α,β)を提供したり、指令を受けて指定された方向へレーザ光を位置決めする機能を持つ。 The controller 24 communicates with the mobile robot and other systems through a wireless modem, the direction of the information by projecting a laser (alpha, beta) or provide, position the laser beam in a direction which is designated in response to a command It has the ability to.
【0022】 [0022]
図5に示すように、移動体10には、レーザポインタロボット12により照射されたレーザポイントを受光して自己位置を算出するためのポイントレシーバ14が搭載されている。 As shown in FIG. 5, the moving body 10, point receiver 14 for calculating its own position by receiving the laser point illuminated by a laser pointer robot 12 is mounted. 本システムの自己位置計測法は、レーザポインタロボットが指示した目標位置まで移動体がオドメトリ情報(走行距離データ)のみで移動し、レーザポイントを受光した後に正確な自己位置を算出するという方法である。 Self-position measuring method of the present system, the mobile to the target position of the laser pointer robot is instructed to move only odometry information (traveling distance data) is a method of calculating an accurate self-position after receiving the laser point . 従って、PSDなどの受光面積の小さなセンサを用いると、移動体には高い移動精度が要求されることになり、オドメトリのみの自律移動性能と床面の状況を考えると実用的ではない。 Therefore, the use of small sensors of the light receiving area, such as PSD, will be high moving accuracy to the mobile is required, it is not practical considering the status of the autonomous mobile performance and floor of only odometry. そこで、移動体にレーザポイントを受光するスクリーンを用意し、この反射光をCCDカメラにより画像計測するポイントレシーバシステムを構築している。 Therefore, providing a screen for receiving the laser point to the mobile, we are building point receiver system to image measurement by the reflected light CCD camera.
【0023】 [0023]
図5に示すように、レーザポイントの検出部は、スクリーン40(反射板)とCCDカメラ42で構成されている。 As shown in FIG. 5, the detection unit of the laser points, the screen 40 is composed of (reflective plate) and a CCD camera 42. スクリーン40に対して斜めに入射するレーザ光はレーザポインタロボット12からの距離が長くなるに従ってポイントの長軸が長くなる。 Laser beam obliquely incident on the screen 40 the long axis of the point becomes longer as the distance from the laser pointer robot 12 becomes longer. ここではポイントレシーバの受光範囲をレーザポインタロボットから10mと設定し、そのために必要なカメラ視野が得られるように設計した。 Here, set to 10m to receiving range of point receiver from the laser pointer robot was designed to camera view required therefor is obtained. このときのカメラレンズの焦点距離は16mm、有効画素は512×480の正方格子配列で、スクリーン上での検出範囲は約100mm四方、カメラの測定分解能は0.22mm/ピクセルとした。 Focal length of the camera lens at this time was 16 mm, effective pixels in a square lattice array of 512 × 480, the detection range on the screen about 100mm square, measurement resolution cameras and 0.22 mm / pixel. 画像処理装置では、二値化、平滑化、ノイズ除去、面積フィルタの前処理を行い、ポイントの重心位置と面積を測定する。 In the image processing apparatus, binarization, smoothing, noise reduction, preprocesses area filter, to measure the centroid position and area of ​​the points.
【0024】 [0024]
本システムを実際に使用する際に問題となるのが、床面の凹凸によって生じる移動体のZ軸方向の位置の変化、すなわちレーザポインタロボット(LPR)とポイントレシーバ(PRV)との高度差dの変化である(図6参照)。 The problem in actually using the present system, a change in the position of the Z-axis direction of the moving body caused by the unevenness of the floor surface, i.e. height difference between the laser pointer robot (LPR) and point receivers (PRV) d a change (see FIG. 6). これを測定して補正するために、図7に示すように移動体10上に高さ測定装置(機構)50を装備している。 To correct by measuring this is equipped with a height measuring device (mechanism) 50 on the moving body 10 as shown in FIG. この高さ測定装置50は、レーザポインタロボット12から水平に照射されたレーザ光を受光板52で受光し、それをCCDカメラ54で検出してレーザポイントの位置を計測する。 The height measuring device 50 receives the laser beam emitted horizontally from the laser pointer robot 12 by the light receiving plate 52, and detects it with the CCD camera 54 measures the position of the laser point. あらかじめ床面からの距離h LPRの位置を高さ測定装置の座標系で求めているので、dは装置内の高度差Δdにより以下の式で求められる。 Since previously determined position of the distance h LPR from the floor in the coordinate system of the height measuring apparatus, d is calculated by the following equation by altitude difference Δd in the device.
d=(h LPR −h PRV )+Δd d = (h LPR -h PRV) + Δd
測定装置50の測定分解能は0.153mm/ピクセルである。 Measurement resolution of the measuring device 50 is 0.153Mm / pixel.
【0025】 [0025]
上述したように、自己位置を求めるためには、ポイントレシーバ面上に照射された投射位置Tの座標(X,Y)(LPR座標系)と、ロボットから見たポイントレシーバ面上のTの座標(U,V)(移動体=PRV座標系)が必要である。 As described above, in order to determine its own position, the coordinates of the projection position T that is irradiated onto the point the receiver plane (X, Y) and (LPR coordinate system), the coordinates of T on a point receiver surface as viewed from the robot (U, V) (mobile = PRV coordinate system) is required. ここで床面の凹凸の影響などで移動体10が傾くとポイントレシーバ14も傾くので、レーザポインタロボット12の指示した投射位置Tを正しく測定することができなくなる。 Here, since the moving body 10 is a point receiver 14 also tilts tilts in influence of the floor unevenness, it becomes impossible to correctly measure the projection position T that is indicated in the laser pointer robot 12. そこで、傾きによる誤差を補正するために、移動体のピッチング方向(V軸回り)とローリング方向(U軸回り)に取り付けた傾斜計で傾き角を測定し、測定座標(U,V)を補正する。 Therefore, in order to correct an error due to inclination, the inclination angle measured by inclinometer attached to the pitching direction of the moving body (V-axis) and the rolling direction (U-axis), measured coordinates (U, V) a correction to.
【0026】 [0026]
本システムによる自己位置検出の手順と各装置の動作は次の通りである。 Operation procedure and the device self-position detection according to the present system is as follows.
(1)レーザポインタロボットから移動体へ、移動体の現在位置座標と移動目標位置座標を無線モデムで送信する(2)移動体はオドメトリ情報により目標位置へ移動し、レーザポインタロボットへ移動完了メッセージを送信する(3)レーザポインタロボットは高さ測定のためにα軸を水平にして、レーザ光を移動体へ向けて照射する(4)移動体は高さ測定装置によりレーザポイントの位置を測定する。 (1) from a laser pointer robot to the mobile, the current position coordinates and the movement target position coordinates of the mobile wirelessly transmitting modem (2) the mobile moves to the target position by odometry information, move complete message to the laser pointer robot It transmits the (3) laser pointer robot the α axis in the horizontal for the height measurement is irradiated toward the laser beam to the mobile (4) measuring the position of the laser point by moving body height measuring device to. 次に、計測したロボットの傾斜角度に基づいて高さ測定値を補正し、その結果をレーザポインタロボットに送信する【0027】 Then, to correct the height measurement based on the inclination angle of the measured robot, it transmits the result to the laser pointer robot [0027]
(5)レーザポインタロボットは、補正された高さ測定情報に基づいてα,β角度を計算し、移動目標位置にレーザ光を照射する。 (5) a laser pointer robot, alpha based on the corrected height measurement information was to calculate the β angle, irradiating a laser beam to the moving target position. その後、照射完了メッセージを移動体へ送信する(6)移動体はポイントレシーバにより照射されたレーザポイントの位置を測定する。 Then transmits an irradiation completion message to the mobile (6) mobile measures the position of the laser point illuminated by point receiver. 第1点目の測定が完了したことをレーザポインタロボットに送信する(7)レーザポインタロボットは移動目標位置のX座標Y座標にそれぞれ10mm加えた位置に第2点目のレーザ光を照射する。 Laser pointer and transmits to the robot (7) a laser pointer robot that first point of measurement is completed irradiated with laser light of a second point at a position plus 10mm in the X coordinate Y coordinate of the movement target position. その後、照射完了メッセージを移動体へ送信する(8)移動体は第2点目をポイントレシーバにより測定する。 Then transmits an irradiation completion message to the mobile (8) mobile is measured by the point receiver a second point. 1点目と2点目の測定結果から自己位置を計算する。 Calculating its own position from the first point and the second point of the measurement results. 自己位置測定結果は、現在位置座標情報としてレーザポインタロボットに送信する。 Self position measurement result is transmitted as a current position coordinate information on the laser pointer robot.
【0028】 [0028]
もし移動体が何らかの原因で目標位置へ移動できず、ポイントレシーバでレーザポイントが受光できなかった場合は、移動体側で判断してサーチモードに入る。 If the mobile can not be moved for some reason the target position, if the laser point can not be received by the point receiver enters the search mode by determining at the mobile side. 同時に、無線モデムでレーザポインタロボットにサーチモードに入るよう指示する。 At the same time, it instructs to enter the search mode in the laser pointer robot wireless modem. サーチモードでは、レーザポインタロボットはレーザ光の走査を行い、移動体はポイントレシーバにポイントの検出を連続して行わせる。 In search mode, the laser pointer robot performs laser beam scanning, the mobile to perform continuous detection of the point to the point receiver. ポイントレシーバがポイントを捕捉した時、レーザポインタロボットの指示した座標とポイントレシーバが測定したポイント座標より移動体の位置のずれを算出し、目標位置へ復帰する。 When the point receiver has captured the point, it indicated coordinates and point receivers of the laser pointer robot calculates the deviation of the position of the moving body than the point coordinates measured, to return to the target position. 以降(3)から制御を行う。 Performs control from later (3).
【0029】 [0029]
図8は、移動体10及びレーザポインタロボット12のそれぞれに搭載されるコンピュータ制御通信システム60,70を含む制御装置24の概略接続図を表している。 Figure 8 represents a schematic connection diagram of a control device 24 including the computer controlled communication systems 60 and 70 are mounted on each of the moving body 10 and a laser pointer robot 12. これらのシステムは周知のワイヤレスモデム、RS232C回路、コンピュータ、A/D変換器、傾斜計、画像処理装置、CCDカメラ、モータコントローラ、エンコーダ、DCサーボモータ、カウンタボード、波形成形回路などで構成される。 These systems known wireless modem, RS232C circuit, computer, A / D converter, configured inclinometer, an image processing apparatus, CCD camera, the motor controller, an encoder, DC servo motor, counter board, etc. waveform shaping circuit .
【0030】 [0030]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
以上詳細に説明した如く、本発明によれば、多数のマーカーを設置する必要がなく、基準の設置は1カ所でよく、測距手段が無いので装置が簡略化できる。 As has been described above in detail, according to the present invention, it is not necessary to install a large number of markers, installation criteria may in one place, can be simplified apparatus because the distance measuring means is not. 標識に相当する基準点がアクティブにレーザ光を照射して位置を示すので、移動物体から標識を選び出す必要が無く、標識を大きくする必要もない。 Since the reference point corresponding to the label indicates the position irradiated with laser light in the active, there is no need to pick a label from the moving object, there is no need to increase the label. スクリーンから距離をとってCCDカメラを配置すれば、レーザスポットの検出範囲は大きくとれるので、概略座標データと実座標データとに誤差が生じても、レーザスポットを検出することができる等の利点が得られ、その技術的効果には極めて顕著なものがある。 By arranging the CCD camera taking distance from the screen, the detection range of the laser spot can be made large, even if an error occurs in the schematic coordinate data and the actual coordinate data, has advantages such as it is possible to detect the laser spots the resulting, in its technical effect is quite remarkable.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】本発明による測定装置の概略斜視図である。 1 is a schematic perspective view of a measuring apparatus according to the present invention.
【図2】レーザ光の照射角度と距離の測定原理を表す概略図である。 2 is a schematic view showing a measurement principle of the irradiation angle and distance of the laser beam.
【図3】2つの座標系における測定原理を表す概略図である。 Figure 3 is a schematic view showing a measurement principle in the two coordinate systems.
【図4】レーザポインタロボットの正面図である。 FIG. 4 is a front view of a laser pointer robot.
【図5】ポイントレシーバの一部破断側面図である。 FIG. 5 is a partially broken side view of a point receiver.
【図6】高さ測定の原理説明図である。 6 is an explanatory view of the principle of height measurement.
【図7】高さ測定装置の概略斜視図である。 7 is a schematic perspective view of a height measuring device.
【図8】2つの装置間でのデータ送信システムを表す概略図である。 8 is a schematic diagram showing a data transmission system between two devices.
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
S エリア10 測定対象物体12 レーザポインタロボット14 ポイントレシーバ24 制御装置26 レーザ光源28,29 DCサーボモータ40 スクリーン42,54 CCDカメラ50 高さ測定装置52 受光板60,70 通信システム S area 10 measured object 12 laser pointer robot 14 points receiver 24 controller 26 a laser light source 28, 29 DC servo motor 40 screen 42 and 54 CCD camera 50 height measuring device 52 receiving plate 60, 70 communication system

Claims (3)

  1. 一定のエリア内に存在する物体の位置を検出する方法であって、 A method for detecting a position of an object present in a certain area,
    エリア内の基準位置に設置したレーザポインタロボットから、対象とする物体に対してエリア座標系における既知の2点に向けて2本のレーザ光を照射し、 From a laser pointer robot installed in a reference position in the area irradiated with two laser light to the known two points in the area coordinate system to the object of interest,
    それら2本のレーザ光を前記物体内部のポイントレシーバで受け、 Receiving their two laser beams at the object inside the point receiver,
    前記ポイントレシーバ上の第1のレーザスポットと第2のレーザスポットとの重心位置を前記物体の物体内座標系で測定し、 The center of gravity of the first laser spot and the second laser spots on said point receiver measured at the object within the coordinate system of the object,
    これにより対象物体のエリア座標系での位置を検出することを特徴とする物体の位置検出方法。 Position detecting method of the object, characterized in that thereby detecting the position of an area coordinate system of the target object.
  2. 一定のエリア内でレーザ光を水平下方又は水平上方に向けて照射可能なレーザポインタロボットと、 A laser pointer robot capable of irradiating toward the laser beam in a horizontal downward or horizontal upper within certain areas,
    位置を検出する対象物体上に搭載可能なポイントレシーバとを備え、 Position and a mountable point receiver on the object to be detected, and
    前記ポイントレシーバは、レーザ光のスポット照射を受けるための水平スクリーンと、この水平スクリーン上のレーザスポットを撮影するCCDカメラと、前記CCDカメラの映像から対象物体の物体内座標系におけるレーザスポットの位置を計測する画像処理機構と、前記画像処理機構により測定された値に基づいて対象物体のエリア座標系における位置を計算する制御機構とを有しており、 Said point receiver, a horizontal screen for receiving a spot irradiated with the laser light, and a CCD camera for photographing a laser spot on the horizontal screen, the position of the laser spot in the object in the coordinate system of the target object from the image of the CCD camera an image processing mechanism for measuring a has a control mechanism to calculate the position in the area coordinate system of the target object based on the value measured by the image processing mechanism,
    前記レーザポインタロボットから照射される複数のレーザ光が前記スクリーンに照射する位置を計測することにより対象物体の位置を検出することを特徴とする物体の位置検出装置。 Position detecting device of an object, wherein a plurality of laser beam emitted from the laser pointer robot detects the position of the target object by measuring the position of irradiating the screen.
  3. 前記ポイントレシーバはさらに前記レーザポインタロボットからの水平レーザ照射を受けて高さを計測し前記水平スクリーン上へ照射する位置を補正するための高さ測定機構を有し、この高さ測定機構は受光板とCCDカメラを包含している請求項2記載の位置検出装置。 Said point receiver has a height measuring mechanism for further correcting the position of irradiating receiving horizontal laser irradiation to measure the height on the horizontal screen from the laser pointer robot, the height measuring mechanism receiving position detecting device according to claim 2, characterized in that includes a plate and a CCD camera.
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