JP2005291879A - 歩行ロボット用歩行データの測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】法面に形成された格子状のフレームの三次元位置やフレーム内の三次元位置等の地形を計測するとともに、該格子状のフレームに位置する歩行ロボットの三次元位置と姿勢を計測して、歩行ロボットの歩行をスムーズに自動的に行なうことができる歩行ロボット用歩行データの測定方法を得る。
【解決手段】法面に形成された格子状のフレームの交点およびフレーム内の地面の少なくとも１箇所にマーカーを置き、追尾型三次元位置センサを用いて地形計測するとともに、歩行ロボットのマーカーをある決まった軌道上で動かし、追尾型三次元位置計測センサで前記マーカーを追尾し、一定期間位置計測を続け、この位置計測工程での観測およびロボット座標系におけるマーカーが描く軌跡により、前記歩行ロボットの位置姿勢を計測する。
【選択図】図１

Description

本発明は格子状のフレームが形成された法面等で作業する歩行ロボット用歩行データの測定方法に関する。

従来、格子状のフレームが形成された法面で歩行ロボットを歩行させるには、歩行ロボットのフレームを挟着する挟着装置が先端部に取付けられた脚部材をオペレータが操作して、所定位置に移動させるとともに、挟着装置もオペレータの操作で挟着、挟着解除等の作業を行なわなければならなかった。

このため、歩行ロボットの近くにオペレータがいなければ歩行させることができないという欠点があるとともに、法面が急傾斜である場合には、オペレータも急傾斜部位での操作が必要で、危険な作業になるという欠点があった。
特になし。

本発明は以上のような従来の欠点に鑑み、法面に形成された格子状のフレームの三次元位置やフレーム内の三次元位置等の地形を計測するとともに、該格子状のフレームに位置する歩行ロボットの三次元位置と姿勢を計測して、歩行ロボットの歩行をスムーズに自動的に行なうことができる歩行ロボット用歩行データの測定方法を提供することを目的としている。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は次の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。
ただし、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するために、本発明は法面に形成された格子状のフレームの交点にマーカーを置き、追尾型三次元位置センサを用いて、その三次元位置を計測する交点の三次元位置計測工程、前記格子状のフレーム内の地面の少なくとも１箇所にマーカーを置き、追尾型三次元位置センサを用いて、格子内の三次元位置を計測する格子内の三次元位置計測工程、前記交点の三次元位置計測工程の交点データを線でつなぎ、網目を作り、そこにフレームの幅だけ肉付けしてフレームデータを作成するフレームデータ作成工程、前記格子内の三次元位置計測工程の格子内データの起伏が急に変化したところを計測データにより補正する補正データ作成工程とを用いた地形計測工程と、この地形計測工程で計測した格子状のフレームに位置させた、Ｂ座標系でマーカーをある軌道上で動かすことができる歩行ロボットと、Ａ座標系の観測点に固定した追尾型三次元位置計測センサを静止させ、該歩行ロボットのマーカーをＢ座標系に対し、ある決まった軌道上で動かし、該追尾型三次元位置計測センサで前記マーカーを追尾し、一定期間位置計測を続ける位置計測工程、この位置計測工程でのＡＢ両座標系におけるマーカーが描く軌跡により、前記歩行ロボットの姿勢を計測する姿勢計測工程を用いた歩行ロボットの位置姿勢計測工程とで歩行ロボット用歩行データの測定方法を構成している。

本発明は法面に形成された格子状のフレームの交点にマーカーを置き、追尾型三次元位置センサを用いて、その三次元位置を計測する交点の三次元位置計測工程、前記格子状のフレーム内の地面の少なくとも１箇所にマーカーを置き、追尾型三次元位置センサを用いて、格子内の三次元位置を計測する格子内の三次元位置計測工程、前記交点の三次元位置計測工程の交点データを線でつなぎ、網目を作り、そこにフレームの幅だけ肉付けしてフレームデータを作成するフレームデータ作成工程、前記格子内の三次元位置計測工程の格子内データの起伏が急に変化したところを計測データにより補正する補正データ作成工程とを用いた地形計測工程と、この地形計測工程で計測した格子状のフレームに位置させた追尾型三次元位置計測センサをＡ座標系で固定した歩行ロボットと、Ｂ座標系でマーカーを軌道上で動かすことができる固定点を静止させ、該固定点のマーカーをＢ座標系に対し、ある決まった軌道上で動かし、該追尾型三次元位置計測センサで前記マーカーを追尾し、一定期間位置計測を続ける位置計測工程、この位置計測工程でのＡＢ両座標系におけるマーカーが描く軌跡により、前記歩行ロボットの姿勢を計測する姿勢計測工程を用いた歩行ロボットの位置姿勢計測工程とで歩行ロボット用歩行データの測定方法を構成している。

本発明は法面に形成された格子状のフレームの交点にマーカーを置き、追尾型三次元位置センサを用いて、その三次元位置を計測する交点の三次元位置計測工程、前記格子状のフレーム内の地面の少なくとも１箇所にマーカーを置き、追尾型三次元位置センサを用いて、格子内の三次元位置を計測する格子内の三次元位置計測工程、前記交点の三次元位置計測工程の交点データを線でつなぎ、網目を作り、そこにフレームの幅だけ肉付けしてフレームデータを作成するフレームデータ作成工程、前記格子内の三次元位置計測工程の格子内データの起伏が急に変化したところを計測データにより補正する補正データ作成工程とで歩行ロボット用歩行データの測定方法を構成している。

本発明は格子状のフレームに位置させた、Ｂ座標系でマーカーをある軌道上で動かすことができる歩行ロボットと、Ａ座標系の観測点に固定した追尾型三次元位置計測センサを静止させ、該歩行ロボットのマーカーをＢ座標系に対し、ある決まった軌道上で動かし、該追尾型三次元位置計測センサで前記マーカーを追尾し、一定期間位置計測を続ける位置計測工程、この位置計測工程でのＡＢ両座標系におけるマーカーが描く軌跡により、前記歩行ロボットの姿勢を計測する姿勢計測工程を用いた歩行ロボットの位置姿勢計測工程とで歩行ロボット用歩行データの測定方法を構成している。

本発明は格子状のフレームに位置させた追尾型三次元位置計測センサをＡ座標系で固定した歩行ロボットと、Ｂ座標系でマーカーを軌道上で動かすことができる固定点を静止させ、該固定点のマーカーをＢ座標系に対し、ある決まった軌道上で動かし、該追尾型三次元位置計測センサで前記マーカーを追尾し、一定期間位置計測を続ける位置計測工程、この位置計測工程でのＡＢ両座標系におけるマーカーが描く軌跡により、前記歩行ロボットの姿勢を計測する姿勢計測工程を用いた歩行ロボットの位置姿勢計測工程とで歩行ロボット用歩行データの測定方法を構成している。

以上の説明から明らかなように、本発明にあっては次に列挙する効果が得られる。

（１）法面の格子状のフレームの三次元位置および格子内の三次元位置の地形を計測できるとともに、格子状のフレームに位置する歩行ロボットの三次元位置と姿勢を計測することができる。
したがって、歩行ロボットをスムーズに自動的に歩行させることができる。

（２）前記（１）によって、格子状のフレームの三次元位置を容易に確実に計測することができる．

（３）前記（１）によって、格子状のフレームに位置する歩行ロボットの三次元位置と姿勢とを容易に確実に計測することができる．

（４）請求項２も前記（１）〜（３）と同様な効果が得られる。

以下、図面に示す本発明を実施するための最良の形態により、本発明を詳細に説明する。

図１ないし図８に示す本発明を実施するための最良の第１の形態において、１は格子状のフレーム２が形成された法面３で歩行ロボット４を歩行させて作業を行なう場合に使用する本発明の歩行ロボット用歩行データの測定方法で、この歩行ロボット用歩行データの測定方法１は地形計測工程５と、この地形計測工程５で計測された格子状のフレーム２に位置する歩行ロボット４の位置と姿勢を計測する位置姿勢計測工程６とで構成されている。

前記地形計測工程５は図２に示すように、前記法面３に形成された格子状のフレーム２の交点にマーカー７を置き、追尾型三次元位置センサ８を用いて、その三次元位置を計測する交点の三次元位置計測工程９と、前記格子状のフレーム２内の地面の少なくとも１箇所に、図３に示すようにマーカー７を置き、追尾型三次元位置センサ８を用いて格子内の三次元位置を計測する格子内の三次元位置計測工程１０と、前記交点の三次元位置計測工程９の交点データを線でつなぎ、図４に示すように網目を作り、そこにフレーム２の幅だけ図５に示すように肉付けしてフレームデータを作成するフレームデータ作成工程１１と、前記格子内の三次元位置計測工程１０の格子内のデータの起伏が急に変化したところを計測データにより補正する補正データ作成工程１２で構成されている。

前記位置姿勢計測工程６は図６に示すように、格子状のフレーム２に位置する歩行ロボット４にＢ座標系でマーカー７をある軌道上で動かすことができるように設置し、Ａ座標系の観測点に固定した追尾型三次元位置計測センサ８を静止させ、歩行ロボット４のマーカー７をＢ座標系に対し、ある決まった軌道上で動かし、追尾型三次元位置計測センサ８で前記マーカー７を追尾し、一定期間位置計測を続ける位置計測工程１３と、この位置計測工程１３でのＡＢ両座標系におけるマーカー７が描く軌跡により、前記歩行ロボット４の姿勢を計測する姿勢計測工程１４とで構成されている。

ここで、幾何学関係について説明すると、
Ａ座標系から見たマーカー７の位置をＰＡ、Ｂ座標系から見たマーカー７の位置をＰＢとしたとき、
Ａ座標系からＢ座標系への並進ベクトルｔＡＢは
ｔＡＢ＝ＰＢ−ＰＡ
より容易に求まる。
ここでＡ座標系からＢ座標系への回転行列^ＢＲ_Ａが問題になるが、これは各座標系内の２つの独立な方向ベクトルＶ_１、Ｖ_２を用いて、
S＝（ｖ_１、ｖ_２、ｖ_１×ｖ_２）
なる行列を考え、これを用いて
^ＢＲ_Ａ＝^ＢＳ^ＡＳ^−１
のように表せる。
もしＢに固定された３点Ｐ、Ｑ、ＲのＢ座標系での位置が既知（ｐ_Ｂ、ｑ_Ｂ、ｒ_Ｂ）であり、その位置がＡ座標系からの観測できた（ｐ_Ａ、ｑ_Ａ、ｒ_Ａ）とすると、Ｖ_１＝ｑ−ｐ、Ｖ_２＝ｒ−ｐを使って^ＢＲ_Ａを求めることができる。
ここで行列^ＡＡが逆行列を持つ（正則である）ためには、点Ｐ、Ｑ、Ｒは同一線上にない３点でなければならない。
また、２点Ｐ、Ｑと重力方向ｇを利用して、Ｖ_１＝ｑ−ｐ、Ｖ_２＝ｇとして上記方法で^ＢＲ_Ａを求めることも可能である。
これはベクトルＰＱと重力方向ｇとが一致しない場合にのみ使用可能である。
すなわち、物体ＡＢ間の座標変換を求めるには
ＡＢ両座標系における３点、もしくはＡＢ両座標系における２点と、その２点が作る方向ベクトルと異なる方向の方向ベクトル情報（重力ベクトル等）が必要である。
また、マーカー７の動かし方は、
マーカー７を、例えば図７に示すように、上下左右に非対称図形の軌道に沿って動かした場合、センサ８からは点Ｐ、Ｑ、Ｒを区別することができ、３点の対応から座標変換が求まる。
この時、重力方向の情報は必要ない。
これに対し、マーカー７を図８に示すように、円弧のような対称な形状の軌道に沿って動かした場合、対称性より円弧上の点は区別がつかない。
このため、センサ８から得られる情報は対称中心点、回転面の法線ベクトルの２点のみとなり、重力方向を利用した姿勢推定が必要になる。
なお、Ｂ座標系でのマーカー７の軌道が時系列で明らかになっていれば、軌道の形状が対称であっても、時々刻々のマーカー７の位置をＡ、Ｂ両座標で一致させることができる。
したがって、同一線上にない任意の３点を選ぶことによって、重力の情報を使わずに座標変換を求めることができる。
[発明を実施するための異なる形態]

次に、図９および図１０に示す本発明を実施するための異なる形態につき説明する。なお、この本発明を実施するための異なる形態の説明に当って、前記本発明を実施するための最良の第１の形態と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。

図９および図１０に示す本発明を実施するための第２の形態において、前記本発明を実施するための最良の第１の形態と主に異なる点は、歩行ロボット４に追尾型三次元位置計測センサ８をＡ座標系で固定し、固定点でマーカー７をＢ座標系に対し、ある決まった軌道上で動かし、位置計測工程１３Ａと姿勢計測工程１４Ａを用いた位置姿勢計測工程６Ａを用いた点で、このような位置姿勢計測工程６Ａを用いて構成した歩行ロボット用歩行データの測定方法１Ａを行なっても、前記本発明を実施するための最良の第１の形態と同様な作用効果が得られるとともに、歩行ロボット４に追尾型三次元位置計測センサ８を設けているため、該追尾型三次元位置計測センサ８と歩行ロボット４との間での計測データの通信が不要となり、構造の簡素化および正確な計測を行なうことができる。

本発明は格子状のフレームが形成された法面で作業する歩行ロボットを製造する産業で利用される。

本発明を実施するための最良の第１の形態の工程図。 本発明を実施するための最良の第１の形態の交点の三次元位置計測工程の説明図。 本発明を実施するための最良の第１の形態の格子内の三次元位置計測工程の説明図。 本発明を実施するための最良の第１の形態の交点データでの網目を作る説明図。 本発明を実施するための最良の第１の形態のフレームデータの説明図。 本発明を実施するための最良の第１の形態の位置姿勢計測工程の説明図。 本発明を実施するための最良の第１の形態のマーカーの軌道の説明図。 本発明を実施するための最良の第１の形態のマーカーの異なる軌道の説明図。 本発明を実施するための第２の形態の工程図。 本発明を実施するための第２の形態の位置姿勢計測工程の説明図。

符号の説明

１、１Ａ：歩行ロボット用歩行データの測定方法、
２：格子状のフレーム、 ３：法面、
４：歩行ロボット、 ５：地形計測工程、
６、６Ａ：位置姿勢計測工程、 ７：マーカー、
８：追尾型三次元位置センサ、 ９：交点の三次元位置計測工程、
１０：格子内の三次元位置計測工程、
１１：フレームデータ作成工程、 １２：補正データ作成工程、
１３、１３Ａ：位置計測工程、 １４、１４Ａ：姿勢計測工程。

Claims (5)

1. 法面に形成された格子状のフレームの交点にマーカーを置き、追尾型三次元位置センサを用いて、その三次元位置を計測する交点の三次元位置計測工程、前記格子状のフレーム内の地面の少なくとも１箇所にマーカーを置き、追尾型三次元位置センサを用いて、格子内の三次元位置を計測する格子内の三次元位置計測工程、前記交点の三次元位置計測工程の交点データを線でつなぎ、網目を作り、そこにフレームの幅だけ肉付けしてフレームデータを作成するフレームデータ作成工程、前記格子内の三次元位置計測工程の格子内データの起伏が急に変化したところを計測データにより補正する補正データ作成工程とを用いた地形計測工程と、この地形計測工程で計測した格子状のフレームに位置させた、Ｂ座標系でマーカーをある軌道上で動かすことができる歩行ロボットと、Ａ座標系の観測点に固定した追尾型三次元位置計測センサを静止させ、該歩行ロボットのマーカーをＢ座標系に対し、ある決まった軌道上で動かし、該追尾型三次元位置計測センサで前記マーカーを追尾し、一定期間位置計測を続ける位置計測工程、この位置計測工程でのＡＢ両座標系におけるマーカーが描く軌跡により、前記歩行ロボットの姿勢を計測する姿勢計測工程を用いた歩行ロボットの位置姿勢計測工程とを含むことを特徴とする歩行ロボット用歩行データの測定方法。
2. 法面に形成された格子状のフレームの交点にマーカーを置き、追尾型三次元位置センサを用いて、その三次元位置を計測する交点の三次元位置計測工程、前記格子状のフレーム内の地面の少なくとも１箇所にマーカーを置き、追尾型三次元位置センサを用いて、格子内の三次元位置を計測する格子内の三次元位置計測工程、前記交点の三次元位置計測工程の交点データを線でつなぎ、網目を作り、そこにフレームの幅だけ肉付けしてフレームデータを作成するフレームデータ作成工程、前記格子内の三次元位置計測工程の格子内データの起伏が急に変化したところを計測データにより補正する補正データ作成工程とを用いた地形計測工程と、この地形計測工程で計測した格子状のフレームに位置させた追尾型三次元位置計測センサをＡ座標系で固定した歩行ロボットと、Ｂ座標系でマーカーを軌道上で動かすことができる固定点を静止させ、該固定点のマーカーをＢ座標系に対し、ある決まった軌道上で動かし、該追尾型三次元位置計測センサで前記マーカーを追尾し、一定期間位置計測を続ける位置計測工程、この位置計測工程でのＡＢ両座標系におけるマーカーが描く軌跡により、前記歩行ロボットの姿勢を計測する姿勢計測工程を用いた歩行ロボットの位置姿勢計測工程とを含むことを特徴とする歩行ロボット用歩行データの測定方法。
3. 法面に形成された格子状のフレームの交点にマーカーを置き、追尾型三次元位置センサを用いて、その三次元位置を計測する交点の三次元位置計測工程、前記格子状のフレーム内の地面の少なくとも１箇所にマーカーを置き、追尾型三次元位置センサを用いて、格子内の三次元位置を計測する格子内の三次元位置計測工程、前記交点の三次元位置計測工程の交点データを線でつなぎ、網目を作り、そこにフレームの幅だけ肉付けしてフレームデータを作成するフレームデータ作成工程、前記格子内の三次元位置計測工程の格子内データの起伏が急に変化したところを計測データにより補正する補正データ作成工程とを用いたことを特徴とする歩行ロボット用歩行データの測定方法。
4. 格子状のフレームに位置させた、Ｂ座標系でマーカーをある軌道上で動かすことができる歩行ロボットと、Ａ座標系の観測点に固定した追尾型三次元位置計測センサを静止させ、該歩行ロボットのマーカーをＢ座標系に対し、ある決まった軌道上で動かし、該追尾型三次元位置計測センサで前記マーカーを追尾し、一定期間位置計測を続ける位置計測工程、この位置計測工程でのＡＢ両座標系におけるマーカーが描く軌跡により、前記歩行ロボットの姿勢を計測する姿勢計測工程を用いた歩行ロボットの位置姿勢計測工程とを用いたことを特徴とする歩行ロボット用歩行データの測定方法。
5. 格子状のフレームに位置させた追尾型三次元位置計測センサをＡ座標系で固定した歩行ロボットと、Ｂ座標系でマーカーを軌道上で動かすことができる固定点を静止させ、該固定点のマーカーをＢ座標系に対し、ある決まった軌道上で動かし、該追尾型三次元位置計測センサで前記マーカーを追尾し、一定期間位置計測を続ける位置計測工程、この位置計測工程でのＡＢ両座標系におけるマーカーが描く軌跡により、前記歩行ロボットの姿勢を計測する姿勢計測工程を用いた歩行ロボットの位置姿勢計測工程とを用いたことを特徴とする歩行ロボット用歩行データの測定方法。

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