JP2008281418A - Method for estimating position and attitude - Google Patents

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健太 中尾
Takuzo Okada
卓三 岡田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve detection precision of the position and the attitude of a model. <P>SOLUTION: In order to estimate the position of the model defined in X, Y and Z coordinate values of the model, levitated in the air by magnetic force and the attitude of the model defined in a roll angle around an X axis, a pitch angle around a Y axis and a yaw angle around a Z axis, a method for estimating the position and attitude includes a first observation device for observing a first mark for detecting the position and attitude described on the model from a Z-axis direction; and a second observation device for observing a second mark for detecting the position and attitude described on the model from a Y-axis direction. The estimating method includes a first process for estimating the deformation amount, the pitch angle and the yaw angle of the X, Y and Z-coordinate values of the model, by using detection data of the first mark and the second mark acquired by the first and second observation devices; and a second process for estimating the roll angle of the model, by using the deformation amount, the pitch angle and the yaw angle of the X, Y and Z coordinate values of the model estimated in the first process and a roll angle correction equation that have been registered previously. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、空中に磁力によって支持される模型の位置および姿勢を推定する位置姿勢推定方法に関するものである。   The present invention relates to a position and orientation estimation method for estimating the position and orientation of a model supported by magnetic force in the air.

空洞内において、模型を気流中に支持する装置として、磁力支持天秤装置(Magnetic Suspension and Balance System)が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この磁力支持天秤装置は、磁力により模型を空中で静止させるものである。磁力制御のパラメータは、模型の現在の位置および姿勢をもとに決定されるため、より安定した磁力支持を行うためには、できるだけ模型の位置や姿勢を高精度で推定することが重要となる。
As a device for supporting a model in an air current in a cavity, a magnetic suspension and balance system is known (see, for example, Patent Document 1).
This magnetic force support balance device is a device for stationary a model in the air by a magnetic force. Since the magnetic control parameters are determined based on the current position and orientation of the model, it is important to estimate the position and orientation of the model as accurately as possible in order to provide more stable magnetic support. .

模型の位置・姿勢の検出方法としては、例えば、非特許文献1に開示されるものがある。非特許文献1には、XYZ直交座標系に配置された模型をZ軸方向(上方)から観察する上方カメラと、Y軸方向から観察する水平カメラとを設け、上方カメラから模型の編揺角(Z軸回りの角度)、Y軸方向の位置、X軸方向の位置を測定し、水平カメラでZ軸方向の位置と縦揺角(Y軸回りの角度)を測定することにより、模型の位置および姿勢を推定することが開示されている。
特開2003−344215号公報 澤田 秀夫、外2名、”高亜音速用小型磁力支持天秤装置の予備的試作検討結果について”、2001年10月29−31日、第39回飛行機シンポジウム講演集
As a model position / posture detection method, for example, there is one disclosed in Non-Patent Document 1. Non-Patent Document 1 is provided with an upper camera for observing a model arranged in an XYZ orthogonal coordinate system from the Z-axis direction (above) and a horizontal camera for observing from the Y-axis direction, and the model's knitting angle from the upper camera. By measuring the position in the Y-axis direction, the position in the X-axis direction, and the position in the Z-axis direction and the pitch angle (angle around the Y-axis) with a horizontal camera, Estimating position and orientation is disclosed.
JP 2003-344215 A Hideo Sawada and two others, "Preliminary trial results of a compact magnetically supported balance for high subsonic speeds", 29-31 October 2001, Proc. 39th Aircraft Symposium

しかしながら、上述したような非特許文献1に開示されている位置姿勢の推定方法では、X軸回りの角度(ロール角度)については測定しておらず、模型の位置・姿勢を高精度で推定することができないという問題があった。   However, in the position and orientation estimation method disclosed in Non-Patent Document 1 as described above, the angle around the X axis (roll angle) is not measured, and the position and orientation of the model is estimated with high accuracy. There was a problem that I could not.

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、模型の位置および姿勢の検出精度を向上させることのできる位置姿勢推定方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a position / orientation estimation method capable of improving the detection accuracy of the position and orientation of a model.

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、磁力によって空中に浮揚させられている模型に対して位置検出の基準となるXYZ直交座標系を定義し、X、Y、Z座標値で定義される前記模型の位置、およびX軸周りのロール角度、Y軸周りのピッチ角度、Z軸周りのヨー角度で定義される前記模型の姿勢を推定する位置姿勢推定方法であって、前記模型に記された位置姿勢検出用の第1のマークをZ軸方向から観察する第1の観察装置と、前記模型に記された位置姿勢検出用の第2のマークをY軸方向から観察する第2の観察装置とを設け、前記第1の観察装置および前記第2の観察装置によって取得された前記第1のマークおよび前記第2のマークの検出データを用いて前記模型のX,Y,Z座標値の変位量およびピッチ角度およびヨー角度を推定する第1の過程と、前記第1の過程にて推定された前記模型のX,Y,Z座標値の変位量およびピッチ角度およびヨー角度と、予め登録されているロール角度補正式とに基づいて、前記模型のロール角度を推定する第2の過程とを具備する位置姿勢推定方法を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
The present invention defines an XYZ orthogonal coordinate system as a reference for position detection for a model levitated in the air by magnetic force, and the position of the model defined by X, Y, and Z coordinate values, and the X axis A position / orientation estimation method for estimating an attitude of the model defined by a surrounding roll angle, a pitch angle around a Y-axis, and a yaw angle around a Z-axis. A first observation device for observing the mark from the Z-axis direction, and a second observation device for observing the second mark for position and orientation detection written on the model from the Y-axis direction, Displacement, pitch angle, and yaw angle of the X, Y, and Z coordinate values of the model using detection data of the first mark and the second mark acquired by the observation device and the second observation device A first step of estimating The roll angle of the model is estimated based on the displacement amount, the pitch angle, and the yaw angle of the X, Y, and Z coordinate values estimated in the process 1 and the roll angle correction formula registered in advance. A position and orientation estimation method comprising: a second step of:

模型のロール角度を推定する場合、例えば、模型の軸線方向に沿って記された第2のマークを第2の観察装置によって検出し、この第2のマークの検出位置に基づいてロール角度を推定することが考えられる。しかしながら、模型の軸線方向に沿って記された第2のマークの位置は、ロール角度が変化したときだけでなく、例えば、模型がZ軸方向に水平移動した場合や、Y軸方向に水平移動した場合においても変化することから、この第2のマークを検出するだけではロール角度を正確に検出することが不可能である。つまり、ロール角度を推定するためには、模型のY座標値やZ座標値がどのような位置にあるかを把握し、この位置を反映させる必要が生ずる。
一方、ロール角度以外のパラメータ、つまり、X,Y,Z座標値およびピッチ角度、ヨー角度については、他のパラメータに依存していないため、第1の観察装置および第2の観察装置によって取得された検出データを用いてそれぞれ独立に処理することで、高精度な位置・姿勢推定を行うことが可能である。
このような事項を考慮して、本発明では、他のパラメータに依存するロール角度を推定する前段階として、X,Y,Z座標値の変位量およびピッチ角度、ヨー角度からなる5つのパラメータを第1の観察装置および第2の観察装置の検出データを用いて推定し、この推定した5つのパラメータに基づいてロール角度を推定することとした。これにより、推定されたロール角度は、ロール角度に影響を及ぼすパラメータが考慮された値となる。これにより、ロール角度を単に推定するだけでなく、更に、その推定精度の向上を図ることが可能となる。
When estimating the roll angle of the model, for example, the second mark written along the axial direction of the model is detected by the second observation device, and the roll angle is estimated based on the detection position of the second mark. It is possible to do. However, the position of the second mark written along the axial direction of the model is not only when the roll angle changes, but for example, when the model moves horizontally in the Z-axis direction or horizontally in the Y-axis direction. Therefore, the roll angle cannot be accurately detected only by detecting the second mark. That is, in order to estimate the roll angle, it is necessary to grasp the position of the Y coordinate value or Z coordinate value of the model and reflect this position.
On the other hand, parameters other than the roll angle, that is, the X, Y, Z coordinate values, the pitch angle, and the yaw angle are not dependent on other parameters, and thus are acquired by the first observation device and the second observation device. It is possible to perform highly accurate position / posture estimation by processing the detected data independently.
In consideration of such matters, in the present invention, five parameters including the displacement amount, pitch angle, and yaw angle of the X, Y, and Z coordinate values are used as a pre-stage for estimating the roll angle depending on other parameters. The roll angle was estimated based on the five parameters estimated by using the detection data of the first observation device and the second observation device. Thereby, the estimated roll angle becomes a value in consideration of a parameter that affects the roll angle. As a result, it is possible not only to estimate the roll angle but also to improve the estimation accuracy.

上記位置姿勢推定方法において、前記ロール角度補正式は、前記XYZ直交座標系において基準位置姿勢にある模型の位置および姿勢を変位させたときの変位前後の位置姿勢の関係を表す第1の関係式、並びに、前記模型を前記Y軸方向に水平移動させたときに前記第2の観察装置により取得される検出データの前記第2のマークの解像度に関する第2の関係式を用いて導出されることとしてもよい。   In the position / orientation estimation method, the roll angle correction formula is a first relational expression representing a relationship between a position and orientation before and after displacement when the position and orientation of the model in the reference position and orientation are displaced in the XYZ orthogonal coordinate system. And the second relational expression relating to the resolution of the second mark of the detection data acquired by the second observation device when the model is horizontally moved in the Y-axis direction. It is good.

上記位置姿勢推定方法において、前記ロール角度補正式は、例えば、以下の(8)式で表される。   In the position and orientation estimation method, the roll angle correction formula is expressed by, for example, the following formula (8).

Figure 2008281418
Figure 2008281418

上記位置姿勢推定方法において、少なくともX、Y、Z座標値からなる3つのパラメータの設定値を入力することにより、前記模型を所望の位置に移動させることが可能なステージに模型を設置し、ロール角を基準角度で一定に保ったまま、各パラメータの設定値をそれぞれ独立して所定間隔で変化させることで、前記模型の位置を所定間隔でそれぞれ個別に変位させ、変位後の各位置における前記模型を前記第1の観察装置および前記第2の観察装置により観察し、前記第1の観察装置および前記第2の観察装置の検出データと、前記ロール角度補正式とから前記模型のロール角度をそれぞれ算出し、算出した前記模型のロール角度と前記基準角度との誤算を算出し、該誤差が予め設定されている許容範囲を超えていた場合に、前記ロール角度補正式を補正することとしてもよい。   In the position / orientation estimation method, a model is set on a stage capable of moving the model to a desired position by inputting set values of at least three parameters including X, Y, and Z coordinate values, and a roll While the angle is kept constant at the reference angle, the setting values of each parameter are independently changed at predetermined intervals, whereby the position of the model is individually displaced at predetermined intervals, and the position at each position after displacement is changed. The model is observed by the first observation device and the second observation device, and the roll angle of the model is determined from the detection data of the first observation device and the second observation device and the roll angle correction formula. Calculating the miscalculation between the calculated roll angle of the model and the reference angle, and when the error exceeds a preset allowable range, It may be corrected degree correction equation.

このように、ロール角度補正式を補正するので、ロール角度補正式に用いられている各パラメータの誤差を低減させることが可能となる。これにより、ロール角度の推定精度をさらに向上させることが可能となる。   Thus, since the roll angle correction formula is corrected, it is possible to reduce the error of each parameter used in the roll angle correction formula. Thereby, it is possible to further improve the estimation accuracy of the roll angle.

上記位置姿勢推定方法において、前記第1の観察装置により前記第2のマークを検出し、この検出データと前記ロール角度補正式とを用いて、ロール角度を推定し、該ロール角度が前記第2の観察装置による検出データを用いて推定されたロール角度よりも小さい場合には、前記第1の観察装置の検出データを用いて推定されたロール角度を採用することとしてもよい。   In the position / orientation estimation method, the second mark is detected by the first observation device, a roll angle is estimated using the detection data and the roll angle correction formula, and the roll angle is calculated by using the second angle. When the roll angle is smaller than the roll angle estimated using the detection data obtained by the observation device, the roll angle estimated using the detection data of the first observation device may be employed.

例えば、ロール角度が所定値以上になってしまうと、第2の観察装置による第2のマークの検出精度が低下するおそれがある。一方、ロール角度が所定値以上になった状態では、第2の観察装置よりも第1の観察装置による検出精度が上がる可能性がある。そこで、2つの観察装置によってそれぞれ第2のマークを検出し、この検出データを用いてそれぞれロール角度を推定し、推定したロール角度を比較して好ましい方を採用することにより、第2の観察装置による検出データのみを用いてロール角度を推定するときよりも、推定精度を向上させることが可能となる。   For example, if the roll angle is greater than or equal to a predetermined value, the detection accuracy of the second mark by the second observation device may be reduced. On the other hand, in a state where the roll angle is equal to or greater than a predetermined value, the detection accuracy of the first observation device may be higher than that of the second observation device. Accordingly, the second observation device detects the second mark by each of the two observation devices, estimates the roll angle using the detected data, compares the estimated roll angles, and adopts the preferred one. The estimation accuracy can be improved as compared with the case where the roll angle is estimated using only the detection data obtained by the above.

本発明は、磁力によって空中に浮揚させられている模型に対して位置検出の基準となるXYZ直交座標系を定義し、X、Y、Z座標値で定義される前記模型の位置、およびX軸周りのロール角度、Y軸周りのピッチ角度、Z軸周りのヨー角度で定義される前記模型の姿勢を推定する位置姿勢推定装置であって、前記模型に記された位置姿勢検出用の第1のマークをZ軸方向から観察する第1の観察装置と、前記模型に記された位置姿勢検出用の第2のマークをY軸方向から観察する第2の観察装置と、前記第1の観察装置および前記第2の観察装置によって取得された前記第1のマークおよび前記第2のマークの検出データが入力される処理装置とを備え、前記処理装置は、前記第1のマークおよび前記第2のマークの検出データを用いて前記模型のXYZ座標値の変位量およびピッチ角度およびヨー角度を推定する第1の処理と、前記第1の処理にて推定された前記模型のXYZ座標値の変位量およびピッチ角度およびヨー角度と予め登録されているロール角度補正式とを用いて前記模型のロール角度を推定する第2の処理とを実行する位置姿勢推定装置を提供する。   The present invention defines an XYZ orthogonal coordinate system as a reference for position detection for a model levitated in the air by magnetic force, and the position of the model defined by X, Y, and Z coordinate values, and the X axis A position / orientation estimation apparatus for estimating an attitude of the model defined by a surrounding roll angle, a pitch angle around a Y-axis, and a yaw angle around a Z-axis. A first observation device for observing the mark from the Z-axis direction, a second observation device for observing the second mark for position and orientation detection written on the model from the Y-axis direction, and the first observation And a processing device to which detection data of the first mark and the second mark acquired by the second observation device is input, the processing device including the first mark and the second mark Before using the mark detection data A first process for estimating the displacement, pitch angle and yaw angle of the XYZ coordinate value of the model, and the displacement, pitch angle and yaw angle of the XYZ coordinate value of the model estimated in the first process Provided is a position and orientation estimation device that executes a second process for estimating a roll angle of the model using a registered roll angle correction formula.

上記位置姿勢推定装置は、例えば、磁力支持天秤装置に利用されて好適なものであり、この位置姿勢推定装置を採用することにより、磁力支持のためのコイルへの電流制御の精度を向上させることが可能となり、所望の位置姿勢で模型を支持することが可能となる。   The position / orientation estimation apparatus is suitable for use in, for example, a magnetic support balance apparatus, and by adopting the position / orientation estimation apparatus, the accuracy of current control to the coil for magnetic support is improved. It becomes possible to support the model in a desired position and orientation.

本発明は、磁力によって空中に浮揚させられている模型に対して位置検出の基準となるXYZ直交座標系を定義し、X、Y、Z座標値で定義される前記模型の位置、およびX軸周りのロール角度、Y軸周りのピッチ角度、Z軸周りのヨー角度で定義される前記模型の姿勢を推定する位置姿勢推定方法であって、前記模型に記された位置姿勢検出用の第1のマークをZ軸方向から観察する第1の観察装置と、前記模型に記された位置姿勢検出用の第2のマークをY軸方向から観察する第2の観察装置と、前記模型に記されたロール角検出用の第3のマークをX軸方向から観察する第3の観察装置とを設け、前記第1および前記第2の観察装置によって取得された前記第1のマークおよび前記第2のマークの検出データを用いて前記模型の位置およびピッチ角度およびヨー角度を推定する第1の過程と、前記第3の観察装置によって取得された前記第3のマークの検出データを用いて前記模型のロール角度を推定する第2の過程とを具備する位置姿勢推定方法を提供する。   The present invention defines an XYZ orthogonal coordinate system as a reference for position detection for a model levitated in the air by magnetic force, and the position of the model defined by X, Y, and Z coordinate values, and the X axis A position / orientation estimation method for estimating an attitude of the model defined by a surrounding roll angle, a pitch angle around a Y-axis, and a yaw angle around a Z-axis. A first observation device for observing the mark from the Z-axis direction, a second observation device for observing the second mark for position and orientation detection written on the model from the Y-axis direction, and the model. A third observation device for observing the third mark for roll angle detection from the X-axis direction, and the first mark and the second mark acquired by the first and second observation devices. The position of the model is determined using the mark detection data. A first process for estimating the pitch angle and the yaw angle, and a second process for estimating the roll angle of the model using the detection data of the third mark acquired by the third observation device. A position / orientation estimation method is provided.

このように、ロール角度検出用の第3のマークをX軸方向から観察する第3の観察装置を設けたので、第3の観察装置によって検出されたデータを用いれば容易にロール角度を推定することが可能となる。   As described above, since the third observation device for observing the third mark for roll angle detection from the X-axis direction is provided, the roll angle can be easily estimated by using the data detected by the third observation device. It becomes possible.

本発明によれば、模型の位置・姿勢の検出精度の向上を図ることができるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to improve the detection accuracy of the position / posture of the model.

以下に、本発明に係る位置姿勢推定方法および位置姿勢推定装置ならびに位置姿勢推定装置を備える磁力支持天秤装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of a position and orientation estimation method, a position and orientation estimation apparatus, and a magnetic force support balance apparatus including the position and orientation estimation apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.

〔第1の実施形態〕
図1は、本実施形態に係る磁力支持天秤装置の斜視図である。
図1に示されるように、磁力支持天秤装置1は、風洞計測部の外周に配置される複数のコイル2と、これらのコイル2に電流等を供給する電源装置(図示略)、コイル2に供給される電流等を制御することにより、風洞計測部内に収容される模型Aの位置および姿勢を制御する制御装置3と、風洞計測部内の模型Aの位置および姿勢を検出する位置姿勢推定装置(図示略)とを備えている。
風洞計測の対象となる模型Aは、例えば、アルミ等の非磁性材料で所望の形状に成形されている。模型Aの内部には、磁化された物質、超伝導コイルのような電流を流し続けるコイル、或いは、永久磁石等の磁石が収容されている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view of a magnetic force support balance device according to this embodiment.
As shown in FIG. 1, the magnetic force support balance device 1 includes a plurality of coils 2 arranged on the outer periphery of the wind tunnel measuring unit, a power supply device (not shown) for supplying current and the like to these coils 2, A control device 3 that controls the position and posture of the model A housed in the wind tunnel measuring unit by controlling the supplied current and the like, and a position and posture estimation device that detects the position and posture of the model A in the wind tunnel measuring unit ( (Not shown).
The model A that is a target for wind tunnel measurement is formed into a desired shape using a nonmagnetic material such as aluminum, for example. Inside the model A, a magnetized material, a coil such as a superconducting coil that keeps a current flowing, or a magnet such as a permanent magnet is accommodated.

このような磁力支持天秤装置1では、コイル2に電流を流すことにより、模型Aの周辺に磁場を発生させる。模型Aに収容されている永久磁石は、この磁場と干渉して磁力を発生し、この磁力が模型Aに作用することにより、模型Aが風洞計測部内において浮揚支持される。コイルに流す電流は制御装置3によって制御されることにより、模型Aの位置、姿勢を自由に変化させることができるようになっている。   In such a magnetic force support balance apparatus 1, a magnetic field is generated around the model A by passing a current through the coil 2. The permanent magnet housed in the model A generates a magnetic force by interfering with the magnetic field, and the magnetic force acts on the model A, so that the model A is levitated and supported in the wind tunnel measuring unit. The current flowing through the coil is controlled by the control device 3 so that the position and posture of the model A can be freely changed.

次に、上記位置姿勢推定装置について図2を参照して説明する。
まず、模型Aの位置検出の基準となるXYZ直交座標系(基準座標)を定義する。図1に示されるように、本実施形態では、基準位置姿勢における模型Aの軸線方向にX軸を定義し、X軸と直交し、鉛直方向へ向かう軸線をZ軸と定義し、X軸とZ軸との両方に直交する軸線をY軸と定義する。また、模型Aが基準位置姿勢にあるときの模型Aの中心は、XYZ直交座標軸の原点Oと一致している。また、X軸回りをロール、Y軸周りをピッチ、Z軸回りをヨーと定義し、基準位置姿勢からの変位量をそれぞれロール角度(φ)、ピッチ角度(θ)、ヨー角度(ψ)で示す。
Next, the position / orientation estimation apparatus will be described with reference to FIG.
First, an XYZ orthogonal coordinate system (reference coordinate) serving as a reference for detecting the position of the model A is defined. As shown in FIG. 1, in this embodiment, the X axis is defined in the axial direction of the model A in the reference position and orientation, the axis perpendicular to the X axis and directed in the vertical direction is defined as the Z axis, An axis perpendicular to both the Z axis is defined as the Y axis. Further, the center of the model A when the model A is in the reference position and orientation coincides with the origin O of the XYZ orthogonal coordinate axes. Also, the roll around the X axis is defined as the roll, the pitch around the Y axis is defined as the yaw, and the displacement around the reference position and orientation is defined as the roll angle (φ), the pitch angle (θ), and the yaw angle (ψ), respectively. Show.

図2は、位置姿勢推定装置10に関する主な構成要素を示した斜視図である。図3は、模型Aに記された軸線マーク(第2のマーク)と該軸線マークを検出する第2の観察装置との位置関係を示した図である。
図2および図3に示されるように、位置姿勢推定装置10は、模型Aの周方向に沿って描かれた周マーカ(第1のマーク)をZ軸方向から観察する第1の観察装置11と、模型Aの軸線方向に沿って描かれた前マーカおよび後マーカからなる軸線マーカ(第2のマーク)を検出する第2の観察装置12と、第1の観察装置11および第2の観察装置12によってそれぞれ取得された周マーカ、軸線マーカの検出データが入力される処理装置13とを備えている。
FIG. 2 is a perspective view showing main components related to the position / orientation estimation apparatus 10. FIG. 3 is a diagram showing the positional relationship between the axis mark (second mark) marked on the model A and the second observation apparatus that detects the axis mark.
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the position / orientation estimation device 10 observes a circumferential marker (first mark) drawn along the circumferential direction of the model A from the Z-axis direction. A second observation device 12 that detects an axial marker (second mark) composed of a front marker and a rear marker drawn along the axial direction of the model A, and the first observation device 11 and the second observation device. And a processing device 13 to which detection data of peripheral markers and axis markers respectively acquired by the device 12 is input.

上記第1の観察装置11および第2の観察装置13は、上記風洞計測部に対して移動可能に設置されているが、模型Aの位置検出を行うために配置位置が一旦決定されると、以降、この位置で固定とされ、基準位置姿勢における模型Aとの位置関係は不動のものとなる。
処理装置13は、例えば、コンピュータにより構成されている。
The first observation device 11 and the second observation device 13 are movably installed with respect to the wind tunnel measurement unit, but once the arrangement position is determined in order to detect the position of the model A, Thereafter, the position is fixed at this position, and the positional relationship with the model A in the reference position / posture is fixed.
The processing device 13 is configured by a computer, for example.

図3に示されるように、軸線マーカは、2つの線分からなり、模型Aにおいて前側に記されている線分を前マーカ、後側に記されている線分を後マーカとする。前マーカと後マーカとの間には、周マーカが記されている。
第1の観察装置11および第2の観察装置12は、H型に配置された3つのラインセンサによってそれぞれ構成されている。つまり、位置姿勢推定装置10は、合計6つのラインセンサを備えていることとなる。ラインセンサは、例えば、CCDカメラ等の撮像素子によって構成されている。
As shown in FIG. 3, the axis marker is composed of two line segments, and the line segment written on the front side in the model A is the front marker, and the line segment written on the rear side is the rear marker. A circumferential marker is written between the front marker and the rear marker.
The first observation device 11 and the second observation device 12 are each constituted by three line sensors arranged in an H shape. That is, the position / orientation estimation apparatus 10 includes a total of six line sensors. The line sensor is configured by an image sensor such as a CCD camera, for example.

図3において、模型Aの上面(第1の観察装置11が配置されている側)に描かれているH型の破線は、第1の観察装置11による撮影ラインであり、模型Aの側面(第2の観察装置が配置されている側)に描かれているH型の破線は、第2の観察装置12による撮影ラインである。   In FIG. 3, the H-shaped broken line drawn on the upper surface of the model A (the side on which the first observation device 11 is arranged) is a photographing line by the first observation device 11, and the side surface of the model A ( The H-shaped broken line drawn on the side on which the second observation apparatus is arranged is a photographing line by the second observation apparatus 12.

本実施形態において、模型Aは、例えば、各マーカが検出されやすいように白に着色されている。各マーカは検出されやすい色、例えば、黒で描かれている。また、図2に示されるように、これらマーカを検出しやすいように、模型Aの上方および側方には照明15が設けられている。   In this embodiment, the model A is colored white so that each marker can be easily detected, for example. Each marker is drawn in a color that is easy to detect, for example, black. Further, as shown in FIG. 2, illumination 15 is provided above and to the side of the model A so that these markers can be easily detected.

図4に、第2の観察装置12によって取得される検出データの一例を示す。模型Aは明るい色で着色されており、前マーカおよび後マーカは暗い色で着色されているので、輝度データのエッジを検出することにより、マーカを検出することが可能となる。
ここで、エッジはマーカの上側と下側とで合計2箇所存在するが、いずれか一方のエッジを採用する。本実施形態では、上側エッジEを採用することとする。なお、図4の検出データにおいて、エッジeは、いずれも模型と周囲との輝度差を検出したエッジである。
FIG. 4 shows an example of detection data acquired by the second observation device 12. Since the model A is colored with a bright color and the front marker and the rear marker are colored with a dark color, the marker can be detected by detecting the edge of the luminance data.
Here, there are a total of two edges on the upper side and the lower side of the marker, and either one of the edges is adopted. In the present embodiment, the upper edge E is adopted. In the detection data in FIG. 4, the edge e is an edge where a luminance difference between the model and the surroundings is detected.

次に、上記構成からなる位置姿勢推定装置10による位置、姿勢の検出方法について説明する。
ここでは、まず、位置、姿勢を検出する準備段階として行われるX,Y,Z座標値およびピッチ角度ならびにヨー角度をそれぞれ推定するのに使用される各補正式の作成過程について図5を参照して説明する。
Next, a position / posture detection method performed by the position / posture estimation apparatus 10 configured as described above will be described.
Here, first, referring to FIG. 5, a process of creating each correction equation used to estimate the X, Y, Z coordinate values, the pitch angle, and the yaw angle, which are performed as a preparation stage for detecting the position and orientation, respectively. I will explain.

まず、模型Aを校正用6軸ステージに設置する(ステップSA1)。この校正用6軸ステージは、X、Y、Zの各座標値およびロール角度φ、ピッチ角度θ、ヨー角度ψの6つのパラメータの設定値を入力することにより、模型Aを所望の位置および姿勢に変位させることが可能なステージである。
次に、X,Y,Z,θ,ψからなる5つのパラメータのうち、動かすパラメータを1つ決定する(ステップSA2)。続いて、決定したパラメータを所定量変位させる。これにより、ステージは入力された各パラメータの値に応じて移動・回転することとなる(ステップSA3)。移動後の位置または姿勢における模型Aが第1の観察装置11および第2の観察装置12により撮影され、このときの検出データが処理装置13に送られる。処理装置13は、第1の観察装置11および第2の観察装置12からの検出データから周マーカのエッジ、前マーカの上側エッジ、および後マーカの上側エッジEをそれぞれ検出し、撮影画像内におけるこれらエッジEの位置と、該検出データが取得されたときのパラメータの設定入力値とを対応付けて記憶装置に記録する(ステップSA4)。なお、記憶装置は、処理装置13に内蔵されているものでもよく、外部端子を介して着脱可能に接続される記憶媒体でもよい。
First, the model A is placed on the calibration 6-axis stage (step SA1). This 6-axis stage for calibration inputs the coordinate values of X, Y, and Z, and the set values of six parameters of roll angle φ, pitch angle θ, and yaw angle ψ, so that the model A is in a desired position and orientation. It is a stage that can be displaced to
Next, one parameter to be moved is determined from the five parameters consisting of X, Y, Z, θ, and ψ (step SA2). Subsequently, the determined parameter is displaced by a predetermined amount. As a result, the stage moves and rotates according to the input parameter values (step SA3). The model A at the moved position or posture is photographed by the first observation device 11 and the second observation device 12, and the detection data at this time is sent to the processing device 13. The processing device 13 detects the edge of the peripheral marker, the upper edge of the front marker, and the upper edge E of the rear marker from the detection data from the first observation device 11 and the second observation device 12, respectively. The position of the edge E and the set input value of the parameter when the detection data is acquired are associated with each other and recorded in the storage device (step SA4). The storage device may be built in the processing device 13 or may be a storage medium that is detachably connected via an external terminal.

続いて、指定範囲内のデータが取得されたか否かを判定する(ステップSA5)。例えば、X,Y,Zのパラメータであれば、原点Oに対してプラス側およびマイナス側に所定距離移動させたときのデータが取得できたか否かを、また、θ、ψであれば、原点を中心に所定角度回転させたか否かを判定する。この結果、所定範囲にわたるデータが取得できていなければ(ステップSA5において「NO」)、ステップSA3に戻りデータ取得を引き続き行い、データが取得できていれば、ステップSA6に進み、5つのパラメータについてデータ取得が終了したかを判定する。この結果、5つのパラメータ全てについてデータが取得できていなければ(ステップSA6において「NO」)、ステップSA2に戻り、データ取得が終了していないパラメータの1つを設定し、このパラメータに関して上述したステップSA3からステップSA5を実行することにより、データ取得を行う。   Subsequently, it is determined whether or not data within the specified range has been acquired (step SA5). For example, if the parameters are X, Y, and Z, whether or not the data when moving a predetermined distance to the plus side and the minus side with respect to the origin O can be acquired, and if θ and ψ, the origin can be obtained. It is determined whether or not a predetermined angle has been rotated around the center. As a result, if data over a predetermined range cannot be acquired ("NO" in step SA5), the process returns to step SA3 to continue data acquisition, and if data can be acquired, the process proceeds to step SA6 and data for five parameters is obtained. Determine whether the acquisition is complete. As a result, if data has not been acquired for all five parameters ("NO" in step SA6), the process returns to step SA2, and one of the parameters for which data acquisition has not been completed is set. Data acquisition is performed by executing step SA5 from SA3.

一方、5つのパラメータ全てについてデータが取得できていた場合には、取得したデータに基づいて各パラメータの補正式を作成する(ステップSA7)。この補正式は、上述した第1の観察装置11及び第2の観察装置12によって撮影された各撮影画像内におけるエッジEの位置から模型Aの位置および姿勢を推定するための変換式に相当する。具体的には、Xであれば、Xを変位させたときの第1の観察装置11による検出データを取得し、この検出データにおける各撮影画像内における周マーカのエッジの位置と、X変位量(ΔX)との関係から補正式を求める。Y,ψについても同様に、第1の観察装置11によって取得された検出データを用いて補正式をそれぞれ独立に求める。また、Z、θについては、第2の観察装置12によって取得された検出データを用いて、補正式をそれぞれ独立に求める。   On the other hand, if data has been acquired for all five parameters, a correction expression for each parameter is created based on the acquired data (step SA7). This correction equation corresponds to a conversion equation for estimating the position and orientation of the model A from the position of the edge E in each captured image captured by the first observation device 11 and the second observation device 12 described above. . Specifically, if X, the detection data by the first observation device 11 when X is displaced is acquired, the position of the edge of the peripheral marker in each captured image in this detection data, and the X displacement amount A correction formula is obtained from the relationship with (ΔX). Similarly, for Y and ψ, correction equations are obtained independently using the detection data acquired by the first observation apparatus 11. For Z and θ, correction equations are obtained independently using detection data acquired by the second observation device 12.

ΔX,ΔY,ΔZ,θ,ψからなる5つのパラメータについて、それぞれの補正式が作成されると、処理装置13はこれらの補正式を記憶装置に記録し、当該準備処理を終了する。このように、補正式が記憶装置に記録されることで、実際の位置・姿勢の推定処理においては、第1の観察装置11および第2の観察装置12からの検出データと補正式とからΔX,ΔY,ΔZ,θ、ψの5つの位置・姿勢の推定が可能となる。   When the respective correction equations are created for the five parameters consisting of ΔX, ΔY, ΔZ, θ, and ψ, the processing device 13 records these correction equations in the storage device and ends the preparation process. As described above, the correction formula is recorded in the storage device, so that in the actual position / posture estimation processing, ΔX from the detection data from the first observation device 11 and the second observation device 12 and the correction formula. , ΔY, ΔZ, θ, and ψ can be estimated.

一方、上述したように、ロール角度φについては、上記5つのパラメータの影響により値が変化するために、上述した5つのパラメータと同様の手順による補正式の作成方法では対応することができない。そこで、以下に示すような方法によって、ロール角度補正式を求めることとする。
ここでは、まず、ロール角度補正式の導出について概念を説明する。
On the other hand, as described above, since the value of the roll angle φ changes due to the influence of the above five parameters, it cannot be handled by the correction formula creation method according to the same procedure as the above five parameters. Therefore, the roll angle correction formula is obtained by the following method.
Here, first, the concept for deriving the roll angle correction formula will be described.

例えば、今、図6に示されるように、基準位置姿勢の模型Aにおいて、後マーカの上側エッジ上に任意の点(X1,Y1,Z1)を定義する。続いて、基準位置姿勢にある模型AをX軸方向、Y軸方向、Z軸方向に所定量ΔX,ΔY,ΔZ平行移動させ、更に、X軸回り、Y軸回り、Z軸周りに所定角度量θ,φ,ψそれぞれ回転させる。ここで、移動・回転後の模型Aにおける該点(X1,Y1,Z1)に相当する座標を点(X2,Y2,Z2)とする。移動前の点(X1,Y1,Z1)と移動後の点(X2,Y2,Z2)との間には、以下の(1)式に示される関係が成り立つ。
以下の(1)式において、ロール角度φが今、求めたいパラメータである。
For example, as shown in FIG. 6, arbitrary points (X 1 , Y 1 , Z 1 ) are defined on the upper edge of the rear marker in the model A of the reference position / posture. Subsequently, the model A in the reference position and orientation is translated by a predetermined amount ΔX, ΔY, ΔZ in the X axis direction, the Y axis direction, and the Z axis direction, and further, a predetermined angle around the X axis, the Y axis, and the Z axis The quantities θ, φ, and ψ are rotated. Here, the coordinates (X 2 , Y 2 , Z 2 ) corresponding to the point (X 1 , Y 1 , Z 1 ) in the model A after movement / rotation are defined. The relationship shown in the following equation (1) is established between the point (X 1 , Y 1 , Z 1 ) before the movement and the point (X 2 , Y 2 , Z 2 ) after the movement.
In the following equation (1), the roll angle φ is a parameter to be obtained now.

Figure 2008281418
Figure 2008281418

また、上記(1)式を展開すると、以下の(2)式から(4)式が得られる。   Further, when the above formula (1) is expanded, the following formula (2) is obtained from the following formula (2).

Figure 2008281418
Figure 2008281418

ここで、上記(2)式から(4)式までの3つの式には、13個のパラメータX1,Y1,Z1,X2,Y2,Z2,ΔX,ΔY,ΔZ,θ,ψ,φが含まれているが、このうち未知のパラメータは以下の表1に示されるように4つ存在する。つまり、パラメータY1,Z1,X2,ΔX,ΔY,ΔZ,θ,ψについては、既知パラメータであり、パラメータX1,Y2,Z2,φについては、未知パラメータである。
以下、この理由について簡単に説明する。
Here, there are 13 parameters X 1 , Y 1 , Z 1 , X 2 , Y 2 , Z 2 , ΔX, ΔY, ΔZ, θ in the above three expressions (2) to (4). , Ψ, and φ are included, and there are four unknown parameters among them as shown in Table 1 below. That is, the parameters Y 1 , Z 1 , X 2 , ΔX, ΔY, ΔZ, θ, ψ are known parameters, and the parameters X 1 , Y 2 , Z 2 , φ are unknown parameters.
Hereinafter, this reason will be briefly described.

Figure 2008281418
Figure 2008281418

まず、模型Aが基準位置姿勢にあるときに、第2の観察装置12によって軸線マーカを検出する場合、軸線マーカは模型Aの軸線方向に沿って記されているので、第2の観察装置12によって検出されるデータX1,Y1,Z1のうち、Y1とZ1の値は一定となる。一方、X1については、軸線に沿って記されているマークのうち、どの位置を第2の観察装置12によって検出するかにより、X1の値は変化してしまうため、値を特定することができない。したがって、X1は未知パラメータ、Y1,Z1は既知パラメータとなる。 First, when the axis marker is detected by the second observation device 12 when the model A is in the reference position and orientation, the axis marker is written along the axis direction of the model A. Among the data X 1 , Y 1 and Z 1 detected by the above, the values of Y 1 and Z 1 are constant. On the other hand, for X 1 , the value of X 1 varies depending on which position of the marks written along the axis is detected by the second observation device 12. I can't. Therefore, X 1 is an unknown parameter, and Y 1 and Z 1 are known parameters.

次に、移動後の模型Aを考えると、第2の観察装置12によって検出されるデータX2,Y2,Z2のうち、X2については、X軸方向における原点Oから第2の観察装置12のスキャン位置までの距離とすることができる。一方、Y2については、Y軸は第2の観察装置12からみて奥行方向に相当するため、計測は不可能となる。 Next, considering the model A after movement, among the data X 2 , Y 2 , Z 2 detected by the second observation device 12, X 2 is the second observation from the origin O in the X-axis direction. It can be the distance to the scan position of the device 12. On the other hand, for Y 2 , measurement is impossible because the Y axis corresponds to the depth direction when viewed from the second observation device 12.

また、Z2については、通常、第2の観察装置12によって取得された撮影画像において、画像中心点から後マーカの上側エッジEまでの画素数に基づいて距離が決定される。ここで、模型AがY軸方向において第2の観察装置12の近くにあるときと、離れた位置にあるときとでは、撮影画像における後マークの解像度が変化する。つまり、Z軸方向における模型Aの位置を固定した状態で、模型AをY軸方向に水平移動させた場合、Y軸の位置に応じて撮影画像中の後マーカの大きさが変化することとなる。このため、撮影画像の中心から後マーカの上側エッジEまでの画素数はY座標値に応じて変化することとなり、Z軸方向における位置が変化していないにもかかわらず、検出されるZ座標値は異なる値を示すこととなる。このように、Z2はY2に依存するパラメータであるため、上述のようにY2が未知パラメータである以上、Z2も未知パラメータとなる。
また、ロール角φは、この値を求めたいのであるから、当然ながら未知パラメータである。
また、変位量ΔX,ΔY,ΔZ,θ,ψについては、上述した各パラメータに対応する補正式を用いて演算により求めることができ、既知である。
For Z 2 , the distance is usually determined based on the number of pixels from the image center point to the upper edge E of the rear marker in the captured image acquired by the second observation device 12. Here, the resolution of the rear mark in the captured image changes between when the model A is near the second observation device 12 in the Y-axis direction and when it is at a distant position. That is, when the model A is horizontally moved in the Y-axis direction while the position of the model A in the Z-axis direction is fixed, the size of the rear marker in the captured image changes according to the position of the Y-axis. Become. Therefore, the number of pixels from the center of the captured image to the upper edge E of the rear marker changes according to the Y coordinate value, and the detected Z coordinate even though the position in the Z-axis direction has not changed. The value will show a different value. Thus, for Z 2 is a parameter that depends on Y 2, Y 2 as described above or is unknown parameter, Z 2 also becomes unknown parameters.
The roll angle φ is an unknown parameter because it is desired to obtain this value.
Further, the displacement amounts ΔX, ΔY, ΔZ, θ, and ψ can be obtained by calculation using the correction equations corresponding to the above-described parameters and are known.

上述のように、3つの関係式の中に4つの未知パラメータが存在するため、このままでは未知のパラメータX1,Y2,Z2,φを解くことができない。そこで、4つめの関係式を用意する。 As described above, since four unknown parameters exist in the three relational expressions, the unknown parameters X 1 , Y 2 , Z 2 , and φ cannot be solved as they are. Therefore, a fourth relational expression is prepared.

今、図7に示すように、移動後の模型A(図6の下段参照)に対して、XYZ直交座標系の原点Oを通りX−Z平面に平行な基準面Bを仮定する。ここで、基準面BのZ方向の長さをSB、第2の観察装置12と基準面Bとの距離をDSとする。また、第2の観察装置12により検出される後マーカの上側エッジEの座標は、当然(X2,Y2,Z2)となる。ここで、基準面Bを底辺として、その両端から第2の観察装置の中心までを直線で結んだ場合に形成される三角形を考えたとき、後マーカの上側エッジEにおける相似三角形の底辺を観察面Cとする。
この関係から、三角形の相似を利用して、以下の(5)式が得られる。
Now, as shown in FIG. 7, a reference plane B passing through the origin O of the XYZ orthogonal coordinate system and parallel to the XZ plane is assumed for the model A after movement (see the lower part of FIG. 6). Here, the length of the reference plane B in the Z direction is S B , and the distance between the second observation device 12 and the reference plane B is D S. The coordinates of the upper edge E of the rear marker detected by the second observation device 12 are naturally (X 2 , Y 2 , Z 2 ). Here, when considering a triangle formed when the reference plane B is the base and both ends thereof are connected to the center of the second observation device by a straight line, the base of the similar triangle at the upper edge E of the rear marker is observed. Let it be surface C.
From this relationship, the following equation (5) is obtained using the similarity of triangles.

B:SC=DS:DS−Y2 (5)
ここで、SB,SCはそれぞれ基準面B、観測面Cの長さを表す。
また、基準面Bの画像上での長さ(画素数)をPHとした場合、観測面CもPHの画素数で撮影されており、観察面Cでの分解能は上記(5)式を用いて以下の(6)式で表される。
S B : S C = D S : D S −Y 2 (5)
Here, S B and S C represent the lengths of the reference plane B and the observation plane C, respectively.
Further, when the length (number of pixels) on the image of the reference plane B is P H , the observation plane C is also photographed with the number of pixels of P H , and the resolution on the observation plane C is the above equation (5). Is expressed by the following equation (6).

Figure 2008281418
Figure 2008281418

このことから、撮影画像における後マーカの上側エッジEの画素位置、並びに上記(6)式で表される観測面Cにおける分解能から、後マーカの上側エッジEのZ軸方向の座標値Z2は、次の(7)式で表すことができる。 From this, from the pixel position of the upper edge E of the rear marker in the captured image and the resolution on the observation plane C expressed by the above equation (6), the coordinate value Z 2 in the Z-axis direction of the upper edge E of the rear marker is The following equation (7) can be used.

Figure 2008281418
Figure 2008281418

この(7)式を上記(2)から(4)式に加え、ロール角度φについて解くと、以下の(8)式が導出される。   When this equation (7) is added to the above equations (2) to (4) and the roll angle φ is solved, the following equation (8) is derived.

Figure 2008281418
Figure 2008281418

次に、上述した概念に基づく実際の処理について説明する。
図8は、ロール角度の推定処理に用いられる補正式の作成手順を示したフローチャートである。この工程は、例えば、図5に示したロール角度以外のパラメータ、即ち、X,Y,Z,θ、ψに関する補正式の算出処理の後に行われる。なお、上述した(8)式については、予め処理装置13の記憶装置に登録されているものとする。以下に示す処理手順は、(8)式に用いられる既知のパラメータを取得するためのものである。
Next, actual processing based on the above-described concept will be described.
FIG. 8 is a flowchart showing a procedure for creating a correction formula used in the roll angle estimation process. This step is performed, for example, after the calculation processing of the correction formula relating to parameters other than the roll angle shown in FIG. 5, that is, X, Y, Z, θ, and ψ. Note that the above equation (8) is assumed to be registered in the storage device of the processing device 13 in advance. The processing procedure shown below is for acquiring a known parameter used in equation (8).

まず、模型Aを基準位置姿勢とし、模型Aの原点Oから第2の観察装置12による後マークのスキャン位置までのX軸方向における距離を計測する。処理装置13は、この距離をパラメータX2として記憶装置に記録する(ステップSB1)。
続いて、第2の観察装置12により基準位置姿勢にある模型Aの後マーカを撮影し、検出データを取得する。処理装置13は、この検出データから後マーカの上側エッジEのY座標値およびZ座標値を取得し、これらそれぞれの座標値をそれぞれパラメータY1,Z1として記憶装置に記録する(ステップSB2)。
First, the model A is set as a reference position and orientation, and the distance in the X-axis direction from the origin O of the model A to the scan position of the rear mark by the second observation device 12 is measured. Processor 13 records in the storage device the distance as a parameter X 2 (step SB1).
Subsequently, the second observation apparatus 12 captures the rear marker of the model A in the reference position and orientation, and acquires detection data. The processing device 13 acquires the Y coordinate value and the Z coordinate value of the upper edge E of the rear marker from this detection data, and records these respective coordinate values as parameters Y 1 and Z 1 in the storage device (step SB2). .

次に、模型Aの原点Oから第2の観察装置12の設置位置までのY軸方向における距離を計測する。処理装置13は、この距離をパラメータDSとして記憶装置に記録する(ステップSB3)。続いて、原点Oを通り、X−Z平面に平行な基準面Bを設定する。このとき、基準面BのZ軸方向の長さはSBとする(ステップSB4)。
次に、この基準面Bを第2の観察装置12により撮影し、このときの検出データからSBの画素数PHを第2の観察装置12の画角から計算する(ステップSB5)。
これにより、上記(8)式として表されたロール角度φの補正式において、必要となる既知のパラメータ、つまり、X2,Y1,Z1,DS,PH,SBの全てが取得されることとなる。
Next, the distance in the Y-axis direction from the origin O of the model A to the installation position of the second observation device 12 is measured. Processor 13 records in the storage device the distance as a parameter D S (step SB3). Subsequently, a reference plane B passing through the origin O and parallel to the XZ plane is set. At this time, the length in the Z-axis direction of the reference plane B is a S B (step SB4).
Then, the reference plane B taken by the second observation device 12, calculates the number of pixels P H of S B from the detected data at this time from the angle of view of the second observation device 12 (step SB5).
Thereby, in the correction formula for the roll angle φ expressed as the above equation (8), all necessary known parameters, that is, X 2 , Y 1 , Z 1 , D S , P H and S B are acquired. Will be.

次に、図5に示した処理によって作成された各パラメータの補正式および上述したロール角度補正式を用いて実際に模型Aの位置姿勢を推定する場合について図9を参照して説明する。
まず、第1の観察装置11および第2の観察装置12によって模型Aが撮影されることにより、周マーカおよび軸線マーカが検出され、この検出データが処理装置13に送られる。処理装置13は、各検出データから撮影画像中における周マーカおよび軸線マーカの所定のエッジEの位置を検出し、X、Y、Z座標値の変位量ΔX,ΔY,ΔZおよびピッチ角度およびロー角度を推定するために必要となるデータを取得する(ステップSC1)。
次に、処理装置13は、ステップSC1において取得したデータと予め記憶装置に登録されている各パラメータに対応する補正式とを用いて、ロール角度以外のパラメータ、即ち、ΔX,ΔY,ΔZ,θ、ψの値を推定する(ステップSC2)。
次に、ステップSC2において推定した5つの位置・姿勢パラメータΔX,ΔY,ΔZ,θ、ψを(8)式で示されるロール角度補正式に代入し、ロール角度φを推定する(ステップSC3)。
Next, a case where the position and orientation of the model A is actually estimated using the correction formulas for the parameters created by the processing shown in FIG. 5 and the roll angle correction formula described above will be described with reference to FIG.
First, when the model A is photographed by the first observation device 11 and the second observation device 12, the circumferential marker and the axis marker are detected, and this detection data is sent to the processing device 13. The processing device 13 detects the positions of predetermined edges E of the circumferential marker and the axis marker in the captured image from each detection data, and the displacement amounts ΔX, ΔY, ΔZ of the X, Y, Z coordinate values, the pitch angle, and the low angle. The data necessary for estimating is acquired (step SC1).
Next, the processing device 13 uses the data acquired in step SC1 and the correction formula corresponding to each parameter registered in the storage device in advance, and parameters other than the roll angle, that is, ΔX, ΔY, ΔZ, θ. , Ψ are estimated (step SC2).
Next, the five position / posture parameters ΔX, ΔY, ΔZ, θ, and ψ estimated in step SC2 are substituted into the roll angle correction equation shown by equation (8) to estimate the roll angle φ (step SC3).

以上説明してきたように、本実施形態に係る位置姿勢推定方法、位置姿勢推定装置、並びに磁力支持天秤装置によれば、ロール角度を検出することができる上に、更に、ロール角度の検出に影響を及ぼす各パラメータΔX,ΔY,ΔZ,θ、ψを用いて、ロール角度φを推定するので、ロール角度の推定精度の向上を図ることが可能となる。   As described above, according to the position / orientation estimation method, the position / orientation estimation apparatus, and the magnetic force support balance apparatus according to the present embodiment, it is possible to detect the roll angle and further influence the detection of the roll angle. Since the roll angle φ is estimated using the parameters ΔX, ΔY, ΔZ, θ, and ψ that affect the roll angle, it is possible to improve the estimation accuracy of the roll angle.

ところで、上述した第1の実施形態においては、模型の原点から第2の観察装置12までの距離X等を作業員等が巻尺等を用いて計測するなどして、ロール角度推定に必要となる既知のパラメータを取得している。このため、取得されたパラメータの中には誤差が含まれ、ロール角度の推定精度を低下させるおそれがある。
そこで、上述した(8)式に用いられる各既知のパラメータに含まれる誤差を低減するための修正過程を更に設けることとしてもよい。
以下、修正過程について図10および図11を参照して説明する。
Incidentally, in the first embodiment described above, and such operator or the like the distance X 2 and the like from the origin of the model to a second observation device 12 is measured by using a tape measure or the like, required for the roll angle estimation Get the known parameters. For this reason, an error is included in the acquired parameters, and there is a possibility that the estimation accuracy of the roll angle is lowered.
Therefore, it is possible to further provide a correction process for reducing an error included in each known parameter used in the above-described equation (8).
Hereinafter, the correction process will be described with reference to FIGS. 10 and 11.

まず、X,Y,Zのパラメータのうちのいずれかを選択する(ステップSD1)。続いて、選択したパラメータを所定間隔で変化させたときの検出データを記憶装置から抽出する(ステップSD2)。この検出データは、図5に示した過程を実施することにより取得された検出データである。
次に、抽出した複数の検出データのいずれか一つを選択し(ステップSD3)、この検出データと各補正式とを用いて各パラメータΔX,ΔY,ΔZ,θ、ψを推定し(ステップSD4)、推定したこれらパラメータΔX,ΔY,ΔZ,θ、ψを(8)式のロール角度補正式に代入することで、ロール角度を推定する(ステップSD5)。
First, one of the X, Y, and Z parameters is selected (step SD1). Subsequently, detection data when the selected parameter is changed at a predetermined interval is extracted from the storage device (step SD2). This detection data is the detection data acquired by performing the process shown in FIG.
Next, one of a plurality of extracted detection data is selected (step SD3), and each parameter ΔX, ΔY, ΔZ, θ, ψ is estimated using this detection data and each correction equation (step SD4). The roll angle is estimated by substituting these estimated parameters ΔX, ΔY, ΔZ, θ, and ψ into the roll angle correction equation (8) (step SD5).

次に、推定したロール角度と上記検出データが得られたときの真のロール角度との誤差を算出する(ステップSD6)。なお、上記検出データは、基準位置姿勢にある模型AをX軸方向にのみ、或いは、Y軸方向にのみ、或いは、Z軸方向にのみ、移動させたときに得られた検出データであることから、ここでのロール角度の真の値はいずれもゼロとなる。   Next, an error between the estimated roll angle and the true roll angle when the detection data is obtained is calculated (step SD6). The detection data is detection data obtained when the model A in the reference position and orientation is moved only in the X-axis direction, only in the Y-axis direction, or only in the Z-axis direction. Therefore, the true value of the roll angle here is zero.

続いて、上記誤差が予め設定されている許容範囲内であるか否かを判定する(図11のステップSD7)。この結果、誤差が許容範囲を超えていた場合には(ステップSD7において「YES」)、上述のステップSD1において選択したパラメータがいずれであるかを判定し、Xが選択したパラメータであった場合にはX2を修正し(ステップSD8,9)、Yが選択したパラメータであった場合にはY1、DSを修正し(ステップSD10,11)、Zが選択したパラメータであった場合にはZ1を修正する(ステップSD12,13)。 Subsequently, it is determined whether or not the error is within a preset allowable range (step SD7 in FIG. 11). As a result, if the error exceeds the allowable range (“YES” in step SD7), it is determined which parameter is selected in step SD1, and if X is the selected parameter. fix the X 2 (step SD8,9), when Y is a selected parameter to correct the Y 1, D S (step SD10,11), when was the parameter Z is selected Z 1 is corrected (steps SD12 and 13).

次に、ステップSD14に進み、上記ステップSD2において抽出した複数の検出データの中から、他の検出データを選択し、この検出データを用いて、上述と同様に各パラメータΔX,ΔY,ΔZ,θ、ψを推定し、推定したこれらパラメータを修正後のロール角度補正式に代入することで、ロール角度を推定する(ステップSD15)。   Next, the process proceeds to step SD14, and other detection data is selected from the plurality of detection data extracted in step SD2, and each parameter ΔX, ΔY, ΔZ, θ is used in the same manner as described above using this detection data. , Ψ is estimated, and the estimated roll angle is substituted into the corrected roll angle correction formula to estimate the roll angle (step SD15).

続いて、ステップSD6に戻り、ステップSD15において推定したロール角度と真のロール角度との誤差を算出し、続くステップSD7において、この誤差が許容範囲内であるか否かを判定する。この結果、誤差が許容範囲内でなければ(ステップSD7において「YES」)、ステップSD8以降の処理を行い、ロール角度補正式の修正を引き続き行う。   Subsequently, returning to step SD6, an error between the roll angle estimated in step SD15 and the true roll angle is calculated. In subsequent step SD7, it is determined whether or not the error is within an allowable range. As a result, if the error is not within the allowable range (“YES” in step SD7), the processing after step SD8 is performed, and the roll angle correction formula is continuously corrected.

一方、ステップSD7において、誤差が許容範囲内であると判断された場合には(ステップSD7において「NO」)、ステップSD16に進み、上述したステップSD1において、X,Y,Zのうち、全てのパラメータを選択したか否かを判定する。この結果、全てのパラメータを選択していなかった場合には、上述したステップSD1に戻り、他のパラメータを選択し、ステップSD2以降の処理を引き続き行う。一方、全てのパラメータについて選択していた場合には、記憶装置に記録されているロール角度補正式を修正後のロール角度補正式に更新し、当該補正処理を終了する。   On the other hand, when it is determined in step SD7 that the error is within the allowable range (“NO” in step SD7), the process proceeds to step SD16, and in step SD1 described above, all of X, Y, Z are selected. It is determined whether or not a parameter has been selected. As a result, when all the parameters have not been selected, the process returns to the above-described step SD1, selects other parameters, and continues the processes after step SD2. On the other hand, if all parameters have been selected, the roll angle correction formula recorded in the storage device is updated to the corrected roll angle correction formula, and the correction processing is terminated.

このように、ロール角度補正式を用いて推定したロール角度と実際のロール角度とを比較して、ロール角度補正式を修正するので、ロール角度補正式に含まれている各パラメータの誤差を低減することができ、ロール角度の推定精度を向上させることが可能となる。   In this way, the roll angle correction formula is corrected by comparing the roll angle estimated using the roll angle correction formula with the actual roll angle, thus reducing the error of each parameter included in the roll angle correction formula. It is possible to improve the estimation accuracy of the roll angle.

〔第2の実施形態〕
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
上述した第1の実施形態では、Z軸方向から模型Aを観察する第1の観察装置11によって模型Aの周マーカを検出し、また、Y軸方向から模型Aを観察する第2の観察装置12により軸線マーカを検出し、これら検出データを用いて、位置および姿勢の推定を行っていた。ここで、ロール角度φが45°を超えて変位してしまうと、ロール角度φの変位量に対する軸線マーカの検出位置の変化の割合が小さくなってしまう。つまり、角度分解能が悪化する。
そこで、本実施形態においては、Z軸方向から模型Aを観察する第1の観察装置によっても軸線マークを検出することとし、第1の観察装置によって検出された軸線マークの情報も用いて模型Aの位置および姿勢を推定する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the first embodiment described above, the second observation device for detecting the peripheral marker of the model A by the first observation device 11 for observing the model A from the Z-axis direction and observing the model A from the Y-axis direction. 12, the axis marker was detected, and the position and orientation were estimated using these detection data. Here, if the roll angle φ is displaced beyond 45 °, the rate of change of the detection position of the axis marker with respect to the displacement amount of the roll angle φ is reduced. That is, the angular resolution is deteriorated.
Therefore, in the present embodiment, the axis mark is detected also by the first observation apparatus that observes the model A from the Z-axis direction, and the model A is also used by using information on the axis mark detected by the first observation apparatus. Estimate the position and orientation of

具体的には、処理装置13は、第2の観察装置12によって検出された軸線マーカの情報を用いたロール角度の推定処理と、第1の観察装置11によって検出された軸線マーカの情報を用いたロール角度の推定処理とを平行して行い、推定された2つのロール角度φのうち、小さい方を採用する。   Specifically, the processing device 13 uses the roll angle estimation processing using the information on the axis marker detected by the second observation device 12 and the information on the axis marker detected by the first observation device 11. The estimated roll angle is processed in parallel, and the smaller of the two estimated roll angles φ is adopted.

以上説明してきたように、第1の観察装置11によっても軸線マーカを検出し、この軸線マーカの検出データを用いてロール角度の推定を行うことにより、ロール角度の変位が大きい場合でも検出精度の低下を抑制し、一定値以上の精度を維持することが可能となる。   As described above, the first observation device 11 also detects the axis marker and estimates the roll angle using the detection data of the axis marker, so that the detection accuracy can be improved even when the displacement of the roll angle is large. It is possible to suppress the decrease and maintain the accuracy above a certain value.

〔第3の実施形態〕
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
上述した第1の実施形態では、Y軸方向から模型Aを観察する第2の観察装置12からの検出データに基づいて模型Aのロール角φを推定していた。本実施形態では、第2の観察装置12に代えて、X軸方向から模型Aを観察する第3の観察装置を設け、この第3の観察装置によるマークの検出データに基づいてロール角φの推定を行う。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
In the first embodiment described above, the roll angle φ of the model A is estimated based on detection data from the second observation device 12 that observes the model A from the Y-axis direction. In the present embodiment, a third observation device that observes the model A from the X-axis direction is provided instead of the second observation device 12, and the roll angle φ is determined based on the mark detection data by the third observation device. Make an estimate.

具体的には、図12および図13に示されるように、模型Aの前面または後面にロール角度φを検出するためのロール角度用マーカを記す。このロール角度用マーカは、例えば、模型Aの軸線と交わり、かつ、軸線に直交する線分である。模型Aの周辺には、X軸方向から模型Aを観察する第3の観察装置15が設けられている。   Specifically, as shown in FIGS. 12 and 13, a roll angle marker for detecting the roll angle φ is written on the front surface or the rear surface of the model A. This roll angle marker is, for example, a line segment that intersects the axis of the model A and is orthogonal to the axis. Around the model A, a third observation device 15 for observing the model A from the X-axis direction is provided.

第3の観察装置15は、図12に示されるように、ロール角度用マークを2箇所P1、P2で検出するために、2つのラインセンサを備えている。2つのラインセンサは、Z軸方向に沿って模型Aを観察するようになっている。   As shown in FIG. 12, the third observation device 15 includes two line sensors in order to detect the roll angle mark at two locations P1 and P2. The two line sensors are configured to observe the model A along the Z-axis direction.

ロール角度の推定を行う場合には、2つのラインセンサによってロール角度用マークが撮影され、その検出データが処理装置に送られる。処理装置は、各ラインセンサによって取得された検出データにおいて、ロール角度用マーカの検出位置P1およびP2を特定し、このP1とP2との位置関係からロール角φを推定する。各ラインセンサにおけるロール角度用マーカの上側エッジの検出位置をP1,P2とした場合、ロール角度φは以下の(9)式にて与えられる。   When the roll angle is estimated, the roll angle mark is photographed by the two line sensors, and the detection data is sent to the processing device. The processing device specifies the detection positions P1 and P2 of the roll angle marker in the detection data acquired by each line sensor, and estimates the roll angle φ from the positional relationship between P1 and P2. When the detection position of the upper edge of the roll angle marker in each line sensor is P1 and P2, the roll angle φ is given by the following equation (9).

Figure 2008281418
Figure 2008281418

上記(9)式において、dはラインセンサ間の距離である。   In the above equation (9), d is the distance between the line sensors.

このように、X軸方向から模型Aを観察する第3の観察装置15を設け、この第3の観察装置15によって検出された検出データを用いてロール角度φを直接的に検出することにより、ロール角度の検出精度を更に向上させることが可能となる。また、直接的に検出することから、処理負担の軽減、処理時間の短縮等を図ることが可能となる。   Thus, by providing the third observation device 15 for observing the model A from the X-axis direction and detecting the roll angle φ directly using the detection data detected by the third observation device 15, The roll angle detection accuracy can be further improved. In addition, since the detection is performed directly, it is possible to reduce the processing load and the processing time.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the specific structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.

本発明の第1の実施形態に係る磁力支持天秤装置の斜視図である。1 is a perspective view of a magnetic force support balance device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る位置姿勢推定装置に関する主な構成要素を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the main components regarding the position and orientation estimation apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 模型Aに記されたマークと該マークを検出するラインセンサとの位置関係を示した図である。It is the figure which showed the positional relationship of the mark described in the model A, and the line sensor which detects this mark. 第2の観察装置によって取得される検出データの一例を示す。An example of the detection data acquired by the 2nd observation apparatus is shown. 位置、姿勢を検出する準備段階として行われる補正式の作成過程について示したフローチャートである。It is the flowchart shown about the preparation process of the correction formula performed as a preparatory stage which detects a position and attitude | position. 基準位置姿勢の模型と移動後の模型との位置関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the positional relationship of the model of a reference | standard position and posture, and the model after a movement. ロール角度補正式を作成するために用いられる関係式について説明に用いられる図である。It is a figure used for description about the relational expression used in order to create a roll angle correction formula. ロール角度の推定処理に用いられる補正式の作成手順を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the preparation procedure of the correction formula used for the estimation process of a roll angle. 図5に示した過程において作成された補正式等を用いて実際に模型の位置姿勢を検出する場合の処理手順を示したフローチャートである。6 is a flowchart showing a processing procedure in the case of actually detecting the position and orientation of a model using a correction formula or the like created in the process shown in FIG. ロール角度補正式を修正するための修正過程の手順を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the procedure of the correction process for correcting a roll angle correction type | formula. ロール角度補正式を修正するための修正過程の手順を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the procedure of the correction process for correcting a roll angle correction type | formula. 本発明の第3の実施形態に係る位置姿勢推定装置が備える第3の観察装置およびロール角度用マークを示した図である。It is the figure which showed the 3rd observation apparatus with which the position and orientation estimation apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention is provided, and the mark for roll angles. 第3の観察装置により検出される検出データおよびロール角度の推定方法を説明するために用いられる図である。It is a figure used in order to demonstrate the estimation method of the detection data and roll angle which are detected by the 3rd observation apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 磁力支持天秤装置
2 コイル
3 制御装置
10 位置姿勢推定装置
11 第1の観察装置
12 第2の観察装置
13 処理装置
15 第3の観察装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic support balance apparatus 2 Coil 3 Control apparatus 10 Position and orientation estimation apparatus 11 1st observation apparatus 12 2nd observation apparatus 13 Processing apparatus 15 3rd observation apparatus

Claims (8)

磁力によって空中に浮揚させられている模型に対して位置検出の基準となるXYZ直交座標系を定義し、X、Y、Z座標値で定義される前記模型の位置、およびX軸周りのロール角度、Y軸周りのピッチ角度、Z軸周りのヨー角度で定義される前記模型の姿勢を推定する位置姿勢推定方法であって、
前記模型に記された位置姿勢検出用の第1のマークをZ軸方向から観察する第1の観察装置と、前記模型に記された位置姿勢検出用の第2のマークをY軸方向から観察する第2の観察装置とを設け、前記第1の観察装置および前記第2の観察装置によって取得された前記第1のマークおよび前記第2のマークの検出データを用いて前記模型のX,Y,Z座標値の変位量およびピッチ角度およびヨー角度を推定する第1の過程と、
前記第1の過程にて推定された前記模型のX,Y,Z座標値の変位量およびピッチ角度およびヨー角度と、予め登録されているロール角度補正式とに基づいて、前記模型のロール角度を推定する第2の過程と
を具備する位置姿勢推定方法。
XYZ Cartesian coordinate system is defined as a reference for position detection for a model levitated in the air by magnetic force, and the position of the model defined by X, Y and Z coordinate values, and the roll angle around the X axis A position and orientation estimation method for estimating the orientation of the model defined by a pitch angle around the Y axis and a yaw angle around the Z axis,
A first observation device for observing the first mark for position and orientation detection written on the model from the Z-axis direction, and a second mark for position and orientation detection written on the model from the Y-axis direction And X and Y of the model using detection data of the first mark and the second mark acquired by the first observation device and the second observation device. , A first process of estimating the displacement of the Z coordinate value and the pitch angle and yaw angle;
Based on the displacement amount, pitch angle and yaw angle of the X, Y, and Z coordinate values of the model estimated in the first process, and the roll angle correction formula registered in advance, the roll angle of the model A position and orientation estimation method comprising: a second step of estimating.
前記ロール角度補正式は、前記XYZ直交座標系において基準位置姿勢にある模型の位置および姿勢を変位させたときの変位前後の位置姿勢の関係を表す第1の関係式、並びに、前記模型を前記Y軸方向に水平移動させたときに前記第2の観察装置により取得される検出データの前記第2のマークの解像度に関する第2の関係式を用いて導出される請求項1に記載の位置姿勢推定方法。   The roll angle correction formula includes a first relational expression representing a relation between a position and orientation before and after displacement when the position and orientation of the model at the reference position and orientation in the XYZ orthogonal coordinate system are displaced, and the model 2. The position and orientation according to claim 1, wherein the position and orientation is derived using a second relational expression relating to the resolution of the second mark of detection data acquired by the second observation device when horizontally moved in the Y-axis direction. Estimation method. 前記ロール角度補正式は、以下の(8)式で表される請求項1または請求項2に記載の位置姿勢推定方法。
Figure 2008281418
The position and orientation estimation method according to claim 1 or 2, wherein the roll angle correction formula is expressed by the following formula (8).
Figure 2008281418
少なくともX、Y、Z座標値からなる3つのパラメータの設定値を入力することにより、前記模型を所望の位置に移動させることが可能なステージに模型を設置し、
ロール角を基準角度で一定に保ったまま、各パラメータの設定値をそれぞれ独立して所定間隔で変化させることで、前記模型の位置を所定間隔でそれぞれ個別に変位させ、
変位後の各位置における前記模型を前記第1の観察装置および前記第2の観察装置により観察し、
前記第1の観察装置および前記第2の観察装置の検出データと、前記ロール角度補正式とから前記模型のロール角度をそれぞれ算出し、
算出した前記模型のロール角度と前記基準角度との誤算を算出し、
該誤差が予め設定されている許容範囲を超えていた場合に、前記ロール角度補正式を補正する請求項1から請求項3のいずれかに記載の位置姿勢推定方法。
By inputting the set values of at least three parameters consisting of X, Y, and Z coordinate values, the model is placed on a stage that can move the model to a desired position,
While maintaining the roll angle constant at the reference angle, by changing the setting values of each parameter independently at predetermined intervals, the positions of the models are individually displaced at predetermined intervals, respectively.
The model at each position after displacement is observed by the first observation device and the second observation device,
Calculate the roll angle of the model from the detection data of the first observation device and the second observation device, and the roll angle correction formula, respectively.
Calculate the miscalculation between the calculated roll angle of the model and the reference angle,
The position and orientation estimation method according to any one of claims 1 to 3, wherein the roll angle correction formula is corrected when the error exceeds a preset allowable range.
前記第1の観察装置により前記第2のマークを検出し、この検出データと前記ロール角度補正式とを用いて、ロール角度を推定し、
該ロール角度が前記第2の観察装置による検出データを用いて推定されたロール角度よりも小さい場合には、前記第1の観察装置の検出データを用いて推定されたロール角度を採用する請求項1から請求項4のいずれかに記載の位置姿勢推定方法。
The second mark is detected by the first observation device, and using this detection data and the roll angle correction formula, a roll angle is estimated,
The roll angle estimated using the detection data of the first observation device is adopted when the roll angle is smaller than the roll angle estimated using the detection data of the second observation device. The position and orientation estimation method according to any one of claims 1 to 4.
磁力によって空中に浮揚させられている模型に対して位置検出の基準となるXYZ直交座標系を定義し、X、Y、Z座標値で定義される前記模型の位置、およびX軸周りのロール角度、Y軸周りのピッチ角度、Z軸周りのヨー角度で定義される前記模型の姿勢を推定する位置姿勢推定装置であって、
前記模型に記された位置姿勢検出用の第1のマークをZ軸方向から観察する第1の観察装置と、
前記模型に記された位置姿勢検出用の第2のマークをY軸方向から観察する第2の観察装置と、
前記第1の観察装置および前記第2の観察装置によって取得された前記第1のマークおよび前記第2のマークの検出データが入力される処理装置と
を備え、
前記処理装置は、
前記第1のマークおよび前記第2のマークの検出データを用いて前記模型のXYZ座標値の変位量およびピッチ角度およびヨー角度を推定する第1の処理と、
前記第1の処理にて推定された前記模型のXYZ座標値の変位量およびピッチ角度およびヨー角度と予め登録されているロール角度補正式とを用いて前記模型のロール角度を推定する第2の処理と
を実行する位置姿勢推定装置。
XYZ Cartesian coordinate system is defined as a reference for position detection for a model levitated in the air by magnetic force, and the position of the model defined by X, Y and Z coordinate values, and the roll angle around the X axis A position and orientation estimation device for estimating the orientation of the model defined by a pitch angle around the Y axis and a yaw angle around the Z axis,
A first observation device for observing the first mark for position and orientation detection written on the model from the Z-axis direction;
A second observation device for observing the second mark for position and orientation detection written on the model from the Y-axis direction;
A processing device to which detection data of the first mark and the second mark acquired by the first observation device and the second observation device is input, and
The processor is
A first process for estimating a displacement amount, a pitch angle, and a yaw angle of an XYZ coordinate value of the model using detection data of the first mark and the second mark;
A second estimation of the roll angle of the model using the displacement amount, pitch angle and yaw angle of the XYZ coordinate value of the model estimated in the first process and a roll angle correction formula registered in advance. A position and orientation estimation device that executes processing.
請求項6に記載の位置姿勢推定装置を備える磁力支持天秤装置。   A magnetic force support balance apparatus comprising the position / orientation estimation apparatus according to claim 6. 磁力によって空中に浮揚させられている模型に対して位置検出の基準となるXYZ直交座標系を定義し、X、Y、Z座標値で定義される前記模型の位置、およびX軸周りのロール角度、Y軸周りのピッチ角度、Z軸周りのヨー角度で定義される前記模型の姿勢を推定する位置姿勢推定方法であって、
前記模型に記された位置姿勢検出用の第1のマークをZ軸方向から観察する第1の観察装置と、前記模型に記された位置姿勢検出用の第2のマークをY軸方向から観察する第2の観察装置と、前記模型に記されたロール角検出用の第3のマークをX軸方向から観察する第3の観察装置とを設け、前記第1および前記第2の観察装置によって取得された前記第1のマークおよび前記第2のマークの検出データを用いて前記模型の位置およびピッチ角度およびヨー角度を推定する第1の過程と、
前記第3の観察装置によって取得された前記第3のマークの検出データを用いて前記模型のロール角度を推定する第2の過程と
を具備する位置姿勢推定方法。
XYZ Cartesian coordinate system is defined as a reference for position detection for a model levitated in the air by magnetic force, and the position of the model defined by X, Y and Z coordinate values, and the roll angle around the X axis A position and orientation estimation method for estimating the orientation of the model defined by a pitch angle around the Y axis and a yaw angle around the Z axis,
A first observation device for observing the first mark for position and orientation detection written on the model from the Z-axis direction, and a second mark for position and orientation detection written on the model from the Y-axis direction And a third observation device for observing the third mark for roll angle detection marked on the model from the X-axis direction, and the first and second observation devices A first step of estimating the position, pitch angle and yaw angle of the model using the acquired detection data of the first mark and the second mark;
A position and orientation estimation method comprising: a second step of estimating a roll angle of the model using detection data of the third mark acquired by the third observation device.
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