JP2012159361A - Three-dimensional shape deriving apparatus and three-dimensional shape deriving method - Google Patents

Three-dimensional shape deriving apparatus and three-dimensional shape deriving method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To derive, by using a sensor network, shapes of even such regions as are difficult to measure by camera or laser.SOLUTION: A three-dimensional shape deriving apparatus 100 comprises a plurality of fluid position sensors 112 that transmit positional information indicating their own three-dimensional positions or physical quantities corresponding thereto, a sensor information integrating unit 114 that receives the positional information transmitted by the plurality of position sensors and a three-dimensional shape deriving unit 130 that derives the three-dimensional shape of a part in a measurement object 102 where the plurality of position sensors are present on the basis of the positional information from the plurality of position sensors.

Description

本発明は、センサネットワークを通じて3次元形状を導出する3次元形状導出装置および3次元形状導出方法に関する。   The present invention relates to a three-dimensional shape deriving apparatus and a three-dimensional shape deriving method for deriving a three-dimensional shape through a sensor network.

昨今、軽量小型で無線通信可能なセンサを用いて、任意の対象物の位置を特定する技術が普及している。例えば、電波強度や電磁誘導態様等が異なる通信手段を用い、特定の範囲でのみセンサとの通信が成立するように制限することで、センサの通信が成立しているか否かによってセンサが付された装置の大凡の位置を検出する技術が開示されている(例えば、特許文献1)。   In recent years, a technique for specifying the position of an arbitrary object using a sensor that is lightweight and small and capable of wireless communication has become widespread. For example, by using communication means with different radio field intensity, electromagnetic induction mode, etc., and limiting the communication with the sensor to be established only within a specific range, the sensor is attached depending on whether or not the sensor communication is established. A technique for detecting an approximate position of a device has been disclosed (for example, Patent Document 1).

また、監視対象に、識別信号を発信可能なセンサを付け、アドホック等のセンサネットワークを通じてセンサの位置を特定することで、監視対象の位置を特定する技術が公開されている(例えば、特許文献2)。さらに、センサネットワークにおいて、位置が既知な2つのセンサを利用し、任意のセンサとその位置が既知な2つのセンサとの距離に基づいて任意のセンサの位置を順次導出する技術も開示されている(例えば、特許文献3)。   Further, a technique for specifying the position of the monitoring target by attaching a sensor capable of transmitting an identification signal to the monitoring target and specifying the position of the sensor through a sensor network such as ad hoc is disclosed (for example, Patent Document 2). ). Furthermore, a technique is also disclosed in which two sensors whose positions are known are used in the sensor network, and the positions of the arbitrary sensors are sequentially derived based on the distance between the arbitrary sensor and the two sensors whose positions are known. (For example, patent document 3).

特開2008− 59087号公報JP 2008-59087 A 特開2007−279895号公報JP 2007-279895 A 特開2009−250627号公報JP 2009-250627 A

近年、様々な対象物の3次元空間での位置や形状を測定する技術が求められている。このような測定によって得られる3次元空間での位置や形状は、例えばロボットによるピッキング処理や製品内部形状のリバースエンジニアリング等、様々な用途に用いることができる。しかし、上述した特許文献1〜3に記載された技術では、対象物の位置を特定することはできても、センサが対象物に固定されているので対象物の形状を特定することはできない。   In recent years, there has been a demand for a technique for measuring positions and shapes of various objects in a three-dimensional space. The position and shape in the three-dimensional space obtained by such measurement can be used for various purposes such as picking processing by a robot and reverse engineering of a product internal shape. However, in the techniques described in Patent Documents 1 to 3 described above, the position of the object can be specified, but the shape of the object cannot be specified because the sensor is fixed to the object.

上述した3次元空間での位置や形状を測定するためには、複数台のカメラやレーザセンサ等の大掛かりな装置が必要であった。しかし、このような大掛かりな装置をもってしても、曲がった管の内部形状や閉じた狭い空間の内部形状を測定することはできなかった。   In order to measure the position and shape in the above-described three-dimensional space, a large-scale apparatus such as a plurality of cameras and laser sensors is required. However, even with such a large apparatus, it was not possible to measure the internal shape of a bent tube or the internal shape of a closed narrow space.

本発明は、このような課題に鑑み、センサネットワークを用い、カメラやレーザでは測定困難な部位の形状までも導出可能な3次元形状導出装置および3次元形状導出方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a three-dimensional shape deriving apparatus and a three-dimensional shape deriving method capable of deriving even the shape of a part difficult to measure with a camera or laser using a sensor network. .

上記課題を解決するために、本発明の3次元形状導出装置は、自体の3次元位置またはそれに相当する物理量を示す位置情報を発信する流動自在な複数の位置センサと、複数の位置センサが発信した位置情報を受信するセンサ情報集約部と、測定対象物における複数の位置センサが存在する部分の3次元形状を、複数の位置センサの位置情報に基づいて導出する3次元形状導出部とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a three-dimensional shape deriving device according to the present invention includes a plurality of flowable position sensors for transmitting position information indicating its own three-dimensional position or a physical quantity corresponding thereto, and a plurality of position sensors. A sensor information aggregating unit that receives the positional information, and a three-dimensional shape deriving unit that derives a three-dimensional shape of a portion of the measurement object where a plurality of position sensors exist based on the positional information of the plurality of position sensors. It is characterized by that.

3次元位置を異にして複数配置された信号供給源をさらに備え、複数の位置センサは、信号供給源から供給された信号に基づき信号供給源との距離または信号供給源の方向を算出することで自体の3次元位置を導出してもよい。   A plurality of signal supply sources arranged at different three-dimensional positions are further provided, and the plurality of position sensors calculate a distance from the signal supply source or a direction of the signal supply source based on a signal supplied from the signal supply source. May derive its own three-dimensional position.

複数の位置センサは、所定の条件を満たした場合にのみ位置情報を発信してもよい。   A plurality of position sensors may transmit position information only when a predetermined condition is satisfied.

所定の条件は所定空間範囲内で唯一の代表位置センサとなることであり、位置センサは、自体が代表位置センサとなった場合にのみ位置情報を発信してもよい。   The predetermined condition is to be the only representative position sensor within a predetermined space range, and the position sensor may transmit the position information only when the position sensor itself becomes the representative position sensor.

所定の条件は測定対象物の境界に位置することであり、位置センサは、近傍に存在する他の複数の位置センサの3次元位置に基づいて、自体が測定対象物の境界に位置するか否かを判定し、測定対象物の境界に位置する場合にのみ位置情報を発信してもよい。   The predetermined condition is that the position sensor is located at the boundary of the measurement object, and the position sensor itself is located at the boundary of the measurement object based on the three-dimensional position of a plurality of other position sensors present in the vicinity. The position information may be transmitted only when it is located at the boundary of the measurement object.

位置センサは、所定範囲内に存在する他の位置センサの個数が、位置センサの密度に基づく所定閾値以下であれば、自体が測定対象物の境界に位置すると判定してもよい。   The position sensor may determine that the position sensor itself is located at the boundary of the measurement object if the number of other position sensors existing within the predetermined range is equal to or less than a predetermined threshold value based on the density of the position sensors.

位置センサは、位置センサを対称点とした他の複数の位置センサの重心位置の点対称と位置センサとを結ぶ結線を中心軸とした所定ステラジアン内かつ所定範囲内に他の位置センサがないとき、自体が測定対象物の境界に位置すると判定してもよい。   A position sensor is located within a specified steradian and within a specified range with a connection between the center of gravity of the position of the center of gravity of a plurality of other position sensors and the position sensor as the center point. It may be determined that itself is located at the boundary of the measurement object.

上記課題を解決するために、測定対象物に流動可能に配された複数の位置センサと、複数の位置センサと通信可能なセンサ情報集約部とを備える3次元形状導出装置を用いて測定対象物の3次元形状を導出する、本発明の3次元形状導出方法は、複数の位置センサが、自体の3次元位置またはそれに相当する物理量を示す位置情報を発信し、センサ情報集約部が、複数の位置センサが発信した位置情報を受信し、測定対象物における複数の位置センサが存在する部分の3次元形状を、複数の位置センサの位置情報に基づいて導出することを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, a measurement object is obtained using a three-dimensional shape deriving device including a plurality of position sensors arranged to be flowable on the measurement object and a sensor information aggregating unit capable of communicating with the plurality of position sensors. In the three-dimensional shape derivation method of the present invention for deriving the three-dimensional shape of the present invention, the plurality of position sensors transmit position information indicating their own three-dimensional position or a physical quantity corresponding thereto, and the sensor information aggregating unit The position information transmitted from the position sensor is received, and the three-dimensional shape of the portion of the measurement object where the plurality of position sensors exist is derived based on the position information of the plurality of position sensors.

本発明によれば、センサネットワークを用いることで、カメラやレーザでは測定困難な部位の形状までも導出することが可能となる。   According to the present invention, by using a sensor network, it is possible to derive a shape of a part that is difficult to measure with a camera or a laser.

3次元形状導出装置の概略的な構成を示した機能ブロック図である。It is a functional block diagram showing a schematic configuration of a three-dimensional shape deriving device. 位置センサの概略的な構成を示した機能ブロック図である。It is the functional block diagram which showed the schematic structure of the position sensor. 複数の位置センサによって構築されるセンサネットワークを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the sensor network constructed | assembled by the several position sensor. 位置センサによる境界判定を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the boundary determination by a position sensor. 位置情報を発信する所定の条件を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the predetermined conditions which transmit a positional infomation. 位置センサによる境界判定を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the boundary determination by a position sensor. 位置センサによる境界判定を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the boundary determination by a position sensor. 3次元形状導出方法の処理の流れを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the flow of the process of the three-dimensional shape derivation method.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating the understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.

(3次元形状導出装置100)
図1は、3次元形状導出装置100の概略的な構成を示した機能ブロック図であり、図2は、位置センサ112の概略的な構成を示した機能ブロック図である。3次元形状導出装置100は、複数の信号供給源110と、複数の位置センサ112と、センサ情報集約部114と、保持部116と、中央制御部118とを含んで構成され、測定対象物102の3次元形状を導出する。
(Three-dimensional shape deriving device 100)
FIG. 1 is a functional block diagram illustrating a schematic configuration of the three-dimensional shape deriving device 100, and FIG. 2 is a functional block diagram illustrating a schematic configuration of the position sensor 112. The three-dimensional shape deriving device 100 includes a plurality of signal supply sources 110, a plurality of position sensors 112, a sensor information aggregating unit 114, a holding unit 116, and a central control unit 118. The three-dimensional shape is derived.

信号供給源110は、3次元位置を異にして配置され、複数の位置センサ112に電場や磁場、あるいは電磁波に基づく信号を供給する。信号供給源110は、位置センサ112への位置計算用信号の送信源と電力供給源との2つの役割を担うが、この機能を分離して、それぞれを別固体として配置してもよい。   The signal supply sources 110 are arranged at different three-dimensional positions, and supply signals based on an electric field, a magnetic field, or electromagnetic waves to the plurality of position sensors 112. The signal supply source 110 plays two roles of a position calculation signal transmission source to the position sensor 112 and a power supply source. However, these functions may be separated and arranged as separate solids.

位置センサ(マイクロセンサ)112は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)等の微細加工技術や半導体プロセスの微細化により、粒子状(軽量、小型)かつ流動自在に形成され、信号供給源110から供給された信号に基づいて信号供給源110との距離または信号供給源110の方向を算出することで自体の3次元位置を自己完結的に導出し、3次元位置を示す位置情報を発信する。ここでいう位置情報とは、3次元位置座標(x,y,z座標)のみに限定されず、信号の強度や位相等、3次元位置に相当する、測定された物理量から最終的に位置情報に変換することができる情報であってもよい。また、ここでは、位置センサ112が流動自在に形成される例を挙げているが、かかる場合に限られず、例えば、位置センサ112がプラスチック等の樹脂に練り込まれて流動性が低下または失われている場合も本実施形態の技術的範囲に含まれる。ここで、位置センサ112は、他の位置センサ112との摩擦を考慮して球状かつコーティングが施されたものを用いるとするが、かかる形状に限らず、扱いやすい任意の形状とすることができる。また、図2に示すように、位置センサ112は、アンテナ112aと、電源部112bと、通信部112cと、マイクロコンピュータ112dとを含んで成る。   The position sensor (microsensor) 112 is formed in a particulate (lightweight, small) and free-flowing manner by microfabrication technology such as MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) or miniaturization of a semiconductor process, and is supplied from a signal supply source 110. By calculating the distance to the signal supply source 110 or the direction of the signal supply source 110 based on the received signal, the three-dimensional position of itself is derived in a self-contained manner, and position information indicating the three-dimensional position is transmitted. The position information here is not limited to only the three-dimensional position coordinates (x, y, z coordinates), but finally the position information from the measured physical quantity corresponding to the three-dimensional position, such as the intensity and phase of the signal. It may be information that can be converted to. Here, an example is given in which the position sensor 112 is formed to be freely flowable. However, the present invention is not limited to such a case. For example, the position sensor 112 is kneaded into a resin such as plastic, so that the fluidity is reduced or lost. Is included in the technical scope of the present embodiment. Here, the position sensor 112 is assumed to be spherical and coated in consideration of friction with other position sensors 112. However, the position sensor 112 is not limited to this shape, and may be any shape that is easy to handle. . As shown in FIG. 2, the position sensor 112 includes an antenna 112a, a power supply unit 112b, a communication unit 112c, and a microcomputer 112d.

アンテナ112aは、あらゆる方向の電磁波を受信し、また、位置センサ112内で生成された信号を電磁波として発信する。位置センサ112における通信方式として、例えば消費電力の少ない近距離通信(NFC)が採用されている。電源部112bは、受信した電磁波から誘導起電力を得て、その電力により位置センサ112を動作させる(電力レスセンサ)。電源部112bは、ほとんど電力を消費しないため、自体に小型の電池を有すこともできる。通信部112cは、アンテナ112aを通じて近傍の他の位置センサ112やセンサ情報集約部114とデータ通信を行う。マイクロコンピュータ112dは、信号供給源110の信号に基づいて自己の3次元位置を導出する3次元位置導出部112eと、自己が測定対象物の境界に位置していることを判定する境界判定部112fとして機能する。また、位置センサ112は、位置センサ112近傍の温度、位置センサ112に加わる圧力、アンテナ112aで受信する電磁波の電波強度や位相等、他の環境パラメータを測定することもできる。   The antenna 112a receives electromagnetic waves in all directions, and transmits a signal generated in the position sensor 112 as electromagnetic waves. As a communication method in the position sensor 112, for example, near field communication (NFC) with low power consumption is adopted. The power supply unit 112b obtains an induced electromotive force from the received electromagnetic wave, and operates the position sensor 112 with the electric power (powerless sensor). Since the power supply part 112b consumes little electric power, it can also have a small battery in itself. The communication unit 112c performs data communication with other nearby position sensors 112 and the sensor information aggregation unit 114 through the antenna 112a. The microcomputer 112d includes a three-dimensional position deriving unit 112e that derives its own three-dimensional position based on a signal from the signal supply source 110, and a boundary determination unit 112f that determines that the self is located at the boundary of the measurement object. Function as. The position sensor 112 can also measure other environmental parameters such as the temperature in the vicinity of the position sensor 112, the pressure applied to the position sensor 112, and the radio wave intensity and phase of the electromagnetic wave received by the antenna 112a.

センサ情報集約部114は、位置センサ112が発信した位置情報を受信する。また、センサ情報集約部114から電場や電磁波を位置センサ112に供給して、信号供給源110の機能を担うとしてもよい。保持部116は、ROM、不揮発性RAM、フラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)等で構成され、センサ情報集約部114で受信された位置情報等を一時的に保持する。中央制御部118は、中央処理装置(CPU)や信号処理装置(DSP:Digital Signal Processor)、プログラム等が格納されたROMやメモリ、ワークエリアとしてのRAM等を含む半導体集積回路により、3次元形状導出装置100全体を管理および制御する。また、本実施形態において、中央制御部118は、測定対象物102において複数の位置センサ112が存在する部分の3次元形状を、複数の位置センサ112の位置情報に基づいて導出する3次元形状導出部130としても機能する。以下、このような3次元形状導出装置100の具体的な処理を説明する。   The sensor information aggregating unit 114 receives position information transmitted from the position sensor 112. In addition, an electric field or electromagnetic wave may be supplied from the sensor information aggregating unit 114 to the position sensor 112 to serve as the signal supply source 110. The holding unit 116 includes a ROM, a nonvolatile RAM, a flash memory, an HDD (Hard Disk Drive), and the like, and temporarily holds position information received by the sensor information aggregation unit 114. The central control unit 118 has a three-dimensional shape by a semiconductor integrated circuit including a central processing unit (CPU), a signal processing unit (DSP: Digital Signal Processor), a ROM and memory storing programs, a RAM as a work area, and the like. The entire derivation device 100 is managed and controlled. In the present embodiment, the central control unit 118 derives a three-dimensional shape of a portion of the measurement object 102 where the plurality of position sensors 112 exist based on position information of the plurality of position sensors 112. It also functions as the unit 130. Hereinafter, specific processing of the three-dimensional shape deriving device 100 will be described.

(位置センサ112における3次元位置の導出処理)
例えば、信号供給源110が電磁波に基づく信号を位置センサ112に供給している場合、位置センサ112の3次元位置導出部112eは、その電磁波の電波強度を通じて信号供給源110との距離を把握することができる。また、他の信号供給源110との位相差を用いることで、相対的な距離差を計算することもできる。さらに、位置センサ112のアンテナ112aが指向性のマイクロアレイアンテナ等であれば、信号供給源110の方向を把握することも可能である。
(Derivation process of three-dimensional position in position sensor 112)
For example, when the signal supply source 110 supplies a signal based on an electromagnetic wave to the position sensor 112, the three-dimensional position deriving unit 112e of the position sensor 112 grasps the distance from the signal supply source 110 through the radio wave intensity of the electromagnetic wave. be able to. In addition, a relative distance difference can be calculated by using a phase difference with another signal supply source 110. Further, if the antenna 112a of the position sensor 112 is a directional microarray antenna or the like, the direction of the signal supply source 110 can be grasped.

したがって、位置センサ112の3次元位置導出部112eが自己の3次元位置を導出するためには、位置センサ112が信号供給源110の距離と方向を把握できる場合、信号供給源110は1つあれば足り、位置センサ112が信号供給源110の方向のみ把握できる場合、信号供給源110が2つあれば足り、位置センサ112が信号供給源110との距離のみを把握できる場合、信号供給源110が3つあれば足りる。   Therefore, in order for the three-dimensional position deriving unit 112e of the position sensor 112 to derive its own three-dimensional position, if the position sensor 112 can grasp the distance and direction of the signal supply source 110, there is only one signal supply source 110. It is sufficient if the position sensor 112 can grasp only the direction of the signal supply source 110, and if there are only two signal supply sources 110, and the position sensor 112 can grasp only the distance from the signal supply source 110, the signal supply source 110 is sufficient. Three is enough.

また、測定対象物102における位置センサ112の空間自由度が限定的な場合、位置センサ112は、さらに少ない信号供給源110で自己の3次元位置を導出できる。また、位置センサ112がGPS(Global Positioning System)等、既存のシステムを利用可能な場合、3次元位置導出部112eは、そのGPSによって3次元位置を導出することも可能である。   Further, when the spatial freedom of the position sensor 112 in the measurement object 102 is limited, the position sensor 112 can derive its own three-dimensional position with a smaller number of signal supply sources 110. In addition, when the position sensor 112 can use an existing system such as GPS (Global Positioning System), the three-dimensional position deriving unit 112e can also derive a three-dimensional position using the GPS.

また、信号供給源110が磁場に基づく信号を位置センサ112に供給している場合、複数の信号供給源110は、それぞれ排他的に磁場をオン/オフし、その際にいずれの信号供給源110をオンしたかを位置センサ112に知らせるべく、信号供給源110を特定する識別子を送信する。位置センサ112の3次元位置導出部112eは、その識別子と磁場の磁界強度を通じて個々の信号供給源110との距離を把握することができる。こうして、位置センサ112の3次元位置導出部112eは、複数の信号供給源110との距離に基づく3点測位法により、自己の3次元位置を導出することが可能となる。   Further, when the signal supply source 110 supplies a signal based on the magnetic field to the position sensor 112, the plurality of signal supply sources 110 exclusively turn on / off the magnetic field, and at that time, which signal supply source 110 In order to inform the position sensor 112 of whether or not the signal source is turned on, an identifier for identifying the signal source 110 is transmitted. The three-dimensional position deriving unit 112e of the position sensor 112 can grasp the distance from each signal supply source 110 through the identifier and the magnetic field strength of the magnetic field. Thus, the three-dimensional position deriving unit 112e of the position sensor 112 can derive its own three-dimensional position by the three-point positioning method based on the distances from the plurality of signal supply sources 110.

(センサネットワーク)
図3は、複数の位置センサ112によって構築されるセンサネットワークを説明するための説明図である。上述したように信号供給源110の信号を受けて自己の3次元位置を導出した位置センサ112は、その3次元位置を示す位置情報をセンサ情報集約部114に伝達する。この際、近傍にある(隣り合う)複数の位置センサ112同士は、互いに無線通信し合うことで情報交換を行う、自律分散型のセンサネットワークを形成し、図3に示すように、各位置センサ112は、他の位置センサ112を複数経由する(ホップする)ことで最終的にセンサ情報集約部114に位置情報を伝達することができる。したがって、センサ情報集約部114は、複数の位置センサ112全てから個々に位置情報を受信しなくとも、センサ情報集約部114に近い位置センサ112群138に局所的に集められた位置情報を受信することで複数の位置センサ112全ての位置情報を取得することが可能となる。
(Sensor network)
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a sensor network constructed by a plurality of position sensors 112. As described above, the position sensor 112 that has received the signal from the signal supply source 110 and derived its own three-dimensional position transmits position information indicating the three-dimensional position to the sensor information aggregating unit 114. At this time, a plurality of position sensors 112 in the vicinity (adjacent) form an autonomous decentralized sensor network that exchanges information by wirelessly communicating with each other. As shown in FIG. 112 can finally transmit position information to the sensor information aggregating unit 114 by passing (hopping) a plurality of other position sensors 112. Therefore, the sensor information aggregating unit 114 does not receive the position information individually from all the plurality of position sensors 112, but receives the position information collected locally in the position sensor 112 group 138 near the sensor information aggregating unit 114. As a result, it is possible to acquire position information of all the plurality of position sensors 112.

本実施形態では、IEEE802.15.4として規格化されたZigbee(登録商標)等にも代表されるセンサネットワークを採用し、既存のアドホック機能やルーティン機能を用いて各位置センサ112の位置情報の取得経路を構築する。かかるアドホック機能やルーティン機能は、既存の様々な技術を適用できるので、ここではその詳細な説明を省略する。ただし、本実施形態においては、各位置センサ112が信号供給源110からの距離や自体の3次元位置を把握できるため、その3次元位置情報やスパニングツリープロトコルを用いて、センサ情報集約部114により遠い位置センサ112から、より近い位置センサ112に情報を経由する経路を構築できる(図3参照)。また、本実施形態では、位置センサ112が測定対象物102内で流動しているため、情報伝達経路をリアルタイムに再構築するのが望ましい。   In this embodiment, a sensor network represented by Zigbee (registered trademark) standardized as IEEE 802.15.4 is adopted, and the position information of each position sensor 112 is used by using an existing ad hoc function or routine function. Build an acquisition path. The ad hoc function and the routine function can apply various existing technologies, and thus detailed description thereof is omitted here. However, in this embodiment, since each position sensor 112 can grasp the distance from the signal supply source 110 and its own three-dimensional position, the sensor information aggregating unit 114 uses the three-dimensional position information and the spanning tree protocol. It is possible to construct a route through the information from the distant position sensor 112 to the closer position sensor 112 (see FIG. 3). In the present embodiment, since the position sensor 112 flows in the measurement object 102, it is desirable to reconstruct the information transmission path in real time.

(位置情報を発信する所定の条件について)
上記の複数の位置センサ112は、それぞれが位置情報を発信する能力を有しているが、本実施形態では、全ての位置センサ112に位置情報を発信させず、所定の条件を満たした場合にのみ位置情報を発信することとする。
(Regarding predetermined conditions for sending location information)
Each of the plurality of position sensors 112 has a capability of transmitting position information. However, in the present embodiment, the position information is not transmitted to all the position sensors 112 and a predetermined condition is satisfied. Only position information will be sent.

位置センサ112は、測定対象物102の大きさや形状に応じて、数百、数千、またはそれ以上になる場合がある。しかし、その数百、数千の位置センサ112の3次元位置を全て厳密に取得するとした場合、センサネットワーク内の情報伝達負荷や中央制御部118における計算負荷が膨大になってしまい、所望する結果を得られないこともある。ここでは、所定の条件を満たした位置センサ112のみが位置情報を発信することで、位置情報元となる位置センサ112数を間引き、センサネットワーク内の情報伝達負荷や中央制御部118における計算負荷の軽減を図っている。ただし、位置センサ112に所定の条件を課すことでセンサ情報集約部114への情報伝達負荷は軽減されるが、近傍の他の位置センサ112との通信は継続的に実行される。したがって、近傍の他の位置センサ112との通信とセンサ情報集約部114に位置情報を伝達する通信とで、例えば、識別子の異なるヘッダやホップ数を示すヘッダを用いる等、別々のプロトコルを用いている。   The position sensor 112 may be hundreds, thousands, or more depending on the size and shape of the measurement object 102. However, if all three-dimensional positions of the hundreds or thousands of position sensors 112 are strictly acquired, the information transmission load in the sensor network and the calculation load in the central control unit 118 become enormous, and the desired result You may not get. Here, only the position sensor 112 satisfying a predetermined condition transmits the position information, thereby thinning out the number of position sensors 112 serving as the position information source, and the information transmission load in the sensor network and the calculation load in the central control unit 118. Mitigating. However, by imposing a predetermined condition on the position sensor 112, the information transmission load to the sensor information aggregating unit 114 is reduced, but communication with other position sensors 112 in the vicinity is continuously executed. Therefore, communication with other position sensors 112 in the vicinity and communication for transmitting position information to the sensor information aggregating unit 114 are performed using different protocols, for example, using headers with different identifiers or headers indicating the number of hops. Yes.

以下、図4を用い、上述した所定の条件として、(1)適当に代表位置センサを導出する処理、(2)所定空間範囲内で代表位置センサを導出する処理、(3)境界に位置する位置センサを導出する処理、を例示する。ただし、所定の条件は、かかる場合に限られず、温度や圧力といった他のパラメータが所定閾値以上または所定閾値以下となった場合等、様々な条件を設定することができる。   In the following, referring to FIG. 4, as the above-mentioned predetermined conditions, (1) a process for deriving a representative position sensor appropriately, (2) a process for deriving a representative position sensor within a predetermined space range, and (3) located at the boundary The process which derives | leads-out a position sensor is illustrated. However, the predetermined condition is not limited to such a case, and various conditions such as a case where other parameters such as temperature and pressure are equal to or higher than a predetermined threshold or lower than a predetermined threshold can be set.

((1)適当に代表位置センサを導出する処理)
図4(a)に示すように、測定対象物102内の任意の位置センサ112gは、その近傍(例えば2ホップ内や所定遅延量内)にある複数の(例えば、数十、数百の)他のセンサ112を1つのグループ140とみなし(クラスタ化)、自体の位置情報をそのグループ140の代表値としてセンサ情報集約部114に送信する。このとき、3次元位置を収集した任意の位置センサ112がそのグループ140内に位置する他の位置センサ112の代表位置センサとなるので、3次元位置が参照されたグループ140内の他の位置センサ112は、3次元位置をセンサ情報集約部114に伝達しなくてよいとすることができる。ここで、近傍の範囲の基準となるホップ数や所定遅延量、3次元位置の平均化対象となるセンサ数は、3次元形状導出装置100に要求される精度や分解能に応じて適宜決定される。
((1) Processing for deriving a representative position sensor appropriately)
As shown in FIG. 4A, the arbitrary position sensor 112g in the measurement object 102 has a plurality of (for example, tens or hundreds) in the vicinity thereof (for example, within two hops or within a predetermined delay amount). The other sensors 112 are regarded as one group 140 (clustered), and their own position information is transmitted to the sensor information aggregating unit 114 as a representative value of the group 140. At this time, the arbitrary position sensor 112 that has collected the three-dimensional position becomes the representative position sensor of the other position sensor 112 located in the group 140, and therefore, the other position sensor in the group 140 to which the three-dimensional position is referenced. 112 may not need to transmit the three-dimensional position to the sensor information aggregation unit 114. Here, the number of hops, the predetermined delay amount, and the number of sensors to be averaged for the three-dimensional positions are determined as appropriate according to the accuracy and resolution required for the three-dimensional shape deriving device 100. .

((2)所定空間範囲内で代表位置センサを導出する処理)
他の例として、所定空間範囲内で代表位置センサ112を導出することが考えられる。これは代表位置センサ112を導出する点で上述した(1)適当に代表位置センサを導出する処理と似ているが、予め定められた範囲内に唯一の代表位置センサを導出する点で異なる。
((2) Processing for deriving a representative position sensor within a predetermined space range)
As another example, it is conceivable to derive the representative position sensor 112 within a predetermined space range. This is similar to the above-described (1) process of deriving a representative position sensor appropriately in that the representative position sensor 112 is derived, but differs in that only one representative position sensor is derived within a predetermined range.

ここでは、図4(b)に示すように、3次元空間がマトリクス状に複数の所定空間範囲142に分割されている(所定空間範囲142は、x、y、z座標それぞれの長さで表すことができる。)。そして、測定対象物102内の任意の位置センサ112gは、所定空間範囲142にある複数の(例えば、数十、数百の)他のセンサ112を1つのグループとみなし、自体の位置情報をその所定空間範囲142の代表値としてセンサ情報集約部114に送信する。このとき、3次元位置を収集した任意の位置センサ112がその所定空間範囲142内に位置する他の位置センサ112の代表位置センサとなるので、3次元位置が参照された所定空間範囲142内の他の位置センサ112は、3次元位置をセンサ情報集約部114に伝達しなくてよいとすることができる。   Here, as shown in FIG. 4B, the three-dimensional space is divided into a plurality of predetermined space ranges 142 in a matrix (the predetermined space range 142 is represented by the length of each of the x, y, and z coordinates. be able to.). Then, the arbitrary position sensor 112g in the measurement object 102 regards a plurality of (for example, several tens or several hundreds) other sensors 112 in the predetermined space range 142 as one group, and determines its own position information. It transmits to the sensor information aggregating unit 114 as a representative value of the predetermined space range 142. At this time, the arbitrary position sensor 112 that has collected the three-dimensional position becomes the representative position sensor of the other position sensor 112 located in the predetermined space range 142, and therefore, the three-dimensional position in the predetermined space range 142 to which the three-dimensional position is referenced. The other position sensor 112 may not need to transmit the three-dimensional position to the sensor information aggregation unit 114.

また、3次元形状導出装置100では、かかる所定空間範囲142を特定する手段として、例えば、ブロードキャストによる手段やMAPによる手段を用いている。ブロードキャストによる手段では、センサ情報集約部114が、各所定空間範囲142に対し、所定空間範囲142内に位置センサ112が存在するか否かを問う情報を発信し、位置センサ112は、指定された所定空間範囲142内に自体が存在していれば、その旨、センサ情報集約部114に伝達する。3次元形状導出部130は、1の所定空間範囲142内に、所定の数以上の位置センサ112が存在していれば、その所定空間範囲142を位置センサ112が占有していると判定する。各位置センサ112の位置測定精度が高い場合には、所定の数として1を含めることができる。3次元形状導出部130は、位置センサ112が所定の数以上存在する所定空間範囲142の外周部(輪郭部分)を測定対象物102の内部形状であると判断する。   Further, in the three-dimensional shape deriving device 100, as means for specifying the predetermined space range 142, for example, means by broadcast or means by MAP are used. In the broadcast means, the sensor information aggregating unit 114 transmits information asking whether or not the position sensor 112 exists in the predetermined space range 142 to each predetermined space range 142, and the position sensor 112 is designated. If it exists in the predetermined space range 142, the fact is transmitted to the sensor information aggregating unit 114 to that effect. The three-dimensional shape deriving unit 130 determines that the position sensor 112 occupies the predetermined space range 142 if a predetermined number or more of the position sensors 112 exist in one predetermined space range 142. When the position measurement accuracy of each position sensor 112 is high, 1 can be included as the predetermined number. The three-dimensional shape deriving unit 130 determines that the outer peripheral portion (contour portion) of the predetermined space range 142 where the predetermined number or more of the position sensors 112 exist is the internal shape of the measurement object 102.

また、MAPによる手段では、各位置センサ112が複数の所定空間範囲142を特定可能なMAPを有しており、自体が位置する所定空間範囲142にフラグが設定されているか否か判定し、フラグが設定されていなかったらフラグを設定して、その所定空間範囲142に自体が存在することを示す。そして、位置センサ112は、フラグの判定処理を終えたMAPを近傍の位置センサ112に伝達する。伝達された位置センサ112は、そのMAPを更新する。こうして、複数の位置センサ112を経由したMAPの各所定空間範囲142には、フラグが設定されているところと、フラグが設定されていないところが生じる。3次元形状導出部130は、かかるMAPを参照し、フラグが設定されていれば、その所定空間範囲142を位置センサ112が占有していると判定し、フラグが設定されていなければ、その所定空間範囲142は、測定対象物102そのものか測定対象物102外の空間であると判定する。3次元形状導出部130は、フラグが設定されている所定空間範囲142の外周部(輪郭部分)を測定対象物102の内部形状であると判断する。   In the MAP means, each position sensor 112 has a MAP capable of specifying a plurality of predetermined space ranges 142, and it is determined whether or not a flag is set in the predetermined space range 142 where the position sensor 112 is located. If is not set, a flag is set to indicate that the predetermined space range 142 exists. Then, the position sensor 112 transmits the MAP for which the flag determination process has been completed to the nearby position sensor 112. The transmitted position sensor 112 updates its MAP. Thus, in each predetermined space range 142 of the MAP that has passed through the plurality of position sensors 112, there are places where a flag is set and places where no flag is set. The three-dimensional shape deriving unit 130 refers to the MAP and determines that the position sensor 112 occupies the predetermined space range 142 if the flag is set. If the flag is not set, the three-dimensional shape deriving unit 130 determines the predetermined space range 142. The space range 142 is determined to be the measurement object 102 itself or a space outside the measurement object 102. The three-dimensional shape deriving unit 130 determines that the outer peripheral portion (contour portion) of the predetermined space range 142 for which the flag is set is the internal shape of the measurement object 102.

((3)境界に位置する位置センサを導出する処理)
また、図4(c)に示すように、複数の位置センサ112gは、近傍に存在する他の複数の位置センサ112の3次元位置に基づいて、自体が測定対象物102の境界に位置するか否かを判定し、測定対象物102の境界に位置する場合にのみ位置情報を発信することもできる。以下、位置センサ112の境界判定について詳述する。
((3) Process for deriving a position sensor located at the boundary)
Further, as shown in FIG. 4C, whether the plurality of position sensors 112g are positioned at the boundary of the measurement object 102 based on the three-dimensional positions of the other plurality of position sensors 112 existing in the vicinity. It is also possible to determine whether or not the position information is transmitted only when it is located at the boundary of the measurement object 102. Hereinafter, the boundary determination of the position sensor 112 will be described in detail.

(境界であることの判定処理)
図5、図6、図7は、位置センサ112による境界判定を説明するための説明図である。上述したように、位置センサ112は、粒子状に形成され、測定対象物102の測定面近傍、例えば、曲がった管の内部や閉じた狭い空間の内部に詰め込まれた状態で流動自在に移動する。位置センサ112の大きさは任意であるが、小さければ小さいほど測定精度を高めることができる。ここでは大きさが数ミリ程度の位置センサ112を想定している。また、このとき、測定対象物102内に位置センサ112のみを詰め込まず、砂等の流動体を並設(混合)してもよい。位置センサ112は、図5(a)に示す測定対象物102の障害物150や障害壁152内に入り込むことはないが、その他の空隙154には均等に充填されることとなる。
(Judgment process for boundary)
5, 6, and 7 are explanatory diagrams for explaining boundary determination by the position sensor 112. As described above, the position sensor 112 is formed in a particle shape and moves freely in a state of being packed in the vicinity of the measurement surface of the measurement object 102, for example, inside a bent tube or inside a closed narrow space. . Although the size of the position sensor 112 is arbitrary, the smaller the position sensor 112, the higher the measurement accuracy. Here, a position sensor 112 having a size of about several millimeters is assumed. At this time, not only the position sensor 112 is packed in the measurement object 102 but also a fluid such as sand may be arranged (mixed). The position sensor 112 does not enter the obstacle 150 or the obstacle wall 152 of the measurement object 102 shown in FIG. 5A, but the other gaps 154 are equally filled.

測定対象物102内の位置センサ112のみに着目すると、図5(b)に示すように、障害物150や障害壁152に相当する部分だけ位置センサ112が存在しないことになるので、測定対象物102内の障害物150や障害壁152に当接している位置センサ112は、障害物150や障害壁152の方向に他の位置センサ112の存在を検知できないこととなる。本実施形態では、この事象を利用して、位置センサ112が境界に位置するか否か判定する。   Focusing only on the position sensor 112 in the measurement object 102, as shown in FIG. 5B, the position sensor 112 does not exist only in the portion corresponding to the obstacle 150 or the obstacle wall 152. The position sensor 112 that is in contact with the obstacle 150 or the obstacle wall 152 in 102 cannot detect the presence of another position sensor 112 in the direction of the obstacle 150 or the obstacle wall 152. In this embodiment, this event is used to determine whether or not the position sensor 112 is located at the boundary.

境界の判定処理として、計算負荷の小さいものでは、所定範囲近傍(例えば2ホップ内)の位置センサ112の個数を計算する方法がある。例えば、図6(a)のように、位置センサ112が測定対象物102内で均等に配されている場合、空隙154に位置する位置センサ112hは近傍範囲160内に、例えば20個の他の位置センサ112を検知することができる。しかし、図6(b)のように、障害物150の境界に位置した位置センサ112iは検知できる位置センサ112が半減し、近傍範囲160内に、例えば12個の他の位置センサ112しか検知できないこととなる。このように、検知可能な他の位置センサ112の個数によって、位置センサ112の個数が、位置センサ112の密度に基づく所定閾値以下であれば、位置センサ112自体が測定対象物102の境界に位置していることを簡易的に把握することが可能となる。   As a boundary determination process, there is a method of calculating the number of position sensors 112 in the vicinity of a predetermined range (for example, within 2 hops) when the calculation load is small. For example, as shown in FIG. 6A, when the position sensors 112 are evenly arranged in the measurement object 102, the position sensor 112h located in the gap 154 is within the vicinity range 160, for example, 20 other The position sensor 112 can be detected. However, as shown in FIG. 6B, the position sensor 112i located at the boundary of the obstacle 150 can be detected by half, and only 12 other position sensors 112 can be detected in the vicinity range 160, for example. It will be. Thus, if the number of position sensors 112 is equal to or less than a predetermined threshold based on the density of the position sensors 112 depending on the number of other position sensors 112 that can be detected, the position sensor 112 itself is positioned at the boundary of the measurement object 102. It is possible to easily grasp what is being done.

境界の他の判定処理として、図7に示すように、位置センサ112iは、位置センサ112iを対称点170とした所定範囲160内の他の複数の位置センサ112の重心位置172の点対称174と、位置センサ112とを結ぶ結線176を中心軸とした所定ステラジアン、例えば、(2−√2)πステラジアン内かつ所定範囲160内に他の位置センサ112がないとき、自体が測定対象物102の境界に位置すると判定する。   As another determination process of the boundary, as illustrated in FIG. 7, the position sensor 112 i includes a point symmetry 174 of the center of gravity position 172 of the plurality of other position sensors 112 within the predetermined range 160 with the position sensor 112 i as the symmetry point 170. When there is no other position sensor 112 within a predetermined steradian with a connection line 176 connecting to the position sensor 112 as a central axis, for example, (2-√2) π steradian and within a predetermined range 160, It is determined that it is located at the boundary.

これは、位置センサ112が測定対象物102の境界に位置している場合、位置センサ112が集中しているところと位置センサ112が無いところとが正対していることを利用したもので、位置センサ112が集中しているところの重心位置172の点対称174に位置センサ112が無いことをもって、その位置センサ112が境界に位置していると判定するものである。ここで、(2−√2)πステラジアンは、頂角90度の円錐の立体角を示す。また、頂角90度に限らず、測定対象物102内の障害物150の形状に応じて適宜角度を変更することができる。   This is based on the fact that when the position sensor 112 is located at the boundary of the measurement object 102, the position where the position sensor 112 is concentrated and the place where the position sensor 112 is not located are facing each other. The absence of the position sensor 112 at the point symmetry 174 of the center of gravity position 172 where the sensor 112 is concentrated determines that the position sensor 112 is located at the boundary. Here, (2-√2) π steradian indicates a solid angle of a cone having an apex angle of 90 degrees. Further, the angle is not limited to 90 degrees, and the angle can be appropriately changed according to the shape of the obstacle 150 in the measurement object 102.

また、上述したように、所定の条件を満たした位置センサ112のみが位置情報を発信する場合において、ここでは、所定の条件を測定対象物102の境界に位置することとすることができ、位置センサ112は、近傍に存在する他の複数の位置センサ112の3次元位置に基づいて、自体が測定対象物102の境界に位置するか否かを判定し、測定対象物102の境界に位置する場合にのみ位置情報を発信することとする。   Further, as described above, in the case where only the position sensor 112 that satisfies the predetermined condition transmits the position information, the predetermined condition can be positioned at the boundary of the measurement object 102 here. The sensor 112 determines whether or not itself is located at the boundary of the measurement object 102 based on the three-dimensional positions of the plurality of other position sensors 112 existing in the vicinity, and is located at the boundary of the measurement object 102. Only when the location information is transmitted.

かかる構成により、図5(c)の如く、測定対象物102の障害物150や障害壁152の境界に位置する、図5(c)中黒の塗り潰しで表した位置センサ112のみが位置情報をセンサ情報集約部114に伝達することとなるので、3次元形状導出装置100は、全ての位置センサ112の位置情報を抽出しないことで計算負荷の軽減を図ることができ、境界に位置する位置センサ112の位置情報のみによって、測定対象物102の障害物150や障害壁152の形状を正確に導出することが可能となる。   With this configuration, as shown in FIG. 5C, only the position sensor 112, which is located at the boundary between the obstacle 150 and the obstacle wall 152 of the measurement object 102 and represented by black filling in FIG. Since it is transmitted to the sensor information aggregating unit 114, the three-dimensional shape deriving device 100 can reduce the calculation load by not extracting the position information of all the position sensors 112, and the position sensor located at the boundary. The shape of the obstacle 150 and the obstacle wall 152 of the measurement object 102 can be accurately derived only by the position information 112.

(位置情報の平均化処理)
ところで、電場や電磁波に基づくとしても、磁場に基づくとしても、各センサ112で導出された3次元位置が十分な精度を有さない場合がある。そこで、本実施形態におけるセンサ112は、センサネットワーク中の他のセンサ112の3次元位置も利用して3次元位置の高精度化を図ることができる。例えば、図4(a)を用いて説明した(1)適当に代表位置センサを導出する場合において、任意のセンサ112が、グループ140とみなした近傍にある複数の他のセンサ112から3次元位置を取得し、取得した全てのセンサ112の3次元位置と自己が導出した3次元位置の平均値を求めて自己の3次元位置とする。このような平均化処理は、(2)所定空間範囲内で代表位置センサを導出する場合や、(3)境界に位置する位置センサを導出する場合にも適用できるのは言うまでもない。
(Location information averaging process)
By the way, even if it is based on an electric field or electromagnetic wave, or based on a magnetic field, the three-dimensional position derived by each sensor 112 may not have sufficient accuracy. Therefore, the sensor 112 in the present embodiment can improve the accuracy of the three-dimensional position by using the three-dimensional positions of the other sensors 112 in the sensor network. For example, in the case of (1) appropriately deriving the representative position sensor described with reference to FIG. 4A, the arbitrary sensor 112 has a three-dimensional position from a plurality of other sensors 112 in the vicinity regarded as the group 140. Is obtained, and the average value of the three-dimensional positions of all the acquired sensors 112 and the three-dimensional positions derived by the sensor 112 is obtained and set as its own three-dimensional position. It goes without saying that such an averaging process can also be applied to (2) deriving a representative position sensor within a predetermined spatial range, and (3) deriving a position sensor located at a boundary.

例えば、位置センサ112の直径が0.1mmであり、各位置センサ112の位置測定精度が1cmであったとする。すると、測定対象物102内における1mm×1mm×1mmの立方空間の中には1000個の位置センサ112が入っていることとなり、位置センサ112の位置測定値の平均値をとると、測定精度が1mm近く(2mm以下)まで高まる。   For example, it is assumed that the position sensor 112 has a diameter of 0.1 mm and the position measurement accuracy of each position sensor 112 is 1 cm. Then, 1000 position sensors 112 are contained in a cubic space of 1 mm × 1 mm × 1 mm in the measurement object 102. If the average value of the position measurement values of the position sensor 112 is taken, the measurement accuracy is improved. It increases to nearly 1 mm (2 mm or less).

また、3次元位置の高精度化手法は、かかる場合に限られず、例えば、位置センサ112毎に3次元位置の導出を繰り返し実行させ、複数回分の導出結果を平均化させてそれを位置センサ112の3次元位置とさせることでも3次元位置の高精度化を図ることができる。   The method for improving the accuracy of the three-dimensional position is not limited to such a case. For example, the derivation of the three-dimensional position is repeatedly executed for each position sensor 112, the derivation results for a plurality of times are averaged, and the position sensor 112 is used. It is also possible to improve the accuracy of the three-dimensional position by setting the three-dimensional position.

(3次元形状導出方法)
次に、図8のフローチャートに基づいて、3次元形状の導出方法を述べる。ここでは、測定対象物102に複数の位置センサ112が流動可能に詰め込まれている。まず、測定対象物102に詰め込まれた全ての位置センサ112は、信号供給源110から供給された信号に基づいて自体の3次元位置を導出する(S200)。そして、各位置センサ112の3次元位置導出部112eは、近傍の他の位置センサ112の3次元位置を取得し、その3次元位置を平均化し、他の位置センサ112の重心位置172を求める(S202)。
(Three-dimensional shape derivation method)
Next, a method for deriving a three-dimensional shape will be described based on the flowchart of FIG. Here, a plurality of position sensors 112 are packed in the measurement object 102 so as to be flowable. First, all the position sensors 112 packed in the measurement object 102 derive their own three-dimensional positions based on the signal supplied from the signal supply source 110 (S200). Then, the three-dimensional position deriving unit 112e of each position sensor 112 acquires the three-dimensional positions of other neighboring position sensors 112, averages the three-dimensional positions, and obtains the barycentric position 172 of the other position sensors 112 ( S202).

そして、3次元位置導出部112eは、かかる重心位置172の、位置センサ112を対称点170とした点対称174と位置センサ112とを結ぶ結線176を求め、その結線176を中心軸とした(2−√2)πステラジアン内に他の位置センサ112が含まれるか否か判定する(S204)。他の位置センサ112が含まれている場合(S204におけるYES)、3次元位置導出部112eは、自体(位置センサ112)が測定対象物102の空隙154に位置すると判定し、位置センサ112における処理を終了する。また、他の位置センサ112が含まれていない場合(S204におけるNO)、自体が測定対象物102の境界に位置すると判定する。   Then, the three-dimensional position deriving unit 112e obtains a connection line 176 that connects the point sensor 174 with the position sensor 112 as the symmetry point 170 and the position sensor 112 at the center of gravity position 172, and uses the connection line 176 as the central axis (2). −√2) It is determined whether or not another position sensor 112 is included in π steradians (S204). When another position sensor 112 is included (YES in S204), the three-dimensional position deriving unit 112e determines that itself (position sensor 112) is located in the gap 154 of the measurement object 102, and processing in the position sensor 112 is performed. Exit. Further, when the other position sensor 112 is not included (NO in S204), it is determined that the position sensor 112 itself is located at the boundary of the measurement object 102.

さらに、自体が測定対象物102の境界に位置すると判定した3次元位置導出部112eは、その近傍(例えば2ホップ内)にある、測定対象物102の境界に位置すると判定した位置センサ112から3次元位置を取得し(S206)、近傍にある全ての位置センサ112の3次元位置の平均値を求めて自己の3次元位置とする(S208)。このとき、位置センサ112は、その近傍の測定対象物102の境界に位置する位置センサ112群の代表位置センサとなり、3次元位置が参照された2ホップ内の位置センサ112は、3次元位置をセンサ情報集約部114に伝達しなくてよい。こうすることで、センサネットワーク内の情報伝達負荷や中央制御部118における計算負荷を軽減することが可能となる。   Further, the three-dimensional position deriving unit 112e that has been determined to be located at the boundary of the measurement object 102 is 3 to 3 from the position sensors 112 that have been determined to be located at the boundary of the measurement object 102 in the vicinity (for example, within two hops). The dimension position is acquired (S206), and the average value of the three-dimensional positions of all the position sensors 112 in the vicinity is obtained and set as its own three-dimensional position (S208). At this time, the position sensor 112 becomes a representative position sensor of the group of position sensors 112 positioned at the boundary of the measurement object 102 in the vicinity thereof, and the position sensor 112 in two hops to which the three-dimensional position is referenced indicates the three-dimensional position. It is not necessary to transmit to the sensor information aggregation unit 114. By doing so, it is possible to reduce the information transmission load in the sensor network and the calculation load in the central control unit 118.

このようにして代表位置センサとなった測定対象物102の境界に位置する位置センサ112の通信部112cは、自体の3次元位置を示す位置情報を発信し(S210)、センサ情報集約部114は、位置センサ112が発信した位置情報を受信し(S212)、3次元形状導出部130は、測定対象物102における複数の位置センサ112が存在する部分の3次元形状を、複数の位置センサ112の位置情報に基づいて導出する(S214)。複数の位置センサ112の3次元位置から3次元形状を導出するアルゴリズムは既存の様々な技術を利用することができるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。   In this way, the communication unit 112c of the position sensor 112 located at the boundary of the measurement object 102 that has become the representative position sensor transmits position information indicating its own three-dimensional position (S210), and the sensor information aggregation unit 114 Then, the position information transmitted by the position sensor 112 is received (S212), and the three-dimensional shape deriving unit 130 obtains the three-dimensional shape of the portion of the measurement object 102 where the plurality of position sensors 112 exist, from the plurality of position sensors 112. Derived based on the position information (S214). Since various existing techniques can be used for the algorithm for deriving the three-dimensional shape from the three-dimensional positions of the plurality of position sensors 112, detailed description thereof is omitted here.

以上、説明した3次元形状導出装置100によって、曲がった管の内部形状や閉じた狭い空間の内部形状等、複数台のカメラやレーザセンサ等の大掛かりな装置をもってしても測定困難であった外部から確認できない複雑な形状も、センサネットワークを用いて導出することが可能となる。また、3次元形状導出装置100では視覚センサを用いる必要がないので、測定対象物102が投光されていなくても、また、他の光源により、レーザ計測が機能しないような状況下においても、確実に3次元形状を導出することができる。したがって、ロボットによるピッキング処理や製品内部形状のリバースエンジニアリング等、様々な用途において、正確に3次元形状を把握することが可能となる。   As described above, with the three-dimensional shape deriving device 100 described above, it is difficult to measure even with a large-scale device such as a plurality of cameras or laser sensors such as the internal shape of a bent tube or the internal shape of a closed narrow space. Therefore, it is possible to derive a complicated shape that cannot be confirmed by using a sensor network. In addition, since it is not necessary to use a visual sensor in the three-dimensional shape deriving device 100, even if the measurement object 102 is not projected, or under a situation where laser measurement does not function with another light source, A three-dimensional shape can be reliably derived. Therefore, it is possible to accurately grasp a three-dimensional shape in various applications such as picking processing by a robot and reverse engineering of a product internal shape.

また、位置センサ112が、所定の条件を満たした場合にのみ、例えば、近傍に存在する他の複数の位置センサ112の3次元位置に基づいて、自体が測定対象物102の境界に位置するか否かを判定し、測定対象物102の境界に位置する場合にのみ位置情報を発信することで、センサネットワーク内の情報伝達負荷や中央制御部118における計算負荷を軽減することが可能となる。   Further, only when the position sensor 112 satisfies a predetermined condition, for example, whether or not the position sensor 112 is positioned at the boundary of the measurement object 102 based on the three-dimensional positions of the plurality of other position sensors 112 present in the vicinity. It is possible to reduce the information transmission load in the sensor network and the calculation load in the central control unit 118 by determining whether or not and transmitting the position information only when it is located at the boundary of the measurement object 102.

さらに、3次元形状導出装置100では、多数の位置センサ112を用いているので測定点数が多く、位置センサ112の幾つかが機能しなくなったとしても測定結果に支障を来すことがなく、ロバスト性を担保することができる。また、多数の位置センサ112を平均化することで高精度化を図ることが可能となる。   Furthermore, since the three-dimensional shape deriving device 100 uses a large number of position sensors 112, the number of measurement points is large, and even if some of the position sensors 112 do not function, the measurement results are not hindered and robust. Sexuality can be secured. Also, high accuracy can be achieved by averaging a large number of position sensors 112.

また、コンピュータによって3次元形状導出装置100として機能するプログラムや、当該プログラムを記憶した記憶媒体も提供される。さらに、当該プログラムは、記憶媒体から読み取られてコンピュータに取り込まれてもよいし、通信ネットワークを介して伝送されてコンピュータに取り込まれてもよい。   In addition, a program that functions as the three-dimensional shape deriving device 100 by a computer and a storage medium that stores the program are also provided. Further, the program may be read from a storage medium and taken into a computer, or may be transmitted via a communication network and taken into a computer.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Is done.

例えば、上述した実施形態では、位置センサ112をそのままの状態で測定対象物102に詰め込む例を挙げているが、位置センサ112は空気中にある必要はなく、液体中や固体中でも動作可能である。したがって、測定対象物102の中に、位置センサ112を混ぜた液体を流し込んで測定する方法もありうる。また、プラスチックなどの形成時に位置センサ112を混ぜ込んでおくことで、自体の形状を測定できる材料を作ることもできる。   For example, in the embodiment described above, an example is given in which the position sensor 112 is packed in the measurement object 102 as it is, but the position sensor 112 does not have to be in the air and can be operated in a liquid or a solid. . Therefore, there may be a method of measuring by pouring the liquid mixed with the position sensor 112 into the measurement object 102. In addition, by mixing the position sensor 112 when forming plastic or the like, a material capable of measuring its own shape can be made.

また、上述した実施形態では、3次元位置を位置センサ112内で導出する構成を説明したが、位置センサ112が取得した信号供給源110から供給された信号をそのままセンサ情報集約部114に送信して、中央制御部118等、他の計算機で3次元位置を導出することもできる。   In the above-described embodiment, the configuration in which the three-dimensional position is derived in the position sensor 112 has been described. However, the signal supplied from the signal supply source 110 acquired by the position sensor 112 is transmitted to the sensor information aggregation unit 114 as it is. Thus, the three-dimensional position can be derived by another computer such as the central control unit 118.

また、高い測定精度を要さない場合、信号供給源110を省略して、位置センサ112同士の相対関係から3次元位置を導出することも可能である。   If high measurement accuracy is not required, the signal supply source 110 can be omitted and the three-dimensional position can be derived from the relative relationship between the position sensors 112.

なお、本明細書の3次元形状導出方法における各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。   Note that each step in the three-dimensional shape derivation method of the present specification does not necessarily have to be processed in time series in the order described in the flowchart, and may include parallel or subroutine processing.

本発明は、センサネットワークを通じて3次元形状を導出する3次元形状導出装置および3次元形状導出方法に利用することができる。   The present invention can be used in a three-dimensional shape deriving apparatus and a three-dimensional shape deriving method for deriving a three-dimensional shape through a sensor network.

100 …3次元形状導出装置
102 …測定対象物
110 …信号供給源
112 …位置センサ
114 …センサ情報集約部
130 …3次元形状導出部
142 …所定空間範囲
170 …対称点
172 …重心位置
174 …点対称
176 …結線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Three-dimensional shape derivation | leading-out apparatus 102 ... Measurement object 110 ... Signal supply source 112 ... Position sensor 114 ... Sensor information aggregation part 130 ... Three-dimensional shape derivation | leading-out part 142 ... Predetermined spatial range 170 ... Symmetry point 172 ... Center of gravity position 174 ... Point Symmetry 176 ... connection

Claims (8)

自体の3次元位置またはそれに相当する物理量を示す位置情報を発信する流動自在な複数の位置センサと、
前記複数の位置センサが発信した位置情報を受信するセンサ情報集約部と、
測定対象物における前記複数の位置センサが存在する部分の3次元形状を、該複数の位置センサの位置情報に基づいて導出する3次元形状導出部と、
を備えることを特徴とする3次元形状導出装置。
A plurality of flowable position sensors for transmitting position information indicating its own three-dimensional position or a physical quantity corresponding thereto;
A sensor information aggregating unit for receiving position information transmitted by the plurality of position sensors;
A three-dimensional shape deriving unit for deriving a three-dimensional shape of a portion of the measurement object where the plurality of position sensors exist, based on position information of the plurality of position sensors;
A three-dimensional shape deriving device comprising:
3次元位置を異にして複数配置された信号供給源をさらに備え、
前記複数の位置センサは、前記信号供給源から供給された信号に基づき該信号供給源との距離または該信号供給源の方向を算出することで自体の3次元位置を導出することを特徴とする請求項1に記載の3次元形状導出装置。
And further comprising a plurality of signal supply sources arranged at different three-dimensional positions,
The plurality of position sensors derive their own three-dimensional positions by calculating a distance to the signal supply source or a direction of the signal supply source based on a signal supplied from the signal supply source. The three-dimensional shape deriving device according to claim 1.
前記複数の位置センサは、所定の条件を満たした場合にのみ位置情報を発信することを特徴とする請求項1または2に記載の3次元形状導出装置。   The three-dimensional shape deriving device according to claim 1, wherein the plurality of position sensors transmit position information only when a predetermined condition is satisfied. 前記所定の条件は所定空間範囲内で唯一の代表位置センサとなることであり、
前記位置センサは、自体が前記代表位置センサとなった場合にのみ位置情報を発信することを特徴とする請求項3に記載の3次元形状導出装置。
The predetermined condition is to be the only representative position sensor within a predetermined space range;
The three-dimensional shape derivation device according to claim 3, wherein the position sensor transmits position information only when the position sensor itself becomes the representative position sensor.
前記所定の条件は前記測定対象物の境界に位置することであり、
前記位置センサは、近傍に存在する他の複数の位置センサの3次元位置に基づいて、自体が前記測定対象物の境界に位置するか否かを判定し、該測定対象物の境界に位置する場合にのみ位置情報を発信することを特徴とする請求項3に記載の3次元形状導出装置。
The predetermined condition is to be located at a boundary of the measurement object;
The position sensor determines whether or not the position sensor itself is located at a boundary of the measurement object based on a three-dimensional position of another plurality of position sensors existing in the vicinity, and is located at the boundary of the measurement object. The three-dimensional shape deriving device according to claim 3, wherein the position information is transmitted only in a case.
前記位置センサは、所定範囲内に存在する他の位置センサの個数が、該位置センサの密度に基づく所定閾値以下であれば、自体が前記測定対象物の境界に位置すると判定することを特徴とする請求項5に記載の3次元形状導出装置。   If the number of other position sensors existing within a predetermined range is equal to or less than a predetermined threshold value based on the density of the position sensors, the position sensor determines that the position sensor is positioned at the boundary of the measurement object. The three-dimensional shape deriving device according to claim 5. 前記位置センサは、前記位置センサを対称点とした他の複数の位置センサの重心位置の点対称と前記位置センサとを結ぶ結線を中心軸とした所定ステラジアン内かつ所定範囲内に他の位置センサがないとき、自体が前記測定対象物の境界に位置すると判定することを特徴とする請求項5に記載の3次元形状導出装置。   The position sensor is located within a predetermined steradian and within a predetermined range with a center line as a connection line connecting the point sensors of the center of gravity of the plurality of other position sensors and the position sensor. The three-dimensional shape deriving device according to claim 5, wherein when there is not, it is determined that itself is located at a boundary of the measurement object. 測定対象物に流動可能に配された複数の位置センサと、該複数の位置センサと通信可能なセンサ情報集約部とを備える3次元形状導出装置を用いて該測定対象物の3次元形状を導出する3次元形状導出方法であって、
前記複数の位置センサは、自体の3次元位置またはそれに相当する物理量を示す位置情報を発信し、
前記センサ情報集約部は、前記複数の位置センサが発信した位置情報を受信し、
前記測定対象物における前記複数の位置センサが存在する部分の3次元形状を、該複数の位置センサの位置情報に基づいて導出することを特徴とする3次元形状導出方法。
Deriving the three-dimensional shape of the measurement object using a three-dimensional shape deriving device comprising a plurality of position sensors arranged to be flowable on the measurement object and a sensor information aggregating unit capable of communicating with the plurality of position sensors A method for deriving a three-dimensional shape,
The plurality of position sensors transmit position information indicating their own three-dimensional position or a physical quantity corresponding thereto,
The sensor information aggregating unit receives position information transmitted by the plurality of position sensors,
A method for deriving a three-dimensional shape, wherein a three-dimensional shape of a portion of the measurement object where the plurality of position sensors are present is derived based on position information of the plurality of position sensors.
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