JP2017044658A - 位置・姿勢測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１つの２次元レーザ変位計を用いて、移動体の３軸並進量および２軸回転量を測定することができる位置・姿勢測定装置を提供する。
【解決手段】位置・姿勢測定装置は、固定ベース１１および可動ベース１２のうちのいずれか一方に他方に対向して設けられ、基準面と、基準面に対して傾斜しかつ勾配が互いに異なる４種類の傾斜面とを表面に有する反射板６０と、固定ベース１１および可動ベース１２のうちの他方に反射板６０に対向して設けられ、反射板６０に対して２次元レーザ光Ｌを照射し、反射板表面における２次元レーザ光Ｌの照射位置に沿った厚さ方向変位量を測定する２次元レーザ変位計５３と、２次元レーザ変位計５３によって測定される変位量に基づいて、可動ベース１２の３軸並進量および２軸回転量を演算する演算手段とを含む。
【選択図】図６

Description

この発明は、位置・姿勢測定装置に関し、特に、ベースに対して、少なくとも、並進３自由度および回転２自由度の計５自由度の運動が可能な移動体の位置・姿勢を測定するための位置・姿勢測定装置に関する。

本出願人は、左前輪、右前輪、左後輪および右後輪の４つの車輪に対応する４つの車軸が取り付けられた車体と、車体を支持しかつ車体に６自由度の運動をさせるための第１モーションベースと、各車軸を支持し、各車軸に６自由度の運動をさせるための４つの第２モーションベースとを含む車両挙動再現装置を開発している（下記特許文献１参照）。

特開２０１４−２１５２２３号公報

特許文献１記載の車両挙動再現装置においては、各モーションベースは、固定ベースと、固定ベースの上方に配置された可動ベースと、固定ベースと可動ベースとの間に連結され、可動ベースに並進３自由度および回転３自由度の計６自由度の運動をさせるためのアクチュエータと、アクチュエータを制御するためのモーションコントローラとを含む。アクチュエータは、例えば、６個の電動シリンダおよびそれを駆動するためのサーボアンプを含む。

車体にピッチ運動を除く５自由度の運動をさせて車両挙動を再現する場合には、各モーションコントローラに並進３自由度および回転２自由度の計５自由度の運動をさせればよい。このような場合に、各モーションコントローラの位置・姿勢（３軸並進量および２軸回転量）を測定することができれば、測定された位置・姿勢をフィードバックすることにより、各モーションコントローラの位置・姿勢を高精度に制御することが可能となる。

この発明の目的は、１つの２次元レーザ変位計を用いて、移動体の３軸並進量および２軸回転量を測定することができる位置・姿勢測定装置を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、ベース（１１）に対して、少なくとも、並進３自由度および回転２自由度の計５自由度の運動が可能な移動体（１２）の位置・姿勢を測定するための位置・姿勢測定装置（５３〜５７，６０，４２）であって、前記ベースおよび前記移動体のうちのいずれか一方に他方に対向して設けられ、基準面（Ｓ０）と、前記基準面に対して傾斜しかつ勾配が互いに異なる４種類の傾斜面（Ｓ１〜Ｓ４）とを表面に有する反射板（６０）と、前記ベースおよび前記移動体のうちの他方に前記反射板に対向して設けられ、前記反射板に対して２次元レーザ光を照射し、前記反射板表面における２次元レーザ光の照射位置に沿った厚さ方向変位量を測定する２次元レーザ変位計（５３）と、前記２次元レーザ変位計によって測定される変位量に基づいて、前記移動体の３軸並進量および２軸回転量を演算する演算手段（４２）とを含む、位置・姿勢測定装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。

この構成では、１つの２次元レーザ変位計を用いて、移動体の３軸並進量および２軸回転量を測定することができるようになる。
請求項２記載の発明は、前記反射板は、前記２次元レーザ変位計側から見た平面視において、中央部の平面視矩形状の傾斜面形成領域（６１）と、傾斜面形成領域の周囲の基準面形成領域（６２）とを含み、前記基準面形成領域の表面は基準面（Ｓ０）に形成されており、前記傾斜面形成領域は、平面視において、前記傾斜面形成領域の各一辺をそれぞれ底辺としかつ共通の頂点を有する４つの三角形領域（７１〜７４）に分割されており、これらの４つの三角形領域の表面が、互いに勾配が異なる傾斜面（Ｓ１〜Ｓ４）に形成されている、請求項１に記載の位置・姿勢測定装置。

請求項３記載の発明は、前記反射板は、前記２次元レーザ変位計側から見た平面視において、中央部の平面視矩形状の傾斜面形成領域（６１）と、傾斜面形成領域の周囲の基準面形成領域（６２）とを含み、前記基準面形成領域の表面は基準面（Ｓ０）に形成されており、前記傾斜面形成領域は、平面視において、２つの対角線によって４つの三角形領域（７１〜７４）に分割されており、これらの４つの三角形領域の表面が、互いに勾配が異なる傾斜面（Ｓ１〜Ｓ４）に形成されている、請求項１に記載の位置・姿勢測定装置である。

請求項４に記載の発明は、固定ベース（１１）と、固定ベースの上方に配置された可動ベース（１２）と、固定ベースと可動ベースとの間に連結され、可動ベースに並進３自由度および回転３自由度の計６自由度の運動をさせるためのアクチュエータ（１３）とを含むモーションベース（３〜７）の位置・姿勢測定装置であって、前記ベースが前記固定ベースであり、前記移動体が前記可動ベースである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の位置・姿勢測定装置である。

図１は、この発明の一実施形態に係る位置・姿勢測定装置が適用された車両挙動再現装置の外観を図解的に示す概略斜視図である。 図２は、図１の車両挙動再現装置を図解的に示す正面図である。 図３は、図１の車両挙動再現装置を図解的に示す側面図である。 図４は、図１の車両挙動再現装置を図解的に示す平面図である。 図５は、車両挙動再現システムの全体的な電気的構成を示すブロック図である。 図６は、モーションベースに取り付けられた反射板および２次元レーザ変位計を示す背面図である。 図７は、反射板の構成を示す平面図である。 図８は、図７のVIII−VIII線に沿う断面図である。 図９は、図７のIX−IX線に沿う断面図である。 図１０Ａは、可動ベースが初期位置にある場合に、２次元レーザ変位計から投射されたレーザ光によって反射板上に形成される輝線を示す模式図である。 図１０Ｂは、可動ベースが初期位置にある場合に、２次元レーザ変位計によって生成される２次元プロファイルを示す模式図である。 図１１は、位置・姿勢値演算部によるモーションベースの位置・姿勢値の演算方法を説明するためのフローチャートである。 図１２Ａは、可動ベースが初期位置からＸｍ軸周りに回転量ψだけ回転している場合に、２次元レーザ変位計から投射されたレーザ光によって反射板上に形成される輝線を示す平面図である。 図１２Ｂは、可動ベースが初期位置からＸｍ軸周りに回転量ψだけ回転している場合に、２次元レーザ変位計によって生成される２次元プロファイルを示す模式図である。 図１２Ｃは、図１２Ｂに示される二次元プロファイルを点Ｐ_０回りに回転量ψだけ逆回転させることにより得られる二次元プロファイルを示す模式図である。 図１３Ａは、可動ベースが初期位置からＺｍ軸周りに回転量θだけ回転している場合に、２次元レーザ変位計から投射されたレーザ光によって反射板上に形成される輝線を示す平面図である。 図１３Ｂは、可動ベースが初期位置からＺｍ軸周りに回転量θだけ回転している場合に、２次元レーザ変位計によって生成される２次元プロファイルを示す模式図である。 図１４Ａは、Ｚｍ軸周りの回転量θおよびＸｍ軸周りの回転量ψが零であり、可動ベースが初期位置に対してＸｍ軸方向に並進している場合に、２次元レーザ変位計から投射されたレーザ光によって反射板上に形成される輝線を示す平面図である。 図１４Ｂは、図１４Ａに対応する２次元プロファイルを示す模式図である。 図１５Ａは、Ｚｍ軸周りの回転量θが零でなくかつＸｍ軸周りの回転量ψが零であり、可動ベースが初期位置に対してＸｍ軸方向に並進している場合に、２次元レーザ変位計から投射されたレーザ光によって反射板上に形成される輝線を示す平面図である。 図１５Ｂは、図１５Ａに対応する２次元プロファイルを示す模式図である。 図１６Ａは、Ｘｍ軸周りの回転量ψが零でかつＸｍ軸方向の並進量ｄｘｍおよびＹｍ軸方向の並進量ｄｙｍが零であり、可動ベースが初期位置に対してＺｍ軸方向に並進している場合に、２次元レーザ変位計によって生成される２次元プロファイルを示す模式図である。 図１６Ｂは、Ｘｍ軸周りの回転量ψが零でかつＸｍ軸方向の並進量ｄｘｍおよびＹｍ軸方向の並進量ｄｙｍが零でなく、可動ベースが初期位置に対してＺｍ軸方向に並進している場合に、２次元レーザ変位計によって生成される２次元プロファイルを示す模式図である。 図１７Ａは、Ｘｍ軸周りの回転量ψが零でなく、かつＸｍ軸方向の並進量ｄｘｍおよびＹｍ軸方向の並進量ｄｙｍが零であり、可動ベースが初期位置に対してＺｍ軸方向に並進している場合に、２次元レーザ変位計によって生成される２次元プロファイルを示す模式図である。 図１７Ｂは、図１７Ａの二次元プロファイルを点Ｐ_０回りに回転量ψだけ逆回転させることによって得られる２次元プロファイルを示す模式図である。 図１８Ａは、Ｘｍ軸周りの回転量ψ、Ｘｍ軸方向の並進量ｄｘｍおよびＹｍ軸方向の並進量ｄｙｍが零でなく、可動ベースが初期位置に対してＺｍ軸方向に並進している場合に、２次元レーザ変位計によって生成される２次元プロファイルの一例を示している。 図１８Ｂは、図１８Ａの二次元プロファイルを点Ｐ_０回りに回転量ψだけ逆回転させることによって得られる２次元プロファイルを示す模式図である。

以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る位置・姿勢測定装置が適用された車両挙動再現装置の外観を図解的に示す概略斜視図である。図２は、図１の車両挙動再現装置を図解的に示す正面図である。図３は、図１の車両挙動再現装置を図解的に示す側面図である。図４は、図１の車両挙動再現装置を図解的に示す平面図である。図４では、車体は省略されている。

車両挙動再現装置１は、左前輪２１、右前輪２２、左後輪２３および右後輪２４の４つの車輪に対応する４つの車軸２１Ｓ，２２Ｓ，２３Ｓ，２４Ｓが取り付けられた車体２を含む。車両挙動再現装置１は、車体２を支持し、かつ車体２に６自由度の運動をさせるための第１モーションベース３と、各車軸２１Ｓ，２２Ｓ，２３Ｓ，２４Ｓを支持し、かつ各車軸２１Ｓ，２２Ｓ，２３Ｓ，２４Ｓに６自由度の運動をさせるための４つの第２モーションベース４，５，６，７とをさらに含む。

以下において、車体２の前後方向に沿う方向をＸｃ軸方向といい、車体２の左右方向に沿う方向をＹｃ軸方向といい、車体２の上下方向に沿う方向をＺｃ軸方向というものとする。また、Ｘｃ軸周りの回転をロールといい、Ｙｃ軸周りの回転をピッチとい、Ｚｃ軸周りの回転をヨーということにする。
図１または図３においては、車体２の前端が符号２ｆで示され、車体２の後端が符号２ｒで示されている。車体２の４つの車軸２１Ｓ，２２Ｓ，２３Ｓ，２４Ｓには、左前輪２１、右前輪２２、左後輪２３および右後輪２４が一体回転可能に連結されている。

車体２には、各種の自動車部品の試験品が搭載されてもよい。図１〜図４の例では、車体２には、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：electric power steering）８と、左後輪２３および右後輪２４を電動モータによって駆動するための後輪駆動モジュール９とが試験品として搭載されている。
各モーションベース３，４，５，６，７は、床上に載置された定盤１０上に固定されている。各モーションベース３，４，５，６，７は、定盤１０に固定された固定ベース１１と、固定ベース１１の上方に配置された可動ベース１２と、固定ベース１１と可動ベース１２との間に連結され、可動ベース１２に６自由度の運動（前後、左右、上下、ロール、ピッチおよびヨーの運動）をさせるためのアクチュエータ１３と、アクチュエータ１３を制御するためのモーションコントローラ１４（図５参照）とを含む。アクチュエータ１３は、６個の電動シリンダ（図示略）およびそれを駆動するためのサーボアンプ（図示略）とを含む。

各モーションベース３，４，５，６，７毎に、Ｘｃ軸に沿うＸｍ軸と、Ｙｃ軸に沿うＹｍ軸と、Ｚｃ軸に沿うＺｍ軸とによって規定されるＸｍＹｍＺｍ座標系が設定されている（図６参照）。可動ベース１２の６自由度の運動とは、Ｘｍ軸方向、Ｙｍ軸方向、Ｚｍ軸方向、Ｘｍ軸周りの回転方向（ロール）、Ｙｍ軸周りの回転方向（ピッチ）およびＺｍ軸周りの回転方向（ヨー）の運動を意味する。この明細書において、モーションベース３，４，５，６，７の位置・姿勢とは、可動ベース１２の位置・姿勢を意味する。

図１〜図４は、第１モーションベース３および各第２モーションベース４，５，６，７が初期位置（中立位置）にある状態を示している。この実施形態では、モーションベースが初期位置にある状態とは、モーションベースの可動ベースが、その６自由度の運動全てに対する可動範囲の中央に位置している状態をいう。この実施形態では、第１モーションベース３の初期位置における高さ位置と、各第２モーションベース４〜７の初期位置における高さ位置とは等しい。したがって、全てのモーションベース３〜７が初期位置にあるときには、第１モーションベース３の可動ベース１２の高さ位置と、各第２モーションベース４〜７の可動ベース１２の高さ位置とは等しい。

この実施形態では、全てのモーションベース３〜７が初期位置にあるときに、車体２がほぼ水平な姿勢（定盤１０表面とほぼ平行な姿勢）となるように、第１モーションベース３と車体２との間にスペーサ１０１が設けられている。具体的には、第１モーションベース３の可動ベース１２上面には、スペーサ１０１が固定されている。スペーサ１０１の上面には、車体２の中央部が載せられた状態で車体２が固定されている。つまり、車体２は、スペーサ１０１を介して第１モーションベース３に固定されている。

第２モーションベース４，５，６および７の可動ベース１２には、それぞれ左前輪２１、右前輪２２、左後輪２３および右後輪２４が載せられている。つまり、車輪２１，２２，２３，２４は、それぞれ第２モーションベース４，５，６，７によって支持されている。言い換えれば、車軸２１Ｓ，２２Ｓ，２３Ｓ，２４Ｓの外端部は、それぞれ車輪２１，２２，２３，２４を介して、第２モーションベース４，５，６，７に支持されている。

この車両挙動再現装置１では、第１モーションベース３のアクチュエータ１３を駆動制御することによって、各種の車体姿勢を作ることができる。また、第２モーションベース４，５，６，７のアクチュエータ１３を個別に駆動制御することによって、各種の路面状態を作ることができる。したがって、各モーションベース３，４，５，６，７のアクチュエータ１３を個別に制御することにより、各種の車両走行状態（車両挙動）を模擬（再現）することが可能である。

また、この車両挙動再現装置１では、第２モーションベース４，５，６，７によって各車輪２１〜２４が支持されている状態で、第１モーションベース３によって車体２に直接に力を加えることができる。これにより、実車両の加速時、減速時、旋回時等に車体に作用する慣性力と同様な力を、車輪２１〜２４（車軸２１Ｓ〜２４Ｓ）を支持している部材に対して車体２を相対的に走行させることなく、車体２に与えることができる。また、この車両挙動再現装置１では、第１モーションベース３によって、車体２をヨーイング運動させることができる。これにより、ヨーイング運動を模擬することができる。

以下、車両挙動再現装置１を用いた車両挙動再現システムについて説明する。
図５は、車両挙動再現システムの全体的な電気的構成を示すブロック図である。
この車両挙動再現システム１００は、ドライビングシミュレータ３０と、車両挙動再現装置１と、モーションベース制御装置４０（以下、単に「制御装置４０」という。）とを含む。ドライビングシミュレータ３０は、仮想的に車両の運転をシミュレートするものであり、運転者によって操作される。ドライビングシミュレータ３０からは、ドライビングシミュレータ３０の運転操作に応じたハンドル角情報（操舵角情報）、アクセル開度情報、ブレーキ踏力情報等の運転操作情報が出力される。

制御装置４０は、ドライビングシミュレータ３０から出力される運転操作情報に基づいて、車両挙動再現装置１の各モーションベース３，４，５，６，７を制御する。制御装置４０は、例えば、コンピュータから構成される。この実施形態では、各モーションベース３〜７の可動ベース１２は固定ベース１１に対して、Ｙｍ軸周りの回転運動を除く５自由度の運動（Ｘｍ、ＹｍおよびＺｍ軸方向の並進運動およびＸｍおよびＺｍ軸周りの回転運動）を行うものとする。そして、各モーションベース３〜７を制御することによって、車体は、ピッチ運動（Ｙｃ軸周りの回転運動）を除く５自由度の運動（Ｘｃ、ＹｃおよびＺｃ軸方向の並進運動およびＸｃおよびＺｃ軸周りの回転運動）を行うようになっているものとする。

各モーションベース３〜７には、各モーションベース３〜７の３軸並進量（Ｘｍ軸，Ｙｍ軸およびＺｍ軸方向の並進量ｄｘｍ，ｄｙｍ，ｄｚｍ）および２軸回転量（Ｘｍ軸周りの回転量ψおよびＺｍ軸周りの回転量θ）を検出するための２次元レーザ変位計５３〜５７が設けられている。
制御装置４０は、機能処理部として、車両モデル４１と、位置・姿勢値演算部４２と、制御指令値生成部４３とを含んでいる。位置・姿勢値演算部４２は、２次元レーザ変位計５３〜５７の出力信号に基づいて、各モーションベース３，４，５，６，７の実際の位置・姿勢（以下、「位置・姿勢値」という。）を演算する。この実施形態では、各モーションベース３，４，５，６，７の位置・姿勢値は、３軸並進量ｄｘｍ，ｄｙｍ，ｄｚｍおよび２軸回転量ψ，θからなる。２次元レーザ変位計５３〜５７および位置・姿勢値演算部４２の詳細については後述する。

車両モデル４１は、ドライビングシミュレータ３０から出力されるハンドル角情報（操舵角情報）、アクセル開度情報、ブレーキ踏力情報等の運転操作情報に基づいて、ドライビングシミュレータ３０によってシミュレートされている運転状況に応じた、各モーションベース３〜７の位置・姿勢目標値を生成する。この実施形態では、各モーションベース３〜７の位置・姿勢目標値は、各モーションベース３〜７の３軸並進量ｄｘｍ，ｄｙｍ，ｄｚｍおよび２軸回転量ψ，θの目標値からなる。

制御指令値生成部４３は、モーションベース３〜７毎に、位置・姿勢値演算部４２によって演算される位置・姿勢値（３軸並進量および２軸回転量）と、車両モデル４１によって生成される位置・姿勢目標値（３軸並進量および２軸回転量の目標値）との偏差を零に近づけるための制御指令値を生成する。制御指令値生成部４３によって生成されたモーションベース３〜７毎の制御指令値は、対応するモーションベース３〜７のモーションコントローラ１４に与えられる。制御指令値は、たとえば、前記偏差に対して、ＰＩ（比例積分）演算またはＰＩＤ（比例積分微分）演算を行うことによって生成することができる。

各モーションベース３〜７のモーションコントローラ１４は、制御指令値生成部４３から与えられる制御指令値に基づいて、対応するアクチュエータ１３を制御する。これにより、各モーションベース３，４，５，６，７の位置・姿勢が、車両モデル４１によって生成される位置・姿勢の目標値と等しくなるように制御される。
以下、２次元レーザ変位計５３〜５７および位置・姿勢値演算部４２の詳細について説明する。

各モーションベース３〜７には、２次元レーザ変位計５３〜５７と位置・姿勢測定用反射板６０（図６参照。以下、単に「反射板」という。）とが設けられている。各モーションベース３〜７に設けられた２次元レーザ変位計５３〜５７および反射板６０の構成は同じなので、以下では、モーションベース３に設けられた２次元レーザ変位計５３および反射板６０について説明する。位置・姿勢値演算部４２による各モーションベース３〜７の位置・姿勢値の演算方法は同様なので、以下では、モーションベース３の位置・姿勢値の演算方法についてのみ説明する。

図６に示すように、モーションベース３の固定ベース１１の上面に、反射面が上向きとなるように反射板６０が取り付けられている。モーションベース３の可動ベース１２の下面に、２次元レーザ変位計５３が下向きに取り付けられている。
図７は、反射板の構成を示す平面図である。図８は、図７のVIII−VIII線に沿う断面図である。図９は、図７のIX−IX線に沿う断面図である。

反射板６０は、平面視でＸｍ軸方向に平行な２辺とＹｍ軸方向に平行な２辺とを有する矩形状である。この実施形態では、反射板６０は、平面視で正方形状である。反射板６０の中央部には、平面視で反射板６０と相似形でかつ反射板６０よりも面積の小さい傾斜面形成領域６１が形成されている。平面視において、傾斜面形成領域６１の各辺と反射板６０の相似形として対応する辺とは平行でかつそれらの間隔は全て等しい。反射板６０における傾斜面形成領域６１の外側の平面視で四角環状の領域（以下、「基準面形成領域６２」という）の上面は、固定ベース１１の上面に平行な基準面Ｓ０に形成されている。

傾斜面形成領域６１は、平面視において、傾斜面形成領域６１の各一辺をそれぞれ底辺としかつ共通の頂点（以下、「共通頂点Ｑ」という。）を有する４つの三角形領域７１〜７４に分割されている。この実施形態では、傾斜面形成領域６１は、平面視において、傾斜面形成領域６１の向かい合う頂点どうしを結んだ２つの対角線によって、４つの三角形領域７１〜７４に分割されている。これらの三角形領域７１〜７４の表面（上面）は、互いに勾配が異なる傾斜面Ｓ１〜Ｓ４に形成されている。この実施形態では、三角形領域７１〜７４は、傾斜面形成領域６１の中心に共通頂点Ｑを有している。各三角形領域７１〜７４の共通頂点Ｑの高さ位置は基準面形成領域６２の表面（基準面Ｓ０）の高さ位置と等しく、各三角形領域７１〜７４における共通頂点Ｑ以外の部分は基準面形成領域６２の表面（基準面Ｓ０）の高さ位置よりも低い位置にある。各三角形領域７１、７２，７３，７４の傾斜面Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の勾配をそれぞれｋ_１，ｋ_２，ｋ_３，ｋ_４とすると、これらの勾配ｋ_１，ｋ_２，ｋ_３，ｋ_４の間には、ｋ_１＞ｋ_２＞ｋ_３＞ｋ_４の関係がある。

図８において、ｌ_０は、三角形領域７１の共通頂点Ｑから底辺までの平面視での距離を表している。図８において、ｍ_０は、三角形領域７３の共通頂点Ｑから底辺までの平面視での距離を表している。図９において、ｌ_０は、三角形領域７４の共通頂点Ｑから底辺までの平面視での距離を表している。図９において、ｍ_０は、三角形領域７２の共通頂点Ｑから底辺までの平面視での距離を表している。この実施形態では、ｌ_０の長さとｍ_０の長さとは等しい。ｌ_０の長さおよびｍ_０の長さは、基準面形成領域６２の一辺の長さの１／２である。ｌ_０の長さとｍ_０の長さの和は、傾斜面形成領域６１の各辺の長さに等しい。

２次元レーザ変位計５３は、平面視において一直線状でかつＸｍ方向から見てＹｍ方向に扇状に拡がったレーザ光Ｌ（図６参照）を反射板６０に照射する。反射板６０に照射されたレーザ光Ｌは、反射板６０の表面の照射位置で反射して、２次元レーザ変位計５３に受光される。２次元レーザ変位計５３は、受光されたレーザ光Ｌに基づいて、反射板６０の表面におけるレーザ光Ｌの照射位置に沿った断面形状（２次元プロファイル）を測定する。つまり、２次元レーザ変位計５３は、反射板６０の表面におけるレーザ光Ｌの照射位置に沿った厚さ方向変位量を測定する。言い換えれば、２次元レーザ変位計５３は、２次元レーザ変位計５３から、反射板６０の表面におけるレーザ光Ｌの照射位置までの距離を測定する。２次元レーザ変位計５３によって測定された断面形状データは、位置・姿勢値演算部４２（図５参照）に与えられる。

モーションベース３の可動ベース１２が初期位置（中立位置）にある場合には、図１０Ａに示されるように、２次元レーザ変位計５３から投射されたレーザ光は、平面視において、反射板６０の表面上に、各三角形領域７１〜７４の共通頂点Ｑを通りかつＹｍ軸方向に延びた輝線Ｌを形成する。２次元レーザ変位計５３は、反射板６０の表面における輝線Ｌに沿った断面形状を測定し、図１０Ｂに示されるような２次元プロファイルを生成する。図１０Ｂの横方向は反射板６０の表面上の輝線の延びる方向を表し、縦方向は反射板６０の厚さ方向（Ｚｍ方向）を表している。以下の説明において、２次元プロファイルの各部の座標位置は、反射板６０の表面上の輝線の延びる方向（横方向）にｘ軸をとり、縦方向にｙ軸を取ったｘｙ座標系で表されるものとする。

位置・姿勢値演算部４２は、２次元レーザ変位計５３によって測定された断面形状データ（２次元プロファイル）に基づいて、２次元プロファイルの両端の点を含む各変曲点のｘｙ座標を特定する。例えば、図１０Ｂの２次元プロファイルでは、変曲点Ｐ_０，Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，…，Ｐ_Ｍ−２，Ｐ_Ｍ−１のｘｙ座標を特定する。Ｍは変曲点の総数である。変曲点の総数Ｍは、モーションベース３の可動ベース１２が初期位置にある場合には７個である。つまり、図１０Ｂの２次元プロファイルでは、Ｍ＝７である。変曲点の総数Ｍは、常に一定ではなく、可動ベース１２（モーションベース３）の位置・姿勢によって変化する。

変曲点Ｐ_０〜Ｐ_Ｍ−１のうち、最も左側の変曲点Ｐ_０が原点（０，０）として設定される。以下、２次元レーザ変位計５３によって特定された変曲点Ｐ_０，Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，…，Ｐ_Ｍ−２，Ｐ_Ｍ−１の座標を、Ｐ_０（０，０），Ｐ_１（ｘ_１，ｙ_１），Ｐ_２（ｘ_２，ｙ_２），Ｐ_３（ｘ_３，ｙ_３），…，Ｐ_Ｍ−２（ｘ_Ｍ−２，ｙ_Ｍ−２），Ｐ_Ｍ−１（ｘ_Ｍ−１，ｙ_Ｍ−１）で表すことにする。また、可動ベース１２が初期位置にある場合の、２次元レーザ変位計５３から反射板６０の基準面Ｓ０までの距離ｄ_０は予め設定されている。以下において、この距離ｄ_０を、「初期位置における変位計５３から反射板６０までの距離ｄ_０」という場合がある。

位置・姿勢値演算部４２は、２次元プロファイル上の変曲点Ｐ_０〜Ｐ_Ｍ−１の座標に基づいて、モーションベース３の位置・姿勢値（３軸並進量および２軸回転量）を演算する。
図１１は、位置・姿勢値演算部４２によるモーションベース３の位置・姿勢値の演算方法を説明するためのフローチャートである。この処理は、所定の演算周期毎に繰り返し実行される。

まず、位置・姿勢値演算部４２は、２次元レーザ変位計５３によって測定された２次元プロファイルを取得し、２次元プロファイル上の変曲点Ｐ_０〜Ｐ_Ｍ−１の座標を特定する(ステップＳＴ１)。
次に、位置・姿勢値演算部４２は、Ｘｍ軸周りの回転量ψの演算を行う(ステップＳＴ２)。具体的には、位置・姿勢値演算部４２は、点Ｐ_０と点Ｐ_１とを結ぶ線分［Ｐ_０−Ｐ_１］の勾配（ｙ_１／ｘ_１）または点Ｐ_Ｍ−２と点Ｐ_Ｍ−１とを結ぶ線分［Ｐ_Ｍ−２−Ｐ_Ｍ−１］の勾配｛（ｙ_Ｍ−１−ｙ_Ｍ−２）／（ｘ_Ｍ−１−ｘ_Ｍ−２）｝から回転量ψを演算する。具体的には、位置・姿勢値演算部４２は、次式(1)または(2)に基づいて、回転量ψを演算する。

ψ＝tan^−１（ｙ_１／ｘ_１） …(1)
ψ＝tan^−１｛（ｙ_Ｍ−１−ｙ_Ｍ−２）／（ｘ_Ｍ−１−ｘ_Ｍ−２）｝ …(2)
図１２Ａは、可動ベース１２が初期位置からＸｍ軸周りに回転量ψだけ回転している場合に、２次元レーザ変位計５３から投射されたレーザ光によって反射板６０上に形成される輝線Ｌを示す平面図である。この場合には、２次元レーザ変位計５３から投射されたレーザ光は、反射板６０の表面上に、各三角形領域７１〜７４の共通頂点Ｑを通りかつＹｍ軸方向に延びた輝線Ｌを形成する。

この場合に、２次元レーザ変位計５３によって生成される２次元プロファイルは、例えば、図１２Ｂに示されるようになる。図１２Ｂに示されるように、可動ベース１２が初期位置からＸｍ軸周りに回転量ψだけ回転している場合には、２次元プロファイルの線分［Ｐ_０−Ｐ_１］または線分［Ｐ_５−Ｐ_６］は、可動ベース１２の下面に対して、回転量ψに応じた角度で傾斜する。したがって、前記式(1)または(2)に基づいて、回転量ψを演算することができる。

次に、位置・姿勢値演算部４２は、前記ステップＳＴ２で演算された回転量ψが零でないか否かを判別する(ステップＳＴ３)。回転量ψが零でない場合には(ステップＳＴ３：ＹＥＳ)、点Ｐ_１〜Ｐ_Ｍ−１の座標をＸｍ軸周りの回転量ψが零となるように逆回転補正する(ステップＳＴ４)。つまり、点Ｐ_１〜Ｐ_Ｍ−１の座標を、２次元プロファイルを点Ｐ_０回りに回転量（回転角）ψだけ逆回転させた後の座標に変換する。具体的には、位置・姿勢値演算部４２は、次式(3)に基づいて、点Ｐ_１〜Ｐ_Ｍ−１の座標を変換する。

Ｐ_１＝（ｘ_１・cosψ−ｙ_１・sinψ，ｘ_１・sinψ＋ｙ_１・cosψ）
Ｐ_２＝（ｘ_２・cosψ−ｙ_２・sinψ，ｘ_２・sinψ＋ｙ_２・cosψ）
…………
Ｐ_Ｍ−２＝（ｘ_Ｍ―２・cosψ−ｙ_Ｍ―２・sinψ，ｘ_Ｍ―２・sinψ＋ｙ_Ｍ―２・cosψ）
Ｐ_Ｍ−１＝（ｘ_Ｍ―１・cosψ−ｙ_Ｍ―１・sinψ，ｘ_Ｍ―１・sinψ＋ｙ_Ｍ―１・cosψ） …(3)
ステップＳＴ１で取得された二次元プロファイルが、たとえば、図１２Ｂに示される二次元プロファイルであったとする。図１２Ｂに示される二次元プロファイルを、点Ｐ_０を中心として回転量（回転角）ψだけ逆回転させると、図１２Ｃに示されるようになる。図１２Ｃの二次元プロファイル上の点Ｐ_０〜点Ｐ_Ｍ−１の座標が、図１２Ｂの二次元プロファイル上の点Ｐ_０〜点Ｐ_Ｍ−１の逆回転補正後の座標となる。

ステップＳＴ４の処理が完了すると、位置・姿勢値演算部４２は、ステップＳＴ５に移行する。前記ステップＳＴ３において、回転量ψが零であると判別された場合には(ステップＳＴ３：ＮＯ)、位置・姿勢値演算部４２は、ψ＝０を記憶した後、ステップＳＴ５に移行する。なお、ステップＳＴ４で逆回転補正が行われた場合には、逆回転補正後の２次元プロファイルが、Ｚｍ軸回りの回転量θ（後述のステップＳＴ６参照）、Ｘｍ軸方向の並進量ｄｘｍおよびＹｍ軸方向の並進量ｄｙｍ（後述のステップＳＴ７参照）を演算するための２次元プロファイルとして用いられる。

ステップＳＴ５では、位置・姿勢値演算部４２は、可動ベース１２のＺｍ軸周りの回転量θが零でないか否かを判別する。具体的には、点Ｐ_１と点Ｐ_Ｍ−２との間のｘ軸方向距離をｗとすると、位置・姿勢値演算部４２は、次式(4)の判定条件を満たしたときに、可動ベース１２のＺｍ軸周りの回転量θが零でないと判別する。
ｗ＞（ｍ_０＋ｌ_０） …(4)
ｗ＝｜ｘ_ｍ−２−ｘ_１｜
図１３Ａは、可動ベース１２が初期位置からＺｍ軸周りに回転量θだけ回転している場合に、２次元レーザ変位計５３から投射されたレーザ光によって反射板６０上に形成される輝線Ｌを示す平面図である。この場合には、２次元レーザ変位計５３から投射されたレーザ光は、反射板６０の表面上に、各三角形領域７１〜７４の共通頂点Ｑを通りかつＹｍ軸方向に対してθだけ傾斜した輝線Ｌを形成する。

この場合に２次元レーザ変位計５３によって生成される２次元プロファイルは、例えば、図１３Ｂに示されるようになる。図１３Ａからわかるように、可動ベース１２がＺｍ軸周りに回転量θだけ回転している場合には、２次元プロファイルの点Ｐ_１と点Ｐ_Ｍ−２（図１３Ｂの例では点Ｐ_５）との間のｘ軸方向距離ｗ（図１３Ｂの（ｍ_０’＋ｌ_０’）に相当する。）は、傾斜面形成領域６１の一辺の長さ（ｍ_０＋ｌ_０）よりも長くなる。したがって、前記式(4)の判定条件に基づいて、可動ベース１２のＺｍ軸周りの回転量θが零でないか否かを判別できる。

前記ステップＳＴ５において、モーションベース３の可動ベース１２のＺｍ軸周りの回転量θが零でないと判別された場合には(ステップＳＴ５：ＹＥＳ)、位置・姿勢値演算部４２は、可動ベース１２のＺｍ軸周りの回転量θを演算する(ステップＳＴ６)。具体的には、位置・姿勢値演算部４２は、点Ｐ_１と点Ｐ_{（Ｍ−１）／２}（図１３Ｂの例では点Ｐ_３）との間のｘ軸方向距離ｍ_Ｏ’または点Ｐ_{（Ｍ−１）／２}と点Ｐ_Ｍ−２との間のｘ軸方向距離ｌ_Ｏ’から回転量θを演算する。具体的には、位置・姿勢値演算部４２は、次式(5)または(6)に基づいて、回転量θを演算する。

θ＝cos^−１（ｍ_Ｏ’／ｍ_Ｏ） …(5)
ｍ_Ｏ’＝｜ｘ_{（Ｍ−１）／２}−ｘ_１｜
θ＝cos^−１（ｌ_Ｏ’／ｌ_Ｏ） …(6)
ｌ_Ｏ’＝｜ｘ_Ｍ−２−ｘ_{（Ｍ−１）／２}｜
ステップＳＴ６の処理が完了すると、位置・姿勢値演算部４２は、ステップＳＴ７に移行する。前記ステップＳＴ５において、回転量θが零であると判別された場合には(ステップＳＴ５：ＮＯ)、位置・姿勢値演算部４２は、θ＝０を記憶した後、ステップＳＴ７に移行する。

ステップＳＴ７では、位置・姿勢値演算部４２は、Ｘｍ軸方向の並進量ｄｘｍおよびＹｍ軸方向の並進量ｄｙｍを演算する。Ｚｍ軸周りの回転量θが零である場合と、Ｚｍ軸周りの回転量θが零でない場合とに分けて説明する。
まず、Ｚｍ軸周りの回転量θが零である場合について説明する。
図１４Ａは、Ｚｍ軸周りの回転量θおよびＸｍ軸周りの回転量ψが零であり、可動ベース１２が初期位置に対してＸｍ軸方向に並進している場合に、２次元レーザ変位計５３から投射されたレーザ光によって反射板６０上に形成される輝線Ｌを示す平面図である。この場合には、２次元レーザ変位計５３から投射されたレーザ光は、反射板６０の表面上に、各三角形領域７１〜７４の共通頂点ＱからＸｍ軸方向にずれた位置を通りかつＹｍ軸方向に延びた輝線Ｌを形成する。

可動ベース１２が基準位置に対してＹｍ軸方向にも並進している場合には、図１４Ａに示されるように、輝線Ｌの長さ方向の中心は、Ｘｍ軸方向から見て、各三角形領域７１〜７４の共通頂点Ｑに対してＹｍ軸方向にずれる。
この場合に２次元レーザ変位計５３によって生成される２次元プロファイルは、例えば、図１４Ｂに示されるようになる。この場合には、点Ｐ_０〜点Ｐ_９の１０個の変曲点が得られる。また、この場合には、点Ｐ_４と点Ｐ_５とを結ぶ線分の勾配が零となるとともに、点Ｐ_３は点Ｐ_０と点Ｐ_１とを通る直線上に存在しなくなる。

したがって、位置・姿勢値演算部４２は、θ＝０の場合には、点Ｐ_４と点Ｐ_５とを結ぶ線分の勾配が零でかつＰ_０と点Ｐ_１とを通る直線上に点Ｐ_３が存在しないという条件を満たしているか否かに基づいて、可動ベース１２がＸｍ軸方向に並進しているか否かを判別する。具体的には、位置・姿勢値演算部４２は、θ＝０の場合には、ｙ_４＝ｙ_５でかつｙ_３≠ｙ_０であれば、可動ベース１２がＸｍ軸方向に並進していると判別する。そして、位置・姿勢値演算部４２は、点Ｐ_１と点Ｐ_２との間のｙ軸方向距離｜ｙ_２−ｙ_１｜（図１４Ｂのｍ_０・ｋ_３に相当する。）に対する点Ｐ_２と点Ｐ_３との間のｙ軸方向距離｜ｙ_３−ｙ_２｜（図１４Ｂのｍ’ に相当する。）との比｜ｙ_３−ｙ_２｜／｜ｙ_２−ｙ_１｜と予め設定された第１マップとに基づいて、可動ベース１２のＸｍ軸方向の並進量ｄｘｍを演算する。第１のマップは、比｜ｙ３−ｙ２｜／｜ｙ２−ｙ１｜の値とＸｍ軸方向の並進量ｄｘｍとの関係を記憶したマップである。

位置・姿勢値演算部４２は、点Ｐ_７と点Ｐ_８との間のｙ軸方向距離｜ｙ_８−ｙ_７｜（図１４Ｂのｌ_０・ｋ_１に相当する。）に対する点Ｐ_６と点Ｐ_７との間のｙ軸方向距離｜ｙ_７−ｙ_６｜（図１４Ｂのｎ’に相当する。）との比｜ｙ_７−ｙ_６｜／｜ｙ_８−ｙ_７｜と予め設定された第２マップとに基づいて、可動ベース１２のＸｍ軸方向の並進量ｄｘｍを演算してもよい。第２マップは、比｜ｙ_７−ｙ_６｜／｜ｙ_８−ｙ_７｜の値とＸｍ軸方向の並進量ｄｘｍとの関係を記憶したマップである。

また、位置・姿勢値演算部４２は、点Ｐ_１と点Ｐ_８との中点のｘ座標［ｘ１＋{（ｘ８−ｘ１）／２｝］に基いて、可動ベース１２のＹｍ軸方向の並進量ｄｙｍを演算する。
次に、Ｚｍ軸周りの回転量θが零でない場合について説明する。
図１５Ａは、Ｚｍ軸周りの回転量θが零でなくかつＸｍ軸周りの回転量ψが零であり、可動ベース１２が初期位置に対してＸｍ軸方向に並進している場合に、２次元レーザ変位計５３から投射されたレーザ光によって反射板６０上に形成される輝線Ｌを示す平面図である。この場合に、２次元レーザ変位計５３によって生成される２次元プロファイルは、例えば、図１５Ｂに示されるようになる。この場合には、点Ｐ_０〜点Ｐ_９の１０個の変曲点が得られる。

位置・姿勢値演算部４２は、点Ｐ_１と点Ｐ_２との間のｙ軸方向距離｜ｙ_２−ｙ_１｜（図１５Ｂのｍ_０・ｋ_３に相当する。）に対する点Ｐ_２と点Ｐ_３との間のｙ軸方向距離｜ｙ_３−ｙ_２｜（図１５Ｂのｍ'に相当する。）との比｜ｙ_３−ｙ_２｜／｜ｙ_２−ｙ_１｜と、Ｚｍ軸周りの回転量θと、予め設定された第３マップとに基づいて、可動ベース１２のＸｍ軸方向の並進量ｄｘｍを演算する。第３マップは、比｜ｙ_３−ｙ_２｜／｜ｙ_２−ｙ_１｜の値とＸｍ軸方向の並進量ｄｘｍとの関係をθ毎に記憶したマップである。

位置・姿勢値演算部４２は、点Ｐ_７と点Ｐ_８との間のｙ軸方向距離｜ｙ_８−ｙ_７｜（図１５Ｂのｌ_０・ｋ_１に相当する。）に対する点Ｐ_６と点Ｐ_７との間のｙ軸方向距離｜ｙ_７−ｙ_６｜（図１５Ｂのｎ'に相当する。）との比｜ｙ_７−ｙ_６｜／｜ｙ_８−ｙ_７｜と、Ｚｍ軸周りの回転量θと、予め設定された第４マップとに基づいて、可動ベース１２のＸｍ軸方向の並進量ｄｘｍを演算してもよい。第４マップは、比｜ｙ_７−ｙ_６｜／｜ｙ_８−ｙ_７｜の値とＸｍ軸方向の並進量ｄｘｍとの関係をθ毎に記憶したマップである。

また、位置・姿勢値演算部４２は、点Ｐ_１と点Ｐ_８との中点のｘ座標［ｘ_１＋{（ｘ_８−ｘ_１）／２｝］と、予め設定された第５マップとに基いて、可動ベース１２のＹｍ軸方向の並進量ｄｙｍを演算する。第５マップは、点Ｐ_１と点_８との中点のｘ座標の値とＹｍ軸方向の並進量ｄｙｍとの関係をθ毎に記憶したマップである。
ステップＳＴ７の処理が終了すると、位置・姿勢値演算部４２は、Ｚｍ軸方向の並進量ｄｚｍを演算する(ステップＳＴ８)。Ｘｍ軸周りの回転量ψが零である場合と、Ｘｍ軸周りの回転量ψが零でない場合とに分けて説明する。

まず、Ｘｍ軸周りの回転量ψが零である場合について説明する。
図１６Ａは、Ｘｍ軸周りの回転量ψが零でかつＸｍ軸方向の並進量ｄｘｍおよびＹｍ軸方向の並進量ｄｙｍが零であり、可動ベース１２が初期位置に対してＺｍ軸方向に並進している場合に、２次元レーザ変位計５３によって生成される２次元プロファイルの一例を示している。Ｚｍ軸方向に並進している場合には、２次元レーザ変位計５３から点Ｐ_１および点Ｐ_Ｍ−２（図１６Ａでは点Ｐ_５）までの距離ｄは、初期位置における２次元レーザ変位計５３から反射板６０までの距離ｄ_０と一致しない。

位置・姿勢値演算部４２は、２次元レーザ変位計５３から点Ｐ_１および点Ｐ_Ｍ−２までの距離ｄと、初期位置における２次元レーザ変位計５３から反射板６０までの距離ｄ_０との差（ｄ−ｄ_０）に基づいて、Ｚｍ軸方向の並進量ｄｚｍを演算する。距離ｄ_０は、可動ベース１２が初期位置にある場合に、２次元レーザ変位計５３から計測値として出力される値であり、予め測定されて記憶されている。また、距離ｄも、２次元レーザ変位計５３から計測値として出力される値である。位置・姿勢値演算部４２は、具体的には、次式(7)に基いて、Ｚｍ軸方向の並進量ｄｚｍを演算する。

ｄｚｍ＝ｄ−ｄ_０ …(7)
なお、使用する２次元レーザ変位計から照射される光がコリメート光（平行光）ではない場合は、Ｚｍ軸方向の並進により、２次元プロファイルのｘ軸方向の寸法が多少変化する場合がある。しかし、前述したように、ｄｚｍの演算には、２次元レーザ変位計から計測値として出力されるｄ，ｄ_０を使用するため、影響はない。

図１６Ｂは、Ｘｍ軸周りの回転量ψが零でかつＸｍ軸方向の並進量ｄｘｍおよびＹｍ軸方向の並進量ｄｙｍが零でなく、可動ベース１２が初期位置に対してＺｍ軸方向に並進している場合に、２次元レーザ変位計５３によって生成される２次元プロファイルの一例を示している。この場合も、図１６Ａに示したのと同様に、２次元レーザ変位計５３から点Ｐ_１および点Ｐ_Ｍ−２（図１６Ｂでは点Ｐ_８）までの距離ｄは、初期位置における２次元レーザ変位計５３から反射板６０までの距離ｄ_０と一致しない。位置・姿勢値演算部４２は、（ｄ−ｄ_０）に基づいて、Ｚｍ軸方向の並進量ｄｚｍを演算する。具体的には、位置・姿勢値演算部４２は、前記式(7)に基いて、Ｚｍ軸方向の並進量ｄｚｍを演算する。

次に、Ｘｍ軸周りの回転量ψが零でない場合について説明する。
図１７Ａは、Ｘｍ軸周りの回転量ψが零でなくかつＸｍ軸方向の並進量ｄｘｍおよびＹｍ軸方向の並進量ｄｙｍが零であり、可動ベース１２が初期位置に対してＺｍ軸方向に並進している場合に、２次元レーザ変位計５３によって生成される２次元プロファイルの一例を示している。

図１７Ａにおいて、２次元レーザ変位計５３から点Ｐ_１までの距離をｄ_１（計測値）とし、２次元レーザ変位計５３から点Ｐ_{（Ｍ−２）}（図１７Ａの点Ｐ_５）までの距離をｄ_{（Ｍ−２）}（図１７Ａのｄ_５；計測値）とする。ψ≠０であるので、ｄ_１≠ｄ_{（Ｍ−２）}となる。
点Ｐ_１と点Ｐ_{（Ｍ−２）}（図１７Ａの点Ｐ_５）の中点の座標を点Ｐ_ｃ（図１７Ａの点Ｐ_３）とする。２次元レーザ変位計５３から点Ｐ_ｃまでの距離（図１７Ａの点Ｐ_ｋから点Ｐ_ｃまでの距離）をｄ_ｃとする。

距離ｄ_ｃは、次式(8)で表される。
ｄ_ｃ＝（ｄ_１＋ｄ_{（Ｍ−２）}）／２ …(8)
点Ｐ_ｃのｘ座標をｘ_ｃで表し、点Ｐ_ｃのｙ座標をｙ_ｃで表すことにする。ｘ_ｃは、点Ｐ_１と点Ｐ_{（Ｍ−２）}（図１７Ａの点Ｐ_５）のｘ座標の中点となる。ｙ_ｃは、点Ｐ_１と点Ｐ_{（Ｍ−２）}（図１７Ａの点Ｐ_５）のｙ座標の中点となる。

Ｘｍ軸周りの回転量ψが零となるように、図１７Ａの二次元プロファイルを点Ｐ_０回りに回転量ψだけ逆回転させると、逆回転後の二次元プロファイルは図１７Ｂに示されるようになる。
逆回転後の点Ｐ_ｃの座標Ｐ_ｃ’は、次式（9）で表される。
Ｐ_ｃ’＝（ｘ_ｃ・cosψ−ｙ_ｃ・sinψ，ｘ_ｃ・sinψ＋ｙ_ｃ・cosψ） …(9)
逆回転後の点Ｐ_ｃ’から点Ｐ_ｋまでの距離ｄ_ｃ’は、次式（10）で表される。

ｄ_ｃ’＝（点Ｐ_ｋのｙ座標）−（点Ｐ_ｃ’ のｙ座標）
＝（ｙ_ｃ−ｄ_ｃ）−（ｘ_ｃ・sinψ＋ｙ_ｃ・cosψ） …(10)
位置・姿勢値演算部４２は、逆回転後の点Ｐ_ｃ’から点Ｐ_ｋまでの距離ｄ_ｃ’と予め設定された第６マップとに基いて、可動ベース１２のＺｍ軸方向の並進量ｄｚｍを演算する。第６マップは、距離ｄ_ｃ’とＺｍ軸方向の並進量ｚｙｍとの関係をψ毎に記憶したマップである。

図１８Ａは、Ｘｍ軸周りの回転量ψ、Ｘｍ軸方向の並進量ｄｘｍおよびＹｍ軸方向の並進量ｄｙｍが零でなく、可動ベース１２が初期位置に対してＺｍ軸方向に並進している場合に、２次元レーザ変位計５３によって生成される２次元プロファイルの一例を示している。
図１８Ａにおいて、２次元レーザ変位計５３から点Ｐ_１までの距離をｄ_１（計測値）とし、２次元レーザ変位計５３から点Ｐ_{（Ｍ−２）}（図１８Ａの点Ｐ_８）までの距離をｄ_{（Ｍ−２）}（（図１８Ａのｄ_８；計測値）とする。ψ≠０であるので、ｄ_１≠ｄ_{（Ｍ−２）}となる。

点Ｐ_１と点Ｐ_{（Ｍ−２）}（図１８Ａの点Ｐ_８）の中点の座標を点Ｐ_ｃとする。２次元レーザ変位計５３から点Ｐ_ｃまでの距離（図１８Ａの点Ｐ_ｋから点Ｐ_ｃまでの距離）をｄ_ｃとする。
距離ｄ_ｃは、次式(11)で表される。
ｄ_ｃ＝（ｄ_１＋ｄ_{（Ｍ−２）}）／２ …(11)
点Ｐ_ｃのｘ座標をｘ_ｃで表し、点Ｐ_ｃのｙ座標をｙ_ｃで表すことにする。ｘ_ｃは、点Ｐ_１と点Ｐ_{（Ｍ−２）}（図１８Ａの点Ｐ_８）のｘ座標の中点となる。ｙ_ｃは、点Ｐ_１と点Ｐ_{（Ｍ−２）}（図１８Ａの点Ｐ_８）のｙ座標の中点となる。

Ｘｍ軸周りの回転量ψが零となるように、図１８Ａの二次元プロファイルを点Ｐ_０回りに回転量ψだけ逆回転させると、回転後の二次元プロファイルは図１８Ｂに示されるようになる。
逆回転後の点Ｐ_ｃの座標Ｐ_ｃ’は、次式（12）で表される。
Ｐ_ｃ’＝（ｘ_ｃ・cosψ−ｙ_ｃ・sinψ，ｘ_ｃ・sinψ＋ｙ_ｃ・cosψ） …(12)
逆回転後の点Ｐ_ｃ’から点Ｐ_ｋまでの距離ｄ_ｃ’は、次式（13）で表される。

ｄ_ｃ’＝（点Ｐ_ｋのｙ座標）−（点Ｐ_ｃ’のｙ座標）
＝（ｙ_ｃ−ｄ_ｃ）−（ｘ_ｃ・sinψ＋ｙ_ｃ・cosψ） …(13)
位置・姿勢値演算部４２は、逆回転後の点Ｐ_ｃ’から点Ｐ_ｋまでの距離ｄ_ｃ’と予め設定された第７マップとに基いて、可動ベース１２のＺｍ軸方向の並進量ｄｚｍを演算する。第７マップは、距離ｄ_ｃ’とＺｍ軸方向の並進量ｚｙｍとの関係を、ψとｄｘｍとｄｙｍの組み合わせ毎に記憶したマップである。

ステップＳＴ８の処理が終了すると、位置・姿勢値演算部４２は、今演算周期での処理を終了する。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。例えば、上述の実施形態では、モーションベースの固定ベース１１の上面に反射面が上向きとなるように反射板６０が取り付けられ、モーションベースの可動ベース１２の下面に２次元レーザ変位計５３が下向きに取り付けられている。しかし、モーションベースの可動ベース１２の下面に反射面が下向きとなるように反射板６０を取り付け、モーションベースの固定ベース１１の上面に２次元レーザ変位計５３を上向きに取り付けてもよい。

また、上述の実施形態では、この発明をモーションベースの可動ベースの位置・姿勢を測定するための位置・姿勢測定装置に適用した場合の実施形態について説明したが、この発明はモーションベースの可動ベース以外の移動体の位置・姿勢を測定するための位置・姿勢測定装置に適用することができる。
なお、この発明は、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１…車両挙動再現装置、２…車体、３〜７…モーションベース、１１…固定ベース、１２…可動ベース、１３…アクチュエータ、１４…モーションコントローラ、３０…ドライビングシミュレータ、４０…モーションベース制御装置、４１…車両モデル、４２…位置・姿勢値演算部、４３…制御指令値生成部、５３〜５７…２次元レーザ変位計、６０…位置・姿勢測定用反射板、６１…傾斜面形成領域、６２…基準面形成領域、７１〜７４…三角形領域、Ｓ０…基準面、Ｓ１〜Ｓ４…傾斜面、１００…車両挙動再現システム

Claims (4)

1. ベースに対して、少なくとも、並進３自由度および回転２自由度の計５自由度の運動が可能な移動体の位置・姿勢を測定するための位置・姿勢測定装置であって、
   前記ベースおよび前記移動体のうちのいずれか一方に他方に対向して設けられ、基準面と、前記基準面に対して傾斜しかつ勾配が互いに異なる４種類の傾斜面とを表面に有する反射板と、
   前記ベースおよび前記移動体のうちの他方に前記反射板に対向して設けられ、前記反射板に対して２次元レーザ光を照射し、前記反射板表面における２次元レーザ光の照射位置に沿った厚さ方向変位量を測定する２次元レーザ変位計と、
   前記２次元レーザ変位計によって測定される変位量に基づいて、前記移動体の３軸並進量および２軸回転量を演算する演算手段とを含む、位置・姿勢測定装置。
2. 前記反射板は、前記２次元レーザ変位計側から見た平面視において、中央部の平面視矩形状の傾斜面形成領域と、傾斜面形成領域の周囲の基準面形成領域とを含み、
   前記基準面形成領域の表面は基準面に形成されており、前記傾斜面形成領域は、平面視において、前記傾斜面形成領域の各一辺をそれぞれ底辺としかつ共通の頂点を有する４つの三角形領域に分割されており、これらの４つの三角形領域の表面が、互いに勾配が異なる傾斜面に形成されている、請求項１に記載の位置・姿勢測定装置。
3. 前記反射板は、前記２次元レーザ変位計側から見た平面視において、中央部の平面視矩形状の傾斜面形成領域と、傾斜面形成領域の周囲の基準面形成領域とを含み、
   前記基準面形成領域の表面は基準面に形成されており、前記傾斜面形成領域は、平面視において、２つの対角線によって４つの三角形領域に分割されており、これらの４つの三角形領域の表面が、互いに勾配が異なる傾斜面に形成されている、請求項１に記載の位置・姿勢測定装置。
4. 固定ベースと、固定ベースの上方に配置された可動ベースと、固定ベースと可動ベースとの間に連結され、可動ベースに並進３自由度および回転３自由度の計６自由度の運動をさせるためのアクチュエータとを含むモーションベースの位置・姿勢測定装置であって、
   前記ベースが前記固定ベースであり、前記移動体が前記可動ベースである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の位置・姿勢測定装置。

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