JP3086550B2 - Method and apparatus for identifying motion of moving body - Google Patents

Method and apparatus for identifying motion of moving body

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JP3086550B2
JP3086550B2 JP04291627A JP29162792A JP3086550B2 JP 3086550 B2 JP3086550 B2 JP 3086550B2 JP 04291627 A JP04291627 A JP 04291627A JP 29162792 A JP29162792 A JP 29162792A JP 3086550 B2 JP3086550 B2 JP 3086550B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は空間上を運動している物
体の運動を同定する運動体の運動同定方法及び運動体の
運動同定装置に関し、特に宇宙空間を浮遊している人工
衛星の捕獲に使用する運動体の運動同定方法及び運動体
の運動同定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for identifying the motion of a moving object for identifying the motion of an object moving in space, and more particularly to the capture of an artificial satellite floating in space. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for identifying a motion of a moving body and a device for identifying the motion of a moving body used in the method.

【0002】人工衛星はその修理等のために、一時的に
回収する必要がある。このために、宇宙空間を浮遊して
いる人工衛星を捕獲する必要がある。
[0002] Artificial satellites need to be temporarily recovered for repair or the like. For this purpose, it is necessary to capture satellites floating in outer space.

【0003】[0003]

【従来の技術】現在、宇宙空間における人工衛星等の浮
遊物の回収作業は、人間の船外活動によって行われてい
る。しかし、これは非常に危険である。このために、宇
宙ロボットを使用し、地上からの遠隔操作による作業が
考えられている。
2. Description of the Related Art At present, the work of recovering suspended matters such as artificial satellites in outer space is performed by human extravehicular activities. But this is very dangerous. For this purpose, a remote operation from the ground using a space robot has been considered.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、地上と人工衛
星の間では通信の遅れ時間が大きいので、運動している
人工衛星を対象とした捕獲作業は極めて困難である。こ
のために、宇宙ロボットによる自律的な捕獲作業が望ま
れている。自律的な捕獲作業を行うためには、人工衛星
に接近するために、その運動を同定する必要がある。と
ころが、宇宙空間での計測では、リソースが制限されて
おり、少ないリソースで人工衛星の運動を同定する必要
がある。
However, since there is a long communication delay between the ground and the satellite, it is extremely difficult to capture a moving satellite. For this reason, an autonomous capture operation by a space robot is desired. In order to perform an autonomous capture operation, it is necessary to identify its movement in order to approach the satellite. However, in the measurement in outer space, resources are limited, and it is necessary to identify the motion of the artificial satellite with few resources.

【0005】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、限定されたリソースから確実に運動体の運動
を同定できる運動体の運動同定方法を提供することを目
的とする。
[0005] The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to provide a method for identifying a movement of a moving body that can reliably identify the movement of the moving body from limited resources.

【0006】また、本発明の他の目的は運動体の運動を
短時間で同定できる運動体の運動同定装置を提供するこ
とである。
It is another object of the present invention to provide an apparatus for identifying the movement of a moving body which can identify the movement of the moving body in a short time.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の運動体の運動同
定方法では、図1に示すように、空間上を等速で直線運
動し、かつ等角速度運動している運動体の3つの時刻T
i ,Ti+1 ,Ti+2 での運動体のターゲットマーク11
を撮像して、このターゲットマーク11の位置及び姿勢
を認識する。そして、これらの位置及び姿勢から、運動
体の速度d、運動体の回転軸12の方向k及び運動体の
回転位置θを座標変換行列によって演算して求め、運動
体の位置、姿勢及び速度を同定する。
The motion of the moving body of the present invention
In the fixed method, as shown in FIG.
Three times T of a moving body moving and moving at a constant angular velocity
i, Ti + 1, Ti + 2Target mark 11 of moving body
And the position and orientation of this target mark 11
Recognize. And from these positions and postures,
The velocity d of the body, the direction k of the rotating shaft 12 of the moving body, and the
The rotational position θ is calculated by a coordinate transformation matrix,
Identify body position, posture and speed.

【0008】また、本発明の運動体の運動同定装置は、
図2に示すように、運動体10に設けられたターゲット
マーク11と、このターゲットマーク11を撮像するカ
メラ20と、カメラ20からの撮像情報を画像処理し
て、ターゲットマーク11の位置情報を出力する画像処
理装置40と、この位置情報から、複数の時刻での前記
ターゲットマーク11の位置、姿勢及び速度を認識し、
位置及び姿勢から前記運動体の速度d、前記運動体の回
転軸12の方向k及び運動体の回転位置θを座標変換行
列によって演算して求める演算処理装置50と、から構
成される。
[0008] Further, a motion identification device for a moving body according to the present invention comprises:
As shown in FIG. 2, a target mark 11 provided on the moving body 10, a camera 20 for imaging the target mark 11, and image information of the imaging information from the camera 20 are processed to output position information of the target mark 11. From the position information, the position, posture and speed of the target mark 11 at a plurality of times,
An arithmetic processing unit 50 for calculating the velocity d of the moving body, the direction k of the rotating shaft 12 of the moving body, and the rotational position θ of the moving body from a position and a posture by using a coordinate transformation matrix.

【0009】[0009]

【作用】運動体の3つの時刻Ti ,Ti+1 ,Ti+2 での
運動体のターゲットマーク11を撮像して、この3個の
撮像データから、3つの位置でのターゲットマーク11
の位置及び姿勢を認識する。そして、これらの3つの位
置及び姿勢のデータから、座標変換行列によって、運動
体の速度d、運動体の回転軸12の方向k及び運動体の
回転位置θを座標変換行列によって演算して求めること
により、運動体の位置、姿勢及び速度を同定する。
The target mark 11 of the moving object at three times T i , T i + 1 , and T i + 2 is imaged, and the target marks 11 at three positions are obtained from the three image data.
Recognize the position and orientation of. Then, from the data of these three positions and postures, the speed d of the moving body, the direction k of the rotating shaft 12 of the moving body, and the rotational position θ of the moving body are calculated and obtained by the coordinate conversion matrix using a coordinate conversion matrix. , The position, posture and speed of the moving body are identified.

【0010】また、カメラ20は運動体10に固定され
たターゲットマーク11を撮像し、撮像データを画像処
理装置40に送る。画像処理装置40はこの撮像データ
を画像処理して、位置データにして、演算処理装置50
に送る。演算処理装置50ではこの位置データを演算処
理して、運動体の速度d、回転軸12の方向k、回転位
置θを求める。これによって、運動体の位置、姿勢及び
速度を同定する。
[0010] The camera 20 captures an image of the target mark 11 fixed to the moving body 10 and sends the captured data to the image processing device 40. The image processing device 40 performs image processing on the captured data to convert the image data into position data.
Send to The arithmetic processing unit 50 arithmetically processes the position data to obtain the velocity d of the moving body, the direction k of the rotating shaft 12, and the rotational position θ. Thereby, the position, posture, and speed of the moving body are identified.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図2は本発明の運動体の運動同定装置の全体の
構成を示す図である。これらは、人工衛星10と、人工
衛星10を捕獲するロボット30、人工衛星10を認識
するためのカメラ20、画像処理装置40、演算処理装
置50、ロボットを制御するロボット制御装置60から
構成されている。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 is a diagram showing the entire configuration of the motion identification apparatus for a moving body according to the present invention. These are composed of an artificial satellite 10, a robot 30 for capturing the artificial satellite 10, a camera 20 for recognizing the artificial satellite 10, an image processing device 40, an arithmetic processing device 50, and a robot control device 60 for controlling the robot. I have.

【0012】人工衛星10には、人工衛星10の位置、
姿勢を認識するためのターゲットマーク11がその正面
に固定されている。また、ターゲットマーク11の下に
は、人工衛星を捕獲するための被把持棒13が設けられ
ている。
The artificial satellite 10 has a position of the artificial satellite 10,
A target mark 11 for recognizing the posture is fixed on the front surface. Further, below the target mark 11, a graspable rod 13 for capturing an artificial satellite is provided.

【0013】そして、人工衛星10はその中心軸12の
回りに一定の角速度で回転しながら、矢印14で示す方
向に一定速度で運動している。一方、人工衛星10を捕
獲するロボット30のアーム31の先端には、把持棒1
3を把持する把持装置32、が固定されている。また、
アーム31の上にはカメラ20が固定されている。カメ
ラ20は一定時刻毎に、ターゲットマーク11を撮像
し、その撮像データを画像処理装置40に送る。画像処
理装置40はこの撮像データを画像処理して、ターゲッ
トマーク11の位置、姿勢を認識する。さらに、複数の
ターゲットマーク11の位置、姿勢を演算して、人工衛
星10の位置、姿勢及び移動速度、回転速度等の運動情
報をロボット制御装置60に送る。ロボット制御装置6
0は、これらの運動情報からアーム31の方向、すなわ
ちカメラ20がターゲットマーク11を追跡できるよう
に、ロボット30を制御する。また、把持装置31によ
って、把持棒13を把持できるようにロボットを制御す
る。
The artificial satellite 10 is moving at a constant speed in a direction indicated by an arrow 14 while rotating at a constant angular speed around its central axis 12. On the other hand, at the tip of the arm 31 of the robot 30 that captures the artificial satellite 10,
3 is fixed. Also,
The camera 20 is fixed on the arm 31. The camera 20 captures an image of the target mark 11 at regular time intervals and sends the captured data to the image processing device 40. The image processing device 40 performs image processing on the captured data to recognize the position and orientation of the target mark 11. Further, the position and posture of the plurality of target marks 11 are calculated, and the movement information such as the position, posture and moving speed and rotation speed of the artificial satellite 10 is sent to the robot controller 60. Robot controller 6
0 controls the robot 30 from the movement information so that the direction of the arm 31, that is, the camera 20 can track the target mark 11. Further, the robot is controlled by the grip device 31 so that the grip bar 13 can be gripped.

【0014】次にターゲットマーク11の位置及び姿勢
から人工衛星10の運動を同定するアルゴリズムについ
て説明する。図3に人工衛星10の運動を同定するため
の座標系を示す。基準座標系をCO(O,X,Y,Z)
とするが、一般に基準座標系Tcはカメラ20を基準と
する。また、基準座標系Tcに対するターゲットマーク
11の座標系をCR(OR ,XR ,YR ,ZR )とし、
座標系CRは同次座標で、(1)式で表す。
Next, an algorithm for identifying the motion of the artificial satellite 10 from the position and attitude of the target mark 11 will be described. FIG. 3 shows a coordinate system for identifying the motion of the satellite 10. Set the reference coordinate system to CO (O, X, Y, Z)
However, the reference coordinate system Tc is generally based on the camera 20. Furthermore, the coordinate system of the target mark 11 with respect to the reference coordinate system Tc CR (O R, X R , Y R, Z R) and,
The coordinate system CR is a homogeneous coordinate and is represented by equation (1).

【0015】[0015]

【数1】 (Equation 1)

【0016】また、この行列中の要素からなる(2)式
で示す行列TN は座標系Tの姿勢を表している。
A matrix T N represented by the equation (2) consisting of the elements in the matrix represents the orientation of the coordinate system T.

【0017】[0017]

【数2】 (Equation 2)

【0018】座標系CRの座標軸XR ,YR ,ZR の単
位方向ベクトルは、基準座標系COに対して、それぞれ
〔nx ,ny ,nz 〕、〔ox ,oy ,oz 〕、
〔ax ,a y ,az 〕で示される。このように、行列T
N は、基準座標系COの単位方向ベクトル〔1,0,
0〕、〔0,1,0〕、〔0,0,1〕をそれぞれ〔n
x ,n y ,nz 〕、〔ox ,oy ,oz 〕、〔ax ,a
y ,az 〕に回転変換した姿勢を示している。また、同
時にこの回転変換も表している。この回転変換は同次座
標で、以下の(3)式で表すことができる。
Coordinate axis X of coordinate system CRR, YR, ZRSimply
The position direction vectors are respectively defined with respect to the reference coordinate system CO.
[Nx, Ny, Nz], [Ox, Oy, Oz],
[Ax, A y, Az] Is shown. Thus, the matrix T
NIs a unit direction vector [1, 0,
0], [0, 1, 0], and [0, 0, 1]
x, N y, Nz], [Ox, Oy, Oz], [Ax, A
y, Az] Shows the posture after rotation conversion. Also,
Sometimes this rotation transformation is also represented. This rotation transformation is
It can be represented by the following equation (3).

【0019】[0019]

【数3】 (Equation 3)

【0020】また、行列Tの第4列の p=〔px,py,pz〕T は基準座標系COにおける座標系CRの原点の位置OR
の位置を示す。(なお、同次座標では3次元の位置ベク
トルは4つの要素で表し、最後の要素はスケール因子で
ある。)また、このpは基準座標系COの原点Oからタ
ーゲットマーク11の座標系CRの原点OR までの並進
変換の変位ベクトルを表しており、この並列変換は同次
座標で以下の(4)式で表される。
[0020] The fourth column of p = matrix T [px, py, pz] T is the origin of the coordinate system CR in the reference coordinate system CO position O R
Indicates the position of. (In the homogeneous coordinates, the three-dimensional position vector is represented by four elements, and the last element is a scale factor.) This p is from the origin O of the reference coordinate system CO to the coordinate system CR of the target mark 11. It represents the displacement vector of the translational transform to the origin O R, the parallel conversion is expressed by the following equation (4) in homogeneous coordinates.

【0021】[0021]

【数4】 (Equation 4)

【0022】また、以上の座標変換行列から、 T=UT T となり、Tは座標変換も表していることがわかる。この
ような同次座標では、位置及び姿勢と座標系と座標変換
は同じ形で表現される。
Further, the above coordinate transformation matrix, T = U T R T becomes, T is seen that represent the coordinate transformation. In such homogeneous coordinates, the position and orientation, the coordinate system, and the coordinate transformation are expressed in the same form.

【0023】次に人工衛星10の回転軸12の座標系C
Qを設定する。この座標系CQは回転軸12上の任意の
位置に設定できるが、本実施例では、ターゲットマーク
の座標系CRの座標原点OR から回転軸12に下ろした
垂線と回転軸12が交わる点を原点Qとし、回転軸12
の座標系CQの姿勢がターゲットマーク11の姿勢と同
じになるようにする。つまり、ターゲットマーク11の
座標系CRから見た原点Qの位置ベクトルを、 m=〔mx ,my ,m zT とすると、ターゲットマーク11の座標系CRから見た
回転軸12の座標系CQは、次の(5)式で表すことが
できる。
Next, the coordinate system C of the rotation axis 12 of the artificial satellite 10
Set Q. This coordinate system CQ can be set to any position on the rotary shaft 12, in this embodiment, a point where a perpendicular line drawn to the rotary shaft 12 from the coordinate origin O R of the coordinate system CR target marks rotary shaft 12 intersect Origin Q and rotation axis 12
Is set to be the same as the position of the target mark 11 in the coordinate system CQ. That is, the position vector of the origin Q as viewed from the coordinate system CR target marks 11, m = [m x, m y, m z] When T, the coordinate of the rotary shaft 12 as viewed from the coordinate system CR target marks 11 The system CQ can be expressed by the following equation (5).

【0024】[0024]

【数5】 (Equation 5)

【0025】なお、回転軸12はターゲットマーク11
の座標系CRからみて一定であるので、mx ,my ,m
zは定数である。また、基準座標系COからみた原点Q
の位置ベクトルを、 g=〔gx ,gy ,g zT とすると、基準座標系COからみた回転軸の座標系CQ
は次の(6)式で表すことができる。
It should be noted that the rotation axis 12 is the target mark 11
Since it is constant as viewed from the coordinate system CR, m x, m y, m
z is a constant. Also, the origin Q viewed from the reference coordinate system CO
Let g = [g x , g y , g z ] T be the position vector of the rotation axis coordinate system CQ viewed from the reference coordinate system CO.
Can be expressed by the following equation (6).

【0026】[0026]

【数6】 (Equation 6)

【0027】ここで、Mはターゲットマーク11の座標
系CRに対する回転軸12の座標系CQへの座標変換で
もあるので、3つの座標系CO,CR,CQには、
Here, since M is also a coordinate transformation of the coordinate system CR of the target mark 11 to the coordinate system CQ of the rotation axis 12, the three coordinate systems CO, CR, and CQ have:

【0028】[0028]

【数7】G=TM ───(7) という関係が成り立つ。また、式(1)の位置成分のみ
みると、gとmには、
The following relationship holds: G = TM─── (7) Also, looking only at the position components of the equation (1), g and m are as follows.

【0029】[0029]

【数8】g=Tm ───(8) という関係式が成り立つ。The relational expression g = Tmm (8) holds.

【0030】次に人工衛星10の運動の記述を行う。こ
れを図1を使用して説明する。人工衛星10のターゲッ
トマーク11の位置及び姿勢は、一定時間間隔のシーン
から計測するものとする。そして、シーンの番号をiと
し、i番目のシーンのターゲットマーク11及び回転軸
12の座標系をそれぞれTi,Giとする。同様に、原
点Q及び座標gもそれぞれのシーンでQi,giとす
る。したがって、式(7),(8)はそれぞれ、
Next, the motion of the artificial satellite 10 will be described. This will be described with reference to FIG. The position and orientation of the target mark 11 of the artificial satellite 10 are measured from scenes at fixed time intervals. Then, the scene number is set to i, and the coordinate systems of the target mark 11 and the rotation axis 12 of the i-th scene are set to Ti and Gi, respectively. Similarly, the origin Q and the coordinate g are set to Qi and gi in each scene. Therefore, equations (7) and (8) are

【0031】[0031]

【数9】Gi=TiM ───(9)Gi = TiM─── (9)

【0032】[0032]

【数10】 gi=Tim ───(10) となる。Gi = Tim─── (10)

【0033】ここで、人工衛星10の運動は、等速直線
運動、等角速度運動と仮定しているので、人工衛星10
は一定時間の間に、回転軸12の回りにある角度θだけ
回転し、一定量dだけ並進移動する。よって、対象物の
運動は回転変換と並進変換で記述できる。原点を通り、
単位方向ベクトルk=〔kx ,ky ,k z〕の直線回り
に角度θだけ回転する回転変換Rは、以下の(11)式
BR>で表すことができる。
Here, the motion of the artificial satellite 10 is assumed to be a constant velocity linear motion and a constant angular velocity motion.
Rotates about the rotation axis 12 by a certain angle θ and translates by a certain amount d during a certain time. Therefore, the motion of the object can be described by a rotation transformation and a translation transformation. Go through the origin,
A rotation transformation R that rotates by an angle θ about a straight line of a unit direction vector k = [k x , k y , k z ] is represented by the following equation (11).
BR>.

【0034】[0034]

【数11】 [Equation 11]

【0035】また、変位ベクトルd=〔dx ,dy ,d
z〕の並進変換Uは、次の(12)式で表すことができ
る。
The displacement vector d = [d x , d y , d
z ] can be expressed by the following equation (12).

【0036】[0036]

【数12】 (Equation 12)

【0037】今、基準座標系COに対する人工衛星10
の運動パラメータを求めたいので、人工衛星10の回転
軸12の単位方向ベクトルkと、変位ベクトルdは基準
座標系COに対して設定し、回転変換、並進変換も基準
座標系COに対して行う。そして、人工衛星10の運動
として回転軸12を考えると、回転軸12の座標系G i
と一定時間後のGi+1 との関係は、
Now, the satellite 10 with respect to the reference coordinate system CO
Of the satellite 10
The unit direction vector k of the axis 12 and the displacement vector d are reference
Set for the coordinate system CO, rotation and translational conversion are also standard
This is performed for the coordinate system CO. And the movement of the artificial satellite 10
Assuming the rotation axis 12 as i
And G after a certain timei + 1The relationship is

【0038】[0038]

【数13】 Gi+1 =UDi RDi -1i ───(13) となる。ここでDi は、基準座標系COの原点Oから回
転軸12の座標系CQの座標原点Qへの並進変換を表し
ており、以下の(14)式で表される。
G i + 1 = UD i RD i -1 G i ─── (13) Here D i is the origin O of the reference coordinate system CO represents the translational transform into coordinate origin Q of the coordinate system CQ of the rotary shaft 12, is expressed by the following equation (14).

【0039】[0039]

【数14】 [Equation 14]

【0040】つまり、回転軸12の座標系CQを回転変
換するのに、回転軸12を基準座標系COの原点Oを通
るように並進変換している。それから回転変換し、元の
位置に戻し、並進変換をしている。なお、ある座標系を
基準座標系COに対して変換するときは、変換行列を座
標行列の左からかければよい。また、(9)、(13)
式より、Ti とTi+1 の関係は、
That is, in order to rotationally transform the coordinate system CQ of the rotational axis 12, the rotational axis 12 is translated so as to pass through the origin O of the reference coordinate system CO. Then, the rotation is converted, the position is returned to the original position, and the translation is performed. When a certain coordinate system is converted with respect to the reference coordinate system CO, the conversion matrix only has to be left from the coordinate matrix. (9), (13)
From the equation, the relationship between T i and T i + 1 is

【0041】[0041]

【数15】 Ti+1 =UDi RDi -1i ───(15) となる。T i + 1 = UD i R D i −1 T i ─── (15)

【0042】次に運動の同定について述べる。連続する
3つのシーンにおけるターゲットマーク11の位置及び
姿勢をT1 ,T2 ,T3 とし、以下の(16),(1
7),(18)式で与えられるものとする。
Next, identification of movement will be described. The positions and orientations of the target mark 11 in three consecutive scenes are defined as T 1 , T 2 , and T 3 , and the following (16), (1)
7) and (18).

【0043】[0043]

【数16】 (Equation 16)

【0044】[0044]

【数17】 [Equation 17]

【0045】[0045]

【数18】 (Equation 18)

【0046】まず、回転成分を求める。回転成分RR
2シーンの姿勢成分から求められる。
First, a rotation component is obtained. The rotation component R R is obtained from the posture components of the two scenes.

【0047】[0047]

【数19】 TR i+1 =RR i ───(19) これに、T1 ,T2 を代入して、RR を求める。In Equation 19] T R i + 1 = R R T i ─── (19) which, by substituting T 1, T 2, obtains the R R.

【0048】[0048]

【数20】 RR =TR 2 (TR 1 -1 ───(20) このRR を、次の式(21)で表すと、R R = T R 2 (T R 1 ) -1 (20) This R R is represented by the following equation (21):

【0049】[0049]

【数21】 (Equation 21)

【0050】回転軸12の単位方向ベクトルkの各成分
x ,ky ,k zと回転角θは、式(11)右辺と比較
して、次のように求められる。
The components k x , k y , and k z of the unit direction vector k of the rotation axis 12 and the rotation angle θ are obtained as follows in comparison with the right side of the equation (11).

【0051】[0051]

【数22】 (Equation 22)

【0052】[0052]

【数23】 (Equation 23)

【0053】[0053]

【数24】 (Equation 24)

【0054】[0054]

【数25】 (Equation 25)

【0055】すなわち、式(24)により回転軸12の
回転角θが、式(25)によって回転軸12の方向ベク
トルkの各成分kx ,ky ,k zが与えられる。これに
よって、運動の回転成分が求められことになる。
[0055] That is, the rotation angle of the rotary shaft 12 by the equation (24) theta is, each component k x direction vector k of the rotary shaft 12 by equation (25), k y, k z is given. This determines the rotational component of the motion.

【0056】次に並進成分について述べる。人工衛星1
0の並進成分は、回転軸12の座標原点Qの位置の変位
を求めればよい。原点Qは等速直線運動するので、
Next, the translation component will be described. Artificial satellite 1
For the translation component of 0, the displacement at the position of the coordinate origin Q of the rotating shaft 12 may be obtained. Since the origin Q moves linearly at a constant speed,

【0057】[0057]

【数26】 gi −gi+1 =gi+1 −gi+2 ───(26) という関係が成り立つ。これに式(10)を代入して、The following relationship holds: g i −g i + 1 = g i + 1 −g i + 2 (26) Substituting equation (10) into this,

【0058】[0058]

【数27】 (Ti −2Ti+1 +Ti+2 )m=0───(27) となる。これにT1 ,T2 ,T3 を代入すると、次の
(28)式が得られる。
(T i −2T i + 1 + T i + 2 ) m = 0─── (27) By substituting T 1 , T 2 , and T 3 into this, the following equation (28) is obtained.

【0059】[0059]

【数28】 [Equation 28]

【0060】これから、mx ,my ,m zに関する3つ
の方程式ができるが、1つは冗長である。これは式(2
6)が回転軸12上の全ての点に対して成り立つためで
ある。mx ,my ,m zを決めるため、ターゲットマー
ク11の座標原点OR から回転軸12に下ろした垂線の
足がQであるという条件を付けた。この条件により、
[0060] Now, m x, m y, but it is three equations for m z, 1 single is redundant. This is given by equation (2)
6) holds for all points on the rotating shaft 12. m x, m y, to determine the m z, foot perpendicular drawn to the rotary shaft 12 from the coordinate origin O R of the target mark 11 gave a condition that it is Q. With this condition,

【0061】[0061]

【数29】 pi −gi ⊥k ───(29) が成り立ち、これに式(10)を代入すると、The following equation holds: p i −g i ⊥k ─── (29)

【0062】[0062]

【数30】 (pi −Ti m)k=0 ───(30) となる。これにT1 を代入すれば、次の(31)式が得
られる。
[Number 30] the (p i -T i m) k = 0 ─── (30). By substituting T 1 into this, the following equation (31) is obtained.

【0063】[0063]

【数31】 (Equation 31)

【0064】これから、式(28),(31)よりmが
求められる。このmと式(10)より、gが求められる
ので、並進成分dは、次の式(32)から求められる。
From this, m is obtained from equations (28) and (31). Since g is obtained from m and equation (10), the translation component d is obtained from the following equation (32).

【0065】[0065]

【数32】 d=gi+1 −gi ───(32) 以上によって、回転成分及び並進成分が求まり、人工衛
星10の運動が同定できる。
D = g i + 1 −g i ─── (32) From the above, the rotation component and the translation component are obtained, and the motion of the artificial satellite 10 can be identified.

【0066】次にあらたな、人工衛星10のシーンを推
定する方法について述べる。図1における4番目のシー
ンにおけるターゲットマーク11の位置及び姿勢は式
(15)より求められる。式(15)をまとめると次の
式(33)のようになる。
Next, a new method for estimating the scene of the artificial satellite 10 will be described. The position and orientation of the target mark 11 in the fourth scene in FIG. 1 can be obtained from Expression (15). Expression (15) is summarized as the following expression (33).

【0067】[0067]

【数33】 [Equation 33]

【0068】すなわち、i=3とすれば、4番目のシー
ンのターゲットマーク11の位置T i+1 が推定でき、さ
らに人工衛星10の位置及び姿勢が推定できるのであ
る。次に図2の演算処理装置50の処理の流れについて
述べる。図4は演算処理装置50の演算処理の流れを示
すフローチャートである。なお、図において、Sに続く
数値はステップ番号を示す。 〔S1〕n=1に設定する。 〔S2〕ターゲットマーク11の位置及び姿勢を測定す
る。 〔S3〕nをn+1に置き換える。 〔S4〕nが3より大か調べ、大であればS5へ進み、
大でなければS2に戻る。
That is, if i = 3, the fourth sea
Position T of the target mark 11 i + 1Can be estimated
Moreover, the position and attitude of the satellite 10 can be estimated.
You. Next, the processing flow of the arithmetic processing unit 50 of FIG.
State. FIG. 4 shows the flow of the arithmetic processing of the arithmetic processing unit 50.
FIG. In the figure, following S
Numerical values indicate step numbers. [S1] n = 1 is set. [S2] Measure the position and orientation of the target mark 11
You. [S3] Replace n with n + 1. [S4] Check whether n is larger than 3, and if it is larger, proceed to S5,
If not, return to S2.

【0069】すなわちS1〜S4のステップで3シーン
分のターゲットマーク11の位置及び姿勢を測定する。 〔S5〕3シーン分のターゲットマーク11の位置及姿
勢のデータから上記に述べたように、回転軸12の回転
位置θ、方向ベクトルkの各成分、速度ベクトルdを求
める。これによって、人工衛星10の位置、姿勢、速度
すなわち運動が同定される。 〔S6〕あらたに、次のシーンのターゲットマーク11
の位置及び姿勢を測定し、過去の2シーンと新しい1シ
ーン分のデータから、人工衛星10の運動を同定する。
That is, the positions and orientations of the target marks 11 for three scenes are measured in steps S1 to S4. [S5] As described above, the rotational position θ of the rotary shaft 12, the components of the direction vector k, and the velocity vector d are obtained from the data on the position and orientation of the target mark 11 for three scenes. As a result, the position, attitude and speed, that is, the motion of the artificial satellite 10 are identified. [S6] New target mark 11 for the next scene
Is measured, and the motion of the artificial satellite 10 is identified from data of two past scenes and one new scene.

【0070】なお、上記の説明ではターゲットマークを
有する人工衛星を例に説明したが、人工衛星以外の浮遊
物でも、その位置及び姿勢が直接あるいは間接的に測定
できれば、本発明を適用することができる。
In the above description, an artificial satellite having a target mark has been described as an example. However, the present invention can be applied to floating objects other than the artificial satellite if their positions and attitudes can be measured directly or indirectly. it can.

【0071】[0071]

【発明の効果】以上説明したように本発明では、ターゲ
ットマークの位置及び姿勢から、運動体の位置、姿勢及
び速度を同定するようにしたので、ロボット等を人工衛
星に正確に接近することが可能になり、人工衛星等の捕
獲作業が可能になる。
As described above, according to the present invention, the position, posture and speed of the moving object are identified from the position and posture of the target mark, so that the robot or the like can approach the artificial satellite accurately. It becomes possible to capture artificial satellites and the like.

【0072】また、カメラでターゲットマークを撮像し
て、これを画像処理して、位置情報を求め、位置情報か
ら運動体の運動を同定するうよに構成したので、宇宙空
間でロボット等を正確に接近させ、捕獲作業を行うこと
が可能になる。
Further, since the target mark is imaged by the camera, the image is processed, the position information is obtained, and the motion of the moving object is identified from the position information. , And the capture operation can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の原理図である。FIG. 1 is a principle diagram of the present invention.

【図2】本発明の運動体の運動同定装置の全体の構成を
示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an entire configuration of a moving object motion identification device of the present invention.

【図3】人工衛星の運動を同定するための座標系を示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing a coordinate system for identifying a motion of an artificial satellite.

【図4】演算処理装置の演算処理の流れを示すフローチ
ャートである。
FIG. 4 is a flowchart illustrating a flow of a calculation process of the calculation processing device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 人工衛星 11 ターゲットマーク 12 回転軸 20 カメラ 30 ロボット 40 画像処理装置 50 演算処理装置 60 ロボット制御装置 CR ターゲットマークの座標系 CO 基準座標系 CQ 回転軸の座標系 Reference Signs List 10 artificial satellite 11 target mark 12 rotation axis 20 camera 30 robot 40 image processing device 50 arithmetic processing device 60 robot control device CR coordinate system of target mark CO reference coordinate system CQ coordinate system of rotation axis

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 B25J 19/00 - 19/04 G01S 7/48 G06T 7/20 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 11/00-11/30 B25J 19/00-19/04 G01S 7/48 G06T 7/20

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 空間上を等速で直線運動し、かつ等角速
度運動している運動体の位置、姿勢及び速度を同定する
運動体の運動同定方法において、 3つの時刻における前記運動体のターゲットマーク(1
1)を撮像して、 前記ターゲットマーク(11)の位置及び姿勢を認識
し、 前記位置及び姿勢から、前記運動体の速度(d)、前記
運動体の回転軸(12)の方向(k)及び前記運動体の
回転位置(θ)を座標変換行列によって演算して求め、 前記運動体の位置、姿勢及び速度を同定することを特徴
とする運動体の運動同定方法。
1. A method for identifying a position, a posture, and a velocity of a moving body that linearly moves in a space at a constant velocity and moves at a constant angular velocity, wherein a target of the moving body at three times is specified. Mark (1
1) is imaged, and the position and orientation of the target mark (11) are recognized. From the position and orientation, the speed (d) of the moving body and the direction (k) of the rotation axis (12) of the moving body are determined. And a rotational position (θ) of the moving body is calculated by a coordinate transformation matrix, and a position, a posture, and a velocity of the moving body are identified.
【請求項2】 さらに新たな時刻の前記ターゲットマー
ク(11)の位置及び姿勢を追加して、連続的に前記運
動体の位置、姿勢及び速度を同定することを特徴とする
請求項1記載の運動体の運動同定方法。
2. The method according to claim 1, further comprising adding a position and a posture of the target mark at a new time, and continuously identifying a position, a posture and a velocity of the moving body. A method for identifying the motion of a moving body.
【請求項3】 前記3つの時刻における前記ターゲット
マークの位置及び姿勢から、一定時刻後の前記運動体の
位置、姿勢及び速度を推定することを特徴とする請求項
1記載の運動体の運動同定方法。
3. The motion identification of a moving body according to claim 1, wherein the position, the posture, and the speed of the moving body after a certain time are estimated from the position and the posture of the target mark at the three times. Method.
【請求項4】 空間上を等速で直線運動し、かつ等角速
度運動している運動体の位置、姿勢及び速度を同定する
運動体の運動同定装置において、 前記運動体(10)に設けられたターゲットマーク(1
1)と、 前記ターゲットマーク(11)を撮像するカメラ(2
0)と、 前記カメラからの撮像情報を画像処理して、前記ターゲ
ットマーク(11)の位置情報を出力する画像処理装置
(40)と、 前記位置情報から、複数の時刻での前記ターゲットマー
クの位置、姿勢及び速度を認識し、前記位置及び姿勢か
ら前記運動体の速度(d)、前記運動体の回転軸(1
2)の方向(k)及び前記運動体の回転位置(θ)を座
標変換行列によって演算して求める演算処理装置(5
0)と、 を有することを特徴とする運動体の運動同定装置。
4. A motion identification device for a moving body that linearly moves in a space at a constant speed and identifies a position, a posture, and a speed of the moving body that is moving at a constant angular velocity, wherein the moving body is provided on the moving body (10). Target mark (1
1) and a camera (2) for imaging the target mark (11).
0), an image processing device (40) that performs image processing of image pickup information from the camera and outputs position information of the target mark (11), and, based on the position information, the position of the target mark at a plurality of times. Recognizing the position, posture and speed, the speed (d) of the moving body and the rotation axis (1
An arithmetic processing unit (5) for calculating the direction (k) and the rotational position (θ) of the moving body by using a coordinate transformation matrix.
0) and a motion identification device for a moving body, comprising:
【請求項5】 前記運動体(10)の前記位置、姿勢及
び速度情報を受けて、ロボット(30)を制御するロボ
ット制御装置と、を有することを特徴とする請求項4記
載の運動体の運動同定装置。
5. The moving body according to claim 4, further comprising: a robot controller that receives the position, posture, and speed information of the moving body and controls the robot. Exercise identification device.
【請求項6】 前記運動体(10)には被把持装置(1
3)を有し、前記ロボット(10)はアーム(31)の
先端に前記運動体を把持するための把持装置(32)を
有することを特徴とする請求項1記載の運動体の運動同
定装置。
6. A device to be gripped (1) is provided on said moving body (10).
3) The apparatus for identifying a motion of a moving body according to claim 1, wherein the robot (10) has a gripping device (32) for gripping the moving body at a tip of an arm (31). .
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