JP3608118B2 - オブジェクトの位置を決定する方法及び既知の位置を有する一組のオブジェクトを製造する装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、オブジェクトとトランスデューサの間を直線的に伝達される信号を出力する一組のオブジェクトから信号を受信するよう設計された少なくとも一つのトランスデューサと、前記トランスデューサとの関係でトランスデューサからオブジェクトに対するサイトラインの方向を規定する方向決定信号を発生させる部材とからなる装置において、オブジェクトの位置を決定する方法に関する。
さらに、本発明は上記のタイプの装置において既知の位置を有する一組のオブジェクトを製造する装置に関する。
本明細書中で、オブジェクトのロケーションとは、オブジェクトの位置及び／又は方向によって規定されるものであり、オブジェクトの位置とは、いくつかの移行座標によって規定されるものであり、オブジェクトの配向とは、いくつかの回転座標によって規定されるものである。
さらに、オブジェクトという用語は、トランスデューサによって受信可能な信号を発することのできる物体を示し、特にオブジェクトとトランスデューサとの間を直線的に伝達される信号を発するオブジェクトを示す。このような信号は主に可視波長領域内もしくはその外の領域の周波数を有する光信号であって、例えば赤外線である。オブジェクトの例としては光源（例：電球や発光ダイオード）、反射器（例：マーカーや反射テープ）、および画像分析によって認知可能なトランスデューサの周辺の特徴（例：特定の形状を有し、周辺から浮き出る色や明度を有する角、穴、光点やマーカー）がある。代替として他の信号、例えば超音波やマイクロ波信号、を使用することができるが、この場合、オブジェクトがこのような信号源もしくはその反射器である必要がある。
背景技術
既知の位置トランスデューサがスウェーデン特許明細書第444530号に開示される。この装置は好ましくは光信号を使用する。光トランスデューサはトランスデューサからの複数の光源に対する方向を検知することにより、各光源との関係でトランスデューサの位置を割り出す。トランスデューサは少なくとも三個の光源に対する方向を検知する。該装置は計算手段を有し、上記のように検知された方向に基づいて、トランスデューサから光源までの各サイトラインの角度を決定し、これらの方向、角度、既知の各光源の位置からトランスデューサの位置を計算し、かつ可能であれば、光源との配向関係を計算する。
類似の位置トランスデューサがスウェーデン特許明細書第458427号に示される。このトランスデューサは、その周辺の二次元画像を形成する装置を有する。画像分析システムは、画像の情報内容を受け取り、互いの位置関係が既知である周辺における複数の（少なくとも三個の）既定の認知可能な特徴（details）を探して走査をおこなう。画像分析システムは、画像における特徴位置を決定する。この装置はさらに計算手段を含み、画像の特徴の位置から、トランスデューサから特徴物までのサイトラインの方向を決定し、サイトライン同士の角度を計算し、これらの方向と角度から、トランスデューサの位置を計算し、かつ可能であれば、特徴物との配向関係を計算する。
より以前のスウェーデン特許明細書第9403255−４号には、オペレータによって保持される、例えばフリーハンドル形状を有する制御デバイスを使用する制御装置が記載されている。制御デバイスは上記２つの節に記載されたものと同様のトランスデューサを有する。トランスデューサの作用によって、互いに既知の位置にある複数のオブジェクト（例えば、光源、マーカー、および画像分析によって認知しうる周辺の特徴物）との方向が規定される。この装置はさらに、このようにして記載される方向に基づいて、各オブジェクトとの間のサイトライン同士の角度を計算し、これらの方向、角度、およびオブジェクトの既知の位置によって、制御デバイスの位置を計算し、かつ可能であれば、オブジェクトとの配向関係を計算する。
上記のようなタイプの装置は、トランスデューサが、常にその可視領域に少なくとも既知の位置にある三個のオブジェクトを有する必要がある（場合によっては、四個のオブジェクトを要する）。このタイプの典型的なトランスデューサは、使用中の位置及び／又は配向といったロケーションの変更が可能なある作業領域に限られてしまう。トランスデューサがその可視領域に十分な数の、適切に位置づけられたオブジェクトを常に納めていることを確信するために、作業領域の実際の位置に係わらず、したがって、三個以上のオブジェクトが一般的に必要とされ、作業領域が広ければ、相対的に多くのオブジェクトが必要とされる。これらオブジェクトの相対的な位置は高い精度で認識される必要がある。それゆえ、オブジェクトの位置は、装置が指定を受けたときと、作業領域が拡張もしくは変更されるときの両方で、測定されなければならない。
このタイプの装置におけるオブジェクトの位置を測定するために、距離及び／または角度測量、および三角測量等といった既知の測定方法が採用されている。このような高い精度での位置の測定には、特別な装置、例えばセオドライト、および専門的知識が必要とされるばかりでなく、複雑で時間のかかる作業が不可欠である。この状況は、実体的かつ経済的な欠点となっている。
発明の開示
本発明の目的は、特別な装置を必要とせずにもしくは最低限の装置で、上述のタイプの装置において使用される既知の高精度な位置を有する一組のオブジェクトを、迅速にかつ容易に製造する方法及び装置を提供することである。
本発明の方法及び装置の特徴は後述の請求項に記載の通りである。
【図面の簡単な説明】
本発明を図１乃至５を参照してさらに詳細に説明する。図1aは一つのオブジェクトと二つのトランスデューサロケーションを有する場合における座標システムを示す。図1bは同じ規模のより一般的な場合の任意の数のトランスデューサロケーションの場合における座標システムを示す。図1cは本発明に係る方法を実施する装置の斜視図である。図2aは本発明に係る測定方法の例を示すフローチャートである。図2bは決定プロセスの間に行われる計算のフローチャートである。図2cは決定方法の代替方法を図示する。図3aは本発明に係るポータブルフレームと基準マーカーを図示する。図3bは前記フレームの詳細図である。図3cと3dは図3bのフレームに配置されるマーカーの形の例を示す。図4aは本発明に係る方法において二つのトランスデューサロケーションを有するビームがいかに使用されるかを示す。図4bは二つのセンサを有する、手に持って使用するトランスデューサユニットを図示する。図５は、変換装置の作業領域を拡張する際に、いかに既知の位置にあるオブジェクトを新しいオブジェクトの位置を決定するために使用するかを示す。
発明を実施するための最良の形態
図1aは二つの離れたトランスデューサロケーションを想定した簡易なケースにおいて、本発明に係る方法で使用される規模を示す。トランスデューサＧが互いに既知の二つのロケーションP₁およびP₂に図示されている。トランスデューサは上述の引用文献に開示されるタイプのものであってもよい。図において上の部分には広角レンズ11が示され、その視野は実質的に図における上方向に向けられる。図１に示す例にあって、トランスデューサは手に持つようデザインされ、下部はハンドル12となっている。二つのトランスデューサロケーションの位置は、原点０と軸ｘ、ｙ、ｚを有する直行座標システムにおいて、以下のベクトルによって表示される。
v₀₁＝（x₀₁,y₀₁,z₀₁）
v₀₂＝（x₀₂,y₀₂,z₀₂）
二つのトランスデューサロケーションの配向は、同様にこの座標システムｘ、ｙ、ｚによって知りうる。各トランスデューサロケーションはこのように、６次元ベクトルによって表すことができる。
二つのトランスデューサロケーション（位置及び配向の両方を含む）は、上述の引用文献に記載の通り、既知の位置にあるオブジェクトに対する測定によって決定される。二つのトランスデューサロケーションはそのようにして既知のオブジェクトの座標システム内で認知され、さらに相対的にも認知される。代替的に、以下により詳細に示すとおり、二つのトランスデューサロケーションを、互いの関係が認知されるように、機械的に固定して二つのトランスデューサロケーションを配置することによって、決定することもできる。二つのトランスデューサロケーションは、機械的システムに関連して固定された座標システムの中で決定される。この座標システムは図１に示されるものである。
上述の引用文献に記載の方法で、トランスデューサロケーションP₁にあるトランスデューサは、トランスデューサから未知の位置Q₁にあるオブジェクトにのびるサイトラインSL₁の方向を決定する。この決定に基づくオブジェクトの位置は、この時点でベクトル
v₁₁＝v₀₁＋t₁₁k₁₁
によって示され、ここで
t₁₁は未知のパラメータ
k₁₁＝（α₁₁,β₁₁,γ₁₁）は、一部はトランスデューサの配向から、そして一部はトランスデューサの座標システムのサイトラインの方向から計算されたサイトラインの方向のユニットベクトルである。
ベクトルv₁₁は以下の成分を有する。
x₁₁＝x₀₁＋t₁₁α₁₁
y₁₁＝y₀₁＋t₁₁β₁₁
z₁₁＝z₀₁＋t₁₁γ₁₁
これに対応して、トランスデューサから同じオブジェクトに対するサイトラインSL₂の方向が、トランスデューサロケーションP₂において決定される。この測定に基づくオブジェクトの位置は、同様にベクトル
v₁₂＝v₀₂＋t₁₂k₁₂
によって示され、ここで
t₁₂は未知のパラメータ
k₁₂＝（α₁₂,β₁₂,γ₁₂）は、一部はトランスデューサの配向から、そして一部はトランスデューサの座標システムのサイトラインの方向から計算されたサイトラインの方向のユニットベクトルである。
ベクトルv₁₂は以下の成分を有する。
x₁₂＝x₀₂＋t₁₂α₁₂
y₁₂＝y₀₂＋t₁₂β₁₂
z₁₂＝z₀₂＋t₁₂γ₁₂
理想的にはオブジェクトは二つのサイトラインの交差する点に位置する。この点は以下の方程式を解くことによって得ることができる。
v₁₁＝v₁₂
つまり
v₀₁＋t₁₁k₁₁＝v₀₂＋t₁₂k₁₁
図においては、測定が正確であり、二つのサイトラインがオブジェクトQ₁において交差することとされる。しかしながら、避けられない測定ミスによって、二つのサイトラインは互いに正確に交差しないことがある。その場合、オブジェクトのもっとも可能性のある位置は適切な基準との関係で決定され、その位置は、例えば、一方のサイトライン上の任意の点と、もう一方のサイトライン上の任意の点との間に描くことのできる最短ラインの中間に位置すると考えられる。このオブジェクトの位置は、位置を決定されるべきｎ個のオブジェクト（１≦ｉ≦ｎ）のグループのシリアルナンバー「ｉ」を有し、以下においてV_iと示す。
問題のオブジェクトに対するトランスデューサからのサイトラインがそれぞれ異なるように、複数のトランスデューサロケーションは選択される。トランスデューサが一つのロケーションから他のロケーションに移動したときの、サイトラインの角度の変化が大きいほど、精度は増加する。
図1bはさらに一般的なケースであって、任意の数の離れたトランスデューサロケーションP₁…P_j…P_mを有し、ここでｍ≧２、かつ１≦ｊ≦ｍである。トランスデューサロケーションP₁、P_j、P_mが図示される。簡易化のため、位置Q₁にある一つのオブジェクトのみに対する測定が図示される。しかしながら、このオブジェクトは任意の大きなオブジェクトグループ（１≦ｉ≦ｎ）のなかのｎ個のオブジェクトのうちの一つである。測定はグループ中のオブジェクトに対するのと同じ方法によって行われる。つまり、グループ中の各オブジェクトに対するサイトラインは各トランスデューサロケーションで決定される。
トランスデューサロケーションの位置は以下のベクトルによって示される。
v₀₁＝（x₀₁,y₀₁,z₀₁）
v_0j＝（x_0j,y_0j,z_0j）
v_0m＝（x_0m,y_0m,z_0m）
各トランスデューサロケーションP_jにおいて、上述の引用文献に記載されている方法で、トランスデューサはオブジェクトに対するサイトラインの方向を決定する。この測定に基づくオブジェクトの位置は以下のベクトルによって同様に示され、
v_ij＝v_0j＋t_ijk_ij
その成分は以下の通りである。
x_ij＝x_0j＋t_ijα_ij
y_ij＝y_0j＋t_ijβ_ij
z_ij＝z_0j＋t_ijγ_ij
上述の通り、オブジェクトの位置Q₁は成分x_i、y_i、z_iを有するベクトルV_iによって示される。図2bに関連してサイトライン方向k_ijに基づいてどのようにして位置が決定されるかの例示が示される。
図1cは本発明に係る方法を実施する装置の斜視図である。装置は、レンズ11とハンドル12を有するトランスデューサＧからなる。トランスデューサはケーブル形状の信号チャネルIL、例えば、光コンダクタやIRリンク、によって計算ユニットCUに接続される。トランスデューサ、信号チャネルおよび計算ユニットは前述の引用文献に記載されたどのような方法で設計されてもよく、計算ユニットは測定を制御し、測定結果を記憶し、必要な計算を実行するようにプログラムされたコンピユータを有することができる。図1cに図示した方法以外にも、トランスデューサロケーションを決定する手段があり、例えば以下に記載する既知の位置にあるオブジェクトによるものである。手段はさらに信号源を含むことができる。これらはオブジェクト自体を含むこともでき、また、例えば反射器の形をとるオブジェクトに対して光信号を発生させるよう構成することもできる。
図2aは本発明に係る測定ステップを図示する。トランスデューサは第１トランスデューサロケーションP₁（ブロックGTP₁）に配置され、シリアルナンバーｊはｊ＝１にセットされる。シリアルナンバー「ｉ」は１にセットされる（ブロックｉ＝１）。その後、測定される第１オブジェクト（ブロックDESO_i）が指定される（選択される）。次のブロックにおいて（DP_ij/SSL_ij）トランスデューサ装置はトランスデューサの現在ロケーションを、例えば上述の引用文献に記載された方法で既知のオブジェクトを測定することにより決定し、さらにその関連するオブジェクトに対する方向k_ijを決定する。トランスデューサの位置V_ojおよびサイトライン方向k_ijはオブジェクトの位置のこれ以降の計算に使用するために記憶される。次のブロックで（ALL i?）測定されるべき全てのオブジェクトに対して方向が決定されたどうかの調査が行われる。もしそうでなければ、シリアルナンバー「ｉ」が１増加し（ブロックｉ＝ｉ＋１）、次のオブジェクトが指定される。前述のステップがこのオブジェクトについても繰り返される。全てのオブジェクトについて行われると、つまり、ｉ＝ｎとなると、トランスデューサは次のトランスデューサロケーションP_j（GTP_j）に移動され、シリアルナンバーｊはｊ＋１にセットされ、シリアルナンバー「ｉ」は再度１にセットされる（ブロックｉ＝１）。測定されるべきオブジェクトが指定され、個々のシリアルナンバー「ｉ」を割り当てられる。トランスデューサ装置はここでロケーションP₁について説明したのと同様にオブジェクトを一つ一つ測定し、トランスデューサ位置V_ojとサイトライン方向k_ijを各測定について記憶する（ブロックDP_ij/SSL_ij）。全てのオブジェクトが測定されると（ブロックｉ＝n?）全ての所望のトランスデューサロケーションが含まれたかどうかの決定がなされる（ブロックALL j?）。もしそうでなければ、測定ステップは次のトランスデューサロケーションに対して繰り返される。全ての所望のトランスデューサロケーションが使用されると、トランスデューサ装置は記憶された測定値に基づいて決定されるべきオブジェクトの位置を計算し、これらの位置を記憶する。計算及び記憶はブロックCSP_iで実行される。
図2bはフローチャートの形式で計算プロセスを示す。リーストスクウェア方式が、様々なトランスデューサのロケーションからオブジェクトに対して測定されるサイトラインに基づいて、オブジェクトの位置を決定する基準として使用される。つまり、オブジェクトは位置とサイトライン間の距離の二乗の合計の最小となる位置にあると判断される。計算の開始においてｉ＝１にセットされる。つまり、計算はシリアルナンバー１を有するオブジェクトに対して最初に実行され、ｍ個（ｍ≧２）の異なるトランスデューサロケーションから決定されるサイトラインに基づいて行われる。第一に（ブロックd_ij）任意の点v_i＝（x_iy_iz_i）からの距離d_ijが、シリアルナンバー（１≦ｊ≦ｍ）を有するｍ個のトランスデューサロケーションからシリアルナンバーｉのオブジェクトまでの各サイトラインについて表される。距離は

によって得られ、ここで、
k_ij＝（α_ij＋β_ij＋γ_ij）
v_0j＝（x_0j,y_0j,z_0j）
その後、距離d_ijの二乗の合計ＳがブロックＳ＝Σd_ij ²に形成される。つまり、

x_iy_iz_iにかかる合計の最小はブロック

で求められる。つまり、合計Ｓは、三つの微分方程式がゼロになるようにセットされた後、x_iy_iz_iについて微分される。このようにして得られる方程式は以下の通りである。

ここで、α_ij、β_ij、γ_ij、x_oj、y_ojおよびz_ojは既知である。方程式は周知の方法で解かれる。合計Ｓの物理的最低値（最高値でなく）であるから、方程式によって得られるx_i、y_i、z_iの値は所望のオブジェクトのロケーションを構成する。
このようにして得られた、シリアルナンバーｉを有するオブジェクトの位置は、ブロックSTOx_i、y_i、z_iで記憶される。ブロックｉ＝n?でチェックが行われ、全てのｎオブジェクトについて位置の計算が行われたことが確認される。もしそうでなければ、ｉ＝ｉ＋１にセットされ、次のオブジェクトに対して計算が繰り返される。
上述は少なくとも二つの離れたトランスデューサロケーションからサイトライン方向を決定することによって、どのようにして決定プロセスが実行されるかの説明である。原理的には、決定されるべき位置のオブジェクトの一つに対して二つのトランスデューサロケーションが同一のサイトライン上に並ばない限り、二つのトランスデューサロケーションで十分である。しかしながら、より多くの測定を行うことが好ましい。これは、例えば、トランスデューサの位置と配向を実質的に任意に変化させ、その間、システムは好ましくは自動的にかつ短いインターバルで（必要な時に）トランスデューサのロケーションを決定し、さらに各ロケーションにおいて決定されるべきオブジェクトに対するサイトラインの方向を決定することによって達成しうる。十分な数の測定（例えば、100から10000回の測定）が実行されると、オブジェクトの位置が全ての測定結果を用いて計算される。これにより、位置を決定する精度は向上する。
これに代わる測定方法によると、トランスデューサは実質的に継続して（つまり特定のロケーションで止まることなく）移動する。様々なオブジェクトに対するサイトラインはその間継続的に測定される。参照オブジェクトに対するサイトラインの測定は適当なインターバルを持って実行され、サイトラインが新しいオブジェクトに対して測定される度に、例えば各サイトラインから各オブジェクトに対する測定の補間法によって、トランスデューサの実際のロケーションが得られる。このような方法は図2cに示される。トランスデューサＧが第１トランスデューサロケーションP_aから第２トランスデューサロケーションP_bをつなぐパスを継続的に通過する。第１オブジェクト，第２オブジェクト，第３オブジェクトおよびそれ以降に対するサイトラインが、パスに沿つた複数の点1,2,3およびそれ以降の点で測定される。未知の位置にある新しいオブジェクトグループ中の第1,第2,第３及びそれ以降のオブジェクトに対するサイトラインがパスに沿つた複数の点A,B,Cおよびそれ以降の点で測定される。測定は好ましくは自動的に実行され、目的のオブジェクトに対するサイトラインは、新しいオブジェクトに対するサイトラインの測定の毎に、補間法によってトランスデューサロケーションが十分な精度で得られる程度に頻繁なインターバルで、測定される。
複数のオブジェクトと複数のトランスデューサロケーションが使用されるとき、全てのトランスデューサロケーションから全てのオブジェクトが見えるかどうかはわからない。この場合、オブジェクトを見ることのできるトランスデューサロケーションからの情報が各オブジェクトの位置を決定するのに使用される。（しかしながら、オブジェクトは少なくとも二つの異なるトランスデューサロケーションから見ることができなければならない。）
上記からわかるように、導入部分で説明されたタイプのトランスデューサ装置が上述の方法で使用される。各装置が計算手段を含むため、この計算手段を上述のオブジェクト位置を決定するプロセスで必要とされる計算にも使用することができる。トランスデューサ装置の計算手段は、好ましくは適切にプログラムされたデジタルプロセッサ装置を有する。上記の計算を実行するようプログラムすることもできる。
上述の方法はこのようにして未知の位置を有する複数のオブジェクトに決定された位置を与え、その位置を記憶することができる。その後、これらの位置は導入部分で説明されたタイプのトランスデューサ装置に補助されて位置決定に使用することができる。
図3aは、本発明の一実施例によって、図中の未知の位置にあるオブジェクトを測定するときにトランスデューサのロケーションを決定するための、スタンドCFの使用方法を示している。スタンドは例えば１メートルほどの横寸法を有することができるが、その寸法は用途に適していなければならない。スタンドはその内側を向いたオブジェクトを有し、オブジェクトはマーカーM₁−M₄の形を取っている。位置を決定されるべきオブジェクトはOB₁−OB₃と指定される。このスタンドは穴があいており、またなるべくオープンであって、トランスデューサとオブジェクトOB₁−OB₃との間の視線の妨げを最小限としている。測定中トランスデューサＧはスタンドの中で保持され、異なるロケーション間を移動する。後のロケーションは、各ロケーションにおいて、トランスデューサが少なくとも三つのマーカーM₁−M₄と、少なくとも一つのオブジェクトOB₁−OB₃を同時に視野に入れるように決定される。マーカーM₁−M₄の相対的な位置は既知であり、これによりトランスデューサ装置は各トランスデューサロケーションにおいて、既知のマーカー位置情報およびマーカーに対する方向を検知することにより、トランスデューサの位置を決定する。オブジェクトの位置は上記のように決定されたトランスデューサロケーションとオブジェクトOB₁−OB₃に対する方向の検知に基づいて上述の通り決定される。
簡易化のため、図3aでは４個のマーカーのみが図示される。しかしながら、トランスデューサのロケーションが信頼性高く決定されるためには、スタンドは好ましくは図より多くの、スタンド中での配向及びロケーションが独立したマーカーを有することが好ましい。マーカーは各角部およびスタンドの側部の中間に配置することができる（図3b参照）。マーカーはさらに多くの情報を供給するため、異なるタイプであってもよい。
スタンドCFは、マーカーの相対的な位置が十分な精度を保つよう、対角やコーナープレートといった適切な補強を有する金属部分のフレームの形であってもよいし、ロッドであってもよい。スタンドは好ましくは平行六面体形であって、実施例によれば折りたたんで持ち運びが可能である。必要なマーカーが配置されると、もしくは他の適当なオブジェクトが決定されると、スタンドはオブジェクト／マーカーとの好ましい位置関係に配置され、測定が実行される。スタンドはその後取り外され、トランスデューサ装置が決定されたオブジェクトを有効に利用する。
上述のタイプのスタンドは記載された方法の測定にのみ使用されるわけではなく、トランスデューサ装置の作業中にも使用することができる。トランスデューサの作業領域は実質的にスタンドの内側ということになり、作業中、トランスデューサはスタンドに取り付けられたマーカーを使用する。スタンドの形状及び寸法は、トランスデューサ装置及びそれを支持する装置（例えば、作業ロボット）が十分に広い作業スペースの中で自由に作業できるように調整される。スタンドを組み立て、所望の位置に置くだけで、トランスデューサ装置は素早くかつ簡単に作業に従事することができる。同様のことが作業スペースを移動するときにもいえ、このときはスタンドを新しい位置に移動するだけでよい。本願において、スタンドは外部オブジェクトをはっきりと見える構成である必要はない。
図3bは上述のスタンドCFの実施例を示す。スタンドは側面がオープンな平行六面体ボックスからなる。ボックスは例えば、金属やプラスチックからなる。一実施例によると、トランスデューサ装置が配送の際に梱包される箱からなる。箱は内側にマーカーがすでに印刷され、オープンされるべき側面の部分を取り除くよう指示する印のついた厚紙であってもよい。マーカーの相対的な位置はトランスデューサ装置にプログラム済みであってもよい。この実施例はトランスデューサ装置を簡易にかつ迅速に使用開始することを可能とし、また作業スペースを簡易かつ迅速に移動することを可能とする。
図3cに、マーカーをスタンド内の側部CF1の中間部分に配置する方法を例示する。マーカーは小さな塗りつぶされた丸M_10aとそれを取り巻く丸M_10bとからなる。マーカーは、トランスデューサに取り付けられた光源に対して光る反射ペンキやテープからなることも可能である。さらに、紫外線を発する光源に対して光る蛍光ペンキからなることも可能である。スタンドが厚紙製の箱である場合、マーカーは製造時に箱に印刷もしくは取り付けられる。これは角部に配置されるマーカーであっても同じことである。
図3dには、代替的に箱のタブCF2にマーカーM₅を配置する方法が示される。タブは製造中に箱の底の一部を形成し、三つの面に沿って切り取るよう指示が書き添えられる。タブは四つ目の面に沿って面CF1の垂直部分に向かって折られ、テープによって、もしくはCF1にあらかじめ形成されるスリットに挿入することによって、CF1の垂直部分に連結される。
図3a−3dに関連して説明した構造は、基準マーカーM₁,M₂等を配置する構造の単なる実施例にすぎない。関連する信号を通過させる構造は上述の代わりに、使用される波長領域を透過させる材質の壁を有する球体その他の容器（例えば光信号を使用する際のガラスやプラスチック）からなることが可能であり、ここでも基準マーカーは壁内部に配置されたマーカーや反射テープから成ることも可能である。図3a−3dに関連して説明した構造は平行六面体形のフレームからなる。もちろん、形は平行六面体形に限らず、どのような多面体であってもよい。
図4aは二つのトランスデューサロケーションを有する長方形のビーム（梁）TBを図示する。トランスデューサＧはトランスデューサロケーションのいずれかに配置される。これらが形成されるので、各トランスデューサロケーション内のトランスデューサロケーションはビームに対して注意深く決定される。トランスデューサはその相対的な位置が正確に理解されるロケーションP₁とP₂の位置をとる。ロケーションのうちの一つ、例えばP₁、に配置されたトランスデューサから測定を実行するとき、オブジェクトOB₁−OB_nに対する方向がまず決定される。その後、ビームの位置や配向を変えることなく、同じことがロケーションP₂に配置されたトランスデューサから行われる。このようにして二つの離れた位置からの各オブジェクトに対するサイトラインの方向がわかり、かつビーム上の二つのトランスデューサロケーションによって規定されることにより、相対的な位置がわかる。図１及び２に係る説明からもわかるとおり、これによってオブジェクトの位置を決定することができる。これらの位置はビームの座標システムにおいて決定される。しかしながら、オブジェクトの位置が座標システム上で明らかであるので、オブジェクト同士の相対的な位置もわかる。トランスデューサシステムの使用はこれらの相対的な位置の知識を必要とし、相対的な位置は、絶対位置が決定された座標システムの中では独立である。
図4aのビームTBは斜視的にのみ示される。ビームは両端にトランスデューサのホルダーを有するロッドや金属部品などの様々な設計を有することができる。代替的に、ビームTBは各トランスデューサロケーションに一つずつ配置される二つのトランスデューサを有することもできる。二つのトランスデューサ間で測定を行うことにより、ビームを動かす必要がなくなる。
上記の装置は、二以上のトランスデューサもしくはトランスデューサロケーションを有することも可能である。例えばそれは三つのトランスデューサロケーションを有する三角形のフレームからなる。同様に、ビーム／フレームを配向するにあたってさらに大きな自由を与えるために、別々の方向を向く二以上のトランスデューサを用いたり、トランスデューサロケーションをビームやフレームに配置することもできる。
上記の装置は二以上のトランスデューサを有する、統合されて、例えば手に持つことのできるトランスデューサユニットの形を取ることもできる。このようなトランスデューサユニットは新しいオブジェクトの位置を自動的に決定するように設定することも可能である。このタイプのトランスデューサユニットは図4bに示される。このユニットは、手で確実に保持可能なように構成された中央部12を有する。前述のタイプの方向検知センサ11aおよび11bが各端部に取り付けられる。センサは相対的に角度を有するように配置され、または互いに平行であっても（図4a参照）互いに反対向きであってもよい。
図３に関連して述べたとおり、異なるロケーションにあるビームに対して複数回の測定を行うことにより、測定精度は増加する。
図５は作業に際して、例えば上述の方法によってすでに位置が決定されているオブジェクトである、既知の位置にある一組OSAのオブジェクト（OBA₁,OBA₂…）を利用するトランスデューサＧを示す。作業領域を拡張するとき、これらのオブジェクトは一組OSBの新しいオブジェクト（OBB₁、OBB₂…）の位置を決定するために使用される。これは、図１−３に関連する記載の中で説明される方法によって実行されうる。つまり、複数の（少なくとも二つの）離れたトランスデューサロケーション（図５のP1とP2）の各で、上述の方法によって組OSBのオブジェクトの位置が計算された後、トランスデューサのロケーションは、既知のオブジェクト組OSAの補助により、かつ組OSBのオブジェクトに対する方向から、決定される。
上記の説明からわかるとおり、本発明は未知の位置にあるオブジェクトの位置を、簡単な機械的構造を補助的に使用し、決定されたオブジェクトを利用するトランスデューサ装置以外の測定装置を必要とせずに、迅速かつ簡単に、高精度で決定する方法を提供する。

Claims (9)

1. オブジェクトとトランスデューサの間を直線的に伝達される信号を発する一組のオブジェクト（OB₁−OB_n、M₁−M_n、OSA、OSB）の補助によりトランスデューサの位置および／または配向を決定する装置におけるオブジェクト（OB₁−OB_n、OSB）の位置を決定する方法であって、該装置は、
   前記一組中のオブジェクトによって発せられる信号を受信するよう設計されたトランスデューサ（Ｇ）と、
   前記トランスデューサおよび前記トランスデューサから前記複数のオブジェクトに向かうサイトラインとの関係において方向を規定するための方向規定信号を発生させる部材と、および
   互いの相対的な位置が既知である複数のオブジェクト（M₁−M_n、OSA）に対する方向を規定する信号に基づいて、トランスデューサの位置および／または配向を決定する情報を発生するよう構成される計算手段とからなり、
   各複数のオブジェクト（OB₁−OB_n、OSB）の位置を決定するために、オブジェクトに対するサイトラインの方向は、互いの相対的な位置が既知である少なくとも二つの離れたトランスデューサロケーション（P₁、P₂）に配置されるトランスデューサ（Ｇ）の補助を受けて決定され、
   少なくとも特定のトランスデューサロケーション（P₁、P₂）は、互いの相対的な位置が既知である複数の参照オブジェクト（M₁−M_n、OSA）の補助を受けて決定され、ここでトランスデューサロケーションは参照オブジェクトの位置及びトランスデューサの検知した参照オブジェクトに向かうサイトラインの方向に基づいて計算され、
   位置を決定すべきオブジェクトに対して、オブジェクトの位置（v_i）および／または配向の測定が、前記トランスデューサロケーション（P₁、P₂）およびトランスデューサの補助により決定されたオブジェクトの方向（k_ij）に基づいて計算されることを特徴とする方法。
2. 前記参照オブジェクトを支持する機械的構造（CF）が前記オブジェクトの決定の際に使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 三次元構造（CF）が測定の際に使用され、前記トランスデューサロケーションは少なくともそのうちのいくつかが該構造の内部に配置されるように選択されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記決定プロセスで使用されるトランスデューサは手に保持されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. オブジェクトとトランスデューサの間を直線的に伝達される信号を発する一組のオブジェクト（OB₁−OB_n、M₁−M_n、OSA、OSB）の補助によりトランスデューサの位置および／または配向を決定する装置において使用する、既知の位置にある一組のオブジェクトの製造装置であって、前記決定する装置は
   前記一組中のオブジェクトによって発せられる信号を受信するよう設計されたトランスデューサ（Ｇ）と、
   前記トランスデューサおよび前記トランスデューサから前記複数のオブジェクトに向かうサイトラインとの関係において方向を規定するための方向規定信号を発生させる部材と、および
   互いの相対的な位置が既知である複数のオブジェクト（M₁−M_n、OSA）に対する方向を規定する信号に基づいて、トランスデューサの位置および／または配向を決定する情報を発生するよう構成される計算手段とからなり、
   トランスデューサの位置および／または配向を決定するために、前記製造装置は、互いの相対的位置が既知である複数の参照オブジェクト（例えばM₁−M₄）を支持する機械的構造（CF）を有することを特徴とする装置。
6. 前記機械的構造はフレームからなることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 前記機械的構造は三次元構造であり、前記参照オブジェクト（例えばM₁−M₄）は構造の内側を向いて支持され、前記構造及び前記参照オブジェクトは、前記トランスデューサが該構造の中で複数の異なるトランスデューサロケーションに配置されることを可能とするように構成されることを特徴とする、請求項５または６に記載の装置。
8. 前記機械的構造が持ち運び可能であることを特徴とする、請求項５、６または７に記載の装置。
9. 前記機械的構造は多面体であることを特徴とする、請求項５、６、７または８に記載の装置。

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