JP5516204B2 - Positioning method and system - Google Patents
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Description
本発明は、位置決め対象物を目標位置に位置決めする方法及びシステムに関する。 The present invention relates to a method and system for positioning a positioning object at a target position.
墨出し装置により墨出しを行う際、墨出し装置に設けられたレーザ式やインク式等の墨出し器の位置の計測が必要である。その位置計測は、トランシット（光波測量器）やトランシットによる位置計測を自動化したトータルステーション（例えば、特許文献１参照）等を使用して行うことができる。トランシットによる位置計測では、測距儀から墨出し装置に設置した反射プリズムに向けて光波が発射され、反射プリズムで反射された光波の発信回数に基づいて計測点までの距離が算出される。 When inking with the inking device, it is necessary to measure the position of a laser-type or ink-type inking device provided in the inking device. The position measurement can be performed using a transit (light wave surveying instrument), a total station (for example, refer to Patent Document 1) in which position measurement by the transit is automated, or the like. In the position measurement by the transit, a light wave is emitted from a distance finder toward the reflecting prism installed in the ink-depositing device, and the distance to the measurement point is calculated based on the number of times the light wave is reflected by the reflecting prism.
上述のトランシットによる位置計測では、反射プリズムが測距儀を向いていないときには位置計測を実施できず、リアルタイムで位置計測を実施できない時間が生まれる。このため、墨出し器等の位置決め対象物を、その位置を検出しながら検出された位置に基づいて目標位置に向けて移動させることができず、従って、墨出し装置等の位置決め装置を目標位置まで自律走行させること等ができない。 In the position measurement by the above-described transit, the position measurement cannot be performed when the reflecting prism is not facing the distance measuring probe, and a time in which the position measurement cannot be performed in real time is generated. For this reason, the positioning object such as the inking device cannot be moved toward the target position based on the detected position while detecting the position thereof. Therefore, the positioning device such as the inking device cannot be moved to the target position. It is not possible to run autonomously.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、位置決め対象物を、その位置を検出しながら検出された位置に基づいて目標位置に向けて移動させることができ、移動させた位置決め対象物を、正確に該目標位置に位置決めすることができる位置決め方法及びシステムを提供するものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the positioning object can be moved toward the target position based on the detected position while detecting the position thereof. Is provided with a positioning method and system capable of accurately positioning the target at the target position.
上記課題を解決するために、本発明に係る位置決め方法は、位置決め対象物を目標位置に位置決めする位置決め方法であって、レーザレンジファインダを使用して、前記位置決め対象物を、その位置を計測しながら前記目標位置に向けて移動させる移動工程と、前記移動工程の後に、トータルステーションを使用して、前記位置決め対象物を、その位置を計測しながら前記目標位置に位置決めする位置決め工程と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a positioning method according to the present invention is a positioning method for positioning a positioning target object at a target position, and measures the position of the positioning target object using a laser range finder. A positioning step for positioning the positioning target object at the target position while measuring the position using a total station after the moving step. It is characterized by.
上記位置決め方法において、前記移動工程では、前記位置決め対象物を二次元平面内で位置決めする位置決め装置を、前記目標位置に向けて移動させてもよく、前記位置決め工程では、前記位置決め装置により前記位置決め対象物を、前記目標位置に位置決めしてもよい。 In the positioning method, in the moving step, a positioning device that positions the positioning object in a two-dimensional plane may be moved toward the target position. In the positioning step, the positioning target is moved by the positioning device. An object may be positioned at the target position.
上記位置決め方法において、前記移動工程は、前記位置決め装置に設けられた被計測体の表面上における複数の計測点の位置情報を、前記レーザレンジファインダから取得する情報取得工程と、前記レーザレンジファインダから取得した前記複数の計測点の位置情報に基づいて、前記被計測体の輪郭に対して所定の位置関係に設定された前記位置決め対象物の位置を推定する推定工程と、を備えてもよい。 In the positioning method, the moving step includes an information acquisition step of acquiring, from the laser range finder, positional information of a plurality of measurement points on the surface of the measurement object provided in the positioning device, and the laser range finder. An estimation step of estimating the position of the positioning object set in a predetermined positional relationship with respect to the contour of the measurement object based on the acquired position information of the plurality of measurement points.
上記位置決め方法において、前記被計測体は円柱体であって、前記位置決め対象物の位置は、前記円柱体の中心軸の延長線上に設定されてもよく、その場合、前記推定工程において、最小二乗法又は最小二乗法又は最尤法を用いて、前記複数の計測点の位置を近似した円の方程式を求め、求めた円の方程式に基づいて、前記中心軸上の点の位置を推定してもよい。また、上記位置決め方法において、前記位置決め対象物は、墨出し器であってもよい。 In the positioning method, the object to be measured may be a cylindrical body, and the position of the positioning object may be set on an extension line of the central axis of the cylindrical body. Using a multiplicative method, a least square method or a maximum likelihood method, obtain a circle equation that approximates the positions of the plurality of measurement points, and based on the obtained circle equation, estimate the position of the point on the central axis. Also good. In the positioning method, the positioning object may be a marking device.
また、上記課題を解決するために、本発明に係る位置決めシステムは、位置決め対象物を目標位置に位置決めする位置決めシステムであって、レーザレンジファインダを使用して計測される前記位置決め対象物の位置に基づいて、前記位置決め対象物を前記目標位置に向けて移動させる移動機構と、前記移動機構により前記位置決め対象物が移動された後に、トータルステーションを使用して計測される前記位置決め対象物の位置に基づいて、前記位置決め対象物を前記目標位置に位置決めする位置決め機構と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a positioning system according to the present invention is a positioning system that positions a positioning object at a target position, and is positioned at the position of the positioning object measured using a laser range finder. Based on the position of the positioning object measured using a total station after the positioning object is moved by the moving mechanism, and a moving mechanism that moves the positioning object toward the target position. And a positioning mechanism for positioning the positioning object at the target position.
本発明に係る位置決め方法及びシステムによれば、位置決め対象物を、その位置を検出しながら検出された位置に基づいて目標位置に向けて移動させることができ、移動させた位置決め対象物を、正確に該目標位置に位置決めすることができる。 According to the positioning method and system of the present invention, the positioning object can be moved toward the target position based on the detected position while detecting the position, and the moved positioning object can be accurately It is possible to position at the target position.
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る墨出しシステム１００の構成を示す斜視図である。この図に示すように、墨出しシステム１００は、自律走行型の墨出し装置１０と、レーザーレンジファインダ（以下、ＬＲＦという）１１０と、トータルステーション１２０と、墨出し装置１０をコントロールするパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣという）１３０とを備えている。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of the ink marking system 100 according to an embodiment. As shown in this figure, an inking system 100 includes an autonomous running type inking device 10, a laser range finder (hereinafter referred to as LRF) 110, a total station 120, and a personal computer (hereinafter referred to as an inking device 10). 130).
図２は、墨出し装置１０を示す斜視図である。この図に示すように、墨出し装置１０は、杭芯の打設位置を示すマークを地面に押印するスタンプ機構１２と、水平方向の位置調整を可能にスタンプ機構１２を支持する位置調整機構２０と、位置調整機構２０を支持するフレーム５０と、フレーム５０の底部に配された走行機構６０と、フレーム５０の上部に支持された一対の計測プリズム７０Ａ、７０Ｂとを備えている。 FIG. 2 is a perspective view showing the ink marking device 10. As shown in this figure, the marking device 10 includes a stamp mechanism 12 that stamps a mark indicating a pile core placement position on the ground, and a position adjustment mechanism 20 that supports the stamp mechanism 12 so that the horizontal position can be adjusted. And a frame 50 that supports the position adjustment mechanism 20, a traveling mechanism 60 disposed on the bottom of the frame 50, and a pair of measurement prisms 70 </ b> A and 70 </ b> B supported on the top of the frame 50.
スタンプ機構１２は、上記マークが刻印されインクが充填されたスタンプ部１４と、スタンプ部１４を昇降させる昇降機構１６とを備えている。昇降機構１６は、スランプ部１４を鉛直方向（図中ｚ方向）に移動可能に支持するレール１６Ｒと、スタンプ部１４をレール１６Ｒに沿って移動させるモータ１６Ｍとを備えている。この昇降機構１６によりスタンプ部１４が地面まで下降されることにより上記マークが地面に押印される。 The stamp mechanism 12 includes a stamp portion 14 that is engraved with the mark and filled with ink, and an elevating mechanism 16 that raises and lowers the stamp portion 14. The elevating mechanism 16 includes a rail 16R that supports the slump portion 14 so as to be movable in the vertical direction (z direction in the drawing), and a motor 16M that moves the stamp portion 14 along the rail 16R. The mark is impressed on the ground by the stamp mechanism 14 being lowered to the ground by the elevating mechanism 16.
位置調整機構２０は、スタンプ機構１２を互いに直交する２方向（図中ｘ方向及びｙ方向）に移動させるｘ−ｙ調整機構３０と、ｘ−ｙ調整機構３０を鉛直軸周りの方向（図中θ方向）に回転させる回転角調整機構４０とを備えている。ｘ−ｙ調整機構３０は、昇降機構１６をモータ駆動によりｙ方向に移動させるｙ軸ステージ３２と、ｙ軸ステージ３２をモータ駆動によりｘ方向に移動させるｘ軸ステージ３４とを備えている。 The position adjusting mechanism 20 includes an xy adjusting mechanism 30 that moves the stamp mechanism 12 in two directions orthogonal to each other (x direction and y direction in the figure), and the xy adjusting mechanism 30 in a direction around the vertical axis (in the figure). and a rotation angle adjusting mechanism 40 that rotates in the θ direction. The xy adjustment mechanism 30 includes a y-axis stage 32 that moves the elevating mechanism 16 in the y direction by motor driving, and an x-axis stage 34 that moves the y-axis stage 32 in the x direction by motor driving.
ｙ軸ステージ３２は、ｙ方向に延び、昇降機構１６をｙ方向に移動可能に支持するレール３２Ｒと、昇降機構１６をレール３２Ｒに沿って移動させるモータ３２Ｍとを備えている。また、ｘ軸ステージ３４は、ｘ方向に延び、レール３２Ｒをｘ方向に移動可能に支持するレール３４Ｒと、レール３２Ｒをレール３４Ｒに沿って移動させるモータ３４Ｍとを備えている。 The y-axis stage 32 includes a rail 32R that extends in the y direction and supports the elevating mechanism 16 so as to be movable in the y direction, and a motor 32M that moves the elevating mechanism 16 along the rail 32R. The x-axis stage 34 includes a rail 34R that extends in the x direction and supports the rail 32R so as to be movable in the x direction, and a motor 34M that moves the rail 32R along the rail 34R.
また、回転角調整機構４０は、ｘ軸ステージ３４をフレーム５０の中段の台板５２に鉛直軸周りに回転自在に支持する回転支軸４２と、回転支軸４２をその軸心周りに回転させるモータ４４とを備えている。回転支軸４２は、フレーム５０の中心を通る鉛直軸上に配されている。 Further, the rotation angle adjusting mechanism 40 rotates the rotation support shaft 42 around the axis center thereof, and the rotation support shaft 42 that supports the x-axis stage 34 on the middle stage plate 52 of the frame 50 so as to be rotatable around the vertical axis. And a motor 44. The rotation support shaft 42 is disposed on a vertical axis that passes through the center of the frame 50.
フレーム５０は、ｘ−ｙ調整機構３０の周囲に配された４本の脚部５４と、４本の脚部５４の上端に固定された円盤状の上記台板５２と、台板５２の周縁部に下端が固定された４本の脚部５６と、４本の脚部５４の上端に固定された円盤状の台板５８とを備えている。４本の脚部５４は、正方形状に配されている。また、台板５２上には、上記モータ４４やコントローラ１８等が設置されている。また、回転支軸４２は、台板５２の中心に回転自在に支持されている。また、台板５８上には、上記一対の計測プリズム７０Ａ、７０Ｂが設置されている。 The frame 50 includes four leg portions 54 arranged around the xy adjustment mechanism 30, the disk-shaped base plate 52 fixed to the upper ends of the four leg portions 54, and the periphery of the base plate 52. 4 leg portions 56 whose lower ends are fixed to each other, and a disk-shaped base plate 58 fixed to the upper ends of the four leg portions 54. The four leg portions 54 are arranged in a square shape. On the base plate 52, the motor 44, the controller 18, and the like are installed. The rotation support shaft 42 is rotatably supported at the center of the base plate 52. The pair of measurement prisms 70A and 70B are installed on the base plate 58.
走行機構６０は、複数の多方向移動ホイール（例えば、オムニホイール（登録商標））６２を備えている。多方向移動ホイール６２は、車輪本体の円周方向に複数の樽型の小輪が取り付けられた車輪であり、車輪本体の回転により前後方向に移動し、小輪の回転により左右方向に移動できるようになっている。各多方向移動ホイール６２に対応して不図示のモータが設けられており、各モータが個別に制御されることにより、走行機構６０及びその上に設置されているフレーム５０等の進行方向が制御される。 The traveling mechanism 60 includes a plurality of multidirectional moving wheels (for example, an omni wheel (registered trademark)) 62. The multi-directional moving wheel 62 is a wheel in which a plurality of barrel-shaped small wheels are attached in the circumferential direction of the wheel main body. The multi-directional moving wheel 62 moves in the front-rear direction by the rotation of the wheel main body and can move in the left-right direction by the rotation of the small wheels. It is like that. A motor (not shown) is provided corresponding to each multi-directional moving wheel 62, and the traveling direction of the traveling mechanism 60 and the frame 50 installed thereon is controlled by controlling each motor individually. Is done.
一対の計測プリズム７０Ａ、７０Ｂは、トータルステーション用のプリズム反射鏡であり、トータルステーションの本体から投射された測距測角用の光を反射してその本体へ送り返す。 The pair of measurement prisms 70A and 70B are prism reflection mirrors for the total station, and reflect the distance measurement angle light projected from the main body of the total station and send it back to the main body.
図３は、位置調整機構２０を示す正面図である。また、図４は、位置調整機構２０を示す側面図である。図３に示すように、回転支軸４２の下端が、ｘ軸ステージ３４のレール３４Ｒの上面に固定されている。ここで、回転支軸４２の中心は、レール３４Ｒの長手方向中央部から一方側にずれた位置に配されている。また、レール３４Ｒの長手方向一方側にはモータ３４Ｍが設けられている。 FIG. 3 is a front view showing the position adjusting mechanism 20. FIG. 4 is a side view showing the position adjustment mechanism 20. As shown in FIG. 3, the lower end of the rotation support shaft 42 is fixed to the upper surface of the rail 34 </ b> R of the x-axis stage 34. Here, the center of the rotation support shaft 42 is arranged at a position shifted to one side from the longitudinal center of the rail 34R. A motor 34M is provided on one side in the longitudinal direction of the rail 34R.
また、図４に示すように、レール３４Ｒのスライダ３４Ｓが、レール３２Ｒの上面に固定されている。ここで、スライダ３４Ｓは、レール３２Ｒの長手方向中央部から一方側にずれた位置に配されている。また、レール３２Ｒの長手方向一方側にはモータ３２Ｍが設けられている。 Further, as shown in FIG. 4, the slider 34S of the rail 34R is fixed to the upper surface of the rail 32R. Here, the slider 34S is arranged at a position shifted to one side from the longitudinal center of the rail 32R. A motor 32M is provided on one side in the longitudinal direction of the rail 32R.
また、レール３２Ｒのスライダ３２Ｓが、昇降機構１６のレール１６Ｒの上部に固定されている。ここで、スタンプ部１２は、レール１６Ｒよりもレール３２Ｒの長手方向一方側に配されている。また、回転角調整機構４０のモータ４４と回転支軸４２とは減速機構４６を介して連結されており、回転支軸４２の中心とモータ４４の回転軸とは互いにはずれて配されている。 The slider 32S of the rail 32R is fixed to the upper part of the rail 16R of the lifting mechanism 16. Here, the stamp portion 12 is arranged on one side of the rail 32R in the longitudinal direction from the rail 16R. Further, the motor 44 of the rotation angle adjusting mechanism 40 and the rotation support shaft 42 are connected via a speed reduction mechanism 46, and the center of the rotation support shaft 42 and the rotation shaft of the motor 44 are arranged away from each other.
図５から図８までは、位置調整機構２０の作用を示す平面図である。図５に示すように、位置調整機構２０では、回転支軸４２の中心を原点Ｏ´とするｘ´−ｙ´座標が設定されている。このｘ´−ｙ´座標は、回転支軸４２が回転することにより、図５に示す初期位置から原点Ｏ´の周りに回転する。なお、ｘ´−ｙ´座標のｘ´＞０，ｙ´＞０の領域を第１象限、ｘ´−ｙ´座標のｘ´＜０，ｙ´＞０の領域を第２象限、ｘ´−ｙ´座標のｘ´＜０，ｙ´＜０の領域を第３象限、ｘ´−ｙ´座標のｘ´＞０，ｙ´＜０の領域を第４象限という。 5 to 8 are plan views showing the operation of the position adjusting mechanism 20. As shown in FIG. 5, in the position adjustment mechanism 20, x′-y ′ coordinates having the origin O ′ as the center of the rotation support shaft 42 are set. The x′-y ′ coordinates rotate around the origin O ′ from the initial position shown in FIG. 5 as the rotation support shaft 42 rotates. Note that the region of x ′> 0, y ′> 0 of the x′-y ′ coordinate is the first quadrant, the region of x ′ <0, y ′> 0 of the x′-y ′ coordinate is the second quadrant, x ′. The region of x ′ <0, y ′ <0 in the −y ′ coordinate is referred to as the third quadrant, and the region of x ′> 0, y ′ <0 in the x′−y ′ coordinate is referred to as the fourth quadrant.
ｘ軸ステージ３４のレール３４Ｒは、ｘ´軸上に配されている。ｙ軸ステージ３２のレール３２Ｒは、ｙ´軸と平行に配されており、レール３４Ｒに沿ってｘ´方向に移動する。これにより、スタンプ機構１２がｘ´方向に移動する。また、スタンプ機構１２は、レール３２Ｒに沿ってｙ´方向に移動する。即ち、スタンプ部１４によるマークＭの押印位置が、図中破線のハッチングで示すｘ´−ｙ´平面Ａ内で移動する。 The rail 34R of the x-axis stage 34 is arranged on the x ′ axis. The rail 32R of the y-axis stage 32 is arranged in parallel with the y ′ axis and moves in the x ′ direction along the rail 34R. As a result, the stamp mechanism 12 moves in the x ′ direction. Further, the stamp mechanism 12 moves in the y ′ direction along the rail 32R. That is, the stamp position of the mark M by the stamp unit 14 moves in the x′-y ′ plane A indicated by hatching in the drawing.
ここで、ｘ軸ステージ３４では、モータ３４Ｍがレール３４Ｒの長手方向一方側（図中−ｘ´側）に配され、ｙ軸ステージ３２では、モータ３２Ｍがレール３２Ｒの長手方向一方側（図中−ｙ´側）に配されている。このため、ｙ軸ステージ３２のレール３２Ｒの−ｘ´側への移動が制限され、スタンプ機構１２の‐ｙ´側への移動が制限される。従って、スタンプ機構１２の可動範囲であるｘ´−ｙ´平面Ａは、第１象限側に偏り、第２から第４象限では、ｘ´−ｙ´平面Ａに含まれない範囲が広くなる。 Here, in the x-axis stage 34, the motor 34M is arranged on one side in the longitudinal direction of the rail 34R (-x 'side in the drawing), and in the y-axis stage 32, the motor 32M is arranged on one side in the longitudinal direction of the rail 32R (in the drawing). -Y 'side). For this reason, the movement of the rail 32R of the y-axis stage 32 to the -x 'side is restricted, and the movement of the stamp mechanism 12 to the -y' side is restricted. Therefore, the x′-y ′ plane A that is the movable range of the stamp mechanism 12 is biased toward the first quadrant, and the range not included in the x′-y ′ plane A is widened in the second to fourth quadrants.
ここで、ｘ´−ｙ´平面Ａの中心は、第１象限に配されており、ｘ´−ｙ´平面Ａの回転中心である回転支軸４２は、ｘ´−ｙ´平面Ａの中心に対して第３象限側にずらして配されている。このため、ｘ´−ｙ´平面Ａの回転半径Ｒは、ｘ´−ｙ´平面Ａの中心から頂点までの距離（対角線の１／２の長さ）よりも長くなる。 Here, the center of the x′-y ′ plane A is arranged in the first quadrant, and the rotation support shaft 42 that is the rotation center of the x′-y ′ plane A is the center of the x′-y ′ plane A. With respect to the third quadrant side. For this reason, the rotation radius R of the x′-y ′ plane A is longer than the distance from the center of the x′-y ′ plane A to the apex (1/2 the length of the diagonal line).
図６は、ｘ−ｙ調整機構３０を図４に示す初期位置から９０°反時計周りに回転させた状態を示している。この図に示すように、ｘ´−ｙ´平面Ａは、第２象限側に偏り、第１、第３及び第４象限では、ｘ´−ｙ´平面Ａに含まれない範囲が広くなる。ここで、ｘ´−ｙ´平面Ａを図４に示す初期位置から反時計周り方向に回転させることにより、第１及び第２象限における上端の領域を、ｘ´−ｙ´平面Ａに含めることができる。 FIG. 6 shows a state in which the xy adjusting mechanism 30 is rotated 90 ° counterclockwise from the initial position shown in FIG. As shown in this figure, the x′-y ′ plane A is biased toward the second quadrant, and the range not included in the x′-y ′ plane A is widened in the first, third, and fourth quadrants. Here, by rotating the x′-y ′ plane A counterclockwise from the initial position shown in FIG. 4, the upper end region in the first and second quadrants is included in the x′-y ′ plane A. Can do.
図７は、ｘ−ｙ調整機構３０を図５に示す初期位置から１８０°反時計周り方向に回転させた状態を示している。この図に示すように、ｘ´−ｙ´平面Ａは、第３象限側に偏り、第１、第２及び第４象限では、ｘ´−ｙ´平面Ａに含まれない範囲が広くなる。ここで、ｘ´−ｙ´平面Ａを図６に示す位置から反時計周り方向に回転させることにより、第２及び第３象限における左端の領域を、ｘ´−ｙ´平面Ａに含めることができる。 FIG. 7 shows a state in which the xy adjusting mechanism 30 is rotated 180 degrees counterclockwise from the initial position shown in FIG. As shown in this figure, the x′-y ′ plane A is biased toward the third quadrant, and the range not included in the x′-y ′ plane A is widened in the first, second, and fourth quadrants. Here, by rotating the x′-y ′ plane A counterclockwise from the position shown in FIG. 6, the left end region in the second and third quadrants can be included in the x′-y ′ plane A. it can.
図８は、ｘ−ｙ調整機構３０を図５に示す初期位置から２７０°反時計周り方向に回転させた状態を示している。この図に示すように、ｘ´−ｙ´平面Ａは、第４象限側に偏り、第１から第３象限では、ｘ´−ｙ´平面Ａに含まれない範囲が広くなる。ここで、ｘ´−ｙ´平面Ａを図７に示す位置から反時計周り方向に回転させることにより、第３及び第４象限における下端の領域をｘ´−ｙ´平面Ａに含めることができる。 FIG. 8 shows a state in which the xy adjusting mechanism 30 is rotated 270 degrees counterclockwise from the initial position shown in FIG. As shown in this figure, the x′-y ′ plane A is biased toward the fourth quadrant, and the range not included in the x′-y ′ plane A is widened in the first to third quadrants. Here, by rotating the x′-y ′ plane A counterclockwise from the position shown in FIG. 7, the lower end region in the third and fourth quadrants can be included in the x′-y ′ plane A. .
そして、図５に示すように、ｘ−ｙ調整機構３０を、図８に示す位置から反時計周り方向に回転させて初期位置に戻すことにより、第４及び第１象限における右端の領域を´−ｙ´平面Ａに含めることができる。以上、ｘ−ｙ調整機構３０を回転支軸４２の周りに回転させることにより、墨出し装置１０の内部でのスタンプ機構１２の可動範囲を拡張できる。 Then, as shown in FIG. 5, the xy adjustment mechanism 30 is rotated counterclockwise from the position shown in FIG. 8 to return to the initial position, whereby the right end region in the fourth and first quadrants is changed. -Y 'plane A can be included. As described above, the movable range of the stamp mechanism 12 inside the inking device 10 can be expanded by rotating the xy adjusting mechanism 30 around the rotation support shaft 42.
ここで、図１に示すように、墨出しシステム１００では、ＬＲＦ１１０で墨出し装置１０の位置を計測しながら、その計測値に基づいて墨出し装置１０を目標位置に向けて走行させる。その後、目標位置に向けて走行した墨出し装置１０の位置を、トータルステーション１２０で計測する。そして、その計測された位置と目標位置との誤差を補正するべく、位置調整機構２０を作動させる。そして、スタンプ部１４を下降させてマークＭを地面に押印する。以上で現場における墨出しが完了する。 Here, as shown in FIG. 1, in the inking system 100, the position of the inking device 10 is measured by the LRF 110, and the inking device 10 is caused to travel toward the target position based on the measured value. Thereafter, the total station 120 measures the position of the inking device 10 that has traveled toward the target position. Then, the position adjustment mechanism 20 is operated to correct an error between the measured position and the target position. Then, the stamp unit 14 is lowered to mark the mark M on the ground. This completes the inking on site.
トータルステーション１２０は、所定位置に設置された視準器１２２までの距離や、計測プリズム７０Ａ、７０Ｂまでの距離や、トータルステーション１２０の本体を始点として視準器１２２や計測プリズム７０Ａ、７０Ｂを終点とする各ベクトルの角度等に基づいて、計測プリズム７０Ａ、７０Ｂの位置を算出する。そして、トータルステーション１２０は、計測プリズム７０Ａ、７０Ｂの位置に基づいて、墨出し装置１０の原点Ｏ´の位置を算出する。 The total station 120 has a distance to the collimator 122 installed at a predetermined position, a distance to the measurement prisms 70A and 70B, and a collimator 122 and the measurement prisms 70A and 70B as the end points starting from the main body of the total station 120. The positions of the measurement prisms 70A and 70B are calculated based on the angle of each vector. Then, the total station 120 calculates the position of the origin O ′ of the marking device 10 based on the positions of the measurement prisms 70A and 70B.
ＬＲＦ１１０は、レーザ距離計を鉛直軸の周りに回転させることによりレーザ光を水平方向に走査して、上記鉛直軸から被計測物の輪郭上の複数の計測点までの距離を計測する水平ラインスキャンタイプの１軸の光走査式測距装置である。レーザ光の走査とは、レーザ光の射出角度を順次変化させることにより、レーザ光で受光面を所定方向に順次なぞることである。ＬＲＦ２０は、所定角度（例えば、０．２５°）回転される毎に光源からレーザ光を射出し、反射されたレーザ光を受光部が受光して、上記鉛直軸から被計測物の輪郭上の計測点までの距離を計測する。 The LRF 110 scans the laser beam in the horizontal direction by rotating the laser distance meter around the vertical axis, and measures the distance from the vertical axis to a plurality of measurement points on the contour of the object to be measured. This is a single-axis optical scanning rangefinder of the type. The scanning of the laser beam is to sequentially trace the light receiving surface in a predetermined direction with the laser beam by sequentially changing the emission angle of the laser beam. The LRF 20 emits laser light from the light source every time it is rotated by a predetermined angle (for example, 0.25 °), and the light receiving unit receives the reflected laser light, and the contour of the object to be measured is taken from the vertical axis. Measure the distance to the measurement point.
本実施形態における被計測物は、墨出し装置１０の上下の台板５２、５８の周りにシート材を固定することにより形成された半径ｒの円柱形状のターゲット１１２である。また、ターゲット１１２の円周面１１２Ｂは、レーザ光の乱反射を抑制するべく低輝度仕上げされている。これにより、ＬＲＦ１１０の鉛直軸から円周面１１２Ｂ上の計測点までの距離を計測する際のノイズを低減できる。また、円周面１１２Ｂの色は、レーザ光の反射率を考慮して、黒等の暗色ではなく、白等の明色である。 The object to be measured in the present embodiment is a columnar target 112 having a radius r formed by fixing a sheet material around the upper and lower base plates 52 and 58 of the inking device 10. Further, the circumferential surface 112B of the target 112 is finished with a low luminance so as to suppress irregular reflection of the laser light. Thereby, the noise at the time of measuring the distance from the vertical axis | shaft of LRF110 to the measurement point on the circumferential surface 112B can be reduced. The color of the circumferential surface 112B is not a dark color such as black but a light color such as white in consideration of the reflectance of the laser beam.
図９は、墨出しシステム１００の概略構成を示すブロック図である。この図に示すように、ＰＣ１３０は、ＬＲＦ１１０及びトータルステーション１２０に無線ＬＡＮや通信ケーブル等により接続されている。ＰＣ１３０は、ＬＲＦ１１００からの距離情報やトータルステーション１２０からの位置情報等を入力する入力部（入力インターフェース）１３１と、計算処理用のプログラムを記憶した不揮発性メモリ等の記憶部１３３と、当該プログラムを揮発性メモリ等に読み出して計算処理を実行する情報処理部（ＣＰＵ）１４０とを備える。 FIG. 9 is a block diagram showing a schematic configuration of the ink marking system 100. As shown in this figure, the PC 130 is connected to the LRF 110 and the total station 120 by a wireless LAN, a communication cable, or the like. The PC 130 includes an input unit (input interface) 131 for inputting distance information from the LRF 1100, position information from the total station 120, a storage unit 133 such as a non-volatile memory storing a calculation processing program, and volatilizing the program. And an information processing unit (CPU) 140 that reads the data into a memory or the like and executes calculation processing.
情報処理部１４０は、位置計測部１４１と、走行制御部１３２と、位置調整制御部１３４とを備えている。位置計測部１４１は、分別部１４２と、クラスタリング部１４４と、ノイズ除去部１４６と、推定部１４８と、判定部１４９とを備える。上記プログラムは、分別部１４２の分別機能、クラスタリング部１４４のクラスタリング機能、ノイズ除去部１４６のノイズ除去機能、推定部１４８の推定機能、及び判定部１４９の判定機能を実現させる。 The information processing unit 140 includes a position measurement unit 141, a travel control unit 132, and a position adjustment control unit 134. The position measurement unit 141 includes a classification unit 142, a clustering unit 144, a noise removal unit 146, an estimation unit 148, and a determination unit 149. The program realizes the classification function of the classification unit 142, the clustering function of the clustering unit 144, the noise removal function of the noise removal unit 146, the estimation function of the estimation unit 148, and the determination function of the determination unit 149.
図１０は、プログラムにより位置計測部１４１の各部の機能が実現されて行われる処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートに示すように、入力部１３１が、ＬＲＦ１１０から距離情報を取得すると（ステップ１）、分別部１４２が、ＬＲＦ１１０から距離情報が送信された計測点のうち、前景領域としての円周面１１２Ｂ上の計測点と、背景領域としての円周面１１２Ｂの周辺領域における計測点とを背景差分法により分別する（ステップ２）。 FIG. 10 is a flowchart for explaining processing performed by realizing the functions of the respective units of the position measurement unit 141 by a program. As shown in this flowchart, when the input unit 131 acquires distance information from the LRF 110 (step 1), the classification unit 142 has a circumferential surface 112B as a foreground region among the measurement points to which the distance information is transmitted from the LRF 110. The upper measurement points and the measurement points in the peripheral region of the circumferential surface 112B as the background region are separated by the background difference method (step 2).
また、クラスタリング部１４４は、分別部４２により前景領域に属すると判断された計測点に対して、最短距離法を用いてユーグリッド距離に基づいたクラスタリングを行う（ステップ３）。 In addition, the clustering unit 144 performs clustering based on the Eugrid distance using the shortest distance method on the measurement points determined to belong to the foreground region by the classification unit 42 (step 3).
また、ノイズ除去部１４６は、カルマンフィルタを用いて、クラスタリング部１４４によりクラスタリングされた多数の計測点のデータに含まれるノイズ成分を除去する（ステップ４）。なお、当該ノイズ成分の除去方法の詳細については後述する。 Further, the noise removing unit 146 removes a noise component included in the data of a large number of measurement points clustered by the clustering unit 144 using a Kalman filter (step 4). The details of the noise component removal method will be described later.
また、推定部１４８は、一定距離法や最小二条法や最尤法等の推定手法を用いて、クラスタリング部１４４によりクラスタリングされノイズ除去部１４６によりノイズ成分を除去された多数の計測点から、ターゲット１１２の中心位置を推定する（ステップ５）。なお、推定部１４８による中心位置の推定は、予め入力されたターゲット１１２の円周面１１２Ｂのプロファイルデータに基づいて最小二乗法等の推定手法を用いて行われるものであり、ニュートン法による繰り返し計算によって収束値を得るものである。なお、推定部１４８による中心位置の推定については、詳細に後述する。 In addition, the estimation unit 148 uses an estimation method such as a fixed distance method, a minimum two-row method, or a maximum likelihood method, from a number of measurement points that are clustered by the clustering unit 144 and noise components are removed by the noise removal unit 146. The center position of 112 is estimated (step 5). The estimation of the center position by the estimation unit 148 is performed using an estimation method such as a least square method based on the profile data of the circumferential surface 112B of the target 112 input in advance, and is repeatedly calculated by the Newton method. Is used to obtain a convergence value. The estimation of the center position by the estimation unit 148 will be described later in detail.
また、判定部１４９は、推定部１４８がニュートン法による繰り返し計算によって算出した値が、収束値未満になっているか否かを判定し、収束値未満であれば中心位置を確定し、収束値以上であれば再度計算を繰り返す（ステップ６、７）。 Further, the determination unit 149 determines whether the value calculated by the iterative calculation by the Newton method by the estimation unit 148 is less than the convergence value. If the value is less than the convergence value, the center position is determined. If so, the calculation is repeated again (steps 6 and 7).
図９に示すように、ＰＣ１３０は、走行機構６０を制御する走行制御部１３２を備えている。この走行制御部１３２は、判定部１４９によって確定された墨出し装置１０の中心座標（原点Ｏ´）と、予め設定されている目標座標Ｒとに基づいて、墨出し装置１０の原点Ｏ´に対する目標座標Ｒの方向及び距離を算出し、算出した結果に基づいて走行機構６０の走行方向及び走行距離を設定する。これにより、墨出し装置１０が、目標座標Ｒに向けて移動する。 As shown in FIG. 9, the PC 130 includes a travel control unit 132 that controls the travel mechanism 60. The travel control unit 132 determines the origin O ′ of the inking device 10 based on the center coordinates (origin O ′) of the inking device 10 determined by the determining unit 149 and the preset target coordinates R. The direction and distance of the target coordinate R are calculated, and the travel direction and travel distance of the travel mechanism 60 are set based on the calculated result. As a result, the ink marking device 10 moves toward the target coordinate R.
また、ＰＣ１３０は、位置調整機構２０を制御する位置調整制御部１３４を備えている。この位置調整制御部１３４は、トータルステーション１２０により計測された墨出し装置１０の原点Ｏ´の位置座標と、予め設定されている目標座標Ｒとに基づいて、墨出し装置１０の原点Ｏ´の位置座標に対する目標座標Ｒの方向及び距離を算出し、算出した結果に基づいてスタンプ機構１２の移動方向及び移動距離を設定する。これにより、スタンプ部１４が、目標座標Ｒまで移動する。 The PC 130 also includes a position adjustment control unit 134 that controls the position adjustment mechanism 20. The position adjustment control unit 134 determines the position of the origin O ′ of the inking apparatus 10 based on the position coordinates of the origin O ′ of the inking apparatus 10 measured by the total station 120 and the preset target coordinates R. The direction and distance of the target coordinate R with respect to the coordinates are calculated, and the moving direction and moving distance of the stamp mechanism 12 are set based on the calculated result. Thereby, the stamp part 14 moves to the target coordinate R.
ここで、ＬＲＦ１１０を使用して墨出し装置１０の原点Ｏ´の位置を計測する方法について詳細に説明する。図１１（Ａ）は、カルマンフィルタによるノイズ除去を行っていない場合における円周面１１２Ｂの片側のプロファイルの検出結果を示すグラフである。また、図１１（Ｂ）は、カルマンフィルタによるノイズ除去を行った場合における円周面１１２Ｂのプロファイルの片側の検出結果を示すグラフである。 Here, a method for measuring the position of the origin O ′ of the inking device 10 using the LRF 110 will be described in detail. FIG. 11A is a graph showing a profile detection result on one side of the circumferential surface 112B when noise removal by the Kalman filter is not performed. FIG. 11B is a graph showing a detection result on one side of the profile of the circumferential surface 112B when noise removal by the Kalman filter is performed.
ここで、円周面１１２Ｂの片側の円弧部の両端で反射された鏡面成分の光は、ＬＲＦ２０まで戻らず、当該円弧部の両端で反射された乱反射成分の光のみが、ＬＲＦ２０に戻る。このため、ＬＲＦ２０が検出する反射光の信号雑音比（Ｓ／Ｎ比）が高くなる。従って、カルマンフィルタによるノイズ除去を行っていない場合には、円周面１１２Ｂ上の多数の計測点までの距離の検出精度が悪化し、図１１（Ａ）に示すように、円周面１１２Ｂの円弧部の両端の形状が崩れる。 Here, the light of the specular component reflected at both ends of the arc portion on one side of the circumferential surface 112B does not return to the LRF 20, but only the light of the irregular reflection component reflected at both ends of the arc portion returns to the LRF 20. For this reason, the signal noise ratio (S / N ratio) of the reflected light detected by the LRF 20 is increased. Therefore, when noise removal by the Kalman filter is not performed, the detection accuracy of distances to a large number of measurement points on the circumferential surface 112B deteriorates, and as shown in FIG. 11A, the circular arc of the circumferential surface 112B. The shape of both ends of the part collapses.
そこで、反射光強度フィルタをカルマンフィルタとして用い、反射光強度が所定値より低いデータをノイズ成分として除去した。これにより、円周面１１２Ｂ上の多数の計測点までの距離の計測精度を向上でき、図１１（Ｂ）に示すように、円周面１１２Ｂの円弧部の両端の形状の崩れを抑制でき、より正確な円周面１１２Ｂのプロファイルデータを得ることができる。 Therefore, the reflected light intensity filter is used as a Kalman filter, and data having a reflected light intensity lower than a predetermined value is removed as a noise component. Thereby, the measurement accuracy of the distance to many measurement points on the circumferential surface 112B can be improved, and as shown in FIG. 11 (B), the collapse of the shape of both ends of the arc portion of the circumferential surface 112B can be suppressed, More accurate profile data of the circumferential surface 112B can be obtained.
次に、推定部１４８によるターゲット１１２の中心位置の推定方法の詳細について説明する。
まず、一定距離法について説明する。図１２は、一定距離法の原理を示す図である。このグラフに示すように、一定距離法では、クラスタリング部１４４によりクラスタリングされた多数の計測点（図中黒丸で示す）の中心（クラスタ中心）の位置（ｘｃｌ，ｙｃｌ）を求める。そして、ＬＲＦ１１０の回転軸とクラスタ中心とを結ぶ直線Ｌに沿ってクラスタ中心から上記回転軸の反対側へ距離ｄだけずらした位置を、円周面１１２Ｂの中心位置（ｘｏｂｊ，ｙｏｂｊ）とみなす。
Next, details of the estimation method of the center position of the target 112 by the estimation unit 148 will be described.
First, the constant distance method will be described. FIG. 12 is a diagram illustrating the principle of the constant distance method. As shown in this graph, in the constant distance method, the positions (x cl , y cl ) of the centers (cluster centers) of many measurement points (indicated by black circles in the figure) clustered by the clustering unit 144 are obtained. A position shifted by a distance d from the cluster center to the opposite side of the rotation axis along a straight line L connecting the rotation axis of the LRF 110 and the cluster center is defined as a center position (x obj , y obj ) of the circumferential surface 112B. I reckon.
ここで、ＬＲＦ１１０の計測精度を理由として、ＬＲＦ１１０の計測データに基づいて導出されるクラスタ中心点（ｘｃｌ，ｙｃｌ）は、円周面１１２Ｂの中心と一致しない。そこで、円周面１１２Ｂの半径ｒに基づいて上述のパラメータｄを定め、ＬＲＦ１１０の回転軸とクラスタ中心とを結ぶ直線Ｌに沿ってクラスタ中心から上記回転軸の反対側へ距離ｄだけずらした位置を、円周面１１２Ｂの中心点（ｘｏｂｊ，ｙｏｂｊ）とみなしている。 Here, because of the measurement accuracy of the LRF 110, the cluster center point (x cl , y cl ) derived based on the measurement data of the LRF 110 does not coincide with the center of the circumferential surface 112B. Therefore, the above-mentioned parameter d is determined based on the radius r of the circumferential surface 112B, and the position is shifted by the distance d from the cluster center to the opposite side of the rotation axis along the straight line L connecting the rotation axis of the LRF 110 and the cluster center. Is regarded as the center point (x obj , y obj ) of the circumferential surface 112B.
円周面１１２Ｂの中心点（ｘｏｂｊ，ｙｏｂｊ）は、下記（１）式で表される。なお、βは、ＬＲＦ１１０の回転軸とクラスタ中心とを結ぶ直線ＬとＸ軸（但しｘ≧０）との角度である。
The center point (x obj , y obj ) of the circumferential surface 112B is expressed by the following equation (1). Β is an angle between the straight line L connecting the rotation axis of the LRF 110 and the cluster center and the X axis (where x ≧ 0).
ここで、一定距離法は、既知である被計測物の輪郭のプロファイルに応じてパラメータｄを設定して被計測物の輪郭に対して所定の位置関係にある所定点（以下、特徴点と称する）を推定するという手法であり、様々な形状の被計測物の特徴点を推定できるという利便性を有する。しかし、一定距離法は、クラスタ中心のデータとパラメータｄとに基づき、被計測物の特徴点のおおよその位置を推定するという手法である。このため、一定距離法は、推定の精度の面では、クラスタの全てのデータを利用して被計測物の特徴点を推定する、最小二乗法や最尤法等の手法と比して劣る。 Here, in the constant distance method, a parameter d is set according to a known profile of the contour of the measured object, and a predetermined point (hereinafter referred to as a feature point) having a predetermined positional relationship with the contour of the measured object. ), And has the convenience of being able to estimate feature points of various shapes of objects to be measured. However, the constant distance method is a method of estimating the approximate position of the feature point of the measurement object based on the cluster center data and the parameter d. For this reason, the constant distance method is inferior to the methods such as the least square method and the maximum likelihood method in which the feature points of the measurement object are estimated using all data of the cluster in terms of estimation accuracy.
そこで、図１３に示すように、最小二乗法と最尤法とを用いて、クラスタの全データ（ｘａ，ｙａ），α＝１，…，Ｎから円周面１１２Ｂの中心位置を推定する。ここで、円周面１１２Ｂの計測領域である円弧部のプロファイルを数式化すると、下記（２）式で表される円の方程式になる。このため、クラスタの全データ（ｘａ，ｙａ），α＝１，…，Ｎから円の方程式のパラメータ（ａ，ｂ，ｒ）を推定する。なお、ａ，ｂは、それぞれターゲット１１２の中心位置の２次元平面におけるＸ座標、Ｙ座標であり、ｒは、ターゲット１１２の半径である。
Therefore, as shown in FIG. 13, the center position of the circumferential surface 112B is estimated from all the cluster data (x a , y a ), α = 1,..., N using the least square method and the maximum likelihood method. To do. Here, when the profile of the circular arc portion, which is the measurement region of the circumferential surface 112B, is mathematically expressed, a circular equation represented by the following equation (2) is obtained. Therefore, the parameters (a, b, r) of the circle equation are estimated from all the data (x a , y a ), α = 1,. Here, a and b are the X coordinate and Y coordinate in the two-dimensional plane of the center position of the target 112, respectively, and r is the radius of the target 112.
まず、最小二乗法について説明する。
円の最小二乗法は、下記（３）式で表される誤差の二乗和ＪＬＳを最小化するパラメータａ，ｂ，ｒを推定する手法である。
First, the least square method will be described.
The circle least square method is a method of estimating parameters a, b, and r that minimize the square sum of errors J LS expressed by the following equation (3).
ここで、本実施形態では、ターゲット１１２の半径ｒが既知であるため、推定するパラメータはａ，ｂの２つとなり、上記（３）式は下記（４）式で表される非線形方程式となる。
In this embodiment, since the radius r of the target 112 is known, the parameters to be estimated are two parameters a and b, and the above equation (3) is a nonlinear equation represented by the following equation (4). .
そこで、非線形方程式の反復解法としてニュートン・ラフソン法を用いて、パラメータａ、ｂを推定する。その際、ニュートン・ラフソン法の初期値ｕ０の設定が重要となるが、本実施形態では、上記（１）式で表される一定距離法の推定値（ｘｏｂｊ，ｙｏｂｊ）をニュートン・ラフソン法の初期値ｕ０に設定する。 Therefore, the parameters a and b are estimated using the Newton-Raphson method as an iterative solution of the nonlinear equation. At this time, the setting of the initial value u 0 of the Newton-Raphson method is important. In this embodiment, the constant distance method estimated values (x obj , y obj ) expressed by the above equation (1) are used as Newton · Set to the initial value u 0 of the Raphson method.
ニュートン・ラフソン法の手順として、まず、初期値ｕ０を代入した関数ＪＬＳ（ｕ０）を２次近似した下に凸の曲面の最小値を与える点ｕ１＝（ａ１，ｂ１）を求める。次のステップでは、この点ｕ１を代入した関数ＪＬＳ（ｕ１）を２次近似した曲面の最小値ｕ２を求める。そして、最終的にこれをｕｉが収束するまで繰り返す。ｕｉが収束すれば、そのｕｉがＪＬＳ（ｕ）の最小値を与える点である。 As a procedure of the Newton-Raphson method, first, a point u 1 = (a 1 , b 1 ) that gives a minimum value of a convex surface under quadratic approximation of a function J LS (u 0 ) substituted with an initial value u 0 Ask for. In the next step, the minimum value u 2 of the curved surface obtained by quadratic approximation of the function J LS (u 1 ) substituted with this point u 1 is obtained. Finally, this is repeated until u i converges. If u i converges, that u i gives the minimum value of J LS (u).
ｕｉ＝（ａｉ，ｂｉ）を代入した関数ＪＬＳ（ａｉ，ｂｉ）を２次近似した下に凸の曲面の最小値ｕｉ＋１＝（ａｉ＋１，ｂｉ＋１）は下記（５）式で表される。
The minimum value u i + 1 = (a i + 1 , b i + 1 ) of a downwardly convex curved surface obtained by quadratic approximation of the function J LS (a i , b i ) into which u i = (a i , b i ) is substituted is ) Expression.
ここで上記（５）式の右辺の１次微分を含む勾配ｇＬＳ，ｉは、下記（６）（７）式で表される。
Here, the gradient g LS, i including the first derivative on the right side of the above equation (5) is expressed by the following equations (6) and (7).
また、上記（５）式の右辺の２次微分を含むヘッセ行列ＨＬＳ，ｉは、下記（８）（９）（１０）式で表される。
Further, the Hessian matrix H LS, i including the second derivative on the right side of the above equation (5) is expressed by the following equations (8), (9), and (10).
即ち、ニュートン・ラフソン法を用いた半径ｒが既知の円の最小二乗法の手順では、最初のステップにおいて、初期値ｕ０＝（ａ０，ｂ０）を上記（５）〜（１０）式に代入し、ヘッセ行列の初期値ＨＬＳ，０と勾配の初期値ｇＬＳ，０とを算出し、関数ＪＬＳ（ｕ０）を２次近似した下に凸の曲面の最小値を与える点ｕ１＝（ａ１，ｂ１）を算出する。そして、次のステップでは、ｕ１＝（ａ１，ｂ１）を上記（５）〜（１０）式に代入し、ヘッセ行列ＨＬＳ，１と勾配ｇＬＳ，１とを算出し、関数ＪＬＳ（ｕ１）を２次近似した下に凸の曲面の最小値を与える点ｕ２＝（ａ２，ｂ２）を算出する。そして、このステップを、最終的にｕｉが収束するまで繰り返す。 That is, in the procedure of the least square method of a circle having a known radius r using the Newton-Raphson method, in the first step, the initial value u 0 = (a 0 , b 0 ) is set to the above equations (5) to (10). The initial value H LS, 0 of the Hessian matrix and the initial value g LS, 0 of the gradient are calculated, and the minimum value of the convex curved surface is obtained by quadratic approximation of the function J LS (u 0 ). u 1 = (a 1 , b 1 ) is calculated. In the next step, u 1 = (a 1 , b 1 ) is substituted into the above equations (5) to (10) to calculate the Hessian matrix H LS, 1 and the gradient g LS, 1, and the function J A point u 2 = (a 2 , b 2 ) that gives the minimum value of the convex curved surface obtained by quadratic approximation of LS (u 1 ) is calculated. This step is repeated until u i finally converges.
次に、最尤法について説明する。
円の最尤法は、下記（１１）式で表されるＪＭＬを最小化するパラメータａ，ｂ，ｒを推定する手法である。
Next, the maximum likelihood method will be described.
The maximum likelihood method of a circle is a method for estimating parameters a, b, and r that minimize J ML expressed by the following equation (11).
ここで、本実施形態では、ターゲット１１２の半径ｒが既知であるため、推定するパラメータはａ，ｂの２つとなり、上記（１１）式は下記（１２）式で表される非線形方程式となる。
Here, in this embodiment, since the radius r of the target 112 is known, the parameters to be estimated are two, a and b, and the above equation (11) is a nonlinear equation represented by the following equation (12). .
そこで、最小二乗法の場合と同様、非線形方程式の反復解法としてニュートン・ラフソン法を用いて、パラメータａ、ｂを推定する。その際、上記（１）式で表される一定距離法の推定値（ｘｏｂｊ，ｙｏｂｊ）をニュートン・ラフソン法の初期値ｕ０に設定する。 Therefore, as in the case of the least square method, the parameters a and b are estimated using the Newton-Raphson method as an iterative solution of the nonlinear equation. At that time, the estimated value (x obj , y obj ) of the constant distance method expressed by the above equation (1) is set to the initial value u 0 of the Newton-Raphson method.
ニュートン・ラフソン法の手順として、まず、初期値ｕ０を代入した関数ＪＭＬ（ｕ０）を２次近似した下の凸の曲面の最小値を与える点ｕ１＝（ａ１，ｂ１）を求める。次のステップでは、この点ｕ１を代入した関数ＪＭＬ（ｕ１）を２次近似した曲面の最小値ｕ２を求める。そして、最終的にこれをｕｉが収束するまで繰り返す。ｕｉが収束すれば、そのｕｉがＪＬＳ（ｕ）の最小値を与える点である。 As a procedure of the Newton-Raphson method, first, a point u 1 = (a 1 , b 1 ) that gives a minimum value of a lower convex curved surface obtained by quadratic approximation of a function J ML (u 0 ) substituted with an initial value u 0 Ask for. In the next step, the minimum value u 2 of the curved surface obtained by quadratic approximation of the function J ML (u 1 ) substituted with this point u 1 is obtained. Finally, this is repeated until u i converges. If u i converges, that u i gives the minimum value of J LS (u).
ここで、上記（１２）式は、分子が２乗和であり、分母も（ｘα−ａ）２＋（ｙα−ｂ）２であるため、下に凸の関数である。従って、ｕｉ＝（ａｉ，ｂｉ）を代入した関数ＪＭＬ（ａｉ，ｂｉ）を２次近似した曲面の最小値ｕｉ＋１＝（ａｉ＋１，ｂｉ＋１）は下記（１３）式で表される。
Here, the equation (12), molecule is the sum of squares, since the denominator is also (x α -a) 2 + ( y α -b) 2, which is a function of the convex downward. Therefore, the minimum value u i + 1 = (a i + 1 , b i + 1 ) of the curved surface obtained by quadratic approximation of the function J ML (a i , b i ) substituted with u i = (a i , b i ) is expressed by the following equation (13): It is represented by
ここで上記（１３）式の勾配ｇＭＬ，ｉは、下記（１４）（１５）式で表される。
Here, the gradient g ML, i in the above equation (13) is expressed by the following equations (14) and (15).
但し、Ａ（ａｉ，ｂｉ）は下記（１６）式で表される。
However, A (a i , b i ) is expressed by the following equation (16).
また、上記（１３）式のヘッセ行列ＨＭＬ，ｉは、下記（１７）（１８）（１９）式で表される。
Further, the Hessian matrix H ML, i in the above equation (13) is represented by the following equations (17), (18), and (19).
即ち、ニュートン・ラフソン法を用いた半径ｒが既知の円の最尤法の手順では、最初のステップにおいて、初期値ｕ０＝（ａ０，ｂ０）を上記（１３）〜（１９）式に代入し、ヘッセ行列の初期値ＨＬＳ，０と勾配の初期値ｇＬＳ，０とを算出し、関数ＪＬＳ（ｕ０）を２次近似した下に凸の曲面の最小値を与える点ｕ１＝（ａ１，ｂ１）を算出する。そして、次のステップでは、ｕ１＝（ａ１，ｂ１）を上記（１３）〜（１９）式に代入し、ヘッセ行列ＨＭＬ，１と勾配ｇＭＬ，１とを算出し、関数ＪＬＳ（ｕ１）を２次近似した下に凸の曲面の最小値を与える点ｕ２＝（ａ２，ｂ２）を算出する。そして、このステップを、最終的にｕｉが収束するまで繰り返す。 That is, in the maximum likelihood method for a circle having a known radius r using the Newton-Raphson method, in the first step, the initial value u 0 = (a 0 , b 0 ) is changed to the above equations (13) to (19). The initial value H LS, 0 of the Hessian matrix and the initial value g LS, 0 of the gradient are calculated, and the minimum value of the convex curved surface is obtained by quadratic approximation of the function J LS (u 0 ). u 1 = (a 1 , b 1 ) is calculated. In the next step, u 1 = (a 1 , b 1 ) is substituted into the above equations (13) to (19) to calculate the Hessian matrix H ML, 1 and the gradient g ML, 1, and the function J A point u 2 = (a 2 , b 2 ) that gives the minimum value of the convex curved surface obtained by quadratic approximation of LS (u 1 ) is calculated. This step is repeated until u i finally converges.
図１４は、上述の３つの解析方法を用いて、ＬＲＦ１１０により取得されたデータから、ターゲット１１２の中心位置を推定した結果を示すグラフである。このグラフにおいて、一定距離法を用いた推定結果は実線で示し、最小二乗法を用いた推定結果は破線で示し、最尤法を用いた推定結果は鎖線で示している。また、横軸はＬＲＦ１１０の回転軸からターゲット１１２の中心（原点Ｏ´）までの距離（ｍｍ）であり、縦軸は推定された中心位置の誤差（ｍｍ）である。 FIG. 14 is a graph showing the result of estimating the center position of the target 112 from the data acquired by the LRF 110 using the three analysis methods described above. In this graph, the estimation result using the constant distance method is indicated by a solid line, the estimation result using the least square method is indicated by a broken line, and the estimation result using the maximum likelihood method is indicated by a chain line. The horizontal axis represents the distance (mm) from the rotation axis of the LRF 110 to the center (origin O ′) of the target 112, and the vertical axis represents the estimated center position error (mm).
本実験では、屋外でＬＲＦ２０を用いて半径ｒ＝２５０ｍｍのターゲット１１２の円周面１１２Ｂに対してレーザ光を１０回走査することにより、円周面１１２Ｂ上の計測点のデータ（ｘａ，ｙａ），α＝１，…，Ｎを取得し、取得した全データからターゲット１１２の中心位置を推定した。また、本実験では、赤外光に対しても反射率が高い白色の画用紙を円周面１１２Ｂに貼り付けた。また、本実験では、ノイズ除去部４６のカルマンフィルタをＯＮにしており、多数の計測点のデータから、反射光強度が所定値より小さいノイズ成分を除去している。 In this experiment, the laser beam is scanned 10 times on the circumferential surface 112B of the target 112 having a radius r = 250 mm using the LRF 20 outdoors, so that data (x a , y) of the measurement points on the circumferential surface 112B is obtained. a ), α = 1,..., N were acquired, and the center position of the target 112 was estimated from all the acquired data. In this experiment, white drawing paper having a high reflectance with respect to infrared light was attached to the circumferential surface 112B. In this experiment, the Kalman filter of the noise removing unit 46 is turned on, and noise components with reflected light intensity smaller than a predetermined value are removed from data at a large number of measurement points.
図１４のグラフに示すように、最小二乗法と最尤法とを用いてターゲット１１２の中心位置（原点Ｏ´）を推定した結果が、一定距離法を用いてターゲット１１２の中心位置を推定した結果と比して良好であった。 As shown in the graph of FIG. 14, the result of estimating the center position (origin O ′) of the target 112 using the least square method and the maximum likelihood method estimated the center position of the target 112 using the constant distance method. It was good compared with the result.
ここで、本実施形態では、ターゲット１１２の半径ｒが既知であることから、最小二乗法と最尤法とを用いて推定するパラメータは、ａ、ｂの２つに減っている。これにより、ターゲット１１２の中心位置を推定する精度が向上されている。 Here, in the present embodiment, since the radius r of the target 112 is known, the parameters estimated using the least square method and the maximum likelihood method are reduced to two, a and b. Thereby, the precision which estimates the center position of the target 112 is improved.
次に、トータルステーション１２０を使用して墨出し装置１０の原点Ｏ´の位置を計測しながら、スタンプ部１４を目標座標Ｒに位置決めする方法について詳細に説明する。図１５は、墨出しを行う現場の座標系を示す図である。この図に示すように、墨出しを行う現場について、ＬＲＦ１１０の鉛直軸を原点Ｏとするｘ−ｙ座標が設定されている。このため、ＬＲＦ１１０は、ｘ−ｙ座標における原点Ｏから計測点までの距離を計測する。また、トータルステーション１２０は、ｘ−ｙ座標における墨出し装置１０の原点Ｏ´の位置を計測する。 Next, a method for positioning the stamp unit 14 at the target coordinate R while measuring the position of the origin O ′ of the marking device 10 using the total station 120 will be described in detail. FIG. 15 is a diagram showing a coordinate system of the site where inking is performed. As shown in this figure, the xy coordinates having the origin O as the vertical axis of the LRF 110 are set for the site where inking is performed. For this reason, the LRF 110 measures the distance from the origin O to the measurement point in the xy coordinates. The total station 120 measures the position of the origin O ′ of the marking device 10 in the xy coordinates.
図１６は、トータルステーション１２０により墨出し装置１０の原点Ｏ´の位置を計測する原理を説明するための図である。この図に示すように、トータルステーション１２０は、所定位置Ｔ（ｘｔ，ｙｔ）に設置されている。また、視準器１２２は、所定位置Ｃ（ｘｃ，ｙｃ）に設置されている。 FIG. 16 is a diagram for explaining the principle of measuring the position of the origin O ′ of the inking device 10 by the total station 120. As shown in this figure, the total station 120 is installed at a predetermined position T (xt, yt). The collimator 122 is installed at a predetermined position C (xc, yc).
トータルステーション１２０により墨出し装置１０の原点Ｏ´の位置を計測するに際して、その最初に、既知点である基準点Ｒ（ｘｒ，ｙｒ）、所定位置Ｃ（ｘｃ，ｙｃ）に基づいて、ベクトルＴＯ、ベクトルＴＣ、これらがなす角α１を計測し、その計測結果に基づいて所定位置Ｔ（ｘｔ，ｙｔ）を算出する。 When the total station 120 measures the position of the origin O ′ of the marking device 10, first, based on a reference point R (xr, yr), which is a known point, and a predetermined position C (xc, yc), a vector TO, The vector TC and the angle α1 formed by these are measured, and a predetermined position T (xt, yt) is calculated based on the measurement result.
次に、ベクトルＴＢ、ベクトルＴＡ、ベクトルＴＯとベクトルＴＢとがなす角α２、及びベクトルＴＯとベクトルＴＡとがなす角α３を計測し、その計測結果に基づいて、計測プリズム７０Ａ、７０Ｂの位置（ｘａ，ｙａ）、（ｘｂ，ｙｂ）を算出する。そして、計測プリズム７０Ａ、７０Ｂの位置に基づいて墨出し装置１０の原点Ｏ´（ｘｏ，ｙｏ）の位置を算出する。ここで、原点Ｏ´（ｘｏ，ｙｏ）は下記（２０）（２１）式で表される。
Next, a vector TB, a vector TA, an angle α2 formed by the vector TO and the vector TB, and an angle α3 formed by the vector TO and the vector TA are measured. Based on the measurement results, the positions of the measurement prisms 70A and 70B ( xa, ya) and (xb, yb) are calculated. Then, the position of the origin O ′ (xo, yo) of the inking device 10 is calculated based on the positions of the measurement prisms 70A and 70B. Here, the origin O ′ (xo, yo) is expressed by the following equations (20) and (21).
図１７は、原点をＯ´（ｘｏ，ｙｏ）とする現場の座標系（ｘ´−ｙ´座標系）と墨出し装置１０の座標系（ｕ−ｖ座標系）との関係を示す図である。ｘ−ｙ座標系における目標座標Ｒ（ｘ，ｙ）は、移動ベクトルＯＯ´（ｘｏ，ｙｏ）で移動させ、回転角θだけ回転させることにより、下記（２２）式で示すｕ−ｖ座標系における目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）に同次変換することができる。
FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the on-site coordinate system (x′-y ′ coordinate system) in which the origin is O ′ (xo, yo) and the coordinate system (uv coordinate system) of the inking device 10. is there. The target coordinate R (x, y) in the xy coordinate system is moved by the movement vector OO ′ (xo, yo) and rotated by the rotation angle θ, whereby the uv coordinate system represented by the following equation (22). Can be transformed into the target coordinates R (u, v) at.
そして、回転角θ＝‐θ´を代入して上記（２２）式を逆行列に変換し、上記（２０）（２１）式で表す値を代入することにより、ｕ−ｖ座標系における目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）を下記（２３）式のように表すことができる。
Then, by substituting the rotation angle θ = −θ ′ and converting the equation (22) into an inverse matrix and substituting the values represented by the equations (20) and (21), the target coordinates in the uv coordinate system are obtained. R (u, v) can be expressed as the following equation (23).
ここで、ｄｅｔＴ＝１であることから、ｕ−ｖ座標系における目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）は、下記（２４）（２５）式で表すことができる。
Here, since detT = 1, the target coordinates R (u, v) in the uv coordinate system can be expressed by the following equations (24) and (25).
また、θ´は、ベクトルＯＡ´（（ｘａ−ｘｂ）／２，（ｙａ−ｙｂ）／２）と、ベクトルＯ´ｘ´の単位ベクトルすなわちベクトルＯｘの単位ベクトル（１，０）とのなす角であることから、ｃｏｓθ´とｓｉｎθ´とはそれぞれ下記（２６）（２７）式で表すことができる。但し、０≦θ´≦１８０°，ｙａ−ｙｂ≧０とする。
Θ ′ is formed by the vector OA ′ ((xa−xb) / 2, (ya−yb) / 2) and the unit vector of the vector O′x ′, that is, the unit vector (1, 0) of the vector Ox. Since it is an angle, cos θ ′ and sin θ ′ can be expressed by the following equations (26) and (27), respectively. However, 0 ≦ θ ′ ≦ 180 ° and ya−yb ≧ 0.
ここで、ｕ＜ｂｕ、ｕ＞ａｕかつｖ＜ｂｖ、ｖ＞ｂｖである場合に、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）は、ｕ−ｖ座標系の範囲外に位置する。この場合、走行制御部１３２は、ベクトルＯ´Ｒから、原点Ｏ´と目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）との距離と、原点Ｏ´に対する目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）の方向とを算出する。そして、走行制御部１３２は、算出した方向に算出した距離だけ走行機構６０を走行させる。これにより、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）がｕ−ｖ座標系の範囲内に入る。 Here, when u <bu, u> au and v <bv, v> bv, the target coordinates R (u, v) are located outside the range of the uv coordinate system. In this case, the traveling control unit 132 calculates the distance between the origin O ′ and the target coordinates R (u, v) and the direction of the target coordinates R (u, v) with respect to the origin O ′ from the vector O′R. . Then, the traveling control unit 132 causes the traveling mechanism 60 to travel the calculated distance in the calculated direction. As a result, the target coordinate R (u, v) falls within the range of the uv coordinate system.
一方、ｂｕ≦ｕ≦ａｕ、かつ、ｂｖ≦ｖ≦ａｖである場合に、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）は、ｕ−ｖ座標系の範囲内に位置する。この場合、位置調整制御部１３４は、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）の象限を判定する。 On the other hand, when bu ≦ u ≦ au and bv ≦ v ≦ av, the target coordinates R (u, v) are located within the range of the uv coordinate system. In this case, the position adjustment control unit 134 determines the quadrant of the target coordinate R (u, v).
図１８は、ｕ−ｖ座標系とｘ´‐ｙ´座標系との関係を示す図である。この図に示すように、ｕ−ｖ座標系の第１象限は、０≦ｕ≦ａｕかつ０≦ｖ≦ａｖの領域であり、ｕ−ｖ座標系の第２象限は、ｂｕ≦ｕ＜０かつ０≦ｖ≦ａｖの領域である。また、ｕ−ｖ座標系の第３象限は、ｂｕ≦ｕ≦０かつＢＶ≦ｖ＜０の領域であり、ｕ−ｖ座標系の第４象限は、０＜ｕ＜ａｕかつｂｖ≦ｖ＜０の領域である。 FIG. 18 is a diagram illustrating the relationship between the uv coordinate system and the x′-y ′ coordinate system. As shown in this figure, the first quadrant of the uv coordinate system is a region of 0 ≦ u ≦ au and 0 ≦ v ≦ av, and the second quadrant of the uv coordinate system is bu ≦ u <0. In addition, the region is 0 ≦ v ≦ av. The third quadrant of the uv coordinate system is a region where bu ≦ u ≦ 0 and BV ≦ v <0, and the fourth quadrant of the uv coordinate system is 0 <u <au and bv ≦ v <. 0 region.
位置調整制御部１３４は、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が、上述の第１〜第４象限の何れに位置するかを判定し、その判定結果に応じて、ｘ´−ｙ´座標系のｕ−ｖ座標系に対する回転角θ“を設定する。位置調整制御部１３４は、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が、第１象限に位置する場合には、回転角θ”を０°に設定する。この場合、ｕ−ｖ座標系とｘ´−ｙ´座標系とが一致することから、スタンプ部１４のｘ´−ｙ´座標系における座標（ｘ´，ｙ´）は（ｕ，ｖ）となる。 The position adjustment control unit 134 determines in which of the above-described first to fourth quadrants the target coordinates R (u, v) and, according to the determination result, the x′-y ′ coordinate system. The rotation angle θ "with respect to the uv coordinate system is set. The position adjustment control unit 134 sets the rotation angle θ" to 0 ° when the target coordinate R (u, v) is located in the first quadrant. To do. In this case, since the uv coordinate system matches the x′-y ′ coordinate system, the coordinates (x ′, y ′) in the x′-y ′ coordinate system of the stamp unit 14 are (u, v) and Become.
位置調整制御部１３４は、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が、第２象限に位置する場合には、回転角θ“を９０°に設定する。この場合、スタンプ部１４のｘ´−ｙ´座標系における座標（ｘ´，ｙ´）は（−ｖ，ｕ）となる。また、位置調整制御部１３４は、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が、第３象限に位置する場合には、回転角θ”を１８０°に設定する。この場合、スタンプ部１４のｘ´−ｙ´座標系における座標（ｘ´，ｙ´）は（−ｕ，−ｖ）となる。さらに、位置調整制御部１３４は、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が、第４象限に位置する場合には、回転角θ“を２７０°に設定する。この場合、スタンプ部１４のｘ´−ｙ´座標系における座標（ｘ´，ｙ´）は（ｖ，−ｕ）となる。 The position adjustment control unit 134 sets the rotation angle θ ″ to 90 ° when the target coordinate R (u, v) is located in the second quadrant. In this case, x′−y ′ of the stamp unit 14. The coordinate (x ′, y ′) in the coordinate system is (−v, u), and the position adjustment control unit 134 determines that the target coordinate R (u, v) is in the third quadrant. The rotation angle θ ″ is set to 180 °. In this case, the coordinates (x ′, y ′) in the x′-y ′ coordinate system of the stamp unit 14 are (−u, −v). Further, the position adjustment control unit 134 sets the rotation angle θ ″ to 270 ° when the target coordinate R (u, v) is located in the fourth quadrant. In this case, x′− of the stamp unit 14. The coordinates (x ′, y ′) in the y ′ coordinate system is (v, −u).
図１９は、トータルステーション１２０により墨出し装置１０の原点Ｏ´を計測してから、スタンプ部１４で地面にマークＭを押印するまでの処理を説明するためのフローチャートである。なお、上述したように、トータルステーション１２０による墨出し装置１０の原点Ｏ´を計測する前に、ＬＲＦ１１０で墨出し装置１０の位置を計測しながら、その計測値に基づいて墨出し装置１０を目標座標Ｒに向けて走行させる。 FIG. 19 is a flowchart for explaining processing from when the total station 120 measures the origin O ′ of the marking device 10 to when the stamp unit 14 stamps the mark M on the ground. As described above, before measuring the origin O ′ of the inking device 10 by the total station 120, the position of the inking device 10 is measured by the LRF 110, and the inking device 10 is set to the target coordinates based on the measured value. Drive towards R.
本処理ルーチンは、トータルステーション１２０により原点Ｏ´の位置が計測された後に開始されてステップ１へ移行する。ステップ１１では、走行制御部１３２が、上記（２０）〜（２７）式に基づいて、ｘ−ｙ座標系における目標座標Ｒ（ｘ，ｙ）を、ｕ−ｖ座標系における目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）に同次変換する。次に、ステップ１２では、走行制御部１３２が、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が、ｕ−ｖ座標系の範囲内であるか否か、即ち、ｂｕ≦ｕ≦ａｕかつｂｖ≦ｖ≦ａｖであるか否かを判定する。その結果、肯定判定された場合にはステップ１３へ移行する一方、否定判定された場合にはステップ２０へ移行する。 This processing routine is started after the position of the origin O ′ is measured by the total station 120 and proceeds to step 1. In step 11, the traveling control unit 132 converts the target coordinate R (x, y) in the xy coordinate system to the target coordinate R (u in the uv coordinate system based on the above equations (20) to (27). , V). Next, in step 12, the traveling control unit 132 determines whether or not the target coordinate R (u, v) is within the range of the uv coordinate system, that is, bu ≦ u ≦ au and bv ≦ v ≦ av. It is determined whether or not. As a result, when an affirmative determination is made, the process proceeds to step 13, while when a negative determination is made, the process proceeds to step 20.
ステップ２０では、走行制御部１３２が、ベクトルＯ´Ｒから、原点Ｏ´と目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）との距離と、原点Ｏ´に対する目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）の方向とを算出し、算出した方向に算出した距離だけ走行機構６０を走行させる。即ち、墨出し装置１０を目標座標Ｒに向けて移動させる。そして、ステップ１２へ移行する。 In step 20, the travel control unit 132 calculates the distance between the origin O ′ and the target coordinates R (u, v) and the direction of the target coordinates R (u, v) with respect to the origin O ′ from the vector O′R. Then, the traveling mechanism 60 is caused to travel the calculated distance in the calculated direction. That is, the inking device 10 is moved toward the target coordinate R. Then, the process proceeds to step 12.
ステップ１３では、位置調整制御部１３４が、目標座標Ｒがｕ−ｖ座標系の第１〜第４象限の何れに位置するかを判定し、その判定結果に応じて、ｘ´−ｙ´座標系のｕ−ｖ座標系に対する回転角θ“を設定する。上述したように、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が第１象限に位置する場合、回転角θ”は０°に設定され、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が第２象限に位置する場合、回転角θ”は９０°に設定される。また、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が第３象限に位置する場合、回転角θ”は１８０°に設定され、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が第４象限に位置する場合、回転角θ”は２７０°に設定される。 In step 13, the position adjustment control unit 134 determines which of the first to fourth quadrants of the target coordinate R is in the uv coordinate system, and the x′-y ′ coordinate according to the determination result. The rotation angle θ ″ of the system relative to the uv coordinate system is set. As described above, when the target coordinate R (u, v) is located in the first quadrant, the rotation angle θ ″ is set to 0 ° and the target When the coordinate R (u, v) is located in the second quadrant, the rotation angle θ ″ is set to 90 °. When the target coordinate R (u, v) is located in the third quadrant, the rotation angle θ “Is set to 180 °, and when the target coordinate R (u, v) is located in the fourth quadrant, the rotation angle θ” is set to 270 °.
次に、ステップ１４では、位置調整制御部１３４が、ｘ−ｙ調整機構３０を作動させ、スタンプ機構１２をｘ´−ｙ´平面内でｘ´軸方向及びｙ´軸方向に移動させることにより、スタンプ機構１２を目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）まで移動させる。次に、ステップ１５では、位置調整制御部１３４が、昇降機構１６を作動させ、スタンプ部１４を地面まで下降させ、地面にマークＭを押印させる。以上で処理ルーチンを終了する。 Next, in step 14, the position adjustment control unit 134 operates the xy adjustment mechanism 30 to move the stamp mechanism 12 in the x′-axis direction and the y′-axis direction in the x′-y ′ plane. The stamp mechanism 12 is moved to the target coordinate R (u, v). Next, in step 15, the position adjustment control unit 134 operates the elevating mechanism 16 to lower the stamp unit 14 to the ground and impress the mark M on the ground. Thus, the processing routine is finished.
以上、本実施形態に係る墨出しシステム１０では、ＬＲＦ１１０のレーザ光の走査範囲内に存するターゲット１１２であればその中心位置（原点Ｏ´）を計測できる。これにより、リアルタイムでターゲット３０の中心位置を計測することができ、墨出し装置１０の原点Ｏ´の位置を計測しながら、その計測値に基づいて、墨出し装置１０を目標位置へ向けて移動させることができる。そして、墨出し装置１０を目標位置へ向けて移動させた後、トータルステーション１２０を使用して、墨出し装置１０の原点Ｏ´の位置を高精度に計測することにより、スタンプ部１４を、位置調整機構２０で目標位置との誤差を補正するべく移動させ、正確に目標位置に位置決めすることができる。 As described above, in the marking system 10 according to the present embodiment, the center position (origin O ′) of the target 112 existing within the scanning range of the laser beam of the LRF 110 can be measured. Thereby, the center position of the target 30 can be measured in real time, and the inking device 10 is moved toward the target position based on the measured value while measuring the position of the origin O ′ of the inking device 10. Can be made. Then, after the inking device 10 is moved toward the target position, the position of the stamp unit 14 is adjusted by measuring the position of the origin O ′ of the inking device 10 with high accuracy using the total station 120. The mechanism 20 can be moved to correct an error from the target position, and can be accurately positioned at the target position.
なお、本実施形態では、インクでマークＭを押印するスタンプ型の墨出し器が、位置決め対象物である墨出し方法を例にとって本発明を説明した。しかし、レーザ墨出し器が、位置決め対象物である墨出し方法や、ドリルが位置決め対象物である加工装置の位置決め法法等の他の位置決め方法にも本発明を適用可能である。 In the present embodiment, the present invention has been described with reference to an example of an inking method in which a stamp-type inking device that impresses the mark M with ink is a positioning object. However, the present invention can also be applied to other positioning methods such as a marking method in which the laser marking device is a positioning target and a positioning method for a processing apparatus in which a drill is a positioning target.
また、本実施形態では、地面に墨出しを行う墨出し方法を例にとって本発明を説明した。しかし、壁面に墨出しを行う墨出し方法や、天井に墨出しを行う墨出し方法等の他の墨出し方法にも本発明を適用可能である。 Further, in the present embodiment, the present invention has been described by taking an example of an inking method for inking on the ground. However, the present invention can also be applied to other inking methods such as inking on the wall surface and inking on the ceiling.
また、本実施形態では、墨出し装置１０を自律走行させる例をとって本発明を説明したが必須ではなく、手動で移動させてもよい。さらに、本実施形態では、スタンプ部１４を二次元平面内で位置決めするｘ−ｙ調整機構３０を鉛直軸周りに回転させることにより、スタンプ部１４の墨出し装置１０内における可動範囲を拡張したが、必須ではない。 In the present embodiment, the present invention has been described by taking an example in which the inking device 10 autonomously travels. However, the present invention is not essential and may be moved manually. Further, in this embodiment, the movable range of the stamp unit 14 in the marking device 10 is expanded by rotating the xy adjusting mechanism 30 that positions the stamp unit 14 in a two-dimensional plane around the vertical axis. ,Not required.
１０ 墨出し装置、１２ スタンプ機構、１４ スタンプ部（位置決め対象物、墨出し器）、１６ 昇降機構、２０ 位置調整機構、３０ ｘ−ｙ調整機構（位置決め装置）、３２ ｙ軸ステージ、３２Ｒ レール、３２Ｍ モータ、３４ ｘ軸ステージ、３４Ｒ レール、３４Ｍ モータ、４０ 回転角調整機構、４２ 回転支軸、４４ モータ、５０フレーム、５２ 台板、５４、５６ 脚部、５８ 台板、６０ 走行機構（移動機構）、６２ 多方向移動ホイール、７０Ａ、７０Ｂ 計測プリズム、１００ 墨出しシステム、１１０ ＬＲＦ、１１２ ターゲット、１１２Ｂ 円周面、１２０ トータルステーション、１２２ 視準器、１３０ ＰＣ、１３１ 入力部、１３２ 走行制御部、１３３ 記憶部、１３４ 位置調整制御部、１４０ 情報処理部、１４１ 位置計測部、１４２ 分別部、１４４ クラスタリング部、１４６ ノイズ除去部、１４８ 推定部、１４９ 判定部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Marking device, 12 Stamp mechanism, 14 Stamp part (positioning object, marking device), 16 Lifting mechanism, 20 Position adjustment mechanism, 30 xy adjustment mechanism (positioning device), 32 Y axis stage, 32R rail, 32M motor, 34 x axis stage, 34R rail, 34M motor, 40 rotation angle adjustment mechanism, 42 rotation support shaft, 44 motor, 50 frame, 52 base plate, 54, 56 legs, 58 base plate, 60 travel mechanism (movement) Mechanism), 62 multi-directional moving wheel, 70A, 70B measuring prism, 100 inking system, 110 LRF, 112 target, 112B circumferential surface, 120 total station, 122 collimator, 130 PC, 131 input unit, 132 travel control unit 133 storage unit, 134 position adjustment control unit, 140 information processing unit, 41 position measurement unit, 142 discriminating section, 144 clustering unit, 146 a noise removing unit, 148 estimation unit, 149 determination unit
Claims (6)
レーザレンジファインダを使用して、前記位置決め対象物を、その位置を計測しながら前記目標位置に向けて移動させる移動工程と、
前記移動工程の後に、トータルステーションを使用して、前記位置決め対象物を、その位置を計測しながら前記目標位置に位置決めする位置決め工程と、
を備えることを特徴とする位置決め方法。 A positioning method for positioning a positioning object at a target position,
Using a laser range finder, the moving step of moving the positioning object toward the target position while measuring its position;
After the moving step, using a total station, positioning the positioning object to the target position while measuring its position;
A positioning method comprising:
前記位置決め工程では、前記位置決め装置により前記位置決め対象物を、前記目標位置に位置決めすることを特徴とする請求項１に記載の位置決め方法。 In the moving step, a positioning device that positions the positioning object in a two-dimensional plane is moved toward the target position,
The positioning method according to claim 1, wherein in the positioning step, the positioning object is positioned at the target position by the positioning device.
前記位置決め装置に設けられた被計測体の表面上における複数の計測点の位置情報を、前記レーザレンジファインダから取得する情報取得工程と、
前記レーザレンジファインダから取得した前記複数の計測点の位置情報に基づいて、前記被計測体の輪郭に対して所定の位置関係に設定された前記位置決め対象物の位置を推定する推定工程と、
を備える請求項２に記載の位置決め方法。 The moving step includes
An information acquisition step of acquiring, from the laser range finder, positional information of a plurality of measurement points on the surface of the measurement object provided in the positioning device;
An estimation step for estimating the position of the positioning object set in a predetermined positional relationship with respect to the contour of the measurement object based on the positional information of the plurality of measurement points acquired from the laser range finder;
A positioning method according to claim 2.
前記推定工程において、最小二乗法又は最小二乗法又は最尤法を用いて、前記複数の計測点の位置を近似した円の方程式を求め、求めた円の方程式に基づいて、前記中心軸上の点の位置を推定する請求項３に記載の位置決め方法。 The object to be measured is a cylindrical body, and the position of the positioning object is set on an extension line of the central axis of the cylindrical body,
In the estimation step, a least square method, a least square method, or a maximum likelihood method is used to obtain a circle equation that approximates the positions of the plurality of measurement points, and on the center axis based on the obtained circle equation. The positioning method according to claim 3, wherein the position of the point is estimated.
レーザレンジファインダを使用して計測される前記位置決め対象物の位置に基づいて、前記位置決め対象物を前記目標位置に向けて移動させる移動機構と、
前記移動機構により前記位置決め対象物が移動された後に、トータルステーションを使用して計測される前記位置決め対象物の位置に基づいて、前記位置決め対象物を前記目標位置に位置決めする位置決め機構と、
を備えることを特徴とする位置決めシステム。 A positioning system for positioning a positioning object at a target position,
A moving mechanism for moving the positioning object toward the target position based on the position of the positioning object measured using a laser range finder;
A positioning mechanism for positioning the positioning object at the target position based on the position of the positioning object measured using a total station after the positioning object is moved by the moving mechanism;
A positioning system comprising:
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