JPH03251706A - 三次元位置検出方法及びその装置 - Google Patents
三次元位置検出方法及びその装置Info
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- JPH03251706A JPH03251706A JP4837790A JP4837790A JPH03251706A JP H03251706 A JPH03251706 A JP H03251706A JP 4837790 A JP4837790 A JP 4837790A JP 4837790 A JP4837790 A JP 4837790A JP H03251706 A JPH03251706 A JP H03251706A
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- laser
- light receiving
- dimensional position
- receiving means
- laser beams
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- 238000000034 method Methods 0.000 title description 10
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 21
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 15
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 11
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
Landscapes
- A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、三次元位置検出方法及びその装置に係り、と
くに、クレーンのフック位置や飛行体の位置計測等に好
適な三次元位置検出方法及びその装置に関する。
くに、クレーンのフック位置や飛行体の位置計測等に好
適な三次元位置検出方法及びその装置に関する。
移動体の位置の把握や誘導を自動化する各種の移動体の
自動化に関する研究が現在盛んに行われており、その−
環として、゛クレーンのフックや飛行体等の移動体の三
次元位置を計測する三次元位置計測装置の開発も行われ
ている。
自動化に関する研究が現在盛んに行われており、その−
環として、゛クレーンのフックや飛行体等の移動体の三
次元位置を計測する三次元位置計測装置の開発も行われ
ている。
この従来の三次元位置計測装置の一例として、第８図に
示すものがある。
示すものがある。
この装置（システム）は、地上側に三角形状に配置され
た３つの受信用センサ５０Ａ、５０Ｂ。
た３つの受信用センサ５０Ａ、５０Ｂ。
５０Ｃと、上空を移動中の図示しない移動体側に設置さ
れた発信部６０とを備えている。
れた発信部６０とを備えている。
この内、受信用センサ５０Ａには、他の受信用センサ５
０Ｂ、５０Ｃが（ここでは図示していないが）オンライ
ン接続されている位置演算手段５１と、トリガ信号発生
器５２が併設されている。
０Ｂ、５０Ｃが（ここでは図示していないが）オンライ
ン接続されている位置演算手段５１と、トリガ信号発生
器５２が併設されている。
一方、発信部６０は、複数の超音波発生器からなる送信
用センサ６１と、この送信用センサ６１を構成する各超
音波発生器を駆動するセンサ駆動部６２と、このセンサ
駆動部６２に併設されたトリガ信号受信器６３とを備え
ている。
用センサ６１と、この送信用センサ６１を構成する各超
音波発生器を駆動するセンサ駆動部６２と、このセンサ
駆動部６２に併設されたトリガ信号受信器６３とを備え
ている。
このような構成により、トリガ信号発生器５２から送信
用アンテナ５２Ａを介して発信されたトリガ信号電波を
、トリガ信号受信器６３が受信用アンテナ６３Ａを介し
て受信すると、この受信信号がセンサ駆動部６２に送出
され、当該センサ駆動部６２では、送信用センサ６１を
構成する各超音波発生器を同時に駆動する。これにより
、各超音波発生器から超音波がそれぞれ出力される。こ
の超音波が、各受信用センサ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃで
それぞれ受信されると、位置演算部５１ではこの受信時
間から各受信用センサと発信部６゜との距離を演算し、
この距離データと既知の各受信用センサ５０Ａ、５０Ｂ
、５０Ｃの位置データから、発信部６０の三次元位置を
求めるようになっている。
用アンテナ５２Ａを介して発信されたトリガ信号電波を
、トリガ信号受信器６３が受信用アンテナ６３Ａを介し
て受信すると、この受信信号がセンサ駆動部６２に送出
され、当該センサ駆動部６２では、送信用センサ６１を
構成する各超音波発生器を同時に駆動する。これにより
、各超音波発生器から超音波がそれぞれ出力される。こ
の超音波が、各受信用センサ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃで
それぞれ受信されると、位置演算部５１ではこの受信時
間から各受信用センサと発信部６゜との距離を演算し、
この距離データと既知の各受信用センサ５０Ａ、５０Ｂ
、５０Ｃの位置データから、発信部６０の三次元位置を
求めるようになっている。
この他、所謂三次元レーダを用いて三次元位置を求める
手法や、目標物体に反射鏡を取付け、これにレーザ光を
あて、反射を受はトラ・ノキングするもの等がある。
手法や、目標物体に反射鏡を取付け、これにレーザ光を
あて、反射を受はトラ・ノキングするもの等がある。
しかしながら、上記従来例の超音波を使用するものにあ
っては、有効距離が短い、風の影響により誤差が発生し
易い等の不都合があった。また、所謂三次元レーダを用
いる方法にあっては、三次元レーダそのものは大掛かり
で高価であり、又、自動位置検出のためには目標物の認
識が不可欠となり、この認識のため移動目標指示装置（
ＭＩＴ）その他の目標認識のための装置が必要になるの
で更に高価となり、認識ミスも発生するという不都合が
あった。更に、上記従来例のトラ・ンキング（追尾）方
式のものにあっては、追尾速度が遅い２反射式であるの
で測定範囲が狭い等の不都合があった。
っては、有効距離が短い、風の影響により誤差が発生し
易い等の不都合があった。また、所謂三次元レーダを用
いる方法にあっては、三次元レーダそのものは大掛かり
で高価であり、又、自動位置検出のためには目標物の認
識が不可欠となり、この認識のため移動目標指示装置（
ＭＩＴ）その他の目標認識のための装置が必要になるの
で更に高価となり、認識ミスも発生するという不都合が
あった。更に、上記従来例のトラ・ンキング（追尾）方
式のものにあっては、追尾速度が遅い２反射式であるの
で測定範囲が狭い等の不都合があった。
本発明の目的は、かかる従来例の有する不都合を改善し
、測定範囲が広く、目標の認識が不要で、風の影響等を
受けることがなく、しかも安価な三次元位置検出方法及
びその装置を提供することにある。
、測定範囲が広く、目標の認識が不要で、風の影響等を
受けることがなく、しかも安価な三次元位置検出方法及
びその装置を提供することにある。
本発明は、相互に平行な平面内を一定角速度で旋回する
線対称な２本のレーザ光をそれぞれ出力する３つのレー
ザ出力手段を目標点に配置し、これに対応して少なくと
も３箇所にレーザ受光手段を設置し、各レーザ出力手段
から出力される各２本のレーザ光を、レーザ受光手段の
内任意の３つが各別に受光する受光時間差をそれぞれ計
測し、当該受光時間差に基づきレーザ受光手段のそれぞ
れの設置点から見た目標点の仰角をそれぞれ算出し、し
かる後、この仰角及び各受光手段の設置点の三次元位置
座標に基づき、解析的手法により目標点の三次元位置座
標を算出する等の方法を採つている。また、本発明は、
相互に平行な平面内を一定角速度で旋回する線対称な２
本のレーザ光をそれぞれ出力する３つのレーザ出力手段
を、鉛直軸を中心としてそれぞれ所定角度範囲内で回動
可能に目標物体に装備し、これに対応してそれぞれ異な
る点に少なくとも３つのレーザ受光手段を設置している
。そして、これらのレーザ受光手段に、各レーザ出力手
段から出力される各２本のレーザ光をレーザ受光手段の
内任意の３つが各別に受光する受光時間差をそれぞれ計
測する受光時間差計測機能と、当該受光時間差に基づき
レーザ受光手段のそれぞれの設置点から見た目標物体の
仰角をそれぞれ算出する第１の演算機能と、この算出さ
れた各仰角及び各受光手段の設置点の三次元位置座標に
基づき、解析的手法により目標物体の三次元位置座標を
算出する第２の演算機能とを有する位置演算手段を併設
する等の構成を採っている。
線対称な２本のレーザ光をそれぞれ出力する３つのレー
ザ出力手段を目標点に配置し、これに対応して少なくと
も３箇所にレーザ受光手段を設置し、各レーザ出力手段
から出力される各２本のレーザ光を、レーザ受光手段の
内任意の３つが各別に受光する受光時間差をそれぞれ計
測し、当該受光時間差に基づきレーザ受光手段のそれぞ
れの設置点から見た目標点の仰角をそれぞれ算出し、し
かる後、この仰角及び各受光手段の設置点の三次元位置
座標に基づき、解析的手法により目標点の三次元位置座
標を算出する等の方法を採つている。また、本発明は、
相互に平行な平面内を一定角速度で旋回する線対称な２
本のレーザ光をそれぞれ出力する３つのレーザ出力手段
を、鉛直軸を中心としてそれぞれ所定角度範囲内で回動
可能に目標物体に装備し、これに対応してそれぞれ異な
る点に少なくとも３つのレーザ受光手段を設置している
。そして、これらのレーザ受光手段に、各レーザ出力手
段から出力される各２本のレーザ光をレーザ受光手段の
内任意の３つが各別に受光する受光時間差をそれぞれ計
測する受光時間差計測機能と、当該受光時間差に基づき
レーザ受光手段のそれぞれの設置点から見た目標物体の
仰角をそれぞれ算出する第１の演算機能と、この算出さ
れた各仰角及び各受光手段の設置点の三次元位置座標に
基づき、解析的手法により目標物体の三次元位置座標を
算出する第２の演算機能とを有する位置演算手段を併設
する等の構成を採っている。
これによって、前述した目的を達成しようとするもので
ある。
ある。
［第１実施例］
以下、本発明の第１実施例を第１図ないし第４図に基づ
いて説明する。
いて説明する。
この第１図に示す実施例は、図示しない目標物である移
動体に装備された基台１と、この基台１の図における下
面側に装備された３つのレーザ出力手段としてのレーザ
灯台２Ａ、２Ｂ、２Ｃと、これらのレーザ灯台２Ａ、２
Ｂ、２Ｃに対応して地上側に配置された３つのレーザ受
光手段としての受光センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃと、これら
の受光センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃがオンライン接続された
位置演算手段４とを備えている。
動体に装備された基台１と、この基台１の図における下
面側に装備された３つのレーザ出力手段としてのレーザ
灯台２Ａ、２Ｂ、２Ｃと、これらのレーザ灯台２Ａ、２
Ｂ、２Ｃに対応して地上側に配置された３つのレーザ受
光手段としての受光センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃと、これら
の受光センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃがオンライン接続された
位置演算手段４とを備えている。
この内、レーザ灯台２Ａ、２Ｂ、２Ｃとしては、本実施
例では、線対称な２本のレーザ光を照射するタイプのも
のが使用されている。これらのレーザ灯台の具体的構成
及び原理を第２図に示す。この第２図において、回転台
１１の図における下方より発射されたレーザ光は、まず
図示しない貫通穴を通り抜け９回転台１１上の回転中心
軸上にある回転鏡１２（これは回転台１１とともに回転
する）で直角に曲げられる。次にこのレーザ光は同じく
回転台上設けられた分光器（ビーム・スプリッタ）１３
で２分され、一方のレーザ光ＣＷはそのまま直進させら
れ、他方のレーザ光ＣＣＷは上方に直角に曲げられる。
例では、線対称な２本のレーザ光を照射するタイプのも
のが使用されている。これらのレーザ灯台の具体的構成
及び原理を第２図に示す。この第２図において、回転台
１１の図における下方より発射されたレーザ光は、まず
図示しない貫通穴を通り抜け９回転台１１上の回転中心
軸上にある回転鏡１２（これは回転台１１とともに回転
する）で直角に曲げられる。次にこのレーザ光は同じく
回転台上設けられた分光器（ビーム・スプリッタ）１３
で２分され、一方のレーザ光ＣＷはそのまま直進させら
れ、他方のレーザ光ＣＣＷは上方に直角に曲げられる。
レーザ光ＣＷは、回転台の回転に従い平面上を時計回り
に旋回する。レーザ光ＣＣＷはさらに回転台１１上方で
直角に曲げられ回転中心軸に向けられるが、この回転中
心軸上には固定鏡１４が設置されており、固定鏡１４で
反射されて再び外部へ照射される。
に旋回する。レーザ光ＣＣＷはさらに回転台１１上方で
直角に曲げられ回転中心軸に向けられるが、この回転中
心軸上には固定鏡１４が設置されており、固定鏡１４で
反射されて再び外部へ照射される。
このように、レーザ光ＣＣＷは固定鏡１４で反転されて
いるので、回転台１１或いはレーザ光ＣＷと逆方向、即
ち反時計方向に旋回することになる。ここで、レーザ光
ＣＷをレーザ光ＣＣＷの旋回平面に射影して考えると、
両レーザ光は固定鏡の法線Ｎ方向に対し常に線対称な位
置にある。従って、回転台を回転させれば線対称な旋回
光線が得られる。
いるので、回転台１１或いはレーザ光ＣＷと逆方向、即
ち反時計方向に旋回することになる。ここで、レーザ光
ＣＷをレーザ光ＣＣＷの旋回平面に射影して考えると、
両レーザ光は固定鏡の法線Ｎ方向に対し常に線対称な位
置にある。従って、回転台を回転させれば線対称な旋回
光線が得られる。
但し、固定鏡１４の裏側ではレーザ光ＣＣＷは反射され
ないので、この関係が成立するのは、第３図における第
１．第４象限のみである。
ないので、この関係が成立するのは、第３図における第
１．第４象限のみである。
次に、このレーザ灯台による角度計測について説明する
。回転台１１を水平に設置し、一定速度（角速度）で回
転させると、両レーザ光ＣＷ、ＣＣＷはそれぞれ時計回
り１反時計回りに高さの異なる水平面上を旋回する。一
方、測定点には、第２図に示すように、この２つの旋回
高さの異なるレーザ光の通過を検知できる垂直方向に長
いセンサ３を置く。レーザ光ＣＷを検知してからレーザ
光ＣＣＷを検知するまでの時間をｔｌ、レーザ光ＣＣＷ
を検知してからレーザ光ＣＷを検知するまでの時間をｔ
２とすると、測定点と線対称軸のなす角θは、第１象限
では θ＝１．π／ （ｔ＋ ＋Ｌｘ ） また、第４象限では、 θ＝−ｔ２π／（ｔ、＋ｔｚ ） となる。
。回転台１１を水平に設置し、一定速度（角速度）で回
転させると、両レーザ光ＣＷ、ＣＣＷはそれぞれ時計回
り１反時計回りに高さの異なる水平面上を旋回する。一
方、測定点には、第２図に示すように、この２つの旋回
高さの異なるレーザ光の通過を検知できる垂直方向に長
いセンサ３を置く。レーザ光ＣＷを検知してからレーザ
光ＣＣＷを検知するまでの時間をｔｌ、レーザ光ＣＣＷ
を検知してからレーザ光ＣＷを検知するまでの時間をｔ
２とすると、測定点と線対称軸のなす角θは、第１象限
では θ＝１．π／ （ｔ＋ ＋Ｌｘ ） また、第４象限では、 θ＝−ｔ２π／（ｔ、＋ｔｚ ） となる。
第１図に示す各レーザ灯台は、基台１にそれぞれの回転
台１１が鉛直方向を向くように、且つ図示しない駆動機
構により所定角度範囲内で鉛直軸を中心にそれぞれ回動
じ得るように装備されている。これは、レーザ灯台２Ａ
、２Ｂ、２Ｃから出力される２本のレーザ光はそれぞれ
相互に平行な２平面上のみを旋回するため、これらのレ
ーザ光の回転面上に受光センサ３Ａ〜３Ｃがくるように
するためである。
台１１が鉛直方向を向くように、且つ図示しない駆動機
構により所定角度範囲内で鉛直軸を中心にそれぞれ回動
じ得るように装備されている。これは、レーザ灯台２Ａ
、２Ｂ、２Ｃから出力される２本のレーザ光はそれぞれ
相互に平行な２平面上のみを旋回するため、これらのレ
ーザ光の回転面上に受光センサ３Ａ〜３Ｃがくるように
するためである。
受光センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃとしては、水平方向に長い
ものが使用されている。
ものが使用されている。
次に、第４図に基づき、本実施例における三次元位置検
出の原理について説明する。この図において、点０．Ｐ
、Ｑは同一平面上に設置された受光センサ３Ａ、３Ｂ、
３Ｃの設置点を示し、θ１θ２．θ、は各々の受光セン
サからみた目標としての移動体（ここでは点Ａで表す）
の仰角である。また、受光センサ３Ａの設置点Ｏを原点
（０゜０．０）とし、Ｐ、Ｑの座標をそれぞれ（Ｘ、。
出の原理について説明する。この図において、点０．Ｐ
、Ｑは同一平面上に設置された受光センサ３Ａ、３Ｂ、
３Ｃの設置点を示し、θ１θ２．θ、は各々の受光セン
サからみた目標としての移動体（ここでは点Ａで表す）
の仰角である。また、受光センサ３Ａの設置点Ｏを原点
（０゜０．０）とし、Ｐ、Ｑの座標をそれぞれ（Ｘ、。
Ｙ３．Ｏ）、ＣＸｔ 、Ｙｔ 、Ｏ）とし既知であると
する。目標Ａの三次元位置座標（ｘ、ｙ、２）を求める
には、第４図において、目標ＡからＸ−ｙ平面に下ろし
た垂線（鉛直線）と当該ｘ−ｙ平面との交点をＡ” （
ｘ、ｙ、Ｏ）とし、線分ＡＯの長さをＡＯ＝１．、同様
にＡＰ＝ Ｉ□、ＡＱ−１３とし、 △ＡＡ’ ０について考えると、 （＋、ｃｏｓθ ） Ｚ＝×２．ｙ２
°旧°°■１１ｓｉｎθ、＝ｚ
・・・・・・■同様に△ＡＡ’ Ｐ、△ＡＡ
’ Ｑについて考えると、 （１、ｃｏｓθ２ ） ”＝（ｘ−Ｘｌ’）”＋（ｙ−
Ｙｔ）” ・＋・・＋＋■１２ｓｉｎθ２＝２
・旧・・■ （１，ｃｏｓθ３ ） ”＝（Ｘ−Ｘｉ）”＋（ｙ−Ｙ
ｚ）” ＋＋＋＋＋・■１３ｓｉｎθ３＝ｚ
・・・・・・■■、■よ
り、ｓｉｎ θ１を３１とおいて、（ｚ／Ｓ＋）”
（１−Ｓ＋”）＝ｘ ”＋ｙ” −■同様
に、■、■より、ｓｉｎ θ２を８２とおいて、（ｚ／
Ｓｔ）” ＋ （１−Ｓｚす＝（ｘ−Ｘ＋）”＋（ｙ
−Ｙｔ）” ・”−■同様に、■、■より、ｓｉｎ
θ、をＳ３とおいて、（ｚ／Ｓ３）”・（１−５３”）
＝（ｘ−Ｘｉ）”＋（ｙ−Ｙｚ）” −＝■ここで、
（１−３ｌ”）／ ５Ｉｚ＝ＡＩトオ＜ （！：、■
ハ、Ａ、ｚ”＝ｘ ２＋ｙ”
−・・・＠）（１−５２”）／ Ｓ２”・八２とおく
と、Ａ２ｚ２＝（ｘ−Ｘ、）２＋（ｙ−Ｙｌ）”
””■（１−３１２）／ Ｓ３”・Ａ３と
おくと、Ａ３ｚ２＝（ｘ−Ｘｚ）２＋（ｙ−Ｙｚ）
−・”■となる。
する。目標Ａの三次元位置座標（ｘ、ｙ、２）を求める
には、第４図において、目標ＡからＸ−ｙ平面に下ろし
た垂線（鉛直線）と当該ｘ−ｙ平面との交点をＡ” （
ｘ、ｙ、Ｏ）とし、線分ＡＯの長さをＡＯ＝１．、同様
にＡＰ＝ Ｉ□、ＡＱ−１３とし、 △ＡＡ’ ０について考えると、 （＋、ｃｏｓθ ） Ｚ＝×２．ｙ２
°旧°°■１１ｓｉｎθ、＝ｚ
・・・・・・■同様に△ＡＡ’ Ｐ、△ＡＡ
’ Ｑについて考えると、 （１、ｃｏｓθ２ ） ”＝（ｘ−Ｘｌ’）”＋（ｙ−
Ｙｔ）” ・＋・・＋＋■１２ｓｉｎθ２＝２
・旧・・■ （１，ｃｏｓθ３ ） ”＝（Ｘ−Ｘｉ）”＋（ｙ−Ｙ
ｚ）” ＋＋＋＋＋・■１３ｓｉｎθ３＝ｚ
・・・・・・■■、■よ
り、ｓｉｎ θ１を３１とおいて、（ｚ／Ｓ＋）”
（１−Ｓ＋”）＝ｘ ”＋ｙ” −■同様
に、■、■より、ｓｉｎ θ２を８２とおいて、（ｚ／
Ｓｔ）” ＋ （１−Ｓｚす＝（ｘ−Ｘ＋）”＋（ｙ
−Ｙｔ）” ・”−■同様に、■、■より、ｓｉｎ
θ、をＳ３とおいて、（ｚ／Ｓ３）”・（１−５３”）
＝（ｘ−Ｘｉ）”＋（ｙ−Ｙｚ）” −＝■ここで、
（１−３ｌ”）／ ５Ｉｚ＝ＡＩトオ＜ （！：、■
ハ、Ａ、ｚ”＝ｘ ２＋ｙ”
−・・・＠）（１−５２”）／ Ｓ２”・八２とおく
と、Ａ２ｚ２＝（ｘ−Ｘ、）２＋（ｙ−Ｙｌ）”
””■（１−３１２）／ Ｓ３”・Ａ３と
おくと、Ａ３ｚ２＝（ｘ−Ｘｚ）２＋（ｙ−Ｙｚ）
−・”■となる。
［相］−■より、
（Ａ＋−Ａｚ）Ｚ２＝２Ｘ＋Ｘ＋２Ｙ＋ｙ−Ｘｌ”−Ｙ
ｌ” −−■［相］−〇より、 （Ａ、−八：＋）Ｚ２＝２ＸｚＸ＋２Ｙｚｙ−Ｘｚ”−
Ｙ２” ”・”’Ｑ■−■より、 （Ａ、−＾、）ｚ２ ＝２（Ｘｚ−ＸＩ）ｘ＋２（Ｙｚ−Ｙｌ）ｙ＋Ｘ＋”−
Ｘｚ”＋Ｙ＋”−Ｙｚ”−・・■となる。
ｌ” −−■［相］−〇より、 （Ａ、−八：＋）Ｚ２＝２ＸｚＸ＋２Ｙｚｙ−Ｘｚ”−
Ｙ２” ”・”’Ｑ■−■より、 （Ａ、−＾、）ｚ２ ＝２（Ｘｚ−ＸＩ）ｘ＋２（Ｙｚ−Ｙｌ）ｙ＋Ｘ＋”−
Ｘｚ”＋Ｙ＋”−Ｙｚ”−・・■となる。
ここで、ｚ”→７． 、 Ｘ −） Ｘ 、 ｙ −）
’ｙ’とすると、■［相］、■より、 但し、 ａ ＋＝２Ｌ、ｂ ＋＝２Ｙ＋、ｃ ＋＝（八ｚ
−Ａｔ） 、 φ 、−Ｘ、”＋Ｙ、”ａ ２−
２Ｘ２． ｂ ２−２Ｙ２．Ｃ２”（Ａ３ＪＩ）
Ｉ φ １＝Ｘ２”＋Ｙ２２ａ ３＝２（Ｘ２−
ＸＩ）、 ｂ ３＝２（Ｙｚ−Ｙｌ）、 Ｃ３＝
（Ａ３−八２） 。
’ｙ’とすると、■［相］、■より、 但し、 ａ ＋＝２Ｌ、ｂ ＋＝２Ｙ＋、ｃ ＋＝（八ｚ
−Ａｔ） 、 φ 、−Ｘ、”＋Ｙ、”ａ ２−
２Ｘ２． ｂ ２−２Ｙ２．Ｃ２”（Ａ３ＪＩ）
Ｉ φ １＝Ｘ２”＋Ｙ２２ａ ３＝２（Ｘ２−
ＸＩ）、 ｂ ３＝２（Ｙｚ−Ｙｌ）、 Ｃ３＝
（Ａ３−八２） 。
φ３＝Ｘ２”−Ｘ１２＋ＹＺ”−Ｙｌ” Ｔ：アル。
この連立方程式を解けば、χ、Ｙ、Ｚが求まるノテ、Ｘ
−χ、Ｙ＝Ｙ、 Ｚ＝ｚ１／２より、Ａ点の三次元位
置座標（ｘ、ｙ、ｚ）が求まる。
−χ、Ｙ＝Ｙ、 Ｚ＝ｚ１／２より、Ａ点の三次元位
置座標（ｘ、ｙ、ｚ）が求まる。
次に、本実施例における位置検出動作を説明する。
第１図において、各レーザ灯台２Ａ、２Ｂ２Ｃは、その
出力する２本のレーザ光の線対称軸が鉛直線方向に設定
されているものとする。これは、各レーザ灯台２Ａ、２
Ｂ、２Ｃの固定鏡１４の法線Ｎ方向が鉛直線方向と一致
するようにそれぞれのレーザ灯台２Ａ、２Ｂ、２Ｃを基
台１に装備すればよい。この場合において、移動体の移
動により基台１が傾く場合には、ジャイロ等を用いて（
或いはジャイロの原理を応用して）各レーザ灯台２Ａ、
２Ｂ、２Ｃの固定鏡１４の法線Ｎ方向が鉛直線方向と一
致するようにする必要がある。
出力する２本のレーザ光の線対称軸が鉛直線方向に設定
されているものとする。これは、各レーザ灯台２Ａ、２
Ｂ、２Ｃの固定鏡１４の法線Ｎ方向が鉛直線方向と一致
するようにそれぞれのレーザ灯台２Ａ、２Ｂ、２Ｃを基
台１に装備すればよい。この場合において、移動体の移
動により基台１が傾く場合には、ジャイロ等を用いて（
或いはジャイロの原理を応用して）各レーザ灯台２Ａ、
２Ｂ、２Ｃの固定鏡１４の法線Ｎ方向が鉛直線方向と一
致するようにする必要がある。
また、各受光センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、同一平面上に
配置されているものとする。
配置されているものとする。
基台１に装備された各レーザ灯台２Ａ、２Ｂ。
２Ｃから線対称な２本の旋回レーザ光がそれぞれ照射さ
れると、各受光センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃに各別にこれを
受光せしめるべく、例えば、レーザ灯台２Ａからの２本
のレーザ光は受光センサ３Ａで、レーザ灯台２Ｂからの
２本のレーザ光は受光センサ３Ｂで、レーザ灯台２Ｃか
らの２本のレーザ光は受光センサ３Ｃでそれぞれ受光し
得るように、それぞれのレーザ光の回転面上に各受光セ
ンサがくるように、図示しない駆動手段を介して各レー
ザ灯台２Ａ、２Ｂ、２Ｃがそれぞれ所定角度範囲で回動
される。
れると、各受光センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃに各別にこれを
受光せしめるべく、例えば、レーザ灯台２Ａからの２本
のレーザ光は受光センサ３Ａで、レーザ灯台２Ｂからの
２本のレーザ光は受光センサ３Ｂで、レーザ灯台２Ｃか
らの２本のレーザ光は受光センサ３Ｃでそれぞれ受光し
得るように、それぞれのレーザ光の回転面上に各受光セ
ンサがくるように、図示しない駆動手段を介して各レー
ザ灯台２Ａ、２Ｂ、２Ｃがそれぞれ所定角度範囲で回動
される。
このようにして、各受光センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃで、レ
ーザ灯台２Ａ、２Ｂ、２Ｃのレーザ光がそれぞれ受光さ
れると、この受光信号が位置演算手段４に送出され、位
置演算手段４では、図示しないタイマーを用いて各受光
時間差を測定しく受光時間差測定機能）、前述したよう
にして各レーザ灯台２Ａ、２Ｂ、２Ｃと対応する受光セ
ンサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃとを結ぶ線と当該各レーザ灯台の
線対称軸とのなす角、即ち、第４図に示す線分１１．１
□、１３と鉛直線のなす角α１．α２．α（第１図では
、図示の都合上、レーザ灯台と各受光センサとを近くに
示しているが実際には両者間の距離は非常に大きく又レ
ーザ灯台は極く接近して装備されるのでこのように考え
てよい）を演算し、この値から受光センサ３Ａ、３Ｂ、
３Ｃから見た目標の仰角θ３．θ２．θ３をそれぞれ算
出しく第１の演算機能）、この算出された仰角及び受光
センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃの設置点０． ＰＱの三次元
位置座標に基づき、前述した解析的手法により移動体（
目標）の三次元位置座標を算出しく第２の演算機能）、
この算出結果を移動体の位置座標として出力する。
ーザ灯台２Ａ、２Ｂ、２Ｃのレーザ光がそれぞれ受光さ
れると、この受光信号が位置演算手段４に送出され、位
置演算手段４では、図示しないタイマーを用いて各受光
時間差を測定しく受光時間差測定機能）、前述したよう
にして各レーザ灯台２Ａ、２Ｂ、２Ｃと対応する受光セ
ンサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃとを結ぶ線と当該各レーザ灯台の
線対称軸とのなす角、即ち、第４図に示す線分１１．１
□、１３と鉛直線のなす角α１．α２．α（第１図では
、図示の都合上、レーザ灯台と各受光センサとを近くに
示しているが実際には両者間の距離は非常に大きく又レ
ーザ灯台は極く接近して装備されるのでこのように考え
てよい）を演算し、この値から受光センサ３Ａ、３Ｂ、
３Ｃから見た目標の仰角θ３．θ２．θ３をそれぞれ算
出しく第１の演算機能）、この算出された仰角及び受光
センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃの設置点０． ＰＱの三次元
位置座標に基づき、前述した解析的手法により移動体（
目標）の三次元位置座標を算出しく第２の演算機能）、
この算出結果を移動体の位置座標として出力する。
以上説明した本第１実施例によると、レーザ灯台２Ａ、
２Ｂ、２Ｃを使用しているため、超音波式に比べて有効
距離が長く、反射式に比べて測定可能範囲が広くなり、
風等の影響を受けることがなく、トラッキング方式等の
ように目標の認識ミスが生じることがなく、しかもトラ
ッキング方式や、三次元レーダに比較して安価に供給す
ることができる。
２Ｂ、２Ｃを使用しているため、超音波式に比べて有効
距離が長く、反射式に比べて測定可能範囲が広くなり、
風等の影響を受けることがなく、トラッキング方式等の
ように目標の認識ミスが生じることがなく、しかもトラ
ッキング方式や、三次元レーダに比較して安価に供給す
ることができる。
また、本実施例においては、各受光センサ３Ａ。
３Ｂ、３Ｃを同一平面上に配置したので、移動体の位置
算出のだめの演算が容易になっている。
算出のだめの演算が容易になっている。
〔第２実施例〕
次に、本発明の第２実施例を第５図に基づいて説明する
。
。
この実施例は、目標物体としての移動体側にレーザ灯台
２を一つだけ装備し、このレーザ灯台２を図示の如く一
定角速度ω２で鉛直軸（２軸）を中心として回転し得る
ように基台１に装備した点に特徴を有するものである。
２を一つだけ装備し、このレーザ灯台２を図示の如く一
定角速度ω２で鉛直軸（２軸）を中心として回転し得る
ように基台１に装備した点に特徴を有するものである。
その他の構成は、前述した第１実施例と同一になってい
る。
る。
この場合、レーザ光の回転角速度をω、とすると、ω、
）ω２とすれば、前述した第１実施例と同様にして移動
体の三次元位置座標を求めることができ、同様の効果を
得ることができる。更に、レーザ灯台２が一つであるた
め、構成が一層簡単なものとなっている。
）ω２とすれば、前述した第１実施例と同様にして移動
体の三次元位置座標を求めることができ、同様の効果を
得ることができる。更に、レーザ灯台２が一つであるた
め、構成が一層簡単なものとなっている。
なお、上記第１．第２実施例においでは、位置の算出に
関する計算を容易にするため、各受光センサを同一平面
上に配置する場合を例示したが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、任意の点に各受光センサを配置して
もよく、かかる場合には計算が幾分複雑にはなるが、反
対に何処にでも受光センサを設置できるのでセンサの設
置が容易になる。また、上記各実施例においては、受光
センサを３つ三角形状に配置する場合を例示したが、３
つ以上であれば幾つ受光センサを配置してもよく、この
場合にはその内のレーザ光を受光したものから適当な３
つを選出し、上記と同様にして目標の三次元位置座標を
得るようにすれば良い。
関する計算を容易にするため、各受光センサを同一平面
上に配置する場合を例示したが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、任意の点に各受光センサを配置して
もよく、かかる場合には計算が幾分複雑にはなるが、反
対に何処にでも受光センサを設置できるのでセンサの設
置が容易になる。また、上記各実施例においては、受光
センサを３つ三角形状に配置する場合を例示したが、３
つ以上であれば幾つ受光センサを配置してもよく、この
場合にはその内のレーザ光を受光したものから適当な３
つを選出し、上記と同様にして目標の三次元位置座標を
得るようにすれば良い。
更に、上記実施例においては、レーザ灯台の線対称軸を
鉛直線方向に一致させる場合を例示したが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、第６図に示すように、線
対称軸が鉛直線に対しある角θＦ （θ、〈９０°）を
なすように設定しても良い。
鉛直線方向に一致させる場合を例示したが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、第６図に示すように、線
対称軸が鉛直線に対しある角θＦ （θ、〈９０°）を
なすように設定しても良い。
本発明は、以上のように構成され機能するので、これに
よれば、レーザ出力手段がら出力される２本のレーザ光
を任意の３つの受光手段が受光するだけで、その受光時
間差に基づいて各レーザ受光手段からみた目標点（物体
）の仰角を算出し、これに基づき解析的手法により目標
点（物体）の三次元位置座標を算出することができ、線
対称な２本のレーザ光を出力するレーザ出力手段を使用
しているため、超音波式に比べて有効距離を長くするこ
とができ、反射式に比べて測定可能範囲を広くすること
ができ、風等の影響により測定誤差が生じるのを防止す
ることができ、トラッキング方式等と異なり目標の認識
が不要であるため目標の認識ミスが発生するおそれはな
く、しかも比較的安価であるという従来にない優れた三
次元位置検出方法及びその装置を提供することができる
。
よれば、レーザ出力手段がら出力される２本のレーザ光
を任意の３つの受光手段が受光するだけで、その受光時
間差に基づいて各レーザ受光手段からみた目標点（物体
）の仰角を算出し、これに基づき解析的手法により目標
点（物体）の三次元位置座標を算出することができ、線
対称な２本のレーザ光を出力するレーザ出力手段を使用
しているため、超音波式に比べて有効距離を長くするこ
とができ、反射式に比べて測定可能範囲を広くすること
ができ、風等の影響により測定誤差が生じるのを防止す
ることができ、トラッキング方式等と異なり目標の認識
が不要であるため目標の認識ミスが発生するおそれはな
く、しかも比較的安価であるという従来にない優れた三
次元位置検出方法及びその装置を提供することができる
。
第１図は本発明の第１実施例の構成を示す説明図、第２
図はレーザ灯台の具体的構成及び線対称なレーザ光を出
力する原理を示す説明図、第３図はレーザ灯台による角
度測定の原理を説明するための図、第４図は第１実施例
における三次元位置検出の原理を説明するための図、第
５図は本発明の第２実施例の構成を示す説明図、第６図
はレーザ灯台のレーザ光の線対称軸を鉛直線に対して一
定角度θ、たけ傾けた状態で設定した場合を示す説明図
、第７図は従来例を示す説明図である。
図はレーザ灯台の具体的構成及び線対称なレーザ光を出
力する原理を示す説明図、第３図はレーザ灯台による角
度測定の原理を説明するための図、第４図は第１実施例
における三次元位置検出の原理を説明するための図、第
５図は本発明の第２実施例の構成を示す説明図、第６図
はレーザ灯台のレーザ光の線対称軸を鉛直線に対して一
定角度θ、たけ傾けた状態で設定した場合を示す説明図
、第７図は従来例を示す説明図である。
■・・・・・・目標物体としての移動体、２．２Ａ、２
Ｂ、２Ｃ・・・・・・レーザ出力手段としてのレーザ灯
台、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ・・・・・・レーザ受光手段とし
ての受光センサ、４・・・・・・位置演算手段。
Ｂ、２Ｃ・・・・・・レーザ出力手段としてのレーザ灯
台、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ・・・・・・レーザ受光手段とし
ての受光センサ、４・・・・・・位置演算手段。
Claims (5)
- （１）、相互に平行な平面内を一定角速度で旋回する線
対称な２本のレーザ光をそれぞれ出力する３つのレーザ
出力手段を目標点に配置し、これに対応して少なくとも
３箇所にレーザ受光手段を設置し、 前記各レーザ出力手段から出力される各２本のレーザ光
を、前記レーザ受光手段の内任意の３つが各別に受光す
る受光時間差をそれぞれ計測し、当該受光時間差に基づ
きレーザ受光手段のそれぞれの設置点から見た目標点の
仰角をそれぞれ算出し、 しかる後、この仰角及び各受光手段の設置点の三次元位
置座標に基づき、解析的手法により前記目標点の三次元
位置座標を算出することを特徴とした三次元位置検出方
法。 - （２）、相互に平行な平面内を一定角速度で旋回する線
対称な２本のレーザ光を出力するとともに鉛直軸を中心
として所定の角速度で回転するレーザ出力手段を目標点
に配置し、これに対応して少なくとも３箇所にレーザ受
光手段を設置し、前記レーザ出力手段から出力される２
本のレーザ光を、前記レーザ受光手段の内任意の３つが
それぞれ受光する受光時間差を計測し、当該受光時間差
に基づきレーザ受光手段のそれぞれの設置点から見た目
標点の仰角をそれぞれ算出し、 しかる後、この仰角及び各受光手段の設置点の三次元位
置座標に基づき、解析的手法により前記目標点の三次元
位置座標を算出することを特徴とした三次元位置検出方
法。 - （３）、相互に平行な平面内を一定角速度で旋回する線
対称な２本のレーザ光をそれぞれ出力する３つのレーザ
出力手段を、鉛直軸を中心としてそれぞれ所定角度範囲
内で回動可能に目標物体に装備し、 これに対応してそれぞれ異なる点に少なくとも３つのレ
ーザ受光手段を設置し、 これらのレーザ受光手段に、前記各レーザ出力手段から
出力される各２本のレーザ光を前記レーザ受光手段の内
任意の３つが各別に受光する受光時間差をそれぞれ計測
する受光時間差計測機能と、当該受光時間差に基づきレ
ーザ受光手段のそれぞれの設置点から見た目標物体の仰
角をそれぞれ算出する第１の演算機能と、この算出され
た各仰角及び各受光手段の設置点の三次元位置座標に基
づき、解析的手法により前記目標物体の三次元位置座標
を算出する第２の演算機能とを有する位置演算手段を併
設したことを特徴とする三次元位置検出装置。 - （４）、相互に平行な平面内を一定角速度で旋回する線
対称な２本のレーザ光を出力するレーザ出力手段を、鉛
直軸を中心として回転可能に目標物体に装備し、 これに対応してそれぞれ異なる点に少なくとも３つのレ
ーザ受光手段を設置し、 これらのレーザ受光手段に、前記レーザ出力手段から出
力される各２本のレーザ光を前記レーザ受光手段の内任
意の３つがそれぞれ受光する受光時間差を計測する受光
時間差計測機能と、当該受光時間差に基づきレーザ受光
手段のそれぞれの設置点から見た目標物体の仰角をそれ
ぞれ算出する第１の演算機能と、この算出された各仰角
及び各受光手段の設置点の三次元位置座標に基づき、解
析的手法により前記目標物体の三次元位置座標を算出す
る第２の演算機能とを有する位置演算手段を併設したこ
とを特徴とする三次元位置検出装置。 - （５）前記各レーザ受光手段が、同一平面上に配置され
ていることを特徴とした請求項３又は４記載の三次元位
置検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4837790A JPH03251706A (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 三次元位置検出方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4837790A JPH03251706A (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 三次元位置検出方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03251706A true JPH03251706A (ja) | 1991-11-11 |
Family
ID=12801634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4837790A Pending JPH03251706A (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 三次元位置検出方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03251706A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8630147B2 (en) | 2008-09-30 | 2014-01-14 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Method of determining position where work is done in space surrounded by surfaces and work result management device |
| CN112050778A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-12-08 | 中铁大桥局第七工程有限公司 | 一种高程传递测量方法及系统 |
-
1990
- 1990-02-28 JP JP4837790A patent/JPH03251706A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8630147B2 (en) | 2008-09-30 | 2014-01-14 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Method of determining position where work is done in space surrounded by surfaces and work result management device |
| CN112050778A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-12-08 | 中铁大桥局第七工程有限公司 | 一种高程传递测量方法及系统 |
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