JPH0996672A - ３次元位置データ生成システムおよび方法 - Google Patents
３次元位置データ生成システムおよび方法Info
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- JPH0996672A JPH0996672A JP27501895A JP27501895A JPH0996672A JP H0996672 A JPH0996672 A JP H0996672A JP 27501895 A JP27501895 A JP 27501895A JP 27501895 A JP27501895 A JP 27501895A JP H0996672 A JPH0996672 A JP H0996672A
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- ultrasonic
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
- G01S5/186—Determination of attitude
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- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
- G01S11/02—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves
- G01S11/08—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves using synchronised clocks
-
- G—PHYSICS
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- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
- G01S5/30—Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 一または複数の測定点の３次元座標を表わす
正確なデータを比較的容易に得られるようにする。 【構成】 超音波送波器11〜22が対象物10の複数の測定
点に配置され，超音波受波器31〜38がフレーム30の各頂
点に配置される。超音波送波器11〜22のうちの一の超音
波送波器から超音波が放射され，カウンタ63が超音波の
送波時点から計時を開始される。放射された超音波を，
超音波受波器31〜38が受波すると，カウンタ63のカウン
ト・データがラッチ回路31〜38にラッチされる。ラッチ
回路31〜38にラッチされたラッチ・データ１〜８が制御
／処理装置60に取込まれ，制御／処理装置60においてこ
れらのラッチ・データ１〜８に基づいて測定点の３次元
座標データが算出される。
正確なデータを比較的容易に得られるようにする。 【構成】 超音波送波器11〜22が対象物10の複数の測定
点に配置され，超音波受波器31〜38がフレーム30の各頂
点に配置される。超音波送波器11〜22のうちの一の超音
波送波器から超音波が放射され，カウンタ63が超音波の
送波時点から計時を開始される。放射された超音波を，
超音波受波器31〜38が受波すると，カウンタ63のカウン
ト・データがラッチ回路31〜38にラッチされる。ラッチ
回路31〜38にラッチされたラッチ・データ１〜８が制御
／処理装置60に取込まれ，制御／処理装置60においてこ
れらのラッチ・データ１〜８に基づいて測定点の３次元
座標データが算出される。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】この発明は，一または複数の測定点の３次
元位置を表わすデータを得るための３次元位置データ生
成システムおよび方法に関する。
元位置を表わすデータを得るための３次元位置データ生
成システムおよび方法に関する。
【０００２】
【背景技術】コンピュータ・グラフィックスの分野にお
いて，立体的に表現するために，映像を３次元グラフィ
ックスにより表現することが行なわれている。表示すべ
き対象物の骨格となる複数の点を表わす位置座標データ
があれば，対象物の表面を滑らかに表現する３次元表示
データを作成することができる。
いて，立体的に表現するために，映像を３次元グラフィ
ックスにより表現することが行なわれている。表示すべ
き対象物の骨格となる複数の点を表わす位置座標データ
があれば，対象物の表面を滑らかに表現する３次元表示
データを作成することができる。
【０００３】対象物が動く場合には骨格点の位置座標デ
ータを収集するのは非常に困難である。対象物を少しず
つ動かしながらその対象物の複数の骨格点の位置座標デ
ータを得なければならない。得られた位置座標データが
正確でなければ，それに基づいて作成されたコンピュー
タ・グラフィックスにおける対象物の動きが不自然なも
のとなる。
ータを収集するのは非常に困難である。対象物を少しず
つ動かしながらその対象物の複数の骨格点の位置座標デ
ータを得なければならない。得られた位置座標データが
正確でなければ，それに基づいて作成されたコンピュー
タ・グラフィックスにおける対象物の動きが不自然なも
のとなる。
【０００４】
【発明の開示】この発明は，一または複数の測定点の３
次元位置を表わす正確なデータを比較的容易に得られる
ようにすることを目的としている。
次元位置を表わす正確なデータを比較的容易に得られる
ようにすることを目的としている。
【０００５】この発明による３次元位置データ生成シス
テムは，位置データを求めるべき測定点に配置され，超
音波を周囲に送波する超音波送波手段，３次元空間にお
いて上記測定点のまわりの異なる少なくとも３つのあら
かじめ定められた位置にそれぞれ配置され，上記超音波
送波手段から送波された超音波を受波して受波信号をそ
れぞれ出力する複数の超音波受波手段，上記超音波送波
手段による超音波の送波時点から上記の各超音波受波手
段による超音波受波までの伝搬時間をそれぞれ計時する
計時手段，および上記計時手段によって計時された伝搬
時間に基づいて，上記超音波送波手段から上記の各超音
波受波手段までの距離をそれぞれ算出し，これらの算出
した距離に基づいて上記超音波送波手段が設けられた測
定点の３次元位置を表わすデータを算出する位置算出手
段を備えている。
テムは，位置データを求めるべき測定点に配置され，超
音波を周囲に送波する超音波送波手段，３次元空間にお
いて上記測定点のまわりの異なる少なくとも３つのあら
かじめ定められた位置にそれぞれ配置され，上記超音波
送波手段から送波された超音波を受波して受波信号をそ
れぞれ出力する複数の超音波受波手段，上記超音波送波
手段による超音波の送波時点から上記の各超音波受波手
段による超音波受波までの伝搬時間をそれぞれ計時する
計時手段，および上記計時手段によって計時された伝搬
時間に基づいて，上記超音波送波手段から上記の各超音
波受波手段までの距離をそれぞれ算出し，これらの算出
した距離に基づいて上記超音波送波手段が設けられた測
定点の３次元位置を表わすデータを算出する位置算出手
段を備えている。
【０００６】この発明による３次元位置データ生成方法
は，超音波を周囲に送波する超音波送波手段を，位置デ
ータを求めるべき測定点にそれぞれ配置し，上記超音波
送波手段から送波された超音波を受波して受波信号をそ
れぞれ出力する複数の超音波受波手段を，３次元空間に
おいて上記測定点のまわりの異なる少なくとも３つのあ
らかじめ定められた位置にそれぞれ配置しておき，上記
超音波送波手段による超音波の送波時点から上記の各超
音波受波手段による超音波受波までの伝搬時間をそれぞ
れ計時し，上記超音波送波手段から上記の各超音波受波
手段までの距離をそれぞれ算出し，これらの算出した距
離に基づいて上記超音波送波手段が設けられた測定点の
３次元位置を表わすデータを算出するものである。
は，超音波を周囲に送波する超音波送波手段を，位置デ
ータを求めるべき測定点にそれぞれ配置し，上記超音波
送波手段から送波された超音波を受波して受波信号をそ
れぞれ出力する複数の超音波受波手段を，３次元空間に
おいて上記測定点のまわりの異なる少なくとも３つのあ
らかじめ定められた位置にそれぞれ配置しておき，上記
超音波送波手段による超音波の送波時点から上記の各超
音波受波手段による超音波受波までの伝搬時間をそれぞ
れ計時し，上記超音波送波手段から上記の各超音波受波
手段までの距離をそれぞれ算出し，これらの算出した距
離に基づいて上記超音波送波手段が設けられた測定点の
３次元位置を表わすデータを算出するものである。
【０００７】複数の測定点の位置データを得る場合に
は，複数の測定点のそれぞれに超音波送波手段が設けら
れる。これらの複数の超音波送波手段は所定の送波周期
で順次一つずつ超音波を送波するように駆動される。各
送波周期内において上記超音波送波手段から上記の各超
音波受波手段までの超音波伝搬時間が計時される。得ら
れた伝搬時間データを用いて複数の測定点の位置をそれ
ぞれ表わす３次元位置データが算出される。
は，複数の測定点のそれぞれに超音波送波手段が設けら
れる。これらの複数の超音波送波手段は所定の送波周期
で順次一つずつ超音波を送波するように駆動される。各
送波周期内において上記超音波送波手段から上記の各超
音波受波手段までの超音波伝搬時間が計時される。得ら
れた伝搬時間データを用いて複数の測定点の位置をそれ
ぞれ表わす３次元位置データが算出される。
【０００８】一つの測定点から放射された超音波が少な
くとも３つの超音波受波手段に到達するのに要する時間
（伝搬時間）は，測定点の位置と超音波受波手段との間
の距離に依存する。伝搬時間に基づいて上記の距離を算
出することができる。超音波受波手段が配置された位置
があらかじめ分っていれば，幾何学的に測定点の位置を
定めることができる。
くとも３つの超音波受波手段に到達するのに要する時間
（伝搬時間）は，測定点の位置と超音波受波手段との間
の距離に依存する。伝搬時間に基づいて上記の距離を算
出することができる。超音波受波手段が配置された位置
があらかじめ分っていれば，幾何学的に測定点の位置を
定めることができる。
【０００９】測定点に超音波送波手段を，そのまわりの
少なくとも３点に超音波受波手段を配置するという比較
的簡単な構成によって，そして幾何学上の比較的簡単な
演算によって測定点の位置を表わすデータを得ることが
できる。
少なくとも３点に超音波受波手段を配置するという比較
的簡単な構成によって，そして幾何学上の比較的簡単な
演算によって測定点の位置を表わすデータを得ることが
できる。
【００１０】複数の測定点の位置データを得る場合に
は，各測定点に超音波送波手段を配置し，各測定点から
時間をおいて超音波を送波すればよいので，複数の測定
点についてもその位置データを比較的簡単に収集でき
る。
は，各測定点に超音波送波手段を配置し，各測定点から
時間をおいて超音波を送波すればよいので，複数の測定
点についてもその位置データを比較的簡単に収集でき
る。
【００１１】動く対象物の骨格を表わす位置データを得
る場合には，対象物の所定の箇所に超音波送波手段を設
ければよい。対象物を少しずつ動かしながら超音波送波
と受波を繰返すことにより，対象物の動きを表わす骨格
位置データを得ることができる。
る場合には，対象物の所定の箇所に超音波送波手段を設
ければよい。対象物を少しずつ動かしながら超音波送波
と受波を繰返すことにより，対象物の動きを表わす骨格
位置データを得ることができる。
【００１２】
【実施例】３次元位置データ生成システムは，動きのあ
る対象物，たとえば人，動物または人形（怪獣，ロボッ
ト等を表わす）の３次元グラフィックス・データを作成
するための基礎となる３次元位置データを生成するもの
である。対象物の３次元グラフィックス・データを作成
するためには，対象物の骨格をつくる複数の位置（以
下，測定点という）を表わす３次元位置データが必要で
ある。測定点の位置およびその数は，対象物の種類，３
次元グラフィックスの精度等に応じて異なる。たとえば
人形の場合には頭，肩，肘，手首，腰，膝，足首等の所
定箇所に測定点を設ける必要がある。
る対象物，たとえば人，動物または人形（怪獣，ロボッ
ト等を表わす）の３次元グラフィックス・データを作成
するための基礎となる３次元位置データを生成するもの
である。対象物の３次元グラフィックス・データを作成
するためには，対象物の骨格をつくる複数の位置（以
下，測定点という）を表わす３次元位置データが必要で
ある。測定点の位置およびその数は，対象物の種類，３
次元グラフィックスの精度等に応じて異なる。たとえば
人形の場合には頭，肩，肘，手首，腰，膝，足首等の所
定箇所に測定点を設ける必要がある。
【００１３】各測定点の３次元位置データは，測定点ご
とに取付けられた超音波送波器から周囲に放射される超
音波（たとえば40kHz ）を，所定位置に固定された複数
の超音波受波器によって受波し，超音波の送波時点から
複数の超音波受波器における受波時点までの伝搬時間を
計測し，これらの計測した伝搬時間に基づいて算出され
る。
とに取付けられた超音波送波器から周囲に放射される超
音波（たとえば40kHz ）を，所定位置に固定された複数
の超音波受波器によって受波し，超音波の送波時点から
複数の超音波受波器における受波時点までの伝搬時間を
計測し，これらの計測した伝搬時間に基づいて算出され
る。
【００１４】図１は，３次元位置データを生成する３次
元位置データ生成システムにおける超音波送波器および
超音波受波器の配置の一例を示している。
元位置データ生成システムにおける超音波送波器および
超音波受波器の配置の一例を示している。
【００１５】対象物10はたとえば，オペレータによって
操作される人形（ロボット）である。この対象物10の
頭，首，胸，右腕の肘，右腕の手首，左腕の肘，左腕の
手首，腰，右足の膝，右足の足首，左足の膝および左足
の足首の所定箇所に測定点が設定される。これらの測定
点にそれぞれ，超音波送波器11，12，13，14，15，16，
17，18，19，20，21および22が取付けられる。必要に応
じてもっと多くの測定点を設定する。
操作される人形（ロボット）である。この対象物10の
頭，首，胸，右腕の肘，右腕の手首，左腕の肘，左腕の
手首，腰，右足の膝，右足の足首，左足の膝および左足
の足首の所定箇所に測定点が設定される。これらの測定
点にそれぞれ，超音波送波器11，12，13，14，15，16，
17，18，19，20，21および22が取付けられる。必要に応
じてもっと多くの測定点を設定する。
【００１６】対象物10の動作範囲および移動範囲を囲
む，立方体（または直方体）状のフレーム30が設けられ
る。フレーム30は部屋の床面，壁，天井等をその一部に
利用して構成してもよいし，柱材（木，金属）を用いて
組立ててもよい。このフレーム30の底面は対象物10が動
く床である。フレーム30の下部の頂点に超音波受波器3
1，32，33および34がそれぞれ設けられ，フレーム30の
上部の頂点に超音波受波器35，36，37および38がそれぞ
れ設けられる。
む，立方体（または直方体）状のフレーム30が設けられ
る。フレーム30は部屋の床面，壁，天井等をその一部に
利用して構成してもよいし，柱材（木，金属）を用いて
組立ててもよい。このフレーム30の底面は対象物10が動
く床である。フレーム30の下部の頂点に超音波受波器3
1，32，33および34がそれぞれ設けられ，フレーム30の
上部の頂点に超音波受波器35，36，37および38がそれぞ
れ設けられる。
【００１７】超音波受波器31〜38は必ずしもフレーム30
の各頂点に配置しなくてもよく，一の超音波受波器を基
準として，その基準受波器からその他の超音波受波器の
相対位置が分かればよい。たとえば，超音波の反射が少
ない室内において計測を行う場合，複数の超音波受波器
を床または床に近い高さ位置（たとえば壁）に，対象物
を囲むように配置し，天井または対象物よりも高い位置
（たとえば壁）に，対象物を囲むように他の複数の超音
波受波器を配置すればよい。また超音波受波器の数は，
８個に限られず，これより少なくしてもよいし，多くて
もよい。
の各頂点に配置しなくてもよく，一の超音波受波器を基
準として，その基準受波器からその他の超音波受波器の
相対位置が分かればよい。たとえば，超音波の反射が少
ない室内において計測を行う場合，複数の超音波受波器
を床または床に近い高さ位置（たとえば壁）に，対象物
を囲むように配置し，天井または対象物よりも高い位置
（たとえば壁）に，対象物を囲むように他の複数の超音
波受波器を配置すればよい。また超音波受波器の数は，
８個に限られず，これより少なくしてもよいし，多くて
もよい。
【００１８】図２は超音波送波器の位置および超音波受
波器の位置をＸ，Ｙ，Ｚ三次元直交座標系に表わしたも
のである。超音波送波器11〜22のうち一つの超音波送波
器の位置，すなわち一つの測定点を点Ｓ（α，β，γ）
で示す。また，８個の超音波受波器31，32，33，34，3
5，36，37および38の位置をそれぞれ，点Ａ，点Ｂ，点
Ｃ，点Ｄ，点ａ，点ｂ，点ｃおよび点ｄで示す。これら
の点Ａ〜ｄを総称して受波点という。点ＡをＸＹＺ座標
系の原点とする。すべての受波点はＸＹＺ座標系の正の
領域にある。
波器の位置をＸ，Ｙ，Ｚ三次元直交座標系に表わしたも
のである。超音波送波器11〜22のうち一つの超音波送波
器の位置，すなわち一つの測定点を点Ｓ（α，β，γ）
で示す。また，８個の超音波受波器31，32，33，34，3
5，36，37および38の位置をそれぞれ，点Ａ，点Ｂ，点
Ｃ，点Ｄ，点ａ，点ｂ，点ｃおよび点ｄで示す。これら
の点Ａ〜ｄを総称して受波点という。点ＡをＸＹＺ座標
系の原点とする。すべての受波点はＸＹＺ座標系の正の
領域にある。
【００１９】立方体のＸ，ＹおよびＺ軸方向の一辺の長
さ（点Ａと点Ｂの距離，点Ａと点Ｄの距離および点Ａと
点ａの距離）をそれぞれ，ｄx ，ｄy およびｄz とする
（これらの距離はあらかじめ測定されている）。各受波
点の座標はそれぞれ，Ａ（０，０，０），Ｂ（ｄx ，
０，０），Ｃ（ｄx ，ｄy ，０），Ｄ（０，ｄy ，
ｄz），ａ（０，０，ｄx ），ｂ（ｄx ，０，ｄz ），
ｃ（ｄx ，ｄy ，ｄz ）およびｄ（０，ｄy ，ｄz ）と
なる。
さ（点Ａと点Ｂの距離，点Ａと点Ｄの距離および点Ａと
点ａの距離）をそれぞれ，ｄx ，ｄy およびｄz とする
（これらの距離はあらかじめ測定されている）。各受波
点の座標はそれぞれ，Ａ（０，０，０），Ｂ（ｄx ，
０，０），Ｃ（ｄx ，ｄy ，０），Ｄ（０，ｄy ，
ｄz），ａ（０，０，ｄx ），ｂ（ｄx ，０，ｄz ），
ｃ（ｄx ，ｄy ，ｄz ）およびｄ（０，ｄy ，ｄz ）と
なる。
【００２０】測定点Ｓから，点Ａ，点Ｂ，点Ｃ，点Ｄ，
点ａ，点ｂ，点ｃおよび点ｄまでのそれぞれの距離をそ
れぞれ，ｄ1 ，ｄ2 ，ｄ3 ，ｄ4 ，ｄ5 ，ｄ6 ，ｄ7 お
よびｄ8 とする（これらの距離は後述するようにして測
定される）。
点ａ，点ｂ，点ｃおよび点ｄまでのそれぞれの距離をそ
れぞれ，ｄ1 ，ｄ2 ，ｄ3 ，ｄ4 ，ｄ5 ，ｄ6 ，ｄ7 お
よびｄ8 とする（これらの距離は後述するようにして測
定される）。
【００２１】図３は，一つの超音波送波器（測定点）か
ら少なくとも４つの超音波受波器（受波点）までの距離
に基づいて上記超音波送波器の位置を表わす３次元座標
データを算出する方法を説明する図である。この図には
図２に示す測定点Ｓ，４つの受波点Ａ，Ｂ，Ｄおよびａ
が示されている。
ら少なくとも４つの超音波受波器（受波点）までの距離
に基づいて上記超音波送波器の位置を表わす３次元座標
データを算出する方法を説明する図である。この図には
図２に示す測定点Ｓ，４つの受波点Ａ，Ｂ，Ｄおよびａ
が示されている。
【００２２】測定点ＳからそれぞれＸ軸，Ｙ軸およびＺ
軸に下ろした垂線と各軸の交点をそれぞれ，Ｐ，Ｑおよ
びＲとする。点Ｐは測定点ＳのＸ座標を，点ＱはＹ座標
を，点ＲはＺ座標をそれぞれ表す。すなわち，Ｐ（α，
０，０），Ｑ（０，β，０），Ｒ（０，０，γ）であ
る。
軸に下ろした垂線と各軸の交点をそれぞれ，Ｐ，Ｑおよ
びＲとする。点Ｐは測定点ＳのＸ座標を，点ＱはＹ座標
を，点ＲはＺ座標をそれぞれ表す。すなわち，Ｐ（α，
０，０），Ｑ（０，β，０），Ｒ（０，０，γ）であ
る。
【００２３】３つの点Ｓ，ＡおよびＢによって形成され
る三角形ＳＡＢにおいて，長さαは次式によって表され
る。
る三角形ＳＡＢにおいて，長さαは次式によって表され
る。
【００２４】
【数１】
【００２５】この三角形ＳＡＢにおいて，余弦定理から
次式が成立する。
次式が成立する。
【００２６】
【数２】
【００２７】式(2) を式(1) に代入すると次式が得られ
る。
る。
【００２８】 α＝ｄ1(ｄ1 2＋ｄx 2−ｄ2 2)／(２ｄ1ｄx) ＝(ｄ1 2＋ｄx 2−ｄ2 2)／(２ｄx) …(3)
【００２９】同様に，長さβおよびγはそれぞれ，次式
によって表される。
によって表される。
【００３０】 β＝(ｄ1 2＋ｄy 2−ｄ4 2)／(２ｄy) …(4) γ＝(ｄ1 2＋ｄz 2−ｄ5 2)／(２ｄx) …(5)
【００３１】このようにして，測定点Ｓから少なくとも
４つの受波点までの距離に基づいて，測定点Ｓを表わす
３次元座標を得ることができる。
４つの受波点までの距離に基づいて，測定点Ｓを表わす
３次元座標を得ることができる。
【００３２】上述した方法をまとめると次のようにな
る。８つの受波点の中から，基準となる一の受波点を選
択する（この受波点を，基準受波点という）。この基準
受波点からＸ，Ｙ，Ｚ方向（負方向も含むにそれぞれ隣
接する受波点を選択する。一の測定点からこれらの４つ
の受波点までの距離を計測する。計測した４つの距離を
用いて，当該一の測定点の３次元座標を算出する。もち
ろん，受波点は４つに限定されない。このときには，受
波点は基準受波点に隣接しなくてもよい。とくに，測定
点を挟んでほぼ反対側に位置する一対の受波点を選択す
れば，死角がなくなる。すなわち，一対の受波点の少な
くとも一方では必ず超音波を受波できる。
る。８つの受波点の中から，基準となる一の受波点を選
択する（この受波点を，基準受波点という）。この基準
受波点からＸ，Ｙ，Ｚ方向（負方向も含むにそれぞれ隣
接する受波点を選択する。一の測定点からこれらの４つ
の受波点までの距離を計測する。計測した４つの距離を
用いて，当該一の測定点の３次元座標を算出する。もち
ろん，受波点は４つに限定されない。このときには，受
波点は基準受波点に隣接しなくてもよい。とくに，測定
点を挟んでほぼ反対側に位置する一対の受波点を選択す
れば，死角がなくなる。すなわち，一対の受波点の少な
くとも一方では必ず超音波を受波できる。
【００３３】たとえば，図２において，点ｃを基準受波
点としたとき，この基準受波点ｃから−Ｘ，−Ｙ，−Ｚ
方向にそれぞれ隣接する受波点は，点ｄ，点ｂ，点Ｃで
ある。測定点Ｓからこれらの４つ点ｃ，ｄ，ｂおよびＣ
までの距離ｄ7 ，ｄ8 ，ｄ6およびｄ3 を用いて，測定
点Ｓの座標を算出することができる。
点としたとき，この基準受波点ｃから−Ｘ，−Ｙ，−Ｚ
方向にそれぞれ隣接する受波点は，点ｄ，点ｂ，点Ｃで
ある。測定点Ｓからこれらの４つ点ｃ，ｄ，ｂおよびＣ
までの距離ｄ7 ，ｄ8 ，ｄ6およびｄ3 を用いて，測定
点Ｓの座標を算出することができる。
【００３３】図４は，一の超音波送波器（測定点）から
少なくとも３つの超音波受波器（受波点）までの距離に
基づいて超音波送波器の位置を表わす３次元座標データ
を算出する方法を説明する図である。図４は，図３と比
較すると，図４においては点ａが示されていない。
少なくとも３つの超音波受波器（受波点）までの距離に
基づいて超音波送波器の位置を表わす３次元座標データ
を算出する方法を説明する図である。図４は，図３と比
較すると，図４においては点ａが示されていない。
【００３４】測定点Ｓから点Ａまでの距離ｄ1 は次式に
よって表される。
よって表される。
【００３５】 ｄ1＝(α2＋β2＋γ2)1/2 …(6)
【００３６】同様に，測定点Ｓから点Ｂ（ｄx ，０，
０）までの距離ｄ2 ，および測定点Ｓから点Ｄ（０，ｄ
y ，０）までの距離ｄ4 はそれぞれ，次式によって表さ
れる。
０）までの距離ｄ2 ，および測定点Ｓから点Ｄ（０，ｄ
y ，０）までの距離ｄ4 はそれぞれ，次式によって表さ
れる。
【００３７】 ｄ2＝{(α−ｄx)2＋β2＋γ2}1/2 …(7) ｄ4＝{α2＋(β−ｄz)2＋γ2}1/2 …(8)
【００３８】式(6) 〜(8)をそれぞれ整理すると次式が
得られる。
得られる。
【００３９】 α2＋β2＋γ2＝ｄ1 2 …(9) α2−２αｄx＋ｄx 2＋β2＋γ2＝ｄ2 2 …(10) α2＋β2−２βｄz＋ｄz 2＋γ2＝ｄ4 2 …(11)
【００４０】式(6) から式(7)を引いてαを求める。
【００４１】 α＝(ｄx 2＋ｄ1 2−ｄ2 2)／(２ｄx) …(12)
【００４２】同様に，式(6) から式(8)を引いてβを求
める。
める。
【００４３】 β＝(ｄz 2＋ｄ1 2−ｄ4 2)／(２ｄz) …(13)
【００４４】γは式(6) を変形することにより求められ
る。
る。
【００４５】 γ＝(ｄ1 2−α2＋β2)1/2 …(14)
【００４６】γはα，βが算出されれば，これらの算出
した値を用いて算出される。
した値を用いて算出される。
【００４７】このようにして，測定点Ｓの３次元座標が
得られる。この方法では，８つの受波点からのうちの任
意の少なくとも３点を選択すれば，測定点から選択した
各点までの距離を用いて測定点の３次元座標を算出する
ことができる。
得られる。この方法では，８つの受波点からのうちの任
意の少なくとも３点を選択すれば，測定点から選択した
各点までの距離を用いて測定点の３次元座標を算出する
ことができる。
【００４８】図５は３次元位置データ生成システムの電
気的構成を示すブロック図である。図６は図５に示す回
路の動作を示すタイミング・チャートである。
気的構成を示すブロック図である。図６は図５に示す回
路の動作を示すタイミング・チャートである。
【００４９】３次元位置データ生成システムの全体的な
動作は，制御／処理装置60によって統括される。制御／
処理装置60は好ましくはコンピュータ・システムによっ
て実現される。
動作は，制御／処理装置60によって統括される。制御／
処理装置60は好ましくはコンピュータ・システムによっ
て実現される。
【００５０】制御／処理装置60はまず，リセット信号を
ワンショット発生回路62，カウンタ63，ラッチ・トリガ
発生回路41，42，…，48およびラッチ回路51，52，…，
58に与える。これらの回路がリセット信号のネガティブ
・エッジに応答してリセットされる。
ワンショット発生回路62，カウンタ63，ラッチ・トリガ
発生回路41，42，…，48およびラッチ回路51，52，…，
58に与える。これらの回路がリセット信号のネガティブ
・エッジに応答してリセットされる。
【００５１】続いて，制御／処理装置60は，超音波送波
器11，12，…，22のいずれか一に超音波を放射させるた
めのスタート・パルス信号と，一の超音波送波器を選択
するための送波器セレクト信号とを出力する。
器11，12，…，22のいずれか一に超音波を放射させるた
めのスタート・パルス信号と，一の超音波送波器を選択
するための送波器セレクト信号とを出力する。
【００５２】デマルチプレクサ59は，制御／処理装置60
から与えられる送波器セレクト信号によって指示される
超音波送波器にスタート・パルス信号を与える。スター
ト・パルス信号が与えられた超音波送波器は，これに応
答してパルス状超音波を周囲に放射する。
から与えられる送波器セレクト信号によって指示される
超音波送波器にスタート・パルス信号を与える。スター
ト・パルス信号が与えられた超音波送波器は，これに応
答してパルス状超音波を周囲に放射する。
【００５３】スタート・パルス信号と送波器セレクト信
号は一定の送波周期Ｔで出力される。送波器セレクト信
号によって複数の超音波送波器11〜22が１個ずつ順次指
定されていくことになる。送波周期Ｔは，一の超音波送
波器から送波された超音波がすべての超音波受波器31〜
38で受波され，かつ計測された超音波伝搬時間データを
制御／処理装置60が取込むのに要する時間を考慮して，
この時間より長い時間に設定される。リセット信号はス
タート・パルス信号の直前に同じように周期Ｔで繰返し
出力される。
号は一定の送波周期Ｔで出力される。送波器セレクト信
号によって複数の超音波送波器11〜22が１個ずつ順次指
定されていくことになる。送波周期Ｔは，一の超音波送
波器から送波された超音波がすべての超音波受波器31〜
38で受波され，かつ計測された超音波伝搬時間データを
制御／処理装置60が取込むのに要する時間を考慮して，
この時間より長い時間に設定される。リセット信号はス
タート・パルス信号の直前に同じように周期Ｔで繰返し
出力される。
【００５４】制御／処理装置60から出力されるスタート
・パルス信号はまた，ワンショット発生回路62に与えら
れる。このワンショット発生回路62はスタート・パルス
信号のポジティブ・エッジに応答してイネーブル信号を
出力する。イネーブル信号はカウンタ63に与えられ，カ
ウンタ63を計数動作可能状態とする。ワンショット発生
回路62のワンショット時間は送波周期Ｔよりも長く設定
されているので，イネーブル信号はリセット信号によっ
て強制的にリセットされる。
・パルス信号はまた，ワンショット発生回路62に与えら
れる。このワンショット発生回路62はスタート・パルス
信号のポジティブ・エッジに応答してイネーブル信号を
出力する。イネーブル信号はカウンタ63に与えられ，カ
ウンタ63を計数動作可能状態とする。ワンショット発生
回路62のワンショット時間は送波周期Ｔよりも長く設定
されているので，イネーブル信号はリセット信号によっ
て強制的にリセットされる。
【００５５】クロック発生回路61は一定周波数のクロッ
ク・パルス信号を発生する。クロック・パルス信号の周
波数は，３次元座標測定の分解能を定める。たとえばク
ロック・パルス信号の周波数が1MHzの場合には， 0.3mm
程度の分解能が得られる。
ク・パルス信号を発生する。クロック・パルス信号の周
波数は，３次元座標測定の分解能を定める。たとえばク
ロック・パルス信号の周波数が1MHzの場合には， 0.3mm
程度の分解能が得られる。
【００５６】カウンタ63はリセット信号によってリセッ
トされたのち，ワンショット発生回路62からイネーブル
信号が与えられている間，クロック発生回路61から出力
されるクロック・パルス信号を計数する。
トされたのち，ワンショット発生回路62からイネーブル
信号が与えられている間，クロック発生回路61から出力
されるクロック・パルス信号を計数する。
【００５７】超音波受波器31は，超音波送波器から放射
された音波を受波すると，受波信号１を出力する。この
受波信号１はラッチ・トリガ発生回路41に与えられる。
ラッチ・トリガ発生回路41は所定のしきい値レベル以上
の受波信号１が入力したときにラッチ・トリガ信号１を
生成する。カウンタ63から出力されているカウント・デ
ータがラッチ・トリガ信号１が与えられた時点でラッチ
回路51にラッチされる。ラッチされたカウント・データ
は，指定された超音波送波器からの超音波の送波時点か
ら，超音波受波器31がその超音波を受波するまでの伝搬
時間に相当する。
された音波を受波すると，受波信号１を出力する。この
受波信号１はラッチ・トリガ発生回路41に与えられる。
ラッチ・トリガ発生回路41は所定のしきい値レベル以上
の受波信号１が入力したときにラッチ・トリガ信号１を
生成する。カウンタ63から出力されているカウント・デ
ータがラッチ・トリガ信号１が与えられた時点でラッチ
回路51にラッチされる。ラッチされたカウント・データ
は，指定された超音波送波器からの超音波の送波時点か
ら，超音波受波器31がその超音波を受波するまでの伝搬
時間に相当する。
【００５８】同様に，超音波受波器32〜38は，受波した
超音波を表わす受波信号２〜８をそれぞれ出力する。ラ
ッチ・トリガ発生回路42〜48はそれぞれ，超音波受波器
32〜38からそれぞれ与えられる受波信号２〜８に基づい
てラッチ・トリガ信号２〜８を出力する。ラッチ回路52
〜58は，対応するラッチ・トリガ信号に応答してカウン
タ63のカウント・データをラッチする。
超音波を表わす受波信号２〜８をそれぞれ出力する。ラ
ッチ・トリガ発生回路42〜48はそれぞれ，超音波受波器
32〜38からそれぞれ与えられる受波信号２〜８に基づい
てラッチ・トリガ信号２〜８を出力する。ラッチ回路52
〜58は，対応するラッチ・トリガ信号に応答してカウン
タ63のカウント・データをラッチする。
【００５９】制御／処理装置60は，スタート・パルス信
号の出力後，一定の待ち時間が経過すると，ラッチ回路
51〜58にラッチされたラッチ・データを順次取込むため
のラッチ・セレクト信号をセレクタ64に与える。待ち時
間は超音波送波器から超音波受波器まで超音波が伝搬す
るのに要する時間の最大値以上の時間としてあらかじめ
設定される。
号の出力後，一定の待ち時間が経過すると，ラッチ回路
51〜58にラッチされたラッチ・データを順次取込むため
のラッチ・セレクト信号をセレクタ64に与える。待ち時
間は超音波送波器から超音波受波器まで超音波が伝搬す
るのに要する時間の最大値以上の時間としてあらかじめ
設定される。
【００６０】制御／処理装置60から与えられるラッチ・
セレクト信号に応答して，セレクタ64はラッチ回路51〜
58にそれぞれラッチされているラッチ・データ１〜８
（それぞれラッチされた時点のカウント・データ１〜８
を表わす）を順次選択する。制御／処理装置60はラッチ
・データ１〜８を順次取込み，制御／処理装置60に付随
するメモリに一時的に記憶する。
セレクト信号に応答して，セレクタ64はラッチ回路51〜
58にそれぞれラッチされているラッチ・データ１〜８
（それぞれラッチされた時点のカウント・データ１〜８
を表わす）を順次選択する。制御／処理装置60はラッチ
・データ１〜８を順次取込み，制御／処理装置60に付随
するメモリに一時的に記憶する。
【００６１】待ち時間経過前であっても，ラッチ・トリ
ガ信号１〜８に基づいて，すべてのラッチ回路にデータ
がラッチされたことを検知して，ラッチ・データの制御
／処理装置60への転送を開始するように構成してもよ
い。または，ラッチ回路がカウント・データをラッチす
る毎に，その都度ラッチ・データを制御／処理装置60に
送るようにしてもよい。
ガ信号１〜８に基づいて，すべてのラッチ回路にデータ
がラッチされたことを検知して，ラッチ・データの制御
／処理装置60への転送を開始するように構成してもよ
い。または，ラッチ回路がカウント・データをラッチす
る毎に，その都度ラッチ・データを制御／処理装置60に
送るようにしてもよい。
【００６２】ラッチ回路51〜58がラッチしたラッチ・デ
ータ１〜８が制御／処理装置60に取込まれた後，リセッ
ト信号が制御／処理装置60から出力される。
ータ１〜８が制御／処理装置60に取込まれた後，リセッ
ト信号が制御／処理装置60から出力される。
【００６３】このようにして，一つの超音波送波器につ
いて，この超音波送波器から各超音波受波器31〜38まで
の距離を表わすデータ得るための一組のラッチ・データ
１〜８が得られる。
いて，この超音波送波器から各超音波受波器31〜38まで
の距離を表わすデータ得るための一組のラッチ・データ
１〜８が得られる。
【００６４】上記の動作は送波周期Ｔごとに超音波を送
波させるべき超音波送波器を変えながら繰返し行なわれ
ていく。すべての超音波送波器11〜22のそれぞれについ
て，一組のラッチ・データ１〜８が得られることにな
る。
波させるべき超音波送波器を変えながら繰返し行なわれ
ていく。すべての超音波送波器11〜22のそれぞれについ
て，一組のラッチ・データ１〜８が得られることにな
る。
【００６５】対象物10はこの実施例ではオペレータによ
って操作される人形（ロボット）である。人形の各箇所
に設定された12個の測定点について，それぞれ一組のラ
ッチ・データ（一の超音波送波器から８個の超音波受波
器までの超音波の伝搬時間）が得られたことになる。
って操作される人形（ロボット）である。人形の各箇所
に設定された12個の測定点について，それぞれ一組のラ
ッチ・データ（一の超音波送波器から８個の超音波受波
器までの超音波の伝搬時間）が得られたことになる。
【００６６】動く人形を表わすグラフィックス・データ
を作成するための基礎データとして，人形の各箇所の三
次元座標データを収集する場合には，人形を少しずつ動
かしながら（操作しながら），人形の各姿勢において，
12個の測定点についてそれぞれラッチ・データを得る必
要がある。したがって，上述した一連の超音波送波，受
波による測定動作（12個の超音波送波器のそれぞれから
順次超音波送波すること）が，人形の姿勢，位置を変え
ながら，それぞれの姿勢，位置について，繰返し行うこ
とになる。
を作成するための基礎データとして，人形の各箇所の三
次元座標データを収集する場合には，人形を少しずつ動
かしながら（操作しながら），人形の各姿勢において，
12個の測定点についてそれぞれラッチ・データを得る必
要がある。したがって，上述した一連の超音波送波，受
波による測定動作（12個の超音波送波器のそれぞれから
順次超音波送波すること）が，人形の姿勢，位置を変え
ながら，それぞれの姿勢，位置について，繰返し行うこ
とになる。
【００６７】ラッチ・トリガ発生回路41〜48から出力さ
れるラッチ・トリガ信号はパルス信号であってもよい。
この場合には，ラッチ・トリガ発生回路41〜48をリセッ
ト信号によりリセットする必要はない。
れるラッチ・トリガ信号はパルス信号であってもよい。
この場合には，ラッチ・トリガ発生回路41〜48をリセッ
ト信号によりリセットする必要はない。
【００６８】制御／処理装置60は，一組のデータを取込
んだ後，人形の一姿勢における一連のデータを収集した
後，または人形を動かしながらすべての姿勢のそれぞれ
において一連のデータを収集した後，メモリに記憶した
ラッチ・データに基づいて，超音波送波器（測定点）の
位置を算出する処理を行う。
んだ後，人形の一姿勢における一連のデータを収集した
後，または人形を動かしながらすべての姿勢のそれぞれ
において一連のデータを収集した後，メモリに記憶した
ラッチ・データに基づいて，超音波送波器（測定点）の
位置を算出する処理を行う。
【００６９】メモリに取込んだ一組のラッチ・データ
（カウント・データ）１〜８と，クロック・パルス信号
の周波数とを用いて，超音波が一つの超音波送波器から
各超音波受波器31〜38まで伝搬するのに要する伝搬時間
ｔ1 〜ｔ8(ti;i=1〜8)が算出される。
（カウント・データ）１〜８と，クロック・パルス信号
の周波数とを用いて，超音波が一つの超音波送波器から
各超音波受波器31〜38まで伝搬するのに要する伝搬時間
ｔ1 〜ｔ8(ti;i=1〜8)が算出される。
【００７０】この伝搬時間ｔ1 〜ｔ8(ti;i=1〜8)を用い
て次式により，超音波送波器から各超音波受波器31〜38
までの距離ｄ1 〜ｄ8(di;i=1〜8)が算出される。
て次式により，超音波送波器から各超音波受波器31〜38
までの距離ｄ1 〜ｄ8(di;i=1〜8)が算出される。
【００７１】 ｄi＝(331.5＋0.607×Temp)ｔi …(15) Tempは対象物10の周囲温度（フレーム10内の温度）であ
る。
る。
【００７２】式(3) 〜式(5) に基づいて，各測定点Ｓの
３次元座標データを算出する場合には，８つの受波点の
中から一の受波点を基準受波点として選択し，この基準
受波点に隣接する他の３点を選択する。測定点Ｓからこ
れらの選択した４点までの計測した距離に基づいて測定
点の座標を算出する。
３次元座標データを算出する場合には，８つの受波点の
中から一の受波点を基準受波点として選択し，この基準
受波点に隣接する他の３点を選択する。測定点Ｓからこ
れらの選択した４点までの計測した距離に基づいて測定
点の座標を算出する。
【００７３】基準受波点を変えながら，一つの測定点Ｓ
について複数回（受波点の数以下の回数）にわたってそ
の座標を算出するとよい。一つの測定点について得られ
た複数個の座標データの平均値を算出し，この平均値を
測定点の最終的な３次元座標データとする。このように
３次元座標データの平均値を算出することにより高精度
な測定点の位置座標データが得られる。
について複数回（受波点の数以下の回数）にわたってそ
の座標を算出するとよい。一つの測定点について得られ
た複数個の座標データの平均値を算出し，この平均値を
測定点の最終的な３次元座標データとする。このように
３次元座標データの平均値を算出することにより高精度
な測定点の位置座標データが得られる。
【００７４】式(12)〜式(14)を用いる場合には，８つの
受波点の中から少なくとも３点を選択する。測定点Ｓか
らこれらの選択した３点までの計測距離に基づいて測定
点Ｓの座標を算出する。選択する３点の組合せを変えな
がら複数回にわたって一つの測定点の座標を算出し，そ
れらの平均をとれば，より高精度な座標データが得られ
る。
受波点の中から少なくとも３点を選択する。測定点Ｓか
らこれらの選択した３点までの計測距離に基づいて測定
点Ｓの座標を算出する。選択する３点の組合せを変えな
がら複数回にわたって一つの測定点の座標を算出し，そ
れらの平均をとれば，より高精度な座標データが得られ
る。
【００７５】一の測定点について得られた複数の座標デ
ータの平均値を算出するに先だって，これらの座標デー
タをクラスタリングするとよい。最も数の多いデータが
含まれるクラスタを見付け出し，このクラスタに含まれ
る座標データの平均値を算出する。これにより，座標の
値が平均値から大きくずれたものを排除することができ
るので，より高精度に測定点の座標データを算出するこ
とができる。
ータの平均値を算出するに先だって，これらの座標デー
タをクラスタリングするとよい。最も数の多いデータが
含まれるクラスタを見付け出し，このクラスタに含まれ
る座標データの平均値を算出する。これにより，座標の
値が平均値から大きくずれたものを排除することができ
るので，より高精度に測定点の座標データを算出するこ
とができる。
【００７６】超音波送波器から放射された超音波超音波
が受波器に受波されないことや，超音波受波器に受波さ
れたとしてもその振幅が所定のしきい値レベルを超えな
いのでラッチ・トリガ信号が出力されないことがある。
このようなときにはその超音波受波器に対応するラッチ
回路にカウント・データがラッチされない。すなわちラ
ッチ・データはリセットされたデータのままとなる。こ
のように，ラッチ・データがリセット・データであると
きには，制御／処理装置60は伝搬時間を得られなかった
ことを表すデータを時間ｔi として設定する。たとえば
時間ｔi として無限大（∞）が設定される。
が受波器に受波されないことや，超音波受波器に受波さ
れたとしてもその振幅が所定のしきい値レベルを超えな
いのでラッチ・トリガ信号が出力されないことがある。
このようなときにはその超音波受波器に対応するラッチ
回路にカウント・データがラッチされない。すなわちラ
ッチ・データはリセットされたデータのままとなる。こ
のように，ラッチ・データがリセット・データであると
きには，制御／処理装置60は伝搬時間を得られなかった
ことを表すデータを時間ｔi として設定する。たとえば
時間ｔi として無限大（∞）が設定される。
【００７７】時間ｔi が無限大に設定されている場合に
は，その時間ｔi に対応する距離ｄi も無限大に設定さ
れる。上述した測定点の座標データ算出処理において
は，無限大に設定された距離ｄi が除かれる。
は，その時間ｔi に対応する距離ｄi も無限大に設定さ
れる。上述した測定点の座標データ算出処理において
は，無限大に設定された距離ｄi が除かれる。
【００７８】測定点の座標の算出に用いることのできる
距離ｄi のデータの数が少ないときは，式(12)〜(14)に
基づく計算を行うことが好ましい。
距離ｄi のデータの数が少ないときは，式(12)〜(14)に
基づく計算を行うことが好ましい。
【００７９】３次元位置データ生成システムの変形例が
図７に示され，この変形例におけるタイミング・チャー
トが図８に示されている。図７において，図５と同一の
ものには同一符号を付し，重複説明を避ける。
図７に示され，この変形例におけるタイミング・チャー
トが図８に示されている。図７において，図５と同一の
ものには同一符号を付し，重複説明を避ける。
【００８０】超音波送波器11〜22にはそれぞれ，ゲート
回路11A 〜22A およびリング・カウンタ11B 〜22B が設
けられている。対象物10には超音波送波器のみを取付け
てもよいし，超音波送波器に加えてゲート回路およびリ
ング・カウンタを取付けてもよい。
回路11A 〜22A およびリング・カウンタ11B 〜22B が設
けられている。対象物10には超音波送波器のみを取付け
てもよいし，超音波送波器に加えてゲート回路およびリ
ング・カウンタを取付けてもよい。
【００８１】リング・カウンタ11B 〜22B は，12進数の
カウンタであり，制御／処理装置60Ａからのクリア信号
によりカウント・データがクリアされる。クリア信号は
12個の超音波送波器を順次１回ずつ駆動するに先だって
１回だけ出力される。リング・カウンタ11B 〜22B は制
御／処理装置60Ａからの送波器セレクト・パルス信号に
応答して１ずつカウント・アップする。送波器セレクト
・パルス信号はリセット信号と同期して送波周期Ｔごと
に出力される。
カウンタであり，制御／処理装置60Ａからのクリア信号
によりカウント・データがクリアされる。クリア信号は
12個の超音波送波器を順次１回ずつ駆動するに先だって
１回だけ出力される。リング・カウンタ11B 〜22B は制
御／処理装置60Ａからの送波器セレクト・パルス信号に
応答して１ずつカウント・アップする。送波器セレクト
・パルス信号はリセット信号と同期して送波周期Ｔごと
に出力される。
【００８２】ゲート回路11A 〜22A は，対応するリング
・カウンタ11B 〜22B のカウント・データのうちの特定
のデータを検出するデコーダを含み，このデコーダの検
出に応答して，制御／処理装置60Ａからのスタート・パ
ルス信号を選択的に通すものである。ゲート回路11A は
リング・カウンタ11B のカウント・データが１のとき
に，スタート・パルス信号を超音波送波器11に与える。
同じように，ゲート回路22A はカウンタ22B のカウント
・データが０のときにスタート・パルス信号を送波器22
に与える。他のゲート回路もカウント・データがそれぞ
れのゲート回路に設定された特定の一のデータになった
ときにのみスタート・パルスの通過を許す。
・カウンタ11B 〜22B のカウント・データのうちの特定
のデータを検出するデコーダを含み，このデコーダの検
出に応答して，制御／処理装置60Ａからのスタート・パ
ルス信号を選択的に通すものである。ゲート回路11A は
リング・カウンタ11B のカウント・データが１のとき
に，スタート・パルス信号を超音波送波器11に与える。
同じように，ゲート回路22A はカウンタ22B のカウント
・データが０のときにスタート・パルス信号を送波器22
に与える。他のゲート回路もカウント・データがそれぞ
れのゲート回路に設定された特定の一のデータになった
ときにのみスタート・パルスの通過を許す。
【００８３】このようにして，送波周期Ｔごとに超音波
送波器11〜22のうちの１つから順番に超音波パルスが送
波されていく。測定点と受波点との間の距離を計測する
動作および測定点の座標を算出する処理は上述した実施
例と同じである。
送波器11〜22のうちの１つから順番に超音波パルスが送
波されていく。測定点と受波点との間の距離を計測する
動作および測定点の座標を算出する処理は上述した実施
例と同じである。
【図１】超音波送波器と超音波受波器の配置の一例を示
す。
す。
【図２】測定点と受波点の位置関係を示す図である。
【図３】一の測定点から４つの受波点までの距離に基づ
いて測定点の３次元座標を算出する考え方を説明する図
である。
いて測定点の３次元座標を算出する考え方を説明する図
である。
【図４】一の測定点から３つの受波点までの距離に基づ
いて測定点の３次元座標を算出する考え方を説明する図
である。
いて測定点の３次元座標を算出する考え方を説明する図
である。
【図５】３次元座標データ生成システムの電気的構成を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図６】図５に示す３次元位置データ生成システムにお
ける動作を示すタイミング・チャートを示す。
ける動作を示すタイミング・チャートを示す。
【図７】３次元位置データ生成システムの変形例の電気
的構成を示すブロック図である。
的構成を示すブロック図である。
【図８】図７に示す変形例の動作を示すタイミング・チ
ャートを示す。
ャートを示す。
10 対象物 11，12，13，14，15，16，17，18，19，20，21，22 超
音波送波器 11A ，22A ゲート回路 11B ，22B リング・カウンタ 30 フレーム 31，32，33，34，35，36，37，38 超音波受波器 41，42，48 ラッチ・トリガ発生回路 51，52，58 ラッチ回路 59 デマルチプレクサ 60，60Ａ 制御／処理装置 61 クロック発生回路 62 ワンショット発生回路 63 カウンタ 64 セレクタ
音波送波器 11A ，22A ゲート回路 11B ，22B リング・カウンタ 30 フレーム 31，32，33，34，35，36，37，38 超音波受波器 41，42，48 ラッチ・トリガ発生回路 51，52，58 ラッチ回路 59 デマルチプレクサ 60，60Ａ 制御／処理装置 61 クロック発生回路 62 ワンショット発生回路 63 カウンタ 64 セレクタ
Claims (5)
- 【請求項１】 位置データを求めるべき測定点に配置さ
れ，超音波を周囲に送波する超音波送波手段，３次元空
間において上記測定点のまわりの異なる少なくとも３つ
のあらかじめ定められた位置にそれぞれ配置され，上記
超音波送波手段から送波された超音波を受波して受波信
号をそれぞれ出力する複数の超音波受波手段，上記超音
波送波手段による超音波の送波時点から上記の各超音波
受波手段による超音波受波までの伝搬時間をそれぞれ計
時する計時手段，および上記計時手段によって計時され
た伝搬時間に基づいて，上記超音波送波手段から上記の
各超音波受波手段までの距離をそれぞれ算出し，これら
の算出した距離に基づいて上記超音波送波手段が設けら
れた測定点の３次元位置を表わすデータを算出する位置
算出手段，を備えた３次元位置データ生成システム。 - 【請求項２】 複数の測定点のそれぞれに超音波送波手
段が設けられており，これらの複数の超音波送波手段は
所定の送波周期で順次一つずつ超音波を送波するように
駆動され，各送波周期内において上記超音波送波手段か
ら上記の各超音波受波手段までの超音波伝搬時間が上記
計時手段によって計時され，上記の複数の測定点の位置
をそれぞれ表わす３次元位置データが上記位置算出手段
によって算出される，請求項１に記載の３次元位置デー
タ生成システム。 - 【請求項３】 上記複数の超音波受波手段は，上記測定
点を囲む立方体または直方体の各頂点にそれぞれ配置さ
れている，請求項１または２に記載の３次元位置データ
生成システム。 - 【請求項４】 超音波を周囲に送波する超音波送波手段
を，位置データを求めるべき測定点に配置し，上記超音
波送波手段から送波された超音波を受波して受波信号を
それぞれ出力する複数の超音波受波手段を，３次元空間
において上記測定点のまわりの異なる少なくとも３つの
あらかじめ定められた位置にそれぞれ配置しておき，上
記超音波送波手段による超音波の送波時点から上記の各
超音波受波手段による超音波受波までの伝搬時間をそれ
ぞれ計時し，上記超音波送波手段から上記の各超音波受
波手段までの距離をそれぞれ算出し，これらの算出した
距離に基づいて上記超音波送波手段が設けられた測定点
の３次元位置を表わすデータを算出する，３次元位置デ
ータ生成方法。 - 【請求項５】 複数の測定点のそれぞれに超音波送波手
段が設けられており，これらの複数の超音波送波手段は
所定の送波周期で順次一つずつ超音波を送波するように
駆動され，各送波周期内において上記超音波送波手段か
ら上記の各超音波受波手段までの超音波伝搬時間が計時
され，上記の複数の測定点の位置をそれぞれ表わす３次
元位置データが算出される，請求項４に記載の３次元位
置データ生成方法。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP27501895A JPH0996672A (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | ３次元位置データ生成システムおよび方法 |
| CA 2186200 CA2186200A1 (en) | 1995-09-29 | 1996-09-23 | System and method for generating three-dimensional position data |
| EP96115560A EP0766098A1 (en) | 1995-09-29 | 1996-09-27 | System and method for generating three-dimensional position data |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27501895A JPH0996672A (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | ３次元位置データ生成システムおよび方法 |
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|---|---|
| JPH0996672A true JPH0996672A (ja) | 1997-04-08 |
Family
ID=17549736
Family Applications (1)
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| JP (1) | JPH0996672A (ja) |
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