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

Publication number
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
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic wave
ultrasonic
data
transmitting means
measurement point
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP27501895A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroyasu Okawa
博保 大川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SUKUUEA KK
Original Assignee
SUKUUEA KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SUKUUEA KK filed Critical SUKUUEA KK
Priority to JP27501895A priority Critical patent/JPH0996672A/ja
Priority to CA 2186200 priority patent/CA2186200A1/en
Priority to EP96115560A priority patent/EP0766098A1/en
Publication of JPH0996672A publication Critical patent/JPH0996672A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S5/00Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/18Position-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
    • G01S5/186Determination of attitude
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S11/00Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/02Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves
    • G01S11/08Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves using synchronised clocks
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S5/00Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/18Position-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
    • G01S5/30Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • 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。

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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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
z),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
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。
【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。
【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。
【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。
【0026】
【数2】
【0027】式(2) を式(1) に代入すると次式が得られ
る。
【0028】 α=d1(d1 2+dx 2−d2 2)/(2d1x) =(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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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
1 〜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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【図1】超音波送波器と超音波受波器の配置の一例を示
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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【符号の説明】
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

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
JP27501895A 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 Pending JPH0996672A (ja)

Priority Applications (3)

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
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

Applications Claiming Priority (1)

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

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0996672A true JPH0996672A (ja) 1997-04-08

Family

ID=17549736

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP27501895A Pending 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

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP0766098A1 (ja)
JP (1) JPH0996672A (ja)
CA (1) CA2186200A1 (ja)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005055398A (ja) * 2003-08-07 2005-03-03 Toshiba Corp 原子炉内位置測定装置
JP2008033857A (ja) * 2006-08-01 2008-02-14 Chugoku Electric Power Co Inc:The 接近警報システム
JP2011038799A (ja) * 2009-08-06 2011-02-24 Honda Motor Co Ltd 位置検出装置、位置検出方法およびプログラム
JP2012506533A (ja) * 2008-10-20 2012-03-15 ラリタン アメリカズ,インコーポレイテッド データセンタ装置の物理的位置を自動決定するシステム及び方法
JP2012154643A (ja) * 2011-01-21 2012-08-16 Fujitsu Ltd 位置算出装置、位置算出方法および位置算出プログラム
JP2014032191A (ja) * 2012-07-31 2014-02-20 ▲華▼▲為▼▲終▼端有限公司 姿勢の識別方法及び装置
JP2014097875A (ja) * 2012-11-15 2014-05-29 Furukawa Unic Corp 作業機用ブーム自動追従装置

Families Citing this family (51)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9625208D0 (en) * 1996-12-04 1997-01-22 Olivetti Research Ltd Detection system for determining information about objects
GB9812635D0 (en) 1998-06-11 1998-08-12 Olivetti Telemedia Spa Location system
DE10324651A1 (de) * 2003-05-30 2004-12-23 Identec Solutions Ag Verfahren und System zur Identifikation und Ortsbestimmung von Objekten
KR100480144B1 (ko) * 2003-07-23 2005-04-07 엘지전자 주식회사 이동로봇의 위치검출장치 및 방법
US8886985B2 (en) 2008-07-07 2014-11-11 Raritan Americas, Inc. Automatic discovery of physical connectivity between power outlets and IT equipment
CA2741088C (en) 2008-10-21 2017-07-11 Raritan Americas, Inc. Methods of achieving cognizant power management
US8923893B2 (en) * 2012-08-07 2014-12-30 Symbol Technologies, Inc. Real-time planogram generation and maintenance
US10352689B2 (en) 2016-01-28 2019-07-16 Symbol Technologies, Llc Methods and systems for high precision locationing with depth values
US11042161B2 (en) 2016-11-16 2021-06-22 Symbol Technologies, Llc Navigation control method and apparatus in a mobile automation system
US10505057B2 (en) 2017-05-01 2019-12-10 Symbol Technologies, Llc Device and method for operating cameras and light sources wherein parasitic reflections from a paired light source are not reflected into the paired camera
US11367092B2 (en) 2017-05-01 2022-06-21 Symbol Technologies, Llc Method and apparatus for extracting and processing price text from an image set
DE112018002314T5 (de) 2017-05-01 2020-01-23 Symbol Technologies, Llc Verfahren und vorrichtung zur erkennung eines objektstatus
US10591918B2 (en) 2017-05-01 2020-03-17 Symbol Technologies, Llc Fixed segmented lattice planning for a mobile automation apparatus
US11093896B2 (en) 2017-05-01 2021-08-17 Symbol Technologies, Llc Product status detection system
US11449059B2 (en) 2017-05-01 2022-09-20 Symbol Technologies, Llc Obstacle detection for a mobile automation apparatus
US10949798B2 (en) 2017-05-01 2021-03-16 Symbol Technologies, Llc Multimodal localization and mapping for a mobile automation apparatus
US10663590B2 (en) 2017-05-01 2020-05-26 Symbol Technologies, Llc Device and method for merging lidar data
US10726273B2 (en) 2017-05-01 2020-07-28 Symbol Technologies, Llc Method and apparatus for shelf feature and object placement detection from shelf images
US11600084B2 (en) 2017-05-05 2023-03-07 Symbol Technologies, Llc Method and apparatus for detecting and interpreting price label text
US10521914B2 (en) 2017-09-07 2019-12-31 Symbol Technologies, Llc Multi-sensor object recognition system and method
US10572763B2 (en) 2017-09-07 2020-02-25 Symbol Technologies, Llc Method and apparatus for support surface edge detection
US10809078B2 (en) 2018-04-05 2020-10-20 Symbol Technologies, Llc Method, system and apparatus for dynamic path generation
US10832436B2 (en) 2018-04-05 2020-11-10 Symbol Technologies, Llc Method, system and apparatus for recovering label positions
US10823572B2 (en) 2018-04-05 2020-11-03 Symbol Technologies, Llc Method, system and apparatus for generating navigational data
US10740911B2 (en) 2018-04-05 2020-08-11 Symbol Technologies, Llc Method, system and apparatus for correcting translucency artifacts in data representing a support structure
US11327504B2 (en) 2018-04-05 2022-05-10 Symbol Technologies, Llc Method, system and apparatus for mobile automation apparatus localization
US11010920B2 (en) 2018-10-05 2021-05-18 Zebra Technologies Corporation Method, system and apparatus for object detection in point clouds
US11506483B2 (en) 2018-10-05 2022-11-22 Zebra Technologies Corporation Method, system and apparatus for support structure depth determination
US11003188B2 (en) 2018-11-13 2021-05-11 Zebra Technologies Corporation Method, system and apparatus for obstacle handling in navigational path generation
US11090811B2 (en) 2018-11-13 2021-08-17 Zebra Technologies Corporation Method and apparatus for labeling of support structures
US11416000B2 (en) 2018-12-07 2022-08-16 Zebra Technologies Corporation Method and apparatus for navigational ray tracing
US11079240B2 (en) 2018-12-07 2021-08-03 Zebra Technologies Corporation Method, system and apparatus for adaptive particle filter localization
US11100303B2 (en) 2018-12-10 2021-08-24 Zebra Technologies Corporation Method, system and apparatus for auxiliary label detection and association
US11015938B2 (en) 2018-12-12 2021-05-25 Zebra Technologies Corporation Method, system and apparatus for navigational assistance
US10731970B2 (en) 2018-12-13 2020-08-04 Zebra Technologies Corporation Method, system and apparatus for support structure detection
CA3028708A1 (en) 2018-12-28 2020-06-28 Zih Corp. Method, system and apparatus for dynamic loop closure in mapping trajectories
US11151743B2 (en) 2019-06-03 2021-10-19 Zebra Technologies Corporation Method, system and apparatus for end of aisle detection
US11402846B2 (en) 2019-06-03 2022-08-02 Zebra Technologies Corporation Method, system and apparatus for mitigating data capture light leakage
US11341663B2 (en) 2019-06-03 2022-05-24 Zebra Technologies Corporation Method, system and apparatus for detecting support structure obstructions
US11662739B2 (en) 2019-06-03 2023-05-30 Zebra Technologies Corporation Method, system and apparatus for adaptive ceiling-based localization
US11080566B2 (en) 2019-06-03 2021-08-03 Zebra Technologies Corporation Method, system and apparatus for gap detection in support structures with peg regions
US11200677B2 (en) 2019-06-03 2021-12-14 Zebra Technologies Corporation Method, system and apparatus for shelf edge detection
US11960286B2 (en) 2019-06-03 2024-04-16 Zebra Technologies Corporation Method, system and apparatus for dynamic task sequencing
US11507103B2 (en) 2019-12-04 2022-11-22 Zebra Technologies Corporation Method, system and apparatus for localization-based historical obstacle handling
US11107238B2 (en) 2019-12-13 2021-08-31 Zebra Technologies Corporation Method, system and apparatus for detecting item facings
US11822333B2 (en) 2020-03-30 2023-11-21 Zebra Technologies Corporation Method, system and apparatus for data capture illumination control
US11450024B2 (en) 2020-07-17 2022-09-20 Zebra Technologies Corporation Mixed depth object detection
US11593915B2 (en) 2020-10-21 2023-02-28 Zebra Technologies Corporation Parallax-tolerant panoramic image generation
US11392891B2 (en) 2020-11-03 2022-07-19 Zebra Technologies Corporation Item placement detection and optimization in material handling systems
US11847832B2 (en) 2020-11-11 2023-12-19 Zebra Technologies Corporation Object classification for autonomous navigation systems
US11954882B2 (en) 2021-06-17 2024-04-09 Zebra Technologies Corporation Feature-based georegistration for mobile computing devices

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1450838A (en) * 1973-05-10 1976-09-29 Hitachi Shipbuilding Eng Co Device for determining the three-dimensional co-ordinates of a point in an article
DE2704511A1 (de) * 1977-02-03 1978-08-10 Siemens Ag Messanordnung zur ortsvermessung ortsvariabler punkte auf einer fahrzeugkarosserie
DE3581545D1 (de) * 1984-02-21 1991-03-07 Travenol Gmbh Verfahren und vorrichtung zum messen des ortes mehrerer messpunkte mit hilfe von ultraschallimpulsen.
DE4119150A1 (de) * 1991-06-11 1992-12-17 Brunner Wolfgang Messanordnung fuer die ganganalyse

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005055398A (ja) * 2003-08-07 2005-03-03 Toshiba Corp 原子炉内位置測定装置
JP4503952B2 (ja) * 2003-08-07 2010-07-14 株式会社東芝 原子炉内位置測定装置
JP2008033857A (ja) * 2006-08-01 2008-02-14 Chugoku Electric Power Co Inc:The 接近警報システム
JP2012506533A (ja) * 2008-10-20 2012-03-15 ラリタン アメリカズ,インコーポレイテッド データセンタ装置の物理的位置を自動決定するシステム及び方法
JP2011038799A (ja) * 2009-08-06 2011-02-24 Honda Motor Co Ltd 位置検出装置、位置検出方法およびプログラム
JP2012154643A (ja) * 2011-01-21 2012-08-16 Fujitsu Ltd 位置算出装置、位置算出方法および位置算出プログラム
JP2014032191A (ja) * 2012-07-31 2014-02-20 ▲華▼▲為▼▲終▼端有限公司 姿勢の識別方法及び装置
JP2014097875A (ja) * 2012-11-15 2014-05-29 Furukawa Unic Corp 作業機用ブーム自動追従装置

Also Published As

Publication number Publication date
CA2186200A1 (en) 1997-03-30
EP0766098A1 (en) 1997-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH0996672A (ja) 3次元位置データ生成システムおよび方法
JP3547459B2 (ja) 3次元画像表示システム
EP0966691B1 (en) System for displaying a 2-d ultrasound image within a 3-d viewing environment
CN103180794A (zh) 三维扫描束系统和方法
US20090306509A1 (en) Free-hand three-dimensional ultrasound diagnostic imaging with position and angle determination sensors
US20010030754A1 (en) Body spatial dimension mapper
KR100813998B1 (ko) 3차원 위치 추적 방법 및 장치
KR20070019987A (ko) 물체의 위치추정
US9021712B2 (en) Autonomous system and method for determining information representative of the movement of an articulated chain
CN109223030A (zh) 一种掌上式三维超声成像系统和方法
CN1504965B (zh) 三维成像装置、可视化方法及操作检查设备和定位的方法
WO2001028426A1 (en) 3-dimensional ultrasonic imaging
CN102283676B (zh) 超声波诊断装置
JP2002296349A (ja) 超音波位置評定システム
US20050256689A1 (en) Method and system for measuring attributes on a three-dimenslonal object
JP6516261B2 (ja) 計測システム
JP2001079003A (ja) 超音波診断装置
CN104412123A (zh) 用于3d超声体积测量的系统和方法
KR102660559B1 (ko) 초음파 프로브, 초음파 영상 장치, 초음파 영상 시스템 및 그 제어방법
JPH1156841A (ja) 3次元関心領域設定方法および画像処理装置並びに超音波撮像装置
CN106662913A (zh) 用于双模式传感器系统的系统和方法
CN113749687B (zh) 试验装置、试验方法以及测试体模
ITMI20011765A1 (it) Metodo e dispositivo per determinare la posizione nello spazio a tre dimensioni di uno o piu' puntatori informatici
JP2001190552A (ja) 3次元超音波診断装置、3次元超音波診断像の表示方法及び記録媒体
JP2004340881A (ja) 超音波を利用した三次元座標計測装置