JPS6052703A - ３次元位置・姿勢検出方式 - Google Patents
３次元位置・姿勢検出方式Info
- Publication number
- JPS6052703A JPS6052703A JP16003683A JP16003683A JPS6052703A JP S6052703 A JPS6052703 A JP S6052703A JP 16003683 A JP16003683 A JP 16003683A JP 16003683 A JP16003683 A JP 16003683A JP S6052703 A JPS6052703 A JP S6052703A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- dimensional
- television camera
- light emitting
- emitting elements
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- 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
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (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】
本発明は、ロボットが高度な作業を遂行する場合ｔこ必
要不可欠な作業対象物または２作業環境および作業治具
などの３次元位置や距離および姿勢などの３次元情報を
得る方式に関するものである従来、ａポンティクスにお
いて重要な役割を果す作業対象物または２作業環境およ
び作業冶具などの３次元位置や距離および姿勢などをめ
る手法としては、ヨ角測量法に基づいてスポット光やス
リット光を作業対象物または９作業環境および作業治具
などに照射し、テレビカメラでその反射光を検出する能
動的な方法や２台のテレビカメラを用いた両型立体層、
による受動的な方法などがある。 １７かし、これらは
、装置が大かかりにｔす、その処理にかなりの時間を要
する。 特に、１１ノ者の方法は９作業対象物または１
作業環境おまぴ作業冶具なとの状態によっては信頼性よ
く反射光を検出できない欠点がある。
要不可欠な作業対象物または２作業環境および作業治具
などの３次元位置や距離および姿勢などの３次元情報を
得る方式に関するものである従来、ａポンティクスにお
いて重要な役割を果す作業対象物または２作業環境およ
び作業冶具などの３次元位置や距離および姿勢などをめ
る手法としては、ヨ角測量法に基づいてスポット光やス
リット光を作業対象物または９作業環境および作業治具
などに照射し、テレビカメラでその反射光を検出する能
動的な方法や２台のテレビカメラを用いた両型立体層、
による受動的な方法などがある。 １７かし、これらは
、装置が大かかりにｔす、その処理にかなりの時間を要
する。 特に、１１ノ者の方法は９作業対象物または１
作業環境おまぴ作業冶具なとの状態によっては信頼性よ
く反射光を検出できない欠点がある。
本発明は１発光グイオートのような発光素子を、作業対
象物または１作業環境および作業ｌｈ具などに複ａ４＆
ｌ備え、そのスポット光をテレビカメラで検出し、各発
光素子の３次元位置を９１算することにより、前記作業
対象物または１作業環境および作業治具などの３次元位
置や距離および姿勢をめる方式であり、これらの３次元
情報を必要とするロポッティクスの様々な分野への応用
が考えられる。 以下１本発明について説明子る。
象物または１作業環境および作業ｌｈ具などに複ａ４＆
ｌ備え、そのスポット光をテレビカメラで検出し、各発
光素子の３次元位置を９１算することにより、前記作業
対象物または１作業環境および作業治具などの３次元位
置や距離および姿勢をめる方式であり、これらの３次元
情報を必要とするロポッティクスの様々な分野への応用
が考えられる。 以下１本発明について説明子る。
本発明の構成の概念図を第１図に示し、その概略につい
て述べる。 まず、計算機１からの命令により、複数個
の発光素子２を発光さゼ、これらのスポ・・ノド光をテ
レビカメラ３で受け、その２次ユ、出力値を、計算機１
にフィードパンクし、３次兄イ☆を導出アルゴリズムに
より、３次元情報を得るという閉ループを構成する。
第２図に、未方式におけ６３次元情報１１１する座標系
を示す６四づ、′個の発光素子２を備えた ０「を原点
とするロボット座標系を （Ｘｒ、 Ｙｒ、 Ｚｒ ）
、テレビカメラ３の早標系を（Ｘｓ、 Ｙｓ 、 Ｚｓ
）と−Ｊ−る。 ロボ・・）座標系におけるテレビカ
メラ３の原点を０Ｌ−（Ｘｏｓ 、 Ｙｏｓ 、 Ｚｏ
ｓ ） 、テし・ヒカメラ３の座標系の各軸まわりの回
転角を α、β、γとすると。
て述べる。 まず、計算機１からの命令により、複数個
の発光素子２を発光さゼ、これらのスポ・・ノド光をテ
レビカメラ３で受け、その２次ユ、出力値を、計算機１
にフィードパンクし、３次兄イ☆を導出アルゴリズムに
より、３次元情報を得るという閉ループを構成する。
第２図に、未方式におけ６３次元情報１１１する座標系
を示す６四づ、′個の発光素子２を備えた ０「を原点
とするロボット座標系を （Ｘｒ、 Ｙｒ、 Ｚｒ ）
、テレビカメラ３の早標系を（Ｘｓ、 Ｙｓ 、 Ｚｓ
）と−Ｊ−る。 ロボ・・）座標系におけるテレビカ
メラ３の原点を０Ｌ−（Ｘｏｓ 、 Ｙｏｓ 、 Ｚｏ
ｓ ） 、テし・ヒカメラ３の座標系の各軸まわりの回
転角を α、β、γとすると。
２つの座標系の関係は１次のようになる。
ここで１回転マトリックスＲは７
１・ 。 。
ＪＯｃｏｓα５ｉｌｌα
０ − ５Ｉｎａ ｃｏｓｃｔ。
である。
テレビカメラ３のＩＩＷ系において、スボ・ントＸの２
次元出力値を（Ｘｉ、Ｙｉ ）とＬ 、光軸中心の位置
を（Ｓｚ 、Ｓｙ ） 、レンズの焦点距離をＦとする
と１次の２式が得られる。
次元出力値を（Ｘｉ、Ｙｉ ）とＬ 、光軸中心の位置
を（Ｓｚ 、Ｓｙ ） 、レンズの焦点距離をＦとする
と１次の２式が得られる。
Ｘ１＝−Ｆ会Ｘｓ／Ｚｓ＋５ｘ（２）
Ｙｉ ＝ −Ｆ −Ｙｓ／ Ｚｓ ＋ Ｓｙ （３）ロ
ボット座標系において、９個の未知パラメータ （Ｘｏ
ｓ、 Ｙｏｓ、 Ｚｏｓ 、 α 、 β 、γ 、
Ｆ 、 ＳＲ，Ｓｙ）が存在する。 未方式では、 （
１）、（２）、（３）式に基づいて、５個以上の発光素
子の３次元位置データとそれに対応したテレビカメラ画
面上の２次元出力値を得て、Ｎｅｗｔｏｎ法を用いて未
知パラメータをめ、座標系のキヤリプレーンヨン’ｃ行
う。
ボット座標系において、９個の未知パラメータ （Ｘｏ
ｓ、 Ｙｏｓ、 Ｚｏｓ 、 α 、 β 、γ 、
Ｆ 、 ＳＲ，Ｓｙ）が存在する。 未方式では、 （
１）、（２）、（３）式に基づいて、５個以上の発光素
子の３次元位置データとそれに対応したテレビカメラ画
面上の２次元出力値を得て、Ｎｅｗｔｏｎ法を用いて未
知パラメータをめ、座標系のキヤリプレーンヨン’ｃ行
う。
次に、テレビカメラ３の座標系において、複数個の発光
素子２の３次元位置を決定する方法について述へる。
３次元空間において、たとえば。
素子２の３次元位置を決定する方法について述へる。
３次元空間において、たとえば。
同一 平面上にある４点の幾何学的な位置関係が既知の
とき、対応したテレビカメラ３の２次元出力値か得られ
れば、投影の逆変換から、４点の３次−元位置かへ一意
に定まる。 以下、複数個の発光素、・） ＝ｔ２の内から、たとえば、長方形になる４点を選′／
Σだ場合についての３次元導出アルゴリズムにつ、２ｊ いて述へる。 テレビカメラ３の座標系において、原点
Ｏｓ （Ｘｏｓ 、Ｙｏｓ 、Ｚａｓ’） カラ４４
１４の発光素子３の各点までのベクトルをｑ １（ｉ＝
１、會・・４）、テレビカメラ３の画面トの対応点まで
のベクトルをｐｉ（ｉ＝１．Φ拳・４）とすると。
とき、対応したテレビカメラ３の２次元出力値か得られ
れば、投影の逆変換から、４点の３次−元位置かへ一意
に定まる。 以下、複数個の発光素、・） ＝ｔ２の内から、たとえば、長方形になる４点を選′／
Σだ場合についての３次元導出アルゴリズムにつ、２ｊ いて述へる。 テレビカメラ３の座標系において、原点
Ｏｓ （Ｘｏｓ 、Ｙｏｓ 、Ｚａｓ’） カラ４４
１４の発光素子３の各点までのベクトルをｑ １（ｉ＝
１、會・・４）、テレビカメラ３の画面トの対応点まで
のベクトルをｐｉ（ｉ＝１．Φ拳・４）とすると。
透視変換から。
ｑ＋＝ｓ ｉ＠ｐｉ 、 ５ｉ）０
（’ｉ ＝ １．・・・４） （４）
である。 ４点は、同−Ｗ面Ｆ−にある長方形の頂占Ｌ
゛あるとすれば。
゛あるとすれば。
ｑ １ ÷ ｑ３＝ｑ２ ＋ ｑ４ （５）１ｄ−、、
閑電−首ｌ＝ｏ （ｅ） １薯−□１＝１１＝宜１・ｄ（７） １言−書１，１宜−宜１ ＝ ｆｙ７７− （ｅ） ここで、１ ・ １は、ベクトル間の距離を示し。
閑電−首ｌ＝ｏ （ｅ） １薯−□１＝１１＝宜１・ｄ（７） １言−書１，１宜−宜１ ＝ ｆｙ７７− （ｅ） ここで、１ ・ １は、ベクトル間の距離を示し。
Ｄ、ｄは、二辺の長さである。 以ヒの （４）。
・・・ （８）式より、５ｉ（ｉ＝１．・・・４） が
計算され、テレビカメラ３の座標系における４点の発光
素子２の３次元座標ｑ ｉ （ＸＳ、Ｙ３． ＺＳ ）
（−”ｉ＝１．・ゆ＠４）がまる。 これらの座標値
をロボット座標系へ変換するために、（１）式を逆変換
して１次式が得られる。
計算され、テレビカメラ３の座標系における４点の発光
素子２の３次元座標ｑ ｉ （ＸＳ、Ｙ３． ＺＳ ）
（−”ｉ＝１．・ゆ＠４）がまる。 これらの座標値
をロボット座標系へ変換するために、（１）式を逆変換
して１次式が得られる。
この式に４点の発光素子２の３次元座標ｑｉ（Ｘｓ、Ｙ
ｓ、Ｚｓ ） （ｉ＝ １．＊ ａ −４）を代入する
ことにより、ロボット座標系における４点の発光素子２
の３次元座標がまる。
ｓ、Ｚｓ ） （ｉ＝ １．＊ ａ −４）を代入する
ことにより、ロボット座標系における４点の発光素子２
の３次元座標がまる。
このようにして９作業対象物または９作業環境および作
業治具などの３次元位置や距離および姿勢などの３吹元
情報が得られる。
業治具などの３次元位置や距離および姿勢などの３吹元
情報が得られる。
次に、木センサの応用としては。
（Ａ）ロボットハンドの手前部に木センサを備え、ハン
トの位置と姿勢を直接計算する方式。
トの位置と姿勢を直接計算する方式。
ＣＢ）（Ａ）の方式の拡張として、ロボットの安全な作
業教示に利用。
業教示に利用。
（Ｃ）マスタースレイブ・マニピュレータにおいて、ｈ
、センサを、単純な構成のマスターマニビュＬ／−夕と
して利用６ （Ｄ）作業冶具などに木センサを備え９組み立て作業に
利用。
、センサを、単純な構成のマスターマニビュＬ／−夕と
して利用６ （Ｄ）作業冶具などに木センサを備え９組み立て作業に
利用。
ＣＢ）移動ロボットのトラッキングや位置決めに利用。
なとロポー７ティクスの様々な分野への応用が考えられ
る。
る。
以上説明したように、 本方式は、複数個の発光素子と
テレビカメラおよび、入出力装置を持つ計算機という簡
単な構成で１作業対象物または。
テレビカメラおよび、入出力装置を持つ計算機という簡
単な構成で１作業対象物または。
′作業環境および作業治具なとの３次元情報を、高速、
高精度、高信頼性で得ることができる特徴を持っている
。
高精度、高信頼性で得ることができる特徴を持っている
。
第１図は本発明による方式を説明するための図、第２図
はロボット座！：＃糸とテレビカメラ座標系の幾何学的
関係を説明するための図である。 図中、ｌは計算機、２は複数個の発光素子。 ３はテレビカメラである。 第１図 ７′２図 丘
はロボット座！：＃糸とテレビカメラ座標系の幾何学的
関係を説明するための図である。 図中、ｌは計算機、２は複数個の発光素子。 ３はテレビカメラである。 第１図 ７′２図 丘
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 作業対象物または２作業環境および作業治具などの３吹
元位置や距離および姿勢などの３次元情報をめる方式に
おいて。 前記作業対象物または２作業環境および作業治具などに
複数個の発光素子を備え、該発光素子のスポット光をテ
レビカメラで検出し、前記複数個の発光素子の夫々の３
次元位置を計算することを特徴とする３次元位置・姿勢
検出方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16003683A JPS6052703A (ja) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | ３次元位置・姿勢検出方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16003683A JPS6052703A (ja) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | ３次元位置・姿勢検出方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6052703A true JPS6052703A (ja) | 1985-03-26 |
Family
ID=15706550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16003683A Pending JPS6052703A (ja) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | ３次元位置・姿勢検出方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6052703A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62503121A (ja) * | 1985-06-14 | 1987-12-10 | ザ ブロ−クン ヒル プロプライエタリ− カンパニ− リミテツド | 物体の表面の少なくとも一部分の横断面形状又は輪郭に関する情報を得る方法及び装置 |
| JPH01299267A (ja) * | 1988-05-27 | 1989-12-04 | Otsuka Chem Co Ltd | 光学活性β−ラクタム誘導体の製造法 |
| EP0779969A1 (en) * | 1994-09-06 | 1997-06-25 | Montech Pty. Ltd. | Calibration frame |
| US6603865B1 (en) | 2000-01-27 | 2003-08-05 | President Of Nagoya University | System for optically performing position detection and data communication |
| FR2870594A1 (fr) * | 2004-05-24 | 2005-11-25 | Sagem | Systeme et procede de mise en relation geometrique d'objets |
| FR2870593A1 (fr) * | 2004-05-24 | 2005-11-25 | Sagem | Systeme et procede de mise en relation geometrique d'objets |
| CN106885531A (zh) * | 2017-04-20 | 2017-06-23 | 河北科技大学 | 基于二维激光雷达的车斗形容器三维扫描系统标定方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52116012A (en) * | 1976-03-26 | 1977-09-29 | Takei Kiki Kogyo Kk | Cooordinate analyzer |
| JPS54116258A (en) * | 1978-03-01 | 1979-09-10 | Nippon Aviotronics Kk | Apparatus for measuring multiidimensional moving position |
| JPS5518906A (en) * | 1978-07-26 | 1980-02-09 | Agency Of Ind Science & Technol | Photoelectric position locator |
-
1983
- 1983-08-31 JP JP16003683A patent/JPS6052703A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52116012A (en) * | 1976-03-26 | 1977-09-29 | Takei Kiki Kogyo Kk | Cooordinate analyzer |
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62503121A (ja) * | 1985-06-14 | 1987-12-10 | ザ ブロ−クン ヒル プロプライエタリ− カンパニ− リミテツド | 物体の表面の少なくとも一部分の横断面形状又は輪郭に関する情報を得る方法及び装置 |
| JPH01299267A (ja) * | 1988-05-27 | 1989-12-04 | Otsuka Chem Co Ltd | 光学活性β−ラクタム誘導体の製造法 |
| EP0779969A1 (en) * | 1994-09-06 | 1997-06-25 | Montech Pty. Ltd. | Calibration frame |
| EP0779969A4 (en) * | 1994-09-06 | 1999-04-14 | Montech Pty Ltd | CALIBRATION FRAME |
| US6603865B1 (en) | 2000-01-27 | 2003-08-05 | President Of Nagoya University | System for optically performing position detection and data communication |
| FR2870594A1 (fr) * | 2004-05-24 | 2005-11-25 | Sagem | Systeme et procede de mise en relation geometrique d'objets |
| FR2870593A1 (fr) * | 2004-05-24 | 2005-11-25 | Sagem | Systeme et procede de mise en relation geometrique d'objets |
| CN106885531A (zh) * | 2017-04-20 | 2017-06-23 | 河北科技大学 | 基于二维激光雷达的车斗形容器三维扫描系统标定方法 |
| CN106885531B (zh) * | 2017-04-20 | 2018-12-18 | 河北科技大学 | 基于二维激光雷达的车斗形容器三维扫描系统标定方法 |
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