JPS6129703A - 相対位置検出方法及び装置 - Google Patents

相対位置検出方法及び装置

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JPS6129703A
JPS6129703A JP15065984A JP15065984A JPS6129703A JP S6129703 A JPS6129703 A JP S6129703A JP 15065984 A JP15065984 A JP 15065984A JP 15065984 A JP15065984 A JP 15065984A JP S6129703 A JPS6129703 A JP S6129703A
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JP
Japan
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light
objects
distance
light receiving
parts
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Pending
Application number
JP15065984A
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English (en)
Inventor
Kenro Motoda
謙郎 元田
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Motoda Electronics Co Ltd
Original Assignee
Motoda Electronics Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6129703A publication Critical patent/JPS6129703A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object

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  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、相対的に運動する二物体の相対距離を光等の
電磁波で観測し、二物体の相対位置関係を検出する方法
及び装置に関する。
〈従来の技術〉 相対的に運動する二物体の近接状態を制御する場合や移
動物体を目的位置に停止させる場合等においては、当該
物体と他の物体又は目的位置との相対距離が制御変数の
一つとなる。例えば、荷役作業等に使用されるクレーン
、ホイスト等のロボットにあっては、作業アームを静止
状態又は移動状態の荷に接近させたル、作業アームを目
的位置に移動させたりなどする場合、作業アームと荷と
の距離、作業アームと目的位置との距離を変数の一つと
して、作業アームの停止制御、速度制御等を行なってい
る。X1自動車等の車輛の運転を完全自動化するには、
車輛と停止位置との距離、車輛と障害物との距離、当該
車輛と他の車輛との距離等が変数の一つとされる。
これらの場合、連続的に二物体の相対距離を検出し位置
を制御する必要がある。しかも相対距離の検出にあたっ
ては両物体の運動に影響を与えることなく検出すること
が要求される。ところが、任意の位置に存在する二物体
の空間には、電気的。
機械的な手段により目盛を設けることができないため、
相対的に運動する二物体の相対距離の検出は極めて困難
である。しかも、二物体が常に一定の位置関係を保持し
つつ移動することは極めて稀で、二物体を一定の面対向
の関係に保持するように制御したい場合、例えばロボッ
トの作業アームで製品を把持する場合にあっては、更に
困難なものとなっている。
従来、このような場合にあっては作業者の目視制御が行
なわれることが多かったが、目測は本来不正確なもので
あり、周囲に一定の基準となるものが存在しないと誤り
を生じ易く、シかも人によって制御値や内容tc@ji
bを生じる欠点がある。更に目測は、作業者が読取った
値を制御変数として制御装置に入力しなければならない
ため、本質的に手動制御とならざるを得す、しかも、手
間がかかり、父、物体が急速に運動する場合には対応で
きないという欠点がある。
〈発明の目的〉 本発明の目的は、相対運動する二物体間の距離を電磁波
を用いて両物体の運動に影響を与えることなく複数検出
し、これら検出値に基づいて二物体の相対的な位置関係
を検出可能とし、上記従来の欠点を解消する相対位置検
出方法及び装置を提供することにある。
〈発明の構成〉 そして上記の目的の下に1第一発明たる相対位置検出方
法にあっては、相対的に運動する二物体の相対距離を観
測して二物体の位置関係を検出する相対位置検出方法に
おいて、一方の物体に設けた複数の発光部夫々から、こ
れら発光部に対応させて同じく一方の物体に設けた受光
部の光軸に対して斜行交叉する各々物理的特徴の異なる
複数の電磁波を他方の物体に向けて射出し、これら複数
の電磁波と光軸との交叉により受光部からの距離を示す
光学的目盛を受光部毎に各々複数設定し、且つ各受光部
夫々にて他方の物体で反射される電磁波を捕捉して、そ
の物理的特徴によ)他方の物体の位置する光学的目盛を
観濁し、全受光部の観測内容に応じ二物体の位置関係を
検出することを特徴とし、第2発明たる相対位置検出装
置にあっては、相対的に運動する二物体の相対距離を観
測して二物体の位置関係を検出する相対位置検出装置に
おいて、一方の物体に複数の発光手段を備えた複数の発
光部と、該発光部に対応する複数の受光部を有する受光
装置を設け、各発光部は、対応する各受光部の光軸に対
して斜行交叉し受光部からの距離を示す光学的目盛を受
光部毎に各々複数設定する夫々物理的特徴の異なる複数
の電磁波を他方の物体に向けて射出し、受光装置は、各
受光部が他方の物体で反射され捕捉した電磁波の物理的
特徴により観測した他方の物体の位置する光学的目盛に
より二物体の位置関係を検出することを特徴とする本の
である。
〈実施例〉 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。説
明の都合上第二発明の相対恒量検出装置から説明する。
第1図〜第3図は本発明に係る装置の一実施例を示す概
念図であシ、本装置は、対向する二物体X、Yのうち一
方の物体Xに、二つの発光部1a、lbと、これら両発
光部1a、1bに対応する二つの受光部2a、2bから
なる受光装置3とを設けたものである。そしてこれら発
光部1a、lbと受光装置3とは他方の物体Yの表面B
と対向する表面Aに臨ませて設叶てめる。
勿論これら発光部1a、1b、受光d−をいずれの二物
体X 、YK設けるかは自由であり、二物体X、Yの機
能等に応じて定めればよい。なお、本発明において二物
体というのは、相対的に運動する二つの系を意味し、物
体とは、一体的に運動する1又は2以上の構成要素の集
団を意味する。例えば、荷役作業を行表うロボットの作
業アームと荷とが各二物体として二物体を構成する。父
、二物体は、車輛と停止目的位置のように、一方が空水 間における位置でおっても良い。更に嘆施例においては
、相対距離を検出するための電磁波として緩速のように
可視光を用いているが、赤外線、紫外線、X線等種々採
用できる。
発光部1 m 、 1 bFi所定距離だけ離して設け
てあシ、夫々同一〇構成を有している。図示の例では色
、即ち波長、を異にする複数の可視光の光束48〜4f
を形成する複数の発光手段5a〜5fを有し、受光部2
a、2bの光軸6に対して各光束4a〜4fを斜め方向
に適当な間隔を置いて平行に射出して交叉させ、光学的
目盛73〜7fを設定するものとなっている。尚、光以
外の電磁波を用いた場合は、色ではなく、波長や振幅等
物理的特徴を異ならせるようにすればよい。また、図中
8は光源、9はカラーフィルタ、lOはレンズ。
1)は鏡筒で光?l7i8から発生した光性平行な光束
48〜4fとなって他方の物体Yの面Bに対して進行す
る。この発光手段5a〜5fの構成は、夫々異なる色(
例えば、赤、橙、黄、緑、青9M等)の光を発生できる
ものであれば、−憚−々採用できる。
受光部2a、zbは、夫々発光部1a、lbと隣設させ
て配置しており、これらも夫々同一の構成を有している
。即ち、鏡筒12内に他方の物体Y側から順に絞シ13
.レンズ14を取付けたもので、絞シ13を極力絞って
視野15を狭め、光軸6の近傍のみを観測するものとし
である。また鏡筒12の後端にはカラーセンサ16#1
配してあね、レンズ14で集光した光束48〜4fの色
をここで検出するようになっている。そして、受光装置
3#i、これらに加え、カラーセンサ16によ知し、二
物体X、Yの位置関係を検出するマイクロコンピュータ
等の位置検出手段17を備えている。
受光部2a、2bの光軸6は、物体Xの面Aに対して垂
直であることが好ましく、また夫々対応する発光部1a
、lbの射出する光束4a〜4fと交叉して、その交点
を上記光学的目盛7a〜7fとしている。これら光学的
目盛7a〜7fは、物体Xの表面Aからの距離をもって
計測されるもので、発光手段58〜5fの位置及び光束
48〜4fの傾斜度合によって定まるものとなっている
尚、図示の例では両発光部1a、lbからの光束48〜
41同士は集束する方向で射出されるようにしているが
、発散する方向であってもよく、図示の例の如き射出状
態に限定されることはない。
また、第5図に示す変形例の如く、受光部2a。
2bの光軸6を中心として円周上に発光手段5をまた光
束4a〜4fFi、上記した如く夫々色を異な、らせで
あるが、色彩1色の順序等は適宜定めればよい。但し、
両発光部1a、lbの対応する光束同士は同色であるこ
とが望ましく、また受光部2a、2bから遠方側の光束
を長波長の色(例えば赤)とし、近傍を短波長の色(例
えばM)とすれば、塵埃による散乱の影響を少なくする
ことが−できる。
光束43〜4fが照射する他方の物体Yの面Bは、発光
部1a、lbと受光部2aとが反射の法則が適用される
関係になく、光を乱反射して散光を生じさせる必要があ
るため、その表面が粗面であることが望ましい。粗面の
程度は、表面Bを観測可能な輝度とすることができれば
足りるので、通常、物体表面をそのまま用いることがで
きる。
父、表面Bは、散光の色を識別するため、白色であるこ
とが望ましいが、各光束48〜4fの色を識別すること
が可能であれば、帯色していても良い。なお、表面Bが
鏡面である場合や光の吸収が特に大きい場合等には、粗
面加工、反射塗料の塗布、反射板の設置等の手段を施こ
す必要がある。
次に第1発明たる相対位置検出方法について説明する。
まず、発光部1 a 、 l b、受光部2a、2b。
カラーセンサ16、位置検出手段17等をONとし、発
光部1a、1bから光束4a〜4fを射出する。発光部
1a、lbから射出された光束4a〜4fは夫々他方の
物体Y側へと向かい、二物体X、Yの途中位置で各々受
光部2a、2bの光軸6と交叉して、そこに光学的目盛
7a−7fを形成する。
更に各光束4a〜4fは物体Yへと向かい、表面Bによ
)乱反射されて散光となシ、一部が光軸6上又は光軸6
と平行線上を物体X側へと逆行する。そして、これらの
逆行する散光のうち、光軸6上若しくはその極く近傍を
進行する吃ののみを、受光部2a、2bの絞り13から
鏡筒12内に入れ、レンズ14で集光してカラーセンサ
16に捕捉させる。そしてカラーセンサ16によりその
色を検出させ、いずれの光束4a〜4fによる散光であ
るかを検知する。そして、いずれの光束4a〜4fによ
る散光であるかによってその光束4a〜4fが光軸6と
交叉して形成している光学的目盛7a〜7fが位置検出
手段17で特定させ、その光学的目盛78〜7fの位置
に物体Yの面Bが存在することを検出する。
第1図の例にあっては、物体Yの表面Bが実線で示す位
置にあるときは1、受光部2a、2bが捕捉する散光は
共に同色の光束4aのものであり、相対運動中の二物体
X、Yが平行位置にあることが検出される。一方、第1
rgl中の破線で示す位置に物体Yの面Bがあるときは
、受光部2a、2bが捕捉する散光の色性、異なった光
束4dと光束jkLry ? Y L trs L4 
h  IILfp入4b (al +げ琳に緑)のもの
となる。そして受光装置3の位置検出手段17により、
二物体X、Yが非平行位置関係にあることを検出する。
上記の説明においては、発光部と受光部とを三箇所ずつ
設けた例のみ示してきたが、本発明はこれに限定される
ものではなく、例えば第4図に示すような、発光部1a
−ICs受光部2b〜2Cを夫々三箇所ずつ設けるよう
にしてもよい。第4図の例は、二次元的に二物体X、Y
の位置を検出していた第7図の例において検出が難かし
かった図面と垂直方向での位置関係が検出できるように
したものである。1)0ち、三筒の発、受光部1a〜l
c、2b〜2Cにより平面を形成し、各受光部2b〜2
Cにおいて二物体X、Y間の距離を検出すれば、二物体
X、Yの三次元的な位置関係が検出されることになるも
のである。従って、物体Yの表面Bが球面等の非平面状
態のものであっても二物体X、Y間の位置関係が確実に
検出でき、第4図のアーム18の如き駆動手段や、図示
せぬが適宜の制御手段を備えれば、二物体X、Y間の三
次元の位置制御ができる。
本発明に係る方法及び装置を、例えば作業ロボットに適
用する場合、作業アームの先端に発光部1a〜IC及び
受光部28〜20等を設け、荷を他の物体Yとして取扱
えば、任意の位置にある作業対象の荷と作業アームとの
距離を観測して相対位置関係を検出することにより、作
業アームの速度制御、停止制御のみならず、位置制御、
姿勢制御を自動的に行うことができる。また、本発明の
装置はマイクロコンピュータ等の制御装置と接続して、
アーム先端に保持せしめた飯等の筆記具の姿勢制御及び
紙面等筆記対象物との距離制御を連続的に行なえば、書
写を自動的に行うことができる。また、その他相対運動
を行う二物体間の位置制御を行う装置等に応用すれば最
適のものとなる。
〈発明の効果〉 本発明に係る相対位置検出方法及び装置は、以上説明し
てきた如きものなので、二物体間の相対位置を電磁波に
より両物体の運動に影響を与えること々く検出でき、従
来のように目測に頼った不正確な制御を排することが可
能と表勺、一定且つ確実な制御が行なえ、ロボット等広
い応用範囲を具現化し得るという大きな効果が得られる
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す概念図、第2図は上記
実施例に使用する発光部の一例を示す概念図、第3図は
上記実施例に使用する受光装置の一例を示すmis s
tm図、第4図は本発明の他の実施例を示す概念図、第
5図は発光部及び受光部の配置態様の他の例を示す正面
図でるる。 X、Y・・・物体      A、B・・・物体の表面
la、lb、lc −−・発光部   2a、2b、2
c −受光部3 ・・・受光装置    4a〜4f・
・・光束53〜5f・・・発光手段   6 ・・・光
軸73〜7f・・・光学的目盛

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)相対的に運動する二物体の相対距離を観測して二
    物体の位置関係を検出する相対位置検出方法において、
    一方の物体に設けた複数の発光部夫々から、これら発光
    部に対応させて同じく一方の物体に設けた受光部の光軸
    に対して斜行交叉する各々物理的特徴の異なる複数の電
    磁波を他方の物体に向けて射出し、これら複数の電磁波
    と光軸との交叉により受光部からの距離を示す光学的目
    盛を受光部毎に各々複数設定し、且つ各受光部夫々にて
    他方の物体で反射される電磁波を捕捉して、その物理的
    特徴により他方の物体の位置する光学的目盛を観測し、
    全受光部の観測内容に応じ二物体の位置関係を検出する
    ことを特徴とする相対位置検出方法。
  2. (2)相対的に運動する二物体の相対距離を観測して二
    物体の位置関係を検出する相対位置検出装置において、
    一方の物体に複数の発光手段を備えた複数の発光部と、
    該発光部に対応する複数の受光部を有する受光装置を設
    け、各発光部は、対応する各受光部の光軸に対して斜行
    交叉し受光部からの距離を示す光学的目盛を受光部毎に
    各々複数設定する夫々物理的特徴の異なる複数の電磁波
    を他方の物体に向けて射出し、受光装置は、各受光部が
    他方の物体で反射され捕捉した電磁波の物理的特徴によ
    り観測した他方の物体の位置する光学的目盛により二物
    体の位置関係を検出することを特徴とする相対位置検出
    装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008268181A (ja) * 2007-03-26 2008-11-06 Casio Comput Co Ltd プロジェクタ
US11690499B2 (en) 2018-11-02 2023-07-04 Boston Scientific Limited Biopsy cap and biopsy cap housing

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