JPS62132114A - 受動目標パタ−ンをもつ物体の位置決めシステム - Google Patents

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、少なくとも一つの受動的目標パターンを備え
た物体の位置決めをするシステムに関するものである。

（従来の技術） システムは近接センサを持っている。このようなセンサ
は物体の位置を、三つの基準軸に関して、また与えられ
た容積内において測定する。上記物体は固定された受動
的基準をｍ数個持っている。近接センサは特に、宇宙に
おいて、すなわち二つの宇宙飛行体によって、ドツキン
グ又は積込を行っているとき、無重量の状態下で使用さ
れる。一般に行われる測定には次のものがある。

角度の測定 距離の測定、及び 速さの測定。

これらの測定は一般に以下に示す精度で行われる。

角度測定　　約±ｌ。

距離測定　　約±５　　ｍｍ　（１ｍの範囲において）
及び速さ測定　　＜　１０−２ｍ／ｓ 近接段階の初めには、位置決めすべき物体は、基準軸に
関して定義されたある容積内に既になければならない。

数種類のセンサが希望される結果を達成するのに使用で
きる。

及ヱ皇之遣： 光学センサは画像形でもテレメータ形でもよい。

画像形センサは物体上の受動的基準マークを見る角を測
定し、また上記角度における偏差をも測定する。目標の
模様が複雑であり、情報をディジタルで処理することと
関連する困難さのため、このようなセンサは従って作る
には非常に複雑である（画像解析）。このような画像セ
ンサは、必要とする機能のほんの一部分しか行わないも
のに適していると考えられる。

テレメータは、希望する測定が測定された特性か１ら演
絆される状態で、光ビーム又は光束の特性を測るという
原理に基づいている。

このような技術が四つ使用されている。

ｌ）　光束は物体上の目標模様から反射されたものとし
て、測定される。末法の欠点には、その妨害照明に対す
る感度があること、及び絶対測定を実行することができ
ないシステムであること等がある。

２）模様から反射された光波の周波数を測り、ドツプラ
効果によって演鐸を行う。末法の欠点は、高度の周波数
安定性が必要なこと、及び放射方向の速さを測ることし
かできないという事実等がある。

３）物体上の目標から反射されたパルスの移動時間を測
る。この技法の主な欠点は、高い精度を得るために、連
動する必要のある非常に複雑な電子回路を要することで
ある。

４）強度を変調した光ビームの位相ずれを測る。

以上の方法は短い距離においては必要な精度を与えない
のである。

立工文旦彼皇之歴： このようなシステムはレーダ、衝突防止システム、空港
レーダ等に類似している。マイクロ波には様々の技術を
使うことができる。けれども、どの技術を使うかにより
、ある一種類の技術のみが他に関してやり縞くなるとい
うことになる。マイクロ波システムの欠点は、設備が嵩
高となり複雑になることと、近くにある他の装置との高
周波相互丁渉の可能性があることである。また短い距離
では性能が劣るという問題もある。

本発明の提案する実施の態様によれば、ある物体の位置
決めをし、接近しつつある物体上に固定された特別の受
動的目標を使って、画像センサの一形式に属する近接セ
ンサを持っている、システムが提供される。

（発明の要約） 本発明は受動的目標模様を備えた物体の、位置決めする
システムを提供するもので、各模様の方向へ光を発射す
る光源、上記物体から反射された光を受ける受光器、及
び上記光源と上記受光器とに接続されたプロセッサ部よ
り成る。上記位置決めシステムは三次元に関して物体の
位置決めをするもので、上記受動的模様は上記次元のウ
ニつに配置された少なくとも四つの模様から構成されて
いて、上記物体の表面に位置し、一つのコードを形成す
るように相互に関して配列されている、一連の光学的に
読取り可能の長く延びた記号を成している。前記近接セ
ンサは上記三次元中の二つに沿った上記面を狭くしぼっ
たビームで走査することができ、互いに対して傾斜して
おり、共通の点ゼロを通過する上記軸△ｉの、各一つ宛
について対をなして前記模様が配列されている。

本発明は容易に作ることのできる目標模様を使用すると
いう主要な利点がある。しかしそれにも関らず大量の情
報を含むものである。

都合の良いことに、模様のそれぞれは−・連の線群より
成っている。本発明の提案する実施状態では、これら模
様を構成している線群は平行な棒の形になっており、物
体の平らな面に配置しである。

このような目標模様は一般に今迄は専ら物体を認識する
のに使用されてきた。例えば広くスーパーマーケットの
買物計算に使用され、自動的に物体を認識し、読取るの
にとても容易で簡単であるという利点を有している。

本発明は特に宇宙や衛星に適用できるもので、とりわけ
有人飛行に適用し、ランデブ、ドツキング、又は積込航
行を行おうとするとき使用する。

本発明によって装置にこの目的で使われる、特にたかだ
か数ｍしか離れていない所にある物体と関連して使用さ
れる画像センサは、かなり簡単化されるという主要な利
点がある。

更に詳細に言うと、本発明はある物体の位置決めをする
システムに関するもので、その物体は二つの直交する軸
に関して互いに他から出来るだけ遠く離れている、四つ
の受動的目標模様を備えており、そのコードバー（棒）
は上記軸に直角に延びており、その物体は、物体を通る
光ビームを掃引することによるか、又は物体を横切って
受光器の受光立体角を掃引することによって走査される
゛。

（発明の構成および作用） 物体を標識するのには現在使用されている数種類の非常
に異ったバーコードシステムがある。

例による図１に示すコードｌＯは、スーパーマーケット
で売られている商品に通常印刷されている種類の、太い
バーと細いバーの連続より成る。

コードＩＯは、コードの両端に配置されている二つの終
端マーク１１と１２、及び中央の区分マーク１３によっ
て区切られている。コードｌＯは１２桁を表わし、その
桁数の中６桁（参照番号１４）は中央の区分マーク１３
の左側にあり、それぞれ白い空間、黒いバー、第二の空
間、第二のバーによって表わされる。他の６桁（参照番
号１５）は中央の区分マーク１３の右側にあり、それぞ
れバー、空間、バー、空間で表わされる。この配列によ
って、光学的読取器はコードｌＯが正しい方向に読まれ
たか、間違った方向に読まれたかを決め、もしコードが
間違った方向で読まれた場合は必要な転倒を行うことが
できる。１２桁は異なった意味を持っている。

最初のデコードされた桁１６（連続したバーの左側にあ
る１７において°“クリア”で示される）はシステムに
固有の数である。例えばゼロが標準のスーパーマーケッ
ト商品に対応する。次の５桁（参照番号１４で、この場
合は数字１２３４５によって構成されている）は製品の
製造者を識別する。次の５桁（参照番号１５で数字６７
８９０で構成されている）は製品そのものを識別する。

最後の桁（参照番号ｔａ）はクリアでは示されず、他の
１１桁が正当に読取られたことを検証する、チェック用
桁として用いられる。隅のマーク９は何も記入しないで
置かなければならない、バーの集合の周りの場所を決め
る。

バーコード、特に図１に示すコードは、物体認識の技術
に熟達した人にはよく知られているが、与えられた基準
の枠内に物体の位置を決める技術においては、通常のも
のとは言えない。

本発明により、且つ図２に示される位置決めシステムは
、先づ近接センサ１９、次いで複数の目標バーコード模
様３０．３１．３２及び３３より成り、位置決めしよう
としている物体２１の平らな面３４上にこの模様が配置
されている。近接センサ１９は次の異る部分から構成さ
れている。

・位置決めしようとしている物体２１に向って光を発す
る光源２０、 ・物体２１から反射した光を受ける受光′ａ２２、及び
情報処理部２３゜ 三軸に関して物体の位置決めをするために、物体は発射
された細い光ビーム２５によって、あるいは物体２１が
最初にあったと思われる大きな容積中で、光学的エコー
（反射）を探すために受光器のルックイン方向に、走査
を行うことによって走査してもよい。

図２は第一の解法、すなわち細い光ビームを走査させる
ことに基づく解法を示す。従って、動作しているときは
、光源２１が細い光ビーム２５を発射し、これが物体２
１を走査しく線群２６）、物体２１の全部を含むある立
体角２７から来る光に応答する、受光器２２によって読
まれるべき物体２１の平らな面３４上に配置された種々
の目標模様の、コード化情報を学えることができる。情
報処理部２３は受光器２２によって検出されたとおりの
コード化情報に応答して、物体２１の位置決めを行う。

このような走査２６の目的は、従って単純な読取動作に
よってバーコードを見つけて、その位置を基準軸に関し
て求めることである。物体の画像を解析するよりも、バ
ーコードを読取る方がずっと容易である。

任意の原点の位置からバーコードを読むために必要な且
つ充分な条件は、模様を構成するバーが、少なくともバ
ーの方向に直角な上記模様の長さと同じ長さでなければ
ならないという事である。従って各模様３０．３１．３
２．３３は全体の形状として正方形であれば都合が良い
。

物体２１の軸、従って物体の方向の位置決めをするため
、四つの目標模様３０．３１．３２、及び３３は互いに
相手から出来るだけ離れて、物体２１上に置かれる。芥
模様のコードは位置の情報、例えば北、南、東、西を他
の種々の識別項目を持っている。

他の項目には次のようなものがある。

物体を識別する基準 到達点の性質 模様と模様の間の距離（自動的に、行った測定に関する
補正を実施するため） 図２においては、この模様は３０と３２の対、３１と３
３の対となって関連しており、二つの直交軸Δｌとへ２
に関して、この軸△ｌとΔ２の交点Ｏに関して対称的に
配置されて並んでいる。各々の場合に、ある特定の軸と
連動するコードのバー群はその軸に直角に走っている。

光源２０、受光器２２、及びプロセッサ部２３を有する
アセンブリから物体２１の相対位置を求めるためには、
二組の基準軸、すなわち物体に関する固定軸と近接セン
サに関する固定軸との間で、比較が行われる。

これらの各方向間の角度は、バーコード模様が正しく読
まれる瞬間が与えられれば、容易に計算することができ
る。種々のパラメータも容易に得ることができ、特に次
のものはそうである。

走査線間の間隔 二つの位置決めした模様の間の距離（このパラメータは
特にバーコードで表わしてもよい）。

二つの引続く読取りの間の経過時間。

図３と図４においては、模様３０と３２のコードは決し
て正しくは読まれない（すなわち詳細には読まれない）
。模様３３のコードは２回読まれることになり、模様３
１のコードは一度だけしか正しく読まれない。また詳細
に読まれるコードを分離する３本又は４本の走査線が存
在する。模様３３と３１のコードを開始する間に経過す
る時間を確立することは容易である。従って物体上の軸
△２と走査方向との間の角αを演鐸することはやさしい
。この走査方向は例えば、近接センサの基準軸の一つと
平行であってもよい。

二つの模様３３と３１の開始の間の、光源２０から見た
角βも演鐸し、従って光源２０と物体２１の間の距離を
求めることも、模様と模様の間の間隔（間隔はバーコー
ドでコード化してもよい）が与えられれば可能である。

角γ１も模様３３と３１が読取られる速さの間の差を測
ることによって求めることができる。物体２１の位置を
三次元において、全く一つの面にではなく確立するため
には、先行する走査２６に直角な方向に走査し、従って
他の二つの模様３０と３２を詳細に読取ることができる
ようにすることにより、角γ２が測定される。

第二の組の模様は一層高い測定精度を得るために設ける
ことができる。特に一度で物体が非常にセンサと接近し
て、第一の組の模様を使用することが出来ない位、物体
に最終的に近づいている間にはそうである。

種々の角度を測るためには、センサの基準軸は物体２１
の基準軸と合せてもよい。第一の走査と第二の走査の走
査方向は、それぞれ軸へ１とへ２に沿って合せられる。

図５に示すように、第一の走査方向２６は、二つの模様
３３と３１の一番端に対応する二つの極限方向△３と△
４の間になければならない。

測定精度を向上するためには、第二の組の模様４０と４
１を使ってもよい。第二の組の模様４０と４１は短いバ
ー群を含む一組の模様であってもよい。その場合にはセ
ンサの基準軸は図６に示すようにこれらと合せてもよい
。模様４２をウェル４３の底部に置けば、例えば主模様
３０．３１．３２、及び３３が位置しているΔｌと△２
の軸の間の交点におけば、角度をもっとよい精度で測る
ことも可能である。

当然のことながら、本発明は提案する実施の態様に関し
て説明してきたが、種々の事項が特許請求の範囲を出な
い限り、相当する事項と入れ換えることができるであろ
う。

例えば、物体２１は四つの模様を超える模様を備えるこ
とも出来る。例えば、共通の点０において交差し、互い
に６０°をなして配列された三つの軸△ｉに配置された
六つの模様を持つこともできる。

模様３０から３３までが配列されヤいる表面は、必ずし
も物体の平らな面とは限らない。模様は物体の種々の異
る部分に取付けても良く、平らでない面においてもよい
。模様が平でない面にある場合は、平行なバー群である
ことを必要としない長い台□形の記号によって形成して
もよい。

第二の組の模様も、軸△ｌと△２について配置されてい
るが、主模様よりも上記軸Δｌと△２の交差点０にもっ
と近い所にある四つの模様を持ってもよい。

【図面の簡単な説明】

図１は先行技術のバーコード模様を示す。 図２は本発明による位置決め装置を示す図である。 図３と図４は位置決め装置の動作を説明するための図で
ある。 図５と図６及び図７は、位置決め装置の種々の実施の態
様を説明している。

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. （１）受動的目標模様を備え、各模様に向って光を発射
   する光源を有する近接センサ、ある物体から反射された
   光を受光する受光器、及びこの受光器と上記光源に接続
   された処理部とより成る、上記物体の位置決めを三次元
   に関して行うシステムであって、上記受動的模様は前記
   三次元の中の二つに関して配列された少なくとも四つの
   模様によって構成され、各受動的模様は上記物体の表面
   に置かれ、あるコードを形成するように互いに関して配
   列された光学的に読取ることのできる細長い記号より成
   り、上記近接センサは上記次元の二つに沿った上記表面
   を細く絞った光ビームで走査することができ、上記模様
   は、相互に関して傾斜しており、共通の点０を通過する
   、上記軸△ｉのそれぞれについて対をなして配列されて
   いることを特徴とする位置決めシステム。
2. （２）前記受動的模様は物体の平らな面上に位置してい
   ることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の位
   置決めシステム。
3. （３）前記各受動的模様は一連の線群より成ることを特
   徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の位置決めシス
   テム。
4. （４）前記受動的模様は一連の平行な棒（バー）群より
   成ることを特徴とする、特許請求の範囲第３項に記載の
   位置決めシステム。
5. （５）上記コードバーが前記模様を通過するそれぞれの
   軸△ｉに直角な方向に延びている模様を構成しているこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲第４項に記載の位置決
   めシステム。
6. （６）前記模様は前記軸△ｉの交点０に関して、対称的
   に置かれていることを特徴とする、特許請求の範囲第１
   項に記載の位置決めシステム。
7. （７）前記模様は数が四つあり、二つの直交軸△１及び
   △２に関して配列されていることを特徴とする、特許請
   求の範囲第１項に記載の位置決めシステム。
8. （８）前記近接センサは、少なくとも二つの異る方向に
   沿って物体を走査することができることを特徴とする、
   特許請求の範囲第１項に記載の位置決めシステム。
9. （９）上記二つの走査方向は互いに直角であることを特
   徴とする、特許請求の範囲第８項に記載の位置決めシス
   テム。
10. （１０）前記近接センサは一定の速さで物体を走査でき
    ることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の位
    置決めシステム。
11. （１１）前記光源は、物体を走査する狭い光ビームを発
    射することを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載
    の位置決めシステム。
12. （１２）前記受光器は物体を走査する受光立体角におい
    て、光に感度が高いことを特徴とする、特許請求の範囲
    第１項に記載の位置決めシステム。
13. （１３）前記模様を構成している前記バー群は、少なく
    も上記模様と同程度に長いことを特徴とする、特許請求
    の範囲第４項に記載の位置決めシステム。
14. （１４）更に高い位置決め精度を得るように、主模様と
    同じ特性を有し、前記主模様が置かれている物体の平ら
    な面に置かれた、少くとも一つの付加模様を有すること
    を特徴とする、特許請求の範囲第４項に記載の位置決め
    システム。
15. （１５）上記各付加模様のバー群は前記模様の長さより
    も短いことを特徴とする、特許請求の範囲第１４項に記
    載の位置決めシステム。
16. （１６）主模様と同じ軸△１及び△２について配列され
    ているが、上記主模様よりも上記軸の交点０の近くに、
    四つの付加模様があることを特徴とする、特許請求の範
    囲第１４項に記載の位置決めシステム。
17. （１７）少なくとも一つの付加模様がウェルの底に配置
    されていることを特徴とする、特許請求の範囲第１４項
    に記載の位置決めシステム。
18. （１８）上記ウェルの底に位置した前記付加模様は、主
    模様の軸△１及び△２の交点０に置かれていることを特
    徴とする、特許請求の範囲第１７項に記載の位置決めシ
    ステム。