KR20210021487A - 모션 인코더 - Google Patents

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KR20210021487A
KR20210021487A KR1020207037448A KR20207037448A KR20210021487A KR 20210021487 A KR20210021487 A KR 20210021487A KR 1020207037448 A KR1020207037448 A KR 1020207037448A KR 20207037448 A KR20207037448 A KR 20207037448A KR 20210021487 A KR20210021487 A KR 20210021487A
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크리스 세첼
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이메트럼 리미티드
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Abstract

조인트를 포함하는 모션 인코더로서, 상기 조인트는 제 1 부품(304); 및 상기 조인트를 제 1 조인트 상태와 제 2 조인트 상태 사이에서 변경하도록 상기 제 1 부품(304)에 대해 이동 가능하게 장착된 제 2 부품(302); 이미지를 생성하도록 배열된 광 감지 부재들의 어레이를 포함하는 제 1 이미지 캡쳐 장치(ICD)(310); 처리 장치; 및 패턴 표면(312)을 포함하며, 상기 패턴 표면(312)은 상기 조인트가 제 1 조인트 상태 및 제 2 조인트 상태 사이에서 변경될 때 제 1 패턴 위치 및 제 2 패턴 위치 사이에서 제 1 ICD(310)에 대해 이동하는 패턴(314)을 정의하거나 정의하도록 배열되고, 상기 패턴(314)은 패턴 피처들을 포함하며, 상기 제 1 ICD(310)는 상기 제 1 패턴 위치 및 상기 제 2 패턴 위치 모두에서 패턴 피처들이 제 1 ICD(310)에 보이도록 상기 제 1 패턴 위치 및 상기 제 2 패턴 위치를 포괄하는 시야를 가지고, 상기 처리 유닛은 상기 제 1 ICD(310)로부터 이미지를 수신하기 위해 제 1 ICD(310)에 통신 가능하게 연결되고, 상기 처리 유닛은 하여, 상기 제 1 ICD(310)에 대한 상기 제 1 부품(304)의 위치 및 이동 중 적어도 하나를 정량화하기 위해, 수신된 이미지들 사이에서 패턴 피처들에 대응하는 이미지 피처들이 어떻게 변환되는지를 결정하도록 구성된다.

Description

모션 인코더
모션 인코더(Motion encoder)는 일반적으로 다양한 산업 장치(예: 제조 장치, 조립 로봇 또는 측량 장비)에서 볼 수 있는 조인트의 다양한 기계 부품들의 이동을 정확하게 측정하는 데 사용된다. 이 센서는 기계 부품의 이동을 측정하고, 다른 부품과의 관계에서 한 부품의 회전 또는 선형 이동을 정량화한다.
모션 인코더는 일반적으로 판독 헤드와 스케일로 구성된 광학 센서를 사용할 수 있으며 스케일은 거리 또는 각도와 같은 정확한 기하학적 정보를 인코딩한다. 판독 헤드가 스케일을 기준으로 이동에 따라, 센서는 조인트의 이동을 추정한다.
공개된 모션 인코더가 다음 제한들 중 하나 이상을 겪을 수 있음은 발명자에 의해 확인되었다:
-공개된 모션 인코더들은 일반적으로 한 방향에서의, 즉 하나의 축을 따라 또는 하나의 축을 중심으로 한 이동 또는 회전을 측정할 수 있는 것이어서, 다양한 자유도를 가진 이동을 추적하기 위해 여러 센서들을 필요로 한다.
-정확도는 스케일의 정확도에 따라 달라질 수 있으므로, 충분히 정확한 스케일을 생성하려면 정확하고 복잡한 제조 공정이 필요하다.
-스케일이 잘못 정렬되면 측정의 정확성과 신뢰성에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어 베어링의 의도하지 않은 컴플라이언스(compliance)로 인해 스케일이 제조 과정 중에 또는 사용 중에 잘못 정렬될 수 있다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 청구항 1에 따른 모션 인코더가 제공된다. 이 모션 인코더는 장치이다.
따라서, 제 1 양태에 따른 모션 인코더는 이미지들 사이의 패턴 피처들(features)의 이동을 측정함으로써 조인트의 제 1 부품의 이동을 결정한다. 공지된 광학 모션 인코더와는 대조적으로, 제 1 양태에 따른 인코더는 조인트의 이동을 추정하는 데 정밀하고 공지된 스케일을 필요로 하지 않으며, 이는 감소된 비용의 더 단순한 모션 인코더로 이어질 수 있다.
또한, 제 1 양태에 따른 모션 인코더는 단일 ICD로 다중 축을 중심으로 및/또는 다중 축을 따라 조인트의 이동을 측정할 수 있다.
또한, 제 1 양태에 따른 모션 인코더는 예를 들어 베어링 컴플라이언스, 베어링 런아웃 및/또는 조인트의 마모로 인한 조인트에서의 이동에 대해 내성이 있고, 오염, 먼지 및 기타 오염 물질에 대해 내성이 있기 때문에 공지된 모션 인코더에 비해 개선된 정확도 및/또는 신뢰성을 가질 수 있다.
또한, 제 1 양태에 따른 모션 인코더는 또한 공지된 인코더에 비해 누화(cross-talk)에 덜 취약할 수 있다. 즉, 한 축을 중심으로/따라 이동하면 다른 축을 중심으로/따라 측정에 미치는 영향이 감소된다.
또한, 회전 측정의 경우 정확도 및 분해능은 원형 스케일의 직경에 의존하지 않는다. 즉, 높은 수준의 정확도 및/또는 분해능을 얻기 위해 큰 스케일이 필요하지 않다.
모션 인코더는 보조 패턴(auxiliary pattern)을 정의하거나 정의하도록 배열된 보조 패턴 표면을 더 포함할 수 있으며, 보조 패턴은 보조 패턴 피처들을 포함한다.
패턴 표면은 물리적으로 패턴 피처들을 정의할 수 있고 보조 패턴 표면은 물리적으로 보조 패턴 피처들을 정의할 수 있다.
처리 유닛은 제 1 부품의 중심 축과 같은 축에 대한 제 1 ICD에 대한 제 1 부품의 회전 이동을 정량화하기 위해 수신된 이미지들 사이의 이미지 피처들의 변위, 예컨대 원형 또는 타원 회전 변위를 결정함으로써 패턴 피처들에 대응하는 이미지 피처들이 수신된 이미지들 사이에서 어떻게 변환되는지를 결정하도록 구성될 수 있다.
처리 유닛은 실행될 때 ICD로부터 수신된 이미지에서 피처들의 위치 및 모션을 측정하기 위해 모션 모델과 결합된 템플릿 매칭 기술을 사용하는 컴퓨터 프로그램 코드를 처리하도록 구성될 수 있다.
처리 유닛은 하나 이상의 프로세서, 읽기 전용 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리와 같은 데이터를 저장할 수 있는 하나 이상의 비 일시적(non-transitory) 컴퓨터 판독 가능 매체, 컴퓨터 판독 가능 매체를 하나 이상의 프로세서 및 ICD와 통신 가능하게 연결하기 위한 인터페이스, 및 사용자가 처리 유닛과 상호 작용할 수 있도록 하는 사용자 입력 장치를 포함한다.
보조 패턴 표면은 패턴 표면에 대해 축상 오프셋 및 평행 관계와 같은 공간적으로 고정된 관계로 배열될 수 있으며, 처리 유닛은 이미지에서 패턴에 대한 제 1 기준점(datum point)을 결정하고 이미지의 보조 패턴에 해당하는 제 2 기준점을 지정하며 패턴 표면과 보조 패턴 표면을 연결하기 위한 축의 방향을 설정하도록 구성될 수 있다.
처리 유닛은 제 1 부품의 제 1 ICD에 대한 예를 들어, 제 1 부품의 중심 축에 직교하는 한 쌍의 축을 따른 횡 방향 이동을 정량화하기 위해, 수신된 이미지들 사이의 이미지 피처들의 선형 변위를 결정함으로써, 패턴 피처들에 대응하는 이미지 피처들이 수신된 이미지들 사이에서 예를 들어 두 개의 직교 축을 따라 어떻게 변환되는지를 결정하도록 구성될 수 있다.
패턴 피처들은 원형 경로 주위에 등각 간격을 갖는 복수의 피처들과 같이 원형적으로 대칭일 수 있다.
패턴 표면은 패턴 피처들을 반사하도록 배열된 반사 표면을 포함할 수 있으며, 패턴 피처들은 패턴 표면에 대해 원격인 물체에 의해 정의된다. 선택적으로, 청구항 2를 인용하는 경우, 보조 패턴 표면은 보조 패턴 피처들을 반사하도록 배열된 보조 반사 표면을 포함하고, 보조 패턴 피처들은 보조 패턴 표면에 대해 떨어진 물체에 의해 정의되며, 보조 패턴 표면은 패턴 표면에 대해 공간적으로 고정되고 축 방향으로 오프셋되고 평행한 관계로 배열되거나, 또는 보조 반사 표면은 반사 표면에 대해 공간적으로 고정되고 축 방향으로 오프셋되고 평행한 관계로 배열된다. 제 1 및 제 2 반사 표면은 동일하거나 상이한 레벨의 반사를 가질 수 있다.
패턴 피처들은 제 1 광원에 의해 반사 표면 상에 투영됨으로써 정의될 수 있고, 선택적으로 보조 패턴 피처들은 제 1 광원일 수 있는 제 2 광원에 의해 보조 반사 표면 상에 투영됨으로써 정의된다. 원격 물체는 광학 마스크를 포함할 수 있고 광원은 반사 표면에 대해 광학 마스크에 역광을 비추도록 위치될 수 있다.
제 1 광원은 그 배향이 알려져 있고 제 1 ICD의 광 축에 대해 오프셋 및/또는 비 평행인(non-parallel) 고정된 투영 축을 따라 패턴 피처들을 투영하도록 배열될 수 있으며, 처리 유닛은 제 1 부품의 중심 축을 따른 상기 제 1 ICD에 대한 제 1 부품의 축 방향 이동을 정량화하기 위해 축을 따른 이미지의 선형 변위를 결정함으로써 패턴 피처들에 대응하는 이미지 피처들이 수신된 이미지들 사이에서 어떻게 변환되는지를 결정하도록 구성될 수 있다.
제 1 ICD는 상기 원격인 물체의 홀을 통해 상기 패턴 표면을 보도록 배열되고, 선택적으로 보조 패턴 표면을 보도록 배열될 수 있다.
패턴 피처들은 제 1 서브 세트 및 제 1 서브 세트와 상이한 제 2 서브 세트를 포함할 수 있다. 상기 처리 유닛은 제 1 부품의 중심 축을 따른 상기 제 1 ICD에 대한 제 1 부품의 축 방향 이동을 정량화하기 위해, 상기 제 1 서브 세트 및 상기 제 2 서브 세트 사이 거리의 변경을 결정함으로써 패턴 피처들에 대응하는 이미지 피처들이 수신된 이미지들 사이에서 어떻게 변환되는지를 결정하도록 구성될 수 있다,
모션 인코더는 패턴 피처들 및 상기 제 1 ICD가 시준(collimating) 렌즈의 초점에 있도록 배열되는 시준 렌즈를 더 포함할 수 있다. 그에 따라, 피처들의 시준된 이미지가 반사 표면을 향해 투사되고 반사된다.
모션 인코더는 상기 광원으로부터 광을 수신하여 광이 반사 표면을 향하게 하도록 배열되는 빔 스플리터(beam splitter)를 더 포함할 수 있고, 피처들의 이미지가 상기 빔 스플리터를 통과하여 제 1 ICD에 의해 관찰되도록 할 수 있다.
처리 유닛은, 제 1 부품의 직교하는 횡 방향 축을 중심으로 제 1 ICD에 대한 제 1 부품의 회전 운동을 정량화하기 위해, 수신된 이미지들 사이에서 이미지의 피처들의 변위를 결정함으로써 패턴 피처들에 대응하는 이미지 피처들이 수신된 이미지들 사이에서 어떻게 변환되는지를 결정하도록 구성될 수 있다.
모션 인코더는 조인트 좌표계에 대해 알려진 공간 관계로 위치되는 하나 이상의 제 1 기준 마커를 더 포함할 수 있고, 이때 처리 유닛은 상기 조인트 좌표계에 대한 상기 제 1 부품의 위치 및 이동 중 적어도 하나를 정량화하기 위해, 패턴 피처들에 대응하는 이미지 피처들이 수신된 이미지들 사이에서 어떻게 변환되는지 결정하도록 구성될 수 있다.
모션 인코더는 패턴 피처들의 적어도 일부를 정의하거나 패턴 피처들이 선택되어야 하는 제 1 부품의 영역을 나타내도록 배열된 하나 이상의 제 2 기준 마커를 더 포함할 수 있다.
모션 인코더는 제 2 부품에 대한 상기 제 1 부품의 이동을 측정하도록 배열된 하나 이상의 추가 센서를 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 처리 유닛은 이미지 피처들이 수신된 이미지들과 하나 이상의 추가 센서의 출력 사이에서 어떻게 변환되는지에 기초하여 상기 제 1 ICD에 대한 상기 제 1 부품의 위치 및/또는 이동을 정량화하도록 구성된다. 하나 이상의 추가 센서는 예를 들어 비 시각(non-vision) 기반 인코더, 스케일 기반 모션 인코더 등이거나, 또는 본 발명의 실시예에 따른 모션 인코더일 수 있다.
제 1 ICD는 상기 제 2 부품에 대해 알려진 공간 관계로 장착될 수 있고, 처리 유닛은 상기 제 2 부품에 대한 제 1 부품의 이동을 ICD에 대한 제 1 부품의 정량화된 이동과 상기 제 2 부품과 상기 ICD 사이의 알려진 공간 관계에 기초하여 정량화하도록 구성될 수 있다.
모션 인코더는 제 1 ICD에 대해 알려진 공간 관계로 장착된 제 2 ICD를 더 포함할 수 있고, 제 2 ICD는 이미지를 생성하도록 배열된 광 감지 부재들의 어레이를 포함하고 패턴 피처들이 제 1 패턴 위치 및 제 2 패턴 위치 모두에서 제 2 ICD에 보이도록 제 1 패턴 위치 및 제 2 패턴 위치를 포함하는 제 2 시야를 가질 수 있다. 처리 유닛은 상기 제 1 ICD 및 상기 제 2 ICD에 연결되고, 상기 제 1 ICD에 대한 상기 제 1 부품의 위치 및 이동 중 적어도 하나를 정량화하기 위해 패턴 피처들에 대응되는 이미지 피처들이 수신된 이미지들 사이에서 제 1 및 제 2 IDC 모두로부터 어떻게 변환되는지를 결정하도록 구성될 수 있다.
제 2 부품은 조인트를 제 3 조인트 상태로 변경하기 위해 제 1 부품에 대해 이동 가능하게 장착되고, 상기 패턴은 제 1 및/또는 제 2 조인트 조인트 상태와 제 3 조인트 상태 사이에서 변화함에 따라 제 1 ICD에 대해 제 3 패턴 위치로 이동하며, 제 3 패턴 위치는 적어도 부분적으로 제 1 ICD 시야의 외부에 존재하고, 상기 처리 유닛은, 상기 패턴이 제 3 패턴 위치로 이동하고 있는지 결정하고; 이미지 패턴 피처들을 대체하기 위해 이미지 패턴 피처들에 대해 알려진 공간 관계를 갖는 새로운 이미지 피처들을 선택하며; 또한 제 1 ICD에 대한 제 1 부품의 위치 및/또는 이동을 정량화하기 위해 새로운 이미지 피처들이 수신된 이미지들 사이에서 어떻게 변환되는지를 결정하도록 구성될 수 있다.
처리 유닛은 예컨대 제 1 부품의 중심 축을 따라 제 1 ICD에 대한 제 1 부품의 축 방향 이동을 정량화하기 위해, 수신된 이미지들 사이의 이미지 피처들의 변위를 결정함으로써 패턴 피처들에 대응하는 이미지 피처들이 수신된 이미지들 사이에서 어떻게 변환되는지를 결정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 조인트의 제 1 부품의 이동을 측정하는 방법이 제공되며, 조인트는 제 1 부품; 및 제 2 부품을 포함하며, 이때 제 1부품은 제 1 조인트 상태와 제 2 조인트 상태 사이에서 조인트를 변경하도록 제 2 부품에 대해 이동 가능하게 장착되고; 방법은 이미지를 생성하도록 배열된 광 감지 부재들의 어레이를 포함하는 제 1 이미지 캡쳐 장치(ICD)에 의해 생성된 제 1 이미지를 처리 유닛에 의해 수신하는 단계; 처리 유닛에서 제 1 ICD로부터 제 2 이미지를 수신하는 단계; 처리 유닛에서 제 1 ICD로부터 제 2 이미지를 수신하는 단계; 및 제 1 ICD에 대한 제 1 부품의 위치 및/또는 이동을 정량화하기 위해, 패턴 피처들에 대응하는 이미지 피처들이 수신된 이미지들 사이에서 어떻게 변환되는지를 결정하는 단계를 포함하고, 이때 제 1 이미지는 패턴 표면의 적어도 일부를 포함하며, 패턴 표면은 조인트가 제 1 조인트 상태와 제 2 조인트 상태 사이에서 변경될 때 제 1 패턴 위치와 제 2 패턴 위치 사이에서 제 1 ICD에 대해 이동하는 패턴을 정의하거나 정의하도록 배열되며, 패턴은 패턴 피처들을 포함한다.
제 1 양태의 선택적인 피처들은 유사한 방식으로 제 2 양태의 방법에 적용될 수 있다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 제 1 양태에 따른 모션 인코더용 서브 어셈블리가 제공되며, 서브 어셈블리는 이미지를 생성하도록 배열된 광 감지 부재들의 어레이를 포함하는 제 1 이미지 캡쳐 장치(ICD); 및 처리 유닛을 포함하고, 처리 유닛은 제 1 ICD로부터 이미지를 수신하기 위해 제 1 ICD에 통신 가능하게 결합되고, 처리 유닛은 제 1 ICD에 대한 제 1 부품의 위치 및/또는 이동을 정량화하기 위해 패턴 피처들에 대응하는 이미지 피처들이 수신된 이미지 사이에서 어떻게 변환되는지를 결정하도록 구성된다.
서브 어셈블리의 일부 또는 모든 기능은 공통 하우징 내에 포함될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예들이 단지 예시로서 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다:
도 1은 조인트의 6 자유도를 나타내는 다이어그램이다;
도 2는 조인트의 다이어그램이다;
도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 모션 인코더의 다이어그램이다;
도 3b는 도 3a의 모션 인코더의 ICD에 의해 관찰된 이미지 피처들의 모션을 보여주는 다이어그램이다;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모션 인코더의 다이어그램이다;
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모션 인코더의 다이어그램이다;
도 5b는 도 5a의 모션 인코더의 ICD에 의해 관찰된 이미지 피처들의 모션을 보여주는 다이어그램이다;
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모션 인코더의 다이어그램이다;
도 7a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모션 인코더의 다이어그램이다;
도 7b는 도 7a의 모션 인코더의 ICD에 의해 관찰된 이미지 피처들의 모션을 보여주는 다이어그램이다;
도 8a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모션 인코더의 다이어그램이다;
도 8b는 도 8a의 모션 인코더의 ICD에 의해 관찰된 이미지 피처들의 모션을 보여주는 다이어그램이다;
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모션 인코더의 다이어그램이다;
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모션 인코더의 다이어그램이다;
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모션 인코더의 다이어그램이다;
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모션 인코더의 다이어그램이다;
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모션 인코더의 다이어그램이다; 그리고
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모션 인코더의 다이어그램이다.
비 제한적인 개요를 통해, 본 발명의 실시예는 조인트의 일부가 다른 부분에 대해 어떻게 움직이는지를 결정하기 위해 이미지 시퀀스에서 이미지들 사이에서 피처들이 어떻게 변하는지 측정하는 시각 기반 조인트 인코더에 관한 것이다.
도 1에는 3차원 공간에서 신체가 움직일 수 있는 6개의 방법들을 보여주는 다이어그램이 도시되어 있다. X, Y, Z 축이 3개인 좌표계가 설정되고 이 3 차원 공간에서 신체의 이동은 6개의 독립 매개 변수로 정량화될 수 있다. 이러한 매개 변수 중 3개는 서로 다른 축 X, Y 및 Z를 따라 축 방향 이동을 정량화하고, 추가적인 매개 변수 3개는 서로 다른 축 X, Y 및 Z에 대한 회전 이동을 정량화한다. 6개의 독립적인 매개 변수들을 6 자유도(DoF)라고 한다. Z 축은 일반적으로 조인트의 종 축이라고 생각할 수 있지만 반드시 그런 것은 아니다.
조인트를 사용하여 제 2 부품에 대해 상대 이동하는 제 1 부품을 갖는 것은 로봇 또는 유사한 기계 응용 분야에서 일반적인 것이다. 조인트는 6 자유도 모두에서 제 2 부품에 대한 제 1 부품의 상대 이동을 가능하게 하거나, 이동을 특정 방식으로 제한하여 더 적은 자유도를 갖게 할 수 있다. 예를 들어 조인트가 제 1 부품이 X 축을 기준으로만 회전할 수 있도록 구성된 경우, 이동은 오직 1 자유도만을 갖는다. X 축을 중심으로 회전하고 X 축을 따라 이동할 수 있는 경우, 이동은 2 자유도 등을 갖는다.
도 2에서, 조인트는 일반적으로 도면 부호 200으로 표시되어 있다. 이 예에서 샤프트인 제 1 부품(202)은 베어링(206)을 통해 하우징인 제 2 부품(204)에 결합된다.
베어링(206)은 일반적으로 Z 축에 평행한 샤프트의 종 축에 대한 샤프트의 회전만을 허용하도록 구성된다. 따라서, 이 경우 조인트는 제 1 부품(202)의 이동을 1 자유도로 제한한다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모션 인코더의 다이어그램이 일반적으로 도면 부호 300으로 표시되어 있다. 축은 도시되지 않았지만, 도 2에 도시된 바와 같이 정의될 수 있다.
모션 인코더는 베어링(306)을 통해 제 2 부품(304)에 결합된 제 1 부품(302), 제 1 ICD(310), 패턴 표면(312), 선택적 광원(308) 및 이 실시예에서는 제 1 ICD(310)에 통합되는 처리 유닛에 포함한다.
이 실시예에서 제 1 부품(302)은 샤프트이고 제 2 부품(304)은 장착 플레이트 또는 하우징이다. 제 1 부품(302)이 종 축 Z를 중심으로 회전함에 따라, 조인트는 제 1 조인트 상태에서 제 2 조인트 상태로 전환 또는 변경된다.
패턴 표면(312)은 ICD(310)를 향하는 평평한 축 방향 표면상의 조인트의 제 1 부품(302) 상에 위치되고, 패턴 피처들 세트를 정의한다. 패턴 피처들은 패턴(314)을 정의한다. 이 실시예에서 패턴 피처들은 축 표면 상의 밝고 어두운 마킹이지만, 다른 실시예에서 패턴 피처들은 축 표면의 돌출부 및 오목부와 같은 다른 방식으로 물리적으로 정의될 수 있다.
ICD(310)는 조인트에 대해 고정된 공간 관계를 갖도록 조인트의 제 2 부품(304) 상에 위치되고 그 광 축이 제 1 부품(302)의 공칭 회전 축에 대략 평행하도록 배열된다.
제 1 부품(302)이 회전하면 패턴(314) 상의 임의의 지점은 일반적으로 원형 경로를 따르게 될 것이다. 이미지에서의 해당 피처 즉, 이미지 피처는 ICD(310)의 광 감지 부재들 상의 원형 경로의 투영에 따라 이동한다.
도 3b에는 도 3a의 실시예에 대한 패턴(314)의 이동의 예가 도시되어 있다. 이 실시예에서 이미지 피처들은 2개의 그룹들(305, 307)을 포함하지만, 다른 실시예에서 더 많은 피처들의 그룹이 선택되거나, 또는 단일 그룹만 선택될 수 있다.
이 실시예에서, 제 1 부품(302)의 회전으로 인한 피처들의 모션은 일반적으로 원형이다. 그러나, ICD(310)의 광 축이 제 1 부품(302)의 회전 축과 정렬되지 않는 경우, 상기 모션은 일반적으로 타원형일 수 있다.
이 실시예에서 LED 램프인 광원(308)은 ICD(310)에 의해 식별될 수 있도록 표면 패턴 피처들을 조명하도록 배열된다.
처리 장치는 회전(제 1 부품의 종 축을 중심으로 회전) 각도 및 회전 중심(제 1 부품의 종 축에 수직인 2차원 평면)을 계산하기 위해, ICD(310)의 이미지 평면 상의 패턴의 원형 이동과 그 이동의 투영에 대한 템플릿 매칭 기술과 수학적 모델을 사용한다.
따라서, 처리 유닛은 Z 축을 중심으로 ICD(310)에 대한 제 1 부품(302)의 회전 이동을 측정할 수 있다. 제 2 부품(304)에 대한 ICD의 위치를 알기 때문에, 처리 유닛은 제 2 부품(304)에 대한 제 1 부품(302)의 회전 이동을 측정할 수 있다.
도 3a의 모션 인코더의 장점은 제 1 부품이 ICD에 대해 이동하기 전이나, 이동하는 동안이나, 또는 이동 한 후에 패턴이 선택될 수 있으므로, 이동을 측정하기 위해 미리 정의된 스케일이 필요하지 않다는 점이다. 따라서 측정은 스케일 상의 포인트의 정확한 위치를 식별하는 것이 아닌, 시간이 지남에 따라 일 세트의 포인트가 어떻게 변환되는지 식별하는 데 달려 있다.
도 4를 참조하면, 다른 실시예에 따른 모션 인코더가 일반적으로 도면 부호 400으로 표시되어 있다. 모션 인코더(400)는 도 3a의 모션 인코더(300)와 유사하며, 간결성을 위해 다음 설명은 차이점에 초점을 둘 것이다.
이 실시예에서, ICD(도시되지 않음)를 향하는 원통형 제 1 부품(402)의 평평한 표면은 축 방향으로 오프셋되고 환형 보조 표면(414)에 평행한, 내부의 연장된 주 표면(412)을 포함한다. 축 방향 오프셋, 즉 주 표면(412)과 보조 표면(414) 사이의 거리 D는 처리 유닛에 알려져 있다.
보조 표면(414)의 피처들은 보조 패턴(416)을 포함한다. 주 표면(412)의 피처들은 주 패턴(418)을 포함한다.
제 1 부품(402)이 종 축을 중심으로 회전함에 따라 ICD는 일련의 이미지를 캡쳐하며, 각 이미지는 주 표면(412) 및 보조 표면(414)의 피처들을 포함한다.
처리 유닛은 제 1 회전 중심(422) 즉, 제 1 부품(402)이 회전함에 따라 1 차 패턴(418)의 관찰된 이동에 기초한 제 1 기준점을 결정한다. 처리 유닛은 제 2 회전 중심(420), 즉 제 1 부품(402)이 회전할 때 보조 패턴(416)의 관찰된 이동에 기초한 제 2 기준점을 정의한다. 후속하여, 처리 유닛은 X, Y 및 Z축에 대하여, 제 1 회전 중심(422), 제 2 회전 중심(420) 및 거리 D에 기초한 회전 축을 결정한다.
이 실시예에서 단지 두 개의 평행한 표면이 도시되었지만, 패턴 표면은 서로로부터 알려진 축 방향 오프셋에서 더 많은 것을 포함할 수 있다.
도 4의 실시예의 장점은 모션 인코더가 회전 축의 방향을 정량화할 수 있다는 점이다.
도 5a를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 모션 인코더의 다이어그램이 일반적으로 도면 부호 500으로 도시되어 있다. 도 5a의 모션 인코더는 2 자유도로 회전을 측정할 수 있고 제 2 부품(미도시), 패턴 표면(512), 반사 표면(514) 및 ICD(510)에 대해 이동 가능하게 장착된 제 1 부품(502)을 포함한다.
반사 표면(514)은 ICD(510)를 향하는 제 1 부품(502)의 평평한 축 표면 상에 위치되고, 패턴 표면(512), 예를 들어 패턴 피처들을 정의하도록 구성된 원격 개체를 ICD(510)를 향하여 반사하기 위해, 부분적으로 또는 전체적으로 빛을 반사하도록 구성된다.
프로세싱 유닛(530)은 ICD(510)에 통신 가능하게 결합되고 하나 이상의 프로세서, 프로세서에 의해 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램 데이터를 저장하도록 배열된 적어도 하나의 비 일시적(non-transitory) 컴퓨터 판독 가능 매체, 및 하나 이상의 프로세서 및 ICD를 구비하며 컴퓨터 판독 가능 매체를 통신 가능하게 결합되는 인터페이스를 포함한다. 도 5a에서 처리 유닛(530)은 ICD(510)에 유선으로 연결되지만, 다른 실시예에서 처리 유닛(530)은 ICD에 무선 방식으로 연결될 수 있다. 또한, 도 5a에 도시되지 않았으나, 처리 유닛은 사용자가 제어 입력을 제공하기 위해 처리 유닛(530)과 상호 작용할 수 있도록 하는 사용자 입력 디바이스를 포함하거나 이에 통신 가능하게 결합될 수 있다.
ICD(510)는 그 광 축이 일반적으로 제 1 부품(502)의 회전 축과 정렬된 제 1 부품(502)에 대해 패턴 표면(512)의 먼 쪽에 위치된다. ICD(510)는 패턴 표면(512)의 개구(미도시)를 통해 반사 표면(514)을 이미지화하도록 구성된다.
이 실시예에서 패턴 표면은 그 피처들이 ICD(510)를 향해 반사 표면(514)에 의해 반사되어 ICD(510)에 의해 식별될 수 있게 하는 방식으로 외부 광원(도시되지 않음)에 의해 조명된다.
도 5a의 X, Y 및 Z 축을 관찰하면, 제 1 부품(502)이 X 또는 Y 축을 중심으로 회전함에 따라 도 5b에 도시된 바와 같이 일반적으로 반사된 패턴의 선형 이동을 초래한다. Y 축을 중심으로 한 제 1 부품(502)의 회전은 패턴을 포함하는 반사된 피처들을 수평 방향으로 이동하게 하는 반면, X 축을 중심으로 한 제 1 부품의 회전은 패턴을 포함하는 반사된 피처들이 수직 방향으로 이동하게 한다.
처리 유닛은 반사된 패턴의 수직 이동에 기초하여 X 축에 대한 회전을 결정하고 반사 패턴의 수평 이동에 기초하여 Y 축에 대한 회전을 결정한다.
따라서, 처리 유닛은 축 X 및 Y을 중심으로 한 ICD(510)에 대한 제 1 부품(502)의 회전 이동을 측정할 수 있다. 공간적으로 고정될 때와 같이 ICD의 위치가 제 2 부품에 대해 알려진 경우, 처리 유닛은 제 2 부품에 대한 제 1 부품(502)의 회전 이동을 측정할 수 있다.
도 5a에 예시된 실시예의 장점은 조인트에서의 회전 이동을 패턴의 횡 방향 이동으로 변환하여, 시간이 지남에 따라 신뢰성은 증가되고 재구성의 필요는 감소되는 상태로 매우 정밀한 측정이 가능하게 한다는 점이다. 또한, 도 5a의 실시예는 단일 ICD를 이용하여 2 자유도로 이동을 정량화할 수 있다.
이 모션 인코더의 대안적인 실시예에서, 베어링은 제 1 부품(502)이 Z 축을 따라 1 자유도로 이동할 수 있게 한다.
Z 축을 따라 제 1 부품(502)이 이동하면, 도 8b에 도시된 바와 같이, 제 1 부품(502)이 ICD(510)에 더 가깝게 이동하거나 또는 제 1 부품(502)이 ICD(510)로부터 멀리 이동함에 따라 서로 더 가까워짐에 따라, 패턴 표면(512)의 반사된 패턴의 피처들은 서로에 대해 더 멀어지도록 이동하게 될 것이다.
이러한 모션 인코더의 장점은 이미지에서 피처들의 모션이 Z 축을 중심으로 한 제 1 부품의 회전과 본질적으로 독립적이라는 것이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 추가 실시예에 따른 모션 인코더의 다이어그램은 일반적으로 도면 부호 600으로 도시되어 있다. 도 6의 모션 인코더는 도 5a의 실시예와 유사한 방식으로 기능한다. 도 5a의 실시예의 부재들에 더하여, 도 6의 실시예는 빔 스플리터(beam splitter)(616) 및 시준(collimating) 렌즈(618)를 포함한다.
ICD(610)는 제 1 부품(602)에 대해 빔 스플리터(616)의 먼 쪽에 위치된다.
빔 스플리터(616)는 패턴 표면(612)에 의해 방출되거나 반사된 광을 수신하고 이를 반사 표면(614)을 향해 지향하도록 배열된다. 후속하여, 패턴(620)의 반사는 빔 스플리터(616)를 통과하여, 제 1 ICD(610)에 의해 관찰된다.
ICD(610), 패턴 표면(612), 시준 렌즈(618) 및 빔 스플리터(616)는 패턴(620)과 ICD(610) 모두가 시준 렌즈(618)의 초점에 있도록 위치된다. 따라서 ICD(610), 렌즈(618) 및 빔 스플리터(616)가 자동 콜리메이터(auto-collimator)로서 기능한다.
따라서, 패턴(620)의 피처들의 시준된 이미지는 반사 표면(614)을 향해 투영되고 반사된다. 이것은 Z 축을 따른 제 1 부품(602)의 임의의 이동이 패턴(620)의 이미지화된 피처들에 영향을 미치지 않도록 보장한다.
도 6에 도시된 X, Y 및 Z 축을 살펴보면, 제 1 부품(602)이 X 또는 Y 축을 중심으로 회전함에 따라, 도 5b에 도시된 것과 유사하게 일반적으로 패턴(620)의 선형 이동이 일어난다. Y 축을 중심으로 한 제 1 부품(602)의 회전은 패턴(620)을 포함하는 반사된 피처들이 수평 방향으로 이동하게 하는 반면, X 축을 중심으로 한 제 1 부품(602)의 회전은 패턴(620)을 포함하는 반사된 피처들이 수직 방향으로 이동하게 할 수 있다.
따라서, 처리 유닛은 축 X 및 Y을 중심으로 한 ICD(610)에 대한 제 1 부품(602)의 회전 이동을 측정할 수 있다. ICD의 위치가 공간적으로 고정된 것과 같이 제 2 부품에 대해 알려진 경우, 처리 유닛은 제 2 부품(604)에 대한 제 1 부품(602)의 회전 이동을 측정한다.
도 6의 실시예의 추가 이점은 패턴(620) 또는 ICD(610)의 피처들이 동일한 축에 위치할 필요가 없기 때문에 인코더 부재의 더욱 컴팩트한 배열을 가능하게 한다는 점이다. 그에 따라, 더 복잡한 배열이 구현될 수 있다. 또한, 도 6의 실시예의 다른 이점은 Z 축을 따르는 어떠한 이동도 패턴의 이동에 영향을 미치지 않아 측정 사이의 누화(cross-talk)를 감소시키는 것이다.
도 7a를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 모션 인코더의 다이어그램이 일반적으로 도면 부호 700으로 도시되어있다. 축은 도시되지 않았으나, 도 2에 도시된 바와 같이 정의될 수 있다.
모션 인코더는 이 실시예에서 샤프트이고 베어링(706)을 통해 제 2 부품(704)에 결합된 제 1 부품(702), 제 1 ICD(710), 패턴 표면(712), 선택적 광원(708) 및 이 실시예에서 제 1 ICD(710)에 통합된 처리 유닛을 포함한다. 베어링(706)은 제 1 부품이 X 및 Y 축을 따라 축 방향으로만 이동하도록 한다. 따라서 조인트는 2 자유도를 갖는다.
패턴 표면(712)은 ICD(710)를 향하는 평평한 표면 상의 조인트의 제 1 부품(702) 상에 위치되고, 패턴 피처들의 세트를 정의한다. 패턴 피처들은 패턴(714)을 정의한다.
ICD는 조인트의 제 2 부품(704)에 위치하며, 그 광 축이 Z 축에 거의 평행하도록 배열된다.
도 7b에 도시된 바와 같이, X 축을 따라 제 1 부품(702)을 이동하면 ICD에 의해 캡쳐된 이미지에서 패턴(714)이 수평 방향으로 이동하는 반면, Y 축을 따라 제 1 부품을 이동하면 ICD에 의해 캡쳐된 이미지에서 패턴(714)이 수직 방향으로 이동하게 된다.
처리 유닛은 ICD에 의해 캡쳐된 이미지에서 패턴의 수직 및 수평 방향 이동에 기초하여 ICD(710)에 대한 X 및 Y 축을 따른 제 1 부품의 이동을 정량화한다.
도 7a의 실시예의 장점은 단일 광학 센서를 이용하여 다중 자유도를 갖는 이동을 측정할 수 있다는 점이다.
도 8a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모션 인코더의 다이어그램이 일반적으로 도면 부호 800으로 도시되어있다. 축은 도시되지 않았지만, 도 2에 도시된 바와 같이 정의될 수 있다.
모션 인코더는 이 실시예에서 샤프트이고 베어링(806)을 통해 제 2 부품(804)에 결합되는 제 1 부품(802), 제 1 ICD(810), 패턴 표면(812), 선택적 조명원(source of illumination)(808) 및 이 실시예에서 제 1 ICD(810)에 통합된 처리 유닛을 포함한다. 베어링(806)은 제 1 부품이 Z 축을 따라 축 방향으로만 이동하도록 한다. 따라서, 조인트는 1 자유도를 갖는다.
패턴 표면(812)은 ICD(810)를 향하는 평평한 표면 상의 조인트의 제 1 부품(802)에 위치되고, 패턴 피처들의 세트를 정의한다. 패턴 피처들은 패턴(814)을 정의한다.
ICD(810)는 조인트의 제 2 부품(804)에 위치되고, 그 광 축이 Z 축에 거의 평행하도록 배열된다.
Z 축을 따라 제 1 부품(802)이 이동하면, 도 8b에 도시된 바와 같이, 제 1 부품(802)이 ICD(810)에 가까워지게 이동하거나 또는 제 1 부품(802)이 ICD(810)로부터 멀어지게 이동함에 따라 패턴(814)의 피처들이 서로에 대해 더 멀어지게 이동하게 될 것이다.
처리 유닛은 패턴(814)을 구성하는 피처들 사이의 거리 변화를 측정함으로써 Z 축을 따른 제 1 부품(802)의 변위를 정량화할 수 있다. 이것은 다양한 수학적 모델들로 달성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 부품(802)이 Z 축을 따라 이동할 때 한 쌍의 이미지 피처들 사이의 상대적 거리 변화가 E이고, ICD의 핀홀의 위치로부터 패턴 표면(812)의 초기 거리가 D인 경우, 핀홀 카메라 모델을 가정하면, Z 축을 따른 제 1 부품(802)의 변위는 D×(1-1/E)로 주어진다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모션 인코더의 다이어그램은 일반적으로 두면 부호 900으로 도시되어 있다. 모션 인코더는 반사 표면(914), 제 1 ICD(910) 및 패턴 표면(912)을 갖는 제 1 부품(902)을 포함한다. 조인트(미도시)는 제 1 부품(902)이 일반적으로 Z 축에 평행 한 종 축을 따라서만 이동할 수 있게 한다. 따라서, 조인트는 1 자유도를 갖는다.
패턴 표면(912)은 제 1 부품(902)에 대한 원격 물체에 의해 정의되고, 축 방향으로 오프셋되고 내부 보조 표면(912b)에 평행한 외부의 연장된 주 표면(912a)을 포함한다. 축 방향 오프셋, 즉 주 표면(912a)의 평면과 보조 표면(912b)의 평면 사이의 거리 D는 처리 유닛에 알려져 있다. 원격 객체는 ICD(910)에 대해 고정된 공간 관계를 가진다.
Z 축을 따라 제 1 부품(902)이 이동하면, 제 1 부품(902)이 ICD(910)에 더 가까이 이동함에 따라 패턴(912a)의 피처들이 서로에 대해 계수 E1만큼 더 멀리 이동하게 될 것이다. Z 축을 따른 제 1 부품(902)의 이동은 또한 제 1 부품(902)이 ICD(910)에 더 가깝게 이동함에 따라 패턴(912b)의 피처들이 서로에 대해 계수 E2만큼 멀리 떨어져 이동하게 할 것이다.
처리 유닛은 방정식 e = D×(E1 - 1)×(1 - E2)/(E2 - E1)에 근거한 E1와 E2의 비율 대한 Z 축을 따른 조인트의 변위를 관련시키는 수학적 모델에 기초하여 Z 축을 따른 제 1 부품(902)의 변위를 결정할 수 있다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모션 인코더의 다이어그램이 일반적으로 도면 부호 1000으로 도시되어 있다. 모션 인코더는 반사 표면(1014)을 갖는 제 1 부품(1002), 제 1 ICD(1010), 및 패턴 표면(1012)을 포함한다. 조인트(미도시)는 제 1 부품(1002)이 일반적으로 Z 축에 평행한 종 축을 따라서만 이동할 수 있게 한다. 조인트는 1 자유도를 갖는다.
반사 표면(1014)은 축 방향으로 오프셋되고 외부 보조 표면(1014b)에 평행한, 내부의 연장된 주 반사 표면(1014a)을 포함한다. 축 방향 오프셋, 즉 주 반사 표면(1014a)의 평면과 보조 반사 표면(1014b)의 평면 사이의 거리 D는 처리 유닛에 알려져 있다.
Z 축을 따른 제 1 부품(1002)의 이동은 제 1 부품(1002)이 ICD(1010)에 더 가깝게 이동할 때 주 반사 표면(1014a)에 의해 반사된 패턴의 피처들이 서로에 대해 계수 E1만큼 더 멀리 이동하도록 할 것이다.
Z 축을 따른 제 1 부품(1002)의 이동은 제 1 부품(1002)이 ICD(1010)에 더 가까워짐에 따라 보조 반사 표면(1014b)에 의해 반사된 패턴의 피처들이 서로에 대해 계수 E2만큼 더 멀리 이동하도록 할 것이다.
처리 사용자는 방정식 e = D×(E1 - 1)×(1 - E2)/(E2 - E1)에 근거한 E1과 E2의 비율에 대한 Z 축을 따른 조인트의 변위를 관련시키는 수학적 모델을 기반으로 Z 축을 따라 제 1 부품(1002)의 변위를 결정할 수 있다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 모션 인코더의 다이어그램이 일반적으로 도면 부호 1100으로 도시되어 있다. 모션 인코더는 외부 반사성의 부분적으로 투명한 표면(1114a) 및 내부 반사성의 불투명 표면(1114b)을 갖는 제 1 부품(1102), 제 1 ICD(1110) 및 패턴 표면(1112)을 포함한다. 조인트(도시되지 않음)는 제 1 부품(1102)이 일반적으로 Z 축에 평행한 종 축을 따라서만 이동할 수 있게 한다. 이동은 1 자유도를 갖는다.
외부 반사성의 부분적으로 투명한 표면(1114a)은 축 방향으로 오프셋되고 내부 반사성의 불투명 표면(1114b)에 평행하다. 축 방향 오프셋, 즉 외부 반사성의 부분적으로 투명한 표면(1114a)의 평면과 내부 반사성의 불투명 표면(1114b)의 평면 사이의 거리 D는 처리 유닛에 알려져 있다.
Z 축을 따른 제 1 부품(1102)의 이동은 제 1 부품(1102)이 ICD(1110)에 더 가깝게 이동함에 따라 반사 표면(1114a)에 의해 반사된 패턴의 피처들이 서로에 대해 계수 E1만큼 더 멀리 이동하게 할 것이다.
Z 축을 따른 제 1 부품(1102)의 이동은 제 1 부품(1102)이 ICD(1110)에 더 가까워짐에 따라 보조 반사 표면(1014b)에 의해 반사된 패턴의 피처들이 서로에 대해 계수 E2만큼 더 멀리 이동하도록 할 것이다.
처리 유닛은 방정식 e = D×(E1 - 1)×(1 - E2)/(E2 - E1)에 근거한 E1 과 E2의 비율에 대한 Z 축을 따른 조인트의 변위를 관련시키는 수학적 모델에 기초하여, Z 축을 따른 제 1 부품(1102)의 변위를 결정할 수 있다.
도 9 내지 도 11에 예시된 실시예의 장점은 향상된 정확도로 축 방향 변위를 정밀하게 측정할 수 있다는 점이다. 더욱이, ICD가 핀홀 카메라로 모델링될 때, 도 9 내지 도 11의 실시예는 축 방향 오프셋 D가 알려져 있거나, 축 방향 오프셋 D가 ICD의 핀홀로부터의 패턴의 거리보다 측정하기 쉬운 상황에서 측정을 용이하게 한다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모션 인코더의 다이어그램이 일반적으로 도면 부호 1200으로 도시되어 있다. 축은 도시되지 않았으나, 도 2에 도시된 바와 같이 정의될 수 있다.
모션 인코더는 이 실시예에서 샤프트이고 베어링(1206)을 통해 제 2 부품(1204)에 결합되는 제 1 부품(1202), 제 1 ICD(1210), 패턴 표면(1212), 조명원(1208) 및 처리 유닛(도시되지 않음)을 포함한다. 베어링(1206)은 제 1 부품이 Z 축을 따라 축 방향으로만 이동하도록 한다. 이 이동은 1 자유도를 갖는다.
패턴 표면(1212)은 ICD(1210)를 향하는 평평한 표면상의 조인트의 제 1 부품(1202)에 위치된다.
이 실시예에서 조명원은 패턴 표면(1212) 상에 피처들(1214)의 패턴을 투영하는 카메라의 광 축으로부터 오프셋되도록 위치된 광 프로젝터(도시되지 않음)이다. ICD(1210)에 대한 프로젝터의 위치 및 방향과 조인트는 처리 장치에 알려져 있다.
ICD(1210)는 조인트의 제 2 부품(1204)에 위치하며, 그 광 축이 Z 축에 거의 평행하도록 배열된다.
Z 축을 따라 제 1 부품(1202)의 이동은, ICD(1210)에 의해 캡쳐된 이미지들에서 대응하는 피처들의 병진과 함께, 제 1 부품의 패턴 표면(1212)에 걸쳐 투영된 패턴(1214)이 병진하게 할 것이다.
처리 유닛은 Z 축을 따른 제 1 부품(1202)의 변위를 패턴(1214)의 피처들의 이동과 관련시키기 위해 ICD(1210)에 대한 프로젝터의 위치 및 방향에 관한 지식을 이용한다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모션 인코더의 다이어그램은 일반적으로 도면 부호 1300으로 도시되어있다. 모션 인코더는 이 실시예에서 샤프트이고 베어링(1306)을 통해 제 2 부품(1304)에 결합된 제 1 부품(1302), 제 1 ICD(1310), 제 2 ICD(1320), 패턴 표면(1312), 조명원(1308), 및 처리 유닛(미도시)을 포함한다. 베어링(1306)은 제 1 부품이 6 자유도로 이동하게 한다.
패턴 표면은 평평한 표면 상의 조인트의 제 1 부품에 위치되고 패턴 피처들 세트를 정의한다. 패턴 피처들은 패턴(1314)을 정의한다.
제 1 ICD(1310) 및 제 2 ICD(1320)는 패턴(1314)의 중첩되는 뷰를 갖는 동안 서로 떨어져 위치된다. 제 1 ICD(1310)에 대한 제 2 ICD(1320)의 위치 및 배향은 일정하며 알려져 있다.
도 13에서 제 1 ICD(1310) 및 제 2 ICD(1320)는 광 축이 일반적으로 평행하도록 배열되지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 게다가, 도 13에서 제 1 ICD(1310) 및 제 2 ICD(1320)은 근접하게 배열되어 있으나, 다른 실시예에서 서로 이격될 수 있다. 더 나아가, 제 2 ICD(1320)는 제 1 부품 및/또는 제 2 부품과 원격인 상태일 수 있다.
6 자유도 중 어느 하나에서 제 1 부품(1302)의 모션은 이미지에서 피처들의 대응하는 모션을 초래할 것이다.
이 실시예의 처리 유닛은 X, Y 및 Z 축을 따른 패턴 피처들의 모션을 유도하기 위해 제 1 ICD(1310) 및 제 2 ICD(1320)에 의해 처리 유닛에 제공되는 입체(stereoscopic) 시각 정보를 통합하는 수학적 모델을 사용한다. 6 자유도 중 임의의 것에서 제 1 부품(1302)의 모션은 패턴 표면(1312)상의 3개 이상의 패턴 피처들의 모션으로부터 유도될 수 있다. 이러한 수학적 모델은 본 개시 내용의 이점을 고려할 때 당업자에게 명백할 것이고 간결성을 위해 더 이상 설명되지 않는다.
대안적인 실시예에서, 프로젝터는 축(예를 들어, Z 축)을 중심으로 한 제 1 부품의 회전으로부터 피처들의 모션을 분리하기 위해 패턴 표면에 패턴을 투영하는 데 사용될 수 있다. 이 경우 해당 축에 대한 회전을 측정할 수 없다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 추가 실시예에 따른 모션 인코더의 다이어그램이 일반적으로 1400으로 도시되어있다. 모션 인코더는 이 실시예에서 샤프트이고 베어링을 통해 제 2 부품(미도시)에 결합된 제 1 부품(1402), 제 1 ICD(1410), 패턴 표면(1412), 조명원(미도시) 및 처리 유닛(미도시)을 포함한다. 베어링을 사용하면 제 1 부품이 6 자유도로 이동할 수 있게 하고, 주로 X 및 Y 축을 중심으로 상대적으로 적은 양의 회전과 X, Y 및 Z 축을 따른 변환을 가능하게 한다.
제 1 ICD(1410)를 향하는 제 1 부품(1402)의 축 방향 면은 3개의 표면들, 즉 외부 환형 표면(1414a), 내부 환형 표면(1414b) 및 내부 원형 표면(1414c)을 포함한다. 상기 내부 표면들(1414b 및 1414c)은 동일한 평면에 위치되고, 외부 환형 표면(1414a)의 평면으로부터 축 방향으로 오프셋된다. 외부 환형 표면(1414a)의 평면과 상기 내부 표면들(1414b, 1414c)의 평면의 축 방향 오프셋 D는 처리 유닛에 알려져 있다.
외부 환형 표면(1414a)은 패턴 A(1420a)를 포함하는 표면 피처들을 포함한다. 내부 환형 표면(1414b)은 패턴 B(1420b)를 포함하는 표면 피처들을 포함한다. 내부 원형 표면(1414c)은 패턴 C(1420c)를 포함하는 ICD(1410)를 향해 패턴 표면(1412)의 표면 피처들을 반사한다.
ICD(1410)는 일반적으로 그 광 축이 제 1 부품(1402)의 종 축과 정렬된 상태에서 제 1 부품(1402)에 대해 패턴 표면(1412)의 먼 쪽에 위치된다. ICD(1410)는 패턴 표면(1412)의 개구(미도시)을 통해 표면들(1414a 내지 1414c)을 이미지화하도록 구성된다.
처리 장치는 패턴 A, B 및 C의 변환을 측정하고 6 자유도 모두에서 제 1 부품의 움직임을 결정한다. Z 축을 중심으로 한 회전(회전 중심을 결정하는 것을 포함)은 패턴 A 또는 B와 관련된 피처의 움직임에서 파생된다. 결정된 회전 중심 및 거리 D를 기반으로 처리 장치는 회전 축의 방향을 결정한다.
X 또는 Y 축을 중심으로 한 회전은 패턴 C의 모션으로부터 유도된다. 제 1 부품(1402)이 X 또는 Y 축을 중심으로 회전함에 따라, 이것은 도 5b에 도시된 바와 같이 반사된 일반적으로 패턴 C의 선형 이동을 초래한다.
X 또는 Y 축을 따른 모션은 패턴 A 또는 B와 관련된 피처들의 이동으로부터 유도될 수 있다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 제 1 부품(1402)을 X 축을 따라 이동하면 ICD(1410)에 의해 캡쳐된 이미지에서 패턴 A 또는 B가 수평 방향으로 이동하고, 제 1 부품(1402)이 Y 축을 따라 이동하면 ICD(1410)에 의해 캡쳐된 이미지에서 패턴 A 또는 B가 수직 방향으로 이동하게 될 것이다.
Z 축을 따른 모션은 패턴 A, B 또는 C와 관련된 피처들의 이동으로부터 유도될 수 있다. 도 8b에 도시된 바와 같이 제 1 부품(1402)이 ICD(1410)에 더 가깝게 이동하거나 제 1 부품(1402)이 ICD(1410)로부터 멀어짐에 따라, Z 축을 따라 제 1 부품(1402)을 이동하면 패턴 A, B 또는 C의 피처들이 서로에 대해 더 멀어지도록 이동하게 된다.
임의의 실시예에서, 패턴을 물리적으로 정의하거나 형성하는 표면 피처들은 표면의 형태학적 피처들, 다양한 색상, 기하학적 패턴 및 질감의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 패턴을 포함하는 피처들의 세트는, 사용자에 의한 입력에 의해 또는 제 1 부품의 이동 전 또는 이동 중에 처리 유닛에 의해 자동 방식으로 선택되는 다른 피처들을 포함하도록 변경될 수 있다.
임의의 실시예에서, 이미지화된 피처들의 변환을 특징화하는 것은 이미지화된 피처들의 이동, 위치, 방향, 회전 또는 크기의 변경을 특징화하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 모션은 변위 및 회전 파라미터와 변형 파라미터(예: 늘이기 또는 기울이기)로 특징화될 수 있다. 이러한 파라미터를 확인하는 것은 이미지 처리 또는 컴퓨터 비전과 같은 분야의 숙련자에게 알려진 방법을 통해 달성될 수 있다. 이 분야의 방법들 중 하나는 일반적으로 광학 흐름 추정 또는 모션 추정으로 지칭된다. 디지털 이미지에서 위치/이동을 추정하는 잘 알려진 직접적인 방법은 패턴 매칭(예: 상관 함수 사용)이며, 잘 알려진 간접적인 방법은 KLT(Kanade-Lucas-Tomasi) 피처 추적기이다.
임의의 실시예에서, 처리 유닛은 ICD에 대한 제 1 부품의 모션 범위에 기초하여 제 1 좌표계를 정의할 수 있다. 처리 유닛은 제 1 부품의 측정 위치 및/또는 이동을 다른 좌표계로 변환할 수 있다. 기준 마커는 해당 좌표계를 정의하는 데 이용될 수 있다. 처리 유닛은 좌표 프레임의 원점 위치를 추론하기 위해 기준 마커와 관련된 피처들의 이미지에서 위치를 측정한다.
처리 유닛에 의해 수행될 수 있는 추가적인 동작은 이미지 내의 피처들의 위치 및/또는 이동으로부터 제 2 부품에 대한 조인트의 제 1 부품의 위치 및/또는 모션을 추론하는 것이다. 제 1 단계는 ICD에 대하여 조인트의 제 1 부품의 모션을 유도하는 것이다. 이것은 컴퓨터 비전 또는 예컨대 카메라 모델(예: 핀홀 모델), 스테레오 비전, 번들 조정, 구조화된 조명 기술 등 사진 측량(photogrammetry)과 같은 분야의 숙련자에게 알려진 기술을 통해 달성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 사용되는 ICD는 다수의 광 감지 부재들을 포함하고 이미지 또는 이미지 시퀀스를 생성할 수 있다. 예를 들어, ICD는 예컨대 산업용 비전 카메라와 같은 CMOS 또는 CCD 이미지 센서를 포함하는 카메라와 같이, 상술한 기능을 가진 디지털 카메라 장치를 포함할 수 있다.
임의의 실시예에서, ICD는 표면의 피처들이 이미지의 피처들로 변환되도록 표면을 이미지화하도록 구성될 수 있다. 위 실시예에서, ICD는 그것의 시야(FoV)가 제 1 및 제 2 패턴 위치 모두에서 피처들의 패턴을 포함하도록 배열된다.
임의의 실시예에서, 처리 유닛은 ICD로부터 수신된 이미지에서 피처들의 위치 및 모션을 측정하기 위해 모션 모델과 결합된 템플릿 매칭 기술을 사용할 수 있다.
임의의 실시예에서, 프로세싱 유닛은 하나 이상의 프로세서, 추후에 프로세싱 유닛 컴퓨터 시스템에 의해 판독될 수 있는 데이터를 저장 가능한 읽기 전용 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리와 같은 하나 이상의 비 일시적 컴퓨터 판독 가능 매체, 컴퓨터 판독 가능 매체를 하나 이상의 프로세서 및 ICD와 통신 가능하게 연결하기 위한 인터페이스, 사용자가 처리 장치와 상호 작용할 수 있도록 하는 사용자 입력 장치를 포함할 수 있다.
임의의 실시예에서, 기준 마커는 패턴의 일부가 되어야 하는 특정 피처들을 정의하거나 또는 측정 포인트의 위치를 정의하기 위해 ICD의 시야 내의 조인트 부분 또는 다른 부분에 구비될 수 있다.
모션 인코더가 회전 이동을 측정하는 실시예들에서, 처리 유닛은 패턴 피처들의 원형 이동의 수학적 모델 및 그 이동의 ICD의 이미지 평면 상으로의 원형 또는 타원형 투영을 사용할 수 있다(예: 렌즈 왜곡 모델 및 핀홀 카메라 모델을 통해).
모션 인코더가 축 방향 이동을 측정하고 회전 이동으로 인한 누화 효과를 줄여야 하는 실시예들에서, 패턴은 이미지 내의 피처들의 모션이 회전 축을 중심으로 한 제 1 부품의 회전과 무관하도록 원형 대칭(예: 하나 이상의 동심 링)을 갖도록 설계될 수 있다.
모션 인코더가 회전 또는 횡 방향 이동을 측정하고 ICD의 광 축을 따른 축 방향 이동으로 인한 누화 효과를 줄이는 것이 바람직한 실시예들에서, 하나 이상의 텔레센트릭(telecentric) 렌즈는 ICD가 제 1 패턴 위치와 제 2 패턴 위치에서 패턴의 다음과 같은 직교 뷰를 갖도록 배치될 수 있다.
임의의 실시예에서, ICD 렌즈의 흠결로 인해, 일부 왜곡이 패턴 피처들의 일반적인 선형 변위에 영향을 미칠 수 있다. 그러나 이것은 다양한 계산 수단 또는 광학 수단으로 수정될 수 있다.
임의의 실시예에서, 이동은 지정된 수의 자유도로 제한되지만, 베어링 컴플라이언스로 인해 일부 이동은 다른 자유도에서 가능할 수 있다. 이러한 이동은 모션 인코더에 의해 예측되고 정량화될 수 있으며, 그 효과는 조인트 이동의 결정에서 제거된다.
통상의 기술자는 본 발명의 다른 변형들은, 다양한 반사 표면을 통해 ICD에 의해 관찰될 수 있는 패턴; 조인트의 제 1 부품과 제 2 부품 모두로 확장되는 패턴; 조인트의 제 1 부품과 제 2 부품 모두에 독립적이지만, 처리 장치가 상술한 기술들 중 하나를 사용하여 ICD에 대한 제 1 부품 및 ICD에 대한 제 2 부품의 이동을 추론하여, 제 2 부품에 대한 제 1 부품의 이동을 결정하도록 조인트의 제 1 및 제 2 부품을 모두 관찰하도록 배열된 하나 이상의 ICD; 또는 스테레오스코픽(stereoscopic) 비전 정보가 처리 유닛에 공급되도록 동일한 패턴을 관찰하도록 구성된 ICD들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다
제 1 부품의 모션 범위가 이미지의 패턴을 구성하는 피처들이 ICD의 시야를 넘어 이동하게 하는 데 충분한 경우, 시야를 벗어나는 피처들의 위치/모션의 측정은 여전히 시야 내에 있는 피처들을 대체하기 위해 넘겨질 수 있다. 이러한 경우, 피처들을 여러 번 넘겨서 누적될 수 있는 오류를 보상하는 데 사용할 수 있는 보정 맵을 생성하기 위해 보정 프로세스가 수행될 수 있다.
패턴의 모양 변화에 대한 장치의 견고성(예: 패턴 상의 먼지나 더러움으로 인해)은 다중 피처들의 위치/모션을 활용하고, 나머지 피처들에서 추론되는 조인트의 위치/모션과 일치하지 않는 위치/모션을 나타내는 임의의 피처들을 무시함으로써 개선될 수 있다.
임의의 실시예에서, 인코더는 이미지가 패턴과 관련된 명확한 피처들을 포함하도록 보장하기 위하여, 자동 노출 시스템(예를 들어, 카메라 노출 시간, 이득, 렌즈 조리개, 광 강도 등을 변화시키기 위해)을 추가적으로 포함할 수 있다.
광학 부품들은 전자기 스펙트럼의 적절한 부분 내에서 작동하도록 설계될 수 있다; 스펙트럼의 상기 부분은 스펙트럼의 가시적인 부분을 포함하지 않을 수 있다.
장치의 광학 부재들은 예를 들어 필터를 추가적으로 포함하여, 예컨대 주로 광원에서 방출되는 파장이 카메라에 들어가도록 파장을 필터링하여 주변 광의 영향을 줄일 수 있다.
상기 언급된 실시예들은 본 발명을 제한하지 않고 예시하며, 당업자는 첨부된 청구 범위에 의해 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 많은 대안적인 실시예들을 설계할 수 있다는 점에 유의해야 한다.

Claims (22)

  1. 제 1 부품 및 제 2 부품을 포함하는 조인트;
    이미지를 생성하도록 배열된 광 감지 부재들의 어레이를 포함하는 제 1 이미지 캡쳐 장치(ICD);
    처리 장치; 및
    패턴 표면을 포함하고,
    상기 제 1 부품은 상기 조인트를 제 1 연결 상태 및 제 2 연결 상태 사이에서 변경시키도록 제 2 부품에 대해 이동 가능하게 장착되며,
    상기 패턴 표면은 상기 조인트가 상기 제 1 연결 상태 및 상기 제 2 연결 상태 사이에서 변화함에 따라, 제 1 패턴 위치와 제 2 패턴 위치 사이에서 상기 제 1 ICD에 대해 이동하는 패턴을 정의하거나 또는 정의하도록 배열되며, 상기 패턴은 패턴 피처들을 포함하고,
    상기 제 1 ICD는 상기 제 1 패턴 위치 및 상기 제 2 패턴 위치 모두에서 상기 패턴 피처들을 볼 수 있도록 제 1 패턴 위치 및 제 2 패턴 위치를 포괄하는 시야를 가지며,
    상기 처리 유닛은 상기 제 1 ICD로부터 이미지들을 수신하기 위해 제 1 ICD에 통신 가능하게 연결되고, 상기 처리 유닛은 상기 제 1 ICD에 대한 상기 제 1 부품의 위치 및 이동 중 적어도 하나를 정량화하기 위해, 상기 패턴 피처들에 대응하는 이미지 피처들이 수신된 상기 이미지들 사이에서 어떻게 변환되는지를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모션 인코더.
  2. 제 1 항에 있어서,
    보조 패턴을 정의하거나 또는 정의하도록 배열된 보조 패턴 표면을 더 포함하고,
    상기 보조 패턴은 보조 패턴 피처들을 포함하는 것을 특징으로 하는 모션 인코더.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 패턴 표면은 물리적으로 패턴 피처들을 정의하고,
    선택적으로, 제 2 항을 인용하는 경우, 상기 보조 패턴 표면은 상기 보조 패턴 피처들을 물리적으로 정의하는 것을 특징으로 하는 모션 인코더.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 처리 유닛은 상기 제 1 ICD에 대한 상기 제 1 부품의 이동을 정량화하기 위해, 수신된 상기 이미지들 사이의 상기이미지 피처들의 변위를 결정함으로써 상기 패턴 피처들에 대응하는 이미지 피처들이 수신된 상기 이미지들 사이에서 어떻게 변환되는지를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모션 인코더.
  5. 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 항을 인용하는 경우, 상기 보조 패턴 표면은 공간적으로 고정되고, 상기 패턴 표면에 대해 축 방향으로 오프셋되며 평행 관계로 배열되고,
    상기 처리 유닛은 이미지의 패턴을 위한 제 1 기준점을 결정하고, 상기 이미지의 보조 패턴을 위한 대응하는 제 2 기준점을 결정하며, 상기 패턴 표면과 상기 보조 패턴 표면을 연결하기 위한 축의 방향을 설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모션 인코더.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 유닛은 상기 제 1 부품의 중심 축에 직교하는 한 쌍의 축을 따라 상기 제 1 ICD에 대한 제 1 부품의 횡 방향 이동을 정량화하기 위해, 상기 이미지들 내의 2개의 직교 축을 따라 수신된 상기 이미지들 사이의 이미지 피처들의 선형 변위를 결정함으로써 상기 패턴 피처들에 대응하는 이미지 피처들이 수신된 상기 이미지들 사이에서 어떻게 변환되는지를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모션 인코더.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 패턴 피처들은 원형적으로 대칭인 것을 특징으로 하는 모션 인코더.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 패턴 표면은 상기 패턴 피처들을 반사하도록 배열된 반사 표면을 포함하고, 상기 패턴 피처들은 상기 패턴 표면에 대해 원격인 물체에 의해 정의되며,
    선택적으로, 제 2 항을 인용하는 경우, 상기 보조 패턴 표면은 상기 보조 패턴 피처들을 반사하도록 배열된 보조 반사 표면을 포함하고,
    상기 보조 패턴 피처들은 상기 보조 패턴 표면에 대해 원격인 물체에 의해 정의되고,
    상기 보조 패턴 표면은 공간적으로 고정되고, 상기 패턴 표면에 대해 축 방향으로 오프셋되고 평행 관계로 배열되거나;
    또는 상기 보조 반사 표면은 공간적으로 고정되고, 상기 반사 표면에 대해 축 방향으로 오프셋되고 평행 관계로 배열되는 것을 특징으로 하는 모션 인코더.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 패턴 피처들은 제 1 광원에 의해 상기 반사 표면 상에 투영됨으로써 정의되고,
    선택적으로, 보조 패턴 피처들은 제 2 광원에 의해 보조 반사 표면 상에 투영됨으로써 정의되는 것을 특징으로 하는 모션 인코더.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 광원은, 그 배향이 알려져 있고 제 1 ICD의 광 축에 대해 오프셋되고 비 평행이거나 또는 오프셋되거나 비 평행인 고정된 투영 축을 따라 패턴 피처들을 투영하도록 배열되고,
    상기 처리 유닛은 상기 제 1 부품의 중심 축을 따른 상기 제 1 ICD에 대한 제 1 부품의 축 방향 이동을 정량화하기 위해, 축을 따른 이미지의 선형 변위를 결정함으로써 상기 패턴 피처들에 대응하는 이미지 피처들이 상기 수신된 이미지들 사이에서 어떻게 변환되는지를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모션 인코더.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 ICD는 상기 원격인 물체의 홀을 통해 상기 패턴 표면을 보도록 배열되고, 선택적으로 상기 보조 패턴 표면을 보도록 배열되는 것을 특징으로 하는 모션 인코더.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패턴 피처들은 제 1 서브 세트 및 상기 제 1 서브 세트와 다른 제 2 서브 세트를 포함하고,
    상기 처리 유닛은 제 1 부품의 중심 축을 따른 상기 제 1 ICD에 대한 제 1 부품의 축 방향 이동을 정량화하기 위해, 상기 제 1 서브 세트 및 상기 제 2 서브 세트 사이 거리의 변경을 결정함으로써 상기 패턴 피처들에 대응하는 이미지 피처들이 수신된 상기 이미지들 사이에서 어떻게 변환되는지를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모션 인코더.
  13. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 패턴 피처들 및 상기 제 1 ICD가 그 초점에 있도록 배열되는 시준 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 모션 인코더.
  14. 제 9 항, 제 10 항 및 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원으로부터 광을 수신하고 반사 표면을 향해 지향하도록 배열되는 빔 스플리터를 더 포함하고, 상기 피처들의 이미지가 상기 빔 스플리터를 통과하여 상기 제 1 ICD에 의해 관찰되도록 하는 것을 특징으로 하는 모션 인코더.
  15. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 유닛은 상기, 상기 제 1 부품의 직교하는 횡 축을 중심으로 상기 제 1 ICD에 대한 제 1 부품의 회전 운동을 정량화하기 위해, 수신된 상기 이미지들 사이에서 상기 이미지 피처들의 변위를 결정함으로써 상기 패턴 피처들에 대응하는 이미지 피처들이 수신된 상기 이미지들 사이에서 어떻게 변환되는지를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모션 인코더.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    조인트 좌표계에 대해 알려진 공간 관계로 위치되는 하나 이상의 제 1 기준 마커를 더 포함하고,
    상기 처리 유닛은 상기 조인트 좌표계에 대한 상기 제 1 부품의 위치 및 이동 중 적어도 하나를 정량화하기 위해, 상기 패턴 피처들에 대응하는 이미지 피처들이 수신된 상기 이미지들 사이에서 어떻게 변환되는지 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모션 인코더.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패턴 피처들의 적어도 일부를 정의하도록 배열된 하나 이상의 제 2 기준 마커를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모션 인코더.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 부품에 대한 상기 제 1 부품의 이동을 측정하도록 배열된 하나 이상의 추가 센서를 더 포함하고,
    상기 처리 유닛은 이미지 피처들이 수신된 이미지들과 하나 이상의 추가 센서의 출력 사이에서 어떻게 변환되는지에 기초하여, 상기 제 1 ICD에 대한 상기 제 1 부품의 위치 및 이동 중 적어도 하나를 정량화하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모션 인코더.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 ICD는 상기 제 2 부품에 대해 알려진 공간 관계로 장착되고,
    상기 처리 유닛은 상기 제 2 부품에 대한 상기 제 1 부품의 이동을 상기 ICD에 대한 제 1 부품의 정량화된 이동 및 상기 제 2 부품과 상기 ICD 사이의 알려진 공간 관계에 기초하여 정량화하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모션 인코더.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 ICD에 대해 알려진 공간 관계로 장착된 제 2 ICD를 더 포함하고, 상기 제 2 ICD는 이미지를 생성하도록 배열된 광 감지 부재들의 어레이를 포함하며,
    상기 제 2 ICD는 제 1 패턴 위치 및 제 2 패턴 위치 모두에서 상기 패턴 피처들을 볼 수 있도록 상기 제 1 패턴 위치 및 상기 제 2 패턴 위치를 포괄하는 제 2 시야를 가지고,
    상기 처리 유닛은 상기 제 1 ICD 및 상기 제 2 ICD에 연결되며, 상기 제 1 ICD에 대한 상기 제 1 부품의 위치 및 이동 중 적어도 하나를 정량화하기 위해 상기 패턴 피처들에 대응되는 이미지 피처들이 수신된 상기 이미지들 사이에서 상기 제 1 ICD 및 제 2 IDC 모두로부터 어떻게 변환되는지를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모션 인코더.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 부품은 상기 조인트를 제 3 조인트 상태로 변경하기 위해 상기 제 1 부품에 대해 이동 가능하게 장착되고,
    상기 패턴은 상기 제 1 조인트 상태 및 상기 제 2 조인트 조인트 상태 중 적어도 하나와 제 3 조인트 상태 사이에서 변화함에 따라 상기 제 1 ICD에 대해 제 3 패턴 위치로 이동하며, 상기 제 3 패턴 위치는 적어도 부분적으로 제 1 ICD 시야의 외부에 존재하고,
    상기 처리 유닛은,
    상기 패턴이 상기 제 3 패턴 위치로 이동하고 있는지 결정하고;
    상기 이미지 패턴 피처들을 대체하기 위해 상기 이미지 패턴 피처들에 대해 알려진 공간 관계를 갖는 새로운 이미지 피처들을 선택하며; 또한
    상기 제 1 ICD에 대한 상기 제 1 부품의 위치 및 이동 중 적어도 하나를 정량화하기 위해 새로운 이미지 피처들이 상기 수신된 이미지들 사이에서 어떻게 변환되는지를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모션 인코더.
  22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 유닛은 상기 제 1 ICD에 대해 상기 제 1 부품의 위치 및 이동 중 적어도 하나를 정량화하기 위해, 상기 패턴 피처들에 대응하는 이미지 피처들을 선택하고 이미지 피처들이 수신된 상기 이미지들 사이에서 어떻게 변환되는지를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모션 인코더.

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