(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作用部を有する第１領域および前記第１領域に続く第２領域を含む物体の前記第２領域に取り付けられる位置関係の分かっている３つ以上の基本標識を有する標識セットと、前記標識セットを撮像する２次元撮像素子を有する撮像装置と、前記標識セットに対する前記作用部の座標を記録する記録装置と、前記撮像装置で撮像した前記標識セットの画像に基づいて求めた前記標識セットの位置および角度と前記記録装置に記録された前記標識セットに対する前記作用部の座標とを用いて前記作用部の３次元位置を演算する演算装置とを備え、
前記標識セットに対する前記作用部の座標が、
既知の位置にある補助具の位置に前記作用部を配置したときの前記撮像装置で撮像した前記標識セットの画像に基づいて求めた前記標識セットの位置および角度を用いて計算され、または
位置関係の分かっている３つ以上の基本標識を有する標識セットを取り付けた補助具の位置に前記作用部を配置したときの前記撮像装置で撮像した前記第２領域に取り付けられた標識セットの画像と、前記撮像装置で撮像した前記補助具に取り付けられた標識セットの画像とに基づいて求めた前記両標識セットの位置および角度を用いて計算される位置計測システム。
【請求項２】
前記標識セットが、前記第２領域に対して着脱可能な保持部材に取り付けられる請求項１記載の位置計測システム。
【請求項３】
前記標識セットが、前記第１領域の方向に張り出した支持部材を介して前記保持部材に取り付けられる請求項２記載の位置計測システム。
【請求項４】
前記第１領域が人の手であり、前記第２領域が人の前腕である請求項１〜３のいずれかに記載の位置計測システム。
【請求項５】
前記標識セットに対する前記作用部の座標を求める計算が、予め決められた時点で実行され、これにより求めた値が前記標識セットに対する前記作用部の座標として前記記録装置に記録される請求項１〜４のいずれかに記載の位置計測システム。
【請求項６】
前記標識セットに対する前記作用部の座標を求める計算を、予め決められた時点で実行するための指示を表示する表示器を備えた請求項１〜４のいずれかに記載の位置計測システム。
【請求項７】
前記補助具が、前記標識セットに対する前記作用部の座標の計算の実行開始を指示する指示器を有する請求項１〜６のいずれかに記載の位置計測システム。
【請求項８】
作用部を有する第１領域および前記第１領域に続く第２領域を含む物体の前記第２領域に取り付けられる位置関係の分かっている３つ以上の基本標識を有する標識セットを２次元撮像素子を有する撮像装置で撮像した画像に基づいて求めた前記標識セットの位置および角度と、記録装置から読み出した前記標識セットに対する前記作用部の座標とを用いて前記作用部の３次元位置を演算する位置計測用演算装置であって、
前記標識セットに対する前記作用部の座標が、
既知の位置にある補助具の位置に前記作用部を配置したときの前記撮像装置で撮像した前記標識セットの画像に基づいて求めた前記標識セットの位置および角度を用いて計算され、または
位置関係の分かっている３つ以上の基本標識を有する標識セットを取り付けた補助具の位置に前記作用部を配置したときの前記撮像装置で撮像した前記第２領域に取り付けられた標識セットの画像と、前記撮像装置で撮像した前記補助具に取り付けられた標識セットの画像とに基づいて求めた前記両標識セットの位置および角度を用いて計算される位置計測用演算装置。
【請求項９】
コンピュータに、作用部を有する第１領域および前記第１領域に続く第２領域を含む物体の前記第２領域に取り付けられる位置関係の分かっている３つ以上の基本標識を有する標識セットを２次元撮像素子を有する撮像装置で撮像した画像に基づいて前記標識セットの位置および角度を求める手順、記録装置に記録されている前記標識セットに対する前記作用部の座標を読み出す手順、前記求めた前記標識セットの位置および角度と前記読み出した前記標識セットに対する前記作用部の座標とを用いて前記作用部の３次元位置を演算する手順を実行させるプログラムであって、
前記標識セットに対する前記作用部の座標が、
既知の位置にある補助具の位置に前記作用部を配置したときの前記撮像装置で撮像した前記標識セットの画像に基づいて求めた前記標識セットの位置および角度を用いて計算され、または
位置関係の分かっている３つ以上の基本標識を有する標識セットを取り付けた補助具の位置に前記作用部を配置したときの前記撮像装置で撮像した前記第２領域に取り付けられた標識セットの画像と、前記撮像装置で撮像した前記補助具に取り付けられた標識セットの画像とに基づいて求めた前記両標識セットの位置および角度を用いて計算されるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置計測システム、位置計測用演算装置およびプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から物体の３次元位置を計測する手段として種々の技術が提案されている。例えば、特許文献１には、３次元空間で物体の位置及び方向を決定するための技術が開示されている。この技術は、互いに距離及び幾何の既知な基準点が探され、基準点に関してその位置及び方向が知られている任意の点の位置または任意の線の方向が決定される。基準点にマーカー（基本標識）を配置し、コンピュータ装置を使って、マーカーの位置及びマーカーが固定された装置の方向を計算する。マーカーの位置を決定するための方法は、少なくとも一つのカメラでマーカーを写す工程と、マーカーのイメージを生成する工程と、マーカーの画素座標を探す工程と、画素座標からマーカーの位置を計算するべく基準データを使用する工程とから成る。また、特許文献２には、対象物の位置や方向を簡易かつ高精度に測定することができる技術が開示されている。この技術は、例えば矩形状のカードの頂点に配置した複数のＬＥＤ光源（基本標識）からの光により光リング像を形成し、この光リング像を撮像素子により検出し、その検出情報および各光源の位置関係に基づいて各光源の位置を計測するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−５３７５８３号公報
【特許文献２】特開２００８−５８２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、作用部を有する領域が回転したり隠れたりした場合でも別領域に配置した基本標識を用いて作用部の３次元位置を求めることができる位置計測システム、位置計測用演算装置およびプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の位置計測システム、位置計測用演算装置およびプログラムを提供する。
（１）作用部を有する第１領域および前記第１領域に続く第２領域を含む物体の前記第２領域に取り付けられる位置関係の分かっている３つ以上の基本標識を有する標識セットと、前記標識セットを撮像する２次元撮像素子を有する撮像装置と、前記標識セットに対する前記作用部の座標を記録する記録装置と、前記撮像装置で撮像した前記標識セットの画像に基づいて求めた前記標識セットの位置および角度と前記記録装置に記録された前記標識セットに対する前記作用部の座標とを用いて前記作用部の３次元位置を演算する演算装置とを備えた位置計測システム。
（２）前記標識セットが、前記第２領域に対して着脱可能な保持部材に取り付けられる上記（１）記載の位置計測システム。
（３）前記標識セットが、前記第１領域の方向に張り出した支持部材を介して前記保持部材に取り付けられる上記（２）記載の位置計測システム。
（４）前記第１領域が人の手であり、前記第２領域が人の前腕である上記（１）〜（３）のいずれかに記載の位置計測システム。
（５）前記標識セットに対する前記作用部の座標が、既知の位置にある補助具の位置に前記作用部を配置したときの前記撮像装置で撮像した前記標識セットの画像に基づいて求めた前記標識セットの位置および角度を用いて計算される上記（１）〜（４）のいずれかに記載の位置計測システム。
（６）前記標識セットに対する前記作用部の座標が、位置関係の分かっている３つ以上の基本標識を有する標識セットを取り付けた補助具の位置に前記作用部を配置したときの前記撮像装置で撮像した前記第２領域に取り付けられた標識セットの画像と、前記撮像装置で撮像した前記補助具に取り付けられた標識セットの画像とに基づいて求めた前記両標識セットの位置および角度を用いて計算される上記（１）〜（４）のいずれかに記載の位置計測システム。
（７）前記標識セットに対する前記作用部の座標を求める計算が、予め決められた時点で実行され、これにより求めた値が前記標識セットに対する前記作用部の座標として前記記録装置に記録される上記（５）または（６）記載の位置計測システム。
（８）前記標識セットに対する前記作用部の座標を求める計算を、予め決められた時点で実行するための指示を表示する表示器を備えた上記（５）または（６）記載の位置計測システム。
（９）前記補助具が、前記標識セットに対する前記作用部の座標の計算の実行開始を指示する指示器を有する上記（５）〜（８）のいずれかに記載の位置計測システム。
（１０）作用部を有する第１領域および前記第１領域に続く第２領域を含む物体の前記第２領域に取り付けられる位置関係の分かっている３つ以上の基本標識を有する標識セットを２次元撮像素子を有する撮像装置で撮像した画像に基づいて求めた前記標識セットの位置および角度と、記録装置から読み出した前記標識セットに対する前記作用部の座標とを用いて前記作用部の３次元位置を演算する位置計測用演算装置。
（１１）コンピュータに、作用部を有する第１領域および前記第１領域に続く第２領域を含む物体の前記第２領域に取り付けられる位置関係の分かっている３つ以上の基本標識を有する標識セットを２次元撮像素子を有する撮像装置で撮像した画像に基づいて前記標識セットの位置および角度を求める手順、記録装置に記録されている前記標識セットに対する前記作用部の座標を読み出す手順、前記求めた前記標識セットの位置および角度と前記読み出した前記標識セットに対する前記作用部の座標とを用いて前記作用部の３次元位置を演算する手順を実行させるプログラム。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１に記載の位置計測システムによれば、作用部を有する領域が回転したり隠れたりした場合でも別領域に配置した基本標識を用いて作用部の３次元位置を求めることができる。
請求項２に記載の位置計測システムによれば、本構成を有しないものに比べシステムの利用効率を向上することができる。
請求項３に記載の位置計測システムによれば、本構成を有しないものに比べ基本標識が他の物体に遮られる蓋然性を低減することができる。
請求項４に記載の位置計測システムによれば、作用部を有する手が回転したり隠れたりした場合でも基本標識を用いて作用部の３次元位置を求めることができる
請求項５に記載の位置計測システムによれば、本構成を有しないものに比べ標識セットに対する作用部の座標の計算を容易にすることができる。
請求項６に記載の位置計測システムによれば、標識セットに対する作用部の座標の計算に関し自由度を増すことができる。
請求項７に記載の位置計測システムによれば、標識セットに対する作用部の座標を更新することができる。
請求項８に記載の位置計測システムによれば、標識セットに対する作用部の座標の更新を促すことができる。
請求項９に記載の位置計測システムによれば、本構成を有しないものに比べ標識セットに対する作用部の座標の計算開始の指示を容易に出すことができる。
請求項１０に記載の位置計測用演算装置によれば、作用部を有する領域が回転したり隠れたりした場合でも別領域に配置した基本標識を用いて作用部の３次元位置を求めることができる。
請求項１１に記載のプログラムによれば、作用部を有する領域が回転したり隠れたりした場合でも別領域に配置した基本標識を用いて作用部の３次元位置を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係る位置計測システムの一実施例を示す図である。
【図２】標識セット用の保持部材の前腕への取付け方の一例を示す図で、（ａ）前腕長手方向の要部断面図、（ｂ）は前腕横方向の要部断面図である。
【図３】標識セットの構成例とそれを撮像する撮像装置の一例を示す図である。
【図４】３つ以上の基本標識を有する標識セットの３次元位置の演算方法の一例を示す図である。
【図５】位置計測用演算装置としてパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を用いた場合の一例を示すブロック図である。
【図６】位置計測用の演算装置で行われる演算の一例を示すフロー図である。
【図７】標識セットの保持部材への取付け方の他の例を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。
【図８】標識セットに対する作用部の座標について説明するための図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、標識セットに対する作用部の座標の求め方の一例を示す図である。
【図１０】補助具の他の例を示す図である。
【図１１】補助具のさらに他の例を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。
【図１２】補助具のさらに他の例を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。
【図１３】補助具のさらに他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、本発明に係る位置計測システムの一実施例を示す図である。本実施例では、人の手と前腕を例にとって説明するが、これに限定されず、例えば人の足と下腿あるいはロボットの手と腕（アーム）、機械や工具の操作部とそれを支える支持部などでもよい。図１には、作用部１０を有する人の手（第１領域）１および手１に続く前腕（第２領域）２を含む上肢（物体）４を示す。前腕２に続く上腕３も上肢４に含まれる。本実施例は、図示のように、前腕２に取り付けられる位置関係の分かっている３つ以上の基本標識を有する標識セット５と、標識セット５を撮像する２次元撮像素子を有する撮像装置６と、標識セット５に対する作用部１０の座標を記録する記録装置７と、撮像装置６で撮像した標識セット５の画像に基づいて求めた標識セット５の位置および角度と記録装置７に記録された標識セット５に対する作用部１０の座標とを用いて作用部１０の３次元位置を演算する演算装置８とを備える。標識セット５の構成例については後述する。標識セット５は、例えば前腕２に対して着脱可能なベルトなどの保持部材９に取り付けられるが、これに限定されない。演算装置８としては、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を用いることができるが、これに限定されない。記録装置７は演算装置８と別に設けることもできるが、ＰＣ内に一緒に含めることもできる。演算装置８には、その演算結果などを表示する表示装置１１を接続することができる。
【０００９】
図１において、作用部１０は、例えば手１で物品を把持したときの把持位置であるが、これに限定されず、把持位置に関連付けられる他の位置でもよい。標識セット５の前腕２への取り付け位置は特に限定されないが、前腕２の長手方向中心部よりも上腕３側に取り付けるのが好ましい。これは手１が前腕２の長手方向軸のまわりに回転したとき、その回転動作を前腕２に取り付けられた標識セット５に伝わりにくくするためである。また、標識セット５は、前腕２のとう骨１８側の上に設置することが望ましい。これは、手の回転動作に依存せずに、標識セット５を撮像装置６の撮像範囲内に保ち易くするためである。このように本実施例では、撮像装置６により標識セット５を撮像し、その画像に基づいて標識セット５の位置および角度を求め、この値と記録装置７に記録された標識セット５に対する作用部１０の座標とを用いて作用部１０の３次元位置を計測することができる。仮に、作用部１０の位置を計測するのに、手１の甲に標識セット５を取付けた場合、手１が回転すると標識セット５も同様に回転するため、標識セット５は撮像装置６の撮像範囲外となり易いが、前腕２に標識セット５を取付けた場合、手１が回転しても標識セット５の回転の程度は前者に比べて小さいため、標識セット５を撮像装置６の撮像範囲内に保つことができる。また、手１の甲に標識セット５を取付けた場合、手作業中に手１が物陰に隠れると標識セット５は撮像装置６の撮像範囲外となるが、前腕２に標識セット５を取付けた場合、手１が物陰に隠れても前腕２は隠れないため標識セット５を撮像装置６の撮像範囲内に保つことができる。
【００１０】
図２は標識セット用の保持部材の前腕への取付け方の一例を示す図で、（ａ）前腕長手方向の要部断面図、（ｂ）は前腕横方向の要部断面図である。本例では、前腕２を覆う衣服１３側に磁石１４を取り付け、標識セット５を取り付けた保持部材９側に磁石１５を取り付ける。衣服１３に保持部材９を近づけると磁石１４と磁石１５が互いに引き寄せられ、これにより前腕２と標識セット５との位置合わせができる。この場合、磁石１４，１５の一方は、鉄などの強磁性体とすることもできる。保持部材９は、前腕２に対して着脱可能に固定することができるように、例えば面ファスナーを両端に備えた帯（ベルト）やゴムなど伸縮自在の輪状部材を用いることができる。標識セット５の保持部材９への取付けは、特に限定されないが、例えば接着剤、磁石、ネジ、嵌合構造、面ファスナーなどを用いて行うことができる。
【００１１】
図３は、標識セットの構成例とそれを撮像する撮像装置の一例を示す図である。図示のように、標識セット５は、例えばカード等の基板５３、および基板５３の四隅に取り付けられた位置関係の分かっている４つの基本標識ａ１，ａ２，ａ３，ａ４を有する。基本標識としては、ＬＥＤ等の光源を用いることができるが、これに限定されない。例えば光源の代わりに再帰反射板を用い、その再帰反射板を照明するための照明装置を備えるようにしてもよいし、また特有の形状を持つパターン画像を用いてもよい。撮像装置６は、標識セット５を撮像する２次元撮像素子６１を有するものであり、例えば汎用のディジタルカメラを用いることができる。撮像装置６で撮像した標識セット５の画像から標識セット５の位置や角度が演算装置８により演算される。以下、演算装置８における演算の一例を説明する。
【００１２】
図４は、３つ以上の基本標識を有する標識セットの３次元位置の演算方法の一例を示す図である。以下、基本標識をＬＥＤ等で構成された光源として説明する。本例では、４つの光源を例えば正方形の角に配置し、そのうちの３つの光源の組み合わせを２つ考える。そして、各々の３点を用いて、以下の計算から２つの解を導出する。その２つの解の内一つは光源位置が全く同じ値を示すので、それを正解とする。これにより、標識セットの位置と角度を決定することができる。
【００１３】
まず、図４において、光源（基本標識）ａ１，ａ２，ａ３の画像面（カメラの２次元撮像素子面）６２上の画像位置ｃ１，ｃ２，ｃ３とカメラの光学中心６３との関係から、カメラ座標系における光源位置の方向ベクトルｄｉ（ｉ＝１，２，３）を算出する。ｄｉは規格化した単位ベクトルとする。
【００１４】
光源ａ１，ａ２，ａ３の空間の位置ベクトルをｐ１，ｐ２，ｐ３とすると、これらはｄｉの延長線上に存在するので、その係数をｔ１，ｔ２，ｔ３として、
p1=t1・d1
p2=t2・d2      式１
p3=t3・d3
で表すことができる。
【００１５】
三角形の形状は最初からわかっており、その長さを各々
p1p2=L1
p2p3=L2        式２
p3p1=L3
とすると次式が得られる。式中「^」は累乗を表す。
(t1x1-t2x2)^2+(t1y1-t2y2)^2+(t1z1-t2z2)^2=L1^2
(t2x2-t3x3)^2+(t2y2-t3y3)^2+(t2z2-t3z3)^2=L2^2      式３
(t3x3-t1x1)^2+(t3y3-t1y1)^2+(t3z3-t1z1)^2=L3^2
【００１６】
整理すると
t1^2-2t1t2(x1x2+y1y2+z1z2)+t2^2-L1^2=0
t2^2-2t2t3(x2x3+y2y3+z2z3)+t3^2-L2^2=0      式４
t3^2-2t3t1(x3x1+y3y1+z3z1)+t1^2-L3^2=0
が得られ、次式となる。式中「sqrt」は平方根を表す。
t1=A1・t2±sqrt((A1^2-1)・t2^2+L1^2)
t2=A2・t3±sqrt((A2^2-1)・t3^2+L2^2)      式５
t3=A3・t1±sqrt((A3^2-1)・t1^2+L3^2)
ここで、A1,A2,A3は次式のとおりである。
A1=x1x2+y1y2+z1z2
A2=x2x3+y2y3+z2z3             式６
A3=x3x1+y3y1+z3z1
【００１７】
実数解を持つために、式５の平方根の中が正になる。
t1≦ sqrt(L3^2/(1-A3^2))
t2≦ sqrt(L1^2/(1-A1^2))      式７
t3≦ sqrt(L2^2/(1-A2^2))
【００１８】
この条件を満たす実数ｔ１、ｔ２、ｔ３を順次、式５に代入し、式５が成立するすべてのｔ１，ｔ２，ｔ３を算出する。次に上記の式１からｐ１，ｐ２，ｐ３を、すなわち、光源（基本標識）の３次元位置を算出する。光源が３つの場合には２つの解ができるが、本例の場合は光源が４つあるので、他の３つの光源（基本標識）、例えばａ１，ａ３，ａ４について上記と同様の計算を行い別の２つの解を導出する。その２つの解の内一つは光源位置が全く同じ値を示すので、それを正解とする。このようにして標識セットの位置を決定することができる。光源が３つの場合は例えば２つの解の平均値あるいは既知の初期値に近い方を求める値とすることができる。標識セットの角度は上記で求めた３次元位置から標識セットの向く方向として求めることができる。一方、記録装置７には、標識セット５に対する作用部１０の３次元座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）（オフセット座標）が記録されている。演算装置８は、この標識セット５に対する作用部１０の３次元座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）と上記で算出した標識セット５の３次元位置および角度とを用いて作用部１０の３次元位置を演算する。標識セット５に対する作用部１０の座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）の求め方については後述する。なお、基本標識（光源）の３次元位置の算出方法は上記に限定されず、別の方法で行ってもよい。
【００１９】
図５は、位置計測用演算装置としてパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を用いた場合の一例を示すブロック図である。位置計測用演算装置８は、本例ではＰＣ８０として構成され、撮像装置６の２次元撮像素子６１で撮像した標識セット５の画像を入力する入力部８１と、入力した画像に基づいて標識セット５の３次元位置および角度の少なくとも一方を演算する演算部（ＣＰＵ）８２と、演算した標識セット５の３次元位置および角度の少なくとも一方を例えばモニタ等の表示装置１１に出力する出力部８３とを備える。ＰＣ８０には記録装置７が接続され、両者間で情報の授受が行われる。記録装置７は、標識セット５に対する作用部１０の座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を記録するものであるが、それ以外にＰＣ８０で実行されるプログラムやそこで用いられる各種情報を格納することもできる。また、記録装置７は、本例ではＰＣ８０の外部に接続した装置として構成されているが、ＰＣ８０の内部装置（メモリ）として構成することもできる。
【００２０】
図６は、位置計測用の演算装置で行われる演算の一例を示すフロー図である。本例の演算は、上述の図４の説明にしたがって行われる。まずステップ４１にて、撮像装置で撮像した標識セット５の画像情報を入力する。ステップ４２にて、標識セット５の画像情報に基づいて各基本標識の３次元位置を算出する。ステップ４３にて、各基本標識の３次元位置から標識セット５の位置および角度を算出する。ステップ４４にて、標識セット５の位置および角度と標識セット５に対する作用部１０の座標とを用いて作用部１０の３次元位置を演算する。
【００２１】
図７は標識セットの保持部材への取付け方の他の例を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。本例では、標識セット５が手１の方向に張り出した支持部材１２を介して保持部材９に取り付けられる。これにより、撮像装置６から標識セット５を見た際に、頭や帽子によって標識セット５に配置された基準標識が遮られないようにすることができる。
【００２２】
図８は標識セットに対する作用部の座標について説明するための図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。上述のように作用部１０は、例えば手１で物品を把持したときの把持位置である。以下、標識セット５に対する作用部（把持位置）１０の算出方法について説明する。上述のように、撮像装置（カメラ）６によって標識セット５の位置および角度を求めることができる。標識セット５の基準点の座標だけでなく、標識セット５の四隅の座標も計算できる。また、標識セット５が特定方向に伸びたときの先端の位置も計算できる。このように標識セット５から見た座標系を「標識セット座標系」と呼ぶことにする。これと区別するためにカメラから見た座標を「カメラ座標系」と呼ぶことにする。ここで、標識セット５を前腕２の上腕側付け根に設置し、作用部１０を標識セット座標系における座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）として求める。この場合、図８に示すように、前腕２の上腕側付け根に設置してある標識セット５に対する、手の平にある作用部１０の３次元Ｘ，Ｙ，Ｚ方向への変位を定規などによって計測することは困難かつ不正確である。そこで、標識セットに対する作用部の座標を計算で求める方法について以下説明する。
【００２３】
図９（ａ）、（ｂ）は、標識セットに対する作用部の座標の求め方の一例を示す図である。本例では、カメラ座標系上で固定され、かつ座標が分かっている把持位置指定冶具（以下「補助具」という）２１を掴むことによって、標識セット５と補助具２１の相対位置を知るものである。この相対位置を標識セット座標系から見て計算した値が上述した３次元座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）となる。本例の補助具２１は、マウスのように掴む形状であるが、これに限定されない。補助具２１の位置を知るためには、図９（ａ）に示すように、すでに決まっている位置へ補助具２１を設置することができる。この場合、標識セットに対する作用部の座標は、既知の位置にある補助具２１の位置に作用部１０を配置したときの撮像装置で撮像した標識セットの画像に基づいて求めた標識セットの３次元位置および角度を用いて計算する。あるいは、図９（ｂ）に示すように、補助具２１に別の標識セット１９を取り付けて補助具２１の位置を計測する。この場合、位置関係の分かっている３つ以上の基本標識を有する標識セットを取り付けた補助具２１の位置に作用部１０を配置したときの撮像装置で撮像した前腕２に取り付けられた標識セット５の画像と、撮像装置で撮像した補助具２１に取り付けられた標識セット１９の画像とに基づいて求めた両標識セットの３次元位置および角度を用いて計算する。
【００２４】
補助具２１の目的は、自由に動く手（指や手首）を補助具に配置することによって、標識セットからのオフセット量をより正確に読み取ることである。そのため、補助具について様々な形態が考えられる。図１０は補助具の他の例を示す図である。本例は、棒形の補助具２７の長手方向の途中に色または模様をつけた把持部２８を設けたものである。この把持部２８を既知の位置とした場合、把持部２８を手１で握ることにより作用部１０を既知の位置に配置することができる。また、把持部２８を既知の位置としない場合、把持部２８に図９（ｂ）に示す標識セット１９を取り付け、撮像装置６を用いて把持部２８の位置を計測することができる。以上により、図９の場合と同様に、標識セットに対する作用部の座標を計算することができる。把持位置（作用部）の計算開始は、補助具に取り付けたスイッチ、または、把持位置計算を行わない方の手か足によるスイッチによって行い、規定計測数（１００個位の平均を求めるため）を取得するために約２秒以内に終了し、終了したことの提示は、画面表示または音（音声を含む）または補助具の振動、によって行う。なお、前記スイッチは配線を伴っても構わないし、無線（無線マウスを含む）であっても構わない。
【００２５】
図１１は補助具のさらに他の例を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。本例の補助具２２は、拳銃のように握る形状であるが、これに限定されない。補助具２２が拳銃のような形状の場合、引き金２３の位置は小さな部品を把持するとき（作用部１６）、握り部２４の位置は大きな部品を把持するとき（作用部１７）の位置と考えることができる。この場合も上述と同様な方法で、標識セット５に対する作用部１６，１７の座標を計算することができる。
【００２６】
図１２は補助具のさらに他の例を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。本例の補助具２５は、ある幅を持った仕切り板を上下左右に配置したものである。仕切り板で囲まれた空間に手（指）を入れることによって、把持位置がある範囲内に限定される。したがって、仕切り板で囲まれた空間の特定位置を把持位置（作用部２６）として指定することにより、上述と同様な方法で、標識セットから把持位置までの座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を計算することができる。なお、把持位置（作用部）は実際に物を把持する位置である必要はなく、指や手首の自由度の高い動きに左右されずに手の平近傍のある程度一定の位置を求めることが目的であるので、補助具（仕切り板）２５の内側であっても外側であってもよい。また、補助具２５は仕切り板ではなく筒状体であってもよい。
【００２７】
図１３は補助具のさらに他の例を示す図である。本例の補助具３０は、図示のように補助具本体３１から板または棒状の部材３２を伸ばし、その先に標識セット３３を固定する。標識セット３３の３次元位置は、図示の作用部（把持位置）３４の位置となるように、予め補正値（オフセット値）を設定しておく。標識セット５の３次元位置は、当初は補正値を含まずに標識セット５そのものの位置である。ここで図示のように、補助具本体３１を、標識セット３３とは反対方向から手の平でつかむことで、標識セット５に補正値を与え作用部３４の位置を算出する。なお、標識セット３３は、撮像装置（カメラ）から見て手１で隠れないようにするため、作用部３４から約１０ｃｍ以上は離して固定しておくことが好ましい。
【００２８】
次に、把持位置（作用部）の補正について説明する。本例において、標識セット５は前腕２に取り付けて作業を行うものなので、作業中に当初記録した標識セット５に対する作用部１０の３次元座標（オフセット座標）から作用部１０の位置がずれる可能性がある。これを補正するために、作業の開始時または途中において上述の作用部１０の座標を求める計算を再度行い、この新たな３次元座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を用いて作用部１０の位置を演算することが望ましい。この場合、標識セット５に対する作用部１０の座標を求める計算が、予め決められた時点で実行され、これにより求めた値が標識セット５に対する作用部１０の座標として記録装置７に記録される。また、一定時間を経過するか、または作業の区切りのときに、このような補正を行うように指示する表示器を備えることが望ましい。すなわち、この表示器は、標識セット５に対する作用部１０の座標を求める計算を、予め決められた時点で実行するための指示を表示する。この場合の指示は、光や音などを発する専用の表示器を設けて実施してもよいが、これに代えて上述のモニタ等の表示装置１１に文字や図形等で表示し、またはＰＣから指示用の音を出すようにしてもよい。なお、標識セットに対する作用部の座標（オフセット座標）の計算は、補助具にスイッチなどの指示器を付加しておき、その指示器が操作された時か、あるいは、補助具に手が近づいた上で標識セットの移動量が特定値以下に減少したことが撮像装置６を介して標識セット５の位置から読み取られた時に開始するようにすることができる。
【００２９】
上述の作用部の位置の演算は、コンピュータに次のプログラムを実行させることで実施することができる。すなわち、このプログラムは、コンピュータに、作用部を有する第１領域および前記第１領域に続く第２領域を含む物体の前記第２領域に取り付けられる位置関係の分かっている３つ以上の基本標識を有する標識セットを２次元撮像素子を有する撮像装置で撮像した画像に基づいて前記標識セットの位置および角度を求める手順、記録装置に記録されている前記標識セットに対する前記作用部の座標を読み出す手順、前記求めた前記標識セットの位置および角度と前記読み出した前記標識セットに対する前記作用部の座標とを用いて前記作用部の３次元位置を演算する手順を実行させるものである。上記の例では、プログラムをＰＣの外部の記録装置に格納した実施形態として説明したが、このプログラムはＰＣの内部メモリに格納することもできるし、また通信手段によってネットワークを介して提供することもできる。
【符号の説明】
【００３０】
１  手（第１領域）
２  前腕（第２領域）
３  上腕
４  上肢
５  標識セット
６  撮像装置
７  記録装置
８  演算装置
９  保持部材
１０  作用部
１１  表示装置
１２  支持部材
１３  衣服
１４、１５  磁石
１８  とう骨
２１、２２、２５、２７  補助具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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