(57)【要約】レーザベースのトラッキングユニットがターゲットと交信し、ターゲットに関する位置情報を得る。詳しくは、測定されるべき地点にターゲットが配置される。次いで、ターゲットのピッチ、ヨー及びロール並びにトラッキングユニットに対するターゲットの球座標が得られる。ターゲットは、例えば、遠隔制御ロボットなどの可動装置に組み込まれたアクティブデバイスとすることができる。
2005526229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多次元測定システムにおいて、
レーザ光を放射し、球座標を有するトラッキングユニット、
前記トラッキングユニットと交信する、ピッチとヨーとロールとを有するターゲット、
前記トラッキングユニットと前記ターゲットの間の距離を測定する距離測定モジュール、及び
前記ピッチ、ヨー、ロール及び球座標に基づいて、前記トラッキングユニットに対する前記ターゲットに関する位置情報を出力する出力デバイス、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記ターゲットに関する前記位置情報を出力する出力モジュールをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ロールが前記レーザ光の水平偏光成分と垂直偏光成分の間の比較及び電子準位の内の少なくとも１つに基づくことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記レーザ光の前記水平偏光成分を検出する第１の光検出器及び前記レーザ光の前記垂直偏光成分を検出する第２の光検出器をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の光検出器の出力と前記第２の光検出器の出力を受け取る差動増幅器をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記ターゲットが、前記レーザ光に対して移動可能なアクティブターゲットであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記アクティブターゲットが、物体に固着され、フィードバック制御、較正、工作機械制御、部品組立、及び構造体組立に用いられるロボット装置に組み込まれたアクティブターゲットの内の少なくとも１つであることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記ロボット装置が駆動システム及び、前記ロボット装置を表面に密着させることができる１つまたはそれより多くの牽引デバイスを備えることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記牽引デバイスが吸着カップ形デバイスであることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
真空システムをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ロボット装置が遠隔操作されることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１２】
少なくとも前記ターゲットの位置に基づいて機能の実施を可能にする１つまたはそれより多くのアクセサリをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１３】
物体の位置の測定方法において、
レーザ光を放射するトラッキングユニットの球座標を測定する工程、
前記トラッキングユニットと交信するターゲットのピッチ、ヨー及びロールを測定する工程、
前記トラッキングユニットと前記ターゲットの間の距離を測定する工程、
前記球座標、ピッチ、ヨー及びロールに基づいて、前記トラッキングユニットに対する前記ターゲットに関する位置情報を出力する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記ロールが前記レーザ光の水平偏光成分と垂直偏光成分の間の比較及び電子準位の内の少なくとも１つに基づくことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
差動増幅器が前記レーザ光の前記水平偏光成分と前記垂直偏光成分の間の前記比較を行うことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ターゲットが、前記レーザ光に対して移動可能なアクティブターゲットであることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記アクティブターゲットが、物体に固着され、フィードバック制御、較正、工作機械制御、部品組立、及び構造体組立に用いられるロボット装置に組み込まれたアクティブターゲットの内の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ロボット装置が駆動システム及び、前記ロボット装置を表面に密着させることができる１つまたはそれより多くの牽引デバイスを備えることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記牽引デバイスが、真空システムと一緒に用いられる吸着カップ形デバイスであることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ロボット装置が遠隔操作されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも前記ターゲットの位置に基づいて、アクセサリによる機能の実施を可能にする工程をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
物体の位置を測定するためのシステムにおいて、
レーザ光を放射するトラッキングユニットの球座標を測定するための手段、
前記トラッキングユニットと交信するターゲットのピッチ、ヨー及びロールを測定するための手段、
前記トラッキングユニットと前記ターゲットの間の距離を測定するための手段、及び
前記球座標、ピッチ、ヨー及びロールに基づいて、前記トラッキングユニットに対する前記ターゲットに関する位置情報を出力するための手段、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２３】
前記ロールが前記レーザ光の水平偏光成分と垂直偏光成分の間の比較及び電子水準器の内の少なくとも１つに基づくことを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
差動増幅器が前記レーザ光の前記水平偏光成分と前記垂直偏光成分の間の前記比較を行うことを特徴とする請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記ターゲットが、前記レーザ光に対して移動可能なアクティブターゲットであることを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
【請求項２６】
前記アクティブターゲットが、物体に固着され、フィードバック制御、較正、工作機械制御、部品組立、及び構造体組立に用いられるロボット装置に組み込まれたアクティブターゲットの内の少なくとも１つであることを特徴とする請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記ロボット装置が駆動システム及び、前記ロボット装置を表面に密着させることができる１つまたはそれより多くの牽引デバイスを備えることを特徴とする請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記１つまたはそれより多くの牽引デバイスが、真空システムと一緒に用いられる吸着カップ形デバイスであることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記ロボット装置が遠隔操作されることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項３０】
少なくとも前記ターゲットの位置に基づいて機能の実施を可能にする手段をさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
全般的に本発明のシステム及び方法はレーザトラッキングシステムに関する。特に本発明のシステム及び方法は６次元（６-Ｄ）レーザトラッキングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
精密測定システムには広範な用途がある。例えば、ロボット工学においては、ロボットを正確に位置決めおよび方向付けすることが要求されることが多い。高精度を達成するためにロボット位置測定システムが使用され得る。そのようなシステムでは一般に、レーザビーム干渉計を使用してロボットのエンドエフェクタの位置及び／または方位を判断する。このシステムはロボットのエンドエフェクタの位置及び方位をリアルタイムに監視でき、また、正確さ、速さ及び測定データを提供することができる。
【０００３】
例えば、３アクセス及び５アクセスレーザトラッキングシステムが出願人による特許文献１に論じられ、５-アクセス６-アクセスレーザ測定システムが特許文献２に論じられている。これらの文献の内容全体を本明細書に引用したものとする。
【特許文献１】米国特許第４７１４３３９号明細書
【特許文献２】米国特許第６０４９３７７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
精密６次元トラッキングが可能なレーザトラッキングシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のシステム及び方法は、６次元レーザトラッキングシステムを達成するためにトラッキングユニット及びアクティブターゲットを併用する。詳しくは、６次元は、アクティブターゲットのピッチ、ヨー及びロール並びにターゲットの球座標、すなわちトラッキングユニットに対するターゲットの２つの角α，θ及び半径方向距離である。アクティブターゲット座標は、アクティブターゲットを用いることにより、入りビームに相対的に垂直な関係を維持する。さらに、絶対距離測定法を用いることにより、絶対距離標定が可能である。
【０００６】
一般にピッチ及びヨーに基づく測定はアクティブターゲット上に存在するエンコーダから得ることができる。ロールの測定は、例えば、（以降で論じられる）偏光または電子準位技術に基づいて実施できる。絶対距離測定（ＡＤＭ）は、例えば、パルス反復飛行時間、パルスレーザ、位相／強度変調等を用いて実行できる。
【０００７】
特に、反復飛行時間（ＲＴＯＦ）に基づくシステムは、ＰＩＮ光検出器のような光検出器、レーザ増幅器、レーザダイオード及び周波数カウンタを備える。第１のレーザパルスがターゲットに向けて発射される。反射パルスを検出すると検出器はレーザ増幅器を起動させて、レーザダイオードに第２のパルスを発射させ、パルスは周波数カウンタで検出されている。しかし、手順を逆にしても同じ結果が得られるであろうことは当然である。次いでトラッキングユニットからのターゲットの距離（Ｄ）が：
【数１】
2005526229.tif 000003
【０００８】
となるように：
【数２】
2005526229.tif 000004
【０００９】
で与えられることになろう。ここでＣは光速度、ｆ０は基準周波数、ｆはパルス周波数である。
【００１０】
本発明のシステム及び方法には様々な用途がある。一般に、本発明のシステム及び方法により物体の６自由度の監視が可能になる。例えば、本発明のシステム及び方法は、機構体組立、実時間位置合せ及びフィードバック制御、工作機械較正、ロボット位置制御、位置トラッキング、フライス盤制御、較正、部品組立等に用いることができる。
【００１１】
さらに、６-Ｄトラッキングシステムを用いる本発明のシステム及び方法はロボット技術に適用される。例えば６-Ｄレーザトラッキングシステムはロボットに組み込むことができ、よって、ロボットは、例えば様々な物体の寸法を、それらの物体の精密な測定値を採取でき及び／または物体の特定位置で様々な機能を実施できるようにスケーリングできる。
【００１２】
本発明の例示的実施形態にしたがえば、本発明の態様は６-Ｄレーザトラッキングシステムに関する。
【００１３】
本発明の別の態様は、偏光レーザヘッドからの測定値に基づくロールの決定に関する。
【００１４】
さらに、本発明の態様はトラッキングユニットと協同するアクティブターゲットの設計及び使用に関する。
【００１５】
さらに、本発明の態様はロボット装置でのアクティブターゲットの使用に関する。
【００１６】
本発明の別の態様は、アクティブターゲット技術が組み込まれた遠隔制御ロボットにも関する。
【００１７】
本発明の上記及びその他の特徴及び利点は以下の実施形態の詳細な説明に記述されるか、または以下の詳細な説明から明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図１は例示的な６-Ｄレーザトラッキングシステムを示す。詳しくは、レーザトラッキングシステムはトラッキングユニット１００及びアクティブターゲット１５０を備える。トラッキングユニット１００は、アクティブターゲット１５０と交信する１つまたはそれより多くのレーザビーム１１０を放射して、出力デバイス２００への出力である６次元測定値を求める。詳しくは、図示される６次元は、アクティブターゲットのピッチ、ヨー及びロール、並びにトラッキングユニット１００の球座標であり、球座標は直交座標に一旦変換される。
【００２０】
本願出願人の特許文献１及び２で論じられているように、ピッチ、ヨー及び球座標の測定に様々な技術を利用できる。例えばピッチ及びヨーの測定は、例えばロータリーエンコーダを使用して行なうことができる。
【００２１】
さらに、距離測定は、例えば、パルスレーザ構成、パルス反復飛行時間、レーザビームの位相及び／または強度変調等に基づいて行うことができる。これらの様々なシステムは、アクティブターゲットの絶対距離標定を提供することができる。したがって、アクティブターゲットでは、パッシブターゲットのように既知の位置に一旦戻る必要なしに、距離測定を開始することができる。具体的には、絶対距離測定法は概略の初期距離を求めるために用いられ、次いで、干渉計を基にした技法がさらに正確な初期距離測定値を得るために用いられる。
【００２２】
トラッキングユニット１００及びアクティブターゲット１５０は、例えば、トラッキングユニット１００及びアクティブターゲット１５０の１つまたはそれより多くの部分を、トラッキングユニット１００から放射される入りレーザビーム１１０に対して垂直な方位に維持させるモーター駆動ユニットとすることができる。したがって、以降で論じられるように、１つまたはそれより多くの光検出器からの位置信号を用いるロータリーエンコーダとモーターの併用により、アクティブターゲットは入りレーザビーム１１０に対して垂直なままでいることができる。アクティブターゲットは、例えば、ジンバル型マウント及び対応する、ステップモーター、サーボモーター及び／またはエンコーダなどの位置決めモーターを使用して、トラッキングユニット１００を“追跡”する。６-Ｄレーザトラッキングシステム１０は、入りレーザビームに対するアクティブターゲットの関係に基づいて、アクティブターゲットの方位を決定することができる。あるいは、ターゲットを、使用者がターゲットとトラッキングユニット１００の間の見通し線の維持を担当するパッシブデバイス、例えばコーナーキューブなどの手動デバイスとすることができる。
【００２３】
トラッキングユニット１００は、絶対距離測定及び干渉計エレクトロニクスの両方を、例えば、トラッキングユニット１００のジンバル部に組み込むことにより、小型化することもできる。これにより、例えば、軽量化、小型化、外部接続最小化、トラッキング迅速化等を含む、様々な利点が得られる。
【００２４】
トラッキングユニット１００及びターゲット１５０の内の１つまたはそれより多くに有線または無線の通信リンク５を介して接続される出力デバイス２００は、ターゲット１５０に関する位置情報を出力する。例えば、出力デバイス２００は、コンピュータ、位置制御デバイスのためのフィードバック入力、ディスプレイ、誘導システム等とすることができる。一般に、出力デバイスは、ターゲットの位置情報を出力できるデバイスであれば、どのようなデバイスにすることもできる。
【００２５】
さらに、１つまたはそれより多くのレーザビーム１１０を、ターゲット１５０に関する位置情報をトラッキングユニット１００に返信するために用いることができる。例えば、初期距離決定後、絶対距離測定に用いられたレーザビームをデータ通信に用いることができ、干渉計ベースレーザを半径方向距離測定に用いることができる。あるいは、ターゲットとトラッキングユニットの間の常時交信を可能にする専用レーザをシステムに組み込むことができる。
【００２６】
図２は、本発明にしたがう、ロールを測定するための例示的システムを示す。詳しくは、システムは、トラッキングユニット１００に配置された、レーザヘッドなどのレーザ源（図示せず）、偏光レーザビーム２１０，偏光ビームスプリッタ２２０，第１の光検出器２３０，第２の光検出器２４０及び、差動増幅器などのロール測定回路２５０を備える。
【００２７】
動作中、レーザ源１００は偏光ビープスプリッタ２２０に受け取られる偏光レーザビーム２１０を放射する。偏光ビームスプリッタ２２０は入りビームを２つのビームに分ける。分けられた偏光レーザビーム２１０の第１のビームは第１の光検出器２３０に向けられ、第２のビームは第２の光検出器２４０に向けられる。偏光レーザビーム２１０が偏光ビームスプリッタ２２０に当ると、ビームスプリッタ２２０の特性の結果として、偏光レーザビーム２１０は水平偏光成分と垂直偏光成分に分割される。ビームの水平偏光成分は偏光ビームスプリッタ２２０を通過してビームの水平偏光成分の強度に対応する出力信号を発生する光検出器２４０に向かう。ビームの垂直偏光成分はビームスプリッタ２２０によりビームの垂直偏光成分の強度に対応する信号を同様に発生する光検出器２３０に向けられる。光検出器２３０及び２４０の強度測定値は、高利得差動増幅器２５０の、例えば正入力及び負入力にそれぞれ接続することができ、高利得差動増幅器はレーザ源１１０とアクティブターゲット１５０の間のロールを表す出力信号を出力する。
【００２８】
偏光レーザビーム２１０は、トラッキングユニットとアクティブターゲット１５０の間の正確なロール方位に基づく、相異なる２つの偏光成分に分けられる。４５°のロール方位において、光検出器２３０及び２４０は同じ強度を受け取るであろう。しかし、アクティブターゲット１５０がいずれかの方向にロールすると、検出器の内の一方が他方より強度が高い偏光レーザビームを受け取るであろう。これらの出力の差が、例えば差動増幅器２５０により測定されて、ロールの示度を与える。差動増幅器２５０の上記減法演算は、ビーム強度及び／または背景光の揺らぎにより生じるような、背景雑音及び外部雑音の補償にも有益である。
【００２９】
詳しくは、ビーム出力の変動は、存在し得るその他の信号雑音とともに、光検出器２３０及び光検出器２４０のいずれによっても測定可能である。これらの変動は差動増幅器の演算によりゼロにすることができる。これにより、例えばシステムの感度及び確度が高められる。
【００３０】
ロールを表す信号は、例えば、ロール測定値に基づいて記録するか、分析するかまたは別の作業を開始することができるソフトウエアを実装したコンピュータ（図示せず）への出力とすることができる。
【００３１】
あるいは、ロール測定に別の手法を用いることもできる。別の手法として、振子に基づく手法のような電子水準器、導電性流体毛管法、液体水銀反射センサがあるが、これらには限定されず、一般に、ターゲットのロールの測定を可能にするあらゆる手法が含まれる。
【００３２】
図３は、６-Ｄレーザトラッキングシステムに用いられる例示的な方位測定コンポーネントを示す。詳しくは、６-Ｄレーザトラッキングシステム１０の上記コンポーネントには、トラッキングユニット１００にあるレーザ源、偏光レーザビーム３１０，ビームスプリッタ３２０，コーナーキューブ３３０，集光レンズ３４０，２次元光検出器３５０，第１の光検出器２３０，第２の光検出器２４０，偏光ビームスプリッタ２２０及びロール信号測定デバイス２５０がある。
【００３３】
動作中、トラッキングユニット１００のレーザ源は偏光レーザビーム３１０を放射し、この偏光レーザビーム３１０は、ビームスプリッタ３２０により、集光レンズ３４０，コーナーキューブ３３０及び偏光ビームスプリッタ２２０にそれぞれ向けられる３つのビームに分けられる。
【００３４】
集光レンズ３４０に向けられるビームは、アクティブターゲットのモーターを駆動するピッチ及びヨー信号を生じる、２次元光検出器２５０の上に集束される。詳しくは、アクティブターゲット１５０がレーザ源１００に対して回転運動を行うと、集光レンズ３４０を通して導かれるレーザビームが２Ｄ光検出器３５０に対して移動する。この移動量は検出することができ、対応する、ピッチ及び／またはヨーを表す信号が得られる。次いで、上に論じたように、アクティブターゲット１５０上の１つまたはそれより多くのモーターを制御してトラッキングユニット１００に対するアクティブターゲット１５０の方位を垂直に維持するためにピッチ及び／またはヨー測定値を用いることができる。
【００３５】
分けられた偏光レーザビーム３１０の内のビームスプリッタ３２０を直に通過するビームはコーナーキューブ３３０で反射され、トラッキングユニット１００に戻る。したがって、特許文献１及び２に論じられているように、トラッキングユニット１００はアクティブターゲット１５０とトラッキングユニット１００の間の距離を決定することができる。しかし、絶対距離測定値を決定するいかなる方法も同様に本発明のシステム及び方法に用い得ることは当然である。
【００３６】
分けられた偏光レーザビーム３１０の内の、ビームスプリッタ３２０により反射され、偏光ビームスプリッタ２２０に向けて導かれるビームは、上で論じたように、ロール測定値を求めるために用いられる。アクティブターゲットで得られたロール、ピッチ及びヨーの測定値の組合せは、トラッキングユニット１００で得られた球座標とともに、本トラッキングシステムでアクティブターゲットの６次元トラッキングを得ることを可能にする。
【００３７】
図４は例示的なロボットアクティブターゲット４００を示す。ロボットアクティブターゲット４００は、複数の吸着カップ型デバイス４１０、駆動機構４２０、コントローラ４３０、アクセサリ４４０、吸着デバイス４５０、及びアクティブターゲット４６０を備える。ロボットアクティブターゲット４００は、明解さのために省略され、当業者にはすぐに分かる、電源、電池、太陽電池パネル等のようなその他の様々なコンポーネントも備える。
【００３８】
動作において、アクティブターゲット４６０をロボットアクティブターゲット４００と併用することにより、例えば、ロボットの回転及び位置の精密なトラッキングが可能になる。特定のロボットアクティブターゲットが以下で論じられるが、アクティブターゲットは一般に、物体の６自由度までのモニタを可能にするためにいかなる物体にも固定取付けでき、あるいはアクティブターゲットを可動デバイスに取り付けてそのデバイスの位置をモニタすることができる。
【００３９】
吸着カップ型デバイス４１０は、例えばホース（図示せず）を介して、ロボット４００を表面にはり付いたままにしておくことができる吸着デバイス４５０に接続される。例えば、コントローラ４３０が、吸着デバイス４５０及び吸着カップ型デバイス４１０とともに、ロボット４００が表面を横切ることができるように、駆動機構４２０と協同することができる。例えば、吸着カップ型デバイス４１０及び駆動機構４２０は、ロボット４００を表面にはり付いたままにするに十分な吸着を吸着カップ型デバイス４１０に与えるが、一方では駆動機構４２０がロボット４００の表面上の移動を可能にするように協同することができる。例えば、駆動機構４２０は、図示されるように、駆動及び吸着コンポーネント（図示せず）に関連付けられた４車輪とすることができる。車輪により、ロボット４００のトラッキングユニット１００に対する回転方位を維持したまま、ロボットが表面上を横切ることが可能になる。しかし、一般には、トラッキングユニットに対する回転方位が一定のままであるようにロボット４００を操作する方が簡単であるが、本システムは、おこり得るあらゆる回転運動も考慮するために、偏光レーザの使用に関連して改変することができる。詳しくは、例えば、ロボット４００の回転運動を、ロボット４００のいかなる回転運動も考慮するために、アルゴリズムを用いて偏光レーザに基づく方位測定から“抜き去る”ことができる。
【００４０】
さらに、例示的ロボット４００は吸着デバイス４５０及び吸着カップ型デバイス４１０を備えるが、ロボットを表面に可動固定することができる、あらゆるデバイスまたはデバイスの組合せも同様に、本発明のシステム及び方法とともに十分よく作動するであろうことは当然である。例えば、表面のタイプに依存して、磁気型、重力型、抵抗型等のアタッチメントシステムを用いることができよう。
【００４１】
例えばリモートコントローラ（図示せず）と有線または無線で交信できるコントローラ４３０により、駆動機構４２０と協同してロボット４００を操縦できる。例えば、駆動機構を駆動輪４２０に結合された複数の電気モーター等とすることができる。
【００４２】
アクセサリ４４０は、例えば、マーキングデバイス、ドリルなどの工具、塗装用アタッチメント、溶接または切断デバイスとすることができ、あるいは、表面上での精密な配置が必要とされるその他のあらゆる既知のデバイスまたは今後開発されるデバイスとすることもできる。アクセサリは、コントローラ４３０と協同して、例えば遠隔起動させることができる。
【００４３】
アクセサリ４４０はアクティブターゲット４６０から既知の距離に配置されるから、アクセサリ４４０の正確な位置は常にわかっている。したがって、使用者は、アクセサリ４４０がその位置で作業を行えるように、アクセサリ４４０を正確な場所に配置できる。例えば、ストリップカメラ、モアレ縞パターンセンサまたは接触プローブのような局所効果センサをターゲットの端部に取り付けることができる。アクティブターゲットと組み合わされたトラッキングユニットは、局所センサが自動車の車体、建造物、または環境上危険な領域にあるパーツ等のパーツ輪郭を測定している間に、局所センサの方位を、パーツを測定できる空間関係におくことができる。
【００４４】
図５はロボット４００の例示的な断面図を示す。アクティブターゲット４６０に付帯する位置感知デバイスに加えて、距離測定可動デバイス５４０がロボットの底面から表面５１０に延びる。距離測定デバイス５４０は、アクティブターゲット４６０に対する表面５１０の正確な位置が常に知られているように、アクティブターゲット４６０と表面５１０の間の正確な距離を測定する。
【００４５】
図５に示されるように、吸着カップ型デバイス４１０は表面５１０の上方の一定の距離にスペーサ５３０を介して配置される。例えば、スペーサ５３０は、吸着カップ型デバイス４１０を表面５１０の上方の一定の距離に維持でき、一方では空気５２０によるロボット４００と表面５１０の間の吸着を生じさせ得る、ベアリングまたはその他の互換可能なデバイスとすることができる。
【００４６】
ロボット４００の移動性を前提にすれば、ロボットがトラッキングユニット１００と常時交信できるとは限らないことが予測できる。６-Ｄレーザトラッキングシステムは、ロボット４００がトラッキングユニット１００の見通し線から外れた場合にターゲット捕捉モードに入ることができる。このモードにおいては、使用者が、例えばジョイスティックを用いて、概ねロボット４００の近くにトラッキングユニットの狙いを定める。次いで、トラッキングユニット１００がターゲット捕捉プロセスを開始し、捕捉プロセスの開始にあたりトラッキングユニットはアクティブターゲットの位置を突き止めるための外側に向かう螺旋を描く螺旋形捜索パターンを開始する。ターゲットが捕捉されるとトラッキングユニットとアクティブターゲット１５０の間の交信が確立され、６次元測定が再び有効になる。
【００４７】
あるいは、例えば、アクティブターゲット１５０はトラッキングユニット１００との交信を、例えば、無線通信リンクあるいは、見通し線が維持されているか否かにかかわらずトラッキングユニット１００によるアクティブターゲット１５０の相対位置の追跡を可能にする、その他の既知または今後開発されるシステムを介して、維持することができる。したがって、見通し線が再び確立されると、上述したように、６次元測定が有効になる。
【００４８】
図６は本発明の例示的実施形態にしたがう例示的測定値採取方法を示す。詳しくは、ステップＳ１００で制御が開始され、制御はトラッキングユニットとターゲットの間の交信が確立されるステップＳ１１０に移る。例えば、干渉計ベースシステムでは、ターゲットが既知の位置に配置され、トラッキングユニットとの交信の確立及びシステムの初期化のいずれをも実施可能である。絶対距離測定システムでは、ターゲットがレーザ通信状態におかれて、概略の半径方向距離（Ｒ）が求められる。次に、ステップＳ１２０において、測定されるべき（１つまたは複数の）地点にターゲットがおかれる。次いで、ステップＳ１３０において、ピッチ、ヨー、ロール及び球座標が得られる。制御はステップＳ１４０に移る。
【００４９】
ステップＳ１４０において、球座標が直交座標（ｘ,ｙ,ｚ）に変換される。ここでｘはターゲットの横方向位置、ｙはターゲットの前後方向位置、ｚはターゲットの上下方向位置である。次いで、ステップＳ１５０において位置の測定値が出力される。制御は次いで、制御シーケンスが終了するステップＳ１６０に移る。
【００５０】
図１〜５に示されるように、６-Ｄレーザトラッキングシステム１０は、一括プログラムされた汎用コンピュータまたは、レーザビーム発生及び検出コンポーネント、モーター及びロータリーエンコーダコンポーネントが付帯する個別にプログラムされた汎用コンピュータ上に実装することができる。しかし、６-Ｄレーザトラッキングシステムの様々な部分は、専用コンピュータ、プログラムされたマイクロコンピュータまたはマイクロプロセッサ及び周辺集積回路素子、ＡＳＩＣまたはその他の集積回路、デジタルシグナルプロセッサ、ディスクリート素子回路のような結線電子回路またはロジック回路、ＰＬＤ，ＰＬＡ，ＦＰＧＡ，ＰＡＬのようなプログラマブルロジックデバイス上に実装することもできる。また、一般に、本明細書で論じられ、図６に示される測定手法を続いて実装できる状態機械を実装できるデバイスであれば、どのようなデバイスも、本発明にしたがう６-Ｄレーザトラッキングシステムの実施に用いることができる。
【００５１】
さらに、本明細書に開示される方法は、様々なコンピュータまたはワークステーションハードウエアプラットフォーム上で用いることができる移植可能なソースコードを提供するオブジェクトまたはオブジェクト指向ソフトウエア開発環境を用いて、ソフトウエアに容易に実装できる。あるいは、本明細書に開示される６-Ｄレーザトラッキングシステムは、標準的なロジック回路またはＶＬＳＩ設計を用いてハードウエアにある程度または完全に実装できる。本発明にしたがうシステムの実施にソフトウエアとハードウエアのいずれが用いられるかは、システムに要求される速さ及び／または効率、特定の機能及び利用される特定のソフトウエア及び／またはハードウエアシステムあるいはマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラシステムに依存する。しかし、本明細書に説明される６-Ｄレーザトラッキングシステム及び方法は、当業者には既知の、あるいは本明細書で提供される機能説明並びにコンピュータ及び光技術の一般的基礎知識から、当業者が今後開発するであろうあらゆるシステムまたは構造、デバイス及び／またはソフトウエアにおいて、容易に実施できる。
【００５２】
さらに、本明細書に開示される方法は、プログラムされた汎用コンピュータ、専用コンピュータ、マイクロプロセッサ等の上で実行されるソフトウエアとして容易に実施できる。この場合、本発明の方法及びシステムは、Ｊａｖａ（登録商標）またはＣＧＩスクリプトのようなパーソナルコンピュータ上におかれたプログラムとして、サーバまたはグラフィックスワークステーション上に常駐するリソースとして、専用の６-Ｄレーザトラッキングシステムにおかれたルーチンとして、あるいは同様のソフトウエアとして、実施することができる。６-Ｄレーザトラッキングシステムは、６-Ｄレーザトラッキングシステムのハードウエア及びソフトウエアのような、ソフトウエア及び／またはハードウエアにシステム及び方法を物理的に組み込むことにより実施することもできる。
【００５３】
したがって、本発明により、６-Ｄレーザトラッキングのためのシステム及び方法が提供されたことは明らかである。本発明をいくつかの例示的実施形態に関して説明したが、多くの変更、改変及び変形が当業者には明らかであるかまたは明らかであろう。したがって、本発明は、本発明の精神及び範囲内にあるそのような変更、改変、等価物及び変形の全てを包含するとされる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明にしたがう例示的な６-Ｄトラッキングシステムを示す
【図２】本発明にしたがうロール測定システムを示すブロック図である
【図３】本発明にしたがう例示的なピッチ、ヨー、ロール及び距離測定システムを示すブロック図である
【図４】本発明にしたがうアクティブターゲットシステムを組み込んでいる例示的な遠隔制御ロボットである
【図５】本発明にしたがう遠隔制御ロボットの断面図である
【図６】本発明にしたがう例示的な測定値採取方法を示すフローチャートである
【符号の説明】
【００５５】
５    通信リンク
１０    ６-Ｄレーザトラッキングシステム
１００    トラッキングユニット
１１０    レーザビーム
１５０    アクティブターゲット
２００    出力デバイス
【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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【国際調査報告】
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