(57)【要約】  マスターステーションと、マスターステーションの制御下に置かれているサブステーションを備えているシステムは、多次元空間のグラフィック図をリアルタイムで生成することができる。多次元空間の物理的寸法諸元と同空間の中の物体及び／又は構造物の所在位置と方位に関する情報は、両ステーションの間でやり取りされる。マスターステーションは、自動的に、多次元空間のＮ次元グラフィック表示を、リアルタイムで、即ち、サブステーションから情報を受信しながら、そして、自身の測定装置を用いて情報を取得しながら、生成することができる。マスターステーションは、ユーザーに多次元空間を表示し、これにより、ユーザーが多次元空間内を案内される（即ち、進んでいくことができる）ようにする。【選択図】  図１Ａ
2011501105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムにおいて、
マスターステーションと、
前記マスターステーションと交信している少なくとも１つのサブステーションと、を備えており、
２つの前記ステーションは、前記マスターステーションが、自動的に、多次元空間のグラフィック表示をリアルタイムで生成することができるようにするため、前記多次元空間の中で行われた測定と識別に関する情報を交換する、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多次元空間内の特定の位置を割り出すシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設現場の設計図及び青写真を作成する場合、建設現場の測定装置により取得された情報が、文書化され、その後、建築士及び技術者に提供されている。
【発明の概要】
【０００３】
本発明は、双方が互いに交信することができるマスターステーションと少なくとも１つのサブステーションを備えた、多次元空間の中の１つ又はそれ以上の位置を突き止め識別するためのシステムを提供している。マスターステーションは、更に、多次元空間内で或る特定のタスクを実行するようにサブステーションの内の１つ又はそれ以上を制御することができる。マスターステーションは、空間を調べながら、即ち、リアルタイムで、多次元空間内の自身の位置と、多次元空間内の基準の所在位置及び特定の点、物体、及び／又は構造物の所在位置を割り出し、多次元空間のＮ次元グラフィック表示（ここに、Ｎは２以上の整数）を生成することができる。マスターステーションを操作しているシステムのユーザーは、こうして、多次元空間の中を案内されていく。
【０００４】
マスターステーションは、多次元空間の中の様々な点の距離を測定し所在位置を識別するのに使用される送信器と受信器設備を備えている。マスターステーションは、更に、センサーとプロセッサを備えていてもよい。マスターステーションは、可搬式、可動式で、プロセッサに命令を与えるソフトウェアの作動を通して自律的になっていてもよい。送信器と受信器は、無線信号又は光信号又はその両方を送受信することができる。センサーは、（i）１つ又はそれ以上のサブステーションによって送信された、（ii）サブステーションの１つによって反射された、又は（iii）多次元空間内の或る構造体又は同構造体内の固定基準点から反射された、光信号を検出することができる。プロセッサとソフトウェアが常駐しているので、複数の特定の基準点が識別されたら、マスターステーションは、多次元空間内の自身の位置、多次元空間内のサブステーションの所在位置、及び多次元空間内の物体、構造物の所在位置、を（例えば、よく知られている三角測量法を介して）計算すること又は多次元空間の境界を形成することができる。マスターステーションによって測定され識別された多次元空間内の点及び所在位置は、二次元又は三次元空間（又は、一般的には、Ｎを２以上の整数としてＮ次元空間）グラフィック表示上に転送し、本発明のマスターステーションを操作しているユーザーが、多次元空間のグラフィック表示を見ることによって、多次元空間内の自分の位置を割り出し、又は同空間内を進む（又は案内される）ことができるように、表示させることができる。例えば、三次元のグラフィック表示は、よく知られているＣＡＤ（ＡＵＴＯＣＡＤ（登録商標）の様なコンピュータ支援設計）ソフトウェア及び付加的なソフトウェアを含めたソフトウェアを使用して実施することができる。新しい点、物体、構造物が、識別され測定されると、情報は、マスターステーションに転送され、マスターステーションは、他の物体、構造物、及び多次元空間の境界に対して、それらの点の正確な所在位置を自動的に割り出す能力があるので、空間を調べながら、多次元空間のリアルタイムグラフィック表示を自動的に生成することができるようになる。「自動的に」という用語は、ここで使用する場合、タスクが、本発明のシステムの１つ又はそれ以上の構成要素によって、同システムのファームウェア又はソフトウェアに命令された時に実行されることをいう。自動的に実行されるタスクは、リアルタイムで行われ、即ち、タスクを実行するために使用される情報を受信しながらタスクが行われることを意味する。
【０００５】
マスターステーションは、１つ又はそれ以上のサブステーションと交信することができる。サブステーションは、受動的であってもよいし又は能動的であってもよい。即ち、受動的サブステーションは、マスターステーション又は別のサブステーションからの光又は無線信号を反射する装置でもよい。受動的サブステーションは、自力では情報を送信しない。能動的サブステーションは、センサー、情報をマスターステーションに送る送信器、及び、マスターステーションによって送られるコマンドを実行するためにマスターステーションから情報を受信する受信器、を保有していてもよい。また、サブステーションは、受動的且つ能動的な装置であってもよく、即ち、サブステーションの一部は、別の装置（別のサブステーション又はマスターステーション）からの信号を反射し、サブステーションの別の部分は、基準点情報又は何か他の種類の情報を生成し又はそれら情報をマスターステーション又は別のサブステーションへ送信するようになっていてもよい。サブステーションは、可搬式、可動式で、サブステーションのプロセッサに常駐しているソフトウェアを作動を通して自律的になっていてもよい。サブステーションは、マスターステーションから又はマスターステーションからのコマンドを中継する別のサブステーションから受信したコマンドに基づいてタスクを実行するツールを備えていてもよい。マスターステーションも同じくその様なツールを備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】或る特定の加速度計の構造を示している。
【図１Ｂ】或る特定の加速度計の構造を示している。
【図２】本発明のマスターステーションの正面図である。
【図３Ａ】マスターステーションのヘッドの正面図であり、垂直方向及び水平方向のスピニングレーザー、及びスピニングレーザーに掃引された面を示している。
【図３Ｂ】マスターステーションのヘッドの正面図であり、垂直方向及び水平方向のスピニングレーザー、及びスピニングレーザーに掃引された面を示している。
【図４】ロボットアームを有する可搬式サブステーションの正面図である。
【図５】可搬式サブステーションの正面図である。
【図６】可動式マスターステーション又はサブステーションの側面図である。
【図７Ａ】マスターステーション又はサブステーションに取り付けることができる様々な型式のロボットアームを示している。
【図７Ｂ】マスターステーション又はサブステーションに取り付けることができる様々な型式のロボットアームを示している。
【図７Ｃ】マスターステーション又はサブステーションに取り付けることができる様々な型式のロボットアームを示している。
【図７Ｄ】マスターステーション又はサブステーションに取り付けることができる様々な型式のロボットアームを示している。
【図７Ｅ】マスターステーション又はサブステーションに取り付けることができる様々な型式のロボットアームを示している。
【図８】マスターステーション、サブステーション、及び固定基準点又は測量標を備えている本発明のシステムの１つの特定の実施形態を示している。
【図９】サブステーションとして機能することができる或る能動的固定基準点の斜視図である。
【図１０】手持ち式レーザー距離測定ツール用のＰＴＺ（ ）カメラ架台の正面図と側面図を示している。
【図１１Ａ】レーザー距離測定装置を備えている手持ち式コンピュータを示している。
【図１１Ｂ】プリズムが手持ち式コンピュータに取り付けられた状態を示している、１１Ａの上面図である。
【図１１Ｃ】更に支持用三脚を示している、図１１Ａの手持ち式コンピュータの側面図である。
【図１２】図１１の手持ち式コンピュータによって表示することのできるグラフィック又は図面の種類の図である。
【図１３】可視レーザーポインタを備えているプリズムポールと三脚に載せられた同ポールを示している。
【図１４】高さ及び平面方位を割り出すために、マルチビーム距離測定装置を有している図１のマスターステーションを示している。
【図１５Ａ】マスターステーション又はサブステーション用の、ジャイロ安定式、ケーブル駆動式、レイル駆動式、及びホバー駆動式のコンピュータ制御輸送システムを示している。
【図１５Ｂ】マスターステーション又はサブステーション用の、ジャイロ安定式、ケーブル駆動式、レイル駆動式、及びホバー駆動式のコンピュータ制御輸送システムを示している。
【図１５Ｃ】マスターステーション又はサブステーション用の、ジャイロ安定式、ケーブル駆動式、レイル駆動式、及びホバー駆動式のコンピュータ制御輸送システムを示している。
【図１５Ｄ】マスターステーション又はサブステーション用の、ジャイロ安定式、ケーブル駆動式、レイル駆動式、及びホバー駆動式のコンピュータ制御輸送システムを示している。
【図１６】コンピュータ制御ケーブル駆動式システムに適用された図１５のジャイロ安定式装置を示している。
【図１７】マーキングツールとして使用されているロボットアーム用の２つの特定のヘッドを示している。
【図１８】プリズムポール用安定化システムを示している。
【図１９Ａ】ファジー論理を利用したジャイロスコープと安定化電子機器を使用している、プリズムポール用の更に別の安定化システムを示している。
【図１９Ｂ】ファジー論理を利用したジャイロスコープと安定化電子機器を使用している、プリズムポール用の更に別の安定化システムを示している。
【図２０】スピニングレーザーマスターステーションとスピニングサブステーションを備えている本発明のシステムを示している。
【図２１Ａ】固定基準点又は測量標として色付きプリズムを使用している、本発明のシステムの別の実施形態を示している。
【図２１Ｂ】固定基準点又は測量標として色付きプリズムを使用している、本発明のシステムの別の実施形態を示している。
【図２２】３６０°コーナーキューブプリズムの正面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明は、双方が互いに交信することができるマスターステーションと少なくとも１つのサブステーションを備えた、多次元空間の中の１つ又はそれ以上の位置を突き止め識別するためのシステムを提供している。マスターステーションは、更に、多次元空間内で或る特定のタスクを実行するようにサブステーションの内の１つ又はそれ以上を制御することができる。マスターステーションは、空間を調べながら、即ち、リアルタイムで、多次元空間内の自身の位置と、多次元空間内の基準の所在位置及び特定の点、物体、及び／又は構造物の所在位置を割り出し、多次元空間のＮ次元グラフィック表示（ここに、Ｎは２以上の整数）を生成することができる。マスターステーションを操作しているシステムのユーザーは、こうして、多次元空間の中を案内されていく。
【０００８】
マスターステーションは、多次元空間の中の様々な点の距離を測定し所在位置を識別するのに使用される送信器と受信器設備を備えている。マスターステーションは、更に、センサーとプロセッサを備えていてもよい。マスターステーションは、可搬式、可動式で、プロセッサに命令を与えるソフトウェアの作動を通して自律的になっていてもよい。送信器と受信器は、無線信号又は光信号又はその両方を送受信することができる。センサーは、（ｉ）１つ又はそれ以上のサブステーションによって送信された、（ii）サブステーションの１つによって反射された、又は（iii）多次元空間内の或る構造体又は同構造体内の固定基準点から反射された、光信号を検出することができる。プロセッサとソフトウェアが常駐しているので、複数の特定の基準点が識別されたら、マスターステーションは、多次元空間内の自身の位置、多次元空間内のサブステーションの所在位置、及び多次元空間内の物体、構造物の所在位置、を（例えば、よく知られている三角測量法を介して）計算すること又は多次元空間の境界を形成することができる。マスターステーションによって測定され識別された多次元空間内の点及び所在位置は、二次元又は三次元空間（又は、一般的には、Ｎを２以上の整数としてＮ次元空間）グラフィック表示上に転送し、本発明のマスターステーションを操作しているユーザーが、多次元空間のグラフィック表示を見ることによって、多次元空間内の自分の位置を割り出し、又は同空間内を進む（又は案内される）ことができるように、表示させることができる。例えば、三次元のグラフィック表示は、よく知られているＣＡＤ（ＡＵＴＯＣＡＤ（登録商標）の様なコンピュータ支援設計）ソフトウェア及び付加的なソフトウェアを含めたソフトウェアを使用して実施することができる。新しい点、物体、構造物が、識別され測定されると、情報は、マスターステーションに転送され、マスターステーションは、他の物体、構造物、及び多次元空間の境界に対して、それらの点の正確な所在位置を自動的に割り出す能力があるので、空間を調べながら、多次元空間のリアルタイムグラフィック表示を自動的に生成することができるようになる。「自動的に」という用語は、ここで使用する場合、タスクが、本発明のシステムの１つ又はそれ以上の構成要素によって、同システムのファームウェア又はソフトウェアに命令された時に実行されることをいう。自動的に実行されるタスクは、リアルタイムで行われ、即ち、タスクを実行するために使用される情報を受信しながらタスクが行われることを意味する。
【０００９】
マスターステーションは、１つ又はそれ以上のサブステーションと交信することができる。サブステーションは、受動的であってもよいし又は能動的であってもよい。即ち、受動的サブステーションは、マスターステーション又は別のサブステーションからの光又は無線信号を反射する装置でもよい。受動的サブステーションは、自力では情報を送信しない。能動的サブステーションは、センサー、情報をマスターステーションに送る送信器、及び、マスターステーションによって送られるコマンドを実行するためにマスターステーションから情報を受信する受信器、を保有していてもよい。また、サブステーションは、受動的且つ能動的な装置であってもよく、即ち、サブステーションの一部は、別の装置（別のサブステーション又はマスターステーション）からの信号を反射し、サブステーションの別の部分は、基準点情報又は何か他の種類の情報を生成し又はそれら情報をマスターステーション又は別のサブステーションへ送信するようになっていてもよい。サブステーションは、可搬式、可動式で、サブステーションのプロセッサに常駐しているソフトウェアを作動を通して自律的になっていてもよい。サブステーションは、マスターステーションから又はマスターステーションからのコマンドを中継する別のサブステーションから受信したコマンドに基づいてタスクを実行するツールを備えていてもよい。マスターステーションも同じくその様なツールを備えていてもよい。
【００１０】
図１を参照すると、同図には、或る特定の加速度計の構造が示されている。加速度計は、加速度計が受けた速度の変化率即ち加速度に基づいて距離を測定する既知の装置であり、ここでは、実質的に球状の構成に作られ、電子回路に繋がれて、距離の測定を行えるようになっている。図１Ａは、特定の加速度計の方位を示し、図１Ｂは、装置の外観を示している。加速度計クラスタ１０は、クラスタ用の適切な支持回路及び諸機構が収納されているハウジング１４に連結された複数の円筒形状の加速度計１２を備えている。外殻１６は、クラスタに被せると球状の形状を有するクラスタが出来上がるように構成することができる。加速度計クラスタは、車両マスターステーションに、又はマスターステーションによって制御することのできる車両サブステーションに搭載することができる。走行距離及び走行速度は、各加速度計からの加速度値を測定し、加速度計全てについて得られた速度と距離を算出することによって求められる。而して、加速度計クラスタを搭載した車両が走行した距離と速度のより正確な計算値を得ることができる。
【００１１】
図２は、本発明のシステムのマスターステーションの１つの実施形態である。図２に示しているマスターステーション２０は、可搬式マスターステーションであり、即ち、同マスターステーションは、ユーザーによって或る場所から別の場所へ移動させることができる。図２のマスターステーションは、通信モジュール及びプロセッサモジュールの様な各種モジュール（図示せず）を備えているマスターステーションアッセンブリであってもよい。通信モジュールは、マスターステーションアッセンブリが置かれているのと同じ多次元空間に位置するサブステーション（又は他のマスターステーション）と通信するのに使用することができる。プロセッサモジュールは、マスターステーションアッセンブリが、多次元空間内の自身の位置を計算し、同様に、多次元空間内の特定の地点の所在位置を計算することができるようにするソフトウェアを内蔵していているか、又は同ソフトウェアを制御することができるようになっていてもよい。プロセッサは、多次元空間の中の１つ又はそれ以上の位置をマーキングし及び／又は突き止めることが達成されるように、マスターステーションと交信することができる無線ラップトップ型又は他の型式のコンピュータとして実装されていてもよい。マスターステーションの一部は、一般には測量士が３−Ｄ空間内の或る基準点までの距離と角度を測定するのに使用するセオドライトと呼ばれる既知の装置として実装することができる。図２に、三脚２４（三脚の脚は２つしか示されていない）に載せられたセオドライトハウジング２２が示されている。マスターステーションのセオドライト部分は、固定基準点に照準を合わせ読み取ることができるレンズアッセンブリ２４を有しており、バーコード読み取り装置又はグラフィック読み取り装置の役目を果たすことができる。セオドライトは、ハウジングとレンズの方位を、遠隔的に制御することができるか又は常駐しているソフトウェアによって制御されているプロセッサによって自律的に制御することができる、ロボットセオドライトである。プロセッサは、セオドライトの一部であってもよいし、又は、無線か又は通信ケーブルを介してラップトップ型又はデスクトップ型のコンピュータ又は他のコンピュータ／データベース装置に連結されていてもよい。図２のマスターステーションは、地面又は同ステーションが立っている面からハウジング２２までの距離を測定することができる距離測定装置を有している。図２のマスターステーションは、高さ測定を行うためにレーザー技術を使用している。具体的には、図２のマスターステーションは、ハウジング底部２６の内側と三脚２４の上側部分に配置されている自動水準測量装置（例えば、ジャイロスコープ）を有している。自動水準測量装置は、全体がハウジング２２内に配置されていてもよい。マスターステーション２０は、而して、レーザー２８と、下側ハウジング２６の中に設置されている水準測量装置と、恐らくはハウジング２０の最上部に取り付けられている水平方向及び垂直方向のスピニングレーザー（後段で説明）を使用して、自立的水準測量を行うことができる。レーザー距離計測器２８には電子機器（図示せず）が付帯しており、マスターステーション２０が、地面又はマスターステーションが立っている面から上のマスターステーションの高さを測定することができるようになっている。レーザー２８は、地面まで又はマスターステーションが立っている基盤までの距離を測定するのに使用されている可視レーザービーム３０を、マスターステーションの垂直軸３６に沿って放射する。ハウジング２２の最上部には、垂直方向スピニングレーザー３２と水平方向スピニングレーザー３４が取り付けられている。レーザーは、マスターステーションの方位を、マスターステーションが置かれている空間（又はＣＡＤ又はデジタル化図面）に関係付けて、自動的、自律的に定めることができ、これは、任意の個数の固定基準ステーション又は他のマスターステーション又はサブステーションを探索し、それらまでの距離を測定することによって行われる。図２のマスターステーション及びここに記載されている他のマスターステーション及びサブステーションに関して、レーザーは、或る点からの距離を、（連続的又はパルス状の、又は両者を組み合せた）レーザービームを同地点まで送ることによって測定するのに、そして、その結果反射されたビームの特徴を測定して同地点までの距離を計算するのに、使用されていることが明白に理解頂けたであろう。
【００１２】
図３Ａは、水平方向及び垂直方向のスピニングレーザー３４、３２よってそれぞれ掃引された水平及び垂直面、４０、３８を示している。スピニングレーザーは、テレメトリ情報の様な情報を送信及び受信することができる。レーザー３２、３４は、プロセッサテレメトリ情報を読み取り及び書き込むことができる。レーザーは、マスターステーション及び他の装置が置かれている多次元空間内の同マスターステーション及びその様な他の装置の所在位置と方位を自動的に割り出すのを支援するため、マスターステーション２２によって使用されており、割り出しは、マスターステーションから上記様々な基準点までの距離を測定することによって行われる。図３Ｂは、三脚２４を取り去った状態の図１のマスターステーション２０のセオドライト部分を示している。
【００１３】
レーザー３２及び３４は、マスターステーション２０の最上部に取り付けられている、パルス変調スピニングレーザー機構を備えた通信レーザーであってもよい。マスターステーションは、可視の水平方向及び垂直方向の基準レーザー線を提供する。マスターステーションは、その照準線内の物体に印刷されているバーコード情報を読み取ることができる。更に、レーザー３２、３４は、パルス変調式であり、情報を受信する相手の装置にデータを送信することができる。
【００１４】
レンズアッセンブリ２４の付近にセンサー（図示せず）を置いて、同センサーを、パルス変調送信器から送られた情報の受信と翻訳又は読み取りを可能にするのに利用してもよい。マスターステーション２０のレーザー３２、３４は、他の同様の装備を有するマスターステーション、サブステーション、車両、又は固定基準ステーションと交信することができる。図３Ａは、三脚を取り去った状態のマスターステーション２２の斜視図である。スピニングレーザーのブランケット効果を示している。図３Ｂは、同装置の、正面図である。ブランケット効果は、マスターステーション２０の最上部から発散されるレーザー光の水平面と垂直面を生成することによって作り出すことができる。
【００１５】
可搬式サブステーション４２を図４に示す。図４のサブステーションは、レーザーポインタ４６と、三角法又は他の既知の技法を介して、基準点、他の装置、他のサブステーションの距離の測定を支援し、而して所在位置を突き止めることを支援する付属電子機器と、を備えたロボットアーム４４を有している。図１のマスターステーションの場合と同じように、水平方向及び垂直方向のスピニングレーザー４８、５０が、同ステーションのハウジングの最上部に取り付けられている。同ステーションの最上部からは、ポール５４が突き出ており、その上に３６０°コーナーキューブプリズム５６が取り付けられている。何れの方向からであってもこのプリズムに当たった光はどの様な光も、光が来たのと同じ照準線に沿って反射される。ステーションは、ステーションをステーションを空間内の或る固定位置に維持する三脚５８（足は２つだけ図示）に載せられている。機械的エンクロージャの側面から、可動ロボットアーム４４が突き出ている。トロットアームの端部にはポールが設けられており、その上にプリズム６０が取り付けられている。ロボットアーム４４の端部には、距離を測定し、情報を反射又は送信光信号の形態で読み取り及び書き込むのに使用することができるレーザーポインタ４６も設けられている。レーザーポインタ４６と作動がよく似たレーザーポインタ６４が、ポール５４の端部に設置されている。ロボットアームのポールは、容易に位置決めすることができる。サブステーション４２は、異なる源から様々な方向にレーザービーム、即ち、
ａ．高さを求めるため、真の垂直方向に下向きに送られる鉛直ビーム６２と、
ｂ．可視レーザーポインタ及び電子距離読み取り及び書き込み装置の役目を果たすポール５４を通して方向決めし直すために上向きに送られる垂直ビーム６６と、
ｃ．垂直及び水平方向の光学的回転ユニットを介して方向決めし直すために上向きに送られる垂直ビーム（図示せず）と、
ｄ．可視レーザーポインタ及び電子距離測定読み取り及び書き込み装置の役目を果たすロボットアームのポールを通して送られるビーム６８と、
を送ることができる。
【００１６】
可搬式サブステーション４２の空間の中のＸ、Ｙ、Ｚ位置（デカルト座標系の３つの直交する軸に基づく空間の中の位置）、並びにロボットアームの位置と方位は、対応する制御側マスターステーションには既知である。単一又は多数のサブステーションは、ばらばらにマスターステーションと共に利用してもよいし、又は複数のサブステーションをまとめてデイジーチェーン式に相互に結んでもよい。
【００１７】
図５は、可搬式サブステーションの別の実施形態を示している。可搬式サブステーション７０は、電子距離測定サブステーションであり、スポットが特定の位置に当たるように可視レーザービームを放射することができる。同サブステーションは、図４のサブステーションに比べ、より小型、より軽量、より安価に製造することができる。ロボットセオドライトのヘッド７６の最上部には、レーザー７２、７４を備えたスピニングレーザー機構が取り付けられている。ヘッド７６は、三脚７８に載せられている。スピニングレーザー機構は、水平方向及び垂直方向の基準レーザー線を放射する。スピニングレーザーは、座標テレメトリを受信し、送信し、読み取り、書き込むユニット内で動作することができる。これは、任意の個数の固定基準ステーション、マスターステーション、又は他のサブステーションを探索し、それらまでの距離を測定することによって行われる。Ｘ、Ｙ、及びＺ位置は、マスターステーション側には常に知られている。装置は、仕事現場で容易に搬送及び移動させることを意図しており、マスターステーションの照準線内に無い座標を特定するための解決策になっている。即ち、サブステーション７０は、特定の基準点までの距離を測定し、多次元空間内のそれら点の所在位置を割り出し、それらの点の位置を制御側のマスターステーションに中継することができる。端部にプリズム８２が取り付けられているポール８０は、スピニングレーザー及びヘッド７６から延びている。サブステーション７０は、可搬式になっているが、地面に、又は恐らくはＩ型梁に、固定してもよい。ステーション７０の様な単一又は複数の可搬式ステーションは、ばらばらにマスターステーションと共に利用してもよいし、又は複数のサブステーションをまとめてデイジーチェーン式に相互に結んでもよい。
【００１８】
図６は、可動式サブステーション又は可動式マスターステーションとして作動することができる可動装置を示している。サブステーションとしての装置９０は、図４のサブステーションと実質的に同じ様に作動する。車両１１４に搭載されているツール箱１０８に加えて、車両に搭載されている装備には、端部にプリズム１１０とレーザーポインタ１１２を備えたロボットアーム１０４を有するロボットセオドライト１０６が含まれている。レーザーポインタ１１２は、ツール箱１０８に保管されているツールの何れの１つとでも取り換えることができる。セオドライトの最上部には、水平方向レーザー９４、垂直方向レーザー９２、ポール１００、プリズム９６、及びレーザーポインタ９８が取り付けられている。セオドライト１０６のヘッド部分１０２は、装置がマスターステーション又はサブステーションとして機能することができるように取り替えることができる。マスターステーションとした場合、装置は、完全にロボット化された能動プリズムと、特定の環境の中で手動で、遠隔制御により、又は自律的に、自身を操縦することができる車両に、固定されるか又は締結された追跡レーザー距離測定装置と、を組み合わせたものであり、それらの装置は、作業ツール類を自動的に変えて、建設活動がリアルタイムで行われるようにする、多軸コンピュータ指導式ロボットツールアーム１０４と組み合わされる。このマスターステーションの最終目的は、装置を、マスターステーションが置かれている空間と、又はＣＡＤ図面と、関係付けて操縦し空間的に方向付けることである。これは、任意の個数の固定基準点、サブステーション、又は何か他の固定又は移動マスターステーションを自動的に探索し、それらまでの距離を連続的に測定し及び再測定することによって達成される。装置は、独力で、選択された位置まで移動することができ、一旦その位置に至ると、各種特定のツール類を利用して様々な作業機能を実行することができる。装置は、装置に収納されているコンピュータの命令に従って操縦できるものでもよいし、他の固定又は可動マスターステーションによって操縦させることができるものでもよい。このマスターステーションに実行させることができるタスクの中には、塗装、点指示、マーキング、焼く、切る、溶接する、穿孔する、彫り込む、測定する、又は読み取り又は書き込みがあり、テレメトリをリアルタイムで送受信することができる。その程度まで、ロボットアーム側のツールは交換可能であり、また、車両ロボットの上に搭載されているツール箱１１４から取り出すことができる。無論、（図５に示しているものに酷似する）サブステーションも、マスターステーションではなくて車両ロボットの上に搭載することができる。３６０°コーナーキューブプリズムが、マスターステーションモジュールヘッドから突き出ているポールの上に取り付けられている。同様のプリズムは、ロボットアームの端部にも取付けることができる。
【００１９】
図７Ａから図７Ｅは、図４又は図６の装置のロボットアーム（４４、１０４）に取り付けることができる各種交換可能なツールを示している。ここには、ロボットアーム１２０用の交換可能なツールを並べて示している。図７Ａは、切断ツール１２２を取り付けたロボットアームを示している。図７Ｂは、印刷又は作図ツール１２４を取り付けたロボットアームを示している。図７Ｃは、鉛直可視レーザーポインタ１２６を取り付けたロボットアームを示している。図７Ｄは、座標測定機械（ＣＭＭ）１２８、レーザースキャナ、又は手動式点読み取りツールを取り付けたロボットアームを示している。図７Ｅは、穿孔、彫り込み、焼きツール１３０を取り付けたロボットアームを示している。
【００２０】
図８は、本発明のシステムが使えるように構成された建物構内を示している。本発明のシステムのキットが提供されている。キットの構成部品全てを、図８に示している。固定基準ステーション１４０、１４２、１４４、１４６、１４８、１５０及び１５２は、図では、３６０°コーナーキューブプリズムとして示されているが、それらは、読み取り可能な固定基準を提供する多くの装置の中から選択することができる。固定基準ステーションは、受動的な装置であってもよい。とはいえ、固定基準ステーションは、受信器へ情報を送信する能力を有する能動的又はインテリジェント装置であってもよいし、又は特定のメッセージに光学的に応答することができるものでもよい。固定基準ステーションは、マスターステーションが、多次元空間内の特定の点を識別することができるようにするため、様々な所在位置に設置することができる。例えば、固定基準ステーションは、コンクリートスラブに締結するか又は埋め込むか、又は永久的な所在位置に締結してもよいし、或いはアドレス可能及び識別可能である既知の所在位置の測量標に取り付けてもよい。測量標は、装置の方位が、それらの装置が置かれている空間又はＣＡＤ図面に関係付けて自動的且つ自律的に定まるようにする。マスターステーションが基準ステーションを識別することができる信号としては、とりわけ、電磁的（例えば、光、着色光、赤外線、ＲＦＩＤ、Ｘ線、バーコードなど）、超音波、デジタルコンパス、人工頭脳学的情報理論、及びコード化情報がある。
【００２１】
図８は、壁に取り付けられている５つの固定基準ステーション（１４６、１４４、１４０、１５２、１５０）、床に取り付けられている１つの固定基準ステーション１４２、及び測量標１５４に取り付けられている１つの固定基準ステーション１４８を示している。キットは、更に、固定ステーションに関して取得された情報に基づいて機能する装置を備えている。それらの装置は、マスターステーション１５６、可搬式ステーション１５８、アーム付き可搬式ステーション１６０、車両ステーション１６２、内蔵電子距離測定機能を有する手持ち式コンピュータ１６４、及びタブレット（又はラップトップ型コンピュータ）１６６である。既に論じたように、マスターステーション１５６は、独自に又はサブステーションを利用して、基準の所在位置を突き止めることができる。固定基準は、プリズムとして示されており、而して、レーザーを使用し、直接照準線を通して突き止められる。而して、マスターステーションの直接照準線の中には入っていないが、サブステーションの内の１つのサブステーションの照準線の中に入っている固定基準は、間接的ではあるが、それでもマスターステーションによって識別されることが可能となる。即ち、サブステーションは、固定基準を識別し、その情報をマスターステーションに送ることができる。マスターステーションは、次に、固定基準の所在位置情報を使用して、周囲を囲まれた空間内の自身の位置を識別する。サブステーションの所在位置についての情報は、様々なサブステーションによって無線でマスターステーションへ送信される。図８に示している例では、ステーション１５８、１６０及び１６２は、サブステーションである。ステーション１５６と１６４は、マスターステーションである。タブレット又はラップトップ１６６は、何ら距離測定機器を有しておらず、大抵、無線でマスターステーション１６６に連結されているプロセッサとして機能する。マスターステーション１５６からのコマンドは、ラップトップ１６６のキーボードで作成される。マスターステーション１５６は、ロボットマスターステーションで、その固定基準点を探索中の移動が、コマンド及び／又はラップトップ１６６の一部であるか又ラップトップ１６６に連結されているアクチュエータによって制御されるようになっていてもよい。マスターステーション１５６の直接照準線の中に入っていないそれら基準は、サブステーション１５８、１６０、又は１６２によって検出され、それらサブステーションによって収集された所在位置情報は、無線でマスターステーション１５６に中継されることになる。マスターステーション１６４は、距離測定機器を備えた手持ち式コンピュータであり、同ステーションが、固定基準点の位置を突き止めるのに、自身の測定機器とサブステーションからの情報を利用するという点で、マスターステーション１５６と同様に動作する。タブレット１６６から操作されるか又はユーザーによって手動で操作されるマスターステーション１５６とは違って、マスターステーション１６４（後段の図１１に関する論述を参照）は、ユーザーが手持ち式コンピュータ１６４のキーボード又は何らかのアクチュエータ（例えば、マウス、ジョイスティック）を介してコマンドを入力することによって直接作動させる独立型の装置である。
【００２２】
固定基準ステーションシステムの目的は、ＣＡＤ又はデジタル化図面に従って、装置が置かれている空間に関係付けた自動的、自立的な装置の方位決め及び操縦が行われるようにするために、固定基準点を提供することである。それらの装置は、同じ空間に置かれた任意の個数の固定基準ステーションを継続的に探索し、それらまでの距離を測定及び再測定することによって、自身の方位を決め空間の中を進んでいく。最終目標は、ＣＡＤ画面を基に、屋内又は屋外で、高い測定精度を実現することと、自律的に、又は遠隔制御式の車両、人型ロボット、アンドロイド、又は他のロボット又はロボット車両、ツール又はシステムを介して操縦することである。マスターステーションは、ＣＡＤ図面又はマスターステーションのプロセッサのメモリに既にアップロードされている他の図面で、固定基準点を測定して突き止める処理を開始することができることに注目することが肝要であり、その様な場合には、マスターステーションは、文書化情報の精度を確認し、更に、空間の中の物体及び構造物を含む空間のグラフィック表示を生成することになる。本発明のシステムのマスターステーションによって生成されたグラフィック表示は、既に文書化されているグラフィック表示から外れていることもある。各測量標、構造物、及び空間の境界が測定され識別されるにつれて、本発明のシステムによって生成中のグラフィック表示は、更新され、表示される図面はそれに合わせて変化する。グラフィックディスプレイに対する更新は、リアルタイムで行われ、即ち、情報がプロセッサによって処理され、新しいグラフィック部分が追加され、見ている者は、グラフィックの新しい部分とそれ以外の部分を目にすることになる。更に、マスターステーション１６４の様なマスターステーションのユーザーは、空間のディスプレイを見ているだけではなく、マスターステーション／ユーザーの所在位置もグラフィック表示の中に表示されるので、ユーザーは周囲を囲まれた空間の中を案内され又は進んでいくことができるようになる。特定の物体及び／又は構造物は、アップロードされたＣＡＤ又はデジタル化図面に既に文書化されているかもしれないが、同空間の中にまだ存在していないかもしれない。その様な場合、マスターステーション１５６は、例えば、車両サブステーション１６２をＣＡＤ図面の中の表示されている物体の目的所在位置に向かわせ、サブステーション１６２に、ＣＡＤ図面の中に既に識別されている物体の正確な配置及び／又は方位を示すためにマーキングを行わせてもよい。他の同様のタスクは、１つ又はそれ以上のマスターステーションの指導及び制御下で、サブステーションに行わせてもよい。更に、サブステーションは、ＣＡＤ図面を既にアップロードしたプロセッサを有しており、而して、ＣＡＤ図面及びサブステーションのプロセッサ上で実行されている特定のソフトウェアに従って、特定の物体の所在位置に基づき、タスクを自律的に実行できるようになっていてもよい。ユーザーには物体と構造物を伴った空間の表示が見えるが、実際の空間には、目標物と構造物は何もまだ存在していない。而して、ツールを取り付けたロボットアームを備えているサブステーションは、その様な物体及び／又は構造物の建設を円滑にするタスクを実行するか、又は物体及び／又は構造物自体を建設することになる。例えば、サブステーションは、物体、測量標、又は構造物を、サブステーションのプロセッサ又はサブステーションを制御しているマスターステーションのプロセッサにアップロードされたＣＡＤ図面によって同物体の所在位置であると識別される特定の所在位置に、建設する準備として、穴を開け、マーキングを行ない、表面を切削することができる。
【００２３】
図９は、インテリジェント固定基準ステーション（即ち、能動的サブステーション）のセンサーと送信器のアレイの斜視図である。自身の位置を知っているインテリジェント測量標として機能するので、この装置は、他の同様のサブステーション又はマスターステーションと交信することができる。図９の装置は、光又は超音波信号の様な何らかの電磁信号を送信し、受信し、及び方向を決め直すことができる。図９のインテリジェント固定基準ステーションは、照準及び読み取り装置も有している水平方向スピニングレーザー２０２を備えている。スピニングレーザー２０２が、バーコード読み取り装置又はグラフィック読み取り装置としても働く。また、図９の固定基準ステーションは、更に、動的反射器／プリズム２０４を備えている。反射器／プリズム２０４は、コアーナーキューブプリズム、可動プリズム、及びホログラフィック光学素子を備えている。更に、図９の基準ステーションは、センサー受信器２０６と無線通信送信器及び受信器２０８を包含している。最後に、図９の基準ステーションは、電子機器を収納し装置を一体に保持するためのハウジング２１０を備えている。
【００２４】
図１０Ａは、装置の正面図を示し、図１０Ｂは、装置の左側面図を示している。図示されている装置は、ライカディスト（Leica Disto）装置、又は同様のレーザー距離測定装置であってもよい。これは、電子距離測定装置２５０用の、電動式遠隔制御式パン・チルト架台２５４である。ガントリー２５２の動きは、ジョイステック、マウス、タッチパッド、キー、スタイラス、デジタイザーを介してシステムソフトウェアによって、又はジャイロスコープ又は慣性測定ユニット入力を使用して、制御することができる。図示されているカメラ架台２５４は、電動式遠隔制御式パン・チルト架台である。これは、非電動式の手動治具としても機能することができる。これにより、距離、バーコード、又はグラフィックを精密に読み取り、及び特定の所在位置を精密に指し示す能力を得ることができる。
【００２５】
図１１Ｂは、ディスプレイ３０６の上方に、プリズム３０４（例えば、３６０°コーナーキューブプリズム）が取り付けられている、手持ち式コンピュータステーション３００の上面概略図である。図１１Ａは、内蔵されるか又は取り付けられているレーザー距離測定装置３０２と、キーボード／キーパッド３０８と、を備えている手持ち式コンピュータ３００の斜視図を示している。空間、その中の物体及び／又は構造体、及び他の情報の、Ｎ次元グラフィック表示は、ディスプレイ３０６に現れる。コンピュータは、普通、ユーザーに保持されている。プリズム３０４の機能は、位置特定装置の役目を果たすことであり、つまり、それは、光信号を受信し、反射することができ、他の装置が手持ち式コンピュータステーション３００の所在位置を突き止めることができるようにしているという意味である。図１１Ｃは、図１１Ｂの手持ち式装置の側面図である。図１１Ｃでは、コンピュータは、嵌め込まれた支持部３１０を用いて立たされている。支持部３１０は、三脚として構成されていてもよい。マスターステーション（又はサブステーション）は、上で論じた様に、プリズム３０４と光学的に交信することにより、手持ち式コンピュータ３００の所在位置を突き止めることができる。手持ち式コンピュータ３００の所在位置を突き止めてしまえば、システム全体が、手持ち式コンピュータを操作しているユーザーの（ＸＹＺ座標の中の）所在位置を知る。更に、ユーザーは、マスターステーション、サブステーション、及び固定基準点に対するユーザーの位置を知る。そこで、ユーザーが現場の中を移動していくと、システムは、手持ち式コンピュータ３００のプリズム３０４を追跡することによって、ユーザーが移動していることに気づく。手持ち式コンピュータ３００は、而して、ＧＰＳシステムが自動車で使用されているやり方とほぼ同じやり方で、ユーザーを案内して空間の中を移動することができるようにするナビゲーションツールとして使用することができる。
【００２６】
図１２は、図１１の手持ち式コンピュータのディスプレイの説明図である。ＣＡＤ図面（又は地図）３１２に、ユーザーの位置を示しているマーカー３１４がオーバーレイされている。マーカーの横には、ユーザーの現在位置の座標が、「あなたはここにいます」という言葉の真下に示されている。更に、ユーザーが目標位置３１６を選定すれば、これも画面に現れることになっている。ユーザーからコマンドが発せられると直ぐに、手持ち式コンピュータは、ユーザーを、（例えば、自動車のＧＰＳと同様のやり方で音声コマンドを発することによって）目標位置に導く。ユーザーが目標に向かって動くか又は目標から離れると、ＣＡＤ地図も移動し、「あなたはここにいます」標識は、地図上にユーザーの現在位置を示す。画面ズーム制御も見られる。加えて、ユーザーは、地図（例えば、配管工事又は電気工事を示しているもの）の様々な層（例えば、層３１８）を選択することが許容されている。ディスプレイは、選択された目標までの現在距離も示している。基準ステーションの位置は表示されている。日付及び時間も表示されている。上記全てが、本発明のシステムの構成要素であるソフトウェアを使用して達成される。
【００２７】
ロボットレーザー距離測定マスターステーション制御ソフトウェアは、マスターステーション、サブステーション及び本発明のシステムの他の機器と交信する能力を備えた（コマンドを送る及び／又はコマンドを受信する）手持ち式、ラップトップ型、タブレット型、又はデスクトップ型コンピュータ内に設置されている。ソフトウェアは、動作可能なように、コマンドを送り、マスターステーションから返されるテレメトリを受信する。ソフトウェアは、マスターステーションのファームウェアに、マスターステーションに、特定のタスク（例えば、特定の方向に旋回する、特定の角度位置まで上昇又は下降する、可視レーザーポインタをオン又はオフにする、距離又は角度を測定する、など）を実行することを命じるコマンドを送る。マスターステーションは、要求された機能を実行することによって応え、次に、実行又は測定テレメトリをソフトウェアに返送する。
【００２８】
ソフトウェアには、建設又は建築産業の市場内で使用するために構築されたグラフィッカルユーザーインタフェースの狙いがある。ソフトウェアは、建設タスクの特定の読み取り及び書き込みを迅速に実行するように工夫されている。ソフトウェアは、自動車又は他の車両でナビゲーションに利用されているＧＰＳシステムの見た目と感じを真似ている。ユーザーは、建設中の建物を表現しているＣＡＤ図面の中を進んでいく。先に論じたように、ソフトウェアは、マスターステーションと組み合わせて使用され、リアルタイム（読み取り）で、現存の建築様式の施工完了時調査を２Ｄ又は３ＤのＣＡＤ図面の形態で作成する。ソフトウェアは、リアルタイムで、２Ｄ又は３ＤのＣＡＤ図面から建設作業までナビゲートしてレイアウトするために使用される。
【００２９】
ソフトウェアの特徴には、以下の事項が含まれており、即ち、
ａ．「あなたはここにいます」が、画面に表示される。
【００３０】
ｂ．ＸＹＺ座標の中のプリズム追跡モード中又は可視レーザーポインティングモード中が、画面に表示される。
【００３１】
ｃ．「能動的レーザーポインティングモード」又は「３Ｄマウス在空間モード」では、レーザーは、マウスが空間内をどこに移動しようとも追従又は追跡する。
【００３２】
ｄ．空間内の目標又点が選択されると、現在地から「目標までの距離」が画面に表示される。
【００３３】
ｅ．反射器無しモードとプリズム追跡モードの間を継ぎ目なく移動する。
【００３４】
ｆ．プリズム追跡モードでは、可視レーザーを発射する。
【００３５】
ｇ．位置制御及びズーム制御は、「ゴースト表示」される（図面に重ねて表示され、やや透明であるか又は透けて見える）。
【００３６】
ｈ．代わりの図面又は図面層へのアクセスが利用可能である。
【００３７】
ｉ．パワーサーチ又はマスターステーション呼び出し機能がある（マスターステーションは、プリズムの所在位置を能動的に探索する手続きに従う）。
【００３８】
図１３は、垂直方向に上下を指す可視レーザーポイント３２２を有している三脚取り付け式プリズムポール３２０の概略図である。プリズムポールは、レーザーポイントの一部である内蔵型電子距離測定装置を更に備えている。図１３の装置３２０は、別のプリズムポール、即ち、プリズムポール３３０、プリズム３２８、及びレーザーポインタ／距離測定装置３３２を備えている短尺ポール架台３４０までの距離を測定している。装置３２０は、地面からの高さを求めるために、鉛直レーザービーム３２４を放射する。２つのプリズム３２６、３２８を整列させて、両プリズムの間の距離を測定する。
【００３９】
図１４は、ロボットマスターステーション４００が、地面に起伏があって水平になっていない場合に、自身の方位と位置を同地面からどのようにして割り出すことができるかを示している。これを果たすために、機器は、４つのレーザービームを地面に向ける。レーザービームの内の３つのビーム４０４は、三脚の３本の脚の基部に方向決めされる。第４のレーザービーム４０２は、垂直方向下向きに方向決めされた鉛直ビームである。三脚の脚基部に方向決めされた３つのビーム４０４は、装置の平面方位を割り出す。鉛直ビームは、機器から同平面までの垂直距離を割り出す。同点から、地面に対する機器の精密な方位と所在位置が分かる。マスターステーション４００の残りの動作は、図２に示しているマスターステーションと同様である。
【００４０】
図１５Ａから図１５Ｄは、マスターステーション又はサブステーション構造を、どの様にして地面の上方に懸垂することができ、どの様にして建設現場などの多次元空間を、固定基準及び他の装置までの距離を上から測定しながら、横断することができるかを示している。図１５Ａと１５Ｂは、レイル駆動式システムを示している。図１５Ａは、ジャイロ安定化ユニット５０６が最上部に搭載されたマスターステーション５００である。安定化ユニット５０６は、レイルスロット５０４を有するガントリー５０２（望ましくは、コンピュータ制御式又はソフトウェア駆動式ガントリーであれば望ましい）に取り付けられている。図１５Ｂは、マスターステーション又はサブステーション５１２を滑動可能に取り付けるためにレイル５０１を使用した別のレイル取り付け装置を示している。図１５Ｃと１５Ｄは、それぞれ、ケーブル駆動式とホバー駆動式のステーション、５２４と５３０を示しており、ケーブル５２０とホバー５３２は、それぞれのステーション別に示されている。図１６は、ケーブル５０３を有するケーブル駆動式装置に適合させた、図１５Ａの装置を示している。
【００４１】
図１７は、ロボット車両ステーションの底部又はロボットアームに取り付けられるツールを示している。これらの装置は、所定の命令に従って、表面にマーキングするのに使用されるものである。図１７Ａは、ばね押し突き錐のヘッドを示しており、図１７Ｂは、ばね押しマーカー又は塗料棒のヘッドを示している。
【００４２】
普通は、プリズムポールは手持ち式であり、従って、保持している人物の手が震えると動いてしまう。プリズム又はステーションのジャイロ安定化は上で論じた。或る代わりの安定化技法を、図１８Ａと１８Ｂに示す。
【００４３】
図１８Ａと１８Ｂは、プリズム６０８を備えたポール６０２の或る代わりの安定化装置を示している。図１８Ａにはポール全体を、そして、図１８Ｂには安定化装置を、示している。安定化装置６００は、ポール６０２を通すための２つの開口部と、ハンドル６０４と、を有している周囲を囲まれた室であり、安定化装置は、三脚６１０に支持されている。周囲を囲まれた室６００の中で、ポールは、図示の様に糸６０６によるか、又は扉の動きを減速するために用いられるものと同様の粘性液減衰ロッドによるかの何れかのやり方で、懸垂されている。減衰ロッドは、効果を発揮させるために、臨界減衰状態に設定されている。ポールは、地球の中心を指すように、底部を重り６１２で重くしている。従って、重り６１２は重錘の役目を果たしている。
【００４４】
図１９Ａと図１９Ｂは、更に別の安定化機構を示している。これは変更を加えたジャイロスコープ機構である。図１９Ａは、安定化ヘッド７０２とヘッド７０２の下方に取り付けられているプリズム７０４と、を備えているポール７００全体を示している。ヘッド７０２の概略図は、図１９Ｂに示している。ヘッド７０２内には、Ｘ及びＹ方向性ジャイロスコープが配置されており、Ｚ方向の安定化を図るために電子プロセッサ７１０（例えば、ファジー論理プロセッサ）が使用されている。この装置は、ポールを保持しているユーザーによって引き起こされる振動及び精度不良を無効にする。図１９Ａと１９Ｂに示されているジャイロ安定化ポールは、プリズムのためのより一貫性がありより安定したプラットフォームを作り出すことを意図している。電子機器は、ポールの安定性を高めるために、リアルタイムでジャイロの回転速度を制御する。
【００４５】
図２０Ａと図２０Ｂは、スピニングレーザーと無線送信器及び受信器を備えているマスターステーション８０１と、スピニングレーザーと無線送信器及び受信器とプリズム８１２を備えているサブステーション８１０の組み合せを使用する方法を示している。無線送信器と受信器は、マスターステーションとサブステーション共に、各ステーション内に配置されており、而して、図２０Ａと２０Ｂには図示していない。この組合せの利点及び機能性をここで説明する。このシステムは、距離を測定し、ユーザーが多次元空間内を進んで行くのを支援するのに、マスターステーションモジュールから独立させて又はそれに代えて使用することを意図している。スピニングマスターステーション８０１は、ＣＡＤ図面又はデジタル化図面による作業現場に関するナビゲーションと測定を目的として、ＸＹＺ座標測定値と位置三角測量データを無線コンピュータ装置に配信することができる。
【００４６】
スピニングマスターステーション８０１は、２つの距離測定レーザーと２つのプリズム照準レーザーを備えた読み取り装置及び測定装置であり、前記レーザーは全て装置エンクロージャの上側部分に搭載されている。図２０にはマスターステーション８００の上面図も示しており、距離測定レーザー８００Ａ、８００Ｂと、プリズム照準レーザー８００Ｃ、８００Ｄは、全て、マスターステーション８００の最上部分内に搭載されている。プリズム照準レーザーは、その照準線内の物体に印刷されているバーコード情報を読み取ることができる。装置の下側部分内には、４つのパルス変調レーザー送信器と４つのレーザーデータ受信器センサーの装備が搭載されており、それら８つのレーザーの１つを図２０Ａに８０４で示している。それらレーザーは、データを、その様な光信号を受信するためのセンサーを備えている１つ又はそれ以上の装置（例えば、マスターステーション又はサブステーション）に送信することができる。センサーは、パルス変調送信器から送られた情報を読み取り又は受信することができる。スピニングマスターステーションは、他の同様の装備を有するマスターステーション又はサブステーション又は固定基準と交信することができる。スピニングマスターステーション機構は、更に、自己水準測量に適合させることもできる。
【００４７】
スピニングサブステーション８１０は、装置エンクロージャの上側部分に搭載されている３６０度コーナーキューブプリズム８１２を有している。装置の下側部分内には、４つのパルス変調レーザー送信器と４つのレーザーデータ受信器センサーが搭載されており、その内の１つをレーザー８１４として示している。サブステーション８１０は、自己水準測量に適合させることもできる。図２０Ｂは、三脚８２６に載せられたマスターステーション８０１が三脚８２４に取り付けられているサブステーション８１０と交信しているところを示しており、つまり、両装置は、レーザービーム８２０と８２２を介して交信している。スピニングマスターステーション８０１とスピニングサブステーション８１０は、而して、パルス変調レーザーと受信器センサーを介して互いと通信することができる。それらは、識別表示、テレメトリー、及びコマンドをやりとりする。
【００４８】
図２０Ａは、プリズム送信器及び受信器アレイを備えている継続的に回転するマスターステーションの構造を示している。スピニングレーザーを、情報を送受信するためのプリズム送信器及び受信器アレイ並びにレーザーアレイ、及びプロセッサと付属回路とにこの様に組み合わせると、ロボットマスターステーションモジュール又はロボットセオドライトに置き換えることができるシステムになる。現在入手可能なスピニングレーザーのレベルを適合させることによって、装置は、多次元空間のＣＡＤ又は他の種類のグラフィカル表示を生成するために、多次元空間内のナビゲーションと測定を支援する無線コンピュータ装置に、ＸＹＺ座標測定値及び位置三角測量値を配信することができる。読み取り装置、測定器は、最上列に、２つのプリズム照準レーザービームと２つの距離測定レーザービームを備えている。読み取り装置、書き込み装置は、それぞれの装置の下側部分に、４つのデータ送信用レーザーと４つのレーザーデータ受信用センサーを備えている。ステーションのそれぞれは、更に、無線送信器及び受信器を備えていてもよい。
【００４９】
各ステーションは、以下の構成要素／機能性、即ち、
ａ．自己水準測量可視レーザー、
ｂ．レーザービームを介してデータを送る能力、
ｃ．レーザービームを介してデータを受信する能力、
ｄ．複数のプリズムまでの距離を測定する能力、
ｅ．戻り信号に基づきプリズム同士を区別する能力、
ｆ．情報を無線で送信する能力、を有していてもよい。
【００５０】
図２１Ａと図２１Ｂを参照すると、マスターステーション、サブステーション、又は固定基準点として機能することができる多数プリズムアッセンブリ及び識別装置９００が示されている。赤外線ストロボ９０２が、装置９００の最上部付近に取り付けられており、カラー電荷結合素子（ＣＣＤ）９０４が、装置のレンズ付近に取り付けられている。ＣＣＤ素子９０４は、装置９００の受信器の一部を形成している。送信及び受信用の赤外線光が使用され、光信号の受信には色の認知が使用されている。図２１Ｂでは、それぞれが個別の測量標又は固定基準点として機能している、多数のプリズム９０６が示されている。各プリズムは、異なる色の光を戻す。図２１Ｂでは、赤外線ストロボが赤外線ビーム９１２を放つと、赤外線光は、色付きプリズムに反射されて戻る。赤外線ビーム９１２は、視界の中の複数のプリズムの同時識別が行えるように、多数のプリズムに向かって扇状に広がっている。
【００５１】
図２１Ｂに示しているシステムは、カラー化プリズム認知システムと呼ぶことができ、高速マルチプリズム識別及び個別プリズム認知を配信することができる。現行のマスターステーション−プリズム関係と比較すると、カラー化マルチプリズム認知システムは、３つの目立った機能特性を有しており、即ち、
・各個別プリズムは、異なる色の二色性ガラスで構成されている。
【００５２】
・現在はマスターステーションモジュールの中に設置されている白黒ＣＣＤカメラチップは、マスターステーションモジュールの視界内のプリズムをカラーＣＣＤチップ９０４で迅速に探索する方法として、スプレッドビーム赤外線レーザーを利用したシステムと置き換えられる。白黒カメラチップをカラーＣＣＤチップに置き換えることにより、マスターステーションモジュールは、色同士を区別することができるようになり、而して、各プリズムは、個別に識別可能又はアドレス可能になる。現在は、マスターステーションモジュールの視界内のプリズムを探索するのに、赤外線レーザーは扇形パスで利用されているが、この方法は、一度に１つのプリズムしか識別することができない。
【００５３】
・赤外線ストロボ９０２又はフラッシュは、マスターステーションの視界内の多数のプリズムの数量と位置を同時に識別するために使用されている。
【００５４】
図２１（Ｂ）を参照すると、６つのプリズムが、装置９００の視界内に在る。マスターステーションとして動作している装置９００は、赤外線ストロボ光を放射している。プリズムの独自の色に基づいて、１つ１つのプリズムの位置が、一瞬にして知られる。
【００５５】
固定基準点又は測量標は、受動的であってもよいし又はインテリジェントであってもよい。受動的な固定基準点又は測量標は、プリズム又は反射器、印刷されたバーコード又はグラフィック、十字線標的、又、更には釘を備えていてもよい。受動的測量標の一例は、図２２に、バーコードが植え込まれたプリズムとして示されている。
【００５６】
以上、本発明について、詳細に、特定の実施形態を参照しながら説明してきたが、当業者には自明であるように、本発明には、本発明の精神及び範囲を逸脱すること無く、様々な変更及び修正を加えることができる。而して、本発明は、本発明の修正及び変型が、特許請求の範囲及びその等価物の範囲の中に含まれているのであれば、その様な修正及び変型を対象として範囲に含むものとする。
【符号の説明】
【００５７】
１０  加速度計クラスタ
１２  加速度計
１４  ハウジング
１６  外殻
２０、１５６、５００、８００、８０１  マスターステーション
２２  セオドライトハウジング
２４  レンズアッセンブリ
２４  三脚
２６、２１０  ハウジング
２８、３２、３４、４８、５０、７２、７４、９２、９４  レーザー
３０  可視レーザービーム
３２、５０、７２、９２  垂直方向スピニングレーザー
３４、４８、７４、９４  水平方向スピニングレーザ−
３６  垂直軸
３８、４０  レーザー掃引面
４２、７０、９０、１５８、１６０、１６２、８１０  サブステーション
４４、１０４、１２０  ロボットアーム
４６、６４、９８、１１２、１２６、３３２  レーザーポインタ
５４、８０、１００、６０２、７００  ポール
５８、７８、６１０、８２４、８２６  三脚
５６、６０、８２、９６、１１０、３０４、３２６、３２８、６０８、７０４、８１２、９０６  プリズム
６２、３２４  鉛直ビーム
６６  垂直ビーム
６８  ビーム
７６  ロボットセオドライトのヘッド
１０２  ヘッド部分
１０６  ロボットセオドライト
１０８  ツール箱
１１４  車両
１２２  切断ツール
１２４  塗装又は描画ツール
１２８  座標測定機械（ＣＭＭ）
１３０  穿孔、彫り込み、焼きツール
１４０、１４２、１４４、１４６、１４８、１５０、１５２  固定基準ステーション
１６４、３００  手持ち式コンピュータステーション
１６６  タブレット又はラップトップ
２０２  スピニングレーザー
２０４  反射器／プリズム
２０６  センサー受信器
２０８  無線通信送信器及び受信器
２５０  電子距離測定装置
２５２、５０２  ガントリー
２５４  架台
３０２  レーザー距離測定装置
３０６  ディスプレイ
３０８  キーボード／キーパッド
３１０  支持部
３２０、３３０  プリズムポール
４０２、４０４、８２０、８２２  レーザービーム
４００  ロボットマスターステーション
５０３、５２０  ケーブル
５０４  レイルスロット
５０６  安定化ユニット
５２４  ケーブル駆動式ステーション
５３０  ホバー駆動式ステーション
５３２  ホバー
６００  安定化装置
６０４  ハンドル
６０６  糸
６１２  重り
７０２  安定化ヘッド
７１０  電子プロセッサ
８００Ａ、８００Ｂ  距離測定レーザー
８００Ｃ、８００Ｄ  プリズム照準レーザー
８０４  レーザー
８１０  スピニングサブステーション
８１４  データ受信器センサー
９００  識別装置
９０２  赤外線ストロボ
９０４  カラー電荷結合素子（ＣＣＤ）
９１２  赤外線ビーム    
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年6月23日(2009.6.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムにおいて、
マスターステーションと、
前記マスターステーションと交信している少なくとも１つのサブステーションと、を備えており、
２つの前記ステーションは、前記マスターステーションが、自動的に、多次元空間のグラフィック表示をリアルタイムで生成することができるようにするため、前記多次元空間の中で行われた測定と識別に関する情報を交換する、システム。
【請求項２】
前記マスターステーションは、前記多次元空間内で複数の方向に少なくとも１つの測定信号を生成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記マスターステーションは、前記サブステーションが前記多次元空間内の距離を測定し所在位置を識別するように制御するため、送受信機を含んでいる、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記マスターステーションは、１）前記サブステーションによって送信された信号、２）前記サブステーションによって反射された信号、又は３）又は前記多次元空間内の或る基準点から反射された信号、を検出するためのセンサーを更に備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記マスターステーションは、１）前記多次元空間内の前記マスターステーションの位置、２）前記多次元空間内のサブステーションと構造物の位置、及び３）前記多次元空間の境界、を含む情報を作成するためのソフトウェアプログラムを実行するように構成されたプロセッサを更に備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記マスターステーションは、前記情報を利用して、前記多次元空間のグラフィック表示を生成し、前記グラフィック表示を、前記マスターステーションを操作しているユーザーに、リアルタイムで表示する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記少なくとも１つのサブステーションは、信号を反射し、前記マスターステーションに情報を送信する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記少なくとも１つのサブステーションは、可動式であり、前記マスターステーションによって制御することができるようになっている、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記サブステーションには、前記マスターステーションから受信したコマンドに基づいてタスクを実行するため、１つ又はそれ以上のロボットアームが装備されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記マスターステーションは、前記サブステーションが、前記多次元空間内で、塗装、点指示、特定点の所在位置を突き止める、マーキング、焼く、切る、溶接、穿孔、彫り込む、測定、テレメトリーをリアルタイムで送受信する、の中の何れか、又はそれらの何らかの組合せ、を含むタスクを実行するように制御する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記マスターステーションは、前記サブステーションにコマンドを送信して、前記サブステーションを前記多次元空間内の或る物体の目標所在位置へ導き、前記所在位置をマーキングして前記物体の配置と方位を表示させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記マスターステーションは、前記サブステーションにコマンドを送信して、前記多次元空間内の特定の所在位置へ導き、特定のタスクを実行させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記マスターステーションは、可動式又は固定式の装置である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記サブステーションは、可動式又は固定式の装置である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
方法において、
ａ．マスターステーションと少なくとも１つのサブステーションを構造物所在位置に位置決めする段階と、
ｂ．前記マスターステーションから複数の方向に少なくとも１つの測定信号を生成する段階と、
ｃ．前記信号の前記少なくとも１つのサブステーションからの反射が前記マスターステーションに戻れるようにする段階と、
ｄ．前記サブステーションから反射された信号に関係している空間データを、前記マスターステーションからプロセッサに送信する段階と、
ｅ．前記プロセッサに関係づけられているコンピュータソフトウェアを使用して、見ている者に、前記構造物の一部分の寸法情報を表示することができるグラフィック表示を生成する段階と、
ｆ．前記見ている人に、前記グラフィック表示を前記所在位置においてリアルタイムで表示する段階と、を備えている方法。
【国際調査報告】
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