专利名称：位置测量系统、用于位置测量的处理装置和处理方法
技术领域：
本发明涉及一种位置测量系统、用于位置测量的处理装置以及用于位置测量的处 理方法。
背景技术：
提出了各种技术作为测量物体的三维位置的手段。例如，JP-A-2005-537583披露 了一种确定物体在三维空间中的位置和方向的技术。根据此技术，搜索相互之间的距离和 几何(构造)已知的基准点，并且确定相对于基准点而言位置和方向已知的任意点的位置 或任意线的方向。将标记(基本标识)置于基准点处，并且使用计算机装置计算标记的位 置和标记所固定的装置的方向。确定标记的位置的方法包括使用至少一个照相机拍摄标记 的步骤、生成标记的图像的步骤、搜索标记的像素坐标的步骤以及使用基准数据根据像素 坐标计算标记的位置的步骤。JP-A-2008-58204披露了一种可以以高精度简单地测量目标 的位置和方向的技术。根据此技术，利用从布置在矩形卡片顶点处的多个LED光源(基本 标识)发射的光形成光环图像，并且利用摄像器件检测该光环图像，并且基于检测信息和 各个光源的位置关系测量每个光源的位置。

发明内容
本发明的目的是提供这样一种位置测量系统、用于位置测量的处理装置以及用于 位置测量的处理方法即使当具有相关作用部分的区域旋转或被遮挡时，也能够利用设置 在与该区域不同的另一区域中的基本标识来确定所述作用部分的三维位置。为了达到上述目的，根据本发明的第一方面，提供一种位置测量系统，包括第一 标识组，其具有安装到物体的第二区域上并且具有一定位置关系的三个或更多个标识，所 述物体包含具有作用部分的第一区域和与所述第一区域连续的所述第二区域；摄像装置， 其具有拍摄所述第一标识组的图像的二维摄像元件；记录装置，其记录所述作用部分相对 于所述第一标识组的坐标；以及处理装置，其利用基于所述摄像装置所拍摄的所述第一标 识组的图像而确定的所述第一标识组的位置和角度以及记录在所述记录装置中的所述作 用部分相对于所述第一标识组的坐标来计算所述作用部分的三维位置。根据本发明的第二方面，提供了如本发明第一方面所述的位置测量系统，其中，所 述第一标识组安装到保持部件上，所述保持部件可拆卸地安装在所述第二区域上。根据本发明的第三方面，提供了如本发明第二方面所述的位置测量系统，其中，所 述第一标识组通过沿着所述第一区域的方向悬伸的支撑部件而安装到所述保持部件上。根据本发明的第四方面，提供了如本发明第一至第三方面中任一方面所述的位置 测量系统，其中，所述第一区域是人的手，并且所述第二区域是人的前臂。根据本发明的第五方面，提供了如本发明第一至第四方面中任一方面所述的位置 测量系统，其中，当将所述作用部分设置在位于某一位置的辅助工具的位置处时，利用基于 所述摄像装置所拍摄的所述第一标识组的图像而确定的所述第一标识组的位置和角度来
4计算所述作用部分相对于所述第一标识组的坐标。根据本发明的第六方面，提供了如本发明第一至第四方面中任一方面中所述的位 置测量系统，其中，当将所述作用部分设置在安装有第二标识组的辅助工具的位置处时，利 用所述摄像装置拍摄所述第一标识组的图像和所述第二标识组的图像，并且利用基于所述 第一标识组的图像和所述第二标识组的图像而确定的所述第一标识组的位置和角度以及 所述第二标识组的位置和角度来计算所述作用部分相对于所述第一标识组的坐标，其中所 述第二标识组包括具有一定位置关系的三个或更多个标识。根据本发明的第七方面，提供了如本发明第五或第六方面所述的位置测量系统， 其中，在某一时刻(预定时刻)执行对所述作用部分相对于所述第一标识组的坐标的计算， 并且将所计算出的数值作为所述作用部分相对于所述第一标识组的坐标而记录在所述记 录装置中。根据本发明的第八方面，提供了如本发明第五或第六方面所述的位置测量系统， 还包括显示器，其显示在某一时刻执行对所述作用部分相对于所述第一标识组的坐标的 计算的指示。根据本发明的第九方面，提供了如本发明第五至第八方面中任一方面中所述的位 置测量系统，其中，所述辅助工具具有指示器，所述指示器指示开始计算所述作用部分相对 于所述第一标识组的坐标。根据本发明的第十方面，提供一种用于位置测量的处理装置，包括测量单元，其 利用标识组的位置和角度以及位于物体的第一区域的作用部分相对于所述标识组的坐标 来测量所述作用部分的三维位置，所述物体包括所述第一区域和与所述第一区域连续的第 二区域，所述标识组具有安装到所述第二区域上并且具有一定位置关系的三个或更多个标 识，其中，基于具有二维摄像元件的摄像装置所拍摄的所述标识组的图像确定所述标识组 的所述位置和角度，并且从记录装置中读出所述作用部分的所述坐标。根据本发明的第十一方面，提供一种用于位置测量的处理方法，包括确定步骤， 确定标识组的位置和角度，所述标识组具有安装到物体的第二区域上并且具有一定位置关 系的三个或更多个标识，所述物体包含具有作用部分的第一区域和与所述第一区域连续的 所述第二区域，其中，基于具有二维摄像元件的摄像装置所拍摄的所述标识组的图像执行 所述确定步骤；读出步骤，读出记录在记录装置中的所述作用部分相对于所述标识组的坐 标；以及计算步骤，利用所确定的所述标识组的位置和角度以及所读出的所述作用部分相 对于所述标识组的坐标来计算所述作用部分的三维位置。在本发明第一方面的位置测量系统中，即使当具有作用部分的区域旋转或被遮挡 时，也可以利用设置在另一区域中的所述基本标识来确定所述作用部分的三维位置。在本发明第二方面的位置测量系统中，与不具有本发明的任何构造的位置测量系 统相比，可以提高所述系统的使用效率。在本发明第三方面的位置测量系统中，与不具有本发明的任何构造的位置测量系 统相比，可以减小所述基本标识被另一物体干扰的可能性。在本发明第四方面的位置测量系统中，即使当具有作用部分的手旋转或被遮挡 时，也可以利用所述基本标识确定所述作用部分的三维位置。在本发明第五方面的位置测量系统中，与不具有本发明的任何构造的位置测量系统相比，可以容易地计算出所述作用部分相对于所述标识组的坐标。在本发明第六方面的位置测量系统中，可以提高计算所述作用部分相对于所述标 识组的坐标的自由度。在本发明第七方面的位置测量系统中，可以更新所述作用部分相对于所述标识组 的坐标。在本发明第八方面的位置测量系统中，可以促进所述作用部分相对于所述标识组 的坐标的更新。在本发明第九方面的位置测量系统中，与不具有本发明的任何构造的位置测量系 统相比，可以容易地发出开始计算所述作用部分相对于所述标识组的坐标的指示。在本发明第十方面的用于位置测量的处理装置中，即使当具有作用部分的区域旋 转或被遮挡时，也可以利用设置在另一区域中的所述基本标识确定所述作用部分的三维位置。在本发明第十一方面的用于位置测量的处理方法中，即使当具有作用部分的区域 旋转或被遮挡时，也可以利用设置在另一区域中的所述基本标识确定所述作用部分的三维 位置。


基于以下各图详细地说明本发明的示例性实施例，其中图1为示出根据本发明的位置测量系统的示例性实施例的简图；图2A和2B为示出将用于标识组的保持部件固定到前臂上的方式的简图，其中，图 2A为前臂沿纵向的主要部分的截面图，并且图2B为示出前臂沿横向的主要部分的截面图；图3为示出标识组的构造实例和用于拍摄标识组的图像的摄像装置实例的简图；图4为示出计算具有三个或更多个基本标识的标识组的三维位置的方法实例的 简图；图5为示出当将个人计算机(PC)用作处理装置时用于位置测量的处理装置的实 例的框图；图6为示出在用于位置测量的处理装置中执行的处理实例的流程图；图7A和7B为示出将标识组固定到保持部件上的方式的另一实例的侧视图和顶视 图；图8A和8B为示出标识组上的作用部分的坐标的侧视图和顶视图；图9A和9B为示出确定标识组上的作用部分的坐标的方法实例的简图；图10为示出辅助工具的另一实例的简图；图IlA和IlB为辅助工具的另一实例的侧视图和顶视图；图12A和12B为示出辅助工具的另一实例的侧视图和顶视图；以及图13为示出辅助工具的另一实例的简图。
具体实施例方式下面，将参考

根据本发明的示例性实施例。图1为示出根据本发明的位置测量系统的示例性实施例的简图。
将以人的手和前臂为例来说明本示例性实施例。然而，本发明不限于本示例性实 施例，而是可以应用于人的足部和小腿、机器人的手部和臂部、机器或工具的操作部分和用 于操作部分的支撑部分等。图1示出了上肢(物体)4，其包含具有作用部分10的人的手(第一区域)1和与 手1连续的前臂(第二区域)2。与前臂2连续的上臂3也包含在上肢4中。如图1所示， 根据本示例性实施例的位置测量系统包括标识组5，其具有安装到前臂2上并且具有一定 位置关系的三个或更多个基本标识；摄像装置6，其具有用于拍摄标识组5的图像的二维摄 像元件；记录装置7，其用于记录作用部分10相对于标识组5的坐标；以及处理装置8，其利 用记录在记录装置7中的作用部分10相对于标识组5的坐标以及基于由摄像装置6拍摄 的标识组5的图像而获得的标识组5的位置和角度来计算作用部分10的三维位置。后面 将说明标识组5的构造。将标识组5安装到可以可拆除地安装在前臂2上的诸如带等保持部件9上，然而， 不限于此方式。可以将个人计算机(PC)用作处理装置8，然而，本发明不限于此方式。可 以独立于处理装置8单独设置记录装置7，然而，记录装置7可以包含在PC中。处理装置8 可以与用于显示处理装置的处理结果的显示装置11等连接。在图1中，作用部分10例如指当用手1抓握物品时的抓握位置。然而，本发明不 限于此方式，而是也可以是与抓握位置相关联的另一位置。标识组5安装在前臂2上的位 置不限于特定位置，然而，优选的是安装标识组5的位置在纵向上比前臂2的中心部分靠近 上臂3。这是因为，当手1绕着前臂2的纵向轴线旋转时，可使旋转运动难以传递到安装在 前臂2上的标识组5。期望的是，标识组5位于前臂2的桡骨18 —侧。这是因为，无论手的 旋转运动如何，标识组5均可容易地保持在摄像装置6的摄像范围内。如上所述，根据本示例性实施例，利用摄像装置6拍摄标识组5的图像，基于相关 图像确定标识组5的位置和角度，并且可以利用上述数值和记录在记录装置7中的作用部 分10相对于标识组5的坐标来测量作用部分10的三维位置。在将标识组5安装到手1的 背面来测量作用部分10的位置的情况下，手1的旋转使得标识组5同样地旋转，从而使得 标识组5脱离摄像装置6的摄像范围。然而，在将标识组5安装到前臂2上的情况下，即使 手1旋转，标识组5的旋转程度也小于前述情况下的旋转程度，从而使得标识组5可以保持 在摄像装置6的摄像范围内。此外，当将标识组5安装到手1的背面时，如果手1在手动作 业过程中到达某物后面，则标识组5将脱离摄像装置6的摄像范围。然而，当将标识组5安 装到前臂2上时，即使手1到达某物后面，前臂2也不会被遮挡，从而使得标识组5可以保 持在摄像装置6的摄像范围内。图2A和2B为示出将用于标识组的保持部件固定到前臂上的方式的实例的简图， 其中，图2A为前臂沿纵向的主要部分的截面图，并且图2B为前臂沿横向的主要部分的截面 图。在本示例性实施例中，将磁体14安装到覆盖前臂2的织物13 —侧，并且将磁体15安 装到安装有标识组5的保持部件9 一侧。当保持部件9靠近织物13时，磁体14与磁体15 彼此吸引，由此前臂2与标识组5可以彼此定位。在此情况下，磁体14和磁体15中之一可 以由诸如铁等铁磁性材料形成。可以将两端具有钩环扣件的诸如带、橡胶等可自由伸缩的 环状部件用作保持部件9，从而将保持部件9可拆卸地固定到前臂2上。将标识组5固定到 保持部件9上的方式没有特定限制，然而，例如可以使用粘结剂、磁体、螺丝、卡合结构、钩环扣件等将标识组5安装到保持部件9上。图3为示出标识组的构造实例和用于拍摄标识组的图像的摄像装置的实例的简 图。如图3所示，标识组5具有诸如卡片等基板53和安装在基板53的四个角部并且位置 关系已知的四个基本标识al、a2、a3、a4。可以将诸如LED等光源用作基本标识，然而，本发 明不限于此方式。可以使用逆反射板替代光源，并且可以设置用于照射逆反射板的照明装 置。此外，可以使用具有特有形状的图案图像。摄像装置6具有用于拍摄标识组5的图像 的二维摄像元件61，并且例如可以使用通用数码照相机。处理装置8基于由摄像装置6拍 摄的标识组5的图像来计算标识组5的位置和角度。将说明在处理装置8中执行的处理操 作的实例。图4为示出计算具有三个或更多个基本标识的标识组的三维位置的方法实例的 简图。在下面的说明中，将基本标识作为由LED等构成的光源进行说明。在本示例性实施 例中，例如将四个光源布置在正方形的角部，并且考虑分别包含四个光源中的三个光源的 两种组合。利用每种组合的三个点从下面的计算中导出两个解。关于两个解中的一个，所 有光源的位置表示同一值，于是将此解设定为正解，由此可以确定标识组的位置和角度。首先，在图4中，基于照相机的光学中心63与光源(基本标识)al、a2、a3的图像 平面(照相机的二维摄像元件平面)62上的每个图像位置cl、c2、c3之间的关系导出在照 相机坐标系中从照相机的光学中心63到光源位置的方向向量di(i = 1，2，3)。这里，di表 示归一化的单位向量。当由pl、p2、p3表示光源al、a2、a3的空间中的位置向量时，这些位置向量分别存 在于方向向量di的延伸线上。因此，当由tl、t2、t3表示这些位置向量的系数时，可以得到 下面的表达式pi = tl · dl, p2 = t2 · d2, p3 = t3 · d3 …表达式 1初始已知三角形的形状，于是三角形的边长表示如下(表达式2)plp2 = Llp2p3 = L2...表达式 2p3pl = L3此外，得到下面的表达式。在表达式中，“ α ”表示乘方。


(tlxl-t2x2) a 2+(tlyl-t2y2)八 2+(tlzl_t2z2) ^ 2 = Ll (t2x2-t3x3) a 2+(t2y2-t3y3)八 2+(t2z2_t3z3) ^ 2 = L2 (t3x3-tlxl) a 2+(t3y3-tlyl)八 2+(t3z3-tlzl) ^ 2 = L3
2 2 2
.表达式3
通过依次整理表达式3，得到下面的表达式4 tl A 2-2tlt2 (xlx2+yly2+zlz2) +t2 ^ 2-L1 ^2 = 0 t2 a 2-2t2t3 (x2x3+y2y3+z2z3) +t3 ^ 2-L2 ^2 = 0 t3 a 2-2t3tl (x3xl+y3yl+z3zl) +tl ^ 2-L3 ^2 = 0
· ·表达式4
此外，得到下面的表达式5。在表达式中，“ sqrt ”表示平方根。 tl = Al · t2士sqrt((Al ^ 2-1) · t2 ^ 2+L1 ^ 2) t2 = A2 · t3士sqrt((A2 八 2-1) · t3 八 2+L2 八 2)
t3 = A3 · tl士sqrt((A3 ^ 2-1) · tl^ 2+L3 ^ 2)...表达式 5这里，在下面的方程6中表示A 1、A2、A3。Al = xlx2+yly2+zlz2A2 = x2x3+y2y3+z2z3A3 = x3xl+y3yl+z3zl...表达式 6由于存在实数解，因此表达式5的平方根的内部为正，于是得到下面的表达式7 tl ^ sqrt(L3 ^ 2/(1-A3 ^ 2))t2 ^ sqrt(Ll ^ 2/(1_Α1 ^ 2))...表达式 7t3 ^ sqrt (L2 ^ 2/(l_A2 ^ 2))将满足此条件的实数tl、t2和t3依次代入表达式5，并且计算表达式5满足的全 部数值tl、t2和t3。随后，根据上述表达式1计算pl、p2和p3，即光源(基本标识)的三 维位置。在三个光源的情况下，得到两个解。在本示例性实施例中，设置四个光源，于是对 三个光源(基本标识)的其他组合，例如al、a3和a4的组合等执行相同的计算，由此针对 每种组合导出两个解。关于两个解中的一个，所有的光源位置表示同一值，于是将此解选为 正解。如上所述，可以确定标识组的位置。在三个光源的情况下，例如可以选择两个解的平 均值或较靠近已知初始值的一个解作为待计算的解。可以基于上面所确定的三维位置来确 定标识组的角度作为标识组的方向。此外，在记录装置7中记录作用部分10相对于标识组5的三维坐标(XI，Yl, Zl) (偏移坐标)。处理装置8利用作用部分10相对于标识组5的三维坐标(XI，Yl, Zl)和上 面所计算出的标识组的三维位置和角度来计算作用部分10的三维位置。后面将说明计算 作用部分10相对于标识组5的坐标(X1，Y1，Z1)的方式。基本标识(光源)的三维位置的 计算方法不限于上述方法，而是可以为另外的方法。图5为示出当将个人计算机(PC)用作用于位置测量的处理装置时用于位置测量 的处理装置的实例的框图。在本示例性实施例中，用于位置测量的处理装置8构造为PC 80，并且装备有输入单元81，其用于输入由摄像装置6的二维摄像元件61拍摄的标识组5 的图像；中央处理单元(CPU)82，其基于所输入的图像计算标识组5的三维位置和角度中至 少之一；以及输出单元83，其用于将计算出的标识组5的三维位置和角度中至少之一输出 到诸如监视器等显示装置11。记录装置7与PC 80连接，并且在记录装置7与PC 80之间 接收/发送信息。记录装置7记录作用部分10相对于标识组5的坐标(X1，Y1，Z1)，然而， 也可以记录在PC 80中执行的程序和在PC 80中使用的各种信息。在本示例性实施例中， 记录装置7构造为与PC 80的外部连接的装置，然而，也可以构造为PC 80的内部装置(存 储器)。图6为示出在用于位置测量的处理装置中执行的处理实例的流程图。根据参考图 4所进行的上述说明执行本示例性实施例的处理。首先，在步骤41中输入由摄像装置拍摄 的标识组5的图像信息。随后，在步骤42中基于标识组5的图像信息来计算每个基本标识 的三维位置。在步骤43中，基于每个基本标识的三维位置来计算标识组5的位置和角度。 在步骤44中，利用标识组5的位置和角度以及作用部分10相对于标识组5的坐标来计算作用部分10的三维位置。图7A和7B为示出将标识组固定到保持部件上的方式的另一实例的侧视图和顶视 图。在本示例性实施例中，通过沿着手1的纵向悬伸的支撑部件12将标识组5安装到保持 部件9上。相应地，当从摄像装置6看标识组5时，可以防止头或帽子干扰设置在标识组5 中的基本标识。图8A和8B为示出作用部分相对于标识组的坐标的侧视图和顶视图。如上所述，作 用部分10例如对应于手1抓握物品的抓握位置。将说明相对于标识组5的作用部分(抓 握位置)10的计算方法。如上所述，可以通过如上所述的摄像装置(照相机)6确定标识组 5的位置和角度。不仅可以计算标识组5的基准点的坐标，而且可以计算标识组5的四个角 部的坐标。此外，还可以计算当标识组5沿着特定方向延伸时标识组5的末端的位置。将 如上所述从标识组5看到的坐标系称为“标识组坐标系”。为了区别于此坐标系，将从照相 机看到的坐标称为“照相机坐标”。这里，将标识组5安装在前臂2的上臂侧根部，并且将作 用部分10确定为标识组坐标系中的坐标(X1，Y1，Z1)。在此情况下，如图8Α和8Β所示，难 以且无法精确地利用标尺等测量手掌上的作用部分10相对于安装在前臂2的上臂侧根部 上的标识组5的沿着三维Χ、Υ、Ζ方向的位移。因此，下面将说明计算和确定作用部分相对 于标识组的坐标的方法。图9Α和9Β为示出确定作用部分相对于标识组的坐标的方式的实例的简图。在 本示例性实施例中，获取表示固定在照相机坐标系中并且坐标已知的夹具(在下文中称作 “辅助工具”)21的抓握位置，由此得知标识组5与辅助工具21之间的相对位置。通过就标 识组坐标系而言计算该相对位置而得到的数值对应于上述三维坐标(XI，Yl, Zl)。本示例 性实施例的辅助工具21具有能够被抓取的鼠标状形状，然而，本发明不限于此形状。为了 得知辅助工具21的位置，可以将辅助工具21设置在如图9Α所示的已确定的位置处。在此 情况下，利用当将作用部分10设置在辅助工具21的已知位置处时基于摄像装置所拍摄的 标识组的图像而确定的标识组的三维位置和角度来计算作用部分相对于标识组的坐标。或 者，如图9Β所示，将另一标识组19安装到辅助工具21上以测量辅助工具21的位置。在此 情况下，利用安装到前臂2的标识组5和安装到辅助工具21的标识组19两者的三维位置 和角度来计算作用部分相对于标识组的坐标，其中基于当将作用部分10设置在辅助工具 21的下述位置，即具有相互位置关系已知的三个或更多个基本标识的标识组所安装的位置 时摄像装置所拍摄的标识组5的图像和摄像装置所拍摄的标识组19的图像来确定上述两 标识组各自的三维位置和角度。辅助工具21的目的在于将可自由移动的手(手指或手腕)设置在辅助工具上，由 此更加精确地读出相对于标识组的偏移量。因此，可以针对辅助工具考虑各种样式。图10为示出辅助工具的另一实例的简图。在本实例中，着色或带有图案的抓握部 分28设置在杆状辅助工具27的纵向某一中点处。当已知抓握部分28的位置时，通过用 手1抓住抓握部分28可以将作用部分10设置在已知的位置处。当抓握部分28的位置未 知时，将图9Β所示的标识组19安装到抓握部分28上，并且可以利用摄像装置6测量抓握 部分28的位置。相应地，可以如图9Α 9Β中的情况一样来计算作用部分相对于标识组的 坐标。利用安装到辅助工具上的开关或者通过用未执行抓握位置计算的手或足部执行切换 操作来开始计算抓握位置(作用部分)。在大约两秒内完成操作以得到预定数量的测量值(以得到大约一百个测量值的平均值)，并且通过屏幕显示、声音(包含语音)或辅助工具 的振动通知测量的结束。可以以有线方式或无线方式(包含无线鼠标)执行切换操作。图IlA和IlB为辅助工具的另一实例的侧视图和顶视图。本实例的任一辅助工具22设计为类似于手枪的抓握形状，然而，本发明不限于此 方式。当将辅助工具22设计为手枪状时，可以将扳机23的位置视为当抓握小的零件时(作 用部分16)的位置，并且可以将保持部分24的位置视为当抓握大的物品时(作用部分17) 的位置。在此情况下，也可以以与上述相同的方式计算作用部分16和作用部分17相对于 标识组5的坐标。图12A和12B为辅助工具的另一实例的侧视图和顶视图。本实例的任一辅助工具25具有布置在左右两侧和上下两侧的具有一定宽度的分 隔板。将手(手指)放入由分隔板包围的空间中以将抓握位置限制在一定的范围内。相应 地，将由分隔板包围的空间的特定位置表示为抓握位置(作用部分26)，由此可以以与上述 相同的方法计算从标识组到抓握位置的坐标(XI，Yl, Zl)。抓握位置(作用部分)不必对 应于实际抓握物体的位置，由于本发明的目的是无论具有高自由度的手指或手腕的运动如 何均可确定手掌附近一定水平的固定距离的位置，因此抓握位置也可以位于辅助工具(分 隔板)25的内侧或外侧。此外，辅助工具25可以不是分隔板，而也可以是圆筒状体。图13为示出辅助工具的另一实例的简图。在本实例的辅助工具30中，如图13所 示，从辅助工具主体31延伸出板状或杆状部件32，并且将标识组33固定到部件32的末端。 对标识组33的三维位置预先设定校正值(偏移值)，以使标识组33的三维位置对应于图13 所示的作用部分(抓握位置)34的位置。最初，标识组5的三维位置不包含任何校正值，而 直接对应于标识组5的位置。这里，如图13所示，通过手掌沿着与标识组33相反的方向抓 握辅助工具主体31，由此对标识组5赋予校正值进而计算作用部分34的位置。优选的是， 固定标识组33使得标识组33与作用部分34间隔大约IOcm或更长的距离，从而使得当从 摄像装置(照相机)看去时标识组33不会被手1遮挡。接下来，将说明抓握位置(作用部分)的校正。在本示例性实施例中，在将标识 组5安装到前臂2上的情况下执行作业。因此，在作业过程中，作用部分10的位置可能从 作用部分10相对于标识组5的最初记录的三维坐标(偏移坐标)发生位移。为了校正此 位移，期望在作业开始时或作业过程中再次执行对上述作用部分10的坐标的计算，并且利 用新的三维坐标(XI，Yl, Zl)计算作用部分10的位置。在此情况下，在预定的时刻(时间 点)执行作用部分10相对于标识组5的坐标的计算，并且将所计算出的数值作为作用部分 10相对于标识组5的坐标而记录到记录装置7中。此外，期望设置用于指示当经过固定时 间时或在作业中断时应该进行上述校正的显示单元。也就是说，显示单元显示在预定的时 刻执行对作用部分10相对于标识组5的坐标的计算的指示。可以通过设置发光、发出声音 等的专用显示单元来进行这种情况的指示。可以在诸如监视器等显示装置11上显示文字、 图形等，或者可以从PC输出指示声音来代替使用该显示单元。当将诸如开关等指示器添加 到辅助工具上并且操作指示器时，或者当通过摄像装置6从标识组5的位置识别出手靠近 辅助工具并且标识组的偏移量减小到特定值或更低时，可以开始计算作用部分相对于标识 组的坐标(偏移坐标)。可以通过使计算机执行下述程序来执行对上述作用部分的位置的计算。也就是说，该程序使得计算机执行下述三个步骤。使得计算机执行第一个步骤即，确定标识组的 位置和角度，其中该标识组具有位置关系已知并且安装到物体的第二区域上的三个或更多 个基本标识，该物体包含具有作用部分的第一区域和与第一区域连续的上述第二区域。基 于具有二维摄像元件的摄像装置所拍摄的标识组的图像确定标识组的位置和角度。使得计 算机执行第二个步骤即，读出记录在记录装置中的作用部分相对于标识组的坐标。此外， 使得计算机执行第三个步骤即，利用所计算出的标识组的位置和角度以及所读出的作用 部分相对于标识组的坐标来计算作用部分的三维位置。在上述示例性实施例中，将程序存 储在PC的外部记录装置中。然而，也可将此程序存储在PC的内部存储器中或由通信单元 通过网络提供该程序。 出于解释和说明的目的提供了本发明的示例性实施例的前述说明。其本意并不是 穷举或将本发明限制为所公开的确切形式。显然，对于本技术领域的技术人员可以进行许 多修改和变型。选择和说明该示例性实施例是为了更好地解释本发明的原理及其实际应 用，因此使得本技术领域的其他技术人员能够理解本发明所适用的各种实施例并预见到适 合于特定应用的各种修改。目的在于通过所附权利要求及其等同内容限定本发明的范围。
权利要求
一种位置测量系统，包括第一标识组，其具有安装到物体的第二区域上并且具有一定位置关系的三个或更多个标识，所述物体包含具有作用部分的第一区域和与所述第一区域连续的所述第二区域；摄像装置，其具有拍摄所述第一标识组的图像的二维摄像元件；记录装置，其记录所述作用部分相对于所述第一标识组的坐标；以及处理装置，其利用基于所述摄像装置所拍摄的所述第一标识组的图像而确定的所述第一标识组的位置和角度以及记录在所述记录装置中的所述作用部分相对于所述第一标识组的坐标来计算所述作用部分的三维位置。
2.根据权利要求1所述的位置测量系统，其中，所述第一标识组安装到保持部件上，所述保持部件可拆卸地安装在所述第二区域上。
3.根据权利要求2所述的位置测量系统，其中，所述第一标识组通过沿着所述第一区域的方向悬伸的支撑部件而安装到所述保持部 件上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的位置测量系统，其中，所述第一区域是人的手，并且所述第二区域是人的前臂。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的位置测量系统，其中，当将所述作用部分设置在位于某一位置的辅助工具的位置处时，利用基于所述摄像装 置所拍摄的所述第一标识组的图像而确定的所述第一标识组的位置和角度来计算所述作 用部分相对于所述第一标识组的坐标。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的位置测量系统，其中，当将所述作用部分设置在安装有第二标识组的辅助工具的位置处时，利用所述摄像装 置拍摄所述第一标识组的图像和所述第二标识组的图像，并且利用基于所述第一标识组的 图像和所述第二标识组的图像而确定的所述第一标识组的位置和角度以及所述第二标识 组的位置和角度来计算所述作用部分相对于所述第一标识组的坐标，其中所述第二标识组 包括具有一定位置关系的三个或更多个标识。
7.根据权利要求5所述的位置测量系统，其中，在某一时刻执行对所述作用部分相对于所述第一标识组的坐标的计算，并且将所计算 出的数值作为所述作用部分相对于所述第一标识组的坐标而记录在所述记录装置中。
8.根据权利要求6所述的位置测量系统，其中，在某一时刻执行对所述作用部分相对于所述第一标识组的坐标的计算，并且将所计算 出的数值作为所述作用部分相对于所述第一标识组的坐标而记录在所述记录装置中。
9.根据权利要求5所述的位置测量系统，还包括显示器，其显示在某一时刻执行对所述作用部分相对于所述第一标识组的坐标的计算 的指示。
10.根据权利要求6所述的位置测量系统，还包括显示器，其显示在某一时刻执行对所述作用部分相对于所述第一标识组的坐标的计算 的指示。
11.根据权利要求5所述的位置测量系统，其中，所述辅助工具具有指示器，所述指示器指示开始计算所述作用部分相对于所述第一标识组的坐标。
12.根据权利要求6所述的位置测量系统，其中，所述辅助工具具有指示器，所述指示器指示开始计算所述作用部分相对于所述第一标 识组的坐标。
13.一种用于位置测量的处理装置，包括测量单元，其利用标识组的位置和角度以及位于物体的第一区域的作用部分相对于所 述标识组的坐标来测量所述作用部分的三维位置，所述物体包括所述第一区域和与所述第 一区域连续的第二区域，所述标识组具有安装到所述第二区域上并且具有一定位置关系的 三个或更多个标识，其中，基于具有二维摄像元件的摄像装置所拍摄的所述标识组的图像确定所述标识组 的所述位置和角度，并且从记录装置中读出所述作用部分的所述坐标。
14.一种用于位置测量的处理方法，包括确定步骤，确定标识组的位置和角度，所述标识组具有安装到物体的第二区域上并且 具有一定位置关系的三个或更多个标识，所述物体包含具有作用部分的第一区域和与所述 第一区域连续的所述第二区域，其中，基于具有二维摄像元件的摄像装置所拍摄的所述标 识组的图像执行所述确定步骤；读出步骤，读出记录在记录装置中的所述作用部分相对于所述标识组的坐标；以及计算步骤，利用所确定的所述标识组的位置和角度以及所读出的所述作用部分相对于 所述标识组的坐标来计算所述作用部分的三维位置。
全文摘要
本发明公开了一种位置测量系统、用于位置测量的处理装置和处理方法，所述位置测量系统包括标识组，其具有位置关系已知并且安装到物体的第二区域上的三个或更多个基本标识，所述物体包含具有作用部分的第一区域和与所述第一区域连续的所述第二区域；摄像装置，其具有拍摄所述标识组的图像的二维摄像元件；记录装置，其记录所述作用部分相对于所述标识组的坐标；以及处理装置，其利用基于所述摄像装置所拍摄的所述标识组的图像而确定的所述标识组的位置和角度以及记录在所述记录装置中的所述作用部分相对于所述标识组的坐标来计算所述作用部分的三维位置。
文档编号G01B11/00GK101929839SQ20101000280
公开日2010年12月29日 申请日期2010年1月8日 优先权日2009年6月24日
发明者佐口泰之, 堀田宏之, 谷田和敏 申请人:富士施乐株式会社