位置決め装置
【課題】位置決め機構により二次元平面内で位置決めされる位置決め対象物の、装置内での可動範囲を拡張できる位置決め装置を提供する。
【解決手段】墨出し装置１０（位置決め装置）は、スタンプ部１４（位置決め対象物）をｘ´−ｙ´平面（二次元平面）内で位置決めするｘ−ｙ調整機構３０と、ｘ−ｙ調整機構３０を、ｘ´−ｙ´平面と直交する回転支軸４２の周りに回転させる回転角調整機構４０と、を備えることを特徴とする。この墨出し装置１０において、回転支軸４２は、ｘ´−ｙ´平面の中心からずれて配されている。
【解決手段】墨出し装置１０（位置決め装置）は、スタンプ部１４（位置決め対象物）をｘ´−ｙ´平面（二次元平面）内で位置決めするｘ−ｙ調整機構３０と、ｘ−ｙ調整機構３０を、ｘ´−ｙ´平面と直交する回転支軸４２の周りに回転させる回転角調整機構４０と、を備えることを特徴とする。この墨出し装置１０において、回転支軸４２は、ｘ´−ｙ´平面の中心からずれて配されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置決め対象物を二次元平面内で位置決めする位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
天井面に墨出しを行う自律移動型の墨出しロボットが知られている（例えば、特許文献１参照）。この墨出しロボットは、天井面にマーキングする墨出し器を、ｘ軸及びｙ軸の方向に移動させることによりｘ−ｙ平面（二次元平面）内で位置決めするｘ−ｙテーブル（位置決め機構）を備えている。このため、墨出し器の位置が目標位置に接近するように、隅出しロボットを移動させた後、ｘ−ｙテーブルにより、墨出し器の位置と目標位置との誤差が減少するように墨出し器の位置を補正することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８―１５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上記墨出しロボットでは、ｘ−ｙテーブルのスライダを移動させるモータ等をｘ−ｙステージの周囲に設置する必要があり、このようなスペース上の制約により、ｘ−ｙテーブルにおけるスライダの移動範囲が制限される。従って、ロボット内部に、墨出し器等の位置決め対象物を移動させることができないデッドスペースが生まれる。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、位置決め機構により二次元平面内で位置決めされる位置決め対象物の、装置内での可動範囲を拡張できる位置決め装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る位置決め装置は、位置決め対象物を二次元平面内で位置決めする位置決め機構と、前記位置決め機構を、前記二次元平面と交差する回転軸の周りに回転させる回転機構と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
上記位置決め装置において、前記位置決め機構は、互いに直交する二軸に沿って矩形の前記二次元平面内で、前記位置決め対象物を移動させてもよく、その場合、前記回転軸は、前記矩形の二次元平面の中心からずらして配されていてもよい。
【０００８】
また、上記位置決め装置は、前記位置決め対象物の目標位置が前記二次元平面の範囲内に入るように、前記回転機構による前記位置決め機構の回転角を設定する回転角設定手段を備えてもよい。
【０００９】
また、上記位置決め装置において、前記位置決め対象物は、墨出し器であってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る位置決め装置によれば、位置決め機構により二次元平面内で位置決めされる位置決め対象物の、装置内での可動範囲を拡張できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係る墨出し装置を示す斜視図である。
【図２】位置調整機構を示す正面図である。
【図３】位置調整機構を示す側面図である
【図４】位置調整機構の作用を示す平面図である。
【図５】位置調整機構の作用を示す平面図である。
【図６】位置調整機構の作用を示す平面図である。
【図７】位置調整機構の作用を示す平面図である。
【図８】墨出しシステムを示す斜視図である。
【図９】ＰＣの概略構成を示すブロック図である。
【図１０】墨出しを行う現場の座標系を示す図である。
【図１１】現場の座標系（ｘ´−ｙ´座標系）と墨出し装置の座標系（ｕ−ｖ座標系）との関係を示す図である。
【図１２】ｕ−ｖ座標系とｘ´‐ｙ´座標系との関係を示す図である。
【図１３】トータルステーションにより墨出し装置の原点Ｏ´を計測してから、スタンプ部で地面にマークを押印するまでの処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、自律走行型の墨出し装置１０を示す斜視図である。この図に示すように、墨出し装置１０は、杭芯の打設位置を示すマークを地面に押印するスタンプ機構１２と、水平方向の位置調整を可能にスタンプ機構１２を支持する位置調整機構２０と、位置調整機構２０を支持するフレーム５０と、フレーム５０の底部に配された走行機構６０と、フレーム５０の上部に支持された一対の計測プリズム７０Ａ、７０Ｂとを備えている。
【００１３】
スタンプ機構１２は、上記マークが刻印されインクが充填されたスタンプ部１４と、スタンプ部１４を昇降させる昇降機構１６とを備えている。昇降機構１６は、スランプ部１４を鉛直方向（図中ｚ方向）に移動可能に支持するレール１６Ｒと、スタンプ部１４をレール１６Ｒに沿って移動させるモータ１６Ｍとを備えている。この昇降機構１６によりスタンプ部１４が地面まで下降されることにより上記マークが地面に押印される。
【００１４】
位置調整機構２０は、スタンプ機構１２を互いに直交する２方向（図中ｘ方向及びｙ方向）に移動させるｘ−ｙ調整機構３０と、ｘ−ｙ調整機構３０を鉛直軸周りの方向（図中θ方向）に回転させる回転角調整機構４０とを備えている。ｘ−ｙ調整機構３０は、昇降機構１６をモータ駆動によりｙ方向に移動させるｙ軸ステージ３２と、ｙ軸ステージ３２をモータ駆動によりｘ方向に移動させるｘ軸ステージ３４とを備えている。
【００１５】
ｙ軸ステージ３２は、ｙ方向に延び、昇降機構１６をｙ方向に移動可能に支持するレール３２Ｒと、昇降機構１６をレール３２Ｒに沿って移動させるモータ３２Ｍ（図２及び図３参照）とを備えている。また、ｘ軸ステージ３４は、ｘ方向に延び、レール３２Ｒをｘ方向に移動可能に支持するレール３４Ｒと、レール３２Ｒをレール３４Ｒに沿って移動させるモータ３４Ｍとを備えている。
【００１６】
また、回転角調整機構４０は、ｘ軸ステージ３４をフレーム５０の中段の台板５２に鉛直軸周りに回転自在に支持する回転支軸４２と、回転支軸４２をその軸心周りに回転させるモータ４４とを備えている。回転支軸４２は、フレーム５０の中心を通る鉛直軸上に配されている。
【００１７】
フレーム５０は、ｘ−ｙ調整機構３０の周囲に配された４本の脚部５４と、４本の脚部５４の上端に固定された円盤状の上記台板５２と、台板５２の周縁部に下端が固定された４本の脚部５６と、４本の脚部５４の上端に固定された円盤状の台板５８とを備えている。４本の脚部５４は、正方形状に配されている。また、台板５２上には、上記モータ４４やコントローラ１８等が設置されている。また、回転支軸４２は、台板５２の中心に回転自在に支持されている。また、台板５８上には、上記一対の計測プリズム７０Ａ、７０Ｂが設置されている。
【００１８】
走行機構６０は、複数の多方向移動ホイール（例えば、オムニホイール（登録商標））６２を備えている。多方向移動ホイール６２は、車輪本体の円周方向に複数の樽型の小輪が取り付けられた車輪であり、車輪本体の回転により前後方向に移動し、小輪の回転により左右方向に移動できるようになっている。各多方向移動ホイール６２に対応して不図示のモータが設けられており、各モータが個別に制御されることにより、走行機構６０及びその上に設置されているフレーム５０等の進行方向が制御される。
【００１９】
一対の計測プリズム７０Ａ、７０Ｂは、トータルステーション用のプリズム反射鏡であり、トータルステーションの本体から投射された測距測角用の光を反射してその本体へ送り返す。
【００２０】
図２は、位置調整機構２０を示す正面図である。また、図３は、位置調整機構２０を示す側面図である。図２に示すように、回転支軸４２の下端が、ｘ軸ステージ３４のレール３４Ｒの上面に固定されている。ここで、回転支軸４２の中心は、レール３４Ｒの長手方向中央部から一方側にずれた位置に配されている。また、レール３４Ｒの長手方向一方側にはモータ３４Ｍが設けられている。
【００２１】
また、図３に示すように、レール３４Ｒのスライダ３４Ｓが、レール３２Ｒの上面に固定されている。ここで、スライダ３４Ｓは、レール３２Ｒの長手方向中央部から一方側にずれた位置に配されている。また、レール３２Ｒの長手方向一方側にはモータ３２Ｍが設けられている。
【００２２】
また、レール３２Ｒのスライダ３２Ｓが、昇降機構１６のレール１６Ｒの上部に固定されている。ここで、スタンプ部１２は、レール１６Ｒよりもレール３２Ｒの長手方向一方側に配されている。また、回転角調整機構４０のモータ４４と回転支軸４２とは減速機構４６を介して連結されており、回転支軸４２の中心とモータ４４の回転軸とは互いにはずれて配されている。
【００２３】
図４から図７までは、位置調整機構２０の作用を示す平面図である。図４に示すように、位置調整機構２０では、回転支軸４２の中心を原点Ｏ´とするｘ´−ｙ´座標が設定されている。このｘ´−ｙ´座標は、回転支軸４２が回転することにより、図４に示す初期位置から原点Ｏ´の周りに回転する。なお、ｘ´−ｙ´座標のｘ´＞０，ｙ´＞０の領域を第１象限、ｘ´−ｙ´座標のｘ´＜０，ｙ´＞０の領域を第２象限、ｘ´−ｙ´座標のｘ´＜０，ｙ´＜０の領域を第３象限、ｘ´−ｙ´座標のｘ´＞０，ｙ´＜０の領域を第４象限という。
【００２４】
ｘ軸ステージ３４のレール３４Ｒは、ｘ´軸上に配されている。ｙ軸ステージ３２のレール３２Ｒは、ｙ´軸と平行に配されており、レール３４Ｒに沿ってｘ´方向に移動する。これにより、スタンプ機構１２がｘ´方向に移動する。また、スタンプ機構１２は、レール３２Ｒに沿ってｙ´方向に移動する。即ち、スタンプ部１４によるマークＭの押印位置が、図中破線のハッチングで示すｘ´−ｙ´平面Ａ内で移動する。
【００２５】
ここで、ｘ軸ステージ３４では、モータ３４Ｍがレール３４Ｒの長手方向一方側（図中−ｘ´側）に配され、ｙ軸ステージ３２では、モータ３２Ｍがレール３２Ｒの長手方向一方側（図中−ｙ´側）に配されている。このため、ｙ軸ステージ３２のレール３２Ｒの−ｘ´側への移動が制限され、スタンプ機構１２の‐ｙ´側への移動が制限される。従って、スタンプ機構１２の可動範囲であるｘ´−ｙ´平面Ａは、第１象限側に偏り、第２から第４象限では、ｘ´−ｙ´平面Ａに含まれない範囲が広くなる。
【００２６】
ここで、ｘ´−ｙ´平面Ａの中心は、第１象限に配されており、ｘ´−ｙ´平面Ａの回転中心である回転支軸４２は、ｘ´−ｙ´平面Ａの中心に対して第３象限側にずらして配されている。このため、ｘ´−ｙ´平面Ａの回転半径Ｒは、ｘ´−ｙ´平面Ａの中心から頂点までの距離（対角線の１／２の長さ）よりも長くなる。
【００２７】
図５は、ｘ−ｙ調整機構３０を図４に示す初期位置から９０°反時計周りに回転させた状態を示している。この図に示すように、ｘ´−ｙ´平面Ａは、第２象限側に偏り、第１、第３及び第４象限では、ｘ´−ｙ´平面Ａに含まれない範囲が広くなる。ここで、ｘ´−ｙ´平面Ａを図４に示す初期位置から反時計周り方向に回転させることにより、第１及び第２象限における上端の領域を、ｘ´−ｙ´平面Ａに含めることができる。
【００２８】
図６は、ｘ−ｙ調整機構３０を図４に示す初期位置から１８０°反時計周り方向に回転させた状態を示している。この図に示すように、ｘ´−ｙ´平面Ａは、第３象限側に偏り、第１、第２及び第４象限では、ｘ´−ｙ´平面Ａに含まれない範囲が広くなる。ここで、ｘ´−ｙ´平面Ａを図５に示す位置から反時計周り方向に回転させることにより、第２及び第３象限における左端の領域を、ｘ´−ｙ´平面Ａに含めることができる。
【００２９】
図７は、ｘ−ｙ調整機構３０を図４に示す初期位置から２７０°反時計周り方向に回転させた状態を示している。この図に示すように、ｘ´−ｙ´平面Ａは、第４象限側に偏り、第１から第３象限では、ｘ´−ｙ´平面Ａに含まれない範囲が広くなる。ここで、ｘ´−ｙ´平面Ａを図６に示す位置から反時計周り方向に回転させることにより、第３及び第４象限における下端の領域をｘ´−ｙ´平面Ａに含めることができる。
【００３０】
そして、図４に示すように、ｘ−ｙ調整機構３０を、図７に示す位置から反時計周り方向に回転させて初期位置に戻すことにより、第４及び第１象限における右端の領域を´−ｙ´平面Ａに含めることができる。以上、ｘ−ｙ調整機構３０を回転支軸４２の周りに回転させることにより、墨出し装置１０の内部でのスタンプ機構１２の可動範囲を拡張できる。
【００３１】
図８は、墨出し装置１０を用いた墨出しシステム１００を示す斜視図である。この図に示すように、墨出しシステム１００は、墨出し装置１０と、レーザーレンジファインダ（以下、ＬＲＦという）１１０と、トータルステーション１２０と、墨出し装置１０をコントロールするパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣという）１３０とを備えている。この墨出しシステム１００では、ＬＲＦ１１０で墨出し装置１０の位置を計測しながら、その計測値に基づいて墨出し装置１０を目標位置に向けて走行させる。その後、目標位置に向けて走行した墨出し装置１０の位置を、トータルステーション１２０で計測する。そして、その計測された位置と目標位置との誤差を補正するべく、位置調整機構２０を作動させる。そして、スタンプ部１４を下降させてマークＭを地面に押印する。以上で現場における墨出しが完了する。
【００３２】
トータルステーション１２０は、所定位置に設置された視準器１２２までの距離や、計測プリズム７０Ａ、７０Ｂまでの距離や、トータルステーション１２０の本体を始点として視準器１２２や計測プリズム７０Ａ、７０Ｂを終点とする各ベクトルの角度等に基づいて、計測プリズム７０Ａ、７０Ｂの位置を算出する。そして、トータルステーション１２０は、計測プリズム７０Ａ、７０Ｂの位置に基づいて、墨出し装置１０の原点Ｏ´の位置を算出する。
【００３３】
ＬＲＦ１１０は、レーザ距離計を鉛直軸の周りに回転させることによりレーザ光を水平方向に走査して、上記鉛直軸から被計測物の輪郭上の複数の計測点までの距離を計測する水平ラインスキャンタイプの１軸の光走査式測距装置である。レーザ光の走査とは、レーザ光の射出角度を順次変化させることにより、レーザ光で受光面を所定方向に順次なぞることである。ＬＲＦ２０は、所定角度（例えば、０．２５°）回転される毎に光源からレーザ光を射出し、反射されたレーザ光を受光部が受光して、上記鉛直軸から被計測物の輪郭上の計測点までの距離を計測する。
【００３４】
本実施形態における被計測物は、墨出し装置１０の上下の台板５２、５８の周りにシート材を固定することにより形成された半径ｒの円柱体形状のターゲット１１２である。また、ターゲット１１２の円周面１１２Ｂは、レーザ光の乱反射を抑制するべく低輝度仕上げされている。これにより、ＬＲＦ１１０の鉛直軸から円周面１１２Ｂ上の計測点までの距離を計測する際のノイズを低減できる。また、円周面１１２Ｂの色は、レーザ光の反射率を考慮して、黒等の暗色ではなく、白等の明色である。
【００３５】
図９は、墨出しシステム１００の概略構成を示すブロック図である。この図に示すように、ＰＣ１３０は、ＬＲＦ１１０及びトータルステーション１２０に無線ＬＡＮや通信ケーブル等により接続されている。ＰＣ１３０は、位置計測部１４０を備える。この位置計測部１４０は、分別部１４２を備える。この分別部１４２は、ＬＲＦ１１０から距離情報が送信された計測点のうち、前景領域としての円周面１１２Ｂ上の計測点と、背景領域としての円周面１１２Ｂの周辺領域における計測点とを背景差分法により分別する。
【００３６】
また、位置計測部１４０は、クラスタリング部１４４とノイズ除去部１４６とを備える。クラスタリング部１４４は、分別部１４２により前景領域に属すると判断された計測点に対して、最短距離法を用いてユーグリッド距離に基づいたクラスタリングを行う。また、ノイズ除去部１４６は、カルマンフィルタを用いて、クラスタリング部１４４によりクラスタリングされた多数の計測点のデータに含まれるノイズ成分を除去する。
【００３７】
また、位置計測部１４０は、推定部１４８を備える。この推定部１４８は、一定距離法や最小二条法や最尤法等の推定手法を用いて、クラスタリング部１４４によりクラスタリングされノイズ除去部１４６によりノイズ成分を除去された多数の計測点から、ターゲット１１２の中心位置を推定する。なお、推定部１４８による中心位置の推定は、予め入力されたターゲット１１２の円周面１１２Ｂのプロファイルデータに基づいて行われるものである。
【００３８】
ＰＣ１３０は、走行機構６０を制御する走行制御部１３２を備えている。この走行制御部１３２は、推定部１４８によって推定された墨出し装置１０の中心座標（原点Ｏ´）と、予め設定されている目標座標Ｒとに基づいて、墨出し装置１０の原点Ｏ´に対する目標座標Ｒの方向及び距離を算出し、算出した結果に基づいて走行機構６０の走行方向及び走行距離を設定する。これにより、墨出し装置１０が、目標座標Ｒに向けて移動する。
【００３９】
また、ＰＣ１３０は、位置調整機構２０を制御する位置調整制御部１３４を備えている。この位置調整制御部１３４は、トータルステーション１２０により計測された墨出し装置１０の原点Ｏ´の位置座標と、予め設定されている目標座標Ｒとに基づいて、墨出し装置１０の原点Ｏ´の位置座標に対する目標座標Ｒの方向及び距離を算出し、算出した結果に基づいてスタンプ機構１２の移動方向及び移動距離を設定する。これにより、スタンプ部１４が、目標座標Ｒまで移動する。
【００４０】
図１０は、墨出しを行う現場の座標系を示す図である。この図に示すように、墨出しを行う現場について、ＬＲＦ１１０の鉛直軸を原点Ｏとするｘ−ｙ座標が設定されている。このため、ＬＲＦ１１０は、ｘ−ｙ座標における原点Ｏから計測点までの距離を計測する。また、トータルステーション１２０は、ｘ−ｙ座標における墨出し装置１０の原点Ｏ´の位置を計測する。
【００４１】
トータルステーション１２０は、一対の計測プリズム７０Ａ、７０Ｂの位置（ｘａ，ｙａ）、（ｘｂ，ｙｂ）を計測し、その計測値に基づいて墨出し装置１０の原点Ｏ´（ｘｏ，ｙｏ）の位置を算出する。ここで、一対の計測プリズム７０の位置Ａ、Ｂ及び墨出し装置１０の原点Ｏ´は、ｘ−ｙ座標における絶対位置であり、原点Ｏ´（ｘｏ，ｙｏ）は下記（１）（２）式で表される。
【００４２】
図１１は、原点をＯ´（ｘｏ，ｙｏ）とする現場の座標系（ｘ´−ｙ´座標系）と墨出し装置１０の座標系（ｕ−ｖ座標系）との関係を示す図である。ｘ−ｙ座標系における目標座標Ｒ（ｘ，ｙ）は、移動ベクトルＯＯ´（ｘｏ，ｙｏ）で移動させ、回転角θだけ回転させることにより、下記（３）式で示すｕ−ｖ座標系における目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）に同次変換することができる。
【００４３】
そして、回転角θ＝‐θ´を代入して上記（３）式を逆行列に変換し、上記（１）（２）式で表す値を代入することにより、ｕ−ｖ座標系における目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）を下記（４）式のように表すことができる。
【００４４】
ここで、ｄｅｔＴ＝１であることから、ｕ−ｖ座標系における目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）は、下記（５）（６）式で表すことができる。
【００４５】
また、θ´は、ベクトルＯＡ´（（ｘａ−ｘｂ）／２，（ｙａ−ｙｂ）／２）と、ベクトルＯ´ｘ´の単位ベクトルすなわちベクトルＯｘの単位ベクトル（１，０）とのなす角であることから、ｃｏｓθ´とｓｉｎθ´とはそれぞれ下記（７）（８）式で表すことができる。但し、０≦θ´≦１８０°，ｙａ−ｙｂ≧０とする。
【００４６】
ここで、ｕ＜ｂｕ、ｕ＞ａｕかつｖ＜ｂｖ、ｖ＞ｂｖである場合に、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）は、ｕ−ｖ座標系の範囲外に位置する。この場合、走行制御部１３２は、ベクトルＯ´Ｒから、原点Ｏ´と目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）との距離と、原点Ｏ´に対する目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）の方向とを算出する。そして、走行制御部１３２は、算出した方向に算出した距離だけ走行機構６０を走行させる。これにより、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）がｕ−ｖ座標系の範囲内に入る。
【００４７】
一方、ｂｕ≦ｕ≦ａｕ、かつ、ｂｖ≦ｖ≦ａｖである場合に、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）は、ｕ−ｖ座標系の範囲内に位置する。この場合、位置調整制御部１３４は、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）の象限を判定する。
【００４８】
図１２は、ｕ−ｖ座標系とｘ´‐ｙ´座標系との関係を示す図である。この図に示すように、ｕ−ｖ座標系の第１象限は、０≦ｕ≦ａｕかつ０≦ｖ≦ａｖの領域であり、ｕ−ｖ座標系の第２象限は、ｂｕ≦ｕ＜０かつ０≦ｖ≦ａｖの領域である。また、ｕ−ｖ座標系の第３象限は、ｂｕ≦ｕ≦０かつＢＶ≦ｖ＜０の領域であり、ｕ−ｖ座標系の第４象限は、０＜ｕ＜ａｕかつｂｖ≦ｖ＜０の領域である。
【００４９】
位置調整制御部１３４は、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が、上述の第１〜第４象限の何れに位置するかを判定し、その判定結果に応じて、ｘ´−ｙ´座標系のｕ−ｖ座標系に対する回転角θ“を設定する。位置調整制御部１３４は、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が、第１象限に位置する場合には、回転角θ”を０°に設定する。この場合、ｕ−ｖ座標系とｘ´−ｙ´座標系とが一致することから、スタンプ部１４のｘ´−ｙ´座標系における座標（ｘ´，ｙ´）は（ｕ，ｖ）となる。
【００５０】
位置調整制御部１３４は、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が、第２象限に位置する場合には、回転角θ“を９０°に設定する。この場合、スタンプ部１４のｘ´−ｙ´座標系における座標（ｘ´，ｙ´）は（−ｖ，ｕ）となる。また、位置調整制御部１３４は、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が、第３象限に位置する場合には、回転角θ”を１８０°に設定する。この場合、スタンプ部１４のｘ´−ｙ´座標系における座標（ｘ´，ｙ´）は（−ｕ，−ｖ）となる。さらに、位置調整制御部１３４は、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が、第４象限に位置する場合には、回転角θ“を２７０°に設定する。この場合、スタンプ部１４のｘ´−ｙ´座標系における座標（ｘ´，ｙ´）は（ｖ，−ｕ）となる。
【００５１】
図１３は、トータルステーション１２０により墨出し装置１０の原点Ｏ´を計測してから、スタンプ部１４で地面にマークＭを押印するまでの処理を説明するためのフローチャートである。なお、上述したように、トータルステーション１２０による墨出し装置１０の原点Ｏ´を計測する前に、ＬＲＦ１１０で墨出し装置１０の位置を計測しながら、その計測値に基づいて墨出し装置１０を目標座標Ｒに向けて走行させる。
【００５２】
本処理ルーチンは、トータルステーション１２０により原点Ｏ´の位置が計測された後に開始されてステップ１へ移行する。ステップ１では、走行制御部１３２が、上記（１）〜（８）式に基づいて、ｘ−ｙ座標系における目標座標Ｒ（ｘ，ｙ）を、ｕ−ｖ座標系における目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）に同次変換する。次に、ステップ２では、走行制御部１３２が、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が、ｕ−ｖ座標系の範囲内であるか否か、即ち、ｂｕ≦ｕ≦ａｕかつｂｖ≦ｖ≦ａｖであるか否かを判定する。その結果、肯定判定された場合にはステップ３へ移行する一方、否定判定された場合にはステップ１０へ移行する。
【００５３】
ステップ１０では、走行制御部１３２が、ベクトルＯ´Ｒから、原点Ｏ´と目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）との距離と、原点Ｏ´に対する目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）の方向とを算出し、算出した方向に算出した距離だけ走行機構６０を走行させる。即ち、墨出し装置１０を目標座標Ｒに向けて移動させる。そして、ステップ２へ移行する。
【００５４】
ステップ３では、位置調整制御部１３４が、目標座標Ｒがｕ−ｖ座標系の第１〜第４象限の何れに位置するかを判定し、その判定結果に応じて、ｘ´−ｙ´座標系のｕ−ｖ座標系に対する回転角θ“を設定する。上述したように、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が第１象限に位置する場合、回転角θ”は０°に設定され、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が第２象限に位置する場合、回転角θ”は９０°に設定される。また、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が第３象限に位置する場合、回転角θ”は１８０°に設定され、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が第４象限に位置する場合、回転角θ”は２７０°に設定される。
【００５５】
次に、ステップ４では、位置調整制御部１３４が、ｘ−ｙ調整機構３０を作動させ、スタンプ機構１２をｘ´−ｙ´平面内でｘ´軸方向及びｙ´軸方向に移動させることにより、スタンプ機構１２を目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）まで移動させる。次に、ステップ５では、位置調整制御部１３４が、昇降機構１６を作動させ、スタンプ部１４を地面まで下降させ、地面にマークＭを押印させる。以上で処理ルーチンを終了する。
【００５６】
ところで、本実施形態に係る墨出し装置１０では、４本の脚部５４の内側における二次元平面内で、スタンプ機構１２が互いに直交する２方向へ移動するが、ｘ軸ステージ３４及びｙ軸ステージ３２の長手方向一方側にモータ３４Ｍ、３２Ｍが配されていることから、スタンプ機構１２のｘ軸ステージ３４及びｙ軸ステージ３２の長手方向一方側への移動が制限されている。これにより、ｘ軸ステージ３４及びｙ軸ステージ３２の長手方向一方側には、スタンプ機構１２をｘ軸ステージ３４及びｙ軸ステージ３２では移動させることができない、デットスペースが生まれる。
【００５７】
しかし、図４から図７に示すように、本実施形態に係る墨出し装置１０では、回転角調整機構４０で、ｘ軸ステージ３４及びｙ軸ステージ３２を、上記二次元平面を通る鉛直軸の周りに回転させることにより、スタンプ機構１２を上記デッドスペースに移動させることができる。従って、スタンプ機構１２の装置内での水平方向への可動範囲を拡張できる。
【００５８】
また、本実施形態に係る墨出し装置１０では、上記二次元平面の回転中心である回転支軸４２が、該二次元平面の中心からずらして配されている。このため、該二次元平面の回転半径Ｒが、該二次元平面の対角線の１／２の長さよりも長くなる。従って、回転支軸４２が該二次元平面の中心に配されている場合と比較して、該二次元平面の回転半径Ｒを拡大でき、以って、スタンプ機構１２の装置内での水平方向への可動範囲を拡張できる。
【００５９】
また、本実施形態に係る墨出し装置１０では、位置調整制御部１３４が、スタンプ部１４の目標位置が、墨出し装置１０の座標系におけるどの象限に位置するかを判定し、当該象限が上記二次元平面に含まれるように、ｘ−ｙ調整機構３０の回転角を設定する。これにより、スタンプ部１４の目標位置が、上記二次元平面の範囲内に入るように、ｘ−ｙ調整機構３０の回転角を自動調整できる。
【００６０】
なお、本実施形態では、インクでマークＭを押印するスタンプ型の墨出し器が、位置決め対象物であるマーキング形式の墨出し装置１０を例にとって本発明を説明した。しかし、レーザ墨出し器が、位置決め対象物であるレーザ形式の墨出し装置や、ドリルが位置決め対象物である加工装置等の他の装置にも本発明を適用可能である。
【００６１】
また、本実施形態では、二次元平面が水平であり、地面に墨出しを行う墨出し装置１０を例にとって本発明を説明した。しかし、二次元平面が鉛直であり、壁面に墨出しを行う墨出し装置や、天井に墨出しを行う墨出し装置等の他の墨出し装置にも本発明を適用可能である。
【００６２】
また、本実施形態では、墨出し装置１０を自律走行型としたが必須ではなく、手動走行型としてもよい。さらに、墨出し装置１０を目標位置まで移動させる際に、墨出し装置１０の位置を計測することは必須ではなく、また、墨出し作業をシステム化することも必須ではない。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 墨出し装置、１２ スタンプ機構、１４ スタンプ部（位置決め対象物、墨出し器）、１６ 昇降機構、２０ 位置調整機構、３０ ｘ−ｙ調整機構（位置決め機構）、３２ ｙ軸ステージ、３２Ｒ レール、３２Ｍ モータ、３４ ｘ軸ステージ、３４Ｒ レール、３４Ｍ モータ、４０ 回転角調整機構（回転機構）、４２ 回転支軸（回転軸）、４４ モータ、５０フレーム、５２ 台板、５４、５６ 脚部、５８ 台板、６０ 走行機構、６２ 多方向移動ホイール、７０Ａ、７０Ｂ 計測プリズム、１００ 墨出しシステム、１１０ ＬＲＦ、１１２ ターゲット、１１２Ａ 円周面、１２０ トータルステーション、１２２ 視準器、１３０ ＰＣ、１３２ 走行制御部、１３４ 位置調整制御部（回転角設定手段）、１４０ 位置計測部、１４２ 分別部、１４４ クラスタリング部、１４６ ノイズ除去部、１４８ 推定部、Ａ ｘ´‐ｙ´平面（二次元平面、矩形の二次元平面）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置決め対象物を二次元平面内で位置決めする位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
天井面に墨出しを行う自律移動型の墨出しロボットが知られている（例えば、特許文献１参照）。この墨出しロボットは、天井面にマーキングする墨出し器を、ｘ軸及びｙ軸の方向に移動させることによりｘ−ｙ平面（二次元平面）内で位置決めするｘ−ｙテーブル（位置決め機構）を備えている。このため、墨出し器の位置が目標位置に接近するように、隅出しロボットを移動させた後、ｘ−ｙテーブルにより、墨出し器の位置と目標位置との誤差が減少するように墨出し器の位置を補正することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８―１５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上記墨出しロボットでは、ｘ−ｙテーブルのスライダを移動させるモータ等をｘ−ｙステージの周囲に設置する必要があり、このようなスペース上の制約により、ｘ−ｙテーブルにおけるスライダの移動範囲が制限される。従って、ロボット内部に、墨出し器等の位置決め対象物を移動させることができないデッドスペースが生まれる。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、位置決め機構により二次元平面内で位置決めされる位置決め対象物の、装置内での可動範囲を拡張できる位置決め装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る位置決め装置は、位置決め対象物を二次元平面内で位置決めする位置決め機構と、前記位置決め機構を、前記二次元平面と交差する回転軸の周りに回転させる回転機構と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
上記位置決め装置において、前記位置決め機構は、互いに直交する二軸に沿って矩形の前記二次元平面内で、前記位置決め対象物を移動させてもよく、その場合、前記回転軸は、前記矩形の二次元平面の中心からずらして配されていてもよい。
【０００８】
また、上記位置決め装置は、前記位置決め対象物の目標位置が前記二次元平面の範囲内に入るように、前記回転機構による前記位置決め機構の回転角を設定する回転角設定手段を備えてもよい。
【０００９】
また、上記位置決め装置において、前記位置決め対象物は、墨出し器であってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る位置決め装置によれば、位置決め機構により二次元平面内で位置決めされる位置決め対象物の、装置内での可動範囲を拡張できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係る墨出し装置を示す斜視図である。
【図２】位置調整機構を示す正面図である。
【図３】位置調整機構を示す側面図である
【図４】位置調整機構の作用を示す平面図である。
【図５】位置調整機構の作用を示す平面図である。
【図６】位置調整機構の作用を示す平面図である。
【図７】位置調整機構の作用を示す平面図である。
【図８】墨出しシステムを示す斜視図である。
【図９】ＰＣの概略構成を示すブロック図である。
【図１０】墨出しを行う現場の座標系を示す図である。
【図１１】現場の座標系（ｘ´−ｙ´座標系）と墨出し装置の座標系（ｕ−ｖ座標系）との関係を示す図である。
【図１２】ｕ−ｖ座標系とｘ´‐ｙ´座標系との関係を示す図である。
【図１３】トータルステーションにより墨出し装置の原点Ｏ´を計測してから、スタンプ部で地面にマークを押印するまでの処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、自律走行型の墨出し装置１０を示す斜視図である。この図に示すように、墨出し装置１０は、杭芯の打設位置を示すマークを地面に押印するスタンプ機構１２と、水平方向の位置調整を可能にスタンプ機構１２を支持する位置調整機構２０と、位置調整機構２０を支持するフレーム５０と、フレーム５０の底部に配された走行機構６０と、フレーム５０の上部に支持された一対の計測プリズム７０Ａ、７０Ｂとを備えている。
【００１３】
スタンプ機構１２は、上記マークが刻印されインクが充填されたスタンプ部１４と、スタンプ部１４を昇降させる昇降機構１６とを備えている。昇降機構１６は、スランプ部１４を鉛直方向（図中ｚ方向）に移動可能に支持するレール１６Ｒと、スタンプ部１４をレール１６Ｒに沿って移動させるモータ１６Ｍとを備えている。この昇降機構１６によりスタンプ部１４が地面まで下降されることにより上記マークが地面に押印される。
【００１４】
位置調整機構２０は、スタンプ機構１２を互いに直交する２方向（図中ｘ方向及びｙ方向）に移動させるｘ−ｙ調整機構３０と、ｘ−ｙ調整機構３０を鉛直軸周りの方向（図中θ方向）に回転させる回転角調整機構４０とを備えている。ｘ−ｙ調整機構３０は、昇降機構１６をモータ駆動によりｙ方向に移動させるｙ軸ステージ３２と、ｙ軸ステージ３２をモータ駆動によりｘ方向に移動させるｘ軸ステージ３４とを備えている。
【００１５】
ｙ軸ステージ３２は、ｙ方向に延び、昇降機構１６をｙ方向に移動可能に支持するレール３２Ｒと、昇降機構１６をレール３２Ｒに沿って移動させるモータ３２Ｍ（図２及び図３参照）とを備えている。また、ｘ軸ステージ３４は、ｘ方向に延び、レール３２Ｒをｘ方向に移動可能に支持するレール３４Ｒと、レール３２Ｒをレール３４Ｒに沿って移動させるモータ３４Ｍとを備えている。
【００１６】
また、回転角調整機構４０は、ｘ軸ステージ３４をフレーム５０の中段の台板５２に鉛直軸周りに回転自在に支持する回転支軸４２と、回転支軸４２をその軸心周りに回転させるモータ４４とを備えている。回転支軸４２は、フレーム５０の中心を通る鉛直軸上に配されている。
【００１７】
フレーム５０は、ｘ−ｙ調整機構３０の周囲に配された４本の脚部５４と、４本の脚部５４の上端に固定された円盤状の上記台板５２と、台板５２の周縁部に下端が固定された４本の脚部５６と、４本の脚部５４の上端に固定された円盤状の台板５８とを備えている。４本の脚部５４は、正方形状に配されている。また、台板５２上には、上記モータ４４やコントローラ１８等が設置されている。また、回転支軸４２は、台板５２の中心に回転自在に支持されている。また、台板５８上には、上記一対の計測プリズム７０Ａ、７０Ｂが設置されている。
【００１８】
走行機構６０は、複数の多方向移動ホイール（例えば、オムニホイール（登録商標））６２を備えている。多方向移動ホイール６２は、車輪本体の円周方向に複数の樽型の小輪が取り付けられた車輪であり、車輪本体の回転により前後方向に移動し、小輪の回転により左右方向に移動できるようになっている。各多方向移動ホイール６２に対応して不図示のモータが設けられており、各モータが個別に制御されることにより、走行機構６０及びその上に設置されているフレーム５０等の進行方向が制御される。
【００１９】
一対の計測プリズム７０Ａ、７０Ｂは、トータルステーション用のプリズム反射鏡であり、トータルステーションの本体から投射された測距測角用の光を反射してその本体へ送り返す。
【００２０】
図２は、位置調整機構２０を示す正面図である。また、図３は、位置調整機構２０を示す側面図である。図２に示すように、回転支軸４２の下端が、ｘ軸ステージ３４のレール３４Ｒの上面に固定されている。ここで、回転支軸４２の中心は、レール３４Ｒの長手方向中央部から一方側にずれた位置に配されている。また、レール３４Ｒの長手方向一方側にはモータ３４Ｍが設けられている。
【００２１】
また、図３に示すように、レール３４Ｒのスライダ３４Ｓが、レール３２Ｒの上面に固定されている。ここで、スライダ３４Ｓは、レール３２Ｒの長手方向中央部から一方側にずれた位置に配されている。また、レール３２Ｒの長手方向一方側にはモータ３２Ｍが設けられている。
【００２２】
また、レール３２Ｒのスライダ３２Ｓが、昇降機構１６のレール１６Ｒの上部に固定されている。ここで、スタンプ部１２は、レール１６Ｒよりもレール３２Ｒの長手方向一方側に配されている。また、回転角調整機構４０のモータ４４と回転支軸４２とは減速機構４６を介して連結されており、回転支軸４２の中心とモータ４４の回転軸とは互いにはずれて配されている。
【００２３】
図４から図７までは、位置調整機構２０の作用を示す平面図である。図４に示すように、位置調整機構２０では、回転支軸４２の中心を原点Ｏ´とするｘ´−ｙ´座標が設定されている。このｘ´−ｙ´座標は、回転支軸４２が回転することにより、図４に示す初期位置から原点Ｏ´の周りに回転する。なお、ｘ´−ｙ´座標のｘ´＞０，ｙ´＞０の領域を第１象限、ｘ´−ｙ´座標のｘ´＜０，ｙ´＞０の領域を第２象限、ｘ´−ｙ´座標のｘ´＜０，ｙ´＜０の領域を第３象限、ｘ´−ｙ´座標のｘ´＞０，ｙ´＜０の領域を第４象限という。
【００２４】
ｘ軸ステージ３４のレール３４Ｒは、ｘ´軸上に配されている。ｙ軸ステージ３２のレール３２Ｒは、ｙ´軸と平行に配されており、レール３４Ｒに沿ってｘ´方向に移動する。これにより、スタンプ機構１２がｘ´方向に移動する。また、スタンプ機構１２は、レール３２Ｒに沿ってｙ´方向に移動する。即ち、スタンプ部１４によるマークＭの押印位置が、図中破線のハッチングで示すｘ´−ｙ´平面Ａ内で移動する。
【００２５】
ここで、ｘ軸ステージ３４では、モータ３４Ｍがレール３４Ｒの長手方向一方側（図中−ｘ´側）に配され、ｙ軸ステージ３２では、モータ３２Ｍがレール３２Ｒの長手方向一方側（図中−ｙ´側）に配されている。このため、ｙ軸ステージ３２のレール３２Ｒの−ｘ´側への移動が制限され、スタンプ機構１２の‐ｙ´側への移動が制限される。従って、スタンプ機構１２の可動範囲であるｘ´−ｙ´平面Ａは、第１象限側に偏り、第２から第４象限では、ｘ´−ｙ´平面Ａに含まれない範囲が広くなる。
【００２６】
ここで、ｘ´−ｙ´平面Ａの中心は、第１象限に配されており、ｘ´−ｙ´平面Ａの回転中心である回転支軸４２は、ｘ´−ｙ´平面Ａの中心に対して第３象限側にずらして配されている。このため、ｘ´−ｙ´平面Ａの回転半径Ｒは、ｘ´−ｙ´平面Ａの中心から頂点までの距離（対角線の１／２の長さ）よりも長くなる。
【００２７】
図５は、ｘ−ｙ調整機構３０を図４に示す初期位置から９０°反時計周りに回転させた状態を示している。この図に示すように、ｘ´−ｙ´平面Ａは、第２象限側に偏り、第１、第３及び第４象限では、ｘ´−ｙ´平面Ａに含まれない範囲が広くなる。ここで、ｘ´−ｙ´平面Ａを図４に示す初期位置から反時計周り方向に回転させることにより、第１及び第２象限における上端の領域を、ｘ´−ｙ´平面Ａに含めることができる。
【００２８】
図６は、ｘ−ｙ調整機構３０を図４に示す初期位置から１８０°反時計周り方向に回転させた状態を示している。この図に示すように、ｘ´−ｙ´平面Ａは、第３象限側に偏り、第１、第２及び第４象限では、ｘ´−ｙ´平面Ａに含まれない範囲が広くなる。ここで、ｘ´−ｙ´平面Ａを図５に示す位置から反時計周り方向に回転させることにより、第２及び第３象限における左端の領域を、ｘ´−ｙ´平面Ａに含めることができる。
【００２９】
図７は、ｘ−ｙ調整機構３０を図４に示す初期位置から２７０°反時計周り方向に回転させた状態を示している。この図に示すように、ｘ´−ｙ´平面Ａは、第４象限側に偏り、第１から第３象限では、ｘ´−ｙ´平面Ａに含まれない範囲が広くなる。ここで、ｘ´−ｙ´平面Ａを図６に示す位置から反時計周り方向に回転させることにより、第３及び第４象限における下端の領域をｘ´−ｙ´平面Ａに含めることができる。
【００３０】
そして、図４に示すように、ｘ−ｙ調整機構３０を、図７に示す位置から反時計周り方向に回転させて初期位置に戻すことにより、第４及び第１象限における右端の領域を´−ｙ´平面Ａに含めることができる。以上、ｘ−ｙ調整機構３０を回転支軸４２の周りに回転させることにより、墨出し装置１０の内部でのスタンプ機構１２の可動範囲を拡張できる。
【００３１】
図８は、墨出し装置１０を用いた墨出しシステム１００を示す斜視図である。この図に示すように、墨出しシステム１００は、墨出し装置１０と、レーザーレンジファインダ（以下、ＬＲＦという）１１０と、トータルステーション１２０と、墨出し装置１０をコントロールするパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣという）１３０とを備えている。この墨出しシステム１００では、ＬＲＦ１１０で墨出し装置１０の位置を計測しながら、その計測値に基づいて墨出し装置１０を目標位置に向けて走行させる。その後、目標位置に向けて走行した墨出し装置１０の位置を、トータルステーション１２０で計測する。そして、その計測された位置と目標位置との誤差を補正するべく、位置調整機構２０を作動させる。そして、スタンプ部１４を下降させてマークＭを地面に押印する。以上で現場における墨出しが完了する。
【００３２】
トータルステーション１２０は、所定位置に設置された視準器１２２までの距離や、計測プリズム７０Ａ、７０Ｂまでの距離や、トータルステーション１２０の本体を始点として視準器１２２や計測プリズム７０Ａ、７０Ｂを終点とする各ベクトルの角度等に基づいて、計測プリズム７０Ａ、７０Ｂの位置を算出する。そして、トータルステーション１２０は、計測プリズム７０Ａ、７０Ｂの位置に基づいて、墨出し装置１０の原点Ｏ´の位置を算出する。
【００３３】
ＬＲＦ１１０は、レーザ距離計を鉛直軸の周りに回転させることによりレーザ光を水平方向に走査して、上記鉛直軸から被計測物の輪郭上の複数の計測点までの距離を計測する水平ラインスキャンタイプの１軸の光走査式測距装置である。レーザ光の走査とは、レーザ光の射出角度を順次変化させることにより、レーザ光で受光面を所定方向に順次なぞることである。ＬＲＦ２０は、所定角度（例えば、０．２５°）回転される毎に光源からレーザ光を射出し、反射されたレーザ光を受光部が受光して、上記鉛直軸から被計測物の輪郭上の計測点までの距離を計測する。
【００３４】
本実施形態における被計測物は、墨出し装置１０の上下の台板５２、５８の周りにシート材を固定することにより形成された半径ｒの円柱体形状のターゲット１１２である。また、ターゲット１１２の円周面１１２Ｂは、レーザ光の乱反射を抑制するべく低輝度仕上げされている。これにより、ＬＲＦ１１０の鉛直軸から円周面１１２Ｂ上の計測点までの距離を計測する際のノイズを低減できる。また、円周面１１２Ｂの色は、レーザ光の反射率を考慮して、黒等の暗色ではなく、白等の明色である。
【００３５】
図９は、墨出しシステム１００の概略構成を示すブロック図である。この図に示すように、ＰＣ１３０は、ＬＲＦ１１０及びトータルステーション１２０に無線ＬＡＮや通信ケーブル等により接続されている。ＰＣ１３０は、位置計測部１４０を備える。この位置計測部１４０は、分別部１４２を備える。この分別部１４２は、ＬＲＦ１１０から距離情報が送信された計測点のうち、前景領域としての円周面１１２Ｂ上の計測点と、背景領域としての円周面１１２Ｂの周辺領域における計測点とを背景差分法により分別する。
【００３６】
また、位置計測部１４０は、クラスタリング部１４４とノイズ除去部１４６とを備える。クラスタリング部１４４は、分別部１４２により前景領域に属すると判断された計測点に対して、最短距離法を用いてユーグリッド距離に基づいたクラスタリングを行う。また、ノイズ除去部１４６は、カルマンフィルタを用いて、クラスタリング部１４４によりクラスタリングされた多数の計測点のデータに含まれるノイズ成分を除去する。
【００３７】
また、位置計測部１４０は、推定部１４８を備える。この推定部１４８は、一定距離法や最小二条法や最尤法等の推定手法を用いて、クラスタリング部１４４によりクラスタリングされノイズ除去部１４６によりノイズ成分を除去された多数の計測点から、ターゲット１１２の中心位置を推定する。なお、推定部１４８による中心位置の推定は、予め入力されたターゲット１１２の円周面１１２Ｂのプロファイルデータに基づいて行われるものである。
【００３８】
ＰＣ１３０は、走行機構６０を制御する走行制御部１３２を備えている。この走行制御部１３２は、推定部１４８によって推定された墨出し装置１０の中心座標（原点Ｏ´）と、予め設定されている目標座標Ｒとに基づいて、墨出し装置１０の原点Ｏ´に対する目標座標Ｒの方向及び距離を算出し、算出した結果に基づいて走行機構６０の走行方向及び走行距離を設定する。これにより、墨出し装置１０が、目標座標Ｒに向けて移動する。
【００３９】
また、ＰＣ１３０は、位置調整機構２０を制御する位置調整制御部１３４を備えている。この位置調整制御部１３４は、トータルステーション１２０により計測された墨出し装置１０の原点Ｏ´の位置座標と、予め設定されている目標座標Ｒとに基づいて、墨出し装置１０の原点Ｏ´の位置座標に対する目標座標Ｒの方向及び距離を算出し、算出した結果に基づいてスタンプ機構１２の移動方向及び移動距離を設定する。これにより、スタンプ部１４が、目標座標Ｒまで移動する。
【００４０】
図１０は、墨出しを行う現場の座標系を示す図である。この図に示すように、墨出しを行う現場について、ＬＲＦ１１０の鉛直軸を原点Ｏとするｘ−ｙ座標が設定されている。このため、ＬＲＦ１１０は、ｘ−ｙ座標における原点Ｏから計測点までの距離を計測する。また、トータルステーション１２０は、ｘ−ｙ座標における墨出し装置１０の原点Ｏ´の位置を計測する。
【００４１】
トータルステーション１２０は、一対の計測プリズム７０Ａ、７０Ｂの位置（ｘａ，ｙａ）、（ｘｂ，ｙｂ）を計測し、その計測値に基づいて墨出し装置１０の原点Ｏ´（ｘｏ，ｙｏ）の位置を算出する。ここで、一対の計測プリズム７０の位置Ａ、Ｂ及び墨出し装置１０の原点Ｏ´は、ｘ−ｙ座標における絶対位置であり、原点Ｏ´（ｘｏ，ｙｏ）は下記（１）（２）式で表される。
【００４２】
図１１は、原点をＯ´（ｘｏ，ｙｏ）とする現場の座標系（ｘ´−ｙ´座標系）と墨出し装置１０の座標系（ｕ−ｖ座標系）との関係を示す図である。ｘ−ｙ座標系における目標座標Ｒ（ｘ，ｙ）は、移動ベクトルＯＯ´（ｘｏ，ｙｏ）で移動させ、回転角θだけ回転させることにより、下記（３）式で示すｕ−ｖ座標系における目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）に同次変換することができる。
【００４３】
そして、回転角θ＝‐θ´を代入して上記（３）式を逆行列に変換し、上記（１）（２）式で表す値を代入することにより、ｕ−ｖ座標系における目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）を下記（４）式のように表すことができる。
【００４４】
ここで、ｄｅｔＴ＝１であることから、ｕ−ｖ座標系における目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）は、下記（５）（６）式で表すことができる。
【００４５】
また、θ´は、ベクトルＯＡ´（（ｘａ−ｘｂ）／２，（ｙａ−ｙｂ）／２）と、ベクトルＯ´ｘ´の単位ベクトルすなわちベクトルＯｘの単位ベクトル（１，０）とのなす角であることから、ｃｏｓθ´とｓｉｎθ´とはそれぞれ下記（７）（８）式で表すことができる。但し、０≦θ´≦１８０°，ｙａ−ｙｂ≧０とする。
【００４６】
ここで、ｕ＜ｂｕ、ｕ＞ａｕかつｖ＜ｂｖ、ｖ＞ｂｖである場合に、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）は、ｕ−ｖ座標系の範囲外に位置する。この場合、走行制御部１３２は、ベクトルＯ´Ｒから、原点Ｏ´と目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）との距離と、原点Ｏ´に対する目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）の方向とを算出する。そして、走行制御部１３２は、算出した方向に算出した距離だけ走行機構６０を走行させる。これにより、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）がｕ−ｖ座標系の範囲内に入る。
【００４７】
一方、ｂｕ≦ｕ≦ａｕ、かつ、ｂｖ≦ｖ≦ａｖである場合に、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）は、ｕ−ｖ座標系の範囲内に位置する。この場合、位置調整制御部１３４は、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）の象限を判定する。
【００４８】
図１２は、ｕ−ｖ座標系とｘ´‐ｙ´座標系との関係を示す図である。この図に示すように、ｕ−ｖ座標系の第１象限は、０≦ｕ≦ａｕかつ０≦ｖ≦ａｖの領域であり、ｕ−ｖ座標系の第２象限は、ｂｕ≦ｕ＜０かつ０≦ｖ≦ａｖの領域である。また、ｕ−ｖ座標系の第３象限は、ｂｕ≦ｕ≦０かつＢＶ≦ｖ＜０の領域であり、ｕ−ｖ座標系の第４象限は、０＜ｕ＜ａｕかつｂｖ≦ｖ＜０の領域である。
【００４９】
位置調整制御部１３４は、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が、上述の第１〜第４象限の何れに位置するかを判定し、その判定結果に応じて、ｘ´−ｙ´座標系のｕ−ｖ座標系に対する回転角θ“を設定する。位置調整制御部１３４は、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が、第１象限に位置する場合には、回転角θ”を０°に設定する。この場合、ｕ−ｖ座標系とｘ´−ｙ´座標系とが一致することから、スタンプ部１４のｘ´−ｙ´座標系における座標（ｘ´，ｙ´）は（ｕ，ｖ）となる。
【００５０】
位置調整制御部１３４は、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が、第２象限に位置する場合には、回転角θ“を９０°に設定する。この場合、スタンプ部１４のｘ´−ｙ´座標系における座標（ｘ´，ｙ´）は（−ｖ，ｕ）となる。また、位置調整制御部１３４は、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が、第３象限に位置する場合には、回転角θ”を１８０°に設定する。この場合、スタンプ部１４のｘ´−ｙ´座標系における座標（ｘ´，ｙ´）は（−ｕ，−ｖ）となる。さらに、位置調整制御部１３４は、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が、第４象限に位置する場合には、回転角θ“を２７０°に設定する。この場合、スタンプ部１４のｘ´−ｙ´座標系における座標（ｘ´，ｙ´）は（ｖ，−ｕ）となる。
【００５１】
図１３は、トータルステーション１２０により墨出し装置１０の原点Ｏ´を計測してから、スタンプ部１４で地面にマークＭを押印するまでの処理を説明するためのフローチャートである。なお、上述したように、トータルステーション１２０による墨出し装置１０の原点Ｏ´を計測する前に、ＬＲＦ１１０で墨出し装置１０の位置を計測しながら、その計測値に基づいて墨出し装置１０を目標座標Ｒに向けて走行させる。
【００５２】
本処理ルーチンは、トータルステーション１２０により原点Ｏ´の位置が計測された後に開始されてステップ１へ移行する。ステップ１では、走行制御部１３２が、上記（１）〜（８）式に基づいて、ｘ−ｙ座標系における目標座標Ｒ（ｘ，ｙ）を、ｕ−ｖ座標系における目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）に同次変換する。次に、ステップ２では、走行制御部１３２が、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が、ｕ−ｖ座標系の範囲内であるか否か、即ち、ｂｕ≦ｕ≦ａｕかつｂｖ≦ｖ≦ａｖであるか否かを判定する。その結果、肯定判定された場合にはステップ３へ移行する一方、否定判定された場合にはステップ１０へ移行する。
【００５３】
ステップ１０では、走行制御部１３２が、ベクトルＯ´Ｒから、原点Ｏ´と目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）との距離と、原点Ｏ´に対する目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）の方向とを算出し、算出した方向に算出した距離だけ走行機構６０を走行させる。即ち、墨出し装置１０を目標座標Ｒに向けて移動させる。そして、ステップ２へ移行する。
【００５４】
ステップ３では、位置調整制御部１３４が、目標座標Ｒがｕ−ｖ座標系の第１〜第４象限の何れに位置するかを判定し、その判定結果に応じて、ｘ´−ｙ´座標系のｕ−ｖ座標系に対する回転角θ“を設定する。上述したように、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が第１象限に位置する場合、回転角θ”は０°に設定され、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が第２象限に位置する場合、回転角θ”は９０°に設定される。また、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が第３象限に位置する場合、回転角θ”は１８０°に設定され、目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）が第４象限に位置する場合、回転角θ”は２７０°に設定される。
【００５５】
次に、ステップ４では、位置調整制御部１３４が、ｘ−ｙ調整機構３０を作動させ、スタンプ機構１２をｘ´−ｙ´平面内でｘ´軸方向及びｙ´軸方向に移動させることにより、スタンプ機構１２を目標座標Ｒ（ｕ，ｖ）まで移動させる。次に、ステップ５では、位置調整制御部１３４が、昇降機構１６を作動させ、スタンプ部１４を地面まで下降させ、地面にマークＭを押印させる。以上で処理ルーチンを終了する。
【００５６】
ところで、本実施形態に係る墨出し装置１０では、４本の脚部５４の内側における二次元平面内で、スタンプ機構１２が互いに直交する２方向へ移動するが、ｘ軸ステージ３４及びｙ軸ステージ３２の長手方向一方側にモータ３４Ｍ、３２Ｍが配されていることから、スタンプ機構１２のｘ軸ステージ３４及びｙ軸ステージ３２の長手方向一方側への移動が制限されている。これにより、ｘ軸ステージ３４及びｙ軸ステージ３２の長手方向一方側には、スタンプ機構１２をｘ軸ステージ３４及びｙ軸ステージ３２では移動させることができない、デットスペースが生まれる。
【００５７】
しかし、図４から図７に示すように、本実施形態に係る墨出し装置１０では、回転角調整機構４０で、ｘ軸ステージ３４及びｙ軸ステージ３２を、上記二次元平面を通る鉛直軸の周りに回転させることにより、スタンプ機構１２を上記デッドスペースに移動させることができる。従って、スタンプ機構１２の装置内での水平方向への可動範囲を拡張できる。
【００５８】
また、本実施形態に係る墨出し装置１０では、上記二次元平面の回転中心である回転支軸４２が、該二次元平面の中心からずらして配されている。このため、該二次元平面の回転半径Ｒが、該二次元平面の対角線の１／２の長さよりも長くなる。従って、回転支軸４２が該二次元平面の中心に配されている場合と比較して、該二次元平面の回転半径Ｒを拡大でき、以って、スタンプ機構１２の装置内での水平方向への可動範囲を拡張できる。
【００５９】
また、本実施形態に係る墨出し装置１０では、位置調整制御部１３４が、スタンプ部１４の目標位置が、墨出し装置１０の座標系におけるどの象限に位置するかを判定し、当該象限が上記二次元平面に含まれるように、ｘ−ｙ調整機構３０の回転角を設定する。これにより、スタンプ部１４の目標位置が、上記二次元平面の範囲内に入るように、ｘ−ｙ調整機構３０の回転角を自動調整できる。
【００６０】
なお、本実施形態では、インクでマークＭを押印するスタンプ型の墨出し器が、位置決め対象物であるマーキング形式の墨出し装置１０を例にとって本発明を説明した。しかし、レーザ墨出し器が、位置決め対象物であるレーザ形式の墨出し装置や、ドリルが位置決め対象物である加工装置等の他の装置にも本発明を適用可能である。
【００６１】
また、本実施形態では、二次元平面が水平であり、地面に墨出しを行う墨出し装置１０を例にとって本発明を説明した。しかし、二次元平面が鉛直であり、壁面に墨出しを行う墨出し装置や、天井に墨出しを行う墨出し装置等の他の墨出し装置にも本発明を適用可能である。
【００６２】
また、本実施形態では、墨出し装置１０を自律走行型としたが必須ではなく、手動走行型としてもよい。さらに、墨出し装置１０を目標位置まで移動させる際に、墨出し装置１０の位置を計測することは必須ではなく、また、墨出し作業をシステム化することも必須ではない。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 墨出し装置、１２ スタンプ機構、１４ スタンプ部（位置決め対象物、墨出し器）、１６ 昇降機構、２０ 位置調整機構、３０ ｘ−ｙ調整機構（位置決め機構）、３２ ｙ軸ステージ、３２Ｒ レール、３２Ｍ モータ、３４ ｘ軸ステージ、３４Ｒ レール、３４Ｍ モータ、４０ 回転角調整機構（回転機構）、４２ 回転支軸（回転軸）、４４ モータ、５０フレーム、５２ 台板、５４、５６ 脚部、５８ 台板、６０ 走行機構、６２ 多方向移動ホイール、７０Ａ、７０Ｂ 計測プリズム、１００ 墨出しシステム、１１０ ＬＲＦ、１１２ ターゲット、１１２Ａ 円周面、１２０ トータルステーション、１２２ 視準器、１３０ ＰＣ、１３２ 走行制御部、１３４ 位置調整制御部（回転角設定手段）、１４０ 位置計測部、１４２ 分別部、１４４ クラスタリング部、１４６ ノイズ除去部、１４８ 推定部、Ａ ｘ´‐ｙ´平面（二次元平面、矩形の二次元平面）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置決め対象物を二次元平面内で位置決めする位置決め機構と、
前記位置決め機構を、前記二次元平面と交差する回転軸の周りに回転させる回転機構と、を備えることを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
前記位置決め機構は、互いに直交する二軸に沿って矩形の前記二次元平面内で、前記位置決め対象物を移動させ、
前記回転軸は、前記矩形の二次元平面の中心からずらして配されていることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
【請求項３】
前記位置決め対象物の目標位置が前記二次元平面の範囲内に入るように、前記回転機構による前記位置決め機構の回転角を設定する回転角設定手段を備える請求項１又は請求項２に記載の位置決め装置。
【請求項４】
前記位置決め対象物は、墨出し器であることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の位置決め装置。
【請求項１】
位置決め対象物を二次元平面内で位置決めする位置決め機構と、
前記位置決め機構を、前記二次元平面と交差する回転軸の周りに回転させる回転機構と、を備えることを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
前記位置決め機構は、互いに直交する二軸に沿って矩形の前記二次元平面内で、前記位置決め対象物を移動させ、
前記回転軸は、前記矩形の二次元平面の中心からずらして配されていることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
【請求項３】
前記位置決め対象物の目標位置が前記二次元平面の範囲内に入るように、前記回転機構による前記位置決め機構の回転角を設定する回転角設定手段を備える請求項１又は請求項２に記載の位置決め装置。
【請求項４】
前記位置決め対象物は、墨出し器であることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の位置決め装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−３７２８７（Ｐ２０１２−３７２８７Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７５６８３（Ｐ２０１０−１７５６８３）
【出願日】平成２２年８月４日（２０１０．８．４）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月４日（２０１０．８．４）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
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