特許 6952507 移動体、移動体の誘導および位置決め方法、装置、及びシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6952507

(24)【登録日】2021年9月30日

(45)【発行日】2021年10月20日

(54)【発明の名称】移動体、移動体の誘導および位置決め方法、装置、及びシステム

(51)【国際特許分類】

   G01C 15/00 20060101AFI20211011BHJP

   G01C 15/02 20060101ALI20211011BHJP

   G05D 1/00 20060101ALI20211011BHJP

【ＦＩ】

   G01C15/00 101

   G01C15/00 104C

   G01C15/02

   G05D1/00 B

【請求項の数】6

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2017-119083(P2017-119083)

(22)【出願日】2017年6月16日

(65)【公開番号】特開2019-2849(P2019-2849A)

(43)【公開日】2019年1月10日

【審査請求日】2020年3月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003621

【氏名又は名称】株式会社竹中工務店

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(74)【代理人】

【識別番号】100099025

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 浩志

(72)【発明者】

【氏名】鶴田 壮広

(72)【発明者】

【氏名】三浦 一幸

(72)【発明者】

【氏名】宮口 幹太

【審査官】 山▲崎▼ 和子

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−０３９７０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−１２５３０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０３７２８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０７５９０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｃ １／００−１／１４

Ｇ０１Ｃ ５／００−１５／１４

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

Ｇ０５Ｄ １／００−１／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動体の誘導および位置決め装置が実行する、移動体の誘導および位置決め方法であって、
前記位置決め装置が、
移動体の目標位置へ向けて照射される姿勢測定用レーザに応じて、前記移動体の姿勢を制御し、
前記目標位置へ向けて照射される測距用レーザを用いて計測されるレーザ反射位置までの距離に基づいて、前記測距用レーザを照射するレーザ機器と前記移動体との間の距離が所定の距離となるように、前記移動体を移動させるように制御して、前記移動体を前記目標位置に位置決めし、
前記移動体に設けられた第１のスクリーンに照射された前記姿勢測定用レーザの画像を表す第１の画像と、前記移動体に設けられた第２のスクリーンに照射された前記姿勢測定用レーザの画像を表す第２の画像とに基づいて、前記第１のスクリーン内における前記姿勢測定用レーザの左右方向の位置と、前記第２のスクリーン内における前記姿勢測定用レーザの左右方向の位置とが一致するように、前記移動体の姿勢を制御し、
前記測距用レーザを用いて計測されるレーザ反射位置までの距離に基づいて、前記レーザ機器と前記第２のスクリーンとの間の距離が所定の距離となるように、前記移動体を移動させるように制御する、
移動体の誘導および位置決め方法。

【請求項2】

移動体の目標位置へ向けて照射される姿勢測定用レーザに応じて、前記移動体の姿勢を制御し、
前記目標位置へ向けて照射される測距用レーザを用いて計測されるレーザ反射位置までの距離に基づいて、前記測距用レーザを照射するレーザ機器と前記移動体との間の距離が所定の距離となるように、前記移動体を移動させるように制御して、前記移動体を前記目標位置に位置決めする制御部
を備える移動体の誘導および位置決め装置であって、
前記制御部は、前記移動体に設けられた第１のスクリーンに照射された前記姿勢測定用レーザの画像を表す第１の画像と、前記移動体に設けられた第２のスクリーンに照射された前記姿勢測定用レーザの画像を表す第２の画像とに基づいて、前記第１のスクリーン内における前記姿勢測定用レーザの左右方向の位置と、前記第２のスクリーン内における前記姿勢測定用レーザの左右方向の位置とが一致するように、前記移動体の姿勢を制御し、
前記測距用レーザを用いて計測されるレーザ反射位置までの距離に基づいて、前記レーザ機器と前記第２のスクリーンとの間の距離が所定の距離となるように、前記移動体を移動させるように制御する、
移動体の誘導および位置決め装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記レーザ機器と前記第２のスクリーンとの間の距離が所定の距離である場合、前記移動体を停止させるように制御し、前記移動体の停止位置に応じて前記目標位置に対する表示を行うように、前記移動体の表示機構を制御する、
請求項２に記載の移動体の誘導および位置決め装置。

【請求項4】

姿勢測定用レーザ及び測距用レーザが照射されるように設置された第１のスクリーンと、
前記姿勢測定用レーザが照射されるように設置され、かつ、前記第１のスクリーンに対して上下方向に異なる位置であって、前記第１のスクリーンの法線方向に所定間隔隔てた位置に設置された第２のスクリーンと、
前記第１のスクリーンの画像を表す第１の画像を撮像する第１のカメラと、
前記第２のスクリーンの画像を表す第２の画像を撮像する第２のカメラと、
前記第１の画像、前記第２の画像、及び前記測距用レーザを用いて計測されるレーザ反射位置までの距離に応じて制御される走行機構と、前記走行機構の走行結果に応じて目標位置に対する表示を行う表示機構と、
を備える移動体。

【請求項5】

姿勢測定用レーザ及び測距用レーザを照射するレーザ機器、
請求項４に記載の移動体、及び
前記姿勢測定用レーザ及び前記測距用レーザを前記移動体の目標位置へ向けて照射させるように前記レーザ機器を制御するレーザ制御部と、
前記測距用レーザを用いて計測されるレーザ反射位置までの距離を取得する計測部と、を更に備える、請求項２〜請求項３の何れか１項に記載の位置決め装置
を含む移動体の誘導および位置決めシステム。

【請求項6】

前記位置決め装置の前記レーザ制御部は、目標位置情報を含む建物の３次元モデルから取得された前記目標位置情報に基づいて、前記目標位置へ向けて前記測距用レーザを照射するように前記レーザ機器を制御する、請求項５に記載の位置決めシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、移動体、移動体の誘導および位置決め方法、装置、及びシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、位置決め対象物を目標位置に位置決めする方法及びシステムが知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載の技術では、レーザレンジファインダを使用して計測される墨出し器の位置に基づいて、墨出し器を目標位置に向けて移動させる。そして、墨出し器が移動された後に、トータルステーションを使用して計測される墨出し器の位置に基づいて、墨出し器を目標位置に位置決めする。このシステムでは、トータルステーション、レーザレンジファインダ、視準器、及び墨出し器を用いて墨出しが行われる（例えば、特許文献１の［図１］を参照）。

【0003】

また、物体の位置検出方法及び装置が知られている（例えば、特許文献２を参照）。特許文献２に記載の技術では、レーザポインタロボットの単独のレーザ光源から、対象とする物体に対して２本のレーザ光を順次照射する。そして、第１のレーザスポットの重心位置と第２のレーザスポットの重心位置を物体の物体内座標系で計測する。これにより、対象物体のエリア座標系での位置が検出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５５１６２０４号公報

【特許文献2】特許第３７３１１２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、上記特許文献１に記載の技術は、トータルステーション、レーザレンジファインダ、視準器、及び墨出し器を用いる必要があり、システムの構成が複雑となるとともに、非常に高価なシステムとなる。

【0006】

また、上記特許文献１においては、レーザレンジファインダを用いて位置決め対象物の位置を計測している。しかしこの方法では位置決め対象物の姿勢を計測することができない。姿勢を測定できない場合、位置決め対象物を目標位置まで精度よく誘導することが難しくなり、位置決め対象物を目標位置に誘導させる方法としては適切でない。

【0007】

また、上記特許文献２に記載の技術では、位置検出対象物体が位置する床面に対してレーザ光を照射するため、レーザスポットが広がってしまい、位置検出対象物体の位置を精度良く検出することができない。位置検出対象物体の位置を精度良く検出するためには、高精度なレーザ機器が必要となるため、システムの構成が複雑となる。また、上記特許文献２では、２本のレーザを順次照射した後に位置を算出するため、位置算出のリアルタイム性に乏しい。また、位置検出対象物体の姿勢を算出することができないため、上記特許文献１と同様に、位置決め対象物を目標位置に誘導させる方法としては適切でない。

【0008】

本発明は上記事実を考慮して、簡易な構成により、移動体の位置決めを自動的に行うことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するために、本発明の移動体の誘導および位置決め方法は、姿勢測定用レーザ及び測距用レーザを移動体の目標位置へ向けて照射する照射工程と、前記照射工程の前記姿勢測定用レーザに応じて、前記移動体の姿勢を変更させる姿勢変更工程と、前記測距用レーザを照射するレーザ機器と前記移動体との間の距離が所定の距離となるように、前記移動体を移動させて、前記移動体を前記目標位置に位置決めする移動工程と、を含んで構成されている。これにより、簡易な構成により、移動体の位置決めを自動的に行うことができる。

【0010】

本発明の移動体の誘導および位置決め装置は、移動体の目標位置へ向けて照射される姿勢測定用レーザに応じて、前記移動体の姿勢を制御し、前記目標位置へ向けて照射される測距用レーザを用いて計測されるレーザ反射位置までの距離に基づいて、前記測距用レーザを照射するレーザ機器と前記移動体との間の距離が所定の距離となるように、前記移動体を移動させるように制御して、前記移動体を前記目標位置に位置決めする制御部を備える。

【0011】

本発明の前記制御部は、前記移動体に設けられた第１のスクリーンに照射された前記姿勢測定用レーザの画像を表す第１の画像と、前記移動体に設けられた第２のスクリーンに照射された前記姿勢測定用レーザの画像を表す第２の画像とに基づいて、前記第１の画像に含まれる前記姿勢測定用レーザと前記第２の画像に含まれる前記姿勢測定用レーザとが対応するように、前記移動体の姿勢を制御し、前記測距用レーザを用いて計測されるレーザ反射位置までの距離に基づいて、前記レーザ機器と前記第２のスクリーンとの間の距離が所定の距離となるように、前記移動体を移動させるように制御することができる。これにより、目標位置に対する移動体の向きと、目標位置と移動体との間の距離とを考慮して、移動体の位置決めを自動的に行うことができる。

【0012】

本発明の前記制御部は、前記レーザ機器と前記第２のスクリーンとの間の距離が所定の距離である場合、前記移動体を停止させるように制御し、前記移動体の停止位置に応じて前記目標位置に対する表示を行うように、前記移動体の表示機構を制御することができる。これにより、移動体の停止位置が目標位置からずれている場合であっても、目標位置に対する表示を精度良く行うことができる。

【0013】

本発明の移動体は、姿勢測定用レーザ及び測距用レーザが照射されるように設置された第１のスクリーンと、前記姿勢測定用レーザが照射されるように設置され、かつ、前記第１のスクリーンに対して上下方向に異なる位置であって、前記第１のスクリーンの法線方向に所定間隔隔てた位置に設置された第２のスクリーンと、前記第１のスクリーンの画像を表す第１の画像を撮像する第１のカメラと、前記第２のスクリーンの画像を表す第２の画像を撮像する第２のカメラと、前記第１の画像、前記第２の画像、及び前記測距用レーザを用いて計測されるレーザ反射位置までの距離に応じて制御される走行機構と、前記走行機構の走行結果に応じて目標位置に対する表示を行う表示機構と、を含んで構成されている。これにより、簡易な構成により、目標位置に対する表示を自動的に行うことができる。

【0014】

本発明の移動体の誘導および位置決めシステムは、姿勢測定用レーザ及び測距用レーザを照射するレーザ機器、本発明の移動体、及び前記姿勢測定用レーザ及び前記測距用レーザを前記移動体の目標位置へ向けて照射させるように前記レーザ機器を制御するレーザ制御部と、前記測距用レーザを用いて計測されるレーザ反射位置までの距離を取得する計測部と、を更に備える、本発明の位置決め装置を含んで構成されている。

【0015】

本発明の前記位置決め装置の前記レーザ制御部は、目標位置情報を含む建物の３次元モデルから取得された前記目標位置情報に基づいて、前記目標位置へ向けて前記測距用レーザを照射するように前記レーザ機器を制御することができる。これにより、建物の３次元モデルに含まれる目標位置情報を用いて、移動体の位置決めを精度よく行うことができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、簡易な構成により、移動体の位置決めを自動的に行うことができる、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】第１の実施形態に係る移動体の誘導および位置決めシステムの概略構成を示すブロック図である。

【図2】移動体の誘導および位置決めシステムの制御系の機能的な構成例を示す図である。

【図3】３次元レーザ測定器の構成の一例と回転式レーザ照射器の構成の一例を示す図である。

【図4】墨出しロボットの構成の一例を示す図である。

【図5】走行機構が備えるホイールの一例を示す図である。

【図6A】水平位置調整機構の構成の一例を示す図である。

【図6B】水平位置調整機構と表示機構とを説明するための説明図である。

【図7】本実施形態で設定される建設現場における座標系の一例を示す図である。

【図8】移動座標系の一例を示す図である。

【図9】本実施形態で設定される座標について説明するための説明図である。

【図10】本実施形態で設定される座標について説明するための説明図である。

【図11】本実施形態の粗動フェーズを説明するための説明図である。

【図12】移動座標系におけるレーザラインを説明するための説明図である。

【図13】墨出しロボットの構成と各スクリーンに投影されるレーザとの関係を説明するための図である。

【図14】レーザ座標系と各ホイールとを説明するための説明図である。

【図15】ポイントレーザと垂直レーザのレーザラインとズレ量との位置関係の一例を示す図である。

【図16】粗動フェーズにおける前半部分の処理を示すシーケンス図である。

【図17】粗動フェーズにおける粗動制御処理を示すフローチャートである。

【図18】粗動フェーズにおける後半部分の処理を示すシーケンス図である。

【図19】微動フェーズにおける微動制御処理を示すフローチャートである。

【図20】第２の実施形態における回転式レーザ照射器の構成の一例を示す図である。

【図21】第２の実施形態に係る移動体の誘導および位置決めシステムの構成の一例を示す図である。

【図22】第２の実施形態の第１のスクリーンにおける第１の画像と第２のスクリーンにおける第２の画像の一例を示す図である。

【図23】第２の実施形態の第２のスクリーンにおける第２の画像の一例を示す図である。

【図24】移動体の誘導および位置決めシステムの変形例を示す図である。

【図25】移動体の誘導および位置決めシステムの変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

【0019】

＜第１の実施形態に係る移動体の誘導および位置決めシステムの構成＞

【0020】

第１の実施形態に係る移動体の誘導および位置決めシステムは、指定された目標点へ墨出しロボットを移動させ、目標点に対応する目標座標へマーキングを行うためのシステムである。図１は、本発明の実施形態に係る移動体の誘導および位置決めシステム１００の構成の一例を示す図である。移動体の誘導および位置決めシステム１００は、図１に示されるように、制御機器１０、レーザ機器１２、及び墨出しロボット１４を備える。墨出しロボット１４は移動体の一例である。

【0021】

移動体の誘導および位置決めシステム１００では、制御機器１０がレーザ機器１２を制御する。レーザ機器１２は、制御機器１０の制御に応じてレーザを照射する。墨出しロボット１４は、レーザ機器１２から照射されるレーザに応じて、目標点へ移動する。そして、墨出しロボット１４は、目標点の近傍に到達すると、目標点に対応する目標座標に対して墨出しを行う。図２は、移動体の誘導および位置決めシステム１００の制御系の機能的な構成の一例を示す図である。以下、図１及び図２を参照して、具体的に説明する。

【0022】

（制御機器）

【0023】

制御機器１０は、レーザ機器１２と墨出しロボット１４とを制御する。制御機器１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、各処理ルーチンを実現するためのプログラム等を記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、記憶手段としてのメモリ、及びネットワークインタフェース等を含んで構成されている。制御機器１０は、機能的には、図２に示されるように、通信部１０Ａと制御部１０Ｂとを備える。

【0024】

制御機器１０は、通信部１０Ａを介して墨出しロボット１４のロボット制御機器１４Ｅとの間で情報の送受信を行う。

【0025】

制御機器１０の制御部１０Ｂは、レーザ機器１２を制御するための制御信号を生成する。具体的には、制御部１０Ｂは、３次元レーザ測定器１２Ａに対し、ポイントレーザの照射方向の回転に関する制御信号を出力する。また、制御部１０Ｂは、３次元レーザ測定器１２Ａに対し、ポイントレーザによる距離測定に関する制御信号を送信する。そして、制御部１０Ｂは、３次元レーザ測定器１２Ａによって計測された距離測定データを受信する。また、制御機器１０の制御部１０Ｂは、回転式レーザ照射器１２Ｂに対し、垂直レーザの照射方向の回転指示に関する制御信号を送信する。

【0026】

（レーザ機器）

【0027】

レーザ機器１２は、墨出しロボット１４の目標点へ向けてレーザを照射する。なお、レーザ機器１２は、制御機器１０の制御に応じてレーザを照射する。レーザ機器１２は、図１及び図２に示されるように、３次元レーザ測定器１２Ａと回転式レーザ照射器１２Ｂとを備えている。なお、３次元レーザ測定器１２Ａの回転軸と回転式レーザ照射器１２Ｂの回転軸とは一致している。３次元レーザ測定器１２Ａは、ポイントレーザを測距用レーザとして出力する。また、回転式レーザ照射器１２Ｂは、垂直レーザを姿勢測定用レーザとして出力する。第１の実施形態では、測距用レーザがポイントレーザであり、姿勢測定用レーザが垂直レーザである場合を例に説明する。

【0028】

図３（Ａ）に、３次元レーザ測定器１２Ａの構成の一例を示す。３次元レーザ測定器１２Ａは、制御機器１０から出力された制御信号に応じて、レーザ照射部１２Ｃからポイントレーザを照射する。ポイントレーザは、制御信号によって指定された方位に対して照射され、かつ床面と略平行に照射される。また、３次元レーザ測定器１２Ａは、ポイントレーザが照射された対象物までの水平距離を測定する。

【0029】

図３（Ｂ）に、回転式レーザ照射器１２Ｂの構成の一例を示す。回転式レーザ照射器１２Ｂは、制御機器１０から出力された制御信号に応じて、レーザ照射部１２Ｄから垂直レーザを照射する。垂直レーザは、制御信号によって指定された方位に対して照射され、かつ床面と略垂直に照射される。回転式レーザ照射器１２Ｂは、Ｚ軸まわり（方位方向）に回転する回転台１２Ｅと、制御機器１０からの回転指示に関する制御信号に応じて回転台を回転させるモータ１２Ｆとを備える。

【0030】

（墨出しロボット）

【0031】

墨出しロボット１４は、レーザ機器１２から照射されるレーザに応じて移動し、目標点の目標座標に対して墨出しを行う。

【0032】

墨出しロボット１４は、例えば、図４に示されるような構成とすることができる。上記図２及び図４に示されるように、墨出しロボット１４は、第１のスクリーン１４Ａと、第２のスクリーン１４Ｂと、第１のカメラ１４Ｃと、第２のカメラ１４Ｄと、ロボット制御機器１４Ｅと、走行機構１４Ｆと、水平位置調整機構１４Ｇと、表示機構１４Ｈとを備える。また、墨出しロボット１４の骨格は、フレーム等を含んで構成されている。なお、ロボット制御機器１４Ｅは、移動体の誘導および位置決め装置の一例である。

【0033】

第１のスクリーン１４Ａは、垂直レーザが照射されるように設置される。第１のスクリーン１４Ａには、回転式レーザ照射器１２Ｂから照射される垂直レーザの照射光が投影される。

【0034】

第２のスクリーン１４Ｂは、垂直レーザ及びポイントレーザが照射されるように設置される。また、第２のスクリーン１４Ｂは、図４に示されるように、第１のスクリーン１４Ａに対して上下方向に異なる位置であって、第１のスクリーン１４Ａの法線方向に所定間隔隔てた位置に設置される。第２のスクリーン１４Ｂには、回転式レーザ照射器１２Ｂから照射される垂直レーザの照射光と、３次元レーザ測定器１２Ａから照射されるポイントレーザの照射光とが投影される。

【0035】

第１のカメラ１４Ｃは、第１のスクリーン１４Ａを撮像して、第１のスクリーンに照射された垂直レーザの画像を表す第１の画像を得る。また、第２のカメラ１４Ｄは、第２のスクリーン１４Ｂを撮像して、第２のスクリーンに照射された、垂直レーザ及びポイントレーザの少なくとも一方の画像を表す第２画像を得る。第１の画像及び第の２画像は、墨出しロボット１４の制御に用いられる。

【0036】

ロボット制御機器１４Ｅは、墨出しロボット１４を制御する。ロボット制御機器１４Ｅは、ＣＰＵ、各処理ルーチンを実現するためのプログラム等を記憶したＲＯＭ、データを一時的に記憶するＲＡＭ、記憶手段としてのメモリ、及びネットワークインタフェース等を含んで構成されている。ロボット制御機器１４Ｅは、図２に示されるように、ロボット制御部１４０とロボット通信部１４２とを備える。ロボット制御機器１４Ｅは、ロボット通信部１４２を介して制御機器１０との間で通信を行い、情報の送受信を行う。

【0037】

ロボット制御部１４０は、第１のカメラ１４Ｃによって撮像された第１の画像と第２のカメラ１４Ｄによって撮像された第２の画像とに対して画像処理を行う。また、ロボット制御部１４０は、制御機器１０から送信された制御信号に応じて、走行機構１４Ｆと水平位置調整機構１４Ｇと表示機構１４Ｈとを制御する。

【0038】

走行機構１４Ｆは、ロボット制御機器１４Ｅの制御に応じて、墨出しロボット１４を走行させる。走行機構１４Ｆは、第１のカメラ１４Ｃによって撮像された第１の画像と第２のカメラ１４Ｄによって撮像された第２の画像とに対する画像処理結果及びポイントレーザを用いて計測される第２のスクリーン１４Ｂまでの距離に応じて制御される。なお、本実施形態では、第２のスクリーン１４Ｂの位置が、レーザ反射位置となる。

【0039】

走行機構１４Ｆは、例えば、全方向に自由に移動可能な機構とすることができる。本実施形態では、走行機構１４Ｆが、３つのオムニホイール（登録商標）と、各オムニホイールを駆動させる駆動用モータ（図示省略）とを備える３輪型全方向移動機構である場合を例に説明する。オムニホイールは、図５に示されるように、ホイールの駆動方向と垂直な方向に対して自由に滑るようになっている。このため、３つのホイールの各々の回転速度を制御することにより、墨出しロボット１４を全方向に移動させることができる。

【0040】

水平位置調整機構１４Ｇは、ロボット制御機器１４Ｅの制御に基づく走行機構１４Ｆの走行結果に応じて、表示機構１４Ｈの水平方向の位置を調整する。具体的には、水平位置調整機構１４Ｇは、墨出しロボット１４が目標点の近傍に到達すると、ロボット制御機器１４Ｅの制御に応じて表示機構１４Ｈの水平方向の位置を調整する。そして、水平位置調整機構１４Ｇの位置調整に応じて表示機構１４Ｈによって墨出しが行われる。

【0041】

水平位置調整機構１４Ｇは、例えば、図６Ａに示されるような構成とすることができる。図６Ａに示されるように、水平位置調整機構１４Ｇは、例えば、表示機構１４Ｈを互いに直交する２方向（図６Ｂ中のＸ_ｍ方向及びＹ_ｍ方向）に移動させるＸ軸ステージとＹ軸ステージとを備えている。Ｘ軸ステージは、Ｘ方向に延び、表示機構１４ＨをＸ軸方向に移動可能に支持するＸ軸レールＲ_Ｘと、表示機構１４ＨをＸ軸レールＲ_Ｘに沿って移動させるＸ軸モータＭ_Ｘとを備えている。またＹ軸ステージは、Ｙ軸方向に延び、表示機構１４ＨをＹ軸方向に移動可能に支持するＹ軸レールＲ_Ｙと、Ｙ軸ステージをＹ軸レールＲ_Ｙに沿って移動させるＹ軸モータＭ_Ｙを備えている。

【0042】

図６Ａに示されるように、水平位置調整機構１４ＧのＸ軸ステージのレールＲ_Ｘが後述する移動座標系のＸ_ｍ軸と一致するように設定され、かつＹ軸ステージのレールＲ_Ｙが後述する移動座標系のＹ_ｍ軸と一致するように設置される。

【0043】

表示機構１４Ｈは、ロボット制御機器１４Ｅの制御に基づく走行機構１４Ｆの走行結果に応じて、目標位置に対する表示として墨出しを行う。具体的には、水平位置調整機構１４Ｇによる表示機構１４Ｈの水平方向の位置を調整に応じて、目標位置に対する表示としてスタンプを床面へ印字する。

【0044】

表示機構１４Ｈは、図６Ｂに示されるように、マーキング用の目印が刻印されたインクが充填されたスタンプ部Ｓｔと、スタンプ部ＳｔをＺ軸方向に昇降させる昇降機構１４Ｉとを備えている。

【0045】

昇降機構１４Ｉは、スタンプ部Ｓｔを鉛直方向（図６Ｂ中Ｚ_ｍ方向）に移動可能に支持するＺ軸レールＲ_Ｚと、スタンプ部ＳｔをＺ軸レールＲ_Ｚに沿って移動させるＺ軸モータＭ_Ｚとを備えている。この昇降機構１４Ｉによりスタンプ部Ｓｔが床面まで下降されることによりマーキング目印が床面に押印される。

【0046】

次に、本実施形態における座標系について説明する。

【0047】

（座標系）

【0048】

図７に、本実施形態で設定される建設現場における座標系の一例を示す。本実施形態では、図７に示されるように、既に親墨が引かれている場合を例に説明する。親墨とは、図７に示されるように、建物の柱を通る通り芯から所定間隔（例えば１ｍ）離れた位置に引かれた墨を表す。親墨同士の交点の座標は、建物の図面情報等から既知であるものとする。

【0049】

図７に示されるように、例えば、ある１本の親墨をＸ_ｗ軸、Ｘ_ｗ軸と直交する特定の１本の親墨をＹ_ｗ軸とする。そして、Ｘ_ｗ軸とＹ_ｗ軸との交点を原点Ｏ_ｗとし、絶対座標系Ｏ_ｗ‐Ｘ_ｗＹ_ｗを設定する。図７に示す絶対座標系においては、Ａ通りがＸ_ｗ軸、１通りがＹ_ｗ軸に相当する。

【0050】

また、図８に示されるように、墨出しロボット１４の重心を原点Ｏ_ｍと定めた移動座標系Ｏ_ｍ-Ｘ_ｍＹ_ｍを設定する。そして、絶対座標系のＸ_ｗ軸と移動座標系のＸ_ｍ軸との間の成す角をφとする。なお、墨出しロボット１４の重心を原点Ｏ_ｍと各ホイールとの間の距離をＬ_Ｈとする。

【0051】

次に、絶対座標系における３次元レーザ測定器１２Ａ及び回転式レーザ照射器１２Ｂの位置と、目標点Ｔの位置とについて説明する。

【0052】

図９に示されるように、３次元レーザ測定器１２Ａと回転式レーザ照射器１２Ｂとを含むレーザ機器１２を任意点Ｌ（ｘ_ｌ，ｙ_ｌ）に設置する。以下、任意点Ｌ（ｘ_ｌ，ｙ_ｌ）を器械点Ｌと称する。この場合、３次元レーザ測定器１２Ａの方位方向の回転軸と、回転式レーザ照射器１２Ｂの回転台の方位方向の回転軸とが一致するように配置される。

【0053】

まず、器械点Ｌと目標点Ｔとの位置関係について説明する。図９に示されるように、座標が既知である２点（例えば、親墨の交点）Ａ，Ｂに対しては、∠ＡＬＢと水平距離ｒ_ａ，ｒ_ｂとを測定することにより、以下の式（１）及び式（２）に従って、器械点Ｌの座標（ｘ_ｌ，ｙ_ｌ）を計算することができる。

【0054】

【数1】

【0055】

次に、墨出しロボット１４を目標点Ｔ（ｘ_ｔ，ｙ_ｔ）へ誘導しマーキングする場合を考える。この場合、図１０に示されるように、器械点Ｌから目標点Ｔまでの水平距離ｒ_ｔは以下の式（３）で表される。また、器械点Ｌから目標点Ｔまでの既知点Ａに対する方位角∠ＡＬＢは、以下の式（４）で表される。

【0056】

【数2】

【0057】

器械点Ｌから目標点Ｔまでの水平距離ｒ_ｔと、器械点Ｌから目標点Ｔまでの既知点Ａに対する方位角∠ＡＬＢとに基づき、墨出しロボット１４が誘導される。

【0058】

次に、本実施形態における墨出しロボット１４の動作について説明する。

【0059】

（墨出しロボットの動作）

【0060】

本実施形態において、墨出しロボット１４の目標点Ｔまでの移動フェーズは以下の２つに分けられる。

【0061】

（１）粗動フェーズ：目標点Ｔの近傍（例えば、概ね目標点から１０ｃｍ以内）まで移動するフェーズ
（２）微動フェーズ：墨出しロボット１４が備える水平位置調整機構１４Ｇと表示機構１４Ｈとを利用して、目標位置に対してマーキングを行うフェーズ

【0062】

以下、各フェーズについて具体的に説明する。

【0063】

（粗動フェーズ）
粗動フェーズにおいて、墨出しロボット１４は、以下のＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ４に従って移動する。図１１を参照して、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ４について具体的に説明する。

【0064】

［ＳＴＥＰ１］

【0065】

ＳＴＥＰ１において、制御機器１０の制御部１０Ｂは、垂直レーザが照射されるように、回転式レーザ照射器１２Ｂを制御する。回転式レーザ照射器１２Ｂは、制御機器１０による制御信号に応じて、垂直レーザを照射する。

【0066】

なお、以下では、垂直レーザをＸＹ平面に投影した線をレーザラインと称する。移動座標系Ｏ_ｍ‐Ｘ_ｍＹ_ｍにおけるレーザラインは、図１２に示すようになる。

【0067】

図１１（ａ）に示されるように、墨出しロボット１４をレーザライン上へ配置し、初期状態とする。回転式レーザ照射器１２Ｂから墨出しロボット１４に対して垂直レーザが照射されると、墨出しロボット１４の第１のスクリーン１４Ａ及び第２のスクリーン１４Ｂには、垂直レーザのレーザラインが投影される。

【0068】

墨出しロボット１４の第１のスクリーン１４Ａ及び第２のスクリーン１４Ｂに投影されたレーザラインに基づき、墨出しロボット１４を誘導する方法について以下説明する。

【0069】

図１３（Ａ）に示されるように、第２のスクリーン１４Ｂは、墨出しロボット１４の移動座標系Ｘ_ｍ‐Ｚ_ｍ平面上に配置される。また、第１のスクリーン１４Ａは、移動座標系Ｘ_ｍ‐Ｚ_ｍ平面上に平行であり、かつ第２のスクリーン１４Ｂから距離ｙ_ｓ隔てて配置される。また、ポイントレーザは第２のスクリーン１４Ｂ上に投影され、垂直レーザは第１のスクリーン１４Ａ及び第２のスクリーン１４Ｂ上に投影されるように、各スクリーンの設置位置、３次元レーザ測定器１２Ａ、及び回転式レーザ照射器１２Ｂの高さは予め調整される。

【0070】

図１３（Ａ）に示されるように、第１のスクリーン１４Ａと第２のスクリーン１４Ｂとが距離ｙ_ｓ隔てて配置されることにより、墨出しロボット１４のレーザラインに対する姿勢を特定することができる。具体的には、第１のスクリーン１４Ａを表す第１の画像と第２のスクリーン１４Ｂを表す第２の画像との相違に基づいて、墨出しロボット１４の姿勢が特定される。

【0071】

より詳細には、レーザラインと第１のスクリーン１４Ａ及び第２のスクリーン１４Ｂとが垂直ではない場合、第１のスクリーン１４Ａに投影されるレーザラインの位置と第２のスクリーン１４Ｂに投影されるレーザラインの位置が異なる。

【0072】

例えば、第１のスクリーン１４Ａ及び第２のスクリーン１４Ｂとレーザラインとが図１２に示されるような位置関係である場合、第１のスクリーン１４Ａに投影されるレーザラインの位置及び第２のスクリーン１４Ｂに投影されるレーザラインの位置は、図１３（Ｂ）に示されるようになる。図１３（Ｂ）に示されるように、第１のスクリーンの中心からレーザラインの投影位置までの距離をｘ_１とし、第２のスクリーンの中心からレーザラインの投影位置までの距離をｘ_２とすると、距離ｘ_１と距離ｘ_２とは異なる値となる。

【0073】

本実施形態では、各スクリーンに投影されるレーザラインの投影位置を利用して、墨出しロボット１４の姿勢を制御する。

【0074】

具体的には、図１３（Ｂ）に示されるように、第１のスクリーン１４Ａ及び第２のスクリーン１４Ｂに対して垂直レーザのレーザラインが投影されると、墨出しロボット１４の第１のカメラ１４Ｃは第１のスクリーン１４Ａを撮影し、第１の画像を得る。また、墨出しロボット１４の第２のカメラ１４Ｄは第２のスクリーン１４Ｂを撮影し、第２の画像を得る。

【0075】

このため、ロボット制御機器１４Ｅのロボット制御部１４０は、第１の画像及び第２の画像に対して画像処理を行う。具体的には、ロボット制御部１４０は、第１の画像及び第２の画像に対し、エッジ抽出や高輝度ピクセル抽出処理等の画像処理を行うことにより、第１画像及び第２画像における垂直レーザのレーザラインの投影位置を検出する。

【0076】

そして、ロボット制御部１４０は、第１画像及び第２画像の画像処理結果から、第１のスクリーン１４Ａの中心からレーザラインの投影位置までの距離ｘ_１及び第２のスクリーン１４Ｂの中心からレーザラインの投影位置までの距離ｘ_２を算出する。第１のカメラ１４Ｃ及び第２のカメラ１４Ｄを事前に校正しておくことにより、画像の１ピクセルに対応する長さを予め決定することができるため、距離ｘ_１及び距離ｘ_２を算出することができる。

【0077】

また、ロボット制御部１４０は、距離ｘ_１及び距離ｘ_２に基づいて、移動座標系Ｏ_ｍ‐Ｘ_ｍＹ_ｍのＹ_ｍ軸とレーザラインとの間の成す角θを算出する。また、ロボット制御部１４０は、距離ｘ_１及び距離ｘ_２に基づいて、重心Ｏ_ｍとレーザラインとの間の距離ｄを算出する。

【0078】

具体的には、ロボット制御部１４０は、以下の式（５）及び式（６）の関係式に従って、成す角θ及び距離ｄを算出する。

【0079】

ｘ_１＝ｙ_ｓ／ｓｉｎθ （５）
ｘ_２＝ｄ／ｃｏｓθ （６）

【0080】

［ＳＴＥＰ２］

【0081】

ＳＴＥＰ２において、図１１（ｂ）に示されるように、制御機器１０の制御部１０Ｂは、目標点Ｔへ向けてポイントレーザが照射されるように３次元レーザ測定器１２Ａを制御する。３次元レーザ測定器１２Ａは、制御機器１０による制御信号に応じて、目標点Ｔの方向へポイントレーザを照射する。

【0082】

［ＳＴＥＰ３］

【0083】

ＳＴＥＰ３において、図１１（ｃ）に示されるように、制御機器１０の制御部１０Ｂは、墨出しロボット１４の目標点Ｔへ向けて垂直レーザが走査されるように、回転式レーザ照射器１２Ｂを制御する。そして、回転式レーザ照射器１２Ｂは、制御部１０Ｂの制御信号に応じて、目標点Ｔへ向けて垂直レーザを走査するように、垂直レーザを照射する。以下、具体的に説明する。

【0084】

図１１（ｃ）に示されるように、制御機器１０は、回転式レーザ照射器１２Ｂに対して、一定速度で目標点Ｔの方向へ回転するように指示する制御信号を送信する。回転式レーザ照射器１２Ｂは、制御機器１０から送信された制御信号に応じて、図１１（ｃ）に示されるように、一定速度で目標点Ｔの方向へ回転する。そして、図１１（ｃ）に示されるように、墨出しロボット１４は、回転式レーザ照射器１２Ｂの回転に応じて、回転式レーザ照射器１２Ｂから照射される垂直レーザを追尾するように走行する。墨出しロボット１４の垂直レーザの追尾について、以下具体的に説明する。

【0085】

本実施形態では、図１４に示されるように、走行機構１４Ｆが備える各ホイールに対してインデックスＨ１，Ｈ２，Ｈ３を付与する。また、本実施形態では、器械点Ｌ（ｘ_ｌ，ｙ_ｌ）を原点とし、レーザラインをＹ_{ｌａｓｅｒ}軸とし、Ｙ_{ｌａｓｅｒ}軸と直交する方向をＸ_{ｌａｓｅｒ}軸としたレーザ座標系Ｌ‐Ｘ_{ｌａｓｅｒ}Ｙ_{ｌａｓｅｒ}を設定する。

【0086】

また、レーザ座標系における墨出しロボットの重心座標を（ｘ_{ｌａｓｅｒ}，ｙ_{ｌａｓｅｒ}）、姿勢をθ_{ｌａｓｅｒ}、墨出しロボットに対するＸ_{ｌａｓｅｒ}方向の指示速度をｘ^・_{ｌａｓｅｒ}、レーザ座標系におけるＹ_{ｌａｓｅｒ}方向の指示速度をｙ^・_{ｌａｓｅｒ}とする。また、レーザ座標系における指示回転速度をθ^・_{ｌａｓｅｒ}とする。ここでθ_{ｌａｓｅｒ}はレーザライン（Ｙ_{ｌａｓｅｒ}軸）に対する移動座標系のＹ_ｍ軸の傾き角に相当し、式（５）、（６）で算出できるθと同一である。

【0087】

本実施形態においては、レーザラインと墨出しロボットの重心座標との距離dとレーザライン（Ｙ_{ｌａｓｅｒ}軸）に対する移動座標系のＹ_ｍ軸の傾き角θ_{ｌａｓｅｒ}を偏差信号として、ＰＩＤ制御系を構成し、式（７），（８），（９）で表される値を墨出しロボットに対する制御入力とする。

【0088】

【数3】

（７）

（８）

（９）

【0089】

なお、ＰＩＤ制御に関するパラメータＫ_Ｐ，ｄ，Ｋ_Ｉ，ｄ，Ｋ_Ｄ，ｄ，Ｋ_Ｐ，θ，Ｋ_Ｉ，θ，Ｋ_Ｄ，θは、予め設定される。

【0090】

ロボット制御機器１４Ｅは、距離ｘ_１及び距離ｘ_２に基づいて、上記式（５）及び式（６）の関係式に従って、時刻ｔにおける成す角θ（ｔ）及び時刻ｔにおける距離ｄ（ｔ）を逐次算出する。そして、ロボット制御機器１４Ｅは、時刻ｔにおける成す角θ（ｔ）及び時刻ｔにおける距離ｄ（ｔ）とＰＩＤ制御に関するパラメータとに基づいて、上記式（７），（８），（９）に従って、墨出しロボット１４に対する指示速度ｘ^・_{ｌａｓｅｒ}、指示速度ｙ^・_{ｌａｓｅｒ}、及び指示回転速度θ^・_{ｌａｓｅｒ}を算出する。

【0091】

ロボット制御機器１４Ｅは、算出された、指示速度ｘ^・_{ｌａｓｅｒ}、指示速度ｙ^・_{ｌａｓｅｒ}、及び指示回転速度θ^・_{ｌａｓｅｒ}に基づいて、各ホイールＨ１，Ｈ２，Ｈ３の前進速度ｖ１，ｖ２，ｖ３を算出する。具体的には、ロボット制御機器１４Ｅは、指示速度ｘ^・_{ｌａｓｅｒ}、指示速度ｙ^・_{ｌａｓｅｒ}、及び指示回転速度θ^・_{ｌａｓｅｒ}に基づいて、以下の式（１０）に従って、各ホイールＨ１，Ｈ２，Ｈ３の前進速度ｖ１，ｖ２，ｖ３を算出する。以下の式（１０）におけるθ_{ｌａｓｅｒ}は、レーザラインと移動座標系におけるＹ_ｍ軸との間の成す角であり、上記式（５）及び上記式（６）によって算出された成す角θに相当する。

【0092】

【数4】

（１０）

【0093】

ロボット制御機器１４Ｅは、墨出しロボット１４の走行機構１４Ｆの各ホイールＨ１，Ｈ２，Ｈ３を、前進速度ｖ１，ｖ２，ｖ３で駆動させるように制御する。

【0094】

これにより、時刻ｔにおける成す角θ（ｔ）及び時刻ｔにおける距離ｄ（ｔ）がゼロとなるようにフィードバック制御が行われ、墨出しロボット１４は垂直レーザを安定的に追尾することができる。

【0095】

次に、制御機器１０の制御部１０Ｂは、図１１（ｄ）に示されるように、垂直レーザの照射方向が目標点Ｔの方向と一致した場合に、回転運動を停止するように回転式レーザ照射器１２Ｂを制御する。

【0096】

回転式レーザ照射器１２Ｂの回転運動が停止すると、墨出しロボット１４の垂直レーザの追尾動作も終了する。これにより、墨出しロボット１４は一旦停止する。

【0097】

［ＳＴＥＰ４］

【0098】

ＳＴＥＰ４では、図１１（ｅ）に示されるように、墨出しロボット１４は、目標点Ｔに向かって、レーザライン上を走行する。ＳＴＥＰ４では、ポイントレーザ及び垂直レーザを墨出しロボット１４の目標点Ｔへ向けて照射し、垂直レーザに応じて、墨出しロボット１４の姿勢を変更させる。そして、ポイントレーザを照射する３次元レーザ測定器１２Ａと墨出しロボット１４との間の距離が所定の距離となるように、墨出しロボット１４を移動させて、墨出しロボット１４を目標点に位置決めする。以下、具体的に説明する。

【0099】

まず、ロボット制御機器１４Ｅは、３次元レーザ測定器１２Ａから照射されるポイントレーザを用いて計測されるレーザ反射位置までの距離に基づいて、３次元レーザ測定器１２Ａと第２のスクリーン１４Ｂとの間の距離が所定の距離となるように、墨出しロボット１４を移動させるように制御する。

【0100】

具体的には、まず、制御機器１０の制御部１０Ｂは、３次元レーザ測定器１２Ａに対して、所定時間間隔で距離測定の指示に関する制御信号を送信する。３次元レーザ測定器１２Ａは、距離測定の指示に関する制御信号を受信し、ポイントレーザが照射されている第２のスクリーンまでの水平距離ｒ_{ｓｃｒｅｅｎ２}を測定する。そして、３次元レーザ測定器１２Ａは、水平距離ｒ_{ｓｃｒｅｅｎ２}を制御機器１０へ出力する。制御機器１０の制御部１０Ｂは、３次元レーザ測定器１２Ａから出力された水平距離ｒ_{ｓｃｒｅｅｎ２}を取得し、墨出しロボット１４のロボット制御機器１４Ｅへ送信する。

【0101】

そして、ロボット制御機器１４Ｅは、制御機器１０から送信された水平距離ｒ_{ｓｃｒｅｅｎ２}が器械点Ｌから目標点Ｔまでの水平距離ＬＴ（＝ｒ_ｔ）よりも大きい場合に、墨出しロボット１４が器械点Ｌに対して近づくように走行機構１４Ｆを制御する。一方、ロボット制御機器１４Ｅは、水平距離ｒ_{ｓｃｒｅｅｎ２}が水平距離ＬＴよりも小さい場合に、墨出しロボット１４が器械点Ｌから離れるように走行機構１４Ｆを制御する。

【0102】

また、ロボット制御機器１４Ｅは、第１のカメラ１４Ｃによって撮像された第１の画像と第２のカメラ１４Ｄによって撮像された第２の画像とに基づいて、第１の画像に含まれる垂直レーザのレーザラインと第２の画像に含まれる垂直レーザのレーザラインとが一致するように、墨出しロボット１４の姿勢を制御する。これにより、垂直レーザに応じて墨出しロボット１４の姿勢が変更される。

【0103】

具体的には、ロボット制御機器１４Ｅは、時刻ｔの成す角θ（ｔ）及び時刻ｔの距離ｄ（ｔ）がゼロとなるように、各ホイールの前進速度ｖ１，ｖ２，ｖ３を決定するフィードバック制御を行う。ＰＩＤ制御に関するパラメータＫ_Ｐ，ｄ，Ｋ_Ｉ，ｄ，Ｋ_Ｄ，ｄ，Ｋ_Ｐ，θ，Ｋ_Ｉ，θ，Ｋ_Ｄ，θについては、最適値が予め設定されおり、ＳＴＥＰ３と異なっていても良い。

【0104】

ＳＴＥＰ４における墨出しロボット１４に対する指示速度ｘ^・_{ｌａｓｅｒ}、指示速度ｙ^・_{ｌａｓｅｒ}、及び指示回転速度θ^・_{ｌａｓｅｒ}は、以下の式（１１），式（１２），及び式（１３）によって表される。そのため、ロボット制御機器１４Ｅは、時刻ｔにおける成す角θ（ｔ）及び時刻ｔにおける距離ｄ（ｔ）とＰＩＤ制御に関するパラメータと水平距離ｒ_{ｓｃｒｅｅｎ２}とに基づき、以下の式（１１），式（１２），及び式（１３）に従って、墨出しロボット１４に対する指示速度ｘ^・_{ｌａｓｅｒ}、指示速度ｙ^・_{ｌａｓｅｒ}、及び指示回転速度θ^・_{ｌａｓｅｒ}を算出する。そして、ロボット制御機器１４Ｅは、指示速度ｘ^・_{ｌａｓｅｒ}、指示速度ｙ^・_{ｌａｓｅｒ}、及び指示回転速度θ^・_{ｌａｓｅｒ}に基づいて、上記式（１０）に従って、各ホイールＨ１，Ｈ２，Ｈ３の前進速度ｖ１，ｖ２，ｖ３を算出する。そして、ロボット制御機器１４Ｅは、墨出しロボット１４の走行機構１４Ｆの各ホイールＨ１，Ｈ２，Ｈ３を、前進速度ｖ１，ｖ２，ｖ３で駆動させるように制御する。ここで、ｖ_{ｃｏｎｓｔ}は予め設定された一定値であり、墨出しロボット１４の移動速度を表す。

【0105】

【数5】

（１１）

（１２）

（１３）

【0106】

次に、ロボット制御機器１４Ｅは、３次元レーザ測定器１２Ａと第２のスクリーン１４Ｂとの間の距離が所定の距離である場合、墨出しロボット１４を停止させるように制御する。そして、制御部１０Ｂは、墨出しロボット１４の停止位置に応じて目標位置に対する表示を行うように、墨出しロボット１４の表示機構１４Ｈを制御する。

【0107】

具体的には、ロボット制御機器１４Ｅは、３次元レーザ測定器１２Ａから出力された水平距離ｒ_{ｓｃｒｅｅｎ２}の測定結果とＬＴとの差が一定値ε未満になった場合（ａｂｓ（ｒ_{ｓｃｒｅｅｎ２}−ＬＴ）＜ε）に、走行機構１４Ｆの各ホイールを停止させる。

【0108】

墨出しロボット１４が走行を停止した後、ロボット制御機器１４Ｅは、第１のカメラ１４Ｃによって撮影された第１画像及び第２のカメラ１４Ｄによって撮影された第２画像に基づいて、上記式（５）及び式（６）に従って、成す角θを算出する。そして、ロボット制御機器１４Ｅは、垂直レーザとＹ_ｍ軸が平行（θ＝０ｄｅｇ）となるように、墨出しロボット１４を回転させる。

【0109】

（微動フェーズ）

【0110】

次に、微動フェーズについて説明する。微動フェーズでは、水平位置調整機構１４Ｇと表示機構１４Ｈとによって、目標座標に対する墨出しが行われる。

【0111】

まず、制御機器１０の制御部１０Ｂは、３次元レーザ測定器１２Ａに対し、距離測定の指示に関する制御信号を出力する。３次元レーザ測定器１２Ａは制御機器１０から出力された距離測定の指示に関する制御信号に応じて、水平距離ｒ_{ｓｃｒｅｅｎ２}を測定し、制御機器１０へ出力する。制御機器１０の制御部１０Ｂは、３次元レーザ測定器１２Ａから出力された水平距離ｒ_{ｓｃｒｅｅｎ２}を取得し、墨出しロボット１４のロボット制御機器１４Ｅへ送信する。

【0112】

ロボット制御機器１４Ｅのロボット制御部１４０は、制御機器１０から送信された水平距離ｒ_{ｓｃｒｅｅｎ２}を取得する。また、ロボット制御部１４０は、第２のカメラ１４Ｄによって撮影された第２画像に基づいて、第２のスクリーン１４Ｂにおける距離ｘ_２を算出する。

【0113】

そして、ロボット制御部１４０は、以下の式（１４）に示されるように、算出した距離ｘ_２を、移動座標系の原点Ｏ_ｍと目標点Ｔ（ｘ_ｔ，ｙ_ｔ）とのＸ_ｍ方向のズレ量Δｘ_ｔとする。また、制御部１０Ｂは、水平距離ＬＴと受信した水平距離ｒ_{ｓｃｒｅｅｎ２}とに基づいて、以下の式（１５）に従って、移動座標系の原点Ｏ_ｍと目標点Ｔ（ｘ_ｔ，ｙ_ｔ）とのＹ_ｍ方向のズレ量Δｙ_ｔを算出する。なお、ポイントレーザと垂直レーザのレーザラインとズレ量Δｘ_ｔ，Δｙ_ｔとの位置関係は、図１５（Ａ）（Ｂ）に示されるようになる。

【0114】

Δｘ_ｔ＝ｘ_２ （１４）
Δｙ_ｔ＝ＬＴ−ｒ_{ｓｃｒｅｅｎ２} （１５）

【0115】

上記図６Ａに示されるように、水平位置調整機構１４ＧのＸ軸ステージのレールＲ_Ｘは移動座標系のＸ_ｍ軸と一致し、Ｙ軸ステージのレールＲ_Ｙは移動座標系のＹ_ｍ軸と一致する。このため、図１５（Ａ）（Ｂ）に示されるように、移動座標系の原点Ｏ_ｍと目標点Ｔ（ｘ_ｔ，ｙ_ｔ）とのＸ_ｍ方向及びＹ_ｍ方向のズレ量Δｘ_ｔ，Δｙ_ｔは、上記式（１４），（１５）に従って算出することができる。ズレ量Δｘ_ｔ，Δｙ_ｔは、後述する水平位置調整機構１４Ｇにおいて用いられる。

【0116】

ロボット制御部１４０は、算出されたズレ量Δｘ_ｔ,Δｙ_ｔに基づいて、水平位置調整機構１４ＧのＸ軸モータＭ_Ｘ及びＹ軸モータＭ_Ｙを駆動させるための制御信号を生成する。具体的には、ロボット制御部１４０は、表示機構１４Ｈの中心を原点Ｏ_ｍからそれぞれΔｘ_ｔ，Δｙ_ｔだけ移動させるように、Ｘ軸モータＭ_Ｘ及びＹ軸モータＭ_Ｙを駆動させるための制御信号を生成する。そして、ロボット制御部１４０は、Ｘ軸モータＭ_Ｘ及びＹ軸モータＭ_Ｙを駆動させるための制御信号に基づいて、表示機構１４Ｈの中心を原点Ｏ_ｍからそれぞれΔｘ_ｔ，Δｙ_ｔだけ移動させるように、Ｘ軸モータＭ_Ｘ及びＹ軸モータＭ_Ｙを駆動させる。これにより、スタンプ部Ｓｔの中心を目標点の直上へ移動させることができる。

【0117】

次に、ロボット制御部１４０は、スタンプ部Ｓｔを移動させた後に、Ｚ軸モータＭ_Ｚを制御して床面にスタンプ部Ｓｔを押し付けて押印を行うように、昇降機構１４Ｉを制御する。これにより、墨出しのマーキングが完了する。

【0118】

＜移動体の誘導および位置決めシステムの作用＞

【0119】

次に、図１６〜図１９を参照して、移動体の誘導および位置決めシステム１００の作用を説明する。移動体の誘導および位置決めシステム１００が起動すると、図１６に示すシーケンスが実行される。

【0120】

まず、ステップＳ１００において、制御機器１０は、３次元レーザ測定器１２Ａに対して、目標点Ｔの方向へポイントレーザを照射するように指示する制御信号を出力する。

【0121】

ステップＳ１０２において、３次元レーザ測定器１２Ａは、上記ステップＳ１００で出力された制御信号に応じて目標点Ｔの方向へポイントレーザを照射する。

【0122】

ステップＳ１０４において、制御機器１０は、回転式レーザ照射器１２Ｂに対して、垂直レーザを照射し、かつ一定速度で目標点Ｔの方向へ回転するように指示する制御信号を出力する。

【0123】

ステップＳ１０６において、回転式レーザ照射器１２Ｂは、上記ステップＳ１０４で出力された制御信号に応じて、垂直レーザを照射し、かつ一定速度で目標点Ｔの方向へ回転する。

【0124】

次に、回転式レーザ照射器１２Ｂから照射される垂直レーザが、墨出しロボット１４の第１のスクリーン及び第２のスクリーンへ投影され始めると、墨出しロボット１４の第１のカメラ１４Ｃは、第１のスクリーン１４Ａを撮像し、第１の画像を得る。また、第２のカメラ１４Ｄは、第２のスクリーン１４Ｂを撮像し、第２の画像を得る。そして、図１７に示す粗動制御処理が実行される。

【0125】

ステップＳ２００において、ロボット制御機器１４Ｅのロボット制御部１４０は、第１のカメラ１４Ｃによって撮像された第１の画像及び第２のカメラ１４Ｄによって撮像された第２の画像を取得する。

【0126】

ステップＳ２０２において、ロボット制御部１４０は、上記ステップＳ２００で取得された、第１の画像及び第２の画像に基づいて、第１のスクリーン１４Ａにおける距離ｘ_１及び第２のスクリーン１４Ｂにおける距離ｘ_２を算出する。

【0127】

ステップＳ２０４において、ロボット制御部１４０は、上記ステップＳ２０２で算出された、距離ｘ_１及び距離ｘ_２に基づいて、上記式（５）及び上記式（６）に従って、移動座標系Ｏ_ｍ‐Ｘ_ｍＹ_ｍのＹ_ｍ軸とレーザラインとの間の成す角θと、重心Ｏ_ｍとレーザラインとの間の距離ｄとを算出する。

【0128】

ステップＳ２０６において、ロボット制御部１４０は、上記ステップＳ２０４で算出された成す角θと距離ｄとに基づいて、上記式（７）、（８）、（９）に従って、墨出しロボット１４に対する指示速度ｘ^・_{ｌａｓｅｒ}、指示速度ｙ^・_{ｌａｓｅｒ}、及び指示回転速度θ^・_{ｌａｓｅｒ}を算出する。そして、ロボット制御部１４０は、墨出しロボット１４に対する指示速度ｘ^・_{ｌａｓｅｒ}、指示速度ｙ^・_{ｌａｓｅｒ}、及び指示回転速度θ^・_{ｌａｓｅｒ}に基づいて、上記式（１０）に従って、墨出しロボット１４の走行機構１４Ｆの各ホイールＨ１，Ｈ２，Ｈ３の前進速度ｖ１，ｖ２，ｖ３を算出する。

【0129】

ステップＳ２０８において、ロボット制御部１４０は、墨出しロボット１４の走行機構１４Ｆの各ホイールＨ１，Ｈ２，Ｈ３を、上記ステップＳ２０６で算出された前進速度ｖ１，ｖ２，ｖ３で駆動させるように制御する。

【0130】

上記図１７の処理は、垂直レーザの照射方向が目標点Ｔの方向と一致するまである一定の繰返し周期で繰り返し実行される。

【0131】

そして、制御機器１０の制御部１０Ｂは、垂直レーザの照射方向が目標点Ｔの方向と一致した場合には、回転運動を停止するように回転式レーザ照射器１２Ｂを制御する。回転式レーザ照射器１２Ｂの回転運動が停止すると、墨出しロボット１４の垂直レーザの追尾動作も終了する。これにより、墨出しロボット１４は一旦停止する。そして、図１８に示すシーケンスが実行される。

【0132】

ステップＳ３００において、制御機器１０の制御部１０Ｂは、３次元レーザ測定器１２Ａに対して、距離測定の指示に関する制御信号を出力する。

【0133】

ステップＳ３０２において、レーザ機器１２の３次元レーザ測定器１２Ａは、上記ステップＳ３００で出力された距離測定の指示に関する制御信号に基づき、ポイントレーザが照射されている第２のスクリーンまでの水平距離ｒ_{ｓｃｒｅｅｎ２}を測定する。

【0134】

ステップＳ３０４において、３次元レーザ測定器１２Ａは、上記ステップＳ３０２で測定された水平距離ｒ_{ｓｃｒｅｅｎ２}を制御機器１０へ出力する。

【0135】

ステップＳ３０６において、制御機器１０の制御部１０Ｂは、上記ステップＳ３０４で３次元レーザ測定器１２Ａから出力された水平距離ｒ_{ｓｃｒｅｅｎ２}を取得する。

【0136】

ステップＳ３０８において、制御機器１０の制御部１０Ｂは、上記ステップＳ３０６で取得した水平距離ｒ_{ｓｃｒｅｅｎ２}をロボット制御機器１４Ｅへ送信する。

【0137】

ステップＳ３１０において、ロボット制御機器１４Ｅのロボット制御部１４０は、上記ステップＳ３０８で送信された水平距離ｒ_{ｓｃｒｅｅｎ２}を取得する。

【0138】

ステップＳ３１２において、ロボット制御部１４０は、上記図１７の粗動制御処理を実行する。なお、本ステップＳ３１２における粗動制御処理において、ロボット制御部１４０は、上記ステップＳ３１０で取得した水平距離ｒ_{ｓｃｒｅｅｎ２}に応じて、墨出しロボット１４の移動が制御される。

【0139】

具体的には、上記図１７の粗動制御処理におけるステップＳ２０６において、ロボット制御部１４０は、ステップＳ２０４で算出された成す角θと距離ｄと上記ステップＳ３１０で取得した水平距離ｒ_{ｓｃｒｅｅｎ２}とに基づいて、上記式（１１）、（１２）、（１３）に従って、指示速度ｘ^・_{ｌａｓｅｒ}、指示速度ｙ^・_{ｌａｓｅｒ}、及び指示回転速度θ^・_{ｌａｓｅｒ}が算出される。そして、上記式（１０）に従って、墨出しロボット１４の走行機構１４Ｆの各ホイールＨ１，Ｈ２，Ｈ３の前進速度ｖ１，ｖ２，ｖ３が算出される。

【0140】

上記図１７に示す処理は、水平距離ｒ_{ｓｃｒｅｅｎ２}の測定結果とＬＴとの差が一定値ε未満になるまである一定の繰返し周期で繰り返される。ロボット制御機器１４Ｅのロボット制御部１４０は、３次元レーザ測定器１２Ａから出力された水平距離ｒ_{ｓｃｒｅｅｎ２}の測定結果とＬＴとの差が一定値ε未満になった場合に、墨出しロボット１４の走行機構１４Ｆの各ホイールを停止させる。

【0141】

墨出しロボット１４が走行を停止した後、ロボット制御機器１４Ｅのロボット制御部１４０は、第１画像及び第２画像に基づいて、上記式（５）及び式（６）に従って、成す角θを算出する。そして、ロボット制御部１４０は、垂直レーザとＹ_ｍ軸が平行（θ＝０ｄｅｇ）となるように、墨出しロボット１４を回転させる。墨出しロボット１４の回転が終了すると、図１９に示す微動制御処理が実行される。

【0142】

ステップＳ４００において、ロボット制御機器１４Ｅのロボット制御部１４０は、第２のカメラ１４Ｄによって撮像された第２の画像を取得する。

【0143】

ステップＳ４０２において、ロボット制御部１４０は、３次元レーザ測定器１２Ａから出力された水平距離ｒ_{ｓｃｒｅｅｎ２}を取得する。

【0144】

ステップＳ４０４において、ロボット制御部１４０は、上記ステップＳ４００で取得された第２の画像に基づいて、第２のスクリーン１４Ｂにおける距離ｘ_２を算出する。

【0145】

ステップＳ４０６において、ロボット制御部１４０は、上記ステップＳ４０４で算出した距離ｘ_２を、移動座標系の原点Ｏ_ｍと目標点Ｔ（ｘ_ｔ，ｙ_ｔ）とのＸ_ｍ方向のズレ量Δｘ_ｔとする。また、ロボット制御部１４０は、水平距離ＬＴと上記ステップＳ４０２で取得した水平距離ｒ_{ｓｃｒｅｅｎ２}とに基づいて、上記式（１５）に従って、移動座標系の原点Ｏ_ｍと目標点Ｔ（ｘ_ｔ，ｙ_ｔ）とのＹ_ｍ方向のズレ量Δｙ_ｔを算出する。

【0146】

ステップＳ４０８において、ロボット制御部１４０は、上記ステップＳ４０６で算出されたズレ量Δｘ_ｔ,Δｙ_ｔに基づいて、水平位置調整機構１４ＧのＸ軸モータＭ_Ｘ及びＹ軸モータＭ_Ｙを駆動させるための制御信号を生成する。そして、ロボット制御部１４０は、生成した制御信号に基づいて、表示機構１４Ｈの中心を原点Ｏ_ｍからそれぞれΔｘ_ｔ，Δｙ_ｔだけ移動させるように、Ｘ軸モータＭ_Ｘ及びＹ軸モータＭ_Ｙを駆動させる。これにより、スタンプ部Ｓｔの中心が目標点Ｔの直上へ移動される。

【0147】

ステップＳ４１０において、ロボット制御部１４０は、Ｚ軸モータＭ_Ｚを制御して床面にスタンプ部Ｓｔを押し付けて押印を行うように、昇降機構１４Ｉを制御する。これにより、墨出しのマーキングが完了する。

【0148】

以上説明したように、第１の実施形態では、墨出しロボットの目標位置へ向けて照射される垂直レーザに応じて、墨出しロボットの姿勢を制御する。また、目標位置へ向けて照射されるポイントレーザを用いて計測される第２のスクリーンまでの距離に基づいて、レーザ機器と墨出しロボットとの間の距離が所定の距離となるように、墨出しロボットを移動させるように制御する。そして、墨出しロボットを目標位置に位置決めする。これにより、簡易な構成により、墨出しロボットの位置決めを自動的に行うことができる。そして、墨出しロボットにより自動的に墨出しを行うことができる。

【0149】

また、２種類のレーザを用いて墨出しロボットを制御することにより、目標位置に対する墨出しロボットの向きと、目標位置と墨出しロボットとの間の距離とを考慮して、墨出しロボットの位置決めを自動的に行うことができる。

【0150】

また、水平位置調整機構を用いて墨出しの位置を調整することにより、墨出しロボットの停止位置が目標位置からずれている場合であっても、目標位置に対する表示を精度良く行うことができる。

【0151】

また、２種類のレーザを用いることにより、トータルステーション等の高価なシステム構成とせずに、墨出しロボットの位置決めを自動的に行うことができる。

【0152】

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態に係る移動体の誘導および位置決めシステムについて説明する。なお、第２の実施の形態に係る移動体の誘導および位置決めシステムの構成は、第１の実施の形態と同様の構成となるため、同一符号を付して説明を省略する。

【0153】

第２の実施形態では、回転式レーザ照射器１２Ｂが、２本のレーザを照射する点が、第１の実施形態と異なる。

【0154】

＜第２の実施形態に係る移動体の誘導および位置決めシステムの構成＞

【0155】

図２０に、第２の実施形態における回転式レーザ照射器１２Ｂの構成の一例を示す。第２の実施形態における回転式レーザ照射器１２Ｂは、制御機器１０から出力された制御信号に応じて、レーザ照射部１２Ｄから２本のレーザを照射する。２本のレーザは、床面に略平行であり、照射方向が同一であり、床面からの高さが異なる。また、第１の実施形態と同様に、回転式レーザ照射器１２Ｂは、Ｚ軸まわり（方位方向）に回転する回転台１２Ｅと、制御機器１０からの回転指示に関する制御信号に応じて回転台を回転させるモータ１２Ｆとを備える。

【0156】

図２１は、第２の実施形態に係る移動体の誘導および位置決めシステム２００の構成の一例を示す図である。第２の実施形態では、測距用レーザがポイントレーザであり、姿勢測定用レーザが、回転式レーザ照射器１２Ｂから照射される２本のレーザである。

【0157】

回転式レーザ照射器１２Ｂから照射される２本のレーザが同一方向に照射され、かつ目標点Ｔへ向けて同様に走査される場合には、垂直レーザと同様に、墨出しロボット１４の姿勢を特定することができる。そのため、第２の実施形態では、垂直レーザに替えて２本のレーザを姿勢測定用レーザとして用いる。

【0158】

なお、ポイントレーザは第２のスクリーン１４Ｂ上に投影され、回転式レーザ照射器１２Ｂから照射される２本のレーザは、第１のスクリーン１４Ａ上と第２のスクリーン１４Ｂ上とに各々投影されるように、墨出しロボット１４の各スクリーン位置や、３次元レーザ測定器１２Ａ及び回転式レーザ照射器１２Ｂの高さは予め調整される。そのため、回転式レーザ照射器１２Ｂから照射される２本のレーザは、例えば、図２２に示されるように、第１のスクリーン１４Ａと第２のスクリーン１４Ｂとに投影される。

【0159】

具体的には、粗動フェーズのＳＴＥＰ３において、制御機器１０の制御部１０Ｂは、墨出しロボット１４の目標点Ｔへ向けて２本のレーザが走査されるように、回転式レーザ照射器１２Ｂを制御する。そして、回転式レーザ照射器１２Ｂは、制御部１０Ｂの制御信号に応じて、目標点Ｔへ向けて２本のレーザを走査するように、２本のレーザを照射する。第２の実施形態の第２のスクリーン１４Ｂにおける第２の画像は、図２３に示されるようになる。なお、図２３におけるｘ_{ｐｏｉｎｔ}は、第２のスクリーン１４Ｂの中心とポイントレーザの照射点との間の距離を表す。

【0160】

そして、制御機器１０の制御部１０Ｂは、２本のレーザの照射方向が目標点Ｔの方向と一致した場合に、回転運動を停止するように回転式レーザ照射器１２Ｂを制御する。

【0161】

２本のレーザの照射方向が目標点Ｔの方向と一致した後は、粗動フェーズのＳＴＥＰ４において、墨出しロボット１４が移動する。そして、微動フェーズにおいて墨出しが行われる。

【0162】

なお、第２の実施形態に係る移動体の誘導および位置決めシステムの他の構成及び作用については、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

【0163】

以上説明したように、墨出しロボットの目標位置へ向けて照射される２本のレーザに応じて、墨出しロボットの姿勢を制御する。また、目標位置へ向けて照射されるポイントレーザを用いて計測される第２のスクリーンまでの距離に基づいて、レーザ機器と墨出しロボットとの間の距離が所定の距離となるように、墨出しロボットを移動させるように制御する。そして、墨出しロボットを目標位置に位置決めする。これにより、簡易な構成により、墨出しロボットの位置決めを自動的に行うことができる。

【0164】

また、垂直レーザに替えて２本のポイントレーザを用いることで、レーザのエネルギーが垂直方向へ分散しにくくなるため、画像処理によるポイントレーザの投影位置検出が容易になる。

【0165】

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

【0166】

例えば、上記第１の実施形態では、移動体の誘導および位置決めシステムの構成が、図１に示されるような場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図２４及び図２５に示されるような構成としてもよい。

【0167】

例えば、上記第１の実施形態における３次元レーザ測定器１２Ａと回転式レーザ照射器１２Ｂとを同期させて回転させるようにすることもできる。また、図２４に示される変形例のように、３次元レーザ測定器１２Ａに対して回転式レーザ照射器１２Ｂの機能を持たせるようにしてもよい。

【0168】

上記第２の実施形態では、移動体の誘導および位置決めシステムの構成が、図２１に示されるような場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図２５に示される変形例のように、３次元レーザ測定器１２Ａに対して回転式レーザ照射器１２Ｂの機能を持たせるようにしてもよい。

【0169】

また、上記第１の実施形態では、測距用レーザがポイントレーザであり、姿勢測定用レーザが垂直レーザである場合を例に説明し、上記第２の実施形態では、測距用レーザがポイントレーザであり、姿勢測定用レーザが２本のレーザである場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。測距用レーザ及び姿勢測定用レーザとして利用可能なレーザであれば、どのようなレーザを用いてもよい。

【0170】

また、上記実施形態では、ロボット制御機器と制御機器とが上記図１６〜１９までの処理を実行する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ロボット制御機器が全ての処理を実行してもよいし、制御機器が全ての処理を実行してもよい。また、ロボット制御機器と制御機器との間で各処理を入れ替えてもよい。例えば、ロボット制御機器が、姿勢測定用レーザ及び測距用レーザを墨出しロボットの目標位置へ向けて照射させるようにレーザ機器を制御するレーザ制御部と、測距用レーザを用いて計測されるレーザ反射位置までの距離を取得する計測部とを備えていてもよい。

【0171】

また、移動体の誘導および位置決めシステムは、外部のサーバとの間で情報の通信を行うことにより、墨出しに関する情報を取得するようにしてもよい。例えば、外部のサーバには、目標点Ｔを表す目標位置情報を含む建物の３次元モデルが格納されている場合、制御機器１０の制御部１０Ｂは、建物の３次元モデルから目標位置情報を取得し、取得された目標位置情報に基づいて、目標点へ向けてポイントレーザを照射するようにレーザ機器１２を制御してもよい。これにより、建物の３次元モデルに含まれる目標位置情報を用いて、墨出しロボットの位置決めを精度よく行うことができる。

【0172】

また、上記ではプログラムが記憶部（図示省略）に予め記憶（インストール）されている態様を説明したが、プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ及びマイクロＳＤカード等の記録媒体の何れかに記録されている形態で提供することも可能である。

【符号の説明】

【0173】

１０ 制御機器
１０Ａ 通信部
１０Ｂ 制御部
１２ レーザ機器
１２Ａ ３次元レーザ測定器
１２Ｂ 回転式レーザ照射器
１２Ｃ レーザ照射部
１２Ｄ レーザ照射部
１２Ｅ 回転台
１２Ｆ モータ
１４ 墨出しロボット
１４Ａ 第１のスクリーン
１４Ｂ 第２のスクリーン
１４Ｃ 第１のカメラ
１４Ｄ 第２のカメラ
１４Ｅ ロボット制御機器
１４Ｆ 走行機構
１４Ｇ 水平位置調整機構
１４Ｈ 表示機構
１４Ｉ 昇降機構
１００，２００ 移動体の誘導および位置決めシステム
１４０ ロボット制御部
１４２ ロボット通信部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】