JP2001153943A - 移動体位置検出装置 - Google Patents

移動体位置検出装置

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JP2001153943A
JP2001153943A JP33368699A JP33368699A JP2001153943A JP 2001153943 A JP2001153943 A JP 2001153943A JP 33368699 A JP33368699 A JP 33368699A JP 33368699 A JP33368699 A JP 33368699A JP 2001153943 A JP2001153943 A JP 2001153943A
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吾朗 山本
Shinobu Kawaguchi
忍 川口
Atsuro Yamaoka
敦郎 山岡
Shinji Takagi
信治 高木
Motohiro Ozeki
基弘 尾関
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピッチ角やローリング角が変化する移動体で
あってもその位置を確実に検出することができる移動体
位置検出装置を提供する。 【解決手段】 GPSアンテナ5が、移動体3の傾斜範囲
の中間位置においてその中心軸5aが鉛直となるように移
動体に取り付けられている 。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、走行中にそのピ
ッチ角やローリング角が変化する移動体の位置を検出す
る装置に関する。
【0002】
【従来の技術】GPS(Global Positioning System)を
使用し、人工衛星の発信する電波を受信することによ
り、受信者(例えば自動車)の位置を検出する装置は、
従来より知られている。この種の位置検出装置では、図
5に示すように、1本のドーム状のGPSアンテナ(10)
が支柱(11)を介して設置されるが、この際に、GPSア
ンテナ(10)は、その中心軸(10a)を鉛直にし、視野角が
均等になるように設置される。GPSアンテナ(10)の有
効視界範囲(水平面より上にある受信可能範囲)は、同
図(a)に示すようにGPSアンテナ(10)の中心軸(10
a)を鉛直とした際には、約150°程度であり、この有
効視界が確保されれば、アンテナ(10)によって衛星を捕
らえることができ、移動体の位置検出が確実に行われ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】例えばクレーンのアー
ムのように走行中にそのピッチ角やローリング角が変化
する移動体に対して上記位置検出装置を使用するに際
し、この装置をそのままクレーンのアーム(12)に取り付
けた場合、図5(b)のようにアーム(12)の水平に対す
る傾斜角度が最も小さい状態(例えば30°)では、必
要な有効視界が確保されるが、アーム(12)の傾斜角度が
同図(c)に示すように最も大きくなる(例えば60
°)と、アンテナ(10)の中心軸(10a)が鉛直から大きく
傾いてしまい、有効視界が135°程度にまで減少して
しまう。そのため、この状態のアンテナ(10)によっては
衛星を捕らえることができなくなり、位置検出ができな
くなるという問題が生じた。このため、アンテナが常に
鉛直となるように支持する治具を使用してこれをフック
の真上の位置に取り付けてフックの位置を決定すること
も行われているが、装置が複雑になり、しかも、アンテ
ナがアームの影に入ってしまい、位置検出ができなくな
るという問題が生じた。また、場合によっては物理的干
渉が生じ、アンテナが破損することも考えられる。
【0004】この発明の目的は、上記実情に鑑み、ピッ
チ角やローリング角が変化する移動体であってもその位
置を確実に検出することができる移動体位置検出装置を
提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明による移動体位
置検出装置は、少なくとも水平に対する傾斜角度を変化
させて移動する移動体の位置を検出する装置であって、
GPSアンテナが、移動体の傾斜範囲の中間位置におい
てその中心軸が鉛直となるように移動体に取り付けられ
ているものである。
【0006】ここで、移動体の傾斜範囲がθ1からθ2ま
での場合、中間位置は、例えば(θ1+θ2)/2とされ
るが、移動体の使用条件を考慮して、(θ1+θ2)/2
以外の中間位置においてGPSアンテナの中心軸が鉛直
となるようにしてももちろんよい。
【0007】移動体は、水平走行する台車に少なくとも
傾斜角度変化自在に支持された第1部材と、第1部材に
傾斜角度変化自在に取り付けられた第2部材とよりな
り、第1部材に2以上のGPSアンテナが取り付けら
れ、これらのGPSアンテナによって第2部材の位置が
検出されるようになされていることがある。
【0008】このようにすると、2次元としての平面位
置を表すだけでなく、3次元での立体としての位置を測
定することが可能となる。移動体が、共に傾斜角度を変
化させながら全体として伸縮する2つのアームからなる
場合、アームの方向およびアームの伸縮率を求めること
で、アーム先端に設けられたフック位置を正確に測定す
ることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を、以下図
面を参照して説明する。
【0010】図1は、この発明による移動体位置検出装
置の第1実施形態を示している。同図において、移動体
(1)は、クレーン台車(2)に回動自在に取り付けられた第
1アーム(第1部材)(3)と、第1アーム(3)の回動端に
回動自在に取り付けられた第2アーム(第2部材)(4)
とを有しており、図示されない移動体位置検出装置は、
第1アーム(3)に支柱(6)を介して取り付けられた1本の
ドーム状GPSアンテナ(5)を有している。
【0011】第1および第2アーム(3)(4)は、水平走行
する台車(2)に対して第1アーム(3)が傾斜角度を変化さ
せ、さらに第2アーム(4)が第1アーム(3)に対して傾斜
角度を変化させることにより、全体として図1(a)に
示す伸長状態と同図(b)に示す収縮状態との間を移動
する。第2アーム(4)の先端には、上下に移動可能なフ
ック(4a)が設けられている。
【0012】GPSアンテナ(5)は、図2(a)に示す
アーム伸張状態において、傾斜角度が約30°と最も小
さくなっている第1アーム(3)に対して、その中心軸(5
a)が45°の角度傾斜して、すなわち、鉛直から約15
°アーム交点側に傾斜して取り付けられている。したが
って、図2(b)に示すアーム収縮状態において、第1
アーム(3)の傾斜角度が約60°と最も大きくなったと
きに、その中心軸(5a)が鉛直から約15°アーム交点反
対側に傾斜することになる。これにより、図5(c)に
示した不具合を生じることなく、傾斜角度が最小のとき
から最大のときまでのすべての範囲において、150°
の有効視界が確保され、確実に衛星を捕らえることがで
き、アーム(3)(4)の位置検出が確実に行われる。また、
アーム(3)(4)およびフック(4a)が種々の方向に移動して
も、これによってGPSアンテナ(5)が物理的干渉を受
けて破損するようなこともない。
【0013】フック(4a)の位置を知るためには、第2ア
ーム(4)の先端位置を求める必要があるが、このために
は、第1アーム(3)にGPSアンテナ(5)を2つ以上設け
ることが好ましい。アンテナ(5)を2つとしたときの計
算方法を図3および図4を参照して説明する。ここで、
このクレーンにおいては、フックを吊る第1アーム(4)
の先端は、アーム(3)(4)の伸縮によらず高さを一定に保
って移動するよう構成されており、以下では、この条件
を使用して計算する。
【0014】2つのアンテナ(5)の内、台車に近い方を
アンテナR、第2アームに近い方をアンテナQとして、
これらの受信部をそれぞれ、R、Qとする。また、フッ
ク位置をP、第1アームの最上部をSとする。前提条件
として、図3(平面図)に示すように、基準点を原点と
するX−Y座標系およびRを原点とするx−y座標系を
おき、P、S、QおよびRを通るアームの中心線をm軸
とし、Rを通りm軸に垂直な軸をl軸とする。また、m
軸とx−y軸とのなす角をアーム角θとする。さらに、
図4(側面図)に示すように、m軸に沿ってm−Z座標
系をおき、アンテナQの支柱(6)の付根をA、アンテナ
Rの支柱(6)の付根をB、アーム同士の交点をTとす
る。各点の座標は、XP、xP、mP、…などと表すこ
とにする。また、アンテナQの長さをN、A点とS点
との距離をMAS、P点とT点との距離をMPTとす
る。さらに、T点とS点との距離をr、アンテナQとR
とを結ぶ線と第1アームとのなす角をβ、アンテナQと
Rとを結ぶ線と地上とのなす角をγ、アンテナQと第1
アームとのなす角をαとする。このとき、 XP=XR+xP …(1) YP=YR+yP …(2) が成り立つ。ただし、 xP=mP×cosθ yP=mP×sinθ tanθ=(YQ−YR)/(XQ−XR) mP=mT+{MPT −(ZT−ZP)1/2 mT=mS+r×cos(π/2−β−γ) ZT=ZS−r×sin(π/2−β−γ) mS=mA+MAS×cos(β+γ) ZS=ZA+MAS×sin(β+γ) mA=mQ−N×cos(α+β+γ) ZA=ZQ−N×sin(α+β+γ) tanγ=(ZQ−ZR)/(mQ−mR) mQ={(XR−XQ)+(YR−YQ)1/2 上記の(1)(2)の式より、フック位置を求めること
ができる。
【0015】こうして、2つのアンテナを第1アームに
取り付けることにより、常に上空視界を確保するととも
に、GPSのもつ3次元の測位システムを利用すること
で、フック位置を正確に決定することができる。
【0016】なお、上記において、より正確な位置検出
を実現するために、既知の座標に設置されたGPSの基
準局からの補正データを利用したDGPS(Differentia
l Global Positioning System)を使用することが好まし
い。また、上記では、クレーンを例にして説明したが、
この移動体位置検出装置は、クレーンに限らず、回転お
よび/または水平移動を行いながら少なくとも水平に対
する傾斜角度を変化させる種々の移動体に対して適用す
ることができる。
【0017】
【発明の効果】請求項1の発明の移動体位置検出装置に
よると、移動体の傾斜角度が変化してもGPSアンテナ
の有効視界範囲が確保されるので、移動体の位置検出が
確実に行われる。
【0018】また、請求項2の発明によると、2次元と
しての平面位置を表すだけでなく、3次元での立体とし
ての位置を測定することが可能となり、第1部材に対し
て移動する第2部材の所定位置(例えば伸縮するアーム
の先端位置)を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による移動体位置検出装置が使用され
る一例であるクレーンを示す図である。
【図2】この発明による移動体位置検出装置の第1実施
形態の要部を示す図である。
【図3】この発明による移動体位置検出装置の第2実施
形態を示す平面図である。
【図4】同側面図である。
【図5】従来の移動体位置検出装置を示す図である。
【符号の説明】
(3) 第1アーム(第1部材) (4) 第2アーム(第2部材) (5) アンテナ (Q)(R) アンテナ
フロントページの続き (72)発明者 山岡 敦郎 大阪市住之江区南港北1丁目7番89号 日 立造船株式会社内 (72)発明者 高木 信治 大阪市住之江区南港北1丁目7番89号 日 立造船株式会社内 (72)発明者 尾関 基弘 大阪市住之江区南港北1丁目7番89号 日 立造船株式会社内 Fターム(参考) 3F204 AA04 BA02 CA01 CA07 DB03 DC04 GA04 5J021 AA01 DA02 DA04 DA05 DA06 FA26 GA02 HA03 JA10 5J046 AA01 AA18 MA09 5J047 AA01 AA18 EF04 5J062 AA01 BB01 CC07 EE04 GG02

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも水平に対する傾斜角度を変化
    させて移動する移動体の位置を検出する装置であって、
    GPSアンテナが、移動体の傾斜範囲の中間位置におい
    てその中心軸が鉛直となるように移動体に取り付けられ
    ている移動体位置検出装置。
  2. 【請求項2】 移動体は、水平走行する台車に少なくと
    も傾斜角度変化自在に支持された第1部材と、第1部材
    に傾斜角度変化自在に取り付けられた第2部材とよりな
    り、第1部材に2以上のGPSアンテナが取り付けら
    れ、これらのGPSアンテナによって第2部材の位置が
    検出されるようになされている請求項1記載の移動体検
    出装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006044932A (ja) * 2004-08-09 2006-02-16 Hitachi Constr Mach Co Ltd クレーンの姿勢演算装置、過負荷防止装置、および作業範囲制限装置
WO2015135309A1 (zh) * 2014-09-05 2015-09-17 徐州重型机械有限公司 工程机械作业目标定位方法和系统

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