JP2001509852A

JP2001509852A - 作業部の位置を決定するための装置と方法

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Publication number: JP2001509852A
Application number: JP53083299A
Authority: JP
Inventors: エリクソン，ラルス; ヘルツマン，ミカエル
Original assignee: スペクトラプレシジョンアーベー
Priority date: 1997-11-28
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2001-07-24
Also published as: SE9704397L; EP0956397B1; EP0956397A1; SE9704397D0; WO1999028566A1; DE69815063T2; DE69815063D1; US6421627B1; SE508951C2

Abstract

(57)【要約】この発明は作業機械上の工具の作業部のための位置を決定するための装置と方法に関する。位置決定装置が作業機械上の規定された位置に置かれており、この場所の位置が空間内に固定された座標系内で決定される。位置決定装置はある時間間隔で機械の実際の位置を測定する比較的低速の決定装置（１，４；１，４ａ，４ｂ；５３，５０，５１）と、前記時間間隔間に決定を計算し更新するために機械の位置変化に反応する比較的高速の決定装置（６；ＡＣＣ１，ＡＣＣ２）とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】作業部の位置を決定するための装置と方法本発明は請求の範囲１の導入部に述べられた形式の装置、及び請求の範囲１３の導入部に述べられた形式の方法に関する。この発明は特に産業機械、例えば地ならし機、クレーン、しゅんせつ機等の制御に関する。発明の背景例えばビルディング、公園、または運動場、車展示場等のための道路構築または地ならし時に、地盤処理機が使用され、この機械は一方では掘削そして他方では材料の積み上げを通して地盤の一部に予め決められた地形を与える。これに関連して使用される機械上の作業工具が意図する区分内で厳密に正しい作業水準に正確に制御されることが重要である。制御は好ましくは自動的に遠隔制御されることができるべきであり、従って或る区分内の正しい位置の希望の地形はコンピュータプログラムに書き込まれることができるべきであり、好適な処理に関する情報は車の運転者に連続的にかつ自動的に与えられることができるべきである。また、可能な場合には幾つかの作業を完全に自動的に実行するために機械を自動制御させることができるべきである。これは地盤作業器具のために、水平と垂直の両方向及びそれらの作業方向内の角度位置、空間内の作業工具の位置の空間内の正確な位置の軌道を保つ必要があることを意味する。関連技術の説明ＵＳ−Ａ−４８０７１３１(Clegg Engineering)は水平面識別回転掃引ビームを持つ計器及び掃引ビームによりヒットするための地盤処理機上に置かれた高度指示器を使用する地盤処理システムを記載する。高度指示器は機械の作業工具上、例えば掘削機の刃の上に直接、置かれている。更に、別個の位置発生器が機械上に置かれることができ、処理されるべき領域内の機械の位置を与えるために電子距離測定計器と共働する。異なる上述の指示器からの信号はコンピュータに供給され、このコンピュータは予め決められた複合データを介して地盤の領域の希望の地形についての情報を与えられ、測定値をコンパイルし機械の作業工具を制御するための指示を与える。機械の移動を介して方位と傾斜を決定するのは低速方法である。同様に、ＧＰＳ技術の助けによるまたは電子角度及び距離測定による位置及び高度決定は高速変位時に十分な正確度を持って位置、特に高度を測定可能とするためには十分に高速ではないことが多い。発明の目的この発明の一つの目的は機械の外側に置かれた測定装置ができるだけ少なく、かつ機械の適切な制御を可能にする地盤処理機のための制御、制御指示をそれぞれ提供することである。なお今一つの目的は作業中の、高速移動中でさえ、地盤処理機の瞬時の、連続的で正しい位置と方向指示を提供することである。この発明の今一つの目的は地盤処理機の制御を作り出すことであり、そこで重要なことは機械工具の作業部の作業位置と作業方向の指示であるが、そこでは作業部の振動の影響、不都合な環境、不明瞭な位置等が取り除かれることである。この発明の更なる目的は直接的な位置決定と作業操作中の機械の作業部の作業部分の自動的追従を提供することである。この発明の更なる目的は種々の形式の作業機械、例えば地盤処理機、掘削機、クレーン等のための瞬時作業位置及び作業方向の測定のために使用できる柔軟なシステムを提供することである。発明の概要上述の目的は請求の範囲１の特徴部に述べられた特徴を持つ装置により達成される。更なる特徴及び展開は他の請求の範囲中に述べられている。この発明は位置及び方位決定装置が一方である時間間隔で機械の現在位置と方位を正確に測定する比較的低速の(relatively slow)正確な決定装置を含み、他方で前記時間間隔間に計算してその計算を更新するために位置及び／または方位変化に反応する高速(fast)決定装置を含むことを特徴とする。この高速決定装置はこの場合低速ドリフトが低速装置からの更新を通して補正されるので短い時間間隔の間だけ安定であればよい。比較的低速の、正確な位置及び方位決定は静止測定ステーション、例えば自動標的追従または無線ナビゲーションシステム、例えば検出装置と共働して位置決定するために作業機械の近くに置かれたＧＰＳ（全世界測位システム）を持つ測地計器の助けにより行うことができる。傾斜はまた例えば傾斜計(inclinometers )により及び垂直軸周りの方位、例えばコンパスによりまたは北極探索ジャイロにより決定されることができる。短時間安定な決定装置は少なくとも一つの方向、好ましくは相互に異なる幾つかの方向内の機械の加速度を測定するために機械上に加速度計装置を含むことができ、そこでは計算装置が示された加速度（単数または複数）を二重積分し、固定座標系内の位置の最新計算結果を更新する。方位の変化の迅速決定が要求されるときは、好ましくは軸周りの回転が決定されるべき各軸に対して更なる加速度計またはジャイロが使用される。これらの感知器からの信号は好適な積分と機械の座標系から固定座標系への変換の後に、固定座標系における機械の位置決定を更新するために使用される。低速及び高速感知器からの情報を一緒に書き込む(putting together)好適な方式はカルマンフィルタリングを使用することである。好ましくは、測定及び計算は機械が操作されている間にある間隔で連続的に実行される。計算装置は位置のための最新の先行する計算結果を用いて各測定後に工具の作業部の位置、及び作業の方向及び作業の速度を計算する。計算装置はまた作業機械の作業部のための予想される位置、方位、作業方向及び速度を、ある時間先行して予測するために先行する計算結果を使用することができる。発明の利点この発明により使用が容易で更に比較的安価な測定システムが作り出された。領域を測定するための既に存在するステーションが作業機械を制御するために使用できる。これは特にこの発明で使用するためにステーションのための特別の器具が購入されまたは作業場所に輸送される必要がないことを意味する。しかし、余分の器具が作業機械上には必要である。図面の簡単な説明添付図面を参照して以下にこの発明がより詳細に説明される。ここで図１はこの発明による測定システムの第一実施例による掘削機を概略的に示す。図２は加速度計装置のブロックダイヤグラムを示す。図３はこの発明によるシステムの第二実施例を示す。図４は図３の掘削機上の反射器の位置の実施例を示す。図５Ａはこの発明による測定システムで用いられる検出装置の実施例を示す。図５Ｂは図５Ａの装置のための検出器の第一実施例を示す。図５Ｃは図５Ａの装置のための検出器の第二実施例を示す。図６はこの発明による測定システムの第三実施例による掘削機を概略的に示す。図７はこの発明による完全な測定システムのためのブロックダイヤグラムを示す。図８は掘削機の制御室内のスクリーン上の一画面を示す。発明の種々の実施例の詳細な説明実施例１：図１に示された実施例によれば、測地計器１は処理されるべき地盤領域上に据えられている。計器１は例えばSPECTRA PRECISION ABにより販売されている総合ステーションと呼ばれる形式の一体化された距離と角度測定を持つ、すなわち高度電子コンピュータ結合技術を持つ電子距離測定計器２である。計器１の位置と水平角度位置はまず当業者に良く知られた通常の方法で測定される。これは例えば予め決められた位置、例えば教会の塔等を持つその領域内の点に対する測定を通して実行される。測地計器は目標への距離並びに垂直及び水平方向の両者を与え、それによって距離は反射器、例えばコーナーキューブ形式の反射器に対して測定される。測地計器は更に実行される測定及び測定中に得られたデータの記憶のための書き込み可能情報を持つコンピュータを備えている。好ましくはこの発明のためには無人の測地計器が使用され、これはこの計器が自動的に意図する目標を探索しその上にロックしそれに追従することを意味し、この目標は距離測定または後述する他のある活動目標のために使用される同じ反射器からなることができる。測地計器は固定した地盤に基づく座標系内の目標の位置を計算する。地盤処理機、例えば地盤かき取り機の形の作業機械はこの実施例の低速の正確な位置測定のために、測地計器１から良く見え、機械がどのようにねじれかつ回転しても問題のない機械上のある場所（この場合には機械の屋根の上）の反射器装置４、例えばコーナーキューブプリズムを備え、かつ方位決定装置５ａ，５ｂ及び加速度感知のための少なくとも一つの加速度計及び回転を感知するための更なる加速度計またはジャイロ装置を含む装置６を備えている。コーナーキューブプリズムはもしそれに対する入射角度が比較的傾斜していても入射ビームを対向方向に反射する。反射器装置４は計器１の方へ無反射側面を向けないことが重要である。従って好ましくはそれは軸の周りに円形状に置かれたコーナーキューブプリズムの組からなるべきである。この実施例における固定座標系内の機械の方位は装置５ａ，５ｂにより決定され、この装置は例えば二つの直角方向の垂直軸に対する傾斜を決定するための二つの傾斜感知器５ａと例えば北極に関する固定座標系内の方位を決定するための電子コンパスまたは北極探索ジャイロ５ｂとを含む。このシステムは機械がその作業中にもし機械が岩の上に乗り上げたりまたは凹み中に落ちたりしたら傾くことができるように事象の推移に素早く追従できることが重要である。固定座標系への次の転換のために、機械に基づく座標系内の位置と方位変化の短期間安定した、正確かつ迅速な決定のための予想が提供されるべきである。このような予想により位置と方向変化は総合ステーションを経て機械の低速の位置及び方位決定間の間隔内に決定されることができる。従って加速度計装置６が迅速移動を指示するために機械上に置かれる。この装置６は好ましくは満足できる機能を与えるために、種々の方向の機械の高速移動と回転を感知すべきである。しかし、最低限の条件はこの装置が機械の軸、この場合は好ましくはその標準垂直軸（ｚ軸）、に沿った加速度を感知することである。なぜなら、正確度に対する要求は通常この方向に最大であり、そこでは地盤処理の意図は通常垂直方向でのある作業水準を提供することであるからである。しかし、好ましくは装置６は機械の三つの異なる軸に関して加速度及び／または回転を感知すべきである。加速度測定は通常の形式の如何なるものであってもよく、それらは本発明の一部ではないので、より詳細には述べられず、かつ例示されない。それらの出力信号は位置変化を与えるために時間に関して二重積分される。これは装置６またはコンピュータ装置２０内で行われる（図８参照）。計算された位置変化は機械の座標系で与えられるが、それから固定座標系に変換され、従って固定座標系内の機械の移動は常時連続的に示されるものである。これらの指示は用いられる制御システムに好適な短かい間隔で行われる。測地計器１は固定座標系内の反射器装置の位置の絶対的決定をほぼ０．２−１秒の時間間隔で与えることができ、更に装置６からのデータはその間の測定システムをサポートする。地盤作業部７、すなわち機械３のかき取り刃８のかき取り部、は位置、水平及び垂直方向の回転に関して、好ましくはその移動の方向及び移動の速度に関しても固定座標系内に実際に示されるべきものである。機械自身の位置的関係感知器（図示せず）は機械の座標系内のかき取り部７の瞬時位置を計算するための基礎を与える。測地計算を持つ機械に関してかき取り刃の瞬時設定の感知及び計算は良く知られた技術であり、より詳細に述べる必要はない。種々の感知器から固定座標系内の最終位置及び方位への情報の結合は好適には主コンピュータ２０内で行われる。実際の位置及び方位を決定するための種々の感知器からの情報の最適結合を得るための好適な方法はカルマンフィルタリングの使用である。図２は垂直軸周りの回転感知器を持つ、機械の軸に沿って感知するための加速度計装置６を概略的に示す。この方法において加速度ａ₁及びａ₂は加速度計ＡＣＣ１及びＡＣＣ２で感知される。これらの二つの測定値を結合することによりかつ加速度計間の距離ｄを知ることによりある選択点（Ａ）の回転と加速度が計算できる。三つの同様な組みを用いることにより、三つの軸に沿った加速度と三つの軸周りの回転が自然に決定されることができる。代替または補足法として、一つまたはそれ以上の軸周りの回転変化がジャイロの助けにより決定されることができる。実施例２：図３の地盤処理機３は、垂直軸周りの低速の、正確な方位決定のために、この実施例においては測地計器１から容易に見ることのできる機械上のある場所に二つの反射器装置４ａと４ｂを備えている。図３による実施例ではそれらは互いにかつ機械に関して本質的に固定された場所に置かれている。測定計器に関して好適な方位を得るために、種々の“固定された”位置間を移動しうる反射器を持つ可能性は明らかである。それらの各々は好ましくはある軸の周りに円形状に置かれたコーナーキューブプリズムの組みからなるべきである。固定された、または測定計器に関して規定された座標系内の機械の三次元配置及び方位は機械の座標系内の正確なまたは確定的な場所を持つ反射器装置４ａと４ｂに向けての測定を通して測定される。固定座標系内の反射器の位置を決定することにより、それからこの座標系内の機械の方位が決定されることができ、これは座標系間の変換が規定されることを意味する。図３の反射器装置４ａと４ｂはそれぞれそれら自身の観測指示器１２と１３を持ち、この指示器が瞬時整合がなされるべき目標または反射器に関する測地計器のための及びこの目標に対して測定するための方向情報を与える。観測指示器は種々の形式のものであることができ、測地計器をその瞬間の測定のための目標として役立つ測定反射器に自動的に整合させることのみが重要である。しかし、整合指示器は図３に示された実施例においては好ましくは周囲の光から分離可能な特定の変調と波長特性を備えた光素子であり、ここではそれらのそれぞれの目標反射器の下にかつ好ましくは全ての方向から見ることができるように置かれたところが示されている。測地計器１は距離測定器２自身の下に、光素子と同じ変調と波長特性を持つ光信号を探索する探索及び設定装置１４を備えていることが好適である。整合指示器１２と１３のそれぞれは好適には大きな水平角度を覆うために、反射器と同じ方法で円形状に配置された幾つかの光素子からなることができる。１２と１３の光素子は探索及び設定装置１４が光素子の光に対するその整合を設定管理できかつ距離の測定及びそれと組み合わされた目標に対する整合が実行可能なような速度で互いに交互に点灯される。測定は順次二つの反射器装置４ａと４ｂに向けて実行される。これに代え、光素子を持つ三つ（またはそれ以上の）反射器装置が機械上の予め決められた位置内に置かれることができ、それによってこれらの目標に向けての測定は計算により三次元固定座標系内の機械の位置、整合及び方位を与える。図４は目標装置３０の今一つの実施例を示し、この目標装置に向けて測地計器１は機械３のための位置データを得るために測定できる。目標装置はこの場合円盤３１を含み、この円盤は円盤に対して垂直な軸３２の周りに回転する。目標、ここでは反射器３３の形の、例えばコーナーキューブ形式の反射器のリング、が円盤３１の周辺近くに取り付けられている。この実施例で重要なのは反射器３３が軸３２の周りに回転することであり、それ故それはその代わりに回転腕（図示せず）上に取り付けられることができる。反射器として形成された検出装置３３は従って作業機械に関して確定的な位置を持つ位置間で移動可能であり、かつ指示装置、例えば符号器（図示せず）は連続的にその位置を示す。機械の方位を決定する更なる代替法は測地計器と自動的に整合するサーボ制御光学装置を用いることである。例えば符号器により、光学装置の整合は機械の座標系内に読込まれることができる。その実施例は図５Ａ−５Ｃに示されている。少なくとも一つのサーボ制御光学装置２６−２９がそれ自身を測地計器と整合する。この場合光学装置は反射器と一緒に組込まれ、そのことはそれが円形状のプリズムでない単純なプリズムからなることができるという利益を与える。しかし、この装置は分離されることもできる。光学装置のために測地計器の測定ビームまたはこれと平行なビームを使用することが好適である。図５Ａに示された実施例において、光学装置２６は断面で示された反射器２５のそばに置かれている。光学装置はレンズまたはレンズ系２７及び位置感知検出器２８からなる。レンズ／レンズ系は検出器２８上に測定ビームの焦点を合わせる。検出器２８は例えば図５Ｂに示されている如き四分区間検出器である。計器１の測地測定ビームはそれによってもしビームが十分広ければ整合装置のためにも使用されることができる。しかし、これに代えて、かつ技術的観点から、好ましくは計器は特別の光源、例えばレーザを備えており、この光源は装置２６−２８に向けて狭い光ビームを送り、この場合それは完全に異なる特性、例えば反射器２５に向けて送られる測定ビームとは異なる他の波長を持つことができ、測定ビームと平行でありかつ反射器２５の中心線からチューブ２６の中心線と同じ測定ビームからの距離に配置される。第三代替法は参照ステーション（図示せず）の整合のためのコーナーキューブプリズム及び光源２３（点線で画かれた）を光学装置（２６−２８）に対して上方に置くことである。この場合反射したビームは光学装置がステーションに対して正しく整合するときに四分区間検出器上に焦点を合わせるプリズムから得られる。四分区間検出器２８を用いるとサーボ制御は副検出器ができるかぎり同様の照度を持つように行うことができる。このような検出器はそれ自体知られており、サーボ制御装置２９の種々の形式で同様に使用され、従ってより詳細には述べない。光学装置は機械上に移動可能かつ制御可能に取り付けられ、反射器と一体化される。サーボモータ（図示せず）のサーボ制御により、光学装置は検出器２８からの信号が平衡されるように整合され、これは装置が測定ビームの方向に配向されていることを意味する。作業機械に関する整合は例えばある種の符号器によりまたはガイドサーボモータの瞬時設定位置を感知する他の形式により読み込むことができる。上記整合は水平と垂直の両方向で実施することができるが、もし水平方向の案内に限定されるなら複雑性が顕著に減少する。機械の傾斜が通常垂直面に関して小さいときはこれは満足できることが多い。そのような場合検出は横断方向に延長した検出器と検出器に対してある垂直角度範囲内の光線を集めるシリンダーレンズの助けにより実施される。図５Ａは横断面を示すので、それもこの実施例に対応する。検出器は例えば図５Ｃに示されるような、例えばＣＣＤ−形式の素子の一次元列から作られることができる。測地計器により与えられる測地計器から位置検出器への方向についての情報はかくして測地計器に関して機械の方位を与える符号器読み取りと一緒に固定座標系内の機械の方位を与える。目標反射器のサーボ制御は測地計器１に関する車の整合についての情報が連続的に受け入れられることを意味する。実施例３：上述の実施例において位置測定は測地計器１から測定対象上の一つまたはそれ以上の目標に対しての測定を通して行われた。また位置測定は一つまたはそれ以上の無線ナビゲーションアンテナを測定対象上にそして一つを静止ステーション上の一方側に置くことにより、無線ナビゲーション、例えばＧＰＳ（全世界測位システム）の助けにより行うことができる。図６に示された実施例において、無線ナビゲーションアンテナ５０は掘削機５２の上方部上の回転円盤５１の周辺にあり、このアンテナはここでは多数のＧＰＳ衛星４９から信号を受けるところが示されている。アンテナの位置は掘削機５２に関して円盤５１の少なくとも二つの予め決められた回転位置で無線ナビゲーション受信機５５内に示される。円盤は各回転位置でのアンテナ位置が正確に示されるようにゆっくりと回転するが、掘削機の通常の移動が測定結果に顕著に影響しないような早さで回転する。受信機５４を持つ今一つの無線ナビゲーションアンテナ５３を持つ参照ステーション１’はステーション上に取り付けられており、この参照ステーションは処理される地盤の側に対して既知のある位置の外部の予め決められた位置に置かれる。位置差決定は無線ナビゲーション受信機５４と機械５２内の計算装置２０間の無線移送を通して得られる。機械の瞬時位置はいわゆるＲＴＫ測定（Real Tim e Kinematic）で計算される。この形式の計算はそれ自身良く知られており、より詳細に説明する必要はない。先の実施例との差は目標（単数または複数）に対する位置決定が全ステーションで測定される代わりにＧＰＳ技術でなされることである。その他については、方位決定及び高速変位と回転の決定は先の実施例で述べたのと同じ方式で行われる。共通ブロックダイヤグラム図７はこの発明によるブロックダイヤグラムを示し、それは全ての実施例に適用可能である。測地計器を持つ位置決定では目標に対する位置データが参照ステーション１内で集められ無線リンクを経て機械に送信されるが、一方ＧＰＳの場合においては位置データは受信機５４からの修正データであり、それは参照ステーション１’から機械へ移送され、その位置データは受信機５４と５５からのデータから出発して計算装置２０内で作り出される。従って計算装置２０は参照ステーション１からのデータ、ＧＰＳの場合には、受信機５５からのデータを方位感知器５、加速度計装置６及び相対位置のための感知器１１からのデータと一緒に結合して、固定座標系、すなわち機械の座標系から変換された座標系内のかき取り刃の瞬時位置を計算する。相対位置のための感知器１１は例えば機械の作業部を結合するリンクに連結された符号器またはポテンシオメータであることができる。計算装置２０は好ましくは機械内に置かれる。固定座標系内の希望の地盤処理は測地計器１のコンピュータまたは好ましくは機械３のコンピュータ２０のいずれか中にプログラムされる。これはプレゼンテーション装置９、好ましくはスクリーンを備えており、これが機械の操作者（図示せず）に、一方では機械３及びそのかき取り刃８がその瞬間に位置する位置に基づいて如何に操縦されるべきであるかを、そして他方では、希望の操縦からのその瞬間的逸脱を提示する。これに代えて好ましくは意図する高度と方位への作業部の自動的案内は例えば装置２０によって制御される液圧操縦手段からなる制御器具１２の助けにより実施される。機械操作者は、地盤処理領域の希望の構造の測地計器のプログラムされた地図内に含まれていない石等のような種々の形式の障害物のために場合によっては最も接近した作業パターンから逸脱しなければならないこともある。希望の処理及び地図上のかき取り部７の存在する位置及び移動の方向のプログラムされた地図を示すことも可能である。測地計器１及び機械３の間の情報はジグザグ連結１０によって示されるように、ワイヤレスで両方向に送られることができる。これらの装置の一方または他方のコンピュータはかき取り刃を持つ機械３の作業のために使用できる重要な計算を実施する主コンピュータであるように選ばれることができるが、好ましくはこれは装置２０内で実行される。ここで最も重要なのは、かき取り刃の位置及び方位の計算が、それがどこにあろうとも、固定座標系内で実施されること、測地計器及び機械内の電子装置が互いにデータ移送連結を有すること、そして機械操作者が何がなされるべきかそして何が完了しているかを容易に理解できるプレゼンテーションを与えられることである。図８はプレゼンテーション装置９上で機械操作者に提供される画面の例である。整合マークを持つかき取り刃の図が地盤処理領域の希望のプロファイルを持つ地図上に重ねて示されており、そこではかき取り刃の図は作業が進むと地図の上を移動する。プレゼンテーション装置９は分割されることができ、希望の地盤水準の上または下に垂直に置かれたかき取り刃を持ち、かつこれに関して与えられている高度差を持つプロファイル図を示すこともできる。実際の地盤水準は示される必要がない。しかし、画面中に希望の高度を明確に持つ地盤の部分を機械操作者に示すことが好適であり、かくして操作者はその作業を実施する場所を知ることができる。この場合実際と希望の水準間の予め決められた許容誤差水準内の小さな差を持つ地盤の部分を、予め決められた色、例えば緑色で与える機能を持たせることもできる。例えば地図中に点線で示されるようにかき取り刃がまだ正しい水準に達していないことを示すためにかき取り刃の陰影図を示すことも可能である。この場合かき取り刃は地盤上の空中にあるように見え、機械操作者は陰影図をかき取り刃の図と合わせるために如何に深く機械がかき取らねばならないかの明確な指示を得る。この発明ではどこにかき取り刃７があるかを地図の平面に対して垂直方向に示すのが陰影図の位置であるので、地盤処理のための希望の水準が地図上に示されることが好適である。これに関連して地図上に実際の地盤構造を示すことは重要でない。垂直及び水平の両方向の機械の位置及び回転の計算はそれに続く機械の座標系から固定座標系への変換後のかき取り刃の瞬間位置及び回転角度の計算とともに固定座標系内で実施される。従って先行する測定からのかき取り刃の変位のそれに続く計算と同じ測定及び計算を持つ新しいシーケンスが続行され、それにより刃の方向と速度がプレゼンテーション装置９上で得られ提供される。これらの測定シーケンスは機械のかき取り刃の作業中繰り返され、それにより機械操作者は作業進行中全時間に渡り固定座標系内のかき取り刃の位置、整合、変位の方向及び速度に関する瞬間データを得、従って希望の地盤処理に比べて如何に作業が進行しているか、そして機械が如何に操縦されるべきかの極めて良好な知識を得る。測地計器は固定座標系内で比較的低速でその整合と測定を実施することのみができる。加速度計装置は中間時間内の測定結果を更新するために使用される。測地計器のアップグレード間のこの更新機能の特別の利益は図３の二つの測定目標４ａと４ｂに向けての測定が同時に実施できないので、更新により反射器に向けての継続測定間の遅れの補償を達成できることである。機械の変位の方向及び速度が連続的に計算されることによって、以前の計算データに基づいて、ある時間先行して機械及び作業部の両方のための予想位置と方位を計算することも便利である。このような計算が最新の以前の計算データの助けにより如何に実施されるかは当業者には明らかであり、従ってより詳細には述べられない。示された実施例の多くの改変が添付請求の範囲により与えらえる範囲内で可能である。従って位置検出装置としてプリズムと無線ナビゲーションアンテナの両者を持つ組合せた設計をすることも可能である。例えば、測地計器の位置及び回転整合は一つまたはそれ以上の無線ナビゲーションアンテナ（例えば測地計器上にあるもの及びこれからある距離にあるもの）の助けにより決定されることができる。示されたもの以外の形式の作業機械（例えばクレーン、しゅんせつ機等）が作業進行中の作業の位置、角度位置及び方向についての連続的な情報を得たい場合は、この発明により提供されるのに極めて適している。述べられた各計算装置は好適には現今ありふれているような、コンピュータまたはコンピュータのサブルーチンである。

Claims

【特許請求の範囲】 1. 作業機械上の指定された位置に置かれ、空間内のこの置かれた位置を固定座標系内で決定するための位置決定装置と、空間内に固定されている座標系内で作業部の位置を計算する計算装置（２０）とを用いて作業機械上の工具の作業部のための位置を決定するための装置において、この位置決定装置がある時間間隔で機械の実際の位置を測定する比較的低速の決定装置（１，４；４ａ，４ｂ；５３，５０，５１）と、前記時間間隔の間にその決定を計算して更新するために機械の位置変化に反応する比較的高速の決定装置（６；ＡＣＣ１，ＡＣＣ２）とを含むことを特徴とする装置。 2. 比較的高速の決定装置が少なくとも一つの方向、好ましくは幾つかの相互に異なる方向内の機械の加速度を測定するための機械上の少なくとも一つの加速度計装置（ＡＣＣ１，ＡＣＣ２）を含み、それにより位置決定装置が示された加速度（単数または複数）を積分して固定座標系内の位置の最新計算結果を更新することを特徴とする請求の範囲１に記載の装置。 3. 比較的高速の決定装置が機械の少なくとも一つの軸周りの回転のための少なくとも一つの回転指示装置（６）を含むことを特徴とする請求の範囲２に記載の装置。 4. 低速の決定装置が作業機械の近くに置かれた静止測定ステーション（１；１’）と、作業機械上の確定できる位置を伴った作業機械上の少なくとも一つの検出装置（４）とを含み、静止ステーションと共働して各低速決定時にその実際の場所のための固定座標系内の位置を与えることを特徴とする請求の範囲１−３のいずれかに記載の装置。 5. 機械上の方位手段（５ａ，５ｂ）を含み、それらの手段が低速決定時にそれらの手段が置かれている作業機械の部分のための固定座標系内の方位を与えることを特徴とする請求の範囲１−４に記載の装置。 6. 低速の正確な決定装置が作業機械の近くに置かれた静止測定ステーション（１’）と、作業機械上の固定位置を持つ少なくとも二つの固定された検出装置（４ａ，４ｂ；５０，５１）または作業機械に関して確定できる位置を持って少なくとも二つの位置間を移動できる可動検出装置（３３；５０）のいずれかを含むことを特徴とする請求の範囲１−３のいずれかに記載の装置。 7. 作業機械上に置かれた少なくとも一つの回転可能に取り付けられた制御可能な光学装置（２６−２８；２３）を含み、この光学装置が静止ステーションの測定ビームまたはこのビームと平行なビームまたは光学装置から送られ静止ステーション内のプリズム内で反射されたビームの助けによりそれ自身静止測定ステーションに向けて整合し、それにより光学装置の作業機械に関する方位が固定座標系内の作業機械の方位の決定のために計算装置（２０）に示されかつ送られることを特徴とする請求の範囲１−４に記載の装置。 8. 位置決定装置が作業機械（３）からある距離に置かれかつ作業機械上の少なくとも一つの目標、例えば反射器に対して測定する、目標探索機能を持つ測地計器（１；１’）を含むことを特徴とする請求の範囲１−７のいずれかに記載の装置。 9. 各目標（４ａ，４ｂ）が整合指示器（１２，１３）を備えており、この整合指示器が瞬間目標探索がなされるべき目標に関する測地計器のための及びこの目標に向けての測定のための整合指示を与えることを特徴とする請求の範囲８に記載の装置。 10．各位置検出装置が受信器を持つ無線ナビゲーションアンテナ（５０）であることを特徴とする請求の範囲１−７のいずれかに記載の装置。 11．計算装置（２０）が先行する計算結果から作業機械の作業部のためのある時間先行した予想される位置、方位、作業方向及び速度を計算することを特徴とする請求の範囲１−１０のいずれかに記載の装置。 12．計算装置（２０）が処理されるべき領域の希望の地形を持つ記憶された地図を備えており、かつ作業部のための計算されたデータがプレゼンテーション装置（９）（図３）上の地図に関して位置と角度位置のために与えられることを特徴とする請求の範囲１−１１のいずれかに記載の装置。 13．作業機械の規定された場所に置かれ、この場所の位置を空間内に固定された座標系内で決定するための位置決定装置と、空間内に固定されている座標系内で作業部の位置を計算する計算装置（２０）とを持つ作業機械上の工具の作業部のための位置を決定するための方法において、位置決定がある時間間隔で機械の実際の位置を測定するために比較的低速の決定（１，４；１，４ａ，４ｂ；５３，５０，５１）で部分的に実行され、前記時間間隔の間にその決定を計算して更新するために機械の先行する決定からの位置の変化に反応する比較的高速の決定（６；ＡＣＣ１，ＡＣＣ２）で部分的に実行されることを特徴とする方法。 14．比較的高速の決定において：少なくとも一つの方向、好ましくは幾つかの相互に異なる方向内の加速度測定示された加速度（単数または複数）の積分；及び固定座標系内の位置の最新計算結果の更新；を特徴とする請求の範囲１３に記載の方法。 15．比較的高速の決定装置で、少なくとも一つの回転指示が機械の少なくとも一つの軸の周りの回転に対して実施されることを特徴とする請求の範囲１３または１４に記載の方法。 16．低速の決定装置のために、静止測定ステーション（１；１’）が作業機械の近くに置かれておりかつ少なくとも一つの検出装置（４）が作業機械上の確定できる場所を持って作業機械上に置かれており、かつ各低速決定時に静止測定ステーションと検出装置との間の共働により固定座標系内の作業機械の実際の位置が測定されることを特徴とする請求の範囲１３−１５のいずれかに記載の方法。 17．低速決定時に固定座標系内の作業機械の方位決定が行われることを特徴とする請求の範囲１６に記載の方法。 18．低速の正確な決定装置が作業機械の近くに置かれた静止測定ステーション（１’）と、作業機械上の規定された位置に置かれた少なくとも二つの固定された検出装置（４ａ，４ｂ；５０，５１）または作業機械に関して規定された場所を持って少なくとも二つの位置間を移動できる可動検出装置（３３；５０）のいずれかとを含むことを特徴とする請求の範囲１３−１６のいずれかに記載の方法。 19．少なくとも一つの制御可能な光学装置（２６−２８，２３）が作業機械上に回転可能に取り付けられておりかつ静止ステーションの測定ビームまたはこのビームと平行なビームまたは光学装置から送られ静止ステーション上のプリズム内で反射されたビームの助けにより静止測定ステーションに向けて整合すること；作業機械に関して光学装置の方位を指示すること；及び固定座標系内の作業機械の方位を決定するために計算装置（２０）にこの指示を送ること；を特徴とする請求の範囲１３−１７のいずれかに記載の方法。 20．位置決定装置として作業機械（３）からある距離に置かれかつ作業機械上の少なくとも一つの目標、例えば反射器に対して測定する目標探索機能を持つ測地計器（１；１’）が置かれていること、整合情報がその目標に対してこの計器の瞬間目標探索が実施されるべき目標に関する測地計器のためにかつこの目標に向けて測定するために与えられることを特徴とする請求の範囲１３−１９のいずれかに記載の方法。 21．各位置検出装置として受信機を持つ無線ナビゲーションアンテナ（５０）が置かれていることを特徴とする請求の範囲１３−１９のいずれかに記載の方法。 22．先行する計算結果の助けにより作業機械の作業部のためのある時間先行した予想される位置、方位、作業方向及び速度を計算することを特徴とする請求の範囲１３−２１のいずれかに記載の方法。