JP2012144355A - 原料ヤードにおける移動機の作業位置検出装置及び作業位置検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スタッカーやリクレーマ等の原料ヤードを走行する旋回アームを備えた移動機について、該移動機の位置、及び旋回ブームの水平方向の旋回角度や俯仰角度を含めた移動機全体の作業位置を高精度で検出することができる手段を得る。
【解決手段】衛星から送信される衛星電波を受信して、上記移動機の旋回ブームにおける該旋回ブームの軸線に沿った複数点の位置座標をそれぞれ測位する位置座標測位手段として、移動機１の旋回ブーム２に該旋回ブームの軸線に沿うように相互に異なる位置に配設された複数の移動局３，４と、原料ヤードの基準点に設置された固定局５とを設けると共に、各移動局３，４から得た位置座標情報及び固定局５から得た位置座標補正情報に基づいて、移動機１の位置と旋回ブームの旋回角度及び俯仰角度とを特定し、該移動機の作業位置の検出を行う位置検出手段６とを設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、原料ヤードを走行して原料の積付け作業又は払出し作業を行う旋回アームを備えた移動機、即ち、スタッカーやリクレーマの作業位置を、衛星を用いた測位により検出する装置及び方法に関するものである。

例えば鉄鉱石や石炭等の製鉄に供する原料は、スタッカーによりその旋回ブームの先端から原料ヤードに積付けられ、また、その積付けられた原料は、旋回ブーム先端に原料掻取装置を備えたリクレーマにより掻取られ、原料ヤードから払出されている。
現在、スタッカーやリクレーマ等の移動機は、各移動機をオペレータによって手動運転するのが主流となっているが、近年では、これらの移動機を遠隔又は自動で運転して原料ヤードでの積付け作業又は払出し作業を行うことが試みられている。
このような移動機の遠隔又は自動運転を行うに際しては、積付け又は払出しの作業を安全且つ確実に行うため、これらの移動機の位置や、旋回ブームの水平方向の旋回角度及び俯仰角度、つまり移動機の作業位置を正確に把握することが重要である。

従来、移動機の作業位置の検出を行うに際しては、エンコーダやセルシン、アブソコーダ等の測定装置を用いて、移動機の位置や旋回ブームの旋回角度及び俯仰角度を検出し、これらの検出結果を基に移動機の作業位置を特定するのが一般的であった。
しかしながら、このような測定装置の場合は、バックラッシュや車輪の滑り等に伴う機械的な誤差が徐々に蓄積していき、精度が著しく落ちるという問題があり、特に移動機の位置の検出に際しては数ｍ単位の誤差になることもあった。

そのため、移動機の位置の検出に関しては、例えば特許文献１に記載されているように、移動機の単位走行毎に発生する走行パルスと、原料ヤード全長に対応したアナログ電圧信号とを併用することにより、移動機の位置を一定の間隔で補正し、位置の検出精度を向上させるものが存在する。
しかしながら、スタッカーやリクレーマ等の移動機は寸動走行を繰り返すため、移動機の実際の作業位置と位置補正する位置とが相互にずれている場合もあり、その場合には、移動機の位置の誤差は補正されず、正確な位置が把握できないという事態も生じていた。
また、実際の原料ヤードは水平でも平坦でもないことから、該原料ヤードに敷設された移動機走行用のレールは左右に曲がったり上下に起伏があったりする場合が多く、これにより、移動機は走行中において上下左右に位置変動しているのが実情であるが、上記特許文献１の技術ではこのような移動機の上下左右方向の位置変動にまで対応することができないため、やはり移動機の正確な位置を把握することが困難であった。
また、この特許文献１のものは、移動機の位置の補正はしても、旋回ブームの水平方向の旋回角度や俯仰角度を補正するものではないため、旋回ブームの位置を含めた移動機全体の作業位置の検出精度を向上させることはできず、依然として移動機の作業位置の正確な把握ができなかった。

特開昭５６−１０８６２９号公報

本発明の技術的課題は、スタッカーやリクレーマ等の原料ヤードを走行して原料の積付け作業又は払出し作業を行う旋回アームを備えた移動機について、該移動機の位置、及び旋回ブームの水平方向の旋回角度や俯仰角度を含めた移動機全体の作業位置を高精度で検出することができる手段を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の原料ヤードにおける移動機の作業位置検出装置は、原料ヤードに敷設したレール上を走行し、旋回ブームの先端から原料ヤードへの原料の積付け又は旋回ブームの先端の原料掻取手段により原料を掻取って原料ヤードからの原料の払出しを行う移動機の作業位置を検出する検出装置であって、衛星から送信される衛星電波を受信して、上記移動機の旋回ブームにおける該旋回ブームの軸線に沿った複数点の位置座標をそれぞれ測位する位置座標測位手段と、上記位置座標測位手段が測位した各点の位置座標情報に基づいて、上記移動機の位置と旋回ブームの旋回角度及び俯仰角度とを特定し、該移動機の作業位置の検出を行う位置検出手段とを備えていることを特徴とするものである。

本発明においては、上記位置座標測位手段は、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信して各点の位置座標を測位するものとすることができる。

また、本発明の好ましい構成態様によれば、上記位置座標測位手段は、上記移動機の旋回ブームに該旋回ブームの軸線に沿うように相互に異なる位置に配設された複数のＲＴＫ−ＧＰＳ移動局と、原料ヤードの基準点に設置されたＲＴＫ−ＧＰＳ固定局とを有していると共に、上記位置検出手段は、各ＲＴＫ−ＧＰＳ移動局から得たそれぞれの位置座標情報及びＲＴＫ−ＧＰＳ固定局から得た位置座標補正情報に基づいて、上記移動機の位置と旋回ブームの旋回角度及び俯仰角度とを特定する構成である。

この場合においては、上記各ＲＴＫ−ＧＰＳ移動局は、ＲＴＫ−ＧＰＳ固定局からの位置座標補正情報をそれぞれ受信し、該位置座標補正情報に基づいて補正した後の位置座標情報を上記位置検出手段に送信する機能を有しているものとすることができる。
また、上記位置検出手段は、上記移動機上に配設されているものとすることができる。

一方、上記課題を解決するため、本発明の原料ヤードにおける移動機の作業位置検出方法は、原料ヤードに敷設したレール上を走行し、旋回ブームの先端から原料ヤードへの原料の積付け又は旋回ブームの先端の原料掻取手段により原料を掻取って原料ヤードからの原料の払出しを行う移動機の作業位置を検出する検出方法であって、衛星から送信される衛星電波を用いて上記移動機の旋回ブームにおける該旋回ブームの軸線に沿った複数点の位置座標をそれぞれ測位し、これらの複数点の各位置座標に基づいて、上記移動機の位置と旋回ブームの旋回角度及び俯仰角度とを特定し、該移動機の作業位置の検出を行うことを特徴とする。

本発明においては、上記複数点の位置座標の測位は、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信することにより行うようにすることができる。

また、本発明の好ましい構成態様によれば、上記移動機の旋回ブームに、該旋回ブームの軸線に沿うように相互に異なる位置に複数のＲＴＫ−ＧＰＳ移動局を配設し、各ＲＴＫ−ＧＰＳ移動局におけるそれぞれの位置座標情報を取得すると共に、原料ヤードの基準点にＲＴＫ−ＧＰＳ固定局を設置して、各ＲＴＫ−ＧＰＳ移動局の位置座標情報を補正する位置座標補正情報を取得し、これらの位置座標情報及び位置座標補正情報に基づいて上記移動機の位置と旋回ブームの旋回角度及び俯仰角度とを特定することにより移動機の作業位置の検出を行う。

この場合においては、上記各ＲＴＫ−ＧＰＳ移動局は、ＲＴＫ−ＧＰＳ固定局からの位置座標補正情報をそれぞれ受信して位置座標の補正を行うと共に、その補正後の位置座標情報を上記位置検出手段に送信するようにしてもよい。
また、上記位置検出手段を、上記移動機上に配設するようにしてもよい。

本発明によれば、衛星から送信される衛星電波を用いて上記移動機の旋回ブームにおける該旋回ブームの軸線に沿った複数点の位置座標をそれぞれ測位し、これらの複数点の各位置座標に基づいて、上記移動機の位置と旋回ブームの旋回角度及び俯仰角度とを特定し、該移動機の作業位置の検出を行うため、従来のようにエンコーダ等の測定装置を用いる場合と異なり、機械的な誤差が発生せず、また誤差の蓄積も生じない。
この結果、移動機の位置はもちろん、旋回ブームの旋回角度や俯仰角度まで精度よく求めることができ、該移動機の作業位置を常時正確に検出することができるため、安全且つ確実な積付け作業又は払出し作業に供することができる。

本発明に係る作業位置検出装置を移動機に配設した状態を模式的に示す側面図である。 本発明に係る作業位置検出装置の一実施の形態を示す図である。 本発明に係る作業位置検出装置において、移動機の位置及び旋回ブームの旋回角度を特定する場合を説明する平面図である。 本発明に係る作業位置検出装置において旋回ブームの俯仰角度を特定する場合を説明する側面図である。ただし、 位置検出手段における処理フローを示す図である。 図２とは異なる実施の形態を示す模式的に示す側面図である。

図１〜図５は本発明に係る原料ヤードにおける移動機の作業位置検出装置の一実施の形態を示すもので、この実施の形態の作業位置検出装置は、衛星から送信される衛星電波を受信して移動機の旋回ブームの複数点の位置座標を位置座標測位手段により測位すると共に、該位置座標測位手段により得られた各点の位置座標情報に基づいて、位置検出手段により上記移動機の位置と旋回ブームの旋回角度及び俯仰角度とを特定し、該移動機の作業位置の検出を行うものである。
具体的に、この実施の形態の作業位置検出装置は、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波によって位置座標を測位する方式、特にＲＴＫ−ＧＰＳ方式の測位方式を利用し、原料ヤードに敷設した一対のレール上を走行して旋回ブームの先端から原料ヤードへの原料の積付け、又は旋回ブームの先端の原料掻取手段により原料を掻取って原料ヤードからの原料の払出しを行う移動機、即ち、旋回ブームを備えたスタッカーやリクレーマ等の原料ヤード上の作業位置を検出するものである。
なお、この発明において、「ＲＴＫ」は、「Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｋｉｎｅｍａｔｉｃ（リアルタイムキネマティック）」を意味し、「ＧＰＳ」は、「Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ」を意味する。

上記ＲＴＫ−ＧＰＳ方式による測位は、位置測位する対象である移動物に配設された移動局の水平方向及び高さ方向に係る位置座標情報を、位置不動である固定局からの位置座標補正情報により補正し、移動局の正確な位置をリアルタイムで測位するＧＰＳ測位技術である。この測位方式によれば、誤差が３０ｍｍ程度の高精度な測位を行うことが可能となっている。
具体的には、上記固定局に予め位置座標が正確にわかっている基準点（固定点）を設け、固定局において、該基準点の既知の位置座標と、ＧＰＳ衛星により新たに測位したこの基準点の位置座標とのずれから位置座標の補正情報を作成する。一方で、移動している移動局の位置座標を、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信して測位し、その測位した移動局の位置座標情報を、上記固定局からの位置座標補正情報によって補正することにより、移動局の位置座標を高い精度で特定する。これにより、移動局の三次元的な位置座標をリアルタイムで且つ高精度で測位することができる仕組みとなっている。
なお、ＧＰＳ衛星を用いた位置座標の測位は、少なくとも４機のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ衛星を受信して、既知点である各ＧＰＳ衛星と未知点との距離をそれぞれ求め、それらの距離に基づいた三次元方程式を解くことによって行われるが、ＲＴＫ−ＧＰＳ方式の場合は、未知点である移動局及び固定局の位置座標を測位するに際して、移動局及び固定局の各受信機から既知点である衛星までの距離を、ＧＰＳ電波（搬送波）の波数と位相差から求める（いわゆる搬送波測位方式）。

上記移動機１は、原料ヤード上に敷設された一対のレール７，７上を走行する本体部８と、基端側が該本体部８に取付けられて、本体部８を中心に水平方向の旋回及び上下方向の起倒がそれぞれ自在の上記旋回ブーム２とを備えている。
上記旋回ブーム２は、直線的な軸線を有する長尺のもので、移動機１がスタッカーの場合は、先端から鉄鉱石や石炭等の原料を原料ヤードに落下させて積付けることができるようになっており、原料の積付け位置、即ちスタッカーの作業位置に応じて旋回角度及び俯仰角度を制御自在となっている。一方、移動機１がリクレーマの場合は、先端側に、原料を掻取って払出すホイールバケット等の原料掻取手段が配設されていて、該原料掻取手段による原料の掻取り・払出し位置、即ちリクレーマの作業位置に応じて、旋回角度及び俯仰角度を自在に制御することができる構成となっている。

また、上記位置座標測位手段は、この実施の形態においては、図１及び図２に示すように、スタッカーやリクレーマ等の移動機１の旋回ブーム２に配設された複数のＲＴＫ−ＧＰＳ移動局（以下「移動局」という。）３，４と、原料ヤードの基準点に設置されたＲＴＫ−ＧＰＳ固定局（以下「固定局」という。）５とを有している。
上記各移動局３，４は、図１及び図２に示すように、移動機１の旋回ブーム２上においてＧＰＳ衛星９から発信されたＧＰＳ電波を受信して、それぞれの移動局毎に個々の位置座標を測位するもので、ＧＰＳ電波を受信するＧＰＳアンテナ１０ａ，１１ａを備えたＧＰＳ受信機１０，１１と、上述の固定局５からの情報を受信する無線アンテナ１２ａ，１３ａを備えた移動局側無線機１２，１３とを備えている。
なお、図２においては、便宜的にＧＰＳ衛星９を一機のみ記載しているが、移動局３，４のＧＰＳ受信機１０，１１、及び固定局５の後述するＧＰＳ受信機１４は、実際には最低４機のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信し、位置座標をそれぞれ測位している。

上記移動局側無線機１２，１３は、上記固定局５から無線で発信された位置座標補正情報を受信して、その位置座標補正情報を上記ＧＰＳ受信機１０，１１に送信するものである。
また、上記ＧＰＳ受信機１０，１１は、ＧＰＳ衛星９からのＧＰＳ電波を受信して移動局の位置座標（緯度及び経度並びに高さ）を測位すると共に、上記移動局側無線機１２，１３からの位置座標補正情報を受信し、該位置座標補正情報に基づいて移動局がＧＰＳ電波で測位した位置座標情報を補正して、該移動局の補正後の位置座標情報を作成、取得するものである。さらに、このＧＰＳ受信機１０，１１は、補正後の位置座標情報を上記位置検出手段６に送信する機能も有している。

この実施の形態においては、図１に示すように、上記旋回ブーム２に第１及び第２の異動局３，４の２つを配設されたものとしており、これらの第１及び第２の移動局３，４は、旋回ブーム２の軸線に沿うように相互に異なる位置に配設されている。
具体的に、第１の移動局３は、原料の積付けの邪魔にならない旋回ブーム２の先端部分に、第２の移動局４は、旋回ブーム２の中間よりもやや基端側寄りの位置にそれぞれ配設されている。

ここで、第１及び第２の移動局３，４は、旋回ブーム２上においてできるだけ相互に離れた位置に配設されることが好ましく、例えば軸線方向の長さが５０ｍ程度の旋回ブームに配置する場合には、両移動局は２０ｍ程度の距離をとり、相互に十分離れた位置とすることが望ましい。これは、両移動局３，４の距離が近すぎると、各移動局３，４の相対的な座標位置が近くなるため、上記位置検出手段において各移動局３，４の位置座標に基づいて特定される旋回ブーム２全体としての旋回角度や俯仰角度の正確な特定がしづらくなるためである。

一方、上記固定局５は、原料ヤードの所定の位置に位置不動に設置されたもので、図２に示すように、上記ＧＰＳ電波を受信するＧＰＳアンテナ１４ａを備えたＧＰＳ受信機１４と、上記第１及び第２の移動局３，４に位置座標補正情報を無線で発信するための無線アンテナ１５ａを備えた固定局側無線機１５とを備えている。
上記ＧＰＳ受信機１４は、ＧＰＳ衛星９からのＧＰＳ電波を受信することにより、固定局５（厳密には基準点）の位置座標（緯度及び経度並びに高度）を測位するものである。
さらに、このＧＰＳ受信機１４は、ＧＰＳ電波により測位した基準点の位置座標と、予め位置座標が正確にわかっている該基準点の位置座標と比較し、両者の位置座標のずれに基づいて、位置座標補正情報を作成すると共に、その位置座標補正情報を、上記固定局側無線機１５に送信する機能を有している。
上記固定局側無線機１５は、上記ＧＰＳ受信機１４から送信された位置座標補正情報を受信して、その位置座標補正情報を第１及び第２の移動局３，４の移動局側無線機１２，１３に向けてそれぞれ発信するものである。

また、上記位置検出手段６は、上記第１及び第２の移動局３，４から得たそれぞれの位置座標情報及び固定局５から得た位置座標補正情報に基づいて、上記移動機１の位置と旋回ブーム２の旋回角度及び俯仰角度とを特定し、該移動機１の作業位置の検出を行うものである。
この実施の形態においては、第１及び第２の移動局３，４それぞれにおいて、固定局５からの位置座標補正情報に基づいた補正後の位置座標情報を取得する構成としているため、実際には、この位置検出手段６は、第１及び第２の移動局３，４から送信された補正後の位置座標情報に基づいて移動機１の作業位置の検出を行うようになっている。
さらに、この実施の形態においては、上記位置検出手段として電子計算機を用いており、この位置検出手段としての電子計算機が、第１及び第２の移動局３，４から送信された補正後の位置座標情報それぞれに基づいて上記移動機１の位置と旋回ブーム２の旋回角度及び俯仰角度とを演算して算出し、移動機１の作業位置の検出を行うようにしている。

具体的に、この位置検出手段６においては、移動機１の位置を特定するに際して、図３に示すように、第１及び第２の移動局３，４のそれぞれの補正後の位置座標（緯度・経度）である２点を結んだ線Ｌ_１（なお、この線Ｌ_１は、実質的に旋回ブーム２の軸線とほぼ平行な直線となる）と、予め位置座標が特定された移動機移動用の一対のレール７，７の中央線Ｌ_２（レール間の長さ方向の中央線）との交点Ｏの位置座標を算出する。そして、その交点Ｏにおけるレールの基端（走行０（ゼロ）番地）からの距離ｌにより、原料ヤード上における移動機１（厳密には本体部８）の位置を特定する。
なお、上記第１及び第２の移動局３，４は、旋回ブーム２の軸線に沿うように配設されていて、基本的には軸線に沿った位置をそれぞれ測位するが、移動局の設置位置によって該移動局の測位点が旋回ブーム２の軸線からずれている場合、あるいは事後的にずれた場合には、移動局の設置位置に起因する測位点のずれを補正した上で上記交点Ｏの位置座標を算出するようにすることができる。
また、この実施の形態は、第１及び第２の移動局３，４の補正後の位置座標２点を結んだ上記線Ｌ_１と、移動機移動用の一対のレール７，７の中央線Ｌ_２との交点Ｏの位置をそのまま移動機１の位置としている例を述べているが、必要に応じて、算出された交点Ｏの位置座標を事後的に補正して、移動機１における他の部分の位置座標をさらに算出することにより、移動機１における交点Ｏに相当する部分以外の部分の位置座標を基準に該移動機１の位置を特定してもよい。

また、移動機１の旋回ブーム２の旋回角度を特定するに際しては、図３に示すように、第１及び第２の移動局３，４からの補正後の位置座標情報のうち緯度・経度に係る情報に基づき、上記一対のレール７，７の中央線Ｌ_２と第１及び第２の移動局３，４のそれぞれの補正後の位置座標の２点を結んだ上記線Ｌ_１とがなす角度θ_１を算出し、旋回ブーム２の旋回角度を特定する。このとき、上記線Ｌ_１は直線であることから、第１及び第２の移動局３，４のそれぞれの補正後の緯度・経度の位置座標が特定されれば、移動機１の旋回ブーム２の旋回角度は算出可能となる。なお、この実施の形態においては、図３に示すように、第１及び第２の移動局３，４のそれぞれの補正後の位置座標を結んだ線Ｌ_１、即ち旋回ブーム２の軸線と上記一対のレールの中央線Ｌ_２との交点Ｏを、移動機１における旋回ブーム２の旋回中心としている。

さらに、移動機１の旋回ブーム２の俯仰角度については、第１及び第２の移動局３，４の補正後の位置座標情報のうちの各高度に係る情報に基づき、それぞれの移動局３，４の補正後の高度の差から旋回ブーム２の俯仰角度を算出、特定する。実際には、第１及び第２の移動局３，４のそれぞれの補正後の位置座標を結んだ線Ｌ_１と水平線Ｌ_３とがなす角度θ_２を算出することにより、旋回ブーム２の俯仰角度を特定する。この場合においても、上記線Ｌ_１は直線であることから、第１及び第２の移動局３，４のそれぞれの補正後の高度の位置座標が特定されれば、移動機１の旋回ブーム２の俯仰角度の算出可能となる。なお、この実施の形態においては、旋回ブームの軸線を水平にした場合を俯仰角度０（ゼロ）としている。

ところで、この実施の形態においては、上記位置検出手段６としての電子計算機は、移動機上に設けられた中継盤１６内に配設されている。
具体的に、この中継盤１６は、移動機１の機上電気室１７内に配設されていて、位置検出手段６としての電子計算機と上記第１及び第２の移動局３，４とは、ＲＳ４２２等の各種インターフェイスを用いて有線で電気的に連結され、補正後の位置座標情報の送受信を行うことができるようになっている。
また、上記位置検出手段６は、検出した移動機２の作業位置に係る情報を、外部の必要なシステムや機器に送信する図示しない情報通信手段を有している。外部の必要システムや機器としては、例えば、移動機の自動制御システムや、原料ヤードにおけるスタッカーによる原料の積付け状況やリクレーマによる払出し状況等の原料ヤードの状況をリアルタイムで管理する管理システム、あるいは移動機の機体制御用ＰＬＣ等が考えられる。なお、この場合の情報通信手段としては、例えば無線ＬＡＮや有線による情報通信等、任意の手段が用いられる。

次に、上記構成を有する原料ヤードにおける移動機の作業位置検出装置を用いて、移動機の位置検出を行う方法について説明する。
基本的には、衛星（ＧＰＳ衛星）から送信される衛星電波（ＧＰＳ電波）を用いて上記移動機の旋回ブームにおける該旋回ブームの軸線に沿った複数点（移動局３，４の位置）の位置座標をそれぞれ測位し、これらの複数点の各位置座標に基づいて、上記移動機の位置と旋回ブームの旋回角度及び俯仰角度とを特定して、該移動機の作業位置の検出を行う。以下、具体的に説明する。

スタッカー又はリクレーマ等の移動機１により原料ヤードに原料を積付ける場合又原料ヤード上の原料山から原料を掻取って原料を払出す場合、移動機１は原料ヤードに敷設したレール７，７上を走行し、原料の積付け又は払出しを行う位置に移動する。そして、移動機１の旋回ブーム２の先端を、対象となる原料山において原料の積付け又は払出しを行う所定の場所に移動した上で、原料の積付けの場合は旋回ブーム２の先端から原料を原料ヤードに落下させて積付け、原料の払出しの場合は、旋回ブーム２の先端の原料掻取手段により原料を掻取って原料ヤードからの原料の払出しを行う。

このとき、移動機１の旋回ブーム２に設置された第１及び第２の各移動局３，４、並びに原料ヤードにおける予め定めた基準点に設置された固定局５は、移動機１の移動が開始された時点で、同一のＧＰＳ衛星９からのＧＰＳ電波をそれぞれ常時受信する。
上記固定局５は、ＧＰＳ受信機１４を用いて、受信したＧＰＳ電波による基準点の位置座標の測位を常時行うと共に、その実際に測位した基準点の位置座標と、予め特定されている基準点の正確な位置座標とを比較し、両者の位置座標のずれに基づいて位置座標補正情報を作成、取得を、測位の度に行う。
そして、その位置座標補正情報を、取得する度に固定局側無線機１５を通じて上記第１及び第２の各移動局３，４に発信する。

また、上記第１及び第２の各移動局３，４は、ＧＰＳ受信機１０，１１を用いて、受信したＧＰＳ電波によって移動局３，４の位置座標を各々常時測位し、その位置座標情報の作成、取得を、測位の度に行う。さらに、その取得した位置座標情報を、移動局側無線機１２，１３で受信した上記固定局５からの位置座標補正情報に基づいて補正し、補正後の位置座標情報をそれぞれ作成、取得する。
そして、第１及び第２の各移動局３，４は、中継盤１６に設けられている位置検出手段６としての電子計算機に、補正後の位置座標情報を、該情報を取得する度にそれぞれ送信する。なお、第１及び第２の各移動局３，４は、ＧＰＳ衛星９からのＧＰＳ電波をうまく受信できず、位置座標の測位ができなかった場合には、エラー情報を送信する。

第１及び第２の移動局３，４のそれぞれの補正後の位置座標情報を受信した位置検出手段６は、第１及び第２の各移動局３，４からの補正後の位置座標情報を受信する度に、これらの情報に基づき、上記移動機１の位置と旋回ブーム２の旋回角度及び俯仰角度とを特定し、これにより移動機１の作業位置の検出を行う。
ここで、位置検出手段６としての電子計算機においては、図５に示す処理手順により移動機１の作業位置を検出する。
まず、第１の移動局３からの情報を受信し、この情報に上記エラー情報が含まれているか否かを確認する。エラー情報が含まれていなかった場合には、引き続き第２の移動局４からの情報を受信し、この情報に上記エラー情報が含まれているか否かを確認する。

第１及び第２の移動局３，４からの各情報にエラー情報が含まれていない場合は、後述するエラーカウントを０（ゼロ）に戻した上で、第１及び第２の移動局３，４からの補正後の位置座標情報に基づき、上述した手法によって移動機１の位置と旋回ブーム２の旋回角度及び俯仰角度とを算出して特定し、移動機１の作業位置の検出を行う。
その後、位置検出手段６は、移動機１の作業位置に係る情報、即ち移動機１の位置と旋回ブームの旋回角度及び俯仰角度の算出結果を、これらの情報を必要としている他の各種システムや機器に送信することとなる。

一方、もし第１の移動局３からの情報にエラー情報が含まれていた場合、そのエラー情報をエラーログに書き込み、受信したエラー情報の回数（エラーカウント）をインクリメント（カウントを１増加させる演算）する処理を行う。また、第１の移動局３からの情報にエラー情報が含まれておらず、第２の移動局４からの情報にのみエラー情報が含まれていた場合も、同様にエラーカウントをインクリメントする処理を行う。
そして、エラーカウントが予め定めた設定数以上であるか否かを確認して、該エラーカウントが設定数未満である場合、前回算出して特定した移動機１の位置と旋回ブームの旋回角度及び俯仰角度を他の各種システム等に送信する。また、エラーカウントが設定数以上である場合、作業位置検出装置において何らかの異常が生じたとみなして他の各種システム等にエラーコードを送信し、必要に応じて移動機の作業位置の検出を中断して機器のメンテナンス等に供させることとなる。
なお、上記位置検出手段６は、上述した一連の処理を行った後は、次に送信されてきた第１の移動局３からの情報の受信を開始して同様の処理を繰り返す。また、この一連の処理は第１の移動局から情報が送られてくる度に行う。

このように、上述した原料ヤードにおける移動機の作業位置検出装置及び作業位置検出方法によれば、移動機１の旋回ブーム２の軸線に沿うように相互に異なる位置に第１及び第２の複数の移動局３，４を配設して、各移動局３，４におけるそれぞれの位置座標情報を取得するようにしたことにより、位置検出手段６において移動機１の位置はもちろん、旋回ブーム２の軸線に沿う複数位置の各位置座標情報に基づいて、旋回ブーム２の旋回角度や俯仰角度まで求めることができる。
しかも、固定局５からの位置座標補正情報により、各移動局３，４の位置座標情報が逐一補正されるため、該移動機１の位置、及び旋回ブーム２の水平方向の旋回角度や俯仰角度を含めた移動機全体の作業位置を常に精度よく特定することが可能となる。
さらに、移動局３，４及び固定局５の各情報に基づいて移動機１の作業位置を逐一補正しながら特定するため、従来のようにエンコーダ等の測定装置を用いる場合と異なり、機械的な誤差が発生せず、また誤差の蓄積が生じることもない。
この結果、移動機１の作業位置を常時高精度に特定して検出することができ、これにより、移動機１による安全且つ確実な原料ヤードへの原料の積付け作業、又は原料ヤードからの原料の払出し作業に供させることができ、また、遠隔又は自動での運転を行う場合にもきわめて有用である。

上記実施の形態においては、位置検出手段６としての電子計算機を移動機上の中継盤１６に配設しているが、位置検出手段は地上等の移動機１とは別の位置に設けてもよい。
例えば、図６に示すように、原料ヤード上あるいはその近傍の地上等、移動機とは別の所定位置に位置検出手段６（電子計算機）を設ける一方、中継盤１６には、位置検出手段を設けずに、第１及び第２の移動局３，４のそれぞれの補正後の位置座標情報を地上の位置検出手段６の情報通信手段１８に送信する中継盤側の情報通信手段１９を設けて、各移動局のそれぞれの補正後の位置座標情報を、これら位置検出手段６及び中継盤側の各情報通信手段１８，１９を通じて、移動機とは別の位置にある位置検出手段６に一括して送信する構成とすることができる。
この場合、図６に示すように、第１及び第２の移動局３，４には、ＧＰＳ受信機１０，１１からの補正された位置座標情報を受信し且つ該情報を中継盤１６の上記中継盤側の情報通信手段１９に送信するコントローラ２０，２１をそれぞれ設ける必要がある。図６の場合は、情報通信手段１８，１９として無線ＬＡＮ用の通信装置を用いた例を示しており、図６中の符号１８ａ，１９ａは情報通信手段１８，１９にそれぞれ設けた無線ＬＡＮ用のアンテナである。
なお、上記位置検出手段６の位置、該位置検出手段６及び中継盤１６の情報通信手段１８，１９、コントローラ２０，２１以外の構成については、上記実施の形態と実質的に同じであるため、図６においては、同様の符号を付して説明を省略する。また、図６では、便宜的にＧＰＳ衛星９を一機のみ記載しているが、このような構成の場合であっても、４機以上のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信して位置座標をそれぞれ測位する点に関しては、上記実施の形態と同様である。

あるいは、位置検出手段を、移動機とは別の所定位置に設けると共に、各移動局にその移動局が取得した補正後の位置座標情報を直接位置検出手段に送信するための無線ＬＡＮ等に係る情報通信手段をそれぞれ設け、各移動局個別に補正後の位置座標情報を位置検出手段にそれぞれ送信する構成としてもよい。
なお、上記中継盤、あるいは各移動局の情報通信手段から位置検出手段の情報通信手段への情報の送信は、無線ＬＡＮ以外の任意の方法段を用いることができ、例えば各種インターフェイスを用いた有線による情報通信を行うようにしてもよい。

また、上記実施の形態においては、固定局からの位置座標補正情報を各移動局が受信して、移動局のＧＰＳ受信機がＧＰＳ電波によって測位した位置座標情報を該移動局のＧＰＳ受信機において補正する構成としていた。
しかしながら、固定局で取得した位置座標補正手段と、移動局で取得した位置座標情報とをそれぞれ別々に位置検出手段に送信し、該位置検出手段において移動局の位置座標情報を補正し、その補正後の位置座標情報に基づいて移動機の位置、及び旋回ブームの水平方向の旋回角度や俯仰角度を算出するようにしてもよい。

さらに、上記実施の形態においては、第１及び第２の移動局の２つを用いているが、この移動局の数については、複数であれば３つ以上設けてもよく、任意に設定することができる。この場合、各移動局は、上記移動機の旋回ブームにおける該旋回ブームの軸線に沿った位置に設けることが肝要である。

ところで、上記実施の形態においては、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信して位置座標を測位する測位方式として、ＲＴＫ−ＧＰＳ法による測位方式を用いていたが、ＧＰＳ衛星を利用した測位方式としては、ＲＴＫ−ＧＰＳ法以外の測位方式、例えば単独測位による方式、ＤＧＰＳ方式、ＶＲＳ−ＧＰＳ方式等、リアルタイムで測位できる各種方式を用いることができる。

上記単独測位による方式は、一般にカーナビゲーションシステム等で採用されているコード測位方式のもので、４機以上の複数の衛星からの距離を同時に求めることにより未知点の位置座標を測位するものである。この場合、上記実施の形態のＲＴＫ−ＧＰＳ移動局に代えて、単独測位用の受信機を備えた複数の移動局を、移動機の旋回ブームにおける該旋回ブームの軸線に沿って相互に異なる位置に配設して、各移動局の位置座標を測位し、これらの各位置座標に基づいて位置検出手段により移動機の位置と旋回ブームの旋回角度及び俯仰角度とを特定することで、該移動機の作業位置の検出することができる。なお、固定局は必要ない。
上記単独測位による方式を用いた場合、ＲＴＫ−ＧＰＳ方式の場合と異なり、固定局による位置座標補正情報の取得が行われないため、ＲＴＫ−ＧＰＳ方式に比べて測位精度に劣るものの、従来のエンコーダ等の測定装置を用いた場合のような機械的な誤差やその蓄積がない上、移動機の作業位置検出装置全体としての構造が比較的簡易であるため、設置コストが格段に安く、またランニングコストも低く抑えられるという利点がある。

上記ＤＧＰＳ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ−ＧＰＳ）方式は、測位の原理は上述した単独測位による方式と同じコード測位方式であるが、位置座標が既知である固定局においてもＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信して測位を行って既知の位置座標と測位した位置座標の誤差から位置座標補正情報を作成、取得した上で、その位置座標補正情報を移動局に送信して、移動局において実際に測位した位置座標の誤差を補正し、高精度の測位を実現するものである。なお、固定局としては、全国に設置されている既存の固定局（例えば海上保安庁ＤＧＰＳセンター）を利用することも可能である。
このＤＧＰＳ方式を用いる場合、上記実施の形態のＲＴＫ−ＧＰＳ移動局に代えて、ＤＧＰＳ用の複数の移動局を移動機の旋回ブームにおける該旋回ブームの軸線に沿って相互に異なる位置に配設する一方、上記実施の形態のＲＴＫ−ＧＰＳ固定局に代えて、ＤＧＰＳ用の固定局を原料ヤードに配設あるいは上述のような既設のＤＧＰＳ用の固定局を利用する。そして、各移動局の位置座標を測位すると共に、それらの位置座標情報を固定局から送信された位置座標補正情報により補正し、その補正後の各位置座標情報に基づいて位置検出手段により移動機の位置と旋回ブームの旋回角度及び俯仰角度とを特定することで、該移動機の作業位置の検出することができる。
このＧＤＰＳ方式の場合は、いわゆるコード測位方式の一種であるため、移動局及び固定局の各受信機から既知点である衛星までの距離をＧＰＳ電波の波数と位相差から求めるＲＴＫ−ＧＰＳ方式に比べて若干精度が劣るものの、上記単独測位による方式に場合に比べて、位置座標の測位の精度が格段に高く、０．４ｍ程度の誤差で測位ができるという利点がある。

上記ＶＲＳ−ＧＰＳ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｔａｔｉｏｎ−ＧＰＳ）方式は、移動局で測位した位置座標を全国各地に設けられた制御センターに送信し、該制御センターにおいて、その測位した位置座標と国土地理院が各所に設置している複数の電子基準点のデータとに基づいて、原料ヤードやその近傍等の現場に仮想基準点(ＶＲＳ：（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）を設定して、移動局のそばにあたかも基準局（固定局）があるような状態を作り出した上で、この仮想基準局と移動局とを用いてＲＴＫ−ＧＰＳ方式で移動局の位置座標を測位するもので、ＲＴＫ−ＧＰＳ方式同様に高精度の測位を実現するものである。
ＶＲＳ−ＧＰＳ方式を用いる場合、上記実施の形態のＲＴＫ−ＧＰＳ移動局に代えて、ＶＲＳ−ＧＰＳ用の複数の移動局を、移動機の旋回ブームにおける該旋回ブームの軸線に沿って相互に異なる位置に配設すると共に、測位した位置座標を各移動局で補正する場合は移動局毎に、位置検出手段において各移動局の位置座標を補正する場合には位置検出手段に、上記制御センターと通信する通信手段を設ける必要がある。なお、上記実施の形態のような固定局を設置する必要ない。
このＶＲＳ−ＧＰＳの場合は、ＲＴＫ−ＤＰＳ方式と同様に高精度の測位が可能である上、移動局を配設すれば固定局（基準点）を設ける必要がないという利点がある。

なお、上記実施の形態においては、位置座標測位手段、具体的には移動局及び固定局をＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信して位置座標を測位するものとしているが、この位置座標測位手段は、衛星から送信された衛星電波を受信して各移動局の測位ができるものであれば、必ずしもＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波による測位を用いる必要はない。
例えば、現在運用中あるいは今後運用予定の、ロシア連邦の人口衛星を利用したＧＬＯＮＡＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）や、欧州連合が構築したＧＡＬＩＬＥＯ、日本が開発したＱＺＳＳ（Ｑｕａｓｉ−Ｚｅｎｉｔｈ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）、中華人民共和国の北斗（Ｃｏｍｐａｓｓ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）、インド共和国のＩＲＮＳＳ（Ｉｎｄｉａｎ Ｒｅｇｉｏｎａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）等、任意の衛星による測位システムを利用し、該測位システムを使用できる位置座標測位手段を用いて移動局の位置座標を測位することができる。

１ 移動機
２ 旋回ブーム
３ 第１のＲＴＫ−ＧＰＳ移動局
４ 第２のＲＴＫ−ＧＰＳ移動局
５ ＲＴＫ−ＧＰＳ固定局
６ 位置検出手段
７ レール
９ ＧＰＳ衛星

Claims (10)

1. 原料ヤードに敷設したレール上を走行し、旋回ブームの先端から原料ヤードへの原料の積付け又は旋回ブームの先端の原料掻取手段により原料を掻取って原料ヤードからの原料の払出しを行う移動機の作業位置を検出する検出装置であって、
   衛星から送信される衛星電波を受信して、上記移動機の旋回ブームにおける該旋回ブームの軸線に沿った複数点の位置座標をそれぞれ測位する位置座標測位手段と、
   上記位置座標測位手段が測位した各点の位置座標情報に基づいて、上記移動機の位置と旋回ブームの旋回角度及び俯仰角度とを特定し、該移動機の作業位置の検出を行う位置検出手段とを備えていることを特徴とする原料ヤードにおける移動機の作業位置検出装置。
2. 上記位置座標測位手段は、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信して各点の位置座標を測位するものであることを特徴とする請求項１に記載の原料ヤードにおける移動機の作業位置検出装置。
3. 上記位置座標測位手段は、上記移動機の旋回ブームに該旋回ブームの軸線に沿うように相互に異なる位置に配設された複数のＲＴＫ−ＧＰＳ移動局と、原料ヤードの基準点に設置されたＲＴＫ−ＧＰＳ固定局とを有していると共に、
   上記位置検出手段は、各ＲＴＫ−ＧＰＳ移動局から得たそれぞれの位置座標情報及びＲＴＫ−ＧＰＳ固定局から得た位置座標補正情報に基づいて、上記移動機の位置と旋回ブームの旋回角度及び俯仰角度とを特定する構成であることを特徴とする請求項２に記載の原料ヤードにおける移動機の作業位置検出装置。
4. 上記各ＲＴＫ−ＧＰＳ移動局は、ＲＴＫ−ＧＰＳ固定局からの位置座標補正情報をそれぞれ受信し、該位置座標補正情報に基づいて補正した後の位置座標情報を上記位置検出手段に送信する機能を有していることを特徴とする請求項３に記載の原料ヤードにおける移動機の作業位置検出装置。
5. 上記位置検出手段は、上記移動機上に配設されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の原料ヤードにおける移動機の作業位置検出装置。
6. 原料ヤードに敷設したレール上を走行し、旋回ブームの先端から原料ヤードへの原料の積付け又は旋回ブームの先端の原料掻取手段により原料を掻取って原料ヤードからの原料の払出しを行う移動機の作業位置を検出する検出方法であって、
   衛星から送信される衛星電波を用いて上記移動機の旋回ブームにおける該旋回ブームの軸線に沿った複数点の位置座標をそれぞれ測位し、
   これらの複数点の各位置座標に基づいて、上記移動機の位置と旋回ブームの旋回角度及び俯仰角度とを特定し、該移動機の作業位置の検出を行うことを特徴とする原料ヤードにおける移動機の作業位置検出方法。
7. 上記複数点の位置座標の測位は、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信することにより行うことを特徴とする請求項６に記載の原料ヤードにおける移動機の作業位置検出方法。
8. 上記移動機の旋回ブームに、該旋回ブームの軸線に沿うように相互に異なる位置に複数のＲＴＫ−ＧＰＳ移動局を配設し、各ＲＴＫ−ＧＰＳ移動局におけるそれぞれの位置座標情報を取得すると共に、原料ヤードの基準点にＲＴＫ−ＧＰＳ固定局を設置して、各ＲＴＫ−ＧＰＳ移動局の位置座標情報を補正する位置座標補正情報を取得し、これらの位置座標情報及び位置座標補正情報に基づいて上記移動機の位置と旋回ブームの旋回角度及び俯仰角度とを特定することにより移動機の作業位置の検出を行うことを特徴とする請求項７に記載の原料ヤードにおける移動機の作業位置検出方法。
9. 上記各ＲＴＫ−ＧＰＳ移動局は、ＲＴＫ−ＧＰＳ固定局からの位置座標補正情報をそれぞれ受信して位置座標の補正を行うと共に、その補正後の位置座標情報を上記位置検出手段に送信することを特徴とする請求項８に記載の原料ヤードにおける移動機の作業位置検出方法。
10. 上記位置検出手段を、上記移動機上に配設していることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の原料ヤードにおける移動機の作業位置検出装置。
    
    

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