JP3447480B2 - 位置計測方法および装置 - Google Patents
位置計測方法および装置Info
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Description
部などを正確に計測することができる位置計測方法およ
び装置に関する。
動体の位置を計測する先行技術は、たとえば特開平6−
264452に開示されている。この先行技術では、直
線上のレールに沿って一定間隔で標識を設けておき、レ
ール上を走行する移動体の走行距離を標識の検出間隔で
補正し、精度を高めている。
測には、移動体の移動距離と移動方位とを計測し、推測
航法に従って位置を算出する方法が、自動車などに搭載
されるナビゲーション装置などに用いられている。
い狭矮部などでの位置の計測は、移動体を走行させて、
移動体に搭載される計測機器によって計測する必要があ
るけれども、特開平6−264452の先行技術では、
直線区間のみの計測しか行うことができない。方位の計
測結果も用いる推測航法では、方位の変化点と直線走行
区間とを組合せた折れ線状の経路を移動するとして移動
体の位置を計測することになるので、曲線経路に従って
移動方位が変化し、直線状の区間が短いような経路を移
動体が移動する場合には、計測の誤差が大きくなってし
まう。
動する移動体の位置を精度よく計測することができる位
置計測方法および装置を提供することである。
距離ΔLを移動する毎に、移動体の移動方位角θtを計
測し、移動体の位置座標Xt,Ytを、所定距離ΔLの
移動の間は曲率が一定として、前回計測時点の位置座標
Xt−1,Yt−1および移動方位角θt−1に基づ
き、 Xt=Xt−1+ΔL・(cosθt−1−cos
θt)/(θt−θt−1) Yt=Yt−1+ΔL・(sinθt−sin
θt−1)/(θt−θt−1) として、順次算出しながら、曲線部を含む経路に沿って
移動する移動体の位置を計測する方法であって、前記経
路は一定の軌間距離Rを有する軌道であって、軌間の中
心線に沿って、一定の間隔LMで標識が設けられてお
り、各標識通過時毎に移動体の移動方位角θMnを計測
し、移動体の位置座標XMn,YMnを、前回標識M
n−1通過時点の位置座標XMn−1,YMn−1およ
び移動方位角θMn−1と、標識Mn,Mn−1間移動
の前後で、前記所定距離ΔLの移動毎に順次算出される
位置座標Xt,Ytおよび移動方位角θtに基づいて得
られる位置座標Xn,Yn;Xn−1,Yn−1および
移動方位角θn,θn−1と、各標識Mn,Mn−1へ
前回標識Mn−1,Mn−2から移動する間に、該所定
距離ΔLをそれぞれ積算して得られる標識間の移動距離
Ln,Ln−1とに基づき、 XMn=XMn−1+(LM+R/2・(θn−θ
n−1))/(Ln−Ln−1)・(Xn−Xn−1) YMn=YMn−1+(LM+R/2・(θn−θ
n−1))/(Ln−Ln−1)・(Yn−Yn−1) として、順次算出することを特徴とする位置計測方法で
ある。本発明に従えば、移動体が所定距離ΔLを移動す
る毎に計測する移動体の移動方位角θtと、前回の計測
時点の移動方位角θt-1および移動体の位置座標Xt-1,
Yt-1とに基づき、所定距離ΔLの移動の間は曲率が一
定として、位置座標Xt,Ytを順次算出する。所定距離
ΔLを充分に短い距離としておくことによって、この間
での移動の曲率を一定とみなすことができ、曲線上の経
路に沿う位置座標の変化を正確に算出し、移動体の位置
座標を精度よく計測することができる。
離Rを有する軌道であり、軌間の中心線に沿って一定の
間隔LMで標識が設けられている。軌道を移動する移動
体が検出する移動距離は、たとえば軌道上を走行する車
輪が摩耗したりして誤差が大きくなる可能性があるけれ
ども、正確な間隔で予め設置されている標識の検出結果
を利用し、所定の走行距離ΔL毎に算出される移動体の
位置座標をさらに補正して精度を向上させることができ
る。
されている軌道に沿って移動する移動体に搭載され、移
動体の位置を計測する装置であって、移動体の移動距離
を計測する距離計測手段と、移動体の移動方位を計測す
る方位計測手段と、データ記憶用のメモリと、標識の間
隔よりも小さい距離の移動に対応する一定時間間隔で信
号を導出するタイマと、タイマからの信号に応答し、距
離計測手段および方位計測手段の計測結果に基づき、予
め定める推測航法の算式に従って位置座標を算出し、算
出結果をメモリに記憶させる位置算出手段と、標識の上
を移動体の検出部が通過中であるか否かを検知する標識
通過検知手段と、標識通過検知手段によって、移動体の
検出部が標識の上を通過中であることが検知される毎
に、位置算出手段による位置座標の算出結果を、標識の
間隔、前回の標識通過点で算出されている位置座標、お
よび方位計測手段によって計測される移動体の移動方位
に基づき、予め定める算式に従って補正し、移動体の位
置座標を算出する標識位置算出手段とを含むことを特徴
とする位置計測装置である。本発明に従えば、タイマか
ら導出される一定時間間隔毎の信号に応答して、位置算
出手段は距離計測手段および方位計測手段の計測結果に
基づき、予め定める推測航法の算式に従って位置座標を
算出する。移動体が移動する軌道には一定の間隔で標識
が設置されており、標識通過検知手段が標識の上を移動
体の検出部が通過中であることを検知すると、標識位置
算式手段が、方位計測手段によって計測される移動体の
移動方位と、前回の標識点で算出される位置座標と、標
識の間隔とに基づいて、予め定める算式に従って移動体
の位置座標を補正する。標識の通過検知に基づいて距離
計測手段の計測する移動距離に基づく計測値を補正する
ので、距離計測手段が計測する移動距離の精度があまり
よくなくても、高精度の位置計測を行うことができる。
よる移動体の移動位置計測の基本的な構成を示す。レー
ル1は、人が入れない狭矮な通路に予め敷設されてお
り、一定の長さのレールユニット2を継ぎ足して形成さ
れる。各レールユニット2には標識用のマグネット3が
装着され、レール1上を移動しながらマグネット3の設
置されている位置Mn-2,Mn-1,Mnを磁気的に検知す
ることができる。レールユニット2はピン4で屈曲可能
で、レール1上を走行する車体5に搭載する測定装置で
移動位置を計測する。
成を示し、図3および図4は、図1のレール1上を移動
する移動体である車体5の簡略化した底面図および側面
断面図を示す。図2に示すように、レールユニット2は
ピン4の位置で屈曲させることができ、仮想線で示すよ
うにレールユニット2の一部が屈曲すると、レール1は
レール間の軌間距離Rを保って一定の範囲まで曲がるこ
とができる。レールユニット2が直線の状態にあるとき
の長さは、LMで一定である。したがって、図1に示す
ようにレールユニット2を複数個接続すると、LMの距
離毎にマグネット3が配置されることになる。図3およ
び図4に示すように、レール1上を移動する車体5に
は、車輪の回転によって移動距離を検出するエンコーダ
が付いたエンコーダ付車輪6が設けられる。またレール
ユニット2に設置されているマグネット3を検知する計
測用磁気スイッチ7も設けられる。さらに車体5の移動
方向を計測するためのジャイロ8、計測に必要な電力を
供給する電池9および位置計測装置10などが搭載され
る。ジャイロ8は、基準方位に対する角度θで移動方位
を表す。基準方位は、計測する位置座標X,Yのための
Y軸の方向に設定する。X軸方向は、Y軸方向から時計
回り方向にπ/2だけ回った方向となる。
の中央での走行距離L1とエンコーダ付車輪6によって
計測される走行距離L2との間に生じる幾何学的な関係
を示す。方位角が△θだけ変化したとすると、軌間中央
であるS1側および計測するS2側の走行距離L1,L
2は、次の第1式および第2式でそれぞれ表される。
もS1部分の距離は変化せず、一定値LMであるから、
第2式より次の第3式が得られる。
の概略的な電気的構成を示す。図3および図4に示すエ
ンコーダ付車輪6の回転角度に対応してパルス信号を導
出するエンコーダ11と、ジャイロ8からの出力は、タ
イマ13に予め設定される一定の時間間隔毎に位置算出
手段14によって処理される。エンコーダ11およびジ
ャイロ8によって計測される移動距離および移動方位
は、マグネットセンサ7によってレールユニット2のマ
グネット3を検出する毎に走行距離・方位メモリ15に
記憶される。位置算出手段14は、後述する算式に従っ
て算出した車体の位置であるXt,Ytを、マグネット位
置算出手段16に与える。マグネット位置算出手段16
は、計測用磁気スイッチ7がレールユニット2のマグネ
ット3を検出するたびに、位置算出手段14から与えら
れる位置座標Xt,YtをXn,Ynとしてマグネット位置
補正手段17に与える。マグネット位置補正手段17
は、走行距離・方位メモリ15に記憶されている移動距
離LMおよび移動方位θnに基づき、後述する算式に従
いマグネット位置基準の位置座標XMn,YMnを算出し、
位置計測装置10としての計測結果として導出する。こ
のようなマグネット位置算出手段16およびマグネット
位置補正手段17は、マグネット3を標識として位置計
測を行う標識位置算出手段18として動作する。
置10のシステム構成を示す。位置計測装置10のシス
テムバス19には、CPUボード20が接続され、CP
UやROMやRAMなどのメモリが搭載されている。図
6のタイマ13および走行距離・方位メモリ15もCP
Uボード20内に含まれる。CPUボード20には、無
線モデム21が接続され車体5の走行状態の制御や計測
データの転送のために用いられる。CPUボード20に
は、ジャイロ8からの計測結果も入力される。システム
バス19には、カウンタボード22およびI/Oボード
23も接続される。カウンタボード22には、エンコー
ダ11からの信号が入力される。I/Oボード23に
は、複数の周辺機器、たとえば車体5の前後に装着され
る前方および後方障害物検知スイッチ24,25、車体
5の走行のための走行モータ26および方向変更用リレ
ー27などが接続される。システムバス19には、さら
にPC−MCIA(Personal Computer Memory Card In
ternational Association)カードドライブ28が接続
され、外部メモリなどのPCカード29を装着すること
ができる。PCカード29は、外部コンピュータ装置3
0によって開発されたソフトウエアの媒体として用いた
り、位置算出結果の記憶用に用いたりすることができ
る。接続されたレールユニット2の両端には、加減速制
御用のマグネットが設置され、加減速用磁気スイッチ3
1で検知する。
作を示す。ステップa1から動作を開始し、ステップa
2では計測する位置座標の初期値X0,Y0として初期値
0を格納する。ステップa3で、タイマ13によって計
時される所定時間が経過したか否かを判断する。車体5
は一定速度で走行させるので、所定時間は所定距離ΔL
に対応する。したがってタイマ13からの出力ばかりで
なく、エンコーダ11からの出力に基づく所定距離毎の
動作でも同様となる。
標Xt,Ytを計算する。この計算式は、次の第4式およ
び第5式に従って行う。
a3で所定時間でないと判断されるときにはステップa
5に移る。ステップa5では計測用磁気スイッチ7から
の出力によって、マグネットの位置であるかを判断す
る。マグネットの位置であるときにはステップa6で、
ステップa4で計算されたXt,YtをXn,Ynとしてメ
モリに格納し、同時に移動方位θnと移動距離Ln も格
納する。次にステップa7で、次の第6式および第7式
に従って位置座標XMn,YMnを計算し、格納する。
き、またはステップa7の計算が終了すると、ステップ
a8でレール1の終了する軌道終了か否かを判断する。
軌道終了でないと判断されるときには、ステップa3に
戻り、ステップa3からステップa8までの動作を繰り
返す。軌道終了と判断されるときには、ステップa9で
最後の座標Xt,YtをXn,Ynにそれぞれ格納し、移動
方位θnおよび移動距離Lnも格納する。ステップa10
で動作を終了する。
半径rが一定とみなせる短時間△tの間に一定速度vで
車体5が移動するとして成立する後述の第9式および第
10式に基づく。このような条件は、たとえば80m s
ec毎に40mm程度の間隔で計測する場合に成立すると
想定される。
度ωが一定と考える。すなわち、等速円運動を想定す
る。主にカーブを曲がるときには、このような状況にな
ると考えられるからである。短い時間△tの間に、ya
w軸がθt-1からθtまで変化したとし、位置Xt-1,Y
t-1から位置Xt,Ytまで速度vで移動したとすると、
このときの角速度ωは、次の第8式で表される。
表される。
離が△Lであるから、次の第11式が成立するので、第
8式、第9式および第10式から、第4式および第5式
が得られる。
立する。
次の第13式が成立する。
うなレールユニット2で構成されているので、図1に示
すようなマグネット3の位置Mn-1 とMnとの間でのエ
ンコーダ付車輪6の走行距離Lは、第3式に従って次の
第15式で表される。
て第4式および第5式に基づくよりも、第6式および第
7式に基づく方がより正確な位置を算出することができ
る。
離を検出するための標識としてマグネット3を使用して
いるけれども、光源スイッチ、マークと視覚センサ、鉄
片と渦電流センサのような組合せも同様に使用すること
ができる。また、高度変化も計測すれば、三次元の位置
計測を行うことができる。
C−MCIAカードドライブ28とPCカード29との
組合わせを使用しているけれども、フロッピードライブ
とフロッピーディスクとの組合わせや、メモリファイル
などでも同様に実現することができる。
を含む経路を移動体が走行するときであっても、曲線区
間での位置計測精度を向上させ、移動体の位置を精度よ
く計測することができる。
に、軌道に一定間隔で標識を設けておくことによって、
移動体の位置を一層精度よく計測することができる。
の距離計測手段による計測値に基づいて位置算出手段に
よって算出される結果を、移動体の移動する軌道に一定
間隔で設けられる標識の通過の検知に基づいて標識位置
算出手段によって算出される移動体の位置で補正するの
で、移動体の位置を精度よく計測することができる。
本的な考え方を示す簡略化した平面図である。
化した平面図である。
である。
る走行距離の違いを示す図である。
置10の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
システム構成を示すブロック図である。
ャートである。
Claims (2)
- 【請求項1】 移動体が所定距離ΔLを移動する毎に、
移動体の移動方位角θtを計測し、 移動体の位置座標Xt,Ytを、所定距離ΔLの移動の
間は曲率が一定として、前回計測時点の位置座標X
t−1,Yt−1および移動方位角θt−1に基づき、 Xt=Xt−1+ΔL・(cosθt−1−cos
θt)/(θt−θt−1) Yt=Yt−1+ΔL・(sinθt−sin
θt−1)/(θt−θt−1) として、順次算出しながら、曲線部を含む経路に沿って
移動する移動体の位置を計測する方法であって、 前記経路は一定の軌間距離Rを有する軌道であって、軌
間の中心線に沿って、一定の間隔LMで標識が設けられ
ており、 各標識通過時毎に移動体の移動方位角θMnを計測し、 移動体の位置座標XMn,YMnを、 前回標識Mn−1通過時点の位置座標XMn−1,Y
Mn−1および移動方位角θMn−1と、 標識Mn,Mn−1間移動の前後で、前記所定距離ΔL
の移動毎に順次算出される位置座標Xt,Ytおよび移
動方位角θtに基づいて得られる位置座標Xn,Yn;
Xn−1,Yn−1および移動方位角θn,θ
n−1と、 各標識Mn,Mn−1へ前回標識Mn−1,Mn−2か
ら移動する間に、該所定距離ΔLをそれぞれ積算して得
られる標識間の移動距離Ln,Ln−1とに基づき、 XMn=XMn−1+(LM+R/2・(θn−θ
n−1))/(Ln−Ln−1)・(Xn−Xn−1) YMn=YMn−1+(LM+R/2・(θn−θ
n−1))/(Ln−Ln−1)・(Yn−Yn−1) として、順次算出することを特徴とする位置計測方法。 - 【請求項2】 一定の間隔で標識が設置されている軌道
に沿って移動する移動体に搭載され、移動体の位置を計
測する装置であって、 移動体の移動距離を計測する距離計測手段と、 移動体の移動方位を計測する方位計測手段と、 データ記憶用のメモリと、 標識の間隔よりも小さい距離の移動に対応する一定時間
間隔で信号を導出するタイマと、 タイマからの信号に応答し、距離計測手段および方位計
測手段の計測結果に基づき、予め定める推測航法の算式
に従って位置座標を算出し、算出結果をメモリに記憶さ
せる位置算出手段と、 標識の上を移動体の検出部が通過中であるか否かを検知
する標識通過検知手段と、 標識通過検知手段によって、移動体の検出部が標識の上
を通過中であることが検知される毎に、位置算出手段に
よる位置座標の算出結果を、標識の間隔、前回の標識通
過点で算出されている位置座標、および方位計測手段に
よって計測される移動体の移動方位に基づき、予め定め
る算式に従って補正し、移動体の位置座標を算出する標
識位置算出手段とを含むことを特徴とする位置計測装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19509696A JP3447480B2 (ja) | 1996-07-24 | 1996-07-24 | 位置計測方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19509696A JP3447480B2 (ja) | 1996-07-24 | 1996-07-24 | 位置計測方法および装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1038604A JPH1038604A (ja) | 1998-02-13 |
JP3447480B2 true JP3447480B2 (ja) | 2003-09-16 |
Family
ID=16335467
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19509696A Expired - Fee Related JP3447480B2 (ja) | 1996-07-24 | 1996-07-24 | 位置計測方法および装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3447480B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010190829A (ja) * | 2009-02-20 | 2010-09-02 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 推進工法用測量装置 |
JP2010190860A (ja) * | 2009-02-20 | 2010-09-02 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 推進工法用測量ロボット装置 |
-
1996
- 1996-07-24 JP JP19509696A patent/JP3447480B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010190829A (ja) * | 2009-02-20 | 2010-09-02 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 推進工法用測量装置 |
JP2010190860A (ja) * | 2009-02-20 | 2010-09-02 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 推進工法用測量ロボット装置 |
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JPH1038604A (ja) | 1998-02-13 |
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