JP3735722B2

JP3735722B2 - 移動観測用一輪車

Info

Publication number: JP3735722B2
Application number: JP2003192874A
Authority: JP
Inventors: 隆文田中
Original assignee: Nagoya University NUC; Tokai National Higher Education and Research System NUC
Current assignee: Nagoya University NUC; Tokai National Higher Education and Research System NUC
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2023-07-07
Also published as: US20050029764A1; JP2005030779A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＧＰＳの電波の届きにくい森林地帯や工事現場、遺跡発掘現場、災害現場等における移動観測に用いて好適な移動観測用一輪車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳの電波の届きにくい森林地帯や、工事現場、遺跡発掘現場、災害現場等で光環境等の移動観測を行う場合には、従来は、比較的平坦な場所を選択して観測機器を設置し、その観測位置を天測や三角測量等で特定し、さらにその観測位置での観測機器の観測方向の天頂角および方位角を特定するという準備作業をしてからその観測を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、観測の度毎に上記の如く準備作業として観測機器の設置と位置及び向きの特定とを行うのでは時間と手間が嵩み、迅速・的確な移動観測を行うのが困難であるという問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、この発明の移動観測用一輪車は、観測機器を搭載し、一つの車輪で走行面に接して走行する移動観測用一輪車において、互いに直角な三軸周りの前記一輪車の回転角を検出する回転角センサと、前記車輪の回転を検出する車輪回転センサと、前記回転角センサからの自律航法用情報と、前記車輪回転センサからの移動距離情報とに基づき、少なくとも前記観測機器による観測の際のその観測機器の位置とその観測機器の観測方向の天頂角および方位角とを求めて出力する観測位置・観測方向演算装置と、を具えることを特徴とするものである。
【０００５】
かかる移動観測用一輪車にあっては、観測機器を搭載したその一輪車が、観測作業者による手押しあるいは搭載モータ等の動力源で駆動されて、一つの車輪で地表面や路面や床面等の走行面に接して、森林内の道なき斜面や悪路、工事現場、遺跡発掘現場、災害現場の狭い通路等の走行面上を走行し、その走行中、回転角センサが、例えばその一輪車の前後、左右および上下方向に延在する互いに直角な三軸周りのその一輪車の回転角を検出し、車輪回転センサが、その一輪車の車輪の回転を検出し、そして観測位置・観測方向演算装置が、上記回転角センサからの自律航法用情報と、上記車輪回転センサからの移動距離情報とに基づき、少なくともその一輪車が搭載した観測機器による観測の際のその観測機器の位置とその観測機器の観測方向の天頂角および方位角とを求めて画面上に表示出力したり記録装置に出力したりする。
【０００６】
【発明の効果】
従ってこの発明の移動観測用一輪車によれば、従来のように観測の度毎に準備作業として観測機器の設置と位置及び向きの特定とを行う必要がないので、森林地帯や、工事現場、遺跡発掘現場、災害現場等で、迅速・的確な移動観測を容易に行うことができる。
【０００７】
なお、この発明の移動観測用一輪車においては、前記移動観測用一輪車が、互いに直角な三軸方向の前記一輪車の加速度を検出する加速度センサを具え、前記観測位置・観測方向演算装置が、前記観測機器の位置とその観測機器の観測方向の天頂角および方位角とを求めるために前記加速度センサからの自律航法用情報も用いると好ましい。このようにすれば、加速度センサが、例えばその一輪車の前後、左右および上下方向に延在する互いに直角な三軸方向の、その一輪車の加速度を検出し、観測位置・観測方向演算装置が、前記観測機器の位置とその観測機器の観測方向の天頂角および方位角とを求めるためにその加速度も用いるので、一輪車に衝撃等による加速度が生じた場合でも、観測機器の位置を求める際の誤差を少なくすることができる。
【０００８】
また、この発明の移動観測用一輪車においては、前記観測位置・観測方向演算装置が、前記観測機器の位置を継続的に求め、その観測機器の位置の変化に基づき前記一輪車の移動経路を求める移動経路演算部と、前記求められた移動経路を画面上に出力する移動経路表示部と、を有していると好ましい。このようにすれば、移動観測中の観測作業者や、その後に観測データを分析する研究者等が、移動観測中の一輪車の移動経路を画面上で確認できるので、移動観測中の観測作業者は常に現在位置を確認し得て遭難の危険等を免れることができ、また観測データを分析する研究者は地形等のデータを併せて参照し得てより詳細な分析を行うことができる。
【０００９】
さらに、この発明の移動観測用一輪車においては、走行面に対する前記一輪車の所定限度を超える傾きを規制する補助輪を具えていると好ましい。このようにすれば、一輪車の前後方向についての走行面の傾斜に一輪車の前後方向の傾きを対応させることができるので、観測作業者が手押しで走行させる場合の観測作業者の負担を減らすことができる。
【００１０】
そしてこの発明の移動観測用一輪車においては、前記観測機器は、レーザ光切断法による３次元スキャナと、光波距離計と、光環境測定機器と、デジタルカメラとの少なくとも一つであると好ましい。このようにすれば、森林内光環境の測定等を簡便に行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１は、この発明の移動観測用一輪車の一実施例の外観を模式的に示す斜視図、図２は、その実施例の移動観測用一輪車の搭載機器の構成を示すブロック線図である。
【００１２】
この実施例の移動観測用一輪車は、図１に示すように、手押し用のハンドル1aと停止時用の二つの脚1b（図では片方のみ示す）とを持つフレーム１と、そのフレーム１の下部に枢支された一つだけの車輪２と、上記フレーム１上に設けられた天板３とを有して、その車輪２により走行面としての地表面Ｇに接地点Ｃで接地して観測作業者Ｗの手押し駆動で一輪走行する台車４と、各々上記天板３上に搭載された、観測機器５、角度・加速度センサ６、観測位置・観測方向演算装置としての通常のノート型パーソナルコンピュータ７、および図示しないポータブル電源装置と、上記フレーム１に搭載されて車輪２の回転を検出する車輪回転センサ８とを具えており、上記角度・加速度センサ６は内部に、互いに直角なｘ，ｙ，ｚ軸の三軸方向の台車４の加速度を検出する加速度センサ９と、互いに直角なｘ，ｙ，ｚ軸の三軸周りの台車４の回転角を検出する回転角センサ１０とを収納している。
【００１３】
ここで、台車４は、市販の二輪車（例えば昭和ブリッジ販売株式会社製の二輪車 CC3-2FA）の左右方向へ延在する軸線上に並んだ元の二つの車輪を外し、代わりにそれらの車輪の中間位置に一つの車輪２のみを回転自在に取り付け、また機器を搭載し易いように元の合成樹脂製のボディを外し、代わりに平らな合板製の天板３を取り付けることで構成されている。そして車輪回転センサ８は、上記車輪２の車軸に直列に配置した二個のポテンシオメータ（例えば日本電産コパル株式会社製のCPP-45RBN 22.7ｋΩ）からなり、このポテンシオメータには角度を測定できない死角が存在するため、二個のポテンシオメータは、同時に死角とならないよう各々の死角が互いに180 度ずれて位置するように設置されている。
【００１４】
また、角度・加速度センサ６は、市販のもの（例えば株式会社データ・テック製の三軸角度センサ GU-3024）にて構成され、図１に示すように、そこに収納された加速度センサ９は、そのセンサのｘ軸が、天版3の表面に平行に移動用一輪車４の前後方向に延在する当該移動用一輪車４固有の直角座標系のｘ軸と平行に延在し、そのセンサのｙ軸が、天版3の表面に平行に移動用一輪車４の左右方向に延在する当該移動用一輪車４固有の直角座標系のｙ軸と平行に延在し、そのセンサのｚ軸が、天版3の表面に垂直に移動用一輪車４の上下方向に延在する当該移動用一輪車４固有の直角座標系のｚ軸と平行に延在するように取り付けられ、またそこに収納されたジャイロからなる回転角センサ１０は、そのセンサのｘ軸が当該移動用一輪車４固有の上記直角座標系のｘ軸と一致して前後方向に延在し、そのセンサのｙ軸が当該移動用一輪車４固有の上記直角座標系のｙ軸と一致して移動用一輪車４の左右方向に延在し、そのセンサのｚ軸が移動用一輪車４の車軸に対し車輪２の中心部分で直交して当該移動用一輪車４固有の上記直角座標系のｚ軸と一致して移動用一輪車４の上下方向に延在するように取り付けられている。そして上記図示しないポータブル電源装置は、バッテリ内蔵インバータ（例えばスワロー電機株式会社製のポータブル電源 Z-130）にて構成され、角度・加速度センサ６およびパーソナルコンピュータ７の電源としてAC100Vを出力する。
【００１５】
さらにこの実施例では、角度・加速度センサ６の内部の加速度センサ９と回転角センサ１０とがそれぞれ検出した三次元方向加速度と三次元方向角度とのデータが、RS232Cケーブルを介してパーソナルコンピュータ７に入力される。また、車輪回転センサ８を構成する二個のポテンシオメータの電源端子（端子間抵抗値固定の両端端子）同士が互いに並列に接続されて、その並列回路に20ｋΩの固定抵抗が直列に接続され、これら全体に単一乾電池四個直列による約６Ｖの電圧が印荷されており、上記二個のポテンシオメータの並列回路の両端の電圧（V0）と、それらのポテンシオメータの各々の出力端子（抵抗値可変の中間端子）の電圧（V1, V2）との計三つの電圧が、パーソナルコンピュータ７のカードスロット内に挿入されたAD変換カード（例えばラトックシステム株式会社製のREX-5054U ）を介してそれぞれ独立にパーソナルコンピュータ７に入力される。
【００１６】
さらにこの実施例では、天板３上に搭載された観測機器５からのデータが、パーソナルコンピュータ７の残りのカードスロット内に挿入されたカードを介してパーソナルコンピュータ７に入力される。観測機器５としては、例えばレーザ光切断法による三次元スキャナや、デジタルカメラや、光波距離計や、光環境測定機器を搭載することができ、例えばレーザ光切断法による三次元スキャナやデジタルカメラを搭載した場合は、IEEE1394カード（例えばラトックシステム株式会社製のREX-CBFW1-L ）を、また光波距離計や光環境測定機器を搭載した場合は、RS232Cカード（例えばラトックシステム株式会社製のREX-5056V ）を上記カードスロットに挿入して用いることで、パーソナルコンピュータ７へのデータ入力を行うことができる。
【００１７】
そしてパーソナルコンピュータ７は、図２に示すように、ＣＰＵ（中央処理ユニット）を持つ演算処理部7aと、液晶画面を持つ画面表示部7bと、メモリやハードディスクドライブ装置等を持つ記憶部7cと、上記カードスロットに挿入されるカードを含む入出力インターフェース7dと、キーボード等を持つ操作部7eとを有しており、これによりパーソナルコンピュータ７は、記憶部7c内にあらかじめ記憶したプログラムに基づいて、後述の如く、上記各センサ８〜１０からのデータを処理して、観測機器５からの観測データと併せて画面表示部7bにより画面表示するとともに記憶部7c内に記録する。なお、車輪回転センサ８を構成する上記二個のポテンシオメータの出力電圧V1, V2については、V1/V0 およびV2/V0 の値から、死角でない方の出力を選んで車輪２の回転角に換算する。
【００１８】
この実施例の移動観測用一輪車を用いて移動観測を行う際には、先ず、パーソナルコンピュータ７の電源を入れて上記プログラムを起動するとともに、角度・加速度センサ６の電源を入れて加速度センサ９と回転角センサ１０とを起動し、上記プログラムに基づいて作動するパーソナルコンピュータ７は、そのセンサ起動の際のｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の位置を基本座標軸として使用する。
【００１９】
そしてその後、観測作業者が当該一輪車を手押しで走行させると、パーソナルコンピュータ７は、車輪回転センサ８を構成するポテンシオメータの出力データから換算される車輪２の回転角と車輪２の外径とから台車４ひいては当該一輪車の移動距離を時々刻々と求め、その移動距離を、回転角センサ１０の出力データから得た台車４ひいては当該一輪車の姿勢の三次元方向角度を用いて上記基本座標軸のｘ軸、ｙ軸およびｚ軸方向の各成分に分解して、当該一輪車ひいては観測装置５の現在位置を求め、また回転角センサ１０の出力データから得た当該一輪車の姿勢の三次元方向角度を用いて現在の観測機器５の観測方向の天頂角および方位角を求めて、それらを記憶部7cのハードディスクドライブ装置でハードディスクに記録する。そして観測作業者が、当該一輪車の移動中、あるいは適宜停止させて観測機器５を作動させると、パーソナルコンピュータ７は、観測機器５の出力データを所定のデータ形式に処理して観測結果として、上記求めた観測装置５の現在位置および現在の観測方向と対応づけて記憶部7cのハードディスクドライブ装置でハードディスクに記録する。
【００２０】
なお、天板３を台車４の前後方向の地表面Ｇの傾きに対し正確に平行に維持しながら台車４を手押しで走行させて当該一輪車を移動させることは期待できないので、観測作業者毎に台車４のハンドル1aを手で保持した時の平地での地表面Ｇに対する天板３の傾きをあらかじめ調べてパーソナルコンピュータ７に入力しておいて、パーソナルコンピュータ７が、回転角センサ１０の出力データから得た回転角をその傾き分補正する。
【００２１】
また、車輪回転センサ８の出力データに基づく車輪２の回転状態と、加速度センサ９の出力データに基づく加速度の発生状態とが対応しない場合（例えば車輪２が回転していないのに前後方向の加速度が検出された場合）には、台車４に衝撃等による加速度が生じていて車輪２が実際の移動距離分回転していないと推定されるので、パーソナルコンピュータ７は、加速度センサ９が検出した加速度を二階積分してその加速度方向の移動距離を求め、その加速度から求めた移動距離を用いて、先に車輪２の回転角から求めた移動距離を補正する。
【００２２】
さらに、パーソナルコンピュータ７は、移動経路演算部として、観測機器５の現在位置の変化から当該一輪車の移動軌跡を求めるとともに、移動経路表示部として、画面表示部7bの液晶画面上にその求めた当該一輪車の移動軌跡を地図あるいは平面図上で表示し、その画面表示部7bの液晶画面上に、観測機器５の上記観測結果も同時に、あるいは画面を切り替えて表示する。
【００２３】
従って、この実施例の移動観測用一輪車によれば、従来のように観測の度毎に準備作業として観測機器の設置と位置及び向きの特定とを行う必要がないので、森林地帯や工事現場、遺跡発掘現場、災害現場等で、迅速・的確な移動観測を容易に行うことができる。
【００２４】
しかも、この実施例の移動観測用一輪車によれば、パーソナルコンピュータ７が、観測機器５の位置を継続的に求め、その観測機器５の位置の変化に基づき前記一輪車の移動経路を求めて、その移動経路を画面上に出力することから、移動観測中の観測作業者や、その後に観測データを分析する研究者等が、移動観測中の一輪車の移動経路を画面上で確認できるので、移動観測中の観測作業者は常に現在位置を確認し得て遭難の危険等を免れることができ、また観測データを分析する研究者は地形等のデータを併せて参照し得てより詳細な分析を行うことができる。
【００２５】
そして、この実施例の移動観測用一輪車によれば、観測機器５として、レーザ光切断法による３次元スキャナや、光波距離計や、光環境測定機器や、デジタルカメラを搭載し得るので、森林内光環境の測定等を簡便に行うことができる。
【００２６】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、例えば、この発明の移動観測用一輪車は、走行面に対する前記一輪車の所定限度を超える傾きを規制する補助輪を具えていても良く、このようにすれば、一輪車の前後方向についての走行面の傾斜に一輪車の前後方向の傾きを対応させることができるので、観測作業者が手押しで走行させる場合の観測作業者の負担を減らすことができる。
【００２７】
また、この発明の移動観測用一輪車は、舗装路面のような比較的平坦で滑りにくい走行面上で用いられる場合には、互いに直角な三軸方向の前記一輪車の加速度を検出する加速度センサを省略しても良い。一方、この発明の移動観測用一輪車は、観測作業者の手押しを補助するためあるいは、観測作業者がハンドルを保持するだけで自走するための、モータ等の動力源を搭載していても良い。そしてこの発明の移動観測用一輪車は手押しに限らず、馬やロバ等の動物が装具でハンドル等を保持して走行させるものとしても良い。
【００２８】
かくしてこの発明の移動観測用一輪車によれば、観測の度毎に準備作業として観測機器の設置と位置及び向きの特定とを行う必要をなくして、森林地帯や、工事現場、遺跡発掘現場、災害現場等で、迅速・的確な移動観測を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の移動観測用一輪車の一実施例の外観を模式的に示す斜視図である。
【図２】上記実施例の移動観測用一輪車の搭載機器の構成を示すブロック線図である。
【符号の説明】
１フレーム
1a ハンドル
1b 脚
２車輪
３天板
４台車
５観測機器
６角度・加速度センサ
７パーソナルコンピュータ
7a 演算処理部
7b 画面表示部
7c 記憶部
7d 入出力インターフェース
7e 操作部
８車輪回転センサ
９加速度センサ
１０回転角センサ

Claims

観測機器を搭載し、一つの車輪で走行面に接して走行する移動観測用一輪車において、
互いに直角な三軸周りの前記一輪車の回転角を検出する回転角センサと、
前記車輪の回転を検出する車輪回転センサと、
前記回転角センサからの自律航法用情報と、前記車輪回転センサからの移動距離情報とに基づき、少なくとも前記観測機器による観測の際のその観測機器の位置とその観測機器の観測方向の天頂角および方位角とを求めて出力する観測位置・観測方向演算装置と、
を具えることを特徴とする、移動観測用一輪車。
前記移動観測用一輪車は、互いに直角な三軸方向の前記一輪車の加速度を検出する加速度センサを具え、
前記観測位置・観測方向演算装置は、前記観測機器の位置とその観測機器の観測方向の天頂角および方位角とを求めるために前記加速度センサからの自律航法用情報も用いることを特徴とする、請求項１記載の移動観測用一輪車。
前記観測位置・観測方向演算装置は、
前記観測機器の位置を継続的に求め、その観測機器の位置の変化に基づき前記一輪車の移動経路を求める移動経路演算部と、
前記求められた移動経路を画面上に出力する移動経路表示部と、
を有することを特徴とする、請求項１または２記載の移動観測用一輪車。
走行面に対する前記一輪車の所定限度を超える傾きを規制する補助輪を具えることを特徴とする、請求項１から３までの何れか記載の移動観測用一輪車。
前記観測機器は、レーザ光切断法による３次元スキャナと、光波距離計と、光環境測定機器と、デジタルカメラとの少なくとも一つであることを特徴とする、請求項１から４までの何れか記載の移動観測用一輪車。