JP3821530B2 - 機械のコースに対して前記機械のヘッディングを求める方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に土移動機械に関し、より詳しくは機械のコースに対して機械のヘッディングを自動的に求める方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
土移動機械をコンピュータに基づいて補助することが、より一般的になってきている。例えば、機械の位置と土移動用具の位置までも求めるのにグローバル測位置システム（ＧＰＳ）衛星を使用するシステムが開発された。
他のシステムは、この位置情報のデータベースを編集する。データベースは、土移動機械が現場を変更するにつれて連続的に更新される。このようなシステムの１つは、1996年２月20日に発行された米国特許第5,493,494 号に開示されている。この特許に開示されるシステムは、機械の運転中の運転者を助けるためビデオスクリーンに車両を表示する。
このようなシステムで、遭遇する問題の１つは、機械のコースに対する機械の正しいヘッディング（向き）を求めることである。機械のコースとは、機械の移動方向をいう。機械のヘッディングとは、機械の前部が移動方向を向いているか、移動方向と反対方向を向いているかをいう。機械のヘッディングは、運転者に機械の正しいコースとヘッディングを示すために使用される。
機械の経路は、機械の位置の予想値の関数として決められる。ある状況下では、位置の予想値のみに基づいて、機械が旋回したか即ち方向反転したかどうかを決めるのは難しい場合がある。
１つの解決策は、機械の変速器が前進ギアか後退ギアかを検出するセンサーを設けることである。しかし、この目的のためだけにセンサーを設けると、システムの設計と製造コストが増加する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の問題の１つ又はそれ以上を解決することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の１態様では、機械のコースに対して機械のヘッディングを求める方法が提供される。この方法は、機械の初期のコースを求め、それに応じて方向状態を設定し、機械の現在のコースを求めるステップを備える。この方法は、さらに機械の初期と現在のコースを比較し、それに応じて方向状態を更新するステップを含む。
【０００５】
【発明の実施の形態及び実施例】
図１を参照すると、本発明は土移動機械102 のコースに対して土移動機械102 のヘッディングを求める方法を提供する。機械のコースとは、機械の移動方向をいう。機械のヘッディングとは、機械の前部が移動方向に向いているか、移動方向と反対方向に向いているかをいう。機械のヘッディングは、運転者に機械の正しいコースとヘッディングを表示するために使用される。
土移動機械102 は、現場の表面104 を改変するため、手動で、自律的に、または半自律的に運転することができる。土移動機械102 は、図１にコンパクターとして示すが、本発明の精神からはなれることなく、履帯型トラクター、モーターグレーダー、油圧掘削機等の他の型の土移動機械で置き換えることもできる。
【０００６】
図２を参照すると、本発明は装置200 に具現される。装置200 は、後述するように土移動機械102 の方向状態を求め、更新するための計算手段202 を備える。
位置決め手段206 が、グローバル測位システム又はローカル測位システムに対して機械の位置を求める。好適な実施例では、位置決め手段206 は、位置決め装置208 を含む。位置決め装置208 は、好適な位置決め装置例えばグローバル測位システム（ＧＰＳ）、レーザー平面に基づく装置又は他の好適な装置又はそれらの結合を含むようにしてもよい。位置決め装置208 はまた、位置予想値の精度を高めるため、機械102 の上の超音波センサー等の追加のセンサー（図示せず）を含む場合がある。
【０００７】
表示手段214 が、土移動機械102 と現場表面104 についての関連する情報を受信し、その情報をディスプレー216 に表示する。図３について例えば、ディスプレー216 は、コンパクターの位置とヘッディング、また現場表面104 の受信範囲モニターを表示するため使用することができる。
後述するように、計算手段202 は、機械のコースに対する機械102 のヘッディングを決める。土移動機械102 の位置とヘッディングに関する情報は、記憶手段210 に記憶される。記憶手段210 は、データベース212 を含むことが好ましい。
表面のｘ、ｙ、ｚ位置を決め、高さを記憶する好適な装置が、1996年２月20日に発行された米国特許第5,493,494 号に開示されていて、その内容をここに参照組み込みする。
しかし、図は小型の機械と受信範囲モニターを示すが、代わりに他の土移動機械と現場に関連する情報を示すこともできる。例えば、ディスプレー216 は、履帯型トラクターの位置とヘッディングと現場表面104 の３次元表現を示すため使用することもできる。
【０００８】
図４〜６を参照すると、好適な実施例では本発明は表示手段214 と共に使用される。本発明は、機械のコースに対して機械のヘッディングを求める方法を含む。好適な実施例では、土移動機械102 のヘッディングは方向フラッグ即ち方向状態フラッグにより表される。方向状態フラッグは、２つの状態、ＦとＲを有する。土移動機械102 の方向状態フラッグがＦに等しければ、機械102 の前部はその移動方向を向いている。方向フラッグがＲに等しければ、機械102 の前部はその移動方向と反対を向いている。方向フラッグは、土移動機械102 の位置とヘッディングを正確に表示するため使用される。
図４に、位置決め装置208 で求められる６つの連続する位置予想値402 が示される。図５に示すように、土移動機械102 は位置1 から位置3 に向かって移動し、土移動機械102 は、移動方向に向いている。しかし、土移動機械102 が次の位置予想値、位置4 に到達するとき土移動機械102 の移動方向に対する正しいヘッディングは分からない。図５、６に示すように、２つの可能性がある。図５では、土移動機械102 は回転し、土移動機械102 のヘッディングは同じである、即ち、機械の前部は移動方向に向いている。２番目の可能性は図６に示すように、機械が移動方向を変え、後退している、即ち機械の前部が移動方向の反対を向いている場合である。
【０００９】
図７を参照すると、装置200 の作動を示すフローチャートが示される。最初の制御ブロック702 で、方向フラッグが初期化される。好適な実施例では、方向フラッグは初期にＦにセットされる。この仮定が正しくなければ、土移動機械102 の運転者は、備えられた入力ボタンでフラッグを切り換えることができる。
第２制御ブロック704 で、土移動機械102 の現在の位置が位置決め装置208 で求められる。１実施例では、土移動機械102 の位置は、ＧＰＳレシーバー（図示せず）から受信される。ＧＰＳレシーバーは、また位置予想値の精度の予想値を発信する。
第３制御ブロック706 で、ヘッディングが更新される前の最後の位置予想値から移動しなければならない最低の距離が、位置予想値の精度に基づいて求められる。こうすると、土移動機械102 が以前の位置から有用なコースの予想値を作るのに十分なだけ動いたことを保証される。
第４制御ブロック708 で、土移動機械102 の現在の位置と以前の位置の間の距離が求められる。さらに、土移動機械102 のコースが求められる。
一実施例では、土移動機械102 の現在のコースは、以前の位置から現在の位置へのベクトルとして求められる。他の実施例では、土移動機械102 のコースは、ＧＰＳレシーバーから受信される。
【００１０】
第１決定ブロック710 で、現在の位置と以前の位置の距離が、要求される最小距離より大きくなければ、第２制御ブロック704 へ戻る。しかし、移動した距離が要求される最小距離より大きければ、第２決定ブロック712 へ進む。
第２決定ブロック712 で、現在の位置予想値の精度が以前の位置予想値の精度と同じでなければ、第５制御ブロック714 へ進む。第５制御ブロック714 で、コースと方向フラッグの関数として現在のヘッディングが求められ、現在のＧＰＳ位置とヘッディングが記憶される。
第２決定ブロック712 で、現在の位置予想値の精度が以前の位置予想値の精度と同じであれば、第６制御ブロック716 へ進む。第６制御ブロック716 で、現在と以前のコースの間の方向の変化（β）が決定される。図８に示すように、以前と現在のコースは、それぞれベクトル802,804 で示される。図示するように、コースの方向の変化は、βで示される。
【００１１】
第３決定ブロック718 で、βが所定の最低値より小さければ、第７制御ブロック720 へ進む。第７制御ブロック720 で現在のコースが記憶され、第５制御ブロック714 へ進む。第３決定ブロック718 で、βが所定の最低値より小さくなければ、第４決定ブロック722 へ進む。
第４決定ブロック722 で、βが所定の最大値より大きければ、第８制御ブロック724 へ進む。第８制御ブロック724 で、方向フラッグが切り換えられ、第７制御ブロック720 へ戻る。
第４決定ブロック722 で、βが所定の最大値より大きくなければ、第５制御ブロック714 へ戻る。βの所定の最小値と最大値は、それぞれ３０°と１２０°である。
【００１２】
図面を参照すると、動作において、本発明は機械のコースに対して機械のヘッディングを求める方法を提供する。好適な実施例では、土移動機械102 のヘッディングは方向フラッグにより表される。方向フラッグは、２つの値Ｆ又はＲの１つを有する。方向フラッグが値Ｆであれば、土移動機械102 の前部は、その移動方向に向いている。方向フラッグが値Ｒであれば、土移動機械102 の前部は、その移動方向と反対方向に向いている。
本発明は、様々な用途で使用される。例えば、本発明は作業現場に対する土移動機械の現在の位置とヘッディングを表示する装置に使用される。
本発明の他の態様、目的、利点、用途は、図面、発明の詳細な説明、特許請求の範囲から分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】作業現場で動作している土移動機械の概略図。
【図２】本発明を実行するための装置のブロック線図。
【図３】本発明で使用する表示スクリーンの概略図。
【図４】機械の６つの連続する位置予想値を示す図。
【図５】図４の６つの位置予想値に対応してとり得る１つの一連の機械のヘッディング。
【図６】図４の６つの位置予想値に対応してとり得る他の一連の機械のヘッディング。
【図７】本発明の実施例による機械のコースに対して機械のヘッディングを求める方法の動作を示すフローチャート。
【図８】機械の２つの連続するコースの概略図。
【符号の説明】
102 ・・土移動機械
104 ・・現場表面
200 ・・装置
202 ・・計算手段
206 ・・位置決め手段
208 ・・位置決め装置
210 ・・記憶手段
212 ・・データベース
214 ・・表示装置
216 ・・ディスプレー

Claims (9)

1. 機械のコースに対して前記機械のヘッディングを求める方法において、
   前記機械の以前のコースを求め、
   前記機械の以前のヘッディングを求め、前記ヘッディングは方向状態フラッグにより表され、
   前記機械の現在のコースを求め、
   前記機械の前記以前のコースと前記現在のコースを比較し、それに応じて前記機械のヘッディングを表す前記方向状態フラッグを更新するステップを備え、
   前記以前のコースと前記現在のコースを比較し、前記方向状態フラッグを更新するステップは、
   前記以前のコースと前記現在のコースの方向の変化を求め、
   前記方向の変化が所定の最大値より大きいとき前記方向状態フラッグを変えるステップを含むことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載した機械のヘッディングを求める方法であって、前記機械の前記方向状態フラッグは、第１値と第２値のうち１つを有することを特徴とする方法。
3. 請求項２に記載した機械のヘッディングを求める方法であって、前記第１値は前記機械の前部が移動方向に向いていることを表し、前記第２値は前記機械の前部が移動方向と反対方向に向いていることを表すことを特徴とする方法。
4. 請求項１に記載した機械のヘッディングを求める方法であって、
   前記機械の以前の位置を求め、
   前記機械の現在の位置を求め、
   前記機械の前記現在のコースは、前記以前の位置と前記現在の位置の関数として求められることを特徴とする方法。
5. 請求項４に記載した機械のヘッディングを求める方法であって、
   以前の位置と以前のコースをそれぞれ前記現在の位置と前記現在のコースに等しく設定し、
   新しい現在の位置を求め、
   新しい以前の位置と前記新しい現在の位置に基づいて、新しい現在のコースを求め、
   新しい以前のコースと前記新しい現在のコースを比較し、それに応じて前記方向状態フラッグを更新するステップを含むことを特徴とする方法。
6. 機械のコースに対して機械のヘッディングを求める方法において、
   前記機械の以前の位置を求め、
   前記機械の以前のコースを求め、
   前記機械の以前のヘッディングを求め、前記ヘッディングは方向状態フラッグにより表され、
   前記機械の現在の位置を求め、
   前記以前の位置と前記現在の位置の関数として前記機械の現在のコースを求め、
   次に、以前の位置と以前のコースをそれぞれ前記現在の位置と前記現在のコースに等しく設定し、
   新しい現在の位置を求め、
   新しい以前の位置と前記新しい現在の位置に基づいて、新しい現在のコースを求め、
   新しい以前のコースと前記新しい現在のコースを比較し、それに応じて前記機械のヘッディングを表す前記方向状態フラッグを更新するステップを含むことを特徴とする方法。
7. 請求項６に記載した機械のヘッディングを求める方法であって、
   前記機械の前記方向状態フラッグは第１値と第２値のうち１つを有することを特徴とする方法。
8. 請求項７に記載した機械のヘッディングを求める方法であって、前記第１値は前記機械の前部が移動方向に向いていることを表し、前記第２値は前記機械の前部が移動方向と反対方向に向いていることを表すことを特徴とする方法。
9. 請求項８に記載した機械のヘッディングを求める方法であって、前記以前のコースと前記現在のコースを比較するステップは、
   前記方向の変化が所定の最大値より大きいとき前記方向状態フラッグを変えるステップを含むことを特徴とする方法。

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