JP6976412B2 - 単一の位置センサを用いる回転プラットフォームのヨーおよび回転中心の決定方法 - Google Patents
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Description
[0001]本出願は、2017年8月2日に提出された米国出願第15/667,488号明細書の出願の利益を主張するものであり、該出願の内容は全て、あらゆる目的で参照により本願に組み込まれる。
P1 GNSSデバイスにより提供されるプラットフォームの水平位置である。
θ1 IMUにより提供されるプラットフォームのピッチである。
φ1 IMUにより提供されるプラットフォームのロールである。
ω IMUにより提供されるジャイロ観察結果を含む。
Δψ IMUにより提供されるプラットフォームのヨーの変化である。
Δθ IMUにより提供されるプラットフォームのピッチの変化である。
Δφ IMUにより提供されるプラットフォームのロールの変化である。
ΔP GNSSデバイスの測定中心の水平位置の変化である。
ここで、Δtは、位置変化の時間、
は、ヨーレートである。
ここで、
、θおよびφは、各々プラットフォームのピッチおよびロールである。また、
ここで、
および
は、各々位置1および位置2におけるプラットフォームのピッチであり、かつ、
ここで、
および
は、各々位置1および位置2におけるプラットフォームのロールであり、かつ、
ここで、
および
は、各々位置1および位置2におけるGNSSデバイスの測定中心の位置である。
Δψ 第1の向きと第2の向きとの間のプラットフォームのヨーの変化である。
Δθ 第1の向きと第2の向きとの間のプラットフォームのピッチの変化である。
Δφ 第1の向きと第2の向きとの間のプラットフォームのロールの変化である。
ΔP 第1の向きと第2の向きとの間のGNSSデバイスの測定中心の水平位置の変化である。
P2 第2の向きにおけるGNSSデバイスの測定中心の水平位置である。
θ2 第2の向きにおけるプラットフォームのピッチである。
φ2 第2の向きにおけるプラットフォームのロールである。
r GNSSデバイスの測定中心とプラットフォームの回転中心との間の既知の空間的関係性である。
Ψ2 第2の向きにおけるプラットフォームのヨーである。
PCOR 回転中心の位置である。
ここで、
かつ、
かつ、
かつ、
かつ、
かつ、
である。
Ψ2 第2の向きにおけるプラットフォームのヨーである。
PCOR 第2の向きにおける回転中心の位置である。
ω 第3の向きおよび/または位置におけるジャイロ観察結果を含む。
θ 第3の向きおよび/または位置におけるプラットフォームのピッチである。
φ 第3の向きおよび/または位置におけるプラットフォームのロールである。
P 第3の向きおよび/または位置におけるGNSSデバイスの測定中心の水平位置である。
V 第2の向きおよび/または位置から第3の向きおよび/または位置へ移動する間のGNSSデバイスの測定中心の水平線形速度である。
r GNSSデバイスの測定中心とプラットフォームの回転中心との既知の空間的関係性である。
第3の向きにおけるプラットフォームのヨーである。
第3の向きおよび/または位置における回転中心の位置である。
を有するカルマンフィルタを用いて追跡されてもよく、
ここで、
であって、状態遷移行列Fは、
である。ここで、Tは、フィルタのサンプリング時間であり、観察モデルHは、
であり、観察値Zは、
である。ここで、
は、既定のヨー変化(たとえば、各2゜のヨー変化)に利用可能となる次の向き3、4、5、他におけるヨーおよび回転中心の観察結果を示す。
Claims (20)
- 掘削機プラットフォームのヨーおよび回転中心を、単一の全球測位衛星システム(GNSS)デバイスおよび慣性計測ユニット(IMU)を用いて決定するための方法であって、前記GNSSデバイスの測定中心は、前記掘削機プラットフォーム上に前記回転中心から離れて置かれ、かつ前記回転中心とは既知の空間的関係性で配置され、前記方法は、
前記掘削機プラットフォームを、前記回転中心を中心にして、前記掘削機プラットフォームの第1の向きと前記掘削機プラットフォームの第2の向きとの間で回転させるステップであって、前記第1の向きは、前記第2の向きとは異なり、かつ前記掘削機プラットフォームの前記回転中心の位置は、前記第1の向きおよび前記第2の向きにおいて略同じである、ステップと、
前記IMUを用いて、前記第1の向きと前記第2の向きとの間の前記掘削機プラットフォームのピッチ、ロールおよびヨーの変化を決定するステップと、
前記GNSSデバイスを用いて、前記第1の向きと前記第2の向きとの間の前記GNSSデバイスの前記測定中心の位置の変化を決定するステップであって、前記位置の変化は、前記第1の向きにおける前記測定中心の第1の位置および前記第2の向きにおける前記測定中心の第2の位置に基づき、他の位置情報はなんら使用されない、ステップと、
前記第2の向きにおける前記掘削機プラットフォームのヨー、およびグローバル座標系における前記掘削機プラットフォームの前記回転中心の位置を決定するステップであって、前記ヨーおよび前記回転中心の位置は、
前記掘削機プラットフォームの前記ピッチ、前記ロールおよび前記ヨーの変化、
前記GNSSデバイスの前記測定中心の前記位置の変化、
前記GNSSデバイスの前記測定中心の前記第2の位置、
前記第2の向きにおける前記掘削機プラットフォームの前記ピッチおよび前記ロール、および、
前記GNSSデバイスの前記測定中心と前記回転中心との前記既知の空間的関係性、
に基づいて決定される、ステップを含む、
方法。 - 前記第1の向きと前記第2の向きとの間の前記掘削機プラットフォームの回転は、約20゜未満である、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の向きと前記第2の向きとの間の前記掘削機プラットフォームの回転は、約15゜未満である、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の向きと前記第2の向きとの間の前記掘削機プラットフォームの回転は、約5゜〜約15゜の間である、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の向きにおける前記GNSSデバイスの前記測定中心の前記第1の位置、前記第2の向きにおける前記GNSSデバイスの前記測定中心の前記第2の位置および前記GNSSデバイスの前記測定中心の前記位置の変化は、前記GNSSデバイスを用いて前記グローバル座標系で決定される、請求項1に記載の方法。
- 前記掘削機プラットフォームの前記ヨーの前記変化は、前記掘削機プラットフォームが前記第1の向きと前記第2の向きとの間で回転する際の回転速度に基づいて決定される、請求項1に記載の方法。
- 前記第2の向きにおける前記掘削機プラットフォームの前記ヨーは、前記グローバル座標系を参照して決定される、請求項1に記載の方法。
- 前記GNSSデバイスの前記測定中心と前記回転中心との前記既知の空間的関係性は、前記掘削機プラットフォームの座標系における少なくとも1つの軸に沿った前記GNSSデバイスの前記測定中心と前記回転中心との距離を含む、請求項1に記載の方法。
- 掘削機プラットフォームのヨーおよび回転中心を、単一の全球測位衛星システム(GNSS)デバイスおよび慣性計測ユニット(IMU)を用いて追跡するための方法であって、前記GNSSデバイスの測定中心は、前記掘削機プラットフォーム上に前記回転中心から離れて置かれ、かつ前記回転中心とは既知の空間的関係性で配置され、前記方法は、
前記掘削機プラットフォームを、前記回転中心を中心にして、前記掘削機プラットフォームの第1の向きと前記掘削機プラットフォームの第2の向きとの間で回転させるステップであって、前記掘削機プラットフォームの前記第1の向きは、前記掘削機プラットフォームの前記第2の向きとは異なり、かつ前記掘削機プラットフォームの前記回転中心の第1の位置は、前記第1の向きおよび前記第2の向きにおいて略同じである、ステップと、
前記第2の向きにおける前記掘削機プラットフォームの前記ヨーを決定し、かつ前記回転中心の前記第1の位置をグローバル座標系において決定するステップであって、前記ヨーおよび前記回転中心の前記第1の位置は、部分的に、前記第1の向きと前記第2の向きとの間の前記GNSSデバイスの前記測定中心の位置の変化に基づいて決定され、前記位置の変化は、前記第1の向きにおける前記GNSSデバイスの前記測定中心の第1の位置、および前記第2の向きにおける前記GNSSデバイスの前記測定中心の第2の位置に基づいて決定されるステップと、この後、
前記掘削機プラットフォームを、前記回転中心を中心にして第3の向きまで回転させるステップと、
前記第3の向きにおける前記掘削機プラットフォームの前記ヨーを決定し、かつ前記回転中心の前記第2の位置を前記グローバル座標系において決定するステップであって、前記ヨーおよび前記回転中心の前記第2の位置は、
前記第2の向きにおける前記掘削機プラットフォームの前記ヨー、
前記グローバル座標系における前記回転中心の前記第1の位置、
前記IMUからの観察結果、
前記第3の向きにおける前記掘削機プラットフォームのピッチおよびロール、
前記第3の向きにおける前記GNSSデバイスの前記測定中心の第3の位置、および、
前記GNSSデバイスの前記測定中心と前記回転中心との前記既知の空間的関係性、
に基づいて決定される、ステップを含む、
方法。 - 前記掘削機プラットフォームの前記回転中心の第1の位置は、前記第1の向きにおける前記測定中心の前記第1の位置および前記第2の向きにおける前記測定中心の前記第2の位置を除き、前記GNSSデバイスの他の位置をなんら用いることなく決定される、請求項9に記載の方法。
- 前記掘削機プラットフォームの前記第1の向きと前記第2の向きとの間の回転は、約20゜未満であり、かつ前記掘削機プラットフォームの前記第3の向きへの回転は、約20゜未満である、請求項9に記載の方法。
- 前記掘削機プラットフォームの速度は、前記掘削機プラットフォームがトラムしている(tramming)かどうかを決定するために使用される、請求項9に記載の方法。
- 前記IMUの前記観察結果は、直交する3軸のジャイロ測定値を含む、請求項9に記載の方法。
- 前記第2の向きにおける前記掘削機プラットフォームの前記ヨーを決定することは、前記掘削機プラットフォームの回転速度を決定することを含む、請求項9に記載の方法。
- 前記GNSSデバイスの前記測定中心と前記回転中心との前記既知の空間的関係性は、前記掘削機プラットフォームの座標系における少なくとも1つの軸に沿った前記GNSSデバイスの前記測定中心と前記回転中心との距離を含む、請求項9に記載の方法。
- 外部座標系において回転プラットフォームのヨーおよび前記回転プラットフォームの回転中心を決定するためのシステムであって、前記システムは、
測定中心を前記回転プラットフォームの前記回転中心から離れた第1の場所に置かれ、かつ前記回転中心と既知の空間的関係性で配置されている全球測位衛星システム(GNSS)デバイスであって、前記回転プラットフォームの位置情報を決定するように構成される、GNSSデバイスと、
前記回転プラットフォームの前記回転中心から離れた第2の場所で前記回転プラットフォームへ結合される慣性計測ユニット(IMU)であって、前記IMUは、前記回転プラットフォームのピッチ、ロールおよびヨーを測定するように構成される、IMUと、
前記GNSSデバイスおよび前記IMUと通信可能に結合されるプロセッサであって、前記プロセッサは、前記回転プラットフォームの前記ヨー、および前記外部座標系における前記回転プラットフォームの前記回転中心の位置を決定するように構成される、プロセッサであって、前記プロセッサは、前記ヨーおよび前記回転中心の位置を、
前記回転プラットフォームの第1の向きと前記回転プラットフォームの第2の向きとの間の前記回転プラットフォームの前記ピッチ、前記ロールおよび前記ヨーの変化、
前記第1の向きと前記第2の向きとの間の前記GNSSデバイスの前記測定中心の位置の変化であって、前記位置の変化は、前記第1の向きにおける前記測定中心の第1の位置および前記第2の向きにおける前記測定中心の第2の位置に基づき、他の位置情報はなんら使用されない、位置の変化、
前記GNSSデバイスの前記測定中心の前記第2の位置、
前記第2の向きにおける前記回転プラットフォームの前記ピッチおよび前記ロール、および、
前記測定中心と前記回転中心との前記既知の空間的関係性、
に基づいて決定するように構成される、プロセッサを備える、
システム。 - 前記回転中心の位置は、前記第1の向きおよび前記第2の向きにおいて略同じである、請求項16に記載のシステム。
- 前記第1の向きと前記第2の向きとの間の前記回転プラットフォームの回転は、約20゜未満である、請求項16に記載のシステム。
- 前記IMUは、直交する3軸の各々に関する情報を測定するためのジャイロおよび加速度計を含む、請求項16に記載のシステム。
- 前記回転プラットフォームは、掘削機プラットフォームであり、かつ前記外部座標系は、実世界座標系であり、前記システムは、さらに、前記掘削機プラットフォームへ結合されるバケットを備え、前記プロセッサは、さらに、前記バケットの掘削エッジの場所を前記実世界座標系において決定するように構成される、請求項16に記載のシステム。
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