JP7633249B2

JP7633249B2 - スイングセンサによる回転の追跡

Info

Publication number: JP7633249B2
Application number: JP2022528729A
Authority: JP
Inventors: エニス，ネイサン; コーウィン，クリストファー
Original assignee: キャタピラートリンブルコントロールテクノロジーズ、エルエルシー
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2020-11-10
Publication date: 2025-02-19
Anticipated expiration: 2040-11-10
Also published as: US11808015B2; AU2020387372B2; JP2023503021A; US20210148092A1; WO2021101759A1; AU2020387372A1; US20230151587A1; US11549240B2; EP4062200A1

Description

関連出願の相互参照
[0001]本出願は、２０１９年１１月１９日に出願された「ＴｒａｃｋｉｎｇＲｏｔａｔｉｏｎＷｉｔｈａＳｗｉｎｇＳｅｎｓｏｒ」という名称の米国非仮出願第１６／６８８，６３５号の利益を主張し、その内容全体が本明細書に組み込まれる。

[0002]本明細書に記載の実施形態は、一般に、スイングセンサで回転を追跡することに関し、より詳細には、掘削機の掘削機プラットフォームなどの回転プラットフォームの回転中心の座標を決定するためにスイングセンサからの回転測定値を使用することに関する。決定された座標は、例えば、掘削時のバケット先端の位置を推定するために使用され得る。

[0003]掘削機プラットフォームなどのプラットフォームの回転を追跡することが便利なことが多い。本明細書で使用する場合、掘削機とは、回転プラットフォームを含む任意のタイプの建設機械を広く指す。回転プラットフォームは、一般に、トラック又は車輪を含む車台の上に載っている。いくつかのタイプの建設機械は、アーム（例えば、ブーム及び／又はスティック）によって回転プラットフォームに結合されたバケット又は他の作業機を含む。回転測定値を用いて、回転プラットフォームの回転中心の座標を決定することができ、これを用いて、空間内のバケット又は他の作業機の位置を決定することができる。この情報は、例えば、掘削時に有用である。

[0004]回転中心の座標を決定するための従来技術は、プラットフォームの回転中にいくつかの位置測定値を取り込み、測定値に円弧を当てはめることを含む。この技術は、嵌合のための良好な曲線を提供するために、プラットフォームが最大１００°以上回転することをしばしば必要とする。一例として、位置測定レートを１０Ｈｚと想定すると、４秒間に約１００°のスイングがあれば、カーブフィッティングのためのデータポイントが４０点得られる。プラットフォームがある位置から別の位置に移動する場合、大きな回転を必要とする初期化処理を繰り返して、新しい位置における回転中心の座標を決定しなければならない。

[0005]上記に照らして、回転プラットフォームの回転中心の座標を決定するための改善された方法が望まれる。

[0006]本明細書に説明する実施形態は、プラットフォームの回転を追跡し、及び／又はプラットフォームの回転中心の座標を決定するための改善されたシステム及び方法を提供する。本明細書で使用する場合、プラットフォームの回転は垂直回転軸を中心としており、プラットフォームの回転中心は垂直回転軸と水平回転軸との交点にある。

[0007]スイングセンサは、掘削機に結合され、垂直回転軸を中心とした掘削機プラットフォームの回転を測定するように構成される。垂直軸は回転中心と位置合わせされる。スイングセンサからの回転測定値及び単一の全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）装置からの位置測定値を用いて、プラットフォームの回転中心の座標を決定することができる。本明細書ではＧＮＳＳ装置が参照されるが、同じ又は類似の位置情報を提供する他の測定装置もまた、説明された実施形態と共に使用できることを理解されたい。

[0008]特定の実施形態によれば、掘削機の方位を追跡するためのシステムは、掘削機プラットフォームの回転中心と位置合わせされた垂直軸に沿って掘削機の車台に結合された掘削機プラットフォームを含む。掘削機プラットフォームは、垂直軸を中心として回転するように構成され、車台は、掘削機プラットフォームを支持し、掘削機プラットフォームの並進運動を実現するように構成される。単一のＧＮＳＳ装置は、掘削機プラットフォームの回転中心と位置合わせされた垂直軸から離れて配置された測定中心を有する掘削機プラットフォームに結合される。測定中心は、掘削機プラットフォームの回転中心との既知の空間的関係の中で配列される。ＧＮＳＳ装置は、実世界座標系における測定中心の座標を決定するように構成される。スイングセンサは、掘削機に結合され、回転中心と位置合わせされた垂直軸を中心とした掘削機プラットフォームの回転を測定するように構成される。コントローラは、ＧＮＳＳ装置及びスイングセンサに通信可能に結合される。コントローラは、掘削機プラットフォームの初期方位を取得し、掘削機プラットフォームの現在の方位と初期方位とを関連付け、ＧＮＳＳ装置から測定中心の座標を取得し、掘削機プラットフォームの初期方位、測定中心の座標、及びＧＮＳＳ装置の測定中心と掘削機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を用いて、掘削機プラットフォームの回転中心の座標を決定するように構成される。コントローラはまた、スイングセンサからの回転測定値を用いて、初期方位から第１の方位へ掘削機プラットフォームの回転を追跡するようにも構成される。

[0009]一実施形態では、スイングセンサは、掘削機プラットフォームと車台との間の回転点に近接した位置で掘削機プラットフォーム又は車台に結合される。

[0010]別の実施形態では、コントローラは、掘削機プラットフォームを回転させながらＧＮＳＳ装置の測定中心の複数の座標を取得することによって掘削機プラットフォームの初期方位を取得し、複数の座標を用いて掘削機プラットフォームの初期方位を決定するように構成される。

[0011]別の実施形態では、コントローラは、ＧＮＳＳ装置からの座標測定値を用いて、走行中に掘削機の並進運動を追跡するように更に構成され、コントローラはまた、スイングセンサからの回転測定値を用いて、走行中に掘削機プラットフォームの回転を追跡するように構成される。

[0012]別の実施形態では、コントローラは、掘削機を第１の位置から第２の位置へ走行させた後、及び掘削機プラットフォームを第１の方位から第２の方位へ回転させた後、掘削機プラットフォームの回転中心の第２の座標を決定するように更に構成される。回転中心の第２の座標は、第２の位置におけるＧＮＳＳ装置の座標測定値と、第１の方位から第２の方位へ回転中のスイングセンサからの回転測定値とを用いて決定される。

[0013]別の実施形態では、掘削機プラットフォームは、作業機を含む掘削機のアームに結合され、コントローラは、掘削機プラットフォームの回転中心の座標を用いて、実世界座標系における作業機の刃の座標を決定するように更に構成される。

[0014]更に別の実施形態では、スイングセンサは、回転中心と位置合わせされた垂直軸を中心とした掘削機プラットフォームの角変位を測定することによって掘削機プラットフォームの回転を測定するように構成される。

[0015]別の実施形態によれば、単一のＧＮＳＳ装置及びスイングセンサを用いて掘削機の方位を追跡する方法は、掘削機の掘削機プラットフォームの初期方位を取得するステップと、掘削機プラットフォームの現在の方位と初期方位とを関連付けるステップとを含む。ＧＮＳＳ装置の測定中心の第１の座標が取得される。ＧＮＳＳ装置の測定中心は、掘削機プラットフォームの回転中心と位置合わせされた垂直軸から離れて配置され、ＧＮＳＳ装置の測定中心は、掘削機プラットフォームの回転中心との既知の空間的関係の中で配列される。掘削機プラットフォームの回転中心の第１の座標は、掘削機プラットフォームの初期方位、ＧＮＳＳ装置の測定中心の第１の座標、及びＧＮＳＳ装置の測定中心と掘削機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を用いて決定される。掘削機プラットフォームの回転は、スイングセンサからの回転測定値を用いて初期方位から第１の方位へ追跡される。スイングセンサは、掘削機プラットフォームと掘削機の車台との間の回転点に近接して配置され、かつ回転中心と位置合わせされた垂直軸を中心とした掘削機プラットフォームの回転を測定するように構成される。掘削機は、第１の位置から第２の位置へ走行し、掘削機の走行中に、ＧＮＳＳ装置からの位置測定値を用いて掘削機の並進運動が追跡され、スイングセンサからの回転測定値を用いて掘削機プラットフォームの回転が第１の方位から第２の方位へ追跡される。掘削機を走行させた後、ＧＮＳＳ装置の測定中心の第２の座標を取得し、第２の方位、ＧＮＳＳ装置の測定中心の第２の座標、及びＧＮＳＳ装置の測定中心と掘削機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を用いて、掘削機プラットフォームの回転中心の第２の座標が決定される。

[0016]一実施形態では、掘削機プラットフォームの初期方位を取得するステップは、掘削機を並進させながらＧＮＳＳ装置の測定中心の複数の座標を取得するステップと、複数の座標を用いて掘削機プラットフォームの初期方位を決定するステップとを含む。

[0017]別の実施形態では、方法はまた、掘削機を走行させた後、スイングセンサからの回転測定値のみを用い、スイングセンサ以外のソースから方位情報を取得することなく、かつ走行後に方位初期化手順を実行することなく、第２の方位から第３の方位へ掘削機プラットフォームの回転を追跡することを含む。

[0018]別の実施形態では、掘削機プラットフォームの初期方位は、実世界座標系において得られ、掘削機の第２の位置は、実世界座標系において決定される。

[0019]別の実施形態では、ＧＮＳＳ装置の測定中心と掘削機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は、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ＧＮＳＳ装置の測定中心と回転中心との間の距離を含む。

[0020]更に別の実施形態では、掘削機プラットフォームは、作業機を含む掘削機のアームに結合され、本方法はまた、掘削機プラットフォームの回転中心の座標を用いて実世界座標系における作業機の刃の座標を決定することを含む。

[0021]更に別の実施形態によれば、ＧＮＳＳ装置及びスイングセンサを用いて掘削機の方位を追跡する方法は、掘削機の掘削機プラットフォームの第１の方位を取得するステップと、掘削機プラットフォームの現在の方位と第１の方位とを関連付けるステップと、ＧＮＳＳ装置の測定中心の第１の座標を取得するステップとを含む。ＧＮＳＳ装置の測定中心は、掘削機プラットフォームの回転中心と位置合わせされた垂直軸から離れて配置され、ＧＮＳＳ装置の測定中心は、掘削機プラットフォームの回転中心との既知の空間的関係の中で配列される。掘削機プラットフォームの回転中心の第１の座標は、掘削機プラットフォームの第１の方位、ＧＮＳＳ装置の測定中心の第１の座標、及びＧＮＳＳ装置の測定中心と掘削機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を用いて決定される。掘削機は、第１の位置から第２の位置へ走行し、掘削機の走行中に、ＧＮＳＳ装置を用いて掘削機の並進運動を追跡し、スイングセンサからの回転測定値を用いて掘削機プラットフォームの回転を第１の方位から第２の方位へ追跡する。スイングセンサは、回転中心と位置合わせされた垂直軸を中心とした掘削機プラットフォームの回転を測定するように構成される。掘削機を走行させた後、掘削機プラットフォームの第２の方位、ＧＮＳＳ装置の測定中心の第２の座標、及びＧＮＳＳ装置の測定中心と掘削機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を用いて、ＧＮＳＳ装置の測定中心の第２の座標、及び掘削機プラットフォームの回転中心の第２の座標が決定される。

[0022]本明細書に説明の実施形態を使用すると、従来の技術よりも多くの利点が達成される。例えば、いくつかの実施形態は、他のセンサ測定値に基づいて計算するのではなく、回転を直接測定することを可能にする。これにより、精度を向上させ、回転情報のドリフトを解消することができる。いくつかの実施形態では、スイングセンサ以外のソースから方位情報を取得することなく、また、走行後に方位初期化手順を実行することなく、走行中及び走行後に回転を追跡することができる。掘削機用途では、複数の別々の方位初期化ステップを必要としないため、効率を向上させることができる。これら及び他の利点は、添付の図面を参照して本明細書全体を通して説明される。

本明細書に記載の実施形態のいくつかと共に使用することができる掘削機の簡略化された側面図である。いくつかの実施形態による、掘削機プラットフォームの回転中心の座標を決定し、掘削機プラットフォームの方位を追跡するための例示的な方法を示すフローチャートである。いくつかの実施形態による、掘削機プラットフォームの回転中心の座標を決定し、掘削機プラットフォームの方位を追跡するための例示的な方法を示す別のフローチャートである。いくつかの実施形態による、掘削機プラットフォームの回転中心の座標を決定し、掘削機プラットフォームの方位を追跡するための例示的な方法を示すまた別のフローチャートである。一実施形態による掘削機の方位を追跡するための例示的なシステムの簡略ブロック図である。

[0026]本明細書に説明の実施形態は、スイングセンサを用いてプラットフォームの回転を追跡し、及び／又はプラットフォームの回転中心の座標を決定するための改善されたシステム及び方法を提供する。スイングセンサによって得られる回転測定値は、プラットフォームの並進運動の前、最中、及び後にプラットフォームの回転を追跡するために用いることができる。回転測定値を位置測定値と共に用いて、回転中心の座標を決定することができる。

[0027]本出願を通して使用されるプラットフォームの実世界の例は、可動軌道又は車輪を含む車台に結合された回転掘削機プラットフォームを有する掘削機である。本明細書では、単に例として掘削機が使用されており、説明された実施形態は、車台に結合された回転プラットフォームを含む任意の他の機器、車両、機械、又は装置と共に使用することができることを理解されたい。掘削機と共に使用される場合、取得した情報は、実世界座標系におけるバケット又は作業機の位置を決定するために既知の技術に従って使用することができる。

[0028]図１は、本明細書に記載の実施形態のいくつかと共に使用することができる掘削機の簡略化された側面図である。掘削機は、掘削機プラットフォーム１１と、車台３２とを含む。掘削機プラットフォーム１１は、油圧モータを用いて又は他の手段によって垂直回転軸３５を中心として回転するように構成される。垂直回転軸３５は、掘削機プラットフォーム１１の回転中心１４と位置合わせされる。回転中心１４は、垂直回転軸３５と、水平回転軸３６と、図１の図面に直交して延びる水平回転軸との交点にある。回転中心１４は、バケット２０の歯３０などの作業機の刃の位置を追跡するための原点である。掘削機は、オーガー、トレンチ掘削機、コンパクターなどのバケット２０以外の他の作業機又はツールと共に使用することができることを理解されたい。

[0029]車台３２は、掘削機プラットフォーム１１を支持するように構成され、この例では、掘削機プラットフォーム１１の並進運動を提供する軌道を含む。掘削機プラットフォーム１１は、掘削機プラットフォーム１１と車台３２との間の回転点で車台３２に結合される。一例として、掘削機プラットフォーム１１は、垂直回転軸３５を中心として３６０°回転するロータリーユニオンによって車台３２に結合されてもよい。

[0030]また、本例の掘削機は、ブーム１２と、スティック１６と、バケット２０とを有する。ブーム１２は旋回点（図示せず）でプラットフォーム１１に旋回可能に結合され、スティック１６は旋回点１８でブーム１２に旋回可能に結合され、バケット２０は旋回点２２でスティック１６に旋回可能に結合される。ブーム１２、スティック１６及びバケット２０を移動させるための油圧装置２４、２６、２８が設けられている。

[0031]掘削機は、一般に、様々な機械要素の位置を監視するために、及び／又は要素位置の表示をオペレータに提供するために、様々なセンサを利用する。また、本例の掘削機は、スイングセンサ３３を有する。スイングセンサ３３は、垂直回転軸３５を中心とした掘削機プラットフォーム１１の回転を測定するように構成される。スイングセンサ３３は、垂直回転軸３５を中心とした掘削機プラットフォーム１１の角変位を測定することによって、掘削機プラットフォーム１１の回転を測定することができる。スイングセンサ３３は、掘削機プラットフォーム１１と車台３２との間の回転点に又はその付近に配置されてもよい。スイングセンサ３３は、回転の直接測定を提供する任意のタイプのセンサであってもよい。例としては、光学センサ及びホール効果センサなどの磁気センサが挙げられる。

[0032]また、掘削機は、単一のＧＮＳＳ装置３４を備える。ＧＮＳＳ装置３４は、プラットフォーム１１が回転するにつれてＧＮＳＳ装置３４の測定位置が変化するように、回転中心１４から離れた位置でプラットフォーム１１上に配置される。ＧＮＳＳ装置３４は、回転中心１４との既知の空間的関係の中で配列される。例えば、ＧＮＳＳ装置３４は、プラットフォーム１１の座標系における既知の位置に配列されてもよい。

[0033]ＧＮＳＳ装置３４のアンテナは、ＧＮＳＳ装置３４の受信機とは別個に配置されてもよいことを理解されたい。ＧＮＳＳ装置３４が回転中心１４から離れた位置に配置されていると説明した場合、回転中心１４から離れた位置にあるのは、少なくともアンテナの位相中心（又は測定中心）である。したがって、受信機の位置にかかわらず、ＧＮＳＳ装置３４による位置測定値は、プラットフォーム１１が回転するにつれて変化する。これは、唯一の動きが回転であるときに変化し得ない回転中心１４の位置とは対照的である。

[0034]ＧＮＳＳ装置３４は、衛星信号を用いて位置情報を決定する公知の技術に基づいて構成される。ＧＮＳＳ装置３４は、全地球測位システム（ＧＰＳ）、ＧＬＯｂａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ（ＧＬＯＮＡＳＳ）、Ｇａｌｉｌｅｏ、ＢｅｉＤｏｕＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ（ＢＤＳ）などの任意の衛星測位システムの一部であってもよい。

[0035]また、掘削機は、ブーム１２、スティック１６及びバケット２０等の各種機械要素の位置を監視するためのセンサを備える。例えば、これらの要素の角度は、慣性測定装置（ＩＭＵ）などの傾斜計を用いて重力に対して決定することができる。図１の例において、掘削機は、ブーム１２に設けられたＩＭＵ４４と、スティック１６に設けられたＩＭＵ４６と、バケット２０に設けられたＩＭＵ４８とを有する。これらのＩＭＵ４４、４６、４８は、重力に対する本体１２、１６、２０の角度を決定するために用いることができる。掘削機プラットフォーム１１の方位及び実世界座標系における回転中心１４の位置と共に、ＩＭＵ４４、４６、４８を用いて、実世界座標系におけるバケット２０の歯３０の位置を決定することができる。本明細書で使用する場合、実世界座標系は、掘削機の外部にあり、掘削機から独立した基準に基づく座標系である。

[0036]この例の掘削機はまた、１つ又は複数のプロセッサ、メモリ、及び他のコンピューティング構成要素を含むことができるコントローラ５０を備える。コントローラ５０は、ＧＮＳＳ装置３４、スイングセンサ３３、及びＩＭＵ４４、４６、４８に通信可能に結合される。コントローラ５０は、バケット２０の歯３０の位置を決定するように構成されてもよい。これは、本体４４、４６、４８の角度及び回転を決定することと、回転中心１４の座標及び掘削機プラットフォーム１１の方位を決定することとを含むことができる。

[0037]いくつかの実施形態では、コントローラ５０は、実世界座標系における掘削機プラットフォーム１１の初期方位を取得するように構成されてもよい。初期方位は、外部から取得してもよいし、掘削機プラットフォーム１１を回転させながらＧＮＳＳ装置３４を用いて位置測定値を取得して初期方位を決定すること、又は、掘削機を走行により並進させながらＧＮＳＳ装置３４を用いて位置測定値を取得して初期方位を決定することなどの任意の既知の技術によって取得してもよい。

[0038]コントローラ５０は、初期方位、ＧＮＳＳ装置３４の測定中心の座標、及びＧＮＳＳ装置３４の測定中心と掘削機プラットフォーム１１の回転中心１４との間の既知の空間的関係を用いて、掘削機プラットフォーム１１の回転中心１４の座標を決定してもよい。

[0039]コントローラ５０はまた、スイングセンサ３３からの回転測定値を用いて掘削機プラットフォーム１１の回転を追跡してもよい。掘削機プラットフォーム１１の回転だけでは回転中心１４の位置は変化しないが、掘削機を別の場所へ走行させると回転中心１４の位置が変化する。スイングセンサ３３からの回転測定値を用いて、走行中及び走行後に掘削機プラットフォーム１１の方位を追跡することができる。これにより、スイングセンサ３３以外のソースから方位情報を得ることなく、また、走行後に方位初期化手順を行うことなく、回転中心１４の座標を決定することができる。

[0040]図２Ａ～図２Ｃは、いくつかの実施形態による、掘削機プラットフォームの回転中心の座標を決定し、掘削機プラットフォームの方位を追跡するための例示的な方法を示すフローチャートである。図１のコントローラ５０は、これらの図に示される方法の全部又は一部を実行するように構成されてもよい。本方法は、掘削機プラットフォームを参照しているが、車台に結合された掘削機プラットフォーム及び適切なセンサを含む任意のシステムで実施することができる。

[0041]本方法は、掘削機プラットフォームの初期方位を取得するステップと、掘削機プラットフォームの現在の方位と初期方位とを関連付けるステップとを含む（２０２）。初期方位は、掘削機プラットフォームを回転させながら、又は掘削機を走行により並進させながら、ＧＮＳＳ装置から位置測定値を取得することを含む任意の既知の技術によって取得することができる。この初期方位は、スイングセンサを用いて後続の回転を追跡するための基準となる。初期方位は、一般に、実世界の座標系を参照する。

[0042]本方法はまた、ＧＮＳＳ装置から測定中心の座標を取得するステップ（２０４）と、掘削機プラットフォームの初期方位、測定中心の座標、及びＧＮＳＳ装置の測定中心と掘削機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を用いて、掘削機プラットフォームの回転中心の座標を決定するステップ（２０６）とを含む。初期方位が実世界の基準系を基準とする場合、回転中心の座標も実世界の座標系において決定され得る。

[0043]いくつかの実施形態では、本方法はまた、スイングセンサからの回転測定値を用いて、初期方位から第１の方位への掘削機プラットフォームの回転を追跡するステップ（２０８）を含む。初期方位が取得されると、スイングセンサは、掘削機プラットフォームの方位を追跡することができる垂直回転軸を中心とした掘削機プラットフォームの直接回転測定値を提供することができる。

[0044]いくつかの実施形態では、方法は、図２Ｂに示すステップで継続する。掘削機は第１の位置から第２の位置へ走行することができる（２１０）。掘削機は、車台の軌道又は車輪を使って走行することができる。走行中、ＧＮＳＳ装置を用いて掘削機の並進運動を追跡する（２１２）。ＧＮＳＳ装置からの位置測定値は、位置の変化を追跡することができるサンプリングレートで取得することができる。

[0045]走行中に掘削機プラットフォームが回転する場合、方法はまた、スイングセンサからの回転測定値を用いて、第１の方位から第２の方位へ掘削機プラットフォームの回転を追跡するステップ（２１４）を含むことができる。スイングセンサは、走行中に直接回転測定値を提供することができる。

[0046]いくつかの実施形態では、方法は、図２Ｃに示すステップで継続する。掘削機を走行させた後、ＧＮＳＳ装置の測定中心の第２の座標を取得し（２１６）、第２の方位、ＧＮＳＳ装置の測定中心の第２の座標、及びＧＮＳＳ装置の測定中心と掘削機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を用いて、掘削機プラットフォームの回転中心の第２の座標が決定される（２１８）。

[0047]いくつかの実施形態では、本方法はまた、掘削機を走行させた後、スイングセンサからの回転測定値のみを用い、スイングセンサ以外のソースから方位情報を取得することなく、かつ走行後に方位初期化手順を実行することなく、第２の方位から第３の方位への掘削機プラットフォームの回転を追跡することを含む（２２０）。スイングセンサが直接回転測定値を提供するので、掘削機の方位は、走行中及び走行後に追跡することができ、回転中心が移動した後に再初期化する必要はない。

[0048]図２Ａ～図２Ｃに示す特定のステップは、いくつかの実施形態による特定の方法を提供することを理解されたい。代替の実施形態によれば、ステップの他のシーケンスも実行することができる。例えば、いくつかの実施形態は、上記で概説したステップを異なる順序で実行してもよい。更に、図２Ａ～図２Ｃに示す個々のステップのいくつかは、任意選択であってもよく、及び／又は様々な順序で実行され得る複数のサブステップを含んでもよい。更に、特定の用途に応じて追加のステップを追加又は削除してもよい。

[0049]図３は、一実施形態による掘削機の方位を追跡するための例示的なシステムの簡略ブロック図である。システムは、ＧＮＳＳ装置と、スイングセンサと、コントローラとを含む。ＧＮＳＳ装置及びスイングセンサは、有線又は無線通信を介してコントローラに通信可能に結合されてもよい。コントローラは、作業機の刃の位置を決定するための他のセンサからの入力を受信するように構成されてもよい。コントローラはまた、位置及び方位情報を表示するためのディスプレイに有線又は無線で結合されてもよい。

[0050]前述したように、ＧＮＳＳ装置は、プラットフォームの回転中心から離れた位置に配置され、回転中心との既知の空間的関係の中で配列された測定中心を有することができる。ＧＮＳＳ装置は、掘削機プラットフォームの位置を決定するように構成されてもよい。

[0051]スイングセンサは、掘削機プラットフォームと車台との間の回転点で又は回転点に近接して、掘削機プラットフォーム又は車台に結合されてもよい。スイングセンサは、車台に対する掘削機プラットフォームの回転測定を実行するように構成されてもよい。

[0052]コントローラは、本明細書に説明の方法のいずれかを実行するように構成されてもよい。いくつかの実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語、又はそれらの任意の組合せによって実施することができる。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、又はマイクロコードで実装される場合、必要なタスクを実行するためのプログラムコード又はコードセグメントは、記憶媒体などのコンピュータ読取り可能な記憶媒体に記憶されてもよい。プロセッサは、必要なタスクを実行するように適合されてもよい。「コンピュータ読取り可能な記憶媒体」という用語は、ポータブル又は固定の記憶装置、光学記憶装置、無線チャネル、シムカード、他のスマートカード、及び命令又はデータを記憶、格納、又は搬送することができる様々な他の非一時的媒体を含むが、これらに限定されない。

[0053]本発明の様々な実施例を以下に提供する。以下で使用されるように、一連の例への任意の言及は、それらの例の各々への言及として選言的に理解されるべきである（例えば、「実施例１～４」は、「実施例１、２、３又は４」と理解されるべきである）。

［実施例１］
[0054]掘削機の方位を追跡するためのシステムであって、該システムは、掘削機プラットフォームの回転中心と位置合わせされた垂直軸に沿って掘削機の車台に結合された掘削機プラットフォームであって、掘削機プラットフォームが垂直軸を中心として回転するように構成され、車台が掘削機プラットフォームを支持し、掘削機プラットフォームの並進運動を実現するように構成される掘削機プラットフォームと、掘削機プラットフォームに結合された単一の全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）装置であって、ＧＮＳＳ装置は、掘削機プラットフォームの回転中心と位置合わせされた垂直軸から離れて配置された測定中心を有し、測定中心は、掘削機プラットフォームの回転中心との既知の空間的関係の中で配列され、ＧＮＳＳ装置は、実世界座標系における測定中心の座標を決定するように構成されるＧＮＳＳ装置と、掘削機に結合され、回転中心と位置合わせされた垂直軸を中心とした掘削機プラットフォームの回転を測定するように構成されたスイングセンサと、ＧＮＳＳ装置及びスイングセンサに通信可能に結合されたコントローラであって、掘削機プラットフォームの初期方位を取得し、掘削機プラットフォームの現在の方位と初期方位とを関連付け、ＧＮＳＳ装置から測定中心の座標を取得し、掘削機プラットフォームの初期方位、測定中心の座標、及びＧＮＳＳ装置の測定中心と掘削機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を用いて、掘削機プラットフォームの回転中心の座標を決定し、スイングセンサからの回転測定値を用いて、初期方位から第１の方位へ掘削機プラットフォームの回転を追跡するように構成されたコントローラとを備える。

［実施例２］
[0055]実施例１のシステムであり、スイングセンサは、掘削機プラットフォームと車台との間の回転点に近接した位置で掘削機プラットフォーム又は車台に結合される。

［実施例３］
[0056]実施例１～２のシステムであり、コントローラは、掘削機プラットフォームを回転させながらＧＮＳＳ装置の測定中心の複数の座標を取得することによって掘削機プラットフォームの初期方位を取得し、複数の座標を用いて掘削機プラットフォームの初期方位を決定するように構成される。

［実施例４］
[0057]実施例１～３のシステムであり、コントローラは、ＧＮＳＳ装置からの座標測定値を用いて、走行中に掘削機の並進運動を追跡するように更に構成され、コントローラはまた、スイングセンサからの回転測定値を用いて走行中に掘削機プラットフォームの回転を追跡するようにも構成される。

［実施例５］
[0058]実施例１～４のシステムであり、コントローラは、掘削機を第１の位置から第２の位置へ走行させた後、及び掘削機プラットフォームを第１の方位から第２の方位へ回転させた後、掘削機プラットフォームの回転中心の第２の座標を決定するように更に構成され、回転中心の第２の座標は、第２の位置におけるＧＮＳＳ装置の座標測定値及び第１の方位から第２の方位へ回転中のスイングセンサからの回転測定値を用いて決定される。

［実施例６］
[0059]実施例１～５のシステムであり、掘削機プラットフォームは、作業機を含む掘削機のアームに結合され、コントローラは、掘削機プラットフォームの回転中心の座標を用いて、実世界座標系における作業機の刃の座標を決定するように更に構成される。

［実施例７］
[0060]実施例１～６のシステムであり、スイングセンサは、回転中心と位置合わせされた垂直軸を中心とした掘削機プラットフォームの角変位を測定することによって掘削機プラットフォームの回転を測定するように構成される。

［実施例８］
[0061]単一の全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）装置及びスイングセンサを用いて掘削機の方位を追跡するための方法であり、該方法は、掘削機の掘削機プラットフォームの初期方位を取得し、掘削機プラットフォームの現在の方位と初期方位とを関連付けるステップと、ＧＮＳＳ装置の測定中心の第１の座標を取得するステップであって、ＧＮＳＳ装置の測定中心は、掘削機プラットフォームの回転中心と位置合わせされた垂直軸から離れて配置され、かつ掘削機プラットフォームの回転中心との既知の空間的関係の中で配列されるステップと、掘削機プラットフォームの初期方位、ＧＮＳＳ装置の測定中心の第１の座標、及びＧＮＳＳ装置の測定中心と掘削機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を用いて、掘削機プラットフォームの回転中心の第１の座標を決定するステップと、その後、スイングセンサからの回転測定値を用いて初期方位から第１の方位へ掘削機プラットフォームの回転を追跡するステップであって、スイングセンサは、掘削機プラットフォームと掘削機の車台との間の回転点に近接して配置され、かつ回転中心と位置合わせされた垂直軸を中心とした掘削機プラットフォームの回転を測定するように構成されるステップと、その後、掘削機を第１の位置から第２の位置へ走行させ、掘削機の走行中に、ＧＮＳＳ装置からの位置測定値を用いて掘削機の並進運動を追跡するステップと、スイングセンサからの回転測定値を用いて第１の方位から第２の方位へ掘削機プラットフォームの回転を追跡するステップと、掘削機の走行後に、ＧＮＳＳ装置の測定中心の第２の座標を取得するステップと、第２の方位、ＧＮＳＳ装置の測定中心の第２の座標、及びＧＮＳＳ装置の測定中心と掘削機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を用いて、掘削機プラットフォームの回転中心の第２の座標を決定するステップとを含む。

［実施例９］
[0062]実施例８の方法であり、掘削機プラットフォームの初期方位を取得するステップは、掘削機を並進させながらＧＮＳＳ装置の測定中心の複数の座標を取得するステップと、複数の座標を用いて掘削機プラットフォームの初期方位を決定するステップとを含む。

［実施例１０］
[0063]実施例８～９の方法であり、該方法は、掘削機を走行させた後、スイングセンサからの回転測定値のみを用い、スイングセンサ以外のソースから方位情報を取得することなく、かつ走行後に方位初期化手順を実行することなく、第２の方位から第３の方位へ掘削機プラットフォームの回転を追跡するステップを更に含む。

［実施例１１］
[0064]実施例８～１０の方法であり、掘削機プラットフォームの初期方位は、実世界座標系において得られ、掘削機の第２の位置は、実世界座標系において決定される。

［実施例１２］
[0065]実施例８～１１の方法であり、ＧＮＳＳ装置の測定中心と掘削機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は、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ＧＮＳＳ装置の測定中心と回転中心との間の距離を含む。

［実施例１３］
[0066]実施例８～１２の方法であり、掘削機プラットフォームは、作業機を含む掘削機のアームに結合され、方法は、掘削機プラットフォームの回転中心の座標を用いて、実世界座標系における作業機の刃の座標を決定するステップを更に含む。

［実施例１４］
[0067]実施例８～実施例１３の方法であり、スイングセンサは、回転中心を中心とした掘削機プラットフォームの角変位を測定することによって掘削機プラットフォームの回転を測定するように構成される。

［実施例１５］
[0068]全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）装置及びスイングセンサを用いて掘削機の方位を追跡するための方法であり、該方法は、掘削機の掘削機プラットフォームの第１の方位を取得し、掘削機プラットフォームの現在の方位と第１の方位とを関連付けるステップと、掘削機プラットフォームの回転中心と位置合わせされた垂直軸から離れて配置され、かつ掘削機プラットフォームの回転中心との既知の空間的関係の中で配列された、ＧＮＳＳ装置の測定中心の第１の座標を取得するステップと、掘削機プラットフォームの第１の方位、ＧＮＳＳ装置の測定中心の第１の座標、及びＧＮＳＳ装置の測定中心と掘削機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を用いて、掘削機プラットフォームの回転中心の第１の座標を決定するステップと、その後、掘削機を第１の位置から第２の位置へ走行させるステップと、掘削機の走行中に、ＧＮＳＳ装置を用いて掘削機の並進運動を追跡するステップと、スイングセンサからの回転測定値を用いて第１の方位から第２の方位へ掘削機プラットフォームの回転を追跡し、スイングセンサは、回転中心と位置合わせされた垂直軸を中心とした掘削機プラットフォームの回転を測定するように構成されるステップと、掘削機の走行後に、ＧＮＳＳ装置の測定中心の第２の座標を取得するステップと、掘削機プラットフォームの第２の方位、ＧＮＳＳ装置の測定中心の第２の座標、及びＧＮＳＳ装置の測定中心と掘削機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を用いて、掘削機プラットフォームの回転中心の第２の座標を決定するステップとを含む。

［実施例１６］
[0069]実施例１５の方法であり、スイングセンサは、掘削機プラットフォームと車台との間の回転点に近接した位置で掘削機の掘削機プラットフォーム又は車台に結合される。

［実施例１７］
[0070]実施例１５～１６の方法であり、掘削機プラットフォームの第１の方位を取得するステップは、掘削機プラットフォームを回転させながらＧＮＳＳ装置の測定中心の複数の座標を取得するステップと、複数の座標を用いて掘削機プラットフォームの第１の方位を決定するステップとを含む。

［実施例１８］
[0071]実施例１５～１７の方法であり、該方法は、掘削機を走行させた後、スイングセンサからの回転測定値のみを用い、スイングセンサ以外のソースから方位情報を取得することなく、かつ走行後に方位初期化手順を実行することなく、第２の方位から第３の方位へ掘削機プラットフォームの回転を追跡するステップを更に含む。

［実施例１９］
[0072]実施例１５～１８の方法であり、掘削機プラットフォームは、作業機を含む掘削機のアームに結合され、方法は、掘削機プラットフォームの回転中心の座標を用いて、実世界座標系における作業機の刃の座標を決定するステップを更に含む。

［実施例２０］
[0073]実施例１５～１９の方法であり、スイングセンサは、回転中心と位置合わせされた垂直軸を中心とした掘削機プラットフォームの角変位を測定することによって掘削機プラットフォームの回転を測定するように構成される。

[0074]本発明を特定の実施形態に関して説明したが、本発明の範囲は本明細書に説明の実施形態に限定されないことは当業者には明らかである。例えば、本発明の１つ又は複数の実施形態の特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態の１つ又は複数の特徴と組み合わせてもよい。したがって、明細書及び図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味で考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は、上記の説明を参照するのではなく、添付の特許請求の範囲及びその均等物の全範囲を参照して決定されるべきである。

Claims

掘削機の方位を追跡するためのシステムであって、
掘削機プラットフォームの回転中心と位置合わせされた垂直軸に沿って前記掘削機の車台に結合された掘削機プラットフォームであって、前記掘削機プラットフォームは、前記垂直軸を中心として回転するように構成され、前記車台は、前記掘削機プラットフォームを支持し、前記掘削機プラットフォームの並進運動を実現するように構成される、掘削機プラットフォームと、
前記掘削機プラットフォームに結合された単一の全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）装置であって、前記ＧＮＳＳ装置は、前記掘削機プラットフォームの前記回転中心と位置合わせされた前記垂直軸から離れて配置された測定中心を有し、前記測定中心は、前記掘削機プラットフォームの前記回転中心との既知の空間的関係の中で配列され、前記ＧＮＳＳ装置は、実世界座標系における前記測定中心の座標を決定するように構成されるＧＮＳＳ装置と、
前記掘削機に結合され、前記回転中心と位置合わせされた前記垂直軸を中心とした前記掘削機プラットフォームの回転点での直接測定を提供するように構成されたスイングセンサと、
前記ＧＮＳＳ装置および前記スイングセンサに通信可能に結合されたコントローラであって、
前記掘削機プラットフォームの初期方位を取得し、前記掘削機プラットフォームの現在の方位と前記初期方位とを関連付け、
前記ＧＮＳＳ装置から前記測定中心の座標を取得し、
前記掘削機プラットフォームの前記初期方位、前記測定中心の前記座標、および前記ＧＮＳＳ装置の前記測定中心と前記掘削機プラットフォームの前記回転中心との間の前記既知の空間的関係を用いて、前記掘削機プラットフォームの前記回転中心の座標を決定し、
前記スイングセンサからの回転測定値を用いて、前記初期方位から第１の方位への前記掘削機プラットフォームの回転を追跡する
ように構成されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記掘削機プラットフォームを回転させながら前記ＧＮＳＳ装置の前記測定中心の複数の座標を取得することによって前記掘削機プラットフォームの前記初期方位を取得し、前記複数の座標を用いて前記掘削機プラットフォームの前記初期方位を決定するように構成される、
システム。
前記スイングセンサは、前記掘削機プラットフォームと前記車台との間の回転点に近接した位置で前記掘削機プラットフォームまたは前記車台に結合される、請求項１に記載のシステム。
前記コントローラは、前記ＧＮＳＳ装置からの座標測定値を用いて、走行中に前記掘削機の並進運動を追跡するように更に構成され、前記コントローラはまた、前記スイングセンサからの回転測定値を用いて、走行中に前記掘削機プラットフォームの回転を追跡するように構成される、請求項１に記載のシステム。
前記コントローラは、前記掘削機を第１の位置から第２の位置へ走行させた後、および前記掘削機プラットフォームを前記第１の方位から第２の方位へ回転させた後、前記掘削機プラットフォームの前記回転中心の第２の座標を決定するように更に構成され、前記回転中心の前記第２の座標は、前記第２の位置における前記ＧＮＳＳ装置の座標測定値および前記第１の方位から前記第２の方位へ回転中の前記スイングセンサからの回転測定値を用いて決定される、請求項１に記載のシステム。
前記掘削機プラットフォームは、作業機を含む前記掘削機のアームに結合され、前記コントローラは、前記掘削機プラットフォームの前記回転中心の前記座標を用いて、前記実世界座標系における前記作業機の刃の座標を決定するように更に構成される、請求項１に記載のシステム。
前記スイングセンサは、前記回転中心と位置合わせされた前記垂直軸を中心とした前記掘削機プラットフォームの角変位を測定することによって前記掘削機プラットフォームの前記回転を測定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
単一の全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）装置およびスイングセンサを用いて掘削機の方位を追跡するための方法であり、
前記掘削機の掘削機プラットフォームの初期方位を取得し、前記掘削機プラットフォームの現在の方位と前記初期方位とを関連付けるステップと、
前記ＧＮＳＳ装置の測定中心の第１の座標を取得するステップであって、前記ＧＮＳＳ装置の前記測定中心は、前記掘削機プラットフォームの回転中心と位置合わせされた垂直軸から離れて配置され、かつ前記掘削機プラットフォームの前記回転中心との既知の空間的関係の中で配列されるステップと、
前記掘削機プラットフォームの前記初期方位、前記ＧＮＳＳ装置の前記測定中心の前記第１の座標、および前記ＧＮＳＳ装置の前記測定中心と前記掘削機プラットフォームの前記回転中心との間の前記既知の空間的関係を用いて、前記掘削機プラットフォームの前記回転中心の第１の座標を決定するステップと、
その後、前記スイングセンサからの回転測定値を用いて前記初期方位から第１の方位への前記掘削機プラットフォームの回転を追跡するステップであって、前記スイングセンサは、前記掘削機プラットフォームと前記掘削機の車台との間の回転点に配置され、かつ前記回転中心と位置合わせされた垂直軸を中心とした前記掘削機プラットフォームの回転を測定するように構成される、ステップと、
その後、第１の位置から第２の位置まで前記掘削機を走行させ、前記掘削機の走行中に、
前記ＧＮＳＳ装置からの位置測定値を用いて前記掘削機の並進運動を追跡するステップと、
前記スイングセンサからの回転測定値を用いて前記第１の方位から第２の方位への前記掘削機プラットフォームの回転を追跡するステップと、
前記掘削機の走行後に、
前記ＧＮＳＳ装置の前記測定中心の第２の座標を取得するステップと、
前記第２の方位、前記ＧＮＳＳ装置の前記測定中心の前記第２の座標、および前記ＧＮＳＳ装置の前記測定中心と前記掘削機プラットフォームの前記回転中心との間の前記既知の空間的関係を用いて、前記掘削機プラットフォームの前記回転中心の第２の座標を決定するステップと
を含み、
前記掘削機プラットフォームの前記初期方位を取得するステップが、前記掘削機を並進させながら前記ＧＮＳＳ装置の前記測定中心の複数の座標を取得するステップと、前記複数の座標を用いて前記掘削機プラットフォームの前記初期方位を決定するステップとを含む、
方法。
前記掘削機を走行させた後、前記スイングセンサからの回転測定値のみを用い、前記スイングセンサ以外のソースから方位情報を取得することなく、かつ前記走行後に方位初期化手順を実行することなく、前記第２の方位から第３の方位への前記掘削機プラットフォームの回転を追跡することを更に含む、請求項７に記載の方法。
前記掘削機プラットフォームの前記初期方位は、実世界座標系において得られ、前記掘削機の前記第２の位置は、前記実世界座標系において決定される、請求項７に記載の方法。
前記ＧＮＳＳ装置の前記測定中心と前記掘削機プラットフォームの前記回転中心との間の前記既知の空間的関係は、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装置の前記測定中心と前記回転中心との間の距離を含む、請求項７に記載の方法。
前記掘削機プラットフォームは、作業機を含む前記掘削機のアームに結合され、前記掘削機プラットフォームの前記回転中心の前記座標を用いて、実世界座標系における前記作業機の刃の座標を決定するステップを更に含む、請求項７に記載の方法。
前記スイングセンサは、前記回転中心を中心とした前記掘削機プラットフォームの角変位を測定することによって前記掘削機プラットフォームの前記回転を測定するように構成される、請求項７に記載の方法。
全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）装置およびスイングセンサを用いて掘削機の方位を追跡するための方法であり、
前記掘削機の掘削機プラットフォームの第１の方位を取得し、前記掘削機プラットフォームの現在の方位と前記第１の方位とを関連付けるステップと、
前記ＧＮＳＳ装置の測定中心の第１の座標を取得するステップであって、前記ＧＮＳＳ装置の前記測定中心は、前記掘削機プラットフォームの回転中心と位置合わせされた垂直軸から離れて配置され、かつ前記掘削機プラットフォームの前記回転中心との既知の空間的関係の中で配列されるステップと、
前記掘削機プラットフォームの前記第１の方位、前記ＧＮＳＳ装置の前記測定中心の前記第１の座標、および前記ＧＮＳＳ装置の前記測定中心と前記掘削機プラットフォームの前記回転中心との間の前記既知の空間的関係を用いて、前記掘削機プラットフォームの前記回転中心の第１の座標を決定するステップと、
その後、第１の位置から第２の位置まで前記掘削機を走行させ、前記掘削機の走行中に、
前記ＧＮＳＳ装置を用いて前記掘削機の並進運動を追跡するステップと、
前記スイングセンサからの回転測定値を用いて前記第１の方位から第２の方位への前記掘削機プラットフォームの回転を追跡するステップであって、前記スイングセンサは、前記回転中心と位置合わせされた垂直軸を中心とした前記掘削機プラットフォームの回転の直接測定を提供するように構成される、ステップと、
前記掘削機の走行後に、
前記ＧＮＳＳ装置の前記測定中心の第２の座標を取得するステップと、
前記掘削機プラットフォームの前記第２の方位、前記ＧＮＳＳ装置の前記測定中心の前記第２の座標、および前記ＧＮＳＳ装置の前記測定中心と前記掘削機プラットフォームの前記回転中心との間の前記既知の空間的関係を用いて、前記掘削機プラットフォームの前記回転中心の第２の座標を決定するステップと
を含み、
前記掘削機プラットフォームの前記第１の方位を取得するステップが、前記掘削機プラットフォームを回転させながら前記ＧＮＳＳ装置の前記測定中心の複数の座標を取得するステップと、前記複数の座標を用いて前記掘削機プラットフォームの前記第１の方位を決定するステップとを含む、
方法。
前記スイングセンサは、前記掘削機プラットフォームと前記掘削機の車台との間の回転点に近接した位置で前記掘削機プラットフォームまたは前記車台に結合される、請求項１３に記載の方法。
前記掘削機を走行させた後、前記スイングセンサからの回転測定値のみを用い、前記スイングセンサ以外のソースから方位情報を取得することなく、かつ前記走行後に方位初期化手順を実行することなく、前記第２の方位から第３の方位への前記掘削機プラットフォームの回転を追跡することを更に含む、請求項１３に記載の方法。
前記掘削機プラットフォームは、作業機を含む前記掘削機のアームに結合され、前記掘削機プラットフォームの前記回転中心の前記座標を用いて、実世界座標系における前記作業機の刃の座標を決定するステップを更に含む、請求項１３に記載の方法。
前記スイングセンサは、前記回転中心と位置合わせされた前記垂直軸を中心とした前記掘削機プラットフォームの角変位を測定することによって前記掘削機プラットフォームの前記回転を測定するように構成される、請求項１３に記載の方法。