JPH10141955A - 作業具の位置を求めるための装置及び方法 - Google Patents

作業具の位置を求めるための装置及び方法

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JPH10141955A
JPH10141955A JP9225887A JP22588797A JPH10141955A JP H10141955 A JPH10141955 A JP H10141955A JP 9225887 A JP9225887 A JP 9225887A JP 22588797 A JP22588797 A JP 22588797A JP H10141955 A JPH10141955 A JP H10141955A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 土工機械等の作業機械に搭載される作業具の
位置が該作業具の２つの固定点についての現場座標系内
の位置として作業具の位置を求める装置及び方法を提
供。 【解決手段】 作業具上の２つの点の位置を第１位置セ
ンサ１２８と第２位置センサ１３０により検出して第
１、第２位置信号を生成し、該作業具のピッチをピッチ
センサ３２６により検出してピッチ信号を生成し、該作
業具の横傾斜を横傾斜センサにより検出して横傾斜信号
を生成し、該作業具の回転を回転センサにより検出して
回転信号を生成する。コントローラーが設けられ、第１
及び第２位置センサと、ピッチセンサと、横傾斜センサ
と、回転センサとに結合されて、第１及び第２位置信号
とピッチ信号と横傾斜信号と回転信号とを受ける。コン
トローラーは、第１及び第２位置信号が有効なときは第
１及び第２位置信号とピッチ信号の関数として現場座標
系における作業具の位置を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】 本発明は、作業具の位置を求め
るための装置及び方法に関し、特に、複数のセンサを使
用して作業具上の第１及び第２の端点の位置を求める方
法及び装置に関する。
【０００２】
【従来技術】 例えば、ほんの数例として挙げられるモ
ーターグレーダー、ドーザー、コンパクター、舗装機、
均し機などの機械には、地理的な表面を変更する作業に
使用されるものがある。この種の機械は、典型的には、
予め人為的に測量され、建設現場計画に応じて囲われた
建設現場において使用される。この過程で、建設現場
は、処理された現場が計画された仕様に合うかどうかを
確認するために、頻繁にチェックされる。この工程は、
多大の人的労力を必要とし、その多くは、高度に訓練さ
れた人員によらねばならない。さらに、必要とする程度
の精度を得るためには、機械のオペレーターは高度に訓
練された者でなければならない。用途によっては、レー
ザシステムを使用して、オペレーターが参考とする基準
を与えている。現場の測量された場所に配置されたレー
ザにより照射されたレーザビームが現場をスイープす
る。機械に置かれた受信機が、レーザビームを受けて、
機械又は作業具のような、機械上の位置に対するビーム
の高さ方向の位置をオペレーターに表示する。この情報
をオペレーターが利用して、機械の制御目的に使用す
る。このようなシステムの一例が、1989年２月21日にフ
ィリップ・Ｍ・クレグに与えられた米国特許第4,807,13
1 号に示されている。この特許は、レーザ面に対する地
ならし用ブレードの高さ方向の位置を測定し、目標高
さ、実際の高さ及び誤差許容範囲などのモニター用パラ
メーターで表示し、オペレーターが一つの作動モードに
おいてブレードの位置を目標位置に対する許容範囲内に
調節できるようにする技術を開示する。
【０００３】通常は、作業具は、機械フレームに調節可
能に結合されており、作業具の傾斜やピッチ、高さなど
は機械に対して変更することができる。レーザ受信機が
機械フレーム上に取り付けられている場合、該フレーム
に対する作業具の位置に何らかの変化があったとき、レ
ーザ平面及び受信機に対する作業具の位置の変化が考慮
されないものとなる。したがって、オペレーターに与え
られる情報は望まれるもの以下となり、特に顕著な利点
があるものとしては使用できなくなる。作業具上に一つ
のレーザ受信機を配置することで、レーザ受信機が作業
具とともに動き、作業具の位置と関連付けられるように
なる限りでは、この問題を解消できる。しかし、レーザ
平面に対して作業具が傾斜し、ピッチ運動し、或いは回
転することによる変化は保障できず、したがって与えら
れる情報は正確なものではない。
【０００４】作業具上に２つのレーザ受信機を配置する
と、レーザ平面に対してブレードの傾斜を求めることが
可能になるが、これでは、作業具の前傾（ピッチ運動）
による該作業具の位置の変化を求めることはできない。
衛星コンステレーションと特殊な受信機を使用して、作
業現場座標系に対する空間座標系における機械の位置
（実際にはアンテナの位置）を３角法により求めるシス
テムが知られている。このシステムは、一般に、動的地
球規模測位システム（ＧＰＳ）と呼ばれている。歴史的
には、この種のシステムは、用途によって位置決めの精
度が満足でなかったために、広範囲には受け入れられな
かった。さらに、処理速度が遅いために、リアルタイム
で機械の位置を求めるための商業的な可能性は低かっ
た。過去数年間で、位置決め精度は改善され、処理速度
も増大した。したがって、例えば地理的表面変更機械を
含む用途の分野でも、機械の位置をリアルタイムで求め
るために使用する潜在的な可能性は、現在ではでてい
る。
【０００５】しかし、ＧＰＳ受信機に付随して現在でも
存在する問題は、ＧＰＳデータが無効となる頻度であ
る。このような事態が生じるには幾つかの理由があり、
その理由には、衛星の信号をブロックする障害物の問題
や、ＧＰＳ受信機が良好な位置信号を得るのに充分な衛
星がないという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】 本発明は、上述した
問題の一又はそれ以上を解決することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】 本発明の一態様におい
ては、現場座標系内で作業機械の作業具の位置を求める
ための装置が提供される。作業具の位置は、該作業具上
の２つの固定点についての現場座標系上の位置として定
義される。本発明の装置は、作業具に取り付けられた第
１及び第２位置センサを含む。第１位置センサは、該第
１センサの位置を求めて第１位置信号を生成する。第２
位置センサは、該第２センサの位置を求めて第２位置信
号を生成する。作業具に結合されたピッチセンサが作業
具のピッチを検出し、それに応答してピッチ信号を生成
する。作業具に結合された横傾斜センサが作業具の横傾
斜を検出し、それに応答して横傾斜信号を生成する。作
業具に結合された回転センサが作業具の回転を検出し、
それに応答して回転信号を生成する。第１及び第２ＧＰ
Ｓ受信機と、ピッチセンサと、横傾斜センサと、回転セ
ンサに結合されたコントローラーが、第１及び第２位置
信号とピッチ信号と横傾斜信号と回転信号を受けて、第
１及び第２位置信号が有効であれば該第１及び第２位置
信号とピッチ信号の関数として、現場座標系における作
業具の位置を求め、第１位置信号及び第２位置信号の一
つが有効でないときは、第１位置信号及び第２位置信号
の他方と、ピッチ信号と横傾斜信号と回転信号の関数と
して、現場座標系における作業具の位置を求める。
【０００８】本発明の他の態様においては、現場座標系
における作業機械の作業具の位置を求める方法が提供さ
れる。作業具の位置は、該作業具上の２つの固定点につ
いての現場座標系上の位置として定義される。本発明の
方法は、第１位置センサを使用して、作業具上の第１の
点の位置を求めて第１位置信号を生成し、第２位置セン
サを使用して、作業具上の第２の点を求めて第２位置信
号を生成する段階を含む。この方法は又、作業具のピッ
チを検出し、それに応答してピッチ信号を生成する段階
と、作業具の横傾斜を検出し、それに応答して横傾斜信
号を生成する段階と、作業具の回転を検出し、それに応
答して回転信号を生成する段階を含む。現場座標系にお
ける作業具の位置は、第１及び第２位置信号が有効であ
れば該第１及び第２位置信号とピッチ信号の関数として
求められる。現場座標系における作業具の位置は、第１
位置信号及び第２位置信号の一つが有効でないときは、
第１位置信号及び第２位置信号の他方と、ピッチ信号と
横傾斜信号と回転信号の関数として求められる。
【０００９】
【実施例】 図面中、特に図１を参照すると、地理的表
面変更機械すなわち作業機械１０４の作業具１０２の位
置を求める装置１００が示されている。土壌作業用ブレ
ードとして示される作業具１０２は、モーターグレーダ
ーとして示された地理的表面変更機械１０４のフレーム
１０６上に制御可能で可動なように取り付けられてい
る。他の機械、例えば、適当な表面変更用作業具を備え
たドーザー、スクレーパー、コンパクター、舗装機、表
面均し機等も同等なものであり、本発明の範囲に含まれ
る。図示した実施例では、装置１００は、理想的にはレ
ーザ走査装置１０８を備える。レーザ走査装置１０８
は、ほぼ垂直な軸線１１２まわりにスイープされる低輝
度のレーザビーム１１０を発生する。レーザ走査装置１
０８は、以下に作業用現場と呼ぶ測量した領域内の予め
定めた座標位置（「ｘ」、「ｙ」）に配置される。スイ
ープされたレーザビーム１１０は、垂直軸線１１２方向
の予め決められた高位置において平面３０を定め、正確
な高さ座標位置「ｚ」を確立する。
【００１０】この装置は、地球規模測位システム（ＧＰ
Ｓ）１１４を備えることが好ましい。ＧＰＳ１１４は、
衛星コンステレーションを含み、そのうちの２つが１１
６Ａ、１１６Ｂとして示されている。４個又はそれ以上
の衛星が選ばれることが、３角法の幾何学の観点からは
好ましい。地球規模測位システム１１４は、ベースステ
ーション１１８と該ベースステーション１１８に接続さ
れた基準受信手段１２０とを備える。基準受信手段１２
０は、複数の位置から供給される電磁放射波を受信し、
それに応答して基準位置信号を生成する。この好ましい
実施例では、基準受信手段１２０はＧＰＳ基準受信器１
２２を備える。ベースステーション１１８は、作業用現
場１１３において、既知の固定位置に配置される。ベー
スステーション１１８にあるトランシーバー１２４と機
械１０４上にあるトランシーバー１２６が機械１０４と
ベースステーション１１８との間のＲＦ通信リンクを確
立し、これによって基準位置データが伝送される。地球
中心に対するベースステーションの位置を求めるため
に、ベースステーションプロセッサ（図示せず）が使用
される。
【００１１】第１位置センサ１２８が作業具１０２上に
取り付けられる。該第１位置センサ１２８は、該第１位
置センサ１２８の位置を求め、第１位置信号を生成す
る。第２位置センサ１３０が作業具１０２上に取り付け
られる。該第２位置センサ１３０は、該第２位置センサ
１３０の位置を求め、第２位置信号を生成する。図１及
び図２に最もよく示されるように、第１位置センサ１２
８は作業具１０２上の予め定められた第１の位置に結合
され、第２位置センサ１３０は作業具１０２上の予め定
められた第２の位置に結合される。この好ましい実施例
では、第１位置センサ１２８は第１ＧＰＳ受信機２０２
を備え、第２位置センサ１３０は第２ＧＰＳ受信機２０
４を備える。第１ＧＰＳ受信機２０２及び第２ＧＰＳ受
信機２０４の各々は、アンテナ２０６、２０８とプリア
ンプ（図示せず）を有する。第１及び第２アンテナ２０
６、２０８により受信された位置信号は、増幅されて第
１及び第２受信機２０２、２０４に供給される。第１及
び第２受信機２０２、２０４は、ナビゲーション信号を
デコードし、選択された各衛星についての疑似距離信号
と衛星位置信号を生成する。
【００１２】コントローラー２１０は位置コンピュータ
２１２を備える。このコントローラーは、疑似距離信号
及び衛星位置信号に基づいて第１及び第２受信機の位置
を計算する。特に、第１及び第受信機２０２、２０４
は、それぞれ第１及び第２アンテナ２０６、２０８上の
受信点位置「Ｌ」、「Ｒ」の位置を求める。受信点Ｌ、
Ｒは、ＧＰＳ信号の受信の実効中心であり、後の計算に
使用される。このような地球規模測位システムは当業者
に知られており、したがってこれ以上詳細には説明しな
い。作業具１０２は、地ならし用ブレード１２９を備え
る。図３を参照すると、該ブレード１２９は、第１及び
第２側部３０２、３０４と、切削刃３０６と上縁３０８
とを有する。説明を簡単にするために、以下の説明は、
この特定の地ならし用ブレードを有する実施例について
行う。しかし、本発明の精神から外れることなく、この
ブレードの代わりに他の作業具を使用することができ
る。
【００１３】第１アンテナ２０６は第１側部３０２の近
傍でブレード１２９に取付けられ、第２アンテナ２０８
は第２側部３０４の近傍でブレード１２９に取付けられ
ている。受信点Ｌ、Ｒは予め定められた距離Ｗだけ離れ
て位置する。図示されたように、この特定の距離Ｗは、
大きさがブレードの第１及び第２側部３０２、３０４間
の距離にほぼ等しい。第１及び第２受信点Ｌ、Ｒは、第
１及び第２の点の位置「ＬＢ」、「ＲＢ」に対して配置
されており、この第１及び第２の点の位置は、ブレード
１２９の切削刃３０６に沿って位置するのが好ましい。
第１及び第２の点の位置「ＬＢ」、「ＲＢ」は、ブレー
ド１２９の第１及び第２のコーナーで、第１及び第２側
部と切削刃の交差部にあり、距離「Ｂ」だけ離れている
ことが好ましい。距離Ｂは距離Ｗと等しいことが好まし
い。第１、第２アンテナ２０６、２０８（受信点Ｌ、
Ｒ）及び第１、第２の点ＬＢ、ＲＢをこの位置に配置す
ることにより、第１、第２受信点Ｌ、Ｒと、ブレード１
２９の第１、第２の点の位置ＬＢ、ＲＢとの間の３次元
空間の変換計算が簡単になる。
【００１４】第１及び第２位置センサ１２８、１３０
は、切削刃３０６に直角で互いに平行に延びる第１及び
第２の軸線３１０、３１２に沿って配置することが好ま
しい。しかし、本発明の精神から外れることなく、他の
位置を選択することもできる。図２及び図３を参照する
と、第１及び第２位置センサ１２８、１３０は、予め定
められた距離だけ離れた上述の第１及び第２の位置にお
いてブレードに結合された第１及び第２レーザ受信機２
１４、２１６を任意に備えることができる。この第１及
び第２レーザ受信機は、それぞれ第１及び第２アンテナ
２０６、２０８の位置に配置されることが好ましい。図
３に最もよく示されるように、第１及び第２アンテナ２
０６、２０８は、それぞれ第１及び第２レーザ受信機２
１４、２１６の一端部に取り付けられ、該レーザ受信機
２１４、２１６の他端部は、上縁３０８においてブレー
ド１２９に結合されている。
【００１５】この好ましい実施例においては、レーザ受
信機２１４、２１６は歩進的なレーザ受信機であり、複
数の直線的に配列された受光素子２１８と、照射された
特定の受光素子を表す出力信号を供給するためのそれに
付随する回路（図示せず）を備える。この種のレーザ受
信機の構造はこの業界で周知であり、したがって、詳細
には説明しない。高さ方向の作業具位置の測定精度を改
善し、地球規模測位システムから得られる測定結果を補
足するために、第１及び第２レーザ受信機２１４、２１
６が設けられる。これら第１及び第２レーザ受信機２１
４、２１６は、位置コンピュータ２１２に接続される。
レーザ受信機は、位置コンピュータ２１２に出力信号を
供給し、位置コンピュータは特定の作業源に対する３次
元空間内のブレード１２９の高さ方向座標位置「ｚ」を
求める。第及び第２ライン３１０、３１２が第１及び第
２レーザ受信機の長さ方向に沿って延び、受信点Ｒ、Ｌ
を通る。
【００１６】図１を参照すると、基準受信機１２２はベ
ースステーション１１８に配置されており、ＧＰＳ衛星
のコンステレーションから信号を受ける。ベースステー
ションコンピュータ（図示せず）が受信機１２２に接続
されており、地球の中心に対する受信機１２２（アンテ
ナ１３１）の位置を求める。該基準受信機１２２は、
「差動型地球規模測位システム」を構築するために使用
される。第１及び第２受信機２０２、２０４と基準受信
機１２２は、商業的に入手可能であり、アンテナとプリ
アンプと受信機を備える。図３及び図４を参照すると、
作業具が詳細に示されている。ブレード１２９は支持機
構３１４によりフレーム１０６に可動に結合されてい
る。この支持機構３１４は、サークル３２０と該サーク
ルに結合されたブレード１２９を、サークル３２０の中
心における垂直軸まわりに公知の方法で回転させるため
の選択的に作動可能な回転駆動モーター３１８を有する
サークル駆動機構３１６を備える。
【００１７】一対の選択的に作動可能な流体作動のリフ
トジャッキ３２２、３２４がフレーム１０６と支持機構
３１４の間に結合されている。リフトジャッキ３２２、
３２４は、フレーム１０６に対してブレード１２９を高
さ方向に動かす。リフトジャッキ３２２、３２４を同時
に伸ばすと、ブレード１２９が下降し、リフトジャッキ
３２２、３２４を同時に引っ込めると、ブレード１２９
が上昇する。リフトジャッキ３２２、３２４のいずれか
一方を伸ばしたり引っ込めたりするか、又は、リフトジ
ャッキ３２２、３２４の一方を伸ばし他方を引っ込める
と、ブレード１２９は、機械１０４の移動方向に対して
横向きの方向に、フレーム１０６に対して傾けられる。
図４に示すように、支持機構３１４とベルクランク４０
４の間に流体作動のティップ用ジャッキ４０２が結合さ
れている。ベルクランク４０４は、ブレード１２９をサ
ークル駆動機構３１６にピボット結合する。ティップ用
ジャッキ４０２は、ベルクランク４０４をピボット結合
まわりにティッピング運動させるように作動する。これ
によって、ブレード１２９が車両フレーム１０６に対し
横方向に向けられた状態で、ブレード１２９が図４に想
像線で示すように前後にティッピング運動する。ここ
で、ティップとピッチは互換性を持って使用されてお
り、同じ意味を持つ。
【００１８】図３、図４、図５に示すように、ピッチセ
ンサ３２６が作業具１０２に結合される。ピッチセンサ
は鷺イヴ具のピッチ角Φを検出し、それに応答してピッ
チ信号又はピッチ角信号を生成する。図５において、ブ
レード１２９はブレード１２９の第２側部３０４から該
ブレード１２９を見下ろす形で示されている。コントロ
ーラー２１０は第１及び第２位置センサ１２８、１３０
から第１及び第２位置信号を受信し、上述した作業現場
１１３に関連する現場座標系における第１及び第２位置
センサ１２８、１３０の第１及び第２現在座標位置Ｌ、
Ｒをリアルタイムで求める。高さ方向についての精度が
さらに求められる場合には、第１及び第２信号は、前述
したようなレーザ位置信号を含むようにしてもよい。
【００１９】レーザ位置信号が与えられる場合には、コ
ントローラー２１０はＧＰＳ高さ成分ｚを無視するよう
にすることが好ましい。横傾斜センサ４０６が作業具１
０２に結合される。回転センサ３３０が作業具１０２に
結合される。ピッチセンサ３２６、横傾斜センサ４０
６、回転センサ３３０は、適当な形式のトランスデュー
サを備える。例えば、ピッチセンサ３２８のトランスデ
ューサは、ブレードのティッピング位置を検出すること
ができるものであれば、どのような形式でもよい。ピッ
チセンサ３２８のトランスデューサはブレード１２９又
はベルクランクに結合され、ピッチ角信号を位置コンピ
ュータ２１２に供給する。ピッチ角信号はアナログでも
ディジタルでもよい。アナログ信号が送られるときに
は、この信号をコントローラー２１０によるディジタル
処理のために変換するＡ／Ｄコンバーターが必要にな
る。位置コンピュータ２１２は、局地的座標系における
作業具上の第１の点及び第２の点の信号に関連する現在
位置を算出する。局地的座標系はフレーム１０６（支持
機構３１４）に関して確立された３次元座標系である。
【００２０】図４及び図６を参照すると、横傾斜センサ
４０６が作業具１０２の横傾斜又は横傾斜角βを検出
し、それに応答して横傾斜信号を生成する。図７を参照
すると、この図は作業具１０２の上から下方をみた概略
図であり、回転センサ３３０が作業具１０２の回転又は
回転角αを検出し、それに応答して回転信号を生成す
る。コントローラー２１０は、第１、第２ＧＰＳ受信
機、ピッチセンサ、横傾斜センサ及び回転センサに結合
されている。コントローラー２１０は、第１、第２位置
信号、ピッチ信号、横傾斜信号と予備回転信号を受信す
る。コントローラー２１０は、第１及び第２位置信号が
有効である場合、現場座標系における作業具１０２の位
置を、該第１及び第２位置信号とピッチ信号の関数とし
て求める。
【００２１】コントローラー２１０は、第１及び第２位
置信号の一方が有効でない場合、現場座標系における作
業具１０２の位置を、第１及び第２位置信号の他方と、
ピッチ信号と、横傾斜信号と、回転信号の関数として求
める。通常の作動条件では、すなわち、第１及び第２位
置センサ１２８、１３０から有効な位置信号が得られる
状態では、作業具１０２の位置は、該第１及び第２位置
信号とピッチ信号の関数として求められる。第１及び第
２位置信号とピッチ信号の関数として作業具１０２の位
置を求めることは、単純なことであり、作業具のリンク
機構の幾何学的条件に基づくものである。しかし、他
方、第１及び第２位置センサ１２８、１３０からの位置
信号の一方が有効でない場合、第１及び第２位置信号の
他方と、ピッチ信号と、横傾斜信号と、回転信号の関数
として作業具１０２の位置が求められる。
【００２２】第１及び第２位置センサ１２８、１３０の
一方とピッチセンサと横傾斜センサと回転センサを用い
てブレード３２０の位置を求める方法を、図８及び図９
を参照して以下に説明する。説明の目的にのみ、第１位
置センサ１２８からの位置データが無効であり、第２位
置センサ１３０からの位置データが有効であると仮定す
る。第１制御ブロック８０２において、第２位置制御１
３０からの位置信号が受信される。図９を参照すると、
位置信号は、点ＧＰＳR に対応する。第２制御ブロック
８０４において、横傾斜制御４０６からの横傾斜信号が
受信される。第３制御ブロック８０６において、ピッチ
制御３２６からのピッチ信号が受信される。
【００２３】第４制御ブロック８０８において、点ＧＰ
ＳR に頂点を有する円錐９０２の方程式が計算される。
円錐の側辺の長さはマスト（ラインセグメント９０４と
して示してある）の長さと等しい。円錐９０２はサーク
ルＣを含む。第５制御ブロック８１０において、現場座
標系における点ａ及び点ａ''が求められる。点ａはサー
クルＣ上位置し、既知であるマストの長さと、ピッチ信
号及び横傾斜信号により定義される。点ａ及び点ａ''は
線Ｌ上に位置する。線Ｌは、回転角と機械の移動方向に
より定義される。点ａ及び点ａ''は、マストの端の点の
２つの可能な位置を示す。第６制御ブロック８１２にお
いては、ピッチ角が負であればマストの端の点の位置は
点ａであり、ピッチ角が正であればマストの端の点の位
置は点ａ''であるとする。点Ａは現場座標系におけるマ
ストの端の点の位置を表し、点ａ又は点ａ''に等しい。
【００２４】第７制御ブロック８１４において、マスト
中心線（ラインセグメント９０４）の方程式が計算され
る。第８制御ブロック８１６において、ブレードの３次
元位置が求められる。好ましい実施例においては、ブレ
ードの３次元位置は、ブレード先端（点９０６、９０
８）により定義される。ブレード先端の位置は、点ＧＰ
ＳR と点Ａ、及び作業具のリンク機構の幾何学的構成を
使用して求めることができる。好ましい実施例では、作
業具のリンク機構は、左右のマストが同一の平面Ｐにあ
り、該平面Ｐとブレード先端との間に所定の幾何学的関
係があるように構成される。図２に戻って、コントロー
ラー２１０はデータベースコンピュータ２１４を備えて
おり、このデータベースコンピュータは、充分なメモリ
容量を持ち、適当な形式であればどのようなものでもよ
く、例えば、マイクロプロセッサを有するパーソナルコ
ンピュータでもよい。このデータベースコンピュータ
は、位置コンピュータ２１２に接続される。データベー
スコンピュータ２１４は、位置コンピュータ２１２から
信号を受信し、機械１０４が作業現場１１３を移動する
に伴い、該作業現場１１３内でのブレード１２９上の第
１及び第２の点ＲＢ、ＬＢの座標上の現在位置をリアル
タイムで更新する。データベースコンピュータ２１４
は、さらにトランシーバー２２０に接続されている。ト
ランシーバー２２０は機械１０４上に取り付けられ、ベ
ースステーション１１８上のトランシーバー１２４とラ
ジオ周波数での交信を行う。トランシーバー１２４は、
ベースステーション１１８に置かれた地上ベースのコン
ピュータ（図示せず）に接続される。トランシーバー１
２４はトランシーバー２２０と交信し、データベースコ
ンピュータ２１４と地上ベースのコンピュータとの間で
データの送信を行う。機械位置、作業具位置、地球の地
勢の変化などのデータが、両者間で送信される。例え
ば、機械１０４の作動中に作業具１０２により地球に与
えられた変化が、現場座標系における第１及び第２の点
ＲＢ、ＬＢを追跡することにより、該機械１０４上に置
かれた位置コンピュータ２１２内で、リアルタイムに更
新される。この情報のような情報は、地上ベースのコン
ピュータに送られてこれを更新し、該地上ベースのコン
ピュータに保持された現場地図を更新する。
【００２５】適当な市販されている構造の、例えば液晶
ディスプレイ、陰極線管、その他情報の表示ができる適
当な装置のようなモニター２２２が、データベースコン
ピュータ２１４に接続される。データベースコンピュー
タ２１４は、信号をモニター２２２に送り、該モニター
２２２は作業現場１１３に対するブレードの現在位置
を、画像的に又はグラフィック表示で、表示する。この
表示は、作業現場を２次元の高さ方向断面とし、ブレー
ドを図４に示すように横方向の側面図で示すものとする
ことが好ましい。しかし、ブレードを３次元空間に３次
元的に示す表示も本発明の範囲内である。地形測量によ
って前もって求められた実際の作業現場１１３のディジ
タル化された平面図又はモデルをデータベースコンピュ
ータ２１４にロードすることができる。また、希望する
作業現場１１３のディジタル化された平面図又はモデル
をデータベースコンピュータ２１４にロードすることも
できる。実際の作業現場のデータは、前述の手法で求め
た第１及び第２の点ＲＢ、ＬＢの位置に基づいてリアル
タイムで更新される。データベースは動的であり、この
ようなデータは、第１及び第２の点ＲＢ、ＬＢの位置及
びブレードが作業現場１１３を移動するに伴ってブレー
ド３２０により変更される地面の領域についてのリアル
タイムな追跡を助ける。応答して生成される信号は、デ
ータベースコンピュータ２１４からモニター２２２に送
られ、ブレード３２０の現在位置、変更を加えられた実
際の作業現場、及び希望する作業現場の図がモニター２
２２に表示される。
【００２６】図面を参照すると、作動において、本発明
は、現場座標系における作業機械のブレード３２０の位
置を求める方法及び装置を提供するものである。好まし
い実施例においては、ブレードの３次元的な位置が、現
場座標系におけるブレード先端の位置として定められ
る。第１及び第２位置センサ１２８、１３０が、マスト
上に取り付けられ、ブレード３２０に結合される。第１
及び第２位置センサ１２８、１３０はＧＰＳ受信機を備
えることが好ましく、このＧＰＳ受信機は、好ましくは
それぞれのＧＰＳアンテナに置かれた点の位置を求める
ために使用される。任意に、第１及び第２位置センサ１
２８、１３０は、位置認定を助けるためにレーザ平面受
信機を備えるようにしてもよい。ブレード３２０のピッ
チを検出するために、ピッチセンサ３２６が使用され
る。
【００２７】通常の状態では、ＧＰＳ受信機は位置認定
をすることができる。これらの状況のもとでは、本発明
は、第１及び第２位置センサ１２８、１３０からの位置
信号とピッチ信号により、ブレードの位置を求めるもの
である。本発明は又、横傾斜センサ４０６と回転センサ
３３０を備える。この条件のもとでは、ＧＰＳ受信機の
一つが有効な位置信号を送ることかできない。もし何ら
かの理由で、一方の位置センサが有効な位置信号を送る
ことができないときは、本発明においては、ブレード位
置を、他方の位置センサからの位置信号とピッチ信号、
横傾斜信号及び回転信号の関数として計算する。本発明
の他の態様や目的、利点及び用途は、図面と説明と予備
特許請求の範囲の記載から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 地理的変更のための作業具の位置を求めるシ
ステムを示す本発明の実施例の概略的斜視図である。
【図２】 作業具の位置を求めるための装置及びその後
に該作業具の位置を制御するための制御システムを示す
概略ブロック図である。
【図３】 制御システムをさらに詳細に示す図２の装置
の概略斜視図である。
【図４】 作業具の概略側面図である。
【図５】 局部座標系内で作業具が角度Θだけピッチ運
動した状態を示す概略図である。
【図６】 横傾斜角βを有する作業具の概略正面図であ
る。
【図７】 回転角αを有する作業具の概略平面図であ
る。
【図８】 本発明の作動を示すフローチャートである。
【図９】 作業具のブレードの３次元位置の計算を示す
作業具と位置センサの概略図である。
【符号の説明】
１０２・・・作業具、１０４・・・作業機械、１０８・
・・レーザスキャナー、１１４・・・地球規模測位シス
テム、１２０・・・基準受信手段、１２８・・・第１位
置センサ、１３０・・・第２位置センサ、２１０・・・
コントローラー、１２９・・・ブレード、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グレゴリー アール ハーロッド アメリカ合衆国 イリノイ州 61604 ピ オーリア ウェスト ハンスラー プレイ ス 118 (72)発明者 ロナルド ジェイ シロキー アメリカ合衆国 イリノイ州 60564 ネ イパーヴィル プライリー セイジ レー ン 5012 (72)発明者 クレイグ エル カーセン アメリカ合衆国 イリノイ州 61604 ピ オーリア ノース ビジロー 2321 (72)発明者 サティッシュ エム シェッティ アメリカ合衆国 イリノイ州 61611 イ ースト ピオーリア ジャスティス ドラ イヴ 108

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 作業具の位置が該作業具の２つの固定点
    についての現場座標系内の位置として定義されるように
    なった、現場座標系内で作業機械の作業具の位置を求め
    る装置であって、 作業具上に取り付けられ、その取り付け位置を求めて第
    １位置信号を生成する第１位置センサと、 前記作業具上に取り付けられ、その取り付け位置を求め
    て第２位置信号を生成する第２位置センサと、 前記作業具に結合され、該作業具のピッチを検出し、そ
    れに応答してピッチ信号を生成するピッチセンサと、 前記作業具に結合され、該作業具の横傾斜を検出し、そ
    れに応答して横傾斜信号を生成する横傾斜センサと、 前記作業具に結合され、該作業具の回転を検出し、それ
    に応答して回転信号を生成する回転センサと、 前記第１及び第２位置センサと、前記ピッチセンサと、
    前記横傾斜センサと、前記回転センサとに結合されて、
    前記第１及び第２位置信号と、前記ピッチ信号と、前記
    横傾斜信号と、前記回転信号とを受け、前記第１及び第
    ２位置信号が有効なときは前記第１及び第２位置信号と
    前記ピッチ信号の関数として前記現場座標系における前
    記作業具の位置を求め、前記第１及び第２位置信号の一
    方が有効でないときは前記第１及び第２位置信号の他方
    と前記ピッチ信号と前記横傾斜信号と前記回転信号の関
    数として前記現場座標系における前記作業具の位置を求
    めるコントローラーと、を備えることを特徴とする装
    置。
  2. 【請求項２】 作業具の位置が該作業具の２つの固定点
    についての現場座標系内の位置として定義されるように
    なった、現場座標系内で作業機械の作業具の位置を求め
    る方法であって、 第１位置センサを使用して作業具上の第１の点の位置を
    検出して第１位置信号を生成し、 第２位置センサを使用して前記作業具上の第２の点の位
    置を検出して第２位置信号を生成し、 前記作業具のピッチを検出し、それに応答してピッチ信
    号を生成し、 前記作業具の横傾斜を検出し、それに応答して横傾斜信
    号を生成し、 前記作業具の回転を検出し、それに応答して回転信号を
    生成し、 前記第１及び第２位置信号と、前記ピッチ信号と、前記
    横傾斜信号と、前記回転信号とを受け、前記第１及び第
    ２位置信号が有効なときは前記第１及び第２位置信号と
    前記ピッチ信号の関数として前記現場座標系における前
    記作業具の位置を求め、前記第１及び第２位置信号の一
    方が有効でないときは前記第１及び第２位置信号の他方
    と前記ピッチ信号と前記横傾斜信号と前記回転信号の関
    数として前記現場座標系における前記作業具の位置を求
    める、ことを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載した方法であって、前記
    第１及び第２位置信号の他方と前記ピッチ信号と前記横
    傾斜信号と前記回転信号の関数として前記現場座標系に
    おける前記作業具の位置を求める段階は、 頂点が前記第１及び第２信号のうちの有効な方に対応す
    る第１又は第２の点にある円錐の方程式を、該有効な第
    １又は第２位置信号と前記ピッチ信号と前記横傾斜信号
    の関数として計算し、 前記回転信号と移動方向の関数として、前記円錐により
    定まる円上の位置ａ、ａ''を求め、 ピッチ角の関数として点ａ、ａ''の一つを点Ａとして求
    める、ことからなる方法。
JP9225887A 1996-10-23 1997-08-22 作業具の位置を求めるための装置及び方法 Withdrawn JPH10141955A (ja)

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