JPH1038570A - レーザ平面と外部座標系間の関係を求める方法およびシステム - Google Patents
レーザ平面と外部座標系間の関係を求める方法およびシステムInfo
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Abstract
ザ平面と外部座標系との間の関係を求めるための方法と
システムを提供する。 【解決手段】 レーザ平面が、作業具に取り付けられて
いるマストに設置されたレーザレシーバによって3点で
交わる。マスト上にレーザレシーバから既知の距離だけ
離れて配置された位置判定アンテナが位置判定アンテナ
ポイントにおける外部座標を求めるのに用いられる。外
部座標項内のレーザ平面の式が3つの外部位置座標と、
外部座標系平面とレーザ平面との間の既知の距離とに基
づいて求められる。
Description
SA契約法第NCC2−9007号に基づいた作業の遂
行においてなされたものであり、1958年の米航空宇
宙局法(42U.S.C.2457)の305条の条項
に従うものである。本発明はレーザ面の座標を求める方
法とシステムに関する。より詳細には、本発明は、外部
座標系の座標に対するレーザ平面の座標を求める方法と
システムに関する。
ーダ、ドーザ、突き固め機、地ならし機、および地面成
形機のようなマシンが地表面変更作動のために用いられ
る。このようなマシンは、最初に手作業で測量され、建
設場所のプランに従って区画された建設場所で、一般的
に作動する。この手順の間、処理された場所が設計の仕
様と一致していることを確認するために、建設場所は何
回も検証される。この手順は多くが高度な熟練者による
相当量の手作業を必要とする。さらに、マシンオペレー
タは、要求される程度の正確さを得るために高度に訓練
されていなければならない。オペレータが従うべき基準
を与えるのに、レーザシステムが所定の用途に用いられ
てきた。作業場所の測量位置に配置されたレーザによっ
て発せられたレーザビームが該場所にわたって掃射され
る。これが、レーザ平面を形成する。マシン上のレシー
バがレーザビームを受信して、マシンまたは作業具のよ
うなマシンの位置に対するビームの相対的な高さをオペ
レータに示す。この情報がマシン制御を行なうためにマ
シンオペレータに用いられる。このようなシステムの1
例が、フィリップM.クレグに1989年2月21日に
付与された米国特許第4、807、131号に開示され
る。この特許は、レーザ平面に対して、傾斜しているブ
レードの高さ位置を測定し、目標の高さ、実際の高さお
よび許容可能な誤差範囲のようなモニターパラメータに
表示し、作動の1モードにおいてオペレータが、ブレー
ド位置を目標場所の公差内にあるように調整できるよう
にする。
に結合されており、作業具の勾配、ピッチおよび高さを
マシンに対して変えることができるようになっている。
レーザレシーバがマシンフレーム上に取り付けられてい
ると、フレームに対する作業具の位置のいかなる変化
も、レーザ平面とレシーバに対する作業具の位置の不明
の変化を起こす原因となる。従って、オペレータに与え
られるこの情報は、決して好ましいものとはいえず、極
めて効果的に用いられないことがある。単一のレーザレ
シーバを作業具上に配置することによって、レーザレシ
ーバが作業具とともに動き、作業具の位置に関連するか
ぎりは、この問題を取り除くことになる。しかしなが
ら、レーザ平面に対する作業具のティルト、ピッチまた
は回転の変化が補償されず、このため、与えられた情報
は依然として正確なものではない。一対のレーザレシー
バを作業具に配置することによって、位置判定能力を改
善するが作業具の切断の傾斜を正確に求めることができ
ない。
ンの位置(実際には、レシーバのアンテナの位置)を三
角測量によって求めるのに、衛星の星座と特定のレシー
バを用いるシステムが知られている。このようなシステ
ムが、一般的にキネマチック全地球航法システム(GP
S)といわれる。歴史的に、このようなシステムは、所
定の用途に関して位置判定の正確さが決して満足のいく
ものではなかったので広く受け入れられてこなかった。
さらに、処理時間の遅さが、リアルタイムでマシンの位
置を求める商業的な利用実現性を難しいものにした。過
去数年にわたって、位置判定の正確さが改善され、処理
速度が早くなった。このためマシンのリアルタイムの位
置を求める可能性が、例えば地表面変更マシンのような
種類の用途に関して実現しようとしている。
うな作業具のリアルタイムの位置を求めるのに、全地球
航法システムを用いることが望まれる。GPSアンテナ
を作業具の上に配置することによって、切断用エッジの
場所を計測できることは明白である。しかしながら、詳
細に注意してみると、作業具の動きを処理し、フレーム
に対する作業具の向きの変化に正確に対応できないため
に、このような変更を不可能なものにする。作業具上に
取り付けられるGPSレシーバは、作業具が作動する過
酷な環境のために切断用エッジから離れていなければな
らない。GPSレシーバは、空間におけるレシーバのア
ンテナの位置を求めるが、切断用エッジの位置を求めな
いために、上述したように作業具の向きにおける様々な
変化が、切断用エッジの位置を正確に求めることができ
る可能性を少なくする。少なくとも上述の理由のため
に、GPSアンテナを作業具上に配置することが考えら
れなかった。
て作業場所に対する作業具の座標位置を求める正確さ
が、許容可能な標準に対応するのに要求されるものより
劣る。場所座標系の高さ方向における計測の正確さは、
最終生産物が、例えば道路面のような仕上げ加工面であ
る用途において特に重要である。この問題を解決しよう
とする試みがなされているが、GPSシステムに十分な
正確さを得ることができなかった。
られる選択された位置に作業具を配置できる制御システ
ムを形成することが望まれる。しかしながら、マシン作
動の動作のために、マシンが動くにつれて切断の勾配も
変化する。さらに、回転、ピッチ、傾き等のようなブレ
ードの動きが、作業具の切断の勾配に影響を及ぼす。今
日、マシンのオペレータは、切断の所望の勾配を維持す
るように作業具の位置を絶えず調整しなければならな
い。このように行なうためには、膨大な熟練者が必要と
なる。最も優れたマシンのオペレータでも、切断の勾配
を所望の角度に正確に維持するという点が困難である。
今日にいたるまで、この問題に対して満足のいく解決策
がながった。
解決する。
て、作業具を備えたモービルマシンを用いてレーザ平面
と外部座標系との間の関係を求める方法が提供される。
この方法は、レーザ平面がレーザレシーバと交わるよう
に可動な作業具を動かし、これに応答して交差信号を発
信し、作業具に接続された外部座標系位置センサーから
外部基準位置信号を受信し、レーザ平面と交わる状態を
維持しながら作業具を水平にして、外部座標系に関する
レーザ平面の方程式を外部基準位置信号の関数として定
める段階からなる。本発明の別の態様において、可動な
作業具を備えたモービルマシンを用いてレーザ平面と外
部座標系の間の関係を求めるシステムを提供する。該シ
ステムは、外部座標系の座標における作業具の位置を求
めるセンサーと、レーザ平面との交差を検出するレーザ
検出器と、を含む。マイクロプロセッサベースのコント
ローラが、外部座標系に関するレーザ平面の方程式を外
部基準位置信号の関数として定める。
ると、本発明は、可動作業具202を備えたモービルマ
シンを用いてレーザ平面216と外部座標系との関係を
求める方法とシステム100を提供する。外部座標シス
テム位置検出手段102は、外部座標系の座標における
作業具202の位置を求め、これに応答して外部基準位
置信号を発信する。好ましい実施例において、外部座標
系位置検出手段102は、少なくとも1つの外部座標系
位置センサー104を含む。レーザ検出手段106は、
レーザ平面216との交差を検出し、これに応答して交
差信号を発信する。好ましい実施例において、レーザ検
出手段106は、少なくとも一つのレーザ検出器108
を含む。
位置信号とを受信し、これに応答して、外部座標系に関
するレーザ平面216の方程式を外部基準位置信号の関
数として定める。好ましい実施例において、制御手段1
10はマイクロプロセッサベースのコントローラ112
を含む。コントローラ112は、オペレータにより実行
されるセットアップルーチンの間、外部座標系位置検出
手段102とレーザ検出手段106とから信号を受信し
て、これに応答してレーザ平面216と外部座標系の間
の関係を求める。好ましい実施例において、この関係
は、外部座標系において表されたレーザ平面216を表
す公式として組立てられる。好ましい実施例において、
図2から5を参照すると、システム100が外部座標に
おけるモービルマシン206の作業具202の位置を求
め、または該作業具の202を制御するようになってい
る。モービルマシン206と作業具202との位置が、
ディスプレースクリーン(図示せず)を介してオペレー
タに表示される。
02が、モータグレーダとして示されている地形面変更
マシン206のフレーム204に可動で制御可能に取り
付けられている。ドーザ、スクレーパ、突き固め機、地
ならし機、地面成形機等のような、適当な地面変更用具
が設けられた別のマシンが同等であり、本発明の範囲内
にあると考えられる。システム100は、レーザスキャ
ナ208を含む。レーザスキャナ208は、ほぼ垂直軸
212のまわりを掃射する強度の低いレーザビーム21
0を送るようになっている。レーザスキャナ208は、
以下本明細書では作業場所214とする測量領域内の所
定の座標位置(x,y)で位置決めされる。掃射される
レーザビーム210は垂直軸212に沿った所定の高さ
位置で平面216を形成し、精密な高さ座標位置zを形
成する。
(GPS)218も含む。GPS218は、衛星の星座
を含んでおり、そのうちの2つを220Aと220Bで
示す。好ましくは、三角法の好ましい幾何のために、マ
シン206からの視界中に4つの衛星が選択される。全
地球航法システム218は、ベースステーション222
と、該べースステーション222に接続されている基準
受信手段224とを含む。基準受信手段224が複数の
場所から送信された電磁放射を受信し、これに応答して
基準位置信号を発信するようになっている。基準受信手
段224は、GPS基準レシーバ226を含む。ベース
ステーション222は、作業場所214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222のト
ランシーバ228とマシン206上のトランシーバ23
4とが、マシン206とベースステーション222との
間にRF通信リンクを形成しこのリンクを通って基準位
置データが伝送される。ベースステーションプロセッサ
(図示せず)が、地球の中心に対するベースステーショ
ン222の位置を求めるのに用いられる。
離れた場所から送られた電磁放射を受信し、これに応答
して第1の位置信号を発信する第1の受信手段230
と、前記複数の離れた場所から送られた電磁放射を受信
しこれに応答して第2の位置信号を発信する第2の受信
手段232とを含む。図2と図3から最もよくわかるよ
うに、第1の受信手段230は、作業具202上に取り
付けられた第1のマスト231上に第1の所定の場所で
接続されており、第2の受信手段232が、作業具20
2に取り付けられた第2のマスト233上の第2の所定
の場所に接続されている。第1の受信手段230は、第
1のGPSレシーバ302を含み、第2の受信手段23
2が第2のGPSレシーバ304を含む。第1および第
2のGPSレシーバ302、304のそれぞれは、アン
テナ306、308とプリアンプリファイヤ(図示せ
ず)とを備える。第1および第2のアンテナ306、3
08により受信された位置信号が増幅され、第1および
第2のGPSレシーバ302、304に送信される。第
1および第2のGPSレシーバ302、304が航法信
号を解読し、各選択された衛星ごとに疑似範囲と衛星位
置を作り出す。位置コンピュター312を含む処理手段
310が、疑似範囲と衛星位置とに基づいて第1および
第2のGPSレシーバ302、304の位置を計算す
る。詳細には、第1と第2のGPSレシーバ302、3
04は、第1および第2アンテナ306、308の受信
ポイント場所R、Lの位置をそれぞれ求める。受信ポイ
ントR、LがGPS信号を受け取る有効な中心であり、
次の計算に用いられる。このような全地球航法システム
が本分野の当業者にはよく知られているので、これ以上
詳細には述べない。
よび第2側部402、404、切断用エッジ400、お
よび上方エッジ408を有する土ならしブレード236
を含む。簡潔にするため、以下の記載では、この特定の
土壌作業用ブレードの例に関して述べる。しかしなが
ら、別の作業具も本発明の精神から逸脱することなく、
このブレードと置き換えることができる。第1のアンテ
ナ306が、第1側部402に近接してブレード236
に取り付けられており、第2のアンテナ308が第2の
側部404に近接してブレード236に取り付けられて
いる。受信ポイントR、Lが所定の距離Wだけ離れてい
る。図示されているように、所定の距離Wは、第1およ
び第2のブレード側部402と404との間の距離の大
きさに実質的に等しい。第1および第2の受信ポイント
R、Lは、ブレード236の切断用エッジ400に沿っ
て好ましく位置付けられている第1および第2のポイン
ト場所RB、LBに対して位置決めされる。第1および
第2のポイント場所RB、LBは、第1および第2の側
部と切断用エッジ400との交差点において、ブレード
236の第1と第2のコーナにあり、距離Bだけ離れて
いるのが好ましい。距離Bは、距離Wに等しいのが好ま
しい。第1および第2のアンテナ306、308(受信
ポイントR、L)と第1および第2のポイントRBとL
Bをこれらの場所に配置することは、第1と第2の受信
ポイントR、Lとブレード236の第1および第2のポ
イント場所RB、LBとの間の3次元の空間変換計算を
簡単にする。好ましくは、第1および第2の受信手段2
30、232が、切断エッジ400に対して垂直に延
び、互いに平行な第1および第2の軸線410、412
に沿って配置されている。しかしながら、本発明の精神
から逸脱することなく別の場所を選択してもよいことが
わかる。
第2の受信手段230、232が、上述の第1および第
2の所定の間隔のあいた場所でブレード236に接続さ
れた第1および第2のレーザレシーバ313、314を
含む。好ましくは、第1および第2のレーザレシーバ3
13、314が第1および第2のアンテナ306、30
8の各々の場所にある。図4で最もよくわかるように、
第1および第2のアンテナ306、308が第1および
第2のレーザレシーバ313、314の一端部にそれぞ
れ取り付けられており、レーザレシーバ313、314
の他端部が、上方エッジ408においてブレード236
に接続されている。レーザレシーバ313、314は、
段階的に増加するレーザレシーバであり、複数の線形に
整列された光受容体414と、これに組み合わされる回
路(図示せず)とを含んでおり、特定の受容体の点滅を
表す出力信号を送信するようになっている。この種のレ
ーザレシーバの構成については本分野においてよく知ら
れており、本明細書においてはこれ以上詳細に説明しな
い。第1および第2のレーザレシーバ313、314
が、高さ方向における作業具の位置計測の正確さを改善
し、全地球航法システム218から得られた計測を補う
のに設けられている。第1および第2のレーザレシーバ
313、314が位置コンピュータ312に接続されて
いる。レーザレシーバ313、314が出力信号を位置
コンピュータ312に送り、位置コンピュータ312
が、特定の作業場所214に関する3次元のブレード2
36の高さ座標位置zを求める。第1および第2のライ
ン410、412が第1および第2のレーザレシーバ3
13、314の長さに沿って延びており、受信ポイント
R、Lを通る。
ベースステーション222に配置されており、GPS衛
星の星座から信号を受信する。レシーバ226に接続さ
れているベースステーションコンピュータ(図示せず)
が地球の中心に対するレシーバ226(アンテナ23
8)の位置を求める。基準レシーバ226が、「差動全
地球航法システム」を形成するのに用いられる。第1お
よび第2のGPSレシーバ302、304と基準レシー
バ226が商業的に入手可能であり、アンテナ、プリア
ンプリファイヤおよびレシーバを含む。位置コンピュー
タ312とベースステーションコンピュータが米国イリ
ノイ州シュアンバーグ在住のモトロラ社からの商業的に
入手可能なマイクロプロセッサを含む。図4と図5を参
照すると、作業具202がより詳細に示されている。ブ
レード236が、支持機構416によりフレーム204
に可動に接続されている。支持機構416は、サークル
419とこれに接続されているブレード236とを、公
知の手段でサークル419の中央に配置されている高さ
方向の軸線のまわりに回転させるための選択的に作動可
能な回転駆動モータ418を有するサークル駆動機構5
02を含む。
システム100は、フレーム204と支持機構416と
の間でこれらに接続されている第1および第2の選択的
に作動可能な流体作動式リフトジャッキ420、422
を有する作業具制御手段120を含む。第1および第2
のリフトジャッキ420、422は、第1および第2の
離れた位置の間に伸張可能に可動であり、ブレード23
6をフレーム204に対して上方に動かす。リフトジャ
ッキ420、422が延びると同時にブレード236が
降下し、リフトジャッキ420、422が収縮すると同
時にブレード236が上がる。第1および第2のリフト
ジャッキ420、422のいずれか1方の延びまたは収
縮または、第1および第2のリフトジャッキ420、4
22の1方の延びと他方の収縮により、マシン206の
動きの方向に対して横の方向にフレーム204に対して
ブレード236を傾斜させることになる。
ッキ504が、支持機構416とベルクランク506と
の間でこれらに接続されている。ベルクランク506
は、ブレード236をサークル駆動機構502にピボッ
ト運動可能に接続する。チップジャキ504が伸延可能
に可動であり、ベルクランク506をピボット運動接続
のまわりに傾斜させるようになっている。このため、ブ
レード236が前後方向に、図5の仮定線に示すように
傾斜運動することになり、ブレードは車両フレーム20
4の横方向に向いた状態である。傾斜とピッチという用
語は相互に置き換え可能であり同一の意味を有するもの
である。好ましい実施例において、向き決定手段320
が地面に対する作業具202の向きを求める。好ましい
実施例において作業具202の向きはピッチ(β)と傾
き(α)に関して示される。
20は、2次元バブルセンサー322を含む。この2次
元センサー322は、導電性流体で充填されたケーシン
グを含む。バブル、すなわちガスのポケット、例えば空
気がケーシング内に閉じ込められる。作業具202の向
きが変化するにつれ、バブルの場所がケーシング内で動
く。センサー322前後の電気インピーダンスが、バブ
ルの場所とともに変化し、各角度に比例する。センサー
322は、2つの垂直の軸線上でケーシング前後の電気
インピーダンスを計測し、これに応答してピッチと傾斜
角をそれぞれ求める。適当な2軸バブルセンセーが、ニ
ューヨーク州ハッパンゲ在住のスペクトロン・グラス・
アンド・エレクトニクス社から入手可能なモデル番号S
P50000である。別の実施例において、2つの単軸
センサー、モデル番号L−212tを用いてもよい。さ
らに、本発明は振り子式センサーを用いてもよい。
おいて作業具202の第1と第2のポイント場所RB、
LBの関連する現在の座標位置RB、LBを求める。局
所座標系は、フレーム204(支持機構416)に関し
て形成された3次元の座標系である。図6を参照する
と、ブレード236は、第2側部404から見られ、ブ
レード236に沿って見下ろすように示されている。処
理手段310が第1と第2の受信手段230、232か
ら第1と第2の位置信号を受信し、上述の作業場所21
4に関する場所座標系において、リアルタイムで、第1
および第2の受信手段230、232の第1と第2の現
在の座標位置L、Rを求める。高さの方向において、さ
らに正確さが要求される場合には、上述に示したよう
に、第1と第2の信号はレーザ位置信号を含んでいれば
よい。レーザが判定した高さ位置は、GPSが判定した
高さ位置よりもさらに正確であるために、処理手段31
0は、GPS高さ成分zを無視し、レーザ判定高さ位置
zを用いるのが好ましい。
PS座標に関する作業具202の最終目的の位置を求め
るようになっている。このような機能を実行するように
なっている処理手段310が、米国特許出願第8/49
3、188号に記載されている。本発明は、この先行技
術を引用し、この特許出願明細書の記述を本明細書の記
述の一部とする。図3を参照すると、処理手段310
が、メモリ付きのデータベースコンピュータ316を含
む。データベースコンピュータ316が位置コンピュー
タ312に接続されている。データベースコンピュータ
316は、位置コンピュータ312から信号を受信し、
マシン206が作業場所214を通るときに、作業場所
214内においてブレード236上の第1と第2のポイ
ント位置RB、LBの現在の座標位置と、マシン206
が作業場所214を通るときの作業具202の傾斜のパ
ーセントをリアルタイムで更新する。データベースコン
ピュータ316は、トランシーバ103にも接続されて
いる。トランシーバ103は、マシン206に取り付け
られており、ベースステーション222でトランシーバ
228とラジオ周波数送信通信を行なう。トランシーバ
228がベースステーション222に配置されている陸
上ベースのコンピュータ(図示せず)に接続されてい
る。トランシーバ228は、トランシーバ103と通信
して、データベースコンピュータ316と陸上ベースの
コンピュータとの間にデータを送信する。マシン位置、
作業具の位置、地上の地形の変化、作業具202の傾斜
のパーセント等のデータがこれらの間に伝送される。例
えば、作業具202の傾斜のパーセントと、マシン20
6が作業場所214を通るときのマシン206の作動の
挙動によって生じるこれらの変化が、場所座標系におけ
る第1および第2のポイントRB、LBの追跡に基づい
て、マシン206上に配置された位置コンピュータ31
2においてリアルタイムで更新される。このような情報
が伝達されて、陸上ベースのコンピュータを更新する。
または情報を表示できる別の適当な装置のような商業的
に入手可能な構造のモニター318が、データベースコ
ンピュータ316に接続されている。データベースコン
ピュータ316が、信号をモニター318に送信し、作
業場所214に対するブレード236の現在の位置を絵
図的にまたはグラフ的に表示する。モニター318は、
2次元か3次元のいずれかにおいて、あるいは作業具2
02の実際および所望の横断傾斜を数値的に表示しても
よい。地形測量によって先に決定されるような実際の作
業場所のディジタル化されたプランまたはモデルが、デ
ータベースコンピュータ316内にロードされてもよ
い。建設家によってドラフトされたような所望の作業場
所のディジタル化されたプランまたはモデルがデータベ
ースコンピュータ316にロードされてもよい。実際の
作業場所データが、上述に求められたように第1と第2
のポイント場所RB、LBの位置に基づいてリアルタイ
ムで更新される。動的であるデータベースが、第1と第
2のポイント場所RB、LBをリアルタイムで追跡しや
すくし、ブレード236が作業場所214を通ると、ブ
レード236によって地表面の領域が変更される。応答
信号がデータベースコンピュータ316からモニター3
18に送信され、ブレード236の現在の位置、変更さ
れた実際の作業場所、実際および所望の傾斜のパーセン
ト、および所望の作業場所の高さが、オペレータの要求
に応じてモニター318上に単独で表示されるか、ある
いは組み合わされて表示される。
モードで作業具202の作動を制御するようになってい
るのが好ましい。GPSおよびレーザ平面システムの組
合せを用いながら、作業具202を制御するか、または
外部座標系内の作業具202の位置を求めるかいずれか
のために、外部座標系とレーザ平面との間の関係が求め
られなければならない。図7を参照すると、レーザ平面
と外部座標系の間の関係を求めるためのセットアップル
ーチンの作動について記載されている。セットアップル
ーチンは、マシン206の開始時、または入力ボタン等
の装置によりオペレータの要求に応じて自動的に入力さ
れればよい。次いで、オペレータが以下に記載の様々な
行為を実行するように促される。
平面216がレーザ検出器/レシーバ313、314の
1つと交差するように作業具206がオペレータにより
動かされる。次いで、第2の制御ブロック704におい
て、作業具202が以下に説明されるように水平にされ
る。次いで、GPSレシーバ302、304の1つから
のGPS位置読み取り値が第3の制御ブロック706に
おいてサンプル化される。上述の3段階が、作業場所2
14の3つの異なる場所で実行される。第4の制御ブロ
ック708において、レーザ平面216の方程式が、作
業場所214の3つの場所におけるGPS位置の関数と
して外部座標系に関して定められる。
の方程式がGPSレシーバ302、304、受信手段2
30、232のうちの1つのレーザ検出器313、31
4および2つのピッチセンサー322からのデータを用
いて求められる。セットアップルーチンの第1の実施例
が図8に図示されている。第5の制御ブロック802に
おいて、マスト231、233が、2次元バブルセンサ
ー322を用いて地球に関して垂直に設定される。これ
は自動的になされてもよいし、またはセンサー出力がオ
ペレータに表示されて、オペレータが水平になるまで作
業具202を手動で調整できる。第6の制御ブロック8
04において、レーザ平面216と交じわるまで、オペ
レータは作業具202を垂直方向に動かすように指示さ
れる。
202のレベルとレーザ平面216が交わるとGPS位
置がサンプル化される。第8の制御ブロック808にお
いて、GPSアンテナ306、308からレーザ平面2
16の距離は、レーザ検出器313、314がレーザ平
面216と交わる場合の関数として求められる。第9の
制御ブロック810において、このようなGPS場所の
3つが計測される。マシン206と作業具202が同一
の場所にある状態で、3つの場所のうち2つが、第1お
よび第2のGPSレシーバ302、304を用いて求め
られてもよい。第3のGPS場所に対して、マシン20
6が新しい場所に動かされてもよい。
て、GPS座標におけるレーザ平面の方程式が第10の
制御ブロック812において計算される。第2の実施例
において、セットアップルーチンが、2つのGPSレシ
ーバ302、304、レーザレシーバ313、314の
一つ、およびピッチセンサー322を用いて達成され
る。図9を参照すると、セットアップルーチンの第2の
実施例について述べる。第11の制御ブロック902に
おいて、GPSレシーバ302、304のz読み取り値
を等しくするように作業具202の左右側を調整するこ
とによって、水平ブレードの向きが得られる。これは自
動的になされるか、あるいはオペレータによりなされ
る。後者の場合には、GPSレシーバ302、304の
zの読み取り値がオペレータに表示されてオペレータが
作業具202を手作業で調整できるようになっている。
業具202の垂直方向の向きが、ピッチセンサー322
を用いて得られる。上述したように、これは自動的にま
たはオペレータにより手作業で達成されてもよい。第1
3の制御ブロック906においてGPS読み取り値がサ
ンプル化される。第14の制御ブロック908において
GPSアンテナ306、308からレーザ検出器31
3、314までの距離dが計測される。第15の制御ブ
ロック910において、GPS読み取り値が2つの別の
場所で得られる。第16の制御ブロック912におい
て、上述の式を用いてレーザ平面216の方程式がGP
S座標において計算される。
231、233が地球に対して垂直に設定される。これ
らの点で求められるxおよびyのGPS座標がレーザ平
面交差点に関して同じである。GPSアンテナ306、
308によって得られたz座標がレーザ平面交差点にお
いてz−dとなる。従って、第1および第2の実施例に
関して、GPS座標x、y、zがレーザ平面座標x、
y、z−dに対応する。レーザ平面216に関する式
が、上述のレーザ平面座標を既知のGPS座標のかわり
にすることによって容易に求められる。第1および第2
の実施例において、作業用具202が、最初に外部座標
系に関して水平にされる。次の、すなわち第3の実施例
において、まず作業具202がレーザ平面216に対し
て水平にされる。
て記載されている。第3の実施例において、セットアッ
プルーチンが、GPSレシーバ302、304と、2つ
のレーザ検出器313、314とを用いて実行される。
第17の制御ブロック1002において、平行な作業具
の向きが、作業具202の左右側を調整することによっ
てレーザ平面216に対して得られ、作業具202から
レーザ検出器313、314上の交差点までの距離を等
しくする。第18の制御ブロック1004において、レ
ーザ平面216に対する垂直のブレード向きが、作業具
202とレーザ平面の交差との間の距離が最小になるま
で前後ブレードのピッチを調整することによって得られ
る。第19の制御ブロック1006において、GPSの
読み取り値がサンプル化される。
レーザ平面交差とGPSの間の距離dが求められる。第
21の制御ブロック1010において、GPS位置と2
つの別のポイントに対するdが求められる。第22の制
御ブロック1012において、3つのサンプル化された
GPSポイントを含む平面の式が以下に示すように求め
られる。第23の制御ブロック1014において、レー
ザ平面216の式が、上述に求められたGPS平面と、
レーザ平面216と求められたGPS平面との間の距離
dを用いて計算される。図11を参照すると、C1 、C
2 、C3 が3つのサンプル化されたGPS場所を表し、
SO がC1 、C2 、C3 によって定められた平面を表
す。
308と、レーザ平面216との間の距離がdで表され
る。レーザ平面216がSによって表されている。
Q1 、Q2 、Q3 は、C1 、C 2 、C3 およびdによっ
て形成されるレーザ平面216上の3ポイントである。
従ってC1 、C2 、C3 およびdが与えられ、SがSO
に平行である、レーザ平面216の方程式が形式を有す
る式によって定められる。 AO X+B OY+C OZ+D1 =0 式1 AO 、B O、C Oは、SO に垂直なベクトルnを定め
る。 ベクトルn0 =(AO 、B O、C O) 式2 次いで単位ベクトルμが求められる。
3ポイントが次の式によって求められる。 ベクトルQ1 =ベクトルC1 +dsep (ベクトルμ0 ) 式4 ベクトルQ2 =ベクトルC2 +dsep (ベクトルμ1 ) 式5 ベクトルQ3 =ベクトルC3 +dsep (ベクトルμ0 ) 式6 レーザ平面216において3つのポイントが与えられる
と、レーザ平面式(式1)が求められる。D1 が例えば
1の整数に設定される。マトリックスフォームにおい
て、A0 、B 0、C0 が式によって得られる。 T*U=V 式7
面、発明の開示および請求の範囲を研究することから得
ることができる。
なブロック線図である。
わされたレーザとキネマチック全地球航法システムを表
す本発明の1実施例の概略図である。
位置を連続して制御するための制御システムの概略的な
ブロック線図である。
略図である。
ている作業具の概略的側面図である。
作業具と受信手段の概略図である。
ための方法を表すフロー線図である。
ある。
である。
図である。
略図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 作業具を備えたモービルマシンを用いて
レーザ平面と外部座標系の間の関係を求める方法におい
て、 レーザ平面が、作業具上に取り付けられたレーザ検出手
段と交わるように前記作業具を動かし、これに応答して
交差信号を発信し、 前記作業具に接続された外部座標系位置検出手段から外
部基準位置信号をそれぞれ受信し、 前記レーザ平面と交わる状態を維持しながら前記作業具
を水平にし、 前記外部座標系に関する前記レーザ平面の方程式を前記
外部基準位置信号の関数として定める、 段階からなる方法。 - 【請求項2】 作業具を備えたモービルマシンを用いて
レーザ平面と外部座標系の間の関係を求めるシステムに
おいて、 外部座標系の座標における作業具の位置を求め、これに
応答して外部基準位置信号を発信するための外部座標系
位置検出手段と、 レーザ平面との交差を検出し、これに応答して交差信号
を発信するためのレーザ検出手段と、 前記交差信号と前記外部基準位置信号とを受信し、これ
に応答して前記外部座標系に関する前記レーザ平面の方
程式を前記外部基準位置信号の関数として定めるための
制御手段と、 を備えるシステム。
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