JPS6015508A - 移動体の位置測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光ビームを用いた無人走行車輌や航空機等の
移動体を誘導するためにその位置を測定する方法に関し
、詳しくは、例えば本願の先願である特願昭５７−９０
８３６号や特願昭５８−１５０９号等で移動体から発射
する光ビ゛−ムを１０１転走査するとともに、前記移動
体とは離れた少なくとも３つの定位置に設けられたコー
ナーキューブプリズムからの前記発射光ビームの反射光
ビームを検出することにより、前記移動体に対する夫々
のコーナーキューブプリズムの方位角を検出し、もって
三角測量の原理によシ移動体の位置を測定する方法に関
する。

かかる光ビームを利用した移動体の位置測定方法は、旧
来考えられていたような、テレビカメラを利用したシ超
音波を利用する方法等に比べて、システムの規模や複雑
度、測定精度あるいはノイズ等の而で格段に優れている
という基本的利点を有している。

しかしながら、かかる従来の光ビーム利用位置測定方法
においては、予め想定される移動体の移動域である所与
の測定範囲の外周にコーナーキューブプリズムを３個だ
け配設し、この３個のコーナーキューブプリズムの位置
関係（夫々の間の既知の定距離）とそれらによる３つの
方位角検出結果とから移動体の位置を演算測定するよう
にしていたのであるが、この場合には測定範囲の一部分
では相当高度な測定精度が得られるもののその他の部分
では測定精度が低下する傾向があり、測定範囲の全てに
亘って十分高い測定精度を確保することができなかった
。

このことを第１図を用いてより詳細に説明すれば下記の
通りである。　この第１図は、外周囲が正方形を為す所
与の測定範囲囚の３つの外周角部分に夫々コーナーキュ
ーブプリズム１１つ。

（２’！　、　ｔ３Ｔｈを配設した場合を示し、ここで
各辺が１００　ｍ、各コーナーキューブプリズム（１つ
、（２つ。

（３′）による方位角測定誤差を夫々±０．０１°とし
て、位置測定最大誤差の等直線分布図（各数値は（７）
の単位）を計算によるシミュレーションにより作成した
ものである。　これを見てわかるように、実線ｆａｌな
いし点線ｆｂｌで示す等高純の範囲内、つまシ、各コー
ナーキューブプリズムｔ、＋’ｌ　。

（１、＋ａｑを結ぶ三角形（０）の中央部分においては
非常に高い精度での位置測定が可能であるが、その他の
部分、つまシ、各コーナーキューブプリズムｕＱ　、　
ｔ２？　、　Ｉ３ツの近くとか、前記三角形１０１の外
側部分においては測定精度がかなりの程度低下している
。

本発明は、上記定積に鑑みてなされたもので□あって、
所与の測定範囲がどのような形状のものであっても、そ
の全範囲において十分高い精度での位置測定が可能な移
動体の位置測定方法を提供せんとすることにある。

上記目的を達成するに、本発明による移動体−の位置測
定方法は、官記した方法において、（７）　前記コーナ
ーキューブプリズムを所与の測定範囲の外周から夫々所
定距離外側に離間した定位置に、かつ、全体で四角形を
形成する状愚に都合４個配置しておいて、 （イ）先ず、前記４個のコーナーキューブプリズムのｈ
ｓ＋体に対する方位角の検出結果のうちの何れか３つの
方位角を用いて演算される前記移動体の位置が、前記４
個のコーナーキューブプリズムのうちの何れのコーナー
キューブプリズムに最も近いかを判定し、 （つ）　次に、その判定結果に基いて、前記移動体に最
も近いコーナーキューブプリズムとその両隣のふたつの
コーナーキューブプリズムとの３個のコーナーキューブ
プリズムに対応する３つの方位角を用いて前記移動体の
位置を再び演算し直す、 という手順によることを特徴とするものである。

上記特徴による効果は下記の通シである。

即ち、最終的な位置測定結果を演算するに先立って、予
め移動体の位置を一次的に演算し、その−次演算結果に
基いて、最も高い測定精度を期待できる３個のコーナー
キューブプリズムを選定し、最終的にはそれら選定され
た３個のコーナーキューブプリズムの方位角検出結果を
用いて移動体の位置を演算し直すから、しかも各コーナ
ーキューブプリズムは移動体の移動域であるところの所
与の測定範囲の外周からある程度外側に離間させて設置
しであるから、第２図（イ）、（ロ）、（ハ）、に）に
例示するように、移動体Ｍが測定範囲回内のどの部分に
位置していようとも、常に、その移動体（Ｖ）を中央部
分に包含して取囲む三角形の頂点に位置する３個のコー
ナーキューブプリズム（黒丸で示す）に対応する方位角
をもとにして、移動体（■の最終的な位置測定が行なわ
れることとなる。　従って、移動体（■の位置に拘わら
ず、つまシ、移動体（Ｖｌが測定範囲ＩＡＩ内のコーナ
一部近くに位置する場合でも、また、測定範囲（Ａｌ内
の如何なる部分に位置していても、常に高い測定精度で
その位置を測定できるに至ったのである。

以下、図面に基づいて本発明方法の実施例を説明する。

第３図は、例えば自動芝刈作業車などの移動体ｔｖ）の
位置検出方法の原理を示す平面図である。

図中、ＩＡＩは前記移動体（■の予定移動域であるとこ
ろの所与の測定範囲一を示し、この測定範囲囚の外側に
、その外周から夫々所定距離だけ離間した既知の定位置
（”ｌ　ｌ　’ｌ）　ｌ　（”２１　’２）　Ｊ（”３
＋　ｙ３）　＋　（工４＋’４）に位置する状態に、か
つ、全体として略正方形を為す状態に、都合４個のコー
ナーキューブプリズム＋１１１　（２！　、　（３）　
、　＋４１を配設しである。　前記所定離間距離として
は、測定範囲ｔＡ）の対角線長の１０チ〜５０チ程度、
好ましくは２０％程度が適当である。　これらコーナー
キューブプリズム（＋ｌ　、　（２！　、　［ａｌ　、
　ｆｌは、夫々、いずれの方向から入射した光ビームも
その入射した経路を戻るように反射する、という光学的
性質を備えており、市販されている。

一方、移動体（■からは回転走査される光ビームが発射
され、そして、その発射光ビームの前記各コーナーキュ
ーブプリズム＋ｌ＋　、　＋２！　、　＋３）　、　＋
４＋からの反射光ビームを受光することによって、移動
体（■に対する各コーナーキューブプリズムｍ　、　（
２！　、　＋３１　、　＋４１の方位角を検出する。

さて、回転走査する光ビームを発射する手段として、移
動体（■には、第４図に示す様にレーザー光線発生器（
５）、電気モータ　（６）によ多回転するプリズム（７
）が積載され、このプリズム（７）を回転することによ
ってレーザー光線を回転させる。　このプリズム（７）
は回転速度の制御を行うに応答性を高めるため回転質量
を軽量化するために用いられており、プリズム（７）に
代えて平面鏡を用いてもよい。

（８）はハーフミラ−１（９）は受光器であって、前記
コーナーキューブプリズムｉｌｌ　ｌ　（２！　、　（
３）　、　＋４１からの反射光を検出するだめのもので
ある。

（１０）はモコタ（６）に直結され、プリズム（７）の
方向を出力するアブソリュートエンコーダであり、この
出力は回転速度制御用計算ＩＩ　ｔｉｌｌに入力されて
いる。

そして、０ｆ１記受光器（９）が前記各コーナーキュー
ブプリズムｆｔｌ　Ｉ　（２！　、　ｆａ）　、　ｎ）
からの反射光を検出したときのエンコーダ（ｌＯ）の出
力（ｇｌ動体（■に対する各コーナーキューブプリズム
（＋ｌ　、　（２！　、　（ａ）　。

（４）の方位角）は位置算出用計算喘＋ｔＳに入力され
、これらの方位角から各コーナーキューブプリズム同士
の為す４つの水平角（θ、）、（θ２）。

（θ３）、（θ４）が算出され、次に、これら４水平角
（θ、）、（θ２）、（θ、）、（θ４）のうち、３つ
の方位角から算出されたふたつの水平角（本実施例では
（θ１）と（θ２））と、各コーナーキューブプリズム
ｔｌ）　ｌ　Ｆ２！　、　＋３１　、　＋４＋同士の４
既知の距離＜　７１）　、　（／２）　、　（ｚ、）　
、　（／４）のうちのふたつ（本実施例では（１１）と
（／、））とを用いて、三角測量の原理、よシ詳しくは
、円周角定理によって、３つのコーナーキューブプリズ
ムｔｔｌ　、　（２！　、　（ａ）間の線分を弦として
一意的に定まる２円（ｃｔ）　＋　（Ｃ２）の交点をめ
ることで、移動体（Ｖ）の位置（工ｖ、ｙりを一次的に
演算する。　なお、この演算原理については官記した先
願等において詳細に説明されているので、ここでは概括
的に説明するにと望めた。

そして、次に、前述のようにしてめられた移動体（■の
位置の一次演算結果（工ｖ、ｙｖ）から、その位置（！
ｖ、ｙｖ）と各コーナーキューブプリズムｉｌｌ　ｌ　
＋２！’、　＋３＋　、　＋４１の位置（Ｚ、＋　ｙｚ
　）　＋　（工２．ｙ２）（ｘｓ　、ｙ！　）　＋　（
”４　＋　ｙ４）との間の距離（Ｌｌ）＋（Ｌ２）　＋
　（Ｌ３）　＋　（Ｌ４）を計算し、移動体（■がどの
コーナーキューブプリズムｉｌｌ　ｒ　（２！　＋　ｉ
３）　ｒ　１４１に最も近いかを判定し、その判定結果
に基いて、該当するコーナーキューブプリズム（４）と
その両隣９のコーナーキューブプリズムｆｉ＋　、　（
３１の３個のものを選定する。　そして、その選定され
た３個のコーナーキューブプリズム＋１）　、　ｆ３）
　ｌ　ｉ４）に対応するふたつの水平角（θ、）、（θ
４）とふたつの距離（／、）　、　（／４）とを採用し
て、前述の一次演算におけると同様の原理により、移動
体（■の位置（工ｖ、ｙりを演算し直して、その位置を
最終的に精度良くめるのである。

なお、本実施例においては、４個のコーナーキューブプ
リズムｔｅｌ　、　（２！　、　［３）　、　Ｉｓｌを
、全体として略正方形を為すように配設した場合を示し
たが、これに限らず、地形による制限等のために、例え
ば長方形とか平行四辺形とか、あるいは、一般の四角形
となるように配設しても何ら差支えない。　ただ、正方
形に近い方がよシ優れた位置測定精度が得られることは
碓かである。

−次演算の手法としては、上記実施例で説明し直接判定
するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来方法における問題点の説明図、第２図（イ
）、（ロ）、（ハ）、に）は本発明の詳細な説明するた
めの平面図、そして、第３図および第４図は本発明方法
の一実施例を示す平面図および移動体の構成図である。 囚・・・測定範囲、（Ｖ）・・・・移動体、（１１、（
２！　、　（３１＋（４）・・・・・コーナーキューブ
プリズム。 第１図 （ハ）　＜＝） 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■　移動体Ｍから発射する光ビ゛−ムを回転走査すると
   ともに、前記移動体（■とは離れた少なくとも３つの定
   位置に設けられたコーナーキューブプリズムからの前記
   発射光ビームの反射光ビームを検出することによシ、前
   記移動体（■に対する夫々のコーナーキューブプリズム
   の方位角を検出し、もって三角測量の原理によシ゛移動
   体の位置を測定する方法であって、前記コーナーキュー
   ブプリズムを、前記移動体（Ｖの移動域である所与の測
   定範囲ＩＡＩの外周から夫々所定距離外側に離間した定
   位置に、かつ、全体で四角形を形成する状態に４個配置
   しておき、先ず、前記４個のコーナーキューブプリズム
   ＋１１　、　（２！　＊　＋３１　、１４１の前記移動
   体（■に対する方位角の検出結果のうちの何れか３つの
   方位角を用いて演算される前記移動体（■の位置が、前
   記４個のコーナーキューブプリズムｉｌｌ　１　＋２！
   　ｌ　（３）ｌ　＋４）のうちの何れのコーナーキュー
   ブプリズムに最も近いかを判定し、次に、その判定結果
   に基いて、前記移動体Ｍに最も近いコーナーキューブプ
   リズムとその両隣のふたつのコーナーキューブプリズム
   との３個のコーナーキューブプリズムに対応する３つの
   方位角を用いて前記移動体（■の位置を再び演算し直す
   ことを特徴とする移動体の位置測定方法。 ■　前記４個のコーナーキューブプリズム（１）。 ＋２＋　、　（３１、ｆｉｌを、全体で正方形またはほ
   ぼ正方形を為すように配置することを特徴とする特許請
   求の範囲第０項に記載の方法。