JPS6148086B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6148086B2
JPS6148086B2 JP4958578A JP4958578A JPS6148086B2 JP S6148086 B2 JPS6148086 B2 JP S6148086B2 JP 4958578 A JP4958578 A JP 4958578A JP 4958578 A JP4958578 A JP 4958578A JP S6148086 B2 JPS6148086 B2 JP S6148086B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
moving body
light
axis
light source
light beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP4958578A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS54141666A (en
Inventor
Koji Yamawaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Original Assignee
Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Japan Aviation Electronics Industry Ltd filed Critical Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority to JP4958578A priority Critical patent/JPS54141666A/ja
Publication of JPS54141666A publication Critical patent/JPS54141666A/ja
Publication of JPS6148086B2 publication Critical patent/JPS6148086B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
  • Navigation (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は例えばトンネルを掘削する掘削機等に
応用してその位置と姿勢を連続して求めるのに適
する運動体の位置・姿勢計測装置に関するもので
ある。
従来、トンネルを掘削する掘削機を計画線に沿
つて掘進させその位置と姿勢を計測するには、ト
ンネル内に一定の方位角をもつて定置したトラン
シツトと巻尺等とによつて測量を行なつて位置を
求め、また掘削機に搭載したジヤイロ及び加速度
計を用いて姿勢を求めていた。しかしながらトン
ネル内のトランシツトに地上の既知の一定方位を
移す作業や、トンネル内でトンネルを掘り進むに
従いトランシツトの位置をトンネルの奥へと移動
させるときそのトランシツトに一定の方位を移す
作業に極めて多くの時間を要し、不便であつた。
本発明の目的は、これらの欠点を除き掘削機に
装置を搭載し、それに光源から光束を受け、装置
の計測値をデータ処理部で計算し、連続して掘削
機の位置と姿勢が得られる極めて便利な計測装置
を提供することにある。すなわち、本発明に係る
運動体の位置・姿勢計測装置は、運動体に搭載さ
れた光線検知部により検知されるに充分な拡がり
を持つ光束を投射する光源部と、前記運動体に搭
載され、地球の自転角速度を計測するジヤイロと
地球の重力成分を計測する加速度計とからなり運
動体の方位角と姿勢角とを計測する慣性センサ部
と、運動体に搭載され、前記光束を受けその光軸
線と運動体の中心軸とのなす相対姿勢角を計測す
る光線検知部と、これらの計測値と光源部から光
線検知部までの距離とを得て、光源部の位置から
運動体の位置を水平面内及び垂直面内においてそ
れぞれ計算するデータ処理部とから成ることを特
徴とするものである。
以下本発明に係る一実施例について図面を参照
しながら詳細に説明する。第1図は本装置の構成
と水平面内における原理を説明するための図で、
慣性センサ部1及び光線検知部2はそれぞれその
基準軸X2X2及び中心軸X3X3を掘削機6の掘進方
向の中心軸X1X1に平行にして搭載してある。図
では説明を簡単にするために中心軸X1X1と中心
軸X3X3とを一致させてある。慣性センサ部1及
び光線検知部2の出力信号はそれぞれケーブル2
4及び25を経由してデータ処理部3に送られ
る。光源部4は掘削するトンネルの計画線上の既
知の位置7に取りつける。光源部4から投射する
光束9は拡りを持つていて、そのうちの一部であ
る光軸線5が光線検知部2に入射する。既知の位
置7はトンネルの掘削基点を原点としほぼトンネ
ルの掘削方向に設けたX軸とこれと直交するY軸
とからなる直角座標上において座標XL,YLを持
つている。説明の便利のためその直角座標XYと
座標軸が平行な直角座標X′Y′を位置7を原点と
して設ける。この直角座標X′Y′は予め計画線上
に設けるのでY′軸の真北からの方位角Ψpは既知
である。慣性センサ部1は第2図に示すようにプ
ラツトホーム11は支持される軸Y2Y2をジンバ
ル12上に設けた軸承で回転自在に支えられてい
る。ジンバル12には軸Y2Y2と直交する位置に
軸X2X2が設けてあつて、慣性センサ部1の基板
20に設けた支持部13,13′で回転自在に支
えられている。プラツトホーム11の上にはジヤ
イロ14と加速度計15とがそれぞれの入力軸を
軸X2X2に平行にして取り付けられている。また
ジンバル12の上には加速度計16がその入力軸
を軸Y2Y2に平行に取りつけられている。加速度
計15はプラツトホーム11が軸Y2Y2廻りに、
また加速度計16はジンバル12が軸X2X2廻り
にそれぞれ水平面となす角度に相当する地球の重
力の分力を検出して出力し、その出力によりそれ
ぞれモータ17,18を回転させてプラツトホー
ム11及びジンバル12を水平面に一致させる。
水平になると加速度計15,16の出力は零とな
つてモータ17,18の回転は停止する。すなわ
ちプラツトホーム11はこれらの総合作用により
常に水平に維持される。すなわちジヤイロ14の
入力軸は軸X2X2に平行でかつ水平となり、真北
と入力軸とのなす方位角に相当する地球の自転角
速度の分力を検出し出力する。従つて軸X2X2
方位角が求められ、それと第1図に示す掘削機6
の中心軸X1X1とは一致又は平行させて搭載して
あるので結局掘削機6の中心軸X1X1の方位角ΨM
が求められる。第3図aは光線検知部2をその中
心軸X3X3を通る水平面で切断した軸方向断面図
である。円筒形の箱体21の一方の開口端にレン
ズ22を他端に受光素子群23を有し、レンズ2
2と受光素子群23との距離lはレンズ22の焦
点距離にほぼ等しくしてある。受光素子群23は
第3図bに示すように水平軸Y1Y1、垂直軸Z1Z1
の方向に中心受光素子231を挾んで受光素子2
32等が多数相接して列線状に並べてあり、例え
ば受光素子232が受光すると、その水平、垂直
両方向の中心からの距離a及びbが判るような出
力信号を発生する。レンズ22に入射する光軸線
5は拡りを持つて光源部4から投射されている光
束9の一部であつて、光源部4から光線検知部2
までの距離に比しレンズ22の直径は小さいので
第1図に示す直線7−8を光軸としたほぼ平行な
光軸線5と考えよい。従つて光軸線5はレンズ2
2によつてほぼ焦点距離にある受光素子群23の
上に集光され、光軸7−8上の点例えば受光素子
232の上に像を結ぶ。光軸線5の光軸7−8と
光線検知部2の中心軸X3X3とのなす角ΔΨLはΔ
ΨL=tan-1a/lとして求められる。第4図は光源部 4の軸方向断面図で外筒41と内筒42とが滑合
され、かつ適当な位置で係止できるようになつて
いる。外筒41の一端にはレンズ43を設け、内
筒42のレンズ43と反対端には電球44が設け
てあり、電球44とレンズ43との距離を外筒4
1,42を滑動させて適当に選び電球44の光が
レンズ43で集光されて適当な拡がり(拡がり角
5度以下で実用上支障がない)を持つた光束9を
投射するように調節する。第1図のようにこの光
源部4を計画線上の既知の点7に相当するトンネ
ル内に取り付け、掘削機6の方向に光束9を投射
すると、光束9が拡りを持つているので極めて容
易に掘削機を捕捉できる。以上のように構成さ
れ、計測できる構成部品を第1図のように配設す
れば、光軸線5の光軸7−8の真北Nからの方位
角ΨLOは、慣性センサ部1及び光線検知部2のそ
れぞれの計測値ΨM及びΔΨLからΨLO=ΨM−Δ
ΨLとして求められる。ここでΔΨL符号は光線検
知部2で計測する場合時計方向の角度は負、反時
計方向の角度は正とする。前述のとおり直角座標
X′Y′のY′軸の方位角ΨOは既知であり、従つて軸
Y′と光軸線5の光軸7−8とのなす相対方位角
ΨLは、ΨL=ΨLO−ΨOとして求められる。光源
部4及び光線検知部2のレンズ43及び23のそ
れぞれの中心7,8間の距離LMはトンネル内で
巻尺等で簡単に計測できる。中心8の直角座標
XYの座標をXM,YMとすれば中心7の座標XL
Lは既知であり、XM=XL+LMsinΨL、YM
L+LMcosΨLとして求められる。距離LMは一
度計測した後当分の間は掘削機6の掘進距離を加
算すれば連続して求められ、ΨM,ΔΨLも連続し
て計測できるのでこれらの値をデータ処理部3に
おいて連続して計算すれば中心8の座標、すなわ
ち掘削機6の座標XM,YMが連続して求められ
る。また掘削機6の方位角はΨMとして連続して
求められるので、これらから掘削機6の位置、姿
勢を連続して制御することができる。以上の説明
は水平面内において行なつたが、垂直面内におい
ても全く同様にして求められる。ただしこの場合
基準とする直角座標を掘進方向の水平軸と垂直軸
とから構成して原点に設定し、慣性センサ部1に
は第2図に示すように角度検出器19を軸Y2Y2
に設けプラツトホーム11が水平となるまでモー
タ17で軸Y2Y2を回転させた角度をピツチ角
(すなわち軸X2X2が水平となす角度)として検出
し、光線検知部2では第3図bに示す受光素子2
32の距離bを検出し、光軸線5と掘削機6の中
心軸とのなす角度とを求めて、掘削機6の位置と
姿勢を求める。水平面内及び垂直面内の両方から
求めた位置と姿勢とから掘削機の3次元の制御が
連続して可能である。
以上の説明から明らかなように本発明によれ
ば、運動体に慣性センサ部と光線検知部とを搭載
し、簡単な構造の光源部をトンネル内に設置して
使用するが光源部は適当な拡がりを持つ光束を投
射するので運動体が捕え易く、かつ光束が光線検
知部を捕えてさえいればよいので取扱いが便利で
あり、連続して計測できるので絶えず運動体の位
置と姿勢がえられ、従つて連続して運動体の制御
ができ、掘削機に応用するときは掘削の制御の自
動化が可能となる等実用上の利点と効果は極めて
大きい。
なお慣性センサ部、光線検知部は一実施例を示
したが同様な計測値がえられればこれに限ること
なく各種の変形をも含むことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
第1図から第4図までは本発明の一実施例を示
し、第1図は装置の構成と計測原理の説明図、第
2図は慣性センサ部の構造の一例を示す立体概念
図、第3図は光線検知部の構造の一例を示す図で
aは構造を説明する軸方向断面図、bは受光素子
群の構造を説明する正面図、第4図は光源部の構
造を示す軸方向断面図である。 1:慣性センサ部、14:ジヤイロ、15,1
6:加速度計、2:光線検知部、3:データ処理
部、4:光源部、5:光軸線、6:運動体(掘削
機)、9:光束。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 運動体に搭載された光線検知部により検知さ
    れるに充分な拡がりを持つ光束を投射する光源部
    と、前記運動体に搭載され地球の自転角速度を計
    測するジヤイロと地球の重力成分を計測する加速
    度計とからなり前記運動体の方位角と姿勢角とを
    計測する慣性センサ部と、前記運動体に搭載され
    前記光束を受け前記光源部から前記運動体中心へ
    の光軸線と運動体の中心軸とのなす相対姿勢角を
    計測する光線検知部と、これらの計測値と前記光
    源部から前記光線検知部までの距離とを得て、前
    記光源部の位置から前記運動体の位置を水平面内
    及び垂直面内においてそれぞれ計算するデータ処
    理部から成ることを特徴とする運動体の位置・姿
    勢計測装置。
JP4958578A 1978-04-26 1978-04-26 Device for measuring position and posture of moving body Granted JPS54141666A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4958578A JPS54141666A (en) 1978-04-26 1978-04-26 Device for measuring position and posture of moving body

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JP4958578A JPS54141666A (en) 1978-04-26 1978-04-26 Device for measuring position and posture of moving body

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS54141666A JPS54141666A (en) 1979-11-05
JPS6148086B2 true JPS6148086B2 (ja) 1986-10-22

Family

ID=12835286

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4958578A Granted JPS54141666A (en) 1978-04-26 1978-04-26 Device for measuring position and posture of moving body

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JP (1) JPS54141666A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6261668A (ja) * 1985-09-12 1987-03-18 Mitsubishi Electric Corp 液体吐出装置
JPH0239591Y2 (ja) * 1985-05-08 1990-10-23

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0239591Y2 (ja) * 1985-05-08 1990-10-23
JPS6261668A (ja) * 1985-09-12 1987-03-18 Mitsubishi Electric Corp 液体吐出装置

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JPS54141666A (en) 1979-11-05

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