JPS62179676A - 車両の三次元位置計測方式 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は車両位置の計測方式に係り、特に車両の走行
路が頻繁に変り、かつ路面が整地でない土木作業現場に
おける建設車両の位置計測に用いて好適なものである。

（従来０技術）　　　　　　、 従来の走行車両の位置計測方法は次のように分類される
。すなわち （Ａ）走行車両が外部の支援施設を利用して位置を検出
する方式。

（Ａ）−（１）固定径路方式・・・・・・走行車両の走
路に埋設したケーブルまたは走路面上に固定した光学テ
ープにより走行車両を誘導、あるいは走路に沿って放射
されるレーザビームにより走行車両を誘導する方式。

（Ａ）−（２）半固定径路方式・・・・・・走行車両の
走路面上に置いたマークを利用して走行車両を誘導する
方式。

（Ａ）−（３）自由径路方式・・・・・・外部支援施設
の基準点から走行車両に至る方角及び距離を計測しなが
ら、自由な径路を誘導する方式であって、計測手段とし
ては電波、レーザまたは超音波が用いられ、計測方式と
しては次の２方式がある。すなわち （Δ）−（３）−（ｉ）円弧方式・・・・・・第７図（
ａｌにおいてａ及びｂは地上の２基準点であり、ｐは位
置計測の対象である走行車両の位置である。

−例として電波を用いた場合について説明する。

ｐ点から電波を送信し、ａ点及びｂ点で受信し。

受信と同時に返信しこれをｐ点で受信すれば。

電波がｐａ間及びｐｂ間を往復する時間を測定すること
により、ｐ点の位置が決定されるものである。

（Ａ）　−（３）　−（ｉｉ）双曲線方式・・・・・・
第７図（ｂｌにおいて、ａ、ｂ及びＣは地上の３基準点
であり、ｐは位置計測の対象である走行車両の位置であ
る。−例として電波を用いた場合について説明する。ａ
点及びｂ点で同時刻Ｔ０に電波を送信し、ｐ点において
時刻Ｔ３及びＴｂに受信したとすれば、■を電波の伝播
速度として次式が成り立つ。

ｐａ間の距Ｍ　　Ｌ、＝Ｖ（Ｔ、−Ｔｏ）−−−−−１
ｔｌｐｂ間の距離　Ｌｂ＝Ｖ（Ｔｂ　　Ｔｏ）’−・・
・（２）故に　　　Ｌ、−Ｌ、＝Ｖ（Ｔ□−”ｒｂ）−
・−＋３＞（３）式によりＴａ−’ｒｂを測定すればり
、−Ｌｂが計算できる。そして２定点からの距離の差が
一定である点の軌跡は、その２定点を焦点とする双曲線
であることから、ｐ点はａ点及びｂ点を焦点とする一つ
の双曲線（第７図（ｂ）の５−ｂｐ）上に在ることにな
る。ａ点及び０点についても同様の測定を行なえば、ｐ
点はａ点及び０点を焦点とする双曲線（第７図（ｂ）の
Ｓ、ｃｐ）上に在ることになり、ｐ点の位置は双曲線Ｓ
ｍｂｐ及びＳ　ｍｃｐの交点として決定される。（但し
、２つの双曲線の交点は２点あるが、測定者が推定位置
に近い一点を選択すれば良い。） （Ｂ）外部支援施設を用いず走行車両の車輪の回転、及
び走行車両に搭載したジャイロによって、走行車両が独
自に自立して距離と方向を計測する方式 （発明が解決しようとする問題点） 建設車両が稼働する土木作業現場では、（ａ）建設車両
の走路が頻繁に変る。（ｂ）建設車両の走路面が整地で
ない、という悪条件があり、上記（従来の技術）で述べ
た位置計測方式のうち。

（Ａ）−（１）固定径路方式及び（Ａ）−（２）半固定
径路方式は、前記（ａｌ建設車両の走路が頻繁に変ると
いう条件により使えない。また、上記（Ｂ）外部支援施
設を用いず、走行車両の自立による位置計測方式は、誤
差が累積されるので、前記（ｂｌ建設車両の走路面が整
地でないという条件から、土木作業現場への適用は非常
に困難である。

土木作業現場で実用可能なのは、上記（従来の技術）で
述べた位置計測方式のうちの（Ａ）−（３）自由径路方
式であるが、計測手段のうち従来の電波を用いた方式の
ものは船舶用など長路８１１かつ大規模なものには適す
るが、高価であり５測位精度もあまり良くない。また、
計測方式については次の問題点がある。

（Ａ）−（３）−（ｉ）円弧方式は、２基準点に対し、
建設車両１台の測位しか行なえない。

（Ａ）　　　（３）　−（ｉｉ）双曲線方式は複数台の
建設車両の測位が可能であるが、３基準点を必要とし、
かつ基準点相互間（第７図（ｂｌのａ点とｂ点及びａ点
と０点）で同期をとる必要があり複雑かつ高価になると
いう問題点を有するものである。

更に高さ方向の位置を計測するには別の測定手段が必要
であり、全体の構成が複雑になるという問題点もある。

（問題点を解決するための手段及び作用）地上の基準と
なる１箇所の地点に、無指向性のパルス信号を発信する
無線発信器と、該パルス信号に同期して定速回転するレ
ーザ発光器を設置し９例えばレーザ光が北位を向いたと
きにパルス信号を発信ずれば、レーザ光に北位からの角
度情報を付与したことになる。

位置を計測しようとする車両については、該車両上の見
通しのきく位置に１円筒面の周囲に多数のたんざく状の
レーザ受光板を貼着したレーザ受光部を載置したレーザ
受光装置を設置し。

該レーザ受光装置は該車両の傾斜、地面の凹凸に関係な
く常に垂直になるように、かつレーザ光の受光位置は、
受光面のほぼ中央の高さになるように、姿勢制御装置を
介してレーザ受光器を該車両上に設置する。

このようにして、車載の円筒状レーザ受光器が受光する
レーザ光から角度情報を得て、該車両の位置を決定する
ことができる。また、該レーザ受光器が載置される姿勢
制御装置の脚長を測定することにより、該車両の高さを
決定することができる。

以上のようにしてこの発明では１箇所の基準点に対し、
複数台の移動車両の３次元位置を計測できるものである
。

（実施例） 以下図面に基づいてこの発明の実施例について説明する
。

第２図はレーザ発光装置２０の一具体例の概略図であり
１脚２５を有する筺体２４には、モータ２３によって定
速回転されるターンテーブル２２を介して、レーザ発光
器２１が回転可能なように枢着される。Ｏはレーザ発光
器２″ｌの回転中心線を示す。２８は近接スイッチで、
レーザ発光器２１から発するレーザ光が基準方位例えば
北位を向いたとき、近接スイッチ２８がＯＮになるよう
に設定し、そのとき無指向性送信機２６に対してパルス
送信トリガを与えるように成っている。２７は近接スイ
ッチ２８と無指向性送信機２６を連結する電気ケーブル
である。このレーザ発光装置２０は。

脚２５の長さを調節することにより、レーザ発光器２１
の回転中心線０が垂直になるように地上に設置されるの
で２回転するレーザ光線は一つの水平面を形成すること
になる。

第３図はレーザ受光装置３０の一具体例の概略図である
。図においてレーザ受光部３１は１例えばアモルファス
シリコンから成る受光素子を細長いたんざく状の受光仮
に形成し、該受光仮の長手方向を円筒の軸方向に一致さ
せて多数貼着し、それぞれのたんざく状の受光板はレー
ザ光線を受光すると、各受光板毎にその位置を弁別でき
るように構成されている。この円筒状のレーザ受光部３
１の中心線Ｐは水平保持装置３２により、レーザ受光装
置３０が車両に搭載されたときに該車両の傾斜、地面の
凹凸に関係なく常に垂直になるように構成されている。

第１図は車両位置計算方式の説明図である。

図において０は、地上の基準となる１箇所の地点に設置
されたレーザ発光装置２０の位置を示し。

第２図のＯに対応する。Ｐは位置を計測しようとする車
両上に設置されたレーザ受光装置３０の位置を示し、第
３図のＰに対応する。０を原点とし、−例としてｙ軸方
向を北位にとった直角座標軸を０−ｘｙとし、レーザ受
光部３１の円筒形状の外形線をＣで表わし、Ｃの半径を
ｒ、レーザ光の受光範囲をＰ＋＝Ｐｇ（Ｐ＋及びＰ２は
０から円Ｃに引いた接線の接点でもよいが、該接点では
レーザ光の強度が０となり、レーザ光の検知が困難なの
で、レーザ光を検知できるレベルの点を選定する）、Ｏ
Ｐの長さをＲ２ｙ軸（北位）とＯＰの成す角をβ、角Ｐ
　ＩＯＰ　ｚをθ。

角Ｐ、ＰＰ２をαとすれば次式が成り立つ。

＝ｒ・（ｃｏｓ　ｇ＋５ｉｎ−！！−ｃｏｔ’　）−・
−・（４）Ｐ点の座標ｘ、ｙは次式で計算できる。

ｘ＝Ｒｓｉｎβ・−−−−一−−−−−−−−−−−−
−−−−−−−−−−−−・（５１ｙ＝Ｒｃｏｓβ・−
・−・−・−・・・−・・・・−・・−・・・−−−−
−・−・・−（６）第４図は第１図の０点からのレーザ
光及びパルス信号をＰ点で受信した時刻から、第１図の
θ及びβを算出する方法の一興体例の説明図である。図
において横軸は時刻であり、′＃１軸はＰ点で受信した
レーザ光及びパルス信号の電気的波形を示す。今１時刻
１．でパルス信号を受信してから、受光レーザ信号の立
上り及び立下りの時刻をそれぞれｔ２及びｔｓ　　（厳
密に述べれば、あらかじめ定めたレベル以上の受光器出
力の立上り及び立下りの時刻）、パルス信号の周期をＴ
（これは第２図で説明したようにレーザ発光器の回転円
１υ１に一致）、１３　　　ｔｚ＝む３゜またこの具体
例ではレーリ′光が北位に発光されるときにパルス信号
が発信されるので、第１図のθ及びβば次式で求まる。

むＲ ＝２π　・　□　・・−・・・・−・−・・・−・・・
・・−・・・・・・＋７Ｊβ＝　　　　　Ｄｚ＋ｔ３２
ｔυ・・−・−・・・（８）また、レーザ受光器が多数
の細長いたんざく状の受光板から成っているので、あら
かじめ定めたレベルのレーザ光を受ける点の位置Ｐ、及
びＰ２から、第１図のαが求められる。

Ｐ点の高さ方向座標値Ｚは次のようにして求める。すな
わち、最初に設定したレーザ受光部（第３図の３１）の
高さ方向の中央点の地上高をＺｏとし、受光レーザは常
に該レーザ受光部の亮さ方向中央点で受光するように、
姿勢制御装置（第３図の３２）の脚長を調節する。姿勢
制御装置の４本の脚長の調節量の平均値をｈとすれば。

Ｚ＝ＺＯ＋ｈ　−・−・・・・−・−・・−−−−−−
一・−・−・・−−−−−−−−・・（９）から求めら
れる。受光レーザの受光点位置検出の一只体例を第３図
により説明する。受光点より上部の長さをＨ１下部の長
さをＬとしレーザ受光部３１の上端及び下端よりそれぞ
れ受光素子により変換された電流値１８及びｉｌ、を取
り出せば、このｉ□及びｉＬはそれぞれＨ及びＬに反比
例するので＋　　ｉＨ及びｉＬを検出することにより受
光位置が検出される。

上記（９）式のＺを算出する別の具体例として。

姿勢制御装置３２はレーザ受光部３１の中心軸Ｐを常に
垂直に保つ機能のみを持たせ、前記ｉ、及びｉＬを介し
て第３図の長さＨ及びＬを測定することにより。

−Ｌ ｚ　＝　ｚ　ｏ　＋　−−一・＝−・−・・−−一一一
一−−−−−・・Ｃａとして求められる。但し、当初の
レーザ受光点はレーザ受光部３１の高さ方向中央点（す
なわちＨ＝　Ｌ　）　に設定しておく。

第５図はこの発明の土木作業現場における一具体例の概
要説明図である。図において５１及び５２はいずれも土
木作業中の建設車両、２０及び２６はそれぞれ第２図で
説明したレーザ発光装置及び無指向性送信機、５３及び
５４はいずれも第３図で説明したレーザ受光装置であり
、５５及び５６はいずれも無１１機であって、送信機２
６からのパルス発信を受信、並びに作業現場管理事務所
５７内に設置された車両位置管理装置５８と結ばれた無
線４ｆｆ１５９との間で２通信連絡をするように成って
いる。車両管理装置５８において１例えば建設車両５１
の位置読み出しを完了したら１次に建設車両５２の位置
読み出しを実施する。

第６図は１例として第５図の建設車両５１の位置計測を
する場合の一興体例のブロック図である。建設車両５１
が路面の傾斜、凹凸により傾斜すると、傾斜計６１（車
両の前後方向用と左右方向用の２セント）からの信号が
演算回路６２を介して、姿勢制御装置３２の作動部材を
作用させてレーザ受光部３１の受光面を常に垂直に保持
するように成っている。またレーザ受光部３１へ入った
レーザ光による信号は、受光レーザ演算部６３において
、第４図に述べた時刻ｔ２及び＋３Ｊ並びに（９）式、
　０１式及び第３図に関連して述べた受光点より上部の
長さＨ及び下部長さしの、計４箇のデータになって演算
回路６２へ入り、また無線機５５．に入ったパルス信号
は第４図で述べた時刻ｔ１のデータとして演算回路６２
へ入り。

演算回路６２において該建設車両５１の三次元位置座標
ｘ、ｙ及び２が計算される。

（発明の効果）　　　　′ この発明は上述のようにして、成るので、建設車両が稼
働する土木作業現場のように、（ａ）車両の走路が頻繁
に変り、（ｂ）車両の走路面が不整地。

という悪条件のもとでも、１箇所の基準点にレーザ発光
装置を設置するだけで、レーザ受光装置を搭載した複数
台の走行車両の位置計測が容易かつ安価に可能になる。

更に作業車の°高さ方向の情報は、特に土木作業におけ
る整地面の平現性に直接関係し１作業の進捗状況が把握
できるので、配車作業の効率化が期待できる。更に。

１箇所の作業現場管理事務所において、広範囲にわたる
複数台の作業車両の位置を把握できるので、適切な作業
指示を出すことができて９作業の大幅な能率向上及び安
全確保が可能となり。

更には作業の無人化も期待できるというすぐれた効果を
奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の車両位置計算方式の説明図、第２図
はレーザ発光装置の一具体例の概略図、第３図はレーザ
受光装置の一具体例の概略図、第４図は１位置を計測し
ようとする車両において、レーザ光及びパルス信号の電
気的波形と、受信時刻との関係を示す説明図、第５図は
この発明の土木作業現場における一具体例の概要説明図
、第６図は第５図における建設車両５１の位置計測をす
る場合の一具体例のブロック図。 第７図（ａｌ及び（ｂ）はそれぞれ従来技術の位置計測
方式のうちの自由径路方式の円弧方式及び双曲線方式の
説明図である。 ２０・・・レーザ発光装置、２１・・・レーザ発光器。 ２２・・・ターンテーブル、２５・・・脚。 ２６・・・無指向性送信機、３０・・・レーザ受光装置
。 ３１・・・レーザ受光部、３２・・・姿勢制御装置。 特許出願人　株式会社小松製作所 代理人　（弁理士）松　澤　　統 第１図 第２図 １ｉ３図 第　４　図 第　７　図（ａ） Ｊ＠７　　図（ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １箇所の基準位置に設置し、レーザ発光器と、該レーザ
   光を水平面内に定速回転させる脚及びターンテーブル、
   ならびに基準方位信号を発信する無指向性送信機とより
   成るレーザ発光装置と；該レーザ発光装置からのレーザ
   光を、全方向受光可能なように、円筒面上にたんざく状
   のレーザ受光板を貼着したレーザ受光部と、該レーザ受
   光部を車両の姿勢に関係なく垂直に保ち、かつ該レーザ
   受光部の地上からの高さを常に一定に保つ姿勢制御装置
   とから成る車載のレーザ受光装置；とを具備したことを
   特徴とする車両の位置計測方式。