JPS63208776A - 車載用受光装置 - 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、トランク、ブルドーザ等の土木作業現場で
の車両、湾内の作業船あるいは工場内の搬送車等の移動
体の位置及び姿勢検出方法に関するものである。

（従来の技術） 移動体の位置を地上で計測する方法として。

従来１次のような方法がある。

（＋）車両が外部の援助施設を利用して位置を検出する
方法。

（イ）埋設ケーブルに沿って走行する方法。

（１１）路面上に設置したマークに沿って走行する方法
。

（ハ）レーザビームに沿って走行する方法。

（＝）レーザ、電波、超音波等を用いて２つ以上の地点
に対する車両の方位あるいは距離を求め、車両の位置を
検出する方法。

（■）援助施設を用いないで車両自体で位置を検出する
方法。

（＊）ジャイロによるもの。

（へ）車輪の回転数を利用するもの。

また車両の姿勢を検出するには後で詳説する第２図を参
照してピッチ角θｐ、ロール角θ「及びヨー角θｙの３
箇の角度を３箇の角度検出器を用いて検出することがで
きる。

（発明が解決しようとする問題点） 移動体の位置を計測する従来方法において。

Ｃ４＞　（ｆｌ）　（ハ）の方法は土木作業現場のよう
に走行径路が一定していないところには使用できない。

（ニ）の方法は、レーザ、電波、超音波等を送信または
受信する送受信機を２つ以上の地点に設けなくてはなら
ず、設備設置上で制約が多く。

またコスト高となる。

（ネ）　（へ）の方法は走路面の状態やタイヤの状況が
悪い鳩舎にその検出精度が悪くなり、土木作業現場にお
ける位置計測方法としては好ましくなく、さらに誤差が
累積されていく。

等の問題点がある。

また、車両の姿勢を高精度で検出するため出願人は先に
特願昭６０年第２７４１７２号を提案したが。

この提案は一方向についての技術であり、広大な範囲を
自由に移動する車両には応用できない。

（問題点を解決するための手段及び作用）移動体の位置
を計測する上記従来の方法の問題点を解決するために、
出願人は先に特願昭６１年第２９９３号を提案し、移動
車両は任意の経路を走行することができ、只一つの地点
に設けた援助施設により移動体の位置を移動体側で走路
状態の影響を受けることなく正確に検出する移動体の位
置検出方法を促供した。しかしこの提案は、複数の受光
器と誤差補正のための外部装置が必要であるという点に
多少の問題点を残している。またこの提案は移動車両の
姿勢を検出する手段を持っていない。

そこで移動車両の位置と姿勢を同時に検出するため、該
移動車両の作業領域内の地上に２台の回転レーザ投光器
を設置し、該移動車両には多面体形状を有する光透過性
受光器を設置して前記２台の回転レーザ投光器より受光
信号を受け、前記２本のレーザ光がそれぞれ２筒所の点
において該多面体形状を有する光透過性受光器を通過す
ることを利用して、該移動車両に同定された直線の方向
を演算することによって該車両の姿勢を知り、同時に前
記２台の回転レーザ投光器と車載の前記受光器との位置
関係を測定することによって三角測量の原理により該車
両の位置を知るものである。

（実施例） つぎにこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図はこの発明の構成及び作用をブロック図で示した
もので、受光器１は回転式レーザ投光Ｒ′＆（第７図の
７ｓ＋及び７ｓ＋　’　）からのレーザ光を受光する部
分であり、多面体の光透過性のあるセンサー（例えばａ
　−３ｉを主成分とする材質から成るもの）である、演
算部２では受光器ｌからの受光位置データ６を、制御部
３からあたえられる座標データ７及び基準線データ８を
考慮して演算する。受光時刻は基準受光信号５によりあ
たえられる。演算の結果は状態出力４により出力され９
図示していない表示装置又は車両装置に出力される。ま
た演算結果が不適当ならばエラー信号９として制御部３
に出力される。

次に第２図ないし第６図を用いてこの発明の計測原理に
ついて説明する。

第２図において２０は計測される車両であり。

該車両２０上の一点０．。を原点として前後方向を２軸
、左右方向をＸ軸、上下方向をｙ軸としたとき、計測さ
れた方向をｚｘ面＋　　Ｘ１面及びＸ２面に投影したも
のがそれぞれ図示のように２軸、Ｘ軸及びｙ軸と成す角
をそれぞれヨー角θ、　ロール角θ、及びピッチ角θ、
とする。

第３図に示す３１は第１図に示した受光器ｌの一具体例
を示し、−辺の長さをａとする正立方体で光ｉ３過性の
あるセンサーである。Ｘで示す矢印は車両進行方向を示
し、車両進行方向に対し前面を第３２面、後面を第３３
面、右面を第３４面。

左面を第３５面とする。

第４図において２台の回転レーザ投光器のうち、）Ｓ準
となるレーザ光を３６とし、他方をＳ、とする。ただし
Ｓ、及びＳｌは同時には受光されないものとする。これ
は適当な回転レーザ投光器の配置方法や回転方法を選定
することにより実現されるものである。

また、三角１１　最の原理を用いる際に受光点が分散さ
れていては誤差が出るので、基準面を定めこれを第４２
面とし、第４２面をｘｙ面とする直角座標系０−ｘｙｚ
を第４図に示す如（定める。

基準となるレーザ光Ｓ０及び他方のレーザ光Ｓ、はそれ
ぞれ一平面を構成するのでこの２つの平面の交線がｘｙ
面を貫く点をＰ＋　（＝Ｐｓ）とすればＰ、はＳ、上の
点でありＰ、はＳ、上の点である。このとき第４図に示
すＰ、及びＰ４の位置を測定すれば各点の座標は次のよ
うに書ける。

次に計算を簡単にするため、第４図の座標軸０−ｘｙｚ
を平行移動し、原点ＯをＰＩ　（＝Ｐ３）に一致させる
と第５図のようになる。このとき各点の座標は次のよう
になる。

３点Ｐ、　（＝Ｐｓ’）　、　Ｐ□、　Ｐ４により構成
される平面の方程式は次のように書ける。

ｘ　＋　ａ　ｙ　＋　ｂ　ｚ　＝　Ｏ・−−−−−−一
−−−−−−−−−−−−−−−−（３１イリしこの平
面がｙｚ面の場合は（３）式においてａ＝ｂ−０となる
が、これは車両が横転した状態であるので考慮する必要
はない。

（２）式で示す各点の座標値を（３）式に代入するとａ
及びｂが周知の数学の公式により１次の行列表示のよう
に求められる。

ただし＋　Ｄ　”　＜Ｖｔ−’１ｌ）Ｚａ−（Ｖａ−Ｖ
ｔ＞Ｚｚ　≠０−＋５１Ｄ＝Ｏの状態は２台の回転レー
ザ投光器を結ぶ直線上に車両がある場合であり、２台の
回転レーザ投光器の少なくとも１台の回転レーザ投光器
を車両の運転範囲外に置くことによって。

Ｄ＝Ｏの状態が起るのを避けることが可能である。

なお＋　Ｖｔ　　’ｊ＋＝Ｖａ　　Ｖ＋＝　Ｏとなる場
合、つまりθ、＝θ、＝０である場合もＤ−０となる。

これはｙ□−Ｌ＋＋Ｖａ３１＋の値を判断し＋　Ｖｚ　
　ＶＩ＝ＶａＶ＋＝０でなるなら、θ２＝θ、−〇とし
て。

θ１．θ、を決定し、θ１．θ、の処理を終了する。

さて（３）式で表わされる平面に垂直なベクトルＳの成
分は（１，ａ、ｂ）であり、第６図において有向線分Ｏ
８として表わされる。すなわち第６図において、座標系
０−ｘｙｚは車両に固定された座標系でありベクトルＳ
は、レーザ光により規定される平面の法線ベクトルであ
る。

第２図について行なった説明を参照して第６図に示すθ
、は車両のピンチ角であり、θ、はロール角である。従
ってθ２．θ１は第６図を参照して。

で求められる。

次にヨー角θ、は車両の目標方向と、車両の進行方向と
の成す角であるので、第７図（ａｌを参照して。

θ、　＝　θ、　＋　θα　＋　φ　−−−−・−・・
・・−・−−−−−−−一・−・−・−（７）と表わさ
れる。ここにθ、は基準となるレーザ光Ｓ、と、車両の
進行方向ｚ軸との成す角、（７□はレーザ光Ｓ０を放射
する回転レーザ投光器位置。

７．１′はもう一つのレーザ光Ｓ１を放射する回転レー
ザ投光器位置、には７□と７□′を結ぶ基学線、第８図
も参照）、　θαは基準線にとレーザ光Ｓ、との成す角
、φは車両の現在位置Ｓを通り基準線に平行な直線に′
と、目標点Ｍと車両の現在位Ｉｓを結ぶ直線との成す角
であり、車両の現在位置Ｓの座標をＸ、Ｙ、目標点Ｍの
座標をＸｓ、Ｙｏとすれば、φは次式で求められる。

Ｘ、−Ｘ また、（７Ｊ式におけるθ、は第７図（目を参照して次
のように求められる。すなわち第７図ｆｂｌで示すよう
に第５図の１２点に対応する点Ｐ２′の座標は（２）弐
を参照して、　Ｘｚ　　Ｘｏ＋　Ｖｔ　　Ｖ＋＋　２ｔ
であるので、Ｐ２′を２Ｘ平面へ投影した点をＰ２′と
すればＯＰ　ｔ　’が２軸と成す角がθアであるのでθ
、は次式で求められる。

φ、　＝　　ｔａｎ−’　−−−−−−−−・−・−−
−−−−−−−−・・−−−−１９１２鵞 第８図はこの発明を用いて作業現場で稼働中の車両の位
置を計測する一具体例の説明図であって、　？ｓは基準
となるレーザ光Ｓ、を放射する回転レーザ投光器で、７
３′はもう一つのレーザ光Ｓ、を放射する回転レーザ投
光器、７０及び７０’は作業車両、７１及び７１′はそ
れぞれ７０及び７０′に車載された受光装置であり１回
転レーザ投光器７ｓ及び７ｓ’間の距離をＬとし、車両
７０のピッチ角θ９．　ロール角θ、及びヨー角θ、を
前記（６）式及び（７）式より求めれば、第８図に示す
距ＭＬ。

角度α及びβ、並びにピッチ角θ２．　ロール角θ１及
びヨー角θ、の６箇の測定値を得ることができるので、
三角測量の原理により車両７０の空間における３次元位
置及び姿勢の状態が求められるものである。

（発明の効果） この発明は以上詳述したようにして成り、２箇所の基準
点に回転しレーザ投光器を設置し。

測定対象である移動車両上には多面体形状を有する光通
過性受光器をただ１ｒｉＡ搭載することにより、該移動
車両の位置ならびに３次元の姿勢を検出することができ
るので受光器は１箇で良く、外部の補助装置を必要とし
ないで車両状態が検出でき、また高さ方向の補正が不要
であるというすぐれた効果がある。更に第７図に示すよ
うに車両７０＆び７０′のそれぞれの受光器７１及び７
１’が重なり合うような状態が生じる実際の現場でも、
受光器が光透過性であるので不感状態にならない、とい
う効果も得ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成及び作用をブロック間で示した
もの、第２図は計測される車両の姿勢角の説明図、第３
図はこの発明の受光器の一具体例を示す図、第４図は受
光器と２本のレーザ光との位置関係説明図、第５図は第
４図の座標軸を平行移動させた説明図、第６図は計測さ
れる車両の方向を表わすベクトルＳの説明図。 第７図＋ａ＋及び（ｂ）はヨー角を計算するための説明
図、第８図はこの発明を用いて作業現場に在る車両の位
置を計測する一興体例の説明図である。 １．３１，７１．７１　’・・・多面体形状の光透過性
受光器。 ７Ｓ＋７ｓ’・・・回転レーザ投光器。 ２０．７０．７０　’・・・移動車両。 Ｓｏ、Ｓ＋・・・レーザ光。 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 第　７　図（０） ｙ 第７　図（ｂ） 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 作業領域内に２台の回転レーザ投光器を設置して領域内
   をレーザ光で走査し、三角測量の原理によって移動体の
   位置と姿勢を計測するシステムにおいて、前記回転レー
   ザ投光器より受光信号を受ける受光器が、多面体形状を
   有する光透過性受光器であることを特徴とする車載用受
   光装置。