JPH0493685A - 自動追尾式測位誘導装置 - 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） 本発明は特に陸上の広範囲で複数の作業装置が順次移動
して作業を行うシステム、例えば杭打ち等の測位誘導に
使用する自動追尾式測位誘導装置に関するものである。

（従来の技術） 一般に陸上の広範囲で複数の作業装置が順次移動して作
業を行う場合の位置決めは、あらかじめ測量により作業
点を計測し、その作業点に杭等を打ち込むといった方法
がとられていたが、広範囲の事前測量はコストが高く、
省力化、経済性から好ましいものではなかった。

このため、自動誘導装置による測位誘導とすることが要
求され、固定局に自動追尾式の光波距離計と２測位デー
タを移動局に送るための通信装置を、また移動局側に自
動追尾式の通＠装置を具備した装置、例えば特開昭６３
−７３１７８号公報に開示されているように、固定局側
に設けられた光波距離計及び移動局側に設けられた反射
器と、これら固定局及び移動局番々に設けられ、相手局
に向けた対物レンズの光軸と直交して結像点の原点から
のずれを検出する位置センサの出力に基づいて、前記対
物レンズの光軸を水平及び垂直に振って相手局に規準さ
せる規準サーボ系を具備した目動追尾式測位誘導装置が
開発されている。

（発明が解決しようとする課題） ところが自動追尾時に相手局の発する自動追尾用光源を
目標とすることから、遠距離に光出力を効果的に到達さ
せるために出力光のビームの広がり角を小さくしなけれ
ばならず、このため、対向する二台の各局が互いに機械
的に一定範囲を模索し、片方の局の光軸が相手局に向っ
ても、自動追尾は開始されず、二台が同時に光軸を相手
局に向いた時に初めて自動追尾が可能となるものであっ
て、自動追尾が可能となる確率は非常に低いものである
。このため、自動追尾開始時には、固定局移動局の双方
で操作者が手動で相手局に規準を合さなければならず、
複数の作業装置を一台の固定局で順次測定するには移動
局に専従の作業者が必要となり作業能率は著しく低くな
る欠点があった。

しかも、従来の装置は単に固定局と移動局相互を自動追
尾するのみであるため、複数の作業全体の進み具合を把
握管理することができないものであった。

（発明の目的） 本発明は１作業を行う場合の事前の測量が簡単であり、
また各移動局に専従の作業者を配備することなく広範囲
にわたって移動局の送信光を受光可能として自動追尾が
可能となる確率を高め、広範囲からの移動要求信号に灯
して受信待機状態とすることができ、移動信号要求を受
信すれば素早く移動要求局を捕えてその移動局の測位と
誘導を可使とするとともに、移動局の光学系を単純化し
て移動局のコストを安価にし、しかも、作東締了情報を
収拾管理して複数の作業全体を把握管理することのでき
る自動追尾式測位誘導装置を提供することを目的として
いる。

帽１を解決するための手段） 本発明の自動追尾式測位誘導装置は、単一の固定局Ａと
複数の移動局Ｂとよりなり 固定局Ａには、光波距離計りと、コリメータ光学系１に
より平行光線とし、これを二次的スキャニングするスキ
ャナー３，４を通して、前記光波距離計りの光軸と平行
に照射する追尾用光源を備えた自動追尾用投光装置Ｅと
、該自動追尾用投光装置Ｅから投光された光の反射光を
受光し、これを電気信号に変更した後二方に分岐させて
、一方は前記スキャナー３．４の方向と弁別された前記
電気信号をもとにマイクロプロセッサ２５でサーボ系２
７．２８を制御し、他方はデジタル信号に変換して後、
挟角受信経路に切換える通信切換え装置Ｉ２０を経てマ
イクロプロセッサ２５に受け渡すようにした追尾受光を
兼ねる光通信受信装置Ｆと、後記移動局Ｂの発光送信装
置Ｈ２からの光通信信号を広角対物レンズ１４を通して
受光し、これをデジタル信号に変換して前記通信切換え
装置２０に接続し、前記光通信受信装置Ｆの光通＠信号
と切換えてマイクロプロセッサ２５に受け渡すようにし
た広角受信装置Ｇｌと、光波距離計りとエンコーダ装置
２Ｂにより得られた情報をもとに移動局Ｂの作業ポイン
トを計算するマイクロコンピュータ３０と、該マイクロ
コンピュータ３０による計算情報をマイクロプロセッサ
２５で制御して移動局Ｂへ光通信する発光送信装置Ｈ１
とを装備し、 各移動局Ｂのそれぞれには、前記固定局Ａの光波距離計
りと自動追尾用投光装置Ｅ及び追尾受光を兼ねる光通信
受信装置Ｆに対応させて、所定の反射可能角を有するコ
ーナーキュブプリズム３１と１前記固定局Ａの発光送信
装置Ｈ１からの光線を広角対物レンズ３４により結像さ
せ、光軸中心から結像点までのズレを広角光センサ３６
によって検知する広角受信装［Ｇ２と、該検知信号を取
込みサーボ系４３．４４を制御するとともにエンコーダ
装置４５の計測値を取込んで測位誘導情報を表示器４６
に表示し、操作スイッチ４７を具備するマイクロプロセ
ッサ４２及びエンコーダ装置４５の計測値を光送信信号
として広角コリメータ３２を通して発信する発光送信装
置Ｈ２とを装備したことを特徴とするものである。

（発明の作用） 上記のように構成した本発明の自動追尾式測位誘導装置
は５作業開始前にトランシー、ト等で車前測量された特
定点に固定局を設置した後使用される。まず電源を投入
して、第２図に示すように操作者が手動により事前側量
された測角原点Ｃを規準し、測角値を０度となるように
ゼロセットスイッチを操作する。その後、手動にて作業
区域内に複数存在する移動局を見かけ角ａで規準し、自
動追尾を行い、複数の移動局の装置番号と位置をマイク
ロコンピュータに取り込む操作を行う。

この操作は、全体作業の開始時点に一度行えばマイクロ
コンピュータ内の記録媒体内に記録されるため、毎日５
作業開始前に行う必要はない。

次に操作者はマイクロコンピュータ−を操作し移動局よ
りの測位誘導待機状態とする。

この状態において移動局側の作業装Ｗ操作者が操作スイ
ッチにより測位誘導要求を行うと、固定局は広角受光装
置によりこれを受信し、装置番号を判別して、自動的に
移動局を探索するようになる。この時点で、受信経路を
通信切換え装置により挟角受信経路に切換えた後、探索
特定された移動局を自動追尾して距離と角度を計測し、
光通信により得た移動局の固定局との見かけ角すの情報
と共に作業装置の作業ポイン）Ｐの位置を計算し、予め
記録媒体に設定された装置番号ごとの作業位置順序を参
照して目標地点との位置ズレを計算し、移動方向を光通
信で移動局に送信する。

作業装置の操作者は、表示器に示された誘導情報をもと
に作業装置を移動し、目！！！地点に到達すると操作ス
イッチによって移動耕了を固定局のマイクロコンピュー
タに送信する。

固定局は、移動軒了信号を受信すると、複数の移動局の
ほぼ中心付近方向を向くように旋回させるとともに、受
信経路を通信切換え装置により広角受光経路に切換える
と、広角範囲にわたって、移動局からの測位誘導信号を
受信できる態勢となる。

（実　施　例） 次に本発明の自動追尾式測位誘導装置の実施例を図面に
基づいて説明する。

第１図は本発明に係る自動追尾式測位誘導装置の全体を
示す構成図、第２図は固定局と移動局の位置関係を示す
見取り図である。

本発明装置は、固定局Ａと複数の移動局Ｂ（図面上は単
一の移動局を示す）とから構成されている。

固定局Ａは、光波距離計Ｄ、自動追尾用投光装置ｉＥ、
追尾受光を兼ねた光通信受信装置Ｆ、広角受光装置Ｇ１
、発光送信装置Ｈ１，水平サーボ系２７、垂直サーボ系
２８、各サーボ系の回転角を検知するエンコーダ装置２
６及びこれらを制御するマイクロプロセッサ２５を備え
ており、光ファイ八−２９で接続されたマイクロコンピ
ュータ３０により操作される。

また移動局は、前記固定局Ａの光波距離計りと自動追尾
用投光装置Ｅに対応させて設けた±３０度の反射可能角
を有するコーナーキュブプリズム３１、広角受光装置Ｇ
２、発光送信装置Ｈ２、水平サーボ系４３、垂直サーボ
系４４．各サーボ系の回転角を検知するエンコーダ装置
４５及びこれらを制御するマイクロプロセッサ４２を愉
えており、これに接続された操作スイッチ４７で操作さ
れ、表示器４６に誘導指示が表示されるようになってい
る。

次に上記各部の構成と相互関係及び作用を説明する。

まず固定局Ａの光波距離計りは、波長８３０ｎｍの赤外
線ＬＥＤを１５ＭＨｚで点滅させた変調光を移動局Ｂの
コーナーキューブプリズム３１に照射し、反射光を受光
して距離計測を行うように配設されている。この計測は
以下に説明する自動追尾の段階で行われる。

また自動追尾用投光装置Ｅは、波長８３０ｍｍの赤外線
レーザ２を光源としており、これを４５５ＫＨｚの周期
で点滅させ変調光とし、発光ビームの広がり角を小さく
するコリメータ光学系ｌにより平行光線とし、これを二
次元的スキャニングするため、水平スキャニング装置３
及び垂直スキャニング装置４を通して、光波距離計りの
光軸と所定間隔を持つ平行な軸を中心に照射するように
配設されている。

この照射光は、移動局Ｂ側の入射角と反射角を等しくす
るコーナーキューブプリズム３１方向に照射された時点
でコーナーキューブプリズム３１により反射され、追尾
受光を兼ねた光通上受＠装置ＩＦで受光する。

さらに追尾受光を兼ねた光通信受信装置Ｆは受光した光
線を対物レンズ８によって集光し、特定の波長のみを透
過させる光学的干渉フィルタ６を通し、受光センサ７上
に結像させて電気信号に変換した後、増幅器９により増
幅し１周波数フィルタ１０によって自然外乱光と弁別し
、この時点のスキャニング方向をマイクロプロセッサ２
５によって参照することによりコーナーキューブプリズ
ム３１の方向を検知し、これが二次元的スキャニング光
の中心軸方向と一致するよう、水平、垂直にそれぞれ装
置全体を回動させる水平サーボ系２７、垂直サーボ系２
８をマイクロプロセッサ２５で制御し、コーナーキュー
ブプリズム３１の移動に対して自動的に追尾を行うよう
に構成するとともに、光通信経路として、前記増幅器９
により増幅された光通信信号を自然外乱光や自動追尾用
光線と弁別する周波数フィルター１１と、デジタル信号
に変換する光通信受信基板１２とを通し、これを通信切
換え装置２０を介してマイクロプロセッサ２５に受け渡
すようになっている。

また広角受光装置Ｇ１は、入射光を有効受信可能範囲を
約±５０度の広角対物レンズ１４、光学干渉フィルタ１
５に通して、広角光センサ１６で捕え、これを増幅器１
７で増幅して周波数フィルタ１８により所定周波数の先
受＠信号とし、これをデジタル信号に変換する受信基板
１９を介して前記追尾受光を兼ねた光通上受＠装置Ｆの
通信切換え器２０に供給するようになっている。

発光送信装置Ｈ１は、マイクロプロセッサ２５により制
御される送信基板２４かもの信号により光通信信号を、
波長６７０　ｎｍの可視光半導体レーザ２３を用いて中
心周波数４０Ｋ）！ｚの周波数に変調し、コリメータ光
学系２２により発散角を小さくして照射するようになっ
ている。

一方移動局Ｂの広角受光装置Ｇ２は、前記固定局Ａの発
光送信装置にｌ（ｌに対応して設けられており、該発光
送信装置Ｈ１からの光通信信号を広角対物レンズ３４に
より集光し、光学干渉フィルタ３５を経て広角光センサ
３６上に結像させるようになっており、この信号を増幅
器３７により増幅した後、周波数フィルター３８を用い
て自然外乱光と弁別し、これを、位置検出器４０によっ
て広角対物レンズ３４の光軸中心よりのズレを検出して
マイクロプロセッサ４２へ取り込む経路と光通借受＠基
板４１を介してマイクロプロセッサ４２に供給する経路
に分岐させである。前記取り込む経路からの信号は、水
平サーボ系４３及び垂直サーボ系４４を制御して装置を
水平垂直に回動させ、光軸中心点と結像点を一致させる
ようにして固定局Ａを自動追尾する。

この時、第２図に示すように作業ポイントＰと固定局Ａ
の見かけ角すをエンコーダ装置４５によって計測し、こ
の情報をマイクロプロセッサ４２が取り込み、送信信号
として送＠ＬＥＤドライバ３９に送るようになっている
。

また移動局Ｂの発光送信装置Ｈ２は、送＠ＬＥＤドライ
バ３９に送られた信号を、波長８９（１Ｍｇの赤外線Ｌ
ＥＤ３３に送り、中心周波数４０Ｋ）ｌｚに振幅変調さ
れた光線として投光用広角コリメータ３２を通し、固定
局Ａの広角受光装置Ｇ１と追尾受光を兼ねた光通信受信
装置Ｆ方向に照射されるようになっている。

この移動局Ｂよりの見かけ角情報信号光は、固定局Ａの
追尾受光を兼ねた光通信受信装置Ｆの対物レンズ８によ
って集光され、通信切換え装置２０を経て、マイクロプ
ロセッサ２５に受け渡される。

また移動局Ｂの固定局Ａへの見かけ角情報は２光波距離
計Ｄ、エンコーダ装置２６により得られた移動局Ｂへの
距離とともに光ファイバー２９を通してマイクロコンピ
ュータ３０に送られ、これらの情報をもとにマイクロコ
ンピュータ３０は移動局Ｂの作業ポイントＰの位置を計
算し、移動局Ｂの移動点までのズレを、発光送信装置Ｈ
１を通して移動局Ｂの広角受光装置Ｇ２へ送信する。

受信した広角受光装置Ｇ２は、これをデジタル信号に変
換してマイクロプロセッサ４ｚに受け渡す。

マイクロプロセッサ４２は２前記情報をもとに表示器４
６に作業装置の作業者に対する誘導情報を表示する。

本発明の装置の各部は上記のような順序で一連の動作を
繰り返し、作業装置が所定の目標地点に移動したことを
確認すると、作業者は移動終了を示す操作スイッチ４７
を操作し、マイクロプロセッサ４２に移動終了が伝えら
れる。

移動終了情報を受け取ったマイクロコンピュータ３０は
、移動局Ｂに対する自動追尾を終了しマイクロプロセッ
サ２５に対して複数の移動局の存在する区域のほぼ中心
位置へ光軸を向けて待機する命令を光ファイバー２９を
通して送る。

この命令を受けてマイクロプロセー２す２５は水平垂直
サーボ系２７．２８を制御し、所定の方向に光軸を向け
て待機する。

この時、固定局Ａは受光経路を追尾受光を兼ねた光通信
受光装置Ｆより分岐する挟角受光信号を通信切換え装置
２０によって切り離し、広角受光装置Ｇｌを経て得られ
る信号を受信するように切り換える。

この広角受光装置Ｇ１の有効受信可能範囲は、±５０度
と広角であるため、上記待機位置での複数の移動局より
通信信号が発せられたことを検知することが可能となる
。

従って、移動局側で、作業者が作業を終了し、〕測測位
誘導束をする時、作業者は測位誘導要求の操作スイッチ
４７を操作し、この情報が移動局の発光送信装置Ｈ２か
ら固定局Ａの広角受光装置Ｇ２に向けて、移動局Ｂの装
置番号とともに光信号として照射され、この信号がマイ
クロコンピュータ３０に受け渡され、マイクロコンピュ
ータ３０は、移動局Ｂの装置番号情報をもとに移動局Ｂ
の予想される位置の近傍を探索するようマイクロプロセ
ッサ２５に命じ、自動追尾を開始した後、通信切換え装
置２０によって通信可能角を狭めて他の移動局よりの混
信を防ぐようになる。

目的とする移動局において測位誘導要求がされていなけ
れば、さらに別の移動局に対して追尾測位誘導要求の確
認の光通信を行い、測位誘導要求を出していた移動局に
対して上記一連の動作を行い、測位誘導を行うのである
。

尚、移動局Ｂの操作スイー、チ４７には、測位誘導要求
スイー、チ、移動終了スイッチの他に、作業の進み具合
登録用スイッチを含むものである。

（発明の効果） 以上説明した本発明に係る自動追尾式測位誘導装置は、
自動追尾用の光源を内蔵するとともに、固定局よりの自
動追尾には、移動局側にコーナーキューブプリズムを配
設すればよく、またコーナーキューブプリズムの反射可
能角である光軸を中心として所定の範囲に固定局があれ
ば自動追尾が可能となり、このため、固定局は移動局が
概ね固定局方向を向いていれば、移動局の自動追尾が可
能であり、固定局が移動局を自動追尾した後は、固定局
側からの移動局用自動追尾用光線は常時移動局に受光可
能な位置に照射されるようになる。

このため固定局は、所定の範囲内にコーナーキューブプ
リズムが向けられていれば、特別の操作者を必要とせず
に、複数の移動局を順次マイクロコンピュータの指示に
より自動追尾することが可能とすることができるととも
に、移動局も固定局に自動追尾されれば、固定局よりの
光通信送信光兼自動追尾用光線が常に受光可能となって
、固定局を自動追尾することが可能となる。

さらに固定局に広角受光装置を具備させたから複数の移
動局よりの測位誘導要求信号を広範囲において受信待機
することが可能となり、しかも移動局を自動追尾し測位
データを送受信することが必要な状態になると、通信切
換え装置により自動追尾用の挟角受光として特定の受＠
信号しか受付けないために、複数の移動局より移動誘導
要求信号が出されても不必要なＲ＠を避けることができ
る。

そしてまた、移動局は固定局より発せられた光通信信号
を自動追尾と通信の双方に用いているため、単純な光学
系により装置を構成することができ、複数の移動局を必
要とする場合でもコストの低廉化を図ることができる。

さらに作業終了情報を固定局側のマイクロコンピュータ
によって収拾することが可能となるため、複数の作業全
体の進み具合を把握管理し全体の作業能率を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る自動追尾式測位誘導装置の全体を
示す構成図、第２図は固定局と移動局の位置関係を示す
見取り図である。 Ａ・・・・固定局　　　　Ｂ・・・・移動局Ｄ・・・・
光波距離計　　Ｅ・・・・自動追尾投光装置Ｆ・・・・
追尾受光を兼ねた光通上受＠装置Ｇ１、Ｇ２・・・・広
角受光装置 Ｈ１、Ｈ２・・・・発光送＠装置 ８・・・・対物レンズ １６．３６・・・・広角受光センサ １４．３４・・・・広角対物レンズ ２０・・・・通信切換え装置 ２５．４２・・・・マイクロプロセッサ２６．４５−ｅ
−・エンコーダ装置 ２７．４３・・・・水工サーボ系 ２８．４４・・・・垂直サーボ系 ３０・・・・マイクロコンピュータ ３１・・・・コーナーキューブプリズム４６・・・・表
示器　　　４７・・・・操作スイー７千Ｐ〜２、 ＼、 ＼（ ／

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、単一の固定局Ａと複数の移動局Ｂとよりなり、固定
   局Ａには、光波距離計Ｄと、コリメータ光学系１により
   平行光線とし、これを二次的スキャニングするスキャナ
   ー３、４を通して、前記光波距離計Ｄの光軸と平行に照
   射する追尾用光源を備えた自動追尾用投光装置Ｅと、該
   自動追尾用投光装置Ｅから投光された光の反射光を受光
   し、これを電気信号に変更した後、二方に分岐させて、
   一方は前記スキャナー３、４の方向と弁別された前記電
   気信号をもとにマイクロプロセッサ２５でサーボ系２７
   、２８を制御し、他方はデジタル信号に変換して後、挟
   角受信経路に切換える通信切換え装置２０を経てマイク
   ロプロセッサ２５に受け渡すようにした追尾受光を兼ね
   る光通信受信装置Ｆと、後記移動局Ｂの発光送信装置Ｈ
   ２からの光通信信号を広角対物レンズ１４を通して受光
   し、これをデジタル信号に変換して前記通信切換え装置
   ２０に接続し、前記光通信受信装置Ｆの光通信信号と切
   換えてマイクロプロセッサ２５に受け渡すようにした広
   角受信装置Ｇ１と、光波距離計Ｄとエンコーダ装置２６
   により得られた情報をもとに移動局Ｂの作業ポイントを
   計算するマイクロコンピュータ３０及び該マイクロコン
   ピュータ３０による計算情報をマイクロプロセッサ２５
   で制御して移動局Ｂへ光通信する発光送信装置Ｈ１とを
   装備し、 各移動局Ｂのそれぞれには、前記固定局Ａの光波距離計
   Ｄと自動追尾用投光装置Ｅ及び追尾受光を兼ねる光通信
   受信装置Ｆに対応させて、所定の反射可能角を有するコ
   ーナーキュブプリズム３１と、前記固定局Ａの発光送信
   装置Ｈ１からの光線を広角対物レンズ３４により結像さ
   せ、光軸中心から結像点までのズレを広角光センサ３６
   によって検知する広角受信装置Ｇ２と、該検知信号を取
   込みサーボ系４３、４４を制御するとともにエンコーダ
   装置４５の計測値を取込んで測位誘導情報を表示器４６
   に表示し、操作スイッチ４７を具備するマイクロプロセ
   ッサ４２及びエンコーダ装置４５の計測値を光送信信号
   として広角コリメータ３２を通して発信する発光送信装
   置Ｈ２とを装備したことを特徴とする自動追尾式測位誘
   導装置。