JPH0798380A - 自動追尾システム - Google Patents

自動追尾システム

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Publication number
JPH0798380A
JPH0798380A JP5265843A JP26584393A JPH0798380A JP H0798380 A JPH0798380 A JP H0798380A JP 5265843 A JP5265843 A JP 5265843A JP 26584393 A JP26584393 A JP 26584393A JP H0798380 A JPH0798380 A JP H0798380A
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JP
Japan
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target
target object
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tracking
optical device
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Withdrawn
Application number
JP5265843A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Takabayashi
宏士 高林
Takeshi Ashida
武 芦田
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Suzuki Motor Corp
Original Assignee
Suzuki Motor Corp
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Publication date
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  • Optical Communication System (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 目標物が急な坂道や凹凸の激しい不整地を走
行している場合においても、目標物の位置を正確に計測
することができる自動追尾システムを提供すること。 【構成】 移動している目標物上に設置され位置情報を
出力する位置情報出力手段1と、基準位置に設置され前
記位置情報出力手段1からの位置情報により目標物を追
尾するとともに目標物の位置を計測する目標物追尾手段
2とを具備し、位置情報出力手段1が、目標物追尾手段
2に位置情報を出力する目標物側光学装置13と、この
目標物側光学装置13の姿勢を3軸方向に制御する目標
物側駆動装置14と、目標物側光学装置13のローリン
グを検出するローリング検出機構11と、このローリン
グ検出機構11での検出値により目標物側駆動装置14
を制御する目標物側制御装置12とから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動追尾システムに係
り、とくに不整地走行車両の自動追尾に好適な自動追尾
システムに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、工事現場における安全性の向上
や、生産現場における省力化等の要請により、移動物体
の位置をリアルタイムで正確に検知する必要性が高まっ
ている。
【0003】従来の自動追尾システムは、図17に示さ
れるように、移動している目標物上に設置され位置情報
を光学的に出力する移動局71と、基準位置(基地)に
設置され移動局71からの位置情報により目標物を追尾
するとともに目標物の位置を計測する固定局81とから
構成される。
【0004】移動局71は、固定局81からの測距用の
光を反射する反射プリズム72と追尾用の光を送受信す
る受発光部73を有する移動局光学装置74と、この移
動局光学装置74の姿勢を2軸制御する移動局駆動装置
75と、移動局光学装置74の受光データから移動局駆
動装置75を制御する移動局制御装置76とを具備して
いる。
【0005】また、固定局81は、測距用の光の送受信
を行うとともに追尾用の光の送受信を行う固定局光学装
置82と、この固定局光学装置82の姿勢を2軸方向に
制御する固定局駆動装置85と、固定局光学装置82で
の位置情報の受光位置により固定局駆動装置85を制御
するとともに目標物の位置を算出する固定局制御装置8
6とを具備している。
【0006】ここで、各駆動装置における制御可能な2
軸とは、目標物の進行方向(ピッチ軸)と、地面に垂直
な方向(ヨー軸)である。
【0007】次に、上記従来例の動作について説明す
る。
【0008】.固定局光学装置82は、追尾用の光を
出力する。
【0009】.移動局光学装置74は、追尾用の光を
受光すると、受光位置情報を移動局制御装置76に出力
する。
【0010】.移動局制御装置76は、移動局光学装
置74からの受光位置情報により移動局駆動装置75を
制御する。
【0011】次に、移動局光学装置74は、追尾用の光
を出力する。
【0012】.固定局光学装置82は、追尾用の光を
受光すると、受光位置情報を固定局制御装置86に出力
する。
【0013】.固定局制御装置86は、固定局光学装
置82からの受光位置情報により固定局駆動装置85を
制御する。
【0014】これにより、移動局光学装置74と固定局
光学装置82は互いに対向する。そして、目標物の方向
を知ることができる。
【0015】次に、固定局光学装置82は、測距用の光
を出力する。
【0016】.固定局光学装置82からの測距用の光
は、反射プリズム72で反射される。
【0017】.固定局光学装置82は、目標物にて反
射した測距用の光を受光すると、固定局制御装置86に
通知する。
【0018】.固定局制御装置86は、測距用の光が
戻ってくるまでに要した時間から目標物までの距離を算
出する。
【0019】これにより、固定局制御装置86は、目標
物の位置を算出できる。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例においては、目標物駆動装置は、目標物光学装置の
姿勢を2軸方向のみで制御しているために、図18に示
されるように、目標物が勾配のない平坦な場所を走行し
ている場合は目標物の位置を知ることができるが、図1
9に示されるように、目標物が急な坂道や凹凸の激しい
不整地を走行している場合には追尾用の光の光軸は合っ
ていても測距用の光の光軸が合っていないために位置の
計測が不可能になるという不都合があった。
【0021】
【発明の目的】本発明の目的は、かかる従来例の有する
不都合を改善し、とくに目標物が急な坂道や凹凸の激し
い不整地を走行している場合においても、目標物の位置
を正確に計測することができる自動追尾システムを提供
することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】本発明では、移動する目
標物上に設置され位置情報を出力する位置情報出力手段
と、基準位置に固定設置され前記位置情報出力手段から
の位置情報に基づいて前記目標物を追尾すると共に当該
目標物の位置を計測する目標物追尾手段とを備えてい
る。位置情報出力手段は、目標物追尾手段に向けて位置
情報を送信する目標物側光学装置と、この目標物側光学
装置の対地姿勢をローリング軸を含む三軸に分けて駆動
制御し正常位置に常時設定する目標物側駆動装置とによ
り構成されている。そして、目標物側光学装置に、当該
目標物側光学装置のローリングを検出するローリング検
出機構を装備すると共に、このローリング検出機構で検
出されるローリング関連データに基づいて所定の演算を
行い前記目標物側駆動装置にローリング軸用の姿勢制御
データを出力する目標物側制御装置を、目標物側駆動装
置に併設する、という構成を採っている。これによって
前述した目的を達成しようとするものである。
【0023】
【作用】ローリング検出機構は、目標物光学装置のロー
リング情報を目標物制御装置に出力すると、目標物制御
装置は、ロール軸周りの回転角を算出する。
【0024】そして、目標物制御装置は、算出したロー
ル軸周りの回転角に基づいて、目標物駆動装置のロール
方向回転モータを駆動し、ローリング補正を行う。
【0025】これにより、目標物光学装置は、目標物追
尾手段の方向に位置情報を出力することができる。
【0026】
【発明の実施例】以下、本発明の一実施例を図1ないし
図16に基づいて説明する。
【0027】図1の実施例は、移動している目標物上に
設置され位置情報を光学的に出力する位置情報出力手段
1と、基準位置(基地)に設置され位置情報出力手段1
からの位置情報により目標物を追尾するとともに目標物
の位置を計測する目標物追尾手段2とから構成される。
【0028】ここで、位置情報出力手段1は、図2に示
されるように、常に目標物追尾手段2との光の送受信が
できるように、目標物上に設置された柱の頂上に固定さ
れている。
【0029】この図2において、符号5は目標物として
は無線操縦による四輪車を示し、符号6は基準位置に固
定設置された追尾台を示す。この追尾台6上に、前述し
た目標物追尾手段1が装備されている。また、この追尾
台6には、データ処理コンピュータが併設されている。
【0030】この位置情報出力手段1は、目標物追尾手
段2からの光を受光するとともに目標物追尾手段2に位
置情報を出力する目標物側光学装置13と、この目標物
側光学装置13の姿勢を3軸方向に制御する目標物側駆
動装置14と、目標物のローリングを検出するローリン
グ検出機構11と、目標物側光学装置13の受光データ
とローリング検出機構11での検出値より目標物側駆動
装置14を制御する目標物側制御装置12とを具備して
いる。
【0031】ローリング検出機構11は、目標物のロー
ル軸上に置かれ、図3に示されるように、ジャイロ11
1と加速度計112と傾斜計113とから構成されてい
る。但し、これらに限定されるものではない。
【0032】目標物側光学装置13は、図4に示すよう
に、目標物追尾手段2からの測距用の光を反射する反射
鏡131と、目標物追尾手段2に位置情報用の光を出力
する位置情報用光源132と、目標物追尾手段2からの
追尾用の光を受光する目標物側受光部133とを具備し
ている。
【0033】目標物側駆動装置14は、図5および図6
に示すように、目標物側光学装置13をロール方向に回
転させるロール方向回転モータ141と、目標物側光学
装置13を上下方向に回転させる上下方向回転モータ1
42と、目標物側光学装置13を左右方向に回転させる
左右方向回転モータ143と、ロール方向の回転角度を
モニターするエンコーダ144と、上下方向の回転角度
をモニターするエンコーダ145と、左右方向の回転角
度をモニターするエンコーダ146と、ロール方向回転
モータ141を駆動するモータドライバ147と、上下
方向回転モータ142を駆動するモータドライバ148
と、左右方向回転モータ143を駆動するモータドライ
バ149とを具備している。
【0034】また、図6および図15に示すように、ロ
ール方向回転モータ141は、地面に平行で目標物追尾
手段に向う面の中心軸を軸(ロール軸)として目標物側
光学装置13を回転させる。上下方向回転モータ142
は、目標物の進行方向を軸(ピッチ軸)として目標物側
光学装置13を回転させる。左右方向回転モータ143
は、地面に垂直な方向を軸(ヨー軸)として目標物側光
学装置13を回転させる。
【0035】目標物追尾手段2は、目標物からの光を受
光する追尾光学装置22と、この追尾光学装置22の姿
勢を2軸方向に制御する追尾駆動装置23と、追尾光学
装置22での受光状態により追尾駆動装置23を制御す
るとともに目標物の位置を算出する追尾制御装置21と
を具備している。
【0036】この内、追尾光学装置22は、図7に示す
ように、目標物との距離を計測するための測距用の光を
出力する測距用光源221と、目標物にて反射した測距
用の光を受光する測距用受光部222と、目標物に追尾
用の光を出力する追尾用光源223と、目標物からの位
置情報用の光を受光する追尾用受光部224とを具備し
ている。
【0037】追尾駆動装置23は、図8に示すように、
追尾光学装置22を上下方向に回転させる上下方向回転
モータ231と、追尾光学装置22を左右方向に回転さ
せる左右方向回転モータ232と、上下方向の回転角度
をモニターするエンコーダ233と、左右方向の回転角
度をモニターするエンコーダ234と、上下方向回転モ
ータ231を駆動するモータドライバ235と、左右方
向回転モータ232を駆動するモータドライバ236と
を具備している。
【0038】そして、図9に示すように、追尾光学装置
22の測距用光源221と測距用受光部222とは近接
した位置に設置されており、しかも目標物側光学装置1
3の反射鏡131と対向するように構成されている。
【0039】また、図9に示されるように、追尾光学装
置22の追尾用光源223と目標物側光学装置13の目
標物側受光部133は対向するように構成されている。
【0040】さらに、図9に示されるように、追尾光学
装置22の追尾用受光部224と目標物側光学装置13
の位置情報用光源132とは対向するように構成されて
いる。
【0041】目標物側受光部133および追尾用受光部
224は、図10に示されるように、外乱光を除去する
フィルタ311と、光の重心を検出し電気信号に変換す
る二次元位置検出素子(PSD)312と、フィルタ3
11を透過した光を二次元位置検出素子312上に収束
させるレンズ313とを備えている。
【0042】二次元位置検出素子312は、図11およ
び図13に示されるように、平板状シリコンの表面にP
層,裏面にN層,そして中間にあるI層の3層から構成
されている。そして、表面に入射した光は、光電変換さ
れ光電流としてP層に付けられた4つの電極A,A’,
B,B’から分割出力される。なお、左右方向(X方
向)の位置データは電極A,A’から出力され、上下方
向(Y方向)の位置データは電極B,B’から出力され
る。
【0043】二次元位置検出素子312に光スポットが
入射されると、入射位置には光エネルギーに比例した電
荷が発生する。発生した電荷は光電流として抵抗層すな
わちP層を通り、各電極より出力されるが、抵抗層は全
面に均一な抵抗値を持つように作られているので、光電
流は電極までの距離に逆比例して分割され取り出され
る。ここで、左右方向(X方向)については図12に示
されるように電極B,B’間の距離をL、光電流を
0、電極Bから取り出される電流をI1、電極B’から
取り出される電流をI2(I0=I1+I2)とすれば、以
下のような関係がある。
【0044】(a).二次元位置検出素子312の中心
を原点とした場合、
【0045】 I1 = I0 (1 − 2XA / L) / 2 (1)
【0046】ここで、XAは原点から入射位置までの距
離である。
【0047】 I2 = I0 (1 + 2XA / L) / 2 (2)
【0048】 (I2 − I1)/(I2 + I1) = 2XA / L (3)
【0049】 I1 / I2 = (L − 2XA) / (L + 2XA) (4)
【0050】(b).二次元位置検出素子312の端を
原点とした場合、
【0051】 I1 = I0 (L − XB) / L (5)
【0052】ここで、XBは原点から入射位置までの距
離である。
【0053】 I2 = I0 × XB / L (6)
【0054】 (I2 − I1) / (I2 + I1) = (2XB − L) / L (7)
【0055】 I1 / I2 = (L − XB) / XB (8)
【0056】このように、I1,I2の差または比を求め
ることにより(3)式,(4)式,(7)式,(8)式
に示されるように入射光エネルギーとは無関係に、光の
入射位置を求めることができる。
【0057】また、追尾制御装置21は、図2に示され
るようにコンピュータにより実現することも可能であ
る。
【0058】次に、本実施例の動作について説明する。
【0059】(1).目標物におけるローリング補正の
場合:
【0060】.目標物において、ローリング検出機構
11は、目標物のローリングによる加速度や傾斜角を検
出し(図14のステップS1)、検出データを目標物側
制御装置12に出力する。
【0061】.目標物側制御装置12は、ローリング
検出機構11からの検出データに基づいてロール方向の
回転角を算出する(図14のステップS2)。
【0062】.さらに、目標物側制御装置12は、ロ
ール方向の回転角に基づいて、モータ駆動の指令値を算
出する(図14のステップS3)。
【0063】.また、目標物側制御装置12は、ロー
リングが垂直方向に対して右回転か左回転かをチェック
する(図14のステップS4)。
【0064】.図16の(a)に示されるように、ロ
ーリングが垂直方向に対して右回転であれば、目標物側
制御装置12は、ロール方向回転モータ141が左回転
するように、モータドライバ147にモータ駆動信号を
出力する(図14のステップS5)。
【0065】一方、図6の(c)に示されるように、ロ
ーリングが垂直方向に対して左回転であれば、目標物側
制御装置12は、ロール方向回転モータ141が右回転
するように、モータドライバ147にモータ駆動信号を
出力する(図14のステップS6)。
【0066】モータドライバ147は、所定の駆動電流
をロール方向回転モータ141に出力する。
【0067】.目標物側制御装置12は、エンコーダ
144の出力をチェックして、ロール方向の回転角をモ
ニターする。そして、図16の(b)あるいは(d)に
示されるように、回転角が所定の角度に達すると、モー
タドライバ147へのモータ駆動信号の出力を停止す
る。
【0068】モータドライバ147は、ロール方向回転
モータ141への駆動電流の出力を停止する。
【0069】上記処理を一定時間毎に繰り返して行うこ
とにより、目標物側光学装置13が追尾光学装置22と
常に対向するように、ローリングを補正することができ
る。
【0070】(2).目標物を追尾する場合:
【0071】.目標物追尾手段2において、追尾制御
装置21は、追尾用光源223から追尾用の光を出力す
る。
【0072】.目標物側受光部133は、目標物追尾
手段2からの追尾用光を受光すると、その光の重心位置
データを目標物側制御装置12に出力する。
【0073】−1.目標物側制御装置12は、目標物
側受光部133からの重心位置データに基づいて、追尾
用光の重心が目標物側受光部133の中心に位置するよ
うに、目標物側光学装置13の上下方向および左右方向
の回転角を算出する。
【0074】−2.目標物側制御装置12は、目標物
側光学装置13の上下方向の回転角から上下方向回転モ
ータ142駆動の指令値を算出する。
【0075】また、目標物側制御装置12は、目標物側
光学装置13の左右方向の回転角から左右方向回転モー
タ143駆動の指令値を算出する。
【0076】−3.目標物側制御装置12は、上下方
向回転モータ142駆動の指令値および回転方向によ
り、上下方向回転モータ142のモータドライバ148
にモータ駆動信号を出力する。
【0077】また、目標物側制御装置12は、左右方向
回転モータ143駆動の指令値および回転方向により、
左右方向回転モータ143のモータドライバ149にモ
ータ駆動信号を出力する。
【0078】モータドライバ148は所定の駆動電流を
上下方向回転モータ142に出力する。
【0079】また、モータドライバ149は所定の駆動
電流を左右方向回転モータ143に出力する。
【0080】.目標物側制御装置12は、各エンコー
ダ145,146の出力をチェックして、上下方向の回
転角および左右方向の回転角をモニターする。そして、
回転角が所定の角度に達すると、モータドライバ14
8,149へのモータ駆動信号の出力を停止する。
【0081】.目標物側制御装置12は、目標物側受
光部133からの重心位置データが目標物側受光部13
3の中心位置に移動したことを確認すると、位置情報用
光源132を駆動して目標物追尾手段2に位置情報用の
光を出力する。
【0082】.追尾用受光部224は、目標物からの
位置情報用光を受光すると、その光の重心位置データを
追尾制御装置21に出力する。
【0083】−1.追尾制御装置21は、追尾用受光
部224からの重心位置データに基づいて、位置情報用
光の重心が追尾用受光部224の中心に位置するよう
に、追尾光学装置22の上下方向および左右方向の回転
角を算出する。
【0084】−2.追尾制御装置21は、追尾光学装
置22の上下方向の回転角から上下方向回転モータ23
1駆動の指令値を算出する。
【0085】また、追尾制御装置21は、追尾光学装置
22の左右方向の回転角から左右方向回転モータ232
駆動の指令値を算出する。
【0086】−3.追尾制御装置21は、上下方向回
転モータ231駆動の指令値および回転方向により、上
下方向回転モータ231のモータドライバ235にモー
タ駆動信号を出力する。
【0087】また、追尾制御装置21は、左右方向回転
モータ232駆動の指令値および回転方向により、左右
方向回転モータ232のモータドライバ236にモータ
駆動信号を出力する。
【0088】モータドライバ235は所定の駆動電流を
上下方向回転モータ231に出力する。
【0089】また、モータドライバ236は所定の駆動
電流を左右方向回転モータ232に出力する。
【0090】.追尾制御装置21は、各エンコーダ2
33,234の出力をチェックして、上下方向の回転角
および左右方向の回転角をモニターする。そして、回転
角が所定の角度に達すると、モータドライバ235,2
36へのモータ駆動信号の出力を停止する。
【0091】(3).目標物の位置を算出する場合:
【0092】.追尾制御装置21は、上記(2)の処
理により、目標物の方向を算出する。
【0093】.次に、追尾制御装置21は、測距用光
源221を駆動し測距用光を目標物に出力すると同時
に、タイマーをスタートさせる。
【0094】.目標物追尾手段2からの測距用光は、
目標物側光学装置13の反射鏡131にて反射される。
【0095】.測距用受光部222は、目標物にて反
射した測距用光を受光すると、追尾制御装置21に通知
する。
【0096】.追尾制御装置21は、測距用受光部2
22から受光通知を受けると、タイマーをストップさ
せ、測距用光を出力してから受光するまでに要した時間
を算出する。
【0097】そして、追尾制御装置21は、その時間と
測距用光の速度とから目標物までの距離を算出する。
【0098】これにより、目標物の3次元位置を求める
ことができる。
【0099】
【発明の効果】本発明は以上のように構成され機能する
ので、これによると、目標物の姿勢にかかわらず基地局
との光軸を常に一致させることができ、これがため、不
整地走行時においても目標物の正確に追尾することが可
能となるという従来にない優れた自動追尾システムを提
供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図2】図1の実施例を説明するための説明図である。
【図3】図1におけるローリング検出機構の構成例を示
す構成図である。
【図4】図1における目標物側光学装置の詳細を示す構
成図である。
【図5】図1における目標物側駆動装置の詳細を示す構
成図である。
【図6】図1における目標物側光学装置と目標物駆動装
置の関係を示す構成図である。
【図7】図1における追尾光学装置の詳細を示す構成図
である。
【図8】図1における追尾駆動装置の詳細を示す構成図
である。
【図9】図1における目標物側光学装置と追尾光学装置
の関係を示す構成図で、図9(a)は一つの具体例を示
し、図9(b)は他の具体例を示す。
【図10】図1における目標物側受光部および追尾用受
光部の詳細を示す構成図である。
【図11】図10における二次元位置検出素子の詳細を
説明するための説明図である。
【図12】図10における二次元位置検出素子の動作を
説明するための説明図(断面図)である。
【図13】図10における二次元位置検出素子の動作を
説明するための説明図である。
【図14】目標物におけるローリング補正の動作を説明
するためのフローチャートである。
【図15】不整地走行時における目標物と位置情報出力
手段の姿勢を説明するための説明図で、図15(a)は
正常走行状態を示し、図15(b)は前傾走行状態を示
し、図15(c)は後傾走行状態を示す。
【図16】目標物におけるローリング補正の動作を説明
するための説明図で、図16(a)は後傾状態の場合の
補正動作を示し、図16(b)は前傾状態の場合の補正
動作を示す。
【図17】従来例を示す構成図であり、図17(a)は
海土の移動局の例を示し、図17(b)は移動局が地土
の場合の例を示す。
【図18】従来例の動作を説明するための説明図であ
る。
【図19】不整地走行時における従来例の動作を説明す
るための説明図である。
【符号の説明】
1 位置情報出力手段 2 目標物追尾手段 11 ローリング検出機構 12 目標物側制御装置 13 目標物側光学装置 14 目標物側駆動装置 21 追尾制御装置 22 追尾光学装置 23 追尾駆動装置 111 ジャイロ 112 加速度計 113 傾斜計 131 反射鏡 132 位置情報用光源 133 目標物側受光部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G05D 3/00 L 9179−3H H04B 10/105 10/10 10/22

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 移動する目標物上に設置され位置情報を
    出力する位置情報出力手段と、基準位置に固定設置され
    前記位置情報出力手段からの位置情報に基づいて前記目
    標物を追尾すると共に当該目標物の位置を計測する目標
    物追尾手段とを備えた自動追尾システムにおいて、 前記位置情報出力手段を、前記目標物追尾手段に向けて
    位置情報を送信する目標物側光学装置と、この目標物側
    光学装置の対地姿勢をローリング軸を含む三軸に分けて
    駆動制御し正常位置に常時設定する目標物側駆動装置と
    により構成し、 前記目標物側光学装置に当該目標物側光学装置のローリ
    ングを検出するローリング検出機構を装備すると共に、
    このローリング検出機構で検出されるローリング関連デ
    ータに基づいて所定の演算を行い前記目標物側駆動装置
    にローリング軸用の姿勢制御データを出力する目標物側
    制御装置を、前記目標物側駆動装置に併設したことを特
    徴とする自動追尾システム。
  2. 【請求項2】 前記ローリング検出機構が、ジャイロ,
    加速度計及び傾斜計等によって構成されていることを特
    徴とした請求項1記載の自動追尾システム。
JP5265843A 1993-09-29 1993-09-29 自動追尾システム Withdrawn JPH0798380A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6603865B1 (en) 2000-01-27 2003-08-05 President Of Nagoya University System for optically performing position detection and data communication
CN102591364A (zh) * 2012-03-30 2012-07-18 常熟市赵市水磨粉厂 太阳能跟踪系统

Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6603865B1 (en) 2000-01-27 2003-08-05 President Of Nagoya University System for optically performing position detection and data communication
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