JPH09196671A - 双方向自動追尾システムによる位置決め方法及び装置 - Google Patents
双方向自動追尾システムによる位置決め方法及び装置Info
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- JPH09196671A JPH09196671A JP8008086A JP808696A JPH09196671A JP H09196671 A JPH09196671 A JP H09196671A JP 8008086 A JP8008086 A JP 8008086A JP 808696 A JP808696 A JP 808696A JP H09196671 A JPH09196671 A JP H09196671A
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- Numerical Control (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 伸縮、回転が自由な作業アームで所要の仕事
をする作業用車両を自動化（無人化）、ロボット化して
位置的精度の高い仕事を行わせる双方向自動追尾システ
ムによる位置決め方法と位置決め装置を提供する。 【解決手段】 車両を視準する固定局の設置位置を原点
とする作業対象区域全体の座標系を定め、前記車両に前
記固定局を視準する移動局を設置し、該移動局を原点又
は既知点とし車両の進行方向に一つの座標軸をとった局
所座標系を定め、車両の作業アームの取付け位置、アー
ムの回転角、アーム水平投影長さを測定してアーム先端
の作業ポイントの座標を算出し、前記作業ポイントの座
標を全体座標系へ座標変換して全体座標系における作業
ポイントの位置をリアルタイムに算出し、車両を目的位
置へ誘導し、作業アームを目的位置へ位置決めする。
をする作業用車両を自動化（無人化）、ロボット化して
位置的精度の高い仕事を行わせる双方向自動追尾システ
ムによる位置決め方法と位置決め装置を提供する。 【解決手段】 車両を視準する固定局の設置位置を原点
とする作業対象区域全体の座標系を定め、前記車両に前
記固定局を視準する移動局を設置し、該移動局を原点又
は既知点とし車両の進行方向に一つの座標軸をとった局
所座標系を定め、車両の作業アームの取付け位置、アー
ムの回転角、アーム水平投影長さを測定してアーム先端
の作業ポイントの座標を算出し、前記作業ポイントの座
標を全体座標系へ座標変換して全体座標系における作業
ポイントの位置をリアルタイムに算出し、車両を目的位
置へ誘導し、作業アームを目的位置へ位置決めする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、建設の各種工事
に使用される、特に伸縮、回転が自由な作業アームを備
えて地面上を走行移動し作業アームで所要の仕事をする
掘削機、ブルドーザ、削孔機などの作業用車両（車両型
作業機）を自動化（無人化）、ロボット化して位置的精
度の高い仕事を行わせるための双方向自動追尾システム
による位置決め方法と、同方法を実施する位置決め装置
に関する。
に使用される、特に伸縮、回転が自由な作業アームを備
えて地面上を走行移動し作業アームで所要の仕事をする
掘削機、ブルドーザ、削孔機などの作業用車両（車両型
作業機）を自動化（無人化）、ロボット化して位置的精
度の高い仕事を行わせるための双方向自動追尾システム
による位置決め方法と、同方法を実施する位置決め装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】人口構成の高齢化、老齢化のため、建設
業においても各種工事の自動化、ロボット化への期待、
要請が高まっている。建設業の場合は土地又はその定着
物を相手に仕事をするので、製造業の場合とは異なっ
て、ロボットを定位置に置いて対象物（被処理物）をコ
ンベアラインに載せてロボットの位置まで持ってくるこ
とはできない。逆に、ロボットの方を土地又は定着物の
必要位置へ移動させ位置決めする誘導操作が必要にな
る。すなわち、所定の作業位置で所定の方向に向くよう
にロボット（車両）を誘導し、同車両の作業アーム先端
の作業ポイントの位置決めをすることが重要である。
業においても各種工事の自動化、ロボット化への期待、
要請が高まっている。建設業の場合は土地又はその定着
物を相手に仕事をするので、製造業の場合とは異なっ
て、ロボットを定位置に置いて対象物（被処理物）をコ
ンベアラインに載せてロボットの位置まで持ってくるこ
とはできない。逆に、ロボットの方を土地又は定着物の
必要位置へ移動させ位置決めする誘導操作が必要にな
る。すなわち、所定の作業位置で所定の方向に向くよう
にロボット（車両）を誘導し、同車両の作業アーム先端
の作業ポイントの位置決めをすることが重要である。
【０００３】従来、上述の要請に応える位置決め方法乃
至位置決め装置としては、次のようなものが散見され
る。 特開昭６２ー２１２８１０号公報に記載された自動
案内車両システムは、倉庫や工業プラント内の予定され
た帯域内において無人車両を予定された移動路上を案内
するための自動案内車両システム（ＡＧＶＳ）に関する
もので、操縦機構を制御する駆動コントローラを備える
無人車両と、位置表示器（ビーコン）と、前記複数の位
置表示器それぞれの座標位置を記憶する車両上のメモ
リ、及び車両に予定された移動路を表す経路ベクトルを
記憶するメモリ、前記位置表示器を光学的に走査する手
段、及び前記光学的走査に基づいて車両の位置及び方位
を指示するデータ信号の発生手段とを備える車両上の第
１走行制御部と、前記第１走行制御部のデータ信号によ
り指示される車両位置及び方位の変化を指示するデータ
信号の発生手段を備える車両上の第２走行制御部と、前
記第１及び第２走行制御部により発生された前記データ
信号及び記憶された前記経路ベクトルに応答して車両が
前記の移動路に従うように前記ドライブコントローラに
て前記操縦機構を制御せしめる車両上の駆動手段を備え
た構成である（以下、これをニコライ発明と言う）。 特開平７ー１５０５９６号公報に記載されたパワー
ショベルの掘削位置表示装置は、上部旋回体にブームと
アーム及びバケットを有するパワーショベルのバケット
先端位置（掘削位置）の座標を、ブームフートとブーム
トップとを結ぶ線分ブーム長さ、ブームトップとアーム
トップとを結ぶ線分アーム長さ、及びアームトップとバ
ケット先端部とを結ぶ線分バケット長さと、ブーム角、
アーム角、及びバケット角とを用いて演算部で算出し、
該算出値を表示部に表示する掘削表示装置において、バ
ケットの先端部位の座標位置の算出値と実測値との差異
に基づき、前記ブーム角、アーム角及びバケット角を計
測する各角度センサの検出値の係数を補正する手段を前
記演算部に設けた構成である（以下、これを住友発明と
言う）。 特公平７ー２１７２８号公報に記載されたビーム光
利用の作業車誘導装置は、地上側に、車体が走行する設
定走行軌跡の長さ方向に沿って誘導用ビーム光を設定速
度で走査しながら投射するビーム光投射手段が設けら
れ、車体には、前記の誘導用ビーム光を受光する受光手
段と、受光手段の受光情報に基づいて前記車体が前記設
定走行軌跡に沿って自動走行するように誘導する誘導手
段とが設けられている。そして、前記受光手段は、一つ
の誘導用の主受光器と、主受光器からビーム光走査方向
並びにビーム光投射方向に間隔を隔てて位置する一対の
補助受光器とを備え、更に、前記主受光器を中心に旋回
自在に設けられ、前記一対の補助受光器の一方が前記誘
導用ビーム光を受光した時点から前記主受光器が前記誘
導用ビーム光を受光するまでの時間差と、前記主受光器
が前記誘導用受光器の他方が前記誘導用ビーム光を受光
するまでの時間差とに基づいて、前記主受光器の受光面
が前記受光ビーム光投射手段の設置方向を向くように、
前記受光手段を前記主受光器を中心に自動的に旋回操作
する光源追尾手段が設けられた構成である（以下、これ
をクボタ発明と言う）。
至位置決め装置としては、次のようなものが散見され
る。 特開昭６２ー２１２８１０号公報に記載された自動
案内車両システムは、倉庫や工業プラント内の予定され
た帯域内において無人車両を予定された移動路上を案内
するための自動案内車両システム（ＡＧＶＳ）に関する
もので、操縦機構を制御する駆動コントローラを備える
無人車両と、位置表示器（ビーコン）と、前記複数の位
置表示器それぞれの座標位置を記憶する車両上のメモ
リ、及び車両に予定された移動路を表す経路ベクトルを
記憶するメモリ、前記位置表示器を光学的に走査する手
段、及び前記光学的走査に基づいて車両の位置及び方位
を指示するデータ信号の発生手段とを備える車両上の第
１走行制御部と、前記第１走行制御部のデータ信号によ
り指示される車両位置及び方位の変化を指示するデータ
信号の発生手段を備える車両上の第２走行制御部と、前
記第１及び第２走行制御部により発生された前記データ
信号及び記憶された前記経路ベクトルに応答して車両が
前記の移動路に従うように前記ドライブコントローラに
て前記操縦機構を制御せしめる車両上の駆動手段を備え
た構成である（以下、これをニコライ発明と言う）。 特開平７ー１５０５９６号公報に記載されたパワー
ショベルの掘削位置表示装置は、上部旋回体にブームと
アーム及びバケットを有するパワーショベルのバケット
先端位置（掘削位置）の座標を、ブームフートとブーム
トップとを結ぶ線分ブーム長さ、ブームトップとアーム
トップとを結ぶ線分アーム長さ、及びアームトップとバ
ケット先端部とを結ぶ線分バケット長さと、ブーム角、
アーム角、及びバケット角とを用いて演算部で算出し、
該算出値を表示部に表示する掘削表示装置において、バ
ケットの先端部位の座標位置の算出値と実測値との差異
に基づき、前記ブーム角、アーム角及びバケット角を計
測する各角度センサの検出値の係数を補正する手段を前
記演算部に設けた構成である（以下、これを住友発明と
言う）。 特公平７ー２１７２８号公報に記載されたビーム光
利用の作業車誘導装置は、地上側に、車体が走行する設
定走行軌跡の長さ方向に沿って誘導用ビーム光を設定速
度で走査しながら投射するビーム光投射手段が設けら
れ、車体には、前記の誘導用ビーム光を受光する受光手
段と、受光手段の受光情報に基づいて前記車体が前記設
定走行軌跡に沿って自動走行するように誘導する誘導手
段とが設けられている。そして、前記受光手段は、一つ
の誘導用の主受光器と、主受光器からビーム光走査方向
並びにビーム光投射方向に間隔を隔てて位置する一対の
補助受光器とを備え、更に、前記主受光器を中心に旋回
自在に設けられ、前記一対の補助受光器の一方が前記誘
導用ビーム光を受光した時点から前記主受光器が前記誘
導用ビーム光を受光するまでの時間差と、前記主受光器
が前記誘導用受光器の他方が前記誘導用ビーム光を受光
するまでの時間差とに基づいて、前記主受光器の受光面
が前記受光ビーム光投射手段の設置方向を向くように、
前記受光手段を前記主受光器を中心に自動的に旋回操作
する光源追尾手段が設けられた構成である（以下、これ
をクボタ発明と言う）。
【０００４】
【本発明が解決しようとする課題】従来の上記〜に
開示された位置決め方法乃至位置決め装置は、それぞれ
個性的な技術内容であるが、これらを建設の各種工事に
使用される作業用車両の自動化、ロボット化に採用して
仕事を行わせる場合には、大要、次のような問題点があ
る。 （１）上記のニコライ発明の場合、倉庫や工業プラン
ト内の予定された帯域内において、予定された移動路上
を走行する車両の無人運転、そして、積み荷の運搬等に
は威力を発揮するであろう。しかし、自由な移動路の変
更や作業場所の変更が困難である。一方、建設工事を遂
行する作業用車両のように、作業対象区域は特定され、
作業順序もある程度は決められるが、車両に予定された
移動路を設定しがたく、個々の車両を固有の作業位置へ
誘導して固有の作業をさせることが望ましいのが実情で
あるため、この種の自動案内車両システムの採用は適切
でない。 （２）上記の住友発明の場合は、正に建設工事用車両
の一種であるパワーショベルの掘削位置表示装置である
から、大いに参照されるところであるが、作業対象区域
の全体を見渡した全体座標系の中での位置表示ではない
から、同パワーショベルを作業対象区域全体の中で特定
の位置へ誘導し作業させるような自動化には寄与しな
い。 （３）上記のクボタ発明は、ビーム光利用の誘導シス
テムであり、光源追尾システムを備えているが、双方向
追尾システムではないから、車両を作業区域の目的位置
へ誘導して位置的精度が高い仕事を行わせることまでは
できない。 （４）従って、本発明の目的は、建設の各種工事に使用
される、特には伸縮、回転が自由な作業アームを備えて
地面上を自由に走行移動し、作業アームで所要の仕事を
する掘削機、ブルドーザ、削孔機などの作業用車両を自
動化（無人化）、ロボット化して位置的精度の高い仕事
を行わせるための双方向自動追尾システムによる位置決
め方法と、同方法を実施する位置決め装置を提供するこ
とである。
開示された位置決め方法乃至位置決め装置は、それぞれ
個性的な技術内容であるが、これらを建設の各種工事に
使用される作業用車両の自動化、ロボット化に採用して
仕事を行わせる場合には、大要、次のような問題点があ
る。 （１）上記のニコライ発明の場合、倉庫や工業プラン
ト内の予定された帯域内において、予定された移動路上
を走行する車両の無人運転、そして、積み荷の運搬等に
は威力を発揮するであろう。しかし、自由な移動路の変
更や作業場所の変更が困難である。一方、建設工事を遂
行する作業用車両のように、作業対象区域は特定され、
作業順序もある程度は決められるが、車両に予定された
移動路を設定しがたく、個々の車両を固有の作業位置へ
誘導して固有の作業をさせることが望ましいのが実情で
あるため、この種の自動案内車両システムの採用は適切
でない。 （２）上記の住友発明の場合は、正に建設工事用車両
の一種であるパワーショベルの掘削位置表示装置である
から、大いに参照されるところであるが、作業対象区域
の全体を見渡した全体座標系の中での位置表示ではない
から、同パワーショベルを作業対象区域全体の中で特定
の位置へ誘導し作業させるような自動化には寄与しな
い。 （３）上記のクボタ発明は、ビーム光利用の誘導シス
テムであり、光源追尾システムを備えているが、双方向
追尾システムではないから、車両を作業区域の目的位置
へ誘導して位置的精度が高い仕事を行わせることまでは
できない。 （４）従って、本発明の目的は、建設の各種工事に使用
される、特には伸縮、回転が自由な作業アームを備えて
地面上を自由に走行移動し、作業アームで所要の仕事を
する掘削機、ブルドーザ、削孔機などの作業用車両を自
動化（無人化）、ロボット化して位置的精度の高い仕事
を行わせるための双方向自動追尾システムによる位置決
め方法と、同方法を実施する位置決め装置を提供するこ
とである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めの手段として、請求項１に記載した発明は、地面上を
走行し移動する車両が伸縮、回転自由な作業アームを備
え、該作業アームで所要の仕事をする場合の双方向自動
追尾システムによる位置決め方法であって、前記車両を
視準する固定局を設置して、該固定局の設置位置を原点
とする作業対象区域全体の座標系（Ｘ，Ｙ）を定めるこ
と、前記車両に前記固定局を視準する移動局を設置し
て、該移動局を原点又は既知点とし車両の進行方向に一
つの座標軸をとった局所座標系（ｘ，ｙ）を定めるこ
と、車両の作業アームの取付け位置（ｘ1 ，ｙ1 ）、ア
ームの回転角φ、アーム水平投影長さＬを測定してアー
ム先端の作業ポイントの座標（ｘ2 ，ｙ2 ）を算出する
こと、前記作業ポイントの座標（ｘ2 ，ｙ2 ）を前記全
体座標系（Ｘ，Ｙ）へ座標変換して全体座標系における
作業ポイントの位置（Ｘ2 ，Ｙ2 ）をリアルタイムに算
出し、その算出値に基いて車両を目的位置へ誘導し、作
業アームを目的位置へ位置決めすることをそれぞれ特徴
とする。
めの手段として、請求項１に記載した発明は、地面上を
走行し移動する車両が伸縮、回転自由な作業アームを備
え、該作業アームで所要の仕事をする場合の双方向自動
追尾システムによる位置決め方法であって、前記車両を
視準する固定局を設置して、該固定局の設置位置を原点
とする作業対象区域全体の座標系（Ｘ，Ｙ）を定めるこ
と、前記車両に前記固定局を視準する移動局を設置し
て、該移動局を原点又は既知点とし車両の進行方向に一
つの座標軸をとった局所座標系（ｘ，ｙ）を定めるこ
と、車両の作業アームの取付け位置（ｘ1 ，ｙ1 ）、ア
ームの回転角φ、アーム水平投影長さＬを測定してアー
ム先端の作業ポイントの座標（ｘ2 ，ｙ2 ）を算出する
こと、前記作業ポイントの座標（ｘ2 ，ｙ2 ）を前記全
体座標系（Ｘ，Ｙ）へ座標変換して全体座標系における
作業ポイントの位置（Ｘ2 ，Ｙ2 ）をリアルタイムに算
出し、その算出値に基いて車両を目的位置へ誘導し、作
業アームを目的位置へ位置決めすることをそれぞれ特徴
とする。
【０００６】次に、請求項２に記載した発明は、地面上
を走行し移動する車両が伸縮、回転自由な作業アームを
備え、該作業アームで所要の仕事をする場合の双方向自
動追尾システムによる位置決め装置であって、前記車両
を視準するように設置された固定局と、前記車両に設置
された前記固定局を視準する移動局と、演算処理装置と
から成り、固定局と移動局との間で双方向自動追尾が行
われること、前記演算処理装置に、固定局の設置位置を
原点又は既知点とする作業対象区域全体の座標系（Ｘ，
Ｙ）、および前記移動局を原点とし車両の進行方向に一
つの座標軸をとった局所座標系（ｘ，ｙ）が設定されて
いること、車両の作業アームの取付け位置（ｘ1 ，
ｙ1 ）、アームの回転角φ、アームの水平投影長さＬの
各測定値をそれぞれ前記演算処理装置へ入力してアーム
先端の作業ポイントの座標（ｘ2 ，ｙ2 ）を算出させ、
かくして算出された作業ポイントの座標を前記全体座標
系（Ｘ，Ｙ）へ座標変換して全体座標系における作業ポ
イントの位置（Ｘ2 ，Ｙ2 ）がリアルタイムに算出され
ること、前記演算結果に基き、固定局と移動局との双方
向自動追尾システムにより車両を目的位置へ誘導し、作
業アームが目的位置へ位置決めされることををそれぞれ
特徴とする。
を走行し移動する車両が伸縮、回転自由な作業アームを
備え、該作業アームで所要の仕事をする場合の双方向自
動追尾システムによる位置決め装置であって、前記車両
を視準するように設置された固定局と、前記車両に設置
された前記固定局を視準する移動局と、演算処理装置と
から成り、固定局と移動局との間で双方向自動追尾が行
われること、前記演算処理装置に、固定局の設置位置を
原点又は既知点とする作業対象区域全体の座標系（Ｘ，
Ｙ）、および前記移動局を原点とし車両の進行方向に一
つの座標軸をとった局所座標系（ｘ，ｙ）が設定されて
いること、車両の作業アームの取付け位置（ｘ1 ，
ｙ1 ）、アームの回転角φ、アームの水平投影長さＬの
各測定値をそれぞれ前記演算処理装置へ入力してアーム
先端の作業ポイントの座標（ｘ2 ，ｙ2 ）を算出させ、
かくして算出された作業ポイントの座標を前記全体座標
系（Ｘ，Ｙ）へ座標変換して全体座標系における作業ポ
イントの位置（Ｘ2 ，Ｙ2 ）がリアルタイムに算出され
ること、前記演算結果に基き、固定局と移動局との双方
向自動追尾システムにより車両を目的位置へ誘導し、作
業アームが目的位置へ位置決めされることををそれぞれ
特徴とする。
【０００７】
【発明の実施形態及び実施例】請求項１及び２の発明
は、地面上等を走行し移動する車両が伸縮、回転自由な
作業アームを備え、該作業アームで所要の仕事をする掘
削機、ブルドーザ、パワーショベル、削孔機、地盤改良
用の深層混合処理機等の土工機械のほか、タイル貼り機
械、コンクリート壁打設機、床コンクリート打設及び均
し機、天井仕上げ機などの内装工事機械、或いは耕運機
などの農業機械などの作業対象区域内における誘導と位
置制御に好適に実施される。
は、地面上等を走行し移動する車両が伸縮、回転自由な
作業アームを備え、該作業アームで所要の仕事をする掘
削機、ブルドーザ、パワーショベル、削孔機、地盤改良
用の深層混合処理機等の土工機械のほか、タイル貼り機
械、コンクリート壁打設機、床コンクリート打設及び均
し機、天井仕上げ機などの内装工事機械、或いは耕運機
などの農業機械などの作業対象区域内における誘導と位
置制御に好適に実施される。
【０００８】図１に全体の平面的なシステム概念図を示
したように、双方向自動追尾システムによる車両の位置
決め方法の前提条件として、まず車両Ｍを視準する固定
局Ａを既知点（Ｘ0 ，Ｙ0 ）に設置し、同じく既知点で
ある基準点Ｃを固定局Ａで視準させることにより，同固
定局Ａの設置位置を原点とする作業対象区域全体の座標
系（Ｘ，Ｙ）を定め，それを演算処理装置へ入力し記憶
させる。固定局Ａの設置場所は、常時移動局を視準する
ことができ、他の施工の妨げにならず、設置した場所迄
の往来が容易な通路を確保できる条件を満たすことが望
ましい。
したように、双方向自動追尾システムによる車両の位置
決め方法の前提条件として、まず車両Ｍを視準する固定
局Ａを既知点（Ｘ0 ，Ｙ0 ）に設置し、同じく既知点で
ある基準点Ｃを固定局Ａで視準させることにより，同固
定局Ａの設置位置を原点とする作業対象区域全体の座標
系（Ｘ，Ｙ）を定め，それを演算処理装置へ入力し記憶
させる。固定局Ａの設置場所は、常時移動局を視準する
ことができ、他の施工の妨げにならず、設置した場所迄
の往来が容易な通路を確保できる条件を満たすことが望
ましい。
【０００９】一方、前記車両Ｍ上に前記固定局Ａを視準
する移動局Ｂを設置し、図２に示したように該移動局Ｂ
の既知点（ｘ0 ，ｙ0 ）を原点（車両原点）とし車両の
進行方向（車軸方向）に一つの座標軸ｙをとった局所座
標系（ｘ，ｙ）を定める。また、前記車軸方向の角度ψ
が０となるように角度原点を調整し設定する。そして、
前記車両Ｍ上に設定した局所座標系（ｘ，ｙ）における
作業アームの取付け位置（ｘ1 ，ｙ1 ）を求め、更にア
ームの回転角φ、アーム水平投影長さＬを測定すると、
これらの測定値に基いて局所座標系におけるアーム先端
の作業ポイントの座標（ｘ2 ，ｙ2 ）を次式で算出でき
る。
する移動局Ｂを設置し、図２に示したように該移動局Ｂ
の既知点（ｘ0 ，ｙ0 ）を原点（車両原点）とし車両の
進行方向（車軸方向）に一つの座標軸ｙをとった局所座
標系（ｘ，ｙ）を定める。また、前記車軸方向の角度ψ
が０となるように角度原点を調整し設定する。そして、
前記車両Ｍ上に設定した局所座標系（ｘ，ｙ）における
作業アームの取付け位置（ｘ1 ，ｙ1 ）を求め、更にア
ームの回転角φ、アーム水平投影長さＬを測定すると、
これらの測定値に基いて局所座標系におけるアーム先端
の作業ポイントの座標（ｘ2 ，ｙ2 ）を次式で算出でき
る。
【００１０】ｘ2 ＝ｘ1 ＋Ｌｃｏｓφ ｙ2 ＝ｙ1 ＋Ｌｓｉｎφ 上記作業ポイントの位置座標（ｘ2 ，ｙ2 ）を演算処理
装置で前記全体座標系（Ｘ，Ｙ）へ座標変換することに
より、全体座標系（Ｘ，Ｙ）における作業ポイントの位
置座標（Ｘ2 ，Ｙ2 ）をリアルタイムに算出できる。座
標変換は、図２に示した局所座標系（ｘ，ｙ）の原点位
置（ｘ0 ，ｙ0 ）と、その方向角θ、及び固定局Ａの原
点から移動局Ｂの原点までの距離（水平投影長さ）ｒ，
及び移動局Ｂ上に設定した局所座標系（ｘ，ｙ）の全体
座標系（Ｘ，Ｙ）における車軸方向角（車体角）ψを求
め、演算処理装置において座標変換の算出が行われる。
装置で前記全体座標系（Ｘ，Ｙ）へ座標変換することに
より、全体座標系（Ｘ，Ｙ）における作業ポイントの位
置座標（Ｘ2 ，Ｙ2 ）をリアルタイムに算出できる。座
標変換は、図２に示した局所座標系（ｘ，ｙ）の原点位
置（ｘ0 ，ｙ0 ）と、その方向角θ、及び固定局Ａの原
点から移動局Ｂの原点までの距離（水平投影長さ）ｒ，
及び移動局Ｂ上に設定した局所座標系（ｘ，ｙ）の全体
座標系（Ｘ，Ｙ）における車軸方向角（車体角）ψを求
め、演算処理装置において座標変換の算出が行われる。
【００１１】前記のｒ，θ、ψの計測は、固定局Ａと移
動局の双方向自動追尾システムと光通信で求められる。
具体的には発明者が既に提案した、例えば特開平５ー３
４４３０号公報に開示されているように、限定された視
野角の光信号に反応する複数個の受光センサーが回転軸
を取り巻いて配置され、視準線と回転軸とで定まる平面
で分割された二つの部分空間の一方のみから来る光に反
応し、且つ夫々の部分空間全体をカバーするが視準線付
近において若干幅の空白域を確保した配置で設置され、
入射してくる光信号がどの部分空間に属するかを判別す
る回路と、前記回路の判別に基いて光信号が属する部分
空間に向けて視準線を回転させる自動制御系が設置さ
れ、光信号の位置が全方位のどの位置にあっても自動追
尾することが可能に構成されている。従って、前記光信
号に情報を載せることにより、双方向に光通信を行うこ
とが可能にも構成される。
動局の双方向自動追尾システムと光通信で求められる。
具体的には発明者が既に提案した、例えば特開平５ー３
４４３０号公報に開示されているように、限定された視
野角の光信号に反応する複数個の受光センサーが回転軸
を取り巻いて配置され、視準線と回転軸とで定まる平面
で分割された二つの部分空間の一方のみから来る光に反
応し、且つ夫々の部分空間全体をカバーするが視準線付
近において若干幅の空白域を確保した配置で設置され、
入射してくる光信号がどの部分空間に属するかを判別す
る回路と、前記回路の判別に基いて光信号が属する部分
空間に向けて視準線を回転させる自動制御系が設置さ
れ、光信号の位置が全方位のどの位置にあっても自動追
尾することが可能に構成されている。従って、前記光信
号に情報を載せることにより、双方向に光通信を行うこ
とが可能にも構成される。
【００１２】前記の双方向自動追尾システムを本発明の
位置決め装置として採用したシステム構成図を図３、図
４に示している。但し、図３、図４は双方向の光通信に
支障のある場合に備えて無線通信システムを併用した構
成になっている。そこで次の手順は、移動局Ｂを検索モ
ードにして、これを固定局Ａから視準することにより双
方向追尾モードにする。そして、車両Ｍ（移動局）の全
体座標系での現在位置（Ｘ1 ，Ｙ1 ）を測定する。固定
局Ａから移動局Ｂを視準することにより移動局Ｂの方向
角θと、距離ｒを測定できる。距離ｒは光波距離計によ
り計測する。局所座標系の原点（Ｘ1 ，Ｙ1 ）と車体角
ψは次式で表される。
位置決め装置として採用したシステム構成図を図３、図
４に示している。但し、図３、図４は双方向の光通信に
支障のある場合に備えて無線通信システムを併用した構
成になっている。そこで次の手順は、移動局Ｂを検索モ
ードにして、これを固定局Ａから視準することにより双
方向追尾モードにする。そして、車両Ｍ（移動局）の全
体座標系での現在位置（Ｘ1 ，Ｙ1 ）を測定する。固定
局Ａから移動局Ｂを視準することにより移動局Ｂの方向
角θと、距離ｒを測定できる。距離ｒは光波距離計によ
り計測する。局所座標系の原点（Ｘ1 ，Ｙ1 ）と車体角
ψは次式で表される。
【００１３】Ｘ1＝Ｘ0 ＋ｒ×ｃｏｓθ Ｙ1＝Ｙ0 ＋ｒ×ｓｉｎθ ψ＝π／２−（θ＋φ） 局所座標系の任意位置（ｘ´，ｙ´）の全体座標系での
位置（Ｘ，Ｙ）への変換式は、次のように表わされる。
位置（Ｘ，Ｙ）への変換式は、次のように表わされる。
【００１４】Ｘ−ｘ0 ＝ｘ´ｃｏｓψ−ｙ´ｓｉｎψ Ｙ−ｙ0 ＝ｘ´ｓｉｎψ＋ｙ´ｃｏｓψ 但し、図１に示した地盤改良用の深層混合処理機Ｍにお
ける作業ポイントは掘削攪拌軸の軸芯（シャフトセンタ
ー）で、これは車軸ｙ上を移動するのみであるから、ｘ
´＝０となる。その一方、ｙ´は移動局Ｂからガイドリ
ーダー取付け位置（作業ポイント）までの固定車体長Ｒ
を測定し、更に可動長ΔＲをストローク計で測ると、ｙ
´＝Ｒ＋ΔＲ＝Ｒ´となり、次の変換式で全体座標系に
おける作業ポイントの位置（Ｘ2 ，Ｙ2 ）を求めること
ができる。
ける作業ポイントは掘削攪拌軸の軸芯（シャフトセンタ
ー）で、これは車軸ｙ上を移動するのみであるから、ｘ
´＝０となる。その一方、ｙ´は移動局Ｂからガイドリ
ーダー取付け位置（作業ポイント）までの固定車体長Ｒ
を測定し、更に可動長ΔＲをストローク計で測ると、ｙ
´＝Ｒ＋ΔＲ＝Ｒ´となり、次の変換式で全体座標系に
おける作業ポイントの位置（Ｘ2 ，Ｙ2 ）を求めること
ができる。
【００１５】Ｘ2 ＝ｘ0 −Ｒ´ｓｉｎψ＝ｘ0 ＋Ｒ´ｃ
ｏｓ（θ＋φ−π） Ｙ2 ＝ｙ0 ＋Ｒ´ｃｏｓψ＝ｙ0 ＋Ｒ´ｓｉｎ（θ＋φ
−π） 上記のように算出した全体座標系における作業ポイント
の位置（Ｘ2 ，Ｙ2 ）及びθの値を固定局Ａから移動局
Ｂへ送信する。前記固定局Ａから送信された位置座標
（Ｘ2 ，Ｙ2 ）及びθの値と、移動局Ｂで測定したψ及
び車体長さＲ´に基いて車両の動きやシャフトの微調整
を行い、もってシャフトセンター位置（作業ポイントの
位置）を刻々リアルタイムに算出することができ、作業
ポイントの位置出しが容易にできる。前記算出の演算処
理装置として、図３、図４ではパーソナルコンピュータ
Ｐと拡張ボックスＱが使用されている。拡張ボックスＱ
には、掘削攪拌軸Ｓの移動量（可動長ΔＲ）を図るスト
ローク計Ｕ及び傾斜計Ｔの計測値（アナログ量）が入力
され、Ａ／Ｄ変換が行われる。パーソナルコンピュータ
Ｐの算出値が固定局から移動局Ｂへ送信される。
ｏｓ（θ＋φ−π） Ｙ2 ＝ｙ0 ＋Ｒ´ｃｏｓψ＝ｙ0 ＋Ｒ´ｓｉｎ（θ＋φ
−π） 上記のように算出した全体座標系における作業ポイント
の位置（Ｘ2 ，Ｙ2 ）及びθの値を固定局Ａから移動局
Ｂへ送信する。前記固定局Ａから送信された位置座標
（Ｘ2 ，Ｙ2 ）及びθの値と、移動局Ｂで測定したψ及
び車体長さＲ´に基いて車両の動きやシャフトの微調整
を行い、もってシャフトセンター位置（作業ポイントの
位置）を刻々リアルタイムに算出することができ、作業
ポイントの位置出しが容易にできる。前記算出の演算処
理装置として、図３、図４ではパーソナルコンピュータ
Ｐと拡張ボックスＱが使用されている。拡張ボックスＱ
には、掘削攪拌軸Ｓの移動量（可動長ΔＲ）を図るスト
ローク計Ｕ及び傾斜計Ｔの計測値（アナログ量）が入力
され、Ａ／Ｄ変換が行われる。パーソナルコンピュータ
Ｐの算出値が固定局から移動局Ｂへ送信される。
【００１６】かくして算出された位置を、全体座標系に
おいて当該車両の目的位置（作業位置）と比較コントロ
ールシステムで車両の位置決め制御が行われる。
おいて当該車両の目的位置（作業位置）と比較コントロ
ールシステムで車両の位置決め制御が行われる。
【００１７】
【本発明が奏する効果】本発明に係る双方向自動追尾シ
ステムによる位置決め方法及び位置決め装置によれば、
特に伸縮、回転が自由な作業アームを備えて地面上を走
行移動し作業アームで所要の仕事をする作業用車両（ロ
ボット）上の局所座標系の位置（作業ポイントの位置）
を容易に全体座標系の位置に座標変換できるので、作業
対象区域全体に及ぶロボットの誘導や作業ポイントの位
置決め作業が出来るので、各種の建設工事用機械の自動
化、無人化（ロボット化）に大きく貢献できるのであ
る。
ステムによる位置決め方法及び位置決め装置によれば、
特に伸縮、回転が自由な作業アームを備えて地面上を走
行移動し作業アームで所要の仕事をする作業用車両（ロ
ボット）上の局所座標系の位置（作業ポイントの位置）
を容易に全体座標系の位置に座標変換できるので、作業
対象区域全体に及ぶロボットの誘導や作業ポイントの位
置決め作業が出来るので、各種の建設工事用機械の自動
化、無人化（ロボット化）に大きく貢献できるのであ
る。
【図１】本発明の位置決め方法のシステム全体の平面配
置図である。
置図である。
【図２】全体座標系に対する車両の局所座標系の設定状
態説明図である。
態説明図である。
【図３】本発明の位置決め装置全体の構成図である。
【図４】本発明の位置決め装置全体の構成図である。
Ｍ 車両 Ａ 固定局 Ｂ 移動局 Ｐ パーソナルコンピュータ
───────────────────────────────────────────────────── 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 1/02 Ｇ０５Ｂ 19/403 Ｐ (72)発明者 入江 潤 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式会 社竹中土木内 (72)発明者 桜井 洋 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式会 社竹中土木内 (72)発明者 大西 常康 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式会 社竹中土木内
Claims (2)
- 【請求項１】 地面上を走行し移動する車両が伸縮、回
転自由な作業アームを備え、該作業アームで所要の仕事
をする場合に、 前記車両を視準する固定局を設置して、該固定局の設置
位置を原点又は既知点とする作業対象区域全体の座標系
（Ｘ，Ｙ）を定めること、 前記車両に前記固定局を視準する移動局を設置して、該
移動局を原点とし車両の進行方向に一つの座標軸をとっ
た局所座標系（ｘ，ｙ）を定めること、 車両の作業アームの取付け位置（ｘ1 ，ｙ1 ）、アーム
の回転角φ、アーム水平投影長さＬを測定してアーム先
端の作業ポイントの座標（ｘ2 ，ｙ2 ）を算出するこ
と、 前記作業ポイントの座標（ｘ2 ，ｙ2 ）を前記全体座標
系（Ｘ，Ｙ）へ座標変換して全体座標系における作業ポ
イントの位置（Ｘ2 ，Ｙ2 ）をリアルタイムに算出し、
その算出値に基いて車両を目的位置へ誘導し、作業アー
ムを目的位置へ位置決めすることをそれぞれ特徴とす
る、双方向自動追尾システムによる位置決め方法。 - 【請求項２】 地面上を走行し移動する車両が伸縮、回
転自由な作業アームを備え、該作業アームで所要の仕事
をする場合の位置決め装置であって、 前記車両を視準するように設置された固定局と、前記車
両に設置された前記固定局を視準する移動局と、演算処
理装置とから成り、固定局と移動局との間で双方向自動
追尾が行われること、 前記演算処理装置に、固定局の設置位置を原点又は既知
点とする作業対象区域全体の座標系（Ｘ，Ｙ）、および
前記移動局を原点とし車両の進行方向に一つの座標軸を
とった局所座標系（ｘ，ｙ）が設定されていること、 車両の作業アームの取付け位置（ｘ1 ，ｙ1 ）、アーム
の回転角φ、アームの水平投影長さＬの各測定値をそれ
ぞれ前記演算処理装置へ入力してアーム先端の作業ポイ
ントの座標（ｘ2 ，ｙ2 ）を算出させ、かくして算出れ
た作業ポイントの座標（ｘ2 ，ｙ2 ）を前記全体座標系
（Ｘ，Ｙ）へ座標変換して全体座標系における作業ポイ
ントの位置（Ｘ2 ，Ｙ2 ）がリアルタイムに算出される
こと、 前記演算結果に基き、固定局と移動局との双方向自動追
尾システムにより車両を目的位置へ誘導し、作業アーム
が目的位置へ位置決めされることををそれぞれ特徴とす
る、双方向自動追尾システムによる位置決め装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00808696A JP3823230B2 (ja) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | 双方向自動追尾システムによる位置決め方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00808696A JP3823230B2 (ja) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | 双方向自動追尾システムによる位置決め方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09196671A true JPH09196671A (ja) | 1997-07-31 |
| JP3823230B2 JP3823230B2 (ja) | 2006-09-20 |
Family
ID=11683525
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00808696A Expired - Lifetime JP3823230B2 (ja) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | 双方向自動追尾システムによる位置決め方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3823230B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015070696A1 (zh) * | 2013-11-13 | 2015-05-21 | 三一汽车制造有限公司 | 一种臂架控制方法和装置及混凝土泵车及布料机 |
| CN105547255A (zh) * | 2016-02-29 | 2016-05-04 | 北京矿冶研究总院 | 一种扫描仪自主获取矿山坐标系下三维空间形态的方法 |
| CN107558530A (zh) * | 2017-08-09 | 2018-01-09 | 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所 | 一种电传挖掘机的辅助修坡作业功能实现方法 |
| CN107882080A (zh) * | 2017-11-08 | 2018-04-06 | 苏州蓝博控制技术有限公司 | 挖掘机精细工作控制方法、系统及挖掘机 |
| CN109141385A (zh) * | 2018-06-26 | 2019-01-04 | 华南农业大学 | 全站仪免置平的定位方法 |
| CN109813293A (zh) * | 2019-03-08 | 2019-05-28 | 福建省特种设备检验研究院 | 一种基于三点测量法的起重机轨道检测方法 |
| WO2025142562A1 (ja) * | 2023-12-27 | 2025-07-03 | 株式会社小松製作所 | 計画装置、作業機械、運搬車両および計画方法 |
-
1996
- 1996-01-22 JP JP00808696A patent/JP3823230B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015070696A1 (zh) * | 2013-11-13 | 2015-05-21 | 三一汽车制造有限公司 | 一种臂架控制方法和装置及混凝土泵车及布料机 |
| CN105547255A (zh) * | 2016-02-29 | 2016-05-04 | 北京矿冶研究总院 | 一种扫描仪自主获取矿山坐标系下三维空间形态的方法 |
| CN107558530A (zh) * | 2017-08-09 | 2018-01-09 | 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所 | 一种电传挖掘机的辅助修坡作业功能实现方法 |
| CN107558530B (zh) * | 2017-08-09 | 2020-02-14 | 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所 | 一种电传挖掘机的辅助修坡作业功能实现方法 |
| CN107882080A (zh) * | 2017-11-08 | 2018-04-06 | 苏州蓝博控制技术有限公司 | 挖掘机精细工作控制方法、系统及挖掘机 |
| CN109141385A (zh) * | 2018-06-26 | 2019-01-04 | 华南农业大学 | 全站仪免置平的定位方法 |
| CN109141385B (zh) * | 2018-06-26 | 2020-04-17 | 华南农业大学 | 全站仪免置平的定位方法 |
| CN109813293A (zh) * | 2019-03-08 | 2019-05-28 | 福建省特种设备检验研究院 | 一种基于三点测量法的起重机轨道检测方法 |
| WO2025142562A1 (ja) * | 2023-12-27 | 2025-07-03 | 株式会社小松製作所 | 計画装置、作業機械、運搬車両および計画方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3823230B2 (ja) | 2006-09-20 |
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