JPH1038570A - レーザ平面と外部座標系間の関係を求める方法およびシステム - Google Patents
レーザ平面と外部座標系間の関係を求める方法およびシステムInfo
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- JPH1038570A JPH1038570A JP9063464A JP6346497A JPH1038570A JP H1038570 A JPH1038570 A JP H1038570A JP 9063464 A JP9063464 A JP 9063464A JP 6346497 A JP6346497 A JP 6346497A JP H1038570 A JPH1038570 A JP H1038570A
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- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 作業具を備えたモービルマシンを用いてレー
ザ平面と外部座標系との間の関係を求めるための方法と
システムを提供する。 【解決手段】 レーザ平面が、作業具に取り付けられて
いるマストに設置されたレーザレシーバによって３点で
交わる。マスト上にレーザレシーバから既知の距離だけ
離れて配置された位置判定アンテナが位置判定アンテナ
ポイントにおける外部座標を求めるのに用いられる。外
部座標項内のレーザ平面の式が３つの外部位置座標と、
外部座標系平面とレーザ平面との間の既知の距離とに基
づいて求められる。
ザ平面と外部座標系との間の関係を求めるための方法と
システムを提供する。 【解決手段】 レーザ平面が、作業具に取り付けられて
いるマストに設置されたレーザレシーバによって３点で
交わる。マスト上にレーザレシーバから既知の距離だけ
離れて配置された位置判定アンテナが位置判定アンテナ
ポイントにおける外部座標を求めるのに用いられる。外
部座標項内のレーザ平面の式が３つの外部位置座標と、
外部座標系平面とレーザ平面との間の既知の距離とに基
づいて求められる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本明細書に記載する発明は、ＮＡ
ＳＡ契約法第ＮＣＣ２−９００７号に基づいた作業の遂
行においてなされたものであり、１９５８年の米航空宇
宙局法（４２Ｕ．Ｓ．Ｃ．２４５７）の３０５条の条項
に従うものである。本発明はレーザ面の座標を求める方
法とシステムに関する。より詳細には、本発明は、外部
座標系の座標に対するレーザ平面の座標を求める方法と
システムに関する。
ＳＡ契約法第ＮＣＣ２−９００７号に基づいた作業の遂
行においてなされたものであり、１９５８年の米航空宇
宙局法（４２Ｕ．Ｓ．Ｃ．２４５７）の３０５条の条項
に従うものである。本発明はレーザ面の座標を求める方
法とシステムに関する。より詳細には、本発明は、外部
座標系の座標に対するレーザ平面の座標を求める方法と
システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、いくつかの例としてモータグレ
ーダ、ドーザ、突き固め機、地ならし機、および地面成
形機のようなマシンが地表面変更作動のために用いられ
る。このようなマシンは、最初に手作業で測量され、建
設場所のプランに従って区画された建設場所で、一般的
に作動する。この手順の間、処理された場所が設計の仕
様と一致していることを確認するために、建設場所は何
回も検証される。この手順は多くが高度な熟練者による
相当量の手作業を必要とする。さらに、マシンオペレー
タは、要求される程度の正確さを得るために高度に訓練
されていなければならない。オペレータが従うべき基準
を与えるのに、レーザシステムが所定の用途に用いられ
てきた。作業場所の測量位置に配置されたレーザによっ
て発せられたレーザビームが該場所にわたって掃射され
る。これが、レーザ平面を形成する。マシン上のレシー
バがレーザビームを受信して、マシンまたは作業具のよ
うなマシンの位置に対するビームの相対的な高さをオペ
レータに示す。この情報がマシン制御を行なうためにマ
シンオペレータに用いられる。このようなシステムの１
例が、フィリップＭ．クレグに１９８９年２月２１日に
付与された米国特許第４、８０７、１３１号に開示され
る。この特許は、レーザ平面に対して、傾斜しているブ
レードの高さ位置を測定し、目標の高さ、実際の高さお
よび許容可能な誤差範囲のようなモニターパラメータに
表示し、作動の１モードにおいてオペレータが、ブレー
ド位置を目標場所の公差内にあるように調整できるよう
にする。
ーダ、ドーザ、突き固め機、地ならし機、および地面成
形機のようなマシンが地表面変更作動のために用いられ
る。このようなマシンは、最初に手作業で測量され、建
設場所のプランに従って区画された建設場所で、一般的
に作動する。この手順の間、処理された場所が設計の仕
様と一致していることを確認するために、建設場所は何
回も検証される。この手順は多くが高度な熟練者による
相当量の手作業を必要とする。さらに、マシンオペレー
タは、要求される程度の正確さを得るために高度に訓練
されていなければならない。オペレータが従うべき基準
を与えるのに、レーザシステムが所定の用途に用いられ
てきた。作業場所の測量位置に配置されたレーザによっ
て発せられたレーザビームが該場所にわたって掃射され
る。これが、レーザ平面を形成する。マシン上のレシー
バがレーザビームを受信して、マシンまたは作業具のよ
うなマシンの位置に対するビームの相対的な高さをオペ
レータに示す。この情報がマシン制御を行なうためにマ
シンオペレータに用いられる。このようなシステムの１
例が、フィリップＭ．クレグに１９８９年２月２１日に
付与された米国特許第４、８０７、１３１号に開示され
る。この特許は、レーザ平面に対して、傾斜しているブ
レードの高さ位置を測定し、目標の高さ、実際の高さお
よび許容可能な誤差範囲のようなモニターパラメータに
表示し、作動の１モードにおいてオペレータが、ブレー
ド位置を目標場所の公差内にあるように調整できるよう
にする。
【０００３】作業具は、通常マシンフレームに調整可能
に結合されており、作業具の勾配、ピッチおよび高さを
マシンに対して変えることができるようになっている。
レーザレシーバがマシンフレーム上に取り付けられてい
ると、フレームに対する作業具の位置のいかなる変化
も、レーザ平面とレシーバに対する作業具の位置の不明
の変化を起こす原因となる。従って、オペレータに与え
られるこの情報は、決して好ましいものとはいえず、極
めて効果的に用いられないことがある。単一のレーザレ
シーバを作業具上に配置することによって、レーザレシ
ーバが作業具とともに動き、作業具の位置に関連するか
ぎりは、この問題を取り除くことになる。しかしなが
ら、レーザ平面に対する作業具のティルト、ピッチまた
は回転の変化が補償されず、このため、与えられた情報
は依然として正確なものではない。一対のレーザレシー
バを作業具に配置することによって、位置判定能力を改
善するが作業具の切断の傾斜を正確に求めることができ
ない。
に結合されており、作業具の勾配、ピッチおよび高さを
マシンに対して変えることができるようになっている。
レーザレシーバがマシンフレーム上に取り付けられてい
ると、フレームに対する作業具の位置のいかなる変化
も、レーザ平面とレシーバに対する作業具の位置の不明
の変化を起こす原因となる。従って、オペレータに与え
られるこの情報は、決して好ましいものとはいえず、極
めて効果的に用いられないことがある。単一のレーザレ
シーバを作業具上に配置することによって、レーザレシ
ーバが作業具とともに動き、作業具の位置に関連するか
ぎりは、この問題を取り除くことになる。しかしなが
ら、レーザ平面に対する作業具のティルト、ピッチまた
は回転の変化が補償されず、このため、与えられた情報
は依然として正確なものではない。一対のレーザレシー
バを作業具に配置することによって、位置判定能力を改
善するが作業具の切断の傾斜を正確に求めることができ
ない。
【０００４】作業場所座標系に対して３次元座標のマシ
ンの位置（実際には、レシーバのアンテナの位置）を三
角測量によって求めるのに、衛星の星座と特定のレシー
バを用いるシステムが知られている。このようなシステ
ムが、一般的にキネマチック全地球航法システム（ＧＰ
Ｓ）といわれる。歴史的に、このようなシステムは、所
定の用途に関して位置判定の正確さが決して満足のいく
ものではなかったので広く受け入れられてこなかった。
さらに、処理時間の遅さが、リアルタイムでマシンの位
置を求める商業的な利用実現性を難しいものにした。過
去数年にわたって、位置判定の正確さが改善され、処理
速度が早くなった。このためマシンのリアルタイムの位
置を求める可能性が、例えば地表面変更マシンのような
種類の用途に関して実現しようとしている。
ンの位置（実際には、レシーバのアンテナの位置）を三
角測量によって求めるのに、衛星の星座と特定のレシー
バを用いるシステムが知られている。このようなシステ
ムが、一般的にキネマチック全地球航法システム（ＧＰ
Ｓ）といわれる。歴史的に、このようなシステムは、所
定の用途に関して位置判定の正確さが決して満足のいく
ものではなかったので広く受け入れられてこなかった。
さらに、処理時間の遅さが、リアルタイムでマシンの位
置を求める商業的な利用実現性を難しいものにした。過
去数年にわたって、位置判定の正確さが改善され、処理
速度が早くなった。このためマシンのリアルタイムの位
置を求める可能性が、例えば地表面変更マシンのような
種類の用途に関して実現しようとしている。
【０００５】例えば、地表面変更用具の切断エッジのよ
うな作業具のリアルタイムの位置を求めるのに、全地球
航法システムを用いることが望まれる。ＧＰＳアンテナ
を作業具の上に配置することによって、切断用エッジの
場所を計測できることは明白である。しかしながら、詳
細に注意してみると、作業具の動きを処理し、フレーム
に対する作業具の向きの変化に正確に対応できないため
に、このような変更を不可能なものにする。作業具上に
取り付けられるＧＰＳレシーバは、作業具が作動する過
酷な環境のために切断用エッジから離れていなければな
らない。ＧＰＳレシーバは、空間におけるレシーバのア
ンテナの位置を求めるが、切断用エッジの位置を求めな
いために、上述したように作業具の向きにおける様々な
変化が、切断用エッジの位置を正確に求めることができ
る可能性を少なくする。少なくとも上述の理由のため
に、ＧＰＳアンテナを作業具上に配置することが考えら
れなかった。
うな作業具のリアルタイムの位置を求めるのに、全地球
航法システムを用いることが望まれる。ＧＰＳアンテナ
を作業具の上に配置することによって、切断用エッジの
場所を計測できることは明白である。しかしながら、詳
細に注意してみると、作業具の動きを処理し、フレーム
に対する作業具の向きの変化に正確に対応できないため
に、このような変更を不可能なものにする。作業具上に
取り付けられるＧＰＳレシーバは、作業具が作動する過
酷な環境のために切断用エッジから離れていなければな
らない。ＧＰＳレシーバは、空間におけるレシーバのア
ンテナの位置を求めるが、切断用エッジの位置を求めな
いために、上述したように作業具の向きにおける様々な
変化が、切断用エッジの位置を正確に求めることができ
る可能性を少なくする。少なくとも上述の理由のため
に、ＧＰＳアンテナを作業具上に配置することが考えら
れなかった。
【０００６】所定の用途においてＧＰＳレシーバを用い
て作業場所に対する作業具の座標位置を求める正確さ
が、許容可能な標準に対応するのに要求されるものより
劣る。場所座標系の高さ方向における計測の正確さは、
最終生産物が、例えば道路面のような仕上げ加工面であ
る用途において特に重要である。この問題を解決しよう
とする試みがなされているが、ＧＰＳシステムに十分な
正確さを得ることができなかった。
て作業場所に対する作業具の座標位置を求める正確さ
が、許容可能な標準に対応するのに要求されるものより
劣る。場所座標系の高さ方向における計測の正確さは、
最終生産物が、例えば道路面のような仕上げ加工面であ
る用途において特に重要である。この問題を解決しよう
とする試みがなされているが、ＧＰＳシステムに十分な
正確さを得ることができなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】切断の所望の勾配が得
られる選択された位置に作業具を配置できる制御システ
ムを形成することが望まれる。しかしながら、マシン作
動の動作のために、マシンが動くにつれて切断の勾配も
変化する。さらに、回転、ピッチ、傾き等のようなブレ
ードの動きが、作業具の切断の勾配に影響を及ぼす。今
日、マシンのオペレータは、切断の所望の勾配を維持す
るように作業具の位置を絶えず調整しなければならな
い。このように行なうためには、膨大な熟練者が必要と
なる。最も優れたマシンのオペレータでも、切断の勾配
を所望の角度に正確に維持するという点が困難である。
今日にいたるまで、この問題に対して満足のいく解決策
がながった。
られる選択された位置に作業具を配置できる制御システ
ムを形成することが望まれる。しかしながら、マシン作
動の動作のために、マシンが動くにつれて切断の勾配も
変化する。さらに、回転、ピッチ、傾き等のようなブレ
ードの動きが、作業具の切断の勾配に影響を及ぼす。今
日、マシンのオペレータは、切断の所望の勾配を維持す
るように作業具の位置を絶えず調整しなければならな
い。このように行なうためには、膨大な熟練者が必要と
なる。最も優れたマシンのオペレータでも、切断の勾配
を所望の角度に正確に維持するという点が困難である。
今日にいたるまで、この問題に対して満足のいく解決策
がながった。
【０００８】本発明は、上述の問題の１つか２つ以上を
解決する。
解決する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の１態様におい
て、作業具を備えたモービルマシンを用いてレーザ平面
と外部座標系との間の関係を求める方法が提供される。
この方法は、レーザ平面がレーザレシーバと交わるよう
に可動な作業具を動かし、これに応答して交差信号を発
信し、作業具に接続された外部座標系位置センサーから
外部基準位置信号を受信し、レーザ平面と交わる状態を
維持しながら作業具を水平にして、外部座標系に関する
レーザ平面の方程式を外部基準位置信号の関数として定
める段階からなる。本発明の別の態様において、可動な
作業具を備えたモービルマシンを用いてレーザ平面と外
部座標系の間の関係を求めるシステムを提供する。該シ
ステムは、外部座標系の座標における作業具の位置を求
めるセンサーと、レーザ平面との交差を検出するレーザ
検出器と、を含む。マイクロプロセッサベースのコント
ローラが、外部座標系に関するレーザ平面の方程式を外
部基準位置信号の関数として定める。
て、作業具を備えたモービルマシンを用いてレーザ平面
と外部座標系との間の関係を求める方法が提供される。
この方法は、レーザ平面がレーザレシーバと交わるよう
に可動な作業具を動かし、これに応答して交差信号を発
信し、作業具に接続された外部座標系位置センサーから
外部基準位置信号を受信し、レーザ平面と交わる状態を
維持しながら作業具を水平にして、外部座標系に関する
レーザ平面の方程式を外部基準位置信号の関数として定
める段階からなる。本発明の別の態様において、可動な
作業具を備えたモービルマシンを用いてレーザ平面と外
部座標系の間の関係を求めるシステムを提供する。該シ
ステムは、外部座標系の座標における作業具の位置を求
めるセンサーと、レーザ平面との交差を検出するレーザ
検出器と、を含む。マイクロプロセッサベースのコント
ローラが、外部座標系に関するレーザ平面の方程式を外
部基準位置信号の関数として定める。
【００１０】
【実施例】図面を参照すると、特に図１と図２を参照す
ると、本発明は、可動作業具２０２を備えたモービルマ
シンを用いてレーザ平面２１６と外部座標系との関係を
求める方法とシステム１００を提供する。外部座標シス
テム位置検出手段１０２は、外部座標系の座標における
作業具２０２の位置を求め、これに応答して外部基準位
置信号を発信する。好ましい実施例において、外部座標
系位置検出手段１０２は、少なくとも１つの外部座標系
位置センサー１０４を含む。レーザ検出手段１０６は、
レーザ平面２１６との交差を検出し、これに応答して交
差信号を発信する。好ましい実施例において、レーザ検
出手段１０６は、少なくとも一つのレーザ検出器１０８
を含む。
ると、本発明は、可動作業具２０２を備えたモービルマ
シンを用いてレーザ平面２１６と外部座標系との関係を
求める方法とシステム１００を提供する。外部座標シス
テム位置検出手段１０２は、外部座標系の座標における
作業具２０２の位置を求め、これに応答して外部基準位
置信号を発信する。好ましい実施例において、外部座標
系位置検出手段１０２は、少なくとも１つの外部座標系
位置センサー１０４を含む。レーザ検出手段１０６は、
レーザ平面２１６との交差を検出し、これに応答して交
差信号を発信する。好ましい実施例において、レーザ検
出手段１０６は、少なくとも一つのレーザ検出器１０８
を含む。
【００１１】制御手段１１０は、交差信号と、外部基準
位置信号とを受信し、これに応答して、外部座標系に関
するレーザ平面２１６の方程式を外部基準位置信号の関
数として定める。好ましい実施例において、制御手段１
１０はマイクロプロセッサベースのコントローラ１１２
を含む。コントローラ１１２は、オペレータにより実行
されるセットアップルーチンの間、外部座標系位置検出
手段１０２とレーザ検出手段１０６とから信号を受信し
て、これに応答してレーザ平面２１６と外部座標系の間
の関係を求める。好ましい実施例において、この関係
は、外部座標系において表されたレーザ平面２１６を表
す公式として組立てられる。好ましい実施例において、
図２から５を参照すると、システム１００が外部座標に
おけるモービルマシン２０６の作業具２０２の位置を求
め、または該作業具の２０２を制御するようになってい
る。モービルマシン２０６と作業具２０２との位置が、
ディスプレースクリーン（図示せず）を介してオペレー
タに表示される。
位置信号とを受信し、これに応答して、外部座標系に関
するレーザ平面２１６の方程式を外部基準位置信号の関
数として定める。好ましい実施例において、制御手段１
１０はマイクロプロセッサベースのコントローラ１１２
を含む。コントローラ１１２は、オペレータにより実行
されるセットアップルーチンの間、外部座標系位置検出
手段１０２とレーザ検出手段１０６とから信号を受信し
て、これに応答してレーザ平面２１６と外部座標系の間
の関係を求める。好ましい実施例において、この関係
は、外部座標系において表されたレーザ平面２１６を表
す公式として組立てられる。好ましい実施例において、
図２から５を参照すると、システム１００が外部座標に
おけるモービルマシン２０６の作業具２０２の位置を求
め、または該作業具の２０２を制御するようになってい
る。モービルマシン２０６と作業具２０２との位置が、
ディスプレースクリーン（図示せず）を介してオペレー
タに表示される。
【００１２】土壌作業ブレード２３６のような作業具２
０２が、モータグレーダとして示されている地形面変更
マシン２０６のフレーム２０４に可動で制御可能に取り
付けられている。ドーザ、スクレーパ、突き固め機、地
ならし機、地面成形機等のような、適当な地面変更用具
が設けられた別のマシンが同等であり、本発明の範囲内
にあると考えられる。システム１００は、レーザスキャ
ナ２０８を含む。レーザスキャナ２０８は、ほぼ垂直軸
２１２のまわりを掃射する強度の低いレーザビーム２１
０を送るようになっている。レーザスキャナ２０８は、
以下本明細書では作業場所２１４とする測量領域内の所
定の座標位置（ｘ，ｙ）で位置決めされる。掃射される
レーザビーム２１０は垂直軸２１２に沿った所定の高さ
位置で平面２１６を形成し、精密な高さ座標位置ｚを形
成する。
０２が、モータグレーダとして示されている地形面変更
マシン２０６のフレーム２０４に可動で制御可能に取り
付けられている。ドーザ、スクレーパ、突き固め機、地
ならし機、地面成形機等のような、適当な地面変更用具
が設けられた別のマシンが同等であり、本発明の範囲内
にあると考えられる。システム１００は、レーザスキャ
ナ２０８を含む。レーザスキャナ２０８は、ほぼ垂直軸
２１２のまわりを掃射する強度の低いレーザビーム２１
０を送るようになっている。レーザスキャナ２０８は、
以下本明細書では作業場所２１４とする測量領域内の所
定の座標位置（ｘ，ｙ）で位置決めされる。掃射される
レーザビーム２１０は垂直軸２１２に沿った所定の高さ
位置で平面２１６を形成し、精密な高さ座標位置ｚを形
成する。
【００１３】システム１００が、全地球航法システム
（ＧＰＳ）２１８も含む。ＧＰＳ２１８は、衛星の星座
を含んでおり、そのうちの２つを２２０Ａと２２０Ｂで
示す。好ましくは、三角法の好ましい幾何のために、マ
シン２０６からの視界中に４つの衛星が選択される。全
地球航法システム２１８は、ベースステーション２２２
と、該べースステーション２２２に接続されている基準
受信手段２２４とを含む。基準受信手段２２４が複数の
場所から送信された電磁放射を受信し、これに応答して
基準位置信号を発信するようになっている。基準受信手
段２２４は、ＧＰＳ基準レシーバ２２６を含む。ベース
ステーション２２２は、作業場所２１４において既知の
固定位置に配置される。ベースステーション２２２のト
ランシーバ２２８とマシン２０６上のトランシーバ２３
４とが、マシン２０６とベースステーション２２２との
間にＲＦ通信リンクを形成しこのリンクを通って基準位
置データが伝送される。ベースステーションプロセッサ
（図示せず）が、地球の中心に対するベースステーショ
ン２２２の位置を求めるのに用いられる。
（ＧＰＳ）２１８も含む。ＧＰＳ２１８は、衛星の星座
を含んでおり、そのうちの２つを２２０Ａと２２０Ｂで
示す。好ましくは、三角法の好ましい幾何のために、マ
シン２０６からの視界中に４つの衛星が選択される。全
地球航法システム２１８は、ベースステーション２２２
と、該べースステーション２２２に接続されている基準
受信手段２２４とを含む。基準受信手段２２４が複数の
場所から送信された電磁放射を受信し、これに応答して
基準位置信号を発信するようになっている。基準受信手
段２２４は、ＧＰＳ基準レシーバ２２６を含む。ベース
ステーション２２２は、作業場所２１４において既知の
固定位置に配置される。ベースステーション２２２のト
ランシーバ２２８とマシン２０６上のトランシーバ２３
４とが、マシン２０６とベースステーション２２２との
間にＲＦ通信リンクを形成しこのリンクを通って基準位
置データが伝送される。ベースステーションプロセッサ
（図示せず）が、地球の中心に対するベースステーショ
ン２２２の位置を求めるのに用いられる。
【００１４】外部座標系位置検出手段１０２は、複数の
離れた場所から送られた電磁放射を受信し、これに応答
して第１の位置信号を発信する第１の受信手段２３０
と、前記複数の離れた場所から送られた電磁放射を受信
しこれに応答して第２の位置信号を発信する第２の受信
手段２３２とを含む。図２と図３から最もよくわかるよ
うに、第１の受信手段２３０は、作業具２０２上に取り
付けられた第１のマスト２３１上に第１の所定の場所で
接続されており、第２の受信手段２３２が、作業具２０
２に取り付けられた第２のマスト２３３上の第２の所定
の場所に接続されている。第１の受信手段２３０は、第
１のＧＰＳレシーバ３０２を含み、第２の受信手段２３
２が第２のＧＰＳレシーバ３０４を含む。第１および第
２のＧＰＳレシーバ３０２、３０４のそれぞれは、アン
テナ３０６、３０８とプリアンプリファイヤ（図示せ
ず）とを備える。第１および第２のアンテナ３０６、３
０８により受信された位置信号が増幅され、第１および
第２のＧＰＳレシーバ３０２、３０４に送信される。第
１および第２のＧＰＳレシーバ３０２、３０４が航法信
号を解読し、各選択された衛星ごとに疑似範囲と衛星位
置を作り出す。位置コンピュター３１２を含む処理手段
３１０が、疑似範囲と衛星位置とに基づいて第１および
第２のＧＰＳレシーバ３０２、３０４の位置を計算す
る。詳細には、第１と第２のＧＰＳレシーバ３０２、３
０４は、第１および第２アンテナ３０６、３０８の受信
ポイント場所Ｒ、Ｌの位置をそれぞれ求める。受信ポイ
ントＲ、ＬがＧＰＳ信号を受け取る有効な中心であり、
次の計算に用いられる。このような全地球航法システム
が本分野の当業者にはよく知られているので、これ以上
詳細には述べない。
離れた場所から送られた電磁放射を受信し、これに応答
して第１の位置信号を発信する第１の受信手段２３０
と、前記複数の離れた場所から送られた電磁放射を受信
しこれに応答して第２の位置信号を発信する第２の受信
手段２３２とを含む。図２と図３から最もよくわかるよ
うに、第１の受信手段２３０は、作業具２０２上に取り
付けられた第１のマスト２３１上に第１の所定の場所で
接続されており、第２の受信手段２３２が、作業具２０
２に取り付けられた第２のマスト２３３上の第２の所定
の場所に接続されている。第１の受信手段２３０は、第
１のＧＰＳレシーバ３０２を含み、第２の受信手段２３
２が第２のＧＰＳレシーバ３０４を含む。第１および第
２のＧＰＳレシーバ３０２、３０４のそれぞれは、アン
テナ３０６、３０８とプリアンプリファイヤ（図示せ
ず）とを備える。第１および第２のアンテナ３０６、３
０８により受信された位置信号が増幅され、第１および
第２のＧＰＳレシーバ３０２、３０４に送信される。第
１および第２のＧＰＳレシーバ３０２、３０４が航法信
号を解読し、各選択された衛星ごとに疑似範囲と衛星位
置を作り出す。位置コンピュター３１２を含む処理手段
３１０が、疑似範囲と衛星位置とに基づいて第１および
第２のＧＰＳレシーバ３０２、３０４の位置を計算す
る。詳細には、第１と第２のＧＰＳレシーバ３０２、３
０４は、第１および第２アンテナ３０６、３０８の受信
ポイント場所Ｒ、Ｌの位置をそれぞれ求める。受信ポイ
ントＲ、ＬがＧＰＳ信号を受け取る有効な中心であり、
次の計算に用いられる。このような全地球航法システム
が本分野の当業者にはよく知られているので、これ以上
詳細には述べない。
【００１５】図４に示すような作業具２０２が、第１お
よび第２側部４０２、４０４、切断用エッジ４００、お
よび上方エッジ４０８を有する土ならしブレード２３６
を含む。簡潔にするため、以下の記載では、この特定の
土壌作業用ブレードの例に関して述べる。しかしなが
ら、別の作業具も本発明の精神から逸脱することなく、
このブレードと置き換えることができる。第１のアンテ
ナ３０６が、第１側部４０２に近接してブレード２３６
に取り付けられており、第２のアンテナ３０８が第２の
側部４０４に近接してブレード２３６に取り付けられて
いる。受信ポイントＲ、Ｌが所定の距離Ｗだけ離れてい
る。図示されているように、所定の距離Ｗは、第１およ
び第２のブレード側部４０２と４０４との間の距離の大
きさに実質的に等しい。第１および第２の受信ポイント
Ｒ、Ｌは、ブレード２３６の切断用エッジ４００に沿っ
て好ましく位置付けられている第１および第２のポイン
ト場所ＲＢ、ＬＢに対して位置決めされる。第１および
第２のポイント場所ＲＢ、ＬＢは、第１および第２の側
部と切断用エッジ４００との交差点において、ブレード
２３６の第１と第２のコーナにあり、距離Ｂだけ離れて
いるのが好ましい。距離Ｂは、距離Ｗに等しいのが好ま
しい。第１および第２のアンテナ３０６、３０８（受信
ポイントＲ、Ｌ）と第１および第２のポイントＲＢとＬ
Ｂをこれらの場所に配置することは、第１と第２の受信
ポイントＲ、Ｌとブレード２３６の第１および第２のポ
イント場所ＲＢ、ＬＢとの間の３次元の空間変換計算を
簡単にする。好ましくは、第１および第２の受信手段２
３０、２３２が、切断エッジ４００に対して垂直に延
び、互いに平行な第１および第２の軸線４１０、４１２
に沿って配置されている。しかしながら、本発明の精神
から逸脱することなく別の場所を選択してもよいことが
わかる。
よび第２側部４０２、４０４、切断用エッジ４００、お
よび上方エッジ４０８を有する土ならしブレード２３６
を含む。簡潔にするため、以下の記載では、この特定の
土壌作業用ブレードの例に関して述べる。しかしなが
ら、別の作業具も本発明の精神から逸脱することなく、
このブレードと置き換えることができる。第１のアンテ
ナ３０６が、第１側部４０２に近接してブレード２３６
に取り付けられており、第２のアンテナ３０８が第２の
側部４０４に近接してブレード２３６に取り付けられて
いる。受信ポイントＲ、Ｌが所定の距離Ｗだけ離れてい
る。図示されているように、所定の距離Ｗは、第１およ
び第２のブレード側部４０２と４０４との間の距離の大
きさに実質的に等しい。第１および第２の受信ポイント
Ｒ、Ｌは、ブレード２３６の切断用エッジ４００に沿っ
て好ましく位置付けられている第１および第２のポイン
ト場所ＲＢ、ＬＢに対して位置決めされる。第１および
第２のポイント場所ＲＢ、ＬＢは、第１および第２の側
部と切断用エッジ４００との交差点において、ブレード
２３６の第１と第２のコーナにあり、距離Ｂだけ離れて
いるのが好ましい。距離Ｂは、距離Ｗに等しいのが好ま
しい。第１および第２のアンテナ３０６、３０８（受信
ポイントＲ、Ｌ）と第１および第２のポイントＲＢとＬ
Ｂをこれらの場所に配置することは、第１と第２の受信
ポイントＲ、Ｌとブレード２３６の第１および第２のポ
イント場所ＲＢ、ＬＢとの間の３次元の空間変換計算を
簡単にする。好ましくは、第１および第２の受信手段２
３０、２３２が、切断エッジ４００に対して垂直に延
び、互いに平行な第１および第２の軸線４１０、４１２
に沿って配置されている。しかしながら、本発明の精神
から逸脱することなく別の場所を選択してもよいことが
わかる。
【００１６】図２および図３を参照すると、第１および
第２の受信手段２３０、２３２が、上述の第１および第
２の所定の間隔のあいた場所でブレード２３６に接続さ
れた第１および第２のレーザレシーバ３１３、３１４を
含む。好ましくは、第１および第２のレーザレシーバ３
１３、３１４が第１および第２のアンテナ３０６、３０
８の各々の場所にある。図４で最もよくわかるように、
第１および第２のアンテナ３０６、３０８が第１および
第２のレーザレシーバ３１３、３１４の一端部にそれぞ
れ取り付けられており、レーザレシーバ３１３、３１４
の他端部が、上方エッジ４０８においてブレード２３６
に接続されている。レーザレシーバ３１３、３１４は、
段階的に増加するレーザレシーバであり、複数の線形に
整列された光受容体４１４と、これに組み合わされる回
路（図示せず）とを含んでおり、特定の受容体の点滅を
表す出力信号を送信するようになっている。この種のレ
ーザレシーバの構成については本分野においてよく知ら
れており、本明細書においてはこれ以上詳細に説明しな
い。第１および第２のレーザレシーバ３１３、３１４
が、高さ方向における作業具の位置計測の正確さを改善
し、全地球航法システム２１８から得られた計測を補う
のに設けられている。第１および第２のレーザレシーバ
３１３、３１４が位置コンピュータ３１２に接続されて
いる。レーザレシーバ３１３、３１４が出力信号を位置
コンピュータ３１２に送り、位置コンピュータ３１２
が、特定の作業場所２１４に関する３次元のブレード２
３６の高さ座標位置ｚを求める。第１および第２のライ
ン４１０、４１２が第１および第２のレーザレシーバ３
１３、３１４の長さに沿って延びており、受信ポイント
Ｒ、Ｌを通る。
第２の受信手段２３０、２３２が、上述の第１および第
２の所定の間隔のあいた場所でブレード２３６に接続さ
れた第１および第２のレーザレシーバ３１３、３１４を
含む。好ましくは、第１および第２のレーザレシーバ３
１３、３１４が第１および第２のアンテナ３０６、３０
８の各々の場所にある。図４で最もよくわかるように、
第１および第２のアンテナ３０６、３０８が第１および
第２のレーザレシーバ３１３、３１４の一端部にそれぞ
れ取り付けられており、レーザレシーバ３１３、３１４
の他端部が、上方エッジ４０８においてブレード２３６
に接続されている。レーザレシーバ３１３、３１４は、
段階的に増加するレーザレシーバであり、複数の線形に
整列された光受容体４１４と、これに組み合わされる回
路（図示せず）とを含んでおり、特定の受容体の点滅を
表す出力信号を送信するようになっている。この種のレ
ーザレシーバの構成については本分野においてよく知ら
れており、本明細書においてはこれ以上詳細に説明しな
い。第１および第２のレーザレシーバ３１３、３１４
が、高さ方向における作業具の位置計測の正確さを改善
し、全地球航法システム２１８から得られた計測を補う
のに設けられている。第１および第２のレーザレシーバ
３１３、３１４が位置コンピュータ３１２に接続されて
いる。レーザレシーバ３１３、３１４が出力信号を位置
コンピュータ３１２に送り、位置コンピュータ３１２
が、特定の作業場所２１４に関する３次元のブレード２
３６の高さ座標位置ｚを求める。第１および第２のライ
ン４１０、４１２が第１および第２のレーザレシーバ３
１３、３１４の長さに沿って延びており、受信ポイント
Ｒ、Ｌを通る。
【００１７】図２を参照すると、基準レシーバ２２６が
ベースステーション２２２に配置されており、ＧＰＳ衛
星の星座から信号を受信する。レシーバ２２６に接続さ
れているベースステーションコンピュータ（図示せず）
が地球の中心に対するレシーバ２２６（アンテナ２３
８）の位置を求める。基準レシーバ２２６が、「差動全
地球航法システム」を形成するのに用いられる。第１お
よび第２のＧＰＳレシーバ３０２、３０４と基準レシー
バ２２６が商業的に入手可能であり、アンテナ、プリア
ンプリファイヤおよびレシーバを含む。位置コンピュー
タ３１２とベースステーションコンピュータが米国イリ
ノイ州シュアンバーグ在住のモトロラ社からの商業的に
入手可能なマイクロプロセッサを含む。図４と図５を参
照すると、作業具２０２がより詳細に示されている。ブ
レード２３６が、支持機構４１６によりフレーム２０４
に可動に接続されている。支持機構４１６は、サークル
４１９とこれに接続されているブレード２３６とを、公
知の手段でサークル４１９の中央に配置されている高さ
方向の軸線のまわりに回転させるための選択的に作動可
能な回転駆動モータ４１８を有するサークル駆動機構５
０２を含む。
ベースステーション２２２に配置されており、ＧＰＳ衛
星の星座から信号を受信する。レシーバ２２６に接続さ
れているベースステーションコンピュータ（図示せず）
が地球の中心に対するレシーバ２２６（アンテナ２３
８）の位置を求める。基準レシーバ２２６が、「差動全
地球航法システム」を形成するのに用いられる。第１お
よび第２のＧＰＳレシーバ３０２、３０４と基準レシー
バ２２６が商業的に入手可能であり、アンテナ、プリア
ンプリファイヤおよびレシーバを含む。位置コンピュー
タ３１２とベースステーションコンピュータが米国イリ
ノイ州シュアンバーグ在住のモトロラ社からの商業的に
入手可能なマイクロプロセッサを含む。図４と図５を参
照すると、作業具２０２がより詳細に示されている。ブ
レード２３６が、支持機構４１６によりフレーム２０４
に可動に接続されている。支持機構４１６は、サークル
４１９とこれに接続されているブレード２３６とを、公
知の手段でサークル４１９の中央に配置されている高さ
方向の軸線のまわりに回転させるための選択的に作動可
能な回転駆動モータ４１８を有するサークル駆動機構５
０２を含む。
【００１８】図４を参照すると最も良くわかるように、
システム１００は、フレーム２０４と支持機構４１６と
の間でこれらに接続されている第１および第２の選択的
に作動可能な流体作動式リフトジャッキ４２０、４２２
を有する作業具制御手段１２０を含む。第１および第２
のリフトジャッキ４２０、４２２は、第１および第２の
離れた位置の間に伸張可能に可動であり、ブレード２３
６をフレーム２０４に対して上方に動かす。リフトジャ
ッキ４２０、４２２が延びると同時にブレード２３６が
降下し、リフトジャッキ４２０、４２２が収縮すると同
時にブレード２３６が上がる。第１および第２のリフト
ジャッキ４２０、４２２のいずれか１方の延びまたは収
縮または、第１および第２のリフトジャッキ４２０、４
２２の１方の延びと他方の収縮により、マシン２０６の
動きの方向に対して横の方向にフレーム２０４に対して
ブレード２３６を傾斜させることになる。
システム１００は、フレーム２０４と支持機構４１６と
の間でこれらに接続されている第１および第２の選択的
に作動可能な流体作動式リフトジャッキ４２０、４２２
を有する作業具制御手段１２０を含む。第１および第２
のリフトジャッキ４２０、４２２は、第１および第２の
離れた位置の間に伸張可能に可動であり、ブレード２３
６をフレーム２０４に対して上方に動かす。リフトジャ
ッキ４２０、４２２が延びると同時にブレード２３６が
降下し、リフトジャッキ４２０、４２２が収縮すると同
時にブレード２３６が上がる。第１および第２のリフト
ジャッキ４２０、４２２のいずれか１方の延びまたは収
縮または、第１および第２のリフトジャッキ４２０、４
２２の１方の延びと他方の収縮により、マシン２０６の
動きの方向に対して横の方向にフレーム２０４に対して
ブレード２３６を傾斜させることになる。
【００１９】図５を参照すると、流体作動式チップジャ
ッキ５０４が、支持機構４１６とベルクランク５０６と
の間でこれらに接続されている。ベルクランク５０６
は、ブレード２３６をサークル駆動機構５０２にピボッ
ト運動可能に接続する。チップジャキ５０４が伸延可能
に可動であり、ベルクランク５０６をピボット運動接続
のまわりに傾斜させるようになっている。このため、ブ
レード２３６が前後方向に、図５の仮定線に示すように
傾斜運動することになり、ブレードは車両フレーム２０
４の横方向に向いた状態である。傾斜とピッチという用
語は相互に置き換え可能であり同一の意味を有するもの
である。好ましい実施例において、向き決定手段３２０
が地面に対する作業具２０２の向きを求める。好ましい
実施例において作業具２０２の向きはピッチ（β）と傾
き（α）に関して示される。
ッキ５０４が、支持機構４１６とベルクランク５０６と
の間でこれらに接続されている。ベルクランク５０６
は、ブレード２３６をサークル駆動機構５０２にピボッ
ト運動可能に接続する。チップジャキ５０４が伸延可能
に可動であり、ベルクランク５０６をピボット運動接続
のまわりに傾斜させるようになっている。このため、ブ
レード２３６が前後方向に、図５の仮定線に示すように
傾斜運動することになり、ブレードは車両フレーム２０
４の横方向に向いた状態である。傾斜とピッチという用
語は相互に置き換え可能であり同一の意味を有するもの
である。好ましい実施例において、向き決定手段３２０
が地面に対する作業具２０２の向きを求める。好ましい
実施例において作業具２０２の向きはピッチ（β）と傾
き（α）に関して示される。
【００２０】好ましい実施例において、向き決定手段３
２０は、２次元バブルセンサー３２２を含む。この２次
元センサー３２２は、導電性流体で充填されたケーシン
グを含む。バブル、すなわちガスのポケット、例えば空
気がケーシング内に閉じ込められる。作業具２０２の向
きが変化するにつれ、バブルの場所がケーシング内で動
く。センサー３２２前後の電気インピーダンスが、バブ
ルの場所とともに変化し、各角度に比例する。センサー
３２２は、２つの垂直の軸線上でケーシング前後の電気
インピーダンスを計測し、これに応答してピッチと傾斜
角をそれぞれ求める。適当な２軸バブルセンセーが、ニ
ューヨーク州ハッパンゲ在住のスペクトロン・グラス・
アンド・エレクトニクス社から入手可能なモデル番号Ｓ
Ｐ５００００である。別の実施例において、２つの単軸
センサー、モデル番号Ｌ−２１２ｔを用いてもよい。さ
らに、本発明は振り子式センサーを用いてもよい。
２０は、２次元バブルセンサー３２２を含む。この２次
元センサー３２２は、導電性流体で充填されたケーシン
グを含む。バブル、すなわちガスのポケット、例えば空
気がケーシング内に閉じ込められる。作業具２０２の向
きが変化するにつれ、バブルの場所がケーシング内で動
く。センサー３２２前後の電気インピーダンスが、バブ
ルの場所とともに変化し、各角度に比例する。センサー
３２２は、２つの垂直の軸線上でケーシング前後の電気
インピーダンスを計測し、これに応答してピッチと傾斜
角をそれぞれ求める。適当な２軸バブルセンセーが、ニ
ューヨーク州ハッパンゲ在住のスペクトロン・グラス・
アンド・エレクトニクス社から入手可能なモデル番号Ｓ
Ｐ５００００である。別の実施例において、２つの単軸
センサー、モデル番号Ｌ−２１２ｔを用いてもよい。さ
らに、本発明は振り子式センサーを用いてもよい。
【００２１】位置コンピュータ３１２が、局所座標系に
おいて作業具２０２の第１と第２のポイント場所ＲＢ、
ＬＢの関連する現在の座標位置ＲＢ、ＬＢを求める。局
所座標系は、フレーム２０４（支持機構４１６）に関し
て形成された３次元の座標系である。図６を参照する
と、ブレード２３６は、第２側部４０４から見られ、ブ
レード２３６に沿って見下ろすように示されている。処
理手段３１０が第１と第２の受信手段２３０、２３２か
ら第１と第２の位置信号を受信し、上述の作業場所２１
４に関する場所座標系において、リアルタイムで、第１
および第２の受信手段２３０、２３２の第１と第２の現
在の座標位置Ｌ、Ｒを求める。高さの方向において、さ
らに正確さが要求される場合には、上述に示したよう
に、第１と第２の信号はレーザ位置信号を含んでいれば
よい。レーザが判定した高さ位置は、ＧＰＳが判定した
高さ位置よりもさらに正確であるために、処理手段３１
０は、ＧＰＳ高さ成分ｚを無視し、レーザ判定高さ位置
ｚを用いるのが好ましい。
おいて作業具２０２の第１と第２のポイント場所ＲＢ、
ＬＢの関連する現在の座標位置ＲＢ、ＬＢを求める。局
所座標系は、フレーム２０４（支持機構４１６）に関し
て形成された３次元の座標系である。図６を参照する
と、ブレード２３６は、第２側部４０４から見られ、ブ
レード２３６に沿って見下ろすように示されている。処
理手段３１０が第１と第２の受信手段２３０、２３２か
ら第１と第２の位置信号を受信し、上述の作業場所２１
４に関する場所座標系において、リアルタイムで、第１
および第２の受信手段２３０、２３２の第１と第２の現
在の座標位置Ｌ、Ｒを求める。高さの方向において、さ
らに正確さが要求される場合には、上述に示したよう
に、第１と第２の信号はレーザ位置信号を含んでいれば
よい。レーザが判定した高さ位置は、ＧＰＳが判定した
高さ位置よりもさらに正確であるために、処理手段３１
０は、ＧＰＳ高さ成分ｚを無視し、レーザ判定高さ位置
ｚを用いるのが好ましい。
【００２２】処理手段３１０は、外部座標、すなわちＧ
ＰＳ座標に関する作業具２０２の最終目的の位置を求め
るようになっている。このような機能を実行するように
なっている処理手段３１０が、米国特許出願第８／４９
３、１８８号に記載されている。本発明は、この先行技
術を引用し、この特許出願明細書の記述を本明細書の記
述の一部とする。図３を参照すると、処理手段３１０
が、メモリ付きのデータベースコンピュータ３１６を含
む。データベースコンピュータ３１６が位置コンピュー
タ３１２に接続されている。データベースコンピュータ
３１６は、位置コンピュータ３１２から信号を受信し、
マシン２０６が作業場所２１４を通るときに、作業場所
２１４内においてブレード２３６上の第１と第２のポイ
ント位置ＲＢ、ＬＢの現在の座標位置と、マシン２０６
が作業場所２１４を通るときの作業具２０２の傾斜のパ
ーセントをリアルタイムで更新する。データベースコン
ピュータ３１６は、トランシーバ１０３にも接続されて
いる。トランシーバ１０３は、マシン２０６に取り付け
られており、ベースステーション２２２でトランシーバ
２２８とラジオ周波数送信通信を行なう。トランシーバ
２２８がベースステーション２２２に配置されている陸
上ベースのコンピュータ（図示せず）に接続されてい
る。トランシーバ２２８は、トランシーバ１０３と通信
して、データベースコンピュータ３１６と陸上ベースの
コンピュータとの間にデータを送信する。マシン位置、
作業具の位置、地上の地形の変化、作業具２０２の傾斜
のパーセント等のデータがこれらの間に伝送される。例
えば、作業具２０２の傾斜のパーセントと、マシン２０
６が作業場所２１４を通るときのマシン２０６の作動の
挙動によって生じるこれらの変化が、場所座標系におけ
る第１および第２のポイントＲＢ、ＬＢの追跡に基づい
て、マシン２０６上に配置された位置コンピュータ３１
２においてリアルタイムで更新される。このような情報
が伝達されて、陸上ベースのコンピュータを更新する。
ＰＳ座標に関する作業具２０２の最終目的の位置を求め
るようになっている。このような機能を実行するように
なっている処理手段３１０が、米国特許出願第８／４９
３、１８８号に記載されている。本発明は、この先行技
術を引用し、この特許出願明細書の記述を本明細書の記
述の一部とする。図３を参照すると、処理手段３１０
が、メモリ付きのデータベースコンピュータ３１６を含
む。データベースコンピュータ３１６が位置コンピュー
タ３１２に接続されている。データベースコンピュータ
３１６は、位置コンピュータ３１２から信号を受信し、
マシン２０６が作業場所２１４を通るときに、作業場所
２１４内においてブレード２３６上の第１と第２のポイ
ント位置ＲＢ、ＬＢの現在の座標位置と、マシン２０６
が作業場所２１４を通るときの作業具２０２の傾斜のパ
ーセントをリアルタイムで更新する。データベースコン
ピュータ３１６は、トランシーバ１０３にも接続されて
いる。トランシーバ１０３は、マシン２０６に取り付け
られており、ベースステーション２２２でトランシーバ
２２８とラジオ周波数送信通信を行なう。トランシーバ
２２８がベースステーション２２２に配置されている陸
上ベースのコンピュータ（図示せず）に接続されてい
る。トランシーバ２２８は、トランシーバ１０３と通信
して、データベースコンピュータ３１６と陸上ベースの
コンピュータとの間にデータを送信する。マシン位置、
作業具の位置、地上の地形の変化、作業具２０２の傾斜
のパーセント等のデータがこれらの間に伝送される。例
えば、作業具２０２の傾斜のパーセントと、マシン２０
６が作業場所２１４を通るときのマシン２０６の作動の
挙動によって生じるこれらの変化が、場所座標系におけ
る第１および第２のポイントＲＢ、ＬＢの追跡に基づい
て、マシン２０６上に配置された位置コンピュータ３１
２においてリアルタイムで更新される。このような情報
が伝達されて、陸上ベースのコンピュータを更新する。
【００２３】例えば、液晶ディスプレー、ブラウン管、
または情報を表示できる別の適当な装置のような商業的
に入手可能な構造のモニター３１８が、データベースコ
ンピュータ３１６に接続されている。データベースコン
ピュータ３１６が、信号をモニター３１８に送信し、作
業場所２１４に対するブレード２３６の現在の位置を絵
図的にまたはグラフ的に表示する。モニター３１８は、
２次元か３次元のいずれかにおいて、あるいは作業具２
０２の実際および所望の横断傾斜を数値的に表示しても
よい。地形測量によって先に決定されるような実際の作
業場所のディジタル化されたプランまたはモデルが、デ
ータベースコンピュータ３１６内にロードされてもよ
い。建設家によってドラフトされたような所望の作業場
所のディジタル化されたプランまたはモデルがデータベ
ースコンピュータ３１６にロードされてもよい。実際の
作業場所データが、上述に求められたように第１と第２
のポイント場所ＲＢ、ＬＢの位置に基づいてリアルタイ
ムで更新される。動的であるデータベースが、第１と第
２のポイント場所ＲＢ、ＬＢをリアルタイムで追跡しや
すくし、ブレード２３６が作業場所２１４を通ると、ブ
レード２３６によって地表面の領域が変更される。応答
信号がデータベースコンピュータ３１６からモニター３
１８に送信され、ブレード２３６の現在の位置、変更さ
れた実際の作業場所、実際および所望の傾斜のパーセン
ト、および所望の作業場所の高さが、オペレータの要求
に応じてモニター３１８上に単独で表示されるか、ある
いは組み合わされて表示される。
または情報を表示できる別の適当な装置のような商業的
に入手可能な構造のモニター３１８が、データベースコ
ンピュータ３１６に接続されている。データベースコン
ピュータ３１６が、信号をモニター３１８に送信し、作
業場所２１４に対するブレード２３６の現在の位置を絵
図的にまたはグラフ的に表示する。モニター３１８は、
２次元か３次元のいずれかにおいて、あるいは作業具２
０２の実際および所望の横断傾斜を数値的に表示しても
よい。地形測量によって先に決定されるような実際の作
業場所のディジタル化されたプランまたはモデルが、デ
ータベースコンピュータ３１６内にロードされてもよ
い。建設家によってドラフトされたような所望の作業場
所のディジタル化されたプランまたはモデルがデータベ
ースコンピュータ３１６にロードされてもよい。実際の
作業場所データが、上述に求められたように第１と第２
のポイント場所ＲＢ、ＬＢの位置に基づいてリアルタイ
ムで更新される。動的であるデータベースが、第１と第
２のポイント場所ＲＢ、ＬＢをリアルタイムで追跡しや
すくし、ブレード２３６が作業場所２１４を通ると、ブ
レード２３６によって地表面の領域が変更される。応答
信号がデータベースコンピュータ３１６からモニター３
１８に送信され、ブレード２３６の現在の位置、変更さ
れた実際の作業場所、実際および所望の傾斜のパーセン
ト、および所望の作業場所の高さが、オペレータの要求
に応じてモニター３１８上に単独で表示されるか、ある
いは組み合わされて表示される。
【００２４】作業具制御手段１２０が、手動または自動
モードで作業具２０２の作動を制御するようになってい
るのが好ましい。ＧＰＳおよびレーザ平面システムの組
合せを用いながら、作業具２０２を制御するか、または
外部座標系内の作業具２０２の位置を求めるかいずれか
のために、外部座標系とレーザ平面との間の関係が求め
られなければならない。図７を参照すると、レーザ平面
と外部座標系の間の関係を求めるためのセットアップル
ーチンの作動について記載されている。セットアップル
ーチンは、マシン２０６の開始時、または入力ボタン等
の装置によりオペレータの要求に応じて自動的に入力さ
れればよい。次いで、オペレータが以下に記載の様々な
行為を実行するように促される。
モードで作業具２０２の作動を制御するようになってい
るのが好ましい。ＧＰＳおよびレーザ平面システムの組
合せを用いながら、作業具２０２を制御するか、または
外部座標系内の作業具２０２の位置を求めるかいずれか
のために、外部座標系とレーザ平面との間の関係が求め
られなければならない。図７を参照すると、レーザ平面
と外部座標系の間の関係を求めるためのセットアップル
ーチンの作動について記載されている。セットアップル
ーチンは、マシン２０６の開始時、または入力ボタン等
の装置によりオペレータの要求に応じて自動的に入力さ
れればよい。次いで、オペレータが以下に記載の様々な
行為を実行するように促される。
【００２５】第１制御ブロック７０２において、レーザ
平面２１６がレーザ検出器／レシーバ３１３、３１４の
１つと交差するように作業具２０６がオペレータにより
動かされる。次いで、第２の制御ブロック７０４におい
て、作業具２０２が以下に説明されるように水平にされ
る。次いで、ＧＰＳレシーバ３０２、３０４の１つから
のＧＰＳ位置読み取り値が第３の制御ブロック７０６に
おいてサンプル化される。上述の３段階が、作業場所２
１４の３つの異なる場所で実行される。第４の制御ブロ
ック７０８において、レーザ平面２１６の方程式が、作
業場所２１４の３つの場所におけるＧＰＳ位置の関数と
して外部座標系に関して定められる。
平面２１６がレーザ検出器／レシーバ３１３、３１４の
１つと交差するように作業具２０６がオペレータにより
動かされる。次いで、第２の制御ブロック７０４におい
て、作業具２０２が以下に説明されるように水平にされ
る。次いで、ＧＰＳレシーバ３０２、３０４の１つから
のＧＰＳ位置読み取り値が第３の制御ブロック７０６に
おいてサンプル化される。上述の３段階が、作業場所２
１４の３つの異なる場所で実行される。第４の制御ブロ
ック７０８において、レーザ平面２１６の方程式が、作
業場所２１４の３つの場所におけるＧＰＳ位置の関数と
して外部座標系に関して定められる。
【００２６】第１の実施例において、レーザ平面２１８
の方程式がＧＰＳレシーバ３０２、３０４、受信手段２
３０、２３２のうちの１つのレーザ検出器３１３、３１
４および２つのピッチセンサー３２２からのデータを用
いて求められる。セットアップルーチンの第１の実施例
が図８に図示されている。第５の制御ブロック８０２に
おいて、マスト２３１、２３３が、２次元バブルセンサ
ー３２２を用いて地球に関して垂直に設定される。これ
は自動的になされてもよいし、またはセンサー出力がオ
ペレータに表示されて、オペレータが水平になるまで作
業具２０２を手動で調整できる。第６の制御ブロック８
０４において、レーザ平面２１６と交じわるまで、オペ
レータは作業具２０２を垂直方向に動かすように指示さ
れる。
の方程式がＧＰＳレシーバ３０２、３０４、受信手段２
３０、２３２のうちの１つのレーザ検出器３１３、３１
４および２つのピッチセンサー３２２からのデータを用
いて求められる。セットアップルーチンの第１の実施例
が図８に図示されている。第５の制御ブロック８０２に
おいて、マスト２３１、２３３が、２次元バブルセンサ
ー３２２を用いて地球に関して垂直に設定される。これ
は自動的になされてもよいし、またはセンサー出力がオ
ペレータに表示されて、オペレータが水平になるまで作
業具２０２を手動で調整できる。第６の制御ブロック８
０４において、レーザ平面２１６と交じわるまで、オペ
レータは作業具２０２を垂直方向に動かすように指示さ
れる。
【００２７】第７の制御ブロック８０６において、作業
２０２のレベルとレーザ平面２１６が交わるとＧＰＳ位
置がサンプル化される。第８の制御ブロック８０８にお
いて、ＧＰＳアンテナ３０６、３０８からレーザ平面２
１６の距離は、レーザ検出器３１３、３１４がレーザ平
面２１６と交わる場合の関数として求められる。第９の
制御ブロック８１０において、このようなＧＰＳ場所の
３つが計測される。マシン２０６と作業具２０２が同一
の場所にある状態で、３つの場所のうち２つが、第１お
よび第２のＧＰＳレシーバ３０２、３０４を用いて求め
られてもよい。第３のＧＰＳ場所に対して、マシン２０
６が新しい場所に動かされてもよい。
２０２のレベルとレーザ平面２１６が交わるとＧＰＳ位
置がサンプル化される。第８の制御ブロック８０８にお
いて、ＧＰＳアンテナ３０６、３０８からレーザ平面２
１６の距離は、レーザ検出器３１３、３１４がレーザ平
面２１６と交わる場合の関数として求められる。第９の
制御ブロック８１０において、このようなＧＰＳ場所の
３つが計測される。マシン２０６と作業具２０２が同一
の場所にある状態で、３つの場所のうち２つが、第１お
よび第２のＧＰＳレシーバ３０２、３０４を用いて求め
られてもよい。第３のＧＰＳ場所に対して、マシン２０
６が新しい場所に動かされてもよい。
【００２８】３つのサンプル化されたＧＰＳ位置を用い
て、ＧＰＳ座標におけるレーザ平面の方程式が第１０の
制御ブロック８１２において計算される。第２の実施例
において、セットアップルーチンが、２つのＧＰＳレシ
ーバ３０２、３０４、レーザレシーバ３１３、３１４の
一つ、およびピッチセンサー３２２を用いて達成され
る。図９を参照すると、セットアップルーチンの第２の
実施例について述べる。第１１の制御ブロック９０２に
おいて、ＧＰＳレシーバ３０２、３０４のｚ読み取り値
を等しくするように作業具２０２の左右側を調整するこ
とによって、水平ブレードの向きが得られる。これは自
動的になされるか、あるいはオペレータによりなされ
る。後者の場合には、ＧＰＳレシーバ３０２、３０４の
ｚの読み取り値がオペレータに表示されてオペレータが
作業具２０２を手作業で調整できるようになっている。
て、ＧＰＳ座標におけるレーザ平面の方程式が第１０の
制御ブロック８１２において計算される。第２の実施例
において、セットアップルーチンが、２つのＧＰＳレシ
ーバ３０２、３０４、レーザレシーバ３１３、３１４の
一つ、およびピッチセンサー３２２を用いて達成され
る。図９を参照すると、セットアップルーチンの第２の
実施例について述べる。第１１の制御ブロック９０２に
おいて、ＧＰＳレシーバ３０２、３０４のｚ読み取り値
を等しくするように作業具２０２の左右側を調整するこ
とによって、水平ブレードの向きが得られる。これは自
動的になされるか、あるいはオペレータによりなされ
る。後者の場合には、ＧＰＳレシーバ３０２、３０４の
ｚの読み取り値がオペレータに表示されてオペレータが
作業具２０２を手作業で調整できるようになっている。
【００２９】第１２の制御ブロック９０４において、作
業具２０２の垂直方向の向きが、ピッチセンサー３２２
を用いて得られる。上述したように、これは自動的にま
たはオペレータにより手作業で達成されてもよい。第１
３の制御ブロック９０６においてＧＰＳ読み取り値がサ
ンプル化される。第１４の制御ブロック９０８において
ＧＰＳアンテナ３０６、３０８からレーザ検出器３１
３、３１４までの距離ｄが計測される。第１５の制御ブ
ロック９１０において、ＧＰＳ読み取り値が２つの別の
場所で得られる。第１６の制御ブロック９１２におい
て、上述の式を用いてレーザ平面２１６の方程式がＧＰ
Ｓ座標において計算される。
業具２０２の垂直方向の向きが、ピッチセンサー３２２
を用いて得られる。上述したように、これは自動的にま
たはオペレータにより手作業で達成されてもよい。第１
３の制御ブロック９０６においてＧＰＳ読み取り値がサ
ンプル化される。第１４の制御ブロック９０８において
ＧＰＳアンテナ３０６、３０８からレーザ検出器３１
３、３１４までの距離ｄが計測される。第１５の制御ブ
ロック９１０において、ＧＰＳ読み取り値が２つの別の
場所で得られる。第１６の制御ブロック９１２におい
て、上述の式を用いてレーザ平面２１６の方程式がＧＰ
Ｓ座標において計算される。
【００３０】第１および第２の実施例において、マスト
２３１、２３３が地球に対して垂直に設定される。これ
らの点で求められるｘおよびｙのＧＰＳ座標がレーザ平
面交差点に関して同じである。ＧＰＳアンテナ３０６、
３０８によって得られたｚ座標がレーザ平面交差点にお
いてｚ−ｄとなる。従って、第１および第２の実施例に
関して、ＧＰＳ座標ｘ、ｙ、ｚがレーザ平面座標ｘ、
ｙ、ｚ−ｄに対応する。レーザ平面２１６に関する式
が、上述のレーザ平面座標を既知のＧＰＳ座標のかわり
にすることによって容易に求められる。第１および第２
の実施例において、作業用具２０２が、最初に外部座標
系に関して水平にされる。次の、すなわち第３の実施例
において、まず作業具２０２がレーザ平面２１６に対し
て水平にされる。
２３１、２３３が地球に対して垂直に設定される。これ
らの点で求められるｘおよびｙのＧＰＳ座標がレーザ平
面交差点に関して同じである。ＧＰＳアンテナ３０６、
３０８によって得られたｚ座標がレーザ平面交差点にお
いてｚ−ｄとなる。従って、第１および第２の実施例に
関して、ＧＰＳ座標ｘ、ｙ、ｚがレーザ平面座標ｘ、
ｙ、ｚ−ｄに対応する。レーザ平面２１６に関する式
が、上述のレーザ平面座標を既知のＧＰＳ座標のかわり
にすることによって容易に求められる。第１および第２
の実施例において、作業用具２０２が、最初に外部座標
系に関して水平にされる。次の、すなわち第３の実施例
において、まず作業具２０２がレーザ平面２１６に対し
て水平にされる。
【００３１】図１０を参照すると、第３の実施例につい
て記載されている。第３の実施例において、セットアッ
プルーチンが、ＧＰＳレシーバ３０２、３０４と、２つ
のレーザ検出器３１３、３１４とを用いて実行される。
第１７の制御ブロック１００２において、平行な作業具
の向きが、作業具２０２の左右側を調整することによっ
てレーザ平面２１６に対して得られ、作業具２０２から
レーザ検出器３１３、３１４上の交差点までの距離を等
しくする。第１８の制御ブロック１００４において、レ
ーザ平面２１６に対する垂直のブレード向きが、作業具
２０２とレーザ平面の交差との間の距離が最小になるま
で前後ブレードのピッチを調整することによって得られ
る。第１９の制御ブロック１００６において、ＧＰＳの
読み取り値がサンプル化される。
て記載されている。第３の実施例において、セットアッ
プルーチンが、ＧＰＳレシーバ３０２、３０４と、２つ
のレーザ検出器３１３、３１４とを用いて実行される。
第１７の制御ブロック１００２において、平行な作業具
の向きが、作業具２０２の左右側を調整することによっ
てレーザ平面２１６に対して得られ、作業具２０２から
レーザ検出器３１３、３１４上の交差点までの距離を等
しくする。第１８の制御ブロック１００４において、レ
ーザ平面２１６に対する垂直のブレード向きが、作業具
２０２とレーザ平面の交差との間の距離が最小になるま
で前後ブレードのピッチを調整することによって得られ
る。第１９の制御ブロック１００６において、ＧＰＳの
読み取り値がサンプル化される。
【００３２】第２０の制御ブロック１００８において、
レーザ平面交差とＧＰＳの間の距離ｄが求められる。第
２１の制御ブロック１０１０において、ＧＰＳ位置と２
つの別のポイントに対するｄが求められる。第２２の制
御ブロック１０１２において、３つのサンプル化された
ＧＰＳポイントを含む平面の式が以下に示すように求め
られる。第２３の制御ブロック１０１４において、レー
ザ平面２１６の式が、上述に求められたＧＰＳ平面と、
レーザ平面２１６と求められたＧＰＳ平面との間の距離
ｄを用いて計算される。図１１を参照すると、Ｃ1 、Ｃ
2 、Ｃ3 が３つのサンプル化されたＧＰＳ場所を表し、
ＳO がＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 によって定められた平面を表
す。
レーザ平面交差とＧＰＳの間の距離ｄが求められる。第
２１の制御ブロック１０１０において、ＧＰＳ位置と２
つの別のポイントに対するｄが求められる。第２２の制
御ブロック１０１２において、３つのサンプル化された
ＧＰＳポイントを含む平面の式が以下に示すように求め
られる。第２３の制御ブロック１０１４において、レー
ザ平面２１６の式が、上述に求められたＧＰＳ平面と、
レーザ平面２１６と求められたＧＰＳ平面との間の距離
ｄを用いて計算される。図１１を参照すると、Ｃ1 、Ｃ
2 、Ｃ3 が３つのサンプル化されたＧＰＳ場所を表し、
ＳO がＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 によって定められた平面を表
す。
【００３３】計測場所におけるＧＰＳアンテナ３０６、
３０８と、レーザ平面２１６との間の距離がｄで表され
る。レーザ平面２１６がＳによって表されている。
Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 は、Ｃ1 、Ｃ 2 、Ｃ3 およびｄによっ
て形成されるレーザ平面２１６上の３ポイントである。
従ってＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 およびｄが与えられ、ＳがＳO
に平行である、レーザ平面２１６の方程式が形式を有す
る式によって定められる。 ＡO Ｘ＋Ｂ OＹ＋Ｃ OＺ＋Ｄ1 ＝０ 式１ ＡO 、Ｂ O、Ｃ Oは、ＳO に垂直なベクトルｎを定め
る。 ベクトルｎ0 ＝（ＡO 、Ｂ O、Ｃ O） 式２ 次いで単位ベクトルμが求められる。
３０８と、レーザ平面２１６との間の距離がｄで表され
る。レーザ平面２１６がＳによって表されている。
Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 は、Ｃ1 、Ｃ 2 、Ｃ3 およびｄによっ
て形成されるレーザ平面２１６上の３ポイントである。
従ってＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 およびｄが与えられ、ＳがＳO
に平行である、レーザ平面２１６の方程式が形式を有す
る式によって定められる。 ＡO Ｘ＋Ｂ OＹ＋Ｃ OＺ＋Ｄ1 ＝０ 式１ ＡO 、Ｂ O、Ｃ Oは、ＳO に垂直なベクトルｎを定め
る。 ベクトルｎ0 ＝（ＡO 、Ｂ O、Ｃ O） 式２ 次いで単位ベクトルμが求められる。
【００３４】 ベクトルμO ＝ベクトルｎ0 ／絶対値ベクトルｎ0 式３ 次いで、レーザ平面２１６を形成するために用いられた
３ポイントが次の式によって求められる。 ベクトルＱ1 ＝ベクトルＣ1 ＋ｄsep （ベクトルμ0 ） 式４ ベクトルＱ2 ＝ベクトルＣ2 ＋ｄsep （ベクトルμ1 ） 式５ ベクトルＱ3 ＝ベクトルＣ3 ＋ｄsep （ベクトルμ0 ） 式６ レーザ平面２１６において３つのポイントが与えられる
と、レーザ平面式（式１）が求められる。Ｄ1 が例えば
１の整数に設定される。マトリックスフォームにおい
て、Ａ0 、Ｂ 0、Ｃ0 が式によって得られる。 Ｔ＊Ｕ＝Ｖ 式７
３ポイントが次の式によって求められる。 ベクトルＱ1 ＝ベクトルＣ1 ＋ｄsep （ベクトルμ0 ） 式４ ベクトルＱ2 ＝ベクトルＣ2 ＋ｄsep （ベクトルμ1 ） 式５ ベクトルＱ3 ＝ベクトルＣ3 ＋ｄsep （ベクトルμ0 ） 式６ レーザ平面２１６において３つのポイントが与えられる
と、レーザ平面式（式１）が求められる。Ｄ1 が例えば
１の整数に設定される。マトリックスフォームにおい
て、Ａ0 、Ｂ 0、Ｃ0 が式によって得られる。 Ｔ＊Ｕ＝Ｖ 式７
【００３５】
【数１】
【００３６】 Ｕ＝Ｔ’Ｖ 式９
【００３７】
【数２】
【００３８】本発明の別の態様、目的および利点が、図
面、発明の開示および請求の範囲を研究することから得
ることができる。
面、発明の開示および請求の範囲を研究することから得
ることができる。
【図１】作業具の位置を求めるためのシステムの概略的
なブロック線図である。
なブロック線図である。
【図２】作業具を有する地形変更マシンのための組み合
わされたレーザとキネマチック全地球航法システムを表
す本発明の１実施例の概略図である。
わされたレーザとキネマチック全地球航法システムを表
す本発明の１実施例の概略図である。
【図３】作業具の位置を求めるための装置と、作業具の
位置を連続して制御するための制御システムの概略的な
ブロック線図である。
位置を連続して制御するための制御システムの概略的な
ブロック線図である。
【図４】より詳細に制御システムを表す図３の装置の概
略図である。
略図である。
【図５】第１および第２の位置受信手段が取り付けられ
ている作業具の概略的側面図である。
ている作業具の概略的側面図である。
【図６】局所座標系において角度θで傾斜された図５の
作業具と受信手段の概略図である。
作業具と受信手段の概略図である。
【図７】レーザ平面と外部座標系との間の関係を求める
ための方法を表すフロー線図である。
ための方法を表すフロー線図である。
【図８】本発明の第１実施例の方法を表すフロー線図で
ある。
ある。
【図９】本発明の第２の実施例の方法を表すフロー線図
である。
である。
【図１０】本発明の第３の実施例の方法を表すフロー線
図である。
図である。
【図１１】距離ｄだけ離れた２つの平行な平面を表す概
略図である。
略図である。
１００ システム １０２ 外部座標システム位置検出手段 １０４ 外部座標位置センサー １０６ レーザ検出手段 １０８ レーザ検出器 １１０ 制御手段 １１２ コントローラ ２０２ 作業具 ２０４ フレーム ２０６ モービルマシン ２０８ レーザスキャナ ２１０ レーザビーム ２１４ 作業場所 ２１６ レーザ平面 ２１８ 全地球航法システム ２２２ ベースステーション ２２４ 基準受信手段 ２２６ ＧＰＳ基準レシーバ ２２８ トランシーバ ２３０ 第１受信手段 ２３６ ブレード ３０２ 第１ＧＰＳレシーバ ３０４ 第２ＧＰＳレシーバ ３０６、３０８ アンテナ ３１３ 第１レーザレシーバ ３１４ 第２レーザレシーバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グレゴリー アール ハロッド アメリカ合衆国 イリノイ州 61604 ピ オーリア ウェスト ハンスラー プレイ ス 118
Claims (2)
- 【請求項１】 作業具を備えたモービルマシンを用いて
レーザ平面と外部座標系の間の関係を求める方法におい
て、 レーザ平面が、作業具上に取り付けられたレーザ検出手
段と交わるように前記作業具を動かし、これに応答して
交差信号を発信し、 前記作業具に接続された外部座標系位置検出手段から外
部基準位置信号をそれぞれ受信し、 前記レーザ平面と交わる状態を維持しながら前記作業具
を水平にし、 前記外部座標系に関する前記レーザ平面の方程式を前記
外部基準位置信号の関数として定める、 段階からなる方法。 - 【請求項２】 作業具を備えたモービルマシンを用いて
レーザ平面と外部座標系の間の関係を求めるシステムに
おいて、 外部座標系の座標における作業具の位置を求め、これに
応答して外部基準位置信号を発信するための外部座標系
位置検出手段と、 レーザ平面との交差を検出し、これに応答して交差信号
を発信するためのレーザ検出手段と、 前記交差信号と前記外部基準位置信号とを受信し、これ
に応答して前記外部座標系に関する前記レーザ平面の方
程式を前記外部基準位置信号の関数として定めるための
制御手段と、 を備えるシステム。
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