JPS63298116A

JPS63298116A - 移動体の位置計測方法

Info

Publication number: JPS63298116A
Application number: JP13578587A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Yamaguchi; 山口　博明
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1987-05-29
Filing date: 1987-05-29
Publication date: 1988-12-05
Anticipated expiration: 2012-04-16
Also published as: JP2601274B2

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、移動体の位置を計測する方法に関し、特に土
木作業現場での作業車両の測位、港湾での船舶の測位、
工場での台車の測位などに採用して好適な移動体の位置
計測方法に関する。

（従来の技術）従来、建設現場等にお【プる作業車両の運搬支援および
作業を自動化するために車両等の位置を計測するシステ
ムとしては、先に本出願人が出願した特願昭６１−１１
６８５７発明の名称「車両位置及び姿勢角の計測装置」
、あるいは特願昭６１−１１６８５８発明の名称［車両
位置及び姿勢角の計測装置］などがあげられる。

これらの削測装置では、建設現場等の限定作業範囲内の
２定点に２台のレーザ投光器が設置され、一方作業車両
等の移動体には、レーザ受光器が設置される。そして、
上記２台のレーザ投光器を−定周期で定速回転させ、そ
れぞれの投光器から投光されたレーザ光を上記受光器で
受光して、所定の方位から当該受光器で受光されるまで
時間を２台の投光器のそれぞれについて求め、これら２
台の投光器の位置と被計測移動体位置との幾何学的関係
に基づく三角測量によって移動体の位置を計測づるよう
にしている。

（発明が解決しＪ、つとする問題点）しかし、上記した従来の移動体の位置計測方法によると
、上記投光器と受光器との間に他の移動体等レーザ光の
遮蔽物が存在するような場合に当の位置計測が不能とな
る不都合がある。こうして位置訓測が不能となった場合
には、たとえそれが一時的であるにせよ作業車両等の移
動体による作業（よ中断−１！ざるを得なくなるであろ
うし、またこれが長期にわたる場合には、前記限定作業
範囲自体を分割する等の対策を講じざるを得ないことと
もなる。

なお、こうした問題点を解決する方法として、投光器お
よび受光器を遮蔽物よりも高くしたり、受光器の受光面
を大型化するなどの方法も検問されている。しかし、こ
れらの方法は、移動体の安定性を損ねる虞れがあるため
、いずれも採用されるには至っていない。

本発明は、上記した従来の問題点を解決するためになさ
れたもので゛、その目的とするところ番よ、限定作業範
囲内にレーザ光等直進光の遮蔽物が存在するような場合
でも、作業の中断作業範囲の分割等が強いられることな
く連続して移動体の位置計測を行なうことのできる計測
方法を捉供することにある。

（問題点を解決するための手段および作用〕本発明では
、三角測量において定点を少なくとも３点設け、これら
の少なくとも３定点のうち、移動体との間での測量可能
な任意の２定点を逐次選択しつつ、これら選択した２定
点と当該移動体との幾何学的関係に基づいて三角測量を
行なうようにする。

これにより、上記遮蔽物が存在する場合であっても、当
該移動体との間での三角測量に必要とされる２定点は常
に確保されることとなり、同移動体についての位置計測
方法が絶たれることもなくなる。

〔実施例］以下、図面を参照して本発明の実施例についで説明する
。

まず本発明に採用づる移動体の位置計測く三角測量）の
原理について説明する。

第２図は、２定点Ａ、Ｂと被計測移動体位置Ｃどの幾何
学的関係を示す原理図である。

同図において２定点Ａ、Ｂ間の距離をり、ｘ軸と線分Ａ
Ｃとのなす角をα８、ｘ軸と線分８Ｃとのなづ角をα、
とすると移動体位＠Ｃのｘｙ座標は、次の第（１）式の
にうに表わされる。

この位置計測方法では、上記角度α　、α、を求めるに
際し、２定点Ａ、Ｂにそれぞれレーザ光等の直進性に優
れた光を投光する投光装置を設置Ｊ−るとともに、移動
体にこの光を受光する受光装置を搭載して、投光装置か
ら回転投光される光がある基準方位に達してから、上記
移動体の投光装置によって受光されるまでの回転角を２
定点Ａ。

Ｂにおける投光装置のそれぞれについて検出することに
より行なわれる。

つ独り、第３図に示すごとく、上記２定点Ａ。

Ｂにおける投光器から投光される光の周期をそれぞれＴ
　、■ｂ（第３図（ａＬ（Ｃ）　）　、そして光の基準
方位をＸ軸方向とすると、２定点Ａ、Ｂにおりる投光装
置から投光されるレーザ光が基準方位（Ｘ軸方向）に達
してか１う、０点における受光装置で受光されるまでの
時間をＡ、Ｂについてそれぞれｔ　　、ｔｂ（第３図（
ｂ）、（ｄ）　）とすると、上配回転角α　、α−よ次
の第（２）式のように表一　　６　− ・・・　（２）本発明では、上記２定点Ａ、Ｂが、少なくとも３点設け
られた定点のうちから選択され、上述した三角測量が行
なわれる。

つまり、たとえば第４図に示すごとく、建設現場等の作
業現場における限定作業範囲１００内をブルドーザ等の
移動体２００が走行して作業を行なう場合を想定する。

第４図（ａ）は作業現場の上面図、同図（ｂ）は同図（
ａ）の矢視り方向の側面図をそれぞれ示づ゛。この作業
範囲内の３定点Ａ、ＢおよびＣにはそれぞれ投光器３０
０，４００および５００が設置され、一方上記移動体２
００には、図示されていない受光器が搭載されている。

作業範囲１００内に光の遮蔽物６００が存在している場
合には、２定点Ａ、Ｂにおけるそれぞれの投光器３０．
０および４００、および２定点Ｂ。

Ｃにおけるそれぞれの投光器４００および５００の各２
台の投光器からの光を受光することのできる領域は、そ
れぞれ７００および８００であり、どちらの組み合わゼ
によっても受光可能な領域は９００である。

ずなわち移動体２００が、領域７００に存在している場
合には、２定点Ａ、Ｂにおけるそれぞれの投光器３００
および４００が選択され、一方領域８００に存在してい
る場合には、２定点Ｂ、Ｃにお（プるそれぞれの投光器
４００および５００が選択される。そして、移動体２０
０が領域９００に存在している場合には、上記投光器の
組み合わせのうちいずれか一方が選択される。そして、
この選択された２台の投光器の２定点と移動体２００の
位置との幾何学的関係に基づいて三角測量が行なわれる
。

つぎに、より具体的に本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明に係る移動体の位置計測方法を実施す
る場合に使用される装置の一例を示でブロック図である
。

同図において地上装置１は、４台のレーザ投光器２，３
．４および５から構成されている。これらレーザ投光器
２，３．４および５は、第６図に示すごとく、作業範囲
１００の各頂点Ａ、Ｂ、ＣおよびＤにそれぞれ設置され
ている。そして、ブルドーザ２’ＯＯがこの作業範囲１
００内を走行して、排土などの作業が行なわれる。そし
て、これらの投光器２，３．４および５は、それぞれレ
ーザ光の投光位置が互いに異なる高さになるように予め
調整されている。

さらに上記４台の投光器２，３．４および５は、いずれ
も発光部６、回転光学系部７および送信部８から構成さ
れている。

そして、この回転光学系部７はさらにパルスモータ７ａ
、回転光学系７ｂから構成され、一方送信部８は、発信
器８ａ、処理装＠８ｂおよび送信Ｒ８ｃから構成されて
いる。

一方、ブルドーザ２００には、車上装置９が搭載されて
いる。この車上装置９は、受光器１０゜１１．１２６よ
び１３、車上受信機１４、演痺部１５および車両コント
ロール部１６から構成されている。これら受光器１０．
１１．１２および１３の受光位置の高さは、上記投光器
２，３．４および５の投光位置の高さにそれぞれ対応し
ている。

上記発光部６では、レーザ光が発振される。この発光部
６で発振されたレーザ光は、回転光学系７ｂに入射され
る。この回転光学系７ｂは、パルスモータ７ａによって
一定周期で回転され、レーザ光を水平方向に投光する。

パルスモータ７ａは、送信部８の発振器８ａから加えら
れるクロックパルスに同期して回転される。

送信部８の処理装置８ｂは、発振器８ａから発振される
クロックパルスによってレーザ光が基準方位に投光され
る時点を検出し、かつこの時点において送信１８ｃでは
基準方位を示す基準方位信号を出力する。この実施例で
は、上記基準方位は、第５図に示すＸ軸方向である。

４台の投光器２．３．４および５のいずれの投光器にお
いても上記基準方位信号が出力されることになるが、こ
れら基準方位信号には、いずれの投光装置の送信部から
送信されたかを固定する信号が重畳されている。ある投
光器を他の投光器か＝　１０− ら区別する方法としては、たとえば各投光器ごとに異な
るパルスコードを与えて区別する方法、各投光器ごとに
異なる周波数を割り当てて区別する方法、各投光器に互
いに無関係であるＰＮ符号を割り当てることによって区
別する方法などがあげられるが、いずれの方法を用いて
もよい。

一方、車上装置９の車上受信１１４では、上記基準方位
信号が受信され、この基準方位信号は演算部１５に出力
される。また、受光器１０，１１゜１２および１３では
、投光器２．３．４および５から投光されたレープ光が
ぞれぞれ受光される。

これら受光器１０，１１，１２６よび１３においてレー
ザ光が受光されると、光電変換等の処理が施されて受光
信号が演幹部１５に出力される。

ｔ４粋部１５では、第６図に示す処理手順にしたがって
ブルドーザ２００の位置を演算する処理が実行される。

以下、同図を参照して、この演算部１５で実行される処
理について説明する。

演算部１５では、まず上記受光器ｉｏ、１ｉ。

１２および１３から出力される受光信号に基づいて、所
定の時間間隔△ｔごとに時刻ｔ。＜ｎ＝１゜２．３・・
・）において、いずれの投光器が受光信号を出力してい
るかが判断されるとともにこれら受光信号を出力してい
る受光器の数ｉが検出される（ステップ１０１）。

つぎに、ステップ１０１で検出された受光器の数ｉが２
であるか否かが判断される（ステップ１０２＞。ステッ
プ１０２の判断結果がＮＯである場合には、時刻ｔ。−
１におけるブルドーザ２００の進行方向が算出される。

この進行方向の算出は、後述するメモリに格納されて（
＼る時刻ｔ。−１（１５よびｔ。−２のそれぞれの時刻
におけるブルドーザ２００のそれぞれの位置座標Ｃ、ｃ
ｏ−２に基づく演算によって行なわれる。そしてここに
おいて演算されたブルドーザ２００の進行方向から時刻
ｔ　におけるブルドーザ２００の位置座標の予測位置座
標Ｃ′　が＠綽される。なお、この位置塵標は、第６図
に示すごとくたとえば投光器４の位置を原点とするｘｙ
座標で示される（ステップ１０３）。

　１２　一つぎにステップ１０３で演算された時刻ｔ　におけるフ
ルドーザ２００の予測位置座標Ｃ′　に基づいて、ステ
ップ１０１で受光可能と判断された投光器のうちブルド
ーザ２００に位置を計測するのに最適な２台の投光器を
選択する処理が実行される。つまり、前述したごとく三
角測量可能な一組の投光器が選択される（ステップ１０
４）。

一方、ステップ１０２の判断結果がＹＥＳである場合に
は、ステップ１０１で検出された２台の投光器がそのま
ま選択される。

このように、２台の投光器が選択されると、上述した三
角測量の原理に基づいて、ブルドーザ２００の時刻ｔ０
における位置座標Ｃｎが演算される。この位置座標を演
算する場合には、車上受信機１４から出力される基準方
位信号の出力に基づいて選択された２台の投光器につい
てレーザ光が基準方位（Ｘ軸方向）に投光した時刻がそ
れぞれ求められる。そして、これら時刻と時刻゛し　ど
の受光タイミング１，１．が演算される（ステラプ１０
５）。さらに、ステップ１０５で演算された受光タイミ
ングｔ、ｔｂに基づいて、選択された２台の投光器から
投光されるレーザ光の回転角α　、αｂが演算される（
ステップ１０６）。

さらにこれらステップ１０６で演算された回転角α　、
αｂに基づいてブルドーザ２００の時刻ｔ　における位
置座標Ｃ０が演算される（ステラプ１０７）。ステップ
１０７で演算された時刻ｔ　における位置座標Ｃ１は、
前記したメモリに格納される（ステップ１０８）。以後
、このメモリに格納されたｔ　およびｔｏ−１における
ブルド−ザ２００のそれぞれの座標位＠　ｃ　　、　ｃ
　ｎ−１から時刻ｔ、＋１におけるブルドーザ２００の
位置座標Ｃが求められる。

なお、このようにして演算部１５で求められたブルドー
ザ２００の位置座標は、△ｔごとに第１図に示す車両コ
ントロール部１６に出力される。

そして、この車両コントロール部１６において、ブルド
ーザ２００の走行制御が行なわれる。

上述した演算部１５の処理手順を、第６図に示すブルド
ーザ２００の走行に即して説明する。

同図に示すごとく、ブルドーザ２ｏ○の作業範囲１００
内にダンプトラック等の光の遮蔽物２５０が入り込んで
別の作業を行なう場合を想定する。

同図に斜線で示Ｊ領域Ｅは、投光器４がら投光されるレ
ーザ光が遮蔽される領域であり、ブルドーザ２００が時
刻ｔ　　”ｒ＋−１においてそれぞれ位置座標Ｃ’　　
　、　Ｃｏ−１に存在している場合は、上記投光器４を
除く投光器２，３および５から投光されるレーザ光が受
光可能と判断され、たとえば投光器２，３の組み合わぜ
によって三角測量が行なわれている。

そして、時刻ｔ　　、ｔ、−１におけるそれぞれの位置
座標Ｃ、ｃｎ、に基づいて、時刻ｔｎにおける予測位置
座標ｃｌｏが演算される。

ここで、この予測位置座標Ｃ′０番よ、投光器３から投
光されるレーザ光が遮蔽される領域Ｆであり、この場合
、投光器３を除く投光器２，４および５が受光可能と判
断される。そして、これら受光可能と判断された投光器
２．４および５のうち投光器４，５の組み合わせが選択
され、これら選一　　１５　− 択された投光器４，５によって、ブルドーザ２゜Ｏの時
刻ｔ。における位置座標ｃ０が演算される。

なおこめ原理の説明では、基準方位がＸ軸方向である場
合を説明したが、もちろんＡ点についての基準方位がＸ
軸方向、Ｂ点についての基準方位がｙ軸方向であるよう
にそれぞれの定点ごとに基準方位が異なるような場合で
あっても、上記受光タイミングｔ　　、ｔｂおよび回転
角α８．α、は同様の原理に基づいて算出することがで
きる。

なおまた、この実施例では、２定点は必ず確保できるこ
とを前提にしているが、特に定点を３点等少なく設定し
た場合などは、２定点が確保できなくなる場合も想定し
て、実用上は安全のため、車両の走行を緊急停止さぜる
機能を持たゼておくようにしてもよい。

またこの実施例では、本発明に係る位置計測の方法がブ
ルドーザ等の建設機械の位置計測に適用される例を示し
たが、たとえば、■場における無人搬送システムの台車
等の位置計測などあらゆる車両の測位に適用可能である
。また、この位＠古４測方法は車両に限らず、港湾での
船舶等のあらゆる移動体の測位に適用可能である。

なおまたこの実施例では、レーザ光を投光して三角測量
を行なう例を示したが、もちろんレーザ光に限らず直進
性に優れた光であれば、これを使用する実施も当然可能
である。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、三角測量に用い
られる定点を少なくとも３点設け、これら定点のうち移
動体との間での測量可能な任意の２定点が逐次選択され
るので、定点と移動体との間に光の遮蔽物が存在してい
る場合でも、確実に三角測量を行なうことができる。し
たがって、移動体による作業の中断、作業範囲の分割を
行なうことなく、移動体の位置を計測することが可能に
なった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る移動体の位置計測方法を実施す
る場合に使用される装置の一例を示すブロック図、第２
図は、本発明に採用する移動体の位置計測の原理を説明
するために用いる図、第３図（ａ）、（ｂ）は第２図の
原理図における受光装置の受光タイミングを示すタイム
チャート、第４図（ａ）、（ｂ）は、本発明の詳細な説
明覆るために用いる図で本発明が適用される作業現場の
一実施例を示す概略図、第５図は、第１図に示す装置の
演算部における処理手順を示すフローチャート、第６図
は、第１図に示す装置が適用される作業現場の一実施例
を示す概略図、である。１・・・地上装置、２，３，４．．５，３００，４００
．５００・・・レーザ投光器、６・・・発光部、７・・
・回転光学系部、８・・・送信部、９・・・車上装置、
１０゜１１．１２．１３・・・受光器、１４・・・車上
受信機、１５・・・演算部、２００・・・ブルドーザ。第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）２定点と被計測移動体位置との幾何学的関係に基
づいた三角測量によって該移動体の随時の位置を計測す
る移動体の位置計測方法において、前記定点を少なくとも３点設けるとともに、これら少な
くとも３定点のうち、前記移動体との間での測量可能な
任意の２定点を逐次選択しつつ、これら選択した２定点
と当該移動体との幾何学的関係に基づいて前記三角測量
を行なうようにしたことを特徴とする移動体の位置計測
方法。
（２）前記選択される２定点は、前記移動体の位置計測
結果の推移によって得られる同移動体の進行方向に対応
してその前方向に組み合わされる前記少なくとも３定点
のうちの２点である特許請求の範囲第（１）項記載の移
動体の位置計測方法。