(57)【要約】  本発明の実施形態は器具（４１０、５４０、６３０、７２０）の位置を非接触的に決定する方法或いは決定するシステムに関する。一実施形態においては、非接触型測定システムが移動機械に連結された器具の位置を決定する。移動機械の地理的位置を測定し（３２０）、器具（３３０）の地理的位置が、移動機械（３３０）の地理的位置及び器具の移動機械（３１０）に対する位置に基づいて決定する。
2008510992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
器具の位置を非接触で決定する方法であり、
移動機械に連結された器具の前記移動機械に対する位置を含む第一の測定を非接触の測定システムの使用によって決定すること、
前記移動機械の地理的位置を含む第二の測定を決定すること、
前記第一の測定及び前記第二の測定を用いて前記器具の地理的位置を決定すること、
を含む方法。
【請求項２】
前記移動機械が、ブルドーザ、モータグレーダ、掘削機、スキッド・ステア・ローダー、スクレーパ、トレンチャー、刈り込み機、アタッチメントを備えたトラクター、舗装機械、スリップ・フォーム・コンクリート機械のいずれかである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第二の測定の決定は、地上型位置決定システムを利用することにより前記第二の測定を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第二の測定の測定は、人工衛星型位置決定システムを利用することにより前記第二の測定を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第二の測定の決定は、さらに、地上型位置決定システムと人工衛星型位置決定システムを組み合わせたシステムを使用することにより前記第二の測定を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第二の測定の決定は、前記移動機械の近くに設置した位置測定装置を利用することにより前記第二の測定を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第一の測定の決定は、画像認識装置を利用することにより前記第一の測定を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記画像認識装置は前記器具に近接する視覚標識の位置を決定する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第一の測定の決定は、光学的測定装置を利用することにより前記第一の測定を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第一の測定の決定はさらに、
可視領域スペクトルの光線を発生することと、
前記光線の位相シフトと前記光線の飛行時間のいずれかを測定する方法によって前記第一の測定を決定することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第一の測定の決定はさらに、
可視領域外スペクトルの光線を発生することと、
前記光線の位相シフトと前記光線の飛行時間のいずれかを測定する方法によって前記第一の測定を決定することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記第一の測定の決定は、音波測定装置を利用することにより前記第一の測定を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第一の測定の決定は、前記器具が第一位置から第二位置に移動する時の前記器具と前記移動機械の角度差を測定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第一の測定の決定は、前記器具が第一位置から第二位置に移動する時の前記器具と前記移動機械の間の距離の差を測定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第二の測定の決定は、さらに前記移動機械の向きを決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
器具の位置の非接触型測定を実行するシステムであり、
移動機械に連結された器具の前記移動機械に対する位置を決定する非接触型測定システムと、
前記移動機械の地理的位置を決定する位置決定システムと、
前記非接触型測定システムと前記位置決定システムとから受け取ったデータに基づき前記器具の地理的位置を決定するシステムと、を含むシステム。
【請求項１７】
前記移動機械がブルドーザ、モータグレーダ、掘削機、スキッド・ステア・ローダー、スクレーパ、トレンチャー、刈り込み機、アタッチメントを備えたトラクター、舗装機械、スリップ・フォーム・コンクリート機械のいずれかである、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記位置決定システムが地上型位置決定システムを含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記位置決定システムが人工衛星型位置決定システムを含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
前記位置決定システムが、地上型位置決定システムと人工衛星型位置決定システムとを組み合わせて前記第二の測定を決定するシステムを含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２１】
前記位置決定システムが、前記移動機械の近くに配置されている、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２２】
前記非接触型測定システムが画像認識装置を含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２３】
前記画像認識装置が、前記器具に近接した視覚標識の位置を決定する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記非接触型測定システムが光学的測定装置を含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２５】
前記光学的測定装置は可視領域スペクトルの光線を発生し、前記光線の位相シフトと前記光線の飛行時間のいずれかを測定する方法によって前記第一の測定を決定する、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記光学的測定装置は可視領域外スペクトルの光線を発生し、前記光線の位相シフトと前記光線の飛行時間のいずれかを測定する方法によって前記第一の測定を決定する、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２７】
前記非接触型測定システムが音波測定装置を含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記非接触型測定システムが、前記器具が第一位置から第二位置へ移動する時の前記器具と前記移動機械の角度差を測定する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２９】
前記非接触型測定システムが、前記器具が第一位置から第二位置へ移動する時の前記器具と前記移動機械の間の距離の差を測定する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項３０】
前記位置決定システムが、さらに前記移動機械の向きを決定する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項３１】
移動機械に連結された器具の前記移動機械に対する位置を、マストを必要とせずに決定する非接触型測定システムと、
前記移動機械の位置の三次元位置を決定する位置決定システムと、
前記非接触型測定システムと前記位置決定システムとから受け取ったデータに基づいて前記器具の地理的位置を決定するシステムと、
を含む位置決定システム。
【請求項３２】
前記移動機械がブルドーザ、モータグレーダ、掘削機、スキッド・ステア・ローダー、スクレーパ、トレンチャー、刈り込み機、アタッチメントを備えたトラクター、舗装機械、スリップ・フォーム・コンクリート機械のいずれかである請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記位置決定システムが地上型位置決定システムを含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３４】
前記位置決定システムが人工衛星型位置決定システムを含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３５】
前記第二の測定を決定するために前記位置決定システムが、地上型位置決定システムと人工衛星型位置決定システムとの組み合わせたシステムを含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３６】
前記位置決定システムが前記移動機械の近くに設置されている請求項３１に記載のシステム。
【請求項３７】
前記非接触型測定システムが画像認識装置を含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３８】
前記画像認識装置が、前記器具に近接した視覚標識の位置を決定する、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記非接触型測定システムが光学的測定装置を含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４０】
前記光学的測定装置が可視域内スペクトルの光線を発生し、前記第一の測定を前記光線の位相シフトを測定するか、前記光線の飛行時間を測定するかのいずれかの方法によって決定する請求項３９に記載のシステム。
【請求項４１】
前記光学的測定装置が可視域外スペクトルの光線を発生し、前記第一の測定を前記光線の位相シフトを測定するか、前記光線の飛行時間を測定するかのいずれかの方法によって決定する請求項３９に記載のシステム。
【請求項４２】
前記非接触型測定システムが音波測定装置を含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４３】
前記非接触型測定システムが、前記器具が第一位置から第二位置へ移動する時の前記器具と前記移動機械の角度差を測定する、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４４】
前記非接触的な測定システムが、前記器具の第一位置から第二位置への移動に伴う前記器具と前記移動機械の間の距離の差を測定する、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４５】
前記位置測定システムが、さらに前記移動機械の向きを決定する、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４６】
連結された器具を有するブルドーザと、
前記器具の前記ブルドーザに対する位置を決定する第一システムと、
前記ブルドーザの地理的位置を決定する第二システムと、
前記第一システムと前記第二システムからのデータを用いて前記器具の地理的位置を決定する制御システムと、
を含む位置測定システム。
【請求項４７】
前記第二システムが地上型位置決定システムを含む、請求項４６に記載のシステム。
【請求項４８】
前記第二システムが人工衛星型位置測定システムを含む、請求項４６に記載のシステム。
【請求項４９】
前記第二システムが、地上型位置測定システムと人工衛星型位置測定システムを組み合わせたシステムを含む、請求項４６に記載のシステム。
【請求項５０】
前記第二システムが前記ブルドーザの近くに設置されている、請求項４６に記載のシステム。
【請求項５１】
前記第一システムが画像認識装置を含む、請求項４６に記載のシステム。
【請求項５２】
前記画像認識装置が前記器具に近接した視覚標識の位置を決定する、請求項５１に記載のシステム。
【請求項５３】
前記第一システムが光学的測定装置を含む、請求項４６に記載のシステム。
【請求項５４】
前記光学的測定装置が可視域内スペクトルの光線を発生し、前記器具の位置を前記光線の位相シフトを測定するか、前記光線の飛行時間を測定するかのいずれかの方法によって決定する、請求項５３に記載のシステム。
【請求項５５】
前記光学的測定装置が可視域外スペクトルの光線を発生し、前記器具の位置を前記光線の位相シフトを測定するか、前記光線の飛行時間を測定するかのいずれかの方法によって決定する請求項５３に記載のシステム。
【請求項５６】
前記第一システムが音波測定装置を含む請求項２９に記載のシステム。
【請求項５７】
前記非接触型測定システムが、前記器具が第一位置から第二位置へ移動する時の前記器具と前記ブルドーザの角度差を測定する、請求項４６に記載のシステム。
【請求項５８】
前記第一システムが、前記器具が第一位置から第二位置へ移動する時の前記器具と前記ブルドーザの間の距離の差を測定する、請求項４６に記載のシステム。
【請求項５９】
前記制御システムが、さらに前記ブルドーザの向きを決定する、請求項４６に記載のシステム。
【請求項６０】
連結された器具を有するモータグレーダと、
前記器具の前記モータグレーダに対する位置を決定する第一システムと、
前記モータグレーダの地理的位置を決定する第二システムと、
前記第一システムと前記第二システムからのデータを用いて前記器具の地理的位置を決定する制御システムと、
を含む位置測定システム。
【請求項６１】
前記第二システムが地上型位置決定システムを含む、請求項６０に記載のシステム。
【請求項６２】
前記第二システムが人工衛星型位置決定システムを含む、請求項６０に記載のシステム。
【請求項６３】
前記第二システムが地上型位置決定システムと人工衛星型位置決定システムとを組み合わせたシステムを含む、請求項６０に記載のシステム。
【請求項６４】
前記第二システムが前記モータグレーダの近くに設置されている、請求項６０に記載のシステム。
【請求項６５】
前記第一システムが画像認識装置を含む、請求項６０に記載のシステム。
【請求項６６】
前記画像認識装置が前記器具に近接した視覚標識の位置を決定する、請求項６５に記載のシステム。
【請求項６７】
前記第一システムが光学的測定装置を含む、請求項６０に記載のシステム。
【請求項６８】
前記光学的測定装置が可視域内スペクトルの光線を発生し、前記器具の位置を前記光線の位相シフトを測定するか、前記光線の飛行時間を測定するかのいずれかの方法によって決定する、請求項６７に記載のシステム。
【請求項６９】
前記光学的な測定装置が可視域外スペクトルの光線を発生し、前記器具の位置を前記光線の位相シフトを測定するか、前記光線の飛行時間を測定するかのいずれかの方法によって決定する、請求項６７に記載のシステム。
【請求項７０】
前記第一システムが音波測定装置を含む、請求項６０に記載のシステム。
【請求項７１】
前記非接触型測定システムが、前記器具が第一位置から第二位置へ移動する時の前記器具と前記モータグレーダの角度差を決定する、請求項６０に記載のシステム。
【請求項７２】
前記第一システムが、前記器具が第一位置から第二位置へ移動する時の前記器具と前記モータグレーダの間の距離の差を決定する、請求項６０に記載のシステム。
【請求項７３】
前記制御システムが、さらに前記モータグレーダの向きを決定する、請求項６０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本文書の実施形態は位置決定システムに関する。より具体的には本文書の実施形態は移動機械に連結された器具の位置を決定する方法およびシステムに関する。
【関連出願】
【０００２】
本願はＬａｒｓ  Ｅｒｉｃｓｓｏｎ  ｅｔ  ａｌ．によりなされ、本発明の譲受人に譲渡された国際特許出願ＷＯ９９／２８５６５、出願日１９９８年１１月２７日、発明の名称“Ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｒ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｗｏｒｋｉｎｇ  Ｐａｒｔ”の優先権を主張する。
【背景技術】
【０００３】
ブルドーザ、モータグレーダ、スクレーパ、掘削機などの土工機械は、建設（道路、ビル、公園など）、採掘、農作業などの様々な事業のために地面の外形を形成するために利用されている。予め決定された地形を得るためには、所定の場所で土壌が正確に掘り出され、または所定の場所に正確に土壌を加えることが重要である。従って地面の外形を形成する土工機械の作業器具の動作を正確に制御することが重要となる。所定の地面形状を正確に実現するためには、より具体的には、器具の作業端（例えばブルドーザのブレードの底端）の地理的位置を３次元的に（例えば緯度、経度、高度）把握することが重要となる。
【０００４】
図１には従来技術による測位システムを利用するブルドーザ１００が示されている。測位システムはブレード１１０の作業端１１１の位置を決定する。図１に示したブルドーザ１００では、２本のマスト（例えばマスト１１２ａとマスト１１２ｂ）が使用され、それぞれブレード１１０に接続され、測位システムのアンテナ（例えばアンテナ１１３ａとアンテナ１１３ｂ）を支持している。アンテナ１１３ａとアンテナ１１３ｂは、測位システム（例えば衛星測位システム（ＧＰＳ）、グロナス（Ｇｌｏｎａｓｓ）等）からのデータ信号を受信し、作業端１１１の位置を決定する。例えば、アンテナ１１３ａは、アンテナ１１３ａの地理的位置を三次元的に決定するために典型的には利用されるＧＰＳ信号を受信する。同様にアンテナ１１３ｂは、アンテナ１１３ｂの地理的位置を三次元的に決定するために利用されるＧＰＳ信号を受信する。
【０００５】
アンテナ１１３ａから角部分１１１ａに至るベクトルは既知であるため、角部分１１１ａの地理的位置もアンテナ１１３ａの地理的位置から導き出せる。同様に、角部分１１１ｂの地理的位置も導き出せる。この情報から作業端１１１の地理的位置も導き出せる。
【０００６】
図１に示した測位システムの欠点のひとつは、アンテナ１１３ａおよび１１３ｂを支持するために、マスト１１２ａ及び１１２ｂを使用する必要があるということである。ブレード１１０の上縁端に堆積する土によってアンテナ１１２ａやアンテナ１１２ｂが破損するために、一般には、アンテナ１１３ａ及び１１３ｂはブレード１１０に直接には取り付けられない。更に、マストがアンテナ１１３ａと１１３ｂを高い位置に持ち上げることで測位システムの信号の受信強度を改善するものでもある。よって、この種の損害からアンテナ１１３ａ及び１１３ｂを守るため、マスト１１２ａ及び１１２ｂが使用される。しかし、木の枝が覆いかぶさっていたり深い茂みの中での作業であったりすると、それでもアンテナ１１２ａと１１２ｂは木の枝からの物的破損に晒される。
【０００７】
図１に示した測位システムに関わるもう一つの欠点は、アンテナ１１３ａと１１３ｂを制御装置１１５につなぐワイヤ線１１４ａと１１４ｂが露出し（例えば覆いかぶさる木の枝や草木の茂みに）破損されかねないことである。加えてアンテナ１１３ａと１１３ｂはブレード１１０の動作時においてその激しい振動に晒され、時が経つにつれ破損する。
【０００８】
図２は典型的なモータグレーダ２００を示すもので、図１で示したものと同様な従来技術による測位システムを利用している。図２に示した実施形態ではマスト２１２ａと２１２ｂがアンテナ２１３ａと２１３ｂをブレード２１０とつないでいる。図１に関連して既に記した欠点に加えて、モータグレーダに使用された場合、マスト２１２ａと２１２ｂがブレード２１０の移動範囲を大幅に制限する。ブレード２１０は、例えば、モータグレーダ２００に対して三次元的な回転運動が可能であり、モータグレーダ２００の中心軸から逸れた位置にまで動き、すなわちモータグレーダから横二方向のいずれにも、突き出る位置にまで移動できる。すなわち、マスト２１２ａと２１２ｂが無いモータグレーダでは、典型的にはブレード２１０の右側端がモータグレーダ２００のビーム２２０の中心軸の真下に移動するまでブレード２１０が左側に延びることが出来る。図２に示した実施形態ではブレード２１０のこの移動範囲がマスト２１２ａと２１２ｂによる制限を受けている。
【０００９】
ブレードの位置測定のシステムを接触型測定に頼るものとすると、ステッパー・モーター、電位差計、加速度計などの内、いくつか、あるいは全てを必要とする点において不利である。これらの部品は機械組み立て時に組み込むことも出来るし、車両にアフターマーケット部品を取り付けることも出来る。しかし、これらの部品を機械に組み立て時に組み込むと一部のユーザにとっては高額なものとなり、アフターマーケット部品であっても上述したような損害を受けることとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、その器具が連結された移動機械に対する器具の位置を決定する位置決定システムが必要とされている。更にその必要性を満たしながら器具の可動範囲に制限を加えないシステムができれば有利である。その他、位置決定システムの部品が損傷を受ける可能性を減らすために、器具に連結されたマストからその部品を取り除ければなお有利である。更には位置決定システムが上記の必要性を満たしつつ、アフターマーケット部品として移動機械に装着できるならば一層有利である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の実施形態は、器具が連結された移動機械に対するその器具の位置を決定するシステムを提供する。本発明の実施形態では、器具の移動機械に対する位置を決定するものでありながら、器具の移動範囲に対してほとんど制限が加わることがない。更に、本発明の実施形態では、器具の移動機械に対する位置を決定するためのマスト搭載システムの使用を必要とせず、従って位置決定システムの構成部品が損傷を受ける可能性を減らす。
【００１２】
一実施形態においては、移動機械に連結された器具の相対的位置を決定するための非接触型の測定システムが使用される。移動機械の地理的位置を測定し、移動機械の地理的位置と移動機械に対する器具の位置に基づいて器具の地理的位置を測定する。
【００１３】
本発明の実施形態において、器具の作業端の地理的位置の決定のために位置決定システムのアンテナを移動機械によって使用されている器具に連結されたマストに取り付けることを必要としない。これは位置決定システムのアンテナを破損する可能性を減らし、加えて器具がその稼動中において、その可動範囲に制限が加わる可能性もほとんど排除できるという点において有利である。更に、本発明の実施形態では、それが連結された移動機械に対する器具の位置を求めるに当たって、器具と移動機械との間に設けられた各部品の完全な連結形態を測定することを必要としない。この結果、本発明の実施形態は容易にアフターマーケット部品として取り付けることが出来る。
【００１４】
本発明の実施形態は器具の位置の非接触型決定を実行する方法およびシステムに関係する。一実施形態においては、非接触型測定システムが、移動機械に接続された器具の相対的位置を測定するために用いられる。移動機械の地理的位置を測定し、移動機械の地理的位置と移動機械に対する器具の位置に基づいて器具の地理的位置を決定する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
ここでは本発明の実施形態について詳細な説明を加える。またこれら実施形態の実施例を添付図に示した。本発明についてここでは以下の実施形態に沿って説明するが、本発明の範囲をこれら実施形態に限定するものではないことを十分に理解されたい。反対に、本発明の範囲の請求項に記載した発明の概念、発明の範囲に関わる限りにおいて、これら実施形態の代替物、部分的変更物、均等物なども本発明の範囲に含まれる。加えて、以下の詳細な説明では本発明のより徹底した理解を促すために多くの具体的な詳細を開示する。しかし、これらの具体的な詳細に従うことなくとも本発明の実施形態が実施可能である。また本発明の態様を不必要に不明確にすることを避けるために、周知の方法、手順、部品、電気回路については詳細な説明を行わない。
【００１６】
図３は、本発明の実施形態にそって器具の位置の非接触型決定を実施する際の手法の流れ図を示す。図３に記載したステップ３１０において、非接触型測定システムが第一の測定を実施する。第一の測定は、本測定システムを使用して移動機械に連結された器具の移動機械に対する位置の決定を実施する。本明細書における本発明に関する説明において、非接触型測定システムは、移動機械に連結された器具の移動機械に対する位置の決定を、器具と移動機械とを結合するために採用されこれら二つの部分の間に配置される個々の機械部品の位置の測定を必要とすることなく実現する測定システムを意味する。
【００１７】
以下においてその詳細を記述する通り、本発明の実施形態では器具の位置を、器具上の位置測定の対象である部分と測定装置とが直接に接触することを要せずして決定するものであり、この器具の例としては、ブルドーザやモータグレーダのブレード、掘削機のバケット、或いは器具そのものがあげられる。本発明の実施形態では、移動機械の器具の位置の決定は、例えば、機械に装備されているものであり器具を制御・動作させる油圧系のシリンダーそれぞれの延在の測定を必要としない。本発明の実施形態では、移動機械上に定めた基準点と、器具上に定めた基準点との間の距離および/あるいは角度の測定が行われる。
【００１８】
図３に示したステップ３２０において第二の測定を実施するが、そこでは移動機械の地理的位置とその向きを決定する。より具体的に示すと、本発明の実施形態では、移動機械に定めた一つの基準点について、その位置を少なくとも一次元位置として決定する。例えば、移動機械の高度の測定が決定される。或いはこれに代えて移動機械の二次元位置（例えば緯度と経度）、或いは前記高度と二次元地理的位置の双方が決定される。これら実施形態は説明の為に取り上げたものであり、移動機械の地理的位置の決定には、様々な測定手法を採用することが可能であり、またこれら測定手法を組み合わせ実施することが可能である。
【００１９】
本発明の実施形態では移動機械の少なくとも一次元位置（例えば緯度、経度、および高度）またはそれらの組み合わせでなる空間における位置を決定する為の位置決定機器を移動機械上に搭載し使用する。本発明の実施形態を採用できる移動機械の例としては、これらに限定するものでないが、ブルドーザ、モータグレーダ、掘削機、スキッド・ステア・ローダー、スクレーパ、トレンチャー、トリマー、アタッチメント（例えばモータグレーダ）を備えたトラクター、舗装機械（例えばコンクリートまたはアスファルト舗装機械）、スリップ・フォーム・コンクリート機械（例えば、縁石・溝形成機械）がある。ここで「掘削機」はその標準的な掘削機、傾斜バケット掘削機や回転バケット掘削機に留まらず、追加的なブームや棒状の部品を備えるもの、前方にバケットを装備するものも含むものとする。ここで幾つかの移動機械を具体的に示したが本発明の実施形態は様々な移動機械に好適に採用できるものであり、ここでいう移動機械には農業分野、生産分野、建設分野、鉱山関連分野、軍事分野、商業関連分野、消費者向け商品分野において使用されるものが包含される。
【００２０】
本発明の実施形態では、ＬＯＲＡＮ−Ｃ、Ｄｅｃｃａ、ラジオ・ビーコンなどの様々な地上型位置決定システムを利用し得る。また、本発明の実施形態では、カリフォルニア州サニーベイル市（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）に所在するトリンブル・ナビゲーション社（Ｔｒｉｍｂｌｅ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｌｔｄ．）製のＡＴＳシリーズなどの市販品である地上型位置決定システムを搭載されているものがある。本発明は、上記したもののほかに、Ｒｏｓｕｍ測位技術などをその例とする地上型位置決定システムを後付けし利用できる様に構成されるものも含まれる。本発明の実施形態では更に、人工衛星型の様々な位置決定システム、例えば、衛星測位システム（ＧＰＳ）、差分ＧＰＳ（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ＧＰＳ  （ＤＧＰＳ））、ユーロフィックスＤＧＰＳ（Ｅｕｒｏｆｉｘ  ＤＧＰＳ）、グローバル・ナビゲーション衛星・システム（ＧＬＯＮＡＳＳ；Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）などを利用する様に構成してもよい。また本発明は人工衛星型位置決定システムを後付けで搭載し利用できるものであってもよい。
【００２１】
本発明の実施形態では、移動機械に隣接して設置される位置測定システムを利用するように構成してもよい。一実施形態では、ＲＴＫ（Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ  Ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ；リアルタイム・キネマティクス）位置測定システムまたはネットワーク型ＲＴＫシステムを利用できる。ＲＴＫ位置測定システムは一般に相互間で通信が可能な二つあるいはそれ以上数のＧＰＳ受信機を有しその一つの受信機の他の受信機との相対位置を測定する。
【００２２】
典型的なＲＴＫシステムにおいては、第一ＧＰＳ受信機を既知の位置、多くの場合測定者のランドマーク或いはベンチマークと呼ばれる位置或いは逆に測定対象である位置のいずれかに固定し、第一ＧＰＳ受信機が収集する擬似距離データを多くの場合「ローバー」と呼ばれる第二ＧＰＳ受信機に無線電波で伝える。測定作業の目的に照らして適当な箇所それぞれの相対的位置を測定するためにこのローバーを使用する。第一受信機は基準受信機、或いは基準点受信機と呼ばれるものであり、それには無線電波の送信動作のために無線送信機が備えられている。同様に動作の為にローバーには無線受信機が備えられている。基準点位置にある第一受信機によって測定される複数の人工衛星からの擬似距離データを第二ローバー受信機で捉えたデータと組み合わせ、ローバー側で、周知のＲＴＫ方法に基づきつなぎあわせデータ処理し、ローバーの基準局位置に対する位置を測定する。本発明の実施形態ではＲＴＫシステムを採用することとし、ローバー側ＧＰＳユニットを移動機械に搭載する構成としてよい。
【００２３】
ネットワークＲＴＫは「仮想基準点システム」とも呼ばれるもので、三箇所或いはそれ以上数の位置に点在する基準ＧＰＳ点においてＧＰＳデータを収集するのが典型的な構成であり、これら複数の基準ＧＰＳ点で収集したＧＰＳデータからこれら複数の基準ＧＰＳ点が担当する地域内において受信される信号に影響を与える大気の状態及び人工衛星の天文暦（ｅｐｈｅｍｅｒｉｓ）に関わる誤差に関する情報を抽出する。これら複数の基準ＧＰＳ点の各々において収集・抽出されたデータはこれら全ての基準ＧＰＳ点からネットワークＲＴＫに属する中央演算処理部、すなわちＶＲＳ制御センターに送出される。制御センターは、目的に適したソフトウェア・プログラムを用いてこれら基準ＧＰＳ点から入手したデータを処理し大気の状態に関わる及び人工衛星の天文暦に関わる誤差がネットワークがカバーする空間領域各所においてどのように異なるかを測定する。
【００２４】
この制御センターにあるコンピュータの演算処理部はネットワークがカバーする空間領域大気の状態及び人工衛星の天文暦に関わる誤差を、それが必要とされる位置が領域内のどこであろうと入手データに内挿することで測定し、測定の位置においてもしそこに基準点（仮想基準ＧＰＳ点と呼ぶ）が所在するならばそれが受信するであろう複数の実測擬似距離と仮想基準ＧＰＳ点の位置を含む近辺範囲をカバーする複数の擬似距離修正量を含む擬似距離修正量を測定する。ＶＲＳ制御センターで計算された修正済み擬似距離は移動機械に送出される。以下に説明する通り、本発明の実施形態では移動機械の地理的位置やその向きの測定にこれ以外の様々なシステムを採用して構成してもよい。本発明の実施形態において、地上設備に依存するタイプの測定システムを採用する場合では無線信号を使って基準点の地理的位置の測定を行なう構成とし、それに加えて何らかの光学的システム（例えばレーザー光を用いるシステム）で移動機械の基準点に対する位置の測定を行なう構成にしてもよい。別の実施形態では、移動機械の位置の測定に地上設備を利用する測位システムと人工衛星を利用した測位システムの双方を併用するように構成してもよい。
【００２５】
本発明の実施形態では、移動機械の向き（例えば進行方向、ロール、ピッチ、ヨー、或いはこれらの組み合わせ）もその地理的位置と併せて測定される。この結果、器具の向きも導き出すことが出来る。本発明の実施形態では移動機械の向きを決定する方法は多数存在する。その例として、これらに限るものとの意味でなく、コンパスを使用する方法、一つまたはそれ以上数のジャイロスコープを使用する方法、一つまたはそれ以上数のチルト・センサーを使用する方法、一つまたはそれ以上数の加速度計を使用する方法、及びこれら方法のいくつかを併用する方法が挙げられる。
【００２６】
ステップ３１０とステップ３２０の二つのステップについてはその実行順がここに示す通りでなくともよい。すなわち、本発明の実施形態ではステップ３２０がステップ３１０に先んじて実行されてもよいし、これらステップが平行して実行されてもよい。加えて本発明の実施形態では、移動機械の地理的位置の一つの測定に、器具の位置を決定する複数の測定が対応し、また、その逆もありうる。
【００２７】
図３の流れ図にあるステップ３３０では、第一の測定と第二の測定を利用して、器具の地理的位置及びその向きを決定する。本発明の実施形態では、制御部（例えば移動機械に搭載される）が、移動機械上の点に対する器具の位置の第一の測定と、移動機械の地理的位置とその向きの第二の測定と、から器具の地理的位置とその向きを決定するものである。このように構成することで、本発明はブルドーザ、モータグレーダなどのブレードの端、或いは掘削機のバケットの作業端などの器具上の関心箇所の地理的位置および向きを正確に決定する。より具体的には、本発明の実施形態では、器具に連結されたブレード搭載型の地理的位置センサーを用いることなく、器具上の関心箇所の地理的位置を測定できる。加えて本発明の実施形態では、器具と移動機械との間の機械的な結合を有する機械部品各々の位置を測定することなく、器具上の関心箇所の地理的位置を決定する。結果として、本発明の実施形態は、その位置測定される器具の動作範囲が制限されることもなくなり、アフターマーケット部品として簡単に搭載することができるものとなり、従来技術による構成部品が晒されるレベルの破損リスクは勿論、それよりも低い破損リスクにさえ晒すことがないものとなる。
【００２８】
図４は本発明の実施形態であるシステム４００を示すもので、このシステム４００は非接触方式で器具の位置を決定する。図４に示す実施形態では、非接触型測定システムがブルドーザ４０５に対するブレード４１０の位置を決定するのに用いられる。本発明の実施形態では、ブレード４１０の位置の測定のために用いる測定システムは幾種類もの非接触方式測定システムから選択できる。
【００２９】
図４に示した実施形態では、ブルドーザ４０５に連結された光学的受信器４２０と、視覚標識４２１と、を含む画像認識装置がブルドーザ４０５に対するブレード４１０の位置を決定するために採用される。一実施形態では光学的受信器４２０は一台のデジタルカメラあるいは一個以上のＣＣＤ（電荷結合素子）で構成される。本実施形態において、光学的受信器４２０は、視覚標識４２０の位置を監視し、視覚標識４２０がいつ第一の位置から第二の位置に移動したかを測定する。本発明の実施形態では、この視覚標識４２０は、発光器（可視光光源、赤外光光源、１つ以上のＬＥＤで構成された光源など）、バーコード、ブルズアイ（何重かの心円模様）、他のグラフィック画像等の認識可能な画像であり得る。或いはこの視覚標識４２０をブレード４１０そのものの識別可能な部分、例えばブレード４２０の右上の角部分４２２としてもよい。このブレード４１０が、ブルドーザ４０５に対して第一の位置から第二の位置に移動する（例えば持ち上げられた位置から下方の位置に移動する）と、光学受信器４２０はブレードの位置データを制御部４４０に送信し、制御部４４０において作業端４１１の位置が決定される。このことは作業端４１１の位置が視覚標識４２０に関連して既知であることから可能となる。
【００３０】
本発明の実施形態において作業端４１１の位置の決定は、光学的受信器４２０を使用して第一の位置における視覚標識４２１の画素位置を検知すること、及び第二の位置における視覚標識４２１の画素位置を検知することを含み得る。制御部４４０は、こうして得たデータに基づいて、視覚標識の第一と第二にそれぞれ対応する画素が幾つの画素数だけ離れているかを測定し、作業端４１１がどれだけ移動したかを決定する構成としてよい。他の実施形態では、光学的受信器４２０はサーボモーターを用いて自動的に自身の向きを視覚標識の動きを追跡するべく変更する。そして制御部４４０はブレード４１０が動いた時のカメラ４２０の第一の姿勢と第二の姿勢との間の角度差を測定する。ここでカメラが視覚ターゲットの移動を自動的に追跡するようにするシステムは当分野で公知であり、この技術は複数種類存在する。光学的受信器４２０と視覚標識４２１と作業端４１１との間の距離が解っているため、本発明では、視覚標識の動きを自動追跡できる光学的受信器４２０を利用することで作業端４１１のブルドーザ４０５に対する位置が測定可能となる。
【００３１】
システム４００には、ブルドーザ４０５の地理的位置及び向きを決定するための測定システム４３０が搭載されている。図３を利用してこれまでに記述した様に、本発明の実施形態では、地上型位置決定システム、衛星型（例えばＧＰＳ）位置決定システム、あるいは、これらの組み合わせを用いることができる。さらに、位置決定システムは、ブルドーザ４０５上、あるいは、ブルドーザ４０５の近くの位置に配置してもよい。
【００３２】
本発明の実施形態では、ブルドーザ４０５の地理的位置を決定するためにＲＴＫ基準点を利用する構成としてもよい。本発明の実施形態ではブルドーザ４０５の地理的位置を測定するために「仮想基準点」システム或いはＶＲＳシステムとしても公知であるネットワーク型ＲＴＫシステムを利用してもよく、こうすることで補助無しのＧＰＳ位置決定を用いる場合よりも高い精度でブルドーザ４０５の地理的位置が決定できる。例えば補助無しＧＰＳユニットは約１０メートルの解像度で地理的位置を決定できる。ＶＲＳ制御センターからの擬似範囲データが、ブルドーザ４０５により実行された初期位置固定によって相関された時に、水平面上１０キロメートルに対して１センチメートルの解像度が実現され、垂直面上１０キロメートルに対して２センチメートルの解像度が実現される。
【００３３】
国際出願ＷＯ９９／２８５６５、発明者Ｌａｒｓ  Ｅｒｉｋｓｓｏｎ
＆ Ｍｉｋａｅｌ  Ｈｅｒｔｚｍａｎ、発明の名称“Ａ  Ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｗｏｒｋｉｎｇ  Ｐａｒｔ”には、移動機械に隣接して設置した位置決定システムの別の例について記載があり、全体が本明細書に参照により組み込まれる。上記特許出願では基準点が作業動作中の機械に隣接して設置される。上記出願に開示されるところではこの基準点の地理的位置が測定され、基準点は機械がその場所を変えて移動するときその機械を自動的に追跡する。動作中の機械は基準点が検知できるよりも高速度の自身の動きを捉えるために加速度計を利用する。
【００３４】
本発明の別の実施形態では、一対のレーザー基準点を利用する構成になっている。ここで一対のレーザー基準点は該移動機械に隣接して配置されており、レーザー基準点間の距離は既知である。また、これら双方の基準点それぞれの地理的位置は測定され、基準点の各々からターゲット地点（例えばブルドーザ４０５上の基準点）にいたる光線士が交差する角度（切片角度）が測定される。この情報から各基準点からターゲット地点までの距離、ひいてはターゲット地点の地理的位置が決定できる。この方法による位置決定システムの実施形態は当分野で公知であり、本発明の実施形態において、この種のシステムも利用できるように構成されてもよい。
【００３５】
明瞭のため、図４の実施形態において、位置測定システム４３０はブルドーザ４０５に搭載されたＧＰＳ機器が含まれており、それによってブルドーザの地理的位置を決定する。本発明の実施形態である位置測定システム４３０は少なくとも一次元のブルドーザ４０５の地理的位置を測定する。すなわち、本発明の実施形態ではブルドーザ４０５上の基準点の緯度、経度、高度のいずれかまたはこれらの幾つかの組み合わせを測定するものであり得る。
【００３６】
以上説明した通り、システム４００は、位置決定システムとブレード４１０の位置の非接触型測定とからのデータを用いて、作業端４１１の地理的位置および向きを決定する制御機器４４０を有している。本発明の実施形態では、この機能をＧＰＳ機器４３０が担うように構成してもよく、或いは別個の部品（例えば制御機器４４０）において実行する構成としてもよい。加えてブルドーザ４０５の向きを決定する構成部品は、制御機器４４０、ＧＰＳ機器４３０或いは制御機器４４０と通信可能に接続された別の機器（図示されていない）のいずれに組み込んでもよい。
【００３７】
以上説明した通り、システム４００は器具（例えば図４のブレード４１０）の位置の非接触型測定を実行する。より具体的に示すならば、本発明では、作業端４１１とブルドーザ４０５の間を連結する各部品それぞれの位置を測定することを必要とせずして作業端４１１の地理的位置を測定できる。加えてシステム４００はシステムを構成する部品の一部たりともブルドーザ４０５或いはブレード４１０に連結したマスト上に設置することを必要としない。このためシステム４００を構成する部品はいずれも泥や木の枝、草木などに破損される形で露出される程度が従来技術によるシステムに比べて低くなる。
【００３８】
システム４００の実施形態では器具あるいは器具を用いる移動器械の移動範囲を制限することなくシステムを搭載することができる。以上述べたごとく、マストに設置されるセンサーはモータグレーダなどの所定のタイプの機械において、器具の移動範囲を物理的に制限することがある。また、いくつかの機械ではその操作者は、外部に露出された位置センサーの損傷を避けるべく、深い茂み内や木の枝に遮られる環境で機械を使用することをためらう。システム４００の実施形態ではそれをアフターマーケット部品としてブルドーザ４０５に搭載する構成であってもよい。すなわち、カメラ４２０、視覚標識４２１、位置測定システム４３０、制御機器４４０がブルドーザ４０５とは別に購入され、ブルドーザ４０５が製造された後に後付けされてもよい。
【００３９】
図５Ａおよび５Ｂには本発明の実施形態である非接触型の測定システム５００が示されている。図５Ａおよび５Ｂに示す一実施形態においては、システム５００は光学的測定システムであり、移動機械５２０（例えばブルドーザ、モータグレーダ、掘削機など）に設置したエミッタ／検出器５１０と、器具５４０（例えば、ブルドーザやモータグレーダのブレードや掘削機のバケット）に設置した反射板５３０と、で構成される。本発明の実施形態では、可視領域と可視領域外のいずれの光をシステム５００において使用するよう構成してもよい。例えば、その一例ではエミッタ／検出器５１０がレーザーシステムであり、器具５４０が移動機械５２０に対して第一位置から第二位置への移動する時に、反射板５３０の位置の変化を測定する。別の実施形態においては、システム５００は、器具５４０の位置を測定するのに、例えば、赤外線を使用する構成となっている。
【００４０】
本発明の実施形態では、エミッタ／検出器５１０は、器具５４０が移動機械５２０に対して移動する時の反射板５３０に対する角度の変化を検出する。例えば、その一例では、エミッタ／検出器５１０が反射板５３０から戻ってくる光の入射角の変化を検知することで、器具５４０の移動を検出する。本発明の別の実施形態ではエミッタ／検出器５１０がサーボ制御された光学機器であり、器具５４０の位置変化に応じて反射板５３０と自動的に整合する。エミッタ／検出器５１０の配向から器具５４０の移動機械５２０に対する位置を決定できる。
【００４１】
あるいは、エミッタ／検出器５１０が、器具５４０が移動機械に対して移動した時の反射板５３０に対する距離変化を検出してもよい。本発明の実施形態では、エミッタ／検出器５１０が距離測定器具であり、器具５４０が移動機械５２０に対し第一の位置から第二の位置に動いた時の反射板５３０までの距離の変化を検出する。本発明の実施形態ではエミッタ／検出器５１０と反射板５３０との間の距離の測定が光システム（例えばレーザーシステム）、音響システム（例えば超音波）、無線システムのいずれかを利用して実行される構成であり得る。別の実施形態では、エミッタ／検出器５３０が、器具が移動機械５２０に対して移動する時の反射板５３０に対する距離および角度の両方の変化を検出してもよい。
【００４２】
本発明の実施形態では、反射板５３０として再帰反射板を含む。再帰反射板はｃｏｒｎｅｒ  ｃｕｂｅｓとも呼ばれるもので立方体の角のように互いに直角に交わる三面で形成されている。再帰反射板に入射する光は１８０度変えた向きの方向に、入射光ビームの方向がどうであれ、入射光ビームと平行した方向に反射される。図５Ａに関して言えば、エミッタ／検出器５１０が送出した光は１８０度向きをかえ、エミッタ／検出器５１０にて検知される。本発明の実施形態では特に再帰反射板を採用するケースについて記述したが、器具５４０の位置を決定するために、様々なタイプの反射装置やターゲットを用いることができる。
【００４３】
本発明の実施形態では、エミッタ／検出器５１０および/あるいは反射板５３０を用いて器具５４０の位置を決定する。例えばシステム５００をモータグレーダのブレードの位置を測定するために用いるものとする場合は、システム５００が複数のエミッタ／検出器、及び複数の反射板を用いてモータグレーダに対するブレードの三次元位置を決定する。一実施形態では、複数のエミッタ／検出器が一つの反射板に関連し、また、その逆でもよい。代替的に、本発明の実施形態では一つのシステムで一つのエミッタ／検出器とそれに関連する反射板との間の角度の変化を決定し、第二のシステムで第二のエミッタ／検出器とそれに関連する反射板との間の距離の変化を決定してもよい。
【００４４】
図５Ｂにおいて、エミッタ５５０は器具５４０に上に連結されており、検出器５６０は移動機械５２０に連結されている。本発明の実施形態では、エミッタ５５０がレーザーエミッタ、赤外光エミッタ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、無線電波エミッタ、音波エミッタなどのいずれかであり得る。本発明の実施形態では、検出器５６０を用いて器具５４０が移動機械５２０に対する第一の位置から第二の位置に移動した時のエミッタ５５０からの入射角間の差を検出し、或いはエミッタ５５０と検出器５６０との間の距離を検出して、器具５４０の位置を決定する。本発明の別の一実施形態においては、検出器５６０はサーボ制御される光学機器で構成されており、器具５４０の位置の変化があるとそれに対応して自動的にエミッタ５５０の方向にその向きを揃える構成になっている。検出器５６０の配向から移動機械５２０に対する器具５４０の位置を決定することができる。更に別の一実施形態では、検出器５６０は、器具５４０が移動機械５２０に対する第一の位置から第二の位置に動いた時のエミッタ５５０からの光に生じる位相差を検出する。
【００４５】
本発明の別の実施形態において、システム５００は音波に関わる測定器を含む。図５Ａを再度参照すると、本発明の実施形態ではエミッタ／検出器５１０は移動機械５２０に連結されており、音波信号（例えば超音波信号）を発信する。音波信号は器具５４０に連結された反射板５３０で反射される。例えば器具５４０が第一の位置から第二の位置に動く時の音波信号の周波数の変化から器具５４０の移動機械５２０に対する位置が測定できる。或いは別の一実施形態においては、エミッタ／検出器５１０が指向性マイクロフォンで構成されており、それが自動的に反射板５４０からの反射信号の方向に配向する（例えば、サーボモーターによって最も強い信号を追尾する）。
【００４６】
ここで再度図５Ｂを参照する。音波エミッタ５５０は器具５４０に連結され、検出器５６０は移動機械５２０に連結されている。本発明の実施形態では、検出器５６０を用いて器具５４０が移動機械５２０に対する第一の位置から第二の位置に移動した時のエミッタ５５０からの音波信号の周波数変化或いは強度変化を検出して器具５４０の位置を測定する。本発明の別の一実施形態においては、検出器５６０はサーボ制御された指向性マイクロフォンで構成され、マイクロフォンは自動的に器具５４０の位置変化に対応してエミッタ５５０の方向に配向する。検出器５６０の配向する方向から器具５４０の移動機械５２０に対する位置を測定できる。本発明の実施形態では、音波エミッタ５５０は移動機械５２０に連結されており、検出器５６０は器具５４０に連結されている。
【００４７】
図６に示すのは本発明の実施形態にしたがってモータグレーダに搭載されている非接触型測定装置６００を示す。一実施形態において複数のエミッタ／検出器６１０はモータグレーダ６０５に連結されている。それに加えて、ブレード６３０には複数の反射板６２０が連結されている。本発明の実施形態では、複数本のエミッタ／検出器６１０及び複数枚の反射板６２０は、既に図５Ａと５Ｂに沿って説明したものと同様に、光学或いは音波を利用する測定システムであり得る。また、反射板６２０及びエミッタ／検出器６１０は、ブレード６３０がモータグレーダ６０５に対して移動した時の角度の変化、距離の変化、或いはその双方を検出するものであり得る。図６に掲載した実施形態では、４つのエミッタ／検出器６１０が示されているが本発明の実施形態では、個々のシステムごとに必要となる場合に沿ってエミッタ／検出器６１０の数はそれ以上あるいはそれ以下の数であり得る。
【００４８】
別の実施形態では複数の検出器６１０がモータグレーダ６０５に連結され、複数のエミッタ６２０がブレード６３０に連結されている。本発明の実施形態では、既に図５Ａと５Ｂに沿って説明した様に、検出器６１０とエミッタ６２０は光学或いは音波に関わる測定システムであり得る。加えて複数のエミッタ６２０と複数の検出器６１０は、ブレード６３０がモータグレーダ６０５に対して移動した時の角度の変化、距離の変化、或いはその双方を検出するものであり得る。図６に掲載した実施形態では４つの検出器６１０が示されているが本発明の実施形態では、個々のシステムごとに必要となる場合に沿って検出器の数はそれ以上あるいはそれ以下の数であり得る。本発明の実施形態では、図４を参照して説明した画像認識装置をモータグレーダに搭載し利用するものであり得る。
【００４９】
図７に示すのは本発明の実施形態である非接触型測定装置を搭載する掘削機である。図７に示す本発明の実施形態では掘削機７０５に複数のセンサー（例えば、７１０ａ〜７１０ｃ）が連結されている。本発明の実施形態では、ブームを構成する構造部品の位置の変化をこれら構造部品に装着された各センサー７１０ａ〜７１０ｃで検出する。例えば、図７においてセンサー７１０ａはアーム７０５ａに連結され、重力センサー７１０ｂがアーム７０５ｂに連結され、重力センサー７１０ｃがバケット７１０に連結されている。バケット７２０が移動すると複数のセンサー７１０ａ〜７１０ｃで地面に対する角度の変化を検出してアーム７０５の伸長を測定する。本発明の実施形態では、センサー７１０ｃはシリンダー伸長センサーであり油圧式シリンダー７２１の延伸位置を測定することによってバケット７２０の位置を測定する。このように伸長センサーを利用することは特にバケット７２０が水中に潜り込んだり地表面の下側にまで潜り込んだり（トレンチを掘り込むなど）する状況におかれる場合に有利である。その状況下においては、光や音波を利用する測定装置の使用は、バケット７２０と掘削機７００との間の見通し線切断されるため、不可能となり得る。一実施形態では、シリンダー伸長センサー７１０ｃが測定する位置データはセンサー７１０ａ、７１０ｂのいずれかまたは双方が測定する位置データと共に無線で制御部７３０に送信される。ここでアーム７１０ａ、７１０ｂとバケット７２０の各々で測定される位置データは制御部７３０においてバケット７２０の位置を決定するのに必要なものではない。なぜならば、キャビン７４０とバケット７２０を結合するアームの形状寸法は既知であり、バケット７２０の作業端の位置は油圧式シリンダー７２１の延伸位置を示すデータ、例えばセンサー７１０ｂの位置に基づいて測定できるからである。更に別のセンサー（図示せず）を使用し、キャビン７４０の水平回転を検出することも可能である。本発明の別の実施形態では、アーム７０５ａ、７０５ｂとバケット７２０のいずれかの延伸位置に対応する角度がチルト・センサーや角度伸長センサーを利用して測定され、制御部７３０に送信される。
【００５０】
以上、本発明の好ましい実施形態について、すなわち非接触的手法による器具の測定の実施形態について、その方法及びシステムを説明した。本発明をこのように特定の実施形態に即して説明したが、本発明はここに記したこれら実施形態に限られるものではなく、本発明は次に記載する発明の範囲の請求項によって規定されることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
添付した図面は本明細書に組み込まれ、その一部をなすが、本発明の実施形態を示すほか記載内容と参照することで本発明の本質的要素を説明する。その旨明示的に示さない限り、ここで使用する図面は正しい寸法比率で描かれたものではない。
【図１】図１は従来技術の測位システムの一例を採用したブルドーザを示す。
【図２】図２は従来技術の測位システムの一例を採用したモータグレーダを示す。
【図３】図３は本発明の実施形態である器具の位置を非接触で測定する方法を示す流れ図である。
【図４】図４は本発明の実施形態である器具の位置の非接触型測定を実行するシステムを示す。
【図５Ａ】図５Ａは本発明の実施形態において採用された非接触型の測定システムを示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは本発明の実施形態において採用された非接触型の測定システムを示す。
【図６】図６は本発明の実施形態であるモータグレーダに装着された非接触型の測定システムを示す。
【図７】図７は本発明の実施形態である非接触型の測定システムを採用した掘削機を示す。
【図１】
2008510992.tif 000003
【図２】
2008510992.tif 000004
【図３】
2008510992.tif 000005
【図４】
2008510992.tif 000006
【図５Ａ】
2008510992.tif 000007
【図５Ｂ】
2008510992.tif 000008
【図６】
2008510992.tif 000009
【図７】
2008510992.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成19年8月8日(2007.8.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
器具の位置を非接触で決定する方法であり、
移動機械に連結された器具の前記移動機械に対する位置を含む第一の測定を非接触の測定システムの使用によって決定すること、
前記移動機械の地理的位置を含む第二の測定を決定すること、
前記第一の測定及び前記第二の測定を用いて前記器具の地理的位置を決定すること、
を含む方法。
【請求項２】
前記移動機械が、ブルドーザ、モータグレーダ、掘削機、スキッド・ステア・ローダー、スクレーパ、トレンチャー、刈り込み機、アタッチメントを備えたトラクター、舗装機械、スリップ・フォーム・コンクリート機械のいずれかである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第二の測定の決定は、地上型位置決定システムを利用することにより前記第二の測定を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第二の測定の測定は、人工衛星型位置決定システムを利用することにより前記第二の測定を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第二の測定の決定は、さらに、地上型位置決定システムと人工衛星型位置決定システムを組み合わせたシステムを使用することにより前記第二の測定を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第二の測定の決定は、前記移動機械の近くに設置した位置測定装置を利用することにより前記第二の測定を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第一の測定の決定は、画像認識装置を利用することにより前記第一の測定を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記画像認識装置は前記器具に近接する視覚標識の位置を決定する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第一の測定の決定は、光学的測定装置を利用することにより前記第一の測定を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第一の測定の決定はさらに、
可視スペクトルの光線を発生することと、
前記光線の位相シフトと前記光線の飛行時間のいずれかを測定する方法によって前記第一の測定を決定することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第一の測定の決定はさらに、
非可視スペクトルの光線を発生することと、
前記光線の位相シフトと前記光線の飛行時間のいずれかを測定する方法によって前記第一の測定を決定することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記第一の測定の決定は、音波測定装置を利用することにより前記第一の測定を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第一の測定の決定は、前記器具が第一位置から第二位置に移動する時の前記器具と前記移動機械の角度差を測定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第一の測定の決定は、前記器具が第一位置から第二位置に移動する時の前記器具と前記移動機械の間の距離の差を測定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第二の測定の決定は、さらに前記移動機械の向きを決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記非接触型測定システムは、非接触型重力センサー測定システムである、請求項１乃至１５いずれかに記載の方法。
【請求項１７】
器具の位置の非接触型測定を実行するシステムであり、
移動機械に連結された器具の前記移動機械に対する位置を決定する非接触型測定システムと、
前記移動機械の地理的位置を決定する位置決定システムと、
前記非接触型測定システムと前記位置決定システムとから受け取ったデータに基づき前記器具の地理的位置を決定するシステムと、を含むシステム。
【請求項１８】
前記非接触型測定システムは、前記移動機械に連結された前記器具の前記移動機械に対する位置を、マストを必要とせずに決定する請求項１７に記載の位置決定システム。
【請求項１９】
前記移動機械がブルドーザ、モータグレーダ、掘削機、スキッド・ステア・ローダー、スクレーパ、トレンチャー、刈り込み機、アタッチメントを備えたトラクター、舗装機械、スリップ・フォーム・コンクリート機械のいずれかである請求項１７あるいは１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記位置決定システムが地上型位置決定システムを含む、請求項１７あるいは１８に記載のシステム。
【請求項２１】
前記位置決定システムが人工衛星型位置決定システムを含む、請求項１７あるいは１８に記載のシステム。
【請求項２２】
前記第二の測定を決定するために前記位置決定システムが、地上型位置決定システムと人工衛星型位置決定システムとの組み合わせたシステムを含む、請求項１７あるいは１８に記載のシステム。
【請求項２３】
前記位置決定システムが前記移動機械の近くに設置されている請求項１７あるいは１８に記載のシステム。
【請求項２４】
前記非接触型測定システムが画像認識装置を含む、請求項１７あるいは１８に記載のシステム。
【請求項２５】
前記画像認識装置が、前記器具に近接した視覚標識の位置を決定する、請求項１７あるいは１８に記載のシステム。
【請求項２６】
前記非接触型測定システムが光学的測定装置を含む、請求項１７あるいは１８に記載のシステム。
【請求項２７】
前記光学的測定装置が可視スペクトルの光線を発生し、前記第一の測定を前記光線の位相シフトを測定するか、前記光線の飛行時間を測定するかのいずれかの方法によって決定する請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記光学的測定装置が非可視スペクトルの光線を発生し、前記第一の測定を前記光線の位相シフトを測定するか、前記光線の飛行時間を測定するかのいずれかの方法によって決定する請求項２６に記載のシステム。
【請求項２９】
前記非接触型測定システムが音波測定装置を含む、請求項１７あるいは１８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記非接触型測定システムが、前記器具が第一位置から第二位置へ移動する時の前記器具と前記移動機械の角度差を測定する、請求項１７あるいは１８に記載のシステム。
【請求項３１】
前記非接触的な測定システムが、前記器具の第一位置から第二位置への移動に伴う前記器具と前記移動機械の間の距離の差を測定する、請求項１７あるいは１８に記載のシステム。
【請求項３２】
前記位置測定システムが、さらに前記移動機械の向きを決定する、請求項１７あるいは１８に記載のシステム。
【請求項３３】
前記非接触型測定システムは、非接触型重力センサー測定システムである、請求項１７あるいは１８に記載のシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明の実施形態は器具の位置の非接触型決定を実行する方法およびシステムに関係する。一実施形態においては、非接触型測定システムが、移動機械に接続された器具の相対的位置を測定するために用いられる。移動機械の地理的位置を測定し、移動機械の地理的位置と移動機械に対する器具の位置に基づいて器具の地理的位置を決定する。
本発明の一つの実施形態は、器具の位置を非接触で決定する方法であり、当該器具が連結された移動機械に対する当該器具の位置を含む第一の測定を非接触の測定システムの使用によって決定すること、前記移動機械の地理的位置を含む第二の測定を決定すること、前記第一の測定及び前記第二の測定を用いて前記器具の地理的位置を決定すること、を含む。
一つの態様では、前記移動機械が、ブルドーザ、モータグレーダ、掘削機、スキッド・ステア・ローダー、スクレーパ、トレンチャー、刈り込み機、アタッチメントを備えたトラクター、舗装機械、スリップ・フォーム・コンクリート機械からなる群から選択される。
一つの態様では、前記第二の測定の決定は、地上型位置決定システムを利用することにより前記第二の測定を決定することを含む。
一つの態様では、前記第二の測定の測定は、人工衛星型位置決定システムを利用することにより前記第二の測定を決定することを含む。
一つの態様では、前記第二の測定の決定は、さらに、地上型位置決定システムと人工衛星型位置決定システムを組み合わせたシステムを使用することにより前記第二の測定を決定することを含む。
一つの態様では、前記第二の測定の決定は、前記移動機械の近くに設置した位置測定装置を利用することにより前記第二の測定を決定することを含む。
一つの態様では、前記第一の測定の決定は、画像認識装置を利用することにより前記第一の測定を決定することを含む。
一つの態様では、前記画像認識装置は前記器具に近接する視覚標識の位置を決定する。
一つの態様では、前記第一の測定の決定は、光学的測定装置を利用することにより前記第一の測定を決定することを含む。
一つの態様では、前記第一の測定の決定はさらに、可視スペクトルの光線を発生することと、前記光線の位相シフトを測定することと前記光線の飛行時間を測定することからなる群から選択された方法を用いて前記第一の測定を決定することを含む。
一つの態様では、前記第一の測定の決定はさらに、非可視スペクトルの光線を発生することと、前記光線の位相シフトを測定することと前記光線の飛行時間を測定することからなる群から選択された方法を用いて前記第一の測定を決定することを含む。
一つの態様では、前記第一の測定の決定は、音波測定装置を利用することにより前記第一の測定を決定することを含む。
一つの態様では、前記第一の測定の決定は、前記器具が第一位置から第二位置に移動する時の前記器具と前記移動機械の角度差を測定することを含む。
一つの態様では、前記第一の測定の決定は、前記器具が第一位置から第二位置に移動する時の前記器具と前記移動機械の間の距離の差を測定することを含む。
一つの態様では、前記第二の測定の決定は、さらに前記移動機械の向きを決定することを含む。
本発明の他の実施形態は、器具の位置の非接触型測定を実行するシステムであり、当該器具が連結された移動機械に対する当該器具の位置を決定する非接触型測定システムと、前記移動機械の地理的位置を決定する位置決定システムと、前記非接触型測定システムと前記位置決定システムとから受け取ったデータに基づき前記器具の地理的位置を決定するシステムと、を含む。
一つの態様では、前記移動機械がブルドーザ、モータグレーダ、掘削機、スキッド・ステア・ローダー、スクレーパ、トレンチャー、刈り込み機、アタッチメントを備えたトラクター、舗装機械、スリップ・フォーム・コンクリート機械からなる群から選択される。
一つの態様では、前記位置決定システムが地上型位置決定システムを含む。
一つの態様では、前記位置決定システムが人工衛星型位置決定システムを含む。
一つの態様では、前記位置決定システムが、地上型位置決定システムと人工衛星型位置決定システムとを組み合わせて前記第二の測定を決定するシステムを含む。
一つの態様では、前記位置決定システムが、前記移動機械の近くに配置されている。
一つの態様では、前記非接触型測定システムが画像認識装置を含む。
一つの態様では、前記画像認識装置が、前記器具に近接した視覚標識の位置を決定する。
一つの態様では、前記非接触型測定システムが光学的測定装置を含む。
一つの態様では、前記光学的測定装置は可視スペクトルの光線を発生し、前記光線の位相シフトを測定することと前記光線の飛行時間を測定することからなる群から選択された方法を用いて前記第一の測定を決定する。
一つの態様では、前記光学的測定装置は非可視スペクトルの光線を発生し、前記光線の位相シフトを測定することと前記光線の飛行時間を測定することからなる群から選択された方法を用いて前記第一の測定を決定する。
一つの態様では、前記非接触型測定システムが音波測定装置を含む。
一つの態様では、前記非接触型測定システムが、前記器具が第一位置から第二位置へ移動する時の前記器具と前記移動機械の角度差を測定する。
一つの態様では、前記非接触型測定システムが、前記器具が第一位置から第二位置へ移動する時の前記器具と前記移動機械の間の距離の差を測定する。
一つの態様では、前記位置決定システムが、さらに前記移動機械の向きを決定する。
本発明の他の実施形態は、位置決定システムに係り、当該器具が連結された移動機械に対する当該器具の位置を、マストを必要とせずに決定する非接触型測定システムと、前記移動機械の位置の三次元位置を決定する位置決定システムと、前記非接触型測定システムと前記位置決定システムとから受け取ったデータに基づいて前記器具の地理的位置を決定するシステムと、を含む。
一つの態様では、前記移動機械がブルドーザ、モータグレーダ、掘削機、スキッド・ステア・ローダー、スクレーパ、トレンチャー、刈り込み機、アタッチメントを備えたトラクター、舗装機械、スリップ・フォーム・コンクリート機械からなる群から選択される。
一つの態様では、前記位置決定システムが地上型位置決定システムを含む。
一つの態様では、前記位置決定システムが人工衛星型位置決定システムを含む。
一つの態様では、前記第二の測定を決定するために前記位置決定システムが、地上型位置決定システムと人工衛星型位置決定システムとの組み合わせたシステムを含む。
一つの態様では、前記位置決定システムが前記移動機械の近くに設置されている。
一つの態様では、前記非接触型測定システムが画像認識装置を含む。
一つの態様では、前記画像認識装置が、前記器具に近接した視覚標識の位置を決定する。
一つの態様では、前記非接触型測定システムが光学的測定装置を含む。
一つの態様では、前記光学的測定装置が可視スペクトルの光線を発生し、前記第一の測定を前記光線の位相シフトを測定することと前記光線の飛行時間を測定することからなる群から選択された方法によって決定する。
一つの態様では、前記光学的測定装置が非可視スペクトルの光線を発生し、前記第一の測定を前記光線の位相シフトを測定することと前記光線の飛行時間を測定することからなる群から選択された方法によって決定する。
一つの態様では、前記非接触型測定システムが音波測定装置を含む。
一つの態様では、前記非接触型測定システムが、前記器具が第一位置から第二位置へ移動する時の前記器具と前記移動機械の角度差を測定する。
一つの態様では、前記非接触的な測定システムが、前記器具の第一位置から第二位置への移動に伴う前記器具と前記移動機械の間の距離の差を測定する。
一つの態様では、前記位置測定システムが、さらに前記移動機械の向きを決定する。
本発明の他の実施形態は、位置測定システムに係り、連結された器具を有するブルドーザと、前記器具の前記ブルドーザに対する位置を決定する第一システムと、前記ブルドーザの地理的位置を決定する第二システムと、前記第一システムと前記第二システムからのデータを用いて前記器具の地理的位置を決定する制御システムと、を含む。
一つの態様では、前記第二システムが地上型位置決定システムを含む。
一つの態様では、前記第二システムが人工衛星型位置測定システムを含む。
一つの態様では、前記第二システムが、地上型位置測定システムと人工衛星型位置測定システムを組み合わせたシステムを含む。
一つの態様では、前記第二システムが前記ブルドーザの近くに設置されている。
一つの態様では、前記第一システムが画像認識装置を含む。
一つの態様では、前記画像認識装置が前記器具に近接した視覚標識の位置を決定する。
一つの態様では、前記第一システムが光学的測定装置を含む。
一つの態様では、前記光学的測定装置が可視スペクトルの光線を発生し、前記器具の位置を前記光線の位相シフトを測定することと前記光線の飛行時間を測定することからなる群から選択された方法によって決定する。
一つの態様では、前記光学的測定装置が非可視スペクトルの光線を発生し、前記器具の位置を前記光線の位相シフトを測定することと前記光線の飛行時間を測定することからなる群から選択された方法によって決定する。
一つの態様では、前記第一システムが音波測定装置を含む。
一つの態様では、前記非接触型測定システムが、前記器具が第一位置から第二位置へ移動する時の前記器具と前記ブルドーザの角度差を測定する。
一つの態様では、前記第一システムが、前記器具が第一位置から第二位置へ移動する時の前記器具と前記ブルドーザの間の距離の差を測定する。
一つの態様では、前記制御システムが、さらに前記ブルドーザの向きを決定する。
本発明の他の実施形態は、位置測定システムに係り、連結された器具を有するモータグレーダと、前記器具の前記モータグレーダに対する位置を決定する第一システムと、前記モータグレーダの地理的位置を決定する第二システムと、前記第一システムと前記第二システムからのデータを用いて前記器具の地理的位置を決定する制御システムと、を含む。
一つの態様では、前記第二システムが地上型位置決定システムを含む。
一つの態様では、前記第二システムが人工衛星型位置決定システムを含む。
一つの態様では、前記第二システムが地上型位置決定システムと人工衛星型位置決定システムとを組み合わせたシステムを含む。
一つの態様では、前記第二システムが前記モータグレーダの近くに設置されている。
一つの態様では、前記第一システムが画像認識装置を含む。
一つの態様では、前記画像認識装置が前記器具に近接した視覚標識の位置を決定する。
一つの態様では、前記第一システムが光学的測定装置を含む。
一つの態様では、前記光学的測定装置が可視スペクトルの光線を発生し、前記器具の位置を前記光線の位相シフトを測定することと前記光線の飛行時間を測定することからなる群から選択された方法によって決定する。
一つの態様では、前記光学的測定装置が非可視スペクトルの光線を発生し、前記器具の位置を前記光線の位相シフトを測定することと前記光線の飛行時間を測定することからなる群から選択された方法によって決定する。
一つの態様では、前記第一システムが音波測定装置を含む。
一つの態様では、前記非接触型測定システムが、前記器具が第一位置から第二位置へ移動する時の前記器具と前記モータグレーダの角度差を決定する。
一つの態様では、前記第一システムが、前記器具が第一位置から第二位置へ移動する時の前記器具と前記モータグレーダの間の距離の差を決定する。
一つの態様では、前記制御システムが、さらに前記モータグレーダの向きを決定する。
【国際調査報告】
2008510992.tif 000011
2008510992.tif 000012
2008510992.tif 000013
2008510992.tif 000014