(57)【要約】【課題】より高い頻度で、ＧＰＳ信号またはレーザ信号の一方または両方がブロックされる可能性がある期間中に、正確な位置情報およびエレベーション情報を生成できる位置監視システムを提供すること。【解決手段】慣性航法システム（ＩＮＳ）を増補するシステムおよび方法は、作業機に関連する位置情報をＩＮＳから出力することと、作業機の位置情報と作業機の所望の位置との比較に基づいて作業機を調整することとを含む。ＩＮＳは、ＩＮＳの固有の特性によって引き起こされる可能性がある位置情報のドリフトを訂正するために、ファンレーザ、オートマティックトータルステーション（ＡＴＳ）、ＧＮＳＳ受信器、または地上ベース無線位置決めシステムなどの１つまたは複数の位置決め（または測定）デバイスからの位置情報の関数としてカルマンフィルタによって生成される誤差推定値を使用して、周期的に再初期化される。【選択図】図２
2008164590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機を自動的に調整するシステムであって、
前記作業機に関連する第１位置情報を出力するように構成された慣性航法システムと、
前記第１位置情報を所望の位置と比較し、これに応答して比較信号を生成するように構成されたプロセッサと、
前記比較信号に基づいて前記作業機を調整するように構成された弁コントローラと、
前記慣性航法システムに結合され、前記慣性航法システムに第２位置情報を出力するように構成された測定デバイスと
を含み、前記慣性航法システムは、前記第１位置情報および前記第２位置情報の関数として生成される誤差推定値に基づいて前記第１位置情報を変更するために、前記測定デバイスから周期的にリセットされる
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記測定デバイスは、平面レーザ、ファンレーザ、オートマティックトータルステーション、地上ベース航法距離測定システム、および全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第２位置情報は、水平位置を含むことを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２位置情報は、垂直位置を含むことを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
位置処理要素は、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）によって受け取られる情報に基づいて工事現場の表面に対する相対的な前記作業機の水平位置を計算するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
位置処理要素は、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）によって受け取られる情報に基づいて工事現場の表面に対する相対的な前記作業機の垂直位置を計算するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記プロセッサは、前記所望の位置を記憶するように構成され、比較器は、メモリ要素にアクセスするようにさらに構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
油圧機構をさらに含み、前記弁コントローラは、前記油圧機構に制御信号を供給するように構成され、前記油圧機構は、前記制御信号に応答して作動させられることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
センサは、前記第１位置情報を計算するのに使用される信号を受け取ることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
全地球的航法衛星システムから前記機械の位置を示す信号を受信するように構成された受信器をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
カルマンフィルタは、前記誤差推定値を判定するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
土木機械の作業機を自動的に調整する方法であって、
慣性航法システムから第１位置情報を表す第１信号を受け取ることと、
前記第１信号に基づいて位置を計算することと、
前記位置を所望の位置と比較することと、
前記比較の結果を表す第２信号を送ることと、
前記第２信号に基づいて前記作業機を調整することと、
前記慣性航法システムの前記第１位置情報に、誤差推定値に基づいて位置決めデバイスから出力される第２位置情報をセットすることと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
セットすることは、前記誤差推定値に基づく前記第２位置情報を用いて前記第１位置情報を周期的に更新することを含み、前記位置決めデバイスは、平面レーザ、ファンレーザ、オートマティックトータルステーション、地上ベース航法距離測定システム、および全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）からなる群から選択されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１位置情報は、さらに、工事現場の表面に対する相対的な位置に基づく水平位置を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１位置情報は、さらに、工事現場の表面に対する相対的な位置に基づく垂直位置を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）によって受け取られる情報に基づいて工事現場の表面に対する相対的な前記作業機の水平位置を計算することをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）によって受け取られる情報に基づいて工事現場の表面に対する相対的な前記作業機の垂直位置を計算することをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
制御プロセッサから前記所望の位置を取り出すことをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記作業機を調整することは、前記作業機に結合された１つまたは複数の油圧機構に制御信号を送ることを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
受け取ることは、センサを用いて前記第１位置情報に関連する前記第１信号を受け取ることを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
ＧＮＳＳシステムから、工事現場の表面に対する相対的な位置を示す信号を受け取ることをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、全般的に、慣性航法システムを用いて位置情報を提供するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブルドーザ、ホイールローダ、および他の土木機器などの土木機械は、所定のプランに従って工事現場の景観を変更することができる。所定のプランは、工事現場のある寸法および仕様を指定することができ、土木機械は、それに従って景観を変更することができる。所定のプランは、特定の材料で工事現場を覆うこと、工事現場からの材料の掘削、または工事現場の土地の完成した所定のプロフィールまでの切土など、作業が土木機械によって行われることを要求する場合がある。機械は、これらのアクションを実行する作業機（たとえば、ブルドーザブレード）を有するものとすることができる。
【０００３】
土木機械に、工事現場での作業を実行する際にオペレータを助けるデバイスを含めることができる。そのようなデバイスの１つは、地面に対する相対的な機械の水平位置（すなわちロケーション）および垂直位置（すなわちエレベーション）を間欠的に受け取るように構成された位置決め機器に関する。受け取られた情報を使用して、機械は、自動コントローラ（たとえば、自動作業機制御システム）に、作業機を所望の高さに調整させることができる。たとえば、自動作業機コントローラは、機械の検出されたエレベーション（たとえば、垂直位置）とブレードのターゲット高さ（たとえば、所定のプランに依存する所望の垂直位置）との間の差に基づいて、ブルドーザのブレードを上向きまたは下向きに移動することができる。所定のプランが、たとえば、土地のエレベーションをある水準にしなければならないと指定する場合に、ブレードを下に移動して、土地の勾配をその水準まで緩くするか、ブレードを上に移動して、その水準まで土地を材料で覆うことができる。
【０００４】
現在、ブレードの高さ（すなわち垂直位置）などの位置情報は、複数の異なる技法を使用して検出することができる。そのような技法の１つは、全地球測位システム（ＧＰＳ）、ＧＬＯＮＡＳＳ、または集合的に全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）などの衛星位置決めシステムから位置情報を受け取ることを含む。衛星位置決めシステムは、衛星のコンステレーションを含み、土木機械に配置された衛星位置決め受信器を必要とする。位置決め受信器は、０．１Ｈｚから１００Ｈｚまでのレートで衛星位置決めシステムから位置情報を受信することができ、実際には、１０Ｈｚまたは２０Ｈｚで動作することができる。
【０００５】
もう１つの位置決めデバイスは、ロボティックトータルステーション（ｒｏｂｏｔｉｃ  ｔｏｔａｌ  ｓｔａｔｉｏｎ）またはオートマティックトータルステーション（ａｕｔｏｍａｔｉｃ  ｔｏｔａｌ  ｓｔａｔｉｏｎ、ＡＴＳ）である。ＡＴＳは、作業機の位置をリモートに判定し、作業機位置を調整するために機械に設けられた受信器に信号を送る計測器を含む。
【０００６】
ＡＴＳの計測器は、サーボモータを使用して機械を追跡し、角度エンコーダを使用して、地面に対する相対的な水平面内の角度（ｘ座標およびｙ座標）と地面に対する相対的なエレベーション軸内の角度（ｚ座標）とを測定する。この計測器は、さらに、電子距離計を含み、この電子距離計は、機械に設けられたプリズムまたは反射面に可視光または赤外光のレーザビームを送る。次に、光は、計測器に戻って反射され、計測器は、機械と計測器との間の距離を計算する。ＡＴＳの既知の位置、測定された角度、および測定された距離を使用することによって、機械の位置情報を判定することができる。一般に、ＡＴＳは、工事現場で動きまわる時にターゲットにロックし、機械の位置情報をコンスタントに更新し、この位置情報は、必要な場合に作業機を調整するのに使用される。現在の計測器は、６Ｈｚまでのレートで更新することができる。
【０００７】
もう１つの位置デバイスは、ロータリレーザであり、これは、レーザビームを回転して、たとえば６００ＲＰＭのレートで、工事現場の表面の上に光学基準面を形成する。この光学基準面は、垂直に、水平に、または工事現場表面に対して１つまたは複数の方向で既知の傾きに向けることができる。通常は土木機械に取り付けられる光検出器デバイスが、たとえば１００ミリ秒おきに１回のレートで、レーザによって放たれる光を受け取り、それに応答して位置信号を生成する。次に、プロセッサが、位置決め信号に基づいて作業機の高さを制御する。
【０００８】
もう１つの位置デバイスが、ファンレーザ（ｆａｎ  ｌａｓｅｒ）であり、これは、１つまたは複数の扇型レーザビームを回転して、たとえば３０００ＲＰＭのレートで、受信器が工事現場の表面上の垂直角度またはエレベーションの差を判定できるようにする。通常は土木機械に取り付けられる光検出器デバイスが、たとえば２０ミリ秒おきに１回のレートで、レーザによって放たれる光を受け取り、それに応答して位置信号を生成する。次に、プロセッサが、位置決め信号に基づいて作業機の高さを制御する。ファンレーザの例が、下で詳細に述べる特許出願に記載されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００９】
もう１つのタイプの位置決めデバイスが、慣性航法システム（ＩＮＳ）であり、ＩＮＳは、たとえば毎秒１００回を超えるレートで、土木機械の位置情報および姿勢情報を判定する。ＩＮＳは、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）を使用し、ＩＭＵは、６自由度すなわち３つの直線自由度（空間内のｘ座標、ｙ座標、およびｚ座標など）および３つの回転自由度（ピッチ、ヨー、およびロールなど）を測定するセンサのセットを含む。直線自由度は、位置を指定し、回転自由度は、姿勢を指定する。
【００１０】
ＩＭＵは、通常、位置を判定する３つの直線加速度計と姿勢を判定する３つのレートジャイロスコープとを含む。位置および姿勢の測定値に基づいて、アナログ回路またはマイクロコントローラなどの計算ユニットが、土木機械の位置情報および姿勢情報を判定することができる。数学的には、位置情報は、加速度計によって得られた一連の加速度値を２回積分することによってすばやく判定することができ、姿勢情報は、レートジャイロスコープから出力される一連のレート測定値を１回積分することによって判定される。
【００１１】
各加速度計およびレートジャイロスコープの読みは、通常、比較的少量の雑音を含み、この雑音は、積分中に合計される。したがって、計算された位置情報および姿勢情報は、正確ではないが、誤差の所与の度合の中で知ることができる。しかし、ＩＮＳは、作業機の位置を判定し、位置情報および姿勢情報に基づいて機械の現在の位置および姿勢を更新する。したがって、姿勢情報および位置情報は、誤差の許容できるマージンの中で得ることができるが、そのような情報の誤差（「ドリフト」とも称する）が、経時的に許容できない量まで累積する可能性がある。しかし、工事現場では、正確な機械位置情報が、長い時間期間にわたって要求される。したがって、ＩＮＳシステムは、通常、土木機械の位置の判定に独立に使用されてはこなかった。
【００１２】
通常、土木機械は、土木機能を実行する時に、ＧＰＳ位置決めデバイス、ＡＴＳ位置決めデバイス、ファンレーザ位置決めデバイス、またはプレーンレーザ（ｐｌａｎｅ  ｌａｓｅｒ）位置決めデバイスのうちの１つを使用することができる。たとえば、ＧＰＳ位置決めデバイスを土木機械に設けて、機械のロケーション情報およびエレベーション情報を判定することができる。ロケーション情報は、正確に入手することができるが、エレベーション情報は、かなりより不正確である。したがって、上で述べた特許出願（たとえば、特許文献１参照）で開示されているように、ＧＰＳシステムおよびレーザシステムが、正確なエレベーション情報およびロケーション情報を提供するために組み合わされる。
【００１３】
具体的に言うと、上で述べた特許出願（たとえば、特許文献１参照）には、ファンレーザと、ロータリレーザデバイスから放たれたレーザビームを受け取る光検出センサとを含む位置測定システムが開示されている。光検出センサは、土木機械に取り付けることができ、ロータリレーザデバイスからの光に応答して、機械のエレベーション情報を判定することができる。したがって、上で述べた特許出願（たとえば、特許文献１参照）では、ロータリレーザシステムが、エレベーション情報を提供し、このエレベーション情報は、ＧＰＳシステムより正確である。この土木機械には、ＧＰＳ受信器も含まれ、このＧＰＳ受信器は、ロケーションすなわち水平位置を判定するためのデータを受信する。さらに、ロケーション情報すなわち水平情報は、受信されたＧＰＳデータに基づいて入手される。
【００１４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０１２５３６５  Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、上で述べた特許出願（たとえば、特許文献１参照）に開示された組み合わされたＧＰＳおよびファンレーザシステムは、切土作業機、たとえばブレードの自動リアルタイム制御に望まれるものより低い頻度で位置情報およびエレベーション情報を生成する。したがって、より高い頻度で、ＧＰＳ信号またはレーザ信号の一方または両方がブロックされる可能性がある期間中に、正確な位置情報およびエレベーション情報を生成できる位置監視システムの必要がある。
【００１６】
開示されるシステムは、既存テクノロジの短所の１つまたは複数を克服することを対象とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本開示の一態様によれば、作業機を自動的に調整するシステムが提供される。このシステムは、作業機に関連する第１位置情報を出力するように構成された慣性航法システムと、第１位置情報を所望の垂直位置と比較し、これに応答して比較信号を生成するように構成されたプロセッサとを含む。比較信号に基づいて作業機を調整するように構成された弁コントローラが、さらに設けられる。このシステムは、慣性航法システムに結合され、慣性航法システムに第２位置情報を出力するように構成された測定デバイスをも含む。慣性航法システムは、第１位置情報および第２位置情報の関数として生成される誤差推定値に基づいて第１位置情報を変更するために、測定デバイスから周期的にリセットされる。
【００１８】
もう１つの態様によれば、土木機械の作業機を自動的に調整する方法が提供される。この方法は、慣性航法システムから第１信号を受け取ることを含む。慣性航法システムからの信号は、第１位置情報を表す。この方法は、第１信号に基づいて位置を計算することと、位置を所望の位置と比較することをも含む。この方法は、さらに、比較の結果を表す第２信号を送ることと、第２信号に基づいて作業機を調整することとを含む。さらに、この方法は、慣性航法システムの第１位置情報に、誤差推定値に基づいて位置決めデバイスから出力される第２位置情報をセットすることを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１に、油圧機構１０２および１０３と、作業機１０４と、センサ１０６と、ポスト１０８と、ＩＮＳ  １０７と、受信器１１０とを有する土木機械１００を示す。この開示される実施形態は、軌道タイプのトラクタであるが、開示されるシステムが、さまざまな自走機への幅広い応用を有することを理解されたい。
【００２０】
機械１００が、工事現場で動作する時に、油圧機構１０２および１０３は、ブルドーザブレードとすることができる作業機１０４の動きを指示するように動作することができる。たとえば、油圧機構１０２は、リフトアクチュエータを含めることができるが、作業機１０４をアップ位置とダウン位置との間で移動する。さらに、油圧機構１０３は、チルトアクチュエータを含めることができるが、作業機１０４を前後に傾ける。油圧機構１０２および１０３は、機械１００内の内部デバイス（図示せず）からそれらに供給される電気信号に従って動作することができる。たとえば、電気信号が、上下に移動するように油圧機構１０２を作動させることができ、他の電気信号が、油圧機構１０３に前後に移動させることができる。
【００２１】
受信器１１０は、その位置（すなわち、地球に対する相対的なその固有の位置）に関係する信号を受信することができ、受信器１１０を、ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、またはＧＮＳＳに関連する１つまたは複数の衛星から信号を受信するためにポスト１０８に取り付けることができる。位置は、受信器１１０の水平位置および垂直位置を含むものとすることができる。受信器１１０とＩＮＳ  １０７と作業機１０４との間の相対位置は既知なので、作業機１０４の位置を計算することができる。具体的に言うと、位置を、下で詳細に説明するように、位置処理要素を使用してＩＮＳ  １０７に基づいて計算することができる。
【００２２】
図１では、ＩＮＳ  １０７が、作業機１０４上に示されているが、図２に関してさらに説明するように、ＩＮＳ  １０７のセンサを作業機１０４に取り付けることができ、ＩＮＳ  １０７に制御プロセッサ（たとえば、コンピュータ）も含まれることに留意されたい。制御処理要素は、作業機１０４に取り付けられて図示されたセンサからの情報ならびに他の供給源からの情報を処理する。
【００２３】
また、さらなる実施形態では、位置センサを、油圧機構１０２および／または１０３の上または中に、あるいは土木機械の他の区域の上または中に取り付けることができる。位置センサを使用して、たとえば位置センサと作業機との間の既知の距離を使用することによって、作業機の位置を判定することができ、かつ／または、センサを使用して、センサと作業機との間の角度を測定することができる。
【００２４】
センサ１０６を、ポスト１０８に取り付けることができる。センサ１０６は、プレーンレーザ、ファンレーザ、またはオートマティックトータルシステム（ＡＴＳ）など、他の位置決めデバイスからの位置情報を担持する信号をも受け取る。位置決めデバイスは、測定デバイスとも称する場合がある。これらの位置決めデバイスは、工事現場の測量機器に関連して使用することができる。任意選択で、センサ１０６を土木機械の他の場所に取り付けることができる。
【００２５】
位置を、受信器１１０によって回復されたＧＮＳＳ信号を使用して計算することができるが、ＧＮＳＳ信号から判定された垂直位置を、ロータリレーザ、ファンレーザ、ＡＴＳ、地上ベース航法距離測定システム、または別の位置決めデバイスのうちの１つまたは複数から計算された垂直位置情報によって置換することができる。ＧＮＳＳ位置の垂直情報を置換できるのは、ＧＮＳＳ信号から計算された垂直位置が、他の位置決めデバイスのうちの１つから垂直位置を計算することより正確でない可能性があるからである。一実施形態では、垂直位置情報の置換を、ＩＮＳ  １０７内および／または受信器１１０内で行うことができる。
【００２６】
ＧＮＳＳ受信器から導出された垂直位置の置換に対する代替案は、ＧＮＳＳ測定、平面レーザ測定、ファンレーザ測定、および／またはＡＴＳ測定などの外部測定システムからの測定値を、測定値に適当に重みを付け、ブレンドされた位置解を判定する計算で組み合わせることである。このブレンドされた位置解は、ＩＮＳに供給される。
【００２７】
第３の代替案は、外部測定値および慣性測定値を、最良の可能な位置を判定する単一の計算プロセスで組み合わせることである。
【００２８】
したがって、受信器１１０、センサ１０６、および／または他のセンサを使用することによって、作業機の水平位置および垂直位置を含む、作業機１０４の位置を判定することができる。
【００２９】
マージされた位置（たとえば受信器１１０によって受信されたＧＮＳＳからの１つの位置と、任意選択でたとえばファンレーザまたはロータリレーザからの１つの位置）を使用して、機械１００を、所定のプランに従って工事現場を変更するように操作することができる。たとえば、機械１００が、所定の高さまで工事現場の地面の傾斜を緩くするか、所定の高さまで工事現場を材料で覆うことを要求される場合がある。オペレータは、機械１００の制御パネルのディスプレイデバイスを使用して位置を見ることができ、作業機１０４の位置を所定のプランに従う垂直位置に手動で調整することができる。
【００３０】
機械１００は、自動作業機制御システム２００（図２を参照されたい）を使用して、作業機１０４を自動的に調整することもできる。自動作業機制御システム２００は、作業機１０４の垂直位置を所望の高さ（すなわち、所定のプランに従う高さ）と比較することによって、作業機１０４を自動的に調整する。次に、自動作業機制御システム２００をより詳細に説明する。
【００３１】
自動作業機制御システム２００は、制御コンピュータ３０２を含み、制御コンピュータ３０２は、機械１００の垂直位置情報すなわちエレベーション情報を判定する。
【００３２】
コンピュータ３０２には、カルマンフィルタ３０９、ＩＮＳ  ３１０、および機械制御プロセッサ３１１を含めることができる。エレベーション情報は、機械制御プロセッサ３１１に供給され、機械制御プロセッサ３１１には、ＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ、または他の適切なメモリデバイスなどのメモリ要素を含めることができる。プロセッサ３１１は、所定のプランに対応する所望のエレベーションデータを記憶することができる。プロセッサ３１１は、所望のエレベーションデータを取り出し、受け取られたエレベーション情報と比較することができる。この比較に基づいて、出力信号が弁コントローラ２０２に供給され、弁コントローラ２０２は、適当な制御信号を油圧機構１０２および１０３に供給する。この制御信号に応答して、油圧機構１０２および１０３は、作動油を放出するか受け取り、これによって、その中に配置されたシリンダを延ばすか引っ込めるように働く。その結果、作業機１０４の位置を所望の高さに変更することができる。
【００３３】
前に説明したように、ＩＮＳ  ３１０は、ＩＭＵ、たとえばＩＭＵ  ３０７から位置測定値および姿勢測定値を受け取ることができる。さらに、カルマンフィルタ３０９は、１つまたは複数の供給源から測定値／位置データを受け取り、この供給源には、ＡＴＳセンサ３０４、平面レーザ３０５、ファンレーザ３０６、地上ベース航法距離測定システムセンサ３１２、およびＧＮＳＳ  ３０８を含めることができる。一般に、カルマンフィルタ３０９は、当技術分野で既知であり、ＡＴＳセンサ３０４、平面レーザ３０５、ファンレーザ３０６、地上ベース航法距離測定システムセンサ３１２、およびＧＮＳＳ  ３０８などの支援する供給源からの測定値を使用して慣性航法システム（たとえば、ＩＮＳ  ３１０）の誤差を訂正できる巡回型線形フィルタである。たとえば、カルマンフィルタ３０９は、支援する供給源からの絶対測定値または絶対位置とＩＮＳ  ３１０からの現在位置とを受け取る。この２つの位置または測定値のセットの差に基づいて、誤差推定値が、ＩＮＳ  ３１０に送られる。ＩＮＳ  ３１０は、この誤差推定値を使用して、ＩＮＳ位置に対する適当な変更を行う。適当な変更（誤差推定値に応じてＩＮＳ位置を増やすか減らすかのいずれか）の後に、訂正された位置が、判定され、プロセッサ３１１に送られる。したがって、ＩＮＳ  ３１０の位置は、カルマンフィルタ３０９によって送られる誤差推定値を介して、支援する供給源から効果的にリセットされまたは再初期化される。上で注記したように、この訂正された位置が、所定の敷地図と一貫するかどうかに応じて、プロセッサ３１１は、必要な場合に、適当な信号を弁コントローラ２０２に送って、作業機１０４を移動する。
【００３４】
したがって、本開示は、ＩＮＳ  ３１０の計算ループ時間である、たとえば毎秒１００回以上のレートでのＩＮＳからの位置計算に基づくブレードの更新された位置によってブレードを制御するコンピュータ３０２を提供する。たとえば毎秒１０回のレートでブレードの位置を更新できる他の位置決めシステムと比較して、本開示は、ブレード位置がより頻繁に更新されているので、ブレードのより正確な制御を可能にする。
【００３５】
また、ＩＮＳ  ３１０からのエレベーション情報および／またはロケーション情報を、ＡＴＳセンサ３０４、平面レーザセンサ３０５、ファンレーザ３０６、地上ベース航法距離測定システムセンサ３１２、またはＧＮＳＳ受信器３０８のうちの１つまたは複数から受け取られるエレベーション情報および／またはロケーション情報と比較して、許容できない誤差がＩＮＳ  ３１０からのエレベーション情報および／またはロケーション情報に存在する（「グロスエラー（ｇｒｏｓｓ  ｅｒｒｏｒ）」）かどうかを判定することができる。グロスエラーが存在する場合には、コンピュータ３０２は、ＩＮＳ  ３１０のエレベーション情報をリセットし、機械を停止し、またはグロスエラーについてオペレータに警告することができる。同様に、ＩＮＳ位置を使用して、位置決めデバイスのうちの１つまたは複数が「グロスエラー」を有するかどうかを判定することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
ここで自動作業機制御システム２００の動作を参照すると、図３に、本開示の例示的実施形態と一貫する方法の流れ図４００が示されている。
【００３７】
ステージ４０２で、自動制御システム（たとえば、システム２００）が、センサ、たとえばＩＭＵ  ３０７によって生成された情報に基づいて、自動制御システムを有する土木機械の垂直位置および／または水平位置を判定する。この位置は、たとえば１００ＨｚのレートでＩＮＳから受け取ることができる。さらに、レーザ、ファンレーザ、ＧＮＳＳ、およびＡＴＳなどの他の外部測定デバイスおよび／または外部位置決めデバイスからの入力をカルマンフィルタを介して検査することによって、ＩＮＳの誤差を制約することができる。上で説明したように外部位置決めデバイスから絶対位置を受け取るか、絶対測定値を受け取り、１つまたは複数の外部デバイスからの測定値をブレンディングすることによって絶対位置を判定するカルマンフィルタによって供給されるＩＮＳの実際の位置の誤差推定値を使用することによって、ＩＮＳの位置をリセットすることができる。
【００３８】
ステージ４０３で、任意選択で、グロスエラーが存在するかどうかを判定する。追加のフェールセーフテストを実行して、カルマンフィルタに情報を供給する１つまたは複数の支援する供給源（すなわち、外部測定デバイスおよび／または外部位置決めデバイス）が、誤った位置を供給しているかどうかを判定することができる。時々、１つまたは複数の支援する供給源からの情報が、ブロックされる場合があり、したがって、コンピュータ３０２は、ＩＭＵ  ３０７から受け取られる信号に基づく解を伝搬させる。誤った位置または「グロスエラー」が、１つまたは複数の支援する供給源からカルマンフィルタに送られる情報に存在する場合には、制御コンピュータは、ＩＭＵからの信号に基づく位置計算の伝搬を継続し、機械を停止し、またはグロスエラーについてオペレータに警告することができる。
【００３９】
ステージ４０４で、作業機の所望の垂直位置を示す記憶された情報を使用して、機械内の回路網（たとえば、プロセッサ３１１）が、作業機の所望の垂直位置をＩＮＳ  ３１０からの計算された垂直位置（訂正された位置）と比較する。この比較に基づく制御信号を、自動制御システム内の弁コントローラ（たとえば、弁コントローラ２０２）に出力する。
【００４０】
ステージ４０６で、弁コントローラは、必要な場合に、制御信号に応答して、作業機を所望の高さまたはロケーションに自動的に調整する。
【００４１】
方法４００は、図１〜２に関して説明した回路網および要素を介して土木機械内で実施することができる。本開示の１つの利点は、ＩＮＳが他の位置決めデバイスより頻繁に位置情報を供給できるので、より正確な位置データに従って作業機を調整できることである。ＩＮＳは、ドリフトの量が許容できなくなる前に、平面レーザ、ファンレーザ、ＡＴＳ、地上ベース航法距離測定システム、またはＧＮＳＳなどの他の位置デバイスによって周期的に再初期化されるので、制御されないドリフトの不利益を被らない。したがって、本開示は、ＩＮＳのダイナミックトラッキング機能と、平面レーザ、ファンレーザ、ＡＴＳ、地上ベース位置決めシステム、またはＧＮＳＳの位置情報の正確さとを利用するシステムを提供する。
【００４２】
さらに、別の機械が信号経路をブロックする時または機械が木などの障害物の下を通る時など、平面レーザ、ファンレーザ、ＡＴＳ、地上ベース航法距離測定システムの短い機能停止中に、それでも、正確な位置を入手することができる。というのは、ＩＮＳが、位置データを伝搬させ続け、ドリフトの量が、短い中断中に最小限であるからである。ＧＮＳＳの間欠的な機能停止がありえる場合には、たとえばロータリレーザまたはファンレーザからの位置情報の可用性を使用して、ＩＮＳのドリフトを制約することができる。
【００４３】
もう１つの利点は、エラー検査を可能にする冗長位置決めと、グロスエラーが発生したとエラー検査が判定する場合のすべての機械の安全な停止またはオペレータへの警告とを有するシステムを含む。具体的に言うと、位置情報のグロスエラーが発生したかどうかを判定するために、ＩＮＳを、複数の位置決めデバイスから受け取られる信号を検査するように構成することができる。
【００４４】
本発明の他の実施形態は、本明細書を検討し、本明細書に開示された本発明を実践することから、当業者に明白になるであろう。本明細書および例は、例示のみと考えられることが意図されており、本発明の真の範囲および趣旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】開示されるシステムの諸態様を組み込むことができる土木機械を示す図である。
【図２】例示的な自動作業機制御システムを示す図である。
【図３】１つの例示的実施形態と一貫する慣性航法システムを増補する方法を示す流れ図である。
【図１】
2008164590.tif 000003
【図２】
2008164590.tif 000004
【図３】
2008164590.tif 000005
【外国語明細書】
2008164590000001.pdf