(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが、対応する既知のＸおよびＹ座標と既知の高さとを有し、三角形を形成するように一組の別の点と組み合わされる複数の点からなる三角形不規則ネットワークを用いて、データベース内でモデル化される作業現場上を移動している作業機械の、既知のＸおよびＹ座標を有する現在点の高さを求めるための方法において、
（ａ）ネットワークを構成する複数の点の一つである第１の点を選択し、
（ｂ）前記第１の点と第２の点を結ぶ線分が前記第１の点と前記現在点との間のベクトルに対し所定の規則に従う関係になるように、前記第１の点に組み合わされる一組の点から第２の点を選択し、
（ｃ）前記第２の点と第３の点を結ぶ線分が前記第２の点と前記現在点との間のベクトルに対し前記所定の規則に従う関係になるように、前記第２の点に組み合わされる一組の点から第３の点を選択し、
（ｄ）前記第３の点と第４の点を結ぶ線分が前記第３の点と前記現在点との間のベクトルに対し前記所定の規則に従う関係になるように、前記第３の点に組み合わされる一組の点から第４の点を選択し、
（ｅ）前記第１の点と前記第４の点とを比較し、前記第１の点が前記第４の点に等しくない場合には、前記第１の点を前記第２の点に、該第２の点を前記第３の点に、さらに該第３の点を前記第４の点に等しくなるように設定し、段階（ｄ）に戻り、
（ｆ）前記第１の点が前記第４の点に等しい場合には、前記現在点の前記高さを前記第１、第２、および第３の点の関数として求める、
段階からなる方法。
【請求項２】
前記第３の点と前記現在の点との間のベクトルを求めるための段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
所定の規則に従って前記第４の点を選択する前記段階は、前記ベクトルと予め定めた基準となるベクトルとの間の角度を求める段階を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第４の点を選択する前記段階は、前記第３の点と前記現在の点との間の前記ベクトルと前記予め定めた基準となるベクトルとの間の前記角度を、前記第３の点に組み合わされた一組の点のそれぞれと該第３の点との間の線分の方向を示す角度として記憶された一連の角度と比較する段階を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第４の点を選択する前記段階は、前記第３の点に組み合わされた一組の点のうち、前記第３の点と前記現在の点との間の前記ベクトルから該第３の点まわりに反時計方向にみて最初に出会う線分に組み合わされた点を選択するものであることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第４の点を選択する前記段階は、前記第３の点に組み合わされた一組の点のうち、前記第３の点と前記現在の点との間の前記ベクトルから該第３の点まわりに時計方向にみて最初に出会う線分に組み合わされた点を選択するものであることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記第２、第３および第４の点を選択する前記段階は、前記第１、第２および第３の点のそれぞれと前記現在の点との間のベクトルを求めるための段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
所定の規則に従って第２、第３及び第４の点を選択する前記段階は、前記第１、第２及び第３の点と前記現在の点との間の前記ベクトルのそれぞれと、前記予め定められた基準となるベクトル間の前記角度を、前記第１、第２及び第３の点にそれぞれ組み合わされた点と前記第１、第２及び第３の点との間の線分の方向を示す角度として記憶された一連の角度と比較する段階を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第２、第３および第４の点は、前記第１、第２及び第３の点に組み合わされた複数の点のうち、前記第１、第２及び第３の点のそれぞれと前記現在の点との間の前記ベクトルから、該前記第１、第２及び第３の点のそれぞれのまわりに反時計方向にみて最初に出会う線分に組み合わされた点として選択されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２、第３および第４の点は、前記第１、第２及び第３の点に組み合わされた複数の点のうち、前記第１、第２及び第３の点のそれぞれと前記現在の点との間の前記ベクトルから、該前記第１、第２及び第３の点のそれぞれのまわりに時計方向にみて最初に出会う線分に組み合わされた点として選択されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般的に作業現場のデータベース構造に関する。より詳細には、本発明は、三角形不規則ネットワークにおいて表された作業現場の点の高さを求めるための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉱山用ショベル等のような土工機械が掘削作業に用いられる。このような機械の作業サイクル、あるいは作業サイクルの一部を自動化することを目的として多くの努力がなされてきた。
このようなシステムの１例が、米国特許第５、４０４、６６１号に開示されている。鉱山用ショベルを目的としたこの特許のシステムでは、ショベルが掘削するときの作業用具のバケットの位置を求める、すなわち作業現場を修正する。作業現場を修正するときに、バケットの位置が、作業現場モデルすなわちデータベースを更新するのに用いられる。現在の作業現場モデルが、差を求めるアルゴリズムによって所望の作業現場モデルと比較される。差を求めるアルゴリズムの出力が土工機械の作動を制御するのに用いられたり、操作を助けるようにオペレータに表示される。
【０００３】
作業現場は、一般的に広い領域をカバーする。従って、データベースも、また一般的に大きくなり、その結果、大きな記憶空間が必要とされることになる。
作業現場モデルの構造に関し、３つの一般的なアプローチがある。第１のアプローチにおいて、作業現場全体がグリッドに分割される。各四辺形のグリッドが作業現場における固定点（固定されたＸおよびＹ座標で）を表す。作業現場に対応するデータが各四辺形において記録される。このアプローチに関する問題は、グリッドが作業現場全体をカバーしなければならないことである。一般的に、土工機械が作用しなかったり、作動しないような広範囲の作業現場がある。このため、大きな記憶空間が無駄になる。
第２のアプローチにおいては、必要とされる点のみが記録される。しかしながら、グリッド構造が用いられないために、これらの点の各々は、この点のＸおよびＹ座標もまた記憶されることを必要とする。これも、記録空間を無駄にすることになる。
【０００４】
第３のアプローチにおいて、三角形不規則ネットワーク、すなわちＴＩＮが用いられる。ＴＩＮは、ＸおよびＹ座標を有する複数の点から構成される。ネットワークにおける各点に関し、データベースが高さ情報と、各点毎にこれが結合される別の点を記憶する。ＴＩＮは、作業現場のより有効な近似値、すなわち表示を与えるのに用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＴＩＮをより正確にできる１要因は、ネットワークを構成する点が規則的ではないことである。点の位置が、作業現場の表面によって示される。その結果として、ネットワークの１つの三角形の中に含まれた１つの点が与えられると、どの三角形がその点を含むかを求めるのは、より困難となり、高さを求めるのはより厄介なものとなる。
本発明は、上述の問題の１つか、２つ以上を解決するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の１態様において、作業現場の現在点の高さを求める方法を提供する。現在点は、既知のＸおよびＹ座標を有する。作業現場は、複数の点からなる三角形不規則ネットワークを用いてデータベース内でモデル化される。各点が、対応するＸおよびＹ座標と高さを有し、ネットワーク内において１組の別の点と組み合わされて、三角形を形成するようになっている。この方法では、第１の点を選択し、所定の規則に従って、第２、第３および第４の点を選択し、前記第１の点を第４の点と比較し、第１の点を第２の点に、該第２の点を第３の点に、該第３の点を第４の点に等しく設定し、第１の点が第４の点に等しくない場合には、新しく第４の点を求める段階からなる。現在点の高さは第１、第２、および第３の点の関数として求められる。
【０００７】
【実施例】
図１乃至図６を参照すると、本発明は作業現場２０２を作業現場データべース２０４に表すための、装置、方法、およびデータベース構造を提供する。
好ましい実施例において、本発明は、モービル式土工機械、すなわち履帯式トラクタ、すなわちブルドーザ、地面成形機、モータ地ならし機、スクレーパ、埋立て機、およびホイールローダ等のような土工機械（図示せず）に関して用いられる。
位置検出手段１０２が、モービル機械上に位置づけされる点の位置を求める。この点は、機械の本体もしくはモービル機械の作業具（図示せず）上に配置されていればよい。以下に記載するように、機械上に位置付けされた少なくとも１つの基準点の位置が、作業現場データベース２０４を動的に更新するのに用いられる。
【０００８】
好ましい実施例において、位置検出システム１０２は、例えば３−Ｄレーザ、全地球航法（ＧＰＳ）、ＧＰＳ／レーザの組合せ、無線三角測量、マイクロ波、またはレーダ（これらに限定されない）のような外部基準を有する３次元位置システムを含む。基準点の位置座標が、モービル機械が作業現場２０２内で作動するときに求められる。
マイクロプロセッサベースのコントローラ１１６が位置検出システム１０２に接続されている。コントローラ１１６は、位置検出システム１０２から位置座標を受け取り、動的作業現場モデル１０８を更新する。コントローラ１１６は、以下に記載するように別の機能を実施してもよい。
位置座標が、差を求めるアルゴリズムに一連の別個の点として与えられる。
【０００９】
コントローラ１１６は、所望の作業現場モデル１０６と動的作業現場モデル１０８とを記憶する記憶メモリ１１８を含む。所望の作業現場モデル１０６と動的作業現場モデル１０８のそれぞれは、作業現場データベース２０４を含む。好ましくは、所望の作業現場と動的作業現場データベース２０４は、作業現場の高さ（所望の高さと現在の高さのそれぞれ）を表すデータを記憶する。しかし、作業現場データベース２０４は、作業現場２０２の別のパラメータ、例えば物質すなわち鉱石の種類、先の高さ、作業機械の通過数の値を別に記憶してもよい。
差を求めるアルゴリズム１０４は、コントローラ１１６内のソフトウェアで実行され、所望の作業現場モデル１０６と動的作業現場モデル１０８との間の差を計算する。
【００１０】
差を求めるアルゴリズム１０４は、指示手段１０９に接続される。指示手段１０９はデータベースにアクセスし、これに応答して土工機械の操作を指示する。指示手段１０９は、オペレータディスプレー１１０を含むのが好ましい。オペレータディスプレー１１０は、作業現場２０２のグラフ表示を含み、パラメータの記録された値を表す。オペレータディスプレー１１０は、土工機械の手動制御１１２においてオペレータを補助するのに用いられる。あるいは、指示手段１０９は、データベースに記憶されたデータに応答して土工機械の作動を自動的に制御するための自動制御１１４を含んでいてもよい。
所望の作業現場モデル１０６と動的作業現場モデル１０８は、メモリ１１８内に記憶されるのが好ましい。メモリ１１８は、ランダムアクセス記憶装置（ＲＡＭ）、記憶可能固定記憶装置（ＲＯＭ）、固定ディスクドライブ、着脱可能ディスクドライブ等に限定されないが、これらを含む、データを記録する適当なメモリ構造であればどんなものでもよい。
【００１１】
メモリ１１８は、アプリケーションプログラムがコントローラ１１６で実行されることによってアクセスするためのデータを記憶する。メモリ１１８は、データ構造にデータを記憶する。データ構造は、アプリケーションプログラムによって使用されるデータベースに常駐する情報を含む。
図２を参照すると、高さ情報が、三角形不規則ネットワークすなわちＴＩＮといわれるデータ構造を用いて作業現場データベース２０４に記憶される。ＴＩＮは、複数の点（点Ａ−Ｐ）から構成される。各点は、対応する既知のＸおよびＹ座標と、既知の高さ値を有する。作業現場データベース２０４が、各点ごとに、点がリンクされて三角形を形成するための別の点のリストを含む。図２におけるようなサンプルネットワークに関し、作業現場データベース２０４に記憶されたデータが表１に列挙されている。
【００１２】
【表１】
0003982883.tif 000002
【００１３】
さらに、各点ごとに、点と別の点により形成された各線分と、所定のベクトル、例えば水平ベクトルとの間の角度が記憶される。例えば、点Ａに関し、記憶される４つの角度、ＡＮＧＬＥAB、ＡＮＧＬＥAC、ＡＮＧＬＥ AG 、ＡＮＧＬＥ AF （水平軸と線分ＡＢ、ＡＣ、ＡＧおよびＡＦそれぞれにより形成される角度）がある。
ディスプレーを目的として、あるいは自動制御を目的として、特定の、すなわち現在の点２０６（ＸおよびＹ座標）が与えられると、作業現場データベース２０４によって表されるような現在点２０６の高さを求めることが必要となる。
図７を参照して、本発明は、作業現場２０２の現在点２０６の高さを求めるための方法を提供する。
【００１４】
第１段階７０２において、第１の点が選択される。第１点は、任意的な点であれってもよいし、あるいはアプリケーションプログラムによって使用される最後の点でもよい。図２の例において、第１の点は点Ｍである。
第２の段階において、第２の点が選択される。第２の点は、所定の規則に従い第１の点に接続された点のリストから選択される。例えば、第１の点が点Ｍに等しい状態で、点Ｍに結ばれる点は点Ｈ、Ｊ、Ｋ、Ｎ、Ｏ、およびＰである。
所定の規則の１実施例において、第１点（点Ｍ）と現在の点２０６との間のベクトル２０８が求められる。次いで、ベクトル２０８と予め定めた基準となるベクトルの間の角度が求められる。この角度は、第１の点で記憶された角度、すなわち点Ｍと、これにリンクされる別の点との間の線分と、上記した基準となるベクトルとによって形成された角度と比較される。ベクトル２０８から反時計まわりの第１の記憶される角度が求められる。第２の点は、この角度を形成するように第１の点にリンクされた点であると考えられる。
【００１５】
図２を参照すると、反時計まわり方向の第１の角度が点Ｊによって形成される。点Ｊは第２の点になる。
別の所定の規則を用いてもよい。例えば、時計方向の第１の記憶される角度を用いることができる。別の所定の規則を、本発明の精神から逸脱することなく適用してもよい。規則を適用する際の重要な要因は、以下に説明するように、全ての連続した点を求めるのに同一の規則を用いることである。
図７をもう一度参照すると、第３の段階７０６において、第２の点に組み合わされる１組の点からの第３の点が所定の規則に従って選択される。
図３を参照すると第２の点は点Ｊであり、この点Ｊとリンクされている点は、点Ｇ、Ｈ、Ｌ、ＭおよびＯである。第２の点と現在の点２０６との間のベクトル３０２が求められる。反時計まわりの第１の角度が、点Ｇによって決定される。
点Ｇは第３の点になる。
【００１６】
第４の段階７０８において、第３の点に組み合わされる一組の点から第４の点が所定の規則に従って選択される。
図４を参照すると、第３の点は、点Ｇであり、この点Ｇとリンクされる点は、点Ａ、Ｃ、Ｆ、Ｈ、ＩおよびＪである。第３の点と現在の点２０６との間のベクトル４０２が求められる。反時計まわり方向の第１の角度が点Ａによって形成される。点Ａが第４の点になる。
この方法は、以下に記載するように第４の点が第１の点に等しくなるまで続けられる。
段階７１０において、第１および第４の点が比較される。第１の点と第４の点が、等しくない場合には、新しい第４の点が求められなければならない。第１の点を第２の点に等しくする。第２の点を第３の点に等しくする。第３の点を第４の点に等しくする。そして制御が段階７０８に戻り、新しい第４の点を求める。
【００１７】
このことが図５と図６に図示されている。図５を参照すると、第１の点は点Ｍであり、第４の点は、点Ａである。点Ａと点Ｍは等しくなく、第１の点が点Ｊに等しいように設定され、第２の点が点Ｇに等しいように設定され、第３の点が点Ａに等しいように設定される。
新しい第４の点が求められなければならない。第３の点（点Ａ）から現在の点２０６までのベクトル５０２が求められる。所定の規則を用いて、第４の点が点Ｃに等しいように設定される。
また第１と第４番目の点、すなわち点Ｊと点Ｃのそれぞれは等しくない。従って、第１点が点Ｇに等しいように合わせられ、第２の点が点Ａに等しいように合わせられ、第３の点が点Ｃに等しいように合わせられ、新しい第４番目の点が求められなければならない。
【００１８】
図６を参照すると、第３の点（点Ｃ）から現在の点２０６までのベクトル６０２が求められる。所定の規則を用いて、第４の点が点Ｇに等しいように決定される。
第１と第４番目の点とは等しい。現在の点２０６は、第１、第２および第３の点（点Ｇ、ＡおよびＣ）によって形成された三角形に含まれている。
第６の段階７１２において、現在の点２０６の高さが第１、第２、第３の点の関数として求められる。第１、第２および第３の点の３次元の位置が既知であり、平面を形成する。知られている地理学的な方法と、現在の点２０６の既知のＸおよびＹ座標とを用いて、現在の点２０６の高さが求められる。
上述の方法におけるいかなる点を求めるときでも、ベクトル２０８、３０２、４０２、５０２および６０２と、現在の点との間の角度が、リンクされた点によって形成された角度に等しい場合には、以下の段階が実行される。  第１に、現在の点が、適切な第１、第２、第３または第４点及びリンク点と比較される。現在の点が、これらの点の一つに等しい場合には、このプロセスが終了して、現在の点の高さがわかる。現在の点がこれらの点のうちの一つでない場合には、現在の点が適当な第１、第２、第３、第４の点およびリンクされる点との間にあるかどうかが判定される。現在の点がこれらの２つの点の間にある場合には、プロセスが終了し、現在の点の高さが、点により形成される線分の関数として求められる。そうでない場合には、プロセスが続けられる。
【００１９】
図面と作用を参照すると、本発明は、作業機械のコントローラ１１６で実行されるアプリケーションプログラムによってアクセスのためにデータを記憶するための装置、メモリおよび方法を提供する。データは作業現場の高さを表す。
制御または表示を目的として、現在の点２０６の高さを求めることが必要となることがある。現在の点２０６のＸおよびＹ座標が既知であるが、高さは既知ではない。
以上のプロセスを通して、現在の点２０６を含む三角形を決定する点が求められる。これらの点の既知の３次元座標と既知の地理学的な方法に基づき、現在の点の高さが求められる。
本発明の別の態様、目的および特徴は、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】１実施例に従って、本発明を実行するための装置のブロック線図である。
【図２】現在点の高さを求める際の第１段階を表す、作業現場と関連するパラメータの値を表し記憶するためのデータベースの線図である。
【図３】現在点の高さを求めるときの第２の段階を表す、作業現場と組み合わされるパラメータの値を表し記憶するためのデータベースの構造を表す線図である。
【図４】現在点の高さを求めるときの第３の段階を表す、作業現場に組み合わされるパラメータの値を表し記憶するためのデータベースの構造の線図である。
【図５】現在点の高さを求めるときの第４の段階を表す、作業現場に組み合わされるパラメータの値を表し記憶するためのデータベースの構造の線図である。
【図６】現在点の高さを求めるときの第５の段階を表す、作業現場に組み合わされるパラメータの値を表し記憶するためのデータベースの構造の線図である。
【図７】本発明の１実施例に従って作業現場に関する現在点の高さを求めるための作動と方法を表す流れ線図である。
【符号】
１０２  位置検出システム
１１０  オペレータディスプレー
１１６  コントローラ
２０４  作業現場データベース
【図１】
0003982883.tif 000003
【図２】
0003982883.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003982883.tif 000009